WO2013054772A1 - ２サイクルエンジン及び２サイクルエンジンの注油方法 - Google Patents

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piston
ring
port
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吉之 齋藤
山田　剛
義幸 梅本
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株式会社Ihi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2700/00—Measures relating to the combustion process without indication of the kind of fuel or with more than one fuel
    • F02B2700/03—Two stroke engines

Definitions

  • the present invention relates to a two-cycle engine and a method for lubricating a two-cycle engine.
  • a 2-cycle engine (also referred to as a 2-stroke engine) is a reciprocating engine in which intake, compression, combustion, and exhaust are cycled once every time a piston reciprocates inside the cylinder.
  • lubricating oil is supplied to the sliding surface of the cylinder from an oil injection port provided in the cylinder.
  • Patent Document 1 describes a cylinder lubrication device provided in a large marine diesel engine.
  • This cylinder lubrication device controls the valve opening timing and valve opening period of the solenoid valve based on the crank angle of the engine and the engine speed.
  • the valve opening timing and the valve closing period of the electromagnetic valve are controlled so as to lubricate at least once per reciprocation of the piston in the space between the rings formed between the lubricator and the piston ring.
  • this cylinder oiling device lubricates at least the uppermost space between the rings when the piston moves up (see paragraph [0019] of the specification of Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a two-cycle engine capable of efficient and reliable lubrication and a lubrication method for the two-cycle engine.
  • a two-cycle engine according to a first aspect of the present invention includes a piston that includes a plurality of piston rings and that can reciprocate along a cylinder, and a sliding surface of the cylinder that is provided in the cylinder and on which the piston ring slides.
  • the two-cycle engine has a lubrication period from the lubrication port when the piston goes to top dead center except for a period until the uppermost space between the rings passes through the lubrication port and And a lubrication period adjusting device that adjusts the period to include a period in which at least a part of the space between the rings faces the lubrication port.
  • the lubricating oil is not lubricated to the uppermost inter-ring space and its upper side, which are easily scraped by the top ring.
  • the lubricating oil contributes to sliding, and efficient lubrication can be realized. Further, without lubricating the uppermost inter-ring space and the upper side thereof, the lubricating oil is supplied at least from the lowermost inter-ring space to the upper side by the pumping action of the piston ring. Thereby, the reliability of sliding is maintained.
  • the lubrication period adjusting device employs a configuration in which the start period of the lubrication period is adjusted based on the engine speed.
  • the start period (lubrication timing) of the lubrication period also changes. Therefore, the start period of the lubrication period is adjusted based on the engine speed.
  • the lubrication period adjusting device sets a second lubrication period after the lubrication period based on the engine speed.
  • the lubrication time is constant, the lubrication period is shortened with a decrease in the engine speed, and it is impossible to lubricate below the space between the lowermost rings.
  • a second lubrication period is set, and supplementary lubrication is performed below the lowest inter-ring space.
  • the piston has a piston skirt
  • the oil lubrication period adjusting device sets the second oil lubrication period to at least a part of the piston skirt. Is adjusted to a period including the period facing the lubrication port.
  • the oil supply in the second oil supply period is an auxiliary oil supply to at least the piston skirt in the portion below the space between the lowermost rings.
  • lubrication in the second lubrication period is performed each time the piston reciprocates a plurality of times.
  • the auxiliary oiling downward from the space between the lowermost rings is, for example, once every several times to reduce the amount of oiling.
  • a method for lubricating a two-cycle engine comprising a plurality of piston rings, reciprocally movable along a cylinder, and provided in the cylinder, wherein the piston ring slides.
  • a plurality of inter-ring spaces between the adjacent piston rings are provided.
  • the oil supply method of the two-cycle engine excludes the oil supply period from the oil supply port when the piston goes to the top dead center, except for the period until the uppermost space between the rings passes the oil supply port. And it adjusts to the period including the period when at least one part of the said space between the lowermost rings faces the said oil supply port.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a two-cycle engine in an embodiment of the present invention. It is an enlarged view which shows the structure of the piston in embodiment of this invention. It is a graph which shows the relationship between the piston ring position and oiling period in embodiment of this invention. It is a graph which shows the oiling period as a comparative example, and the oiling period as a present Example. It is a graph which shows the relationship between liner distance and a sliding state in each lubrication period pattern. It is a graph which shows the individual sliding state of a piston ring. It is a figure which shows the whole structure of the 2 cycle engine in another embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a two-cycle engine in an embodiment of the present invention.
  • the two-cycle engine of the present embodiment is a large uniflow type two-cycle engine provided in a ship or the like, for example, and is a low-speed two-cycle diesel engine that uses diesel fuel such as light oil or heavy oil as fuel.
  • the engine body 1 includes a cylinder 2 and a piston 3 that reciprocates along a sliding surface 2a inside the cylinder and is connected to a crank mechanism (not shown).
  • a crosshead type piston having a long stroke is adopted as the piston 3.
  • the piston 3 has a plurality of piston rings 3a, and the piston rings 3a slide along the sliding surface 2a.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the configuration of the piston 3 in the present embodiment.
  • the piston 3 of this embodiment has four piston rings 3a.
  • each of the four piston rings 3a may be referred to as a top ring 3a1, a second ring 3a2, a third ring 3a3, and a force ring 3a4 in order from the top.
  • a piston skirt 3b is provided below the force ring 3a4.
  • a plurality of inter-ring spaces S are provided between adjacent piston rings 3a.
  • a fuel injection port 5 and an exhaust port 6 are provided on the upper portion of the cylinder 2 (one end side in the length direction of the cylinder).
  • the fuel injection port 5 has a fuel injection valve 5 a and injects diesel fuel into the cylinder 2.
  • the exhaust port 6 is open near the top dead center of the piston 3 and at the top of the cylinder head 4a.
  • the exhaust port 6 has an exhaust valve 7.
  • the exhaust valve 7 moves up and down at a predetermined timing to open and close the exhaust port 6.
  • the exhaust gas exhausted through the exhaust port 6 is exhausted to the outside through, for example, an exhaust main pipe (not shown).
  • a scavenging port 9 is provided at the lower part of the cylinder 2 (the other end side in the cylinder length direction).
  • the scavenging port 9 opens and closes at a predetermined timing by the reciprocating movement of the piston 3.
  • the scavenging port 9 is open near the bottom dead center of the piston 3 and on the side of the cylinder liner 4b.
  • the scavenging port 9 is formed at a position surrounded by a space 11 formed by the housing 10.
  • a scavenging chamber (not shown) is connected to the housing 10. For example, air that has passed through an air cooler (not shown) is pumped into the scavenging chamber.
  • An oiling port 12 is provided in the middle part of the cylinder 2 (intermediate part in the length direction of the cylinder).
  • the oil supply port 12 supplies lubricating oil to the sliding surface 2 a of the cylinder 2 between the exhaust port 6 and the scavenging port 9.
  • the oil supply port 12 is located on the exhaust port 6 side (one end side in the length direction of the cylinder) from the scavenging port 9, and a plurality of oil supply ports 12 are provided at intervals in the circumferential direction of the cylinder liner 4b.
  • Each oil supply port 12 is connected to an oil supply device 20.
  • Lubricating device 20 is connected to a lubricating oil tank 23, and has a piping system 21 that supplies the lubricating oil stored in the lubricating oil tank 23 to each lubricating port 12.
  • the oil lubrication device 20 includes a solenoid valve (not shown) that opens and closes the piping system 21 connected to each oil lubrication port 12.
  • the lubrication device 20 receives a command from the control device (lubricating period adjustment device) 15 and supplies and stops the supply of lubricating oil from each lubrication port 12.
  • the control device 15 is electrically connected to a crank angle sensor 16 that detects the crank angle and an engine speed detector 17 that detects the engine speed. Based on the detection result of the crank angle sensor 16 and the detection result of the engine speed detector 17, the control device 15 lubricates the lubrication period from the lubrication port 12 when the piston 3 goes to the top dead center (when the piston 3 is raised). Adjust.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the piston ring position and the lubrication period in the present embodiment.
  • the vertical description on the side of the graph indicates the position of the piston ring
  • the hatched bar indicates the lubrication period
  • the numerical value in the horizontal direction at the top of the graph indicates the engine speed.
  • the control device 15 adjusts the lubrication period from the lubrication port 12 when the piston 3 goes to the top dead center. More specifically, the control device 15 determines at least a part of the lowermost inter-ring space S except for the period until the uppermost inter-ring space S passes through the lubricating port 12 during the lubricating period. Is adjusted to a period including the period facing the lubrication port 12.
  • the inter-ring space S at the top means between the top ring 3a1 (“Top” in FIG. 3) and the second ring 3a2 (“2nd” in FIG. 3).
  • the lowest inter-ring space S means a space between the third ring 3a3 (“3rd” in FIG. 3) and the force ring 3a4 ("4th” in FIG. 3). That is, lubrication at the time of ascent of the piston 3 is performed at least between the third ring 3a3 and the force ring 3a4, and is not performed above the second ring 3a2.
  • the control device 15 adjusts the lubrication timing (the start of the lubrication period) based on the engine speed. That is, when the engine speed changes, the moving speed of the piston 3 also changes.
  • the lubrication time is constant, as shown in FIG. 3, for example, as the engine speed decreases from 70 rpm (normal time) to 38 rpm, 26 rpm, and 20 rpm, the lubrication period (lubrication length) decreases in sequence. Become.
  • the lubrication timing (the start of the lubrication period) until actual lubrication differs depending on the engine speed. Therefore, the control device 15 adjusts / changes the start of the lubrication period according to the engine speed.
  • the control device 15 of the present embodiment adjusts the lubrication timing immediately after the second ring 3a2 passes through the lubrication port 12 when the engine speed is 70 rpm.
  • the lubrication timing is adjusted immediately after the third ring 3a3 passes the lubrication port 12.
  • the lubrication period is at least of the lowest inter-ring space S except for the period until the uppermost inter-ring space S passes through the lubricating port 12. It becomes possible to adjust to a period including a period in which a part is opposed to the lubrication port 12.
  • the control device 15 adds a dot pattern in FIG. 3 after an oiling period (hereinafter also referred to as a first oiling period) indicated by a hatched bar in FIG. 3 based on the engine speed.
  • the second lubrication period indicated by the bar is set. That is, when the engine speed is reduced, the first lubrication period is shortened and lower than the lowest inter-ring space S (for example, the piston skirt 3b or the piston crown between the force ring 3a4 and the piston skirt 3b). (Including portions) may not be lubricated (in the case of 26 rpm and 20 rpm). For this reason, in that case, a second oiling period is set, and auxiliary oiling is performed below the lowest inter-ring space S.
  • the piston 3 has a piston skirt 3b below the space S between the lowermost rings.
  • the piston skirt 3 b has a function of preventing the piston 3 from tilting in the cylinder 2.
  • the piston skirt 3b may slide in contact with the sliding surface 2a of the cylinder 2. Therefore, in the present embodiment, the oil supply in the second oil supply period is an auxiliary oil supply to the piston skirt 3b below at least the lowest inter-ring space S. Thereby, the reciprocating movement of the piston 3 with high reliability is enabled.
  • the lubrication in the second lubrication period is set to be performed every time the piston 3 reciprocates a plurality of times. That is, the piston skirt 3b is auxiliary in terms of sliding, unlike the piston ring 3a that always slides with the sliding surface 2a. For this reason, it is not necessary to lubricate the piston skirt 3b every time. Therefore, the oil supply during the second oil supply period is also performed auxiliary. If the number of times of lubrication in the second lubrication period is, for example, once every several times, the amount of lubrication can be reduced. Lubrication during the second lubrication period of the present embodiment is performed supplementarily, for example, at a frequency of 15% (frequency of 15 times out of 100 reciprocating movements of the piston 3).
  • the first and second lubrication periods are determined depending on the lubrication frequency. Control the amount of lubrication.
  • the amount of lubrication in the first lubrication period is set to a predetermined ratio
  • the amount of lubrication in the second lubrication period is set to the remaining ratio. That is, a single lubrication amount is allocated at a predetermined ratio in the first and second lubrication periods, respectively.
  • FIG. 4 is a graph showing an oiling period (pattern A) as a comparative example and an oiling period (pattern B) as the present example.
  • the lubrication period of pattern A is a period in the first half of the piston ring position including a period from before passing through the top ring 3 a 1 until the uppermost inter-ring space S passes through the lubrication port 12.
  • the lubrication period of pattern B is a period until the uppermost inter-ring space S passes through the lubricating port 12 and the lowermost inter-ring space S passes through the lubricating port 12. This is a period in the latter half of the piston ring position including.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the liner distance and the sliding state in each lubrication period pattern.
  • FIG. 5 shows a sliding state measured by providing a sensor at each level (level L1 (top ring top dead center) to level L6 (top ring bottom dead center)) of the liner distance in the length direction. That is, in FIG. 5, the vertical axis of the graph indicates the liner distance in the length direction, and the horizontal axis of the graph indicates the sliding state (severity) evaluation (Sliding Index).
  • the contact state (Contact Index) is indicated by 1 / R.
  • R is a contact electrical resistance and is represented by the following formula (b).
  • ⁇ represents the electrical resistivity
  • L represents the length of the contact portion between the piston ring 3a and the sliding surface 2a
  • S represents the actual contact area between the piston ring 3a and the sliding surface 2a ( Actual contact area).
  • Contact electric resistance (R) ⁇ ⁇ L / S (b)
  • the contact state (1 / R) increases in proportion to the actual contact area (S).
  • the contact surface pressure is indicated by P.
  • the contact surface pressure is a ring contact surface pressure of the piston ring 3a with respect to the sliding surface 2a, and is represented by the following expression (c).
  • Contact pressure (P) ⁇ (P0-P1) / 2 (c) P0 and P1 are pressures between the rings when the piston ring 3a passes through sensors provided at the respective levels L1 to L6. P0 indicates the pressure before passing, and P1 indicates the pressure after passing.
  • the sliding speed is indicated by V.
  • the sliding speed V is a value obtained for each piston ring 3a with respect to the speed at which the piston ring 3a passes the sensors provided at the respective levels L1 to L6. That is, the speed of the piston ring 3a is a geometrically calculated value.
  • FIG. 5 shows an average sliding state evaluation of each piston ring 3a in all the sensors of each level L1 to L6.
  • a clear difference is generated in the sliding state evaluation at the level L4 (mid stroke). That is, it can be seen that the sliding state evaluation of the pattern A at the level L4 is extremely strict compared to the sliding state evaluation of the pattern B.
  • FIG. 6 is a graph showing individual sliding states of the piston ring 3a at the level L4.
  • the pattern A in the mid stroke of level L4, in the pattern A, it turns out that the sliding state in the force ring 3a4 among each piston ring 3a deteriorates.
  • the pattern B it can be seen that there is almost no deterioration of the sliding state in the force ring 3a4. That is, there is no influence on the sliding state even if oiling is not performed near the top ring 3a1. However, if no oil is applied in the vicinity of the force ring 3a4, the sliding state in the vicinity of the force ring 3a4 is adversely affected.
  • lubrication in the vicinity of the top ring 3a1 is not important for sliding. It is important to lubricate below the third ring 3a3, particularly in the vicinity of and below the force ring 3a4. Moreover, if it lubricates below the 3rd ring 3a3 like the pattern B, sliding of the top ring 3a1 etc. of the upper side will not deteriorate. As a result, a pumping action (schematically indicated by an up arrow in FIG. 2) occurs even in a large marine engine (schematically shown in FIG. 2), and lubricating oil is sent from the lower ring to the top ring 3a1 side. Possible cause.
  • the lubrication period from the lubrication port 12 when the piston 3 goes to the top dead center is adjusted. That is, the above-described lubrication period is a period in which at least a part of the lowest inter-ring space S is opposed to the lubricating port 12 except for a period until the uppermost inter-ring space S passes through the lubricating port 12. Adjust to a period that includes As a result, the lubricating oil is scraped up by the top ring 3a1 and is not lubricated in the uppermost inter-ring space S that is likely to be wasted and the upper side thereof. Therefore, most of the lubricating oil contributes to sliding, and efficient oiling can be obtained. Further, without lubricating the uppermost inter-ring space S and its upper side, the lubricating oil is supplied at least from the lowermost inter-ring space S to the upper side by the pumping action of the piston ring 3a. Therefore, sliding reliability is maintained.
  • the start of the lubrication period is adjusted based on the engine speed. Thereby, efficient lubrication can be performed between the third ring 3a3 and the force ring 3a4 and a position below the force ring 3a4 (an lubrication position effective for sliding). Therefore, it is not necessary to lubricate over a wide range, and the cylinder lubrication amount can be reduced while maintaining reliability.
  • a second lubrication period is set after the lubrication period (first lubrication period) based on the engine speed. Thereby, even if it is a case where an engine speed falls and the 1st lubrication period becomes short, it can lubricate below the force ring 3a4.
  • the second lubrication period is adjusted to a period including a period in which at least a part of the piston skirt 3 b faces the lubrication port 12.
  • the oil supply in the 2nd oil supply period is made into the auxiliary oil supply to the piston skirt 3b below the space S between the lowermost rings.
  • reciprocating movement of the piston 3 having high reliability is realized.
  • lubrication during the second lubrication period is performed each time the piston 3 reciprocates a predetermined number of times, and the amount of lubrication required for auxiliary lubrication is reduced. Thereby, efficient lubrication can be realized while maintaining highly reliable piston sliding.
  • the piston 3 including the plurality of piston rings 3a and reciprocally movable along the cylinder 2, and the sliding surface of the cylinder 2 provided on the cylinder 2 and on which the piston ring 3a slides.
  • a two-cycle engine having an oil injection port 12 for injecting lubricating oil into 2a, wherein a plurality of inter-ring spaces S between adjacent piston rings 3a are provided.
  • the two-cycle engine also excludes the lubrication period from the lubrication port 12 when the piston 3 goes to the top dead center, except for the period until the uppermost inter-ring space S passes through the lubrication port 12 and A configuration in which at least a part of the inter-ring space S includes a control device 15 that adjusts to a period including a period facing the lubrication port 12 is employed.
  • the present invention is not limited to this mode.
  • the amount of lubrication per unit time during the lubrication period may be increased or decreased.
  • the lowermost ring space S which is an effective lubrication position for sliding, has an amount of lubrication per unit time that is higher than other positions (above the third ring 3a3 and under the force ring 3a4). It may be increased.
  • the present invention is not limited to this form.
  • Lubrication may be performed even when the piston 3 descends toward the bottom dead center (setting of the third lubrication period by the control device 15). Also in this case, it is preferable to lubricate between the third ring 3a3 and the force ring 3a4 and below the force ring 3a4. However, when the piston 3 is lowered, the lubricating oil is easily scraped off by the force ring 3a4.
  • the lubrication in the third lubrication period is performed each time the piston 3 reciprocates a plurality of times, similarly to the lubrication in the second lubrication period.
  • the present invention can also be applied to, for example, a two-cycle gas engine as shown in FIG.
  • the two-cycle gas engine shown in FIG. 7 has a gas fuel injection port 13 below the oil injection port 12 in the middle part of the cylinder 2.
  • the gas fuel injection port 13 injects, for example, gas fuel obtained by gasifying LNG into the cylinder 2 (combustion chamber) between the exhaust port 6 and the scavenging port 9.
  • the fuel injection port 5 functions as an igniter that injects a small amount of fuel oil to ignite a mixture of air and gas fuel.
  • the fuel injection port 5 is not essential.
  • the igniter the fuel injection port 5 can be replaced by spark ignition by a super plug, laser ignition, or the like. Even if it is an above-described two-cycle gas engine, the same effect as the above-mentioned embodiment is obtained.
  • the present invention can also be applied to other two-cycle engines such as a dual-fuel (two-fuel) type two-cycle engine using both diesel fuel and gas fuel.

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Abstract

　２サイクルエンジンは、複数のピストンリング（３ａ）を備えて、シリンダ（２）に沿って往復移動自在なピストン（３）と、シリンダ（２）に設けられ、ピストンリング（３ａ）が摺動するシリンダ（２）の摺動面（２ａ）に潤滑油を注油する注油ポート（１２）と、を有する。隣り合うピストンリング（３ａ）の間のリング間空所は、複数設けられている。また、２サイクルエンジンは、ピストン（３）が上死点に向かうときの注油ポート（１２）からの注油期間を、最上部のリング間空所が注油ポート（１２）を通過するまでの期間を除き且つ最下部のリング間空所の少なくとも一部が注油ポート（１２）と対向する期間を含む期間に調整する制御装置（１５）を有する。

Description

２サイクルエンジン及び２サイクルエンジンの注油方法
　本発明は、２サイクルエンジン及び２サイクルエンジンの注油方法に関する。本願は、２０１１年１０月１２日に、日本に出願された特願２０１１－２２４９９１号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
　２サイクルエンジン（２ストロークエンジンとも称されている）は、シリンダの内部でピストンが１往復するごとに、吸気、圧縮、燃焼、及び排気が１サイクルするレシプロエンジンである。この２サイクルエンジンでは、一般に、シリンダの内部におけるピストン（ピストンリング）の摺動性を確保するために、シリンダに設けられた注油ポートからシリンダの摺動面に潤滑油を供給する。
　特許文献１には、大型舶用ディーゼルエンジンに設けられたシリンダ注油装置が記載されている。このシリンダ注油装置は、エンジンのクランク角及びエンジンの回転数に基づき、電磁弁の開弁時期及び開弁期間を制御する。具体的には、電磁弁の開弁時期及び閉弁期間は、注油器からピストンリングの間に形成されるリング間空所にピストンの１往復に付き少なくとも１回注油するよう、制御される。また、このシリンダ注油装置は、ピストンの上昇時、少なくとも最上部のリング間空所に注油を行う（特許文献１の明細書段落［００１９］参照）。
日本国特許第４４０２６０９号公報
　特許文献１においても記載されているように、一般に、２サイクルエンジンでは、ピストンの上部における摺動条件が厳しいとされ、ピストンの上昇時、最上部のピストンリング（以下、トップリングと称する場合がある）への注油が重要である。しかしながら、ピストンの上部へ注油された潤滑油は、トップリングによってかき上げられて、摺動に寄与しなくなる分が多くなる。これにより、シリンダ注油量を多く必要とする。
　したがって、従来技術では、ピストンの摺動の信頼性を保ったままシリンダ注油量を下げて効率的な注油を行うことは困難である。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、効率的且つ信頼性を保った注油が可能な２サイクルエンジン及び２サイクルエンジンの注油方法の提供を目的とする。
　本願の発明者らは、上記課題を解決するため実験を行った。その結果、摺動に関してはピストンの上部への注油よりもむしろピストンの下部への注油が重要で、ピストン上部への注油は、ピストン下部に注油された潤滑油のポンピング作用により補えるという新たな知見を見出し、本発明に想到した。
　本発明は上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。本発明の第１の態様に係る２サイクルエンジンは、複数のピストンリングを備えてシリンダに沿って往復移動自在なピストンと、上記シリンダに設けられ上記ピストンリングが摺動する上記シリンダの摺動面に潤滑油を注油する注油ポートと、を有する。隣り合う上記ピストンリングの間のリング間空所は、複数設けられている。また、この２サイクルエンジンは、上記ピストンが上死点に向かうときの上記注油ポートからの注油期間を、最上部の上記リング間空所が上記注油ポートを通過するまでの期間を除き且つ最下部の上記リング間空所の少なくとも一部が上記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する注油期間調整装置を有する。
　この態様に依れば、潤滑油が、トップリングによりかき上げられ無駄となり易い最上部のリング間空所及びその上側に注油されない。これにより、潤滑油の大部分が摺動に寄与し、効率的な注油が実現できる。また、最上部のリング間空所及びその上側へ注油を行わずとも、ピストンリングのポンピング作用により少なくとも最下部のリング間空所から上側へ潤滑油は供給される。これにより、摺動の信頼性が保たれる。
　本発明に係る第２の態様は、第１の態様において、上記注油期間調整装置は、エンジン回転数に基づいて、上記注油期間の始期を調整するという構成を採用する。
　この態様に依れば、エンジン回転数に応じてピストン速度が変化すると、注油期間の始期（注油タイミング）も変化することから、エンジン回転数に基づいて、注油期間の始期を調整する。
　本発明に係る第３の態様は、第１又は第２の態様において、上記注油期間調整装置は、エンジン回転数に基づいて、上記注油期間の後に、第２の注油期間を設定する。
　この態様に依れば、注油時間が一定の際に、エンジン回転数の低下に伴い、注油期間が短くなり、最下部のリング間空所よりも下側に注油できなくなる。この場合、第２の注油期間を設定し、最下部のリング間空所よりも下側に補助的に注油を行う。
　本発明に係る第４の態様は、第３の態様において、上記ピストンは、ピストンスカートを有しており、上記注油期間調整装置は、上記第２の注油期間を、上記ピストンスカートの少なくとも一部が上記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する。
　この態様に依れば、第２の注油期間における注油を、最下部のリング間空所よりも下側の部位のうち、少なくともピストンスカートへの補助的な注油とする。
　本発明に係る第５の態様は、第３又は第４の態様において、上記第２の注油期間における注油は、上記ピストンが複数回往復移動する毎に行われる。
　この態様に依れば、最下部のリング間空所よりも下側への補助的な注油を、例えば数回に１回にし、注油量を下げる。
　本発明に係る第６の態様に係る２サイクルエンジンの注油方法は、複数のピストンリングを備えて、シリンダに沿って往復移動自在なピストンと、上記シリンダに設けられ、上記ピストンリングが摺動する上記シリンダの摺動面に潤滑油を注油する注油ポートと、を有する。隣り合う上記ピストンリングの間のリング間空所は、複数設けられている。また、この２サイクルエンジンの給油方法は、上記ピストンが上死点に向かうときの上記注油ポートからの注油期間を、最上部の上記リング間空所が上記注油ポートを通過するまでの期間を除き且つ最下部の上記リング間空所の少なくとも一部が上記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する。
　本発明によれば、信頼性の高いピストン摺動を維持しつつ、効率的な注油が可能な２サイクルエンジンが得られる。
本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態におけるピストンの構成を示す拡大図である。 本発明の実施形態におけるピストンリング位置と注油期間との関係を示すグラフである。 比較例としての注油期間と、本実施例としての注油期間とを示すグラフである。 各注油期間パターンにおけるライナ距離と摺動状態との関係を示すグラフである。 ピストンリングの個別の摺動状態を示すグラフである。 本発明の別実施形態における２サイクルエンジンの全体構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態における２サイクルエンジンの全体の構成を示す図である。
　本実施形態の２サイクルエンジンは、例えば船舶等に設けられる大型のユニフロー型２サイクルエンジンであり、燃料として軽油や重油等のディーゼル燃料を用いる低速２サイクルディーゼルエンジンである。
　図１に示すように、エンジン本体１は、シリンダ２と、シリンダ内部の摺動面２ａに沿って往復移動して、クランク機構（不図示）に連結されたピストン３と、を備えている。ピストン３としては、ストロークが長いクロスヘッド型ピストンを採用している。ピストン３は複数のピストンリング３ａを有しており、ピストンリング３ａが摺動面２ａに沿って摺動する。
　図２は、本実施形態におけるピストン３の構成を示す拡大図である。
　図２に示すように、本実施形態のピストン３は、４つのピストンリング３ａを有している。以下、この４つのピストンリング３ａの各々を、上から順に、トップリング３ａ１、セカンドリング３ａ２、サードリング３ａ３、及びフォースリング３ａ４と称する場合がある。フォースリング３ａ４の下側には、ピストンスカート３ｂが設けられている。また、隣り合うピストンリング３ａ間には、複数のリング間空所Ｓが設けられている。
　図１に示すように、シリンダ２の上部（シリンダの長さ方向における一端側）には、燃料噴射ポート５及び排気ポート６が設けられている。燃料噴射ポート５は、燃料噴射弁５ａを有し、シリンダ２の内部にディーゼル燃料を噴射する。排気ポート６は、ピストン３の上死点近傍であって、シリンダヘッド４ａの頂部において開口している。排気ポート６は、排気弁７を有する。排気弁７は、所定のタイミングで上下方向に移動し、排気ポート６を開閉させる。排気ポート６を介して排気された排気ガスは、例えば、排気主管（不図示）を通って外部に排気される。
　シリンダ２の下部（シリンダの長さ方向における他端側）には、掃気ポート９が設けられている。掃気ポート９は、ピストン３の往復移動によって、所定のタイミングで開閉する。掃気ポート９は、ピストン３の下死点近傍であって、シリンダライナ４ｂの側部において開口している。また、掃気ポート９は、筐体１０によって形成された空間１１に囲まれた位置に形成されている。筐体１０には、掃気チャンバ（不図示）が接続されている。掃気チャンバには、例えば、空気冷却器（不図示）を通過した空気が圧送される。
　シリンダ２の中腹部（シリンダの長さ方向における中間部）には、注油ポート１２が設けられている。注油ポート１２は、排気ポート６と掃気ポート９との間において、シリンダ２の摺動面２ａに潤滑油を供給する。注油ポート１２は、掃気ポート９よりも排気ポート６側（シリンダの長さ方向における一端側）に位置し、且つシリンダライナ４ｂの周方向に間隔をあけて複数設けられている。各注油ポート１２は、注油装置２０と接続されている。
　注油装置２０は、潤滑油タンク２３と接続されており、潤滑油タンク２３に貯溜されている潤滑油を各注油ポート１２に供給する配管系２１を有している。注油装置２０は、各注油ポート１２に接続された配管系２１を開閉する電磁弁等（不図示）を有している。また、注油装置２０は、制御装置（注油期間調整装置）１５からの指令を受け、各注油ポート１２からの潤滑油の供給及び供給停止を行う。
　制御装置１５は、クランク角度を検出するクランク角センサ１６と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器１７とに、それぞれ電気的に接続されている。制御装置１５は、クランク角センサ１６の検出結果及びエンジン回転数検出器１７の検出結果に基づいて、ピストン３が上死点に向かうとき（ピストン３の上昇時）の注油ポート１２からの注油期間を調整する。
　図３は、本実施形態におけるピストンリング位置と注油期間との関係を示すグラフである。図３において、グラフ側面の縦方向の記載はピストンリングの位置を示し、ハッチングを付したバーは注油期間を示し、グラフ上部の横方向の数値はエンジンの回転数を示している。
　図３に示すように、制御装置１５は、ピストン３が上死点に向かうときの注油ポート１２からの注油期間を調整する。より具体的には、制御装置１５は、上記注油期間を、最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を除いて、最下部のリング間空所Ｓの少なくとも一部が注油ポート１２と対向する期間を含む期間に調整する。
　最上部のリング間空所Ｓとは、トップリング３ａ１（図３において「Ｔｏｐ」）とセカンドリング３ａ２（図３において「２ｎｄ」）との間を意味する。また、最下部のリング間空所Ｓとは、サードリング３ａ３（図３において「３ｒｄ」）とフォースリング３ａ４（図３において「４ｔｈ」）との間を意味する。
　すなわち、ピストン３の上昇時の注油は、少なくともサードリング３ａ３とフォースリング３ａ４との間に行われ、セカンドリング３ａ２よりも上側へは行われない。
　また、制御装置１５は、エンジン回転数に基づいて、注油タイミング（注油期間の始期）を調整する。すなわち、エンジン回転数が変化すると、ピストン３の移動速度も変化する。注油時間が一定の場合には、例えば図３に示すように、エンジン回転数が７０ｒｐｍ（通常時）から３８ｒｐｍ、２６ｒｐｍ、及び２０ｒｐｍと低下するにつれて、注油期間（注油長さ）も順々に短くなる。エンジン回転数により、実際に注油するまでの注油タイミング（注油期間の始期）が異なる。このため、制御装置１５は、エンジン回転数により、注油期間の始期を調整・変更する。
　本実施形態の制御装置１５は、エンジン回転数が７０ｒｐｍの場合には、注油タイミングをセカンドリング３ａ２が注油ポート１２を通過した直後に調整する。エンジン回転数が３８ｒｐｍ、２６ｒｐｍ、及び２０ｒｐｍの場合には、注油タイミングをサードリング３ａ３が注油ポート１２を通過して直後に調整する。これにより、いずれのエンジン回転数であっても、その注油期間を、最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を除いて、最下部のリング間空所Ｓの少なくとも一部が注油ポート１２と対向する期間を含む期間に調整することが可能となる。
　また、制御装置１５は、エンジン回転数に基づいて、図３においてハッチングを付したバーで示す注油期間（以下、第１の注油期間と称する場合がある）の後に、図３においてドットパターンを付したバーで示す第２の注油期間を設定する。すなわち、エンジン回転数が低下すると、第１の注油期間が短くなり、最下部のリング間空所Ｓよりも下側（例えばピストンスカート３ｂや、フォースリング３ａ４とピストンスカート３ｂとの間のピストンクラウン部分を含む）に注油できなくなる場合がある（２６ｒｐｍ、２０ｒｐｍの場合）。このため、その場合には、第２の注油期間を設定し、最下部のリング間空所Ｓよりも下側に補助的な注油を行う。
　図２に示すように、ピストン３は、最下部のリング間空所Ｓよりも下側にピストンスカート３ｂを有している。ピストンスカート３ｂは、シリンダ２内においてピストン３が傾倒するのを防ぐ等の機能を有する。ピストンスカート３ｂは、シリンダ２の摺動面２ａと接触して摺動する場合がある。したがって、本実施形態では、第２の注油期間における注油を、少なくとも最下部のリング間空所Ｓよりも下側のピストンスカート３ｂへの補助的な注油としている。これにより、信頼性の高いピストン３の往復移動を可能とする。
　なお、第２の注油期間における注油は、ピストン３が複数回往復移動する毎に行われるように設定されている。すなわち、ピストンスカート３ｂは、摺動面２ａと常に摺動するピストンリング３ａとは異なって、摺動に関しては補助的である。このため、ピストンスカート３ｂに毎回注油する必要はない。したがって、第２の注油期間における注油も補助的に行われる。第２の注油期間における注油の回数を、例えば数回に１回にすれば、注油量を下げることができる。本実施形態の第２の注油期間における注油は、例えば１５％の頻度（ピストン３が１００回往復移動するうち１５回の頻度）で補助的に行われる。
　なお、２サイクルエンジンにおいて注油が定量型の形態を採用している場合（すなわち、１回に注油する潤滑油の量が一定である場合）には、注油頻度により第１及び第２の注油期間における注油量をコントロールする。上記した注油量コントロールの方法としては、例えば、第１の注油期間における注油量を所定の割合に設定し、第２の注油期間における注油量を残りの割合に設定する。すなわち、１回の注油量をそれぞれ第１及び第２の注油期間に、所定の比率で割り振る。
　（実施例）
　続いて、上記構成の２サイクルエンジンの注油方法、具体的には、制御装置１５の下に行われる上記注油期間における注油及びその作用について、従来の注油期間と比較した以下の実験結果に基づいて説明する。
　図４は、比較例としての注油期間（パターンＡ）と、本実施例としての注油期間（パターンＢ）とを示すグラフである。
　図４に示すように、パターンＡの注油期間は、トップリング３ａ１を通過する前から最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を含むピストンリング位置前半の期間である。一方、パターンＢの注油期間は、最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を除いて、且つ最下部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を含むピストンリング位置後半の期間である。
　図５は、各注油期間パターンにおけるライナ距離と摺動状態との関係を示すグラフである。図５は、長さ方向におけるライナ距離の各レベル（レベルＬ１（トップリング上死点）～レベルＬ６（トップリング下死点））にセンサを設けて計測した摺動状態を示す。すなわち、図５において、グラフの縦軸は長さ方向におけるライナ距離を示し、グラフの横軸は摺動状態（厳しさ）評価（Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｉｎｄｅｘ）を示す。摺動状態評価は、下式（ａ）で表される。
　摺動状態評価　＝　接触状態（１／Ｒ）×接触面圧（Ｐ）×すべり速度（Ｖ）…（ａ）
　接触状態（Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｉｎｄｅｘ）は、１／Ｒで示される。Ｒは、接触電気抵抗であり、下式（ｂ）で表される。なお、ρは、電気抵抗率を示し、Ｌは、ピストンリング３ａと摺動面２ａとの接触部の長さを示し、Ｓは、ピストンリング３ａと摺動面２ａとの実際の接触面積（実接触面積）を示す。
　接触電気抵抗（Ｒ）　＝　ρ×Ｌ／Ｓ　…（ｂ）
　上式（ｂ）から分かるように、接触状態（１／Ｒ）は、実接触面積（Ｓ）に比例して大きくなる。
　接触面圧は、Ｐで示される。接触面圧は、摺動面２ａに対するピストンリング３ａのリング接触面圧であり、下式（ｃ）で表される。
　接触面圧（Ｐ）　∝　（Ｐ０－Ｐ１）／２　…（ｃ）
　Ｐ０及びＰ１は、各レベルＬ１～Ｌ６に設けたセンサをピストンリング３ａが通過するときのリング間圧力である。Ｐ０が通過前の圧力を示し、Ｐ１が通過後の圧力を示す。
　すべり速度は、Ｖで示される。すべり速度Ｖは、各レベルＬ１～Ｌ６に設けたセンサをピストンリング３ａが通過するときの速度をピストンリング３ａ毎に求めた値である。すなわち、ピストンリング３ａの速度を、幾何学的に計算した値である。
　したがって、摺動状態評価においては、実接触面積（Ｓ）が大きい程、接触圧力（Ｐ）が高い程、及びすべり速度（Ｖ）が速い程、「厳しい」と評価される。なお、図５では、各レベルＬ１～Ｌ６の全センサにおける各ピストンリング３ａの平均の摺動状態評価を示している。
　図５に示すように、パターンＡとパターンＢとを比較すると、レベルＬ４（ミッドストローク）における摺動状態評価において、明確な差が生じている。すなわち、レベルＬ４におけるパターンＡの摺動状態評価が、パターンＢの摺動状態評価と比較して、極めて厳しいことが分かる。
　図６は、レベルＬ４におけるピストンリング３ａの個別の摺動状態を示すグラフである。
　図６に示すように、レベルＬ４のミッドストロークにおいて、パターンＡでは、各ピストンリング３ａのうちフォースリング３ａ４での摺動状態が悪化することが分かる。
　一方、パターンＢでは、フォースリング３ａ４での摺動状態の悪化が殆どないことが分かる。すなわち、トップリング３ａ１近傍に注油を行わなくても、摺動状態に影響は無い。しかしながら、フォースリング３ａ４近傍に注油を行わないと、フォースリング３ａ４近傍の摺動状態に悪影響を与える。
　上記理由により、摺動に関しては、トップリング３ａ１近傍の注油は重要でない。サードリング３ａ３より下への注油、特にフォースリング３ａ４近傍及びそれより下への注油が重要である。
　また、パターンＢのようにサードリング３ａ３以下へ注油すれば、その上側のトップリング３ａ１等の摺動は悪化しない。この結果は、大型舶用機関においても（従来ないとされていた）ポンピング作用（図２において上矢印で模式的に示す）が生じ、下のリングからトップリング３ａ１側へ潤滑油が送られることが原因と考えられる。
　以上のことから、摺動に関しては、ピストン３の上部への注油よりもむしろピストンの下部への注油が重要である。また、ピストン３の上部への注油は、ピストン下部に注油された潤滑油のポンピング作用により、行われていることが分かる。
　上記した新たな知見に基づいて本実施形態では、図３に示すように、ピストン３が上死点に向かうときの注油ポート１２からの注油期間を調整する。すなわち、上記注油期間を、最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を除いて、且つ最下部のリング間空所Ｓの少なくとも一部が注油ポート１２と対向する期間を含む期間に調整する。これにより、潤滑油がトップリング３ａ１によりかき上げられ無駄となり易い最上部のリング間空所Ｓ及びその上側に注油されない。したがって、潤滑油の大部分が摺動に寄与し、効率的な注油を得ることができる。また、最上部のリング間空所Ｓ及びその上側へ注油を行わずとも、ピストンリング３ａのポンピング作用により、少なくとも最下部のリング間空所Ｓから上側へ潤滑油は供給される。したがって、摺動の信頼性が保たれる。
　また、エンジン回転数に基づいて、注油期間の始期を調整する。これにより、サードリング３ａ３とフォースリング３ａ４との間及びフォースリング３ａ４よりも下側の位置（摺動に関して有効な注油位置）に対して、効率的な注油を行うことができる。したがって、広範囲に注油を行う必要はなく、信頼性を保ったままシリンダ注油量を下げることができる。
　また、エンジン回転数に基づいて、注油期間（第１の注油期間）の後に、第２の注油期間を設定する。これにより、エンジン回転数が低下し、第１の注油期間が短くなった場合であっても、フォースリング３ａ４よりも下側に対して注油を行うことができる。
　さらに、第２の注油期間を、ピストンスカート３ｂの少なくとも一部が注油ポート１２と対向する期間を含む期間に調整する。これにより、第２の注油期間における注油を、最下部のリング間空所Ｓよりも下側のピストンスカート３ｂへの補助的な注油とする。その結果、高い信頼性を有するピストン３の往復移動を実現させる。
　加えて、第２の注油期間における注油は、ピストン３が所定回数往復移動する毎に行い、補助的な注油に要する注油量を下げる。これにより、信頼性の高いピストン摺動を維持しつつ、効率的な注油を実現させることができる。
　したがって、上述の本実施形態によれば、複数のピストンリング３ａを備えてシリンダ２に沿って往復移動自在なピストン３と、シリンダ２に設けられピストンリング３ａが摺動するシリンダ２の摺動面２ａに潤滑油を注油する注油ポート１２と、を有する２サイクルエンジンであって、隣り合うピストンリング３ａの間のリング間空所Ｓは、複数設けられているという構成を採用する。また、２サイクルエンジンは、ピストン３が上死点に向かうときの注油ポート１２からの注油期間を、最上部のリング間空所Ｓが注油ポート１２を通過するまでの期間を除き且つ最下部のリング間空所Ｓの少なくとも一部が注油ポート１２と対向する期間を含む期間に調整する制御装置１５を有するという構成を採用する。これにより、信頼性の高いピストン摺動を維持しつつ、効率的な注油が可能な２サイクルエンジンを得ることができる。
　以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、上記実施形態では、注油期間中、注油ポート１２から一定量の潤滑油を注油する形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。注油期間中の単位時間当りの注油量を増減させてもよい。例えば、摺動に関して有効な注油位置である最下部のリング間空所Ｓには、他の位置（サードリング３ａ３よりも上側、フォースリング３ａ４よりも下側）よりも単位時間当りの注油量を増加させてもよい。
　また、例えば、上記実施形態では、ピストン３が上死点に向かうピストン上昇時において注油する形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。ピストン３が下死点に向かうピストン下降時においても注油してもよい（制御装置１５による第３の注油期間の設定）。この場合も、サードリング３ａ３とフォースリング３ａ４との間及びフォースリング３ａ４よりも下側に注油することが好ましい。但し、ピストン３の下降時の注油は、潤滑油がフォースリング３ａ４によりかき落とされ易い。このため、効率的な注油の観点から、第３の注油期間における注油は、第２の注油期間における注油と同様に、ピストン３が複数回往復移動する毎に行われることが好ましい。
　また、上記実施形態では、本発明を２サイクルディーゼルエンジンに適用した形態について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。本発明は、例えば、図７に示すような２サイクルガスエンジンにも適用することができる。
　図７に示す２サイクルガスエンジンは、シリンダ２の中腹部において注油ポート１２よりも下側に、ガス燃料噴射ポート１３を有する。ガス燃料噴射ポート１３は、排気ポート６と掃気ポート９との間においてシリンダ２の内部（燃焼室）に、例えばＬＮＧをガス化したガス燃料を噴射する。燃料噴射ポート５は、空気とガス燃料の混合気を着火させるため少量の燃料油を噴射する着火器として機能する。なお、燃料噴射ポート５は必須ではない。燃料噴射ポート５は、例えば着火器としては、スーパープラグによる火花点火、レーザー着火等で代用可能である。上記した２サイクルガスエンジンであっても、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。
　また、本発明は、ディーゼル燃料とガス燃料との両方を用いるデュアルフューエル（２元燃料）方式の２サイクルエンジン等の他の２サイクルエンジンにも適用可能である。
　本発明によれば、信頼性の高いピストン摺動を維持しつつ、効率的な注油が可能な２サイクルエンジンを得ることができる。
　２…シリンダ、２ａ…摺動面、３…ピストン、３ａ…ピストンリング、３ｂ…ピストンスカート、１２…注油ポート、１５…制御装置（注油期間調整装置）、Ｓ…リング間空所

Claims (6)

  1. 　複数のピストンリングを備えてシリンダに沿って往復移動自在なピストンと、前記シリンダに設けられ前記ピストンリングが摺動する前記シリンダの摺動面に潤滑油を注油する注油ポートと、を有する２サイクルエンジンであって、
    　隣り合う前記ピストンリングの間のリング間空所は、複数設けられており、
    　前記ピストンが上死点に向かうときの前記注油ポートからの注油期間を、最上部の前記リング間空所が前記注油ポートを通過するまでの期間を除き且つ最下部の前記リング間空所の少なくとも一部が前記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する注油期間調整装置を有する２サイクルエンジン。
  2. 　前記注油期間調整装置は、エンジン回転数に基づいて、前記注油期間の始期を調整する請求項１に記載の２サイクルエンジン。
  3. 　前記注油期間調整装置は、エンジン回転数に基づいて、前記注油期間の後に、第２の注油期間を設定する請求項１または２に記載の２サイクルエンジン。
  4. 　前記ピストンは、ピストンスカートを有しており、
    　前記注油期間調整装置は、前記第２の注油期間を、前記ピストンスカートの少なくとも一部が前記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する請求項３に記載の２サイクルエンジン。
  5. 　前記第２の注油期間における注油は、前記ピストンが複数回往復移動する毎に行われる請求項３または４に記載の２サイクルエンジン。
  6. 　複数のピストンリングを備えてシリンダに沿って往復移動自在なピストンと、前記シリンダに設けられ前記ピストンリングが摺動する前記シリンダの摺動面に潤滑油を注油する注油ポートと、を有する２サイクルエンジンの注油方法であって、
    　隣り合う前記ピストンリングの間のリング間空所は、複数設けられており、
    　前記ピストンが上死点に向かうときの前記注油ポートからの注油期間を、最上部の前記リング間空所が前記注油ポートを通過するまでの期間を除き且つ最下部の前記リング間空所の少なくとも一部が前記注油ポートと対向する期間を含む期間に調整する２サイクルエンジンの注油方法。
     
     
     
     
     
     
     
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