JP2018013117A - Ｖ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】１種類の燃料噴射弁で小排気量から最大排気量のＶ型２シリンダ汎用エンジンに適用を可能とする燃料供給制御システムを提供することを課題とする。【解決手段】本発明のＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システムは、各シリンダ３のシリンダヘッドに接続された吸気マニホルド４を介して上流に配置されたスロットルボディ５に一個の燃料噴射弁６を有するＶ型２シリンダ汎用エンジン２において、検知手段により検知したエンジンの運転状況に応じて燃料噴射弁の噴射回数または動作時期を変化させる。【選択図】図５

Description

本発明は芝刈り機、発電機、水上レジャー用器具の動力機などに用いられるＶ型２シリンダ汎用エンジンのＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システムに関するものである。

従来、芝刈り機、発電機、水上レジャー用の動力機などとして用いられる汎用エンジンが知られており、特に、汎用エンジンはその使用目的から小型で低価格であることが要求されており、燃料供給手段としてその殆どは気化器を使用していた。

ところが、近頃のエンジンの排気対策に適合する機能を気化器に具えさせることは機構上の限度があってその実施はきわめて困難であり、特に２シリンダエンジンでは燃料と空気との混合割合のバランス（空燃比）、即ち、シリンダ配分が異なりやすくそのためにシリンダ毎に気化器を独立させた構成としている。

また、例えば高価格な自動車に用いられるような多シリンダエンジンにおいては気化器に代えてエンジンの吸気通路内に燃料噴射弁から燃料を噴射してエンジンに供給する手段を採用することで排気規制対策並びにシリンダ配分を可能にしており、殊に、吸気マニホルドの各枝管に燃料噴射弁を設置したもの、所謂ＭＰＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式は各シリンダ毎の燃料供給量を調節することも可能であるが、高価格な燃料供給装置となり、低価格を求められる汎用エンジンへの採用は困難であった。

そこで、例えば特開２００３−１０６２４６号公報（特許文献１）に、２シリンダエンジンの各シリンダに接続された二つの吸気通路の間の領域に設置された一個の燃料噴射弁により燃料を供給する汎用エンジン用の燃料供給装置が提示されている。

この公報に提示されている汎用エンジン用の燃料供給装置は、一個の燃料噴射弁を用いて２シリンダエンジンの各シリンダに燃料を噴射する所謂ＳＰＩ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式を採用することで低価格化を図っているが、図７に示したように、２シリンダエンジン４ａの二つのシリンダＣ₁，Ｃ₂にそれぞれ接続された２つの枝管Ｍ₁，Ｍ₂を有する吸気マニホルド３ａに接続した絞り弁５ａを２つの通路部分Ｔ₁，Ｔ₂に配置したスロットルボディ２ａ，２ａの上流側部位に一個の燃料噴射弁１１ａが設置されているものであり、スロットルボディ２ａに燃料噴射弁１１ａを配置した点については部品点数の削減による低価格化が確認できるが、エンジンのシリンダに接続する２つの枝管Ｍ₁，Ｍ₂を有する吸気マニホルド３ａ、更に２つの絞り弁５ａ、５ａを配置したスロットルボディ２ａを必要とすることから部品点数が十分に削減されておらず、更に、燃料噴射弁１１ａからの噴射燃料を通路部分Ｔ₁，Ｔ₂に流入させるための燃料導路Ｆ₁，Ｆ₂が必要で全体として複雑な構成であり製造が容易でない。

殊に、燃料噴射弁１１ａの分岐後の下流位置に絞り弁５ａ，５ａ、枝管Ｍ₁，Ｍ₂を有する吸気マニホルド３ａを配置していることから、折角正確な構造で二等分して燃料導路Ｆ₁，Ｆ₂に一個の燃料噴射弁１１ａからの噴射燃料を分割したとしてもエンジンの負荷に応じて吸気量が変化してシリンダに至るまでにそれぞれのシリンダでの空燃比に差異が生じるという問題もあり、また、前記公報に提示されている燃料供給装置は各シリンダ間に燃料供給装置を設置するスペースがある並列型の２シリンダエンジンについては設置可能であるが、更に小型化を図るＶ型２シリンダ汎用エンジンについては互いのエンジンヘッド間が狭く形成されるので設置自体が困難である。

また、実開昭６３−８７２７１号公報（特許文献２）にはスロットル弁を燃料噴射弁の上流に配置した燃料供給装置が提示されているが、燃料噴射弁から噴射された噴霧燃料をライザー部から左右の吸気分岐管に導き個々のシリンダに供給する燃料供給装置が提示されているが、ライザー部を有していない空冷式の汎用エンジンには適用できない。

更に、Ｖ型２シリンダ汎用エンジンには例えば乗用芝刈り機などに用いられる垂直出力軸タイプと、例えば発電機などに用いられる水平出力軸タイプとがあり、垂直出力軸タイプの吸気マニホルドと水平出力軸タイプの吸気マニホルドではスロットルボディの取付角度が９０度異なることから同一構成の燃料噴射弁を装着したスロットルボディを使用した場合には燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射方向がそれぞれの形式の吸気マニホルドに適合しないのでそれぞれの出力軸タイプの吸気マニホルドに合わせて別々に用意する必要があり、部品の共通化による生産効率の向上という面で問題があった。

そこで、図１に示すように、Ｖ型２シリンダ汎用エンジン２における各シリンダ３，３のシリンダヘッド３１，３１における中心線Ｃ１，Ｃ１間を結ぶ第１の線分Ｌ１の中間位置に前記第１の線分Ｌ１に対して直角な第２の線分Ｌ２を挟んで両シリンダ３，３方向に分岐している開口４２が形成されているとともに前記第２の線分Ｌ２を挟んで対称位置に形成されている吸気ポート３３，３３に両端の開口部４１，４１をそれぞれ接続した一個の吸気マニホルド４と、前記吸気マニホルド４の前記開口４２に接続された前記第２の線分Ｌ２方向に延びる吸気孔および前記吸気孔に配置されたスロットル弁を有する一個のスロットルボディ５と、前記スロットルボディ５に形成された吸気孔におけるスロットル弁よりも下流に配置されて前記吸気マニホルド４の開口４２を通して前記各シリンダ３，３の吸気ポート３３，３３内または吸気ポート３３，３３の内壁面に燃料を均等にそれぞれ噴射する互いに外側に向けて対向して配置された２方向ノズルを有する一個の燃料噴射弁６とを有する燃料供給装置１が提案されている。

この燃料供給装置１によれば、少ない部品で安価に各シリンダヘッド３１，３１への燃料配分を均一にして排気ガス規制をクリアするばかりか互いのエンジンヘッド３１，３１間が狭く形成されるＶ型２シリンダ汎用エンジンにも設置可能であり、吸気マニホルド４に形成されている開口４２がスロットルボディ５に代えて気化器を取り付け可能とすることにより設計も容易で部品の共通化、改造も簡単に行うことができるばかりか各シリンダ３，３における空燃比に差が生じない最適なシリンダ配分を可能にすることができる。

ところが、前記燃料供給装置１は、一個の燃料噴射弁６を各シリンダ３，３の行程に同期させ動作させており、最大排気量エンジンを見込み、設計された噴射弁を最小排気量のエンジンに適用した場合、負荷が軽く、燃料噴射弁から間欠的に噴射される燃料流量を最小限に絞る必要のあるべき運転状況において、流量が絞れず、最適の空燃比が得られない状況が生じるなど、１種類を排気量にバリエーションのある、あらゆるＶ型２シリンダ汎用エンジンに用いようとした場合、噴射量と排気量のバランス、または運転条件に対して制御可能な時間に限界が生じ、対応が困難である。

特開２００３−１０６２４６号公報 実開昭６３−８７２７１号公報

本発明は、最大排気量エンジンを見込み、設計された燃料噴射弁を最小排気量のエンジンに適用した場合、負荷が軽く、燃料噴射弁から間欠的に噴射される燃料流量を最小限に絞る必要のあるべき運転状況において、流量が絞れず、最適の空燃比が得られない状況を解消して１種類の燃料噴射弁で小排気量から最大排気量のＶ型２シリンダ汎用エンジンに適用を可能とする燃料供給制御システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、各シリンダのシリンダヘッドに接続された吸気マニホルドを介して上流に配置されたスロットルボディに一個の燃料噴射弁を有するＶ型２シリンダ汎用エンジンにおける燃料供給制御システムであって、検知手段により検知したエンジンの運転状況に応じて燃料噴射弁の噴射回数または動作時期を変化させることを特徴とする。

また、本発明において、前記エンジンの運転状況を検知する検知手段が、吸気圧センサ、エンジンの回転センサ、エンジン温度センサ、酸素センサであり、更に、前記燃料噴射弁の噴射回数が１回または２回であり、移行判断基準が１回から２回へ移行する場合にはＯＲ条件とし、前記燃料噴射弁の噴射回数が２回から１回へ移行する場合にはＡＮＤ条件とすることを特徴とする。

更に、燃料噴射弁の噴射回数が２回の場合には各シリンダの排気行程から吸入行程にかけて実施され、燃料噴射弁の噴射回数が１回の場合には各シリンダの吸気行程の中頃から開始することを特徴とする。

本発明によれば中、小型エンジンに対しても同種の燃料噴射弁の適用が可能となり、前記１回噴射による軽負荷から中負荷にかけての運転領域では、理論空燃比での運転を行っており、排気管に設置された酸素センサにより理論空燃比フィードバック制御が実施され、安定したエンジン運転を可能とする。

本発明を実施するためのＶ型２シリンダ汎用エンジンを示す断面図。 図１に示したＶ型２シリンダ汎用エンジンにおける各種センサによる燃料噴射の運転状態を示す簡易ブロック回路図。 本発明の実施の形態におけるＡＮＤ理論の一例を示す説明図。 本発明の実施の形態におけるＯＲ理論の一例を示す説明図。 本発明における実施の形態についての燃料噴射弁の噴射回数が２回の場合と１回の場合における各シリンダの排気行程から吸入行程との関係図。 本発明の実施の形態における燃料噴射流量と燃料噴射幅との関係図である。 従来例を示す説明図である。

次に本発明の好ましい実施の形態について説明する。

本発明の実施の形態については前記図１に示したＶ型２シリンダ汎用エンジン２と同様な構成であり、各シリンダ３，３のシリンダヘッド３１，３１に接続された吸気マニホルド４を介して上流に配置されたスロットルボディ５に一個の燃料噴射弁６を有するものである。

そして、本実施の形態では図２に示すように、エンジンの運転状況を検知する検知手段である吸気圧センサ、エンジンの回転センサ、エンジン温度センサ、酸素センサからの検知信号をＥＣＵが受信して予め定めた条件に合わせて燃料噴射弁の噴射回数または動作時期を変化させるものである。

更に、詳細に説明すると、エンジンの負荷情報は吸気圧センサにより検知し、ＥＣＵはこの信号から燃料噴射弁の開弁時間へ反映する。あわせて回転センサからエンジンの行程識別を行い、予め設定された噴射時期に噴射が行われる。エンジン温度センサは、エンジンの暖気状態を計測するもので、冷機始動時などは噴射弁の開弁時間を延長補正するのに用いられる。酸素センサは前記通り、理論空燃比制御時に燃焼排出ガスの濃薄を検知するのに用いられる。

殊に本制御システムにおいて、燃料噴射弁の噴射回数が１回または２回であり、図３に示すように、軽負荷、即ち燃料噴射弁の開弁時間が予め設定された閾値に対し短い（または吸気圧力センサの値が低い）と判断された時、且つ、任意の回転速度にある時、且つ、過渡応答状態（加速、減速）に無いこと、の３条件が揃った時（ＡＮＤ条件）に１回噴射の噴射パターンでエンジン運転は行われる。

また、図４に示すように、前記３条件のうち１つでも外れた場合（ＯＲ条件）は２回噴射の噴射パターンに移行する。これにより、燃料噴射弁の小流量側の不動領域に入ることは無く、安定したエンジン運転を実現できるとともに同燃料噴射弁１種類での小排気量から大排気量への適用を可能とする。

図５は各シリンダにおける吸排気行程における２回噴射と１回噴射の時期と噴射時間との関係を示す好ましい実施の形態を示すもの、図６は燃料噴射流量と燃料噴射幅との関係を示すものであり、エンジンバリエーションのうち最大に流量が要求される仕様で燃料噴射弁の流量設計は行われ、最大級のエンジンに用いた場合は、エンジン運転領域全ては２回噴射のみ運転が可能であるが、本燃料噴射弁を中型、または小型エンジンに用いた場合、中負荷、高負荷域の燃料を比較的多量要する運転領域では２回噴射で用いることができるが、軽負荷域では、間欠的に燃料を噴射供給する噴射弁の最小駆動時間による流量がエンジンの要求流量に対して多くなり過ぎるため、エンジン運転が困難となる。即ち、各シリンダに供給する燃料流量を減量する必要がある。

そこで、これまで各シリンダへ各々都合２回噴射供給していた燃料供給回数を１回に絞り、総流量で各シリンダへ供給される方式に切り替えることで噴射弁の開弁時間を使用可能な時間に延長して用いる。

噴射時期は、これまで各シリンダの吸気タイミングとの同期から、一方のシリンダの吸入行程中頃から終了時期にかけ燃料供給を開始し、前記一方のシリンダへの適度な混合比を形成しつつ、もう一方のシリンダへも閉弁時間をあわせて制御することにより、適度な燃料供給を行う。これにより、噴射弁の開弁時間は２回噴射より１回噴射の場合の方が確実に延び、中、小型エンジンに対しても同種の燃料噴射弁の適用が可能となる。

尚、前記１回噴射による軽負荷から中負荷にかけての運転領域では、理論空燃比での運転を行っており、排気管に設置された酸素センサにより理論空燃比フィードバック制御が実施され、安定したエンジン運転を可能とする。

一方で前記燃料噴射弁を中、小型エンジンへ適用し、全運転領域を１回噴射により制御することも考えられるが、一般的にエンジンは出力を要する中負荷から高負荷にかけては、理論空燃比より燃料を濃くした状態でセッティングされる場合が多く、この場合、酸素センサを用いた理論空燃比フィードバック制御が行えず、オープンループ制御となる。

オープンループ制御の場合、燃料噴射弁は回転信号からなる開弁指令に基づき動作するため、エンジン側、回転センサの取り付けばらつきやエンジンカムの加工ばらつきなどの各種ばらつき要因により、噴射時期がずれる可能性がある。

このオープンループ制御時のズレによる影響は、噴射回数が１回であれ、２回であれ同様に受けるが、１回噴射が全般的即ち両シリンダへの燃料供給量に直接的に影響を及ぼすのに対して、２回噴射の場合は各シリンダの排気または吸気行程間での僅かなズレに留まり、影響は小さい。

従って、１回噴射で全域を制御する場合に対し、理論空燃比フィードバック制御が有効である、軽負荷域のみに１回噴射を限定し、中・高負荷域では２回噴射に切替えて制御する方式の方が、エンジン部品側の製造ばらつきに対するロバスト性が高く保てる。

１ 燃料供給装置、２ Ｖ型２シリンダ汎用エンジン、３ シリンダ、４ 吸気マニホルド、５ スロットルボディ、６ 燃料噴射弁、３１ シリンダヘッド、３３ 吸気ポート、４１ 開口部、４２ 開口、Ｃ１ 中心線、Ｌ１ 第１の線分、Ｌ２ 第２の線分

Claims (4)

1. 各シリンダのシリンダヘッドに接続された吸気マニホルドを介して上流に配置されたスロットルボディに１個の燃料噴射弁を有するＶ型２シリンダ汎用エンジンにおける燃料供給制御システムであって、検知手段により検知したエンジンの運転状況に応じて燃料噴射弁の噴射回数または動作時期を変化させることを特徴とするＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システム。
2. 前記エンジンの運転状況を検知する検知手段が、吸気圧センサ、エンジンの回転センサ、エンジン温度センサ、酸素センサであることを特徴とする請求項１記載のＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システム。
3. 前記燃料噴射弁の噴射回数が１回または２回であり、移行判断基準が１回から２回へ移行する場合にはＯＲ条件とし、前記燃料噴射弁の噴射回数が２回から１回へ移行する場合にはＡＮＤ条件とすることを特徴とする請求項１または２記載のＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システム。
4. 燃料噴射弁の噴射回数が２回の場合には各シリンダの排気行程から吸入行程にかけて実施され、燃料噴射弁の噴射回数が１回の場合には各シリンダの吸気行程の中頃から開始することを特徴とする請求項１，２または３記載のＶ型２シリンダ汎用エンジンの燃料供給制御システム。

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