JP2684788B2 - ２サイクル内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２サイクル内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

特開昭58−217730号公報には、燃料噴射量制御を燃料
噴射の圧力を制御することにより行なうディーゼル機関
の燃料噴射制御装置において、燃料噴射時におけるシリ
ンダ内の圧力を圧力センサによって検出し、この検出さ
れたシリンダ内圧に応じて制御すべき燃料噴射の圧力を
補正することによりシリンダ内圧の変動によって燃料噴
射量が変動することを防止するようにしたディーゼル機
関の燃料噴射制御方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、燃料の圧力によってシリンダ内に燃料を噴
出せしめると共に噴射時間によって噴射燃料量を制御す
るようにした燃料噴射弁を採用した場合、燃料圧とシリ
ンダ内圧力との差圧が変動すると、噴射燃料量を正確に
制御することができないという問題がある。

この問題は、特開昭58−217730号公報に開示された燃
料噴射制御方法を採用することによって解決することは
可能であるが、圧力センサ等を要し装置が複雑化すると
いう問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば、シリンダ
ヘッド内壁面上に給気弁および排気弁を配置すると共に
シリンダ内に臨んで燃料噴射弁を配置し、この燃料噴射
弁に供給される燃料の圧力を調整するための圧力調整器
に掃気圧を導き掃気圧の増大に応じて燃料の圧力を増大
せしめ、給気弁開弁時期から、給気弁閉弁後掃気圧がシ
リンダ内の圧力にほぼ等しい時期までの期間内において
燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射せしめるように
している。

〔作 用〕

給気弁開弁時期から給気弁閉弁後所定時期までの期間
内においては掃気圧はシリンダ内の圧力とほぼ等しいた
め、燃料の圧力をシリンダ内の圧力の増大に応じて増大
せしめることができ、シリンダ内圧力が変動してもほぼ
一定の圧力差で燃料を噴射することができる。

〔実施例〕

第１図から第４図を参照すると、１はシリンダブロッ
ク、２はシリンダブロック１内で往復動するピストン、
３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッ
ド、４はシリンダヘッド３の内壁面3aとピストン２の頂
面間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド内
壁面3a上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底壁面を
なすシリンダヘッド内壁面部分3b上に一対の給気弁６が
配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッド内壁面
部分3cはほぼ平坦をなし、このシリンダヘッド内壁面部
分3c上に一対の排気弁７が配置される。シリンダヘッド
内壁面部分3bとシリンダヘッド内壁面部分3cは凹溝５の
周壁８を介して互いに接続されている。この凹溝周壁８
は給気弁６の周縁部に沿って円弧状に延びる一対のマス
ク壁8aと、給気弁６間に位置する新気ガイド壁8bと、シ
リンダヘッド内壁面3aの周縁部と給気弁６間に位置する
一対の新気ガイド壁8cとにより構成される。各マスク壁
8aは第１図において破線で示す最大リフト位置にある給
気弁６よりも下方まで燃焼室４に向けて延びており、従
って排気弁７側に位置する給気弁６周縁部と弁座９間の
開口は給気弁６の開弁期間全体に亙ってマスク壁8aによ
り閉鎖されることになる。また、一対の新気ガイド壁8c
はほぼ同一平面内に位置しており、更に新気ガイド壁8
b,8cは両給気弁６の中心を結ぶ線に対してほぼ平行に延
びている。また、第１図から第４図に示す実施例では一
対の新気ガイド壁8cがシリンダヘッド内壁面3aの底壁面
まで延びている。即ち、シリンダヘッド内壁面3aの底壁
面は燃焼室４内に向けてＵ字状に突出する一対の底壁面
部分3dを有し、各新気ガイド壁8cはシリンダヘッド内壁
面部分3bからこの底壁面部分3dまで延びている。従って
新気ガイド壁8cの高さはマスク壁8aの高さよりも高くな
っている。一方、新気ガイド壁8c側に位置するマスク壁
8aは底壁面部分3dまで延びる延長部8dを有し、この延長
部8dも新気ガイド壁を形成する。第３図からわかるよう
にこの新気ガイド壁8dは湾曲しつつ新気ガイド壁8cまで
延びており、新気ガイド壁8dの高さは新気ガイド壁8cに
近づくに従って高くなる。一方、第１図および第２図に
示されるように新気ガイド壁8cと反対側には既燃ガスガ
イド壁8eが形成される。この既燃ガスガイド壁8eはシリ
ンダヘッド内壁面部分3cから底壁面部分3dまで延びる湾
曲面からなる。

第２図に示されるように点火栓10はシリンダヘッド内
壁面3aの中心に位置するようにシリンダヘッド内壁面3c
上に配置されている。また、排気弁７に対しては排気弁
７と弁座11間の開口を覆うマスク壁が設けられておら
ず、従って排気弁７が開弁すると排気弁７と弁座11間に
形成される開口はその全体が燃焼室４内に開口すること
になる。

第１図を参照するとシリンダヘッド３内には給気弁６
に対して給気ポート12が形成され、排気弁７に対して排
気ポート13が形成される。給気ポート12には給気管14が
接続され、給気管14には上流側から順に、エアフローメ
ータ35、スロットル弁15、機械式過給機16、およびサー
ジタンク17が配設される。過給機16は燃焼室４内に給気
を送り込むためエアフロメータ35を介して流入する空気
を加圧して圧送している。従って過給機16より下流の給
気管14および給気ポート内には過給機16によって、いわ
ゆる掃気圧が供給されることとなり、この掃気圧によっ
て給気が燃焼室４内に流入することとなる。また、一対
の給気弁６下方のシリンダヘッド内壁面部分3bの周辺部
には燃料噴射弁18が配置される。燃料噴射弁18はその先
端にノズル口19が形成され、このノズル口19が燃焼室４
内に臨んで配置されると共に、燃料噴射弁18の後端は燃
料デリバリパイプ20に接続される。燃料デリバリパイプ
20は燃料供給管21を介して燃料タンク22に接続され、燃
料供給管21の途中には燃料供給ポンプ23が配設される。
また、燃料デリバリパイプ20には圧力調整器24が取付け
られる。この圧力調整器24はダイヤフラム25により隔成
されたばね室26と、燃料室27とを具備し、ばね室26内に
はダイヤフラム押圧用圧縮ばね28が設けられる。また、
ばね室26は圧力導管29を介してサージタンク17に接続さ
れ、ばね室26内にはサージタンク17内の圧力が導かれ
る。一方、燃料室27は連通管33を介してデリバリパイプ
20に接続され、燃料室27内にはデリバリパイプ20内の燃
料が導かれる。ダイヤフラム25の中央には燃料室27内に
延びる弁体30が設けられ、燃料室27と燃料タンク22とを
接続する燃料返戻導管31は燃料室27内に突出する。燃料
室27内への燃料返戻導管31の開口32は弁体30により開閉
され、燃料室27内の燃料圧がばね室26内に導入される圧
力より予め定められた圧力だけ高くなると開口32は開弁
され、燃料室27内の燃料は燃料返戻導管31を介して燃料
タンク22に返戻される。これにより、燃料デリバリパイ
プ20内の燃料圧は、サージタンク17内の圧力より予め定
められた一定圧力だけ高い圧力に調整される。燃料噴射
弁18は、エアフローメータ35およびクランク角センサ36
の出力信号に基づいて電子制御ユニット40によって制御
され、ノズル口19が開弁せしめられると、ノズル口19か
ら燃焼室４内に燃料が噴出せしめられる。燃料噴射弁18
の燃料噴射量は電子制御ユニット40によって算出される
燃料噴射時間、すなわちノズル口20の開弁時間によって
制御される。

第２図を参照すると、燃料噴射弁18は、マスク壁8aに
対して互いに反対側に配置された給気弁６と排気弁７の
各中心O₁とO₂を通る垂直な平面Ｐと平行な噴射軸線Ｋに
沿って燃料を噴射するように配設される。この噴射軸線
Ｋは一対の給気弁６の間の真中および点火栓10を通る。
また、第１図に示されるようにこの噴射軸線Ｋはシリン
ダヘッド３の底面3eに対して約30度をなす。

第５図は給気弁６および排気弁７の開弁期間および燃
料噴射弁18の開弁期間を示している。第５図に示すよう
に下死点前において給気弁６よりも排気弁７が先に開弁
し、下死点後において給気弁６よりも排気弁７が先に閉
弁する。また、燃料噴射弁18は排気弁７が閉弁する少し
前に開弁せしめられて燃料噴射が開始され、給気弁６が
閉弁する前に閉弁せしめられて燃料噴射が停止される。

ピストン２が下降して排気弁７が開弁すると燃焼室４
内の高圧既燃ガスが排気ポート13内に急激に流出し、燃
焼室４内の圧力は急激に低下する。次いで第６図に示す
ように給気弁６が開弁すると給気ポート12から燃焼室４
内に新気が流入するが給気弁６の開口に対してマスク壁
8aが設けられているためにほぼ全新気がマスク壁8aと反
対側の給気弁６の開口部から矢印Ｎで示すように燃焼室
４内に流入する。次いでこの新気は矢印Ｓで示すように
給気弁６下方のシリンダ内壁面に沿って下降し、次いで
ピストン２の頂面に沿ってピストン２の頂面を横切り、
次いで排気弁７下方のシリンダ内壁面に沿って上昇す
る。この間、この新気流Ｓによって燃焼室４内の既燃ガ
スが徐々に追い出される。下死点を過ぎて排気弁７のリ
フト量が小さくなると排気弁７下流のシリンダ内壁面に
沿って上昇する新気流は排気弁７が配置されているシリ
ンダヘッド内壁面部分3cに沿って給気弁６の方向に向か
う。従って燃焼室４内にはシリンダ軸線に対し直角をな
す軸線周りの新気による旋回流が発生し、この旋回する
新気流の中央部、即ち燃焼室４内の中央部に高温の既燃
ガスが集まる。次いで燃料噴射弁18のノズル口19から燃
料が噴射される。

ところで第６図に示すように燃料噴射弁18のノズル口
19はノズル口19の噴射軸線Ｋが燃焼室４上部空間を指向
して下向きに配置され、このノズル口19からは噴射軸線
Ｋに沿って或る広がり角を有して燃料が噴射せしめられ
る。この噴射燃料に対して、給気弁６の開口部から燃焼
室４内に流入する新気流Ｎはほぼ直角に流入するため、
噴射燃料は新気流Ｎによってせん断され、微粒化が促進
される。この微粒化された燃料Ｆは新気流Ｎによって燃
焼室４底部に向かうように偏向せしめられる。さらに、
この噴射燃料は新気流Ｓによって燃焼室４内に拡散さ
れ、高温の既燃ガスと十分に混合して燃料の気化が向上
せしめられる。次いで排気弁７が閉弁するが、給気弁６
の開口部からは依然として新気が流入し、従って強力な
旋回流も依然として発生しているため、前述と同様に噴
射燃料は微粒化されて燃焼室４内に拡散され、気化が向
上せしめられる。また、排気弁７が配置されているシリ
ンダヘッド内壁面部分3cに沿って給気弁６の方向に向か
う新気流によっても噴射燃料は燃焼室４底部に向けて偏
向せしめられる。

次いで燃料噴射時間が経過すると燃料噴射弁18が閉弁
せしめられ、ノズル口19から燃焼室４内への燃料噴射が
停止せしめられ、その後給気弁６が閉弁せしめられる。

給気弁６が開弁している期間においてはサージタンク
17は燃焼室４内に連通せしめられるため、サージタンク
17内の圧力、すなわち掃気圧は燃焼室４内の圧力とほぼ
等しくなる。また給気弁６閉弁直後しばらくの期間にお
いてもサージタンク17内の圧力は燃焼室４内の圧力とほ
ぼ等しい。燃料噴射は下死点近傍で実行されるため、燃
焼室４内の圧力変動が小さく、サージタンク17内の圧力
は実質的に燃焼室４内の圧力とほぼ等しくなる。ところ
で前述のように、圧力調整器24は燃料噴射弁18に供給さ
れる燃料の圧力をサージタンク17内の圧力より予め定め
られた一定圧力だけ高い圧力となるように制御してい
る。従って、燃料噴射弁18から燃料を噴射する際には、
燃料圧は燃焼室４内の圧力より予め定められた一定圧力
だけ高い圧力となるように調整され、このため、負荷お
よび機関回転数に基づいて算出される燃料噴射時間の間
燃料噴射弁18から燃料を噴射せしめることによって、燃
焼室４内の圧力変動に関わらず燃料噴射量を正確に制御
することができる。本実施例では、燃料室４内の圧力を
圧力調整器24内のばね室26内に直接導入していないため
既燃ガスによりばね室26内が汚損されるおそれがない。
また燃焼行程においては給気弁６が閉弁しているため、
燃焼室４内の燃焼圧がばね室26内に導かれるおそれもな
い。従って簡単な構成によって燃料噴射時における燃料
圧が燃焼室４内の圧力より予め定められた一定圧力だけ
高い圧力となるように調整することができる。

以上のように本実施例によれば、給気弁６が開弁して
いるときに燃料噴射弁18から燃焼室４内に燃料を噴出せ
しめるようにしたので、噴射燃料は給気弁６の開口部か
ら流入する新気流によって微粒化が促進せしめられると
共に燃焼室４底部に向かって偏向せしめられる。このた
め噴射燃料は新気流Ｓによって燃焼室４内に拡散され、
高温の既燃ガスと接触混合せしめられ、高温の既燃ガス
によって燃料の気化が促進される。その結果、燃料が容
易に着火せしめられ、着火後に良好な燃焼が行なわれ
る。また、このように新気流Ｓによって燃料噴霧Ｆが下
方へ曲げられるためにエアブラスト弁14の開弁開始時期
を排気弁７が閉弁する前に早めても燃料が排気ポート13
内に吹き抜けることがない。

なお、燃料噴射弁18の開弁時期は、排気ポート13内に
燃料が吹き抜けない範囲において進めてもよく、例えば
第５図に一点鎖線で示すように、下死点直後に燃料噴射
弁18を閉弁せしめるようにしてもよい。

また、燃料噴射弁18の開弁時期は排気弁７が閉弁した
後としてもよい。

また、前述のように給気弁６閉弁直後のしばらくの期
間においてもサージタンク17内の圧力は燃焼室４内の圧
力とほぼ等しいため、燃料噴射弁18の閉弁時期を給気弁
６閉弁後として、給気弁６が閉弁後サージタンク17内の
圧力が燃焼室４内の圧力とほぼ等しい期間内において燃
料噴射弁18から燃料を噴射するようにしてもよい。

また、燃料噴射弁18の開弁時期を固定してもよいが、
機関運転状態、例えば機関回転数、機関負荷に応じて変
動せしめてもよい。

〔発明の効果〕

燃料噴射時における燃料圧をシリンダ内圧力の増大に
応じて増大せしめることが簡単な構成でできるため、噴
射燃料量を正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図は第
１図のシリンダヘッド内壁面を示す図、第３図は第１図
の矢印IIIに沿ってみた図解的に示す斜視図、第４図は
第１図の矢印IVに沿ってみた図解的に示す斜視図、第５
図は給排気弁および燃料噴射弁の開弁期間等を示す線
図、第６図は燃料噴射時を示す２サイクル内燃機関の側
面断面図である。 3a……シリンダヘッド内壁面、 ４……燃焼室、６……給気弁、 ７……排気弁、8a……マスク壁、 12……給気ポート、14……吸気管、 18……燃料噴射弁、24……圧力調整器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木戸 良男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 伊藤 敏雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 広瀬 雄彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−215970（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−64243（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−166268（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッド内壁面上に給気弁および排
   気弁を配置すると共にシリンダ内に臨んで燃料噴射弁を
   配置し、該燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を調整す
   るための圧力調整器に掃気圧を導き該掃気圧の増大に応
   じて前記燃料の圧力を増大せしめ、前記給気弁開弁時期
   から、前記給気弁閉弁後前記掃気圧が前記シリンダ内の
   圧力にほぼ等しい時期までの期間内において前記燃料噴
   射弁から前記シリンダ内に燃料を噴射せしめるようにし
   た２サイクル内燃機関。