JP3576286B2 - 2サイクルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2サイクルエンジンの例えば低速回転低負荷運転状態で発生し易いバックファイアを抑制できるようにした燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、2サイクルエンジンの燃焼制御装置として、ある特定の気筒の空燃比を検出し、該特定気筒への燃料噴射量をフィードバック制御するとともに、他の気筒への燃料噴射量については上記特定気筒への燃料噴射量を所定比率で補正して制御するようにしたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで例えば船外機用2サイクルエンジンの場合、特にアイドル運転状態又はトロール運転状態のように低速回転低負荷運転状態では、給気比、つまり気筒内容積に対する新気の割合が低く、掃気効率が悪いために、燃焼ガスが気筒内に残留する割合が大きくなることから、他の運転域に比べて、安定燃焼可能なリーン側空燃比の限界値(リーン限界)が低くくなり、バックファイアが生じ易いという問題がある。
【0004】
一般にフィードバック制御では、検出空燃比は所定の、例えば理論空燃比を中心とする所定幅のリーン〜リッチ空燃比間で周期的に変化することなる。このようなフィードバック制御を2サイクルエンジンで実施した場合に、上述のリーン限界の小さい運転域においてリーン側からリッチ側に切り替わるまでの周期が長くなってしまうと上記バックファイアの発生頻度が高くなり、エンジンフィーリングを損なうこととなり、極端な場合にはエンジンストールにも繋がってしまうという問題がある。
【0005】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、掃気効率が低く、バックファイアの発生し易い運転状態においてフィードバック制御を実施してもバックファイアの発生を抑制できる2サイクルエンジンの燃焼制御装置を提供することを課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、空燃比検出手段を有する第1気筒と、空燃比検出手段を有しない第2気筒とを備え、第1気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料供給量をフィードバック制御し、第2気筒については第1気筒の燃料供給量に基づいて燃料供給量の制御を行うようにした2サイクルエンジンの燃焼制御装置において、バックファイアの生じ易い特定運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記特定運転状態では、上記第1気筒については、空気量を上記特定運転状態における基準空気量よりも増加する手段,点火時期を上記特定運転状態における基準点火時期より進角する手段,フィードバック制御係数を他の運転域における制御係数より小さく設定する手段の何れか1つ又は複数の手段により第1バックファイア抑制制御を行い、第2気筒については、燃料量を空燃比がリッチとなるよう増加する手段,点火時期を上記特定運転状態における基準点火時期より進角する手段,空気量を上記特定運転状態における基準空気量より増加する手段の何れか1つ又は複数の手段により第2バックファイア抑制制御を行なうことを特徴としている。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1において、上記特定運転状態が、一部の気筒の運転を休止した気筒休止運転から運転を再開する復帰運転状態であることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1〜図9は本発明の一実施形態による2サイクルエンジンの燃焼制御装置を説明するための図であり、図1は該エンジンを搭載した船外機の一部断面平面図、図2はそのスロットルボディ回りを示す正面図、図3,図4,図5は空燃比検出装置の断面平面図,断面側面図,断面背面図、図6は本燃焼制御装置の構成図、図7は掃気効率−バックファイア頻度特性図、図8は本燃焼制御装置の制御特性図、図9は運転領域と目標空燃比との関係を示す特性図である。なお、図6において、Fは船首側を、Rは船尾側を示しており、同図の下側部分は上側部分のA−A線断面を示す。
【0011】
図において、1は水冷式2サイクルV型6気筒クランク軸縦置きエンジンであり、該エンジン1は、シリンダブロック2のクランクケース部2aの前側合面にクランクケース8を接続してクランク室aを形成し、Vバンクをなすように形成された左,右のシリンダ部2b,2bの後側合面に二分割式シリンダヘッド6,6を接続し、上記シリンダ部2bの▲1▼〜▲6▼気筒(シリンダボア)内に摺動自在に挿入された各ピストン3をコンロッド4を介して上記クランク室a内に縦置き配置されたクランク軸5に接続した構造のものであり、その周囲はカウリング24で囲まれている。なお、上記▲1▼〜▲6▼は爆発順序をも示している。
【0012】
図6に示すように、上記左,右のシリンダ部2bの各排気ポート2eは上記Vバンク内に設けられた左,右の集合排気通路2fに合流し、下方に延びる排気管23に連通接続されており、該各排気管23を出た排気ガスは船外機1のアッパ,ロアケース1a,1bを介して水中に排出される。
【0013】
上記クランク室aは各気筒毎に独立しており、該各クランク室aに連通するように上記クランクケース8の前端部に形成された各吸気開口8aには逆流防止用リード弁11が配設されている。そして該各吸気開口8aにはスロットルボディ10が接続されている。該スロットルボディ10は、上記各気筒用吸気開口8aに連通するよう形成され、かつ上下方向に並列配置された6つの吸気通路10aと、該6つの吸気通路10aの側部に形成された上下に長い1つの弁室10bとを有する正面視略長方形状のものであり、その前側合面には消音機能を有する吸気ボックス12が接続されている。なお該吸気ボックス12に外気を導入する開口は該吸気ボックス12の上端部及び進行方向に対し、右側面部(リンク側)に形成されている。
【0014】
上記スロットルボディ10の弁室10b内には上記各吸気通路10aを通って上記リード弁11に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁14が配設されており、該各燃料噴射弁14には共通の燃料供給レール15が接続されている。この燃料供給レール15はクランク軸方向に延びる棒状のもので、上記スロットルボディ10の弁室10b内に固定されている。燃料は上記燃料供給レールの上方で、インジェクタ寄りの通路に供給され、下まで行ってUターンして同じくレール上方よりレギュレータへ戻る。このため空燃比センサ気筒のインジェクタが入口側となるために他のインジェクタの噴射脈動を受けにくくなっている。
【0015】
上記スロットルボディ10の各吸気通路10a内には該通路10aを開閉するスロットルバルブ9が配設されている。このスロットルバルブ9は、弁軸9aに弁板9bを固定したバタフライ式のもので、該各弁軸9aの外方突出部同士はリンク機構13により連結されており、該全てのスロットルバルブ9は該リンク機構13を介して図示しないスロットル操作レバーにより開閉駆動される。
【0016】
上記各スロットルバルブ9の弁板9bには、該バルブ全閉時の空気通路となる空気孔9cが貫通形成されている。そして最上段に位置する上記▲1▼気筒用のスロットルバルブ9′の空気孔9c′は残りの気筒用バルブ9の空気孔9cより大きく設定されている。
【0017】
ここで上記空気孔9c′を大きく設定したのは以下の理由による。即ち、アイドル運転状態,及びトロール運転状態のように給気比が低く掃気効率が悪いために燃焼残留ガスが気筒内に残る割合が大きくなってバックファイアが起こり易い運転域において、吸入空気量を増加して給気比を高めることにより掃気効率を向上し、もってバックファイアが生じないようにするためであり、従って該空気孔9c′の径の設定に当たっては上記運転域においてバックファイアを抑制するのに必要な掃気効率が確保されるように設定する。
【0018】
そして本実施形態エンジン1では、上記▲1▼気筒にのみ空燃比検出装置16が装着されており、該空燃比検出装置16は、上記▲1▼気筒のVバンク外側壁に形成された取付面2d上に配設されている。該空燃比検出装置16は、上記取付面2d上に既燃ガスが導入される既燃ガスケース17をボルト17dで取り付け、該ケース17にO2 センサ18を螺挿装着してこれの検知部18aを反応室17a内に位置させ、該O2 センサ18を既燃ガスケース17ごと保温ケース19で囲んだ構造のものである。
【0019】
ここで上記O2 センサ18は細長い棒状のもので、上下方向に、つまり気筒軸と直角方向に向けて配設されており、その上端部から検出信号取出用リード線,ヒータ電源供給用リード線等からなるハーネス18bが引き出されており、該ハーネス18bはバッテリ電源,後述するECU21等に接続されている。
【0020】
上記既燃ガスケース17の反応室17aは絞り部17b,ガス通路17c,及び保温パイプ20のガス通路20aを介して上記▲1▼気筒内の排気ポート及び掃気ポートより若干燃焼室側の部位に連通している。ここで上記保温パイプ20は、▲1▼気筒の水冷ジャケットJを貫通するように形成されたボス肉部2c内に埋設されており、またアルミ合金よりも熱伝導率の小さい材料、例えばステンレス鋼,セラミック材,ニッケル合金等により形成されている。これにより上記反応室17a内に導かれる既燃ガスの温度降下を抑制している。また上記絞り部17bを設けたことにより、例えば始動直後の様に既燃ガスケース17の温度が低い状況下では既燃ガス中のオイル分が液化するおそれがあるが、絞り部17bを設けることにより、オイル分が液化しても、センサ反応部のある反応室17aに入り難い構造とすることができる。なお、オイル分が液化してセンサ反応部に付着するとセンサ出力が異常になる。
【0021】
また上記保温ケース19とシリンダ部2aの取付面2dとの間にはガスケット22が介設されており、これにより既燃ガスケース17からエンジン1への伝熱を抑制している。また該保温ケース19の内面には保温層19aが貼設されている。これにより保温ケース19をボルト19bにより上記取付面2d上に装着するだけでガスケース17内の温度降下を抑制できる。
【0022】
上記ECU21は、Vバンク間の排気通路外壁にゴムマウントされており、上記空燃比検出装置16からのO2 濃度信号(空燃比信号)aの他に、回転数センサ26からのエンジン回転数信号b、スロットル開度センサ27からのスロットル開度信号c、その他図6に示す各種の信号が入力され、該信号に基づいて以下に詳述するように本エンジン1の燃焼制御を行う。
【0023】
次に燃焼制御動作及び効果を説明する。
本エンジン1の燃焼制御は、6気筒全体で見た場合の空燃比を図9に示す目標空燃比とするように行われる。即ち、アイドル回転状態,トロール回転状態のような低速回転低負荷運転域(状態)Aでは空燃比(A/F比)=11〜12のリッチ空燃比を、中速回転中負荷運転域Bでは空燃比=15〜16のリーン空燃比を、高速回転高負荷運転域Cでは空燃比=11付近の過リッチ空燃比を目標として空燃比制御が行われる。なお、上記特定運転状態(運転域)は、エンジン回転数信号b及びスロットル開度信号cに基づいて検出される。
【0024】
エンジン全体で見た場合の空燃比を上記目標値に制御するために、本エンジン1では、▲1▼気筒についてはフィードバック制御により理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、残りの▲2▼〜▲6▼気筒については、▲1▼気筒の燃料噴射量をエンジン全体で上記空燃比となるように補正した補正燃料量を供給するように制御する。
【0025】
ところで上記運転域Aにおいては、一般にスロットルバルブは略全閉であり、そのため給気比が低くて掃気効率が悪くリーン限界が低くくなっており、図7に示すように、掃気効率が悪いほどバックファイアが生じ易い。しかもフィードバック制御では、実際の空燃比は理論空燃比を中心とする所定幅のリーン〜リッチ空燃比間で周期的に変化することなるので、リーン空燃比状態ではより一層バックファイアの発生頻度が高くなるという問題がある。
【0026】
本エンジン1では、▲1▼気筒の空燃比が上記空燃比検出装置16により検出され、該▲1▼気筒の空燃比が図8(a)に示すようにリーン空燃比とリッチ空燃比との間で周期的に変動しつつ平均的に見てλ=1となるように該▲1▼気筒への燃料噴射量が同図(b)にxで示すように増加又は減少制御される。
【0027】
フィードバック制御が行われる上記▲1▼気筒用スロットルバルブ9′の弁板9bに他の気筒よりも大きい空気孔9c′を形成したので、スロットルバルブ全閉状態でも▲1▼気筒には比較的多量の空気が導入され、それだけ掃気効率が向上し、フィードバック制御を行った場合にも、リーン限界を高めることができバックファイアの発生を抑制できる。
【0028】
このようにフィードバック制御を行う▲1▼気筒については、従来のアイドル,トロール運転域における基準空気量よりも空気量を増加したので、掃気効率自体を高めるというフィードバック制御には悪影響を与えることのない手段によりバックファイアの発生を抑制できる。
なお、上記空気量の増量は、空気孔9c′によるのではなく、スロットルバルブ9′を全閉とすることなく若干開けておくことでも実現できる。
【0029】
一方、▲2▼〜▲6▼気筒については、燃料噴射量を▲1▼気筒の燃料噴射量から演算される基準噴射量よりも増量することにより上記バックファイアの発生を抑制している。この増量方法には例えば図8(c)又は(d)に示す態様が採用可能である。
【0030】
図8(c)は、同図(b)に示す上記▲1▼気筒への燃料噴射量を連続的に反映させた量、例えば▲1▼気筒への噴射量xの平均値(x)にαを加算した値がその平均値(x+α)となり、かつ噴射量の増減幅ΔQ′が▲1▼気筒の増減幅ΔQより小さくなるようにした補正噴射量を供給するようにした例である。
【0031】
また図8(d)は、▲1▼気筒への噴射量xの平均値(x)にαを加算した量(x+α)を連続して供給した例である。
【0032】
このように領域Aでは、フィードバック制御を行う▲1▼気筒については、空気量を増加して掃気効率自体の向上を図るというフィードバック制御に悪影響を与えることのない手段によりバックファイアの発生を抑制し、また▲2▼〜▲6▼気筒については燃料噴射量を増量することによりバックファイアを抑制したので、元来掃気効率が悪くバックファイアの発生し易い運転域Aにおいてバックファイアの発生を抑制できる。
【0033】
ここでフィードバック制御を行う▲1▼気筒について、フィードバック制御に悪影響を与えることのない手段によりバックファイアを抑制する別の手段として、▲1▼気筒の点火時期をエンジン回転速度,スロットル開度等から設定される通常の基準点火時期より3〜5度程度進角させる方法が採用できる。
【0034】
図10はバックファイアなしで安定して燃焼するのに必要な要求噴射量とエンジン回転数との関係を示す図である。点火時期を3〜5度進角させた場合には、同図に破線で示すように、上記要求噴射量を通常の要求噴射量(同図に実線で示す)に比較して減少させることができ、フィードバック制御により空燃比が周期的に変化して噴射量が減少しても上記バックファイヤ防止に要求される噴射量を下回る可能性が低くなり、その結果、フィードバック制御を行いながらバックファイアの発生を抑制できる。
【0035】
また▲1▼気筒におけるさらに別のバックファイア抑制手段として、上記フィードバック制御における制御係数P,Iを小さくすることにより、燃料噴射量の増減幅を小さくして燃料噴射量が極端に少なくならないようにすることも有効であり、さらに該制御係数を小さくする手段,上記空気量を増量する手段,点火時期を進角する手段を複合して採用しても良い。
【0036】
さらにまた▲2▼〜▲6▼気筒における別のバックファイア抑制手段として、該気筒への空気量を増加して掃気効率自体を向上させる手段、点火時期を進角する手段を単独で又は上記燃料増量手段と複合して採用しても良い。
【0037】
ここでエンジン運転状態に応じて、一部の気筒の運転を休止する場合があるが、この休止状態から運転を再開するとバックファイヤが発生し易い。そこで上述のバックファイヤ抑制手段をこの運転再開時に採用するとより効果的であり、このようにしたのが請求項4の発明である。
【0038】
なお、上記実施形態では、燃料をクランク室aに向けて噴射するようにしたが、本発明は気筒内又は掃気ポートに燃料を直接噴射するようにしたエンジンでも勿論適用可能であり、このようにした場合には空燃比制御の応答性が向上する。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係る2サイクルエンジンの燃焼制御装置によれば、バックファイアの発生し易い特定運転状態では、フィードバック制御を行う第1気筒については、フィードバック制御に悪影響を与えることのない手段、例えば空気量を増加する手段,点火時期を進角する手段,燃料増減幅が狭くなるようにフィードバック制御係数を小さく設定する手段により燃焼制御を行うようにしたので、フィードバック制御を行いつつバックファイアの発生を抑制でき、また残りの第2気筒については、フィードバック制御に悪影響を与える手段を含む手段、例えば燃料量を空燃比がリッチとなるよう増加する手段,点火時期を進角する手段,空気量を増加する手段により燃焼制御を行うようにしたので、バックファイアの発生を抑制でき、エンジンフィーリングの悪化,エンジンストールの発生を防止できる効果があり、請求項4の発明では、気筒休止状態から運転状態に復帰する際にバックファイア抑制手段を適用したので、より効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による燃焼制御装置が採用されたエンジンの一部断面平面図である。
【図2】上記実施形態エンジンの正面図である。
【図3】上記実施形態装置の空燃比検出装置部分の断面平面図である。
【図4】上記空燃比検出装置の断面側面図である
【図5】上記空燃比検出装置の断面背面図である。
【図6】上記実施形態制御装置の構成図である。
【図7】一般的な掃気効率−バックファイア頻度特性図である。
【図8】上記実施形態制御装置の制御特性図である。
【図9】上記実施形態制御装置の運転域と目標空燃比との関係を示す特性図である。
【図10】上記実施形態制御装置の別のバックファイア抑制手段を説明するための要求燃料量特性図である。
【符号の説明】
1 2サイクルエンジン
▲1▼ 第1気筒
▲2▼〜▲6▼ 第2気筒
16 空燃比検出装置
26,27 回転数センサ,スロットル開度センサ(運転状態検出手段)
A 特定運転状態(アイドル,トロール運転状態)
Claims (2)
- 空燃比検出手段を有する第1気筒と、空燃比検出手段を有しない第2気筒とを備え、第1気筒については検出空燃比が理論空燃比となるように燃料供給量をフィードバック制御し、第2気筒については第1気筒の燃料供給量に基づいて燃料供給量の制御を行うようにした2サイクルエンジンの燃焼制御装置において、バックファイアの生じ易い特定運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記特定運転状態では、上記第1気筒については、空気量を上記特定運転状態における基準空気量よりも増加する手段,点火時期を上記特定運転状態における基準点火時期より進角する手段,フィードバック制御係数を他の運転域における制御係数より小さく設定する手段の何れか1つ又は複数の手段により第1バックファイア抑制制御を行い、第2気筒については、燃料量を空燃比がリッチとなるよう増加する手段,点火時期を上記特定運転状態における基準点火時期より進角する手段,空気量を上記特定運転状態における基準空気量より増加する手段の何れか1つ又は複数の手段により第2バックファイア抑制制御を行なうことを特徴とする2サイクルエンジンの燃焼制御装置。
- 請求項1において、上記特定運転状態が、一部の気筒の運転を休止した気筒休止運転から運転を再開する復帰運転状態であることを特徴とする2サイクルエンジンの燃焼制御装置。
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