JPH02233840A - ２サイクルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、燃焼室における燃焼状況に対応した量の燃
料が噴射制御されるようにするクランク室予圧式の２サ
イクルエンジンの制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関において、燃料噴射量は吸入空気量に対応して
設定されるものであり、これは２サイクルエンジンにお
いても同様である。吸入空気量を検出する手段としては
種々の方法が知られていものであり、例えば直接的に吸
入空気量を測定する手段としてはエアフローメータが知
られている。

しかしこのような吸入空気量の測定手段は、比較的その
容積が大きくなるものであるため、２サイクルエンジン
に適用することは困難であり、この２サイクルエンジン
の燃料制御のための手段がさらに提案されている。

例えば特開昭５８−９８６３２号公報に示される装置に
あっては、予圧の設定されるクランク室内に圧力検出器
を設定し、この圧力検出器の検出信号に基づいて、燃料
噴射量を演算するようにしている。その他、４サイクル
エンジンの場合と同様に各種の吸入空気量の計測手段、
および推測手段を用いることが考えられる。

しかし、吸入空気量の計測手段は例えば吸気絞りとなり
、出力の低下の原因となることがあり、また吸気量の計
測精度が原理的に高いものとすることが困難である等の
問題を備えている。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、従来
の容積が大型化するような吸入空気量計測手段の問題点
、さらに吸気量計測精度を高くすることが困難となるよ
うな問題点を解決し、燃料噴射量を算出するための計測
値が、エンジンの回転に同期する状態で高精度に得るこ
とができ、エンジンの運転状況に最も適合した燃料噴射
量が算出され、燃料噴射制御が容易且つ確実に実行され
るようにする２サイクルエンジンの制御装置を提供しよ
うとするものである。

［課題を解決するための手段コ この発明に係る２サイクルエンジンの制御装置にあって
は、クランク室に連通される吸気管に設定される吸気リ
ードバルブの開度を、例えばり一ドバルブに光を照射し
、その反射光をイメージセンサによって観測することに
よって計測するものであり、このリードバルブの開度の
検出信号に基づいて、燃料噴射量を算出するようにして
いる。

［作用〕 吸気管に設定されるリードバルブは、吸入空気口に対応
してその間度が設定されるようになり、このリードバル
ブの開度は光によって・高精度に且つ瞬時的に計測可能
とされる。したがって、エンジンの回転に同期する状態
で吸入空気量が高精度に測定されるようになり、精度の
高い適正な燃料噴射量が容易に算出され、燃料噴射制御
が実行できるようになる。この場合、吸入空気量の測定
は、吸気管の内部で、特に容積を専冑することなく構成
でき、吸気特性に悪影響を与えることがなく、効率の良
い２サイクルエンジンの制御が確実に実行されるように
なる。

〔発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はクランク室予圧式の２サイクルエンジンの基本
構成を示しているもので、シリンダ１１の内部にピスト
ンｌ２が移動自在に設定され、このピストン１２に区画
されるようにして燃焼室１３が形成され、この燃焼室ｌ
３に連通ずるようにして排気管１４が形成される。シリ
ンダ１１に連続するようにして、燃焼室１３の反対側に
は、クランク室ｌ５が形成される。このクランク室１５
は、クランクケース１６の内部に形成されるもので、こ
のクランク室１５の中心部にはクランク軸１７が設定さ
れる。そして、このクランク軸１７にコンロッドｌ８を
介してピストン１２が連結され、ピストン１２の直線的
な往復運動によって、クランク軸ｌ７が回転駆動される
ようになる。燃焼室ｌ３の頂部には、点火ブラグ１９が
設定されている。

クランク室ｌ５と燃焼室１３との間には、シリンダ１ｌ
をバイパスするようにして、クランク室ｌ５内の混合気
がピストンｌ２の下降により予圧され、燃焼室１３に送
られるようにする掃気通路２０が形成される。そして、
クランク室ｌ５には吸気管２１が開口されるもので、こ
の吸気管２ｌには図示しないスロットルバルブの開閉で
調整された空気が供給される。

この吸気管２ｌの内部には、燃料噴射弁２２が開口設定
され、吸気に伴いこの噴射弁２２から噴射された燃料と
の混合気が、クランク室１５の内部に供給されるように
する。ここで、この吸気管２１のクランク室ｌ５に対す
る出口に近接する部分には、吸気リードバルブ２３が設
けられており、混合気はこのリードバルブ２３を押し開
くことによってクランク室ｌ５に導入されるようにする
。

このリードバルブ２３は、吸入混合気の逆流を阻止する
機能が設定されるもので、掃気効率を高める効果を発揮
する。そして、この吸気リードバルブ２３部に対して、
その開度を計測する開度センサ２４が取付けられている
。

開度センサ２４からのリードバルブ２３の開度に対応し
た検出信号、すなわち吸気管２１からクランク室１５に
供給される混合気の流速に対応する検出信号は、噴射燃
料量等を算出する制御コンピュータ２５に供給され、こ
の制御コンピュータ２５によって燃料噴射弁２２の開弁
時間が制御されるようにする。

この制御コンピュータ２５には、回転センサ２６からの
回転角度に対応した検出信号も供給される。

この回転センサ２６は、クランク軸１７と同軸的に回転
されるようになり、少なくとも１つの突起を有する磁性
体材料によって構成された回転体２６１と、この回転体
２８１　Ｍ部に近接する位置に固定的に設定された電磁
ビックアップ２６２とにより構成され、回転体２６１の
回転に伴って電磁ビックアップ２６２からパルス状の検
出信号が発生されるようにする。

すなわち、電磁ピックアップ２６２からの出力パルス信
号を計数することによって、クランク軸１７、すなわち
このエンジンの回転角度基準位置と回転速度が算出され
るようになる。２７は制御コンピュータ２５の電源であ
る。

また燃料噴射弁２２には、燃料タンク２８からの燃料が
燃料ボンブ２９で所定圧力に加圧して供給されている。

この燃料供給ラインには、プレッシャレギュレータ３０
が設けられ、燃料供給ラインを構成する高圧燃料配管内
の燃料圧力を一定に保つように、過剰燃料を燃料タンク
２８に戻すようにしている。そして、燃料噴射弁２２に
供給される燃料圧力の平衡が保たれるようにする。

第２図は吸気リードバルブ２３部分を取出して示したも
ので、吸気管２ｌの内部を横切るようにしてリードバル
ブサポート３ｌが設定される。このサポート３ｌには、
クランク室ｌ５の方向に向けてＶ字型に傾斜した面のバ
ルブシ一ト３２が形成され、このバルブシ一ト３２の面
に先端がＶ字型の頂点に位置するようにして、リードバ
ルブ２３の一端がビス３３により取付けられる。

すなわち、リードバルブ２３は矢印で示す空気流が存在
するとき、この空気の流れに対応しての先端が外方向に
折曲されるものであり、このリードバルブ２３の開度が
吸気管に流れる空気流（混合気）の流速に対応するよう
になる。

リードバルブサポート３１のバルブシ一ト３２には、リ
ードバルブ２３と共にビス３３によってリードバルブガ
イド３４が取付けられる。このバルブガイド３４は、リ
ードバルブ２３の外側に間隔をおいて設定され、リート
バルブ２３のストツパとしての機能を発揮するもので、
剛体によって構成される。

ここで、リードバルブ２３は、薄いステンレス板、薄い
多層ガラス繊維強化エポキシ樹脂等の薄くて軽い材料に
より構成される。

このように構成されるリードバルブ２３部分に開度セン
サ２４が取付け設定されるものであるが、このセンサ２
４はリードガイドセバルブ３４に取付けられ、リードバ
ルブ２３の面の方向に光を照射する発光素子２４ｌ１お
よびリードバルブ２３の面で反射された発光素子２４１
からの光を受光するリニアイメージセンサ２４２から構
成される。

発光素子２４１からは、リードバルブ２３に対して線状
あるいは点状の光を照射するもので、リードバルブ２３
が空気流により開かれる方向に折曲した場合、発光素子
２４１からの光の反射位置がリードバルブ２３の開度に
対応して変化する。このリードバルブ２３で反射された
光がイメージセンサ２４２で受光されるもので、リード
バルブ２３の開度の変化に対応した光の反射位置の変化
を、イメージセンサ２４２で計Ｍ１するように構成して
いる。すなわち、このイメージセンサ２４２でリードバ
ルブ２３における光の反射位置を計測することにより、
このリードバルブ２３の開度が測定できるようになる。

第３図は制御コンピュータ２５の構成状態を説明するも
ので、演算動作を実行するＣＰＵ　（セントラルブロセ
ッシングユニット）２５ｌを備える。このＣ　Ｐ　Ｕ　
２５１には、Ａ／Ｄコンバータ、プログラムタイマ（Ｐ
ＴＭ）、各種信号の入出力を行なうＩ／Ｏ等を含む入出
力回路２５２が設定されるもので、さらにＣ　Ｐ　Ｕ　
２５１からの演算された噴射制御信号は、電磁弁駆動回
路２５３に供給され、この回路２５３から燃料噴射弁２
２の電磁弁機構を制御する信号４０が出力される。また
Ｃ　Ｐ　Ｕ　２５１に対しては、プログラムデータ等を
記憶するＲ　Ｏ　Ｍ　２５４および演算データ等が記憶
されるＲ　Ａ　Ｍ　２５５が接続設定される。

そして、入出力回路２５２に対しては、開度センサ２４
からのリードバルブ２３の開度に対応した検出信号４１
，回転センサ２６の電磁ビックアフップ２６２からの検
出信号４２、さらにこの図では省略されているが制御補
正入力として、エンジンの冷却水温度、吸気温度、スロ
ットルバルブ開度、排気温度等の検出データが入力され
る。そして、燃料噴射等と共に同時に制御すべき各種の
制御信号出力４３が得られるもので、この制御信号出力
によって、例えば点火システム、排気ボート制御システ
ム等に関する制御が実行されるようにする。

このように構成される２サイクルエンジンにおいて、ま
ずピストン１２が上昇してクランク室Ｉ５の内圧が降下
すると、リードバルブ２３のクランク室１５側の圧力が
低下する。このような状態となると、吸気管２ｌからク
ランク室１５方向への混合気流が生じ、リードバルブ２
３が開かれて、クランク室１５に対する混合気の吸入が
開始される。

このような吸気状態において、リードバメブ２３の開度
は吸入″空気量（吸入気流速）に対応するようになるも
ので、この吸入気流速とリードバルブ２３の開度との関
係は、第４図で示されるようになる。

したがって、開度センサ２４によってリードバルブ２３
の開度の瞬時値を計測することにより、第４図で示した
関係に基づいて吸入気流速を計測することができる。こ
こで、第４図で示したリードバルブ２３の開度と吸入気
流速との関係は、制御コンピュータ２５のＲ　Ｏ　Ｍ　
２５４に適宜記憶設定されている。

リードバルブ２３の開度の変動は、エンジンが高回転高
負荷状態にあるときは第５図で４５で示すようになり、
またエンジンの中回転高負荷時においては同じ＜４６で
示すようになるものであり、さらに低回転高負荷時には
４７で示すようになる。このようにエンジンの運転状況
に応じてリードバルブ２３の動きが変化するものである
が、各瞬時のリードバルブ２３の開度から瞬時吸入気流
速を第４図から導くことができ、この瞬時計１１値をエ
ンジンの１回転の間積算することによって、エンジンの
１回転当りの吸入空気量を計測することができる。

このようにして吸入空気量が計測されたならば、この吸
入空気量に適した供給燃料の量がＣＰＵ２５１において
演算される。そして、この演算結果に基づいた制御量が
電磁弁駆動回路２５３に供給され、出力信号４０によっ
て燃料噴射弁２２を開弁制御して、吸入空気量に適合し
た量の燃料が噴射制御されるようになる。

この場合、噴射弁２２には所定の圧力状態が設定された
燃料が供給されているものであるため、演算された燃料
量に対応した時間の範囲でこの噴射弁２２を開弁制御す
ることによって、演算量に適合した量の燃料が噴射され
るようになる。このようにして噴射燃料の調量が実行さ
れ、この２サイクルエンジンの燃料噴射制御が実行され
る。

第６図はこのような燃料噴射制御の動作の流れを示すも
ので、点火信号またはクランク同期信号あるいはリード
バルブ２３の動きに基づいて、エンジン１回転１回の同
期信号による実行始めのステップ５０が開始される。次
のステップ５ｌにおいては、リニアイメージセンサ２４
２からの出力信号に基づいて、リードバルブ２３０開度
の瞬時値θを求める。

このリードバルブ２３の開度の計測は、このバルブ２３
の開閉に要する最小時間（高回転高負荷時）の半分以下
の時間間隔で行われる。そして、例えばクランクの１回
転にｎ回のリードバルブ２３の開度の計測を行ない、ｎ
個の開度計測データが得られ記憶されたならば、次のス
テップ５２でその平均値を求めて、平均リードバルブ開
度の計算を行なう。

すなわち、このステップ５２では記憶されたｎ個のデー
タの和をｎで除する演算を実行し、開度平均θ求めるも
のである。

次に、このθに基づいてステップ５３で吸入空気量を算
出するもので、この吸入空気量は平均リードバルブ開度
θと特定される変換定数の積となる。

基本的には第４図で示したリードバルブ開度と吸入気流
速との関係から決定されるものであるが、エンジンの回
転数、スロットル開度、吸入空気温度、エンジンの冷却
水温度等による補正が必要となり、これらの補正要素に
対応した補正係数が乗ぜられる。そして、その結果をエ
ンジン１回転当りの吸入空気ｆｆｉＱ／Ｎ　［−ｆ　　
（θ）コと定める。

次のステップ５４では、求められた吸入空気量に対応す
る各運転状態における適正な空燃比に基づき、燃料噴射
量Ｑ　［−ｆ　（Ｑ／Ｎ）　］を求める。

この燃料噴射ｆｆｉｑ対しても、スロットル開度、エン
ジン回転数、エンジンの加減速、エンジンの冷却水温等
に基づく必要な係数を掛ける。

このようにして燃料噴射量が演算されたならば、次のス
テップ５５において１回当りの燃料噴射ｊ２ｑから１回
当りの噴射弁２２の開弁のための基本通電時間ｆ　（ｑ
）を求める。そして、ステップ５６でこの演算された通
電時間ｆ　（Ｑ）が燃料噴射弁２２の調量下限Ｌｏ以下
であるか否かを判定し、以下であると判定されたならば
、この通電時間の値ｆ　（ｑ）を記憶し、最初のステッ
プ５０に戻る。そして、次の１回転当りについて同様の
一連の処理を行ない、新たな基本通電時間ｆ　（ｑ）を
求め、先に記憶したｆ　（ｑ）と加算し、この加算値に
基づいてステップ５Ｇの処理を行なう。

このステップ５Ｂで演算された基本通電時間ｆ　（ｑ）
が噴射弁２２の調量下限を上まわったことが判定された
ならば、ステップ５７でこのｆ　（ｑ）に噴射弁２２の
無効噴射時間Ｋを加算し、１回の噴射弁通電時間ＴＡＵ
を定める。ここで、１回目の演算から基本通電時間ｆ　
（ｑ）が噴射弁２２の調量下限値を上まわった場合は、
再演算処理を実行する必要はない。

このようにして噴射弁２２の通電時間ＴＡＵが決定され
たならば、ステップ５１におけるリードバルブ２３の開
弁始めのタイミングに合せて、ステップ５８に割込みを
発生させ、噴射弁２２の通電を実行させ、演算された量
の燃料を噴射弁２２から吸気管２１内に噴射させる。

具体的には、演算された通電時間ＴＡＵをコンピュータ
２５のタイマーにセットし、このタイマーにセットされ
た時間幅に対応したパルス信号を発生する。そして、セ
ットされた時間幅を表現したパルス信号に基づく駆動信
号を駆動回路２５３から出力し、この駆動信号によって
噴射弁２２を開弁制御する電磁弁機構を開弁制御させる
ようにする。

このようにして、２サイクルエンジンの燃料噴射制御が
、このエンジンの運転状態に対応した適正状態で実行さ
れることが可能とされるようになる。

そして、このような燃料噴射制御にあっては、エンジン
の１回転当りの吸入空気量を、エンジン１回転毎に計測
し、この計測値に対応して燃料量の演算処理を実行する
ようにしているもので、混合気の空燃比が常に最良の状
態にできる。

従来におけるエンジンの燃料噴射制御システムにあって
は、吸入空気二が１回転毎のばらつきの小さい４サイク
ルエンジンにおいて発展しているものであり、したがっ
てエンジン１回転毎の吸入空気量の変化については、特
に注意されていない。

また４サイクルエンジンニおいては、このような注意を
特に必要としていない。

しかし、２サイクルエンジンにおいては、エンジンの１
回転毎の吸入空気量が前回の燃焼行程の状況によって左
右されるものであり、不規則な変動が起りがちである。

したがって、実施例で示したようにエンジンの１回転毎
に適正燃料噴射量を演算処理し、この結果に基づいた燃
料噴射制御を実行することによって、燃焼行程の安定化
と共に、排気ガスの安定化が効果的に行われるものであ
る。

これまでの実施例においては、リードバルブ２３の開度
を検出する手段として、リードバルブ２２の面に光を照
射し、その反射光をリニアイメージセンサ２４２により
受光するようにして、リードバルブ２３面の光の反射位
置を＃Ａ測することによって行なった。すなわち、光の
反射位置の変化を検出することによって、リードバルブ
２３の開度を測定しているものであるが、その他にもリ
ードバルブ２３の開度計測手段としては種々の手段が考
えられる。

例えば、リードバルブ２３とリードバルブガイド３４と
によって静電容量の両電極を形成し、リードバルブ２３
が開かれることによって変化する電極間の静電容量の変
化を検出する方法が考えられる。

またリードバルブ２３の支点にかかる加重、リードバル
ブ２３に生ずる歪を計測するようにしても、このリード
バルブ２３の開度が計１１１１できるものであり、その
他各種位置あるいは変位センサが適用可能である。

リードバルブ２３の開度に基づき吸入空気量を算出する
には、リードバルブ２３のの開度計測値をアナログ演算
によって積算するようにしてもよい。

また最大開度のみを検出するようにしたり、開弁時間の
みを検出して、エンジン回転数あるいはスロットル開度
による補正を必要に応じて行なって、吸入空気量を推定
するようにしてもよい。さらに吸入空気量を算出するこ
となく、リードバルブ２３の開度計測値から、直接燃料
噴射量や噴射時間に変換するような演算処理をすること
も可能である。

尚、実施例では特に示していないが、リードバルブの開
度は、実施例で示したような燃料噴射量の制御のみなら
ず、エンジンの点火制御、排気バルブ制御等の制御入力
として使用可能である。

［発明の効果］ 以上のよようにこの発明に係る２サイクルエンジンの制
御装置によれば、吸気管に設定されるリ−ドバルブの作
動が、エンジンの吸入空気量、さらに要求燃料量を代表
するようになることに着目し、このリードバルブの動作
状態から、エンジンの出力を低下させるような影響を与
えることなく、エンジンの回転の１回毎の吸入空気量を
計測可能としたもので、このようにして計測された吸入
空気量に基づいて、このエンジンの燃料噴射制御が実行
され、２サイクルエンジンの制御が円滑且つ安定して行
われるようになる。

ｌ１シリンダ、１２・・・ピストン、１３・・・燃焼室
、ｌ４・・・排気管、１５・・・クランク室、２ｏ・・
・掃気通路、２ｌ・・・吸気管、２２・・・燃料噴射弁
、２３・・・リードバルブ、２４・・・開度センサ、２
４１・・・発光素子、２４２・・・リニアイメージセン
サ、２５・・・制御コンピュータ、２６・・・回転セン
サ、２８・・・燃料タンク、３４・・・リードバルブガ
イド。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る２サイクルエンジン
の制御装置を説明するための構成図、第２図は上記制御
装置で使用されるリードバルブを説明する断面構成図、
第３図は同じく制御コンピュータの構成図、第４図はリ
ードバルブ開度に対する吸入空気量の関係を示す図、第
５図はエンジンの回転とリードバルブの動作との関係を
示す図、第６図は制御コンピュータの処理動作の流れを
説明するフローチャートである。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランク室に連通され燃料噴射弁が設定された吸
   気管に設けられ、吸入空気量に対応して開口動作される
   リードバルブと、 前記リードバルブの開度に対応した信号を検出する手段
   と、 この信号検出手段で検出された吸入空気量に対応して噴
   射燃料量を算出する手段とを具備し、この手段で算出さ
   れた燃料量に対応した量の燃料が、前記燃料噴射弁から
   噴射されるようにしたことを特徴とする２サイクルエン
   ジンの制御装置。
2. （２）前記信号検出手段は、前記リードバルブの面に光
   を照射する発光素子および前記リードバルブの面で反射
   された光を受光するイメージセンサを含み構成され、こ
   のイメージセンサで受光されたリードバルブ面からの反
   射光によって、このリードバルブの開度を読み取るよう
   に構成した請求項１の２サイクルエンジンの制御装置。
3. （３）前記噴射燃料量を算出する手段は、前記エンジン
   の動作に対応する１回の吸入空気量を、その１回毎に前
   記信号検出手段から読み取り信号に基づき計測し、噴射
   燃料量を算出するようにした請求項１の２サイクルエン
   ジンの制御装置。