JPH02238169A - ２サイクル直噴エンジンの燃料噴射制御装置 - 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１ 本発明は、インジェクタにより筒内へ燃料を直ｔｉ　噴
射する２サイクル直噴エンジンにおける燃料噴射制御装
置において、２流体式インジェクタによる燃料と空気と
の噴射停止時に、インジェクタのノズル先端からの燃料
洩れを防止するようにした２サイクル直噴エンジンの燃
料噴射制御装置に関する。

〔従来の技術〕

２サイクルエンジンでは、掃気ボートから給気して掃気
する際に、掃気ボートから必然的に新気の一部の吹き抜
けを生じる。このとき、新気が燃料を含んだ混合気の場
合は、燃料の吹き抜けを生して好ましくない。そこで、
かかる燃料の吹き抜けを防ぐため、空気のみの新気によ
り掃気作用して排気ボートが閉じた後にインジェクタに
より筒内に燃料供給する筒内直噴式エンジンが提案され
ている。

ところで、かかる筒内直噴式エンジンのインジェクタに
よる燃料噴射は、排気ボートが閉じた後の圧縮行程で行
われ、筒内圧力より高いインジェクタの燃料噴射圧を必
要とするため、燃料のみの１流体式では燃圧を高くしな
ければ十分な噴霧の微粒化が得られない。そこで、この
燃圧を抑えて確実に微粒化噴射すべく加圧空気のアシス
トエアを用いた２流体式のインジェクタが提案されてい
る。

そこで従来、かかる２流体式インジェクタを用いた燃料
噴射に関しては、例えば特開昭６２−９３４８１号公報
の先行技術がある。ここで、先ず筒内への燃料噴射に先
立ち、予めインジェクタの燃料保持室に計量された所定
の燃料を圧送し、その燃料をインジェクタの開弁時に圧
縮行程に入った燃焼室の内圧より高い加圧空気により噴
射する。

そして空気噴射中に更に燃料噴射を追加して行い、この
２回の不均一な燃料噴射で燃料分布を点火プラグ付近に
片寄った層状状態にすることが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものは、２流体式燃料噴射装
置の基本的な構成であり、最初に燃料をインジェクタに
ある程度貯え、その燃料を加圧空気で噴射するので、噴
射前半に燃料が多目に噴射されてこの部分の燃料の微粒
化が不充分になり、良好な噴霧特性が得られない。

また、前後２回の不均一な燃料噴射の特に後半のもので
成層化しようとするが、良好な成層化が得がたい。即ち
、筒内ガス流動のレーザ光による計測結果によると、ガ
ス流動のサイクル毎の変動は従来想像していたものより
かなり大きく、このため濃混合気がこのガス流動により
導かれる場所も大きく変化する。従って、上述のように
不均一に燃料噴射しても、濃混合気が点火プラグ付近に
導かれて成層化する確率は、ガス流動の変動を考慮する
とむしろ低下してしまい、一定噴射率の均一燃料噴射の
方が好ましい。

更に、筒内は新気と残留ガスとが混合した状態にあり、
この状態で燃料噴射するのて、燃料噴霧回りの新気量が
少なくて着火性を安定し難い等の問題がある。

一方、２流体式燃料噴射装置に用いられるインジェクタ
はポペット型が一般的であり、通常の使用状態ではシー
ル性は十分であるが、加工精度不良や異物の咬み込み等
によりシール性が不十分となり、エンジン停止時にイン
ジェクタのノズル先端より燃料リークが起ることがある
。

すなわち筒内のガス圧が上昇している時には、ポペット
弁を抑圧（閉じる）する方向へ力が働くのでシール性は
良好であるが、エンジン停止時およびインジェクタから
の燃料噴射が停止した時には、空気圧の残圧によりポペ
ット弁を開放させる方向へ力が働くことになる。

このため、例えばインジェクタに計量後の燃料が供給さ
れた後、加圧空気で噴射する直前にエンジンが停止され
た場合などシール性が不十分であると、インジェクタの
ノズル先端より燃料リークを起すという問題がある。

このように燃料リークが起ると、ノズル先端のシール性
の不良が進行し、堆積物が増加して異常燃焼やランオン
の発生などを引起すことになるため、その防止対策が望
まれている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、２流体式インジェクタによる筒内直噴
式エンジンにおいて、燃料噴射停止時にノズル先端から
の燃料リークを防止して、インジェクタの燃料噴射量を
正確に制御できる２サイクル直噴エンジンの燃料噴射制
御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の燃料噴射制御装置は
、２サイクルエンジン本体の燃焼室に２流体式のインジ
ェクタを取付け、上記インジェクタに各運転条件に応じ
た燃料パルス信号で導入する燃料を、空気パルス信号で
上記インジェクタを開閉することにより噴射する加圧空
気で筒内直噴する２サイクル直噴エンジンにおいて、上
記インジェクタに加圧空気を供給する空気通路に大気開
放通路を有する三方電磁弁を設置し、エンジンの運転停
止時に、上記インジェクタ内部が上記三方電磁弁の上記
大気開放通路に連通ずるよう切換動作してなることを特
徴とするものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、２流体式インジェクタから噴射する
加圧空気によりそのインジェクタに導入される燃料が筒
内噴射するが、加圧空気噴射期間が排気ポートの閉じた
後に燃料の噴射に先立って定められることで、特に低負
荷時は、先ず加圧空気のみか噴射し、この空気流に燃料
が乗って良好に微粒化した状想で噴射し、筒内噴射後は
加圧空気の新気を多く含んだ混合気を生成する。

また、インジェクタに加圧空気を供給する空気通路に制
御ユニットからの信号によって切換動作する三方電磁弁
を設置し、エンジン停止時はインジェクタ内の残圧を大
気開放するよう構成したので、エンジン停止時にノズル
先端より燃料リークが起ることがなく、これによりノズ
ルに堆積物が付着することもなく、正確な燃料噴射量の
制御が可能である。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を添付した図面に基づいて具体
的に説明する。

第１図において、２サイクルエンジンの全体の構成につ
いて述べると、符号１は２サイクルエンジンの本体であ
り、シリンダ２にピストン３が往復動可能に挿入され、
クランク室４のクランク輔５に対し偏心したコンロッド
６によりピストン３が連結し、クランク輔５にはピスト
ン３の往復動慣性力を相殺するようにバランサ７が設け
られる。

燃焼室８０頂部には点火プラグ９と筒内直接噴射式のイ
ンジェクタ１０とが取付けられている。

シリンダ２にはピストン３によって所定のタイミングで
開閉される排気ポート１１が開口し、この排気ポート１
１と連通する徘気管１２に触媒装置１３排気チャンバ１
４，マフラー１５が配設される。また、シリンダ２の排
気ボート１１の位置から略９０度ずれた位置（または排
気ボート１１に対向した位置）には、ピストン３によっ
て所定のタイミングで開閉する掃気ポート１６が開口し
、この掃気ボート１６に掃気系が設けられる。

上記インジェクタ１０は２流体式であって、所定の燃料
を加圧空気で押圧し、燃料と空気とを混合した状態で直
接噴射するものである。そこで、インジェクタ１０の燃
料通路２０がフィルタ２１，燃料ポンプ２２を介して燃
料タンク２３に連通し、燃料通路２０の途中に調圧弁２
４か設けられ、常に一定の低い燃圧（上記加圧空気より
若干高い圧力）を生じる。

また、インジェクタ１０の空気通路２５には三方電磁弁
３８，調圧弁２Ｂ，アキュムレータ２７，コンプレッサ
２８が連結し、加圧空気を生じるようになっている。

次いで、掃気ボート１Ｂの掃気系について述べると、掃
気ボート１６と連通する掃気管３０に掃気ボート１６の
開閉時における掃気圧力波を吸収する掃気チャンバ３１
，掃気を冷却するインタークーラ３２を介して容積型の
掃気ポンプ３３が連設される。また、掃気ボンプ３３の
上流のエアクリーナ３４側とインタークーラ３２の下流
との間にはバイパス通路３５が連通し、このバイパス通
路３５に負荷制御用の制御弁３６が設けられている。

掃気ボンプ３３は伝動手段８７によりクランク軸５に連
結し、エンジン出力により常にボンブを駆動して掃気圧
を生じるようになっている。

次に制御系について述べると、アクセルペダル４０が開
度変更手段４１を介して制御弁３６に、アクセル開度に
対し制御弁３６の開度を反比例的に開閉するように連結
する。また、各運転条件を定めるエンジン回転数Ｎとア
クセル開度φのエンジン回転数センサ４２，アクセル開
度センサ４３を有する。そしてエンジン回転数センサ４
２，アクセル開度センサ４３の信号Ｎ１　φは後述する
制御ユニット４５に入力して処理され、制御ユニット４
５からインジェクタ１０に燃料，空気パルスの信号を、
点火プラグ９に点火信号を、さらに空気通路２５に設置
した三方電磁弁３１８，Ｔ切換動作信号を、出力するよ
うになっている。

第２図において、２流体式インジェクタ１ｏについて詳
しく述べると、インジェクタ本体６０の中心に空気通路
６１が設けられ、この空気通路６１の内部を貫通してボ
ペット弁６２が先端開口部を開閉すべく挿入され、空気
通路６１の途中の孔６７に燃料インジェクタ６３が取付
けられる。上記ボベット弁６２の端部にはリターンスプ
リング６４が閉じる方向に付勢され、アーマチュア６５
とソレノイド６６とが通電により開くように設けられる
。空気通路６１は空気通路２５に連通し、三方電磁弁３
８を介して加圧空気が供給されており、空気パルス信号
でソレノイド６６を通電して開弁ずることにより加圧空
気を噴射する。

また、燃料インジェクタ６３には燃料通路２０が連通し
ており、燃料パルス信号による所定の燃料を空気通路６
１に導入するように構成される。燃料インジェクタ６３
は２サイクルのように周波数が高く、成層化のために高
噴射率１遅い噴射に対応できるもので、４サイクルのシ
ングルポイント式インジェクタ等のダイナミックレンジ
の広いものが適している。

第３図において制御ユニット４５について述べる。

先ず、イグニッションキースイッチ３９のＯＮ・ＯＦＦ
信号，エンジン回転数センサ４２のエンジン回転数Ｎ　
，アクセル開度センサ４３のアクセル開度φが入力する
運転条件検出部４６を有し、上記イグニッションキース
イッチ３９がＯＮ状態で、各運転条件の信号が筒内空気
量算出部４７に入力して、掃気時の吹き抜け空気量，２
流体式インジェクタ１０からの加圧空気量を加味して筒
内の実質的な空気ｆｆｉＱを求める。この筒内空気量Ｑ
は燃料噴射量算出部４８に入力し、目標空燃比設定部４
９の目標空燃比Ａｄを参照して、燃料噴射量Ｔ１をＴｉ
　−Ｑ／Ａｄにより求める。

また、運転条件検出部４６の各運転条件とクランク角セ
ンサ５６との出力信号は、空気噴射タイミング決定部５
０と燃料噴射タイミング決定部５１とに入力してそれそ
れ空気噴射タイミング設定部５２．燃料噴射タイミング
設定部５３のマップに基づいて噴射タイミングを定める
。

ここで空気噴射は、第４図に示すように排気ポ−ト１１
が閉じた後に開始し、点火時期の前に終了するように空
気噴射期間α１が設定され、このタイミングの空気パル
ス信号が空気パルス出力部５４からインジェクタ１０の
ソレノイド６６に出力する。

一方、燃料噴射は、上記空気噴射期間α１において終り
に若干の空気噴射期間α３を残して燃料噴射期間α２が
設定され、この燃料噴射期間α２は負荷との関係で負荷
が小さい程遅れ側に短かく設定する。燃料噴射期間α２
は、一定の高い燃料噴射率で噴射する場合の上述の燃料
噴射量ＴＩと一致するものであり、この燃料パルス信号
が燃料パルス出力部５５からインジェクタＩＯの燃料イ
ンジェクタ６３に出力するようになっている。

また、イグニッションキースイッチ３９がＯＮ状態では
、運転条件検出部４６からの出力信号が電磁弁切換駆動
部５７に入力され、この電磁弁切換駆動信号が第６図に
示すように三方電磁弁３８のソレノイド３８ａに入力し
て通電するので、弁体３８ｂが大気側通路３８ｃを閉塞
してコンブレッサ２８からの加圧空気をインジェクタ１
０の空気通路６１に供給するようになっている。

さらにイグニッションキースイッチ３９がＯＦＦされて
エンジンの運転が停止すると、制御ユニット４５の作動
は停止するので、運転条件検出部４６からの信号は出力
されなくなり、三方電磁弁３８のソレノイド３８ａが非
通電となるので、弁体３８ｂはスプリング３８ｄによっ
て押し戻されてインジェクタ１０側の空気通路２５を大
気側通路３８ｃに連通ずる。

このために、インジェクタ１０の内部残圧が大気に開放
され、インジェクタ１０の空気通路６１がポペット弁６
２によって完全に封止される。

次いで、このように構成された２サイクル直噴エンジン
の作用について述べる。

先ず、イグニッションキースイッチ３９がＯＮＬ，てエ
ンジンが始動されると、掃気ポンブ３３から吐出してイ
ンタークーラ３２により冷却される給気は、常にバイパ
ス通路３５により吸気側に戻るように循環し、制御弁３
６でこの戻り量を制限した分の掃気量がシリンダ２側に
導入されることになる。ここで、アクセル開度φに対し
制御弁３６の開度θは反比例的に設定され、アクセル開
度φが小さい場合は制御弁３６の開度により多く戻され
て掃気量が少なくなるのであり、こうしてポンプ損失を
生じることなくアクセル開度φに応じた掃気量に調整さ
れる。

そこで、第１図のようにピストン３が下死点付近に位置
して排気ボート１ｌと共に掃気ボート１６を開くと、ア
クセル開度φに応じた掃気量が掃気ボンプ３３により加
圧され、インタークーラ３２で冷却されて掃気ボート１
６よりシリンダ２の内部に流入する。そして、この掃気
により排気ボート１１がら残留ガスを押し出して掃気作
用するのであり、こうして短時間に空気のみの新気がシ
リンダ２に導入される。そして、ピストン３の上昇時に
掃気ボ−　トｔｅ，排気ボート１１が閉じることで、上
記掃気が終了して圧縮行程に移行する。また、排気ボー
ト１１が閉じた後にインジェクタ１ｏにより所定の燃料
が、空気パルスによる加圧空気で噴射して混合気を生成
する。そして、上死点直前で点火ブラグ９により着火さ
れることで燃焼する。この燃焼による爆発後にピストン
３は下降して膨脹行程に移り、排気ボート１１が開いて
シリンダ内圧により或る程度の排気が行われ、更に下死
点付近で上述のように掃気作用を伴う吸気行程に戻るの
であり、こうしてエンジンを運転する。

一方、上記エンジン運転時に、エンジン回転数センサ４
２，アクセル開度センサ４３のエンジン回転数Ｎ，アク
セル開度φが制御ユニット４５の運転条件検出部４６に
入力し、各運転条件が検出される。

そして筒内空気量算出部４７の筒内空気量Ｑと目標空燃
比設定部４９の目標空燃比Ａｄとにより、燃料噴射量算
出部４８で各運転条件に応じた燃料噴射量ＴＩが算出さ
れ、この燃料噴射ｆｆｉＴＩが燃料噴射タイミング決定
部５１に入力する。

そこで、第５図（ｂ）のように排気ポート１１が閉じた
直後に、空気噴射タイミング決定部５０により空気パル
ス信号かインジェクタ１０のソレノイド６６に人力し、
，ソレノイド６６を通電してポペット弁６２を開弁方向
に移動するのであり、これにより燃料通路２０の燃料噴
射に先立って加圧空気が筒内噴射される。

ここで低負荷の場合は、上記空気噴射後、第５図（ａ）
の実線のように燃料噴射タイミング決定部５１により燃
料パルス信号が燃料インジェクタ６３に出力することで
、燃料が空気通路６１に導入されて上記空気流に乗り筒
内に噴射される。こうして燃料は、空気の流れのある中
に導入されるので、予混合が進んで噴射時の粒径は最初
から小さいものになり、良好に微粒化された噴霧になる
。また、筒内には新気と残留ガスとが混合しているが、
加圧空気の後を追って燃料噴射されるので、加圧空気の
新気を多く含んだ噴霧の状態で混合気を生成する。

さらに、上記燃料噴射は、ピストン上死点に近い遅れた
タイミングで行われ、噴霧の貫通力も低下するため、燃
焼室８の上部にａ／Ｉｌｉ合気を生成する。そして第５
図（Ｃ）のような一定の噴射率であるから、ガス流動の
変動があっても、濃混合気はいずれも確実に点火ブラグ
９の付近に集って成層化するようになる。

次いで燃料噴射が終了すると、最後に若干の加圧空気の
みが噴射して、燃料の残り，即ち次のサイクルでの空気
噴射開始時の燃料噴射が防止される。その後、空気パル
ス信号が停止して加圧空気の噴射が終了し、点火プラグ
９により着火されると、その付近に上述のように良好に
微粒化すると共に、新気を多く含んだ濃混合気が成層化
することで、良好に着火して成層燃焼するのである。

高負荷時には、燃料の量が多くなって燃料噴射時間を多
く要するため、第５図（ａ）の一点鎖線のように空気噴
射前から燃料パルス信号により燃料供給される。これに
より、加圧空気の噴射と同時に燃料が筒内に広く噴射さ
れて均一化し、高い空気利用率で燃焼して出力アップす
る。

以下、上記インジェクタ１０に供給される加圧空気の制
御は、第７図のフローチャート図に示すように、ステッ
プＳ１０２におけるエンジンの運転状態をステッ’７Ｓ
ＩＯｌのイグニッションキースイッチ３９により検出し
、エンジン運転中であればステ・ソプＳ１０３に進み、
三方電磁弁３８のソレノイド３８ａに通電して、ステッ
プＳ１０４で空気通路２５をインジェクタ１０側へ連通
する。従って、インジェクタ１０には所定の加圧空気が
導入されているので、ステップＳ１０５により所定の噴
射タイミングにより燃料との混合気が筒内に噴射される
。

一方、上記ステップ１０１でイグニッションキースイッ
チ３９がＯＦＦされてエンジンが停止すると、ステップ
８１０６で三方電磁弁３８のソレノイド３８ａは非通電
となり、スプリング３８ｄによりインジェクタＩＯ側の
空気通路２５が大気側通路３８ｃに連通して、インジェ
クタ１０の内部残圧が大気に放出される。

なお、高負荷を除いた負荷領域で燃料が空気流に導入さ
れるため、燃料の計量に筒内圧力の影響を受けるが、パ
ルス幅で燃料噴射量を計測するので特に問題にならない
。

また、空気噴射期間は運転条件により可変にしてもよい
。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、インジェクタ
への空気通路にエンジン停止時に大気開放する通路を有
する三方電磁弁を設けたので、エンジンが停止するとイ
ンジェクタ内部の残圧が大気に放出され、ノズル先端よ
り燃料のリークが防止されるため、ノズル先端に堆積物
の付着がなくなり、異常燃焼およびランオンの発生が解
消されると共に、正確な燃料噴射量の制御が可能になる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２サイクル直噴エンジンの燃料噴射制
御装置の実施例を示す構成図、第２図はインジェクタの
部分の拡大断面図、第３図は制御ユニットのブロック図
、第４図は空気，燃料の噴射期間を示す図、第５図はク
ランク角における空気，燃料噴射状態を示す図、第６図
は三方電磁弁の実施例を示す断面図、第７図は作用のフ
ローチャート図である。 ■・・・エンジン本体、８・・・燃焼室、１０・・・イ
ンジェクタ、３８・；・三方電磁弁、３９・・・イグニ
・ソションキースイッチ、４５・・・制御ユニット、４
６・・運転条件検出部、５７・・・電磁弁切換駆動部。 特許出願人　　　　富士重工業株式会社代理人　弁理士
　　小　橋　信　淳 同

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　２サイクルエンジン本体の燃焼室に２流体式のインジ
   ェクタを取付け、上記インジェクタに各運転条件に応じ
   た燃料パルス信号で導入する燃料を、空気パルス信号で
   上記インジェクタを開閉することにより噴射する加圧空
   気で筒内直噴する２サイクル直噴エンジンにおいて、 上記インジェクタに加圧空気を供給する空気通路に大気
   開放通路を有する三方電磁弁を設置し、エンジンの運転
   停止時に、上記インジェクタ内部が上記三方電磁弁の上
   記大気開放通路に連通するよう切換動作してなることを
   特徴とする２サイクル直噴エンジンの燃料噴射制御装置
   。