JPH03117622A - ２サイクルディーゼ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、２サイクルディーゼルエンジンの制御装置
に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの作
動原理には、４サイクルと２サイクルの２種類の方式が
あるが、２サイクルエンジンは、吸入工程と排気工程が
燃焼工程と圧縮工程の一部で行われ、ピストンの２スト
ローク即ちクランクシャフトの１回転で１サイクルを完
了する。この２サイクルエンジンには、シリンダヘッド
に排気バルブを有する頭弁型、ユニフロー型があり、４
サイクル式に比較して弁の開口期間が短いため、複数個
の弁を設けたものがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記のような断熱エンジンについては、燃焼
室を断熱材、セラミック材等から断熱構造に構成してお
り、シリンダ内の高熱化により容積効率が低下し、出力
の低下をもたらす。その理由は、吸排気弁が互いに近接
して配置され、しかも断熱エンジンでは燃焼室が断熱構
造のため、燃焼室上部及び壁面は高温になっており、排
気ガス及び燃焼室上部の温度は相当に高くなっている。

それ故に、吸気ボート及び吸入空気は、排気ポート、燃
焼室上部壁及び排気ガスによる熱的影響を受は易く、シ
リンダ内に吸い込まれる新気はシリンダ内或いは壁面か
ら受熱して加熱膨張し、吸入空気が熱的影響のため膨張
して吸入空気量が極端に、例えば、２割以上にも減少さ
せられ、吸入効率を低下させる。

しかしながら、２サイクルの作動のエンジンでは、吸気
ボートはシリンダライナ下部に設けられており、空気交
換は排気弁が開弁じ、排気ポートを通じて排気される時
、シリンダ内に圧力波即ちパルス波が発生し、排気ガス
を押し出す現象になる。それによって、該排気ガスの後
流に発生した負の圧力ゾーンに新気がシリンダ下部から
流入するが、シリンダ下部はシリンダヘッドに比較して
それほど高温になっていないので、新気はシリンダ下部
の壁面温度の影響を余り受けない、このことは、特に、
断熱エンジンにおいて、２サイクルの作動を行ってシリ
ンダ下部より新気を吸入すれば、掃気空気量或いは吸入
空気量が減少しないというメリットがある。

そこで、上記の課題を解決するために、本出願人は、先
に特願平１−１８２４４８号として２サイクル断熱エン
ジンを出願した。この２サイクル断熱エンジンは、断熱
構造のシリンダヘッド下面部に形成した排気ポートに排
気弁を配置し、シリンダライナ下部に多数の吸気口を形
成し、該吸気口をシリンダライナ下部外周に形成した吸
気ボートに開口し、更に前記吸気ボートにターボチャー
ジャを設けたものである。この２サイクル断熱エンジン
によって、吸入空気に対する排気ガス及び高温壁面の熱
的影響を最小限に小さくし、燃焼工程では燃焼室内を断
熱し且つ膨張工程では冷却して吸入工程での温度を低下
させる好ましい構造を提供し、燃焼室上部の断熱構造か
ら生じる容積効率の低下を防止して吸入空気量の減少を
防止してエンジンの高出力を得ると共に、吸気ボートに
ターボチャージャを連結してエンジンの低速時でのトル
クをアップしたものである。

上記のように、２サイクルディーゼルエンジンでは、吸
入行程で圧縮空気を気筒内へ押し込むシステムが必要で
ある。特に、エンジンの低速低負荷時はど気筒内へ吸入
空気を押し込むための圧縮空気が必要になる０例えば、
４サイクルディーゼルエンジンでは、排気系にターボチ
ャージャを連結して吸気ブーストを高めることができる
が、エンジンの低速時には、排ガス圧が低くなり、ター
ボチャージャは作動しない状態である。

この発明の目的は、上記課題を解決することであり、吸
排気弁を電磁力で開閉作動する電磁弁駆動装置によって
開閉作動し、例えば、４気筒エンジンの場合に、エンジ
ンの低速低負荷時には、２つの気筒をポンプ作動し、該
各気筒で作られる圧縮空気を他の２つの気筒に送り込む
ことによって吸気ブーストを高め、着火燃焼を良好にし
て２つの気筒に仕事をさせると共に、排ガスエネルギー
を十分に確保し、該排ガスエネルギーをターボチャージ
ャに設けたエネルギー回収装置で回収することができる
２サイクルディーゼルエンジンの制御装置を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、吸排気弁を電磁力で開
閉作動する電磁弁駆動装置、所定の気筒の排気通路と他
の気筒の吸気通路とを導通する空気通路、エンジンの作
動状態を検出するセンサー、及び該センサーによる検出
信号に応答して前記電磁弁駆動装置で排気通路側の前記
排気弁を上死点付近で開弁じて圧縮空気を前記空気通路
を通じて吸気通路側の前記気筒へ送り込む制御を行うコ
ントローラ、から成る２サイクルディーゼルエンジンの
制御装置に関する。

また１、この２サイクルディーゼルエンジンの制御装置
は、前記空気通路との接続点より下流側の前記排気通路
に設けたシャッター、前記空気通路との接続点より上流
側の前記吸気通路に設けたシャッター、及び前記空気通
路に設けたシャッターを有するものである。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成され、次のように作用す
る。即ち、この２サイクルディーゼルエンジンの制御装
置は、空気通路で所定の気筒の排気通路と他の気筒の吸
気通路とを導通し、コントローラによってエンジンの作
動状態を検出するセンサーによる検出信号に応答して電
磁弁駆動装置で排気通路側の排気弁を上死点付近で開弁
して圧縮空気を前記空気通路を通じて吸気通路側の気筒
へ送り込む制御を行ったので、エンジンの低速低負荷時
には、所定の気筒（例えば、第２気筒と第３気筒）をポ
ンプ作動することができ、該各気筒で作られる圧縮空気
を他の気筒（例えば、第１気筒と第４気筒）に送り込む
ことによって該気筒の吸気ブーストを高めることができ
る。従って、圧縮空気を送り込まれた前記気筒は、着火
燃焼を良好にして２つの気筒に仕事をさせると共に、排
ガスエネルギーを十分に確保することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による２サイクルディ
ーゼルエンジンの制御装置の実施例を説明する。

第１図において、この発明による２サイクルディーゼル
エンジンの制御装置の一実施灘が示されている。この２
サイクルディーゼルエンジンは、燃焼室を断熱構造に構
成した断熱エンジンに適用して好ましいものであり、排
気弁２３をシリンダヘッド２４に配置したユニフロウタ
イブに構成し、掃気作用をシリンダ中心線に対して一定
方向の気流によって行わせ、エンジンの効率をアップさ
せたものである。この２サイクルディーゼルエンジンは
、図では、４つの気筒（以下、第１気筒を気筒１、第２
気笥を気筒２、第３気筒を気筒３、第４気筒を気筒４と
する）として構成した例が示されている。シリンダブロ
ックに形成した各気筒１２．３．４には、シリンダライ
ナ、２７が嵌合し、シリンダライナ２７の下部には、周
方向に多数の吸気口２１が形成され、該吸気口２１はシ
リンダブロックに形成された環状の吸気ボートに開口し
ている。また、各気筒１．　２．　３．　４には、シリ
ンダライナ２７内を往復運動するピストン２０が配置さ
れている。更に、吸気ボート及び排気ポートは、吸気通
路１８及び排気通路１６を通じてターボチャージャ９に
連結されている。シリンダヘッド２４には各気筒１．２
．３．４に対して各排気ポート２２が形成され、該各排
気ポート２２には各電磁弁駆動装置１１，１２．１３．
１４によって開閉作動する排気弁２３が配置されている
。

この１ｉ磁弁駆動装置１１．１２．１３．１４は、コン
トローラ５からの指令によって各気筒１，２゜３．４の
排気弁２３の開閉作動を制御するものである。

この発明による２サイクルディーゼルエンジンの制御装
置は、特に、次の構造に構成されている点に特徴を有す
るものである。この制御装置を組み込んだ２サイクルデ
ィーゼルエンジンは、各気筒１．２，３．４の排気弁２
３を電磁弁駆動装置１１．１２，１３．１４によって電
磁力で開閉作動する点、及び所定の気筒即ち気筒２，３
の排気通路１５と他の気７１１．４の吸気通路１９とを
空気通路１０によって導通した点に特徴を有している。

この２サイクルディーゼルエンジンにおいて、空気通路
１０には、コントローラ５の指令で開閉作動されるシャ
ッター７が設けられている。また、気筒２．３について
は、排気通路１５．１６はターボチャージャ９のタービ
ン側に接続し、該タービンに排気エネルギーを与えるも
のであり、しかも、空気通路１０との接続点２８より下
流側の排気通路１６にはコントローラ５の指令で開閉作
動されるシャッター６が設けられている。気筒１゜４の
排気通路１７は、図では途中まで示されているが、同様
に、ターボチャージ＋９のタービン側に接続し、該ター
ビンに排気エネルギーを与えるものである。また、この
２サイクルディーゼルエンジンにおいて、気筒１．４に
ついては、吸気通路１８．１９はターボチャージ＋９の
コンブし７す側に接続し、該コンプレッサから吸入空気
を供給されるものであり、しかも、空気通路１０との接
続点２９より上流側の吸気通路１８にはコントローラ５
の指令で開閉作動されるシャッター８が設けられている
。気筒２．３については、吸気通路が図示されていない
が、ターボチャージャ９のコンプレッサ側に連結されて
おり、該コンプレッサから吸気通路を通じて気筒２．３
に吸入空気が供給されるものである。

更に、この発明による２サイクルディーゼルエンジンの
制御装置は、エンジンの作動状態を検出するセンサーで
ある回転センサー２５及び負荷センサー２６が設けられ
、これらのセンサー２５゜２６の検出信号はコントロー
ラ５に入力される。

コントローラ５は、エンジンの作動状態の各検出信号を
受けて、エンジンが圧縮空気の供給が必要であるか否か
を判断し、圧縮空気の供給が必要な状態である時には、
該検出信号に応答して電磁弁駆動装置１１，１２，１３
．１４を作動し、排気通路１５側の気筒２．３の排気弁
２３を上死点付近で開弁し、それによって圧縮空気を空
気通路１０を通じて吸気通路１９側の気筒１．　４へ送
り込む制御を行うものである。

また、シリンダヘッド２４には、気筒１，４に対して燃
料噴射ノズル３１が設けられ、また、気筒２，３に対し
て燃料噴射ノズル３０が設けられている。通常作動行程
では、燃料噴射時期は通常の噴射タイミングで制御され
るものであるが、気筒２．３をポンプとして作動する場
合には、気筒２．３の燃料噴射ノズル３０からの燃料噴
射は停止されるものである。

これらの電磁弁駆動装置１１，１２，１３．１４は、排
気弁２３を電磁力によって開閉作動するものである。排
気弁２３は、セラミック材料で製作され、シリンダへラ
ド２４に固定したバルブガイドに案内されて上下方向に
摺動可能に配設されている。即ち、排気弁２３の開閉作
動は、コントローラ５の指令によって電磁弁駆動装置１
１．１２．１３．１４における固定子コイル及び可動子
コイルに電流を流し、電磁石を励磁して各排気弁２３を
駆動することができる。コントローラ５には、エンジン
の回転数を検出する回転センサー２５、エンジンの負荷
を検出する負荷センサー２６、及びピストン２０のスト
ローク位置即ちクランク角を検出する位置センサー３２
からの各検出信号を受ける０回転センサー２５は、エン
ジンの出力軸に設けることによってエンジン回転を検出
することができる。負荷センサー２６は、アクセルペダ
ルの踏込み量或いは燃料噴射ノズルからの燃料供給量を
検出することによってエンジン負荷を検出することがで
きる。また、エンジンの位置センサー３２は、ピストン
２０のストロークの位置を検出するものであり、クラン
ク角を検出することによって検出することができる。

コントローラ５は、これらの各検出信号に応答して電磁
弁駆動装置１１，１２，１３．１４に指令を発する。電
磁弁駆動装置１１，１２．１３゜１４は、コントローラ
５からの指令を受けて開閉作動を制御される。即ち、コ
ントローラ５は、回転センサー２５からのエンジン回転
及び負荷センサー２６からの負荷の検出信号が圧縮空気
を気筒１．４に供給する必要が有るか否かを比較判断し
、圧縮空気の供給を増大させる必要があると判断すれば
、該検出信号に応答して排気弁２３の電磁弁駆動装置１
１，１２．１３．１４に指令を発し、排気弁２３の開閉
作動を下記のように制御し、気筒１．４へ圧縮空気を供
給して着火、燃焼を行わせる制御を行うものである。

電磁弁駆動装置におけるバルブリフターの構造は図示し
ていないが、例えば、次のように構成することができる
。排気弁２３の上昇又は下降によって排気弁２３のバル
ブフェースが、シリンダヘッド２４のバルブシートに当
接又は離脱することによって、排気通路１５．１７が開
閉されるものである。排気弁２３の上端部には、軟鉄等
の磁性材料から成る可動子が固定されており、これらの
可動子には可動子コイルが設けられている。また、可動
子に対して、該可動子の上方に軟鉄等の磁性材料から成
る固定子がシリンダへラド２４に設置されており、しか
も固定子には固定子コイルが設けられている。従って、
可動子コイル及び固定子コイルが通電／遮断されること
によって、固定子は可動子を吸引７Ｍ反することになり
、排気弁２３を上下に動弁駆動する。なお、シリンダヘ
ッド２３の上面に形成されたパルプスプリングシートと
可動子との間には、パルプスプリングが配設されている
。従って、排気弁２３は、パルプスプリングのばね力に
より常時は閉弁されるものである。

更に、電磁力で作動される排気弁２３については、排気
弁自体を構成する材料は、軽量化のためセラミック材で
製作されており、排気弁２３のバルブフェース及びパル
プステムの摺動部に鉄粉等が吸着することを防止するた
め非磁性材料のセラミック材で製作されることが好まし
い、しかるに、バルブフェース及びパルプステムの摺動
部に鉄粉等が吸着すると、排気弁２３による排気ポート
の密閉状態が悪化するし、また、摺動部の摩擦抵抗が大
きくなり焼き付き等の好ましくない状態が発生する。そ
こで、排気弁２３を電磁力で作動するため、排気弁２３
の上端部には、磁性材料から成る可動子を別途膜けであ
る。上記のように排気弁２３を構成することによって、
コントローラ５からの制御された電流が可動子コイル及
び固定子コイルに１ｆｆｉ電又は遮断されると、固定子
は可動子をスプリングの付勢力に抗して離反又は吸引を
行うことができ、従って、排気弁２３は下降又は上昇を
行い、排気弁２３のバルブフェースは排気ポートを開放
又は閉鎖を行うことができる。

次に、この発明による２サイクルディーゼルエンジンの
制御装置の作動の一例を、第２図の処理フロー図を参照
して説明する。

まず、ディーゼルエンジンの罵区動によって２サイクル
で作動する。この時、コントローラ５の指令によって、
気ｗ２，３の排気通路１６に設けたシャッター６と、気
筒１．４の吸気通路１８に設けたシャッター８は開放状
態になり、また、空気通路１０に設けたシャッター７は
閉鎖状態になっている。ここで、エンジンの低速低負荷
の場合に、ターボチャージャ９は作動しないため、吸気
ブーストを高めることができず、圧縮空気を気筒内へ押
し込むことができない、そこで、４気筒の内、２つの気
筒２，３にポンプ作動をさせ、該ポンプ作動で得た圧縮
空気を他の２つの気筒１．４に送り込んで、十分な吸入
空気を確保し、吸気ブーストを高める制御を行う。

まず、回転センサー２５によってエンジンの回転数Ｎ、
を検出する。また、負荷センサー２６によってエンジン
負荷Ｌｔを検出する（ステップ４０）、これらの検出信
号をコントローラ５に入力し、気筒１，４に圧縮空気を
押し込む必要があると、予め設定したエンジンの回転数
Ｎ！、と比較判断する（ステップ４１）、検出した回転
数Ｎｔが予め設定した回転数Ｎ、。より小さい場合には
、更に予め設定したエンジンの負荷り、。と比較判断す
る（ステップ４２）。検出した負荷Ｌｔが予め設定した
負荷り、。より小さい場合には、気筒２，３をポンプ作
動して気筒１．４へ圧縮空気を送り込む必要があるので
、気筒２，３はポンプ作動を行うため、コントローラ５
の指令によって気筒２゜３への燃料噴射ノズル３０から
の燃料の噴射を停止する。更に、コントローラ５の指令
によりて、気筒２，３の排気通路１６に設けたシャッタ
ー６を閉鎖する（ステップ４３）、この時、気筒１４へ
の燃料噴射ノズル３１からの燃料の噴射は、通常の燃料
噴射タイミングで噴射が行われ、気筒１．４は通常の２
サイクルの作動が継続される（ステップ４４）、コント
ローラ５の指令によって、気筒２，３の圧縮行程上死点
付近で排気弁２３を開放する。気筒１，４のピストン２
０は下死点付近に下降しており、吸気口２１は開放状態
になる状態であり、気筒１．　４の吸気通路１８のシャ
ック−８は開放状態である。そこで、ターボチャージャ
９はほとんど作動していないので、吸気通路２１は大気
圧程度であるが、気筒１．４は負圧になっているので、
吸気口２１が開口すると、直ちに吸気通路１８．１９を
通じて空気が気筒１４内へ流入する。気筒１．４と吸気
通路１８．１９とは直ちにバランスする。この時、コン
トローラ５の指令によって吸気通路１８のシャッター８
を閉鎖し、次いで空気通路１０のシャッター７を開放す
る（ステップ４５）。気筒２．３の圧縮行程によって空
気通路１０には圧縮空気が存在しているので、空気通路
１０の圧縮空気は吸気通路ｌ９から吸気口２１を通って
気筒１，４へ押し込められ、吸気ブーストは高められる
（ステップ４６）、吸気ブーストが高められた気筒１，
４は、圧縮行程へ進み、吸気口２１は閉鎖され、通常の
２サイクル行程で作動する（ステップ４７）、気筒１，
４は、圧縮行程上死点付近で燃料噴射ノズル３１から燃
料が噴射され、該燃料は着火燃焼して膨張行程へ移り、
仕事をすることになる０次いで、ピストン２０は下死点
に到達し、コントローラ５の指令で気筒１，４の排気弁
２３が開放し、吸気口２１が開口し、排気ガスはパルス
波状態で吸気に押し上げられる状態で排気通路１７を通
じて排気する掃気行程へ進む。これに対して、気筒１．
４が圧縮行程に進んだ時、気筒２．３のピストン２０は
下降するので、コントローラ５の指令によって排気弁２
３は閉鎖し、負圧行程へ進む。

気筒２，３のピストン２０が下死点付近になると、気筒
２，３の吸気口２１が開口し、吸気通路がら負圧状態の
気筒２，３へ空気が流入する。気筒２゜３内へ空気が流
入し、引き続き圧縮行程へ進む。

従って、気筒２．３はポンプ作動をすることになる。

また、この排気ブレーキ制御装置の処理段階のステップ
４１及びステップ４２において、検出した回転数Ｎ、が
予め設定した回転数ＮｒＯより大きく、また、検出した
負荷り、が予め設定した負荷Ｌｔｏより大きい場合には
、ターボチャージャ９は盛んに作動している状態であり
、吸気ブーストは十分に高くなっているので、吸気ブー
ストを高めるポンプ作動を必要としない。そこで、排気
通路１６のシャッター６、及び吸気通路１８のシャッタ
ー８は開放状態を維持しくステップ４８）、また、空気
通路ｌＯのシャッター７は閉鎖状態を維持しくステップ
４９）、ディーゼルエンジンは通常の２サイクル行程で
作動する（ステップ５０）。

〔発明の効果〕

この発明による２サイクルディーゼルエンジンの制御装
置は、上記のように構成されており、次のような効果を
有する。

即ち、この２サイクルディーゼルエンジンの制？Ｉ装置
は、吸排気弁を電磁力で開閉作動する電磁弁駆動装置、
所定の気筒の排気通路と他の気筒の吸気通路とを導通ず
る空気通路、エンジンの作動状態を検出するセンサー、
及び該センサーによる検出信号に応答して前記電磁弁駆
動装置で排気通路側の前記排気弁を上死点付近で開弁じ
て圧縮空気を前記空気通路を通じて吸気通路側の前記気
筒へ送り込む制御を行うコントローラから構成したので
、エンジンの低速低負荷時には、所定の気筒（例えば、
第２気筒と第３気筒）をポンプ作動することができ、該
各気筒で作られる圧縮空気を他の気筒（例えば、第１気
筒と第４気筒）に送り込むことによって該気筒の吸気ブ
ーストを高めることができる。従って、圧縮空気を送り
込まれた前記気筒は着火燃焼を良好にして、該気筒に仕
事をさせると共に、排ガスエネルギーを十分に確堡する
ことができる。

また、この２サイクルディーゼルエンジンの制御装置は
、前記空気通路との接続点より下流側の前記排気通路に
設けたシャッター、前記空気通路との接続点より上流側
の前記吸気通路に設けたシャッター、及び前記空気通路
に設けたシャッターを有するので、圧縮空気の流れは、
コントローラの指令に従ってスムースなり、各サイクル
行程は確実に達成でき、信頼性に冨んだ制御を行うこと
ができる。

なお、この２サイクルディーゼルエンジンの制御装置に
ついては、２サイクル作動の制御を行うので、排気ガス
のパルス波の後流に負圧の領域を埋める状態で単一方向
の流れ状態で吸入空気及び圧縮空気を気筒内へ吹き込み
、しかも、吸入空気に対する排気ガス及び高温壁面の熱
的影響を最小限に小さくして気筒内へ吸入されるので吸
気流量の減少を防止でき、たとえシリンダヘッド及びシ
リンダ上部の壁温か高温になっていたとしても吸入効率
の低下は少なく、エンジンの高出力を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による２サイクルディーゼルエンジン
の制御装置の一実施例を説明するための説明図、及び第
２図は第１図の２サイクルディーゼルエンジンの制御装
置の作動の一例を示す作動フロー図である。 １．２．３．４・・−・・気筒、５・−・・・・−コン
トローラ、６．７．８−・・・・・・シャッター、９−
・・・・・ターボチャージャ、１０−・・・−・空気通
路、１１，１２，１３．１４・・・−１磁弁駆動装置、
１５．１６．１７・・・・・・−排気通路、１８．１９
・−・・・−吸気通路、２０・・−・・−・ピストン、
２１−・−・・・吸気口、２３・−・・−・−排気弁、
２５・・・回転センサー、２６−・−・・・・負荷セン
サー、２８゜２９−・−一−−−接続点、３０．　３１
−ｍ−・−燃料噴射ノズル、３２−・・・・位置センサ
ー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）排気弁を電磁力で開閉作動する電磁弁駆動装置、
   所定の気筒の排気通路と他の気筒の吸気通路とを導通す
   る空気通路、エンジンの作動状態を検出するセンサー、
   及び該センサーによる検出信号に応答して前記電磁弁駆
   動装置で排気通路側の前記排気弁を上死点付近で開弁し
   て圧縮空気を前記空気通路を通じて吸気通路側の前記気
   筒へ送り込む制御を行うコントローラ、から成る２サイ
   クルディーゼルエンジンの制御装置。
2. （２）前記空気通路との接続点より下流側の前記排気通
   路に設けたシャッター、前記空気通路との接続点より上
   流側の前記吸気通路に設けたシャッター、及び前記空気
   通路に設けたシャッターを有する請求項１に記載の２サ
   イクルディーゼルエンジン制御装置。