JPH033934A - ２サイクル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〕 本発明は、車両用２サイクルエンジンでインジェクタに
より燃料を筒内に直接噴射（直噴）する方式の場合の燃
料噴射制御装置に関し、詳しくは、２個のインジェクタ
を有するツインインジェクタ方式における各インジェク
タの燃料噴射制御に関する。

〔従来の技術〕

一般に２サイクル筒内直噴エンジンは、燃焼室にインジ
ェクタが取付けられ、第６図（ａ）に示すように排気ボ
ート閉後から点火前の範囲でインジェクタから燃料噴射
され、これにより燃料の吹き抜けを防ぐものである。こ
の場合の燃料噴射可能な範囲αは例えばクランク角６０
度であり、この分の時間は同図（ｂ）のようにエンジン
回転数に応じて減少し、高回転域では噴射可能な時間が
非常に短かくなる。

従ってインジェクタでは、上記クランク角の所定の範囲
αで常に所定の燃料を噴射することが要求される。ここ
でインジェクタには、高圧１流体式とアシスト空気を用
いた低圧２流体式とがあり、高圧１流体式で燃料の調量
をパルス幅で行う方式ではダイナミックレンジ（最大流
量と最小流量の比）に限界があるため、高回転域の短時
間には燃料を噴射しきれないことがある。低圧２流体式
の場合は空気により燃料噴射する構成であるからダイナ
ミックレンジは広くなり得るが、燃料の量が増大するの
に応じ空気と燃料との比が小さくなり、燃料の微粒化と
共に燃焼が悪化して出力低下する・。

このため、安定した燃焼を行うための燃料噴射量には自
ずから限界があり、高負荷高回転域までのすべての領域
をカバーすることはできない。このことから、２サイク
ルエンジンの高回転、高出力化を達成するためには、高
回転域で短時間に確実に燃料噴射することが必要不可欠
になる。

また２サイクルエンジンは、本来低速低負荷で失火を生
じ易いため、燃焼室形状、インジェクタと点火プラグの
配置、燃料噴射タイミング等を成層化に適するように定
めて成層燃焼することが望まれる。これに対して高負荷
では、成層化すると新気の利用率が不充分で出力が低下
するため、むしろ予混合均一燃焼する方がよい。従って
インジェクタの配置、燃料噴射タイミング等は、予混合
均一燃焼を可能にすることが望まれる。

従来、この種のツインインジェクタ方式に関しては、例
えば特開昭６３−１８９６１４号公報の先行技術がある
。ここで、４サイクルエンジンの燃焼室の中心に点火プ
ラグを設け、点火プラグの左右に２個のインジェクタを
対称的に傾けて配置することが示されている。また、特
開昭５０−１２９８０５号公報では、主副燃焼室を階層
状に設け、主燃焼室には主燃焼用ノズルを取付け、副燃
焼室には点火プラグと着火用ノズルを取付けることが示
されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術の前者のものは、負荷の大小に
かかわらず予混合均一燃焼させ、燃焼自体短縮化する技
術思想であり、２サイクルエンジンに適用しても意味が
ない。また後者のものは、副燃焼室が各別に設けられる
ので、その掃気が不充分になって着火不良を生じ易い。

上下方向に成層化するため高噴射域での空気利用率が低
下し、スワール流が成層化に重要な要素になっているの
で、運転条件に応じた制御を行い難い等の問題がある。

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サイクルエンジンのインジェクタに
よる筒内直噴式において、高回転域に及ぶすべての領域
で確実に燃料噴射し、更に低負荷と高負荷とで最適燃焼
することが可能な２サイクル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、第１インジェクタ
を点火プラグの関係で成層燃焼に適した配置で設置し、
第２インジェクタを予混合均一燃焼に適した配置で設置
し、上記第１．第２インジェクタの燃料噴射パルス幅、
燃料噴射タイミングを各運転条件に応じて制御するもの
である。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、２サイクルエンジンは燃焼室の２個
のインジェクタにより筒内直噴されて燃焼することにな
り、低負荷では、第１インジェクタから所定の燃料噴射
パルス幅と燃料噴射タイミングで燃料噴射され、これと
点火プラグとの関係により成層燃焼する。高負荷では、
第２インジェクタから所定の燃料噴射パルス幅と燃料噴
射タイミングとで高回転でも充分に燃料噴射され、予混
合均一燃焼する。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を図面の簡単な説明する。

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のクランク軸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、クランク軸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。

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
開閉される排気ボート１１が開口し、この排気ボート１
１と連通ずる排気管１２に触媒装置１３゜排気チャンバ
１４．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主掃気ボート１Ｅｉａ
、副掃気ボート１６ｂが開口する。

次いて、掃気系について述べると、主、副掃気ボートｌ
Ｂａ　、　１６ｂと連通する給気管１７に掃気ボート開
閉時の掃気圧力波を吸収する掃気チャンバ１８゜掃気を
冷却するインタークーラ１９を介して容積型の掃気ポン
プ２０が連設される。また、掃気ポンプ２０の上流のエ
アクリーナ２１側とインタークーラ１９の下流との間に
はバイパス通路２２が連通し、このバイパス通路２２に
負荷制御用の制御弁２３が設けられている。

ここで掃気ポンプ２０は、伝動手段２５を介してクラン
ク軸５に連結し、エンジン出力により常に掃気ポンプ２
０を駆動して掃気圧を生じる。またアクセルペダル２６
がストローク変換手段２７を介して制御弁２３に連結し
、アクセル開度に対し制御弁２３の開度を反比例的に定
めるようになっている。

一方、燃焼室８は例えば球形オフセット型であり、成層
燃焼に適した形状を成している。そしてこの燃焼室８の
球形部８ａに第１インジェクタｌｏｇが設置され、点火
プラグ９がプラグギャップ９ａを第１インジェクタＬＯ
ａの直下に設置して取付けられる。第１インジェクタ１
．Ｏａは、成層燃焼に適した比較的ダイナミックレンジ
が低流量側の特性を有し、貫通力が弱くて噴射角の広い
もので、例えば高圧１流体式である。また中、高負荷で
予混合均一燃焼を行うため、同様に高圧１流体式の第２
インジェクタ１０ｂが、燃焼室８のスキッシュエリア部
８ｂの略中夫にシリンダ２に向けて設置され、この第２
インジェクタｌＯｂは比較的高流量側の特性を有する。

そして第１．第２インジェクタ１０ａ。

ｌＯｂと点火プラグ９とは、第２図のように燃焼室８の
中心線上に設置される。

第１．第２インジェクタ１０ａ　、　１０ｂには高圧燃
料系３０が装備されており、この高圧燃料系３０は、燃
料タンク３１からの通路３６が、フィルタ３２．モータ
３８または直接クランク軸５で駆動される高圧ポンプ３
３．燃圧調整ソレノイド弁３４．アキュムレータ３５を
有して第１．第２インジェクタＬＯａ　、　１０ｂに連
通する。またソレノイド弁３４から燃料タンク３１には
戻り通路３７が連通し、ソレノイド弁３４により第１．
第２インジェクタｌＯａ　、　１０ｂの燃圧を所定の高
圧に調整している。

なお、戻り通路３７は、第１．第２インジェクタ１０ａ
　、　１０ｂから戻し、その途中に調圧弁を設ける循環
式としてもよい。

制御系として、エンジン回転数Ｎを検出するエンジン回
転数センサ４０．アクセル開度ψを検出するアクセル開
度センサ４■を有し、これらのセンサ信号が制御ユニッ
ト４５に入力して処理される。そして制御ユニット４５
から点火プラグ９に点火信号を、第１．第２インジェク
タ１０ａ　、　１０ｂに燃料噴射パルスおよび燃料噴射
タイミング信号を、ソレノイド弁３４に燃圧信号をそれ
ぞれ出力するようになっている。

第３図において、制御ユニット４５の燃料噴射制御系に
ついて述べる。

まず、エンジン回転数Ｎとアクセル開度ψとが入力する
運転条件判定部４６を有し、エンジン回転数Ｎ、アクセ
ル開度ψにより各運転条件を判断するのであり、この運
転条件の信号が燃料噴射パルス幅検索部４７．燃料噴射
タイミング検索部４８に人力する。燃料噴射パルス幅検
索部４７は、第１．第２インジェクタ１０ａ　、　ｔａ
ｂの燃料噴射パルス幅マツプの第１．第２マツプ設定部
４９．５０を有し、これらのマツプを検索して第１イン
ジェクタＬＯａの燃料噴射パルス幅Ｔｉ１．第２インジ
ェクタ１０ｂの燃料噴射パルス幅Ｔ１２を定める。第１
インジェクタｌＯａの燃料噴射パルス幅Ｔ１１は、第４
図（ａ）の実線のように中負荷の所定のアクセル開度ψ
１までは負荷に対し増大関数であり、所定のアクセル開
度ψ１以上では燃料噴射量最大で固定する。第２インジ
ェクタ１０ｂの燃料噴射パルス幅ＴＩ２は、第４図（ａ
）の破線のように中負荷の所定のアクセル開度ψ１以上
で負荷に対し増大関数であり、いずれもエンジン回転数
Ｎに対しては略−定になっている。

燃料噴射タイミング検索部４８は、第１．第２インジェ
クタｌｏｇ　、　ｌＯｂの燃料噴射タイミングの第１、
第２マツプ設定部５１．５２を有し、これらのマツプを
検索して第１インジェクタ１０ａの燃料噴射開始のタイ
ミングＴｓ１．第２インジェクタ１０ｂの燃料噴射開始
のタイミングＴｓ２を定める。

第１インジェクタ１０ａの燃料噴射開始のタイミングＴ
ｓ１　は、第４図（ｂ）の実線のように点火時期θ１に
近い遅いタイミングであり、負荷に応じて進角する。第
２インジェクタ１０ｂの燃料噴射開始のタイミングＴｓ
２は、第４図（ｂ）の破線のように中負荷の所定のアク
セル開度ψ１以上で動的吹き抜け限界θ２に近く進んだ
タイミングになっている。そして第１インジェクタｌｏ
ｇの燃料噴射パルス幅Ｔｉｊ、第１インジェクタｌｏａ
の燃料噴射開始のタイミングＴｓ１は駆動部５３に入力
し、第２インジェクタｔａｂの燃料噴射パルス幅ＴＩ２
゜燃料噴射開始のタイミングＴｓ２は駆動部５４に入力
するように構成される。

次いで、このように構成された２サイクルエンジンの作
用について述べる。

先ず、掃気ポンプ２０から吐出してインタークーラ１９
により冷却される給気は、常にバイパス通路２２により
吸気側に戻るように循環し、制御弁２３でこの戻り量を
制限した分の掃気量がシリンダ２側に給気されることに
なる。ここで、アクセル開度ψに対し制御弁２３の開度
θは反比例的に設定され、アクセル開度ψが小さい場合
は制御弁２３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ψ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１−１１と共に主、副掃気ボー）　ｌｅａ
　、　ｌＯｂを開くと、アクセル開度に応じた掃気量の
新気が掃気ポンプ２０により加圧され、インタークーラ
１９で冷却されて主、副掃気ボー）ｌｅａ。

ｔａｂよりシリンダ２の内部に流入する。そして、この
新気により排気ボート１１か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に給気される。そして、ピストン３の上昇
時に主、副掃気ポートｌｅａ。

ｔａｂと排気ボート１１とが閉じることで、上記掃気が
終了して圧縮行程に移行する。

このとき第１．第２インジェクタ■口ａ、ｌｏｂには、
高圧燃料系３０のソレノイド弁３４で調整された高い燃
圧の燃料が導かれており、第１インジェクタｌＯａ　、
　または第１インジェクタｌＯａと第２インジェクタｔ
ａｂとにパルス信号が入力して開くと、その燃料噴射パ
ルス幅に応じた燃料がシリンダ２内に噴射して混合気を
生成することになる。また、制御ユニット４５では、エ
ンジン回転数Ｎ、アクセル開度ψにより各運転条件が判
断され、これに基づき燃料噴射パルス幅検索部４７．燃
料噴射タイミング検索部４８で、第１．第２インジェク
タ１０ａ　。

１０ｂの燃料噴射パルス幅Ｔｔ１．Ｔｔ２と第１゜第２
インジェクタｌｏａ　、　ｊｏｂの燃料噴射タイミング
Ｔｓ１．Ｔｓ２とがマツプ検索されている。

そこで低回転低負荷の場合は、第４図（ａ）のマツプに
より小さい値の第１インジェクタ１０ａの燃料噴射パル
ス幅Ｔ１ｊのみが出力し、第４図（ｂ）のマツプにより
第１インジェクタ１０ａの燃料噴射タイミングＴｓ１が
最も遅く設定される。このため、第５図のように第１イ
ンジェクタ１０ａから点火直前に少量の燃料が噴射され
、この燃料が燃焼室８で圧縮終了近くの縦スワールの空
気流に拡散することなく乗り、点火プラグ９のギャップ
付近が濃混合気になる。そしてこの濃混合気に着火され
ることで、完全に成層燃焼する。

そして負荷が増すと、第１インジェクタ１．Ｏａの燃料
噴射タイミングＴｓ１が進むと共に、第１インジェクタ
１０ａの燃料噴射パルス幅Ｔ１１が徐々に大きくなり、
第１インジェクタ１０ａから新気量に応じた燃料が噴射
され、成層化を減少する。

中負荷になると、第１インジェクタｌｏｇの燃料噴射タ
イミングＴｓ１．第１インジェクタ１０ａの燃料噴射パ
ルス幅Ｔ１１が固定され、これ以降は第５図のように第
１インジェクタＬＯａから略最大噴射され、更に第４図
（ａ）のマツプにより第２インジェクタｌＯｂの燃料噴
射パルス幅Ｔ１２が出力を開始ｊ７、第４図（ｂ）のマ
ツプにより第２インジェクタ１０ｂの燃料噴射タイミン
グＴｓ２が燃料の吹き抜けを生じない範囲で最も進んで
設定される。

そこで、燃焼室８のスキッシュエリア８ｂの第２インジ
ェクタ１０ｂからも圧縮初期に燃料噴射され、この燃料
はシリンダ２内に広く拡散して予混合化する。しかしこ
の中負荷では、第２インジェクタ１０ｂの燃料が少ない
ため、上述の成層と予混合均一の混合した燃焼になる。

更に高負荷では、第５図のように第２インジェクタｌＯ
ｂからの燃料噴射量が増して全体として所定の燃料噴射
量が確保される。そしてこの第２インジェクタ１０ｂか
らのタイミングの早い多量の燃料により混合気の均一化
が促進され、このため空気利用率の高い予混合均一燃焼
になる。

一方、エンジン回転数Ｎが上述の低回転数から上昇する
と、クランク角で計算した場合に同一の燃料噴射パルス
幅でもその時間は点火時期θ１と吹き抜け限界θ２との
間で順次長くなる。

従って中回転数の高負荷では、第５図のように第２イン
ジェクタ１０ｂの燃料噴射が終る前に第１インジェクタ
１０ａの燃料噴射が始まり、両者が重複するようになる
。

更に高回転の高負荷側では、第５図のように吹き抜け限
界θ２の直後と点火時期θ１の直前の略全域を用いて、
第１．第２インジェクタｌＯａ　、　１０ｂから略同時
に最大燃料噴射され、所定の燃料噴射量が得られること
になる。

以上、本発明の一実施例について述べたが、燃焼室８は
ウェッジ型、カマボコ型でもよい。さらに、第１インジ
ェクタＬＯａと点火プラグ９のみを成層燃焼に適するよ
うに対向配置してもよい。また、第１．第２インジェク
タｌＯａ　、　ｌＯｂは低圧２流体式でもよく、エンジ
ン運転条件判定の負荷に新気量、掃気圧等を用いてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、２サイクルエ
ンジンの筒内直噴式において、燃焼室に第１．第２イン
ジェクタを設置し、低負荷では成層燃焼することで、燃
焼の安定性、燃費。

エミッションを向上し得る。高負荷では予混合均一燃焼
することで、高出力を生じ得る。

さらに、燃料噴射時間の短かい高回転の高負荷でも第１
．第２インジェクタにより充分燃料噴射でき、出力アッ
プを促進する。

また、第１．第２インジェクタは燃料噴射パルス幅と燃
料噴射タイミングとが最適制御されるので、各運転条件
に応じた燃料噴射を行い、各燃焼形態を円滑に移行しな
がら適正に行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２サイクルエンジンの燃料噴射制御装
置の実施例を示す全体構成図、第２図は要部の平面図、 第３図は制御ユニットのブロック図、 第４図は燃料噴射パルス幅、燃料噴射タイミングのマツ
プを示す特性図、 第５図は第１．第２インジェクタの燃料噴射状態を示す
図、 第６図（ａ）　、　（ｂ）は一般の２サイクルエンジン
の許容燃料噴射期間１時間を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）２サイクルエンジン本体の燃焼室に、第１インジ
   ェクタを点火プラグの関係で成層燃焼に適した配置で設
   置し、第２インジェクタを予混合均一燃焼に適した配置
   で設置し、上記第１、第２インジェクタの燃料噴射パル
   ス幅、燃料噴射タイミングを各運転条件に応じて制御す
   ることを特徴とする２サイクルエンジンの燃料噴射制御
   装置。
2. （２）上記第１インジェクタの燃料噴射パルス幅は中負
   荷付近まで可変制御した後略最大に固定し、燃料噴射タ
   イミングは吹き抜け限界側に進めて定めることを特徴と
   する請求項（１）記載の２サイクルエンジンの燃料噴射
   制御装置。
3. （３）上記第１インジェクタは低流量型、第２インジェ
   クタは高流量型であることを特徴とする請求項（１）記
   載の２サイクルエンジンの燃料噴射制御装置。
4. （４）上記燃焼室において、上記第１インジェクタは凹
   部で上記点火プラグと略対向して設置し、上記第２イン
   ジェクタはシリンダ側に近い位置で上記シリンダ側に向
   けて設置することを特徴とする請求項（１）記載の２サ
   イクルエンジンの燃料噴射制御装置。