JPH033935A - 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〕 本発明は、インジェクタにより筒内へ燃料を直接噴射す
る直噴方式の２サイクルエンジンにおいて、エンジンの
いかなる運転条件においても燃料がピストン頂部や燃焼
室壁面へ衝突１付着するのを減少させて最適な噴霧状態
により燃焼を改善し、出力を向上できるようにした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、掃気ポートから給気して掃気
する際に、排気ポ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じて好ましくない。かかる燃
料の吹き抜けを防ぐため、空気のみの新気で掃気作用し
て排気ポ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考えられている。とこ
ろでこの筒内直噴式エンジンでは、圧縮行程で燃料噴射
するため、インジェクタの燃圧を高くする必要があり、
このことからアシスト空気を用いたた２流体式燃料噴射
装置が種々提案されている。

そこで従来、上記２流体式燃料噴射装置による直噴エン
ジンに関しては、例えば特開昭６０−５０１９６３号公
報に記載されているような先行技術がある。ここでは、
筒内への燃料噴射に先立・ち、予めインジェクタの燃料
保持室内に計量された所定の燃料を圧送し、圧縮行程に
入った燃焼室の内圧より高い圧力のアシスト空気を燃料
保持室に付加して筒内へ燃料噴射するものであり、燃料
の微粒化が良好であるから燃焼改善が促進されるという
利点がある。

〔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、アシスト空気を用い
た２流体式燃料噴射装置の基本的な構成であるが、かか
るインジェクタによる燃料噴射では、アシスト空気が必
然的に筒内に噴射され、この空気量は特に低速、低負荷
時に筒内空気量に対する割合が増すことから、混合気空
燃比に与える影響を無視することができない。また、上
述した２流体式燃料噴射装置では通常、燃料、アシスト
空気の圧力一定値に制御して供給されており、駆動用ソ
レノイド弁の動作時間（パルス幅）によって燃料および
アシスト空気の噴射量、噴射時間。

および噴射時期が制御されるようになっているため、エ
ンジンの低速、低負荷時のように筒内へ充填される空気
量が少ない運転状態では、インジェクタにより噴射され
るアシスト空気の圧力が過大となる。このため、燃料が
ピストン頂部や燃焼室壁面に衝突、付着して燃焼不良や
排気ガス中の未燃成分による大気汚染の増大を引起すこ
とになる。

さらに、高速、高負荷時では、筒内へ充填される充填空
気量が増大し、インジェクタより噴射されるアシスト空
気の空気圧が相対的に低くなり、燃焼室への燃料の拡散
が不十分となるため、空気利用率が低下し、良好な燃焼
が得られず出力が低下するなどの問題がある。従って、
インジェクタの燃料噴射の噴霧を最適にするには、アシ
スト空気を加味して制御する必要がある。

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流体式インジェクタを用いた筒内直
噴式において、インジェクタの燃料噴射に対し、アシス
ト空気の空気圧を最適に制御して、良好な噴霧状態を得
ることのできる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、燃料系とアシス
ト空気の空気圧を調圧する空気調圧弁を有する空気系と
を備えて燃料噴射するインジェクタを取付け、シリンダ
の掃気ポートにエンジンの各運転条件に応じた空気のみ
を供給する掃気ポンプを連設する２サイクル直噴エンジ
ンにおいて、アクセル開度または負荷制御用の制御弁開
度とエンジン回転数とにより上記エンジンの各運転条件
を判定する運転条件判定部と、上記運転条件判定部から
の出力信号によりインジェクタからの燃料噴射量とその
タイミングを決定する燃料噴射量・調量タイミング決定
部および燃料噴射ソレノイド駆動部と、アシスト空気の
噴射タイミングを決定する空気噴射タイミング・噴射時
期決定部および空気噴射ソレノイド駆動部と、上記運転
条件判定部からの出力信号によりインジェクタからのア
シスト空気の空気圧を決定する空気圧力決定部および空
気調圧弁用アクチュエータ駆動部とを備え、上記エンジ
ンの運転条件に応じて、上記空気調圧弁を制御すること
で、アシスト空気の空気圧を燃料噴射量に対応して制御
することを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、エンジン運転時に各運転条件に応じ
た空気が掃気ポンプにより掃気ポートを介し供給されて
掃気作用し、インジェクタにより各運転条件に応じた燃
料が噴射して負荷制御される。

この場合、空気圧力決定部にて運転条件に対応するアシ
スト空気の空気圧をマツプにより決定し、空気圧力決定
部の自力信号に基づいて空気調圧弁用アクチュエータ駆
動部を介して空気調圧弁が制御される。そして低回転、
低負荷でＪよアシスト空気圧を低く、高回転、高負荷で
はアシスト空気圧を高く制御されるので、低回転、低負
荷では燃料がピストン頂部、燃焼室壁へ付着することな
く新気との混合にすぐれ、高回転、高負荷では燃焼室へ
の燃料の拡がりが良好となり、全運転領域での良好な燃
焼が得られる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

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。

燃焼室８の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
排気ポート１１の位置から略９０度ずれた位置（または
排気ポート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、この掃気ポートＩＢ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、計量された
所定の燃料を貯えた後に加圧空気で押圧し、燃料と空気
とを混合した状態で燃焼室８内に直接噴射するものであ
る。そこで、インジェクタＩＯ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２４が設けられ、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ＩＯの空気通路２５には空気
調圧弁２６．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。そして、
後述する制御ユニット４５からの信号により空気調圧弁
２６を制御することによって加圧空気の作動圧を調整す
ると共に、予め燃料パルスにより所定の燃料をインジェ
クタＩＯに貯え、排気ポート１１の閉じた後に空気パル
スで加圧空気を燃料に付与して噴射する。

次いで、掃気ポート１Ｂの掃気系について述べると、掃
気ポート１６と連通ずる掃気管３０に掃気ポート１６の
開閉時の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、掃気ポンプ３３の上流側
に設置されたエアクリーナ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。

掃気ポンプ３３は伝動手段３７によりクランク軸５に連
結し、エンジン出力により常にポンプ駆動して掃気圧を
生じるようになっている。

また、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センサ４２
．アクセル開度センサ４３を有し、排気管１２には空燃
比制御用として吹き抜は空気を含んだ排気側空燃比を検
出するリーンセンサ（広域センサ）４４が取付けられて
いる。また、アクセル開度センサ４３の他に制御弁３６
の開度を検出する制御弁開度センサ３８を用いても良い
。

そしてエンジン回転数センサ４２．アクセル開度センサ
４３．制御弁開度センサ３８．およびリーンセンサ４４
の信号は制御ユニット４５に入力して処理され、制御ユ
ニット４５からインジェクタ１ｏに燃料１空気パルスの
信号を出力すると共に、点火プラグ９に点火信号を出力
するようになっている。

次に、第２図において制御ユニット４５について述べる
。

上記制御ユニット４５は、運転条件判定部４６．燃料噴
射量を計量決定する燃料噴射量・調量タイミング決定部
４７．空気噴射タイミング・噴射時期決定部４８．燃料
噴射ソレノイド駆動部４９．空気噴射ソレノイド駆動部
５０．空気圧力決定部５１．およびアシスト空気の空気
圧を調圧する空気調圧弁用アクチュエータ駆動部５２と
から構成されている。

先ず、燃料系について述べると、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また
は制御弁開度センサ３８の制御弁開度θのアクセル開度
φが入力する運転条件判定部４Ｂを有し、エンジン回転
数Ｎ、アクセル開度φまたは制御弁開度θの各運転条件
に応じた燃料および空気の噴射量を求める。上記運転条
件判定部４６の出力信号はそれぞれ燃料噴射量・調量タ
イミング決定部４７．および空気噴射タイミング・噴射
時期決定部４８に入力し、上記燃料噴射量・調量タイミ
ング決定部４７．空気噴射タイミング・噴射時期決定部
４８からの出力信号はそれぞれ燃料噴射ソレノイド駆動
部４９．空気噴射ソレノイド駆動部５０に人力して、イ
ンジェクタＩＯに燃料噴射信号および空気噴射信号に応
じた燃料、空気のパルス信号を出力する。　また、上記
運転条件の出力信号は空気圧力決定部５１に人力され、
ここでアシスト空気の空気圧が決定されると共に、出力
信号が空気調圧弁用アクチュエータ駆動部５２に入力さ
れ、空気調圧弁２Ｂにてアシスト空気の圧力が調整され
るものであり、このときの空気圧力は、第３図のような
エンジン回転数Ｎとアクセル開度φのマツプにより制御
される。すなわち、負荷に対しては負荷が増せばアクセ
ル開度φを増大してアシスト空気の空気圧も上昇させ、
掃気ポンプ３３の特性により基本的には高速になるほど
空気圧を上げるが、あるエンジン回転数Ｎ以上では一定
または下げるように制御するものであり、このマツプに
より各運転条件毎に空気調圧弁２６を制御する。

一方、リーンセンサ４４からの信号Ｓはエンジン回転数
Ｎとアクセル開度φの出力信号と共に制御ユニット４５
の運転条件判定部４６に入力して、第４図のようなエン
ジン回転数Ｎとアクセル開度φの目標空燃比マツプに基
づき、排気と掃気時のセンサ信号から実際の空燃比が検
出されるのであり、この実空燃比と排気側目標空燃比と
が比較され、リーンまたはリッチの判断に基づき補正量
が設定され、燃料噴射量・調量タイミング決定部４７お
よび空気噴射タイミング・噴射時期決定部４８を介して
燃料、空気パルス信号を補正するようになっている。

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、掃気ポンプ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３Ｂ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３Ｂの開度θ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
して排気ポート１１と共に掃気ポート１Ｂを開くと、ア
クセル開度に応じた掃気量が掃気ポンプ３３により加圧
され、インタークーラ３２で冷却されて掃気ポート１Ｂ
よりシリンダ２の燃焼室の内部に流入する。そして、こ
の掃気により排気ポートｉ１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の燃焼室８内に導入される。

そしてピストン３の上昇時に掃気ポート１Ｂ、排気ボー
１−１１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、排気ポート１１が閉じた後にあらかじめ燃料パル
スによりインジェクタ１０に貯えられた所定の燃料が、
空気パルスによる加圧空気で噴射して燃焼室８内に混合
気を生成する。そしてピストン３の上死点直前で点火プ
ラグ９により着火されることで燃焼するが、この場合に
掃気ポート１Ｂがら流入する掃気流に燃焼室８の頂部の
インジェクタ１０から適切なタイミングおよび時間で噴
射される燃料が乗り、適切に配置された点火プラグ位置
に導かれることで、点火プラグ９の付近が濃い混合気に
ア一つ、これにより成層燃焼されるのである。

この燃焼による爆発後にピストン３は下降して膨張行程
に移り、排気ポート１１が開いてシリンダ内圧により成
る程度の排気が行われ、更に下死点付近で上述のように
掃気作用を伴う掃気行程に戻るのであり、こうしてエン
ジンを運転する。

そして上記エンジン運転時に、アクセルペダル４０によ
り制御弁３６の開閉で、負荷に応じた空気がその一部を
掃気時に吹き抜けしながらシリンダ２側の燃焼室８内に
供給される。また、エンジン回転数Ｎとアクセル開度φ
または制御弁３６の開度θの各運転条件に応じて制御ユ
ニット４５で燃料および空気の噴射量が算出され、この
噴射パルス信号に基づきインジェクタ１０からの燃料が
制御される。

このため、燃焼室８内の混合気空燃比は所定の値に制御
されることになる。

一方、上記制御ユニット４５の動作は、第５図のフロー
チャートで示すように、ステップ５１０１てアクセル開
度φが検出されると共に、ステップ５１０２でエンジン
回転数Ｎを検出し、上記アクセル開度φ（または制御弁
開度θ）とエンジン回転数Ｎとの出力信号に基づいてス
テップ５１０３により、その時の運転条件が運転条件判
定部４６にて判定される。

次にステップ５１０４で、上記運転条件に対応する空気
噴射圧力が空気圧力決定部５１にて第３図のマツプによ
り決定され、そして、その空気噴射圧力となるようにス
テップ５１０５で、空気調圧弁２６のアクチュエータを
駆動させる信号が空気調圧弁用アクチュエータ駆動部５
２に出力され、インジェクタ１０より調圧された所定の
空気圧で連続的にアシスト空気が噴射されるものであり
、上記動作が繰返し実行される。

ところで上記空気調圧弁２６における空気噴射圧力の調
整タイミングは、第６図のタイミングチャートに示すよ
うに、燃料噴射計量後とするようにして調量誤差を減少
させるようにしており、燃料噴射実施後にアシスト空気
の空気噴射圧を基準圧にリセットしている。

なお（燃圧−空気圧）−一定となるように、燃圧の空気
調圧弁２Ｂを電子制御するようにしても良い。また、基
準圧を作らずに調圧したアシスト空気の空気噴射圧力の
時に適正な燃料噴射量となるような燃料噴射のパルス幅
を補正して、調量するようにプログラムしておくことも
可能である。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、２サイクル直
噴エンジンの燃料噴射制御において、インジェクタへの
アシスト空気噴射圧力を、エンジンの運転条件に応じて
決定し、空気調圧弁を制御するので、アシスト空気噴射
圧力は低回転。

低負荷では低く制御されるため、インジェクタからの噴
射燃料がピストン頂部や燃焼室壁面へ衝突すること、ま
たは付着することなく充填空気に乗り成層燃焼が行なわ
れ、排気エミッションも良好になる。

また、高速、高負荷領域では、アシスト空気噴射圧が高
く制御されるため、燃料の微粒化が促進されると共に、
充填空気中への燃料の侵入混合にすぐれ、良好燃焼が行
なわれ、出力および燃費の向上が得られる。

【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全体構成図、第２図は制御系のブ
ロック図、第３図は空気噴射圧力のマツプを示す図、第
４図は目標空燃比のマツプを示す図、第５図は作用のフ
ローチャート図、第６図は制御系のタイミングチャート
図である。 ■・・・２サイクルエンジン本体、８・・・燃焼室、Ｉ
Ｏ・・・インジェクタ、■２・・・排気管、１６・・・
掃気ポート、２Ｂ・・・空気調圧弁、３３・・・掃気ポ
ンプ、３８・・・制御弁開度センサ、４４・・・リーン
センサ、４５・・・制御ユニット、４６・・・運転条件
判定部、４７・・・燃料噴射量・調量タイミング決定部
、４８・・・空気噴射タイミング・噴射時期決定部、４
９・・・燃料噴射ソレノイド駆動部、５０・・・空気噴
射ソレノイド駆動部、５１・・・空気圧力決定部、５２
・・・空気調圧弁用アクチュエータ駆動部。 第 ４ 第 図 図 第６ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２サイクルエンジン本体の燃焼室に、燃料系とアシスト
   空気の空気圧を調圧する空気調圧弁を有する空気系とを
   備えて燃料噴射するインジェクタを取付け、シリンダの
   掃気ポートにエンジンの各運転条件に応じた空気のみを
   供給する掃気ポンプを連設する２サイクル直噴エンジン
   において、アクセル開度または負荷制御用の制御弁開度
   とエンジン回転数とにより上記エンジンの各運転条件を
   判定する運転条件判定部と、上記運転条件判定部からの
   出力信号によりインジェクタからの燃料噴射量とそのタ
   イミングを決定する燃料噴射量・調量タイミング決定部
   および燃料噴射ソレノイド駆動部と、アシスト空気の噴
   射タイミングを決定する空気噴射タイミング・噴射時期
   決定部および空気噴射ソレノイド駆動部と、上記運転条
   件判定部からの出力信号によりインジェクタからのアシ
   スト空気の空気圧を決定する空気圧力決定部および空気
   調圧弁用アクチュエータ駆動部とを備え、上記エンジン
   の運転条件に応じて、上記空気調圧弁を制御することで
   、アシスト空気の空気圧を燃料噴射量に対応して制御す
   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。