JPH04103855A - 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）に示すように排気ポ
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
回転数に応して減少し、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流体式て燃料の調量
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
に応し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　燃料噴射タイミンク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６３−１８９６１．４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、すべての領域で確実に燃料噴
射し、更に低、中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
を点火プラグと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、低、中負荷では、上記第１インジェクタの燃料噴
射タイミングを点火時期側に遅れて定め、かつ燃料噴射
パルス幅を可変制御して上記第１インジェクタのみによ
り燃料噴射し、高負荷では、上記第１インジェクタの燃
料噴射パルス幅を点火時期側で最少に固定し、上記第２
インジェクタの燃料噴射タイミングを吹き抜け限界側に
進めて定め、かつ燃料噴射パルス幅を可変制御して上記
第１．第２インジェクタにより燃料噴射するように制御
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、各負荷に応じ筒内直噴されて燃
焼することになり、低、中負荷では、第１インジェクタ
からのみ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充分に燃料噴
射され、更に第１インジェクタからの着火のための火種
として最少量燃料噴射されて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。

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ｌ
ｌと連通ずる排気管１２に触媒袋［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Ｗ）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ポーｚｅａ、副
掃気ボート１６ｂが開口する。

次いで、掃気系について述べると、主、副掃気ポート１
Ｉ３ａ　、　１６ｂと連通する給気管１７に掃気ポート
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。

ここて掃気ポンプ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に成層燃焼用の第１インジェクタｌＯａ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ＬＯａの直下に設置して取付けられる。また、
均一燃焼用の第２インジェクタｌＯｂ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
置される。これらの第１．第２インジェクタｌＯａ　、
　ｊｏｂと点火プラグ９とは、第２図のように燃焼室８
のほぼ中心線上に配置される。

第１インジェクタｌｏａは高圧１流体式で、第４図（Ｃ
）のように燃料噴射量が少ないと共にその噴射割合の小
さい低流量型であり、貫通力が弱くて噴射角が比較的広
く（例えば６０度前後）、微粒化の非常に良い成層燃焼
に適した特性である。また、第２インジェクタｔｏｂは
同くじ高圧１流体式で、第４図（Ｃ）のようにダイナミ
ックレンジの広い高流量型であり、噴射角が狭く（例え
ば３０〜４０度）で貫通力が強く、均一燃焼に適した特
性である。

第１．第２インジェクタｌＯａ　、　ｌＯｂには高圧燃
料系３０が装備されており、この高圧燃料系３ｏ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１０ａ　、　ｌＯｂ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
　、　ｌＯｂ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４１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ｌＯａ　＋’　ｔａｂ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ｌＯａ　、　ｊ
ｏｂ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ｌｏｇの燃料噴射パルス幅Ｔｊ　１　、第２
インジェクタｔａｂの燃料噴射パルス幅Ｔｉ２を定める
。第１インジェクタ１０ａの燃料噴射パルス幅Ｔｉ１　
は、第４図（ａ）の実線のように高負荷側の所定のアク
セル開度ψ１までの低、中負荷域において、負荷に対し
て増大関数で設定され、所定のアクセル開度ψ１以上で
は均一燃焼時の着火の火種としてアイドリング相当の最
小値Ｔ　ｉｏに固定される。第２インジェクタｌＯｂの
燃料噴射パルス幅Ｔｉ２は、第４図（ａ）の破線で示す
ように高負荷側の所定のアクセル開度ψ１て、この場合
の適正な燃料噴射パルス幅Ｔｉｐに設定され、これ以上
の高負荷域において負荷に対し増大関数で設定され、い
ずれもエンジン回転数Ｎに対しては略一定になっている
。ここで、所定のアクセル開度ψ１は均一燃焼しても失
火を生じない最低給気比の負荷であり、実験等により決
定される。

燃料噴射タイミング検索部４８は、第１．第２インジェ
クタｌＯａ　、　１０ｂ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ｌｏａの燃料噴射開始のタイ
ミングＴｓ１．第２インジェクタｌＯｂ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、各負荷の燃料噴射パルス幅Ｔ
ｉ１に応じて進角する。第２インジェクタＩＯｂの燃料
噴射開始のタイミングＴｓ２は、第４図（ｂ）の破線の
ように高負荷側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ｌＯａの燃料噴射パルス幅Ｔｉ
１．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ｌＯ
ｂの燃料噴射パルス幅Ｔｔ２．燃料噴射開始のタイミン
グＴｓ２は駆動部５４に人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、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てこの戻り量を制限
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か少なくなる
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ＭＬと共に主、副掃気ポー）１６ａ　、　
ｌ［ｌｂ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、副掃気ポーＨ６ａ。

１６ｂ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、副掃気ボート１６ａ。

１６ｂ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ｌＯａ　、　ＬＱｂ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１０ａ
　、　または第１インジェクタ１０ａと第２インジェク
タｔａｂ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かシリンダ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ては
、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。

ｔａｂの燃料噴射パルス幅Ｔ１１．Ｔｉ２と第１第２イ
ンジェクタｌｏａ　、　ｆｏｂの燃料噴射タイミングＴ
ｓ１．Ｔｓ２とかマツプ検索されている。

そこで低、中負荷の場合は、第４図（ａ）のマツプによ
り燃料噴射パルス幅Ｔ１１のみが、第４図（ｂ）のマツ
プの燃料噴射タイミングＴｓ１で第１インジェクタｌＯ
ａに出力される。このため第５図（ａ）　、　（ｂ）の
ように、第１インジェクタ１０ａから点火直前に各負荷
に応じた燃料が、広い噴射角で良好に微粒化して噴射さ
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、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プラグキャ
ップ９ａて着火されることて、完全に成層燃焼する。

この領域では、第１のインジェクタｌＯａのみにより噴
射が高い精度で制御され、最適に空燃比制御され得る。

次いで、所定のアクセル開度ψ１以上で均一燃焼しても
失火を生じない高負荷の場合は、先ず第４図（ａ）のマ
ツプによる燃料噴射パルス幅ＴＩ２が、第４図（ｂ）の
マツプの燃料噴射タイミングＴｓ２で、燃料の吹き抜け
を生じない範囲で最も早いタイミングで第２インジェク
タｌＯｂに出力される。このため第５図（ｃ）　、　（
ｄ）のように、各負荷に応じた多量の燃料が、燃焼室８
のスキッシュエリア部８ｂの第２インジェクタｌＯｂか
らシリンダ２に向け、圧縮初期に強い貫通力で噴射され
る。こうして、高負荷に応じた燃料噴射量が確保され、
この燃料はシリンダ２内に広く拡散し、圧縮中に空気と
予混合する。一方、点火直前には、更に最少値Ｔｉｏの
燃料噴射パルス幅Ｔ１１がそのタイミングＴｓ１で第１
インジェクタ１０ａに出力することて、第１インジェク
タ１０ａから最少量の燃料が噴射される。そこでこの燃
料で、プラグキャップ９ａの付近に火種用の濃混合気が
生成されることになり、この濃混合気に着火されて上述
の予混合気は良好に均一燃焼し、空気利用率の高い燃焼
を行うようになる。

なお、過給機等を備えたエンジンの場合で、燃料噴射量
を更に増大する制御においては、第５図（ｅ）のように
第１インジェクタｌｏａの燃料噴射量を早いタイミング
で増すこともできる。

以上、本発明の一実施例について述べたが、これのみに
限定されない。

〔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、中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、すべての運転領域でプラグキャップ付近に着火
性良好な濃混合気が生成されるので、常に安定した燃焼
が得られ、運転性、エミッション。

燃費等が向上する。

また、第１インジェクタは成層燃焼に、第２インジェク
タは均一燃焼にと、それぞれ使用範囲が限定されるので
、各インジェクタの特性を燃焼方式に適応でき、低、中
負荷の高い制御性と高負荷の燃料量確保とを同時に達成
することができ、オバーオールでのダイナミックレンジ
が広くなる。

さらにまた、各インジェクタの使用範囲の限定により、
インジェクタの使用頻度が少なくなって耐久性が向上し
、燃料噴射制御ソフトが簡素化し、高負荷域でのオーバ
リッチ化を防止し得る。

【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（ａ）　、　（ｂ）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４図（Ｃ）はイ
ンジェクタの特性図、 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。 ８・・・燃焼室、９・・・点火プラグ、ｔＯａ・・第１
インジェクタ、１０ｂ・・・第２インジェクタ、４５・
・・制御ユニット、４Ｂ・・・運転条件判定部、４７・
・・燃料噴射パルス幅検索部、４８・・・燃料噴射タイ
ミング検索部特許出願人　　富士重工業株式会社

Claims (3)

【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と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、 低，中負荷では、上記第１インジェクタの燃料噴射タイ
   ミングを点火時期側に遅れて定め、かつ燃料噴射パルス
   幅を可変制御して上記第１インジェクタのみにより燃料
   噴射し、 高負荷では、上記第１インジェクタの燃料噴射パルス幅
   を点火時期側で最少に固定し、上記第２インジェクタの
   燃料噴射タイミングを吹き抜け限界側に進めて定め、か
   つ燃料噴射パルス幅を可変制御して上記第１，第２イン
   ジェクタにより燃料噴射するように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インジェクタは、燃料噴射割合の小さい
   低流量型で成層燃焼に適した噴射特性のものとし、 上記第２インジェクタは、燃料噴射割合の大きい高流量
   型で均一燃焼に適した噴射特性のものとすることを特徴
   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。
3. （３）上記第２インジェクタによる燃料噴射は、均一燃
   焼で失火を生じないような最低給気比以上の高負荷側で
   制御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。