JPH04153541A - 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、シリンダの燃焼室に燃料を直接噴射する２サ
イクルエンジンに係り、特にその燃料の噴射口を開閉す
るバルブの制御装置に関する。

［従来の技術］ ２サイクルエンジンは、掃気口から燃焼室に流入する混
合気によって燃焼室内の既燃ガスを排気口へ押し出し、
この燃焼室内のガス交換を行っている。このため、特に
燃焼室内に流入する混合気の量が少なくなる低負荷・低
回転運転域においては、燃焼室に既燃ガスが残留する傾
向にあり、失火を含む不整燃焼が発生し易くなる。

これに対し、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした
２サイクルエンジンは、点火プラグの近傍に霧化された
燃料が供給され、ここに濃い混合気の層が形成されるた
め、燃焼が局所的に行われる。このため、アイドリング
を含む低負荷・低回転運転域のように掃気量が少ない運
転域でも、混合気への着火が確実に行われ、燃焼が安定
するといった利点を有している。

ところで、この種の２サイクルエンジンは、燃焼室に燃
料を噴射するための燃料噴射装置を備えている。この燃
料噴射装置の一例が、「特許出願公表昭和６１年第５０
３０４３号」に開示されている。

この従来の燃料噴射装置は、燃料や圧縮空気が供給され
るチャンバーを有している。チャンノ＜−の先端には、
燃焼室に開口する吐出口が開口されている。この吐出口
は、吐出弁によって開閉されるようになっており、この
吐出弁は、ばねによって常時吐出口を閉じる方向に付勢
されている。

また、チャンバーには、吐出弁を開操作するための電磁
石が設けられている。電磁石は、バ・ソテリーに接続さ
れており、このバッテリーの電圧が電磁石に印加される
と、電磁石にコイル電流が流れ、この電磁石が励磁され
る。

この場合、電磁石に流れるコイル電流は、第８図に示す
ように、−旦ピーク値に達した後、吐出弁を開位置に保
持するだめの値に制御される。すなわち、電磁石に流れ
るコイル電流は、吐出弁を即座に開くために最初は大き
な値に制御され、吐出弁が開いた以降は、この吐出弁を
開位置に保持しておくだけの値に二段階に亘って制御さ
れる。

このことから、吐出弁は、電磁石にコイル電流か流れて
いる期間中、この電磁石に吸引され、吐出口を開放した
位置に保持される。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、バッテリーの電圧（端子電圧）は、バッテリ
ーの消耗や負荷の増大により次第に低下する。このバッ
テリーの電圧が低くなると、第８図中破線で示すように
、電磁石に流れるコイル電流の立ち上がりが遅くなる。

このため、電磁石の吸引力の立ち上がりも悪くなるので
、上記第８図に示すように、吐出弁の開き始めの動きが
鈍くなり、バッテリーの電圧によって吐出弁の開き速度
が変動するといった不具合が生じる。

この対策としては、バッテリーの電圧を常に監視し、こ
のバッテリーの電圧に応じて電磁石に電圧を印加するタ
イミングを補正することが考えられる。

しかしながら、このようにすると、バッテリ〜の電圧を
監視するための格別な回路や、バッテリの電圧を検知し
てから吐出弁の動きを補正するための回路か必要となる
。このため、装置の回路構成が複雑となり、コスト高と
なるといった問題かある。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので
、バッテリーの電圧が変動しても、バルブの開き始めの
動きを均一化することかでき、しかも、バッテリーの電
圧を常に監視する必要もなく、構造簡単で安価な２サイ
クルエンジンの燃料噴射制御装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明においては、シリンダの燃焼室に燃料を
噴射する噴射口を備えたバルブボデーと、このバルブボ
デーの噴射口を開閉するとともに、常時噴射口を閉じる
方向に付勢されたバルブと、このバルブを開方向に作動
させて、上記噴射口を開くための電磁石と、この電磁石
に上記バルブを開方向に作動させるための駆動用電圧を
印加するバッテリーと、上記電磁石に駆動用電圧が印加
された際に、この電磁石に流れるコイル電流を上記バッ
テリーの放電終期電圧に応した値に制御する制御手段と
を具備したことを特徴としている。

［作　用コ この構成によれば、電磁石にバッテリーから駆動用電圧
が印加された際に、この電磁石に流れるコイル電流は、
これ以上放電しては実用にならないバッテリーの放電終
期電圧に応した値に制御されるので、上記バッテリーが
充電を必要とするような異常状態でない限り、電磁石に
流れるコイル電流は、常に一定に保たれる。

このため、バルブの開き初めの速度や全開となるタイミ
ングが、バッテリーの電圧の変動の影響を受けることは
なく、このバルブの開き始めの動きを一定に保つことが
できる。

しかも、バッテリーの電圧を監視したり、この電圧を検
知してからバルブの動きを補正するための格別な回路が
不要となるから、制御装置の回路構成が複雑化すること
もなく、その分、安価に提供できる。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を、第１図ないし第７図にもとづ
いて説明する。

第７図中符号１て示す２サイクルエンジンは、クランク
ケース２、シリンダブロック３およびシリンダヘット４
を備えている。クランクケース２には、クランク軸５を
収容するクランク室６と、このクランク室６に連なる吸
気ロアが形成されている。

シリンダブロック３内のシリンダ８には、ピストン９が
収容されている。このピストン９は、コネクティングロ
ッド１０を介してクランク軸５に連結されている。シリ
ンダ８の周面には、ピストン９によって開閉される排気
口１１と、複数の掃気口１２か開口されている。これら
掃気口１２は、掃気通路１３を介してクランク室６に連
なっている。

シリンダヘッド４のシリンダ８との台面には、凹部］４
か形成されている。凹部１４は、ピストン９の上面との
間で半球状の燃焼室１５を構成している。シリンダヘッ
ト４には、燃焼室１５に臨む点火プラグ１６と、燃料を
直接燃焼室１５内に噴射するための燃料噴射装置〕７か
取り付けられている。この燃料噴射装置１７は、シリン
ダ８のボア中心を通る燃焼室１５の中央部に位置してい
る。燃料噴射装置１７は、第３図に示すように、シリン
ダヘッド４に取り付けられたハウシング１７ａと、この
ハウジング１７ａ内に組み込まれた電磁式の制御弁１８
と、上記ハウジング１７ａに装着された燃料噴射弁１９
を備えている。

ハウジング１７　ａの下端部には、中空筒状の嵌合部２
０が突設されている。嵌合部２０は、シリンダヘッド４
の嵌合孔２］に保持されており、この嵌合部２０内に、
上記制御弁１８のバルブボデ＝２２が収容されている。

バルブボデー２２は、中央にガイド孔２３を有する筒状
をなしており、このガイド孔２３の一端は、上記燃焼室
１５に開口されている。ガイド孔２′３内には、バルブ
２４が軸方向に摺動可能に保持されている。バルブ２４
は、ガイド孔２３に摺動可能に保持されたステム部２５
と、このステム部２５の一端に位置する半球状または耳
状のヘッド部２６とて構成される。ヘット部２６は、燃
焼室１５側からガイド孔２３の一端開口部に接している
。このガイド孔２３の一端開口部の開口周縁には、ヘッ
ド部２６の周囲か接離可能に着座するシート部２７が形
成されている。

バルブ２４のステム部２５とガイド孔２３の内面との間
には、空気通路３０が形成されている。

空気通路３０の上流端は、ハウジング１７ａの空気供給
口３１を介して図示しない圧縮空気の供給源に連なって
おり、この空気通路３０内には、エンジン運転中、常時
供給源から圧縮空気が供給される。また、この空気通路
３０の下流端は、上記ガイド孔２３の一端開口部に連な
っている。このため、本実施例の場合は、ガイド孔２３
の一端開口部が、圧縮空気を燃焼室１５に噴射するため
の空気噴射口３２となっている。

バルブボデー２２とハウジング１７ａとの間には、燃料
通路３３が形成されている。燃料通路３３の上流端は、
ハウ７゛ング１７ａ内に設けた燃料供給路３４を介して
上＝己燃料噴射弁１９の吐出口に連なっている。燃料通
路３３の下流端は、上記シート部２７にまで達している
。このシート部２７には、燃料通路３３に連なる複数の
燃料噴射口３５か形成されている。燃料噴射口３５は、
空気噴射口３２の周囲に位置されており、これら両噴射
口３２．３５は、上記・くルブ２４のヘッド部２６て同
時に開閉されるよつになっている。

なお、上記点火プラグ１６の電極１６ａは、燃焼室１５
内において、燃料噴射装置１７の噴射口３２．３５に隣
接して位置されている。

バルブ２４のステム部２５は、ハウジング１７ａの上部
を貫通して、このハウジング１７ａの上方に突出されて
いる。二のステム部２５の突出端には、円盤状のアーマ
チュア３６がロックナツト３７を介して固定されている
。このアーマチュア３６と上記ステム部２５の貫通部分
に位置するばね受け３８との間には、圧縮コイルばね３
９か介装されている。この圧縮コイルばね３９は、バル
ブ２４のヘッド部２６をシート部２７に押し付けており
、このことにより、常時空気噴射口３２や燃料噴射口３
５が閉じられている。

ハウジング１７ａの上部には、制御弁１８を開方向に作
動させるための電磁石４０か設けられている。電磁石４
０は、電磁コイル４１を備えている。この電磁コイル４
１は、アーマチュア３６の下面に対向している。そして
、第１図に示すように、電磁石４０の電磁コイル４１の
一端は、バッテリー４２の正側端子４２ａに接続されて
いるとともに、この電磁コイル４１の他端は、トランジ
スタを用いた駆動回路部４３を介して接地されている。

ところで、このような燃料噴射装置１７は、エンジン運
転中、マイクロコンピュータ４５から出力される信号に
より、圧縮空気と燃料の噴射時期や噴射時間を制御する
。

すなわち、第１図に示すように、エンジン運転中、マイ
クロコンピュータ４５には、回転数センサ４６を通して
エンジン回転数を示す信号Ｓ１や、スロットル開度セン
サ４７を通してスロットル開度を示す信号８２等の各種
のセンサ信号か人力される。この際、マイクロコンピュ
ータ４５には、エンジン回転数やスロットル開度を基準
として、その時の運転状況に最適な燃料の噴射時期や噴
射時間を導くマツプが予め記憶されている。そして、マ
イクロコンピュータ４５は、上記検出された実際の信号
Ｓ、、Ｓ２にもとづいて、上記マ・ツブ上から制御弁１
８や燃料噴射弁１９の開時期および開期間を読み出し、
これを実現するための駆動／くルスＰＩ、Ｐ２を制御弁
１８の駆動回路部４３と燃料噴射弁１９の双方に出力す
る。

この燃料噴射装置１７の制御について、第４図および第
６図を加えて具体的に述べると、第４図は、アイドリン
グを含む低負荷・低回転運転域での圧縮空気と燃料の噴
射期間を示し、第５図は、高負荷・高回転運転域での圧
縮空気と燃料の噴射期間を示している。また、第６図は
、燃焼室１５に対する圧縮空気と燃料の噴射タイミング
を示している。

第４図に示すように、アイドリングを含む低負荷・低回
転運転域では、燃料の吹き抜けを防ぐために、排気口１
］および掃気口１２か閉して、燃焼室］５内のガス交換
か終了した後に、制御弁１８の駆動回路部４３に駆動パ
ルスＰ１が印加される。すると、駆動回路部４３のトラ
ンジスタかＯＮＬ、、電磁石４０の電磁コイル４１にバ
ッテリー４２の電圧か印加される。このことにより、電
磁コイル４２にコイル電流が流れ、この電磁コイル４２
が励磁されるので、アーマチュア３６が電磁石４０に吸
引される。したかって、バルブ２４のヘッド部２６がシ
ート部２７から離脱し、空気噴射口３２と燃料噴射口３
５が同時に開かれる。

この際、バルブボデー２２の空気通路３０には、空気供
給源から圧縮空気か常時供給されているので、空気噴射
口３２か開かれると同時に、圧縮空気が燃焼室１５内に
噴射される。この圧縮空気の噴射から所定時間ｔ１を経
過し、バルブ２４が燃料噴射口３５を完全に開いた時に
、燃料噴射弁１９か作動し、燃料か燃料噴射口３５を通
して燃焼室１５に噴射される。

二の燃料噴射弁１つの作動は、ピストン９が上死、屯（
ＴＤＣ）に達する以前に停止され、燃焼室］５への燃料
噴射か終了する。この燃料の噴射か終了してから所定時
間【、を経過すると、駆動回路部４３への駆動パルスＰ
、の印加が停止され、この駆動回路部４３かＯＦＦとな
って、電磁石４０への通電か解除される。これにより、
アーマチュア３６か圧縮コイルばね３つによって電磁石
４０から離脱する方向に押し上げられ、バルブ２４のヘ
ッド部２６かノート部２７に着座する。

このため、空気噴射口３２と燃料噴射口３５が同時に閉
しられ、燃焼室１５への圧縮空気の噴射が停止される。

そして、この後、ピストン９が上死点（ＴＤＣ）に達す
る直前に、点火プラグ１６を介して燃焼室１５内の混合
気に点火され、混合気の爆発燃焼が行われる。

また、第５図に示す高負荷・高回転運転域では、シリン
ダ８の排気口１１が開き始めた時期に、駆動回路部４３
に駆動パルスＰ１が印加され、／（ルブ２４か開き始め
る。同様に、燃料噴射弁１９の作動は、排気口１１が閉
じる時に停止され、この燃料の噴射が終了してから所定
時間ｔ２を経過した時点で、駆動回路部４３への駆動パ
ルスＰ、の印加が停止される。

なお、燃料噴射弁１９は、燃料噴射口３５か開かれた時
に燃料を噴射するものに特定されず、例えば燃料噴射口
３５か閉しられている期間中に、燃料通路３３内に燃料
を噴射しておき、燃料噴射口３５か開かれた時に、燃料
通路３３内の燃料を燃焼室１５に噴射するようにしても
良い。

ところで、第２図に示すように、電磁石４０に流れるコ
イル電流は、バルブ２４を即座に開くための電流値の大
きなピーク電流と、このバルブ２４が開いた以降、バル
ブ２４を開位置に保持しておくための保持電流との二段
階に制御される。

二のため、マイクロコンピュータ４５と電磁石４０の駆
動回路部４３との間には、第１図に示すように、電磁石
４０に流れるコイル電流を制御するための電流制御回路
５０が設けられている。電流制御回路５０は、ピーク電
流制御回路５１と保持電流制御回路５２を備えており、
これら制御回路５１．５２か、マイクロコンピュータ４
５と駆動回路部４３の間に並列に接続されている。

ピーク電流制御回路５１は、電磁石４０に流れるコイル
電流かピーク値に達するまで駆動回路部４３を制御する
とともに、保持電流制御回路５２は、電磁石４０に流れ
るコイル電流がピーク値に達した後、このコイル電流を
ピーク値よりも低い値に保持するように駆動回路部４３
を制御するようになっている。すなわち、これら両回路
５１゜５２は、予め設定されているコイル電流の目標値
に沿うように、実際に電磁石４０に流れる電流を制御す
るようになっており、保持電流制御回路５２ては、駆動
回路部４３のトランジスタのＯＮ・ＯＦＦのスイッチン
グの周期を短（することで、電磁石４０に流れる電流を
制御している。

そして、この電流制御回路５０には、電磁石４０に流れ
るコイル電流を、これ以上放電しては実用にならないバ
ッテリー４２の放電終期電圧に応した電流値に制御する
ための電流上昇制御回路５３か設けられている。電流上
昇制御回路５３は、上記ピーク電流制御回路５１や保持
電流制御回路５２に対し並列に接続されている。また、
駆動回路部４３を構成するトランジスタのエミッタは、
電流検出抵抗５４を介して接地されている。電流検出抵
抗５４は、上記エミッタの電圧値を検出することにより
、電磁石４０に流れるコイル電流を求めるためのもので
、この検出抵抗５４によって求められた電流値か、各制
御回路５１．５２５３にフィードバックされるようにな
っている。

この電流上昇制御回路５３には、バッテリー４２の放電
終期電圧を電磁石４０に印加させた時に、この電磁石４
０に流れるコイル電流が目標値として予め記憶されてい
る。このコイル電流の目標値は、電磁石４０に印加され
るバッテリー４２の放電終期電圧が、バッテリー４２の
定格電圧よりも低い値、つまり、１２Ｖのバッテリーで
は、］屹　５Ｖ、６Ｖのバッテリーでは、５．２５Ｖで
あることから、ピーク値に至るまでの電流値の立ち上か
りが穏やかな特性となっている。

このため、電流上昇制御回路５３に上記電流検出抵抗５
４から求められた電流値かフィードバックされると、電
流上昇制御回路５３は、この実際の電流値がコイル電流
の目標値に一致するように、トランジスタをＯＮ・ＯＦ
Ｆさせ、電磁石４０に流れるコイル電流を、バッテリー
４２の放電終期電圧に応じた値に制御している。

このような構成によれば、エンジン運転中、電磁石４０
に流れるコイル電流は、電流制御回路５０によってバッ
テリー４２の放電終期電圧に応した値に制御されるので
、このバッテリー４２が充電を必要とするような異常時
を除く通常の使用状セにあれば、上記バッテリー４２の
電圧が変動し、でも、電磁石４０に流れるコイル電流は
、常に定に保たれる。

二のため、バルブ２４の開き始めの速度や全開となるタ
イミングが、バ・ンテリー４２の電圧の影響を受けるこ
とはなく、バルブ２４の開き速度を一定に保つことがで
きる。

また、バッテリー４２の電圧を常に監視したりこの電圧
を検知してからバルブ２４の動きを補正するだめの格別
な回路は一切不要であるので、燃料噴射装置１７の回路
構成が複雑化することはなく、コストの低減か可能とな
る。

なお、上記構成において、バルブ２４の開き速度は、電
磁石４０にバッテリー４０の定格電圧か印加された時に
比べてやや遅くなる傾向にあるか、この場合には、電磁
石４０の駆動回路部４３に駆動パルスＰ１を印加するタ
イミングを早くすれば、コイル電流がピーク値に達する
時期を早めることができ、バルブ２４が全開となるタイ
ミングをこれまでと同等に設定することかできる。

なお、上記実施例では、バルブボデーに燃料噴射口に連
なる燃料通路と、空気噴射口に連なる空気通路を独立し
て設けたが、本発明はこれに限らず、例えばバルブボデ
ーに燃料と圧縮空気か共通して導かれる通路を設け、こ
の通路から燃料と圧縮空気を混合して燃焼室に噴射する
ようにしても良い。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、電磁石に流れるコイル電
流は、バッテリーの放電終期電圧に応した値に制御され
るので、バッテリーが充電を必要とするような異常状態
でない限り、このバッテリの電圧が変動しても、電磁石
に流れるコイル電流は、常に一定に保たれる。このため
、バルブの開き始めの速度や全開となるタイミングか、
バッテリーの電圧の影響を受けることはなく、バルブの
開き始めの動きを一定に保つことができる。

また、バッテリーの電圧を常に監視したり、この電圧を
検知してからバルブの動きを補正するための格別な回路
は一切不要であるので、燃料噴射装置の回路構成が複雑
化することはなく、そめ分、コストの低減が可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は、本発明の一実施例を示し、 第１図は、燃料噴射装置の制御系を概略的に示す図、 第２図は、駆動パルスと電磁石に流れるコイル電流およ
びバルブの動きを関連づけて示す図、第３図は、燃料噴
射装置の断面図、 第４図は、低負荷・低回転運転域での圧縮空気と燃料の
噴射タイミングを示す図、 第５図は、高負荷・高回転運転域での圧縮空気と燃料の
噴射タイミングを示す図、 第６図は、圧縮空気と燃料の噴射タイミングを示す図、 第７図は、２サイクルエンジンの断面図、第８図は、従
来の燃料噴射装置の電磁石に流れるコイル電流とバルブ
の動きを関連づけて示す図である。 ８４．シリンダ、１５　燃焼室、２２・・・バルブボデ
ー　２４・バルブ、３５・・・燃料噴射口、４０・・電
磁石、４２・・バッテリー　５３・・・電流上昇制御回
路（制御手段）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 、！％ｖＪｔ））＼°ルスＰｌ　　　［Ｃコエーーーー
ーーーーーーーー、−ｍ−ＦＦ 間 り ２図 １確守気噴１Ｐ吟）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 シリンダの燃焼室に燃料を噴射する噴射口を備えたバル
   ブボデーと、 このバルブボデーの噴射口を開閉するとともに、常時噴
   射口を閉じる方向に付勢されたバルブと、このバルブを
   開方向に作動させて、上記噴射口を開くための電磁石と
   、 この電磁石に上記バルブを開方向に作動させるための駆
   動用電圧を印加するバッテリーと、上記電磁石に駆動用
   電圧が印加された際に、この電磁石に流れるコイル電流
   を、上記バッテリーの放電終期電圧に応じた値に制御す
   る制御手段と、を具備したことを特徴とする２サイクル
   エンジンの燃料噴射制御装置。