JPH05222976A - 二行程エンジンにおける間隔式燃料噴射方法及び装置 - Google Patents

二行程エンジンにおける間隔式燃料噴射方法及び装置

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JPH05222976A
JPH05222976A JP34057091A JP34057091A JPH05222976A JP H05222976 A JPH05222976 A JP H05222976A JP 34057091 A JP34057091 A JP 34057091A JP 34057091 A JP34057091 A JP 34057091A JP H05222976 A JPH05222976 A JP H05222976A
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fuel injection
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ニエン−ヅ チャン
Tsun-Chen Wan
ツン−チェン ワン
Fei-Fai Fan
フエイ−ファイ フアン
Min-Hon Jen
ミン−ホン ジェン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 間隔噴射の制御により、低負荷運転状況の時
にシリンダー内に過量の残留排気がある為に発生した低
効率燃焼の問題を解決し、安価に而も高効率の燃焼を得
ることができる二行程エンジンにおける間隔式燃料噴射
方法及び装置。 【構成】 電磁バルブで作動する噴射ノズル１１をシリ
ンダーヘッドまたはシリンダー壁に装着し、ノズルから
燃料を均一にシリンダー内に注入してシリンダー内の新
鮮な空気と混合し、プラグに点火し燃焼させる。又新鮮
な空気をクランクケースより各掃気路を経てシリンダー
内に流入させる。又燃料ポンプ２３及び圧力調節バルブ
２４を経て燃料噴射圧力を確立する。燃料噴射装置を電
子制御可能とし、低負荷時の運転状況に応じ、電子制御
ユニット２１は、一定の循環間隔をおいて、燃料噴射を
停止する間隔噴射制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は安定した燃料を獲得しし
かも高効率で燃焼する二行程エンジンにおける間隔式燃
料噴射方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二行程ガソリンエンジンにおいては「出
力馬力／エンジン重量（体積）」の高比率値の利点を有
しているが、しかし未燃料新鮮気体を利用して既燃焼し
たシリンダー内に残留している廃棄を駆除する掃気過程
に二つの欠点がある。第一の欠点は掃気過程において一
部の新鮮混合気が直接エンジン排気口から逃げてしまう
点であり、これが一般周知の「短絡損失」で、二行程エ
ンジンの基本特性において新鮮気体の短絡損失量はエン
ジン負荷と係わりがあり、低負荷状況時には排気口から
進入する新鮮気体はわりと少なく、僅かに少部分の新鮮
気体が排気口から逃げるだけであるが、負荷が次第に増
大してシリンダー内に進入する新鮮気が増加すると、短
絡損失量もそれに伴って増加する。これが第２の欠点
で、一般二行程キャブレーター式エンジンの高負荷時に
はその排気中に大量のハイドロカーボン化合物を含有し
てしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】近年シリンダー内噴
射層状混合気燃料パターンを有するＤ．Ｉ．Ｓ．Ｃエン
ジンの採用が提案されており、それによりこの低負荷不
安定燃焼の問題を解決している。しかし、このシリンダ
ー内噴射層状混合気燃焼（Ｄ．Ｉ．Ｓ．Ｃ）の観念は過
去１０〜２０年間四行程エンジンに対する研究結果から
きたもので、今更新しくはなく、関係の文献から多数見
られる。その観念は低負荷運転時には多量の新鮮空気量
をシリンダー内に進入させ、それにより有効的にシリン
ダー内残量廃棄を駆除し、同時に僅かに微量の燃料を噴
射して低負荷の出力を発生させる。一般的にこのエンジ
ン負荷の大きさは僅かに噴入する油量と係わりを有し、
シリンダーに進入する空気量は恒定の高値を維持する。
しかし、この微量の燃料油をシリンダー内に噴入する
と、若しも均一分布であれば混合気の過度希釈となり、
スムースに点火されない。そこでこの燃料をプラグ付近
に集中させ、層状混合気状態を形成し、プラグ点火で低
負荷出力を発生する。プラグの処に集中混合気を形成す
る為に、噴射装置は必ず高圧噴射を行い且つ同時にシリ
ンダー内の気流運動を把握した上で始めて有効に達成す
ることができる。このほか高度霧化、高集中度の油霧群
特性もまた不可欠である。しかし前述した従来技術にお
いてはこれらの層状混合気を達成するには非常に困難で
あり、これはこの１０〜２０年来の四行程Ｄ．Ｉ．Ｓ．
Ｃエンジンの克服及び把握できない技術課題である。従
って、それは低負荷の出力が得られるが、しかし燃料霧
化及び油霧集中度不足の制限を受け、排気中に高濃度の
炭化水素を発生する。これは二行程または四行程のＤ．
Ｉ．Ｓ．Ｃエンジンの克服せねばならない技術的ネック
である。
【０００４】
【問題点を解決するための手段】急速運転または低負荷
運転状況時には一点間隔式の燃料噴射の制御方式をと
り、燃料噴射をなすエンジン循環中に連続的に一回、二
回、三回、四回または五回の間隔で排気及び排気過程を
なし、燃料を噴射しない場合にもエンジン循環を達成
し、これにより安定で高効率の燃焼を得ることができる
ようになっている。
【０００５】
【作用】均一混合気燃焼を採用し、一定間隔の燃料噴射
の制御により、低負荷運転状況の時にシリンダー内の過
量残廃棄による低効率燃焼の問題を解決することができ
る。
【０００６】
【実施例】図１及び図２にはノズルをエンジンに取付け
たシリンダーヘッド噴射装置とシリンダー壁噴射装置と
を示してあり、各シリンダーには噴射装置のノズル１
１，１８が装着され、図１で示すようにノズル１１はシ
リンダーヘッド１２に装着されており、同様に図２で示
すようにシリンダー壁１３にはノズル１８を装着させて
ある。このノズル１１，１８を経て燃料が均一にシリン
ダー内に注入され、シリンダー内の新鮮な空気と混合し
て均一な混合気となり、プラグ１４の点火燃焼に備えら
れ、新鮮な空気はクランクケース１６から各掃気路１５
を経てシリンダーの内部に流入する。その噴射装置は電
子制御式であり、燃料噴射量又は燃料噴射時刻を電子制
御ユニット２１で制御する（図３及び図４で示す通
り）。その燃料噴射量とシリンダー内に入る空気量は正
比例をなし、而も燃料の噴射時刻は必ず同時に「未燃焼
の混合気の短絡損失」及び「混合気に必要とする時間」
の両要因を考慮した上で、始めて良い噴射時刻が得られ
る。しかし、燃料を早目にシリンダーに注入すると新鮮
な空気と共に容易に排気口１７から逃げてしまうおそれ
があり、又遅めに注入すると燃料と空気の混合時間が不
足するため混合気の品質不良につながる。
【０００７】図３及び図４に関し、電子制御ユニット２
１は各センサーによって測定したエンジン状況、回転速
度又はクランクアングル、スロットルポジション、また
は入気流量等を含み、このほか温度補償制御もエンジン
各部位の温度を測定することができ、一応計算比較をし
た後に、前記噴射装置が一番良い時刻に適当な油量をシ
リンダー内に噴射するのを制御する。図３で示すよう
に、この噴射装置は純燃料油噴射式を可能とし、燃料ポ
ンプ２３と燃料圧力調節バルブ２４とによって、燃料噴
射圧力を確立し、而して燃料噴射装置は一つの電磁バル
ブ作動式の燃料噴射ノズル１１で、霧化の純燃料油を噴
射する。
【０００８】図４に示すように、噴射装置は圧縮空気補
助噴射式にすることができ、燃料噴射電磁バルブ２５
と、エアー噴射電磁バルブ２６と、燃料噴射ノズル１８
と、固定台座２２とを備え、その噴射過程を説明する
と、燃料噴射電磁バルブ２５は先ず燃料を固定台座２２
内の燃料流路に噴入し、すぐにその後にエアー噴射電磁
バルブ２６が更にオンして圧縮空気を噴出し、快速流動
の空気を形成する。その空気圧力は約２〜６ｋｇ／ｃｍ
2で、噴射装置の所在位置で決まる。この圧縮空気は小
型空気圧縮気２７及び空気圧力調節バルブ２８とから形
成され、この噴出した快速流動空気は流路中で燃料を霧
化し、ノズル１８に伝送して噴出する。一般的には空気
補助式の噴油装置を採用して霧化程度のよい噴霧を得て
おり、これはシリンダー内で良品質の均一混合気を形成
するのに有利である。
【０００９】低負荷の運転において両方面に分けて運用
することができ、その一つは急速運転状況の時であり、
これを最低負荷と見なし、もう一つはエンジンにパワー
出力の低負荷運転状況がある時であり、それぞれについ
て以下に説明する。
【００１０】先ず急速運転状況で、この時そのスロット
ル位置は最低開き度のところにあり、その入気率（ηｄ
＝シリンダーに入る新鮮空気／ピストン移動で発生する
排気量）は０．１２以下まで下がる。そのエンジン循環
毎（エンジンが１回転する度毎）の入気量は甚だ低いの
で、そこで一回の掃気過程では別に有効的にシリンダー
内の残留している排気を排除できず、これにより不良行
程の燃焼を招く。若しもその燃焼圧力で分析すれば、す
べての循環において完全不点火と部分的不点火の循環が
約２／３以上もあることを示している。これを図５に示
してあり、図５において、０は各回転とも燃料を噴射
（間隔回数は０）する噴油パターンで、その排気中に高
濃度の未燃焼の炭化水素（Ｈｃ）を含む原因となる。
【００１１】図６の噴射パターンを間隔噴射パターンに
変えた場合のものを参照して見ると、先ず二回転毎に一
回だけ噴射（間隔回数は１）する噴射パターンはその燃
焼圧力分析で示されているように噴射の循環からいって
まだ連続で安定した平均有効圧力（Ｋｐａ，「Ｉｎｄｉ
ｃａｔｅｄ Ｍｅａｎ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅ」，Ｉ．Ｍ．Ｅ．Ｐと略称）を発生していな
い。これは二回連続の掃気行程を経たにもかかわらず、
より有効的に廃棄を駆除して高効率燃焼を得るのに欠け
る。図５に示すように、間隔回数１の噴射パターンは間
隔回数０に較べ、その炭化水素Ｈｃの汚染排放量（ｇ／
ｍｉｎ）及び噴射循環中の平均有効圧力Ｉ．Ｍ．Ｅ．Ｐ
の変動率ＣＯＶ（％：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ
Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ＩＭＥＰ、噴射のある循環
に対して）の低下比例が極めて限られている。
【００１２】間隔回数が３より大きい時、即ち４回転毎
に１回の噴射、５回転毎に１回の噴射、６回転毎に１回
の噴射等の噴射パターンを含み、噴射をなす循環からい
えば、連続で安定した燃料平均有効圧力はＩ．Ｍ．Ｅ．
Ｐは既に現われており、図５で示すように、その平均有
効圧力Ｉ．Ｍ．Ｅ．Ｐの変動率ＣＯＶ（％）は既に大巾
に低下している。ここで示しているのは連続四回以上の
掃気過程で更に噴射することにより形成する均一混合気
は既に効率の高い燃焼を得ている。
【００１３】本発明で採用する間隔噴射の制御は次のよ
うな特徴を有している。
【００１４】図７で示すように低負荷運転状況時におけ
る噴射の間隔回数はシリンダー内の新鮮空気の充気比η
ｃｈにより決定され、二行程エンジンの基本特徴より、 ηｃｈ＝ηｄ×ηｔｒ その式中ηｃｈは新鮮空気充気比＝シリンダー内に残る
新鮮空気／ピストン移動で発生する排気量 ηｄは入気率＝シリンダーに入る新鮮空気量／ピストン
移動で発生する排気量 ηｔｒは捕捉率＝シリンダー内に残る新鮮空気／シリン
ダーに入る新鮮空気量であり、シリンダーに入る新鮮空
気量がηｃｈ（またはηｄ×ηｔｒ）に影響する最も重
要な要因はスロットルの開き度で、大きいスロットル開
き度はわりと大きい入気率ηｄが得られる。故に新鮮空
気充気比率ηｔｒは向上される。次の要因はエンジン回
転速度（ｒｐｍ）で、回転速度（ｒｐｍ）もまた同時に
捕捉率ηｔｒ及び入気率ηｄに影響する。一般的にいっ
て、二行程エンジンについていえば、一つの最大新鮮空
気量ηｃｈを発生するエンジン回転速度があり、このエ
ンジン回転速度の値は入排気の同調と係わりをもつ。エ
ンジンが極めて低負荷の連続状況にある場合、この時に
そのスロットル開き度は急速状況よりもやや高いが、し
かしその入気量は相変わらず十分にシリンダー内に残る
廃棄を掃除することができない。この時は例えば急速状
況のような間隔３回以上の噴射パターンを採用して安定
でしかも効率の高い燃焼が得られるが、しかしエンジン
効率の出力を増加して続けてスロットルの開き度を向上
しわりと大きい入気量が得られる時は間隔噴射回数がそ
れにともなって低減する。一例を挙げれば、この極めて
低負荷の運転状況において若しも間隔回数を例えば急速
運転状況の５回を採用する。然れど一旦エンジンが一回
転する度毎の新鮮空気入気率ηｃｈは次第に向上して一
定値ηｃｈ５以上になり、そこで間隔噴射回数は４回以
下に低減できて高効率燃焼に必要な低残留気体比例の要
件を得ることができる。新鮮空気入気量ηｃｈが継続増
加してある一定値ηｃｈ４以上になるに従って、間隔３
回の噴射パターンを採るだけで、即ち連続４回の純空気
の掃気過程を経た後に始めて燃料を噴射した噴射制御パ
ターンをして新鮮空気量ηｃｈの増加に従って噴射間隔
の噴射回数もまたそれとともに低減して、最後にある一
定値ηｃｈ１以上まで続けて増加すると、この時各回転
毎にシリンダーに注入する新鮮空気は十分にシリンダー
内に残留する廃棄量を掃気並びに安定した高効率の燃焼
を維持する。故に間隔噴射の噴射制御パターンを採用す
る必要がない。
【００１５】前記のようにエンジン各回転の新鮮空気注
入率ηｃｈにより決定した間隔噴射回数で得た低負荷運
転は、各噴射のある燃焼循環についていえば、すべて安
定した高効率の燃焼が得られるので、一般の各回転毎に
噴射する噴射パターンを大巾に改善し、低負荷時に不安
定燃焼により発生した高濃度炭化水素を排出し、図８で
示すように、これも本発明の他の特徴である。この外、
前記で述べたように、各回転における新鮮空気注入率η
ｃｈは主にスロットル開き度及びエンジンの回転速度と
係わりをもつ、そこで新鮮空気注入量ηｃｈを計算する
時は、直接スロットル位置感測器、エンジン回転速度感
測器から得た信号を採用して計算分析するか、またはエ
ンジン入気流量感測器から得た空気入気量信号とエンジ
ン回転速度感測器のエンジン回転速度信号でもって計算
分析する。
【００１６】
【発明の効果】本発明による間隔式燃料噴射方法及びそ
の装置から得られる効益又は技術上の利点は次の通りで
ある。
【００１７】１）従来の各回転毎にすべて噴射して均一
混合気を形成する二行程エンジンの噴射方法と比較して
みると、本発明はその低負荷運転における残留廃棄比例
が高すぎる為に惹起した高比例不規則燃焼を有効に改善
する。この不規則燃焼は排気中に大量の炭化水素を発生
する。
【００１８】２）各回転とも噴射して層状混合気を形成
する噴射方法と比較してみると、燃料を層状に噴射しよ
うとすれば、高圧噴霧の高コストの噴射装置を必要と
し、複雑なシリンダー内気流制御機構、例えば可変排気
制御バルブ等を装置して、始めて必要とする燃料集中度
及び霧化程度を達成することができ、そうしなければ低
負荷運転の時に一部分の混合気は霧化程度不良または集
中状をなす混合気団と遠く離れて、スムーズに点火燃焼
されない為に高排出量の炭化水素Ｈｃを発生する。しか
し本発明は間隔噴射により得た低負荷出力により噴射循
環について燃料を均一にシリンダー内に分布させ均一混
合気を形成でき、低圧で低コストの噴射装置を達成で
き、わりに高い空気量の均一混合気を形成でき、燃焼の
観点からみると、燃焼効率が向上し、未燃焼の混合気の
炭化水素Ｈｃの排出量を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるノズルをエンジンに装置したシリ
ンダーヘッド噴射装置の縦断正面図。
【図２】本発明によるノズルをエンジンに装置したシリ
ンダー壁噴射装置の縦断正面図。
【図３】本発明による純燃料噴射装置の説明図。
【図４】本発明による圧縮空気で補助する噴射装置の説
明図。
【図５】急速運転状況の時のＨｃ（炭化水素）と噴射間
隔回数の関係を示すグラフ図。
【図６】急速運転の時の噴射循環をなす平均有効圧力Ｉ
ＭＥＰと変動率ＣＯＶと噴射間隔回数の関係を示すグラ
フ図。
【図７】低負荷運転の時の噴射間隔回数と各回転新鮮空
気注入比ηｃｈとの関係を示すグラフ。
【図８】低負荷回転の時の異なる間隔噴射回数の得た炭
化水素降下量の関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
１１ 噴射ノズル １２ シリンダーヘッド １３ シリンダー壁 １４ 点火プラグ １５ 掃気路 １６ クランクケース １７ 排気口 １８ 噴射ノズル ２１ 電子制御ユニット ２２ 固定台座 ２３ 燃料ポンプ ２４ 燃料圧力調節バルブ ２５ 燃料噴射電磁バルブ ２６ エア噴射電磁バルブ ２７ 空気圧縮機 ２８ 空気圧力調節バルブ
フロントページの続き (72)発明者 チャン ニエン−ヅ 台湾、 チュ ツン シン チュ シェ ン、 チュン シン ロード、 セクショ ン ４、 ナンバー 195 (72)発明者 ワン ツン−チェン 台湾、 チュ ツン シン チュ シェ ン、 チュン シン ロード、 セクショ ン ４、 ナンバー 195 (72)発明者 フアン フエイ−ファイ 台湾、 チュ ツン シン チュ シェ ン、 チュン シン ロード、 セクショ ン ４、 ナンバー 195 (72)発明者 ジェン ミン−ホン 台湾、 チュ ツン シン チュ シェ ン、 チュン シン ロード、 セクショ ン ４、 ナンバー 195

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 噴射ノズルをシリンダーヘッドまたはシ
    リンダー壁に装着し、燃焼を直接シリンダー内に噴射し
    てシリンダー内の空気と混合して均一な混合気を形成す
    るため燃焼の噴射時刻と噴射量を制御し、エンジンの入
    気量とエンジンの回転速度によって燃料噴射の時刻及び
    噴射量を決定する燃料噴射方法において、怠速運転状況
    の時に燃料を一定回転ごとに噴射し、燃料を噴射してい
    るエンジンの循環中に一定間隔をおいて僅かに駆動及び
    排気過程を進め、燃料噴射のないエンジン循環を設けた
    ことを特徴とする二行程エンジンにおける間隔式燃料噴
    射方法。
  2. 【請求項２】 低負荷の運転状況の時に一定間隔で燃料
    を噴射するように制御し、燃料油を噴射しているエンジ
    ン循環中に連続一回、二回、三回または三回以上僅かに
    駆動及び排気過程をなして燃料を噴射しないエンジン循
    環を設け、この間隔回数をエンジン各回転の新鮮空気注
    入率ηｃｈにより決定し、次式において、 ηｃｈ＝ηｄ×ηｔｒ ηｄ＝シリンダーに入る新鮮空気量／ピストン移動で発
    生した排気量 ηｔｒ＝シリンダー内に残る新鮮空気量／シリンダーに
    入る新鮮空気 ηｃｈが次第に増加するに伴って、間隔回数を三回以上
    から逐次低下して三回、二回、一回とし、ηｃｈがある
    一定値より大きい場合に間隔式噴射燃料の制御パターン
    を採用しなくてもよいことを特徴とする請求項１に記載
    の二行程エンジンにおける間隔式燃料噴射方法。
  3. 【請求項３】 感知部材により測定したエンジン状況、
    回転速度、クランクシャフトの角度、スロットルの位置
    及び入気流量等を制御して最適な時刻に適当な油量を噴
    射できるように電子制御ユニットを電磁バルブ作動式の
    燃料噴射ノズルに接続し、該噴射ノズルを燃料圧力調節
    バルブを介して燃料ポンプと接続させたことを特徴とす
    る二行程エンジンにおける間隔式燃料噴射装置。
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