JPH06508670A - ２ストローク燃料噴射内燃機関 - 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】 ２ストロ一ク燃料噴射内燃機関 〔技術分野〕 本発明は、直接式低圧電子燃料噴射を有する２ストロ一ク内燃機関に関する。

伝統的に、２ストロ一ク内燃機関は、構造の簡単さと高い出力／重量比によって 、高い有利性をもたらしている。特に後者の特性によって、２ストロ一クモータ ーサイクル機関は軽量で、それ故簡単に処理することのできるフレームに搭載す るのに適している。

しかし逆に、この様なタイプの機関は非常な汚染のちととなっているという大き な欠点があり、世界の多くの国々において遭遇する法的な要求に合致することが できない。さらに、１９９０年代にヨーロッパにおいて徐々に実施される予定の 環境汚染問題の方向は、現在モーターサイクルの推進機構として生産されている ２ストロ一ク内燃機関を実質的に禁止するほどに厳しいものである。

キヤプレタタイプの燃料システムを有する従来の２ストロ一ク機関か発生する環 境汚染が示すレベルは、基本的には設計の典型的な実施態様では、トランスファ ポートによって燃料−空気混合気が燃焼室に押し込まれるのにつれて、ピストン の下降行程で吸入を行うことによって、無視できない程の混合気が、燃焼されな いままボートかまだ開いている間に排気通路を通って抜けてしまうことによる。

〔背景技術〕

この欠点を克服することを目的とした一つの試みは、機械式燃料噴射の使用をも くろんだものであって、燃料−空気混合気の逃げを全てなくすことはできないが 、減らすことに成功している。この様な解決法による成功が限定されたものであ るのは、主に、燃料噴射時間の経過が機械的なシステムでは長く、燃料の噴射は 、排気通路か閉しるのより充分前に完了していることを確実にすることがしばし ば必要になるということによる。この様な、状況は小排気量の機関に限られるが 、ある方法によって、回避することができる、というのは、特に、複雑で、コス トの高い噴射装置を用いるにもかかわらず、噴射される燃料の量が、非常に少な く、噴射を完遂するのに要する時間を比較的短くすることが出来ることによる。

反対に、大きな排気量の機関、少なくとも非常に小さい容量よりも大きい場合に は、噴射される燃料の量は、非常に多くなり噴射時間の経過が特に長くなる。

従来の２ストロ一ク内燃機関が示すさらなる欠点は、大気の温度、圧力、湿度に 対して特に敏感であるというところにあり、これらのパラメータが、機関を設計 した時の運転条件からずれた場合には、その結果は、機関性能（出力とトルク） の非常な低下と、燃料消費の明らかな増大を招き、大気を汚染する機関の容量の 増大という結果となる。

したがって、本発明の目的は、４ストロ一ク機関にほぼ匹敵するエミツシヨンし か排出せず、大気の条件の変化によって発生する問題か実質的にないにもかかわ らず、充分に高い出力性能を発揮することのできる２ストロ一ク内燃機関を採用 することによって上記の欠点を克服することである。

本発明のさらなる目的は、同し設計出力の従来機関に比べて６００６まで少ない 燃料消費を得ることのできる２ストロ一ク内燃機関を提供することである。

〔発明の開示〕

上述の目的は、以下の本発明によって実現される、すなわち、２ストロ一ク内燃 機関であって、基本的に円筒状の内部空洞を示すシリンダと、空洞内で摺動およ び共中心な往復動ピストンと、シリンダの一方の端部に結合されたシリンダヘッ ドであって内側に向いた面が空洞と連結した燃焼室を形成するシリンダヘッドと 、シリンダヘッドに保持された少なくとも１つの点火栓であってその電極が燃焼 室に向かって突出または燃焼室の場所をとっている点火栓とを具備する２ストロ 一ク内燃機関において、少なくとも１つのシリンダの側壁を貫通する噴射弁であ って燃料噴射ノズルが基本的に空洞の与えられた領域に面する様に配置されてい る噴射弁と、噴射弁を周期的に作動させる電子制御ユニットとを有することを特 徴する２ストロ一ク内燃機関である。

開示された２ストロ一ク内燃機関の２つの噴射弁が、シリンダの軸に交差する軸 上に配置され、シリンダ軸に垂直な面から１５°から３５６の間の角度に傾けら れ、２つの噴射弁の軸の挟み角が２０５から３４００の間になる様にされている ことは有利である。

本発明の好適な実施態様においては、２つの噴射弁のノズルは、シリンダの長手 方向の軸に垂直であって、シリンダヘッドに向いた面から、ビストンストローク に２つの定数０．３０と０．７０を掛けた２つの値よりも小さくもなく、大きく もない距離だけ離れる様に配置される。

〔図面の簡単な説明〕

ｅｌは、本発明の２ストロ一ク内燃機関の一部分を図解的に表したちのであって 、Ｉ−１面に沿って見た断面が図２に示され、またブロックダイアグラムと連結 されている。

図２は、図１の２ストロ一ク内燃機関の頂部を平面図で表したものである。

〔発明を達成する最良の態様〕

以下、添付の図面を参照して、例を用いてその詳細を説明する。

添付の図１において、■は２ストローク内燃ｖ１関の全体を示し、簡潔のために その頂部のみが図示されている。簡潔のためと同様に、その全体を示す場合には 、明細書においてこの部分は単に“機関”と記述される。

機関ｌは単一のシリンダ２を具備し、その軸は垂直に配され、その内部の空洞２ °は、水平かっ、ピストン３が下死点で示されれいる図１の表示面に直角に配設 されたピストンピン５によってコネクティングロッド４と連結された軸方向に摺 動可能なピストン３によってふさがれている。６はシリンダ２の頂面に提供され た水平面に結合されたシリンダヘッドを示し、図示されない螺子の切られた締結 手段によってこの様に固定されていて、シリンダ２の空洞に向いた面の部分は基 本的に半球状の燃焼室７を提供している。ヘッド６はシリンダ２と同じ軸を有す る螺子穴８を提供し、それは図解的に１０で示される従来のタイプの電子制御ユ ニットに接続され、それによって電極の間に点火スパークが飛ばされる点火栓９ に適合されている。

シリンダ２の側壁１１は、主排気ボート１２を提供し、それは２つの追加的な排 気ポート１３（その内の１つだけが図示されている）の反対側の側面に並んでい る。これらのさらなる排気ポート１３は副排気ボートとして知られており、管と 直接に連結されている主排気ボート１２によって排気管１４に連結されている。

さらにシリンダ２の側壁１１によって提供されているのは、基本的に直径方向の 反対位置に配設された（その内の１つだけが図示されている）２つの主吸気また はトランスファボート１５と、一対の副吸気またはトランスファボート１６と、 副トランスファポート１６の間に配設されたさらなる吸気ボート１７、あるいは ″第５ボート”である。

５個の吸気ポート１５．１６．１７は図示されない方法によって、全〈従来通り に、機関１の吸気チャンバまたはケーシングｌｃと連結されている。

１８はシリンダ２のそれぞれの側部を貫通して延びていて、排気ポート１２の対 称の面と一致する直径の面の両方に対称的に配設されている２つ孔の内の一方を 示しており、これら２つの孔の軸はシリンダ２の軸と交差する様に配置されてお り、好ましくは孔１８が空洞に出てくる面より下側の水平面に対して１５°から ３５°の間の角度βで配設されている。孔１８の軸によって挟まれる角度人は好 ましくは２０’から３４００の間とされる。

６孔１８には、同軸上に配設され、図解的に図２０で示される従来の実施例の電 子制御ユニット２ｏに連結されている噴射弁１９があてがわれ、堅く締結される 。２つの噴射弁の作動は制御ユニット２０によって制御され、機関ｌの異なる回 転速度（ｒｐｍ）に対して、好ましくは、クランクシャフト１ｇが、ピストン３ が上死点に達する位置から、以下の実験値の表にしめされる与えられた角度だけ 回転した後（速度によって±２０’の公差を許容する）作動が始まる様にされる 。

噴射時期　ＲＰＭ　噴射時期　ＲＰＭ （Ｙ）　（Ｘ）　（Ｙ）　（Ｘ） １５５°　１０００　８２°　８７５゜１５５°　１５００　７４°　９０００ １５４°　２０００　６９°　９２５゜１５３°　２５００　６６°　９５００ １５３°　３０００　６１’　９７５０１５１°　３５００　５９°１００００ １４９°　４０００　５６°１０２５０１４５°　４５００　５２°　１０５０ ０＋３１’　５０００　５２°　１０７５０１１６°　５５００　５０°　１１ ０００１０４°　６０００　５０°　１１２５０９９°　６５００　５０°　１ １５００９８’　７０００　４５°　１１７５０９２’　７５００　４５°　１ ２０００９１’　８０００　４５°　１２２５０８８°　８５００ 表に示された時期角度は、噴射弁１９を作動させるために電子制御ユニット２０ によって制御信号が発生される瞬間を示し、燃料がノズル２１によってシリンダ 内に噴射される実際の応答時期からの、作動の時期を分離する生理学的／機械的 な、遅れを考慮するための計算が行われ、そこでは制御信号が噴射弁１９に送達 される。

好適な解決法で＋ｉ、噴射弁１９のノズル２１は、シリンダ２の頂面に一致する 水平面から、Ａで示される距離だけ離して設置され、への比率は以下の数式の上 限値と下限値で規定される。

０．３０　”　５ＴＲＯＫＥ≦Ａ≦０．３０　’　５ＴＲＯＫＥここで、５ＴＲ ＯＫＥはシリンダ２によって形成される空洞２′の内部をピストン３が動く距離 である。ノズルの位置は、いかなる場合でも燃料か排気ポートの高さよりも上に 向けられる様にすることが必要である（距離ＬＳ）。

図１のブロックダイアグラムの部分を参照すると、２２は吸気ダクト（図示しな い）の内部のスロットル弁（図示しない）のある固定参照値に対する角度位置を 検出することができ、位置を示すことのできる信号を電子制御ユニット２０に供 給する従来タイプの検出装置を示している。簡単に言えば、検出装置２２は吸気 ダクトの一部を形成する幅の変わる通路によって提供される開口部の大きさを見 極める役目を成すということである。２３はクランクシャフト１ｇの回転速度を 検出することができ、対応する信号を電子制御ユニット２０に供給する従来タイ プの検出装置を示している。同様に、２４は機関１の吸気ハウジング（図示され ない）の内部に配設され、該容器内部の圧力を示すことのできる信号を電子制御 ユニッ１−２０に供給する検出装置を示している。さらなる装置２５は、機関冷 却水の温度を検知し対応する信号を電子制御ユニット２０に返送する。

２６と２７で示されるブロックは、それぞれ、大気温度の検出と、機関１に連結 されたバッテリ（図示されない）の端子間の電圧を確認する役目を成し、最後に 、２８は排気ガスをサンプリングし燃焼を免れた排出物中の物質の割合を表す信 号を電子制御ユニット２゜に返送することを目的としたセンサである。

３０は調整要素を示し、機関ｌがら排気ポート１２および１３を通って排出され るガスによって辿られる通路にそって配置された摺動ゲートとして図解的に現さ れている；この様な要素３ｏは、電子制御ユニット２０によって制御されるステ ッピングモータ３１にあるアクチュエータの作用によって、ボート１２と１３の 幅の変更の終端部まで垂直方向に動くことが可能である。

機関ｌの操作については、この技術に詳しい人間には、若干のコメントは必要で あろう力吐述の説明の内容から直ぐにわかるであろう。すべての場合において際 立った特徴は、機関ｌの各回転の間に、噴射弁１９は計量された量の燃料を燃焼 室７に向けるということであって、その時期は上記に再現された値の表から認識 でき、その量は電子制御ユニット２ｏによって、内部ソフトウェア装置に記憶さ れたパラメータおよび各種検出装置２２．２３．２４．２５．２６．２７．２８ から受け取った信号の情報を基に決定される。さらに顧著なことは、排気ボート １２および１３によって提供される通路の幅が、電子制御ユニット２０の同じ内 部ソフトウェア装置に記憶されたステッピングモータ３１を作動させる指令を利 用することによって、変更することができると言うことである。

最後に、実験によれば２つの特徴が示されている、すなわち、燃焼室の形状寸法 と、噴射弁１９の位置と噴射の時期と間の直接的な関連は、排気ボートが完全に 閉じられる前に分配されるいかなる燃料もピストン３の頂冠部の上に直接に落下 し、強烈な熱によって直ちに気化し、点火栓に向かって上昇していくことを確実 にするために結びつけられる：したがって、排気ボート１２および１３を通って 未燃の燃料が逃げていくことはない。

これは低速でクランクシャフトが回転する典型的な場合であるが、例えば、都市 部における様に、大きくない出力での加速の反復的な激発によって推進力が代表 される様な場合に、燃焼室に供給される燃料のチャージが比較的少なく、したが って容易にそして”瞬間的に”ピストンの頂冠部の上で気化する。

この例では、ピストン速度は特に大きいものではなく、分配される燃料の量によ って（および噴射弁自身の位置、すなわち、距離Ａおよび角度β）指令が出され るところの噴射を完遂する経過時間はピストンが排気ボートを閉じることを可能 にする様にされている二言い換えれば、噴射は排気ボートが”殆ど閉じられる” のと共に始まり、それによって消費されたガスと共に排気ボートを通って移動す る点火されない燃料の量を最少にしく例え全部排除できなくとも）、ｆｉｌＭＩ からの汚染を実質的に無くすことを確認し終わるまで上述の色々な要素が利用さ れる。これは、まさに低い機関速度で人々が望んでいたものである。状況はクラ ンクシャフトの速度が増大するにつれて変わる、とはいってもこの様な変化はみ な、全く異なった性質の運転条件を反映する様であり、おそらく住宅地域や都市 中心部では典型的なものではないてあろう。

本発明によって２ストロ一ク機関ｌにおいて最初に述べた目的が充分に実現され 、著しく高いレベルの性能が得られたことと、大気への影響は４ストロ一ク機関 のそれと充分に比較できるという事実と、従来技術に関連して言及した様な大気 条件の変化に関連する問題の実質的な排除が証明されるということが明細書より 明らかである。

事実に鑑みて、大気中への未燃燃料の排出は無く、さらに、本発明による機関ｌ は６０９６にも達する燃料経済性を得ることが出きるということを示している。

〜Ｊ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．基本的に円筒形状の空洞（２′）を示すシリンダ（２）と、空洞（２′）の 内部で摺動自在、かつ共中心とされている往復動ずるピストン（３）と、シリン ダ（２）の一方の端部に結合され、内側に向いた面が空洞と共に燃焼室（７）を 提供するシリンダヘッド（６）と、シリンダヘッド（６）に支持され電極が燃焼 室（７）に向かって突き出している、あるいは燃焼室（７）を占有している少な くとも１個の点火栓とを具備する２ストローク内燃機関であって、シリンダ（２ ）の側壁を貫通し、燃料噴射ノズルが基本的に空洞（２′）の与えられた領域に 面する様に配置された少なくとも１個の噴射弁（１９）と、噴射弁（１９）を周 期的に作動させる第１の電子制御ユニット（２０）とを具備することを特徴とす る２ストローク内燃機関。 ２．２個の噴射弁（１９）を具価し、その軸がシリンダ（２）の軸と交差し、シ リンダの軸に垂直な面に対して１５度から３５度の角度（β）で、また２０度か ら３４０度の角度（Ａ）の挟み角となる様に配置されていることを特徴とする前 記請求項１に記載の２ストローク内燃機関。 ３．噴射弁（１９）のノズル（２１）が、それぞれシリンダ（２）の長手方向の 軸に垂直であって、ヘッド（６）に向かいあって現れているシリンダの面に一致 する平面から、ピストン（３）のストロークに２つの定数０．３０と０．７０を 掛けて得た値よりも小さくもなく、大きくもない距離（Ａ）だけ離れて設置され ていることを特徴とする前記請求項１または２に記載の２ストローク内燃機関。 ４．噴射弁（１９）のノズル（２１）が、シリンダ（２）の長手方向の軸に垂直 な与えられた平面から、同じ平面からシリンダの排気ポートを分離している最小 距離（ＬＳ）よりも小さな距離（Ａ）だけ離して設置されていることを特徴とす る前記請求項３に記載の２ストローク内燃機関。 ５．基本的に円筒形状の空洞（２′）のシリンダ（２）であって、少なくとも１ つの側面領域に空気を通す吸入ポート（１５、１６、１７）と、少なくとももう １つの側面領域に燃焼ガスを逃がす排気ポート（１２、１３）とを有するシリン ダ（２）と、空洞（２′）の内部で摺動自在、かつ共中心とされている往復動ず るピストン（３）と、シリンダ（２）の一方の端部に結合され、内側に向いた面 が空洞と共に燃焼室（７）を提供するシリンダヘッド（６）と、シリンダヘッド （６）に支持され電極が燃焼室（７）に向かって突き出している、あるいは燃焼 室（７｝を占有している少なくとも１個の点火栓とを具備する２ストローク内燃 機関であって、シリンダ（２）の側壁を貫通し、燃料噴射ノズルが基本的に空洞 （２′）の与えられた領域に面する様に配置された少なくとも１個の噴射弁（１ ９）と、燃料の噴射を機関（１）の各回転毎に、排気ポート（１２、１３）が部 分的に開く時から始めて、排気ポート（１２、１３）が完全に閉じる時に終了す る様に噴射弁（１９）を周期的に作動させる第１の電子制御ユニット（２０）と を具備することを特徴とする２ストローク内燃機関。 ６．２個の噴射弁（１９）を具備し、その軸がシリンダ（２）の軸と交差し、シ リンダの軸に垂直な面に対して１５度から３５度の角度（β）で、また２０度か ら３４０度の角度（Ａ）の挟み角となる様に配置されていて、それぞれのノズル （２１）がシリンダ（２）の長手方向軸に垂直であって、ヘッド（６）に向かっ て現れているシリンダの面に一致する平面から、ピストン（３）のストロークに ２つの定数０．３０と０．７０を掛けて得た値よりも小さくもなく、大きくもな い距離（Ａ）だけ離れて設置されていることを特徴とする前記請求項５に記載の ２ストローク内燃機関。 ７．機関に空気を入れる幅の変化する通路によってもたらされる開口部の大きさ を測定することのできる第１の検出装置（２２）を具備し、測定した大きさの信 号を示すことのできる第１の電子制御ユニット（２０）を備えていることを特徴 とする前記請求項１から６のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。 ８．機関の回転速度を測定することのできる第２の検出装置（２３）を具備し、 測定した速度の信号を示すことのできる第１の電子制御ユニット（２０）を備え ていることを特徴とする前記請求項１から７のいずれか１項に記載の２ストロー ク内燃機関。 ９．機関（１）と共働する吸気ハウジングの内部空気の圧力を測定することので きる第３の検出装置（２４）を具備し、測定した圧力の信号を示すことのできる 第１の電子制御ユニット（２０）を備えていることを特徴とする前記請求項１か ら８のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。 １０．機関を冷却する液体の温度を測定することのできる第４の検出装置（２５ ）を具備し、測定した温度の信号を示すことのできる第１の電子制御ユニット（ ２０）を備えていることを特徴とする前記請求項１から９のいずれか１項に記載 の２ストローク内燃機関。 １１．大気の温度を測定することのできる第５の検出装置（２６）を具備し、測 定した温度の信号を示すことのできる第１の電子制御ユニット（２０）を備えて いることを特徴とする前記請求項１から１０のいずれか１項に記載の２ストロー ク内燃機関。 １２．バッテリの端子間の電圧を測定することのできる第６の検出装置（２７） を具備し、測定した電圧の信号を示すことのできる第１の電子制御ユニット（２ ０）を備えていることを特徴とする前記請求項１から１１のいずれか１項に記載 の２ストローク内燃機関。 １３．機関（１）から排出される排気ガスをサンプリングすることのできる第７ の検出装置（２２）を具備し、燃焼を免れた排出物の物質の割合を示すことので きる第１の電子制御ユニット（２０）を備えていることを特徴とする前記請求項 １から１２のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。 １４．点火栓（９）の電極間に飛ばす点火スパークの時期を決定する第２の電子 制御ユニット（１０）を備えていることを特徴とする前記請求項１から１３のい ずれか１項に記載の２ストローク内燃機関。 １５．少なくとも１つの排気ポート（１２、１３）によって得られる通路の大き さを変化させる比例手段（３０）と、該比例手段（３０）を作動させその作用が 第１の電子制御ユニット（２０）に連動している手段（３１）とを具備すること を特徴とする前記請求項４から１２のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機 関。 １６．少なくとも１つの噴射弁（１９）の作動が、第１の電子制御ユニットによ って、機関（１）の与えられた回転速度（ｒｐｍ）に対して、機関のクランクシ ャフトがピストン（３）が上死点に到達した位置から計測して、±２０°の公差 は許容して、以下の角度だけ回転した後に噴射が始まる様に制御されることを特 徴とする前記請求項１から１５のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関； １０００ｒｐｍで１５５°、１５００ｒｐｍで１５５°、２０００ｒｐｍで１５ ４°、２５００ｒｐｍで１５３°、３０００ｒｐｍで１５３°、３５００ｒｐｍ で１５１°、４０００ｒｐｍで１４９°、４５００ｒｐｍで１４５°、５０００ ｒｐｍで１３１°、５５００ｒｐｍで１１６°、６０００ｒｐｍで１０４°、６ ５００ｒｐｍで９９°、７０００ｒｐｍで９８°、７５００ｒｐｍで９２°、８ ０００ｒｐｍで９１°、８５００ｒｐｍで８８と°、８７５０ｒＰｍで８２°、 ９０００ｒｐｍで７４°、９２５０ｒｐｍで６９°、９５００ｒｐｍで６６°、 ９７５０ｒｐｍで６１°、１００００ｒｐｍで５９°、１０２５０ｒｐｍで５６ °、１０５００ｒＰｍで５２°、１０７５０ｒｐｍで５２°、１１０００ｒｐｍ で５０°、１１２５０ｒｐｍで５０°、１１５００ｒｐｍで５０°、１１７５０ ｒｐｍで４５°、１２０００ｒｐｍで４５°、１２２５０ｒｐｍで４５°。