JPH1018880A

JPH1018880A - 焼料噴射式２サイクル内燃機関

Info

Publication number: JPH1018880A
Application number: JP8170831A
Authority: JP
Inventors: Takeo Yoshida; 武雄吉田; Takahiro Suzuki; 隆広鈴木
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高負荷における性能及び燃費の向上、及び低負
荷における回転安定性及び燃費の向上を図る。【解決手段】シリンダ側壁２４３ａに排気口２５４と、
排気ポート２５３を設け、この排気ポート２５３に排気
タイミング可変式排気弁３９０を配置する一方、燃焼室
２４８をピストン頂部方向から視る時、インジェクタ２
６４の噴射孔から燃焼室２４８に噴射される燃焼噴射流
の投影が排気ポート２５３の位置と交わるように、イン
ジェクタ２６４を燃焼室壁に配置し、燃料の噴射により
燃焼室２４８内に形成される混合気に点火プラグ２４９
に発生する火花により焼焼開始させる燃料噴射式２サイ
クル内燃機関において、少なくとも所定負荷以上の中高
負荷域において負荷の増加とともに排気タイミングを進
め、かつ燃料噴射量を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、焼料噴射式２サ
イクル内燃機関に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】２サイクル内燃機関には、例えば、排気
ポートに排気タイミングをスロットル開度に応じ可変す
る排気タイミング可変式排気弁を配置し、低負荷時排気
タイミングを遅らせ、高負荷時排気タイミングを進める
制御をするものがある。これにより、高負荷時多量に発
生する既燃焼の排気ガスを燃焼室より速く排出し、掃気
時の燃焼室内圧力を低くすることにより、新気の充填効
率を上げることによりエンジン性能を向上することがで
きる。

【０００３】また、２サイクル内燃機関として、燃焼室
をピストン頂部方向から視る時、インジェクタの噴射孔
から燃焼室内に噴射される燃料噴射流の投影が排気ポー
トの位置と交わるように、インジェクタを燃焼室内に配
置し、燃料の噴射により燃焼室内に形成される混合気に
点火プラグに発生する火花により燃焼開始させる燃料噴
射式２サイクル内燃機関が提案されている。これによ
り、排気口が閉じた時に排気口側のシリンダ壁に到達す
る噴射燃料が、排気口側の高温雰囲気のシリンダ壁によ
り気化し、より確実に混合気を燃焼室内に形成できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、負荷の
増加とともに排気タイミングを進めると、ピストンが排
気口を閉じるタイミングも遅れることになり、噴射する
燃料が排気口から燃焼室外に流出し、燃費や出力が低下
する問題が発生してしまう。また、低負荷域において
は、新気の掃気量が低下するので、掃排気によるガス交
換性が低下し、残留排気ガス量が増加することにより点
火火花によっても着火しない失火が発生する場合があ
る。これにより回転が不安定になり、且つ低速の燃費が
低下する問題が発生してしまう。

【０００５】また、排気タイミングが同一である２つの
異なる負荷において、噴射タイミングを同一とすると、
特に噴射量が多い高負荷側において燃焼室内に均一混合
気が点火までに形成しにくくなり、燃焼が排気タイミン
グ前に完了しないことが発生し、出力不足や燃費の低下
する問題が発生してしまう。

【０００６】また、低負荷時においては、希簿燃焼、あ
るいは予混合燃焼においても希薄燃焼に近いゆっくりし
た燃焼が排気清浄性の上で効果があることが知られてい
るが、燃料噴射の仕方によっては排気清浄性を悪化して
しまう問題がある。

【０００７】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、高負荷における性能及び燃費の向上、及び低負荷
における回転安定性及び燃費の向上を図る燃料噴射式２
サイクル内燃機関を提供することを目的とする。さら
に、低負荷における排気清浄性の良い燃料噴射式２サイ
クル内燃機関を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、シリン
ダ側壁に排気口と、排気ポートを設け、この排気ポート
に排気タイミング可変式排気弁を配置する一方、燃焼室
をピストン頂部方向から視る時、インジェクタの噴射孔
から燃焼室に噴射される燃焼噴射流の投影が前記排気ポ
ートの位置と交わるように、インジェクタを燃焼室壁に
配置し、燃料の噴射により燃焼室内に形成される混合気
に点火プラグに発生する火花により焼焼開始させる燃料
噴射式２サイクル内燃機関において、少なくとも所定負
荷以上の中高負荷域において負荷の増加とともに排気タ
イミングを進める一万、高負荷程燃料噴射量を増加する
とともに、噴射開始タイミングそのものは、前記所定負
荷以上の中高負荷域において、負荷の増加とともに遅ら
せる一方、低負荷時における排気タイミングを前記所定
負荷における排気タイミングより進めるよう制御すると
ともに、低負荷時における噴射開始タイミングを、前記
所定負荷以上の中高負荷域において同一排気タイミング
となる時の噴射開始タイミングより遅らせるよう制御す
る制御手段を備えることを特徴としている。

【０００９】これにより、排気口が閉じた時に排気口側
のシリンダ壁に到達する噴射燃料が、排気口側の高温雰
囲気のシリンダ壁により気化し、より確実に混合気を燃
焼室内に形成できる。且つ、所定負荷以上の中高負荷域
において、負荷の増加に合わせて排気タイミングが早く
なり、ピストンにより排気口が閉じられるタイミングが
遅くなってしまうが、噴射開始タイミングも遅れるよう
にするので、噴射される燃料が排気口に到達する時には
排気口を閉じている状態にすることができ、燃料の吹き
抜けを防止できる。また、同一排気タイミングの低負荷
時の噴射開始タイミングより、負荷の大きい中高負荷域
における噴射開始タイミングの方が早いので、噴射燃料
は早く気化し、点火前までに燃焼室内に均一な混合気を
形成できる。これにより、点火後の燃焼が速まり、排気
口が開く前に燃焼を完了できるので、中高負荷域におけ
る性能及び燃費を向上できる。また、低負荷域において
は排気タイミングが早められ、掃排気による充填効率が
向上し、失火が減り回転が安定するとともに、失火が滅
ることによる燃費向上を図ることができる。

【００１０】請求項２記載の発明は、インジェクタに前
記点火プラグ近傍を指向する燃科噴射流を発生させる噴
射孔を設けたことを特徴としている。

【００１１】低負荷時における噴射開始タイミングを、
所定負荷以上の中高負荷域において同一排気タイミング
となる時の噴射開始タイミングより遅らせているので、
点火直前において、点火プラグ近傍に濃混合気を形成で
き、点火により希薄燃焼あるいはそれに近い予混合燃焼
が発生する。これにより、噴射燃料は確実に燃焼しＣＯ
₂や水蒸気に変化し、排気清浄性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の燃料噴射式２サ
イクル内燃機関を自動二輪車に搭載した実施の形態につ
いて説明する。図１は燃料噴射式２サイクル内燃機関を
自動二輪車に搭載した実施の形態の概略構成図、図２は
燃料噴射式２サイクル内燃機関の縦断面図、図３はシリ
ンダ側壁噴射の燃料及び空気のフローチャート、図４は
排気タイミング及び噴射開始タイミングの特性図、図５
は燃料噴射式２サイクル内燃機関の気筒上部の縦断面
図、図６はインジェクタの断面図、図７はインジェクタ
の先端部の断面図である。

【００１３】図中符号２０１は、乗物の一例であって鞍
乗型車両たる自動二輪車であり、矢印Ｆｒはその進行方
向の前方を示している。また、後記する左右とは、前記
前方に向っての方向をいうものとする。また、２０２は
上記自動二輪車２０１が走行可能な路面である。自動二
輪車２０ｌは乗物本体である車体２０３を有している。
また、車体２０３は車体静止側である車体フレーム２０
４を有している。車体フレーム２０４は、その前端にヘ
ッドパイプ２０５を有し、このヘッドパイプ２０５から
後下方に向って左右一対の主フレーム２０６が延出し、
これら各主フレーム２０６の各延出端から更に後下方に
向ってそれぞれシートピラーチューブ２０７が延出して
いる。一方、上記各主フレーム２０６の前部下面からそ
れぞれ後下方に向ってダウンチューブ２０８が延出し、
これらダウンチューブ２０８の延出端とシートピラーチ
ューブ２０７の延出端とが互いに結合させられている。

【００１４】各主フレーム２０６の後部から後上方に向
ってそれぞれシートレール２１０が延出し、このシート
レール２１０は左右一対のバックステー２１１によって
シートピラーチューブ２０７に支持されている。各バッ
クステー２１１とシートピラーチューブ２０７とが結合
した部分はリヤアームブラケット２１２とされている。
ヘッドパイプ２０５にはフロントフォーク２１４が操向
自在に支承されている。フロントフォーク２１４の下端
に前輪２１５が支承され、かつ、この前輪２１５を上方
から覆うフロントフェンダ２１６が設けられ、このフロ
ントフェンダ２１６は同上フロントフォーク２１４の上
下方向の中途部に固着されている。一方、フロントフォ
ーク２１４の上端にはハンドル２１７が取り付けられて
いる。

【００１５】リヤアームブラケット２１２にピボット軸
２１８によりリヤアーム２１９が上下揺動自在に枢支さ
れている。リヤアーム２１９の揺動端に後輪２２０が支
承され、シートレール２１０とリヤアーム２１９との間
に緩衝器２２１が架設されている。主フレーム２０６、
シートピラーチューブ２０７およびダウンチューブ２０
８で囲まれた空間に、つまり、車体フレーム２０４の枠
内に燃料噴射式２サイクル内燃機関であるエンジン２２
３が設けられている。エンジン２２３は２サイクルエン
ジンであって、クランクケース２２４と、このクランク
ケース２２４から前上方に突出するシリンダ２２５を有
し、車体フレーム２０４に締結具により着脱自在に支持
されている。クランクケース２２４の後面に動力伝達装
置２２６が連設され、この動力伝達装置２２６の出力側
に、後輪２２０がチェーン伝動機構２２７により連結さ
れている。

【００１６】シリンダ２２５の後面にはリード弁２２
８、吸気マニホールド２２９および吸気サイレンサ２３
１がこの順序で連設されている。吸気マニホールド２２
９には吸気量を制御するスロットル弁２７１が配置され
ている。スロットル弁２７１の軸部２７１ａに設けたス
ロットルプーリ２７２はスロットルワイヤ２７３を介し
てスロットルグリップ２７４に連結され、スロットルグ
リップ２７４の操作でスロットル弁２７１が開閉され
る。スロットルグリップ２７４はハンドル２１７に設け
られ、またスロットルグリップ２７４の操作量を検出す
るスロットル開度センサ２７５が設けられている。

【００１７】シリンダ２２５の前面には排気管２３３の
一端が連結され、この排気管２３３の他端側はダウンチ
ューブ２０８の下側近傍を通って後方に延び、その後端
に排気マフラ２３４が連結され、排出口２３４ａから排
気される。

【００１８】主フレーム２０６には燃料タンク２３５が
支持されている。一方、シートレール２１０には、シー
ト２３６が支持されている。また、車体２０３の後部を
その各側方から覆うサイドカバー２３７が設けられてい
る。エンジン２２３の駆動により、その動力が動力伝達
装置２２６とチェーン伝動機構２２７等を介し、後輪２
２０に伝達されれば、自動二輪車２０１が路面２０２上
を前方に向って走行可能とされる。

【００１９】エンジン２２３は、気筒２６１を有し、エ
ンジン２２３のクランクケース２２４内のクランク室２
４０にはクランク軸２４１が収容され、このクランク軸
２４１はクランクケース２２４にその軸心回りに回転自
在に支承されている。エンジン２２３のシリンダ２２５
は、軸心がほぼ縦向きのシリンダ孔２４２を有するシリ
ンダボディ２４３と、このシリンダボディ２４３の突出
端に取り付けられるシリンダヘッド２４４とを有してい
る。シリンダ孔２４２にピストン２４５が軸方向に摺動
自在に嵌入され、このピストン２４５はクランク軸２４
１にコンロッド２４６により連結されている。

【００２０】ピストン２４５がシリンダヘッド２４４に
ある程度接近したとき、シリンダ孔２４２内でシリンダ
ヘッド２４４とピストン２４５で囲まれた空間が燃焼室
２４８となる。シリンダヘッド２４４には、点火プラグ
２４９が取り付けられ、この点火プラグ２４９の放電部
が燃焼室２４８に臨んでいる。クランクケース２２４の
後上部には吸気ポート２５１が形成され、この吸気ポー
ト２５１にリード弁２２８が連通している。シリンダ孔
２４２周りのシリンダボディ２４３にはクランク室２４
０を燃焼室２４８に連通させる掃気通路２５２が形成さ
れ、この掃気通路２５２の内、燃焼室２４８に向って開
口する部分が掃気ポート２５２ａとなっている。また、
燃焼室２４８を排気管２３３の前端である上流端内の排
気ポート２５３に連通させる排気口２５４がシリンダボ
ディ２４３の前部に形成されている。

【００２１】エンジン２２３は気筒２６１にインジェク
タ２６４を有し、このインジェクタ２６４はシリンダボ
ディ２４３のシリンダ側壁２４３ａに着脱自在に取り付
けられている。インジェクタ２６４は、シリンダ側壁２
４３ａから燃焼室２４８内に向って、燃料タンク２３５
から供給される燃料を噴射する。

【００２２】このエンジン２２３は、シリンダ側壁２４
３ａに排気口２５４と、排気ポート２５３を設け、この
排気ポート２５３に排気タイミング可変式排気弁３９０
を配置する一方、燃焼室２４８をピストン頂部方向から
視る時、インジェクタ２６４の噴射孔２６４ａから燃焼
室２４８に噴射される燃焼噴射流の投影が排気ポート２
５３の位置と交わるように、インジェクタ２６４を燃焼
室壁に配置し、燃料の噴射により燃焼室２４８内に形成
される混合気に点火プラグ２４９に発生する火花により
焼焼開始させる。

【００２３】燃料タンク２３５の下部には燃料コック２
９０が設けられ、燃料コック２９０に燃料フィルタ２９
１、燃料供給ポンプ２９２、燃料配送管２９３が順に接
続され、燃料配送管２９３から燃料がインジェクタ２６
４に供給される。燃料配送管２９３にはインジェクタ２
６４に供給される燃料の圧力を所定圧に調整する調圧器
２９４が設けられ、調圧器２９４、戻し燃料通路２９５
により余分の燃料は燃料タンク２３５に戻る。シリンダ
ボディ２４３の後方で、吸気マニホールド２２９上方
と、燃料タンク２３５の下方の間の空間Ｚに、この空間
Ｚを利用してインジェクタ２６４が配置され、小型化で
き、しかも他部材と干渉することが防止され、インジェ
クタ２６４の保護が可能である。

【００２４】点火プラグ２４９は電子的な点火回路２５
６に電気的に接続され、この点火回路２５６は電子的な
エンジン制御御装置２５７に接続されている。また、ク
ランク軸２４１のクランク角を検出するクランク角検出
センサ２５８が設けられ、このクランク角検出センサ２
５８もエンジン制御装置２５７に接続されている。

【００２５】エンジン２２３の駆動時に、ピストン２４
５がクランク軸２４１側の下死点位置から燃焼室２４８
側に移動すると、ピストン２４５によって掃気ポート２
５２ａと排気口２５４とがこの順序で閉じられる。ま
た、ピストン２４５が燃焼室２４８側に移動すると、ク
ランク室２４０内が負圧にされる。すると、吸気サイレ
ンサ２３１を通って、空気である外気２５９が吸入さ
れ、これが吸気２６０とされる。

【００２６】次に、吸気２６０が吸気マニホールド２２
９とリード弁２２８とを通ってクランク室２４０内に吸
入される。これが「吸入行程」である。

【００２７】一方、掃気ポート２５２ａと排気口２５４
とが閉じられた後、更に、ピストン２４５が燃焼室２４
８側へ移動すれば、この燃焼室２４８に既にインジェク
タ２６４で噴射されていたあるいは及び本行程中に噴射
される燃料が気化し空気と混合して形成される混合気が
圧縮される。これが「圧縮行程」である。

【００２８】ピストン２４５が上死点に達する直前で、
クランク角検出センサ２５８により検出される所望のク
ランク角のときに、つまり、所望の点火時期に、エンジ
ン制御装置２５７により制御された点火回路２５６から
の出力信号で、点火プラグ２４９の放電部が放電する。
すると、混合気が着火、燃焼させられて気体が膨張し、
これにより、ピストン２４５が上記上死点を越えた後、
クランク室２４０側に押し戻される。これが「爆発行
程」である。

【００２９】ピストン２４５のクランク室２４０側への
移動により、クランク室２４０内に吸入されていた空気
が予圧縮される。リード弁２２８はこのときのクランク
室２４０内の圧力で閉弁させられている。

【００３０】ピストン２４５がクランク室２４０側へ移
動する途中で、まず、排気口２５４が開かれる。する
と、排気口２５４を通し、混合気の既燃ガスが排気とし
て排気口２５４を通って燃焼室２４８から排出される。
これが「排気行程」である。そして、排気は排気管２３
３内の排気ポート２５３を通って外部に排出される。

【００３１】ピストン２４５がクランク室２４０側に移
動して排気口２５４が開かれると、これに続いて掃気ポ
ート２５２ａが開かれる。すると、クランク室２４０内
で予圧縮されていた空気が掃気通路２５２を通って燃焼
室２４８に流入させられ、この空気が燃焼室２４８に残
留している既燃ガスの一部を排気口２５４に押し出すと
共に、空気が燃焼室２４８に充満する。これが「掃気行
程」である。この「掃気行程」は、ピストン２４５が下
死点位置に戻った後、再び上死点位置へ移動し、排気ポ
−ト２５２ａを閉じる直前まで続く。この「掃気行程」
の途中から「圧縮行程」の初期、ピストン２４５がイン
ジェクタ２６４を閉じるまでの期間にインジェクタ２６
４から燃料が噴射される。

【００３２】上記状態から、ピストン２４５が再び燃焼
室２４８側に移動し、以下、各行程が繰り返されて、ク
ランク軸２４１が回転させられる。このクランク軸２４
１を通しエンジン２２３が動力を出力し、この動力は、
動力伝達装置２２６やチェーン伝動機構２２７等を介し
て後輪２２０に伝えられる。

【００３３】燃焼室２４８から排気口２５４へ排気を排
出させるときの排気タイミングを調整して、エンジン性
能を向上させる排気タイミング調整装置２７９が設けら
れている。排気タイミング調整装置２７９は、排気口２
５４の上部側に設けられる排気タイミング可変式排気弁
３９０を有している。この排気タイミング可変式排気弁
３９０で、排気口２５４の上部開口が開閉され、排気口
２５４の上部開口縁の位置が上下方向で可変とされる。
排気タイミング可変式排気弁３９０を作動させるのはサ
ーボモータ等のアクチュエータ２６５であって、このア
クチュエータ２６５は制御手段を構成するエンジン制御
装置２５７に接続されている。

【００３４】エンジン２２３の回転数、つまり、クラン
ク軸２４１の回転数を検出するエンジン回転数センサ２
６７が設けられ、このエンジン回転数センサ２６７はス
ロットル開度センサ２７５とともにエンジン制御装置２
５７に接続されている。

【００３５】図４（ａ）にスロットル開度と排気タイミ
ングの関係をエンジン速度をパラメータとして図示し
た。また、図４（ｂ）に排気タイミングと噴射開始タイ
ミングの関係をスロットル開度すなわち負荷域をパラメ
ータとして図示した。

【００３６】スロットル開度センサ２７５の検出信号に
より、エンジン２２３が所定負荷Ａ以上の中高負荷域で
あると判断された場合には、負荷が大きい程、エンジン
制御装置２５７により制御されるアクチュエータ２６５
の作動により排気タイミング可変式排気弁３９０がより
大きく開動作させられて、排気口２５４の上部開口縁が
より上方に位置させられる。

【００３７】すると、排気タイミングがより早くなり、
これにより中高負荷域でのエンジン性能が向上する。な
お、排気タイミングが早くなると、それにつれてピスト
ン２４５の上昇中、排気口２５４を閉じるタイミングが
遅れる。逆に、所定負荷に近くなる程アクチュエータ２
６５が閉動作されて、排気口２５４の上部開口縁が下方
に位置させられる。すると、排気タイミングが遅くな
る。これにより、中高負荷城における排気ガスと新気の
ガス交換性が向上し、エンジン性能が向上する。さら
に、エンジン制御装置２５７はエンジン回転数センサ２
６７の検出信号をうけ、同一負荷における排気タイミン
グを補正する。すなわち、スロットル開度が大きい程早
まる排気タイミングを、エンジン回転数が大きい程、さ
らに早めるように補正する。これにより、エンジン回転
数が高くなるに従い、排気ガスと新気のガス交換性が低
下するのを防止し、エンジン性能を維持あるいは向上す
る。

【００３８】また、排気タイミングが早められるにつれ
て、噴射タイミングを遅らせるようにしているので、噴
射された燃料は、ピストン２４５が上昇し排気口２５４
を閉じた後、排気口２５４に到達する。これにより、排
気口２５４からの吹き抜け量が滅少する。そして、排気
口２５４近傍の高温の雰囲気において気化し、燃焼室２
４８内に均一混合気を形成する。

【００３９】一方、エンジン２３３が所定負荷Ａ以下の
低負荷域であると判断された時には、負荷の小さい程排
気タイミングが早くされる。しかも、この低負荷域にお
いては、エンジン回転数が大きい程、さらに早めるよう
に補正する。これにより、エンジン回転数が低くなる程
排気タイミングを早めるように補正する。これにより、
負荷の低下により掃気量が低下しても、掃気通路２５２
からの新気の掃気流逮を高めることができ、既燃焼ガス
量を減少しつつ、新気の充填効率を向上する。これによ
り、点火による温合気の着火性を向上させることができ
る。しかも、所定負荷以上の中高負荷域における同一排
気タイミングと同一排気タイミングとなる低負荷域にお
ける噴射開始タイミングは、中高負荷域における噴射開
始タイミングより遅らされる。逆に言えば、低負荷域に
おける排気タイミングと同一排気タイミングとなる所定
負荷以上の中高負荷域における噴射開始夕イミングは、
低負荷域における噴射開始タイミングより進められる。
これにより、中高負荷域において確実な予混合燃焼が可
能となる。且つ、低負荷域においては、ピストン２４５
に衝突後燃焼室２４８の上部に指向、あるいは直接点火
プラグ２４９を指向する燃料噴射流が、点火直前の点火
プラグ２４９近傍に濃混合気を形成するので、希薄燃焼
あるいは予混合燃焼状態にあっても、希簿燃焼に近い燃
焼にし、排気清浄性を向上できる。

【００４０】なお、図４（ａ）に図示した通り、中高負
荷域においては高負荷になる程、低負荷域においては負
荷が減少する程、エンジン回転数による補正量の差を大
きくした。

【００４１】エンジン２２３には排気弁開度調整装置２
８０が備えられ、排気ポート２５３の開度を調整し、低
負荷あるいは及び低速時これを流れる排気の流量を抑制
する排気弁２８１を有している。この排気弁２８１を作
動させるのはサーボモータ等のアクチュエータ２８２で
あって、このアクチュエータ２８２は制御装置３９１と
接続されている。

【００４２】また、エンジン２２３には燃焼室圧力セン
サ３００およびノックセンサ３０１が備えられ、燃焼室
圧力センサ３００により燃焼室圧力が所定以上になる
と、点火タイミングを遅らせる。また、ノックセンサ３
０１でノッキングが発生すると、振動を検知して点火タ
イミングを遅らせてノッキングの発生を防止し、ノッキ
ングの発生しなくなると元の点火タイミングに戻すよう
に制御する。

【００４３】また、エンジン２２３にはクランク室圧力
センサ３０２、吸気管圧力センサ３０３、吸気管温度セ
ンサ３０４、排気管圧力センサ３０６、排気管温度セン
サ３０７が備えられ、これらのセンサからの情報に基づ
きエンジン制御装置２５７が点火タイミング、噴射タイ
ミング、噴射期間やオイル供給装置３０８等の制御を行
なう。

【００４４】次に、インジェクタ２６４の構造、取付位
置や噴射方向および噴射タイミングについて図５に基づ
いて説明する。

【００４５】シリンダボディ２４３及びシリンダヘッド
２４４には、ウォータジャケット９５０，９５１が形成
され、ウォータジャケット９５０，９５１を流れる冷却
水で排気タイミング可変式排気弁３９０及びインジェク
タ２６４を冷却する。また、シリンダボディ２４３に形
成された掃気通路２５２は、主掃気口２５２ａ１を有す
る主掃気通路２５２ａ及び副掃気口２５２ｂ１を有する
副掃気通路２５２ｂからなっている。

【００４６】ピストン２４５はスリーブ５２０に摺動可
能に設けられ、このピストン２４５には第１のリング溝
２４５ａ及び第２のリング溝２４５ｂが上下に形成さ
れ、第１のリング溝２４５ａに第１のピストンリング５
２１が、第２のリング溝２４５ｂに第２のピストンリン
グ５２２が係合されている。シリンダ側壁２４３ａには
インジェクタ２６４がキャップ５２３を介して設けら
れ、キャップ５２３の前側と後側はそれぞれシール体５
２４，５２５でシールされている。インジェクタ２６４
の先端部２６４ａはスリーブ５２０に形成されて開口部
５２０ａに臨むように配置され、このインジェクタ２６
４の取付位置は次のように設定される。

【００４７】シリンダ側壁２４３ａのシリンダ周方向の
内、排気口２５４に対向する半分の領域、且つシリンダ
長手方向で排気口２５４よりシリンダヘッド２４４寄り
にインジェクタ２６４を配置している。シリンダ上端２
４３ｂより取付位置までの距離をＡとし、下死点にピス
トン２４５が位置する時のピストン頂部外周部までのシ
リンダ上端２４３ｂよりの距離をＬとする時、ピストン
外周に少なくとも１つのピストンリングを嵌合させるリ
ング溝を設け、ピストン２４５が上死点にある時のシリ
ンダ上端２４３ｂよりリング溝の下端位置までの距離を
ＲＳとする時、この実施例では、ピストン２４５が上死
点にある時のシリンダ上端２４３ｂより第１のピストン
リング５２１が嵌合する第１のリング溝２４５ａの下端
位置までの距離をＲＳとする時、ＲＳ＜Ａ＜０．３Ｌとしている。

【００４８】また、シリンダ上端２４３ｂより排気口２
５４までの距離をＥＳとする時、０．３５ＥＳ＜Ａ＜０．６５ＥＳとしている。

【００４９】このように、所定の位置にインジェクタ２
６４を取り付けることで、爆発行程の初期においてピス
トン２４５によりインジェクタ２６４ヘの熱負荷を低下
させつつ、且つ、従来のものより、長い噴射可能域を確
保可能である。

【００５０】また、インジェクタ２６４から上下２つの
燃料噴射が行なわれ、下向噴射流Ｘは、主にピストン２
４５の下死点から上死点ヘの上昇中のピストン頂部２４
５ｃを目がけて燃料が噴射され、上向噴射流Ｙは点火プ
ラグ２４９を指向して燃料噴射が行なわれる。インジェ
クタ２６４からの噴射流Ｘがピストン頂部２４５ｃに衝
突後反射飛散し、ピストン頂部２４５ｃを冷却し、且つ
ピストン頂部２４５ｃで熱交換し気化が促進される。ま
た、上向噴射流Ｙは燃焼室２４９全体をできる限り均一
混合気とする作用があり、円滑な燃焼が可能である。

【００５１】特に、始動時及び低負荷域においては、ピ
ストン温度が低く、スロットルバルブが絞られており掃
気流に起因する筒内流動も小さいので、Ｘ，Ｙの噴射流
のうち一方のみでは燃焼室２４９全体を均一混合気とす
ることは可能である。しかし、両噴射流Ｘ，Ｙにより均
一混合気を形成するので、より円滑な燃焼が可能であ
る。

【００５２】また、上向噴射流Ｙにより、始動時シリン
ダ上方部に配置される点火プラグ２４９まわりに確実に
可燃混合気を形成するので始動性が向上する。

【００５３】インジェクタ２６４から燃焼室２４８内に
燃料を噴射する噴射速度を、１０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓと
している。即ち、噴射流Ｘ，Ｙの流速は、１０ｍ／ｓ〜
３０ｍ／ｓとされる。噴射流Ｘ，Ｙのいわゆる貫徹力を
燃料の拡散に必要とされる範囲で低く設定し、また燃料
圧力を低く設定している。

【００５４】また、インジェクタ２６４から燃焼室２４
８内に燃料を噴射する燃料噴射時の噴射孔の上流部の圧
力を、３００ＫＰａ（キロパスカル）〜１０００ＫＰａ
（キロパスカル）としている。

【００５５】このように、インジェクタ２６４から燃焼
室２４８内に燃料を噴射する噴射速度を、１０ｍ／ｓ〜
３０ｍ／ｓとすることで、燃料噴射後、ピストン頂部２
４５ｃに到達するまでに十分な時間が確保でき、噴射燃
料の気化が促進できる。また、早くから燃料を噴射して
も、燃料が排気口２５４へ侵入することが防止される。

【００５６】さらに、ピストン頂部２４５ｃを指向させ
る噴射流Ｘが掃気流により気筒内に発生するタンデム流
により乱される程、遅くはないため、ピストン頂部２４
５ｃでの熱交換が可能で、噴射燃料の気化がより促進で
きる。

【００５７】また、インジェクタ２６４から燃焼室２４
８内に燃料を噴射する燃料噴射時の噴射孔の上流部の圧
力を、３００ＫＰａ〜１０００ＫＰａとし、この圧力に
より噴射速度を、１０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓとすることが
可能である。

【００５８】インジェクタ２６４は副掃気口２５２ｂ１
よりシリンダヘッド２４４寄りに配置され、反射前の下
向噴射流Ｘは排気口２５４方向、ピストン頂部２４５ｃ
を指向しており、排気口２５４がピストン２４５で閉じ
られた後は確実にピストン頂部２４５ｃに当たり、ピス
トン頂部２４５ｃで熱交換される。

【００５９】下向噴射流Ｘの先端が排気口２５４に到達
する前に排気口２５４が閉じるように噴射開始タイミン
グを設定している。下向噴射流Ｘの先端面をＸ１で示
す。下向噴射流Ｘの全てをピストン２４５が排気口２５
４を閉じる前にピストン頂部２４５ｃにぶつけるもので
は、跳ね返り後の噴射流の先端が排気口２５４に到達す
る前に排気口２５４が閉じ、このように噴射開始のタイ
ミングは設定される。

【００６０】このように、インジェクタ２６４の配置
は、噴射位置が従来技術よりシリンダヘッド２４４寄り
であり、噴射はより長い距離を飛翔する。この間に、燃
料は燃焼室２４８内の熱的雰囲気と熱交換し、ピストン
頂部２４５ｃ等に衝突する前にも熱交換させることがで
きる。

【００６１】次に、図１乃至図５の実施例に用いられる
インジェクタの構造を、図６及び図７に基づいて説明す
る。

【００６２】インジェクタ２６４はインジェクタハウジ
ング３５０を有し、このインジェクタハウジング３５０
の後端部には蓋体３５１が嵌合され、さらにインジェク
タハウジング３５０内にはコイル３５２を備えたコア３
５３が配置されている。蓋体３５１は樹脂性のキャップ
３５４で覆われ、キャップ３５４のコネクタ３５４ａに
コア３５３に接続したリード線３５５が設けられ、この
リード線３５５がコネクタ３５４ａで駆動電源側と接続
される。蓋体３５１にはパイプ３５６が挿入され、蓋体
３５１の燃料入口３５１ａから供給された燃料は、パイ
プ３５６を介してインジェクタハウジング３５０内の燃
料室３５７に導かれる。

【００６３】インジェクタハウジング３５０の先端部に
ニードルハウジング３５８がニードルストッパ３５９を
介して嵌合され、シール体３６０でシールされている。
ニードルハウジング３５８の先端部にはノズル３６１が
嵌合され、このノズル３６１には噴射通路３６１ａが形
成され、さらに噴射通路３６１ａに連通して上向き噴射
孔３６１ｂと下向き噴射孔３６１ｃが形成されている。
上向き噴射孔３６１ｂの直径Ｄ１より下向き噴射孔３６
１ｃの直径Ｄ２が大きく形成され、上向き噴射孔３６１
ｂより下向き噴射孔３６１ｃからの燃料噴射量が多く設
定される。

【００６４】ニードルハウジング３５８内にはニードル
３６２が移動可能に配置され、ニードル３６２には可動
体３６３が固定されている。ニードル３６２には切欠に
より燃料通路３６２ａが形成され、ニードルストッパ３
５９には切欠により燃料通路３５９ａが形成され、可動
体３６３にも燃料通路３６３ａが形成されている。蓋体
３５１と可動体３６３との間に圧縮スプリング３６４が
配置され、この圧縮スプリング３６４で可動体３６３を
介してニードル３６２がニードルハウジング３５８の弁
座３５８ａを常に閉じる方向へ付勢され、噴射通路３６
１ａを閉じ燃料噴射できない状態になっている。コア３
５３に配置されたコイル３５２に電源を与えると、コイ
ル３５２による電磁力で可動体３６３が圧縮スプリング
３６４に抗して吸引されて弁座を開く方向へ移動し、噴
射通路３６１ａを開き、燃料噴射が行なわれる。このと
きニードル３６２に形成したストッパフランジ３６２ｂ
がニードルストッパ３５９に当接して位置規制される。

【００６５】インジェクタ２６４は、調圧弁にて圧力調
整され、調圧圧力Ｐ０が６００〜６５０ＫＰａ（キロパ
スカル）に調圧されるので、ニ−ドル３６２が弁座３５
８ａを押圧する時、ニ−ドルハウジング３５８内の燃料
溜まり３５８ｂの燃料圧力Ｐ１も同じ６００〜６５０Ｋ
Ｐａ（キロパスカル）となる。ニ−ドル３６２が弁座３
５８ａから離れる程、インジェクタ２６４内を流れる流
速が増し、圧力降下により燃料溜まり３５８ｂの圧力が
低下する。燃料溜まり３５８ｂの圧力は、ニ−ドル３６
２と弁座３５８ａとの間を通過する時さらに圧力降下す
るので、噴射通路３６１ａの燃料圧力Ｐ２は、燃料溜ま
り３５８ｂの圧力Ｐ１の約１／２程度となる。

【００６６】この噴射通路３６１ａの燃料圧力Ｐ２は、
インジェクタ２６４から燃焼室２９内に燃料を噴射する
燃料噴射時の噴射孔３６１ｂ，３６１ｃの上流部の圧力
であり、ニ−ドル３６２が最大開度位置にて圧力Ｐ２
を、３００ＫＰａ〜１０００ＫＰａとし、この圧力Ｐ２
により噴射速度を、１０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓとすること
が可能である。

【００６７】即ち、噴射通路３６１ａの圧力Ｐ２と燃焼
室２４８内圧との差圧に、３００ＫＰａ〜１０００ＫＰ
ａに基づく流速で燃料が燃焼室２４８へ噴射される。こ
の時の流速が、１０ｍ／ｓ〜３０ｍ／ｓ、望ましくは２
０ｍ／ｓ程度になるように各部の圧力降下あるいは調圧
弁が設定される。

【００６８】次に、図８及び図９に基づいて請求項１及
び請求項２記載の発明について説明する。図８はインジ
ェクタの燃料噴射を示す概略平面図、図９はインジェク
タの燃料噴射の制御ブロック図である。

【００６９】請求項１記載の発明の燃料噴射式２サイク
ル内燃機関は、燃料をインジェクタ２６４から燃焼室２
４８内に噴射し、この噴射により燃焼室２４８内に形成
される混合気に点火プラグ２４９に発生させる火花によ
り燃焼開始させる。インジェクタ２６４は、図８に示す
ように、排気口２５４に対向する反対側半分のシリンダ
側壁２４３ａに配置される。即ち、インジェクタ２６４
は中心面Ｌ３より副掃気口２５２ｂ１側に配置される。
排気ガスを排出する排気口２５４には、排気タイミング
可変式排気弁３９０が配置されている。

【００７０】また、インジェクタ２６４は、図７に示す
ように噴射通路３６１ａを挟んで、図中上下の位置に上
向き噴射孔３６１ｂと下向き噴射孔３６１ｃが形成され
ている。シリンダをピストン頂部方向から視る時、ピス
トン頂部２４５ｃを指向する下向き噴射孔３６１ｃから
の噴射流Ｘの投影が排気口２５４の位置と交わってい
る。

【００７１】噴射孔３６１ｂと下向き噴射孔３６１ｃは
いずれも真円であり、噴射孔３６１ｂより下向き噴射孔
３６１ｃが大径に形成され、これによりピストン頂部２
４５ｃを指向する噴射流Ｘの燃料量が、インジェクタ２
６４より上方を指向する噴射流Ｙの燃料量より多く、燃
焼時の熱が滞留しホットスポットとなっているため、ピ
ストン頂部２４５ｃを指向する噴射流の燃料の気化がよ
り確実に促進される。

【００７２】下向き噴射孔３６１ｃが真円であり、図８
に示す平面において、ピストン頂部２４５ｃにおける噴
射流Ｘの衝突部はＷで示すことができ、ピストン頂部２
４５ｃを指向する噴射流Ｘの全てがピストン頂部２４５
ｃと衝突し、ピストン頂部２４５ｃを指向する噴射流Ｘ
の燃料の気化がより確実に促進される。なお、衝突部Ｗ
の前端Ｒ１、後端Ｒ２は、ピストン２４５の上昇にとも
ない、インジェクタ２６４の方に移動する。なお、噴射
流３６１ｂ，３６１ｃは、真円でなくともよい。

【００７３】制御手段であるエンジン制御装置２５７
は、図９に示すように、スロットル開度センサ２７５か
らのスロットル開度情報と、エンジン回転数センサ２６
７からのエンジン回転数情報に基づき、点火回路２５
６、インジェクタ２６４及び排気タイミング可変式排気
弁３９０を制御し、高負荷時、噴射量を増加すべく燃料
噴射期間を長くして燃料噴射量を増加するとともに、噴
射開始タイミングそのものは、図４（ａ）に示すように
負荷の増加とともに遅らせる。

【００７４】このように、ピストン頂部２４５ｃを指向
する下向き噴射孔３６１ｃからの噴射流の投影が排気口
２５４の位置と交わっており、しかも高負荷時、噴射量
を増加すべく燃料噴射期間を長くして燃料噴射量を増加
するとともに、噴射開始タイミングそのものは、負荷の
増加とともに遅らせることで、排気口２５４からの新気
の吹き抜け量が軽減して高負荷時における性能及び燃費
を向上させることができる。

【００７５】図１０及び図１１は燃料噴射式２サイクル
内燃機関の他の実施の形態を示す図である。この実施の
形態では、インジェクタ２６４の配置及び制御は、図１
乃至図９の実施の形態と同様に構成されるが、排気ポー
ト２５３の上方位置に副排気ポート９００が形成され、
この副排気ポート９００に排気タイミング可変式排気弁
３９０が配置されている。排気タイミング可変式排気弁
３９０は、所定負荷Ａ以下の低負荷において、負荷の低
下とともに副排気ポート９００をより大きく開き、排気
タイミングを進角し、新気の充填効率を向上しつつ既燃
焼残留ガス量を減らして失火を防止できる。また、排気
タイミング可変式排気弁３９０は、所定負荷Ａより大き
い所定中負荷Ｂ以上の中高負荷域において負荷の増加と
ともに副排気ポート９００をより大きく開き、排気タイ
ミングを進角Ｌ、排気の排出性を向上することによりエ
ンジン出力を向上できる。また、中高負荷域においてエ
ンジン回転数が大きい程、副排気ポート９００をより大
きく開くように補正し、低負荷域においては、エンジン
回転数が小さい程、副排気ポート９００をより大きく開
くように補正する。これによりよりエンジン性能、燃
費、回転安定性、排気清浄性を向上することができる。

【００７６】なお、図１１（ａ）にスロットル開度と排
気タイミング可変式排気弁３９０の弁開度の関係をエン
ジン速度をパラメータとして図示した。また、図１１
（ｂ）に排気タイミング可変式排気弁３９０の弁開度と
噴射開始タイミングの関係をスロットル開度すなわち負
荷域をパラメータとして図示した。

【００７７】なお、更に、以上の実施の形態において、
点火プラグ２４９において両サイクル火花を発生してい
るが、燃料を噴射しないことにより燃焼しない失火サイ
クルにおいて火花を発生させないようにしても良い。

【００７８】

【発明の効果】前記したように、請求項１記載の発明で
は、排気口が閉じた時に排気口側のシリンダ壁に到達す
る噴射燃料が、排気口側の高温雰囲気のシリンダ壁によ
り気化し、より確実に混合気を燃焼室内に形成できる。
且つ、所定負荷以上の中高負荷域において、噴射開始タ
イミングも遅れるので、噴射される燃料が排気口に到達
する時には排気口を閉じている状態にすることができ、
燃料の吹き抜けを防止できる。また、噴射燃料は早く気
化し、点火前までに燃焼室内に均一な混合気を形成で
き、点火後の燃焼が速まり、排気口が開く前に燃焼を完
了できるので、中高負荷域における性能及び燃費を向上
できる。また、低負荷域においては排気タイミングが早
められ、掃排気による充填効率が向上し、失火が減り回
転が安定するとともに、失火が滅ることによる燃費向上
を図ることができる。

【００７９】請求項２記載の発明は、低負荷時における
噴射開始タイミングを、所定負荷以上の中高負荷域にお
いて同一排気タイミングとなる時の噴射開始タイミング
より遅らせ、点火直前において、点火プラグ近傍に濃混
合気を形成でき、点火により希薄燃焼あるいはそれに近
い予混合燃焼が発生することにより、噴射燃料は確実に
燃焼しＣＯ₂や水蒸気に変化し、排気清浄性が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射式２サイクル内燃機関を自動二輪車に
搭載した実施の形態の概略構成図である。

【図２】燃料噴射式２サイクル内燃機関の縦断面図であ
る。

【図３】シリンダ側壁噴射の燃料及び空気のフローチャ
ートである。

【図４】排気タイミング及び噴射開始タイミングの特性
図である。

【図５】燃料噴射式２サイクル内燃機関の気筒上部の縦
断面図である。

【図６】インジェクタの断面図である。

【図７】インジェクタの先端部の断面図である。

【図８】インジェクタの燃料噴射を示す概略平面図であ
る。

【図９】インジェクタの燃料噴射の制御ブロック図であ
る。

【図１０】燃料噴射式２サイクル内燃機関の他の実施の
形態を示す図である。

【図１１】排気弁開度すなわち排気タイミング及び噴射
開始タイミングの特性図である

【符号の説明】

２４５ピストン２４５ｃピストン頂部２４８燃焼室２４９点火プラグ２５４排気口２５７エンジン制御装置（制御手段）２６４インジェクタ２６１ｃ噴射孔３９０排気タイミング可変式排気弁Ｘ噴射流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｆ０２Ｄ 9/04 ＨＣ 13/02 13/02 ＧＡ 41/04 ３３５ 41/04 ３３５ＣＦ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｈ３１０Ｓ 61/18 ３２０ 61/18 ３２０Ｃ３６０３６０Ｊ 69/04 69/04 Ｐ 69/10 69/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側壁に排気口と、排気ポートを設
け、この排気ポートに排気タイミング可変式排気弁を配
置する一方、燃焼室をピストン頂部方向から視る時、イ
ンジェクタの噴射孔から燃焼室に噴射される燃焼噴射流
の投影が前記排気ポートの位置と交わるように、インジ
ェクタを燃焼室壁に配置し、燃料の噴射により燃焼室内
に形成される混合気に点火プラグに発生する火花により
焼焼開始させる燃料噴射式２サイクル内燃機関におい
て、少なくとも所定負荷以上の中高負荷域において負荷
の増加とともに排気タイミングを進める一万、高負荷程
燃料噴射量を増加するとともに、噴射開始タイミングそ
のものは、前記所定負荷以上の中高負荷域において、負
荷の増加とともに遅らせる一方、低負荷時における排気
タイミングを前記所定負荷における排気タイミングより
進めるよう制御するとともに、低負荷時における噴射開
始タイミングを、前記所定負荷以上の中高負荷域におい
て同一排気タイミングとなる時の噴射開始タイミングよ
り遅らせるよう制御する制御手段を備えることを特徴と
する焼料噴射式２サイクル内燃機関。
【請求項２】インジェクタに前記点火プラグ近傍を指向
する燃科噴射流を発生させる噴射孔を設けたことを特徴
とする請求項１に記載の燃料噴射式２サイクル内燃機
関。