JPH11182283A - 筒内燃料噴射式2サイクルエンジンの制御装置 - Google Patents
筒内燃料噴射式2サイクルエンジンの制御装置Info
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Abstract
転追従性を得るとともに排ガスをクリーンな状態に保
つ。 【解決手段】多気筒を有し各気筒内に燃料を噴射するエ
ンジンの空燃比を検出し、検出された空燃比が目標空燃
比になるように燃料噴射量を制御する2サイクルエンジ
ンにおいて、加速または減速を検出した場合には、所定
のクランク角度範囲の気筒を特定し、特定された気筒か
ら順次燃料噴射量を補正する。
Description
サイクルエンジンの技術分野に属する。
エンジンにおいて、燃焼後の排気の空燃比(A/F)を
検出する空燃比センサを設け、目標A/Fになるように
気筒内に吸入される燃料噴射量をフィードバック制御
し、これによりエンジン性能や排ガス特性、燃費の向上
を図るようにした燃料噴射制御方式が知られている。す
なわち、A/Fがリーン側からリッチ側になると燃料噴
射量を減少させるように制御し、この制御により次第に
A/Fがリーン側に変化してゆき、A/Fがリッチ側か
らリーン側になると燃料噴射量を増大させるように制御
することにより、目標空燃比となるように燃料噴射量を
制御する方式である。
度的な吸入空気量の変化はサイクル毎の変動程度であ
り、A/F制御は問題にならないが、スロットルを急開
するなど、吸入空気量が単位時間当たりで大きく変動す
る場合、その変動に見合った燃料を供給して所望のA/
Fにコントロールする必要がある。
合、吸気管からクランクケースを経て燃焼室に至る混合
気の到達遅れに対する制御特性の遅れが目立ち、狙いの
A/Fからずれる現象が起きやすい傾向があり、そのた
めに過度的な運転状態の変化時に点火時期の進角、燃料
の増量を補正値として加え、加速検知後、徐々に補正値
を減らす制御が行われている。
クルエンジンの場合、掃気ポートと排気ポートが同時に
連通し燃料が排気に吹き抜けるタイミングがあるため、
吸気管から供給する燃料の量は、吹き抜ける分、クラン
クケースに溜まる分を考慮して多めにコントロールせざ
るを得ず、その結果、排ガスのクリーン化に限界を生じ
ている。
れている、筒内に直接、燃料を噴射する方式の採用が考
えられるが、2サイクルエンジンの場合には、前述のよ
うに掃気ポートと排気ポートが同時に連通し燃料が排気
に吹き抜けるタイミングがあるため、これをそのまま適
用することはできない。
ジンの場合には、排気管の先端が水面下にあり背圧が変
動し吸入空気量が変動するため、燃焼状態が悪化しやす
く、これを解消するためには正確な空燃比制御が必要で
あり、この問題を解決することが重要である。
であって、空燃比による燃料噴射量のフィードバック制
御を行う方式において、加減速時に所望のA/F特性に
制御し良好な運転追従性を得るとともに排ガスをクリー
ンな状態に保つことができる筒内燃料噴射式2サイクル
エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
に請求項1記載の発明は、多気筒を有し各気筒内に燃料
を噴射するエンジンの空燃比を検出し、検出された空燃
比が目標空燃比になるように燃料噴射量を制御する2サ
イクルエンジンにおいて、加速または減速を検出した場
合には、所定のクランク角度範囲の気筒を特定し、特定
された気筒から順次燃料噴射量を補正することを特徴と
し、請求項2記載の発明は、請求項1において、燃料噴
射量の補正に加えて燃料噴射時期を補正することを特徴
とし、請求項3記載の発明は、請求項1、2において、
エンジン回転数に応じて、排気ポートの閉じた時点の前
後において、燃料噴射量の比率を配分することを特徴と
し、請求項4記載の発明は、請求項1〜3において、前
記エンジンが船外機用であり、上段気筒にいくほど補正
量を多くすることを特徴とする。
を参照しつつ説明する。図1は、本発明の筒内燃料噴射
式エンジンの制御装置の1実施形態を示す船外機の模式
図であり、図(A)はエンジンの平面図、図(B)は図
(A)のB−B線に沿う縦断面図、図(C)は船外機の
側面図、図(D)は燃料供給系の構成図、図2は、図1
の船外機の縦断面図、図3(A)は図2の気筒の断面
図、図3(B)は、図3(A)のB−B線に沿って矢印
方向に見た断面図である。
り、クランク軸12bが縦置状態で搭載されるエンジン
2と、エンジン2の下端面に接続されエンジン2を支持
するガイドエキゾースト部3と、ガイドエキゾースト部
3の下端面に接続されるアッパケース4、ロアケース5
及びプロペラ6からなる。上記エンジン2は、筒内噴射
式V型6気筒2サイクルエンジンであり、6つの気筒7
a〜7fが平面視でVバンクをなすように横置き状態で
且つ縦方向に配設されたシリンダボディ7に、シリンダ
ヘッド8が連結、固定されている。
が摺動自在に嵌合配置され、各ピストン11はクランク
軸12bに連結されている。シリンダヘッド8には、燃
料噴射弁13及び点火プラグ14が挿入配置されてい
る。燃料噴射弁13は磁力で開閉作動されるソレノイド
開閉式であり、その噴孔13aの軸線はシリンダボア軸
線と交叉するようにされている。なお、13bは噴霧形
状を示している。
7a、17b、17cによりクランク室に連通され、ま
た、気筒7a〜7fには、排気ポート18a〜18fが
掃気ポート17aに対向するように接続されている。図
2の左バンクの排気ポート18a〜18cは左集合排気
通路19aに、右バンクの排気ポート18d〜18fは
右集合排気通路19bに合流されており、左右の集合排
気通路19a及び19bの下流端にはそれぞれガイドエ
キゾースト部3内の左排気通路3a及び右排気通路3b
を介してアッパケース4内の左排気管20a及び右排気
管20bが接続されている。なお、図3(A)におい
て、105aは、空燃比センサ105の燃焼ガス採取孔
であり、掃気ポート17aの上部に設けられている。
ース4内のマフラー21内に配置されており、このマフ
ラー21は隔壁22により左右の排気管20a、20b
が開口する左膨張室21a及び右膨張室21bを備えて
いる。この膨張室21a、21bは、左右バンクの気筒
7a〜7c、7〜7fからの排気ガスの圧力波が略大気
圧状態に解放されるのに必要な容積を有している。ま
た、マフラー21の下端には、ロアケース5内に形成さ
れた排気通路5aが接続されており、この排気通路5a
は、左右の排気管20a、20bからの排気を合流させ
ている。
ランクケース23には、吸気マニホールドの分岐通路2
5aが接続されており、該分岐通路25aのクランクケ
ース23への接続部には、逆流防止用のリード弁24が
配設され、また、リード弁24の上流側には、エンジン
内にオイルを供給するためのオイルポンプ27と、吸気
量を制御するためのスロットル弁26が配設されてい
る。
タンク30内の燃料は、手動式の第1の低圧燃料ポンプ
31によりフィルタ33を経て第2の低圧燃料ポンプ3
4に送られる。この第2の低圧燃料ポンプ34は、エン
ジン2のクランク室のパルス圧により駆動されるダイヤ
フラム式ポンプであり、燃料を気液分離装置であるベー
パーセパレータタンク35に送る。該ベーパーセパレー
タタンク35内には、電動モータにより駆動される燃料
予圧ポンプ36が配設されており、燃料を加圧し予圧配
管Aを経て高圧燃料ポンプ37に送る。高圧燃料ポンプ
37の吐出側は、各気筒7a〜7fに沿って縦方向に配
設された燃料供給レール40に接続されるとともに、高
圧圧力調整弁38および燃料冷却器41、配管Bを介し
てベーパーセパレータタンク35に接続されている。ま
た、予圧配管Aとベーパーセパレータタンク35間には
予圧圧力調整弁42が設けられている。
は、燃料予圧ポンプ36により例えば3〜10kg/c
m2程度に予圧され、加圧された燃料は、高圧燃料ポン
プ37により50〜100kg/cm2程度若しくはそ
れ以上に加圧され、加圧された高圧燃料は、圧力調整弁
38にて設定圧を越える余剰燃料がベーパーセパレータ
タンク35に戻され、必要な高圧燃料分のみを燃料供給
レール40に供給し、各気筒7a〜7fに装着した燃料
噴射弁13に供給するようにしている。
態、船外機1や船の状態を示す各種センサからの検出信
号が入力される。すなわち、センサとして、クランク軸
12bの回転角(回転数)を検出するクランク角センサ
90、ある気筒のピストン上死点位置を検出することに
より特定気筒を判別する気筒判別センサ91、吸気通路
25a内の温度を検出する吸気温センサ93、シリンダ
ボディ7の温度を検出するエンジン温度センサ94、各
気筒7a〜7f内の背圧を検出する背圧センサ95、ス
ロットル弁26の開度を検出するスロットル開度センサ
96、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ97、
エンジン2の振動を検出するエンジン振動センサ98、
エンジン2のマウント高さを検出するエンジンマウント
高さ検出センサ99、船外機1のニュートラル状態を検
出するニュートラルセンサ100、船外機1の上下回動
位置を検出するトリム角検出センサ101、船速を検出
する船速センサ102、船の姿勢を検出する船姿勢セン
サ103、大気圧を検出する大気圧センサ104が設け
られ、さらに、最上段の気筒7d内の空燃比を検出する
に空燃比センサ105、高圧燃料配管内の圧力を検出す
る圧力センサ106が設けられている。制御装置29
は、これら各種センサの検出信号を演算処理し、制御信
号を点火プラグ14、燃料噴射弁13、オイルポンプ2
7、予圧燃料ポンプ36に伝送する。
れる燃料噴射制御のブロック構成図である。エンジン回
転数検出手段201とエンジン負荷(例えばスロットル
開度)検出手段202により燃料噴射時間、燃料噴射時
期設定手段205において、基本マップにより燃料噴射
量が設定される。空燃比検出手段200により最上段の
気筒7d内の燃焼後の空燃比(酸素濃度)が検出され、
空燃比制御手段206において理論空燃比となるように
燃料噴射時間、燃料噴射時期が算出され、燃料噴射弁1
3にフィードバック制御される。また、エンジン負荷検
出手段202の信号に基づき加速、減速判定手段209
において加速、減速が判定され、この判定信号と、クラ
ンク角検出手段203及び特定気筒判別手段204に基
づいて、燃料補正開始気筒特定手段210において、燃
料を補正すべき気筒が特定され、空燃比制御手段206
に出力される。
全体で見た場合の空燃比を図5に示す目標空燃比とする
ように行われる。すなわち、アイドル回転状態、トロー
ル回転状態のような低回転低負荷運転域Aでは、空燃比
(A/F)=11〜12のリッチ空燃比を、中回転中負
荷運転域Bでは、空燃比=15〜16のリーン空燃比
を、高回転高負荷運転域Cでは、空燃比=11付近の過
リッチ空燃比を目標として空燃比制御が行われる。その
ために、最上段の気筒7dについてはフィードバック制
御により理論空燃比となるように燃料噴射量が制御さ
れ、残りの気筒については、気筒7dの燃料噴射量を基
にエンジン全体で上記目標空燃比となるように補正した
燃料量を供給するように制御する。
信号(電圧値)を示す波形図、図6(B)は、燃料噴射
量のフィードバック量を示す図である。空燃比制御は、
図6(A)に示すように、a1点で空燃比がリーン側か
らリッチ側になると、図6(B)に示すように、燃料噴
射量を減少させるように制御し、この制御によりセンサ
出力が低下、すなわち空燃比がリーン側に変化してゆ
き、a2点で空燃比がリッチ側からリーン側になると逆
に燃料噴射量を増大させ、空燃比がリッチ側に変化する
ように制御することにより、気筒7dを理論空燃比(空
気過剰率λ=1)となるようにフィードバック制御して
いる。
え方を説明するための図である。6気筒〜がこの順
番で点火していき、時刻T1で加速するものと仮定した
とき、気筒又はで燃料を増量しても燃料と吸入空気
が十分混合されない間に点火してしまうので、燃料増量
分が加速に使われず排ガスが悪化してしまう。そこで、
燃料と吸入空気が十分混合できる時間を有する気筒を
特定し(例えば上死点前125度前後にある気筒を特
定)、気筒以後の各気筒について順次、燃料を増量し
ていこうというものである。なお、気筒に限定される
ものでははなく、〜の気筒でよい。要するに気筒
、では燃料を増量させないという考え方である。
ートを示す図であり、第1気筒の上死点点TDC、排気
ポート開位置EXO、掃気ポート開位置SCO、掃気ポー
ト閉位置SCC、排気ポート閉位置EXCと、第2気筒〜
第6気筒の上死点TDCを示している。
料噴射の様子を示し、図中、αが、前記燃料と吸入空気
が十分混合できる時間であり、FAが通常運転の場合の
噴射タイミングであり、加速補正の場合には、噴射タイ
ミングをFBのように増量補正するものである。なお、
噴射開始時期期を排気ポートが閉じる以前にしている
が、これは燃料を噴射後、排気ポートに到達する時間β
を考慮したものである。
形態を示すフロー図である。先ず、ステップS1で、ス
ロットル開度θ、クランク角、エンジン回転数および特
定気筒センサ91からの信号を読み込み、ステップS2
でスロットル開度の増加率Δθが所定値kより大きいか
否かが判定される。大きければ加速状態と判定してステ
ップS3で、現在のクランク角を第1気筒の上死点TD
Cを基準に検出し、ステップS4でn=1をセットす
る。次に、ステップS5で第n気筒のクランク角θは上
死点前125゜±30゜の範囲にあるか否かを判定し、
その範囲にあればステップ10に進み、第n気筒を燃料
補正開始気筒として特定し、第n気筒を先頭として補正
値(燃料噴射時間及び燃料噴射時期)を算出、セット
し、ステップS11で特定気筒(第n気筒)から順次燃
料を増量補正していく。そして、ステップS6で加速終
了と判定されればエンドとなる。ステップS5でその範
囲になければ、ステップS6でθ−60゜をθに設定
し、ステップS7でnが5か否かを判定する。5でなけ
れば、例えば第2番気筒であれば、その気筒についてス
テップS5の判定を行い、NOであれば5番気筒まで繰
り返す。ステップS7で5であれば(すなわち1〜5番
気筒までステップS5の条件を満たしていなければ、ス
テップS9で補正開始気筒を6番気筒と特定し、以下ス
テップs10に進む。
に出力が高くとれるようにする。なお、減速制御は、燃
料噴射時間を減量させ、吹き抜けを減らすため燃料噴射
時期を遅角させる。
たが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変
更が可能である。例えば、上記実施形態においては、燃
料噴射時間および燃料噴射時期を補正するようにしてい
るが、排気ポートの閉じた時点の前後において、燃料噴
射量の比率を配分するようにしてもよい(例えば、排気
ポートの閉じる前に10%噴射し、閉じた後に90%噴
射する)。この場合、エンジン回転数に比例して排気ポ
ート到達時間βが小さくなるので、エンジン回転数に比
例して排気ポートの閉じた後の噴射配分を大きくする。
において、上段気筒にいくほど下気筒に比較して補正量
を多くするようにしてもよい。
適用した例について説明しているが、船体側にエンジン
を設置するマリン用エンジンや定置式エンジンなどにも
適用可能である。
1記載の発明によれば、運転気筒の変化に対して、吸気
管、クランクケースを含む混合気の通気経路の遅れがな
く、運転気筒を空燃比制御することが可能になる。ま
た、補正気筒を選択して燃料供給できるため、空気量が
増減していないすなわち加速補正なら増量の必要がない
気筒の未燃ガスをそのまま排出することなく、排出ガス
のクリーン化を行うことができる。従って、加減速時に
所望のA/F特性に制御し良好な運転追従性を得るとと
もに排ガスをクリーンな状態に保つことができる。
の場合には、エンジン出力指向の補正ができ、減速の場
合には吹き抜けを減らして排出ガスのクリーン化ができ
る。また、請求項3記載の発明によれば、さらに良好な
運転追従性を得るとともに排ガスをクリーンな状態に保
つことができる。また、請求項4記載の発明によれば、
船外機用エンジンの場合に、上下の気筒を考慮した適正
な補正が可能となる。
1実施形態を示す船外機の模式図であり、図(A)はエ
ンジンの平面図、図(B)は図(A)のB−B線に沿う
縦断面図、図(C)は船外機の側面図、図(D)は燃料
供給系の構成図である。
は、図3(A)のB−B線に沿って矢印方向に見た断面
図である。
のブロック構成図である。
図である。
り、図6(A)は空燃比センサの検出信号を示す波形
図、図6(B)は、燃料噴射量、燃料噴射時期のフィー
ドバック量を示す図である。
の図である。
である。
す図である。
ロー図である。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】多気筒を有し各気筒内に燃料を噴射するエ
ンジンの空燃比を検出し、検出された空燃比が目標空燃
比になるように燃料噴射量を制御する2サイクルエンジ
ンにおいて、加速または減速を検出した場合には、所定
のクランク角度範囲の気筒を特定し、特定された気筒か
ら順次燃料噴射量を補正することを特徴とする筒内燃料
噴射式2サイクルエンジンの制御装置。 - 【請求項2】燃料噴射量の補正に加えて燃料噴射時期を
補正することを特徴とする請求項1記載の筒内燃料噴射
式2サイクルエンジンの制御装置。 - 【請求項3】エンジン回転数に応じて、排気ポートの閉
じた時点の前後において、燃料噴射量の比率を配分する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の筒内燃
料噴射式2サイクルエンジンの制御装置。 - 【請求項4】前記エンジンが複数気筒を有するマリン用
エンジンであり、上段気筒にいくほど補正量を多くする
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに
記載の筒内燃料噴射式2サイクルエンジンの制御装置。
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JP9352587A JPH11182283A (ja) | 1997-12-22 | 1997-12-22 | 筒内燃料噴射式2サイクルエンジンの制御装置 |
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