JPS63208635A - ２サイクル２吸気ポ−ト内燃機関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〕 この発明は２サイクル内燃機関に適した燃料噴射制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

２サイクル内燃機関では掃気のために吸気ポートと排気
ポートとが連通ずる期間が非常に長くなる。通常のよう
に気化器により混合気の形で燃料をシリンダに供給する
と吹き抜けにより排気系にそのまま排出されることが多
い。そこで、燃料インジェクタを設置し、機関の吸気サ
イクルにおける所定の期間だけ燃料を噴射させるシステ
ムが提案される。そして、燃料噴射量は４サイクル内燃
機関の燃料噴射装置と同様に負荷や、機関回転数等の運
転条件によって決めている。例えば、特開昭５３−２７
７３１号参照。そして、各負荷域で最高の特性を発揮で
きるように、吸気弁及び排気弁を設けかつ一つの気筒に
二つの吸気ボートを形成し、夫々の気筒に燃料インジェ
クタを設置することが考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

２吸気ポートを設け、夫々の吸気ポートにインジェクタ
を設置し、一方の吸気ポートに吸気制御弁を配置した場
合、吸気制御弁の設置される吸気ポートのインジェクタ
は吸気制御弁が開放される際は、駆動されるのが通常で
ある。ところが、燃料消費率の向上、リーンバーンの必
要性、掃気効率の向上環の種々の見地からみると、吸気
制御弁の開放時に一律に、吸気制御弁の設置されるイン
ジェクタを作動させることは必ずしも効率的なことでは
ない。そのため、エンジンの各運転域での要求性能を調
和させることができない問題点かある。

〔問題点を解決するための手段〕 ゛　第１図において、２サイクル内燃機関は、一つの気
筒に二つの吸気ポー）２０ａ、２０ｂを設け、その一方
に吸気制御弁３６を配置し、前記吸気ポート２０ａ、２
０ｂの夫々に第１、第２の燃料インジェクタ３８ａ、３
８ｂを設け、その一部のインジェクタ３８ｂを運転条件
に応じて作動又は停止させるものである。この発明の燃
料噴射制御装置は内燃機関の運転条件に応じた燃料噴射
量を算出する手段ｌと、吸気制御弁３６が設置されてい
ない吸気ポート２０ａにおける第１の燃料インジェクタ
３８ａへの燃料噴射信号を形成する第１燃料噴射信号形
成手段２と、双方の吸気ポートの燃料インジェクタ３８
ａ、３８ｂへの燃料噴射信号を検出する第２の燃料噴射
信号形成手段３と、吸気制御弁３６が閉か開かに応じて
第１燃料噴射信号形成手段２と、第２燃料噴射信号形成
手段３とを切り替える切替手段４と、吸気制御弁３６が
開放される特定の運転条件を検出する手段５と、前記特
定の運転条件において、第１燃料噴射信号形成手段２が
作動するように切替手段４を作動させるゲート手段６と
から構成される。

〔実施例〕

第２図は、この発明が応用される吸入弁及び排気弁を有
するタイプの６気筒の２サイクル内燃機関の全体概略構
成を、第３図は一つの気筒を示す。

後述するようにこのタイプの２サイクル内燃機関はブロ
ーダウン後の排気の逆流時に排気スワールを起こさせて
、新気を燃焼室上部の点火栓の付近に集中させるという
成層作用を生起させ、軽負荷運転時の着火性の向上を図
る工夫をしたものである。しかしながら、この発明はこ
のタイプの２サイクル内燃機関に限定されず、通常のピ
ストンバルブ型の２サイクル内燃機関にも応用すること
ができる。第２．３図において、ｌＯは内燃機関の本体
であり、シリンダブロック１２と、シリンダポア１４と
、クランク軸１５と、ピストン１６と、燃焼室１７と、
シリンダヘッド１８と、点火栓１９とを備える。シリン
ダヘッド１８は二つの吸気ポー）２０　ａ、２０　ｂ、
二つの排気ボート２２ａ。

２２ｂを有し、夫々の吸気ポート、排気ボートを開閉す
るため吸気弁２４ａ、２４ｂと、排気弁２６ａ、２６ｂ
とを備えた所謂４パルプ型である。

吸気弁及び排気弁は夫々専用のカム２７．２８によって
開閉駆動される。３０．３１はパルプスプリングである
。排気ポー）２２ａ、２２ｂはブローダウン後に排気ガ
スがシリンダポアにその負圧により逆流するときに、シ
リンダボア内にその垂直軸線の回りに排気ガスの旋回運
動（スワール）が得られるような形状に選定される。

第２図において、３２はサージタンクを示す、気筒数と
一致した数の吸気管３３に接続される。

吸気管３３は内部仕切壁３３−１を有し、二つの吸気通
路３４ａ、３４ｂが形成され、夫々、吸気ポート２０ａ
、２０ｂに接続される。第２の吸気通路３４ｂはその有
効寸法が第１の吸気通路３４ａより大きく、かつ吸気制
御弁３６が設置される。

各気筒の吸気制御弁３６はリンク手段３６′によってア
クチュエータ３７に連結される。アクチュエータ３７は
、例えば負圧作動のダイヤフラム機構であり、図示しな
い切換弁によって負圧又は大気圧との間を切り換えられ
、吸気制御弁３６は吸気通路３４ｂを開放する位置と、
閉鎖する位置とを選択的に取ることができる。吸気制御
弁３６は後述の通り、軽負荷時に閉鎖され、高負荷時に
開放される。燃料インジェクタ３８ａ、３８ｂが吸気通
路３４ａ、３４ｂに配置される。４０ａ、４０ｂはリー
ド弁であり、逆流の制御のため必要に応じて設置される
。

サージタンク３２の上流における吸気系にはインククー
ラ４２、機械式過給機４４、スロットル弁４６、エアフ
ローメータ４８及びエアクリーナ５０が順々に配置され
る。機械式過給機４４は例えばルーツポンプ又はベーン
ポンプによって構成され、その駆動軸４４−１上にプー
リ４４−２が設けられ、ベルト４４−３によりクランク
軸１５上のプーリ１５′に連結される。機械式過給機４
４を迂回するバイパス通路４４′にバイパス制御弁４５
が設置され、吸気管圧力を調整する役目を果たすもので
ある。インククーラ４２はこの実施例では空冷式として
構成され、入口容器４２−１と、出口容器４２−２と、
その間を連通ずる熱交換管４２−３と、熱交換管４２−
３上に取り付けられるフィン４２−４とから構成される
。

排気マニホルド５４は、この実施例では、＃１〜＃３ま
での気筒グループ、＃４〜＃６までの気筒グループの夫
々のため二つに別々に設置される。

このグループ分けは、これらの二つのグループ間で点火
が交互に起こるようになされる。即ち、この実施例では
点火順序は＃１．＃６．＃２．＃４゜＃３．＃５の順序
であるものとする。点火を交互とするグループ分けによ
り、掃気行程における一つの気筒の排気圧力が他の気筒
の排気圧力によって影響されないようにしたものである
。＃ｌ〜＃３の気筒グループ、＃４〜＃６の気筒グルー
プの排気マニホルド５４は夫々専用の触媒コンバータ（
マフラを兼用する又は専用のマフラを別に設置しても良
い）５６に接続される。

５８はディストリビュータであり、周知のように、各気
筒の点火栓１９に接続され、所望のクランク角度で点火
が行われるように、図示しないイグナイタ及び点火コイ
ルにより制御される。

制御回路６０はこの発明に従って所望の空燃比が得られ
るようにインジェクタ３８ａ、３８ｂの作動を制御する
ものであり、マイクロコンピュータ・システムとして構
成される。制御回路６０はマイクロプロセシング・ユニ
ット（ＭＰＵ）６０−１と、メモリ６０−２と、入力ポ
ートロ０−３と、出力ポートロ０−４と、これらを接続
するバス６０−５とから構成される。入力ポートロ〇−
３には各センサが接続され、運転条件信号が入力される
。エアフローメータ４８は、体積流量型のものとするこ
とができ、吸気管を通過する吸入空気の流ＩＱの計測を
行う。エアフローメータの代わりに吸気管圧力を検出す
る圧力センサを設置した燃料噴射システムにもこの発明
は応用することができる。この場合は、半導体型の吸気
管圧力センサが、例えば、スロットル弁４６の下流で、
過給機４４の上流に設置され、吸気管圧力ＰＭに応じた
信号を発生する。クランク角度センサ６２゜６４がディ
ストリビュータ５８に設置される。第１のクランク角度
センサ６２はディストリビヱータ軸５８−１上に固定さ
れるマグネット片５８−２と対面設置されて、例えばク
ランク角度で３６０゜毎（機関１サイクルに相当）のパ
ルス信号を発生し、基準信号となる。一方、第２のクラ
ンク角度センサ６４はディストリビヱータ軸５８−１上
のマグネット片５８−３と対面設置され、例えばクラン
ク角度で３０″毎のパルス信号を発生し、機関回転数を
知ることができると共に、燃料噴射ルーチンの開始信号
となる。

ＭＰＵ６０−１はメモリ６０−２に格納されたプログラ
ム及びデータに従って演算処理を実行し、吸気制御弁ア
クチュエータ３７、並びにインジェクタ３８ａ、３８ｂ
の駆動信号の形成処理を実行する。出カポ−１−６０−
４はアクチュエータ３７及び各気筒の燃料インジェクタ
３８ａ、３８ｂに接続され、駆動信号が印加される。

第４図はカム２７及び２８のプロフィール及び向きで決
まる一つの気筒における吸気弁２４ａ。

２４ｂ及び排気弁２６ａ、２６ｂの作動タイミングを示
すものである。先ず、排気弁２６ａ、２６ｂは下死点（
ＢＤＣ）手前８０６で開き始め、下死点（ＢＤＣ）後４
０”で閉じ終わる。一方、吸気弁２４ａ、２４ｂは下死
点（ＢＤＣ）手前６０゜で開き始め、下死点（Ｂ　Ｄ　
Ｃ”）後６０″で閉じ終わる。１は燃料噴射期間を示し
、後述の通り、吸気弁の閉弁の少し手前で燃料噴射が完
了するよう設定される。

次にこの発明が応用される吸気弁及び排気弁を備えたタ
イプの２サイクル内燃機関の燃焼作動について説明する
。機関の軽負荷時には吸気制御弁３６は閉鎖され、吸入
空気は第１の吸気通路３４ａをのみを介して機関に導入
される。ピストン１６の下降の過程において、先ず下死
点（Ｂ　Ｄ　Ｃ）前８０″付近で排気弁２６ａ、２６ｂ
が開き始める。

そのため、燃焼室より排気ガスは第５図（イ）の矢印Ｐ
のように排気ポート２２ａ、２２ｂに流出され、所謂ブ
ローダウンが起こるが、このブローダウンは弱いためす
ぐに終了する。そして、ピストン１６が更に下降すると
シリンダボア１４内は弱いが負圧となるため、排気ポー
ト２２　ａ、　２２　ｂとの圧力差によって矢印Ｑのよ
うにシリンダボアに向けて排気ガスが逆流する（第５図
（ロ））。

そして、排気ポート２６ａ、２６ｂの形状故にシリンダ
ボア内に矢印Ｒで示すような排気ガスの旋回流（スワー
ル）が形成される。この頃、吸気弁２４　ａ　（２４ｂ
も）が開き始めるが、そのリフトが未だ小さいこと、ス
ロットル弁４６が絞られていること、吸気制御弁３６が
閉鎖され、有効寸法の大きい吸気通路３４ｂは閉鎖され
、有効寸法の小さな吸気通路３４ａのみ空気が流れ得る
こと、に基づいて新気の導入は実質的に起こらない。ピ
ストン１６が更に下降すると、排気ガスのスワールが継
続され、一方吸気弁２４ａ、２４ｂのリフトが大きくな
るので新気は矢印Ｓのようにシリンダボアに導入され、
この際排気ガスはスワールに乗ってシリンダボア１４の
下部に移り、一方噴射された燃料と混ざった新気はスワ
ールした排気ガスの部分の上方の点火栓電極の近傍に集
まる（第５図（ハ））とうい成層化が達成される。この
ような排気ガスＲと新気Ｓとの成層状態はピストンが下
死点（Ｂ　Ｄ　Ｃ）に到達しても維持される（第５図（
ニ））。（ホ）では吸気弁２４ａ、２４ｂが閉鎖され、
新気の吹き返しが防止される。それからピストンは上昇
に移行するが、このような成層状態は圧縮完了まで維持
され、点火栓近傍の新気部分に容易に着火させることが
できる。

機関の高負荷状態では、吸気制御弁３６は開放される。

そのため、今まで閉鎖されていた吸気通路３４ｂが開放
される。第６図においてピストン１６の下降の過程で先
ず排気弁２６ａ、２６ｂが開くとシリンダボア１４内の
排気ガスはブローダウンＰによって排気ポート２２ａ、
２２ｂに流出されるが、そのブローダウンは軽負荷時と
比較して強くかつ持続時間が長く　（第６図（イ））、
大量の排気ガスが排気ポートに排出される。第６図（ロ
）の時点で吸気弁２４ａ、２４ｂが開き始めるが、今度
は吸気制御弁３６が開放しており、スロットル弁４６の
開度が大きいので、新気の導入が矢印Ｔのように行われ
る。この際、吸気ボート２０ａ、２０ｂの双方から新気
が導入され、この新気は矢印Ｔのようにシリンダボア壁
面に沿って上から下に向は流れ、排気ガスを矢印Ｕのよ
うに排気ポー）２２ａ、２２ｂに流出せしめ、所謂横断
掃気が実現される。第６図（ハ）の時点では強いブロー
ダウンに基づく圧力波パルスにおける負圧成分が現れ、
排気ポート２２ａ、２２ｂが一時的に負圧となり、その
結果シリンダボアへの新気Ｔの導入が更に促進され、一
部の新気はＶのように排気ボー）２２ａ、２２ｂに一旦
流出し貯蔵される。この貯蔵された新気は、排気ポート
２２ａ。

２２ｂの圧力が正圧に復帰すると矢印Ｗのようにシリン
ダボアに逆流し、新気のスワールＸを生成せしめる（第
６図（ニ））。これにより、乱れが発生し着火後の火炎
伝播性が向上する。第６図（ホ）の時点で吸気弁２４ａ
、２４ｂが閉鎖を完了し、新気の吹き返しが防止される
。

次に、以上述べた燃焼作動における吸気制御弁３６の作
動を行わしめる制御回路６０の作動を第７図のフローチ
ャートによって説明する。このルーチンは一定時間毎に
実行させることができる。

ステップ１００では、吸気制御弁の開放域か閉鎖域かの
識別が行われる。吸気制御弁の開放域か閉鎖域かは機関
回転数ＮＥと、負荷相当値である吸入空気量一回転数比
Ｑ／ＮＥによって決められる。

メモリには、ＮＥとＱ／ＮＥとの組合せについて、吸気
制御弁が開か閉かを決めるマツプがあり、現在のＮＥと
Ｑ／ＮＥより吸気制御弁を開とすべきか閉とすべきか把
握することができる。

ステップ１０２では、ステップ１００で把握される作動
域が吸気制御弁の開か閉か判別さるれ。

吸気制御弁を開とすべき域であれば、ステップ１０４に
進み、出力ポートロ０−４よりアクチュエータ３７に吸
気制御弁３６を開放せしめる信号が出力される。吸気制
御弁を閉とすべき域であると認識すれば、ステップ１０
６に進み、出力ポートロ０−４よりアクチュエータ３７
に吸気制御弁３６を閉鎖せしめる信号が出力される。

次に第８図は燃料噴射ルーチンを示すもので、このルー
チンは第２クランク角度センサ６４がらの３０°ＣＡ信
号に到来毎に実行されるクランク角度割り込みルーチン
の途中に位置している。ステップ１０７では燃料噴射演
算タイミングが否かの判別が行われる。第４図に燃料噴
射タイミングＩが示され、これに先立つ所定のクランク
角度でこの演算は実行される。このタイミングは第１ク
ランク角度センサ６２がらの３６０’ＣＡ信号によりク
リヤされ、第２クランク角度センサ６４がらの３０’Ｃ
Ａ信号によりインクリメントされるカウンタの値により
知ることができる。燃料噴射演算タイミングと判別すれ
ば、ステップ１０８に進み、基本燃料噴射量’ｒｐが、 Ｔｐ＝ｋ　（Ｑ’／ＮＥ） によって算出される。ここにＱ′はｔｆｆｉに換算され
た吸入空気１ｉｔＱであり、エアフローメータ４８の計
測値を吸入空気温度等で補正した後の値である。（吸気
管圧力ＰＭにより燃料噴射量を知るシステムではＱ′／
ＮＥＯ代わりにＰＭを使用することができる。）ステッ
プ１０９では最終燃料噴射量ＴＡＵが、 ＴＡＵ＝ＴｐＸα＋β によって算出される。ここにα、βはこの考案と直接関
係しないため説明を省略する補正係数、補正量を代表的
に示している。

ステップ１１０では吸気制御弁が開放状態が、閉鎖状態
かの判別が行われる。吸気制御弁３６が閉じているとき
はステップ１１１に進み、第１の燃料インジェクタ３８
ａの燃料噴射時間を格納するアドレスＴＡＵａにＴＡＵ
が入れられ、第２の燃料インジェクタ３８ｂの燃料噴射
時間を格納するアドレスＴＡＵｂに零が入れられる。即
ち、第１のインジェクタ３８ａのみ作動され、第２のイ
ンジェクタ３８ｂは作動されない。

ステップ１１０で吸気制御弁３６が開いているときはス
テップ１１２に進み、エンジン回転数ＮＥ＜ＮＥ、か否
か判別される。Ｎ　Ｅ　Ｉ　の値はアイドル回転数より
少し高い程度の極低回転域である。このときは、前記ス
テップ１０８に進み、第１インジエクタのみ作動させる
。

ＮＥ≧Ｎ　Ｅ　＋　のときはステップ１１２よりステッ
プ１１３に進み、ＮＥ＞ＮＥ、か否か判別する。

ステップ１１４では吸入空気量一回転数比Ｑ／ＮＥ＜　
（Ｑ／ＮＥ）ｔか否か判別する。ＮＥ＞ＮＥ。

でＱ／ＮＥ＜　（Ｑ／ＮＥ）ｚのとき、即ち高回転・中
低負荷域のときもステップ１１１に進み、第１インジエ
クタのみ作動させる。

ＮＥ≦ＮＥ、のときはステップ１１６に進み、ＮＥｚ　
＜ＮＥ＜ＮＥｉか否か判別する。ステップ１１８ではＱ
／ＮＥ＜　（Ｑ／ＮＥ）＋か否か判別する。ＮＥ、ｔ＜
ＮＥ＜ＮＥ３でＱ／ＮＥ＜　（Ｑ／ＮＥ）Ｉのとき、即
ち高回転低負荷域においても、ステップ１１１に進み、
第１インジエクタのみ作動させる。

ステップ１１８でＮｏのときは、初めて二つのインジェ
クタが共に駆動される。即ち、ステップ１２０に進み、
第１の燃料インジェクタ３８ａの燃料噴射時間を格納す
るアドレスＴＡｔｌ　ａにＴＡＵの１／３が入れられ、
第２の燃料インジェクタ３８ｂの燃料噴射時間を格納す
るアドレスＴＡＵ　ｂにＴＡＵの残りの２／３が入れら
れる。ここに１／３．２／３は特定の意味はなく、適合
定数であり、第２の吸気通路３４ｂの有効寸法〉第１の
吸気通路３４ａの有効寸法であることから、空燃比をど
ちらでも一定とするため、第２のインジェクタ３８ｂか
らの燃料噴射量が第１のインジェクタ３８ａからの燃料
噴射量より多いことを示すに過ぎない。

ステップ１２２は燃料噴射信号形成処理が概括的に示さ
れる。即ち、ステップ１１１又はステップ１２０で算出
される時間ＴＡＵａ、ＴＡＵｂだけ第１のインジェクタ
、第２のインジェクタが作動されるように燃料噴射信号
が形成される。この処理は周知であるので説明を省略す
る。

第９図はこの発明の詳細な説明するダイヤグラム図で、
太い実線は吸気制御弁３６の開と閉との切替ラインであ
る。このラインの内側では、第１の燃料インジェクタ３
８ａだけが作動され、第２のインジェクタ３８ｂは常に
休止され゛る。吸気制御弁３６の閉鎖により吸気ポー）
２０ｂは新気がない状態になっているからである。

吸気制御弁３６が開く前記ラインの外側は原則的には双
方のインジェクタ３８ａ、３８ｂが作動されるが、斜線
の領域では第２インジエクタ３８ｂは作動されない。■
で示す、極低回転で高負荷域は燃料消費率の向上の要求
が強いので、リーンバーンとし、第２インジエクタ３８
ｂは休止させる。

■で示す高回転、中・低負荷域は、エミッション対策の
ため第２インジエクタ３８ｂは作動させない。即ち、イ
ンジェクタ３８ｂの停止により、燃焼室の空気量が相対
的に増加され、燃焼温度が降下するので、ＮＯｘ成分の
排出量が低減するのである。

また、■で示す、高回転、低負荷域は過給機４４の前後
の圧力差が大きく、駆動損失が大きいので、インジェク
タ３８ｂを停止し、空気だけをいれることで、その前後
圧力差を少なくして、駆動損失の低減を図るのである。

〔発明の効果〕

この発明では二つの吸気ポートを有し、その一つに吸気
制御弁を設け、夫々の吸気ポートに燃料イン少エクタを
設置し、負荷に応じて一方のインジェクタを選択的に作
動させたものにおいて、吸気制御弁の開放時にも所定運
転時は、吸気制御弁の設置される吸気ポートのインジェ
クタを停止させることで、最適なエンジン性能を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図。 第２図はこの発明の実施例のシステム全体概略図。 第３図は一つの気筒の横断面を示す図（第２図のＩｎ−
Ｉ［、線に沿う図）。 第４図は機関の１サイクルでの一つの気筒の吸気弁、排
気弁の作動タイミング角度線図。 第５図は軽負荷時におけるこの発明の実施例の吸気弁及
び排気弁付き２サイクル内燃機関の１サイクルにおける
燃焼作動を説明する図。 第６図は高負荷時におけるこの発明の実施例の吸気弁及
び排気弁付き２サイクル内燃機関の１サイクルにおける
燃焼作動を説明する図。 第７図及び第８図は制御回路の作動を説明するフローチ
ャート図。 第９図はこの発明における負荷、回転数に対する吸気制
御弁の作動マツプ及び第２インジエクタの作動状態を説
明する図。 １０・・・機関本体 １７・・・燃焼室 ２４ａ、２４ｂ・＝吸気弁 ２６ａ、２６ｂ−排気弁 ３４ａ、３４ｂ・・・吸気通路 ３６・・・吸気制御弁 ３８ａ、３８ｂ・・・燃料インジェクタ４２・・・イン
タクーラ ４４・・・機械式過給機 ４日・・・エアフローメータ ５４・・・排気マニホルド ６０・・・制御回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一つの気筒に二つの吸気ポートを設け、その一方に吸気
   制御弁を配置し、前記吸気ポートの夫々に第１、第２の
   燃料インジェクタを設け、その一部のインジェクタを運
   転条件に応じて作動又は停止させる２サイクル内燃機関
   において、 機関の運転条件に応じた燃料噴射量を算出する手段、 吸気制御弁が設置されていない吸気ポートにおける第１
   の燃料インジェクタへの燃料噴射信号を形成する第１燃
   料噴射信号形成手段と、 双方の吸気ポートの燃料インジェクタへの燃料噴射信号
   を検出する第２の燃料噴射信号形成手段と、 吸気制御弁が閉か開かに応じて第１燃料噴射信号形成手
   段と、第２燃料噴射信号形成手段とを切り替える切替手
   段と、 吸気制御弁が開放される特定の運転条件を検出する手段
   と、 前記特定の運転条件において、第１燃料噴射信号形成手
   段を作動させるように切替手段を作動させるゲート手段
   とから成る燃料噴射制御装置。