JPS63246411A - ２サイクル燃料噴射内燃機関 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料噴射型２サイクル内燃機関に関する。

〔従来の技術及び問題点〕

２サイクルガソリン機関では掃気のため吸気側と排気側
とが連通した期間を長くとる必要がある。

そのため、燃料の吹き抜けが多くなり失火したり、燃料
消費率が悪化する問題点がある。そこで、２サイクル内
燃機関において、燃料噴射用のインジェクタを設け、同
インジェクタの噴射を排気弁の閉弁の少し手前に選定し
、燃料の吹き抜けを防止　　・したものがある。例えば
、特開昭５３−２７７３１号参照、ところが、燃料噴射
方式を採用してもエンジンの低負荷側、特にアイドル運
転のような極低負荷域では失火が起きやすい。これは、
低回転側では掃気が不充分となり、残留排気ガスの量が
多くなることによる。

この発明は２サイクル機関においてアイドル運転等の極
低負荷運転時における混合気の着火性向上を図ることを
目的とする。尚、従来技術として特開昭５３−２７７３
１　、同５２−１０４６１３．特願昭６１−１３５０５
２、特開昭６１−１５６２８２号参照。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案の２サイクル内燃機関は機関の低負荷時に吸気
ポートを閉鎖維持する手段と、燃焼室に燃料と空気とを
同時に噴射することができる噴射手段とを具備し、機関
の低負荷時に吸気ポートを閉鎖維持すると同時に噴射手
段より燃料と空気とを直接噴射することを特徴とする。

〔実施例〕

第１図において１０はシリンダブロック、１２はピスト
ン、１６はクランク軸、１８はシリンダー・ソド、２０
は燃焼室、２１は点火栓、２２は吸気弁、２４は吸気ポ
ート、２６は排気弁、２８は排気ポートである。吸気ポ
ート２４は吸気管３０、掃気ポンプとしての機械式過給
機３２、スロットル弁３４を介してエアーフローメータ
３６に接続される。

混合気噴射弁３８がシリンダヘッド１８に混合気を直接
燃焼室２０に噴射するように取付される。

混合気噴射弁３８は、第２図に示すように、本体４０と
、ニードル４２と、高速駆動部としてのピエゾ（ＰＺＴ
）圧電素子４４とを基本的な構成要素とするものである
。ニードル４２は外部に飛び出ずことにより開弁される
外聞として構成される。

ニードル４２はばね４６によって図の上方に付勢される
。ニードル４２は第１の受圧面４８と第２の受圧面５０
とを形成する。第１の受圧面４８には空気室５２の空気
圧が作用し、第２の受圧面５０には燃料室５４内の燃料
圧が作用する。空気圧と燃料圧とは、夫々、ニードル４
２を図の上方に付勢し、ばね４６に抗してニードル４２
がリフトすると空気室５２内に燃料室５４からの燃料が
導入され、混合気となって燃焼室２０に噴出される。

空気室５２は空気通路６２に連通され、この空気通路６
２に後述の通り高圧空気が導入される。

一方、燃料室５４は圧電素子４４によって駆動される弁
体６６を介して外部の燃料供給源に連通ずる燃料通路６
８に選択的に連通される。皿ばね６９は弁体６６を弁座
６７からリフトさせる方向の力を発生する。

空気通路６２は第１図の空気導管７０、クランク軸によ
り駆動される空気加圧用コンプレッサ７２を介してスロ
ットル弁３４の上流であるが、エアーフロー・メータ３
６の下流の吸気管に接続される。コンプレッサ７２を迂
回するバイパス通路７４が空気導管７０に接続され、バ
イパス制御弁７６が設置される。バイパス制御弁７６は
空気導管７０から混合気噴射弁３８に供給される空気圧
力を一定に維持するリリーフ弁としての機能を持ってい
る。バイパス通路７４の下流に、空気導管７０からバイ
パス制御弁３８に導入される空気量を燃焼室２０との圧
力差が一定となるように制御するための圧力制御弁７８
が設けられる。

以上述べた混合気噴射弁やバイパス制御弁７６圧力制御
弁７８は本出願人の出願した特願昭６１−１５６２８２
号に開示されたものと同様であり、次のように作動する
。コンプレッサ７２からの高圧空気は噴射に先立って空
気室５２に充填される。噴射前には圧電素子４４が通電
され、その伸張により弁体６６は弁座６７を閉鎖する。

従って、ニードル４２に加わる力は第１受圧部４８に加
わる空気圧のみであり、ニードル４２は開弁するに至ら
ない。燃料噴射時には圧電素子４４への通電が解除され
るため、同圧電素子４４は収縮を受け、弁体６６は皿ば
ね６９の力によって弁座６７よりリフトし、燃料室５４
に燃料が導入され、受圧部５゜に燃料圧が加わる。その
ため空気圧との合力によりニードル４２はばね４６に抗
してリフトし、空気室５２に燃料が導入され、混合気を
形成し、噴口８６より噴射される。

第１図において、吸気弁停止機構８１は機関のアイドル
等の極低負荷運転時に吸気弁２２を閉鎖状態に拘束する
ためのものである。このような機構としては色々なもの
が提案されておりそのなかから適当なものを採用するこ
とができる。吸気弁２２を閉鎖する代わりに吸気ポート
２４に蝶型弁を設け、この蝶型弁を閉鎖することもでき
る。

制御回路８４は混合気噴射制御、点火制御等のエンジン
制御を行うもので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８４はマイクロプロセシングユ
ニソト（ＭＰＵ）８６と、メモリ８８と、入力ポート９
０と、出力ポート９２と、これらのユニットを接続する
バス９４とを基本的な構成要素とする。更に、燃料系制
御信号及び空気系制御信号の制御のため２つの比較レジ
スタ９５．９７を持ち、更にデユーティ比の制御のため
のダウンカウンタ９９を具備する。入力ポート９０は必
要なセンサ群に接続され、機関運転条件信号が入力され
る。エアーフローメータ３６からは機関に導入される吸
入空気ＩＱに応じた信号が得られる。クランク角度セン
サ９６はクランク軸１６の回転角度に応じたパルス信号
が得られる。その他種々のセンサが設けられるがこの発
明と直接関係しないので説明を省略する。出力ポート９
２は混合気噴射弁３８の圧電素子４４、リリーフ弁７６
のアクチュエータ７６Ａ、空気制御弁７８のアクチュエ
ータ７８Ａ、吸気弁停止機構８１、その他のエンジン制
御アクチュエータに接続される。

この発明の詳細な説明すると、アイドル等の極低負荷時
は制御回路８４は吸気弁停止機構８１に信号を送り、カ
ム軸（図示しない）の回転にかかわらず吸気弁２２を閉
鎖維持する。そのため、吸気ポート２４からの空気導入
は停止される。制御回路８４は混合気噴射弁３８に信号
を送り、同混合気噴射弁３８からは前述のように空気と
燃料とが混合気として噴射される。第３図は図示しない
カムによる排気弁２６の作動タイミングを示す角度線図
であり、排気弁は下死点ＢＤＣの十分手前で開弁開始し
、ＢＤＣを十分過ぎてから閉弁終了する。ＥＸが排気弁
２６０開弁期間を示す。混合気噴射弁３８は排気弁２６
の閉弁付近で、しかしＴＤＣの手前の点火タイミングよ
り十分手前のクランク角度範囲で混合気噴射を実行する
。■は噴射期間を示す。吸気弁２２は閉鎖状態に拘束さ
れ、空気は燃料と混合された状態で混合気噴射弁３８よ
り噴射されるが、その噴射の時期は排気弁２６の閉鎖時
期近傍、即ち点火の直前である。その結果、混合気噴射
弁３８からの混合気は燃焼室２０の上部の点火栓電極２
１Ａの近傍に集中しているため、シリンダボア下部の残
留排気ガスの部分とで成層が行われ、着火性を向上する
ことができる。

尚、混合気噴射弁３８からの噴射によって賄うことが可
能な空気量はそれほど多くはできないが、アイドル運転
時には必要空気量が少なくて済むため、アイドル運転に
は支障がないようにすることができる。第４図において
（イ）は空気制御弁７８のアクチュエータ７８Ａへの駆
動信号の波形を示し、パルス信号によって駆動される。

一方、（ロ）は混合気噴射弁３８の圧電素子４４への駆
動信号を示す。空気制御信号は噴射開始時の微粒化向上
のため燃料制御信号に先立って出力され、かつ噴射後の
燃料の後型れを防止するため燃料制御信号の後まで継続
している。空気制御用のパルス信号の一つのパルス幅の
、−周期に対する比であるデユーティ比Ｂ／Ａはそのと
きのエンジンの負荷を代表する例えば吸入空気量一回転
数比Ｑ／ＮＥによって変化され、空気量と燃料量との比
が理論空燃比等の所定値に維持される。即ち、デユーテ
ィ比が大きくなると噴射される混合気における空気量は
多くなり空燃比は増大し、逆にデユーティ比が小さくな
ると噴射される混合気における空気量は多くなり空燃比
は減少する。この発明においては、低負荷時は吸気弁２
２が閉鎖維持されるので、空気量の可変のため空気信号
のデユーティ比を操作している。

アイドル運転から負荷が増えると、制御回路８４は吸気
弁停止機構８１による吸気弁２２の拘束状態を解消し、
そのため排気弁２６に加え、吸気弁２２がその本来の作
動を発揮する。第３図において点線が吸気弁の作動タイ
ミングであり、排気弁の開放開始後に開放され、排気弁
の閉鎖に遅れて閉鎖され、吸気弁の開放期間をＩＮにて
示す。

燃料噴射期間■はエンジンの負荷や回転数によって最適
に変化させることができるが、少なくとも排気弁の閉弁
完了までに混合気噴射弁の作動は完了していなければな
らない。第５図において、第４図と同様に、（イ）は空
気制御弁７８のアクチュエータ７８Ａへの駆動信号の波
形を示し、（ロ）は混合気噴射弁３８の圧電素子４４へ
の駆動信号を示す。負荷がアイドルより増えた状態では
空気はメインは吸気ポート２４より導入され、混合気噴
射弁による分担量は減少するのでデユーティ比Ｂ／Ａは
小さくなる。混合気噴射弁からの空気量は最適な燃料な
微粒化が実現するように選択される。

第６図、第７図、第８図は第４図及び第５図のような空
気制御信号、燃料制御信号を得るための制御回路の作動
フローチャートである。第６図はクランク角度割り込み
ルーチンで例えば３０”ＣＡ毎のクランク角度毎に実行
される。ステップ１１０では、その気筒の燃料及び空気
制御の演算を行うタイミングか否か判別される。即ち、
第９図において（ロ）が演算タイミングであり、空気系
作動信号（ニ）の立ち上がりの手前に選択されることは
当然である。ステップ１１２では吸気弁２２の停止状態
か否か、即ち低負荷か否か判別される。

吸気弁の停止状態ではステップ１１４に流れ、低負荷時
に適した空気制御パルス信号のデユーティ比Ｂ／Ａの算
出が行われる。第４図に関して前述したように低負荷時
にはデユーティ比は負荷に係わらず適正な空燃比が得ら
れるように吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎに応じて算出さ
れる。

低負荷以外の運転時は吸気弁２２が作動であり、ステッ
プ１１６に流れ、高負荷時に適した空気制御パルス信号
のデユーティ比Ｂ／Ａの算出が行われる。第５図に関し
て前述したように高負荷時にはデユーティ比は適正な微
粒化が行われるように選定される。

ステップ１１８は燃料噴射時間τｉの算出を示す。燃料
噴射量は通常の電子制御燃料噴射内燃機関の場合と同様
であり、基本的には負荷因子、即ち吸入空気量一回転数
比Ｑ／ＮＥによって決められる。

ステップ１２０は空気制御弁作動信号の開始時刻ｔ、！
及び停止時刻ｔ１゜の算出が行われる。第９図（ニ）に
おいてＴ、が空気制御弁作動信号の期間を示し、点火信
号との間に適当な間隔Δｔ１が得られるようにこれらの
時刻は算出される。ステップ１２２は燃料噴射信号の開
始時刻ｔｒｔ及び終了時刻ｔｆ、の算出が燃料噴射時間
τｉ及び空気制御弁駆動信号の終了迄の時間Δｔ２より
算出される。ステップ１２４では空気制御用のＢレジス
タ９７に空気制御信号の開始時刻”ａｉがセットされ、
ステップ１２６では燃料制御用のＡレジスタ９５に燃料
噴射信号の開始時刻ｔｒｉがセットされる。

第７図はＡレジスタ９５の時刻一致割り込みルーチンで
ある。即ち、時刻ｊｆｉが到来するとこのルーチンが実
行され、ステップ１３０ではフラグＦ１−１か否か判別
される。燃料噴射開始時はＦ１＝０であるため、ステッ
プ１３２に進み、圧電素子４４に燃料噴射を開始するた
めの信号が送られる゛、ステップ１３４ではフラグＦ、
＝１とセントされ、ステップ１３６ではＡレジスタに終
了時刻ｔｆｅがセントされる。

時刻がｊｆｅとなると再び第７図のルーチンが起動され
、ステップ１３０では今度はステップ１３８に流れ、圧
電素子４４に燃料噴射を停止させるための信号が送られ
、ステップではフラグＦ＋＝０とリセットされる。

第９図はＢレジスタ９７の時刻一致割り込みルーチンを
示す。現在時刻＝ｔ１．となるとこのルーチンが起動さ
れ、ステップ１４０ではカウンタｎがインクリメントさ
れ、ステップ１４２では、デユーティ比Ｂ／Ａの値に応
じた、パルス信号の立ち上がり時間ＴＯＮが算出される
。ステップ１４４ではデユーティ比を形成するためのダ
ウンカウンタ（第１図参照）にＴＯＮがセットされる。

ステップ１４６では空気制御信号の１周期Δｔｘｎ≧Ｔ
１即ち時刻ｔ１．が到来したか否か判別される。

ＮＯのときはステップ１４８に進み、ＢレジスタにΔｔ
が入れられる。即ち、空気系駆動用パルス信号の一サイ
クルに等しい時間Δｔが経過すると第８図のルーチンが
再び実行され、時刻ｔｍｅが到来するとステップ１４６
でＹｅｓとなり、ステップ１５０に進み、カウンタｎが
クリヤされる。そして、ステップ１４８を迂回するので
空気制御信号は停止される。第９図で（へ）はカウンタ
のタイミングを示し、Δを毎にカウントダウンが行われ
、そのカウントダウンの間空燃比制御信号が立ち上がり
、ＴＯＮに応じたデユーティ比Ｂ／Ａが得られる。

実施例は吸気弁及び排気弁を備えた２サイクル内燃機関
への応用について述べたが、この発明のアイディアはピ
ストンバルブ型の通常の２サイクル内燃機関にも応用す
ることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、２サイクル内燃機関において低負荷
運転時において吸気ポートを閉鎖し、燃料と空気とを同
時に噴射する手段を設けることにより、低負荷時の混合
気の吹き抜けが防止され、着火性を向上することができ
る。そのため、４サイクルと遜色のないアイドル安定性
を得ることができ、また排気エミツションの向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のシステム構成全体図。 第２図は混合気噴射弁の断面図。 第３図は吸気弁、排気弁の作動タイミングを示す角度線
図。 第４図は低負荷時の空気制御信号、燃料噴射信号のタイ
ミングを説明する図。 第５図は高負荷時の空気制御信号、燃料噴射信号のタイ
ミングを説明する図。 第６図から第８図は制御回路の作動を説明するフローチ
ャート。 第９図は制御回路の作動を説明するタイミング図。 ２０・・・燃焼室 ２２・・・吸気弁 ２４・・・吸気ポート ３０・・・吸気管 ３２・・・掃気ポンプ ３８・・・混合気噴射弁 ４２・・・ニードル ５２・・・空気室 ５４・・・燃料室 ８１・・・吸気弁停止機構 Ｂ４・・・制御回路 ４４・・・圧電素子 夕、７　３　　ｂ 吸気弁作動停止時 第４図 吸気弁作動時 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２サイクル内燃機関において、機関の低負荷時に吸気ポ
   ートを閉鎖維持する手段と、燃焼室に燃料と空気とを同
   時に噴射することができる噴射手段とを具備し、機関の
   低負荷時に吸気ポートを閉鎖維持すると同時に噴射手段
   より燃料と空気とを直接噴射することを特徴とする２サ
   イクル燃料噴射内燃機関。