WO2007029782A1

WO2007029782A1 - ２サイクルエンジン

Info

Publication number: WO2007029782A1
Application number: PCT/JP2006/317765
Authority: WO
Inventors: Kenji Nishida; Hisashi Sakuyama; Takahiro Kimijima
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US20090138174A1; BRPI0615641A2; TW200716856A; US7685989B2; JP4881658B2; TWI312028B; JP2007100692A

Abstract

　２サイクルエンジン１は、点火装置８と、排気制御弁２４と、点火装置８および排気制御弁２４を制御する制御装置４０とを備える。制御装置４０は、高負荷域では点火装置８を作動させて火花点火燃焼させる制御を行い、低負荷域では排気口２１の開度の調整によりシリンダ室３ａ内の圧力を調整して燃焼室１０内で混合気を自着火燃焼させる制御を行う。更に、低負荷低回転域において、燃焼室１０の中央部１０ｃにエアおよび燃料が多く分布し、燃焼室１０の中央部の外側１０ｂに燃焼室１０内に残留した既燃ガスが多く分布する成層混合気場が形成され、低負荷低回転域ではこの成層混合気場を形成させて混合気を自着火燃焼させる。

Description

明細書

2サイクルエンジン

技術分野

[0001] 本発明は、排気口の開度を調整可能な排気制御弁を有して構成され、この排気制御弁を作動させて燃焼室内の供給エアおよび供給燃料を自着火燃焼させることができるように構成された 2サイクルエンジンに関する。

背景技術

[0002] 2サイクルエンジンは、吸気量が少なくなると掃気効率が低下して排気口から充分な排気が行われず、シリンダ室内に大量の既燃ガスが残留する（以下、このようなガスを「残留ガス」とも称する)。また、一般に、既燃ガスが残留する燃焼室内にエアおよび燃料が送り込まれると、燃焼室内ではこの 3組成が略均一に混合される。残留ガスは、燃焼により高温となって高い熱エネルギーを保持する一方、不活性ガスであることから燃焼を抑制する効果を有する。

[0003] このため、エンジンが低負荷域にある場合において、燃焼室内に供給されたエアおよび燃料と、前行程で燃焼室内に残留した既燃ガスとが混合された状態で点火ブラグを利用した火花点火燃焼を行うと、上記効果を有する残留ガスにより着火や着火後の火炎伝播が阻害され、不整燃焼が生じる。不整燃焼が生じると、供給された燃料が完全に燃焼されず、また、有害物質を含む未燃ガスが外部に排出されるため、燃費面や環境面での課題になって、る。

[0004] これに対し、排気口の開度を制御可能な排気弁を設けて構成されたエンジンが知られている（例えば、特開平 07-071279参照）。このようなエンジンにおいては、負荷に応じて排気弁を作動制御して排気口の開度を調整し、圧縮行程開始時におけるシリンダ内における全ガスの質量に対する残留ガスの質量の割合 (以下、この割合を「EGR率」と称する）を調整し、残留ガスの熱エネルギーを利用して燃焼室内の混合気を加熱させ、混合気を自着火燃焼させるように構成されて、る。

[0005] この形態のエンジンにおヽては、高負荷域では火花点火燃焼を行わせ、低負荷域では自着火燃焼を行わせるように、排気弁や点火プラグの作動制御が行われるように構成されている。自着火燃焼は、燃焼形態がバルタ燃焼であるため、燃焼室内の全体で不整燃焼が解消され、燃費の改善および有害排出ガスの低減が図られる。

[0006] 図 8に示すように、残留ガスは熱エネルギーを保持するため、 EGR率の上昇に伴つて圧縮行程終了時のシリンダ室内のガス温度は上昇する。また、所定温度 T を上回

AR

ると自着火燃焼させることができることが確認されている。一方、図 9に示すように、燃焼行程終了時においては、残留ガス自身の燃焼抑制効果から、 EGR率の上昇に伴つてシリンダ室内のガス温度は下降する。このため、 EGR率が高くなるように排気弁を作動制御して圧縮行程終了時のガス温度を高温に保つように図っても、 EGR率が所定値 EGR を超えると、燃焼行程終了時のガス温度の低下が大きいことから、次

AR

の圧縮行程でエアおよび燃料を充分に加熱するだけの熱エネルギーが不足し、自着火燃焼に必要な温度 τ を維持できなくなる。

AR

[0007] この現象は、特に高出力型のエンジンにおいて、低負荷低回転域にあり、エアの供給量が少なくなつて掃気流のコントロールが難しくなつた場合などに起こっている。このような自着火燃焼させることができな、領域にぉ、ては、依然として不整燃焼が生じており、低負荷域における不整燃焼の解消が課題となっていた。

発明の開示

[0008] 本発明の一または一以上の実施例は、低負荷域での不整燃焼が解消されて燃費の向上が図られた 2サイクルエンジンを提供する。

[0009] 本発明の一または一以上の実施例によれば、 2サイクルエンジンは、シリンダ室が形成されてシリンダ室内にピストンを収容したシリンダと、点火部を燃焼室内に臨ませる点火装置と、シリンダ室の内周面に開口する排気口に繋がる排気通路の開度を調整する排気制御弁と、点火装置および排気制御弁の作動制御を行う制御装置とを有し、制御装置が、高負荷域では点火装置を作動させてシリンダ室内に供給された供給エアおよび供給燃料カゝらなる混合気を燃焼室内で火花点火燃焼させる制御を行い、低負荷域では排気口の開度の調整によりシリンダ室内の圧力を調整し、燃焼室内で混合気を自着火燃焼させる制御を行うように構成された 2サイクルエンジンに関する。そして、低負荷域内における低回転域である低負荷低回転域において、燃焼室の中央部に混合気が多く分布し、燃焼室の中央部の外側に燃焼室内に残留した既燃ガスが多く分布する成層混合気場を形成する成層混合気場形成手段を有しており、低負荷低回転域では成層混合気場形成手段により成層混合気場を形成させて混合気を自着火燃焼させる制御を行うように制御装置を構成してヽる。

[0010] さら〖こは、制御装置を、低負荷低回転域内における低負荷且つ低回転域である極低負荷低回転域にお!ヽては、点火装置を作動させて成層混合気場を形成してヽる混合気を火花点火燃焼させる制御を行うように構成してもよ!/ヽ。

[0011] また、成層混合気場形成手段が排気制御弁を有してなり、制御装置が、低負荷低回転域では、排気口の開度が小さくなるように排気制御弁を作動させ、低負荷域内における中回転域である低負荷中回転域では、低負荷低回転域と比べて排気口の開度が大きくなり、かつ、負荷の上昇に伴って排気口の開度が上昇するように排気制御弁を作動させ、高負荷域では、低負荷中回転域と比べて排気口の開度が大きくなり、かつ、負荷の上昇に伴って排気口の開度が上昇するように排気制御弁を作動させる制御を行うように構成されることが好ま、。

[0012] また、成層混合気場形成手段が、頂部をシリンダ室の円筒軸に対して排気口側またはその反対側にオフセットして設けられた燃焼室を有してなることが好まし、。また

、成層混合気場形成手段が、制御装置により作動制御されて供給燃料を燃焼室内に直接噴射して供給する直噴装置を有してなり、制御装置が、低負荷低回転域では、供給燃料をシリンダ室内に供給する時期が低負荷中回転域および高負荷域と比ベて遅くなるように直噴装置を作動させる制御を行うように構成されることが好ま U、

。さらに、成層混合気場形成手段が開度に応じて燃焼室内への供給エアの供給量を調整可能に構成されたサブスロットルバルブを有してなり、制御装置が、低負荷低回転域では、負荷の低下に伴ってサブスロットルバルブの開度が大きくなるようにサブスロットルバルブを作動させ、供給エアの供給量を増カロさせる制御を行うように構成されることが好ましい。

[0013] そして、負荷を検出する負荷検出装置と、エンジン温度を検出する温度検出装置とを設け、制御装置が、負荷検出装置により検出された負荷および温度検出装置により検出されたエンジン温度に基づいて、燃焼室内に供給燃料が供給される時期、供給燃料の供給量、および、排気口の開度を調整する制御を行うように構成されることが好ましい。

[0014] 本発明の一または一以上の実施例の 2サイクルエンジンによると、低負荷低回転域では成層混合気場形成手段により、燃焼室の中央部に混合気が多く分布してその外側に既燃ガスが多く分布した成層混合気場が形成される。このため、燃焼室全体でみれば、すなわち、 3組成が均一に混合されているとすれば、自着火燃焼させることができない高 EGR率であっても、中央部に EGR率が低く自着火燃焼可能な状態が局所的に作り出される。したがって、本構成では、従来のように 3組成が略均一に混合された状態では自着火燃焼させることができなカゝつた領域に対しても自着火燃焼させることができ、自着火燃焼可能な領域が拡大されて燃費の改善や有害排出ガスの低減が図られる。

[0015] また、極低負荷低回転域にお!ヽて、点火装置を作動させて成層混合気場を形成して、る混合気を火花点火燃焼させる制御を行うように構成すると、低温時等の低負荷域での不整燃焼がより確実に解消され、さらなる燃費の改善や有害排出ガスの低減が図られる。

[0016] また、成層混合気場形成手段として排気制御弁を備え、制御装置により、低負荷低回転域では、他の負荷領域と比べて排気口の開度が小さくなるように排気制御弁の作動制御が行われるようになつている。これにより、排気圧が高くなるように調整され、シリンダ室内に供給された供給エアは排気口に向けて流れず、縦渦状の流れを形成して燃焼室に導かれる。このようにしてエアと残留ガスの成層化が促され、低負荷低回転域での自着火燃焼を行わせることができる。

[0017] また、成層混合気場形成手段として、燃焼室の頂部をシリンダ室の円筒軸に対して排気口側またはその反対側にオフセットしている。これにより、シリンダ室の円筒軸を挟んで排気口が設けられている側と、その反対側とで大きな圧力場の偏りが形成され、縦渦状の流れの形成が促される。このため、成層混合気場の形成をより確実に行わせることができる。

[0018] また、成層混合気場形成手段としてシリンダ室内に燃料を直接噴射する直噴装置を備え、制御装置により、低負荷低回転域では、他の負荷領域と比べて燃料噴射時期が遅くなるように直噴装置の作動制御が行われるようになつている。これにより、燃料がシリンダ室内、燃焼室内の全体に行き渡らせる時間が充分に確保されな、ため、成層混合気場の形成をより確実に行わせることができる。

[0019] また、成層混合気場形成手段として、開度の調整によりシリンダ室内へのエア供給量を調整可能なサブスロットルバルブを備え、制御装置により、低負荷低回転域では、負荷の低下に伴ってサブスロットルバルブの開度が大きくなるようにサブスロットルバルブの作動制御が行われるようになつている。これにより、負荷が低下してシリンダ室内に供給されるエアの量が不足するときであっても不足を補ってエアを供給することができ、シリンダ室内に供給されるエアの量を安定させ、成層混合気場を形成するためのエアの流れを負荷の増減に関わらず安定して制御することができる。

[0020] その他の特徴および効果は、実施例の記載および添付のクレームより明白である。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明に係る 2サイクルエンジンの典型的実施例であるエンジンの断面図である。

[図 2]第 1典型的実施例における燃焼形態の領域を示すグラフである。

[図 3]第 1典型的実施例におけるエンジントルクと各種装置の制御状態との関係を示すグラフである。

[図 4]低負荷低回転域における掃気出口からのエアの流れを示すエンジンの断面図である。

[図 5]成層混合気場の模式図である。

[図 6]第 2典型的実施例における燃焼形態の領域を示すグラフである。

[図 7]第 2典型的実施例におけるエンジントルクと各種装置の制御状態との関係を示すグラフである。

[図 8]EGR率と圧縮行程終了時のシリンダ室内のガス温度との関係を示すグラフである。

[図 9]EGR率と燃焼行程終了時のシリンダ室内のガス温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

[0022] 1 エンジン 3 シリンダブロック

4 クランクケース

8 点火プラグ

9 燃焼噴射弁

10 燃焼室

18 サブスロットルバルブ

21 排気口

24 排気制御バルブ

33 掃気出口

40 ECU

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図 1に本発明の典型的実施例に係る 2サイクルエンジンを示している。エンジン 1は、シリンダへッド 2と、シリンダブロック 3と、クランクケース 4とが上下に重なるように結合されて構成されている。

[0024] シリンダブロック 3は、内部にシリンダ室 3aが形成されており、このシリンダ室 3a内を上下に摺動可能にピストン 5が配設されている。クランクケース 4は、シリンダブロック 3 に結合され、クランクシャフト 6が収容されるクランク室 4aをシリンダ室 3aに連通させている。ピストン 5およびクランクシャフト 6はコンロッド 7を介して連結される。また、シリンダ室 3aの内周面 3bと、ピストン 5の上面と、シリンダヘッド 2の内壁面とに囲まれて燃焼室 10が形成されている。シリンダヘッド 2には、点火プラグ 8および燃料噴射弁 9が取り付けられており、点火プラグ 8の点火部 8aおよび燃料噴射弁 9のノズル部 9aをシリンダヘッド 2の内壁面力燃焼室 10に臨ませて、る。

[0025] 図 4に示すように燃焼室 10は、シリンダヘッド 2の内壁面に形成された凹部 2aにより、略半球形状に形成されて上方に頂部 10aを有している。頂部 10aは、一点鎖線で示すシリンダ軸 Aに対して後述する排気口側にオフセットされている。点火プラグ 8は、点火部 8aをこのような燃焼室 10内に所定の突出量だけ突出させて設けられている。燃料噴射弁 9は、ノズル部 9aを燃焼室の頂部 10aから所定の突出量だけ下方に突出させて設けられており、ノズル部 9aからシリンダ室 3a内に燃料を直接噴射する。

[0026] クランクケース 4には、一端力クランク室 4aに連通する吸気口 11に繋がり、他端が外部に連通する吸気通路 12が形成され、吸気通路 12には吸気マ-ホールド 14が接続されている。吸気通路 12には、弾性変形可能なリード片カも構成されるリードバルブ 15が設けられており、吸気マ-ホールド 14には、開度 Θ THmが可変の吸気スロットルバルブ 16が取り付けられている。さらに、吸気マ-ホールド 14には、図示しない吸気サブ通路が吸気スロットルバルブ 16の下流側に連通して接続されており、この吸気サブ通路には開度 Θ THsが可変のサブスロットルバルブ 18が取り付けられる。なお、吸気スロットルバルブ 16およびサブスロットルバルブ 18の上流側には図示しないエアクリーナが繋がり、吸気マ-ホールド 14にはエアタリーナカもの清浄なエアが供給される。

[0027] リードバルブ 15は、常には吸気通路 12を閉塞するようにリード片が片持ち支持されてなり、クランク室 4aが負圧になるとリード片が橈んで吸気通路 12を開放する。吸気スロットルバルブ 16は、図示しないスロットルグリップの手動操作に応じて開度 θ TH mを変化させ、この開度 Θ THmに応じてクランク室 4aに供給されるエアの量を変化させる。また、サブスロットルバルブ 18を作動させて開度 Θ THsを調整することにより、クランク室 4aに供給されるエアが補給され、吸気スロットルノレブ 16の開度 Θ THmに関わらずクランク室 4aに供給されるエアの量を調整できる。

[0028] また、シリンダブロック 3には、一端がシリンダ室 3aに連通する排気口 21に繋がり、他端が外部に連通する排気接続口 23に繋がる排気通路 22が設けられている。排気通路 22には、排気制御ノレブ 24が設けられている。この排気制御バルブ 24は、側面視扇形状に形成されて揺動自在のバルブ片 24aを有して構成されている。バルブ片 24aはサーボモータ 24bを駆動源として揺動し、この揺動によって排気口 21は上方から下方に向けて閉鎖されるようになっている。サーボモータ 24bを駆動制御してバルブ片 24aの揺動位置を調整することにより、バルブ片 24aを上方の退避位置に揺動させた全開状態から、バルブ片 24aを下動限界位置まで揺動させた全閉状態の間で、排気口 21の開度 θ EXを無段階的に調整できる。

[0029] さらに、シリンダ室 3aには排気口 21よりも下方に位置して掃気出口 33が開口し、クランク室 4aには掃気入口 31が開口している。シリンダブロック 3およびクランクケース 4が結合されることにより、一端がこの掃気入口 31に連通し、他端力この掃気出口 33 に連通する掃気通路 32が形成される。

[0030] このように構成されるエンジン 1は、ピストン 5が下死点から上動すると、クランク室 4a が負圧となってリードバルブ 15が開弁して吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmに応じた量のエアがクランク室 4aに供給される一方、シリンダ室 3a内のガスが圧縮される（吸気'圧縮行程)。このとき、燃料噴射弁 9から所定噴射時期に所定噴射量の燃料がシリンダ室 3a内に噴射される。そして、ピストン 5が上死点近傍まで上動したところで圧縮されたエアおよび燃料の混合気を燃焼させる (燃焼行程)。これによりピストン 5は上死点から下動する。

[0031] ピストン 5が下動すると、ピストン 5の側面により閉塞されていた排気口 21がシリンダ室 3aに開放され、既燃ガス力 S排気口 21から排気通路 22へと排出される (排気行程）。さらに、ピストン 5が下動すると、排気口 21の下方に位置する掃気出口 33がシリンダ室 3aに開放される一方、ピストン 5の下動によりクランク室 4a内で圧縮されたエアが掃気入口 31から掃気通路 32に流入する。掃気通路 32に流入したエアは掃気出口 3 3からシリンダ室 3a内に供給され、既燃ガスの排出が促される (排気 ·掃気行程)。再びピストン 5が下死点力上動すると、ピストン 5の側面により掃気出口 33および排気口 21カ噴〖こ閉塞され、吸気'圧縮行程が行われる。

[0032] エンジン 1の燃焼行程開始時 (圧縮行程終了時）において、燃焼室 10内には、掃気出口 33から供給されたエアと、燃料噴射弁 9から噴射された燃料と、前の排気'掃気行程において排気口 21から排出されずにシリンダ室 3a内に残留した既燃ガスの 3 組成が存在する。既燃ガスは、高温で高い熱エネルギーを保持している一方、不活性ガスであり燃焼抑制効果を有している。このため、掃気出口 33からのエアの供給量が少なく EGR率が上昇した状態で点火プラグ 8を利用した火花点火燃焼を行っても、既燃ガスの燃焼抑制効果により点火部 8aからの火炎伝播が阻害されて不整燃焼が生じる。このような不整燃焼を回避するため、後述するようにコントロールユニット（以下、「ECU」と称する) 40により、排気口 21の開度 θ EXを調整して EGR率を調整し、既燃ガスの熱エネルギーを利用してエアおよび燃料を最適時期で自着火燃焼させる制御が行われる。

[0033] また、排気 ·掃気行程において掃気出口 33から供給されるエアの量が多いとき、すなわち、吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmが大きく負荷が高い場合には、供給されたエアの流れに乱れが生じて 3組成がよく混合され、燃焼行程開始時には 3組成が燃焼室内で略均一に混合された状態となる。一方、エンジン負荷が低ぐ掃気出口 33から供給されるエアの量が少ないとき、供給されたエアの流れは乱れが小さくなる。

[0034] エンジン 1には、排気制御バルブ 24、点火プラグ 8、燃料噴射弁 9およびサブスロットルバルブ 18等の各種の装置の作動制御を行うように構成された ECU40が備えられている。エンジン 1には各種のセンサが配設されており、これらセンサからの検出信号力 ¾CU40に入力される。センサとして、例えば、エンジン回転速度 Neを検出するエンジン回転速度センサ 51、吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmを検出するスロットル開度センサ 52、冷却水温度 Twを検出する冷却水温度センサ 53、シリンダ内周面温度 Tcを検出するシリンダ温度センサ 54、吸気温度 Tiを検出する吸気温度センサ 55、大気圧 Pを検出する圧力センサ 56などが設けられている。

[0035] ECU40は、これら各入力値に基づ!/、て、燃料噴射時期ぱ、燃料噴射量 F、排気口 21の開度 θ EX、サブスロットルバルブ 18の開度 Θ THs、および、火花点火時期 tsをそれぞれ出力値として求める。 ECU40には、エンジン回転速度 Neおよび吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmを入力パラメータとする所定の演算式が記憶されており、この演算式から各出力値ぱ， F, θ EX, Θ THs, tsが求められる。

[0036] ECU40は、演算式から求められた各出力値に基づいて、燃料噴射弁 9に作動制御信号を出力し、所定の燃料噴射時期 tfC所定の燃料噴射量 Fの燃料を噴射させるように燃料噴射弁 9を作動制御する。また、サーボモータ 24bに作動制御信号を出力し、排気制御バルブ 24のバルブ片 24aを所定の揺動位置まで揺動させるようにサーボモータ 24bを作動制御し、排気口 21を所定の開度 θ EXに調整する。さらに、サブスロットルバルブ 18に作動制御信号を出力し、所定の開度 Θ THsになるようにサブスロットルバルブ 18を作動制御し、クランク室 4aへのエアの供給量を調整する。そして、点火プラグ 8に作動制御信号を出力し、所定の火花点火時期 tsで火花点火が行われるように点火プラグ 8を作動制御する。

[0037] 図 2は、エンジン 1の燃焼形態の領域をエンジン回転速度 Neおよびエンジントルク Teに応じて示している。 ECU40は、上記演算式を用いてエンジン回転速度 Neおよび吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmに応じて各装置を作動制御し、高負荷域では予混合火花点火燃焼を行わせ、低負荷中高回転域では予混合圧縮自着火燃焼を行わせ、低負荷低回転域では成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる制御を行うように構成されている。なお、図 3に示すように、エンジントルク Teは吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmに対応して増減する。

[0038] ここで、予混合火花点火燃焼とは、点火プラグ 8を作動させてエアおよび燃料を火花点火燃焼させ、火花点火された点火部 8aの近傍から燃焼室 10の全体に火炎伝播させて燃焼室 10内のエアおよび燃料を燃焼させるものであり、従来行われている火花点火燃焼の形態である。このとき、燃焼室 10内の 3組成は、略均一に混合された状態になっている。予混合圧縮自着火燃焼とは、同様に燃焼室 10内で 3組成が略均一に混合された状態で、圧縮時にエアおよび燃料を自着火燃焼させるものであり、従来行われている圧縮自着火燃焼の形態である。

[0039] 成層給気圧縮自着火燃焼とは、燃焼室 10内で 3組成が略成層化された成層混合気場で、圧縮時にエアおよび燃料を自着火燃焼させるもので、本発明の特徴となる燃焼形態である。従来この成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる領域では、 EGR率が高く自着火燃焼させるために必要な熱エネルギーを維持できな、ため予混合圧縮自着火燃焼を行うことが難しぐ不整燃焼を生じさせていた。成層混合気場は、燃焼室 10の中央部にエアおよび燃料が多く分布し、その外側に既燃ガスが多く分布して略成層化された状態になったものである。この成層混合気場は、排気口の開度 θ EX を調整する排気制御バルブ 24の適切な作動制御と、燃料噴射時期 tl¾よび燃料噴射量 Fを制御可能な燃料噴射弁 9の適切な作動制御と、クランク室 4aへのエア供給量を調整可能なサブスロットルバルブ 18の適切な作動制御と、頂部 10aがオフセットされた燃焼室 10とにより形成され、これらが本発明の典型的実施例に係る成層混合気場形成手段の構成要素となる。

[0040] 図 3は、エンジン回転速度 Neを図 2に破線 IIIで示す所定の回転速度 Neとしたときにおけるエンジントルク Teと各出力値との関係を示している。この回転速度 Neにお

1 いては、エンジントルク Teの変化に応じて上記 3つの燃焼形態を取り得るようになつている。以下、図 3を参照し、負荷に応じて行われる各種装置の作動制御および各燃焼形態における各種装置の作動について説明する。

[0041] 燃料噴射時期 tfは、高負荷域にあって予混合火花点火燃焼を行わせる領域では、圧縮行程においてピストン 5が下死点近傍に位置して排気口 21から燃料が吹き抜けないような範囲に設定されている。また、低負荷域にあって予混合圧縮自着火燃焼を行わせる領域においても、同様に排気口 21から燃料が吹き抜けない範囲に設定される。また、これら両領域においては、噴射後から圧縮行程終了時までに燃料を燃焼室 10の全体に混合させる時間が充分に確保されている。一方、低負荷域にあって成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる領域では、負荷の低下に伴って遅くなるように設定されている。また、燃料噴射量 Fは、エンジントルク Teの上昇に伴って上昇するように設定されており、各燃焼形態にぉ、て最適の空燃比となるように設定されてヽる。

[0042] 排気口 21の開度 θ EXは、低負荷域にあって成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる領域では、エンジントルク Teに関わらずほぼ一定に推移しており、所定の低い値をとるようになっている。そして、低負荷域にあって予混合圧縮自着火燃焼を行わせる領域では、エンジントルク Teの上昇に伴って開度 θ EXが大きくなるように推移しており、成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる領域よりも開度 θ EXが大きくなつている。そして、高負荷域にあって予混合火花点火燃焼を行わせる領域では、エンジントルク Te の上昇に伴って緩やかに開度 θ EXが大きくなるように推移しており、予混合圧縮自着火燃焼を行わせる領域よりも開度 θ EXが大きくなつている。

[0043] このように、低負荷ほど、排気口 21の開度 θ EXが小さくなるように設定されており、 EGR率を増大させるように調整されるが、あまりに EGR率を増大させると既燃ガスの燃焼抑制効果が働きすぎて自着火燃焼を行わせることができなくおそれがあることから、低負荷低回転域内にぉヽて低負荷側にぉヽては再び EGR率を下げるために排気口 21の開度 θ EXが大きくなるように推移している。なお、排気制御バルブ 24は、バルブ片 24aを上方に退避させることで排気口 21の開度 θ EXが大きくなる一方、排気行程は、ピストン 5の下動に伴ってピストン 5の側面により閉塞された排気口 21がシリンダ室 3aに開放されることにより行われる。すなわち、排気口 21の開度 θ EXに応じて排気開始時期を調整することができる。予混合火花点火燃焼を行わせる領域では、高出力化を図るため、最適な排気開始時期になるように開度 θ EXが設定されており、エンジントルク Teの上昇に伴って緩やかに開度 θ EXが大きくなるように排気開始時期が設定されている。

[0044] また、サブスロットルバルブ 18の開度 Θ THsは、低負荷域にあって成層給気圧縮自着火燃焼を行わせる領域では、負荷の低下に伴って開度 Θ THsが大きくなるように設定されている。このため、低負荷ほど、吸気サブ通路からのエアの補給量が多くなる。また、予混合圧縮自着火燃焼および予混合火花点火燃焼を行わせる領域では、サブスロットルバルブ 18の開度 Θ THsはゼロに設定されており、吸気サブ通路からのエアが補給されな、ようになって、る。

[0045] このような作動制御により、高負荷域においては、排気口 21の開度 θ EXが大きく設定されていることからシリンダ室 3a内における圧力場の偏りが小さい状態であるとともに、掃気出口 33から供給されるエアの量が多いため、掃気効率が高く既燃ガスの排気が充分に行われる。同時に、燃料噴射時期 tl¾S早く設定されているため、残留する既燃ガスの量が少ない状態であって 3組成が燃焼室 10内で充分に混合された状態となる。このため、所定の火花点火時期 tsで作動するように制御された点火ブラグ 8により火花点火燃焼を行うと、点火部 8aから燃焼室 10の全体に火炎伝播が行われ、高出力でクランクシャフト 6を回転させることができる。このようにして高負荷域にぉ、て予混合火花点火燃焼が行われる。

[0046] 低負荷中高回転域においては、排気口 21の開度 θ EXを調整して EGR率を調整し、圧縮行程終了時におけるシリンダ室 3a内のガス温度が図 8に示す所定温度 T を

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上回るように制御される。これにより、圧縮行程終了時に、掃気出口 33から供給されたエアおよび燃料噴射弁 9から供給された燃料が自着火燃焼される。このとき、負荷の低下により、予混合火花点火燃焼を行わせる領域と比べて掃気出口 33からシリンダ室 3a内に供給されるエアの量は少なくなる力燃焼室内の 3組成は、排気口 21の開度 θ EXや燃料噴射弁⁹の燃料噴射時期 tぬどの制御により、予混合火花点火燃焼を行わせるときと同様にして略均一に混合された状態が形成されている。このようにして低負荷中高回転域において予混合圧縮自着火燃焼が行われる。

[0047] 低負荷低回転域においては、上記の通り、掃気出口 33からシリンダ室 3a内に供給されるエアの量がより少なくなつて EGR率が高くなる。このとき、 ECU40の制御により、排気口 21の開度 θ EXは、低負荷中高回転域にあるときと比べてさらに小さくなるように設定されていることから、排気圧が高められ、排気口 21の近傍と掃気出口 33の近傍とで圧力場に偏りが生じる。このため、掃気出口 33から供給されるエアは、供給量が少ないことから元々乱れが小さい上に、この圧力場の偏りの影響を受け、横方向への流れを生じず上方に向けて縦渦状の流れを形成する。これにより、掃気出口 33 カもシリンダ室 3a内に供給されたエアは、シリンダヘッド 2の内壁面に形成された凹部 2aの中央部に向けて集中的に流れる。

[0048] さらに、本典型的実施例においては、燃焼室 10の頂部 10aが、シリンダ軸 A上になぐシリンダ軸 Aから排気口 21側にオフセットされている。このため、シリンダ室 3a内において、シリンダ軸 Aを挟んで排気口 21が設けられている側と、その反対側とで、圧力場の偏りがさらに大きくなる。したがって、図 4に矢印で示すように、掃気出口 33 力も供給されたエアは、縦渦状の流れの形成がさらに促され、排気制御ノレブ 24から回り込むようにして流れ、シリンダヘッド 2の内壁面に形成された凹部 2aに向けてより集中的に流れる。

[0049] このように掃気出口 33からのエアがシリンダヘッド 2の内壁面に形成される凹部 2a の中央部に集中的に流れ込んだ状態にお、て、 ECU40から出力された作動制御信号に基づヽて、ピストン 5が上死点近傍に位置したところで燃料噴射弁 9のノズル部 9aから燃料が噴射される。燃料噴射弁 9のノズル部 9aは、燃焼室 10の頂部 10aから所定量下方に突出している。このため、上記のようにして燃焼室 10内に集められた掃気出口 33からのエアに向けて燃料が噴射される。そして、このような燃料噴射時期 tfに設定されているため、燃焼室 10内に噴射された燃料は燃焼室 10の全体に充分に行き渡らずに圧縮行程が終了する。

[0050] これにより、図 5に示すように、燃焼室 10内の 3組成は、中央部 10cにエアおよび燃料が多く分布し、その外側 10bに掃気されずに残留した既燃ガスが多く分布し、略成層化された成層混合気場を形成する。このとき、低負荷低回転域にあることから、燃焼室 10の全体でみると、すなわち、燃焼室 10内で 3組成が均一に混合されたと仮定すると、 EGR率が図 9に示す所定値 EGR を上回り、自着火燃焼が行えないような

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状態となっている。し力しながら、略成層化されることによって中央部においては EG R率が低くなつている。このため、既燃ガスによる燃焼抑制効果が大きく働かず、自着火燃焼が行われる。

[0051] このように局所的に低、EGR率となって自着火燃焼が行われた箇所にお!、ては、燃焼後においても燃焼抑制効果が大きく働かず、燃焼行程終了後のガス温度が高温に保持される。このため、次の圧縮行程では、既燃ガスとして高い熱エネルギーを保持し、シリンダ室 3a内に供給されたエアおよび燃料の温度が自着火燃焼可能な温度 T まで上昇する。このようにして低負荷低回転域において成層給気圧縮自着火

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燃焼が継続して行われる。

[0052] このように、本典型的実施例のエンジン 1にお、ては、従来の燃焼形態では自着火燃焼できず、また、掃気出口 33から供給されるエアの流れに乱れが少ない低負荷低回転域において、排気口 21の開度 θ EXを調整して排気圧の調整を行い、供給されたエアが縦渦状の流れを形成するようになっている。これにより、供給されるエアがシリンダ室 3a内でよく混合されず、燃焼室 10の中央部に導かれて成層化が促される。このため、燃焼室内に EGR率が低い状態が局所的に形成され、従来のように略均一に混合された状態では燃焼させることができなカゝつた負荷領域にっ、ても自着火燃焼を継続して行わせることができるようになる。したがって、不整燃焼が解消され、燃費の向上などが図られた 2サイクルエンジンを提供することができる。

[0053] さらに、燃焼室 10の頂部 10aがシリンダ軸 Aに対して排気口 21側にオフセットされている。これにより、シリンダ軸 Aに対して排気口 21が設けられる側と、その反対側とで、圧力場に大きな偏りを形成することができ、縦渦状の流れの形成を促すことができる。このため、掃気出口 33から供給されたエアをより集中的に燃焼室 10に向けて流れさせることができ、成層混合気場の形成をより確実に行うことができる。

[0054] また、燃料噴射弁 9により、燃料がシリンダ室 3a内に直接噴射されるようになっている。このため、最適な燃料噴射時期ぱ〖こ最適な燃料噴射量 Fで燃料を噴射させることができ、自着火燃焼を最適な状態で行わせることができる。低負荷低回転域においては、燃料噴射時期 tl¾ 圧縮行程が終了する直前となっており、他の領域よりも遅くなつている。これにより、噴射された燃料が燃焼室 10の全体の行き渡ることがなぐ成層混合気場の形成をより確実に行うことができる。

[0055] そして、低負荷低回転域にお!、て負荷が低下すると、これに応じてサブスロットルバルブ 18の開度 Θ THsを大きくし、吸気サブ通路力もエアが補給されるようになっている。これにより、掃気出口 33からシリンダ室 3a内に供給されるエアの量が安定し、掃気出口 33から供給されたエアの流れを安定して制御することができる。これにより、成層混合気場を継続して安定して形成することができるとともに、成層圧縮自着火燃焼を安定して行わせることができる。

[0056] ただし、このように成層給気圧縮自着火燃焼を行わせるとしても、エンジン Eの始動時やアイドリング時など、エンジン Eの温度や燃焼室 10内の残留ガスの温度が低、ときには、供給エアおよび供給燃料が自着火燃焼に必要な熱エネルギーを残留ガス力も十分に得られなくなるおそれがある。このような場合であってもより確実に不整燃焼を解消可能なエンジンとして、図 6,図 7を参照して本発明に係る 2サイクルェンジンの第 2の典型的実施例について説明する。本典型的実施例は、第 1典型的実施例に対して ECU40における制御内容を変更したものであり、エンジン Eの構成や ECU 40に係る電気的接続関係は図 1に示した第 1典型的実施例と同一である。なお、点火プラグ 8については、点火部 8aを燃焼室 10の中央部 10cに位置させるようにしてシリンダヘッド 2に取り付けられて!/、ることが好まし!/、。

[0057] 本典型的実施例では、図 6に示すように、成層給気圧縮自着火燃焼を行わせてヽた低負荷低回転域内における低負荷且つ低回転域 (極低負荷低回転域と称する）にお 1、て、成層給気圧縮自着火燃焼に替えて成層給気火花点火燃焼を行わせるようになつている。この成層給気火花点火燃焼は、燃焼室 10内に成層混合気場が形成された状態において、点火プラグ 8を用いてエアおよび燃料力もなる混合気を火花点火燃焼させるものである。なお、その他の領域においては、第 1典型的実施例と同様に、予混合火花点火燃焼、予混合圧縮自着火燃焼、および、成層給気圧縮自着火燃焼が行われるようになって、る。 [0058] 図 7には、図 6に破線 VIIで示す所定のエンジン回転速度 Neにおけるエンジントル

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ク Teと各出力値との関係を示している。極低負荷低回転域では、他の領域と比較して、供給燃料が燃焼室 10の全体に十分に拡散しないように燃料噴射時期 tl ^遅く設定され、最適な空燃比に設定するため燃料噴射量 Fが少なく設定され、吸気スロットルバルブ 16の開度 Θ THmがほぼゼロであることから、エア量を補給調整するため、負荷が低くなるにしたがってサブスロットルバルブ 18の開度 Θ THsが大きくなるように設定され、また、 EGR率を増大させ過ぎると既燃ガスの燃焼抑制効果が大きく働くことから、負荷が低くなるにしたがって排気口 θ EXの開度が大きくなるように設定されている。

[0059] このような作動制御により、極低負荷低回転域においては、このように各出力値が設定されるため、燃焼室 10の内部には第 1典型的実施例と同様にして成層混合気場が形成される。そして、所定の火花点火時期 tsで作動するように制御された点火プラグ 8により、中央部 10cに集められた混合気が火花点火燃焼される。なお、点火プラグ 8の点火部 8aを中央部 10cに位置させて、るため、中央部 10cに集められた混合気が着火されやすくなつて！/ヽる。

[0060] 本典型的実施例では、残留ガスの温度が低く自着火燃焼に必要な熱エネルギーを得られなヽような極低負荷低回転域にぉヽては、成層混合気場を形成した上で、火花点火燃焼を行わせるようになつている。このため、成層給気圧縮自着火燃焼が行われていた領域で生じるおそれのあった不整燃焼をより確実に解消することができるよつになる。

[0061] また、エンジン回転速度とエンジン負荷に応じて 4つの燃焼形態を行うようになっていおり、極低負荷低回転域から高負荷域に至るまでの間で、最適な燃焼形態が細かく選択設定され、燃費の向上や走行性の向上が図られる。このとき、適切な供給エア量や EGR率は燃焼形態間で異なるが、この燃焼形態を細力べ設定しているため、燃焼形態を遷移させるときに、供給エア量や EGR率を極端に変化させる必要がなくなり、燃焼形態に合わせた各種装置の作動制御をスムーズに移行させることができ、走行性などを向上させることができる。

[0062] 以上、本発明に係る 2サイクルエンジンの典型的実施例を説明したが、必ずしも上記構成に限られず、適宜変更可能である。例えば、上記実施形態では、頂部 10aを排気口 21側にオフセットして燃焼室 10を形成したが、排気口 21の反対側にオフセットして燃焼室 10を形成しても、同様に作用して同様の効果を得ることができる。また、 ECU40は、上記のようにエンジン負荷条件を入力パラメータとする演算式から求められた各出力値に対し、エンジン温度条件や吸気の環境条件に応じて補正をかける制御を行うように構成されていてもよい。例えば、エンジン温度が低いと、既燃ガスの熱エネルギーの損失が大きくなり、既燃ガスの温度を高く保ちに《なるといつた問題がある。

[0063] このような問題に対して、冷却水温度 Twゃシリンダ内周面温度 Tcなどの入力値に基づき、演算式から求められた排気口 21の開度 θ EXに対して補正をかけ、補正値に基づいてサーボモータを作動制御し、エンジン温度がより高くなるように排気口 21 の開度 θ EXを調整する制御を行うように ECU40を構成してもよい。このようにェンジン温度条件を取り入れた補正制御を行うことにより、より適切な状態で自着火燃焼を行わせることができる。特に、第 2典型的実施例においては、このようにエンジン温度条件に応じて燃焼形態を設定する構成が有効となる。すなわち、エンジン温度が低い状態のときには、自着火燃焼を行わせることが難しくなるため、成層給気火花点火燃焼を行わせる領域を高負荷側に拡大するように、さらに成層圧縮自着火燃焼を行わせる領域を高負荷側に拡大するように各出力値の補正を行うように設定することが好ましい。これにより、低負荷低回転域における不整燃焼をより確実に解消することができるようになる。

[0064] なお、図 3に示したエンジントルク Teと各出力値との関係は、所定のエンジン回転速度 Neに対応するものを例として線図に示したものである。したがって、 ECU40に

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記憶される演算式に入力されるエンジン回転速度 Neの値が変化すれば、演算式から求められる各出力値は変化して線図の傾向が変更され、各種装置の制御状態は変化する。また、各出力値を求める演算式はエンジンの出力特性に応じて適宜変更可能であり、同じ所定のエンジン回転速度 Neに対応するエンジントルク Teと各出力

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値との関係を示したものであっても、求められる各出力値が変化して線図の傾向が適宜変更される。 [0065] 本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明の上記実施例に様々な変更や修正をカロえることができることは当業者にとって明らかである。このため、請求項およびその均等物と一致する本発明の全ての変更や修正を本発明がカバーすることが意図されている。

[0066] 本出願は、 2005年 9月 9日出願の日本特許出願（特願 2005— 261769)および 2006 年 6月 16日出願の日本特許出願 (特願 2006— 167360)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0067] 本発明は、排気口の開度を調整可能な排気制御弁を有し、この排気制御弁を作動させて燃焼室内の供給エアおよび供給燃料を自着火燃焼させることができる 2サイクルエンジンに利用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] シリンダ室が形成されて前記シリンダ室内にピストンを収容したシリンダと、

点火部を前記ピストンおよび前記シリンダ室の内周面により形成される燃焼室内に臨ませる点火装置と、

前記シリンダ室の内周面に開口する排気口に繋がる排気通路の開度を調整する排気制御弁と、

前記点火装置および前記排気制御弁の作動制御を行う制御装置であって、高負荷域では前記点火装置を作動させて前記シリンダ室内に供給された供給エアおよび供給燃料カゝらなる混合気を前記燃焼室内で火花点火燃焼させる制御を行ヽ、低負荷域では前記排気口の開度の調整により前記シリンダ室内の圧力を調整し、前記燃焼室内で前記混合気を自着火燃焼させる制御を行なう制御装置と、

前記低負荷域内における低回転域である低負荷低回転域において、前記燃焼室の中央部に前記混合気が多く分布し、前記燃焼室の前記中央部の外側に前記燃焼室内に残留した既燃ガスが多く分布する成層混合気場を形成する成層混合気場形成手段と、

を具備し、

前記制御装置は、前記低負荷低回転域では、前記成層混合気場形成手段により前記成層混合気場を形成させて前記混合気を自着火燃焼させる制御を行う、

2サイクルエンジン。

[2] 前記制御装置は、前記低負荷低回転域内における低負荷且つ低回転域である極低負荷低回転域にお!ヽては、前記点火装置を作動させて前記成層混合気場を形成してヽる前記混合気を火花点火燃焼させる制御を行う、請求項 1に記載の 2サイクルエンジン。

[3] 前記成層混合気場形成手段が、前記排気制御弁を有してなり、

前記制御装置が、

前記低負荷低回転域では、前記排気口の開度が小さくなるように前記排気制御弁を作動させ、

前記低負荷域内における中回転域である低負荷中回転域では、前記低負荷低回転域と比べて前記排気口の開度が大きくなり、かつ、負荷の上昇に伴って前記排気口の開度が上昇するように前記排気制御弁を作動させ、

前記高負荷域では、前記低負荷中回転域と比べて前記排気口の開度が大きくなり、かつ、負荷の上昇に伴って前記排気口の開度が上昇するように前記排気制御弁を作動させる制御を行う、

請求項 1又は 2に記載の 2サイクルエンジン。

[4] 前記成層混合気場形成手段が、頂部を前記シリンダ室の円筒軸に対して前記排気口側またはその反対側にオフセットして設けられた前記燃焼室を有する、

請求項 1〜3のいずれかに記載の 2サイクルエンジン。

[5] 前記成層混合気場形成手段が、前記制御装置により作動制御されて前記供給燃料を前記シリンダ室内に直接噴射して供給する直噴装置を有してなり、

前記制御装置が、前記低負荷低回転域では、前記供給燃料を前記シリンダ室内に供給する時期を低負荷中回転域および高負荷域と比べて遅くなるように前記直噴装置を作動させる制御を行う、

請求項 1〜4のいずれかに記載の 2サイクルエンジン。

[6] 前記成層混合気場形成手段が、開度に応じて前記燃焼室内への前記供給エアの供給量を調整可能に構成されたサブスロットルバルブを有してなり、

前記制御装置が、前記低負荷低回転域では、負荷の低下に伴って前記サブスロットルバルブの開度が大きくなるように前記サブスロットルバルブを作動させ、前記供給エアの供給量を増加させる制御を行う、

請求項 1〜5のいずれかに記載の 2サイクルエンジン。

[7] 更に、

負荷を検出する負荷検出装置と、

エンジン温度を検出する温度検出装置と、

を具備し、

前記制御装置が、前記負荷検出装置により検出された負荷および前記温度検出装置により検出されたエンジン温度に基づいて、前記燃焼室内に前記供給燃料が供給される時期、前記供給燃料の供給量、および、前記排気口の開度を調整する制御を行う、

請求項 1〜6のいずれかに記載の 2サイクルエンジン,