JPH02230963A - ２サイクル内燃機関の燃焼制御装置 - 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〕 本発明は２サイクル内燃機関の燃焼制御装置に関する。

〔従来の技術〕

シニューレ形２サイクル内燃機関では特にアイドリング
運転時において燃焼室内の混合気がひとたび点火栓によ
って着火せしめられると燃焼室内には多量の既燃ガスが
残留し、従って次のサイクルでは点火栓によって混合気
を着火せしめることができず、或いは着火したとしても
不完全燃焼となる。次いで何回か掃気作用が繰返されて
燃焼室内に多量の新気が存在するようになると混合気が
再び点火栓によって着火せしめられる。このような不整
燃焼が行われるとアイドリング運転時におけるトルク変
動が大きくなり、アイドリング運転が不安定となる。

そこで燃焼室内に多量の新気が存在するようになったか
否かを排気通路内に設けた酸素濃度検出器の出力信号に
より判断し、燃焼室内に多量の新気が存在するようにな
って酸素濃度検出器の出力信号レベルが予め定められた
レベルを越えたときに点火栓により混合気に点火するよ
うにしたシニ二ール形２サイクル内燃機関が公知である
（特開昭６０−２３０５６２号公報参照）。この２サイ
クル内燃機関では何サイクルかに一回点火栓による点火
作用が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら酸素濃度検出器は或る程度以上温度上昇し
ないと作動せず、従って上述の２サイクル内燃機関では
機関始動後暫らくの間点火栓による点火制御を行えない
という問題がある。更に上述の如く排気通路の酸素濃度
から判断した場合には点火栓による点火作用が行われる
間隔がまちまちであり、従って相変わらずトルク変動を
生ずるという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば点火栓によ
り混合気を着火燃焼せしめるようにした２サイクル内燃
機関において、機関低負荷運動時に燃料を供給するが点
火しないサイクルと、燃料を供給すると共に点火するサ
イクルとを予め定められたサイクル毎に繰返すようにし
ている。

〔作　用〕

何サイクル毎に点火を行えば混合気が着火するかは予め
わかっている。従って点火作用を予め定められたサイク
ル毎に繰返すことによってトルク変動が生ぜず、しかも
機関始動後ただちに点火作用を予め定められたサイクル
毎に行うことができる。

〔実施例〕

第４図に２サイクル内燃機関の全体図を示す。

第４図に示される実施例では２サイクル内燃機関は１番
気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４
、５番気筒＃５、６番気筒＃６の６気筒内燃機関からな
る。これらの各気筒は同様な構造を有しており、第１図
から第３図にこれら気簡の構造を示す。

第１図から第３図を参照すると、１はシリンダブロック
、２はシリンダブロック１内で往復動ずるピストン、３
はシリンダブロック１上に固定されたシリンダヘッド、
４はシリンダヘッド３の内壁面３ａとピストン２の頂面
間に形成された燃焼室を夫々示す。シリンダヘッド内壁
面３ａ上には凹溝５が形成され、この凹溝５の底壁面を
なすシリンダヘッド内壁面部分３ｂ上に一対の給気弁６
が配置される。一方、凹溝５を除くシリンダヘッド内壁
面部分３Ｃはほぼ平坦をなし、このシリンダヘッド内壁
面部分３Ｃ上に一対の排気弁７が配置される。シリンダ
ヘッド内壁面部分３ｂとシリンダヘッド内壁面部分３Ｃ
は凹溝５の周壁８を介して互いに接続されている。この
凹溝周壁８は給気弁６の周縁部に沿って円弧状に延びる
一対のマスク壁８ａと、給気弁６間に位置する新気ガイ
ド壁８ｂと、シリンダヘッド内壁面３ａの周縁部と給気
弁６間に位置する一対の新気ガイド壁８Ｃとにより構成
される。各マスク壁８ａは第１図において破線で示す最
大リフト位置にある給気弁６よりも下方まで燃焼室４に
向けて延びており、従って排気弁７側に位置する給気弁
６周縁部と弁座９間の開口は給気弁６の開弁期間全体に
亙ってマスク壁８ａにより閉鎖されることになる。また
、対の新気ガイド壁８Ｃはほぼ同一平面内に位置してお
り、更に新気ガイド壁８ｂ，８ｃは両給気弁６の中心を
結ぶ線に対してほぼ平行に延びている。

また、第１図から第４図に示す実施例では一対の新気ガ
イド壁８ｃがシリンダヘッド内壁面３ａの底壁面まで延
びている。即ち、シリンダヘッド内壁面３ａの底壁面は
燃焼室４内に向けてＵ字状に突出する一対の底壁面部分
３ｄを有し、各新気ガイド壁８Ｃはシリンダヘッド内壁
面部分３ｂからこの底壁面部分３ｄまで延びている。従
って新気ガイド壁８ｃの高さはマスク壁８ａの高さより
も高くなっている。一方、新気ガイド壁８ｃ側に位置す
るマスク壁８ａは底壁面部分３ｄまで延びる延長部８ｄ
を有し、この延長部８ｄも新気ガイド壁を形成する。第
３図からわかるようにこの新気ガイド壁８ｄは湾曲しつ
つ新気ガイド壁８ｃまで延びており、新気ガイド壁８ｄ
の高さは新気ガイド壁８Ｃに近づ《に従って高くなる。

一方、第１図および第２図に示されるように新気ガイド
壁８Ｃと反対側には既燃ガスガイド壁８ｅが形成される
。この既燃ガスガイド壁８ｅはシリンダヘッド内壁面部
分３Ｃから底壁面部分３ｄまで延びる湾曲面からなる。

第２図に示されるように点火栓１０はシリンダヘッド内
壁面３ａの中心に位置するようにシリンダヘッド内壁面
部分３Ｃ上に配置されている。一方、排気弁７に対して
は排気弁７と弁座１１間の開口を覆うマスク壁が設けら
れておらず、従って排気弁７が開弁ずると排気弁７と弁
座１１間に形成される開口はその全体が燃焼室４内に開
口することになる。

シリンダヘッド３内には給気弁６に対して給気ポート１
２が形成され、排気弁７に対して排気ポート１３が形成
される。各給気ポート１２は第４図に示すように対応す
る給気枝管１４を介してサージタンク１５に接続される
。サージタンク１５はインククーラ１６、機関駆動の機
械式過給機１７、給気ダクト１８およびエアフローメー
タ１９を介してエアクリーナ２０に接続され、給気ダク
ト１８内にはスロットル弁２１が配置される。

１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃３の各排気ポ
ート１３は共通の排気マニホルド２２に接続され、４番
気筒＃４、５番気筒＃５、６番気筒＃６の各排気ポート
１３は共通の排気マニホルド２３に接続される。各排気
マニホルド２２．２３は夫々対応する触媒コンバータ２
４，２５に連結される。

第４図に示されるようにスロットル弁２１にはスロット
ル弁２１の開度を検出するためのスロットルセンサ２６
が取付けられ、また機関本体には機関冷却水温を検出す
るための水温センサ２７が取付けられる。

一方、第１図に示されるようにシリンダヘッド３には燃
焼室４内に向けて圧縮空気と共に燃料を噴射するエアブ
ラスト弁３０が取付けられる。このエアブラスト弁３０
はその先端部にノズルロ３１を形成した圧縮空気通路３
２と、圧縮空気通路３２内に配置されてノズルロ３１の
開閉制御をする開閉弁３３と、開閉弁３３を駆動制御す
るアクチュエータ３４と、圧縮空気通路３２から分岐さ
れた圧縮空気通路３５と、圧縮空気通路３５内に燃料を
噴射するための燃料噴射弁３６とを具備する。圧縮空気
通路３５は機関駆動のエアポンブ３７に接続され、従っ
て圧縮空気通路３２．３５内は常時圧縮空気によって満
たされている。

第５図は電子制御ユニット４０を示す。第５図を参照す
ると電子制御ユニット４０はディジタルコンピ二ータか
らなり、双方向性パス４１によって相互に接続されたＲ
ＯＭ　（リードオンリメモリ》４２、ＲＡＭ　（ランダ
ムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ　（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。スロットル弁２１の開度に比例したスロットルセ
ンサ２６の出力電圧がＡＤ変換器４７を介して入力ポー
ト４５に入力され、吸入空気量に比例したエアフローメ
ータ１９の出力電圧がＡＤ変換器４８を介して人力ポー
ト４５に入力される。また、機関回転数を表わす出力信
号を発生する回転数センサ４９が人力ポート４５に接続
され、例えば１番気筒＃１が上死点位置にあることを検
出するクランク角センサ５０が入力ポート４５に接続さ
れる。また、機関冷却水温に比例した水温センサ２７の
出力電圧はＡＤ変換器５１を介して人力ボート４５に人
力され、スタータスイッチ５２が入力ポート４５に接続
される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５３
を介して各気簡のエアブラスト弁３０のアクチニエータ
３４に接続され、更に出力ポート４６は対応する駆動回
路５４を介して各気簡のエアブラスト弁３０の燃料噴射
弁３６に接，続される。また、出力ポート４６は対応す
る駆動回路５５を介して各気簡の点火栓１０に接続され
る。

第６図は給気弁６右よび排気弁７の開弁期間の一例、お
よび燃料噴射期間およびエアブラスト弁３０の開弁期間
の一例を示している。第６図に示す例においては給気弁
６よりも排気弁７が先に開弁し、給気弁６よりも排気弁
７が先に閉弁する。

また、エアブラスト弁３０の燃料噴射弁３６からは下死
点ＢＤＣ前に圧縮空気通路３５内に向けて燃料が噴射さ
れる。次いで下死点ＢＤＣを過ぎて排気弁７が閉弁する
前後で開閉弁３３が開弁、即ちエアブラスト弁３０が開
弁せしめられる。このときノズルロ３１から燃焼室４内
に向けて噴射燃料が圧縮空気と共に噴射せしめられる。

第７図に示すように給気弁６が開弁すると給気ポート１
２から燃焼室４内に新気が流入するが給気弁６の開口に
対してマスク壁８ａが設けられているために新気はマス
ク壁８ａと反対側の給気弁６の開口部から燃焼室４内に
流入する。次いでこの新気は矢印Ｓで示すように給気弁
６下方のシリンダ内壁面に沿って下降し、次いでピスト
ン２の頂面に沿って進み、次いで排気弁７下方のシリン
ダ内壁面に沿って上昇するために強力なループ掃気が得
られる。次いでエアブラスト弁３０から燃料が圧縮空気
と共に噴出せしめられ、斯くして形成された混合気が点
火栓ｌＯによって着火せしめられる。なお、エアブラス
ト弁３０からの燃料噴射は排気弁７が閉弁する前後で開
始されるのでこの噴射燃料が排気ポート１３内に吹き抜
けることがない。

ところで第１図に示すよう２サイクル内燃機関ではエア
ブラスト弁３０から噴射された燃料は燃焼室４内に残留
する高温の既燃ガスと接触し、それによって燃料の気化
が促進される。ところが機関低負荷運転時には燃焼室４
内に残留する既燃ガスの量は増大するが残留既燃ガスの
温度が低くなる。従ってこのときには噴射された燃料の
気化が十分でなく、斯くして失火するという問題を生ず
る。そこでこのような失火を防止するために本発明では
機関低負荷運転時にはまず初めにエアブラスト弁３０か
ら燃料と圧縮空気を噴射させた後に点火栓１０による点
火を停止させ、次のサイクルにおいて再びエアブラスト
弁３０から燃料と圧縮空気を噴射させた後に点火栓１０
により点火を行なうようにしている。即ち、エアブラス
ト弁３０からの噴射燃料を点火することなく一旦圧縮し
、次のサイクルにおいてこの噴射燃料を再びエアブラス
ト弁３０から噴射させた燃料と共に点火栓１０により点
火するようにしている。このようにエアブラスト弁３０
から噴射された燃料を点火することなく一旦圧縮すると
この間に燃料は高温の残留既燃ガスと協力にミキシング
されるために燃料の気化が促進され、しかも圧縮作用に
よる温度上昇によっても気化が促進され、更に点火され
るまでの時間が長くなることによっても気化が促進され
るので極めて着火燃焼しやすい状態となる。

従って次のサイクルにおいてエアブラスト弁３０から燃
料が噴射された後に点火が行われると混合気が確実に着
火燃焼せしめられることになる。なお、着火しにくい２
サイクル内燃機関では複数回のサイクルに亘って点火す
ることなくエアブラスト弁３０から噴射された燃料の圧
縮を繰返し、その後点火栓１０による点火作用を行うよ
うにすることもできる。

なお、点火することなく燃料を圧縮した場合には次のサ
イクルのループ掃気によって燃料が排気ポート１３内に
吹き抜ける危険性がある。しかしながら機関低負荷運動
時は給気ポート１２から燃焼室４内に流入する新気量は
少なく、従って弱いループ掃気流しか発生しないので燃
料の吹き抜け量はかなり少量となる。

第８図は機関低負荷運動時に各気簡において基本的にー
サイクルおきに点火を行うようにした実施例を示してい
る。なお、第８図は点火順序が１−６−２−４−３−５
の場合を示してふり、第８図の点火処理における○印は
点火を行うときを示している。第８図に示すように例え
ば２番気筒、３番気筒、４番気筒、５番気筒、６番気筒
に注目するとこれらの気筒はーサイクル毎に点火が行わ
れる。これに対して１番気筒は２サイクルの間、点火が
行われない。６気筒機関においてできるだけ点火順序が
一つおきの気筒を点火させるようにすると２サイクルの
間点火を行わない気筒が表われてくる。この２サイクル
の間点火を行わない気筒は点火順序に従って一つずつず
れていく。また、第８図に示されるように点火が行われ
なくても燃料が噴射されるが２サイクルに亘って点火が
行われない場合には最初の一サイクルのときの燃料噴射
を停止している。ただし、この場合、後の一サイクルの
燃料噴射を停止せしめることもできるし、また点火が行
なわれない２サイクルの各サイクルにおいて半分ずつ燃
料を噴射するようにしてもよい。

また、第８図に示す実施例では点火が行われるときと点
火が行われないときで燃料噴射時間ＴＡＵが異なってい
る。第９図は燃料噴射時間ＴＡＵの補正係数Ｋ＋　　，
Ｋ＊を表わしており、これら補正係数Ｋｒ　　，Ｋ２が
増大するほど燃料噴射時間ＴＡＵが長くなる。補正係数
Ｋ１は点火が行われるサイクルにおける補正係数を表わ
しており、補正係数Ｋ２は点火が行われないサイクルに
おける補正係数を表わしている。第９図において横軸Ｔ
Ｗは機関冷却水温を表わしており、従って機関冷却水温
ＴＷが低くなるほどＫ１が小さくなり、Ｋ２が大きくな
ることがわかる。なお、第９図に示す実施例ではＫ　＋
　＋　Ｋ２　＝　２．　０に設定されているがＫ＋　十
Ｋ２の値は自由に選定しろる。

機関冷却水温ＴＷが低くなるほど燃焼しずらくなるので
点火を行わないサイクルにおける補正係数Ｋ２を大きく
して圧縮作用により気化が促進される燃料量を増大せし
めるようにしている。また、圧縮作用により気化が促進
される燃料量が増大せしめられると次のサイクルにおい
て吹き抜ける燃料量が増大するので機関冷却水温ＴＷが
高くなって燃焼しやすくなればなるほど補正係数Ｋ２を
小さくして可能な限り吹き抜けを抑制するようにしてい
る。第８図の噴射時間ＴＡＵは第９図の機関冷却水温Ｔ
Ｗがｔｗのときを示しており、従って点火が行われると
きの噴射時間ＴＡＵが点火されないときの噴射時間ＴＡ
Ｕよりも長くなっている。

なお、第９に示す関係は予めＲＯＭ　４２内に記憶され
ている。

第１０図はーサイクルおきに点火を行う運転状態である
ことを示す点火制御フラグの制御ルーチンを示している
。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行され
る。

第１０図を参照するとまず初めにステップ６０において
スタータスイッチ５２がオンであるか否かが判別される
。スタータスイッチ５２がオンのときにはステップ６４
にジャンプし、点火制御フラグがセットされる。これに
対してスタータスイッチ５２がオンでないときにはステ
ップ６１に進んで回転数センサ４９の出力信号から機関
回転数Ｎが予め定められた一定値Ｎ。よりも低いか否か
が判別される。Ｎ＜Ｎ０のときにはステップ６２に進ん
で回転数センサ４９およびエアフローメータ１９の出力
信号から吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎが予め定められた
一定値八〇よりも小さいか否かが判別される。Ｑ　／　
Ｎ　＜　Ａ　ａのときにはステップ６３に進んでスロッ
トルセンサ２６の出力信号からスロットル弁２１の開度
θが予め定められた一定値θ。よりも小さいか否かが判
別される。θ〈θ０のときはステップ６４に進む。従っ
てＮくＮｏであり、Ｑ／Ｎ＜Ａ。でありかつθくθ。の
とき、即ち機関低負荷運転時にはステップ６４に進んで
点火制御フラグがセットされる。一方、Ｎ＞Ｎｏ又はＱ
／Ｎ≧Ａ０又はθ≧θ。のときはステップ６５に進んで
点火制御フラグがリセットされる。

次に第８図を参照しつつ第１１図を参照して点火および
噴射制御について説明する。第１１図は第８図に示す点
火および噴射制御を行うためのルーチンを示しており、
このルーチンは各気簡のエアブラスト弁３０の燃料噴射
弁３６が噴射される少し前のクランク角になる毎に実行
される。

第１１図を参照するとまず初めにステップ７１において
機関回転数Ｎ、吸入空気量Ｑ、機関冷却水温ＴＷ等から
点火時期が計算される。次いでステップ７２では機関回
転数Ｎおよび吸入空気量Ｑから基本燃料噴射時間ＴＰが
計算される。次いでステップ７３では機関冷却水温ＴＷ
等により定まる補正係数Ｆを基本燃料噴射時間ＴＰに乗
算することにより燃料噴射時間ＴＡＵが計算される。次
いでステップ７４では点火制御フラグがセットされてい
るか否か、即ち機関低負荷運転時或いはスタータスイッ
チ５２がオンとなっているか否かが判別される。点火制
御フラグがセットされているときにはステップ７５に進
んでカウント値Ｎが６よりも大きいか否かが判別される
。このときにはＮ＝Ｏとなっているのでステップ７６に
進み、判定フラグがセットされいるか否かが判別される
。

判定フラグがセットされていないときにはステップ７７
に進んで判定フラグがセットされる。次いでステップ７
８では第９図に示す補正係数Ｋ１をＴＡＵに乗算するこ
とによって燃料噴射時間ＴＡＵが補正される。次いでス
テップ８０ではカウント値Ｎが１だけインクリメントさ
れる。次いでステップ７９ではステップ７１において計
算された点火時期に点火を行うデータを出力ポート４６
に出力する。次いでステップ８１において燃料噴射時間
ＴＡＵだけ燃料噴射を行うデータを出力ポート４６の出
力して処理ルーチンを完了する。従ってこのときに点火
噴射制御をすべき気簡についてはエアブラスト弁３０か
ら燃料が噴射され、その後点火栓１０による点火が行わ
れる。

次に点火噴射制御すべき気簡についての割込みルーチン
が実行されるとこのときには判定フラグがセットされて
いるのでステップ７６からステップ８２に進んで判定フ
ラグがリセットされる。次いでステップ８３では第９図
に示す補正係数Ｋ２をＴＡＵに乗算することによって燃
料噴射時間ＴＡＵが補正される。次いでステップ８４に
おいてカウント値Ｎが１だけインクリメントされ、次い
でステップ８０において噴射処理が行なわれる。

従ってこの気筒については点火処理が行われない、即ち
点火栓１０による点火作用は行われない。ただしエアブ
ラスト弁３０からは燃料が噴射されるので噴射燃料の圧
縮作用が行われる。

これらを繰返してカウント値Ｎが６に達するか、或いは
６よりも大きくなるとステップ７５からステップ８５に
進んでカウント値Ｎが０とされ、処理ルーチンを完了す
る。従ってこのとき点火噴射制御すべき気簡に対しては
燃料噴射も点火も行われない。

一方、点火制御フラグがリセットされるとステップ７４
からステップ８６に進んでカウント値Ｎが零とされる。

次いでステップ８０において点火処理が行われ、ステッ
プ８１において燃料噴射処理が行われる。従ってこのと
きには毎サイクル燃料噴射と点火が行われる。

〔発明の効果〕

機関低負荷運動時であっても機関始動後ただちに混合気
を着火燃焼せしめることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第２図はシ
リンダヘッド内壁面を示す図、第３図は第１図の矢印■
に沿ってみた図解的に示す斜視図、第４図は２サイクル
内燃機関の全体図、第５図は電子制御ユニットの回路図
、第６図は給排気弁等の開弁期間を示す線図、第７図は
給排気弁が開弁したところを示す２サイクル内燃機関の
側面断面図、第８図は点火および噴射制御を示すタイム
チャート、第９図は補正係数を示し線図、第１０図は点
火制御フラグを制御するためのフローチャート、第１１
図は点火および噴射を制御するためのフローチャートで
ある。 ４・・・燃焼室、　　　　６・・・給気弁、７・・・排
気弁、　　　　　１０・・・点火栓、３０・・・エアブ
ラスト弁、 ３４・・・アクチュエー夕、 ３６・・・燃料噴射弁。 ｖ．１図 ３ｄ 第２図 １０・・・点火栓 築 図 第 図 第７図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 点火栓により混合気を着火燃焼せしめるようにした２サ
   イクル内燃機関において、機関低負荷運転時に燃料を供
   給するが点火しないサイクルと、燃料を供給すると共に
   点火するサイクルとを予め定められたサイクル毎に繰返
   すようにした２サイクル内燃機関の燃焼制御装置。