JPH03281965A - ２サイクルエンジンの制御装置 - 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、車両用の２サイクルエンジンにおいて運転条
件に応じて燃料噴射量と共に燃焼方式を制御する制御装
置に関し、詳しくは、燃焼方式切換時のエンジン動力特
性の円滑化対策に関する。

〔従来の技術〕

一般に車両用２サイクルエンジンとして燃焼室にインジ
ェクタを装着し、少なくとも排気孔を閉じた後に点火す
る迄の間の圧縮行程において、インジェクタから燃料を
高圧で直接筒内に噴射する。

そして燃料噴射の時期を早く定めて均一燃焼し、遅く定
めて成層燃焼する方式が本件出願人により既に提案され
ている。

かかる燃焼方式切換式では、予めマツプにより切換点で
の成層燃焼と均一燃焼とのエンジン出力トルクが一致す
るように設定され、連続的にトルクが変化するようにな
っている。しかるに、例えば大気条件の大気圧、温度、
湿度等が大幅に変化したり、経年変化により各燃焼方式
での実際の出力トルク特性が異なると、切換点でのトル
クに段付きが生じて違和感等を与えることが考えられる
。

従って、大気条件変化、経年変化等に対し燃焼方式切換
点での特性を常に円滑化するように、予め対策を施すこ
とが望まれる。

そこで従来、上記燃焼方式切換式のエンジンにおいて、
切換点での出力特性の円滑化対策に関しては、例えば特
開昭６０−３６７１９号公報の先行技術がある。ここで
、吸気密度を検出して、吸気密度が低下した場合は成層
燃焼から均一燃焼への切換点を低負向側に移行し、吸気
密度が上昇した場合は逆に切換点を高負荷側に移行する
ことが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、吸気密度の
検出センサが必要になり、吸気密度以外の経年変化等に
は対処し得ない。また、２種類の燃焼方式をベースにし
て切換点を変更する方法であるから、燃焼は改善されて
も段付きのトルク変化は残る。更に、燃焼方式の切換え
は２サイクルエンジンの場合において燃焼の良否に大き
く影響するものであり、予め最適に設定されているため
、この切換点を変更すると全体の燃焼形態がくずれて好
ましくない等の問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、燃焼方式の切換式において種々の条件
により実際の出力トルク特性が変化しても、全体の燃焼
方式切換えの条件は変更すること無く常に円滑にトルク
を変化することが可能な２サイクルエンジンの制御装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の２サイクルエンジン
の制御装置は、運転条件により燃焼方式を判断し、少な
くとも低・中負荷時には成層燃焼の燃料噴射および点火
時期を制御し、高負荷時には均一燃焼の燃料噴射および
点火時期を制御する２サイクルエンジンの制御系におい
て、成層燃焼と均一燃焼との切換点に両者の混合燃焼領
域を設け、成層燃焼方式と均一燃焼方式の一方から他方
への混合燃焼方式を介して移行するものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、２サイクルエンジンの負荷運転にお
いて低・中負荷では、圧縮後期の遅い燃料噴射により少
ない燃料でも安定して成層燃焼され、また高負荷では、
圧縮初期の早くて多量の燃料噴射により空気利用率の高
い均一燃焼が行われる。そして両燃焼方式の切換点では
、両者の混合燃焼方式になることで、燃焼状態と共にト
ルク特性が滑らかに移行し、大気条件、経年変化の場合
もトルク特性を円滑に変化するようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、２サイクル筒内直噴式ガソリンエンジ
ンの全体の構成について述べると、符号１は２サイクル
エンジンの本体であり、シリンダ２にピストン３が往復
動可能に挿入され、クランク室４のクランク軸５に対し
偏心して設けられたコンロッド６によりピストン３が連
結し、クランク軸５にはピストン３の往復動慣性力を相
殺するようにバランサ７が設けられる。燃焼室８は、オ
フセット、ウェッジ、カマボコ等の形状であり、中心頂
部付近の高い位置に高圧１流体式インジェクタＩＯが、
パルス信号のオン時間（パルス幅）だけ開くようにして
設置される。また点火プラグ９は、電極９ａがインジェ
クタ１０の噴射方向直下に位置するように傾いて取付け
られる。

インジェクタｌＯと電極ブ９ａとの距離は、低・中負荷
で点火直前に噴射されるコーン型の燃料噴霧を考慮して
設定される。即ち、距離が短い場合は霧化が不足し、長
くなると噴霧が拡散することから、両者の間で噴霧の後
端部に着火して成層燃焼することが可能になっている。

また、インジェクタｌＯはシリンダ２の略中心線上に配
置されていることから、高負荷で早い時期に噴射された
多量の燃料は、シリンダ２の内部中心から全体に迅速に
拡散して均一に予混合し、均一燃焼することが可能にな
っている。

シリンダ２にはピストン３により所定のタイミングで開
閉する排気ポート１１が開口し、排気ボー）１１からの
排気管！２に触媒装置１３．マフラＩ４が設けられる。

ここで、排気ポート１１には排気ロータリ弁１５が設置
され、ベルト手段１６によりクランク軸５に連結して排
気ポート１１の開閉を各別に定めている。即ち、ピスト
ン３の上昇時に下死点側で排気ロータリ弁１５により排
気ポート１１を早目に閉じ、高負荷での均一燃焼方式に
おいて燃料噴射の時期を早く設定することが可能になっ
ている。

また、シリンダ２において排気ポート１１に対して、円
周方向に１８０度および略９０度前後ずれた位置に、同
様にピストン３により所定のタイミングで開閉する掃気
ボート１７が開口して設けられる。そして掃気ボート１
７の給気管１８には、エアクリーナ１９．アクセル開度
に応じて開くスロットル弁２０が設けられ、スロットル
弁２０の下流には掃気ポンプ２１が、ベルト手段２２に
よりクランク軸５に連結し、エンジン動力より常にポン
プ駆動して掃気圧が生じるように設けられる。ここで、
スロットル弁２０はアクセル全閉でも少し開いて掃気ポ
ンプ２１の吸込みが可能に設定され、この遊び範囲を越
えるとアクセル開度に応じスロットル弁２０が開いて空
気量を制御する。そして空気のみの掃気圧で強制的に掃
気作用し、空気を高い充填効率で供給するようになって
いる。

インジェクタ１０の高圧燃料系について述べると、燃料
タンク３０が、フィルタ３１．燃料ポンプ３２．燃圧レ
ギュレータ３８．圧力変動を吸収するアキュムレータ３
４を有する燃料通路３５を介してインジェクタ１０に連
通し、燃圧レギュレータ３３からの戻り通路３Ｂが燃料
タンク３０に連通している。そして燃圧・レギュレータ
３３が燃料ポンプ８２の高圧燃料の戻りを調整してイン
ジェクタｌＯの燃圧を制御する。ここで、低負荷の充填
空気量が少ない場合は燃圧が低く、負荷の増大により充
填空気量が多くなると、燃圧も高く制御されている。

続いて、第１図において電子制御系として燃料噴射９点
火時期の制御系について述べる。

先ず、クランク角センサ４０．気筒判別センサ４１゜ア
クセル開度センサ４２を有し、これらのセンサ信号が制
御ユニット５０に入力する。制御ユニット５０は、クラ
ンク角センサ４０のクランク角θが人力するエンジン回
転数算出部５１を有し、クランクパルスの時間等により
エンジン回転数Ｎｏを算出する。

クランク角センサ４０．気筒判別センサ４１の信号はク
ランク位置検出部５２に入力し、各気筒での上死点前の
基準位置を検出する。

また、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度センサ４２の
アクセル開度φとが入力する燃料噴射パルス幅算出部５
３を有し、エンジン回転数Ｎｏ、アクセル開度φによる
各運転条件に応じた燃料噴射量Ｇｆをマツプ検索する。

そして燃圧に応じた係数に、電圧補正分子ｓを加味して
燃料噴射パルス幅Ｔｉを、Ｔｉ−に−Ｇｆ＋Ｔｓにより
算出する。

エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｇｆは燃料噴射時期決
定部５４１点火時期決定部５５に入力し、更に燃焼方式
判定部５６に入力する。燃焼方式判定部５６では、成層
と均一の燃焼方式の切換点が予めＮｅＧｆのマツプによ
り設定されている。

ここで本発明では、第３図（ａ）で示すように、低速・
中負荷の成層燃焼のトルク曲線Ｔしと、高負荷の均一燃
焼のトルク曲線Ｔ　ｏとが重合する切換点Ｐ。において
、両者の混合燃焼領域が設定される。そして混合燃焼領
域のトルク曲線ＴＭが、成層燃焼のトルク曲線Ｔｌ、と
均一燃焼のトルク曲線Ｔ　ｏとの間にまたがって設けら
れ、トルク曲線ＴしとＴＭとが一致する切換点Ｐ、と、
トルク曲線Ｔ＆４とＴｏとが一致する切換点Ｐ２が設定
される。そこで、切換点ｐ、、ｐ２に対応した燃料噴射
量設定値Ｇｆ＋　、Ｇｆ２を有し、これらと燃料噴射ｆ
ｆ１Ｇｆとを比較して、Ｇｆ＜Ｇｆ、の場合に成層燃焼
を、Ｇｆ≧Ｇｆ２の場合に均一燃焼を判断するのであり
、これらの燃焼方式の信号が燃料噴射時期決定部５４１
点火時期決定部５５に入力する。

また、Ｇｆ、≦Ｇｆ＜Ｇｆ２の場合に混合燃焼を判断す
る。

燃料噴射時期決定部５４は、エンジン回転数Ｎｅと燃料
噴射量Ｇｆとによる成層と均一の各燃焼方式毎の燃料噴
射時期θｌＥ、θｉｓのマツプを有し、成層燃焼では成
層燃焼方式の燃料噴射時期θｉｌＥを、均一燃焼では均
一燃焼方式の燃料噴射時期θＩＳをマツプ検索して出力
する。ここで成層燃焼では、点火直前に所定の霧化時間
を残して噴射終了する必要があるため、この場合は噴射
終了時期θＩＩＥが設定される。一方、均一燃焼では、
排気が閉じた後の早い時期に噴射開始する必要があるた
め、この場合は噴射開始時期θＩＳが設定される。点火
時期決定部５５も、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｇ
ｆとによる各燃焼方式毎の点火時期θｇのマ・ツブを有
し、各燃焼方式で点火時期θｇをマツプ検索するのであ
り、こうして低・中負荷で成層燃焼し、高負荷で均一燃
焼するようになっている。

燃料噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射時期θｉＥまたはθ１
ｓは燃料噴射タイミング設定部５７に人力し、クランク
角基準位置に基づき燃料噴射パルス幅Ｔｉ、燃料噴射時
期θＩＦ、またはθＩＳに応じた燃料噴射信号を駆動部
５８を介してインジェクタ！０に出力する。また、点火
時期θｇは点火タイミング設定部５９に人力し、クラン
ク角基準位置に基づき点火時期θｇに応じた点火タイミ
ング、ドエル時間等の点火信号を駆動部６０を介して点
火プラグ９に出力するように構成される。

続いて、混合燃焼方式の制御系について述べる。

この混合燃焼では、少なくとも燃料を圧縮行程の初期と
後期の２回に分けて噴射し、かつ負荷の増大に応じて初
期（前）燃料噴射量を多くし、後期（後）燃料噴射量を
少な（するように制御すれば良い。そこで、エンジン回
転数Ｎｅ、燃料噴射ｆｉＧｆ、および燃料噴射パルス幅
Ｔｉが入力する２回燃料噴射量算出部６１を有し、燃料
噴射パルス幅Ｔｉを前燃料噴射パルス幅Ｔｉ、と後燃料
噴射パルス幅Ｔｉ２との２回噴射とする。そして第３図
（ｂ）に示すように、混合燃焼開始時Ｐ、での前燃料噴
射パルス幅Ｔｔ１ｍに対しては均一リーンのみで燃焼す
る必要最小限燃料噴射量に、混合燃焼から均一燃焼へ移
るＰ２での後燃料噴射パルス幅Ｔ　ｉ　２．に対しては
成層のみて燃焼する必要最小限燃料噴射量に、それぞれ
定める。また、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｇｆ、
混合燃焼方式の信号、および旧燃料噴射パルス幅Ｔｉ、
、後燃料噴射パルス幅Ｔｉ２は混合燃焼燃料噴射時期決
定部６２に入力して、均一の燃料噴射時期θＩｓを用い
て前燃料噴射パルス幅Ｔｉ１に応じた燃料噴射時期θ１
１と、成層の燃料噴射時期θＩＣＥを用いて後燃料噴射
パルス幅Ｔｉ２に応じた燃料噴射時期θ１２とを決定し
、この信号を燃料噴射タイミング設定部５７に人力する
。

また、混合燃焼方式での点火時期に関しては、例えば点
火時期決定部５５が専用の点火時期θｇを有し、このマ
ツプ検索して点火時期信号を出力する。

次いで、かかる構成の２サイクルエンジンの制御装置の
作用についてべろ。

先ず、エンジン運転時に、アクセル開度に応じスロット
ル弁２０が開いて空気が掃気ポンプ２１に吸入されて所
定の掃気圧が生じており、ピストン３の下降時に排気ボ
ート１１が開き、次に掃気ボート１７も開くと、この加
圧空気が掃気ボートＩ７からシリンダ２の内部に流入す
る。そしてこの給気の縦スワール流によりシリンダ２の
残留ガスを排気ボート１１から押し出し、給気を高い充
填効率で満すように掃気作用される。一方、ピストン３
が下死点から上昇し始めると、排気ロータリ弁１５が閉
じて掃気が終了し、燃料の吹き抜けが生じること無く燃
料噴射することが可能になり、次いで掃気ボート１７が
閉じて圧縮行程に移行する。一方、このときインジェク
タＩＯの高圧燃料系では運転条件に応じて燃圧レギュレ
ータ３３で燃圧が制御され、この燃料がインジェクタＩ
Ｏに導かれている。

また、制御ユニット５０の燃料噴射パルス幅算出部５３
では、エンジン回転数Ｎｏ、アクセル開度φに応じて燃
料噴射量Ｇｆがマツプ検索され、更に燃料噴射量Ｇｆに
基づいて燃料噴射パルス幅Ｔｉが算出される。同時に燃
焼方式判定部５Ｂでは、燃焼方式が判断され、燃料噴射
時期決定部５４１点火時期決定部５５のマツプがこの判
断により選択される。

そこで低・中負荷時には、燃料噴射時期決定部５４で成
層燃焼用マツプが選択され、これにより燃料噴射時期θ
ＩＢが点火時期の近くに決定され、点火時期決定部５５
でも成層燃焼用マツプにより点火時期θｇが比較的上死
点に近く決定される。そして燃料噴射パルス幅Ｔｉ、燃
料噴射時期θＩＰ、による噴射信号がインジェクタＩＯ
に出力することで、第４図（ａ）に示すように、圧縮後
期に比較的少量の燃料が点火プラグ９の電極９ａに向け
て噴射され、その直後に点火時期θｇによる点火信号が
点火プラグ９に出力する。このため、コーン型の燃料噴
霧が拡散する前にその後端部に電極９ａで着火して成層
燃焼するのであり、こうして空気量に比べて燃料が非常
に少なくても、燃料の濃混合気を有効利用して安定した
燃焼が行われる。

続いて、中負荷から高負荷に移る燃焼方式の切換点で燃
焼方式判定部５６により混合燃焼が判断されると、２回
燃料噴射量算出部６１により前、後２回の燃料噴射を実
行するための燃料噴射パルス幅Ｔｉ、、Ｔｉ２に分けら
れ、かつ混合燃焼燃料噴射時期決定部６２で圧縮初期と
後期の燃料噴射時期θｉＩ＋　　θ１２が決定されるこ
とで、第４図（ｂ）に示すように、２回燃料噴射される
。そこで、第５図（ａ）に示すように、圧縮初期に少な
くとも均一のみでリーン燃焼する必要最小限の燃料Ｆ、
がインジェクタ１０から噴射し、第５図（ｂ）に示すよ
うに、燃料噴射が終了すると、第５図（ｃ）に示すよう
に、燃料Ｆ１はピストン３の上昇に伴い拡散して均一混
合する。そして第５図（ｄ）に示すように、均一混合気
Ａ中に再び少ない燃料Ｆ、が噴射され、この直後に第５
図（ｅ）に示すように、燃料Ｆ２の噴霧に点火プラグ９
で着火される。このため、２回目の燃料Ｆ２を火種とし
て１回目の燃料Ｆ、の混合気Ａが均一燃焼して、成層と
均一が混合した燃焼状態になる。そして負荷の上昇と共
に、第３図（ｂ）に示すように、前燃料噴射量を増し、
後燃料噴射量を減少させ、最終的には後燃料噴射量は成
層のみで燃焼する必要最小限の噴射量とする。

次いで高負荷時には、燃料噴射量Ｇｆが多くなると均一
燃焼方式のマツプが燃料噴射時期決定部５４、点火時期
決定部５５で選択される。そこで燃料噴射時期θＩｓが
排気ロータリ弁１５の閉後の早い時期に、点火時期θｇ
が最適値に決定されることになり、このため第４図（Ｃ
）に示すように、圧縮初期にインジェクタｌＯから多量
の燃料がシリンダ２内に噴射され、圧縮中に燃料と空気
とが充分混合する。そしてこの均一に混合した後に点火
プラグ９で着火して、空気利用率の高い均一燃焼が行わ
れ、エンジン出力をアップするのである。この場合に、
トルク特性は第３図（ａ）に示すように、上述の混合燃
焼のトルク曲線ＴＭを仲介して均一燃焼のトルク曲線Ｔ
＋白こ滑らかに移行することになる。

なお、エンジン出力の低下の場合も均一から混合を経て
成層の燃焼方式に切換わることは勿論である。

こうして、成層燃焼と均一燃焼との切換点に両者の混合
燃焼が介在することで、切換点のトルク変化が円滑化す
る。また、大気条件、経年変化により実際の成層または
均一の燃焼状態の一方または両方が異なったものに変化
しても、両者の移行が滑らかに行われることになる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、２サイクルの
筒内直噴式エンジンで、成層と均一の燃焼方式に切換え
るものにおいて、切換点に両者の混合燃焼領域を設ける
ので、切換点の燃焼状態、トルク特性が円滑に変化し、
特に大気条件。

経年変化によるトルクの段付きを低減し得る。

さらに、混合燃焼では２回燃料噴射して、成層と均一の
傾向に制御して燃焼を行うので、切換点のトルク曲線を
滑らかに変化したものに設定でき、効果が大きい。

また、専用のセンサが不要であり、燃焼方式の切換点は
固定化しているので、全体の燃焼形態は常に一定化して
最適燃焼状態を保ち得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の２サイクルエンジンの制御装置の実施
例を示す電子制御系のブロック図、第２図は本発明の２
サイクルエンジンの全体の概略を示す構成図、 第３図（ａ）は成層、混合、均一の各燃焼方式のトルク
特性図、（ｂ）は混合燃焼での２回燃料噴射量の設定マ
ツプを示す図、 第４図（ａ）ないしくＣ）は各燃焼方式の燃料噴射。 点火時期のタイミングを示す図、 第５図（ａ）ないしくｏ）は混合燃焼方式の燃料噴射等
の状態を示す図である。 ｌ・・・２サイクル工ンジン本体、９・・・点火プラグ
、１０・・・インジェクタ、５０・・・制御ユニット、
５３・・・燃料噴射パルス幅算出部、５４・・・燃料噴
射時期決定部、５５・・・点火時期決定部、５６・・・
燃焼方式判定部、６１・・・２回燃料噴射量算出部、６
２・・・混合燃焼燃料噴射時期決定部 果 図 （ａ） Ｇｆ。 　ｆ　２ 燃料噴射量Ｇｆ− （Ｐｌ） （Ｐ２） 第 ５ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）運転条件により燃焼方式を判断し、少なくとも低
   ・中負荷時には成層燃焼の燃料噴射および点火時期を制
   御し、高負荷時には均一燃焼の燃料噴射および点火時期
   を制御する２サイクルエンジンの制御系において、 成層燃焼と均一燃焼との切換点に両者の混合燃焼領域を
   設け、 成層燃焼方式と均一燃焼方式の一方から他方への混合燃
   焼方式を介して移行することを特徴とする２サイクルエ
   ンジンの制御装置。
2. （２）混合燃焼方式の制御系は、混合燃焼領域を判断す
   る燃焼方式判定手段と、燃料噴射量を前後２回に分ける
   ２回燃料噴射量算出手段と、成層と均一の燃料噴射時期
   を用いて前後２回の燃料噴射量に応じた燃料噴射時期を
   定める混合燃焼燃料噴射時期決定手段とを備えることを
   特徴とする請求項（１）記載の２サイクルエンジンの制
   御装置。
3. （３）２回燃料噴射量算出手段は、負荷に応じて前燃料
   噴射量を増大関数で、後燃料噴射量を減少関数で設定す
   ることを特徴とする請求項（１）記載の２サイクルエン
   ジンの制御装置。