JPH03286123A - 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、均一燃焼方式における着火性向上
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。この場合の均一燃焼は、中・高負荷時において
燃料を均一予混合してこの混合気に着火することて、空
気利用率の高いリーン燃焼を行うものである。従って、
リーン限界を増すと燃費、エミッション等を向上し得る
が、その反面着火性を損って燃焼変動の増大を招く。こ
のことから、リーンな均一燃焼方式では、常に良好な着
火性を確保して燃焼変動を押え、この状態でリーン限界
を増すことが望まれる。

そこで従来、上記燃焼方式の切換式エンジンの均一燃焼
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、高負荷時には成層用噴射ノズル
からの燃料供給を減少して、吸気系の噴射ノズルからの
分散用燃料を供給し、スロットル弁開度を制御して均一
燃焼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、吸気系の噴
射ノズルからの分散燃料を空気と共に混合して筒内に供
給し、均一燃焼するものであるから、特別な着火改善策
は施されていない。このため、２サイクルエンジンのよ
うに比較的掃気効率の悪いものに適用してリーン化する
と、着火不良による燃焼変動が増大する等の問題を招く
。

〔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、高負荷側で均一燃焼方式を判断する燃焼方式判定手
段と、均一燃焼時の圧縮初期に燃料噴射時期を定めて負
荷に応じて燃料噴射する燃料噴射時期決定手段と、均一
燃焼時の点火時期を定める点火時期決定手段と、均一燃
焼時の点火直前に少量の後燃料噴射を行う均一後燃料噴
射制御手段とを備えるものである。

〔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る。次いで、高負荷
に均一燃焼方式に切換わると、圧縮初期に所定の燃料が
噴射されて均一混合し、点火直前に再び少量後燃料噴射
され、この後燃料噴射の燃料噴霧が毎サイクルで確実に
着火して均一混合気を均一燃焼するようになる。

〔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１０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１ｏ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１０と電極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ＩＯ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ｌｌが開口し、排気ポートｌｌからの
排気管１２に触媒装置１３．マフラ１４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Ｈ１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１７
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。ここて、ス
ロ・ソトル弁２０はアクセル全開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ｌＯ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３３．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ＩＯに連
通し、燃圧レギュレータ３３からの戻り通路３６か燃料
タンク３０に連通している。モして燃圧レギュレータ３
３が燃料ポンプ３２の高圧燃料の戻りを調整してインジ
ェクタ１０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１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Ｎｅ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とが人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Ｎｅ、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に人力し、更に燃焼方式
判定部５６に人力する。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Ｎｅ−Ｇｆのマツプに
より設定されており、この切換点の燃料噴射量設定値Ｇ
ｆｏと燃料噴射１１Ｇｒとを比較し、低・中負荷のＧｆ
＜Ｇｆ、の場合に成層燃焼を、高負荷のＧｆ≧Ｇｆｏの
場合に均一燃焼を判断するのであり、この判定信号が燃
料噴射時期決定部５４１点火時期決定部５５に人力する
。

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θｉＥ、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θｉＥ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θｊＥ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Ｇｆと
による各燃焼方式毎の点火時期θｇのマ・ンブを有し、
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Ｔ１と燃料噴射時期θｉＥまたはθｉ
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θＩＥまたはθｉｓに応した燃料噴射信号を駆動部５
８を介してインジェクタｌＯに出力する。また、点火時
期θｇは点火タイミング設定部５９に入力し、クランク
角基準位置に基づき点火時期θｇに応した点火タイミン
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、均一燃焼方式での着火性、リーン化対策につい
て述べる。

この均一燃焼では、均一な混合気を有しており、毎サイ
クルで安定して着火し得る火種があれば良く、この火種
は成層燃焼の方法を用いて容易に作り得る。そこで、燃
焼方式判定部５６の均一燃焼の信号９点火時期決定部５
５の点火時期θｇが入力する均一後燃料噴射制御部６１
を有し、均一燃焼の場合は点火時期θｇの直前の一定の
燃料噴射時期θｊ園に一定の燃料噴射パルス幅Ｔｉ■を
定め、この後燃料噴射信号を燃料噴射タイミング設定部
５７に出力して燃料噴射する。

燃料噴射パルス幅Ｔｉ１１１は成層のみで燃焼する必要
最小限であり、アクセル全開時に点火プラグの電極９ａ
付近がオーバリッチ化しない程度のものとし、燃料噴射
時期θｉｓは後噴射燃料が充分に霧化する時間を加味し
て定める。こうして均一燃焼では、第３図のように圧縮
初期に各負荷に応じた燃料噴射パルス幅Ｔｉで燃料噴射
し、点火直前に再び一定の燃料噴射パルス幅Ｔｉ１１て
少量の燃料を噴射するようになっている。

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１７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
か下死点から上昇し始めると、排気ロータリ弁１５が閉
して掃気が終了し、燃料の吹き抜けか生しること無く燃
料噴射することが可能になり、次いで掃気ボート１７が
閉して圧縮行程に移行する。一方、このときインジェク
タ１０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１
０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Ｎｅ、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Ｔ＋が算出される。同時に燃
焼方式判定部５６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
＋Ｅ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Ｔｊ、燃
料噴射時期θｉＥによる噴射信号がインジェクタ１０に
出力することて、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による点火信号か点
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。

次いで高負荷時には、燃料噴射！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て選択される。そこで溶料噴射時期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（ｂ
〉、第５図（ａ）に示すように、圧縮初期にインジェク
タ１０から多量の燃料Ｆ１がシリンダ２内に噴射され、
第５図（ｂ）に示すように燃料噴射終了後、第５図（ｃ
）に示すように汗縮中にピストン３の上昇に伴い燃料と
空気とが充分混合する。そして点火直前に達すると、第
５図（ｄ）に示すように、均一混合気Ａ中に再びインジ
ェクタ１０から少量の後噴射燃！４　Ｆ　２が噴射され
る。この場合の後噴射燃料Ｆ２は、成層燃焼の場合と同
様に拡散が抑えられてゆっくり霧化しながら点火プラグ
９の電極９ａの周囲に存在することになり、この時点て
第５図（ｅ）に示すように、電極９ａの火花で後噴射燃
料Ｆ２の噴霧に着火される。

すると、この燃料噴霧が火種になって均一混合気Ａが一
瞬に均一燃焼し、高い空気利用率によりエンジン出力を
アップするのである。

かかる均一燃焼では、負荷に応じて均一混合気の燃料は
変化するか、後噴射の燃料は常に一定であり、これによ
り毎サイクルで常に一定の条件で良好に着火燃焼される
ことになる。

以上、本発明の実施例について述べたが、成層。

均一の他に燃焼方式を切換える場合にも適用し得る。

〔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、少なくとも底層と均一燃焼方式
に切換えるものにおいて、均一燃焼方式では点火直前に
も後燃料噴射するので、毎サイクルで安定して着火性か
確保され、燃焼変動を大幅に低減し得る。

さらに、均一燃焼の着火性改善により均一混合気をリー
ン化することができ、燃焼　排気エミッション等を向上
し得る。

また、均一燃焼の後燃料噴射は成層燃焼方式を利用して
容易に制御し得る。

【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図は均一燃焼方式での燃料噴射状態を示す図、 第４図（ａ）　、　（ｂ）は各燃焼方式の燃料噴射１点
火時期のタイミングを示す図、 第５図（ａ）ないしくｅ）は均一燃焼方式の燃料噴射等
の状態を示す図である。 １・・・２サイクル工ンジン本体、９・・・点火プラグ
、ＩＯ・・・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・・・均一後燃料噴射制御部

Claims (2)

【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、 高負荷側で均一燃焼方式を判断する燃焼方式判定手段と
   、均一燃焼時の圧縮初期に燃料噴射時期を定めて負荷に
   応じて燃料噴射する燃料噴射時期決定手段と、均一燃焼
   時の点火時期を定める点火時期決定手段と、均一燃焼時
   の点火直前に少量の後燃料噴射を行う均一後燃料噴射制
   御手段とを備え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）均一後燃料噴射制御手段は、常に燃料の後噴射を
   行うものであ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。