JPH04370343A - ２サイクルエンジンのアイドル回転数制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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車両用２サイクルエン
ジンのアイドル回転数制御装置に関し、詳しくは、冷態
時のアイドル回転数を目標回転数にフィードバック制御
するものに関する。

【０００２】

【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、ピストンが掃気ポート
を閉じた後で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
高負荷時には燃料噴射の時期を早く定めて均一燃焼し、
アイドル及び低、中負荷時には逆に遅く定めて成層燃焼
するように燃焼方式を変更し、この燃焼方式の変更と共
に燃焼噴射量を制御して負荷運転制御する方式が本件出
願人により既に提案されている。ここで、アイドル及び
低負荷時には、成層燃焼を良好に行い、運転の安定性を
向上するために、吸入空気量を一定に設定し燃料噴射量
のみを可変して負荷制御する構成になっている。ところ
で、かかる２サイクルエンジンにおいても、水温の低い
冷態時のアイドル運転時にはエンジン回転数を適正に上
昇制御して、暖機を促進し、フリクション増大に伴う不
安定性を回避することが望まれる。

【０００３】従来、上記冷態時のアイドル制御に関して
は、例えば特開平１−２３２１３３号公報の先行技術が
ある。ここで、水温が低いほど燃料増量初期値を大きな
値に設定し、この初期値に基づいてエンジンへの供給燃
料を増量し、その後に増量値を徐々に減少することが示
されている。

【０００４】

【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、４サイクルエンジンの冷態アイド
ル運転時において、吸入空気量と共に燃料噴射量を増減
する方式であるから、２サイクルエンジンに適応すると
、吸入空気量の変化に応じて成層燃焼の状態が変動して
しまい、冷態時の燃焼を安定した状態に保持することが
難しい等の問題がある。従って、２サイクルエンジンの
冷態アイドル運転時には、４サイクルエンジンと異なっ
た制御を行うことが必要になる。

【０００５】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
、２サイクルエンジンの冷態アイドル運転時において、
成層燃焼を安定して保持しながらエンジン回転数を適正
に上昇制御することを目的とする。

【０００６】

【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
時期を制御する制御系において、水温に応じた目標回転
数を設定する目標回転数設定手段と、目標回転数とエン
ジン回転数との偏差を算出する偏差算出手段と、アイド
ル運転時に偏差に対応したアイドル補正量を算出するア
イドル補正量算出手段と、基本燃料噴射量にアイドル補
正量を加算して燃料噴射時間を算出する燃料噴射時間算
出手段とを備えるものである。

【０００７】

【作用】上記構成に基づき、２サイクルエンジンにおい
てアイドル運転時には、水温に応じた目標回転数とエン
ジン回転数との偏差に対応してアイドル補正量が算出さ
れ、このアイドル補正量により一定の吸入空気量で燃料
のみが増量補正されるようになり、これにより冷態時に
は成層燃焼を良好に保持して、エンジン回転数を適正に
上昇するようにフィードバック制御される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２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説明すると、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。

【０００９】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１０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。

【００１０】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、排気ポ
ート１１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が下死点側から上昇し始めると排気
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。

【００１１】また、シリンダ２において、排気ポート１
１に対して円周方向に１８０度ないし略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
開閉する掃気ポート１７が開口して設けられる。そして
掃気ポート１７の吸気管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２
０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。

【００１２】インジェクタ１０の高圧燃料系について説
明すると、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３４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３６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。

【００１３】図１において、電子制御系として、燃料噴
射、点火時期の制御系について説明する。先ず、クラン
ク角センサ４０、気筒判別センサ４１、アイドルスイッ
チ４２、アクセル開度αを検出するアクセル開度センサ
４３、車速Ｖを検出する車速センサ４４、燃圧Ｐｆを検
出する燃圧センサ４５、水温Ｔｗを検出する水温センサ
４６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。

【００１４】制御ユニット５０は、クランク角センサ４
０のクランク角が入力するエンジン回転数検出部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Ｎ
ｅを検出する。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。エンジン回転数Ｎ
ｅとアクセル開度αは基本燃料噴射量検索部５３に入力
し、Ｎｅ、αに対する基本燃料噴射量Ｇｆｓのマップか
ら各運転条件に応じた基本燃料噴射量Ｇｆｓを検索して
定める。燃圧Ｐｆは燃圧定数設定部５４とインジェクタ
無効噴射時間設定部５５にそれぞれ入力し、燃圧Ｐｆに
対し予め設定される格子テーブルにより補間計算付で燃
圧定数Ｋ、インジェクタ無効噴射時間Ｔｓを設定するの
であり、これらの基本燃料噴射量Ｇｆｓ、燃圧定数Ｋ、
インジェクタ無効噴射時間Ｔｓは燃料噴射時間算出部５
６に入力する。

【００１５】また、アイドル制御系について説明すると
、アイドルスイッチ４２の信号と車速Ｖが入力するアイ
ドル判定部５７を有し、停車時にアイドルＯＮの信号が
入力する場合にアイドル運転を判定する。水温Ｔｗが入
力する目標回転数設定部５８を有し、水温Ｔｗに対して
適正な目標回転数Ｎｅｄを設定する。ここで、図３（ａ
）に示すように所定の設定値Ｔｗｓ以下の冷態時には水
温Ｔｗが低いほど目標回転数Ｎｅｄが高くなるように設
定されており、このマップを参照して目標回転数Ｎｅｄ
を求める。この目標回転数Ｎｅｄとエンジン回転数Ｎｅ
は偏差算出部５９に入力して、偏差ΔＮを目標回転数Ｎ
ｅｄからエンジン回転数Ｎｅを減算して算出するのであ
り、この偏差ΔＮとアイドル判定信号はアイドル補正量
算出部６０に入力する。アイドル補正量算出部６０はア
イドル時に偏差ΔＮに対してアイドル補正量Ｇｆａを、
以下のように算出する。

【００１６】即ち、アイドル補正量Ｇｆａを比例分フィ
ードバック値Ｐと積分分フィードバック値Ｉにより、以
下のように設定する。 Ｇｆａ＝Ｐ＋Ｉ そこで、比例分フィードバック値Ｐを定数Ｋｐを用いて
、 Ｐ＝Ｋｐ・ΔＮ に設定し、定数ＫｐをΔＮの関数で定める。定数Ｋｐは
実験により回転数変動が最も少なくなるように設定し、
図３（ｂ）のように目標値に対して実際値が小さい場合
は定数Ｋｐを正の増大関数で、実際値の方が大きい場合
は定数Ｋｐを負の増大関数でそれぞれ定める。また、積
分分フィードバック値Ｉを定数Ｋｉと前回の積分分フィ
ードバック値Ｉｏを用いて、 Ｉ＝Ｉｏ＋Ｋｉ・ΔＮ に設定し、定数Ｋｉを同様にΔＮの関数で定める。こう
して、これらの比例分と積分分のフィードバック値Ｐ，
Ｉにより、偏差ΔＮの大きさ、状態に応じて、その偏差
ΔＮを変動の少ない状態で補うようにアイドル補正量Ｇ
ｆａを定めるのであり、このアイドル補正量Ｇｆａが燃
料噴射時間算出部５６に入力する。燃料噴射時間算出部
５６は上記基本燃料噴射量Ｇｆｓ、燃圧定数Ｋ、インジ
ェクタ無効噴射時間Ｔｓ、アイドル補正量Ｇｆａにより
燃料噴射時間Ｔｉを、以下のように算出する。 Ｔｉ＝Ｋ（Ｇｆｓ＋Ｇｆａ）＋Ｔｓ

【００１７】一方、基本燃料噴射量Ｇｆｓは、燃料噴射
時期決定部６１、点火時期決定部６２及び燃焼方式判定
部６３に入力する。燃焼方式判定部６３では、成層と均
一の燃焼方式の切換点が予めＮｅ−Ｇｆｓのマップによ
り設定されており、この切換点の噴射量設定値Ｇｆｏと
基本燃料噴射量Ｇｆｓとを比較し、低・中負荷のＧｆｓ
＜Ｇｆｏの場合に成層燃焼を、高負荷のＧｆｓ≧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６１、点火時期決定部６２に出力す
る。

【００１８】燃料噴射時期決定部６１は、エンジン回転
数Ｎｅと基本燃料噴射量Ｇｆｓ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のマップを有
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
ッ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θｉｅ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６２も、エンジン回転数Ｎｅ
と基本燃料噴射量Ｇｆｓとによる各燃焼方式毎の点火時
期θｇのマップを有し、各燃焼方式で点火時期θｇをマ
ッ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。

【００１９】燃料噴射時間Ｔｉと燃料噴射時期θｉｅま
たはθｉｓは燃料噴射タイミング設定部６４に入力し、
クランク角基準位置に基づき燃料噴射時間Ｔｉ、燃料噴
射時期θｉｅまたはθｉｓに応じた噴射信号を駆動部６
５に出力してインジェクタ１０を作動させる。また点火
時期θｇは、点火タイミング設定部６６に入力し、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６７に出力し
て、点火プラグ９を作動させるように構成される。

【００２０】次に、この実施例の作用について説明する
。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
ポート１１が開き、次に掃気ポート１７も開くと、この
加圧空気が掃気ポート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
の残留ガスを排気ポート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、次いで掃気ポート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Ｐｆが制御され、この燃料がインジェ
クタ１０に導かれている。

【００２１】また、制御ユニット５０において基本燃料
噴射量検索部５３では、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル
開度αに応じて基本燃料噴射量Ｇｆｓがマップ検索され
、更に燃圧Ｐｆに応じて燃圧定数Ｋ、インジェクタ無効
噴射時間Ｔｓが設定される。そこで、アイドル以外の運
転条件では、燃料噴射時間算出部５６で基本燃料噴射量
Ｇｆｓに基づいて燃料噴射時間Ｔｉが算出され、同時に
燃焼方式判定部６３で燃焼方式が判断され、燃料噴射時
期決定部６１、点火時期決定部６２のマップがこの判断
により選択される。

【００２２】そこで低、中負荷時には、燃料噴射時期決
定部６１で成層燃焼用マップが選択され、これにより燃
料噴射時期θｉｅが点火時期の近くに決定され、点火時
期決定部６２でも成層燃焼用マップにより点火時期θｇ
が比較的上死点に近く決定される。そして燃料噴射時間
Ｔｉ、燃料噴射時期θｉｅによる噴射信号がインジェク
タ１０に出力することで、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。

【００２３】また高負荷時には、基本燃料噴射量Ｇｆｓ
が多くなるのに対応して均一燃焼方式のマップが燃料噴
射時期決定部６１、点火時期決定部６２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、このため圧縮初期にインジェクタ１０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。

【００２４】次に、アイドル運転時について図４のフロ
ーチャートを用いて説明する。先ずステップＳ１で、エ
ンジン回転数Ｎｅ、水温Ｔｗ、車速Ｖ、アクセル開度α
、燃圧Ｐｆ、アイドルスイッチ信号を読込み、ステップ
Ｓ２で、基本燃料噴射量Ｇｆｓをエンジン回転数Ｎｅと
アクセル開度αのマップにより検索し、ステップＳ３に
おいて、アイドルスイッチ信号と車速Ｖによりアイドル
判定する。そこで、走行運転状態の場合には、ステップ
Ｓ４に進んで、アイドル補正量Ｇｆａが零に設定され、
ステップＳ５において、燃料噴射時間Ｔｉが基本燃料噴
射量Ｇｆｓのみに基づいて算出され、この信号が出力し
て上述のように制御される。

【００２５】一方、停車時のアイドル運転が判定される
と、ステップＳ６に進んで、目標回転数Ｎｅｄが水温Ｔ
ｗに応じて設定され、このため冷態時には図３（ａ）の
マップにより目標回転数Ｎｅｄが高く設定されることに
なる。その後、ステップＳ７で、目標回転数Ｎｅｄとエ
ンジン回転数Ｎｅの偏差ΔＮが算出され、ステップＳ８
において、この偏差ΔＮに対応した比例分と積分分のフ
ィードバック値定数Ｋｐ，Ｋｉが検索され、且つステッ
プＳ９で、比例分と積分分のフィードバック値Ｐ，Ｉが
算出され、更にステップＳ１０で、これらのフィードバ
ック値Ｐ，Ｉによりアイドル補正量Ｇｆａが算出される
。

【００２６】そこで、エンジンスタート時において図５
のように水温Ｔｗが低い値Ｔｗ１では、それに応じた高
い目標回転数Ｎｅｄ１が設定されるため、アイドル補正
量Ｇｆａが大きい値Ｇｆａ１に算出される。そしてステ
ップＳ５において、燃料噴射時間Ｔｉが基本燃料噴射量
Ｇｆｓにこのアイドル補正量Ｇｆａ１を加算して多く算
出されるのであり、これにより一定の吸入空気量に対し
て燃料のみが増量補正され、成層燃焼を良好に保った状
態で燃料増量に応じてエンジン回転数Ｎｅが上昇する。 このとき、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｄ１に
対して上昇または低下すると、上述のフィードバック値
Ｐ，Ｉによりアイドル補正量Ｇｆａ１が適正に減少また
は増大して算出されることになり、こうしてエンジン回
転数Ｎｅは変動の少ない状態で目標回転数Ｎｅｄ１と略
一致した状態を保つようにフィードバック制御される。

【００２７】その後、図５のように水温ＴｗがＴｗ２に
上昇すると、目標回転数ＮｅｄがＮｅｄ２に少し低下し
てアイドル補正量ＧｆａもＧｆａ２に減少されるため、
エンジン回転数Ｎｅがその目標回転数Ｎｅｄ２に対して
同様に変動の少ない状態で低下制御される。以下同様に
して、エンジン回転数Ｎｅは水温Ｔｗの上昇に伴って徐
々に低下するように制御され、このようなハイアイドル
回転数制御により暖機が促進され、且つフリクションの
増大に対してエンジン回転数Ｎｅが安定した状態に保持
される。そして、水温Ｔｗが設定値Ｔｗｓに達すると、
目標回転数Ｎｅｄが所定のアイドル回転数Ｎｅｓに設定
され、このためアイドル補正量Ｇｆａは略零付近の値に
なり、エンジン回転数Ｎｅが同様に変動の少ない状態で
この所定のアイドル回転数Ｎｅｓに一定制御されること
になる。

【００２８】以上、本発明の実施例について説明したが
、これのみに限定されない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
２サイクルエンジンにおいてアイドル運転時には、水温
に応じ燃料のみを増減変化するように制御するので、低
負荷の成層燃焼状態を良好に保ちながらハイアイドル回
転数制御することができ、これにより冷態時の暖機を促
進し、フリクションの増大で回転が不安定になるのを防
止することができる。アイドル補正量を比例分と積分分
のフィードバック値により、目標回転数とエンジン回転
数の偏差の関数で算出して増量補正するので、回転変動
の少ない状態でアイドル回転数制御することができる。 水温に対して目標回転数を設定し、この目標回転数にエ
ンジン回転数をフィードバック制御する構成であるから
、フリクション等の要因による回転数の変動も確実に低
減でき、暖機後のアイドル回転数も最適に一定制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る２サイクルエンジンのアイドル回
転数制御装置の実施例を示す電子制御系のブロック図で
ある。

【図２】本発明の２サイクルエンジンの全体の概略を示
す構成図である。

【図３】制御マップを示すものであり、（ａ）は目標回
転数のマップ、（ｂ）はフィードバック値定数のマップ
の図である。

【図４】アイドル運転時の制御の作用を示すフローチャ
ートである。

【図５】冷態アイドル運転時の動作状態を示す図である
。

【符号の説明】

１　　２サイクルエンジン本体 ９　　点火プラグ １０　　インジェクタ ５０制御ユニット ５３　　基本燃料噴射量検索部 ５６　　燃料噴射時間算出部 ５８　　目標回転数設定部 ５９　　偏差算出部 ６０　　アイドル補正量算出部 ６１　　燃料噴射時期決定部 ６２　　点火時期決定部 ６３　　燃焼方式判定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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制御系において、水温に応じた目
   標回転数を設定する目標回転数設定手段と、目標回転数
   とエンジン回転数との偏差を算出する偏差算出手段と、
   アイドル運転時に偏差に対応したアイドル補正量を算出
   するアイドル補正量算出手段と、基本燃料噴射量にアイ
   ドル補正量を加算して燃料噴射時間を算出する燃料噴射
   時間算出手段とを備えることを特徴とする２サイクルエ
   ンジンのアイドル回転数制御装置。
2. 【請求項２】　　上記アイドル補正量算出手段は、少な
   くとも偏差とその偏差に応じた定数で比例分と積分分の
   フィードバック値を求め、これらのフィードバック値を
   加算してアイドル補正量を算出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アイドル回転数制御
   装置。