JPH078830Y2 - ２気筒内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、例えばＶ型内燃機関などのように、２つの気
筒間の爆発間隔が不等間隔である２気筒内燃機関の燃料
噴射装置に関する。

〔従来の技術〕 内燃機関の燃料噴射装置として、気化器の他に燃料噴射
弁を使用する場合がある。

また、内燃機関の気筒配置として、例えばＶ型内燃機関
などのように、２つの気筒間の爆発間隔が不等間隔であ
る２気筒内燃機関がある。

さらに、上記燃料噴射装置を使用する複数気筒内燃機関
として、各気筒ごとに燃料噴射弁を設ける代わりに、各
気筒へ通じる吸気マニホールドの分岐点より上流側の共
通通路部分に設けた１個の燃料噴射弁で各気筒へ燃料を
供給する方式（シングル・ポイント・インジェクショ
ン）のものがある。この方式は燃料噴射弁の数を最小に
して構造の簡素化とコスト節減を図ったものである。

本考案は、１個の燃料噴射弁を使用し、かつ各気筒間の
爆発が不等間隔である２気筒内燃機関の燃料噴射装置に
関するものである。

この種の燃料噴射装置を開示する技術文献としては、特
開昭63-154851号を挙げることができる。

〔考案が解決しようとする技術的課題〕

Ｖ型機関などのように２つの気筒間の爆発間隔が不等間
隔である２気筒内燃機関において１個の燃料噴射弁を使
用するシングルポイントインジェクションを採用する場
合、従来技術では、両気筒間で吸気慣性に起因する燃料
分配のアンバランスが生じやすく、空燃比が両気筒で不
均等になり、適正空燃比から外れるため充分な性能を発
揮できないことがあった。

以下第４図および第５図を参照して、前述の従来の内燃
機関の燃料噴射装置について説明する。

第４図は不等間隔で爆発する気筒配置並びに単一の燃料
噴射弁を使用するシングルポイントインジェクション方
式の燃料噴射装置を備えた２気筒内燃機関の構成を示
し、第５図は第４図の内燃機関の各気筒の行程タイミン
グ示す。

第４図において、クランクケース１の上方の右および左
には第１気筒C1および第２気筒C2がＶ型に配置されてお
り、各シリンダ2A、3Aと各シリンダヘッド２、３は各気
筒C1、C2の中心線が約90度を成すＶ字状配置で組付けら
れている。

第４図中、４はクランク軸の中心を示し、該クランク軸
４のクランクピン4Aにはコンロッド５、６を介して各気
筒のピストン７、８が連結されている。

９は吸気マニホールドで、各気筒C1、C2の吸気口へ通じ
る分岐通路9A、9Bから成り、分岐前の共通の吸気通路10
内には双方の気筒C1、C2に共通の１個の燃料噴射弁11が
取付けられている。

次に、第４図の２気筒内燃機関のサイクル動作を、第５
図を参照して説明する。

第４図および第５図において、第１気筒C1が爆発した
後、クランク軸４が矢印方向に270度回転した時、クラ
ンクピン4AがＰ点からＱ点まで移動して第２気筒C2が爆
発する。

一方、この第２気筒C2が爆発した後、クランク軸４が、
矢印方向に90度＋360度＝450度回転した時、クランクピ
ン4Aが再びＰ点まで移動して第１気筒C1が爆破する。

つまり、第５図に示すように、第１気筒C1の爆発から第
２気筒C2の爆発までの間隔θ１がクランク回転角で270
度であるのに対し、第２気筒C2の爆発から第１気筒C1の
爆発までの間隔θ２が450度であり、したがって、間隔
θ１が間隔θ２よりも小さく設定されている。

そのため、第１気筒C1の吸気が終了してから第２気筒C2
の吸気が開始されるまでの間隔θ３は、第２気筒C2の吸
気が終了してから第１気筒C1の吸気が開始されるまでの
間隔θ４よりも小さくなる。

なお、上記間隔はクランク軸４の回転角度で表した量で
あり、また、第５図中のN1、N2、X1、X2はそれぞれ第１
気筒C1および第２気筒C2の吸気弁および排気弁（不図
示）のリフト量を示している。

このように、吸気から吸気までの間隔θ３が間隔θ４よ
りも小さい不等間隔点火式内燃機関においては、第４図
中共通の吸気通路10から導入される吸気は、第５図中の
第１気筒C1の吸気N1が終了しかつ第２気筒C2の吸気N2が
始まった時点でも気化した吸気慣性により未だ第１気筒
C1の方へ向かっている時期が存在し、したがって、第２
気筒C2の燃料の充填量が過小になり、第２気筒C2の吸気
N2における空燃比が希薄になる。

換言すると、第１気筒C1の充填量は相対的に過大にな
り、第１気筒C1の吸気N1における空燃比は濃くなる。

このため、燃料噴射量を一方の気筒または全体の空燃比
が適正になるように制御したとしても気筒ごとに見た場
合には希薄または濃い状態になり、満足な空燃比を得る
のが困難であった。

このような不都合は、第４図のようなＶ型２気筒内燃機
関だけでなく、４サイクル水平対向型２気筒機関などの
ように２つの気筒間の爆発間隔が不等間隔である機関で
あれば同様に生じることがある。

本考案は、このような技術的課題に鑑みなされたもので
あり、１個の燃料噴射弁で２つの気筒に燃料を供給する
不等間隔点火式の２気筒内燃機関における気筒内の空燃
比の不均等をなくしうる燃料噴射装置を提供することを
目的とする。

〔課題解決のための手段〕

本考案は、第１気筒の爆発から第２気筒の爆発までの間
隔が第２気筒の爆発から第１気筒の爆発までの間隔より
小さく設定され、かつこれらの気筒に混合気を供給する
吸気マニホールドの分岐点より上流側に設けた１個の燃
料噴射弁により、各気筒への燃料供給を行う２気筒内燃
機関の燃料噴射装置において、第２気筒側の点火コイル
からの信号を基準にして、クランク主軸１回転当たり１
回の燃料噴射を行う構成により、両気筒間の空燃比のア
ンバランスを減少させていずれの気筒をも容易に適正空
燃比に設定しうる燃料噴射装置を提供するものである。

〔実施例〕

以下第１図〜第３図を参照して本考案を具体的に説明す
る。

第２図は本考案を実施するのに好適な内燃機関の燃料噴
射装置の構成を示す模式図である。

第２図において、２気筒内燃機関は第１気筒C1および第
２気筒C2の２つの気筒を有し、各気筒C1、C2のシリンダ
2A、3Aのボアに嵌合されたピストン７、８はコネクティ
ングロット５、６を介してクランク軸４のクランクピン
（不図示）に連結されており、各ピストン７、８の頂面
とシリンダヘッド２、３との間には各気筒の燃焼室15
A、15Bが形成されている。

各燃焼室15A、15Bには、シリンダヘッド２、３に形成さ
れかつ吸排気弁で開閉される吸排気ポートを介して、マ
ニホールド（吸気用分岐通路）9A、9Bおよび排気通路17
A、17Bがそれぞれ連通されている。

前記マニホールド9A、9Bの上流側は共通の吸気通路10に
接続され、該吸気通路10には、上流から、エアクリーナ
18、燃料噴射弁11、スロットルバルブ21が取付けられて
いる。

前記燃料噴射弁11に対する燃料の供給は、燃料タンク25
→フィルタ26→燃料ポンプ27→燃料噴射弁11へ至る供給
パイプ28を通して行われる。

前記供給パイプ28には、余剰燃料を燃料タンク25へ戻す
ためのリターンパイプ29が接続され、このリターンパイ
プ29には燃料噴射弁11へ供給する燃料圧力を一定（通常
吸気負圧との差を一定）に保つためのプレッシャーレギ
ュレータ30が設けられている。

第２図中の31はバッテリ電源を示す。

前記燃料噴射弁11は一種の電磁弁であり、その通電時間
を制御することにより開弁時間すなわち燃料噴射時間を
制御し、１サイクル当たりの燃料噴射量を制御すること
ができる。

この燃料噴射弁11はコントロールユニット35によって制
御される。

このコントロールユニット35に対しては、内燃機関の運
転状態を検出する種々のセンサおよび操作部からの信号
が入力され、これらのデータを所定のプログラムで演算
処理した結果に基づいて前記燃料噴射弁11が制御され
る。

前記センサおよび操作部としては、機関回転数を検出す
るパルサーコイル等の回転数センサ36、機関温度を冷却
水の部分で検出する冷却水温センサ37、吸気の温度を検
出する吸気温センサ38、スロットルバルブ21の開度を検
出するスロットル開度センサ39、スタータのオンオフ信
号を入力するスタータスイッチ40、点火（運転）状態の
オンオフ信号を入力するイグニッションスイッチ41など
がある。

第２図の燃料噴射弁11を制御するコントロールユニット
35は例えばバッテリ電源31で作動するマイクロコンピュ
ータシステムである。

第３図はこのコントロールユニット35のシステム構成を
示す。

第３図において、コントロールユニット35のCPU60は、
演算処理等を実行する制御回路55と制御プログラム等を
格納したROM56とワーキングエリア等を有するRAM57など
で構成されている。

前記CPU60に対しては、回転数センサ36の出力を波形整
形回路61を通して整形した信号、イグニッションスイッ
チ41およびスタータスイッチ40の操作信号、並びに、ス
ロットル開度センサ39、冷却水温センサ37、吸気温セン
サ38からの各センサ出力およびバッテリ電圧をそれぞれ
A/D変換回路63でデシタル化した信号がRAM57に入力され
る。

CPU60は、以上の各データ（入力信号）を制御プログラ
ムに基づいて処理することにより燃料噴射弁11の開弁時
間を算出し、その結果を表す信号に基づいて燃料噴射弁
駆動回路64が作動され、開弁パルスが出力される。この
開弁パルスは、燃料噴射弁11の開弁時間を調整して燃料
噴射量を規制する駆動パルスである。そこで、本考案に
よる２気筒内燃機関の燃料噴射装置は、第１気筒C1の爆
発から第２気筒C2の爆発までの間隔が第２気筒C2の爆発
から第１気筒C1の爆発までの間隔より小さく設定され、
かつ、これらの気筒C1、C2に混合気を供給する吸気マニ
ホールド9A、9Bの分岐点より上流側に設けた１個の燃料
噴射弁11により、各気筒C1、C2への燃料供給を行う２気
筒内燃機関の燃料噴射装置において、第２気筒C2側の点
火コイルからの信号を基準にして、クランク主軸４の１
回転（360度）当たり１回の燃料噴射を行うように構成
される。

第１図は本考案による燃料噴射装置を備えた２気筒内燃
機関の各気筒の行程タイミングを示すグラフである。

第１図において、４サイクル内燃機関は、上死点から下
死点までの膨張行程、下死点から上死点までの排気行
程、上死点から下死点までの吸入行程、下死点から上死
点までの圧縮行程から成る４ストローク（720度クラン
ク回転）を１サイクルとして運転される。

第１気筒C1および第２気筒C2が第４図に示したように90
度ＶバンクのＶ型配置であると、第１気筒C1は第１図に
示すように第２気筒C2に対しθ１＝270度だけ進んで運
転される。これは、１サイクルずらして見れば、第２気
筒C2が第１気筒C1に対して720度−270度＝450度（＝θ
２）だけ進んで運転されることと同じである。

第１図において、X1は第１気筒C1の排気弁のリフト量
を、N1は第１気筒C1の吸気弁のリフト量をそれぞれ示
し、X2は第２気筒C2の排気弁のリフト量を、N2は第２気
筒C2の吸気弁のリフト量をそれぞれ示す。

また、第１図中の角度θ４は第２気筒C2の吸気終了から
第１気筒C1の吸気開始までの間隔を示し、角度θ３は第
１気筒C1の吸気終了から第２気筒C2の吸気開始までの間
隔を示し、θ４＞θ３の関係になっている。

ところで、４サイクル機関にあっては、上死点より若干
の角度（例えば23度）前の位置で点火コイルからの点火
信号が発せられ、丁度上死点の近傍で爆発が起こるよう
にセッティングされる。この場合、点火コイルからの点
火信号は各気筒ごとに、クランク軸４が１回転（360
度）するごとに発せられるが、実際の点火爆発に使用さ
れるのは圧縮行程終期の点火信号（表火）のみであり、
もう一方の排気行程終期の点火信号（裏火）は爆発には
使用されない。

然して、本考案の燃料噴射装置は、以上説明した内燃機
関、すなわち、第１気筒C1の爆発から第２気筒C2の爆発
までの間隔θ１（270度）が第２気筒C2の爆発から第１
気筒C1の爆発までの間隔θ２（450度）より小さく設定
され、かつこれらの気筒C1、C2に混合気を供給する吸気
マニホールド9A、9Bの分岐点より上流側10に設けた１個
の燃料噴射弁11で各気筒C1、C2への燃料供給を行う２気
筒内燃機関において、第２気筒C2側の点火コイルからの
信号を基準にして、クランク主軸４の１回転当たり１回
の燃料噴射を行うように構成されている。

すなわち、本発明によれば、第２気筒C2のクランク軸４
の１回転ごとの点火信号（表火および裏火）を基準とし
て、これと同時または所定の角度差をもって燃料噴射弁
11から燃料を噴射するように制御される。

この燃料噴射のタイミングは、例えば、点火信号（表火
および裏火）の±30度程度の範囲内で適宜設定すること
ができる。

このような燃料噴射のタイミングによれば、第２気筒C2
の表火の点火信号の位置が第１気筒C1の吸気N1開始より
約90度前であることから、この表火信号を基準にして噴
射された燃料は吸気N1とともに第１気筒C1へ円滑に充填
され、適正かつ安定した空燃比が得られた。

また、第２気筒C2の裏火の点火信号が第２気筒C2の吸気
N2開始より約23度前であることから、この裏火信号を基
準にして噴射された燃料は吸気N2とともに第２気筒C2へ
円滑に充填され、適正かつ安定した空燃比が得られた。

すなわち、従来の燃料噴射タイミングでは吸気慣性に起
因する燃料分配のアンバランスにより第２気筒C2が希薄
混合気になっていたが、本考案では、第２気筒C2の吸気
ポートが開口する直前に燃料噴射を行うので、構造的に
不利であった第２気筒C2に対しても充分な燃料が供給さ
れるようになり、両気筒C1、C2間の空燃比の不均等が抑
制され、スムーズで安定した機関運転を行うことが可能
になった。

こうして、希薄混合気側のノッキング、ミスファイヤ
ー、ライオン、アフターバーン、過濃混合気側のプラグ
汚損などを効果的に抑制できた。

また、燃料噴射のための特別な同期システム等を追加す
ることなく、簡単な構成で上記作用効果を実現させるこ
とができた。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなごとく、本考案によれば、第１
気筒の爆発から第２気筒の爆発までの間隔が第２気筒の
爆発から第１気筒の爆発までの間隔より小さく設定さ
れ、かつこれらの気筒に混合気を供給する吸気マニホー
ルドの分岐点より上流側に設けた１個の燃料噴射弁によ
り、各気筒への燃料供給を行う２気筒内燃機関の燃料噴
射装置において、第２気筒側の点火コイルからの信号を
基準にして、クランク主軸１回転当たり１回の燃料噴射
を行うように構成したので、燃料の薄い第２気筒の吸気
ポートが開口する直前に燃料を噴射することができ、構
造的に不利な第２気筒にも充分な燃料が供給され、簡単
な構成で両気筒間の空燃比の不均等を抑制することが可
能になり、両気筒の空燃比を共に適正値に容易にセッテ
ィングすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による燃料噴射装置を備えた２気筒内燃
機関の各気筒の行程タイミングを示すグラフ、第２図は
本考案を実施するのに好適な内燃機関の燃料噴射装置の
構成を示す模式図、第３図は第２図の燃料噴射装置の制
御系のブロック図、第４図は不等間隔で爆発する２つの
気筒に対し１個の燃料噴射弁で燃料を供給する型式の内
燃機関を例示する正面図、第５図は第４図の内燃機関の
各気筒の行程タイミングを示すグラフである。 C1、C2……気筒、４……クランク軸、9A、9B……吸気マ
ニホールド、10……吸気通路、11……燃料噴射弁、35…
…コントロールユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 山川 哲大 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)考案者 畠添 勝年 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】第１気筒の爆発から第２気筒の爆発までの
   間隔が第２気筒の爆発から第１気筒の爆発までの間隔よ
   り小さく設定され、かつこれらの気筒に混合気を供給す
   る吸気マニホールドの分岐点より上流側に設けた１個の
   燃料噴射弁により、各気筒への燃料供給を行う２気筒内
   燃機関の燃料噴射装置において、第２気筒側の点火コイ
   ルからの信号を基準にして、クランク主軸１回転当たり
   １回の燃料噴射を行うように構成した燃料噴射装置。