JPH08232742A - 筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置 - Google Patents

筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置

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JPH08232742A
JPH08232742A JP7040412A JP4041295A JPH08232742A JP H08232742 A JPH08232742 A JP H08232742A JP 7040412 A JP7040412 A JP 7040412A JP 4041295 A JP4041295 A JP 4041295A JP H08232742 A JPH08232742 A JP H08232742A
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JP
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fuel
throttle
amount
injection
fuel injection
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JP7040412A
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Senju Saito
千寿 斎藤
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Yamaha Marine Co Ltd
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Sanshin Kogyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 空燃比の安定化により燃焼変動を無くしてエ
ンジン回転を安定化でき、燃料と空気との混合を均一化
しながら吹き抜け量を軽減でき、噴射角を大きくして燃
料と空気との混合を均一化できる筒内噴射式２サイクル
エンジンの運転制御装置を提供する。 【構成】 燃料を気筒内に噴射供給する燃料噴射弁１３
と、スロットル開度をスロットル操作子２７の操作量に
応じた開度にするスロットル駆動機構２８と、スロット
ル操作量及びエンジン回転数に基づいて低速低負荷運転
域を検出する運転域検出手段３０ａと、低速低負荷運転
域が検出されたとき、スロットル操作量に応じた開度よ
り大きい一定スロットル開度とを保持するよう上記スロ
ットル駆動機構２８を制御するスロットル制御手段３０
ｂと、目標空燃比となるよう上記一定スロットル開度に
基づいて設定された略一定の噴射量となるよう上記燃料
噴射弁１４を制御する噴射量制御手段３０ｃと、エンジ
ン回転数が上記スロットル操作量に応じた回転数となる
ように点火時期を制御する点火時期制御手段３０ｄとを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気筒内に燃料を直接噴
射供給するようにした筒内噴射式２サイクルエンジンに
関する。
【０００２】
【従来の技術】筒内噴射式２サイクルエンジンでは、吸
入空気量を検出し、検出された吸入空気量に基づいて目
標空燃比となるように燃料噴射量を演算し、該燃料噴射
量となるように燃料噴射弁を開閉制御するのが一般的で
ある。
【０００３】一方、２サイクルエンジンでは、掃気ポー
トの開期間を排気ポートの開期間にラップさせることに
より、クランク室内で一次圧縮された掃気流によって排
気ガスの一部を押し出すように構成されている。そのた
め、上記燃料噴射弁による燃料噴射時期の如何によって
は、噴射された燃料が掃気流と共に排気ポートから排出
する吹き抜け量が増加する問題がある。この問題を解消
するには、燃料噴射の時期をできるだけ遅く設定するの
が有効である。
【０００４】また筒内噴射式エンジンでは、燃料と空気
との混合気を燃焼室全域において均一化するために燃料
の霧化，空気との混合を良好とする必要があり、この燃
料の霧化等を良好にするには、燃料の噴射角度をできる
だけ大きくするのが有効である。燃料の噴射角度を大き
くするには、噴射ノズルの孔長さＬと孔径Ｄとの比、Ｌ
／Ｄを小さくすることが行われている。
【発明が解決しようとする課題】ところが低速低負荷運
転域のように、スロットル開度が絞られ、吸入空気量の
少ない運転域では、吸入空気量の検出精度が低く、その
ため吸入空気量に基づいて目標空燃比となるように燃料
噴射量を演算した場合、空燃比が目標値からずれるとと
もに不安定となり易く、燃焼変動が生じエンジン回転数
が安定しないという問題がある。
【０００５】また吹き抜け量を減少させるために、燃料
の噴射時期を遅く設定した場合、燃料噴射から点火まで
の時間が短くなり、従って燃料の霧化，混合に必要な時
間が確保できず、混合気が不均一となる問題がある。
【０００６】本発明は上記従来の問題に鑑みてなされた
もので、空燃比の安定化により燃焼変動を無くしてエン
ジン回転を安定化でき、燃料と空気との混合を均一化し
ながら吹き抜け量を軽減でき、計量精度を低下させるこ
となく噴射角を大きくして燃料と空気との混合を均一化
できる筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置を
提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、燃料
を気筒内に噴射供給する燃料噴射弁と、スロットル開度
をスロットル操作子の操作量に応じた開度にするスロッ
トル駆動機構と、スロットル操作量及びエンジン回転数
に基づいて低速低負荷運転域を検出する運転域検出手段
と、低速低負荷運転域が検出されたとき、スロットル操
作量に応じた開度より大きい一定スロットル開度を保持
するよう上記スロットル駆動機構を制御するスロットル
制御手段と、目標空燃比となるよう上記一定スロットル
開度に基づいて設定された略一定の噴射量となるよう上
記燃料噴射弁を制御する噴射量制御手段と、エンジン回
転数が上記スロットル操作量に応じた回転数となるよう
に点火時期を制御する点火時期制御手段とを備えたこと
を特徴とする筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御
装置である。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、上
記燃料噴射弁が、ピストン頭部に燃焼室を構成するよう
凹設された燃焼凹部に向けて燃料を噴射するよう構成さ
れており、上記噴射弁制御手段が、排気ポートが閉じる
前に燃料噴射が終了するよう上記燃料噴射弁を制御する
ことを特徴としている。
【０００９】請求項３の発明は、請求項２において、上
記燃料噴射弁が、先端に噴射部を有する円筒形の弁ケー
シングと、該弁ケーシング内に進退可能に挿入配置さ
れ、先端に上記噴射部を開閉する弁部を有する円柱状の
弁体とを備え、上記噴射部が、上記弁部で開閉され、所
要の噴霧角度に応じたＬ／Ｄ値を有する噴射孔を備えて
いることを特徴としている。
【００１０】
【作用】請求項１の発明によれば、エンジン運転域が、
スロットル操作量，及びエンジン回転数に基づいて低速
低負荷運転域であると判断された場合には、運転者のス
ロットル操作量に関わらず、スロットル開度が一定スロ
ットル開度に保持されるとともに、燃料噴射量が上記一
定スロットル開度に応じた一定燃料量に保持され、かつ
エンジン回転数が上記スロットル操作量に応じた回転数
となるように点火時期が遅角制御される。
【００１１】このように、低速低負荷運転域では、検出
された吸入空気量に基づいて燃料量を制御するのではな
く、目標空燃比に基づいて予め設定された一定スロット
ル開度及び一定燃料量とするようにしたので、空燃比は
一定となり、従って空燃比変動による燃焼変動ひいては
エンジン回転変動の問題を回避できる。
【００１２】またこの場合、スロットル操作量に応じた
エンジン回転数となるように点火時期を遅角制御するよ
うにしたので、エンジン回転数は運転者の望むエンジン
回転数に制御され、運転者の意志からずれることはな
い。
【００１３】請求項２の発明によれば、排気ポートが閉
じる前に燃料噴射が終了するようにしたので、点火まで
の燃料の霧化時間，空気との混合時間が長くなり、均一
混合気が得られ、燃焼が活発化する。この場合に、燃料
噴射弁からの燃料をピストン頂部に凹設された燃焼凹部
に向けて噴射するようにしたので、燃料噴射時期を早め
て排気ポートが開いている間に燃料を噴射しても該燃料
が排気ポートから吹き抜けるのを抑制できる。
【００１４】請求項３の発明によれば、必要な噴霧角度
に応じたＬ／Ｄ値を有する噴射孔を設けたので、噴霧角
度を大きくでき、燃料の霧化，空気との混合を促進で
き、混合気を均一化して燃焼を活発化できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図８は、本発明の第１実施例によ
る筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置を説明
するための図であり、図１は該実施例エンジンの断面正
面図、図２は燃焼室回りの断面側面図、図３はピストン
頭部を示す断面正面図、図４は噴射孔部分の拡大断面
図、図５は運転制御装置のブロック構成図、図６は運転
制御動作を説明するための特性図、図７，図８は燃料噴
射時期を示す図である。
【００１６】図において、１は船外機であり、これはク
ランク軸縦置（垂直置）状態で搭載されるエンジン２の
下端接続面にエキゾーストガイド３，アッパケース４，
ロアケース５を順次下方に積層接続し、ロアケース５に
スクリュー６を配設した構造のものである。
【００１７】上記エンジン２は、筒内噴射式２サイクル
Ｖ型６気筒エンジンであり、６つのシリンダボア７ａ〜
７ｆが平面から見てＶバンクをなすように形成されたシ
リンダブロック７にシリンダヘッド８，ヘッドカバー９
を図１紙面垂直方向手前側に順次積層接続し、ヘッドボ
ルト１０で緊結されている。また上記シリンダブロック
７の図１裏面側にはクランクケース２３が形成されてい
る。
【００１８】上記シリンダボア７ａ〜７ｆ内にはそれぞ
れピストン１１が摺動自在に挿入配置され、該各ピスト
ン１１はコンロッド１２ａを介してクランク軸１２ｂに
連結されている（図５参照）。上記ピストン１１の頭部
にはピストン側燃焼凹部１１ａが凹設されており、該燃
焼凹部１１ａは、上記シリンダヘッド８のブロック側合
面にシリンダボア軸線ａを中心とする球面状に凹設され
たヘッド側燃焼凹部８ａとで燃焼室を構成する。上記ピ
ストン側燃焼凹部１１ａは、シリンダボア軸線ａを中心
とする円形に形成されており、またその容積は上記ヘッ
ド側燃焼凹部８ａより大きく設定されている。
【００１９】また上記シリンダヘッド８には、燃料噴射
弁１３，及び点火プラグ１４が挿入配置されている。上
記燃料噴射弁１３の噴射軸線は上記シリンダボア軸線ａ
と一致しており、また上記点火プラグ１４の電極１４ａ
は上記ヘッド側燃焼凹部８ａ内に突出している。
【００２０】上記燃料噴射弁１３は、円筒状の弁ケーシ
ング１５の燃料通路１５ａ内に弁体１６を軸方向に進退
自在に挿入配置し、該弁体１６を図示しない電磁コイル
で進退駆動するように構成されている。上記弁ケーシン
グ１５の先端には噴射部が形成されており、該噴射部
は、上記燃料通路１５ａに続いて形成されたシール面１
５ｅと、噴射孔１５ｄとで構成されている。
【００２１】上記噴射孔１５ｂは、所定の噴霧角θが得
られるＬ／Ｄ比を有しており、この噴霧角θは、下死点
に位置するピストン１１のピストン側燃焼凹部１１ａの
略全域に燃料が噴霧される角度に設定されている。
【００２２】また上記弁体１６の先端には、上記噴射孔
１５ｄと燃料通路１５ａとの境界をなすシール面１５ｅ
を開閉する弁部１６ａが形成され、該弁部１６ａの上流
側近傍には上記燃料通路１５ａの内面に摺接して弁体１
６を案内するとともに、上記燃料通路１５ａを閉塞する
ガイド（栓部）１６ｂが形成されている。該ガイド１６
ｂの表面には、燃料溝１６ｃが複数凹設されている。
【００２３】上記シリンダボア７ａ〜７ｆはそれぞれ１
つの対向掃気ポート１７ａと２つのメイン掃気ポート１
７ｂ，１７ｂによりクランク室７ｇに連通している。ま
た上記シリンダボア７ａ〜７ｆには排気ポート１８ａ〜
１８ｆがそれぞれ上記対向掃気ポート１７ａと対向する
ように開口している。
【００２４】図１の左バンクの排気ポート１８ａ〜１８
ｃは左集合ポート１９ａに、右バンクの排気ポート１８
ｄ〜１８ｆは右集合ポート１９ａに合流しており、該
左，右集合ポート１９ａ，１９ｂの下流端にはそれぞれ
上記エキゾーストガイド３内の左，右排気通路３ａ，３
ｂを介して左，右排気管２０ａ，２０ｂが接続されてい
る。
【００２５】上記左，右排気管２０ａ，２０ｂは、上記
アッパケース４内に配置されたマフラ２１内に挿入配置
されており、このマフラ２１は、画壁２２により上記
左，右排気管２０ａ，２０ｂが開口する左，右膨張室２
１ａ，２１ｂに画成されている。この左，右膨張室２１
ａ，２１ｂは、上記左，右バンクのシリンダボア７ａ〜
７ｃ，７ｄ〜７ｆからの排気ガスの圧力波が略大気圧状
態に解放されるのに必要な容積を有している。なお、上
記マフラ２１とアッパケース４との間の空間は、マフラ
２１に冷却水を供給するための冷却室となっている。
【００２６】また上記マフラ２１の下流端には上記ロア
ケース５内に形成された排気通路５ａが接続されてお
り、この排気通路５ａは上記左，右バンクに対して共通
の通路となっている。即ち、本実施例船外機１では、
左，右バンクのシリンダボア７ａ〜７ｃ，７ｄ〜７ｆか
らの排気ガスはマフラ２１の出口までそれぞれ独立の通
路を通り、該マフラ２１を通過して始めて合流すること
となる。
【００２７】図５に示すように、上記エンジン２のクラ
ンクケース２３には吸気マニホールド２５の各分岐通路
２５ａが接続されており、該分岐通路２５ａのクランク
ケース２３への接続部には逆流防止用リード弁２４が配
設されている。また上記分岐通路２５ａにはスロットル
弁２６が配設されている。このスロットル弁２６は、中
高速中高負荷運転域では運転者によるスロットル操作子
（スロットルレバー）の操作量に応じた開度にスロット
ル駆動機構２８を介して制御され、低速低負荷運転域で
は、後述するように一定開度に保持される。
【００２８】本実施例エンジン２のＥＣＵ（運転制御装
置）３０は、図５に示すように、スロットル操作子２７
の操作量及びエンジン回転数検出手段２９からのエンジ
ン回転数に基づいてエンジン運転域の検出を行う運転域
検出手段３０ａとして、またスロットル開度制御手段３
０ｂ，噴射量制御手段３０ｃ，及び点火時期制御手段３
０ｄとして機能する。
【００２９】次に本実施例装置の作用効果について説明
する。本実施例装置では、運転者によるスロットル操作
量が所定範囲（スロットル開度で見て約１８度以下の範
囲）内であり、かつエンジン回転数が約２５００ｒｐｍ
以下の場合には、ＥＣＵ３０の運転域検出手段３０ａに
より低速低負荷運転域と判断され、該運転域と判断され
ると以下の制御が行われる。
【００３０】まずスロットル開度については、ＥＣＵ３
０のスロットル制御手段３０ｂにより、図６（ｄ）に示
すように、スロットル操作量に関わらずスロットル開度
はスロットル駆動機構２８を介して約１８度の一定値に
制御される。この一定スロットル開度における吸入空気
量は予め実験によって求められている。なお、図６中、
破線は従来の気化器式エンジンの制御特性を示す。
【００３１】また燃料噴射量については、ＥＣＵ３０の
噴射量制御手段３０ｃにより、目標空燃比が得られるよ
う上記一定スロットル開度（約１８度）のときの吸入空
気量に応じた燃料噴射量が求められ、この燃料量となる
ように燃料噴射弁１３による噴射時間が制御される。こ
の場合、目標空燃比は理論空燃比付近の一定値に設定さ
れているので、スロットル開度が一定であることから吸
入空気量が一定であり、従って燃料噴射量も略一定値に
保持される（図６（ｃ）参照）。
【００３２】なお燃料噴射時期については、図６（ｂ）
及び図７に示すように、アイドル回転時から２０００ｒ
ｐｍとエンジン回転数が高くなるにつれて上死点前９５
度から１０５度と進角するよう制御される。このように
噴射時期が進角されるのは、エンジン回転数が高くなる
ほど燃料噴射から点火までの霧化，混合時間が短くなる
ので、これを補うためである。
【００３３】さらにまた点火時期については、ＥＣＵ３
０の点火時期制御手段３０ｄにより、運転者によるスロ
ットル操作量に対応したエンジン回転数となるように点
火プラグ１４による点火時期が制御される（図６（ａ）
参照）。この場合、スロットル操作量が零、つまり運転
者がアイドル回転を望んでいる場合には上死点後３０度
程度に制御され、スロットル操作量が２５００ｒｐｍ相
当量の場合には上死点付近に制御される。
【００３４】そして運転者によるスロットル操作量が所
定範囲（スロットル開度で見て約１８度以下の範囲）を
越え、かつエンジン回転数が約２５００ｒｐｍを越える
と、エンジン運転域が低速低負荷域を脱したと判断さ
れ、これ以降は通常通りの制御が行われる。即ち、スロ
ットル開度はスロットル操作機構２８により運転者のス
ロットル操作量に応じた開度に制御され、この時の吸入
空気量が検出され、この吸入空気量に基づいて目標空燃
比が得られる燃料噴射量が演算され、該噴射量に応じて
燃料噴射弁１３の噴射時間，噴射時期が制御される。
【００３５】上記燃料噴射は以下のように行われる。燃
料噴射弁１３において電磁コイルが弁体１６を上昇させ
ると、弁部１６ａとシール面１５ｅとの間に隙間が形成
され、燃料通路１５ａ内に貯溜している高圧の燃料が上
記隙間を通って噴射孔１５ｂから気筒内に噴射供給され
る。
【００３６】この場合、上記燃料通路１５ａ内の燃料
は、該燃料通路１５ａの内面とガイド１６ｂの燃料溝１
６ｃとの間を通過し、弁部１６ａの開時間に対応した量
に計量されて、噴射孔１５ｄのＬ／Ｄにより所要の噴霧
角θとなって噴射される。
【００３７】上記噴射孔１５ｄから噴射された燃料は、
上記大きな噴霧角θを有していることから上記ピストン
１１のピストン側燃焼凹部１１ａ内に、その略全域に渡
って供給される。この場合燃料は、燃焼凹部１１ａ内に
おいてその表面で反射して空気と混合されることなる。
【００３８】このように本実施例では、エンジン運転域
が低速低負荷運転域の場合には、スロットル開度をスロ
ットル操作量の如何に関わらず、比較的大開度の一定値
に保持し、かつ該一定開度に応じた空気量に対して目標
空燃比となる燃料量を供給するようにしたので、吸入空
気量の検出精度による影響を受けることがなく、低速低
負荷運転域において空燃比を目標値に安定化させること
ができ、燃焼変動ひいてはエンジン回転変動を回避でき
る。
【００３９】またスロットル開度が大きく吸入空気量が
多いことから、気筒内に残留する排気ガスの量が減少
し、それだけ充填効率が向上する。
【００４０】また燃料噴射弁１３の噴射孔１５ｂのＬ／
Ｄを小さく設定することにより噴霧角度θを大きくした
ので、噴射された燃料の霧化，及び空気との混合が促進
され、均一な混合気が形成され、燃焼の活性化が図られ
る。
【００４１】さらにまた、燃料噴射弁１３からの燃料
を、大きな噴霧角θでもって、ピストン１１の頂部に凹
設されたピストン側燃焼凹部１１ａの全域に向けて噴射
したので、該燃焼凹部１１ａにより燃料が反射して空気
との混合が良好となるとともに、燃料の噴射時期を早め
て排気ポートが開いている時点で噴射を終了しても吹き
抜けを抑制できる。このように噴射時期を早めることが
できるので、燃料の霧化，混合時間が長くなり、この点
からなも均一の混合気が得られる。
【００４２】
【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
低速低負荷運転域では、スロットル開度，燃料噴射量
を、目標空燃比に基づいて予め設定された一定スロット
ル開度及び一定燃料量とするようにしたので、空燃比を
一定にでき、従って空燃比変動による燃焼変動ひいては
エンジン回転変動を回避できる効果がある。
【００４３】また、スロットル操作量に応じたエンジン
回転数となるように点火時期を制御するようにしたの
で、上記一定スロットル開度，一定燃料量としながらエ
ンジン回転数を運転者の望むエンジン回転数に制御でき
る効果がある。
【００４４】請求項２の発明によれば、排気ポートが閉
じる前に燃料噴射が終了するようにしたので、点火まで
の燃料の霧化時間，空気との混合時間が長くなり、均一
混合気が得られ、燃焼を活性化でき、かつこの場合に、
燃料をピストン頂部に凹設された燃焼凹部に向けて噴射
するようにしたので、燃料噴射時期を早めて排気ポート
が開いている間に燃料を噴射しても該燃料が排気ポート
から吹き抜けるのを抑制できる効果がある。
【００４５】請求項３の発明によれば、必要な噴霧角度
に応じたＬ／Ｄ値を有する噴射孔を設けたので、噴霧角
度を大きくして燃料の霧化，空気との混合を促進できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による運転制御装置を備えた
エンジンの断面正面図である。
【図２】上記エンジンの断面側面図である。
【図３】上記エンジンのIII-III 線断面図である。
【図４】上記実施例装置の燃料噴射弁の断面側面図であ
る。
【図５】上記実施例装置のブロック構成図である。
【図６】上記実施例の作用効果を説明するための特性図
である。
【図７】上記実施例の作用効果を説明するための掃気,
排気, 燃料噴射タイミング図である。
【図８】上記実施例の作用効果を説明するための掃気,
排気, 燃料噴射タイミング図である。
【符号の説明】
２ エンジン ７ａ〜７ｆ シリンダボア（気筒） １１ ピストン １１ａ 燃焼凹部 １２ 燃料噴射弁 １５ 弁ケーシング １５ａ 燃料通路 １５ｂ 噴射孔 １５ｃ 大径部 １５ｄ 計量孔 １６ 弁体 １６ａ 弁部 １８ａ 排気ポート ２６ スロットル弁 ２７ スロットル操作子 ２８ スロットル駆動機構 ３０ａ 運転域検出手段 ３０ｂ スロットル制御手段 ３０ｃ 噴射量制御手段 ３０ｄ 点火時期制御手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２Ｊ 45/00 ３１２ Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｚ Ｆ０２Ｍ 69/04 69/10 69/10 Ｂ６３Ｈ 21/26 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料を気筒内に噴射供給する燃料噴射弁
    と、スロットル開度をスロットル操作子の操作量に応じ
    た開度にするスロットル駆動機構と、スロットル操作量
    及びエンジン回転数に基づいて低速低負荷運転域を検出
    する運転域検出手段と、低速低負荷運転域が検出された
    とき、スロットル操作量に応じた開度より大きい一定ス
    ロットル開度を保持するよう上記スロットル駆動機構を
    制御するスロットル制御手段と、目標空燃比となるよう
    上記一定スロットル開度に基づいて設定された略一定の
    噴射量となるよう上記燃料噴射弁を制御する噴射量制御
    手段と、エンジン回転数が上記スロットル操作量に応じ
    た回転数となるように点火時期を制御する点火時期制御
    手段とを備えたことを特徴とする筒内噴射式２サイクル
    エンジンの運転制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記燃料噴射弁が、
    ピストン頭部に凹設され燃焼室を構成する燃焼凹部に向
    けて燃料を噴射するよう構成されており、上記噴射量制
    御手段が、排気ポートが閉じる前に燃料噴射が終了する
    よう上記燃料噴射弁を制御することを特徴とする筒内噴
    射式２サイクルエンジンの運転制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、上記燃料噴射弁が、
    先端に噴射部を有する円筒形の弁ケーシングと、該弁ケ
    ーシング内に進退可能に挿入配置され、先端に上記噴射
    部を開閉する弁部を有する円柱状の弁体とを備え、上記
    噴射部が、上記弁部で開閉され、所要の噴霧角度に応じ
    たＬ／Ｄ値を有する噴射孔を備えていることを特徴とす
    る筒内噴射式２サイクルエンジンの運転制御装置。
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