JPH0979080A - 燃料噴射式２サイクルエンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過渡状態の応答性を向上させ、燃費、排ガ
ス、出力特性の最適化を図ることができる燃料噴射式２
サイクルエンジンの制御方法を提供する。 【解決手段】 ピストン上方の燃焼室内に点火プラグが
設けられ、ピストン下方のクランク室に逆流防止弁を介
して吸気通路が接続され、燃焼室あるいは掃気通路を含
むクランク室に望んで燃料噴射用のインジェクタが設け
られ、クランク軸回転毎に点火プラグに火花を飛ばす一
方、インジェクタから燃料を噴射するようにした２サイ
クルエンジンにおいて、ピストンが上昇行程にある時検
知されるエンジン速度及びエンジン負荷、あるいは／及
び吸入空気量に基づき点火時期及び燃料噴射量、あるい
は／及び燃料噴射時期を決定し、前記ピストンの上昇行
程後の点火燃焼を経た後の掃排気行程及び圧縮行程から
なる点火準備行程の途中において前記燃料噴射量、ある
いは／及び燃料噴射時期に基づき燃料噴射を実施すると
ともに、点火準備行程直後において、前記点火時期に基
づき点火プラグに火花を飛ばす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランク軸回転毎に検
出したエンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転
状態の検出結果に基づいて燃料噴射を制御する燃料噴射
式の２サイクルエンジンに関し、特に、そのような燃料
噴射式２サイクルエンジンにおける点火時期および燃料
噴射の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】キャブレターを用いることなく、吸気マ
ニホールドや吸気ポート或いは燃焼室などに対して燃料
噴射用のインジェクターを配置し、吸入空気に燃料を直
接噴射して、燃焼室内で点火プラグにより着火する燃料
噴射火花点火方式のエンジンについては、以前からレー
シングマシンのような高性能エンジンの分野で適用され
ていたが、近年、電子技術の進歩によってこの方式にお
ける理想的な制御を容易に行うことが可能となったた
め、一般的な乗用車の４サイクルエンジンでも一部でそ
の使用が始められている。

【０００３】そのような燃料噴射式エンジンでは、燃料
の噴射を常にエンジンの運転状態に見合ったものとする
ために、エンジン回転数やエンジン負荷などのエンジン
運転状態を各燃焼サイクル毎に検出して、その検出結果
に基づいて同一各燃焼サイクルにおける燃料噴射時期と
燃料噴射期間（燃料量）を制御すると共に、該検出結果
に基づいて、点火時期を燃料の噴射に見合ったように制
御するということが考えられている。

【０００４】なお、本願で言う燃焼サイクルとは、実際
に燃焼が起きるか否かによらず、４サイクルエンジンで
は、吸気弁が開の状態でピストンが下降する吸入行程、
吸気弁及び排気弁が閉の状態でピストンが上昇する圧縮
行程、同状態でピストンが下降する膨張行程、排気弁が
開の状態でピストンが上昇する排気行程の４つの行程か
らなるクランク軸２回転からなるサイクルのことを言
う。同様、２サイクルエンジンについての燃焼サイクル
とは、実際に燃焼が起きるか否かによらず、燃焼室を主
体に掃気行程後半から圧縮行程までのピストンの上昇行
程、膨張行程から、排気行程、及び掃気行程の前半まで
のピストンの下降行程からなるクランク軸１回転からな
るサイクルのことを言う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動二輪車
や船外機等の分野では２サイクルエンジンが多くの機種
で一般的に使用されており、そのような２サイクルエン
ジンに対しても、上記のようなガソリン・インジェクシ
ョン方式による燃料噴射式エンジンの開発が検討されて
いるが、その場合においても、やはり、４サイクルエン
ジンの場合と同様に、エンジン回転数やエンジン負荷な
どのエンジン運転状態の検出結果に基づいて、燃料の噴
射や点火時期を制御するということが必要となる。

【０００６】ところが、ピストンの上動により吸気管か
らクランクケース内に新気が吸入されると同時に、その
とき既にピストン上方のシリンダ内に吸入されている新
気に基づく混合気の圧縮および点火が行われ、クランク
ケース内に吸入された新気が、点火後の爆発によるピス
トンの下動によりクランクケース内から掃気孔を通って
ピストン上方のシリンダ内に送出される２サイクルエン
ジンでは、４サイクルエンジンの場合のように、各燃焼
サイクル毎の検出結果に基づいて同一サイクルにおいて
燃料噴射と点火時期を同時に制御すると、制御された点
火時期による点火が終了した後に、その点火に対応した
燃料噴射による混合気がピストン上方のシリンダ内に供
給されることとなって、燃焼する燃料の量と点火時期が
一致しない事態を生じるという問題がある。

【０００７】本発明は、上記のような燃料噴射式２サイ
クルエンジンにおける点火時期および燃料噴射の制御の
問題を解決することを目的としており、より具体的に
は、各サイクル毎に、燃焼室内に供給されている燃料の
量に見合った点火時期を与えることができ、エンジンを
常に良いコンディションで運転することができて、異常
燃焼の回避を図り、燃費、排ガス、出力特性の最適化を
図ることができる燃料噴射式２サイクルエンジンの制御
方法を提供することを目的とするものである。また、エ
ンジン運転状態としてエンジン速度及びエンジン負荷を
検知し、それに応じて燃料噴射量、点火時期を設定する
とそのエンジン運転状態に見合った燃費、排ガス、出力
特性を得ることができる。しかし、そのエンジン運転状
態を検知してから、それに応じた燃料噴射量を噴射し、
それに応じた点火時期で点火しても、その間に多くのサ
イクルが存在することになると、特に加速あるいは減速
という過渡状態においてエンジン運転状態に見合った燃
費、排ガス、出力特性を得ることが十分には達成できな
くなる。本願は、過渡状態においても応答性の良く、燃
費、排ガス、出力特性の最適化を図ることができる燃料
噴射式２サイクルエンジンの制御方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決しかつ目的を達成するために、ピストン上方の燃焼
室内に点火プラグが設けられ、ピストン下方のクランク
室に逆流防止弁を介して吸気通路が接続され、燃焼室あ
るいは掃気通路を含むクランク室に望んで燃料噴射用の
インジェクタが設けられ、クランク軸回転毎に点火プラ
グに火花を飛ばす一方、インジェクタから燃料を噴射す
るようにした２サイクルエンジンにおいて、ピストンが
上昇行程にある時検知されるエンジン速度及びエンジン
負荷、あるいは／及び吸入空気量に基づき点火時期及び
燃料噴射量、あるいは／及び燃料噴射時期を決定し、前
記ピストンの上昇行程後の点火燃焼を経た後の掃排気行
程及び圧縮行程からなる点火準備行程の途中において前
記燃料噴射量、あるいは／及び燃料噴射時期に基づき燃
料噴射を実施するとともに、点火準備行程直後におい
て、前記点火時期に基づき点火プラグに火花を飛ばすよ
うにしたことを特徴とする燃料噴射式２サイクルエンジ
ンの制御方法を提供する。

【０００９】好ましい実施例としては、前記検知手段と
してエンジン速度センサー及びエンジン負荷センサーあ
るいは／及び吸入空気量センサーを配置し、クランク室
へ新気が吸入される期間中に該複数のセンサーによりエ
ンジンの運転状態を検知するようにしたことを特徴とし
ている。

【００１０】

【作用】上記のような制御方法によれば、検知時クラン
ク室に吸入される新気に、検知結果に基づき決められる
燃料噴射量、あるいは／及び燃料噴射時期に基づき燃料
噴射が実施され、燃焼室はこの噴射燃料に基づく混合気
で満たされるとともに、前記検知結果に基づき決められ
る点火時期に点火プラグに火花が飛び、可燃混合気が着
火燃焼する。すなわち、燃焼室を主体とした上記燃焼サ
イクルではなく、クランク室を主体とした、クランク室
への吸入行程、掃気行程、圧縮行程、及び点火からなる
期間の中で検知、点火時期、燃料噴射量、あるいは／及
び燃料噴射時期が決められ、且つこれらの諸量に基づき
燃料噴射及び点火が実施されるので、過渡時の応答性が
良い。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の燃料噴射式２サイクルエンジ
ンの制御方法の実施例について図面に基づいて説明す
る。

【００１２】図１は、本発明の点火時期および燃料噴射
の制御方法が適用される燃料噴射式２サイクルエンジン
の一例を示すもので、エンジン１は、自動二輪車の駆動
源として使用される単気筒の２サイクルエンジンであっ
て、その本体がシリンダヘッド２とシリンダブロック３
とクランクケース４からなり、シリンダヘッド２の下面
には、点火プラグ５の放電部を突出させた燃焼室６が凹
設され、シリンダブロック３には、ピストン７を摺動自
在に収納したシリンダ孔８が上下に貫通され、クランク
ケース４には、バランスウェイト（図示せず）を設けた
クランクシャフト９が軸支されていて、ピストン７とク
ランクシャフト９とは、コンロッド１０を介して連結さ
れている。

【００１３】また、クランクケース４には、クランクケ
ース４内に開口する吸気ポート１１が形成され、エアク
リーナー（図示せず）から延びる吸気管１２が吸気ポー
ト１１に接続されていると共に、シリンダブロック３に
は、シリンダ孔８に開口する排気ポート１３が形成さ
れ、この排気ポート１３に排気管１４が接続されてい
て、シリンダブロック３とクランクケース４に渡って、
シリンダ孔８内とクランクケース４内を連通する掃気通
路１５が形成されている。

【００１４】さらに、クランクケース４内に連通する吸
気管１２の途中には、ステアリングハンドルの端部に装
着されたグリップ（何れも図示せず）の操作により、ワ
イヤー２０とスロットルプーリー２１を介して開閉され
るスロットル弁２２が設けられ、吸気管１２と吸気ポー
ト１１の接続部には、クランクケース４内からの混合気
の逆流を防ぐためのリード弁２３が設けられていると共
に、スロットル弁２２とリード弁２３の間には、燃料送
給管２４により送給されてくる燃料をリード弁２３の開
期に合わせて吸気管１２内に噴射するためのインジェク
ター（燃料噴射弁）２５が設けられている。

【００１５】なお、インジェクター２５は、図示してい
ないが、インジェクター２５内のソレノイドコイルに電
流が流れる瞬間だけ磁力でプランジャーを引っ張ってそ
のノズル部を開口させ、そのノズル部が開口されている
間だけ燃料送給管２４から送給されてきた燃料を噴射す
るものである。

【００１６】また、シリンダ孔８に開口するシリンダブ
ロック２の排気ポート１３には、その開口部上壁に、サ
ーボモーター等からなるアクチュエーター２６により駆
動され、排気ポート１３の開口部上端位置を変更するこ
とによって排気タイミングを調整するための排気時期制
御弁２７が設けられ、排気ポート１３に接続される排気
管１４の途中には、サーボモーター等からなるアクチュ
エーター２８により駆動され、低速域で絞ることにより
吹き抜けを防止して回転の安定化を図るための排気通路
弁２９が設けられている。

【００１７】さらにまた、エンジン１の運転状態を検出
するためのセンサーとして、グリップ（図示せず）の根
本には、アクセル位置センサーが設けられ、スロットル
弁２２下流の吸気管１２には、吸気管温センサー３１と
吸気管圧センサー３２が設けられ、シリンダヘッド２に
は、燃焼室圧センサー３３とノックセンサー３４が設け
られ、クランクケース４には、エンジン回転数検出セン
サー３５とクランク角検出センサー３６とクランク室圧
センサー３７が設けられ、排気管１４には、排気管温セ
ンサー３８が設けられている。

【００１８】そして、上記のような構造のエンジン１に
対して、その運転状態を制御するために、ＣＰＵ４０ａ
を備えた制御装置４０が設置されており、制御装置４０
の入力側には上記の各センサーが接続されていて、各セ
ンサーから入力されたエンジンの運転状態の検出結果に
基づいて制御電流が出力される制御装置４０の出力側に
は、排気時期制御弁２７を駆動するためのアクチュエー
ター２６や、排気通路弁２９を駆動するためのアクチュ
エーター２８が接続されていると共に、燃料を噴射する
ためのインジェクター２５と、点火プラグ５の点火時期
を制御するための点火制御装置４１が接続されている。

【００１９】図１に示すように、１００はクランク室、
１０１は吸気通路であり、クランク室１００と吸気通路
１０１の間に前述のようにリード弁２３が配置され新気
の逆流を防止する。この逆流防止弁としてのリード弁２
３の替わりに、クランク軸９と同期して回転する切欠の
あるディスクからなるロータリー弁やピストン７そのも
のの開閉作用を利用したピストン弁を配置しても良い。
この場合、ロータリー弁はピストン７の上昇行程時切欠
が吸気通路１０１とクランク室１００とを連通し、ピス
トン弁はピストン７の上昇行程時その下端がシリンダ孔
８下端部の吸気口を開き、吸気通路１０１とクランク室
１００とを連通するようにする。且つピストン７が下降
し掃排気行程となる期間においては、この連通は実施さ
れないようにする。また、１０２は燃焼室６を望んで配
置されるインジェクター、１０３は掃気通路１５を望ん
で配置されるインジェクターである。これらを単独で配
置しても、インジェクター２５と組み合わせて配置して
も、互いに複数配置しても良い。

【００２０】上記運転状態を検知するセンサーとして少
なくともアクセル位置センサー、吸気管圧センサー３
２、エンジン回転数検出センサー３５、吸気管温センサ
ー３１の一つあるいは複数を利用し、この検出結果に基
づき燃焼サイクル毎に点火プラグ５に火花を飛ばす点火
時期と、インジェクター１０２から噴射される噴射量、
噴射タイミングを決定する。

【００２１】また、検知手段として吸入空気量センサー
を配置しても良い。また、クランク室１００へ新気が吸
入される期間中に上記複数のセンサー（例えば３２、３
１、３５等）によりエンジンの運転状態を検知するよう
にしても良い。

【００２２】また、インジェクター１０２あるいは１０
３を設け、燃焼サイクル毎に点火プラグ５に火花を飛ば
す一方、インジェクター１０２あるいは１０３から燃料
を噴射し、燃料サイクル毎のピストン７が上昇行程にあ
る時検知されるエンジン速度及びエンジン負荷あるいは
／及び吸入空気量に基づき点火時期及び燃料噴射量、あ
るいは／及び燃料噴射時期を決定し、前記ピストン７の
上昇行程後の点火燃焼を経た後の掃排気行程及び圧縮行
程からなる点火準備行程の途中において前記燃料噴射
量、あるいは／及び燃料噴射時期に基づき燃料噴射を実
施するとともに、点火準備行程直後において、前記点火
時期に基づき点火プラグに火花を飛ばすようにしても良
い。

【００２３】図２は、本発明に係る点火時期および燃料
噴射の制御動作とエンジンへの空気流入状態との関係を
示すタイムチャートである。（Ａ）はリード弁リフト動
作とクランク室への流入空気量を示し、（Ｂ）は掃気ポ
ートからシリンダへの流入空気量を示し、（Ｃ）は点火
および噴射のタイミングおよび熱発生状態を示す。ま
た、（Ｄ）は制御のフローを示す。

【００２４】（Ａ）図に示すように、リード弁２３（図
１）はピストン７が下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤ
Ｃ）に向う上昇行程において開き、クランク室１００に
新気が流入する。ほぼ上死点でリード弁は閉じピストン
は下降する。（Ｂ）図に示すように、下死点近傍で掃気
ポートが開きクランク室内の新気はシリンダ内へ送り出
される。この下死点から再び上死点に向う上昇行程にお
いて、（Ｃ）図に示すように、燃料が噴射されるととも
に上死点近傍で点火プラグがスパークする。このように
して１つの燃焼サイクル（ｉ）が完了する。この下死点
から上死点に向う上昇行程において、次のサイクル（ｉ
＋１）の新気吸入が前述のようにして行われ、同様の燃
焼サイクルが繰り返される。

【００２５】本発明においては、（Ｄ）図に示すよう
に、１つのサイクル（ｉ）に関し、そのサイクルのピス
トン上昇行程でのクランク室への流入空気量およびその
時のエンジン回転数や負荷等の運転状態を計測検出し、
この検出データに基づいて、そのサイクルのピストン下
降行程時に、点火時期および燃料噴射量および時期を演
算する。この演算結果に基づいて、その直後のピストン
上昇行程時に燃料噴射装置（インジェクター）および点
火装置（点火プラグ）を作動させる。そしてこのサイク
ル（ｉ）の点火および噴射の作動時に次のサイクル（ｉ
＋１）の吸入空気の計測検出が行われる。

【００２６】なお、本願の制御方法はクランク軸１回転
毎に点火プラグに火花を飛ばすもの以外にも、任意数の
クランク軸回転の間点火を中断するかあるいは及び燃料
噴射を中断させることにより燃焼を中断させる間欠燃焼
運転するものでも有効であり、実際に燃焼がなされるサ
イクルにおいて、点火及び点火がなされる直前のピスト
ンが上昇する点火準備期間中の燃焼噴射について、その
サイクルより一つ前のサイクルにおいてピストンが上昇
する時に検知される運転状態に基づいて制御することに
より、安定した間欠運転が可能となる。

【００２７】さらに、間欠燃焼運転するものにおいて、
クランク軸回転毎にピストンが上昇する時常に運転状態
を検知しても、実際に燃焼がなされるサイクルの直前の
サイクルのみにおいて運転状態を検知しても良い。

【００２８】また、複数気筒からなる２サイクルエンジ
ンにおいて、一部の気筒を失火させる気筒休止運転をす
る場合において、運転気筒について本願制御方法を実施
することにより、安定した気筒休止運転が可能となる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したような本発明の燃料噴射式
２サイクルエンジンの制御方法によれば、各燃焼サイク
ル毎に、そのサイクルで用いられる吸入空気の量やその
他演算に必要な運転状態を検出し、それに基づきそのサ
イクル中に直ちに点火時期および燃料噴射の制御量を演
算し、この制御量に基づいてそのサイクルの燃料噴射お
よび点火が行われるため、応答性が極めて向上し、急加
速や急減速時等の過渡時での運転性が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の制御方法が適用される燃料噴射式２
サイクルエンジンの概略を示す縦断面説明図である。

【図２】 本発明の制御方法における制御動作と流入空
気との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１：燃料噴射式２サイクルエンジン、４：クランクケー
ス、５：点火プラグ、６：燃焼室、７：ピストン、８：
シリンダ孔、１２：吸気管、１４：排気管、２３：リー
ド弁、２５：インジェクター、４０：制御装置、４１：
点火制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 ３５８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３５８Ｈ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｋ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン上方の燃焼室内に点火プラグが
   設けられ、ピストン下方のクランク室に逆流防止弁を介
   して吸気通路が接続され、燃焼室あるいは掃気通路を含
   むクランク室に望んで燃料噴射用のインジェクタが設け
   られ、クランク軸回転毎に点火プラグに火花を飛ばす一
   方、インジェクタから燃料を噴射するようにした２サイ
   クルエンジンにおいて、ピストンが上昇行程にある時検
   知されるエンジン速度及びエンジン負荷、あるいは／及
   び吸入空気量に基づき点火時期及び燃料噴射量、あるい
   は／及び燃料噴射時期を決定し、前記ピストンの上昇行
   程後の点火燃焼を経た後の掃排気行程及び圧縮行程から
   なる点火準備行程の途中において前記燃料噴射量、ある
   いは／及び燃料噴射時期に基づき燃料噴射を実施すると
   ともに、点火準備行程直後において、前記点火時期に基
   づき点火プラグに火花を飛ばすようにしたことを特徴と
   する燃料噴射式２サイクルエンジンの制御方法。
2. 【請求項２】 前記検知手段としてエンジン速度センサ
   ー及びエンジン負荷センサーあるいは／及び吸入空気量
   センサーを配置し、クランク室へ新気が吸入される期間
   中に該複数のセンサーによりエンジンの運転状態を検知
   するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料
   噴射式２サイクルエンジンの制御方法。