JPH1037769A - 燃料噴射式２サイクルエンジン - Google Patents

燃料噴射式２サイクルエンジン

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JPH1037769A
JPH1037769A JP19776896A JP19776896A JPH1037769A JP H1037769 A JPH1037769 A JP H1037769A JP 19776896 A JP19776896 A JP 19776896A JP 19776896 A JP19776896 A JP 19776896A JP H1037769 A JPH1037769 A JP H1037769A
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JP
Japan
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exhaust
fuel injection
fuel
valve
engine
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JP19776896A
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Takeshi Motoyama
雄 本山
Akihiko Okubo
明彦 大久保
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Yamaha Motor Co Ltd
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Yamaha Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不整燃焼を防止でき、もって全運転域におい
て安定してＯ2 フィードバック制御を動作させることの
できる燃料噴射式２サイクルエンジンを提供する。 【解決手段】 シリンダヘッド５に装着された点火プラ
グ３４と、シリンダヘッド５，シリンダボディ４，及び
ピストン６により形成される燃焼室ａ又は吸気経路内に
アクセル操作部により設定されるエンジン負荷に合わ
せ、負荷が大なる程多くの燃料を点火プラグ３４による
点火前に噴射供給する燃料噴射弁１４と、既燃焼ガスを
採取し該採取ガス中のＯ2 濃度を検出するＯ2 濃度検出
手段５３と、該検出されたＯ2 濃度あるいは該Ｏ2 濃度
から求めた空燃比が目標値になるようエンジン運転状態
を制御する運転制御手段とを備えた燃料噴射式２サイク
ルエンジンにおいて、排気通路３５に通路断面積を可変
とする排気制御弁３９を設け、エンジン負荷が小さい運
転域での排気制御弁開度をエンジン負荷が大きい運転域
における排気制御弁開度より小さく設定することにより
Ｏ2 濃度検出手段５３による既燃焼ガスの採取を安定化
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室又は吸気経
路内に燃料を噴射供給するようにした燃料噴射式２サイ
クルエンジンに関し、特にＯ2 フィードバック制御を全
運転域にわたって安定して動作させることができるよう
にした既燃焼ガス採取方法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、新気を吸気通路を経てクランク室
内に導いて一次圧縮し、該圧縮された新気により筒内を
掃気する一方、燃焼室壁に配置された燃料噴射弁から燃
料を、掃気，排気行程の途中，さらには圧縮行程中に噴
射するとともに、圧縮行程を経て点火プラグにより着火
して燃焼させ、上記掃気行程に先行して燃焼室から既燃
ガスを排気通路に排出するようにした筒内噴射式２サイ
クルエンジンが提案されている。
【０００３】一方、２サイクルエンジンでは、燃焼後排
気される前の筒内既燃焼ガスを選択的に採取し、該採取
ガス中のＯ2 濃度を計測することにより筒内の空燃比
（Ａ／Ｆ）を求め、該検出した空燃比が目標値となるよ
うに燃料供給量をフィードバック制御するようにしたも
のがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記フィード
バック制御を燃料噴射式２サイクルエンジンに採用する
には、各サイクル毎の燃焼が安定していること、つまり
各サイクルにおいて既燃焼ガスを安定して採取できるこ
とが必要であるが、２サイクルエンジンでは一般に低速
低負荷運転域で不整燃焼が発生するのでフィードバック
制御を全運転域で安定して採用するのは困難であった。
【０００５】即ち、２サイクルエンジンでは、特に低負
荷運転域において、掃気により燃焼室に入った新気が、
既燃焼ガスとともに燃焼室から排気通路に排出されるい
わゆる吹き抜けが発生する。スロットル弁開度が小さい
低負荷においては掃気のための新気量そのものが少な
く、掃気行程中あるいは掃気行程終了後排気孔が閉じる
までの期間に、燃焼室内の圧力が大気圧以下に低下して
しまう。この期間中には燃焼室と排気通路が連通してお
り、温度が低下した排気通路中の既燃焼ガスが筒内に逆
流する。なお、新気の吹き抜け量が多い場合には、仮に
スロットル弁を廃止した場合でも既燃焼ガス量の少ない
低負荷においては、前述の期間中の燃焼室内の圧力の低
下が大きくなり、吹き抜けた新気の一部と吹き抜けた新
気によりさらに温度低下した既燃焼ガスが筒内に逆流す
る。
【０００６】吸気経路内に燃料を噴射供給するもので
は、温度低下した既燃焼ガスの割合が多くなる分燃焼室
内の混合気は適正混合状態からずれてしまう。このた
め、燃焼室内の混合気に点火しても、失火してしまう場
合がある。一方、燃焼室内に燃料噴射するものでは、気
化そのものが十分になされず適正混合気が形成しにく
く、点火しても同様失火してしまう場合がある。一旦失
火すると、次のサイクルにおいて逆流するものは既燃焼
ガスではなく失火により残留した新気となるので、燃焼
室内の既燃焼ガスの割合が低下し、適正混合気が形成さ
れるので、混合気温度が低くでも点火プラグで点火すれ
ば着火するようになる。このように失火したり着火した
りの繰り返しによる不整燃焼が生じる。
【０００７】特に、低負荷運転域ほど上記失火サイクル
数が増加し、Ｏ2 濃度検出用ガスを採取できる燃焼サイ
クル数が減るため、空燃比の検出に極めて長い時間がか
かり、また仮に短時間に空燃比の検知ができ、検知した
空燃比に基づいて燃料量を変化させても、温度の低下し
た既燃焼ガスの残留割合の大きいサイクルにおける失火
を止めることはできない。すなわち、Ｏ2 フィードバッ
ク制御しても低負荷運転域において排気ガス性状を良く
することも、燃費を良くすることもできない。
【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、不整燃焼を防止でき、もって全運転域において安定
してＯ2 フィードバック制御を動作させることのできる
燃料噴射式２サイクルエンジンを提供することを課題と
している。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シリ
ンダヘッドに装着された点火プラグと、シリンダヘッ
ド，シリンダボディ，及びピストンにより形成される燃
焼室又は吸気経路内にアクセル操作部により設定される
エンジン負荷に合わせ、負荷が大なる程多くの燃料を点
火プラグによる点火前に噴射供給する燃料噴射弁と、既
燃焼ガスを採取し該採取ガス中のＯ2 濃度を検出するＯ
2 濃度検出手段と、該検出されたＯ2 濃度あるいは該Ｏ
2 濃度から求めた空燃比が目標値になるようエンジン運
転状態を制御する運転制御手段とを備えた燃料噴射式２
サイクルエンジンにおいて、排気通路に通路断面積を可
変とする排気制御弁を設け、エンジン負荷が小さい運転
域での排気制御弁開度をエンジン負荷が大きい運転域に
おける排気制御弁開度より小さく設定することによりＯ
2 濃度検出手段による既燃焼ガスの採取を安定化する既
燃焼ガス安定化手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１において、上
記運転制御手段が、上記検出されたＯ2 濃度あるいは空
燃比が目標値よりリッチ側又はリーン側の場合には、上
記排気制御弁開度を増加又は減少させる、燃料噴射量を
減少又は増加させる、燃料噴射時期を進角又は遅角させ
る、スロットル弁開度を増加又は減少させる、の少なく
とも１つを行うことを特徴としている。
【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、上記排気制御弁が、排気ポートの上縁位置を実質的
に気筒軸方向に可変とし、排気開始時期（排気タイミン
グ）を遅くすることにより排気通路断面積を小さくし排
気開始時期を早くすることにより排気通路断面積を大き
くする排気開始時期可変弁を兼ねたものであることを特
徴としている。
【００１２】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れかにおいて、気筒軸方向に少なくとも２つの排気ポー
トを設け、各排気ポートにそれぞれ排気通路を接続し、
少なくとも最もシリンダヘッドに近い排気ポートに連な
る排気通路に上記排気制御弁を配設したことを特徴とし
ている。
【００１３】請求項５の発明は、請求項１ないし４の何
れかにおいて、上記燃料噴射弁を、噴射流が点火プラグ
近傍を直接指向するか又は燃焼室壁に衝突後点火プラグ
近傍を指向するように配設したことを特徴としている。
【００１４】請求項６の発明は、請求項５において、複
数の燃料噴射弁，あるいは複数の噴射孔を有する燃料噴
射弁の少なくとも一方を設けることにより複数の噴射流
を発生させるとともに、少なくとも１つの噴射流をピス
トン頂部を指向させたことを特徴としている。
【００１５】請求項７の発明は、請求項６において、少
なくとも１つの噴射流を直接点火プラグ近傍に指向させ
たことを特徴としている。
【００１６】請求項８の発明は、請求項１ないし７の何
れかにおいて、燃料噴射弁をシリンダ側壁に配設したこ
とを特徴としている。
【００１７】請求項９の発明は、請求項１ないし８の何
れかにおいて、既燃焼ガスを採取するための採取孔を排
気通路の排気制御弁配置位置より上流部分に設けたこと
を特徴としている。
【００１８】
【発明の作用効果】請求項１の発明によれば、エンジン
負荷が小さい運転域での排気制御弁開度をエンジン負荷
が大きい運転域での排気制御開度より小さく設定したの
で、低負荷運転域での排気通路抵抗が大きくなり、排気
行程における既燃焼ガスの排出性が低下する。
【００１９】すなわち、排気制御弁がない場合に温度の
低い既燃焼ガスが燃焼室内に滞留する場合と同様に、燃
焼室内の混合気は適正混合状態からずれてしまうが、本
発明では排気制御弁開度を小さくするので燃焼室内に滞
留する既燃焼ガスは温度が高く、点火時の着火性は向上
する。
【００２０】その結果、失火を防止し不整燃焼を防止で
き、何れのサイクルにおいても既燃焼ガスを安定して採
取でき、空燃比の検出を迅速かつ確実に行うことがで
き、全運転域においてフィードバック制御を安定して動
作させることができる効果がある。
【００２１】請求項２の発明によれば、上記空燃比検出
手段により検出された空燃比が目標値よりリッチ側又は
リーン側の場合には、上記排気制御弁開度を増加又は減
少させるか、燃料噴射量を減少又は増加させるか、燃料
噴射時期を進角又は遅角させるか、スロットル弁開度を
増加又は減少させるかの少なくとも１つを行うようにし
たので、空燃比を目標値に収束させることができる。
【００２２】即ち、検出空燃比が例えばリッチ側のとき
に、上記排気制御弁開度が増加された場合は排気通路の
通路抵抗が減少して吸入空気量が増加し、スロットル弁
開度が増加された場合は吸気通路の通路抵抗が減少して
吸入空気量が増加し、何れの場合にも空燃比が目標値側
に補正される。また燃料噴射量が減少された場合は燃料
割合が減少するので空燃比が目標値側に補正される。さ
らにまた燃料噴射時期が進角された場合には燃料の拡散
が進み吹き抜け量が増大して空燃比が目標値側に補正さ
れる。なお、検出空燃比がリーン側にあるときは上記と
逆の動作となる。このように何れの場合にも、空燃比を
目標空燃比に収束させることができ、フィードバック制
御の制御精度を向上できる効果がある。
【００２３】請求項３の発明によれば、上記排気制御弁
が排気開始時期可変弁を兼ねているので、低負荷運転域
では、排気通路抵抗が大きくなるとともに排気開始時期
が遅くなり、既燃焼ガスの排出性がより一層低下され、
燃焼室内の高温化による燃料の気化促進、燃焼室内ガス
流動及び燃焼内への逆流防止による燃料の拡散防止がよ
り一層確実となり、不整燃焼を確実に防止でき、何れの
サイクルにおいても既燃焼ガスを抽出でき、空燃比の検
出を迅速に行うことができ、全運転域においてフィード
バック制御をより一層安定して動作させることができる
効果がある。
【００２４】請求項４の発明によれば、気筒軸方向に少
なくとも２つの排気ポートを設け、各排気ポートにそれ
ぞれ排気通路を接続し、少なくとも最もシリンダヘッド
に近い排気ポートに連なる排気通路に上記排気制御弁を
配設したので、請求項３の発明と同様に、低負荷運転域
では、排気通路抵抗が大きくなるとともに排気開始時期
が遅くなり、全運転域においてフィードバック制御をよ
り一層安定して動作させることができる効果がある。
【００２５】請求項５の発明によれば、噴射流が点火プ
ラグ近傍を直接指向するか又は燃焼室壁に衝突後点火プ
ラグ近傍を指向するように配設したので、点火プラグの
近傍に濃混合気をより確実に形成でき、着火性をより一
層向上できる効果がある。
【００２６】請求項６の発明によれば、複数の噴射流を
発生させるとともに、少なくとも１つの噴射流をピスト
ン頂部を指向させたので、ピストン頂部に指向する燃料
の気化をより一層向上できる効果がある。
【００２７】請求項７の発明によれば、少なくとも１つ
の噴射流を直接点火プラグ近傍に指向させたので、点火
プラグ近傍に濃混合気雲をより一層確実に形成でき、着
火性を向上できる効果がある。
【００２８】請求項８の発明によれば、燃料噴射弁をシ
リンダ側壁に配設したので、該噴射弁の噴射ノズルは燃
焼ガス温度が最高の期間においてはピストンスカートに
よって覆われることとなり、燃料噴射弁の耐久性を向上
できる効果がある。
【００２９】請求項９の発明によれば、既燃焼ガスの採
取孔を排気制御弁位置より上流の排気通路に設けたの
で、Ｏ2 濃度センサにサイクル的に作用する既燃焼ガス
の圧力を低くすることができ、Ｏ2 濃度センサの耐久性
を向上することができる。
【００３０】
【実施の形態】以下本発明の実施の形態を添付図面に基
づいて説明する。図１〜図１４は本発明の一実施形態に
よる筒内噴射式２サイクルエンジンを説明するための図
であり、図１は制御装置を含む全体構成図、図２は平面
構成図、図３，図４は燃焼室回りの断面側面図，断面平
面図、図５は燃料噴射弁の断面側面図、図６，図７は噴
射ノズル部分の断面側面図，正面図、図８は燃料，吸
気，排気の流れを示す図、図９は運転制御装置のブロッ
ク構成図、図１０は動作説明図、図１１は三次元マップ
図、図１２は排気制御弁開度−エンジン負荷特性図、図
１３はフィードバック制御特性図、図１４はフローチャ
ート図である。
【００３１】図において、１は水冷式並列３気筒筒内噴
射式２サイクルエンジンであり、該エンジン１は、自動
二輪車の車体フレーム２にクランク軸８を車幅方向に水
平に向けて搭載されている。該エンジン１は変速装置を
内蔵するクランクケース３の前部に各気筒毎に独立のシ
リンダボディ４及びシリンダヘッド５を気筒軸が縦向き
となるように積層締結し、各シリンダボディ４のシリン
ダボア４ａ内にピストン６を摺動自在に挿入し、該各ピ
ストン６をコンロッド７によりクランク軸８のクランク
アーム８ａに連結した概略構造のものである。また上記
シリンダヘッド５の合面には燃焼凹部５ａが凹設されて
おり、該凹部５ａに点火プラグ３４の電極３４ａが位置
している。
【００３２】また上記エンジン１は、外気を上記燃焼凹
部５ａ，シリンダボア４ａ，ピストン６の頂部で囲まれ
た空間（燃焼室ａ）内に導入する吸気系Ａと、該燃焼室
ａ内に燃料を直接噴射供給する燃料供給系Ｂと、該燃焼
室ａ内で発生した既燃焼ガスを外部に排出する排気系Ｃ
とを備えている。
【００３３】上記吸気系Ａは、上記クランクアーム８ａ
が収容配置された各気筒独立のクランク室３ａの背面に
連通するように形成された吸気口３ｂに逆流防止用リー
ドバルブ組立体９を挿着するとともに、該リードバルブ
組立体９に吸気管１０を介してスロットルボディ１１，
及び３気筒共通のエアクリーナ１２を接続し、また上記
各クランク室３ａ内を複数の掃気通路１３を介して上記
シリンダボア４ａ内に連通させた構成になっている。な
お、１３ａはシリンダボア４ａに開口する掃気ポートで
ある。
【００３４】上記スロットルボディ１１は吸気通路面積
を開閉制御するスロトッル弁２９を有し、該スロットル
弁２９は弁軸３０の端部に配設されたスロットルアクチ
ュエータ３１により開閉駆動される。なお、該アクチュ
エータ３１は操向ハンドル３３の右端に装着されたアク
セル操作部であるアクセルグリップ１９の回動角度に基
づいて後述するＥＣＵ７０により制御される。本実施形
態では、アクセルグリップ１９の回動角度がエンジン負
荷θを表すものとする。
【００３５】上記燃料供給系Ｂは、上記シリンダボディ
４の後壁４ｂに装着された各気筒毎に独立の燃料噴射弁
１４に、燃料タンク２１内の燃料を燃料コック２２，燃
料フィルタ２３，燃料供給ポンプ２４，燃料配送管２
５，及び燃料分配管２６を介して供給するように構成さ
れている。なお、２７は燃料分配管２６内の燃料圧力を
所定圧力に調節するための調圧器、２８は戻り管であ
る。
【００３６】上記燃料噴射弁１４は、図５〜図７に示す
ように、略円筒状のハウジング１５内に略棒状の弁体１
６を進退自在に挿入配置し、該弁体１６を電磁コイル１
７で進退駆動することにより、噴射口１５ｅを開閉する
ように構成されている。
【００３７】上記ハウジング１５は、両端が開口した筒
状のハウジング本体１５ａ内に、燃料導入孔１５ｄを有
する導入パイプ１５ｂ，上記噴射口１５ｅが形成された
ノズル体１５ｃを挿入固着した構造を有している。
【００３８】上記弁体１６は、上記噴射口１５ｅを開閉
するバルブ部材１６ａと、磁気回路の一部を構成するア
ーマチャ１６ｂとで構成されている。なお、該磁気回路
は該アーマチャ１６ｂと、上記ハウジング本体１５ａ，
及び上記導入パイプ１５ｂにより形成される。そして上
記アーマチャ１６ｂと上記導入パイプ１５ｂとの間には
該弁体１６を噴射口１５ｅを閉じる方向に付勢するリタ
ーンばね１８が介設されている。
【００３９】また上記バルブ部材１６ａの途中にはフラ
ンジ部１６ｃが一体形成されており、該フランジ部１６
ｃが上記ノズル体１５ｃとハウジング本体１５ａとの間
に挟持されたストッパ１５ｉに当接することにより上記
噴射口１５ｅの開度が規制される。そしてバルブ部材１
６ａが噴射口１５ｅの弁座に密着した状態で、上記アー
マチャ１６ｂの上端面と上記導入パイプ１５ｂの下端面
との間に磁気ギャップＧが設けられている。該磁気ギャ
ップＧは上記磁気回路を分断することとなるので、製造
時には該磁気ギャップＧが所定の設計値に精度良く一致
するように調整される。
【００４０】そして上記ノズル体１５ｃの先端には、上
記噴射口１５ｅから噴射された燃料の噴射方向，分配割
合を規制するガイドノズル１５ｆが固着されている。こ
のガイドノズル１５ｆには、噴射流を点火プラグ方向に
指向させる上向き孔１５ｇと、ピストン頂部を指向させ
る下向き孔１５ｈとが形成されている。この下向き孔１
５ｈの直径Ｄ２は上向き孔１５ｇの直径Ｄ１よりも大き
く設定されており、これにより点火プラグを指向する噴
射流ｘよりもピストン頂部を指向する噴射流ｙの燃料量
が多くなっており、また噴射流ｘよりも噴射流ｙの方が
より広角度に拡がり、均一に拡散するようになっている
（図４参照）。なお、各燃焼サイクル当たりの燃焼噴射
量は弁体１６が噴射口１５ｅを開としている時間に比例
する。アクセルグリップ１９の回動角度が大きく設定さ
れる程、すなわちエンジン負荷が大なる程、スロットル
弁２９の開度が大きく設定されるとともに、この開時間
が長く設定され、燃焼噴射量が増加される。
【００４１】上記排気系Ｃは、上記燃焼室ａ内で発生し
た既燃焼ガスを、シリンダボア４ａの前部に開口する排
気ポート３５ａ，排気通路３５，該通路３５の外部開口
３５ｂに接続された排気管３６，排気マフラ３６ａ，排
出口３６ｂを介して外気に排出するようになっている。
【００４２】そして上記各排気通路３５内には、各排気
ポート３５ａの実質的上縁位置を変化させることにより
排気開始時期（排気タイミング）を可変制御する排気開
始時期可変弁３７の弁体３８が配設されており、また上
記各排気管３６内には通路断面積を可変制御する排気制
御弁３９の弁体４０が配設されている。
【００４３】上記排気開始時期可変弁３７は、各排気通
路３５内に配置された３つの弁体３８を駆動軸４１で連
結したものであり、該駆動軸４１はサーボモータ等のア
クチュエータ４２で駆動される。上記各弁体３８は、鼓
状の棒体の一部を排気通路内面形状に合わせて切り欠い
た弁部３８ａを有し、該弁部３８ａが排気通路３５の天
壁面と面一をなす最進角位置（図３の実線参照）と、弁
部３８ａが排気通路３５内に突出する最遅角位置（図３
の二点鎖線参照）との間で回動可能となっている。
【００４４】上記弁体３８が最進角位置に位置している
ときは、弁部３８ａのシリンダボア側の縁部３８ｂが上
記排気ポート３５ａの上縁と一致し、ピストン６頂部が
該上縁を通過する時点で排気が開始される。一方、上記
弁体３８が最遅角位置に位置しているときは、弁部３８
ａの縁部３８ｂが上記排気ポート３５ａの上縁より下方
に位置し、ピストン頂部が該縁部３８ｂを通過する時点
で排気が開始される。また排気ポート面積（排気通路面
積）は弁体３８が最進角位置に位置としているとき最大
となり、最遅角位置に位置しているとき最小となる。従
って、この排気開始時期可変弁３７は排気通路面積の可
変弁としても機能する。
【００４５】上記排気制御弁３９は、各排気管３６内に
配置された弁体４０を駆動軸４３で連結したものであ
り、該駆動軸４３はサーボモータ等のアクチュエータ４
４で駆動される。上記弁体４０は、弁軸４０ａに弁板４
０ｂをボルト締め固定したものであり、排気管３６の通
路面積を全開と全閉との間で任意に変化させる。
【００４６】なお、上記排気ポート３５ａと掃気ポート
１３ａの気筒軸方向位置については、ピストン６の下降
に伴ってまず排気ポート３５ａが開き始め、これに若干
遅れて掃気ポート１３ａが開き始めるように設定されて
いる。従って、爆発行程に続いて排気行程が開始すると
これに若干遅れて掃気行程が開始することとなる。この
関係は、上記排気開始時期可変弁３７の弁体３８が最遅
角位置に位置している場合にも保持されている。
【００４７】また上記エンジン１はエンジン運転状態を
表す各種のパラメータを検出するセンサとして、クラン
ク角センサを兼ねエンジン回転速度を検出する回転数セ
ンサ（パルスジェネレータ）５１，アクセル開度を検出
するアクセル開度センサ５２，Ｏ2 濃度を検出するＯ2
センサ５３，その他吸気管圧力センサ５４，吸気管温度
センサ５５，クランク室圧力センサ５６，筒内圧力セン
サ５７，エンジン温度センサ５８，排気管圧力センサ５
９，排気管温度センサ６０等各種のセンサを備えてい
る。
【００４８】ここで上記Ｏ2 濃度センサ５３は、図３に
示すようにシリンダボア４ａの排気ポート３５ａよりシ
リンダヘッド５側寄りに形成された採取孔４ｂから既燃
焼ガスを採取するようになっている。ピストン６が上死
点近傍まで上昇したところで点火が行われ、ピストン６
が下降して採取孔４ｂが開くと新気を含まない既燃焼ガ
スが該採取孔４ｂを通ってＯ2 濃度センサ５３に供給さ
れる。なお、上記Ｏ2濃度センサは図４において５３´
として示すように、シリンダボア４ａに設けた採取孔４
ｂの代わりに、排気通路３５の排気ポート３５ａと排気
制御弁３９との中間位置に採取孔４ｂ´を設け、既燃焼
ガスを採取するようにしても良い。排気制御弁３９が閉
じた状態においても既燃焼ガスを採取可能とするととも
に、サイクル的に作用する既燃焼ガスの圧力を低くする
ことができ、Ｏ2 濃度センサの耐久性を向上することが
できる。さらに採取孔４ｂ´を排気通路３５の鉛直方向
上面となる壁に設けると、排気通路３５内壁を伝わるオ
イル分が採取孔４ｂ´を塞ぐこともなくなる。
【００４９】７０はエンジン運転状態の制御を行うＥＣ
Ｕであり、該ＥＣＵ７０は、上記各種のセンサからの検
出信号に基づいて、スロットル弁２９の開度（吸入空気
量）、燃料噴射弁１４の開タイミング（燃料噴射時
期），及び開時間（燃料噴射量）、点火回路４５による
点火時期、排気開始時期可変弁３７の開度（排気開始時
期）、及び排気制御弁３９の開度（排気通路抵抗）を制
御する。
【００５０】次に本実施形態エンジン１における運転制
御を詳細に説明する。図１０は各ポートの開閉タイミン
グ，燃料噴射タイミング等をクランク角度でもって説明
するための特性図であり、図中、ＴＤＣ，ＢＤＣはそれ
ぞれ上死点，下死点であり、Ｓは掃気ポート１３ａの開
期間を、Ｅ，Ｅ′は排気ポート３５ａの開期間を、Ｑは
噴射孔が燃焼室ａ内へ露出する燃料噴射可能期間を、ま
たＣは点火タイミングを示す。燃料噴射期間はエンジン
負荷及び排気制御弁３９の開度に対応して変化する。す
なわち、エンジン負荷が大きくなる程、燃料噴射期間は
長くなる。エンジン負荷が中負荷あるいは中負荷より小
負荷の所定負荷の時、燃料噴射開始タイミングが最も遅
い。この時排気制御弁３９の開度は全開である。Ｑ２は
エンジン負荷が上記所定負荷の時の燃料噴射期間を示
す。そして、エンジン負荷が上記所定負荷より小さくな
る程、排気制御弁３９の開度が絞られるとともに、燃料
噴射開始タイミングが進められ燃料噴射期間は短くな
る。Ｑ３はエンジン負荷が最小の時の燃料噴射期間を示
す。一方、エンジン負荷が上記所定負荷より大きくなる
程、燃料噴射期間は長くなり、且つ燃料噴射開始タイミ
ングが進められる。このエンジン負荷領域では排気制御
弁３９の開度は全開に保持される。Ｑ１はエンジン負荷
が最大の時の燃料噴射期間を示す。
【００５１】本実施形態では、排気開始時期可変弁３７
の回動角度により排気開始時期（排気ポート開き始めの
タイミング）及び排気ポート開期間が変化する。該可変
弁３７を例えば図３の実線位置に回動させると、排気開
始時期は最も早くなりかつ圧縮開始時期は最も遅くなり
排気ポート開期間は最長になる（図１０のＥ参照）。一
方、排気開始時期可変弁３７を図３の二点鎖線位置に回
動させると、排気開始時期は最も遅くなりかつ圧縮開始
時期は最も早くなり排気ポート開期間は最短になる（図
１０のＥ′参照）。
【００５２】上記ＥＣＵ７０は、圧縮開始時期可変弁を
兼ねる排気開始時期可変弁３７を、エンジン回転数Ｎ及
びエンジン負荷（アクセル開度）θに基づいて設定され
た低速回転低負荷運転域において上記二点鎖線で示す最
遅角位置に位置させ、高速回転高負荷運転域において実
線で示す最進角位置に位置させ、その間の運転域におい
て適宜変化させる。これによりエンジンの運転状態に応
じた排気タイミングが得られ、低速低負荷運転域での吹
き抜けを防止しつつ高速回転高負荷運転域での十分な吸
気量を確保する。
【００５３】図１２は排気制御弁３９の開度のマップ値
設定イメージを説明するための特性図である。即ち、低
速回転域では、排気制御弁３９の開度を、最小エンジン
負荷にて略全閉とし、負荷の増加に伴って増加し、略最
大負荷にて全開とする。中速回転域では、排気制御弁３
９の開度を、最小負荷にて略１／２開度とし、略中負荷
にて全開とする。また高速回転域では、排気制御弁３９
の開度を略全負荷域にて略全開とする。即ち、低速回
転，低負荷運転域ほど排気制御弁３９を閉じる。
【００５４】このように排気開始時期可変弁３７，排気
制御弁３９の制御は、基本的にはエンジン負荷，エンジ
ン回転数に基づいて制御されるが、Ｏ2 センサ５３によ
り検出されたＯ2 濃度を目標値に収束させるためのフィ
ードバック制御において、その開度が補正される。この
フィードバック制御を主として図１４に従って説明す
る。
【００５５】Ｏ2 フィードバック制御では、ＥＣＵ７０
により、エンジン回転数Ｎ，アクセル開度θが読み込ま
れ、該検出値Ｎ，θに応じた点火時期（ＩＧＮ），燃料
噴射時期（ＩＮＪ），排気制御弁開度（ＥＸＶ），スロ
ットル開度（ＴＨ），燃料噴射量（ＤＵＲ）が内蔵する
基本マップから読み込まれ、これらの値に基づいて点火
回路４５，及び各弁のアクチュエータが駆動される（ス
テップＳ１〜４）。
【００５６】そして上記エンジン回転数Ｎ，アクセル開
度θが前回のＮ，θと比較され、両者の変化が所定値以
内であることから定常運転中と判断されると（ステップ
Ｓ５）、Ｏ2 濃度が読み込まれ、該検出値と目標値（Ｏ
ＸＧ）とのＯ2 濃度差、つまりリーン状態かリッチ状態
かが求めめられ（ステップＳ６〜８）、該Ｏ2 濃度差に
基づいて、排気制御弁開度（ＥＸＶ），燃料噴射量（Ｄ
ＵＲ），上記燃料噴射時期（ＩＮＪ），スロットル開度
（ＴＨ）の補正量ΔＥＸＶ，ΔＤＵＲ，ΔＩＮＪ，ΔＴ
Ｈ，が演算される（ステップＳ９）。
【００５７】図１３は上記各種の補正量の求め方をイメ
ージ的に示す。排気制御弁開度の補正量ΔＥＸＶは、検
出されたＯ2 濃度が目標値よりリーン側にあるほど閉じ
側に、リッチ側にあるほど開側に設定される（同図
（ａ）参照）。例えば排気制御弁３９開度が閉じられる
と排気通路抵抗が大きくなり新気の導入量が減少し、開
かれると排気通路抵抗が小さくなり新気の導入量が増加
し、Ｏ2 濃度は目標値に収束していく。
【００５８】また図示していないが、排気開始時期可変
弁３７のフィードバック制御における開度補正は、基本
的には排気制御弁３９と同じ傾向でもって、該排気制御
弁３９の開度に加算するように制御される。即ち、排気
制御弁３９が開側に補正される場合には排気開始時期可
変弁３７も開側に補正される。
【００５９】燃料噴射量の補正量ΔＤＵＲは、検出され
たＯ2 濃度が目標値よりリーン側にあるほど増大側に、
リッチ側にあるほど減少側に設定される（同図（ｂ）参
照）。Ｏ2 濃度は例えば燃料噴射量が増大されるとリッ
チ側に、減少されるとリーン側に向かって目標値に収束
していく。
【００６０】燃料噴射時期の補正量ＩＮＪは、検出され
たＯ2 濃度が目標値よりリーン側にあるほど遅角側に、
リッチ側にあるほど進角側に設定される（同図（ｃ）参
照）。例えば燃料噴射時期が遅角されると燃焼室内での
燃料の拡散が行われず吹き抜け量が減少し、進角される
と燃料の拡散が進み吹き抜け量が増加し、Ｏ2 濃度は目
標値に収束していく。
【００６１】スロットル開度の補正量ΔＴＨは、検出さ
れたＯ2 濃度が目標値よりリーン側にあるほど閉じ側
に、リッチ側にあるほど開側に設定される（同図（ｄ）
参照）。例えば排気制御弁開度が閉じられると吸気通路
抵抗が大きくなり新気の導入量が減少し、開かれる吸気
通路抵抗が小さくなり新気の導入量が増大し、Ｏ2 濃度
は目標値に収束していく。
【００６２】そして上記各種の基本マップ値と補正値と
の和に基づいて、排気制御弁３９，の開度、燃料噴射弁
１４の開タイミング，開時間、スロットル弁２９の開度
が制御され（ステップＳ１０，１１）、再びエンジン回
転数Ｎ，アクセル開度θが読み込まれ、ステップＳ５に
戻って上述の制御が繰り返される。なお、ステップＳ５
において、前回のＮ，θとの差が所定値以上のため急加
速時等であり定常運転でないと判断された場合には、ス
テップＳ１３にて上述の各種のマップ値をクリアしてス
テップＳ１に戻る。
【００６３】このように本実施形態エンジン１では、低
速回転低負荷運転域ほど排気制御弁３９，及び排気開始
時期可変弁３７を絞るようにしたので、該運転域では排
気通路抵抗が大きくなり、排気行程における既燃焼ガス
の排出性が低下する。そのため新気の吹き抜け現象が抑
制されるとともに、温度の高い既燃焼ガスが燃焼室ａ内
に滞留し、燃焼室ａ内が高温に保たれ、燃焼室ａ内に噴
射され微細粒化した燃料の気化が促進される。
【００６４】すなわち、排気制御弁３９がない場合に温
度の低い既燃焼ガスが燃焼室ａ内に滞留する場合と同様
に、燃焼室ａ内の混合気は適正混合状態からずれてしま
うが、排気制御弁３９の開度を小さくしたので燃焼室ａ
内に滞留する既燃焼ガスは温度が高く、点火プラグ３４
の電極３４に点火時の着火性は向上する。
【００６５】その結果、失火を防止し不整燃焼を防止で
き、何れのサイクルにおいても既燃焼ガスを抽出でき、
空燃比の検出を迅速に行うことができ、全運転域におい
てフィードバック制御を安定して動作させることができ
る。
【００６６】また検出されたＯ2 濃度が、目標値よりリ
ッチ側又はリーン側の場合には、上記排気制御弁３９，
排気開始時期可変弁３７の開度を増加又は減少させ、燃
料噴射量を減少又は増加させ、燃料噴射時期を進角又は
遅角させ、スロットル弁開度を増加又は減少させるよう
にしたので、Ｏ2 濃度を目標値に収束させることができ
る。
【００６７】即ち、検出Ｏ2 濃度がリーン側にある場合
には、上記排気制御弁３９，排気開始時期可変弁３７の
開度が減少補正されて排気通路の通路抵抗が増加して吸
入空気量が減少し、また、スロットル弁２９の開度が減
少補正されて吸気通路の通路抵抗が増大して吸入空気量
が減少し、Ｏ2 濃度は目標値に収束していく。また燃料
噴射量は増量され、さらにまた燃料噴射時期は遅角され
るので該燃料の拡散が進みにくく吹き抜け量が減少して
Ｏ2 濃度は目標値側に収束していく。このようにＯ2 濃
度（空燃比）を目標値に収束させることができ、フィー
ドバック制御の制御精度を向上できる。
【００６８】また本実施形態の、排気開始時期可変弁３
７は、排気通路面積可変機能をもあわせ持っている。即
ち、低速回転低負荷運転域では、排気ポート３５ａの面
積が絞られ、排気通路抵抗が大きくなるとともに排気開
始時期が遅くなり、既燃焼ガスの排出性がより一層低下
される。
【００６９】そのため、燃焼室内の高温化による燃料の
気化促進、燃焼室内ガス流動及び燃焼内への逆流防止に
よる燃料の拡散防止がより一層確実となり、不整燃焼を
確実に防止でき、何れのサイクルにおいても既燃焼ガス
を安定して採取でき、空燃比の検出を迅速に行うことが
でき、全運転域においてフィードバック制御をより一層
安定して動作させることができる。
【００７０】また本実施形態の燃料噴射弁１４では、噴
射流の一部の噴射流ｘは上向き孔１５ｇを通って点火プ
ラグ３４の電極に向かって流れ、大部分の噴射流ｙは下
向きにかつより広く拡散しつつピストン６の頂部に向か
って流れる。そのため燃料の多くは高温のピストン頂部
に当たって確実に気化して燃焼室内に均一に分布し、か
つ上向き噴射流により電極３４ａ付近には着火しやすい
濃混合気雲が形成され、着火性をより一層向上できる。
【００７１】さらにまた本実施形態では、燃料噴射弁１
４をシリンダ側壁に配設したので、該噴射弁１４の先端
部は燃焼ガス温度が最高の期間においてはピストン６に
より覆われており、それだけ燃料噴射弁１４の耐久性を
向上できる。
【００７２】上記実施形態では、排気ポートが１つの場
合を説明したが、本発明にかかる排気ポートは１つに限
らない。
【００７３】図１５は請求項４の発明の一実施形態を示
す。この例では、２つの排気ポート３５ｃ，３５ｄを気
筒軸方向に並べて設け，各排気ポート３５ｃ，３５ｄに
排気通路３５′，３５を連通させ、シリンダヘッド側に
位置する排気通路３５′に排気開始時期可変弁３７′を
配設し、両通路３５′，３５の合流部より下流側に排気
制御弁３９を設けている。
【００７４】本実施形態では、低速回転低負荷運転域で
は、排気開始時期可変弁３７′が排気通路３５′を全閉
し、また排気制御弁３９の開度は図１２，及び図１３
（ａ）に示す特性図に基づいて制御される。これにより
上述の実施形態と同様に、低速回転低負荷運転域では、
排気通路抵抗が大きくなるとともに排気開始時期が遅く
なり、全運転域においてフィードバック制御をより一層
安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による筒内噴射式２サイク
ルエンジンの制御装置を含む全体構成図である。
【図２】上記エンジンの平面構成図である。
【図３】上記エンジンの断面側面図である。
【図４】上記エンジンの断面平面図である。
【図５】上記エンジンに採用された燃料噴射弁の断面側
面図である。
【図６】上記燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【図７】上記先端部の正面図である。
【図８】上記エンジンの吸気系，燃料供給系，排気系の
系統図である。
【図９】上記制御装置のブロック構成図である。
【図１０】上記エンジンにおける各ポートの開期間，燃
料噴射期間等の特性図である。
【図１１】上記エンジンの運転制御用三次元マップデー
タを示すイメージ図である。
【図１２】上記排気制御弁の開度のマップ値設定イメー
ジ図である。
【図１３】上記制御装置のＯ2 フィードバック制御用各
種補正値の特性図である。
【図１４】上記制御装置の制御動作を説明するためのフ
ローチャート図である。
【図１５】請求項４の発明の１実施形態によるエンジン
の模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン ５ シリンダヘッド ３４ 点火プラグ ４ シリンダボディ ６ ピストン ａ 燃焼室 １４ 燃料噴射弁 ５３ Ｏ2 センサ（Ｏ2 濃度検出手段） ７０ ＥＣＵ（運転制御手段） ３６ 排気管（排気通路） ３９ 排気制御弁 ３９，７０ 排気制御弁，ＥＣＵ（既燃焼ガス安定化手
段） ３５，３５′ 排気通路 ３５ａ 排気ポート ３７ 排気開始時期可変弁 １５ｇ，１５ｈ 噴射孔
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ａ Ｇ 35/00 ３６８ 35/00 ３６８Ｃ 41/02 ３２５ 41/02 ３２５Ｂ 41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ｃ ３１０ ３１０Ｃ ３３５ ３３５Ｃ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｓ ３１０Ｕ 61/18 ３２０ 61/18 ３２０Ｃ 69/04 69/04 Ｐ 69/10 69/10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダヘッドに装着された点火プラグ
    と、シリンダヘッド，シリンダボディ，及びピストンに
    より形成される燃焼室又は吸気経路内にアクセル操作部
    により設定されるエンジン負荷に合わせ、負荷が大なる
    程多くの燃料を点火プラグによる点火前に噴射供給する
    燃料噴射弁と、既燃焼ガスを採取し該採取ガス中のＯ2
    濃度を検出するＯ2 濃度検出手段と、該検出されたＯ2
    濃度あるいは該Ｏ2 濃度から求めた空燃比が目標値にな
    るようエンジン運転状態をフィードバック制御する運転
    制御手段とを備えた燃料噴射式２サイクルエンジンにお
    いて、排気通路に通路断面積を可変とする排気制御弁を
    設け、エンジン負荷が小さい運転域での排気制御弁開度
    をエンジン負荷が大きい運転域における排気制御弁開度
    より小さく設定することにより上記Ｏ2 濃度検出手段に
    よる既燃焼ガスの採取を安定化する既燃焼ガス安定化手
    段を備えたことを特徴とする燃料噴射式２サイクルエン
    ジン。
  2. 【請求項２】 請求項１において、上記運転制御手段
    が、上記検出されたＯ 2 濃度あるいは空燃比が目標値よ
    りリッチ側又はリーン側の場合には、上記排気制御弁開
    度を増加又は減少させる、燃料噴射量を減少又は増加さ
    せる、燃料噴射時期を進角又は遅角させる、スロットル
    弁開度を増加又は減少させる、の少なくとも１つを行う
    ことを特徴とする燃料噴射式２サイクルエンジン。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２において、上記排気制御
    弁が、排気ポートの上縁位置を実質的に気筒軸方向に可
    変とし、排気開始時期（排気タイミング）を遅くするこ
    とにより排気通路断面積を小さくし排気開始時期を早く
    することにより排気通路断面積を大きくする排気開始時
    期可変弁を兼ねたものであることを特徴とする燃料噴射
    式２サイクルエンジン。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし３の何れかにおいて、気
    筒軸方向に少なくとも２つの排気ポートを設け、各排気
    ポートにそれぞれ排気通路を接続し、少なくとも最もシ
    リンダヘッドに近い排気ポートに連なる排気通路に上記
    排気制御弁を配設したことを特徴とする燃料噴射式２サ
    イクルエンジン。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４の何れかにおいて、上
    記燃料噴射弁を、噴射流が点火プラグ近傍を直接指向す
    るか又は燃焼室壁に衝突後点火プラグ近傍を指向するよ
    うに配設したことを特徴とする燃料噴射式２サイクルエ
    ンジン。
  6. 【請求項６】 請求項５において、複数の燃料噴射弁，
    あるいは複数の噴射孔を有する燃料噴射弁の少なくとも
    一方を設けることにより複数の噴射流を発生させるとと
    もに、少なくとも１つの噴射流をピストン頂部を指向さ
    せたことを特徴とする燃料噴射式２サイクルエンジン。
  7. 【請求項７】 請求項６において、少なくとも１つの噴
    射流を直接点火プラグ近傍に指向させたことを特徴とす
    る燃料噴射式２サイクルエンジン。
  8. 【請求項８】 請求孔１ないし７の何れかにおいて、燃
    料噴射弁をシリンダ側壁に配設したことを特徴とする燃
    料噴射式２サイクルエンジン。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし８の何れかにおいて、既
    燃焼ガスを採取するための採取孔を排気通路の排気制御
    弁配置位置より上流部分に設けたことを特徴とする燃料
    噴射式２サイクルエンジン。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008196313A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Mitsubishi Electric Corp 燃料噴射装置
JP2009264372A (ja) * 2008-04-21 2009-11-12 Waertsilae Schweiz Ag 長手方向掃気式２ストローク大型ディーゼルエンジンの掃気行程の行程パラメータを監視するための掃気性能監視システム及び方法
JP2014105707A (ja) * 2012-11-22 2014-06-09 Shen's Glory Inc 燃料油供給装置及び該装置に用いる燃料油回収手段
US10914246B2 (en) 2017-03-14 2021-02-09 General Electric Company Air-fuel ratio regulation for internal combustion engines

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