JP2806507B2 - 2サイクルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

2サイクルエンジンの燃料噴射制御装置

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クランク軸1回転毎に燃料をシリンダ内に
直接噴射するようにした2サイクルエンジンの燃料噴射
制御装置に関し、特に点火プラグがホットポイントとな
って生じるプレイグニッション及び端ガスの発火による
ノッキングを燃料の噴射時期の補正によって防止できる
ようにした燃料噴射制御装置に関する。
〔従来の技術〕 燃料を圧縮空気とともにシリンダ内に直接噴射する空
気燃料噴射装置を備えた2サイクルエンジンが最近注目
されている。この種のエンジンでは、例えば低速低負荷
運転域では、燃料を燃焼室の一部領域に雲塊状に供給
し、該燃料雲塊に点火する、いわゆる層状燃焼を行うよ
うにしている。そのため、点火プラグは、上記雲塊への
点火を確認にするためその電極部がシリンダ内に突出す
るように配置されるのが一般的である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが上述のように点火プラグをシリンダ内に突出
させると、点火プラグの電極が運転中に高温になりがち
であり、そのため電極部分がホットポイントとなってプ
レイグニッションが生じ易いという問題がある。
また噴射された燃料が燃焼室内に広く拡散された状態
での燃焼、つまりいわゆる予混合燃焼が行われる運転領
域では、火花点火による火炎が燃焼室端部に位置する端
ガスを断熱圧縮することとなる。そしてこのような端ガ
スは、温度が所定値以上になると発火して一度に燃焼
し、この急激な燃焼により著しい圧力非平衡状態、いわ
ゆるノッキングが発生する。
本発明の目的は、上記プレイグニッション,及びノッ
キングを防止できるようにした2サイクルエンジンの燃
料噴射制御装置を提供する点にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、クランク軸1回転毎に燃料をシリンダ内に
直接噴射する燃焼噴射装置と、該噴射装置から噴射され
た燃料に点火する点火プラグとを備え、ピストンが上死
点から下死点へ移動する下降行程中に燃焼室に設けられ
た排気ポートと掃気ポートとを順々に開とし、ピストン
が下死点か上死点へ移動する上昇行程中に上記掃気ポー
トを閉じた後、上記排気ポートを閉じるようにした2サ
イクルエンジンにおいて、上記燃料の噴射時期及び噴射
期間を制御する燃料噴射制御装置であって、プレイグニ
ッション又はノッキングの発生を検出する検出手段と、
該検出手段がプレイグニッション又はノッキングの発生
を検出しない場合には、上記燃料噴射装置からの燃料の
噴射開始時期および噴射終了時期を、上記上昇行程中に
ピストンが下死点から上記排気ポートを閉じるまでの期
間中とし、上記検出手段がプレイグニッション又はノッ
キングの発生を検出した場合には、燃料の少なくとも上
記噴射終了時期を上記上昇行程中にピストンが上記排気
ポートを閉じた後まで遅角させる噴射時期補正手段とを
備えたことを特徴としている。
ここで本発明において燃料の少なくとも噴射終了時期
を遅角させるとは、噴射開始時期及び終了時期の両方
を、つまり全体的に遅角させる場合、及び開始時期はそ
のままで終了時期のみを遅角させる場合の両方を含む趣
旨である。
〔作用〕
本発明に係る燃料噴射制御装置によれば、プレイグニ
ッション又はノッキングの発生を検出する検出手段がプ
レイグニッション又はノッキングの発生を検出しない場
合には、上記燃料噴射装置からの燃料の噴射開始時期お
よび噴射終了時期を、上記上昇行程中にピストンが下死
点から上記排気ポートを閉じるまでの期間中としたの
で、ピストンが排気ポートを閉じて圧縮行程に入る前に
燃料噴射を終了させることとなり、確実に予混合燃焼と
することができる。
そしてこのような場合において、プレイグニッション
又はノッキングの発生時には、燃料の少なくとも上記噴
射終了時期を上記上昇行程中にピストンが上記排気ポー
トを閉じた後まで遅角させるようにしたので、シリンダ
内圧が上昇してプレイグニッションが生じやすい圧縮行
程後期においても燃料が噴射されることとなり、点火プ
ラグが上記噴射された燃料によって冷却されて電極付近
の温度上昇が抑制され、プレイグニッションが発生し難
くなる。
また燃料の噴射終了時期を遅らせたので、シリンダ内
圧力が上昇した時点で燃料を噴射することとなる。従っ
てそれだけシリンダ内圧力と燃料噴射圧力との差が小さ
くなり、噴霧の貫通力が弱くなって燃料がシリンダ内に
て拡散しにくくなり、そのため端ガスの発生量が減少
し、その結果ノッキングが抑制される。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する。
第1図ないし第5図は本発明の一実施例による空気燃
料噴射式2サイクルエンジンの空気燃料噴射制御装置を
説明するための図であり、第1図はその構成図、第2図
は噴射条件を示す噴射タイミング図、第3図は空気燃料
噴射式2サイクルエンジンの断面側面図、第4図はプレ
イグニッション,ノッキング状態を説明するためのクラ
ンク角−シリンダ内圧力特性図、第5図は動作を説明す
るためのフローチャート図である。
図において、1は空気及び燃料をシリンダ内に直接噴
射するように構成された水冷式2サイクル並列3気筒エ
ンジンであり、該エンジン1はクランクケース2上に、
3つのシリンダ3aがクランク軸方向に並列に形成された
シリンダボディ3を搭載してボルト締め固定するととも
に、該シリンダボディ3上にシリンダヘッド4を締結ボ
ルト4bで固定した構造のものである。ここで上記締結ボ
ルト4bにはロードワッシャタイプの圧力センサ23が装着
されており、これは後述の燃焼室17の内の圧力変動を検
出する。
上記シリンダヘッド4の下面の上記各シリンダ3aに対
応する部分には、該シリンダ3a内に挿入されたピストン
5の上面に形成された凹部5aとで燃焼室17を構成する燃
焼凹部4aが形成されており、該燃焼室17内には点火プラ
グ18の電極部18aが挿入されている。そして上記シリン
ダヘッド4の上面の各燃焼室17の上方部分には、それぞ
れ空気燃料噴射装置19が装着されている。該各空気燃料
噴射装置19は主として、上記シリンダヘッド4に挿入固
定された噴射ボディ20と、該噴射ボディ20内に形成され
た空気室及び燃料室の噴射口を弁体で開閉するバルブ機
構21と、上記噴射ボディ20の外壁の後側部分に装着さ
れ、上記燃料室に燃料を供給する燃料噴射弁22とから構
成されている。また、14aは燃料供給用フューエルレー
ル、14bは圧縮空気供給用エアレールである。上記バル
ブ機構21が弁体で噴射口を開いている間、空気室内の圧
縮空気がシリンダ内に噴射されるとともに、燃料噴射弁
22からの燃料がシリンダ内に噴射される。
上記各ピストン5はクランク軸6のクランクアーム6a
にコンロッド6bを介して連結されており、該クランクア
ーム6aはクランク室2a内に位置している。また各クラン
ク室2aの背面側には外気導入用吸気口2bが形成されてい
る。該各吸気口2bにはこれを開閉するリード弁7が配設
されており、さらに吸気マニホールド8が接続されてい
る。
また上記シリンダボディ3の上記各吸気口2b上方部分
に形成された排気口3bには排気管16の各分岐部が接続さ
れており、この排気管16は1本に合流した後、下方に屈
曲され、車両後方に延びている。
24は上記バルブ機構21,燃料噴射弁22による空気,燃
料の噴射時期,噴射期間等,及びイグニッション装置25
による点火タイミングを制御するECUである。該ECU25は
上記締結ボルト4bに装着された圧力センサ23からの圧力
信号a及びアクセル開度,エンジン回転速度,クランク
角度等のエンジン運転状態を示す信号bが入力され、圧
縮空気の噴射時期,噴射期間を制御する空気噴射制御信
号Aをバルブ機構21に、燃料の噴射時期,噴射期間を制
御する燃料噴射制御信号Bを燃料噴射弁22にそれぞれ出
力し、さらに点火タイミング制御信号Cをイグニッショ
ン装置25に出力する。
ここで上記ECU24は、圧力センサ23からの圧力波形に
よってプレイグニッション又はノッキングの発生を判定
する。例えばシリンダ内圧力p1が上死点(TDC)から所
定クラング角度θにて最大値に達する通常運転状態(第
4図(a)参照)に対し、上記圧力p2が上記所定角度θ
後に最大圧力に達し、その後数KHZの周波数で圧力変動
を示す場合(第4図(b)参照)はノッキングと判定
し、また圧力p3が上死点付近で最大圧力に達し、かつ通
常の最大圧力より著しく高い場合(例えば低負荷時30kg
/cm2,全負荷時70kg/cm2,第4図(c)参照)はプレイグ
ニッションが発生していると判定する。
そしてECU24は噴射時期,及び点火時期の補正手段と
しても機能するものであり、プレイグニッションが発生
していると判定した場合は、空気,燃料の噴射終了時期
が遅角するように制御信号A,Bを補正して出力する。こ
の場合、例えば第2図に示すように、クランク軸6が一
回転する間にピストン5が下死点BDCから上死点まで移
動する上昇行程中、ピストン5が下死点BDCから排気ポ
ートを閉にするまでの期間中とする噴射条件R1において
プレイグニッションが発生した場合は、噴射開始時期は
そのままで噴射終了時期のみを遅角させる方法(R2)、
又は噴射開始時期及び終了時期の両方を遅角させる方法
(R3)の何れかが採用される。また上記プレイグニッシ
ョンの発生頻度が大きいほど遅角量を大きく設定する。
またノッキングが発生していると判定した場合は、こ
のノッキングの発生強度,発生頻度が比較的小さい場合
は、点火タイミングが遅角するよう上記タイミング制御
信号Cのみを補正し、大きい場合は点火タイミングを遅
角させるとともに空気燃料の噴射終了時期が遅角するよ
う上記制御信号A,Bを補正する。なお、この場合も上述
の方法R2,R3のいずれを採用しても良い。
次に本実施例の作用効果について第5図を参照しなが
ら説明する。
圧力センサ23からの圧力信号aは増幅回路で増幅され
た後、ハイパスフィルタでノイズ成分が除去され、ノッ
キングが発生しているか否かの判定がなされる(ステッ
プS1〜S4)。ノッキングが発生していない場合は、制御
信号A〜Cがそのまま出力され、通常通りの点火タイミ
ング,及び空気燃料噴射タイミングで運転される(ステ
ップS6)。一方、ノッキングが発生していると判定され
た場合は、その発生強度,頻度に応じて、点火タイミン
グが遅角するように制御信号Cのみが補正されて出力さ
れ、あるいはさらに空気燃料の噴射終了時期が遅角され
るように制御信号A,Bが補正されて出力される(ステッ
プS5,S6)。
また上記増幅信号は、ローパスフィルタでノイズ成分
が除去された後、プレイグニッションが発生しているか
否か判定され(ステップS7,S8)、発生していない場合
は通常通りの噴射タイミングで運転される(ステップS1
0)。一方プレイグニッションが発生している場合は、
空気燃料の噴射終了時期が遅角するように制御信号A,B
が補正して出力され、該遅角状態で運転される(ステッ
プS9,S10)。
このように本実施例では、プレイグニッションが発生
した場合は、空気燃料の噴射終了時期を遅角させたの
で、点火プラグ18の電極18a部分が温度上昇し易い圧縮
行程後期においても燃料が噴射されることとなり、この
燃料によって電極18aを冷却して温度上昇を抑制でき、
プレイグニッションの発生を抑制できる。ここで、上記
噴射終了時期のみを遅角させる方法(R2)を採用した場
合は、噴射時間が延びて噴射量が増加するので、上記冷
却効果がより向上する。
また、ノッキングが発生した場合は、その強度,頻度
に応じて空気燃料の噴射時期を遅角させたので、シリン
ダ内圧力が上昇した時点で燃料を噴射することとなる。
従ってそれだけシリンダ内圧力と燃料噴射圧力との差が
小さくなり、噴霧を貫通力が弱くなって燃料がシリンダ
内にて拡散しにくくなり、そのため端ガスの発生量が減
少し、その結果ノッキングが抑制される。また点火時期
はそのままで噴射時期のみを遅角させた場合は、空気燃
料が噴射されてから点火までの時間,つまり燃料の拡散
できる時間が短くなり、この点からも燃料の拡散が抑制
されて端ガスの発生量が減少し、その結果ノッキングが
抑制される。さらにまた、燃料噴射時期を遅角させたの
で、シリンダ内の掃気流が減衰し、この点からも燃料の
拡散が抑制される。
なお、上記実施例では、燃料を圧縮空気と共に噴射す
る場合を説明したが、本発明は燃料のみを噴射するタイ
プのエンジンにも勿論適用できる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明に係る2サイクルエンジンの燃料
噴射制御装置によれば、プレイグニッション又はノッキ
ングの発生を検出する検出手段がプレイグニッション又
はノッキングの発生を検出しない場合には、上記燃料噴
射装置からの燃料の噴射開始時期および噴射終了時期を
上記上昇行程中にピストンが下死点から上記排気ポート
を閉じるまでの期間中としたので、ピストンが排気ポー
トを閉じて圧縮行程に入る前に燃料噴射を終了させるこ
ととなり、確実に予混合燃焼とすることができる。
そして検出手段がプレイグニッション又はノッキング
の発生を検出した場合には、少なくとも上記噴射終了時
期を上記上昇行程中にピストンが上記排気ポートを閉じ
た後まで遅角させるようにしたので、圧縮行程後期にお
いても燃料が噴射されることとなり、点火プラグが上記
噴射された燃料で冷却され、点火プラグがホットポイン
トとなるのを防止してプレイグニッションを制御でき、
また端ガスの発生量を減少してノッキングを抑制できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の一実施例による燃料噴射
制御装置を説明するための図であり、第1図はその構成
図、第2図はその燃料噴射タイミングを示す特性図、第
3図は2サイクルエンジンの断面側面図、第4図
(a),(b),(c)はそれぞれクランク角−シリン
ダ内圧力特性図、第5図はフローチャート図である。 図において、1は2サイクルエンジン、3aはシリンダ、
18は点火プラグ、22は燃料噴射弁(燃料噴射装置)、23
は圧力センサ(圧力検出手段),24はECU(噴射時期補正
手段)、aは検出圧力信号である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−49939(JP,A) 特開 昭60−11651(JP,A) 特開 昭56−66426(JP,A) 特開 昭57−131825(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/02 F02D 41/04 F02D 41/34 F02B 25/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】クランク軸1回転毎に燃料をシリンダ内に
    直接噴射する燃料噴射装置と、該噴射装置から噴射され
    た燃料に点火する点火プラグとを備え、ピストンが上死
    点から下死点へ移動する下降行程中に燃焼室に設けられ
    た排気ポートと掃気ポートとを順々に開とし、ピストン
    が下死点から上死点へ移動する上昇行程中に上記掃気ポ
    ートを閉じた後、上記排気ポートを閉じるようにした2
    サイクルエンジンにおいて、上記燃料の噴射時期及び噴
    射期間を制御する燃料噴射制御装置であって、プレイグ
    ニッション又はノッキングの発生を検出する検出手段
    と、該検出手段がプレイグニッション又はノッキングの
    発生を検出しない場合には、上記燃料噴射装置からの燃
    料の噴射開始時期および噴射終了時期を、上記上昇行程
    中にピストンが下死点から上記排気ポートを閉じるまで
    の期間中とし、上記検出手段がプレイグニッション又は
    ノッキングの発生を検出した場合には、燃料の少なくと
    も上記噴射終了時期を上記上昇行程中にピストンが上記
    排気ポートを閉じた後まで遅角させる噴射時期補正手段
    とを備えたことを特徴とする2サイクルエンジンの燃料
    噴射制御装置。
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