JP3004323B2 - In-cylinder injection two-stroke engine - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気筒内に燃料を直接噴射するようにした筒
内噴射式2サイクルエンジンに関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an in-cylinder injection two-cycle engine in which fuel is directly injected into a cylinder.
最近、燃料を気筒内に直接噴射するようにした筒内噴
射式2サイクルエンジンが、注目されている。このエン
ジンは、ピストン下降行程で排気ガスを排気ポートから
排出するとともに、クランク室で一時圧縮された空気を
掃気ポートから気筒内に供給し、ピストン上昇行程で燃
料噴射弁によって燃料を気筒内に直接噴射供給するよう
に構成されており、従って特に定速回転領域では排気ポ
ート,及び掃気ポートが閉じた状態で燃料噴射を行うの
で、燃料の吹き抜けがなく、排気ガス対策,燃費率等の
点において有利である。Recently, an in-cylinder injection two-stroke engine in which fuel is directly injected into a cylinder has attracted attention. In this engine, exhaust gas is exhausted from an exhaust port in a piston descending stroke, and air temporarily compressed in a crank chamber is supplied into a cylinder from a scavenging port, and fuel is directly injected into a cylinder by a fuel injection valve in a piston ascent stroke. The fuel injection is performed in a state where the exhaust port and the scavenging port are closed particularly in the constant speed rotation region. Therefore, there is no fuel blow-through, and the exhaust gas countermeasures, the fuel consumption rate, etc. It is advantageous.
しながら上記筒内噴射式2サイクルエンジンでは、高
速回転領域になると必要な燃料噴射量が多くなり、それ
だけ必要な噴射時間(クランク角)が大きくなることか
ら、排気ポート,掃気ポートが閉じる前から燃料噴射を
開始することとなり、やはり燃料の吹き抜けが生じる。
従ってこの高速回転領域においても燃料の吹き抜けを抑
制して排気ガス浄化を確実に行えるとともに、燃費率を
向上できることが要請される。However, in the above-described in-cylinder injection two-cycle engine, the required fuel injection amount increases in the high-speed rotation region, and the required injection time (crank angle) increases accordingly, so that before the exhaust port and the scavenging port are closed. The fuel injection is started, and the fuel blow-through also occurs.
Therefore, it is demanded that even in this high-speed rotation region, exhaust gas purification can be reliably performed by suppressing fuel blow-through, and fuel efficiency can be improved.
また上記筒内噴射式エンジンでは、ピストン上面に向
けて燃料を噴射するようにしているから、噴射された燃
料がピストン上面に付着して燃料の霧化,気化が悪化す
る懸念がある。Further, in the above-described in-cylinder injection engine, since the fuel is injected toward the upper surface of the piston, there is a concern that the injected fuel adheres to the upper surface of the piston and the atomization and vaporization of the fuel deteriorate.
本発明は上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、高速回転領域においても噴射燃料の吹き抜けを
抑制でき、またピストン上面への燃料の付着量を抑制で
きる燃料噴射式2サイクルエンジンを提供することを目
的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. A fuel injection type two-stroke engine capable of suppressing blow-through of injected fuel even in a high-speed rotation region and suppressing the amount of fuel adhering to the upper surface of a piston. It is intended to provide.
本願第1項の発明は、燃料を気筒内に直接噴射する燃
料噴射弁と、排気ポートに連なる排気通路に設けられた
排気タイミング制御用排気バルブとを備え、ピストンに
よって上記排気ポートを開閉するようにした筒内噴射式
2サイクルエンジンにおいて、圧縮空気を上記排気通路
と排気バルブとの隙間から気筒内に向けて噴射する圧縮
空気噴射機構を設けたことを特徴としている。The invention according to the first aspect of the present invention includes a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, and an exhaust valve for exhaust timing control provided in an exhaust passage connected to the exhaust port, wherein the exhaust port is opened and closed by a piston. The in-cylinder injection two-cycle engine described above is characterized in that a compressed air injection mechanism for injecting compressed air into the cylinder from the gap between the exhaust passage and the exhaust valve is provided.
また本願第2項の発明は、燃料を気筒内に直接噴射す
る燃料噴射弁を備えた筒内噴射式2サイクルエンジンに
おいて、圧縮空気を気筒壁に形成された空気噴射口から
上死点と下死点との中間付近に位置するピストンの上面
に沿うように噴射する圧縮空気噴射機構を設けたことを
特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided an in-cylinder injection type two-stroke engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder. It is characterized in that a compressed air injection mechanism for injecting along the upper surface of the piston located near the middle of the dead center is provided.
本願第1項の発明に係る燃料噴射式2サイクルエンジ
ンによれば、排気バルブと排気通路との間から圧縮空気
を気筒内に向けて噴射するようにしたので、排気ポート
付近にエアカーテンが形成され、これによって噴射燃料
を気筒内に押し戻す作用が得られ、それだけ燃料の吹き
抜けが抑制される。According to the fuel injection type two-stroke engine according to the first aspect of the present invention, since compressed air is injected into the cylinder from between the exhaust valve and the exhaust passage, an air curtain is formed near the exhaust port. As a result, the effect of pushing the injected fuel back into the cylinder is obtained, and the blow-through of the fuel is suppressed accordingly.
また第2項の発明によれば、ピストン上面に向かって
噴射された燃料は、ピストン上面に沿って噴射された圧
縮空気でピストン上面に付着する前に押し戻され、その
付着量が抑制されるとともに、気化,霧化が促進され
る。また付着した燃料についても圧縮空気によってピス
トン表面から分離され易くなり、そのため気化・霧化が
促進される。According to the second aspect of the invention, the fuel injected toward the upper surface of the piston is pushed back before adhering to the upper surface of the piston with the compressed air injected along the upper surface of the piston, and the amount of the fuel is suppressed. , Vaporization and atomization are promoted. Also, the adhering fuel is easily separated from the piston surface by the compressed air, which promotes vaporization and atomization.
以下、本発明の実施例を図について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図ないし第3図は本願第1項の発明の一実施例に
よる燃料噴射式2サイクルエンジンを説明するための図
であり、第1図はその断面側面図、第2図,第3図は排
気バルブ部分の断面側面図,断面平面図である。FIGS. 1 to 3 are views for explaining a fuel injection type two-stroke engine according to an embodiment of the invention of the first aspect of the present invention. FIG. 1 is a sectional side view, and FIGS. 3A is a cross-sectional side view and a cross-sectional plan view of an exhaust valve portion.
図において、1は筒内噴射式2サイクルエンジンであ
り、該エンジン1は、クランクケース2上にシリンダボ
ディ3,及びシリンダヘッド4を積層締結し、該シリンダ
ヘッド4に空気燃料噴射装置13を装着した構造のもので
ある。In the drawing, reference numeral 1 denotes an in-cylinder injection two-cycle engine. In the engine 1, a cylinder body 3 and a cylinder head 4 are stacked and fastened on a crankcase 2, and an air fuel injection device 13 is mounted on the cylinder head 4. It is of the structure that was done.
上記空気燃料噴射装置13は、これの噴射ノズル14bを
開閉する弁体14cを内蔵する本体部14と、該本体部14に
取り付けられた燃料噴射弁15とから構成されている。な
お、14aは圧縮空気源としてのエアポンプに接続された
エアレール、15aは燃料源としてのフューエルポンプに
接続されたフューエルレールである。The air fuel injection device 13 includes a main body 14 having a valve body 14c for opening and closing the injection nozzle 14b, and a fuel injection valve 15 attached to the main body 14. In addition, 14a is an air rail connected to an air pump as a compressed air source, and 15a is a fuel rail connected to a fuel pump as a fuel source.
上記シリンダヘッド4の下面には後述するピストン6
の上面とで燃焼室12を構成する燃焼凹部4aが凹設されて
おり、この燃焼室12の中心に上記空気燃料噴射装置13の
噴射ノズル14bが臨んでいる。また上記シリンダヘッド
4の空気燃料噴射装置13より前側に点火プラグ16が装着
されている。A piston 6 to be described later is provided on the lower surface of the cylinder head 4.
A combustion recess 4a that forms the combustion chamber 12 is recessed with the upper surface of the combustion chamber 12. The injection nozzle 14b of the air fuel injection device 13 faces the center of the combustion chamber 12. Further, an ignition plug 16 is mounted on the cylinder head 4 on the front side of the air fuel injection device 13.
上記シリンダボディ3内に挿入固着されたシリンダラ
イナ5内にはピストン6が摺動自在に挿入されており、
該ピストン6にはコンロッド7の小端部7aがピストンピ
ン8で連結されている。このコンロッド7の大端部7bは
クランク軸9のクランクアーム9aにクランクピン10で連
結されている。また上記クランクアーム9aは、クランク
ケース2のクランク室2a内に収容されており、このクラ
ンク室2aは上記シリンダボディ3に形成された掃気通路
3aを介して上記シリンダライナ5の中程に開口した掃気
ポート5aに連通している。A piston 6 is slidably inserted into a cylinder liner 5 fixedly inserted into the cylinder body 3.
A small end 7a of a connecting rod 7 is connected to the piston 6 by a piston pin 8. A large end 7b of the connecting rod 7 is connected to a crank arm 9a of a crank shaft 9 by a crank pin 10. The crank arm 9a is accommodated in a crank chamber 2a of the crank case 2, and the crank chamber 2a is provided in a scavenging passage formed in the cylinder body 3.
The cylinder liner 5 communicates with the scavenging port 5a which is opened in the middle of the cylinder liner 5 via 3a.
また上記クランクケース2には、上記クランク室2aに
連通する吸気口2bが形成されており、この吸気口2bには
リード弁18がジョイント19と共締めによって装着されて
いる。上記リード弁18は、横断面V状でその各傾斜面に
導入口20aが形成された弁座20と、上記各導入口20aを開
閉するばね鋼板製の弁板21と、該弁板21の開度を規制す
るストッパ22とから構成されている。また上記ジョイン
ト19にはスロットル弁23aを有するスロットルボディ23
が接続されている。The crankcase 2 is formed with an intake port 2b communicating with the crank chamber 2a, and a reed valve 18 is mounted on the intake port 2b together with a joint 19. The reed valve 18 has a V-shaped cross section, a valve seat 20 having an inlet 20a formed on each inclined surface thereof, a valve plate 21 made of a spring steel plate for opening and closing the inlet 20a, and a valve plate 21. And a stopper 22 for regulating the opening. The joint 19 has a throttle body 23 having a throttle valve 23a.
Is connected.
上記シリンダライナ5の上記掃気ポート5aと対向する
位置に排気ポート5bが形成されており、該排気ポート5b
は排気通路3bでシリンダボディ3の前壁に導出されてい
る。上記排気通路3bの上面の上記排気ポート5b近傍には
バルブ挿入孔3eが凹設されており、該挿入孔3e内には上
記排気ポート5bの上縁位置を変化させることによって排
気タイミングを制御する排気バルブ11が回動自在に配設
されている。この排気バルブ11の一端には駆動プーリ24
が装着されており、該プーリ24は駆動ワイヤ25でサーボ
モータに連結されている。An exhaust port 5b is formed in the cylinder liner 5 at a position facing the scavenging port 5a.
Is led out to the front wall of the cylinder body 3 by an exhaust passage 3b. A valve insertion hole 3e is recessed in the vicinity of the exhaust port 5b on the upper surface of the exhaust passage 3b, and exhaust timing is controlled by changing the upper edge position of the exhaust port 5b in the insertion hole 3e. An exhaust valve 11 is rotatably arranged. One end of the exhaust valve 11 has a drive pulley 24
The pulley 24 is connected to a servomotor by a drive wire 25.
そして上記シリンダボディ3の上記排気バルブ11上方
には、圧縮空気噴射機構17の空気通路3cが形成されてい
る。この空気通路3cは、上記バルブ挿入孔3eと略同じ長
さで、かつ該挿入孔3eに開口するように形成された凹溝
3dに連通しており、また、上記排気バルブ11の上面の上
記凹溝3dに対応する位置にも凹溝11aが形成されてい
る。また上記バルブ挿入孔3eと排気バルブ11との間の上
記凹溝3d,11aより排気ポート5b側部分には、隙間aが設
けられており、該隙間aによって上記凹溝3d,11aが排気
ポート5bを経て気筒内に連通している。また上記空気通
路3cは、空気通路27によって、クランク軸で駆動される
エアポンプ28に連通されている。なお、このエアポンプ
28は上記空気燃料噴射装置13に圧縮空気を供給するため
のものが兼用されている。また上記空気通路27の途中に
はコントロール装置30からの信号によって該通路27を開
閉する開閉弁29が介設されている。なお、32は切り換え
スイッチ、31はバッテリである。Above the exhaust valve 11 of the cylinder body 3, an air passage 3c of the compressed air injection mechanism 17 is formed. The air passage 3c is substantially the same length as the valve insertion hole 3e, and is a concave groove formed to open into the insertion hole 3e.
A groove 11a is formed at a position corresponding to the groove 3d on the upper surface of the exhaust valve 11 so as to communicate with the groove 3d. Further, a gap a is provided between the valve insertion hole 3e and the exhaust valve 11 in a portion closer to the exhaust port 5b than the concave grooves 3d and 11a, and the gap a allows the concave grooves 3d and 11a to be formed in the exhaust port. It communicates with the cylinder via 5b. The air passage 3c is connected to an air pump 28 driven by a crankshaft by an air passage 27. In addition, this air pump
Numeral 28 is also used to supply compressed air to the air fuel injection device 13. In the middle of the air passage 27, an on-off valve 29 for opening and closing the passage 27 in response to a signal from the control device 30 is provided. Here, 32 is a changeover switch, and 31 is a battery.
次に本実施例の作用効果について説明する。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
本実施例エンジン1では、ピストン6の下降により排
気ポート5bが開き始めると排気ガスが排気通路3bから排
出開始され、掃気ポート5aが開き始めるとクランク室2a
内で一時圧縮された空気が掃気通路3aを介して気筒内に
供給される。そして低速回転領域ではピストン6の上昇
行程後期において、高速回転領域では掃気ポート5aの開
き始めのタイミング付近から空気燃料噴射装置13により
燃料が気筒内に直接噴射される。そして本実施例では、
燃料噴射が行われている期間は、開閉弁29が空気通路27
を開き、これにより圧縮空気が凹溝3d,11a部分に供給さ
れ、バルブ挿入孔3eと排気バルブ11との隙間aを通って
排気ポート5bから気筒内に噴射供給され、この排気ポー
ト5b部分にエアカーテンが形成される。そしてピストン
6の上死点直前において点火プラグ16によって点火さ
れ、燃焼が行われる。In the engine 1 of this embodiment, when the exhaust port 5b starts to open due to the lowering of the piston 6, exhaust gas starts to be discharged from the exhaust passage 3b, and when the scavenging port 5a starts to open, the crank chamber 2a
The air temporarily compressed in the cylinder is supplied into the cylinder via the scavenging passage 3a. In the low-speed rotation region, the fuel is directly injected into the cylinder by the air fuel injection device 13 near the timing when the scavenging port 5a starts to open in the late stage of the rising stroke of the piston 6 in the high-speed rotation region. And in this embodiment,
During the fuel injection period, the on-off valve 29 is
The compressed air is thereby supplied to the concave grooves 3d and 11a, and injected and supplied into the cylinder from the exhaust port 5b through the gap a between the valve insertion hole 3e and the exhaust valve 11, and the compressed air is supplied to the exhaust port 5b. An air curtain is formed. Immediately before the top dead center of the piston 6, it is ignited by the ignition plug 16 and combustion takes place.
このように本実施例によれば、燃料噴射が行われてい
る期間は、圧縮空気を排気バルブ11の隙間a部分から噴
射するようにしたので、排気ポート5b部分にエアカーテ
ンが形成され、これにより噴射された燃料が排気ポート
5bから吹き抜けるのを抑制する。ここで上記圧縮空気は
供給源で5kg/cm2以上に設定されており、その噴射圧力
は、上記噴射された燃料の排気ポート付近での圧力に比
べてはるかに高いため、吹き抜けを確実に防止できる。
その結果、排気ガス中の未燃焼成分が軽減され、排気ガ
ス浄化上有利となり、また燃費率が向上する。As described above, according to the present embodiment, during the period in which the fuel injection is being performed, the compressed air is injected from the gap a of the exhaust valve 11, so that an air curtain is formed in the exhaust port 5b. The fuel injected by the exhaust port
Suppress from blowing through 5b. Here, the compressed air is set to 5 kg / cm 2 or more at the supply source, and the injection pressure is much higher than the pressure near the exhaust port of the injected fuel, so that blow-through is reliably prevented. it can.
As a result, unburned components in the exhaust gas are reduced, which is advantageous in purifying the exhaust gas, and the fuel efficiency is improved.
第4図は本願第2項の発明の一実施例を説明するため
の図であり、第1図と同一符合は同一又は相当部分を示
す。FIG. 4 is a view for explaining an embodiment of the invention of the second aspect of the present application, and the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts.
図において、33は圧縮空気噴射機構であり、これは主
として、噴射ノズル34aを有する噴射ボディ34と、この
噴射ノズル34aを開閉する弁体33aと、この弁体33aを進
退駆動する電磁コイル33bとから構成されている。上記
噴射ノズル34aは、上記点火プラグ16と対向する側に配
置されており、シリンダライナ5に形成された噴射口5d
に臨み、また気筒の半径方向を指向している。この噴射
口5dは排気ポート5bを閉じ終わった位置に上昇したピス
トン6の上面付近に形成されている。In the drawing, reference numeral 33 denotes a compressed air injection mechanism, which mainly includes an injection body 34 having an injection nozzle 34a, a valve element 33a for opening and closing the injection nozzle 34a, and an electromagnetic coil 33b for driving the valve element 33a forward and backward. It is composed of The injection nozzle 34a is disposed on the side facing the ignition plug 16 and has an injection port 5d formed in the cylinder liner 5.
And is oriented in the radial direction of the cylinder. The injection port 5d is formed near the upper surface of the piston 6 that has risen to a position where the exhaust port 5b has been closed.
本実施例では、空気燃料噴射装置13からの燃料噴射が
行われている期間は、空気噴射機構33が弁体33aを後退
させて噴射ノズル34aを開き、これにより圧縮空気が半
径方向に噴射供給される。そのため噴射された燃料は、
ピストン6の上面に付着する前に押し戻され、また付着
した燃料についても上記圧縮空気で吹き飛ばされ、その
結果燃料の霧化,気化が促進される。また上記圧縮空気
によって燃料が点火プラグ16の電極側に押しやられるの
で、この点から低速回転領域において噴射燃料量が少な
い場合にも、着火を確実にできる。In the present embodiment, during the period in which the fuel injection from the air fuel injection device 13 is being performed, the air injection mechanism 33 retreats the valve body 33a to open the injection nozzle 34a, whereby the compressed air is injected and supplied in the radial direction. Is done. Therefore, the injected fuel is
The fuel is pushed back before adhering to the upper surface of the piston 6, and the adhering fuel is also blown off by the compressed air, so that atomization and vaporization of the fuel are promoted. Further, since the fuel is pushed to the electrode side of the ignition plug 16 by the compressed air, the ignition can be reliably performed from this point even when the amount of injected fuel is small in the low-speed rotation region.
なお、上記何れの実施例においても、圧縮空気の噴射
期間を、燃料の噴射期間に合うように制御したが、この
圧縮空気の噴射期間については必ずしも上記期間に制御
する必要はなく、少なくともピストン6の上昇行程にお
いて噴射するようにすれば良く、さらには常時噴射する
ようにしてもよい。In each of the above embodiments, the injection period of the compressed air is controlled to match the injection period of the fuel. However, the injection period of the compressed air does not necessarily need to be controlled in the above-described period. Injection may be performed during the ascent stroke, and may be performed at all times.
以上のように本願第1項の発明によれば、圧縮空気を
排気バルブの隙間から噴射するようにしたので、噴射さ
れた燃料の吹き抜けを抑制でき、排気ガス浄化,燃費率
向上が図れる効果があり、第2項の発明によれば、ピス
トンの上面に沿って圧縮空気を噴射するようにしたの
で、燃料の気化,霧化促進して燃焼効率を向上でき、ひ
いては排気ガス浄化,燃費率向上が図れる効果がある。As described above, according to the first aspect of the present invention, since the compressed air is injected from the gap of the exhaust valve, it is possible to suppress the blow-through of the injected fuel, and to achieve the effect of purifying the exhaust gas and improving the fuel efficiency. According to the second aspect of the present invention, the compressed air is injected along the upper surface of the piston, so that the vaporization and atomization of the fuel can be promoted to improve the combustion efficiency, so that the exhaust gas purification and the fuel efficiency can be improved. There is an effect that can be achieved.
第1図ないし第3図は本願第1項の発明の一実施例によ
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、第1図はその断面側面図、第2図,第3図は排気
バルブ部分の断面側面図,断面平面図、第4図は本願第
2項の発明の一実施例による筒内噴射式2サイクルエン
ジンの断面側面図である。 図において、1は筒内噴射式2サイクルエンジン、3bは
排気通路、5はシリンダライナ(気筒壁)、5bは排気ポ
ート、5dは空気噴射口、6はピストン、11は排気バル
ブ、15は燃料噴射弁、17,33は圧縮空気噴射機構、aは
隙間である。1 to 3 are views for explaining a direct injection two-stroke engine according to an embodiment of the invention of the first aspect of the present invention. FIG. 1 is a sectional side view thereof, and FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional side view and a cross-sectional plan view of an exhaust valve portion, and FIG. In the drawing, 1 is a direct injection two-cycle engine, 3b is an exhaust passage, 5 is a cylinder liner (cylinder wall), 5b is an exhaust port, 5d is an air injection port, 6 is a piston, 11 is an exhaust valve, and 15 is fuel. Injection valves, 17 and 33 are compressed air injection mechanisms, and a is a gap.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 17/00 - 25/20 F02B 29/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) F02B 17/00-25/20 F02B 29/06
Claims (2)
と、排気ポートに連なる排気通路に設けられた排気タイ
ミング制御用排気バルブとを備え、ピストンによって上
記排気ポートを開閉するようにした筒内噴射式2サイク
ルエンジンにおいて、圧縮空気を上記排気通路と排気バ
ルブとの隙間から気筒内に向けて噴射する圧縮空気噴射
機構を設けたことを特徴とする筒内噴射式2サイクルエ
ンジン。A cylinder having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder and an exhaust valve for exhaust timing control provided in an exhaust passage connected to an exhaust port, wherein the exhaust port is opened and closed by a piston. An in-cylinder injection two-cycle engine, comprising a compressed air injection mechanism for injecting compressed air into a cylinder from a gap between the exhaust passage and the exhaust valve.
備えた筒内噴射式2サイクルエンジンにおいて、圧縮空
気を気筒壁に形成された空気噴射口から上死点と下死点
との中間付近に位置するピストンの上面に沿うように噴
射する圧縮空気噴射機構を設けたことを特徴とする筒内
噴射式2サイクルエンジン。2. A cylinder injection type two-stroke engine having a fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder, wherein compressed air is supplied from an air injection port formed in a cylinder wall to a top dead center and a bottom dead center. An in-cylinder injection two-stroke engine, comprising a compressed air injection mechanism for injecting air along an upper surface of a piston located near the middle.
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Legal Events
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