JP3570867B2

JP3570867B2 - Fuel injection two-stroke internal combustion engine and control system for the internal combustion engine

Info

Publication number: JP3570867B2
Application number: JP23107497A
Authority: JP
Inventors: 武石川; 清重榎本; 雅夫岩田
Original assignee: Kyoritsu Co Ltd; Oppama Industry Co Ltd
Current assignee: Kyoritsu Co Ltd; Oppama Industry Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JPH1162655A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射式の内燃エンジンとその制御装置に係り、特に、チエーンソー、刈払機等の可搬式作業機に用いて好適な比較的小型の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンとその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２サイクル内燃エンジンでは、その燃料供給手段として、通常、気化器式のものが用いられているが、燃料噴射式とした例としては、例えば、特開昭６４−７３１６５号公報記載の技術がある。該技術は、燃料の噴射を直接燃焼室に行うべく、該燃焼室のシリンダヘッド部分に燃料噴射ノズルを配置したものであり、クランクケース内の圧力変動を利用して燃料ポンプを駆動し、該燃料ポンプにより前記燃料噴射ノズルに燃料を供給して前記燃焼室に直接燃料を噴射するもので、燃料の噴射過程、即ち、燃料が噴射ノズルから噴射される状態は、ピストンが下降することによって、クランクケース内の圧力が上昇し、前記ピストンがほぼ下死点にきた時、前記クランクケース内の圧力で前記燃料ポンプを作動させて燃料を燃料噴射ノズルに供給し、該燃料噴射ノズルから前記燃料ポンプの加圧圧力によって前記燃焼室に噴射させるものである。
【０００３】
また、前記と同様な燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンの他の一例としては、燃焼室に通じる空気通路（掃気通路）の途中に燃料噴射ノズルを配置し、シリンダ壁を構成する熱伝導壁に向けて前記噴射ノズルから燃料を衝突噴射することで気化状態として前記空気通路を通過する空気と気化混合させて、該混合気を前記燃焼室に供給する技術がある（米国特許第４，８７６，９９９号明細書参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境問題の高まりから小型２サイクル内燃エンジンにおいても、排ガス中の有害成分の低減化と低騒音化が強く要請されている。特に、気化器式の２サイクル内燃エンジン特有の問題として、未燃混合気のシリンダ室からの吹き抜け現象に起因する排ガス中のＨＣの低減、あるいは、エアクリーナ側への燃料の吹き返し現象による未燃燃料ガスの排出の防止が大きな課題となっており、その解決が望まれている。
【０００５】
また、近年、４サイクル内燃エンジンにおいては、リーンバーンエンジンあるいは燃料を直接燃焼室に噴射する直接噴射式エンジンが実用化されて、希薄燃焼技術よる排ガス中の有害成分の低減が考慮されており、該技術の２サイクル内燃エンジンへの適用が模索されている。
【０００６】
そして、前記提示の第一の従来技術（特開昭６４−７３１６５号公報）は、燃料噴射ノズルをシリンダ本体に装着し、燃料を燃焼室に噴射ノズルから直接噴射するものであるので、従来の気化器式の２サイクル内燃エンジンに比べて、未燃混合気のシリンダ室からの吹き抜け現象によるＨＣの排出、あるいは、エアクリーナ側への燃料の吹き返し現象による未燃燃料ガスの排出を減少させることができるが、エンジン本体の構造自体は、２サイクルであるので、該構造上の問題から前記未燃燃料ガスの排出低減は、十分なものとは云えず、改良の余地がある。
【０００７】
また、前記技術は、燃料が燃料ポンプの吐出圧力によって、その吐出作動時に燃料噴射ノズルから噴射されるものであるので、燃料噴射時期の調節、及び、燃料量の調節がしにくく、希薄燃焼等の空燃比制御ができ難い構造のものである。更に、前記技術は、アイドリング時にピストンががたつく、あるいは、燃焼音が大きいという２サイクル内燃エンジンの特有の現象を改善したものでもない。
【０００８】
一方、前記第二の従来技術（米国特許第４、８７６、９９９号明細書）は、燃焼室に通じる空気通路の壁に向けて燃料を衝突噴射して空気と混合するものであるので、通常の２サイクル内燃エンジンと同様に、エンジン内に空気を取り入れるエアークリーナ側への燃料の吹き出し現象が生じ易く、未燃燃料ガスが前記エアクリーナを介して外部に放出される虞があり、環境保全上の問題がある。
【０００９】
更に、前記提案の技術は、シリンダ壁を構成する熱伝導壁に向けて前記噴射ノズルから燃料を衝突噴射するものであるから、前記リーンバン燃焼等のエンジンの空燃比制御が面倒である。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、気化器式２サイクル内燃エンジンの構造の変更を最小限にして簡単に適用でき、かつ、燃料の噴射時期とその燃料量の調整等の制御が容易で、かつ、排ガス中の有害成分の低減、更には、吸気側への燃料の吹き返し現象を防止し、エンジン騒音をも低下させ得る燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンとその制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンは、基本的には、空気吸入系統を備えたクランク室予圧縮型であって、前記空気吸入系統は、ヒートインシュレータの上流に空気・燃料混合器を配置し、該空気・燃料混合器は、空気流通通路と、該空気流通通路内に配置されたスロットル弁と、燃料を供給するダイヤフラムポンプと、燃料の加熱体を有する燃料噴射ノズルと、を備え、前記空気・燃料混合器の下流に吸気ポートもしくはリードバルブを備えていることを特徴としている。
【００１１】
そして、本発明に係る燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンの好ましい具体的な態様としては、前記燃料噴射ノズルが、複数個備えられ、前記内燃エンジンは、交流発電手段と制御装置とを備え、前記交流発電手段と前記制御装置は一体構成の単体構造体として、前記内燃エンジンの冷却用ファン付きロータの近傍に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
前述の如く構成された本発明の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンは、従来の気化器の配置位置に該気化器に代えて噴射ノズル付きの燃料・空気混合器を配置する構成としたので、吸入空気に対する燃料の流量制御の精度を高めることができると共に、前記燃料・空気混合器の外部構造を従来の気化器と同じくし、内部構造を一部変更するのみで、従来の内燃エンジンの気化器に代えて、簡単に置き換えることができる。
【００１３】
また、点火制御装置、交流発電手段部、及び、燃料制御回路を一体化した構造の制御装置としたことで、該制御装置で点火及び燃料噴射の両制御が可能で、かつ単体として取り扱うことでできると共に、冷却用ファン付きロータの近傍に配置したことで、前記内燃エンジン全体をコンパクトにできる。
【００１４】
一方、本発明の２サイクル内燃エンジンの制御装置は、基本的には、点火制御装置と燃料制御装置とを備え、該燃料制御装置が、直流電力を矩形の連続したパルス波に生成すると共に、該パルス波の出力数を調節して噴射間隔を制御する噴射モード制御手段を備え、該噴射モード制御手段が、前記パルス波を前記燃料噴射ノズルに毎回出力する毎回噴射モードもしくは該出力数を間引く間引き噴射モードとに切り替え制御を行うものであることを特徴としている。
【００１５】
また、前記燃料制御装置が、燃料の一回の噴射量を制御する噴射量制御手段を備え、該噴射量制御手段が、前記内燃エンジンの回転数等のエンジン負荷に対応した信号に基づいて燃料の噴射量を制御するものであり、多数の燃料噴射ノズルに配置された各加熱体の加熱を選択的に制御するものであることを特徴としている。
【００１６】
前記の如き構成の内燃エンジンの制御装置は、燃料噴射ノズルから噴射する燃料を制御する手段として、噴射モード制御手段を備えたので、前記交流発電手段の起電力を矩形のパルス波に生成し、各パルス波毎の毎回噴射、及び、複数の形態の間引き噴射等を適宜選択して、燃料噴射モードを替えて内燃エンジンの運転を行うことができる。このため、大きな負荷出力を必要としないアイドル回転時等の低回転において間引き噴射を行うことによって、前記内燃エンジンの回転の安定性を向上させることができると共に、前記低回転時の排気音を良好な音質にすることができ、騒音による不快感を低減できる。
【００１７】
また、本発明の内燃エンジンの制御装置は、燃料噴射ノズルから噴射する燃料を制御する手段として、噴射量制御手段を備えたので、多数の燃料噴射ノズルの各加熱体を各別に選択制御することで、一回の噴射における燃料の噴射量を容易に変更できる。該変更によって内燃エンジンの出力が変更され、負荷変動に容易に対応できる制御が可能になると共に、リーンバーン燃焼（希薄燃焼）等のエンジンの空燃比制御も、正確に、かつ、容易に行うことができ、加速時等に必要な一時的に濃い混合空気をタイムラグ無しに燃焼室に供給できる。
【００１８】
更に、クランク室から吸気ポート側への吸気の逆流時に、燃料の噴射を意図的に中断させることによって、燃料が前記吸気ポートを介してエヤークリーナから外部に放出されることの防止、いわゆる、吸気側への燃料の吹き返しを防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンとその制御装置の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に使用される燃料噴射式２サイクル内燃エンジン１（以下、単に内燃エンジンと云う）の縦断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面を示している。前記内燃エンジン１は、いわゆるシュニューレ式のクランク室予圧縮型の空冷２サイクル内燃エンジンであり、上下方向にピストン４が摺動自在に嵌挿されたシリンダ室３を有するシリンダブロック２と、該シリンダブロック２の下側に連結されて内部にクランク室６を形成する割り型のクランクケース５と、前記シリンダブロック２の上側に該シリンダブロック２と一体に成形されたシリンダヘッド部７とを備えており、その外周部には多数の空冷用の冷却フィン８が形成され、前記シリンダヘッド部７の適位置に、後述する制御装置３６内の点火制御装置３７に高圧ケーブル３６ａを介して接続された点火プラグ９が装着されている。
【００２０】
前記クランク室６は、密閉された短円筒形をしており、その左右端の中央部分にクランク軸３０が軸支され、該クランク軸３０のクランクピン３１には連接ロッド３２を介して前記ピストン４が枢支連結されていると共に、前記連接ロッド３２を挟むように前記クランクピン３１の左右に一対の扇形等のクランクウエブ３４、３４が固定されており、該クランクウエブ３４、３４は前記クランク軸３０と一体に回転せしめられる。
【００２１】
前記クランク軸３０の一端には、空冷用のファン付きロータ３５が固定されており、該ロータ３５の外周には、磁石３５ａが埋め込まれている。前記ロータ３５の外周面と対向する位置には、点火制御装置３７と燃料制御装置３９とを一体に組み込んだ、内燃エンジンの制御装置３６（詳細後述）が配置され、該内燃エンジンの制御装置３６の出力電力を、配線３６ａ、３６ｂの各々を介して前記点火プラグ９と燃料噴射ノズル４６（詳細後述）に供給する。
【００２２】
また、前記シリンダブロック２は、前記シリンダ室３の前記クランク軸３０の軸線と直交する方向の内面に開口する排気ポート４０を備えると共に、該排気ポート４０と対向する内面（１８０度ずれた位置）に段違いに下げた吸気ポート４１を開口し、前記排気ポート４０と前記吸気ポート４１と９０度位置をずらせた内面（図２の左右）に一対の掃気ポート４２、４２が対向して開口している。これ等の掃気ポート４２、４２は、前記シリンダブロック２の下方に延びて前記クランク室６に連通する掃気通路４３、４３の上端に形成されている。
【００２３】
前記吸気ポート４１側の空気吸入系統Ａには、ヒートインシュレータ４４を介して空気・燃料混合器４５が配備されている。該空気・燃料混合器４５の上流側である空気流入側にはエアクリーナー２１が備えられている。
図３は、前記空気・燃料混合器４５の一例の内部構造の概略を示したものであり、該空気・燃料混合器４５は、基本的には周知のダイヤフラム式気化器と同一の構成を有し、空気流通通路４５ａ、該空気流通通路４５ａ内に配置されたスロットル弁４５ｂ、燃料を供給するダイヤフラムポンプ４５ｃ、燃料噴射ノズル４６等を備えている。
【００２４】
燃料タンク４７からの燃料は、前記内燃エンジン１のクランク室６から連通路４５ｄを介して伝達される前記クランク室６の脈圧によって駆動される前記ダイヤフラムポンプ４５ｃによって、配管４７ａを介して前記空気・燃料混合器４５の燃料溜４５ｅに供給され、該燃料溜４５ｅから前記燃料噴射ノズル４６に供給される。
【００２５】
該燃料噴射ノズル４６は、その内部に前記燃料制御装置３９に接続された電熱ヒータ等の発熱体（発熱素子）４６ｂを備え、該発熱体４６ｂが前記燃料制御装置３９からの電力で瞬時に高電圧加熱されることによって、前記ノズル４６に供給されている燃料が瞬間的に加熱され、該燃料が状態変化して、気泡を発生させる。該気泡の成長に伴って前記ノズル４６の内圧が高まり、燃料が前記ノズル４６の前記ノズル先端４６ａから前記空気・燃料混合器４５内の空気流通通路４５ａに噴射される。
【００２６】
前記ノズル４６は、複数設けられ、該各ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・毎に前記発熱体４６ｂを備えており、該発熱体４６ｂ、・・・を各別に選択的に制御することによって噴射燃料の量を調整することができる。また、前記ノズル４６内にセラミック等の多孔質材を配設し、該多孔質材内に燃料をしみ込ませる状態として前記加熱体４６ｂで加熱する構造とすることもできる。
【００２７】
前記エアクリーナ２１から供給された空気は、前記スロットル弁４５ｂで流量を調整されると共に、前記燃料噴射ノズル４６から噴射される燃料と混合され、混合気として、前記ヒートインシュレータ４４内の通路４４ａを介して前記吸気ポート４１から前記クランク室６に供給される。
【００２８】
前記排気ポート４０側には、マフラー２０が配備され、前記シリンダ２内の燃焼室３で燃焼した燃焼排ガスは、前記排気ポート４０を介して前記マフラー２０内に導かれ、該マフラー２０で該燃焼排ガスを消音すると共に、浄化して外部に排出する。
【００２９】
図４は、本実施形態の前記内燃エンジン１の制御装置３６の内部構成図、及び、該制御装置３６によって作動する前記点火プラグ９と前記燃料噴射ノズル４６との関連を示した図である。
【００３０】
前記内燃エンジン制御装置３６は、ＣＤＩ式やＴＣＩ式等の電子式点火制御装置３７、交流発電手段３８、及び、燃料制御装置３９を一体に組み込んだ構成となっており、前記交流発電手段３８は、前記冷却用ファン付きロータ３５の回転に伴い発電を行い、前記点火制御装置３７と前記燃料制御装置３９とに電力を供給して、前記点火プラグ９と前記燃料噴射ノズル４６とを作動せしめるものである。
【００３１】
前記点火制御装置３７は、点火時期制御用のピックアップコイル３７ａ、前記発電手段３８からの交流電力の半波整流を行う点火電源回路３７ｂ、点火制御回路３７ｃ、及び、イグニッションコイル３７ｄ等からなる通常の構成を有している。
【００３２】
一方、前記燃料制御装置３９は、前記点火電源回路３７ｂと逆相の半波整流を行う噴射電源回路３９ａと、燃料の噴射時期と噴射量を制御する噴射燃料制御手段（回路）３９ｂとから成っている。該噴射燃料制御手段３９ｂは、燃料の噴射時期を制御する噴射モード制御手段３９ｃと、燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段３９ｄとを備えている。
【００３３】
前記点火制御装置３７は、前記点火プラグ９に前記高圧ケーブル３６ａを介して接続されていると共に、前記燃料制御装置３９は、前記空気・燃料混合器４５の燃料噴射ノズル４６に配線３６ｂ，３６ｂを介して接続されている。
【００３４】
前記点火制御装置３７は、前記交流発電手段３８で発生する交流起電力を利用して点火するものであるが、実際に点火用に利用される起電力は、その発生する電圧のプラス側もしくはマイナス側のいずれか一方の半波電圧であり、他方の電圧は利用されていない方式のものである。本実施形態においては、この利用されていない側の半波電圧を利用して、前記燃料噴射ノズル４６を作動させる。
【００３５】
具体的には、前記交流発電手段３８は、前記冷却用ファン付きロータ３５の回転に伴い交流起電力を発生し、電圧がプラス側（もしくはマイナス側）からマイナス側に変わる瞬間に前記プラス側（もしくはマイナス側）の電圧に基づき点火がおこなわれるが、前記燃料噴射ノズル４６は、前記発生した交流起電力の反対のマイナス側（もしくはプラス側）を利用するべく、前記点火制御装置３７から前記交流起電力を取り出して前記燃料制御装置３９に供給し、前記点火制御装置３７とは反対側のマイナス側（もしくはプラス側）の電圧を利用して、前記燃料噴射ノズル４６の発熱体４６ｂを瞬間的に加熱させて燃料を噴射させる。
【００３６】
即ち、前記交流発電手段３８で発電された交流電力を、ピックアップコイル３８ａを介して前記燃料制御装置３９に供給し、前記噴射電源回路３９ａで半波整流して直流とすると共に、前記噴射制御手段３９ｂに供給する。該噴射燃料制御手段３９ｂは、前記点火制御装置３７の前記点火制御回路３７ｃからの出力信号等に基づいて、前記配線３６ｂを介して前記加熱体４６ｂ、・・・に出力し、該加熱体４６ｂ、・・・を瞬間的に高電圧加熱して、燃料を前記燃料噴射ノズル４６の前記ノズル端部４６ａから前記空気・燃料混合器４５の空気流通通路４５ａ内に噴射する。
【００３７】
前記噴射モード制御手段３９ｃは、パルスジェネレータ等で前記直流電力を矩形の連続したパルス波Ｐとすると共に、該パルス波Ｐの出力間隔を制御して噴射間隔（噴射モード）を制御するものである。具体的制御の形態としては、前記パルス波Ｐの各波ごとに前記噴射ノズル４６から燃料を毎回噴射させるか、あるいは、前記パルス波Ｐの出力を一波置きに休止してパルス波の二波に対して一回噴射させる間引き噴射、更には、前記パルス波の出力を連続する三波に対して二波を休止してパルス波の三波に対して一回噴射させるか等の、間引き噴射モードを選択的に制御するものである。また、吸気（エアクリーナ２１）側への前記燃焼室４からの燃料の吹き返しを防止するために、前記内燃エンジン１の各行程の内、前記燃焼室４から吸気側への逆流中（ピストンの下死点前の所定期間）は、図５（ａ）、（ｂ）に示されているように、燃料の噴射を意図的に中断するべく、前記パルス波を連続して出力せずに、燃料の噴射を休止するモードとすることもできる。
【００３８】
更に、前記噴射モード制御手段３９ｃは、前記内燃エンジン１の運転にともなう各種の変動値の検出手段に基づいて作動するものであり、例えば、前記内燃エンジン１のスロットルレバー５１やスロットル弁４５ｂにポテンショメータ、ロータリースイッチ等の、検出手段としての角度センサー５０を配置し、該角度センサ５０の角度信号に基づき、前記噴射モード制御手段３９ｃを作動させて噴射モードを変更させる。前記内燃エンジン１のスロットル弁４５ｂを操作する前記スロットルレバー５１の動きを前記角度センサ５０で検出し、その作動位置の変更（前記スロットル弁４５ｂの開度の変更）により、前記毎回噴射か、間引き噴射か、等の噴射モードを変換する。
【００３９】
前記噴射量制御手段３９ｄは、多数設けられた前記噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、の各発熱体４６ｂ、・・・を各別に選択的に加熱制御して、前記噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、の全体から噴射される燃料の量を調整制御するものであり、前記内燃エンジン１の回転数や前記点火プラグ９の座温等、エンジン負荷の変動を検出する負荷検出手段５３の出力信号に基づき、前記噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、全体として噴射される燃料量を変更する。即ち、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、三個の噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃが配置されている場合には、その運転状態の相違により、前記三個の噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃを選択して噴射もしくは噴射休止を行い、一回の噴射量の調節を行って、前記内燃エンジン１のアイドリング時、部分負荷時、全負荷時等の運転を行う。
【００４０】
次に、前記の如く構成された本実施形態の内燃エンジン１の制御装置３６の作動について説明する。
図１及び図２に示す実施形態の内燃エンジン１は、いわゆる、ピストンバルブ式のものであり、吸入バルブや排気バルブを設けずに、前記ピストン４が上下摺動移動することで、前記吸気ポート４１もしくは排気ポート４０を、前記クランク室６もしくは前記シリンダ室３に開口することで吸気もしくは排気を行い、前記両バルブの作用をしている。
【００４１】
前記内燃エンジン１が稼働して前記ピストン４が上下移動をしている状態において、エアクリーナ２１から外部空気が流入して空気・燃料混合器４５を通り、吸気ポート４１に導かれると共に、前記内燃エンジン１の制御装置３６の前記燃料噴射制御手段３９ｂからの出力信号（パルス信号）に基づき、前記燃料噴射ノズル４６の前記加熱体４６ｂが加熱され、前記燃料噴射ノズル４６の前記ノズル先端４６ａから燃料が、前記空気・燃料混合器４５内の空気流通通路４５ａ内に噴射され、吸入空気と混合されて混合気となる。
【００４２】
前記ピストン４が下降して下死点近くになると、最初に前記排気ポート４０が開口して前記シリンダ室３内の燃焼排ガスを前記内燃エンジン１外に排出し、次で、前記掃気ポート４２、４２が開口する。該掃気ポート４２、４２の開口により、予圧縮された前記クランク室６内の混合気が前記掃気通路４３、４３を介して前記シリンダ室３に流入し、該シリンダ室３に残留している燃焼排ガスを前記排気ポート４０を介して外部に追い出しながら前記シリンダ室３を掃気する。この時、前記混合気も前記排気ポート４０から幾分排出されることとなる。
このように、掃気作用をしている間に前記ピストン４が上昇を始め、再び、前記掃気ポート４２が塞がれる。
【００４３】
前記ピストン４が更に上昇して、まず、前記掃気ポート４２、４２を塞ぎ、次いで、前記排気ポート４０を塞いで圧縮行程に入り、前記ピストン４が上死点近傍に来たとき前記点火プラグ９に前記内燃エンジン制御装置３６の前記点火制御装置３７からの高圧電力が前記高圧ケーブル３６ａを介して供給され、その放電火花によりシリンダ室３内の圧縮混合気が点火爆発される。
【００４４】
なお、前記ピストン４が圧縮行程になると、該ピストン４が上昇することによって、前記クランク室６内の圧力が低下するので、前記ピストン４のスカート部４ａが前記吸気ポート４１の下縁を通過して更に上昇し、該吸気ポート４１が前記クランク室６に開口すると同時に、外部空気をエアクリーナ２１を介して吸入し、前記空気・燃料混合器４５を介して混合気として前記クランク室６内に吸入し始める。前記シリンダ室３内の混合気が爆発して膨張行程に入り、前記ピストン４が下降して前記吸気ポート４１を塞ぐと、前記吸入された混合気は、前記クランク室６内で予圧縮され、次で、前記掃気ポート４２、４２が開かれて前記シリンダ室３に連通すると、前記予圧縮された吸入混合気は、前記掃気通路４３、４３を介して前記掃気ポート４２、４２から前記シリンダ室３に流入され、前述の行程を繰り返す。
【００４５】
前記燃料噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・からの燃料の噴射において、前記燃料噴射制御手段３９ｂの前記噴射モード制御手段３９ｃが、前記角度センサ５０の出力信号に基づき、パルス波Ｐの各波ごとに前記噴射ノズル４６から燃料を毎回噴射させるか、あるいは、前記パルス波Ｐの出力を一波置きに休止してパルス波の二波に対して一回噴射させる間引き噴射、更には、前記パルス波の出力を連続する三波に対して二波を休止してパルス波の三波に対して一回噴射させるか等の間引き噴射モードに、選択的に制御される。
【００４６】
また、同様に、前記燃料噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・からの燃料の噴射において、前記燃料噴射制御手段３９ｂの前記噴射量制御手段３９ｄが、前記内燃エンジン１の回転数等を検出する前記負荷検出手段５３の出力信号等のエンジンの各種の検出信号に基づき、前記多数の燃料噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の多数の発熱体４６ｂ、・・・を各別に選択して通電制御することで、前記燃料噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・から噴射される燃料の全体としての噴射量を制御する。
【００４７】
更に、前記噴射モード制御手段３９ｃと前記噴射量制御手段３９ｄとの複合制御によって、燃料の各噴射モード（パルス信号毎の毎回噴射と間引き噴射）と噴射量の増減とを適宜組み合わせて、多様で、かつ、広範囲の燃料の噴射制御が行なわれる。
【００４８】
前記の如き本実施形態の内燃エンジン１の制御装置３６は、燃料噴射ノズル４６から噴射する燃料を制御する手段として、噴射モード制御手段３９ｃを備えたので、前記交流発電手段３８の起電力に基づき矩形のパルス波Ｐを生成し、該各パルス波Ｐ毎の毎回噴射、及び、複数の形態の間引き噴射等を適宜選択して、燃料噴射モードを替えて内燃エンジン１の運転を行うことができる。このため、大きな負荷出力を必要としないアイドル回転時等の低回転において間引き噴射を行うことによって、前記内燃エンジン１の回転の安定性を向上させることができると共に、前記低回転時の排気音を良好な音質にすることができ、騒音による不快感を低減できる。
【００４９】
また、本実施形態の内燃エンジン１の制御装置３６は、燃料噴射ノズル４６から噴射する燃料を制御する手段として、噴射量制御手段３９ｄを備えたので、多数の燃料噴射ノズル４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・の各加熱体４６ｂ、・・・を各別に選択制御することで、一回の噴射における燃料の噴射量を容易に変更でき、該変更によって内燃エンジン１の出力を変更することで、負荷変動に容易に対応できる内燃エンジン１を提供できると共に、リーンバーン燃焼（希薄燃焼）等のエンジンの空燃比制御も、正確に、かつ、容易に行うことができ、加速時等に一時的に必要な濃い混合気を、タイムリーに燃焼室３に供給できる。
【００５０】
更に、クランク室６から吸気ポート４１側への吸気の逆流時に、燃料の噴射を意図的に中断させることによって、燃料が前記吸気ポート４１を介してエヤークリーナ２１から外部に放出される、いわゆる、吸気側への燃料の吹き返しを防止することができる。
【００５１】
更にまた、本実施形態は、従来の気化器に代えて空気・燃料混合器４５を用いる構成としたので、燃料の流量制御の精度を高めるもとができ、かつ、従来の気化器式内燃エンジンの気化器部分を前記空気・燃料混合器４５に置き換えることによって、容易に燃料噴射式内燃エンジンとすることができる。前記気化器部分の前記空気・燃料混合器４５への置き換えにおいても、主要構造を同じくし、内部構造のごく一部を変更するのみで、簡単に変更ができる。
【００５２】
更にまた、点火制御装置３７、交流発電手段部３８、及び、燃料制御回路３９を一体化した構造の制御装置３６を、冷却用ファン付きロータ３５の近傍に配置したので、前記制御装置３６の全体をコンパクトにできると共に、該装置３６で、点火及び燃料噴射の両制御が可能となった。
【００５３】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００５４】
例えば、前記実施形態においては、シリンダブロックに設けた吸気ポートの上流に空気・燃料混合器を配備する内燃エンジンについて記載したが、図７に示すように、混合気を空気吸入系統Ａのリードバルブ５５を介してクランク室６に供給するタイプの内燃エンジン１’おける、該空気吸入系統Ａのリードバルブ５５の上流にヒートインシュレータ５６を介在して空気・燃料混合器４５を配備する構成とすることもできる。
また、前記燃料噴射ノズル４６は、燃料噴射作用体としては、発熱素子に限らす、圧電素子、あるいは、電磁素子を使用することも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジンは、従来の気化器式の２サイクル内燃エンジンを最小限の構造変更で、簡単に燃料噴射式にすることができる。
また、本発明の制御装置は、燃料の噴射時期（噴射間隔）を制御する噴射モード制御手段と燃料の噴射量を制御する噴射量制御手段とを備えているので、２サイクル内燃エンジンでありながら、燃料の噴射時期（噴射間隔）とその燃料噴射量の調整等の制御が容易にできると共に、排ガス中の有害成分の低減、吸気側への燃料の吹き返しの防止、及び、エンジン騒音の低下とを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の２サイクル内燃エンジンの縦断面図。
【図２】図１の内燃エンジンのＩＩ−ＩＩ矢視断面図。
【図３】図１の内燃エンジンの空気・燃料混合器の概念図。
【図４】図１の内燃エンジンの制御装置の機能配線図。
【図５】図４の内燃エンジンの制御装置の燃料噴射間隔モードの一例を示すものであって、（ａ）は、燃料噴射間隔が密な場合を示す図であり、（ｂ）は燃料噴射間隔が粗い場合を示す図。
【図６】図４の内燃エンジンの制御装置の燃料噴射量モードの一例を示すものであって、
（ａ）は、複数の燃料ノズルの各噴射量を示す図であり、（ｂ）は、前記複数の燃料ノズルの各噴射と運転状態を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態の２サイクル内燃エンジンの縦断面図。
【符号の説明】
１２サイクル内燃エンジン
６クランク室
３５冷却用ファン付きロータ
３６内燃エンジンの制御装置
３７点火制御装置
３８交流発電手段
３９燃料制御装置
３９ｃ噴射モード制御手段
３９ｄ噴射量制御手段
４１吸気ポート
４５空気・燃料混合器
４５ｂスロットル弁
４６燃料噴射ノズル
４６ｂ加熱体
５５リードバルブ
Ａ空気吸入系統
Ｐパルス波[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection type internal combustion engine and a control device therefor, and more particularly to a relatively small fuel injection type two-stroke internal combustion engine suitable for use in a portable work machine such as a chain saw and a brush cutter, and a control device therefor. About.
[0002]
[Prior art]
In a two-stroke internal combustion engine, a carburetor type fuel supply device is usually used. As an example of a fuel injection type, there is a technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-73165. . In this technique, a fuel injection nozzle is arranged in a cylinder head portion of the combustion chamber in order to directly inject fuel into a combustion chamber, and a fuel pump is driven by utilizing pressure fluctuations in a crankcase. The fuel is supplied to the fuel injection nozzle by a fuel pump to directly inject the fuel into the combustion chamber.In the fuel injection process, that is, the state in which the fuel is injected from the injection nozzle, the piston descends, When the pressure in the crankcase rises and the piston almost reaches the bottom dead center, the fuel pump is operated with the pressure in the crankcase to supply fuel to the fuel injection nozzle, and the fuel is injected from the fuel injection nozzle. The fuel is injected into the combustion chamber by the pressurized pressure of a pump.
[0003]
Further, as another example of the same fuel injection type two-cycle internal combustion engine as described above, a fuel injection nozzle is arranged in the middle of an air passage (scavenging passage) leading to a combustion chamber, and the fuel injection nozzle is provided on a heat conduction wall constituting a cylinder wall. There is a technique in which fuel is injected from the injection nozzle toward the combustion chamber to vaporize and mix with air passing through the air passage and supply the air-fuel mixture to the combustion chamber (U.S. Pat. 999).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, the reduction of harmful components in exhaust gas and the reduction of noise have been strongly demanded even in a small two-stroke internal combustion engine due to increasing environmental problems. In particular, as a problem peculiar to a carburetor type two-stroke internal combustion engine, reduction of HC in exhaust gas due to a blow-through phenomenon of an unburned air-fuel mixture from a cylinder chamber, or unburned fuel due to a blow-back phenomenon of fuel toward an air cleaner Prevention of gas emission is a major issue, and its solution is desired.
[0005]
In recent years, in a 4-cycle internal combustion engine, a lean burn engine or a direct injection engine that directly injects fuel into a combustion chamber has been put into practical use, and reduction of harmful components in exhaust gas by lean burn technology has been considered. The application of this technology to a two-stroke internal combustion engine is sought.
[0006]
The first prior art (Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-73165) suggested that the fuel injection nozzle is mounted on the cylinder body and the fuel is directly injected into the combustion chamber from the injection nozzle. Compared with a carburetor-type two-stroke internal combustion engine, it is possible to reduce the emission of HC due to the unburned air-fuel mixture blowing out of the cylinder chamber or the emission of unburned fuel gas due to the fuel returning to the air cleaner side. However, since the structure of the engine itself has two cycles, the reduction of the unburned fuel gas emission is not sufficient due to the structural problem, and there is room for improvement.
[0007]
Further, in the above-mentioned technology, since fuel is injected from the fuel injection nozzle by the discharge pressure of the fuel pump at the time of the discharge operation, it is difficult to adjust the fuel injection timing and the fuel amount, and it is difficult to perform lean combustion. It is difficult to control the air-fuel ratio. Furthermore, the above-mentioned technology does not improve the peculiar phenomena of the two-stroke internal combustion engine such as the rattling of the piston during idling or the loud combustion noise.
[0008]
On the other hand, the second prior art (U.S. Pat. No. 4,876,999) impinges fuel on a wall of an air passage leading to a combustion chamber and mixes it with air. As with the two-stroke internal combustion engine, fuel is easily blown out to the air cleaner side for taking in air into the engine, and unburned fuel gas may be discharged to the outside via the air cleaner. There is a problem.
[0009]
Further, in the proposed technique, the fuel is collidingly injected from the injection nozzle toward the heat conduction wall constituting the cylinder wall, so that the air-fuel ratio control of the engine such as the lean-burn combustion is troublesome.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to minimize the change in the structure of a carburetor-type two-stroke internal combustion engine and to easily apply the fuel injection timing. And a fuel injection type that can easily control the adjustment of the fuel amount and the like, reduce the harmful components in the exhaust gas, prevent the fuel from returning to the intake side, and reduce the engine noise. A cycle internal combustion engine and a control device thereof are provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a fuel injection type two-stroke internal combustion engine of the present invention is basically a crankcase pre-compression type having an air intake system, Arranges an air-fuel mixer upstream of the heat insulator, the air-fuel mixer has an air circulation passage, a throttle valve arranged in the air circulation passage, a diaphragm pump for supplying fuel, A fuel injection nozzle having a fuel heating element, An intake port or a reed valve is provided downstream of the air / fuel mixer.
[0011]
And the present invention Pertain to Preferred Specifics of a Fuel Injected Two-Stroke Internal Combustion Engine What As an aspect, the fuel injection nozzle is: There are several, The internal combustion engine Is , AC power generation means and a control device, wherein the AC power generation means and the control device Is As an integral unitary structure, the internal engine Is disposed in the vicinity of the cooling fan-equipped rotor.
[0012]
The fuel injection type two-stroke internal combustion engine of the present invention having the above-described structure is provided with a fuel / air having an injection nozzle in place of a conventional carburetor in place of the carburetor. Mixer , The accuracy of controlling the flow rate of the fuel with respect to the intake air can be improved, and the fuel / air Mixer The external structure of the conventional internal combustion engine is the same as that of the conventional carburetor, and only the internal structure is partially changed. of Instead of a vaporizer, it can be easily replaced.
[0013]
In addition, since the ignition control device, the AC power generation unit, and the control device have a structure integrated with the fuel control circuit, the control device can control both ignition and fuel injection, and can be handled as a single unit. In addition, by arranging the internal combustion engine near the rotor with the cooling fan, the entire internal combustion engine can be made compact.
[0014]
On the other hand, the control device of the two-stroke internal combustion engine of the present invention basically includes an ignition control device and a fuel control device, and the fuel control device generates DC power into a rectangular continuous pulse wave, An injection mode control means for controlling an injection interval by adjusting the number of outputs of the pulse wave, wherein the injection mode control means outputs the pulse wave to the fuel injection nozzle every time or thins out the output number. It is characterized in that switching control to a thinning injection mode is performed.
[0015]
Further, the fuel control device includes an injection amount control unit that controls a single injection amount of the fuel, and the injection amount control unit controls the fuel based on a signal corresponding to an engine load such as a rotation speed of the internal combustion engine. , And is characterized by selectively controlling the heating of each heating element arranged in a number of fuel injection nozzles.
[0016]
Since the control device for the internal combustion engine having the above configuration includes an injection mode control unit as a unit for controlling the fuel injected from the fuel injection nozzle, the electromotive force of the AC power generation unit is generated as a rectangular pulse wave, The operation of the internal combustion engine can be performed by changing the fuel injection mode by appropriately selecting injection every time for each pulse wave, thinning injection in a plurality of forms, and the like. For this reason, by performing the thinning-out injection at a low rotation speed such as an idle rotation that does not require a large load output, the stability of the rotation of the internal combustion engine can be improved, and the exhaust sound at the low rotation speed can be improved. Sound quality, and discomfort due to noise can be reduced.
[0017]
Further, since the control device for the internal combustion engine of the present invention includes the injection amount control means as means for controlling the fuel injected from the fuel injection nozzles, it is possible to selectively control each of the heating elements of a large number of fuel injection nozzles. Thus, the fuel injection amount in one injection can be easily changed. The change changes the output of the internal combustion engine, enabling control that can easily respond to load fluctuations, and accurately and easily controls the air-fuel ratio of the engine such as lean burn combustion (lean combustion). This makes it possible to supply the temporarily rich mixed air required for acceleration or the like to the combustion chamber without a time lag.
[0018]
Further, at the time of the backflow of the intake air from the crank chamber to the intake port side, the injection of the fuel is intentionally interrupted to prevent the fuel from being discharged from the air cleaner through the intake port to the outside. It is possible to prevent fuel from returning to the side.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a fuel injection type two-stroke internal combustion engine and a control device thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel injection type two-stroke internal combustion engine 1 (hereinafter simply referred to as an internal combustion engine) used in the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. . The internal combustion engine 1 is an air-cooled two-cycle internal combustion engine of a so-called Schneull type crank chamber pre-compression type. A split type crankcase 5 connected to the lower side of the block 2 to form a crank chamber 6 therein, and a cylinder head 7 integrally formed with the cylinder block 2 above the cylinder block 2 are provided. A large number of cooling fins 8 for air cooling are formed on the outer peripheral portion thereof, and connected to an appropriate position of the cylinder head section 7 via a high-voltage cable 36a to an ignition control device 37 in a control device 36 described later. A spark plug 9 is mounted.
[0020]
The crank chamber 6 has a closed short cylindrical shape, and a crankshaft 30 is pivotally supported at a central portion at the left and right ends. The crankpin 31 of the crankshaft 30 is connected to the piston via a connecting rod 32. A pair of crank webs 34, 34 having a fan shape or the like are fixed to the left and right of the crank pin 31 so as to sandwich the connecting rod 32. It is rotated integrally with the shaft 30.
[0021]
A rotor 35 with a fan for air cooling is fixed to one end of the crankshaft 30, and a magnet 35 a is embedded in the outer periphery of the rotor 35. At a position facing the outer peripheral surface of the rotor 35, a control device 36 (to be described in detail later) of an internal combustion engine, in which an ignition control device 37 and a fuel control device 39 are integrated, is arranged. Is supplied to the ignition plug 9 and the fuel injection nozzle 46 (to be described in detail later) via each of the wires 36a and 36b.
[0022]
In addition, the cylinder block 2 includes an exhaust port 40 that opens on an inner surface of the cylinder chamber 3 in a direction perpendicular to the axis of the crankshaft 30, and an inner surface facing the exhaust port 40 (a position shifted by 180 degrees). A pair of scavenging ports 42, 42 are opened opposite to each other on the inner surface (left and right in FIG. 2) in which the exhaust port 40 and the intake port 41 are shifted by 90 degrees from each other. I have. These scavenging ports 42, 42 are formed at the upper ends of scavenging passages 43, 43 extending below the cylinder block 2 and communicating with the crank chamber 6.
[0023]
An air / fuel mixer 45 is provided in the air intake system A on the intake port 41 side via a heat insulator 44. An air cleaner 21 is provided on an air inflow side, which is an upstream side of the air / fuel mixer 45.
FIG. 3 schematically shows the internal structure of an example of the air / fuel mixer 45. The air / fuel mixer 45 has basically the same configuration as a well-known diaphragm type vaporizer. The fuel cell system further includes an air passage 45a, a throttle valve 45b disposed in the air passage 45a, a diaphragm pump 45c for supplying fuel, a fuel injection nozzle 46, and the like.
[0024]
The fuel from the fuel tank 47 is supplied through the pipe 47a by the diaphragm pump 45c driven by the pulse pressure of the crank chamber 6 transmitted from the crank chamber 6 of the internal combustion engine 1 via the communication passage 45d. The fuel is supplied to the fuel reservoir 45e of the fuel mixer 45, and is supplied to the fuel injection nozzle 46 from the fuel reservoir 45e.
[0025]
The fuel injection nozzle 46 includes a heating element (heating element) 46b such as an electric heater connected to the fuel control device 39 therein, and the heating element 46b instantaneously rises with the power from the fuel control device 39. By the voltage heating, the fuel supplied to the nozzle 46 is instantaneously heated, and the state of the fuel changes to generate bubbles. As the bubbles grow, the internal pressure of the nozzle 46 increases, and fuel is injected from the nozzle tip 46a of the nozzle 46 into the air flow passage 45a in the air / fuel mixer 45.
[0026]
A plurality of the nozzles 46 are provided, and the heating elements 46b are provided for each of the nozzles 46A, B, C,..., By selectively controlling the heating elements 46b,. The amount of injected fuel can be adjusted. Alternatively, a porous material such as ceramic may be provided in the nozzle 46, and the fuel may be impregnated into the porous material and heated by the heater 46b.
[0027]
The air supplied from the air cleaner 21 is adjusted in the flow rate by the throttle valve 45b and is mixed with the fuel injected from the fuel injection nozzle 46. As a mixture, the air is supplied through the passage 44a in the heat insulator 44. Thus, the air is supplied from the intake port 41 to the crank chamber 6.
[0028]
A muffler 20 is provided on the exhaust port 40 side, and the combustion exhaust gas burned in the combustion chamber 3 in the cylinder 2 is guided into the muffler 20 through the exhaust port 40, and the combustion exhaust gas is exhausted by the muffler 20. It silences exhaust gas, purifies it and discharges it to the outside.
[0029]
FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the control device 36 of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment, and showing the relationship between the spark plug 9 and the fuel injection nozzle 46 operated by the control device 36.
[0030]
The internal combustion engine control device 36 has a configuration in which an electronic ignition control device 37 such as a CDI type or a TCI type, an AC power generation means 38, and a fuel control device 39 are integrally incorporated. Generating electric power in accordance with the rotation of the cooling fan-equipped rotor 35, supplying electric power to the ignition control device 37 and the fuel control device 39, and operating the ignition plug 9 and the fuel injection nozzle 46. It is.
[0031]
The ignition control device 37 includes a pickup coil 37a for controlling ignition timing, an ignition power supply circuit 37b for performing half-wave rectification of the AC power from the power generation means 38, an ignition control circuit 37c, and an ordinary ignition coil 37d. It has a configuration.
[0032]
On the other hand, the fuel control device 39 comprises an injection power supply circuit 39a for performing half-wave rectification in the opposite phase to the ignition power supply circuit 37b, and an injection fuel control means (circuit) 39b for controlling the fuel injection timing and injection amount. ing. The injection fuel control means 39b includes an injection mode control means 39c for controlling the fuel injection timing and an injection quantity control means 39d for controlling the fuel injection quantity.
[0033]
The ignition control device 37 is connected to the ignition plug 9 via the high-pressure cable 36a, and the fuel control device 39 connects wires 36b, 36b to a fuel injection nozzle 46 of the air / fuel mixer 45. Connected through.
[0034]
The ignition control device 37 ignites using the AC electromotive force generated by the AC power generation means 38. The electromotive force actually used for ignition is determined by the positive side or the negative side of the generated voltage. The half-wave voltage is on either side, and the other voltage is of an unused type. In the present embodiment, the fuel injection nozzle 46 is operated using the half-wave voltage on the unused side.
[0035]
Specifically, the AC power generation means 38 generates an AC electromotive force in accordance with the rotation of the cooling fan-equipped rotor 35, and at the moment when the voltage changes from the positive side (or the negative side) to the negative side, the positive side (or the negative side). The ignition is performed based on the voltage on the negative side (or the negative side). However, the fuel injection nozzle 46 sends the AC control signal from the ignition control device 37 to use the negative side (or the positive side) opposite to the generated AC electromotive force. The electromotive force is taken out and supplied to the fuel control device 39, and the heating element 46b of the fuel injection nozzle 46 is instantaneously operated by using a negative (or plus) voltage opposite to the ignition control device 37. To inject fuel.
[0036]
That is, the AC power generated by the AC power generation means 38 is supplied to the fuel control device 39 via a pickup coil 38a, half-wave rectified by the injection power supply circuit 39a to DC, and the injection control means 39b. The injection fuel control means 39b outputs to the heating elements 46b,... Via the wiring 36b based on an output signal from the ignition control circuit 37c of the ignition control device 37, etc. Are instantaneously heated to a high voltage, and fuel is injected from the nozzle end 46a of the fuel injection nozzle 46 into the air circulation passage 45a of the air / fuel mixer 45.
[0037]
The injection mode control means 39c controls the injection interval (injection mode) by controlling the DC power into a rectangular continuous pulse wave P using a pulse generator or the like and controlling the output interval of the pulse wave P. . As a specific control mode, the fuel is injected from the injection nozzle 46 every time the pulse wave P is applied, or the output of the pulse wave P is stopped every other wave, and two pulses of the pulse wave are used. In addition, the thinning injection mode in which the injection of the pulse wave is performed once, and the output of the pulse wave is paused for three consecutive waves and the single injection is performed for the three waves of the pulse wave. It is selectively controlled. In order to prevent the fuel from returning from the combustion chamber 4 to the intake (air cleaner 21) side, during each of the strokes of the internal combustion engine 1, during the backflow from the combustion chamber 4 to the intake side (below the piston). For a predetermined period before the dead center), as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), in order to intentionally interrupt the injection of fuel, May be set to a mode in which the injection is stopped.
[0038]
Further, the injection mode control means 39c operates based on detection means for detecting various fluctuation values accompanying the operation of the internal combustion engine 1. For example, a potentiometer is provided on the throttle lever 51 and the throttle valve 45b of the internal combustion engine 1. An angle sensor 50 as a detecting means such as a rotary switch is disposed, and based on an angle signal from the angle sensor 50, the injection mode control means 39c is operated to change the injection mode. The movement of the throttle lever 51 for operating the throttle valve 45b of the internal combustion engine 1 is detected by the angle sensor 50, and the operation is changed (the opening of the throttle valve 45b is changed), so that the injection or thinning is performed each time. Change the injection mode such as injection.
[0039]
The injection amount control means 39d selectively controls the heating of each of the plurality of heating elements 46b,... Of the injection nozzles 46A, B, C, respectively, so that the injection nozzles 46A, B, C,. For controlling the amount of fuel injected from the whole of the engine, based on an output signal of a load detecting means 53 for detecting a change in an engine load such as a rotation speed of the internal combustion engine 1 or a seat temperature of the ignition plug 9. The fuel nozzles 46A, 46B, and 46C change the amount of fuel injected as a whole. That is, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), for example, when three injection nozzles 46A, B, and C are arranged, the three injection nozzles 46A, B, and C differ depending on the operation state. 46A, B, and C are selected to perform the injection or the injection stop, and the injection amount is adjusted once, and the internal combustion engine 1 is operated at the time of idling, partial load, full load, and the like.
[0040]
Next, the operation of the control device 36 of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
The internal combustion engine 1 of the embodiment shown in FIG. 1 and FIG. 2 is a so-called piston valve type, and the intake port is formed by vertically moving the piston 4 without providing an intake valve or an exhaust valve. By opening 41 or the exhaust port 40 to the crank chamber 6 or the cylinder chamber 3, intake or exhaust is performed, and the two valves are operated.
[0041]
When the internal combustion engine 1 is operating and the piston 4 is moving up and down, external air flows in from the air cleaner 21, passes through the air / fuel mixer 45, is guided to the intake port 41, and The heating element 46b of the fuel injection nozzle 46 is heated based on an output signal (pulse signal) from the fuel injection control means 39b of the first control device 36, and fuel is discharged from the nozzle tip 46a of the fuel injection nozzle 46. The fuel is injected into the air passage 45a in the air / fuel mixer 45 and mixed with the intake air to form a mixture.
[0042]
When the piston 4 descends and approaches the bottom dead center, first, the exhaust port 40 is opened to discharge the combustion exhaust gas in the cylinder chamber 3 to the outside of the internal combustion engine 1, and then the scavenging port 42, 42 opens. Due to the openings of the scavenging ports 42, 42, the pre-compressed air-fuel mixture in the crank chamber 6 flows into the cylinder chamber 3 through the scavenging passages 43, 43, and the combustion remaining in the cylinder chamber 3 The cylinder chamber 3 is scavenged while exhaust gas is driven out through the exhaust port 40. At this time, the air-fuel mixture is also somewhat discharged from the exhaust port 40.
In this way, the piston 4 starts to rise during the scavenging operation, and the scavenging port 42 is closed again.
[0043]
When the piston 4 further rises, firstly, the scavenging ports 42, 42 are closed, and then, the exhaust port 40 is closed to start a compression stroke. When the piston 4 comes near the top dead center, the ignition plug 9 is closed. The high pressure power from the ignition control device 37 of the internal combustion engine control device 36 is supplied through the high voltage cable 36a, and the compressed air-fuel mixture in the cylinder chamber 3 is ignited and exploded by the discharge spark.
[0044]
When the piston 4 is in the compression stroke, the pressure in the crank chamber 6 is reduced by raising the piston 4, so that the skirt portion 4 a of the piston 4 passes through the lower edge of the intake port 41. At the same time as the intake port 41 is opened to the crank chamber 6, and at the same time, external air is sucked in through the air cleaner 21, and is sucked into the crank chamber 6 as an air-fuel mixture through the air-fuel mixer 45. Begin to. When the air-fuel mixture in the cylinder chamber 3 explodes and enters an expansion stroke, and the piston 4 descends to block the intake port 41, the sucked air-fuel mixture is pre-compressed in the crank chamber 6, Next, when the scavenging ports 42, 42 are opened to communicate with the cylinder chamber 3, the pre-compressed intake air-fuel mixture is transferred from the scavenging ports 42, 42 to the cylinder chambers via the scavenging passages 43, 43. 3 and repeat the process described above.
[0045]
In the fuel injection from the fuel injection nozzles 46A, 46B, 46C,..., The injection mode control means 39c of the fuel injection control means 39b controls each of the pulse waves P based on the output signal of the angle sensor 50. Either injecting fuel from the injection nozzle 46 for each wave, or alternatively, thinning injection in which the output of the pulse wave P is paused every other wave and is injected once for two pulse waves, The output of the pulse wave is selectively controlled to a thinning injection mode, for example, to suspend two waves for three consecutive waves and to inject once for three waves of the pulse wave.
[0046]
Similarly, in the fuel injection from the fuel injection nozzles 46A, B, C,..., The injection amount control means 39d of the fuel injection control means 39b detects the rotation speed of the internal combustion engine 1 and the like. , A large number of heating elements 46b,... Of the large number of fuel injection nozzles 46A, B, C,. , And thereby controls the overall injection amount of the fuel injected from the fuel injection nozzles 46A, 46B, 46C,.
[0047]
Further, by the combined control of the injection mode control means 39c and the injection amount control means 39d, various injection modes of the fuel (injection and thinning-out injection every pulse signal) and increase / decrease of the injection amount are appropriately combined to provide various types. In addition, a wide range of fuel injection control is performed.
[0048]
As described above, the control device 36 of the internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes the injection mode control means 39c as a means for controlling the fuel injected from the fuel injection nozzle 46, and therefore, based on the electromotive force of the AC power generation means 38, The operation of the internal combustion engine 1 can be performed by switching the fuel injection mode by generating a rectangular pulse wave P, appropriately selecting injection for each pulse wave P, thinning injection in a plurality of forms, and the like. . For this reason, by performing the thinning-out injection at a low rotation speed such as an idle rotation that does not require a large load output, the rotation stability of the internal combustion engine 1 can be improved, and the exhaust sound at the low rotation speed can be reduced. Good sound quality can be achieved, and discomfort due to noise can be reduced.
[0049]
Further, since the control device 36 of the internal combustion engine 1 of the present embodiment includes the injection amount control means 39d as means for controlling the fuel injected from the fuel injection nozzles 46, a large number of fuel injection nozzles 46A, B, C, By selectively controlling each of the heating elements 46b,..., The fuel injection amount in one injection can be easily changed, and by changing the output of the internal combustion engine 1 by the change, The internal combustion engine 1 that can easily cope with load fluctuations can be provided, and the air-fuel ratio control of the engine such as lean burn combustion (lean combustion) can be performed accurately and easily, and temporarily during acceleration or the like. The required rich mixture can be supplied to the combustion chamber 3 in a timely manner.
[0050]
Further, at the time of the backflow of the intake air from the crank chamber 6 to the intake port 41 side, by intentionally interrupting the injection of the fuel, the fuel is discharged from the air cleaner 21 through the intake port 41 to the outside. It is possible to prevent the fuel from returning to the intake side.
[0051]
Furthermore, in the present embodiment, since the air / fuel mixer 45 is used in place of the conventional carburetor, the accuracy of the fuel flow control can be improved, and the conventional carburetor-type internal combustion engine can be used. By replacing the carburetor portion with the air / fuel mixer 45, a fuel injection type internal combustion engine can be easily obtained. The replacement of the carburetor portion with the air / fuel mixer 45 can be easily performed by making the main structure the same and changing only a small part of the internal structure.
[0052]
Furthermore, since the control device 36 having the structure in which the ignition control device 37, the AC power generation means 38, and the fuel control circuit 39 are integrated is arranged near the rotor 35 with the cooling fan, the control device 36 as a whole is Can be made compact, and the device 36 can control both ignition and fuel injection.
[0053]
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes in design can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. Can be done.
[0054]
For example, in the above embodiment, the internal combustion engine in which the air / fuel mixer is arranged upstream of the intake port provided in the cylinder block has been described. However, as shown in FIG. In the internal combustion engine 1 ′ of the type that supplies the air to the crank chamber 6 through the air 55, the air / fuel mixer 45 is arranged upstream of the reed valve 55 of the air intake system A via a heat insulator 56. You can also.
The fuel injection nozzle 46 is not limited to a heating element, and may be a piezoelectric element or an electromagnetic element as a fuel injection acting body.
[0055]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the fuel injection type two-stroke internal combustion engine of the present invention can be easily converted to the fuel injection type with the minimum structural change of the conventional carburetor type two-cycle internal combustion engine. .
Further, since the control device of the present invention includes the injection mode control means for controlling the fuel injection timing (injection interval) and the injection quantity control means for controlling the fuel injection quantity, the control apparatus is a two-cycle internal combustion engine. The fuel injection timing (injection interval) and the control of the fuel injection amount can be easily controlled, the harmful components in the exhaust gas can be reduced, the fuel is prevented from returning to the intake side, and the engine noise can be reduced. Is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a two-cycle internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the internal combustion engine shown in FIG.
FIG. 3 is a conceptual diagram of an air / fuel mixer of the internal combustion engine of FIG. 1;
FIG. 4 is a functional wiring diagram of the control device for the internal combustion engine of FIG. 1;
5A and 5B show an example of a fuel injection interval mode of the control device for an internal combustion engine of FIG. 4, wherein FIG. 5A is a diagram showing a case where fuel injection intervals are close, and FIG. The figure which shows the case where an interval is coarse.
6 shows an example of a fuel injection amount mode of the control device for the internal combustion engine of FIG. 4, and FIG.
(A) is a figure which shows each injection amount of a some fuel nozzle, (b) is a figure which shows each injection of said several fuel nozzle, and an operating state.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a two-cycle internal combustion engine according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 2 cycle internal combustion engine
6 Crankcase
35 Rotor with cooling fan
36 Control device for internal combustion engine
37 Ignition control device
38 AC power generation means
39 Fuel control device
39c injection mode control means
39d injection amount control means
41 Intake port
45 Air / fuel mixer
45b Throttle valve
46 Fuel injection nozzle
46b heating element
55 reed valve
A Air intake system
P pulse wave

Claims

空気吸入系統（Ａ）を備えた、クランク室予圧縮型の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン（１）であって、
前記空気吸入系統（Ａ）は、ヒートインシュレータ（４４）の上流に空気・燃料混合器（４５）を配置し、
該空気・燃料混合器（４５）は、空気流通通路（４５ａ）と、該空気流通通路（４５ａ）内に配置されたスロットル弁（４５ｂ）と、燃料を供給するダイヤフラムポンプ（４５ｃ）と、燃料の加熱体（４６ｂ）を有する燃料噴射ノズル（４６）と、を備えていることを特徴とする燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。A crankcase precompression type fuel injection type two-stroke internal combustion engine (1) provided with an air intake system (A) ,
The air intake system (A) has an air / fuel mixer (45) disposed upstream of the heat insulator (44),
The air / fuel mixer (45) includes an air flow passage (45a), a throttle valve (45b) disposed in the air flow passage (45a), a diaphragm pump (45c) for supplying fuel, and a fuel pump. And a fuel injection nozzle (46) having a heating element (46b) .

前記空気吸入系統（Ａ）は、前記空気・燃料混合器（４５）の下流に吸気ポート（４１）もしくはリードバルブ（５５）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。The fuel injection system according to claim 1, wherein the air intake system (A) includes an intake port (41) or a reed valve (55) downstream of the air / fuel mixer (45). Two-cycle internal combustion engine.

前記燃料噴射ノズル（４６）は、複数個備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。The fuel injection type two-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the fuel injection nozzles (46) are provided.

前記内燃エンジン（１）は、交流発電手段（３８）と制御装置（３６）とを備え、前記交流発電手段（３８）と前記制御装置（３６）は一体構成の単体構造体として、前記内燃エンジン（１）の冷却用ファン付きロータ（３５）の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。The internal combustion engine (1) includes an AC power generation means (38) and a control device (36), and the AC power generation means (38) and the control device (36) are integrally formed as a single-piece structure, The fuel injection type two-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection type two-stroke internal combustion engine is arranged near the cooling fan-equipped rotor (35).

前記制御装置（３６）は、点火制御装置（３７）と燃料制御装置（３９）とを備え、
前記燃料制御装置（３９）は、直流電力を矩形の連続したパルス波（Ｐ）に生成すると共に、該パルス波（Ｐ）の出力数を調節して噴射間隔を制御する噴射モード制御手段（３９ｃ）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。 The control device (36) includes an ignition control device (37) and a fuel control device (39),
The fuel control device (39) generates DC power into a continuous rectangular pulse wave (P) and adjusts the number of outputs of the pulse wave (P) to control the injection interval to control an injection mode (39c). 5. The fuel injection type two-stroke internal combustion engine according to claim 4, comprising:

前記噴射モード制御手段（３９ｃ）は、前記パルス波（Ｐ）を前記燃料噴射ノズル（４６）に毎回出力する毎回噴射モードもしくは該出力数を間引く間引き噴射モードとに切り替え制御を行うものであることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射式２サイクル内燃エンジン。The injection mode control means (39c) controls switching to an injection mode in which the pulse wave (P) is output to the fuel injection nozzle (46) each time or a thinning injection mode in which the number of outputs is thinned out. The fuel injection type two-stroke internal combustion engine according to claim 5 , characterized in that:

前記燃料制御装置（３９）は、燃料の一回の噴射量を制御する噴射量制御手段（３９ｄ）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射式の２サイクル内燃エンジン。The fuel injection type two-stroke internal combustion engine according to claim 5 , wherein the fuel control device (39) includes an injection amount control means (39d) for controlling a single injection amount of the fuel.

前記噴射量制御手段（３９ｄ）は、前記内燃エンジン（１）の回転数等のエンジン負荷に対応した信号に基づいて燃料の噴射量を制御するものであることを特徴とする請求項７に記載の２サイクル内燃エンジンの制御装置。The injection quantity control means (39d) is according to claim 7, characterized in that said controls an injection amount of fuel based on a signal corresponding to the engine load speed of the internal combustion engine (1) Control device for a two-stroke internal combustion engine.

前記燃料噴射ノズル（４６）は、複数個備えられ、前記噴射量制御手段（３９ｄ）は、前記複数の燃料噴射ノズル（４６Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・）に配置された各加熱体（４６ｂ、・・・）の加熱を選択的に制御するものであることを特徴とする請求項８に記載の２サイクル内燃エンジン。 A plurality of the fuel injection nozzles (46) are provided, and the injection amount control means (39d) includes a heater (46b) disposed at each of the plurality of fuel injection nozzles (46A, B, C,...). The two-stroke internal combustion engine according to claim 8 , characterized in that the heating of (i) is selectively controlled.