JPH04134179A - ２サイクルエンジンの点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃焼室に直接燃料を噴射する２サイクルエン
ジンの点火装置に関する。

［従来の技術］ ２サイクルエンジンは、掃気口から燃焼室に流入する混
合気によって、燃焼室内の既燃ガスを排気口へ押し出し
、この燃焼室内のガス交換を行っている。このため、特
に燃焼室に流入する混合気の量が少なくなる低負荷・低
回転運転域においては、上記既燃ガスの残留量が多くな
る傾向にあり、失火を含む不整燃焼が発生し易くなる。

これに対し、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした
２サイクルエンジンは、アイドリングを含む低負荷・低
回転運転域において、点火プラグの近傍に霧化された燃
料が供給され、ここに濃い混合気の層が形成されるため
、燃焼が局所的に行われる。このため、掃気量が少ない
運転域でも、混合気への着火が確実に行われ、燃焼が安
定するといった利点を有している。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、燃焼室内に燃料を直接噴射すると、点火プラ
グの電極付近に濃い混合気の層が形成されるので、この
電極に燃料の不完全燃焼によって生じるカーボンが付着
し易くなる。

したがって、これが原因で点火プラグが燻ったり、電極
が汚損するといった問題がある。

また、一般に２サイクルエンジンには、イグニションコ
イルの２次側電圧の立ち上がりが早い容量放電式の点火
装置が採用されているが、この点火装置は、点火プラグ
の火花持続時間が短く、混合気への着火期間が一瞬とな
る。このため、点火プラグの電極付近に濃い混合気の層
を形成して、局所燃焼させる２サイクルエンジンでは、
この混合気の層が電極から外れてしまうと、着火の機会
が失われることになり、混合気にうまく着火させること
ができなくなる。

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので
、点火プラグの自己清浄作用を高めて、この点火プラグ
の燻りや濡れ汚損を防止することができ、しかも、濃い
混合気を確実に着火・燃焼させることができる２サイク
ルエンジンの点火装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ そこで、本発明においては、燃焼室内の混合気に電気火
花を飛ばす点火プラグと、圧縮上死点付近で第１のイグ
ニションコイルの１次側に流れる電流を遮断し、この第
１のイグニションコイルの２次側に発生する高電圧を上
記点火プラグに印加することにより、上記混合気を着火
・燃焼させる電流遮断式の点火手段と、この点火手段に
よって燃焼室内の混合気が着火・燃焼され、次の燃料噴
射が行われるまでの期間中に、点火用コンデンサに蓄え
られた電流を瞬間的に第２のイグニションコイルの１次
側に流し、この第２のイグニションコイルの２次側に発
生する高電圧を上記点火プラグに印加する容量放電式の
点火手段とを具備したことを特徴としている。

［作用コ この構成によれば、電流遮断式の点火手段は、イグニシ
ョンコイルの２次側に流れる電流の立ち上がりは遅いが
、その半面、点火プラグの火花持続時間が長くなるので
、混合気に着火し得る期間が長くなる。このため、濃い
混合気の層が点火プラグから外れた場合でも、この混合
気に着火できる機会が多くなり、その分、混合気の着火
性が向上する。

しかも、混合気の着火・燃焼が行われた後、再び点火プ
ラグに高電圧を印加する容量放電式の点火手段は、火花
持続時間は短いものの、イグニションコイルの２次側に
流れる電流が上記電流遮断式の点火手段よりも大きいの
で、点火プラグに強力でエネルギの大きな電気火花を飛
ばすことができる。したがって、点火プラグが自己清浄
温度にまで速やかに到達し、燃料の直接噴射により、点
火プラグの電極にカーボンが付着したとしても、このカ
ーボンを焼き切って除去することができる。

［実施例］ 以下本発明を、図面に示す一実施例にもとづいて説明す
る。

第８図中符号１で示す２サイクルエンジンは、クランク
ケース２、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４
を備えている。クランクケース２には、クランク軸５を
収容するクランク室６と、このクランク室６に連なる吸
気ロアが形成されている。

シリンダブロック３内のシリンダ８には、ピストン９が
収容されている。このピストン９は、コネクティングロ
ッド１０を介してクランク軸５に連結されている。シリ
ンダ８の周面には、ピストン９によって開閉される排気
口１１と、複数の掃気口１２が開口され、これら掃気口
１２は、掃気通路１３を介してクランク室６に連なって
いる。

シリンダヘッド４のシリンダ８との台面には、凹部１４
が形成されている。この凹部１４は、ピストン９の上面
との間で半球状の燃焼室１５を構成している。シリンダ
ヘッド４には、燃料を直接燃焼室１５内に噴射するため
の燃料噴射装置１６が取り付けられている。この燃料噴
射装置１６は、ンリンダ８のボア中心を通る燃焼室１５
の中央部に位置している。そして、この燃料噴射装置１
６は、第７図に示すように、シリンダヘッド４に取り付
けられたハウジング１７と、このハウジング１７内に組
み込まれた電磁式の制御弁１８と、上記ハウジング１７
に装着された燃料噴射弁１９を備えている。

ハウジング１７の下端部には、中空筒状の嵌合部２０が
突設されている。嵌合部２０は、シリンダヘッド４の嵌
合孔２１に保持されており、この嵌合部２０内に、上記
制御弁１８のバルブボデ２２が収容されている。バルブ
ボデー２２は、中央にガイド孔２３を有する筒状をなし
ており、このガイド孔２３の一端は、上記燃焼室１５に
開口されている。ガイド孔２３内には、バルブ２４が軸
方向に摺動可能に保持されている。バルブ２４は、ガイ
ド孔２３に軸方向に摺動可能に保持されるステム部２５
と、このステム部２５の一端に位置する半球状または耳
状のヘッド部２６とで構成される。ヘッド部２６は、燃
焼室１５側からガイド孔２３の一端開口部に接しており
、このガイド孔２３の一端開口部の開口周縁には、ヘッ
ド部２６の周面が接離可能に着座するシート部２７が形
成されている。

バルブ２４のステム部２５とガイド孔２３の内面との間
には、空気通路３０が形成されている。

空気通路３０の上流端は、ハウジング１７側の空気供給
口３１を介して図示しない圧縮空気の供給源に連なって
おり、この空気通路３０内には、エンジン運転中、常時
供給源から圧縮空気が供給される。また、この空気通路
３０の下流端は、上記ガイド孔２３の一端開口部に連な
っている。このため、本実施例の場合は、ガイド孔２３
の一端開口部が、圧縮空気を燃焼室１５に噴射するため
の空気噴射口３２となっている。

バルブボデー２２とハウジング１７との間には、燃料通
路３３が形成されている。燃料通路３３の上流端は、ハ
ウジング１７内の燃料供給路３４を介して上記燃料噴射
弁１９の吐出口に連なっている。燃料通路３３の下流端
は、上記シート部２７にまで達しており、このシート部
２７には、燃料通路３３に連なる複数の燃料噴射口３５
が形成されている。燃料噴射口３５は、空気噴射口３２
の周囲に位置されており、これら両噴射口３２゜３５は
、上記バルブ２４のヘッド部２６で同時に開閉されるよ
うになっている。

バルブ２４のステム部２５は、ハウジング１７の上部を
貫通して、このハウジング１７の上方に突出されている
。このステム部２５の突出端には、円盤状のアーマチュ
ア３６がロックナツト３７を介して固定されている。こ
のアーマチュア３６と上記ステム部２５の貫通部分に位
置するばね受け３８との間には、圧縮コイルばね３９が
介装されている。この圧縮コイルばね３９は、常時バル
ブ２４のヘッド部２６をシート部２７に押し付けており
、このことにより、常時空気噴射口３２や燃料噴射口３
５が閉じられている。

ハウジング１７の上部には、制御弁１８の駆動部として
の電磁石４０が設けられている。電磁石４０は、電磁コ
イル４１を備えており、この電磁コイル４１は、アーマ
チュア３６の下面に対向している。そして、第９図に示
すように、電磁石４０の電磁コイル４１は、電源として
のバッテリ・４２と、トランジスタを用いた駆動回路部
４３に夫々接続されている。

ところで、このような燃料噴射装置１６は、エンジン運
転中、マイクロコンピュータ４５から出力される信号に
より、圧縮空気と燃料の噴射時期や噴射時間を制御する
。

すなわち、第９図に示すように、エンジン運転中、マイ
クロコンピュータ４５には、回転数センサ４６を通じて
エンジン回転数を示す信号と、スロットル開度センサ４
７を通じてスロットル開度を示す信号等が入力される。

この際、マイクロコンピュータ４５には、エンジン回転
数やスロットル開度を基準として、その時の運転状況に
最適な噴射時期や噴射期間を導くマツプが予め記憶され
ている。そして、マイクロコンピュータ４５は、上記検
出された実際の信号にもとづいて、上記マツプ上から制
御弁１８や燃料噴射弁１９の開時期・開期間を読み出し
、これを実現するための駆動パルスを制御弁１８の駆動
回路部４３と燃料噴射弁１９の双方に出力する。

この燃料噴射装置１６の制御について具体的に述べると
、第４図は、アイドリングを含む低負荷・低回転運転域
での圧縮空気と燃料の噴射期間を示し、！ｓ５図は、高
負荷・高回転運転域での圧縮空気と燃料の噴射期間を示
している。また、第６図は、燃焼室１５に対する圧縮空
気と燃料の噴射タイミングを示している。

第４図に示すように、アイドリングを含む低負荷・低回
転運転域では、燃料の吹き抜けを防ぐため、排気口１１
および掃気口１２が閉じて、燃焼室１５内のガス交換が
終了した後に、制御弁１８の駆動回路部４３に駆動パル
スが印加される。すると、駆動回路部４３がＯＮして、
電磁石４０の電磁コイル４１にバッテリ４２から電流が
流れ、この電磁コイル４１が励磁されるので、アーマチ
ュア３６が電磁石４０に吸引される。このため、バルブ
２４のヘッド部２６がシート部２７から離脱し、空気噴
射口３２と燃料噴射口３５が同時に開かれる。

この際、空気通路３０には、空気供給源から圧縮空気が
常時供給されているので、空気噴射口３２が開かれると
同時に、圧縮空気が燃焼室１５内に噴射される。この圧
縮空気の噴射から所定時間１．を経過すると、燃料噴射
弁１９が作動し、燃料が燃料噴射口３５を通じて燃焼室
１５に噴射される。

そして、燃料噴射弁１９の作動は、ピストン９が圧縮上
死点に達する以前に停止され、燃焼室１５への燃料噴射
が終了する。この燃料の噴射が終了してから所定時間ｔ
２を経過すると、駆動回路部４３への駆動パルスの印加
が停止され、この駆動回路部４３がＯＦＦとなって、電
磁石４０の励磁が解除される。これにより、アーマチュ
ア３６が圧縮コイルばね３９によって電磁石４０から離
脱する方向に押し上げられ、バルブ２４のヘッド部２６
がシート部２７に着座する。このため、空気噴射口３２
と燃料噴射口３５が同時に閉じられ、燃焼室１５への圧
縮空気の噴射が停止される。

一方、上記シリンダヘッド４には、点火プラグ５０が取
り付けられている。点火プラグ５０の電極５１は、燃焼
室１５に臨むとともに、この燃焼室１５内において、上
記燃料噴射装置１６の燃料噴射口３５に隣接して位置さ
れている。そして、点火プラグ５０は、点火装置５２に
電気的に接続されており、以下この点火装置５２につい
て、第１図を加えて説明する。

すなわち、本実施例の点火装置５２は、ピストン９が１
ストロークする間に、点火プラグ５０に電気火花を２回
に亘って飛ばすもので、上記第１図に示すように、電流
遮断式の点火手段５３と、容量放電式の点火手段５４と
で構成される。

電流遮断式の点火手段５３は、フルトランジスター点火
装置であって、上記バッテリ４２に第１のイグニション
コイル５５の１次コイル５５ａと、第１のトランジスタ
５６のベースが接続されている。トランジスタ５６のコ
レクターは、１次コイル５５ａに接続されているととも
に、エミッターは、接地されている。

このため、バッテリ４２からの電流が第１のトランジス
タ５６のベースに流れると、このトランジスタ５６がＯ
Ｎし、第１のイグニションコイル５５の１次コイル５５
ａにバッテリ４２の電流が流れる。

また、バッテリ４２と第１のトランジスタ５６を結ぶ回
路には、第２のトランジスタ５７のコレクタが並列に接
続されている。このトランジスタ５７のエミッターは、
接地されているとともに、ベースには、ダイオード５８
を介して点火時期を決定するピックアップコイル５９が
接続されている。ピックアップコイル５９は、リトラク
タ−６０がクランク軸５によって点火位置に回転された
際、つまり、第４図および第５図に示すように、燃焼室
１５内への燃料の噴射が終了して、ピストン９が圧縮上
死点（ＴＤＣ）付近に達した際に、点火パルスを発する
ようになっており、この点火パルスが第２のトランジス
タ５７のベースに加わると、この第２のトランジスター
５７がＯＮＬ、第１のトランジスタ５６がＯＦＦされる
。第１のトランジスタ５６がＯＦＦされると、１次コイ
ル５５ａに流れていた電流が遮断されるので、第１のイ
グニションコイル５５の２次コイル５５ｂに高電圧が発
生する。この高電圧は、ダイオード６１を介して点火プ
ラグ５０の電極５１に電気火花を飛ばし、圧縮上死点付
近で燃焼室１５内の混合気を着火・燃焼させる。

そして、このような電流遮断式の点火手段５３は、第２
図や第３図に示すように、第１のイグニションコイル５
５の２次コイル５５ｂに流れる電流の立ち上がりは遅い
が、その半面、点火プラグ５０の火花持続時間が長くな
るといった特性を有している。

なお、第２図は、アイドリングを含む低負荷・低回転運
転域での点火プラグ５ｏの点火タイミングを示し、第３
図は、高負荷・高回転運転域での点火プラグ５０の点火
タイミングを示している。

一方、上記容量放電式の点火手段５４は、バッテリ式Ｃ
Ｄ　Ｉ　（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　
Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）点火装置であって、第１図に示すよ
うに、ＣＤＩユニット６５と、第２のイグニションコイ
ル６６を備えている。ＣＤＩユニット６５には、バッテ
リ４２の基準電圧を必要電圧に昇圧させるＤｃ：ＤＣコ
ンバータ６７と、このコンバータ６７によって充電され
る点火用コンデンサー６８と、スイッチ素子としてのサ
イリスタ６９が内蔵されている。サイリスタ６９のゲー
トには、点火時期を決定するパルスゼネレータ７０が接
続されている。

パルスゼネレータ７０は、第２図ないし第５図に示すよ
うに、上記電流遮断式の点火手段５３により混合気への
着火がなされ、次の燃料噴射が開始されるまでの期間中
に、点火パルスを発するようになっている。この点火パ
ルスがサイリスタ６９のゲートに加わると、サイリスタ
６９がＯＮＬ、点火用コンデンサー６８が放電される。

この放電により、点火用コンデンサー６８に充電されて
ぃた電流が、急激に第２のイグニションコイル６６の１
次コイル６６ａに流れ、２次コイル６６ｂに高電圧が発
生する。この高電圧は、ダイオード７１を介して点火プ
ラグ５０の電極５１に電気火花を飛ばす。

そして、このような容量放電式の点火手段５４は、上記
第２図や第３図に示すように、点火プラグ５０の火花持
続時間は短いものの、第２のイグニションコイル６６の
２次コイル６６ｂに流れる電流が、上記電流遮断式の点
火手段５３よりも大きいといった特性を有している。

このような構成において、掃気口１２から燃焼室１５に
流入する掃気流により、燃焼室１５内のガス交換がなさ
れ、しかも、この燃焼室１５への燃料の噴射が終了する
と、圧縮上死点付近で電流遮断式の点火手段５３が点火
プラグ５０に電気火花を飛ばし、混合気を着火・燃焼さ
せる。

この混合気の燃焼爆発により、ピストン９が押し下げら
れ、排気口１１が開き始めると、容量放電式の点火手段
５４が再び点火プラグ５０に電気火花を飛ばす。したが
って、容量放電式の点火手段５４が点火プラグ５０に電
気火花を飛ばす時点では、既に燃焼室１５内の既燃ガス
のブローダウンが始まっており、この燃焼室１５内は、
可燃性の混合気が存在しないか、あるいは存在しても極
少量の雰囲気に移行している。

なお、容量放電式の点火手段５４が点火プラグ５０に電
気火花を飛ばすタイミングは、排気口１１が開き始める
直前、っまり既燃ガスのブローダウンが始まる前でも良
い。

ところで、燃焼室１５内での混合気の燃焼が終了した後
、次のサイクルで燃料の噴射が開始される以前に、点火
プラグ５０に電気火花を飛ばす容量放電式の点火手段５
４は、そのイグニションコイル６６の２次コイル６６ｂ
に流れる電流が大きいので、点火プラグ５０の電極５１
に強力で大きなエネルギの電気火花を飛ばすことができ
る。

このため、点火プラグ５０が自己清浄温度にまで速やか
に到達し、燃焼室１５内への燃料の直接噴射によって、
点火プラグ５ｏの電極５１にカーボンが付着したとして
も、この付着したカーボンを自然に焼き切って除去する
ことができる。よって、１回の燃焼が終了する毎に点火
プラグ５０の電極５１回りを浄化することができ、この
点火プラグ５０の燻りや燃料による濡れ汚損を未然に防
止することができる。

また、燃焼室１５内に直接燃料を噴射したことに伴い、
アイドリングを含む低負荷・低回転運転域においては、
点火プラグ５０の電極５１付近に濃い混合気の層が形成
される。この際、圧縮上死点付近で点火プラグ５０に電
気火花を飛ばす電流遮断式の点火手段５３は、点火プラ
グ５ｏの火花持続時間が長いので、混合気に着火し得る
期間が長くなり、濃い混合気の層が点火プラグ５０の電
極５１から外れた位置に形成された場合でも、この混合
気に着火できる機会が多くなる。

したがって、混合気の着火が確実に行われ、安定した燃
焼を得ることができる。

なお、上記実施例では、エンジンが高負荷・高回転運転
域にある時でも、容量放電式の点火手段によって点火プ
ラグに電気火花を飛ばすようにしたが、本発明はこれに
限らず、容量放電式の点火手段は、アイドリング時と低
負荷・低回転運転域のみ点火プラグに電気火花を飛ばす
ようにしても良い。

また、エンジンが高負荷・高回転運転域にある時でも、
容量放電式の点火手段によって点火プラグに電気火花を
飛ばす場合、この電気火花は１サイクルに１回だけでは
なく、２回連続して飛ばしても良いし、逆に１サイクル
毎に飛ばさずに、例えば２サイクルあるいは３サイクル
に１回電気火花を飛ばすようにしても良い。

また、上記実施例では、容量放電式の点火手段としてバ
ッテリ式のＣＤＩ点火装置を用いたが、本発明はこれに
限らず、点火用コンデンサに充電するための電源を、磁
石と励磁コイルによって得るＡＣ式のＣＤＩ点火装置を
用いても良い。

同様に、電流遮断式の点火手段も、フルトランジスター
点火装置に限らず、例えばポイント式のバッテリ点火装
置や、このポイントをトランジス１； へ４き換えたセミトランジスター点火装置を用いても良
い。

また、上記実施例の燃料噴射装置は、バルブボデーに燃
料噴射口に連なる燃料通路と、空気噴射口に連なる空気
通路を独立して設けたが、本発明はこれに限らず、例え
ばバルブボデーに燃料と圧縮空気が共通して導かれる通
路を設け、この通路から燃料と圧縮空気を混合して噴射
するようにしても良い。

さらに、燃料も圧縮空気と共に燃焼室に噴射する必要は
なく、この燃料のみを燃焼室に噴射するようにしても良
い。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、燃焼が終了した後に、点
火プラグの電極に付着したカーボンを焼き切って除去す
ることができ、この点火プラグの燻りや燃料による濡れ
汚損を未然に防止することができる。

しかも、濃い混合気の層が点火プラグから外れた位置に
形成された場合でも、この混合気に着火し得る期間が長
くなるので、この混合気に着火できる機会が多くなる。

このため、混合気の着火が確実に行われ、安定した燃焼
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、 第１図は、点火装置の回路図、 第２図は、低負荷・低回転運転域での点火タイミングを
示す図、 第３図は、高負荷・高回転運転域での点火タイミングを
示す図、 第４図は、低負荷・低回転運転域での燃料と圧縮空気の
噴射期間と点火タイミングを示す図、第５図は、高負荷
・高回転運転域での燃料と圧縮空気の噴射期間と点火タ
イミングを示す図、第６図は、圧縮空気と燃料の噴射タ
イミングを示す図、 第７図は、燃料噴射装置の断面図、 第８図は、２サイクルエンジンの断面図、第９図は、燃
料噴射装置の制御系を概略的に示す図である。 １５・・・燃焼室、５０・・・点火プラグ、５１・・・
電極、５２・・・点火装置、５３・・・電流遮断式の点
火手段、５４・・・容量放電式の点火手段、５５．６６
・・・イグニションコイル、６８・・・点火用コンデン
サ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　燃焼室内に燃料を直接噴射する２サイクルエンジンの
   点火装置であって、 上記燃焼室内の混合気に電気火花を飛ばす点火プラグと
   、 圧縮上死点付近で第１のイグニションコイルの１次側に
   流れる電流を遮断し、この第１のイグニションコイルの
   ２次側に発生する高電圧を上記点火プラグに印加するこ
   とにより、上記混合気を着火・燃焼させる電流遮断式の
   点火手段と、 この点火手段によって上記燃焼室内の混合気が着火・燃
   焼され、次の燃料噴射が開始されるまでの期間中に、点
   火用コンデンサに蓄えられた電流を瞬間的に第２のイグ
   ニションコイルの１次側に流し、この第２のイグニショ
   ンコイルの２次側に発生する高電圧を上記点火プラグに
   印加する容量放電式の点火手段と、 を具備したことを特徴とする２サイクルエンジンの点火
   装置。