(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気から燃焼室へ新気を供給する吸気通路と、
前記燃焼室内に臨む点火栓と、
前記燃焼室内に臨み、該燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内の燃焼ガスを、該燃焼室側の排気口を介して排出する排気通路と、
エンジンの運転の行程に応じて開閉される開閉弁を介して前記燃焼室内から大気に通じる圧抜き路とを備えた２サイクルエンジンであって、
前記圧抜き路の燃焼室側の開口を、前記燃料噴射弁に対して前記点火栓の反対側に設け、
前記燃料噴射弁の燃焼室側に延びる軸線を、前記開口を除く燃焼室内の部位を指向するように位置付け、
不整燃焼が生じる運転領域で、かつ圧縮行程の初期に前記圧抜き路が前記燃焼室内から大気に通じるようにしてなる２サイクルエンジンの低負荷運転安定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は２サイクルエンジンに関し、特に、低負荷時の運転安定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２サイクルエンジンでは低速低負荷時に不整燃焼が生じやすい。それは既燃ガスが燃焼室に多く残留することからである。このような不整燃焼はＨＣ等の未燃ガスの排出をもたらすばかりか、エンジン回転の不安定化を招いていた。船外機等においては特にアイドリング速度付近のトローリング運転域があるため、上記不整燃焼は深刻な問題であった。
【０００３】
従来、そのような不具合を解消するため、吸気通路に設けた絞り弁の最小開度を比較的大きく設定し吸入空気量を増やして吸気比を上げ、不整燃焼を抑制する一方、これに伴うエンジン速度の上昇を点火時期を大きく遅角させて抑制していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、係る２サイクルエンジンでは吸入空気量の増大に伴い燃料供給量も増大し、結果として未燃ガスの排出の増大を招き、排ガスの悪化、更には燃料消費量（燃費）の悪化を招来していた。
【０００５】
本発明は係る事情に鑑みなされたもので、その目的は、低負荷時、特に低速低負荷時の不整燃焼を防止するとともに、未燃ガスの排出に伴う排ガスの悪化を防止し、併せて燃費の悪化を抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するため、
大気から燃焼室へ新気を供給する吸気通路と、
前記燃焼室内に臨む点火栓と、
前記燃焼室内に臨み、該燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記燃焼室内の燃焼ガスを、該燃焼室側の排気口を介して排出する排気通路と、
エンジンの運転の行程に応じて開閉される開閉弁を介して前記燃焼室内から大気に通じる圧抜き路とを備えた２サイクルエンジンであって、
前記圧抜き路の燃焼室側の開口を、前記燃料噴射弁に対して前記点火栓の反対側に設け、
前記燃料噴射弁の燃焼室側に延びる軸線を、前記開口を除く燃焼室内の部位を指向するように位置付け、
不整燃焼が生じる運転領域で、かつ圧縮行程の初期に前記圧抜き路が前記燃焼室内から大気に通じるようにした点に特徴がある。
【０００７】
【作用】
予定以下の低負荷で運転する時には、絞り弁の最小開度を比較的大きく設定して、吸入空気量を増やし、吸気比を上げて不整燃焼を抑制する一方、圧縮行程の初期に圧抜き路を介して燃焼室内を大気に連通させ、ピストンの上昇に伴って、燃焼室内に残留した既燃ガスと吸入された新気を一緒に圧抜き路から燃焼室の外へ排出し、その結果燃焼室内に適正な新気の量が充填される。
また、前記圧抜き路の燃焼室側の開口を、燃料噴射弁に対して点火栓の反対側に設け、前記燃料噴射弁の燃焼室側に延びる軸線を、前記開口を除く燃焼室内の部位を指向するように位置付けたので、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記開口から直接流出されにくくなる。
さらにまた、前記圧抜き路を、エンジンの運転の行程に応じて開閉される開閉弁を介して前記燃焼室内から大気に通じるようにすると共に、圧抜き路が大気に通じる時期を燃焼室内の気体の圧力が比較的低い圧縮行程の初期に設定したので、燃焼室内の気体は殆どピストンの上昇移動のみに基づいて圧抜き路から排除される。このため、圧抜き路から排除される気体の量が均一化されやすく、燃焼室内の圧力のバラツキを少なくすることができる。この結果、燃焼室内に常に適正な新気の量が充填され、エンジンの低負荷運転中の燃焼が安定する。
【０００８】
【実施例】
以下、図示の実施例によってこの発明を説明する。図１において、１は船体の後尾板に取り付けて船舶を推進させる船外機である。船外機１は、その要部として上部に支持したエンジン２とその出力をプロペラ３へ伝動するための伝動ケース４とを備えている。５はエンジン部分の外面を覆う合成樹脂性のカウリングで、トップカウリング５ａはエンジン２の下面に固定したボトムカウリング５ｂへ着脱自在に取り付けてある。
【０００９】
伝動ケース４はアルミニウム合金の鋳造によって作られ、その下端部にプロペラ３を備えたプロペラ軸３ａを軸支している。４ａは傘歯車機構である。傘歯車機構４ａはドライブ軸４ｂを介してエンジン２の出力軸（後述するクランク軸）にスプライン４ｃで連結されていて、エンジン２の回転を直角に転向して前記プロペラ軸３ａへ伝動する。
【００１０】
エンジン２はクランク室圧縮式の２サイクルエンジンであり、一体に鋳造され加工されたクランクケースとシリンダ２ｂとを備え、クランクケースとシリンダ２ｂとによりクランク室２ａを形成している。６は燃焼室である。燃焼室６はシリンダ２ｂに摺動自在に嵌挿したピストン６ａとシリンダ２ｂの開口部を閉じるシリンダヘッド６ｂによって囲まれた空間として形成される。なお、シリンダヘッド６ｂには点火栓６ｃと燃料噴射弁６ｄ、および、開閉手段たる電磁作動式の減圧弁６ｅとが設けられている。減圧弁６ｅは燃焼室６内と後述する排気通路８とを結ぶ圧抜き路８ｅに設けられ、後述する制御装置９により開閉され、クランク軸２ｄの回転と一定の関係をもって（第２実施例）あるいは関係をもたないで（第１実施例）開閉される。図１に示すように、圧抜き路８ｅの燃焼室６側の開口は、燃料噴射弁６ｄに対して点火栓６ｃの反対側に設けられている。また、燃料噴射弁６ｄの燃焼室６側に延びる軸線は、ピストン６ａの頂部を指向するように位置付けられており、圧抜き路８ｅの前記開口に向かって指向していない。この結果、燃料噴射弁６ｄから噴射された燃料が圧抜き路８ｅの前記開口から直接流出されにくくなる。
【００１１】
前記ピストン６ａはコネクティングロッド２ｃによって、前記クランクケースに支持されたクランク軸２ｄに連結されている。６ｆはクランク室２ａに連結された吸気通路であり、そこには人為的に操作される絞り弁６ｈとリード弁からなる逆止弁６ｊとが設けられ、大気側からクランク室側への気流は許容するも、逆流は阻止するようになっている。
【００１２】
２ｅはクランク軸２ｄの上端に支持されたフライホイールであり、その内面には磁石発電機の磁石が設置されている。２ｆはその磁石と協働する発電コイルであり、回動板２ｈによって、前記クランク軸２ｄの周囲を若干の角度だけ回動できるように支持されている。よって、フライホイール２ｅが回転すると、前記回動板２ｈの内面に取り付けた発電コイル２ｆに起電力を生じる。なお、２ｊはフライホイール２ｅの外周に固定されたリングギヤ２ｇと共働する始動用電動機である。
【００１３】
次に、吸入空気がエンジン内に吸入され、燃焼され、その後にエンジン外に排出される各経路を説明する。
【００１４】
ピストン６ａの上昇行程時に、新気は絞り弁６ｈの開度に応じて吸入通路６ｆを介し、クランク室２ａに吸入される。クランク室２ａに吸入された新気は、ピストン６ａの下降にともないクランク室２ａ内で圧縮される。圧縮された新気は、クランク室２ａと連通する掃気通路７を通して燃焼室６へ導入される。燃焼室６内に導入された新気は、ピストン６ａの上昇に伴い圧縮され、その過程で、燃焼室６に臨んだ燃料噴射弁６ｄから計量された燃料が噴射され、両者が混合されながら更に圧縮される。点火制御器１０から出力された点火時期に応じ、点火栓６ｃが点火され、燃焼室６内の混合気が着火・爆発し、ピストン６ａを下降させる。ピストン６ａの下降に伴い、排気口８ａが開口し、燃焼ガスは排気ポート８ｂを通り、伝動ケース４内に形成された排気ダクト８ｃを通って、機外である水中へ排出される。なお、減圧弁６ｅが開弁している時には、圧抜き路８ｅを介し、燃焼室６と排気通路８とは常時連通してい、したがって、減圧弁６ｅが開弁している時には、排気口８ａが閉まった後でも燃焼室６は常時排気ポート８ｂを通じて外部と僅かに連通している。
【００１５】
次に、制御装置９について説明する。制御装置９は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、発振回路、入力インタフェイス及び出力インタフェイスより構成されている。制御装置９は、入力信号として絞り弁センサ９ａから前記絞り弁６ｈの開度信号と、クランク角センサ９ｂからクランク軸２ｄの速度信号と位相信号とを得て、演算処理し、図２のブロック図に示されるように、点火信号、燃料噴射のタイミング信号及び燃料噴射量信号並びに圧抜き信号を出力する。これらの信号はそれぞれ、前記シリンダヘッド６ｂに設置された点火栓６ｃ、燃料噴射弁６ｄ、および減圧弁６ｅを動作させる。
【００１６】
次に、前記エンジンの制御装置９の作動を図３に示すフローチャートによって説明する。
【００１７】
まず、ステップ１００にてクランク角センサ９ｂの情報に基づきエンジン速度を演算し、ステップ１０２にて、低速か否かを判別するため、そのエンジン速度が例えば３０００ＲＰＭ以下か否かを判別し、ＮＯの場合、すなわち低速でない場合にはステップ１２０に進める。ＹＥＳの場合、すなわち低速の場合には、更にステップ１０３で例えばエンジン速度が５０ＲＰＭ以上か否かを判別し、ＮＯの場合にはエンジンを停止（ステップ１０５）し、制御を終了する。一方ＹＥＳの場合には、ステップ１０４に進め点火制御器１０にて点火時期をエンジン速度に応じて遅角制御し、次にステップ１０６に進めて先のエンジン速度が例えば１８００ＲＰＭ以下か否かを判別する。ＮＯの場合には、ステップ１１２に進め、減圧弁６ｅを閉じ、更に絞り弁開度及びエンジン速度Ｎに基づいた通常燃料噴射量制御マップにより噴射量を制御し（ステップ１１３）、ステップ１００に戻す。ＹＥＳの場合には、ステップ１０８に進め、減圧弁６ｅを開き、更にステップ１１０にて通常燃料噴射量制御マップに対し噴射量が増加するよう、燃料噴射弁６ｄを開閉制御し、ステップ１００に戻す。
【００１８】
一方、ステップ１０２にて、エンジン速度が例えば３０００ＲＰＭを超えると判別された場合には、ステップ１２０で、絞り弁センサ９ａにて負荷状態を検出し、その検出結果に基づきステップ１２２にて低負荷か否かを判別し、ＮＯの場合にはステップ１２６にて減圧弁６ｅを閉じ、更に絞り弁開度及びエンジン速度Ｎに基づいた通常燃料噴射量制御マップにより噴射量を制御し（ステップ１２７）、その後、ステップ１００に戻す。ステップ１２２にて低負荷と判別した場合には、減圧弁６ｅを開き、更にステップ１２５にて通常燃料噴射量制御マップに対し噴射量が増加するよう、燃料噴射弁６ｄを開閉制御し、ステップ１００に戻す。
【００１９】
次に、第２実施例として、図４のフローチャートにより、図１及び図２に記載の装置を制御する例を説明する。なお、図４のフローチャートは、図３のフローチャートのステップ１０８および１２４において一部制御が相違するものの他は同一であるので、図３の各ステップの参照番号に１００を加えて、その他の説明を省略し、相違するステップ２０８およびステップ２２４について以下説明する。
【００２０】
ステップ２０８およびステップ２２４において、減圧弁６ｅは圧縮行程の初期、あるいは爆発行程の終期に短時間だけ開弁する。すなわち、圧縮行程の初期に開けば後述する口縁部材８ｄの場合と同様にピストン６ａの上昇に伴って燃焼室６内の気体の一部が圧抜き路８ｅを経て排気ポート８ｂ内へ排除される。このように、圧抜き路８ｅが排気ポート８ｂに連通する時期を圧縮行程の初期に設定するようにすれば、該時期は、燃焼室６内の気体の圧力が比較的低いので、燃焼室６内の気体は殆どピストン６ａの上昇移動のみに基づいて圧抜き路８ｅから排除される。このため、圧抜き路８ｅから排除される気体の量が均一化されやすく、燃焼室６内の圧力のバラツキを少なくすることができる。この結果、燃焼室６内に常に適正な新気の量が充填され、エンジンの低負荷運転中の燃焼が安定する。また、爆発行程の終期において排気口８ａの開口に先立って減圧弁６ｅが開くように構成すれば、既燃ガスの一部がそこから排出され、排気行程終期における残留ガス量が減じ、次行程における圧縮比を低下させることも可能である。
【００２１】
次に、第３実施例の構成を図５を用いて説明する。
【００２２】
第３実施例は第１、第２実施例の構成と略同一の構成を有しているが、第３実施例によれば、前記シリンダ２ｂに形成された排気口８ａはその上側の縁を実質的に昇降させるように構成されている。すなわち、排気通路８には排気口８ａに近接して略半円状の開閉手段たる口縁部材８ｄを回動自在に支持し、その口縁部材８ｄのシリンダ孔側の縁によって実質的に排気口８ａの上側の縁を構成してある。よって、前記口縁部材８ｄをエンジンの運転状態に応じ、その低負荷運転時には反時計方向（図５）へ回動させて上側へ移動させる。よって、この実施例では排気口８ａの上縁が昇降する範囲が圧抜き路として機能する。
図５に示すように、圧抜き路として機能する排気口８ａの上縁の開口は、燃料噴射弁６ｄに対して点火栓６ｃの反対側に設けられている。また、燃料噴射弁６ｄの燃焼室６側に延びる軸線は、ピストン６ａの頂部を指向するように位置付けられており、圧抜き路として機能する排気口８ａの上縁の開口に向かって指向していない。この結果、燃料噴射弁６ｄから噴射された燃料が排気口８ａの上縁の前記開口から直接流出されにくくなる。
【００２３】
この第３実施例の場合、制御装置９がエンジンの速度から、口縁部材８ｄの所望の開度を計算し、その演算結果とポテンショメータからのフィードバックされる実際の開度とを比較して、それらの間の乖離を検出し、モータ制御手段へ信号を出力する。第３実施例では、第１実施例とは異なり、絞り弁開度の情報を入れず、専らエンジン速度の情報を基に、開閉手段たる口縁部材８ｄの開度と点火時期とを制御している。
【００２４】
排気ポート開口時期をエンジン速度に応じて制御することにより、従来に比し、低速低負荷時の点火時期遅角が過度に行う必要がなくなったことを、図６を用いて、以下その制御とともに説明する。
【００２５】
エンジン速度が、例えば３０００ＲＰＭ以上の様な中速以上では排気ポート開口タイミングをＢＴＤＣ９８度に一定化し、通常の運転状態でエンジン制御を行う。３０００ＲＰＭ以下の場合には約１７００ＲＰＭまでの間、逐次、点火時期を遅角制御する。更に約１７００ＲＰＭ以下から約９００ＲＰＭまでは点火時期はＡＴＤＣ２度に固定する一方、口縁部材８ｄを回動し、逐次排気ポート開口タイミングを図６のグラフに示す様に遅角制御する。９００ＲＰＭ以下の場合には、排気ポート開口タイミングを例えばＢＴＤＣ７５度に一定化する。以上が図５に示した第３実施例の制御である。
【００２６】
従来の様に、排気ポート開口タイミングが一定化したものでは、仮想線で示す様に、約１７００ＲＰＭ以下では更に点火時期を遅角制御しないとエンジンを所望の速度に制御できない。なぜなら、吸気通路６ｆに設けた絞り弁６ｈの最小開度を比較的大きく設定して吸入空気量を増やし吸気比を上げ不整燃焼を抑制しているため、これに伴いエンジン速度がその分上昇し、仮想線で示す様に、点火時期を過度に遅角させなけらばならなかったからである。これに対し、本発明では、図６の実線で示す様に点火時期を過度に遅角する必要がなくなった。
【００２７】
なお、筒内燃料噴射弁が、排気口８ａおよび開閉手段が共に閉じた後に開くようにすれば、燃料の吹き抜けが確実に防止でき、排気中に含まれる未燃焼燃料成分を一層低減させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は以上のように、ピストンの上昇を利用してエンジンの低負荷運転時に、一旦、燃焼室内へ流入した新気と既燃ガスとの混合気体の一部を圧抜き路を介して燃焼室の外へ排除し、実質的な圧縮比を低下させるものであるから、点火時期を過度に遅角させなくても、或いは絞り弁の最小開度を減じなくとも、エンジンの出力を低下させることができる。よって、エンジンの低負荷運転中、絞り弁の開度を比較的大きく保つことができるから、低負荷運転中の燃焼が安定し、もって不整燃焼が防止でき、前記燃焼室内に燃料噴射弁によって燃料を直接噴射する構成にしたことと相俟って排気中の未燃焼燃料成分、或いは不完全燃焼ガスを減少させることができ、もって燃費の悪化も抑制できる。
また、圧抜き路の燃焼室側の開口を、燃料噴射弁に対して点火栓の反対側に設け、前記燃料噴射弁の燃焼室側に延びる軸線を、前記開口を除く燃焼室内の部位を指向するように位置付けたので、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記開口から直接流出されにくくなり、燃費の悪化を一層抑制できる。
さらにまた、前記圧抜き路を、エンジンの運転の行程に応じて開閉される開閉弁を介して前記燃焼室内から大気に通じるようにすると共に、圧抜き路が大気に通じる時期を燃焼室内の気体の圧力が比較的低い圧縮行程の初期に設定したので、燃焼室内の気体は殆どピストンの上昇移動のみに基づいて圧抜き路から排除される。このため、圧抜き路から排除される気体の量が均一化されやすく、燃焼室内の圧力のバラツキを少なくすることができる。この結果、燃焼室内に常に適正な新気の量が充填され、エンジンの低負荷運転中の燃焼が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る船外機用エンジンの構成を示す模式的な断面図である。
【図２】エンジンの制御装置のブロック図である。
【図３】エンジンの作動を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例に係るエンジンの作動を示すフローチャートである。
【図５】第３実施例を示す図１相当の模式的な断面図である。
【図６】エンジン特性を定める要素の動作を示す作動特性図である。
【符号の説明】
６・・・・燃焼室
６ｂ・・・シリンダヘッド
６ｃ・・・点火栓
６ｄ・・・燃料噴射弁
６ｅ・・・減圧弁（開閉弁）
６ｆ・・・吸気通路
８・・・・排気通路
８ａ・・・排気口
８ｄ・・・口縁部材（開閉弁）
８ｅ・・・圧抜き路
【図１】
0003588722.tif 000002
【図２】
0003588722.tif 000003
【図３】
0003588722.tif 000004
【図４】
0003588722.tif 000005
【図５】
0003588722.tif 000006
【図６】
0003588722.tif 000007