JPS60230543A - 燃料噴射装置付エンジン - 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） 本発明は、少なくとも低負荷時に成層燃焼を行うように
した燃料噴射装置付エンジンに関するものである。

（従来技術〉 従来より、燃料噴射装置を備えたエンジンにおいて、吸
気弁を介して燃焼室に通ずる吸気通路内に燃料噴射弁を
設け、低負荷域では吸気行程の後半に燃料を噴射して点
火プラグが位置する燃焼室の上層部分に燃料を偏在させ
て成層化するとともに、燃焼室内に導入される吸気にス
ワール（旋回流）を生成し、このスワールによって上記
成層化した燃料の圧縮行程における拡散を抑制し、その
状態で燃焼を行う成層燃焼の技術が、例えば、特開昭５
６−１４８６３６号もしくは特開昭５８−８５］１９号
に見られるように公知である。

上記成層燃焼は、燃焼室の上層に燃料を偏在させること
によって点火プラグ近傍に着火に必要な空燃比を確保し
、下層は空気のみまたは非常に稀源な混合気でも良好な
燃焼性を得ることができることがら、全体としての空燃
比のリーン化が図れ、燃費性が改善できるとともに、未
燃焼成分の排出が抑制できてエミッション性の向上が図
れるなどの利点を有するものである。

しかして、上記のような成層燃焼においては、エンジン
回転数の上昇もしくは負荷が増大した時には、充分な吸
入空気量を確保するためにスワールの生成を弱めること
が要求される。すなわち、スワールの生成は吸気通路を
絞って吸気流速を向上するとともに、この吸気に方向性
を与えてシリンダの接線方向から周方向に吸気を導入す
るものであって、大きなスワールを生成するためには、
吸気抵抗が増大するものである。一方、吸入空気量が増
大した状態では燃料量も増大していることから燃焼性は
改善され、かえってこのような状態で強いスワールの生
成は燃焼騒音等の問題を招くものである。そのため、吸
入空気量が増大するのに伴って、スワールを弱めて吸気
抵抗を低減するとともに騒音に対処するようにしている
が、このスワールの大きさを変えることは上記成層化に
重要な影響を与えることになる。

つまり、成層燃焼においては、燃焼案内の燃料の偏在が
強いスワールの生成によって維持されるものであり、こ
の強いスワールの存在下では燃料の偏在化が良好に維持
されることから、燃料噴射時期を前記先行技術のように
吸気行程の後半に限ることなく、これより早い吸気行程
の略中間の時期で、ピストン速度が最も早い時期の近傍
に燃料噴射を行うようにする方が、吸入速度が大きくな
って燃料の微粒化が促進できて、成層化が維持できる範
囲内においてより燃焼性の向上が図れる点で好ましいこ
とが判明した。そして、このように燃料噴射時期を吸気
行程の後半から中間部に移行した場合に、スワール強さ
が低下して弱くなったときには、成層化が好ましい領域
であっても、この成層化を維持することが困難となる問
題を有するものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、成層燃焼を行うについて、ス
ワールの強弱変化に対応して良好な成層化を得るように
した燃料噴射装置付エンジンを提供することを目的とす
るものである。

（発明の構成） 本発明の燃料噴射装置付エンジンは、少なくともエンジ
ンの低負荷時において、燃料噴射弁から吸気弁の開期間
中で、かつ、吸気弁間接所定時間おいて１回の燃焼に必
要な燃料を噴射供給して成層化するようにしたものにお
いて、シリンダの周方向に生じるスワールの大きさを制
御するスワール可変装置を設（プ、このスワール可変装
置がスワールを弱める方向に作動するのに応じて、燃料
噴射弁からの噴射終了時期が遅くなるように制御装置に
よって制御するようにしたことを特徴とするものである
。

（発明の効果） 本発明によれば、スワール可変装置を設けてスワールの
大きさを吸入空気量等に応じて制御するようにしたこと
により、スワールの強い領域では成層化の維持作用が大
きいことから、このときには燃料噴射時期をピストン速
度の大きい部分をなるべく利用して吸入速瓜を大ぎくし
、燃料の微粒化を促進して、成層化を確保しつつ良好な
燃焼性を得ることができる。

また、吸気抵抗の低減化による充填量の増大および燃焼
騒音の改善を図るためにスワールが弱くなるように制御
されたときには、成層化の維持が困難となるので、これ
に対応して燃料噴射時期を遅らせて吸気行程の遅い時期
に燃料噴射を行うようにし、燃焼室内での拡散を低減し
て成層燃焼を維持し、良好な燃焼性おにび燃焼効率を得
ることができる。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は燃料噴射装置付エンジンの全体構成図を示し、
エンジン１は第１〜第４の４つのシリンダＣ（ただし、
図中には１つのシリンダのみが示されている）を有し、
上記各シリンダＣの燃焼室２にはそれぞれ吸気弁３およ
び排気弁４を介して吸気通路５および排気通路６が接続
され、上記吸気通路５のサージタンク７上流の集合部に
はスロットル弁８が配設され、吸気通路５の上流端には
エアクリーナ９が連接され、このエアクリーナ９下流に
は吸気流量を計測するエアフローメータ１０が介設され
ている。そして、上記各吸気通路５の下流側部分には吸
気弁３に向けて燃料噴射弁１２がそれぞれ配設され、該
各燃料噴射弁１２には燃料供給通路１３が接続され、図
示しないレギュレータを介して燃料タンクに連通されて
おり、上記燃料噴射弁１２には上記レギュレータを介し
て吸気通路圧力との差圧が常に一定となるような燃圧が
供給される。上記排気通路６には触媒１４が介装されて
いる。

また、上記吸気通路５は燃焼室２を構成するシリンダＣ
の周方向にスワールを生成するように構成されるととも
に、この吸気通路５には上記スワールの大きさを制御す
るスワール可変装置１５が配設されている。

上記吸気通路５は第２図および第３図に示すように、燃
焼室２に連通開口する吸気通路５の下流側部分で、吸気
マニホールド１６からシリンダヘッド１７内に形成され
た燃焼室２の近傍部分が、隔壁１８によって、１次側吸
気通路５ａと２次側吸気通路５ｂとに区画形成され、２
次側吸気通路５ｂにはスワール可変装置１５のスワール
制御弁１９が介装され、このスワール制御弁１９はアク
チュエータ（図示せず）によって基本的には吸入空気量
の増減に対応し、エンジンの低負荷時に閉作動され、高
負荷時に開いて２次側吸気通路５ｂから吸気を供給する
ように構成されている。

１次側吸気通路５ａは比較的通路面積が小さく形成され
、吸気弁３より僅かに上流側の吸気ポート１１にスワー
ル用ポート１１ａとして開口し、この１次側吸気通路５
ａを流れる吸気の流速を向上するとともに、スワール用
ポート１１ａが゛シリンダＣの円周方向（第３図参照）
に向かって開口し、ピストン２０の上面となす角度が小
ざくなるように横方向から吸気をシリンダＣ内に円周方
向に尋人してスワールＫを生成するように構成されてい
る。

一方、２次側吸気通路５ｂはシリンダＣの中心線とほぼ
平行な方向すなわちピストン２０の上面に向かって開口
し、吸気にスワールを付与することなく導入するように
構成されている。

よって、上記スワール制御弁１９が閉じているときく開
度０°）には１次側吸気通路５ａのみによって吸気が大
ぎなスワールにで燃焼室２に導入され、スワール制御弁
１９が開くに従って２次側吸気通路５ｂからの吸気の導
入比率が増え、燃焼室２に生成されるスワールＫが小さ
くなり、スワール制御弁１９の全開状態（開度７０°）
では殆どスワールの生成はされないものである。

このスワール制御弁１９は、図示しないアクチュエータ
によって、例えば吸気負圧もしくは排気圧力等に応動す
るダイアフラム装置によって機械的に開閉制御され、吸
入空気量すなわちエンジン回転数と負荷の変動に対応し
て、例えば第４図に示すように、低負荷・低回転領域で
は開度をＯ。

（全閉）として大きなスワールＫを生成し、高負荷・高
回転領域では開度を７０°　（全開）としてスワールの
生成を抑制し、中間領域では開度を２０°として弱いス
ワールを生成するように制御するものである。また、上
記動作は吸入空気量が増大したときにスワール制御弁１
９が吸気抵抗となって、充填効率が低下するのを解消す
る点、および燃焼騒音を低減する点からも行われる。

また、上記２次側吸気通路５ｂのスワール制御弁１９の
下流側には、吸気弁３で開閉される吸気ポート１１に比
較的近い位置で、かつ燃焼室２に向けて燃料を噴射する
ように、前記燃料噴射弁１２が配設されている。すなわ
ち、この燃料噴射弁１２から噴射された燃料が直接吸気
ポート１１から燃焼室２内に流入するように構成されて
いる。

この燃料噴射弁１２による燃料噴射時期および噴射団は
、第１図に示すように制ｍ装置２２からの制御信号すな
わち燃料噴射パルスによって行われる。

この制御装置２２は、インターフェース２４、ＣＰＵ２
５およびメモリ２６からなり、上記メモリ２６内には第
６図にフローチャートで示すＣＰＵ’２５の演算処理の
プログラム等が格納されている。また、この制御装置１
２２には、前記エア７０−メータ１０からの吸入空気量
信号が入力されるとともに、エンジン冷間時を検出する
ための冷却水温度を検出する水温センサー２７の水温信
号、スロットル弁８の開度変化から加速状態を検出する
スロットルセンサー２８からのスロットル開度信号、ス
ワール可変装置１５のスワール制御弁１９の開度を検出
するスワールセンサー２９からのスワール制御弁開度信
号、およびディストリビュータの回転角からエンジン１
のクランク角と第１気筒のピストン上死点ＴＤＣとを検
出するクランク角センサー３０からのクランク角信号と
がそれぞれ入力されるものである。なお、３１はイグニ
ションスイッチである。

そして、上記制御装置２２のＣＰ’Ｕ２５は、エンジン
回転数および吸入空気量とに応じて基本燃料噴射量をめ
るとともに、エンジン冷間時、加速時等にはこの基本燃
料噴射量を増量して実際燃料噴射量をめる。そして、少
なくともエンジンの低負荷時には、燃料噴射弁１２から
吸気弁３の開期間中でかつ吸気弁３開後所定時間おいて
１回の燃焼に必要な燃料を噴射供給して、成層燃焼を行
うべく燃料噴射時期を設定し、所定時期に燃料噴射量に
相当するパルス幅を有する燃料噴射パルスを各気筒の燃
料噴射弁１２に出力するものである。また、上記燃料噴
射時期において噴射終了時期は、スワールの大きさに対
応して制御され、スワールを弱める方向すなわちスワー
ル制御弁１９が開く方向にスワール可変装置１５が作動
されると、これに対応して、燃料噴射弁１２からの噴射
終了時期を遅らせるように制御するものである。

上記成層燃焼を行うための燃料噴射時期は、第５図に示
ずように、吸気弁３の開弁曲線において、上死点ＴＤＣ
前の吸気弁３が開き始める時１０から下死点ＢＤＣ後の
吸気弁３が閉じる時ＩＣまでの吸気行程に対し、スワー
ルＫが強いときには燃料噴射は実線で示すように、吸気
行程の略中間部でピストン速度が最大となる時期の近傍
を中心として噴射終了時期θ２を設定し、燃料噴射パル
ス幅に対応した噴射角θによって噴射開始時期θ１が設
定されるものであり、負荷が増大してパルス幅が大きく
なるに従って吸気行程の略中間部を中心として噴射開始
および終了時期が設定されるものである。また、スワー
ルＫか弱いときには燃料噴射は破線で示すように、燃料
噴射量（＠射角θ）が同じであっても上記スワールが強
い時の噴射時期より、噴射終了時期θ２が遅れる方向に
ずれて設定され、これに応じて噴射開始時期θ１も遅れ
て設定されるものである。

これにより、燃料は吸気弁３が開いている吸気期間中の
燃焼室２に流入し、燃焼室２の上層部に偏在して供給さ
れ、しかも円周方向のスワールＫによって上下方向の拡
散が抑制されて、この成層化が維持される。なお、スワ
ールが弱いときには、吸気行程の後半に燃料を噴射供給
するので、上記燃料の偏在化ずなわち成層化が確実に実
現できるが、この場合は、燃料の気化霧化が余り進行し
ていない燃料が流入するので、スワールＫが強くこれに
よって成層化が良好に維持される範囲では、ピストン速
度が大きく吸入速度が速くなって燃料の微粒化を促進し
て燃焼性をより向上するために、前記のように噴射終了
時期を吸気行程の後半よりも中間側に進めて行うもので
ある。

次に、制御装置２２の作動を第６図のフローチャートに
よって説明する。

エンジンが作動すると、ＣＰＵ２５は、クランク角セン
サー３０、エアフローメータ１０、水温センサー２７、
スロットルセンサー２８、スワールセンサー２９の各信
号を読み込んでその８値をレジスタＴ、Ａ、Ｗ１．Ｖ、
Ｋに記憶する（ステップ８１〜８５）。次に、ステップ
Ｓ６でエンジンの始動時か否かを判定し、エンジンの始
動時にはＣＰＵ２５はステップＳ６においてＹＥＳと判
定してステップＳ７に進み、そこでレジスタＩに所定の
始動噴射量βを記憶し、レジスタＩの値に基づいて始動
噴射パルスを作成してそれを第１気筒のＴＤＣ信号に応
じて判別した噴射すべき気筒の燃料噴射弁１２に加え（
ステップＳ８）、ステップＳ１に戻り、上述の処理を繰
り返ず。なお、エンジンの始動時において、予め設定し
た始動噴射パルスを発生ずるようにしているのは、この
始動時には吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出でき
ないからである。

そしてエンジンが始動すると、ＣＰＬＩ２５は上記ステ
ップＳ６においてＮＯと判定してステップＳ９に進み、
そこでレジスタＴ内のクランク角を用いてエンジン回転
数を演算してそれをレジスタＲに記憶し、次にレジスタ
Ｃ２内のエンジン回転数と吸入空気量とでもって基本燃
料噴射量を演算してそれをレジスタＩに記憶する（ステ
ップ５１０）。次にＣＰＵ２５は、レジスタ■の記憶内
容から加速度ｄＶ／ｄｔをめ、これが設定値αより大き
いか否か、すなわち加速時か否かを判定する（ステップ
５１１）。そして加速時の場合は上記ステップ８１１に
おいてＹＥＳと判定してステップ８１２に進み、そこで
レジスタＣ２に設定値βｌを記憶する一方、加速時でな
い場合は上記ステップＳ１１においてＮｏと判定してス
テップ８１３に進みそこでレジスタＣ２の値を０とする
。ここで上記設定値βｌは一定値でもよく、また加速度
に応じて異なる値としてもよい。さらに、ＣＰＵ２５は
レジスタＣ２内のエンジン冷却水温を設定値Ｗｏｓ例え
ば６０℃と比較して冷却水温が設定値Ｗｏ以下の冷間時
であれば、燃ＦＩ＠対量を増大するべく、両者の温度差
（Ｗｏ　−Ｗｌ　）と補正係数０１とを乗算して温度補
正量をめ、これとレジスタＣ２内の値を加速補正量とし
てレジスタＩ内の基本燃料噴射量に加算して実際燃料噴
射量をめ、その値１　＋Ｃｓ　（Ｗｏ　Ｗｔ　）　十０
２をレジスタ１に記憶しくステップ５１４）、該レジス
タＩ内の実際燃料噴射量Ｊ量から噴射角θを決定してそ
れをレジスタθに記憶する（ステップ５１５）。

次にステップ８１６でレジスタに内のスワール制御弁１
９の開度に対応するスワールの大きざに基づいて、この
スワール大きさと噴射終了時期θ２どの関係が予めメモ
リに設定登録されているマツプより噴射終了時期θ２を
演算して決定し、この噴射終了時期θ２に基づいて、レ
ジスタθ内の実際噴射量θに応じた噴射開始時期θｌを
決定する（ステップ５１７）。なお、上記マツプにはス
ワールが弱くなると噴射終了時期θ２が遅くなるように
設定されている。

このようにして、噴射開始時期θ１および噴射終了時期
θ２が決定されると、噴射開始時期θ１になるまでステ
ップ８１８に待機し、噴射開始時期θ１になると、ステ
ップＳ１９で燃料噴射弁１２に“１″信号を加え、該燃
料噴射弁１２を駆動し続（プる間ステップＳ２０に待機
し、噴射終了時期θ２になると゛１″信号の出力を停止
しくステップ５２１）、上記の如く燃料噴射パルスを加
えた後、上記ステップＳ１に戻る。

このように、エンジン始動後は、エンジン回転数および
吸入空気量に応じて基本燃料噴射量をめるとともに、冷
間時、加速時には基本燃料噴射量を増量補正して実際燃
料噴射量をめ、この実際燃料噴射量に応じた噴射開始時
期および噴射終了時期を決定し、この噴射開始時期から
噴射終了時期の間燃料噴射パルスを加えるという制御が
行なわれることとなる。

以上のような実施例によれば、低負荷低回転時には大き
なスワールと吸気弁開期間の略中央での燃料噴射により
成層燃焼を行い、負荷もしくはエンジン回転数の上貨に
伴ってスワールを弱める方向にスワール可変装＠１５を
制御する一方、このスワールが弱くなるのに応じて燃料
噴射弁１２ｈ１らの噴射終了時期を遅らせるように制御
し、スワールが弱くなっても良好な成層燃焼が得られる
ものである。

ところで上記実施例では、エンジン回転数および吸入空
気量に対する基本燃料噴射量の増減制御を噴射時間を可
変制御することによって行う場合について説明したが、
噴射時間の可変制御と燃料噴射弁の燃圧の増減制御とに
より基本燃料噴射量の増減制御を行うようにしても良い
。

第７図は吸気通路構成の変形例を示し、この例では１次
側吸気通路３５と２次側吸気通路３６とが独立してそれ
ぞれ燃焼室２に連通開口しているものである。

すなわち、１次側吸気通路３５は燃焼室２の１次吸気弁
３７によって開閉される１次吸気ポート３９に開口し、
２次側吸気通路３６は同じく２次吸気弁３８によって開
閉される２次吸気ポート４０に開口している。また、４
１は排気ボート４２に開口した排気通路、４３は排気弁
、４４は点火プラグをそれぞれ示している。

上記１次側吸気通路３５の下流側部分は、湾曲形成され
て吸入空気を燃焼室２の接線方向から導入し、シリンダ
Ｃに周方向にスワールＫを生成すゐスワールポートに設
けられるとともに、上流側は２次側吸気通路３６と合流
し、スロットル弁８の作動で吸入空気量が規制される。

また、上記２次側吸気通路３６にはスワール可変装置１
５のスワール制御弁１９が介装され、このスワール制御
弁１９には前例と同様のアクチュエータ（図示せず）が
連係されて、スワールにの大きさを制御するように構成
されている。

すなわち、上記スワール制御弁１９が全開状態にあると
きには１次吸気通路３５によってのみ吸気が供給されて
大きいスワールＫを生成する一方、スワール制御弁１９
が開作動すると、２次側吸気通路３６からも吸気が供給
され、１次側吸気通路３５を通る吸入空気量の低減に伴
いスワールＫが弱くなるものである。

また、上記１次側吸気通路３５には、１次吸気ポート３
９に向けて、特に、１次吸気弁３７が開作動した時に、
弁隙間から燃焼室２内の点火プラグ４４近傍に向けて燃
料を噴射する燃料噴射弁１２が配設されている。

上記燃料噴射弁１２からの燃料噴射量、噴射時期は、前
例と同様の制御装置２２によって制御され、少なくとも
低負荷時には大きなスワールにの生成下で１次吸気弁３
７の開期間中の略中間時期に燃料を噴射することによっ
て成層燃焼を行う一方、高負荷高回転時には、スワール
の生成を抑制するとともに、このスワールの大きざに応
じて噴射終了時期を遅らせるものである。その他は前例
と同様である。

なお、スワール可変装置１５としては、上記スワール生
成用の１次側吸気通路５ａ、３５と２次側吸気通路５ｂ
、３６との吸気流量比率をスワール制御弁１９によって
変更するようにした構成の他、例えば単一吸気通路の下
流側部分に回動自在にスワール調整プレートを介装し、
このスワール調整プレートの回動位置に対応して吸気を
絞るとともに燃焼室２にその接線方向から吸気を導入す
るように方向付けを行うようにした構造等の従来公知の
スワール可変装置が適宜採用可能である。

また、スワールの大きさの制御についても、第４図に示
すように段階的に変更するほか、運転状態の変化に応じ
て連続的に変更制御するようにしてもよく、一方、前記
制御手段によって、スワール可変装置によるスワールの
大きさの制御を行うようにしてもよく、その場合には各
運転状態に対応してマツプ制御すればよいものである。

さらに、上記実施例では、燃料噴射時期は高負荷時等に
おいても吸気期間中に噴射を行うように設定されている
が、高負荷時においては成層化の必要がなく、かえって
均一燃焼を行うのが好ましいことから、単にスワールの
生成を抑制するだけでなく、その噴射時期を進角して早
い時期に燃料噴射するように設定してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における燃料噴射装置付エン
ジンの全体構成図、 第２図はエンジンの貞体的構造例を示す要部縦断面図、 第３図は第２図のシリンダヘッドの底面図、第４図はエ
ンジン回転数と負荷の変動に対するスワール制御弁の開
度特性を示ず説明図、第５図は吸気行程に対する燃料噴
射時期を示すタイミング図、 第６図は制御装置の処理を示すフローチャート図、 第７図は本発明の他の実施例における燃料噴射装置付エ
ンジンを一部断面にして示す要部底面図である。 １・・・・・・エンジン　２・・・・・・燃焼室３．３
７・・・・・・吸気弁　５，３５・・・・・・吸気通路
１２・・・・・・燃料噴射弁 １５・・・・・・スワール可変装置 １９・・・・・・スワール制御弁　２２・・・・・・制
御装置２９・・・・・・スワールセンサー ３０・・・・・・クランク角センサー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気弁を介して燃焼室に通ずる吸気通路内に燃料
   噴射弁を設（ブ、少なくともエンジンの低負荷時におい
   て、該燃料噴射弁から吸気弁の開期間中で、かつ、吸気
   弁間接所定時間おいて１回の燃焼に必要な燃料を噴射供
   給するようにした燃料噴射装置付エンジンにおいて、上
   記吸気通路内に燃焼室を構成するシリンダの周方向に生
   じるスワールの大きさを制御するスワール可変装置を設
   け、スワールを弱める方向に該スワール可変装置が作動
   するのに応じて、上記燃料噴射弁からの噴射終了時期を
   遅らせるよう制御する制御装置を備えたことを特徴とす
   る燃料噴射装置付エンジン。