JP2818934B2 - 層状給気エンジン - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02D41/30—Controlling fuel injection
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、層状給気エンジン
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、エンジンの燃費性、エミッシ
ョン性を改善する目的から、負荷に応じて燃焼室に供給
する燃料のうち着火に必要な燃料だけを着火装置の近傍
に偏在させて、この部分のみの空燃比を濃くして着火性
を向上した層状燃焼を行うようにして、全体として希薄
燃焼が実現できる層状給気エンジンが、例えば特開昭４
９−６２８０７号、特開昭４９−１２８１０９号、特開
昭５１−１８１６号に見られるように公知である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかして、上記層状給
気エンジンにおいては、低負荷時に層状燃焼を行うもの
であり、減速運転時についても低負荷時と同様に吸気通
路の開口面積を大きめにしておくと、排気通路に設けた
触媒装置が過冷却となって排気浄化性能が不十分となる
問題がある。 【０００４】すなわち、高負荷状態では出力向上の観点
で燃焼室全体に燃料を分散供給した均一燃焼を行うとと
もに、低負荷時では燃費性向上の観点で着火装置のまわ
りに燃料を偏在して供給し、かつ吸気通路の開口面積を
大きくして希薄燃焼を実現した層状燃焼を行っている
が、減速運転時においても低負荷時と同様の制御を行う
と、減速運転時は燃料供給が停止される頻度も多く、排
気通路の触媒装置を空気のみが通過して、触媒装置を反
応温度以下に過冷却し、十分な浄化性能が得られない問
題が生じる。 【０００５】そこで、本発明は上記事情に鑑み、低負荷
時では層状燃焼を行い、高負荷時では均一燃焼を行うよ
うにして、良好な燃費性能と出力性能を得るとともに、
減速運転時における触媒装置の過冷却を防止して、排気
浄化性能を改善した層状吸気エンジンを提供せんとする
ものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の層状給気エンジ
ンは、排気通路に触媒装置を介装するとともに、燃焼室
内へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼室内に配設さ
れた着火装置と、燃焼室内に供給される吸入空気量をア
クチュエータによって調整する吸気量調整手段とを備
え、低負荷域では燃料供給手段から着火装置のまわりに
可燃混合気が偏在するよう燃料を供給し着火することに
より層状燃焼を行うとともに燃料供給量を変化させるこ
とでエンジンの出力制御を行う一方、高負荷域では燃焼
室全体に可燃混合気が分散するよう燃料を供給し着火す
ることにより均一燃焼を行うようにした層状給気エンジ
ンであって、エンジンの要求負荷をアクセルセンサーに
よって検出する負荷検出手段を備え、前記吸入空気量調
整手段に具備された前記アクチュエータが、前記負荷検
出手段からの信号に基づいて作動される構成とし、前記
低負荷域では、燃焼室内に供給される吸入空気量を空気
過剰率λが１よりも大きくなるよう多く設定するととも
に、燃料供給が停止される減速時には燃焼室内に供給さ
れる吸入空気量が少量に規制されるように前記アクチュ
エータを制御する制御手段を備えたことを特徴とするも
のである。 【０００７】前記制御手段は、エンジン暖機時には、前
記低負荷域での前記吸入空気量が、アイドル時を除く広
い負荷範囲において多量となるように、かつアイドル時
には少量となるように前記アクチュエータを制御するこ
とが好適である。また、前記制御手段は、エンジンの冷
機時には、低負荷域において負荷が低下する程前記吸入
空気量が少なくなるように前記アクチュエータを制御す
ることが好適である。さらに、前記吸気量調整手段は、
吸気通路に介装される絞り弁と、該絞り弁をアクセル操
作と連動させることなく電気的に開閉作動させるアクチ
ュエータとから成り、前記制御手段は、前記絞り弁が低
負荷域においては略全開とされ、前記燃料供給が停止さ
れる減速時において閉じられるよう前記アクチュエータ
を制御することが好適である。 【０００８】通常の低負荷時には層状燃焼を行うととも
に吸気通路の開口面積は大きくして空気過剰率がλ＝１
よりも大きくなるように希薄燃焼を行う一方、高負荷時
には燃料噴射量の増大した均一燃焼を行って出力を増大
する。また、少なくとも燃料供給が停止される減速時に
は吸入空気量を減少して、触媒装置の温度低下を抑制す
る。 【０００９】 【発明の効果】本発明によれば、低負荷域においては、
燃焼室内の着火装置まわりに可燃混合気が偏在するよう
に燃料を供給した層状燃焼を行うとともに吸入空気量を
多くして空燃比を希薄化し、希薄燃焼によって燃費性を
向上する一方、高負荷運転域においては、燃焼室全体に
可燃混合気が分散するように燃料を供給して均一燃焼を
行ってスモークの発生を伴うことなく良好な高出力運転
を確保することができる。 【００１０】また、上記のように吸気量が増大されてい
る低負荷状態においても、少なくとも燃料供給が停止さ
れる減速時には吸入空気量を少なくして、排気装置の触
媒装置を通過する空気量を減少し、この触媒装置が燃料
を伴わない空気による冷却で反応温度以下の過冷却状態
となるのを抑制し、良好な浄化性能を確保する。 【００１１】また、上記のように吸気量が増大されてい
る低負荷状態においてアイドル時に吸入空気量を少なく
なるようにしたものでは、アイドル時は無負荷状態であ
って、エンジン回転を自励回転できるできる程度に燃料
が供給されていることから、低負荷域であっても、供給
燃料が少なく発熱量が少ないことでの触媒加熱効果が少
なく、空燃比がより希薄状態の時はむしろ冷却すること
になるが、吸入空気量を減少させて空燃比をリッチ側へ
移行させることで燃焼温度が上昇し、触媒装置の冷却を
防止することができる。 【００１２】 【００１３】一方、エンジン冷機時には、低負荷状態に
おいても吸入空気量を上記減速時と同様に小さくするよ
うにしたものでは、この吸入空気量の減少で空燃比をリ
ッチ化し、多量な吸入空気による冷却を抑制し触媒温度
を上昇してその活性化を図り、良好な排気浄化性能を得
ることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って説明す
る。この実施例は図１ないし図５に示し、燃料供給手段
を、成層用の第１燃料供給手段と分散用の第２燃料供給
手段とにより構成した例を示すものである。 【００１５】図１に示すエンジンにおいて、１はピスト
ン２の上方に形成された副室を持たない一般のオープン
チャンバ形状の燃焼室、３は該燃焼室１に吸入空気を導
入する吸気通路、４は燃焼室１から排気ガスを導出する
排気通路、５は吸気弁、６は排気弁、７は排気通路４に
介装された触媒装置をそれぞれ示している。 【００１６】上記燃焼室１には、点火プラグによる着火
装置８が配設されるとともに、この着火装置８のまわり
に燃料を供給する成層用燃料噴射ノズル９が配設され、
この成層用燃料噴射ノズル９には燃料噴射ポンプ１０が
接続されて第１燃料供給手段１１が構成されている。 【００１７】一方、上記吸気通路３には、燃焼室１内に
燃料を分散供給する分散用燃料噴射ノズル１２による第
２燃料供給手段１３が介装されている。さらに、この分
散用燃料噴射ノズル１２の下流には絞り弁１４が配設さ
れ、この絞り弁１４にはその開閉作動を電気的に行うア
クチュエータ１５（アクセル操作には連動していない）
が設けられて吸気通路３の開口面積を制御して吸入空気
量を規制する吸気量調整手段２０が構成されている。 【００１８】上記吸気通路３の下流側部分は図２に示す
ように、湾曲形成されて吸入空気を燃焼室１の接線方向
から導入し、燃焼室１内にその周方向に沿ったスワール
Ｓを生成するスワールポートに形成され、このスワール
により、第１燃料供給手段１１の成層用燃料噴射ノズル
９から供給され着火装置８にて着火された着火燃料を空
気と十分に混合させるとともに、火炎を燃焼室１全体に
伝播させて、噴射燃料全体を十分に燃焼させるものであ
る。 【００１９】上記第１燃料供給手段１１の燃料噴射ポン
プ１０、第２燃料供給手段１３の分散用燃料噴射ノズル
１２および吸気量調整手段２０のアクチュエータ１５の
作動は、制御手段１６によって制御される。 【００２０】上記制御手段１６は、エンジンの要求負荷
を例えばアクセルセンサーによって検出する負荷検出手
段１７からの負荷信号、およびエンジン冷機時を例えば
冷却水温度によって検出する水温センサー１８からの検
出信号を受けるとともに、エンジン回転センサー１９か
らのエンジン回転信号等を受け、成層用燃料噴射ノズル
９からの燃料噴射量および燃料噴射時期、分散用燃料噴
射ノズル１２からの燃料噴射量をそれぞれ制御するとと
もに、絞り弁１４の閉作動時期を制御するものである。 【００２１】上記制御手段１６は、水温センサー１８の
検出信号に応じ、冷却水温度が設定値以下のエンジン冷
機時には吸気量調整手段２０を作動して絞り弁１４を閉
じ、吸入空気量を減少するとともに、第２燃料供給手段
１３によって所定量の分散燃料を供給するものである。 【００２２】また、この制御手段１６による負荷に対応
した燃料供給量制御は、負荷検出手段１７の信号を受
け、設定負荷以下の低・中負荷域における常用運転域で
は第２燃料供給手段１３による分散燃料の供給は停止
し、第１燃料供給手段１１による成層燃料を供給して層
状燃焼を行い、負荷の増加に応じてその供給量を増加
し、設定負荷を越えると成層燃料の供給量を減少させる
ものである。一方、第２燃料供給手段１３による分散燃
料は、上記設定負荷近傍の負荷以上において供給を開始
し、第１燃料供給手段１１による成層燃料の減少量を補
うとともに、負荷の増加に応じて全供給量が増加するよ
う分散用燃料の供給量を増加して層状燃焼から均一燃焼
に移行するものである。その際、各噴射毎の噴射量、噴
射回数はエンジン回転数に対応して設定する。 【００２３】すなわち、エンジンの負荷に対応した第１
燃料供給手段１１、第２燃料供給手段１３による燃料供
給量制御は、図３に示すように行う。この図３は負荷の
変動に対する燃料供給量Ｑの変動を空気過剰率λの変動
とともに示すものであって、前記絞り弁１４は基本的に
全開状態で吸入空気量は一定であり、負荷の増加に対し
燃料供給量Ｑを増加して空気過剰率λを小さくし、すな
わち空燃比を濃くして出力制御を行うように設けられて
いる。燃料供給量Ｑにおいて、領域Ｉの燃料を第１燃料
供給手段１１から供給し、領域IIの燃料を第２燃料供給
手段１３から供給するものである。第１燃料供給手段１
１による成層燃料の供給はＡ点の設定負荷以下では負荷
の増加に応じて増大する一方、この設定負荷Ａ点を越え
ると、第１燃料供給手段１１からの燃料供給を減少し、
Ｂ点を越えた高負荷時には、成層用燃料噴射ノズル９の
カーボンによる目詰まり防止と加熱防止のために少量噴
射を継続する。 【００２４】一方、上記第２燃料供給手段１３による分
散燃料の供給はＡ点の設定負荷以上で供給を開始し、こ
れより負荷が増加すると第１燃料供給手段１１による成
層燃料の供給減少を補うとともに、全体として負荷の増
加に対応して増加した燃料を供給するものである。 【００２５】上記Ａ点の設定負荷は、その時点における
空気過剰率λが均一混合気でも着火可能な着火限界の空
気過剰率λ以下となるような負荷状態に設定され、ま
た、Ｂ点の負荷は、その時点における空気過剰率λが層
状燃焼によっては空気利用率が低下してスモークが発生
し始める空気過剰率λ以上となるような負荷状態に設定
される。 【００２６】よって、上記Ａ点以下においては、燃料は
燃焼室１の着火装置８まわりに偏在して供給される層状
燃焼領域であり、Ｂ点以上が燃焼室１全体に燃料が分散
して供給される均一燃焼領域で、Ａ−Ｂ間が層状燃焼領
域から均一燃焼領域への移行領域である。 【００２７】なお、第２燃料供給手段１３による分散燃
料の供給開始時期は、第１燃料供給手段１１による成層
燃料の供給を減少させる設定負荷Ａ点と一致させること
なく、このＡ点近傍の相前後した負荷状態で供給を開始
するようにすればよい。 【００２８】また、第１燃料供給手段１１による成層燃
料供給と第２燃料供給手段１３による分散燃料供給の切
換えは、上記の如く徐々に減少、増大するようにするほ
か、設定負荷Ａ点とＢ点との間の負荷状態において、オ
ン・オフ的に切換えるようにしてもよい。 【００２９】次に、図４は負荷変動に対し、第１燃料供
給手段１１による成層燃料の噴射時期（噴射開始時期）
と点火時期を示すものであり、前記Ａ点の設定負荷以下
の成層化を行う領域では、噴射時期は圧縮上死点近傍の
点火時期より所定量早い時期に設定され、噴射燃料が着
火装置８まわりに有効に偏在した状態で着火を行う。上
記Ａ点を越えてＢ点の分散化を行う領域に移行するのに
従って、噴射時期を進めて早い時期に噴射を行い、第１
燃料供給手段１１から噴射された燃料の偏在を小さくし
て燃焼室１全体に分散させるようにする。また、アイド
ル運転時のような極低負荷時には燃料噴射時期および点
火時期は層状燃焼時より若干進めて安定性を向上してい
る。 【００３０】なお、エンジン冷機時において、上記第２
燃料供給手段１３による分散燃料の供給を行う代りに、
第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期を、上記高負
荷時と同様に進角させることにより、吸気行程から圧縮
行程初期までの早い時期に噴射を完了し、その後の燃焼
室１内の吸入空気の流れによって燃料が分散するように
して、均一燃焼を得るようにしてもよい。 【００３１】また、図４では点火時期は負荷変動に対し
て略一定に設定しているが、これは負荷の増大に応じて
点火時期を進めるように変化させてもよい。 【００３２】一方、制御手段１６による吸気量調整手段
２０の絞り弁１４の開閉制御は、図５に示すように、基
本的には絞り弁１４を全開状態としてノンスロットル運
転を行い、エンジン始動時もしくはアイドル時のような
極低負荷時には開度を小さくして吸入空気量を減少する
ものである。 【００３３】また、エンジン冷機時には、図５中に鎖線
で示すように、低・中負荷域において広範囲に絞るもの
であり、負荷が低下するほど開度を小さくして吸入空気
量を減少することにより、空気過剰率を小さくし空燃比
をリッチにするものである。 【００３４】上記のような制御に加えて、前記制御手段
１６は、燃料供給が停止されている減速時には、触媒温
度の低下を防止するとともにエンジンブレーキ性能を向
上するために、絞り弁１４を閉じるように制御するもの
である。 【００３５】よって、上記実施例の層状給気エンジンに
よれば、設定負荷Ａ点以下の低・中負荷における常用運
転領域では、層状燃焼を行って良好な着火性を得るとと
もに、空気過剰率λが１以上となる希薄燃焼を可能とし
て燃費性を向上すると同時に、この成層領域において
は、絞り弁１４を閉じることなく吸入空気量を一定とし
て、第１燃料供給手段１１による燃料供給量によって出
力制御を行うようにしたことにより、絞り弁１４の絞り
作動に伴うポンピングロスを大幅に低減することがで
き、燃費性がより一層向上する。 【００３６】また、上記設定負荷Ａ点を越えた高負荷運
転域では層状燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率を
増大してスモークの発生を伴うことなく高出力運転を行
うものであり、全領域において良好な運転性能と、ポン
ピングロスの低減による燃費性の改善が行える。 【００３７】さらに、エンジン冷機時には、燃焼室全体
に燃料を分散供給する第２燃料供給手段１３により燃料
を供給するか、第１燃料供給手段１１による燃料噴射時
期を進角して燃焼室１内に供給した燃料が分散するよう
にして均一燃焼を行うとともに、吸気量調整手段２０に
より絞り弁１４を閉じて吸入空気量を減少して分散燃料
の空燃比をリッチ化し、これにより良好な暖機性を確保
している。 【００３８】なお、上記実施例では分散用燃料噴射ノズ
ル１２は吸気通路３の途中に介装するようにしている
が、燃焼室１内に開口するように配設してもよく、その
場合、燃焼室１に直接供給する分散燃料の噴射時期は、
吸気行程から圧縮行程初期の間に噴射を完了するように
設定し、供給燃料が吸入空気との混合によって燃焼室１
内に均一分散するようにして、均一燃焼を得るものであ
る。 【００３９】さらに、上記実施例において、冷却水温す
なわちエンジン冷機状態の程度に応じて、吸気量調整手
段２０による吸入空気量の減少量、もしくは噴射時期の
進角等による均一化傾向度合を変更調整するようにして
もよく、温度が上昇するのに伴って吸入空気量を増加さ
せるとともに、層状燃焼に戻すものである。
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、エンジンの燃費性、エミッシ
ョン性を改善する目的から、負荷に応じて燃焼室に供給
する燃料のうち着火に必要な燃料だけを着火装置の近傍
に偏在させて、この部分のみの空燃比を濃くして着火性
を向上した層状燃焼を行うようにして、全体として希薄
燃焼が実現できる層状給気エンジンが、例えば特開昭４
９−６２８０７号、特開昭４９−１２８１０９号、特開
昭５１−１８１６号に見られるように公知である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかして、上記層状給
気エンジンにおいては、低負荷時に層状燃焼を行うもの
であり、減速運転時についても低負荷時と同様に吸気通
路の開口面積を大きめにしておくと、排気通路に設けた
触媒装置が過冷却となって排気浄化性能が不十分となる
問題がある。 【０００４】すなわち、高負荷状態では出力向上の観点
で燃焼室全体に燃料を分散供給した均一燃焼を行うとと
もに、低負荷時では燃費性向上の観点で着火装置のまわ
りに燃料を偏在して供給し、かつ吸気通路の開口面積を
大きくして希薄燃焼を実現した層状燃焼を行っている
が、減速運転時においても低負荷時と同様の制御を行う
と、減速運転時は燃料供給が停止される頻度も多く、排
気通路の触媒装置を空気のみが通過して、触媒装置を反
応温度以下に過冷却し、十分な浄化性能が得られない問
題が生じる。 【０００５】そこで、本発明は上記事情に鑑み、低負荷
時では層状燃焼を行い、高負荷時では均一燃焼を行うよ
うにして、良好な燃費性能と出力性能を得るとともに、
減速運転時における触媒装置の過冷却を防止して、排気
浄化性能を改善した層状吸気エンジンを提供せんとする
ものである。 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明の層状給気エンジ
ンは、排気通路に触媒装置を介装するとともに、燃焼室
内へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼室内に配設さ
れた着火装置と、燃焼室内に供給される吸入空気量をア
クチュエータによって調整する吸気量調整手段とを備
え、低負荷域では燃料供給手段から着火装置のまわりに
可燃混合気が偏在するよう燃料を供給し着火することに
より層状燃焼を行うとともに燃料供給量を変化させるこ
とでエンジンの出力制御を行う一方、高負荷域では燃焼
室全体に可燃混合気が分散するよう燃料を供給し着火す
ることにより均一燃焼を行うようにした層状給気エンジ
ンであって、エンジンの要求負荷をアクセルセンサーに
よって検出する負荷検出手段を備え、前記吸入空気量調
整手段に具備された前記アクチュエータが、前記負荷検
出手段からの信号に基づいて作動される構成とし、前記
低負荷域では、燃焼室内に供給される吸入空気量を空気
過剰率λが１よりも大きくなるよう多く設定するととも
に、燃料供給が停止される減速時には燃焼室内に供給さ
れる吸入空気量が少量に規制されるように前記アクチュ
エータを制御する制御手段を備えたことを特徴とするも
のである。 【０００７】前記制御手段は、エンジン暖機時には、前
記低負荷域での前記吸入空気量が、アイドル時を除く広
い負荷範囲において多量となるように、かつアイドル時
には少量となるように前記アクチュエータを制御するこ
とが好適である。また、前記制御手段は、エンジンの冷
機時には、低負荷域において負荷が低下する程前記吸入
空気量が少なくなるように前記アクチュエータを制御す
ることが好適である。さらに、前記吸気量調整手段は、
吸気通路に介装される絞り弁と、該絞り弁をアクセル操
作と連動させることなく電気的に開閉作動させるアクチ
ュエータとから成り、前記制御手段は、前記絞り弁が低
負荷域においては略全開とされ、前記燃料供給が停止さ
れる減速時において閉じられるよう前記アクチュエータ
を制御することが好適である。 【０００８】通常の低負荷時には層状燃焼を行うととも
に吸気通路の開口面積は大きくして空気過剰率がλ＝１
よりも大きくなるように希薄燃焼を行う一方、高負荷時
には燃料噴射量の増大した均一燃焼を行って出力を増大
する。また、少なくとも燃料供給が停止される減速時に
は吸入空気量を減少して、触媒装置の温度低下を抑制す
る。 【０００９】 【発明の効果】本発明によれば、低負荷域においては、
燃焼室内の着火装置まわりに可燃混合気が偏在するよう
に燃料を供給した層状燃焼を行うとともに吸入空気量を
多くして空燃比を希薄化し、希薄燃焼によって燃費性を
向上する一方、高負荷運転域においては、燃焼室全体に
可燃混合気が分散するように燃料を供給して均一燃焼を
行ってスモークの発生を伴うことなく良好な高出力運転
を確保することができる。 【００１０】また、上記のように吸気量が増大されてい
る低負荷状態においても、少なくとも燃料供給が停止さ
れる減速時には吸入空気量を少なくして、排気装置の触
媒装置を通過する空気量を減少し、この触媒装置が燃料
を伴わない空気による冷却で反応温度以下の過冷却状態
となるのを抑制し、良好な浄化性能を確保する。 【００１１】また、上記のように吸気量が増大されてい
る低負荷状態においてアイドル時に吸入空気量を少なく
なるようにしたものでは、アイドル時は無負荷状態であ
って、エンジン回転を自励回転できるできる程度に燃料
が供給されていることから、低負荷域であっても、供給
燃料が少なく発熱量が少ないことでの触媒加熱効果が少
なく、空燃比がより希薄状態の時はむしろ冷却すること
になるが、吸入空気量を減少させて空燃比をリッチ側へ
移行させることで燃焼温度が上昇し、触媒装置の冷却を
防止することができる。 【００１２】 【００１３】一方、エンジン冷機時には、低負荷状態に
おいても吸入空気量を上記減速時と同様に小さくするよ
うにしたものでは、この吸入空気量の減少で空燃比をリ
ッチ化し、多量な吸入空気による冷却を抑制し触媒温度
を上昇してその活性化を図り、良好な排気浄化性能を得
ることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って説明す
る。この実施例は図１ないし図５に示し、燃料供給手段
を、成層用の第１燃料供給手段と分散用の第２燃料供給
手段とにより構成した例を示すものである。 【００１５】図１に示すエンジンにおいて、１はピスト
ン２の上方に形成された副室を持たない一般のオープン
チャンバ形状の燃焼室、３は該燃焼室１に吸入空気を導
入する吸気通路、４は燃焼室１から排気ガスを導出する
排気通路、５は吸気弁、６は排気弁、７は排気通路４に
介装された触媒装置をそれぞれ示している。 【００１６】上記燃焼室１には、点火プラグによる着火
装置８が配設されるとともに、この着火装置８のまわり
に燃料を供給する成層用燃料噴射ノズル９が配設され、
この成層用燃料噴射ノズル９には燃料噴射ポンプ１０が
接続されて第１燃料供給手段１１が構成されている。 【００１７】一方、上記吸気通路３には、燃焼室１内に
燃料を分散供給する分散用燃料噴射ノズル１２による第
２燃料供給手段１３が介装されている。さらに、この分
散用燃料噴射ノズル１２の下流には絞り弁１４が配設さ
れ、この絞り弁１４にはその開閉作動を電気的に行うア
クチュエータ１５（アクセル操作には連動していない）
が設けられて吸気通路３の開口面積を制御して吸入空気
量を規制する吸気量調整手段２０が構成されている。 【００１８】上記吸気通路３の下流側部分は図２に示す
ように、湾曲形成されて吸入空気を燃焼室１の接線方向
から導入し、燃焼室１内にその周方向に沿ったスワール
Ｓを生成するスワールポートに形成され、このスワール
により、第１燃料供給手段１１の成層用燃料噴射ノズル
９から供給され着火装置８にて着火された着火燃料を空
気と十分に混合させるとともに、火炎を燃焼室１全体に
伝播させて、噴射燃料全体を十分に燃焼させるものであ
る。 【００１９】上記第１燃料供給手段１１の燃料噴射ポン
プ１０、第２燃料供給手段１３の分散用燃料噴射ノズル
１２および吸気量調整手段２０のアクチュエータ１５の
作動は、制御手段１６によって制御される。 【００２０】上記制御手段１６は、エンジンの要求負荷
を例えばアクセルセンサーによって検出する負荷検出手
段１７からの負荷信号、およびエンジン冷機時を例えば
冷却水温度によって検出する水温センサー１８からの検
出信号を受けるとともに、エンジン回転センサー１９か
らのエンジン回転信号等を受け、成層用燃料噴射ノズル
９からの燃料噴射量および燃料噴射時期、分散用燃料噴
射ノズル１２からの燃料噴射量をそれぞれ制御するとと
もに、絞り弁１４の閉作動時期を制御するものである。 【００２１】上記制御手段１６は、水温センサー１８の
検出信号に応じ、冷却水温度が設定値以下のエンジン冷
機時には吸気量調整手段２０を作動して絞り弁１４を閉
じ、吸入空気量を減少するとともに、第２燃料供給手段
１３によって所定量の分散燃料を供給するものである。 【００２２】また、この制御手段１６による負荷に対応
した燃料供給量制御は、負荷検出手段１７の信号を受
け、設定負荷以下の低・中負荷域における常用運転域で
は第２燃料供給手段１３による分散燃料の供給は停止
し、第１燃料供給手段１１による成層燃料を供給して層
状燃焼を行い、負荷の増加に応じてその供給量を増加
し、設定負荷を越えると成層燃料の供給量を減少させる
ものである。一方、第２燃料供給手段１３による分散燃
料は、上記設定負荷近傍の負荷以上において供給を開始
し、第１燃料供給手段１１による成層燃料の減少量を補
うとともに、負荷の増加に応じて全供給量が増加するよ
う分散用燃料の供給量を増加して層状燃焼から均一燃焼
に移行するものである。その際、各噴射毎の噴射量、噴
射回数はエンジン回転数に対応して設定する。 【００２３】すなわち、エンジンの負荷に対応した第１
燃料供給手段１１、第２燃料供給手段１３による燃料供
給量制御は、図３に示すように行う。この図３は負荷の
変動に対する燃料供給量Ｑの変動を空気過剰率λの変動
とともに示すものであって、前記絞り弁１４は基本的に
全開状態で吸入空気量は一定であり、負荷の増加に対し
燃料供給量Ｑを増加して空気過剰率λを小さくし、すな
わち空燃比を濃くして出力制御を行うように設けられて
いる。燃料供給量Ｑにおいて、領域Ｉの燃料を第１燃料
供給手段１１から供給し、領域IIの燃料を第２燃料供給
手段１３から供給するものである。第１燃料供給手段１
１による成層燃料の供給はＡ点の設定負荷以下では負荷
の増加に応じて増大する一方、この設定負荷Ａ点を越え
ると、第１燃料供給手段１１からの燃料供給を減少し、
Ｂ点を越えた高負荷時には、成層用燃料噴射ノズル９の
カーボンによる目詰まり防止と加熱防止のために少量噴
射を継続する。 【００２４】一方、上記第２燃料供給手段１３による分
散燃料の供給はＡ点の設定負荷以上で供給を開始し、こ
れより負荷が増加すると第１燃料供給手段１１による成
層燃料の供給減少を補うとともに、全体として負荷の増
加に対応して増加した燃料を供給するものである。 【００２５】上記Ａ点の設定負荷は、その時点における
空気過剰率λが均一混合気でも着火可能な着火限界の空
気過剰率λ以下となるような負荷状態に設定され、ま
た、Ｂ点の負荷は、その時点における空気過剰率λが層
状燃焼によっては空気利用率が低下してスモークが発生
し始める空気過剰率λ以上となるような負荷状態に設定
される。 【００２６】よって、上記Ａ点以下においては、燃料は
燃焼室１の着火装置８まわりに偏在して供給される層状
燃焼領域であり、Ｂ点以上が燃焼室１全体に燃料が分散
して供給される均一燃焼領域で、Ａ−Ｂ間が層状燃焼領
域から均一燃焼領域への移行領域である。 【００２７】なお、第２燃料供給手段１３による分散燃
料の供給開始時期は、第１燃料供給手段１１による成層
燃料の供給を減少させる設定負荷Ａ点と一致させること
なく、このＡ点近傍の相前後した負荷状態で供給を開始
するようにすればよい。 【００２８】また、第１燃料供給手段１１による成層燃
料供給と第２燃料供給手段１３による分散燃料供給の切
換えは、上記の如く徐々に減少、増大するようにするほ
か、設定負荷Ａ点とＢ点との間の負荷状態において、オ
ン・オフ的に切換えるようにしてもよい。 【００２９】次に、図４は負荷変動に対し、第１燃料供
給手段１１による成層燃料の噴射時期（噴射開始時期）
と点火時期を示すものであり、前記Ａ点の設定負荷以下
の成層化を行う領域では、噴射時期は圧縮上死点近傍の
点火時期より所定量早い時期に設定され、噴射燃料が着
火装置８まわりに有効に偏在した状態で着火を行う。上
記Ａ点を越えてＢ点の分散化を行う領域に移行するのに
従って、噴射時期を進めて早い時期に噴射を行い、第１
燃料供給手段１１から噴射された燃料の偏在を小さくし
て燃焼室１全体に分散させるようにする。また、アイド
ル運転時のような極低負荷時には燃料噴射時期および点
火時期は層状燃焼時より若干進めて安定性を向上してい
る。 【００３０】なお、エンジン冷機時において、上記第２
燃料供給手段１３による分散燃料の供給を行う代りに、
第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期を、上記高負
荷時と同様に進角させることにより、吸気行程から圧縮
行程初期までの早い時期に噴射を完了し、その後の燃焼
室１内の吸入空気の流れによって燃料が分散するように
して、均一燃焼を得るようにしてもよい。 【００３１】また、図４では点火時期は負荷変動に対し
て略一定に設定しているが、これは負荷の増大に応じて
点火時期を進めるように変化させてもよい。 【００３２】一方、制御手段１６による吸気量調整手段
２０の絞り弁１４の開閉制御は、図５に示すように、基
本的には絞り弁１４を全開状態としてノンスロットル運
転を行い、エンジン始動時もしくはアイドル時のような
極低負荷時には開度を小さくして吸入空気量を減少する
ものである。 【００３３】また、エンジン冷機時には、図５中に鎖線
で示すように、低・中負荷域において広範囲に絞るもの
であり、負荷が低下するほど開度を小さくして吸入空気
量を減少することにより、空気過剰率を小さくし空燃比
をリッチにするものである。 【００３４】上記のような制御に加えて、前記制御手段
１６は、燃料供給が停止されている減速時には、触媒温
度の低下を防止するとともにエンジンブレーキ性能を向
上するために、絞り弁１４を閉じるように制御するもの
である。 【００３５】よって、上記実施例の層状給気エンジンに
よれば、設定負荷Ａ点以下の低・中負荷における常用運
転領域では、層状燃焼を行って良好な着火性を得るとと
もに、空気過剰率λが１以上となる希薄燃焼を可能とし
て燃費性を向上すると同時に、この成層領域において
は、絞り弁１４を閉じることなく吸入空気量を一定とし
て、第１燃料供給手段１１による燃料供給量によって出
力制御を行うようにしたことにより、絞り弁１４の絞り
作動に伴うポンピングロスを大幅に低減することがで
き、燃費性がより一層向上する。 【００３６】また、上記設定負荷Ａ点を越えた高負荷運
転域では層状燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率を
増大してスモークの発生を伴うことなく高出力運転を行
うものであり、全領域において良好な運転性能と、ポン
ピングロスの低減による燃費性の改善が行える。 【００３７】さらに、エンジン冷機時には、燃焼室全体
に燃料を分散供給する第２燃料供給手段１３により燃料
を供給するか、第１燃料供給手段１１による燃料噴射時
期を進角して燃焼室１内に供給した燃料が分散するよう
にして均一燃焼を行うとともに、吸気量調整手段２０に
より絞り弁１４を閉じて吸入空気量を減少して分散燃料
の空燃比をリッチ化し、これにより良好な暖機性を確保
している。 【００３８】なお、上記実施例では分散用燃料噴射ノズ
ル１２は吸気通路３の途中に介装するようにしている
が、燃焼室１内に開口するように配設してもよく、その
場合、燃焼室１に直接供給する分散燃料の噴射時期は、
吸気行程から圧縮行程初期の間に噴射を完了するように
設定し、供給燃料が吸入空気との混合によって燃焼室１
内に均一分散するようにして、均一燃焼を得るものであ
る。 【００３９】さらに、上記実施例において、冷却水温す
なわちエンジン冷機状態の程度に応じて、吸気量調整手
段２０による吸入空気量の減少量、もしくは噴射時期の
進角等による均一化傾向度合を変更調整するようにして
もよく、温度が上昇するのに伴って吸入空気量を増加さ
せるとともに、層状燃焼に戻すものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例による層状給気エンジン
の概略構成図 【図２】図１の例における燃焼室を模式的に示した平面
図 【図３】図１の例における負荷に対する燃料供給量の制
御を空気過剰率とともに示す特性図 【図４】図１の例における負荷変動に対し第１燃料供給
手段による成層燃料の噴射時期と点火時期を示す特性図 【図５】図１の例における負荷変動に対する絞り弁の開
度を示す特性図 【符号の説明】 １ 燃焼室 ３ 吸気通路 ８ 着火装置 ９ 成層用燃料噴射ノズル １０ 燃料噴射ポンプ １１ 第１燃料供給手段 １２ 分散用燃料噴射ノズル １３ 第２燃料供給手段 １４ 絞り弁 １５ アクチュエータ １６ 制御手段 １７ 負荷検出手段 １８ 水温センサー ２０ 吸気量調整手段
の概略構成図 【図２】図１の例における燃焼室を模式的に示した平面
図 【図３】図１の例における負荷に対する燃料供給量の制
御を空気過剰率とともに示す特性図 【図４】図１の例における負荷変動に対し第１燃料供給
手段による成層燃料の噴射時期と点火時期を示す特性図 【図５】図１の例における負荷変動に対する絞り弁の開
度を示す特性図 【符号の説明】 １ 燃焼室 ３ 吸気通路 ８ 着火装置 ９ 成層用燃料噴射ノズル １０ 燃料噴射ポンプ １１ 第１燃料供給手段 １２ 分散用燃料噴射ノズル １３ 第２燃料供給手段 １４ 絞り弁 １５ アクチュエータ １６ 制御手段 １７ 負荷検出手段 １８ 水温センサー ２０ 吸気量調整手段
フロントページの続き
(72)発明者 沖本 晴男
広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ
ダ株式会社内
(72)発明者 河野 誠公
広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ
ダ株式会社内
(56)参考文献 特開 昭56−151213（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−62915（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−158331（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
F02D 41/00 - 45/00
F02B 17/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．排気通路に触媒装置を介装するとともに、燃焼室内
へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼室内に配設され
た着火装置と、燃焼室内に供給される吸入空気量をアク
チュエータによって調整する吸気量調整手段とを備え、
低負荷域では燃料供給手段から着火装置のまわりに可燃
混合気が偏在するよう燃料を供給し着火することにより
層状燃焼を行うとともに燃料供給量を変化させることで
エンジンの出力制御を行う一方、高負荷域では燃焼室全
体に可燃混合気が分散するよう燃料を供給し着火するこ
とにより均一燃焼を行うようにした層状給気エンジンで
あって、エンジンの要求負荷をアクセルセンサーによって検出す
る負荷検出手段を備え、前記吸入空気量調整手段に具備
された前記アクチュエータが、前記負荷検出手段からの
信号に基づいて作動される構成とし、前記低負荷域で
は 、燃焼室内に供給される吸入空気量を空気過剰率λが
１よりも大きくなるよう多く設定するとともに、燃料供
給が停止される減速時には燃焼室内に供給される吸入空
気量が少量に規制されるように前記アクチュエータを制
御する制御手段を備えたことを特徴とする層状給気エン
ジン。 ２．前記制御手段は、エンジン暖機時には、前記低負荷
域での前記吸入空気量が、アイドル時を除く広い負荷範
囲において多量となるように、かつアイドル時には少量
となるように前記アクチュエータを制御することを特徴
とする請求項１に記載の層状給気エンジン。 ３．前記制御手段は、エンジンの冷機時には、前記低負
荷域において負荷が低下する程前記吸入空気量が少なく
なるように前記アクチュエータを制御することを特徴と
する請求項１に記載の層状給気エンジン。 ４．前記吸気量調整手段は、吸気通路に介装される絞り
弁と、該絞り弁をアクセル操作と連動させることなく電
気的に開閉作動させるアクチュエータとから成り、前記
制御手段は、前記絞り弁が低負荷域においては略全開と
され、前記燃料供給が停止される減速時において閉じら
れるよう前記アクチュエータを制御することを特徴とす
る請求項１に記載の層状給気エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321914A JP2818934B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 層状給気エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8321914A JP2818934B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 層状給気エンジン |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58138493A Division JPH0639928B2 (ja) | 1983-07-28 | 1983-07-28 | 層状給気エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09310632A JPH09310632A (ja) | 1997-12-02 |
| JP2818934B2 true JP2818934B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=18137822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8321914A Expired - Lifetime JP2818934B2 (ja) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | 層状給気エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2818934B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56151213A (en) * | 1980-04-24 | 1981-11-24 | Nissan Motor Co Ltd | Spark ignition type internal combustion engine |
| JPS5762915A (en) * | 1980-10-03 | 1982-04-16 | Toyota Motor Corp | Fuel injection control for internal combustion engine |
| JPS58158331A (ja) * | 1982-03-17 | 1983-09-20 | Honda Motor Co Ltd | エンジンのスロツトルバルブ制御装置 |
| US5247180A (en) * | 1991-12-30 | 1993-09-21 | Texas Instruments Incorporated | Stereolithographic apparatus and method of use |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP8321914A patent/JP2818934B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09310632A (ja) | 1997-12-02 |
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