JP2873574B2 - 層状給気エンジン - Google Patents
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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、負荷に応じて層状燃焼と均一燃
焼とを変更するものではあるが、層状燃焼域から均一燃
焼域への移行に際しての設定負荷、および、層状燃焼
性、均一燃焼性次第では、エンジンの燃費性能、エミッ
ション性能、出力性能を共に満足させることが不可能で
ある。 【０００４】例えば、層状燃焼時に燃費性能を高めるた
めに燃焼室全体の空燃比をリーンとしており、燃焼性を
向上させるために燃焼室内に渦流を生成し、かつ、成層
度を向上させているものの、均一燃焼へ移行した場合に
は、着火装置まわりがオーバーリーンとなり失火を招く
恐れがある。一方、層状燃焼をより高負荷側まで行っ
て、均一燃焼へ移行した場合には、着火装置まわりの空
燃比がリッチになり過ぎて、スモークを発生させること
がある。このような失火ないしスモークの発生は、燃費
性能、出力性能、エミッション性能を悪化させる原因と
なる。 【０００５】本発明は上記事情に鑑み、低負荷域の層状
燃焼性と高負荷域の均一燃焼性を高めつつ、層状燃焼か
ら均一燃焼への移行に際しても燃費性能、出力性能、エ
ミッション性能を悪化させない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、燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼
室頂部の中央部分に配設された着火装置と、吸気通路の
開口面積を制御する吸気絞り手段とを備え、エンジン暖
機後の低負荷時には燃料供給手段から着火装置のまわり
に偏在して燃料を供給し着火することにより層状燃焼を
行う一方、高負荷時には燃焼室内に分散して燃料を供給
し着火することにより均一燃焼を行うようにしたもので
あって、上記燃料供給手段は燃焼室の周縁部から燃焼室
内へ燃料を供給するよう配設され、燃焼室に開口する吸
気通路は燃焼室内に渦流を生成するよう構成され、エン
ジン暖機後の低負荷時に、圧縮行程後期による燃焼室内
への燃料供給と上記渦流とにより着火装置まわりに燃料
を偏在させ、エンジン高負荷時には、吸気行程による燃
焼室内への燃料供給により燃焼室全体に燃料を分散させ
るとともに、上記吸気絞り手段は、エンジン暖機後の低
負荷運転時に負荷の増加に対して吸入空気量が略一定の
大流量状態となるよう開弁制御され、前記燃料供給手段
による燃料供給量は、負荷の増加に応じて増量されるよ
う制御され、かつ、負荷の増加に伴う層状燃焼域から均
一燃焼域への移行時の空燃比が、理論空燃比よりもリー
ンであって、空気利用率が低下して層状燃焼によるスモ
ークが発生し始める空気過剰率以上となる空燃比となる
ように燃料供給手段が制御されることを特徴とするもの
である。 【０００７】また、上記燃料供給手段の制御は、上記層
状燃焼域から均一燃焼域への移行時において、上記吸気
行程による燃焼室内への燃料供給と、圧縮行程による燃
焼室内への燃料供給とを併用してもよい。 【０００８】 【発明の効果】本発明によれば、低負荷域においては層
状燃焼による希薄燃焼を行って燃費性能を向上する一
方、高負荷運転域においては増大した燃料を分散して均
一燃焼を行い、良好な高出力運転を確保することができ
る。 【０００９】また、低負荷時においては、燃焼室周縁部
から圧縮行程後期噴射による燃焼室への燃料供給と、燃
焼室内へ渦流を生成しての吸気の供給とを行うことで、
燃料の成層度の向上および燃焼性（燃焼速度）の向上が
図れ、さらに吸気絞り手段によって吸気通路をより開き
気味としたことにより、多くの空気量を燃焼室へ供給す
ることでスモークの発生を抑えることができる。この結
果、ポンピングロス低減とともに、この渦流生成による
燃焼性向上と、多くの空気流入によるスモーク発生の抑
制とにより層状燃焼領域をより高負荷側まで設定でき、
燃費性能および出力性能をより高めることができる。 【００１０】さらに、理論空燃比よりもリーンの適正空
燃比範囲で層状燃焼域から均一燃焼域への移行を行うこ
とで、燃料が分散供給される均一燃焼への移行に際し
て、失火を伴うことなくスモークの発生を抑制し、燃費
性能、出力性能およびエミッション性能を向上すること
ができる。 【００１１】一方、層状燃焼域から均一燃焼域への移行
時に、吸気行程での燃料供給と圧縮行程での燃料供給と
を併用するものでは、失火を招くことなく供給燃料の分
散化が図れ、スモークの発生が充分に抑制できる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って説明す
る。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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
する吸気絞り手段２０が構成されている。 【００１６】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。 【００１７】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および吸気絞り手段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。 【００１８】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。 【００１９】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
機時には吸気絞り手段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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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
火時期は若干進めて安定性を向上している。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】一方、制御手段１６による吸気絞り手段２
０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。 【００２９】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。 【００３０】その他、燃料供給が停止されている減速時
に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。 【００３１】よって、上記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、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。 【００３２】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。 【００３３】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、吸気絞り手段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。 【００３４】また、上記例では第２燃料供給手段１３の
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、この第２燃料供給手段１３の分散
用燃料噴射ノズル１２を第１燃料供給手段１１の成層用
燃料噴射ノズル９と同様に燃焼室１内に開口するように
配設してもよく、その場合、この第２燃料供給手段１３
により燃焼室１に直接供給する分散燃料の噴射時期は、
上記第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期より早
く、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、第２燃料供給手段１３による供給燃料が吸
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り、エンジン冷機時に
は、第２燃料供給手段１３によって燃料を供給するか、
第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期を第２燃料供
給手段１３と同様に進角して均一燃焼を得るものであ
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、負荷に応じて層状燃焼と均一燃
焼とを変更するものではあるが、層状燃焼域から均一燃
焼域への移行に際しての設定負荷、および、層状燃焼
性、均一燃焼性次第では、エンジンの燃費性能、エミッ
ション性能、出力性能を共に満足させることが不可能で
ある。 【０００４】例えば、層状燃焼時に燃費性能を高めるた
めに燃焼室全体の空燃比をリーンとしており、燃焼性を
向上させるために燃焼室内に渦流を生成し、かつ、成層
度を向上させているものの、均一燃焼へ移行した場合に
は、着火装置まわりがオーバーリーンとなり失火を招く
恐れがある。一方、層状燃焼をより高負荷側まで行っ
て、均一燃焼へ移行した場合には、着火装置まわりの空
燃比がリッチになり過ぎて、スモークを発生させること
がある。このような失火ないしスモークの発生は、燃費
性能、出力性能、エミッション性能を悪化させる原因と
なる。 【０００５】本発明は上記事情に鑑み、低負荷域の層状
燃焼性と高負荷域の均一燃焼性を高めつつ、層状燃焼か
ら均一燃焼への移行に際しても燃費性能、出力性能、エ
ミッション性能を悪化させない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、燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼
室頂部の中央部分に配設された着火装置と、吸気通路の
開口面積を制御する吸気絞り手段とを備え、エンジン暖
機後の低負荷時には燃料供給手段から着火装置のまわり
に偏在して燃料を供給し着火することにより層状燃焼を
行う一方、高負荷時には燃焼室内に分散して燃料を供給
し着火することにより均一燃焼を行うようにしたもので
あって、上記燃料供給手段は燃焼室の周縁部から燃焼室
内へ燃料を供給するよう配設され、燃焼室に開口する吸
気通路は燃焼室内に渦流を生成するよう構成され、エン
ジン暖機後の低負荷時に、圧縮行程後期による燃焼室内
への燃料供給と上記渦流とにより着火装置まわりに燃料
を偏在させ、エンジン高負荷時には、吸気行程による燃
焼室内への燃料供給により燃焼室全体に燃料を分散させ
るとともに、上記吸気絞り手段は、エンジン暖機後の低
負荷運転時に負荷の増加に対して吸入空気量が略一定の
大流量状態となるよう開弁制御され、前記燃料供給手段
による燃料供給量は、負荷の増加に応じて増量されるよ
う制御され、かつ、負荷の増加に伴う層状燃焼域から均
一燃焼域への移行時の空燃比が、理論空燃比よりもリー
ンであって、空気利用率が低下して層状燃焼によるスモ
ークが発生し始める空気過剰率以上となる空燃比となる
ように燃料供給手段が制御されることを特徴とするもの
である。 【０００７】また、上記燃料供給手段の制御は、上記層
状燃焼域から均一燃焼域への移行時において、上記吸気
行程による燃焼室内への燃料供給と、圧縮行程による燃
焼室内への燃料供給とを併用してもよい。 【０００８】 【発明の効果】本発明によれば、低負荷域においては層
状燃焼による希薄燃焼を行って燃費性能を向上する一
方、高負荷運転域においては増大した燃料を分散して均
一燃焼を行い、良好な高出力運転を確保することができ
る。 【０００９】また、低負荷時においては、燃焼室周縁部
から圧縮行程後期噴射による燃焼室への燃料供給と、燃
焼室内へ渦流を生成しての吸気の供給とを行うことで、
燃料の成層度の向上および燃焼性（燃焼速度）の向上が
図れ、さらに吸気絞り手段によって吸気通路をより開き
気味としたことにより、多くの空気量を燃焼室へ供給す
ることでスモークの発生を抑えることができる。この結
果、ポンピングロス低減とともに、この渦流生成による
燃焼性向上と、多くの空気流入によるスモーク発生の抑
制とにより層状燃焼領域をより高負荷側まで設定でき、
燃費性能および出力性能をより高めることができる。 【００１０】さらに、理論空燃比よりもリーンの適正空
燃比範囲で層状燃焼域から均一燃焼域への移行を行うこ
とで、燃料が分散供給される均一燃焼への移行に際し
て、失火を伴うことなくスモークの発生を抑制し、燃費
性能、出力性能およびエミッション性能を向上すること
ができる。 【００１１】一方、層状燃焼域から均一燃焼域への移行
時に、吸気行程での燃料供給と圧縮行程での燃料供給と
を併用するものでは、失火を招くことなく供給燃料の分
散化が図れ、スモークの発生が充分に抑制できる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に沿って説明す
る。 【００１３】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。 【００１４】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。 【００１５】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
する吸気絞り手段２０が構成されている。 【００１６】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。 【００１７】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および吸気絞り手段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。 【００１８】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。 【００１９】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
機時には吸気絞り手段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。 【００２０】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。 【００２１】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。 【００２２】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。 【００２３】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。 【００２４】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。 【００２５】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
火時期は若干進めて安定性を向上している。 【００２６】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。 【００２７】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。 【００２８】一方、制御手段１６による吸気絞り手段２
０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。 【００２９】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。 【００３０】その他、燃料供給が停止されている減速時
に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。 【００３１】よって、上記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、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。 【００３２】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。 【００３３】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、吸気絞り手段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。 【００３４】また、上記例では第２燃料供給手段１３の
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、この第２燃料供給手段１３の分散
用燃料噴射ノズル１２を第１燃料供給手段１１の成層用
燃料噴射ノズル９と同様に燃焼室１内に開口するように
配設してもよく、その場合、この第２燃料供給手段１３
により燃焼室１に直接供給する分散燃料の噴射時期は、
上記第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期より早
く、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、第２燃料供給手段１３による供給燃料が吸
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り、エンジン冷機時に
は、第２燃料供給手段１３によって燃料を供給するか、
第１燃料供給手段１１による燃料噴射時期を第２燃料供
給手段１３と同様に進角して均一燃焼を得るものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の層状給気エンジンの概略構
成図 【図２】燃焼室を模式的に示した平面図 【図３】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】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】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 吸気絞り手段
成図 【図２】燃焼室を模式的に示した平面図 【図３】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】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】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 吸気絞り手段
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５Ｃ
41/06 ３０５ 41/06 ３０５
(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51−1816（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−47924（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−151213（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−62915（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−158331（ＪＰ，Ａ)
実公 昭52−54651（ＪＰ，Ｙ２)
(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． 燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給手段と、 燃焼室頂部の中央部分に配設された着火装置と、 吸気通路の開口面積を制御する吸気絞り手段とを備え、 エンジン暖機後の低負荷時には燃料供給手段から着火装
置のまわりに偏在して燃料を供給し着火することにより
層状燃焼を行う一方、高負荷時には燃焼室内に分散して
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、 上記燃料供給手段は燃焼室の周縁部から燃焼室内へ燃料
を供給するよう配設され、燃焼室に開口する吸気通路は
燃焼室内に渦流を生成するよう構成され、 エンジン暖機後の低負荷時に、圧縮行程後期による燃焼
室内への燃料供給と上記渦流とにより着火装置まわりに
燃料を偏在させ、 エンジン高負荷時には、吸気行程による燃焼室内への燃
料供給により燃焼室全体に燃料を分散させるとともに、 上記吸気絞り手段は、エンジン暖機後の低負荷運転時に
負荷の増加に対して吸入空気量が略一定の大流量状態と
なるよう開弁制御され、前記燃料供給手段による燃料供
給量は、負荷の増加に応じて増量されるよう制御され、
かつ、 負荷の増加に伴う層状燃焼域から均一燃焼域への移行時
の空燃比が、理論空燃比よりもリーンであって、空気利
用率が低下して層状燃焼によるスモークが発生し始める
空気過剰率以上となる空燃比となるように燃料供給手段
が制御されることを特徴とする層状給気エンジン。 ２．上記燃料供給手段の制御は、上記層状燃焼域から均
一燃焼域への移行時において、上記吸気行程による燃焼
室内への燃料供給と、圧縮行程による燃焼室内への燃料
供給とを併用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 |
|---|---|---|---|
| JP27250097A JP2873574B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 層状給気エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27250097A JP2873574B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 層状給気エンジン |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7178376A Division JP2896757B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 層状給気エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10184416A JPH10184416A (ja) | 1998-07-14 |
| JP2873574B2 true JP2873574B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=17514782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27250097A Expired - Lifetime JP2873574B2 (ja) | 1997-10-06 | 1997-10-06 | 層状給気エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2873574B2 (ja) |
-
1997
- 1997-10-06 JP JP27250097A patent/JP2873574B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10184416A (ja) | 1998-07-14 |
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