JP2906674B2 - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は筒内噴射式内燃機関に関
する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭60-30420号公報には、負荷の増大
に伴って燃料噴射時期を早めるようにした筒内直接噴射
式火花点火機関が開示されている。この機関では、低負
荷運転時には圧縮行程後半に燃料を点火栓付近に噴射
し、点火栓付近に燃焼可能な混合気を形成して良好な着
火と燃焼とを得られるようにし、一方、高負荷運転時に
は吸気行程前半に燃料を噴射し、燃料を筒内に十分拡散
させることによって空気利用率を高め、出力の向上を図
るようにしている。

【０００３】この機関では、中負荷運転時においては吸
気行程後半から圧縮行程前半付近で燃料を噴射し、この
噴射燃料は筒内全体に拡散する。しかし、中負荷運転時
における燃料噴射量は高負荷運転時における程十分に多
くないため、筒内全体に拡散した燃料によって形成され
る混合気は過薄となり、着火及び燃焼が困難になるとい
う問題がある。

【０００４】これを解決するものとして特開平2-169834
号公報には、軽負荷時にピストンの頂面に設けたキャビ
ティに向けて燃料を噴射し、キャビティ内の空気の流れ
によって、リッチな混合気層から空気層まで変化する燃
料分布が不均一な混合気を生成して成層燃焼を実現する
内燃機関が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、低温時にはピ
ストンや燃焼室壁の温度が低く、そのために混合気の生
成が遅く、成層混合気が充分に形成されないため、エミ
ッションが悪化し、スモークが発生するという問題があ
った。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
成層燃焼を行なう際に燃焼室温度が低いとき燃料噴射量
及び吸入空気量を増大させることにより、混合気の形成
を向上させ、エミッションの向上、及びスモークの発生
を防止する筒内噴射式内燃機関を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明装置の原理
図を示す。

【０００８】同図中、内燃機関Ｍ１の運転状態は運転状
態検出手段Ｍ２によって検出され、演算手段Ｍ３は運転
状態検出手段Ｍ２の検出結果に応じて内燃機関Ｍ１の燃
料量及び吸入空気量を算出する。

【０００９】燃料噴射手段Ｍ４は、燃料を直接燃焼室に
噴射する。空気量制御手段Ｍ５は、燃焼室に吸入される
吸入空気量を制御する。

【００１０】燃料及び空気量補正手段Ｍ６は、成層燃焼
を行なう際に燃焼室の温度が低いとき該温度に応じて燃
料噴射量を増量すると共に吸入空気量を増大させ燃料の
霧化を促進する。

【００１１】

【作用】本発明においては、燃焼室の温度が低い時、燃
料及び空気量補正手段Ｍ６によって燃料噴射量の増量と
共に吸入空気量が増大させられ、燃料の霧化が低温のた
めに遅れる分だけ吸入空気量の増大により霧化が促進さ
れる。

【００１２】

【実施例】図２は本発明の内燃機関の一実施例の断面構
造図を示す。

【００１３】同図中、１はシリンダブロック、２はピス
トン、３はシリンダブロック１上に固定されたシリンダ
ヘッド、４は燃焼室、５は給気弁、６は排気弁、７は給
気ポート、８は排気ポート、９は点火栓、１０は燃料噴
射弁夫々を示す。

【００１４】ピストン２の頂面上には点火栓９の下方か
ら燃料噴射弁１０の先端部の下方まで延在するキャビテ
ィ１５が形成されている。

【００１５】図３は本発明の内燃機関の構成図を示す。
同図中、図２は同一部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。図３において、給気ポート７は給気通路１
６を介してエアクリーナ１７に連結され、給気通路１６
内にはアクセルペダル１８に連結されたスロットル弁１
９と、機関により駆動される機械式過給機２０が配置さ
れる。スロットル弁１９と機械式過給機２０間の給気通
路１６からはバイパス通路２１が分岐され、このバイパ
ス通路２１は機械式過給機２０下流の給気通路１６に連
結される。バイパス通路２１内にはバイパス制御弁（Ａ
ＢＶ）２２が配置される。この通路２１内にはバイパス
制御弁２２が配置される。このバイパス制御弁２２はバ
イパス通路２１の流路面積を制御する弁体２３と、弁体
２３を駆動するための負圧アクチュエータ２４とにより
構成される。負圧アクチュエータ２４の負圧室２５は導
管２６および大気に連通可能な電磁切換弁２７を介して
機関駆動の負圧ポンプ２８に連結される。導管２６には
負圧室２５内の絶対圧Ｐを検出するための圧力センサ２
９が取付けられ、電磁切換弁２７は電子制御ユニット４
０の出力信号に基いてデューティ比制御される。一方、
排気ポート８は排気管３０に接続される。

【００１６】電気制御ユニット４０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス４１によって相互に接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具
備する。スロットル弁１９にはスロットル弁１９の開度
に比例した、即ちアクセルペダル１８の踏込み量に比例
した出力電圧を発生するスロットルセンサ３２が取付け
られ、このスロットルセンサ３２の出力電圧はＡＤ変換
器４７を介して入力ポート４５に入力される。水温セン
サ３１は機関冷却水の温度に比例した出力電圧を発生
し、この出力電圧がＡＤ変換器４８を介して入力ポート
４５に入力される。圧力センサ２９は負圧室１５内の絶
対圧Ｐに比例した出力電圧を発生し、この出力電圧がＡ
Ｄ変換器４９を介して入力ポート４５に入力される。吸
気温センサ３３は給気通路１６内の吸気温に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器５０を介し
て入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５に
は機関回転数ＮＥを表わす出力パルスを発生する回転数
センサ３４が接続される。

【００１７】一方、出力ポート４６は駆動回路５１を介
して電磁切換弁２７に接続され、この電磁切換弁２７は
電子制御ユニット４０から出力されるデューティ比可変
の制御パルスによって駆動される。この制御パルスのデ
ューティ比ＤＴが大きくなると負圧室２５が負圧ポンプ
２８に接続されている時間が長くなり、その結果負圧室
２５内の絶対圧Ｐが小さくなってバイパス制御弁２２の
開弁量が増大する。バイパス制御弁２２の開弁量が増大
すると機械式過給機２０の下流側から上流側に返戻され
る空気量が増大するために機関シリンダ内に供給される
空気量は減少する。これに対して電磁切換弁２７に供給
される制御パルスのデューティ比ＤＴが小さくなると負
圧室２５が大気に開放されている時間が長くなり、その
結果負圧室２５内の絶対圧Ｐが高くなってバイパス制御
弁２２の開弁量が減少する。バイパス制御弁２２の開弁
量が減少すると機関シリンダ内に供給される空気量が増
大する。従って電磁切換弁２７に供給される制御パルス
のデューティ比ＤＴを変化させることによってバイパス
制御弁２２の開弁量を制御できる。

【００１８】また、出力ポート４６は駆動回路５２を介
して燃料噴射弁１０に接続され、燃料噴射弁１０は電子
制御ユニット４０から出力される制御信号によって駆動
される。

【００１９】ここで、キャビティ１５に向かって燃料噴
射弁１０より燃料を噴射し、キャビティ１５内の空気の
流れによって混合気の生成を図り、成層燃焼を行なうと
き、空気量を一定にしても燃料量を増加させていくとト
ルクをある程度増加させることができるが、燃費やエミ
ッションを考慮すると燃料量に適正範囲が存在する。図
４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には空気量一定で燃料量とト
ルク，燃費，チッ素酸化物（ＮＯ_x ）夫々との関係を、
吸気温が低いとき破線、暖機後の吸気温が高いとき実線
で夫々示している。

【００２０】空気量を一定として燃料量を増加すると同
図（Ａ）の如くトルクが増加するが、暖機後において領
域ａではリーンで領域ｃではオーバーリッチで燃費が同
図（Ｂ）の如く悪化し使用できない。更に２サイクルエ
ンジンでは３元触媒が使えないためＮＯ_x の値からも領
域ａで使用できなくなり領域ｂが使用範囲となる。吸気
温が低いときは燃料量とトルク，燃費，ＮＯ_x との関係
が変わってくるため一律なマップを使用すると局部的に
はオーバーリッチによる失火，スモーク等が発生し、吸
気温によってマップを補正する必要がある。

【００２１】図５は燃料量及び空気量制御処理の一実施
例のフローチャートを示す。この処理はメインルーチン
の一部であり、数ｍsec 毎に実行される。

【００２２】同図中、ステップ７０では回転数ＮＥ及び
スロットル開度ＴＡを読込み、ステップ７１でこの回転
数ＮＥとスロットル開度ＴＡを用いて図６（Ａ）に示す
目標トルクマップを参照して目標トルクを計算する。

【００２３】次にステップ７２で上記目標トルクと回転
数ＮＥから図６（Ｂ）に実線で示す噴射量マップを読込
む。

【００２４】ステップ７３では吸気温ＴＨＡを用いて図
７（Ａ）に示す吸気温補正マップを参照して燃料補正係
数を求め、この燃料補正係数を用いて図６（Ｂ）の噴射
量マップを補正する。これによって吸気温が低いときの
噴射量マップは図６（Ｂ）の破線に示す如く補正され
る。

【００２５】ステップ７４では上記補正された噴射量マ
ップを参照して燃料の噴射量を計算し決定する。

【００２６】ステップ７５では決定された噴射量から図
６（Ｃ）に実線で示す要求空気量マップを読込む。ステ
ップ７６では吸気温ＴＨＡを用いて図７（Ｂ）に示す吸
気温補正マップを参照して空気量補正係数を求め、この
空気量補正係数を用いて図６（Ｃ）の要求空気量マップ
を補正する。

【００２７】これによって吸気温が低いときの要求空気
量マップは図６（Ｃ）の破線に示す如く補正される。

【００２８】ステップ７７では上記補正された要求空気
量マップを参照して要求空気量を計算し決定する。

【００２９】なお、図６（Ｂ），（Ｃ）夫々には１種類
の回転数ＮＥに対応する噴射量，要求空気量夫々のマッ
プを示している。

【００３０】ステップ７８では図８（Ａ）に示すＡＢＶ
負圧マップを読込み、ステップ７９では決定された要求
空気量及び回転数ＮＥで上記ＡＢＶ負圧マップを参照し
てバイパス制御弁１２を制御するためのＡＢＶ負圧を計
算する。なお、図８（Ａ）には回転数ＮＥに対応するＡ
ＢＶ負圧のマップを示しており、またＡＢＶ負圧とバイ
パス制御弁１２の開度（ＡＢＶ開度）とは図８（Ｂ）に
示す如き関係にある。ステップ８０では計算されたＡＢ
Ｖ負圧を発生させ内燃機関に要求空気量を送り込み、処
理を終了する。

【００３１】このように、燃焼室の温度が低いとき、燃
料噴射量の増量と共に吸入空気量が増大させられ、燃料
の霧化が低温のために遅れる分だけ吸入空気量の増大に
より霧化が促進される。従って、低温時にも成層燃焼の
混合気が充分に形成され、エミッションが向上し、かつ
スモークの発生が防止される。

【００３２】なお、上記実施例では吸気温ＴＨＡによっ
て図６（Ａ），（Ｂ）に示す吸気温補正マップを参照し
燃料補正係数及び空気量補正係数を得ているが、燃焼室
の温度を知るものとしてこの吸気温ＴＨＡの代りに機関
冷却水の水温ＴＨＷを用いて燃料補正係数及び空気量補
正係数を得ても良く、上記実施例に限定されない。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明の筒内噴射式内燃機
関によれば、混合気の形成を向上させ、エミッションの
向上、及びスモークの発生を防止することができ、実用
上きわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明装置の内燃機関の断面構造図である。

【図３】本発明の内燃機関の構成図である。

【図４】燃料量とトルク，燃費，ＮＯ_x 夫々との関係を
示す図である

【図５】燃料量及び空気量制御処理のフローチャートで
ある

【図６】目標トルクマップ，噴射量マップ，要求空気量
マップを示す図である。

【図７】吸気温補正マップを示す図である。

【図８】ＡＢＶ負圧マップ及びＡＢＶ負圧とＡＢＶ開度
との関係を示す図である。

【符号の説明】

２ ピストン ４ 燃焼室 １０ 燃料噴射弁 １５ キャビティ ２１ バイパス通路 ２２ バイパス制御弁 ３１ 水温センサ ３２ スロットルセンサ ３３ 吸気温センサ Ｍ１ 内燃機関 Ｍ２ 運転状態検出手段 Ｍ３ 演算手段 Ｍ４ 燃料噴射手段 Ｍ５ 空気量制御手段 Ｍ６ 燃料及び空気量補正手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ａ 41/34 41/34 Ｌ (56)参考文献 特開 平２−169834（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146239（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に直接燃料噴射を行ない、小燃
   料噴射時にピストンに設けられたキャビティ内で空燃比
   がリッチな混合気層から空気層まで変化する燃料分布が
   不均一な混合気を生成して成層燃焼を行なう筒内噴射式
   内燃機関において、成層燃焼を行なう際に 該燃焼室の温度が低いとき該温度
   に応じて燃料噴射量を増量すると共に吸入空気量を増大
   させ燃料の霧化を促進する燃料及び空気量補正手段を有
   することを特徴とする筒内噴射式内燃機関。