JP4061920B2

JP4061920B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP4061920B2
Application number: JP2002041401A
Authority: JP
Inventors: 剛芦澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-02-19
Also published as: JP2003239796A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気管内に燃料を噴射供給する内燃機関の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
吸気管内燃料噴射方式の内燃機関では、特に燃料気化が滞る低温時には、噴射した燃料の一部が吸気管内壁や吸気弁に付着して滞留することから、相応に余分の燃料を噴射供給する必要があり、それが燃費や排気性能を悪化させる要因となっていた。
【０００３】
一方、本出願人は特開２０００−８７７６８号として、吸気弁の開弁前に燃料を噴射供給して燃料気化を促し、あるいは吸気弁を数度にわたり開閉して吸気流動を促すことにより燃料気化を促すことにより低温始動性を改善するようにしたものを提案している。しかしながら、これも吸気管壁面等への燃料付着を防止するという観点からは必ずしも十分ではなかった。
【０００４】
吸気管壁等に付着した燃料を気化させる手段として、排気の一部が吸気管に流入するように吸気弁の開閉タイミングを設定し、付着燃料を排気熱で気化させることが考えられる。ただし極低温時あるいは冷間始動時には排気熱のみで液状燃料を十分に気化させることは困難であり、確実な効果は期待できない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸気通路内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、吸気弁を排気行程内にて一時的に開閉作動しうるように動弁装置を構成すると共に、前記排気行程内での吸気弁作動時に燃料を噴射供給するように燃料噴射装置を構成し、前記燃料供給は、燃料噴霧が吸気弁傘部に到達する直前に排気行程内での吸気弁作動が開始されるタイミングで行い、そのタイミングを機関回転速度が高いときほど進角する。
【０００６】
第２の発明は、前記排気行程内での吸気弁作動を、排気上死点の付近で行うようにした。
【０００７】
第３の発明は、前記排気行程内での吸気弁作動を、内燃機関の低温時に行うようにした。
【０００８】
第４の発明は、前記排気行程内での吸気弁作動を、内燃機関の始動時に行うようにした。
【００１１】
第５の発明は、前記動弁装置を、排気行程内で吸気弁を駆動する第２のカムを備え、排気行程内でこの第２のカムを用いることで吸気弁を開閉作動させるものとした。
【００１２】
第６の発明は、前記動弁装置を、吸気弁を電磁力により開閉作動させる電磁コイルを備え、この電磁コイルへの通電により排気行程内での吸気弁作動を行わせるものとした。
【００１３】
【作用・効果】
本発明によれば、吸気弁を排気行程内にて一時的に開弁させると共に燃料噴射を行う。排気行程内での吸気弁の開弁により吸気通路には燃焼室からの排気の一部が侵入する吹き返し現象が起きる。この排気の吹き返しにより噴射燃料が吸気弁傘部や吸気管壁に付着する前に吸気との混合と気化を促すことができる。吸気弁を一時的に開弁させるタイミングは、排気の吹き返しが得られる筒内圧力条件であればいつでもよく、例えば排気上死点付近のタイミングに設定することも可能である。吸気弁は通常の吸入行程でも作動させて吸気作用を行わせる。
【００１４】
排気行程での吸気弁の開弁作動は常時行うか、もしくは少なくとも第３、第４の発明のように低温時または始動時に行うようにする。低温時、始動時は燃料霧化または混合気の形成が不十分になりがちな条件であり、このときに本発明を適用することにより低温時の運転安定性や始動性、燃費、排気エミッション性能を改善することができる。
【００１５】
燃料供給は、噴射弁からの燃料噴霧が吸気弁傘部に到達する直前に排気行程内での吸気弁作動が開始されるタイミングで行うことが、吹き返しの排気による燃料気化を促すと共に燃料が吸気管壁に付着するのを防止する観点から望ましい。噴射燃料が吸気弁傘部に達するまでの時間は燃料噴射弁の位置や噴霧の特性、吸気管形状など機関の仕様によるので予め実験的に求めておく。
【００１６】
燃料噴霧の速度は仕様によりほぼ一定となるのに対して、吹き返し時の排気のガス流速は一般に高速運転時ほど速くなるので、燃料噴射のタイミングが相対的に遅れないように、燃料供給のタイミングを機関回転速度が高いときほど進角することが望ましい。
【００１７】
排気行程にて一時的に吸気弁を開弁作動させる動弁装置としては既知のものを適用可能である。例えば、第５の発明として示したように、排気行程内で吸気弁を駆動する第２のカムを備え、排気行程内でこの第２のカムを用いることで吸気弁を開閉作動させるものや、第６の発明として示したように、吸気弁を電磁力により開閉作動させる電磁コイルを備え、この電磁コイルへの通電により排気行程内での吸気弁作動を行わせるようにしたものなどが適用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は実施形態の機械的構成の概略を示している。図において、内燃機関１には、動弁装置２により開閉を可変制御される吸気弁３および排気弁４が設けられている。吸気通路５の各気筒ポート部には燃料噴射弁６が装着され、燃焼室７には点火栓８および点火コイル９が設けられている。吸気通路５の上流部にはスロットルバルブ１０および吸入空気量を検出するエアフロメータ１０が装着されている。
【００１９】
内燃機関１には、各気筒の基準クランク角で基準信号を出力すると共に、微小クランク角毎に単位角信号を出力するクランク角センサ１２と、機関冷却水温度を検出する水温センサ１３などが設けられている。前記センサ類の検出信号はコントロールユニット１５に出力される。
【００２０】
コントロールユニット１５は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、前記各種の検出信号に基づいて燃料噴射弁６に燃料噴射信号を出力して燃料噴射制御を行い、点火コイル９に点火信号を出力して点火制御を行い、さらに動弁装置２に弁駆動信号を出力して吸気弁３の開閉作動状態を制御する。また、前記吸気弁３の開閉とタイミングを同期させて燃料噴射制御を行う。
【００２１】
動弁装置２としては、既に述べたように付加的なカムにより機械的に吸気弁を作動させるものや、電磁力により任意のタイミングで吸気弁を作動させるものなど、各種の動弁装置を適用することができる。
【００２２】
図２は前記動弁装置による吸排気弁作動タイミングと燃料噴射時期との関係を示している。図示したように吸気弁は排気行程の間に１回目の開弁作動を行い、その後通常の吸気行程のタイミングで２回目の開弁作動を行う。１回目の開弁時は所要の排気吹き返し量が得られる程度の小リフトの特性で開弁し、このとき同期して燃料噴射を行う。燃料噴射のタイミングは図のＡで示したように吸気弁の開弁よりもやや先行しており、運転状態に応じて、噴射燃料が吸気弁３の傘部に到達する直前に開弁を開始するように設定してある。
【００２３】
図３は前記コントロールユニット１５により実行される燃料噴射制御ルーチンの概略を示した流れ図である。この制御ルーチンは例えば約１０ミリ秒周期で繰り返し実行される。なお、以下の説明および流れ図中の符号Ｓは処理ステップ番号を表している。
【００２４】
この制御ではまず基本燃料噴射量を決めるための基本的な運転パラメータとしてクランク角センサ１２からの信号により機関回転速度Ｎを求めると共に、エアフロメータ１１からの信号により吸気量Ｑを求める（Ｓ１０１）。次いでこれらのパラメータＮ，Ｑから基本燃料噴射量ＴＰを演算する（Ｓ１０２）。ただしＴＰは一般にＮとＱとから予めＴＰを与えるように形成されたテーブルを参照することで求められる。なお図示しないがこのようにして求めた基本燃料噴射量ＴＰは必要に応じて冷却水温、バッテリ電圧等によって適正値に補正される。
【００２５】
次に、燃料噴射時期ＴＩを機関回転速度Ｎに応じて演算する（Ｓ１０３）。これは、予めＮに応じてＴＩを割り付けたテーブルを参照することでＴＩを決定する。この処理は、既述したように高速時ほど燃料噴射時期が相対的に遅くなるので、これを補償するように燃料噴射時期を進角する処理である。
【００２６】
最後に、このようにして決定した噴射量ＴＰの燃料を、クランク角センサ１２により各気筒のクランク位置を参照しながら、決定噴射時期ＴＩにて噴射する（Ｓ１０４）。
【００２７】
図３は前記制御時の吸排気弁作動タイミングと燃料噴射時期の関係の一例を示している。また、図４は前記のタイミングで吸気弁作動および燃料噴射を行ったときの燃料噴霧の挙動を示している。図４の（ａ）〜（ｅ）の符号を付した図は、図３のクランク角を表す座標軸上の符号ａ〜ｅと対応しており、それぞれのタイミングでの燃料噴霧の状態を表している。また図中の符号Ｍは噴射燃料を示しており、噴射燃料Ｍに施した斜線は燃料が霧状であることを、点は燃料が気化していることをそれぞれ表している。
【００２８】
図４の（ａ）〜（ｂ）のように、燃料の噴射開始当初は吸気弁３の傘部に向かって霧状となって燃料Ｍが進行する。次いで、（ｃ）のように燃料Ｍが吸気弁３の傘部に達する直前に吸気弁３が開弁を開始し、これにより燃料Ｍと対向するように燃焼室７からの排気が吸入ポート内へと吹き返してくる。この吹き返しの排気により、燃料Ｍは加熱されて気化および空気との混合が促されると共に、液状のまま吸気弁傘部や吸気管壁に付着するのが防止される。その後（ｄ）のようにいったん吸気弁３が閉弁し、気化燃料は空気と十分に混合したのちに（ｅ）のように吸気行程に入って再び吸気弁３が開弁したときに筒内に吸入される。
【００２９】
一方、図４の（ｃ'）は吸気弁３を閉ざしたまま排気行程内で燃料噴射したときの燃料噴霧の状態を示しており、この場合は燃料が吸気弁３に付着したり、吸気弁３に衝突して反射した燃料が吸気管壁に付着したりして空気との気化および混合が進まず、それだけ余剰な燃料を噴射供給する必要が生じる。これに対して本発明によれば、前述のとおり噴射燃料の気化および混合を促しつつ吸気管壁等への燃料付着が防止されることから、低温時においても必要最小限の燃料供給量で始動および運転を行うことが可能となり、燃費や排気エミッション性能も改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の機械的構成の概略図。
【図２】実施形態の吸排気弁タイミングと燃料噴射タイミングの関係を示す説明図。
【図３】実施形態に適用される制御ルーチンの一例を示す流れ図。
【図４】本発明による作用を示した説明図。
【符号の説明】
１内燃機関
２動弁装置
３吸気弁
４排気弁
５吸気通路
６燃料噴射弁
７燃焼室
８点火栓
９点火コイル
１０スロットルバルブ
１１エアフロメータ
１２クランク角センサ
１３水温センサ
１５コントロールユニット

Claims

吸気通路内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、
吸気弁を排気行程内にて一時的に開閉作動しうるように動弁装置を構成すると共に、前記排気行程内での吸気弁作動時に燃料を噴射供給するように燃料噴射装置を構成し、
前記燃料供給は、燃料噴霧が吸気弁傘部に到達する直前に排気行程内での吸気弁作動が開始されるタイミングで行い、そのタイミングを機関回転速度が高いときほど進角することを特徴とする内燃機関。
前記排気行程内での吸気弁作動は、排気上死点の付近で行うようにした請求項１に記載の内燃機関。
前記排気行程内での吸気弁作動は、内燃機関の低温時に行うようにした請求項１または請求項２に記載の内燃機関。
前記排気行程内での吸気弁作動は、内燃機関の始動時に行うようにした請求項１または請求項２記載の内燃機関。
前記動弁装置は、排気行程内で吸気弁を駆動する第２のカムを備え、排気行程内でこの第２のカムを用いることで吸気弁を開閉作動させる請求項１に記載の内燃機関。
前記動弁装置は、吸気弁を電磁力により開閉作動させる電磁コイルを備え、この電磁コイルへの通電により排気行程内での吸気弁作動を行わせる請求項１に記載の内燃機関。