JP4124116B2 - In-cylinder supercharged engine - Google Patents
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Description
本発明は筒内過給エンジンに関する。 The present invention relates to an in-cylinder supercharged engine.
2サイクルエンジンにおいて、燃焼室の前部にある燃料溜室に臨んで電磁開閉燃料弁と電磁開閉空気弁とを設け、前サイクルの燃焼終了後より次サイクルの圧縮行程に入るまでの間に電磁開閉燃料弁を開閉して、燃料溜室内に必要量の燃料を噴射するとともに、次サイクルの圧縮行程に入った後に電磁開閉空気弁を開いて、燃料溜室内に空気を噴射し、同燃料溜室内の圧力上昇により、燃料溜室と燃焼室との圧力差に応動する混合気噴射弁を自動的に開いて燃焼室内に混合気を噴射し、燃焼室内圧縮圧力の上昇で混合気噴射弁を閉じるようにしたものがある(特許文献1参照)。
ところで、従来からエンジン出力を上げる技術として、吸入空気をターボチャージャやスーパーチャージャで過給する技術が用いられている。 By the way, as a technique for increasing the engine output, a technique for supercharging intake air with a turbocharger or a supercharger has been used.
この場合に、4サイクルガソリンエンジンにおいてはエンジンの燃焼室に接続される第1の吸気通路を有し、この第1の吸気通路に、第1の吸気通路の上流側にあって吸気を絞る吸気絞り弁と、この吸気絞り弁の下流にあって空気を蓄える吸気コレクタとを備えているので、この4サイクルガソリンエンジンにターボチャージャを適用するに際して、吸気コレクタの上流側に吸気コンプレッサを設けるかぎり、吸気コンプレッサから燃焼室までに大きな空間容積が存在し吸気コンプレッサにより加圧された空気が燃焼室に届くまでに応答遅れが生じて加速レスポンスが悪くなる。 In this case, the four-cycle gasoline engine has a first intake passage connected to the combustion chamber of the engine, and the intake air that is upstream of the first intake passage and throttles the intake air in the first intake passage. Since it has a throttle valve and an intake collector that stores air downstream of this intake throttle valve, when applying a turbocharger to this four-cycle gasoline engine, as long as an intake compressor is provided upstream of the intake collector, There is a large space volume from the intake compressor to the combustion chamber, and a response delay occurs until the air pressurized by the intake compressor reaches the combustion chamber, resulting in poor acceleration response.
そこで本発明は、エンジンの燃焼室に接続される第2の吸気通路を上記第1の吸気通路とは独立に設け、この第2の通路に過給機と、過給タンクと、空気インジェクタとを備えさせることにより、急加速時のように大きなエンジン出力が即座に必要なときにも応答よく空気を燃焼室内に供給することのできるエンジンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a second intake passage connected to the combustion chamber of the engine independently of the first intake passage, and a supercharger, a supercharging tank, an air injector, and the like in the second passage. It is an object of the present invention to provide an engine capable of responsively supplying air into a combustion chamber even when a large engine output is required immediately such as during rapid acceleration.
一方、特許文献1の技術は、エンジン回転速度が10000rpmを超える2サイクルエンジンにおいて少量の燃料噴射量(約0.2s、0.5mm3/st)と少量の空気を短時間に精度よく噴射させるための技術であり、応答性の改善を図る本願とは技術的思想が異なる。 On the other hand, in the technique of Patent Document 1, a small amount of fuel injection amount (about 0.2 s, 0.5 mm 3 / st) and a small amount of air are accurately injected in a short time in a two-cycle engine with an engine rotation speed exceeding 10,000 rpm. Therefore, the technical idea is different from that of the present application for improving responsiveness.
本発明は、エンジンの燃焼室(8)に接続される吸気通路を第1と第2の2つの独立した吸気通路(2、11)で構成し、このうち第1の吸気通路(2)には、吸気絞り弁(3)と、吸気コレクタ(5)と、機械的に駆動される吸気弁(7)とを備える。また、第2の吸気通路には、空気を加圧する過給機(12)と、この加圧された空気を大気圧を超える圧力で蓄える過給タンク(13)と、第2の吸気通路(11)の燃焼室(8)への開口部に位置して常時は第2の吸気通路(11)の燃焼室(8)への接続を遮断し、アクセル操作量に応じた目標吸入空気量に対して前記第1の吸気通路(2)からの吸入空気量が足りないときの所定の時期に、指令値に応動して加圧空気を燃焼室(8)内に噴射供給する空気インジェクタ(14)とを備える。 In the present invention, the intake passage connected to the combustion chamber (8) of the engine is composed of first and second independent intake passages (2, 11), of which the first intake passage (2) Comprises an intake throttle valve (3), an intake collector (5), and a mechanically driven intake valve (7). The second intake passage includes a supercharger (12) for pressurizing air, a supercharging tank (13) for storing the pressurized air at a pressure exceeding atmospheric pressure, and a second intake passage ( 11) located at the opening to the combustion chamber (8), the connection of the second intake passage (11) to the combustion chamber (8) is normally cut off, and the target intake air amount corresponding to the accelerator operation amount is obtained. On the other hand, at a predetermined time when the amount of intake air from the first intake passage (2) is insufficient, an air injector (14 ) that injects pressurized air into the combustion chamber (8) in response to the command value. ).
なお、符号は実施形態の説明に対応して付したもので、本発明はこれに限定されるわけではない。 In addition, the code | symbol was attached | subjected corresponding to description of embodiment, and this invention is not necessarily limited to this.
本発明によれば、新たにエンジンの燃焼室に接続される第2の吸気通路を設け、この第2の吸気通路に、過給機と、過給タンクと、空気供給装置とを備えるので、従来からあるターボチャージャやスーパーチャージャで第1の吸気通路の空気を加圧する技術では解決できなかった加速時のレスポンス遅れを解決できる。 According to the present invention, the second intake passage newly connected to the combustion chamber of the engine is provided, and the second intake passage is provided with the supercharger, the supercharging tank, and the air supply device. The response delay at the time of acceleration that could not be solved by the technology of pressurizing the air in the first intake passage with a conventional turbocharger or supercharger can be solved.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図1はL−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンに適用した本発明の第1実施形態のシステムを説明するための概略図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view for explaining a system according to a first embodiment of the present invention applied to an L-Jetronic gasoline injection engine.
本実施形態では、エンジンの燃焼室8に接続される吸気通路を第1と第2の2つの独立した吸気通路2、11で構成し、このうち第1の吸気通路2には、吸気絞り弁3と、吸気コレクタ5と、吸気弁7とを備える。すなわち、空気は第1の吸気通路2の上流側に位置する吸気絞り弁3により調量され、その調量された空気はこの吸気絞り弁3の下流に位置する吸気コレクタ5に一旦蓄えられる。第1の吸気通路2の燃焼室8への開口部に位置する吸気弁7は常時は第1の吸気通路2の燃焼室8への接続を遮断しておりエンジン駆動の吸気弁用カムシャフト(図示しない)により機械的に駆動されピストン9が上死点より下死点へと向かう吸入行程で開かれる。そして、吸気弁7が開かれているときに吸気コレクタ5に蓄えられている空気が吸気ポート6を介して各気筒の燃焼室8へと導入される。この場合に燃焼室8に導入される空気量は吸気コレクタ5と燃焼室8内との圧力差及び吸気弁7と吸気ポート壁との隙間の面積により定まる。
In the present embodiment, the intake passage connected to the
ここで、上記吸気絞り弁3を駆動するのはモータ4であり、このモータ4はエンジンコントロールモジュール31によりそのモータ電流が制御される。
The intake throttle valve 3 is driven by a motor 4, and the motor current of the motor 4 is controlled by an
燃料は各気筒の吸気ポート6に配置された燃料インジェクタ21より、所定のタイミングで吸気ポート6内に噴射供給される。
Fuel is injected and supplied into the intake port 6 at a predetermined timing from a
一方、上記第2の吸気通路11には、過給機12と、過給タンク13と、空気インジェクタ14(空気供給装置)とを備える。すなわち、空気は過給機12によって加圧される。過給機12はここでは電動モータにより空気を加圧する電動過給機である。ただし、これに限定されるものでなく排気圧力で加圧するターボチャージャやエンジン軸出力で加圧するスーパーチャジャであっても構わない。
On the other hand, the second intake passage 11 includes a
過給機12により加圧された空気は大気圧を超える圧力で一旦過給タンク13に蓄えられた後に、この過給タンク13に蓄えられた大気圧より高圧の空気が各気筒の燃焼室8に臨んで設けられている空気インジェクタ14に分配される。第2の吸気通路11の燃焼室8への開口部に位置する空気インジェクタ14は、常時は第2の吸気通路11の燃焼室8への接続を遮断しており、エンジンコントロールモジュール31からの指令を受けて開かれると、この空気インジェクタ14により過給タンク13からの高圧空気が燃焼室8内に直接的に噴射供給される。この場合に、燃焼室8に導入される空気量は過給タンク13と燃焼室8内との圧力差及び空気インジェクタ14の開口面積により定まる。
After the air pressurized by the
上記の空気インジェクタ14を開弁するタイミング(所定の時期)は、吸気弁7が閉じた時点以降つまりエンジン圧縮行程である。実際には吸気弁7が閉じた直後が望ましい。吸気弁7が閉じた後に空気インジェクタ14により空気を噴射供給するのは、せっかく燃焼室8内に噴射した空気が、開いている吸気弁7から吸気ポート5へと逆流するのを防ぐためである。
The timing at which the
また、吸気弁7が閉じた直後を空気噴射開始時期とするのは、燃焼室8内がピストン9による圧縮によって加圧された状態で空気を燃焼室8内に噴射供給しようとするとその燃焼室8内圧力に打ち勝って空気を噴射する必要があり、そうなると空気インジェクタ14や過給タンク13の大型化を招きコストアップとなるので、これを避けるため燃焼室8内が圧縮によって加圧され過ぎない間に空気の噴射供給を終了するためである。
Also, the air injection start timing immediately after the
また、低負荷状態などのエンジン出力があまり必要でない運転条件では空気インジェクタ14は開かない。このため、低負荷状態では燃料インジェクタ21より噴射された燃料は吸気弁7が開いているときに吸気ポート6を介して流入する空気と混合して混合気を作り、この混合気は吸気弁7を閉じることで燃焼室8内に閉じこめられ、ピストン9の上昇によって圧縮される。また、大きな出力要求があったとき(要求のあるとき)には第1の吸気通路2によっては不足する空気量が、吸気弁7が閉じた後の圧縮行程で空気インジェクタ14により噴射供給され、この追加供給される空気によりさらに燃料の気化が促進される。
Also, the
このようにして形成される混合気は、圧縮上死点前の所定のクランク角で点火プラグ41により着火されて燃焼する。この燃焼によるガス圧がピストン9を押し下げる仕事を行い、このピストン9の往復運動はクランクシャフト10の回転運動へと変換される。燃焼後のガス(排気)は排気バルブ42が開いたとき排気通路43へと排出される。
The air-fuel mixture thus formed is ignited by the
アクセルセンサ32からのアクセル操作量の信号、クランク角センサ33からのクランク角の信号、エアフローメータ34からの吸入空気量の信号が入力されるエンジンコントロールモジュール31では運転条件に応じてモータ4を介して吸気絞り弁3の開度を制御し、燃料インジェクタ21を駆動して燃料噴射量を制御し、点火時期を設定して点火プラグ41を点火させる制御を行う。
In the
ここで、エンジンコントロールモジュール31により実行される制御は、エンジンの運転状態に応じた目標エンジントルクと目標空燃比が得られるように吸入空気量と燃料供給量とを制御するもので、その内容は特開平9−287513号公報に詳しく記載されている。簡単に説明しておくと、アクセルセンサ32により検出されるアクセル操作量APSと、クランク角センサ33からの信号に基づいて演算されるエンジン回転速度Neとから所定のマップを検索して理論空燃比のときにAPS、Neに見合った目標トルクが得られる吸入空気量である基準目標吸入空気量tTPを求め、これを目標当量比tDMLで除算した値を目標吸入空気量tTP’として算出する。そして、この目標吸入空気量tTP’とエンジン回転速度Neとから所定のマップを検索して目標絞り弁開度tTPSを求め、この目標絞り弁開度tTPSと一致するように吸気絞り弁3を制御する。
Here, the control executed by the
また、エアフローメータ34により検出される単位時間当たりの吸入空気量Qaとエンジン回転速度とから理論空燃比における1吸気行程当たりの吸入空気量に対応する基本値量噴射パルス幅TPを演算し、これに目標当量比tDMLを乗じた値を実行燃料噴射パルス幅TEとして演算し、これに無効パルス幅TSを加えて最終的な燃料噴射パルス幅TIとし、所定の時期にこの値TIの期間、燃料インジェクタ21を開弁する。
Further, a basic value amount injection pulse width TP corresponding to the intake air amount per intake stroke at the stoichiometric air-fuel ratio is calculated from the intake air amount Qa per unit time detected by the
こうした吸入空気量と燃料噴射量の制御を行うエンジンを前提として、本発明では上記の過給機12と空気インジェクタ14とを次のように制御する。すなわち、上記過給タンク13内の圧力は空気インジェクタ14により燃焼室8内に空気噴射する時点において、好ましい圧力(目標過給圧)に調整されている必要があるため、エンジンコントロールモジュール31では圧力センサ15からの信号に基づいて過給タンク13内の圧力制御を行う。例えば過給タンク13内の実際の圧力が目標過給圧より低いときには、電動過給機12を作動させて実際の圧力を目標過給圧へと高めると共に、過給タンク13内の実際の圧力が目標過給圧より高いときには、図示しないリリーフバルブを開いて過給タンク13内の空気を大気へと逃し、過給タンク13内の実際の圧力を目標過給圧へと戻すようにする。
On the premise of the engine that controls the intake air amount and the fuel injection amount, the
一方、上記の目標吸入空気量tTP’と、エアフローメータ34により検出される実際の吸入空気量Qa(目標吸入空気量tTP’が1サイル1シリンダ当たりの量であればこの吸入空気量Qaも同じ単位に換算する必要がある)との差を不足空気量ΔQ(=tTP’−Qa)として算出し、この不足空気量ΔQと、圧力センサ15により検出される過給タンク13内の圧力とから空気噴射パルス幅を決定し、図2に示したように吸気弁7が閉じた直後からこの空気噴射パルス幅のあいだ空気インジェクタ14を開く。
On the other hand, if the target intake air amount tTP ′ is the same as the actual intake air amount Qa detected by the air flow meter 34 (the target intake air amount tTP ′ is an amount per cylinder per cylinder, this intake air amount Qa is also the same. And the difference from the unit (which needs to be converted into a unit) is calculated as an insufficient air amount ΔQ (= tTP′−Qa), and from the insufficient air amount ΔQ and the pressure in the supercharging
ここで、本実施形態の作用を説明する。 Here, the operation of the present embodiment will be described.
本実施形態では、定常状態の途中でアクセルペダルが急激に一杯にまで踏み込まれたとき(急加速時)に、目標吸入空気量が定常状態での値tTP’1からアクセルペダルを踏み込んだ状態に対応する値tTP’2へとステップ的に大きくなった場合を考える。アクセルペダル操作量APSに即座に応動して吸気絞り弁3が全開位置まで開かれたとすると、エアフローメータ34位置での吸入空気量も定常状態での値Qa1から吸気絞り弁3の全開位置に対応する値Qa2へと応答遅れをもって大きくなる。
In the present embodiment, when the accelerator pedal is suddenly depressed to the full during the steady state (during rapid acceleration), the target intake air amount is depressed from the value tTP′1 in the steady state. Consider a case where the corresponding value tTP′2 increases stepwise. If the intake throttle valve 3 is opened to the fully open position immediately in response to the accelerator pedal operation amount APS, the intake air amount at the
しかしながら、エアフローメータ34の位置は吸気絞り弁3の上流であるためエアフローメータ34位置から燃焼室8までの吸気通路2には大きな空気容積が存在するために燃焼室8内に流れ込む吸入空気量はしばらく定常時の値Qa1のままであり、tTP’2からこのQa1を差し引いた空気量分が燃焼室8内に不足する。
However, since the position of the
このとき、エアフローメータ34により検出される吸入空気量Qa(≒Qa1)が目標吸入空気量tTP’(=tTP’2)より小さいとみれば、その差の空気量ΔQ(=tTP’2−Qa1)が、エンジンコントロールモジュール31からの指令を受ける空気インジェクタ14より燃焼室8内に即座に噴射供給される。すなわち、目標吸入空気量tTP’と同量の吸入空気量(=Qa1+ΔQ=tTP’2)を燃焼室8内に供給できることから、アクセルペダルが急激に踏み込まれる急加速時においても本実施形態によれば即座にそのときのアクセル操作量APS、エンジン回転速度Neに見合った目標トルクが得られ、これにより加速レスポンスが向上する。
At this time, if it is considered that the intake air amount Qa (≈Qa1) detected by the
これに対して、上記の特開平9−287513号公報に記載の技術では第2の吸気通路11を備えないので、エアフローメータ34により検出される吸入空気量Qaが目標吸入空気量tTP’より小さければ、燃焼室8内にその差の分の空気量(tTP’−Qa)が不足することになり、そのときのアクセル操作量APS、エンジン回転速度Neに見合った目標トルクが得られないのである。
On the other hand, since the second intake passage 11 is not provided in the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-287513, the intake air amount Qa detected by the
このように本実施形態(請求項1に記載の発明)によれば、エンジンの燃焼室8に接続される第2の吸気通路11を新たに設け、この第2の吸気通路11に、過給機12と、過給タンク13と、空気インジェクタ14とを備えるので、従来からあるターボチャージャやスーパーチャージャで第1の吸気通路2の空気を加圧する技術では解決できなかった加速時のレスポンス遅れを解決できることになった。
また、空気インジェクタ14を、アクセル操作量に応じた目標吸入空気量tTP'に対して第1の吸気通路2からの吸入空気量Qaが足りない場合に駆動するため、過給機12を常時作動させる必要がなく、不足する空気のみ加圧すればよいので、過給の効率を良くすることができる。
Thus, according to the present embodiment (the invention described in claim 1 ), the second intake passage 11 connected to the
Further, since the
本実施形態(請求項2に記載の発明)によれば、空気インジェクタ14を開弁するタイミングである所定の時期は吸気弁7が閉じているときであるので、燃焼室8内に噴射した空気が、開いている吸気弁7から吸気ポート6へと逆流するのを防ぐことができる。
According to the present embodiment (the invention described in claim 2 ), since the predetermined timing, which is the timing for opening the
実施形態では、燃料インジェクタ21を吸気ポート6に臨んで設けているが、これに限定されるものでなく例えば燃焼室8内に直接臨んで設けても構わない。
In the embodiment, the
上記の空気インジェクタ14は燃焼室8の上面8aに設けているが、これに限られるものでない。例えば燃焼室8内に直接的に燃料を噴射供給するエンジンでは燃料インジェクタを吸気ポート6近くのシリンダ面8b(図1では左側のシリンダ面)に臨んで設けているが、この燃料インジェクタに代えて空気インジェクタを設けることができる。また、燃焼室8内に直接的に燃料を噴射供給するするエンジンとして用いるときには、燃料インジェクタの近くに空気インジェクタを設けることができる。さらに、図1で右側のシリンダ面に臨んで設けることもできる。
The
実施形態では、加速時の燃焼室8への空気の供給遅れを第2の吸気通路11からの空気供給で補填する場合で説明したが、空気インジェクタ14により空気を燃焼室8内に直接的に噴射供給する構成であるため、この空気インジェクタ14を燃焼室8内にガス流動を生じさせるために用いることができる。この場合に空気を噴射供給する所定の時期は吸気弁7が閉じたときに限定する必要はなく吸気弁7が閉じる直前であってもよい。また、過給タンク13に燃焼室8内の圧力に対向して空気インジェクタ14より空気噴射するだけの圧力がないときには空気インジェクタ14よる噴射供給を中止することが望ましい(請求項3に記載の発明)。
In the embodiment, the case where the delay in supplying the air to the
実施形態では、L−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンで説明したが、D−ジェトロニック方式のガソリン噴射エンジンにも適用できる。 In the embodiment, the L-Jetronic gasoline injection engine has been described, but the present invention can also be applied to a D-Jetronic gasoline injection engine.
2 第1の吸気通路
3 吸気絞り弁
5 吸気コレクタ
7 吸気弁
8 燃焼室
11 第2の吸気通路
12 過給機
13 過給タンク
14 空気インジェクタ(空気供給装置)
31 エンジンコントロールモジュール
2 First intake passage 3
31 Engine control module
Claims (3)
前記第1の吸気通路には、
第1の吸気通路の上流側にあって吸気を絞る吸気絞り弁と、
この吸気絞り弁の下流にあって空気を蓄える吸気コレクタと、
第1の吸気通路の燃焼室への開口部に位置して第1の吸気通路の燃焼室への連通及び遮断をする吸気弁とを備え、
前記第2の吸気通路には、
空気を加圧する過給機と、
この加圧された空気を大気圧を超える圧力で蓄える過給タンクと、
第2の吸気通路の燃焼室への開口部に位置して常時は第2の吸気通路の燃焼室への接続を遮断し、アクセル操作量に応じた目標吸入空気量に対して前記第1の吸気通路からの吸入空気量が足りないときの所定の時期に、指令値に応動して加圧空気を燃焼室内に噴射供給する空気インジェクタと、
を備えることを特徴とする筒内過給エンジン。 An intake passage connected to the combustion chamber of the engine is composed of two independent passages, a first intake passage and a second intake passage,
In the first intake passage,
An intake throttle valve that is upstream of the first intake passage and throttles intake air;
An intake collector downstream of the intake throttle valve for storing air;
An intake valve located at an opening to the combustion chamber of the first intake passage and communicating with and blocking the combustion chamber of the first intake passage;
In the second intake passage,
A supercharger that pressurizes the air;
A supercharging tank that stores this pressurized air at a pressure exceeding atmospheric pressure,
Located at the opening of the second intake passage to the combustion chamber, the connection of the second intake passage to the combustion chamber is normally cut off, and the first intake air amount corresponding to the accelerator operation amount is compared with the first intake air amount. An air injector that injects pressurized air into the combustion chamber in response to the command value at a predetermined time when the amount of intake air from the intake passage is insufficient ;
An in-cylinder supercharged engine comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の筒内過給エンジン。 The in-cylinder supercharging engine according to claim 1, wherein the predetermined time is when the intake valve is closed .
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の筒内過給エンジン。 According to claim 1 or 2 wherein in the absence of pressure by air injected from the air injector in opposition to the pressure of the combustion chamber to supercharge tank is characterized <br/> to abort the injection supply by the air injector The in-cylinder supercharged engine described in 1.
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