JPH01138339A - 電子制御エンジンの稀薄燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、稀薄燃焼を可能にした電子制御エンジンの稀
Ｍ燃焼装置に関Ｊる。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］従来か
ら、ＩＪ１気ガス規制を満足しながら、燃費および機関
性能の向上を図る手段として、理論空燃比を設定し、各
運転条件下での混合気がこの理論空燃比に収まるように
空燃比をフィードバック制御Ｊる電子制御エンジンが知
られている。

この種の電子制御エンジンでは、燃料供給手段にインジ
ェクタを用いており、例えば、時間１イ（５８−７９６
２９号公報には、このインジェクタを各気筒ごとに配設
し、且つ、吸気管の上流側に、始動時などに空燃比を一
時的にリッチ化する補助インジェクタを配設した、いわ
ゆる、マルチポイン１−インジェクタが開示されている
。

ところで、この秤のインジェクタを採用する電子制御エ
ンジンでは、上述のごとく、理論空燃比に空燃比をフィ
ト−バック制御しているので、触媒の浄化率がよく、排
気エミッションの低減を図る上で有効である。したがっ
て空燃比を、常に理論空燃比にｉｌｌ　ＩＩＩ　Ｌｌつ
つ空燃比を薄くすれば、燃費節減、ＮＯｘ低減は可能で
あるが、反面、着火性能が悪化する。

稀薄燃焼における軽負荷時の燃費の節減とＮＯｘ低減お
よび着火性能の改善を達成する手段として成層燃焼があ
る。この成層燃焼は、点火栓の近傍に濃混合気、その周
囲に稀薄混合気を層状に形成し、全体の平均空燃比がか
なり薄い場合でも着火を可能にしたらので、０１室式と
、オーブンチャンバ式がある。

副室式は、燃焼室を主室と副室に分け、まず、副室に供
給された濃混合気を着火し、この濃混合気の火炎を主室
の稀薄混合気に伝播させて燃焼するものぐあるが、火炎
伝播の際の熱膨脹により、上記主室内の混合気の乱れが
増長され、熱損失が大きい。

一方、オーブンチャンバ式は、燃焼室へ吸引する空気に
スワールを生起させ、次いで、インジェクタから燃料を
上記スワールに沿って噴射し、層状のまま点火栓へ導き
、その点火栓の周囲に濃混合気層を形成さける。そして
、この濃混合気層に着火し、この濃混合気層の火炎の伝
播にて稀薄混合気を燃焼さけるしのである。

このスワールは、吸気ボー１〜に配設されたスワールコ
ントロールバルブにて、個別的に生起Ｊｔｊるか、ある
いは、例えば特開昭５６、−２４２２号公報にＢＳ＋示
されているＪ：うに、吸気ボートをヘリカル状に形成し
たり、吸気バルブのバルブフェースにシュラウドを設け
たり、吸気ポー１〜を燃焼室に対し、偏伯した位置に配
設することで一律に生起さヒるものがある。

しかし、従来のオーブンヂャンバ式成層燃焼では、１ｌ
ｌＵ合気を層状のまま点火栓へ導く必要があるため、そ
の周囲の稀薄混合層が不均一になりやすく燃焼効率が低
下りる。また、上記インジェクタから噴射された燃料を
上記点火栓へ導く間に、濃混合気層と、その周囲の稀薄
混合気層とをエンジンの運転状態に影響されずに、常に
均一に形成させるには、制御が極めて難しい。

その上、空気と充分混合されずに着火限界を越えた過濃
混合気が上記点火栓に導かれてしまう可能性もあり、着
火不良、混合不良が発生し、エンジン不調を起因する。

一方、中負荷、高負荷域では、エンジン回転数の上昇に
従って要求空燃比が次第に濃くなるが、リッチ状態で成
層燃焼を続けると充分な動力性能が得られず、排気エミ
ッションの悪化をも招く。

従来のｆ！Ｉ！ｉ薄燃焼を採用する電子制御エンジンで
は、例えば、スワールコントロールバルブを全開にして
スワール生起を解除し中負荷、高負荷時の出力向上を図
るようにしたものがある。しかし、従来の稀薄燃焼を採
用する電子制御エンジンでは、８１混合気を層状のまま
点火栓へ導く必要があるために、インジェクタが上記ス
ワールコントロールバルブの直上流側、すなわち、吸入
ボート近傍に配設されている。よって、燃焼室へ至るま
での管路長が短く、充分に均一化されないまま燃焼され
てしまう。

その結果、中負荷、高負荷域では充分な燃焼が得られず
出力低下、排気エミッションおよび燃費の悪化を招く。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、軽負荷時
には稀薄燃焼を起こさＵる混合気層を点火栓まで極めて
容易に導くことができて理論熱効率が向上し、また、中
イ〕荷、高負荷時には燃焼室へ均一混合気を導くことに
より、仝運転領域での燃費の大幅４ｇ向上、おにび、１
ノド気エミツシヨンの大幅な低減を図ることのできる電
子制御エンジンの稀薄燃焼装買を提供りることを目的と
している。

［問題点を解決するための手段及び作用」本発明は、エ
ンジン回転数と吸入空気量とから、吸気管の上流側に配
設された上流側インジェクタに対する稀薄燃焼用燃料噴
射パルス幅と、上記吸気管の下流側に配設された下流側
インジェクタに対する着火用燃料噴射パルス幅とを演算
りる制御手段を右する電子制御エンジンの稀薄燃焼制律
口装置において、前記制御手段に、中負荷Ｊ３よび高負
荷時、前記下流側インジェクタに対づ゛る着火川燃料噴
射パルス幅の演算を停止するとともに、前記上流側イン
ジェクタあるいはこの下流側インジェクタと上記下流側
インジェクタに対する均一混合気どなる燃焼用燃料噴射
パルス幅を演算する燃料噴射量演算部が設【プられてい
るものである。

この構成によれば、軽負荷時には稀薄燃焼が可能となり
、また、中負荷、高負荷時には均一混合気を燃焼室へ供
給できる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はエンジン制御
系の概略図、第２図は吸気行程時のエンジンの要部断面
図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は圧縮行程時のスワール生成
を状態別に示ＩＲ略斜視図、第４図は中負荷、高負荷時
の混合状態を示づ゛斜視図、第５図は制御手段のブロッ
ク図、第６図は各制御マツプの構成図、第７図は制御手
段のフローチャートである。

図中の符号１はエンジン本体で、このエンジン本体１の
ピストン１ａにて区画された燃焼室１ｂに吸入ボート１
Ｃが連通され、さらに、この吸入ボート１Ｃに所定の管
路長を有する吸気管２が連通されている。

また、この吸気管２の上記吸入ボート１Ｃに近接する下
流側に、スワール生起手段３が設けられている。このス
ワール生起手段３は、上記吸気管２に開閉自在に配設さ
れたスワールコントロールバルブ３ａと、このスワール
コントロールバルブ３ａの間麿を制御するアクチュエー
タ３ｂとで構成されている。

上記吸気管２を通り上記燃焼室１ｂへ流入される新気は
、上記スワールコントロールバルブ３ａを通過するとき
スワールが生起されるとともに、このスワールコントロ
ールバルブ３ａの開度にてスワールの流速がエンジン状
態に合わ＋ｉｚ可変設定される。

また、上記吸気管２の上記スワールコントロールバルブ
３ａの直上流側に下流側インジェクタ４が配設されてい
る。さらに、その上流側にナージタンク２ａが形成され
、このサージタンク２ａの上流側に、スロットルバルブ
５が配設されている。

また、このスロットルバルブ５の直上流側に上流側イン
ジェクタ６が配設されている。さらに、上記吸気管２の
上記上流側インジェクタ６の上流側に、エアフロメータ
７と、エアクリ−犬８が順に配設されている。

なお、上記吸気管２の上記１ノージタンク２ａの下流側
は、各気筒ごとに分岐されているものであり、−Ｌｌｌ
ススワール生起手段３下流側インジェクタ４は各気筒ご
とに配設されている（例えば、４気筒であれば、第６図
に示すように−Ｌ記インジェクタ４は＃１〜＃４となる
）。

一方、上記エンジン本体１の上記燃焼室１ｂに連通づる
排気ポート１ｄに排気管９が連通され、その中途に触媒
コンバータ１０が介装されている。

また、上記燃焼室１ｂに臨まされている点火栓１１がデ
ィストリビュータ１２に接続され、このディストリビュ
ータ１２にイグナイタ１３が接続されている。このディ
ストリビュータ１２には、回転数ヒンナを兼用するクラ
ンク角セン１Ｊ１４が併設されている。

一方、符号１５は制御手段であり、この制御手段１５の
入力側に上記エア７０メータ７からの吸入空気量信号Ｑ
と、上記クランク角センリ１４からのエンジン回転数信
号Ｎ　１１３よびクランク角信号θＣＩｔＮが入力され
る。また、この制御手段１５の出力側から、上記スワー
ル生起手段３のアクチュエータ３ｂに制御信号Ｓｐが出
力されるとともに、上記両インジェクタ４，６に燃料噴
射パルス幅Ｔｐ１．Ｔ＋１２が出力され、且つ、上記イ
グプイタ１３に点火信号が出力される。

第５図に示すように、上記制御手段１５には、回転数演
算部１５ａ、吸入空気１１１演算部１５ｂ。

スワール比演算部１５Ｃ１燃料噴射吊演ｎ部１５ｄ、お
よび、下流噴射時期演算部１５ｅが設けられている。

また、上記燃利噴０Ａｆｆｉ演専部１５ｄには、負荷判
定部１５ｆ、上流噴射ら１演算部１５Ｑ、下流噴射ｍ演
悼部１５ｈが設けられている。

さらに、上記制御手段１５には、ＲＯＭなど・の記憶手
段に記憶されている上流噴射ム１マツプＭＰ１、下流噴
射量マツプＭＰ２、スワール比マツプＭＰ３、均一モー
ド用噴射量マツプＭＰ４が設けられている。

第６図に示すように、上記各マツプＭＰＩ　、　ＭＰ２
　、ＭＰ３　、ＭＰ４は、吸入空気Ｒ’（（Ｑ格子）と
エンジン回転数（Ｎ格子）とでマトリクス状に構成され
ており、その各格子点に上流噴１１）Ｊ　ｍ係数に１、
下流噴射量係数に２、スワール比に３、均一モード用噴
射最係数に４が設定されており、その格子点間は補間計
算であるいはそのままの値で設定される。この各係数に
１〜に４Ｇよ、予め実験などにり求めたものであり、各
エリアでの燃焼に適した最適補正値が設定されている。

上記回転数演算部１５ａでは、クランク角センサ１４か
ら出力された回転数信号Ｎに基づきエンジン回転数を演
算する。また、上記吸入空気量演算部１５ｂでは、エア
フロメータ７から出力された吸入空気母信号Ｑに基づき
吸入空気量を演算する。

上記スワール沈漬わ部１５ｃでは、上記エンジン回転数
と吸入空気量とから、スワール比゛マツプＭｒ２の該当
スワール比係数に２を読み取り、このスワール比係数に
２に基づき上記スワール生起手段３のアクチュエータ３
ｂに対するスワール比倍ｊ３３　ｐを演算Ｊる。

また、上記下流噴射量係数わ部１５ｅでは、上記クラン
ク角センサ１４から出力されたクランク角信号θＣＲＮ
に基づぎ、気筒毎のクランク角を読み、この各気筒に配
設された下流側インジェクタ４に′ｉ１′！ｊる燃料噴
射簡明を演算する。

また、上記負荷判定部１５「では、上記回転数演算部で
演算したエンジン回転数と」−記吸入空気量演算部で演
算した吸入空気量に基づき、現運転時の負荷状態を判定
し、中負荷、高負荷運転の場合、上記スワール比演算部
１５ｃにパルプ仝聞（＋ｉ号を出力し、且つ、上記下流
噴１：）Ｉｆｆｉｆｆｌ演算部１５ｇ噴射停止信号を出
力するとともに、上記上流噴０４　ｆｆｌ演算部１５ｇ
に均一混合気モード動作信号を出力する。一方、上記負
荷判定部１５ｆで軽負荷と判定された場合、上記両噴射
蹟演痺部１５ｑ、１５ｈに稀薄燃焼モード動作信号を出
力する。

また、上記上流噴射量演綿部１５ｇでは、上記負荷判定
部１５ｆからの出力信号に応じて、上流噴射量マツプＭ
ＰＩと均一モード用噴射聞マツプＭＰ４とを選択し、上
記エンジン回転数と上記吸入空気量から両マツプＭＰ１
　、ＭＰ４のうち一方から上流燃料噴射Ｂｉ係数に１、
あるいは、均一モード用噴射串係数に４を読み取り、上
記上流側インジェクタ６に対する燃焼用燃料噴射パルス
幅Ｔｐ１を演算する。

また、上記下流噴射量マツプ１５ｈでは、上記エンジン
回転数と上記吸入空気Ｍから上記下流噴ｒＪ１ｍマツプ
ＭＰ２の該当下流噴射量係数に２を読み取り、この下流
噴射ら１係数に２から上記下流側インジェクタ４に対す
る着火用燃料噴射パルス幅Ｔｐ２を演算づる。なお、上
記負荷判定部１５ｆから停止信号が出力された場合、こ
の下流噴ＤＡ伍演算部１５ｈでの演算は停止される。

次に、上記制御手段の制御手順を第７図のフローヂャー
トに従って説明Ｊる。

まず、ステップ１０１で吸入空気ＨＩ　Ｑを検出し、ス
テップ１０２でエンジン回転数Ｎを検出づる。

ぞして、ステップ１０３で、上記吸入空気０Ｑとエンジ
ン回転数Ｎに基づき現運転時の負荷を判定し、軽負荷と
判定された場合、ステップ１０４　、　ｉｔＯへ進み、
また、中負荷、高負荷と判定された場合、ステップ１１
３へ進む。

（軽負荷運転） 軽負荷と判定されてステップ１０４へ進むと、上流噴射
量マツプＭＰＩ　と下流噴射量マツプＭＰ２を参照し、
上記吸入空気ｍＱとエンジン回転数Ｎとから、この両マ
ツプＭＰ１　、ＭＰ２に裏込Ｊ：れている該当噴射ｍ係
数ｋｌ　、に４を取出ず。

そして、ステップ１０５で、上記上流噴ＤＡ　Ｍマツプ
ＭＰ１から取出した上流噴１１ｆｆｉ係数に１と、吸入
空気１１１Ｑおよびエンジン回転数Ｎとから一ヒ流側イ
ンジェクタ６に対する稀薄燃焼用燃利噴則パルス幅１−
ｐ１を決定りる。

また、ステップ１０６では、上記下流噴射量マツプＭＰ
２から取出した下流噴射量係数に２と、吸入空気流Ｑお
よびエンジン回転数Ｎとから下流側インジェクタ４に対
する着火用燃料噴射パルス幅Ｔｐ２を決定する。

そして、ステップ１０７で上流側インジェクタ６から上
記ステップ１０５で決定されたパルス幅に応じた岳の燃
料を噴射する。

次いで、ステップ１０８で、クランク角信号０ＣＲＮ　
ｌ：ｌ（クランク角から気筒別の吸気工程が判別される
。吸気行程でなりれば閉ループとなり、吸気行程の気筒
が存在すれば、ステップ１０９へ進み、その気筒に配設
された下流側インジェクタ４から上記ステップ１０６で
決定されたパルス幅に応じたｈｌの燃料を噴射する。

一方、ステップ１１０では、スワール比マツプＭＰ３を
参照し、上記ステップ１０１．１０２で検出した吸入空
気ｆｆ１Ｑとエンジン回転数Ｎから該当スワール比係数
に３を取出１゜ そして、ステップ１１１で上記スワール比係数に３と、
吸入空気ｆｆ１Ｑおよびエンジン回転数Ｎとがらスワー
ル比Ｓｏを演ｎＪる。

そして、この設定されスワール比Ｓρに応じた信号がス
ワール生起手段３のアクチュエータ３ｂに出力される。

すると、スワールコントロールバルブ３ａの開度が制御
され、吸入空気流量Ｑに応じたスワールが生起される。

上記上流側インジェクタ６がら噴射された稀薄燃焼用燃
料は、上記吸気管２中を流通づる新気とともにサージタ
ンク２ａへ流入さ゛れ、均一な稀薄混合気層Ｍ　ＬＥＡ
Ｎとなり、上記吸入管２の下流側に配設された上記スワ
ール生起手段３のスワールコントロールバルブ３ａを通
り、その間、上記稀薄混合気層Ｍ　Ｌ［ＡＭに、スワー
ルが生起され燃焼室１ｂに流入される。

一方、点火タイミングに合Ｕて上記下流側インジェクタ
４から噴射された着火用燃料４よ、上記スワールに乗っ
て、濃混合気のまま上記燃焼室１ｂに流入される。

そして、圧縮工程時、ピストン１ａが上昇すると、上記
稀薄混合気層ＭＬＥ＾Ｎ１および、上記下流側インジェ
クタ４から噴射された燃料による濃混合気層ＭＲＩＣ１
１が上記燃焼室１ｂ内を旋回しながら次第に圧縮される
（第３図（ａ）の状態）。

次で、上記ピストン１ａがさらに上昇すると、上記燃焼
室１ｂの圧縮圧が次第に高まり、スワールに乗った上記
濃混合気層ＭＲＩＣＩ＋が気筒の中心で、且つ、上記ピ
ストン１ａの頂面の方向へ集まる（第３図（ｂ）の状態
）。

その後、上記ビス１〜ンｌ　ａが上死点（ＴＤＣ）近辺
に到達し、点火時期が来ると、上記制御手段１５から上
記イグナイタ１３にイグニッションコイルの一時電流を
０ＦＦＩる信号が出力され、ディストリビュータ１２に
て判別された気筒の点火栓１１が点火する。

すると、上記濃混合気層ＭＲＩＣＩ＋が着火され、この
濃混合気層ＭＲＩＣＩ＋の火炎が８薄混合気層Ｍ　ＬＥ
ＡＮに伝播され、この稀薄混合気層Ｍ　ＬＥＡＮが燃焼
し、上記ピストン１ａを押圧し、燃焼工程へ移行づる。

このように、燃焼用燃Ｆ１と、着火用燃料とを別々のイ
ンジェクタ６．４から噴射させるので、着火用燃料噴射
量の設定が極めて容易になり、着火が確実になる。また
、上記稀薄混合気層ＭＬ［ＡＮが均一であるため、着火
された火炎が伝播しやすく、超稀傳混合気（例えばＡ／
「＝２５以上）でも燃焼を可能にＪることができる。

（中負荷、高負荷運転） 一方、前記ステップ１０３で中負荷、あるいは、高負荷
運転と判定されてステップ１１３へ進むと、上記スワー
ル沈漬咋部１５ｃにスワールコンｌ−ＬＳＩ−ルバルブ
全開信号が出りされ、また、ステップ１０４で上記下流
噴射量マツプ１５ｈに演リフ停止信号が出力される。そ
して、ステップ１１４では、均一モード用噴射ωマツプ
ＭＰ４が選１１＜’ｉｓれ、ステップ１１５では、上記
吸入空気ｆｆ１Ｑと上記エンジン回転数Ｎからｔ２均一
七−ド用噴射量マツプＭＰ４に書き込まれている該当均
一モード用噴射母係数に４を読出し、この噴射量係数に
４、吸入空気ｆｆ１Ｑ、エンジン回転数Ｎから上記上流
側インジェクタ６に対Ｊる設定空燃比に対応した燃斜哨
用パルス幅Ｔｐ１を演算づる。

そして、ステップ１１６で、上記上流側インジェクタ６
から上記ステップ１１５で演算したパルス幅Ｔｐ１に応
じたＢの燃料が噴射される。

この上流側インジェクタ６から噴射された燃料は吸気管
２を流通する間に新気と均一に混合される。ぞして、こ
の均一混合気ＭＩＮＴが全開状態のスワールコントロー
ルバルブ３ａを通り、燃焼室１ｂへ流入されて燃焼され
る（第４図参照）。

その結果、中負荷、高負荷運転時には、吸気管２を流通
中に燃料がＵ合されるため予混合時間が充分に得られ、
排気エミッションを大幅に減少さぜることができる。

なお、本発明は上記実施例に限るものではなく、例えば
、中負荷、高負荷運転時に上流側インジエクタ６に加え
、下流側インジェクタ４からも燃料を噴射させるように
してもよく、この場合、下流側インジェクタ４からは吸
気バルブ閉弁時に燃料を噴ｒ村ざＶるとよい。

また、例えば、スワール生起部は吸気ボートに連通する
吸気管の下流側をヘリカル状に形成するなど、この吸気
管下流側の形状、配買によってスワールを生起さＵるも
のであってもよい。。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、エンジン回転数と
吸入空気口とから、吸気管の上流側に配設された上流側
インジェクタに対する稀薄燃焼用燃料噴射パルス幅と、
上記吸気管の下流側に配設された下流側インジェクタに
対する着火用燃料噴射パルス幅どを演算する制御手段に
、中負荷および高負荷時、前記下流側インジェクタに対
する着火用燃料ｑ、１射パルス幅の演Ｓフを停止すると
と６に、前記上流側インジェクタあるいはこの上流側イ
ンジェクタと上記下流側インジェクタの少なくとも一方
に対する均一混合気となる燃焼用燃料噴射パルス幅を演
算する燃利噴１演算部が設りられているので、軽負荷時
には稀薄燃焼を起こさせる混合気層を点火栓まで極めて
容易に導くことかでき、制御が容易になり、且つ、理論
熱効率が向上する。

また、中負荷、高負荷時には、燃焼室へ均一混合気を専
くことができ、ぞの結果、全運転領域で燃費の大幅な向
上、および、排気エミッシヨンの大幅な低減を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面（よ本発明の一実施例を示し、第１図はエンジン制
御系の概略図、第２図は吸気行程時のエンジンの要部断
面図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は圧縮行程部のスワール生
成を状態別に示す概略斜視図、第４図は中負荷、高負荷
時の混合状態を示す斜視図、第５図は制御手段のブロッ
ク図、第６図は各制御マツプの構成図、第７図は制御手
段のフローヂャ−１〜である。 ２・・・吸気管、４・・・下流側インジェクタ、６・・
・上流側インジェクタ、１５・・・制御手段、Ｎ・・・
エンジン回転数、Ｑ・・・吸入空気用、Ｔｐｌ、Ｔｐ２
・・・燃料噴射パルス幅。 代理人　　弁理士　　伊　藤　　進 第２四］ 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジン回転数と吸入空気量とから、吸気管の上流側に
   配設された上流側インジェクタに対する稀薄燃焼用燃料
   噴射パルス幅と、上記吸気管の下流側に配設された下流
   側インジェクタに対する着火用燃料噴射パルス幅とを演
   算する制御手段を有する電子制御エンジンの稀薄燃焼制
   御装置において、前記制御手段に、 中負荷および高負荷時、前記下流側インジェクタに対す
   る着火用燃料噴射パルス幅の演算を停止するとともに、
   前記上流側インジェクタあるいはこの上流側インジェク
   タと上記下流側インジェクタに対する均一混合気となる
   燃焼用燃料噴射パルス幅を演算する燃料噴射量演算部が
   設けられていることを特徴とする電子制御エンジンの希
   薄燃焼制御装置。