JPH051389B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は複吸気弁エンジンにおける燃料噴射制
御の改良に関するものである。

従来技術 従来、燃費の向上および排気ガスエミツシヨン
の低減を図るため、第１吸気ポートを例えばヘリ
カル状、第２吸気ポートをストレート状とし、第
２吸気ポートに燃料噴射弁を設けた構成が提案さ
れている（例えば、本発明者らに係る特願昭58−
228399号参照）。

第２吸気ポートには吸気制御弁が設けられ、こ
の吸気制御弁は機関低負荷域では閉となる。吸気
制御弁が閉であるとき、ストレート状第２吸気ポ
ートより燃料が燃焼室中央部に向け噴射され、一
方ヘリカル状第１吸気ポートからは空気がシリン
ダ内周に沿つて旋回するように導入される。その
結果、シリンダ内はリーン（例えば空燃比25−
30）であるが燃焼室中央の点火栓近傍は燃焼に最
適な理論空燃比（14.0程度）近くになるという成
層化が達成される。従つて、全体としては空燃比
は超リーンであるにも係わらず燃焼を安定に行う
ことができ、NOx成分排出量の低減及び燃料消
費率の向上を図ることができる。

ところがこの先願技術では吸気制御弁が閉とな
るときは、狙つたとうりの成層が行われるが、吸
気制御弁が開のときはストレート状の第２吸気ポ
ートからは濃混合気が、ヘリカル状の第１吸気ポ
ートからは空気のみ導入される。この場合第１吸
気ポートからのスワールは第２吸気ポートからの
混合気により打ち消され、結果として燃料と空気
の混合が良く行われずトルク変動が生じ、排気ガ
ス中の有害成分の量が多くなり、更には燃料消費
率が悪化する問題がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明のこの先願技術の問題点を解決するため
なされたものであり、吸気制御弁が開のときにお
けるトルク変動や、排気ガス中の有害成分量の増
大や、燃料消費率の悪化を防止することができる
複吸気弁エンジンを提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、燃焼室に開口するとともにこ
の燃焼室内にスワールを発生させるよう成形され
た第１吸気ポートと、上記燃焼室に開口するスト
レート状の第２吸気ポートと、第２吸気ポートに
設けたメイン燃料噴射弁と、メイン燃料噴射弁の
上流において第２吸気ポートを開閉する吸気制御
弁と、吸気管集合部の上流に設けられたサブ燃料
噴射弁とより成る複吸気弁エンジンが提供され
る。

作 用 吸気制御弁が閉じられる運転時は主としてメイ
ン燃料噴射弁から燃料が導入され、吸気制御弁が
開放される運転時はサブ燃料噴射弁からも燃料が
供給される。吸気制御弁が開とされる高負荷時の
燃料噴射は主としてサブ燃料噴射弁によつてまか
なわれ、このサブ燃料噴射弁は集合部上流にある
ことから良く混合された混合気を第１ポート及び
第２ポートから燃焼室内に供給することができ
る。尚、本考案の構成は高負荷時に第１吸気ポー
ト、第２吸気ポートの双方から混合気が供給され
る点で本発明者らの先願に係る特願昭58−237961
号と類似する、しかし、本願では先願のように第
１吸気ポート毎に燃料噴射弁を設置する代わり
に、集合部上流に共通のサブ燃料噴射弁を設置し
ていることで構成上差がある。

実施例 以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。図におい
て、吸気通路１は途中で第１吸気ポート２と第２
吸気ポート３とに分岐して燃焼室１００に連通
し、第１吸気ポート２の燃焼室側には第１吸気弁
４、第２吸気ポート３の燃焼室側には第２吸気弁
５がそれぞれ設けられる。第１吸気ポート２はヘ
リカル状をなし、燃焼室内にスワールを生成させ
るようになつている。一方第２吸気ポート３は、
燃焼室１００の上部中央に設けられた点火プラグ
６の近傍に開口し、ストレート状を呈する。

第１および第２吸気ポート２，３の分岐部分に
は、第２吸気ポート３を開閉可能な吸気制御弁７
が設けられる。吸気制御弁７は後述するアクチユ
エータ１０により開閉駆動され、エンジンを低回
転、軽負荷で運転する時、第２吸気ポート３を閉
塞し、エンジンを高回転、高負荷で運転する時、
第２吸気ポート３を開放する。

アクチユエータ１０は、シエル１１内をダイヤ
フラム１２により大気室１３と変圧室１４に区画
し、変圧室１４内に大気圧もしくは負圧を選択的
に導入可能にして構成される。ダイヤフラム１２
にはロツド１５が固定され、このロツド１５は、
その先端に形成された長穴１６を吸気制御弁７に
設けられたピン１７に係合させることにより、吸
気制御弁７に連結される。変圧室１４内にはダイ
ヤフラム１２を付勢するばね１８が設けられる。
変圧室１４内に負圧が導かれると、ダイヤフラム
１２はばね１８を圧縮させて変位し、これにより
ロツド１５が右行して吸気制御弁７は第２吸気ポ
ート３を閉塞する（図中、実線で示す位置）。逆
に変圧室１４内が大気圧となつた場合、ダイヤフ
ラム１２はばね１８に押圧されて左行し、吸気制
御弁７はロツド１５を介して第２吸気ポート３を
開放する（図中、鎖線で示す位置）。

負圧切換弁（VSV）２０はアクチユエータ１
０の変圧室１４に負圧もしくは大気圧を導くもの
である。すなわち、負圧切換弁２０は第１導管２
１を介して変圧室１４に常時連通しており、この
第１導管２１を、空気フイルタ３０に開放された
第２導管２２、またはバキユームタンク２３に連
通する第３導管２４に連通させるようになつてい
る。負圧切換弁２０の弁体の切換は、後述の制御
回路２５によつて行なわれる。一方、バキユーム
タンク２３は、吸気通路１のスロツトル弁２７よ
りも下流側に逆止弁２８を介して接続され、エン
ジンの運転中は常時負圧が保持されるようになつ
ている。

メイン燃料噴射弁（インジエクタ）３２は各気
筒毎にストレート状第２吸気ポート３の途中であ
つて吸気制御弁７より下流側に設けられる。一方
サブ燃料噴射弁（インジエクタ）３３は各気筒共
通即ち唯一個であつて実施例ではスロツトル弁２
７の上流に設けられる。サブ燃料噴射弁３３の取
付位置は各気筒への燃料分配が可能な位置、即ち
各気筒吸気管の集合部上流ならどこでも良いが、
燃料の微粒化の良好、出力向上のためには実施例
のようにスロツトル弁２７の上流が好ましい。一
方スロツトル弁２７の下流に設ければ燃焼室１０
０までの距離が短縮し過渡応答性を向上すること
ができる。

制御回路２５は、マイクロプロセツサ（MPU）
３４と、Ａ／Ｄコンバータ３５と、入力インター
フエース３６と、出力インターフエース３７と、
タイミング制御回路３８を備え、これらはバス３
９によつて相互に結線される。入力インターフエ
ース３６にはエンンジンのクランク軸１０１の回
転パルス（クランク角パルス）を検知するクラン
ク角センサ４０が結線され、エンジン回転数を知
り、更にはクランク角毎の割込ルーチンのトリガ
として利用させる。Ａ／Ｄコンバータ３５はスロ
ツトル弁２７の下流の吸気管圧力を知るための圧
力センサ４１、及びスロツトル弁２７を通過する
吸入空気量を知るためのエアーフローセンサ４２
に接続され、これらのセンサからのアナログ信号
がMPU３４の指令に応じてデジタル化される。
出力インターフエース３７はメイン噴射弁制御回
路４４、サブ燃料噴射弁制御回路４６を介して
夫々の燃料噴射弁３２，３３に接続されると共
に、吸気制御弁制御回路４８を介して負圧切替弁
２０に接続される。

MPU３４はメモリ（図示せず）を備え、本発
明に従つた燃料噴射弁３１，３２及び吸気制御弁
７の制御を行うためのプログラムが格納されてい
る。

以下述べた本発明の構成の作動は次のようであ
る。通常走行時に用いるエンジンの低中速回転低
中負荷域では制御回路２５からの信号により吸気
制御弁７を閉じて第１吸気弁４から強いスワール
Ｓが燃焼室内で発生される。メインインジエクタ
３２より要求燃料の大部分あるいは全量が供給さ
れ、サブインジエクタ３３からは要求燃料の一部
分を供給するか、サブインジエクタ３３は停止さ
れる。従つて燃焼室１００内はシリンダヘツド側
（点火栓６付近）はリツチ混合気ピストン側がリ
ーン混合気と云う良好な成層化が得られ超希薄燃
焼、大量EGRが可能なので燃料消費率の向上、
及び有害排出量低減を実現出来る。

一方エンジンの高回転、高負荷域では高トル
ク、高出力を得るこめに制御回路２５からの信号
により吸気制御弁７は開となり第２吸気ポート３
からも空気を吸入出来る様にし、かつ、要求燃料
の全量がサブインジエクタ３３より供給される
か、あるいはメインインジエクタ、サブインジエ
クタ各々よりほぼ同一Ａ／Ｆの混合気となる様供
給される。従つて、燃料の混合の不十分及び燃焼
の不安定が防止され、有害成分排出量を押えら
れ、更には良好なドライバビリテイーを実現でき
る。

制御回路２５のメモリ中には上記制御を実現す
るソフトウエアがプログラムとして格納されてい
る。以下、そのプログラムの大略をフローチヤー
トによつて説明する。

第２図は吸気制御弁７の開閉の切替制御及び燃
料噴射弁３２，３３からの燃料分配比率の計算に
使用するカウンタCNTの制御ルーチンを示す。
400はルーチンの開始を示し、ある一定時間毎
（例えば８ｍ秒等）に起動される時間割込みルー
チンである。又は一定クランク角（例えば
180゜CA）毎に起動される割込みルーチンでも良
い。ステツプ401では圧力センサ４１からのデー
タがＡ／Ｄコンバータ３５によつてＡ／Ｄ変換さ
れレジスタ内にロードされる。402では前回この
ルーチンを通つたときのＡ／Ｄ変換値を今回の
Ａ／Ｄ変換値との差ΔP_b＝P_bo−P_bo-1が演算され
る。次のステツプ403ではΔP_bの絶対値が所定値
ΔP_bthより大きいか小さいかを判別し、大きいな
らばこのルーチンを終了する。これによりギヤチ
エンジ時急レーシング時等P_bが急変する場合は
以下のルーチンを素通りすることになるΔP_bが
ΔP_bthより小さいならばステツプ404に進み制御用
カウンタ（CNT）の値がロードされる。尚この
CNTは図示しないイニシヤルルーチンで00にイ
ニシヤルセツトされているとする。。次にステツ
プ405ではP_bが前記所定P_bthより大きいか小さい
かを判別し、大きいならば即ち高負荷側であれば
ステツプ406に進み、小さいなば即ち軽負荷側で
あればステツプ409に進む。ステツプ406では
CNTをデイクリメントしそのためカウンタCNT
の値を格納するメモリの一つのアドレスの内容は
割込処理毎に１つづつ小さくなつてゆく。その結
果、デイクリメント直前のカウンタ値がφφまで
カウントダウンされると406のステツプの実行の
結果アドレスの内容はFFとオーバフローする。
407ではデイクリメントした結果オーバフローす
ればステツプ408で00をセツトしステツプ412に進
む。一方ステツプ409ではCNTをインクリメント
し、そのためカウントCNTの値を格納するメモ
リアドレスの内容は１つづつ大きくなつてゆく。
その結果インクリメント直前のカウンタ値がFF
までカウントアツプされると、409のステツプの
実行の結果アドレスの内容はφφとなりオーバフ
ローする。410でこのオーバフロー判定をしオー
バフローしたならばステツプ411にてFFをセツト
する。ステツプ412ではCNTをストアしこのルー
チンを終了する。この第２図のルーチンが行われ
ることによつて、第５図イのl₁のように吸気管圧
力が増加してゆくと（加速状態）、設定値P_bthを
超えるときロのm₁のようにカウンタCNTの値は
増大し始め、CNTデータを格納する１つのアド
レスである８ビツトメモリセルの最大値である16
進数FFに至たるとその値を保持する。逆にl₂の
ように吸気管圧力が下つてゆくと（減速状態）、
P_bthを超えたところでカウンタCNTの値は減少
を始め16進のφφに至る。逆に言えばカウンタ
CNTの値を見てそれが16進FFであれば高負荷状
態で安定し吸気制御弁７を開弁すべきと判断し、
16進00であれば低負荷で安定状態であり、吸気制
御弁７を閉弁すべきと判断することができる。ま
た、カウンタCNTが“00”と“FF”の中間の値
のときは過渡的な状態と判断でき、後述のように
吸気制御弁７の作動に先行させて、又はその作動
後に燃料噴射の制御を行うといつた遅延制御を行
うことができる。また、第５図でl₃，l₄で示すよ
うに吸気管圧力が急変したときは第２図の402，
403のステツプ処理の結果カウンタCNTの制御は
行われない。

第３図は吸気制御弁７の開閉ルーチンを示す。
まずステツプ601でCNTデータを格納するアドレ
スの内容をロードし、ステツプ602でカウンタ
CNTがある値CNT_thより大か小かを判別する。
大ならば603のステツプに進み、MPU３４は出力
インタフエースより制御回路４８を介し負圧切替
弁２０に消磁信号が印加される。そのため同切替
弁２０は白抜きのポート位置をとり、アクチユエ
ータ１０の変圧室１４に空気フイルタ３０からの
大気圧が作用し、ばね１８の力によつてダイヤフ
ラム１２は左行し、吸気制御弁７は破線の如く全
開位置する。

602でカウンタCNTがCNT_thより低いとき
（NO）は低負荷時と判断されこのときは604に進
み制御回路４８より負圧切替弁２０の励磁信号が
出され、同切替弁２０は黒塗のポート位置をと
り、吸気管負圧がアクチユエータ１０の変圧室１
４に伝達される。そのため、ダイヤフラム１２は
ばね１８に抗して右行し吸気制御弁７は実線の全
閉位置をとる。

第４図は燃料噴射制御ルーチンであつて、クラ
ンク角センサ４０からの所定のクランク角毎（例
えば30゜毎）の信号によつて割込みに入る。700の
ステツプでは運転条件（例えば回転数Ｎ）、負荷
相当値としての吸入空気量比Ｇ／Ｎ）に応じた燃
料噴射時間τの計算ルーチンを示す。このルーチ
ン自体は周知でありまた本発明の特徴部分ではな
いから簡略化して示すが、所定の空燃比が得られ
るようにＮ，Ｑ／Ｎに応じた燃料噴射時間のマツ
プがメモリ内にあり、実測されたＮ，Ｑ／Ｎに対
応する燃料噴射時間τが302のステツプで計算さ
れる。そのようなマツプとしては例えば低回転、
低負荷域での21位のスーパーリーンから高回転、
高負荷域での12.5位のややリツチまでの設定空燃
比範囲をもつている。701ではカウンタCNTの値
がロードされ、次いで702ではカウンタCNTの値
に応じてメイン燃料噴射弁３２、サブ燃料噴射弁
３３からの燃料噴射量比率α，β（０＜α＜１，
０＜β＜１，α＋β＝１）が計算される。第６図
に示すように吸気制御弁７が閉の時CNT＝φφに
はαを大きくβを小さくし、メインインジエクタ
３２からの供給割合を大きくし良好な成層が得ら
れる様にする。吸気制御弁が開の時にはαは小さ
く、βを大きくしてサブインジエクタからの供給
割合を多くする事により燃焼室内の混合気が一定
になる様にする。吸気制御弁７が開から閉切換時
には先に吸気制御弁７を閉じ、その後メインイン
ジエクタ３２からの供給量を多くし、逆に吸気制
御弁７が閉から開切換時にはサブインジエクタ３
３の供給量を多くしてから吸気制御弁７を開ける
様にα，βの値は設定される。又、吸気制御弁７
の開から閉への切替り、閉から開への切替りで図
中破線の如く若干ヒステリシスを持たせても良
い。実際α，βは吸気管インジエクタの形状、サ
イズ等により実験的に求めるが、要は吸気制御弁
閉時に良好な成層が得られ燃料消費率が向上し、
有害成分の排出量減少、が得られる様、又吸気制
御弁開時には良好な成層が得られないので出来る
だけ燃焼室内が均一になる様、さらには過渡時に
も上記目的が実現できる様α，βを設定する。

次の703のステツプではαにτを乗算した閉も
のとしてメイン燃料噴射弁３２の噴射パルスの射
開時間（パルス幅）τ_Mが設定され、βにτを乗で
算したものとしてサブ燃料噴射弁３３の噴射噴パ
ルス状の開時間τ_Sが設定される。

704のステツプではメイン燃料噴射弁３２から
の燃料噴射を実行すべきクランク角θ_M、サブ燃料
噴射弁３３からの燃料噴射を実行すべきクランク
角θ_Sが計算され、705ではこれらのτ_S，τ_M，θ_S，θ_M
がMPU３４のレジスタにセツトされる。周知の
ようにタイミング制御回路３８はθ_M，θ_S，のクラ
ンクアングルからメイン及びサブ燃料噴射弁３
２，３３が燃料噴射をτ_M，τ_Sの間実行するように
出力インターフエース３７より夫々の制御回路４
４，４６を駆動することになる。

以上は本発明の一実施例であり吸気制御弁の開
閉及びメインインジエクタ、サブインジエクタ噴
射割合は種々エンジン、運転条件で変えることが
できる。というのはエンジンが変われば燃焼室形
状、吸気管形状、インジエクタ取付位置が変わる
ので最適なスワール、成層度も変わるためであ
る。またエンジン低温時にはサブインジエクタか
らの噴射燃料は吸気管内壁に付着し易い燃料吸入
が遅れ、かつ液状のまま燃焼室に流入するのでそ
の場合には出来るだけメインインジエクタの供給
量を多くした方が良い。又、吸気制御弁開閉時
期、メインサブインジエクタ噴射割合をエンジン
回転、吸入空気量、基本噴射パルス巾等の条件に
より可変とすることもできる。

発明の効果 低中速、低中負荷の通常使用域では燃焼室内を
成層化させることによりリーンバーン大量EGR
を達成し、燃料消費率の向上、有害成分排出量の
低減を実現させる上、高速高負荷の高トルク高出
力が必要な領域では、異常燃焼を防止するし、双
方の運転域の相反する要求を調和させることがで
きる。更に特願昭58−237961号のような先願と比
較し第１吸気毎にポートに燃料噴射弁を設けなく
ても良く共通のサブインジエクタ３３を一個設置
することで足り、部品点数数が節約され、構成が
単純化し、コンパクトとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例構成図、第２図，第３
図，第４図はソフトウエア構成を示すフローチヤ
ート図、第５図は時間に対する吸気管圧力変化、
及びカウンタ値変化を示すグラフ、第６図はカウ
ンタ値（CNT）に対するメイン及びサブの燃料
噴射弁の噴射割合の変化を示すグラフ。 ２…第１吸気ポート、３…第２吸気ポート、７
…吸気制御弁、３２…メイン燃料噴射弁、３３…
サブ燃料噴射弁、１００…燃焼室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室に開口するとともにこの燃焼室内にス
   ワールを発生させるよう成形された第１吸気ポー
   トと、上記燃焼室に開口するストレート状の第２
   吸気ポートと、ストレート状第２吸気ポートに設
   けたメイン燃料噴射弁と、メイン燃料噴射弁の上
   流において第２吸気ポートを開閉する吸気制御弁
   と、吸気管集合部の上流に設けられたサブ燃料噴
   射弁とより成る複吸気弁エンジン。