JPH0557411B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの燃料制御装置、特に吸気通
路の下流側端部に低負荷用スワールポートと高負
荷用ポートとを設け且つ高負荷用ポートに制御弁
を備えたエンジンの燃料制御装置に関する。

（従来技術） 一般にエンジンにおいては、燃費の改善や排気
性能の向上等を図るため、例えば特開昭57−
210137号公報に示されているように運転領域に応
じて空燃比を可変制御することが行われるが、吸
入空気量が少ないため燃料の気化霧化が良好に行
われない低負荷領域においては空燃比を十分にリ
ーンな状態とすることができず、そのため燃費性
能等を効果的に向上させることができなかつた。
そこで、近年、吸気通路の下流側端部を、流路断
面積の大きい高負荷用ポートと、吸気の流入方向
が燃焼室の中心に対してオフセツトするように形
成された流路断面積の小さい低負荷用ポートとに
分岐形成すると共に、上記高負荷用ポートに制御
弁を設け、該制御弁を低負荷領域にある時には閉
弁し且つ高負荷領域にある時には開弁するように
構成した吸気装置が提案されている。つまり、こ
の吸気装置によれば、低負荷領域においては低負
荷用ポートのみから吸気が導入されて燃焼室内に
吸気のスワールが生成されることにより、燃料の
気化霧化ないし吸気とのミキシングが良好に行わ
れて空燃比をリーンにすることが可能となり、ま
た高負荷領域においては上記低負荷用及び高負荷
用の両ポートから燃焼室に十分な吸気が導入され
るため、所要のエンジン出力が確保されるのであ
る。

ところで、このような吸気装置においては、上
記制御弁の開閉作動は、エンジン負荷が低負荷領
域から高負荷領域に移行する際の所定の負荷とな
つた時に全閉状態から全開状態に即座に開弁する
ように行われるのが通例である。従つて、上記制
御弁が全閉状態にある時、つまり第４図に示す所
定負荷Ｌよりも低負荷側の領域においてはスワー
ルが有効に利用されて、符号イで示すように空燃
比をリーンな状態に設定することできるが、上記
の所定負荷Ｌよりも高負荷側の領域においてはス
ワールが消滅するため、符号ロで示すように空燃
比を負荷の増大に従つて大きな変化率でリツチに
しなければならないことになる。つまり、エンジ
ン負荷が所定負荷Ｌよりも高負荷側に移行して
も、吸気量との関係で可能な範囲でスワールを有
効利用するようにすれば、その分だけ空燃比をリ
ーンにすることが可能であるが、上記のように所
定負荷Ｌを高負荷側に超えると同時に制御弁を全
開にすると、このようなスワールの有効利用が図
られず、空燃比を徒らにリツチにしなければなら
ないことになるのである。

（発明の目的） 本発明はエンジンの燃料制御装置に関する上記
のような実情に対処するもので、吸気通路の下流
側端部に低負荷用スワールポートと高負荷用ポー
トとを設け且つ高負荷用ポートに制御弁を備えた
構成において、上記制御弁の開度をエンジン負荷
に応じて最適制御することにより、低負荷領域だ
けでなく、中負荷領域においても吸気のスワール
を最大限に利用し得るようにして、できるだけ広
い運転領域にわたつて空燃比をリーンに設定でき
るようにする。これにより、所要のエンジン出力
を確保しながら燃費の改善、NOxの低減等を図
ることを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るエンジンの燃料制御装置は上記目
的達成のため次のように構成したことを特徴とす
る。

即ち、吸気通路の下流側端部に低負荷用スワー
ルポートと高負荷用ポートとを設け且つ高負荷用
ポートに制御弁を備えると共に、上記両ポートの
上流側にスロツトルバルブを配備した構成におい
て、上記制御弁の開度及び空燃比をエンジン負荷
に応じて制御する制御手段を設ける。この制御手
段は、少なくともエンジンの低負荷領域において
は上記制御弁を全閉状態に保持し且つ空燃比をリ
ーンに設定すると共に、エンジン負荷の増大に伴
つてスロツトルバルブが全開もしくは略全開状態
となつた後に上記制御弁の開度を徐々に増大す
る。そして、該制御弁が全開もしくは略全開状態
となつた後に空燃比を次第にリツチにする。

このような構成によれば、エンジンの低負荷領
域においては、上記制御弁が全閉状態とされて低
負荷用スワールポートのみから吸気が燃焼室内に
導入されるため、該燃焼室内にスワールが生成さ
れて燃料と吸気とのミキシング性が向上すること
になる。従つて、この低負荷領域においては空燃
比をリーンに設定しても所要の出力性能が得られ
ることになる。そして、エンジン負荷の増大に伴
つてスロツトルバルブが全開もしくは略全開とな
つた時（スロツトルバルブはアクセルペダルの中
間開度で全開となる）には、更に増大する負荷に
対する吸気量の不足を補うべく上記制御弁の開弁
が開始されるが、その場合に、この制御弁は即座
に全開状態とされることなく、上記制御手段の作
動により徐々に該弁の開度が増大されるため、上
記低負荷用スワールポートからの吸気の導入によ
るスワールを生かしながら吸気量が増大されるこ
とになる。つまり、この制御弁の開弁が開始され
てから該弁が全開状態になるまでの間（中負荷領
域）は、上記スワールが吸気量との関係で可能な
範囲で最大限に活用されることになり、これによ
りこの中負荷領域においても空燃比をリーンな状
態に維持することが可能になる。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るエンジンの燃料制御
装置によれば、低負荷用スワールポートと高負荷
用ポートとを有し且つ高負荷用ポートに制御弁が
設けられた構成において、少なくともエンジンの
低負荷領域においては上記制御弁を全閉状態に保
持し、且つ所定の負荷以上の領域（中負荷領域）
においては上記制御弁の開度を徐々に増大するよ
うにしたから、低負荷領域におけるスワールの利
用に基づく空燃比のリーン化はもとより、中負荷
領域においても吸気量不足を招くことなく、最大
限に上記スワールが利用されて空燃比のリーン化
が図られることになる。これにより、特にこの中
負荷領域における燃費が改善されると共に、
NOxの発生或は運転性能の悪化等が効果的に抑
制されることになる。

（実施例） 以下、図に示す本発明の実施例について説明す
る。

第１図に示すように、エンジン１の燃焼室２に
は吸、排気弁３，４を介して吸気通路５及び排気
通路６が連通されていると共に、吸気通路５には
上流側から、アクセルペダル７に連動されたスロ
ツトルバルブ８と、サージタンク９と、燃料噴射
ノズル１０とが備えられている。ここで、この吸
気通路５の下流側端部は、仕切壁１１によつて流
路断面積の大きい高負荷用ポート１２と、流路断
面積の小さい低負荷用スワールポート１３とに仕
切られ、且つ高負荷用ポート１２には該ポート１
２を開閉する制御弁１４が備えられている。ま
た、上記低負荷用スワールポート１３は、吸気の
流入方向が燃焼室２の中心に対してオフセツトさ
れるように形成されており、該ポート１３から燃
焼室２内に導入される吸気がスワールを生成する
ようになつている。

一方、このエンジン１には、上記燃料噴射ノズ
ル１０から噴射される燃料噴射量を制御するコン
トロールユニツト１５が備えられている。このコ
ントロールユニツト１５は、基本的には上記吸気
通路５におけるサージタンク９の下流側に設けら
れてブースト圧（吸気圧）を検出するブースト圧
センサ１６から出力されるブースト圧信号ａと、
エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ１
７から出力される回転数信号ｂとを入力し、これ
らの信号ａ，ｂが示すブースト圧とエンジン回転
数とに基づいて空燃比が所定の値になるように燃
料噴射量を設定すると共に、この噴射量を燃料噴
射信号ｃとして上記燃料噴射ノズル１０に出力す
る。また、このコントロールユニツト１５は上記
スロツトルバルブ８に連動されているアクセルペ
ダル７の踏込量つまりアクセル開度を検出するア
クセル開度センサ１８からのアクセル開度信号ｄ
を入力し、該信号ｄが示すアクセル開度に基づい
てエンジン１が加速状態にあるか否かを判定する
と共に、上記ブースト圧信号ａが示すブースト圧
に基づいてエンジン負荷が低、中、高負荷領域の
いずれの領域にあるかを判定し、これらの判定結
果に基づいて、上記吸気通路５の高負荷用ポート
１２に設けられた制御弁１４の開閉制御及び空燃
比の制御を行う。即ち、上記ブースト圧信号ａの
示すブースト圧が所定の圧力以下である時、換言
すればエンジン負荷が低負荷領域にある時には、
コントロールユニツト１５は上記制御弁１４を駆
動するアクチユエータ１９に該弁１４を閉弁させ
るように弁制御信号ｅを出力して該弁１４を全閉
状態に保持し、上記スロツトルバルブ８により流
量を調節された吸気を低負荷用ポート１３のみか
ら燃焼室２内に導入させる。また、この時、燃焼
室２内における混合気の空燃比がリーン状態（例
えば空燃比≧22）に維持されるように上記燃料噴
射ノズル１０からの燃料噴射量を制御する。一
方、上記ブースト圧信号ａの示すブースト圧が所
定の圧力以上である時、つまりエンジン負荷が中
負荷領域及び高負荷領域にある時（この時、上記
スロツトルバルブ８は既に全開状態となつてい
る）には、コントロールユニツト１５は上記アク
チユエータ１９に制御弁１４を開作動させるよう
に弁制御信号ｅを出力して、該弁１４を開弁さ
せ、吸気通路５内の吸気を高負荷用及び低負荷用
の両ポート１２，１３から燃焼室２内に導入させ
るようにする。

その場合に、上記アクセル開度信号ｄが示すア
クセル開度の時間的変化率が零よりも大きい時、
つまりエンジン１が加速状態にある時には、上記
制御弁１４の開度は、ブースト圧の上昇に伴つて
徐々に増大され、且つこの時の混合気の空燃比も
小さな変化率で徐々にリツチな状態に変化され
る。そして、上記アクチユエータ１９の駆動量か
ら制御弁１４の開度を検出する制御弁開度センサ
２０からの弁開度信号ｆに基づいて該制御弁１４
が全開状態であることが検出されるまでの間は、
上記の如く制御弁１４の開度を徐々に増大させる
と共に、空燃比を小さな変化率で徐々にリツチに
する制御が行われ、また上記制御弁１４が全開状
態になつた後は、ブースト圧の上昇に伴つて空燃
比を大きな変化率でリツチにする制御が行われ
る。尚、上記アクセル開度信号ｄが示すアクセル
開度の変化率が所定値よりも大きい時、つまりエ
ンジン１の急加速時には、この時のアクセル開度
の変化率に応じて上記空燃比がリツチ側に補正制
御されるようになつている。

次に、このコントロールユニツト１５における
制御弁１４の開閉制御動作及び空燃比の制御動作
を第２図のフローチヤートに従つて説明する。

エンジン１が始動されると、コントロールユニ
ツト１５は先ずフローチヤートにおけるステツプ
X₁を実行して、アクセル開度センサ１８からの
アクセル開度信号ｄが示すアクセル開度Ａと、エ
ンジン回転センサ１７からの回転数信号ｂが示す
エンジン回転数Ｎと、ブースト圧センサ１６から
のブースト圧信号ａが示すブースト圧Ｐと、制御
弁開度センサ２０からの弁開度信号ｆが示す制御
弁１４の開度θとを読込むと共に、ステツプX₂
を実行して、α＝（Ａ−A′）／Ａ、（A′：前回の
アクセル開度）の式によりアクセル開度の変化率
αを算出する。そして、ステツプX₃，X₄に従つ
て上記アクセル開度の変化率αが所定値α₀以下で
あり且つ０以上であること、つまりエンジン１の
運転状態が急加速状態でない通常の加速状態であ
ることが判定された場合には、コントロールユニ
ツト１５はステツプX₅を実行して上記ステツプ
X₁で読込まれたブースト圧Ｐが所定圧P₀よりも
大きいか否かを判定し、その結果、ブースト圧Ｐ
が上記所定圧P₀以下である場合にはステツプX₆
を実行する。つまり、上記制御弁１４の開度θを
エンジン回転数Ｎ及びブースト圧Ｐに応じて設定
し、この開度θに対応する信号を弁制御信号ｅと
して制御弁１４を駆動するアクチユエータ１９に
出力すると共に、燃料噴射量Ｆを上記と同様にエ
ンジン回転数Ｎ及びブースト圧Ｐに応じて設定
し、この噴射量Ｆに対応する信号を燃料噴射信号
ｃとして燃料噴射ノズル１０に出力する。その場
合に、上記ステツプX₅を実行する際に判定基準
とされた所定圧P₀は、第３図に示すようにス
ロツトルバルブ８の開度が符号ｘで示すように
徐々に増大した後、該バルブ８が全開状態となる
時のブースト圧であり、現実のブースト圧Ｐがこ
の所定圧P₀に達するまでの低負荷領域において
はステツプX₆で設定される制御弁１４の開度θ
は０とされて、第３図に符号x₁で示すように該
制御弁１４は全閉状態に保持される。その結果、
吸気通路５の下流側に導かれた吸気は低負荷用ス
ワールポート１３のみから燃焼室２内に導入され
て、該燃焼室２内にスワールが生成される。そし
て、このスワールの生成により吸気と燃料とのミ
キシング性が向上されることにより、上記ステツ
プX₆で設定される燃料噴射量Ｆを少量化するこ
とが可能となり、第３図に符号x₂で示すように
空燃比がリーンな状態（例えば空燃比が22もしく
はそれ以上の値）に維持される。

然して、上記ステツプX₅でブースト圧Ｐが所
定圧P₀以上であることが判定された場合には、
コントロールユニツト１５はステツプX₇を実行
して上記制御弁１４の開度θが最大の開度θmax
に等しいか否かを判定すると共に、該開度θが最
大の開度θmaxに等しくなるまでの間はステツプ
X₈を実行する。即ち、上記ステツプX₁で読込ま
れた制御弁１４の開度θに所定量の微小開度Δθ
を加算して、この加算値を新たな制御弁１４の開
度θとして設定すると共に、この新たな開度θに
対する信号を弁制御信号ｅとしてアクチユエータ
１９に出力する。これにより、第３図に符号y₁
で示すようにブースト圧Ｐが上記所定圧P₀から
高圧側の所定圧P₁に達するまでの中負荷領域に
おいて上記制御弁１４の開度θが徐々に増大され
る。従つて、この領域内においては、吸気通路５
の下流側に導かれた吸気が低負荷用スワールポー
ト１３から燃焼室２内に導入されると共に、一部
の吸気は高負荷用ポート１２からも燃焼室２内に
導入される。その場合に、この高負荷用ポート１
２から導入される吸気の流量は急激に増大される
ことなく、制御弁１４の開度の増加に従つて比較
的小さな変化率で徐々に増大されるので、上記低
負荷用スワールポート１３から導入される吸気に
より燃焼室内に生成されるスワールは即座に消滅
されることなく、上記制御弁１４が全開状態とな
るまでの間、その効力を持続することになり、ま
た高負荷用ポート１２からも吸気が導入されるこ
とによつて、この領域における吸気量不足が補わ
れることになる。これにより、十分なエンジン出
力を確保しながら、上記スワールの効力によつ
て、第３図に符号y₂で示すように空燃比をリー
ンな状態に維持することが可能となる（この時、
空燃比は吸気量の増加に従つて僅かながら徐々に
リツチ化される）。従つて、従来のように上記制
御弁１４がこの領域内において全閉状態から全開
状態に切換えられる場合、つまり第４図に符号ロ
で示すように大きな変化率で速かに空燃比をリツ
チにする場合と比較して、この中負荷領域におけ
る燃費性能が向上すると共に、NOxの発生或は
ドライバビリテイの悪化等が効果的に抑制される
ことになる。

また、フローチヤートにおける上記ステツプ
X₇で制御弁１４の開度θが最大の開度θmaxであ
ることが判定された場合、つまり制御弁１４が全
開状態となつた場合には、コントロールユニツト
１５はステツプX₉で前回の燃料噴射量F′が最大
値Fmaxに等しいか否かを判定すると共に、該噴
射量F′が最大値Fmaxに等しくなるまでの間は、
ステツプX₁₀を実行することにより制御弁１４の
開度θを最大開度θmaxとして第３図に符号Z₁
で示すように該制御弁１４を全開状態に保持し、
且つ前回の燃料噴射量F′に所定の噴射量ΔFを加
算し、この加算値を新たな燃料噴射量Ｆとして設
定した後、燃料噴射信号ｃとして上記燃料噴射ノ
ズル１０に出力する。従つて、ブースト圧Ｐが上
記高圧側の所定圧P₁よりも大きな高負荷側の領
域においては、第３図に符号Z₂で示すように空
燃比が比較的大きな変化率でリツチ化されること
になる。そして、上記ステツプX₉で前回の燃料
噴射量F′が最大値Fmaxに達した場合には、コン
トロールユニツト１５はステツプX₁₁を実行する
ことにより、燃料噴射量Ｆを上記最大値Fmaxに
維持する。

尚、上記ステツプX₄でエンジン１が加速状態
にないことが判定された場合には、コントロール
ユニツト１５は上記ステツプX₆を実行して、制
御弁１４の開度θ及び燃料噴射量Ｆをその時のエ
ンジン回転数Ｎとブースト圧Ｐとに応じた所望の
開度θ及び噴射量Ｆに設定し、また上記ステツプ
X₃でエンジン１が急加速状態にあることが判定
された場合には、ステツプX₁₂を実行して上記制
御弁１４の開度θと燃料噴射量Ｆとを、エンジン
回転数Ｎ、ブースト圧Ｐ及びアクセル開度の変化
率αに応じて増量側に補正し、急加速に必要な出
力が得られるようにする。ここで、上記実施例に
おいては、スロツトルバルブ８が全開状態となつ
た後に制御弁１４が開作動を開始する構成とし、
また制御弁１４が全開状態となつた後に空燃比を
比較的大きな変化率でリツチ側に移行させる構成
としたが、上記スロツトルバルブ８が全開状態と
なる前に制御弁の開作動を開始させ、また制御弁
１４が全開状態となる前に空燃比をリツチ側に移
行させるように構成して、夫々の作動時期をオー
バーラツプさせることにより切換時のトルクシヨ
ツクを減少させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る燃料制御装置の実施
例を示すもので、第１図は全体構成図、第２図は
作用を示すフローチヤート図、第３図，，
は夫々、スロツトル開度の制御特性図、制御弁開
度の制御特性図、空燃比の制御特性図である。ま
た、第４図は従来の空燃比の制御特性図である。 １…エンジン、５…吸気通路、８…スロツトル
バルブ、１１…仕切壁、１２…高負荷用ポート、
１３…低負荷用スワールポート、１４…制御弁、
１５…制御手段（コントロールユニツト）、θ…
制御弁の開度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気通路の下流側端部を仕切壁により低負荷
   用スワールポートと高負荷用ポートとに分岐し且
   つ高負荷用ポートに制御弁を備えると共に、上記
   両ポートの上流側にスロツトルバルブを配設した
   エンジンにおいて、少なくとも低負荷域において
   は上記制御弁を全閉状態に保持し且つ空燃比をリ
   ーンに設定すると共に、エンジン負荷の増大に伴
   つて上記スロツトルバルブが全開もしくは略全開
   状態となつた後に上記制御弁の開度を全閉状態か
   ら徐々に増大させ、且つ該制御弁が全開もしくは
   略全開状態となつた後に空燃比をリツチにするよ
   うに制御する制御手段を設けたことを特徴とする
   エンジンの燃料制御装置。