JPH0583729B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、層状給気エンジンに関するものであ
る。

（従来技術） 従来より、エンジンの燃費性、エミツシヨン性
を改善する目的から、負荷に応じて燃焼室に供給
する燃料のうち着火に必要な燃料だけを着火装置
の近傍に偏在させて、この部分のみの空燃比を濃
くして着火性を向上した層状燃焼を行うようにし
て、全体として希薄燃焼が実現できる層状給気エ
ンジンが、例えば特開昭49−62807号、特開昭49
−128109号に見られるように公知である。

上記層状給気エンジンにおいては、着火装置ま
わりに供給する着火用燃料は負荷に関係なく一定
とし、この着火用燃料の供給と同時に負荷に応じ
た量の分散燃料を供給するようにしているもので
あり、減速運転時においては、燃料供給が減少も
しくは無供給となつて、排気温度が低いことか
ら、排気通路に設けた触媒装置が過冷却となつ
て、排気浄化性能が不十分となる問題がある。

すなわち、層状燃焼においては、希薄燃焼の実
現によつて燃費性を向上するとともに、絞り弁の
開度を大きくしてポンピングロスの低減を図るよ
うにしているものであるが、吸入空気量が多くな
つて冷却性が増大するために排気温度が低下す
る。特に、減速時には燃料の供給が殆どないこと
から、排気通路の触媒装置を空気のみが通過して
この触媒を過冷却状態とし、燃料供給による反応
浄化を再開するときに、触媒装置の温度が低く触
媒が活性化せず反応温度に達しないことから、十
分な浄化性能が得られずにエミツシヨン性が低下
する問題を有する。

（発明の目的） そこで、本発明は上記事情に鑑み、少なくとも
低負荷時では着火装置のまわりに燃料を偏在して
供給した層状燃焼を行うとともに、高負荷域では
燃焼室全体に燃料を分散して供給した均一燃焼を
行うようにして、良好な層状燃焼と均一燃焼を得
るとともに、減速運転時における触媒装置の過冷
却を防止し、排気浄化性能を改善した層状吸気エ
ンジンを提供することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の層状給気エンジンは、燃焼室内へ負荷
に対応した出力制御用の燃料を供給する燃料供給
手段と、燃焼室内に配設された着火装置と、吸気
通路の開口面積をアクセル操作とは独立して制御
する吸気絞り手段と、排気通路に配設された触媒
装置とを備え、少なくとも低負荷時には燃料供給
手段から着火装置のまわりに偏在して燃料を供給
し着火することにより層状燃焼を行うとともに前
記吸気絞り手段によつて上記燃料量に比して吸気
通路の開口面積を増大して希薄燃焼を行う一方、
高負荷時には燃焼室内に分散して燃料を供給し着
火することにより均一燃焼を行うようにしたもの
であつて、減速運転時には、前記吸気絞り手段に
より吸気通路の開口面積を減少して吸入空気量を
低減することを特徴とするものである。

（発明の効果） 低負荷域においては、燃料供給手段によつて燃
焼室内の着火装置まわりに偏在して燃料を供給し
て層状燃焼を行うとともに、吸気絞り手段によつ
て燃料供給量に比して吸気通路の開口面積を増大
して希薄燃焼を行つて燃費性を向上する一方、高
負荷運転域においては、燃料供給手段によつて供
給した燃料を分散して均一燃焼を行い、スモーク
の発生を伴うことなく良好な高出力運転を確保す
ることができる。

また、減速運転時には吸気絞り手段によつて吸
気通路を絞つて吸入空気量を減少し、多量の吸入
空気による触媒の過冷却を抑制し、触媒の反応開
始時に、早期に触媒温度を上昇してその活性化を
図り、良好な排気浄化性能を確保することができ
ると同時に、エンジンブレーキ性能が増大し、良
好な減速感を得ることができる。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施態様を詳細に説
明する。

この実施例は第１図ないし第５図に示し、燃料
供給手段を、成層用の第１燃料供給手段と分散用
の第２燃料供給手段とにより構成した例を示すも
のである。

第１図に示すエンジンにおいて、１はピストン
２の上方に形成された燃焼室、３は該燃焼室１に
吸入空気を導入する吸気通路、４は燃焼室１から
排気ガスを導出する排気通路、５は吸気弁、６は
排気弁、７は排気通路４に介装された触媒装置を
それぞれ示している。

上記燃焼室１には、点火プラグによる着火装置
８が配設されるとともに、この着火装置８のまわ
りに燃料を供給する成層用燃料噴射ノズル９が配
設され、この成層用燃料噴射ノズル９には燃料噴
射ポンプ１０が接続されて第１燃料供給手段１１
が構成されている。

一方、上記吸気通路３には、燃焼室１内に燃料
を分散供給する分散用燃料噴射ノズル１２による
第２燃料供給手段１３が介装されている。さら
に、この分散用燃料噴射ノズル１２の下流には絞
り弁１４が配設され、この絞り弁１４にはその開
閉作動を行うアクチユエータ１５（アクセル操作
には連動していない）が設けられて吸気通路３の
開口面積を制御して吸入空気量を規制する吸気絞
り手段２０が構成されている。

上記吸気通路３の下流側部分は第２図に示すよ
うに、湾曲形成されて吸入空気を燃焼室１の接線
方向から導入し、燃焼室１内にその周方向に沿つ
たスワールＳを生成するスワールポートに形成さ
れ、このスワールにより、第１燃料供給手段１１
の成層用燃料噴射ノズル９から供給され着火装置
８にて着火された着火燃料を空気と十分に混合さ
せるとともに、火炎を燃焼室１全体に伝播させ
て、噴射燃料全体を十分に燃焼させるものであ
る。

上記第１燃料供給手段１１の燃料噴射ポンプ１
０、第２燃料供給手段１３の分散用燃料噴射ノズ
ル１２および吸気絞り手段２０のアクチユエータ
１５の作動は、制御手段１６によつて制御され
る。

上記制御手段１６は、エンジンの要求負荷を例
えばアクセルセンサーによつて検出する負荷検出
手段１７からの負荷信号、エンジン回転センサー
１８からのエンジン回転信号、および水温センサ
ー１９からの水温信号等を受け、これらにより、
エンジン負荷、減速状態、冷機状態を検出し、成
層用燃料噴射ノズル９からの燃料噴射量および燃
料噴射時期、分散用燃料噴射ノズル１２からの燃
料噴射量をそれぞれ制御するとともに、絞り弁１
４の閉作動時期を制御するものである。

上記制御手段１６は、負荷検出手段１７の検出
信号およびエンジン回転センサー１８からのエン
ジン回転数信号により、エンジンの減速運転時を
検出し、この減速運転時には吸気絞り手段２０を
作動して絞り弁１４を閉じ、吸気通路３の開口面
積を絞つて吸入空気量を減少するものである。

また、この制御手段１６による負荷に対応した
燃料供給量制御は、負荷検出手段１７の信号を受
け、設定負荷以下の低・中負荷域における常用運
転域では第２燃料供給手段１３による分散燃料の
供給は停止し、第１燃料供給手段１１による成層
燃料を供給して層状燃焼を行い、負荷の増加に応
じてその供給量を増加し、設定負荷を越えると成
層燃料の供給量を減少させるものである。一方、
第２燃料供給手段１３による分散燃料は、上記設
定負荷近傍の負荷以上において供給を開始し、第
１燃料供給手段１１による成層燃料の減少量を補
うとともに、負荷の増加に応じて全供給量が増加
するよう分散用燃料の供給量を増加して層状燃焼
から均一燃焼に移行するものである。その際、各
噴射毎の噴射量、噴射回数はエンジン回転数に対
応して設定する。

すなわち、エンジンの負荷に対応した第１燃料
供給手段１１、第２燃料供給手段１３による燃料
供給量制御は、第３図に示すように行う。この第
３図は負荷の変動に対する燃料供給量Ｑの変動を
空気過剰率λの変動とともに示すものであつて、
前記絞り弁１４は基本的に全開状態で吸入空気量
は一定であり、負荷の増加に対し燃料供給量Ｑを
増加して空気過剰率λを小さくし、すなわち空燃
比を濃くして出力制御を行うように設けられてい
る。燃料供給量Ｑにおいて、領域の燃料を第１
燃料供給手段１１から供給し、領域の燃料を第
２燃料供給手段１３から供給するものである。第
１燃料供給手段１１による成層燃料の供給はＡ点
の設定負荷以下では負荷の増加に応じて増大する
一方、この設定負荷Ａ点を越えると、第１燃料供
給手段１１からの燃料供給を減少し、Ｂ点を越え
た高負荷時には、成層用燃料噴射ノズル９のカー
ボンによる目詰まり防止と加熱防止のために少量
噴射を継続する。

一方、上記第２燃料供給手段１３による分散燃
料の供給はＡ点の設定負荷以上で供給を開始し、
これより負荷が増加すると第１燃料供給手段１１
による成層燃料の供給減少を補うとともに、全体
として負荷の増加に対応して増加した燃料を供給
するものである。

上記Ａ点の設定負荷は、その時点における空気
過剰率λが均一混合気でも着火可能な着火限界の
空気過剰率λ以下となるような負荷状態に設定さ
れ、また、Ｂ点の負荷は、その時点における空気
過剰率λが層状燃焼によつては空気利用率が低下
してスモークが発生し始める空気過剰率λ以上と
なるような負荷状態に設定される。

よつて、上記Ａ点以下においては、燃料は燃焼
室１の着火装置８まわりに偏在して供給される層
状燃焼領域であり、Ｂ点以上が燃焼室１全体に燃
料が分散して供給される均一燃焼領域で、Ａ−Ｂ
間が層状燃焼領域から均一燃焼領域への移行領域
である。

なお、第２燃料供給手段１３による分散燃料の
供給開始時期は、第１燃料供給手段１１による成
層燃料の供給を減少させる設定負荷Ａ点と一致さ
せることなく、このＡ点近傍の相前後した負荷状
態で供給を開始するようにすればよい。

また、第１燃料供給手段１１による成層燃料供
給と第２燃料供給手段１３による分散燃料供給の
切換えは、上記の如く徐々に減少、増大するよう
にするほか、設定負荷Ａ点とＢ点との間の負荷状
態において、オン・オフ的に切換えるようにして
もよい。

次に、第４図は負荷変動に対し、第１燃料供給
手段１１による成層燃料の噴射時期（噴射開始時
期）と点火時期を示すものであり、前記Ａ点の前
提負荷以下の成層化を行う領域では、噴射時期は
圧縮上死点近傍の点火時期より所定量早い時期に
設定され、噴射燃料が着火装置８まわりに有効に
偏在した状態で着火を行う。上記Ａ点を越えてＢ
点の分散化を行う領域に移行するのに従つて、噴
射時期を進めて早い時期に噴射を行い、第１燃料
供給手段１１から噴射された燃料の偏在を小さく
して燃焼室１全体に分散させるようにする。ま
た、アイドル運転時のような極低負荷時には燃料
噴射時期および点火時期は若干進めて安定性を向
上している。

一方、制御手段１６による吸気絞り手段２０の
絞り弁１４の開閉制御は、第５図に示すように、
基本的には絞り弁１４を全開状態としてノンスロ
ツトル運転を行い、例えば、エンジン始動時に開
度を小さくして吸入空気量を減少するものであ
り、また、エンジン始動時には鎖線で示す如き絞
り弁開度とし、減速時にはエンジン冷機時のアイ
ドル状態IDと同等の絞り弁開度（最小開度）と
してほぼ全開状態とする。

よつて、上記実施例の層状給気エンジンによれ
ば、設定負荷Ａ点以下の低・中負荷における常用
運転領域では、層状燃焼を行つて良好な着火性を
得るとともに、希薄燃焼を可能として燃費性を向
上すると同時に、この成層領域においては、絞り
弁１４閉じることなく吸入空気量を一定として、
第１燃料供給手段１１による燃料供給量によつて
出力制御を行うようにしたことにより、絞り弁１
４の絞り作動に伴うポンピングロスを大幅に低減
することができ、燃費性がより一層向上する。

また、上記設定負荷Ａ点を越えた高負荷運転域
では層状燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率
を増大してスモークの発生を伴うことなく高出力
運転を行うものであり、全領域において良好な運
転性能と、ポンピングロスの低減による燃費性の
改善が行える。

さらに、減速運転時には、吸気絞り手段２０に
より絞り弁１４を閉じて吸入空気量を減少し、触
媒装置７を流れる空気量を低減して、この触媒装
置７の過冷却を阻止する。

なお、前記第２燃料供給手段１３は、分散用燃
料噴射ノズル１２による燃料噴射方式に代えて、
気化器を使用して吸気通路３に分散燃料を供給す
るようにしてもよい。

また、上記実施例では第２燃料供給手段１３の
分散用燃料噴射ノズル１２は吸気通路３の途中に
介装するようにしているが、この第２燃料供給手
段１３の分散用燃料噴射ノズル１２を第１燃料供
給手段１１の成層用燃料噴射ノズル９と同様に燃
焼室１内に開口するように配設してもよく、その
場合、この第２燃料供給手段１３により燃焼室１
に直接供給する分散燃料の噴射時期は、上記第１
燃料供給手段１１による燃料噴射時期より早く、
吸気行程から圧縮行程初期の間に噴射を完了する
ように設定し、第２燃料供給手段１３による供給
燃料が吸入空気との混合によつて燃焼室１内に均
一分散するようにして、均一燃焼を得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における層状給気エ
ンジンの概略構成図、第２図は燃焼室を模式的に
示した平面図、第３図は負荷に対する燃料供給量
の制御を空気過剰率とともに示す特性図、第４図
は負荷変動に対し第１燃料供給手段による成層燃
料の噴射時期と点火時期を示す第５図は負荷変動
に対する絞り弁の開度を示す特性図である。 １……燃焼室、３……吸気通路、７……触媒装
置、８……着火装置、９……成層用燃料噴射ノズ
ル、１０……燃料噴射ポンプ、１１……第１燃料
供給手段、１２……分散用燃料噴射ノズル、１３
……第２燃料供給手段、１４……絞り弁、１５…
…アクチユエータ、１６……制御手段、１７……
負荷検出手段、１８……エンジン回転センサー、
２０……吸気絞り手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室内へ負荷に対応した出力制御用の燃料
   を供給する燃料供給手段と、燃焼室内に配設され
   た着火装置と、吸気通路の開口面積をアクセル操
   作とは独立して制御する吸気絞り手段と、排気通
   路に配設された触媒装置とを備え、少なくとも低
   負荷時には燃料供給手段から着火装置のまわりに
   偏在して燃料を供給し着火することにより層状燃
   焼を行うとともに前記吸気絞り手段によつて上記
   燃料量に比して吸気通路の開口面積を増大して希
   薄燃焼を行う一方、高負荷時には燃焼室内に分散
   して燃料を供給し着火することにより均一燃焼を
   行うようにした層状給気エンジンであつて、減速
   運転時には、前記吸気絞り手段により吸気通路の
   開口面積を減少して吸入空気量を低減するように
   したことを特徴とする層状給気エンジン。