JPS60230531A - 燃料噴射装置付エンジン - 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、少なくとも低負荷時に成層燃焼を行うように
した燃料噴射装置付エンジンに関するものである。

（従来技術） 従来より、燃料噴射装置を備えたエンジンにおいて、吸
気弁を介して燃焼室に通ずる吸気通路内に燃料噴射弁を
設け、低負荷域では吸気行程の後半に燃料を噴射して点
火プラグが位置する燃焼室の上層部分に燃料を偏在させ
て成層化づるとともに、燃焼室内に導入される吸気にス
ワール（旋回流）を生成し、このスワールによって上記
成層化した燃料の圧縮行程にお【ノる拡散を抑制し、そ
の状態で燃焼を行う成層燃焼の技術が、例えば、特開昭
５６−１４８６３６号もしくは特開昭５８−８５３１９
号に見られるように公知である。

上記成層燃焼は、燃焼室の上層に燃料を偏在させること
によって点火プラグ近傍に着火に必要なり一ゴーＮ１４
ノーｑｚばｒ！ｇｌｒわ臣ζＭワヘコ６ミミ小コｊ−１
子−１−１−Ｊｂ骨を−節薄な混合気でも良好な燃焼性
を得ることができることから、全体としての空燃比のリ
ーン化が図れ、燃費性が改善できるとともに、未燃焼成
分の排出が抑制できてエミッション性の向上が図れるな
どの利点を有するものである。また、燃焼室内の燃料の
偏在がピストンから離れた点火プラグに近い領域に集中
し、ノッキングの発生し易いエンドガスゾーンがリーン
で着火し難いことから、ノッキングが発生し難いという
利点をも有するものである。

しかして、上記のような成層燃焼においては、吸気通路
に配設した燃料噴射弁によって噴射された燃料は、気化
および霧化が低い状態で直接燃焼室に導入されるもので
あって、特にエンジン冷間時には気化、霧化が低下して
おり、着火性、燃焼安定性に悪影響を与えるものである
。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、成層燃焼を行うについて、エ
ンジン冷間時における気化、霧化の向上を図るとともに
、逆転した成層化の生成を阻止するようにした燃料噴射
装置付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） 本発明の燃料噴射装置付エンジンは、少なくともエンジ
ンの低負荷時において、燃料噴射弁から吸気弁の開期間
中で、かつ、吸気弁間接所定時間おいて１回の燃焼に必
要な燃料を噴射供給して成層化するようにしたものにお
いて、シリンダの周方向に生じるスワールの大きさを制
御するスワール可変装置を設け、エンジン冷間時には制
御装置によって、スワール可変装置をスワールを生成し
ない状態に制御するとともに、燃料噴射弁からは少なく
とも吸気弁閉弁時に燃料噴射を開始するよう制御するこ
とを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明によれば、少なくとも低負荷時には、燃料噴射時
期の設定と大きなスワールとによって燃料を偏在化させ
て成層燃焼を行い、燃費性およびエミッション性の改善
を図ることができる。

また、エンジン冷間時には、吸気弁が閉じている時から
燃料噴射を開始し、噴射燃料は吸気弁、吸気通路壁面等
に接触して、その熱によって気化霧化が進行しているも
のであって、良好な着火性と燃焼性を得ることができる
。そして、この冷間時において、吸気弁が開いて既に噴
射されている燃料が燃焼室に流入する際に、大きなスワ
ールが生成されていると、早い時期に流入した燃料が燃
焼室の下層部分に偏在化されて逆転成層化が行なわれる
恐れがあるが、スワール可変装置によるスワールの生成
を抑制するようにしたことにより、燃料が燃焼室全体に
均一分布してその弊害を回避することができる。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は燃料噴射装置付エンジンの全体構成図を示し、
エンジン１は第１〜第４の４つのシリンダＣ（ただし、
図中には１つのシリンダのみが示されている）を有し、
上記各シリンダＣの燃焼室２にはそれぞれ吸気弁３およ
び排気弁４を介して吸気通路５および排気通路６が接続
され、上記吸気通路５のサージタンク７上流の集合部に
はスロットル弁８が配設され、吸気通路５の上流端には
エアクリーナ９が連接され、このエアクリーナ９下流に
は吸気流量を計測するエア７０−メータ１０が介設され
ている。そして、上記各吸気通路５の下流側部分には吸
気弁３に向けて燃料噴射弁１２がそれぞれ配設され、該
各燃料噴射弁１２には燃料供給通路１３が接続され、図
示しないレギュレータを介して燃料タンクに連通されて
おり、上記燃料噴射弁１２には上記レギュレータを介し
て吸気通路圧力との差圧が常に一定となるような燃圧が
供給される。上記排気通路６には触媒１４が介装されて
いる。

また、上記吸気通路５は燃焼室２を構成するシリンダＣ
の周方向にスワールを生成するように構成されるととも
に、この吸気通路５には上記スワールの大きさを制御す
るスワール可変装置１５が配設されている。

上記吸気通路５は第２図および第３図に示すように、燃
焼室２に連通開口する吸気通路５の下流側部分で、吸気
マニホールド１６からシリンダヘッド１７内に形成され
た燃焼室２の近傍部分が、隔壁１８によって、１次側吸
気通路５ａと２次側吸気通路５ｂとに区画形成され、２
次側吸気通路５ｂにはスワール可変装置１５のスワール
制御弁１９が介装され、このスワール制御弁１９はアク
チュエータ（図示せず）によって基本的には吸入空気量
の増減に対応し、エンジンの低負荷時に閉作動され、高
負荷時に開いて２次側吸気通路５ｂから吸気を供給する
ように構成されている。

１次側吸気通路５ａは比較的通路面積が小さく形成され
、吸気弁３より僅かに上流側の吸気ポート１１にスワー
ル用ポート１１ａとして開口し、この１次側吸気通路５
ａを流れる吸気の流速を向上するとともに、スワール用
ポート１１ａがシリンダＣの円周方向（第３図参照）に
向かって開口し、ピストン２０の上面となす角度が小さ
くなるように横方向から吸気をシリンダＣ内に円周方向
に導入してスワールＫを生成するように構成されている
。

一方、２次側吸気通路５ｂはシリンダＣの中心線とほぼ
平行な方向すなわちピストン２０の上面に向かって開口
し、吸気にスワールを付与することなく導入するように
構成されている。

よって、上記スワール制御弁１９が閉じているとき（開
度０°）には１次側吸気通路５ａのみによって吸気が大
きなスワールにで燃焼室２に導入され、スワール制御弁
１９が開くに従って２次側吸気通路５ｂからの吸気の導
入比率が増え、燃焼室２に生成されるスワールＫが小さ
くなり、スワール制御弁１９の全開状態（開度７０°〉
では殆どスワールの生成はされないものである。

このスワール制御弁１９は、図示しないアクチュエータ
によって、例えば吸気負圧もしくは排気圧力等に応動す
るダイアフラム装置によって機械的に開閉制御され、吸
入空気量すなわちエンジン回転数と負荷の変動に対応し
て、例えば第４図に示すように、低負荷・低回転領域で
は開度をＯ。

〈全閉）として大きなスワールＫを生成し、高負荷・高
回転領域では開度を７０°　（全開）とじてスワールの
生成を抑制し、中間領域では開度を２０°として弱いス
ワールを生成するように制御するものである。また、上
記動作は、吸入空気量が増大した時に、スワール制御弁
１９が吸気抵抗となって充填効率が低下リ−るのを解消
する点からも行われる。

また、上記２次側吸気通路５ｂのスワール制御弁１９の
下流側には、吸気弁３で開閉される吸気ポート１１に比
較的近い位置で、かつ燃焼室２に向けて燃料を噴射する
ように、前記燃料噴射弁１２が配設されている。すなわ
ち、この燃料噴射弁１２から噴射された燃料が直接吸気
ポート１１から燃焼室２内に流入するように構成されて
いる。

この燃料噴射弁１２による燃料噴射時期ｉＪ５よび噴射
量は、第１図に示すように制御装置２２からの制御信号
すなわち燃料噴射パルスによって行われる。また、上記
スワール可変装置１５のスワール制御弁１９には、前記
第４図に示すような特性に基づくアクチュエータによる
スワール制御の他に、このスワール制御弁１９を強制的
に開くスワール抑制手段２３が接続されてスワール可変
装置１５が構成され、このスワール抑ｍ１手段２３が前
記制御装置２２によって作動制御されるものである。

この制御装置２２は、インターフェース２４、ＣＰＩＪ
２５およびメモリ２６からなり、上記メモリ２６内には
第７図にフローチャートで示すＣＰＵ２５の演算処理の
プログラム等が格納されている。また、この制御装置２
２には、前記エアフローメータ１０からの吸入空気量信
号が入力されるとともに、エンジン冷間時を検出するた
めの冷却水温度を検出する水温センサー２７の水温信号
、スロットル弁８の開度変化から加速状態を検出するス
ロットルセンサー２８からのスロットル開度信号、スワ
ール可変装置１５のスワール制御弁１９の開度を検出す
るスワールセンサー２９からのスワール制御弁開度信号
、およびディストリビュータの回転角からエンジン１の
クランク角と第１気筒のピストン上死点ＴＤＣとを検出
するクランク角センサー３０からのクランク角信号とが
それぞれ入力されるものである。なお、３１はイグニシ
ョンスイッチである。

そして、上記制御装置２２のＣＰＵ２５は、エンジン回
転数および吸入空気量とに応じて基本燃料噴！）１ｍを
めるとともに、エンジン冷間時、加速時等にはこの基本
燃料噴射量を増量して実際燃料噴射量をめる。そして、
少なくともエンジンの低負荷時には、燃料噴射弁１２か
ら吸気弁３の開期間中でかつ吸気弁３開後所定時間おい
て１回の燃焼に必要な燃料を噴射供給して、成層燃焼を
行うべく燃料噴射時期を設定し、所定時期に燃料噴射量
に相当するパルス幅を有する燃料噴射パルスを各気筒の
燃料噴射弁１２に出力するものである。また、特に、エ
ンジン冷間時には、前記スワール可変装置１５のスワー
ル抑制手段２３に制御信号を出力して、スワール制御弁
１９を開いてスワールＫを生成しない状態に制御すると
ともに、燃料噴射時期を進角して燃料噴射弁１２から少
なくとも吸気弁３の閉弁時に燃料を噴射供給するように
制御するものである。

上記成層燃焼を行うための燃料＠射時期は、第５図に示
すように、吸気弁３の開弁曲線において、上死点ＴＤＣ
前の吸気弁３が開き始める時ＩＯがら下死点Ｂ　Ｄ　Ｇ
　１９の吸気弁３が閉じる時ＩＣまでの吸気行程の略中
間部でピストン速度が最大となるＦＲ期の近傍を中心θ
０として、燃料噴射パルス幅θに対応して同じ角度だけ
前後に設定されるものであり、負荷が増大してパルス幅
が大きくなるに従って燃料１！１１開始時期θ１が早く
なるととｂに、噴射終了時期θ２が遅くなるように設定
されるものである。

これにより、燃料は吸気弁３が開いている吸気期間中の
比較的後期に燃焼室２に流入し、燃焼室２の上層部に偏
在して供給され、しかも円周方向のスワールＫによって
上下方向の拡散が抑制されて、この成層化が維持される
。なお、吸気行程の後半、特に吸気弁３が閉じる直前に
燃料を噴射供給するようにすると、上記燃料の偏在化す
なわち成層化が確実に実現できるが、この場合は、燃料
の気化・霧化が余り進行していない燃料が流入すること
になるので、大きなスワールＫによって成層化が良好に
維持される範囲では、ピストン速度が大きく吸入速度が
速くなって燃料の微粒化を促進して燃焼性をより向上す
るために、前記のように噴射終了時期を吸気行程の後半
よりも中間側に進めて行う方が好ましい。

これに対し、エンジン冷間時には、第６図に示すように
、前回の吸気行程が終了し吸気弁３が閉じた直後から燃
料噴射を開始づ”るように、燃料噴射開始時期θｌを進
角し、この噴射開始時期θ１に対し燃料噴射量に対応す
るパルス幅に相当する時期θだけ遅れた時期に噴射終了
時期θ２を設定するものである。

これにより、吸気弁３が開く前に既に燃料の噴射が開始
もしくは完了しており、噴射されている燃料は吸気弁３
、吸気通路５壁面等に接触して、その熱によって気化・
霧化が進行しており、その後吸気弁３が開作動して燃焼
室２に流入するが、このときに大きなスワールＫが生成
されていると、早い時期に流入した燃料が燃焼室２の下
層部分に偏在化されて逆転成層化が行なわれることから
、スワール抑制手段２３によってスワール制御弁７９を
開いてスワールにの生成を抑制し、燃料が燃焼室２全体
に均一分布するようにするものである。

なお、この冷間時には噴ｔＡ量補正によって燃料噴射（
イ）は増量されており、燃料の均一分布によっても良好
な着火性が得られるものである。また、この冷間時の燃
料噴射時期は、上記のように吸気弁３が閉じた直後に噴
射を開始し吸気弁３が開くまでに噴射を終了する伯、吸
気弁３が開く時期ＩＯの前後にまたがって、閉じている
時に噴射を開始し、開いた後に終了するようにしてもよ
い。

次に、制御装置２２の作動を第７図のフローヂャートに
よって説明する。

エンジンが作動すると、ＣＰＵ２５は、クランク角セン
サー３０．エアフローメ〜り１０．水温センサー２７、
スロットルセンサー２８、スワールセンサー２９の各信
号を読み込んでその６値をレジスタＴ、Ａ、Ｗ１．Ｖ、
Ｋに記憶する（ステップ８１〜８５）。次に、ステップ
Ｓ６でエンジンの始動時か否かを判定し、エンジンの始
動時にはＣＰＵ２５はステップＳ６においてＹＥＳと判
定してステップＳ７に進み、そこでレジスタＩに所定の
始動噴射量βを記憶し、レジスタ■の値に基づいて始動
噴射パルスを作成してそれを第１気筒のＴＤＣ信号に応
じて判別した噴射すべき気筒の燃料噴射弁１２に加え（
ステップＳ８）、ステップＳ１に戻り、上述の処理を繰
り返す。なお、エンジンの始動時において、予め設定し
た始動噴射パルスを発生するようにしているのは、この
始動時には吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出でき
ないからである。

そしてエンジンが始動すると、ＣＰＵ２５は上記ステッ
プＳ６においてＮｏと判定してステップＳ９に進み、そ
こでレジスタＴ内のクランク角を用いてエンジン回転数
を演算してそれをレジスタＲに記憶し、次にレジスタＣ
２内のエンジン回転数と吸入空気量とでもって基本燃料
噴射量を演算してそれをレジスタＩに記憶する（ステッ
プ５１０）。次にＣＰＵ２５は、レジスタＶの記憶内容
から加速度ｄ　Ｖ／ｄ　ｔをめ、これが設定値αより大
きいか否か、すなわち加速時か否かを判定する（ステッ
プ５１１）。そして加速時の場合は上記ステップＳ１１
においてＹＥＳと判定してステップ３１２に進み、そこ
でレジスタＣ２に設定値β１を記憶する一方、加速時で
ない場合は上記ステップＳ１１においてＮｏど判定して
ステップＳ１３に進み、そこでレジスタＣ２の値をＯと
する。ここで上記設定値β１は一定値でもよく、また加
速度に応じて異なる値としてもよい。さらに、ＣＰ　Ｕ
　２５はレジスタＣ２内のエンジン冷却水温を設定値Ｗ
。、例えば６０℃と比較して冷却水温が設定値Ｗｏ以下
の冷間時であれば、燃料噴射量を増大するべく、両者の
温度差（Ｗｏ　Ｗりと補正係数Ｃ１とを乗算して（低湿
はど増ｍする）温度補正量をめ、これとレジスタＣ２内
の値を加速補正量としてレジスタＩ内の基本燃料噴射量
に加算して実際燃料噴射量をめ、その値Ｉ＋Ｃｔ　’（
Ｗｏ　Ｗｔ　）＋Ｃ２をレジスタＩに記憶しくステップ
５１４）、該レジスタＩ内の実際燃料噴射量から噴射角
θを決定してそれをレジスタθに記憶する（ステップ５
１５）。

次にステップ５１６でレジスタＷ１の水温と設定値Ｗｏ
との大小を比較することによってエンジンが冷間時か否
かを判定し、暖機完了後の温間時にはＮＯと判定してス
テップ８１７に進んで噴射開始時期θｌを決定するのに
続いて、ステップ８１８で噴射終了時期θ２を決定する
。この噴射開始時期θ工および噴射終了時期θ２は、レ
ジスタθ内の実際噴射量θに対し、吸気行程の略中火に
設定される中心時期θ０　（第５図参照）を中心として
、前後にθ／２ずつ加減算して決定するものである。

また、エンジン冷間時には上記ステップ８１６でＹＥＳ
と判断してステップＳ１９に進み、前記スワール抑制手
段２３に制御信号を出力してスワール制御弁１９を設定
開度まで開いて、スワールの生成を抑制した後、マツプ
より冷間時の噴射開始時期θ１を演算して決定しくステ
ップ５２０）、この噴射開始時期θ１に基づいてレジス
タθ内の実際噴射量θ（温度補正が行なわれている）に
応じた噴射終了時期θ２を決定づる（ステップ５２１）
。

このようにして、温間時および冷間時のいずれの場合に
も、噴射開始時期θ１および噴射終了時期θ２が決定さ
れると、ＩＩＪｍ射開始時期θ１になるまでステップＳ
２２に待機し、噴射開始時期θ１に゛なると、ステップ
８２３で燃料噴射弁１２にＨＩ　ＩＩ倍信号加え、該燃
料噴射弁１２を駆動し続ける間ステップ８２４に待機し
、噴射終了時期θ２になると１１１　Ｉ＋倍信号出力を
停止しくステップ５２５）、上記の如く燃料噴射パルス
を加えた後、上記ステップＳ１に戻る。

このように、エンジン始動後は、エンジン回転数および
吸入空気量に応じて基本燃料噴射量をめるとともに、冷
間時、加速時には基本燃料噴射量を増量補正して実際燃
料噴射量をめ、この実際燃料噴射量に応じた噴射開始時
期および噴射終了時期をエンジン温間時と冷間時とで分
けて決定し、この噴射開始時期から噴射終了時期の間燃
料噴射パルスを加えるという制御が行なわれることとな
る。

以上のような実施例によれば、冷間時には燃料噴射開始
時期を進み側に補正し、吸気弁３が閉じている間に燃料
噴射を開始するようにしたので気化霧化が向上し、これ
により冷間時において燃焼性を改善できる。しかも、温
同時には良好な成層燃焼が得られて、燃費性、燃焼効率
の向上が図れる。

ところで上記実施例では、エンジン回転数および吸入空
気量に対する基本燃料噴射量の増減制御を噴射時間を可
変制御することによって行う場合について説明したが、
噴射時間の可変制御と燃料噴射弁の燃圧の増減制御とに
より基本燃料噴射量の増減制御を行うようにしても良い
。

第８図は吸気通路構成の変形例を示し、この例では１次
側吸気通路３５と２次側吸気通路３６とが独立してそれ
ぞれ燃焼室２に連通開口しているものである。

すなわち、１次側吸気通路３５は燃焼室２の１次吸気弁
３７によって開閉される１次吸気ボート３９に開口し、
２次側吸気通路３６は同じく２次吸気弁３８によって開
閉される２次吸気ポート４０に開口している。また、４
１は排気ポート４２に開口した排気通路、４３は排気弁
、４４は点火プラグをそれぞれ示している。

上記１次側吸気通路３５の下流側部分は、湾曲形成され
て吸入空気を燃焼室２の接線方向から導入し、シリンダ
Ｃに周方向にスワールＫを生成するスワールポートに設
けられるとともに、上流側は２次側吸気通路３６と合流
し、スロットル弁８の作動で吸入空気量が規制される。

また、上記２次側吸気通路３６にはスワール可変装置１
５のスワール制御弁１９が介装され、このスワール制御
弁１９には前例と同様のアクチュエータおよびスワール
抑制手段（図示せず）が連係されて、スワールにの大き
さを制御するように構成されている。

すなわち、上記スワール制御弁１９が全閉状態にあると
きには１次吸気通路３５によってのみ吸気が供給されて
大きいスワールＫを生成する一方、スワール制御弁１９
が開作動すると、２次側吸気通路３６からも吸気が供給
され、１次側吸気通路３５を通る吸入空気量の低減に伴
いスワールＫか弱くなるものである。

また、上記１次側吸気通路３５には、１次吸気ポート３
９に向けて、特に、１次吸気弁３７が開作動した時に、
弁隙間から燃焼室２内の点火プラグ４４近傍に向けて燃
料を噴射する燃料噴射弁１２が配設されている。

上記燃料噴射弁１２からの燃料噴射量、噴射時期および
スワール制御弁１９の開閉作動は、前例と同様の制御装
置２２によって制御され、少なくとも低負荷時には大き
なスワールにの生成下で１次吸気弁３７の開期間中の略
中間時期に燃料を噴射することによって成層燃焼を行う
一方、エンジン冷間時には、燃料噴射時期を早くして１
次吸気弁３７が閉じている時から燃料噴射を開始すると
ともに、スワールの生成を抑制するようにして気化霧化
の向上を図るものである。その他は前例と同様である。

なお、スワール可変装置１５としては、上記スワール生
成用の１次側吸気通路５ａ、３５と２次側吸気通路５ｂ
、３６との吸気流量比率をスワール制御弁１９によって
変更するようにした構成の他、例えば単一吸気通路の下
流側部分に回動自在にスワール調整プレートを介装し、
このスワール調整プレートの回動位置に対応して吸気を
絞るとともに燃焼室２にその接線方向から吸気を導入す
るように方向付けを行うようにした溝道等の従来公知の
スワール可変装置が適宜採用可能である。

また、スワールの大きさの制御についても、第４図に示
すように段階的に変更するほか、運転状態の変化に応じ
て連続的に変更制御するようにしてもよく、一方、前記
制御手段によって、スワール可変装置によるスワールの
大きさの制御を行うようにしてもよく、その場合には各
運転状態に対応してマツプ制御すればよいものである。

さらに、上記実施例では、燃料噴射時期はエンジン冷間
時以外は高負荷時等においても吸気期間中に噴射を行う
ように設定されているが、高負荷時においては成層化の
必要がなく、かえって均一燃焼を行うのが好ましいこと
から、単にスワールの生成を抑制するだけでなく、その
噴射時期を進角して早い時期に燃料噴射するように設定
してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における燃料噴ｔＪＪ装置付
エンジンの全体構成図、 第２図はエンジンの具体的構造例を示す要部縦断面図、 第３図は第２図のシリンダヘッドの底面図、第４図はエ
ンジン回転数と負荷の変動に対するスワール制御弁の開
度特性を示す説明図、第５図は成層燃焼時の吸気行程に
対する燃料噴射時期を示すタイミング図、 第６図はエンジン冷間時の吸気行程に対する燃料噴射時
期を示すタイミング図、 第７図は制御装置の処理を示すフローチャート図、 第８図は本発明の他の実施例における燃料噴射装置付エ
ンジンを一部断面にして示す要部底面図である。 １・・・・・・エンジン　２・・・・・・燃焼室３．３
７・・・・・・吸気弁　５，３５・・・・・・吸気通路
１２・・・・・・燃料噴射弁 １５・・・・・・スワール可変装置 １９・・・・・・スワール制御弁　２２・・・・・・制
御装置２３・・・・・・スワール抑制手段 ２７・・・・・・水濡センサー ３０・・・・・・クランク角センサー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気弁を介して燃焼室に通ずる吸気通路内に燃料
   噴射弁を設け、少なくともエンジンの低負荷時において
   、該燃料噴射弁から吸気弁の開期間中で、かつ、吸気弁
   開後所定時間おいて１回の燃焼に必要な燃料を噴射供給
   するようにした燃料噴射装置付エンジンにおいて、上記
   吸気通路内に燃焼室を構成するシリンダの周方向に生じ
   るスワールの大きさを制御するスワール可変装置を設け
   、エンジン冷間時、該スワール可変装置をスワールを生
   成しない状態に制御するとともに、上記燃料噴射弁から
   少なくとも吸気弁閉弁時に燃料を噴射供給するよう制御
   する制御装置を備えたことを特徴とする燃料噴射装置付
   エンジン。