JPS60230544A - エンジンの燃料噴射装置 - 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、少なくとも低負荷時に成層燃焼を行うように
したエンジンの燃料噴射装置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
て成層化するとともに、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ける拡散を抑制し、その
状態で燃焼を行う成層燃焼の技術が、例えば、特開昭５
６−．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空燃比を確保し
、下層は空気のみまたは非常に稀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、４サイクルエンジンのシリンダヘッド内壁に、吸
気ポートもしくは排気ポートと点火プラグを囲む領域に
相当する部分に凹部を設けて主燃焼室とし、ピストンが
上死点にあるときのシリンダヘッド内壁面とピストン上
面との間に、上記主燃焼室とスキッシュゾーンとによっ
て燃焼室を形成するようにしたエンジンが提案されてい
る。このエンジンにおいては、球形状に近いコンパクト
な主燃焼室の形成により燃焼速度が速くなって燃焼安定
性の向上が図れるものである。

しかるに、上記コンパクトな燃焼室構造のエンジンに前
記成層燃焼の技術を適用した場合に、このエンジンにお
いては、ピストンの１荷に伴ってスキッシュゾーンによ
ってスキッシュ流が生じ、このスキッシュ流で燃焼室の
上部に偏在化された燃料が拡散されて、良好な成層化が
確保できずその効果が有効に得られないものである。

（発明の目的） 本発明は上記事情に鑑み、シリンダヘッド内壁に部分的
に凹設された主燃焼室を有するエンジンにおいて、燃料
の偏在化による成層燃焼を確保するようにした燃料噴射
装置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は、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、燃料噴射
弁による燃料の噴射供給を、遅くとも吸気弁の開期間前
半部で終えるよう制御する制御装置を備えたことを特徴
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、燃料噴射を
遅くとも吸気弁の開期間前半部で終えるように燃料噴射
時期を設定することによって、早い時期に流入した燃料
を燃焼室の下層部に偏在化させて通常の成層化とは逆転
した成層化による成層燃焼を行い、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、上記のように燃料を燃焼室の下層部に偏在化させ
るために、ピストンの上昇に伴うスキッシュ効果によっ
て成層化が阻害されることなく、下層部から着火した燃
焼波がスキッシュ流に乗って主燃焼室に噴き出すので、
燃焼速度の向上により燃焼時間が短縮し、コンパクトな
燃焼室構造の効果と相俟ってより一層の燃焼安定性が改
善できるものである。

（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、」：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。

上記燃焼室２および吸気通路５の具体的構造は、第２図
ないし第４図に示し、第２図はシリンダヘッド１５の底
面図、第３図および第４図はそれぞれ第２図の■−■お
よびＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。

シリンダブロック１６上に配設されたシリンダヘッド１
５の底面には、ピストン１７上面と対向する位置に、部
分的に略長円形状の四部１８が設けられ、ピストン１７
が上死点にあるときのシリシダヘッド１５内壁面とビス
］〜ン１７上面との間に形成される燃焼室２は、上記凹
部１８よりなる主燃焼室２ａと、該凹部１８に隣接して
シリンダヘッド１５の平坦底面に形成される微小間隙の
スキッシュゾーン２ｂとで構成される。

主燃焼室２ａとなる上記凹部１８には排気通路６に連通
する排気ポート１９が開口し、スキッシュゾーン２ｂに
は吸気通路５に連通ずる吸気ポート１１が開口し、吸気
および排気ポート１１，１９にはそれぞれの弁座に着座
する吸気弁３とＵ［気弁４が配設され、凹部１８すなわ
ち主燃焼室２ａ近傍のスキッシュゾーン２ｂに臨んで点
火プラグ２０が装着されている。

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ｊｉｌｆ２１が配設されている。上
記吸気通路５は、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２２からシリンダヘッ
ド１５内に形成された燃焼室２の近傍部分が、隔壁２３
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２１のスワール制御弁２４が介装ぎれ、このスワー
ル制御弁２４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１　’１　ａとして開口し、この１次側吸気
通路５ａ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２図参
照）に向かって開口し、ピストン１７の上面となす角変
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１７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尋人す
るように構成されている。

よって、上記スワール制御弁２４が閉じているとぎ（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
２４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２４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２４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開制御され、吸
入空気量すなわちエンジンＵ転数と負荷の変動に対応し
て、例えば第５図に示すように、低負荷・低回転領域で
は開度をＯ。

（全開）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）としてスワールの
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
２４が吸気抵抗となって充填効率が低下するのを解消す
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２４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および噴射量は
、第１図に示すように制御装ｍ２５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。

この制御装置２５は、インターフェース２６、ＣＰ、Ｕ
　２７およびメモリ２８からなり、上記メモリ２８内に
は第７図にフローチャートで示すＣＰＵ２７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
２５には、前記エアフロ−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２９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３０からのスロットルｌ１ｉ１度信
号、スワール可変装置２１のスワール制御弁２４の開度
を検出するスワールセンサー３１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９り角センサー３２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、３３
はイグニションスイッチである。

そして、上記制御装置２５のＣＰＵ２７は、エンジン回
転数および吸入空気量とに応じて基°本燃料噴射量をめ
るとともに、エンジン冷間時、加速時等にはこの基本燃
料噴射量を増聞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
遅くとも吸気弁３の開期間前半部に１回の吸入行程に対
し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。

上記成層燃焼を行うための燃料噴射時期は、第６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１０から下死点ＢＤＣ後の
吸気弁３が閉じる時ＩＣまでの吸気行程に対し、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１１Ｍ
射を開始するように、燃料噴射開始時期θ１を設定し、
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だけ遅れた時期に設定される噴射
終了時期θ２は、遅くとも吸気弁３が開いた吸気行程の
前半部以前の早い時期に設定するものである。

これにより、燃料は吸気弁３が開く吸気期間中の前期に
燃焼室２に流入し、燃焼室２の下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、さらに、ピストン１７の上昇に伴うスキ
ッシュゾーン２ｂから主燃焼室２ａに流入するスキッシ
ュ流により阻害されることなく、この成層化が維持され
る。

次に、制御装置２５の作動を第７図のフローヂャー１へ
によって説明する。

エンジンが作動すると、ＣＰＬ７２７は、クランク角セ
ンサー３２、エア７０−メータ１０．水温センサー２９
、スロットルセンサー３０．スワールセンサー３１の各
信号を読み込んでその８値をレジスタＴ、Ａ、Ｗｌ　、
Ｖ、Ｋに記憶するくステップ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ＣＰＵ２７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■に所
定の始動噴射量βを記憶し、レジスタｌの値に基づいて
始動噴射パルスを作成してぞ゛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ずるようにしているのは
、この始動時には吸入空気♀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、ＣＰＵ２７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Ｒ
１Δ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ＣＰｔＪ２７は、レジスタ■の記憶
内容から加速度ｄＶ／ｄｔ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８１２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８１１においてＮｏと判定して
ステップ８１３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、ＣＰＵ２
７はレジスタＣ２内の工、・ンジン冷却水湯を設定値Ｗ
。、例えば６０℃と比較して冷却水温が設定値Ｗｏｇ。

下の冷間時であれば、燃料噴射量を増大するべ（、両者
の温度差（Ｗｏ　−Ｗｌ＞と補正係数０１とを乗算して
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■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■−ＦＣ＞　（Ｗｏ　Ｗｌ）＋
０２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１回の吸入行程に対する
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Ｓ１５〉。

次にステップ３１６で、マツプより噴射開始時期θｌを
演算して決定し、この噴射開始時期θ五に基づいてレジ
スタθ内の実際噴射量θに応じた噴射終了時期θ２を決
定する（ステップ５１７）。なお、このマツプには最大
燃料噴射量においても噴射終了時期θ２が吸気行程前半
部以前となるように、各運転状態に応じて噴射開始時期
θ１が予め設定されている。

このようにして、噴射開始時期θ工および噴射終了時期
θ２が決定されると、噴射開始時期θ１になるまでステ
ップ８１８に待機し、噴射開始時期θ１になると、ステ
ップ８１９で燃料噴射弁１２に１１１１＋信号を加え、
該燃料噴射弁１２を駆動し続ける間ステップＳ２０に待
機し、噴射終了時期θ２になると゛１″信号の出力を停
止しくステップ５２１）、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、シリンダヘッド１５底面
に部分的に凹設した主燃焼室２ａを有する燃焼室構造の
エンジンにおいても、燃料の偏在化による成層燃焼を可
能として、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ωの増減制御を行うようにしても良い
。

また、前記燃料噴射弁１２からの燃料噴射時期は、上記
実施例のように吸気弁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して吸気弁３の開時期に
一時に流入させる他、吸気弁３が開く時期■０の前後で
噴射を開始し、開いた後の早い時期（前半部）に終了す
るようにしてもよい。この燃料噴射時期の設定において
、前記のように噴射開始時期θｌを設定してから噴射終
了時期θ２を設定する代りに、噴射終了時期θ２を先に
設定し、噴射角θに対応して噴射開始時期θ１を設定す
るようにしてもよい。さらに、噴射開始時期θｌもしく
は噴射終了時期θ２を一定の時期に固定し、これに対し
て噴射終了時期θ２もしくは噴射開始時期θｌを設定す
るようにしてもよい。

なお、スワール可変装置としては、上記実施例の構造の
他に公知の装置が適宜採用可能である。

また、スワールの大ぎ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、さらに、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
。

一方、燃料を下層に成層化することにより、前記の先行
技術のもののように上層に燃料を成層化するものに対し
て、スワールの要求が低いことから、スワールは生成し
ないようにしてもよいが、より確実な成層化を得るため
にはスワールの生成が好ましい。

さらに、シリンダヘッド内壁に部分的に主燃焼室を凹設
する燃焼室の構造についても上記実施例に限られず、種
々の変形が可能であり、この構造に対して点火プラグを
シリンダヘッド底面側のスキッシュゾーン近傍に臨ませ
て装着するものであって、この点火プラグは第４図のよ
うに傾斜して装着する場合と垂直に上方から装着する場
合とがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における燃料噴射装置付エン
ジンの全体構成図、 第２図はエンジンの具体的構造を示すシリンダヘッドの
要部底面図、 第３図は第２図の■−■線に沿う断面正面図、第４図は
第２図のＴＶ−ＴＶ線に沿う断面正面図、第５図はエン
ジン回転数ど負荷の変動に対するスワール制御弁の開度
特性を示ず説明図、第６図は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である
。 １・・・・・・エンジン　２・・・・・・燃焼室２ａ・
・・・・・主燃焼室 ２ｂ・・・・・・スギッシュゾ〜ン ３・・・・・・吸気弁　５・・・・・・吸気通路１２・
・・・・・燃料噴射弁　１５・・・・・・シリンダヘッ
ド１７・・・・・・ピストン　２０・・・・・・点火プ
ラグ２２・・・・・・制御装置 ３０・・・・・・クランク角センサー 第　４図 １Ｉ　５　図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン上面に対向する燃焼室を構成したシリン
   ダヘッド内壁に、部分的に凹設された主燃焼室を形成し
   てなるエンジンにおいて、吸気弁を介して上記燃焼室に
   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、該燃料噴射弁により１回の吸
   入行程に対し１回の燃焼に必要な燃料を噴射供給すると
   ともに、遅くとも吸気弁の開期間前半部で燃料の噴射供
   給を終えるよう制御する制御装置を備えたことを特徴と
   するエンジンの燃料噴射装置。