JPS6030419A - 層状給気エンジン - 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、燃料をエンジンの点火プラグに向けて送る層
状給気エンジンに関するらのＣある。

（従来技術） 従来の一般的な火花自火式エンジン（ガソリンエンジン
）では、スロットルバルブによって吸入空気隋を調節し
、かつ、吸入空気量に応Ｃｔ＝　ｒｒｈの燃料を供給し
て空気と均一に混合させ、燃焼室内で点火プラグにより
着火さけるようにしくいる。

このようなエンジンにおいて出力および燃費を向上する
手段としては、例えば実開Ｋｌ　５４−５６００６号公
報にみられるように、圧縮行程で燃焼室内に圧縮空気を
供給して旋回流を助長さＵ、燃焼速度を高めるようにし
たものなどが知られ又いる。

ところで、少なくともエンジン低ｆｌ　？ｉ？ｊ　ｌｌ
１Ｓには、点火プラグイリ近に着火可能な空燃比の混合
気が存在づれば、燃焼室内の他の部分Ｊ３いて燃ｒ１が
希薄であっても充分に燃焼は可能であり、エンジンを作
動させることができる。このような点に省目し、大幅な
燃費の向上を図る手段として、特開昭４９−６２８０７
月公報に示されるＪ：うに、点火時期に対応した所定時
期に燃料を点火プラグに向けて噴射さぼるようにした、
いわゆる層状給気エンジンが知られている。このエンジ
ンによると、点火グラグｆ＝Ｊ近に所要の空燃比を与え
る燃料が供給される限り、希薄燃焼が可能となるととも
に、空気が過剰に供給されても差し支えないのｒ低負荷
時にスロットルバルブの開度を大きくし、またはス［Ｉ
ツＩ〜ルパルブを省略りることができ、これにより低負
荷時のボンピングロスを低減することができる。その結
果、大幅な燃費の向上が可能となる。

このように点火プラグに向けて燃料が噴射される層状給
気エンジンでは、低負荷時に、着火性の向上のため、で
きるだけ上記燃料の霧化、気化を促進づることが望まれ
ている。

（ｆｅ明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、少なくとも低負荷時に
所定のタイミングで燃料を点火プラグに向εノて噴ＩＩ
するようにした層状給気エンジンにおいＣ１上記燃料を
積極的に霧化、気化し、と（に燃ｆｉｔ唱用吊に応じた
適切な霧化、気化作用により着火性を向上づることを目
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、エンジンの点火プラグに
向Ｇ〕で配置された燃料噴射弁と、該燃料噴射弁からの
噴射燃料に空気を混入りる空気ｌＩｌ射弁と、エンジン
の負荷状態を検出づる負荷検出手段と、エンジンのクラ
ンク角を検出するクランク角検出手段と、上記負荷検出
手段とクランク角検出手段との出力を受冬プて、エンジ
ン低負荷時、吸気行程後半から圧縮行程の所定の時期に
燃料を噴射させるように上記燃料噴射弁を制御゛りる燃
料制御手段と、燃料噴射に同期して空気を噴射させると
ともに燃料噴射量の増大に伴って空気噴射ｍを増大させ
るように空気噴射弁を制御する空気制御手段とを備えて
いる。上記燃料Ｉｎ　ｆＡ　ｆＰおよび空気噴射弁は、
上記要件を満足する限り、燃焼室に設番ノでおいてもよ
いし、燃焼室近傍の吸気ボー］・に設けておいてもよい
。

（実施例） 第１図は本発明を４気ｎ４サイクル１ンジンに適用した
場合の一実施例を概略的に示し、第２図ｔよこのエンジ
ンの燃焼室部分とその近傍部の具体的構造を示づ。これ
らの図において、１はエンジン本体、２は吸気管３およ
び吸気マニホールド４からなる吸気通路、５は吸気通路
２の上流部に設番ノられた］ニアクリーナ、６は排気マ
ニホールドである。図に示す実施例では、エンジン本体
１の各気筒の燃焼室７に対してそれぞれ一次吸気通路８
と二次吸気通路９とが吸気マニホールド４に設けられ、
上記二次吸気通路９には、この通路９の開度を調節づる
スワール調節弁１０が設けられている。このスワール調
節弁１０の作動は、後述りる制御ユニツ１〜４０により
、アクチュエータ１１を介しＴ　１ｌａＪ　ｐｌｌされ
るようにしている。

８気筒の燃焼ヱ７には、−次吸気通路８に連通りる一次
吸気ポート１３と、二次吸気通ｖ８９に連通づる二次吸
気ボート１４と、排気ボート１５とが１Ｆｆｌ　１．ｌ
　シ、これらのボー＋−１３，１４，１５の間日部に１
図外の動弁機構によってそれぞれ所定のタイミングぐ間
開作動される一次側吸気弁１６、二次側吸気弁１７およ
び排気弁１８が装備されている。また、燃焼室７内には
、点火プラグ２０が設けられるとともに、燃料噴射弁２
１および空気１１射弁２２が配設され−（いる。上記燃
料噴射弁２１は点火プラグ２０に向けて設けられている
。また、空気噴射弁２２は、燃料ｌｌ′１割弁２１に近
接して配置され、かつ、噴射空気が燃料噴射弁２１から
の鳴射燃籾に混入するように所定の向きに設番）られて
いる。なお、第１図では作図の便宜上、右端の気筒に対
し′（のみ燃料噴射弁２１おにび空気噴射弁２２の配置
を明らかにしたが、他の気筒にも同様にそれぞれ燃料Ｗ
ｎ１）Ｉ弁２′１および空気噴射弁２２が配置されてい
る。

上記燃料噴射弁２１は燃料噴射ポンプ２３に接続されて
いる。この燃料噴射ポンプ２３はタイミングベルト２４
およびプーリ２５．２６を介してエンジンのクランク軸
２７により駆動され、各気筒の燃ｒ１噴躬弁２１にそれ
ぞれ燃料を供給して噴射さゼるようにし、かつ、その噴
射ｎ始時期およびＩ＋、１１躬終了時期を電気的な制御
信号に応じ（調節することができる構造となっている。

また、空気１’／ｌ　（ＪＪ弁２２は空気リザーバ２９
を介しＣ空気ポンプ３０に接続され、この空気ポンプ３
０は、ベルト３１およびプーリ３２．３３を介して上記
クランク軸２７により駆動されるようにしてい゛る。図
では、エンジン始動時に空気リザーバ２９内の圧力上背
を１するため、空気リザーバ２９と空気ポンプ３０との
間に空気リターン通路３４を設置Ｊ　。

この空気リターン通路３４に、エンジン始動時にｊｉｌ
　ｎ１作動されるリサイクルバルブ３５が設けられてい
る。３６は空気ポンプ３０への空気導入相通ｒ８３７に
設けられたチェックバルブ、３８は空気リリーフ用通路
３９に設けられたリリーフ弁である。ｌ また、４０は各１！　！ＩＩ　ｉｌｌ　ｒｔｙためのｈ
Ｊ　ｌ１ｌＩ］ニツトであり１例えば第３図に示づよう
にマイクロコンビＪ−夕を用いた制御部４１および各種
変換器４２〜４７を含んでいる。上記１１１１Ｍ１部４
１には、アクセルｌｉｔ度センリ５１からＡ／Ｄ変換器
４２を介しＣアクセル間＋ｉ　（ｇ　号が入力されると
ともに、クランク角センサ−５２からＦ／Ｖ　（周波数
−電圧）変換器４３およびＡ／Ｄ斐挽器４４を介してエ
ンジン回転数信号がパノ〕され、このアクセル開度とエ
ンジン回転数とで負荷状態が検出されるＪ：うにし、ま
た、クランク角センサ５２からクランク角信りが入力さ
れている。また、実施側では、スモークの発生時および
エンジン温度が低いときに空気噴１１ＦＪｆｆｉを補正
するように、スモークの発イ１を検出づるスモークセン
サ５３と、エンジン温度に関連した温度として例えば冷
却水温を検出する水温センサ５４とからも・、それぞれ
Ａ１０変換器４５．４６を介し°Ｃスモーク（６号と水
温信号とが上記ｔ’Ｊ　１１［１部４１に入力されてい
る。さらに、後述づる始動時のｌｌｉ！Ｊｌｌｌのため
、前記空気リザーバ２９内の圧力を検出する圧力センサ
５５からＡ／Ｄ変換器４７を介しく９えられる圧力信号
と、スタート信号ザ５６から与えられるインタラブ（・
（割り込み信号）とし”（のスタート信号も上記１１ｉ
１Ｊ御部４１に入力されている。上記制御部４１は、燃
料噴射弁２１からの燃料ｖｎ躬を制ｎりる燃料制御手段
としＣの機能と、空気噴射弁２２からの空気噴射を制御
ｌｌする空気ｌ／Ｊ　１１１１手段としてのｍｒ＃とを
有し、直接には燃料噴６１ポンプ２３の作動および空気
噴射弁２２のＩＦＩＩ　Ｉ！ＪＪ作動をＩＩＪｌｔＩｌ
シている。また、前記スリール講節弁１０のアクチュエ
ータ１１および前記リサイクルバルブ３５も上記制御部
４１によって制御している。

上記１ｉ！Ｊ胛部４１内には、予め種々の運転状態にお
ＧＪる燃料と空気の各噴射開始時期および各噴射量ｊ’
　ｌ；５期がデータマツプとして記憶されＩいる。

そしてこのマツプにより、少なくとも低負荷時には吸気
行程後半ないし圧縮行程で燃料が噴射され、かつ負荷に
応じて燃料噴１１１量が制御されるように燃料の噴射Ｉ
ｆ１１ｆＪおよび噴射ｍが設定されるとともに、燃料噴
射時期に同期して空気が噴射され、かつ燃料噴ｔＪ４ｆ
ｆｉの増大に伴って空気噴射量が増大されるように空気
の噴射時期および噴射ｍが設定され°（いる。例えば第
４図に示づ−ような特性で上記時期が制御されるように
上記マツプが作成されている１、すなわら、第４図にお
いて、Ｆｓおよび［ｅはそれぞれ燃料の噴射開始時期お
よび噴射終了時期、Ａｓおよび八〇はそれぞれ空気の噴
射開始時期および噴射終了時期を示し、■は点火時期を
示づ。この図のように、低負荷領域では圧縮行程後半で
燃料が噴射され、その噴射終了時期Ｆｅ。

ＡＯが点火時期Ｉにほぼ一致するようにしている。

そして、負荷が高くなるにつれて燃料噴射期間を長くす
ることにより燃Ｉ３１噴射舟を増加さＩるにうに、燃料
の噴射開始時期Ｆ　Ｓ　ｆｆｉ設定されている。

また、この領域では空気噴射紡了峙期△ｅを燃料噴射終
了時期Ｆｅと一致させ、空気噴射開始時期Ａｓもほぼ燃
料ｖｎ則間始ＩＩＩＪＦｓに対応さぼることにより、空
気噴ｅＩ４ｍを燃料噴射ｍに対応させている。なお、高
負荷時の制御については本発明で限定しないが、燃料噴
射ｍが増加される＾餞荷時には、層状給気の必要がなく
、むしろ空気利用率を烏めて出力を向上させるには燃料
を分散させた状態で着火ダ°るダｉが望ましく、また、
この時には燃料の霧化、気化を目的とした空気噴射は必
要でない。このため、図示の特性では負荷がある程度高
くなると燃料および空気の噴射時期を早め、高ｆ１荷ｌ
ｒｉ域では吸気行程の前半に噴射が行われるようにづる
とともに空気噴射量を減少させるＪ：うにしくいる。

さらに上配制ａ１１部４１内には、予め種々め負荷状態
におけるスワール調節弁１０の開度がデータンツブどし
く記憶され、低負荷時に前記スワール調節弁１０を閉じ
、負荷が高くなるとそれに応じた間瓜にスツール調節弁
１ｏを聞くように、上記マツプが作成されている。また
、スモーク発生状１１！Ｊ３　Ｊ：び冷却水温に応じ、
空気の噴ｆＪＪ　ＩＦＩＩ始時期ΔＳまたは終了時期△
ｅを補正Ｊることによって空気噴Ｑ」聞を補正づる補正
係数も予め設定されている。例えば、空気噴射開始時期
Ａｓを補正する場合、第５Ｐ１（八）に示ブようにスモ
ークＳに応じた補正係数ＳＳは、スモークＳが少ないと
きは１とされてスモークＳが増加Ｊると減少され、また
、第５図（Ｂ）に示すように冷却水温Ｔに応じた補正係
ｖ！、ｒｓは、冷却水温Ｆが５０′ｃ以上のとぎは１と
されてそれ以下では減少されている。

」二記制御ｊ１ニット４０によって実行される制御を７
日＝チャートで示すと第６１ｉＪおＪζび第７図のよう
になる。

第６図に示づメインルーヂンにおいては、先ず負荷状態
を決定づるアクセル開度Ａとエンジン回転数Ｒの各検出
信号が入力され（ステップ×１）、この信号に基づき、
予め前記の第４図に示づ特性を与えるように設定された
マツプから、王の時の負荷状態に応じた燃料と空気の各
噴ｆＪ４間始時期Ａｓ、Ｆｓおよび各噴９Ａ終了時１１
Ａｅ、Ｆｅが演粋される（ステップＸ２　、　Ｘ３　）
。さらに、スモークＳおよび冷却水ＩＴの検出イｎ＠が
入力されて、これらに応じた補正係数Ｓｓ、ＴＳがめら
れ、この両袖正係数３ｓ、ｌ−ｓが上記空気噴射開始時
期Ａｓに＠絆される（ステップ×４〜Ｘ７）。次に、ク
ランク角θの検出信号を練返し入力しつつクランク角θ
が上記１１１　＊Ｊ　ＩＦｆｌ　９ｈ　ＩＩＹ期Ａｓ、
Ｆｓに達づるのを持ってｈζら、燃料および空気の噴射
を開始する制御が行われる（ステップ×８〜Ｘ＋ｏ）。

引続いてクランク角θの検出信号を！！ｉ！返し入力し
つつクランク角θが上記噴射終了時Ｉｌｌ△ｅ、Ｆｅに
達りるのを持ってから、燃料および空気の噴射を終了づ
る制御が行われる（ステップＸ＋＋〜Ｘ１３）。さらに
、上記アクセル１ＦＩｌ廓△とエンジン回転数Ｒとに応
じて、前記スワール調節弁１０の開度（Ｓ弁開度＞Ｓｏ
が演絆され、このＩＦｉ１度Ｓｏを与える制御信号が前
記アクチュエータ１１に出力される（ステップＸ１４　
、　Ｘｒｔ　＞　、、その後ステップ×１に戻り、以上
のフローが繰返されるようにしている。

このような制御により、低負荷時には、圧縮行程後半の
所定時期に燃料噴射弁２１から点火プラグ２０に向ＩＪ
て燃料が噴射され、主に点火プラグｆＪ近に燃料が供給
されて燃焼室７の他の部分ではｆｆ１Ｆｌが希薄な状態
で点火が行われる。、従って、少ない燃料でも着火、燃
焼が可能となってエンジンを作動さμることができる。

また、この場合に一次吸気通路８から燃焼室７に空気が
過剰に供給されても差し支えないので、図ではスロット
ルバルブを省略して一次吸気通路８からの吸気は制限し
ないようにし、これによってボンピングロスを低減して
いる。そして、このように燃料が点火プラグ２０に向け
て噴射されるとき、これにあわせて空気噴射弁２２がら
空気が噴射され、この空気が噴射燃料に混入して積極的
に燃料の霧化、気化が行われる。とくに燃料噴射量に対
応して空気噴射量が制御されるので、燃料が分散しすぎ
ない程度の範囲で燃料の霧化、気化の促進が適切に行わ
れ、着火性が向上される。

一方、高負荷時には、燃料噴則ｍが増加されるとともに
、吸気行程の前半に燃料が１１１１され、また、スワー
ル調節弁１０が開かれ−（二次吸気通路９からの吸気に
より燃焼室７内のスワールが高められるため、燃料が燃
焼室７内に充分拡散されてから点火が行われることとな
る。

なお、燃料の霧化、気化が不十分な場合はスモー・りが
増加し、また、エンジン濡洩（冷却水温）が低いときは
燃料の粘性が鳥くなって霧化、気化が行われにくくなる
が、これらの場合には前記ステップ×４〜×７による補
正で空気の１剣ｍが増量され、燃料の霧化、気化がより
適切に行われるようにしくいる。

ｆｌ、／、＝　１第７図に示１割込みルーチンは、始動
時の制御を行うもので、前記スタートセンサ５４からの
信号によって開始され、まｆ前記圧力゛センサ５３から
の圧力信号が入力され（ステップＹｔ　）、その圧力］
〕が設定値α以上か否かが判別される（ステップＹ２　
）。上記圧ノｙ　Ｐが設定値α未満であれば、前記リリ
イクルバルブ３５が聞１！Ｊ１作動を繰返づように制御
され（ステップＹ３）、これによって前記空気リザーバ
２９内の圧力上昇が促進される。上記圧力Ｐが設定値α
以上になると、前記リリ°イクルバルブ３５が■じられ
るとともに、始動用の燃料および空気が噴射される（ス
テップＹ４）、イして、始動が終了したか否かがマり別
され（ステップＹ５）、始動が終了すると前記の第６図
に示すメインルーヂンに戻されるにうにし′Ｃいる。

第８図および第９図は本発明の別の実施例を示づ。この
実施例では燃料噴射弁２１′および空気噴用弁２２が一
次吸気ボート１３に設番プられ、この場合も、燃料Ｗｎ
射弁２１′は燃焼室７内の点火プラグ２０に向けて配置
され、空気噴射弁２２％よ１ｆｌｌＦＪ燃料に空気を混
入さけるように配置されて０る。また、この実施例にお
いて燃料噴射弁２１′は、空気噴射弁２２と同様に、制
御コーニツ１−４０によって直接にＵＩＩ閉作動が制御
されるようにしてあり、この場合に燃料噴射弁２１′は
、通常のガソリンエンジンに用いられているような燃料
Ｓ％躬ポンプ（図示省略）に接続しておけばよい。

このように上記各噴射弁２１’　、２２を吸気ボート１
３に設ける場合、吸気弁１６が閏じるまでに燃料を噴射
させる必要があるので、第１０図に示すように、低負荷
領域では吸気行程の終期に燃料および空気が１％射され
るようにそれぞれのＷＡ銅冊始時ｍＡｓ、Ｆｓおよび噴
ｔＡ終了時１ｐＪ　Ｆ　ｅ　、Δｅが設定されているが
、この点を除けば第１の実施例と同様に制ｇＯ装置が構
成されている。

（発明の効果） 以上のように本発明は、エンジン低負楠時に、吸気行程
後半から圧縮行程の所定の時期に燃料をｊ：、１人プラ
グに向けて噴射゛りるとともに、この噴射燃別に空気噴
ｎＪ弁からｌ’ｌ射した空気を混入さぜるＪ、うにして
いるため、いわゆる豹状給気により希薄燃焼おＪ：びボ
ンピングロス低減が可能となって燃費が向上され、しか
も、燃料の霧化、気化が促進される。とくに、燃料噴射
量の増加に伴って空気噴射ｍも増加されるようにしてい
るので、適切に燃料の霧化、気化が行われ、着火性およ
び燃焼性が格段に向上されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示り全体概略図、第２図は
その燃焼室部分およびその近傍部の拡大図、第３１！ｌ
はｉｉ’Ｊ９１１系統のブロック図、第４図は燃料およ
び空気の噴射時期の特性図、第５図（△）（Ｂ）はそれ
ぞれスモークおよび冷却水温に応じた浦ｉＦ係数の特性
図、第６図および第７図は７０−ブ驚・−ト、第８図は
別の実施例を示す全体概略図、第９図はその第２図相当
図、第１０図はこの実施例による場合の第４図相当図ぐ
ある。 ２０・・・点火プラグ、２１．２１’・・・燃料噴射弁
、２２・・・空気噴射弁、４０・・・制御ユニツ１−１
５１・・・アクセル開度センサ、５２・・・クランク角
センサ。 特許出願人　東洋工業株式会社 第　６　図 第　７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．１ンジンの点火プラグに向けて配置された燃料噴射
   弁と、該燃料噴射弁からの噴射燃料に干渉する方向に空
   気を１１１射覆る空気噴射弁と、エンジンの９荀状態を
   検出覆る負荷検出手段と、エンジンのクランク角を検出
   するクランク角検出手段と、（−記負荷検出手段とクラ
   ン″り角検出手段との出力を受【ブー（、エンジン低角
   荷時、吸気打栓後半から圧縮行程の所定の時期に燃料を
   噴射させるように」−記燃料噴射弁を制御する燃料制御
   手段と、燃料噴射に同期しＣ空気を噴射させるとともに
   燃料用０１市の増大に伴って空気Ｗｉｎ射吊を増大さゼ
   るＪ：うに空気噴射弁を制御する空気制御手段とを設曝
   〕たことを特徴とＪる層状給気エンジン。