JPS6116224A - 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） 従来から、例えば特開昭５６−１４８６３６号公報もし
くは特開昭５８−８５３１９号公報に見られるように、
吸気弁を介して燃焼室に通じ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域では、吸気行程
の後半に燃料を噴射して燃焼室の上層部分に燃料を偏在
させるとともに、燃焼室内に導入される吸気にスワール
を生成し、こうして成層燃焼を行うようにした装置が知
られている。このような装置によると、点火プラグが位
置する燃焼室の上層部分に燃料が偏在彩ることにより、
燃焼室の下層部分は空気のみまたは非常に稀薄な混合気
であっても、点火プラグ付近では着火に必要な空燃比が
確保されて良好な燃焼性が得られるため、全体として空
燃比をリーン化することができる。従って燃費性を改善
することができるとともに、未燃焼成分の排出を抑制し
てエミッション性を向上することができる。

上記の装置において吸気スワールを生成しているのは、
燃焼室の上層部分の燃料が圧縮行程で下層側に拡散する
ことを抑制し、成層化状態を維持するためである。ただ
しこのように吸気スワールを生成した場合、燃焼室の上
層部分の外周側に燃料が多く偏在する傾向が生じる。一
方、点火プラグは火炎伝播距離をできるだけ小さくする
ため燃焼室の中心に比較的近い位置に設りられており、
このような点火プラグの位置を考慮した場合、より効果
的に成層燃焼を行うには、燃焼室上層部分のうちでもと
くに点火プラグ付近により多く燃料を集めるようにする
ことが望まれる。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、吸気スワールによって
燃料の拡散を抑制した状態で成層燃焼を行う場合、燃焼
室の外周側に燃料が多く偏在する傾向を修正して、点火
プラグ付近に燃料を集め、これにより全体として空燃比
のリーン化をより一層高めることのできる燃料噴射装置
付エンジンを提供するものである。

（発明の構成） 本発１ｊば、燃焼室を構成するシリンダの周方向に吸気
スワールを生成する装置を備えるとともに、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（ブ
、少なくともエンジンの低負荷域において、吸気弁の開
期間中で、かつ吸気弁ｆｉｉ１％Ｉ所定時間おいて該燃
料＠躬弁から１回の燃焼に必要な燃料を噴）１供給する
ようにした燃料ＩＩＪｉ射装置付エンジンにおいて、燃
焼室を形成するシリンダヘッド下面に、上記吸気スワー
ルをシリンダ外周方向から点火プラグ方向に変向させる
壁部を形成したものである。つまり、圧縮行程の終期に
も持続する上記吸気スワールによって燃焼室上層側の外
周に偏在しがちな燃料が、上記壁部で変向された気流に
より点火プラグ付近に送られるように開成したしのであ
る。

（実施例） 第１図は燃料噴射装置付エンジンの全体構造を概略的に
示し、この図において、１はエンジン本体であって、例
えば４つのシリンダ２（図では１つのシリンダのみ示す
）を右している。この各シリンダ２の燃焼室３にはそれ
ぞれ吸気弁４　ａ３よび排気弁５を介して吸気通路６お
よび排気通路７が連通している。上記吸気通路６のサー
ジタンク８上流の集合部にはスロットル弁９が配設され
、吸気通路６の上流端側にエアクリーナ１０が接続され
、エアクリーナ１０の下流には吸入空気量を計測ターる
エアフローメータ１１が設けられている。

吸気通路６の下流側の気筒別分岐部分にはそれぞれ燃料
噴射弁１２が配設され、各燃料噴射弁１２には燃料供給
通路１３が接続され、図外のレギュレータを介して燃料
タンクから各燃料噴射弁１２に燃料が供給されるように
している。上記排気通路７には触媒１４等の排気浄化装
置が設けられている。

また、１６はマイクロコンピュータを用いた制御装置で
あって、インターフェース１７とＣＰｔＪ１８とメモリ
１９とからなっている。この制御装置１６には、前記Ｙ
アフローメータ１１と、ディストリビユータの回転角か
らクランク角および特定シリンダのピストン上死点を検
出するクランク角センサ２１と、エンジンの冷却水温度
を検出する水温センサ２２と、スロットル弁９の開度変
化によって加速状態を調べるためのスロワ１−間開度セ
ンサ２３とからの各検出信号が入力されている。

そして上記制御装置１６は、後に詳述するように、上記
各検出信号に基づぎ、少なくともエンジンの低負荷時に
は吸気弁４の開期間中でかつ吸気弁４が開いてから所定
時間経過した時期に、運転状態に応じた必要量の燃料が
燃料噴射弁１２から噴射されるように、制御信号として
の噴射パルスにより燃料噴射弁１２を制御している。な
お、２０はイブニラシコンスイッチである。

第２図および第３図は燃料噴射装置付エンジンの主要部
のｅｆ４３？ｊの具体例を示している。これらの図にお
いて、シリンダ２内のピストン２５の上面と対向するシ
リンダヘッド２６下面は上方へ半球面状に湾曲し、この
シリンダヘッド２６下面とピストン２５との間に燃焼室
３が形成されている。

この燃焼室３を形成するシリンダヘッド２６下面には、
前記吸気弁４および排気弁５によって開閉される吸気口
２７および排気口２８が開設され、吸気口２７に連通ず
る吸気通路６の下流側部分および排気口２８に連通ずる
排気通路７の上流側部分がシリンダヘッド２６の内部に
形成されている。

さらにシリンダヘッド２６には、先端が燃焼室３に突入
する点火プラグ２９が取付けられており、この点火プラ
グ２９は燃焼室３の周辺よりもある程度内側に配置され
ている。また吸気スワールを生成する装置として、吸気
通路６の下流側部分には、スワール生成用の一次側吸気
通路３１ど、二次側吸気通路３２とが隔壁３３によって
区画形成されている。

上記−次側吸気通路３１は通路面積が比較的小さく形成
され、かつ下流端が上記吸気口２７の近傍においてシリ
ンダ２の周方向に向かって開口しており、−次側吸気通
路３１を流れる吸気の流速を高めるとともにこれをシリ
ンダ２の周方向に導入して吸気スワールを生じざＶるよ
うにしている。

また二次側吸気通路３２は、シリンダ２の中心とほぼ平
行にピストン２５の上面に向かって開口し、スワールを
付与することなく吸気を導入するようにしている。この
二次側吸気通路３２には、吸気口２７に比較的近い位置
に前記燃料噴射弁１２が配置されるとともに、その上流
に、低負荷時に閉じられる開閉弁３４が設けられている
。この開閉弁３４はスロットル弁９が所定開度以上のと
きこれに連動して開かれ、あるいは吸気負圧や排圧によ
って高負荷時に間かれるようになっている。

こうして、上記開閉弁３４が閉じている低負荷時には一
次側吸気通路３１のみから吸気が燃焼室３に導入されて
大きな吸気スワールＡを生じ、開閉弁３４が開かれる高
負荷時には二次側吸気通路３２からも吸気が導入される
ことにより吸気スワールＡが抑制されるようになってい
る。

また燃焼室３を構成するシリンダヘッド２６の下面には
部分的に突出部３５が設けられ、この突出部３５の吸気
スワールＡに向かう側の側辺部に、吸気スワールＡを点
火プラグ２９方向に変向させる壁部３６が形成されてい
る。この壁部３６は、底面側からみると第３図に示すよ
うに、燃焼室３の外周所定位置から点火プラグ２９の周
辺にまでわたって湾曲した形に形成され、シリンダヘッ
ド２６の、下面から段状に下方に突出している。上記突
出部３５における上記壁部３６を形成する側辺以外の側
辺および周辺は、シリンダヘッド２６の下面に滑らかに
連続している。なお、上記壁部３６は、吸気行程で燃焼
室３に導入される吸気流に対しては抵抗とならず、主に
圧縮行程終期にシリンダヘッド２６下面に沿った吸気ス
ワールＡをｉ′向させることができる程度に、シリンダ
ヘッド２６下面からの突出量が比較的小さく形成されて
いる。

第４図は、吸気弁４の開期間と、前記制御ｍ装置１６に
よって設定される成層燃焼のための燃料噴射時期との関
係を示している。この図に示すように燃料噴射時期は、
上死点ＴＤＣ前の吸気弁−４が開き始める時１０から下
死点ＢＤＣ後の吸気弁４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時期θ０を中心
とし、これを基準に、噴射パルス幅に相当する噴射角（
噴射期間）θに応じて燃料噴射開始時期θ１および噴射
終了時期θ２が設定される。そして、負荷が増大すると
噴射角θが大きくなり、これに伴って燃料噴射開始時期
θ１が早くなるとともに、噴射終了時期θ２が遅くなる
ようにしている。なお、成層化のための燃料噴ｅｊ　ｖ
ｉ期は吸気行程期間中で吸気弁開時期よりある程度遅い
時期であればよく、吸気行程終期に燃料を噴射してもよ
い。ただしこの場合は気化、霧化があまり進行していな
い燃料が流入することとなり、これと比べて吸気行程中
期に燃料を噴射させた場合は、気化、霧化が促進され、
かつこうしても充分に燃焼室３の上層側に燃料を偏在さ
せることができる。

さらに前記制御装置１６による制御をフローチャートに
よって具体的に示すと第５図のようになる。すなわち、
エンジンが作動すると、ＣＰＵ　１８は、クランク角セ
ンサ２１、エアフローメータ１１、水温センサ２２、ス
ロットルはンサ２３の各信号を読み込んでぞの多値をレ
ジスタＴ、Ａ。

Ｗｌ、Ｖに２憶させる（ステップ８１〜Ｓ４）。

次にエンジンの始動時か否かを判定しくステップＳ５）
、エンジン始動時であれば、吸入空気量に基づいＣ燃料
噴射間を算出することができないので、予め定めた始動
−噴射量βをレジスタＩに記憶させてこれに基づき燃料
噴射を行なわせ（ステップＳ６．Ｓ７）、その後、ステ
ップ＄１に戻って上述の処理を繰返づ。

エンジン始動＠（ステップＳ５でＮｏと判定したとき）
は、レジスタＴ内のクランク角からエンジン回転数を演
算してこれをレジスータＲに記憶させ、このエンジン回
転数とレジスタＡ内の吸入空気量とに応じた基本燃料噴
射量を演算してこれをレジスタＩに記憶させる（ステッ
プ８１３．’８９）。

次に、レジスタＶ内の記憶内容から求めた加速度ｄＶ／
ｄｔが設定値αにり大きいか否かを判定づ。

ることにより加速時か否かを調べ（ステップ５ｔｏ）、
加速時には増ｍ用の補正値β１をレジスタＣ２に記憶さ
ｔ！（ステップ５１１）、加速時でなければレジスタＣ
２の値をＯとする（ステップ５１２）。

さらに設定温度Ｗｏ　　（例えば６０℃）どレジスタＣ
２内のエンジン冷却水温との温度差に補正係数Ｃ１を乗
算した温度補正量と、レジスタＣ２内の値とをレジスタ
■内の曇本燃Ｉ′！ｌ噴射吊に加算し、その値［１＋Ｃ
＋　　＜Ｗｏ　−Ｗｌ）＋０２　］を実際燃料噴射量と
してレジスタＩに記憶させ、この実際燃料噴射用から噴
射角を決定してそれをレジスタθに記憶さける（ステッ
プＳ＋：＋、Ｓ＋４＞。

次に吸気行程の略中間に設定された基準時期θ０どレジ
スタθ内の噴射角とから、［θ１−θ〇−θ／２］およ
び［θ２＝θ０＋θ／２］と演幹して噴射開始時期θ１
および噴射終了時期θ２を求め、つまり上記の基準時期
θ０よりθ／２だ【プ前後に噴射開始時期θ１および噴
射終了時期θ２を定める（ステップＳ１５．５１６）。

そして、上記噴射開始時期θ１に達づるまで待機してか
ら燃料噴射弁１２に噴射信号を与えて噴射を開始し、さ
らに噴射終了時期まで待機してから噴射信号を停止して
噴射を終了づる（ステップ８１７〜５２０）。

その後ステップＳ１に戻って以上の処理を繰返す。

このような制御により、吸気弁開期間の中間付近で燃料
が噴射されて、燃料が燃焼室３の上層側に偏在Ｊる。ま
た低負荷時には前記開閉弁３４が閉じられて前記−次側
吸気通路３１のみから吸気が行われることにより大ぎな
吸気スワールが生成され、この吸気スワールにより圧縮
行程における燃料の拡散が抑制されるため、成層燃焼が
行われる。

このように成層燃焼が行われる場合に、シリンダヘッド
２６下面には前記壁部３６が設けられているため、とく
に圧縮行程の終期には、燃焼室３の上層側のシリンダヘ
ッド２６下面に沿った吸気スワールＡが前記壁部３６に
案内されて点火プラグ２９に向かう方向に変向される。

これに伴い、本来の吸気スワールによっては点火プラグ
２９より外側の燃焼室３外周に多く偏在する傾向がある
燃料が、点火プラグ２９付近に多く送られることとなる
。従って上記壁部３６を設【プない場合と比べ、点火プ
ラグ２９付近により多く燃料を偏在させることができる
。

なお、吸気スワールＡを生成するための構造、および燃
焼室３における点火プラグ２９と排気口２８の位置関係
等は上記実施例に限定されず、種々変更可能である。例
えば、上記実施例では点火′プラグ２９を吸気口２７の
一次側吸気通路３１開口位置とは反対側の位置と排気口
２８との間の部分に配置しているが、第６図に示すよう
に点火プラグ２つと排気口２８との位置関係を上記実施
例とは逆にしておいてもよい。また第７図に示ずように
、燃焼室３にそれぞれ吸気弁４ａ、４ｂで開閉される２
つの吸気口２７ａ、２７ｂを開口させ、この各吸気口２
．７ａ、２７ｂに、開閉弁３４より下流にＪ′３いて二
次側吸気通路３２を分岐さゼた分岐通路３’２ａ、３２
ｂを接続するとともに、一方の吸気口２７ａの近傍にス
ワール生成用の一次側吸気通路３１の下流端を間口させ
るように、吸気系を構成してもにい。また第８図に示（
ように、スロットル弁９より下流の吸気通路６を、スワ
ール生成用の一次側吸気通路４１と、低負荷時に閉じら
れる開閉弁４４を備えた二次側吸気通路４２とに分岐さ
ゼ、これらの通路４１．４２を、燃焼室３に開口してそ
れぞれ吸気弁４ｃ、４ｄで開閉される２つの吸気口２７
０．２’７ｄに個別に接続し、上記−次側吸気通路４１
の下流側部分はシリンダ周方向に向けて吸気を送るよう
に屈曲させた構造としてもよい。この図において燃料噴
射弁１２は一次側吸気通路４１に設けられている。

これらの実施例による場合も、第１の実施例と同様に燃
料噴射時期を制御するとともに、シリンダヘッド下面に
吸気スワールＡを点火プラグ２つ方向に変向させる壁部
３６を設けておくことにより、有効に成層燃焼が行われ
る。

（発明の効果） 以上のように本発明は、少なくともエンジンの低負荷時
には吸気弁開後所定時間おいて燃料を噴射して燃焼室上
層側に燃料を偏在させ、かつ吸気スワールによって圧縮
行程で燃料が拡散することを防止するとともに、シリン
ダヘッド下面に吸気スワールを点火プラグ方向に変向さ
せる壁部を設けることにより、本来の吸気スワールによ
っては燃焼室上層部の外周に多く偏在しがちな燃料を点
火プラグ付近に多く送ることができるようにしている。

このため、上記壁部を設けない場合と比べてより効果的
な成層燃焼が行われ、着火性を向上し、全体としての空
燃比をより一部リーン化でることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料＠射装置イ」エンジンの概略図、第２図は
本発明の要部の実施例を示Ｊ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図は吸気行程に対する
燃料噴射時期を示す説明図、第５図は燃れ噴射弁に対す
る制御のフローチャート、第６図および第７図はそれぞ
れ別の実施例を示す第３図相当図、第８図はさらに別の
実施例を示すシリンダヘッドの一部断面底面図である。 １・・・エンジン本体、２・・・シリンダ、４・・・吸
気弁、６・・・吸気通路、１２・・・燃料噴射弁、１６
・・・制御装置、２９・・・点火プラグ、３１．４１・
・・スワール生成用の一次側吸気通路、３６・・・壁部
。 第　　６　　図 第　　７　　図 第　　８　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼室を構成するシリンダの周方向に吸気スワール
   を生成する装置を備えるとともに、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
   エンジンの低負荷域において、吸気弁の開期間中で、か
   つ吸気弁開後所定時間おいて該燃料噴射弁から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、燃焼室を形成するシリンダヘッド
   下面に、上記吸気スワールをシリンダ外周方向から点火
   プラグ方向に変向させる壁部を形成したことを特徴とす
   る燃料噴射装置付エンジン。