JPS61226559A - 内燃機関の混合気制御装置 - 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、内燃機関の吸気装置に関する。

〈従来の技術〉 この種の内燃機関の吸気装置の従来例として第７図に示
すようなものがある（特願昭５８−２２５３５６号参照
）。

すなわち、各気筒毎に第１及び第２吸気弁ＩＡ。

ＩＢと、これら吸気弁に独立して至る第１及び第２吸気
ボー）２Ａ、２Ｂを設け、それらの一方、例えば第２吸
気ポート２Ｂにバタフライ式の開閉弁３を介装する。

そして、機関の低速域では開閉弁３を閉じ、第１吸気ポ
ート２Ａのみから燃焼室４に吸気を供給することにより
、燃焼室４の内周壁に沿って流入する吸気流にて燃焼室
４にスワールを形成し、低速時の燃焼改善を図る。また
、中速〜斉速域では開閉弁３を開き、両吸気ポー１−２
Ａ、２Ｂから燃焼室４に吸気を供給し、吸気充填効率を
高め機関出力の向上を図るようにしている。

ここで、開閉弁３は常用運転領域では開く頻度が少ない
ため、安定した空燃比制御が図れるように、燃料噴射弁
５を常時開通する第１吸気ボート２Ａ側に設けている。

尚、排気弁６Ａ、６Ｂ及び排気ボート７Ａ、７Ｂも２つ
ずつ備えられ、また点火栓８は燃焼室４の中心付近に備
えられている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、このものにおいては、開閉弁３が開かれる中
・高速域では第１吸気ボート２Ａからの吸気量が全量の
略半分であるのに対し、燃料は全量が第１吸気ボート２
Ａに供給され、かつ、特に開閉弁３が開に切り換えられ
た直後の中速域では吸気流速も小さいため、燃料と空気
とが混合しにくい状態にある。

このため、先願発明では、燃料噴射弁５の噴霧角を広げ
て燃料の大部分を第１吸気ボー）２Ａ内壁に付着させ、
燃焼室４に至るまでに冷却水等により十分に加熱して気
化を促進することにより、混合気性状の改善を図ってい
る。

しかしながら、混合性改善の効果は、殆ど開閉弁３が開
かれる中・高速域でのみ発揮されるものであり、開閉弁
３が閉じている低速域の空燃比フィードバック制御を行
う常用域ではもともと空燃比が理論混合比に近い値であ
る上に、燃料噴射弁５が設けられた第１吸気ボート２Ａ
から全吸気量が導入されるため、混合気の性状は良好で
あり、・スワールにより燃焼状態はさらに改善されるか
ら、燃料の壁面付着による混合性改善の必要性は殆どな
い。

かかる低速域では、むしろアクセル操作に応じたタイミ
ングのよい応答性が運転性（加減速性）の確保の上で重
要であり、前記燃料を壁面に付着させる構成では応答性
が低下するため、燃料の噴霧角を小さくして吸気ポート
壁面への付着を防止する方が好ましい。

ところで、燃料の噴霧角θであるが、第６図（４）に示
すように、燃料噴射弁のニードルの先端の形状に大きく
依存し、先端部を噴射方向に拡径させた形状とすること
によりコーン状の噴霧となるが、この時噴射圧力（供給
燃料圧力）も重要な要因となる。すなわち、燃料圧力を
あげればニードルとノズルの間を高速で燃料が流出する
ため、ニードルの先端部で大きな動圧を受けて方向が変
わり、広い噴霧角となるのであるが、燃料圧力を下げれ
ば比較的速度の小さい流れとなって燃料流はむしろ１つ
の束となってまとまった噴流を形成し、ニードルの先端
部の形状に対して鈍感になる。

本発明は、上記の点に着目してなされたもので、開閉弁
が閉じる低速域では燃料の噴霧角を小さくして応答性を
良好に維持し、開閉弁が開く中・高速域では燃料の噴霧
角を大きくして燃料と空気との混合性を高めるようにし
た内燃機関の混合気制御装置を提供することを目的とす
る。

〈問題点を解決するための手段） このため、本発明は、燃料噴射弁に供給される燃料の圧
力を開閉弁が閉じる低速域では相対的に低（、開閉弁が
開く中・高速域では相対的に高く制御する手段を設けた
構成とする。

く作用〉 かかる構成とすることにより、開閉弁が閉じる低速域で
は燃料供給圧力が小さいため燃料噴射弁からの燃料の噴
射速度が小さく、これに伴って噴霧角も小さくなるので
噴射燃料の大部分は吸気ポート壁に付着することなく吸
入空気と共に燃焼室内に流入し、応答性を良好に確保す
ることができる。

一方、開閉弁が開く中・高速域では、燃料供給圧力が高
いため、燃料噴射弁からの燃料の噴射速度が大きく、こ
れに伴って噴霧角が拡げられる結果、吸気ボート壁に付
着する燃料を多くして十分に気化を促進して空気との混
合性を高めることができる。

〈実施例〉 以下に本発明の実施例を図に基づいて説明する。

一実施例の全体構成を示す第１図において、４気筒機関
の各気筒毎に第１．第２吸気弁１１Ａ、　１１Ｂとこれ
らに独立して至る第１．第２吸気ボート１２Ａ、１２Ｂ
とを備えると共に、第１吸気ポート１２Ａには燃料噴射
弁１３．第２吸気ボート１２Ｂには開閉弁１４が設けら
れる。各開閉弁１４を固定した支軸１５の端部はレバー
１６を介してダイヤプラム式のアクチュエータ１７に連
結される。アクチュエータ１７の圧力作動室１７ａは、
第１電磁弁１８の出力ボート１８ａに接続されており、
制御回路１９により第１電磁弁１８の通電を断続して、
前記出カポー目８ａを、大気圧ポート１８ｂと負圧源に
接続する負圧ポート１８ｃとに選択的に連通させること
によって、圧力作動室１７ａに大気圧と負圧とを選択的
に導入する。

２０は、負圧を蓄圧するバキュームリザーバ、２１はチ
ェックバルブである。

機関の低速域では、圧力作動室１７ａに大気圧が導かれ
て出力ロット１７ｄが延び出し位置にあり、この位置で
開閉弁１４は閉じ、中・高速域では圧力作動室１７ａに
負圧が導かれて出力ロット１７ｂが引き込み位“置にあ
り、この位置で開閉弁１４は開かれている。

一方、前記各気筒の燃料噴射弁１３に燃料を供給する系
統が次のように構成されている。

即ち、燃料はフューエルタンク２２からフューエルポン
プ２３で吸入され加圧されて吐出される。次にフューエ
ルダンパ２４によりフューエルポンプ２３で生じる燃料
の脈動が減衰され、さらにフューエルフィルタ２５で塵
埃や水分が除去された後、プレッシャレギュレータ２６
で所定の圧力に調整された燃料が各気筒の燃料噴射弁１
５から所定の周期で機関運転条件に応じて設定された噴
射量だけ噴射される。

尚、余剰燃料はプレッシャレギュレータ２６からフュー
エルタンク２２に戻される。

前記プレッシャレギュレータ２６は第２図に示すように
、ダイヤフラム２６ａで画成される圧力調整室２６ｂが
、吸気絞り弁下流の吸気通路に連通ずると共に、第２電
磁弁２７を介して大気と連通、遮断自由な負圧導入管２
８が接続される。第２電磁弁２７は大気圧ボート２７ａ
がチェックバルブ２９を介して大気と連通しており、前
記制御回路１９からの信号により開閉弁１４が閉じる低
速域では第２電磁弁２７への通電が断たれて閉弁し、前
記負圧導入管２８と大気圧ボート２７ａとの連通が遮断
されるが、開閉弁１４が開かれる中・高速域では第２電
磁弁２７が通電されて開弁し、負圧導入管２８と大気圧
ボート２７ａとが連通ずる。

また、プレッシャレギュレータ２６のダイヤフラム２６
ａにより圧力調整室２６ｂの反対側に画成される燃料室
２６ｃには、燃料噴射弁１３に供給される燃料圧力が導
かれ、該燃料圧力と圧力調整室２６ｂに導かれる制御負
圧との差圧が、圧力調整室２６ｂに介装されたスプリン
グ２６ｄの付勢力を上回ると、ダイヤフラム２６ａが図
中上動じてフューエルタンク２２への戻し通路を開き、
余剰燃料をフューエルタンク２２に戻すようになってい
る。

これにより、燃料圧力は制御負圧との差圧を一定に保つ
ように調整される。

次に作用を説明する。

機関の低速域では第１電磁弁１８が閉じてアクチュエー
タ１７により開閉弁１４が閉じており、この状態で第１
吸気ボー）１２ａのみから吸気が行われるので、燃焼室
２７内に強いスワールが形成される。

一方、第２電磁弁２７が閉じてプレッシャレギュレータ
２６の圧力調整室２６ｂには吸気負圧がそのまま導入さ
れる。この場合、燃料噴射弁１３へ供給される燃料圧力
は、吸気負圧に対してこれより所定値以上高くなるよう
に調整され、低速の常用領域では吸気圧（絶対圧力）は
小さいため、燃料圧力は比較的小に保たれる。したがっ
て、燃料噴射弁１３からの噴霧角θは第３図に示すよう
に小となり、噴射燃料の大部分は第１吸気ポー）１２Ａ
壁に付着することなく吸入空気と共に燃焼室３０内に導
入される。

したがって、燃料の粒径は大きいのであるが、かかる低
速域では、前記したように燃焼室３０内に強いスワール
を生じるため、燃焼室３０内においてスワールによって
十分吸入空気と良好に混合され、燃焼性は十分良好に維
持できる。

また、過渡運転時に燃料噴射量が急変する場合は、噴射
燃料が直接燃焼室３０に導入されることにより応答性も
良好に確保でき、加・減速性能にも優れる。

機関の中・高速域では第１電磁弁１８が通電されて開き
、アクチュエータ１７が作動して開閉弁、１４が開かれ
る。これにより、第１吸気ポート１２Ａと第２吸気ボー
ト１２Ｂの双方から吸気が行われ、通路抵抗の減少によ
り吸気充填効率が向上し、高出力を確保できる。

一方、第２電磁弁２７が通電されて開き、プレッシャレ
ギュレータ２６の圧力調整室２６ｂには吸気負圧と大気
圧との中間の負圧が導入される。したがって、燃料噴射
弁１３に供給される燃料圧力は、吸気圧より大きな圧力
（絶対圧力）に対してこれより所定値以上高くなるよう
に調整され、低速域に較べて高圧に保たれる。

したがって、燃料噴射弁１３からの噴霧角θは第４図に
示すように大となり、噴射燃料の多くが第１吸気ボート
１２Ａ壁に付着する。このため、付着燃料は冷却水等の
機関熱を受けて第１吸気ボート１２Ａ内で十分に気化、
霧化を促進された後、燃焼室３０内に導入されるので、
燃焼室３０内にスワールを生じなくとも混合気性状を良
好にすることができ、これに伴い良好な燃焼性が確保さ
れ、燃費。

出力性能が高められる。

特に、開閉弁１４が開に切り換えられる付近の中速域で
は、吸気流速が小さいため、噴霧角が小さく燃料粒径が
大きい場合には混合性が大きく損なわれるため、噴霧角
を大とすることによる効果が大きい。

尚、ターボチャージャ搭載機関の場合は、高速の高過給
領域においてノンキングを避けるために特に空燃比を濃
く設定しているが、この場合は圧力調整室２６ｂに過給
圧がそのまま導かれる（チェックパルプ２９により大気
の導通は遮断される）ため、十分高い燃圧を確保でき、
噴霧角θが大きく、混合性も高められる。

ここで、プレッシャレギュレータ２６．第２電磁弁２７
．負圧導入管２８及び制御回路１９が燃料圧力を低速域
で小さく、中・高速域で大きく制御する手段を構成する
。

第５図は、プレッシャレギュレータの変形態様による第
２の実施例を示す。全体構成については第１実施例と同
様である。

即ち、プレッシャレギュレータ３１のダイヤフラムを制
御負圧を受圧する第１のダイヤフラム３１ａとこれに中
心部で連結され燃料圧力を受圧する第２のダイヤフラム
３１ｂとで構成し、第１のダイヤフラム３１ａの受圧面
積を第２のダイヤフラム３１ｂの受圧面積より大に設定
する。

このようにすれば、制御負圧の変化に対する燃料圧力の
変化を第２図に示す通常のプレッシャレギュレータに較
べて大きな特性とすることができ、適正な燃圧設定の自
由度が増加する。

尚、燃料噴射弁１３のニードル１３ａは第６図に示した
ように先端部をくびれ形状として燃料流の方向を変える
ようにすると、燃料圧力変化に対する噴霧角の変化を大
きくすることができる。

また、燃料圧力が変われば、燃料噴射時間を変える必要
があるので、開閉弁１４の開閉の切り換えに応じて設定
噴射量に対する噴射時間（噴射パルス）を切り換えるよ
うに構成することは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば開閉弁が閉じる低
速域と開く中・高速域とで燃料圧力を変えて噴霧角を変
える構成としたため、もともと混合性の良好な低速域で
は噴霧角を小さくして応答性を確保でき、混合性に劣る
中・高速域（特に中速域）では噴霧角を太き（して混合
性を著しく高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の全体構成を示す図、第
２図は同上実施例に使用するプレッシャレギュレータの
断面図、第３図囚は同上実施例の低速域での燃料噴射状
態を示す横断面図、同図■は同図（４）のＸ−Ｘ矢視図
、第４図囚は同上実施例の中・高速域での燃料噴射状態
を示す横断面図、同図■は同図（ト）のＹ−Ｙ矢視図、
第５図は本発明の第２の実施例に使用されるプレッシャ
レギュレータの断面図、第６図囚、０はこれら第１．第
２実施例に使用される燃料噴射弁の先端部形状と噴霧角
形状を示す断面図及び平面図、第７図は本出願人による
先行技術を示す要部断面図である。 １１Ａ・・・第１吸気弁　　１１Ｂ・・・第２吸気弁１
２Ａ・・・第１吸気ボート　　１２Ｂ・・・第２吸気ポ
ート１３・・・燃料噴射弁　　１４・・・開閉弁　　１
７・・・アクチュエータ　　１８・・・第１電磁弁　　
１９・・・制御回路２３・・・フューエルポンプ　　２
６・・・プレッシャレギュレータ　　２７・・・第２電
磁弁　　２８・・・負圧導入管３１・・・プレッシャレ
ギュレータ 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第２図 第５図 第４図（Ａ） 第６図（Ａ） 第６図（Ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気筒毎に２つの吸気弁とこれら吸気弁に至る２つの独立
   した吸気ポートとを備えると共に、一方の吸気ポートに
   燃料噴射弁を備え、他方の吸気ポートに機関の低速域で
   閉じ、中・高速域で開く開閉弁を備えてなる内燃機関の
   混合気制御装置において、前記燃料噴射弁に供給される
   燃料の圧力を前記開閉弁が閉じる低速域では相対的に低
   く、開閉弁が開く中・高速域では相対的に高く制御する
   手段を設けたことを特徴とする内燃機関の混合気制御装
   置。