JPS6183459A - 複吸気弁エンジン - 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】 技術分野 本発明は複吸気弁エンジンにおける燃料噴射制御の改良
に関するものである。

従来技術 従来、燃費の向上および排気ガスエミソソヨンの低減を
図るため、第１吸気ポートを例えばヘリカル状、第２吸
気ポートをストレート状とし、第２吸気ポートに燃料噴
射弁を設けた構成が提案されている（例えば、本発明者
らに係る特願昭５８−２２８３９９号参照）。ストレー
ト状第２吸気ポートには吸気制御弁が設けられ、この吸
気制御弁は機関低回転低負荷域では閉となる。吸気制御
弁が閉であるとき、ストレート状第２吸気ポートより燃
料が燃焼室中央部に向は噴射され、一方ヘリカル状第１
吸気ポートからは空気がシリンダ内周に沿って旋回する
ように導入される。その結果、シリンダ内はリーン（例
えば空燃比２５−３０）であるが燃焼室中央の点火栓近
傍は燃焼に最適な理論空燃比（１４，０程度）近くにな
るという成層化が達成される。従って、全体としては空
燃比は超希薄であるにも係わらず燃焼を安定に行うこと
ができ、ＮＯｘ成分排出量の低減及び燃料消費率の向上
を図ることができる。ところがこの先願技術では吸気制
御弁が閉鎖する低回転低負荷域における成層が強すぎて
かえってＮＯｘ排出量が増大するという問題を本発明者
らは発見した。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこの先願技術の問題点を解決するためなされた
ものであり、吸気制御弁が閉じている低回転低負荷域に
おける成層度を最適にコントロールすることができる複
吸気弁エンジンを提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明によれば吸気制御弁が設けられるストレート状の
第２吸気ポート内の燃料噴射弁に加えてヘリカル状の第
１吸気ポート内にも燃料噴射弁が設けられ、吸気弁が閉
塞する低回転低負荷域においてもこれらの双方の燃料噴
射弁は作動され、その噴射量の割合はエンジン運転条件
に応じて制御される。

作用 低回転低負荷域において吸気制御弁は閉鎖され、ストレ
ート状第２ポートからの燃料は燃焼室中央に向けて噴射
され、一方ヘリカル状第１ポートからは混合気がシリン
ダ内に旋回導入され、点火栓付近の濃い混合気部分とシ
リンダ内の薄い混合気部分とにより成層化される。更に
、双方のポートの燃料噴射弁より燃料が噴射されること
から、燃料噴射弁の燃料噴射比率を変えることによって
成層度がコントロールされる。

尚、本願構成は双方のポートに燃料噴射弁を設けたこと
で構成としては本発明者らに係る特願昭５８−２３７９
６１と類似している。しかし、この先願は吸気制御弁の
開とされる高回転・高負荷時に双方の燃料噴射弁を作動
させているが、吸気制御弁の閉とされる低回転・低負荷
時はストレートポートの燃料噴射弁のみ作動され、本願
と違って双方の燃料噴射弁は作動されない。

実施例 以下図示実施例により本発明を説明する。

第３図は本発明の一実施例構成を示す。図において、吸
気通路１は途中で第１吸気ポート２と第２吸気ポート３
とに分岐して燃焼室１００に連通し、第１吸気ポート２
の燃焼室側には第１吸気弁４、第２吸気ポート３の燃焼
室側には第２吸気弁５がそれぞれ設けられる。第１吸気
ポート２はヘリカル状をなし、燃焼室１００内にスワー
ルを生成させるようになっている。一方策２吸気ポート
３は、燃焼室１００の上部中央に設けられた点火プラグ
６の近傍に開口し、ストレート状を呈する。

第１および第２吸気ポート２，３の分岐部分には、スト
レート状第２吸気ポート３を開閉可能な吸気制御弁７が
設けられる。吸気制御弁７は後述するアクチュエータ１
０により開閉駆動され、エンジンを低回転低負荷で運転
する時、第２吸気ポート３を閉塞し、エンジンを高回転
高負荷で運転する時、第２吸気ポート３を開放する。

アクチュエータｌＯは、シェル１１内をダイヤフラム１
２により大気室１３と変圧室１４に区画され、変圧室１
４内に大気圧もしくは負圧を選択的に尋人可能にして構
成される。ダイヤフラム１２にはロッド１５が固定され
、このロッド１５は、その先端に形成された長穴１６を
吸気制御弁７に設けられたピン１７に係合させることに
より、吸気制御弁７に連結される。変圧室１４内にはダ
イヤフラム１２を付勢可能なばね１８が設けられる。変
圧室１４内に負圧が導かれると、ダイヤフラム１２はば
ね１８を圧縮させて変位し、これによりロッド１５が右
行して吸気制御弁７は第２吸気ポート３を閉塞する（図
中、実線で示す位置）。

逆に変圧室１４内が大気圧となった場合、ダイヤフラム
１２はばね１８に押圧されて左行し、吸気制御弁７はロ
ッド１５を介して第２吸気ポート３を開放する（図中、
鎖線で示す位置）。

負圧切換弁（ＶＳＶ）　２０はアクチュエータ１０の変
圧室１４に負圧もしぐは大気圧を導くものである。すな
わち、負圧切換弁２０は第１導管２１を介して変圧室１
４に常時連通しており、この第１導管２１を、空気フィ
ルタ３０に開放された第２導管２２、またはバキューム
タンク２３に連通ずる第３導管２４に連通させるように
なっている。′負圧切換弁２０の弁体の切換は、後述の
制御回路２５によって行なわれる。一方、バキュームタ
ンり２３は、吸気通路１のスロットル弁２７よりも下流
側に、逆止弁２８を介して接続され、エンジンの運転中
は常時負圧が保持されるようになっている。

第１燃料噴射弁３１は第１吸気ポート２の途中に配設さ
れ、第２．＠料噴射弁３２は第２吸気ポート３の途中で
あって吸気制御弁７よりも下流側に設けられる。これら
の燃料噴射弁３１．’３２は、それぞれ後述のように制
御回路２５によって制御される。

制御回路２５は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）３４と
、Ａ／Ｄコンバータ３５と、入力インターフェイス３６
と、出力インターフェイス３７と、タイミング制御回路
３８を備え、これらはバス３９によって相互に結線され
る。人力インターフェイス３６にはエンジンのクランク
軸１０１の回転パルス（クランク角パルス）を検知する
クランク角センサ４０が結線され、エンジン回転数を知
り、更にはクランク角毎の割込ルーチンのトリガとして
利用サレる。Ａ／Ｄコンバータ３５はスロットル弁２７
の下流の吸気管圧力を知るための圧力センサ４１、及び
スロットル弁２７を通過する吸入空気量を知るだめのエ
アーフローセンサ４２に接続され、これらのセンサから
のアナログ信号が？’ｌＰＵ　３４の指令に応じてデジ
タル化される。出力インターフェイス３７は第１噴射弁
制御回路４４、第２噴射弁制御回路４６を介して夫々の
燃料噴射弁３１゜３２に接続されると共に、吸気制御弁
制御回路４８を介して負圧切替弁２０に接続される。

１ロ３４はメモリ（図示せず）を備え、本発明に従かっ
た燃料噴射弁３１　、３２及び吸気制御弁７の制御を行
うためのプログラムが格納されている。以下そのプログ
ラムをフローチャートによって説明する。またこのフロ
ーチャートの説明によって本発明装置の作動も明らかに
なろう。

第２図は吸気制御弁７の制御フローチャートであって、
２００のステップよりこのルーチンが実行になる。この
ルーチンは所定時間毎に実行される時間割込みルーチン
とすることができる。２０２のステップでＭＰＩＪ　３
４はＡ／Ｄコンバータ３５に圧力センサ４１からのデー
タのＡ／Ｄ変換指令を出し、吸気管圧力Ｐ８のデータが
ロードされる。２０４のステップではその実測される吸
気管圧力Ｐ８が所定値以上かどうか判定される。吸気管
圧力が所定値より高いとき（Ｙ　ｅｓ）はスロットル弁
２７の開度が大きい高負荷時と判定され、２０６に進み
出力インターフェイス３７は制御回路４８を介し負圧切
替弁２０に消磁信号を出す。そのため同切替弁２０は白
抜きのポート位置をとり、アクチュエータ１０の変圧室
１４に大気圧が作用し、ばね１８の力によってダイヤフ
ラム１２は左行し、吸気制御弁７は破線の如く全開位置
する。次の２０８のステップでフラグｒが０とされる。

このフラグは吸気制御弁７が開か閉かを示すフラグであ
る。

２０４で吸気管圧力が所定値より低いとき（Ｎｏ）は低
負荷時と判断され２１０に進み制１ｆｆ１１回路４８よ
り負圧切替弁２０の励磁信号が出され、同切替弁２０は
黒のポート位置をとり、吸気管負圧がアクチュエータ１
０の変圧室１４に伝達される。そのため、ダイヤフラム
１２はばね１８に抗して右行く吸気制御弁７は実線の全
閉位置をとる。２１２はフラグｆのセントを示す。尚、
説明上省略したが制御弁７の駆動条件として機関回転数
の要因をとり入れることができる。

第１図は燃料噴射制御ルーチンであって、３００はその
ルーチンの開始を示し、クランク角センサ４０からの所
定のクランク角毎（例えば３０°毎）の信号によって割
込みに入る。３０２のステップでは運転条件（例えば回
転数Ｎ、負荷相当値としての回転数−吸入空気量比Ｑ／
Ｎ）に応じた燃料噴射時間τの計算ルーチンを示す。こ
のルーチン自体は周知でありまた本発明の特徴部分では
ないから筒略化して示すが、所定の空燃比が得られるよ
うにＮ、Ｑ／Ｎに応じた燃料噴射時間のマツプがメモリ
内にあり、実測されたＮ、Ｑ／Ｈに対応する燃料噴射時
間τが３０２のステップで計算される。

そのようなマツプとしては例えば第４図のように模式的
に表わすことができ、低回転・低負荷域での２５位のス
ーパーリーンから高回転・高負荷域での１２．５位のや
やリンチまでの設定空燃比範囲をもっている。

第１図で、次の３０４のステップではフラグｆが１かど
うか、即ち、吸気制御弁７は閉じているかどうかが判定
される。ｆ＝０の場合は吸気制御弁７は開であり、この
ときは３０６に進み、燃料分配係数αを０．５に設定す
る。この係数αは１．０のときは第１の燃料噴射弁３１
から全量の燃料が噴射され、０のときは逆に第２の燃料
噴射弁３２から全量の燃料が噴射されることを意味し、
１．０とＯの中間の値ではαに応じた比率で夫々の燃料
噴射弁３１　、３２から燃料が噴射される。３０８では
αにτを乗算したものとして第１の燃料噴射弁３１の噴
射パルスの開時間（パルス幅）τ１が設定され、３０１
ではＩ−αにτを乗算したものとして第２の燃料噴射弁
３２の噴射パルスの開時間で２が設定される。前述のよ
うにαは３０６のステップで０．５に設定されているか
ら吸気制御弁７が開となるこの高負荷運転時は双方の燃
料噴射弁３１　、３２より燃料噴射量は均等化される。

３１２のステップでは第１の燃料噴射弁３１からの燃料
噴射を実行すべきクランク角θ１が演算され、３１４の
ステップでは第２の燃料噴射弁３２からの燃料噴射を実
行すべきクランク角θ２が計算され、３１６ではこれら
のτ１　、τ２　、θ１　、θ２カ（ＭＰＵ　３４のレ
ジスタにセントされる。周知のようにタイミング制御回
路３日はθ９．θ２のクランクアングルから燃料噴射弁
３１　、３２が燃料噴射をτ１　、τ２の間実行するよ
うに出力インターフェイス３７より夫々の制御回路４４
　、４６を駆動することになる。

以上述べた吸気制御弁７が開となる高負荷運転時には第
１の燃料噴射弁３１及び第２の燃料噴射弁３２から均等
量の燃料が噴射される。従って、第５図のように燃焼室
１００内には夫々の燃料噴射弁３１　、３２からの燃料
に基づく均等な空燃比混合気がＡ＋、Ａｘのように形成
される。吸気制御弁７が開となるこの運転時は成層作用
は得られないが第１ポート２．第２ポート３より混合気
が導入されることによって燃焼室１００内の混合気は均
一となり空燃比が小さい（１２，５程度）こととあいま
って高トルク、高出力を得ることができる。

第１図の３０４でｒ＝１であるとき即ち吸気制御弁７が
閉とされる低負荷時は３１８のステップに進み、燃料分
配比αはエンジン運転条件、即ち回転数Ｎ及び負荷相当
値である吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎ、に応じて決めら
れる。以下のステップ３０８−３１６は同様であり、α
の比率で分配された燃料が噴射時間τ１　、τ２をもっ
て第１の燃料噴射弁３１、第２の燃料噴射弁３２より夫
々θ、。

θ２のクランク角で噴射される。

吸気制御弁７が閉鎖される低負荷運転においては、第６
図に示すようにヘリカル状第１ポート２からの空気は第
１燃料噴射弁３１からの燃料と共に混合気となって矢印
Ｓのようにスワールをなしてシリンダ内に導入される。

一方ストレード状の第２ポート３内の第２燃料噴射弁３
２からは燃料か燃焼室１００の中央に向は噴射され、そ
の結果、点火栓６の周囲Ｂ２の部分の混合気はスワール
ポート２からのスワールＳによって形成されるシリンダ
内の混合気Ｂ＋　より濃く、強い成層が行われる。即ち
、全体としては空燃比は超希薄（例えば２５．０）であ
っても点火栓６の付近は理論空燃比（１４，０）程度と
なり、このような成層作用によって点火燃焼を図ること
ができる。第１燃料噴射弁３１、第２の燃料噴射弁から
の燃料分配を決める係数αは、前述のように回転数Ｎ、
吸入空気量一回転数比Ｑ／Ｎなどの運転条件に応じて変
化させるが、傾向としては、低回転・低負荷側ではαは
Ｏに近く、はとんどの燃料がストレートポート側の第２
燃料噴射弁３２よ噴射され、回転数及び負荷が太き（な
るにつれて第２燃料噴射弁３２よりの噴射量を減少し第
１燃料噴射弁３１よりの噴射量を増大させ吸気制御弁７
が閉から開に切替る点では０．５とするように変えるこ
とになる。これを極度に模式化して示すと第７図のよう
になる。ストレート状の第２ポート側第２燃料噴射弁３
２がらの噴射量が多い程成層が良く行われ、総合的には
よりリーン化しても燃焼させることができる。しかしな
がら、成層塵を大きくとりすぎると、かえってＮＯｘの
排出量が増加する問題がある。そこで回転数および負荷
によって燃料の分配比αを変えることムこよって成層度
を変えることでＮＯｘを抑制することができる。即ち第
８図で成層度を大小と２種類選択した場合の空燃比に対
するＮＯｘ排出量変化をモデル的に示す。成層度が大き
い方がＮＯｘ排出量がピークとなる空燃比が希薄側に移
り、上記の現象を示している。

発明の効果 吸気制御弁が閉鎖する低負荷運転時においてスワールポ
ート側の第１燃料噴射弁とストレートポー４側の第２燃
料噴射弁を共に作動させ、かつその燃料分配を運転条件
に応じて適当に変えることによって成層度が任意にコン
トロールされ、ＮＯｘ成分の排出の抑制と空燃比のリー
ン化（即ち燃料消費率の改善）との双方の要求を調和さ
せることができる。

尚、実施例では燃料噴射量の制御のため噴射時間を変え
ているが、この代りに各々の燃料噴射弁の噴口径、リフ
ト量を変えても同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射制御のソフトウェアを示すフローチャ
ート、 第２図は吸気制御弁制御のソフトウェアを示すフローチ
ャート、 第３図は本発明の実施例構成図、 第４図は回転数、負荷に対する空燃比設定を説明するた
めの模式的なグラフ、 第５図は高負荷時の燃焼室内の混合気分布の説明図、 第６図は低負荷時の燃焼室内の混合気分布の説明図、 第７図は負荷、回転数に対する燃料分布比の設定を模式
的に示すグラフ、 第８図は空燃比に対するＮＯｘ排出量特性を成層度の大
小で示すグラフ。 ２・・・第１吸気ポート、　３・・・第２吸気ポート、
７・・・吸気制御弁、　　２５・・・制御回路、３１・
・・第１燃料噴射弁、３２・・・第２燃料噴射弁。 第１図 第２図 第４図 Ｉ （ロ） 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼室に開口するとともにこの燃焼室内にスワール
   を発生させるよう成形された第１吸気ポートに配設され
   た第１燃料噴射弁と、上記燃焼室に開口するストレート
   状の第２吸気ポートに設けられ、この第２吸気ポートを
   開閉可能な吸気制御弁と、上記第２吸気ポートの上記吸
   気制御弁より下流側に配設された第２燃料噴射弁とを備
   え、上記吸気制御弁はエンジンの低回転低負荷域で閉塞
   し、上記吸気制御弁の閉塞時において第１燃料噴射弁及
   び第２燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合は機関運転条
   件に応じて制御される複吸気弁エンジン。