JPS62165527A - 層状給気噴射システム - 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） 本発明はエンジンの負荷に応じて噴射燃料を調量すると
ともに、エンジンの吸入行程および圧縮行程の所定時期
に調量後の燃料を加圧空気を利用して燃焼室内に安定し
て供給し、希薄混合気と濃混合気を調製し得るようにし
た層状給気噴射システムに関する。

（従来の技術） 自動車の排出ガス対策ないしはエンジンの燃費性能の改
善手段として、燃焼室内の混合気を希薄に保ち、しかも
僅かな量の着火し易い濃い混合気を点火プラグ付近に送
り込み、この濃い混合気を着火させた後、その燃焼熱で
残りの混合気を燃焼させる方法がある。

このような方法では、燃焼室内に希薄混合気と濃混合気
を略層状をなして共存させなければならず、またこれら
の層状混合気を完全に燃焼させる手段として、燃焼室内
に適当な渦流を形成させる方法が用いられているが、刻
々変化する燃焼室内で整然とした渦流を形成させること
は事実上難しく、上記完全燃焼を阻害する原因となって
いる。

すなわち、この所謂層状給気噴射システムにおいては、
逐次変化する燃焼室内で点火プラグ付近に常時着火し易
い；層温合気を形成し、全体として希薄な混合気を安定
かつ効率良く供給させる必要があり、この要請の下に従
来より種々の提案がなされている。例えば、特開昭６０
−３０４１８号公報では、エンジンの低負荷時に燃料を
点火プラグに向けて噴射するとともに、この燃料に空気
噴射弁から噴射した空気を混入させるようにした層状給
気噴ｑ＝ｔシステムが開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来のシステムては各シリンダの燃焼室に
一次および二次吸気ポートを開口するとともに、この二
次吸気ポートに連通ずる二次吸気通路をエンジン本体内
に設け、該通路内に混合気の渦流形成を促進させるスワ
ール調節弁を設置し、これをアクチュエータを介して開
閉制御する構成のため、エンジン本体および燃焼室の構
造が複雑化し、かつそれらの加工が煩雑化して、既存の
エンジン本体および燃焼室への適用が困難になるという
問題があった。

本発明はこのような従来の問題を解決し、既存のエンジ
ン本体と燃焼室の変更を要することなく、それらの改変
に容易に応することかでき、しかも希薄混合気と濃混合
気を燃焼室内へ安定供給し、これらを効率良く燃焼させ
るようにした層状給気噴射システム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、本発明の層状給気噴射システムは、エンジン
の負荷に応じて噴射燃料を調量するとともに、加圧空気
を利用して調量後の噴射燃料を加圧空気と共に噴射する
燃料噴射調節装置を設け、該装置により吸入行程の所定
時期には希薄混合気生成に必要な燃料量を２圧縮行程の
所定時期には着火可能な濃混合気生成に必要な燃料量を
調製して、燃焼室内に噴射させるようにし、エンジンの
負荷に応じて希薄混合気と濃混合気を安定して燃焼室へ
供給し得るようにしたことを特徴としている。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図および第２図において１はエンジン本体で、ピストン
２を収容した燃焼室３には吸気通路４が開口され、該通
路４に連通ずる吸気マニホルド５の端部に、エアークリ
ーナ（図示路）に連通する送気管６が接続されている。

７はエンジン本体１の近接位置に配設されたエアーコン
プレッサで、ファンベルト８を介してクランクプーリ９
に駆動され、その吐出口と吸入口に給気管１０と送気管
１１の一端が接続されている。このうち給気管１０はリ
リーフ弁１２から分岐した接続管１３を介して、吸気マ
ニホルド５に連通し、また送気管１１は直接上記マニホ
ルド５に連通していて、作動空気をエアーコンプレッサ
７へ導入するようにしている。この場合、リリーフ弁１
２の作動圧は後述する送油圧ないし燃料圧より高圧に設
定されている。

１４は燃料タンク１５内に収容された燃料ポンプで、そ
の給油管１うにはオイルレギュレータ１７が介挿され、
また燃料タンク１５には油戻り管１８が接続されていて
、それらの端部に燃料噴射調節装置１９が接続されてい
る。上記噴射調節装置り里は第２図に示すように、サイ
ドハウジング２０とメインハウジング２１とで一体に構
成され、このうちサイドハウジング２０には給気管１０
の他端が接続され、その内部に給気管１０に連通ずる通
気路２２が形成されている。

上記サイドハウジング２０の内端部には、前記通気路２
２に連通ずる第１乃至第３空気誘導孔２３．２４．２５
が同側に開口され、このうち第２および第３空気誘導孔
２４，２５の口縁部に凹孔２６，２７が形成されている
。一方、メインハウジング２１の内部にはシリンダ２８
が形成され、このシリンダ２８の周面に、前記第１空気
誘導孔２３に連通する空気導入孔２９と、燃料流出入口
３０，３１がそれぞれ上下位置に開口されている。

燃料流入口３０と燃料流出口３１は、共にメインハウジ
ング２１内部に形成した第１および第２油溜３２，３３
に連通しており、これらの油溜３２，３３内に、給油管
１６と油戻り管１８に連通ずる流入ボート３４と流出ボ
ート３５が開口されている。上記油溜３２゜３３は前記
凹孔２６，２７に対応するメインハウジング２１の端面
に開口され、これら凹孔２（，２７と油溜３２，３３と
の間にはダイヤフラム３６か配設されていて、それらを
互いに仕切り形成している。そして、油溜３２．３３に
臨むダイヤフラム３６の側面にはバルブ３７．３８が設
けられ、その空圧変位時に前記燃料流出入口３０．３１
を閉塞可能にしている。

メインハウジング２１の端部にはシリンダ２８に連通す
る油室３９が設けられ、この油室３９内に逆止弁４０が
配設されていて、常時は油量４１を閉塞している。４２
はメインハウジング２１の端部に接続されたニップルで
、上記油室３９に連通しており、該二・ンプル４２に噴
射管４３の一端が接続されている。

４４はシリンダ２８内に摺動可能に収容された中空のピ
ストンで、その周面には前記空気導入孔２つと連通ずる
縦長のインテークスリット４５が形成され、ピストン４
４内部に加圧空気を誘導可能にしている。ピストン４４
の内部には略きのこ形の給気弁４６が収容され、この弁
４６の端部とビスＩ・ン４４の閉塞端との間にはスプリ
ング４７が張設されていて、上記弁４６を上方へ付勢し
、常時はピストン４４の開口端４８を閉塞させている。

４９はピストン４４と一体的に構成され）゛・アクチュ
エータ５０のピストンロッドで、コントロールユニット
５１によって伸縮１を動を制御されている。

コントロールユニット５１は、エンジン本体１等の各部
に設置した後述する各種のセンサより検出信号Ｓｌ□〜
Ｓ１５を取り入れ、この信号を内蔵したマイクロコンピ
ュータで判断・演算処理して、その制御信号Ｓ。ｌ〜Ｓ
８３を出力するようにしている。上記検出信号には、エ
ンジン本体１に設置されたクランク角センサ５２によっ
て、吸気弁５３の開弁時期とエンジンの圧縮行程後半の
所定時期を検出する吸気弁開弁時期検出信号Ｓ目と、デ
ィストリビュータ５４とこれに連絡する点火スイッチを
介して、点火時期を検出する点火時検出信号Ｓ１□と、
水温センサ５５を介してエンジン冷却水温を検出する水
温検出信号Ｓｌ、と、エアーフローメータ５６を介して
吸入空気量と吸気温を検出する吸入空気検出信号ＳＩＪ
と、スロッｌ〜ルバルブスイッチ（図示時〉を介してス
ロットルバルブ５７の開閉位置を検出するスロットルバ
ルブ開度検出信号Ｓ１５があり、この池にアクセルペダ
ルの位置を検出するアクセル位置センサからの検出信号
を有する。

また、前記制御信号には、給気管１０に介挿されたソレ
ノイドバルブ５８を開閉制御するバルブ制御信号Ｓ１月
と、アクチュエータ５０の作動を制御するアクチュエー
タ制御信号Ｓｏ２と、燃料ポンプ１４からの送油量を加
減制御する油量制御信号ＳＯ３を有する。このうち、バ
ルブ制御信号Ｓｏ、はエンジンの吸気行程、つまり吸気
弁５３の開弁直後でピストン２の下降行程時と、エンジ
ンの圧縮行程後半、つまりピストン２の上死点漸近時の
２回に亘ってソレノイドバルブ５８に出力され、該バル
ブ５８の開弁を介して、加圧空気を燃料噴射調節装置Ｌ
２さ供給可能にしている。

アクチュエータ制御信号３０２は、エンジンの負荷およ
び回転数に応じて、常時アクチュエータ５０を駆動させ
てビス１〜ンロツド４９の伸長変位を制御し、低負荷時
にはシリンダ２８の奥部へピストン４４を突入させ、シ
リンダ２８内に供給される燃料を少量とする一方、高負
荷時にはシリンダ２８の開口端側へ移動させて、シリン
ダ２８に供給される燃料を増量させ、エンジンへの燃料
供給量を決定するようにしている。

一方、油量制御信号Ｓ、〕３は上記アクチュエータ制御
信号ＳＯ２と同様に、エンジンの負荷および回転数に応
じて常時燃料ポンプ１４を駆動し、送油量ないし送油圧
を制御し、高負荷時には低負荷時に比べて送油圧を高め
送油量を増量させるようにしている。

その池、図中５９は噴射管４３の先端に装着されたイン
ジェクターで、その噴口を点火プラグ（図示略）に向け
て配置されている。

（作用） このように構成した層状給気噴射システムは、エンジン
の始動と同時に燃料ポンプ１４が駆動し、コントロール
ユニット５１から出力される油量制御信号Ｓｏ３に基い
て、燃料の送油量と送油圧を制御し、これを給油管１６
を介して燃料噴射調節装置１９へ圧送する。

上記給油管１６を経て前記装置Ｌ％内へ導れな燃料は、
流入ボート３４から第１油溜３２内に流入し、その燃料
流入口３０からシリンダ２８へ流出して、該シリンダ２
８内を充填する一方、燃料流出口３１から第２油溜３３
に導かれ、流出ポート３５から油戻り管１８を経て燃料
タンク１５へ戻され、該タンク１５と燃料噴射調節装置
１９の間を循環する。

したがって、シリンダ２８内にはピストン４４により制
限された量だけ常時燃料が収容されており、この燃料は
吸入行程の下でち逆止弁４０によって、油量４１からの
漏洩を阻止されている。また、クランクプーリ９に連係
して駆動するエアーコンプレッサ７から袷気管１０に吐
出された圧縮空気は、リリーフ弁１２により調圧されて
燃料噴射調節装置Ｌ９−に圧送され、余剰分は接続管１
３から分流して吸気マニホルド５に導かれるが、エンジ
ンの膨張行程や排気行程では、ソレノイドバルブ５８が
閉弁状態を維持しているため、燃料噴射調節装置Ｌ％へ
の給気が停止されている。

このような状況の下でエンジンが吸気行程へ移行し、吸
気マニホルド５内の空気が吸気弁５３を通り燃焼室３内
に吸入されると、この状態がクランク角センサ５２によ
り検出され、その検出信号Ｓ口がコントロールユニット
５１に入力される。コントロールユニット５１は上記検
出信号Ｓｌｌを取り入れ、かつこの場合のエンジンの負
荷と回転数を各検出信号Ｓｌｌ〜Ｓ１５に基いて判断・
演算し、その制御卸信号Ｓ。！＋ＳＯ２をソレノイドバ
ルブ５８とアクチュエータ５０に出力する。

このうち、アクチュエータ５０に上記アクチュエータ制
御信号ＳＯ２が入力されると、アクチュエータ５０は制
御信号Ｓ０２の電気量に応じて作動する。例えば、エン
ジンが低負荷低速回転の場合には、ピストンロッド４９
の沖長変位増が促されて、ピストン４４がシリンダ２８
の奥部へ進入し、第２図上仮想線位置に達して当該位置
を保持する。ビスＩ・ン４４の進入にＩＰなって押し退
けられたシリンダ２８内の燃料は、第２油溜３１から流
出ボーＩ・３５を経て油戻り管１８より燃料タンク１５
に戻され、シリンダ２８内の燃料は少量に調量される。

一方、上記制御信号ＳＯ２と相前後してバルブ制御信号
Ｓ０１がソレノイドバルブ５８へ出力されると、該バル
ブ５８が開弁じて、圧縮空気を燃料噴射調節装置ユ内部
の通気路２２へ導く。通気路２２へ導れな圧縮空気は、
該路２２に連通ずる第１乃至第３空気誘１孔２３．２４
．２５へそれぞれ分流し、こ、）うち、第２．第３空気
誘導孔２４．２５に分流した圧縮空気は、対応する凹孔
２６，２７に張設されたダイヤフラム３６に圧力作用し
て、このダイヤフラム３６を第２図上右方へ圧力変位さ
せ、ダイヤフラム３６に一木に設けたバルブ３７．３８
を介して、燃料流出入口３０．３１を閉塞する。

このため、第１および第２油溜３２，３３とシリンダ２
８との連通状態が遮断され、シリンダ２８の密閉状態が
形成される。一方、第１空気誘導孔２３に分流した圧縮
空気は、鎖孔２３がら空気導入孔２９を経て、鎖孔２つ
の開口部と相対して位置付けられたインテークスリッ１
〜４５よりピストン４４内へ導かれ、ビスＩ〜ン４４内
に収容された給気弁４６に圧力作用する。ピストン４４
内の圧力が所定圧に加圧されると、給気弁４６がスプリ
ング゛４７に抗して第２図上下方へ突出し、ビスＩ−ン
４４の開口端４８との閉塞状態を解除して、開弁される
。

上記給気弁４６が開弁されると、ピストン４４内の圧縮
空気がシリンダ２８内に収容された調量済の燃料に圧力
作用し、これに燃料油圧が相加して、これらが逆止弁４
０に圧力作用する。その結果、逆止弁４０が付勢力に抗
して開弁され、シリンダ２８内の燃料と圧縮空気が混和
した状態でニップル４２から噴射管４３に噴出し、圧縮
空気の高圧下で、それらの混合気が噴射管４３内を高速
に移動して、インジェクター５９より霧下・気化状態で
燃焼室３内に噴射され、噴射終了後ソレノイドバルブ５
８が閉弁する。

ソレノイドバルブ５８が閉弁されると、給気管１０から
燃料噴射調節装置Ｕへの圧縮空気の供給が停止されると
ともに、上記装置Ｌ％内においては、圧縮空気の噴出に
よってシリンダ２８が原状の圧力を回復し、またインテ
ークスリット４５と空気導入孔２９および第１空気誘導
孔２３を介してシリンダ２８に連通ずる通気路２２が圧
力降下して、シリンダ２８と略同圧の原状の圧力を回復
する。

したがって、ダイヤフラム３６が自身の弾性によって原
位置へ復帰し、これにバルブ３７．３８が同動して、燃
料流出入口３０７３１を開放し、第］、および第２油溜
３２，３３とシリンダ２８との連通状態を回復させ、こ
れらの油溜３２，３３からシリンダ２８への燃料供給を
可能にさせる。このため、シリンダ２８内には再びピス
トン４４で規定された量の燃料が収容され、その上方の
ピストン４４内においては、給気弁４６がスプリング４
７により原位置へ復帰して、ピストン４４の開口端４８
を閉塞し、その閉弁状態を回復させる。

このような状況の下では、前述のようにシリンダ２８が
原状の圧力を回復して逆止弁４０が閉弁され、シリンダ
２８と油室３９の導通が遮断されているから、インジェ
クター５・９からは混合気は噴射されない。そして、こ
の間ピストン４４は変位してシリンダ２８内の燃料量を
、点火プラグ近くでのみ濃混合気を生成し得るように調
量する。

一方、前記燃焼室３内に噴射されて形成される混合気の
濃度は、前記のように少量に規制された燃料が、ソレノ
イドバルブ５８を介して圧縮空気により供給され、同時
に吸気マニホルド５からは定常の空気が燃焼室３内に流
入し、上記混合気と混和する。したがって、燃焼室３内
の混合気の濃度は相対的に低下し、希薄１ヒが促進され
ることとなる。

こうして、エンジンが圧縮行程へ移行しピストン２が上
昇し始め、該行程の後半過程、つまりピストン２が上死
点に漸近し始める頃、この時期をクランク角センサ５２
が検出して、その検出信号Ｓｌｌをコントロールユニッ
ｌ−５１へ送る。コントロールユニット５１は上記検出
信号Ｓｌｌを取り入れ、代わりに制御信号Ｓｏｌをソレ
ノイドバルブ５８に出力して、該バルブ５８を開弁させ
る。

ソレノイドバルブ５８が再度開弁されると、圧縮空気が
給気管１０から燃料噴射調節装置１つ内へ導かれ、前記
吸入行程と同様に通気路２２から分流した一部の圧縮空
気がダイヤフラム３６を圧力変位させ、バルブ３７．３
８を介して燃料流出入口３０．３１を閉塞し、シリンダ
２８の密閉状態を形成する。また、通気路２２から分流
した圧縮空気の一部は、第１空気誘導孔２３、空気導入
孔２つからインテークスリット４５を経て、待機中のピ
ストン４４内へ導かれ、ピストン４４内の給気弁４６に
圧力作用する。

ビスＩ〜ン４４内の圧力が所定圧に加圧され、給気弁４
６が開弁されると、ピストン４４内の圧縮空気がシリン
ダ２８内の調量済の燃料に圧力作用し、これに燃料油圧
が相加して、逆止弁４０が開弁される。このため、シリ
ンダ２８内の燃料と圧縮空気が混和した状態でニップル
４２から噴射管４３に噴出し、圧縮空気の高圧下でそれ
らの混合気が噴射管４３内を高速に移動して、インジェ
クター５９より霧（ヒ・気化状態で燃焼室３内の点火プ
ラグ（図示略）に向けて噴射される。

噴射終了後は、ソレノイドバルブ５８が閉弁し、燃料噴
射調節装置１．９に対する圧縮空気の供給を停止する。

したがって、燃料噴射調節装置１９内部においては、前
述と同様に逆止弁４０が閉弁し、またシリンダ２８と通
気路２２の圧力が原状を回復して、ダイヤフラム３６が
原位置に復帰し、次吸入行程に洪する燃料をシリンダ２
８内に供給する。

一方、前記燃焼室３内に噴射されて形成される混合気の
濃度は、吸気マニホルド５がらの空気の流入による希薄
化が起らないため、相対的に高濃度に調製されることと
なり　噴射後は燃焼室３内の点火プラグ近くに上記濃混
合気層が位置し、その周囲に前記希薄混合気層が位置す
る状態が形成される。

このような状況の下てピストン２が上死点位置に達し、
点火プラグが点火されると、上記複合混合気のうち先ず
濃混合気が燃焼し、その燃焼後に炎が次々に周囲へ燃え
移って、希薄混合気が燃焼する。この希薄混合気の燃焼
に当っては、その低濃度故に濃混合気に比べて緩やかに
燃焼するから、燃焼ガスが比較的低温に保たれ、排出ガ
ス中のＮＯｘが抑制されるとともに、燃焼室３内の混合
気が全体的には低濃度に調製されているから、排出カス
中のＨＣやＣ○が抑制されることとなる。

また、このような濃混合気と希薄混合気の一連の噴射に
際しては、燃料と圧縮空気が予め混合した状態で霧化・
気化されるから、それらの霧化　気化状態が促進され、
効率良い燃焼状態が得られることとなる。

（発明の効果） 本発明の層状給気噴射システムは以上のように、エンジ
ンの負荷に応じて噴射燃料を調量するとともに、加圧空
気を利用して調量後の噴射燃料を加圧空気と共に二回に
分けて噴射する燃料噴射調節装置を設け、該装置により
吸入行程の所定時期には希薄混合気生成に必要な燃料量
を、圧縮行程の所定時期には着火可能な濃混合気生成に
必要な燃料量を調製して、燃焼室内に噴射させるように
したがら、エンジンの貴簡に応じて希薄混合気と濃混合
気を燃焼室へ安定して供給できる効果がある。

また、本発明では各混合気を予め霧１ヒ・気化状に生成
し、これを燃焼室内に噴射するようにしているから、混
合気の霧化・気化が促進され、これを能率良く燃焼させ
ることができる。しかも、本発明は突質上燃料噴射調節
装置を要するのみて、池に格別の装置や加工を要せず既
存のエンジン本体や燃焼室の変更を要することなく適用
できるから、その改変に容易に応じられる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明システムの概要を示す説明図で、一部を
断面図示しており、第２図は本発明に使用した燃料噴射
調節装置の一例を拡大して示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジンの負荷に応じて噴射燃料を調量するとともに
   、加圧空気を利用して調量後の噴射燃料を加圧空気と共
   に噴射する燃料噴射調節装置を設け、該装置により吸入
   行程の所定時期には希薄混合気生成に必要な燃料量を、
   圧縮行程の所定時期には着火可能な濃混合気生成に必要
   な燃料量を調製して、燃焼室内に噴射させるようにした
   ことを特徴とする層状給気噴射システム。