JPS6291619A - 内燃機関の空気−燃料供給制御方法 - 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、内燃機関の空気−燃料供給制御方法に係り、
特に一つの気筒の燃焼室に対してＴ′つの吸気ポートを
右するグブル吸気ポート１ｌｌｊの内燃機関の空気−燃
料供給料”６０８法に係る。

従来の技術 自動１１１″ｑの中輌に用いられる内燃機関としく、各
々燃焼室へ吸気を導くヘリカル吸気ポートの如き第一の
吸気ポート及びス１−レート吸気ボーｉ〜の如き第二の
吸気ポートと、前記第二の吸気ポートを経て燃焼室へ向
かう吸入空気の流量を制御する一般にスワール４制御弁
と称されている吸気制御弁と、前記第一の吸気ポートよ
り燃焼室へ向けて燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記第二の吸気ポートの前記吸気制御弁より下流側より
燃焼室へ向【ノて燃料を噴射する第二の燃料噴射弁とを
有する、所謂ダブル吸気ポート型の内燃機関が既に提案
されており、この種の内燃機関は、例えば実開昭５９−
１２３６２７号及び特開昭６０−１３２０６７号の各公
報に示されている。

上述の如き内燃機関に於ては、基本的には機関Ω仙が所
定値以下である時、換言すれば吸入空気量が少ない時に
は、燃料の霧化の促進に必要な吸入空気流速が得られる
ように、また燃焼室内に適度のスワールを生じせしめる
ために前記吸気制御弁を閉じて吸入空気を専ら第一の吸
気ポートからのみ燃焼室に導くことが行われ、この時に
は第一の吸気ポートの用の第一の燃料噴射弁からのみ或
いは第二の吸気ポート専用の第二の燃料噴射弁からのみ
燃料噴射が行われるようになっている。

発明が解決しようとびる問題点 第二の吸気ポートが遮断されている時に燃焼室に供給す
べき全ての燃料が第一の燃料噴射弁より燃焼室に噴射供
給された場合には、その燃料噴゛霧が第一の吸気ポート
を経て燃焼室に流入する吸入空気の流れに乗って流れる
ことにより燃料の霧化が促進され、またこの燃料と空気
との混合気が着火されれば見掛は上の燃焼速度が速まっ
て高い燃焼効率をもって燃焼が行われるが、しかしこの
場合には、燃焼室に均一空燃比の混合気が存在するよう
になり、特に燃焼室にスワールが生じている時にはその
スワールの流れによる遠心作用により燃料が燃焼室の外
周側へ＊ｔｔ’られ、燃焼室の半径方向に空燃比の勾配
が生じ、点火プラグが設けられている燃焼室の中央部領
域に於ては外周部に比して混合気が薄くなり、これらの
ことから希薄燃焼運転に於ては、着火不良が生じ易く、
可燃混合気の希薄空燃比（リーン空燃比）限界の拡大が
充分になされない。

これに対し、吸気制御弁によって第二の吸気ボー１−が
閉じられる時に燃焼室に供給すべき燃料の全てが第二の
燃料噴射弁により第二の吸気ポートから燃焼室へ噴射供
給される場合には、燃焼室の中央部領域に濃い混合気が
存在するようになって成層燃焼が実現されるが、しかし
燃焼室に於ける燃料の拡散が充分に行われず、このため
に燃焼室の中央部領域に極端に濃い混合気が存在するよ
゛うになる虞れがあり、このためにこの場合もやはり着
火不良が生じる虞れがあり、また不完全燃焼により排気
ガス中の未燃焼成分濃度が増大７る虞れがある。

本発明は上述の如ぎ問題点を解決した改良された内燃機
関の空気−燃料供給制御方法を提供することを目的とし
ている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、各々燃焼室へ吸気
を導く第一の吸気ポート及び第二の吸気ポートと、前記
第二の吸気ポートを経て燃焼室へ向かう吸入空気の流量
を制御する吸気制御弁と、前記第一の吸気ポートより燃
焼室へ向けて燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、前記
第二の吸気ポー　１−の前記吸気制御弁より下流側より
燃焼室へ向番プで燃料を噴射する第二の燃料噴射弁とを
有する内燃機関の空気−燃料供給制御方法に於て、内燃
機関の特定された運転時には前記吸気制御弁を開弁方向
へ駆動して他の運転時に比して小さい流量に前記第二の
吸気ポートを経て燃焼室へ向かう吸入空気の流量を制限
し、この時には前記第一の吸気ポートを流れる吸入空気
ｍの流Ｕ！に応じた流ｍをもって前記第一の燃料噴射弁
より燃料噴射を１テうと几に前記第二の吸気ポートを流
れる吸入空気の流量に応じた流量をもって前記第二の燃
料噴射Ｊｆ’より燃料噴射を行い、この時の前記第二の
燃料噴射弁の前記第二の吸気ポートの吸入空気Ｍに対す
る燃料噴射比率は前記第一の燃料噴射弁の前記第一の吸
入空気聞に対する燃料噴射比率より高いことを特徴とす
る内燃機関の空気−燃料供給シリ御方法によってｊヱ成
される。

発明の作用及び効果 本発明による内燃機関の空気−燃料供給制御方法によれ
ば、低貞荷運転時の如き特定の運転時には吸気ルリ御弁
は第二の吸気ポートを経て燃焼室へ向かう吸入空気の流
れを完全には′ａ断Ｕずに小流量の吸入空気が燃焼室へ
向かうことを許し、即らこの時には吸入空気の大部分は
第一の吸気ポートより燃焼室に流入するが、一部の吸入
空気が第二の吸気ボー１−より燃焼室に流入し、そして
この状態下に於ては第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射
ｊｔどが共に燃料噴射を行い、第二の吸気ポートかｌう
は第一の吸気ポートよりの混合気に比して濃い混合気が
燃焼室の中央部領域へ向けて直進流として供給されるよ
うになり、これにより燃焼室の中央部領域には主として
第二吸気ボー１−からの混合気によって適度に溌い混合
気が存在し、その外側には土として第一の吸気ポートか
らの比較的薄い混合気が存在するようになって理想的な
混合気の成層状態が得られ、良好な成層燃焼が行われる
ようになる。

上；ホの如さ状１ぶ下に於て、第一の吸気ポートより燃
焼室へ供給する？ｒコ合気の空燃比は理論空燃比より充
分に人さい希薄空燃比であってよく、第二の吸気ポート
から燃焼室に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よ
り少し小さい空燃比であってよく、この場合の総合的な
平均空燃比は第一の吸気ポートより燃焼室へ向かう混合
気の流行１と第二の吸気ポートより燃焼室へ向かう混合
気の流（ｔとの比からして希薄空燃比の混合気になり、
良好な運転性が１！７られた上で、より一層の燃料好演
性の向上が図られる。

尚、上述の如き特定運転時に於【）る第二の吸気ポート
の吸入空気の流量は全吸入空気流量の１０〜３０％程度
に設定されれば良い。

上述の如き特定運転時に於ける前記第二の燃料噴射弁の
燃料噴射開始時期は、第二の吸気ポートより燃焼室に流
入する混合気の直進流が確実に燃焼室中火部の点火プラ
グ配設領域く到達するように、この直進流が燃焼室のス
ワール流によって人きく変更されないよう、第一の燃料
噴射弁の燃料Ｏｆ’３１）Ｊ開始時＋１１Ｊに比して遅
れて吸気行程の後゛Ｆぐあってよい。

実施例 以下に添付の図を参照して本発明を実施例についで詳細
に説明する。

第１図は本発明による空気−燃料供給制御／ノ法の実施
に用いられるダブル吸気ポート型の内燃機関の一つの実
施例をその要部について示している。

図にだて、１は燃焼室を、２は第一の吸気ポートである
ヘリカル吸気ポートを、３は第二の吸気ポートであるス
トレート吸気ポートを、４及び５５は各々排気ポートを
、６は点火プラグを各々示しており、点火プラグ６は燃
焼室１の中央部領域に配設されている。ヘリカル吸気ポ
ート２、ストレート吸気ポート３及び排気ポート４．５
は、各々図には示され°Ｃいない個別の吸気弁或いはＩ
ＪＩ気かにより開閉されるようになっている。

ヘリカル吸気ポート２とストレート吸気ポート３とはそ
の吸気入口部７にて豆いに共通の通路になってＪ３す、
この通路は吸気通路８と連通接続されている。吸気通路
８の途中には図示されていイ１い７クピルペダルと駆動
連結されてアクセルペダルの踏込みにより聞かれるスロ
ットル弁９が設けられている。

ス１−レート吸気ポート３の入［１部にはバタフライか
型の吸気制御弁１０が設けられている。吸気制御弁１０
は、その間片吊に応じてス１〜レー（−吸気ポート３よ
り燃焼室１へ向かう吸入空気の流量を制御するようにな
っており、弁軸１１に取り付けられた駆動レバー１２に
よってダイ）フッラム装置１３の作動ロッド１４と駆動
連結され、このダイヤフラム装置１３によって開閉駆動
されるようになっている。

ダイヤフラム装置１３は、ダイヤフラム室１５に所定値
より大きい負圧が導入されている時には圧縮コイルばね
１６のばね力に抗してＶ１０勤ロッド１４を持ら上げて
吸気制御弁１０を図示されている如き所定の小間弁吊位
Ｐｆにもたらし、ダイヤフラム窄１５に所定値より大き
い０圧が導入されていない時には圧縮コイルばね１６の
ばね力によって作動ロッド１４が押し下げられることに
より吸気制御弁１０を全問位置へ向けて駆動するように
なっている。ダイへアノラム室１５は、スロットル弁９
より下流側の吸気通ｆｆ１８へ向けて開口した吸気管負
圧取出ポート１７に導管１８によって連通接続され、吸
気管負圧取出ポート１７に現れる吸気管負圧を及ぼされ
るようになっている。

ヘリカル吸気ポート２の途中部分には該ヘリカル吸気ポ
ートより燃焼室１へ向けてガソリンの如き燃料を噴射す
る第一の燃料噴射弁１９が設けられてＪ３す、またスト
レート吸気ポート３の途中部分には該ストレート吸気ポ
ートの吸気制御弁１０より下流側より燃焼室１へ向けて
ガソリンの如き燃料を噴射する第二の燃料噴射弁２０が
設けられている。第一の燃料噴射弁１９と第二の燃料噴
射弁２０は各々制御装置２１より個別に与えられる制御
信号に基づいて所定流ｍの燃料を噴射するようになって
いる。

１ｉｔｉｌＩ御装置２１は、マイクロコンピュータを含
む電子制御式のものであり、吸気管圧カセンリ２２より
吸気管圧力に関する情報を、回転数センサ２３より内燃
機関の回転数に関づる情報を各々与えられ、基本的には
これら情報に基づいて１行程当りの吸入空気１ｆｊに応
じた流量の燃料が第一の燃料噴射弁１９と第二の燃料噴
射弁２０より噴射されるよう、更に詳細にはヘリカル吸
気ポート２を流れる吸入空気の流量に応じた流量をもっ
て第一の燃料噴射弁１９より燃料が噴射され、またスト
レート吸気ポート３を流れる吸入空気の流量に応じた流
量をもって第二の燃料噴射弁２０より燃料が噴射される
よう、ヘリカル吸気ポート２とストレート吸気ポート３
とを流れる吸入空気の流ｍの比に応じて各燃料噴射弁１
９と２０の燃料噴射作動を制御するようになってる。吸
気制御弁１０が所定の開度にある時のヘリカル吸気ポー
ト２とストレート吸気ポート３との吸入空気流量比はこ
れら各吸気ポートの吸気抵抗により決まって一定であり
、これらは予め測定され得るから、これによって、ヘリ
カル吸気ポート２より燃焼室１に吸入される混合気の空
燃比とストレート吸気ポート３より燃焼室１に吸入され
る混合気の空燃比とが各々吸入空気流量の変化に拘らず
所定値に保たれるよう、第一の燃料噴射弁１９と第二の
燃料噴射弁２□ ：　　　　　０の各々の燃料ａ０射吊が個々に制御され
る。

□ １　　　　　　制御装置２１は、吸気管圧力センサ２２
により検出される吸気管圧力に基いて吸気゛制御弁１０
の開弁量を検出し、この吸気管圧力より吸気制御弁１０
が所定の小間弁理位置にあるとみなした時には、ヘリカ
ル吸気ポート２より燃焼室１に供給される混合気の空燃
比が理論空燃比より相当大きいリーン空燃比どなり、ス
トレート吸気ポート３より燃焼室１に供給される混合気
の空燃比が理論空燃比より少し小さいリッチ空燃比とな
るよう、吸気制御弁１０が全問位置或いは全開位置に近
い位置にある時には、ヘリカル吸気ポート２及びストレ
ート吸気ポート３の各々より燃焼室１に供給される混合
気の空燃比が共に理論空燃比或いは理論空燃比に近い混
合気となるように第一の燃料噴射か１９及び第二の燃料
噴射弁２０の各吸気ポートの吸入空気流量にａ＝ｔケる
燃料噴射率を各々個別に設定している。

また吸気制御弁１０が前記所定の小間弁■位置にある時
には、第二の燃料噴射弁２０は第一の燃料噴射弁１９の
燃料噴射開始時期に対して遅れて吸気行程の燃料噴射を
開始するようになっている。

尚、この燃料噴射開始時期の相違に関連して吸気行程に
於けるストレート吸気ポート３の開弁時期はヘリカル吸
気ポート２の開弁時期に比して遅延されてよい。

上述の如く、吸気制御弁１０の開閉と第一及び第二の燃
料噴射弁１９及び２０による燃料噴射が制御されること
により、吸気管ｎ圧取出ポート１７に現れる負圧が所定
値より大ぎくなる低Ｑ荷運転時には、ダイヤフラム装置
１３により吸気制御弁１０は図示されている如き所定の
小開弁組位置にもたらされ、これにより吸入空気の大部
分はヘリカル吸気ポート２より燃焼室１内に流入して燃
焼室１内にその軸線周りのスワールを一生じるが、吸入
空気の一部、例えば全吸入空気流滑の１０〜３０％はス
（−レート吸気ボーｉ〜３より燃焼室１内にその径方向
の直進流として流入する。この時には吸入空気流分に応
じて第一の燃料噴射弁１９と第二の燃料噴射弁２０の各
々が所定１１）の燃料を噴射し、これによりヘリカル吸
気ポート２からはリーン空燃比の希薄混合気が燃焼室１
内に供給されてこれがスワールを生じ、ストレート吸気
ポート３からはリッチ空燃比の濃いめの混合気が燃焼室
１内にその径方向の直進流として供給され、この濃いめ
の混合気は燃焼室１の中央部の点火プラグ６の配設部へ
向ってこの領域に濃い混合気が存在づる領域を生成する
。これにより燃焼室１の中央部領域には確実な着火が行
われる適度に濃い混合気が存在し、その周りに博い混合
気がスワール流として存在するようになる。即ち燃焼室
１内に帰れた成層状態ができるように４１−る。この燃
焼室１に於りる混合気の着火は点火プラグ６によりその
濃い混合気から開始され、これの火炎がその周りにスワ
ールによって流動している希薄混合気に伝播されてこれ
の燃焼が速やかに行われる。即ちスワールによる急速燃
焼効果の心とに良グ１′な成層燃焼が１了われる。

第二の燃料噴射か２０は第一の燃Ｉｔ　ｌｌｎ羽弁１Ｏ
の燃料噴射開始に対して収れて吸気行程の後半に燃料噴
射を開始するから、この燃料噴霧はスワール流の影響を
さほど強く受けることなく、直進して燃焼室１の中央部
領域へ向い、これにより上述の如き効果がより、顕箸な
ものとなる。

ス］コツドル弁９が仝同位！ｌ近くにまく・聞かれた高
（１ｖ１運転時に於ては、吸気管Ω圧取出ボーｉ〜１７
に所定値より大きい吸気管負圧が作用しなくなるから、
この時には吸気制御弁１０は全問位置に位置し、これに
よりストレー１〜吸気ボー１−〇より燃焼室１に流入す
る吸入空気の流分がヘリカル吸気ポート２より燃焼室１
に流入する吸入空気の流量に比して増大するようにへり
、吸気ボー１−の吸気抵抗による充填効率の低下が回避
される。そしてこの時には第−及び第二の燃料噴射弁１
９及び２０は、各々、ヘリカル吸気ポート２より燃焼室
１に供給される混合気の空燃比もストレート吸気ポート
ご３より燃焼室１に供給される空燃比も共に即論空燃比
或いはそれに近い空燃比になるよう、燃料噴射ｈ１を制
御され、これによりこの時には燃焼室１にはその全体に
Ｉ！ｌ！論空燃比或いは理論空燃比に近い″仝空燃比均
一混合気が供給されるように＜、す、この混合気の着火
が点火プラグ６によりｉ−１われることによりダブル吸
気ポート方式の内燃機関持イＩの高出力性能特性が１「
ｌられるよ′）になる。

尚、吸気制御ｔｉ’　１０の開弁ｍが所定の小間９吊か
ら全開まで変化する過渡期に於ｉＪる各吸気ポートの１
１λ合気の空燃比は各々所定の小聞弁１一時の特Ｐ［ｌ
ｌＩ′ｉから全開時の特性１１Ｃ１に吸気ｉｌｌりり１
１弁１０の聞ブ？吊の変化に応じて漸次変化づれば良い
。

」一連の如き作動による吸気管圧力と吸入空気流分との
関係及び空燃比特性は第２図に示されている。

尚、吸気制御弁１０が１１１１記所定の小間弁ｒ１位置
す日ら全開位置へ向けて開く時には、ス１−レート吸気
ポート３の吸入空気流り）が比較的急激（ご増大するか
ら、この時のストレート吸気ポート３の混合気の空燃比
を所定値に保つことが難しい場合には第二の燃料噴射弁
２０の作動を停止せしめて第一の燃料噴射弁１つによっ
て全燃料をＩＩＱ射してｂ良い。

第３図は本発明による１、１ｊＩ１１方法の実施に用い
られる内燃機関の他の一つの実施例を示す。尚、第３図
に於て第１図に対応ザる部分は第１図に（＝ｊ　ｌ。

た符号と同一の符号により示されている。第３図に示さ
れた実施例に於ては、導管１８の途中に負圧制御ｊｐ２
４が設けられており、この負圧制御弁２４は、通電時に
はダイヤフラム室１５を吸気管負圧取出ポート１７に１
ａ続するが、非通電時にはダイヤフラム室１５を大気圧
取入ポート２５に接続するようになっている。負圧制御
弁２４に対する通電は制御２１］装置２１により行われ
、吸気管圧力センナ２２により検出される吸気管圧力が
所定値以下である時、即ら吸気管Ω圧が所定値より人さ
い口、１のみ通電されるようになっている。

従って、この実施例に於′Ｃは、吸気情口圧が所定値よ
り大きい時には吸気制御２０弁１０は図示されている如
き小間弁吊位置に位置し、吸気管負圧が所定値より大き
くない時には吸気制御弁１０は全開位置に位置する。ま
たこの実施例に於ても第一の燃料噴射弁１９と第二の燃
料噴射弁２０の各々の燃料噴射量特性は第１図に示され
た実施例と同様に吸入空気流量と吸気制御弁１０の開弁
位置に応じて行われるようになっている。　　゛従って
、第３図に示された実施例に於ては、吸気管圧力に対す
る吸入空気量特性及び空燃比特性は第４図に示されてい
るようになって第１図に示された実施例に於ける効果と
同様の効果が得られる。

吸気制御弁１０の開「」制御は吸気管圧力に応じて行わ
れることに限られず、これは機関回転数或いは機関回転
数と吸気管圧力との組み合せ、或いは吸入空気層センサ
２６により検出される吸入空気ｍ等に応じて行われても
よく、いずれの場合も第一の燃料噴射弁１９と第二の燃
料噴射弁２０の各々の燃料噴射１ｎは上述の如き実施例
と同様に吸入空気流量と吸気制御弁１０の開度とに応じ
て設定されればよく、これによりいずれの場合も吸気制
御弁１０が所定の小聞弁１ｉ１位置にある時には着火信
頼性に優れた成層燃焼が行われる。

上述の如く、特定の運転時に於て、吸気制御弁１０を所
定の小間弁理位置にもたらすのは、この時にストレート
吸気ポート３を流れる吸入空気の流量を制限するためで
あり、これは吸気制御弁１０の一部に所定の大きさの切
欠部がｔＱ＜ノられることにより行われても良く、この
場合には吸気制御プｔ１０が全開位置にもたらされて良
い。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく
、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは
当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気−燃料供給制御方法を実施さ
れる内燃機関の一つの実施例を示す概略構成図、第２図
は第１図に示され勾内燃機関に於て本発明による空気−
燃料供給方法が実施された□ 、　　　　　　ＪＪ合の吸気管圧力に対する各吸気ポー
トの吸入中１　　　　　気黴特性及び空燃比特性を示ず
グラフ、第３図゛は本発明による空気−燃料供給制御方
法の実施に用いられる内燃機関の他の一つの実施例を示
す概略構成図、第４図は第３図に示された内燃機関に於
て本発明による空気−燃料供給１ＩＩＩＩ１１１方法が
実施された場合の各吸気ポートの吸気管圧力に対する各
吸気ポートの吸入空気量特性及び空燃比特性を示すグラ
フである。 １・・・燃焼室、２・・・ヘリカル吸気ポート、３・・
・ストレート吸気ポート、４．５・・・排気ボー１−１
６・・・点火プラグ、７・・・吸気入口部、８・・・吸
気通路、９・・・スロットル弁、１０・・・吸気制御弁
、１１・・・弁軸。 １２・・・駆動レバー、１３・・・ダイせフラム装置、
１４・・・作動ロッド、１５・・・ダイヤフラム室、１
６・・・圧縮コイルばね、１７・・・吸気管負圧取出ポ
ート。 １８・・・導管、１９・・・第一の燃料噴射弁、２０・
・・第二の燃料噴射弁、２１・・・制御装置、２２・・
・吸気管圧力センサ、２３・・・回転数センサ、２４・
・・口圧制御弁、２５・・・大気圧ポート、２６・・・
吸入空気量センサ 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代　　
　理　　　人　　　弁理士　　明石　昌毅第２図 ℃ξ８迎ご隻ζ、１シＩＥニサ　−（イＬン（吸気１ｉ
ｋ圧−尺］ 第４図 喝憂ｊ（１ζ万三フコ−（イ也） （喚気Ｖ、廷→）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）各々燃焼室へ吸気を導く第一の吸気ポート及び第
   二の吸気ポートと、前記第二の吸気ポートを経て燃焼室
   へ向かう吸入空気の流量を制御する吸気制御弁と、前記
   第一の吸気ポートより燃焼室へ向けて燃料を噴射する第
   一の燃料噴射弁と、前記第二の吸気ポートの前記吸気制
   御弁より下流側より燃焼室へ向けて燃料を噴射する第二
   の燃料噴射弁とを有する内燃機関の空気−燃料供給制御
   方法に於て、内燃機関の特定された運転時には前記吸気
   制御弁を閉弁方向へ駆動して他の運転時に比して小さい
   流量に前記第二の吸気ポートを経て燃焼室へ向かう吸入
   空気の流量を制限し、この時には前記第一の吸気ポート
   を流れる吸入空気量の流量に応じた流量をもって前記第
   一の燃料噴射弁より燃料噴射を行うと共に前記第二の吸
   気ポートを流れる吸入空気の流量に応じた流量をもって
   前記第二の燃料噴射弁より燃料噴射を行い、この時の前
   記第二の燃料噴射弁の前記第二の吸気ポートの吸入空気
   量に対する燃料噴射比率は前記第一の燃料噴射弁の前記
   第一の吸入空気量に対する燃料噴射比率より高いことを
   特徴とする内燃機関の空気−燃料供給制御方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項の内燃機関の空気−燃料供
   給制御方法に於て、前記第二の燃料噴射弁は内燃機関の
   特定された運転時には前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射
   開始時期に比して遅れて吸気行程の後半に燃料噴射を開
   始することを特徴とする内燃機関の空気−燃料供給制御
   方法。