JPS63138122A - エンジンの成層燃焼制御装置 - 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、燃焼室内の点火プラグ周りに可燃混合気が偏
在するよう燃焼室内を成層化して混合気の燃焼を行うエ
ンジンの成層燃焼制御装置の改良に関する。

（従来の技術） 従来より、この種のエンジンの成層燃焼制御装置として
、例えば特開昭６０−３６７２１号公報に開示されるよ
うに、燃焼室内に臨むよう配首されて燃料を該燃焼室内
の点火プラグ周りに直接供給する燃料供給手段を備え、
該燃料供給手段からの燃料をエンジンの圧縮行程後半で
燃焼室内に供給して、可燃混合気が該燃焼室内の点火プ
ラグ周りにのみ偏在するよう燃焼室内を成層化すること
により、混合気の燃焼性を良好に確保しつつ、混合気の
空燃比を全体として大（リーン）にして、燃費性の向上
を図るようにしたものが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記の如ぎ混合気の成層燃焼時では、燃焼室
への燃料の供給時期を可及的に遅らせれば、該燃料の拡
散が抑制されて、その分、成層化の程度が高まり、混合
気の燃焼をより少ない燃料量でもって行うことができ、
燃費性の向上効果をより一層高めることができ、好まし
い。

しかるに、このように燃料の供給時期を遅らせる場合、
混合気の燃焼の過程を見ると、先ず燃料の供給があり、
この燃料（可燃混合気）の存在下で点火プラグが点火し
て混合気の燃焼が行われる関係上、燃料の噴射時期は、
この点火時期に制約されて、該点火時期よりも所定時間
だけ前に設定され、このため、燃料供給後から混合気の
燃焼までの上記所定時間のあいだに燃料の拡散が進んで
、その分、成層化の程度が低くなる憾みがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、混合気の成層燃焼時には、この成層燃焼の開始時
期を、点火プラグの点火時期に代えて燃料の噴射時期で
制御する、つまり点火プラグの点火状態で燃料を供給し
て同時に混合気の燃焼を行わせることにより、成層燃料
の噴射時期を従来の点火プラグの点火時期と同一時期に
まで遅らせて、その分、燃料の拡散を抑制しζよって成
層化の程度を高めて、より少ない燃料母でもって成層燃
焼を行い、燃費性の顕茗な向上を図ることにある。

（問題点を解決するための手段） 以上の目的を達成するため、本発明の解決手段は、第１
図に示すように、燃焼室４の点火プラグ１２周りに可燃
混合気を偏在させて、混合気の成層燃焼を行うＪ：うに
したエンジンの成層燃焼制御装置を前提とする。そして
、上記燃焼室４の点火プラグ１２周りに燃料を直接に供
給する燃料供給手段１３と、圧縮行程後期に燃料を供給
するよう上記燃料供給手段１３を制御する燃料供給時期
制御手段４０と、該燃料供給時期制御手段４０の燃料供
給時期よりも早い時期から該燃料供給時期を含む範囲内
で多重点火を行うよう上記点火プラグ１２の点火を制御
する点火制御手段４１とを備える構成としたものである
。

（作用） 以上の構成により、本発明では、混合気の成層燃焼時、
燃焼室４内では、圧縮行程の後半で、燃料供給の前の段
階から点火プラグ１２が多重点火作動していて、この点
火作動中に燃料供給手段１３からの燃料が燃焼室４の点
火プラグ１２周りに供給されて、この燃料供給と同時に
混合気が着火してその成層燃焼が行われる。

その際、燃料供給手段１３からの燃料供給と同時に混合
気の成層燃焼が行われて、その燃料の拡散の程度が最小
限に抑制されるので、成層化の程度が効果的に向上して
、燃費性の向上効果が最大限に１ｑられることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基いて説明
する。

第２図は本発明に係るエンジンの成層燃焼制御装置の全
体構成を示し、１はエンジン、２はエンジン１のシリン
ダ３に摺動自在に嵌挿され、頂部に四部２ａが形成され
たピストン、４は該ピストン２により容積可変に形成さ
れる燃焼室、５は一端がエアクリーナ６を介して大気に
連通し、他端が上記燃焼室４に開口して吸気をエンジン
１に供給するための吸気通路、７は一端が上記燃焼室４
に開口し、他端が大気に開放されて排気を排出するだめ
の排気通路であって、上記吸気通路５のサージタンク８
上流側には、吸入空気量を制御するスロットル弁９が配
設されていると共に、該スロットル弁９下流側で燃焼室
４への開口部の直上流側の吸気通路５は、仕切壁１０に
より上下に仕切られて上側に大径の高負荷用吸気通路５
ａが、下側に小径のスワール通路５ｂが各々形成され、
該高負荷用吸気通路５ａには、該高負荷用吸気通路５ａ
＠流通する吸入空気量を調整して燃焼室４内でのスワー
ルの強さを制御するスワール制御弁１１が配置されてい
る。また、燃焼室４の頂部には、ピストン２の凹部２ａ
に対峙して配置され、燃焼室４内の混合気に点火するた
めの点火プラグ１２と、燃焼室４内に臨んで配置され、
点火プラグ１２周りのみに燃料を直接に噴射供給する燃
料供給手段としての燃料噴射弁１３とか設けられている
。

尚、図中、１５は吸気通路５の燃焼室４への開口部に配
設された吸気弁、１６は排気通路７の燃焼室４への開口
部に配設された排気弁、１７は排気通路７の途中に配置
された排気ガス浄化用の触媒装置である。

また、上記スロットル弁９には、該スロットル弁９の開
度を調整するステッパモータ２０が接続されているとと
もに、スワール制御弁１１には、該スワール制御弁１１
の開度を調整するアクチュエータ２２が接続され、また
上記燃料噴射弁１３には、該燃料噴射弁１３に燃料を供
給する噴射ポンプ２３が接続されている。更に、上記点
火プラグ１２には点火コイル２４が接続されている。

加えて、２８はエンジン１の負荷状態を検出する負荷セ
ンサ、２９はエンジン回転数を検出する回転数センサ、
３０はエンジン１のクランク軸の所定角度位置（例えば
所定気筒のピストン上死点位置）により基準位置を検出
するＴ　Ｄ　Ｃセンサ、３１はエンジン冷却水温を検出
する水温センサ、３２は吸入空気の温度を検出する吸気
温センサ、３３はアクセルペダル（図示せず）の開度を
検出するアクセルペダル開度センサ、３４は上記スワ゛
　　　−ル通路５ｂの吸気流速を検出する流速センサで
おって、この７個のセンサ２８〜３４の検出信号は、各
々ＣＰＵヤＲＡＭ等を内蔵するコントローラ３５に入力
されていて、該コントローラ３５により、上記ステッパ
モータ２０、スワール制御弁アクチュエータ２２及び噴
射ポンプ２３並びに点火コイル２４が各々制御されて、
スロットル弁開度、スワール強さ、燃焼室４への燃料量
及び噴射時期並びに点火プラグ１２の点火時期が各々調
整される。

次に、上記コントローラ３５の作動を第３図の制御フロ
ーに基いて説明する。スタートして、ステップＳ１でエ
ンジン１の運転状態を把握すべく、先ず運転状態値Ｖの
値を混合気の成層燃焼時に相当する零値に初期設定し、
ステップＳ２でＴＤＣセンサ３０からのクランク角信号
の受信周期を計測した後、ステップＳ３でエンジン負荷
、回転数１、冷却水温、吸気温、アクセルペダル開度α
及びスワール強ざを検出する。そして、ステップ８４〜
Ｓ７で各々エンジン１の始動時、冷機時、加速時及びス
ロットル弁全開時か否かを判別し、始動時及び冷機時の
場合にはステップＳ８で運転状態値Ｖを「１」にし、加
速時の場合にはステップＳ９で「２」に、またスロット
ル弁全開時にはステップＳｈｏで「３」に各々設定する
。

しかる後、ステップＳｏで第４図のスロットル弁制御ル
ーチンに進んでスロットル弁９の開度を適宜調整した後
、ステップＳ１２で燃料噴射弁１３からの燃料噴射！ｕ
ｉｊを、第６図（イ）の噴射量マツプ、つまりエンジン
回転数ｒｐｍとアクセルペダル開度αとの関数ｆｌ（ｒ
ｐｍ、α）、つまりエンジン負荷の増大に応じて増量す
る特性に基いて算出し、その後、該噴射ｆｆ１Ｑ　ｉｊ
に噴射量補正係数Ｃを乗じて補正する。ここに、補正係
数Ｃは、始動補正係数Ｃｓ　Ｔ　、加速補正係数Ｃａｃ
ｃ及び水温補正係数ＣＷＴに基いて弐　〇＝（１＋Ｃｓ
Ｔ＋ＣａＣＣ）Ｘ　Ｃｗ　Ｔにより得られるものである
。また、該ステップ３１２では、燃料の噴射時期τｉｊ
を、同図（ロ）に示すようにエンジン回転改印ｍの上昇
及び噴り；［Ｑｉｊの増大に応じて進む関数ｆ２（ｒｐ
ｍ、　Ｑｉｊ）のマツプに暴いて、例えばエンジン１の
低負荷運転域等の第１運転域では圧縮行程の後半で燃料
噴射を行う時期とする一方、エンジン１の高負荷運転域
等の第２運転域では吸気行程前半から燃料噴射を行う時
期になるよう算出する。また、ステラ７　Ｓ　１３で第
５図のスワール制御ルーチンに進んでスワール強ざを適
宜調整する。

続いて、ステップ８１４で運転状態値Ｖの値を判別し、
Ｖ＝ＯのＹＥＳの混合気の成層燃焼時には、燃料噴射の
前の段階で点火プラグを複数回点火（多重点火）すべく
、先ず、ステップＳ＋ｓで最初の点火時期τｉｇからそ
の後の燃料噴射時期τｉｊまでの点火−噴射間隔Δτを
、噴射時期τｉｊを基準として所定値（負値）−Δτ０
に設定するとともに、ステップＳ１６で多重点火の期間
Δτｉｇを第６図（ハ）及び（ニ）に各々示す如く、エ
ンジン回転数ｐｐｍの上昇に応じて長く、燃料噴射ｆｌ
ｒＱｉｊの増大に応じて短かくなる関数ｆａ　（ｒｐｎ
、　Ｑ！ｊ）のマツプに基いて、上記所定値−Δτ０の
絶対値１Δτｏ１よりも顕著に長くなるよう算出した後
、ステップ８１７で多重点火の最初の点火時期τｉｇを
、上記燃料噴射時期τｉｊと点火−噴射間隔Δτとに基
いて式　τｉｇ＝τｉｊ十Δτにより算出し、点火プラ
グ１２の最初の点火時期τｉｇを燃料噴射時期τ１ｊよ
りも所定値−Δτ０だけ進める。

一方、上記ステップ３１４でＶ≠０の成層燃焼時でない
場合には、燃料噴射弁１３からの燃料を燃焼室４仝体に
均一に分散させて混合気の均一燃焼を行うべく、ステッ
プＳｅａで、通常通り燃料噴剣俊に点火プラグ１２を点
火して混合気の燃焼を行うよう、燃料噴射時期τｉｊを
所定時期τ１ｊｏ１．：ｔ２定すると共に、点火−噴射
間隔Δτを第６図（ホ）及び（へ）に各々示す如く、エ
ンジン回転数ｒｐｍの上昇に応じて短かく、燃おｌ噴射
ｆｆ１Ｑ　ｉｊの増大に応じて長くなる関数ｆ３（ｒｐ
ｍ、　Ｑｉｊ＞のマツプに基いて算出し、続いてステッ
プＳ１９で多重点火の期間Δτｉｇを短時間の所定値Δ
τ１ｇｏに設定して、上記ステップ３１７に進んで多重
点火の最初の点火時期τ１ｇを同様に算出する。

そして、その後は、ステップＳ２０において以上で設定
した燃料噴！）１量Ｑ１ｊになるよう噴射ポンプ２３の
プランジャをセットするとともに、ステップＳ２＋で燃
料噴射時期τｉｊになるようタイマをセットする。その
後、ステップ３２２でクランク角ＣＡを検出し、ステッ
プ３２３でこのクランク角ＣＡの値を判別して、多重点
火の最初の点火時期τｉｇに一致したＣＡ２１１ｇのＹ
ＥＳになるのを待ってステップ３２４に進み、該ステッ
プ３２４でクランク角ＯＡがその後に多重点火期間△τ
１９を経過したか否かを判別し、ＣＡ＜τｉｇ＋Δτｉ
ｇの多重点火期間中は、ステップＳ２５で点火コイル２
４を制御して、点火プラグ１２の多重点火を行い、ＣＡ
≧τｉｇ＋Δτｉｇの多重点火期間が終了すると、リタ
ーンする。

次に、上記第４図のスロットル弁制御ルーチンを説明す
るに、ステップＳＴＩで運転状態値■の値を判別し、Ｖ
−〇のＹＥＳの場合には、混合気の成層燃焼時と判断し
て、ステップＳＴ２でこの成層燃焼時の混合気の空燃比
を全体として顕著に大にすべく、スロットル弁開度を全
開近傍の所定値ＴＶｏにするようステッパモニタ２０を
制御する一方、■≠０の場合には、混合気の均一燃焼時
と判断して、ステップＳｖ３でスロットル弁開度を第７
図の開度マツプにより、エンジン回転数及びエンジン負
荷の関数の増大（出力の増大）に応じて大きくなる特性
に応じた開度値ＴＶ＋に制御して、リターンする。

続いて、第５図のスワール制御ルーチンを説明するに、
ステップＳｓ＋で運転状態値Ｖの値を判別し、■＝３の
スロットル弁全開時には、ステップＳＳ２で吸入空気也
の増大を図るべくスワール制御弁１１の目標開度θＳを
ｒｌｏｏＪの全開値に設定する一方、■≠３のスロット
ル弁全開時でない場合には、第１０図に示す如く、スワ
ール比をエンジン負荷の増大に応じて漸次大きくし、所
定負荷値以後はこの大値から漸次小さくする特性（エン
ジン回転数に対してはスワール比はほぼ一定）になるよ
う、ステップＳＳ３でスワール制御弁１１の目標開度θ
Ｓを、第８図に示ず如くエンジン回転改印ｍとスロット
ル弁αとに基づく関数ｆ　（ｒｐｍ、α）、つまりエン
ジン負荷に基いて鐸出し、該目標開度θＳを第９図（イ
）に示すエンジン冷却水温度の上昇に応じて大になる水
温補正係数０１に基いて、エンジン冷機時にはスワール
を強くするよう、　θｓ＝　ｆ　（ｒｐｍ、　α）　Ｘ
　Ｃ１により補正する。

しかる後、ステップＳｓａで運転状態値Ｖの値を判別し
、Ｖ＝２の加速時の場合には、ステップＳｓｓでスワー
ル制御弁１１の目標開度θＳを、第９図（ロ）の加速度
の増大に応じて大ぎくなる加速補正係数０２に基いて式
　０８＝Ｏ３十〇２（１００−θＳ）により補正する。

そして、ステップＳｓａで以上で設定した目標開度θＳ
になるようスワール制御弁１１のアクチュエータ２２を
作動制御して、リターンする。

よって、上記第３図の制御フローのステップＳ１２及び
Ｓ２１により、燃料噴射弁１３からの燃１１噴射時期τ
１ｊを第６図（ロ）の噴ｑ４時期マツプ（τｉＪ＝ｆ２
（ｒｐｍ、　Ｑｉｊ）に基いて圧縮行程後期に設定して
、燃料を噴射供給するよう燃料噴射弁１３を制御するよ
うにした燃料供給時期制御手段４０をｌｉ４成している
。また、ステップＳ＋ｓ〜３１７及びステップ３２２〜
Ｓ６により、上記燃料供給時期制御手段４０の燃料噴射
時期（燃料供給時期）τｉｊよりも点火−噴射間隔Δτ
だけ早い時期から多重点火を開始して、該燃おｌ噴射時
期τｉｊを含む範囲の多重点火期間Δτｉｇのあいだ多
重点火を行うよう点火プラグ１２の点火を制御するよう
にした点火制御手段４１を構成している。

尚、燃焼室４の燃焼噴射弁１３は、第１１図（イ）及び
（ロ）に示す如く、その中芯軸がシリンダ中芯軸に一致
するよう配置されていて、その燃料噴射方向がピストン
２の摺動方向に平行に設定されて、圧縮行程時に、ピス
トン２の上昇動作によっても燃料の拡散が増大されない
ようになされている。

したがって、上記実施例においては、第１２図に示すよ
うに、エンジンの低負荷運転域等の混合気の成層燃焼時
では、吸気弁１５が閉じた後の圧縮行程において、第６
図（ハ）及び（ニ）の点火時期マツプから算出された点
火時期τｉｇに至ると、点火プラグ１２の多重点火が点
火制御手段４１で多重点火期間Δτｉｇのあいだ行われ
、この多重点火の状態で、上記点火時期τｉｇから点火
−噴射間隔Δτだけ経過した時点、つまり圧縮行程後半
の燃料噴射時期τｉｊの時点で噴射担Ｑｉｊの燃料が燃
料噴射弁１３から点火プラグ１２周りに噴射供給される
。このことにＪ：す、燃焼室４内では可燃混合気が点火
プラグ１２周りのみに偏在した状態（混合気の空燃比は
全体として大の状態）で、その成層燃焼が行われるので
、混合気の燃焼性を良好に確保しつつ、燃費性の向上が
図られる。しかも、この成層燃焼時には、スロットル弁
９の開度が全開に調整されるので、吸入空気量が顕著に
増大して、混合気の空燃比は全体としてより一層大にな
る。

その際、混合気の成層燃焼は、燃料噴射弁１３からの燃
おｌ噴射と同時に行われて、その拡散が最小限に抑制さ
れるので、成層化が確実に行われて、混合気の成層燃焼
が可及的少量の燃料でもって良好に行われることになる
。よって、燃料消費量を効果的に低減して、燃費性の向
上効果をより一層高くできる。

また、第１２図において、混合気の均一燃焼時では、吸
気弁１５が開状態にある吸気行程の途中で燃料噴射時期
τｉｊｏに至ると、この時点から噴射Ｎｏ　ｉｇの燃料
が噴射され、その後、この噴射時期τｉｊｏから第６図
（ホ）及び（へ）の点火−噴射間隔マツプで算出された
点火−噴射間隔Δτが経過すると、この時点で点火プラ
グ１２が微小点火期間ΔτｉｇＯのあいだ点火を続行し
て、混合気の均一燃焼が行われることになる。

尚、上記実施例では、混合気の均一燃焼時では、燃焼室
４内に臨む燃焼噴射弁１３で吸気行程後半から燃料噴射
を行うようにしたが、吸気通路５のスロットル弁９下流
側に均一燃焼用の燃料噴射弁を別途に設けて、均一燃焼
用の燃料を吸気行程後半から噴射するようにしてもよい
。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、混合気の成層燃
焼時には、点火プラグを多重点火期間させた状態で成層
燃焼用の燃料供給を行って、この燃料供給と同時に混合
気の成層燃焼を行うようにしたので、成層燃焼用の燃料
供給を最大限遅らせて燃料の拡散を最小限に抑制し、混
合気の成層燃焼を可及的少量の燃料量でもって良好に行
うことができて、燃費性の向上を効果的行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図である。 第２図ないし第１２図は本発明の実施例を示し、第２図
は全体構成図、第３図ないし第５図は各々コントローラ
の作動を示すフローチャート図、第６図ないし第９図は
各々コントローラ内部に記憶する各種マツプを示す図、
第１０図はエンジン負荷に対するスワール比特性を示ず
図、第１１図（イ）及び（ロ）は燃料噴射弁周りの拡大
図、第１２図は作動説明図である。 １・・・エンジン、４・・・燃焼室、１２・・・点火プ
ラグ、１３・・・燃料噴射弁、２３・・・噴射ポンプ、
２４・・・点火コイル、３５・・・コントローラ、４０
・・・燃料供給時期制御手段、４１・・・点火制御手段
。 第１０図 第８図 第９図 第５図 第６図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（ハ）宵杓口・動量（Ｑｉ７） 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室の点火プラグ周りに可燃混合気を偏在させ
   て、混合気の成層燃焼を行うようにしたエンジンの成層
   燃焼制御装置であって、上記燃焼室の点火プラグ周りに
   燃料を直接供給する燃料供給手段と、圧縮行程後期に燃
   料を供給するよう上記燃料供給手段を制御する燃料供給
   時期制御手段と、該燃料供給時期制御手段の燃料供給時
   期よりも早い時期から該燃料供給時期を含む範囲内で多
   重点火を行うよう上記点火プラグの点火を制御する点火
   制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの成層燃
   焼制御装置。