JPS6361773A - エンジンの燃料噴射装置 - 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】 皮栗上ｑ机朋分印 本発明は、ピストン頂部にキャビティを有するエンジン
の燃料噴射装置に関するものである。さらに詳細には、
成層化が改善されたピストン頂部にキャビティを有する
エンジンの燃料噴射装置に関するものである。

先兵挟止 燃焼性を改善するため、ピストン頂部にキャビティを形
成して、燃焼室をコンパクト化し、大きいシリンダボア
で構成されるエンジンの場合に比して、点火プラグから
燃焼室壁までの距離を相対的に短縮し、燃焼距離を短く
することによって、希薄混合気下でも安定した燃焼が得
られるようにする試みが、従来よりなされている。

日の解゛　しようとする問題点 しかしながら、かかるエンジンにおいて、従来の燃料噴
射装置ように吸気弁上流に燃料供給手段を設けて、燃料
をシリンダボア内に供給するときは、シリンダボア内に
混合気が流入する際、吸気スワールなどに混合気が乗っ
て、シリンダボア壁方向へ拡散してしまい、キャビティ
開口部に配設されている点火プラグまわりに濃混合気を
集めることが困難になり、着火性が悪いという問題があ
った。

かかる問題を解決するため、吸気弁近傍に燃料噴射弁を
設け、吸気弁を開弁するとともに燃料噴射を行う、いわ
ゆるタイムド・インジェクション法が提案されているが
、この方法によっても、十分な成層化は実現できず、必
ずしも満足すべき結果は得られていなかった。（たとえ
ば、特開昭５６−１４８６３６号公報など。） 光肌■旦負 本発明は、成層化が大幅に改善されたピストン頂部にキ
ャビティを有するエンジンの燃料噴射装置を提供するこ
とを目的とするものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、ピストンの下死点付近に位置し
、ピストンが下死点付近にあるときに開口される副吸気
ポート及び該副吸気ポートに臨む燃料供給手段を設ける
ことによって達成される。

このように、ピストンの下死点付近に位置し、ピストン
が下死点付近にあるときに開口される副吸気ボー１−及
び該副吸気ポートに臨む燃料供給手段を設け、ピストン
が下死点付近にあるときに、燃料供給手段より燃料をピ
ストン頂部に設けたキャビティに向けて噴射することに
より、燃料の大部分をキャビティ内に収容させることが
でき、また、燃料は吸気などに比べてその重量が大きい
ため、ビスＩ・ンが上昇し、点火位置に達するまでの間
に、キャビテイ外へ拡散、流出する燃料の量は少なく、
したがって、キャビティに対向する点火プラグで点火す
る際に、キャビティ内には濃混合気が保持されているか
ら、着火性は著しく改善される。

本発明の好ましい実施態様においては、燃料供給手段は
、燃料をキャビティに向けて噴射しうるように、指向さ
れて設けられている。燃料供給手段を、このように配設
することにより、燃料をキャビティ内により効率的に保
持させることが可能となる。

本発明の他の好ましい実施態様においては、副吸気ポー
トに連通ずる加圧空気供給手段と加圧空気供給タイミン
グ制御手段が設けられ、副吸気ポートがシリンダボア接
線方向に向かうように開口せしめられている。このよう
に、副吸気ポートより、燃料とともに加圧空気を供給す
ることによって、燃料の霧化を促進するとともに半径方
向にエンドガスの混合気濃度が低くなるように成層化を
することができ、ノンキングを防止することが可能とな
る。

本発明の別の好ましい実施態様においては、副吸気ポー
トに連通ずる排気還流ガス供給手段および排気還流供給
タイミング制御手段が設けられ、副吸気ポートがシリン
ダボア接線方向に向かうように開口せしめられている。

このように、排気還流ガスをシリンダ内に供給すること
により、燃料と排気還流ガスとを半径方向に成層化する
ことができ、燃焼が進んで、窒素酸化物の発生量が多い
時期に排気還流ガスを充填し、燃焼を抑制させることが
可能となり、窒素酸化物の発生量を著しく低減させるこ
とができる。

本発明の他の好ましい実施態様においては、副吸気ポー
トがシリンダボア接線方向に向かうように開口せしめら
れ、この副吸気ポートに連通ずる加圧空気供給手段と加
圧空気イバ給タイミング制御手段ならびに排気還流ガス
供給手段および排気還流供給タイミング制御手段が設け
られている。このように構成することによって、燃料の
霧化の促進、ノッキングの防止および窒素酸化物の発生
量の大幅低減が可能となる。

本発明の他の好ましい実施態様においては、更に、シリ
ンダヘッドに設けられた主吸気ポートに連なる主吸気通
路に混合気供給手段が設けられている。このように構成
するごとによって、成層化を必要としない高負荷あるい
は高回転運転域においては、通常の運転が可能となる。

尖施開 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の一実施例に係るエンジンの燃料噴射
装置を含むエンジンシステムの全体概略図であり、第２
図は、そのエンジン部の詳細図である。

第１図および第２図において、１はエンジン、２はシリ
ンダブロック、３はピストン、４はピストン３の頂部に
設けられたキャビティ、５はクランクシャフトを示して
いる。また、１０は主吸気ポート、１１は主吸気通路、
１２は主吸気弁、１３はキャブレターであり、これによ
り霧化された燃料が吸気と混合され、混合気を形成して
主吸気ポート１０に送られる。１４は排気ポート、１５
は排気通路、１６は排気弁である。２０はピストン３の
下死点付近に開口する副吸気ポートで、２１は副吸気ポ
ートに連なる副吸気通路である。

２２はピストン３がその下死点付近にあるときに、ピス
トン３頂部のキャビティ４に向かって燃料を噴射しうる
ように指向されて設けられた燃料噴射ノズルであり、２
３は副吸気通路２１に空気を供給するエアポンプ、２４
は排気還流ガスをシリンダブロック２内に還流する排気
還流通路、２５はクランクシャフト５と同期して回転し
、エアポンプ２３より吐出される空気および排気還流通
路２４より還流される排気還流ガスを所定のタイミング
で副吸気ポート２０に供給するロータリーバルブである
。３０は、好ましくは、マイクロコンピュータなどによ
り構成され、副吸気ポートからの燃焼噴射、加圧空気の
供給および排気還流ガスの供給を制御する制御装置であ
る。制御装置３０には、図示しない検出手段によって検
出されたエンジン回転数信号、吸気管内圧力信号、エン
ジン冷却水温度信号、大気圧信号、空燃比信号などが入
力されている。３１は排気還流ガスを流量を制御する排
気還流制御手段であり、３２はキャビティ４に対向する
位置に設けた点火プラグである。

第１図および第２図に示された実施例においては、エン
ジンの運転状態に応じて、次のように、燃料噴射、吸気
および排気還流が制御される。

第３図は、エンジン運転領域と制御との関係を示すもの
であり、第４図は、本実施例における制御のフローチャ
ートである。第３図において、Ａ領域は、吸気管内圧力
Ｐが所定の値Ｐ３を越えている高負荷運転領域またはエ
ンジン回転数Ｎが所定の値Ｎ３を越えている高回転運転
領域を示し、ＢｖＪ域は、吸気管内圧力Ｐが所定値Ｐ３
以下で、かつエンジン回転数Ｎが所定値Ｎ、以下の成層
燃焼が必要な運転領域であり、Ｃ領域は、吸気管内圧力
Ｐが所定の値Ｐ１を越え、所定値２２未満である中負荷
運転領域で、かつエンジン回転数Ｎが所定の値Ｎ１を越
え、所定値Ｎ２未満である中回転運転領域であって、Ｂ
ｆｉｉ域の中でとくに窒素酸化物の発生を抑えるために
、排気還流をすることが望ましい運転領域を示している
。

第４図において、まず、図示しない検出手段によって検
出されたエンジン回転数信号、吸気管内圧力信号、エン
ジン冷却水温度信号、大気圧信号および空燃比信号など
が、制御装置３０に入力され、基本燃料噴射量が演算さ
れる。さらに、燃料噴射時期が演算され、エンジン冷却
水温度に基づいて基本燃料噴射量が補正されて、燃料噴
射量τが算出される。

次いで、吸気管内圧力の検出値Ｐが前記所定値Ｐ３を越
えているか否か、およびエンジン回転数Ｎが前記所定値
Ｎ３を越えているか否かが判定される。

判定結果が、Ｐ＜Ｐ３でかつＮ　＜　Ｎ　３であるとき
は、運転領域が成層燃焼の必要なり領域にあることを示
しており、したがって、更に排気還流が必要な０ｗ４域
にあるか否かを判定する必要があるので、次ぎに、吸気
管内圧力Ｐが所定値Ｐ、を越え、所定値２２未満であり
、かつエンジン回転数Ｎが所定の値Ｎ、を越え、所定値
Ｎ２未満であるか否が判定される。判定結果が、ＹＥＳ
、すなわちＰＩ　＜ｐ＜ｐ２でかつＮｌ　＜Ｎ＜Ｎ２で
あるときには、運転領域が、Ｃ領域にあることを示して
おり、制御装置３０は、排気還流をすべき旨の信号を排
気還流制御手段３１に出力し、排気還流制御手段３１は
、エンジン回転数Ｎおよび吸気管内圧力Ｐにしたがって
、所定量の排気還流ガスを排気還流通路２４に供給する
。ただし、暖機運転中には、排気還流を行うことは望ま
しくないので、さらに、エンジン冷却水温度Ｔが所定の
値Ｔ３を越えているか否かが判定され、Ｔ≦Ｔ、である
とき、すなわち、暖機運転中のときには、制御装置３０
が、排気還流をすべき旨の信号を排気還流制御手段３１
に出力しないように制御がなされる。

他方、判定結果が、ＮＯのときには、その時の運転領域
が、排気還流が必要なＣ領域にはないことを示しており
、排気還流制御手段３１は排気還流通路２４を閉じられ
る。運転領域が、Ｂ　ｊｉ域にある場合には、たとえＣ
領域にある場合でも、成層燃焼が必要であり、したがっ
て、いずれの場合にも、制御袋Ｎ３０ば、エアポンプ２
３に加圧空気を供給すべき旨の信号を出力するとともに
、燃料噴射ノズル２２に燃料を噴射すべき旨の信号を出
力する。ただし、良好な成層化を実現するためには、ピ
ストン２が下死点付近にあるときに、燃料噴射、加圧空
気供給および排気還流ガス供給がタイミングよくなされ
ることが必要であるので、これらのタイミングが次のよ
うに制御される。第５図は、本実施例における排気還流
ガス供給、加圧空気供給および燃料噴射のタイミングの
一例を示すものである。第５図に示すように、まず、排
気還流ガスが供給される。すなわち、第１図および第２
図において、排気還流制御手段３１により排気還流通路
２４が開かれる。次いで、クランクシャフト５と同期し
て回転しているロータリーバルブ２５に設けられた孔が
排気還流通路２４と副吸気通路２１とを連通させると、
排気還流ガスが副吸気通路２１に供給される。ロータリ
ーバルブ２５は、その位相角が、エンジンの運転サイク
ルに応して、第５図に示すタイミングで、それに設けら
れた孔が排気還流通路２４と副吸気１ｍ路２１とを連通
させるように予め設定されている。これに続き、加圧空
気が副吸気通路２１へ供給される。

すなわち、第１図および第２図において、エアーポンプ
２３より加圧空気が吐出され、次いで、クランクシャフ
ト５と同期して回転しているロータリーバルブ２５に設
けられた孔が加圧空気通路と副吸気通路２１とを連通さ
せると、加圧空気が副吸気通路２１に供給される。ロー
タリーバルブ２５は、その位相角が、エンジンの運転サ
イクルに応じて、第５図に示すタイミングで、それに設
けられた孔が加圧空気通路と副吸気通路２１とを連通さ
せるように予め設定されている。最後に、第５図に示す
ようなタイミングで燃料噴射がなされる。ここに、燃料
の噴射が、排気還流ガスおよび加圧空気の供給より遅れ
てなされるのは、第１図および第２図に示されるように
、燃料噴射ノズル２２は副吸気ポート２０の近傍に設け
られているので、燃料は噴射後、直ちにシリンダブロッ
ク２内へ供給されるのに対し、ロータリーバルブ２５は
、副吸気ポート２１より少し離れた副吸気通路２１内に
設けられているため、シリンダブロック２内に、排気還
流ガスおよび加圧空気が供給されるまでに、ある程度の
時間を要することは避けられないからである。したがっ
て、第５図に示されるように、燃料噴射、加圧空気供給
および排気還流ガス供給のタイミングが制御されると、
この時間遅れのため、噴射された燃料は加圧空気により
霧化されて、シリンダブロック２内に供給されることに
なる。第４図のフローチャートによれば、燃料噴射は次
のように、制御される。実験的に定められた燃料噴射時
期のクランク角θユが予め、制御装置ｆ　３０に入力さ
れ、各時点のクランク角θが検出されて、クランク角θ
、との大小が判定される。判定結果が、θ≧θ、である
ときには、燃料噴射時期にあることを示しているから、
制御装置３０は、燃料噴射ノズル２２に燃料を噴射すべ
き旨の信号を出力し、燃料噴射ノズル２２は、副吸気ポ
ート２０を経て、ピストン３の頂部に設けられたキャビ
ティ４に向けて燃料を噴射する。

他方、θ〈θ、であるときには、まだ燃料噴射時期に至
っていないことを示しているから、θ≧θ。

になるまで、クランク角θの検出、燃料噴射時期のクラ
ンク角θ、との大小比較が繰り返される。

燃料噴射ノズル２２からの燃料噴射が開始されると、図
示しないタイマー手段が噴射開始からの時間を計測し、
燃料噴射量τに達すると、燃料噴射ノズル２２は閉じら
れる。第４図においては、燃】　４ 料噴射開始時点でｔ＝Ｑとされ、ｔ〈τのときには、１
＝１＋Δｔと置き換えがなされて、再度判定がなされて
おり、前記タイマー手段は、Δｔの精度で燃料噴射時間
、すなわち、燃料噴射量を制御しうるように構成されて
いる。

第６図は、水平方向における燃料噴射、加圧空気供給お
よび排気還流ガスの供給方法の一例を示すものである。

第６図において、副吸気ポート２０は、シリンダボア接
線方向に向かうように開口せしめられており、ロータリ
ーバルブ２５より副吸気通路２１に供給された加圧空気
および排気還流ガスは、シリンダブロック２内に半径方
向外側へ向けて供給されるが、燃料噴射ノズル２２は、
下死点付近にあるピストン３の頂部に設けられたキャビ
ティ４に向けて配設されており、燃料は、シリンダブロ
ック２の略中央部に位置するキャビティ４に向かって噴
射される。このように、ピストン３が下死点付近にある
ときに、燃料の大部分はキャビティ４内に、加圧空気お
よび排気還流ガスの大部分は、半径方向外側に存在する
ように供給されている。

こうして、燃料噴射が終わると、最適な空燃比でリーン
バーン運転がなされるように、空燃比制御がなされ、ピ
ストン３が上死点に向かって上界。

する。ピストン３が上死点の近傍に達すると、点火プラ
グ３２によって点火がなされるが、燃料は空気や排気還
流ガスに比べて、その重量が大きいため、ピストン３の
上昇中に、キャビティ４から外部へ流出する量は少なく
、したがって、点火時に、点火プラグ３２に対向するキ
ャビティ４内には、濃混合気が存在しており、容易に燃
料に着火することができる。

他方、吸気管内圧力の検出値Ｐが前記所定の値Ｐ３を越
えているか否か、およびエンジン回転数Ｎが前記所定値
Ｎ３を越えているか否かの判定結果が、ＮＯのとき、す
なわち、運転領域が、ＡＶ４域にあるときは、排気還流
も加圧空気の供給も、また燃料噴射ノズル２２からの燃
料噴射もなされず、主吸気弁１２が開かれ、キャブレタ
ー１３により霧化された燃料が主吸気ポート１０より、
シリングブロック２内に噴射供給され、均一な混合気の
爆発燃焼によって、運転がなされる。

以上のようにして、エンジン運転の１サイクルが終了し
、同様な操作が操り返される。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内において、種々の変更
が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるも
のであることは言うまでもない。

たとえば、前記実施例においては、ＢｅＪｆ域およびＣ
領域では、専ら副吸気ポート２０より、燃料および加圧
空気、またはこれらに加えて排気還流ガスをシリンダブ
ロック２内に供給しているが、さらに、エンジンｌに対
する要求負荷を満たすために、これらとともに、主吸気
ポート１０より、空気または希薄な混合気をシリンダブ
ロック２内に供給するようにしてもよい。

光肌ｑ殉果 本発明によれば、ピストンが下死点付近にあるときに、
ピストンの下死点付近に開口する副吸気ポ ート に向けて燃料を噴射し、点火時においても、燃料の大部
分をキャビティ内に保持しうるように構成されているた
め、キャビティに対向する位置に設けられた点火プラグ
により点火がなされるとき、キャビティ内には濃混合気
が存在し、容易に燃料に着火するから、着火性を著しく
向上させることが可能となる。

また、さらに、副吸気ポートをシリンダボアの接線方向
に向けて開口し、副吸気ポートより、加圧空気および排
気還流ガスを適当なタイミングでシリンダブロック内に
供給するときは、燃料の霧化を促進するとともに、半径
方向の良好な成層化を実現することができ、窒素酸化物
の発生量を低減することおよびノッキングを防止するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るエンジンの燃料噴射
装置を含むエンジンシステムの全体概略図であり、第２
図は、そのエンジン部の詳細図である。第３図は、エン
ジン運転領域と制御との関係を示す図面であり、第４図
は、本発明の実施例における燃料噴射、加圧空気供給お
よび排気還流ガス供給の制御のフローチャートである。 第５図は、本発明の実施例における排気還流ガス供給、
加圧空気供給および燃料噴射のタイミングの一例を示す
グラフである。第６図は、本発明の実施例における燃料
噴射、加圧空気供給および排気還流ガスの水平方向にお
ける供給方法の一例を示す図面である。 １・・・エンジン、 ２・・・シリンダブロック、 ３・・・ピストン、　　４・・・キャビティ、５・・・
クランクシャフト、 １０・・・主吸気ポート、 １１・・・主吸気通路、　１２・・・主吸気弁、１３・
・・キャブレター、 １４・・・排気ポート、　１５・・・排気通路、１６・
・・排気弁、　２０・・・副吸気ポート、２１・・・副
吸気通路、 ２２・・・燃料噴射ノズル、 ２３・・・エアポンプ、 ２４・・・排気還流通路、 ２５・・・ロータリーバルブ、 ３０・・・制御装置、 ３１・・・排気還流制御手段、 ３２・・・点火プラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピストン頂部にキャビティを備え、該キャビティの略中
   央部に対向する位置に点火プラグを備えたエンジンの燃
   料噴射装置において、ピストンの下死点付近に位置し、
   ピストンが下死点付近にあるときに開口される副吸気ポ
   ートおよび該副吸気ポートに臨む燃料供給手段を設けた
   ことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。