JPS6035114A - 層状給気エンジン - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、燃料をエンジンの点火プラグに向Ｉツー　１
　− て送る層状給気エンジンに関１ノーるものである。

（従来技術） 従来の一般的な火花点火式エンジン（ガソリンエンジン
）では、スロットルバルブによって吸入空気量を調節し
、かつ、吸入空気量に応じた吊の燃料を供給して空気と
均一に混合させ、燃焼室内で点火プラグにより着火させ
るようにしている。

このようなエンジンにおいて出力および燃費を向上する
手段としては、例えば実間ｎｌ　５　’ｌ　５６００６
号公報にみられるように、圧縮行程で燃焼室内に圧縮空
気を供給して旋回流を助長させ、燃焼速度を高めるよう
にしたものなどが知られている。

ところで、少なくと−しエンジン低負荷時には、点火プ
ラグ刊近に着火可能な空燃比の混合気が存在すれば、燃
焼室内の他の部分おいて燃ＩＩが希薄であっても充分に
燃焼は可能であり、エンジンを作動させることができる
。このような点に着目し、大幅な燃費の向」−を図る手
段として、特開昭４９−６２８０１’を公報に示される
ように、点火時期に対応した所定時期に燃料を点火プラ
グに向【プて−〇　− 噴射させるようにした、いわゆる層状給気エンジンが知
られている。このエンジンによると、点火プラグ付近に
所要の空燃比を与える燃料が供給される限り、希薄燃焼
が可能となるとともに、空気が過剰に供給されても差し
支λないので低負荷時にスロワ１−ルバルブの開度を大
きくシ、またはスロットルバルブを省ｌ８８Ｊ−ること
ができ、これにより低負荷時のボンピングロスを低減す
ることができる。その結果、大幅な燃費の向上が可能と
なる。

このように点火プラグに向けて燃！Ｆ！１が噴射される
層状給気エンジンでは、低負荷時に、着火性の向上のた
め、できるだ（づ上記燃料の霧化、気化を促進づること
が望まれている。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、少なくとも低負荷時に
所定のタイミングで燃料を点火プラグに向けて噴射する
ようにした層状給気エンジンにおいて、上記燃料を積極
的に霧化、気化することによって着火性の向上を図り、
さらに、点火プラグ付近を掃気してから燃料を噴射する
ことににつて−　３　− 着火性を一層良好にザることを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明の層状給気エンジンは、エンジンの点火プラグに
向（′ｊて配置された燃料噴射時期と、該燃Ｙ１噴射弁
からの噴！Ｊ］燃料と干渉する方向に空気を噴射する空
気噴射弁と、エンジンの負荷状態を検出Ｊ−る負荷検出
手段ど、エンジンのクランク角を検出するクランク角検
出手段と、燃料制御手段と、空気制御手段とを備えてい
る。上記燃料制御手段は、上記負荷検出手段とクランク
角検出手段どの出力を受１ノ、Ｔンジン低負荷時、吸気
行程後″−１′から圧縮行程の所定の時期に燃＄３１を
噴射するように上記燃料噴射弁を制御し、８１：た、空
気噴射手段は、燃料噴射開始時期より早い時期から燃料
噴射時期にわたって空気を噴射するように空気噴射弁を
制御する構成としている。上記燃刺噴ｑ１弁および空気
噴射弁は、上記要件を満足覆−る限り、燃焼室に設【１
ておいてもよいし、燃焼室近傍の吸気ボー１−に設けて
おいてもＪ：い。

−４− （実施例） 第１図Ｌｔ本発明４４気筒４ザイクルエンジンに適用し
た揚台の一実施例を概略的に示し、第２図１３１、ｔ、
ｌのＪンジンの燃焼室部分とその近傍部の具体的構造を
示す。これらの図において、１はエンジン本体、２　＋
１吸気管３おＪ、び吸気マニホールド４からなる吸気通
路、５は吸気面１ｉ１８２の上流部に設（１られた゛１
アクリーナ、６１５１．　ＩＪＩ気マニホールドである
。図に示寸実施例では、エンジン本体１の各気筒の燃焼
室７（７り・目〕てぞれぞれ一次吸気通路８と二次吸気
通路９とが吸気マニホールド４に設けられ、」記二次吸
気通路９には、この通路９の開度を調節するスワール調
節弁１０が設けられている、１このスワール調節弁１０
の作動は、後述する制御ユニツ１−４０により、アクチ
ュエータ１１を介して制御されるＪ、うにしている。

各気筒の燃焼室７には、−次吸気通路８に連通ずる一次
吸気ボー１−１３と、二次吸気通路９に連通する二次吸
気ボーｔ〜１４と、１′Ｊ１気ボート１５とが開口し、
これらのボー１〜１３，１４．１５の聞−５− 口部に、図外の動弁機構に」、つてイれぞ（を所定のタ
イミングで開閉作動される一次側吸気弁１６、二次側吸
気弁１７およびｊＪｌ気弁１８が装備されている。また
、燃焼室７内には、点火プラグ２０が設置、プられると
どもに、燃ｆｉｌ噴）１弁２１おｊ：び空気噴射弁２２
が配設されている。上記燃１１噴射弁２１は点火プラグ
２０に向（）て段りられている。Ｊ、た、空気噴射弁２
２は、燃）ＰＩ噴用弁２１に近接して配置され、かつ、
燃料噴射弁２１からの噴射燃Ｆ１と干渉する方向に空気
を噴射するＪ：うに設けられている。イＴお、第１図で
は作図の便宜上、右端の気筒に対してのみ燃料噴射弁２
１おＪ：び空気噴射手段２２の配回を明らかにしたが、
他の気筒にも同様にそれぞれ燃料噴射弁２１および空気
噴射弁２２が配回されている。

上記燃料噴射弁２１は燃ｒ１噴川ポンプ２３に接続され
ている。この燃料噴射ポンプ２３はタイミングベル１−
２４おＪ：びプーリ２５，２６を介して、［ンジンのク
ランク軸２７ににり駆動され、各気筒の燃料噴射弁２１
にそれぞれ燃ｒ１を供給して噴−６− 川さｔｉるＪ−うｔこし、かつ、そｑ）噴射開始時期お
よび噴ｆ１４終了時期を電気的な制御信号に応じて調節
ηることがｒ′さる侶〕；−となっている。また、空気
噴０４弁２２は空気リザーバ２９を介して空気ポンプ３
０１ニー　１１ｊ続され、この空気ポンプ３０は、ベル
ｈ３１ＪｔＪ、びプーリ３２，３３を介１．−ｃ上記ク
ラ〕／り軸２７１こ３１、（つ駆動さ１）るｊ：うにし
ている１１図で（５１１、エンジン始動時に空気リザー
バ２９内の圧力−１＝胃を促進するため、空気リザーバ
２９と空気ポンプ３０との間に空気リターン通路３４を
ＨＱ　ｃｔ　。

この空気リターン通路３４に、エンジン始動時に開閉作
動されるリサイクルバルブ３５が設（プられている。、
３６は空気ポンプ３０への空気導入用通路３７に設置−
Ｊられたチェックバルブ、３８は空気リリーフ用通路３
９に設けられたリリーフ弁である。

また、４０は各種制御のための制御ＩＩ　Ｅｌｌニラ１
〜あり、例えば第３図に示すようにマイクロコンビコー
タを用いた制御部４１および各種変換器／１２〜４５を
含んでいる。上記制御部４１には、アク−７− セル開度１？ント）−５１からＡ／Ｄ変換器４２を介し
てアクＩ？ル開度信弓が入力されるとともに、クランク
角］？ンーリ５２から「／＼ｌ（周波数−電１Ｔ）変換
器４３おｊ：びＡ／Ｄ変換器４４を介してエンジン回転
ｖｉ信号が入力され、このアク１！ル間葭ど１７９２回
転数とで負荷状態が検出されるにうにし、Ｊ、た、りう
ンク角［ンリ５２からクランク角信シ〕が入力されてい
る。さらに、後述づる始動時の制御のため、前記空気リ
リ゛−バ２９内の圧力を検出する圧力セン号５３からＡ
／Ｄ変換器４５を介してりえられる圧力信号と、スター
１−けン（Ｊ−５４から与えられるインタラブ１〜（割
り込み信号）どしてのスター１−信同一ら」−開制御部
４１に入力されている。上記制御部４１は、燃料噴射弁
２１からの燃料噴射を制御ｕｌｌづる燃料制御手段どし
ての機能と、空気噴射弁２２からの空気噴射を制御する
空気制御手段どしての機能とを右し、直接には燃１’３
＋噴Ω」ポンプ２３の作動および空気噴射弁２２の開閉
作動を制御している。また、前記スワール調節弁１０の
アクチコ■−夕１１および前記リサイクルパー　８　− ルブ３５も」上記制御部４１によって制御している。

上記制御部４１内には、予め種々の運転状態における燃
料と空気の各噴射開始時期および各噴ｏｉ＋終了時期が
データマツプとして記憶され、このマツプにより少なく
とも低負荷時には吸気行程摂生ないし圧縮打栓で燃ｒ１
が噴射されるとともに、燃料噴射開始時期より早い時期
から空気が噴射されるように設定されている。例えば第
４図に示すような特性で上記各時期が制御されるように
上記マツプが作成されている。すなわち、第４図におい
て、ＦＳおよびＦｅはイれぞれ燃料の噴Ｉ）１開始時期
および噴射終了時期、ＡｓおよびＡ８はイれぞれ空気の
噴射開始時１１および噴射終了時期を示し、■は点火時
期を示す。この図のように、低負荷領域では圧縮行程後
半で燃料が噴射され、子の１＠射終了時期Ｆｅが点火時
期１にほぼ一致するＪ：うにしている。そして、唱側量
は噴射期間に依存するので、負荷に応じた適当な燃料噴
射量が得られるように、燃ｒ１噴射開始時１ｊｌ　Ｆ　
ｓが設定されている。

一方、空気の噴射開始時期△Ｓは燃料の噴射開始−９＝ 時ＩＩＦ　ｓ　、にりｂ苧くし、空気の燃ｒＩ噴口Ｊ終
了詩期△ｅは燃料の噴射終了時期「ｅと一致さ１士てい
る。

なお、高負荷時の制御については本発明で限定しないが
、燃お１噴躬量が増加される高負荷時には、隆状給気の
必要がなく、むしろ空気利用率を＠　Ｉ）で出力を向上
させるには燃料を分散させた状態で着火Ｊる方が望まし
い。このため、図示の特性では負荷がある程僚高くなる
と燃料および空気の噴射時期を早め、高負荷領域では吸
気行程の前半に燃料が噴口１されるようにしている。

さらに」−開制御部４１内には、予め種々の負荷状態に
おけるスワール調節弁１０の開度がデータマツプとして
記憶され、低負荷時に前記スワールａｉｌｉ弁１０を閉
じ、負荷が高くなるとそれに応じた開度にスワール調節
弁１０を開くように、上記マツプが作成されている。

上記制御コニット４０によって実行される制御をフロー
チャー１−で示すと第５図および第６図のようになる。

第５図に示すメインルーヂンにおいては、先ず−１０− 負荷状態を決定づるアクセル開度Ａとエンジン回転数Ｒ
の各検出信号が入力され（ステップＸ＋　）、この信号
に基づき、予め前記の第４図に示す特性を与えるように
設定されたマツプから、その時の負荷状態に応じた燃料
と空気の各噴射開始時期Ａｓ、　Ｆｓおよび各噴射終了
時期Ａｅ、　Ｆｅが演算される（ステップＸ２　、　Ｘ
３　＞。次に、クランク角θの検出信号を繰返し入力し
つつクランク角θが上記噴射開始時期Ａｓ、ＦＳに達す
るのを待ってから、燃料および空気の噴射を開始する制
御が行われる（ステップＸ４〜Ｘｓ　）。引続いて、ク
ランク角θの検出信号を繰返し入力しつつクランク角θ
が上記噴射終了時期Ａｅ、Ｆｅに達するのを待ってから
、燃料および空気の噴射を終了する制御が行われる（ス
テップ×７〜Ｘｓ　）。さらに、上記アクセル開度Ａと
エンジン回転数Ｒとに応じて、前記スワール調節弁１０
の開度（Ｓ弁開度）Ｓｏが演算され、この開度Ｓｏを与
える制御信号が前記アクチュエータ１１に出力される（
ステップＸ１ｏ　、　Ｘ＋＋　）。その後ステップ×１
に戻り、以−１１− ］：の７［１−が繰返さ１するｊ；うにＩ）ている。

このような制御ににす、低負荷時には、圧縮行程１１２
　’ｌ’の所定１１．Ｉ、期に燃料噴射弁２１から点火
プラグ２０に向ＧＪて燃１１”ｌが噴０＝ｆされ、主に
Ｉｇａ火プラグ付近に燃ｒ１が供給さ４１で燃焼室７の
仙の部分では燃料が希ｉＩｖな状態で点火が行われる。

従って、少ない燃１１でも名犬、燃焼が可能と４Ｔっで
エンジンを作動させることができるとともに、−次吸気
通路８から燃焼室７に空気が過剰に供給さｔ”（’Ｏｉ
くし支えないのでボンピングロスが低減される。イして
、この場合に、第４図に示１−特竹に従って燃お１とと
もに空気が噴口４されるため着火１）１が向−にされる
。つまり、燃料に先だって空気が噴射されるので、点火
プラグ２０付近が掃気され、これにより、着火性に悪影
響を！ｊえる残留排ガスが除去される。さらに、燃料噴
射中にも空気が噴射されて、この空気が燃料噴射に混入
するため、燃わ１の霧化、気化も促進されることとなる
。

一方、高負荷時には、燃料噴躬旦が増量されるとともに
、吸気行程の前半に燃料が噴射され、ま−１２− た、スワール調節弁１０が開かれて二次吸気通路９から
の吸気により燃焼室７内のスワールが高められるため、
燃料が燃焼室７内に充分拡散されてから点火が行われる
こととなる。

また、第６図に示す割込みルーチンは、始動時の制御を
行うもので、前記スタートセンサ５４ｈ）らの信号によ
って開始され、まず前記圧力センサ５３からの圧力信号
が入力され（ステップＹ１　）、その圧力１〕が設定値
α以」二か否かが判別される（ステップＹ２　）。」−
記圧力Ｐが設定値α未満であれば、前記り４ノ゛イクル
バルブ３５が開閉作動を繰返すＪ：うに制御され（ステ
ップＹ３）、これによって前記空気りず−バ２９内の圧
力上背が促進される。上記圧力Ｐが設定値α以−Ｌにな
ると、前記リサイクルバルブ３５が閉じられるとともに
、始動用の燃料および空気が噴射される（ステップＹ４
　）。そして、始動が終了したか否かが判別され（ステ
ップＹ５）、始動が終了すると前記の第５図に示寸メイ
ンルーチンに房されるようにしている。

−１３− 第７図おにび第８図は本発明の別の実ｆ＋［！ｉ例を示
す。この実施例では燃料噴射弁２１′および空気噴射弁
２２が一次吸気ボート１３に設置−Ｊられ、この場合も
、燃料噴射弁２１′は燃焼室７内の点火プラグ２０に向
けて配置され、空気噴Ｑ４弁２２は噴射燃料と干渉する
方向に空気を噴射させるように配置されている。また、
この実施例において燃料噴射弁２１′（ま、空気噴射弁
２２と同様に制御ユニット４０によって直接に開閉作動
が制御されるにうにしてあり、この場合に燃料噴射弁２
１′は、通常のガソリンエンジンに用いられているＪ：
うな燃料噴射ポンプ（図示省略）に接続しておけばよい
。

このように上記各噴射弁２１’　、２２を吸気ボート１
３に設ける場合、吸気弁１６が閉じるまでに燃Ｆ１を噴
射させる必要があるので、第９図に示すように、低負荷
領域では吸気行程の終期に燃料おＪ：び空気が噴射され
るようにそれぞれの噴射開始時期△ｓ、　ＦｓおＪ：び
噴射終了時期Ｆｅ、　Ａｅが設定されるが、その他の構
成は第１の実施例と−１４− 同様である。

（発明の効果） 以上のＪ：うに本発明は、エンジン低角荷時に、吸気行
程後半から圧縮行程の所定の時期に燃ｒ１を点火プラグ
に向（プて噴射するとともに、この噴射燃料に空気噴射
弁から噴射した空気を混入させるように１）でいるため
、いわゆる層状給気により希薄燃焼およびボンピングロ
ス低減が可能となって燃費が向−１ニされ、しかも、燃
ｒ１の霧化、気化が促進されて着火性および燃焼すう、
が格段に向上される。

その上、燃料噴＠開始前から空気を噴射させるようにし
ているので、点火プラグ付近の掃気も行われ、これによ
って着火性が一層改善されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略図、第２図は
その燃焼室部分およびその近傍部の拡大図、第３図は制
御系統のブロック図、第４図は燃オ′≧ｌ　ａ３　Ｊ：
び空気の噴ＯＪ時期の特性図、第５図および第６図はフ
ローチャート、第７図は別の実施例を−１５− 示す全体概略図、第８図はその第２図相当図、第９図は
この実施例による場合の第４図相当図である。 ２０・・・点火プラグ、２１．２１’・・・燃料噴用弁
、２２・・・空気噴射弁、４０・・・制御ユニット（制
御手段）、５１・・・アクレル開度センサ、５２・・・
クラ〕／り角センサ。 特許出願人　東洋工梨株式会判 −１６− 第２図 第う図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの点火プラグに向けて配置された燃料噴射
   弁と、該燃ｙＰ＋噴射弁からの噴射燃料と干渉する方向
   に空気を噴射する空気噴射弁ど、−「ンジンの角筒状態
   を検出づる負荷検出手段と、エンジンのクランク角を検
   出づるクランク角検出手段と、上記０荷検出手段とクラ
   ンク角検出手段との出力を受け、エンジン低負荷時、吸
   気行程後半から圧縮行程の所定の時期に燃料を噴射する
   ように上記燃料噴射弁を制御する燃料制御手段と、燃料
   噴射開始時期Ｊ：す♀い時期から燃料噴射時期にわたっ
   て空気を噴Ｑ・１７１るように空気噴射弁を制御Ｊる制
   御手段どを設４−Ｊたことを特徴とする層状給気エンジ
   ン。