JP3228560B2

JP3228560B2 - エンジンの燃料供給装置

Info

Publication number: JP3228560B2
Application number: JP18404692A
Authority: JP
Inventors: 昌彦藤本; 寿英山本; 哲史丸谷; 芳尚乃生
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 2001-11-12
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH0633775A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気ポートとは別個
に、加圧エアと燃料とを混合させて燃焼室に供給する混
合気供給ポートを備えたエンジンの燃料供給装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開昭６２−２１４３５号
公報に示されるように、燃焼室に空気を供給する第１お
よび第２の吸気ポートに加え、主スロットル弁上流の主
吸気通路から分岐した混合気供給用の第３の吸気ポート
を燃焼室に開口させ、このポートに燃料噴射用のインジ
ェクタを設け、かつこのポートの吸気弁の開時期を他の
吸気弁の開時期よりも遅らせるとともに、このポートに
設けた二次スロットル弁の開度を主スロットル弁の開度
よりも大きくして、このポート内の圧力を吸気圧力より
も高くした燃料供給装置がある。この装置によると、第
１，第２吸気ポートからの空気吸入よりも遅れて第３の
吸気ポートから燃焼室内中央部に混合気が送り込まれる
ことにより、点火プラグまわりに混合気を偏在させる成
層化状態とすることが可能となり、成層燃焼によるリー
ンバーンで燃費節減およびエミッション改善が図られ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の装置では、混
合気供給ポートの圧力が適度に高くされ、上記公報記載
のものでは二次スロットル弁の開度が大きくされること
で吸気圧力より高くされているが、さらに積極的にエア
ポンプなどの加圧手段で加圧エアを供給するものも考え
られている。

【０００４】ところで、このような装置では、混合気供
給用のポート内の圧力はある程度に調整されているもの
の、このポートの開弁時におけるシリンダ内圧力は運転
状態によって種々変動し、このシリンダ内圧力の変動に
より混合気供給用のポート内の圧力とシリンダ内圧力と
の差圧が変動する。この差圧の変動が、混合気の流入に
大きな影響を及ぼし、安定した制御が難しいという問題
があった。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑み、混合気供給
ポートの圧力とシリンダ内圧力との差圧を制御すること
により、混合気供給ポートからの混合気供給の制御の安
定化、最適化を達成することができるエンジンの燃料供
給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、燃料供給用のインジェクタを具備すると
ともに加圧ガス供給手段に接続された混合気供給ポート
を、吸気ポートとは別個に設け、この混合気供給ポート
の燃焼室への開口部に、吸気ポートの吸気弁開時期より
も遅れて開くタイミング弁を設けたエンジンの燃料供給
装置において、上記混合気供給ポートから燃焼室への混
合気供給時における混合気供給ポート内の圧力とシリン
ダ内圧力との差圧を調節可能とする差圧調節手段と、上
記差圧を設定値に調節させるように上記差圧調節手段を
制御する制御手段とを備えたものである。

【０００７】この構成において、上記差圧調節手段が、
上記混合気供給ポート内の圧力を調節することにより上
記差圧を設定値に調節するようになっていることが好ま
しい。

【０００８】とくに、上記差圧調節手段が、スロットル
弁下流の吸気通路から吸気行程にあるシリンダ内のまで
の間の吸気圧力に応じて、加圧ガス供給手段から混合気
供給ポート供給される加圧ガスの圧力を調整するプレッ
シャレギュレータにより形成されていることが好まし
い。

【０００９】この場合に、混合気供給ポートに絞り弁を
備え、かつ、エンジン負荷が高くなるにつれて絞り弁開
度を大きくする絞り弁コントロール手段を備えることが
好ましい。

【００１０】上記差圧調整手段は、タイミング弁による
混合気供給タイミングを変更することにより混合気供給
時における混合気供給ポート内の圧力とシリンダ内圧力
との差圧を調節するタイミング可変機構により形成され
ているものでもよい。

【００１１】

【作用】本発明によると、混合気供給ポートから燃焼室
への混合気供給時に、上記差圧が調整されることによ
り、混合気の供給量や供給状態のコントロールに誤差や
くるいが生じることが避けられる。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例による燃料供給装置を示してい
る。この図において、エンジンの各シリンダ１には、図
外のピストンの作動に伴って容積変化する燃焼室２が形
成され、この燃焼室２に対し、吸・排気ポート３〜６が
配設されるとともに、混合気供給ポート７が設けられて
いる。図示の例では、下流端部が燃焼室２の片半部側に
開口する２つの吸気ポート３，４と、上流端部が燃焼室
２の他半部側に開口する２つの排気ポート５，６と、下
流端部が燃焼室中央部付近に開口する混合気供給ポート
７とが配設されており、これらのポート３〜７はシリン
ダヘッドに形成されている。また、燃焼室２における混
合気供給ポート７の開口部に比較的近い位置に、上記点
火プラグ８が設けられている。

【００１３】上記両吸気ポート３，４の燃焼室２への開
口部には吸気弁１１，１２が設けられ、両排気ポート
５，６の燃焼室２への開口部には排気弁１３，１４が設
けられており、これら吸気弁１１，１２および排気弁１
３，１４はカムシャフト等からなる動弁機構（図示せ
ず）により作動されるようになっている。また、上記混
合気供給ポート７の燃焼室２への開口部にはタイミング
弁１５が設けられ、このタイミング弁１５は、例えば吸
・排気弁の動弁機構と同様のカムシャフト等からなる動
弁機構で作動されて、後述の所定タイミングで開閉する
ようになっている。

【００１４】上記各吸気ポート３，４には空気が吸気通
路１６を通して導かれる。この吸気通路１６は、上流側
の共通吸気通路１６ａと、サージタンク１６ｂと、その
下流で分岐して各シリンダ１の吸気ポート３，４に連な
る独立吸気通路１６ｃとからなり、上記共通吸気通路１
６ａには、アクセル操作に応じて作動して吸入空気量を
調節するスロットル弁１７が設けられている。また、上
記両吸気ポートのうちで第１吸気ポート３は常時開放と
なっており、一方、第２吸気ポート４は、運転状態に応
じて開閉作動されるスワールコントロール弁１８を有し
ている。そして、上記スワールコントロール弁１８が閉
じているときは第１吸気ポート３のみから吸気が供給さ
れて燃焼室２内にスワールが生成されるようになってい
る。

【００１５】上記混合気供給ポート７には、タイミング
弁１５の上流に燃料供給用のインジェクタ２０が設けら
れている。また、この混合気供給ポート７は、加圧ガス
供給手段に接続されている。すなわち、図に示す例によ
ると、加圧ガス供給手段として、空気を加圧供給するエ
アポンプ２１が設けられ、このエアポンプ２１に加圧エ
ア供給通路２２が接続され、この加圧エア供給通路２２
に各シリンダ１の混合気供給ポート７が連通している。
そして、加圧エア供給通路２２から送り込まれる加圧エ
アと上記インジェクタ２０から噴射された燃料とが混合
気供給ポート７内で混合されて、混合気が形成されるよ
うになっている。

【００１６】上記加圧エア供給通路２２には、混合気供
給ポート７の圧力とシリンダ内圧力との差圧を調節可能
とする差圧調整手段として、プレッシャレギュレータ２
３が設けられている。このプレッシャレギュレータ２３
には、スロットル弁下流の吸気通路１６から吸気行程に
あるシリンダ内までの間の吸気圧力が導かれ、例えば上
記サージタンク１６ｂ内の吸気圧力Ｐ１が導通路２４を
介して導かれている。そしてプレッシャレギュレータ２
３は、上記吸気圧力Ｐ１に応じ、プレッシャレギュレー
タ２３の下流側の圧力（混合気供給ポートの圧力）Ｐ２
と上記吸気圧力Ｐ１との差圧を設定値に調節するような
構造となっている。差圧を設定値に保つようなプレッシ
ャレギュレータ２３は各種分野で知られているので、そ
の具体的構造の図示および説明は省略する。

【００１７】上記プレッシャレギュレータ２３に対し、
制御手段としてコントロールユニット（ＥＣＵ）２５が
設けられている。このＥＣＵ２５により、運転状態等に
応じて上記差圧の設定値が定められ、この設定値を与え
る信号が上記プレッシャレギュレータ２２に出力されて
いる。このＥＣＵ２５には、エンジン回転数を係止する
回転数センサ２６、エンジンの軸トルク等のエンジン負
荷相当量を係止するエンジン負荷センサ２７などからの
信号が入力されている。

【００１８】なお、当実施例では、混合気供給ポート７
におけるインジェクタ２０の上流に、上記加圧ガスの流
通を規制する絞り弁３１が設けられている。この絞り弁
３１は、駆動軸３２を介してアクチュエータ３３に連結
されている。そして、絞り弁３１の開度が低負荷時に小
さく、高負荷時に大きくなるように、ＥＣＵ２５からア
クチュエータ３３に出力される制御信号により、運転状
態に応じて絞り弁３１が制御されるようになっている。
また、上記吸気通路１６の独立吸気通路１６ｃの上流側
の集合部付近に補助インジェクタ３５が設けられ、高負
荷側や高回転側の領域では、上記混合気供給ポート７の
インジェクタ２０に加えて補助インジェクタ３５からも
燃料供給が行なわれるようになっている。

【００１９】図２は吸・排気弁およびタイミング弁の開
閉タイミングを示しており、吸気弁３，４は上死点ＴＤ
Ｃ付近から下死点ＢＤＣより少し後の時期まで開かれ
る。これに対し、タイミング弁１５は、その開弁時期Ｔ
ＶＯおよび閉弁時期ＴＶＣがそれぞれ吸気弁の開弁時期
ＩＶＣおよび閉弁時期ＩＶＣよりも遅く、吸気行程後半
から圧縮行程にわたる範囲内に開弁するように設定され
ている。

【００２０】図３は、インジェクタの作動についてのマ
ップを示し、この図のように、空燃比がリーンに設定さ
れるような低回転低負荷側の所定範囲の運転領域である
リーン領域では、上記混合気供給ポート７のインジェク
タ２０のみから燃料の供給が行なわれ、一方、吸入空気
量の多い高負荷側および高回転側の領域では、上記イン
ジェクタ２０と吸気通路１６の補助インジェクタ３５の
双方から燃料供給が行なわれるようになっている。

【００２１】次に、当実施例の装置の作用を説明する。

【００２２】上記混合気供給ポート７には、エアポンプ
２１から加圧エアが導かれるとともに、インジェクタ２
０から燃料が噴射供給され、タイミング弁１５の開弁期
間中に、燃料と加圧エアとが混合されつつ燃焼室２に供
給される。この混合気供給ポート７での燃料と加圧エア
とのミキシングにより燃料の微粒化が促進されるととも
に、上記絞り弁３１等で運転状態に応じて混合気の流
速、流量が調整されることにより、低負荷側の運転領域
では混合気が点火プラグ８付近に供給されて良好に成層
化が行なわれる。また高負荷側や高回転側の運転領域で
は、燃焼室２内での混合気の分散性が高められるように
混合気供給ポート７から供給される混合気の流速等が調
整されるとともに、当実施例では補助インジェクタ３５
からの燃料供給も行なわれ、これらによって混合気の均
一化が図られる。

【００２３】このように運転状態等に応じて混合気供給
ポート７から燃焼室２への混合気流入状態が調整される
必要があるが、この場合に、混合気供給ポート７の圧力
を一定に調整しておくだけでは、吸気圧力Ｐ１が吸気通
路１６中のスロットル弁１７の開度（エンジン負荷）に
よって変動し、これに伴って混合気供給ポート７の圧力
Ｐ２と吸気圧力Ｐ１との差圧（Ｐ２−Ｐ１）が変わるた
め、混合気流入状態の調整に誤差が生じ易くなる。

【００２４】これに対して当実施例の装置では、上記プ
レッシャレギュレータ２３とこれを制御するＥＣＵ２５
により、混合気供給ポート７の圧力Ｐ２と吸気圧力との
差圧が設定値に調整されて適正に管理される。これによ
り、上記絞り弁３１等の制御による混合気流入状態が調
整の精度が高められる。

【００２５】上記絞り弁３１の制御およびこれに関連し
た上記プレッシャレギュレータ２３の制御の一例を、次
に説明する。

【００２６】タイミング弁１５の開弁期間中に、燃料と
加圧エアとが混合されつつ燃焼室２に供給される。この
場合の混合気供給ポート７内の絞り弁３１下流の圧力の
変化を調べると、上記絞り弁３１が全開状態のときと小
開度のときとで図４に実線と破線とで示すように相違す
る。つまり、タイミング弁１５の開弁前は、混合気供給
ポート７内に加圧エアが蓄えられて所定の圧力Ｐ２とな
っており、タイミング弁１５が開くと一時的に圧力が低
下し、それから加圧エアが補給されるに伴い圧力が上昇
して元の圧力に回復する。この場合に、上記絞り弁３１
が全開状態にあれば速やかに圧力が上昇する（図４中の
実線）が、上記絞り弁３１が小開度に絞られたときは、
圧力の回復が遅れる（図４中の破線）ため、タイミング
弁１５の開弁期間の後半の圧力が全開時と比べて低くな
る。

【００２７】このような圧力変化の相違に関連して、混
合気（加圧エア）の流量特性としては、図５に示すよう
に、絞り弁開度が小さいとき（実線ａ）には、絞り弁開
度が大きいとき（破線ｂ）と比べ、開弁期間の後半の流
量が減少する。これにより、タイミング弁１５の開弁期
間前半に燃焼室２に流入した混合気に対する後続加圧エ
アの後押しが抑制されて、貫徹力が適度に弱められ、こ
れにより、燃焼室２に流入した混合気の分散が抑制され
る。従って低負荷時には絞り弁３１を小開度とすること
により良好な成層化状態が得られる。そして、高負荷と
なるにつれて絞り弁３１の開度が大きくされることによ
り、燃料の増加に対応するようにタイミング弁１５の開
弁期間中の加圧エア量が増加してミキシングが良好に行
なわれるとともに、混合気が分散、均一化される。

【００２８】エンジン負荷等に応じた上記絞り弁３１の
制御に加え、図６に示すように、混合気供給ポート７の
圧力Ｐ２と吸気圧力Ｐ１との差圧ΔＰをエンジン回転数
の上昇につれて高くするように、上記差圧ΔＰの設定値
は予めマップとしてＥＣＵ２５内に記憶され、このマッ
プに基づいて設定値を与える信号がプレレギュレータ２
３に出力されている。

【００２９】このようにすると、高回転時には、タイミ
ング弁開弁期間初期の混合気供給割合が増大する（図５
中の破線ｃ）。このため、燃焼室２内での燃料の気化の
ための時間が不足し易くなる傾向が本来的にある高速時
に、可及的に点火までの気化のための時間が稼がれ、燃
焼性が高められる。

【００３０】さらに上記のような運転状態に応じた絞り
弁開度等の変化が、混合気の空燃比を所定値に保つよう
に調整されることが好ましい。つまり、混合気供給ポー
ト７での加圧エアの燃料との混合による微粒化促進作用
にはこのポート７における混合気が関係して、空燃比が
著しく小さい（燃料に対して空気が少ない）場合は微粒
化が悪くなり、一方、加圧エア量を必要以上に多くする
と吸入空気量の調整や成層化等に不利となるので、適度
の空燃比に保つことが有用である。

【００３１】このような制御を、図８のフローチャート
によって説明する。このフローチャートによると、ＥＣ
Ｕ２５は、エンジン回転数、エンジン負荷等の検出信号
を入力し（ステップＳ１）、運転状態に応じて空燃比を
設定する（ステップＳ２）。続いて、図３のマップ中の
リーン領域か否かを判定し（ステップＳ３）、その判定
がＮＯのときは、混合気供給ポート７のインジェクタ２
０と吸気通路１６の補助インジェクタ３５の双方から燃
料噴射を行なわせる（ステップＳ４）。

【００３２】ステップＳ３の判定がＹＥＳのときは、イ
ンジェクタ２０のみから燃料噴射を行なわせるが、この
場合の処理をステップＳ５〜Ｓ１１に具体的に示す。す
なわち、上記空燃比と運転状態もしくは吸入空気量の検
出信号、Ｏ₂センサ出力等に基づいて要求燃料噴射量を
演算し（ステップＳ５）、要求燃料噴射量に対応する基
本パルス幅と水温等に応じた補正係数とから噴射パルス
幅を求める（ステップＳ６）。

【００３３】さらに、予め設定された混合気供給ポート
空燃比を読出し（ステップＳ７）、この空燃比が得られ
るように上記燃料噴射量に対する要求エア流量Ｑを算出
する（ステップＳ８）。続いて、上記差圧ΔＰの設定値
を算出し（ステップＳ９）、つまり、前述のようにエン
ジン回転数に応じて差圧ΔＰを設定する場合は、図６の
マップからその時のエンジン回転数に対応する差圧ΔＰ
を求める。次に、上記要求エア流量Ｑおよび差圧ΔＰの
設定値から絞り弁３１の開度θを求め（ステップＳ１
０）、例えば、図７に示すような等流量ラインＱ１，Ｑ
２，Ｑ３を示すマップから、上記差圧ΔＰおよび要求エ
ア流量Ｑに対応した絞り弁開度θを求める。そして、上
記差圧ΔＰの設定値に対応する信号を上記プレッシャレ
ギュレータ２３に出力するとともに、上記開度θに絞り
弁３１を制御する絞り弁制御信号をアクチュエータ３３
に出力する（ステップＳ１１）。

【００３４】このようにして混合気供給ポート７からの
混合気供給が制御され、この場合に、上記差圧ΔＰが適
正に調整されることにより、混合気供給の制御が精度良
く行なわれる。

【００３５】なお、上記差圧ΔＰが設定値になるように
制御する場合に、混合気供給ポート７の圧力Ｐ２は通常
は大気圧よりも高い圧力に加圧されるが、吸気圧力Ｐ１
が低い低負荷域では、混合気供給ポート７の圧力Ｐ２が
大気圧程度となることがあってもよい。

【００３６】また、上記実施例では、各シリンダ毎の混
合気供給ポート７に絞り弁３１を設けているが、図１に
二点鎖線で示すような、各混合気供給ポート７に共通の
加圧エア供給通路２２に絞り弁３１’を設けてもよい。
また、上記差圧ΔＰのコントロールとしては、上記プレ
ッシャレギュレータ２３を制御する変わりに、例えばセ
ンサによる圧力Ｐ１，Ｐ２の検出に基づいて絞り弁３
１’を制御することにより差圧ΔＰを設定値にコントロ
ールしてもよい。

【００３７】さらに別の実施例として、図９のように、
タイミング弁１５に対し、例えばタイミング弁駆動用の
カムシャフト４１とカムプーリ４２との間で位相を変更
することによりバルブ開閉タイミングを変更可能とする
タイミング可変機構４０を設け、ＥＣＵ２５によって上
記タイミング可変機構４０を制御することにより、圧縮
行程中に混合気供給ポート７の圧力とシリンダ内圧力と
の差圧が設定値となる時期にタイミング弁１５を開くよ
うにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、成層化等のため混合気供給ポ
ートを備えたエンジンにおいて、混合気供給ポートから
燃焼室への混合気供給時における混合気供給ポート内の
圧力とシリンダ内圧力との差圧を調節可能とする差圧調
節手段と、上記差圧を設定値に調節させるように上記差
圧調節手段を制御する制御手段とを備えている（請求項
１）ため、上記差圧を正しくコントロールし、それによ
り、混合気供給の制御の精度および安定性を高めること
ができる。

【００３９】この構成において、上記差圧調節手段が、
上記混合気供給ポート内の圧力を調節し（請求項２）、
例えば吸気圧力に応じて加圧ガスの圧力を調整するプレ
ッシャレギュレータにより形成されていると（請求項
３）、上記差圧のコントロールを適正に行なうことがで
きる。

【００４０】さらに、混合気供給ポートに絞り弁を備
え、かつ、エンジン負荷が高くなるにつれて絞り弁開度
を大きくする絞り弁コントロール手段を備えていると
（請求項４）、上記差圧をコントロールしつつ絞り弁の
制御を行なうことにより混合気供給状態を適切に制御す
ることができる。

【００４１】また、上記差圧調整手段が、タイミング弁
による混合気供給タイミングを変更することにより混合
気供給時における混合気供給ポート内の圧力とシリンダ
内圧力との差圧を調節するようになっていても、上記差
圧の調節により良好に混合気供給の制御を行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による燃料供給装置の概
略図である。

【図２】吸・排気弁およびタイミング弁の開閉タイミン
グを示す図である。

【図３】運転状態に応じたインジェクタの作動について
のマップを示す図である。

【図４】混合気供給ポートの絞り弁下流の圧力の変化を
示す説明図である。

【図５】混合気供給ポートから燃焼室に流入する混合気
の流量の時間的変化を、絞り弁開度が小さい場合と大き
い場合および加圧エア圧力を変えた場合について示す説
明図である。

【図６】エンジン回転数と加圧エアの圧力との関係を示
す図である。

【図７】加圧エアの流量および圧力と絞り弁開度との関
係を示す図である。

【図８】制御の一例を示すフローチャートである。

【図９】別の実施例による燃料供給装置の概略図であ
る。

【符号の説明】

２燃焼室３，４吸気ポート７混合気供給ポート１１，１２吸気弁１５タイミング弁１６吸気通路２０インジェクタ２１エアポンプ２３プレッシャレギュレータ２４導通路２５ＥＣＵ３１，３１’ 絞り弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者乃生芳尚広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭58−13126（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−126617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 29/06 F02B 17/00 F02M 29/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料供給用のインジェクタを具備すると
ともに加圧ガス供給手段に接続された混合気供給ポート
を、吸気ポートとは別個に設け、この混合気供給ポート
の燃焼室への開口部に、吸気ポートの吸気弁よりも遅れ
て開くタイミング弁を設けたエンジンの燃料供給装置に
おいて、上記混合気供給ポートから燃焼室への混合気供
給時における混合気供給ポート内の圧力とシリンダ内圧
力との差圧を調節可能とする差圧調節手段と、上記差圧
を設定値に調節させるように上記差圧調節手段を制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃料
供給装置。
【請求項２】上記差圧調節手段が、上記混合気供給ポ
ート内の圧力を調節することにより上記差圧を設定値に
調節するようになっている請求項１記載のエンジンの燃
料供給装置。
【請求項３】上記差圧調節手段が、スロットル弁下流
の吸気通路から吸気行程にあるシリンダ内のまでの間の
吸気圧力に応じて、加圧ガス供給手段から混合気供給ポ
ート供給される加圧ガスの圧力を調整するプレッシャレ
ギュレータにより形成されている請求項２記載のエンジ
ンの燃料供給装置。
【請求項４】混合気供給ポートに絞り弁を備え、か
つ、エンジン負荷が高くなるにつれて絞り弁開度を大き
くする絞り弁コントロール手段を備える請求項３記載の
エンジンの燃料供給装置。
【請求項５】上記差圧調整手段が、タイミング弁によ
る混合気供給タイミングを変更することにより混合気供
給時における混合気供給ポート内の圧力とシリンダ内圧
力との差圧を調節するタイミング可変機構により形成さ
れている請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの
燃料供給装置。