JPH04237854A - 筒内噴射式内燃機関 - Google Patents

筒内噴射式内燃機関

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JPH04237854A
JPH04237854A JP3004835A JP483591A JPH04237854A JP H04237854 A JPH04237854 A JP H04237854A JP 3004835 A JP3004835 A JP 3004835A JP 483591 A JP483591 A JP 483591A JP H04237854 A JPH04237854 A JP H04237854A
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fuel
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Shizuo Sasaki
佐々木　▲静▼夫
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気筒内に直接燃料噴射
する燃料噴射弁と吸気管に燃料噴射する燃料噴射弁とを
備え、これら燃料噴射弁を機関負荷状態に応じて噴射作
動させ、低負荷時の燃焼性の向上と高負荷時の空気利用
率の向上との両立を図った筒内噴射式内燃機関に関する
。
【０００２】
【従来の技術】気筒内に直接燃料噴射する第１の燃料噴
射弁と、吸気管に燃料噴射する第２の燃料噴射弁とを備
え、以て機関の低負荷時は上記第１燃料噴射弁により圧
縮行程の後期において燃料を筒内に噴射して、いわゆる
成層燃焼を行って燃焼性の向上を図り、機関の高負荷時
は上記第２燃料噴射弁により吸気行程において燃料を吸
気管に噴射し、いわゆる均一燃焼を行い空気利用率の向
上を図った内燃機関が提案されている（特開昭６０−３
０４１６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述したよう
な内燃機関では、吸気管内噴射の開始時において、吸気
管内に噴射された燃料の一部が吸気管壁面に付着するた
め、気筒内に流入する燃料量が一瞬少なくなり空燃比が
オーバリーン化し、失火やトルクショック（段差）、或
はエミッションスパイクが発生する。本発明は２つの燃
料噴射弁を有し機関負荷に応じて燃料噴射を切り換える
内燃機関において、上述したような吸気管内燃料噴射開
始時において、筒内に流入する燃料量の変化の影響を受
け上述したような失火等の現象を発生することのないよ
うな内燃機関を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によれば、気筒内に直接燃料噴射する第１の燃料
噴射弁と、吸気管に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と
を有し、低負荷時は上記第１の燃料噴射弁により機関の
圧縮行程で燃料噴射して成層燃焼し、高負荷時は上記第
２の燃料噴射弁により燃料噴射して均一燃焼するように
した筒内噴射式内燃機関において、上記第２燃料噴射弁
による燃料噴射が開始される負荷よりも低い所定負荷時
の吸気行程において、第１燃料噴射弁からも燃料噴射開
始させることを特徴とする筒内噴射式内燃機関が提供さ
れる。
【０００５】
【作用】吸気管内燃料噴射が開始される負荷よりも低負
荷側で、第１燃料噴射弁によって、それまでの圧縮行程
のみの噴射に加えて、吸気行程にも所定量の燃料噴射が
開始される。この結果、第２燃料噴射弁による吸気管内
燃料噴射開始時に吸気管壁面に燃料が付着し、筒内流入
燃料量の精度が悪化するようなことがあっても、燃焼に
必要な燃料は第１燃料噴射弁からの吸気行程の燃料噴射
によって賄われる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図１は本発明による内燃機関の概略的構成を
示したものであって、ピストン１の頂部には凹型の燃焼
室２が形成される。又、シリンダヘッド３の内部にはこ
の燃焼室２に向けて直接燃料噴射する第１の燃料噴射弁
（以下、第１燃料噴射弁と呼ぶ）４が装着されており、
更に吸気管５には吸気ポート６内に燃料噴射する第２の
燃料噴射弁（以下、第２燃料噴射弁）７が装着される。
【０００７】第１燃料噴射弁４には、燃料タンク８から
低圧ポンプ９と高圧ポンプ１０を介してリザーバタンク
１１に圧送された燃料が供給されるようになっており、
又第２燃料噴射弁７には、低圧ポンプ９から分岐されて
もう１つのリザーバタンク１２に圧送された燃料が供給
されるようになっている。
【０００８】これら第１燃料噴射弁４及び第２燃料噴射
弁７は、制御回路１３によって噴射開始時期及び噴射量
（開弁期間）が制御されるようになっており、制御回路
１３へは機関負荷検出手段としてアクセルペダル（図示
せず）の開度を検出するアクセル開度センサ１４からの
アクセル開度信号が入力され、更にディストリビュータ
（図示せず）に設けられたクランク角センサ１５からの
クランク回転角信号が入力される。尚、実際の制御回路
１３には上記信号の他、機関運転条件を表す種々の信号
が入力され、又種々の信号が出力されるが、本発明とは
直接関係ないため省略する。
【０００９】前後するが、ピストン１頂部に形成される
燃焼室２の外周部位であって図１に示すピストン１中央
部分にはプラグポケット１６が形成され、ピストン１が
上死点位置にある時、点火プラグ１７の先端（ギャップ
部）がこのプラグポケット１６内に入ることになる。 尚、上述した燃焼室２及びプラグポケット１６を除くピ
ストン１頂面は図示するように凸状曲面で構成されてお
り、更にその外周部には第１燃料噴射弁４から噴射され
た燃料の外方分散を防ぐための堰１８が形成され、以上
のようにしてピストン１頂部は筒内に噴射された燃料を
気化させるための、いわゆる蒸発皿としての作用を有す
る。
【００１０】図２は本発明の特徴となる、各燃料噴射弁
の噴射時期制御例を示しており、横軸に機関負荷（例え
ば、アクセル開度θＡ）をとり、縦軸に行程時期（排気
上死点〜圧縮上死点）をとったものである。又、図にお
いて斜線部の縦軸方向長さは該当する燃料噴射弁の噴射
期間を示している。
【００１１】この図から明らかなように、負荷０から負
荷Ｂまでの所謂、低・中負荷運転域では燃料供給を第１
燃料噴射弁４で賄うようになっており、負荷Ｂにおいて
初めて第２燃料噴射弁７による吸気行程での燃料噴射が
開始されるが、負荷０〜Ｂの区間の内、０から負荷Ａま
では圧縮行程においてのみ第１燃料噴射弁４から燃料噴
射された成層燃焼が行われる。そして圧縮行程燃料噴射
量（噴射期間）は負荷Ａまで漸次増大せしめられる。
【００１２】しかしながら負荷Ａにおいては、圧縮行程
燃料噴射量は着火に必要な燃料量Ｑｄまで急激に減少さ
れると共に、今度は減少された燃料分だけ第１燃料噴射
弁４によって吸気行程でも燃料噴射が開始される。この
結果、吸気行程において噴射された燃料は先のピストン
１頂面に付着することとなり、吸気から圧縮行程に至る
時間に気化し点火時期までにはほぼ均一なリーン混合気
が生成されることになる。そして圧縮行程後期において
噴射された燃料は、点火プラグ１７の先端近傍にリッチ
な混合気を生成することにより着火が確保され、以上の
ようにして成層燃焼が達成されるのである。そしてこの
第１燃料噴射弁４による吸気行程前期の燃料噴射量は負
荷Ｂまで漸次増大せしめられる。
【００１３】次に負荷Ｂから始まる高負荷運転域におい
ては、燃料噴射量の増大が必要となるために、それまで
の第１燃料噴射弁４からの吸気行程前期噴射に加えて、
吸気管５に装着された第２燃料噴射弁７からも吸気行程
内で燃料噴射される。そしてこの第２燃料噴射弁７から
噴射された燃料は、既に噴射された第１燃料噴射弁４か
らの燃料とほぼ均一に混合され負荷ＡＢ間よりも比較的
リッチな混合気を生成し、圧縮行程後期の第１燃料噴射
弁４による燃料噴射により点火が確保され燃焼されるの
である。
【００１４】即ち本実施例によれば、第２燃料噴射弁７
による吸気管５への燃料噴射開始時期（負荷Ｂの時）に
おいても、第１燃料噴射弁４により、それだけで充分火
炎伝播可能な燃料が吸気行程に供給されることになるた
め、開始直後、噴射燃料の吸気管壁面付着等による気筒
内への燃料吸入不足現象が発生しても、失火を防止でき
スムーズな燃焼を継続することができる。
【００１５】尚、噴射制御例としては上述したパターン
の他、例えば図３に示すように、予混合気部分の濃度が
充分リッチになる負荷Ｃ以上の運転域において、第１燃
料噴射弁４による圧縮行程後期の燃料噴射を中止したり
、或は図４に示すように、図３のパターンに、負荷Ｄ以
上となる極高負荷運転域では第２燃料噴射弁７のみによ
る吸気管内噴射を実行するパターンを加えたものでも良
い。
【００１６】以下、図２の噴射パターンに例をとり、こ
のような噴射を実行するルーチンを図５に示す。尚、こ
のルーチンは一定クランク角度毎の割り込みルーチンと
して実行されるものである。
【００１７】図５を参照すると、まずステップ５１にお
いて機関回転数ＮＥとアクセル開度θＡが、前出のクラ
ンク角センサ１５とアクセル開度センサ１４からの信号
より夫々読み込まれる。次にステップ５２では読み込ま
れたＮＥ及びθＡより、例えば図６に示すようなマップ
１を用いて要求燃料噴射量Ｑが算出される。
【００１８】そして続くステップ５３では、ステップ５
１で検出された機関負荷、即ちθＡが所定負荷Ａ（図２
参照）以下か否か判定される。ここでＹｅｓと判定され
た場合、ルーチンはステップ５４に進み、要求燃料噴射
量Ｑの全量を第１燃料噴射弁４から圧縮行程後期に噴射
するべく、圧縮行程燃料噴射量Ｑｃに噴射量Ｑが格納さ
れる。そして続くステップ５５では吸気行程燃料噴射量
Ｑｉを０とする。
【００１９】次にステップ５６では設定された燃料噴射
量Ｑｃだけの燃料噴射を達成する圧縮行程燃料噴射期間
Ｔｃが図７に示すようなマップ２により算出され、同様
に、続くステップ５７では吸気行程燃料噴射期間Ｔｉが
０に設定される。
【００２０】ステップ５７に続くステップ５８では、例
えば図８に示すようなマップを用いて、圧縮行程燃料噴
射量Ｑｃ（或は負荷θＡ）と機関回転数ＮＥから圧縮行
程燃料噴射開始時期ＴＳｃが算出され、以上のようにし
て本ルーチンが終了される。尚、図８においてＴＳｃは
圧縮上死点からの噴射進角で示されており、Ｑｃ又はθ
Ａが増大するにつれ点火時期と同様に早められる。
【００２１】一方、ステップ５３でＮｏ、即ちθＡ＞Ａ
の場合、ルーチンはステップ５９に進み、今度は第２の
所定負荷Ｂ（図２参照）以下か否かが判定される。そし
てここでＹｅｓと判定されたならば、ステップ６０以下
に進み、要求燃料噴射量Ｑは第１燃料噴射弁４によって
吸気行程と圧縮行程とに分割されて噴射される。
【００２２】ステップ６０では圧縮行程燃料噴射量Ｑｃ
にＱｄ（図２参照）が格納される。この噴射量Ｑｄは点
火プラグからの燃料着火を確実に達成できる量であって
、実験的に求めることのできる一定値である。そして、
ステップ６１では吸気行程燃料噴射量ＱｉにＱ−Ｑｄが
格納される。即ち、この負荷域（Ａ＜θＡ≦Ｂ）では吸
気行程燃料噴射量Ｑｉと圧縮行程燃料噴射量Ｑｃとの和
がステップ５２で算出された要求燃料噴射量Ｑになるよ
うに設定される。
【００２３】そして次のステップ６２では先のマップ２
（図７）からＱｃに基づいて圧縮行程燃料噴射期間Ｔｃ
が算出され、続くステップ６３ではＱｉに基づいて吸気
行程燃料噴射期間Ｔｉが算出される。
【００２４】次に、ステップ６４では図９のマップ４か
ら要求燃料噴射量Ｑ及び機関回転数ＮＥに基づいて圧縮
行程燃料噴射開始時期ＴＳｃが算出される。そして続く
ステップ６５では、図１０に示すマップ５を用いて、吸
気行程燃料噴射量Ｑｉ及び機関回転数ＮＥに基づく吸気
行程燃料噴射開始時期ＴＳｉが算出される。尚、このマ
ップ５からも明らかなように、通常、ＴＳｉはＮＥが増
大するにつれて早められるように設定されているが、吸
気行程噴射では混合気生成に充分時間がとれるため、圧
縮行程燃料噴射量Ｑｉによっては変化しない。
【００２５】以上のようにして吸気・圧縮行程、夫々の
燃料噴射期間及び噴射開始時期が求められたならば、本
ルーチンは終了される。最後にステップ５９でＮｏと判
定された場合、即ちθＡ＞Ｂとなるような高負荷運転域
の場合、本ルーチンはステップ６６以下に進み、これま
での第１燃料噴射弁４からの燃料噴射に加えて第２燃料
噴射弁７からの燃料噴射が開始される。即ちステップ５
２で算出された要求燃料噴射量Ｑは、第１燃料噴射弁４
による吸気・圧縮行程噴射と、第２燃料噴射弁７による
吸気行程噴射の計３噴射に分割されて噴射される。
【００２６】ステップ６６では引き続き圧縮行程燃料噴
射量ＱｃにＱｄ（図２参照）が格納される。そして、ス
テップ６７では第１燃料噴射弁４による吸気行程燃料噴
射量Ｑ１ｉに、予め設定された負荷Ｂ以上の時の一定値
Ｑａが格納される。又、続くステップ６８では第２燃料
噴射弁７による吸気行程燃料噴射量Ｑ２ｉにＱ−（Ｑｄ
＋Ｑａ）が格納される。即ち、この負荷域（θＡ＞Ｂ）
では第１燃料噴射弁４と第２燃料噴射弁７による吸気行
程燃料噴射量Ｑ１ｉ＋Ｑ２ｉと、第１燃料噴射弁４によ
る圧縮行程燃料噴射量Ｑｃとの和がステップ５２で算出
された要求燃料噴射量Ｑになるように設定される。
【００２７】そして次のステップ６９では先のマップ２
（図７）からＱｃ（＝Ｑｄ）に基づいて圧縮行程燃料噴
射期間Ｔｃ（負荷域Ａ，Ｂ間と同一）が算出され、続く
ステップ７０ではＱ１ｉ（＝Ｑａ）に基づいて、同様に
図７マップ２を用いて吸気行程燃料噴射期間Ｔ１ｉが算
出される。又、ステップ７１では図７マップ２と同じよ
うに、第２燃料噴射弁７に対して設定された燃料噴射量
Ｑ２ｉと吸気行程燃料噴射期間のマップ６（図１１参照
）を用いて噴射期間Ｔ２ｉを算出する。
【００２８】以上のようにして各燃料噴射弁の噴射期間
が決定されたならば、次に本ルーチンはステップ７２に
進み、図９のマップ４から要求燃料噴射量Ｑ及び機関回
転数ＮＥに基づいて圧縮行程燃料噴射開始時期ＴＳｃが
算出される。そして続くステップ７３では、図１０に示
すマップ５を用いて、吸気行程燃料噴射量Ｑ１ｉ及び機
関回転数ＮＥに基づく第１燃料噴射弁４による吸気行程
燃料噴射開始時期ＴＳ１ｉが算出され、続くステップ７
４では図１２に示すような燃料噴射量Ｑ２ｉと機関回転
数ＮＥに基づく吸気行程燃料噴射開始時期ＴＳ２ｉとの
マップ７を用いて、第２燃料噴射弁７による燃料噴射時
期ＴＳ２ｉを決定する。
【００２９】そして以上のようにして吸気・圧縮行程、
夫々の燃料噴射期間及び噴射開始時期が求められたなら
ば、本ルーチンは終了される。又、このようにして決定
された噴射特性による実際の燃料噴射は、図示しない他
の燃料噴射実行ルーチンによって実行されることになる
が、これら各燃料噴射弁の作動制御は従来のそれと同様
なため説明を省略する。
【００３０】以上、図２に示す噴射パターンに例をとり
、この場合の燃料噴射期間及び燃料噴射開始時期を求め
る制御回路作動例を説明したが、図３や図４に示す噴射
パターンを実行する場合には、当然ながら図５ルーチン
に対し、新たに負荷判定処理、及び各負荷域に対応する
燃料噴射期間、噴射開始時期の演算ルーチンを加えれば
良い。又、本発明は図２〜図４に示す各噴射パターンか
らも明らかなように、高負荷時において、第１及び第２
燃料噴射弁双方から燃料噴射されているため、例えば同
運転域において第１燃料噴射弁による吸気行程噴射だけ
で第２燃料噴射弁による燃料噴射量を賄おうとする場合
と比較して、第１燃料噴射弁の燃料噴射量が少なくて済
み、燃料噴射量の精度を高めることができる。又、これ
に伴って、第１燃料噴射弁や高圧ポンプの小型化が可能
となる。尚、上述した第１燃料噴射弁のみの燃料供給の
場合、吸気行程噴射量が多くなるような負荷運転域では
、吸気行程噴射終了時期と圧縮行程噴射開始時期との間
の時間が短くなり、噴射弁自体にかなり高い応答性を課
すことになり、通常の電磁弁タイプの燃料噴射弁では制
御不可能となる場合がある。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、吸気管内
燃料噴射が開始される負荷よりも低負荷側で、第１燃料
噴射弁によって、それまでの圧縮行程のみの噴射に加え
て、吸気行程にも所定量の燃料噴射が開始されるため、
第２燃料噴射弁による吸気管内燃料噴射開始時に吸気管
壁面に燃料が付着するようなことがあっても、燃焼に必
要な燃料は第１燃料噴射弁から確保されているため、急
激な供給燃料減少は回避され、失火・トルク段差・エミ
ションスパイク等の発生は防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の一実施例を示す概略的構成
図である。
【図２】本発明の燃料噴射制御パターンの一例を示す線
図である。
【図３】図２とは異なる燃料噴射制御パターン例を示す
線図である。
【図４】図３パターンと異なり、極高負荷域では第２燃
料噴射弁のみの燃料噴射をするパターン例を示す線図で
ある。
【図５】図２燃料噴射制御パターンに対応する制御回路
作動を説明するフローチャート図である。
【図６】アクセル開度と要求燃料噴射量との関係を示す
図である。
【図７】第１燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射期間と
の関係を示す図である。
【図８】第１燃料噴射弁の圧縮行程燃料噴射量と圧縮行
程燃料噴射開始時期との関係を示す図である。
【図９】要求燃料噴射量と第１燃料噴射弁の圧縮行程燃
料噴射開始時期との関係を示す図である。
【図１０】第１燃料噴射弁の吸気行程燃料噴射量と吸気
行程燃料噴射開始時期との関係を示す図である。
【図１１】第２燃料噴射弁の燃料噴射量と燃料噴射期間
との関係を示す図である。
【図１２】第２燃料噴射弁の吸気行程燃料噴射量と吸気
行程燃料噴射開始時期との関係を示す図である。
【符号の説明】
４…第１燃料噴射弁 ５…吸気管 ７…第２燃料噴射弁 １３…制御回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　気筒内に直接燃料噴射する第１の燃料
    噴射弁と、吸気管に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と
    を有し、低負荷時は上記第１の燃料噴射弁により機関の
    圧縮行程で燃料噴射して成層燃焼し、高負荷時は上記第
    ２の燃料噴射弁により燃料噴射して均一燃焼するように
    した筒内噴射式内燃機関において、上記第２燃料噴射弁
    による燃料噴射が開始される負荷よりも低い所定負荷時
    の吸気行程において、第１燃料噴射弁からも燃料噴射開
    始させることを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
JP3004835A 1991-01-21 1991-01-21 筒内噴射式内燃機関 Pending JPH04237854A (ja)

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