JPH0450470A - 内燃機関の燃料供給方法 - 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〕 本発明は吸気制御弁を備えた内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

各気筒の吸気弁にスワールポートとストレートポートと
を設け、機関負荷に応じて吸気制御弁でストレートポー
ト側吸気通路を開閉するようにしたエンジンが知られて
いる。

この吸気制御弁は負荷状態に応じて内燃機関をリーン空
燃比とリッチ空燃比に切換えて運転する目的で設けられ
、例えばエンジンの低負荷、低回転時には吸気制御弁を
閉じてストレートポート側の吸気通路を閉塞すると共に
燃料噴射量と点火時期とを切り換えてリーン空燃比運転
を行なうようになっている。

上記吸気制御弁を閉じて全吸気量をスワールポートから
気筒内に流入させ、燃焼室に混合気の強力なスワールを
発生させることによりリーン空燃比においても安定した
燃焼を達成して燃費を低減することができる。一方、エ
ンジンの高負荷高回転時には、前記吸気制御弁を開放し
気筒への吸気量を増大させ、吸気制御弁の開放動作に応
じて燃料噴射量と点火時期とをリッチ空燃比（若しくは
理論空燃比）側に切り換えることにより機関の高出力を
確保することが可能である。

吸気制御弁を備えたエンジンでは燃料噴射弁の配置や燃
料噴射方法について種々の考慮がなされている。混合気
の空燃比リーン側限界の拡大と過渡時の応答性向上のた
めには一般にスワールポートとストレートポートとの両
方に燃料噴射を行なうことが有効である。

この種のエンジンとしては本願出願人により実開昭６１
−１４７．３３６号公報に開示されたものがある。

同公報に記載のエンジンでは、吸気通路をストレートポ
ート側とスワールボート側とに仕切る隔壁に、両方のポ
ートへ向けてそれぞれ開口する２つの噴射口を有する燃
料噴射弁を配置し、単一の燃料噴射弁で両方のボートに
燃料噴射を行なうことにより各ボートに個別に燃料噴射
弁を設けたのと同様な効果を得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の実開昭６１−１４７３３６号公報に記載のエンジ
ンでは単一の燃料噴射弁に設けた２つの噴射口から両側
のボートへ燃料噴射を行なう構成としている。このたｔ
、第２図に示すように噴射口開口部近傍の隔壁に、構造
上スワールボート側とストレートポート側とが連通ずる
部分（第２図２８ａ）が形成されることが避けられない
。

上記構成においては吸気制御弁が開いている状態では、
スワールポートとストレートポートとの上記連通部が存
在することは何ら問題はない。

しかし、吸気制御弁が閉じられている場合には、ストレ
ートポート側の吸気管は吸気制御弁により閉塞されるた
め気筒の吸気弁が開弁すると気筒内と略同様の負圧状態
になってしまう。

このため隔壁の両ボートを連通ずる部分にスワールボー
ト側からストレートポート側に向う空気流が生じること
になる。しかも、この空気流は吸気行程が進行するにつ
れて速度が増加するため、吸気行程のある意思後では燃
料噴射弁から噴射された燃料がこの空気流により偏向さ
れる現象が生じる。噴射燃料は偏向されると吸気管の内
壁に衝突、付着して壁面をったって気筒内に流入するよ
うになるため微粒化せず気筒内で均一な混合気が生成さ
れない。このためリーン空燃比時の燃焼状態が悪化して
充分な性能が得られず排気ガスのＮＯｘ量が増大する等
の問題が生じている。

本発明は上記問題に鑑み、燃料噴射を適切なタイミング
で行なうことにより噴射燃料の偏向を解消しリーン燃焼
時の性能を向上させることを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は吸気制御弁閉鎖時に前記隔壁の連通部を通る流
れの速度が増大して強力な気流が形成される前に燃料噴
射を完了するようにして噴射燃料が偏向されるのを防止
することを特徴としている。

すなわち、本発明によれば、内燃機関の吸気ポートに通
じる各吸気通路を吸気流方向に延びる隔壁で二分割し、
前記分割された吸気通路の一方を吸気流により燃焼室内
にスワールを生成するヘリカル形状のスワールポートに
導き、他方の吸気通路をストレート形状のストレートポ
ートに導くと共に、吸気通路に機関軽負荷運転時に閉弁
して前記ストレートポート側吸気通路を閉塞する吸気制
御弁を設け、前記隔壁の吸気制御弁下流側部分に開口し
て前記スワールポートとストレートポートの両方に向け
てそれぞれ燃料を噴射する２つの噴射口を備える燃料噴
射弁を設けた内燃機関において、少くとも前記吸気制御
弁閉弁時に前記燃料噴射弁からの燃料噴射を遅くとも吸
気行程上死点後４０度以前に完了させるようにしたこと
を特徴とする内燃機関の燃料供給方法が提供される。

〔作　用〕 吸気制御弁閉鎖時に前記隔壁の連通部を通過してスワー
ルボート側からストレートポート側へ向う空気流は、気
筒の吸気行程上死点近傍では速度が低く吸気行程の進行
と共に徐々に速度を増し、吸気上死点後４０度前後から
急激に流速が増加する。

従って各気筒の燃料噴射を上死点後４０度より前に完了
することにより連通部を通る空気流による噴射燃料の偏
向を防止することができる。

〔実施例〕

以下、添付図面により本発明について説明する。

第１図は本発明による燃料供給方法を実施するための装
置の一例を示す。

図において、１０はシリンダブロック、１２は燃焼室、
１４は点火プラグ、１２ａ、１２ｂは吸気ボートであり
夫々の吸気ポートと排気ポートには二つの吸気弁１６ａ
、１６ｂ、二つの排気弁１８ａ、１８ｂが設けられた所
謂４バルブ構成を示している。第１の吸気ポート１２ａ
はヘリカル型であり、吸気スワールの形成に都合のよい
形状に構成されている。第２の吸気ポート１２ｂはスト
レート型である。

ストレート型の吸気ポート１２ｂには蝶型弁としての吸
気制御弁３２が設けられており、吸気制御弁３２の閉鎖
状態ではヘリカル型の吸気ボー）１２ａのみから吸入空
気の導入が行われ、エンジンシリンダ内に吸気の強力な
スワール（旋回流）を生成するた約安定した希薄混合気
の燃焼が可能となる。

吸気制御弁３２が開放されると双方の吸気ポート１２ａ
、１２ｂより空気の導入が行われ、吸気量が増大する。

各気筒の吸気制御弁３２の弁軸にはレバー３４が取付ら
れ、このレバー３４はロッド３６を介して負圧アクチユ
エータ３８に連結されている。負圧アクチュエータ３８
はダイヤフラム４０とスプリング４１とから構成される
。ダイヤフラム４０に負圧が印加されていないときは、
スプリング４１の働きで、ダイヤフラム４０は図の左方
向に押され、吸気制御弁３２は開放位置をとる。ダイヤ
フラム４０に負圧が印加されると、ダイヤフラム４０は
スプリング４１に抗して右方向に引っ張られ、吸気制御
弁３２は吸気ポーＨ２ｂを閉鎖する位置をとる。

ダイヤフラム４０は電磁三方切換弁４４を介して負圧タ
ンク４５に接続されている。また負圧タンク４５はチエ
ツク弁を介して吸気管２０のスロットル弁２２下流側に
設けた負圧取出ボート２４に接続されている。

チエツク弁４６はダイヤフラム４０に加わる負圧を保持
するものである。切替弁４４は３つのボート４４ａ　、
　４４ｂ　、　４４Ｃを具備しており、除電時はボート
４４ａと４４ｂとが連通されてダイヤフラム４０は負圧
ボート２４に連通され、通電時はボート４４ａと４４Ｃ
とが連通され、ダイヤフラム４０は大気に連通される。

また、ヘリカル型吸気ボート１２ａとストレート型吸気
ボート１２ｂとを仕切る隔壁２８には燃料噴射弁２６が
配置されている。

第２図Ａ、Ｂは隔壁２８の燃料噴射弁２６取付部分の詳
細を示す図である。燃料噴射弁２６は１つの本体に２つ
の噴射口２５ａ、２５ｂを有し、噴射口２６ａ。

２６ｂはそれぞれヘリカル型吸気ポー）１２ａの吸気弁
１６ａとストレート型吸気ポート１２ｂの吸気弁１６ｂ
の傘部背面を指向して設けられている。従って吸気弁１
６ａ、１６ｂの開弁時に噴射された燃料は、吸気弁傘部
背面に衝突して飛散し、微粒化してシリンダに吸入され
るため燃焼室内に均一な混合気が形成される。また、燃
料噴射弁２６の噴射口２６ａ・２６ｂからの燃料噴射が
隔壁２８と干渉しないように噴射口２６ａ、２６ｂと対
向する位置の隔壁２８は切欠き２８ｂが設けられている
ため、切欠き２８ｂの先端部ではヘリカル型ボート１２
ａとストレート型ボー）１２ｂとが連通ずる連通部２８
ａが生じている。（第２図Ａ、Ｂ参照） 前記吸気制御弁３２の切替弁４４と燃料噴射弁２６とは
エンジンの制御回路５０により駆動されている。

制御回路（ＥＣＵ＞５０は、例えばマイクロコンピュー
タシステムとして構成され、公知の方法で電磁弁４４の
切替時期や燃料噴射弁２６の噴射時間（噴射量）を制御
する一他に後述のように燃料噴射弁２６の燃料噴射タイ
ミングを制御している。この目的で制御回路（ＥＣＵ）
　５０にはエンジンのディストリビュータに設けられた
クランク角度センサ５４，５６からそれぞれクランク軸
回転角を表わすパルスＧ１とＮＥとが入力されている。

第１のクランク角度センサ５４から発信されるパルスＧ
１は基準位置検出用であり、例えば機関第１シリンダが
排気下死点に到達する毎に、クランク軸回転７２０度に
１回発信される。又、第２のクランク角度センサ５６は
クランク軸回転３０度毎にパルスＮＥを発信する。ＥＣ
ＩＪ　５０は単位時間当りのパルスＮＥＯ数をカウント
することにより機関回転数を算出する低基準パルス０１
人力後のパルスＮＥＯ数をカウントすることによって各
シリンダ行程の位相を検知することができる。

次に本発明における燃料噴射のタイミングについて説明
する。前述のように燃料噴射弁２６の噴射口２６ａ、２
６ｂはそれぞれ吸気弁１６ａ、１６ｂの傘部背面に向け
て燃料を噴射しており、噴射燃料は上記吸気弁傘部との
衝突により微粒化が促進される。

しかし、吸気制御弁３２が閉鎖された状態では隔壁２８
の連通部２８ａを通ってヘリカルポート側からストレー
トポート側に流れる空気流が存在するため、この空気流
の速度が大きい場合には噴射口２６ａ、２６ｂから噴射
された燃料は偏向されて吸気弁１６ａ、１６ｂの傘部か
ら外れ、吸気ポート内壁に付着することになる。

第３図は連通部２８ａを通過する空気流の速度のクラン
ク角度に対する変化の実測値の一例を示したものである
。本出願人の研究によればエンジンの排気量や回転数と
は無関係に連通部２８ａを通る空気流の速度はクランク
角に対して第３図に示すような変化を示し、吸気行程上
死点では略ゼロであり、その後徐々に速度を増し、上死
点後４０度付近から急激な増加を示す。従って燃料噴射
が吸気上死点後４０度以後まで継続された場合この空気
流によって噴射燃料の偏向が生じることになる。第４図
は燃料噴射量を一定にして噴射終了時期を変化させた場
合の排気ガス中のＮＯＸ量の測定結果を示している。Ｎ
Ｏｘ量は第３図と同様な変化を示し、燃料噴射終了時期
が４０度付近以後になると急激に増加しており、連通部
２８ａを通る空気流による噴射燃料の偏向の影響が大き
いことを示している。

以上から燃料噴射は遅くとも吸気上死点後４０度まで、
好ましくは３０度以前に完了させる必要があることがわ
かる。

通常の燃料噴射制御においては、燃料噴射は上死点後一
定のクランク角で開始され、噴射が完了するクランク角
は燃料噴射量（噴射時間）により決まるため噴射完了時
期は一定しない。しかし、本実施例では燃料噴射量（時
間）に応じて燃料噴射開始時期を調整し、各気筒とも燃
料噴射完了時期を吸気上死点後３０度に固定するように
して連通部を通る空気流の影響を防止している。このよ
うに燃料噴射完了クランク角を一定に制御する方法とし
ては本出願人により特開昭５６−１４８６３６号公報に
提案された方法があるが、本実施例ではこの方法と同様
な方法により以下の制御が行なわれる。

すなわち、本実施例ではＥＣＵ　５０はフリーランニン
グカウンタを内蔵し、稼働中は常に基準時間の計時を行
なっている。燃料噴射時期の制御は上記計時により各気
筒の行程基準点からの時間を基に行なう。いま、例えば
各気筒の排気行程下死点を基準点とすれば燃料噴射が完
了する吸気行程上死点後３０度の点は基準点く排気行程
下死点）からクランク回転角２１０度に相当する。また
、この回転に要する時間ＴＣ（ミリ秒）は回転数をＮ　
（ｒｐｍ）としてＴｃ　＝６０００Ｘ２１０／３６０Ｘ
１／Ｎとなる。更に、各燃料噴射弁の燃料噴射時間をｔ
ｉとすると、基準点から燃料噴射開始までの時間Ｔｓ（
ミｌＪ秒）はＴｓ　＝Ｔｃ−ｔ、となる。従って各気筒
の燃料噴射を各気筒の行程基準点到達後Ｔｓ　ミリ秒経
過時に開始し、ｔＩ　ミリ秒間だけ行なえば常に燃料噴
射を吸気行程上死点後３０度の点で完了させることがで
きる。

上記計算において機関回転数Ｎはクランク角度センサ５
６からクランク回転角３０度毎に発信されるパルスＮＥ
をカウントすることにより算出され、各気筒の基準点（
排気下死点）は基準パルス０１人力後のパルスＮＥＯ数
により検知される。すなわちパルスＧ１が入力したとき
は第１気筒が基準点に到達したことを示し、以下４気筒
エンジンではパルスＧ１と同時に人力したパルスＮＥの
番号を１として計数した場合７番目、１３番目、１９９
番目パルスＮＥが人力した時点がそれぞれ第３、第４、
第２気筒の基準点として検知される。

第５図はＥＣ［Ｉ　５０の上記燃料噴射時期制御動作を
示すフローチャートである。この制御ルーチンは例えば
クランク回転角１８０度毎に実行されるがメインルーチ
ンの一部として実行しても良い。

図においてステップ５００でルーチンがスタートすると
ステップ５１０では機関回転数Ｎと吸入空気流量Ｑとの
読み込みが行なわれる。ここで機関回転数Ｎは前述のパ
ルスＮＥから、吸入空気量０は吸気管に設けたエアフロ
ーメータ（図示せず）の出力からそれぞれ求められる。

次にステップ５２０では燃料噴射量の基本値ｔ。

が設定される。燃料噴射量は燃料噴射時間（ミリ秒）と
して表わされ、本実施例では機関１回転当りの吸入空気
量Ｑ／Ｎを用いてＥＣＵ　５０に記憶したマツプから読
み出される。次にステップ５３０ではステップ５１０で
設定した１、に冷却水温度、負荷状態等の運転条件から
決定される補正係数αを乗じて燃料噴射時間ｔ、が計算
される。次にステップ５４０では機関回転数Ｎにおける
行程基準点（排気下死点）から燃料噴射完了時（吸気上
死点後３０度）までの所要時間Ｔｃを求めＴｃと１１か
ら行程基準点から燃料噴射を開始すべき点までの時間Ｔ
ｓを算出し、ステップ５６０てＴｓとｔｌ　とを出力ポ
ートに出力してルーチンを終わる。

各気筒の燃料噴射弁２６は前述のフリーランニングカウ
ンタの計時を基に、各気筒の行程基準点に到達後Ｔｓ　
ミｌＪ秒経過後に燃料噴射を開始し、ｔ、ミリ秒間噴射
を行なうように駆動され、燃料噴射完了時期は常に吸気
上死点後３Ｑ度に保たれる。

本実施例においては各気筒の行程基準点として排気行程
下死点をとっているが、例えば吸気上死点等を基準点と
して設定することもできる。また、燃料噴射時間ｔ１の
設定には本実施例では吸入空気ＩＱと機関回転数Ｎとの
比を用いたが、他の適宜な方法で噴射時間を設定した場
合にも本発明は適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明は各気筒の燃料噴射を遅くとも吸気上死点後４０
以前に完了するように燃料噴射量に応じて噴射開始時期
を制御するようにして、吸気制御弁閉鎖時の隔壁連通部
に生じる空気流による噴射燃料への影響を防止したこと
により、燃焼状態を向上させ、リーン空燃比での機関性
能の向上と排気ガス中のＮＯｘ低減を同時に達成するこ
とを可能としている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を説明する略示図、第２
図Ａは吸気管隔壁の燃料噴射弁取付部分と連通部の詳細
を示す図、第２図Ｂは第２図ＡのＢ−Ｂ線に沿った断面
図、第３図は隔壁連通部を通過する空気流速度変化を示
す図、第４図は燃料噴射完了時期と排気ガス中のＮＯＸ
量との関係を示す図、第５図は燃料噴射時期の制御動作
を示すフローチャートである。 １２ａ・・・ヘリカル吸気ポート、 １２ｂ・・・ストレート吸気ポート、 １６ａ、１６ｂ・・・吸気弁、２６・・・燃料噴射弁、
２６　ａ　、　２６　ｂ・・・噴射口、２８・・・隔壁
、２８ａ・・・連通部、　　　３２・・・吸気制御弁４
０・・・ダイヤフラム、　４４・・・電磁三方切換弁、
５０・・・制御回路（ＥＣＵ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　内燃機関の吸気ポートに通じる各吸気通路を、吸
   気流方向に延びる隔壁で二分割し、前記分割された吸気
   通路の一方を吸気流により燃焼室内にスワールを生成す
   るヘリカル形状のスワールポートに導き、他方の吸気通
   路をストレート形状のストレートポートに導くと共に、
   吸気通路に機関軽負荷運転時に閉弁して前記ストレート
   ポート側吸気通路を閉塞する吸気制御弁を設け、前記隔
   壁の吸気制御弁下流側部分に開口して前記スワールポー
   トとストレートポートの両方に向けてそれぞれ燃料を噴
   射する２つの噴射口を備える燃料噴射弁を設けた内燃機
   関において、少くとも前記吸気制御弁閉弁時に前記燃料
   噴射弁からの燃料噴射を遅くとも吸気行程上死点後４０
   度以前に完了させるようにしたことを特徴とする内燃機
   関の燃料供給方法。