JPH0565705B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は複吸気弁エンジンにおける燃料噴射制
御の改良に関するものである。

従来技術 従来、燃費の向上および排気ガスエミツシヨン
の低減を図るため、第１吸気ポートを例えばヘリ
カル状、第２吸気ポートをストレート状とし、第
２吸気ポートに燃料噴射弁を設けた構成が提案さ
れている（例えば、本発明者らに係る特願昭58−
228399号参照）。ストレート状第２吸気ポートに
は吸気制御弁が設けられ、この吸気制御弁は機関
低回転低負荷域では閉となる。吸気制御弁が閉で
あるとき、ストレート状第２吸気ポートより燃料
が燃焼室中央部に向け噴射され、一方ヘリカル状
第１吸気ポートから空気がシリンダ内周に沿つて
旋回するように導入される。その結果、シリンダ
内はリーン（例えば空燃比25−30）であるが燃焼
室中央の点火栓近傍は燃焼に最適な理論空燃比
（14.0程度）近くになるという成層化が達成され
る。従つて、全体としては空燃比は超希薄である
にも係わらず燃焼を安定に行うことができ、
NOx成分排出量の低減及び燃料消費率の向上を
図ることができる。ところがこの先願技術では吸
気制御弁が閉鎖する低回転低負荷域における成層
が強すぎかえつてNOx排出量が増大するという
問題を本発明者らは発見した。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこの先願技術の問題点を解決するため
なされたものであり、吸気制御弁が閉じている低
回転低負荷域における成層度を最適にコントロー
ルすることができる複吸気弁エンジンを提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段 本発明によれば吸気制御弁が設けられるストレ
ート状の第２吸気ポート内の燃料噴射弁に加えて
ヘリカル状の第１吸気ポート内にも燃料噴射弁が
設けられ、吸気弁が閉塞する低回転低負荷域にお
いてもこれらの双方の燃料噴射弁は作動され、そ
の噴射量の割合はエンジン運転条件に応じて制御
される。

作 用 低回転低負荷域において吸気制御弁は閉鎖さ
れ、ストレート状第２ポートからの燃料は燃焼室
中央に向けて噴射され、一方ヘリカル状第１ポー
トからは混合気がシリンダ内に旋回導入され、点
火栓付近の濃い混合気部分とシリンダ内の薄い混
合気部分とにより成層化される。者等に、双方の
ポートの燃料噴射弁より燃料が噴射されることか
ら、燃料噴射弁の燃料噴射比率を変えることによ
つて成層度がコントロールされる。

尚、本願構成は双方のポートに燃料噴射弁を設
けたことで構成としては本発明者らに係る特願昭
58−237961と類似している。しかし、この先願は
吸気制御弁の開とされる高回転・高負荷時に双方
の燃料噴射弁を作動させているが、吸気制御弁の
閉とされる低回転・低負荷時はストレートポート
の燃料噴射弁のみ作動され、本願と違つて双方の
燃料噴射弁は作動されない。

実施例 以下図示実施例により本発明を説明する。

第３図は本発明の一実施例構成を示す。図にお
いて、吸気通路１は途中で第１吸気ポート２と第
２吸気ポート３とに分岐して燃焼室１００に連通
し、第１吸気ポート２の燃焼室側には第１吸気弁
４、第２吸気ポート３の燃焼室側には第２吸気弁
５がそれぞれ設けられる。第１吸気ポート２はヘ
リカル状をなし、燃焼室１００内にスワールを生
成させるようになつている。一方第２吸気ポート
３は、燃焼室１００の上部中央に設けられた点火
プラグ６の近傍に開口し、ストレート状を呈す
る。

第１および第２吸気ポート２，３の分岐部分に
は、ストレート状第２吸気ポート３を開閉可能な
吸気制御弁７が設けられる。吸気制御弁７は後述
するアクチユエータ１０により開閉駆動され、エ
ンジンを低回転低負荷で運転する時、第２吸気ポ
ート３を閉塞し、エンジンを高回転高負荷で運転
する時、第２吸気ポート３を開放する。

アクチユエータ１０は、シエル１１内をダイヤ
フラム１２により大気室１３と変圧室１４に区画
され、変圧室１４内に大気圧もしくは負圧を選択
的に導入可能にして構成される。ダイヤフラム１
２にはロツド１５が固定され、このロツド１５
は、その先端に形成された長穴１６を吸気制御弁
７に設けられたピン１７に係合させることによ
り、吸気制御弁７に連結される。変圧室１４内に
はダイヤフラム１２を付勢可能なばね１８が設け
られる。変圧室１４内に負圧が導かれると、ダイ
ヤフラム１２はばね１８を圧縮させて変位し、こ
れによりロツド１５が右行して吸気制御弁７は第
２吸気ポート３を閉塞する（図中、実線で示す位
置）。逆に変圧室１４内が大気圧となつた場合、
ダイヤフラム１２はばね１８に押圧されて左行
し、吸気制御弁７はロツド１５を介して第２吸気
ポート３を開放する（図中、鎖線で示す位置）。

負圧切換弁（VSV）２０はアクチユエータ１
０の変圧室１４に負圧もしくは大気圧を導くもの
である。すなわち、負圧切換弁２０は第１導管２
１を介して変圧室１４に常時連通しており、この
第１導管２１を、空気フイルタ３０に開放された
第２導管２２、またはバキユームタンク２３に連
通する第３導管２４に連通されるようになつてい
る。負圧切換弁２０の弁体の切換は、後述の制御
回路２５によつて行なわれる。一方、バキユーム
タンク２３は、吸気通路１のスロツトル弁２７よ
りも下流側に、逆止弁２８を介して接続され、エ
ンジンの運転中は常時負圧が保持されるようにな
つている。

第１燃料噴射弁３１は第１吸気ポート２の途中
に配設され、第２燃料噴射弁３２は第２吸気ポー
ト３の途中であつて吸気制御弁７よりも下流側に
設けられる。これらの燃料噴射弁３１，３２は、
それぞれ後述のように制御回路２５によつて制御
される。

制御回路２５は、マイクロプロセツサ（MPU）
３４と、Ａ／Ｄコンバータ３５と、入力インター
フエイス３６と、出力インターフエイス３７と、
タイミング制御回路３８を備え、これらはバス３
９によつて相互に結線される。入力インターフエ
イス３６にはエンジンのクランク軸１０１の回転
パルス（クランク角パルス）を検知するクランク
角センサ４０が結線され、エンジン回転数を知
り、更にはクランク角毎の割込ルーチンのトリガ
として利用される。Ａ／Ｄコンバータ３５はスロ
ツトル弁２７の下流の吸気管圧力を知るための圧
力センサ４１、及びスロツトル弁２７を通過する
吸入空気量を知るためのエアーフローセンサ４２
に接続され、これらのセンサからのアナログ信号
がMPU３４の指令に応じてデジタル化される。
出力インターフエイス３７は第１噴射弁制御回路
４４、第２噴射弁制御回路４６を介して夫々の燃
料噴射弁３１，３２に接続されると共に、吸気制
御弁制御回路４８を介して負圧切替弁２０に接続
される。

MPU３４はメモリ（図示せず）を備え、本発
明に従がつた燃料噴射弁３１，３２及び吸気制御
弁７の制御を行うためのプログラムが格納されて
いる。以下そのプログラムをフローチヤートによ
つて説明する。またこのフローチヤートの説明に
よつて本発明装置の作動も明らかになろう。

第２図は吸気制御弁７の制御フローチヤートで
あつて、200のステツプよりこのルーチンが実行
される。このルーチンは所定時間毎に実行される
時間割込みルーチンとすることができる。202の
ステツプでMPU３４はＡ／Ｄコンバータ３５に
圧力センサ４１からのデータのＡ／Ｄ変換指令を
出し、吸気管圧力P_Bのデータがロードされる。
204のステツプではその実測される吸気管圧力P_B
が所定値以上かどうか判定される。吸気管圧力が
所定値より高いとき（Yes）はスロツトル弁２７
の開度が大きい高負荷時と判定され、206に進み
出力インターフエイス３７は制御回路４８を介し
負圧切替弁２０に消磁信号を出す。そのため同切
替弁２０は白抜きのポート位置をとり、アクチユ
エータ１０の変圧室１４に大気圧が作用し、ばね
１８の力によつてダイヤフラム１２は左行し、吸
気制御弁７は破線の如く全開位置する。次の208
のステツプでフラグｆが０とされる。このフラグ
は吸気制御弁７が開か閉かを示すフラグである。

204で吸気管圧力が所定値より低いとき（No）
は低負荷時と判断され210に進み制御回路４８よ
り負圧切替弁２０の励磁信号が出され、同切替弁
２０は黒のポート位置をとり、吸気管負圧がアク
チユエータ１０の変圧室１４に伝達される。その
ため、ダイヤフラム１２はばね１８に抗して右行
く吸気制御弁７は実線の全閉位置をとる。212は
フラグｆのセツトを示す。尚、説明上省略したが
制御弁７の駆動条件として機関回転数の要因をと
り入れることができる。

第１図は燃料噴射制御ルーチンであつて、300
はそのルーチンの開始を示し、クランク角センサ
４０からの所定のスランク角毎（例えば30°毎）
の信号によつて割込みに入る。302のステツプで
は運転条件（例えば回転数Ｎ、負荷相当値として
の回転数−吸入空気量比Ｑ／Ｎ）に応じた燃料噴
射時間τの計算ルーチンを示す。このルーチン自
体は周知でありまた本発明の特徴部分ではないか
ら簡略化して示すが、所定の空燃比が得られるよ
うにＮ、Ｑ／Ｎに応じた燃料噴射時間のマツプが
メモリ内にあり、実測されたＮ、Ｑ／Ｎに対応す
る燃料噴射時間τが302のステツプで計算される。
そのようなマツプとしては例えば第４図のように
模式的に表わすことができ、低回転・低負荷域で
の25位のスーパーリーンから高回転・高負荷域で
の12.5位のややリツチまでの設定空燃比範囲をも
つている。

第１図で、次の304のステツプではフラグｆが
１かどうか、即ち、吸気制御弁７は閉じでいるか
どうかが判定される。ｆ＝０の場合は吸気制御弁
７は開であり、このときは306に進み、燃料分配
係数αを0.5に設定する。この係数αは1.0のとき
は第１の燃料噴射弁３１から全量の燃料が噴射さ
れ、０のときは逆に第２の燃料噴射弁３２から全
量の燃料が噴射されることを意味し、1.0と０の
中間の値ではαに応じた比率で夫々の燃料噴射弁
３１，３２から燃料が噴射される。308ではαに
τを乗算したものとして第１の燃料噴射弁３１の
噴射パルスの開時間（パルス幅）τ₁が設定され、
301では１−αにτを乗算したものとして第２の
燃料噴射弁３２の噴射パルスの開時間τ₂が設定さ
れる。前述のようにαは306のステツプで0.5に設
定されているから吸気制御弁７が開となることの
高負荷運転時は双方の燃料噴射弁３１，３２より
燃料噴射量は均等化される。

312のステツプでは第１の燃料噴射弁３１から
の燃料噴射を実行すべきクランク角θ₁が演算さ
れ、314のステツプでは第２の燃料噴射弁３２か
らの燃料噴射を実行すべきクランク角θ₂が計算さ
れ、316ではこれらのτ₁、τ₂、θ₁、θ₂がMPU３４
のレジスタにセツトされる。周知のようにタイミ
ング制御回路３８はθ₁、θ₂のクランクアングルか
ら燃料噴射弁３１，３２が燃料噴射をτ₁、τ₂の間
実行するように出力インターフエイス３７より
夫々の制御回路４４，４６を駆動することにな
る。

以上述べた吸気制御弁７が開となる高負荷運転
時には第１の燃料噴射弁３１及び第２の燃料噴射
弁３２から均等量の燃料が噴射される。従つて、
第５図のように燃料室１００内には夫々の燃料噴
射弁３１，３２からの燃料に基づく均等な空燃比
混合気がA₁、A₂のように形成される。吸気制御
弁７が開となるこの運転時は成層作用は得られな
いが第１ポート２、第２ポート３より混合気が導
入されることによつて燃料室１００内の混合気は
均一となり空燃比が小さい（12.5程度）こととあ
いまつて高トルク、高出力を得ることができる。

第１図の304でｆ＝１であるとき即ち吸気制御
弁７が閉とされる低負荷時は318のステツプに進
み、燃料分配比αはエンジン運転条件、即ち回転
数Ｎ及び負荷相当値である吸入空気量−回転数比
Ｑ／Ｎ、に応じて決められる。以下のステツプ
308−316は同様であり、αの比率で分配された燃
料が噴射時間τ₁、τ₂をもつて第１の燃料噴射弁３
１、第２の燃料噴射弁３２より夫々θ₁、θ₂のクラ
ンク角で噴射される。

吸気制御弁７が閉鎖される低負荷運転において
は、第６図に示すようにヘリカル状第１ポート２
からの空気は第１燃料噴射弁３１からの燃料と共
に混合気となつて矢印Ｓのようにスワールをなし
てシリンダ内に導入される。一方ストレート状の
第２ポート３内の第２燃料噴射弁３２からは燃料
が燃料室１００の中央に向け噴射され、その結
果、点火栓６の周囲B₂の部分の混合気はスワー
ルポート２からのスワールＳによつて形成される
シリンダ内の混合気B₁より濃く、強い成層が行
われる。即ち、全体としては空燃比は超希薄（例
えば25.0）であつても点火栓６の付近は理論空燃
比（14.0）程度となり、このような成層作用によ
つて点火燃焼を図ることができる。第１燃料噴射
弁３１、第２の燃料噴射弁からの燃料分配を決め
る係数αは、前述のように回転数Ｎ、吸入空気量
−回転数比Ｑ／Ｎなどの運転条件に応じて変化さ
せるが、傾向としては、低回転・低負荷側ではα
は０に近く、ほとんどの燃料がストレートポート
側の第２燃料噴射弁３２よ噴射され、回転数及び
負荷が大きくなるにつれて第２燃料噴射弁３２よ
りの噴射量を減少し第１燃料噴射弁３１よりの噴
射量を増大させ吸気制御弁７が閉から開に切替る
点では0.5とするように変えることになる。これ
を極度に模式化して示すと第７図のようになる。
ストレート状の第２ポート側第２燃料噴射弁３２
からの噴射量が多い程成層が良く行われ、総合的
にはよりリーン化しても燃焼させることができ
る。しかしながら、成層度を大きくとりすぎる
と、かえつてNOxの排出量が増加する問題があ
る。そこで回転数および負荷によつて燃料の分配
比αを変えることによつて成層度を変えることで
NOxを抑制することができる。即ち第８図で成
層度を大小と２種類選択した場合の空燃比に対す
るNOx排出量変化をモデル的に示す。成層度が
大きい方がNOx排出量がピークとなる空燃比が
希薄側に移り、上記の現象を示している。

発明の効果 吸気制御弁が閉鎖する低負荷運転時においてス
ワールポート側の第１燃料噴射弁とストレートポ
ート側の第２燃料噴射弁を共に作動させ、かつそ
の燃料分配を運転条件に応じて適当に変えること
によつて成層度が任意にコントロールされ、
NOx成分の排出の抑制と空燃比のリーン化（即
ち燃料消費率の改善）との双方の要求を調和させ
ることができる。

尚、実施例では燃料噴射量の制御のため噴射時
間を変えているが、その代りに各々の燃料噴射弁
の噴口径、リフト量を変えても同様な効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射制御のソフトウエアを示すフ
ローチヤート、第２図は吸気制御弁制御のソフト
ウエアを示すフローチヤート、第３図は本発明の
実施例構成図、第４図は回転数、負荷に対する空
燃比設定を説明するための模式的なグラフ、第５
図は高負荷時の燃料室内の混合気分布の説明図、
第６図は低負荷時の燃料室内の混合気分布の説明
図、第７図は負荷、回転数に対する燃料分布比の
設定を模式的に示すグラフ、第８図は空燃比に対
するNOx排出量特性を成層度の大小で示すグラ
フ。 ２……第１吸気ポート、３……第２吸気ポー
ト、７……吸気制御弁、２５……制御回路、３１
……第１燃料噴射弁、３２……第２燃料噴射弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃焼室に開口するとともにこの燃焼室内にス
   ワールを発生させるよう成形された第１吸気ポー
   トに配設された第１の燃料噴射弁と、上記燃焼室
   に開口するストレート状の第２吸気ポートに設け
   られ、この第２吸気ポートを開閉可能な吸気制御
   弁と、上記第２吸気ポートの上記吸気制御弁より
   下流側に配設された第２燃料噴射弁とを備え、上
   記吸気制御弁はエンジンの低回転低負荷域で閉塞
   し、上記吸気制御弁の閉塞時において第１燃料噴
   射弁及び第２燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合
   は機関運転条件に応じて制御される複吸気弁エン
   ジン。