JPH06101484A

JPH06101484A - 内燃機関のスワール制御装置

Info

Publication number: JPH06101484A
Application number: JP4251616A
Authority: JP
Inventors: Toru Kitayama; 亨北山; Akihiko Araki; 昭彦荒木; Fumihiro Yoshihara; 文博吉原; Masao Nakamura; 正生中村; Toru Sakuma; 徹佐久間; Yoshito Ino; 嘉人井野; Hideo Kato; 秀夫加藤
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-21
Filing date: 1992-09-21
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】スワールコントロールバルブによってスワール
を強化し得る領域を広げて、機関の燃焼性を改善する。【構成】予め機関負荷と機関回転速度とに応じてスワー
ルコントロールバルブの制御開度を記憶した制御開度マ
ップを設定しておく。前記制御開度マップは、全閉，中
間開度，全開の３領域に分割されており、中間開度に制
御する領域は、全閉領域と全開領域との中間に位置す
る。そして、実際の機関負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ）と
機関回転速度Ｎｅと（Ｓ１）に基づいて前記制御開度マ
ップから開度を決定し（Ｓ２）、該決定に従ってスワー
ルコントロールバルブの開度を制御する（Ｓ３〜Ｓ
５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のスワール制御
装置に関し、詳しくは、シリンダ内にスワールを発生さ
せるスワールコントロールバルブの開閉制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費の向上を目的として、理論空
燃比よりも極めて高い空燃比（例えば20〜25）で燃焼を
行わせるようにした希薄燃焼機関が提案されている。か
かる希薄燃焼機関では、例えば低回転・低負荷時で運転
しているときに前記希薄空燃比で燃焼させることで燃費
の向上を図り、加速時や高負荷時にはトルク性能を重視
して理論空燃比よりもややリッチ側の空燃比（出力空燃
比）として、燃費の向上と出力トルクの確保とを両立さ
せている。

【０００３】また、前記希薄空燃比の混合気に対する着
火安定性を確保するためにスワールコントロールバルブ
を設け、希薄燃焼時には前記スワールコントロールバル
ブを閉じてシリンダ内に強いスワールを発生させること
で、希薄燃焼限界を向上させているものがある。但し、
前記スワールコントロールバルブは大きな吸気抵抗とな
ってしまうので、出力空燃比で燃焼させる高負荷，高回
転時には前記スワールコントロールバルブを開いて、所
望の機関出力が得られるようにしている（図５参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来で
は、希薄空燃比領域ではスワールコントロールバルブを
閉じ、出力空燃比領域ではスワールコントロールバルブ
を開いているが、実際には、出力空燃比領域でも希薄空
燃比領域に近い低負荷，低回転側（中間負荷，中間回転
領域）においても、スワールコントロールバルブの作用
によってスワールを強化して燃焼を安定化させたいとい
う要求があった。

【０００５】しかしながら、スワールコントロールバル
ブを閉制御したのでは吸気抵抗が大きくなって、所望の
空気量（機関出力）が得られなくなるので、吸気抵抗の
増大回避を優先して出力空燃比領域では開制御を行わせ
るようにしており、前記スワール強化の要求に応えるこ
とができないという問題があった。また、必要吸入空気
量が多い運転領域では、空気量を確保するためにスワー
ルコントロールバルブを閉じることができず、このため
に強いスワールを発生させることができないために、希
薄空燃比に制御できず、希薄空燃比領域が必要空気量の
少ない領域に限定されていたとも言える。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、必要空気量を確保しつつ、スワールコントロール
バルブによるスワール強化の効果が得られる領域を拡大
し、内燃機関の燃焼性を改善することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関のスワール制御装置は、図１に示すように構成
される。図１において、スワールコントロールバルブ
は、機関吸気系に設けられシリンダ内におけるスワール
発生を制御する。

【０００８】また、制御開度記憶手段は、スワールコン
トロールバルブを全開に制御する領域と中間開度に制御
する領域と全閉に制御する領域とを機関負荷と機関回転
速度とに応じて予め記憶している。また、運転条件検出
手段は、機関負荷及び機関回転速度をそれぞれに検出す
る。

【０００９】そして、開閉制御手段は、運転条件検出手
段で検出された機関負荷及び機関回転速度に基づいて前
記制御開度記憶手段から求めた制御開度にすべく前記ス
ワールコントロールバルブを開閉駆動する。

【００１０】

【作用】かかる構成によると、機関負荷と機関回転速度
とに応じて、スワールコントロールバルブを全開，中間
開度，全閉のいずれの開度状態にするかが予め記憶され
ており、実際の機関負荷，機関回転速度に応じてどの開
度状態にすべきであるかが求められる。

【００１１】そして、機関負荷，機関回転速度に基づい
て決定した開度に基づいて、実際にスワールコントロー
ルバルブを開閉制御し、全開，中間開度，全閉のいずか
に制御する。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１には、スロットル弁
２，吸気マニホールド３及び吸気弁４を介して空気が吸
入される。前記吸気マニホールド３の各ブランチ部に
は、各気筒別に燃料噴射弁５が設けられている。この燃
料噴射弁５は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停
止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述する
コントロールユニット16からの噴射パルス信号により通
電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されて
プレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された
燃料を、機関１に噴射供給する。

【００１３】機関１の各燃焼室には点火栓６が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気弁７，排気マニホール
ド８ａ，排気ダクト８ｂ，触媒９を介して排気が排出さ
れる。コントロールユニット16は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く燃料噴射弁５によ
る燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉに基づい
て燃料噴射弁５の作動を制御する。

【００１４】前記各種のセンサとしては、機関の吸入空
気流量Ｑを検出するエアフローメータ10、クランク軸又
はカム軸から回転信号を取り出すクランク角センサ11、
更に、排気中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の空燃
比を検出する酸素センサ12などが設けられている。尚、
前記クランク角センサ11から所定クランク角毎に出力さ
れる検出信号の周期、或いは、所定時間内における検出
信号の発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎｅ
を算出できる。

【００１５】ここにおいて、コントロールユニット16に
内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、予め基本
燃料噴射量Ｔｐで代表される機関負荷と機関回転速度Ｎ
ｅとに応じて目標空燃比を設定した空燃比マップを備え
ており、この空燃比マップに記憶された目標空燃比の混
合気を形成すべく、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅ
との検出値に基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／
Ｎｅ；Ｋは定数）を演算する一方、該基本燃料噴射量Ｔ
ｐに機関運転条件による種々の補正（酸素センサ12を用
いた空燃比フィードバック制御を含む）を施して最終的
な燃料噴射量Ｔｉを演算する。そして、前記燃料噴射量
Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号を、各気筒の
吸気行程にタイミングを合わせて各燃料噴射弁５にそれ
ぞれ出力する。

【００１６】前記空燃比マップは、低負荷・低回転運転
領域には理論空燃比（14.7）よりも極めて高い希薄空燃
比（例えば20〜25）が目標空燃比として設定され、ま
た、前記希薄燃焼運転領域以外の高負荷・高回転運転領
域は、理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かに小さい空
燃比（例えば13程度の出力混合比）が目標空燃比として
設定される出力燃焼運転領域としてある。

【００１７】また、本実施例の機関１には、吸気マニホ
ールド３の各吸気ポート部分に、スワールコントロール
バルブ（以下、ＳＣＶと略す。）13がそれぞれ介装され
ている。前記ＳＣＶ13は、切欠きを有したバタフライ式
の絞り弁であって、このＳＣＶ13を閉じて流量を調整さ
せるようにすると、流速の速い流れがシリンダ内にスワ
ール（横渦）を発生させ、以て、希薄燃焼時の着火安定
性を向上させることができる。

【００１８】前記ＳＣＶ13を開閉駆動するアクチュエー
タとして、ダイヤフラム14が設けられており、該ダイヤ
フラム14の圧力室に対する機関負圧の導入を、電磁式の
３方向切り換え弁15によって制御することによってＳＣ
Ｖ13を開閉駆動でき、また、前記３方向切り換え弁15を
デューティ制御することで、ＳＣＶ13を中間開度にも制
御できるようになっている。

【００１９】尚、前記ＳＣＶ13を開閉駆動するアクチュ
エータとしてモータを用いる構成であっても良い。前記
３方向切り換え弁15は、コントロールユニット16によっ
て制御されるようになっており、コントロールユニット
16は、後述する図３のフローチャートに示すようにして
ＳＣＶ13の開度を決定し、該開度に応じた制御信号を３
方向切り換え弁15に出力することにより、ＳＣＶ13の開
度を制御する。

【００２０】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度
Ｎｅとを読み込む。次のステップ２では、予めコントロ
ールユニット12に記憶されているＳＣＶ13の開閉制御マ
ップを参照し、ＳＣＶ13の開度を決定する。

【００２１】前記開閉制御マップは、図４に示すよう
に、機関負荷（基本燃料噴射量Ｔｐ）と機関回転速度Ｎ
ｅとに基づき分割される３つの運転領域を、それぞれ全
閉領域，中間開度領域，全閉領域としてある。前記全閉
領域は、前記空燃比マップにおける希薄燃焼運転領域に
一致しており、希薄燃焼時にＳＣＶ13を閉じて強いスワ
ールを発生させることで、希薄混合気に対する着火安定
性を向上させる。

【００２２】一方、空燃比マップにおける出力混合比領
域は、中間開度領域と全閉領域とに分けられ、高負荷・
高回転側ではＳＣＶ13を全開にして吸気抵抗の増大を回
避し、必要出力が確保できるようにしてあるが、前記全
開領域と全閉領域との間に中間開度領域が設けられてい
る。即ち、出力混合比領域でも、比較的低負荷，低回転
の領域では、ＳＣＶ13を全開に制御するのではなく、中
間開度に制御させるようになっており、これによって、
吸気抵抗の増大による出力の低下を回避しつつ、スワー
ルの強化による燃焼性の改善を図れるようにしてある。

【００２３】尚、上記のように、開閉制御マップがコン
トロールユニット16に記憶されているので、コントロー
ルユニット16が制御開度記憶手段としての機能を備え、
また、前記機関負荷を基本燃料噴射量Ｔｐで代表させる
から、本実施例における運転条件検出手段は、前記エア
フローメータ10及びクランク角センサ11が相当する。ス
テップ２で、現在の機関負荷及び機関回転速度Ｎｅに基
づいて前記開閉制御マップを参照してＳＣＶ13の開度を
決定すると、全閉領域，中間開度領域，全開領域それぞ
れの決定結果に応じて、ステップ３，４，５のいずれか
に進み、前記開閉制御マップの開度に対応する制御信号
を３方向切り換え弁15に出力することによって、ＳＣＶ
13を開閉制御マップの開度に制御する。

【００２４】上記のステップ２〜５の部分が、コントロ
ールユニット16における開閉制御手段としての機能を示
す。このように本実施例によると、希薄燃焼が実行され
る低負荷・低回転領域においては、ＳＣＶ13を全閉とし
て強いスワールを発生させることにより、希薄混合気に
対する着火安定性を高めて希薄燃焼限界を高めることが
できる。一方、出力混合比領域においては、ＳＣＶ13を
全開として吸気抵抗の増大による出力の低下を回避する
が、出力混合比領域であっても、比較的低負荷・低回転
の領域においては、ＳＣＶ13を中間開度に制御して、Ｓ
ＣＶ13による吸気抵抗の増大を回避しつつ、ＳＣＶ13に
よるスワール強化の効果をある程度得て燃焼性を改善で
きる。

【００２５】即ち、本実施例でＳＣＶ13を中間開度に制
御する領域は、ＳＣＶ13を全閉に制御すると必要空気量
を確保できなくなる惧れがあるが、ＳＣＶ13の作用によ
ってスワールを強化したい領域であり、ＳＣＶ13を中間
開度に制御することで、必要空気量を確保すると共に、
全閉時に比べて効果は薄いもののＳＣＶ13によるスワー
ル強化の効果を得て、空気量確保とスワール強化という
相反する要求を同時にある程度満たすことができるよう
にした。

【００２６】尚、本実施例では、ＳＣＶ13を中間開度に
制御する運転領域では、吸入混合気の空燃比が理論空燃
比付近に制御されるものとしたが、中間開度に制御する
領域でもスワール強化による燃焼性の改善効果が得られ
るから、ＳＣＶ13の全閉制御領域と中間開度制御領域と
の両方の領域で希薄燃焼を行わせたり、又は、中間開度
制御領域では、全閉制御領域よりも小さな空燃比の希薄
燃焼を行わせるようにしても良い。

【００２７】また、中間開度に制御する領域を、必要空
気量のレベルによって複数に分け、全閉領域から全開領
域に近づくに従って段階的にＳＣＶ13の開度が増大変化
するようにしても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、ス
ワールコントロールバルブを全閉に制御する領域と全開
に制御する領域との中間領域において、中間開度に制御
して、空気量を確保すると同時に、スワール強化の効果
をある程度得られるようにしたので、前記中間領域にお
ける燃焼性を改善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例におけるＳＣＶの開度制御を示すフロー
チャート。

【図４】実施例におけるＳＣＶの制御開度マップを示す
線図。

【図５】従来のＳＣＶの制御開度マップを示す線図。

【符号の説明】

１機関２スロットル弁５燃料噴射弁 10 エアフローメータ 11 クランク角センサ 13 スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ） 14 ダイヤフラム 15 ３方向切り換え弁 16 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村正生群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１日本電子機器株式会社内 (72)発明者佐久間徹群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１日本電子機器株式会社内 (72)発明者井野嘉人群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１日本電子機器株式会社内 (72)発明者加藤秀夫群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１日本電子機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関吸気系に設けられシリンダ内における
スワール発生を制御するスワールコントロールバルブ
と、前記スワールコントロールバルブを全開に制御する領域
と中間開度に制御する領域と全閉に制御する領域とを機
関負荷と機関回転速度とに応じて予め記憶した制御開度
記憶手段と、機関負荷及び機関回転速度をそれぞれに検出する運転条
件検出手段と、該運転条件検出手段で検出された機関負荷及び機関回転
速度に基づいて前記制御開度記憶手段から求めた制御開
度にすべく前記スワールコントロールバルブを開閉駆動
する開閉制御手段と、を含んで構成された内燃機関のスワール制御装置。