JPH06101490A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、燃焼室内にスワ−ルを生成するこ
とができる内燃機関の吸気制御装置に関し、排気ガス中
の炭化水素量を減少させることを目的とする。 【構成】 燃焼室１内にスワ−ルを生成するためのスワ
−ル生成手段５ｂと、スワ−ルの強さを切り換えるため
の切換手段７と、所定機関状態の時、燃焼室１内に強い
スワ−ルを生成するように切換手段７を制御する第１制
御手段と、所定機関状態において排気ガス中の炭化水素
が所定量以上となる時、強いスワ−ルを弱める方向に切
換手段７を制御する第２制御手段、とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼室内にスワ−ルを
生成することができる内燃機関の吸気制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】実開昭６１−８４１３６号公報には、ス
ワ−ル生成用のヘリカルポートと、制御弁が設けられた
ストレートポートとを有し、この制御弁によりストレー
トポートを閉鎖することで、吸気をヘリカルポートだけ
から燃焼室に供給し、それにより燃焼室内に強いスワ−
ルを生成する内燃機関の吸気制御装置が記載されてい
る。

【０００３】燃焼室内における混合気の燃焼は、点火プ
ラグにより着火された火炎が外側に向かい伝播して完了
するが、この時、全ての混合気を燃焼させることはでき
ず、どうしてもシリンダ内壁近傍に未燃焼のクエンチ領
域が存在する。前述の吸気制御装置は、燃料増量が実行
される機関冷間時において、このクエンチ領域が増大す
ることを防止するために、この時、制御弁を閉弁して燃
焼室内に強いスワ−ルを生成し、スワ−ルの有する燃焼
改善効果によりクエンチ領域を減少させることを意図し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スワ−ルは、燃焼速度
を早めることにより、燃焼を良好なものとすることがで
きるが、その一方で、特に燃焼温度が低く、混合気が燃
焼しにくい時において、スワ−ルにより燃焼途中の混合
気がシリンダ内壁に接触する体積割合が増加し、シリン
ダ内壁によってその温度が下げられるために、この内壁
近傍の混合気がさらに燃焼しにくくなり、前述のクエン
チ領域を増加させることになる。それにより、前述の従
来技術は、特に、燃焼温度がかなり低くなる機関冷間時
の低速低負荷運転状態において、スワ−ルによりシリン
ダ内壁近傍のクエンチ領域が逆に増大され、未燃炭化水
素が多量に排出される問題を有する。

【０００５】従って、本発明の目的は、スワ−ル生成手
段を有する内燃機関の吸気制御装置において、排気ガス
中の炭化水素量を減少させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の目的は、燃焼室内
にスワ−ルを生成するためのスワ−ル生成手段と、前記
スワ−ルの強さを切り換えるための切換手段と、所定機
関状態の時、前記燃焼室内に強いスワ−ルを生成するよ
うに前記切換手段を制御する第１制御手段と、前記所定
機関状態において排気ガス中の炭化水素が所定量以上と
なる時、前記強いスワ−ルを弱める方向に前記切換手段
を制御する第２制御手段、とを具備することを特徴とす
る内燃機関の吸気制御装置により達成される。

【０００７】

【作用】前述の内燃機関の吸気制御装置は、所定機関状
態の時、第１制御手段が燃焼室内に強いスワ−ルを生成
するように切換手段を制御し、この所定機関状態におい
て排気ガス中の炭化水素が所定量以上となる時、第２制
御手段が燃焼室内に生成された強いスワ−ルを弱める方
向に切換手段を制御する。

【０００８】

【実施例】図１は、本発明による内燃機関の吸気制御装
置の概略断面図である。同図において、１は燃焼室、２
は燃焼室１の中心上部に設けられた点火プラグである。
点火プラグ２の回りには、二つの吸気弁３ａ，３ｂと、
二つの排気弁４ａ，４ｂが設けられている。吸気通路５
は、燃焼室１側において、ストレートポート５ａとヘリ
カルポート５ｂとに分岐し、それぞれ吸気弁３ａ，３ｂ
を介して燃焼室１に通じている。また排気通路６も、燃
焼室１側において二股に分岐し、それぞれ排気弁４ａ，
４ｂを介して燃焼室１に通じている。

【０００９】ストレートポート５ａには、それを閉鎖可
能な制御弁７が設置されている。ヘリカルポート５ｂ
は、それを通る吸気が燃焼室１内にスワ−ルを生成する
ように形成されている。制御弁７は各気筒共通の駆動軸
８に固定され、この駆動軸８を図示せぬアクチュエータ
により駆動することによって、各気筒の制御弁７が同時
に開閉される。このアクチュエータとして吸気通路５内
の負圧を使用する負圧アクチュエータ等が利用可能であ
る。

【００１０】アクチュエータにより制御弁７を閉弁する
と、吸気はヘリカルポート５ｂだけを通り供給され、燃
焼室１内に強いスワ−ルを生成することができる。ま
た、制御弁７を開弁すると、両ポート５ａ，５ｂを使用
して吸気が燃焼室１に供給され、この時、ストレートポ
ート５ａを通り燃焼室１に供給された吸気は、ヘリカル
ポート５ｂを通る吸気によるスワ−ルを打ち消すように
作用するために、スワ−ルの生成は中止される。燃料噴
射弁９は、このように制御弁７のいずれの状態において
も吸気が通るヘリカルポート５ｂに向けて設置され、吸
気によって燃料の微粒化が行われる。

【００１１】アクチュエータを介しての制御弁７の開閉
制御を行うための制御装置（図示せず）が設けられ、こ
の制御装置には、機関回転数Ｎを検出するための回転セ
ンサ（図示せず）、吸気通路５のサージタンク上流に設
置され、吸入空気量Ｑを検出するためのエアフローメー
タ（図示せず）、及び機関温度を表す冷却水温ＴＨＷを
検出するための冷却水温センサ（図示せず）等が電気的
に接続されている。

【００１２】この制御装置による制御弁７の開閉制御
は、図２に示すフローチャートに従って実行される。ま
ずステップ１０１において、回転センサから得られる信
号を基に現在の回転数Ｎを計算し、この回転数Ｎとエア
フローメータから得られる信号を基に計算される吸入空
気量Ｑとから、現在の機関負荷を表す一回転当たりの吸
入空気量Ｑ／Ｎを計算する。

【００１３】次にステップ１０２において、現在の回転
数Ｎ及び負荷Ｑ／Ｎにより決定される機関運転状態が、
図３に示すマップにおいて制御弁７の開領域にあるかど
うかが判断され、この判断が肯定される時、ステップ１
０３において制御弁７を開弁して終了する。図３のマッ
プにおける制御弁７の開領域は、ヘリカルポート５ｂだ
けでは吸気量が不足する高負荷高回転運転状態に限定さ
れている。

【００１４】燃焼室１内の混合気の燃焼は、点火プラグ
２により着火された火炎が外側に向かい伝播して完了す
るが、この時、全ての混合気を燃焼させることはでき
ず、どうしてもシリンダ内壁近傍に未燃焼のクエンチ領
域が存在する。燃焼室１内に生成されたスワ−ルは、燃
焼速度を早め燃焼を良好なものとし、希薄燃焼を可能と
するが、一方で、特に機関低負荷運転状態のように、燃
焼温度が低く、混合気が燃焼しにくい時に、スワ−ルに
より燃焼途中の混合気がシリンダ内壁に接触する体積割
合が増加してその温度が下げられるために、この内壁近
傍の混合気がさらに燃焼しにくくなり、その結果、前述
のクエンチ領域が増大し、排気ガス中の未燃炭化水素量
が増加する。

【００１５】図４は、機関負荷に対する燃料消費量Ａと
排気ガス中の炭化水素量Ｂのグラフであり、実線は制御
弁開状態、点線は制御弁閉状態をそれぞれ示している。
これらのグラフからわかるように、全ての機関負荷にお
いて、制御弁７を閉弁して燃焼室１内に強いスワ−ルを
生成した方が、燃焼改善効果により希薄燃焼が可能とな
るために、燃料消費量Ａを少ないものとすることができ
る。一方、機関負荷に対する排気ガス中の炭化水素量
は、制御弁７の開弁時においてほぼ一定であるのに対し
て、制御弁７の閉弁時において、高負荷側で開弁時より
少ないものとなっているが、低負荷側で急激に増加し、
閉弁時よりかなり多くなっている。

【００１６】機関高負荷時は、燃焼温度が比較的高く、
混合気が燃焼しやすいために、スワ−ルを生成しても燃
焼途中の混合気を充分に火炎が伝播する温度に維持する
ことができ、さらにスワ−ルの有する燃焼改善効果によ
りクエンチ領域を減少することができる。それにより、
境界負荷Ｑ／Ｎ’より高負荷側においては、燃焼室１内
にスワ−ルを生成した方が、また境界負荷Ｑ／Ｎ’より
低負荷側においては、燃焼室１内にスワ−ルを生成しな
い方がクエンチ領域を減少することができる。この境界
負荷Ｑ／Ｎ’は、機関温度が上昇しまた機関回転数が上
昇する程、燃焼温度が高くなり、混合気が燃焼しやすく
なるために、それらに伴い小さくなる。

【００１７】従って、ステップ１０２における判断が否
定される時、ステップ１０４に進み、冷却水温センサか
ら得られる信号を基に現在の冷却水温ＴＨＷが検出され
る。次にステップ１０５において、図５に示すマップに
より現在の回転数Ｎ及び現在の冷却水温ＴＨＷから前述
の境界負荷Ｑ／Ｎ’を決定し、ステップ１０６におい
て、現在の負荷Ｑ／Ｎがこの時の境界負荷Ｑ／Ｎ’未満
であるかどうかが判断される。この判断が否定される
時、ステップ１０７において制御弁７は閉弁され、燃焼
室１内にスワ−ルが生成される。一方、この判断が肯定
される時、ステップ１０８において制御弁７は開弁さ
れ、燃焼室１内のスワ−ル生成は中止される。

【００１８】このような制御弁７の開閉制御によれば、
高負荷高回転運転状態の時、両ポート５ａ，５ｂを使用
しての吸気供給が実行され、この時必要な多量の吸気を
燃焼室１に供給することができ、充填効率向上に伴う高
トルクの運転が実現される。

【００１９】また、それ以外の運転状態の時、ヘリカル
ポート５ｂだけにより吸気供給が実行され、燃焼室１内
に強いスワ−ルが生成されるために、希薄燃焼による低
燃費の運転が実現されるが、冷却水温度ＴＨＷ及び機関
回転数Ｎにより定まる境界負荷Ｑ／Ｎ’未満の時は、制
御弁７は開弁され、両ポート５ａ，５ｂを使用しての吸
気供給が実行されるために、燃焼室１内のスワ−ル生成
は中止され、それに伴いクエンチ領域の増加が防止さ
れ、排気ガス中の未燃炭化水素量を減少することができ
る。

【００２０】本実施例の吸気制御装置において、ストレ
ートポート５ａに設けられた制御弁７は、開閉いずれか
の状態にされるものであるが、機関負荷Ｑ／Ｎが境界負
荷Ｑ／Ｎ’未満の時、制御弁７を小開としてスワ−ルを
弱めるようにしても、燃焼中の混合気温度の低下をその
分緩和することができ、従来よりクエンチ領域を減少で
きることは明らかである。

【００２１】また、本発明は、ストレートポート及びヘ
リカルポートを有する吸気制御装置に限定されず、単一
ポートに偏向弁が設けられ、この偏向弁を使用して機関
状態に応じて燃焼室内にスワ−ルを生成するような吸気
制御装置にも適用可能である。

【００２２】

【発明の効果】このように、本発明による吸気制御装置
によれば、スワ−ル生成手段により燃焼室内にスワ−ル
を生成し、スワ−ルの有する燃焼改善効果を利用して良
好な燃焼を実現する機関運転状態において、スワ−ルに
より燃焼途中の混合気温度が下げられ、クエンチ領域が
増大する時、切換手段がスワ−ルを弱める方向に制御さ
れ、それによりクエンチ領域が減少され、排気ガス中の
未燃炭化水素量を減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の吸気制御装置の概略断
面図である。

【図２】制御弁の開閉制御のためのフローチャートであ
る。

【図３】回転数及び負荷により制御弁の開閉を決定する
マップである。

【図４】制御弁開閉それぞれの状態における負荷に対す
る燃料消費量と排気ガス中の炭化水素量を示すグラフで
ある。

【図５】回転数及び冷却水温により境界負荷を決定する
マップである。

【符号の説明】

１…燃焼室 ２…点火プラグ ５ａ…ストレートポート ５ｂ…ヘリカルポート ７…制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内にスワ−ルを生成するためのス
   ワ−ル生成手段と、前記スワ−ルの強さを切り換えるた
   めの切換手段と、所定機関状態の時、前記燃焼室内に強
   いスワ−ルを生成するように前記切換手段を制御する第
   １制御手段と、前記所定機関状態において排気ガス中の
   炭化水素が所定量以上となる時、前記強いスワ−ルを弱
   める方向に前記切換手段を制御する第２制御手段、とを
   具備することを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。