JPH0633776A - エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合気供給ポートに供給される加圧エアの圧
力がエンジンの運転状態等によって変動しても、混合気
のミキシング、成層化等が良好となるように調整し、こ
れによりリーンリミットを高めるとともに、有効にリー
ンバーン運転を行なうことのできる領域を拡大する。 【構成】 加圧エアとインジェクタ２５からの噴射燃料
とを混合して燃焼室２に供給する混合気供給ポート７に
タイミング弁１５を設け、このタイミング弁１５に対し
てバルブタイミング可変機構１６を設けるとともに、混
合気供給ポート７に供給される加圧エアの圧力を圧力セ
ンサ３８で検出し、その信号を受けるＥＣＵ３５によ
り、上記圧力が高くなるにつれてタイミング弁１５の開
閉タイミングを遅らせるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸気ポートとは別個
に、加圧エアと燃料とを混合させて燃焼室に供給する混
合気供給ポートを備えたエンジンの燃料供給装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば実開昭６２−１８３３５号
公報に示されるように、燃焼室に空気を供給する第１お
よび第２の吸気ポートに加え、混合気供給用の第３の吸
気ポートを燃焼室に開口させ、このポートに燃料噴射用
のインジェクタを設け、かつこのポートを加圧エア供給
用の過給機を備えた連通路に接続し、このポートの燃焼
室への開口部に一定タイミングで開閉作動するタイミン
グ弁（第３吸気弁）を設けて、その開弁時期を第１，第
２吸気ポートの吸気弁の開弁時期よりも遅くするように
設定した燃料供給装置が知られている。この装置による
と、上記第３の吸気ポート内で燃料と加圧エアとがミキ
シングされた上で、その混合気が、上記第１吸気ポート
等から吸入される空気とは別に、吸気行程後半に燃焼室
に送り込まれる。そして、低負荷領域では、第２吸気ポ
ートが閉じられた状態で、第１吸気ポートからの吸気に
より燃焼室内にスワールが生成されつつ、混合気供給用
の第３吸気ポートから混合気が燃焼室中央部の点火プラ
グに向けて送り込まれることにより、点火プラグまわり
に混合気を偏在させる成層化状態とすることが可能とな
り、成層燃焼によるリーンバーンで燃費節減およびエミ
ッション改善が図られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示された装
置では、混合気供給用の第３の吸気ポートに加圧エアが
供給されることから、このポートに設けられたタイミン
グ弁による混合気供給のタイミングが吸気行程の後半ま
で遅くされているものの、そのタイミングは一定に設定
されている。ところが、点火までの間の混合気の分散を
抑えるには混合気供給タイミングを遅くする方が有利で
ある一方、混合気供給タイミングを遅くすると混合気供
給圧力に対するシリンダ内圧力の上昇や燃焼室内での燃
料の気化等の面で不利となる可能性があり、かつ、これ
らの要素には上記加圧エアの圧力が関係し、この加圧エ
アの圧力はエンジンおよび過給機等の作動状態によって
変化する。このため、従来の装置では、混合気供給のタ
イミングをリーンバーンにとって常に最適なタイミング
となるように設定することが難しかった。

【０００４】本発明は、上記の事情に鑑み、混合気供給
ポートに供給される加圧エアの圧力がエンジンの運転状
態等によって変動しても、混合気のミキシング、成層化
等が良好となるように調整し、これにより、リーンリミ
ットを高めるとともに、有効にリーンバーン運転を行な
うことのできる領域を拡大し、燃費を改善することがで
きるエンジンの燃料供給装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、燃料供給用のインジェクタを具備す
るとともに加圧エア供給手段に接続された混合気供給ポ
ートを、吸気ポートとは別個に設け、この混合気供給ポ
ートの燃焼室への開口部に、吸気ポートの吸気弁よりも
遅れて開くタイミング弁を設けたエンジンの燃料供給装
置において、上記混合気供給ポートに供給される加圧エ
アの圧力状態を把握する手段と、上記タイミング弁の開
閉タイミングを変更可能とする混合気供給タイミング可
変手段と、上記加圧エアの圧力状態に応じ、その圧力が
高くなるにつれて上記タイミング弁の開閉タイミングを
遅らせるように混合気供給タイミング可変手段を制御す
る制御手段と備えたものである。

【０００６】第２の発明は、第１の発明において、上記
混合気供給ポートに、上記加圧エアの圧力が高くなるに
つれて開度が小さくなる絞り弁を設けたものである。

【０００７】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、上記タイミング弁のバルブリフト特性を、最大リ
フト状態から閉弁に至るまでの閉じ側リフト変化が開き
初めから最大リフト状態までのリフト変化よりも急速と
なるように設定したものである。

【０００８】また第４の発明は、燃料供給用のインジェ
クタを具備するとともに加圧エア供給手段に接続された
混合気供給ポートを、吸気ポートとは別個に設け、この
混合気供給ポートの燃焼室への開口部に、吸気ポートの
吸気弁よりも遅れて開くタイミング弁を設けたエンジン
の燃料供給装置において、上記タイミング弁のバルブリ
フト特性を、最大リフト状態から閉弁に至るまでの閉じ
側リフト変化が開き初めから最大リフト状態までのリフ
ト変化よりも急速となるように設定したものである。

【０００９】

【作用】本発明によると、上記タイミング弁の開弁期間
中に加圧エアと噴射燃料との混合気が混合気供給ポート
から燃焼室に供給されるが、この場合に、上記加圧エア
の圧力が高いことによって燃料のミキシング、微粒化作
用が高められる傾向にあるときは、それに対応してタイ
ミング弁の開閉タイミングが遅らされることにより成層
化作用が高められ、リーンリミットを高める状態に調整
される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明の一実施例による燃料供給装置
を示している。これらの図において、エンジンの各シリ
ンダ１には、図外のピストンの作動に伴って容積変化す
る燃焼室２が形成され、この燃焼室２に対し、吸・排気
ポート３〜６が配設されるとともに、混合気供給ポート
７が設けられている。図示の例では、下流端部が燃焼室
２の片半部側に開口する２つの吸気ポート３，４と、上
流端部が燃焼室２の他半部側に開口する２つの排気ポー
ト５，６と、下流端部が燃焼室中央部付近に開口する混
合気供給ポート７とが配設されており、これらのポート
３〜７はシリンダヘッドに形成されている。また、燃焼
室２における混合気供給ポート７の開口部に比較的近い
位置に、上記点火プラグ８が設けられている。

【００１１】上記両吸気ポート３，４の燃焼室２への開
口部には吸気弁１１，１２が設けられ、両排気ポート
５，６の燃焼室２への開口部には排気弁１３，１４が設
けられている。これら吸気弁１１，１２および排気弁１
３，１４はカムシャフト等からなる動弁機構（図示せ
ず）により作動されるようになっている。

【００１２】また、上記混合気供給ポート７の燃焼室２
への開口部にはタイミング弁１５が設けられている。こ
のタイミング弁１５は、例えば吸・排気弁と同様のポペ
ット弁からなり、カムシャフト等からなる動弁機構で作
動されて、吸気弁よりも遅れて開くようになっている。
とくにこのタイミング弁１５に対する動弁機構には、タ
イミング弁１５の開閉タイミングを変更可能とするバル
ブタイミング可変機構（混合気供給タイミング可変手
段）１６が設けられている。このバルブタイミング可変
機構１６は、例えば、アクチュエータ１６ａにより作動
される位相変更部材１６ｂにより、タイミング弁用のカ
ムシャフト１７とカムプーリ１８との間の位相を変える
ことができるような構造となっている。なお、バルブタ
イミング可変機構１６の具体的構造は限定されるもので
はなく、タイミング弁１５の開閉タイミングをリニアな
いし多段階に調節できるものであればよい。

【００１３】上記各吸気ポート３，４には空気が吸気通
路２１を通して導かれる。この吸気通路２１は、上流側
の共通吸気通路２１ａと、サージタンク２１ｂと、その
下流で分岐して各シリンダ１の吸気ポート３，４に連な
る独立吸気通路２１ｃとからなり、上記共通吸気通路２
１ａには、アクセル操作に応じて作動して吸入空気量を
調節するスロットル弁２２が設けられている。また、上
記両吸気ポート３，４のうちの第１吸気ポート３は常時
開放となっており、一方、第２吸気ポート４は、低負荷
時に閉じて高負荷時に開かれるスワールコントロール弁
２３を有し、このスワールコントロール弁２３が閉じて
いるときは第１吸気ポート３からの吸気によって燃焼室
２内にスワールが生成されるようになっている。

【００１４】上記混合気供給ポート７には、タイミング
弁１５の上流に燃料供給用のインジェクタ２５が設けら
れている。また、この混合気供給ポート７に対し、加圧
エア供給手段として、例えばエンジン出力軸により駆動
されて空気を加圧供給するエアポンプ２６が設けられ、
このエアポンプ２６に加圧エア供給通路２７を介して各
シリンダ１の混合気供給ポート７が接続されている。そ
して、上記エアポンプ２６から供給される加圧エアと上
記インジェクタ２０から噴射された燃料とが混合気供給
ポート７内で混合されて、混合気が形成されるようにな
っている。

【００１５】また、上記混合気供給ポート７におけるイ
ンジェクタ２５の上流には、上記加圧ガスの流通を規制
する絞り弁３１が設けられている。この絞り弁３１は、
駆動軸３２を介してアクチュエータ３３に連結されてい
る。

【００１６】また、３５はマイクロコンピュータ等から
なるコントロールユニット（ＥＣＵ）である。このＥＣ
Ｕ３５には、エンジン回転数を係止する回転数センサ３
６、エンジンの軸トルク等のエンジン負荷相当量を係止
するエンジン負荷センサ３７、加圧エアの圧力状態を把
握する手段として上記加圧エア供給通路２７に設けられ
た圧力センサ３８等からの信号が入力されている。そし
てこのＥＣＵ３５から、上記バルブタイミング可変機構
１６のアクチュエータ１６ａ、上記絞り弁３１のアクチ
ュエータ３３等に制御信号が出力されている。

【００１７】このＥＣＵ３５は、バルブタイミング可変
機構１６を制御する制御手段を構成し、上記圧力センサ
３８によって検出される加圧エアの圧力に応じ、この圧
力が高くなるにつれて上記タイミング弁１５の開閉タイ
ミングを遅らせるようになっている。さらにＥＣＵ３５
は上記絞り弁３１の制御も行ない、上記加圧エアの圧力
が高くなるにつれて絞り弁３１の開度を小さくするよう
になっている。

【００１８】図３は吸気弁１１，１２の開閉タイミング
ＩＶおよびタイミング弁１５の開閉タイミングＴＶ１，
ＴＶ２を示しており、吸気弁１１，１２は上死点付近か
ら下死点より少し後の時期まで開かれる。これに対し、
タイミング弁１５は、その開弁時期が吸気弁１１，１２
の開弁時期よりも遅く、吸気行程後半から圧縮行程途中
までの範囲内で開弁され、かつ、この範囲内で実線で示
すタイミングＴＶ１と破線で示すタイミングＴＶ２とに
わたって開閉タイミングが変えられるようになってい
る。

【００１９】上記タイミング弁１５の開閉タイミング
は、予め調べられた開弁時期とリーンリミットと加圧エ
ア圧力との関係（図４）に基づいて制御される。すなわ
ち、タイミング弁１５の開弁時期が変わるとリーンリミ
ット（正常燃焼する空燃比のリーン側の限界）が変化
し、ある程度までは開弁時期が遅くなるにつれて混合気
分散の抑制により成層化が高められること等でリーンリ
ミットが高くなるが、遅くなりすぎると燃料のミキシン
グおよび気化の悪化などでリーンリミットが低下し、リ
ーンリミットが最大となる開弁時期が存在する。そし
て、加圧エアの圧力がＰ１，Ｐ２，Ｐ３の各場合（Ｐ１
＜Ｐ２＜Ｐ３）について図４に示すように、加圧エアが
高くなるにつれ、開弁時期を遅くすることによるミキシ
ング作用の悪化等が補われることから、リーンリミット
が最大となる開弁時期が遅れ側に移行する。

【００２０】そして、種々の圧力においてリーンリミッ
トが最大となる開弁時期を調べると、その開弁時期と加
圧エアの圧力との関係は図５のようになる。この関係が
予めマップとして記憶され、このマップから加圧エアの
圧力に応じた開弁時期が求められる。

【００２１】また、タイミング弁用の動弁カムのプロフ
ィールによって決まるタイミング弁１５のバルブリフト
特性は、図６に実線で示すように設定されている。すな
わち、最大リフト状態から閉弁に至るまでの閉じ側リフ
ト変化が、開き初めから最大リフト状態までのリフト変
化よりも急速となるようなバルブリフト特性とされてい
る。これを従来のものと比較すると、従来では一般に、
最大リフト位置に対して前半と後半が対照的で、最大リ
フトから比較的緩やかなカーブで閉弁に至るようなバル
ブリフト特性（図６に二点鎖線で示す）となっているの
に対し、図６に実線で示すバルブリフト特性では、最大
リフトから急激に閉弁に至るようになっている。

【００２２】上記ＥＣＵ３５によるタイミング弁開閉タ
イミングおよび絞り弁開度の制御の一例を、図７にフロ
ーチャートで示す。このフローチャートの例では、加圧
エアの圧力に応じてタイミング弁１５の開閉タイミング
を制御するとともに、混合気供給ポートの混合気の空燃
比が予め設定された一定の値となるように絞り弁を制御
している。

【００２３】このフローチャートに示す制御を説明する
と、ＥＣＵ２５は、エンジン回転数、エンジン負荷等の
検出信号を入力し（ステップＳ１）、運転状態に応じて
空燃比を設定する（ステップＳ２）。そして、上記空燃
比と運転状態もしくは吸入空気量の検出信号、Ｏ₂ セン
サ出力等に基づいて要求燃料噴射量を演算し（ステップ
Ｓ３）、要求燃料噴射量に対応する基本パルス幅と水温
等に応じた補正係数とから噴射パルス幅を求める（ステ
ップＳ４）。

【００２４】次に、上記圧力センサ３８によって検出さ
れる加圧エア供給通路２７内の圧力Ｐを入力する（ステ
ップＳ５）。また、予め設定された混合気供給ポート空
燃比を読出し（ステップＳ６）、この空燃比が得られる
ように上記燃料噴射量に対する要求エア流量Ｑを算出す
る（ステップＳ７）。続いて、上記圧力Ｐと、上記要求
エア流量Ｑとから、絞り弁３１の開度θを求める（ステ
ップＳ８）。

【００２５】上記ステップＳ８での絞り弁開度θの算出
は、例えば図８のようなマップに基づいて行なわれる。
すなわち、加圧エアの流量Ｑと圧力Ｐと絞り弁開度θと
の間には所定の対応関係があって、横軸を絞り弁開度
θ、縦軸を圧力Ｐとすると種々の流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３
についての等流量ラインは図８中に示すようになり（Ｑ
１＜Ｑ２＜Ｑ３）、このような対応関係が予めマップと
してＥＣＵ３５内に記憶される。そしてこのマップか
ら、上記要求エア量Ｑに相当する等流量ライン上で、そ
のときの検出圧力Ｐに対応する絞り弁開度θを求める。
この場合、図８から明らかなように、要求エア流量Ｑが
同じであっても、圧力Ｐが高くなるにつれて絞り弁開度
が小さくなる。

【００２６】このように絞り弁開度θを求める一方、上
記圧力Ｐに応じ、前記の図５のマップに基づき、タイミ
ング弁１５の開弁時期を算出する（ステップＳ９）。そ
して、上記ステップＳ８で算出した絞り弁開度θを与え
る制御信号を絞り弁３１のアクチュエータ３３に出力す
るとともに、上記ステップＳ９で算出した開弁時期を与
える制御信号をバルブタイミング可変機構１６のアクチ
ュエータ１６ａに出力する（ステップＳ１０）。

【００２７】次に、当実施例の装置の作用を説明する。

【００２８】上記混合気供給ポート７には、エアポンプ
２６から加圧エアが導かれるとともに、インジェクタ２
５から燃料が噴射供給され、タイミング弁１５の開弁期
間中に、燃料と加圧エアとが混合されつつ燃焼室２に供
給される。この混合気供給ポート７での燃料と加圧エア
とのミキシングにより燃料の微粒化が促進されるととも
に、燃料供給量の少ない運転領域では、混合気供給ポー
ト７から供給された混合気が点火プラグ８付近に偏在す
る成層化により、リーンバーンが果たされる。

【００２９】この場合に、前記の図４、図５に示す関係
に基づき、加圧エアの圧力Ｐに応じてタイミング弁１５
の開弁時期が制御されることにより、加圧エアの圧力Ｐ
が運転状態等によって変化しても、リーンリミットを高
めるのに最適な開弁時期が得られ、広範囲の運転領域に
わたって有効にリーンバーンを行なうことが可能とな
る。

【００３０】さらに、上記絞り弁３１の開度が、上記加
圧エアの圧力Ｐが高くなるにつれて小さくなるように制
御されることにより、上記圧力Ｐの変動に対して加圧エ
アの流量調整も適正に行なわれ、微粒化および成層化作
用が良好に得られるように、混合気供給ポート７の混合
気の空燃比が調整される。

【００３１】また、タイミング弁１５のバルブリフト特
性が図６の実線のように設定されていると、圧縮行程に
おいて、シリンダ内圧力の上昇によって混合気の吹き返
しが生じる前にタイミングバルブが閉じられるようにし
つつ、混合気が多く供給される時期（最大リフト付近）
を点火時期に近付けて成層化に有利な状態とすることが
できる。そして、タイミング弁１５は吸・排気弁などに
比べて小径で、かつバルブリフト量が比較的小さいの
で、最大リフトから閉弁までが急カーブになるバルブリ
フト特性としても、ジャンピングなどの不具合を生じる
ことはない。

【００３２】なお、本発明の装置の具体的構造は上記実
施例に限定されず、種々変更可能である。例えば、図２
に実線で示す例では絞り弁３１が各シリンダ毎に混合気
供給ポートに設けられているが、図２に二点鎖線で示す
ように、各混合気供給ポートに共通の加圧エア供給通路
２７に絞り弁３１’が設けられていてもよい。

【００３３】また、加圧エアの圧力状態を把握は、上記
圧力センサ３８による検出に限らず、予め調べた運転状
態と圧力との関係に基づいて求めるようにしてもよく、
例えば、図９のように加圧エアの圧力がエンジン回転数
につれて高くなるような一定の関係でエアポンプが作動
される場合、この関係に基づき、エンジン回転数に応じ
て加圧エアの圧力を調べ、さらにその圧力に応じて上記
開弁時期を求めるようにすることもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、吸気ポートとは別個に設けら
れた混合気供給ポートに対し、この混合気供給ポートの
タイミング弁の開閉タイミングを変更可能とする混合気
供給タイミング可変手段を設けるとともに、混合気供給
ポートに供給される加圧エアの圧力状態に応じ、その圧
力が高くなるにつれて上記タイミング弁の開閉タイミン
グを遅らせるようにしているため、上記圧力が高くなる
ことで燃料のミキシング作用が高められるときは混合気
供給時期を遅くして燃料の分散を抑制するというよう
に、運転状態等によって上記圧力が変動したときにも、
成層化に有利な状態に混合気供給時期を調節し、リーン
バーンによる燃費改善の効果を高めることができる。

【００３５】上記構成に加え、混合気供給ポートに、加
圧エアの圧力が高くなるにつれて開度が小さくなる絞り
弁を設けておくと、加圧エアの圧力の変動に対し、加圧
エアの流量の調整も適正に行なうことができ、リーンバ
ーンによる燃費改善の効果をより一層高めることができ
る。

【００３６】また、混合気供給ポートのタイミング弁の
バルブリフト特性を、最大リフト状態から閉弁に至るま
での閉じ側リフト変化が開き初めから最大リフト状態ま
でのリフト変化よりも急速となるように設定した構成に
よると、圧縮行程においてシリンダ内圧力の上昇によっ
て混合気の吹き返しが生じる前にタイミングバルブが閉
じられるようにしつつ、混合気が多く供給される時期を
点火時期に近付けて成層化に有利な状態とすることがで
き、リーンバーンによる燃費改善を図るのに有効とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による燃料供給装置の要
部の概略図である。

【図２】同燃料供給装置の全体概略図である。

【図３】吸気弁およびタイミング弁の開閉タイミングを
示す図である。

【図４】タイミング弁の開弁時期および加圧エアの圧力
とリーンリミットとの関係を示す図である。

【図５】加圧エアの圧力とリーンリミットが最大となる
タイミング弁開弁時期との関係を示す図である。

【図６】タイミング弁のバルブリフト特性を示す図であ
る。

【図７】制御の一例を示すフローチャートである。

【図８】絞り弁開度と加圧エアの圧力と流量との関係を
示す図である。

【図９】エンジン回転数と加圧エアの圧力との関係につ
いての一例を示す図である。

【符号の説明】

２ 燃焼室 ３，４ 吸気ポート ７ 混合気供給ポート １１，１２ 吸気弁 １５ タイミング弁 １６ バルブタイミング可変機構 ２５ インジェクタ ２６ エアポンプ ２７ 加圧エア供給通路 ３１，３１’ 絞り弁 ３５ ＥＣＵ ３８ 圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田端 道彦 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料供給用のインジェクタを具備すると
   ともに加圧エア供給手段に接続された混合気供給ポート
   を、吸気ポートとは別個に設け、この混合気供給ポート
   の燃焼室への開口部に、吸気ポートの吸気弁よりも遅れ
   て開くタイミング弁を設けたエンジンの燃料供給装置に
   おいて、上記混合気供給ポートに供給される加圧エアの
   圧力状態を把握する手段と、上記タイミング弁の開閉タ
   イミングを変更可能とする混合気供給タイミング可変手
   段と、上記加圧エアの圧力状態に応じ、その圧力が高く
   なるにつれて上記タイミング弁の開閉タイミングを遅ら
   せるように混合気供給タイミング可変手段を制御する制
   御手段と備えたことを特徴とするエンジンの燃料供給装
   置。
2. 【請求項２】 上記混合気供給ポートに、上記加圧エア
   の圧力が高くなるにつれて開度が小さくなる絞り弁を設
   けた請求項１記載のエンジンの燃料供給装置。
3. 【請求項３】 上記タイミング弁のバルブリフト特性
   を、最大リフト状態から閉弁に至るまでの閉じ側リフト
   変化が開き初めから最大リフト状態までのリフト変化よ
   りも急速となるように設定した請求項１または２記載の
   エンジンの燃料供給装置。
4. 【請求項４】 燃料供給用のインジェクタを具備すると
   ともに加圧エア供給手段に接続された混合気供給ポート
   を、吸気ポートとは別個に設け、この混合気供給ポート
   の燃焼室への開口部に、吸気ポートの吸気弁よりも遅れ
   て開くタイミング弁を設けたエンジンの燃料供給装置に
   おいて、上記タイミング弁のバルブリフト特性を、最大
   リフト状態から閉弁に至るまでの閉じ側リフト変化が開
   き初めから最大リフト状態までのリフト変化よりも急速
   となるように設定したことを特徴とするエンジンの燃料
   供給装置。