JPH10339247A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の吸気装置において、燃料の噴射時
期を制御して成層燃焼を実現する。 【解決手段】 吸気通路２０を混合気通路３１と空気通
路３２に仕切る隔壁２９と、混合気通路３１に燃料を供
給する燃料噴射弁２５と、運転状態に応じて隔壁２９よ
り上流側の吸気通路２０を絞る空気調整弁２３と、空気
調整弁２３を迂回する空気を空気通路３２に噴出させる
副通路２４と、吸気弁１９が開弁する吸入行程の初期に
燃料噴射弁２５から噴射された燃料がシリンダ２１に輸
送されるように燃料噴射時期を制御するコントロールユ
ニット１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気装
置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】希薄混合気でも安定した燃焼を得る方法
として、シリンダに吸気スワールを生起して点火栓近傍
に燃料を集める混合気の成層化が有効である。

【０００３】運転条件に応じて吸気スワールを生起する
吸気装置として、例えば特開平８−１４０５３号公報に
開示されたものがある。

【０００４】これについて説明すると、図６に示すよう
に、シリンダ１内に吸気を導入する吸気通路２は、シリ
ンダ１の中心寄りに開口部２ａを有する第１吸気路２Ａ
と、シリンダ１の外周寄りに開口部２ｂを有する第２吸
気路２Ｂとに隔壁２Ｃを介して分割される。

【０００５】両開口部２ａ，２ｂは単一の吸気弁４で開
閉される。吸気弁４は機関の回転に同期した所定のタイ
ミングで開閉作動する。

【０００６】第１吸気路２Ａにはキャブレタ７の燃料噴
射ノズル８が設けられる。吸気弁４の開弁に伴ってシリ
ンダ１の中心寄りには第１吸気路２Ａから混合気が導入
されるとともに、シリンダ１の外周寄りには第２吸気路
２Ｂから空気が導入される。これにより、シリンダ１で
は図中矢印で示すように２層状の吸気がシリンダ１の中
心回りに一定の旋回方向に旋回する吸気スワールが生起
されて、点火栓６の近傍に燃料を集める混合気の成層化
がはかられる。

【０００７】第１吸気路２Ａには第１絞り弁９が介装さ
れ、第２吸気路２Ｂには第２絞り弁１０が介装される。
低負荷時に第１絞り弁９を閉じるとともに第２絞り弁１
０を開いて、第２吸気路２Ｂを通過する吸気流量が第１
吸気路２Ａを通過する吸気流量より多くして、吸気スワ
ールを強化するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の吸気装置にあっては、吸気弁４の
開弁に伴ってシリンダ１に吸入される空気がキャブレタ
７を通過するのに伴って燃料噴射ノズル８から燃料が混
合気通路３１に吸引される構成となっているため、シリ
ンダ１への燃料の輸送が遅れて、燃料を点火栓６の近傍
に集めることが難しい。このため、安定した成層燃焼が
行われず、失火を招いたり、サイクル変動に起因する排
気エミッションの悪化を招くという問題点があった。

【０００９】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、内燃機関の吸気装置において、燃料の噴射時
期を制御して成層燃焼を実現することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関の吸気装置は、シリンダに臨む点火栓と、吸気通路の
シリンダに対する開口部を機関回転に同期して開閉する
吸気弁と、吸気通路の途中をシリンダの中心寄りに吸気
を導入する混合気通路とシリンダの外周寄りに吸気を導
入する空気通路に仕切る隔壁と、混合気通路に燃料を供
給する燃料噴射弁と、運転状態に応じて吸気通路の隔壁
より上流側を絞る空気調整弁と、空気調整弁を迂回する
空気を空気通路に噴出させる副通路と、吸気弁が開弁す
る吸入行程の初期に燃料噴射弁の噴射燃料がシリンダに
輸送されるように燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期
制御手段と、を備える。

【００１１】請求項２に記載の内燃機関の吸気装置は、
請求項１に記載の発明において、前記燃料噴射時期制御
手段は基本燃料噴射時期を機関回転数と機関負荷に基づ
いて決定する構成とする。

【００１２】請求項３に記載の内燃機関の吸気装置は、
請求項１または２に記載の発明において、前記燃料噴射
時期制御手段は空気調整弁の開度が小さくなるのにした
がって燃料噴射時期を進角する構成とする。

【００１３】請求項４に記載の内燃機関の吸気装置は、
請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、
前記燃料噴射時期制御手段は混合気通路を流れる吸気流
速が低下するのにしたがって燃料噴射時期を進角する構
成とする。

【００１４】請求項５に記載の内燃機関の吸気装置は、
請求項１から４のいずれか一つに記載の発明において、
前記燃料噴射時期制御手段は吸気弁が開弁する時期より
前に燃料を噴射し始める構成とする。

【００１５】請求項６に記載の内燃機関の吸気装置は、
請求項１から５のいずれか一つに記載の発明において、
前記燃料噴射時期制御手段は吸気弁が開弁する時期より
後に燃料を噴射し終わる構成とする。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の内燃機関の吸気装置におい
て、燃料噴射弁から噴射される燃料は、吸気弁の開弁に
伴って混合気通路を通過する空気と混合しながらシリン
ダの中心寄りに導入される。空気調整弁を介して空気通
路からシリンダの外周寄りに流入する吸気流速が高めら
れる運転状態では、シリンダでは混合気通路から導かれ
る混合気と空気通路から導かれる空気流とからなる２層
状の吸気が旋回する。

【００１７】燃料噴射時期を制御して吸入行程の初期に
燃料がシリンダに輸送される構成としたため、混合気通
路を通ってシリンダの中心寄りに導入される空気流に燃
料を乗せ、シリンダに生起される吸気旋回流によって燃
料を点火栓の近傍に集め、混合気の成層化がはかられ
る。

【００１８】請求項２に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、基本燃料噴射時期を機関回転数と機関負荷に基づ
いて決定することにより、機関回転数または機関負荷の
変動に対応して燃料噴射時期が進角され、常に吸入行程
の初期にシリンダに燃料を輸送し終わる。

【００１９】請求項３に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、空気調整弁の開度が小さくなるのにしたがって燃
料噴射時期を進角することにより、空気調整弁が閉弁し
て混合気通路を流れる吸気流速が低下するのに対応して
燃料噴射時期が進角され、空気調整弁の開度が増減して
も常に吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送し終わ
る。

【００２０】請求項４に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、混合気通路を流れる吸気流速が低下するのにした
がって燃料噴射時期を進角することにより、空気調整弁
の開度変化等に伴って混合気通路を流れる吸気流速が増
減しても常に吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送し
終わる。

【００２１】請求項５に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、吸気弁が開弁する時期より前に燃料を噴射し始め
ることにより、吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送
し終わる。

【００２２】請求項６に記載の内燃機関の吸気装置にお
いて、吸気弁が開弁する時期より後に燃料を噴射し終わ
ることにより、吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送
することができる。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に記載の内燃機関の吸気装置に
よれば、吸入行程の初期に燃料がシリンダに輸送される
タイミングで燃料を噴射することにより、点火栓の近傍
に燃料を集める混合気の成層化を実現し、希薄混合気で
も安定した燃焼が得られる。この結果、失火を招いた
り、サイクル変動に起因する排気エミッションの悪化を
来すことを防止できる。

【００２４】請求項２に記載の内燃機関の吸気装置によ
れば、機関回転数または機関負荷の変動に対応して常に
吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送し終わるため、
混合気の成層化がはかられ、希薄燃焼領域を拡大するこ
とができる。

【００２５】請求項３に記載の内燃機関の吸気装置によ
れば、空気調整弁の開度が増減しても常に吸入行程の初
期にシリンダに燃料を輸送し終わるため、混合気の成層
化がはかられ、希薄燃焼領域を拡大することができる。

【００２６】請求項４に記載の内燃機関の吸気装置によ
れば、吸気流速が増減しても常に吸入行程の初期にシリ
ンダに燃料を輸送し終わるため、混合気の成層化がはか
られ、希薄燃焼領域を拡大することができる。

【００２７】請求項５に記載の内燃機関の吸気装置によ
れば、吸気弁が開弁する時期より前に燃料を噴射し始め
て、吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送し終えるこ
とにより、混合気の成層化がはかられ、希薄燃焼領域を
拡大することができる。

【００２８】請求項６に記載の内燃機関の吸気装置によ
れば、吸気弁が開弁する時期より後に燃料を噴射し終え
て、吸入行程の初期にシリンダに燃料を輸送し、混合気
の成層化がはかられ、希薄燃焼領域を拡大することがで
きる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。

【００３０】図１に示すように、シリンダ２１には１本
の吸気ポート２７が接続しているとともに、１本の排気
ポート２８が吸気ポート２７に対向するように接続され
ている。シリンダ２１の中央部には点火栓２６が臨んで
いる。

【００３１】吸気ポート２７は隔壁２９を介して混合気
通路３１と空気通路３２に仕切られる。混合気通路３１
はシリンダ２１の中心寄りに連通する。空気通路３２は
シリンダ２１の外周寄りに連通し、図１の平面図上にお
いてシリンダ２１の略接線方向に接続している。

【００３２】吸気ポート２７は単一の吸気弁１９で開閉
される。吸気弁１９は機関の回転に同期した所定のタイ
ミングで開閉作動する。

【００３３】混合気通路３１には燃料噴射弁２５が設け
られる。コントロールユニット１６には、エアフロメー
タ１５で検出される吸気量Ｑａと、クランク角センサ１
４で検出されるエンジン回転数Ｎと、図示しない冷却水
温センサで検出される冷却水温度Ｔｗ等を入力して、運
転状態に応じた燃料噴射量を算出し、算出された燃料噴
射量に対応するパルス信号を燃料噴射弁２５に出力し、
燃料噴射量を制御するようになっている。

【００３４】コントロールユニット１５は、機関負荷が
予め設定された所定値以下となる希薄燃焼領域におい
て、シリンダ２１に供給される混合気の空燃比を理論空
燃比より希薄化し、機関負荷が所定値を越えて上昇する
希薄燃焼領域以外の運転条件において、シリンダ２１に
供給される混合気の空燃比を理論空燃比の付近に制御す
る。

【００３５】燃料噴射弁２５から噴射される燃料噴霧
が、図１に２点鎖線で示すように、吸気弁１９の傘裏部
１９ａに当たるように構成される。このため、燃料噴射
弁２５の燃料を噴射する噴口は、その延長線方向に吸気
弁１９の傘裏部１９ａが位置するように形成される。

【００３６】燃料噴射弁２５から噴射される燃料は、混
合気通路３１を通過する吸気と混合しながらシリンダ１
へと導かれる。吸気弁１９の開弁に伴ってシリンダ２１
の中心寄りには混合気通路３１から混合気が導入される
とともに、シリンダ２１の外周寄りには空気通路３２か
ら空気が導入される。これにより、シリンダ２１では図
中矢印Ｂで示すように混合気と図中矢印Ｃで示すように
空気流とからなる２層状の吸気がシリンダ２１の中心回
りに一定の旋回方向に旋回する吸気スワールが生起され
る。

【００３７】吸気通路２０の隔壁２９より上流側にはバ
タフライ式のスロットル弁２２が介装される。スロット
ル弁２２は図示しないアクセルペダルに連動し、運転者
がアクセルペダルを踏み込むのに伴って開弁作動し、シ
リンダ１に吸入される吸気量を増やすようになってい
る。

【００３８】吸気通路２０にはスロットル弁２２の下流
側かつ隔壁２９の上流側に位置してバタフライ式の空気
調整弁２３が介装される。

【００３９】空気調整弁２３を迂回する空気を隔壁２９
の下流端部に向けて噴出させる副通路２４が設けられ
る。副通路２４の上流端は吸気通路２０のスロットル弁
２２と空気調整弁２３の間に接続される。副通路２４の
下流端である吹き出し口２４ａは、吸気ポート２７のス
ロート部２７ａに開口している。

【００４０】空気調整弁２３はアクチュエータ３５を介
して開閉駆動される。ダイアフラム式のアクチュエータ
３５はソレノイドバルブ３６を介してスロットル弁２２
の下流側に生じる吸入負圧が導かれることにより、空気
調整弁２３を閉位置に駆動し、ソレノイドバルブ３６を
介して大気圧で希釈されることにより、空気調整弁２３
の開度が減らすようになっている。

【００４１】コントロールユニット１６はアクチュエー
タ３５を介して機関負荷が予め設定された所定値以下の
運転領域に空気調整弁２３を閉位置に保持し、吸気の一
部を副通路２４を通して隔壁２９の下流端部に向けて噴
出させる。そして、機関負荷が所定値より高い運転領域
に空気調整弁２３を全開位置に保持し、吸気のほとんど
が副通路２４を通らないようにする。

【００４２】ところで、吸気弁１９が開弁する吸入行程
の初期に燃料がシリンダ２１に輸送されないと、シリン
ダ２１に生起される吸気スワールによって燃料を点火栓
６の近傍に集めることが難しい。

【００４３】これに対処して、コントロールユニット１
６は、クランク角センサ１４で検出されるエンジン回転
数Ｎと、エアフロメータ１５で検出される吸気量Ｑａを
入力して、運転状態に応じた燃料噴射時期を算出し、吸
気弁１９が開弁する吸入行程の初期に燃料がシリンダ２
１に輸送されるように燃料噴射時期を制御する構成とす
る。

【００４４】この燃料噴射時期制御手段として、燃料噴
射時期ＩＴは次式で算出される。

【００４５】 ＩＴ＝ＩＴＢＡＳ＊（１＋ＩＴＨＯＳ） …（１） ただし、 ＩＴ：燃料噴射時期（噴射終了時期） ＩＴＢＡＳ：機関回転数により演算される基本燃料噴射
時期 ＩＴＨＯＳ：空気調整弁２３の開度に応じて算出される
燃料噴射時期補正係数とする。

【００４６】燃料噴射時期ＩＴは、クランク角センサ１
４からの気筒判別信号を基準とする、クランンク角に相
当する値を持つ。

【００４７】ＩＴＢＡＳは機関回転数ごとのテーブルを
持ち、検索されるテーブル値およびその補間により求め
られる。なお、機関回転数はクランク角センサ１４から
の信号に基づいて算出される。

【００４８】燃料噴射時期補正係数ＩＴＨＯＳは、図２
に示すマップに基づいて空気調整弁２３の開度に応じて
求められる。図２のマップにおいて、燃料噴射時期補正
係数ＩＴＨＯＳは、空気調整弁２３の開度が小さくなる
のにしたがって漸次小さくなるように設定されている。
これにより、空気調整弁２３の開度が小さくなるのにし
たがって、吸気弁１９の開弁に伴って混合気通路３１を
流れる吸気流速が低下するのに対応して、燃料噴射時期
が進角し、吸入行程の初期に燃料噴射弁２５からの噴射
された燃料がシリンダ２１に輸送し終わるように設定さ
れている。

【００４９】図３は機関負荷に応じて燃料噴射弁２５の
燃料噴射時期が変化する特性を示している。燃料がシリ
ンダ２１に輸送し終わる時期は、機関負荷によらず吸入
行程の初期に設定されており、燃料噴射時期は機関負荷
が小さくなるほど進角するように設定されている。燃料
がシリンダ２１に到達し始める時期も、機関負荷が小さ
くなるほど進角するように設定されている。

【００５０】燃料噴射時期ＩＴは吸気弁１９が開弁する
時期と重なるようにして設定される。すなわち、吸気弁
１９が開弁する前に燃料噴射弁２５から燃料を噴射し始
めるとともに、吸気弁１９が開弁する後に燃料噴射弁２
５から燃料を噴射し終わる構成とする。

【００５１】以上のように構成され、次に作用について
説明する。

【００５２】吸気弁１９が開かれるのに伴って吸気通路
２０からシリンダ２１に吸気（混合気）を吸入し、この
吸気をピストンで圧縮して、点火栓２６を介して着火燃
焼させた後、排気弁が開かれるのに伴って排気が排気ポ
ート２８から排出され、これらの各行程が連続して繰り
返されるようになっている。

【００５３】燃料噴射弁２５から噴射される燃料は、吸
気弁１９の開弁に伴って混合気通路３１を通過する空気
と混合しながらシリンダ２１の中心寄りに導入される。
シリンダ２１では図中矢印Ｂで示すように混合気通路３
１から導かれる混合気と図中矢印Ｃで示すように空気通
路３２から導かれる空気流とからなる２層状の吸気がシ
リンダ２１の中心回りに一定の旋回方向に旋回する吸気
スワールが生起される。

【００５４】本発明では、燃料噴射時期を制御して吸入
行程の初期に燃料がシリンダ２１に輸送される構成とし
たため、混合気通路３１を通ってシリンダ２１の中心寄
りに導入される空気流に燃料を乗せ、シリンダ２１に生
起される吸気旋回流によって燃料を点火栓２６の近傍に
集める混合気の成層化がはかられ、希薄混合気でも安定
した燃焼が得られる。この結果、失火を招いたり、サイ
クル変動に起因する排気エミッションの悪化を来すこと
を防止できる。

【００５５】また、空気調整弁２３の開度が小さくなる
のにしたがって燃料噴射時期を進角する構成により、空
気調整弁２３が閉弁して混合気通路３１を流れる吸気流
速が低下するのに対応して燃料噴射時期が進角され、空
気調整弁２３の開度が増減しても常に吸入行程の初期に
シリンダ２１に燃料を輸送し終わる。このため、機関負
荷によらず、混合気の成層化がはかられ、希薄燃焼領域
を拡大することができる。

【００５６】次に、図４に示す実施形態について説明す
る。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。

【００５７】本実施形態では混合気通路３１に吸気流速
を検出する流速センサ１８が設けられる。

【００５８】コントロールユニット１６は、クランク角
センサ１４で検出されるエンジン回転数Ｎと、エアフロ
メータ１５で検出される吸気量Ｑａと、流速センサ１８
で検出される吸気流速を入力して、運転状態に応じた燃
料噴射時期を算出し、吸気弁１９が開弁する吸入行程の
初期に燃料がシリンダ２１に輸送されるように燃料噴射
時期を制御する構成とする。

【００５９】この燃料噴射時期制御手段として、燃料噴
射時期ＩＴは次式で算出される。

【００６０】 ＩＴ＝ＩＴＢＡＳ＊（１＋ＩＴＨＯＳ） …（２） ただし、 ＩＴ：燃料噴射時期（噴射終了時期） ＩＴＢＡＳ：基本燃料噴射時期（定数） ＩＴＨＯＳ：混合気通路３１の吸気流速に応じて算出さ
れる燃料噴射時期補正係数 とする。

【００６１】燃料噴射時期ＩＴは、機関回転数Ｎと基本
燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑａ／ＮただしＫは定数）ごと
のマップを持ち、検索されるマップ値およびその補間に
より求められる。

【００６２】ＩＴＢＡＳは機関回転数Ｎごとのテーブル
を持ち、テーブル値およびその補間により求められる。

【００６３】燃料噴射時期補正係数ＩＴＨＯＳは、図５
に示すマップに基づいて混合気通路３１の吸気流速に応
じて求められる。図５のマップにおいて、燃料噴射時期
補正係数ＩＴＨＯＳは、吸気弁１９の開弁に伴って混合
気通路３１を流れる吸気流速が低下するのにしたがっ
て、漸次小さくなるように設定されている。これによ
り、混合気通路３１を流れる吸気流速が低下するのに対
応して、燃料噴射時期が進角し、吸入行程の初期に燃料
噴射弁２５から噴射された燃料がシリンダ２１に輸送し
終わるように設定されている。

【００６４】この場合、混合気通路３１の吸気流速を直
接検出する構成により、燃料噴射弁２５から噴射された
燃料がシリンダ２１に輸送されるのにかかる時間を的確
に算出することができ、吸気流速が変動しても燃料噴射
弁２５から噴射された燃料が所定のタイミングでシリン
ダ２１に輸送し終わるように制御して、混合気の成層化
がはかられ、希薄燃焼領域を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示すシステム図。

【図２】同じく空気調整弁の開度と燃料噴射時期補正係
数ＩＴＨＯＳの関係を示す特性図。

【図３】同じく機関負荷と燃料の輸送時期の関係を示す
特性図。

【図４】他の実施形態を示すシステム図。

【図５】同じく混合気流速と燃料噴射時期補正係数ＩＴ
ＨＯＳの関係を示す特性図。

【図６】従来例を示す概略平面図。

【符号の説明】

１４ クランク角センサ １５ エアフロメータ １６ コントロールユニット １９ 吸気弁 ２０ 吸気通路 ２１ シリンダ ２２ 吸気絞り弁 ２３ 空気調整弁 ２４ 副通路 ２５ 燃料噴射弁 ２６ 点火栓 ２７ 吸気ポート ２８ 排気ポート ３１ 混合気通路 ３２ 空気通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダに臨む点火栓と、 吸気通路のシリンダに対する開口部を機関回転に同期し
   て開閉する吸気弁と、 吸気通路の途中をシリンダの中心寄りに吸気を導入する
   混合気通路とシリンダの外周寄りに吸気を導入する空気
   通路に仕切る隔壁と、 混合気通路に燃料を供給する燃料噴射弁と、 運転状態に応じて吸気通路の隔壁より上流側を絞る空気
   調整弁と、 空気調整弁を迂回する空気を空気通路に噴出させる副通
   路と、 吸気弁が開弁する吸入行程の初期に燃料噴射弁の噴射燃
   料がシリンダに輸送されるように燃料噴射時期を制御す
   る燃料噴射時期制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】前記燃料噴射時期制御手段は基本燃料噴射
   時期を機関回転数と機関負荷に基づいて決定する構成と
   したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気
   装置。
3. 【請求項３】前記燃料噴射時期制御手段は空気調整弁の
   開度が小さくなるのにしたがって燃料噴射時期を進角す
   る構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載
   の内燃機関の吸気装置。
4. 【請求項４】前記燃料噴射時期制御手段は混合気通路を
   流れる吸気流速が低下するのにしたがって燃料噴射時期
   を進角する構成としたことを特徴とする請求項１から３
   のいずれか一つに記載の内燃機関の吸気装置。
5. 【請求項５】前記燃料噴射時期制御手段は吸気弁が開弁
   する時期より前に燃料を噴射し始める構成としたことを
   特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃
   機関の吸気装置。
6. 【請求項６】前記燃料噴射時期制御手段は吸気弁が開弁
   する時期より後に燃料を噴射し終わる構成としたことを
   特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃
   機関の吸気装置。