JPS6030436A - 層状給気エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、層状給気エンジンに関するものである。

（従来技術） 従来、一般に使用されている絞り弁付きエンジンにおい
ては、アクセル操作に連動する絞り弁によって吸気通路
を開閉し、燃焼室に供給Ｊる混合気量（充填量）を調整
してエンジン出力を制御するようにしている。しかして
、上記のような絞り弁付きエンジンでは、絞り弁の絞り
作動に伴って大きな吸気負圧が発生し、これによりボン
ピングロスが生じ燃費性を悪化させる問題がある。

また、通常、燃費性、エミッション性を向上する目的か
らできるだけ希薄な混合気で運転を行おうとすると、着
火可能な混合気の空燃比には限界があり、全体としてこ
れ以上の希薄混合気燃焼を実現することはできない。こ
れに対し、負荷に応じて燃焼室に供給する燃料のうち着
火に必要な燃料だけを着火装置の近傍に偏在させて、こ
の部分のみの空燃比を濃くして着火性を向上した層状燃
焼を行うようにして、全体として希薄燃焼が実現できる
層状給気エンジンが、例えば特開昭４９−６２８０７号
、特開昭４９−１２８１０９号に見られるように公知で
ある。

しかるに、上記公知の層状給気エンジンにおいては、着
火装置まわりに供給づる着火用燃料は負荷に関係なく一
定とし、この着火用燃料の供給と同時に負荷に応じた母
の分散燃料を供給するようにし−Ｃいるものであり、常
用運転領域である低負仙域においては、上記分散燃料の
供給は少なく、着火装置近傍に偏在している着火用燃料
以外の燃焼室全体に分散している燃料の空燃比は、燃焼
限界を越えて非常にＲ９い状態である。よって、この過
蒲な分散燃料は着火燃焼することなくそのまま排出され
、燃費性、エミッション性を低下させることから、この
ような低負荷時には絞り弁を絞って吸入空気量を減少し
、分散燃料の空燃比を燃焼可能な状態にまで濃クシてい
る。このように、分散燃料の燃焼を確保づるために絞り
弁を必要としていることから、この絞り弁の閉作動によ
る前記ポンピングロスが依然として大きいものである。

（発明の目的） そこで、本発明は上記事情に鑑み、低負荷域では第１の
燃料供給手段により着火装置のまわりに燃料を偏在させ
て着火性を向上した層状燃焼を行うとともに、高負荷域
では第２の燃料供給手段により燃焼室全体に燃料を分散
した均一燃焼を行うようにし、ポンピングロスを低減し
て燃費性をさらに向上し、しかも、層状燃焼から均一燃
焼に切換えるときの出力低下を改善した層状給気エンジ
ンを提供することを目的とするものである。

すなわち、層状燃焼から均一燃焼に移行する際に、第２
の燃料供給手段による分散燃料の供給開始から実際に燃
焼するまでに遅れが生じたり、また、供給初期において
は、偏在する成層燃料に対し極少量の分散燃料の存在は
、分散燃料が過静であって燃焼しない恐れがあり、さら
に、切換え時期の設定誤差等により両者の切換え動作に
ずれが発生したりすると、一時的に出力低下が生じる恐
れがあり、本発明はこの点についても改善せんとするも
のである。

（発明の構成） 本発明の層状給気エンジンは、燃焼室内の着火装置まわ
りに燃料を供給する第１燃料供給手段と、燃焼室内に燃
料を分散供給する第２燃料供給手段とを有し、エンジン
の要求負荷を検出する負荷検出手段の信号を受けた制御
手段は、第１の設定負荷以下では負荷の増加に応じて第
１燃料供給手段からの燃料供給量を増加し、この第１の
設定負荷を越えるとその供給量を減少させる一方、上記
第１の設定負荷より低負荷側の第２の設定負荷以上にお
いて第２燃料供給手段からの燃料供給を開始し、負荷の
増加とともにその供給量を増加するようにして層状燃焼
から均一燃焼への移行が良好に行えるようにしたことを
特徴とするものである。

（発明の効果） 第１の設定負荷以下の常用運転領域である低・中負荷域
においては、成層用の第１燃料供給手段によって燃焼室
内の着火装置まわりに負荷に対応した量の燃料を供給し
て層状燃焼を行い、この運転域では絞り弁によって吸気
通路を絞ることなく吸入空気量を一定としたことにより
、層状燃焼による燃費性向上に加えて、ポンピングロス
の低減を図ってより一層の燃費性を向上している。一方
、第１の設定負荷を越えた運転域においては、第１燃料
供給手段による成層用燃料供給を減少するとともに、こ
の第１の設定負荷より低負荷側に設定された第２の設定
負荷以上で、第２燃籾供給手段による分散燃料の供給を
開始して層状燃焼から均一燃焼に移行する際、設定誤差
、燃料遅れ等に起因する出力低下を改善してスムースな
移行を行い、高負荷域では均一燃焼によりスモークの発
生を伴うことなく良好な高出力運転を確保づることがで
きる。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明づる。

第１図に示すエンジンにおいて、１はピストン２の上方
に形成された燃焼室、３は該燃焼室１に吸入空気を導入
する吸気通路、４は燃焼室１から排気ガスを導出する排
気通路、５は吸気弁、６は排気弁、７は排気通路４に介
装された触媒装置をそれぞれ示している。

上記燃焼室１には、点火プラグによる着・火装置８が配
設されるとともに、この着火装置８のまわりに燃料を供
給する成層用燃料噴射ノズル９が配設され、この成層用
燃料噴射ノズル９には燃料噴射ポンプ１０が接続されて
第１燃料供給手段１１が構成されている。

一方、上記吸気通路３には、燃焼室１内に燃料を分散供
給する分散用燃料噴射ノズル１２による第２燃料供給手
段１３が介装されるとともに、この分散用燃料噴射ノズ
ル１２の下流には絞り弁１４が配設され、この絞り弁１
４にはその開閉作動を行うアクチュエータ１５（アクセ
ル操作には連動していない）が設けられている。

上記吸気通路３の下流側部分は第２図に示すように、湾
曲形成されて吸入空気を燃焼室１の接線方向から導入し
、燃焼室１内にその周方向に沿ったスワールＳを生成す
るスワー′ルボートに形成され、このスワールにより、
第１燃料供給手段１１の成層用燃料噴射ノズル９から構
成される装置８にて着火された着火燃料を空気と十分に
混合させるとともに、火炎を燃焼室１全体に伝播させて
、噴射燃料全体を十分に燃焼させるものである。

上記第１燃料供給手段１１の燃料噴射ポンプ１０、第２
燃料供給手段１３の分散用燃料噴射ノズル１２および較
り弁１４のアクチュエータ１５の作動は、制御手段１６
によって制御される。

上記制御手段１６は、エンジンの要求負荷を例えばアク
セルセン９−によって検出する負荷検出手段１７からの
負荷信号を受けるとともに、エンジン回転ヒンサー１８
からのエンジン回転信号、水温センサー１９からの水温
信号等を受け、成層用燃料噴射ノズル９からの燃料哨則
１および燃料噴射時期、分散用燃料噴射ノズル１２がら
の燃料噴射量をそれぞれ１ｌＪｌ［Ｉするとともに、絞
り弁１４の閉作動時期を制御するものである。

上記制御手段１６による燃料供給１７１１１ｉ１Ｊ　ｍ
は、負荷検出手段１７の信号を受け、第１の設定負荷以
下の低・中負荷域における常用運転域では第２燃料供給
手段１３による分散燃料の供給は停止し、第１燃料供給
手段１１による成層燃料を供給して層状燃焼を行い、負
荷の増加に応じてその供給ｍを増加し、第１の設定負荷
を越えると成層燃料の供給用を減少させるものである。

一方、第２燃料供給手段１３による分散燃料は、上記第
１の設定負荷より低負荷側に設定された第２の設定負荷
以上において第１燃料供給手段１１による成層燃料が減
少づる前に供給を開始し、第１燃料供給手段１１による
成層燃料の減少量を補うとともに、負荷の増加に応じて
全供給量が増加するよう分散用燃料の供給量を増加して
層状燃焼から均一燃焼に移行Ｊるものである。その際、
各噴射毎の噴射量、噴射回数はエンジン回転数に対応し
て設定する。

づなわち、エンジンの負荷に対応した第１燃料供給手段
１１、第２燃料供給手段１３による燃料供給ｍ制御は、
第３図に示すように行う。この第３図は負荷の変動に対
する燃料供給量Ｑの変動を空気過剰率λの変動とともに
示すものであって、前記絞り弁１４は基本的に全開状態
で吸入空気量は一定であり、負荷の増加に対し燃料供給
１１ｉｔＱを増加して空気過剰率λを小さくし、すなわ
ち空燃比を濃クシて出力制御を行うように設けられてい
る。燃料供給量Ｑにおいて、領域■の燃料を第１燃料供
給手段１１から供給し、領域■の燃料を第２燃料供給手
段１３から供給量るものである。第１燃料供給手段１１
による成層燃料の供給はＡ点の第１設定負荷以下では負
荷の増加に応じて増大する一方、この第１設定負荷Ａ点
を越えると、第１燃料供給手段１１からの燃料供給を減
少し、Ｂ点を越えた高負荷時には、成層用燃料噴射ノズ
ル９のカーボンによる目詰まり防止と加熱防止のために
少量噴射を継続する。

一方、上記第２燃料供給手段１３による分散燃料の供給
は、Ａ点の第１設定負荷より低負荷側に設定された０点
の第２設定負荷以上で供給を開始し、第１設定負荷Ａ点
より負荷が増加すると第１燃料供給手段１１による成層
燃料の供給減少を補うとともに、全体として負荷の増加
に対応して増加した燃料を供給するものである。

上記Ａ点の第１設定負荷は、その時点における空気過剰
率λが均一混合気でも着火可能な着火限界の空気過剰率
λ以下となるような負荷状・態に設定され、また、Ｂ点
の負荷は、その時点における空気過剰率λが層状燃焼に
よっては空気利用率が低下してスモークが発生し始める
空気過剰率λ以上となるような負荷状態に設定され、０
点の第２設定負荷は第２燃料供給手段１３により供給さ
れた燃料による出力上昇が得られる期間が確保できるだ
け第１設定負荷Ａ点より低負荷側に設定されるものであ
る。

よって、上記Ａ点以下にＪ３いては、燃料は燃焼室１の
着火装置８まゎりに偏在して供給される層状燃焼領域で
あり、Ｂ点以上が燃焼室１全体に燃料が分散して供給さ
れる均一燃焼領域で、Ａ−８間が層状燃焼領域から均一
燃焼領域への移行領域である。

なお、第１燃料供給手段１１による成層燃料供給と第２
燃料供給手段１３による分散燃料供給の切換えは、上記
の如く徐々に減少、増大するようにするほか、設定負荷
Ａ点とＢ点との間の負荷状態における第１の設定負荷で
、オン・オフ的に切換えるようにしてもよく、この場合
でも、その切換え時点の第１の設定負荷より低負荷側に
設定された第２の設定負荷から、第２燃料供給手段１３
による燃料供給を開始するものである。

次に、第４図は負荷変動に対し、第１燃利供給手段１１
による成層燃料の噴射時期（噴射開始時期）と点火時期
を示すものであり、前記Ａ点の第１設定負荷以下の成層
化を行う領域では、噴射時期は圧縮上死点近傍の点火時
期より所定量早い時期に設定され、噴射燃料が着火装置
８まわりに有効に偏在した状態で着火を行う。上記Ａ点
を越えてＢ点の分散化を行う領域に移行するのに従って
、噴射時期を進めて早い時期に噴射を行い、第１燃料供
給手段１１から噴射された燃料の偏在を小さくして燃焼
室１全体に分散させるようにする。また、アイドル運転
時のような極低負荷時には燃料噴射時期および点火時期
は若干進めて安定性を向上している。なｄ３、第４図で
は点火時期は負荷変動に対して略一定に設定しているが
、これは負荷の増大に応じて点火時期を進めるように変
化させてもよい。

また、制御手段１６による絞り弁１４の開閉制御は、基
本的には絞り弁１４を全開状態としてノンスロットル運
転を行うものである。この絞り弁１４の閉作動時期は、
例えば、エンジン始動時に空燃比をリッチ化して良好な
始動性を得るため、または、水温センサー１９により検
出した水温が設定温度より低い冷機時もしくは触媒装置
７の温度が低いときに吸入空気量を減少して早期に温度
」二昇を図るため、および、燃料供給が停止されている
減速時に触媒温度の低下を防止するとともに１−ンジン
ブレーキ性能を向上りるために、それぞれ絞り弁１４を
閉じるように制御されるものぐある。

よって、−１：記実施例の層状給気エンジンによれば、
第１の設定負荷Ａ点以下の低・中負荷における常用運転
領域では、層状燃焼を行って良好な着火性を得るととも
に、希薄燃焼を可能として燃費性、エミッション性を向
上すると同時に、この成層領域においては、絞り弁１４
を閉じることなく吸入空気量を一定として、第１燃料供
給手段１１による燃料供給量によって出力制御を行うよ
うにしたことにより、絞り弁１４の絞り作動に伴うボン
ピングロスを大幅に低減することができ、燃費性がより
一層向上覆る。

また、上記第１の設定負荷Ａ点を越えた高負荷運転域で
は層状燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率を増大し
てスモークの発生を伴うことなく高出力運転を行うもの
であり、その際、第２燃料供給手段１３からの燃料は、
上記第１の設定負荷Ａ点より低負荷側の第２の設定負荷
Ｃ点で供給を開始Ｊるようにし、層状燃焼から均一燃焼
への移行時に出力低下が生起するのを防止し、全運転域
において良好な運転性能と、ポンピングロスの低減によ
る燃費性の改善が行える。

なお、前記第２燃料供給手段１３は、分散用燃料噴射ノ
ズル１２による燃料＠側方式に代えて。

気化器を使用して吸気通路３に分散燃料を供給するよう
にしてもよく、燃焼室１は副室を有する形式のものでも
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による層状給気エンジンの概
略構成図、 第２図は燃焼室を模式的に示した平面図、第３図は負荷
に対“丈る燃料供給量の制御を空気過剰率とともに示す
特性図、 第４図は負荷変動に対し第１燃料供給手段による成層燃
料の噴射時期と点火時期を示す特性図である。 １・・・・・・燃焼室　３・・・・・・吸気通路８・・
・・・・着火装置 ９・・・・・・成層用燃料噴射ノズル １０・・・・・・燃料＠剖ポンプ １１・・・・・・第１燃料供給手段 １２・・・・・・分散用燃料Ｉ１１ＩｇＡノズル１３・
・・・・・第２燃料供給手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　燃焼室内の着火装置まわりに燃料を供給する第
   １燃料供給手段と、燃焼室内に燃料を分散供給する第２
   燃料供給手段と、エンジンの要求負荷を検出する負荷検
   出手段とを備え、上記負荷検出手段の信号を受けて、第
   １の設定負荷以下では口筒の増加に応じて第１燃料供給
   手段からの燃料供給ｍを増加し、第１の設定負荷を越え
   るとその供給量を減少させる一方、上記第１の設定負荷
   より低負荷側の第２の設定負荷以上において第２燃籾供
   給手段からの燃料供給を開始し、負荷の増加とともにそ
   の供給ｍを増加する制御手段を設けてなることを特徴と
   する層状給気エンジン。