JPS6030437A - 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
を聞ｔ」シ、燃焼室に供給する混合気量（充填量）を調
整してエンジン出力を制ｔｌツるようにしている。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Ｊ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４９−６２８０７Ｎ
、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Ｒ７１時に負荷に応じ
た岳の分散燃料を供給するようにしているものであり、
常用運転領域である低負荷域においＣは、上記分散燃料
の供給は少なく、着火装荷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肺い状態である。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枯山され
、燃費性、■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くしてい
る。このように、分散燃料の燃焼を確保するために絞り
弁を必要としでいることから、この絞り弁の閉作動によ
る前記ボ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一燃料を偏在さ
ゼ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、ボ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
燃焼に切換える時点を各種条件に応じて正確に設定し、
適正な時期にその切換えを行うようにした層状給気エン
ジンを提供することを目的とするものである。

すなわち、負荷の増加に対し、燃料供給間をリッチにし
て出力制御を行うようにした場合、温度上昇、高地移動
による大気圧低下、過給による圧力上昇等の原因によっ
て空気密度が変化した場合には、燃料供給間が同じであ
っても空気過剰率〃α（空燃比）が変動する。空気過剰
率が小さい（濃い）状態で層状燃焼を行うことは空気利
用率の低下に伴うスモークの発生があり、また、空気過
剰率が大きいく薄い）状態で均一燃焼を行うことは、着
火性の低下に伴う出力不足を生起するちのであり、この
切換点を負荷によって設定していると、上記のＪ：うな
外気条件等に対応覆ることができず、ス七−り発生等の
不具合を生じる恐れがあり、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、排気ガス
濃度から空気過剰率を検出プる排気センサーの出力信号
を受けた制御手段は、この信号によって層状燃焼と均一
燃焼との切換点を設定し、切換点以下の低負荷時には負
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、この切換点を越えるとその供給、がを減少させ
る一方、上記切換点の近傍以上の高負荷域におい−Ｃ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
一燃焼への移行を行うようにしたことを特徴とするもの
である。

（発明の効果） 層状燃焼領域と均一燃焼領域との切換点を排気ガス濃度
から空気過剰率を検出する排気センサーにより検出し、
これに応じて第１燃料供給手段と第２燃料供給手段との
切換えを行うことにより、温度、大気圧等の外気条件の
変動もしくは過給の有無に対応して上記切換点が最適な
時点に変動し、スモークもしくは出力低下の発生しない
時点で層状燃焼と均一燃焼との切換えを正確に行うこと
ができる。

よって、切換点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で、
ボンピングロスの低減を図ってより一層の燃費性を向上
してぃる。一方、切換点を越えた高負荷運転域において
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、第２燃料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・に移行し、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ケることがで
きる。

（実施例） 以下、図面により本発明の詳細な説明（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
プる吸気通路、４は燃焼室１がら排気ガスを導出づる排
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゛（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＠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。

−ｈ１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および絞
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
セルセンザーによって検出覆る負荷検出手段１７からの
負荷信号、および排気通路４に介装され排気ガス濃度か
ら空気過剰率λを検出する酸素濃度・センサー等の排気
センサー１８からの空燃比信号を受けるとともに、エン
ジン回転センサ。

−１９からのエンジン回転信号、水温センサー２０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
料噴ｅＩＪ量および燃料噴射時期、分散用燃料噴射ノズ
ル１２からの燃料噴射ｍをそれぞれ制御４−るとともに
、絞り弁１４の閉作動時期をｌｉ！Ｉ　ＩＩＩ　するも
のである。

上記制御手段１６による燃料供給量制御は、排気ヒンサ
ー１８の検出信号を受けて層状燃焼と均一燃焼との切換
点を検出するとともに、負荷検出手段１７の信号を受番
プ、上記切換点以下の低・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Ｊ：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量を増加
し、切換点を越えると成層燃料の供給ｍ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、上記切換点以上において供給を開始し、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ｍを増加して層状燃焼から均一燃焼に移行するもの
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。

すなわち、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による燃料供給量制御は、
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ＩＱの変動を空気過剰率λの変動とともに
示゛づものであって、前記絞り弁１４は基本的に全開状
態で吸入空気昂は一定であり、負荷の増加に対し燃料供
給ｍＱ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ＩＭＱｋ：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Ｈの燃料を第２燃料供給手
段１３から供給するものである。第１燃料供給手段１１
による成層燃料の供給は、排気センサー１８の信号によ
りめたＡ点の切換点に相当する負ｖｊ以下では負荷の増
加に応じて増大する一方、この切換点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点の切換点以上で供給を開始し、これより負荷が
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ダ−るものである。

上記Ａ点の切換点は、その時点にお番プる空気過剰率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
下となるような値に設定され、また、Ｂ点は、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２以上と
なるような値に設定されるものである。上記空気過剰率
λの曲線は、空気密度の変動に伴って変化するものであ
り、この変化した特性に対し、上記切換点Ａ点に最適な
空気過剰率λを前記排気センサー１８の出力信号により
検出するものである。

よって、上記Ａ点以下においては、燃料は燃焼室１の着
火装置８まわりに偏在しで供給される層状燃焼領域であ
り、８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、△−Ｂ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２燃料供給手段１３による分散燃料の供給開始
時期は、第１燃料供給手段１１による成層燃料の供給を
減少させる切換点Ａ点と一致させることなく、このＡ点
近傍の相前後した負荷状態で供給を＃［Ｉ　’ｌｈ　Ｊ
るようにすればよい。

また、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ＩＩ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切換点で、オン
・オフ的に切換えるようにしてもよい。

次に、第４図は負伺変動に対し、第１燃゛料供給手段１
１による成層燃料の噴射時期（噴射器始時１！１　）ど
点火時期を示すものであり、前記Ａ点の切換点以下の成
層化を行う領域では、噴射時期は圧縮上死点近傍の点火
時期より所定開平い時期に設定され、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＋＋ｊ期を進めＣ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Ｊ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０、１１１１
Ｊ　ｄ３　Ｊ：び点火時期は若干進めて安定性を向上し
ている。なお、第４図では点火時期は負荷変動に対しで
略一定に設定しているが、これは負荷の増大に応じ゛Ｃ
点火時期を進めるように変化させてもよい。

また、副師手段１６による絞り弁１４の開閉制御は、基
本的には絞り弁１４を全開状態ど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、エンジン始動時もしくはアイドル時のような極
低負荷時に空燃比をリッチ化し、良好な始動性、低速回
転を得るため、または、水温センサー２０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上昇
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エンジンブレーキ
性能を向上づるために、それぞれ絞り弁１４を閉じるよ
うに制御されるものである。

よって、上記実施例の層状給気エンジンによれば、切換
点Ａ点以下の低・中負荷にＪ３＃ｊる常用運転領域では
、層状燃焼を打つ−Ｃ良好な若人性を＃η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市を一定として、第１燃料供給手
段１１による燃料供給ｍ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（る。

また、上記切換点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、
全運転域において良好な運転性能と、ボンピングロスの
低減による燃費性の改善が行える。

さらに、上記層状燃焼から均一燃焼への切換えを排気セ
ンサー１８の出力信号に応じて行うようにしたことによ
り、温度上昇時、大気圧低下時論（高地移動時）等で空
気密度が低下した時には、切換点は低負荷側に移る一方
、過給時には反対に高負荷側に移った時点でその切換え
を行うものであり、これにより、スモークお゛よび出力
低下を伴うことなく良好な層状燃焼と均一燃焼の切換え
ができる。

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による燃料噴射方式に代えて、気化器を使用し
て吸気通路３に分散燃料を供給づるようにしてもよく、
燃焼室１は副室を右づる形式のものでもよい。

また、上記実施例では第２燃料供給手段１３の分散用燃
料噴射ノズル１２は吸気通路３の途中に介装づるように
しているが、この第２燃料供給手段１３の分散用燃料噴
射ノズル１２を第１燃料供給手段１１の成層用燃料噴射
ノズル９と同様に燃焼室１内に開ロブるように配設して
もよく、その場合、この第２燃料供給手段１３により燃
焼室１に直接供給づる分散燃料の噴射時期は、上記第１
燃料供給手段１１による燃料噴射時期より早く、吸気行
程から圧縮行程初期の間に噴射を完了づるように設定し
、第２燃料供給手段７３にＪ：る供給燃料が吸入空気と
の混合によって燃焼室１内に均一分散するようにしで、
均一燃焼を得るものである。

【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
荷に対す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・・・用吸気通路８・・・・
・・着火装置 ９・・・・・・成層用燃料噴射ノズル １０・・・・・・燃料噴射ポンプ １１・・・・・・第１ｊ１５料供給手段１２・・・・・
・分散用燃料噴射ノズル１３・・・・・・第２燃料供給
手段 ゛１６・・・・・・制御手段　１７・・・・・・負荷検
出手段１８・・・・・・排気センサー

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量る第
   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、排気ガス濃度から空気過剰率を検出す
   る排気センサーとを備え、上記排気セン勺−の信号を受
   けて層状燃焼と均一燃焼との切換点を設定し、切換点以
   下の低負荷域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、切換点を越えるとその供給
   量を減少させる一方、上記切換点の近傍以上の高負荷域
   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。