JPS6030439A - 層状給気エンジン - Google Patents

層状給気エンジン

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JPS6030439A
JPS6030439A JP58138492A JP13849283A JPS6030439A JP S6030439 A JPS6030439 A JP S6030439A JP 58138492 A JP58138492 A JP 58138492A JP 13849283 A JP13849283 A JP 13849283A JP S6030439 A JPS6030439 A JP S6030439A
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fuel
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博之 小田
Takeshi Matsuoka
松岡 孟
Takashige Tokushima
徳島 孝成
Haruo Okimoto
沖本 晴男
Masakimi Kono
河野 誠公
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D33/00Controlling delivery of fuel or combustion-air, not otherwise provided for
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B17/005Engines characterised by means for effecting stratification of charge in cylinders having direct injection in the combustion chamber
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/32Controlling fuel injection of the low pressure type
    • F02D41/34Controlling fuel injection of the low pressure type with means for controlling injection timing or duration
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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) 従来より、エンジンの燃費性、エミッション性を改善づ
る目的から、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り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49−6280
7号、特開昭49−128109号に見られるように公
知である。
上記層状給気エンジンにおいては、着火装置まわりに供
給す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齢の分散燃料を供給
するようにしているものであり、エンジン始動時につい
ても低負荷時と同様に着火装置のまわりに偏在した燃料
を主体とじた層状燃焼を行うと、始動性に問題がある。
すなわち、始動時においては、燃焼室全体にリッチな燃
料が分散した状態が良好な始動性が得られるものである
また、上記公知の層状給気エンジンは、常用運転領域で
ある低負荷域においては、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
非常に薄い状態である。よって、この過薄な分散燃料は
着火燃焼することなくそのまま排出され、燃費性、■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m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
必要としていることから、この絞り弁の閉作動によるボ
ンピングロスが大きいものである。
(発明の目的) そこで、本発明は上記事情に鑑み、低負荷時では着火装
置のまわりに燃料を偏在して供給した層状燃焼を行うと
ともに、高負荷域では燃焼室全体に燃料を分散して供給
した均一燃焼を行うようにして、良好な層状燃焼と均一
燃焼を得るとともに、始動性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。
(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、吸入空気口を規
制する吸気絞り手段とを備え、低負荷時には第1燃料供
給手段から燃料を供給して層状燃焼を行う一方、高負荷
時には第2燃料供給手段から燃料を供給して均一燃焼を
行うようにしたものであって、エンジン始動時には、吸
気絞り手段により吸入空気量を減少覆る一方、前記第2
燃料供給手段により燃料を燃焼室内に分散供給づること
により、空燃比をリッチにするとともに分散燃料を供給
して均一燃焼化することを特徴とするものである。
(発明の効果) 低負荷域においては、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燃料を供給して層状燃焼
を行い、希薄燃焼によって燃費性、■ミッション性を向
上する一方、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りるとともに、第2燃料
供給手段により燃料を分散供給して均一燃焼を行い、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す
ることができる。
また、エンジン始動時には吸気絞り手段によつC吸入空
気口を減少して空燃比をリッチ化するとともに、第2燃
料供給手段によって分散燃料を供給して均一燃焼を行う
ことにより、その始動性を改善し良好な始動性、暖機性
を得ることができる。
(実施例) 以下、図面により本発明の詳細な説明する。
第1図に示づエンジンにおいて、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りる排
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i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
給り゛る分散用燃料噴射ノズル12による第2燃料供給
手段13が介装されている。さらに、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14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)が設けられて吸入空
気量を規制する吸気絞り手段21が構成されている。
上記吸気通路3の下流側部分は第2図に示づように、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内にその周方向に治ったスワール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全体に伝播させで、
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および吸
気絞り手段21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
セルセンサーによって検出する負荷検出手段17からの
負荷信号、およびエンジン始動時を例えばスタータスイ
ッチの作動によって検出する始動セン1ノー18からの
始動検出信号を受けるとともに、エンジン回転センサー
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<j、成層用燃料噴射ノズル9からの燃
料噴射mおよび燃料噴射時期、分散用燃料噴射ノズル1
2からの燃料噴射量をそれぞれ制御するとともに、絞り
弁14の閉作動時期を制aiるものである。
上記制御手段16は、エンジン始動時には、この始動時
を検出する始動センリー18の検出信号に応じ、吸気絞
り手段21を作動して絞り弁14を閉じて最小開度とし
、吸入空気量を減少づるとともに、第2燃料供給手段1
3によって所定量の分散燃料を供給するものである。
また、この制御手段16による負荷に対応した燃料供給
量制御は、負荷検出手段17の信号′を受け、設定負荷
以下の低・中負荷域にお【プ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、設定負荷を
越えると成層燃料の供給量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、上記設定
負荷近傍の負荷以上におい°(供給をI;fl始し、第
1燃料供給手段11による成層燃料の減少用を補うとと
もに、負荷の増加に応じて全供給量が増加づるよう分散
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
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。
1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
づる燃料供給量Qの変動を空気過剰率λの変動とともに
示づものであって、前記較り弁14は基本的に全問状態
で吸入空気量は一定であり、負荷の増加に対し燃料供給
IQ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mQ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A点の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点の設定負荷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するものである。
上記A点の設定負荷は、その時点におG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−B問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
減少させる設定負荷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開始するようにす
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、増大するように覆るほか、設定負荷
A点とB点との間の負荷状態において、オン・オフ的に
切換えるようにしてもよい。
次に、第4図は負荷変動に対し、第1燃料供給手段11
による成層燃料の噴射時1fJ (噴射開始時++IJ
 )と点火R11を示ずものであり、前記A点の設定負
荷以下の成層化を行う領域では、噴射時期は汗縮上死点
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。
なお、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による吸気絞り手段21の絞り弁1
4の開閉制御は、第5図に示づように1、基本的には絞
り弁14を全問状態としてノンスロワ1ヘル運転を行い
、前記の如く始動時に開度を小さくして吸入空気mを減
少Jることにより、空気過剰率を小さくし空燃比をリッ
ヂにづる他、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
ときに絞り弁14の開度を小さくして吸入空気mを減少
して温度上昇を図るものであり、また、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Julるととも
にエンジンブレーキ性能を向上するために、それぞれ較
り弁14を閉じるように制御するものである。
よって、上記実施例の層状給気エンジンによれば、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1q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mを一定として、第1燃料供給手段1
1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
づる。
また、上記設定負荷A点を越えた高負荷運転域ぐは層状
燃焼から均一燃焼に移行して空気利用率を増大してスt
−りの発生を伴うことなく高出力運転を行うものであり
、全領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、エンジン始動時には、燃焼室全体に燃料を分散
供給する第2燃料供給手段13により燃料を供給して均
一燃焼を行うとともに、吸気絞り手段21により絞り弁
14を閉じC吸入空気量を減少して分散燃料の空燃比を
リッチ化し、これにより良好な始動性を確保している。
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。
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の途中に介装するように
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内に開口するように配設して
もJ:<、その場合、この第2燃料供給手段13により
燃焼室1に直接供給する分散燃料の噴射時期は、上記第
1燃料供給手段11にJ: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するJ、うに
設定し、第2燃利供給手段13によ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
て、均一燃焼を得るものであり、エンジン始動時にはこ
の第2燃料供給手段13J:り燃r1を供給する。
【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
お1の噴射時期と点火時期を示す特性図、第5図は負荷
変動に対する絞り弁の開度を示り特性図である。 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・・・・・・燃料噴射ポンプ 11・・・・・・第1燃料供給手段 12・・・・・・分散用燃料噴射ノズル13・・・・・
・第2燃料供給手段

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、吸入空気量を規制する吸気絞り手段と
    を備え、低負荷時には第1燃料供給手段から燃料を供給
    して層状燃焼を行う一方、高負荷時には第2燃料供給手
    段から燃料を供給して均一燃焼を行うようにした層状給
    気エンジンであって、エンジン始動時には、吸気絞り手
    段により吸入空気量を減少する一方、前記第2燃料供給
    手段により燃料を燃焼室内に分散供給することを特徴と
    づる層状給気エンジン。
JP58138492A 1983-07-28 1983-07-28 層状給気エンジン Expired - Lifetime JPH0639927B2 (ja)

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JPH0639927B2 JPH0639927B2 (ja) 1994-05-25

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5052360A (en) * 1989-12-21 1991-10-01 Gas Research Institute Process and apparatus for timed port injection of fuel to form a stratified charge
JPH05223494A (ja) * 1991-11-05 1993-08-31 Abb Air Preheater Inc 温度制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5447924A (en) * 1977-09-26 1979-04-16 Toyota Motor Corp Fuel injection device for internal combustion engine with sub chamber

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