JPS6035115A - 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、燃料をエンジンの点火プラグに向けて送る層
状給気エンジンに関するものである。

−１− 一〇。

（従来技術） 従来σ）　般的（７火花ＪｊＪ大Ｈ５−エンジン（ガソ
リンエンジン）では、スロワ１−ルバルブによって吸入
空気ｆ１を調節し、か゛）、吸入空気ωに応じた吊の燃
料を供給して空気と均一に沢合さｔ！、燃焼室内で点火
プラグにＪ：り着火ざぜるようにしている。

このＪ：うなエンジンにおいて出力および燃費を向上す
る１段としては、例えば実開昭５４−５６００６号公報
にみられるにうに、圧縮行程で燃焼室内に圧縮空気を供
給して旋回流を助長させ、燃焼速度を高めるようにした
ものなどが知られている。

ところで、少なくともエンジン低ｆ”［時には、点火プ
ラグ付近に着火可能な空燃比の混合気が存在すれば、燃
焼室内の他の部分ｃｂいて燃料が希薄であっても充分に
燃焼は可能であり、エンジンを作動させることができる
。このような点に着目し、大幅な燃費の向上を図る手段
として、特開昭４９−６２８０７号公報に示されるＪ：
うに、点火時期に対応した所定時期に燃料を点火プラグ
に向けて噴射させるようにした、いわゆる肋状給気エン
ジー　２　＝ ；− ンが知られている。このエンジンによると、点火プラグ
付近に所要の空燃比を与える燃料が供給される限Ｅ）、
希薄燃焼が可能どなるとと１）に、空気が過剰に供給さ
れても差Ｉノ支えないので低負荷時にス［１ツ１−ルバ
ルブの聞磨を大きクシ、また（、１スロツ［−ルバルブ
を省略することができ、これにより低角荷時のボンピン
グロスを低減Ｊることができる。その結果、大幅な燃費
の向」二が可能となる。

このように点火プラグに向Ｃづて燃１１１が噴射される
層状給気エンジンでは、低負荷時に、着火性の向、１−
のため、効率良く上記燃料の霧化、気化を促進づること
が要求されている。とくにこの場合、噴射期間のうちの
遅い時期に噴射される燃１’ｌはど点火時期までに霧化
が行われにくく、一方、早い時期に噴射される燃料は点
火時期までに拡散し易いという点も考慮して、不必要に
燃料が拡散しない状態で上記要求を満足させることが望
ましい。

（発明の目的） 本発明はこのにうな事情に鑑み、少イＴくとも低負荷時
に所定のタイミングで燃料を点火プラグに−３− 向け［噴ｍするＪ、うに１）た層状給気エンジンにおい
−Ｃ１」−記燃料を積極的に霧化、気化し、しかも、噴
射期間前゛１′に口ｆｊ川さＪする燃ｒ１が不必要に拡
散してリーン化するという事態も避（Ｊ１着火竹を向上
することを目的と１６ｂのである。

（発明の構成） 本発明の層状給気Ｙンジンは、エンジンの点火プラグに
向ｔ−１で配置された燃料噴射弁ど、該燃１１１１’ｌ
射弁からの噴口・１燃ｒ１と干渉する方向に空気を噴射
づる空気噴射弁と、エンジンの負荷状態を検出Ｊる負荷
検出手段と、−Ｌンジンのクランク角を検出するクラン
ク角検出手段と、燃″Ｐ１制御手段と、空気制御手段と
を備えている。−［記燃料制御手段は、上記口前検出手
段とクランク角検出−１段どの出力を受【プ、エンジン
但負荷時、吸気行程後半から圧縮行稈の所定の時期に燃
料を噴Ｉ）ｌツるように上記燃Ｆ１噴射弁を制御し、ま
た、空気制御手段は、燃料噴射期間の後半に空気を噴射
するように空気噴射弁を制御１゛る構成と１ノでいる。

上記燃料噴射弁および空気噴射弁は、上記要件を満足す
る限り、−４＝ 燃焼室に設けておいてもよい（）、燃焼室’ｙｔｔ傍の
吸気ボートにｎＱ　ｔづておいてもよい。

（実施例） 第１図は本発明を４気筒４ザイクルエンジンに適用した
場合の一実施例を概略的に示１ノ、第２図はこのＪ−ン
ジンの燃焼室部分とその近傍部の具体的構造を示す。こ
れらの図において、１番よエンジン本体、２１よ吸気管
３および吸気マニホールド４からなる吸気通路、５は吸
気通路２の１−流部に設置ノられたエアクリーナ、６は
排気マニホールドである。図に示す実施例では、エンジ
ン本体１の各気筒の燃焼室７に対してそれぞれ一次吸気
通路８と二次吸気通路９どが吸気マニホールド４に設け
られ、上記二次吸気通路９には、この通路９の開度を調
節するスワール調節弁１０が設けられている。このスワ
ール調節弁１０の作動は、後述する制御ユニツ１〜／Ｉ
−０により、アクチュエータ１１を介して制御されるよ
うにしている。

各気筒の燃焼室７には、−次吸気通路８に連通づる一次
吸気ボート１３と、二次吸気通路９に連−５− 通りる二次吸気ボーＩ・１４ど、排気ポー１−１５とが
間口し、これらのボー＋−１３，１４，１５の開口部に
、図外の動弁機構によってぞれぞれ所定のタイミングで
開閉作動される一次側吸気弁１Ｇ、二次側吸気弁１７お
Ｊ−び排気弁１８が装備されている。また、燃焼室７内
には、点火プラグ２０が設けられるとともに、燃Ｉ′！
Ｉ＠躬弁２１および空気噴射弁２２が配置されている。

上記燃料噴射弁２１は点火プラグ２０に向（プて設【）
られている。また、空気噴射弁２２は、燃料噴射弁２１
に近接して配置され、かつ、燃ｒ１噴射弁２１からの噴
射燃料と干渉する方向に空気を噴射させるような配置に
設けられている。なお、第１図では作図の便宜上、右端
の気筒に対してのみ燃料噴射弁２１および空気噴射弁２
２の配置を明らかにしたが、他の気筒にも同様にそれぞ
れ燃料噴射弁２１および空気噴射弁２２が配置されてい
る。

上記燃料噴射弁２１は燃料噴射ポンプ２３に接続されて
いる。この燃ＩＩ＋噴射ポンプ２３はタイミングベルト
２４およびプーリ２５，２６を介【ノて−　６　− エンジンのクランク軸２７ににり駆動され、各気筒の燃
君噴１１１）１弁２１にそれぞれ燃料を供給して噴射さ
１！るＪ：うにし、かつ、その噴射開始ｎ、′Ｉ！！１
１１および噴射終了時期を電気的な制御信号に応じて調
節することができる構造どなっている。また、空気噴射
弁２２は空気リザーバ２つを介して空気ポンプ３０に接
続され、この空気ポンプ３０は、ベルト３１およびプー
リ３２，３３を介して」口開クランクｎｉｌ＋　２７に
より駆動されるＪ：うにしている。図では、エンジン始
動時に空気リザーバ２つ内の圧力上背を促進するため、
空気リザーバ２９と空気ポンプ３０との間に空気リター
ン通路３４をｍ　（ｊｌこの空気リターン通路３／１に
、エンジン始動時に開閉作動されるリサイクルバルブ３
５が設けられている。３６は空気ポンプ３０への空気う
９人用通路３７に設けられたチェックバルブ、３８は空
気リリーフ用通路３９に段（Ｊられたリリーフ弁である
。

また、４０は各種制御のための制御コニットであり、例
えば第３図に示Ｊようにマイクロコンビ−７− ュータを用い１．：制御部４１および各種変換器／１２
〜４６を含んでいる。上記制御部４１にＩｊ１アクＵル
間匪セン与５１からΔ／ｌ）変換器４２を介してアクセ
ル開度信号が入力されるとともに、クランク角セン）Ｊ
５２からＦ／Ｖ　（固彼数−電圧）変換器４３およびΔ
／Ｄ変換器４４を介してエンジン回転数伏目が入力され
、このアクセル開度とエンジン回転数とで負荷状態が検
出されるようにし、また、′ｌランク角レしリ５２から
クランク角信号が入力されている。ざＩ）に、実施例で
はスモーク発生時にイれに応じた空気噴射時期の制御を
行うように、スモークセンサ５３からの検出信号も△／
Ｄ変換器４５を介して制御部／１１に入力されている。

また、後述する始動時の制御のため、前記空気リリ゛−
バ２９内の圧力を検出覆る圧力センリ５４からＡ／［１
変換器４６を介して与えられる圧力信号ど、スタードレ
ン４Ｊ−５５から与えられる一インタラブ［へ〈割り込
み信号）としてのスター１〜信号も上記制御部４１に入
力されている１、上記制御部４１は、燃わ１噴射弁２１
からの燃料噴射を制御−８− する燃ｒ１制御手段どしての機能と、空気噴射弁２２か
らの空気噴射を制御１１づる空気制御手段としての機能
とを有し、心接には燃料噴射ポンプ２３の作りｊおよび
空気噴射弁２２の開閉作動を制御している。また、１１
１１記スワ一ル調節弁１０のアクチコ工−タ１１おＪ：
び前記リサイクルバルブ３５も」−記制御部／１１によ
って制御している。

」ニ記制御部４１内には、予め種々の運転状態にｄ３　
Ｇ−Ｊる燃料と空気の各噴射開始時期および各噴射終了
時期がデータマツプとして記憶され、このマツプにより
、少なくとも低負荷時には吸気行程後半ないし圧縮行程
で燃料を噴射するとともに、燃ｒ１噴射明間の後半に空
気を噴ＯＡ′！ｌ’るように設定されている。例えば第
４図に示すＪ：うな特性で上記時期が制御されるにうに
上記マツプが作成されている。ずなわら、第４図におい
て、ｌ”ｓおよびＦｅはイれぞれ燃ｌｐ１の噴射開始時
期および噴射終了時期、ＡｓおにびＡｅはそれぞれ空気
の噴射開始時期おＪ：び噴射終了時期を示し、■は点火
時期を示す。この図のにうに、低負荷領域では圧縮行程
−９− 後半で燃￥Ｎ１が噴ｒ１・１され、子の噴０４終了時明
ＦＯ。

Ａｅが点火時期■にほぼ一致するにうにしている。

そして、噴射Ｍは噴射期間に依存づるので、負荷に応じ
ｌζ適当な燃お１噴射量が得られるように、燃料終了時
期「ｅ８基ｉ１［にして燃料噴射開始時期「Ｓが設定さ
れている。また、少なくともこの低角荷時において、空
気の噴射開始時期△Ｓは燃料の噴射開始時期「Ｓよりも
遅ら１±、両者の噴射終了時期「ｅ、八〇は一致さく！
ている。高負荷時の制御については本発明で限定しない
が、燃料噴＠量が増加される高負荷前には、層状給気の
必要がなく、むしろ空気利用率を高めて出力を向上させ
るには燃ｒ１を分散させた状態で着火する方が望ましい
。このため、図示の特性では負荷がある程度高くなるど
燃料おＪ：び空気の噴射時ｌ！ｌ′ｌを早め、高負荷領
域で【ｊ、吸気行程の前半に燃料が噴射されるようにし
ている。なお、この図において二点鎖線ＡＳ′は、スモ
ーク発生時の空気の噴射開始時期を示し、このにうにス
モーク発生時には空気の噴射開始時期が早められるよう
にし、この特性を与え−１０− るだめの補正係数も予めマツプに記憶さ！Ｎ−（いる。

さらに上記制御部４１内には、予め種々の負荷状態にお
【）るスワール調節弁１０の開度がデークマップとして
記憶され、低負荷時に前記スワール調節か１０を閉じ、
負荷が高くイＴるど−てれに応じた開度にスワール調節
弁１０を聞くように、上記マツプが作成されている。

上記制御ユニツ１へ４０によって実行される制御をフロ
ーヂャ−１へで示すと第５図おにび第６図のようになる
。

第５図に示すメインルーチンにおいては、先ず負荷状態
を決定するアクセル間ＩＡとＴンジン回転数Ｒの各検出
信号が入力され（ステップＸ１）、この信号に基づき、
予め前記の第４図に示す特性を与えるＪ：うに設定され
たマツプから、イの時の負荷状態に応じた燃料と空気の
各噴射開始時期Ａｓ、Ｆｓおよび各噴射終了り期△ｅ、
　Ｆｅが演算される（ステップ、Ｘ２　、　Ｘ３　）。

さらに、スモーク信号Ｓに応じた補正係数Ｓａがマツプ
からめられ、先にめられた空気の噴！）ｊ開始時期Ａｓ
に−１１− 上記補正係数Ｓａが乗算される（ステップＸ４゜Ｘ５　
）。この場合、第７図に示すようにスモークが少ないｈ
に補正体ｌＩ４！Ｓ　ａを１と１ノ、スモークが増加す
ると補正係数Ｓａが減少するように設定しておく。次に
、クランク角Ｏの検出信号を繰返１ノ入力しつつイアラ
ンク角θが上記哨用開始時期Ａｓ。

Ｆｓに達！するのを持ってから、燃ｒ１および空気の噴
射を開始する制御が行われる（ステップ×６〜Ｘａ　）
。引続いて、クランク角θの検出信号を繰返し入力しつ
つクランク角θが上記噴射終了時期Ａｅ、Ｆｅに達する
のを持ってから、燃料および空気の噴ｑ４を終了づる制
御が行われる（ステップ×９〜×１１）。さらに、上記
アクセル開度Ａとエンジン回転数Ｒとに応じて、前記ス
ワール調節弁１０の開度（Ｓ弁開度）Ｓｏが演算され、
この開度Ｓｏを与える制御信号が前記アクチュエータ１
１に出力される（スフツブＸ＋ｏ、Ｘ１＋）。その後ス
テップ×１に戻り、以上のフローが繰返されるようにし
ている。

このような制御により、低負荷時には、圧縮行−１２− 程後半の所定時期に燃ｒ１噴射弁２１から点火プラグ２
０に向けて燃料が噴射され、主に点火プラグ付近に燃料
が供給されて燃焼室７の他の部分では燃料が希薄な状態
で点火が行われる。従って、少ない燃ｖ１でも着火、燃
焼が可能どなってエンジンを作動させることができると
ともに、−次吸気通路８から燃焼室７に空気が過剰に供
給されても差し支えないので、ポンピングロスが低減さ
れる。

そして、この場合に第４図に承りような特性で空気が噴
射されることにＪ：す、噴射燃料が拡散しすぎない程度
で適切に霧化、気化が行われる。つまり、点火時点にお
いては、燃料噴射期間の甲い時期に噴射された燃ｒ１は
と拡散し、近い時期に噴射された燃料はど本来的に霧化
、気化が行われにくい。従って、燃料が拡散しすぎて点
火プラグ２０付近がリーン化するということのないよう
に、燃料噴ｒＪＪ期間め前半は空気の噴射を停＋Ｌ　Ｌ
、燃料噴射期間後半は噴射空気により燃料の霧化、気化
を２進するようにしている。ただし、スモークが発生す
るときは点火プラグ２０付近が過濃であるた−１３− ００ め、空気噴０１時期を早めて燃料の拡散度を調整ｌノで
いる。

一方、高負荷時には、燃ｒ１噴射量が増量されるととも
に、吸気行程の前半に燃料が噴射され、また、スワール
調節弁１０が開かれて二次吸気通路９からの吸気により
燃焼室７内のスワールが高められるため、燃料が燃焼室
７内に充分拡散されてから点火が行われることとなる。

また、第６図に示す割込みルーチンは、始動時の制御を
行うもので、前記スタートセンサ５４がらの信号によっ
て開始され、まず前記圧力センサ５３からの圧力信号が
入力され（ステップＹ１）、その圧力Ｐが設定値α以上
か否かが判別される〈ステップＹ２　）。上記圧力Ｐが
設定値α未満であれば、前記リサイクルバルブ３５が開
閉作動を繰返すように制御され（ステップＹ３）、これ
によって前記空気リザーバ２９内の圧力上昇が促進され
る。上記圧力Ｐが設定値α以上になると、前記リサイク
ルパル１３５が閉じられるとともに、始動用の燃料およ
び空気が噴射される（ステップ−１４− Ｙ４　）。イして、始動が終了したか否かが判別され（
ステップＹ５）、始動が終了すると前記の第５図に示１
Ｊメインルーチンに戻されるように【ノている。

第８図および第９図は本発明の別の実施例を示す。この
実施例では燃料噴射弁２１′および空気噴射弁２２が一
次吸気ボー１−１３に設置′Ｊられ、この場合も、燃わ
１噴射弁２１′は燃焼室７内の点火プラグ２０に向けて
配置され、空気噴射弁２２は噴射燃料と干渉する方向に
空気を噴射させるように配置されている。また、この実
施例において燃料噴射弁２１′は、空気噴射弁２２と同
様に制御ユニット／ＩＯににって直接に開閉作動が制御
されるようにしてあり、この場合に燃料噴射弁２１′は
、通常のガソリンエンジンに用いられでいるような燃料
噴射ポンプ（図示省略）に接続してお（１ばＪ：い。

このように上記各噴射弁２１’　、２２を吸気ボート１
３に設Ｇ」る場合、吸気弁１６が閉じるまでに燃料を噴
ＯＡさせる必要があるので、第１０図に−１５− 示づように、低負荷領域では吸気行程の終期に燃料おＪ
：び空気が噴θＪされるようにそれぞれの噴射開始時期
Ａ　Ｓ　、　Ｆ　Ｓ　ｉｌ’３よび噴口１終了時ＩＩＩ
　Ｆ　ｅ　、Δｅが設定、されるが、イの他の構成は第
１の実施例と同様である。

（発明の効果） １ヌ十のように本発明は、エンジン低角荷時に、吸気行
程後半から圧縮行程の所定の時期に燃料を点大プラグに
向けて噴射するととｂに、燃ｒ１噴射期間の後半に空気
を噴口４して噴射燃料に混入させるようにしているため
、いわゆる層状給気により燃費が向上されるとともに、
燃料の霧化、気化が促進され、かつ、不必要に燃料が拡
散しすぎることも防止されて着火性おＪ：び燃焼性が格
段に向上されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体概略図、第２図は
その燃焼室部分およびその近傍部の拡大図、第３図は制
御系統のブロック図、第４図は燃料および空気の噴ｑ」
時期の特性図、第５図および−１６− 第６図は７０−チト一ト、第７図はスモークに応じた空
気噴射開始時期補正係数の特性図、第８図は別の実施例
を示づ全体概略図、第９図はその第２図相当図、第１０
図はこの実施例による場合の第４図相当図である。 ２０・・・点火プラグ、２１．２１’・・・燃料噴射弁
、２２・・・空気ｌ１ｌｌｌ射弁、４０・・・制御］ニ
ラ１〜（制御手段）、５１・・・アクセル開度センサ、
５２・・・クランク角しンリー１゜ 特許出願人　東洋工業株式会社 −１７− 第２図 第う図 第７図 第０図 第９図 第１０図 賭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの点火プラグに向けて配置された燃料噴射
   弁と、該燃料噴射弁からの噴射燃料と干渉する方向に空
   気を噴射する空気噴射弁と、エンジンの負荷状態を検出
   する負荷検出手段と、エンジンのクランク角を検出する
   クランク角検出手段と、上記負荷検出手段とクランク角
   検出手段との出力を受け、エンジン低負荷時、吸気行程
   後半から圧縮行程の所定の時期に燃料を噴射するように
   上記燃料噴射弁を制御する燃料制御手段と、燃料噴射期
   間の後半に空気を噴射するように空気噴射弁を制御する
   空気制御手段とを設けたことを特徴とする層状給気エン
   ジン。