JPS6183480A - 複吸気弁エンジン - 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】 技術分野 本発明は複吸気弁エンジンにおける燃料噴射側　　制御
の改良に関するものである。

従来技術 従来、燃費の向上および排気ガスエミッションの低減を
図るため、第１吸気ポートを例えばヘリカル状、第２吸
気ポートをストレート状とし、第　　２２吸気ポートに
燃料噴射弁を設けた構成が提案されている（例えば、本
発明者らに係る特願昭５８−２２８３９９号参照）。

第２吸気ポートには吸気制御弁が設けられ、この吸気制
御弁は機関低負荷域では閉となる。吸気制御弁が閉であ
るとき、ストレート状第２吸気ポートより燃料が燃焼室
中央部に向は噴射され、一方ヘリカル状第１吸気ポート
からは空気がシリンダ内周に沿って旋回するように導入
される。その結果、シリンダ内はり−ン（例えば空燃比
２５−３０）であるが燃焼室中央の点火栓近傍は燃焼に
最適な理論空燃比（１４，０程度）近くになるという成
層化が達成される。従って、全体としては空燃比は超リ
ーンであるにも係わらず燃焼を安定に行うことができ、
ＮＯｘ成分排出量の低減及び燃料消費率の向上を図るこ
とができる。

ところがこの先願技術では吸気制御弁が閉となるときは
、狙ったとうりの成層が行われるか、吸気制御弁が開の
ときはストレート状の第２吸気ポートからは濃混合気が
、ヘリカル状の第１吸気ポ−トからは空気のみ４人され
る。この場合第１吸気ポートからのスワールは第２吸気
ポートからの混合気により打ち消され、結果として燃料
と空気の混合が良く行われずトルク変動が生じ、排気ガ
ス中の有害成分の量が多（なり、更には燃料消費率が悪
化する問題がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明のこの先願技術の問題点を解決するためなされた
ものであり、吸気制御弁が開のときにおけるトルク変動
や、排気ガス中の有害成分量の増大や、燃料消費率の悪
化を防止することができる複吸気弁エンジンを提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、燃焼室に開口するとともにこの燃焼室
内にスワールを発生させるよう成形された第１吸気ポー
トと、上記燃焼室に開口するストレート状の第２吸気ポ
ートと、第２吸気ポートに設けたメイン燃料噴射弁と、
メイン燃料噴射弁の上流において第２吸気ポートを開閉
する吸気制御弁と、吸気管集合部の上流に設けられたサ
ブ燃料噴射弁とより成る複吸気弁エンジンが提供される
。

作用 吸気制御弁が閉じられる運転時は主としてメイン燃料噴
射弁から燃料が導入され、吸気制御弁が開放される運転
時はサブ燃料噴射弁からも燃料が供給される。吸気制御
弁が開とされる高負荷時の燃料噴射は主としてサブ燃料
噴射弁によってまかなわれ、このサブ燃料噴射弁は集合
部上流にあることから良く混合された混合気を第１ポー
ト及び第２ポートから燃焼室内に供給することができる
。

尚、本考案の構成は高負荷時に第１吸気ポート、第２吸
気ポートの双方から混合気が供給される点で本発明者ら
の先願に係る特願昭５８−２３７９６１号と類似する、
しかし、本願では先願のように第１吸気ポート毎に燃料
噴射弁を設置する代わりに、集合部上流に共通のサブ燃
料噴射弁を設置していることで構成上差がある。

実施例 以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。図において、吸気通
路１は途中で第１吸気ポート２と第２吸気ポート３とに
分岐して燃焼室１００に連通し、第１吸気ポート２の燃
焼室側には第１吸気弁４、第２吸気ポート３Φ燃焼室側
には第２吸気弁５がそれぞれ設けられる。第１吸気ポー
ト２はヘリカル状をなし、燃焼室内にスワールを生成さ
せるようになっている。一方第２吸気ポート３は、燃焼
室１００の上部中央に設けられた点火プラグ６の近傍に
開口し、ストレート状を呈する。

第１および第２吸気ポート２．３の分岐部分には、第２
吸気ポート３を開閉可能な吸気制御弁７が設けられる。

吸気制御弁７は後述するアクチュエータ１０により開閉
駆動され、エンジンを低回転、軽負荷で運転する時、第
２吸気ポート３を閉塞し、エンジンを高回転、高負荷で
運転する時、第２吸気ポート３を開放する。

アクチュエータ１０は、シェル１１内をダイヤフラム１
２により大気室１３と変圧室１４に区画し、変圧室１４
内に大気圧もしくは負圧を選択的に導入可能にして構成
される。ダイヤフラム１２にはロッド１５が固定され、
このロッド１５は、その先端に形成された長穴１６を吸
気制御弁７に設けられたビン１７に係合させることによ
り、吸気制御弁７に連結される。変圧室１４内にはダイ
ヤフラム１２を付勢するばね１８が設けられる。

変圧室１４内に負圧が導かれると、ダイヤフラム１２は
ばね１８を圧縮させて変位し、これによりロッド１５が
右行して吸気制御弁７は第２吸気ポート３を閉塞する（
図中、実線で示す位置）。逆に変圧室１４内が大気圧と
なった場合、ダイヤフラム１２はばね１８に押圧されて
左行し、吸気制御弁７はロッド１５を介して第２吸気ポ
ート３を開放する（図中、鎖線で示す位置）。

負圧切換弁（ＶＳＶ）２０はアクチュエータ１０の変圧
室１４に負圧もしくは大気圧を４くものである。

すなわち、負圧切換弁２０は第１導管２１を介して変圧
室１４に常時連通しており、この第１４管２１を、空気
フィルタ３０に開放された第２導管２２、またはバキュ
ームタンク２３に連通ずる第３４管２４に連通させるよ
うになっている。負圧切換弁２０の弁体の切換は、後述
の制御回路２５によって行なわれる。一方、バキューム
タンク２３は、吸気通路１のスロットル弁２７よりも下
流側に逆止弁２８を介して接続され、エンジンの運転中
は常時負圧が保持されるようになっている。

メイン燃料噴射弁（インジェクタ）３２は各気筒毎にス
トレート状第２吸気ポート３の途中であって吸気制御弁
７より下流側に設けられる。一方サブ燃料噴射弁（イン
ジェクタ）３３は各気筒共通即ち唯一個であって実施例
ではスロットル弁２７の上流に設けられる。サブ燃料噴
射弁３３の取付位置は各気筒への燃料分配が可能な位置
、即ち各気筒吸気管の集合部上流ならどこでも良いが、
燃料の微粒化の良好、出力°向上のためには実施例のよ
うにスロットル弁２７の上流が好ましい。一方スロ、ト
ル弁２７の下流に設ければ燃焼室１００までの距離が短
縮し過渡応答性を向上することができる。

制ｔ’ＪＲ回路２５は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
３４と、Ａ　／　Ｄコンバータ３５と、入力インターフ
ェース３６と、出力インターフェース３７と、タイミン
グ制御回路３８を備え、これらはハス３９によって相互
に結線される。人力インターフェース３６にはエンジン
のクランク軸１０１の回転ハルス（クランク角パルス）
を検知するクランク角センサ４０が結線され、エンジン
回転数を知り、更にはクランク角毎の割込ルーチンのト
リガとして利用させる。Ａ／Ｄコンハ゛−夕３５はスロ
ットル弁２７の下流の吸気管圧力を知るための圧力セン
サ４１、及びスロー／　）ル弁２７を通過する吸入空気
量を知るためのエアーフローセンサ４２に接続され、こ
れらのセンサからのアナログ信号がＭＰＵ　３４の指令
に応じてデジタル化される。出力インターフェース３７
はメイン噴射弁制御回路４４、サブ燃料噴射弁制御回路
４６を介して夫々の燃料噴射弁３２　、３３に接続され
ると共に、吸気制御弁制御回路４８を介して負圧切替弁
２０に接続される。

ＭＰ［＋　３４はメモリ　（図示せず）を備え、本発明
に従った燃料噴射弁３１　、３２及び吸気制御弁７の制
御を行うためのプログラムが格納されている。

以下述べた本発明の構成の作動は次のようである。通常
走行時に用いるエンジンの低中速回転低中負荷域では制
御回路２５からの信号により吸気制御弁７を閉して第１
吸気弁４から強いスワールＳが燃焼室内で発生される。

メインインジェクタ３２より要求燃料の大部分あるいは
全量が供給され、サブインジェクタ３３からは要求燃料
の一部分を供給するか、サブインジェクタ３３は停止さ
れる。従って燃焼室１００内はシリンダヘッド側（点火
栓６付近）はリッチ混合気ピストン側がリーン混合気と
云う良好な成層化が得られ超希薄燃焼、大量ＥＧＲが可
能なので燃料消費率の向上、及び有害排出量低減を実現
出来る。

一方エンジンの高回転、高負荷域では高トルク、高出力
を得るこめに制御回路２５からの信号により吸気制御弁
７は開となり第２吸気ポート３からも空気を吸入出来る
様にし、かつ、要求燃料の全量がサブインジェクタ３３
より供給されるか、あるいはメインインジェクタ、サブ
インジェクタ各々よりほぼ同−八／Ｆの混合気となる（
策供給される。従って、燃料の混合の不十分及び燃焼の
不安定が防止され、有害成分排出量を押えられ、更には
良好なドライバビリティ−を実現できる。

制御回路２５のメモリ中には上記制御を実現するソフト
ウェアがプログラムとして格納されている。以下、その
プログラムの大略をフローチャートによって説明する。

第２図は吸気制御弁７の開閉の切替制御及び燃料噴射弁
３２　、３３からの燃料分配比率の計算に使用するカウ
ンタＣＮＴの制御ルーチンを示す。４００はルーチンの
開始を示し、ある一定時間毎（例えば８ｍ秒等）に起動
される時間割込みルーチンである。又は一定クランク角
（例えば１８０°ＣＡ）毎に起動される割込みルーチン
でも良い。ステップ４０１では圧力センサ４１からのデ
ータがＡ／Ｄコンバータ３５によってＡ／Ｄ変換されレ
ジスタ内にロードされる。４０２では前回このルーチン
を通ったときのＡ／Ｄ変換値を今回のＡ／Ｄ変換値との
差ΔＰ　１．　＝　Ｐ　ｂｎ　　Ｐ　ｂｎ−１が演算さ
れる。次のステップ４０３ではΔＰ、の絶対値が所定値
ΔＰ、いより大きいか小さいかを判別し、大きいならば
このルーチンを終了する。これによりギヤチェンジ特急
レーシング時等Ｐ、が急変する場合は以下のルーチンを
素通りすることになるΔＰ、がΔｐ　ｂｔｂより小さい
ならばステップ４０４に進み制御用カウンタ　（ＣＮＴ
）の値がロードされる。尚このＣＮＴは図示しないイニ
シャルルーチンでＯＯにイニシャルセットされていると
する。次にステップ４０５ではＰ、が前記所定ｐａｔｈ
より大きいか小さいかを判別し、大きいならば即ち高負
荷側であればステ、　　ツブ４０６に進み、小さいなば
即ち軽負荷側であればステップ４０９に進む。ステップ
４０６ではＣＮＴをディクリメントしそのためカウンタ
ＣＮＴの値を格納するメモリの一つのアドレスの内容は
割込処理毎に１つつつ小さくなってゆく。その結果、デ
ィクリメント直前のカウンタ値がφφまでカウントダウ
ンされると４０６のステップの゛実行の結果アドレスの
内容はＦＦとオーバフローする。４０７ではディクリメ
ントした結果オーバフローすればステップ４０８で００
をセットしステップ４１２に進む。

一方ステップ４０９ではＣＮＴをインクリメントし、そ
のためカウントＣＮＴＯ値を格納するメモリアドレスの
内容は１つづつ大きくなってゆく。その結果インクリメ
ント直前のカウンタ値がＦＦまでカウントアツプされる
と、４０９のステップの実行の結果アドレスの内容はφ
φとなりオーバフローする。４１０でこのオーバフロー
判定をしオーバフローしたならばステップ４１１にてＦ
Ｆをセットする。ステップ４１２ではＣＮ　Ｔをストア
しこのルーチンを終了する。この第２図のルーチンが行
われることによって、第５図（イ）の７！１のように吸
気管圧力が増加してゆくと（加速状態）、設定値Ｐ、い
を超えるとき（ロ）のｍｌのようにカウンタＣＮＴの値
は増大し始め、ＣＮＴデータを格納する１つのアドレス
である８ビツトメモリセルの最大値である１６進数ＦＦ
に至たるとその値を保持する。逆に１２の゛ように吸気
管圧力が下ってゆくと（減速状Ｂ＞、ｐｂいを超えたと
ころでカウンタＣＮＴの値は減少を始め１６進のφφに
至る。

逆に言えばカウンタＣＮＴの値を見てそれが１６進ＦＦ
であれば裔負荷状態で安定し吸気制御弁７を開弁すべき
と判断し、１６進ＯＯであれば低負荷で安定状態であり
、吸気制御弁７を閉弁ずべきと判断することができる。

また、カウンタＣＮＴが”　ｏ　ｏ”と“ＦＦ″の中間
の値のときは過渡的な状態と判断でき、後述のように吸
気制御弁７の作動に先行させて、又はその作動後に燃料
噴射の制御を行うといった遅延制御を行うことができる
。

また、第５図で６．、ｊｌ！４で示すように吸気管圧力
が急変したときは第２図の４０２　、４０３のステップ
処理の結果カウンタＣＮＴの制御は行われない。

第３図は吸気制御弁７の開閉ルーチンを示す。

まずステップ６０１でＣＮＴデータを格納するアドレス
の内容をロードし、ステップ６ｂ２でカウンタＣＮＴが
ある値ＣＮＴいより大か小かを判別する。

大ならば６０３のステップに進み、ＭＰＵ　３４は出力
インタフェースより制御回路４８を介し負圧切替弁２０
に消磁信号が印加される。そのため同切替弁２０は白抜
きのポート位置をとり、アクチュエータ１０の変圧室１
４に空気フィルタ３０からの大気圧が作用し、ばね１８
の力によってダイヤフラム１２は左行し、吸気制御弁７
は破線の如く全開位置する。

６０２でカウンタＣＮＴがＣＮＴｔｈより低いとき（Ｎ
ｏ’）は低負荷時と判断されこのときは６０４に進み制
御回路４８より負圧切替弁２０の励磁信号が出され、同
切替弁２０は黒塗のポート位置をとり、吸気管負圧がア
クチュエータ１０の変圧室１４に伝達される。そのため
、ダイヤフラム１２はばね１８に抗して右行し吸気制御
弁７は実線の全開位置番とる。

第４図は燃料噴射制御ルーチンであって、クランク角セ
ンサ４０からの所定のクランク角毎（例えば３０°毎）
の信号によって割込みに入る。

７００のステップでは運転条件（例えば回転数Ｎ）、負
荷相当値としての吸入空気量比Ｇ　／　Ｎ　）に応した
燃料噴射時間τの計算ルーチンを示す。このルーチン自
体は周知でありまた本発明の特徴部分ではないから簡略
化して示すが、所定の空燃比が得られるようにＮ　、Ｑ
／Ｎに応じた燃料噴射時間のマツプがメモリ内にあり、
実測されたＮ　、　Ｑ／Ｎに対応する燃料噴射時間τが
３０２のステップで計算される。そのようなマツプとし
ては例えば低回転、低負荷域での２１位のスーパーリー
ンから高回転、高負荷域での１２．５位のややリンチま
での設定空燃比範囲をもっている。７０１ではカウンタ
ＣＮＴの値がロードされ、次いで７０２ではカウンタＣ
ＮＴの値に応じてメイン燃料噴射弁３２、サブ燃料噴射
弁３３からの燃料噴射■比率α、β（０〈α＜ｌ、Ｑ＜
β〈１．α＋β＝１）が計算される。第６図に示すよう
に吸気制御弁７が閉の時ＣＮ　Ｔ　＝φφにはαを大き
くβを小さくし、メインインジェクタ３２からの供給割
合を大きくし良好な成層が得られる様にする。吸気制御
弁が開の時にはαは小さく、βを大きくしてサブインジ
ェクタからの供給割合を多くする事により燃焼室内の混
合気が一定になる様にする。吸気制御弁７が開から閉切
換時には先に吸気制御弁７を閉じ、その後メインインジ
ェクタ３２からの供給量を多くし、逆に吸気制御弁７が
閉から開切換時にはサブインジェクタ３３の供給量を多
くしてから吸気制御弁７を開ける様にα、βの値は設定
される。又、吸気制御弁７の開から閉への切替り、閉か
ら開への切替りで図中破線の如く若干ヒステリシスを持
たせても良い。実際α、βは吸気管インジェクタの形状
、サイズ等により実験的に求めるが、要は吸気制御弁閉
時に良好な成層が得られ燃料消費率が向上し、有害成分
の排出４ｊｔｉ４少、が得られる様、又吸気制御弁閉時
には良好な成層が得られないので出来るだけ燃焼室内が
均一になる様、さらには過渡時にも上記目的が実現でき
る様α、βを設定する。

次の７０３のステップではαにτを乗算した閉ものとし
てメイン燃料噴射弁３２の噴射パルスの射開時間（パル
ス幅）τ９が設定され、βにτを乗で算したものとして
サブ燃料噴射弁３３の噴射噴パルス状の開時間τ、が設
定される。

７０４のステップではメイン燃料噴射弁３２からの燃料
噴射を実行すべきクランク角θ８、サブ燃料噴射弁３３
からの燃料噴射を実行すべきクランク角θ、が計算され
、７０５ではこれらのτＳ、ｒＭ。

θ３．θ、　ｌＪ＜ＭＰＵ　３４のレジスタにセットさ
れる。

周知のようにタイミング制御回路３８はθイ　、θ、。

のクランクアングルからメイン及びサブ燃料噴射弁３２
　、３３が燃料噴射をτイ　、τ、の間実行するように
出力インターフェース３７より夫々の制御回路４４　、
４６を駆動することになる。

以上は本発明の一実施例であり吸気制御弁の開閉及びメ
インインジェクタ、サブインジェクタ噴射割合は種々エ
ンジン、運転条件で変えることができる。というのはエ
ンジンが変われば燃焼室形状、吸気管形状、インジェク
タ取付位置が変わるので最適なスワール、成層度も変わ
るためである。

またエンジン低温時にはサブインジェクタからの噴射燃
料は吸気管内壁に付着し易い燃料吸入が遅れ、かつ液状
のまま燃焼室に流入するのでその場合には出来るだけメ
インインジェクタの供給量を多くした方が良い。又、吸
気制御弁開閉時期、メインサブインンエクタ噴射割合を
エンジン回転、吸入空気量、基本噴射パルス巾等の条件
により可変とすることもできる。

発明の効果 低中速、低中負荷の通常使用域では燃焼室内を成層化さ
せることによりリーンバーン大ＩＥＧＲを達成し、燃料
消費率の向上、有害成分排出量の低減を実現させる上、
高速高負荷の高トルク高出力が必要な領域では、異常燃
焼を防止するし、双方の運転域の相反する要求を調和さ
せることがでも良く共通のサブインジェクタ３３を一個
設置することで足り、部品点数数が節約され、構成が華
純化し、コンパクトとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例構成図、 第２図、第３図、第４図はソフトウェア構成を示すフロ
ーチ中−ト図、 第５図は時間に対する吸気管圧力変化、及びカウンタ値
変化を示すグラフ、 第６図はカウンク値（ＣＮＴ）に対するメイン及びサブ
の燃料噴射弁の噴射割合の変化を示すグラフ。 ２・・・第１吸気ポート、３・・・第２吸気ポート、７
・・・吸気制御弁、　　３２・・・メイン燃料噴射弁、
３３・・・サブ燃料噴射弁、１００・・・燃焼室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃焼室に開口するとともにこの燃焼室内にスワール
   を発生させるよう成形された第１吸気ポートと、上記燃
   焼室に開口するストレート状の第２吸気ポートと、スト
   レート状第２吸気ポートに設けたメイン燃料噴射弁と、
   メイン燃料噴射弁の上流において第２吸気ポートを開閉
   する吸気制御弁と、吸気管集合部の上流に設けられたサ
   ブ燃料噴射弁とより成る複吸気弁エンジン。