JPS63248938A - エンジンの成層燃焼制御装置 - 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、燃焼室内の点火プラグ周りに可燃混合気が偏
在するよう燃焼室内を成層化して混合気の燃焼を行うエ
ンジンの成層燃焼制御装置の改良に関する。 （従来の技術） 従来より、この種のエンジンの成層燃焼制御装置として
、例えば特開昭６０−３６７２１＠公報に開示されるよ
うに、エンジンの運転状態を検出し、低負荷運転時には
、燃焼室内への燃料供給量により出力を制御覆ることと
して、その燃料■を少量に設定し、この燃料を燃焼室内
の点火プラグ周りに偏在させて、混合気の成層燃焼を行
うことにより、燃焼安定性を確保しながら、全体として
混合気の空燃比を大（リーン）にして、燃費の向上を図
るとともに、エンジンの高負荷運転時には、上記成層燃
焼を停止すると共に、運転状態に応じた担の燃料（可燃
混合気）を燃焼室内に均一に分散させて、混合気の均一
燃焼を行うことにより、その出力の増大を確保するよう
にしたものが知られている。 （発明が解決しようとする問題点） ところで、上記従来の如く運転状態に応じて混合気の成
層燃焼と均一燃焼とを行う場合、成層燃焼時では、混合
気の空燃比を著しく大にすべく、エンジンのスロットル
弁開度をアクセル操作部Ｈの操作とは独立に調整可能と
し、スロットル弁開度を少なくとも低負荷側で略全開に
設定すれば、この成層燃焼時にはスロットル弁の絞り作
用に起因するボンピンクロスを効果的に低減できる。 しかるに、その場合、均一燃焼域では、負荷の増大に応
じて燃料供給但を増損づると共に、スロットル弁開度も
これに対応して開ける必要上、混合気の成層燃焼域から
均一燃焼域に移行する場合には、スロットル弁開度を略
仝闇値から負荷に応じた開度値に閉制御して、その後の
混合気の均一燃焼を良好に行わせることが必要になる。 しかるに、その場合、スロットル弁開度を負荷に応じた
開度値に直ちに閉制御すると、唐突なトルク変化が生じ
て、この成層燃焼域から均一燃焼域への移行時の運転性
が低下する欠点が生じる。 本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、成層燃焼域でスロットル弁開度を略全開に制御覆
る場合には、この成層燃焼域から均一燃焼域への移行時
におけるスロットル弁開度の制御を適宜良好に行うこと
により、成層燃焼域でのボンピングロスを効果的に低減
しつつ、均一燃焼域への移行時にも１〜ルク変化を滑ら
かにして、その運転性の向上を図ることにおる。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明の解決手段は、混合気
の成層燃焼と均一燃焼とを行うエンジン、つまり第１図
に示すように、エンジンの運転状態を検出する運転状態
検出手段２７と、該運転状態検出手段２７の出力を受け
、エンジン運転状態が低負荷域にあるとぎ、燃焼室の点
火プラグ周りに燃料を供給して混合気を成層燃焼せしめ
る一方、エンジン運転状態が高負荷域にあるとき、燃焼
室全体に燃料を供給して混合気を均一燃焼せしめる燃料
供給手段３７とを備えてなるエンジンの成層燃焼制御装
置を前提とする。そして、上記エンジンのスロットル弁
７の開度を調整する開度調整手段２０と、上記運転状態
検出手段２７の出力を受け、エンジン運転状態が低負荷
域にあるときスロットル弁７の開度を略全開にすると共
に、上記低負荷域と高負荷域との境界を含む遷移領域で
スロットル弁７の開度を負荷の増大に応じて閉じ、該遷
移領域を越える高負荷域にめるとき負荷の増大に応じて
スロットル弁７の開度を開くよう上記開度調整手段２０
を制御する開度制御手段３８とを備える構成としたもの
でおる。 （作用） 以上の構成により、本発明では、エンジンの低負荷運転
域では、燃料供給手段３７により燃料が燃焼室の点火プ
ラグ周りに偏在供給されて、混合気の成層燃焼が行われ
るので、混合気仝休としての空燃比が大きくなって、燃
費性の向上が図られる。 また、エンジンの高負荷運転域では、燃料供給手段３７
により燃料が燃焼室全体に均一に分散して供給されて、
混合気の均一燃焼が行われるので、エンジンの出力の増
大が得られる。 その際、スロワ１−ル弁７の開度は開度制御手段３８に
よりエンジン運転状態に応じて逐次制御され、成層燃焼
を行う低負荷運転域では、略全開に調整されるので、ス
ロットル弁７の絞り作用に起因するポンピングロスを効
果的に低減することができると共に、混合気の均一燃焼
を行う高負荷運転域（遷移領域を除く）では、負荷の増
大に応じて供給燃料量が増量されるのに伴いスロットル
弁７の開度も開かれるので、高出力運転が可能になる。 また、低負荷域と高負荷域との境界を含む遷移領域では
、成層燃焼時での略全開状態から均一燃焼時での負荷に
応じた開度値にまで閉制御されるが、この閉制御は負荷
の増大に応じて徐々に行われるので、混合気の成層燃焼
と均一燃焼との問の燃焼切換えがスムーズに行われて、
トルクの古文な変動が抑制され、運転性が向上すること
になる。 （実施例） 以下、本発明の実施例を第２図以下の図面に基いて説明
する。 第２図は本発明に係るエンジンの成層燃焼制御装置の全
体構成を示し、１はエンジン、２はエンジン１のシリン
ダ３に活動自在に嵌挿されたピストン４により容積可変
に形成される燃焼室、５は一端が大気に連通し、他端が
上記燃焼室２に開口して吸気をエンジン１に供給するた
めの吸気通路、６は一端が上記燃焼室２に開口し、他端
が大気に開放されて排気を排出するための排気通路であ
って、上記吸気通路５の途中には、吸入空気量を制御す
るスロットル弁７が配設されていると共に、該スロワ１
〜ル弁７上流側には、燃料を燃焼室２内に均一に分散し
て噴射供給するための均一燃焼用の燃料噴射弁１０が配
設されている。また、燃焼室２の頂部には、燃焼室２内
の混合気に点火する点火プラグ１１と、該燃焼室２内の
点火プラグ１１周りに向

【ブて燃料を直接に噴射供給す
る成層燃焼用の燃料噴射弁１２とが配置されている。尚
、図中、１５は吸気通路５の燃焼室２への開口部に配設
された吸気弁、１６は排気通路６の燃焼室２への開口部
に配設された排気弁、１７は排気通路６の途中に配置さ
れた排気ガス浄化用の触媒装置である。 また、上記スロットル弁７には、該スロットル弁７の開
度を調整する開度調整手段してのステッパモータ２０が
接続されているとともに、上記成層燃焼用の燃料噴射弁
１２には、該成層燃焼用の燃料噴射弁１２に燃料を供給
づる燃焼噴射ポンプ２３が接続されている。 ざらに、２５は上記排気通路６の触媒装置１７上流側の
排気の一部を吸気通路５のスロットル弁７下流側に還流
する排気還流通路であって、該排気還流通路２５の途中
には、その開口面積を調整して排気還流但を調整づるリ
ニア電磁弁２６が介設されている。 加えて、３０はアクセルペダル開度を検出するアクセル
開度センサ、３１はエンジン回転数を検出する回転数セ
ンサであって、該アクセル開度及び回転数の両センサ３
０，３１により、エンジン１の運転状態を検出する運転
状態検出手段３２を構成している。そして、該各セン＋
＋３０．３１の検出信号は、各々ＣＰＵ等を内蔵するコ
ントローラ３５に入力されていて、該コントローラ３５
により、上記ステッパモータ２０、均一燃焼用の燃料噴
射弁１０及び燃料噴射ポンプ２３並びにリニア電磁弁２
６が各々制御されて、スロットル弁開度、均一燃焼時の
燃料量、噴射時期及び成層燃焼時の燃料量、噴射時期並
びに排気還流最が各々調整される。 次に、上記コントローラ３５の作動を第３図の燃料噴射
制御フロー及び第４図の排気還流通路御フローに基いて
説明する。先ず、第３図の燃料噴射制御フローから説明
するに、ステップＳ１で上記アクセル開度センサ３０及
び回転数セン１ノ３１からの各検出信号に基いてアクセ
ルペダル開度Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとを検出し、ス
テップＳ２で該各値ｐｅ、Ｎｅに応じて第５図の運転領
域マツプから現在の運転負荷域を判別し、その判別した
高負荷域及び低負荷域で各々成層燃焼用及び均一燃焼用
の各燃料噴射弁１０，１２からの燃料量９ＡＦＪｒをス
テップＳ３以降で第６図の噴射量特性図に基いて算出す
る。ここに、第６図の噴射量特性は、低負荷域では、成
層燃焼用の燃料噴射弁１２からのみ噴射し、その噴射量
をアクセルペダル開度の増大に応じて漸次増量し、この
低負荷域から高負荷域への移行後は、先ず低−高負荷域
の境界線に添う所定領域としての遷移領域で、アクセル
ペダル開度の増大に応じて、成層燃焼用の燃料噴射弁１
２からの燃料量を順次減但し、且つ均一燃焼用の燃料噴
射弁１０から燃料噴射を開始し、その噴射量を漸次増量
して、燃料の噴射切換を行い、その後、この遷移領域を
越えると、成層燃焼用の燃料噴射弁１２からの燃料ωを
、目詰り防止の目的で微小最に算出設定すると共に、均
一燃焼用の燃料噴射弁１０からの燃料噴射量をアクセル
ペダル開度の増大に応じて増量する特性になっている。 すなわち、低負荷運転域では、ステップＳ３で成層燃焼
用の燃料噴射弁１２からの燃料噴射♀ＱＦ１を上記第６
図の噴射量特性に基いて算出し、ステップＳ４で均一燃
焼用燃料の噴射を禁止すべく、便宜状、均−燃焼用燃料
の噴射フラグＩＭを′“１″値に設定して、ステップ＄
６に進む。一方、上記ステップ＄２で高負荷域（遷移領
域を○む）におる場合には、成層燃焼用及び均一燃焼用
の各燃料噴射弁１０．１２からの燃料噴射量を上記第６
図の噴１＝ｌｆｆｉ特性に基いて算出して、ステップＳ
６に進む。 そして、ステップＳ６でスロットル弁７の目標開度ｆ（
Ｔｖｏ〉を第７図の目標開度特性に基いて設定でる。こ
の目標開度特性は、低負荷域では、その全域でスロット
ル弁７の目標開度を略最大開度値下ＭＡｘに設定し、遷
移領域を除く高負荷域では、上記低負荷域から開いた場
合の仮想特性線（図中仮想線で示す特性線）上に乗って
、アクセルペダル開度の増大に応じて漸次開き、遷移領
域では、略最大開度値ｆＭＡＸからこの遷移領域を越え
る時点での開度１ａｆｏに向って次第に閉じる特性にな
っている。そして、以上でスロットル弁７の目標開度値
ｆ（Ｔｖｏ）を算出した後は、ステップＳ７でスロット
ル弁７の開度をこの目標開度値ｆ（Ｔｖｏ）にするよう
ステッパモータ２０を作動制御する。 しかる後、ステップＳ８以降で、混合気の成層燃焼時に
は混合気を点火プラグ１１周りに偏在させるべく、成層
燃焼用燃料ＱＦＩをその設定燃料噴射時期（例えば吸気
工程後半）で噴射させる一方、混合気の均一燃焼時には
均一燃焼用燃料ｆＦ２を燃焼室２内で均一に分散させる
よう、その設定燃料噴射時期（例えば吸気工程前半）か
ら噴射させることとする。そして、何れの噴射時期が先
に来ても噴射を行うよう、先ずステップＳ８で成層燃焼
用燃料ＱＦＩの噴射時期か否かを判別し、その噴射時期
でない場合には、ステップＳ９で均一燃焼用燃料ｆＦ２
の噴射フラグＩＭの値を判別し、ＩＭ＝１の場合（つま
り成層燃焼時又は均−燃焼用燃料の噴射終了後）は、成
層燃焼用燃料ＱＦ】の噴射時期を待つべく、上記ステッ
プＳ８に戻る一方、ＩＭ＝０の場合には、均一燃焼用燃
料ｆＦｚを噴射すべく、ステップ５１０でその噴射時期
か否かを判別する。そして、先に成層燃焼用燃料ＱＦＩ
の設定噴射時期（圧縮行程後半）が来た場合には、ステ
ップＳｏで成層燃焼用の燃料噴射弁１２を駆動して、そ
の成層燃焼用燃料ＱＦＩを燃焼室２内の点火プラグ１１
周りに偏在させ、その後、ステップＳＩ２で成層用燃料
の噴射フラグＩＰを“１″値に設定した後、ステップ５
１３でＩＭ＝Ｏの場合には、続いて均一燃焼用燃料ＱＦ
２の噴射を行うべく、上記ステップＳｈｏに戻る。また
、先に均一燃焼用燃料ＱＦ２の設定噴射時期（圧縮行程
前半）が来た場合には、ステップ３１４で均一燃焼用の
燃料噴射弁１０を駆動して、その均−燃焼用燃おＩＱＦ
２を燃焼室２全体に均一に分散させ、その後、ステップ
Ｓ’ｓで均一用燃料の噴射フラグＩＭを“１″値に設定
した後、ステップＳ１６で■Ｐ＝Ｏの場合には、更に成
層燃焼用燃料ＱＦＩの噴射を行うべく、上記ステップＳ
８に戻る。そして、ＩＭ＝１．ＩＰ＝１になると、燃料
の噴射終了と判断して、ステップ３１７及びステップＳ
’ｓで各々ＩＭ＝Ｏ，ＩＰ＝Ｏに初期設定して、リター
ンする。 次に、第４図の排気還流量制御フローについて説明する
に、先ずステップＴ１でアクセル開度センサ３０及び回
転数センサ３１からの各検出信号に基いてアクセルペダ
ル開度Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとを検出した後、ステ
ップＴ２で該各値Ｐｅ、Ｎｅに応じて第８図に示す目標
排気還流■特性に基いて目標排気還流ｆｆ１ｆ（ｅＣ，
Ｒ）を算出する。 ここに、目標排気還流量特性は、低負荷域では、その極
低負荷域で多く、その後は、負荷の増大に応じて成層燃
焼用燃料ＱＦＩの増大に見合った分だけ順次減量し、ま
た遷移領域では、その減量率を上記低負荷域よりも大ぎ
くしで、排気還流量を素早く低減し、遷移領域を越えた
高負荷域では、既に少量であるので、均−燃焼用燃お１
ＱＦｚの増大に見合った分だけ漸次減量する特性になっ
ている（尚、アイドル運転時の燃焼安定性を考慮して、
極低負荷時には図中一点鎖線で示づ如く、目標排気速流
量ｆ（ｓｃＲ）を零値から漸次増量する特性に設定して
もよい）。 そして、以上の如く目標排気還流（イ）ｆ（ａｃＲ）を
算出した後は、ステップＴ３で実際の排気還流量がこの
目標値ｆ（ｃｃＲ）になるよう、リニア電磁弁２６を作
動制御して、リターンする。 よって、上記第３図の制御フローにａ３いて、ステップ
Ｓ１〜Ｓｓ　、Ｓｓ〜Ｓ＋ｓにより、運転状態検出手段
３２の出力を受け、エンジン運転状態が低負荷域にある
ときには、燃焼室２に配置した成層燃焼用の燃料噴射弁
１２を吸気工程後半で駆動して、その成層燃焼用の燃料
量ＱＦＩを燃焼室２の点火プラグ１１周りに直接に供給
して、混合気を成層燃焼せしめる一方、エンジン運転状
態が高負荷域にあるときには、吸気通路５に配置した均
一燃焼用の燃焼１０を吸気工程前半から駆動して、その
均一燃焼用の燃料ｍＱｒｚを燃焼室２の全体に分散供給
して、混合気を均一燃焼せしめるようにした燃料供給手
段３７を構成している。 また、同制御フローのステップＳｓ　、Ｂｙにより、運
転状態検出手段３２の出力を受け、エンジン運転状態に
応じてスロットル弁７の目標開度ｆ（ＴＶ○）を第７図
の目標値開度特性に基いて設定し、低負荷域にあるとき
には、その全域で目標開度値を略全開値ｆＭΔ×に設定
し、遷移領域では負荷の増大に応じて閉じて高負荷域へ
の移行当初の開度値ｆｏに向かい、その後、高負荷域に
入ると、負荷の増大に応じてその当初の開度値Ｔ。 から漸次開くよう設定し、この各目標値開度値になるよ
うステッパモータ２０を制御するようにした開度制御手
段３８を構成している。 したがって、上記実施例においては、第６図及び第７図
に示で如く、低負荷域では、燃焼室２内の成層燃焼用の
燃料噴射弁１２が燃料供給手段３７で制御されて、該燃
料噴射弁１２から成層燃焼用の燃料ｆｆ１ＱＦ＋が吸気
工程後半で燃焼室２の点火プラグ１１周りに直接に噴射
供給され、該点火プラグ１１周りに可燃混合気が偏在し
た空燃比の大の状態で、この混合気の成層燃焼が行われ
るので、燃料消費量が低減されて、燃費の向上が図られ
る。そして、この成層燃焼時には、スロットル弁７の開
度が開度制御手段３８により制御されて、略全開値ｆＭ
ＡＸに調整されるので、スロットル弁７の絞り作用に起
因するポンピングロスが効果的に低減される。 また、遷移領域を除く高負荷域では、吸気通路５に配置
した均一燃焼用の燃料噴射弁１０が駆動制御されて、均
一燃焼用の燃料ｍＱＦ２が吸気工程前半から噴射され、
燃焼基２仝体に可燃混合気が均一に分散した状態で、混
合気の均一燃焼が行われる。その際、均一燃焼用の燃料
ｆｆ１ＱＦ２は、負荷の増大に応じて増量されると共に
、スロットル弁７の開度も、開度制御手段３８により制
御されて、その当初の開度値ｆ○から負荷の増大に応じ
て開くので、エンジン出力の増大が確保される。 そして、遷移領域では、負荷の増大に応じて、成層燃焼
用の燃料ｍＱＦ１が次第に減はすると共に、均一燃焼用
の燃料’ＦｌｘＱＦ２が漸次増量して、混合気の成層燃
焼から均一燃焼に徐々に切換られる。また、この遷移領
域にあるときには、スロットル弁７の開度値は、成層燃
焼時での略全開値ｆＭＡＸから上記開度値Ｔｏに向って
負荷の増大に応じて漸次開じられ、このことにより、吸
入空気量の変化が滑かになって、成層燃焼から均一燃焼
への切換えがスムーズに行われるので、トルク変動が小
さく抑制されて、この燃焼切換時での運転性が向上する
ことになる。よって、成層燃焼を行う低負荷域では、ス
ロットル弁開度の略全開により、その絞り作用に起因す
るボンピングロスの低減を効果的に図りつつ、この成層
燃焼と均一燃焼との切換間の遷移領域では、トルク変化
を滑かにして、運転性の向上を図ることができる。 尚、上記実施例では、高負荷域（遷移領域を含む）では
、成層燃焼用の燃料量ＱＦＩを第６図に示す如く、漸次
減量した俊、微小量を保持するようにしたが、その伯、
第９図に示す如く、高負荷域への移行時の燃料量をその
まま保持し、負荷の増大に応じた燃料はを均一燃焼用の
燃料噴射弁１０から噴射するようにしてもよい。 また、第１０図は本発明をロークリピストンエンジンに
適用した他の実施例を示す。つまり、本実施例では、ロ
ータ４０が摺接回転づる内周面４１ａを有するロータハ
ウジング４１において、そのトコイド短軸に対して図中
矢印で示すロータ回転方向リーディング側及びトレーリ
ング側には、各々第１．第２の点火プラグ１１°、１１
１が配置され、このリーディング側の第１点火プラグ１
１゛の更にリーディング側に、成層燃焼用の燃料噴射弁
１２°が燃料を作動室（燃焼室）２“のロータ回転方向
トレーリング側に向けて噴射するよう配置されていると
共に、吸気通路５゛のスロットル弁７゛下流側に均一燃
焼用の燃料噴射弁１０°を配置したものであり、その他
の構成や燃料の噴射制御は上記実施例と同様である。し
たがって、上記実施例と同様に、成層燃焼を行う低負荷
域でボンピングロスの低減を効果的に図りつつ、この成
層燃焼と均一燃焼との切換間の遷移領域で、トルク変化
を滑かにして、運転性の向上を図ることができる。 尚、以上の説明では、成層燃焼用の燃料噴射弁１２．１
２“を燃焼室２，２°内に望むように配置したが、その
他、往復動ピストンエンジンでは、成層燃焼用の燃料噴
射弁１２を吸気通路５の吸気弁１５直上流側に配置して
もよいのは勿論のこと、成層燃焼用の燃料噴射弁１２や
均一燃焼用の燃料噴射弁１０を他方の燃料噴射弁で兼用
してもよい。 この場合、燃料の噴射タイミングを早くすることで混合
気の均一燃焼を、遅くすることで混合気の成１り燃焼を
行うことができる。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、混合気の成層燃
焼を行う低負荷域では、スロットル弁開度を略全開にし
、高負荷域では通常通り負荷の増大に応じて漸次開くと
ともに、成層燃焼と均一燃焼との切換時には、スロット
ル弁開度を徐々に閉じて、吸入空気脳の変化を滑かにし
たので、低負荷域でのポンピングロスを効果的に低減で
きると共に、上記燃料噴射の切換時でのトルク変化を滑
かにして、運転性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示づブロック図である。 第２図ないし第１０図は本発明の実施例を示し、第２図
は全体概略構成図、第３図及び第４図は各々コントロー
ラの作動を示すフローチャート図、第５図は低負荷域と
高負荷域とを示す説明図、第６図はアクセルペダル開度
に対する燃料噴射量特性を示す図、第７図は同目標スロ
ットル弁開度特性を示１図、第８図は同目標排気還流量
特性を示づ図、第９図はアクセルペダル開度に対する燃
料噴射量特性の変形例を示す図である。また、第１０図
はロータリピストンエンジンに適用した全体概略構成図
である。 １．１′・・・エンジン、７，７°・・・スロットル弁
、１０．１０’・・・均一燃焼用の燃料噴射弁、１１゜
１１’、１１°“・・・点火プラグ、１２，１２°・・
・成層燃焼用の燃料噴射弁、２０・・・ステッパモータ
、２３・・・燃料噴射ポンプ、３２・・・運転状態検出
手段、３７・・・燃料供給手段、３８・・・開度制御手
段。 特許出願人　マ　ツ　ダ　　株式会社−−−−ｉ’＋″
′’　１ 代理人弁理士前田弘・□−１１ト 第８図 アクｔｌＬハぐダノムへ問Ａ耐 第４図 第７図 アク七七’Ｗフル閤屑 第５図 工〉°ンンロ転◆り（Ｎｅ） 第６図 アクｔノしど＼Ｓ４１しＩＪ’１．カ【第９図 ふ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、該運転状態検出手段の出力を受け、エンジン運転状
   態が低負荷域にあるとき、燃焼室の点火プラグ周りに燃
   料を供給して混合気を成層燃焼せしめる一方、エンジン
   運転状態が高負荷域にあるとき、燃焼室全体に燃料を供
   給して混合気を均一燃焼せしめる燃料供給手段とを備え
   てなるエンジンの成層燃焼制御装置において、上記エン
   ジンのスロットル弁の開度を調整する開度調整手段と、
   上記運転状態検出手段の出力を受け、エンジン運転状態
   が低負荷域にあるときスロットル弁開度を略全開にする
   と共に上記低負荷域と高負荷域との境界を含む遷移領域
   でスロットル弁開度を負荷の増大に応じて閉じ、該遷移
   領域を越える高負荷域にあるとき負荷の増大に応じてス
   ロットル弁開度を開くよう上記開度調整手段を制御する
   開度制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの成
   層燃焼制御装置。