JPS6030418A - 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。

（従来技術） 従来の一般的な火花点火式エンジン（ガソリンエンジン
）では、スロットルバルブによって吸入空気量を調節し
、かつ、吸入空気量に応じた量の燃料を供給して空気と
均一に混合させ、燃焼室内で点火プラグにより着火させ
るようにしている。

このようなエンジンにおいて出力および燃費を向上する
手段としては、例えば実開昭５４−５６００６号公報に
みられるように、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゛（いる。

ところで、少なくともエンジン低負荷時には、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
室内の他の部分お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
のにうな点に着目し、大幅な燃費の向上を図る手段とし
て、特開昭４９−６２８０７号公報に示されるように、
点火時期に対応した所定時期に燃料を点火プラグに自重
）で噴射させるようにした、いわゆる層状給気エンジン
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り、希薄
燃焼が可能となるとともに、空気が過剰に供給されても
差し支えないので低負荷時にスロットルバルブの開度を
大きクシ、またはスロットルバルブを省略することがで
き、これにより低負荷時のボンピングロスを低減するこ
とができる。その結果、大幅な燃費の向上が可能となる
。

このように点火プラグに向け°Ｃ燃料が噴射される層状
給気エンジンでは、低負荷時に、着火性の向上のため、
できるだけ上記燃料の霧化、気化を促進することが望ま
れている。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑み、少なくとも低負荷時に
所定のタイミングで燃料を点火プラグに向けて噴射する
ようにした層状給気エンジンにおいて、上記燃料を積極
的に霧化、気化し、着火性を向上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、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
射燃料に空気を′混入する空気噴射弁と、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
角を検出づ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；Ｉに上記燃
料噴射弁および空気噴射弁を制御して、燃料と空気とを
燃焼室に供給する制御手段とを備えている。上記燃料噴
射弁および空気噴射弁は、上記要件を満足り−る限り、
燃焼室に設【プでおいてもよいし、燃焼室近傍の吸気ボ
ートに設けておいてもよい。

（実施例） 第１図は本発明を４気筒４サ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し、第２図はこのエンジン
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はエンジン本体、２は吸気管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
の上流部に設け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とが吸気マ、二ホールド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＊ｉ＊ｖ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、後達する制御ユニット４０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に連通ずる一次
吸気ボート１３と、二次吸気通路９に連通する二次吸気
ボート１４と、排気ボート１５とが開口し、これらのボ
ート１３．１４．１５の開口部に、図外の動弁機構によ
ってそれぞれ所定のタイミングで１ＦｌｌｒＦ！作動さ
れる一次側吸気弁１．６、二次側吸気弁１７および排気
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、燃料噴射弁２１およ
び空気噴射弁２２が配設されている。上記燃料噴射弁２
１は点火プラグ２０に向けて設各プられている。。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、噴射空気が燃料噴射弁２１からの噴射燃料に
混入するように所定の向きに設けられている。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２２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Ｒ１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。この燃料噴射ポンプ２３はタイミングベルト２４
およびプーリ２５．２６を介してエンジンのクランク軸
２７により駆動され、各気筒の燃料噴射弁２１にそれぞ
れ燃料を供給して噴射させるようにし、かつ、その噴射
開始時期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となっている。また、空気
噴射弁２２は空気リザーバ２９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を介して上記クランク軸２７により駆
動されるようにしている。図では、エンジン始動時に空
気リザーバ２９内の圧力上昇を促進するため、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３
４を設け、この空気リターン通路３４に、エンジン始動
時に開閉作動されるリサイクルバルブ３５が設けられて
いる。３６は空気ポンプ３０への空気導入用通路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に設けられたリリーフ弁である。

また、４０は各１ｌＩＩＪｌｌＩのための制御ユニット
であり、例えば第３図に示すようにマイクロコンピュー
タを用いた制御部４１および各種変換器４２〜４５を含
んでいる。上記制御部４１には、アクセル開度センサ５
１からＡ／Ｄ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、センサ５２からＦ／Ｖ
　（周波数−電圧）変操器４３およびＡ／Ｄ変換器４４
を介してエンジン回転数信号が入力され、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、クランク角センサ５２からクランク角信号が
入力されている。さらに、後述する始動時の制御のため
、前記空気リザーバ２９内の圧力を検出する圧力センサ
５３からＡ／Ｄ変換器４５を介して与えられる圧力信号
と、スタート信号ザ５４から与えられるインタラブド（
割り込み信号）としてのスタート信号も上記制御部４１
に入力されている。上記制御部４１は、燃料噴射弁２１
からの燃料噴射および空気噴射弁２２からの空気噴射を
制御する制御手段としての機能を有し、直接には燃料噴
射ポンプ２３の作動および空気噴射弁２２の開閉作動を
制御している。また、前記スワール調節弁１０のアクチ
ュエータ１１および前記リサイクルバルブ３５も上記制
御部４１によって制御している。

上記制御部４１内には、予め種々の運転状態における燃
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、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および空気が噴射される
ように噴射時期が設定されている。例えば第４図に示す
ような特性で上記時期が制御されるように上記マツプが
作成されている。すなわち、第４図において、ＦＳ、お
よびＦｅはそれぞれ燃料の噴射開始時期および噴射終了
時期、Ａｓおよび八〇はそれぞれ空気の噴射開始時期お
よび噴射終了時期を示し、ｌは点火時期を承り。この図
のように、低負荷領域では圧縮行程後半で燃料および空
気が噴射され、これらの噴射終了時期Ｆｅ、　Ａｅが点
火時期■にほぼ一致するようにしている。そして、燃料
および空気の噴ＩＪｆｆｉは噴射１１間に依存するので
、負荷に応じた適当な噴射量が得られるように、燃料お
よび空気の噴射開始時期ＦＳ、Ａｓが設定されている。

なＪ５、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！ＩＩ！ｌが増加される高負荷時には、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
上させるには燃料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ｒ！１高
くなると燃料および空気の噴射時期を早め、高負荷領域
では吸気行程の前半に燃料がＷｎ射されるようにしてい
る。また、このような高負荷時には吸気行程で生じるス
ワールによって充分に燃料の霧化、気化は促進されるの
で、不必要に余分な空気が噴射されることを避けるため
、高負荷領域では空気噴射弁２２からの空気噴射量を減
少させるようにしている。

さらに上記制御部４１内には、予め種々の負荷状態にお
けるスワール調節弁１０の開度がデータマツプとして記
憶され、低負荷時に前記スワール調節弁１０を閉じ、負
荷が高くなるとそれに応じた間直にスワール調節弁１０
を闘くように、上記マツプが作成されている。

上記１１Ｊ１１ｊユニツト４０によって実行される制御
を７０−チャートで示すと第５図および第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開度Ａとエンジン回転数Ｒの各検出
信号が入力され（ステップ×１）、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ように設定された
マツプから、その時の負荷状態に応じた燃料と空気の各
噴射ｌｊｌ１ｗ１時期Ａｓ、ｌ”ｓおよび各噴射終了時
期Ａｅ、　Ｆｅが演界される（ステップＸ２　、Ｘ３）
。次に、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が上記噴射開始時期、Ａｓ、Ｆｓに達するの
を待ってから、燃料および空気の噴射を開始づる制御が
行われる（ステップ×４〜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
料および空気の噴射を終了する１ＩＪｎが行われる（ス
テップ×７〜Ｘｓ　）。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１１ｊ［（Ｓ弁開度）Ｓｏが１ｌｌｎ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１１に出力
される（ステップＸ１０．Ｘ１１）。その後ステップ×
１に戻り、以上のフ〇−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、圧縮行程後半の
所定時期に燃料噴射弁２１から点火プラグ２０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、少ない燃料でも着火、燃焼が可能とな
ってエンジンを作動させることができる。また、この場
合に一次吸気通路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、図ではスロットルバルブを省
略して一次吸気通路８からの吸気は制限しないようにし
、これによってボンピングロスを低減している。そして
、このように燃料が点火プラグ２０に向けて噴射される
とき、これにあわせて１　空気噴射弁２２がら空気が噴
射され、この空気が噴射燃料に混入して短時間で効率良
く燃料の霧化、気化が行われるため、着火性が向上され
る。

一方、高負荷時には、燃料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が間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、前記リサイクルパルプ３５がｌ
ＦＩＭ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
イクルバルブ３５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Ｙａ　）。そして、
始動が終了したが否かが判別され（ステップＹ５）、始
動が終了すると前記の第５図に示すメインルーチンに戻
されるようにしている。

第７図および第８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
次吸気ボート１３に設けられ、この場合も、燃料噴射弁
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は噴射燃料に空気を混入させるように
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４゜
によって直接にｎＷ１作動が１ｉｌＩｌｌ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ているような燃料噴射ポンプ（
図示省略）に接続しておけばよい。

このように上記各噴射弁２１’　、２２を吸気ボート１
３に設ける場合、吸気弁１６が閉じるまでに燃料を噴射
させる必要があるので、第９図に示すように、低負荷領
域では吸気行程の終期に燃料および空気が噴ｅ１４され
るよう′にそれぞれの噴射開始時期Ａｓ、Ｆｓおよび噴
射終了時期Ｆｅ、Ａｅが設定されている。

なお、上記各実施例では＊料噴射弁２１または２１′と
空気噴射弁２２とを別体に設けているが、第１０図およ
び第１１５！ｉｌに示すように、燃料噴射弁と空気＃１
１１１４弁とを一体化した噴射弁６ｏを用いることもで
きる。この噴射弁６ｏは、水体６１と、その先端に取付
けられたノズル部材６２と、ノズル部材６２先端の噴射
口６３を間開ジる弁部６４ａを有してノズル部材６２内
に階動可能に挿入されたロット６４と、ピストン６５を
介してロッド６４を閉弁方向に付勢するバネ６６とを備
え、がつ、本体６１とノズル部材６２とにわたって燃料
通路６７および空気通路６８が形成されている。

上記各通路６７．６８は図外の燃料噴射ポンプおよび空
気ポンプにそれぞれ接続され、各通路６７゜６８の先端
は噴射口６３に臨み、燃料通路６７の途中には上記ロッ
ド６４の中間テーバ部６４ｂに燃料圧を加えるための燃
料溜り６９が設置ノられている。そして、燃料が加圧供
給されたとき、その圧力でロッド６４が押し上げられて
噴射口６３が間口することにより、燃料と空気が同時に
噴射されるようにしている。

（発明の効果） 以上のように本発明は、エンジン低負荷時に、吸気行程
後半から圧縮行程の所定の時期に燃料を点火プラグに向
けて噴射するとともに、この噴射燃料に空気噴射弁から
噴射した空気を混入させるようにしているため、いわゆ
る目状給気により希薄燃焼およびボンピングロス低減が
可能となって燃費が向上され、しかも、燃料の霧化、気
化が促進されて着火性およ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１ｖＡ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（角部の拡大図、第３図
は制御系統のブロック図、第４図（よ燃料および空気の
噴射時期の特性図、第５図および第６図はフローチャー
ト、第７図１１の実施例を示す全体概略図、第８図はそ
の第２図相当因、第９図はこの実施例による場合の第４
図相当図、第１０図は噴射弁の別の例を示す概略断面図
、第１１図はその要部拡大断面図である。 ２０・・・点火プラグ、２１．２１’・・・燃料噴射弁
、２２・・・空気噴射弁、４０・・・制御クーニット（
１１ｉｌｊ御手段）、５１・・・アクセル開度センサ、
５２・・・クランク角センサ。 特許出願人　東洋工業株式会社 第　９　図 第１０図

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Ｒ１された燃料噴射
   弁と、該燃料噴射弁からの噴射燃料に空気を混入する空
   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
   程の所定の時期に上記燃料噴射弁および空気噴射弁を制
   御して、燃料と空気とを燃焼室に供給する制御手段とを
   設けたことを特徴とする層状給気エンジン。