JP3302736B2 - エンジンの燃料制御装置 - Google Patents

エンジンの燃料制御装置

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JP3302736B2 JP26224592A JP26224592A JP3302736B2 JP 3302736 B2 JP3302736 B2 JP 3302736B2 JP 26224592 A JP26224592 A JP 26224592A JP 26224592 A JP26224592 A JP 26224592A JP 3302736 B2 JP3302736 B2 JP 3302736B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B53/10Fuel supply; Introducing fuel to combustion space
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃料制御装
置、特に気筒内に直接燃料の噴射を行う高圧燃料噴射弁
を備えるロータリエンジンの燃料制御装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】初期のロータリエンジンは吸気ポートか
ら混合気を吸入する予混燃焼方式であった。しかし、昨
今の燃料消費の低減、排気ガスの浄化及び回転性の改善
等の要求を満足させるために、作動室内に空燃費の異な
る混合気を適正に分布させて着火と燃焼伝搬を制御する
成層化が試みられている。
【0003】その1つとして、予混燃焼方式に加え、筒
内にダイレクトに噴射燃焼させるDISC(Direct Inje
ction Stratified Charge;直噴層状吸気)のための高
圧燃料ポンプと高圧噴射弁を有し、高出力が必要な領域
は予混燃焼+DISC方式を用い、低回転軽負荷領域は
DISCのみを用いるシステムが知られている。例え
ば、特開平1−18732号には、DISCと予混を併
用するロータリエンジンが開示されている。
【0004】また、筒内高圧噴射による成層化燃焼とし
ては、一般的にディーゼルエンジンのようにスロットル
条件なし(ブースト0mmHg)による方式が知られてい
るが、RE−DISCは予混兼用システムにすることか
らDISCのみの領域はすべてスロットル条件下にな
る。そのためには、ディーゼルエンジンの成層化を強成
層化とするならば、スロットル−DISCにおいては、
気化状態が多い弱成層化状態を作って空気利用率を上げ
なければいけない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4に
示すように、高圧噴射ノズルを圧縮トップ後40o 〜2
40o にアペックスシールが通るトロコイド上に設けて
点火プラグと高圧噴射ノズル間が近くなると、(噴射方
向を最適にしても)ブーストが大気に近い(−100mm
Hg位以下)状態においてはある領域で着火安定燃焼す
るが、ブーストが−200,−300,−400mmHg
と大きくなるにつれて燃費が大幅に悪化、最後には運転
できなくなる。スロットル条件下で大幅な燃費・運転性
悪化を来たす原因は、吸入空気量が少ない状態のところ
に噴射の飛ぶ距離が短く気化時間が短いので、成層化が
強くなっているためであって、スロットル−DISCに
おいては問題があることになる。
【0006】一方、前記特開平1−187321号の図
2に図示されたように、高圧噴射ノズルを圧縮トップ前
30o よりも吸気側にアペックスシールが通るトロコイ
ド上に設けると、前者の現象とは逆に成層化ができずに
予混燃焼状態に近い状態になる。これは、噴射の距離・
時間が長いため気化しやすい、さらには気流により燃料
が空気を混合するので成層化しないためであり、DIS
Cとしての効果がなくなる。
【0007】更に、燃料噴射タイミングにおいて、冷間
始動時は気化状態が悪いため早期噴射による気化時間を
かせぎたいが、圧縮トップ側に噴射弁がある場合あるい
はその方向によっては始動が困難となる。
【0008】本発明は、前記従来の欠点を除去し、十分
な気化と成層化という相反する要求を同時に解決する改
善されたエンジン構造及び燃料噴射タイミングを有する
エンジンの燃料制御装置を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のエンジンの燃料制御装置は、気筒内に直接
燃料噴射を行う高圧燃料噴射弁を備えたロータリエンジ
ンにおいて、前記高圧燃料噴射弁を圧縮トップのほぼ3
0°前から圧縮トップのほぼ40°後に、圧縮トップ後
に点火プラグ位置に向かうアペックスシールが通過する
トロコイド上に設けるとともに、前記高圧燃料噴射弁か
らの燃料噴射方向が前記トロコイド長軸とほぼ平行方向
になるように設定し、前記高圧燃料噴射弁の燃料噴射孔
をクランク軸方向を長軸とする長円形状とし、冷間始動
時における燃料噴射のタイミングを、燃料噴霧がロータ
リセス内に納まる最も速い時期とすことを特徴とす
【0010】
【実施例】
<本実施例のロータリーエンジンの構成例>図1は本実
施例のDISCと予混燃焼とを併用するロータリーエン
ジンの概略構成図である。10はロータリーエンジン本
体であり、トロコイド内壁11を有し、3個所のアペッ
クスシール11a〜11cでトロコイド内壁11に圧接
するロータ18が回転する。ロータ18の中心部には出
力軸19があり、ロータ18の1回転につき出力軸19
は3回転し、これにより出力軸19の1回転に1回の点
火燃焼が行われる。12は高圧燃料噴射ノズルであっ
て、図に示すように、本実施例では点火プラグ13及び
14の近い位置に配置される。この位置についての詳細
は図3及び図4に基づいて以下に示す。
【0011】15はスロットル16を有する吸気系であ
り、予混用のノズル17が設置されている。20は本実
施例のエンジンの燃料制御を行うマイクロコンピユータ
(ECU)であり、基本的要素としてCPUとROMと
RAMとを有している。尚、図1には本実施例と直接関
連の薄い要素及び信号は省かれている。高圧燃料噴射ノ
ズル12はECU20の制御によってアングルセンサ2
1よりの所定タイミングで燃料を噴射する。
【0012】図2は、本実施例のエンジンでのDISC
と予混との制御を説明する図である。尚、DISC領域
と予混併用領域とは図2のように明瞭に画分されている
訳ではなく、境界領域のかなり広い範囲でDISCと予
混とが併用される。図3は、本実施例の好ましいノズル
位置の2つの例を図示したものである。図3の(a)
は、トップ前の位置(ほぼ出力軸で30°前=ロータで
10°)を示し、図3の(b)はトップ後の位置(ほぼ
出力軸で30°後)を示している。この位置は、図4で
前述したように、プラグとノズルとの距離が接近して、
燃費率が悪く且つブーストによる変動が大きくならない
ようにも考慮された位置である。又、更に、ノズルはト
ロコイド長軸とほぼ平方の方向に向かって燃料を噴射す
るように設置されている。これは、成層化を実現すると
共に燃料の気化をも十分行う配置となっている。前記ノ
ズル位置はトップ前ほぼ30°からトップ後ほぼ40°
の範囲が好ましい。
【0013】図5及び図6は前記位置のノズルよりの噴
射タイミングを説明する図であり、図5は噴霧の到達距
離と時間との関係を示すリグテスト結果の図、図6は好
ましい燃料噴射が行なわれた状態の一例を示す図である
図6に示すように、噴射タイミングはちょうど噴霧の先
端がロータリセスのトレーリングエッジに到達するのが
好ましく、一概に出力軸の角度で決められないが、図6
のようにノズルがほぼトップ位置にあり、図4の条件か
らプラグとノズルとを100mm程離したとすると、冷
間始動時にはほぼトップ90°前が好適なタイミングで
ある。尚、燃料の噴霧状態は冷間始動時や運転時等で異
なり、それにより最適なタイミングを考慮するのがなお
好ましい。
【0014】図8は、本実施例のノズル位置を考慮して
設計されたノズルチップの先端形状と噴霧状態を示す
図、図7は本実施例の改善されたノズルチップの先端形
状と噴霧状態を示す図である。特に図3の(b)に示す
ような本実施例のノズル位置では、ノズル先端とトロコ
イド壁とが離れていないため、図8のようにノズルの径
を小さくして噴霧の広がりを防ぐ必要がある。しかしな
がら、ノズル径を小さくすると、図8のようにY方向の
広がりも小さくなって、噴霧がロータリセス内に広がら
ず気化のさまたげにもなる。
【0015】そこで、図7のように、ノズル先端の形状
をX方向(クランク軸方向)を長軸とする長円形状にす
ると、X方向の噴霧の広がりを押さえながら、Y方向へ
は充分な広がりを確保できる。このノズルチップの先端
形状が、図3に示す本発明のノズル位置と噴霧方向との
特長を更に効果のあるものにする。
【0016】 <本実施例のロータリーエンジンのポイント> ・ポイント1 高圧噴射弁を圧縮トップ前30o 〜同トップ後60o
アペックスシールが通るトロコイド上に設ける。噴射弁
の向きは、トロコイド長軸とほぼ平行(量産エンジンで
言うならば下向き)とする。トロコイド摺動面に設けた
噴射孔の穴系は、圧縮圧・燃焼ガスの吹き抜け(洩れ)
を最小限におさえられるφ2mm以下(性能に影響しな
い)が望ましい。以上のような構成にすることにより、
スロットル−DISCで問題であったハイブースト領域
の運転性の回線と大幅な燃費改善が得られる。
【0017】・ポイント2 ポイント1の構成により実機データで得た噴射タイミン
グは、圧縮トップ前60o がもっとも燃費が良い。この
ときの点火タイミングは、同トップ前30o である。実
機の噴射弁からLプラグまでの距離は100mmで、噴射
の飛ぶ時間はグラフに示しているように約3msとなっ
ている。このことから、量産のトロコイドを用いてポイ
ント1で説明した噴射弁の取り付け位置における噴射タ
イミングは、噴射弁とプラグの距離が約90〜120mm
であれば、そのときの噴射の飛ぶ時間が約2.5〜4.
5msであり、圧縮トップ前約50〜70o で噴射すれ
ば最適な混合気(成層化)ができ、燃費に効果がある。
【0018】・ポイント3 噴射弁の取り付けが点火プラグから100mm離れた位置
(ポイント1つ目で説明)で、冷間始動時における噴射
タイミングは、噴射がロータリセス内に納まる最も速い
タイミング、圧縮トップ前90o で噴射することで点火
までの気化時間を得られ、最適な成層化により始動性が
良好となる。
【0019】・ポイント4 従来の噴射弁の噴射孔は円であるため、噴射がほそ長い
円錐状になる。層状化を保ちつつ、さらに空気利用率を
高めるために噴射孔を長穴(長円形状)にして、噴射を
偏平にする。偏平になった噴射はリセス内に入る範囲で
ハウジング幅方向に拡げられ、短軸方向はトロコイド壁
面に当らないようにすることで、ポイント1〜3におけ
る設定において、更に始動性,燃費,HCの改善が得ら
れる。
【0020】
【発明の効果】本発明により、十分な気化と成層化とい
う相反する要求を同時に解決する改善されたエンジン構
造及び燃料噴射タイミングを有するエンジンの燃料制御
装置を提供できる。すなわち、全運転領域で成層化が可
能になる。又、気化と成層化の両立が図れる。又、トロ
コイド壁面に噴射をあてることなくリセス内に成層化で
き、始動性や燃費が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のDISCと予混とを併用するロータ
リーエンジンの概略の構成図である。
【図2】本実施例のエンジンでのDISCと予混との制
御を説明する図である。
【図3】本実施例のエンジンでのノズル位置の2つの例
を示す図である。
【図4】本実施例のエンジンでのプラグとノズル間の距
離の影響を説明する図である。
【図5】本実施例のエンジンにおける噴霧到達距離と遅
れ時間との関係を示す図である。
【図6】本実施例のエンジンでの1つの好ましい噴射タ
イミング(冷間始動時)を示す図である。
【図7】本実施例のエンジンでの改善されたノズルチッ
プの先端形状と噴霧状態を示す図である。
【図8】本実施例のエンジンでのノズル位置によるノズ
ルチップの先端形状と噴霧状態を示す図である。
【符号の説明】
10…ロータリーエンジン本体、11…トロコイド内
壁、11a〜11c…アペックスシール11a〜11
c、12…高圧燃料噴射ノズル、13,14…点火プラ
グ、15…吸気系、16…スロットル、17…予混用ノ
ズル、18…ロータ、19…出力軸、20…マイクロコ
ンピユータ(ECU)、21…アングルセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭51−33603(JP,U) 実開 昭49−19109(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 53/10 F02M 61/18

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気筒内に直接燃料噴射を行う高圧燃料噴
    射弁を備えたロータリエンジンにおいて、 前記高圧燃料噴射弁を圧縮トップのほぼ30°前から
    圧縮トップのほぼ40°後に、圧縮トップ後に点火プラ
    グ位置に向かうアペックスシールが通過するトロコイド
    上に設けるとともに、前記高圧燃料噴射弁からの燃料噴
    射方向が前記トロコイド長軸とほぼ平行方向になるよう
    に設定し、前記高圧燃料噴射弁の燃料噴射孔をクランク
    軸方向を長軸とする長円形状とし、 冷間始動時における燃料噴射のタイミングを、燃料噴霧
    がロータリセス内に納まる最も速い時期とす ることを特
    徴とするエンジンの燃料制御装置。
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