JPH112133A - 筒内噴射エンジンの空気流動制御法および制御装置 - Google Patents
筒内噴射エンジンの空気流動制御法および制御装置Info
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- JPH112133A JPH112133A JP9154747A JP15474797A JPH112133A JP H112133 A JPH112133 A JP H112133A JP 9154747 A JP9154747 A JP 9154747A JP 15474797 A JP15474797 A JP 15474797A JP H112133 A JPH112133 A JP H112133A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
- F02F3/26—Pistons having combustion chamber in piston head
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/12—Other methods of operation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/48—Tumble motion in gas movement in cylinder
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】逆タンブル渦，スワール渦の形成を工夫するこ
とによって空燃比を広域なものにすると共に、燃焼室内
におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排出制御を行うことによっ
て、ＮＯｘの排出を制御する。 【解決手段】吸気弁開度初期のときに点火栓側で、吸気
を点火プラグの反対側に偏向流動させる手段を設けた。
とによって空燃比を広域なものにすると共に、燃焼室内
におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排出制御を行うことによっ
て、ＮＯｘの排出を制御する。 【解決手段】吸気弁開度初期のときに点火栓側で、吸気
を点火プラグの反対側に偏向流動させる手段を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射エンジ
ン、このエンジンの燃焼室に吸気渦を形成する方法並び
にそのための制御装置に関する。
ン、このエンジンの燃焼室に吸気渦を形成する方法並び
にそのための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のリーン運転を行うための吸気装置
としては、例えば特開昭62−48927 号公報に記載されて
いるように、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁
に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポ
ート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれ
を閉じることにより、燃焼室に流入する吸気流速を上
げ、更に、その際使われる側の通路（スワールポートま
たはヘリカルポート）を燃焼室の壁面に沿うように湾曲
させることにより、燃焼室内に渦流（スワール）を発生
させ、これにより混合気の燃焼速度を上げ、希薄混合気
でも安定した燃焼が得られるようにしたものが知られて
いる。
としては、例えば特開昭62−48927 号公報に記載されて
いるように、吸気２弁エンジンにおいて、各々の吸気弁
に通じる通路を２つに分け、一方の通路（ストレートポ
ート）に吸気制御弁を設けて、機関の低負荷時にはこれ
を閉じることにより、燃焼室に流入する吸気流速を上
げ、更に、その際使われる側の通路（スワールポートま
たはヘリカルポート）を燃焼室の壁面に沿うように湾曲
させることにより、燃焼室内に渦流（スワール）を発生
させ、これにより混合気の燃焼速度を上げ、希薄混合気
でも安定した燃焼が得られるようにしたものが知られて
いる。
【０００３】特開平6−81719号公報には、図７に二つの
吸気弁を設けてスワール渦を形成する方法が、そして図
８，図９にはタンブル渦，逆タンブル渦を形成する方法
が記載されている。
吸気弁を設けてスワール渦を形成する方法が、そして図
８，図９にはタンブル渦，逆タンブル渦を形成する方法
が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】逆タンブル渦，スワー
ル渦の形成を工夫することによって空燃比を広域なもの
にすると共に、燃焼室内におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排
出制御を行うことによって、ＮＯｘの排出を制御するこ
とのできる筒内噴射エンジン，吸気渦形成法および制御
装置を提供することを目的とする。
ル渦の形成を工夫することによって空燃比を広域なもの
にすると共に、燃焼室内におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排
出制御を行うことによって、ＮＯｘの排出を制御するこ
とのできる筒内噴射エンジン，吸気渦形成法および制御
装置を提供することを目的とする。
【０００５】更には、逆タンブル渦を簡単な構成によっ
て形成せしめる構造を提供することを目的とする。
て形成せしめる構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴の１つは、
逆タンブル渦を吸気弁の開度初期に形成することにあ
り、更には吸気ポート部とこれに係合する吸気弁を工夫
することによって簡単な構造によって形成し得るように
したことにある。具体的には、本発明は、シリンダヘッ
ドとピストンとの間に形成される燃焼室内に燃料を噴射
する燃料噴射弁と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部
とこれに係合する吸気弁と、および燃焼室内に形成され
た混合気に着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジン
において、前記吸気ポート部とこれに係合する吸気弁
は、該吸気弁開度初期のときに前記点火栓側で、吸気を
点火プラグの反対側に偏向流動させる偏向形成部を有す
ることを特徴とする筒内噴射エンジンを提供する。
逆タンブル渦を吸気弁の開度初期に形成することにあ
り、更には吸気ポート部とこれに係合する吸気弁を工夫
することによって簡単な構造によって形成し得るように
したことにある。具体的には、本発明は、シリンダヘッ
ドとピストンとの間に形成される燃焼室内に燃料を噴射
する燃料噴射弁と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部
とこれに係合する吸気弁と、および燃焼室内に形成され
た混合気に着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジン
において、前記吸気ポート部とこれに係合する吸気弁
は、該吸気弁開度初期のときに前記点火栓側で、吸気を
点火プラグの反対側に偏向流動させる偏向形成部を有す
ることを特徴とする筒内噴射エンジンを提供する。
【０００７】好ましくは、前記偏向形成部は、前記吸気
ポート部の弁座に設けられた流動抵抗部である。
ポート部の弁座に設けられた流動抵抗部である。
【０００８】好ましくは、前記流動抵抗部は、吸気ポー
トの吸気弁の側の壁面を点火プラグとは反対側の壁面よ
りも長くして、吸気弁のリフトが小さいときには点火プ
ラグと反対側から多くの空気が流入するような構造とさ
れる。
トの吸気弁の側の壁面を点火プラグとは反対側の壁面よ
りも長くして、吸気弁のリフトが小さいときには点火プ
ラグと反対側から多くの空気が流入するような構造とさ
れる。
【０００９】好ましくは、前記偏向形成部は、前記吸気
ポート部とこれに係合する吸気弁がロータリー弁である
ときに回動する弁体の空気流路部である。
ポート部とこれに係合する吸気弁がロータリー弁である
ときに回動する弁体の空気流路部である。
【００１０】好ましくは、前記ピストンにはその頂部に
深皿部と浅皿部とが形成している。本発明は、シリンダ
ヘッドとピストンとの間に形成される燃焼室内に燃料を
噴射する噴射弁と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部
とこれに係合する吸気弁と、および燃焼室内に形成され
た混合気に着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジン
の燃焼室内吸気渦形成法において、吸気弁開度の初期か
ら最大開度につれて燃焼室内に、圧縮行程噴射で逆タン
ブル渦によって点火栓周囲に混合気を誘導する第１段階
と、圧縮行程噴射で逆タンブル渦とスワール渦の共存す
る状態を形成する第２段階と、吸気行程噴射でスワール
渦を形成する第３段階と、ついで吸気行程噴射でスワー
ル渦あるいは逆タンブル渦の形成とは無関係に空燃比が
最小の形態を形成する第４段階とから基本的に構成する
ことを特徴とする筒内噴射エンジンの燃焼室内吸気渦形
成法を提供する。
深皿部と浅皿部とが形成している。本発明は、シリンダ
ヘッドとピストンとの間に形成される燃焼室内に燃料を
噴射する噴射弁と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部
とこれに係合する吸気弁と、および燃焼室内に形成され
た混合気に着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジン
の燃焼室内吸気渦形成法において、吸気弁開度の初期か
ら最大開度につれて燃焼室内に、圧縮行程噴射で逆タン
ブル渦によって点火栓周囲に混合気を誘導する第１段階
と、圧縮行程噴射で逆タンブル渦とスワール渦の共存す
る状態を形成する第２段階と、吸気行程噴射でスワール
渦を形成する第３段階と、ついで吸気行程噴射でスワー
ル渦あるいは逆タンブル渦の形成とは無関係に空燃比が
最小の形態を形成する第４段階とから基本的に構成する
ことを特徴とする筒内噴射エンジンの燃焼室内吸気渦形
成法を提供する。
【００１１】好ましくは、第２段階において空気と燃料
の混合を促進し、第３段階でＥＧＲ（燃焼済ガス）、空
気および燃料の混合を促進する。
の混合を促進し、第３段階でＥＧＲ（燃焼済ガス）、空
気および燃料の混合を促進する。
【００１２】好ましくは、２つの吸気弁のうちの一方の
吸気弁が開放されてスワール渦が形成される。
吸気弁が開放されてスワール渦が形成される。
【００１３】好ましくは、他方の吸気弁が開放されて逆
タンブル渦が形成されて両渦が混存する。
タンブル渦が形成されて両渦が混存する。
【００１４】本発明は、シリンダヘッドとピストンとの
間に形成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部とこれに係合す
る吸気弁と、および前記燃焼室内に形成された混合気に
着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジンに使用され
る制御装置において、吸気弁の開度初期時に燃焼室内に
逆タンブル渦を形成せしめる制御を行うことを特徴とす
る制御装置を提供する。好ましくは、前記制御に次い
で、逆タンブル渦およびスワール渦の混在する状態を形
成せしめる制御を行う。
間に形成される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
と、前記燃焼室に開口する吸気ポート部とこれに係合す
る吸気弁と、および前記燃焼室内に形成された混合気に
着火する点火栓とを備えた筒内噴射エンジンに使用され
る制御装置において、吸気弁の開度初期時に燃焼室内に
逆タンブル渦を形成せしめる制御を行うことを特徴とす
る制御装置を提供する。好ましくは、前記制御に次い
で、逆タンブル渦およびスワール渦の混在する状態を形
成せしめる制御を行う。
【００１５】吸気ポートの弁座に吸気の流動抵抗部を形
成することによって吸気弁開度の初期に極めて容易に逆
タンブル渦を作ることができ、逆タンブル渦で点火栓周
囲に混合気を誘導することができ、かつ空燃比を４０な
いし５０という広域なものとすることができる。
成することによって吸気弁開度の初期に極めて容易に逆
タンブル渦を作ることができ、逆タンブル渦で点火栓周
囲に混合気を誘導することができ、かつ空燃比を４０な
いし５０という広域なものとすることができる。
【００１６】ロータリー弁は、通常の傘形の吸気弁に比
べて少ない力で動かすことができるという利点がある。
これは、弁を閉じるのにバネ力で強く抑える必要がない
ためである。
べて少ない力で動かすことができるという利点がある。
これは、弁を閉じるのにバネ力で強く抑える必要がない
ためである。
【００１７】スワール渦は逆タンブル渦に比べて燃焼期
間まで継続するので燃焼速度を大きくする効果があり、
スワール渦で内部ＥＧＲを混合促進更には燃料と空気と
の混合促進させるのに有利である。また、スワール渦で
空気と燃料との混合を促進することによってすすの排出
を抑えることができる。
間まで継続するので燃焼速度を大きくする効果があり、
スワール渦で内部ＥＧＲを混合促進更には燃料と空気と
の混合促進させるのに有利である。また、スワール渦で
空気と燃料との混合を促進することによってすすの排出
を抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる一実施例を
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１９】図１に本発明の構成を示す。空気は空気量
検出センサ７，絞り弁１０，吸気管１１，吸気弁１６を
介して、エンジン１３へ吸入される。空気量は絞り弁１
０の開度，吸気弁１６の開度を変化させることによって
制御できる。空気量は空気量検出センサ７によって計量
される。必要に応じて、吸気管内圧力センサ３１，筒内
圧力センサ４２によって、吸気管，気筒内の圧力をそれ
ぞれ検出する。吸気弁はたとえば電磁ソレノイド１８，
１９へ駆動回路３０より電圧を印加することによって可
動部２２が電磁力の作用によって動き、それにつながっ
た吸気弁１６が開閉動作する。吸気弁にはリフト調整機
構５０が付加され、リフト調整機構の位置によって吸気
弁のリフトを可変にすることができる。排気弁１７につ
いても同様な作用をする。燃料は筒内に直接燃料を噴射
できるインジェクタ１より供給される。インジェクタは
駆動回路３２によって駆動される。絞り弁はモータ９に
よって開閉動作し、その開度はスロットルセンサ８によ
り検出される。アクセル開度αはアクセル開度センサ
（図示せず）によって検出され、少なくともアクセル開
度センサ信号に基づき、吸排気弁が制御される。制御装
置１２は上記センサの信号に基づき、絞り弁，吸排気弁
などを制御する。
検出センサ７，絞り弁１０，吸気管１１，吸気弁１６を
介して、エンジン１３へ吸入される。空気量は絞り弁１
０の開度，吸気弁１６の開度を変化させることによって
制御できる。空気量は空気量検出センサ７によって計量
される。必要に応じて、吸気管内圧力センサ３１，筒内
圧力センサ４２によって、吸気管，気筒内の圧力をそれ
ぞれ検出する。吸気弁はたとえば電磁ソレノイド１８，
１９へ駆動回路３０より電圧を印加することによって可
動部２２が電磁力の作用によって動き、それにつながっ
た吸気弁１６が開閉動作する。吸気弁にはリフト調整機
構５０が付加され、リフト調整機構の位置によって吸気
弁のリフトを可変にすることができる。排気弁１７につ
いても同様な作用をする。燃料は筒内に直接燃料を噴射
できるインジェクタ１より供給される。インジェクタは
駆動回路３２によって駆動される。絞り弁はモータ９に
よって開閉動作し、その開度はスロットルセンサ８によ
り検出される。アクセル開度αはアクセル開度センサ
（図示せず）によって検出され、少なくともアクセル開
度センサ信号に基づき、吸排気弁が制御される。制御装
置１２は上記センサの信号に基づき、絞り弁，吸排気弁
などを制御する。
【００２０】この例では可変バルブとして、電磁式の構
成を記述しているが、バルブの開閉時期，リフトを可変
にする油圧式，機械式でも本発明の効果を得ることがで
きる。
成を記述しているが、バルブの開閉時期，リフトを可変
にする油圧式，機械式でも本発明の効果を得ることがで
きる。
【００２１】図２にエンジントルクとエンジン回転数に
対する目標空燃比，ＥＧＲの付加を示す。エンジントル
ク，エンジン回転数が小さい、いわゆる低負荷時には空
燃比４０以上の超リーンバーン運転を行い、燃費低減を
図る。負荷の増大と共に空燃比２０〜４０でＥＧＲを付
加した運転，空燃比ストイキ(１４.７）でＥＧＲを付加
した運転、さらに負荷が大きくなるとＥＧＲを付加しな
い運転状態にする。ＥＧＲを加えることによってＮＯｘ
を低減することができる。絞り弁全開ではエンジン出力
を大きくするため、ＥＧＲを止めて、空気を多く気筒内
に吸入し、より多くの燃料を燃焼させる。
対する目標空燃比，ＥＧＲの付加を示す。エンジントル
ク，エンジン回転数が小さい、いわゆる低負荷時には空
燃比４０以上の超リーンバーン運転を行い、燃費低減を
図る。負荷の増大と共に空燃比２０〜４０でＥＧＲを付
加した運転，空燃比ストイキ(１４.７）でＥＧＲを付加
した運転、さらに負荷が大きくなるとＥＧＲを付加しな
い運転状態にする。ＥＧＲを加えることによってＮＯｘ
を低減することができる。絞り弁全開ではエンジン出力
を大きくするため、ＥＧＲを止めて、空気を多く気筒内
に吸入し、より多くの燃料を燃焼させる。
【００２２】図３にエンジン内の空気流動パターンの制
御例を示す。エンジントルク，エンジン回転数が小さ
い、いわゆる低負荷時には空燃比４０以上の超リーンバ
ーン運転では、点火プラグ付近に混合気を集中させるこ
と（成層化）が必要である。エンジン内に逆タンブル流
を形成し、空気流によって、点火プラグ方向に燃料を搬
送する。負荷の増大したときの空燃比２０〜４０でＥＧ
Ｒを付加した運転では、点火プラグ周囲に混合気を集中
しすぎると、酸素不足となり、スモークを発生しやすく
なる。そこで、気筒内の流動をスワールとして、比較的
気筒内の混合気が集中しすぎないようにする。スワール
流はピストンが圧縮上死点に近づいたときでも、流動が
保存されやすいので、空気と燃料の混合の促進に有効で
ある。また、ＥＧＲを付加した場合、ＥＧＲと混合気の
混合を良くし、燃焼を安定化させる効果もある。混合気
の空燃比ストイキ(１４.７）でＥＧＲを付加した運転で
もスワール流とする。さらに負荷が大きくなるとＥＧＲ
を付加しない運転状態では出力を大きくするために、多
くの空気を導入することが必要で、吸気弁，吸気管など
に抵抗を設けることなく、吸気管の形状できまる流動と
する。出力を向上するには気筒内で空気と燃料の混合を
促進し、空気利用率を大きくすることが大切である。順
タンプルによって、ピストンキャビテイ内にある燃料も
かき出し、空気と燃料の混合を促進する。
御例を示す。エンジントルク，エンジン回転数が小さ
い、いわゆる低負荷時には空燃比４０以上の超リーンバ
ーン運転では、点火プラグ付近に混合気を集中させるこ
と（成層化）が必要である。エンジン内に逆タンブル流
を形成し、空気流によって、点火プラグ方向に燃料を搬
送する。負荷の増大したときの空燃比２０〜４０でＥＧ
Ｒを付加した運転では、点火プラグ周囲に混合気を集中
しすぎると、酸素不足となり、スモークを発生しやすく
なる。そこで、気筒内の流動をスワールとして、比較的
気筒内の混合気が集中しすぎないようにする。スワール
流はピストンが圧縮上死点に近づいたときでも、流動が
保存されやすいので、空気と燃料の混合の促進に有効で
ある。また、ＥＧＲを付加した場合、ＥＧＲと混合気の
混合を良くし、燃焼を安定化させる効果もある。混合気
の空燃比ストイキ(１４.７）でＥＧＲを付加した運転で
もスワール流とする。さらに負荷が大きくなるとＥＧＲ
を付加しない運転状態では出力を大きくするために、多
くの空気を導入することが必要で、吸気弁，吸気管など
に抵抗を設けることなく、吸気管の形状できまる流動と
する。出力を向上するには気筒内で空気と燃料の混合を
促進し、空気利用率を大きくすることが大切である。順
タンプルによって、ピストンキャビテイ内にある燃料も
かき出し、空気と燃料の混合を促進する。
【００２３】図４に空気流動の制御方法を示す。この例
では吸気弁が１気筒に２つ配置されている。図４−ａで
は付加が小さい例である。吸気弁１６のリフトが小さく
し、吸入空気量を制御する。吸気弁の配置される吸気ポ
ート部には流動抵抗部７１を有する。吸気弁のリフトが
小さいときには、点火プラグ２とは反対方向に吸気弁と
吸気ポートのすきまが開口される。そのため、点火プラ
グとは反対方向に空気流が偏向され、いわゆる逆タンブ
ル流を形成することができる。インジェクタより燃料を
噴射すると逆タンブル流によって点火プラグ方向に搬送
され、点火プラグ周囲に混合気を集めることができる。
吸気弁１６−ａ，１６−ｂは２つとも開くように制御す
る。
では吸気弁が１気筒に２つ配置されている。図４−ａで
は付加が小さい例である。吸気弁１６のリフトが小さく
し、吸入空気量を制御する。吸気弁の配置される吸気ポ
ート部には流動抵抗部７１を有する。吸気弁のリフトが
小さいときには、点火プラグ２とは反対方向に吸気弁と
吸気ポートのすきまが開口される。そのため、点火プラ
グとは反対方向に空気流が偏向され、いわゆる逆タンブ
ル流を形成することができる。インジェクタより燃料を
噴射すると逆タンブル流によって点火プラグ方向に搬送
され、点火プラグ周囲に混合気を集めることができる。
吸気弁１６−ａ，１６−ｂは２つとも開くように制御す
る。
【００２４】図４−ｂにさらに負荷を大きくした場合の
空気流動の制御方法を示す。吸気弁１６−ｂ片側のみ開
くことによって気筒内にスワール流を形成する。吸気弁
のリフトを大きくするので、流動抵抗部７４によって空
気が制限されなくなり、吸気弁の両方から空気が流入す
る。このため、逆タンブルからスワールに流れが変わ
る。もちろん、吸気弁のリフトを中間にすれば、逆タン
ブルとスワールが複合された流れとなる。
空気流動の制御方法を示す。吸気弁１６−ｂ片側のみ開
くことによって気筒内にスワール流を形成する。吸気弁
のリフトを大きくするので、流動抵抗部７４によって空
気が制限されなくなり、吸気弁の両方から空気が流入す
る。このため、逆タンブルからスワールに流れが変わ
る。もちろん、吸気弁のリフトを中間にすれば、逆タン
ブルとスワールが複合された流れとなる。
【００２５】図４−ｃにさらに負荷が大きくなった場合
の空気流動の制御方法を示す。負荷が大きくなるとより
多くの空気が必要となるので、１６−ｂに加えて、１６
−ａを開いていく。これによって、１６−ｂから流入す
るスワールに対向する流れが導入されるのでスワールが
弱められる。
の空気流動の制御方法を示す。負荷が大きくなるとより
多くの空気が必要となるので、１６−ｂに加えて、１６
−ａを開いていく。これによって、１６−ｂから流入す
るスワールに対向する流れが導入されるのでスワールが
弱められる。
【００２６】図４−ｄにさらに負荷が大きくなった場合
の空気流動の制御方法を示す。空気を多く導入するため
に、吸気ポート、吸気弁部に流動抵抗とならないよう
に、吸気弁のリフトを大きくする。また、２つの吸気弁
の両方を開く。これによって、気筒内の空気流動は吸気
ポート形状によって決まるようになる。エンジンの出力
を向上及びエンジン，吸気ポートレイアウトの容易さか
ら、順タンブルが形成される吸気ポート形状になってい
るものが広く自動車用エンジンに使われている。順タン
ブルによって、気筒内の空気と燃料の混合が促進され、
空気の利用率が向上する。また、負荷の大きくなる領域
では燃料を吸気行程噴射し、空気と燃料の混合時間を長
くする。
の空気流動の制御方法を示す。空気を多く導入するため
に、吸気ポート、吸気弁部に流動抵抗とならないよう
に、吸気弁のリフトを大きくする。また、２つの吸気弁
の両方を開く。これによって、気筒内の空気流動は吸気
ポート形状によって決まるようになる。エンジンの出力
を向上及びエンジン，吸気ポートレイアウトの容易さか
ら、順タンブルが形成される吸気ポート形状になってい
るものが広く自動車用エンジンに使われている。順タン
ブルによって、気筒内の空気と燃料の混合が促進され、
空気の利用率が向上する。また、負荷の大きくなる領域
では燃料を吸気行程噴射し、空気と燃料の混合時間を長
くする。
【００２７】図５−ａに吸気弁としてロータリー弁を用
いた場合の実施例を示す。ロータリー弁は回転動作をさ
せることによって開口面積を変化させ、吸気ポート通路
の抵抗を制御する。図４−ａの例では逆タンブルが形成
されるような開度とする。爆発行程ではロータリー弁が
吸気ポート通路をふさぐようにする。２つの吸気弁の両
方を開く。
いた場合の実施例を示す。ロータリー弁は回転動作をさ
せることによって開口面積を変化させ、吸気ポート通路
の抵抗を制御する。図４−ａの例では逆タンブルが形成
されるような開度とする。爆発行程ではロータリー弁が
吸気ポート通路をふさぐようにする。２つの吸気弁の両
方を開く。
【００２８】図５−ｂでは負荷が大きくなった場合で、
片側の吸気弁１６−ｂを開き、スワールを形成するよう
にする。このときのロータリー弁の位置は順タンブル又
はタンブルがあまりできないような開度としておく。
片側の吸気弁１６−ｂを開き、スワールを形成するよう
にする。このときのロータリー弁の位置は順タンブル又
はタンブルがあまりできないような開度としておく。
【００２９】図５−ｃでは吸気弁１６−ｃも開き始め、
負荷の増大に応じて、空気量を多くする。この場合、吸
気弁１６−ｃの開口と共に、気筒内のスワールは弱くな
っていく。
負荷の増大に応じて、空気量を多くする。この場合、吸
気弁１６−ｃの開口と共に、気筒内のスワールは弱くな
っていく。
【００３０】図５−ｄに負荷がさらに大きくなった場合
を示す。ロータリー弁の開口面積が最大になるように開
度を制御し、気筒内に順タンブルを形成する。ロータリ
ー弁はモータなどで位置制御する。ロータリー弁は電磁
弁式に比べて、バルブを駆動するための力が少なくてよ
いというメリットがある。
を示す。ロータリー弁の開口面積が最大になるように開
度を制御し、気筒内に順タンブルを形成する。ロータリ
ー弁はモータなどで位置制御する。ロータリー弁は電磁
弁式に比べて、バルブを駆動するための力が少なくてよ
いというメリットがある。
【００３１】図６にバルブの駆動パターンの例を示す。
（ａ）では排気弁を通常のリフトで動作させ、吸気弁を
可変バルブにより開閉動作させる。ストッパの位置を変
えることによって、バルブリフトを変化させることがで
きる。吸気バルブを急に動作させると吸入空気の充填効
率を向上させる効果もある。（ｂ）では排気弁も可変バ
ルブで変化させた例である。排気弁の位置を変えること
によって気筒内の残留ガス量を制御し、内部ＥＧＲ率に
よりＮＯｘの低減が図れる。（ｃ）では吸気バルブをｏ
ｎ−ｏｆｆ動作でなく、滑らかにバルブリフトを変化さ
せた例である。バルブリフトを滑らかに変化させること
によってバルブがバルブシートに着座するときのショッ
クが少なくなり、着座ノイズを低減する効果がある。
（ａ）では排気弁を通常のリフトで動作させ、吸気弁を
可変バルブにより開閉動作させる。ストッパの位置を変
えることによって、バルブリフトを変化させることがで
きる。吸気バルブを急に動作させると吸入空気の充填効
率を向上させる効果もある。（ｂ）では排気弁も可変バ
ルブで変化させた例である。排気弁の位置を変えること
によって気筒内の残留ガス量を制御し、内部ＥＧＲ率に
よりＮＯｘの低減が図れる。（ｃ）では吸気バルブをｏ
ｎ−ｏｆｆ動作でなく、滑らかにバルブリフトを変化さ
せた例である。バルブリフトを滑らかに変化させること
によってバルブがバルブシートに着座するときのショッ
クが少なくなり、着座ノイズを低減する効果がある。
【００３２】図７に油圧のよる可変バルブの駆動の例を
示す。油圧ポンプ７２により油圧を供給し、バルブ５５
を開閉制御し、油圧シリンダ５２により吸気弁１６を駆
動する。吸気弁を閉じるときにはバルブ５６を開き、油
圧を落とす。油圧を落とすスプリング５１によって吸気
弁が戻る。油圧を加え、抜くタイミングを制御すること
によって吸気バルブ開閉時期、リフトを制御できる。
示す。油圧ポンプ７２により油圧を供給し、バルブ５５
を開閉制御し、油圧シリンダ５２により吸気弁１６を駆
動する。吸気弁を閉じるときにはバルブ５６を開き、油
圧を落とす。油圧を落とすスプリング５１によって吸気
弁が戻る。油圧を加え、抜くタイミングを制御すること
によって吸気バルブ開閉時期、リフトを制御できる。
【００３３】図８に本発明の動作ブロック図。アクセル
開度センサ７４の信号，車速，変速段位置などより目標
エンジントルクを演算する。目標エンジントルク，エン
ジン回転数に応じて、気筒内の空気流動モード，空燃比
を選定する。また目標エンジントルク，空燃比に応じ
て、目標燃料量，目標空気量を求め、バルブリフト，開
閉時期を計算する。このバルブリフト，開閉時期を目標
として、可変バルブ機構７３を制御し、エンジン１３へ
の気筒別の空気量を制御する。バルブ位置はバルブ位置
センサ７６によって検出し、目標のバルブ位置，タイミ
ングで開閉制御されているのかフィードバック制御す
る。エンジンに吸入される空気量は空気量検出センサ７
によって各気筒毎の空気量を検出し、目標の空気量とな
っているか比較し、フィードバック制御する。さらにエ
ンジンの出力トルクをクランク角センサ又は筒内圧力セ
ンサで検出し、目標エンジントルクになっているのか比
較し、フィードバック制御する。筒内圧力センサを用い
た場合は吸気弁が閉じた後の筒内圧力から気筒内の空気
量を検出できるので、エアフロメータを排除することも
できる。気筒内空気流動モードによって、吸気バルブを
片側動作させたりして、空気流動モードを任意に変化さ
せることができる。
開度センサ７４の信号，車速，変速段位置などより目標
エンジントルクを演算する。目標エンジントルク，エン
ジン回転数に応じて、気筒内の空気流動モード，空燃比
を選定する。また目標エンジントルク，空燃比に応じ
て、目標燃料量，目標空気量を求め、バルブリフト，開
閉時期を計算する。このバルブリフト，開閉時期を目標
として、可変バルブ機構７３を制御し、エンジン１３へ
の気筒別の空気量を制御する。バルブ位置はバルブ位置
センサ７６によって検出し、目標のバルブ位置，タイミ
ングで開閉制御されているのかフィードバック制御す
る。エンジンに吸入される空気量は空気量検出センサ７
によって各気筒毎の空気量を検出し、目標の空気量とな
っているか比較し、フィードバック制御する。さらにエ
ンジンの出力トルクをクランク角センサ又は筒内圧力セ
ンサで検出し、目標エンジントルクになっているのか比
較し、フィードバック制御する。筒内圧力センサを用い
た場合は吸気弁が閉じた後の筒内圧力から気筒内の空気
量を検出できるので、エアフロメータを排除することも
できる。気筒内空気流動モードによって、吸気バルブを
片側動作させたりして、空気流動モードを任意に変化さ
せることができる。
【００３４】図９にフローチャートの一例を示す。アク
セル開度，車速，変速段位置より目標エンジントルクを
計算する。さらにエンジン回転数を読み込み，目標エン
ジントルク，エンジン回転数から空気流動モード，目標
空燃比のマップ，目，目標空気量を求め、バルブリフ
ト，開閉時期を計算する。このバルブリフト，開閉時期
を目標として、可変バルブ機構７３を制御し、エンジン
１３への気筒別の空気量を制御する。バルブ位置はバル
ブ位置センサ７６によって検出し、目標のバルブ位置，
タイミングで開閉制御されているのかフィードバック制
御する。エンジンに吸入される空気量は空気量検出セン
サ７によって各気筒毎の空気量を検出し、目標の空気量
となっているか比較し、フィードバック制御する。この
空気量より目標空燃比となる燃料量を計算し、燃料噴射
パルス幅，燃料噴射時期を計算する。さらに目標ＥＧＲ
量を内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量を計算する。逆流検出
空気量検出センサ又は筒内圧力センサ信号により内部Ｅ
ＧＲ量を検出し、目標ＥＧＲ量と比較し、目標値とずれ
ていれば吸気バルブ開閉時期を制御する。さらに内部Ｅ
ＧＲで足らない分について、外部ＥＧＲバルブにより制
御する。さらにエンジンの出力トルクをクランク角セン
サ又は筒内圧力センサで検出し、目標エンジントルクに
なっているのか比較し、フィードバック制御する。筒内
圧力センサを用いた場合は吸気弁が閉じた後の筒内圧力
から気筒内の空気量を検出できるので、空気量検出セン
サを排除することもできる。
セル開度，車速，変速段位置より目標エンジントルクを
計算する。さらにエンジン回転数を読み込み，目標エン
ジントルク，エンジン回転数から空気流動モード，目標
空燃比のマップ，目，目標空気量を求め、バルブリフ
ト，開閉時期を計算する。このバルブリフト，開閉時期
を目標として、可変バルブ機構７３を制御し、エンジン
１３への気筒別の空気量を制御する。バルブ位置はバル
ブ位置センサ７６によって検出し、目標のバルブ位置，
タイミングで開閉制御されているのかフィードバック制
御する。エンジンに吸入される空気量は空気量検出セン
サ７によって各気筒毎の空気量を検出し、目標の空気量
となっているか比較し、フィードバック制御する。この
空気量より目標空燃比となる燃料量を計算し、燃料噴射
パルス幅，燃料噴射時期を計算する。さらに目標ＥＧＲ
量を内部ＥＧＲ量，外部ＥＧＲ量を計算する。逆流検出
空気量検出センサ又は筒内圧力センサ信号により内部Ｅ
ＧＲ量を検出し、目標ＥＧＲ量と比較し、目標値とずれ
ていれば吸気バルブ開閉時期を制御する。さらに内部Ｅ
ＧＲで足らない分について、外部ＥＧＲバルブにより制
御する。さらにエンジンの出力トルクをクランク角セン
サ又は筒内圧力センサで検出し、目標エンジントルクに
なっているのか比較し、フィードバック制御する。筒内
圧力センサを用いた場合は吸気弁が閉じた後の筒内圧力
から気筒内の空気量を検出できるので、空気量検出セン
サを排除することもできる。
【００３５】図１０に燃料噴射時期と点火時期を変化さ
せたときの燃焼安定領域の関係を示す。本発明によって
気筒内の空気流動を直接制御できるので、吸気ポートで
空気流動を制御している従来方式に比べて、燃焼安定領
域を広くできる効果がある。図１１に逆タンブル空気流
のときの空気流パターンと燃料噴射時の混合気の挙動を
示す。インジェクタ１より噴射された噴霧３００がピス
トンキャビテイ３に衝突，気化されたのち、逆タンブル
流３−ａによって点火プラグ方向に搬送され、リーン運
転時の燃焼安定を向上することができる。
せたときの燃焼安定領域の関係を示す。本発明によって
気筒内の空気流動を直接制御できるので、吸気ポートで
空気流動を制御している従来方式に比べて、燃焼安定領
域を広くできる効果がある。図１１に逆タンブル空気流
のときの空気流パターンと燃料噴射時の混合気の挙動を
示す。インジェクタ１より噴射された噴霧３００がピス
トンキャビテイ３に衝突，気化されたのち、逆タンブル
流３−ａによって点火プラグ方向に搬送され、リーン運
転時の燃焼安定を向上することができる。
【００３６】図１２に過給機を取付けた場合の実施例を
示す。過給としてはスーパーチャージャ又はターボチャ
ージャを用いる。図１３に示すように過給を加えること
によって、エンジンに吸入する空気量を多くできるの
で、より高いエンジントルクまでリーン運転（成層，弱
成層）することができる。実線を過給した場合、破線は
過給しない場合の例を示す。過給を加えない場合はエン
ジンのトルクを大きくするために燃料量，空気量を多く
するが、空燃比が大きい条件では空気量が不足し、それ
よりも燃料量が多くなるとリーン運転を維持できない。
過給を加えることによって空気量を補うことができるの
で、リーン運転域を広げることができる。
示す。過給としてはスーパーチャージャ又はターボチャ
ージャを用いる。図１３に示すように過給を加えること
によって、エンジンに吸入する空気量を多くできるの
で、より高いエンジントルクまでリーン運転（成層，弱
成層）することができる。実線を過給した場合、破線は
過給しない場合の例を示す。過給を加えない場合はエン
ジンのトルクを大きくするために燃料量，空気量を多く
するが、空燃比が大きい条件では空気量が不足し、それ
よりも燃料量が多くなるとリーン運転を維持できない。
過給を加えることによって空気量を補うことができるの
で、リーン運転域を広げることができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、逆タンブル渦，スワー
ル渦の形成を工夫することによって空燃比を広域なもの
にすると共に、燃焼室内におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排
出制御を行うことによって、ＮＯｘの排出を制御するこ
とができる。
ル渦の形成を工夫することによって空燃比を広域なもの
にすると共に、燃焼室内におけるＥＧＲ（燃焼ガス）排
出制御を行うことによって、ＮＯｘの排出を制御するこ
とができる。
【００３８】また、逆タンブル渦を簡単な構成によって
形成せしめることができる。
形成せしめることができる。
【図１】（ａ)，(ｂ)，(ｃ）は本発明のシステム図。
【図２】エンジンの空燃比,ＥＧＲマップを示す図。
【図３】空気流動制御モードを示す図面。
【図４】（ａ)，(ｂ)，(ｃ)，(ｄ）は本発明の空気流動
制御の動作説明図。
制御の動作説明図。
【図５】（ａ)，(ｂ)，(ｃ)，(ｄ）は本発明の他の実施
例の動作説明図。
例の動作説明図。
【図６】（ａ)，(ｂ)，(ｃ）は可変バルブの動作説明
図。
図。
【図７】油圧式可変バルブの構成を示す図。
【図８】本発明のシステムブロック図。
【図９】本発明の制御フローチャート。
【図１０】本発明を用いた場合の燃焼安定化効果を説明
するための図。
するための図。
【図１１】（ａ)，(ｂ）は逆タンブル空気流動時の空気
及び噴霧流動状況を説明するための図。
及び噴霧流動状況を説明するための図。
【図１２】本発明に過給機を付加した場合の実施例を示
すシステム図。
すシステム図。
【図１３】過給によるリーン運転領域の拡大効果を説明
するための図。
するための図。
１…インジェクタ、２…点火プラグ、６…ピストン、７
…空気量検出センサ、９…モータ、１０…絞り弁、１２
…制御装置、１６…吸気弁、１７…排気弁、３０…可変
バルブ駆動回路、３１…吸気管内圧力センサ、３３…回
転角センサ、４２…筒内圧力センサ。
…空気量検出センサ、９…モータ、１０…絞り弁、１２
…制御装置、１６…吸気弁、１７…排気弁、３０…可変
バルブ駆動回路、３１…吸気管内圧力センサ、３３…回
転角センサ、４２…筒内圧力センサ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｂ 23/10 Ｄ 31/02 31/02 Ｌ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｚ (72)発明者 中山 容子 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 徳安 昇 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (11)
- 【請求項１】シリンダヘッドとピストンとの間に形成さ
れる燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼
室に開口する吸気ポート部とこれに係合する吸気弁と、
および燃焼室内に形成された混合気に着火する点火プラ
グとを備えた筒内噴射エンジンにおいて、 前記吸気ポート部とこれに係合する吸気弁は、該吸気弁
開度初期のときに前記点火プラグ側で、吸気を点火プラ
グの反対側に偏向流動させる偏向形成部を有することを
特徴とする筒内噴射エンジン。 - 【請求項２】請求項１において、 前記偏向形成部は、前記吸気ポート部の弁座に設けられ
た流動抵抗部であることを特徴とする筒内噴射エンジ
ン。 - 【請求項３】請求項２において、 前記流動抵抗部は、吸気ポートの吸気弁の側の壁面を点
火プラグとは反対側の壁面よりも長くして、吸気弁のリ
フトが小さいときには点火プラグと反対側から多くの空
気が流入するような構造とされたことを特徴とする筒内
噴射エンジン。 - 【請求項４】請求項１において、 前記偏向形成部は、前記吸気ポート部とこれに係合する
吸気弁がロータリー弁であるときに回動する弁体の空気
流路部であることを特徴とする筒内噴射エンジン。 - 【請求項５】請求項１において、 前記ピストンにはその頂部に深皿部と浅皿部とが形成し
ていることを特徴とする筒内噴射エンジン。 - 【請求項６】シリンダヘッドとピストンとの間に形成さ
れる燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、前記燃焼室に
開口する吸気ポート部とこれに係合する吸気弁と、およ
び燃焼室内に形成された混合気に着火する点火プラグと
を備えた筒内噴射エンジンの燃焼室内吸気渦形成法にお
いて、 吸気弁開度の初期から最大開度につれて燃焼室内に、圧
縮行程噴射で逆タンブル渦によって点火プラグ周囲に混
合気を誘導する第１段階と、圧縮行程噴射で逆タンブル
渦とスワール渦の共存する状態を形成する第２段階と、 吸気行程噴射でスワール渦を形成する第３段階と、つい
で吸気行程噴射でスワール渦あるいは逆タンブル渦の形
成とは無関係に吸気ポート形状で決まる空燃比が最小の
形態を形成する第４段階とから基本的に構成することを
特徴とする筒内噴射エンジンの燃焼室内吸気渦形成法。 - 【請求項７】請求項６において、 第２段階において空気と燃料の混合を促進し、第３段階
でＥＧＲ(燃焼済ガス)，空気および燃料の混合を促進す
ることを特徴とする筒内噴射エンジンの燃焼室内吸気渦
形成法。 - 【請求項８】請求項６において、 ２つの吸気弁のうちの一方の吸気弁が開放されてスワー
ル渦が形成されることを特徴とする筒内噴射エンジンの
燃焼室内吸気渦形成法。 - 【請求項９】請求項８において、 他方の吸気弁が開放されて逆タンブル渦が形成されて両
渦が混存することを特徴とする筒内噴射エンジンの燃焼
室内吸気渦形成法。 - 【請求項１０】シリンダヘッドとピストンとの間に形成
される燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃
焼室に開口する吸気ポート部とこれに係合する吸気弁
と、および前記燃焼室内に形成された混合気に着火する
点火プラグとを備えた筒内噴射エンジンに使用される制
御装置において、 吸気弁の開度初期時に燃焼室内に逆タンブル渦を形成せ
しめる制御を行うことを特徴とする制御装置。 - 【請求項１１】請求項１０において、 前記制御に次いで、逆タンブル渦およびスワール渦の混
在する状態を形成せしめる制御を行うことを特徴とする
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15474797A JP3624631B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 筒内噴射エンジンの燃焼制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15474797A JP3624631B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 筒内噴射エンジンの燃焼制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH112133A true JPH112133A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3624631B2 JP3624631B2 (ja) | 2005-03-02 |
Family
ID=15591035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15474797A Expired - Fee Related JP3624631B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 筒内噴射エンジンの燃焼制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3624631B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH11182251A (ja) * | 1997-12-22 | 1999-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 筒内噴射式内燃機関のピストン |
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-
1997
- 1997-06-12 JP JP15474797A patent/JP3624631B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3624631B2 (ja) | 2005-03-02 |
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