JPS60224932A - 可変吸気スワール型燃料噴射式内燃機関の吸気制御方法 - 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、自動車等の車輌に用いられる可変吸気スワー
ル型内燃機関の吸気制御方法に係り、特に燃料噴射ノズ
ルより吸気ボートへ向けてガソリンの如き液体の燃料を
噴射供給される内燃機関の吸気制御方法に係る。

発明の背景 可変吸気スワール型内燃機関の一つとして、燃焼室への
間口端の周りに旋回したヘリカル通路と前記間口端に直
線状に通ずるストレート通路とを備えた吸気ボートと、
前記ストレート通路の途中に設けられ該ストレート通路
を開閉覆るスワール制御弁と称されている吸気制御弁と
を有する内燃ｔｌｌ閏が、本願出願人と同一の出願人に
よる特願昭５６−５１１４９号〈特開昭５７−１６５６
２９号）及び特願昭５６−１２０６３４＠　（特開昭５
８−２３２２４号）に於て既に提案されており、この種
の内燃機関に於ては、吸気制御弁によりストレート通路
が閉じられている時には、吸気〈混合気）の全てがヘリ
カル通路を経て燃焼室内に流入することにより燃焼室内
に強力な吸気スワールが生じ、これによって燃焼室内に
於ける見）１＋Ｇプ上の火炎伝播速度が速まり、燃焼速
１良が速り４１って希薄混合気による運転が可能にもつ
、これに対し吸気制御弁が開か位置にあってヘリカル通
路が聞かれている時には、吸気がヘリカル通路に加えて
ストレート通路を流れて燃焼室内に流入することにより
燃焼室内に強力な吸気スツールが生じなくなるが、吸気
ボートの吸気Ｕ！に対づる流れ抵抗が低下し、内燃機関
の充填効率が低下することが回避される。

従って、上；ホの如きうり式の可変吸気スツールへ１１
内燃機関に於ては、希薄燃焼による良好な燃料好演性と
高い充Ｉｔ効率とが両立するように、低負荷運転時には
前記吸気制御弁が閉弁し、高負荷運転時には前記吸気ち
り御弁が開弁寸べく前記吸気１ｌＩＩｊＯＩＩ弁の開閉
を制御することが行われている。

従来の吸気制御弁の開閉制御に於ては、吸気１ｊ御弁は
内燃機関のスタータによる始動時に１よ開弁じているも
のの始動完了後はその直後に於ても機関負荷が低くけれ
ば閉弁し、このことは、気化器方式或いは単点噴射方式
の内燃機関の如く、吸気ボートに既に霧状になっている
液体燃わ１と空気との混合気とを供給される内燃機関に
於ては燃焼室に対する混合気供給について問題を生じ４
Ｔいが、燃料噴射ノズルより吸気ボートへ向けてガソリ
ンの如き液体燃料を噴射供給される内燃懺関に於ては、
前記燃料噴射ノズルより前記吸気ボートへ向【ブで１１
１１された燃料の一部が閉弁している吸気制御弁に直接
噴きかかり、吸気制御弁が燃料の燃焼室への流れを遮る
ことになるために燃焼室への燃料（混合気）供給の応答
性を悪化する原因になる。

特に低負荷運転時に放ては空燃比が２０以上の希ｗＩ混
合気を用いて運転され、始動完了直後より所定時間が経
過するまではこの時の機関回転数の安定化のために冷却
水温度に応じた比率にて燃料増ｍ１即ち始動接増Ｍが行
われる場合には、この時に吸気制御弁が閉弁していると
、折角始動後増量が行われても燃料の一部が燃焼室内に
速やかに流入しないことにより、この始動後増匿補正が
＃Ｒ閏四回転数安定化のために有効に作用せず、始動完
了直後に機関回転数が一時的に１１（＋りることがあり
、特に冷却水濡Ｉ哀がｏ’ｃ以上である冷温時に（まｔ
ｌＣ＋　ａ完了直後に内燃機関か停止１−りる虞れがあ
る。

発明の目的 本発明は、始動後増ｍ補正により濃化された燃料と空気
どの混合気が速やかに燃焼室内に流入して始動俊増ｍ補
正が機関回転数の安定化に有効に作用すべく吸気制御弁
の開閉を１．ＩＩ　ｔｌｌする吸気制御方法を提供でる
ことを目的としている。

発明の構成 かかる目的は、本発明によれば、燃焼室への間【］端の
周りに旋回したヘリカル通路と前記間口端に直線上に通
ずるストレート通路どを備えた吸気ボートと、前記スト
レート通路の途中に設けられ該ストレート通路を開閉づ
る吸気もり御弁とを有し、燃料噴射ノズルより前記吸気
ボートへ向けて燃料を吸入空気量に応じた噴射ｍに（噴
射供給され、始動完了直後より所定時間が紅過づるまで
は前記燃料噴射ノズルより噴射覆る燃料の噴射ｍを冷Ｎ
１水温度に応じた比率にて増量補正される可変吸気スワ
ール型内燃ｍ関の吸気ｗ１ｍ方法に於て、前記燃料１１
Ｊｆｆｉの増量補正比率が所定俯以」ニである時には内
燃機関の運転状態に拘らず前記吸気制御弁を開弁じ、前
記燃料噴ＩＦｌｆＩ＃の増量補正比率が所定値以上でな
い時には内燃機関の運転状態に応じて前記吸気制御弁を
開閉する如き吸気制御方法によって達成される。

発明の効果 上述の如き構成によれば、所定（１以−ヒの増量補正比
率によって始動後増量補正が行われている時にはその時
の機関負荷に拘らず吸気制御弁が開弁じていることによ
り吸気制御弁が燃料噴射ノズルより噴射されて燃焼室へ
向かう燃料の流れを遮ることがなく、燃料噴射ノズルよ
り噴射された燃料の全てが燃焼室に速やかに流入し、こ
れにより始動直後に機関回転数の安定化のために必要な
比較的濃い混合気が応答性よく燃焼室内に供給されるよ
うになり、始動直後のＳＩ閤何回転数安定化する。

始動後増量補正の増量補正比率が前記所定値以上でない
時には吸気制御弁は、内燃機関の運転状態、例えばスロ
ットル１７１１度、吸気む（１圧、機関回転数の少なく
とも何れか一つ或いはそれらの帽合せによって決定され
る条件に従って従来と同様に開閉制御されれば良く、こ
れにより希薄燃焼による良好な燃料経済性と高い充填効
率とが両立するようになる。

始動模増ｍ補正中に吸気制御弁が閉弁していることによ
り生じる燃料供給の遅れから始動め後の運転性が悪化す
るのは、大きい始動後増Φを必要とする冷却水温度が０
℃以下の非常に低い時であり、冷却水温度がさほど低く
ない時には始動後増量補正中であっても吸気スワールに
よる燃焼改善を得るべく吸気制御弁が開弁じているほう
が始動直後の運転性が安定する。

このことに鑑みて本発明は、更に詳細な特徴として、燃
焼室への開口端の周りに旋回したヘリカル通路と前記開
口端に直線状に通ずるストレート通路とを備えた吸気ボ
ートと、前記ストレート通路の途中に設けられ該ストレ
ート通路を開閉する吸気制御弁とを有し、燃料噴射ノズ
ルより前記吸気ボートへ向Ｇ１で燃料を吸入空気量に応
じた噴射部にて噴射供給され、始動完了直後より所定時
間が経過するまでは前記燃料噴射ノズルより噴射する燃
料の１ｉ射ｍを冷却水温度に応じた比率にて増量補正さ
れる可変吸気スワール型内燃機関の吸気制御方法に於て
、冷却水温度が所定値以下で且前記燃料噴射ｍの増量補
正比率が所定値以上である時には内燃機関の運転状態に
拘らず前記吸気１１Ｊｌｌｌ弁を開弁し、冷却水温度が
前記所定値以下でない時或いは前記燃料噴射■の増ｍ補
正比率が所定（１以上でない時には内燃機関の運転状態
に応じて前記吸気制御弁を開閉する如き吸気制御方法を
提供している。

実施例の説明 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。

第１図は本発明による吸気制御方法が実施される可変吸
気スワール型内燃機関の一つの実施例を示している。図
に於て、１は機関本体を示してＪ３す、ｉ＊ｍ本体は、
シリンダブロック２とシリンダヘッド３とシリンダブロ
ック２のシリンダボア４内に設けられたピストン５とを
有し、吸気弁６によって開閉される吸気ボート７より燃
わ１と空気との混合気を燃焼室８内に吸入し、燃焼室８
内にて点火プラグ９の火花放電により点火された混合気
の既燃焼ガスを図示されていない排気弁により開閉され
る排気ポートより燃焼室外へ排出するようになっている
。

＠気ボート７は、第２図に良く示されている如く、吸気
ボート７の大月壁部より膨出形成されたガイドベーン１
０により燃焼室８への開口端７ａの周りに旋回したヘリ
カル通路と開口端７ａに直線状に通ずるストレート通路
１２とを有してている。ストレート通路１２の途中には
該ストレート通路を開閉する吸気制御弁１３が設番プら
れている。

吸気制御弁１３は、バタフライ弁として構成され、第１
図に良く示されている如く、その弁軸１４に取付けられ
た駆動レバー１５によってダイヤフラム装置１６の駆動
ロッド１７に駆＃Ｊ連結さ゛れ、該ダイヤフラム装置に
開閉駆動されるようになっている。

ダイヤフラム装置１６は、所定値以上の負圧を導入され
ている時にはストレート通路１２の連通をｍ１ｌｌｉ−
する図示されている如き閉弁位置に吸気制御弁１３を駆
動し、これに対し所定値以上の負圧を導入されていない
時にはストレート通路１２の連通を確立する開弁位置に
吸気制御弁１３を駆動づるようになっている。

ダイヤフラム装置１６は導管１８によって電磁制御弁１
９のポートａに接続されている。電磁制御弁１９は、ボ
ートａ以外に負圧ボートｂと大気圧ボートＣとを有して
おり、電！！コイルに通電が行われている時にはボート
ａを負圧ボートｂに接続し、これに対し電磁コイルに通
電が行われていない時にはポートａを大気圧ボートＣに
接続するようになっている。大気圧ボートＣは人気中に
開放されていて大気圧を及ぼされるようになっており、
これに対し負圧ボートｂは、導管２０、逆止弁２１及び
導管２２をてｌＪｌ関吸気系のサージタンク２４に設け
られた吸気管取出しボート２５に接続され、吸気管負圧
を及ぼされるように４にっている。

吸気ポート７には吸気マニホールド２３とり一ジタンク
２４とが順に連通接続されており、サージタンク２４の
空気入口部分には吸入空気流制御用のスロットルバルブ
２６が設４Ｊられている。

吸気マニホールド２３には燃料噴射ノズル２７が取付け
られており、該燃料噴射ノズル（よ、図示されていない
燃料供給装置よりガソリンの如き液体燃料を供給され、
開弁時間に応じた流ｍの液体燃料を吸気ポート７の入口
部分ｌ＼向番）Ｃｑ４射供給づるようになっている。燃
料噴射ノズル２７は、第２図に示されている如く、吸気
ボー１−７の入に１部の中心軸線に対してヘリカル通路
１１の側に偏倚して設置ノられ、燃料噴射ノズル２７よ
り噴射される燃料の噴射主流は吸気ポート７の入（」部
分の中心軸線に対してヘリカル通路１１の側に偏倚し、
燃料噴射ノズル２７より噴射された燃料の大部分はヘリ
カル通路１１へ向かうようになっているが、一部の燃料
が直接ストレート通路１２へ向かうことは避けられない
。

電磁ｔＩＩＩｎ弁１９に対する通電の制御と燃料噴射ノ
ズル２７の開弁制御とは制御装置３０により行われるよ
うになっている。制御ｌ装喧３０は、一般的なマイクロ
コンピュータを含む電気式制御装置であり、機関点火系
のディストリ上ュータ２９より機関回転数ＮＯに関する
情報を、吸気管圧力センサ３１より吸気管圧力Ｐに関す
る情報を、スロットル開度センナ３２よりスロットルバ
ルブ２６のスロットル開ｇＴｈに関する情報を、水温セ
ンサ３３より内燃機関の冷却水温度Ｔｗに関する情報を
各々与えられ、これら情報と予め定められたプログラム
に従って電磁制御弁１９に対する通電の制御、即ち吸気
制罪弁１３の開閉制御と、燃料噴射ノズル２７の開弁制
御、即ち燃料噴射制御を行うようになっている。

即ち、制ｒｎ装置３０は、予め記憶装置に吸気管圧力に
応じた基本噴射時間Ｔｐ１即ら一行程当りの吸入空気量
に応じた燃料噴射ｍを記憶しており、この基本噴射時間
Ｔｐを基にして下式に従って補正演算を行って燃料噴射
時間１「を決定するようになっている。

燃ｌｌ噴射時間−Ｔ’　ｒ−基本噴９Ａ時間−１ｒｘ始
動後増堡補正係数１（ａｘ暖機増吊補正係数ＫＷ−＋無
効噴射時間ＴＶ 始動俊増量補正は、内燃機関のスタータスイッチがオン
状態よりオフ状態になった瞬間、即〕う内燃機関の始動
完了時点に於て、第３図に示されている如く、水温セン
サ３３により検出された冷却水温度１−ｗに応じで決定
される増量補正係数Ｋａにて開始され、その後時間の経
過と杖に増量補正係数Ｋａを一定の比率をもって減少し
つつ増量補正係数１（ａが１になるまで続けられる。例
えば、冷却水温度ＴＷが０℃である時の始！Ｐ７１ｖ！
増争補■−の増量補正係数１（ａの初期値はＫａｏであ
り、この場合には、第４図に示されている如く、始動完
了直後の時点Ｔｏに於てはその増量補正係数ＫａＯにて
増量補正が行われ、時間の経過に伴ない増量補正係数Ｋ
ａを一定の比率をもって減少しつつ増量補正係数Ｋａが
１になる時点−１２まで増ＩＴＩ？Ｉｌｉ正が行われる
。従って、始動後増量補正は機関始動時の冷却水温度が
低い時はど大きい初期値にて開始され且長い時間にＥつ
で行われる。

制ｍ装Ｈ３０による吸気制御弁１３の開閉制御は本発明
による吸気制御方法に基いて第５図に示されている如き
フローチャートに従って行われる。

次に第５図に示されたフローチャートを参照して本発明
による吸気制御方法の実施要領について説明Ｊる。

最初のステップ１に於ては、内燃機関のスタータスイッ
チがオンであるか否かの判別が行われる。

スタータスイッチがオンである時、即ちスタータによる
内燃機関の始動時にはステップ６へ進み、これに対しス
タータスイッチがオンでない時、即ら機関の始動が完了
している時にはステップ２へ進む。

ステップ２に於ては、機関回転数Ｎｅが所定値Ｎ　ｅｓ
ｅｔより大きいか否かの判別が行われる。所定値Ｎ　ｅ
ｓｅｔは２５００〜３０００「ｐ１ｍ程度であッテよく
、Ｎｅ≧Ｎ　ｅｓｅｔである時、即ち高速運転時にはス
テップ６へ進み、Ｎｅ≧Ｎ　ｅｓｃｔでない時、即ち低
速運転時にはステップ３へ進む。

ステップａに於ては、スロットルバルブ２６が全開であ
るか否かの判別が行われる。スロワ（〜ルバルブ２６が
全開である時にはスラーツブ６へ進み、これに対しス［
１ツトルパルブ２Ｇが仝聞でない時にはステップ４へ進
む。

ステップ４に於ては、始動後増［ｉ補正の補正係数Ｋａ
が所定値Ｋ　ａｓｅｔより人きいか否かの判別が行われ
る。）（ａ≧Ｋ　ａｓｅｔである時にはスラーツブ６へ
進み、これに対しＫａ≧Ｋ　ａｓｅｔでない時にはステ
ップ５へ進む。

ステップ５に於ては、電磁Ｉｔ、ＩＩ御弁１９に通電が
行われ、吸気制御弁１３を閉弁駆動することが実行され
る。ステップ５の次はリレットされる。

ステップ６に於ては、ｉ！磁制御弁１９に対する通電が
停止され、吸気制御弁１３を開弁駆動づることが実行さ
れる。ステップ６に次はリセットされる。

上述の如きフローチャートに征って吸気ＩＩＩ　Ｈｊｔ
１３の開閉が制御されることにより、吸気制御弁１３は
、スクータによる始動時はもとより始動完了後に於ても
始動後増ｍ補正の補正係数）（ａが所定１ａＫａｓｅｔ
以−Ｆである時には機関回転数が所定値以上の高速運転
時であってもまたスロットルバルブ２６が全開の全負荷
運転時であっても、閉弁位置に保持される。これにより
始動直後の始動後増Ｍ補正により濃い混合気が燃焼室８
内に速やかに吸入されるようになり、始動後増■補正が
始動直後の機関回転数の安定化に有効に作用するように
なり、始動直後の内燃機関の運転性が改善され、始動直
後に機関回転数が一時的に低下することが回避される。

例えば、機関始動時に於ける冷却水温度ＴＶが０℃であ
って始動後増量補正の補正係数Ｋａの初期値がｌ＜ａ６
である時には、第４図に示されている如く、内燃機関の
始動完了時点より補正係数Ｋａが所定１ａＫａｓｅｔ以
下になる時点Ｔ＋　までの間に屋って吸気制御弁１３は
閉弁位置に保持され、燃料＋１１１ノズル２７より噴射
された液体燃料が吸気制御弁１３に付着りることが回避
され、燃ｔ々ｌが燃焼室８内に速やかに流入し、燃焼室
８内にはこの時に必要な空燃比の混合気が供給される。

始動後増吊補正の補正係数Ｋａが所定値１（ａＳｅｔ以
下になった時に＃Ｊｒ！１気制りＩＨＦＩζ３は機関回
転数が所定値Ｎ　ｅｓｅｔ以上である時或いはスロット
ルバルブ２６が仝閉である時には充填効率の低下を回避
すべく閉弁位置に駆動されるが、機関回転ｖｌＮＯが所
定値Ｎ０３ｅｔ以下で［ｌスロワ１〜ルバルブ２Ｇが全
開でない時には燃焼室８内に強力な吸気スワールが発生
して希薄混合気にＪ、る運転を可能に′づべ（閉弁位置
に駆動される。

尚、上述した実施例に於ては、所定１ｉｔｔ　Ｋ　ａｓ
ｅｔは１以上の値に設定されているが、これは１であっ
ても良く、この場合には始動後増争補１が行われている
間、吸気制御弁１３はその時の内燃機関の運転状態に拘
らず閉弁位置に位置するように４【る。

第６図は本発明による吸気制御方法を実施する吸気制御
弁の開閉制御ルーチンの他の一つの実施例を示している
。この実施例に於ては、スデツプ７が設けられており、
このステップはステップ３に於て、ス１：１ット弁が全
問でない時に実行される。

ステップ７に於ては、冷却水湿度ＴＶが所定値Ｔｗｓｅ
ｔ、例えば−５℃より低いか否かの判断が行われる。Ｔ
Ｗ≦１’ｗｓｅｔである時にはステップ４へ進み、これ
に対し７ｗ≦Ｔｗｓｅｔでない時にはステップ５へ進む
。

この実施例に於ては、冷却水温度が所定値以上の極冷間
時である蒔にのみ始動後増ｍ係数が所定値以上であれば
、吸気制御弁１３がその時の内燃機関の運転状態に拘ら
ず開弁し、極冷間時の始動直接に吸気制御弁１３が閉弁
し−Ｃいることに起因して燃料供給が遅れることにより
始動直後の運転性が悪化することが回避され、冷却水温
度が所定値以上である時には始動後増量係数が所定値以
上であっても機関負楠及び機関回転数が低くければ吸気
制御弁１３は閉弁し、この時には吸気スワールによる燃
焼改善により始動直後−１の運転性が改善される。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく
、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは
当業者にとつＣ明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による吸気１．１１１１１方払の実施に
使用される可変吸気スワール型内燃機関の一つの実施例
を示す概略構成図、第２図は第１図に小された内燃機関
の吸気ボート構造を示す概略断面図、第３図は始動後増
ｍ補正の補正係数特性の　例を示すグラフ、第４図は始
動後増１補正の補正係数の経時的変化の一例を示づグラ
フ、第５図及び第６図は各々本発明による吸気制御方法
を実施する吸気制御弁の開閉制御ルーチンのフローナ（
ｒ　−１−て゛ある。 １・・・機関本体、２・・・シリンダブロック、３・・
・シリンダヘッド、４・・・シリンダボア、５・・・ピ
ストン。 ６・・・吸気弁、７・・・吸気ボート、８・・・燃焼室
、９・・・点火プラグ、１０・・・ガイドベーン、１１
・・・ヘリカル通路、１２・・・ストレート通路、１３
・・・吸気１ＩＩＩＩ御弁、１４・・・弁軸、１５・・
・駆動レバー、１６・・・ダイヤフラム装置、１７・・
・駆動ロッド、１８・・・導管。 １９・・・電磁制御弁、２０・・・導管、２１・・・逆
止弁。 ２２・・・導管、２３・・・吸気マニホールド、２４・
・・サージタンク、２５・・・吸気管餉圧取出しボート
、２６・・・スロットルバルブ、２７・・・燃料噴（ト
）ノズル。 ２９・・・ディストリビュータ、３０・・・制ＯＩｌ装
置、３１・・・吸気管圧力センサ、３２・・・スロット
ル開度セン１ノー、３３・・・水温センサ 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代　埋　人　弁理士　明石　昌毅 第　１　図 第３図 第　４　図 時間（秒） 第　５　閃

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室への開口端の周りに旋回したヘリカル通路
   と前記開口端に直線状に通ずるストレート通路とを備え
   た吸気ボートと、前記ストレート通路の途中に設けられ
   該ストレート通路を開閉づる吸気制御弁とを右し、燃料
   噴射ノズルより前記吸気ボートへ向りて燃料を吸入空気
   量に応した噴射ｍにて噴射供給され、始動完了直後より
   所定時間が経過するまでは前記燃料噴射ノズルより噴Ｄ
   Ａツる燃料のｌｌＲ射ｍを冷）Ｊ）水温度に応じた比率
   にて増量補正される可変吸気スワール型内燃檄関の吸気
   υＪ御方法に於て、前記燃料噴射ｍの増ａｌ補ｌ−比率
   が所定値以１である時には内燃機関の運転状態に拘らず
   前記吸気制御弁を開弁し、前記撚わｌ噴射口１の増ｍ補
   正比率が所定値以上でない時には内燃機関の運転状態に
   応じて前記吸気制御弁を開閉することを特徴とする吸気
   制御方法。
2. （２）燃焼室への開口端の周りに旋回したヘリカル通路
   と前記開口端に直線状に通ずるストレート通路とを協え
   た吸気ボートと、前記ストレート通路の途中に設けられ
   該ストレー１−通路を開閉づる吸気制御ブｔとをイｊし
   、燃利噴ｑ４ノスルより前記吸気ボートへ白参ノで燃料
   を吸入空気ｎ１に応した唱割帛にて噴射供給され、始動
   完了直後より所定時間が経過するまでは前記燃籾唱１２
   １ノズルより噴ｕ＋する燃料の噴射中を冷却水温度に応
   した比率にて増量補正される可変吸気スワール！−リ内
   燃機関の吸気制御り法に於て、冷却水温度が所定４１４
   以上で目前記燃料噴＠量の増串補■比率が所定埴以１で
   ある時には内燃機関の運転状態に拘らず前記吸気制御弁
   を開弁じ、冷却水温度が前記所定値以上でない時或いは
   前記燃料噴ｔ１４吊の増量補正比率が所定値以上でない
   時には内燃機関の運転状態に応じて前記吸気制御弁を開
   閉づることを１！Ｉ徴とづる吸気制御方法。