JPS6263128A - エンジンの燃料制御装置 - 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） 本発明はエンジンの燃料制御装置、特に吸気通路の下流
側端部に低負荷用スワールポートと高負荷用ポートとを
設は且つ高負荷用ポートにＩＩＪ　ａｌｌ弁を備えたエ
ンジンの燃料制御装置に関する。

（従　　来　　技　　術） 一般にエンジンにおいては、燃費の改善や排気性能の向
上等を図るため、例えば特開昭５７−２１０１３７号公
報に示されているように運転領域に応じて空燃比を可変
制御することが行われるが、吸入空気量が少ないため燃
料の気化霧化が良好に行われない低負荷領域においては
空燃比を十分にリーンな状態とすることができず、その
ため燃費性能等を効果的に向上させることができなかっ
た。

そこで、近年、吸気通路、の下流側端部を、流路断面積
の大きい高負荷用ポートと、吸気の流入方向が燃焼室の
中心に対してオフセットするように形成された流路断面
積の小さい低負荷用ポートとに分岐形成すると共に、上
記高負荷用ポートに制御弁を設け、該制御弁を低負荷領
域にある時には閉弁し且つ高負荷領域にある時には開弁
丈るように構成した吸気装置が提案されている。つまり
、この吸気装置によれば、低負荷領域においては低負荷
用ポートのみから吸気が導入されて燃焼室内に吸気のス
ワールが生成されることにより、燃料の気化霧化ないし
吸気とのミキシングが良好に行われて空燃比をリーンに
することが可能となり、また高負荷領域においては上記
低負荷用及び高負荷用の両ポートから燃焼室に十分な吸
気が導入されるため、所要のエンジン出力が確保される
のである。

ところで、このような吸気装置においては、上記制御弁
の開閉作動は、エンジン負荷が低負荷領域から高負荷領
域に移行する際の所定の負荷となった時に全開状態から
全開状態に即座に開弁するように行われるのが通例であ
る。従って、上記制御弁が全閉状態にある時、つまり第
４図に示す所定負荷りよりも低負荷側の領域においては
スワールが有効に利用されて、符号（イ）で示すように
空燃比をリーンな状態に設定することができるが、上記
の所定負荷しよりも高負荷側の領域においてはスワール
が消滅するため、符号（ロ）で示すように空燃比を負荷
の増大に従って大きな変化率でリッチにしなければなら
ないことになる。つまり、エンジン負荷が所定負荷りよ
りも高負荷側に移行しても、吸気量との関係で可能な範
囲でスワールを有効利用するようにすれば、その分だけ
空燃比をリーンにすることが可能であるが、上記のよう
に所定負荷りを高負荷側に超えると同時に制御弁を全開
にすると、このようなスワールの有効利用が図られず、
空燃比を徒らにリッチにしなければならないことになる
のである。

（発　　明　　の　　目　　的） 本発明はエンジンの燃料制御装置に関する上記のような
実情に対処するもので、吸気通路の下流側端部に低負荷
用スワールポートと高負荷用ポートとを設は且つ高負荷
用ポートに制御弁を備えた構成において、上記制御弁の
開度をエンジン負荷に応じて最適制御することにより、
低負荷領域だけでなく、中負荷領域においても吸気のス
ワールを最大限に利用し得るようにして、できるだけ広
い運転領域にわたって空燃比をリーンに設定できるよう
にする。これにより、所要のエンジン出力を確保しなが
ら燃費の改善、ＮＯｘの低減等を図ることを目的とする
。

（発　　明　　の　　構　　成） 本発明に係るエンジンの燃料制御装置は上記目的達成の
ため次のように構成したことを特徴とする。

即ち、吸気通路の下流側端部に低負荷用スワールポート
と高負荷用ポートとを設は且つ高負荷用ポートに制御弁
を備えると共に、上記両ポートの上流側にスロットルバ
ルブを配備した構成において、上記制御弁の開度及び空
燃比をエンジン負荷に応じて制御する制御手段を設ける
。この制御手段は、少なくともエンジンの低負荷領域に
おいては上記制御弁を全開状態に保持し且つ空燃比をリ
ーンに設定すると共に、エンジン負荷の増大に伴ってス
ロットルバルブが全開もしくは略全開状態となった復に
上記制御弁の開度を徐々に増大する。

そして、該制御弁が全開もしくは略全開状態となっだ後
に空燃比を次第にリッチにする。

このような構成によれば、エンジンの低負荷領域におい
ては、上記制御弁が全開状態とされて低負荷用スワール
ポートのみから吸気が燃焼室内に導入されるため、該燃
焼室内にスワールが生成されて燃料と吸気とのミキシン
グ性が向上することになる。従って、この低負荷領域に
おいては空燃比をリーンに設定しても所要の出力性能が
得られることになる。そして、エンジン負荷の増大に伴
ってスロットルバルブが全開もしくは略全開となった時
（スロットルバルブはアクセルペダルの中間開度で全開
となる）には、更に増大する負荷に対する吸気量の不足
を補うべく上記制御弁の開弁が開始されるが、その場合
に、この制御弁は即座に全開状態とされることなく、上
記制御手段の作動により徐々に該弁の開度が増大される
ため、上記低負荷用スワールボー１〜からの吸気の導入
によるスワールを生かしながら吸気量が増大されること
になる。つまり、この制御弁の開弁が開始されてから該
弁が全開状態になるまでの間（中負荷領域）は、上記ス
ワールが吸気量との関係で可能な範囲で最大限に活用さ
れることになり、これによりこの中負荷領域においても
空燃比をリーンな状態に維持することが可能になる。

（発　　明　　の　　効　　果） 以上のように本発明に係るエンジンの燃料制御装置によ
れば、低負荷用スワールポートと高負荷用ポートとを有
し且つ高負荷用ポートに制御弁が設けられた構成におい
て、少なくともエンジンの低負荷領域においては上記制
御弁を全開状態に保持し、且つ所定の負荷以上の領域（
中負荷領域）においては上記制御弁の開度を徐々に増大
するようにしたから、低負荷領域におけるスワールの利
用に基づく空燃比のリーン化はもとより、中負荷領域に
おいても吸気量不足を招くことなく、最大限に上記スワ
ールが利用されて空燃比のリーン化が図られることにな
る。これにより、特にこの中負荷領域における燃費が改
善されると共に、Ｎ。

×の発生成は運転性能の悪化等が効果的に抑制されるこ
とになる。

（実　　施　　例） 以下、図に示す本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、エンジン１の燃焼室２には吸、排
気弁３．４を介して吸気通路５及び排気通路６が連通さ
れていると共に、吸気通路５には上流側から、アクセル
ペダル７に連動されたスロットルバルブ８と、サージタ
ンク９と、燃料噴射ノズル１０とが備えられている。こ
こで、この吸気通路５の下流側端部は、仕切壁１１によ
って流路断面積の大きい高負荷用ポート１２と、流路断
面積の小さい低負荷用スワールポート１３とに仕切られ
、且つ高負荷用ポート１２には該ポート１２を開閉する
制御弁１４が備えられている。また、上記低負荷用スワ
ールポート１３は、吸気の流入方向が燃焼室２の中心に
対してオフセットされるように形成されており、該ポー
ト１３から燃焼室２内に導入される吸気がスワールを生
成するようになっている。

一方、このエンジン１には、上記燃料噴射ノズル１０か
ら噴射される燃料噴射量を制御するコントロールユニッ
ト１５が備えられている。このコントロールユニット１
５は、基本的には上記吸気通路５におけるサージタンク
９の下流側に設けられてブースト圧（吸気圧）を検出す
るブースト圧センサ１６から出力されるブースト圧信号
ａと、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ１
７から出力される回転数信号すとを入力し、これらの信
号ａ、ｂが示すブースト圧とエンジン回転数とに基づい
て空燃比が所定の値になるように燃料噴射量を設定する
と共に、この噴射量を燃料噴射信号Ｃとして上記燃料噴
射ノズル１０に出力する。また、このコントロールユニ
ット１５は上記スロットルバルブ８に連動されているア
クセルペダル７の踏込量つまりアクセル開度を検出する
アクセル開度センサ１８からのアクセル開度信号ｄを入
力し、該信号ｄが示すアクセル開度に基づいてエンジン
１が加速状態にあるか否かを判定すると共に、上記ブー
スト圧信号ａが示すブースト圧に基づいてエンジン負荷
が低、中、高負荷領域のいずれの領域にあるかを判定し
、これらの判定結果に基づいて、上記吸気通路５の高負
荷用ポート１２に設けられた制御弁１４の開閉制御及び
空燃比の制御を行う。即ち、上記ブースト圧信号ａの示
すブースト圧が所定の圧力以下である時、換言すればエ
ンジン負荷が低負荷領域にある時には、コントロールユ
ニット１５は上記制御弁１４を駆動するアクチュエータ
１９に該弁１４を閉弁させるように弁制御信号ｅを出力
して該弁１４を全開状態に保持し、上記スロットルバル
ブ８により流量を調節された吸気を低負荷用ポート１３
のみから燃焼室２内に導入させる。また、この時、燃焼
室２内における混合気の空燃比がリーン状態（例えば空
燃比≧２２）に維持されるように上記燃料噴射ノズル１
０からの燃料噴射量を制御する。一方、上記ブースト圧
信号ａの示すブースト圧が所定の圧力以上である時、つ
まりエンジン負荷が中負荷領域及び高負荷領域にある時
（この時、上記スロットルバルブ８は既に全開状態とな
っている）には、コントロールユニット１５は上記アク
チュエータ１９に制御弁１４を開作動させるように弁制
御信号ｅを出力して、該弁１４を開弁させ、吸気通路５
内の吸気を高負荷用及び低負荷用の両ポート１２．１３
から燃焼室２内に導入させるようにする。

その場合に、上記アクセル開度信号ｄが示すアクセル開
度の時間的変化率が零よりも大きい時、つまりエンジン
１が加速状態にある時には、上記制御弁１４の開度は、
ブースト圧の上昇に伴って徐々に増大され、且つこの時
の混合気の空燃比も小さな変化率で徐々にリッチな状態
に変化される。

そして、上記アクチュエータ１９の駆動量から制御弁１
４の開度を検出する制御弁開度センサ２０からの弁開度
信号ｆに基づいて該制御弁１４が全開状態であることが
検出されるまでの間は、上記の如く制御弁１４の開度を
徐々に増大させると共に、空燃比を小さな変化率で徐々
にリッチにする制御が行われ、また上記制御弁１４が全
開状態になった後１よ、ブースト圧の上昇に伴って空燃
比を大きな変化率でリッチにする制御が行われる。尚、
上記アクセル開度信号ｄが示すアクセル開度の変化率が
所定値よりも大きい時、つまりエンジン１の急加速時に
は、この時のアクセル開度の変化率に応じて上記空燃比
がリッチ側に補正制御されるようになっている。

次に、このコントロールユニット１５における制御弁１
４の開閉制御動作及び空燃比の制御動作を第２図のフロ
ーチャートに従って説明する。

エンジン１が始動されると、コントロールユニット１５
は先ずフローチャートにおけるステップ×１を実行して
、アクセル開度センサ１８からのアクセル開度信号ｄが
示すアクセル開度Ａと、エンジン回転センサ１７からの
回転数信号すが示すエンジン回転数Ｎと、ブースト圧セ
ンサ１６からのブースト圧信号ａが示すブースト圧Ｐと
、制御弁開度センサ２０からの弁開度信号ｆが示す制御
弁１４の開度θとを読込むと共に、ステップ×２を実行
して、α−（Ａ−Ａ’　）／Ａ、（Ａ’　　：前回のア
クセル開度）の式によりアクセル開度の変化率αを算出
する。そして、ステップＸ３．Ｘ４に従って上記アクセ
ル開度の変化率αが所定値α０以下であり且つ０以上で
あること、つまりエンジン１の運転状態が急加速状態で
ない通常の加速状態であることが判定された場合には、
コントロールユニット１５はステップ×５を実行して上
記ステップ×１で読込まれたブースト圧Ｐが所定圧Ｐｏ
よりも大きいか否かを判定し、その結果、ブースト圧Ｐ
が上記所定圧Ｐｏ以下である場合にはステップ×６を実
行する。つまり、上記制御弁１４の開度θをエンジン回
転数Ｎ及びブースト圧Ｐに応じて設定し、この開度θに
対応する信号を弁制御信号ｅとして制御弁１４を駆動す
るアクチュエータ１つに出力すると共に、燃料噴射１１
Ｆを上記と同様にエンジン回転数Ｎ及びブースト圧Ｐに
応じて設定し、この噴射ｆｉｔＦに対応する信号を燃料
噴射信号Ｃとして燃料噴射ノズル１０に出力する。その
場合に、上記ステップ×５を実行する際に判定基準とさ
れた所定圧ＰＯは、第３図（Ｉ＞に示すようにスロット
ルバルブ８の開度が符号Ｘで示すように徐々に増大した
後、該バルブ８が全開状態となる時のブースト圧であり
、現実のブースト圧Ｐがこの所定圧ＰＯに達するまでの
低負荷領域においてはステップ×６で設定される制御弁
１４の開度θはＯとされて、第３図（ｎ）に符号×１で
示すように該制御弁１４は全開状態に保持される。その
結果、吸気通路５の下流側に導かれた吸気は低負荷用ス
ワールポート１３のみから燃焼室２内に導入されて、該
燃焼室２内にスワールが生成される。そして、このスワ
ールの生成により吸気と燃料とのミキシング性が向上さ
れることにより、上記ステップ×６で設定される燃料噴
射量Ｆを少量化することが可能となり、第３図（１）に
符号×２で示すように空燃比がリーンな状態（例えば空
燃比が２２もしくはそれ以上の値）に維持される。

然して、上記ステップ×５でブースト圧Ｐが所定圧Ｐｏ
以上であることが判定された場合には、コントロール；
ニット１５はステップ×７を実行して上記制御弁１４の
開度θが最大の開度Ｏｍａｘに等しいか否かを判定する
と共に、該開度θが最大の開度θｍａｘに等しくなるま
での間はステップ×８を実行する。即ち、上記ステップ
×１で読込まれた制御弁１４の開度θに所定量の微小開
度ｌθを加算して、この加算値を新たな制御弁１４の開
度θとして設定すると共に、この新たな開度θに対応す
る信号を弁制御信号ｅとしてアクチュエータ１９に出力
する。これにより、第３図（ＩＩ）に符号ｙ１で示すよ
うにブースト圧Ｐが上記所定圧Ｐｏから高圧側の所定圧
Ｐ１に達するまでの中負荷領域において上記制御弁１４
の開度θが徐々に増大される。従って、この領域内にお
いては、吸気通路５の下流側に導かれた吸気が低負荷用
スワールポート１３から燃焼室２内に導入されると共に
、一部の吸気は高負荷用ポート１２からも燃焼室２内に
導入される。その場合に、この高負荷用ポート１２から
導入される吸気の流口は急激に増大されることなく、制
御弁１４の開度の増加に従って比較的小さな変化率で徐
々に増大されるので、上記低負荷用スワールポート１３
から導入される吸気により燃焼室内に生成されるスワー
ルは即座に消滅されることなく、上記制御弁１４が全開
状態となるまでの間、その効力を持続することになり、
また高負荷用ポート１２からも吸気が導入されることに
よって、この領域における吸気量不足が補われることに
なる。これにより、十分なエンジン出力を確保しながら
、上記スワールの効力によって、第３図（Ｉ［［）に符
号ｙ２で示すように空燃比をリーンな状態に維持するこ
とが可能となる（この時、空燃比は吸気分の増加に従っ
て僅かながら徐々にリッチ化される）。従って、従来〜
のように上記制御弁１４がこの領域内において全問状態
から全開状態に切換えられる場合、つまり第４図に符号
（０）で示すように大きな変化率で速かに空燃比をリッ
チにする場合と比較して、この中負荷領域における燃費
性能が向上すると共に、ＮＯｘの発生酸はドライバビリ
ティの悪化等が効果的に抑制されることになる。

また、フローチャートにおける上記ステップ×７で制御
弁１４の開度θが最大の開度θｍａＸであることが判定
された場合、つまり制御弁１４が全開状態となった場合
には、コントロールユニット１５はステップ×９で前回
の燃料噴射ｆｆ１Ｆ’が最大値Ｆ　ｗａｘに等しいか否
かを判定すると共に、該噴射量Ｆ′が最大値Ｆ　ｗａｘ
に等しくなるまでの間は、ステップＸ１０を実行するこ
とにより制御弁１４の開度θを最大開度θＷａＸとして
第３図（ＩＩ）に符号ｚ１で示すように該制御弁１４を
全開状態に保持し、且つ前回の燃料噴射ＩＦ’　に所定
の噴射ｆｆ１ＡＦを加算し、この加算値を新たな燃料噴
射ＩＦとして設定した後、燃料噴射信号Ｃとして上記燃
料噴射ノズル１０に出力する。従って、ブースト圧Ｐが
上記高圧側の所定圧Ｐ１よりも大きな高負荷側の領域に
おいては、第３図（ＩＩＩ）に符号ｚ２で示すように空
燃比が比較的大きな変化率でリッチ化されることになる
。そして、上記ステップ×９で前回の燃料噴射ＩＦ’が
最大値Ｆ　ｗａｘに達した場合には、コントロールユニ
ット１５はステップ×１１を実行することにより、燃料
噴射ＩＦを上記最大値Ｆ　ｍａｘに維持する。

尚、上記ステップ×４でエンジン１が加速状態にないこ
とが判定された場合には、コントロールユニット１５は
上記ステップ×６を実行して、制御弁１４の開度θ及び
燃料噴射ＩＦをその時のエンジン回転数Ｎとブースト圧
Ｐとに応じた所望の開度０及び噴射ＩＦに設定し、また
上記ステップ×３でエンジン１が急加速状態にあること
が判定された場合には、ステップＸ１２を実行して上記
制御弁１４の開度θと燃料噴ｔＪＪＩＦとを、エンジン
回転数Ｎ、ブースト圧Ｐ及びアクセル開度の変化率αに
応じて増量側に補正し、急加速に必要な出力が得られる
ようにする。ここで、上記実施例においては、スロット
ルバルブ８が全開状態となった後に制御弁１４が開作動
を開始する構成とし、また制御弁１４が全開状態となっ
た債に空燃比を比較的大きな変化率でリッチ側に移行さ
せる構成としたが、上記スロットルバルブ８が全開状態
となる前に制御弁の開作動を開始させ、また１１Ｉ＋ｌ
ｌ１ｌ弁１４が全開状態となる前に空燃比をリッチ側に
移行させるように構成して、夫々の作動時期をオーバー
ラツプさせることにより切換時のトルクショツクを減少
させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る燃料制御装置の実施例を示す
もので、第１図は全体構成図、第２図は作用を示すフロ
ーチャート図、第３図（１）。 （ｎ）、　　（Ｉ［［）は夫々、スロットル開度の制御
特性図、制御弁開度の制御特性図、空燃比の制御特性図
である。また、第４図は従来の空燃比の制御特性図であ
る。 １・・・エンジン、５・・・吸気通路、８・・・スロッ
トルバルブ、１１・・・仕切壁、１２・・・高負荷用ポ
ート、１３・・・低負荷用スワールポート、１４・・・
制御弁、１５・・・制御手段（コントロールユニット）
、θ・・・制御弁の開度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気通路の下流側端部を仕切壁により低負荷用ス
   ワールポートと高負荷用ポートとに分岐し且つ高負荷用
   ポートに制御弁を備えると共に、上記両ポートの上流側
   にスロットルバルブを配設したエンジンにおいて、少な
   くとも低負荷域においては上記制御弁を全閉状態に保持
   し且つ空燃比をリーンに設定すると共に、エンジン負荷
   の増大に伴って上記スロットルバルブが全開もしくは略
   全開状態となった後に上記制御弁の開度を全閉状態から
   徐々に増大させ、且つ該制御弁が全開もしくは略全開状
   態となった後に空燃比をリッチにするように制御する制
   御手段を設けたことを特徴とするエンジンの燃料制御装
   置。