JPS63297746A

JPS63297746A - 過給機付エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPS63297746A
Application number: JP13440787A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Oda; 博之小田; Kazuhiko Ueda; 和彦上田; Hiroyasu Uchida; 浩康内田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-05-29
Filing date: 1987-05-29
Publication date: 1988-12-05

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、燃焼室内に残留する排気ガスを効果的に掃気
することにより、燃費を改善するとともに出力性能の向
上を図った過給機付エンジンの空燃比制御装置に関する
ものである。

先行技術過給機付エンジンにおいて、燃焼室内の残留排気ガスを
、過給圧を利用して掃気し、燃焼室内に排気ガスが残留
していることにより燃焼室温度が上昇し、ノッキングな
どが生ずることを防止して、燃焼性および出力の向上を
図ったものが知られている。たとえば、特開昭６１−１
８５６２８号公報は、過給機の駆動中に、吸気弁が開弁
し始めてから、排気弁が閉弁し終わるまでの、いわゆる
オーバーラツプ期間を、エンジンの運転状態に応じて変
化させ、過給気の圧力によって、排気ガスを燃焼室から
押出して、掃気し、燃焼性の向上を図った過給機付エン
ジンを開示している。

発明の解決しようとする問題点しかしながら、このように吸気ポートと排気ポートが開
いている期間をオーバーラツプさせ、過給圧を利用して
、燃焼室内の残留排気ガスの掃気を図る場合には、吸気
の一部が排気側に吹き抜けることが避けられず、燃焼室
内に充填される吸気量は、エアーフローメータなどで測
定した吸入空気量より小さくなってしまい、エアーフロ
ーメータなどで測定した吸入空気量に基づいて、算出し
た燃料噴射時間にしたがって、燃料を噴射するときは、
混合気が所望値よりリッチになり、空燃比が所望の値よ
り小さくなってしまうという問題があった。

発明の目的本発明は、燃焼室内に残留する排気ガスを効果的に掃気
することにより、燃費を改善するとともに出力性能の向
上を図った過給機付エンジンの空燃比を所望のように制
御制御することのできる空燃比制御装置を提供すること
を目的とするものである。

発明の構成本発明のかかる目的は、吸入空気量検出手段の検出した
吸入空気量から排気側に吹き抜ける吸気量を差し引いた
値に基づいて燃料噴射量を演算算出する手段を設けるこ
とによって達成される。。

本発明において、排気側に吹き抜ける吸気の量は、あら
かじめ実験的に、エンジン回転数およびエンジン負荷の
関数として求めて、マツプなどの形で、コントロールユ
ニットに記憶させておき、各運転状態に右いて、検出さ
れたエンジン回転数およびエンジン負荷の値にしたがっ
て、マツプなどを用いて、容易に算出することができる
。

実施例以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき、詳
細に説明を加える。

第１図は、本発明の実施例にかかる過給機付エンジンの
概略図であり、第２図は、その気筒部分の路上面図であ
る。

第１図および第２図において、エンジン１の燃焼室２に
は、第１吸気ポート３および第２吸気ポート４ならびに
排気ポート５が、それぞれ、開口し、第１吸気ポート３
には、第１吸気通路６が、第２吸気ポート４には、第１
吸気通路６とは独立した第２吸気通路７が、排気ポート
５には、排気通路８が、それぞれ接続されている。第１
吸気通路６内の第１吸気ポート３ρ上流には、燃料噴射
弁９が、第２吸気通路６内の第２吸気ポート４の上流に
は、開閉制御弁１０が、それぞれ設けられている。第１
吸気ポート３、第２吸気ポート４および排気ポート５は
、それぞれ、第１吸気バルブ１１、第２吸気バルブ１２
および排気バルブ１３によって、開閉され、本実施例に
おいては、第１吸気ポート３および排気ポート５の開閉
タイミングは一定に、第２吸気ポート４の開閉は、その
開期間と、排気ポート５の開期間とのオーバーラツプ期
間が、第１吸気ポート３の開期間と、排気ポート５の開
期間とのオーバーラツプ期間より大きく、かつ運転状態
により変え得るように、第２吸気バルブ１２の開閉タイ
ミングが、設定され、制御されている。第１吸気通路６
と第２吸気通路７とは、燃料噴射弁９および開閉制御弁
１０の上流で、吸気通路１４に合流し、合流部の上流側
の吸気通路１４内には、スロットルバルブ１５が設けら
れ、さらに、スロットルバルブ１５の上流側には、エア
クリーナ１６およびエアーフローメータ１７が、それぞ
れ設けられている。スロットルバルブ１５と、燃料噴射
弁９および開閉制御弁１００間の吸気通路１４内には、
機械式過給機１８が設けられるとともに、機械式過給機
１８をバイパスするバイパス通路１９が設けられ、バイ
パス通路１９内には、バイパス通路１９を開閉する制御
弁２０が設けられている。コントロールユニット２１に
は、エアフローメータ１７の検出した吸入空気量検出信
号、図示しないクランク角センサの検出したエンジン回
転数信号などが入力されており、コントロールユニット
２１はこれらの入力信号にしたがって、吸気バルブ駆動
モータ２２および開閉制御弁駆動手段２３に、それぞれ
駆動信号を出力し、吸気バルブ駆動モータ２２は、駆動
信号にしたがってウオームギア２４を回転させ、運転状
態に応じて、所定のタイミングで、第２吸気バルブ１２
を開閉し、開閉制御弁駆動手段２３は、駆動信号にした
がって、運転状態に応じて、所定のタイミングで、開閉
制御弁１０を開閉する。

第３図は、本実施例におけるエンジン運転領域と開閉制
御弁１０の開閉制御との関係を示すグラフであり、第４
図は、本実施例における第１吸気ポート３、第２吸気ボ
ート４および排気ポート５の開閉タイミング、すなわち
第１吸気バルブ１１、第２吸気バルブ１２右よび排気バ
ルブ１３の開閉タイミングを示すタイムチャートである
。

第３図において、梨地で示す領域Ａは、低回転低負荷運
転領域で、開閉制御弁１０を閉じ、第２吸気ボート３か
らは吸気しない運転領域である。

低回転低負荷運転領域においては、過給効果が得られず
、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開弁期間をオ
ーバーラツプさせると、かえって燃焼が不安定になるの
で、開閉制御弁１０を閉じ、掃気のための第２吸気ポー
ト４を閉じている。斜線で示す領域Ｂは、開閉制御弁１
０を開き、第２吸気ボート４からの吸気により、燃焼室
内の残留排気ガスを掃気する運転領域である。領域Ａと
領域Ｂとの間の領域Ｃは、遷移領域であり、この領域で
は、開閉制御弁１０は開かれるが、徐々にその開度が変
化するように制御される。第４図において、曲線Ｘは、
第１吸気バルブ１１のリフトカーブ、曲線Ｙは、第２吸
気バルブ１２のリフトカーブ、曲線Ｚは、排気バルブ１
３のリフトカーブを、それぞれ示して右り、第１吸気バ
ルブ１１の開弁期間と排気バルブ１３の開弁期間とのオ
ーバーラツプ期間は、はとんどないように設定され、他
方、第２吸気バルブ１２の開弁期間と排気バルブ１３の
開弁期間とのオーバーラツプ期間は、つねに、第１吸気
バルブ１１の開弁期間と排気バルブ１３の開弁期間との
オーバーラツプ期間より大きくなるように、第２吸気バ
ルブ１２の開閉タイミングが設定されている。このよう
に、第１吸気バルブ１１第２吸気バルブ１２および排気
バルブ１３の開閉タイミングを、設定制御しているので
、低回転低負荷以外の開閉制御弁１０が開かれている運
転領域においては、排気バルブ１３の開弁期間中に、第
２吸気パルプＩ２が開かれ、第２吸気ポート４より、過
給された吸気が燃焼室２内に流入し、燃焼室２内に残留
している排気ガスが掃気される。また、燃料噴射弁９は
、その開弁期間が、排気バルブ１３の開弁期間と、はと
んどオーバーラツプしない第１吸気バルブ１１により開
閉される第１吸気ポート３に接続された第１吸気通路６
内に設けられ、第１吸気ポート３を経て、燃焼室２内に
噴射されるため、燃焼室２内に噴射された燃料が、ただ
ちに、排気ポート５を経て、燃焼室２外へ吹き抜けるこ
とが防止される。さらには、低回転高負荷運転領域にお
いては、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開弁期
間のオーバーラツプ量は、クランク角度で、１０度以上
とすることが望ましい。このように、第２吸気バルブ１
２と排気バルブ１３の開期間のオーバーラツプ量を設定
したときには、その掃気効果により、低回転高負荷運転
領域にあけるノッキングの発生が防止されるため、従来
、低回転高負荷運転領域でのノッキングを防止するため
に、有効圧縮比を低く設定していた過給機付エンジンに
おいても、有効圧縮比を８．５以上に設定することがで
き、実用的な運転領域に右ける燃焼性台よび燃費率を向
上させることが可能となる。

第３図に示すように、第２吸気バルブ１２と排気バルブ
１３の開弁期間のオーバーラツプ期間は、開閉制御弁ｌ
Ｏが開かれている低回転高負荷運転領域においては、エ
ンジン回転数が大きくなるにしたがって、大きくなるよ
うに制御される。クランク角で示したオーバーラツプ量
が同一であっても、エンジン回転数が低いと、第２吸気
バルブ１２と排気バルブ１３とがともに開いている実際
のオーバーラツプ時間は長くなり、他方、エンジン回転
数が高くなると、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３
とがともに開いている実際のオーバーラツプ時間は必然
的に短くなるので、エンジン回転数が低い運転領域で、
クランク角で示したオーバーラツプ量を小さくなるよう
に制御しないと、新気の排気側への吹き抜は量が増大し
、充填量の低下を招き、出力が低下するし、また、エン
ジン回転数が高い運転領域では、クランク角で示したオ
ーバーラツプ量を大きく制御しないと、十分な掃気効果
を期待することができない。しかし、高回転高負荷運転
領域においては、エンジン回転数の上昇にともない、排
気圧力が上昇し、吸気圧力より大きくなることがあり、
そのような運転領域で、オーバーラツプ期間を大きくす
るときは、燃料が第２吸気通路７側に吹き返すおそれが
あるので、逆に、エンジン回転数の上昇とともに、オー
バーラツプ期間が小さくなるように制御されている。ま
た、低負荷運転領域では、高負荷運転領域に比べて、オ
ーバーラツプ期間が小さくなるように制御されている。

このように、第２吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開
弁期間のオーバーラツプ期間を制御することにより、燃
焼室２内に残留する排気ガスを効果的に掃気することが
でき、燃焼性を大幅に向上させることができるが、第２
吸気バルブ１２と排気バルブ１３の開弁期間にオーバー
ラツプをもたせている限り、燃焼室２に吸入された吸気
の二部が、排気ポート５より排気通路８へ吹き抜けるこ
とを完全に防止することは不可能であるため、エアーフ
ローメータ１７により、検出された吸入空気量に基づい
て、所望の空燃比を与えるように燃料噴射量を演算算出
するときには、燃焼に用いられる吸気量は、検出された
吸入空気量より少なくなる結果、実際の空燃比は、所望
の値より、必然的に小さくなってしまう。

そこで、本実施例では、エンジン回転数およびエンジン
負荷に基づいて、排気側へ吹き抜ける吸気量を、あらか
じめ実験的に求めて、マツプなどの形で、コントロール
ユニット２１に記憶させておき、エンジン回転数および
エンジン負荷の検出値にしたがって、コントロールユニ
７　）　２１　ハ、吸気の吹き抜は量ΔＱを算出し、こ
れを、エアーフローメータ１７によって検出された吸入
空気量Ｑ、より差し引いて得た補正吸入空気量Ｑに基づ
いて、基本燃料噴射量を演算算出するように構成されて
いる。吸気の吹き抜は量ΔＱは、第２吸気バルブ１２と
排気バルブ１３の開弁期間のオーバーラツプ量によって
も、異なるが、本実施例においては、このオーバーラツ
プ量は、エンジン回転数とエンジン負荷の関数になって
いるので、吸気の吹き抜は量ΔＱは、エンジン回転数お
よびエンジン負荷とにより決定されている。

第５図は、本実施例にふける燃料噴射量制御のフローチ
ャートである。

第５図において、まず、エアーフローメータ１７によっ
て検出された吸入空気量Ｑｍ　、図示しないクランク角
センサによって検出されたエンジン回転数およびクラン
ク角度が、それぞれ、コントロールユニット２１に人力
される。ついで、入力されたエンジン回転数沿よびエン
ジン負荷の検出値にしたがい、あらかじめ、コントロー
ルユニット２１にメモリされているマツプなどを用いて
、吸気の吹き抜は量ΔＱが算出され、次式により、補正
吸入空気量Ｑが演算算出される。

Ｑ＝Ｑ、−ΔＱこうして得られた補正吸入空気量Ｑにしたが°って、あ
らかじめ、吸入空気量の関数として、実験的に求められ
、コントロールユニット２１１．：記憶されていたマツ
プなどを用いて、基本燃料噴射量が噴射時間の形で演算
算出される。その後、必要な補正がなされて、噴射すべ
き燃料の噴射時間が求められ、燃料噴射タイミングに達
すると、燃料が噴射される。

本実施例によれば、燃焼室２内に残留する排気ガスを効
果的に掃気して、゛燃焼性および燃費特性を向上させつ
つ、空燃比を所望のように制御することができる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請求
の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能で
あり、それらも本発明の範囲内に包含されるものである
ことはいうまでもない。

たとえば、前記実施例にふいては、第２吸気バルブ１２
の開閉タイミングを制御することによって、第２吸気バ
ルブ１２と排気バルブ１３の開弁期間のオーバーラツプ
量を制御しているが、掃気効果をより高めるためには、
排気バルブ１３の開閉タイミングの制御することによっ
て、オーバーラップ量を制御することが望ましい。オー
バーラツプ量を大きくするため、第２吸気バルブ１２を
早く開くように制御する場合には、ピストンはまだ上昇
過程にあるので、ピストンの上昇圧力により、燃焼室２
に吸入された吸気は、燃焼室２の上面を流れやすく、そ
のため、ピストン上面近傍の排気ガスが掃気されに＜＜
、また、ピストンが上死点近傍まで上昇したときには、
ピストンの上昇圧力は弱くなるものの、排気バルブ１３
のリフト量が小さくなるため、ピストン上面近傍の排気
ガスの掃気効果は期待できず、結局、残留排気ガスを十
分に掃気し得ない場合があるが、排気バルブ１３の閉じ
る時期を制御することにより、オーバーラツプ期間を制
御するときは、オーバーラツプ期間を大きく制御する場
合に、オーバーラツプ時は、ピストンは下降状態にある
ため、燃焼室２内の圧力が低下して、吸気がピストンの
上面近傍まで流入しやすくなり、ピストン上面近傍の排
気ガスをも十分に掃気することができ、掃気効果がより
高められ、ノッキングがおこりにくくなるから、圧縮比
をさらに高めることが可能となって、燃費特性および出
力性能をより一層向上させることができる。さらには、
このように、オーバーラツプ期間の制御を、排気バルブ
１３の開閉タイミングを制御することによっておこなう
場合には、吸気共鳴効果を利用して、充填量を増大させ
るように、吸気ポートの開閉タイミングを設定された過
給機付エンジンにおいても、吸気共鳴効果を損なうこと
なく、オーバーラツプ期間を所望のように制御すること
ができ、掃気効果を高めて、燃焼性を向上させることが
可能となるという利点もある。

また、前記実施例においては、第２吸気ポート４の吸気
バルブ１２の開閉タイミングを、運転状態に応じて、は
１ｚ連続的に制御しているが、第２吸気ポート４の吸気
バルブ１２の開弁期間を、数通りに設定しておき、運転
状態に応じて、そのいずれかを選択することにより、オ
ーバーラツプ期間を制御するようにすることもできる。

オーバーラツプ期間を、排気バルブ１３の開閉タイミン
グを制御することによって制御する場合も同様である。

さらには、前記実施例においては、燃料噴射弁９を、第
１吸気ポート３に連なる第１吸気通路６内に設けている
が、第１吸気通路６および第２吸気通路７の合流部の上
流の第１吸気通路６側に偏った位置に、燃料噴射弁９を
設けるようにしてもよい。

発明の効果本発明によれば、燃焼室内に残留する排気ガスを効果的
に掃気することにより、燃費を改善するとともに出力性
能の向上を図りつつ、空燃比を所望のように制御するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる過給機付エンジンの
概略図であり、第２図は、その気筒部分の路上面図であ
る。第３図は、本発明の実施例におけるエンジン運転領
域と開閉制御弁の開閉制御との関係を示すグラフであり
、第４図は、第１吸気バルブ、第２吸気バルブ＄よび排
気バルブの開閉タイミングを示すタイムチャートである
。第５図は、本発明の実施例における燃料噴射量制御の
フローチャートである。１・・・エンジン、　２・・・燃焼室、３・・・第１吸
気ポート、４・・・第２吸気ポート、　５・・・排気ポート、６・
・・第１吸気通路、　７・・・第２吸気通路、８・・・
排気通路、　９・・・燃料噴射弁、１０・・・開閉制御
弁、１１・・・第１吸気バルブ、１２・・・第２吸気バルブ、１３・・・排気バルブ、　１４・・・吸気通路、１５・
・・スロットルバルブ、１６・・・エアクリーナ、１７・・・エアーフローメータ、１８・・・機械式過給機、１９・・・バイパス通路、　２０・・・制御弁、２１・
◆９コントロールユニット、２２・・・吸気バルブ駆動モータ、２３・・・開閉制御弁駆動子役、２４・・・ウオームギア。

Claims

【特許請求の範囲】

エンジン負荷が所定値以上の運転領域で、吸気ポートと
排気ポートの開いている期間のオーバーラップ量を大き
く制御する過給機付エンジンの空燃比制御装置において
、吸入空気量検出手段の検出した吸入空気量から排気側
に吹き抜ける吸気量を差し引いた値に基づいて燃料噴射
量を演算算出する手段を設けたことを特徴とする過給機
付エンジンの空燃比制御装置。