(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立した第１及び第２の吸気ポートと、前記第１の吸気ポートに配設され燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第２の吸気ポートに配設され該第２の吸気ポートを開閉するスワール制御弁と、前記燃料噴射弁の上流側に設けられ前記第１の吸気ポートを閉塞する閉塞バルブとを備えるエンジンの燃焼制御装置であって、
排気弁の略開時期に同期して吸気弁を微小量開くとともに、吸気弁が微少量開く時期に同期して前記閉塞バルブを閉じ、前記燃料噴射弁を動作させることを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の吸気弁を有し、その一部の吸気弁のみから燃料を供給するエンジンにおいて、シリンダ内の混合気分布の均一化を図ることのできるエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用のエンジンにおいては、シリンダ内に導入される混合気を希薄化させて燃費を向上させる方法（所謂リーンバーン）が研究されているが、このようなリーンバーンエンジンとしては、例えば特開平５−８６８６６号に開示されているようなものが知られている。この従来技術においては、エンジンのシリンダ内にその直径方向に沿って３〜４本の点火プラグを配置し、混合気の着火性と火炎の伝播性の双方を向上させるように配慮されている。
【０００３】
ところで、リーンバーンの様に難燃条件下でも安定した燃焼を得る方法としては、上記のように点火プラグを複数本配置する方法のほかに、シリンダ内のガスの流動を利用して急速燃焼を行なう代表的な方法としてスワールが知られている。このスワールを用いる方法は、比較的簡素なシステムで燃焼の安定化が図れるので、リーンバーンエンジンではよく用いられるものである。
【０００４】
シリンダ内にスワール流を発生させるための代表的なシステムとしては、吸気側に２つの吸気弁を設け、２つの吸気弁に夫々独立に接続される吸気ポートの流量比を変更するものがあり、一方の吸気ポートにスワール制御弁を設けて流路面積を変更できるようにしている。この方式では、片側の吸気ポートを完全に遮断したとき、すなわちスワール制御弁を全閉にしたときに最大のスワール流が得られる。一方、全負荷運転状態では体積効率を増すために両吸気ポートを完全に開き、流路抵抗を最少にする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のスワール制御方式のエンジンに燃料を供給する場合、スワール制御弁によって開閉される側の吸気ポートに燃料を供給すると、スワール制御弁が全閉したときにそのポート内の空気の流れがないため、液状の燃料がシリンダ内に流れ込み、混合気分布の均一性を著しく悪化させる。そこで、一般的には、最もスワールを強める必要がある場合も、スワール制御弁を全閉にせず、少量の空気を吸気ポート内に流通させるようにしている。しかしながら、このようにすれば、当然のことながらスワール比の低下を招き、スワールの強度が弱められることとなる。この問題を解決するためにはスワール制御弁により開閉されるポートからの燃料供給を廃止すればよい。ところが、このような燃料供給形態では、全負荷時でのスワール制御弁全開時に、燃料が供給されないポートから空気のみがシリンダ内に流入し、シリンダ内の混合気の偏在を招くという問題が発生する。
【０００６】
したがって、本発明は上述した課題に鑑見てなされたものであり、その目的とするところは、片側の吸気ポートのみから燃料を供給するエンジンにおいても、燃料をシリンダ内全体に飛散あるいは拡散させることができ、全負荷時においても燃料と空気との混合の均一性を確保することができるエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンジンの燃焼制御装置は、互いに独立した第１及び第２の吸気ポートと、前記第１の吸気ポートに配設され燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第２の吸気ポートに配設され該第２の吸気ポートを開閉するスワール制御弁と、前記燃料噴射弁の上流側に設けられ前記第１の吸気ポートを閉塞する閉塞バルブとを備えるエンジンの燃焼制御装置であって、排気弁の略開時期に同期して吸気弁を微小量開くとともに、吸気弁が微少量開く時期に同期して前記閉塞バルブを閉じ、前記燃料噴射弁を動作させることを特徴としている。
【００１４】
【作用】
以上のように本発明にかかわるエンジンの燃焼制御装置は構成されているので、排気ポートが開いている時期に、吸気ポートを微少量開けて、既燃ガスを吸気ポート側に還流することにより燃料の気化が促進され、シリンダ内の燃料の分布を均一化することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明に係わる燃焼制御装置が適用されるエンジンの、主にシリンダ部分の構成を示した平面図である。また、図２は、図１を側方から見た側断面図である。
【００１６】
図１及び図２において、４サイクルエンジンのシリンダ１２の上部、すなわちシリンダヘッド１４にはペントルーフ型の燃焼室１６が形成されている。この燃焼室１６には、そのペントルーフの尾根に沿って、燃焼室中心に１本、これを挟んで周辺部に２本の合計３本の点火プラグ１７が配設されている。燃焼室１６のペントルーフの尾根を挟んだ両側には、第１吸気ポート１８，  第２吸気ポート２０及び第１排気ポート２２，  第２排気ポート２４が形成されている。第１吸気ポート１８と第２吸気ポート２０には、夫々略同径の第１及び第２吸気管２６，  ２８が接続されている。これら第１及び第２吸気管２６，  ２８のうち第１吸気管２６には単噴孔の燃料噴射弁３０が設けられており、第２吸気管２８にはスワール制御弁３２が設けられている。第１吸気管２６からは常時（ただし、不図示のスロットル弁と吸気弁の開度に応じて）空気がシリンダ１２内に取り入れられるように構成されており、第２吸気管２８からは、シリンダ１２内に必要とされるスワール流の大きさに応じて空気が導入されるようになされている。すなわち、最大スワールが必要な場合は、スワール制御弁３２を全閉状態とし、第２吸気管２８からは空気を取り入れず、第１吸気管２６のみから空気をシリンダ１２内に導入する。また、スワールが必要とされない場合あるいは全負荷運転状態においては、スワール制御弁を全開状態とし、スワール比≒０とする。
【００１７】
また、第１及び第２吸気ポート１８，  ２０には、夫々これらのポートを開閉するための吸気弁３４が設けられており、また第１及び第２排気ポート２２，  ２４には夫々これらのポートを開閉するための排気弁３６が設けられている。吸気弁３４及び排気弁３６は、夫々不図示の吸気弁駆動用カムシャフトと排気弁駆動用カムシャフトにより開閉駆動される。これら吸気弁駆動用カムシャフトと排気弁駆動用カムシャフトは、チェーン、タイミングベルト、ギヤ等を介してクランクシャフトにより回転駆動される。
【００１８】
なお、燃料噴射弁３０には、図２に示すように、この燃料噴射弁から噴射される燃料の向きを図中破線で示すように吸気弁３４の上部に吹き付ける状態と、図中実線で示すように吸気弁３４の下部に吹き付ける状態とを切り替える切替装置３８が設けられている。
【００１９】
次に、上記のように構成されるエンジンにおける燃焼制御方法について説明する。
【００２０】
この第１の実施例における燃焼制御方法では、吸気行程前に噴射する場合の燃料の噴射方向と、吸気行程中に噴射する場合の燃料の噴射方向とを異ならせている。この理由は、燃料を常時吸気ポート１８の中心に向けて（図中４０で示す中心線に沿って）噴射した場合には、吸気行程前の噴射では、吸気管２６内に空気の流れがないため、重力の作用により燃料は図中実線で示すように吸気ポート１８の下側にずれてしまい、吸気行程中の噴射では、吸気管２６内に空気の流れがあるため、燃料は図中破線で示すように吸気ポート１８の上側に吹き上げられてしまうからである。そのため、第１の実施例では、燃料噴射弁３０に、上述した燃料の噴射方向を切り替えるための切替装置３８が設けられている。そして、この切替装置３８により燃料の噴射方向を以下のように制御する。
（１）吸気行程前に噴射した燃料は、重力により吸気弁３４の下部からシリンダ１２内に流入し、吸気側シリンダ壁近傍に偏在する。図２中破線で示すように、燃料を吸気弁３４の弁座中心より上向きに噴射することにより、重力の影響を相殺させ、吸気弁カーテンエリア全域から燃料を流入させる。
（２）吸気行程中に噴射した燃料は、吸気流に輸送され、吸気弁３４の上部から流入し、排気弁３６側のシリンダ壁近傍に偏在する。図２中実線で示すように、燃料を吸気弁３４の弁座中心より下向きに噴射することにより、吸気流による輸送を受けても吸気弁カーテンエリア全域から燃料を流入させることができる。
（３）一般に、高速回転全負荷域では、燃料噴射期間は略全行程（吸気〜排気）に渡る。従って、低回転では、上記の（２）のように吸気行程に燃料噴射時期を設定して下向き噴射としても、高速回転では、（１）の吸気行程前の噴射が支配的となる。そこで、回転数により燃料噴射方向を変更すれば常に均一な混合気分布を得ることができる。燃料の噴射方向を切り替える切替装置３８としては、燃料噴射弁３０そのものの方向を変更（例えば噴射弁を鉛直面内で回転する）するものや、外力（例えば磁力や流動）によって噴射を曲げるものが考えられる。
【００２１】
図３は、吸気経路を切り替える可変吸気管長システムに、吸気流による噴射方向変更機能を組み込んだ例を示したものである。
【００２２】
低回転では、図３（ａ）に示すように慣性吸気を行なうために長い吸気管４２を利用するので、短い吸気管４４のデッドボリュームに影響されて、燃料の噴霧部の吸気流は管軸４６よりも下向きとなる。従って、吸気行程中噴射とすれば、吸気弁３４のカーテンエリア全域から燃料を流入させることができる。
【００２３】
一方、高回転では、管路抵抗を少なくするために短い吸気管４４を利用するが、ほとんどの燃料が吸気行程以外で噴射されるため、吸気流の影響は受けにくい。そこで予め燃料噴射方向を上向きに設定し、高回転においても吸気弁３４のカーテンエリア全域から燃料を流入させる。
【００２４】
このように、上記の方法によれば、燃料を吸気弁３４のカーテンエリア全域からシリンダ１２内に流入させることができるので、燃料がシリンダ壁に付着することがなく霧状のままシリンダ内に導入されることとなり、シリンダ１２内で燃料が均一に分布しやすくなる。
（第２の実施例）
上記の第１の実施例においては、燃料を吸気弁のカーテンエリア全域からシリンダ内に導入させるようにしたが、この第２の実施例は、水平面内で燃料の噴霧の向きをシリンダの中心部に向くように指向させるものである。
【００２５】
本実施例のように片方の吸気ポート１８のみから燃料を供給する機関において、水平面内で燃料を均一に拡散させるには、燃料をシリンダ中心に向けて噴出させることが望ましい。しかしながら、燃料噴射弁３０をシリンダ１２の中心方向に指向させると、エンジンに対し斜めに取り付ける必要があり、エンジンと燃料噴射弁と燃料配管のシール性、加工性、取付性を著しく悪化させることとなる。そこで、図４に示すように燃料噴射弁３０はエンジン（クランク軸）に対して水平面内で垂直に取り付け、燃料を供給する側の吸気ポート２６をシリンダ１２の中心方向に曲げて形成する。このようにすれば、燃料は図４に示すようにコアンダ効果（流体が固体表面に沿って流れる効果）により、シリンダ１２の中心に向けて導入されることとなる。これにより、燃料がシリンダ１２の全域にわたって拡散され、燃料のシリンダ１２内での分布が均一化される。
（第３の実施例）
上記の第１及び第２の実施例では、燃料の噴射方向を制御することにより燃料の分布の均一化を図ろうとしたが、この第３の実施例は、燃料の気化を促進することにより燃料の分布の均一化を図ろうとするものである。
【００２６】
具体的には、図１に示す吸排気２弁ずつの４弁エンジンにおいて、燃料噴射弁３０が配設された第１吸気ポート１８（Ｉｎｔ１  ）を開閉する吸気弁３４と、これに対向する第１排気ポート２２（Ｅｘｈ１）を開閉する排気弁３６の開閉時期のオーバーラップを、他の吸排気弁（第２吸気ポート２０（Ｉｎｔ２）と第２排気ポート２４（Ｅｘｈ２）の吸排気弁）のオーバーラップよりも大きく設定する（図５参照）。これにより、排気ガスの、排気ポート２２→シリンダ１２、あるいはシリンダ１２→吸気ポート１８への還流を効率良く利用して（図６参照）、燃料の気化を促進させ、吸気流によって燃料をシリンダ全域に拡散させることができる。
（第４の実施例）
上記の第３の実施例では、吸排気弁の開閉時期のオーバーラップ量を制御することにより、燃料の気化を促進させるようにしたが、この第４の実施例では、排気弁の開時期に略同期して吸気弁を微小量リフトさせることにより、燃料の気化を促進させるようにしている。
【００２７】
図７に示すように、吸気弁３４を吸気行程前に微小量リフトさせて、燃焼ガスを吸気ポート１８に還流させるとともに、図８に示すようにロータリーバルブ４８によって吸気ポート上部を還流から吸気開始までの間閉塞して還流ガスを吸気系上流部へ逃がすことなく吸気ポート１８の部分に滞留させる。この還流期間に同期して燃料の噴射を行い、還流する燃焼ガスに接触させれば、燃焼ガスの熱エネルギーを有効に利用して燃料を気化させることが可能となる。これにより、気化した燃料を吸気流によってシリンダ１２の全域に拡散させることができる。
【００２８】
以上説明したように、上記の実施例によれば、２つの吸気ポートのうちの一方にのみ燃料噴射弁が配設されているエンジンにおいても、燃料をシリンダ内に均一に分布させることが可能となる。
【００２９】
なお、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施例を修正又は変形したものに適用可能である。
【００３０】
例えば、上記実施例では、燃焼室に３つの点火プラグを配置するように説明したが、これに限定されることなく、本発明は例えばシリンダの中央部に１つだけ点火プラグが配置されているエンジンにも適用可能である。その他３つに限らず複数の点火プラグを有するエンジンにも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明のエンジンの燃焼制御装置によれば、排気ポートが開いている時期に、吸気ポートを微少量開けて、既燃ガスを吸気ポート側に還流することにより燃料の気化が促進され、シリンダ内の燃料の分布を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃焼制御装置が適用されるエンジンの、主にシリンダ部分の構成を示した平面図である。
【図２】図１を側方から見た側断面図である
【図３】吸気経路を切り替える可変吸気管長システムに、吸気流による噴射方向変更機能を組み込んだ例を示したものである。
【図４】燃料を供給する側の吸気ポートをシリンダの中心方向に曲げて形成した状態を示した図である。
【図５】クランク軸の回転角度と吸排気弁のリフト量の関係を示した図である。
【図６】排気系から吸気系に燃焼ガスが還流する様子を示した図である。
【図７】クランク軸の回転角度と吸排気弁のリフト量の関係を示した図である。
【図８】排気系から吸気系に燃焼ガスが還流する様子を示した図である。
【符号の説明】
１２    シリンダ
１４    シリンダヘッド
１６    燃焼室
１７    点火プラグ
１８    第１吸気ポート
２０    第２吸気ポート
２２    第１排気ポート
２４    第２排気ポート
２６    第１吸気管
２８    第２吸気管
３０    燃料噴射弁
３２    スワール制御弁
３４    吸気弁
３６    排気弁
３８    切替装置
４０    中心線
４２    長い吸気管
４４    短い吸気管
４６    管路中心
４８    ロータリーバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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