JP3040596B2

JP3040596B2 - エンジンの燃料供給装置

Info

Publication number: JP3040596B2
Application number: JP4131296A
Authority: JP
Inventors: 淳一田賀; 忠孝中角; 友巳渡辺; 一彦橋本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-05-25
Filing date: 1992-05-25
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JPH05321795A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃焼室ごと
にＰ吸気ポートおよびＳ吸気ポートが設けられ、Ｓ吸気
ポート側の吸気通路に低負荷運転領域で閉じる開閉弁が
設けられた燃料供給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のエンジンの燃料供給装
置では、低負荷運転領域でＰ吸気ポートからのみエアを
上記燃焼室に供給する一方、高負荷運転領域で上記開閉
弁を開いてＰ，Ｓの両吸気ポートからエアを供給するこ
とが行われている。すなわち、低負荷運転領域におい
て、Ｓ吸気ポートからのエア流を止めることによりＰ吸
気ポートからの十分な吸気流速を確保して燃焼室内での
スワールの生成を図る一方、高負荷運転領域において、
Ｐ，Ｓの両吸気ポートから吸気の十分な充填効率を確保
するものである。

【０００３】そして、このような燃料供給装置におい
て、従来より、Ｐ吸気ポート側の吸気通路に燃料噴射弁
を設け、かつ、この燃料噴射弁の位置をＳ吸気ポート側
にオフセットさせたものが知られている（例えば、特公
平２−２０８２８号公報参照）。これは、上記燃料噴射
弁からの噴射燃料をＰ吸気ポートの壁面に衝突させて吸
気との接触面積を増大させることにより、低負荷運転領
域での気化の促進を図り、ひいては燃焼性の向上を図る
ものである。この他、Ｐ，Ｓの両吸気ポートの各吸気通
路に燃料噴射弁を設け、Ｐ吸気ポート側の燃料噴射弁の
噴霧角を大に、Ｓ吸気ポート側の燃料噴射弁の噴霧角を
小にそれぞれ設定したものも知られている（実開昭６１
−１６９２７１号公報参照）。これは、低負荷運転領域
において、上記Ｐ吸気ポート側の燃料噴射弁からの燃料
を大噴霧角で噴射させることにより燃料とエアとの気
化、霧化の促進を図る一方、高負荷運転領域において、
Ｓ吸気ポート側の燃料噴射弁からの燃料を小噴霧角で噴
射させることにより、吸気抵抗を低減させて上記充填効
率のより一層の向上を図るものである。

【０００４】つまり、従来のエンジンの燃料供給装置
は、Ｓ吸気ポートからの吸気を止めた低負荷運転領域に
おいて、気化、霧化を促進するほど、その低負荷運転領
域での燃焼安定性の向上に寄与しうるものであるとの考
え方に基いている。このため、Ｐ吸気ポート側の燃料噴
射弁から噴射する燃料の噴霧角を大にして吸気と接触す
る領域を大にしたり、Ｐ吸気ポートの壁面に衝突させて
吸気との接触面積を増大させたりしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、エミ
ッション性能および燃費性能の向上を図るために、理論
空燃比よりもリーン側の空燃比にした混合気を燃焼させ
る、いわゆるリーンバーンの達成が要求されている。こ
の場合、特に、低負荷運転領域において、供給される混
合気が少ない上、さらに、その混合気が稀薄化されるた
め、特に、着火性の維持、向上を図る必要がある。従っ
て、１つの燃焼室に２つの吸気ポートを設け、その燃焼
室の略中央部に点火プラグを配置したエンジンにおい
て、特に、低負荷運転領域での着火性向上を図るため
に、上記点火プラグの回りに比較的リッチな混合気層を
形成する成層化を十分に図る必要がある。

【０００６】しかし、上記Ｐ吸気ポート側に設ける燃料
噴射弁をＳ吸気ポート側にオフセットして配置したもの
では、気化、霧化の促進は図れるものの、その気化され
た燃料の本体部分はスワールにのって燃焼室の円周側位
置に流されてしまい、燃焼室の略中央部に配置された点
火プラグに対して成層化を十分に図ることができない。
このため、着火性が不十分となるおそれがある。また、
上記Ｐ吸気ポート側に設ける燃料噴射弁を大噴霧角にし
たものでは、気化、霧化の促進は図れるものの、その気
化された燃料の本体部分が上記のものと同様にスワール
にのってしまい、成層化を十分に図ることができない。

【０００７】一方、高負荷運転領域において、出力の増
大要求に応じて、空燃比をリッチ側に補正する場合、燃
焼室内での燃料と空気との十分なミキシングを図る必要
がある。また、この場合、リーンバーン状態から出力増
大要求に応じて空燃比をリッチ側に徐々に増大させる
と、その途中段階で窒素酸化物（ＮＯｘ）が一時的に増
大するという不都合がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、低負荷運転領
域における成層化の促進を図ることにより着火性、燃焼
安定性の向上を図り、良好なリーンバーンを達成すると
ともに、高負荷運転領域におけるミキシングの向上を図
り、全体として燃費改善を図ることにある。また、他の
目的とするところは、低負荷運転領域から高負荷運転領
域への移行に際してＮＯｘ発生の増大を抑制することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、特に、低負荷運転領域にお
けるリーンバーンの安定性を図るために、気化、霧化の
促進を図るよりも、むしろ、成層化の促進による着火性
の向上を図ることの方がより重要である点に着目したも
のである。そして、エンジンの燃焼室に、この燃焼室に
スワールを生成させるスワール生成用のＰ吸気ポート
と、Ｓ吸気ポートとが互いに独立して開口され、Ｐ吸気
通路がＰ吸気ポートを介して連通され、かつ、Ｓ吸気通
路がＳ吸気ポートを介して連通されており、上記Ｓ吸気
通路に低負荷運転領域で閉じる開閉弁が設けられたもの
を前提とし、このものにおいて、以下の燃料噴射弁と、
空燃比設定手段と、噴霧角変更手段とを備える構成とす
るものである。すなわち、上記燃料噴射弁を、Ｐ吸気通
路およびＳ吸気通路の内のＰ吸気通路に設け、かつ、そ
の噴射中心軸を上記燃焼室におけるＰ吸気ポートの開口
部の中心位置より上記燃焼室の略中心部に配置された点
火プラグ寄りに指向するように配置する。また、上記空
燃比設定手段を、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で
燃料供給が行われるリーン領域を上記開閉弁が閉状態と
なる低負荷運転領域に設定し、かつ、上記理論空燃比よ
りもリッチ側の空燃比で燃料供給が行われるリッチ領域
を上記開閉弁が開状態となる他の運転領域に設定するよ
うに構成する。さらに、上記噴霧角変更手段を、上記空
燃比設定手段により設定されたリーン領域で、上記燃料
噴射弁の噴射中心軸を中心として燃料が拡散される範囲
の内角である噴霧角をリッチ領域における噴霧角よりも
小さくするように構成する。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、上記請求項
１記載の発明において、空燃比設定手段を、リーン領域
と、このリーン領域に隣接して領域設定されるリッチ領
域とを運転状態に応じて相互に切換えるように構成す
る。そして、噴霧角変更手段を、上記空燃比設定手段で
のリーン領域からリッチ領域への切換に同期してリーン
領域の噴霧角よりも大きい噴霧角に変更するように構成
するものである。

【００１１】さらに、請求項３記載の発明は、上記請求
項１記載の発明における噴霧角および噴射中心軸の方向
をより具体的に特定したものである。すなわち、リーン
領域における噴霧角をＰ吸気ポートの壁面に衝突しない
範囲に設定し、かつ、上記噴射中心軸を上記点火プラグ
近傍を指向させて設定する構成とするものである。

【００１２】

【作用】上記の構成により、請求項１記載の発明では、
低負荷運転領域にある場合、開閉弁が閉じられてＰ吸気
通路からの吸気により燃焼室にスワールが生成される。
併せて、空燃比設定手段によりリーン領域の設定が行わ
れてリーン側の空燃比による燃料供給が行われるととも
に、噴霧角変更手段により燃料噴射弁の噴霧角がリッチ
領域よりも小さく変更される。これにより、燃料噴射弁
から点火プラグ寄りに指向された噴射中心軸を中心とす
る比較的狭い範囲で燃料が噴霧されて、その噴霧された
燃料の本体部分が上記スワールに載らずに点火プラグの
近傍に到達される。このため、リーン領域での空燃比設
定が行われていても、上記点火プラグの近傍にリッチな
混合気を形成する成層化が確実に図られ、着火性の向上
が図られる。これにより、リーンバーンにおける燃焼安
定性の向上が図られ、さらに、着火性の向上が図られる
分、リーン領域の高負荷側への拡大が図られる。

【００１３】一方、運転状態が高負荷運転領域にある場
合、開閉弁が開かれてＰおよびＳの吸気ポートからの吸
気となるとともに、燃料噴射弁の噴霧角がリーン領域よ
りも大きくなる。このため、上記燃料噴射弁からの噴霧
燃料の拡散範囲が上記リーン領域の範囲よりも拡大し
て、その燃料が上記Ｐ吸気ポートからのスワールに載せ
られる。そして、この燃料の載ったスワールが、Ｓ吸気
ポートからの吸気により乱されるため、上記Ｐ吸気ポー
トからの燃料と空気とのミキシングが行われる。しか
も、上記燃料噴射弁から噴射される燃料は、リッチ領域
の空燃比設定がなされているため、上記ミキシングの促
進と相俟って、上記高負荷運転領域での出力要求が満足
される。

【００１４】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明による作用に加えて、空燃比設定手段に
おいて上記リーン領域とリッチ領域とが隣り合わせで領
域設定されて、低負荷運転領域〜高負荷運転領域の運転
状態に応じてリーン領域とリッチ領域とに相互に切換え
られる。すなわち、空燃比が徐々に増減されるのではな
く、リーン側およびリッチ側の２つの空燃比間で一気に
変更される。このため、そのリーン側およびリッチ側空
燃比の各値の設定をＮＯｘの発生が最大となる値１６付
近を挟んでリーン側およびリッチ側の値を選択すること
により、空燃比を徐々に増減させて上記空燃比値１６に
よる燃料供給を行なう場合と比べて、ＮＯｘの発生の増
大が抑制される。そして、噴霧角変更手段により、上記
リーン側空燃比とリッチ側空燃比との切換に同期させ
て、燃料噴射弁の噴霧角の大小切換が行われるため、上
記ＮＯｘ発生の増大抑制がより効果的に行われる。

【００１５】さらに、請求項３記載の発明では、リーン
領域における噴霧角がＰ吸気ポートの壁面に衝突しない
範囲に設定されるため噴霧燃料のほぼすべてが燃焼室内
に噴射されるとともに、燃料噴射弁の噴射中心軸が点火
プラグ近傍を指向しているため、上記噴霧燃料の点火プ
ラグまでの到達がより確実に達成され、これにより、上
記請求項１記載の発明による作用がより確実に達成され
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１および図２は、本発明の実施例に係る
燃料供給装置を適用したエンジンを示す。なお、同図で
は１つのシリンダをのみ示すが他のシリンダについても
同じ構成である。このため、以下、上記１つのシリンダ
についてのみ説明し、他のシリンダについての説明を省
略する。

【００１８】同図において、１はエンジンであり、この
エンジン１はシリンダ２を形成するシリンダブロック３
（図２にのみ示す）と、このシリンダブロック３の上面
に接合されたシリンダヘッド４と、上記シリンダ２内を
往復動するピストン５とを備えている。そして、上記シ
リンダ２内において、上記シリンダヘッド４の下面およ
び上記ピストン５の頂面により区画されて燃焼室６が形
成されており、点火プラグ７が上記シリンダヘッド４の
下面の上記燃焼室６に臨む中央位置に取付けられてい
る。

【００１９】上記燃焼室６には、Ｐ（プライマリ）およ
びＳ（セカンダリ）の２つの吸気ポート８，９と、２つ
の排気ポート１０，１１が互いに独立して開口されてい
る。上記各吸気ポート８，９の上記燃焼室６の開口部に
吸気弁１２が、また、上記各排気ポート１０，１１に排
気弁１３がそれぞれ設けられている。各吸排気弁１２，
１３は所定のタイミングで開閉されて上記燃焼室６に吸
気を導入して排気を導出するようになっている。

【００２０】上記２つの吸気ポート８，９は上記シリン
ダ２の軸心Ｏを通るエンジンの各シリンダの配列方向軸
Ｌを挟んだ一側に、上記２つの排気ポート１０，１１は
他側にそれぞれ配置されて、両者８，９、１０，１１が
相対向するように位置付けられている。そして、上記Ｐ
吸気ポート８は上記シリンダ２の内周面の接線方向を指
向するように開口されており、このＰ吸気ポート８から
の吸気により上記シリンダ２の円周側位置を流れる渦流
であるスワールを生成するようになっている。また、上
記Ｓ吸気ポート９は上記Ｐ吸気ポート８よりもシリンダ
２の下方を指向するように開口されており、このＳ吸気
ポート９からの吸気により上記シリンダ２の垂直方向の
渦流であるタンブルを生成するようになっている。

【００２１】上記Ｐ吸気ポート８にはＰ吸気通路１４
が、また、上記Ｓ吸気ポート９にはＳ吸気通路１５がそ
れぞれ連通されており、このＰおよびＳの吸気通路１
４，１５は各上流端位置で１つの共通吸気通路１６に連
通されている。そして、この共通吸気通路１６の上流側
には図示しないエアクリーナ、エアフローメータおよび
スロットル弁などが設けられ、これらを介して上記共通
吸気通路１６に外気が導入されて、この外気が上記共通
吸気通路１６から分岐して上記ＰおよびＳの２つの吸気
通路１４，１５に導入されようになっている。

【００２２】上記Ｐ吸気通路１４の所定位置には燃料噴
射弁１７が設けられており、この燃料噴射弁１７はコン
トロールユニット１８からの出力信号により所定のタイ
ミングおよび所定の空燃比に基いて供給された燃料を噴
射するようになっている。また、上記Ｓ吸気通路１５の
所定位置にはアクチュエータ１９ａの駆動により開閉作
動される開閉弁１９が設けられており、この開閉弁１９
は上記コントロールユニット１８からの出力信号により
所定のタイミングで上記Ｓ吸気通路１５を全開状態また
は全閉もしくは微小開度の閉状態に変換するようになっ
ている。

【００２３】上記燃料噴射弁１７の噴射中心軸Ｘは、Ｐ
吸気ポート８の燃焼室６への開口部中心位置から上記点
火プラグ７寄りに偏向されて点火プラグ７の近傍を指向
するように設定されている。そして、上記燃料噴射弁１
７には、上記噴射中心軸Ｘを中心として噴霧される燃料
の拡散範囲である噴霧角を大小の２段階に変更する噴霧
角変更手段２０が付設されている。この噴霧角変更手段
２０は回転による位置変換により上記燃料噴射弁１７の
噴孔径を大小に相互に変更する噴孔径変更部材２１と、
この噴孔径変更部材２１を回転作動させるアクチュエー
タ２２とから構成されている。そして、このアクチュエ
ータ２２が上記コントロールユニット１８からの出力信
号により駆動されて、上記燃料噴射弁１７の噴霧角が所
定のタイミングで変更されるようになっている。

【００２４】上記噴孔径変更部材２１は、図３ないし図
５に詳細に示すように、上記燃料噴射弁１７のノズル先
端の噴孔１７ａを遮蔽するように重ねられた扇板状の本
体２３と、この本体２３の付け根位置に固定されたピン
２４とから構成されている。上記本体２３には、所定径
の第１の孔２５が上記噴孔１７ａと相対向する回転軌跡
上の一側位置に、上記第１の孔２５よりも大きい所定径
の第２の孔２６が他側位置にそれぞれ貫通して形成され
ている。上記第１の孔２５の孔径は上記噴孔１７ａと連
通した小噴霧角設定状態（図３の一点鎖線および図４に
示す状態）で、上記燃料噴射弁１７からの噴霧が比較的
小さい噴霧角θ₁（例えば１０〜２０度）の範囲に拡散
されるように設定されている。また、上記第２の孔２６
の孔径は上記噴孔１７ａと連通した大噴霧角設定状態
（図３の実線および図５に示す状態）で、上記燃料噴射
弁１７の噴霧が比較的大きい噴霧角θ₂（例えば３０〜
６０度）の範囲に拡散されるように設定されている。そ
して、上記本体２３は上記小噴霧角設定状態と大噴霧角
設定状態との間を上記ピン軸Ｃの回りに回転移動可能に
上記ピン２４により支持されており、上記アクチュエー
タ２２の駆動に伴い上記ピン２４が正逆回転作動される
ことにより、上記燃料噴射弁１７の噴霧角が上記噴霧角
θ₁とθ₂とに相互に変換されるようになっている。

【００２５】上記小噴霧角設定状態における噴霧角θ₁
は、図１および図２に二点鎖線で示すように、燃料噴射
弁１７から噴霧された燃料が、特に、Ｐ吸気ポート８の
壁面に付着しない範囲に設定されて、その噴霧された燃
料のすべてが上記Ｐ吸気ポート８に衝突することなく燃
焼室６まで到達するようになっている。また、その燃料
の噴射中心軸Ｘが上記Ｐ吸気ポート８から燃焼室６への
吸気の流れ方向（図１にＹで示す矢印の方向）と異な
り、上記Ｐ吸気ポート８からの吸気により生成されるス
ワールに上記燃料が載らないようになっている。

【００２６】次に、上記コントロールユニット１８での
制御を図６に基いて説明する。

【００２７】まず、ステップＳ１でエンジン回転数およ
び吸入空気量などの検出値を読込み、ステップＳ２で上
記検出値に基いて得られた運転状態に応じて空燃比領域
の設定を行なう。この空燃比領域の設定はあらかじめ記
憶されたマップに基いて行われる。このマップは、図７
に示すように、所定のエンジン回転数Ｎ₁（例えば３０
００ｒｐｍ程度）より小さくかつ所定の負荷（吸入空気
量）より小さい範囲の低負荷運転領域を、理論空燃比よ
りもリーン側の所定の空燃比での燃料供給を行なうリー
ン領域とするように定められている。すなわち、上記低
負荷運転領域で、理論空燃比に対する設定空燃比の比率
λの値が１より大となる所定値の空燃比が設定される。
そして、このリーン領域に隣接する領域、すなわち、上
記エンジン回転数Ｎ₁よりも大きくかつ上記所定の負荷
よりも大きい中負荷運転領域および高負荷運転領域を、
上記理論空燃比と等しいかリッチ側の所定の空燃比での
燃料供給を行なうリッチ領域とするように定められてい
る。すなわち、中・高負荷運転領域で上記λ値が１以下
となる所定の空燃比が設定される。これらステップＳ１
およびＳ２によって運転状態に応じて空燃比の設定を行
なう空燃比設定手段２７が構成されている。

【００２８】次に、ステップＳ３で上記空燃比領域の判
定を行なう。そして、リーン領域であれば、ステップＳ
４でアクチュエータ１９ａに信号を出力して開閉弁１９
を閉状態にするとともに、ステップＳ５でアクチュエー
タ２２に信号を出力して噴孔径変更部材２１を小噴霧角
設定状態にして、ステップＳ８に進む。また、上記ステ
ップＳ３での判定結果がリッチ領域であれば、ステップ
Ｓ６で上記アクチュエータ１９ａに信号を出力して上記
開閉弁１９を開状態にするとともに、ステップＳ７で上
記アクチュエータ２２に信号を出力して上記噴孔径変更
部材２１を大噴霧角設定状態にして、上記ステップＳ８
に進む。すなわち、リーン領域とされた低負荷運転領域
であれば開閉弁１９を閉じるとともに、図８に示すよう
に燃料噴射弁１７の噴霧角を小噴霧角θ₁に変更する。
また、リッチ領域とされた高負荷運転領域などであれば
上記開閉弁１９を開けるとともに、上記噴霧角を大噴霧
角θ₂に変更する。

【００２９】なお、上記噴霧角の変更に際して、燃料噴
射弁１７が吸気行程に合わせて各シリンダ別に噴射する
タイムドインジェクションを行なうものである場合、上
記噴霧角の変更をその噴射の終了タイミングに合わせて
行なう。

【００３０】そして、ステップＳ８で設定された空燃比
に基いて燃料噴射弁１７から燃料を所定の噴霧角で噴射
し、リターンする。

【００３１】上記の構成の燃料供給装置において、運転
状態が低負荷運転領域にある場合、開閉弁１９が閉じら
れてＰ吸気通路１４のみからの吸気となって、Ｓ吸気通
路１５が遮断された分吸気流速が大きくなるとともに、
Ｐ吸気ポート８が燃焼室６の接線方向に指向されている
ため、燃焼室６の円周方向のスワールが生成される。併
せて、燃料噴射弁１７の噴霧角が小噴霧角θ1 に変更さ
れて、噴霧された燃料がＰ吸気ポート８の壁面に衝突す
ることなく、点火プラグ７近傍を指向する噴射中心軸Ｘ
を中心とする比較的狭い範囲で噴射されるため、上記噴
霧された燃料の本体部分を上記スワールに載せずに点火
プラグ７の近傍に到達させることができる。これによ
り、その点火プラグ７の近傍にリッチな混合気の層を形
成することができ、上記点火プラグ７に対する成層化を
確実に図ることができる。従って、空燃比の設定がリー
ン領域であっても、着火性の向上を図ることができ、こ
れにより、リーンバーンにおける燃焼安定性の向上を図
ることができる。

【００３２】さらに、上記のように着火性の向上を図る
ことができるため、リーン領域を設定する運転領域を上
記低負荷運転領域よりも高負荷側に拡大させることがで
き、あるいは、リーン領域における空燃比のリーン側設
定における限界（リーンリミット）を拡大させることが
できる。この点について、噴霧角に対する着火性を確保
することができる空燃比のリーンリミットの変化特性に
ついて調べた結果を示す図９において、噴霧角を最大側
の値から徐々に小さくしていくと、リーンリミットがリ
ッチ側からリーン側に移行、すなわち、拡大する。これ
は、当初、噴霧角が大であるためＰ吸気ポート８の壁面
に噴霧燃料が付着していたのが徐々に減って、その分点
火プラグ７に直接到達する燃料が増大して着火性が向上
するためと考えられる。そして、上記壁面への燃料付着
が無くなる噴霧角θ₀（ほぼ２０度）から小さい噴霧角
の範囲で、上記リーンリミットはほぼ一定になってい
る。従って、噴霧燃料をＰ吸気ポート８の壁面に衝突さ
せないで燃焼室６内に吹き込むことができる上記噴霧角
θ₀を基準として、リーン領域における燃料噴射弁１７
の噴霧角を上記θ₀より小さい値に設定することによ
り、上記リーンリミットの拡大を図ることができる。

【００３３】一方、運転状態が高負荷運転領域にある場
合、開閉弁１９が開かれてＰおよびＳの吸気通路１４，
１５からの吸気となるとともに、燃料噴射弁１７の噴霧
角が大噴霧角θ₂に変更される。このため、上記燃料噴
射弁１７からの噴霧燃料の拡散範囲が上記大噴霧角θ₂
の範囲に拡大して、一部がＰ吸気ポート８の壁面に衝突
して気化、霧化の促進を図ることができるとともに、そ
の燃料を上記Ｐ吸気ポート８からのスワールに載せるこ
とができる。そして、この燃料の載ったスワールが、Ｓ
吸気ポート９からの吸気により生成されるタンブルと衝
突して乱されるため、上記Ｐ吸気ポート８からの燃料と
空気とのミキシングを十分に行うことができる。しか
も、上記燃料噴射弁１７から噴射される燃料は、リッチ
領域の空燃比設定がなされているため、上記ミキシング
の促進と相俟って、上記高負荷運転領域での出力要求を
十分に満足させることができる。

【００３４】図１０は燃料噴射弁１７の噴霧角に対する
トルクの変化特性を示したものであり、噴霧角を大きく
するほど出力トルクは増大している。これは、噴霧角が
大きくなるほど、燃料の気化、霧化および空気とのミキ
シングを上記のように促進させることができるためと考
えられる。

【００３５】つまり、低負荷運転領域において、着火性
に重点をおいて成層化の促進を図ることによりリーンバ
ーンの燃焼安定性およびリーン領域の拡大を図ることが
でき、高負荷運転領域において、燃料の気化、霧化およ
び空気とのミキシングの促進を図ることにより確実に要
求出力を発揮させることができ、全体として、燃費の改
善を図ることができるものである。

【００３６】さらに、上記空燃比設定手段２７は低負荷
運転領域〜高負荷運転領域において上記リーン領域とリ
ッチ領域とが隣り合わせで領域設定されており、運転状
態に応じてリーン側空燃比の所定値と、リッチ側空燃比
の所定値とに相互に切換えられる。つまり、空燃比を徐
々に増減させるのではなく、リーン側およびリッチ側の
２つの空燃比間で一気に変更させるようにしているた
め、そのリーン側およびリッチ側空燃比の各値の設定を
例えば空燃比１６付近を挟んでリーン側およびリッチ側
の値を選択することにより、ＮＯｘの発生を効果的に抑
制することができる。すなわち、ＮＯｘは、一般に、空
燃比１６付近で発生量が最大となり、それよりもリーン
側もしくはリッチ側の空燃比で急速に減少する傾向にあ
るため、このＮＯｘの最大発生段階である空燃比１６付
近を飛び越えて空燃比の変換を行なうことにより、空燃
比を徐々に増減させる場合と比べて、ＮＯｘの発生量を
低減させることができる。しかも、噴霧角変更手段２０
で、上記リーン側空燃比とリッチ側空燃比との切換に同
期させて、燃料噴射弁１７の噴霧角の大小切換を行なっ
ているため、上記ＮＯｘの発生をより効果的に抑制する
ことができる。

【００３７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その他種々の変形例を包含するものであ
る。すなわち、上記実施例では、燃料噴射弁１７を所定
位置に固定的に設けているが、これに限らず、例えば、
リーン領域への切換に伴って噴霧角の大から小への変更
に加えて燃料噴射弁を噴射中心軸Ｘ上に燃焼室６側にわ
ずかに前進させてもよい。この場合、同じ小噴霧角θ₁
であっても、Ｐ吸気ポート８から燃焼室６への開口部に
おける噴霧燃料の投影面積を前進させた分小さくするこ
とができ、噴霧燃料をＰ吸気ポート８からのスワールに
載せずに点火プラグ７近傍までより確実に到達させるこ
とができる。これにより、着火性のより向上を図ること
ができ、その結果、図９に一点鎖線で示すようにリーン
リミットをより拡大させることができる。

【００３８】上記実施例では、空燃比設定手段２７でリ
ーン領域もしくはリッチ領域の設定をして各領域で１つ
の空燃比の値を設定するようにしているが、これに限ら
ず、例えば各領域で２つ以上の値を運転状態に応じて段
階的に設定するようにしてもよい。

【００３９】また、上記実施例では、噴霧角変更手段２
０を大小２つの孔２５，２６を有する噴孔径変更部材２
１を用いて上記リーン領域とリッチ領域とで噴霧角を大
小２つの噴霧角θ₁，θ₂に相互に変更するように構成
しているが、これに限らず、例えば径の異なる３つ以上
の孔を順に形成し、上記リーン領域もしくはリッチ領域
内で運転状態に応じて噴霧角を段階的に大小変更させて
もよい。

【００４０】さらに、上記実施例では共通吸気通路１６
の上流側の詳細な説明を省略しているが、その共通吸気
通路１６の上流側位置に他の燃料噴射弁を設けて、この
燃料噴射弁から運転状態に応じて燃料噴射を行なうよう
にしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明におけるエンジンの燃料供給装置によれば、低負荷運
転領域にある場合、空燃比設定手段でリーン領域とされ
て理論空燃比よりもリーン側の空燃比の燃料供給が行わ
れるとともに、噴霧角変更手段により燃料噴射弁の噴霧
角がリッチ領域よりも小噴霧角に変更されるため、噴霧
燃料が点火プラグ寄りに指向された噴射中心軸を中心と
する比較的狭い範囲で噴射されて、上記噴霧燃料の本体
部分をＰ吸気ポートからのスワールに載せずに点火プラ
グの近傍に到達させることができる。このため、空燃比
がリーン領域に設定されても、上記点火プラグに対する
成層化を確実に図ることができ、着火性の向上を図るこ
とができ、これにより、リーンバーンにおける燃焼安定
性の向上を図ることができる。さらに、上記のように着
火性の向上を図ることができるため、リーン領域のさら
に高負荷側への拡大を図ることができる。

【００４２】一方、高負荷運転領域にある場合、噴霧燃
料の噴霧角がリーン領域よりも大きくＰ吸気ポートによ
る吸気との接触範囲も大きいため、気化、霧化の促進を
図ることができるとともに、上記Ｐ吸気ポートからのス
ワールに載せることができる。そして、この燃料の載っ
たスワールが、Ｓ吸気ポートからの吸気により乱される
ため、上記噴霧燃料と空気とのミキシングを十分に行う
ことができる。

【００４３】従って、全体として、燃費の改善を図るこ
とができるものである。

【００４４】また、請求項２記載の発明によれば、上記
請求項１記載の発明による効果に加えて、空燃比設定手
段において低負荷運転領域〜高負荷運転領域の運転状態
に応じてリーン領域とリッチ領域とに相互に切換えられ
るため、そのリーン領域およびリッチ領域での空燃比の
各値の設定をＮＯｘの発生が最大となる値１６付近を挟
んでリーン側およびリッチ側の値を選択することによ
り、空燃比を徐々に増減させて上記空燃比値１６による
燃料供給を行なう場合と比べて、ＮＯｘの発生の増大を
抑制することができる。しかも、噴霧角変更手段によ
り、上記リーン領域とリッチ領域との切換に同期させ
て、燃料噴射弁の噴霧角の大小切換が行われるため、リ
ーン領域とリッチ領域との相互移行に際しての上記ＮＯ
ｘ発生の増大抑制をより効果的に行うことができる。

【００４５】さらに、請求項３記載の発明によれば、リ
ーン領域における燃料噴射弁の噴霧角がＰ吸気ポートの
壁面に衝突しない範囲に設定されるため噴霧燃料のほぼ
すべてを燃焼室内に噴射することができるとともに、上
記燃料噴射弁の噴射中心軸が点火プラグ近傍を指向して
いるため、上記噴霧燃料を点火プラグまでより確実に到
達させることができる。これにより、上記請求項１記載
の発明による効果をより確実に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す簡略平面図である。

【図２】図１の実施例の正面方向の簡略断面図である。

【図３】図５のＡ−Ａ線から見た噴孔径変更部材の矢視
図である

【図４】小噴霧角設定状態における燃料噴射弁と噴孔径
変更部材との断面図である。

【図５】大噴霧角設定状態における燃料噴射弁と噴孔径
変更部材との断面図である。

【図６】コントロールユニットでの制御を示すフローチ
ャートである。

【図７】エンジン回転数と負荷との関係における空燃比
領域のマップである。

【図８】エンジン回転数と負荷との関係における噴霧角
のマップである。

【図９】噴霧角とリーンリミットとの関係図である。

【図１０】噴霧角とトルクとの関係図である。

【符号の説明】

１エンジン２シリンダ６燃焼室７点火プラグ８Ｐ吸気ポート９Ｓ吸気ポート１４Ｐ吸気通路１５Ｓ吸気通路１７燃料噴射弁１９開閉弁２０噴霧角変更手段２７空燃比設定手段Ｘ噴射中心軸

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｃ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１ＧＦ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｆ０２Ｍ 69/00 ３６０Ｃ (72)発明者橋本一彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭62−255529（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−255262（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−61774（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−61993（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 69/04 F02M 69/00 360 F02M 61/04 F02M 61/18 360 F02D 41/00 - 45/00 395

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの燃焼室に、この燃焼室にスワ
ールを生成させるスワール生成用のＰ吸気ポートと、Ｓ
吸気ポートとが互いに独立して開口され、Ｐ吸気通路が
Ｐ吸気ポートを介して連通され、かつ、Ｓ吸気通路がＳ
吸気ポートを介して連通されており、上記Ｓ吸気通路に
低負荷運転領域で閉じる開閉弁が設けられているエンジ
ンの燃料供給装置において、Ｐ吸気通路およびＳ吸気通路の内のＰ吸気通路に設けら
れ、かつ、噴射中心軸が上記燃焼室におけるＰ吸気ポー
トの開口部の中心位置より上記燃焼室の略中心部に配置
された点火プラグ寄りに指向するように配置された燃料
噴射弁と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃料供給が行われ
るリーン領域を上記開閉弁が閉状態となる低負荷運転領
域に設定し、かつ、上記理論空燃比よりもリッチ側の空
燃比で燃料供給が行われるリッチ領域を上記開閉弁が開
状態となる他の運転領域に設定する空燃比設定手段と、上記空燃比設定手段により設定されたリーン領域で、上
記燃料噴射弁の噴射中心軸を中心として燃料が拡散され
る範囲の内角である噴霧角をリッチ領域における噴霧角
よりも小さくする噴霧角変更手段とを備えていることを
特徴とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】空燃比設定手段が、リーン領域と、この
リーン領域に隣接して領域設定されるリッチ領域とを運
転状態に応じて相互に切換えるように構成されており、噴霧角変更手段が上記空燃比設定手段でのリーン領域か
らリッチ領域への切換に同期してリーン領域の噴霧角よ
りも大きい噴霧角に変更するように構成されている請求
項１記載のエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】リーン領域における噴霧角がＰ吸気ポー
トの壁面に衝突しない範囲に設定され、かつ、噴射中心
軸が点火プラグ近傍を指向するように設定されている請
求項１記載のエンジンの燃料供給装置。