(57)【要約】【課題】噴射燃料の微粒化が適切に行われる運転域を拡張し、広い運転域に亘って燃焼効率を改善し、排気ガス中の未燃焼成分の低減を図ること。【解決手段】副スロットル弁９０による空気流量の定量的な制御のもとに、アイドル運転時だけでなく、アイドル運転から要求空気量が所定値未満である運転域に亘って要求空気量に見合った空気を副吸気供給ポート７５に供給し、要求空気量が所定値以上である運転域になっても、副スロットル弁９０が開弁した状態を保ち、副吸気供給ポート７５に所定値相当の空気を供給する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に連通する主吸気通路と、
前記主吸気通路を流れる空気の流量を開弁量に応じて定量的に制御する主スロットル弁と、
前記主スロットル弁より吸気下流側の前記主吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記主スロットル弁より吸気下流側において前記燃料噴射弁より噴射された燃料の噴霧束に衝突する方向に空気を供給する副吸気供給ポートと、
前記副吸気供給ポートに供給する空気の流量を開弁量に応じて定量的に制御する副スロットル弁と、
内燃機関の運転状態に応じて要求空気量を演算する要求空気量演算手段と、
前記要求空気量演算手段により演算された要求空気量が所定値未満である運転域では前記主スロットル弁を全閉状態にして前記要求空気量に応じて前記副スロットル弁の開弁量のみを制御し、前記要求空気量が所定値以上である運転域では前記副スロットル弁の開弁状態を保って前記要求空気量に応じて前記主スロットル弁の開弁量を制御するスロットル弁制御手段と、
を有する内燃機関の燃料噴射−吸気装置。
【請求項２】
前記主吸気通路は各々前記燃焼室を構成する複数個の気筒毎に設けられ、前記主スロットル弁は前記主吸気通路毎に設けられている請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射−吸気装置。
【請求項３】
前記主吸気通路と、前記主吸気通路に連通し前記燃料噴射弁の先端部を挿入装着される噴射弁挿入孔とを形成された噴射弁取付部材を有し、前記噴射弁挿入孔内に前記燃料噴射弁の燃料噴射口が配置され、且つ前記噴射弁挿入孔内に前記副吸気供給ポートが開口している請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射−吸気装置。
【請求項４】
前記噴射弁挿入孔に、前記燃料噴射弁の前記燃料噴射口より噴射される燃料の噴霧拡散室を形成された筒形状の噴孔アダプタが取り付けられ、前記噴霧拡散室を画定する周壁に前記副吸気供給ポートが形成されている請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射−吸気装置。
【請求項５】
各気筒毎に二つの吸気ポートが形成され、前記主吸気通路は各気筒毎に前記二つの吸気ポートに連通しており、当該二つの吸気ポートの配列方向に直交する仮想平面に前記副吸気供給ポートが互いに対向する形態で二つ形成されている請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射−吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射−吸気装置に関し、特に、アイドル〜低負荷運転用の副吸気系を有する内燃機関の燃料噴射−吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気装置として、スロットルバルブをバイパスするバイパス吸気通路が設けられ、バイパス吸気通路によって吸入空気をスロットルバルブより下流側の吸気通路へ供給する吸気装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
バイパス吸気通路付きの吸気装置では、スロットルバルブを閉じた状態で、バイパス吸気通路を流れる吸入空気の流量をアイドルスピードコントロールバルブと云われる流量制御弁によって計量制御することにより、アイドル回転数を制御することができる（例えば、特許文献２）。
【０００４】
燃料噴射式の内燃機関では、バイパス吸気通路を流れる吸入空気をアシストエアとして、燃料噴射弁より噴射された燃料の噴流に向けて噴き出し、噴射燃料の微粒化、壁面付着燃料の低減を図ったものがある（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実公平２−７３６５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４２６号公報
【特許文献３】特開平４−５０４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スロットルバルブ（主スロットル弁）が閉じているアイドル運転時には、スロットルバルブ（主スロットル弁）が閉じていて、バイパス吸気通路を流れる空気によってアイドル運転に必要な空気量を確保するので、アイドル運転時にはアシストエアによる噴射燃料の微粒化を期待できる。
【０００７】
しかし、スロットルバルブが開かれた負荷運転時には、専ら、スロットルバルブが設けられている吸気通路（主吸気通路）を流れる空気によって負荷運転必要な空気量が確保され、バイパス吸気通路を流れる空気が少なくなるため、十分なアシストエア流量を確保できず、噴射燃料の微粒化が十分に行われなくなる。噴射燃料の微粒化が十分に行われないと、燃焼効率が低下し、排気ガス中の未燃焼成分が増加する。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、噴射燃料の微粒化が適切に行われる運転域を拡張し、広い運転域に亘って燃焼効率を改善し、排気ガス中の未燃焼成分の低減を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置は、内燃機関の燃焼室に連通する主吸気通路と、前記主吸気通路を流れる空気の流量を開弁量に応じて定量的に制御する主スロットル弁と、前記主スロットル弁より吸気下流側の前記主吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記主スロットル弁より吸気下流側において前記燃料噴射弁より噴射された燃料の噴霧束に衝突する方向に空気を供給する副吸気供給ポートと、前記副吸気供給ポートに供給する空気の流量を開弁量に応じて定量的に制御する副スロットル弁と、内燃機関の運転状態に応じて要求空気量を演算する要求空気量演算手段と、前記要求空気量演算手段により演算された要求空気量が所定値未満である運転域では前記主スロットル弁を全閉状態にして前記要求空気量に応じて前記副スロットル弁の開弁量のみを制御し、前記要求空気量が所定値以上である運転域では前記副スロットル弁の開弁状態を保って前記要求空気量に応じて前記主スロットル弁の開弁量を制御するスロットル弁制御手段とを有する。
【００１０】
この構成によれば、副吸気供給ポートには、副スロットル弁による空気流量の定量的な制御のもとに、アイドル運転時だけでなく、アイドル運転から要求空気量が所定値未満である運転域に亘って要求空気量に見合った空気が供給され、要求空気量が所定値以上である運転域になっても、副スロットル弁が開弁した状態が保たれて引き続き副吸気供給ポートに前記所定値相当の空気が供給されるので、副吸気供給ポートよりの空気による噴射燃料の微粒化が広い運転域に亘って適切に行われようになる。
【００１１】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置は、好ましくは、前記主吸気通路は各々前記燃焼室を構成する複数個の気筒毎に設けられ、前記主スロットル弁は前記主吸気通路毎に設けられている。
【００１２】
この構成によれば、主スロットル弁から各気筒（燃焼室）までの吸気通路長を短く設定でき、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。併せて主スロットル弁より吸気下流側の吸気通路容積が小さいことにより、主スロットル弁より吸気下流側に強い吸気負圧雰囲気が生成されることになり、副吸気供給ポートよりの空気の噴き出し速度が速まり、噴射燃料の微粒化が良好に行われるようになる。
【００１３】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置は、好ましくは、前記主吸気通路と、前記主吸気通路に連通し前記燃料噴射弁の先端部を挿入装着される噴射弁挿入孔とを形成された噴射弁取付部材を有し、前記噴射弁挿入孔内に前記燃料噴射弁の燃料噴射口が配置され、且つ前記噴射弁挿入孔内に前記副吸気供給ポートが開口している。
【００１４】
この構成によれば、副吸気供給ポートが主吸気通路の壁面に直接開口しないので、主吸気通路を流れる空気の流れを副吸気供給ポートが乱すことがなく、吸気効率の低下を招くことがない。
【００１５】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置は、好ましくは、前記噴射弁挿入孔に、前記燃料噴射弁の前記燃料噴射口より噴射される燃料の噴霧拡散室を形成された筒形状の噴孔アダプタが取り付けられ、前記噴霧拡散室を画定する周壁に前記副吸気供給ポートが形成されている。
【００１６】
この構成によれば、噴孔アダプタに副吸気供給ポートが形成されているから、噴射弁取付部材の変更を要することなく、最適な副吸気供給ポートを噴孔アダプタの変更だけで簡単に実現することができる。
【００１７】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置は、好ましくは、各気筒毎に二つの吸気ポートが形成され、前記主吸気通路は各気筒毎に前記二つの吸気ポートに連通しており、当該二つの吸気ポートの配列方向に直交する仮想平面に前記副吸気供給ポートが互いに対向する形態で二つ形成されている。
【００１８】
この構成によれば、副吸気供給ポートからの空気の吹き付けによって燃料噴霧フォームが二つの吸気ポートに配列に合った繭形に変形し、燃料噴霧が二つの吸気ポート間の隔壁に付吹き付けられる度合いが低減し、隔壁の燃料付着量が少なくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置によれば、副吸気供給ポートよりの空気による噴射燃料の良好な微粒化がアイドル運転時に限られることなく広い運転域に亘って適切に行われようになり、広い運転域に亘って燃焼効率が改善され、広い運転域に亘って排気ガス中の未燃焼成分の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による燃料噴射−吸気装置を適用された燃料噴射式Ｖ型内燃機関の一つの実施形態を示す構成図。
【図２】本実施形態による燃料噴射−吸気装置を模式的に示す図。
【図３】本実施形態による燃料噴射−吸気装置に要部の拡大縦断面図。
【図４】本実施形態による燃料噴射−吸気装置に要部の平断面図。吸気装置を示す平断面図。
【図５】本実施形態による燃料噴射−吸気装置のスロットル開弁特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明による内燃機関の燃料噴射−吸気装置の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態の内燃機関（エンジン)は、図１に示されているように、Ｖ型多気筒エンジンであり、シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４の各々にシリンダボア１６を形成されている。シリンダボア１６は図１の紙面を直交する方向に複数個設けられており、１０気筒Ｖ型エンジンであれば、シリンダボア１６は右側バンク部１２と左側バンク部１４とで各々５個ずつ形成される。
【００２３】
シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４には、各々、シリンダボア１６の上端を閉じるようにシリンダヘッド１８が取り付けられている。シリンダボア１６にはピストン２０が往復動可能に設けられている。ピストン２０はシリンダヘッド１８との間に燃焼室２２（＃１〜＃５気筒）を画定している。
【００２４】
各バンクのシリンダヘッド１８には燃焼室２２毎に吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。吸気ポート２４、排気ポート２６は、各々、燃焼室２２に対する開口端（下流端）を、吸気弁２８、排気弁３０によって開閉される。吸気ポート２４は、図４に示されているように、ツインポート形式のものであり、各気筒の燃焼室２２毎に二つの吸気ポート２４Ａ、２４Ｂを形成された二股通路構造になっている。
【００２５】
各バンクのシリンダヘッド１８の吸気接続面部（吸気ポート２４の上流端が開口した面部）には、噴射弁取付部材であるインジェクタベース部材４０が取り付けられている。インジェクタベース部材４０は、図２に示されているように、各気筒の吸気ポート２４に個別に連通する複数個の主吸気通路４２を形成されている。つまり、主吸気通路４２は、インジェクタベース部材４０に、各々燃焼室２２を構成する複数個の気筒毎に個別に形成されている。インジェクタベース部材４０には各主吸気通路４２毎に燃料噴射弁６０が取り付けられている。燃料噴射弁６０の取付構成については、詳しく後述する。
【００２６】
インジェクタベース部材４０の吸気上流側にはスロットルボティ８０が取り付けられている。スロットルボティ８０は、各主吸気通路４２に個別に連通する複数個のスロットル通路８２を有する。スロットル通路８２は気筒毎に個別に設けられている。複数個のスロットル通路８２の各々には主スロットル弁８４が設けられている。主スロットル弁８４は、各気筒毎、つまり各主吸気通路４２毎に個別に設けられた多連式のものであり、共通の弁軸８６によってスロットルボティ８０より回動可能に支持されたバタフライ弁である。各気筒の主スロットル弁８４は弁軸８６によって一斉に開閉し、開弁量に応じて主吸気通路４２を通って各燃焼室２２に吸入される空気の流量（主吸気量）を定量的に制御（計量）する。
【００２７】
弁軸８６にはパルスモータ等による電動モータ８８が連結されている。電動モータ８８は、弁軸８６を回転させ、回転角に応じて主スロットル弁８４の開弁量を定量的に設定する。
【００２８】
このようなスロットル機構は、気筒別スロットルあるいは多連式スロットルと呼ばれ、当該多連式スロットルでは、各スロットル弁から各気筒の燃焼室までの吸気通路長を短く設定できるので、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。
【００２９】
スロットルボティ８０の吸気上流側には吸気マニホールドの集合管部をなす主吸気チャンバ８５が接続されている。
【００３０】
図３に示されているように、インジェクタベース部材４０には、主スロットル弁８４より吸気下流側の主吸気通路４２に連通する円形横断面の噴射弁挿入孔４４が各主吸気通路４２毎に形成されている。噴射弁挿入孔４４には燃料噴射弁６０の先端部が挿入装着されている。燃料噴射弁６０は、先端部に、燃料噴射口６１、弁座部６２を有する噴孔部材６３を有する。噴孔部材６３内には弁体６４が設けられている。弁体６４は、軸線方向に電磁駆動されることにより、弁座部６２に選択的に着座、離間し、燃料噴射口６１を開閉する。
【００３１】
噴孔部材６３の先端面には、オリフィスプレート７２が配置されている。オリフィスプレート７２には、二つの吸気ポート２８Ａ、２８Ｂの配列方向（図４参照)と同じ方向に小さい間隔をおいて二つのオリフィス孔７３が形成されている。これにより、燃料噴射口６１より噴出する燃料は二つのオリフィス孔７３によって二つの噴霧束Ｆに分けられて各々吸気ポート２８Ａ、２８Ｂに指向した噴霧束となる。
【００３２】
なお、オリフィスプレート７２に単一のオリフィス孔７３を形成し、オリフィス孔７３によって一つの噴霧束を形成し、後述する二つの副吸気供給ポート７５からの空気の吹き付けによって上記一つの噴霧束を二つに分断し、当該分断した噴霧束が二つの吸気ポート２８Ａ、２８Ｂに指向するようにしてもよい。
【００３３】
噴孔部材６３の外周には円筒形状の噴孔アダプタ６５が固定装着されている。噴孔アダプタ６５は燃料噴射弁６０の先端部と共に噴射弁挿入孔４４内にある。噴孔アダプタ６５は、根元端のフランジ部６６と燃料噴射弁６０の本体ハウジング６０Ａとによる周溝６７と、噴孔アダプタ６５の先端部外周に形成された周溝６８の各々にＯリング６９、７０を取り付けられている。Ｏリング６９、７０は噴射弁挿入孔４４の内周面に押し付けられ、Ｏリング６９と７０との間の噴射弁挿入孔４４の内周面と噴孔アダプタ６５の外周面とに間に円環状空間７１を画定している。
【００３４】
噴孔アダプタ６５は、燃料噴射弁６０の燃料噴射口６１の前方にファンネル形状の噴霧拡散室７４を形成されている。燃料噴射口６１より噴射されてオリフィス孔７３を通過した燃料は、噴霧拡散室７４にて噴霧拡散し、噴霧拡散室７４より吸気ポート２４へ向けて噴出される。
【００３５】
噴孔アダプタ６５が噴霧拡散室７４を画定する円周壁７４Ａには副吸気供給ポート７５が形成されている。副吸気供給ポート７５は、二つの吸気ポート２８Ａ、２８Ｂの配列方向に直交する仮想平面（図３の紙面）に、互いに対向して二つ形成されており、各々、前記仮想平面で見て噴霧拡散室７４の中心軸線に対して３０度程度の傾斜角をもって噴霧拡散室７４の先端開口側に向けて傾斜した形態で、噴霧拡散室７４内に開口している。
【００３６】
これにより、副吸気供給ポート７５は、主スロットル弁８４より吸気下流側において燃料噴射弁６０より噴射された燃料の噴霧束Ｆに衝突する方向に空気を供給する。
【００３７】
副吸気供給ポート７５よりの空気（空気流Ａ）が燃料の噴霧束Ｆに衝突することにより、燃料の微粒化が促進される。また、二つの副吸気供給ポート７５が、二つの吸気ポート２８Ａ、２８Ｂの配列方向に直交する仮想平面（図３の紙面）に、互いに対向して形成されてことにより、二つの副吸気供給ポート７５からの燃料噴霧束を挟むような空気の吹き付けによって燃料噴霧フォームが二つの吸気ポート２４Ａ、２４Ｂに配列に合った繭形に変形する。これにより、燃料噴霧が二つの吸気ポート２４Ａ、２４Ｂ間の隔壁２８Ｃに付吹き付けられる度合いが低減し、隔壁の燃料付着量が少なくなる。なお、オリフィスプレート７２に単一のオリフィス孔７３を形成した場合も、上述した副吸気供給ポート７５の配置を採用することで、同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
インジェクタベース部材４０には各気筒の噴射弁挿入孔４４の部分に画定された円環状空間７１に連通する分岐通路４５が形成されている。分岐通路４５は吸気上流側にて副吸気チャンバ４６、集合通路４７を介して副スロットル装置のスロットル通路９２に連通している。
【００３９】
スロットル通路９２にはバタフライ弁による副スロットル弁９０が設けられている。副スロットル弁９０は、開弁量に応じてスロットル通路９２を流れる空気の流量、つまり、副吸気供給ポート７５から噴霧拡散室７４へ噴き出る空気（副吸気量）を定量的に制御（計量）する。副スロットル弁９０にはパルスモータ等による電動モータ９４が駆動連結されている。電動モータ９４は、副スロットル弁９０を回転させ、回転角に応じて副スロットル弁９０の開弁量を定量的に設定する。
【００４０】
主スロットル弁８４の電動モータ８８と副スロットル弁９０の電動モータ９４を制御するスロットル制御装置１００を有する。スロットル制御装置１００は、マイクロコンピュータによるエンジン制御ユニットの一部をなすものであり、要求空気量演算部１０２と、スロットル弁制御部１０４とを有する。
【００４１】
要求空気量演算部１０２は、アクセルペダルセンサ１０６よりアクセルペダル踏み込み量に関する情報を、エンジン回転数センサ１０８よりエンジン回転数に関する情報を取り込み、
アクセルペダル踏み込み量とエンジン回転数より要求空気量Ｑを演算する。
【００４２】
スロットル弁制御部１０４は、要求空気量演算部１０２により演算された要求空気量Ｑに基づいて図５に示されているような制御特性をもって主スロットル弁８４の制御目標弁開度θｓｅｃと副スロットル弁９０の制御目標弁開度θｐｒｉを設定し、それに応じた制御指令を電動モータ８８、９４に出力する。
【００４３】
これにより、電動モータ８８は主スロットル弁８４を制御目標弁開度θｓｅｃに、電動モータ９４は副スロットル弁９０を制御目標弁開度ｐｒｉに各々駆動する。
【００４４】
本実施例では、図５に示されているように、要求空気量Ｑが所定値Ｑｐｒｉｍａｘ未満である運転域、つまり、アイドル運転〜低負荷運転域では、主スロットル弁８４を全閉状態（θｓｅｃ＝０）にして要求空気量Ｑに応じて副スロットル弁９０の開弁量のみを制御目標弁開度θｐｒｉをもって制御し、要求空気量Ｑが所定値以上Ｑｐｒｉｍａｘである運転域、つまり、中負荷〜高負荷運転域では、副スロットル弁９０の最大開弁状態を保って要求空気量Ｑに応じて主スロットル弁８４の開弁量を制御目標弁開度θｓｅｃをもって制御する。
【００４５】
なお、アイドル運転時の副スロットル弁９０の開弁量、つまり、アイドル開度は、制御目標のエンジン回転数に基づいて設定されればよい。また、所定値Ｑｐｒｉｍａｘはエンジン回転数に応じて適正値に可変設定されてもよい。
【００４６】
上述の制御により、副吸気供給ポート７５には、副スロットル弁９０による空気流量の定量的な制御のもとに、アイドル運転時だけでなく、アイドル運転から要求空気量Ｑが所定値Ｑｐｒｉｍａｘ未満である運転域に亘って要求空気量Ｑに見合った空気が供給され、要求空気量Ｑｐｒｉｍａｘが所定値以上である運転域になっても、副スロットル弁９０が開弁した状態が保たれて引き続き副吸気供給ポート７５に所定値Ｑｐｒｉｍａｘ相当の空気が供給される。
【００４７】
これにより、副吸気供給ポート７５よりの空気による噴射燃料の微粒化が広い運転域に亘って適切に行われようになり、広い運転域に亘って燃焼効率が改善され、広い運転域に亘って排気ガス中の未燃焼成分の低減が図られる。
【００４８】
本実施例によれば、主スロットル弁８４が吸気ポート２４に近い位置にあり、主スロットル弁８４から各気筒（燃焼室２２）までの吸気通路長を短く設定できるので、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。併せて主スロットル弁８４より吸気下流側の吸気通路容積が小さいことにより、主スロットル弁８４より吸気下流側に強い吸気負圧雰囲気が生成されることになり、副吸気供給ポート７５よりの空気の噴き出し速度が速まり、噴射燃料の微粒化が良好に行われるようになる。
【００４９】
本実施例によれば、副吸気供給ポート７５が主吸気通路４２の壁面に直接開口しないので、主吸気通路４２を流れる空気の流れを副吸気供給ポート７５が乱すことがなく、吸気効率の低下を招くことがない。
また、噴孔アダプタ６５に副吸気供給ポート７５が形成されているから、インジェクタベース部材４０変更を要することなく、最適な副吸気供給ポート７５を噴孔アダプタ６５の変更だけで簡単に実現することができる。
【００５０】
本発明による燃料噴射−吸気装置は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。
【符号の説明】
【００５１】
２２  燃焼室
４０  インジェクタベース部材
４２  主吸気通路
４４  噴射弁挿入孔
６０  燃料噴射弁
６５  噴孔アダプタ
７４  噴霧拡散室
７５  副吸気供給ポート
９０  副スロットル弁
１０２  要雨級空気量演算部
１０４  スロットル弁制御部
【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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