(57)【要約】    【課題】エンジンの運転条件毎により良好な混合気を形成する。    【解決手段】燃料噴射弁による燃料の噴射方向を、吸気弁１０３の傘部背面のうち、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準として点火プラグ１０６側の部位（点Ｐ１）とこれとは反対側の部位（点Ｐ２）との間で切換可能に構成する。エンジンの冷機時には、上流側噴射弁１０５２により後者の部位に向けて燃料を噴射させる一方、暖機後には、使用する燃料噴射弁を切り換え、下流側噴射弁１０５１により前者の部位に向けて燃料を噴射させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路において、この吸気通路のポート部に設けられた吸気弁に向けて設置されるとともに、燃料の噴射方向を定める噴射方向線として、前記吸気弁の傘部背面に対して吸気弁中心軸を基準として点火プラグ側の第１の部分で交差する第１の噴射方向線と、この傘部背面に対して吸気弁中心軸を基準として前記第１の部分とは反対側の第２の部分で交差する第２の噴射方向線とが設定された燃料噴射弁と、
エンジンの運転条件に応じ、前記燃料噴射弁に対して前記第１及び第２の噴射方向線の間で噴射方向線を切り換えて燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を含んで構成されるエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段は、エンジンの冷機時において、前記第２の噴射方向線により燃料を噴射させる請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段は、エンジンの暖機後において、前記第１の噴射方向線により燃料を噴射させる請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁として、第１の燃料噴射弁と、この第１の燃料噴射弁とは別体のものとして設けられた第２の燃料噴射弁とを含んで構成され、
前記第１の燃料噴射弁に関して前記第１の噴射方向線が、前記第２の燃料噴射弁に関して前記第２の噴射方向線が設定された請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
回転速度又は負荷として定められるエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段を更に含んで構成され、
前記燃料噴射制御手段は、エンジンの暖機後において、エンジンが高回転又は高負荷側の所定の運転領域にあるときは、前記第１及び第２の燃料噴射弁の双方により燃料を噴射させる請求項４に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】
エンジンの吸気通路において、前記第１の燃料噴射弁が前記第２の燃料噴射弁よりも下流側に設置された請求項４又は５に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の噴射方向線が、閉状態にある前記吸気弁の傘部背面に関して設定された請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項８】
エンジンの吸気通路に設置された燃料供給用の燃料噴射弁を含んで構成され、
この燃料噴射弁は、この吸気通路のポート部に設けられた吸気弁に向けて設置されるとともに、この燃料噴射弁に対する作動入力に応じて噴射方向を切り換えて燃料を噴射し、
この燃料噴射弁は、前記作動入力としての第１の作動入力に対し、前記吸気弁の傘部背面のうち吸気弁中心軸を基準として点火プラグ側の第１の部分に向けて燃料を噴射する一方、この第１の作動入力とは異なる条件下で発生される第２の作動入力に対し、この傘部背面のうち吸気弁中心軸を基準として前記第１の部分とは反対側の第２の部分に向けて燃料を噴射するエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関し、詳細には、エンジンの運転条件、特にエンジンの暖機状態に応じて燃料噴射弁の噴射方向を切り換えることで、運転条件毎により良好な混合気を形成するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷機時におけるエンジンの運転に関し、未燃ＨＣの排出を抑制するための一般的な課題として、燃料の気化を促進させて混合気を形成することが知られている。冷機時における燃料の気化促進に対応したエンジンの燃料噴射装置として、次のものが知られている。すなわち、吸気通路において、噴射方向を切換可能に構成された燃料噴射弁を設置するとともに、この燃料噴射弁よりも下流側の通路壁面上にヒータを設置し、冷機時には、このヒータを作動させるとともに、燃料をこのヒータに向けて噴射する一方、暖機後には、このヒータを回避させて燃料を噴射させるものである（特許文献１）。
【特許文献１】特開平０７−１３３７５３号公報（段落番号００１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このエンジンの燃料噴射装置には、次のような問題がある。すなわち、このものでは、吸気通路内にヒータが配置されることになるため、このヒータが空気の流れに対する抵抗となり、エンジンの出力に損失を来すことである。冷機時では、この欠点に対して燃料の気化促進による効果が相対的に顕著に現れるとしても、暖機後では、燃料の噴射はこのヒータを回避させて行われ、もはやこのヒータは不要となるため、出力損失の問題が顕著となる。
【０００４】
本発明は、エンジンの出力に損失を来すことなく、エンジンの運転条件毎により良好な混合気を形成することを目的とする。
本発明は、特に、冷機時における未燃ＨＣの排出を抑制するとともに、暖機後におけるエンジンの出力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置を提供する。本発明に係る装置は、エンジンの吸気通路に設置された燃料噴射弁を含んで構成される。この燃料噴射弁は、吸気通路のポート部に設けられた吸気弁に向けて設置されるとともに、燃料の噴射方向を定める噴射方向線として、吸気弁の傘部背面に対して吸気弁中心軸を基準として点火プラグ側の第１の部分で交差する第１の噴射方向線と、この傘部背面に対して吸気弁中心軸を基準として第１の部分とは反対側の第２の部分で交差する第２の噴射方向線とが設定される。エンジンの運転条件に応じ、燃料噴射弁に対して第１及び第２の噴射方向線の間で噴射方向線を切り換えて燃料を噴射させる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、エンジンの運転状条件に応じ、吸気弁の傘部背面に対して点火プラグ側の第１の部分と、その反対側の第２の部分との間で噴射方向を切り換えて燃料を噴射させることとしたので、エンジンの出力に影響を及ぼすことなく、運転条件毎により良好な混合気を形成することができ、エンジンに対する作動要求をより高い基準で満足させることができる。特に、本発明によれば、冷機時における未燃ＨＣの排出を抑制するとともに、暖機後におけるエンジンの出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の構成を、気筒中心線を含む平面による断面で示している。
このエンジン１の吸気通路１０１には、導入部に図示しないエアクリーナが取り付けられており、吸気通路１０１には、このエアクリーナにより粉塵等が除去された空気が導入される。吸気通路１０１は、シリンダヘッドＨとピストンとの間に形成される、エンジン１の燃焼室１０２に連通している。吸気通路１０１には、ポート部１０１ａにポペット型の吸気弁１０３が設置されており、本実施形態において、この吸気弁１０３は、シリンダヘッドＨに埋設されたガイド１０４に挿入されており、図示しないカムにより上下に駆動される。この吸気弁１０３の往復動作に伴いポート部１０１ａが開閉される。
【０００８】
吸気通路１０１には、燃料噴射弁として、噴射方向を異ならせて設定した２つの燃料噴射弁１０５１，１０５２が、気筒毎に１つずつ設けられている。一方の燃料噴射弁（「第１の燃料噴射弁」に相当し、以下「下流側噴射弁」という。）１０５１は、燃焼室１０２に対して比較的に近い位置に配置され、シリンダヘッドＨに設置されている。この下流側噴射弁１０５１の噴射方向は、吸気弁１０３の傘部背面に対し、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準として後述する点火プラグ１０６側の部位に向けて設定されている。このため、この噴射方向を定める下流側噴射弁１０５１の噴射方向線Ａｉｎｊ１を、前記傘部背面に対し、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準として点火プラグ１０６側の点Ｐ１で交差させている。他方の燃料噴射弁（「第２の燃料噴射弁」に相当し、以下「上流側噴射弁」という。）１０５２は、下流側噴射弁１０５１よりも上流側に配置され、吸気マニホールドＭのブランチ部に設置されている。この上流側噴射弁１０５２の噴射方向は、吸気弁１０３の傘部背面に対し、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準として点火プラグ１０６とは反対側の部位に向けて設定されている。このため、この噴射方向を定める上流側噴射弁１０５２の噴射方向線Ａｉｎｊ２を、前記傘部背面に対し、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準として点Ｐ１とは反対側の点Ｐ２で交差させている。吸入空気に対し、下流側噴射弁１０５１、上流側噴射弁１０５２及びこれらの双方により燃料が添加され、吸気空気と燃料との混合気が、吸気弁１０３の開期間に燃焼室１０２内に導入される。なお、本実施形態に関し、「噴射方向線」とは、噴射により形成される噴霧の中心線をいう。
【０００９】
エンジン本体において、シリンダヘッドＨには、燃焼室１０２の上部中央に臨ませて点火プラグ１０６が設置されている。燃焼室１０２に導入された混合気は、この点火プラグ１０６の点火動作により着火し、燃焼する。
燃焼後の排気ガスは、排気通路２０１に排出される。排気通路２０１には、ポート部２０１ａに吸気弁１０３と同様の形態の排気弁２０２が設置されている。この排気弁２０２も図示しないカムにより上下に駆動され、この排気弁２０２の往復動作に伴いポート部２０１ａが開閉される。排気ガスは、排気弁２０２の開期間に排気通路２０１に排出され、触媒コンバータ等の図示しない排気処理装置により浄化された後、大気中に放出される。
【００１０】
下流側噴射弁１０５１及び上流側噴射弁１０５２の動作は、電子制御ユニットとして構成されるエンジンコントローラ（以下「ＥＣＵ」という。）３０１により制御される。ＥＣＵ３０１には、エンジン１の運転状態を示すパラメータとして、温度センサ３５１により検出されるエンジン冷却水の温度Ｔｗ、クランク角センサ３５２により検出される基準又は単位クランク角信号（ＥＣＵ３０１は、この信号をもとに、エンジン回転数ＮＥを算出する。）、及びアクセルセンサ３５３により検出されるアクセル開度ＡＰＯ等が入力される。ＥＣＵ３０１は、入力した各種のパラメータをもとに、燃料噴射量Ｑｆｓｅｔを演算し、各燃料噴射弁１０５１，１０５２に対して駆動信号（燃料噴射弁に対する「作動入力」となる。）を出力する。
【００１１】
図２は、下流側噴射弁１０５１及び上流側噴射弁１０５２の動作の概念を示している。下流側噴射弁１０５１の噴射により形成される噴霧を符号Ｓ１で、上流側噴射弁１０５２の噴射のより形成される噴霧を符号Ｓ２で示している。また、既述の通り、各噴霧Ｓ１，Ｓ２の中心線（ここでは、矢印で示す。）は、各燃料噴射弁１０５１，１０５２の噴射方向線に相当する。
【００１２】
本実施形態では、エンジン１の運転に際し、実際に使用する燃料噴射弁を下流側噴射弁１０５１と上流側噴射弁１０５２との間で切り換える。すなわち、本実施形態では、エンジン１の始動後間もない冷機時において、上流側噴射弁１０５２を選択し、これにより燃料を噴射させる一方、暖機後（停止後間もない再始動時を含む。）において、選択対象を下流側噴射弁１０５１に切り換える。また、本実施形態では、暖機後において、加速時等、エンジン１の要求負荷が特に高いときは、下流側噴射弁１０５１及び上流側噴射弁１０５２の双方により燃料を噴射させる。
【００１３】
次に、ＥＣＵ３０１の動作をフローチャートにより説明する。
図３は、燃料噴射制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチのオンに伴いＥＣＵ３０１により起動され、その後所定の時間毎に繰り返し実行される。
このフローチャートにおいて、Ｓ１０１では、冷却水温度Ｔｗ、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰＯ等のエンジン１の運転状態を読み込む。
【００１４】
Ｓ１０２では、読み込んだエンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰＯをもとに、基本燃料噴射量Ｑｆを算出する。
Ｓ１０３では、冷却水温度Ｔｗをもとに、エンジン１の暖機が完了したか否かを判定する。暖機が完了したときは、Ｓ１０４へ進み、暖機が完了していないときは、Ｓ１０５へ進む。
【００１５】
Ｓ１０４では、暖機後におけるエンジン１の運転状態が低負荷又は中負荷域（図４（ｂ）のＢ１）にあるか否かを判定する。低負荷又は中負荷域にあるときは、Ｓ１０６へ進み、それ以外の領域（すなわち、高負荷域Ｂ２）にあるときは、Ｓ１０７へ進む。
Ｓ１０５では、作動させる燃料噴射弁として、上流側噴射弁１０５２を選択する。
Ｓ１０６では、作動させる燃料噴射弁として、下流側噴射弁１０５１を選択する。
【００１６】
Ｓ１０７では、下流側及び上流側噴射弁１０５１，１０５２の双方により燃料を噴射させる。
すなわち、Ｓ１０３〜１０７の処理では、エンジン１の冷機時において、全運転領域Ａで上流側噴射弁１０５２のみにより燃料を噴射させる（図４（ａ））。他方、エンジン１の暖機後において、高負荷域を除く領域Ｂ１では、下流側噴射弁１０５１のみにより燃料を噴射させ、高負荷域Ｂ２では、双方の燃料噴射弁１０５１，１０５２により燃料を噴射させる（図４（ｂ））。
【００１７】
Ｓ１０８では、基本燃料噴射量Ｑｆに対して各種の補正を施し、最終的な燃料噴射量Ｑｆｓｅｔを算出する。ここでの補正には、冷機時における増量補正、暖機後の空燃比フィードバック制御に伴う補正、及び加速時における増量補正等が含まれる。
Ｓ１０９では、算出された燃料噴射量Ｑｆｓｅｔをパルス状の駆動信号に変換するとともに、この駆動信号を対応する燃料噴射弁１０５１，１０５２に出力する。なお、本実施形態では、双方の燃料噴射弁１０５１，１０５２により燃料を噴射させる場合に、各燃料噴射弁１０５１，１０５２に対し、燃料噴射量Ｑｆｓｅｔを等分して、駆動信号を設定する。
【００１８】
本実施形態に関し、図３に示すフローチャートのＳ１０３〜１０７の処理が本発明の燃料噴射制御手段を構成する。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、燃料噴射弁による燃料の噴射方向を切換可能とし、燃料噴射弁に対し、エンジン１の冷機時には、吸気弁１０３の傘部背面に対して点火プラグ１０６とは反対側の部位（点Ｐ２）に向けて燃料を噴射させる一方、暖機後には、この傘部背面に対して点火プラグ１０６側の部位（点Ｐ１）に向けて燃料を噴射させることとした。このため、冷機時には、気筒中心軸に対して吸気側のポート部１０１ａとは反対側の（すなわち、排気側の）シリンダボア壁から遠い筒内位置に向けて燃料が噴射されることとなるので、このシリンダボア壁に燃料が付着するのを抑制し、未燃ＨＣの排出を抑制することができる。他方、暖機後には、吸気弁１０３のうちより高温となる点火プラグ１０６側の部位に向けて燃料が噴射されることとなるので、燃料の気化を促進し、混合気の形成をより良好なものとして、ノッキングの発生を抑制することができる。ノッキングの発生を抑制し得る結果、点火時期をより早い時期に設定することが可能となるので、エンジン１の出力及び燃料消費率が改善される。
【００１９】
図５は、冷機時の運転に関し、吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉを基準（＝０）として、燃料の噴射方向をその各側に振り分けた場合におけるＨＣ排出量を示している。このＨＣ排出量は、噴射方向線と吸気弁１０３の傘部背面との交差位置を点火プラグ１０６に近付けるほど増大する傾向にある。これは、冷機時において、この交差位置を点火プラグ１０６に近付けるほど、排気側のシリンダボア壁に付着する燃料が増大し、未燃成分が増すためである。
【００２０】
図６は、暖機後の運転に関し、図５と同様に燃料の噴射方向を吸気弁中心軸Ａｃｔｒｉの各側に振り分けた場合におけるノック余裕度を示している。本実施形態では、このノック余裕度として、点火時期をある時期（たとえば、ノッキングの発生が認められる限界点火時期よりも充分に遅らせた基準点火時期）からいわゆるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｎ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）に向けて進角させていった場合における、ノッキングが検出されるまでの可能進角代を採用する。このため、図６は、ノック余裕度が大きいときほど、ノッキングが発生し難い傾向にあり、点火時期をＭＢＴに近付けることができることを示している。ノック余裕度は、噴射方向線と吸気弁１０３の傘部背面との交差位置を点火プラグ１０６に近付けるほど増大する傾向にある。これは、暖機後において、燃料の噴射方向を点火プラグ１０６に近付けるほど、噴射された燃料が吸気弁１０３上で高温に曝され、気化が促進されるためである。
【００２１】
また、本実施形態では、燃料噴射弁として下流側噴射弁１０５１及び上流側噴射弁１０５２を設け、エンジン１の冷機時には、上流側噴射弁１０５２により点火プラグ１０６とは反対側の部位に向けて、暖機後には、下流側噴射弁１０５１により点火プラグ１０６側の部位に向けて燃料を噴射させることとした。このため、暖機後において、下流側噴射弁１０５１により燃料を応答性よく供給することができる。
【００２２】
更に、暖機後において、エンジン１の回転速度又は負荷が特に高いときは、双方の燃料噴射弁１０５１，１０５２により燃料を噴射させることで、全燃料噴射量を１つの燃料噴射弁のみにより噴射させる場合と比較して、１つの燃料噴射弁当たりの燃料の最大流量を低減し、燃料の霧化特性を向上させることができる。
なお、以上では、設定すべき燃料の噴射方向のそれぞれについて、個別の燃料噴射弁１０５１，１０５２が設けられる場合を例に説明した。しかしながら、燃料の噴射方向を切換可能に構成された１つの燃料噴射弁を採用し、この燃料噴射弁により、エンジンの運転条件に応じた最適な方向に燃料を噴射させることとしてもよい。
【００２３】
また、図１では、各燃料噴射弁１０５１，１０５２の中心軸と、噴射方向線Ａｉｎｊ１，Ａｉｎｊ２とがほぼ同一直線上又は平行に設定されている。しかしながら、レイアウト上の制約等、個別の状況に応じ、噴射方向線Ａｉｎｊ１，Ａｉｎｊ２を対応する燃料噴射弁の中心軸に対して傾斜させ得ることは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係る燃料噴射弁の動作
【図３】燃料噴射制御ルーチンのフローチャート
【図４】燃料噴射弁選択用の参照マップ
【図５】冷機時における燃料の噴射方向とＨＣ排出量との関係
【図６】暖機後における燃料の噴射方向とノック余裕度との関係
【符号の説明】
【００２５】
１…エンジン、１０１…吸気通路、１０２…燃焼室、１０３…吸気弁、１０５１…第１の燃料噴射弁としての下流側噴射弁、１０５２…第２の燃料噴射弁としての上流側噴射弁、１０６…点火プラグ、２０１…排気通路、２０２…排気弁、３０１…エンジンコントローラ、３５１…冷却水温度センサ、３５２…クランク角センサ、３５３…アクセルセンサ。
【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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