(57)【要約】【課題】  エアアシストインジェクタに供給されるアシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して、インジェクタの噴孔を汚損しない。【解決手段】  微粒子捕捉装置２４０は、互いに逆位置になるように設けられた円形のチャンバ連通孔２４２，２４４を有する、複数の隔室２４８から構成される。チャンバ連通孔２４２，２４４は、隔室２４８の壁面から離れた位置に設けられ、アシストエアは、チャンバ連通孔２４２，２４４を通過するときに円形の全周に慣性重量の小さな大気浮遊物を補足する旋廻流を発生させる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットルバルブ、エアアシストインジェクタを有する内燃機関に備えられる微粒子捕捉装置であって、
前記スロットルバルブ直前の吸気管に設けられたバイパス穴と、
前記バイパス穴に連通するチャンバと、
前記チャンバから前記エアアシストインジェクタにアシストエアを流通させる管路とを含み、
前記チャンバは、複数枚の連通穴付き隔壁を含む、微粒子捕捉装置。
【請求項２】
前記連通穴の形状は、円形である、請求項１に記載の微粒子捕捉装置。
【請求項３】
前記連通穴の径は、隔壁で区切られた隔室において旋廻流を発生させる径である、請求項１または２に記載の微粒子捕捉装置。
【請求項４】
前記連通穴の位置は、前記隔壁に直交する隔壁から離れた位置である、請求項１〜３のいずれかに記載の微粒子捕捉装置。
【請求項５】
前記連通穴の位置は、互いに隣接する平行な隔壁どうしで逆の位置である、請求項１〜４のいずれかに記載の微粒子捕捉装置。
【請求項６】
前記バイパス穴の位置は、前記スロットルバルブの開度が小さいときには、前記スロットルバルブに衝突した吸気流が、前記バイパス穴に向かう位置である、請求項１〜５のいずれかに記載の微粒子捕捉装置。
【請求項７】
前記隔壁は静電気を帯電しやすい樹脂から構成される、請求項１〜６のいずれかに記載の微粒子捕捉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気中の不純物を捕捉する装置に関し、特に、エアアシストインジェクタに供給される空気の微粒子を捕捉する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁から燃料とともに空気を吸気通路に導入するエアアシスト付の燃料噴射弁（以下、エアアシストインジェクタという）を備えた内燃機関（エンジン）がある。エアアシストインジェクタは、燃料の噴射口に吸気通路内の空気（以下、アシストエアという）を供給することにより、燃料と空気とを衝突、混合させ、これにより噴射燃料の霧化を促進するものである。燃料の霧化が促進されると、内燃機関に吸入される混合気が均一化されることにより、内燃機関の燃焼性が向上する。
【０００３】
一般に、エアアシストインジェクタを備える内燃機関では、吸気通路のスロットル弁の上流側から、吸気マニホールドに設けられたエアアシストインジェクタの噴射口の近傍に連通するアシストエア通路が設けられる。そして、吸気マニホールド内に発生する負圧により、スロットル弁の上流側の吸気通路内の空気がアシストエア通路に吸入され、この空気がエアアシストインジェクタに供給される。
【０００４】
図９および図１０を参照して、このエアアシストインジェクタを備えたエンジンについて説明する。図９にエンジン１００の全体を、図１０にエアアシストインジェクタ１１０の先端部を、それぞれ示す。
【０００５】
図９に示すように、このエンジン１００は、吸気管２１０を含む吸気系２００と、排気管３１０を含む排気系３００とから構成される。吸気系２００には、その上流側から、エアフィルタ２２０と、スロットルバルブ２６０、エアアシストインジェクタ１１０が設けられる。また、スロットルバルブ２６０の直前に設けられた連通孔から導入された吸気がパイパス配管２５０を介してエアアシストインジェクタ１１０に供給される。このとき、バイパス配管２５０の矢示Ａの方向にアシストエアが供給される。
【０００６】
図１０に示すように、エアアシストインジェクタ１１０に供給されたアシストエアは、アシストエアを導く導入路１１４を介して、インジェクタのニードルバルブの先端部１１２に、到達する。先端部１１２から噴射された燃料は、２つの噴霧通路１１６により２方向に分岐される。この際、燃料は噴霧通路１１６を経由して吸気管２１０（詳しくはインテークマニホールド）の内部に向けて噴射される。さらに、インテークマニホールドに負圧（インテークポートと同等の負圧）が発生された状態では、スロットルバルブ２６０の直前が大気圧であるので、インテークマニホールドの負圧と大気圧との差圧により、アシストエアが導入路１１４まで供給される。このアシストエアは噴霧通路１１６に供給される。この場合、噴霧通路１１６を流通する燃料がアシストエアと衝突・混合されることにより、燃料の霧化が促進される。
【０００７】
このように、インジェクタにアシストエアが供給されることにより燃料の霧化が促進されることで、エンジン１００の燃焼室１２０に導入される燃料と空気との混合気が均一化され、燃料の燃焼性が向上される。かかる燃焼性の向上により、特にエンジン１００の低温時における燃焼安定性が向上し、エミッションを低減できる。
【０００８】
このようなエアアシストインジェクタにおいて、エアフィルタ２２０を通過する微粒子がバイパス配管２５０に侵入し、エアアシストインジェクタ１１０の先端部１１４の周辺に到達し、残留する燃料に捕捉されることにより噴孔部を汚損するおそれがある。特にフィルタ通過微粒子の中でも特に微小である粒子は噴孔に進入しやすく、インジェクタ性能低下の原因となり、バイパス配管２５０中の微粒子（特に、エアフィルタ２２０を通過した０．２μｍ以下の大気浮遊物質）を取り除く機構が必要となる。
【０００９】
特開平１１−１５９３６７号公報（特許文献１）は、内燃機関用の吸気管内圧力伝達用通路において、オイル等の汚れ物質が圧力検出装置に侵入するのを防止する吸気管内圧力伝達用通路を開示する。この吸気管内圧力伝達用通路は、吸気管に圧力検出装置が付設される内燃機関のために設けられ、吸気管の一部と圧力検出装置との間にそれぞれ所定の容積を有する空間としての複数個の室を配置し、室の間を通路によって連通させることによって全体として一連の通路を構成するとともに、一連の通路の一端となる室に吸気管に連通する通路を設け、一連の通路の他端となる室に圧力検出装置を接続することによって構成される。この圧力伝達用通路において、任意の１つの通路の断面積が、それが連通している室内の流れの方向に対して垂直な方向の断面における断面積よりも小さく設定されているとともに、任意の１つの室に連通している複数個の通路が、相互に同一直線上にないように食い違い状に配置されている。さらに、圧力検出装置の方に向かって任意の１つの室に連通している通路の延長線が室の壁面によって遮られていることにより、室内に流入する気流が転向されて室の壁面に沿った旋回流を発生するように、各室と各通路が相対的に位置決めされている。
【００１０】
この吸気管内圧力伝達用通路によると、任意の１つの通路の断面積が、それが連通している室内の流れの方向に対して垂直な方向の断面における断面積よりも小さく設定されていると共に、任意の１つの室に連通している複数個の通路が、相互に同一直線上にないように食い違い状に配置されているので、吸気管側の通路から任意の１つの室へ流入した汚れ物質を含む気流が、直接に次の通路へ流入することができないのと、通路から室内への入口において流れの方向に対して垂直な方向の断面における断面積が拡大することによって気流が減速されるために、室内において気流が旋回して渦流を生じ、その気流が壁面に沿って流れる結果、気流に含まれている汚れ物質が室の壁面に付着して捕集され易くなる。特に、圧力検出装置の方に向かって任意の１つの室に連通している通路の延長線が室の壁面によって遮られるように、各室と各通路が相対的に位置決めされているので、通路を通って室内に流入する気流は通路と対向する壁面に衝突して転向し、室の壁面に沿った旋回流となる。従って、気流に含まれている汚れ物質は効率よく壁面に付着して捕集される。
【００１１】
特開平９−８８５４４号公報（特許文献２）は、容器部内に設けた複数の迂回板のうち、上流側にある一つ又は複数の迂回板の開口側端部を下流側へ折り曲げた形状とし、ブローバイガス流速に急・緩の繰返し変化を与え、オイルミストの捕捉効率を向上させるオイルミストセパレータを開示する。このオイルミストセパレータは、入口部と内部に複数の迂回板を設けた容器部と出口部とオイルドレン部とから構成される。このオイルミストセパレータにおいて、容器部内の上流側にある一つ又は複数の迂回板の開口側端部を下流側へ折り曲げた形状とされている。
【００１２】
このオイルミストセパレータによると、迂回板の開口側端面を下流側へ折り曲げた形状としたので、折り曲げた部分によりブローバイガスの速度が上昇して整流され迂回板に高速でほぼ垂直に衝突し、方向を変えて迂回板と平行に流れるときは速度が低下するので迂回板に付着したオイルの持ち去りがなく、オイルミストの捕捉効率が向上する。
【特許文献１】特開平１１−１５９３６７号公報
【特許文献２】特開平９−８８５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した特許文献では以下に示すような問題点がある。
【００１４】
特許文献１に開示された吸気管内圧力伝達用通路は、圧力検出装置の検出部（行き止り）までの間に設けられ、圧力検出装置への汚れ物質の進入を防止するものである。この場合の汚れ物質は、オイルやブローバイガス中のＰＭ（Particulate Matter）であってその粒径は１μｍ程度である。このような粒径が大きく質量の大きい汚れ物質は、隔室（チャンバ）の壁面に衝突して捕捉されるが、さらに粒径が小さい大気浮遊物質そのものは壁面にあまり衝突することが少なく、また衝突しても壁面付着力が小さく流れの方向に追従しやすいので、壁面から跳ね返ってしまい捕捉されないという問題がある。
【００１５】
特許文献２に開示されたオイルミストセパレータは、捕捉対象物が粒径が大きく質量も大きいオイルミストである。このセパレータを０．２μｍ以下の大気浮遊物質の捕捉に適用しても、特許文献１と同じように、小さな大気浮遊物質は、衝突しても壁面付着力が小さく流れの方向に追従しやすいので、壁面から跳ね返ってしまい捕捉されないという問題がある。
【００１６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エアアシストインジェクタに供給されるアシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して、インジェクタの噴孔を汚損しない微粒子捕捉装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明に係る微粒子捕捉装置は、スロットルバルブ、エアアシストインジェクタを有する内燃機関に備えられる。この微粒子捕捉装置は、スロットルバルブ直前の吸気管に設けられたバイパス穴と、バイパス穴に連通するチャンバと、チャンバからエアアシストインジェクタにアシストエアを流通させる管路とを含む。チャンバは、複数枚の連通穴付き隔壁を含む。
【００１８】
第１の発明によると、エアアシストインジェクタに供給されるアシストエアに含まれる微小な大気浮遊物質が、チャンバの各隔室（隔壁で仕切られた室）を通過する際に、隔室内で発生する旋廻流により捕捉される。径が小さく質量も小さい大気浮遊物質は、隔壁への付着力が低く隔壁により捕捉されにくいが、径が小さく質量も小さいので、旋廻流に捕捉されやすい。このため、アシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して浄化することができる。その結果、エアアシストインジェクタに供給されるアシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して、インジェクタの噴孔を汚損しない微粒子捕捉装置を提供することができる。
【００１９】
第２の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１の発明の構成に加えて、連通穴の形状は、円形である。
【００２０】
第２の発明によると、円形の連通穴を通過するときに旋廻流が発生する。この旋廻流により、径が小さく質量も小さい大気浮遊物質を捕捉して、アシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して浄化することができる。
【００２１】
第３の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、連通穴の径は、隔壁で区切られた隔室において旋廻流を発生させる径である。
【００２２】
第３の発明によると、連通孔を通過するときの流速（動圧）、静圧によって旋廻流の発生する条件が変更される。これらの条件を満足するように、連通穴の径の大きさが決定される。
【００２３】
第４の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、連通穴の位置は、隔壁に直交する隔壁から離れた位置である。
【００２４】
第４の発明によると、連通穴を通過して次の隔室で発生した旋廻流は、隔壁に直交する隔壁から離れて、空間を有している。すなわち、旋廻流がこの空間において旋廻して淀みを作り、その淀みにおいて大気浮遊物質を捕捉することができる。
【００２５】
第５の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、連通穴の位置は、互いに隣接する平行な隔壁どうしで逆の位置である。
【００２６】
第５の発明によると、連通穴が互いに逆の位置に設けられ、一直線上に並ばないことで、チャンバの中において旋回流を発生させることができる。旋廻流による捕捉効果を高めることができる。
【００２７】
第６の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、バイパス穴の位置は、スロットルバルブの開度が小さいときには、スロットルバルブに衝突した吸気流が、バイパス穴に向かう位置である。
【００２８】
第６の発明によると、スロットルバルブの開度が小さいときには、インテークマニホールドの負圧も小さく、スロットルバルブ直前の大気圧との差圧が小さい。このため、アシストエアが流れにくく流速が小さい。このため、スロットルバルブに衝突した気流が直接的にバイパス穴に向かうようにして、アシストエアの流速を上昇させて、旋廻流を発生させて大気浮遊物質を捕捉することができる。
【００２９】
第７の発明に係る微粒子捕捉装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、隔壁は静電気を帯電しやすい樹脂から構成される。
【００３０】
第７の発明によると、チャンバに、帯電しやすい樹脂を用いることで、静電気による大気浮遊物質の捕捉効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３２】
図１に、本発明の実施の形態に係る微粒子捕捉装置を備えたエンジンシステムの断面構成図を示す。図１に示すように、このエンジンシステムは、エンジン１００と、吸気管２１０を含む吸気系２００と、排気管３１０を含む排気系３００とから構成される。吸気系２００には、その上流側から、エアフィルタ２２０と、スロットルバルブ２６０と、エアアシストインジェクタ１１０とが設けられる。また、スロットルバルブ２６０の直前に設けられた連通孔２３０（バイパス穴）から導入された吸気が、微粒子捕捉装置２４０およびパイパス配管２５０を介してエアアシストインジェクタ１１０に供給される。このとき、バイパス配管２５０の矢示Ａの方向にアシストエアが供給される。スロットルバルブ２６０の直前に設けられた連通孔２３０は、吸気管２１０の円形内面に沿って複数個設けられる。
【００３３】
図２に、図１の一部分を拡大した図を示す。図２は、スロットルバルブ２６０近傍の断面図である。図２に示すように、スロットルバルブ２６０の開度が小さいときに、スロットルバルブ２６０に衝突した吸気流が連通孔２３０に導かれる位置に連通孔２３０およびスロットルバルブ２６０の位置が設定されている。したがって、スロットルバルブ２６０に衝突した吸気流の一部は、連通孔２３０から微粒子捕捉装置２４０に進入する。
【００３４】
図３に、微粒子捕捉装置２４０をその上方から見た断面図を示す。図３に示すように、微粒子捕捉装置２４０は、複数の隔室２４８を有するチャンバである。隔室を構成する、流れに垂直な方向の隔壁には、隣接する平行な隔壁における位置とは逆の位置に、丸形状のチャンバ連通孔２４２およびチャンバ連通孔２４４のいずれかが設けられる。複数の隔室２４８の中の最終段の隔室２４８は、連結管２４６およびバイパス配管２５０に接続されている。
【００３５】
このように、構成される微粒子捕捉装置２４０は、チャンバ連通穴２４２，２４４の面積およびアシストエアの導入路１１４（図１０参照）の全気筒分の面積は、圧損が同等となるように設定される。また、複数の連通孔２３０の合計面積は、チャンバ連通穴２４２，２４４の面積およびアシストエアの導入路１１４の全気筒分の面積の圧損以下にならないように設定される。たとえば、複数の連通孔２３０の合計面積、チャンバ連通穴２４２，２４４の面積およびアシストエアの導入路１１４の全気筒分の面積は、全て圧損が同じになるように設定される。このように圧損を同じにしておくと、総流量はアシストエアの導入路１１４で決定しても、チャンバ連通孔２４２，２４４に発生する旋廻流の強さが最高になるように維持することができ、複数の連通孔２３０により流量を阻害されて減少することもない。
【００３６】
なお、このような微粒子捕捉装置２４０は、たとえば、スロットルボディ上に窪みを設けて、その窪みに、互い違いにチャンバ連通孔２４２，２４４が設けられた隔壁を有する部材を、上蓋のように被せることにより形成することができる。
【００３７】
図４に１つの隔室２４８の斜視図を示す。図４に示すように、微粒子捕捉装置２４０は、複数の隔室２４８から構成され、その１つの隔室の流れに垂直な方向の隔壁にはチャンバ連通孔２４２，２４４が、互いに逆になるように設けられている。また、このチャンバ連通孔２４２，２４４は、チャンバ連通孔２４２，２４４が設けられた隔壁と直交する隔壁から距離Ｌだけ離れて設けられる。この距離Ｌだけ隔壁から離してチャンバ連通孔２４２，２４４を設けているので、図５に示すＸ部において旋廻流が発生する。また、チャンバ連通孔２４２，２４４を互いに逆に設けているので、図５に示すＺ部において旋廻流が発生する。なお、チャンバ連通孔２４２を通って次のチャンバ連通孔２４４にアシストエアが流れてゆくが、その一部はＹ部で隔壁に衝突する。
【００３８】
図６に示すように、チャンバ連通穴２４２を通過したアシストエアは、チャンバ連通穴２４２の形状が円形であること、チャンバ連通穴２４２の位置が他の隔壁から距離Ｌだけはなれていることから、チャンバ連通穴２４２の全周に旋廻流が生じる。
【００３９】
以上のような構造を有する微粒子捕捉装置２４０の動作について説明する。
【００４０】
スロットルバルブ２６０の上流側の吸気流を、スロットルバルブ２６０により連通孔２３０の方向に導いて、連通穴２３０付近であるスロットルバルブ２６０付近の吸気流の圧力に動圧を加算することで、エアアシストインジェクタ１１０付近との差圧を大きくして、バイパス配管２５０の流速を増加させる。加速されたアシストエアは、微粒子捕捉装置２４０に進入する。進入したアシストエアは、チャンバ連通穴２４２，２４４を交互に通って流れてゆく。
【００４１】
このとき図５に示すように、Ｘ部およびＺ部において、チャンバ連通穴２４２の全周において旋廻流が発生する。比較的粒径の大きな大気浮遊物質は慣性重量が大きいので流れの急激な方向変化に追従しにくく、隔壁に衝突して捕捉される。しかしながら。慣性重量の小さな大気浮遊物質は、流れの急激な変化に追従する。本発明においては、この点に鑑み、このような慣性重量の小さな大気浮遊物質を、図５のＸ部およびＺ部で発生した旋廻流により捕捉する。
【００４２】
すなわち、チャンバ連通穴２４２，２４４を円形形状として、さらに穴の周囲から壁面を距離Ｌだけ離すことにより、チャンバ連通穴２４２，２４４の全周に旋廻流を発生させるようにした。発生した旋廻流によりエアの淀みが作られてそこに大気浮遊物質が滞留して、周辺の壁面に徐々に捕捉される。
【００４３】
この際に、エアフィルタを通過する大気浮遊物質はその多くがカーボンであって、通常、壁面に付着するほどのバインダ成分を有しない。本発明の実施の形態に係る微粒子捕捉装置２４０は樹脂製（壁面が樹脂製）であるので、静電気によりカーボン微粒子を捕捉することできる。
【００４４】
なお、１つの隔室２４８あたりでの旋廻流による微粒子の捕捉率が低いので、微粒子捕捉装置２４０は複数の隔室２４８を有するものとしたが、本発明においては、この隔室２４８の個数は限定されるものではない。。
【００４５】
なお、静電気で壁面に捕捉されたカーボン粒子はエンジン停止中に吸気管内の結露水・燃料により硬化する。このため、最離脱することもほとんどなく、仮に離脱したとしても粒径が大きくなっているので、エアアシストインジェクタの噴孔の汚損にはあまり影響がない。
【００４６】
図７（Ａ）に吸気圧とアシストエア流速との関係を、図７（Ｂ）に吸気圧と微粒子捕捉率との関係を、図７（Ｃ）に吸気圧と噴孔汚損率との関係をそれぞれ示す。
【００４７】
一般的に、吸気圧が低圧になると、アシストエアの流速は高速になり旋廻流を伴う淀みが大きくなるために捕捉率が向上する。これに対して、吸気圧が高圧（大気圧に近い）になると、アシストエアの流速は低速になり、旋廻流を伴う淀みが小さくなるために捕捉率が低下する。しかし、アシストエア流速が低下することにより、インジェクタの噴孔部への微粒子衝突が減少するために、噴孔汚損量が低いレベルに抑えることができる。
【００４８】
以上のようにして、エアアシストインジェクタに供給されるアシストエアが微粒子捕捉装置のチャンバの各隔室を通過する際において、円形の連通穴を通過するときに旋廻流が発生する。アシストエアに含まれる微小な大気浮遊物質が、隔室内で発生する旋廻流により捕捉される。このため、アシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して浄化することができる。その結果、エアアシストインジェクタに供給されるアシストエア中の大気浮遊物質を捕捉して、インジェクタの噴孔を汚損しない微粒子捕捉装置を提供することができる。
【００４９】
＜変形例＞
図８に、本実施の形態の変形例に係る微粒子捕捉装置２４００を示す。この図８は、前述の図２に対応する図である。
【００５０】
図８に示すように、この変形例に係る微粒子捕捉装置２４００は、互いに異なる位置に設けられたチャンバ連通穴２４２，２４４を有する隔室を鉛直方向に積み上げた。このようにすると、バイパス配管２５０のアシストエアの流れが止まった時に、壁面に捕捉しきれなかった微粒子を重力により、スロットルバルブ２６０の方向に戻すことができ、エアアシストインジェクタ１１０に微粒子を流すことを回避できる。
【００５１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る微粒子捕捉装置を備えたエンジンシステムの断面構成図である。
【図２】図１の一部分を拡大した図である。
【図３】図２の一部分を拡大した図である。
【図４】図３の一部分を拡大した斜視図である。
【図５】図３の一部分を拡大した図である。
【図６】図５の一部分を拡大した図である。
【図７】吸気圧とアシストエア流速、微粒子捕捉率および噴孔汚損率との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例に係る微粒子捕捉装置の断面構成図である。
【図９】従来のエンジンシステムの断面構成図である。
【図１０】図９の一部分を拡大した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００  エンジン、１１０  エアアシストインジェクタ、１１２  先端部、１１４  導入路、１１６  噴霧通路、１２０  燃焼室、２００  吸気系、２１０  吸気管、２２０  エアフィルタ、２３０  連通孔、２４０，２４００  微粒子捕捉装置、２４２，２４４  チャンバ連通孔、２４６  連結管、２４８  隔室、２５０  パイパス配管、２６０  スロットルバルブ、３００  排気系、３１０  排気管。
【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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【図９】
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【図１０】
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