(57)【要約】【課題】発生トルクを増加しつつ、設計自由度が高く、燃料噴霧の微粒化を促進してノッキングの発生を抑制する過給機付内燃機関を提供する。【解決手段】過給機付内燃機関１０は、排気管１４から排出される排気によりタービン１６を回転させ、エアクリーナ１８、スロットル弁２０を通り、吸気管１２からエンジン本体３０に吸入される吸気を過給する。エンジン本体３０の各気筒３２には、吸気弁３４および排気弁３６がそれぞれ２個設置されている。各気筒３２には、吸気マニホールド４０から分岐した２個の吸気ポート部４２が接続している。各気筒３２の２個の吸気ポート部４２には、それぞれ１個の燃料噴射弁６０が設置されている。各気筒３２に設置された２個の燃料噴射弁６０の合計噴射量は、４００ｃｃ／ｍｉｎ以上を満たしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機で過給した空気を気筒内に吸入する過給機付内燃機関において、
前記気筒のそれぞれに複数接続し、前記過給機で過給された空気を前記気筒に供給する吸気ポート部と、
前記吸気ポート部のそれぞれに少なくとも１個以上設置されており、前記気筒毎に、複数の前記吸気ポート部に設置されているすべてから燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備えることを特徴とする過給機付内燃機関。
【請求項２】
前記気筒毎に、複数の前記吸気ポート部に設置されているすべての前記燃料噴射弁が噴射する燃料の合計噴射量は４００ｃｃ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機で過給した空気を気筒内に吸入する過給機付内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、タービン等の過給機で過給された空気を気筒に供給する吸気ポート部に燃料噴射弁を設置し、吸気ポート部内に燃料を噴射することが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このような過給機付内燃機関においては、点火プラグの点火時期以外に混合気が燃焼する異常燃焼等により、ノッキングが発生するという問題がある。
【０００３】
特許文献１には、吸気弁の閉弁時期を遅らせることにより有効圧縮比を低下させて気筒内の温度上昇を抑制し、ノッキングの発生を防止する技術が開示されている。しかしながら、吸気弁の閉弁時期が遅れて有効圧縮比が低下すると、過給機による気筒内への吸気の充填効率が低下するので、過給機を設置したことによるトルク増加効果が低減する。
【０００４】
また、過給機付内燃機関では、過給された空気の吸入にともない気筒毎に要求される燃料噴射量は増加する。しかしながら、特許文献１の過給機付内燃機関の場合、気筒毎に１個の燃料噴射弁から燃料を噴射するので、自然吸気（Normal Aspiration;ＮＡ）の内燃機関に比べ１個の燃料噴射弁から噴射する燃料噴射量が増加する。燃料噴射弁の噴孔径を大きくすれば燃料噴射量は増加するが、噴射される燃料噴霧の微粒化は妨げられる。すると、燃料噴霧の微粒化にともなう気筒内の冷却効果が低下し、ノッキングが発生しやすくなるという問題がある。
【０００５】
また、特許文献２には、気筒を小径化して火炎伝播距離を短縮することにより異常燃焼を防止し、ノッキングの発生を防止する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２では、特許文献１と同様に、各気筒に１個の燃料噴射弁から燃料を噴射するので、１個の燃料噴射弁から噴射する燃料噴射量が増加し、燃料噴霧の微粒化が妨げられる。すると、燃料噴霧の微粒化にともなう気筒内の冷却効果が低下し、ノッキングが発生しやすくなるという問題がある。また、気筒の内径および容積が限定されるので、気筒の設計自由度が低下する。
【０００６】
特許文献３には、各気筒に吸気を供給する吸気ポート部に噴霧粒径の異なる２個の燃料噴射弁を設置する技術が開示されている。しかしながら、特許文献３では、エンジン運転状態に応じて噴霧粒径の異なる燃料噴射弁のいずれか一方を選択して燃料を噴射するので、１回の噴射行程において、噴霧粒径の異なる燃料噴射弁の両方から燃料は噴射されない。つまり、エンジン運転状態に応じて選択された燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は１個の燃料噴射弁が設置されている場合と同じであるから、燃料噴霧の微粒化を促進できない。
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１１９６２０号公報
【特許文献２】特許第３３８４５７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２６２１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、発生トルクを増加しつつ、設計自由度が高く、燃料噴霧の微粒化を促進してノッキングの発生を抑制する過給機付内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１および２に記載の発明では、過給機で過給された空気を気筒に供給する複数の吸気ポート部が各気筒に接続され、吸気ポート部に少なくとも１個以上の燃料噴射弁が設置されている。そして、気筒毎に、吸気ポート部に設置されているすべての燃料噴射弁から燃料が噴射される。
これにより、１個の気筒に要求される燃料噴射量を１個の気筒に設置されているすべての燃料噴射弁に割り当てることができるので、１個の燃料噴射弁当たりの燃料噴射量が減少する。その結果、各燃料噴射弁の噴孔径を小さくし燃料噴霧の微粒化を促進できる。燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進されると、微粒化された燃料噴霧により気筒内温度が低下するので、気筒内の異常燃焼を防止できる。したがって、ノッキングの発生を抑制できる。また、気筒内温度が低下すると、気筒内に吸入される吸気の膨張を低減できるので、気筒内への吸気の充填効率が向上する。
【００１０】
また、請求項１および２に記載の発明では、燃料噴射弁の設置構造を工夫することによりノッキングの発生を抑制するので、例えば吸気弁の閉弁時期を遅らせたり、気筒寸法を限定することによりノッキングの発生を抑制する構成に比べ、トルクを増加しつつ内燃機関の設計自由度を高めることができる。
ところで、複数に分岐している吸気ポート部に１個の燃料噴射弁から燃料を噴射する場合、分岐している吸気ポート部の分岐箇所よりも吸気上流側に燃料噴射弁を設置する必要があるので、吸気弁と燃料噴射弁との距離が長くなる。さらに、２個の吸気ポート部に均等に燃料を噴射するために、燃料噴射弁の設置位置および設置角度が限定される。このように、１個の燃料噴射弁から複数の吸気ポート部に燃料を噴射する構成では、各噴射方向における燃料の噴霧角度が小さくなり、燃料噴霧が干渉しやすくなるので、燃料噴霧の微粒化が妨げられる。さらに、吸気ポート部の内壁に燃料噴霧が付着しやすくなるので、燃料噴霧の微粒化が妨げられる。
【００１１】
そこで、請求項１および２に記載の発明では、吸気ポート部に燃料を噴射する燃料噴射弁が各吸気ポート部に設置されるので、吸気弁に極力近づけて燃料噴射弁を吸気ポート部に設置できる。これにより、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴霧角度が大きくなるので、燃料噴霧の干渉を低減し、燃料噴霧の微粒化を促進できる。また、各燃料噴射弁は１個の吸気ポート部に燃料を噴射するので、燃料噴射弁の設置位置および設置角度の自由度が高い。これにより、吸気ポート部の内壁への燃料噴霧の付着を低減できるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、過給された吸気の吸入にともない気筒毎に噴射される燃料噴射量の要求値が増加し４００ｃｃ／ｍｉｎ以上になっても、各気筒の複数の吸気ポート部に設置されているすべての燃料噴射弁から燃料が噴射されるので、１個の燃料噴射弁当たりの燃料噴射量が減少する。その結果、各燃料噴射弁の噴孔径を小さくし、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による過給機付内燃機関を図１に示す。図１に示す過給機付内燃機関１０は、ガソリン用の４気筒エンジンである。尚、図１において、同一構成部分の符号を一部省略している。
過給機付内燃機関１０は、排気管１４から排出される排気により過給機であるタービン１６を回転させ、エアクリーナ１８、スロットル弁２０を通り、吸気管１２からエンジン本体３０に吸入される吸気を過給する。
【００１４】
エンジン本体３０の各気筒３２には、吸気弁３４および排気弁３６がそれぞれ２個設置されている。各気筒３２には、吸気マニホールド４０から分岐した２個の吸気ポート部４２、ならびに排気マニホールド５０から分岐した２個の排気ポート部５２が接続している。各気筒３２の２個の吸気ポート部４２には、それぞれ１個の燃料噴射弁６０が設置されている。つまり、各気筒３２には、合計２個の燃料噴射弁６０が設置されている。燃料噴射弁６０は、吸気弁３４の開口部に向けて燃料が噴射され、吸気弁３４の開口部に極力近づけて吸気ポート部４２に設置されている。燃料噴射弁６０の噴霧粒径のＳＭＤ(Sauter Mean Diameter)値は、１００μｍ以下である。
【００１５】
ここで、図２に示すように、タービン１６が回転して過給圧が上昇すると、エンジン回転数が上昇するにしたがい、ＮＡに比べて各気筒３２に要求される燃料噴射量は増加する。図２に示す過給圧の値はＮＡの圧力に加算される値である。本実施形態では、各気筒３２に設置された２個の燃料噴射弁６０の合計噴射量は４００ｃｃ／ｍｉｎ以上である。この噴射量は、過給圧が４０ｋＰａ、エンジン回転数が４０００ｒｐｍのときに各気筒において１分当たり最低限必要な４００ｃｃ／ｍｉｎを満たしている。各気筒３２に設置された２個の燃料噴射弁６０からは、エンジン運転状態に応じて気筒３２毎に要求される燃料噴射量をほぼ等分して燃料が噴射される。気筒毎に要求される燃料噴射量の合計は、エンジン回転数または過給圧が上昇するにしたがい増加する。
【００１６】
本実施形態では、過給された吸気を各気筒３２に供給する２個の吸気ポート部４２にそれぞれ１個の燃料噴射弁６０が設置されており、１回の燃料噴射行程において、各気筒３２に設置された２個の燃料噴射弁６０から燃料が噴射される。これにより、タービン１６により過給された空気を気筒３２内に吸入することにともない増加する燃料噴射量を、２個の燃料噴射弁６０にほぼ均等に割り当てることができるので、１個の燃料噴射弁６０当たりの燃料噴射量が減少する。その結果、各燃料噴射弁６０の噴孔径を小さくし、燃料噴霧の微粒化を促進できる。燃料噴射弁６０から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進されると、微粒化された燃料噴霧により気筒３２内の温度が低下するので、気筒３２内の異常燃焼を防止し、ノッキングの発生を抑制できる。また、気筒３２内の温度が低下すると、気筒３２内に吸入される吸気の膨張を低減できるので、気筒３２内への過給された吸気の充填効率が向上する。
【００１７】
また、吸気弁の閉弁時期を遅らせたり、気筒の内径および容積を限定することなく、気筒３２毎の合計噴射量を２個の燃料噴射弁６０に割り当てて過給機付内燃機関１０のノッキングを抑制するので、タービン１６で吸気を過給することによるトルク増加効果を損なわず、かつ過給機付内燃機関１０の設計自由度が向上する。
【００１８】
また、本実施形態に対して、二方向に燃料を噴射する１個の燃料噴射弁から２個の吸気ポート部４２に燃料を噴射する場合には、分岐している２個の吸気ポート部４２の分岐箇所から吸気上流側に燃料噴射弁を設置する必要があるので、吸気弁４２と燃料噴射弁との距離が長くなり、燃料噴射弁から噴射される二方向の燃料噴霧のそれぞれの噴霧角度が小さくなる。燃料噴霧角度が小さくなると燃料噴霧が干渉し、燃料噴霧の微粒化が妨げられる恐れがある。また、１個の燃料噴射弁から２個の吸気ポート部４２に燃料を噴射する構成では、吸気弁３４と燃料噴射弁との距離が離れるとともに、２個の吸気ポート部４２に均等に燃料を噴射するために、燃料噴射弁の設置位置および設置角度が限定される。その結果、噴射された燃料噴霧が吸気ポート部４２の内壁に付着しやすくなり、燃料噴霧の微粒化が妨げられる。
【００１９】
これに対し、本実施形態では、２個の吸気ポート部４２のそれぞれに燃料噴射弁６０を設置しているので、吸気弁３４に極力近づけて燃料噴射弁６０を設置できる。これにより、燃料噴射弁６０の燃料噴霧角度が大きくなるので、燃料噴霧の干渉を防止できる。また、各燃料噴射弁６０は１個の吸気ポート部４２に燃料を噴射するので、燃料噴射弁６０の設置位置および設置角度の自由度が高い。これにより、燃料噴射弁６０から噴射される燃料噴霧が吸気ポート部４２の内壁に付着することを低減できるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
【００２０】
（他の実施形態）
上記実施形態では、各気筒３２に接続している２個の吸気ポート部４２にそれぞれ１個の燃料噴射弁６０を設置した。これに対し、各吸気ポート部４２に２個以上の燃料噴射弁６０を設置してもよい。
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、上記実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態の過給機付内燃機関を示す構成図。
【図２】エンジン回転数と気筒毎に要求される燃料噴射量との関係を過給圧毎に示した特性図。
【符号の説明】
【００２２】
１０：過給機付内燃機関、１６：タービン（過給機）、３０：エンジン本体、３２：気筒、３４：吸気弁、３６：排気弁、４２：吸気ポート部、６０：燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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