JP2003343367A - 燃料加熱式燃料噴射装置及びそれを備える内燃機関 - Google Patents

燃料加熱式燃料噴射装置及びそれを備える内燃機関

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fuel
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intake
throttle valve
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浩昭 佐伯
Takanobu Ichihara
隆信 市原
Kenji Watanabe
研二 渡邉
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Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の気筒近くに配置される燃料噴射弁と
は別に設けられて、始動時等に用いられる燃料噴射弁か
ら噴射された燃料を、エンジンへの搭載性を犠牲にする
ことなく、かつ吸気通路壁面への燃料付着を抑制し、運
転中に排出されるＨＣを低減する。 【解決手段】内燃機関の気筒内に空気を供給する主流路
が形成され、この主流路内に空気流量を調整するスロッ
トルバルブを有するボディがあり、スロットルバルブを
動作させて計量された空気をスロットルバルブの上流か
ら下流へ導入する空気通路に、空気流に旋回力を与える
旋回素子を配置し、旋回空気流が主通路へ流出する構成
であり、その旋回流の主通路下流に燃料噴射弁からの噴
射燃料及びの下流にヒータを配置した構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スロットルバルブ
の上流から分岐した空気流に燃料を噴射する燃料噴射弁
を備え、当該燃料と空気の混合気をヒータで加熱して吸
気管若しくはシリンダに供給する燃料噴射装置及びこれ
を搭載した内燃機関に係る。
【０００２】
【従来の技術】ＵＳＰ5,482,023 号には、コールドスタ
ートインジェクタと、ヒータと、アイドルスピードコン
トロールバルブ（以下ＩＳＣバルブという）とを備えた
コールドスタートフューエルコントロールシステム（寒
冷始動燃料制御システム）が記載されている。このシス
テムでは、ＩＳＣバルブからの空気の一部をコールドス
タートフューエルインジェクタから噴射された燃料に合
流させる。コールドスタートフューエルインジェクタか
らの燃料とＩＳＣバルブからの空気は混合されながら、
コールドスタートフューエルインジェクタの下流側に一
列に並べられた円筒状のヒータ内部に入れられ、該燃料
はヒータ内部を通過する際に気化を促進され、ヒータの
出口で吸気主通路の空気流と混合される。
【０００３】また、ＵＳＰ5,598,826号や5,894,832号に
も同様のコールドスタートフューエルコントロールシス
テムが記載されており、このシステムでは、スロットル
バルブをバイパスする副通路上にＩＳＣバルブを配置
し、ＩＳＣバルブで計量された空気を利用して旋回流を
発生させ、コールドスタートインジェクタからの噴射燃
料と混合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来システムで
は、スロットルバルブをバイパスする副通路上にＩＳＣ
バルブを配置し、ＩＳＣバルブを通過する空気を利用し
て旋回流を発生させて、副通路内あるいは主通路に設置
した円筒状のヒータ内部へ燃料を付着させ、気化させ
る。
【０００５】この従来システムでは、吸気副通路，ＩＳ
Ｃバルブなどの構成が必要となり、部品構成の複雑化に
よるコスト、及びエンジンへの搭載レイアウトの点で実
用性に欠けていた。
【０００６】本発明の目的は、内燃機関の気筒（吸気ポ
ート）近くに配置される燃料噴射弁あるいは気筒内に直
接燃料を供給する燃料噴射弁とは別に設けられて、始動
時等機関の要求するときに燃料を供給する燃料噴射弁か
ら噴射された燃料を空気と混合し、この混合気をヒータ
で加熱した後、気筒（シリンダ）に供給する燃料噴射装
置を、ＩＳＣバルブなしで構成することにある。
【０００７】また、内燃機関の始動性向上を図るととも
に、内燃機関の燃焼性能を向上し、内燃機関より排出さ
れるハイドロカーボン（以下、ＨＣと記す）を低減する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的の少なくともい
ずれか一つを達成するために、本発明では、スロットル
バルブの開度を制御してアイドル空気量を調整するよう
に構成し、当該スロットルバルブで調整されたアイドル
空気をスロットルバルブを迂回してスロットルバルブ下
流へ導き、吸気通路への出口で整流板あるいは偏向翼に
よって旋回力を付与する。更に当該旋回空気に燃料噴射
弁から燃料を噴霧すると共に、吸気管にはヒータを取り
付けて燃料噴射弁から噴射された燃料の少なくとも一部
を加熱する。
【０００９】また別の解決手段では、スロットルバルブ
の開度を制御してアイドル空気量を調整するように構成
し、当該スロットルバルブで調整されたアイドル空気を
混合気チャンバーを介してスロットルバルブ下流へ導く
よう構成する。チャンバーには燃料噴射弁と、チャンバ
ーに入る空気流に旋回力を与える整流部材あるいは旋回
手段を設ける。
【００１０】更に別の解決手段では、スロットルバルブ
の開度を制御してアイドル空気量を調整するように構成
し、当該スロットルバルブで調整されたアイドル空気を
混合気チャンバーを介してスロットルバルブ下流へ導く
よう構成する。チャンバーには燃料噴射弁と、チャンバ
ーに入る空気流に旋回力を与える整流部材あるいは旋回
手段と混合気を加熱するヒータを設ける。更に、混合気
チャンバーと各シリンダー入口の吸気ポートとの間を複
数の混合気通路で接続する。
【００１１】また本願の複数の発明に共通する基本的な
解決手段は、アイドル開度部位に位置するスロットルバ
ルブの上流に開口する空気取入口から供給される空気流
に燃料を混合し、当該混合気をヒータで加熱してスロッ
トルバルブの下流吸気管通路に供給するものにおいて、
前記スロットルバルブを駆動するモータによって前記空
気取入口の開度を調整することである。
【００１２】本発明は内燃機関の構成をも新しくするも
ので、アイドル開度部位に位置するスロットルバルブの
上流の吸気管内周壁面に空気取入口を備え、前記スロッ
トルバルブの下流で吸気通路に合流する混合気チャンバ
ーを備え、前記混合気チャンバーに燃料噴霧を供給する
燃料噴射弁を備え、前記混合気チャンバーに流出する空
気に前記混合気チャンバー内で旋回する旋回力を付与す
る空気旋回要素を備え、さらに前記混合気チャンバーの
内周壁には当該混合気チャンバー内の旋回混合気の少な
くとも一部を加熱するヒータを備え、前記混合気チャン
バーと機関の各シリンダの入口ポート部との間を接続す
る複数の混合気通路を備え、さらに、前記各吸気ポート
若しくはシリンダには前記燃料噴射弁とは別の燃料噴射
弁が設けられているものである。
【００１３】更に本発明の燃料噴射装置は具体的には請
求項６，７に記載する通りである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本実施例の基本構成を実施例の構
成部品及び図面の符号を参照して説明すると以下の通り
である。
【００１５】１）．スロットルバルブ１５を動作させて
計量された空気をスロットルバルブ１５の上流からスロ
ットルバルブ１５を迂回してスロットルバルブ１５下流
へ導入する空気通路（補助空気通路３５）に、空気流に
旋回力を与える旋回素子（スワラー４０）を配置し、旋
回空気流が主通路（吸気主通路３４）へ流出する構成と
し、この旋回空気に燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁１
９）から燃料を噴射すると共に吸気管内壁面には燃料を
加熱するヒータ５０を設けた（図２，図５，図１６参
照）。
【００１６】２）．別の基本構成ではアイドル開度位置
のスロットルバルブ１５の上流からスロットルバルブ１
５を迂回してスロットルバルブ１５下流へ導入する空気
通路（補助空気通路３５）の途中に混合気チャンバー８
５を設け、この混合気チャンバー８５に、燃料を供給す
る燃料噴射弁と混合気チャンバー８５内の空気流に旋回
力を付与する整流部材（旋回素子（スワラー）４０）と
旋回混合気を加熱するヒータ５０を装着した（図１３参
照）。
【００１７】３）．また、別の基本構成ではアイドル開
度部位に位置するスロットルバルブ１５の上流の吸気管
内周壁面に空気取入口（補助空気通路入口開口部３６）
を備え、スロットルバルブ１５の下流で吸気通路（吸気
ポート１４）に合流する混合気チャンバー８５を備え、
空気取入口（補助空気通路入口開口部３６）と混合気チ
ャンバー８５との間を接続する空気通路（補助空気通路
３５）を備え、混合気チャンバー８５に燃料噴霧を供給
する燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁１９）を備え、空気
通路（補助空気通路３５）の出口部に当該空気通路(補
助空気通路３５)から混合気チャンバー８５に流出する
空気に混合気チャンバー８５内で旋回する旋回力を付与
する整流部材（旋回素子（スワラー）４０）を備え、さ
らに混合気チャンバー８５の内周壁には当該混合気チャ
ンバー８５内の旋回混合気流の少なくとも一部を加熱す
るヒータ５０を備える構造とすることで、ＩＳＣバルブ
やその空気通路である副通路を廃止でき、エンジンルー
ムへの搭載性を向上できる。
【００１８】また、上記のように構成を簡素化できれ
ば、スロットルバルブのボディ、あるいは吸気管へ一体
的に組みつけることが可能である。また、スロットルバ
ルブのボディ、あるいは吸気管の成形体に装置の一部
（例えば補助空気通路，チャンバーあるいは旋回素子）
を一体成形することも可能である。
【００１９】本願の複数の実施例に共通しているのは、
アイドル開度部位に位置するスロットルバルブ８５の上
流に開口する空気取入口（補助空気通路入口開口部３
６）から供給される空気流に燃料を混合し、当該混合気
をヒータ５０で加熱してスロットルバルブ１５の下流吸
気管通路（吸気主通路３４あるいは吸気ポート１４）に
供給するものにおいて、スロットルバルブ１５を駆動す
るモータ１０Ｍによって空気取入口（補助空気通路入口
開口部３６）の開度を調整することである。
【００２０】また、本実施例の内燃機関は、アイドル開
度部位に位置するスロットルバルブ１５の上流の吸気管
（吸気主通路３４）内周壁面に空気取入口（補助空気通
路入口開口部３６）を備え、スロットルバルブ１５の下
流で吸気通路（吸気ポート１４）に合流する混合気チャ
ンバー８５を備え、前記混合気チャンバー８５に燃料噴
霧を供給する燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁１９）を備
え、混合気チャンバー８５に流出する空気流に混合気チ
ャンバー８５内で旋回する旋回力を付与する空気旋回要
素（旋回素子（スワラー）４０）を備え、さらに混合気
チャンバー８５の内周壁には当該混合気チャンバー８５
内の旋回混合気の少なくとも一部を加熱するヒータ５０
を備え、混合気チャンバーと機関の各シリンダの入口ポ
ート部（吸気ポート１４）との間を接続する複数の混合
気通路７５を備え、さらに、各吸気ポート若しくはシリ
ンダには上記燃料噴射弁（第２の燃料噴射弁１９）とは
別の燃料噴射弁（第１の燃料噴射弁１８）が設けられて
いるものである（図１２参照）。
【００２１】更に本実施例の燃料加熱式燃料噴射装置は
具体的には以下の通り構成される。
【００２２】内燃機関の気筒（燃焼室２）内に空気を供
給する吸気主通路３４と、吸気主通路３４内にスロット
ルバルブ１５を有するボディ（電子制御スロットルボデ
ィ１０）と、吸気主通路３４内に燃料を噴射する燃料噴
射弁（第２の燃料噴射弁１９）とを具備してなり、吸気
主通路３４上に噴射燃料を気化する装置（ヒータ５０）
を設けた燃料加熱式燃料噴射装置であって、スロットル
バルブ１５で計量される範囲でスロットルバルブ１５の
上流側から下流側へ空気が流れる空気通路（補助空気通
路３５）を有し、この空気通路（補助空気通路３５）を
通過する空気流は吸気主通路３４に導入されて、上記燃
料噴射弁（第２の燃料噴射弁１９）からの噴射燃料と混
合される。
【００２３】また、内燃機関の気筒（燃焼室２）に向け
て燃料を噴射する第１の燃料噴射弁１８と、気筒（燃焼
室２）内に空気を供給する吸気主通路３４と、この吸気
主通路３４内に流れる空気流量を調整するスロットルバ
ルブ１５を有するボディ（電子制御スロットルボディ１
０）と、スロットルバルブ１５の上流側の吸気主通路３
４と下流側の吸気主通路３４とを連通するバイパス通路
を有し、前記バイパス通路内に燃料を噴射する第２の燃
料噴射弁とを具備し、前記バイパス通路（補助空気通路
３５）に噴射燃料を気化する装置（混合気チャンバー８
５，旋回素子４０，ヒータ５０）を設けた燃料加熱式燃
料噴射装置であって、バイパス通路（補助空気通路３
５）はボディ（電子制御スロットルボディ１０）の内部
通路として一体形成され、その途中に、バイパス通路
（補助空気通路３５）を流れる空気流に旋回力を与える
旋回素子（スワラー）４０が配置されている。
【００２４】以下図面に従い実施例を詳細に説明する。
【００２５】本発明の第１の実施の形態について、図１
〜図９を用いて説明する。
【００２６】図１は、本発明の燃料噴射装置を搭載し、
ガソリンを燃料とする火花点火式内燃機関の全体システ
ムを現す図である。
【００２７】内燃機関１は、燃焼室２に点火プラグ３を
配置し、混合空気３２を取り入れる吸気弁４と燃焼後の
排気を行う排気弁５を備えている。燃焼室２の側部に
は、エンジン冷却水６の温度を検知する水温センサ７と
エンジンの回転数を検知する回転センサ（図示省略）を
備え、運転状態を検知している。
【００２８】燃焼室２に吸気を行う吸気系は、エアクリ
ーナ９を通過して吸入される吸入空気８の計測をするエ
アフローセンサ３１と、運転者のアクセルペダル操作も
しくは、内燃機関１の運転状態に連動して回転駆動され
るモータ１０Ｍを備える。スロットルバルブ１５の回転
軸１６がこのモータ１０Ｍによって回動され、これによ
り吸入空気３８の流量をスロットルバルブ１５によって
電気的に制御する。スロットルバルブ１５の開度はスロ
ットルポジションセンサ１１で計測され、目標値と実測
値が一致するようフィードバック制御される。吸気系は
更に、コレクタ１２と、コレクタ１２から内燃機関１の
各気筒に分岐する吸気マニホールド１３と、吸気弁４を
備えた吸気ポート１４等を備える。
【００２９】エアフローセンサ９およびスロットルポジ
ションセンサ１１で計測した吸入空気８の流量およびス
ロットルバルブ１５の開度情報は、コントローラ１７に
入力し、内燃機関１の運転状態の検出や種々の制御に使
用される。
【００３０】燃料噴射装置は、第１の燃料噴射弁１８と
第２の燃料噴射弁１９で構成される。第１の燃料噴射弁
１８は、コレクタ１２の下流で各気筒の吸気弁４に向け
て噴射するように吸気ポート１４に取り付けられてい
る。
【００３１】第２の燃料噴射弁１９は、吸気制御装置２
０の一構成部である。その構成については後述する。
【００３２】燃料系は、燃料２１を貯える燃料タンク２
２と、燃料タンク２２から燃料２１を圧送する燃料ポン
プ２３と、燃料フィルタ２４と、圧送された燃料２１の
圧力を所定の圧力に調整するプレッシャレギュレータ２
５と、各気筒の吸気ポート１４に燃料を噴射する第１の
燃料噴射弁１８と、スロットルバルブ１５下流に燃料２
１を供給する第２の燃料噴射弁１９を備え、これらは、
燃料配管２６で接続されている。ここで、第２の燃料噴
射弁１９はエンジン始動後（スタータ駆動終了後）に始
めて燃料を供給するように動作するので燃料ポンプが十
分な回転に達した後燃料を要求する。従って、始動時に
操作される複数の第１の燃料噴射弁１８に燃料ポンプか
らまず燃料を供給するよう、第２の燃料噴射弁１９は燃
料配管２６の燃料ポンプから一番遠い、つまりプレッシ
ャーレギュレータ２５に一番近い位置へ接続される。こ
れにより始動時に動作する第１の燃料噴射弁の動作遅れ
や噴射燃料量の不安定現象がなくなる。
【００３３】排気系は、各気筒の排気弁５を備える排気
ポート２７と、排気マニホールド２８と、排気中の酸素
濃度を計測する酸素濃度センサ２９と、排気を浄化する
ための三元触媒コンバータ３０と、消音マフラー（図示
省略）等を備える。酸素濃度センサ２９で計測した酸素
濃度情報は、コントローラ１７に入力して内燃機関１の
運転状態の検出や種々の制御に使用する。三元触媒コン
バータ３０は、理論空燃比付近で運転される内燃機関１
から排気されるＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣを同時に高い浄化率
で浄化するものである。
【００３４】上記構成において、燃焼室２では、燃料噴
射弁１８，１９により噴射された燃料と吸入空気３２の
混合気が吸入される。吸入された混合気は、圧縮され、
点火プラグ３で着火され、燃焼が行われる。内燃機関１
から排出される排気３３は排気系から大気中に放出され
る。
【００３５】次に図２から図７を用いて、吸気制御装置
２０の構成について説明する。
【００３６】吸気制御装置２０の内部には円筒形状を有
する吸気主通路３４が形成され、その吸気主通路３４内
にスロットルバルブ１５が配置されており、スロットル
バルブ１５が開くと吸気主通路３４のスロットルバルブ
上流と下流が連通する。また、吸気主通路３４を形成す
る電子制御スロットルボディ１０には、主通路とは別
に、スロットルバルブ１５の上流と下流を連通する補助
空気通路３５が形成されている。補助空気通路３５の入
口開口部３６は、吸気主通路３４の内周に沿ってスロッ
トルバルブ１５の外周端部３７と一致するように設けて
ある。スロットルバルブ１５が全閉の時、即ちスロット
ルバルブ１５からの通過空気量を最少にする場合は、図
２，図３及び図４の如く、補助空気通路入口開口部３６
は、スロットルバルブ外周端部３７によって塞がれてい
る。図３及び図４はそれぞれ、図２中の丸点線で囲まれ
た部分の詳細図である。スロットルバルブ１５からの通
過空気量を増加させる時は、スロットルバルブ１５を、
回転軸１６を中心に回転させると、補助空気通路入口開
口部３６はスロットルバルブ１５の回転量に応じて開口
し、その開口面積は図５の位置になるまで増加する。ス
ロットルバルブ１５がさらに回転すると、吸気主通路３
４の通気面積は増加するが、補助空気通路入口開口部３
６の開口面積は増加しなくなる。
【００３７】補助空気通路３５の下流側には、空気流に
旋回力を与える旋回素子（以下スワラー）４０が配置さ
れており、このスワラー４０を通過した空気は、旋回流
となって補助空気通路出口４１から吸気主通路３４に導
入される。スワラー４０の構成については後述する。
【００３８】補助空気通路出口４１の下流方向には、第
２の燃料噴射弁１９が配置されている。第２の燃料噴射
弁１９は、補助空気通路出口４１から吸気主通路３４へ
流入した旋回流と噴射燃料が混合される方向に、吸気主
通路内へ燃料を噴射する。
【００３９】補助空気通路出口４１の下流方向で、吸気
主通路３４を構成している位置には、燃料を気化する発
熱体から成るヒータ５０が配置されている。本実施例で
は、ヒータ５０は吸気主通路３４の空気流進行方向に対
して、第２の燃料噴射弁１９の噴射位置よりすぐ下流側
に配置されている。
【００４０】ヒータ５０は、板状のものを複数個配列し
て吸気主通路３４の内壁面に沿って円筒状に構成されて
おり、温度が所定値以上に上昇するとその電気抵抗が急
増して電流が低下し、温度を一定に保持できる機能を持
つＰＴＣ（PositiveTemperature Coefficient Thermist
or）ヒータを用いている。
【００４１】次に、スワラー４０の構成について図５と
図９を用いて説明する。スワラー４０は、補助空気通路
３５と吸気主通路３４を連通させる位置にあり、その出
口は空気主通路に流入するように配置構成されている。
スワラー４０の空気主通路の周方向断面形状は図９の如
くであり、複数の翼断面形状の旋回翼４２が吸気管の全
周に配置されており、旋回翼４２の各外周口４３より空
気が流入し、各内周口４４から流出する。この旋回翼４
２を通過する空気は、旋回翼の形状に沿って流れるた
め、内周口４４から流出する空気には、周方向に旋回力
を持った旋回流４５となる。また、スワラー４０は、吸
気主通路３４の吸入空気流れの通気抵抗とならないよう
に、その内周口４４の周方向径が、空気主通路の内周径
より大きくなるように構成している。
【００４２】ここで、第２の燃料噴射弁１９から噴射さ
れた噴射燃料４６は、旋回流４５と混合され混合旋回流
となる。この旋回流４５により、混合された噴射燃料４
６には遠心力が働き、吸気主通路３４の内壁方向へ付着
される。また、吸気主通路３４の内壁部には、円筒形状
のヒータ５０が配置されているから、噴射燃料４６は旋
回流４５によってヒータ５０の内周壁に均一に付着し、
かつ付着した後も旋回流４５によってヒータ内周壁面上
を旋回しながら流動し、その流動中にヒータ５０の熱に
よって気化され気化燃料となり、吸入空気との混合気４
８となってコレクタ１２へ供給される。そしてコレクタ
１２へ供給された混合気４８は、このコレクタ１２を通
過し、その下流の吸気マニホールド１３へ供給され、燃
焼室２へ供給される。
【００４３】燃焼室２では、気化燃料との混合気４８が
供給されるため、燃焼を安定させることができる。そし
て、燃焼の安定性を保ったまま、点火時期を通常よりも
遅延（点火リタード）させることが可能である。膨張行
程に入るまで点火時期を大きくリタードさせることが可
能となる。膨張行程で点火を行うと燃焼室内の燃焼ガス
が膨張する割合が減るため、燃焼ガスが膨張仕事によっ
て消費する熱量が少なくなり、高温を保ったままの燃焼
ガスを排気管に排出することができる。これにより高温
の排気３３を排気マニホールド２８内に発生させること
ができ、三元触媒コンバータ３０の早期暖機，早期活性
化を実現することができる。排気マニホールド２８へ到
達した排気３３は燃焼時に発生したＨＣ等の有害物質
を、活性化された三元触媒コンバータ３０によって浄化
した後消音マフラー（図示省略）を介して外部へ排出さ
れる。
【００４４】次に、吸気制御装置２０を流れる空気につ
いて説明する。吸入空気８はスロットルバルブ１５の外
周端３７と補助空気通路入口開口部３６によって形成さ
れる補助空気通路入口から補助空気通路３５を通り、ス
ワラー４０との連通部３８へ導かれ、スワラー４０を通
過して旋回流として吸気主通路３４へ流出する。ここ
で、スワラー４０から流出される旋回流４５は、吸気主
通路３４の周方向に対して、全周均一な流れであること
が望ましい。これは、第２の燃料噴射弁１９からの噴射
燃料が、旋回流４５と混合されたのちヒータ内壁面に付
着する際に、全周に均一に付着したほうが、燃料の気化
効率が向上するためである。全周均一な旋回流４５とす
るためには、スワラー４０の各旋回翼４２間の内周口４
４から流出する空気流速を均一化する必要がある。しか
し、スロットルバルブ１５の形状が円形状で、これが円
筒形上の吸気主通路３４に対して回転移動するので、ス
ロットルバルブ１５が回転するのに伴い、補助空気通路
入口開口部３６の開口面積は比例的には変化せず、かつ
周方向での開口面積変化は同一にはならない。本実施例
では、スワラーの各旋回翼４２間に均一に空気が流れ易
くするように、連通部３８の通路断面形状を、周方向で
不均一としている。つまり、補助空気通路入口開口部３
６の開口面積が大きい回転軸１６から遠い部位では、連
通部３８の通路断面積は小さくし、補助空気通路入口開
口部３６の開口面積が小さい回転軸１６から近い部位で
は、連通部３８の通路断面積は大きくなるような構成と
している。
【００４５】尚、上記のように補助空気通路３５からス
ワラー４０までの連通路３８の通路断面積形状は、必ず
しも周方向で不均一にする必要はなく、図９に示すよう
な均一断面積でも差し支えない。
【００４６】また、本実施例では、吸気主通路３４の図
５中上半分、つまりスロットルバルブ１５が吸入空気の
進行方向に近づくように動作される部分では、詳細図６
の如く、補助空気通路入口開口部３６は、スロットルバ
ルブの外周端３７の回動軌道に沿った形状を成してい
る。これにより、スロットルバルブ１５が補助空気通路
入口開口部３６の範囲内で回動しているうちは、スロッ
トルバルブ外周端３７と吸気主通路３４との間に生じる
隙間からの通気は、常に最小限に抑制することができ、
吸入空気８をほぼ全て補助空気通路３５へ導くことが可
能となる。
【００４７】一方で、吸気主通路３４の図５中下半分、
つまりスロットルバルブ１５が吸入空気の進行方向から
遠ざかるように動作される部分では、詳細図７の如く、
スロットルバルブ外周端３７がその外周方向に沿って平
行部３７ａを有しており、それに対向するように補助空
気通路入口開口部３６が形成されている。さらに、スロ
ットルバルブ外周端の平行部３７ａと隣接する部の外周
端３８ｂは、スロットルバルブ１５の回動時の外周端軌
跡と同一である形状を成している。この構成では、スロ
ットルバルブ１５の全閉時は、外周端平行部３７ａによ
り補助空気通路入口開口部３６は塞がれており、通気量
は抑制される。スロットルバルブ１５が所定の位置まで
回動する間は、補助空気通路入口開口部３６の開口面積
は、スロットルバルブの回動量に応じて増減する。
【００４８】また、本実施例によれば、補助空気通路３
５へ空気を流入させるのは、内燃機関１がアイドル運転
中であり、その時の燃焼に必要は空気量変化に対応する
スロットルバルブの回動量はおおよそ５°くらいであ
る。したがって、補助空気通路入口開口部３６は、スロ
ットルバルブ回動量５°分のみで制御される形状となっ
ている。この５°を超えてスロットルバルブ１５が回動
する場合は、空気主通路に開口していくため、吸入空気
は補助空気通路３５へ流入されず、吸気主通路３４のス
ロットルバルブ１５下流へ流れるようになる。つまり、
アイドル運転ではない状態、例えばスロットルバルブ１
５が全開となるような運転状態においては、空気主通路
上で大きな通気抵抗となることなく、吸入空気を燃焼室
２へ運ぶことが可能となる。
【００４９】このようにして構成された吸気制御装置で
は、内燃機関１がアイドル回転で運転されている場合
に、その燃焼に必要な空気量は、スロットルバルブ１５
を電子制御的に回動制御することにより適正な空気量を
制御することができ、かつ、その空気はスロットルバル
ブ１５の上流から下流へ補助空気通路を通した後、スワ
ラー４０で旋回流として吸気主通路３４に導くことがで
きる。
【００５０】本実施例によれば、スロットルバルブ１５
を有する電子制御スロットルボディ１０に、補助空気通
路３５，スワラー４０，第２の燃料噴射弁１９，ヒータ
５０が組み立て一体化されたユニットを形成している。
こうすれば、車両への搭載時に、一体ユニットとして、
その上流側の吸気通路、及び下流側の集合吸気管を持っ
た吸気マニホールドへ着脱可能に構成できる。内燃機関
の始動や排気性能に関わる重要な装置を、１つのユニッ
トとして内燃機関に着脱できるので、組立，調整，保守
を容易に行うことができる。
【００５１】次に、図１０は本発明の第２の実施の形態
を示したものである。
【００５２】第１の実施の形態との違いを説明する。ス
ロットルバルブ１５を有する電子制御スロットルボディ
１０と、第２の燃料噴射弁１９とヒータ５０を有する一
体ユニット６０は、別ユニットである。この一体ユニッ
ト６０は、電子制御スロットルボディ１０とコレクタ１
２を有する吸気マニホールド１３に挟持されて、車両へ
組み付けられる。スワラー４０は、電子制御スロットル
ボディ１０の一体ユニット６０と対向する部位に設けら
れている。
【００５３】他の構成については、第１の実施の形態と
同一であるため、説明を省略する。
【００５４】この実施の形態によれば、電子制御スロッ
トルボディ１０，一体ユニット６０，コレクタ１２を持
った吸気マニホールド１３を各々別々に着脱可能とな
り、特に保守性において簡素化ができる。
【００５５】続いて、図１１は本発明の第３の実施の形
態を示したものである。
【００５６】第１の実施の形態との違いを説明する。電
子制御スロットルボディ１０と、第２の燃料噴射弁１９
とヒータ５０が組み立て一体ユニットを構成しており、
下流のコレクタ１２を持つ吸気マニホールド１３に組み
付けられているが、ヒータ５０は一体ユニットとコレク
タ１２との取り付け部より吸気集合管の内部通気側へ突
出して組み付けられている。この場合、一体ユニットは
コレクタ１２に限定せず、吸気マニホールド１３に取り
付けても良い。
【００５７】この実施の形態によれば、ヒータ５０を吸
気集合管の内部にもぐりこませるため、吸気主通路３４
の全体の軸方向長さが外観上短縮でき、小型化、すなわ
ち搭載性を向上できる。
【００５８】次に、図１２から図１５を用いて本発明の
第４の実施の形態について説明する。
【００５９】図１に示す第１の実施の形態との主たる違
いは、第２の燃料噴射弁１９から噴射される燃料を気化
するヒータ５０、及び噴射燃料に旋回力を付加する旋回
流を発生させるスワラー４０を、吸気主通路３４中では
なく、スロットルバルブ１５の上流と下流をバイパスさ
せる吸気副通路７０を設け、その吸気副通路７０中に配
置した構成の違いにある。その他の構成は第１の実施の
形態と同様であるため説明を省略する。
【００６０】吸気制御装置８０の内部には円筒形状を有
する吸気主通路３４が形成され、その吸気主通路３４内
にスロットルバルブ１５が配置されており、スロットル
バルブ１５が開くと吸気主通路３４のスロットルバルブ
上流と下流が連通する。また、吸気主通路３４を形成す
る電子制御スロットルボディ１０には、主通路とは別
に、スロットルバルブ１５の上流と下流を連通する補助
空気通路３５が形成されている。吸気主通路３４の外周
側には、主通路と平行するかたちで、吸気副通路７０が
形成されている。吸気副通路７０は、補助空気通路３５
から吸気ポート１４までを連通させる空気通路としてあ
る。
【００６１】吸気主通路３４の図１３中上半分、つまり
スロットルバルブ１５が吸入空気の進行方向に近づくよ
うに動作される部分では、詳細図１４の如く、補助空気
通路入口開口部３６は、スロットルバルブ外周端３７の
回動軌道に沿った形状を成している。
【００６２】一方で、吸気主通路３４の図１３中下半
分、つまりスロットルバルブ１５が吸入空気の進行方向
から遠ざかるように動作される部分では、詳細図１５の
如く、空気主通路の内壁面形状が、スロットルバルブ外
周端３７の回動軌跡と同一となる形状をしており、その
形状は、スロットルバルブ１５が全閉状態から補助空気
通路入口開口部３６が最大面積に制御されるまでの範囲
と同一範囲となるよに構成されている。この範囲では、
吸気主通路３４とスロットルバルブ外周端３７との間に
できる隙間による空気流量は最小限に抑制される。した
がって、スロットルバルブ１５が補助空気通路入口開口
部３６の範囲内で回動しているうちは、吸入空気８をほ
ぼ全て補助空気通路３５へ、即ち吸気副通路７０へ導く
ことが可能となる。
【００６３】補助空気通路３５の下流側には、空気流に
旋回力を与える旋回素子スワラー４０が配置されてお
り、このスワラー４０を通過した空気は、旋回流となっ
て吸気副通路７０に導入される。スワラー４０の構成に
ついては、第１の実施例と同様のため説明を省略する。
【００６４】吸気副通路７０の形状は円筒形をしてい
る。スワラー４０の下流方向には、吸気副通路７０の一
部として円筒形をしたヒータ５０が配置されている。
【００６５】ヒータ５０の下流側の吸気副通路７０は、
吸気主通路３４に沿うように、コレクタ１２、及びその
下流側の吸気マニホールド１３を経て、吸気ポート１４
の第１の燃料噴射弁１８の近傍にて吸気主通路３４に流
出する構成としてある。吸気副通路７０は、必ずしも第
１の燃料噴射弁１８の近傍に流出する構成である必要は
なく、例えばコレクタ１２に、または、吸気マニホール
ド１３に連通されていても良い。
【００６６】スワラー４０の上流側には、第２の燃料噴
射弁１９が設けてある。第２の燃料噴射弁１９から噴射
された燃料は、その下流のスワラー４０から流出する旋
回流４５と合流し、旋回流４５の旋回力によって、燃料
はその下流側のヒータ内周壁面へ付着する。付着した後
も旋回流４５によってヒータ内周壁面上を旋回しながら
流動し、その流動中にヒータ５０の熱によって気化され
気化燃料となり、吸入空気との混合気４８となって、吸
気副通路７０を通り、吸気ポート１４へ流出し、燃焼室
２へ供給される。
【００６７】本実施の形態では、吸気主通路３４とは別
の吸気副通路７０において気化燃料を生成し内燃機関１
へ供給できるため、吸気主通路３４中にヒータ５０など
を配置する必要がなく、吸気主通路全体の軸方向の長さ
を短縮できる。したがって、車両への搭載性が向上でき
る。また、電子制御及び電子制御ではないスロットルボ
ディと組み立て一体構造とすることも可能で、この場
合、補助空気通路３５からスワラー４０までの空気通路
を、スロットルボディ１０や吸気制御装置８０の内部で
形成できる。したがって、補助空気通路３５を外部の配
管などで連通させる必要がなく、構成を簡素化でき、コ
ストや搭載性の面で有利である。
【００６８】次に、図１６を用いて、本発明の第５の実
施の形態を説明する。
【００６９】第１〜第４の実施の形態によれば、スロッ
トルバルブ１５の外周端部形状は、スロットルボディ１
０内周壁との間の隙間による通気量を極力低く抑えてお
くことが、スワラー４０への導入空気量を最大化でき
る。このためには、スロットルバルブ外周端３７の形状
を前述の実施の形態１〜４で説明したような形状にする
必要がある。しかし、実際はスワラー４０への導入空気
量は必ずしも最大化する必要はない。本実施の形態によ
れば、図１６の全体図及び図１７に示す詳細図のよう
に、スロットルバルブ１５は単純な円形の平板状を成し
ており、特にスロットルボディ１０内周壁とスロットル
バルブ外周端３７との間の隙間を最小限にするような工
夫はしていないが、実際はスロットルバルブ１５の回動
量は少ないため、スロットルボディ１０内周壁とスロッ
トルバルブ外周端３７との間の隙間は十分小さい。すな
わち、本実施の形態においても、吸入空気の大半を補助
空気通路３５へ導入することが可能である。
【００７０】また、本実施の形態では、補助空気通路は
図１６中軸１６より上半分としている。一方、図１６中
下側半分のスロットルボディ１０内周壁面も、スロット
ルバルブ１５の前後で真っ直ぐな円柱形状としている。
前述のように、この構成においてもスロットルボディ１
０内周壁とスロットルバルブ外周端３７との間の隙間に
よる通気量は小さい。しかし、補助空気通路３５への導
入空気量を多くするために、図１６中の軸１６より下側
のスロットルボディ１０内周壁を、前述の第４の実施の
形態で説明した図１５のようにしても良い。こうしてお
けば、吸入空気は軸１６より上側半分に集中するので、
補助空気通路３５への空気導入量を増加させることがで
きる。
【００７１】本実施の形態では、スロットルバルブ１５
を単純な円形平板で構成できるため、スロットルバルブ
１５の製作上簡素化でき、コストの面で有利となる。
【００７２】本発明の実施態様を列挙すれば以下の通り
である。
【００７３】１）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、スロットルバルブを通過し吸気主通路に導入され
る空気流に、旋回力を与える旋回素子を有することを特
徴とする燃料噴射装置。
【００７４】２）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、スロットルバルブを通過する空気量はスロットル
バルブの回転によって計量されることを特徴とする燃料
噴射装置。
【００７５】３）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、スロットルバルブを通過する空気量はスロットル
バルブの回転によってのみ計量され、該空気量は内燃機
関のアイドル時に必要な空気量全量であることを特徴と
する燃料噴射装置。
【００７６】４）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、スロットルバルブを通過する空気通路の流路面
積、または空気通路入口部面積、または空気通路出口部
面積が、周方向において均一ではないことを特徴とする
燃料噴射装置。
【００７７】５）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、噴射燃料を旋回素子に向けて、吸気主通路の空気
流方向と一致しない方向へ噴射することを特徴とする燃
料噴射装置。
【００７８】６）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、噴射燃料を旋回素子の下流に向けて、吸気主通路
の空気流方向と一致しない方向へ噴射することを特徴と
する燃料噴射装置。
【００７９】７）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、前記旋回素子による旋回流の旋回方向と一致する
方向へ噴射燃料を噴射することを特徴とする燃料噴射装
置。
【００８０】８）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、前記旋回素子による旋回流の旋回方向と一致しな
い方向へ噴射燃料を噴射することを特徴とする燃料噴射
装置。
【００８１】９）．請求項６に記載の燃料噴射装置にお
いて、前記スロットルバルブを有するボディと、前記燃
料噴射弁と、前記噴射燃料を気化する装置を、前記旋回
素子を挟持して組み立て一体化とした構成としたことを
特徴とする燃料噴射装置。
【００８２】１０）．請求項６に記載の燃料噴射装置に
おいて、前記燃料噴射弁と噴射燃料を気化する装置の下
流には、前記内燃機関の各気筒へ空気を分配する吸気管
の集合部サージタンクが配置され、前記燃料噴射弁と噴
射燃料を気化する装置が一体化構造をして前記サージタ
ンクに取り付けられ、前記スロットルバルブを有するボ
ディとの間に前記旋回素子を有する構成としたことを特
徴とする燃料噴射装置。
【００８３】１１）．請求項６に記載の燃料噴射装置に
おいて、前記噴射燃料を気化する装置は、前記サージタ
ンクの内部に突出するように組み込まれた構成としたこ
とを特徴とする燃料噴射装置。
【００８４】１２）．請求項６に記載の燃料噴射装置に
おいて、スロットルバルブを通過し吸気主通路に導入さ
れる空気流は、主通路の空気流方向と平行方向であるこ
とを特徴とする燃料噴射装置。
【００８５】１３）．請求項６に記載の燃料噴射装置に
おいて、前記バイパス通路を流れる空気流量は、前記ス
ロットルバルブの外周部により可変に調整されることを
特徴とする燃料噴射装置。
【００８６】１４）．請求項７に記載の燃料噴射装置に
おいて、前記スロットルバルブ上流側の前記バイパス通
路への分岐路から前記燃料を気化する装置まで、空気通
路を内蔵して前記ボディと組立一体化されていることを
特徴とする燃料噴射装置。
【００８７】更にこれら実施例で特徴的な構成は、補助
吸気通路３５へ流れる空気の量がモータ１０Ｍで駆動さ
れるスロットルバルブ１５で制御されることである。こ
のため混合気を形成する空気の量はアイドル回転数を維
持するのに必要な空気量になるよう計量されており、こ
の空気に見合って混合される燃料量もまたアイドル回転
数を維持するに必要な量に調整される。このとき燃料量
はスロットルバルブの目標開度信号に応じて決定するこ
とができる。
【００８８】また、図１２に掲載した実施例では混合気
は複数の分岐した混合気通路７５を通って各気筒の吸気
ポート１４に送られる。
【００８９】こうすると、混合気中の燃料分がサージタ
ンクに滞留したり、サージタンクで失速して所望の気筒
に入るタイミングが遅れたりすることがなくなる。
【００９０】その結果、気筒別に混合気の濃さや量を調
整できる。
【００９１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
車両への搭載性の良い燃料加熱式の燃料供給装置を提供
できる。また、電子制御スロットルとの組み合わせで、
ＩＳＣバルブを廃止することが可能で、コスト，レイア
ウトの改善を図ることができる。
【００９２】また、必要なときに必要な混合気を気筒ご
とに付加できる機能を備えた内燃機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の燃料噴射装置お
よびこれを搭載した内燃機関のシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の構成
図であり、スロットルバルブが全閉時の状態図である。
【図３】図２で示した燃料噴射装置のＰ部詳細図であ
る。
【図４】図２で示した燃料噴射装置のＱ部詳細図であ
る。
【図５】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の構成
図であり、スロットルバルブが開いた時の状態図及び空
気の流れを示す図である。
【図６】図５で示した燃料噴射装置のＲ部詳細図であ
る。
【図７】図５で示した燃料噴射装置のＳ部詳細図であ
る。
【図８】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置のスワ
ラー部断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の別の
スワラー部断面図である。
【図１０】本発明に係る第２の実施形態の燃料噴射装置
を示す図である。
【図１１】本発明に係る第３の実施形態の燃料噴射装置
を示す図である。
【図１２】本発明に係る第４の実施形態の燃料噴射装置
およびこれを搭載した内燃機関のシステム構成図であ
る。
【図１３】本発明の第４の実施形態の燃料噴射装置の構
成図であり、スロットルバルブが開いた時の状態図及び
空気の流れを示す図である。
【図１４】図１３で示した燃料噴射装置のＲ部詳細図で
ある。
【図１５】図１３で示した燃料噴射装置のＳ部詳細図で
ある。
【図１６】本発明に係る第４の実施形態の燃料噴射装置
を示す図面である。
【図１７】図１６の要部拡大図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…点火プラグ、４…吸気
弁、５…排気弁、８…吸入空気、１０…電子制御スロッ
トルボディ、１２…コレクタ、１３…吸気マニホール
ド、１４…吸気ポート、１５…スロットルバルブ、１８
…第１の燃料噴射弁、１９…第２の燃料噴射弁、２０…
吸気制御装置、２８…排気マニホールド、３０…三元触
媒コンバータ、３４…吸気主通路、３５…補助空気通
路、３６…補助空気通路入口開口部、４０…旋回素子
（スワラー）、４２…旋回翼、４５…旋回流、４６…噴
射燃料、４８…混合気、５０…ヒータ、７０…吸気副通
路、８０…吸気制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 35/108 Ｆ０２Ｍ 31/12 ３０１Ｇ 53/00 35/10 ３０１Ａ (72)発明者 市原 隆信 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 渡邉 研二 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G065 AA11 CA00 CA12 CA23 DA04 EA02 EA03 FA11 GA05 GA41

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】アイドル開度部位に位置するスロットルバ
    ルブの上流の吸気管内周壁面に空気取入口を備え、前記
    スロットルバルブの下流の前記吸気管内周壁面に空気出
    口を備え、前記空気取入口と空気出口との間を接続する
    空気通路を備え、当該空気通路の出口部に当該空気通路
    から前記吸気管に流出する空気に前記吸気管内で旋回す
    る旋回力を付与する整流部材を備え、さらに前記吸気管
    は前記吸気管内の前記旋回空気流に燃料噴霧を供給する
    燃料噴射弁と前記燃料噴霧の少なくとも一部を加熱する
    ヒータを備える燃料加熱式燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】アイドル開度部位に位置するスロットルバ
    ルブの上流の吸気管内周壁面に空気取入口を備え、前記
    スロットルバルブの下流で吸気通路に合流する混合気チ
    ャンバーを備え、前記空気取入口と混合気チャンバーと
    の間を接続する空気通路を備え、前記混合気チャンバー
    に燃料噴霧を供給する燃料噴射弁を備え、前記空気通路
    の出口部に当該空気通路から前記混合気チャンバーに流
    出する空気に前記混合気チャンバー内で旋回する旋回力
    を付与する整流部材を備え、さらに前記混合気チャンバ
    ーの内周壁には当該混合気チャンバー内の旋回混合気流
    の少なくとも一部を加熱するヒータを備える燃料加熱式
    燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】アイドル開度部位に位置するスロットルバ
    ルブの上流の吸気管内周壁面に空気取入口を備え、前記
    スロットルバルブの下流で吸気通路に合流する混合気チ
    ャンバーを備え、前記混合気チャンバーに燃料噴霧を供
    給する燃料噴射弁を備え、前記混合気チャンバーに流出
    する空気に前記混合気チャンバー内で旋回する旋回力を
    付与する空気旋回要素を備え、さらに前記混合気チャン
    バーの内周壁には当該混合気チャンバー内の旋回混合気
    の少なくとも一部を加熱するヒータを備え、前記混合気
    チャンバーと機関の各シリンダの入口ポート部との間を
    接続する複数の混合気通路を備える燃料加熱式燃料噴射
    装置。
  4. 【請求項４】アイドル開度部位に位置するスロットルバ
    ルブの上流に開口する空気取入口から供給される空気流
    に燃料を混合し、当該混合気をヒータで加熱してスロッ
    トルバルブの下流吸気管通路に供給するものにおいて、
    前記スロットルバルブを駆動するモータによって前記空
    気取入口の開度を調整する燃料加熱式燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】アイドル開度部位に位置するスロットルバ
    ルブの上流の吸気管内周壁面に空気取入口を備え、前記
    スロットルバルブの下流で吸気通路に合流する混合気チ
    ャンバーを備え、前記混合気チャンバーに燃料噴霧を供
    給する燃料噴射弁を備え、前記混合気チャンバーに流出
    する空気に前記混合気チャンバー内で旋回する旋回力を
    付与する空気旋回要素を備え、さらに前記混合気チャン
    バーの内周壁には当該混合気チャンバー内の旋回混合気
    の少なくとも一部を加熱するヒータを備え、前記混合気
    チャンバーと機関の各シリンダの入口ポート部との間を
    接続する複数の混合気通路を備え、さらに、前記各吸気
    ポート若しくはシリンダには前記燃料噴射弁とは別の燃
    料噴射弁が設けられている燃料加熱式燃料噴射装置を備
    えた内燃機関。
  6. 【請求項６】内燃機関の気筒内に空気を供給する吸気主
    通路と、該主通路内にスロットルバルブを有するボディ
    と、前記主通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを具備
    してなり、前記主通路上に前記噴射燃料を気化する装置
    を設けた燃料加熱式燃料噴射装置において、 前記スロットルバルブで計量される範囲でスロットルバ
    ルブの上流側から下流側へ空気が流れる空気通路を有
    し、該空気通路を通過する空気流は前記吸気主通路に導
    入されて、前記噴射燃料と混合されることを特徴とする
    燃料加熱式燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】内燃機関の気筒に向けて燃料を噴射する第
    １の燃料噴射弁と、気筒内に空気を供給する吸気主通路
    と、該主通路内に空気流量を調整するスロットルバルブ
    を有するボディと、前記スロットルバルブの上流側の主
    通路と下流側の主通路とを連通するバイパス通路を有
    し、前記バイパス通路内に燃料を噴射する第２の燃料噴
    射弁とを具備し、前記バイパス通路に噴射燃料を気化す
    る装置を設けた燃料加熱式燃料噴射装置において、 前記バイパス通路は前記ボディの内部通路として形成さ
    れ、その途中に、前記バイパス通路を流れる空気流に旋
    回力を与える旋回素子が配置されたこと特徴とする燃料
    加熱式燃料噴射装置。
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