JP2584841Y2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関の燃料噴射装置
に関し、詳しくは、スワールコントロールバルブの上流
側に燃料噴射弁を備えた機関における噴霧特性の改善に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、燃費の向上を目的として、理論空
燃比よりも極めて高い空燃比（例えば20〜25）で燃焼を
行わせるようにした希薄燃焼機関が提案されており、か
かる希薄燃焼機関では、希薄空燃比の混合気に対する着
火安定性を確保するためにスワールコントロールバルブ
を設け、希薄燃焼時には前記スワールコントロールバル
ブを閉じてシリンダ内に強いスワールを発生させること
で、希薄混合気に対する着火安定性を高め、希薄燃焼限
界を向上させているものがある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なスワールコントロールバルブとして、偏在する切欠き
を有するバタフライ式のバルブを用い、該バルブを閉じ
たときに前記切欠き部のみに吸入空気を流通させること
によってスワールを発生させる構成とし、然も、かかる
スワールコントロールバルブの上流側に燃料噴射弁を設
ける構成とした場合に、以下のような問題点が発生し
た。

【０００４】即ち、希薄燃焼中で前記スワールコントロ
ールバルブを閉じていると、上流側の燃料噴射弁から噴
射された燃料がスワールコントロールバルブに多く直撃
し、これによって燃料の輸送遅れや燃料溜まりが生じ、
過渡運転時の空燃比制御性が悪化したり、燃焼安定性を
悪化させることがあった。また、スワールコントロール
バルブを開いていても、噴射弁の噴霧方向に対するスワ
ールコントロールバルブの位置関係によっては、スワー
ルコントロールバルブに多くの燃料が直撃し同様な問題
が発生することがあった。

【０００５】このように、従来では、燃料噴射弁による
噴霧特性が、スワールコントロールバルブを設けたこと
による影響を考慮して適正に設定されていなかったた
め、燃料噴霧とスワールコントロールバルブとの間に混
合気形成に悪影響を及ぼす干渉が生じていたものであ
る。本考案は上記実情に鑑みなされたものであり、燃料
噴射弁の下流側に切欠きを有するスワールコントロール
バルブを備えた内燃機関において、燃料噴霧とスワール
コントロールバルブとの干渉を適正に設定し、スワール
コントロールバルブによる燃料輸送遅れの発生を回避し
て、機関過渡運転時の空燃比制御性を改善すると共に、
混合気形成を改善することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため本考案にかかる
内燃機関の燃料噴射装置は、切欠きを有するバタフライ
式のスワールコントロールバルブを燃料噴射弁下流側の
吸気系に設け、該スワールコントロールバルブを機関運
転条件に応じて開閉制御し、前記スワールコントロール
バルブの閉状態で前記切欠き部のみに吸入空気を流通さ
せることによりシリンダ内にスワールを生成させる構成
の内燃機関の燃料噴射装置であって、前記燃料噴射弁の
噴霧方向を、閉状態におけるスワールコントロールバル
ブの切欠き部に向けると共に、スワールコントロールバ
ルブ閉状態においては、前記燃料噴射弁から噴射された
燃料噴霧の一部が所定の低直撃率範囲内でスワールコン
トロールバルブに直撃するよう構成し、かつ、スワール
コントロールバルブ開状態においては、前記燃料噴霧の
スワールコントロールバルブに対する直撃率が略０にな
るように構成した。

【０００７】

【作用】かかる構成によると、スワールコントロールバ
ルブが閉じられているときに、このスワールコントロー
ルバルブの切欠きに向けて燃料が噴射され、このとき燃
料噴射弁から噴射された燃料噴霧の一部が所定の低直撃
率範囲内でスワールコントロールバルブに直撃する。従
って、過大な直撃率によって燃料の輸送遅れが生じるこ
とを回避しつつ、ある程度直撃させることで混合気の微
粒化，気化を促進させることが可能となる。

【０００８】また、スワールコントロールバルブの開状
態では、スワールコントロールバルブに対する直撃率が
略０になるから、開状態においても燃料の輸送遅れが生
じることがなく、また、無用な干渉によって噴霧方向の
変化などの悪影響が生じることを回避できる。

【０００９】

【実施例】以下に本考案の一実施例を図面に基づいて説
明する。図３は、本考案にかかる燃料噴射装置を備えた
内燃機関を吸気系を中心に示した図であり、内燃機関１
には、スロットル弁２，吸気マニホールド３及び吸気弁
４を介して空気が吸入される。

【００１０】前記吸気マニホールド３の各ブランチ部に
は、各気筒別に燃料噴射弁５が設けられている。この燃
料噴射弁５は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停
止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述する
コントロールユニット16からの噴射パルス信号により通
電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されて
プレッシャレギュレータにより所定の圧力に調整された
燃料を、機関１に噴射供給する。

【００１１】機関１の各燃焼室には点火栓６が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気弁７，排気マニホール
ド８，排気ダクト９，触媒10を介して排気が排出され
る。コントロールユニット11は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等を含んで
構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセンサ
からの検出信号を入力し、所定の目標空燃比の混合気を
形成すべく機関吸入空気量に見合った基本燃料噴射量Ｔ
ｐを演算すると共に、該基本燃料噴射量Ｔｐに種々の補
正を施して燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉ
に基づいて燃料噴射弁５の作動を制御する。

【００１２】本実施例では、前記目標空燃比を機関負荷
と機関回転速度とに応じて記憶したマップが設けられて
いる。前記目標空燃比マップにおいて、所定の低負荷・
低回転領域には理論空燃比（14.7）よりも極めて高い希
薄空燃比（例えば20〜25）が目標空燃比として設定さ
れ、また、前記希薄燃焼運転領域以外の高負荷・高回転
運転領域には、理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かに
小さい空燃比（例えば13程度の出力空燃比）が目標空燃
比として設定されている。

【００１３】ここで、前記低負荷・低回転の希薄燃焼領
域における着火安定性を確保するために、本実施例の機
関１には、吸気マニホールド３の各吸気ポート部分の燃
料噴射弁５よりも下流側に、スワールコントロールバル
ブ（以下、ＳＣＶと略す。）12がそれぞれ介装されてい
る。前記ＳＣＶ12は、図２に示すように、偏在する切欠
きを有したバタフライ式の絞り弁であって、このＳＣＶ
12を閉じて前記切欠き部のみに吸入空気を流通させるこ
とで、流速の速い流れがシリンダ内にスワール（横渦）
を発生させ、以て、希薄燃焼時の着火安定性を向上させ
ることができる。

【００１４】前記ＳＣＶ12を開閉駆動するアクチュエー
タとして、ダイヤフラム13が設けられており、該ダイヤ
フラム13の圧力室に対する機関負圧の導入を、電磁式の
３方向切り換え弁14によって制御することによってＳＣ
Ｖ12を開閉駆動でるようになっている。コントロールユ
ニット11は、前記目標空燃比マップにおける希薄燃料領
域で前記ＳＣＶ12を閉じ、それ以外ではＳＣＶ12を開く
ように、前記３方向切り換え弁14を制御する。

【００１５】尚、前記ＳＣＶ12を開閉駆動するアクチュ
エータとしてモータを用いる構成であっても良い。ここ
で、本実施例の機関１は、前記ＳＣＶ12の下流側で吸気
ポートが２股に分かれて延設されてそれぞれシリンダ内
に臨む構成となっており、これらの２つの吸気ポートそ
れぞれから各シリンダ内に混合気が吸引される構成であ
る。

【００１６】そして、前記燃料噴射弁５は、図２に示す
ように、下流側で２股に分かれる各吸気ポートに向けて
それぞれ噴射する２方向噴射弁であって、その噴射の向
きは、図１及び図２に示すように各吸気弁に向けられる
と共に、閉状態にあるＳＣＶ12の切欠き部12ａに向けら
れている。即ち、ＳＣＶ12の閉状態において、燃料噴射
弁５から噴射される燃料は、ＳＣＶ12の切欠き部12ａを
通過して吸気弁４を直撃するように設定されており、こ
れによって、燃料がシリンダ内でスワール流と共に旋回
して層状燃焼の促進が図られる。

【００１７】ここで、ＳＣＶ12の切欠き部12ａを通過す
るときに、燃料噴霧がＳＣＶ12に対して全く直撃するこ
となく通過するのではなく、本実施例の場合10％〜30％
の低直撃率で燃料噴霧の周縁部がＳＣＶ12に対して直撃
するようにしてある。図４に示すように、前記直撃率が
過大になって、噴射された燃料の多くがＳＣＶ12を直撃
するような設定であると、過渡運転時に燃料補正によっ
ても補正し切れない燃料の輸送遅れが生じてしまうこと
になるから、前記直撃率が低く抑えることが必要にな
る。

【００１８】しかしながら、燃料噴霧をある程度のＳＣ
Ｖ12に直撃させることは、燃料の微粒化，気化を促進さ
せることになるから、前記直撃率を０％にするよりも、
輸送遅れが生じない範囲である程度直撃させることが望
まれる。特に、本実施例のように、ＳＣＶ12を閉じてい
るときに希薄燃焼を行わせる場合には、適切に設定され
た直撃率によってＳＣＶ12通過時に燃料の微粒化が図ら
れれば、ＳＣＶ12によるスワール強化と相まって、良好
な混合気形成に寄与できることになり、以て、希薄燃焼
限界を向上させることが可能となる。

【００１９】そこで、本実施例では、ＳＣＶ12の閉状態
における直撃率が、10％〜30％の範囲内の低直撃率とな
るように設定し、過渡運転時の燃料輸送遅れの発生を回
避しつつ、ＳＣＶ12を用いて燃料の微粒化を促進させる
ことができるようにした。また、ＳＣＶ12の開状態で
は、燃料噴射弁５から噴射された燃料は、ＳＣＶ12を殆
ど直撃することなく（直撃率≒０％）、直接吸気弁４に
到達するようにしてある。

【００２０】ＳＣＶ12が閉じられているときには、燃料
噴霧の主軸に対してＳＣＶ12が略直交するようになって
おり、ＳＣＶ12に直撃した燃料は、微粒化されて上流側
に跳ね返った後、ＳＣＶ12の切欠き部12ａを通過する主
流に引き込まれて、一緒に吸気弁４に向けて噴射される
ことになる。一方、ＳＣＶ12が開かれているときには、
燃料噴霧の主軸に対してＳＣＶ12が斜めに配置され、こ
の状態のＳＣＶ12に燃料を直撃させても、大きな微粒化
効果を得ることができず、然も、ＳＣＶ12に衝突するこ
とによって燃料噴霧が向きを変えてしまうことがある。

【００２１】このため、前述のように、ＳＣＶ12の開状
態では、燃料噴射弁５からの噴射燃料が、殆どＳＣＶ12
に直撃することなく（直撃率が略０で）、通過するよう
にしてある。尚、本実施例では、各気筒が２つの吸気ポ
ートを備え、これに合わせて、前記２つの吸気ポートの
合流部に設けられる燃料噴射弁５が２方向噴射を行う構
成としたが、各気筒が１つの吸気ポートを備え、燃料噴
射弁５が１方向噴射を行う構成のものであっても良い。

【００２２】

【考案の効果】以上説明したように本考案によると、ス
ワールコントロールバルブの上流側に燃料噴射弁が設け
られる内燃機関において、スワールコントロールバルブ
に対して燃料が多量に直撃することによる燃料の輸送遅
れを回避でき、以て、過渡時の空燃比制御性を改善でき
ると共に、閉状態におけるスワールコントロールバルブ
に対する適量の直撃によって燃料の微粒化を促進でき、
例えばスワールコントロールバルブを閉じて希薄燃焼を
行わせる機関では、希薄燃焼限界を向上させることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の燃料噴霧の様子を示す側面図。

【図２】実施例の燃料噴霧の様子を示す正面図。

【図３】実施例の機関の全体構成を示すシステム図。

【図４】適正直撃率を説明するための線図。

【符号の説明】

１ 機関 ２ スロットル弁 ３ 吸気マニホールド ５ 燃料噴射弁 11 コントロールユニット 12 スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ） 12ａ 切欠き 13 ダイヤフラム 14 ３方向切り換え弁 16 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中村 正生 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本 電子機器株式会社内 (72)考案者 佐久間 徹 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本 電子機器株式会社内 (72)考案者 井野 嘉人 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本 電子機器株式会社内 (72)考案者 加藤 秀夫 群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１ 日本 電子機器株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−231276（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231275（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 69/00 F02M 69/04 F02B 31/02 F02M 29/00 F02M 29/04

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】切欠きを有するバタフライ式のスワールコ
   ントロールバルブを燃料噴射弁下流側の吸気系に設け、
   該スワールコントロールバルブを機関運転条件に応じて
   開閉制御し、前記スワールコントロールバルブの閉状態
   で前記切欠き部のみに吸入空気を流通させることにより
   シリンダ内にスワールを生成させる構成の内燃機関の燃
   料噴射装置であって、 前記燃料噴射弁の噴霧方向を、閉状態におけるスワール
   コントロールバルブの切欠き部に向けると共に、スワー
   ルコントロールバルブ閉状態においては、前記燃料噴射
   弁から噴射された燃料噴霧の一部が所定の低直撃率範囲
   内でスワールコントロールバルブに直撃するよう構成
   し、かつ、スワールコントロールバルブ開状態において
   は、前記燃料噴霧のスワールコントロールバルブに対す
   る直撃率が略０になるように構成したことを特徴とする
   内燃機関の燃料噴射装置。