JP2002206471A - 燃料供給装置およびこれを搭載した内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】暖機時の噴霧燃料の微粒化と均一分配を実現す
る。 【解決手段】暖機用燃料噴射弁５０７は、主通路２０５
に開口するようにスロットルボディ２０６に形成した凹
部２２０内にノズル５０９が位置するように設置し、こ
の暖機用燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧５１１の濃度
分布の高い部分が主通路内の流速の比較的速い吸入空気
２２３に合流するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料供給装置およ
びこれを搭載した内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼性能を向上させ、暖機時
に排出されるハイドロカーボン（ＨＣ）を低減するため
に、米国特許第5,482,023号明細書および図面には、コ
ールドスタートフューエルインジェクタと、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（第１の空気流）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
た燃料に合流させている。このために、ＩＳＣバルブか
らの空気通路の開口がコールドスタートフューエルイン
ジェクタの出口部を取り囲むように環状に設けられてい
る。コールドスタートフューエルインジェクタからの燃
料と第１の空気流とは、合流後に直ちにコールドスター
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る。一方、ヒータの外周
部には、ＩＳＣバルブからの空気の一部を流す空気通路
が形成されており、この空気通路を流れてきた空気（第
２の空気流）は、ヒータの出口部でヒータ内部を通って
きた燃料噴霧と合流する。コールドスタートフューエル
インジェクタから出た燃料は、ヒータ内部を通過する際
に気化が促進され、ヒータの出口部で第２の空気流と混
合されることによって、更に気化が促進される。

【０００３】そして、ヒータの出口部は吸気集合管内に
連通し、気化促進された噴霧燃料は吸気集合管内に放出
された後に各気筒へと分配される。

【０００４】また、特開平４−２３２３５３号公報に
は、スロットルバルブとスロットルボディの間の開口部
の下流側の吸入空気の流速が速い領域に暖機用燃料噴射
弁のノズルを位置させた燃料噴射装置が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】米国特許のシステムで
は、円筒状のヒータ内部に燃料と空気を混合する混合室
を構成することにより、上流側より、コールドスタート
フューエルインジェクタ，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と第１の空気流との合
流点，ヒータ内部に構成した混合室を一列に配置し、ヒ
ータ出口を出口とする１つの微粒化器（アトマイザー）
を構成している。

【０００６】この微粒化器は、空気流のエネルギーを利
用したエアアシスト型の微粒化器であると共に、微粒化
器内部で燃料と空気とを合流させて混合する内部混合型
の微粒化器であると考えられる。

【０００７】この従来のシステムでは、第２の空気流
は、ヒータの外周部を流れ、ヒータ内部を通ってきた燃
料噴霧と同方向に流れながら合流し、噴霧燃料の気化を
促進する。しかし、燃料噴霧の吸気管への合流とその後
の吸気管内の搬送については、配慮が必ずしも十分では
なかった。

【０００８】また、この従来のシステムでは、ヒータの
出口部は吸気集合管内に連通され、気化が促進された噴
霧燃料は吸気集合管内に放出された後に各気筒へと分配
されているが、各気筒への分配向上に対する配慮が必ず
しも十分ではなかった。

【０００９】また、この従来のシステムでは、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噴霧燃
料は、ヒータ内部に形成された狭く長い通路内をヒータ
と接触しながら通過することによって気化が促進される
が、ヒータによる気化効率に対する配慮が必ずしも十分
ではなかった。

【００１０】また、特許公開公報の燃料噴射装置では、
暖機用燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧は、十分に霧
化する前に吸入空気の流速の早い領域を突き抜けてしま
うことになり、効率良く気化することが困難である。

【００１１】本発明の１つの目的は、暖機用燃料噴射弁
から噴射された噴霧燃料を吸気管内で効率良く微粒化お
よび気化して各気筒へ供給することができる燃料供給装
置を提供することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、始動直後の暖機時に
用いられる暖機用燃料噴射弁から噴射された噴霧燃料を
吸気管内で効率良く微粒化および気化して各気筒へ供給
することができる燃料供給装置を提供することにある。

【００１３】本発明の更に他の目的は、噴霧燃料のヒー
タへの付着量を減少させることにより、燃料気化のため
にヒータで消費される電気エネルギを低減することにあ
る。

【００１４】本発明の更に他の目的は、吸気管内へ噴射
される噴霧燃料を各気筒へ均一に分配することができる
ようにすることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、集合管の上流
側に位置し、各気筒内に空気を供給する主通路が形成さ
れ、この主通路内に空気流量を調整するスロットルバル
ブを備え、このスロットルバルブの下流側において前記
主通路内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料供
給装置において、前記燃料噴射弁は、前記主通路に開口
するように形成した凹部内にノズルが位置するように設
置し、この燃料噴射弁より噴射した燃料噴霧の濃度分布
の高い部分が主通路内の吸入空気の流速の比較的速い領
域に合流するようにしたことを特徴とする。

【００１６】また、本発明は、内燃機関の各気筒毎に燃
料を噴射するための運転用燃料噴射弁と、この運転用燃
料噴射弁の上流側の集合管の上流に位置し、各気筒に空
気を供給する主通路が形成され、この主通路内に空気流
量を調整するスロットルバルブを設けた吸気制御装置
と、前記スロットルバルブの下流側において前記主通路
内に燃料を噴射する暖機用燃料噴射弁とを備えた燃料供
給装置において、前記暖機用燃料噴射弁は、前記主通路
に開口するように形成した凹部内にノズルが位置するよ
うに設置し、この暖機用燃料噴射弁から噴射した燃料噴
霧の濃度分布の高い部分が前記主通路内の吸入空気の流
速の比較的速い領域に合流するようにしたことを特徴と
する。

【００１７】そして、具体的には、前記スロットルバル
ブをバイパスするバイパス流路を設け、前記暖機用燃料
噴射弁から噴射した燃料噴霧の濃度分布の高い部分が前
記主通路内のバイパス流路の下流側に位置して吸入空気
の流速の比較的速い領域に合流するようにしたことを特
徴とする。

【００１８】また、前記暖機用燃料噴射弁から噴射した
燃料噴霧が前記主通路を流れる吸入空気に合流する領域
を吸入空気の流速が速くなるスロットルバルブ端の開口
部の下流側としたことを特徴とする。

【００１９】また、前記暖機用燃料噴射弁は、前記主通
路内の吸入空気の流れに沿うような形状の燃料噴霧を形
成するようにしたことを特徴とする。

【００２０】また、前記暖機用燃料噴射弁から噴射した
燃料噴霧の下流側に位置させて前記主流路内に発熱する
ことによって燃料を気化するヒータを設置したことを特
徴とする。

【００２１】また、前記スロットルバルブは、バルブ開
度を電気的に制御されるスロットルバルブであることを
特徴とする。

【００２２】また、前記暖機用燃料噴射弁として、ノズ
ルの先端近傍に吸入空気の一部を供給して噴霧燃料の微
粒化促進をおこなうエアアシスト燃料噴射弁を用いたこ
とを特徴とする。

【００２３】また、本発明の内燃機関は、前記燃料供給
装置を用いたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て、図１〜図５を用いて説明する。

【００２５】図１に示す内燃機関１００は、ガソリンを
燃料とする周知の火花点火式の多気筒内燃機関である
が、１つの気筒のみに着目して図示している。

【００２６】吸気系は、エアクリーナ（図示省略）を通
過して吸入される吸入空気２０１の流量を計測するエア
フローセンサ２０２と、運転者のアクセルペダル操作に
連動して回動する回転軸２０３に取り付けられて開閉動
作するスロットルバルブ２０４を設置する主流路２０５
を形成したスロットルボディ２０６と、前記回転軸２０
３に連動して前記スロットルバルブ２０４の開度を計測
するスロットル開度センサ２０７と、吸気集合管２０８
と、吸気集合管２０８から内燃機関１００の各気筒に分
岐する吸気マニホールド２０９と、吸気弁２１０を備え
た吸気ポート２１１等を備える。なお、吸気集合管２０
８は、各気筒に分岐する前の吸気管のことである。

【００２７】エアフローセンサ２０２およびスロットル
開度センサ２０７で計測した吸入空気２０１の流量およ
びスロットルバルブ２０４の開度情報は、コントローラ
３００に入力し、内燃機関１００の運転状態の検出や種
々の制御に使用する。

【００２８】排気系は、各気筒の排気弁４０１を備えた
排気ポート４０２と、排気マニホールド４０３と、排気
中の酸素濃度を計測する酸素濃度センサ４０４と、排気
を浄化するための三元触媒コンバータ４０５と、消音マ
フラー（図示省略）等を備える。酸素濃度センサ４０４
で計測した酸素濃度情報は、コントローラ３００に入力
して内燃機関１００の運転状態の検出や種々の制御に使
用する。

【００２９】燃料系は、燃料５０１を貯える燃料タンク
５０２と、燃料タンク５０２から燃料５０１を圧送する
燃料ポンプ５０３と、燃料フィルタ５０４と、圧送され
た燃料５０１の圧力を所定の高さに調整するプレッシャ
レギュレータ５０５と、各気筒（＃１，＃２……）の吸
気ポート２１１に燃料を噴射するポート燃料噴射弁５０
６と、スロットルボディ２０６の主流路２０５内に燃料
を噴射する暖機用燃料噴射弁５０７等を備え、これらは
燃料配管５０８で接続する。

【００３０】なお、暖機用燃料噴射弁５０７は、主流路
２０５のスロットルバルブ２０４の下流で、吸気集合管
２０８の上流に位置する燃料噴射弁であり、始動直後に
三元触媒コンバータ４０５の暖機に好適な燃料噴射を実
行する。ポート燃料噴射弁５０６と暖機用燃料噴射弁５
０７からの燃料噴射は、内燃機関１００の運転状態に応
じて制御し、具体的にはコントローラ３００から出力さ
れる指令信号に基づいて実行する。ポート燃料噴射弁５
０６は、内燃機関１００の始動および始動後から所定期
間経過後の燃料噴射を分担し、暖機用燃料噴射弁５０７
は、内燃機関１００の始動後から所定期間経過までの燃
料噴射を分担する。この内燃機関１００の始動後からの
所定期間は、三元触媒コンバータ４０５の暖機運転期間
に相当する。

【００３１】スロットルボディ２０６は、更に、閉合状
態にあるスロットルバルブ２０４の前後を結んで吸入空
気をバイパスするバイパス流路２１２と、このバイパス
流路２１２の途中に設置したＩＳＣバルブ２１３と、主
流路２０５を挟んで前記暖機用燃料噴射弁５０７と反対
側の前記主流路２０５の壁面を構成するようにスロット
ルボディ２０６に断熱材２１４を介して取り付けたヒー
タ２１５を備える。そして、スロットルバルブ２０４と
スロットルボディ２０６とバイパス流路２１２とＩＳＣ
バルブ２１３と断熱材２１４とヒータ２１５は、ユニッ
ト化された吸気制御装置２１６を構成する。なお、エア
フローセンサ２０２もスロットルボディ２０６と一体化
することができる。この吸気制御装置２１６について
は、更なる詳細を後述する。

【００３２】内燃機関１００の各気筒は、点火プラグ１
０１を臨ませて構成した燃焼室１０２と、開閉動作によ
って吸気−圧縮−膨張−排気のサイクルを制御する前記
吸気弁２１０と排気弁４０１を備える。点火プラグ１０
１には、バッテリおよびオルタネータ（何れも図示省
略）から供給される電力をコントローラ３００からの信
号に応じてイグニッションコイル１０３にて高電圧化し
て配電することにより火花を発生させて点火を行う。ま
た、燃焼室１０２の側部にはウォータジャケット１０４
を設け、その内部には内燃機関１００を冷却するための
冷却水１０５を循環させる。冷却水１０５の温度は、ウ
ォータジャケット１０４に設置した水温センサ１０６で
計測してコントローラ３００に入力し、内燃機関１００
の運転状態の検出や制御に使用する。また、ピストン１
０７にコンロッド１０８を介して連結したクランク軸
（図示省略）の回転角度は、クランク角度センサ（図示
省略）によって計測してコントローラ３００に入力し、
このコントローラ３００がピストン１０７の位置を検出
するために使用する。

【００３３】内燃機関１００の運転に伴い、燃焼室１０
２には暖機用燃料噴射弁５０７および／またはポート燃
料噴射弁５０６から噴射された燃料と吸入空気２０１の
混合気２１７が吸入され、燃焼室１０２に吸入された混
合気は、圧縮行程から膨張行程にかけての上死点付近で
点火プラグ１０１によって点火されて燃焼する。燃焼後
に燃焼室１０２から排出される燃焼ガス４０６は、排気
ポート４０２および排気マニホールド４０３を経て三元
触媒コンバータ４０５に至り、ここで浄化された後に最
終的な排気ガス４０７として機外に排出される。

【００３４】次に、前記吸気制御装置２１６の構成につ
いて、図２を参照して説明する。

【００３５】吸気制御装置２１６内の主流路２０５は、
スロットルバルブ２０４を開くことによって主流路２０
５の上流と下流が連通する。また、バイパス流路２１２
は、内燃機関１００の始動およびアイドル運転時にＩＳ
Ｃバルブ２１３を開閉することによりバイパス流路２１
２を流れるバイパス空気２１８の流量を調整する。

【００３６】スロットルボディ２０６は、外周に円筒形
の凹部として形成した挿入部２１９を備える。この挿入
部２１９は、前記暖機用燃料噴射弁５０７を取り付ける
取付け部であり、スロットルボディ２０６内の主流路２
０５の軸流方向に沿うように該軸流方向に対して所定の
角度αの角度で傾き、奥端（底部）がスロットルボディ
２０６内の主流路２０５側に該主流路２０５に開口する
ように形成した円筒形の凹部２２０に円孔２２１を介し
て連通する。挿入部２１９と凹部２２０は、同心形状に
形成する。

【００３７】このような挿入部２１９に暖機用燃料噴射
弁５０７を挿入して取り付けると、暖機用燃料噴射弁５
０７の軸心とスロットルボディ２０６内の主流路２０５
の中心を通る軸流方向に仮想した中心線とのなす角度
が、前記所定角度αに設定される。また、挿入部２１９
の底部に形成した円孔２２１は、暖機用燃料噴射弁５０
７のノズル５０９の外径よりも若干大きい内径に穿って
おくことにより、挿入部２１９に挿入した暖機用燃料噴
射弁５０７は、挿入部２１９の内側面および円孔２２１
の内面と暖機用燃料噴射弁５０７の外側部とノズル５０
９の外径により芯出し位置決めされる。また、暖機用燃
料噴射弁５０７の肩部５１０が挿入部２１９の底部に当
接することにより、ノズル５０９の先端面の挿入深さが
位置決めされる。円孔２２１内に挿入して取り付けた暖
機用燃料噴射弁５０７のノズル５０９の先端面は、スロ
ットルボディ２０６の凹部２２０内の奥に位置し、主流
路２０５側に対して下流側に傾いて対面することにな
る。

【００３８】バイパス流路２１２の出口２２２は、スロ
ットルバルブ２０４の下流側に位置し、主流路２０５に
開口する前記凹部２２０の前記開口の上流に位置させて
該主流路２０５の軸流方向下流へ向けて開口させる。

【００３９】主流路２０５内に噴射された燃料の気化を
促進するための発熱体であるヒータ２１５は、暖機用燃
料噴射弁５０７の下流側で主通路１２に面するように設
置する。このヒータ２１５の設置位置は、暖機用燃料噴
射弁５０７の軸心の延長線上で凹部２２０とは主流路２
０５を挟んで反対側となるようにする。このヒータ２１
５は、板状の複数の発熱素子を配列して主流路２０５の
内壁面に沿って円弧状に構成する。各発熱素子には、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
流が低下することにより温度を一定に保持する機能を持
つＰＴＣヒータ（セラミックヒータ）を用いる。断熱材
２１４は、ヒータ２１５からスロットルボディ２０６側
への熱の移動（放熱）を低減するように配設する。

【００４０】なお、この実施の形態では、ヒータ２１５
としてＰＴＣヒータを用いたが、電流制御回路を付与し
て温度制御を行なうようにすれば、電熱コイル等の一般
的なヒータを用いても実現可能である。

【００４１】この実施の形態における吸気制御装置２１
６は、スロットルボディ２０６の前端と後端にフランジ
（図示省略）を設けることにより吸気管の途中に着脱可
能に構成している。従って、内燃機関１００における暖
機に係わる重要な構成部品を１つの単位（ユニット）と
して内燃機関１００の吸気系に着脱することができるの
で、組立，調整，保守を容易に行うことができる構成と
なる。

【００４２】次に、主流路２０５内における暖機用燃料
噴射弁５０７による噴霧燃料と吸入空気との混合につい
て説明する。

【００４３】暖機運転において、バイパス流路２１２に
流入する吸入空気２１８は、ＩＳＣバルブ２１３によっ
て流量が制御されてバイパス流路出口２２２から主流路
２０５内のスロットルバルブ２０４の下流の凹部２２０
の上流側に流出する。そして、バイパス流路出口２２２
から主流路２０５内に流出した吸入空気２２３は、凹部
２２０の開口の上を流れるときに、この凹部２２０の奥
の底部に開口する円孔２２１から露出する暖機用燃料噴
射弁５０７のノズル５０９から噴射する燃料噴霧５１１
と衝突して該燃料噴霧５１１を混合および微粒化して主
流路２０５内の下流側へ搬送する。

【００４４】暖機用燃料噴射弁５０７から噴射する燃料
噴霧５１１は、内燃機関１００の始動直後の所定期間
（暖機運転）中に良く気化した燃料を各気筒に供給ため
に生成する。従って、燃料噴霧５１１は、主流路２０５
内で該主流路２０５内を流れる吸気と良く混合して気化
することが望ましい。

【００４５】この実施の形態では、暖機用燃料噴射弁５
０７として、ノズル５０９の先端に多数の噴孔を穿った
多穴ノズル型燃料噴射弁を採用している。この多穴ノズ
ル型燃料噴射弁は、薄い板に複数の噴孔を穿った多穴と
して燃料噴霧５１１の微粒化を促進することにより、平
均粒径で３０〜５０μｍの噴霧を実現している。

【００４６】また、多穴ノズル型燃料噴射弁は、多穴に
穿かれた噴孔のそれぞれに方向性をもたせることがで
き、燃料噴霧５１１の噴霧形状を所望の形状にすること
が比較的容易である。そこで、この実施の形態において
は、バイパス通路出口２２２から流出する吸入空気２２
３の比較的流速の速いところへ集中して燃料噴霧５１１
を供給するように暖機用燃料噴射弁５０７を設置してい
る。この多穴ノズル型燃料噴射弁の詳細については、図
１２を用いて後述する。

【００４７】内燃機関１００の始動直後の所定の暖機中
における主流路２０５内のスロットルバルブ２０４の下
流側の吸気流速は、バイパス流路２１２の出口２２２か
ら流出する吸入空気２２３の影響が大きいことから、凹
部２２０の開口に近い領域で比較的に速い。そして、こ
の凹部２２０の奥に位置する暖機用燃料噴射弁５０７の
ノズル５０９から噴射された燃料噴霧５１１は、凹部２
２０内を通過する間に十分に霧化して主流路２０５内に
進出し、バイパス流路２１２の出口２２２から流出する
吸入空気２２３と衝突（合流）する。バイパス流路２１
２の出口２２２より流出する吸入空気２２３の流速は比
較的速いために、この吸入空気２２３に衝突した燃料噴
霧５１１は、微粒化が促進すると共に吸入空気２２３と
良く混合して気化し、各気筒へ効率良く均等に分配され
るようになる。

【００４８】また、主流路２０５に進入した燃料噴霧５
１１の微粒化が促進することにより、暖機用燃料噴射弁
５０７から噴射される燃料噴霧５１１のペネトレーショ
ン（噴霧到達距離）が短くなる。従って、ヒータ２１５
まで飛翔して該ヒータ２１５の表面へ付着する噴霧燃料
は極めて少なくなる。また、ヒータ２１５に噴霧燃料が
付着したとしても該燃料の粒径が小さいために瞬時に気
化される。

【００４９】これらの作用により、暖機用燃料噴射弁５
０７から噴射する燃料噴霧５１１は、微粒化および気化
が促進されると共に効率良く搬送されて各気筒に均等に
分配される。従って、始動直後に点火時期を遅延させて
燃焼ガス４０６の温度を高めて三元触媒コンバータ４０
５を暖機するのに好適となる。

【００５０】以上のように、この実施の形態における吸
気制御装置２１６によれば、次のような効果が得られ
る。

【００５１】（１）暖機用燃料噴射弁５０７のノズル５
０９を凹部２２０の奥に位置するように設置して該ノズ
ル５０９から噴射する燃料噴霧５１１を該凹部２２０内
で微粒化を促進してから主流路２０５に進出させるよう
にしたので、主流路２０５内の吸入空気と良く混合させ
ることができる。

【００５２】（２）暖機用燃料噴射弁５０７として、多
穴ノズル型燃料噴射弁を使用することにより、主流路２
０５に進出する燃料噴霧５１１の微粒化を一層促進する
ことができ、ペネトレーションを短くすることができ
る。従って、燃料噴霧５１１の大部分は、主流路２０５
内を流れる空気流に混合して搬送され、主流路壁面への
付着を軽減することができる。

【００５３】（３）暖機用燃料噴射弁５０７として、多
穴ノズル型燃料噴射弁を使用し、且つ、多穴のノズル噴
孔をそれぞれ方向性をもって穿つことにより噴霧形状を
比較的容易に所望の形状として主流路２０５内の吸入空
気と良く混合するようにすることができる。

【００５４】（４）暖機用燃料噴射弁５０７から噴射し
た燃料噴霧５１１を主流路２０５内で流速の比較的速い
バイパス流路２１２からの吸入空気２２３に衝突させる
ことにより、更なる微粒化の促進と効果的な搬送を実現
することができる。

【００５５】（５）暖機用燃料噴射弁５０７から噴射さ
れた燃料噴霧５１１は、主流路２０５内において吸入空
気と良く混合および気化するので、各気筒へ均等に分配
することができる。

【００５６】（６）燃料噴霧５１１が主流路２０５内に
おいて吸入空気と効率良く混合するために、噴霧燃料の
気化を補助するヒータ２１５を小型化または廃止するこ
とも可能となる。

【００５７】（７）スロットルバルブ２０４とバイパス
流路２１２を内蔵する吸気制御装置２１６に暖機用燃料
噴射弁５０７を一体的に実装することにより、装置を小
型化することができる。

【００５８】（８）内燃機関１００への装着性が向上
し、生産面およびコスト面で従来に比べて大幅に改善さ
れている。

【００５９】この吸気制御装置２１６を内燃機関１００
へ搭載して運転するときの制御について、図１および図
３〜図５を用いて説明する。

【００６０】図１において、内燃機関１００が運転され
ると、各気筒の吸入行程に伴って、吸気管（吸気制御装
置２１６，吸気集合管２０８，吸気マニホールド２０
９，吸気ポート２１１）内に負圧が発生し、この吸気管
内の負圧により、外部から空気が吸入されて吸入空気２
０１が発生する。

【００６１】内燃機関１００の始動からアイドル運転時
は、スロットルバルブ２０４はほぼ全閉状態であり、こ
のときの吸入空気は、主として、バイパス流路２１２を
通って流れることになり、その流量は、バイパス流路２
１２に配置したＩＳＣバルブ２１３によって制御され
る。

【００６２】外気より吸入されてエアクリーナでろ過さ
れた後の吸入空気２０１は、エアフローセンサ２０２で
流量計測されてスロットルバルブ２０４の上流に達す
る。この吸入空気２０１の極一部は、スロットルバルブ
２０４と主流路２０５の内周壁面との間の僅かな隙間を
通過してスロットルバルブ２０４の下流の主流路２０５
内へ流入する。そして、吸入空気２０１の大部分は、ス
ロットルバルブ２０４の上流からバイパス流路２１２に
流入（矢印２１８）し、ＩＳＣバルブ２１３によって流
量制御されて出口２２２から主流路２０５内へ流出す
る。

【００６３】ここで、コントローラ３００は、内燃機関
１００の始動および始動直後の所定期間とその後を区分
して、ポート燃料噴射弁５０６と暖機用燃料噴射弁５０
７の切り換え制御を行う。その制御方法を図３を参照し
て説明する。

【００６４】内燃機関１００の始動時においては、燃焼
室１０２で初爆が起きるまで、あるいは内燃機関１００
の回転速度が所定の回転速度に達するまでの間は、ポー
ト燃料噴射弁５０６を動作させて燃料を噴射する。

【００６５】内燃機関１００が始動すると、その後、ポ
ート燃料噴射弁５０６の燃料噴射を停止させて暖機用燃
料噴射弁５０７の燃料噴射に切り換えるが、この切り換
え時には、ポート燃料噴射弁５０６の燃料噴射期間Ｔ１
と時間ΔＴ１だけオーバーラップするように暖機用燃料
噴射弁５０７の燃料噴射を開始させて該暖機用燃料噴射
弁５０７からの燃料噴射を行う。すなわち、オーバーラ
ップ時間ΔＴ１の間は、ポート燃料噴射弁５０６と暖機
用燃料噴射弁５０７の両方から燃料を噴射することによ
り、燃焼室１０２に供給される燃料が途切れないように
する。このオーバーラップ時間ΔＴ１は、暖機用燃料噴
射弁５０７から噴射された燃料が燃焼室１０２に到達す
るまでの輸送遅れの時間である。オーバーラップ時間Δ
Ｔ１を設けることにより、ポート燃料噴射弁５０６から
暖機用燃料噴射弁５０７への切り換えの際に燃料が途切
れることにより生じる内燃機関１００の発生トルクの段
差をなくすことができる。

【００６６】オーバーラップ時間ΔＴ１の長さは、暖機
用燃料噴射弁５０７の下流側の吸気管の容積や内燃機関
１００の回転速度によって変わり、容積が大きい程ある
いは回転速度が低い程、長くするのが良い。特に、回転
速度に応じて、切り換え時の回転速度が低いときにはオ
ーバーラップ時間ΔＴ１を長くし、回転速度が高いとき
にはオーバーラップ時間ΔＴ１を短くするように補正を
加えることで、トルク段差をより一層小さくする制御が
可能となる。

【００６７】また、ヒータ２１５への通電開始を暖機用
燃料噴射弁５０７の燃料噴射に先行させて行うようにす
ることにより、暖機用燃料噴射弁５０７から燃料噴射を
始める時点のヒータ２１５の温度を燃料を気化させるの
に必要な温度までに高めておけるので、燃料の気化の促
進に有効である。

【００６８】暖機用燃料噴射弁５０７の動作は、所定の
期間Ｔ２だけ継続させる。例えば、内燃機関１００の暖
機期間は、主として、三元触媒コンバータ４０５が暖機
されて活性化されることを考慮した時間とする。三元触
媒コンバータ４０６の触媒の温度を検出するセンサや三
元触媒コンバータ４０５を通過した排気の温度を検出す
るセンサを備えている場合には、これらのセンサが検出
する温度が所定の値に上昇するまでの期間とすると良
い。

【００６９】三元触媒コンバータ４０５の暖機が終了し
た後は、暖機用燃料噴射弁５０７の燃料噴射を停止し
て、再び、ポート燃料噴射弁５０６の燃料噴射に切り換
える。その切り換え時には、暖機用燃料噴射弁５０７の
燃料噴射を停止してからポート燃料噴射弁５０６の燃料
噴射開始までの間に、両方の燃料噴射弁５０６，５０７
の燃料噴射を停止する無噴射時間ΔＴ２を設け、燃焼室
１０２に燃料が重複して供給されるようになるのを防止
する。これにより、切り換えの際に生じる過剰燃料によ
り内燃機関１００に発生するトルクの段差をなくすこと
ができる。この無噴射時間ΔＴ２は、オーバーラップ時
間ΔＴ１と同様に、暖機用燃料噴射弁５０７から噴射さ
れた燃料が燃焼室１０２に到達するまでの輸送遅れの時
間である。無噴射時間ΔＴ２の長さは、オーバーラップ
時間ΔＴ１の長さと同様に、暖機用燃料噴射弁５０７の
下流側の吸気管の容積や内燃機関１００の回転速度に応
じて制御すると良い。

【００７０】このようにポート燃料噴射弁５０６と暖機
用燃料噴射弁５０７の燃料噴射の切り換え制御を行うこ
とにより、次のような効果を得ることができる。

【００７１】内燃機関１００の始動時にポート燃料噴射
弁５０６から燃料を噴射することによって、暖機用燃料
噴射弁５０７からの燃料噴射によって始動を行う場合に
比べて、始動に要する時間を短縮することができる。こ
れは、ポート燃料噴射弁５０６から噴射された燃料は直
ぐに内燃機関１００の燃焼室１０２に吸入されて燃焼が
可能になるからであり、暖機用燃料噴射弁５０７から噴
射する燃料が燃焼室１０２に到達するまでの輸送遅れに
相当する時間分だけ始動時間を短縮することができる。

【００７２】次に、暖機用燃料噴射弁５０７から噴射し
た燃料の気化を補助するヒータ２１５の制御について説
明する。ヒータ２１５には、図４(ａ)に示すように、バ
ッテリおよびオルタネータ等の発電機（図示省略）から
一定の電圧を印加する。このとき、ヒータ２１５に流れ
る電流は、同図(ｂ)に示すように、時間と共に変化す
る。すなわち、この実施の形態では、ヒータ２１５とし
てＰＴＣヒータを用いているので、通電開始直後でヒー
タ２１５の温度が低いときにはその抵抗値が小さく、大
きな電流がヒータ２１５に流れ込む。ヒータ２１５が発
熱して温度が上昇するのに伴ってヒータ２１５の抵抗は
加速度的に大きくなるので、電流はピークを迎えた後に
減少していき、最終的には、ヒータ２１５から奪われる
熱量と均衡する熱量を発生する電流値に落ち着く。図
(ｂ)中の実線は、この実施の形態において実現されるヒ
ータ２１５の電流の時間変化を示しており、その特徴
を、破線で示す従来例と比較して以下に述べる。

【００７３】（１）暖機用燃料噴射弁５０７からの燃料
噴霧５１１のペネトレーションを短くし、主流路２０５
内で吸入空気に効率良く混合させることによって、ヒー
タ２１５の負担を軽くして該ヒータ２１５の発熱容量を
低減しているので、ピーク電流を下げることができる。
また、ピーク電流に早く到達させることができる（換言
すると、ヒータ温度を速く上昇させることができる）。
更に、ヒータ２１５の表面積が小さくすることができる
ために、表面からの放熱量が減少し、その分の電流を下
げることができる。

【００７４】（２）燃料噴霧５１１の微粒化を促進して
吸入空気によって大部分の燃料を搬送するようにしてい
るので、ヒータ２１５に到達する燃料が少なくなり、燃
料の気化熱に相当するヒータ電流を下げることができ
る。

【００７５】（３）ヒータ２１５からスロットルボディ
２０６に伝達（放熱）される熱量を断熱材２１４によっ
て低減するようにしているために、その分のヒータ電流
を下げることができる。スロットルボディ２０６を金属
ではなく樹脂で構成すれば、スロットルボディ２０６へ
の放熱を更に軽減してヒータ電流をより一層下げること
が可能となる。

【００７６】燃焼ガス４０６の温度を高めて三元触媒コ
ンバータ４０５の暖機を促進するために、点火時期を遅
延する方法が好ましいことは前述した通りである。

【００７７】図５(ａ)は、噴霧燃料の粒径と燃焼の安定
性を維持したまま点火時期を遅く（リタード）できる限
界との関係を示している。この実施の形態で得られる噴
霧燃料の粒径は、非常に小さいために、膨張行程に入る
まで点火時期を大幅に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１０２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４０６を排気マニホールド４０３に排出することが
できる。つまり、図５(ｂ)に示すように、点火時期をリ
タードして高温の燃焼ガス４０６を排出することによっ
て三元触媒コンバータ４０５を急速に暖機することが可
能になり、内燃機関１００の始動後に三元触媒コンバー
タ４０５の触媒が活性化温度に達するまでの時間を短縮
することができる。すなわち、図５(ｃ)に示すように、
三元触媒コンバータ４０５の浄化作用が早期に開始され
るので、内燃機関１００の始動後に排出されるＨＣの量
を大幅に低減することができる。なお、三元触媒コンバ
ータ（触媒）４０５の早期暖機により、ＨＣのみなら
ず、ＮＯｘ，ＣＯの低減も可能である。

【００７８】また、暖機用燃料噴射弁５０７は、主流路
２０５のスロットルバルブ２０４の下流に位置し、吸気
集合管２０８の上流側に燃料を噴射する。従って、燃料
噴霧位置から燃焼室１０２までの距離が長くなり、燃料
噴霧５１１と吸入空気との混合および微粒化促進のため
の距離が長くなるために、吸入空気に対する噴霧燃料の
混合および気化が促進し、各気筒への分配がより均一に
なる。

【００７９】この実施の形態では、主流路２０５に進出
する燃料噴霧５１１は、凹部２２０の奥に開口させたノ
ズル５０９の多穴噴孔からの噴射によって微粒化を促進
し、更に、主流路２０５内でバイパス流路２１２の出口
２２２から流出する吸入空気２２３に衝突（合流）させ
て混合，気化させているが、吸入空気の一部をノズル噴
孔から噴射された燃料噴霧の噴射直後に衝突させるエア
アシスト方式の燃料噴射弁を用いると、微粒化のより一
層の促進を図ることができる。

【００８０】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図６を用いて説明する。図６は、この実施の形態に
おける吸気制御装置を示している。図２に示した第１の
実施の形態との主たる違いは、運転者のアクセルペダル
操作に連動して開閉動作するスロットルバルブ２０４の
代わりに、電気的制御によって開度が制御される電子制
御スロットルバルブ（以下、ＥＴＣバルブという）が設
置され、それに伴ってパイパス流路とＩＳＣバルブが廃
止されている点にある。ＥＴＣバルブを用いると、内燃
機関の始動時およびアイドル運転時の吸入空気量を、Ｉ
ＳＣバルブを用いないで制御することができるので、Ｉ
ＳＣバルブが不要となり、当然に、バイパス流路も廃止
されている。

【００８１】この実施の形態における吸気制御装置２１
６は、ノズルの内部において燃料に旋回を付与する上流
旋回式燃料噴射弁を暖機用燃料噴射弁５２２として採用
している。この上流旋回式燃料噴射弁は、燃料の圧力エ
ネルギを旋回エネルギに変換することにより噴霧燃料の
微粒化を促進することができる燃料噴射弁である。従っ
て、暖機用燃料噴射弁５２２から噴射する燃料噴霧５２
３の粒径は３０〜５０μｍ程度を実現することができ
る。また、この暖機用燃料噴射弁５２２は、ノズルの噴
孔先端部分を切り欠いて噴孔先端に段差を設けた切り欠
きノズル５２４を採用している。この切り欠きノズル５
２４は、燃料噴霧５２３が噴孔先端の段の低位側に片寄
った形状に形成される特性を有する。また、前述した実
施の形態におけるスロットルバルブ２０３と同様に主流
路２０５を開閉するＥＴＣバルブ２２４は、回転軸２０
３に取り付けられ、電気的制御装置によって開閉駆動す
る構成である。その他の構成は、第１の実施の形態と同
じであるのでこれと同一参照符号を付して重複する説明
を省略する。なお、切り欠きノズル５２４の詳細は、図
１２を用いて後述する。

【００８２】この実施の形態では、ＥＴＣバルブ２２４
の回転軸２０３と主流路２０５の軸流方向とで形成され
る平面に対して、主流路２０５の中心軸の垂直平面内
に、暖機用燃料噴射弁５２２の中心軸がほぼ含まれるよ
うに該暖機用燃料噴射弁５２２および円孔２２１を配設
する。そして、凹部２２０は、始動，暖機時およびアイ
ドリング時にＥＴＣバルブ２２４が僅かに回転すること
により該ＥＴＣバルブ２２４の下流側に回転する部分の
先端縁と主流路２０５の壁面との間に形成する開口部２
２５の直後に凹部２０５の開口縁が位置するように形成
する。また、ヒータ２１５は、暖機用燃料噴射弁５２２
の中心軸（弁軸心）を延長した線と主流路２０５の壁面
が交差する点の近傍の主流路２０５の壁面に設置する。

【００８３】ここで、ＥＴＣバルブ２２４は、内燃機関
１００の始動後は、内燃機関１００が運転されている間
はその開度の大小の差こそあれ常に開いている。図６に
示すように、ＥＴＣバルブ２２４が回転すると、このＥ
ＴＣバルブ２２４の下流側に回転する部分の先端縁と主
流路２０５の壁面との間に形成される開口部２２５と、
上流側に回転する部分の先端縁と主流路２０５の壁面と
の間に形成される開口部２２６が発生する。２つの開口
部２２５，２２６を通過する吸入空気２２７，２２８の
流量は、ＥＴＣバルブ２２４の開度が小さいときには、
開口部２２６を通過する吸入空気２２８に比べて開口部
２２５を通過する吸入空気２２７が多くなる。

【００８４】凹部２２０は、この流量が多く比較的に流
速の速い吸入空気２２７が流れる領域に面して開口して
おり、この凹部２２０の奥に位置する暖機用燃料噴射弁
５２２から噴射する燃料噴霧５２３は、主流路２０５に
進出するときにこの吸入空気２２７と衝突するように合
流して混合する。従って、燃料噴霧５２３は、主流路２
０５内を流れる比較的に速い吸入空気２２７によって一
層の微粒化促進が図られ、効率的に下流側へ搬送され
る。

【００８５】ここで、暖機用燃料噴射弁５２２は、切り
欠きノズル５２４から噴射する片寄った燃料噴霧５２３
が主流路２０５の軸心に沿って下流方向に伸びて形成さ
れるように設置している。従って、開口部２２５を通過
した吸入空気２２７の流速の速い領域に燃料噴霧５２３
を多く供給することができるために、燃料噴霧５２３の
微粒化促進と搬送効率向上を実現することができる。

【００８６】次に、本発明の第３の実施の形態につい
て、図７を用いて説明する。図７は、この実施の形態に
おける吸気制御装置を示している。図２に示した第１の
実施の形態との違いは、図６に示した第２の実施の形態
と同様に、ＥＴＣバルブを用いたことにある。また、Ｅ
ＴＣバルブと主流路の壁面との間に形成する空気通路を
改良するための主流路の壁面の変更を行い、暖機用燃料
噴射弁として、燃料噴霧形状を偏向することが容易な多
穴ノズル型の燃料噴射弁を採用した。その他の構成は、
第１の実施の形態と同じであるので、これと同一参照符
号を付して重複する説明を省略する。

【００８７】この実施の形態において、ＥＴＣバルブ２
２４の回転軸２０３と主流路２０５の軸流方向とで形成
される平面に対して、主流路２０５の中心軸の垂直平面
内に、暖機用燃料噴射弁５２５の中心軸がほぼ含まれる
ように該暖機用燃料噴射弁５２５を取り付ける挿入部２
１９および円孔２２１を配設する。そして、凹部２２０
は、始動，暖機時およびアイドリング時にＥＴＣバルブ
２２４が僅かに回転することにより該ＥＴＣバルブ２２
４の下流側に回転する部分の先端縁と主流路２０５の壁
面との間に形成する開口部２２５の直後に凹部２２０の
開口縁が位置するように形成する。

【００８８】ＥＴＣバルブ２２４が所定の開度になるま
での回転範囲において、このＥＴＣバルブ２２４の上流
側に回転する部分の先端縁と主流路２０５の壁面は僅少
の間隙で対向して実質的な開口部を形成しないように該
壁面を先端縁の回転軌跡と同一曲率の曲面部２２９に形
成する。この回転範囲は、基本的には、ＥＴＣバルブ２
２４が始動，暖機時およびアイドリング時において回転
する範囲とする。

【００８９】このような吸気制御装置２１６によれば、
暖機時に主流路２０５を流れる吸入空気は、開口部２２
５を通過する吸入空気２２７が主体となり、しかも、こ
の吸入空気２２７は、凹部２２０の開口に沿って比較的
速い流速で流れる。そして、この凹部２２０の奥に位置
する暖機用燃料噴射弁５２５のノズル５２６から噴射す
る燃料噴霧５２７は、吸入空気２２７と衝突して微粒化
が促進され、吸入空気２２７に良く混合して主流路２０
５内の下流側へ効率良く搬送される。

【００９０】この実施の形態における暖機用燃料噴射弁
５２５のノズル５２６は、多穴噴孔ノズルを採用してい
ることから、微粒化を促進した燃料噴霧５２７を吸入空
気２２７と混合し易いように主流路２０５に進出させる
ことが可能となり、また、主流路２０５の下流方向に伸
びるように偏向した燃料噴霧５２７を形成することが可
能となる。従って、噴霧燃料のペネトレーションが短縮
してヒータ２１５への到達量も極めて少なくなり、吸入
空気２２７の流れに略沿った噴射方向とすることができ
ることから、ヒータ２１５の負荷が軽くなると共に吸入
空気による燃料搬送効率が一層向上する。

【００９１】次に、本発明の第４の実施の形態につい
て、図８を用いて説明する。図８は、この実施の形態に
おける吸気制御装置を示している。この実施の形態は、
図７に示した実施の形態と同様に、ＥＴＣバルブを主流
路内に配置しているが、始動，暖機時およびアイドリン
グ時に主流路の壁面との間に形成する開口部は、暖機用
燃料噴射弁の設置位置と反対側に形成するようにしてい
る点で相違する。また、暖機用燃料噴射弁は、第１の実
施の形態と同様の噴霧形状を持つ多穴噴孔ノズル型の燃
料噴射弁を採用している。その他の構成は、第１の実施
の形態と同様であるのでこれと同一参照符号を付して重
複する説明を省略する。

【００９２】この実施の形態において、ＥＴＣバルブ２
２４は、暖機用燃料噴射弁５０７から燃料を噴射する凹
部２２０の側が該凹部２２０から遠ざかる方向（上流側
方向）に回転することにより、凹部２２０と反対側の部
分の先端縁が主流路２０５の下流方向に回転して該主流
路２０５の壁面から離れて該壁面との間に開口部２３１
を形成する。そして、このＥＴＣバルブ２２４の凹部２
２０側は、ＥＴＣバルブ２２４が所定の開度になるまで
の回転範囲において、このＥＴＣバルブ２２４の上流側
に回転する部分の先端縁と主流路２０５の壁面は僅少の
間隙で対向して実質的な開口部を形成しないように該壁
面を先端縁の回転軌跡と同一曲率の曲面部２３２に形成
する。この回転範囲は、基本的には、ＥＴＣバルブ２２
４が始動，暖機時およびアイドリング時において回転す
る範囲とする。

【００９３】このような吸気制御装置２１６によれば、
暖機時に主流路２０５に流れる吸入空気は、開口部２３
１を通過する吸入空気２３３が主体となり、ヒータ２１
５の表面に沿って比較的速い流速で流れる。そして、暖
機用燃料噴射弁５０７から噴射される燃料噴霧５１１
は、凹部２２０内および主流路２０５において微粒化を
促進しながらヒータ２１５の方向へ供給され、ヒータ２
１５の表面に沿って流れる吸入空気２３３と効率良く合
流，混合して下流に搬送される。この吸入空気２３３
は、比較的高速で流れているので、合流，混合によって
燃料噴霧５１１の微粒化が促進する。燃料噴霧５１１内
の粗大粒子は、吸入空気２３３の流れを貫通してヒータ
２１５に付着して気化され、吸入空気２３３によって搬
送される。

【００９４】ここで、ヒータ２１５に付着する燃料噴霧
５１１の粗大粒子は、ヒータ２１５の表面に沿って流れ
る比較的高速の吸入空気２３３に煽られて該表面上で引
き伸ばされることから、ヒータ２１５の熱を効率良く吸
収して気化する。

【００９５】この実施の形態では、ヒータ２１５に付着
する噴霧燃料の粗大粒子を効率良く気化して効率良く搬
送することができるので、ヒータ２１５における消費電
力は多少多くなるが、応答性に優れる効果が得られる。

【００９６】次に、本発明の第５の実施の形態につい
て、図９を用いて説明する。図９は、この実施の形態に
おける吸気制御装置を示している。この実施の形態は、
図６に示した実施の形態と同様に、ＥＴＣバルブを主流
路内に配設しているが、このＥＴＣバルブは、縦型の回
転軸に取り付けた構成に違いがある。また、これに伴っ
て、暖機用燃料噴射弁は、ノズルの噴孔先端部分にスリ
ット溝を形成したスリットノズルのものを用いた。その
他の構成は、第２の実施の形態と同様であるのでこれと
同一参照符号を付して重複する説明を省略する。スリッ
トノズルに関する詳細な説明は、図１２を用いて後述す
る。

【００９７】この実施の形態において、ＥＴＣバルブ２
３４は、縦型の回転軸２３５に取り付けてその両側に開
口部２３６，２３７を形成するように主流路２０５内に
設置する。暖機用燃料噴射弁５２８および凹部２２０の
中心軸は、前記回転軸２３５と主流路２０５の軸流方向
とで形成される平面内にほぼ含まれるように構成する。
また、ヒータ２１５は、暖機用燃料噴射弁５２８から噴
射された燃料噴霧５２９の粗大粒子が到達する部分、す
なわち、暖機用燃料噴射弁５２８の中心軸（弁軸心）を
延長した線と主流路２０５の壁面が交差する点の近傍の
該主流路２０５の内壁面に配置する。

【００９８】ここで、ＥＴＣバルブ２３４は、内燃機関
１００の始動後は、内燃機関１００が運転されている間
はその開度の大小の差こそあれ常に開いている。図９に
示すように、ＥＴＣバルブ２３４が回転すると、このＥ
ＴＣバルブ２３４の下流側に回転する部分の先端縁と主
流路２０５の壁面との間に形成される開口部２３６と、
上流側に回転する部分の先端縁と主流路２０５の壁面と
の間に形成される開口部２３７が発生する。２つの開口
部２３６，２３７を通過する吸入空気２３８，２３９の
流量は、ＥＴＣバルブ２３４の開度が小さいときには、
開口部２３７を通過する吸入空気２３９に比べて開口部
２３６を通過する吸入空気２３８が多くなる。また、各
吸入空気１２３８，２３９の流量は、各開口部２３６，
２３７の中央部（主流路２０５における側壁中央領域）
を通過する量が最も多く、回転軸２３５がある上下壁面
部分では流れない。

【００９９】そこで、凹部２２０の奥に露出する暖機用
燃料噴射弁５２８のスリットノズル５３０は、噴射する
燃料噴霧５２９の噴霧濃度が開口部２３６，２３７の下
流領域で比較的に速い流速の吸入空気２３８，２３９が
発生している領域に分布するように偏平な燃料噴霧形状
となるように構成する。すなわち、スリットノズル５３
０のスリットが水平方向を向くように暖機用燃料噴射弁
５２８を設置することにより、このような燃料噴霧５２
９の形状を実現する。

【０１００】このように主流路２０５内に噴射された燃
料噴霧５２９は、噴霧濃度が濃い部分が吸入空気２３
８，２３９の流速の速い部分に供給されることにより、
噴霧燃料の微粒化が促進し、効率良く主流路２０５の下
流側へ搬送することが可能となる。また、スリットノズ
ル５３０から噴射する燃料噴霧５２９は、偏平に広げら
れることから、ペネトレーションも短くなり、ヒータ２
１５への付着量が減少し、ヒータ２１５の消費電力を低
減することができる。

【０１０１】また、ヒータ２１５は、主流路２０５の回
転軸２３５を含む面の下流側の吸気流量の少ない壁面に
配置されているので、吸入空気に対する放熱も減少し、
消費電力を低減することができる。

【０１０２】次に、本発明の第６の実施の形態につい
て、図１０を用いて説明する。図１０は、第５の実施の
形態を示す図９（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図に相当
する図面である。この実施の形態は、第５の実施の形態
と略同様の構成であるが、暖機用燃料噴射弁のノズルに
噴孔が多数穿かれた多穴ノズルを採用し、また、噴孔を
所定角度傾けて穿つことにより燃料噴霧を２方向噴霧と
したことが相違する。その他の構成は、第５の実施の形
態と同様であるのでそれと同一の参照符号を付して重複
する説明を省略する。

【０１０３】この実施の形態において、暖機用燃料噴射
弁の多孔ノズル５３１は、主流路２０５内に設置された
ＥＴＣバルブ２３４の両側の開口部２３６，２３７の下
流側に向けて２方向燃料噴霧５３２を供給するように燃
料を噴射する構成とする。この燃料噴霧５３２は、多穴
ノズル５３１から噴射される燃料により形成するので、
微粒化が促進された燃料噴霧である。この２方向燃料噴
霧５３２は、吸入空気２３８，２３９の流速の速い領域
に供給されることにより、この吸入空気２３８，２３９
に衝突するように合流，混合して微粒化が促進されると
共に主流路２０５内を効率的に搬送することができる。

【０１０４】また、吸入空気２３８，２３９の流量は、
開口部２３６を通過する吸入空気２３８の方が多い。従
って、多穴ノズル５３１から噴射する２方向燃料噴霧５
３２は、開口部２３６側の燃料噴霧濃度を濃く（噴孔の
数を多くする）することにより、濃度の濃い燃料噴霧５
３２を吸入空気の通過量の多い開口部２３６の下流側に
供給することにより、噴霧燃料の微粒化および搬送を一
層効果的に実現することができる。

【０１０５】次に、本発明の第７の実施の形態につい
て、図１１を用いて説明する。図１１は、第５の実施の
形態を示す図９（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図に相当
する図面である。この実施の形態は、第５の実施の形態
と略同様の構成であるが、暖機用燃料噴射弁にノズル先
端噴孔部に切り欠きを入れた切り欠きノズルを採用した
ことが相違する。その他の構成は、第５の実施の形態と
同様であるのでこれと同一参照符号を付して重複する説
明を省略する。

【０１０６】この実施の形態において、暖機用燃料噴射
弁の切り欠きノズル５３３は、主流路２０５内に設置さ
れたＥＴＣバルブ２３４の両側の開口部２３６，２３７
の下流側に向けて偏向燃料噴霧５３４を供給するように
燃料を噴射する構成とする。この偏向燃料噴霧５３４
は、切り欠きノズル５３３の噴孔先端の切り欠いた方向
に噴霧燃料が大きく偏向し、他方にはさほど偏向しない
特性を利用して実現する。そして、比較的に流量が多く
て流速が速い吸入空気２３８が発生する開口部２３６の
下流側に濃い部分を差し向け、比較的に流量が少なく且
つ流速が遅い吸入空気２３９が発生する開口部２３７の
下流側には、薄い部分を差し向けるように構成する。

【０１０７】このような実施の形態によれば、偏向燃料
噴霧５３４は、噴霧濃度に応じた流量および流速の吸入
空気２３８，２３９に合理的に合流，混合して微粒化が
促進され、効率良く搬送することが可能となる。

【０１０８】次に、図１２を参照して、暖機用燃料噴射
弁のノズルの噴孔先端形状と燃料噴霧形状に関して説明
する。図１２は、各種のノズルを比較するために、噴孔
の形態が異なる各種ノズルと、噴孔から噴射する燃料噴
霧の形状と、ヒータへの噴霧付着パターンと、燃料噴霧
流量分布を示している。

【０１０９】各実施の形態において使用する暖機用燃料
噴射弁は、ノズル内部において燃料に旋回を付与する上
流旋回式の燃料噴射弁を用いている。この燃料噴射弁
は、燃料の圧力エネルギを旋回エネルギに置き換えるこ
とにより燃料噴霧の微粒化を促進する燃料噴射弁であ
り、燃料噴射弁より噴射する燃料噴霧の粒径を３０〜５
０μｍ程度にすることができる。また、一穴ノズルを備
えた燃料噴射弁から噴射する燃料噴霧に比べて、噴射さ
れる燃料噴霧の形状制御および微粒化の促進を実現する
ためには多数の噴孔を設けた多穴ノズルを備えた燃料噴
射弁が好ましい。また、燃料噴霧の形状制御には、ノズ
ルの先端の噴孔の出口側を切り欠いた（図中斜線部分）
切り欠きノズルおよびスリット溝（図中斜線部分）を形
成したスリットノズルを備えた燃料噴射弁が好ましい。
更に、燃料噴霧の燃料微粒化を促進するためには、燃料
噴霧の噴射直後に吸入空気の一部を衝突させるエアアシ
ストノズルが好ましい。

【０１１０】ここで、各ノズル形状による噴霧の形状お
よびヒータへの噴霧付着形状の違いにつき説明する。更
に、燃料噴霧横断面の所定線上の流量分布の違いにつき
説明する。この流量分布は、位相ドップラー式レーザー
粒子分析計（ＰＤＰＡ）を用いて計測したものを模式的
に示したものである。

【０１１１】１穴ノズル５４０の場合には、噴孔５４１
から噴射した燃料噴霧５４３は、上流旋回式の燃料噴射
弁を用いているためにホロコーン状の噴霧形状となる。
従って、図中噴孔先端形状ＡおよびＢ方向矢視図の噴霧
形状は同様であり、各々の噴霧の最外角θ１およびθ２
共に同様の角度である。そして、ヒータ２１５の表面へ
の噴霧の付着形状もほぼ中空の環状（ドーナッツ形状）
である。但し、図中塗りつぶし領域のごとく１穴ノズル
５４０を備えた燃料噴射弁と主流路２０５の中心軸の取
り付け角度αにより、ヒータ２１５へ付着する噴霧燃料
の付着形状は長楕円形状となる。従って、燃料噴霧５４
３の所定断面Ａ―Ａ線上の流量分布は、噴霧５４３の外
側部分の流量が比較的多くなり、中心付近の流量は少な
くなる。

【０１１２】多穴ノズル５０９の場合には、噴孔５４１
の下流に複数の小さな噴孔５４４が穿かれた多穴板５４
５が配設されているために、１つ１つの噴孔５４４が１
穴ノズル噴孔５４１に比べて極めて小さい。従って、各
噴孔５４４から噴射する燃料噴霧５１１の粒径は、１穴
ノズル噴孔５４１から噴射する燃料噴霧５４３の粒径に
比べ小さい。従って、燃料噴霧５１１の貫通力は小さく
なり噴霧到達距離（ペネトレーション）が短くなる。ま
た、多穴板５４５に穿かれた噴孔５４４に方向性を持た
せることにより、噴孔５４４の１つ１つから噴射する噴
霧の方向を制御（設定）することができるために、比較
的容易に燃料噴霧５１１の広がり角度を設定することが
できる。従って、噴霧角θ１およびθ２を容易に設定す
ることが可能であるために、ヒータ２１５の表面上への
噴霧燃料の付着形状も任意に設定することができる。例
えば、ヒータ２１５上の塗りつぶし領域を点線内で囲ま
れた領域に変更して設定することも可能となる。更に、
偏平噴霧，偏向噴霧，２方向噴霧等の噴霧形状も比較的
容易に形成することができる。これらにより、１穴ノズ
ル５４０に比べて、燃料噴霧５１１の粒径を小さくする
ことができ、ペネトレーションも短くでき、更に、ヒー
タ２１５への噴霧燃料の付着領域を広くすることができ
るために、ヒータ２１５からの熱を効率良く付着燃料へ
伝えることができ、燃料の気化を促進することができ
る。

【０１１３】一方、主流路２０５を流れる吸入空気２２
３の流れに沿った偏向噴霧も形成することができ、吸入
空気２２３の流れに乗せて効率的に噴霧燃料を燃焼室へ
搬送することが可能となる。

【０１１４】ここで、燃料噴霧５１１の所定断面Ｂ―Ｂ
線上の流量分布は、略均一になる。また、前述したよう
に、燃料噴霧５１１の形状を噴孔５４４に方向性を持た
せることにより容易に設定することができるために、そ
の流量分布も燃料噴霧５１１の形状の変更に伴って変更
することができる。

【０１１５】切り欠きノズル５２４の場合には、ノズル
５２４の先端を、斜線で示す切り欠き部５４６のよう
に、噴孔５４１の一部を含めて所定深さで切り欠くこと
により、偏向燃料噴霧５２３の生成を実現することがで
きる。この場合は、燃料噴霧５２３の粒径は、１穴ノズ
ル５４０から噴射する噴霧燃料に比べて数μｍ程度大き
くなる。しかし、切り欠き部５４６の段差により燃料噴
霧５２３の偏向が可能となり、燃料噴射弁の軸方向の燃
料噴霧のペネトレーションを短くすることができる。更
に、ヒータ２１５の表面への噴霧燃料の付着形状を１穴
ノズル５４０に比べ広くすることができるために、ヒー
タ２１５からの熱を効率良く付着燃料へ伝えることがで
き、燃料の気化を促進することができる。更に、燃料噴
霧５２３を吸入空気の流れに沿った形状に形成すれば、
吸入空気２２７の流れに乗せて効率的に燃焼室へ搬送す
ることが可能となる。

【０１１６】燃料噴霧５２３の所定断面Ｃ―Ｃ線上の流
量分布は、燃料噴霧５２３が切り欠き部５４６側に大き
く偏向されるために、切り欠き部５４６側の燃料流量分
布が大となる。

【０１１７】スリットノズル５３０の場合には、ノズル
５３０の先端面に、斜線で示すスリット溝５４７のよう
に、噴孔５４１上に所定の幅と深さでスリット溝５４７
を設けることにより、燃料噴霧５２９を偏平に形成する
ことができる。切り欠きノズル５２４と同様に、噴霧燃
料の粒径は、１穴ノズル５４０から噴射する噴霧燃料に
比べて数μｍ程度大きくなる。しかし、スリット溝５４
７によって燃料噴霧５２９を偏平にすることにより、燃
料噴霧５２９のペネトレーションを短くすることができ
る。更に、ヒータ２１５の表面への付着形状を１穴ノズ
ル５４０に比べて広くすることができるために、ヒータ
２１５からの熱を効率良く付着燃料へ伝えて噴霧燃料の
気化を促進することができる。

【０１１８】燃料噴霧５２９の所定断面Ｄ―Ｄ線上の流
量分布は、スリット溝５４７の長手方向に燃料噴霧５２
９が偏平に広げられるために、偏平に広げられた燃料噴
霧５２９の外側が大となる。

【０１１９】１穴エアアシストノズル５４８は、１穴ノ
ズル５４０とアトマイザ５４９を用いて空気流路を形成
し、燃料噴孔５４１から噴射する燃料噴霧５５０の周方
向から吸入空気２０１の一部の空気２４０を供給するよ
うに構成する。この１穴エアアシストノズル５４８を用
いることにより、平均粒径１０μｍ程度の燃料噴霧５５
０を形成することができる。また、燃料噴霧５５０の各
噴霧角θ１およびθ２は、略同角度となる１方向噴霧を
形成することができる。燃料噴霧５５０のペネトレーシ
ョンは、空気２４０を供給しない場合に比べて長くな
る。

【０１２０】燃料噴霧５５０の所定断面Ｅ―Ｅ線上の流
量分布は、エアアシストにより微粒化が促進されるため
に略一様になる。

【０１２１】以上に述べた、各種のノズル形状により燃
料噴霧のペネトレーションを短縮することができ、噴霧
形状を容易に設定することができるためにヒータの表面
への燃料付着形状を設定することができ、ヒータから該
ヒータに付着した燃料への熱の伝達が向上し、燃料の気
化の促進を効率的に行える。従って、前記各実施の形態
は、前記各種のノズルを用いた各種の燃料噴射弁の適用
が可能である。

【０１２２】以上、前述した各種の実施の形態では、吸
気制御装置内の暖機用燃料噴射弁より噴射した燃料噴霧
を直接、主流路内に供給する構成であるが、噴霧燃料の
より一層の微粒化促進を考慮する場合には、暖機用燃料
噴射弁の噴孔から噴射した燃料噴霧に吸入空気の一部を
供給することにより噴霧を微粒化する前記エアアシスト
型燃料噴射弁を用いることが好ましい。

【０１２３】また、本発明の総ての実施の形態では、暖
機用燃料噴射弁から噴射する噴霧燃料の平均粒径と吸気
ポートに配設したポート燃料噴射弁から噴射する噴霧燃
料の平均粒径との関係には、常に暖機用燃料噴射弁から
噴射する噴霧燃料の平均粒径の方が小さい関係にある。

【０１２４】更に、各気筒への燃料を噴射するポート燃
料噴射弁を吸気マニホールドに備えた所謂ポート噴射の
内燃機関を例にとって説明したが、燃料を内燃機関の燃
焼室内に直接噴射する、所謂筒内噴射の内燃機関に本発
明を適用しても同様の効果を得ることができる。

【０１２５】前述した各実施の形態は、スロットルバル
ブとその駆動機構を備えた燃料噴射装置であると考える
こともできるし、燃料噴射装置を備えたスロットル装置
（吸気制御装置）と考えることもできる。何れにして
も、燃料噴射装置とスロットル装置とを一体化して吸気
管に対して着脱可能に構成しているので、組立，調整，
保守を容易に行うことができる。特に電子制御スロット
ルでは、始動時におけるスロットルの動作と燃料噴射の
動作とを容易に確認することができる。

【０１２６】また、本発明の暖機用燃料噴射弁を備えた
吸気制御装置は、それ単独で、暖機用途に制限せずに内
燃機関の全運転領域で燃料供給を実行する燃料噴射装置
として使用することも可能である。

【０１２７】

【発明の効果】本発明によれば、吸入空気の流速の速い
領域に微粒化を促進した燃料噴霧を供給することによ
り、吸入空気に効率良く合流させて混合，微粒化の更な
る促進および気化を実現することができる。

【０１２８】従って、噴霧燃料を効率良く微粒化および
気化して各気筒に均一に分配することにより暖機を効率
的に行う燃焼を実現し、且つ暖機時に排出するＨＣを低
減することができ、また、空気流路の壁面への噴霧燃料
の付着を低減してヒータの消費電力を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の燃料供給装置を搭
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の実施の形態における吸気制御給
装置を示すもので、（ａ）はその縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。

【図３】本発明の各実施の形態におけるポート燃料噴射
弁と暖機用燃料噴射弁の燃料噴射切り換えタイミングを
示すタイムチャートである。

【図４】本発明の各実施の形態におけるヒータに電力を
供給する際の特性を示すものであり、（ａ）はヒータに
加える電圧と時間の関係を示すタイムチャート、（ｂ）
はヒータに流れる電流と時間の関係を示す特性図であ
る。

【図５】本発明の各実施の形態における内燃機関の運転
条件と排気特性とを示す図であり、（ａ）は噴霧燃料の
平均粒径と点火時期の関係を示す特性図、（ｂ）は点火
時期と触媒の温度の関係を示す特性図、（ｃ）は（ｂ）
の触媒温度の上昇時間とＨＣの排出量の関係を示す特性
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態における吸気制御装
置を示すもので、（ａ）はその縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態における吸気制御装
置を示すもので、（ａ）はその縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態における吸気制御装
置を示すもので、（ａ）はその縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態における吸気制御装
置を示すもので、（ａ）はその縦断側面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＡ−Ａ断面矢視図である。

【図１０】本発明の第６の実施の形態における吸気制御
装置のＥＴＣバルブ周りの縦断正面図である。

【図１１】本発明の第７の実施の形態における吸気制御
装置のＥＴＣバルブ周りの縦断正面図である。

【図１２】本発明の各実施の形態において使用する暖機
用燃料噴射弁の噴孔先端形状の違いによる噴霧形状の説
明図である。

【符号の説明】

１００…内燃機関、２０４…スロットルバルブ、２０５
…主通路、２０６…スロットルボディ、２１２…バイパ
ス流路、２１３…ＩＳＣバルブ、２１６…吸気制御装
置、２１９…挿入部、２２０…凹部、２２２…バイパス
流路出口、２２３…吸入空気、５０７…暖機用燃料噴射
弁、５１１…燃料噴霧。

───────────────────────────────────────────────────── 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 31/135 Ｆ０２Ｍ 31/12 ３０１Ｇ 35/104 ３０１Ｎ 35/10 １０２Ａ 69/00 ３５０Ａ ３５０Ｌ ３５０Ｈ (72)発明者 岡本 良雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 永野 正美 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 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 渡邊 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 (72)発明者 佐伯 浩昭 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 染野 禎 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Ｆターム(参考） 3G065 AA11 DA04 HA03 3G301 HA01 HA06 JA00 JA21 KA01 KA05 KA06 LA03 LA04 LB02 LB05 LC03 MA23 NA08 NB03 PA01Z PA11Z PD13Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集合管の上流側に位置し、各気筒内に空気
   を供給する主通路が形成され、この主通路内に空気流量
   を調整するスロットルバルブを備え、このスロットルバ
   ルブの下流側において前記主通路内に燃料を噴射する燃
   料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記燃料噴射弁は、前記主通路に開口するように形成し
   た凹部内にノズルが位置するように設置し、この燃料噴
   射弁より噴射した燃料噴霧の濃度分布の高い部分が主通
   路内の吸入空気の流速の比較的速い領域に合流するよう
   にしたことを特徴とする燃料供給装置。
2. 【請求項２】内燃機関の各気筒毎に燃料を噴射するため
   の運転用燃料噴射弁と、この運転用燃料噴射弁の上流側
   の集合管の上流に位置し、各気筒に空気を供給する主通
   路が形成され、この主通路内に空気流量を調整するスロ
   ットルバルブを設けた吸気制御装置と、前記スロットル
   バルブの下流側において前記主通路内に燃料を噴射する
   暖機用燃料噴射弁とを備えた燃料供給装置において、 前記暖機用燃料噴射弁は、前記主通路に開口するように
   形成した凹部内にノズルが位置するように設置し、この
   暖機用燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の濃度分布の高
   い部分が前記主通路内の吸入空気の流速の比較的速い領
   域に合流するようにしたことを特徴とする燃料供給装
   置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記スロット
   ルバルブをバイパスするバイパス流路を設け、前記暖機
   用燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の濃度分布の高い部
   分が前記主通路内のバイパス流路の下流側に位置して吸
   入空気の流速の比較的速い領域に合流するようにしたこ
   とを特徴とする燃料供給装置。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記暖機用燃
   料噴射弁から噴射した燃料噴霧が前記主通路を流れる吸
   入空気に合流する領域を吸入空気の流速が速くなるスロ
   ットルバルブ端の開口部の下流側としたことを特徴とす
   る燃料供給装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４の１項において、前記暖機用
   燃料噴射弁は、前記主通路内の吸入空気の流れに沿うよ
   うな形状の燃料噴霧を形成するようにしたことを特徴と
   する燃料供給装置。
6. 【請求項６】請求項１〜５の１項において、前記暖機用
   燃料噴射弁から噴射した燃料噴霧の下流側に位置させて
   前記主流路内に発熱することによって燃料を気化するヒ
   ータを設置したことを特徴とする燃料供給装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６の１項において、前記スロッ
   トルバルブは、バルブ開度を電気的に制御されるスロッ
   トルバルブであることを特徴とする燃料供給装置。
8. 【請求項８】請求項１〜５の１項において、前記暖機用
   燃料噴射弁として、ノズルの先端近傍に吸入空気の一部
   を供給して噴霧燃料の微粒化促進をおこなうエアアシス
   ト燃料噴射弁を用いたことを特徴とする燃料供給装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８の１項に記載した燃料供給装
   置を用いたことを特徴とする内燃機関。