JP2003254203A

JP2003254203A - 内燃機関およびこれに搭載する燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2003254203A
Application number: JP2002058302A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Kiyoshi Amo; 天羽　　清; Hiroaki Saeki; 浩昭佐伯; Kenji Watanabe; 研二渡邉; Takanobu Ichihara; 隆信市原
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関において、気筒へ供給する燃料の微粒
化を促進して、燃費の向上、始動性の向上、および排出
される有害物質の低減を図る。【解決手段】気筒１へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁２
と、気筒１への吸気管路６０と、吸気管路６０に配置さ
れた吸気制御装置４と、吸気制御装置４の下流側の吸気
管路６０に燃料を噴射する第２燃料噴射弁８ａ、８ｂ
と、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの燃料噴射と共に吸気管
路６０に空気を供給する空気供給手段７とを備える。第
２燃料噴射弁８ａ、８ｂは、複数で形成すると共に、そ
れぞれの噴孔部を吸気管路６０の下流側に向けかつ噴射
方向が交叉するように対向して設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関およびこ
れに搭載する燃料噴射装置に係り、特に自動車用の内燃
機関およびこれに搭載する燃料噴射装置に好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の内燃機関の燃料噴射装置とし
ては、特開平４−１５３５６４号公報に示されているよ
うに、内燃機関の各気筒別にそれぞれ主燃料噴射弁を備
えると共に、複数気筒の吸気系合流部でかつスロットル
弁の下流に副燃料噴射弁を備えてなり、該副燃料噴射弁
の噴孔付近にスロットル弁上下間の圧力差によって燃料
微粒化用のアシストエアを噴出させるように構成したも
のがある。この構成によって、燃料噴霧を微粒化して空
気とよく混合させた状態で内燃機関に供給し、安定した
燃焼を実現しようとしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
における内燃機関の燃料噴射装置は、一つの副燃料噴射
弁でその噴孔付近に燃料微粒化用のアシストエアを噴出
させるものであるため、副燃料噴射弁から噴射する燃料
の微粒化を十分に促進することができず、例えば当該公
開公報の図３によれば平均粒径で３０μｍ程度の微粒化
が限度であり、さらなる燃料の微粒化促進を図ることが
望まれていた。

【０００４】本発明の目的は、燃料の微粒化を促進し
て、燃費の向上、始動性の向上、および排出される有害
物質の低減を図ることができる内燃機関およびこれに搭
載する燃料噴射装置を提供することにある。

【０００５】なお、本発明の前記以外の目的と有利点は
以下の記述から明らかにされる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の内燃機関は、気筒へ燃料を噴射する第１燃料
噴射弁と、前記気筒への吸気管路と、前記吸気管路に配
置された吸気制御装置と、前記吸気制御装置の下流側の
前記吸気管路に燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、前記
第２燃料噴射弁の燃料噴射と共に前記吸気管路に空気を
供給する空気供給手段とを備え、前記第２燃料噴射弁
は、複数で形成すると共に、それぞれの噴孔部を前記吸
気管路の下流側に向けかつ噴射方向が交叉するように対
向して設けた構成としたことにある。

【０００７】なお、本発明のその他の手段は以下の記述
から明らかにされる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
に基づいて説明する。なお、第２実施例においては第１
実施例と共通する部分の図示および重複する説明を省略
すると共に、各実施例と同一物又は相当物については第
１実施例に用いた符号を引用して説明する。

【０００９】まず、本発明の第１実施例について図１か
ら図６を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例を
示す内燃機関の構成図、図２は図１における燃料噴射装
置の構成図、図３は図２のＡ矢視断面図、図４は図１の
第２燃料噴射弁部を示す部分断面図、図５は図１の燃料
噴射装置の噴霧特性を従来技術と比較して示す図、図６
は図１の燃料噴射装置の粒径分布を従来技術と比較して
示す図である。

【００１０】最初に本発明の内燃機関全体に関して図１
を参照しながら説明する。

【００１１】内燃機関１００はガソリンを燃料２１とす
る周知の火花点火式内燃機関であり、吸気系、排気系、
燃料供給系、気筒および制御系等から構成されている。

【００１２】内燃機関１００の吸気系は、エアクリーナ
９、エアフローセンサ１０、スロットルバルブ４、スロ
ットルセンサ４ａおよび吸気管路６０等より構成されて
いる。吸気管路６０は、吸気管５、吸気集合管３および
吸気マニホールド３０等より構成されると共に、空気の
吸い込み口側からこれらの順に連通されて接続されてい
る。

【００１３】エアクリーナ９およびエアフローセンサ１
０はこの順に吸気管５の入口側に配置されている。この
エアクリーナ９は吸入空気１１中の塵埃を除去するため
に用いられ、エアフローセンサ１０は吸入空気１１の状
態を検出するために用いられる。そして、エアフローセ
ンサ１０はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣ
Ｕという）４０に電気的に接続され、検出信号をＥＣＵ
４０に送るようになっている。

【００１４】吸気制御装置を構成するスロットルバルブ
４は、吸気管５の通路面積を制御するために用いられ、
吸気管５の中間部に配置されている。具体的には、スロ
ットルバルブ４はエアフローセンサ１０の下流側でかつ
吸気集合管３の上流側に配置されている。そして、スロ
ットルバルブ４は、吸気集合管３より間隔をあけて配置
され、吸気集合管３との間に第２燃料噴射弁８ａ、８ｂ
を配置すると共にこれらから噴射される燃料を衝突させ
るための通路部分が確保されるように位置されている。
スロットルバルブ４は開度を検出するスロットルセンサ
４ａを有しており、スロットルセンサ４ａがＥＣＵ４０
に電気的に接続されて検出信号を送るようになってい
る。

【００１５】吸気マニホールド３０は各気筒１の吸入側
に設けられており、その入口側が吸気集合管３に接続さ
れている。吸気集合管３は、各気筒１への分岐前の吸気
管路を形成するものであり、図示例では一つの気筒分の
分岐と第１燃料噴射弁２のみを示している。そして、吸
気集合管３は吸気管５および吸気マニホールド３０より
大きな断面通路を有している。

【００１６】内燃機関１００の吸気管路６０には燃料噴
射装置５０が設けられている。具体的には、燃料噴射装
置５０は吸気集合管３を含むその上流側でかつエアフロ
ーセンサ１０の下流側に設けられている。なお、この実
施例では、吸気集合管３より間隔をあけて上流側に設け
られている。燃料噴射装置５０はスロットルバルブ４、
吸気バイパス管路７、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）６および第２燃料噴
射弁８ａ、８ｂ等から構成されている。吸気バイパス管
路７およびＩＳＣバルブ６は空気供給手段を構成する。

【００１７】空気供給手段を構成する吸気バイパス管路
７は、スロットルバルブ４の上流側と下流側とをバイパ
スすると共に第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの噴孔部に空気
を供給するためのものであり、第１吸気管７ａ、第２吸
気管７ｂ、吸気バイパス集合室７ｃおよびケーシング１
３（図４参照）等から構成されている。第１吸気管７ａ
は、一端がスロットルバルブ４の上流側の吸気管５に接
続され、他端がＩＳＣバルブ６に接続されている。第２
吸気管７ｂは、一端がＩＳＣバルブ６に接続され、他端
が吸気バイパス集合室７ｃに接続されている。吸気バイ
パス集合室７ｃはスロットルバルブ４下流側の吸気管５
の外周部分に全周にわたって設けられている。

【００１８】ＩＳＣバルブ６は、吸気バイパス管路７に
設けられて吸気バイパス管路７の空気量を制御するため
のものであり、具体的には第１吸気管７ａと第２吸気管
７ｂとの間に配置されている。このＩＳＣバルブ６はエ
アフローセンサ１０およびスロットルセンサ４ａの検出
信号に基づいてＥＣＵ４０により制御される。

【００１９】ここに、気筒１に供給される吸気流量は、
エアフローセンサ１０、スロットルバルブ４、スロット
ルセンサ４ａ、ＩＳＣバルブ６等から計測、計量され
る。

【００２０】第２燃料噴射弁８ａ、８ｂは、複数（この
実施例では二つ）設けられ、各気筒１に向けて燃料噴射
する第１燃料噴射弁２とは独立したものである。第２燃
料噴射弁８ａ、８ｂは、吸気バイパス集合室７ｃ内に配
置されると共に、それぞれの噴孔部が吸気管５の下流側
に向けかつ噴射方向が交叉するように吸気管５の両側か
ら対向して配置されている。

【００２１】内燃機関１００の排気系は、各気筒１の排
出側に設けられた排気マニホールド３２、排ガス中の酸
素濃度を測定する酸素濃度センサ３６、排ガス浄化用の
三元触媒コンバータ３７、図示しない消音マフラー等か
ら構成されている。

【００２２】三元触媒コンバータ３７は、理論空燃比付
近で運転される気筒１から排気される有害物質であるＮ
Ｏｘ、ＣＯ、ＨＣを同時に高浄化率で浄化するものであ
る。

【００２３】内燃機関１００の燃料供給系は、燃料タン
ク２０、燃料ポンプ２２、フィルタ２３、第１燃料噴射
弁２、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂ、プレッシャレギュレ
ータ２４およびこれらを接続する配管等から構成されて
いる。

【００２４】気筒１の始動とともに燃料タンク２０内に
ある燃料２１が燃料ポンプ２２により所定圧力にてフィ
ルタ２３を介して各気筒１の吸気弁３１上流に位置する
第１燃料噴射弁２および吸気バイパス集合室７ｃ内に配
設された第２燃料噴射弁８ａ、８ｂへそれぞれ圧送され
る。燃料供給系における燃料圧力の調整は、プレッシャ
レギュレータ２４により行われ、吸気管路６０内の圧力
変化に対して一定の供給圧力となるように調整してい
る。

【００２５】第１燃料噴射弁２は、吸気管５および吸気
集合管３より下流側に位置する吸気マニホールド３０の
壁部に取り付けられ、吸気弁３１の方向に噴射可能とな
っている。第２燃料噴射弁８ａ、８ｂは、先述のごとく
吸気バイパス集合室７ｃ内に２つ設けられており、内燃
機関１００の始動時およびアイドル運転時に所定時間作
動するようになっている。

【００２６】第１燃料噴射弁２および第２燃料噴射弁８
ａ、８ｂは電磁石方式を用いており、内部において作動
する弁体の開閉時間で燃料噴射量を制御するようになっ
ている。この燃料噴射の制御量は、内燃機関の運転状態
を検出する上記各種センサからの信号によって検出、計
量された吸入空気量に応じた出力信号をＥＣＵ４０から
得ている。また、第１燃料噴射弁２および第２燃料噴射
弁８ａ、８ｂは、弁座の上流側において燃料を旋回させ
る燃料旋回部材を設けた燃料旋回タイプであり、弁座下
流の燃料噴射孔から旋回燃料を噴射するため、微粒化特
性に優れている。

【００２７】内燃機関１００の気筒１は、点火プラグ３
４を臨ませて配設する燃焼室３５、吸気孔３１ａを開閉
する吸気弁３１、排気孔３３ａを開閉する排気弁３３等
を装備している。燃焼室３５の側部にはエンジン冷却水
の温度を検知する水温センサ３８が配置され、下部には
図示しない回転センサが配され、これらにより運転状態
を検出してＥＣＵ４０に送っている。

【００２８】燃焼室３５では、始動時およびアイドル運
転時に、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂより噴射された燃料
噴霧１２と吸入空気１１の混合気１２ａを吸入し、圧縮
行程にて圧縮したのち点火プラグ３４により着火、燃焼
させる。なお、通常の運転では、第１燃料噴射弁２から
噴射された燃料噴霧を主に使用しているが、両者を同時
に使用したりするなど、運転状態に応じて適宜使い分け
ている。また、気筒１から排出される排気３９は、三元
触媒コンバータ３７等で浄化された後に大気中に放出さ
れる。

【００２９】次に、燃料噴射装置５０の詳細を図２から
図４を参照しながら説明する。

【００３０】図２に示すように、ＩＳＣバルブ６は、先
述したように吸気バイパス管路７に設けられており、内
燃機関１００の始動時およびアイドル運転時の吸入空気
量を制御するように構成されている。また、スロットル
バルブ４下流側の吸気管５には、吸気バイパス集合室７
ｃの二つの開口部７ｄが対向して臨むように設けられて
いる。この二つの開口部７ｄに二つの第２燃料噴射弁８
ａ、８ｂがそれぞれ挿入されて固定されている。また、
スロットルバルブ４は駆動軸４ｂにより回動可能になっ
ている。

【００３１】第２燃料噴射弁８ａ、８ｂは、それぞれの
噴孔部が吸気管５の下流側に向くように傾斜して配置さ
れ、それぞれの中心線が所望の角度θをなすように配置
されている。換言すれば、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの
噴孔部は、吸気管５の中心付近において、燃料噴射方向
が所望の角度θで交叉するように対向して設けられてい
る。そして、それぞれの第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの中
心軸の交点がほぼ吸気管５の中心軸に位置していると共
に、それぞれの噴射部の燃料噴射方向の交点が吸気管５
のほぼ中心軸に位置するように構成されている。

【００３２】図３および図４に示すように、第２燃料噴
射弁８ａ、８ｂは、中央大径部と先端側小径部とを有し
ている。第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの外周には間隔をあ
けてケーシング１３ａ、１３ｂが設けられている。この
ケーシング１３ａ、１３ｂは第２燃料噴射弁８ａ、８ｂ
と同様に入口側大径部と先端側小径部とを有している。
これによって、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの外周面とケ
ーシング１３ａ、１３ｂの内周面との間には環状の隙間
２５が形成されている。ケーシング１３の大径部には空
気導入部１７の一側が接続されている。この空気導入部
７の他側は吸気バイパス集合室７ｃ内と連通している。
ケーシング１３ａ、１３ｂの小径部の先端面は、第２燃
料噴射弁８ａ、８ｂの小径部の先端面との間に隙間２５
の一部である狭い隙間を有して形成され、中央部に噴孔
１５ａ、１５ｂが設けられている。第２燃料噴射弁８
ａ、８ｂとケーシング１３ａ、１３ｂとの隙間を維持す
るためにスペーサ１６が設けられている。ケーシング１
３ａ、１３ｂ内に導入された空気がこのケーシング１３
の大径部側から外部へリークするのを防止するためにＯ
リング１８が設けられている。

【００３３】ここで、吸入空気１１の流動について詳し
く説明するとともに、燃料噴霧の流動と気化促進につい
て説明する。

【００３４】気筒１の運転により、吸気管路６０内は所
定の負圧が形成される。この吸気管路６０内の負圧によ
り、図１に示すように、外部より吸入空気１１が取り入
れられる。内燃機関１００の始動時およびアイドル運転
時におけるスロットルバルブ４の動作状態は、全閉の状
態である。従って、必要な吸入空気量は、ＩＳＣバルブ
６により制御される。そして、吸入空気１１はエアクリ
ーナ９を通過することによってろ過された後、エアフロ
ーセンサ１０によってその量が計測され、スロットルバ
ルブ４の上流へと達する。吸入空気１１の一部は、スロ
ットルバルブ４が全閉状態であっても、スロットルバル
ブ４と吸気管５内壁間とのごく僅かな隙間からの漏れ
で、僅かな空気が燃焼室３５へ流入する。しかし、吸入
空気量１１の大部分は、図２に示すように、スロットル
バルブ４上流の吸気管５より分岐された第１吸気バイパ
ス管７ａ内に流入し（１１ｂで示す流れ）、その下流に
配設されたＩＳＣバルブ６へ達する。

【００３５】前述のように、エンジンの始動時およびア
イドル運転時には、ＩＳＣバルブ６にて吸入空気量が制
御される。ＩＳＣバルブ６にて制御された吸入空気１１
ｂは、所定の空間を持った吸気バイパス集合室７ｃに流
入する。吸気バイパス集合室７ｃに流入した吸入空気１
１ｂは、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂに設けたケーシング
１３ａ、１３ｂ内の空隙２５を流れて、微粒化用空気と
して第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの先端部へと流入し、こ
こで、燃料噴射弁８ａ、８ｂより噴射される燃料と衝突
する。

【００３６】燃料噴射弁８ａの周辺の空気流れについ
て、図４を用いて詳しく説明する。なお、第２燃料噴射
弁８ｂについては、第２燃料噴射弁８ａと同様であるの
で、その詳細な説明は省略する。

【００３７】吸入空気１１ｂは、空気導入部７を通して
ケーシング１３ａの大径部における隙間２５で整流され
た吸入空気１１ｂ₁となり、さらに小径部における隙間
２５で整流された吸込空気１１ｂ₂となり、最終的には
先端部分で縮流、加速された中央に流れる吸込空気１１
ｂ₃となって、燃料噴射弁８ａの噴孔部から噴射される
燃料に衝突する。この際、吸入空気１１ｂ₃は、第２燃
料噴射弁８ａの外周面とケーシング１３ａの噴孔１５ａ
が形成されるケーシング１３ａの内壁面とで形成される
環状隙間２５の外周より供給され、第２燃料噴射弁８ａ
から噴射される燃料を取り囲むように供給された後、噴
孔１５ａから燃料と共に噴出されることになる。すなわ
ち、吸気空気１１ｂ₃は燃料を均一に取り囲むように、
所定の流速、流量で供給されるために効率よく微粒化が
促進される。なお、２６は燃料の流れを示している。

【００３８】第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの噴孔部を吸気
管５の下流側に向けかつ噴射方向が交叉するように対向
して設けているので、第２燃料噴射弁８ａ、８ｂから噴
出された燃料は空気と共に衝突し、図２に示すようにや
や細長い燃料噴霧となる。これによって、燃料の微粒化
が著しく促進される。本実施例においては、第２燃料噴
射弁８ａ、８ｂの噴孔部が吸気管５の両側から対向しか
つ中心付近に近接して臨ませているので、噴射後、直ぐ
に燃料と共に空気も衝突することとなり、効果的に微粒
化され、気化が促進される。衝突した後は、平均粒径で
５から１０μｍ程度のやや細長い燃料噴霧１２となる。

【００３９】実験によると、微粒化を促進できる角度θ
は９０°以上であり、角度θが大きくなるにつれて微粒
化が促進される傾向にあることが判明した。ただし、角
度θがあまり大きくなると、例えば１８０°の場合、第
２燃料噴射弁８ａ、８ｂの噴孔軸を中心とした円盤状の
噴霧形態になってしまうため、内燃機関への適応におい
ては、角度θを９０°から１５０°の範囲としてやや細
長い噴霧形態とすることが好ましい。

【００４０】次に、燃料噴射弁８ａ、８ｂから噴射され
て衝突された噴霧特性について図５および図６を参照し
ながら説明する。これらの特性は衝突角度θが１２０°
の場合のものである。

【００４１】図５は空気流量と微粒化の関係を示し、横
軸に気液容積流量比を示し、縦軸に平均粒径を示してあ
る。ここで平均粒径について説明する。燃焼では一定量
の燃料が微粒化されたときの粒子の表面積を考えるのが
適当であることから、次の式（１）に示す比表面積の逆
数に相当する体面積平均粒径ＳＭＤ（Ｓａｕｔｅｒ'ｓ
ＭｅａｎＤｉａｍｅｔｅｒ）で表すことが多い。

【００４２】ｄｍ＝Σｘ３Δｎ／Σｘ２Δｎ（１）ここに、ｄｍ：平均粒径、ｘ：粒径、Δｎ：ｘなる径の
粒子の個数である。その代表粒径、すなわちザウタ平均
粒径は、粒数あるいは質量累積曲線の３０％値に対応す
る粒径であり、本件発明の平均粒径とは、このザウタ平
均粒径のことを示す。

【００４３】図５の点線の特性は、従来の燃料噴射弁が
一つ場合の特性を示しており、噴射弁単体での特性であ
る。一方、図５の実線の特性は本実施例に係る衝突型の
燃料噴射弁での噴霧特性を示している。従来の点線の特
性では平均粒径で１０μｍを下回ることは出来ないが、
本実施例の実線の特性では噴霧を互いに衝突させること
によって、さらに微粒化が促進しており、平均粒径で５
μｍの噴霧を得ることが出来る。図５において、白抜き
の矢印で示した箇所が内燃機関の始動もしくはアイドル
運転相当の気液比になっている。この気液比において、
従来の点線の特性では平均粒径が１２μｍであるのに対
して、本実施例の実線の特性では平均粒径が５μｍと半
分以下になっている。平均粒径で５μｍの噴霧は、手に
触れても濡れないほどの微細な噴霧と言われており、吸
気管の内壁面への付着を十分抑制することが出来る。

【００４４】図６は微粒化の状態を示す粒径分布であ
る。図６の白抜きの棒グラフは、従来の燃料噴射弁が一
つ場合を示しており、最大粒径で７０μｍの粒子が存在
しており、２５μｍ以上の粒子が全体の半分近くを占め
ている。数ｍ／ｓ程度の空気の流れがある中で、壁面に
付着しないといわれている粒子の大きさが２０μｍ以下
といわれていることを考慮すると、従来例では吸気管内
の壁面に燃料が多量に付着することが予想される。

【００４５】一方、図６の黒抜きの棒グラフは、本実施
例に係る衝突型の燃料噴射弁での粒径分布を示してい
る。この本実施例の黒抜きの棒グラフでは、壁面に付着
しないといわれている２０μｍ以下の粒子が大半を占め
ており、燃料の微粒化が著しく促進されているが明らか
である。なお、本実施例において、２５μｍ以上の粒子
が僅かに存在するため、吸気管路６０の内壁面へ付着す
ることになるが、その量は十分少ないので排出ガス特性
に悪影響を及ぼすことは殆どない。ただし、この吸気管
路６０の内壁面へ付着する燃料を完全に気化することが
必要な場合には、ヒータ等によって暖められた壁面に衝
突させても良い。この場合、必要とされる熱量が十分小
さいので、ヒータの消費電力は大幅に低いものである。

【００４６】上述のようにして気化促進がなされた燃料
噴霧１２は、吸気集合管３内へ供給され、吸気集合管３
内でも気化促進がなされ、各気筒１へ吸気マニホールド
３０を通して混合気１２ａが供給される。燃焼室３５で
は、噴霧１２と空気の良く混ざった混合気１２ａの供給
によって燃焼の安定性が保たれる。すなわち、安定領域
が広く確保される。これによって、内燃機関１の点火時
期、すなわち、点火プラグ３４への点火時期を通常から
遅らせること（リタード）が可能となり、膨張仕事をし
ないで高温の排気３９を排気マニホールド３２内に導く
ことができ、三元触媒コンバータ３７の触媒の早期暖
機、早期活性化が図られる。これによって、燃焼時に発
生したＨＣ等の排気ガス中に存在する有害物質の効率的
な浄化が実施され、図示しない消音マフラーを介して外
気へと排出される。

【００４７】なお、本実施例では、内燃機関１００の始
動時およびアイドル時の吸入空気量制御がＩＳＣバルブ
６を用いて行なわれているが、ＩＳＣバルブ６を用いず
にスロットルバルブ４の開閉制御によってアイドルスピ
ードをコントロールする場合でも、吸入空気量がバイパ
ス管路７を介して第２燃料噴射弁８ａ、８ｂの先端部へ
供給することが可能である。

【００４８】次に、本発明の第２実施例を図７および図
８を用いて説明する。図７は本発明の第２実施例の内燃
機関における燃料噴射装置の構成図、図８は図７の燃料
噴射装置の第２燃料噴射弁の位置関係を示す図である。

【００４９】図７に示すように、吸気バイパス管７ｂの
下流に所定の空間を持った吸気バイパス集合室７ｃが接
続されている。この吸気バイパス集合室７ｃの開口部
は、スロットルバルブ４下流の吸気管５内に臨むように
接続されている。この吸気バイパス集合室７ｃ内に、二
つの第２燃料噴射弁８ａ、８ｂが挿入固定されている。

【００５０】図８に示すように、この燃料噴射弁８ａ、
８ｂの噴孔部は、第１実施例と同様に所望の角度θをな
して対向位置している。また、それぞれの燃料噴射弁８
ａ、８ｂは、吸気管５の内壁面に設けられたヒータ４３
方向に噴孔が相対向するように設置されている。このヒ
ータ４３は、内燃機関１００の始動時およびアイドリン
グ時に通電され、その後、所定時間が経過するとヒータ
４３への通電は遮断される。これにより、無駄な消費の
無いように制御している。また、本実施例に使用してい
るヒータ４３は、板状のものを使用しているが、ヒータ
の取付け位置やその形状については、円筒状など様々な
変形例が考えられる。なお、図８において、第２燃料噴
射弁８ａ、８ｂへの空気導入部１７は吸気バイパス集合
室７ｃ内に配設されている。

【００５１】吸入空気量はＩＳＣバルブ６で制御される
が、吸入空気１１ａ、１１bの流動および燃料噴射弁周
辺の空気流れについては、第１の実施例と同様であるた
め、ここでは説明を省略する。

【００５２】本実施例においても、十分に気化促進がな
された燃料噴霧が吸気集合管５内へ効率よく供給され、
空気と良く混ざった混合気１２ａの供給によって燃焼の
安定性が保たれる。すなわち、安定領域が広く確保され
る。これによって、気筒１の点火時期を通常から遅らせ
ること（リタード）が可能となり、膨張仕事をしないで
高温の排気ガスを排気マニホールド内に導くことがで
き、触媒の早期暖機、早期活性化が図られる。これによ
って、燃焼時に発生したＨＣ等の排気ガス中に存在する
有害物質の効率的な浄化が実施される。また、機関の低
温始動性の向上や燃費向上、排気浄化等の改善が図られ
る。

【００５３】なお、この実施例では、ヒータ４３を用い
た構成について説明したが、ヒータ４３を用いない構成
であっても、前記したように、ほぼ同様の効果を上げる
ことができる。

【００５４】さらには、本発明の第１および第２実施例
では、各気筒１への燃料を噴射する第１燃料噴射弁２を
吸気マニホールド３０に備えたポート噴射エンジンを例
にとって説明したが、燃料をエンジンの燃焼室内に直接
噴射する筒内噴射エンジンに本発明を適用しても同様の
効果をあげることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、燃料の微粒化を促進して、燃費の向上、始動
性の向上、および排出される有害物質の低減を図ること
ができる内燃機関およびこれに搭載する燃料噴射装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す内燃機関の構成図で
ある。

【図２】図１における燃料噴射装置の構成図である。

【図３】図２のＡ矢視断面図である。

【図４】図１の第２燃料噴射弁部を示す部分断面図であ
る。

【図５】図１の燃料噴射装置の噴霧特性を従来技術と比
較して示す図である。

【図６】図１の燃料噴射装置の粒径分布を従来技術と比
較して示す図である。

【図７】本発明の第２実施例の内燃機関における燃料噴
射装置の構成図である。

【図８】図７の燃料噴射装置の第２燃料噴射弁の位置関
係を示す図である。

【符号の説明】

１…気筒、２…第１燃料噴射弁、３…吸気集合管、４…
スロットルバルブ、４ａ…スロットルセンサ、５…吸気
管、６…ＩＳＣバルブ（アイドルスピードコントロール
バルブ）、７…吸気バイパス管路、７ａ…第１吸気バイ
パス管、７ｂ…第２吸気バイパス管、７ｃ…吸気バイパ
ス集合室、８ａ、８ｂ…第２燃料噴射弁、９…エアクリ
ーナ、１０…エアフローセンサ、１１…吸入空気、１２
…燃料噴霧、１３ａ、１３ｂ…ケーシング、１５…気液
噴射孔、２０…燃料タンク、２１…燃料、２２…燃料ポ
ンプ、２３…フィルタ、２４…プレッシャレギュレー
タ、２５…隙間、３０…吸気マニホールド、３１…吸気
弁、３２…排気マニホールド、３３…排気弁、３４…点
火プラグ、３５…燃焼室、３６…酸素濃度センサ、３７
…三元触媒コンバータ、３８…水温センサ、４０…ＥＣ
Ｕ（エンジンコントロールユニット）、４２…ヒータ、
５０…燃料噴射装置、６０…吸気管路、１００…内燃機
関。

───────────────────────────────────────────────────── 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 69/00 Ｆ０２Ｍ 51/02 Ｈ３１０ 69/00 ３５０Ｐ (72)発明者天羽清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 (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Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AB02 BA02 BA03 BA23 CC46 CD04 CE22 3G301 HA01 JA21 KA07 LA04 LC01 PA01Z PA11Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気筒へ燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、前記気筒への吸気管路と、前記吸気管路に配置された吸気制御装置と、前記吸気制御装置の下流側の前記吸気管路に燃料を噴射
する第２燃料噴射弁と、前記第２燃料噴射弁の燃料噴射と共に前記吸気管路に空
気を供給する空気供給手段とを備え、前記第２燃料噴射弁は、複数で形成すると共に、それぞ
れの噴孔部を前記吸気管路の下流側に向けかつ噴射方向
が交叉するように対向して設けたことを特徴とする内燃
機関。
【請求項２】複数の気筒と、前記各気筒へ燃料を噴射する複数の第１燃料噴射弁と、前記各気筒に吸気集合管を有して吸気する吸気管路と、前記吸気集合管より上流側に配置されたスロットルバル
ブと、前記吸気集合管を含むその上流側でかつ前記スロットル
バルブの下流側の前記吸気管路に燃料を噴射する第２燃
料噴射弁と、前記スロットルバルブの上流側から吸込み空気をバイパ
スし、前記第２燃料噴射弁の燃料噴射と共に前記吸気管
路に空気を供給する空気供給手段とを備え、前記第２燃料噴射弁は、複数で形成すると共に、それぞ
れの噴孔部を前記吸気管路の下流側に向けかつ噴射方向
が交叉するように対向して設けたことを特徴とする内燃
機関。
【請求項３】請求項１または２において、前記第２燃料
噴射弁は二つで形成し、これら二つの燃料噴射弁の前記
噴孔部は前記吸気管路の両側から対向しかつ中心付近に
近接して臨ませたことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】請求項１または２において、前記第２燃料
噴射弁は二つで形成し、これら二つの第２燃料噴射弁の
燃料を噴射する方向の交叉角度を９０°から１５０°の
範囲としたことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】請求項２において、前記空気供給手段は、
前記スロットルバルブの上流側に連通する吸気バイパス
管路と、前記第２燃料噴射弁の噴孔部に連通する吸気バ
イパス集合室とを有することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】複数の気筒と、前記各気筒へ燃料を噴射する複数の第１燃料噴射弁と、吸気管、吸気集合管および吸気マニホールドを有して前
記各気筒に吸気する吸気管路と、前記吸気集合管より上流側の吸気管に配置されたスロッ
トルバルブと、前記スロットルバルブより上流側の吸気管に配置された
エアフローセンサと、前記吸気集合管の上流側でかつ前記スロットルバルブの
下流側の前記吸気管に燃料を噴射する第２燃料噴射弁
と、前記スロットルバルブの上流側からバイパス管路を通し
て空気をバイパスし、前記第２燃料噴射弁の燃料噴射と
共に前記吸気管路にその空気を供給する空気供給手段
と、前記バイパス管路に設けたアイドルスピードコントロー
ルバルブと、前記第１燃料噴射弁、前記第２燃料噴射弁および前記ア
イドルスピードコントロールバルブを制御するエンジン
コントロールユニットとを備え、前記第２燃料噴射弁は、前記吸気管路に燃料を噴射する
噴孔部を二つ設けると共に、前記各噴孔部を前記吸気管
路の下流側に向けかつ噴射方向が交叉するように前記吸
気管路の両側から対向して配置し、前記制御装置は前記エアフローセンサおよび前記スロッ
トルバルブの信号に基づいて前記アイドルスピードコン
トロールバルブを制御する機能を有することを特徴とす
る内燃機関。
【請求項７】吸気集合管に連通する吸気管と、前記吸気管に配置されたスロットルバルブと、前記スロットルバルブの下流側の前記吸気管に燃料を噴
射する燃料噴射弁と、前記スロットルバルブの上流側から吸込み空気をバイパ
スし、前記燃料噴射弁の燃料噴射と共に前記吸気管に空
気を供給する空気供給手段とを備え、前記燃料噴射弁は、複数で形成すると共に、それぞれの
噴孔部を前記吸気管路の下流側に向けかつ噴射方向が交
叉するように対向して設けたことを特徴とする燃料噴射
装置。