JP2008138629A - ロータリピストンエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動室５内に直接、燃料を噴射するようにしたロータリピストンエンジン１において、吸気流動の活用により燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２の気化、霧化を促進し、燃料の壁面付着を抑制して、混合気の燃焼性を高める。
【解決手段】各々吸気ポート１１を指向して燃料を噴射する第１、第２インジェクタ３０，３１を備え、第１インジェクタ３０の燃料噴霧Ｓ１を相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが弱いものとし、第２インジェクタ３１の燃料噴霧Ｓ２は相対的にロータ６寄りの部位のペネトレーションが弱いものとする。低回転の第１運転域(Ｉ)において特に低負荷低回転の領域Ｒ１では第１インジェクタ３０により燃料を噴射させ、それよりも高負荷ないし高回転側の領域Ｒ２では第２インジェクタ３１により燃料を噴射させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作動室内に燃料を直接、噴射するようにしたロータリピストンエンジンに関し、特に、吸気流動を利用して燃料噴霧の気化、霧化を促進するための対策に係る。

従来より、この種のロータリピストンエンジンとして、例えば特許文献１に開示されるように、排気行程にある作動室から吸気行程にある作動室に流入する高温のダイリューションガスを利用して、燃料噴霧の気化、霧化を促進するようにしたものが知られている。このものでは、吸気ポートがロータ外周を囲むハウジングのトロコイド内周面に開口しており（いわゆるペリフェラルポート）、この吸気ポート開口に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁が配設されている。

そして、前記の吸気ポート開口をロータの頂部（アペックス）が通過するときには、その吸気ポートを介して排気行程にある作動室と吸気行程にある作動室とが連通され、高温の既燃ガス（ダイリューションガス）が吸気行程にある作動室に流入するようになり、このタイミングで燃料を噴射することで、燃料噴霧を高温のダイリューションガスに衝突させて、その気化、霧化を十分に促進することができる。
特開平７−６３０６３号公報

ところが、近年のロータリピストンエンジンでは燃費やエミッションの低減のために、吸排気のオーバーラップを極力、少なくするようにしており、前記従来例のように高温のダイリューションガスを利用して燃料の気化、霧化を促進することはできないから、混合気の燃焼性を高めるのが難しい。

また、ロータリピストンエンジンではロータの外周を囲んで形成される作動室が扁平形状となり、通常、ハウジング側に配置される燃料噴射弁からロータ外周までの距離が短いことから、吸気ポートの開口に向けて燃料を噴射するようにしていても、燃料噴霧の一部はロータ外周面に付着し易く、このことも燃料の気化、霧化を阻害する要因となる。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、作動室内へ直接、噴射する燃料噴霧の形状に工夫を凝らして、吸気流動の活用により燃料噴霧の気化、霧化を促進し、燃料の壁面付着を抑制することにより、混合気の燃焼性を高めることを目的とする。

前記の目的を達成するために、本願の請求項１の発明では、ハウジング内に収容したロータの外周を囲んで形成される作動室内に直接、燃料を噴射するように燃料噴射弁を配設したロータリピストンエンジンの燃料噴射装置を対象として、前記燃料噴射弁を、前記ハウジングに開口する吸気ポートを指向して燃料を噴射するとともに、この燃料噴霧において相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ寄りの部位に比べて強くなるように構成したものである。

前記の構成により、エンジンの運転中に吸気行程にある作動室に臨んで燃料噴射弁により燃料が噴射されると、この燃料噴霧の吸気ポート寄りの部位ではペネトレーションが強いことから、対向する吸気ポート開口からの吸気の流れとの衝突により燃料の微粒化が促進されて、その気化、霧化が効果的に促進される。また、ロータ寄りの部位では燃料噴霧のペネトレーションが弱いため、ロータ外周面への燃料液滴の付着が抑制される。これにより良好な混合気形成が可能になり、その燃焼性が高くなる。

好ましいのは、吸気行程の前半においてロータの移動に伴い、吸気ポートから作動室に吸入される吸気の流速が所定以上に高くなる期間内で燃料を噴射することである（請求項２）。こうすれば、高速の吸気流との衝突によって燃料噴霧の気化、霧化を一層、効果的に促進できるとともに、燃料液滴が小さくなってその運動量が減少することで、燃料噴霧のペネトレーションが弱くなるので、燃料の壁面付着も軽減される。

より具体的な構成として、各々吸気ポートを指向して燃料を噴射するとともに、燃料噴霧における相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションがロータ寄りの部位に比べて弱い第１の燃料噴射弁と、相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションがロータ寄りの部位に比べて強い第２の燃料噴射弁と、を備え、エンジンが低負荷低回転の所定運転領域にあるときには、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射させる一方、該所定運転領域よりも高負荷ないし高回転側では前記第２の燃料噴射弁により燃料を噴射させるようにすればよい（請求項３）。

すなわち、エンジンの負荷が低いときには吸気の充填効率、即ち密度が低くなり、また、エンジンの低回転域では吸気の流速が低くなるので、それらの要因により吸気流動の特に弱くなる低負荷低回転の所定運転領域では、その吸気流動を利用して燃料噴霧の気化、霧化を促進することが難しい。よって、このときに吸気ポート寄りの部位で燃料噴霧のペネトレーションを強くすると、燃料が吸気ポート開口の周り、即ちハウジングの壁面に付着してしまう。こうしてハウジングの壁面に付着した燃料は燃焼に供されることなく排出されることになるので、燃費及びエミッションの増大に直結する。

これに対し、請求項３の発明では、エンジンが前記所定運転領域にあるときには、第１燃料噴射弁により燃料を噴射させ、燃料噴霧のペネトレーションを吸気ポート寄りの部位にて相対的に弱くすることで、前記のようなハウジング壁面への燃料の付着を抑制することができる。このとき、燃料噴霧のロータ寄りの部位ではペネトレーションが相対的に強くなり、ロータ外周面には燃料が付着することになるが、そもそも負荷の低い所定運転領域では燃料噴射量が少ないので、ロータ外周面に付着した燃料はその後、気化して燃焼することになり、燃費やエミッションの増大を招くことはない。

一方、前記所定運転領域に比べて燃料噴射量の多くなる高負荷側の運転域や吸気流動の強くなる高回転側の運転域では、第２燃料噴射弁により燃料を噴射させ、燃料噴霧のペネトレーションを吸気ポート寄りの部位にて相対的に強くすることで、前記した請求項１の発明の作用が得られる。

ここで、前記のように燃料噴霧の部位によってペネトレーションに偏りを持たせるためには、燃料噴射弁として燃料の噴出する噴孔が複数、設けられたマルチホール型のものを用いて、その噴孔の長さ及び断面積の少なくとも一方を適切に設定し、噴孔毎の燃料の噴流の長さを異ならせればよい（請求項４）。すなわち、燃料の噴流が長い側ではペネトレーションが強くなり、噴流の短い側ではペネトレーションは弱くなる。

以上、説明したように、本発明に係るロータリピストンエンジンの燃料噴射装置によると、作動室内に臨む燃料噴射弁により吸気ポートを指向して燃料を噴射するとともに、この燃料噴霧において相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションを相対的にロータ寄りの部位に比べて強くすることで、対向する吸気流との衝突によって燃料の微粒化を図り、その気化、霧化を効果的に促進でき、また、ロータ外周面への燃料付着を抑制して、良好な混合気形成によっれ燃焼性を高めることができる。特に、吸気流速の高い所定期間内で燃料を噴射するようにすれば、前記の効果が高くなる。

さらに、吸気流動が弱過ぎる低負荷低回転の所定運転領域においては、前記とは反対に燃料噴霧の吸気ポート寄りの部位のペネトレーションを弱くすることで、ハウジング壁面への燃料の付着を抑制し、燃費及びエミッションの悪化を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（エンジンの全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係るロータリピストンエンジン１の要部構成を示し、トロコイド内周面２ａを有する繭状のロータハウジング２とサイドハウジング３とに囲まれたロータ収容室４に概略三角形状のロータ６が収容されて、その外周側に３つの作動室５，５，５が形成されている。図２に示すように、エンジン１は、２つのロータハウジング２，２を３つのサイドハウジング３，３，３の間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される２つのロータ収容室４，４にそれぞれロータ６，６を収容した２ロータタイプのものである。

以下、この実施形態では、２つのロータハウジング２，２の中間に位置するサイドハウジング３（図１に示すもの）を両端側のものと区別して、インターミディエイトハウジング３と呼ぶものとする。

前記ロータ６の内側には、図示しないが内歯車が形成されていて、この内歯車とサイドハウジング３側の外歯車とが噛合するとともに、ロータ６は、インターミディエイトハウジング３及びサイドハウジング３を貫通するエキセントリックシャフト７（以下、単にシャフト７ともいう）に対して、遊星回転運動をするように支持されている。

すなわち、ロータ６の回転運動は内歯車と外歯車との噛み合いによって規定され、ロータ６は、外周の３つの頂部にそれぞれ配設されたシール部が各々ロータハウジング２のトロコイド内周面２ａに摺接しつつ、前記シャフト７の偏心輪７ａの周りを自転しながら、該シャフト７の軸心Ｘの周りに公転する。そして、ロータ６が１回転する間に、該ロータ６の各頂部間にそれぞれ形成された作動室５，５，…が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ６を介してシャフト７から出力される。

より具体的に、図１のようにシャフト７の軸心Ｘの方向に見ると、各ロータ収容室４の短軸方向の一側（図例では左側）が概ね吸気及び排気行程の領域になり、その反対側（図例では右側）が概ね圧縮及び膨張行程の領域になる。同図において第１吸気ポート１１に連通する作動室５（図の左上側の作動室）は吸気行程の後半にあり、この作動室５がロータ６の回転に連れて図の時計回りに移動して圧縮行程に移行すると、その内部にて混合気が圧縮される。その後、図の右側に示す作動室５のように圧縮行程の終盤から膨張行程にかけて所定のタイミングにて点火プラグ９，１０により点火されて、燃焼・膨張行程が行われる。

前記インターミディエイトハウジング３には、両側の２つのロータ収容室４，４においてそれぞれ吸気行程にある作動室５に連通するように一対の第１吸気ポート１１，１１（図１には１つのみ示す）が形成され、同様に、排気行程にある作動室５，５にそれぞれ連通するように一対の第１排気ポート１２，１２（図１には１つのみ示す）が形成されている。一方、前記サイドハウジング３には、吸気行程にある作動室５にそれぞれ連通するように第２及び第３の２つの吸気ポート１３，１４が形成され、また、排気行程にある作動室５に連通するように第２排気ポート１５が形成されている。

そして、前記第１、第２及び第３吸気ポート１１，１３，１４が、それぞれ、各ロータ収容室４の吸気行程にある作動室５に吸気を供給する吸気通路１６の下流端部を構成している。すなわち、図３に示すように、吸気通路１６は、各ロータ収容室４毎に３つに分岐してそれぞれ前記３つの吸気ポート１１，１３，１４に連通していて、それら３つの経路による吸気の供給状態をエンジン１の運転状態に応じて変更することで、低負荷低回転から高負荷高回転までの全運転領域に渡って吸気を効率良く充填できようになっている。

尚、図３は、２つのロータ収容室４，４のうちの一方（図２における手前側のもの）を模式的に２つに分けて吸排気系の全体的な構成を示したものであり、図の左側には、図１と同様にインターミディエイトハウジング３の側が、また、図の右側にはサイドハウジング３の側が示されている。

図３に示すように、吸気通路１６の上流にはエアクリーナ１７とエアフローセンサ１８とが配設される一方、該吸気通路１６の下流側は２つの通路１９，２０に分岐し、そのうちの一方の通路１９は下流側でさらに２つの独立吸気通路２１，２２に分かれている。第１の独立吸気通路２１の下流端は第１吸気ポート１１に連通し、第２の独立吸気通路２２の下流端は第２吸気ポート１３に連通している。また、他方の通路２０の下流端は第３吸気ポート１４に連通している。

前記のように分岐する手前の吸気通路１６には、ステッピングモータ等により駆動されて通路の断面積を調節する電気式のスロットル弁２３が配設されており、吸気の流れを絞ってその流量を調節するようになっている。また、第２独立吸気通路２２にはシャッター弁２４が配設されており、吸気通路１６の負圧を利用する電磁空圧式のアクチュエータ２５により駆動されて、第２独立吸気通路２２を全閉とするか又は全開とするかのいずれかに切換えられる。

さらに、前記他方の通路２０の下流端には、図示は省略するが、アクチュエータにより駆動されるロータリーバルブが配設されており、前記第１及び第２独立吸気通路２１，２２による吸気の供給だけでは吸気量が不足する所定の高回転状態でのみ開かれて、吸気を供給するようになる（以下、この通路２０を追加吸気通路２０と呼ぶ）。

尚、図１、３において符号２６は、ロータ６側面等から吹き抜けたブローバイガスの一部を回収するキャッチタンクを示し、ここで回収されたブローバイガスは、図３にのみ示すブローバイガス通路２７によって吸気通路１６に導入される。

上述の如き吸気系によって吸気が導入される作動室５、即ち吸気行程にある作動室５の内部に直接、燃料を噴射するように、この実施形態では、各ロータ収容室４の長軸方向の一側（図１の上側）に臨んで第１及び第２の２つのインジェクタ３０，３１（燃料噴射弁）が配設されている。これら２つのインジェクタ３０，３１は、図１のように軸心Ｘ方向に見て、各々第１吸気ポート１１の開口を指向して燃料を噴射するように配置されており、第１インジェクタ３０からの燃料噴霧Ｓ１は、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ６寄りの部位に比べて弱く、第２インジェクタ３１からの燃料噴霧Ｓ２は、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ６寄りの部位に比べて強くなっている。

具体的には、２つのインジェクタ３０，３１は、いずれも燃料の噴出する噴孔が複数、設けられたマルチホール型のものであり、第１インジェクタ３０について図４に一例を示すように、作動室５に臨むインジェクタ先端部には、例えば８個の噴孔３０ａ，…，３０ｂ，…が２列に分かれて４つずつ配設されている。この各噴孔３０ａ，…，３０ｂ，…からは、図に破線で示すように各々１０〜２０°くらいの広がり角で燃料が噴出し（以下、個別噴霧と呼ぶ）、それらの個別噴霧の集合体として燃料噴霧Ｓ１が形成される。

図の例では上側（吸気ポート１１に近い側）の４つの噴孔３０ａ，…よりも下側（ロータ６に近い側）の４つの噴孔３０ｂ，…の方が孔径（断面積）が大きく、上側の４つの噴孔３０ａ，…から噴出する噴流の長さ、即ち個別噴霧の長さが相対的に短くなり、下側の４つの噴孔３０ｂ，…からの個別噴霧の長さは相対的に長くなる。こうして燃料噴霧Ｓ１は、吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションがロータ６寄りの部位に比べて弱くなっている。

また、図示は省略するが、第２インジェクタ３１の先端部にも前記と同様に８個の噴孔が２列に分かれて配設され、前記とは反対に上側（吸気ポート１１に近い側）の４つの噴孔の方が下側（ロータ６に近い側）の４つよりも孔径が大きくされている。このことで、燃料噴霧Ｓ２のペネトレーションは、吸気ポート１１寄りの部位においてロータ６寄りの部位よりも強くなっている。尚、前記のような噴孔径（断面積）の設定以外に、その長さの設定によっても個別噴霧の長さを調整し、燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２のペネトレーションの強さに偏りを持たせることができる。

前記のように２つのインジェクタ３０，３１からの燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２にそれぞれ異なるペネトレーションの偏りを持たせたことで、詳しくは後述するが、エンジン１の運転状態により異なる吸気流動の強さに対応して適切な混合気形成を行うことができる。第１、第２インジェクタ３０，３１からそれぞれ作動室５に直接、噴射された燃料は、吸気ポート１１，１３，１４から流入する吸気流によって該作動室５内に拡散され、良好な均質混合気となって着火、燃焼される。

そうした燃焼により生じる既燃ガスは、排気行程に移行した作動室５から第１、第２排気ポート１２，１５を介して排気マニホルド３３内の通路に排出される。この排気マニホルド３３内では２つのロータ収容室４，４からの排気が集合して、下流側の排気管３４に流出する。排気マニホルド３３には、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ３５が配設され、また、排気管３４には排気を浄化するための２つの触媒コンバータ３６，３７が配設されている。Ｏ2センサ３５は、インジェクタ３０，３１による燃料噴射量のフィードバック制御のために用いられる。

尚、図３にのみ示すが、符号３８は、エキセントリックシャフト７の一端側に配設されてその回転角度を検出する電磁式の回転角センサ（エキセン角センサ）である。また、符号３９は、ロータハウジング２の内部に形成されたウォータジャケット（図示せず）に臨んで冷却水の温度状態（エンジン水温）を検出する水温センサである。

（エンジン制御の概要）
前記点火プラグ９，１０の点火回路、スロットル弁２３のモータ、シャッター弁２４のアクチュエータ２５、インジェクタ３０，３１等は、コントロールユニット４０（以下、ＥＣＵと略称する）により制御される。このＥＣＵ４０には少なくともエアフローセンサ１８の出力信号と、Ｏ2センサ３５の出力信号と、エキセン角センサ３８の出力信号と、水温センサ３９の出力信号とが入力され、さらに、アクセル開度センサ４１からの信号が入力される。そして、ＥＣＵ４０においてエンジン１の運転状態（例えばエンジン負荷及びエンジン回転速度）が判定され、これに応じて各ロータ６の作動室５毎に燃料の噴射量及び噴射タイミング、点火時期等の制御が行われ、さらに吸気の流通する経路の切換えが行われる。

すなわち、まず、エンジン１の殆どの運転域で各ロータ収容室４の作動室５，５，…における混合気の空燃比が略理論空燃比になるように、燃料噴射量が制御される。これは、スロットル弁２３により調整される吸気の流量をエアフローセンサ１８により検出し、この検出値とエンジン回転速度とに応じてインジェクタ３０，３１による燃料の噴射量を決定するもので、一例として全負荷近傍の高負荷域においては理論空燃比よりもリッチ側に制御するようにしてもよいが、これに限らず全運転領域において理論空燃比になるように制御することもできる。

また、主にエンジン回転速度に対応して、第２独立吸気通路２２のシャッター弁２４や追加吸気通路２０のロータリーバルブの開閉状態が切換えられて、吸気の流通経路が３通りに切換わる。すなわち、図５に制御マップの一例を示すようにシャッター弁２４は、エンジン回転速度neが第１設定回転速度ne1（例えば３０００ｒｐｍ）以下の低回転域（図示の第１運転域(Ｉ)）では全閉とされ、このときにはロータリバルブも閉じているので、吸気は第１独立吸気通路２１から第１吸気ポート１１を流通して、作動室５に流入するようになる。

エンジン回転速度neが第１設定回転速度ne1を越えるとシャッター弁２４は全開とされ、吸気は第１及び第２独立吸気通路２１，２２から第１及び第２吸気ポート１１，１３を流通して、作動室５にその両側方から流入するようになる（図示の第２運転域(II)）。そして、エンジン回転速度neが第２設定回転速度ne2（例えば６５００ｒｐｍ）を越えた高回転域（図示の第３運転域(III)）ではロータリーバルブも開かれて、作動室５には追加吸気通路２０及び第３吸気ポート１４からも吸気が流入するようになる。

さらに、本発明の特徴としてこの実施形態では、前記の如くシャッター弁２４が閉じられて、吸気が第１吸気ポート１１のみから作動室５に供給される低回転側の第１運転域(Ｉ)において、その吸気の流動の強さに対応してきめ細かく２つのインジェクタ３０，３１を使い分けることによって、燃料の壁面付着を抑制しつつ、噴霧の気化、霧化を促進して、良好な混合気形成を行うようにしている。

すなわち、まず、エンジン１が低回転側の第１運転域(Ｉ)においても特に低回転で且つ低負荷の所定運転領域Ｒ１（図にクロスハッチを入れて示す）にあるとき、即ち吸気の密度が低くその流速も低いため、吸気流動が非常に弱くなる状況下では、この吸気の流れに向かって燃料を噴射しても、ペネトレーションが強ければ燃料は吸気流を突き抜けて吸気ポート開口の周り（サイドハウジング３の壁面）に付着してしまう。こうしてハウジング壁面に付着した燃料は燃焼に供されることなく排出されることになるので、燃費及びエミッションの増大に直結する。

そこで、このときには第１インジェクタ３０のみに燃料を噴射させて、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが弱い燃料噴霧Ｓ１とすることで、前記のようなハウジング壁面への燃料の付着を抑制する。このとき、燃料噴霧Ｓ１のロータ６寄りの部位ではペネトレーションが相対的に強くなり、ロータ６の外周面には燃料が付着することになるが、第１運転域(Ｉ)においては燃料噴射量が非常に少ないので、ロータ６外周面に付着した燃料はその後、十分に気化して燃焼することになる。

一方、前記領域Ｒ１よりも燃料噴射量が多くなる一方、吸気流動は強くなる高負荷側から高回転側にかけての領域Ｒ２（図にハッチングを入れて示す）においては、第２インジェクタ３１のみに燃料を噴射させ、相対的にロータ６寄りの部位のペネトレーションが弱い燃料噴霧Ｓ２とし、ロータ６外周面への燃料付着を抑制する。このときには吸気ポート１１寄りのペネトレーションは強いが、対向する吸気の流れとの衝突により燃料の微粒化が進み、その気化、霧化が効果的に促進されて、吸気ポート開口付近への燃料の付着も抑制される。

尚、前記２つの領域Ｒ１，Ｒ２を除いた第１運転域(Ｉ)の相対的に高負荷側の運転域から中・高回転の第２、第３運転域(II)、(III)にかけては、第１、第２の両方のインジェクタ３０，３１により燃料を噴射させる。これは、高負荷に対応して要求される燃料の噴射量が増大することと、エンジン回転速度の上昇に伴い吸気流動が強くなれば、これにより燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２の吸気との混合が十分に促進されることと、による。

（燃料噴射制御）
以下に、前記のように２つのインジェクタ３０，３１を使い分ける制御の具体的な手順を図６のフローチャートに基づいて説明する。尚、この制御は、各ロータ収容室４の作動室５，５，…毎にその点火時期に同期した所定のタイミングで実行される。

まず、スタート後のステップＳＡ１では、エアフローセンサ１８、Ｏ2センサ３５、エキセン角センサ３８、アクセル開度センサ４１等からの各種信号を読み込み、続くステップＳＡ２においてエンジン１が第１運転域(Ｉ)にあるかどうか判定する。この判定は、エキセン角センサ３８からの信号に基づいて計算されるエンジン回転速度に基づき図５の制御マップを参照して行われ、第１運転域(Ｉ)にないＮＯと判定すれば、後述のステップＳＡ１０に進む一方、第１運転域(Ｉ)にあるＹＥＳと判定すればステップＳＡ３に進む。

ステップＳＡ３では、今度は第１運転域(Ｉ)の中でも特に低回転低負荷の領域Ｒ１にあるかどうか判定し、判定がＮＯで領域Ｒ１でなければ、後述のステップＳＡ７に進む一方、領域Ｒ１にあるＹＥＳであればステップＳＡ４に進んで、使用するインジェクタとして第１インジェクタ３０を設定する。また、この第１インジェクタ３０の流量特性を考慮して、目標とする燃料噴射量が得られる噴射パルス巾を決定する。尚、目標とする燃料噴射量は、エアフローセンサ１８の出力（吸気流量）とエンジン回転速度とに基づいて計算される吸気充填効率ceに対して、目標とする空燃比になるように計算される。

続いてステップＳＡ５では、図７に一例を示すような噴射時期マップに基づいて第１インジェクタ３０による燃料の噴射時期を設定する。噴射時期マップは、第１及び第２インジェクタ３０，３１のそれぞれについてエンジン負荷（例えば吸気充填効率ce）及びエンジン回転速度、即ちエンジン１の運転状態に対応する最適な噴射タイミングを予め実験的に求めて設定し、図に模式的に示すように、吸気の流速が所定以上に高くなる期間内に噴射パルスが含まれるようにしたものである。

図８を参照して説明すると、この実施形態のロータリピストンエンジン１では、いずれかの作動室５がエキセン角で下死点前２７０°（ＢＢＤＣ２７０°Ｅｃｃ．Ａ）にあるとき（同図の(ア)）から吸気行程が始まり、その後、図の(イ)のように第１吸気ポート１１が開き始めると、狭い隙間から作動室５に流入する吸気の流速が第１のピークｐ１を示す。そして吸気ポート開口が大きくなって一旦、流速が低下した後に、ロータ６の移動速度が高くなることによって概ねＢＢＤＣ１８０〜１４０°Ｅｃｃ．Ａの範囲内にて吸気流速が第２のピークｐ２を迎える。

ここで、この実施形態のエンジン１においては大体ＢＢＤＣ１９０°Ｅｃｃ．Ａまでは第１、第２インジェクタ３０，３１が吸気行程にある作動室５に臨んでおらず、図の(ウ)のようにＢＢＤＣ１９０°Ｅｃｃ．Ａ以降で初めて作動室５内へ燃料を噴射できるようになる。よって、吸気流動を利用して燃料噴霧の気化、霧化を促進する場合に、望ましい噴射タイミングは、吸気流速の前記第２のピークを含む期間内（吸気行程の前半においてロータ６の移動に伴い吸気の流速が所定以上に高くなる期間内）にある。

そこで、この実施形態では、予め実験等により作動室５における吸気流速の変化を調べて、前記第２のピークが生じるタイミングを噴射期間に含むように、且つ、その噴射期間、即ち噴射開始から噴射終了までの間、常に吸気流速が前記第２のピーク値の７０％以上になるようにして、前記図７のような噴射時期マップを作成したものである。

以上のように適切な噴射タイミングが設定されている噴射時期マップに基づいて、前記ステップＳＡ５にて第１インジェクタ３０の燃料噴射時期を設定した後、ステップＳＡ６に進んでエキセン角センサ３８からの信号により吸気行程にある作動室５の位置（エキセン角による位置）を検出し、前記の設定した噴射時期になれば第１インジェクタ３０を作動させて燃料を噴射させ、しかる後にリターンする。

つまり、第１運転域(Ｉ)の中でも特に低回転低負荷の領域Ｒ１においては、第１インジェクタ３０のみから燃料を噴射させ、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが弱い燃料噴霧Ｓ１とする。このことで、吸気流動が非常に弱い状況下であっても吸気ポート開口の周りへの燃料の付着を抑制することができる。

一方、前記ステップＳＡ３にて領域Ｒ１にない（ＮＯ）と判定して進んだステップＳＡ７では、今度は、より高負荷ないし高回転側の領域Ｒ２にあるかどうか判定し、この判定がＮＯであれば、後述のステップＳＡ１０に進む一方、領域Ｒ２であれば（ＹＥＳ）ステップＳＡ８に進んで、使用するインジェクタとして第２インジェクタ３１を設定するとともに、その流量特性を考慮して噴射パルス巾を決定する。

続いてステップＳＡ９では、前記ステップＳＡ５と同様に噴射時期マップに基づいて第２インジェクタ３１による燃料の噴射時期を設定し、その後、前記ステップＳＡ６に進んで、前記設定噴射時期になれば第２インジェクタ３１を作動させて燃料を噴射させ、しかる後にリターンする。

つまり、領域Ｒ１よりも高負荷ないし高回転側の領域Ｒ２においては、燃料噴射量が多くなるとともに吸気流動も強くなることを考慮して、第２インジェクタ３１のみに燃料を噴射させ、相対的に吸気ポート１１寄りのペネトレーションが強い燃料噴霧Ｓ２とする。このことで、対向する吸気の流れとの衝突により燃料の気化、霧化を効果的に促進できるとともに、ロータ６外周面への燃料付着も抑制できる。

さらに、前記ステップＳＡ２，ＳＡ７にてそれぞれＮＯと判定して進んだステップＳＡ１０では、第１、第２の両方のインジェクタ３０，３１を設定するとともに、それら各々の流量特性を考慮して噴射パルス巾を決定する。続くステップＳＡ１１では前記ステップＳＡ５，ＳＡ９と同様に噴射時期マップから第１、第２インジェクタ３０，３１の各噴射時期を設定して前記ステップＳＡ６に進み、それら両方のインジェクタ３０，３１により燃料を噴射させて、しかる後にリターンする。

つまり、第１運転域(Ｉ)にあっても燃料噴射量の多い高負荷側では、２つのインジェクタ３０，３１の両方を作動させることで、いずれか一方のみを作動させるのに比べて噴射期間が短くなり、両方のインジェクタ３０，３１の噴射パルスが前記した吸気流速の所定以上に高い期間内に含まれるように、つまり、吸気流速の高い期間内に集中して燃料を噴射できるようになる。

前記図６のフローが全体として、エンジン１が低負荷低回転の所定運転領域（領域Ｒ１）にあるときに、第１インジェクタ３０により燃料を噴射させる一方、それよりも高負荷ないし高回転側の領域Ｒ２では第２インジェクタ３１により燃料を噴射させる噴射制御手段４０ａに対応している。

噴射制御手段４０ａは、少なくとも前記領域Ｒ１における第１インジェクタ３０の燃料噴射を、吸気行程の前半においてロータ６の移動に伴い第１吸気ポート１１から作動室５に吸入される吸気の流速が所定以上に高くなる期間内で行うように構成されている。このような噴射制御手段４０ａの機能は、ＥＣＵ４０のメモリに格納されているプログラムがＣＰＵによって実行されることで、実現する。

（作用効果）
したがって、この実施形態に係るロータリピストンエンジン１では、まず、低回転側の第１運転域(Ｉ)において第２独立吸気通路２２のシャッター弁２４が閉じられて、吸気が第１独立吸気通路２１のみを流通するようになり、吸気の流量が少ないときでもその流速を高めて、作動室５における吸気流動を強化することができる。

その上で、なお吸気流動が弱い低負荷の領域Ｒ１においては、ロータ６の移動に伴い吸気流速が所定以上に高くなる期間内で第１インジェクタ３０により燃料を噴射させ、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが弱い燃料噴霧Ｓ１を形成する。これにより、燃料が対向する吸気流を突き抜けて第１吸気ポート１１の開口付近に付着することを抑制し、燃費やエミッションの増大を防止することができる。

一方、その燃料噴霧Ｓ１のロータ６寄りの部位ではペネトレーションが相対的に強くなるが、第１運転域(Ｉ)においては燃料噴射量が非常に少ないので、ロータ６外周面に付着する燃料は少なく、その後、十分に気化して燃焼することになり、燃焼性の低下は最小限に抑制できる。

また、前記領域Ｒ１よりも高負荷ないし高回転側の領域Ｒ２では、燃料噴射量の増大に伴いロータ６外周面への燃料付着量が多くなり、その気化、霧化が不十分になり易い一方で、エンジン回転速度の上昇に伴い吸気流動は強くなる。そこで、今度は第２インジェクタ３１のみに燃料を噴射させ、相対的に吸気ポート１１寄りの部位のペネトレーションが強く、ロータ６寄りの部位のペネトレーションが弱い燃料噴霧Ｓ２を形成する。

こうすると、燃料噴霧Ｓ２においてペネトレーションの強い吸気ポート１１寄りの部位では、対向する吸気流との衝突によって燃料の気化、霧化を効果的に促進できるとともに、燃料液滴が小さくなってその運動量が減少することで、ペネトレーションが弱くなるので、燃料の壁面付着も軽減できる。また、ロータ６寄りの部位では元々ペネトレーションが弱いので、ロータ６外周面への燃料付着も十分に抑制できる。

さらに、前記第１運転域(Ｉ)の高負荷側（領域Ｒ１，Ｒ２以外）では、２つのインジェクタ３０，３１の両方によって燃料を噴射させることで、燃料噴射量の増大に対応するとともに、吸気流速の高い期間内に集中して燃料を噴射して、吸気流動により効果的に燃料の気化、霧化を促進することができる。

さらにまた、第２運転域(II)以上の中高回転域においては、第１及び第２の両方の独立吸気通路２１，２２から吸気を供給し、第１及び第２吸気ポート１１，１３を介して作動室５にその両側方から吸気を導入する。このことで、吸気流量が増大するだけでなく、互いに対向する吸気流同士が衝突して作動室５内に強い乱れが発生し、燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２の気化、霧化が促進されて、良好な混合気形成が行われる。この際、燃料は２つのインジェクタ３０，３１の両方から噴射され、高回転高負荷域まで十分な燃料供給が行われる。

尚、本発明の構成は、前記実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構成を包含する。すなわち、前記実施形態では、図４に示すようなマルチホール型のインジェクタ３０，３１を用いており、その先端部には８個の噴孔３０ａ，…を２列に並べて４つずつ形成しているが、噴孔の個数やレイアウトはそれに限定されるものではなく、特に例示はしないが、種々の態様が可能である。

また、前記実施形態のエンジン１では、２つのインジェクタ３０，３１を備え、第１運転域(Ｉ)において領域Ｒ１と領域Ｒ２とで使い分けるようにしているが、これに限らず、燃料噴霧のペネトレーションが相対的に吸気ポート１１寄りで強い第２インジェクタ３１のみを備え、これにより領域Ｒ１，Ｒ２の両方で燃料を噴射するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、少なくとも前記領域Ｒ１における第１インジェクタ３０の燃料噴射を、ロータ６の移動に伴い吸気流速が高くなる所定期間内で行うようにしているが、この噴射時期の設定は必須のものではない。

さらに、前記実施形態においてエンジン１は、追加吸気通路２０を有し、吸気量の多い高回転域においては第１及び第２独立吸気通路２１，２２に加えて追加吸気通路２０からも吸気を供給するようにしたものであるが、この追加吸気通路２０はなくてもよい。

以上、説明したように、本発明に係るロータリピストンエンジンは、作動室に直接、噴射する燃料の気化、霧化を促進し、混合気の燃焼性を高めることができるものであるから、自動車用エンジン等に好適である。

本発明の実施形態に係るロータリピストンエンジンの要部構成を示す断面図である。 同エンジンの要部の斜視図である。 同エンジンの制御システムを含めた全体構成図である。 インジェクタの噴孔のレイアウトと燃料噴霧とを模式的に示す図である。 エンジンの制御マップの一例を示す説明図である。 インジェクタを使い分ける制御のフローチャート図である。 噴射時期マップの一例を示す説明図である。 エキセン角の変化に伴う吸気流速の変化を示す説明図である。

符号の説明

１ ロータリピストンエンジン
２ ロータハウジング
３ サイドハウジング、インターミディエイトハウジング
５ 作動室
６ ロータ
１１ 第１吸気ポート
１３ 第２吸気ポート
３０ 第１インジェクタ（第１燃料噴射弁）
３０ａ，３０ｂ 噴孔
３１ 第２インジェクタ（第２燃料噴射弁）
４０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ 噴射制御手段
Ｓ１，Ｓ２ 燃料噴霧

Claims (4)

1. ハウジング内に収容したロータの外周を囲んで形成される作動室内に直接、燃料を噴射するように燃料噴射弁を配設したロータリピストンエンジンの燃料噴射装置であって、
   前記燃料噴射弁が、前記ハウジングに開口する吸気ポートを指向して燃料を噴射するとともに、この燃料噴霧において相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ寄りの部位に比べて強くなるように構成されている
   ことを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
2. 請求項１の燃料噴射装置において、
   吸気行程の前半においてロータの移動に伴い吸気ポートから作動室に吸入される吸気の流速が所定以上に高くなる期間内で、燃料噴射弁により燃料を噴射させる噴射制御手段を備えることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
3. 請求項１の燃料噴射装置において、
   各々吸気ポートを指向して燃料を噴射するとともに、燃料噴霧における相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ寄りの部位に比べて弱い第１の燃料噴射弁、及び相対的に吸気ポート寄りの部位のペネトレーションが相対的にロータ寄りの部位に比べて強い第２の燃料噴射弁と、
   エンジンが低負荷低回転の所定運転領域にあるとき、前記第１の燃料噴射弁により燃料を噴射させる一方、該所定運転領域よりも高負荷ないし高回転側では前記第２の燃料噴射弁により燃料を噴射させる噴射制御手段と、を備える
   ことを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。
4. 請求項１の燃料噴射装置において、
   燃料噴射弁は、燃料の噴出する噴孔が複数、設けられたマルチホール型のもので、その噴孔の長さ及び断面積の少なくとも一方の設定によって、該噴孔毎の燃料の噴流の長さを異ならせたものであることを特徴とするロータリピストンエンジンの燃料噴射装置。

Images