JP2012122409A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の噴射期間を十分に確保して燃料の気化を促しながら、掃気が行われている状況での燃料の吹き抜けを低減できるようにする。
【解決手段】シリンダ４ごとに設けられる２つの吸気ポート８の何れか一方に燃料を噴射することのできる第１燃料噴射弁２０と第２の燃料噴射弁（図示略）とを備える。第１燃料噴射弁２０は、その噴射方向が第２燃料噴射弁の噴射方向よりも燃焼室１２の底側を向くように取り付ける。そして、少なくとも掃気が行われる運転域では、第１燃料噴射弁２０から噴射する燃料の割合を第２燃料噴射弁から噴射する燃料の割合よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に、１つの気筒に設けられる２つの吸気ポートに対して２本の燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に関する。

過給機付きの内燃機関では、吸気ポートの圧力が排気ポートの圧力よりも高くなる運転域が存在する。この運転域において吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とをオーバーラップさせることで、気筒内の燃焼ガスを掃気することができる。ところが、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関の場合、吸気ポートに噴射された燃料が掃気時の気流に乗って排気ポートへ吹き抜けるという問題が発生する。

このような問題に関し、その解決策となる技術が特開２００５−１８０２８５号公報に開示されている。ここに開示された技術では、１つの気筒に設けられる第１及び第２の吸気ポートのそれぞれを開閉する第１及び第２の吸気弁のうち、第２吸気弁の開弁時期を第１吸気弁の開弁時期よりも設定位相分だけ進角させている。そして、第１吸気ポートの側に配設した第１燃料噴射弁の噴射終了時期を第２吸気弁の開弁時期よりも前に設定し、第２吸気ポートの側に配設した第２燃料噴射弁の開弁時期を第１吸気弁の開弁後に設定することで、燃料を伴わない新気のみによって気筒内を掃気し、燃料の吹き抜けを防止している。

特開２００５−１８０２８５号公報

しかしながら、上記公報に開示された技術では、掃気を行うときの第２燃料噴射弁の噴射開始時期は先に開弁する第１吸気弁の開弁後とされるため、燃料噴射が可能な期間は短く、しかも、吸気行程での噴射、すなわち吸気同期噴射になってしまう。この場合、始動時のように内燃機関が十分に温まっていない状態で吸気同期噴射が実施されたときには、噴射された燃料の気化が促進されず、排気ガスのエミッション性能が悪化してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の燃料噴射装置に関し、燃料の噴射期間を十分に確保して燃料の気化を促しながら、掃気が行われている状況での燃料の吹き抜けを低減できるようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明の内燃機関の燃料噴射装置は、１つの気筒に設けられる２つの吸気ポートの何れか一方に或いは両方に燃料を噴射することのできる第１及び第２の燃料噴射弁と、前記第１及び第２の燃料噴射弁のそれぞれを制御する燃料噴射弁制御手段とを備え、前記第１の燃料噴射弁はその噴射方向が前記第２の燃料噴射弁の噴射方向よりも燃焼室の底側を向くように取り付けられ、前記燃料噴射量制御手段は、少なくとも掃気が行われる運転域では、前記第１の燃料噴射弁から噴射する燃料の割合を前記第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の割合よりも大きくすることを特徴としている。

第２の発明の内燃機関の燃料噴射装置は、第１の発明の内燃機関の燃料噴射装置において、前記第１及び第２の燃料噴射弁は横に並んで配置され、前記第１の燃料噴射弁は一方の吸気ポートに向けて燃料を噴射し、前記第２の燃料噴射弁は他方の吸気ポートに向けて燃料を噴射することを特徴としている。

第３の発明の内燃機関の燃料噴射装置は、第１の発明の内燃機関の燃料噴射装置において、前記第１及び第２の燃料噴射弁は縦に並んで配置され、共に両方の吸気ポートに向けて燃料を噴射することを特徴としている。

第４の発明の内燃機関の燃料噴射装置は、第１乃至第３の何れか１つの発明の内燃機関の燃料噴射装置において、前記内燃機関は過給機付きの内燃機関であることを特徴としている。

本発明によれば、掃気が行われる運転域では、燃料の噴射方向が燃焼室の底側を向くように取り付けられている第１の燃料噴射弁を主体として燃料噴射が行われる。このため、噴射された燃料の多くは燃焼室の底側のほうに滞留するようになるので、吸気ポートから排気ポートへ向かう気流に乗って燃料が吹き抜けてしまうことは抑えられる。また、燃料の噴射時期には制約がないので、燃料の噴射期間を十分に確保して燃料の気化を促進することもできる。

本発明の実施の形態１の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１においてＥＣＵにより実行される燃料噴射弁制御のルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す上面視図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１及び図２は、本実施の形態の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す断面図である。本実施の形態にかかる内燃機関は、１つのシリンダ４に対して２つの吸気ポート８Ａ，８Ｂと、それらに対応する２つの吸気弁１４Ａ，１４Ｂを備えている。また、２つの排気ポート１０Ａ，１０Ｂと、それらに対応する２つの排気弁１６Ａ，１６Ｂを備えている。図１は、吸気ポート８Ａと排気ポート１０Ａとを通る面でシリンダヘッド２とシリンダ４を縦方向に切ったときの断面図であり、図２は、吸気ポート８Ｂと排気ポート１０Ｂとを通る面でシリンダヘッド２とシリンダ４を縦方向に切ったときの断面図である。吸気ポート８Ａ，８Ｂ及び排気ポート１０Ａ，１０Ｂはシリンダヘッド２に形成されている。シリンダヘッド２は、シリンダ４の内周面とピストン６の上面とともに燃焼室１２を形成している。なお、本実施の形態にかかる内燃機関は、図示は省略するが、コンプレッサによって吸入空気を圧縮する過給機を備えた火花点火式の内燃機関である。

本実施の形態にかかる内燃機関は、各吸気ポート８Ａ，８Ｂに専用の燃料噴射弁２０，３０を備えている。２つの燃料噴射弁２０，３０は横に並んで配置されていて、図１と図２との比較から分かるように、燃料の噴射方向に違いがつけられている。吸気ポート８Ｂに備えられる第２燃料噴射弁３０は、一般的な燃料噴射弁の場合と同様、それによる燃料の噴霧流３２が吸気弁１４Ｂの裏側の中心に向かうように取り付けられている。これに対して、吸気ポート８Ａに備えられる第１燃料噴射弁２０は、それによる燃料の噴霧流２２が吸気弁１４Ａの裏側の中心よりも燃焼室１２の底側に向かうように取り付けられている。つまり、第１燃料噴射弁２０は、その噴射方向が第２燃料噴射弁３０の噴射方向よりも燃焼室１２の底側（下側）を向くように取り付けられている。別の表現をすれば、第２燃料噴射弁３０は、それによる燃料の噴霧流３２がなるべく吸気ポート８Ｂの壁面に当たらないように噴射方向を設定されているが、第１燃料噴射弁２０は、それによる燃料の噴霧流２２が吸気ポート８Ａの底面に沿うように噴射方向を設定されている。

本燃料噴射装置の制御面における特徴は、２つの燃料噴射弁２０，３０を状況に応じて使用することにある。詳しくは、図３のフローチャートに示すルーチンに従って燃料噴射弁２０，３０の制御が行われる。なお、この燃料噴射弁制御のルーチンを実行する主体は内燃機関のＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＥＣＵは本燃料噴射装置の一部を構成している。

燃料噴射弁制御の最初のステップＳ２では、現在の運転条件に基づいて、掃気が行われる運転域（スカベンジ域）で内燃機関が運転されているか否かが判定される。判定の結果、内燃機関がスカベンジ域で運転されているのであれば、ステップＳ４の処理が選択される。これに対して、内燃機関がスカベンジ域外の運転域で運転されているのであれば、ステップＳ６の処理が選択される。

ステップＳ４では、燃料噴射は可能な限り第１燃料噴射弁（下向き噴射弁）２０によって行われる。具体的には、第１燃料噴射弁２０に関しては、燃料噴射が可能な期間を最大限に使って燃料を噴射させ、第２燃料噴射弁３０に関しては、必要燃料噴射量に対する不足分の燃料のみを噴射させるようにする。このように、第１燃料噴射弁２０から噴射する燃料の割合を最大限まで大きくすることで、掃気時の気流１８から離れた燃焼室１２の底の方に燃料の滞留部２４を形成することができる。これにより、掃気時の気流１８に乗って燃料が排気ポート１０Ａ，１０Ｂに吹き抜けてしまうことは抑えられる。また、第１燃料噴射弁２０による燃料の噴射時期には制約がないので、燃料の噴射期間を十分に確保して燃料の気化を促進することもできる。

ステップＳ６では、燃料噴射は可能な限り第２燃料噴射弁（通常噴射弁）３０によって行われる。具体的には、第２燃料噴射弁３０に関しては、燃料噴射が可能な期間を最大限に使って燃料を噴射させ、第１燃料噴射弁２０に関しては、必要燃料噴射量に対する不足分の燃料のみを噴射させるようにする。このように、第２燃料噴射弁３０から噴射する燃料の割合を大きくし、第１燃料噴射弁２０から噴射する燃料の割合を必要最小限にすることで、吸気ポート８Ａへの燃料の付着を低減することができる。これにより、特にスカベンジ域外での過渡運転時において、付着燃料の燃焼室１２内への流入量のばらつきによるＨＣ及びＣＯの発生を低減することが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。

図４及び図５は、本実施の形態の燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部の構成を示す図であって、図４は前記要部の断面図、図５は前記要部の上面視図である。各図において実施の形態１と共通する要素については同一の符号を付している。なお、本実施の形態にかかる内燃機関は、実施の形態１にかかる内燃機関と同じく、コンプレッサによって吸入空気を圧縮する過給機を備えた火花点火式の内燃機関である。

本実施の形態にかかる内燃機関では、２つの吸気ポート８Ａ，８Ｂの間に縦に並んで２つの燃料噴射弁４０，５０が配置されている。各燃料噴射弁４０，５０は、２つの吸気ポート８Ａ，８Ｂのそれぞれに向けて燃料を噴射することのできる燃料噴射弁である。燃焼室１２に近い側に備えられる第２燃料噴射弁５０は、一般的な燃料噴射弁の場合と同様、それによる燃料の噴霧流５２が各吸気弁１４Ａ，１４Ｂの裏側の中心に向かうように取り付けられている。これに対して、燃焼室１２から遠い側に備えられる第１燃料噴射弁４０は、それによる燃料の噴霧流４２が吸気弁１４Ａ，１４Ｂの裏側の中心よりも燃焼室１２の底側に向かうように取り付けられている。つまり、第１燃料噴射弁４０は、その噴射方向が第２燃料噴射弁５０の噴射方向よりも燃焼室１２の底側（下側）を向くように取り付けられている。別の表現をすれば、第２燃料噴射弁５０は、それによる燃料の噴霧流５２がなるべく各吸気ポート８Ａ，８Ｂの壁面に当たらないように噴射方向を設定されているが、第１燃料噴射弁４０は、それによる燃料の噴霧流４２が各吸気ポート８Ａ，８Ｂの底面に沿うように噴射方向を設定されている。

本燃料噴射装置でも、実施の形態１の場合と同様の燃料噴射弁制御が実行される。内燃機関がスカベンジ域で運転されているのであれば、燃料噴射は可能な限り第１燃料噴射弁（下向き噴射弁）４０によって行われる。一方、内燃機関がスカベンジ域外の運転域で運転されているのであれば、燃料噴射は可能な限り第２燃料噴射弁（通常噴射弁）５０によって行われる。これによれば、掃気時には、燃料の噴射期間を十分に確保して燃料の気化を促しながら、気流に乗って燃料が吹き抜けてしまうことは抑えられる。そして、スカベンジ域外での過渡運転時には、付着燃料の燃焼室１２内への流入量のばらつきによるＨＣ及びＣＯの発生が低減される。

その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２ シリンダヘッド
４ シリンダ
６ ピストン
８Ａ，８Ｂ 吸気ポート
１０Ａ，１０Ｂ 排気ポート
１２ 燃焼室
１４Ａ，１４Ｂ 吸気弁
１６Ａ，１６Ｂ 排気弁
２０，４０ 第１燃料噴射弁
３０，５０ 第２燃料噴射弁
２２，４２ 第１燃料噴射弁による燃料の噴霧流
３２，５２ 第２燃料噴射弁による燃料の噴霧流

Claims (4)

1. １つの気筒に設けられる２つの吸気ポートの何れか一方に或いは両方に燃料を噴射することのできる第１及び第２の燃料噴射弁と、
   前記第１及び第２の燃料噴射弁のそれぞれを制御する燃料噴射弁制御手段とを備え、
   前記第１の燃料噴射弁は、その噴射方向が前記第２の燃料噴射弁の噴射方向よりも燃焼室の底側を向くように取り付けられ、
   前記燃料噴射弁制御手段は、少なくとも掃気が行われる運転域では、前記第１の燃料噴射弁から噴射する燃料の割合を前記第２の燃料噴射弁から噴射する燃料の割合よりも大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記第１及び第２の燃料噴射弁は横に並んで配置され、前記第１の燃料噴射弁は一方の吸気ポートに向けて燃料を噴射し、前記第２の燃料噴射弁は他方の吸気ポートに向けて燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記第１及び第２の燃料噴射弁は縦に並んで配置され、共に両方の吸気ポートに向けて燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 前記内燃機関は過給機付きの内燃機関であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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