JP2012159042A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ、燃料の微粒化を促進する技術を提供する。
【解決手段】吸気通路に燃料噴射弁を備えた内燃機関において、吸気通路内に配置された翼部を設け、翼部に吸気を沿わせることで変化する気流に燃料噴射弁から噴射した燃料を巻き込ませる。翼部に吸気を沿わせることで変化させる気流は吸気通路内に局所的に低圧且つ高流速の領域を形成する。当該領域で気流に巻き込まれた燃料が微粒化される。これは低圧の領域に燃料が噴射される方が高い気化性を有し高流速の領域に燃料が噴射される方が高い拡散性を有するためである。吸気通路は翼部で閉塞されず翼部下流全体の圧力が低下することはないのでピストン下降時のポンプロスが大きくなることはない。したがってポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ燃料の微粒化を促進することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

吸気通路に燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁よりも上流の吸気通路に吸気制御弁を配置し、吸気行程中に吸気制御弁を開閉させることによって、吸気通路の圧力を低下させたり、吸気の流速を上げたりすることによって、燃料の微粒化を促進する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１３９９０６号公報 特開２００４−３３２６８５号公報

特許文献１に記載された技術では、吸気制御弁を閉弁すると吸気通路を閉塞するため、吸気制御弁より下流域全体の圧力が低下する。このため、燃料の微粒化は図れるものの、ピストン下降時のポンプロスが大きくなり燃費が悪化してしまう。

本発明の目的は、ポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ、燃料の微粒化を促進する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
吸気通路に燃料噴射弁を備えた内燃機関において、
前記吸気通路内に配置された翼部を設け、
前記翼部に吸気を沿わせることで変化する気流に前記燃料噴射弁から噴射した燃料を巻き込ませることを特徴とする内燃機関である。

翼部に吸気を沿わせることで変化させる気流は、吸気通路内に局所的に低圧且つ高流速の領域を形成する。そして、当該局所的な低圧且つ高流速の領域で気流に巻き込まれた燃料が微粒化される。これは、低圧の領域に燃料が噴射される方が高い気化性を有し、高流速の領域に燃料が噴射される方が高い拡散性を有するためである。また本発明の場合、吸気通路は翼部で閉塞されず翼部下流全体の圧力が低下することはないので、ピストン下降時のポンプロスが大きくなることはない。したがって、本発明によると、ポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ、燃料の微粒化を促進することができる。

前記翼部の迎角は、前記燃料噴射弁から噴射した燃料を巻き込ませる気流に境界層剥離が生じる角度であるとよい。

本発明によると、境界層剥離が生じて気流が大きく乱れる。これにより、燃料の気化性及び拡散性が更に向上して燃料の微粒化を促進することができる。

前記翼部の迎角を変更可能とするとよい。

本発明によると、燃料の巻き込まれた気流の方向を変更することができるので、各種条
件に応じた気筒内への燃料飛散方向を実現することができる。

本発明によると、ポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ、燃料の微粒化を促進することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１に係る翼部及び燃料噴射弁を示す図である。 実施例２に係る翼部及び燃料噴射弁を示す図である。 実施例３に係る翼部及び燃料噴射弁を示す図である。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。気筒２内には、下方にピストン３が配置されている。ピストン３の上面と気筒上壁及び側壁とで燃焼室が区画形成されている。気筒２の上部には、点火プラグ４が配置されている。

気筒２には、外部から取り込んだ吸気を気筒２内へ送り込む吸気通路としての吸気ポート５が接続されている。気筒２に接続された吸気ポート５の開口部には、当該開口部を開閉する吸気弁６が設けられている。吸気弁６が開弁されることにより、吸気ポート５の吸気が気筒２内へ流入する。吸気弁６には、吸気弁６のバルブリフト量を変更する可変リフト機構７が設けられている。可変リフト機構７が吸気弁６のバルブリフト量を変更することにより、吸気弁の開弁特性を変更することができる。

気筒２には、気筒２で燃焼後の排気を排出させる排気ポート８が接続されている。気筒２に接続された排気ポート８の開口部には、当該開口部を開閉する排気弁９が設けられている。排気弁９が開弁されることにより、排気ポート８の排気が気筒２内から流出する。

本実施例の内燃機関１では、吸気ポート５内に翼部１０が配置されている。また、吸気ポート５における翼部１０の上方領域に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が配置されている。図２は、本実施例に係る翼部及び燃料噴射弁を示す図である。翼部１０は、吸気ポート５内の吸気の気流を上下に２分割する横方向に延びる平面部を有する翼であり、上面には上流側が急激に盛り上がる傾斜で下流側がなだらかに下る傾斜の膨らみが形成され、下面には凹みが形成され、下流端側が先細りしている。そして、吸気の気流に対する迎角θを有する。このような翼部１０では、図２に示すように、翼部１０の上面側で吸気の気流を局所的に低圧且つ高流速とする領域を形成し、翼部１０の下面側で吸気の気流を局所的に高圧且つ低流速とする領域を形成する。つまり、翼部１０に吸気を沿わせることで吸気の気流は変化する。燃料噴射弁１１は、上記の翼部１０の上面側で吸気の気流を局所的に低圧且つ高流速とする領域に噴射した燃料が巻き込まれるように、燃料を噴射する。つまり、本実施例では、翼部１０に吸気を沿わせることで変化する低圧且つ高流速となる吸気の気流に燃料噴射弁１１から噴射した燃料を巻き込ませるようにしている。なお、燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、必ずしも翼部１０の上面に衝突するものでなくてもよく、局所的に低圧且つ高流速とする領域を形成する翼部１０の上面に沿った吸気の気流に乗せるものであればよい。したがって、燃料噴射弁１１から噴射される燃料は、翼部１０の上方に噴射されることが好ましいが、翼部１０よりも上流側に噴射されても下流側に噴射さ
れてもよい。

この内燃機関１には、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１２が併設されている。ＥＣＵ１２には、不図示のクランクポジションセンサ及びアクセル開度センサ等の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１２には、点火プラグ４、可変リフト機構７及び燃料噴射弁１１が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。

以上説明した本実施例であると、翼部１０の上面側で吸気の気流を局所的に低圧且つ高流速とする領域に燃料噴射弁から噴射した燃料が巻き込まれるので、当該局所的な低圧且つ高流速の領域で気流に巻き込まれた燃料が気化及び微粒化される。これは、低圧の領域に燃料が噴射される方が高い気化性を有し、高流速の領域に燃料が噴射される方が高い拡散性を有するためである。また本実施例の場合、吸気ポート５は翼部１０で閉塞されず翼部１０下流全体の圧力が低下することはないので、ピストン３下降時のポンプロスが大きくなることはない。したがって、本実施例によると、ポンプロスを抑制して燃費が悪化することを抑制しつつ、燃料の微粒化を促進することができる。

＜実施例２＞
図３は、実施例２に係る翼部１０及び燃料噴射弁１１を示す図である。本実施例では、翼部１０によって形成される吸気の気流の境界層剥離が発生している領域に、燃料噴射弁１１から燃料が噴射されて巻き込まれるようにする。その他の構成は上記実施例と同様であるので、その説明は省略する。

図３に示すように、翼部１０の迎角θを、燃料噴射弁１１から噴射した燃料を巻き込ませる吸気の気流に境界層剥離が生じる角度に設定する。そして、燃料噴射弁１１は、当該境界層剥離が生じている領域、特に当該剥離により気流の乱れが生じている領域に燃料が到達するように、燃料を噴射する。

以上説明した本実施例であると、境界層剥離が生じている領域では、気流が大きく乱れ、燃料の気化性及び拡散性が更に向上する。よって、燃料の微粒化を更に促進することができる。

＜実施例３＞
図４は、実施例３に係る翼部１０及び燃料噴射弁１１を示す図である。図４（ａ）は、迎角θを小さく変更した状態を示す図であり、図４（ｂ）は、迎角θを大きく変更した状態を示す図である。本実施例では、翼部１０の迎角θを変更可能とする。このため、翼部１０はＥＣＵ１２によって制御可能である。その他の構成は上記実施例と同様であるので、その説明は省略する。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、翼部１０の迎角θを大小に変更する。なお、図４（ａ），（ｂ）の２つの状態だけに切り替えるものでもよいし、その中間角まで段階的に変更可能なものでもよい。図４（ａ）に示す迎角θが小さい状態であると、燃料が巻き込まれた気流は吸気ポート５の上側に向かい、例えば気筒２内の上方に燃料が滞留するようにすることができる。一方、図４（ｂ）に示す迎角θが大きい状態であると、燃料が巻き込まれた気流は吸気ポート５の下側に向かい、例えば気筒２内の下方まで燃料が行き渡るようにすることができる。これらにより、燃料噴射弁を複数有することなく、内燃機関１の運転条件に応じた気筒２内への燃料飛散方向を実現することができる。

また、図４（ａ），（ｂ）の２つの状態への切り替えを、可変リフト機構７で変更される吸気弁６のバルブリフト量に応じて行うものでもよい。吸気弁６の最大リフト時の弁中
心に燃料が巻き込まれた気流が向かうと、気筒２内へ吸気を吸い込み易く燃料の吸気ポート５や吸気弁６への付着を低減することができる。よって、吸気弁６の低リフト時には、吸気弁６の最大リフト時の弁中心が上側になるので、図４（ａ）の状態に切り替える。一方、吸気弁６の大リフト時には、吸気弁６の最大リフト時の弁中心が下側になるので、図４（ｂ）の状態に切り替える。これらにより、燃料噴射弁を複数有することなく、可変する吸気弁６のバルブリフト量に応じた気筒２内への燃料飛散方向を実現することができる。

また、図４（ａ），（ｂ）の２つの状態への切り替えを、内燃機関１の定常運転時と過渡運転時とに応じて行うものでもよい。定常運転時に翼部１０の迎角θを大きくすると燃焼後に排出されるＨＣを低減することができる。よって、定常運転時には、図４（ｂ）の状態に切り替える。一方、吸気ポート５の下側へ燃料を飛散していると過渡運転時の燃焼後に排出されるＨＣが増大してしまう。これを回避するため、定常運転時には、図４（ａ）の状態に切り替える。これらにより、燃料噴射弁を複数有することなく、内燃機関１の定常運転時と過渡運転時とに応じた気筒２内への燃料飛散方向を実現することができる。

なお、図４（ａ），（ｂ）の２つの状態への切り替えは、上記に挙げた条件以外を用いて行うこともできる。これによると、各種条件に応じた気筒２内への燃料飛散方向を実現することができる。

＜その他＞
本発明に係る内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ 点火プラグ
５ 吸気ポート
６ 吸気弁
７ 可変リフト機構
８ 排気ポート
９ 排気弁
１０ 翼部
１１ 燃料噴射弁
１２ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気通路に燃料噴射弁を備えた内燃機関において、
   前記吸気通路内に配置された翼部を設け、
   前記翼部に吸気を沿わせることで変化する気流に前記燃料噴射弁から噴射した燃料を巻き込ませることを特徴とする内燃機関。
2. 前記翼部の迎角は、前記燃料噴射弁から噴射した燃料を巻き込ませる気流に境界層剥離が生じる角度であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記翼部の迎角を変更可能とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
   
   

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