JP2013057260A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁を吸気通路に配置した内燃機関の燃料噴射装置において、ガソリン用噴射弁にデポジットが付着及び堆積し難くする。
【解決手段】ガソリン用噴射弁７とＣＮＧ用噴射弁６が吸気通路に配置される内燃機関の燃料噴射装置において、ガソリン用噴射弁７がＣＮＧ用噴射弁６に比して燃焼室から離間した位置に配置することにより、燃焼室から吸気通路へ既燃ガスが逆流した場合に、高温な既燃ガスがガソリン用噴射弁７まで到達しないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種の燃料を個別の燃料噴射弁から噴射させる内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来、液体燃料と圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Compressed Natural Gas）を使用可能な内燃機関が提案されている。このような内燃機関の噴射装置として、ガソリン用の噴射弁とＣＮＧ用の噴射弁を吸気通路に配置するとともに、ガソリン用噴射弁をＣＮＧ用噴射弁に比して燃焼室寄りに配置するものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００６−３２９１６５号公報

ところで、近年では、吸気のポンプ損失を低減するために可変動弁機構を利用する場合がある。そのため、吸気バルブの開き始めに燃焼室内の既燃ガスが吸気通路へ逆流する可能性がある。既燃ガスが吸気通路へ逆流すると、吸気通路に配置された燃料噴射弁が高温の既燃ガスに曝され、燃料噴射弁の噴孔にデポジットが付着または堆積する可能性もある。

特に、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁を備えた内燃機関において、ガソリン用噴射弁の停止中（内燃機関がＣＮＧを使用して運転されている期間）に、ＣＮＧの既燃ガスが吸気通路へ逆流すると、ガソリン用噴射弁の噴孔にデポジットが付着及び堆積し易い。

よって、上記した従来の技術のように、ガソリン用噴射弁がＣＮＧ用噴射弁に比して燃焼室寄りの吸気通路に配置されると、ガソリン用噴射弁にデポジットが付着及び堆積し易くなる可能性があった。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁を吸気通路に配置した内燃機関の燃料噴射装置において、ガソリン用噴射弁にデポジットが付着及び堆積し難くすることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の吸気通路にガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁が配置される内燃機関の燃料噴射装置において、ガソリン用噴射弁をＣＮＧ用噴射弁に比して燃焼室から離間した位置に配置するようにした。

詳細には、本発明に係わる内燃機関の燃料噴射装置は、
内燃機関の吸気通路に配置され、該吸気通路内に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を噴射するＣＮＧ用噴射弁と、
前記ＣＮＧ用噴射弁より上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路内にガソリンを噴射するガソリン用噴射弁と、
を備えるようにした。

本発明によれば、ガソリン用噴射弁は、ＣＮＧ用噴射弁に比べ、燃焼室から離れた位置
に配置されることになる。そのため、燃焼室の既燃ガスが吸気通路へ逆流した場合に、該既燃ガスがガソリン用噴射弁まで到達し難くなる。また、既燃ガスがガソリン用噴射弁まで到達する場合であっても、既燃ガスがガソリン用噴射弁に到達するまでに低温な吸気によって冷却されるため、ガソリン用噴射弁が高温な雰囲気に曝されにくい。さらに、燃焼室から吸気通路の壁面を経てガソリン用噴射弁に伝達される熱量も、ＣＮＧ用噴射弁より少なくなる。

したがって、ガソリン用噴射弁の停止中（内燃機関がＣＮＧ用噴射弁から噴射されるＣＮＧのみを使用して運転される期間）などに、ＣＮＧの既燃ガスが吸気通路へ逆流してもガソリン用噴射弁が高温な既燃ガスに曝されにくい。その結果、ガソリン用噴射弁に付着又は堆積するデポジットの量を少なく抑えることができる。

本発明にかかる内燃機関の燃料噴射装置は、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の双方から燃料を噴射する必要がある場合（内燃機関がガソリンとＣＮＧの混合燃料を使用して運転される場合）に、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の作動時期が相互に重複しないようにガソリン用噴射弁及びＣＮＧ用噴射弁を制御する制御部を更に備えるようにしてもよい。

ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の作動時期が相互に重複すると、ガソリン用噴射弁から噴射されたガソリンの噴霧とＣＮＧ用噴射弁から噴射されたＣＮＧの噴霧が相互に干渉する可能性がある。その場合、ガソリンの噴霧が吸気通路内で飛散して吸気通路の壁面などに付着する可能性がある。すなわち、ガソリンの壁面付着量が増加する可能性がある。その結果、気筒内へ吸入されるガソリンの量が少なくなり、混合気の空燃比が目標値と異なる虞もある。

これに対し、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の作動時期が相互に重複しなければ、ガソリンの噴霧とＣＮＧの噴霧が相互に干渉しなくなるため、ガソリンの壁面付着量の増加を抑制することができる。

ただし、ＣＮＧがガソリンより先に噴射されると、ＣＮＧが他気筒へ回り込んだり、ガソリンが気筒内へ流入する時間（筒内流入遅れ）が長くなったりする可能性がある。よって、制御部は、先ずガソリン用噴射弁からガソリンを噴射させ、ガソリン用噴射弁の噴射終了後にＣＮＧ用噴射弁からＣＮＧを噴射させることが望ましい。このようにガソリン用噴射弁及びＣＮＧ用噴射弁の噴射時期が制御されると、ＣＮＧの他気筒への回り込みやガソリンの筒内流入遅れの増加などを抑制しつつ、ガソリンの壁面付着量の増加を抑制することができる。

なお、制御部は、上記したようにガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の噴射時期を制御する際に、ガソリン用噴射弁の噴射時期を吸気バルブが開弁する前の排気行程中に設定し、ＣＮＧ用噴射弁の噴射開始時期をガソリン用噴射弁の噴射終了時期に設定するようにしてもよい。

このようにガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁の噴射時期が制御されると、ガソリン用噴射弁から噴射されたガソリンは、吸気バルブが開弁する前に吸気通路内で気化されるとともに、吸気と混合するようになる。また、ＣＮＧ用噴射弁の噴射中あるいは噴射終了直後に吸気バルブが開弁するため、ＣＮＧ用噴射弁から噴射されたＣＮＧが気筒内の負圧を受けて速やかに気筒内へ吸入されるようになる。その結果、ＣＮＧが他気筒へ回り込み難くなる。したがって、吸気バルブの開弁後におけるガソリンの筒内流入遅れを短縮させつつ、ＣＮＧの他気筒への回り込みをより確実に抑制することができる。

なお、ＣＮＧは、ガソリンに比して空気と混ざり難いため、ＣＮＧが噴射される運転領域では気筒内に均質混合気が形成され難くなる可能性がある。そこで、気筒内に吸気の旋回流を生成する形状の吸気ポート（たとえば、ヘリカルポートやタンブルポート）を採用しても良い。その場合、ＣＮＧと空気の混合が促進されるため、ＣＮＧが噴射される運転領域であっても気筒内に均質混合気を形成することができる。

本発明によれば、ガソリン用噴射弁とＣＮＧ用噴射弁を吸気通路に配置した内燃機関の燃料噴射装置において、ガソリン用噴射弁にデポジットが付着及び堆積し難くなる。

本発明を適用する内燃機関のシリンダヘッド周辺の概略構成を示す図である。 機関負荷と各燃料の噴射時期との関係を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関のシリンダヘッド周辺の概略構成を示す図である。なお、図１に示すシリンダヘッド１は、火花点火式内燃機関のシリンダヘッドである。

シリンダヘッド１には、気筒内へ吸気を導く吸気ポート２と、気筒内の既燃ガスを排出するための排気ポート３が設けられている。吸気ポート２と排気ポート３の開口端は、吸気バルブ４と排気バルブ５によりそれぞれ開閉される。吸気バルブ４と排気バルブ５は、吸気用カムシャフト４０と排気用カムシャフト５０によりそれぞれ開閉駆動される。なお、吸気用カムシャフト４０には、吸気バルブ４の開閉タイミングを変更する可変動弁機構４００が設けられている。

吸気ポート２には、該吸気ポート２内に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を噴射するＣＮＧ用噴射弁６が取り付けられている。また、吸気ポート２の上流に接続される吸気マニホールド２０には、前記吸気ポート２内へ向けてガソリンを噴射するガソリン用噴射弁７が配置される。

前記したＣＮＧ用噴射弁６、ガソリン用噴射弁７、可変動弁機構４００などは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８により電気的に制御されるようになっている。ＥＣＵ８は、アクセルポジションセンサ９やクランクポジションセンサ１０などの各種センサの出力信号に基づいて前記した各種機器を制御する。

たとえば、ＥＣＵ８は、吸気のポンプ損失を低減するために、吸気バルブ４と排気バルブ５のオーバーラップ期間が拡大するように可変動弁機構４００を制御する。ところで、オーバーラップ期間が拡大されると、吸気のポンプ損失を低減することができるが、吸気バルブ４の開き始めに気筒内の既燃ガスが吸気ポート２へ一時的に逆流する可能性がある。その場合、ＣＮＧ用噴射弁６やガソリン用噴射弁７が高温な既燃ガスに曝される可能性がある。特に、内燃機関がＣＮＧのみを利用して運転されているときに、ガソリン用噴射弁７がＣＮＧの既燃ガスに曝されると、該ガソリン用噴射弁７の噴孔近傍にデポジットが付着及び堆積する可能性がある。

このような問題に対し、本実施例では、ガソリン用噴射弁７がＣＮＧ用噴射弁６に比べ
燃焼室から離間した位置（図１に示す例では、吸気マニホールド２０）に配置されるため、高温な既燃ガスがガソリン用噴射弁７まで到達し難くなる。また、既燃ガスがガソリン用噴射弁まで到達する場合であっても、既燃ガスがガソリン用噴射弁７に到達するまでに低温な吸気によって冷却されるため、ガソリン用噴射弁７が高温な雰囲気に曝され難い。

したがって、ガソリン用噴射弁７の停止中（内燃機関がＣＮＧのみを利用して運転される期間）などに、ＣＮＧの既燃ガスが吸気ポート２へ逆流してもガソリン用噴射弁７が高温な既燃ガスに曝されにくい。その結果、ガソリン用噴射弁７に付着又は堆積するデポジットの量を少なく抑えることができる。

次に、ＥＣＵ８は、アクセルポジションセンサ９やクランクポジションセンサ１０の出力信号に基づいて内燃機関の運転状態を特定し、特定された運転状態に応じてＣＮＧ用噴射弁６及びガソリン用噴射弁７のそれぞれの噴射量や噴射時期を決定する。

たとえば、ＥＣＵ８は、内燃機関の運転状態がＣＮＧとガソリンの双方を使用する運転領域にあるときは、ＣＮＧ用噴射弁６の噴射期間とガソリン用噴射弁７の噴射期間が相互に重複しないように、各噴射弁６，７の噴射時期を決定する。これは、ＣＮＧ用噴射弁６の噴射期間とガソリン用噴射弁７の噴射期間が相互に重複すると、各噴射弁から噴射された燃料の噴霧が相互に干渉し、ガソリンの壁面付着燃料量が増加する可能性があるからである。

よって、ＣＮＧ用噴射弁６の噴射期間とガソリン用噴射弁７の噴射期間が相互に重複しなくなると、ガソリンの噴霧とＣＮＧの噴霧が相互に干渉しなくなるため、ガソリンの壁面付着量の増加を抑制することができる。

ところで、ＣＮＧがガソリンより先に噴射されると、ＣＮＧが他気筒へ回り込んだり、ガソリンが気筒内へ流入する時間（筒内流入遅れ）が長くなったりする可能性がある。そこで、ＥＣＵ８は、先ずガソリン用噴射弁７からガソリンを噴射させ、ガソリン用噴射弁７の噴射終了後にＣＮＧ用噴射弁６からＣＮＧを噴射させるようにした。

ここで、各噴射弁の噴射時期と機関負荷との関係を図２に示す。図２中の斜線の噴射期間はガソリン用噴射弁７の噴射期間を示し、黒塗りの噴射期間はＣＮＧ用噴射弁６の噴射期間を示している。

図２に示すように、ガソリン用噴射弁７の噴射終了時期とＣＮＧ用噴射弁６の噴射開始時期は、機関負荷の高低にかかわらず、吸気バルブ４が開弁する前の一定時期（図２中のＴ）に固定される。一定時期Ｔは、ガソリン用噴射弁７の目標燃料噴射量が最大となる場合の噴射開始時期が過早とならず、且つＣＮＧ用噴射弁６の目標燃料噴射量が最大となる場合の噴射終了時期が過遅とならないように定められる時期であって、予め実験などを利用した適合処理によって定められた時期である。

このようにＣＮＧの噴射期間がガソリンの噴射期間より後に設定されると、ＣＮＧが他気筒の吸気ポート２に回り込み難くなるとともに、ガソリンの筒内流入遅れの増加や壁面付着量の増加が抑制される。

特に、ガソリンの噴射期間が吸気バルブ４の開弁前に設定されると、ガソリン用噴射弁７から噴射されたガソリンは、吸気バルブ４が開弁する前に吸気ポート２内で気化されるとともに、吸気と混合するようになる。また、ＣＮＧ用噴射弁６の噴射中あるいは噴射終了直後に吸気バルブが開弁するため、ＣＮＧ用噴射弁６から噴射されたＣＮＧが気筒内の負圧を受けて速やかに気筒内へ吸入されるようになる。その結果、ＣＮＧの他気筒への回
り込みをより確実に抑制することができるとともに、ガソリンの筒内流入遅れの増加や壁面付着量の増加をより確実に抑制することができる。

ところで、ＣＮＧは、ガソリンに比して空気を混ざり難いため、ＣＮＧが噴射される運転領域では気筒内に均質混合気が形成され難くなる可能性がある。そこで、気筒内に吸気の旋回整流を生成する形状の吸気ポート（たとえば、ヘリカルポートやタンブルポート）を採用しても良い。その場合、ＣＮＧと空気の混合が促進されるため、ＣＮＧが噴射される運転領域であっても気筒内に均質混合気を形成することができる。

１ シリンダヘッド
２ 吸気ポート
３ 排気ポート
４ 吸気バルブ
５ 排気バルブ
６ ＣＮＧ用噴射弁
７ ガソリン用噴射弁
８ ＥＣＵ
２０ 吸気マニホールド
４０ 吸気用カムシャフト
５０ 排気用カムシャフト
４００ 可変動弁機構

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気通路に配置され、該吸気通路内に圧縮天然ガスを噴射するＣＮＧ用噴射弁と、
   前記ＣＮＧ用噴射弁より上流側の吸気通路に配置され、該吸気通路内にガソリンを噴射するガソリン用噴射弁と、
   を備える内燃機関の燃料噴射装置。
2. 請求項１において、前記ＣＮＧ用噴射弁と前記ガソリン用噴射弁の双方から燃料を噴射させる場合に、前記ＣＮＧ用噴射弁の噴射時期と前記ガソリン用噴射弁の噴射弁が相互に重複しないように、前記ＣＮＧ用噴射弁及び前記ガソリン用噴射弁を制御する制御部を更に備える内燃機関の燃料噴射装置。
3. 請求項２において、前記制御部は、吸気バルブが開弁する前の排気行程中に前記ガソリン用噴射弁からガソリンを噴射させ、前記ガソリン用噴射弁の噴射終了後に前記ＣＮＧ用噴射弁から圧縮天然ガスを噴射させる内燃機関の燃料噴射装置。

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