JP2014190183A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンンの部分負荷運転の場合に吸気弁閉時に吸気弁に向かうように噴射する第1燃料噴射ノズルと47と、高負荷運転時に吸気弁開時に吸気ポート内を流れる吸気流の中心流に乗るように第1燃料噴射ノズル47からの噴霧の向きを変えるアシストエアを供給するとともに、アシストエアが噴霧の微細化を促進し、さらに、吸気弁31は軸部31aと弁体部31bと弁体部31bの裏面側に軸部31aから弁体部31bの外周に向かって形成される傾斜面を有した膨出部61とを有し、中心流に乗って流れる噴霧の弁体部31bの裏面側への衝突角度を減少させることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
ポート噴射装置においては、一般的に、吸気弁が閉じている排気行程で、吸気弁の裏を狙ってポート内に噴射し、燃料が高温の吸気弁に当たることに加えて蒸発時間が長くとれるため、良質な均一混合気が得られる。しかし、燃焼室へ流入する混合気の冷却が得られ難く、ノッキングの発生、高圧縮比化が難しい課題を有している。
しかし、図10(A)に示すように、低回転または低負荷運転時に、吸気弁の裏を狙った方向のままで、高回転または高負荷運転時に吸気行程噴射すると、噴霧が吸気の流れに乗らずに吸気ポート壁面に当たってしまい壁面に付着してしまう問題が生じる。
また、うまく吸気流に乗った噴霧も多くが吸気弁の裏面に衝突して付着してしまい燃焼室内への流入が妨げられる。
また、噴霧の一部が吸気弁から筒内に入るが、対面のシリンダ壁に付着してしまう問題も生じる。
また、噴射期間が吸気行程内であるため噴射期間が短く、高回転高負荷では燃料噴射量が不足するとともに、霧化気化時間が不足することで、良質な混合気が得られない問題も有している。
特許文献1には、ポート噴射リーンバーンエンジンにおいて、燃料噴射弁、及び吸気ポートを開閉する吸気弁と、吸気弁の上流側に配設される吸気流制御装置とを備えて、エンジンが低負荷・低回転時には、噴射燃料を低ペネトレーション噴霧(噴霧到達距離が短い噴射)とし、高負荷・高回転時には高ペネトレーション噴霧(噴霧到達距離が長い噴射)とすることにより、エンジンの吸気行程に同期させて噴射すると共に、吸気流制御装置(スワールコントロールバルブ)から流入する気流で搬送するようにして壁面付着を抑制する技術が開示されている。
エンジンンの部分負荷運転時には、吸気弁閉時に前記吸気弁の裏側で吸気弁の中央部に向かうように噴射する第1燃料噴射手段と、エンジンの高負荷運転時には、吸気弁開時に前記吸気ポート内を流れる吸気流の中心流に乗るように噴射する第2燃料噴射手段と、前記高負荷運転時に噴射する第2燃料噴射手段からの噴霧を前記第1燃料噴射手段による噴霧より微細化する微細化手段と、前記吸気弁は、軸部と該軸部の一端側に設けられた弁体部とを有し、該弁体部の裏面側に前記軸部から弁体部の外周に向かって形成された傾斜面を有し、前記高負荷運転時における前記中心流に乗って流れる噴霧の前記弁体部の裏面側への衝突角度を減少させる膨出部と、を備えたことを特徴とする。
さらに、微細化手段を備えているため、噴霧が微細化されることで、吸気流に乗って流れやすくなるため、吸気弁への付着が減少する。
従って、前述のように、アシストエアによって吸気ポート内を流れる吸気流の中心流に乗るように、吸気ポートの中央部に押し出されて向きが変えられだけでなく、噴霧の微細化によって、気流に乗った噴霧の大部分が吸気弁に衝突することなく燃焼室内に入る効果を一層得られる。
かかる構成によると、第1燃料噴射ノズルとは別に、さらに吸気ポート内にアシストエアの噴出口を設ける必要がないため、装置構造を簡単化できる。
このように、内部が中空状態になっているため、軽量化できる。さらに、吸気弁の膨出部によって噴霧の弁体部の裏面への衝突角度が浅くなることに加えて、中空としたことによって、傘部温度が中実に比べて低くでき、衝突した噴霧の蒸発が抑制されて、蒸発せずにはじかれる割合が増加し、吸気弁に衝突して付着する割合が減少して、燃焼室へ効率よく多量の燃料を導入できるようになる。
このように、吸気弁の膨出部が略円錐形状に形成されているため、吸気弁の膨出部によって噴霧の弁体部の裏面への衝突角度が浅くなることによって得られるはじかれる作用を効果的に得ることができる。
このように、前記円錐形状の外表面は前記弁体部の外周から軸部側に縮径する流線形の湾曲面に形成されているため、吸気流路損失を与えず、かつ吸気流路の面積を確保して吸気流量が膨出部によって低減することを抑制できる。
すなわち、図10(C)に示すように、膨出部の傾斜方向が、吸気ポート内の吸気流の方向に略沿った形状となっているため、吸気弁の裏面への噴霧の衝突が軽減されるとともに、対面するシリンダの壁面の付着も低減される。
その結果、燃焼室へ効率よく多量の燃料を導入して気化熱による混合気温度の低下が得られ、混合気の冷却効果が得られて耐ノッキング性が向上して高負荷時の高圧縮化、高出力化が可能になる。
本発明の第1実施形態について、図1、2を参照して説明する。
図1、図2に、車両用のエンジンとしてポート燃料噴射の4サイクルガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)1を示す。エンジン1は、吸気2弁、排気2弁を有する複数の気筒(シリンダ)3を備えている。本実施形態では4気筒の例を示し、該4気筒を有するシリンダブロック5と、その上に取付けられたシリンダヘッド7とを備えている。各気筒3にはピストン9が往復動可能に収容されている。
また、排ガスは、排気ポート27に接続された排気マニホールド29によって各気筒3の排ガスが集められて、過給機23の過給タービン23bに導かれ、過給機23を作動して、その後、図示しない排ガス処理装置を通って排出されるようになっている。
これによって、噴霧の大部分は吸気ポート21内の吸気の気流に乗ることができるため吸気弁31の弁体部31bの裏面に衝突することなく燃焼室11内に入り、燃焼室11内に流入した吸気は燃料の気化熱によって冷却が促進される。
また、高負荷運転時に、吸気行程噴射を行うときに、アシストエアの噴射と同時に第1燃料噴射ノズル47への燃料供給圧力も高めて、噴射圧力を高めるようにしている。
吸気弁31は、図9のように、軸部31aと、該軸部31aの一端側に設けられた円形状の弁体部31bとによって構成され、該弁体部31bの裏面側に軸部31aから弁体部31bの外周に向かって略円錐形状の円錐傾斜面31cを有する膨出部61が形成されている。弁体部31bの外周端面にはシート面31dが形成され、該シート面31dは、吸気ポート21の開口端縁に着座する角度に設定されている。
このように、弁体部13bの外周から軸部13a側に縮径する流線形の湾曲面13eに形成することによって、吸気流路の面積を確保して吸気流量が膨出部61によって大幅に低減することを抑制できる。
図10(B)は、参考例を示し、高負荷運転時に噴射方向を下向きにした場合を示し、吸気弁31には膨出部61が設けられていない場合を示し、噴霧は吸気の流れに乗っているが、噴霧は吸気弁31の裏面側に衝突して付着する。
図10(C)は、本願発明であり、膨出部61を設けた場合を示し、前述のように、円錐傾斜面31cが吸気ポート内の吸気流の方向に略沿った形状となっている。このため、吸気弁の裏面への噴霧の衝突が軽減されるとともに、対面するシリンダの壁面の付着も低減される。
図1に示すように、制御装置51は、エンジン回転数およびエンジン負荷信号をもとにエンジン1の運転状態を検出し、部分負荷または中、低回転の運転状態か、高負荷または高回転の運転状態かの判定を行い、部分負荷または中、低回転の運転状態の時には、前記第1燃料噴射ノズル47に噴射開始信号を、吸気弁31が閉じているタイミングで出力する。
従って、アシストエアによって吸気ポート内を流れる吸気流の中心流に乗るように、吸気ポートの中央部に押し出されて向きが変えられだけでなく、噴霧の微細化によって、気流に乗った噴霧の多くが吸気弁31に衝突することなく燃焼室11内に入るようになる。
その結果、燃焼室11へ効率よく多量の燃料を導入して気化熱による混合気温度の低下が得られ、混合気の冷却効果が得られて耐ノッキング性が向上して高負荷時の高圧縮化、高出力化が可能になる。
図3、4を参照して第2実施形態を説明する。
第2実施形態は、第1実施形態のアシストエアの供給手段が第1燃料噴射ノズル47の内部に組み込まれている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
制御装置51からの制御信号によって、アシストエア制御弁67が開閉作動して、アシストエアの噴射開始、停止を行うようになっている。
アシストエアの噴射タイミングについて、およびアシストエアの噴射と同時に第1燃料噴射ノズル65への燃料供給量および圧力を高めて噴射量および圧力を高めるようにする点については、第1実施形態と同様である。
図5、6を参照して第3実施形態を説明する。
第3実施形態は、第1実施形態に対して、第2燃料噴射ノズル71が、第1燃料噴射ノズル47より上流側であって吸気ポート21内の吸気流の中心流Cの上流位置に配設されている。
アシストエアの供給手段に代えて、高負荷運転時の吸気行程時に噴射する第2燃料供給手段である第2燃料噴射ノズル71が、サージタンク15の各気筒に対応する位置に設けられている。すなわち、各気筒3の吸気管73の入口に対向する位置に設けられている。
また、この第2燃料噴射ノズル71は、吸気ポート21の吸気流の中心流Cの方向に噴射方向の中心が指向している。また、第1燃料噴射ノズル47より噴口の数が多く、多量で高圧の燃料が噴射されるようになっている。
また、第2燃料噴射ノズル71は吸気流の中心流Cの上流位置に配設されているため、第2燃料噴射ノズル71からの噴霧は、噴霧方向を変えるアシストエアのような手段を設ける必要がないため、装置構造を簡単化するとともに、吸気流の中心流Cに乗る噴霧を確実に生成できる。
また、第2燃料噴射ノズル71で噴射された噴霧は、吸気管73の管長があるためその内部で、吸気流に乗って気化混合しながら吸気弁31に向かうため混合促進され混合気温度が低下する。
図7を参照して第4実施形態を説明する。
第4実施形態は、第1実施形態および第2実施形態において、アシストエアを用いて噴霧の向きを変えていたが、アシストエアを用いずに、噴射方向を変えるとともに噴射圧力を変更できる噴射方向切替え噴射ノズル81を用いるものである。
第1実施形態の第1燃料噴射ノズル47に代えて、当該位置に噴射方向切替え噴射ノズル81を設けたものである。図7(B)は、図7(A)の噴射方向切替え噴射ノズル81の概略構成を示す模式図である。
低圧用噴口85は低圧用針弁89の上下動によって開閉され、同様に、高圧用噴口87は高圧用針弁91の上下動によって開閉されるようになっている。
切替えバルブ99に供給された燃料は、燃料圧力を利用して自動的に低圧の場合には、低圧燃料通路103に切替えられ、高圧の場合には高圧燃料通路105に自動的に切り替えられる。
その結果、燃焼室へ効率よく多量の燃料を導入して気化熱による混合気温度の低下が得られ、混合気の冷却効果が得られて耐ノッキング性が向上して高負荷時の高圧縮化、高出力化が可能になるので、ガソリンエンジンの吸気ポートへの燃料噴射装置への適用技術として有用である。
3 気筒
9 ピストン
11 燃焼室
13 スロットルバルブ
15 サージタンク
17 吸気マニホールド
21 吸気ポート
31 吸気弁
31a 軸部
31b 弁体部
31c 円錐傾斜面
31d シート面
31e 湾曲面
32 中空部
45 点火プラグ
47、65 第1燃料噴射ノズル(第1燃料噴射手段)
49 第1燃料ポンプ
51 制御装置
53 電動エアポンプ
57、67 アシストエア制御弁(アシストエアの供給手段)
61 膨出部
71 第2燃料噴射ノズル(第2燃料噴射手段)
75 第2燃料ポンプ
81 噴射方向切替え噴射ノズル
C 中心流
Claims (10)
- 吸気ポートに設けられて吸気弁に向かって燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたエンジンの燃料噴射装置において、
エンジンンの部分負荷運転時には、吸気弁閉時に前記吸気弁の裏側で吸気弁の中央部に向かうように噴射する第1燃料噴射手段と、
エンジンの高負荷運転時には、吸気弁開時に前記吸気ポート内を流れる吸気流の中心流に乗るように噴射する第2燃料噴射手段と、
前記高負荷運転時に噴射する第2燃料噴射手段からの噴霧を前記第1燃料噴射手段による噴霧より微細化する微細化手段と、
前記吸気弁は、軸部と該軸部の一端側に設けられた弁体部とを有し、該弁体部の裏面側に前記軸部から弁体部の外周に向かって形成された傾斜面を有し、前記高負荷運転時における前記中心流に乗って流れる噴霧の前記弁体部の裏面側への衝突角度を減少させる膨出部と、を備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。 - 前記第1燃料噴射手段は、前記吸気弁の裏側で吸気弁の中央部に向かって噴射する第1燃料噴射ノズルからなり、前記第2燃料噴射手段は、該第1燃料噴射ノズルと該第1燃料噴射ノズルからの噴射燃料を吸気流の中心流に乗る方向に変更させるアシストエアの供給手段とを有し、該アシストエアが前記微細化手段としても機能することを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記アシストエアの供給手段が前記第1燃料噴射ノズルの内部に組み込まれていることを特徴とする請求項2記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記第1燃料噴射手段は、吸気ポートに取り付けられ前記吸気弁の裏側で吸気弁の中央部に向かって噴射する第1燃料噴射ノズルからなり、前記第2燃料噴射手段は、前記第1燃料噴射ノズルより上流側であって前記吸気流の中心流の上流位置に配設された第2燃料噴射ノズルから構成されることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前第2燃料噴射ノズルは、前記第1燃料噴射ノズルに比べると噴口の数が多いと共に、第1燃料噴射ノズルより高い圧力で噴射され、該第2燃料噴射ノズルによって前記微細化手段が構成されることを特徴とする請求項4記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記第1燃料噴射手段と前記第2燃料噴射手段とが一体になり、噴射方向および噴射圧力を変更できる噴射方向切替え噴射ノズルによって構成されることを特徴とする請求項1記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記吸気弁の膨出部の内部が中空となっていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記吸気弁の膨出部の外周面は略円錐形状に形成されていることを特徴する請求項1乃至7のいずれか1項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記円錐形状の外表面は前記弁体部の外周側から軸部側に縮径する湾曲面に形成されていることを特徴とする請求項8記載のエンジンの燃料噴射装置。
- 前記吸気弁の燃焼室中心軸側の前記膨出部の外周面の傾斜が該吸気ポート内を流れる吸気流に略沿う方向に形成されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれ1項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
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