JP2501714Y2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

特開昭62−91619号公報には、単一の気筒に対してス
トレート吸気ポートおよびヘリカル吸気ポートが形成さ
れ、ストレート吸気ポートおよびヘリカル吸気ポート内
には第１および第２の燃料噴射弁が夫々配置され、第１
の燃料噴射弁より上流のストレート吸気ポート内にはス
トレート吸気ポートを閉弁可能な吸気制御弁を設け、低
負荷運転時においては吸気制御弁を少しだけ開弁せしめ
ると共に第１の燃料噴射弁の燃料噴射時期を吸気行程後
半に遅らせるようにした内燃機関が開示されている。

この内燃機関では、低負荷運転時において混合気が十
分に成層化されているため、低負荷運転時においても良
好な燃焼を得ることができる。

〔考案が解決しようとする課題〕 ところがこの内燃機関では低負荷運転時において、混
合気が十分に成層化されて良好な着火および燃焼が得ら
れる反面燃焼速度が速くなり、このため燃焼温度が高く
なってNO_xの発生量が増大するという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本考案によれば、単一の気
筒に対して、第１の吸気ポート、および気筒内に旋回流
を生ぜしめるための第２の吸気ポートが形成され、第１
の吸気ポート内には機関低負荷運転時において第１の吸
気ポートを閉弁せしめる吸気制御弁を配置した内燃機関
において、第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートの
うち少なくともいずれか一方の吸気ポート内に燃料を噴
射せしめる燃料噴射弁を設けるとともに、該燃料噴射弁
に燃料微粒化用ガスを導入するエアアシスト通路と、機
関運転状態に応じて前記エアアシスト通路に空気または
排気ガスのいずれか一方を選択的に供給する切換手段と
を設けた内燃機関が提供される。

〔作用〕

アイドル運転以外の機関低負荷運転時においては、燃
料噴射弁のノズル口近傍に排気ガスが供給されるため、
噴射燃料が排気ガスによって微粒化せしめられると共に
排気ガスの存在により燃焼速度が低下せしめられる。

〔実施例〕

第１図を参照すると、１は燃焼室、２はシリンダヘッ
ド、３は第１吸気弁、４は第２吸気弁、５は一対の排気
弁、６は一対の排気弁５に夫々対応する一対の排気ポー
トを夫々示す。一対の排気ポート６は合流し排気管７に
接続される。排気缶７の途中には三元触媒８が配置され
る。第１および第２吸気弁３および４と、一対の排気弁
５とは燃焼室の直径D₁に対して互いに反対側に配置され
る。また第１吸気弁３と第２吸気弁４とは直径D₁に垂直
な直径D₂に対して互いに対称な位置に配置され、一対の
排気弁５も直径D₂に対して互いに対称な位置に配置され
る。燃焼室１の中心には点火栓22が配置される。第１吸
気弁３に対応して第１吸気ポートであるストレートポー
ト９が形成され、第２吸気弁４に対応して第２吸気ポー
トであるヘリカルポート10が形成される。ストレートポ
ート９とヘリカルポート10とは平行に延び共通吸気ポー
ト11で合流する。共通吸気ポート11は吸気管12に接続さ
れ、吸気管12内にはスロットル弁13が配置される。第２
吸気弁４近傍のヘリカルポート10内には第２燃料噴射弁
14が配置され、第２吸気弁４背面に向けて燃料を噴射す
るように配置される。

第２図には第２燃料噴射弁14の先端部の拡大断面図を
示す。第２図を参照すると、第２燃料噴射弁14は２つの
燃料噴射通路15および２つのノズル口23を有する。この
燃料噴射通路15はニードル16によって開閉され、これに
よってノズル口23から燃料噴射が開始され、または停止
される。燃料噴射通路15の途中にはエアアシスト通路17
が開口し、このエアアシスト通路17内には、空気チャン
バ18から燃料噴射通路15に向かって空気が流れる。空気
チャンバ18は空気通路19を介してエアデリバリパイプ20
（第１図）に接続される。この燃料噴射弁14では燃料噴
射通路15内を通過する噴射燃料は、空気通路17から流入
する空気によって微粒化が促進せしめられると共に空気
と十分に混合せしめられる。

再び第１図を参照すると、第１吸気弁３近傍のストレ
ートポート９内には第１燃料噴射弁21が配置され、点火
栓22に向けて燃料を噴射するように配置される。

第３図には第１燃料噴射弁21の先端部の拡大断面図を
示す。第３図を参照すると、第１燃料噴射弁21は１つの
燃料噴射通路24および１つのノズル口25を有する。この
燃料噴射通路24はニードル26によって開閉され、これに
よりノズル口25から燃料噴射が開始され、または停止さ
れる。燃料噴射通路24の途中にはアシスト通路27が開口
し、このアシスト通路27内には気体チャンバ28から燃料
噴射通路24に向かって気体が流れる。気体チャンバ28は
気体通路29を介して切換弁30（第１図）に接続される。
この燃料噴射弁21においても燃料噴射通路24内を通過す
る噴射燃料は、アシスト通路27から流入する気体によっ
て微粒化が促進せしめられる。

再び第１図を参照すると、切換弁30は排気ガス供給通
路31を介して排気ポート６に接続され、排気ガス供給通
路31の途中には排気ポート６から切換弁30に向かう流れ
だけを許容する逆止弁32が配置される。さらに切換弁30
は空気通路33を介してエアデリバリパイプ20に接続さ
れ、空気通路33の途中にはエアデリバリパイプ20から切
換弁30に向かう流れだけを許容する逆止弁34が配置され
る。切換弁30はオンせしめられると気体通路29を排気ガ
ス供給通路31に連通せしめ、オフせしめられると気体通
路29を空気通路33に連通せしめる。第１および第２燃料
噴射弁21,14はフュエルデリバリパイプ35に接続され、
このフュエルデリバリパイプ35から燃料が供給される。
エアデリバリパイプ20は空気導入通路36を介してスロッ
トル弁13により上流の吸気管12内に接続される。第１燃
料噴射弁21より上流のストレートポート９内には、スト
レートポート９を開閉するための電動式の吸気制御弁37
が配置される。この吸気制御弁37はモータ38によって駆
動せしめられる。

電子制御ユニット40はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス41によって相互に接続されたROM（リ
ードオンリメモリ）42、RAM（ランダムアクセスメモ
リ）43、CPU（マイクロプロセッサ）44、入力ポート45
および出力ポート46を具備する。

スロットル弁13の開度を検出するためのスロットル弁
開度センサ50はAD変換器47を介して入力ポート45に接続
される。一方、出力ポート46は各駆動回路48および49を
介して切換弁30および吸気制御弁駆動用モータ38に夫々
接続される。

第１および第２燃料噴射弁21および14からは機関運転
状態に応じた燃料量が噴射せしめられ、これらの燃料噴
射弁21,14の燃料噴射開始時期および燃料噴射期間は同
様となるように制御せしめられている。

空気通路19は空気導入通路36と常に連通されており、
第２燃料噴射弁14の燃料噴射通路15（第２図）内には、
空気導入通路36の吸気管12内への開口部の圧力とノズル
口23近傍の圧力との差圧によって空気が流入し、燃料噴
射弁14から噴射せしめられる燃料の微粒化および空気と
の混合を向上せしめている。

吸気制御弁37は、機関定負荷運転時および中負荷運転
時においてはストレートポート９を閉弁せしめ、機関高
負荷運転時においてはストレートポート９を開弁せしめ
る。

アイドル運転時においては、吸気制御弁37はストレー
トポート９を開弁せしめているため、空気はヘリカルポ
ート10だけから燃焼室１内に流入し、このため燃焼室１
内には強力なスワール流が形成される。第２燃料噴射弁
14からの噴射燃料は、前述のようにエアアシスト通路
（第２図参照）からアシストエアによって良好に微粒化
されており、この噴射燃料は吸気の流れによって燃焼室
１内に拡散される。このとき切換弁30はオフせしめられ
ており、これによって気体通路29は空気通路33に連通せ
しめられる。従って第１燃料噴射弁21の燃料噴射通路24
（第３図）内には、空気導入通路36の吸気管12内への開
口部の圧力とノズル口25近傍の圧力との差圧によって空
気が流入し、第１燃料噴射弁21から噴射せしめられる燃
料の微粒化および空気との混合を向上せしめている。こ
のときストレートポート９は吸気制御弁37によって閉弁
されているためストレートポート９内から燃焼室１内に
空気が流入しない。従って第１燃料噴射弁25から噴射さ
れる燃料によって形成される混合気は点火栓22近傍に存
在する。このため点火栓周りの混合気が容易に着火さ
れ、火炎が燃焼室１内に広がって燃焼を完了する。この
ようにアイドル運転時においても良好な着火および燃焼
を得ることができる。

アイドル運転時以外の低負荷および中負荷運転時にお
いては吸気制御弁37は閉弁状態であり、従って吸気はヘ
リカルポート10だけから燃焼室１内に流入する。また第
２燃焼噴射弁14からの噴射燃料は吸気の流れにより燃焼
室１内に拡散されている。

一方、切換弁30はオンせしめられ、これによって気体
通路29は排気ガス供給通路31に連通せしめられる。従っ
て第１燃料噴射弁21の燃料噴射通路24（第３図）内に
は、排気ガス供給通路31の排気ポート６への開口部の圧
力とノズル口25近傍の圧力との差圧によって排気ガスが
流入する。これによって第１燃料噴射弁21から噴射せし
められる燃料は排気ガスによって良好に微粒化せしめら
れる。この噴射燃料は排気ガスとよく混合しており、従
って点火栓22近傍には排気ガスおよび空気とよく混合し
た混合気が形成されることとなる。このため点火栓22周
りの混合気が容易に着火され、火炎が燃焼室１内に広が
って燃焼を完了し、斯くして良好な着火および燃焼を得
ることができる。また、点火栓22周りに形成される混合
気には排気ガスが含まれているため、混合気が急速に燃
焼することを防止することができ、斯くして燃焼温度の
上昇を防止してNO_xの発生を抑制することができる。

特にリーンバーン領域において混合気を成層化させて
燃焼させた場合、燃焼速度が速くなりこのため燃焼温度
が高くなってNO_xの発生量が増大するが、三元触媒８は
混合気がリーンとなる程NO_xの浄化率が低下するため排
気管７から大気中に放出されるNO_x量が増大するという
問題がある。

本実施例においては排気ガスをアシスト通路27（第３
図参照）から流出せしめることによって噴射燃料の微粒
化を向上せしめて良好な着火および燃焼が得られるよう
にしていると共に、点火栓22周りに排気ガスが存在する
ようにしているため燃焼速度を低下せしめてNO_xの発生
を低減せしめることができる。この結果リーンバーン領
域を広げることが可能となる 高負荷運転時においては吸気制御弁37が開弁せしめら
れる。これによってストレートポート９およびヘリカル
ポート10から燃焼室１内に空気を供給するので、十分な
量の空気を燃焼室１内に供給することができ高出力を得
ることができる。一方、切換弁30はオフせしめられ、こ
れによって気体通路29は空気通路33に連通せしめられ
る。従って第１燃料噴射弁21の燃料噴射通路24（第３
図）内には、空気導入通路36の吸気管12内への開口部の
圧力とノズル口25近傍の圧力との差圧によって空気が流
入する。もっとも、高負荷時にはこの差圧は小さいため
流入空気量は少量である。第１および第２燃焼噴射弁21
および14から噴射された燃料は吸気の流れによって十分
に微粒化され燃焼室１内に拡散される。斯くして高負荷
時においても良好な着火および燃焼が得られる。

なお高負荷時においては空気比はほぼ理論空燃比に制
御されるため、NO_xは三元触媒８によって浄化されるこ
ととなる。

第４図には吸気制御弁37および切換弁30を制御するた
めのルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込
みによって実行される。

第４図を参照すると、まずステップ60においてスロッ
トル弁13の開度θが読込まれる。次いでステップ61にお
いてスロットル弁開度θが予め定められたスロットル弁
開度θ_ｐ以下か否か判定される。θ＞θ_ｐと判定された
とき、すなわち高負荷運転時と判定されたとき、ステッ
プ62に進み吸気制御弁37を開弁せしめる。次いでステッ
プ63に進み切換弁30をオフせしめて第１燃料噴射弁21に
エアアシストするようにする。ステップ61においてθ≦
θ_ｐと判定された場合、すなわち低負荷運転時または中
負荷運転時と判定された場合、ステップ64に進み吸気制
御弁37が閉弁せしめられる。次いでステップ65において
スロットル弁開度θがアイドル開度か否かを判定され
る。スロットル弁開度θがアイドル開度の場合にはステ
ップ63に進み切換弁30をオフせしめて第１燃料噴射弁21
にエアアシストする。スロットル弁開度θがアイドル開
度でない場合にはステップ66に進み切換弁30をオンせし
めて第１燃料噴射弁21に排気ガスアシストするようにす
る。

なおこの実施例では第１燃料噴射弁21についてエアア
シストと排気ガスアシストを切り換えるようにしたが、
第２燃料噴射弁14についてエアアシストと排気ガスアシ
ストを切り換えるようにししてもよい。

また、本実施例のように燃料噴射弁を２個設ける必要
はなく、例えばストレートポート９とヘリカルポート10
の間に、第１および第２吸気弁3,4に向かって２方向に
噴射可能な燃料噴射弁を１つだけ配置し、この単一の燃
料噴射弁についてエアアシストと排気ガスアシストを切
り換えるようにしてもよい。

上述のように、本実施例によれば機関運転状態に応じ
てエアアシストと排気ガスアシストを切り換えるように
したことにより、エアアシスト用の通路と排気ガス用の
通路とを１つの通路で兼用することが可能となるため、
燃料噴射弁の構造を簡略化することが可能となる。ま
た、従来燃料噴射弁に排気ガスアシストを行う場合に
は、排気ガスアシスト通路に排気中のデポジットが堆積
する問題があったが、本実施例では運転中に排気ガスア
シストとエアアシストとが運転状態に応じて切り換えら
れるため、エアアシスト時に通路がエアにより清掃され
デポジットの堆積が生じにくくなる効果が得られる。ま
た、排気ガスアシスト時には、エアアシスト通路から供
給される排気ガス流量は排気ポートと吸気管圧力とに応
じて定まるため機関負荷（燃料噴射量）に応じた最適な
排気ガス量が燃料噴射弁に供給されるため、最適な燃料
微粒化を達成することができる。

〔考案の効果〕

機関低負荷運転時においても良好な着火および燃焼が
得られると共にNO_xの発生を抑制することができる。

また、燃料噴射弁のエアアシスト通路に空気と排気ガ
スとを機関運転状態に応じて選択的に供給するようにし
たことにより、上記燃焼状態の改善に加えて、エアアシ
ストと排気ガスアシストとの両方を行う場合のエアアシ
スト通路の構成が簡略化されるとともに、エアアシスト
通路へのデポジット堆積を防止しつつ最適な燃料微粒化
を達成できる効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の内燃機関の全体図、第２図
は第２燃料噴射弁の先端部の拡大断面図、第３図は第１
の燃料噴射弁の先端部の拡大断面図、第４図は吸気制御
弁および切換弁を制御するためのフローチャートであ
る。 ９…ストレートポート、10…ヘリカルポート、14…第２
燃料噴射弁、21…第１燃料噴射弁、29…気体通路、30…
切換弁、31…排気ガス供給通路、37…吸気制御弁。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】単一の気筒に対して、第１の吸気ポート、
   および気筒内に旋回流を生ぜしめるための第２の吸気ポ
   ートが形成され、前記第１の吸気ポート内には機関低負
   荷運転時において前記第１の吸気ポートを閉弁せしめる
   吸気制御弁を配置した内燃機関において、前記第１の吸
   気ポートおよび前記第２の吸気ポートのうち少なくとも
   いずれか一方の吸気ポート内に燃料を噴射せしめる燃料
   噴射弁を設けるとともに、該燃料噴射弁に燃料微粒化用
   ガスを導入するエアアシスト通路と、機関運転状態に応
   じて前記エアアシスト通路に空気または排気ガスのいず
   れか一方を選択的に供給する切換手段とを設けた内燃機
   関。