JP2529417Y2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関の燃料供給装置
に関し、詳しくは、燃料噴射弁から噴射された燃料に向
けてアシストエアを噴出させることにより、燃料の微粒
化を図るようにした燃料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃料噴射弁から噴射供給され
る燃料を効果的に微粒化させる目的で、燃料噴射弁の噴
孔下流側にアシストエアを噴出させ、このアシストエア
と燃料噴霧とを衝突させるよう構成された燃料噴射弁が
提案されている（実開昭５７−１６４２５２号公報，実
公昭６３−３４２７号公報等参照）。

【０００３】即ち、燃料霧化は、噴霧粒径を小さくする
ことで促進されるから、前記アシストエアの供給によっ
て微粒化が図られれば、機関低温時における霧化性を改
善できるものである。ところで、各気筒の吸気ポート部
にそれぞれ燃料噴射弁を備える内燃機関では、一般的
に、燃料噴射弁からの噴射方向を吸気弁に向けると共
に、噴射時期を吸気弁が開く前（吸気行程前）として、
吸気弁の傘部や周囲の吸気ポート壁面に付着した燃料が
機関熱によって霧化してから、吸気弁が開いてシリンダ
内に吸引されるようにしている。

【０００４】従って、上記の噴射方向及び噴射時期の設
定では、完暖時にはアシストエアの供給が無くても良好
に燃料を霧化させることができるが、冷機時には機関熱
による燃料霧化が良好に行えなくなるため、アシストエ
アによって燃料を微粒化させて霧化性が悪化することを
抑止するようにしている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように冷機状態においてアシストエアにより燃料の微粒
化を図っても、吸気弁に向けて噴射され吸気弁傘部や周
囲の吸気ポート壁面に付着した燃料は、完暖時のように
は霧化されず、その多くが液状（壁流）となることは避
けられないため、燃料の供給遅れが生じる傾向となる。
そこで、従来では、前記燃料の供給遅れを見込んだ燃料
噴射量の増量を行い、冷機時における空燃比のリーン化
を防止するようにしている。

【０００６】また、壁流による燃料供給遅れを補償する
ための燃料増量は、機関の加速運転時にも行われてい
る。機関の加速時には、壁流量が増大して吸入空気量の
増大に対して燃料供給の増量が遅れ、空燃比がリーン化
するため、割り込み噴射などを行って燃料の増量を図っ
ている。このように、従来では、冷機時又は加速時にお
ける燃料の供給遅れに対応すべく燃料の増量補正を行っ
ていたが、かかる燃料の増量は燃費悪化や排気中のＨＣ
濃度を増大させるという問題があった。

【０００７】ここで、冷機時及び加速時における燃料の
供給遅れは、壁流に起因しているから、燃料噴射弁から
噴射された燃料が吸気弁の傘部や吸気ポート壁面などに
なるべく付着しないように、吸気弁の開状態において燃
料を直接シリンダ内に向けて噴射させた方が良いが、前
述のように、完暖・定常運転時には機関熱を積極的に燃
料霧化に利用すべく吸気弁に燃料を吹き付けることが望
まれるので、従来では、一方の完暖・定常運転時にマッ
チングした設定を選択しており、冷機時及び加速時には
燃費悪化やＨＣの増加が避けられないものの燃料増量に
よって対応していたものである。

【０００８】本考案は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、燃料噴霧を積極的に吸気弁や吸気ポート壁面に付
着させて機関熱により燃料霧化を行わせる噴射特性と、
逆に吸気弁や吸気ポート壁面に対する燃料付着を極力回
避できる噴射特性とを切り換えて燃料噴射を行わせるこ
とができるようにして、運転条件に応じた最適な噴射特
性で燃料供給が行えるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため本考案にかかる
内燃機関の燃料供給装置は、図１に示すように構成され
る。図１において、燃料噴射弁は、その噴射方向を吸気
弁に略向けて吸気通路に固定され、この燃料噴射弁の噴
孔下流側において燃料微粒化用のアシストエアが燃料噴
霧に向けて噴出されるようになっている。ここで、前記
アシストエアの噴出によって燃料噴霧の方向が吸気弁の
開弁時に直接シリンダ内に吸引される方向に変化するよ
うに前記アシストエアの噴出方向が設定されている。

【００１０】一方、噴射時期切り換え手段は、機関運転
条件に応じて前記燃料噴射弁による燃料の噴射時期を吸
気行程中と吸気行程前とのいずれか一方に選択的に切り
換える。また、開閉弁は、前記アシストエアの供給経路
に介装されてアシストエアの供給を制御し、アシストエ
ア供給制御手段は、前記噴射時期切り換え手段によって
吸気行程中の噴射時期が選択されているときにのみ前記
開閉弁を開制御してアシストエアを噴出させる。

【００１１】

【作用】ここで、運転条件に応じて噴射時期として吸気
行程中が選択されると、開閉弁を開いてアシストエアが
供給され、かかるアシストエアの噴出によって燃料噴霧
の方向が直接シリンダに吸引される方向に変化する。従
って、吸気行程中に噴射が行われるときには、アシスト
エアによって微粒化された噴霧が、吸気弁や吸気ポート
壁面に対する付着を避けてシリンダ内に吸引されること
になる。

【００１２】一方、噴射時期として吸気行程前が選択さ
れているときには、開閉弁が開制御されずにアシストエ
アが供給されないから、吸気弁に略向けて噴射された燃
料噴霧はそのまま吸気弁に向かい、閉弁状態の吸気弁や
周囲の吸気ポート壁面などに付着し、その後の吸気行程
で吸引されることになる。

【００１３】

【実施例】以下に本考案の実施例を説明する。一実施例
を示す図２及び図３において、内燃機関１には、図示し
ないスロットル弁２及び吸気マニホールド３を介して空
気が吸引されるようになっており、前記吸気マニホール
ド３の各ブランチ部（吸気通路）には、各気筒別に燃料
噴射弁４が設けられている。前記燃料噴射弁４は、ソレ
ノイドの電磁吸引力によって開弁する電磁式燃料噴射弁
であって、その噴射方向が吸気ポート６に介装された吸
気弁５に略向かうように設置されている。また、この燃
料噴射弁４は、後述するようにコントロールユニット７
からの噴射信号に基づき間欠的に開制御されて、図示し
ない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータ
により所定の圧力に調整された燃料を、機関１に噴射供
給する。

【００１４】燃料噴射弁４から噴射された燃料と空気と
の混合気は、吸気弁５を介して燃焼室８内に吸引され、
図示しない点火栓により火花点火されて着火燃焼する。
前記コントロールユニット７には、マイクロコンピュー
タを内蔵して構成され、各種センサからの入力信号に基
づいて後述のように演算処理して、燃料噴射弁４の作動
を制御する。前記各種センサとしては、スロットル弁２
の上流側で機関１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフロ
ーメータ９，クランク角度を検出するクランク角センサ
10，冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ11，スロット
ル弁２の開度θを検出するポテンショメータ式のスロッ
トルセンサ12などが設けられている。

【００１５】また、スロットル弁２の上流側と燃料噴射
弁４の噴孔下流側空間とを連通するアシストエア通路13
が、スロットル弁２をバイパスして設けられており、機
関１の負圧によってスロットル弁２の上流側から吸引さ
れたアシストエアを噴孔の下流側空間に噴出させ、前記
アシストエアと、燃料噴射弁４から噴射された燃料とを
衝突させることで、燃料の微粒化を促進させるようにし
てある。前記アシストエア通路13の途中には、コントロ
ールユニット７によって開閉制御される電磁開閉弁14が
設けられている。

【００１６】また、燃料噴射弁４の噴孔下流側空間に臨
む開口は、該開口から噴出するアシストエアによって、
燃料噴射弁４から略吸気弁５に向けて噴射された燃料の
方向が、吸気弁５が開いたときに燃料が直接燃焼室８に
吸入されるような方向に変化するように設定されてい
る。即ち、開閉弁14を閉じてアシストエアの供給が停止
されているときには、図３に示すように、燃料噴射弁４
から吸気弁５に向けて噴射された燃料は、そのまま吸気
弁５に吹き付けられることになる。

【００１７】一方、開閉弁13を開いてアシストエアが供
給されると、図２に示すように、燃料噴射弁４から吸気
弁５を向けて噴射された燃料が、アシストエアに押圧さ
れてアシストエアの吹き出し口から離れる方向に方向を
変化させ、吸気弁５開弁時における吸気弁５傘部とシリ
ンダヘッド15との開口隙間を向けて直接燃焼室８内に噴
霧されるようになり、かかる噴霧方向の変化と共に燃料
の微粒化が図られる。

【００１８】ここで、コントロールユニット７によって
行われる燃料噴射制御及び開閉弁14の制御を、図４のフ
ローチャートに示すプログラムに従って説明する。尚、
本実施例において、噴射時期切り換え手段，アシストエ
ア供給制御手段としての機能は、前記図４のフローチャ
ートに示すように、コントロールユニット７がソフトウ
ェア的に備えている。

【００１９】図４のフローチャートに示すプログラムに
おいて、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてある。
以下同様）では、水温センサ11で検出される冷却水温度
Ｔｗ（機関温度を代表するパラメータ）が所定温度Ｔｗ
ｓ以上であるか否かを判別する。ここで、冷却水温度Ｔ
ｗが所定温度Ｔｗｓ以上であると判別され、機関１が充
分に暖機されているときには、ステップ２へ進み、スロ
ットル弁２の開度変化率（スロットル角速度）Δθ（＝
ｄθ／ｄｔ）が所定値Δθｓ以下であるか否か、換言す
れば、機関１が定常運転されているか否かを判別する。

【００２０】開度変化率Δθが所定値Δθｓ以下であっ
て、機関１が充分に暖機されかつ略定常運転されている
ときには、ステップ３へ進んで燃料噴射弁４による燃料
噴射を吸気行程の前の排気行程中に行わせる噴射特性を
選択し（図５，６，７参照）、次のステップ４では、開
閉弁14を閉じる制御を行わせる。即ち、機関１が充分に
暖機されていれば、アシストエアによる燃料の微粒化を
行わなくても、機関熱によって燃料を良好に霧化させる
ことができるから、吸気行程前に噴射させた燃料を図３
に示すようにアシストエアによって方向を転じることな
く閉弁状態の吸気弁５に付着させ、吸気弁５の熱によっ
て霧化された燃料を吸気行程で燃焼室８内に吸引される
ようにするものである。

【００２１】一方、ステップ１で冷却水温度Ｔｗが所定
温度Ｔｗｓ未満であると判別されたとき、又は、ステッ
プ２で開度変化率Δθが所定値Δθｓを越えていると判
別されたときには、ステップ５へ進み、燃料噴射弁４に
よる燃料噴射を吸気行程中に行わせる噴射特性を選択し
（図５，８参照）、次のステップ６では、開閉弁14を開
く制御を行わせる。

【００２２】尚、ステップ６における開閉弁14の開制御
においては、燃料が噴射されているときにのみアシスト
エアが必要であるから、図９に示すように吸気行程中を
含むクランク角範囲で開閉弁14を開制御させるようにす
れば良い。即ち、冷却水温度Ｔｗが低い冷機状態では、
吸気弁５に付着した燃料を良好に霧化させることができ
ず多くが液状（壁流）となって燃焼室８内に吸引される
ことがあり、かかる燃料の液状化は、燃料の供給遅れを
招く。

【００２３】そこで、噴射時期を吸気行程中とし、然
も、アシストエアの供給によって図２に示すように燃料
噴霧の方向を変えることにより、燃料噴射弁４から噴射
されアシストエアによって微粒化された燃料を、直接燃
焼室８内に吸引させるようにして、吸気弁４や吸気ポー
ト６の壁面に燃料が付着して液状となることを抑止す
る。

【００２４】このように、噴射された燃料が吸気弁４や
吸気ポート６の壁面に燃料が付着して液状となることが
抑止されれば、液状化による燃料供給遅れを抑制でき、
供給遅れを補償するための燃料増量の必要性が薄れるの
で、燃料増量による燃費悪化やＨＣの増大を防止でき
る。また、上記のように冷機時には、機関熱による燃料
霧化が良好に行えないから、アシストエアの供給によっ
て燃料を微粒化し、燃料霧化を促進させるようにしてい
る。

【００２５】一方、開度変化率Δθが所定値Δθｓを越
えていると判別される機関１の加速時には、壁流量が増
大して吸入空気量の増大に対して燃料供給の増量が遅れ
が生じるが、本実施例のように、燃料噴霧の方向を変え
て吸気弁４や吸気ポート壁面などに燃料が付着しないよ
うにすれば、噴射された燃料の中から壁流となる割合が
減少するから、吸気空気量の増大に応じて遅れなく燃料
を燃焼室８内に吸引させることができ、壁流増量による
燃焼室８内への吸入燃料量の減少を燃料噴射量の増量で
補償する必要性が減少し、ここでも燃費悪化とＨＣ増大
を抑制できる。

【００２６】尚、噴射時期を吸気行程中と排気行程中と
のいずれか一方を選択して行わせるときには、噴射開始
時期を固定としても噴射を行わせても良いし、又は、噴
射の終了時期が一定時期となるように噴射量から噴射開
始時期を可変設定しても良い。ここで、例えば排気行程
中を噴射期間とする設定がなされているときに、排気行
程中に開始させた燃料噴射が吸気行程にまでずれ込んで
も構わないが、吸気行程中を噴射期間とする場合には、
噴射された燃料がそのときの吸気行程で全て吸引される
ように、噴射の終了時期があまり遅い時期とならないよ
うにする必要がある。

【００２７】また、噴射量の設定は、前記エアフローメ
ータ９で検出される吸入空気流量Ｑと、クランク角セン
サ10からの検出信号に基づき算出される機関回転速度Ｎ
とに基づいて、機関回転当たりの吸入空気量を求めて基
本燃料噴射量Ｔｐを設定する一方、かかる基本燃料噴射
量Ｔｐを冷却水温度Ｔｗなどの運転条件に基づいて適宜
補正して最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。そして、
前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射信号を所
定タイミングで燃料噴射弁４に出力させる。

【００２８】ところで、上記実施例では、冷却水温度Ｔ
ｗとスロットル弁２の開度変化率Δθとを、噴射時期の
切り換え及び開閉弁の開閉（アシストエア供給の有無）
を制御する条件として用いたが、冷却水温度Ｔｗの代わ
りに機関１が始動されてからの経過時間を用い、始動直
後においては冷却水温度Ｔｗが低いものと見做して制御
させても良い。また、前記開度変化率Δθの代わりに、
吸入空気流量Ｑの変化率を求め、吸入空気流量Ｑが所定
以上の割合で増大しているときを加速状態と見做して制
御させても良い。

【００２９】更に、機関温度と機関の加速状態との両方
の条件を判別するのではなく、一方の条件のみによって
噴射時期及びアシストエアの供給を制御させても良い。

【００３０】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によると、
アシストエア供給の有無によって燃料噴霧の方向を変え
ると共に、かかる噴霧方向の変化に対応して噴射時期を
変化させるようにしたので、例えば冷機時や加速時に壁
流の発生を避けた燃料供給を行わせて燃料供給遅れの発
生を抑制できる一方、暖機状態における定常運転時には
機関熱を積極的に利用した燃料の霧化を行わせることが
でき、良好な燃料霧化性を確保しつつ燃費改善及びＨＣ
の低減を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の基本構成を示すブロック図。

【図２】アシストエアの供給状態の実施例を示すシステ
ムブロック図。

【図３】アシストエアの非供給状態の実施例を示すシス
テムブロック図。

【図４】実施例における燃料供給制御プログラムを示す
フローチャート。

【図５】スロットル角速度に応じた噴射時期の切り換え
制御の特性を示す線図。

【図６】冷却水温度に応じた噴射時期の切り換え制御の
特性を示す線図。

【図７】噴射時期を排気行程中としたときの噴射期間を
示す線図。

【図８】噴射時期を吸気行程中としたときの噴射期間を
示す線図。

【図９】吸気行程中に燃料噴射されるときのアシストエ
アの供給状態を示す線図。

【符号の説明】

１ 機関 ２ スロットル弁 ４ 燃料噴射弁 ５ 吸気弁 ６ 吸気ポート ７ コントロールユニット ９ エアフローメータ 10 クランク角センサ 11 水温センサ 12 スロットルセンサ 13 アシストエア通路 14 開閉弁

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】噴射方向を吸気弁に略向けて燃料噴射弁を
   吸気通路に固定し、該燃料噴射弁の噴孔下流側において
   燃料微粒化用のアシストエアを燃料噴霧に向けて噴出さ
   せるよう構成すると共に、前記アシストエアの噴出によ
   って燃料噴霧の方向が吸気弁の開弁時に直接シリンダ内
   に吸引される方向に変化するように前記アシストエアの
   噴出方向を設定する一方、機関運転条件に応じて前記燃
   料噴射弁による燃料の噴射時期を吸気行程中と吸気行程
   前とのいずれか一方に選択的に切り換える噴射時期切り
   換え手段と、前記アシストエアの供給経路に介装されて
   アシストエアの供給を制御する開閉弁と、前記噴射時期
   切り換え手段によって吸気行程中の噴射時期が選択され
   ているときにのみ前記開閉弁を開制御してアシストエア
   を噴出させるアシストエア供給制御手段と、を設けたこ
   とを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。