JP3555111B2

JP3555111B2 - Ｖ形２気筒エンジン

Info

Publication number: JP3555111B2
Application number: JP2001151676A
Authority: JP
Inventors: 道生平野; 孝夫篠村; 稔中村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: US20020170540A1; US6837220B2; JP2002349375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｖ形２気筒エンジンに関し、特に空燃比を精度よく制御できるＶ形２気筒エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
農業用機械や小型発電機などに用いられる汎用ガソリンエンジンでは、一般に、吸気系に気化器が使用されている。しかしながら、加速減速時のエンジンの応答性、昨今の排出ガス規制対策、さらに一様な混合気の分配等を考慮した場合、気化器よりも、ガソリンを吸気管内に直接噴射する燃料噴射装置（特に電子制御式燃料噴射システム）が有利であると考えられる。このような背景から、現在では、前記燃料噴射装置が採用されつつある。
【０００３】
ここで、スロットル弁下流の吸気管負圧を測定し、吸入空気量に換算して燃料噴射量を調整する燃料噴射式Ｖ形エンジンを例にとって前記燃料噴射装置の構成を簡単に説明する。この燃料噴射装置は、例えば図９に示すように、各気筒８０，８０に共通の燃料噴射弁８１と、燃料圧調整器８２と、圧力センサ８３とを備え、各気筒８０，８０に共通の吸気通路８４と燃料圧調整器８２との間、吸気通路８４と圧力センサ８３との間はいずれも配管８５，８６で接続され、前記圧力センサ８３の負圧取込口８５ａはスロットル弁８７の下流で前記吸気通路８４に開口された構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような構成の場合、特に、燃料圧調整器８２については、２気筒共通の吸気通路８４から１つの燃料圧調整器８２に吸気圧を導入しても、吸気圧力は平均化されるので、燃料圧調整器８２にとっては好都合である。しかし、圧力センサ８３にとっては、吸気管の圧力（吸気圧）のピークが時間的に近づき過ぎると、そのピークが不明瞭となって検出しにくく、噴射量制御の精度が低下する。
【０００５】
本発明は、前記した不具合に鑑みてなされたもので、スロットル弁の開度の変化による負圧の変動を正確に検出して空燃比を精度よく制御することができるＶ形２気筒エンジンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するために、本発明にかかるＶ形２気筒エンジンは、クランク軸心の周りに相異なる角度位置でＶ形に配置された２つの気筒と、各気筒に気筒ごとに独立して吸気を供給する２つの吸気通路と、各吸気通路に設けられた燃料噴射器と、各吸気通路に設けられたスロットル弁と、いずれか一つの吸気通路の圧力を検出する圧力センサと、前記検出された圧力を用いて各気筒の燃料噴射器の噴射量を制御する燃料制御手段と、前記２つの気筒の間に形成される V 形空間に配置され、前記吸気通路の一部を形成し、かつスロットル弁を有するスロットルボディと、前記スロットルボディと前記２つの気筒の吸気口とを接続する吸気マニホールドと、前記燃料噴射器に供給される燃料の圧力を調整する燃料圧調整器と、前記吸気通路に負圧取出口が開口して吸気通路の圧力を前記圧力センサに導入する負圧取出通路と、前記各吸気通路の圧力を前記燃料圧調整器に導入する圧力導入通路とを備え、前記負圧取出通路は、前記スロットルボディに形成されており、前記スロットルボディにおける吸気マニホールドとの合わせ面に、前記負圧取出通路の一部分を位置させ、前記圧力導入通路は、前記スロットルボディまたは吸気マニホールドに形成されており、前記圧力導入通路の一部である先端部が、前記スロットルボディと吸気マニホールドの合わせ面に位置し、かつ、膨張室と、この膨張室と前記各吸気通路とをそれぞれ接続する導入孔とを有し、前記導入孔の通路面積が膨張室の最大通路面積よりも小さく設定されている。
【０００７】
上記構成によれば、圧力センサが検出するのは一つの気筒に対して独立して設けられた吸気通路からの負圧であって、他の気筒の影響を受けないので、正確な負圧の検出が可能となる。したがって、負圧に基づく吸入空気量の検出精度がよくなり、この負圧に基づく、燃料制御手段による燃料制御の精度も向上する。ここで、負圧を検出していない吸気通路の吸入空気量は、負圧を検出する吸気通路の吸入空気量との比を予め求めておき、そのデータを燃料制御手段に記憶させておくことにより、負圧を検出する吸気通路の負圧、つまり吸入空気量から容易に得られる。
【０００９】
負圧値を検出する際、動圧を検知すると、圧力変動の波形のピーク値とボトム値が不明瞭となり、微少なスロットル弁の開度の変化による負圧の変動を正確に検出しにくくなる結果、精度よく空燃比を制御することが難しくなる。これに対し、上記構成によれば、負圧取出通路に絞り部を設けたことで、動圧の影響で不安定であつた圧力変動の波形が安定し、得られる波形のピーク値とボトム値とが明確となり、圧力センサによる負圧検出の精度が向上する結果、精度よく空燃比を制御できる。
【００１１】
また、圧力センサに導かれる負圧取出通路及びこれと連通する吸気通路の一部がスロットルボディに形成されているので、前記負圧取出通路形成のための別部材やボルト等の取付部品が不要となり、部品点数が削減され、組立も容易となる。また、前記負圧取出通路の一部分を前記スロットルボディにおける吸気マニホールドとの合わせ面に位置させたので、前記一部分の形成が容易となる。
【００１３】
さらに、圧力導入通路がスロットルボディまたは吸気マニホールドに形成されており、しかも前記圧力導入通路の先端部が前記スロットルボディと吸気マニホールドの合わせ面に位置しているので、これら通路を形成するための別部材やボルト等の取付部品が不要となり、部品点数が削減され、組立性も向上する。また、前記圧力導入通路の先端部が前記スロットルボディと吸気マニホールドの合わせ面に位置するので、圧力導入通路の形成が容易となる。
【００１４】
さらにまた、圧力導入通路の先端部が、膨張室と、この膨張室と吸気通路とを接続する導入孔とを有し、導入孔の通路面積が膨張室の最大通路面積よりも小さく設定されているから、吸気通路から導入孔に導かれた空気は膨張室でその圧力などが平均化されたなだらかなものとなる。したがって、前記膨張室から燃料圧調整器に導かれると、燃料圧調整器で最適な燃料圧の調整が可能となる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、前記負圧取出通路に、前記負圧取出口の通路面積の１ / ９以下の通路面積を有する絞り部が設けられている。上記構成によれば、前記絞り部の通路面積を前記負圧取出口の通路面積の１ / ９以下としたことで、微少なスロットル弁開度の変化による負圧の変動にも対応でき、正確な負圧の検出ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるＶ形２気筒エンジンについて図１〜図５を参照しながら説明する。図１において、Ｖ形２気筒エンジン１は、産業用機械、農業機械等に用いられる汎用エンジンであって、クランク軸心ＣＴの回りに相異なる角度（例えば９０°）位置でＶ形に配置された気筒２，３と、これらの気筒２，３の間に形成されるＶ形空間（バンク空間）に配置されたスロットルボディ４（前端のフランジ部分のみ示されている）と、このスロットルボディ４と前記両気筒２，３の吸気口２ａ，３ａとの間に介装された吸気マニホールド５とを備えている。前記スロットルボディ４は、図３に示すように、前端フランジ面４ｅに取り付けられた吸気ダクト部材１５を介して、上方のエアクリーナＤに接続されている。エアクリーナＤの底部には、エアクリーナＤ内で浄化後の空気の温度を検出する吸気温度センサＡが設けられている。
【００１７】
図１に示す各気筒２，３は、ピストンＰが摺動自在に嵌挿されたシリンダ本体２ｂ，３ｂとシリンダヘッド２ｃ，３ｃとを備えており、前記シリンダヘッド２ｃ，３ｃには、点火プラグ２ｄ，３ｄと吸気バルブ２ｅ，３ｅとが設けられ、前記ピストンＰの上下運動はコンロッドＲを介してクランクシャフトＫに回転運動として伝えられる。
【００１８】
また、前記各気筒２，３の間には、それぞれ燃料噴射器６，７が，先端ノズル１０ａ，１０ｂを斜め外側方下向きにして、傾斜して取り付けられている。これらの燃料噴射器６，７は、前記吸気マニホールド５の左右等間隔に設けられた取付孔８ａ，８ｂに、リング状のゴムシール９ａ，９ｂを介して、その先端ノズル１０ａ，１０ｂ側が前記各気筒２，３の吸気口２ａ，３ａに向けられるようにして、それぞれ取り付けられている。
【００１９】
また、Ｖ形２気筒エンジン１には、各気筒２，３に気筒２，３ごとに独立して吸気を供給する２つの吸気通路１１ａ，１１ｂが形成されており、前記スロットルボディ４には、前記吸気通路１１ａおよび吸気通路１１ｂの一部を形成する２つの吸気通路４ａ，４ｂが形成され、図３に示すように、それぞれ、その内部にスロットル弁４ｃを備えている。吸気ダクト部材１５の内部にも前記吸気通路４ａ，４ｂに連通して吸気通路１１ａ，１１ｂの一部を形成する２つの吸気通路１５ａ，１５ｂが設けられている。
【００２０】
スロットルボディ４の上部側には、燃料通路１２の噴射燃料導入部１２ａが設けられている。この噴射燃料導入部１２ａから燃料噴射器６，７（図１）へ燃料を供給する２つの燃料導入パイプ１３が、前記スロットルボディ４と吸気マニホールド５とに差し込まれて両者間に支持されている。燃料導入パイプ１３の支持手段は、図４に示すように、燃料導入パイプ１３の一端に設けた突起部１３ａを吸気マニホールド５に設けた位置決め孔５ａに係合させると共に、燃料導入パイプ１３の先端部分を、Ｏ−リング１２ｃを介して燃料導入部１２ａに設けた燃料導入パイプ取付孔１２ｂ内に差し込む。これにより、前記燃料導入パイプ１３は、前記スロットルボディ４と吸気マニホールド５との間に支持される。また、スロットルボディ４と吸気マニホールド５とは、図３に示す吸気マニホールド５のねじ孔１７にねじ込まれたボルト２１ｂにより固定される。
【００２１】
さらに、前記スロットルボディ４の上部には、スロットル弁４ｃ下流の吸気通路１１ａの吸気圧を取り出す図６の負圧取出通路１８が設けられており、この負圧取出通路１８の先端が圧力センサＣ（図７）に接続されて、一方の吸気通路１１ａ（吸気通路１１ｂでもよい）内の吸気圧を前記圧力センサＣで検出できるように構成されている。前記圧力センサＣは、図５に示すように、吸気マニホールド５の後部にブラケット１９を介して取り付けられている。この圧力センサＣで検出した圧力値は、検出信号として、燃料制御手段である図１のコンピュータ２０に送られ、このコンピュータ２０に予めプログラムされたマップにより、圧力値とエンジン回転数ｒｐｍとの関係から、各気筒２，３の燃料噴射器６，７の燃料噴射量が決定される。この燃料噴射量の決定に際し、前記吸気温度センサＡと、図３に示す冷却水通路２２に挿入された水温計Ｂでの検出データもコンピュータ２０に入力され、燃料の噴射量が補正される。
【００２２】
一方、図１に示す前記燃料噴射器６，７は、その先端ノズル１０ａ，１０ｂ側が前記吸気マニホールド５の取付孔８ａ，８ｂにてゴムシール９ａ，９ｂを介して支持され、その基端側が、燃料噴射器６における場合を代表として説明すると、図４に示す燃料導入パイプ１３の燃料噴射器挿入用孔１３ａ内に吸振用のダンバ６ａとＯ−リング６ｂとを介して挿入されることで、前記燃料導入パイプ１３と前記吸気マニホールド５とに差し込まれて、両者間でシールされた状態で支持される。なお、前記噴射燃料導入部１２ａは、望ましくはスロットルボディ４と一体形成されるが、噴射燃料導入部１２ａを別部材で構成し、これをスロットルボディ４に対してねじ止め等の取付手段で取付けた構成であってもよい。
【００２３】
図２に示すように、前記燃料噴射器６，７の間で、その若干上方には、前記燃料噴射器６，７へ供給される燃料の圧力を調整する共通の燃料圧調整器１４が装着されている。この燃料圧調整器１４は、図３に示すように、その前部（図３の右側）から延設した側管部１４ａを、スロットルボディ４に設けた燃料圧調整器取付孔４ｄにＯ−リング１４ｂを介して取り付けることにより、シールされた状態でスロットルボディ４に接続され、図示しないボルトによりスロットルボディ４に取り付けられている。
【００２４】
また、前記燃料圧調整器１４は、図５に示すように、平面視において、エンジンの回転軸心ＣＴに沿った前後方向における燃料噴射器６，７を挟んでその一方側（前側）に配置され、他方側（後側）には吸気通路１１ａ，１１ｂ内の圧力を検出する圧力センサＣが配置されている。なお、図示するように、燃料タンク（図示を省略）内の燃料は、スロットルボディ４内の燃料導入部１２ａに接続された燃料接続管１６に燃料配管を取り付けることにより、噴射燃料導入部１２ａを経て図３の燃料導入パイプ１３に導かれる。前記噴射燃料導入部１２ａ内に導かれた燃料は、実線矢印ａで示すように、燃料導入パイプ１３から燃料噴射器６，７（図２）に流れ、一方、余分な燃料は、点線矢印ｂで示すように、燃料圧調整器１４からリターン通路２８を通って燃料タンク側へリターンされるようになっている。このような配置とした場合、一般的な気化器型のＶ形２気筒エンジンの気化器と気化器用のマニホールドを、前記スロットルボディ４および吸気マニホールド５で置き替えることにより、容易に本発明の燃料噴射型のＶ形２気筒エンジンとすることができる。したがって、ニーズに応じて直ちに気化器型から本発明の燃料噴射装置型へ仕様変更することができる。
【００２５】
上記構成のＶ形２気筒エンジンにおいて、吸気工程で図１に示す吸気バルブ２ｅ，３ｅが開き、ピストンＰが下降するにつれ、気筒２，３内の圧力が下がり、スロットルボディ４および吸気マニホールド５に形成された吸気通路１１ａ，１１ｂから空気が吸い込まれる。この際、吸い込まれる空気の吸気負圧は，圧力センサＣ（図５）によって高い精度で検出され、得られた検出値がエンジン回転数と共に、燃料制御手段であるコンピュータ２０に入力され、燃料の噴射量が決定される。この際、吸気温度センサＡおよび水温計Ｂ（図３）での検出データもコンピュータ２０に入力され、上記で決定された噴射量を補正する。そして、前記コンピュータ２０の指示に基づき、燃料噴射器６，７による噴射量が制御され、前記燃料噴射器６，７から制御された噴射量の燃料が前記吸気マニホールド５の吸気通路１１ａ，１１ｂ内に噴射され、最適な混合気として，気筒２，３内に均等に分配されて送り込まれる。
【００２６】
ここで、各気筒２，３ごとにそれぞれ燃料噴射器６，７をＶ空間内に設けたので、混合気の分配を均等にすることが可能である。しかも前記燃料噴射器６，７のみならず、これに付随する燃料圧調整器１４をも前記Ｖ形空間内に集約した構成とし、しかも吸気通路１１ａ，１１ｂや燃料通路１２をスロットルボディ４や吸気マニホールド５内に一体的に形成することで、使用する配管類を必要最小限にとどめているので、全体としてコンパクト化が図れる。しかも燃料噴射器６，７および燃料導入パイプ１３をボルト締めでなく、差し込みによってスロットボディ４および吸気マニホールド５に取付けているから、取付性・組付性も向上する。
【００２７】
次に、図６および図７を参照しながら、吸気通路の負圧取出部の詳細について説明する。なお、図６〜図７は、特に前記負圧取出路１８の構成を理解しやすくするために便宜上、燃料噴射器６，７および燃料圧調整器１４を省略したものを示している。
【００２８】
図６において、前記負圧取出通路１８は、スロットルボディ４における吸気マニホールド５との合わせ面であるフランジ面４ｆに対して直交する方向に延びて形成されており、一端に、一方の吸気通路４ａ（１１ａ）に開口する負圧取出口１８ａを備え、他端はフランジ面４ｆに開口する図２の細長い溝１８ｃとなっている。この溝１８ｃの一端部は、図７に示すように、吸気マニホールド５に設けた連通路２３および接続パイプ２４を介して圧力センサＣに接続されている。また、図６に示すように、前負圧取出通路１８には、絞り部１８ｂが形成され、この絞り部１８ｂの通路面積は、前記負圧取出口１８ａの通路面積の約１／９以下の通路面積となるように設定する。前記絞り部１８ｂの通路面積が前記負圧取出口１８ａの通路面積の約１／９を越える通路面積である場合、実験によれば、圧力センサＣ（図７）で検出される負圧値が動圧の影響を受けて不安定となる場合がある。
【００２９】
一方、図７の燃料圧調整器１４を制御するための制御用負圧の検出経路として、スロットルボディ４に、前記吸気通路１１ａ，１１ｂの圧力を燃料圧調整器１４に導入する圧力導入通路２５が形成されており、この圧力導入通路２５の一部分である先端部は、吸気マニホールド５におけるスロットルボディ４との合わせ面５ｆに位置している。この先端部は、図２に示すように、膨張室２５ａと、この膨張室２５ａと吸気通路４ａ，４ｂとを接続する導入孔２５ｂ，２５ｃを有している。前記導入孔２５ｂ，２５ｃの通路面積は膨張室２５ａの最大通路面積よりも小さくなるように設定されている。ここで、膨張室２５ａの通路面積とは、膨張室２５ａ内の空気の流れに直交する断面の面積である。なお、前記導入孔２５ｂ，２５ｃは、微小断面に形成されており、前記膨張室２５ａは望ましくは導入孔２５ｂ，２５ｃの５倍以上の通路面積を有する。
【００３０】
図６の負圧取出通路１８および図７の膨張室２５ａは、いずれもスロットルボディ４と吸気マニホールド５との合わせ面であるフランジ面４ｆ，５ｆに対して直交する方向に形成されているので、その加工が容易となる。
【００３１】
上記構成の負圧検出手段によれば、図７の圧力センサＣが検出するのは一つの吸気通路４ａ（１１ａ）からの負圧であって、複数の吸気通路からの負圧ではないので、負圧が平均化されることがなくなり、正確な負圧の検出が可能となる。したがって、負圧に基づく吸入空気量の検出精度がよくなり、この負圧に基づく、コンピュータ２０（図１）による燃料制御の精度も向上する。ここで、負圧を検出していない吸気通路１１ｂの吸入空気量は、負圧を検出する吸気通路１１ａの吸入空気量との比を予め求めておき、そのデータをコンピュータ２０に記憶させておくことにより、負圧を検出する吸気通路１１ａの負圧、つまり吸入空気量から容易に得られる。
【００３２】
また、図７の圧力センサＣについては、検出された負圧値が負圧取出通路１８に設けた絞り部１８ｂの存在によって圧力変動の波形が安定し、図８（Ａ）に示すように、ピーク値およびボトム値が明確になる。このため、所望の空燃比となるように、燃料噴射量を調整できる。この点、図８（Ｂ）に示すように、絞り部がない場合、動圧の影響により圧力変動が不安定で、ピーク値およびボトム値が不明確になって、所望の空燃比が得られなかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明にかかるＶ形２気筒エンジンによれば、圧力センサが検出するのは一つの吸気通路からの負圧であって、複数の吸気通路からの負圧ではないので、正確な負圧の検出が可能となる。したがって、負圧にもとづく吸入空気量の検出精度がよくなり、この負圧に基づく、燃料制御手段による燃料制御の精度も向上する。ここで、負圧を検出していない吸気通路の吸入空気量は、負圧を検出する吸気通路の吸入空気量との比を予め求めておくことにより、容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＶ形２気筒エンジンを示す正面断面図である。
【図２】同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部を示す正面図であり、スロットルボディ、燃料圧調整器、燃料導入パイプ等の配置を示す。
【図３】同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部縦断面図であり、吸気通路、燃料通路等を示す。
【図４】図１のＩＶ―ＩＶ線断面図である。
【図５】同実施形態に係るＶ形２気筒エンジンの要部を示す平面図である。
【図６】図２のＶ―Ｖ線に沿って切断し、吸気マニホールドを付加した断面図である。
【図７】図２のＶＩ―ＶＩ線に沿って切断し、吸気マニホールドを付加した断面図である。
【図８】負圧取出通路における絞り部の有無による圧力変動についての負圧値と時間との関係を示す図である。
【図９】従来の燃料噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２，３…気筒、４…スロットルボディ、４ｃ…スロットル弁、４ｆ…合わせ面、５…吸気マニホールド、５ｆ…合わせ面、６，７…燃料噴射器、１１ａ，１１ｂ…吸気通路、１２…燃料通路、１２ａ…噴射導入部、１３…燃料導入パイプ、１４…燃料圧調整器、１８ａ…負圧取出通路、１８ｂ…絞り部、２０…コンピュータ、２５ａ…膨張室、２５…圧力導入通路、２５ｂ，２５ｃ…導入孔、Ｃ…圧力センサ。

Claims

クランク軸心の周りに相異なる角度位置でＶ形に配置された２つの気筒と、
各気筒に気筒ごとに独立して吸気を供給する２つの吸気通路と、
各吸気通路に設けられた燃料噴射器と、
各吸気通路に設けられたスロットル弁と、
いずれか一つの吸気通路の圧力を検出する圧力センサと、
前記検出された圧力を用いて各気筒の燃料噴射器の噴射量を制御する燃料制御手段と、
前記２つの気筒の間に形成される V 形空間に配置され、前記吸気通路の一部を形成し、かつスロットル弁を有するスロットルボディと、
前記スロットルボディと前記２つの気筒の吸気口とを接続する吸気マニホールドと、
前記燃料噴射器に供給される燃料の圧力を調整する燃料圧調整器と、
前記吸気通路に負圧取出口が開口して吸気通路の圧力を前記圧力センサに導入する負圧取出通路と、
前記各吸気通路の圧力を前記燃料圧調整器に導入する圧力導入通路とを備え、
前記負圧取出通路は、前記スロットルボディに形成されており、前記スロットルボディにおける吸気マニホールドとの合わせ面に、前記負圧取出通路の一部分を位置させ、
前記圧力導入通路は、前記スロットルボディまたは吸気マニホールドに形成されており、
前記圧力導入通路の一部である先端部が、前記スロットルボディと吸気マニホールドの合わせ面に位置し、かつ、膨張室と、この膨張室と前記各吸気通路とをそれぞれ接続する導入孔とを有し、前記導入孔の通路面積が膨張室の最大通路面積よりも小さく設定されているＶ形２気筒エンジン。
請求項１において、
前記負圧取出通路に、前記負圧取出口の通路面積の１/ ９以下の通路面積を有する絞り部が設けられているＶ形２気筒エンジン。