JP5358193B2 - 燃料噴射式内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射式内燃機関の吸気装置に関し、特に、アイドル〜低負荷運転用の副吸気系を有する吸気装置に関する。

燃料噴射式内燃機関において、スロットルバルブをバイパスするバイパス吸気通路が設けられ、バイパス吸気通路によって吸入空気をスロットルバルブより下流側の吸気通路へ供給する吸気装置が知られている（例えば、特許文献１）。

バイパス吸気通路付きの吸気装置では、スロットルバルブを閉じた状態で、バイパス吸気通路を流れる吸入空気の流量をアイドルスピードコントロールバルブと云われる流量制御弁によって計量制御することにより、アイドル回転数を制御することができる（例えば、特許文献２）。

このように、バイパス吸気通路を流れる吸入空気によってアイドル制御を行うことから、バイパス吸気通路をプライマリ吸気通路と云い、スロットルバルブを設けられている吸気通路をセカンダリ吸気通路と云うことがある。しかし、本明細書では、便宜上、これより以降、スロットルバルブを設けられている吸気通路を主吸気通路、バイパス吸気通路を副吸気通路と云う。

実公平２−７３６５号公報 特開２００７−３２４２６号公報

燃料噴射弁が気筒毎に設けられ、燃料噴射弁が各気筒の吸気ポートへ向けて燃料を噴射するポート噴射型の燃料噴射式内燃機関では、副吸気通路より主吸気通路へ供給される副吸気の流れと燃料噴射弁より噴射される燃料の噴霧束とが干渉し、副吸気の流れによって燃料噴霧フォームが乱される虞がある。燃料噴霧フォームの乱れは、壁面付着燃料量の増加等を招き、空燃比制御、排気ガス性能に悪影響を与えることになる。

本発明が解決しようとする課題は、副吸気の流れと燃料噴霧束とが干渉することを避け、副吸気の流れによって燃料噴霧フォームが乱されないようにすることである。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、主吸気通路と、前記主吸気通路に開口し前記主吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁の取付孔を形成された吸気ボディを含む燃料噴射式内燃機関の吸気装置であって、前記主吸気通路に開口した副吸気供給ポートが前記吸気ボディに形成され、前記副吸気供給ポートは、前記取付孔に取り付けられた前記燃料噴射弁が前記主吸気通路へ噴射する燃料の噴霧束と交差しない方向へ副吸気を前記主吸気通路に供給する指向性をもって開口している。

この構成によれば、副吸気供給ポートより主吸気通路に供給された副吸気の流れと燃料噴射弁より噴射された燃料の噴霧束とが干渉することがなくなり、副吸気の流れによって燃料噴霧フォームが乱されることがない。

副吸気供給ポートが燃料噴霧束と交差しない方向へ副吸気を主吸気通路に供給する指向性をもって開口していることは、前記副吸気供給ポートが前記燃料噴射弁の取付孔より吸気上流側にあって、前記燃料噴射弁の取付孔の軸心が前記主吸気通路の吸気下流を指向し、前記副吸気供給ポートの軸心が前記主吸気通路を流れる吸気の流れ方向と直交する方向あるいは前記主吸気通路の吸気上流を指向していることにより、適切に実現できる。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、更に、前記主吸気通路が前記副吸気供給ポートに対向する部位に、前記副吸気供給ポートよりの副吸気の流れを前記主吸気通路の吸気上流側に偏向させる偏向部を有する。

この構成によれば、偏向部によって副吸気供給ポートよりの副吸気の流れが主吸気通路の吸気上流側に偏向されることにより、副吸気供給ポートよりの副吸気が燃料噴射弁の燃料噴霧束に直接当たることが、より確実に回避される。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記副吸気供給ポートのポート径が前記燃料噴射弁の取付孔の孔径より大きい。

この構成によれば、副吸気供給ポートによる副吸気の流量を多く確保でき、副吸気供給ポートよりの副吸気によって、アイドル運転時だけでなくて、低負荷運転時の吸入空気量を確保することができる。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記副吸気供給ポートを形成するための加工孔が前記吸気ボディの外壁に開口しており、前記吸気ボディの外壁には、前記加工孔を取り囲むボス部と、前記燃料噴射弁の前記取付孔を取り囲むボス部とが互いに連続した一体構造のボス部として形成されている。

この構成によれば、加工孔を取り囲むためのボス部によって燃料噴射弁の取付孔を取り囲むボス部が拡張され、当該ボス部の機械的強度の増加に伴い燃料噴射弁の支持剛性が向上する。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、前記吸気ボディの前記主吸気通路の吸気上流側に、スロットル弁を支持したスロットルボディが配置され、前記副吸気供給ポートは、前記スロットル弁の回転軌跡における最下流位置よりも吸気下流側の前記主吸気通路に開口している。

この構成によれば、スロットル弁が開いて主吸気通路を吸気が流れる状態の時に、副吸気供給ポートが主吸気通路の吸気流を乱すことが回避される。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、多気筒内燃機関用のものであって、前記主吸気通路は多気筒内燃機関の気筒毎に形成されており、前記スロットル弁は前記主吸気通路毎に設けられた多連式のものである。

この構成によれば、スロットル弁から各気筒（燃焼室）までの吸気通路長を短く設定でき、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置は、好ましくは、Ｖ型多気筒内燃機関用のものであり、前記副吸気供給ポートは多気筒内燃機関の気筒毎に形成されており、内燃機関のバンク内側に前記複数個の副吸気供給ポートに副吸気を与える副吸気チャンバが配置されている。

この構成によれば、バンク内側のスペースが副吸気チャンバの配置によって有効利用され、コンパクトな設計が可能になる。

本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置によれば、燃料噴射弁の燃料噴霧束と交差しない方向へ副吸気を主吸気通路に供給する指向性をもって副吸気供給ポートが開口していることにより、副吸気供給ポートより主吸気通路に供給された副吸気の流れと燃料噴射弁より噴射された燃料の噴霧束とが干渉することがなく、副吸気の流れによって燃料噴霧フォームが乱されることがない。

本発明による吸気装置を適用された燃料噴射式Ｖ型内燃機関の一つの実施形態を示す構成図。 本実施形態による吸気装置および作動状態を示す縦断面図。 本実施形態による吸気装置を示す縦断面図。 本実施形態による吸気装置を示す平断面図。 本実施形態による吸気装置の要部の拡大部分平面図。

以下に、本発明による燃料噴射式内燃機関の吸気装置の実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

本実施形態の内燃機関（エンジン)は、図１に示されているように、Ｖ型多気筒エンジンであり、シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４の各々にシリンダボア１６を形成されている。シリンダボア１６は図１の紙面を直交する方向に複数個設けられており、１０気筒Ｖ型エンジンであれば、シリンダボア１６は右側バンク部１２と左側バンク部１４とで各々５個ずつ形成される。

シリンダブロック１０の右側バンク部１２と左側バンク部１４には、各々、シリンダボア１６の上端を閉じるようにシリンダベッド１８が取り付けられている。シリンダボア１６にはピストン２０が往復動可能に設けられている。ピストン２０はシリンダベッド１８との間に燃焼室２２を画定している。

各バンクのシリンダベッド１８には燃焼室２２毎に吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。吸気ポート２４、排気ポート２６は、各々、燃焼室２２に対する開口端（下流端）を、吸気弁２８、排気弁３０によって開閉される。

各バンクのシリンダベッド１８の吸気接続面部（吸気ポート２４の上流端が開口した面部）には、吸気ボディ４０が取り付けられている。吸気ボディ４０は、インジェクタベース部材とも呼ばれ、図２〜図４に示されているように、各吸気ポート２４に個別に連通する複数個の主吸気通路４２と、複数個の主吸気通路４２の各々に開口したインジェクタ取付孔４４とを形成されている。

吸気ボディ４０の吸気入口側にはスロットルボティ７０が取り付けられている。スロットルボティ７０は、各主吸気通路４２に個別に連通する複数個のスロットル通路７２を有する。スロットル通路７２は気筒毎に個別に設けられている。複数個のスロットル通路７２の各々にはスロットル弁７４が設けられている。スロットル弁７４は、各気筒毎に設けられた多連式のものであり、共通の弁軸７６によってスロットルボティ７０より回動可能に支持されたバタフライ弁である。

このような多連式スロットルであることにより、スロットル弁７４から各気筒の燃焼室２２までの吸気通路長を短く設定でき、スロットル開度変化による実吸入空気量変化の応答性が向上する。

スロットルボティ７０の吸気入口側には吸気マニホールドの集合管部をなす吸気チャンバ８０が接続されている。

吸気ボディ４０の説明に戻り、インジェクタ取付孔４４にはインジェクタ（燃料噴射弁）３２が取り付けられている。インジェクタ取付孔４４の軸心（軸線）Ａ（図３参照）は、主吸気通路４２の吸気下流を指向し、吸気ポート２４へ向けて開口している。これにより、インジェクタ取付孔４４に取り付けられたインジェクタ３２は主吸気通路４２および当該主吸気通路４２に連通する吸気ポート２４へ向けて燃料を噴射する。

主吸気通路４２は、図４に示されているように、円形、長円形〜楕円形の横断面形状を有している。吸気ボディ４０には、各主吸気通路４２の外周を取り巻いて湾曲して延在する副吸気通路（バイパス吸気通路）４６と、各主吸気通路４２に開口した副吸気供給ポート４８が形成されている。

副吸気供給ポート４８は、吸気ボディ４０の壁部を主吸気通路４２の径方向に貫通し、且つ副吸気通路４６の先端部（下流端）と略直角に交わるドリル加工等による加工孔５０により形成されており、副吸気通路４６の先端部と連通している。これにより、副吸気供給ポート４８は、主吸気通路４２の一つの横断面で見て、副吸気通路４６の先端部と略直角に交わる方向の軸線をもって主吸気通路４２に開口している。なお、加工孔５０の吸気ボディ外壁への開口端は、当該開口端に嵌め込み装着されたプラグ５２によって気密に閉じられている。

上述の副吸気供給ポート４８と、主吸気通路４２の外周廻りに円弧状に湾曲した副吸気通路４６とは、主吸気通路４２の一つの横断面で見て、鈎形に折れ曲がった副吸気流路を画定している。

副吸気通路４６を流れる副吸気は、副吸気通路４６が円弧状に湾曲していることにより、湾曲外側の壁面の側に片寄って流れ、更に、副吸気通路４６の下流端で略直角に曲がって副吸気通路４６の湾曲外側の壁面に連続する壁面の側に片寄って流れ、副吸気供給ポート４８より主吸気通路４２へ噴き出る。これにより、副吸気は、キノコ雲状でなくて、膜状に片寄った形態で、副吸気供給ポート４８より主吸気通路４２へ噴き出ることになり、圧損の低下が図られる。

吸気ボディ４０の外壁には、図５に示されているように、加工孔５０を取り囲むボス部５４と、インジェクタ取付孔４４を取り囲むボス部５６とが形成されている。加工孔５０のボス部５４とインジェクタ取付孔４４のボス部５６とは互いに連続した一体構造のボス部になっている。

この構造によれば、加工孔５０のボス部５４によってインジェクタ取付孔４４のボス部５６が必然的に拡張され、ボス部５６の機械的強度の増加に伴いインジェクタ取付孔４４におけるインジェクタ３２の支持剛性が向上する。

副吸気供給ポート４８は、副吸気通路４６よりの空気、つまり副吸気を主吸気通路４２に噴き出す。ここで、重要なことは、インジェクタ取付孔４４に取り付けられたインジェクタ３２が主吸気通路４２へ噴射する燃料の噴霧束Ｆ（図２参照）と交差しない方向へ副吸気を主吸気通路４２に噴き出す指向性をもって副吸気供給ポート４８が開口していることである。

このため、本実施形態では、副吸気供給ポート４８は、インジェクタ取付孔４４より吸気上流側で、且つスロットル弁７４の回転軌跡ｒ（図３参照）における最下流位置よりも吸気下流側の主吸気通路４２に開口している。副吸気供給ポート４８の軸心（軸線）Ｂ（図３参照）は主吸気通路を流れる吸気の流れ方向Ｃと直交する方向に指向している。他の実施形態として、副吸気供給ポート４８の軸心Ｂは、主吸気通路４２の吸気上流を指向していてもよく、主吸気通路４２の吸気下流を指向していなければよい。

主吸気通路４２が副吸気供給ポート４８に対向する部位は、法線が吸気上流側に向く傾斜面になっており、副吸気供給ポート４８よりの副吸気の流れＤ（図２参照）を主吸気通路４２の吸気上流側に偏向させる偏向部６２をなしている。

上述したように、副吸気供給ポート４８が、インジェクタ３２の燃料噴霧束Ｆと交差しない方向へ副吸気を主吸気通路４２に噴き出す指向性をもって開口していることにより、副吸気供給ポート４８より主吸気通路４２に噴き出した副吸気の流れＤと、インジェクタ３２より噴射された燃料の噴霧束Ｆとが干渉することがなくなり、副吸気の流れＤによって燃料噴霧フォームが乱されないことがない。

これにより、燃料噴霧フォームの乱れに起因する壁面付着燃料量の増加を招くことが回避され、空燃比制御、排気ガス性能に悪影響を与えることがなくなる。

主吸気通路４２に噴き出した副吸気の流れＰと、インジェクタ３２より噴射された燃料の噴霧束Ｆとが干渉しないことは、偏向部６２によって副吸気供給ポート４８よりの副吸気の流れＤが主吸気通路４２の吸気上流側に偏向することにより、更に確実なものになる。

アイドル〜低負荷運転時には、図２に示されているように、閉じ位置乃至低開度位置にあるスロットル弁７４に副吸気の流れＤが当たることにより、副吸気は主吸気通路４２の吸気上流側において燃料噴霧束Ｆより離れる方向の縦旋回流になる。このことによっても、主吸気通路４２に噴き出した副吸気の流れＰと、インジェクタ３２より噴射された燃料の噴霧束Ｆとが干渉しないことが、より確実なものになる。

副吸気供給ポート４８は、スロットル弁７４の回転軌跡ｒにおける最下流位置よりも吸気下流側の主吸気通路４２に開口しているから、スロットル弁７４が開いて主吸気通路４２を吸気（主吸気）が流れる状態の時に、副吸気供給ポート４８が主吸気通路４２の吸気流を乱すことも回避される。

副吸気供給ポート４８のポート径はインジェクタ取付孔４４の孔径より大きい。副吸気供給ポート４８の適切なポート径は、アイドル運転時だけでなくて、低負荷運転時の吸入空気量を確保することができるポート径である。この吸入空気量を確保するためには、副吸気通路４６も副吸気供給ポート４８のポート径に応じた通路断面積の通路にする必要がある。

吸気ボディ４０の機関バンク内側の側部には、気筒配列方向に長い副吸気チャンバ５８が一体形成されている。副吸気チャンバ５８は、各気筒の副吸気通路４６に副吸気を分配するものであり、各気筒の副吸気通路４６と連通している。副吸気チャンバ５８には一つの吸気入口部６０が形成されている。吸気入口部６０は、副スロットルボディ８２の副スロットル通路８４によって吸気チャンバ８０に連通接続されている。

副スロットル通路８４には副スロット弁８６が設けられている。副スロット弁８６は、副吸気通路４６を流れる副吸気の流量を計量し、専ら、アイドル運転時乃至低負荷運転時の吸入空気流量を定量的に制御する。

各バンクの吸気ボディ４０の副吸気チャンバ５８は、図１に示されているように、バンク内側に配置されることになり、バンク内側のスペースが副吸気チャンバ５８の配置によって有効利用され、コンパクトな設計が可能になる。

１０ シリンダブロック
１８ シリンダベッド
２０ ピストン
２２ 燃焼室
２４ 吸気ポート
２６ 排気ポート
３２ インジェクタ（燃料噴射弁）
４０ 吸気ボディ
４２ 主吸気通路
４４ インジェクタ取付孔
４６ 副吸気通路
４８ 副吸気供給ポート
５０ 加工孔
５４、５６ ボス部
５８ 副吸気チャンバ
６２ 偏向部
７０ スロットルボティ
７４ スロットル弁
８０ 吸気チャンバ
８６ 副スロット弁

Claims (6)

1. 主吸気通路と、前記主吸気通路に開口し前記主吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁の取付孔を形成された吸気ボディを含む燃料噴射式内燃機関の吸気装置であって、前記主吸気通路に開口した副吸気供給ポートが前記吸気ボディに形成され、
   前記副吸気供給ポートは、前記副吸気供給ポートが前記取付孔より吸気上流側にあり、前記取付孔の軸心は前記主吸気通路の吸気下流を指向し、前記副吸気供給ポートの軸心は前記主吸気通路を流れる吸気の流れ方向と直交する方向あるいは前記主吸気通路の吸気上流を指向し、前記取付孔に取り付けられた前記燃料噴射弁が前記主吸気通路へ噴射する燃料の噴霧束と交差しない方向へ副吸気を前記主吸気通路に供給する指向性をもって開口し、
   更に前記主吸気通路が前記副吸気供給ポートに対向する部位に、法線が吸気上流側に向く傾斜面になっていて、前記副吸気供給ポートよりの副吸気の流れを前記主吸気通路の吸気上流側に偏向させる偏向部を有する燃料噴射式内燃機関の吸気装置。
2. 前記副吸気供給ポートのポート径が前記燃料噴射弁の取付孔の孔径より大きい請求項１に記載の燃料噴射式内燃機関の吸気装置。
3. 前記副吸気供給ポートを形成するための加工孔が前記吸気ボディの外壁に開口しており、前記吸気ボディの外壁には、前記加工孔を取り囲むボス部と、前記燃料噴射弁の前記取付孔を取り囲むボス部とが互いに連続した一体構造のボス部として形成されている請求項１または２に記載の燃料噴射式内燃機関の吸気装置。
4. 前記吸気ボディの前記主吸気通路の吸気上流側に、スロットル弁を支持したスロットルボディが配置され、前記副吸気供給ポートは、前記スロットル弁の回転軌跡における最下流位置よりも吸気下流側の前記主吸気通路に開口している請求項１から３の何れか一項に記載の燃料噴射式内燃機関の吸気装置。
5. 多気筒内燃機関用のものであって、前記主吸気通路は多気筒内燃機関の気筒毎に形成されており、前記スロットル弁は前記主吸気通路毎に設けられた多連式のものである請求項４に記載の燃料噴射式内燃機関の吸気装置。
6. Ｖ型多気筒内燃機関用のものであり、前記副吸気供給ポートは多気筒内燃機関の気筒毎に形成されており、内燃機関のバンク内側に前記複数個の副吸気供給ポートに副吸気を与える副吸気チャンバが配置されている請求項１〜５の何れか一項に記載の燃料噴射式内燃機関の吸気装置。

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