JPS5918543B2 - 燃料噴射式多気筒内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料噴出式多気筒内燃機関に関する。

ガソリン燃料噴射式内燃機関として各気筒に対して夫々
１個の燃料噴射弁を設け、これら各燃料噴射弁から対応
する気筒の吸気ポート内に燃料を噴射するようにした内
燃機関が提案されている。

この種の内燃機関では各気筒に供給される燃料が均一化
するという利点を有する反面、燃焼室内に供給される燃
料の微粒化が十分に促進されないばかりでなく多数個の
燃料噴射弁を必要とするという問題がある。

このような問題を解決するために吸気マニホルド集合部
に連結されたスロットルダクト内のスロットル弁上流側
に燃料噴射弁を配置するようにした内燃機関が提案され
ている。

この内燃機関ではスロットル弁に燃料が衝突するために
燃料の微粒化が促進されしかも吸気マニホルド内を流れ
る間に燃料の気化が促進されるという利点を有するがス
ロットル弁の開度により各気筒への燃料の分配が変化す
るために各気筒における空燃比がばらつくという問題が
ある。

また、スロットル弁下流の吸気マニホルド集合部内に燃
料を噴射するようにした内燃機関が提案されているがこ
の内燃機関では燃料噴射弁の取付は位置並びに噴射方向
のわずかなちがいによって各気筒への燃料の分配が大巾
に変化するために実際には燃料噴射弁の最適な取付は位
置並びに最適な噴射方向を定めるのが困難となっている
。

本発明は噴射燃料を十分に微粒化でき、各気筒への燃料
の分配が均一化され、しかも応答性のよい燃料噴射制御
を確保できる構造の簡単な内燃機関を提供することにあ
る。

以下、添附図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図並びに第２図を参照すると、１は機関本体、２は
機関本体に固締された吸気マニホルド、３は吸気マニホ
ルド集合部、４は吸気マニホルド集合部３の上方に配置
されたはぼ水平をなすマニホルドフランジ、５ばその下
端部に取付け７ランジ６を一体形成したほぼ円筒状のス
ロットルダクト本体を夫々示し、このスロットルダクト
本体５内に垂直方向に延びるほぼ一様断面の円筒状スロ
ットルダクト７が形成される。

第２図に示すようにスロットルダクト本体５の取付はフ
ランジ６はガスケット８を介してマニホルドフランジ４
上に固定され、更にスロットルダクト本体５の下端部に
は吸気マニホルド集合部３内に突出する薄肉円筒９が一
体形成される。

この薄肉円筒９の下端縁１０は第２図に示すようにナイ
フェツジ状に形成され、しかもこの下端縁１０は吸気マ
ニホルド集合部３の内部周壁面から間隔を隔だてるよう
にして配置される。

スロットルダクトＴ内には機関本体１の長手方向に延び
るスロットル軸１１が配置サレ、コのスロットル軸１１
にバタフライ弁の形をしたスロットル弁１２が固定され
る。

以後説明の便宜上スロットル軸１１に対して機関本体側
に位置するスロットル弁弁体を右側弁体１２ａ、これと
反対側のスロットル弁弁体を左側弁体１２ｂと称ス。

このスロットル弁１２のスロットル軸１１は図示しない
車両運転室のアクセルペタルに連結され、アクセルペタ
ルが踏込まれたときスロットル弁１２は時計回りに回動
せしめられる。

一方、スロットル弁１２の下流であってしかも機関本体
側に位置するスロットルダクトフ内壁面上にはスワール
型燃料噴射弁１３が配置される。

第２図に示すようにこの燃料噴射弁１３の燃料噴出口１
４はやや下向診に指向され、しかも燃料噴射口１４から
スロットル軸１１に至る距離りはスロットルダクト７の
内径りの半分以下に設定される。

一方１燃料噴射弁１３下方のスロットルダクト本体５内
にはスロットルダクト７を取巻くように配置された環状
通路１５が形成され、この環状通路１５は垂直に延びる
バイパス通路１６を介してスロットル弁１２上流のスロ
ットルダクト７内に連結される。

第２図並びに第３図に示すようにスロットルダクト７の
内壁面上には環状通路１５とスロットルダクト７とを連
結する一対の空気噴出孔１７が形成され、しかもこれら
空気噴出孔１７はスロットルダクト７の内壁面上におい
てスロットルダクト７の内壁面円周方向に接線上に開口
する。

一方、第２図に示すように燃料噴射弁１３と反対側のス
ロットルダクト本体５上には負圧ダイヤフラム装置１８
が取付けられる。

この負圧ダイヤフラム装置１８はダイヤフラム１９によ
り隔成された負圧室２０と大気圧室２１とを有し、この
負圧室２０内にダイヤフラム押圧用圧縮ばね２２が挿入
される。

また、バイパス通路１６内には通路断面積を制御する弁
体２３が挿入され、この弁体２３は弁ロッド２４を介し
てダイヤフラム１９に連結される。

一方、負圧室２０は負圧導管２５を介して吸気マニホル
ド集合部３内に連結され、この負圧導管２５内に電子制
御装置２６により駆動制御される大気に連通可能な電磁
切換弁２７が配置される。

この電磁切換弁２７は通常例えば負王室２０と大気とを
連通しており、その結果ダイヤフラム１９が圧縮ばね２
２のばね力により右方に移動して弁体２３がバイパス通
路１６を遮断している。

一方、電子制御装置２６の出力信号により電磁切換弁２
７のソレノイド（図示せず）が付勢されると負圧室２０
が吸気マニホルド２内に連結されるためにダイヤフラム
１９は圧縮ばね２２に抗して左方に移動し、その結果弁
体２３がバイパス通路１６を開口する。

機関運転時、スロットル弁１２の上流側はほぼ大気圧と
なっており、一方スロットル弁１２の下流側には負圧が
発生している。

従がって上述のように弁体２３がバイパス通路１６を開
口するとスロットル弁１２の上流側と下流側との圧力差
により吸入空気がバイパス通路１６並びに環状通路１５
を介して空気噴出孔１７から噴出し、スロットルダクト
７内に第３図において矢印Ｓで示すような強力な旋回流
を発生せしめる。

このような空気噴出孔１７からの空気噴出作用は部分負
荷領域全体に亘って行なうようにしてもよいし、また特
にアイドリンク運転時において回転数を高めたいと垣、
例えばクーラ使用時、パワーステアリングのハンドル据
切り操作時、暖機運転時、トルクコンバータ制御用ハン
ドルをＤ（ドライブ）レンジに切換え操作したときに空
気噴出孔１７がら空気を噴出させるようにしてもよい。

また上述の説明では電磁切換弁２７を必要時に付勢せし
めて負圧室２０を吸気マニホルド２内に連結するように
しているがこれに代えて電磁切換弁２７のソレノイドを
短かい周期で間欠的に付勢せしめると共にこの付勢時間
を機関運転状態に応じて衾化せしめ、それによって負圧
室２０に加わる負圧を制御して弁体２３によるバイパス
通路１６の流路断面積制御を行なうようにしてもよい。

このようにソレノイドに加える駆動パルスのデユーティ
−サイクルを変化させることにより負圧室２０に加わる
負圧の大ぎさを制御する方法は公知であるのでここでは
特に詳細に説明しない。

第４図は第２図のスワール型燃料噴射弁１３の断面図を
示し、第５図は第４図の一部拡大断面図を示す。

第４図並びに第５図を参照すると、３０は燃料噴射弁ハ
ウジング、３１は・・ウジング３０の先端部に固定され
た弁ホルダ、３２は燃料噴出口１４の開閉制御をするた
めに弁ホルダ３１内で往復動可能なニードル、３３は可
動ニードル３２の上端部に固定された可動コア、３４は
可動ニードル押圧用圧縮ばね、３５は可動コア吸引用ソ
レノイド、３６はソレノイド３５に電力を供給するため
のコネクタを夫々示す。

第５図において破線で示すように可動ニードル３２内に
は軸孔３７と半径孔３８とが形成され、従がって第４図
において燃料導管３９を介して燃料通路４０内に送り込
まれた燃料は可動ニードル３２の軸孔３７ど半径孔３８
とを介して可動ニードル３２と弁ホルダ３１の円筒内壁
面４１間に形成された環状室４２に供給される。

一方、この環状室４２は弁ホルダ３１内に形成された一
対の半径孔４３、環状室４４並びに一対の燃料孔４５を
介して旋回室４６内に連結される。

一方、第２図に示すように燃料導管３９は燃料ポンプ４
７を介して燃料タンク４８に接続され、一方ソレノイド
３５のコネクタ３６は燃料噴射時期を制御するための電
子制御回路４９に接続される。

従がって電子制御回路４９の出力信号に基いてソレノイ
ド３５が付勢され、その結果可動ニードル３２が燃料噴
出口１４を開口すると前述したように燃料導管３９から
環状室４２内に送り込まれた燃料は半径孔４３、環状室
４４並びに燃料孔４５を介して旋回室４６内に流入し、
次いで燃料噴出口１４から噴出する。

第６図に示すように各燃料孔４５は旋回室４６の周壁面
に接線状に開口しており、従がって可動ニードル３２が
燃料噴出口１４を開口すると燃料孔４５から旋回室４６
内に流入する燃料によって旋回室４６内には強力な旋回
流が発生せしめられる。

次いでこの旋回燃料流は旋回しつつ燃料噴出口１４から
噴出するために燃料は噴出後遠心力によって第４図に示
すように広がることになる。

このように第２図或いは第４図に示すようなスワール型
燃料噴射弁１３では燃料が旋回しつつ広げられるために
燃料の微粒化が極めて促進されることになる。

なお、第２図並びに第４図においてθで示す燃料噴射角
θは６０度から１２０度の範囲内にあることが好ましく
、特に燃料噴射角θが９０度付近であることが最適なこ
とが判明している。

第２図に示すようにスロットル弁１２の開度が小さな低
負荷運転時には右側弁体１２ａとスロットルダクト７の
内壁面間を流れる空気の流速は左側弁体１２ｂとスロッ
トルダクト７の内壁面間を流れる空気の流速よりも速く
、また右側弁体１２ａとスロットルダクト７の内壁面間
を通過した空気流は矢印Ａで示されるようにひとたびス
ロットルダクト７の内壁面から離れた後に再びスロット
ルダクト１の内壁面に沿って流れることが例えばシュリ
ーレン写真を用いて観察することにより判明している。

従がって第２図に示すようにスロットル軸１１から下流
側へ距離りだけ離して燃料噴射弁１３の燃料噴射口１４
を配置することによって燃料噴射弁１３から噴出された
燃料は矢印Ａで示す空気流によりスロットルダクト７の
中央部に向けて押しやられ、斯くして噴射燃料がスロッ
トルダクトＴ内に一様に分散せしめられることになる。

またスワール型燃料噴射弁１３を用いることによって燃
料の微粒化が大巾に促進されるばかりでなく、また右側
弁体１２ａ１左側弁体１２ｂとスロットルダクト７の内
壁面間を通過する空気流が速い方の右側弁体１２ａ側に
燃料噴射弁１３を配置することによって高速空気流によ
り噴射燃料はひきちぎられ、斯くして更に燃料の微粒化
が促進されることになる。

また空気噴出孔１７から噴出する空気流によって噴射燃
料の微粒化が更に促進されると共に強力な旋回流Ｓによ
って混合気がミキシングされるためにスロットルダクト
７内において混合気が均一化される。

次いで微粒化された燃料は吸入空気と共に吸気マニホル
ド集合部３内に流入するがこのときスロットルダクト７
の内壁面上を下降する付着液状燃料は薄肉円筒９のナイ
フェツジ状下端縁１０において混合気流により剪断され
、斯くしてスロットルダクト７の内壁面上に付着した液
状燃料の微粒化が促進されることになる。

次いで吸気マニホルド集合部３内に送り込まれた燃料は
吸気マニホルド枝管内を流れる間に更に燃料の気化が促
進され、次いで各気筒の燃焼室内に供給されることにな
る。

このように燃料噴射弁１３から噴出された燃料が吸気マ
ニホルド集合部３内に流入した際には燃料の微粒化並び
に気化がかなり促進されているので各気筒への燃料の分
配を均一化することができる。

また、燃料噴射弁１３から噴射された燃料は障害物のな
い吸気マニホルド２内を経てただちに各気筒内に供給さ
れるので応答性のよい燃料噴射制御を確保することがで
きる。

第１図に示す実施例において燃料噴射弁１３から噴射さ
れる燃料は機関の運転状態に応じた最適の空燃比が得ら
れるように電子制御装置４９によって噴射制御されるが
この燃料噴射形態としては間欠噴射でもよいし、また連
続噴射でもよい。

吸入空気量が多い場合にはスロットルダクト７内を流れ
る吸入空気の流速そのものが速いために燃料の微粒化は
良好であり、従がって吸入空気量が多い場合には各気筒
への燃料の分配は燃料噴射弁１３の取付は位置或いは噴
射方向にさほど左右されずにほぼ一様となる。

しかしながら吸入空気量の少ないアイドリンク運転時或
いは低負荷低速運転時にはスロットルダクトＴ内を流れ
る吸入空気の流速が遅いために吸入空気流そのものによ
る燃料の微粒化作用はさほど期待できない。

しかしながら本発明では空気噴出孔１７から噴出する空
気によってスロットルダクト７内にはスロットルダクト
７の軸線回りの強力な旋回流が発生せしめられ為この旋
回流の中心に向けて燃料噴射弁１３から燃料が噴射され
る。

その結果、噴射燃料は旋回流によって強力な剪断力を受
けて微粒化せしめられ、同時に吸入空気とのミキシング
が促進される。

このように本発明では噴射燃料の微粒化とミキシングが
促進されるために吸入空気量が少ない場合であっても各
気筒への燃料の分配を均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図のト１線に沿ってみた断面図、第３図は第２図の■−
■線に沿ってみた断面図、第４図は第２図の燃料噴射弁
の側面断面図、第５図は第４図の一部拡大側面断面図、
第６図は第５図のＶＩ−ＶＩ線に沿ってみた断面図であ
る。 ２・・・吸気マニホルド、計・・吸気マニホルド集合部
、７・・・スロットルダクト、１２・・・スロットル弁
、１３・・・燃料噴射弁、１６・・・バイパス通路、１
７・・・空気噴出孔、１８・・・負圧ダイヤフラム装置
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スロットル弁を具えたスロットルダクト本体を吸気
   マニホルド集合部に連結すると共に該スロットル弁下流
   のスロットルダクト内に燃料噴射弁を配置した内燃機関
   において、上記スロットルダクト内壁面円周方向に接線
   状に開口する空気噴出孔を上記燃料噴射弁下流のスロッ
   トルダクト内壁面上に形成し、該空気噴出孔をバイパス
   通路を介してスロットル弁上流のスロットルダクト内に
   連結して該空気噴出孔から噴出する空気によりスロット
   ルダクト内に旋回流を発生せしめ、上記燃料噴射弁から
   該旋回流の中心に向けて燃料を噴射するようにした燃料
   噴射式多気筒内燃機関。