JP2010096079A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合を揃えつつ、吸気弁に燃料が付着することを抑えることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】同一の気筒２に開口する２つの吸気ポート３と、２つの吸気ポート３のいずれか一方の吸気弁５の最大リフト量を変更できる可変動弁機構７と、を備えた内燃機関１Ａに適用され、２つの吸気ポート３のそれぞれに燃料噴射弁９、１０が設けられた内燃機関１Ａの燃料噴射装置８Ａであって、最大リフト量が変更される吸気弁５ａ側の吸気ポート３に設けられた小噴射用燃料噴射弁９は、大噴射用燃料噴射弁１０よりも小さい噴射率を有し、かつ気筒２までの距離が大噴射用燃料噴射弁１０から気筒２までの距離よりも小さくなるように位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一の気筒に開口する２つの吸気ポートのそれぞれに噴射率の異なる燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射装置に関する。

燃費向上や燃焼促進などのために、同一の気筒を開閉する２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁の最大リフト量が他方の吸気弁の最大リフト量よりも小さくなるような状態で運転される内燃機関が周知である。また、内燃機関の燃料噴射装置として、同一の気筒に開口する２つの吸気ポートのそれぞれに噴射率の異なる燃料噴射弁を気筒までの距離が等しくなるように設け、燃料噴射弁の燃料の噴射量を吸気ポートの吸気量に応じて制御することにより、不完全燃焼を低減する装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開２００７−２９２０５８号公報 特開平５−７１３４４号公報 特開平５−２８０４４５号公報

特許文献１の装置では、気筒までの距離が互いに等しいことから各燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気ポート内に均一に分散するまでの期間に差が生じるので、各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合が不揃いになることがある。噴射時期や噴射期間を燃料噴射弁毎に制御することにより各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の混合度合を揃えることも可能であるが、燃料噴射弁の制御が複雑になる。また、上述した内燃機関に特許文献１の装置を適用した場合、最大リフト量が小さい吸気弁側の吸気ポートに噴射率の大きい燃料噴射弁から噴射された燃料が導かれると、その吸気弁に燃料が付着することがある。その結果、内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。

そこで、本発明は、各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合を揃えつつ、吸気弁に燃料が付着することを抑えることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料噴射装置は、同一の気筒に開口する２つの吸気ポートと、前記２つの吸気ポートのいずれか一方の吸気弁の最大リフト量を変更できる可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、前記２つの吸気ポートのそれぞれに燃料噴射弁が設けられた内燃機関の燃料噴射装置であって、最大リフト量が変更される吸気弁側の吸気ポートに設けられた一方の燃料噴射弁は、他方の燃料噴射弁よりも小さい噴射率を有し、かつ前記気筒までの距離が前記他方の燃料噴射弁から前記気筒までの距離よりも小さくなるように位置していることにより上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の燃料噴射装置によれば、噴射率の大きい燃料噴射弁から気筒までの距離が噴射率の小さい燃料噴射弁から気筒までの距離よりも大きいので、噴射率の大きい燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒に到達するまでの期間が長くなり、その燃料噴射弁が設けられた吸気ポート内における混合度合が高められる。これにより、噴射時期や噴射期間を燃料噴射弁毎に制御しなくても各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合を揃えることができる。また、可変動弁機構により一方の吸気弁の最大リフト量が他方の吸気弁の最大リフト量よりも小さくされた状態で内燃機関が運転された場合でも、最大リフト量の小さい吸気弁側の吸気ポートに噴射率の小さい燃料噴射弁から噴射された燃料が導かれるので、その燃料が吸気弁に付着することを抑えることができる。よって、内燃機関の燃焼が不安定になる懸念を排除することができる。

本発明の一形態においては、前記一方の燃料噴射弁が設けられた吸気ポートの内径が、前記他方の燃料噴射弁が設けられた吸気ポートの内径よりも小さく形成され、前記一方の燃料噴射弁の噴霧角度は、前記他方の燃料噴射弁の噴霧角度よりも小さく設定されてもよい（請求項２）。この形態によれば、噴射率の大きい燃料噴射弁が設けられた吸気ポートの内径が大きく、かつ気筒までの距離が大きいので噴射率の大きい燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気ポートの半径方向に分散しやすくなる。従って、噴射率の大きい燃料噴射弁が設けられた吸気ポート内の燃料と空気との混合度合をさらに高めることができる。これにより、噴射率の大きい燃料噴射弁から気筒までの距離を大きくするだけでは吸気ポート内の燃料と空気との混合度合を調整しきれない場合でも、その燃料噴射弁の噴射率を落とすことなく対処できる。また、噴霧角度の大きい燃料噴射弁が設けられている吸気ポートの内径が大きく形成されているので、吸気ポートへの燃料の付着も抑えることができる。

以上に説明したように、本発明の燃料噴射装置によれば、噴射率の大きい燃料噴射弁から気筒までの距離が噴射率の小さい燃料噴射弁から気筒までの距離よりも大きいので、噴射率の大きい燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒に到達するまでの期間が長くなり、その燃料噴射弁が設けられた吸気ポート内における混合度合が高められる。これにより、噴射時期や噴射期間を燃料噴射弁毎に制御しなくても各吸気ポートから気筒に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合を揃えることができる。また、可変動弁機構により一方の吸気弁の最大リフト量が他方の吸気弁の最大リフト量よりも小さくされた状態で内燃機関が運転された場合でも、最大リフト量の小さい吸気弁側の吸気ポートに噴射率の小さい燃料噴射弁から噴射された燃料が導かれるので、その燃料が吸気弁に付着することを抑えることができる。

（第１の形態）
図１は本発明の第１の形態に係る燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部を示した図である。内燃機関１Ａは、複数（図では１つのみ示す。）の気筒２と、各気筒２に２つずつ開口する吸気ポート３及び排気ポート４とを備えている。各吸気ポート３の内径は同じ程度の大きさに設定されている。吸気ポート３には、これを開閉する吸気弁５が、排気ポート４にはこれを開閉する排気弁６がそれぞれ設けられている。内燃機関１Ａには、吸気弁５を開閉駆動するとともに一方の吸気弁（以下、可変吸気弁と呼ぶことがある。）５ａの最大リフト量を変更できる可変動弁機構７がさらに設けられている。可変動弁機構７は周知の構成を持っているため詳細な図示説明を省略するが、可変動弁機構７は、カムに押されて回転するローラアームと一体回転し、かつ可変吸気弁５ａを作動させる揺動アームを有しており、アクチュエータにて揺動アームの位相を変化させることにより可変吸気弁５ａの最大リフト量が変更されるように構成されている。但し、可変動弁機構７は、電磁石を利用して電磁的に可変吸気弁５ａの最大リフト量を変更できるように構成されていても構わない。

燃料噴射装置８Ａは、最大リフト量が変更される一方の吸気弁５ａ側の吸気ポート３に設けられた小噴射用燃料噴射弁９と、他方の吸気弁５ｂ側の吸気ポート３に設けられた大噴射用燃料噴射弁１０とを備えている。小噴射用燃料噴射弁９の噴射率（単位時間あたりの噴射量）は、大噴射用燃料噴射弁１０の噴射率よりも小さく設定されており、これら噴射率は固定されている。各燃料噴射弁９、１０の噴霧角度は同じ程度に設定されている。各燃料噴射弁９、１０は、吸気の流れ方向にオフセットされており、小噴射用燃料噴射弁９から気筒２までの距離が大噴射用燃料噴射弁１０から気筒２までの距離よりも小さくなるように配置されている。

可変動弁機構７及び燃料噴射弁９、１０はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１にて制御される。ＥＣＵ１１はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータとして構成される。本発明に関連するセンサとしては、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ１２と、機関回転数（回転速度）に応じた信号を出力するクランク角センサ１３とが利用される。

図２は本発明のＥＣＵ１１が実行する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１Ａの運転中に所定の周期で繰り返し実行される。まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１１は内燃機関１Ａの運転状態を取得する。ここでは、吸入空気量をエアフローメータ１２の出力信号に基づいて、機関回転数をクランク角センサ１３の出力信号に基づいてそれぞれ取得する。

ステップＳ２では、内燃機関１Ａが高負荷状態であるか否かを判断する。この判断には、ステップＳ１で取得した吸入空気量が利用され、その吸入空気量が所定値を超えるか否かにより高負荷状態であるか否かを判断する。高負荷状態である場合はステップＳ３に進み、否定判断である場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ３では、内燃機関１Ａが始動時か否かを判断する。この判断には、ステップＳ１で取得した機関回転数が利用され、その機関回転数が所定値を超えるか否かにより始動時か否かを判断する。始動時である場合はステップＳ５に進み、否定判断である場合はステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、通常制御を行う。通常制御では、可変吸気弁５ａの最大リフト量が変更されず、内燃機関１Ａの運転状態に応じて燃料噴射弁９、１０が制御される。ステップＳ４の処理後、ＥＣＵ１０は今回のルーチンを終了する。

ステップＳ５では、可変吸気弁５ａの最大リフト量が変更されるように可変動弁機構７を制御する。これにより、内燃機関１Ａは、一方の吸気弁５ａが休止する状態又は一方の吸気弁５ａの最大リフト量が他方の吸気弁５ｂの最大リフト量よりも小さい状態で運転される。前者の状態の場合、ＥＣＵ１１は小噴射用燃料噴射弁９を停止する。後者の状態の場合、ＥＣＵ１１は小噴射用燃料噴射弁９側の吸気ポート３を流れる吸気量に基づいて小噴射用燃料噴射弁９を制御する。これにより、可変吸気弁５ａの最大リフト量が小さくても、可変吸気弁５ａ側の吸気ポート３に小噴射用燃料噴射弁９から噴射された燃料が導かれるので、その燃料が可変吸気弁５ａに付着することを抑えることができる。ステップＳ５の処理後、ＥＣＵ１１は今回のルーチンを終了する。

燃料噴射装置８Ａにおいては、大噴射用燃料噴射弁１０から気筒２までの距離が小噴射用燃料噴射弁９から気筒２までの距離よりも大きいので、大噴射用燃料噴射弁１０から噴射された燃料が気筒２に到達するまでの期間が長くなり、大噴射用燃料噴射弁１０が設けられた吸気ポート３内における混合度合が高められる。これにより、噴射時期や噴射期間を燃料噴射弁９、１０毎に制御しなくても各吸気ポート３から気筒２に導かれる混合気の燃料と空気との混合度合を揃えることができる。よって、内燃機関１の燃焼が不安定になる懸念を排除することができる。

本形態は上記の例に限定されない。吸気ポート３の内径及び燃料噴射弁９、１０の噴霧角度は任意に設定してもよい。

（第２の形態）
図３は本発明の第２の形態に係る燃料噴射装置８Ｂが適用された内燃機関１Ｂの要部を示した図である。なお、図３は図１に対応しており、上述した図１と共通する部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。図３に示すように、本形態においては、小噴射用燃料噴射弁９Ｂが設けられた吸気ポート３Ｂの内径が、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂが設けられた吸気ポート３Ｂの内径よりも小さく形成されている。大噴射用燃料噴射弁１０Ｂの噴霧角度が小噴射用燃料噴射弁９Ｂの噴霧角度よりも大きく設定されている。

この形態では、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂが設けられた吸気ポート３Ｂの内径が大きく、かつ気筒２までの距離が大きいので大噴射用燃料噴射弁１０Ｂから噴射された燃料が吸気ポート３Ｂの半径方向に拡散しやすくなる。従って、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂが設けられた吸気ポート３Ｂ内の燃料と空気との混合度合をさらに高めることができる。これにより、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂから気筒２までの距離を大きくするだけでは吸気ポート３Ｂ内の燃料と空気との混合度合を調整しきれない場合でも、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂの噴射率を落とすことなく対処できる。また、大噴射用燃料噴射弁１０Ｂが設けられている吸気ポート３Ｂの内径が大きく形成されているので、吸気ポート３Ｂへの燃料の付着も抑えることができる。

本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。可変動弁機構７は、２つの吸気弁５のうちいずれか一方の最大リフト量を変更できるように構成していればよい。

本発明の第１の形態に係る燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部を示した図。 本発明の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 本発明の第２の形態に係る燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部を示した図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 内燃機関
２ 気筒
３、３Ｂ 吸気ポート
５ 吸気弁
７ 可変動弁機構
８Ａ、８Ｂ 燃料噴射装置
９、９Ｂ 小噴射用燃料噴射弁
１０、１０Ｂ 大噴射用燃料噴射弁

Claims (2)

1. 同一の気筒に開口する２つの吸気ポートと、前記２つの吸気ポートのいずれか一方の吸気弁の最大リフト量を変更できる可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用され、前記２つの吸気ポートのそれぞれに燃料噴射弁が設けられた内燃機関の燃料噴射装置であって、
   最大リフト量が変更される吸気弁側の吸気ポートに設けられた一方の燃料噴射弁は、他方の燃料噴射弁よりも小さい噴射率を有し、かつ前記気筒までの距離が前記他方の燃料噴射弁から前記気筒までの距離よりも小さくなるように位置していることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記一方の燃料噴射弁が設けられた吸気ポートの内径が、前記他方の燃料噴射弁が設けられた吸気ポートの内径よりも小さく形成され、前記一方の燃料噴射弁の噴霧角度は、前記他方の燃料噴射弁の噴霧角度よりも小さく設定されている請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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