JPH0932703A

JPH0932703A - エンジンの燃料供給装置

Info

Publication number: JPH0932703A
Application number: JP7200583A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮; Hiroyasu Uchida; 浩康内田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JP3624475B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料の気化・霧化を促進して冷間始動時のエ
ミッション特にＨＣの低減を促進し、かつ燃費を向上さ
せる。【解決手段】スロットルバルブ１７をバイパスするエ
アー通路１８の下流端に配置したエアー制御弁１９のバ
ルブシート部２１の部分にノズル２２を開口させ、該ノ
ズル２２に燃料噴射用インジェクタ２３を配置して、燃
料をノズル２２を通してバルブシート部２１に供給し、
高速気流によって微粒化する。また、補助通路２４を設
けてノズル２２にエアーを常時流し、燃料の付着を防止
する。また、ＥＧＲ通路２７の出口をバルブシート部２
１に指向させるとともに、ノズル２２周囲に加熱用の冷
却水通路２９を設ける。また、ノズル２２開口部の流速
を維持するため、スロットルバルブ１７の開き始めを遅
らせ、その分、エアー通路１８を流れるバイパスエアー
量を増量する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に冷機時のエミッ
ション性能および燃費性能を高めるためのエンジンの燃
料供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジンでは、排気系
に触媒装置を設け、排気ガス浄化用触媒によって排気ガ
ス中のＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素），ＮＯ_X
（窒素酸化物）等の有害成分を水，二酸化炭素，窒素等
にコンバートし、排気ガスを浄化する。そして、排気ガ
ス浄化用触媒としては、例えば白金，ロジウム，パラジ
ウム等の貴金属触媒を酸化珪素等で形成された担体に担
持してなる三元触媒が広く用いられている。かかる排気
ガス浄化用触媒はいずれも所定の活性温度（例えば３５
０゜Ｃ）以上にならなければ十分な排気ガス浄化率が得
られないが、エンジンがすでに暖機状態となっている通
常の運転時には、排気ガス浄化用触媒は高温（例えば７
００〜９００゜Ｃ）の排気ガスにさらされることによっ
て常時活性温度以上に保持されるため、十分な浄化作用
を奏する。しかしながら、エンジンの冷間始動時におい
ては、排気ガス浄化用触媒が活性温度に達するまでに時
間がかかり、その間は十分な浄化作用が得られない。そ
こで、電気加熱ヒータあるいはアフターバーナといった
触媒加熱装置を設けて、エンジンの冷間始動時にはこれ
ら触媒加熱装置により触媒の温度を速やかに活性温度ま
で上昇させるようにすることが提案されており、また、
エンジンの冷間始動時において、始動開始後の所定期間
中は点火時期を大リタード設定（上死点後）とすること
によって、排気熱損失を大きくして排気ガス温度の上昇
を速めるとともに、点火リタードによる燃焼性の悪化を
筒内スワール生成等の燃焼促進手段によって補い、エン
ジンの回転安定性を確保してトルク変動を抑制するよう
にしたものも提案されている。

【０００３】一方、それとは別に、エアーによって燃料
の微粒化を図る技術が従来から知られている。例えば、
特開昭５７−１５３９６１号公報に示された技術は、ア
イドルスピードコントロール用エアー通路の下流端をイ
ンジェクタの噴口付近まで延長し、エアーアシストによ
って燃料の微粒化を図るというものである。また、実開
昭６３−１２１７７５号公報に示された技術は、インジ
ェクタの先端をバルブシートおよび内外二重の針弁で構
成し、外側の針弁を開いて燃料を環状液膜状に噴出さ
せ、それに対し内側の針弁を開いて内側からエアーを衝
突させ、燃料の微粒化を図るというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの冷間始動時
に排気ガス浄化用触媒の活性化を促進して、有害成分特
にＨＣを低減することは重要な技術課題であり、そのた
め、電気加熱ヒータ等による触媒加熱、点火時期の大リ
タードといった方法が提案されていることは上述のとお
りである。しかしながら、例えば電気加熱ヒータによっ
て触媒温度を高めようとすると、消費電力が大きく、ヒ
ータをオルタネータに直結する必要があって、それが燃
費悪化の要因となる。また、点火時期を大リタードに設
定しようとしても、スワール等による燃焼促進にも限度
がある。そのため、リタード量を十分大きくできないの
が現状である。また、点火時期リタードもまた、燃焼性
を悪化させ、燃費悪化の要因となる。

【０００５】エアーアシストによりあるいはエアーを衝
突させることによって燃料の微粒化を図る技術は従来か
ら知られている。そこで、これらの技術を補助的に用い
て、燃焼性を向上させ、燃費をいくらかでも改善するこ
とも考えられる。しかしながら、これらの技術では、エ
アーが各気筒毎の個々のインジェクタに分散されるた
め、個々のインジェクタにおいて十分な流速および流量
を得るようにできず、燃焼性向上の十分な効果が得られ
ない。また、その効果はごく軽負荷域に限られてしま
う。

【０００６】したがって、本発明により解決しようとす
る課題は、燃料の気化・霧化を促進して冷間始動時のエ
ミッション特にＨＣの低減を促進し、かつ燃費を向上さ
せるための有効な手段を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸気系におけ
るスロットルバルブ前後の差圧によって発生する気流を
利用して燃料の気化・霧化を改善することにより、エン
ジンの特に冷間始動時のエミッションおよび燃費を向上
させる手段を提供するものであって、吸気系にスロット
ルバルブをバイパスするエアー通路と該エアー通路の流
量を制御するエアー制御弁とを備えたエンジンにおい
て、そのエアー制御弁のバルブシート部あるいはバルブ
シート部近傍に発生する流速の大きい気流を利用して燃
料の微粒化を促進するよう、その流速増大部分に燃料供
給用ノズルを開口させ、少なくとも低負荷域においてそ
のノズルから燃料を噴出させる。

【０００８】そして、バイパスエアーの流速を利用した
燃料の微粒化効果が得られる領域をできるだけ広くでき
るよう、スロットルバルブの開弁を遅らせて、その間を
バイパスエアーによって賄うようにするのがよい。その
ためには、アクセル開度に対する前記スロットルバルブ
の開度特性および前記エアー制御弁の開度特性を、所定
アクセル開度に達するまではスロットル開度の増大を抑
えて制御弁開度を増大させ、所定アクセル開度以上では
アクセル開度の増大に応じてスロットル開度を増大させ
る設定とする。

【０００９】また、スロットルバルブ前後の差圧による
気流を常時利用できるよう、当該エアー通路は、気筒間
において吸気行程が連続する複数の気筒からなる気筒群
を有するエンジンにおいて、上記気筒群の各気筒の独立
吸気通路が集合する吸気系の集合部に出口を接続したも
のとするのがよい。気筒間において吸気行程が連続する
複数の気筒からなる気筒群に相当するものは、例えばＶ
型６気筒エンジンの場合の各バンクが構成する気筒群で
あり、４気筒エンジンの場合の全気筒からなる気筒群で
ある。

【００１０】また、シート部分に燃料が付着しないよう
にするのがよく、そのためには、エアー通路のエアー制
御弁上流部と燃料供給用ノズルとを連通するエアー補助
通路を設ける。

【００１１】また、制御弁のシート部分における流速は
大きい方がよく、そのためには、制御弁下流の管路抵抗
が大きくならないよう、エアー制御弁をエアー通路下流
端に配置するのがよい。

【００１２】また、エアー制御弁のシート部分における
気流変化に伴う冷却作用と燃料の気化による冷却作用が
重なることにより、シート部分で燃料の温度が下がるの
で、それら冷却作用による気化・霧化の悪化を防止する
ため、排気還流通路の出口をエアー制御弁の下流からバ
ルブシート部に指向させ、排気ガスの温度で混合気を暖
めるのがよい。

【００１３】吸気系のスロットルバルブをバイパスする
エアー通路には、エアー制御弁が開くことによってスロ
ットルバルブ前後の差圧が作用し、エアーが流れる。そ
して、エアー制御弁のバルブシート部およびその近傍に
おける流速増大部分に開口するノズルを通して燃料が供
給され、特に低負荷域においてノズル開口部の流速が大
きいことにより燃料が高度に微粒化される。そのため、
特に冷機状態における燃料の気化・霧化が促進され、良
好な燃焼が可能となって、排気ガス中のＨＣが低減され
るとともに、燃費およびエミッション性能が向上する。

【００１４】スロットルバルブをバイパスするエアー通
路の気流は、スロットルバルブ開度が大きくなるにつれ
て流速が小さくなり、燃料微粒化効果が得られなくな
る。そのため、バイパスエアーによって賄える範囲で、
アクセル開度に対するスロットルバルブの開弁を遅らせ
ることが有効であり、そうすることにより、低負荷域か
ら中負荷域までの広い範囲にわたってノズル開口部のエ
アー流速を高速に維持し、最大の燃料微粒化効果を得る
ようにできる。

【００１５】気筒間において吸気行程が連続する複数の
気筒からなる気筒群を有するエンジンにおいて、その気
筒群の各気筒の独立吸気通路が集合する吸気系の集合部
にエアー通路の出口を接続した場合に、スロットルバル
ブ前後の差圧による気流がエアー制御弁のバルブシート
部において常時流速並びに流量の大きい状態に維持さ
れ、燃料微粒化効果が常時得られ、また、バルブシート
部への燃料付着が抑制され、ＨＣ低減効果が高まる。

【００１６】エアー通路のエアー制御弁上流部と燃料供
給用ノズルとを連通する補助通路を設けると、この補助
通路をもらしエアーが常時流れることによって、バルブ
シート部への燃料付着が抑制される。

【００１７】エアー制御弁をエアー通路下流端に配置す
ると、エアー制御弁下流の管路抵抗が大きくならず、そ
のため、エアー制御弁のバルブシート部における流速が
大きくなり、燃料微粒化効果が高まる。

【００１８】排気還流通路の出口をエアー制御弁の下流
からバルブシート部に指向させ、排気ガスの温度で混合
気を暖めるようにすると、気流の圧力変化に伴う冷却作
用と燃料の気化による冷却作用とで燃料温度が過度に下
がって気化・霧化が悪化するのを防止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、アイドルスピードコント
ロール（ＩＳＣ）用のエアー通路を利用した本発明の実
施の形態の一例のシステム図であり、図２はその要部拡
大図である。

【００２０】図１において、１は自動車用の４気筒エン
ジンであり、２は該エンジンのシリンダブロック、３は
シリンダヘッドである。シリンダブロック２には各気筒
のシリンダボア４が直列配置で設けられ、シリンダヘッ
ド３の下面には各シリンダボア４の上端に対向する位置
に燃焼室凹部５が設けられている。また、各シリンダボ
ア４内には往復移動自在にピストン６が配置され、各ピ
ストン６は、コネクティングロッド７を介してエンジン
出力軸であるクランクシャフト（図示せず）に連結され
ている。また、シリンダヘッド３には、各燃焼室凹部５
毎に、それぞれ一端が各燃焼室凹部５に開口し他端が対
向する両側端部に開口する吸気ポート７と排気ポート８
が設けられ、それら吸気ポート７および排気ポート８の
燃焼室凹部５への開口部には、クランクシャフトの回転
に同期して開閉駆動されるポペット式の吸気バルブ９お
よび排気バルブ１０がそれぞれ配置されている。そし
て、シリンダヘッド３の一側端には各気筒の吸気ポート
７に連通する各独立吸気通路１１と、それら独立吸気通
路１１を上流で集合させるサージタンク１２とからなる
吸気マニホールド１３が接続され、サージタンク１２の
入口とエアークリーナー１４とが１本の集合通路１５に
よって接続されている。また、上記集合通路１５のエア
ークリーナー１４との接続部には、吸入空気量を検出す
るためのエアーフローセンサー１６が配設され、エアフ
ローセンサー１６の下流には、エンジンの空気量を調整
するスロットルバルブ１７が配設されている。スロット
ルバルブ１７は、リンク機構あるいは電気的駆動機構に
よって開閉駆動され、アクセルペダル（図示せず）の踏
み込み量（すなわちアクセル開度）に応じた所定の開度
特性により制御される。

【００２１】上記エンジン１の吸気系には、また、スロ
ットルバルブ１７をバイパスして集合通路１５の上流部
と下流部とを連通するエアー通路１８が設けられ、該エ
アー通路１８の下流端にエアー制御弁１９が配設されて
いる。これらエアー通路１８とエアー制御弁１９は、エ
ンジン１のアイドル回転数制御装置（ＩＳＣ装置）を構
成するもので、エアー制御弁１９の針弁２０をステップ
モータ駆動によって軸方向に移動し、バルブシート部２
１のシート面との間隙を変えてバイパスエアー量を調整
し、エンジンアイドル時の回転数を所定値に制御する。

【００２２】上記エアー制御弁１９には、バルブシート
部２１の側方を弁軸と直交する方向に延設されてバルブ
シート部２１のテーパ面に開口するノズル２２を形成
し、該ノズル２２に対し軸方向に燃料を噴射するよう燃
料噴射用インジェクタ（上流インジェクタ）２３を配置
する。これにより、インジェクタ２３から噴射された燃
料は、ノズル２２を通ってバルブシート部２１に供給さ
れ、バルブシート部２１の高速気流によって微粒化され
る。

【００２３】また、エアー制御弁１９には、エアー通路
１８の制御弁上流部をノズル２２の入口部分に連通させ
る細いエアー補助通路２４を設ける。これにより、エア
ー制御弁１９上流のエアーが圧力差によってエアー補助
通路２４を流れ、閉弁時にノズルおよびバルブシート部
に燃料が付着するのを防止する。

【００２４】上記エンジン１には、また、吸気マニホー
ルド１３と反対側のシリンダヘッド３側端に排気マニホ
ールド２５が接続されている。排気マニホールド２５
は、各気筒の排気ポート８に連通する排気通路を出口側
で１本の通路に集合するもので、下流には排気ガス浄化
用触媒装置２６が接続されている。また、排気系の触媒
装置２６の上流と吸気系のスロットルバルブ１７の下流
とを連通するＥＧＲ（排気ガス還流）通路２７が設けら
れ、該ＥＧＲ通路２７の途中にはデューティー制御式の
ＥＧＲバルブ２８が介設されている。そして、ＥＧＲ通
路２７の出口は、エアー制御弁１９の下流からバルブシ
ート部２１に指向するよう配置されている。また、バル
ブシート部２１に開口するノズル２２の周囲には、エン
ジン冷却水を導入してこの部分を加熱するため冷却水通
路２９が設けられている。これにより、ノズル２２から
噴射され微粒化された燃料の気化が促進されるととも
に、気化熱や気流の圧力変化によって奪われた熱が補給
される。

【００２５】上記エンジン１には、上記ノズル２２に配
置された上流インジェクタ２３とは別に、上記各気筒毎
のそれぞれの独立吸気通路１１に燃料噴射用インジェク
タ（ポートインジェクタ）３０が設けられている。上流
側のインジェクタ２３からは低負荷域から中負荷域にか
けてサージタンク１２上流の集合通路に燃料が噴射さ
れ、下流側の各インジェクタ３０からは中負荷域から高
負荷域にかけて各気筒の吸気ポート７に燃料が噴射され
る。

【００２６】上記エンジン１のシリンダブロック２に
は、冷却水温度を検出する水温センサ３１が設けられて
いる。また、スロットルバルブ１７の駆動機構の動きか
らアクセル開度を検出するアクセルセンサ３２が設けら
れ、排気系の触媒装置２６の入口には空燃比フィードバ
ック制御用のＯ₂センサ３３が設置されている。これら
水温センサ３１、アクセルセンサ３２およびＯ₂センサ
３３の検出信号は、エンジン制御の情報としてエンジン
コントロールユニット３４に入力される。また、エンジ
ンコントロールユニット３４には、点火系のディストリ
ビュータ（図示せず）からの回転信号が入力され、エア
ーフローセンサー１６からの吸入空気量信号が入力され
る。エンジンコントロールユニット３４は、各種信号に
基づいて上流インジェクタ２３およびポートインジェク
タ３０を制御し、また、エアー制御弁１９を制御し、Ｅ
ＧＲバルブ２８を制御する。

【００２７】スロットルバルブ１７は、アクセル（図示
せず）の踏み込み量（アクセル開度）に対して所定の開
度特性となるよう機械式あるいは電気式の駆動機構（図
示せず）によって駆動するものであり、その駆動の基本
的な機構は従来のものと変わりがない。ただし、燃料供
給用ノズル２２の開口部であるバルブシート部２０のエ
アー流速を低負荷域から中負荷域の広い範囲で高速に維
持するため、スロットルバルブ１７の開き始めを遅ら
せ、スロットルバルブ１７が開くまでの空気量不足をエ
アー通路１８を流れるバイパスエアー量によって補う。
そのため、スロットルバルブの駆動機構が機械式のリン
ク機構である場合は、リンクアームの連結部を長穴にす
る。電気式駆動機構の場合は、そのようなスロットル開
度制御は容易である。一方、エアー制御弁１９の開度
（リフト量）は、エンジン回転数とアクセル開度のマッ
プによって制御するものとし、その場合のマップ値は、
スロットルバルブ１７を介して吸入される空気量にバイ
パスエアー量を足した値がアクセル開度に対してスムー
ズに変化する設定とする。図３はアクセル開度に対する
空気量の制御特性を示す。図において、破線はスロット
ルバルブを介して吸入されるメインエアエアー量であ
り、実線はメインエアーとバイパスエアーを合わせたト
ータルの空気量である。図の斜線部分がバイパスエアー
量に相当する。

【００２８】上記エンジンは、また、電気加熱ヒータ等
による触媒加熱、点火時期の大リタードといった手段に
よって、冷間始動時に排気ガス浄化用触媒の活性化促進
を行うものである。

【００２９】図４は一例に係るエアー制御弁１９の詳細
構造を示す断面図、図５は同エアー制御弁１９の取付状
態を示す外観図である。図において、３５はステップモ
ータのコイル部、３６はコイル部３５への通電により回
転するナット部、３７はナット部３６と螺合しナット部
３６の回転により針弁２１を上下させるボルト部、３８
は針弁２１のリフト位置を検知するポジションセンサで
ある。エアー制御弁１９は、吸気マニホールド１３のサ
ージタンク１２とスロットルボディー４０との間に直結
される。

【００３０】以上、ＩＳＣ用のエアー通路およびエアー
制御弁を利用したものを説明したが、本発明は、要は、
吸気系におけるスロットルバルブ前後の差圧によって発
生する気流を利用して燃料の気化・霧化を改善するもの
であり、ＩＳＣのエアー通路およびエアー制御弁に限定
されるものではない。

【００３１】

【発明の効果】バイパスエアーの流速が大きい部分を介
して燃料を噴出することにより、燃料の微粒化、気化・
霧化を促進し、燃焼性を改善して、特に冷機時のＨＣ低
減等エミッション性能および燃費性能を高めることがで
きる。

【００３２】そして、スロットルバルブの開度を抑えて
バイパスエアーを増量することにより、エアー流速を高
速に維持し、低負荷域から中負荷域にかけて広い範囲で
高度の燃料微粒化効果を得るようにできる。

【００３３】また、吸気行程が連続する複数の気筒から
なる気筒群を有するエンジンに適用して気流が速い状態
を常時得るようにでき、バルブシート部への燃料付着を
抑制してＨＣ低減効果を高めることができる。

【００３４】また、エアー補助通路にもらしエアーを常
時流して、バルブシート部への燃料付着を抑制するよう
にできる。

【００３５】また、エアー制御弁をエアー通路下流端に
配置して、気流を速め、燃料微粒化効果を高めるように
できる。

【００３６】また、還流排気ガスによって、圧力変化と
気化による燃料温度の下降を補い、気化・霧化の悪化を
防止するようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の一例のシステム図である。

【図２】実施の形態の一例の要部拡大図である。

【図３】実施の形態の一例の制御特性図である。

【図４】実施の形態の一例に係るエアー制御弁の詳細構
造を示す断面図である。

【図５】実施の形態の一例に係るエアー制御弁の取付状
態を示す外観図である。

【符号の説明】

１エンジン１７スロットルバルブ１８エアー通路１９エアー制御弁２１バルブシート部２２燃料供給用ノズル２３上流インジェクタ２４エアー補助通路２７排気ガス還流通路２９冷却水通路３４エンジンコントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｆ０２Ｍ 69/00 ３５０Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気系にスロットルバルブをバイパスす
るエアー通路と該エアー通路の流量を制御するエアー制
御弁とを備えたエンジンにおいて、前記エアー制御弁の
バルブシート部あるいはバルブシート部近傍の流速増大
部分に燃料供給用ノズルを開口させ、少なくとも低負荷
域において前記ノズルから燃料を噴出させることを特徴
とするエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】アクセル開度に対する前記スロットルバ
ルブの開度特性および前記エアー制御弁の開度特性を、
所定アクセル開度に達するまではスロットル開度の増大
を抑えて前記エアー制御弁の開度を増大させ、所定アク
セル開度以上ではアクセル開度の増大に応じて前記スロ
ットルバルブの開度を増大させる設定とした請求項１記
載のエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】気筒間において吸気行程が連続する複数
の気筒からなる気筒群を有するエンジンであって、前記
気筒群の各気筒の独立吸気通路が集合する吸気系集合部
に前記エアー通路の出口を接続した請求項１または２記
載のエンジンの燃料供給装置。
【請求項４】前記エアー通路のエアー制御弁上流部と
前記ノズルとを連通するエアー補助通路を設けた請求項
１，２または３記載のエンジンの燃料供給装置。
【請求項５】エアー通路下流端に前記エアー制御弁を
有する請求項３記載のエンジンの燃料供給装置。
【請求項６】排気ガスの一部を吸気系に供給する排気
還流通路の出口を、前記エアー制御弁下流から前記バル
ブシート部に指向させる配置とした請求項１または５記
載のエンジンの燃料供給装置。