JPH1061531A - 内燃機関用混合気形成装置及びエンジンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】各気筒への燃料分配性が向上し、良好なる運転
性が確保される内燃機関用混合気形成装置を提供する。 【解決手段】内燃機関用混合気形成装置は、下流部位に
複数本の分岐吸気管２ｂ，２ｄ，２ｃを有し内燃機関１
に連接する吸気管２と、該吸気管２の上流部位に配設さ
れて当該吸気管内を流れる空気流の流量を制御するスロ
ットル弁４と、各分岐吸気管２ｂ，２ｄ，２ｃとスロッ
トル弁４との間に配設されて一列に並設された噴射口を
有し該噴射口から各分岐吸気管に向けて多方向に燃料を
噴射する燃料噴射弁３とを備え、燃料噴射弁３は、噴射
口から噴射する燃料の各噴射方向軸が内燃機関１に向か
って各分岐吸気管２ｂ，２ｄ，２ｃを流動する空気流の
主流線と概ね合致しているように配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用混合気
形成装置に係り、特に、該内燃機関の複数の各気筒に向
けて一つの燃料噴射弁から多方向に燃料を噴射する燃料
噴射弁をスロットル弁よりも下流に備えた内燃機関用混
合気形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から安価な内燃機関の燃料噴射装置
を実現するために、多方向に燃料を分岐噴射できる燃料
噴射弁をスロットル下流の各気筒に対応した吸気管集合
部に配置して、一本で複数の気筒に燃料を供給する方式
が提案されている。例えば、特開昭６３−２２３３６４
号公報に開示されている。

【０００３】一方、従来の気化器を用いた方式において
は、燃料は、その粒径が３０μｍ程度まで非常によく微
粒化されている。また、従来のスロットルの上流に燃料
噴射弁を配置した所謂シングルポイント式の燃料噴射方
式においては、燃料の微粒化の程度は、前記気化器を用
いた方式よりも劣るものの、燃料噴射点から各気筒まで
の距離が比較的長くとれる。このため、両方式のもの
は、共に空気と燃料が均一に混合され易く、各気筒へ分
配される空気の量が均等になってさえいれば、途中の吸
気通路内において空気の流れに偏りがあっても、それが
各気筒の空燃比ばらつきの原因となることはない。

【０００４】また、前述の特開昭６３−２２３３６４号
公報において、吸気管の内壁に付着した燃料が及ぼす各
気筒への燃料の分配に対する影響が指摘されているが、
これは該公報にも述べられているように、吸気管が各気
筒に向かう分岐部での形状が大きく影響しており、主に
該吸気管の内壁の凹凸形状に起因している。従って、前
述のような吸気通路内における空気の流れの偏りとは無
関係の問題である。

【０００５】そして、上記多方向に分岐噴射する燃料噴
射弁をスロットルの下流に配置して一本で複数の気筒に
燃料を供給する方式においては、燃料分岐噴射点から内
燃機関までの距離が比較的短いために、空気と燃料は均
一に混合されにくいものの、各気筒への燃料の分配は多
方向燃料噴射弁自体の各方向への分岐燃料分配性能によ
ってほぽ支配され、各気筒へ分配される空気の量が均等
になっていれば、各気筒間の空燃比ばらつきは低く抑え
られると理解されている。上記特開昭６３−２２３３６
４号公報においても、各吸気管に供給される燃料量は燃
料噴射弁の各噴射口からの噴射量によって決定され、口
径ばらつきのみが各気筒間の燃料分配に影響するだけで
ある、と指摘している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の多方向燃料噴射弁をスロットルの下流に配置し
て一本で複数の気筒に燃料を供給する方式において、各
気筒間の空燃比のばらつきを実験的に確認したが、必ず
しも上記理解されているようにはなっておらず、各気筒
へ分配される空気の量を均等にしたにもかかわらず、各
気筒間の空燃比ばらつきが大きくなって、内燃機関の出
力低下や排気ガス成分の悪化などを招いていることが判
明した。そして燃料の分配性能が悪化する原因を調査し
たところ、該原因はスロットル下流における空気流の流
れの偏りによる噴射される燃料の方向性の乱れと判り、
ここに未解決の課題があることが明らかになった。

【０００７】一方、補助吸気通路を介して吸気通路内に
吹き出す空気の噴流が燃料の噴霧に対して偏りなく合流
する事が各気筒間の空燃比ばらつきを抑える上で重要で
あることも実験で確かめられた。補助吸気通路の構成に
ついても、上記特開昭６３−２２３３６４号公報には開
示されておらず、特に燃料噴霧との関係については何等
記述されていないので、ここにも課題があることが判っ
た。

【０００８】したがって、本発明の目的は、燃料噴霧の
方向と空気流の偏りとの関係を考慮して、燃料を均等に
各気筒へ分配し、良好なる運転性が確保される内燃機関
用混合気形成装置及びエンジンシステムを提供するにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による内燃機関用混合気形成装置の特徴は、下流部位
に複数本の分岐吸気管を有し内燃機関に連接する吸気管
と、該吸気管の上流部位に配設されて当該吸気管内を流
れる空気流の流量を制御するスロットル弁と、前記分岐
吸気管と前記スロットル弁との間に配設されて一列に並
設された噴射口から前記各分岐吸気管に向けて多方向に
燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁
は、該燃料噴射弁の各噴射方向軸が形成する噴射口を頂
点とする略二等辺三角形の垂直二等分線を包含する平面
が、前記スロットル弁から前記分岐吸気管に向かって流
動する前記空気流の主流線も包含するよう、配設されて
いるにある。

【００１０】または、他の特徴は、前記燃料噴射弁は、
前記噴射口から噴射する前記燃料の各噴射方向軸が前記
内燃機関に向かって前記各分岐吸気管を流動する前記空
気流の主流線と概ね合致しているよう、配設されている
点にある。本発明によれば、空気流の偏りが無く、か
つ、燃料の噴射方向性を阻害することが無いので、各気
筒への燃料分配性が向上し、良好なる運転性が確保され
る内燃機関用混合気形成装置及びエンジンシステムが提
供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による一実
施例の内燃機関用混合気形成装置及びエンジンシステム
の構成を示す図である。本実施例の内燃機関用混合気形
成装置を内燃機関に実装したエンジンシステムの構成を
示したものである。 図において、本実施例の内燃機関
用混合気形成装置は、吸気通路としての吸気管２と、燃
料噴射弁３と、スロットル弁４と、補助吸気通路として
の補助吸気管８とを含み構成される。また、エンジンシ
ステムは、内燃機関１と、内燃機関用混合気形成装置
と、燃料噴射弁３などを制御する制御装置１０と、燃料
噴射弁３に燃料を供給する燃料供給系(図示省略)と、制
御するための信号を検出する各種センサ(後述)とを含み
構成される。

【００１２】具体的には、内燃機関１はインライン式の
３気筒エンジンであり、該内燃機関１の吸気ポート１ａ
に吸気管２が連接される。該吸気管２は、分岐点２ｍを
中心にして放射状に分けられた形状の３本(複数本)の分
岐吸気管２ｂ，２ｄ，２ｃを下流部位に有している。ま
た、吸気管２には、燃料タンク(図示省略)や加圧ポンプ
(図示省略)などからなる燃料供給系から供給される燃料
を噴射する燃料噴射弁３が配設されている。該燃料噴射
弁３は、噴射口(噴射点ｏ)から燃料を噴射している。そ
して、吸気管２に配設された燃料噴射弁３よりも、さら
に上流部位にはスロットル弁４が配設されている。

【００１３】さらにまた、吸気管２は、補助吸気管８を
有する場合があり、その場合の補助吸気管８は、スロッ
トル弁４をバイパスする空気通路であり、吸気の流れを
開閉する通路弁８ａとスロットル弁４の下流部位に開口
している開口部８ｂとを有している。 一方、図１に
示すエンジンシステムの構成には、内燃機関１の負荷状
態を検知するための吸気管負圧センサ７が吸気管２に配
置されている。更に、内燃機関１の運転状態を検知する
ために、該内燃機関１の回転速度やクランク角度を検知
するクランク角センサ(図示省略)、スロットル開度セン
サ６、冷却水温センサ９などの各種センサが配置されて
いる。

【００１４】図２、図３は、本発明による一実施例の燃
料噴射弁のノズル近傍を示す縦断面図及び平面図(底面
から視た図)である。 燃料噴射弁３の本体は、燃料を
その上部から導入して先端のノズル部３０から噴射する
構造をなしており、該燃料は、電磁力によって上下する
可動弁３１に制御されて、ノズル部３０に設けられた３
個の噴射口としてのオリフィスから、即ち、第一気筒用
オリフィス３２ａと、第二気筒用オリフィス３２ｂと、
第三気筒用オリフィス３２ｃとから噴射される。そし
て、図３に示すように、３個のオリフィス(３２ａ,３２
ｂ,３２ｃ)は一列に(直線状に)並設されている。

【００１５】図４は、図２の燃料噴射弁の噴霧状態を示
す図である。この燃料噴射弁３は、一個所(すなわち、
噴射点ｏ)から多方向(複数の方向)に燃料を噴射するこ
とができるように複数のオリフィス(すなわち、噴射口)
を一個所に集中して具備しており、１個の燃料噴射弁３
で内燃機関１の各気筒に向けて吸気管２及び吸気ポート
１ａを経由して燃料を放射状に噴射している。即ち、図
３において、３個のオリフィスが一列に並設されている
ので、図４のように、燃料はノズル部３０の噴射点ｏか
らｏｂ軸,ｏｄ軸,ｏｃ軸の各噴射方向軸に扇状の放射平
面で噴射される。換言すれば、 燃料は、 軸ノズル部３
０の噴射点ｏを頂点とする略二等辺三角形(ｏｂ軸,底辺
(ｂ−ｃ),ｏｃ軸)の垂直二等分線であるｏｄ軸を包含す
る平面状に噴射されている。尚、略二等辺三角形は単に
略三角形であって良い。

【００１６】図５は、本発明による一実施例の制御装置
の内部構成を示す図である。図に示すように、制御装置
１０は、入力回路１９１，Ａ／Ｄ変換部１９２，中央演
算部１９３，ＲＯＭ１９４，ＲＡＭ１９５および出力回
路１９６を含んだ構成とされている。入力回路１９１
は、入力信号１９０(例えば、冷却水温センサ９、スロ
ットル開度センサ６等からの信号)を受け付けて、該信
号からノイズ成分の除去等を行い、当該信号をＡ／Ｄ変
換部１９２に出力するためのものである。Ａ／Ｄ変換部
１９２は、該信号をＡ／Ｄ変換し、中央演算部１９３に
出力するためのものである。中央演算部１９３は、該Ａ
／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１９４に記憶された所
定のプログラムを実行することによって、各制御及び診
断等を実行する機能を備えている。なお、演算結果およ
びＡ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１９５に一時保管されると
共に、該演算結果は、出力回路１９６を通じて制御出力
信号１９７として出力され、燃料噴射弁３等の制御に用
いられる構成となっている。但し、制御装置１０の構成
はこれに限定されるものではない。

【００１７】一方、制御装置１０は、内燃機関１の負荷
状態を検知するための吸気管負圧センサ７や、内燃機関
１の運転状態を検知するためのスロットル開度センサ
６、冷却水温センサ９、クランク角センサからの検出信
号を取り込み、それらの検出結果に基づいて、燃料噴射
弁駆動信号３sを生成し、 これに依り燃料噴射弁３を制
御する。そして、点火コイル(図示省略)や点火プラグ
(図示省略)等も制御する。すなわち、制御装置１０は、
エンジンシステムの燃焼制御を実行する。

【００１８】制御装置１０が生成する燃料噴射弁駆動信
号３sのパルス幅(Ｔｉ)は、 以下の式によって演算され
る。

【００１９】 Ｔｉ＝ＫＭ×ＰＭ＋Ｔｂ (数１) ここで、ＰＭは吸気管負圧センサ７で測定した吸気管負
圧、Ｔｂは図６に示すインジェクタの流量特性(Ｑｆ)の
無効パルス幅補正項である。また、ＫＭは補正係数であ
り、空燃比が目標値付近になるようにエンジンシステム
の全運転領域で補正を行うものである。その一例を図７
に示す。

【００２０】図１に戻り、燃料噴射弁３のノズル部３０
(即ち、噴射点ｏ)は、吸気管２が各気筒に向けて、分岐
吸気管２ｂ,２ｄ,２ｃに分岐する箇所、即ち、吸気管２
のほぼ中央部近辺にある分岐点２ｍに位置していて、該
燃料噴射弁３の各噴射方向軸(図４のｏｂ軸,ｏｄ軸，ｏ
ｃ軸)が 形成する噴射点ｏ(即ち、噴射口)を頂点とする
略二等辺三角形 (図４のｏｂ軸，底辺(ｂ−ｃ)，ｏｃ
軸)の垂直二等分線(ｏｄ軸)を包含する平面が、 スロッ
トル弁４から内燃機関１に向かって、分岐吸気管２ｂ，
２ｄ，２ｃの内部を流動する空気流の主流線 (２ｂｊ
軸，２ｄｊ軸，２ｃｊ軸)も包含するように配設されて
いる。 すなわち、燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の各噴
射方向軸が形成する噴射口を頂点とする略二等辺三角形
の垂直二等分線を包含する平面が、スロットル弁から分
岐吸気管に向かって流動する空気流の主流線も包含する
よう、配設されている構成である。

【００２１】換言すれば、 分岐点２ｍを中心にして放
射状に分岐している各分岐吸気管(２ｂ,２ｄ,２ｃ)の内
部を流れる空気の主流線 (２ｂｊ軸，２ｄｊ軸，２ｃｊ
軸)を包含する平面が、 燃料噴射弁３の各噴射方向軸
(ｏｂ軸,ｏｄ軸，ｏｃ軸)を包含する平面にほぼ重なる
関係に構成されていると言える。すなわち、本発明によ
る燃料噴射弁の特徴は、燃料噴射弁が形成する噴射口を
頂点とする扇状の放射平面に、スロットル弁から分岐吸
気管に向かって流動する空気流の主流線を包含するよう
に当該燃料噴射弁が配設されている点にある。

【００２２】特に、図１に示すように、各分岐吸気管
(２ｂ,２ｄ,２ｃ)は直線状に延長して内燃機関１と連接
して扇状の放射平面に空気流の主流線を包含することが
望ましく、別の言い方をすれば、燃料噴射弁３は、噴射
口から噴射する燃料の主流線としての各噴射方向軸 (ｏ
ｂ軸,ｏｄ軸，ｏｃ軸の方向)と内燃機関１に向かって各
分岐吸気管 (２ｂ,２ｄ,２ｃ)を流動する空気流の主流
線(２ｂｊ軸，２ｄｊ軸，２ｃｊ軸の方向)とが、概ね合
致するように配設されている構成である。 このような
構成にすることによって、燃料噴霧の主流が、空気流の
主流によって直接的(あるいは直線的)に内燃機関１(す
なわち、吸気ポート１ａ)に導かれるので、従来技術の
ような燃料噴霧が吸気管の壁面に当たり付着することが
回避され、換言すれば、燃料噴霧の方向と空気流の偏り
との関係が適正となって、 燃料(燃料噴霧)が均等に各
気筒へ分配されるものである。 これについては、後述
するように実験的に確認されたものである。

【００２３】すなわち、上記構成の本発明に係る内燃機
関用混合気形成装置は、吸気管２内に配設されて該吸気
管２を流れる空気流量を制御するスロットル弁と、該ス
ロットル弁よりも下流部位に配設されて一列に並設され
た内燃機関の各気筒に向けて多方向に燃料を噴射する燃
料噴射弁とを備え、該燃料噴射弁の各噴射方向軸が形成
する噴射口を頂点とする略二等辺三角形の垂直二等分線
を包含する平面が、スロットル弁から内燃機関に向かっ
て流動する空気の主流線も包含するように、燃料噴射弁
が配設されていることを特徴としている。

【００２４】上述した本発明の特徴について、以下、詳
細に説明する。まず、空気流の流れの偏りが各気筒間の
空燃比ばらつきに悪影響を及ぼすメカニズムについて説
明する。燃料噴射弁から噴射された燃料は、その全てが
各々狙った方向に飛ぶわけではなく、粒径の細かい燃料
は、質量が小さいが故に貫通力が弱く該燃料噴射弁の周
囲に浮遊しているので、噴射口付近の空気の微弱な流れ
の偏りにも影響されて、非常に不安定な動きをする。そ
の結果、どの気筒に吸い込まれるかはまちまちであり、
その結果、各気筒間の空燃比ばらつきが発生するもので
ある。一方、粒径の大きな燃料は、質量が大きいが故に
貫通力が強くて狙った方向に飛び出すが、大きな偏りを
もった強い空気の流れに会っては、やはりその方向性は
乱され、各気筒間の空燃比ばらつきが発生するものであ
る。

【００２５】図８は、内燃機関の燃料噴射における空気
流が燃料液滴の到達方向に及ぼす影響を示す図である。
図８(ａ)は、大気圧中で空気流２０ｍ／ｓ、図８(ｂ)
は、大気圧中で空気流１０ｍ／ｓ、 図８(ｃ)は、 −２
００ｍｍＨｇの負圧中で空気流１０ｍ／ｓの各状態を示
す図である。燃料粒(液滴)の到達方向が空気の流れに及
ぼされる影響をコンピュータシミュレーションで調査し
た結果を示している。図において、左下端が燃料噴射位
置で、縦軸が燃料噴射方向、横軸が空気の流れ方向を示
している。このシミュレーション結果から理解されるよ
うに、空気の流れに影響を及ぼされる燃料の粒径は、空
気の流速が高いほど、また、空気の密度(この場合、周
囲の気圧)が高いほど大きくなることが分かる。したが
って、極力、空気流に偏りが発生しないようにすること
が、各気筒間の空燃比ばらつきを抑える上で重要である
と言える。

【００２６】次に、空気流に偏りが発生する理由につい
て説明する。図９は、吸気管内の空気流のコンピュータ
シミュレーション結果を示す図である。スロットル弁４
の開度が小さい時の、吸気管２内の空気流をコンピュー
タシミュレーションで解析した結果を示したものであ
る。該結果によると、スロットル弁４の上流から下流へ
流れ出す空気流は、スロットル弁４の全周に亘って均等
に流れ出すのではなく、弁の両側外周端に偏って流れ出
すことが理解できる。しかもスロットル弁下流側の気圧
は殆ど真空に近いので、その時にスロットル弁４を通過
する空気流速は音速近くにまで速くなることが判明し
た。

【００２７】したがって、空気流は、吸気管２内部の両
壁に沿って高速に流れ、著しく偏ったものになるものと
言える。この場合の偏りに関しては、回動式のスロット
ル弁を使用する限り不可避である。このため、各気筒間
の空燃比ばらつきを抑える上で、燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料の方向性を乱さないためには、燃料の噴霧方向
に対してスロットル弁の回動方向を合わせ、如何に偏り
無く該空気流を合流させるかが大変重要な課題であるこ
とが理解される。

【００２８】そこで、発明者らがいろいろ検討した結
果、前述したように燃料噴射弁の各噴射方向軸が形成す
る噴射口を頂点とする略二等辺三角形の垂直二等分線を
包含する平面が、スロットル弁から内燃機関に向かって
流動する空気の主流線も包含するように、一列形状のノ
ズルを有する燃料噴射弁が配設されていることが良いこ
とが判明した。

【００２９】しかしながら、スロットル弁の回動方向と
燃料の噴霧方向の関係によっては差が生じる場合がある
ことも判り、そこで、スロットル弁の回動方向を燃料の
噴霧方向に関して、気筒毎の空燃比ばらつきを評価基準
とし実験的に調査検討した。この結果について、比較例
と本発明による実施例とを比較して説明する。まず、図
１０〜図１２を参照して比較例について説明する。図１
０，図１１は、比較例のスロットル弁軸方向と燃料噴射
方向の関係を示す横断面図および縦断面図である。図１
２は、比較例のスロットル弁軸の方向による空気流の偏
りとその燃料噴霧の方向性への影響を示す概念図であ
る。

【００３０】図１０，図１１に示す如く、 燃料噴射弁
３の各噴射方向軸(ｏｂ軸，ｏｄ軸，ｏｃ軸)が形成す
る、 噴射口を頂点とする略二等辺三角形の垂直二等分
線を包含し且つ該略二等辺三角形の底辺(ｂ−ｃ)に直交
する平面 (すなわち、ｏｄ軸を包含する平面)が、 スロ
ットル弁４から内燃機関１に向かう吸気管２の軸線２ａ
ｊをも包含するように、燃料噴射弁３(すなわち、噴射
点ｏ)が配設されている。

【００３１】このような構成の場合は、吸気管２の中心
に向かって均等に燃料が噴射されているにも関わらず、
底辺(ｂ−ｃ)を軸とする方向と弁軸４ａの軸方向とが、
直角となる関係に配設されているため、図１２の概念図
に示す如く、スロットル弁４が開口する吸気管２の両外
側(壁面側)の空気流５ａ，５ｂが多くなる偏流分布を示
し、その結果、燃料噴霧が矢印Ｘ，Ｙのように外側から
内側方向に押し退けられて、気筒毎の空燃比に大きなば
らつきが発生していることが判明した。すなわち、比較
例の気筒毎の空燃比ばらつき(△Ａ／Ｆ)は、後述する図
１５の「比較例」に示したように、内燃機関の運転条件に
よっては、許容値に対して約３倍もの値を示す場合があ
ることが判った。

【００３２】一方、図１３〜図１５を参照して本発明に
よる他の実施例について説明する。図１３，図１４は、
本発明による実施例のスロットル弁軸方向と燃料噴射方
向の関係を示す横断面図および縦断面図である。図１５
は、スロットル弁軸方向と△Ａ／Ｆとの関係の調査結果
を比較した図である。 図１３,図１４に示す如く、
スロットル弁４の弁軸４ａの向きを９０度回転して配設
し、底辺(ｂ−ｃ)の方向と、弁軸４ａの方向とが平行に
なるように配設したところ、図１５の「実施例」に示した
如く、内燃機関の広い運転条件の範囲において、空燃比
ばらつき(△Ａ／Ｆ)を許容値内に抑えることができた。
このように、燃料の噴霧に対して空気を偏りなく合流さ
せることも、各気筒間の空燃比ばらつきを抑える上で、
大変重要であることが実験から確かめられた。換言すれ
ば、従来技術(特開昭６３−２２３３６４号公報)におい
て、 「各気筒間の燃料分配に影響するのは 燃料噴射弁
の各噴射口の口径ばらつきのみである」としており本発
明の特徴とする構成に関しては何ら開示されていないと
言える。

【００３３】以上のように、燃料噴射弁３の噴射方向と
スロットル弁４の弁軸４ａの方向の間には、最適な関係
があり、即ち、スロットル弁４の弁軸方向が、燃料噴射
弁３から平面状に噴射される燃料噴霧が形成する噴射口
(噴射点ｏ)を頂点とする略二等辺三角形の底辺(ｂ−ｃ)
の方向と概ね平行となる関係に配設した本発明による構
成によって、空燃比ばらつき(△Ａ／Ｆ)を小さく抑える
ことができた。

【００３４】即ち、本発明による内燃機関用混合気形成
装置の他の特徴は、スロットル弁の弁軸方向を、前述の
想定された略二等辺三角形の底辺方向と概ね平行の関係
に設定することによって、スロットル開度が小さい領域
での空気流が燃料噴射弁の各噴射方向軸が形成する扇状
の面に対して偏りを持たないようにした点にある。した
がって、図１５に示したように、本実施例のような構成
の内燃機関用混合気形成装置を用いれば、広い範囲にお
いて良好なる運転が確保されるエンジンシステムが提供
される。

【００３５】ところで、弁軸４ａと底辺(ｂ−ｃ)との位
置関係は、必ずしも図１３，図１４に示すものに限られ
るものではない。これについて説明する。図１６は、本
発明による他の実施例のスロットル弁軸方向と燃料噴射
方向の関係を示す概念図である。図１７は、本発明によ
る別の実施例のスロットル弁軸方向と燃料噴射方向の関
係を示す概念図である。図１６に示すように、弁軸４ａ
の辺(ｐ−ｑ)と底辺(ｂ−ｃ)の両者が、長方形または台
形の対峙する２辺となるように概ね平行に配設されてい
ても良いことが確認された。更に、図１７の如く、 弁
軸４ａの辺(ｐ−ｑ)と底辺(ｂ−ｃ)からなる平面(ｐ−
ｑ−ｃ−ｂ)に噴射点ｏを包含した構成配置、 あるい
は、オフセットした平面(ｐ'−ｑ'−ｎ−ｍ)と平面(ｍ
−ｎ−ｃ−ｂ)とからなる構成配置でも良く、さらに、
角度をもって離れた位置に弁軸４ａが配置された平面
(ｐ−ｑ−ｎ−ｍ)と平面(ｍ−ｎ−ｃ−ｂ)とからなる構
成配置でも良いことは容易に推考できる。

【００３６】次に、スロットル弁をバイパスし、一部の
吸気を補助吸気通路を介して吸気通路内に吹き出す(補
助空気噴流の)構成の実施例について説明する。 補助
吸気通路としての補助吸気管８を通過する空気量は、ス
ロットル弁４がほぼ全閉に近い場合に該通路開口面積が
大きくなるほど多くなる。該補助吸気管８は、通常、吸
気管２の壁面に開口した吹き出し孔としての開口部８ｂ
に連通されていて、補助吸気管８を通過した空気流は、
通路弁８ａの開閉によって開口部８ｂから噴流となっ
て、吸気管２を流れる空気流と衝突混流する。ここで、
スロットル弁開口面積よりも補助吸気管８の開口面積の
方が大きい場合には、補助空気の噴流の勢いの方が強く
なり、吸気管２内の空気流は補助空気の流れが支配的に
なる。従って、開口部８ｂの位置や向きが偏向している
と、その偏向に追従して吸気管２内の空気流に偏りが発
生することになる。

【００３７】そこで、補助空気系通路８の開口部８ｂの
位置について、補助吸気管８を介して吸気管２内に吹き
出す空気の噴流方向を変え、 気筒毎の空燃比ばらつき
(△Ａ／Ｆ)を評価基準として、実験的に調査検討した。
これについて説明する。 図１８，図１９は、比較例の
補助空気系の通路出口位置と燃料噴射方向の関係を示す
横断面図および縦断面図である。補助吸気管８の下流側
の開口部８ｂの位置を、吸気管２内に吹き出す空気の噴
流が燃料の噴霧方向に対して交差させた場合である。

【００３８】この比較例では、図１８，図１９に示す如
く、補助吸気管８の下流側の開口部８ｂは第１気筒側
(分岐吸気管２ｂ側)に偏った構成になっている。このた
め第１気筒側には、より多くの空気が分配されて燃料量
が薄くなり、一方、他の気筒側においては、押し退けら
れた燃料噴霧がより多く分配されて燃料量が濃くなった
ために、後述するように△Ａ／Ｆが悪化することが判明
した。換言すれば、前述のようにスロットル弁４の開き
方向と弁軸４ａの向きとを適切にすることで、△Ａ／Ｆ
を許容値以下に抑えることはできるが、補助吸気管８を
図１８，図１９に示す構成で設けた場合であれば、△Ａ
／Ｆが悪化することが判明した。

【００３９】図２０，図２１は、本発明による実施例の
補助空気系の通路出口位置と燃料噴射方向の関係を示す
縦断面図および縦断面図である。図２２は、補助空気系
の通路出口位置と△Ａ／Ｆとの関係の調査結果を比較し
た図である。図２０，図２１に示す如く、補助吸気管８
の下流側の開口部８ｂが吸気管２のほぼ中央に来るよう
に配置した構成にしており、図２２に示した如く、本実
施例の構成であれば、△Ａ／Ｆを許容値内に抑えること
ができることが判明した。

【００４０】即ち、図２０，図２１に示す如く、補助吸
気管８の配置を９０度ずらして、補助吸気管８の下流側
の開口部８ｂは、当該開口部８ｂから吸気管２内に吹き
出す空気流の噴流方向が、前述の垂直二等分線(ｏｄ軸)
の方向と概ね重なるように、吸気管２に開口している、
換言すれば、開口部８ｂが吸気管２のほぼ中央に来るよ
うに配置したところ、気筒毎の空燃比ばらつき(△Ａ／
Ｆ)を許容値内に抑えることができた。

【００４１】従って、本発明による内燃機関用混合気形
成装置の別の特徴は、吸気管は、スロットル弁をバイパ
スして当該吸気管に空気を導入する補助吸気管を備え、
該補助吸気管は、当該補助吸気管から吸気管内に吹き出
す空気の噴流方向が、燃料の噴射方向に対して平行で、
かつ、略二等辺三角形の垂直二等分線の方向と概ね重な
る構成となるように、吸気管に開口している点にある。

【００４２】ところで、開口部８ｂの位置は必ずしも図
２０，図２１の通りである必要はなく、これについて説
明する。図２３は、本発明による他の実施例の補助空気
系の通路出口位置と燃料噴射方向の関係を示す縦断面図
である。図２３に示す如く、該補助吸気管８の下流側の
開口部８ｂは、スロットル弁４から内燃機関１に向かう
吸気管２の軸線２ａｊと燃料噴射弁３の噴射点ｏ (噴射
口)とを包含する面(２ａｊ−ｏ)が、吸気管２の壁面と
交差してなる線(ｌ，ｍ，ｎ)の近傍に、 該開口部８ｂ
の中心部が配置されるように構成しても良いことが容易
に推考できる。

【００４３】以上のように、本発明によって、燃料噴霧
の方向と空気流の偏りとの関係を考慮し燃料を均等に各
気筒へ分配することを可能とする内燃機関用混合気形成
装置が提供され、そして、該内燃機関用混合気形成装置
を用いたエンジンシステムであれば、広い範囲において
良好なる運転が確保される。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、内燃機関の回転に同期
して、該内燃機関の複数の気筒に向けて一つの燃料噴射
弁から多方向に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃
機関用混合気形成装置において、空気の流れの偏りを無
くし、かつ、燃料の噴射方向性を阻害することが無いの
で、各気筒への燃料分配性が良い内燃機関用混合気形成
装置ならびに良好な運転性を持つエンジンシステムが実
現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例の内燃機関用燃料噴射装
置の構成を示す図である。

【図２】本発明による一実施例の燃料噴射弁のノズル近
傍を示す縦断面図である。

【図３】本発明による一実施例の燃料噴射弁のノズル近
傍を示す平面図である。

【図４】図２の燃料噴射弁の噴霧状態を示す図である。

【図５】本発明による一実施例の制御装置の内部構成を
示す図である。

【図６】図５の制御装置に制御された図２の燃料噴射弁
の流量特性を示す図である。

【図７】図２の燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅の補正係
数を示す図である。

【図８】内燃機関の燃料噴射における空気流が燃料液滴
の到達方向に及ぼす影響を示す図である。

【図９】吸気管内の空気流のコンピュータシミュレーシ
ョン結果を示す図である。

【図１０】比較例のスロットル弁軸方向と燃料噴射方向
の関係を示す横断面図である。

【図１１】比較例のスロットル弁軸方向と燃料噴射方向
の関係を示す縦断面図である。

【図１２】比較例のスロットル弁軸の方向による空気流
の偏りとその燃料噴霧の方向性への影響を示す概念図で
ある。

【図１３】本発明による実施例のスロットル弁軸方向と
燃料噴射方向の関係を示す横断面図である。

【図１４】本発明による実施例のスロットル弁軸方向と
燃料噴射方向の関係を示す縦断面図である。

【図１５】スロットル弁軸方向と△Ａ／Ｆとの関係の調
査結果を比較した図である。

【図１６】本発明による他の実施例のスロットル弁軸方
向と燃料噴射方向の関係を示す概念図である。

【図１７】本発明による別の実施例のスロットル弁軸方
向と燃料噴射方向の関係を示す概念図である。

【図１８】比較例の補助空気系の通路出口位置と燃料噴
射方向の関係を示す横断面図である。

【図１９】比較例の補助空気系の通路出口位置と燃料噴
射方向の関係を示す縦断面図である。

【図２０】本発明による実施例の補助空気系の通路出口
位置と燃料噴射方向の関係を示す横断面図である。

【図２１】本発明による実施例の補助空気系の通路出口
位置と燃料噴射方向の関係を示す縦断面図である。

【図２２】補助空気系の通路出口位置と、△Ａ／Ｆとの
関係の調査結果を比較した図である。

【図２３】本発明による他の実施例の補助空気系の通路
出口位置と燃料噴射方向の関係を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、１ａ…吸気ポート、２…吸気管、２ｂ，
２ｃ，２ｄ…分岐吸気管、３…燃料噴射弁、３s…燃料
噴射弁駆動信号、４…スロットル弁、４ａ…弁軸、５
ａ，５ｂ…空気流、６…スロットル開度センサ、７…吸
気管負圧センサ、８…補助吸気管、８ａ…通路弁、８ｂ
…開口部、９…冷却水温センサ、１０…制御装置、３０
…ノズル部、３１…可動弁、３２ａ…第一気筒用オリフ
ィス、３２ｂ…第二気筒用オリフィス、３２ｃ…第三気
筒用オリフィス、190…入力信号、191…入力回路、192
…Ａ／Ｄ変換部、193…中央演算部、194…ＲＯＭ、195
…ＲＡＭ、196…出力回路、197…制御出力信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 誠 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 根本 守 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下流部位に複数本の分岐吸気管を有し内燃
   機関に連接する吸気管と、該吸気管の上流部位に配設さ
   れて当該吸気管内を流れる空気流の流量を制御するスロ
   ットル弁と、前記分岐吸気管と前記スロットル弁との間
   に配設されて一列に並設された噴射口から前記各分岐吸
   気管に向けて多方向に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備
   え、 前記燃料噴射弁は、該燃料噴射弁の各噴射方向軸が形成
   する噴射口を頂点とする略二等辺三角形の垂直二等分線
   を包含する平面が、前記スロットル弁から前記分岐吸気
   管に向かって流動する前記空気流の主流線も包含するよ
   う、配設されていることを特徴とする内燃機関用混合気
   形成装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記スロットル弁の弁
   軸方向は、前記略二等辺三角形の底辺方向と概ね平行と
   なる関係に配設されていることを特徴とする内燃機関用
   混合気形成装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記吸
   気管は、前記スロットル弁をバイパスして前記空気流を
   導入する補助吸気管を有し、 該補助吸気管の下流側の開口部は、当該開口部から前記
   吸気管内に吹き出す前記空気流の噴流方向が前記垂直二
   等分線の方向と概ね重なるよう前記吸気管に開口してい
   ることを特徴とする内燃機関用混合気形成装置。
4. 【請求項４】下流部位に複数本の分岐吸気管を有し内燃
   機関に連接する吸気管と、該吸気管の上流部位に配設さ
   れて当該吸気管内を流れる空気流の流量を制御するスロ
   ットル弁と、前記分岐吸気管と前記スロットル弁との間
   に配設されて一列に並設された噴射口から前記各分岐吸
   気管に向けて多方向に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備
   え、 前記燃料噴射弁は、前記噴射口から噴射する前記燃料の
   各噴射方向軸が前記内燃機関に向かって前記各分岐吸気
   管を流動する前記空気流の主流線と概ね合致しているよ
   う、配設されていることを特徴とする内燃機関用混合気
   形成装置。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項記
   載の内燃機関用混合気形成装置を用いたことを特徴とす
   るエンジンシステム。