内燃機関の吸気流制御装置
【課題】燃料付着の抑制と燃料効率の向上とを両立させることができる内燃機関の吸気流制御装置を提供する。
【解決手段】吸気通路１０に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段３０、４０を備えている内燃機関１Ａの吸気流制御装置であって、前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体２６を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流ＡＲを調整する吸気流制御手段２５と、前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段６Ａとを、更に備えている。
【解決手段】吸気通路１０に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段３０、４０を備えている内燃機関１Ａの吸気流制御装置であって、前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体２６を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流ＡＲを調整する吸気流制御手段２５と、前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段６Ａとを、更に備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸気流制御装置に関する。より詳細には、吸気通路内に吸気流制御弁を備えている内燃機関の吸気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路に燃料噴射弁（インジェクタ）を配置して混合気を燃焼室に供給し、これを燃焼させることによって駆動力を得る内燃機関は従来から広く知られている。そして、１つの吸気通路の途中に１つの燃料噴射弁を配備するのが一般的であるが、例えば特許文献１では複数のインジェクタを配備した燃料噴射装置について提案している。この燃料噴射装置は各インジェクタの燃料噴射軸線が互いに交差するように配設され、吸気の流速に応じて各インジェクタからの燃料噴射量の比率を変化させるものである。これにより噴射された燃料同士を衝突させて燃料噴霧の方向を吸気弁の傘部に指向させて、吸気通路壁面への燃料付着を低減させている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１４４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記内燃機関については、従来、種々、多数の改善提案がなされており、燃焼室内での燃焼効率や出力の向上を図る技術などが特に多く検討されている。例えば燃焼室内にタンブル（縦渦流）或いはスワール（横渦流）などと称される渦流を形成せるため、吸気通路内に吸気流制御弁を配備する構造が提案されていた。ところが、上記特許文献１は、噴射された燃料同士を衝突させて壁面への燃料付着を抑制することを目的とした技術を単に提案するだけであるので、燃料噴射した方向によっては吸気流の障害となり吸気流を乱して燃焼効率や出力を低減させてしまうことが懸念される。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃料付着の抑制と燃料効率の向上とを両立させることができる内燃機関の吸気流制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、吸気通路に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段を備えている内燃機関の吸気流制御装置であって、前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流を調整する吸気流制御手段と、前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段とを、更に備えていることを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置によって達成できる。
【０００７】
本発明によると、制御手段が弁体の開度に応じて燃料噴射手段を制御し、燃料の噴霧方向が吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更して吸気流を強化する。よって、内燃機関の燃料効率や出力の向上を図ることができる。そして、このように吸気流に沿うように燃料噴霧を行うと噴霧した燃料が吸気流に乗って下流にスムーズに流れるので周辺部への付着も合せて抑制できる。
【０００８】
また、前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁からいずれかを選択して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【０００９】
また、前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁の燃料噴射割合を変更して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【００１０】
またさらに、前記燃料噴射手段は、単独の燃料噴射弁に設けた燃料の噴霧方向を可変とする噴射方向変更構造を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記噴射方向変更構造を制御して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【００１１】
そして、前記燃料噴射方向変更構造には、噴射向きが異なる複数種の噴孔を有する燃料噴射弁のノズルボディ構造、又はハウジングの搭載角度を変更する燃料噴射弁の回動構造を採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料付着の抑制と燃料効率の向上とを両立させることができる内燃機関の吸気流制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る好ましい形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ａの概略を模式的に示した図である。内燃機関１Ａは、従来の内燃機関と同様に、シリンダ２内にピストン３が上下動自在に配置されている。ピストン３の上方には燃焼室４が形成されている。この燃焼室４に臨むように点火プラグ５が配備されている。さらに、燃焼室４には吸気を供給する吸気通路としての吸気ポート１０及び発生した排気ガスを排出するための排気ポート２０がそれぞれ接続されている。そして、吸気ポート１０の燃焼室４側の開口部には吸気弁１１、また排気ポート２０には排気弁２１がそれぞれ配備されている。なお、吸気通路には吸気ポート１０の上流に接続されるインテークマニホールドや吸気ダクトなども含まれる。そして、吸気通路の途中にはエアクリーナ、エアフロメータ、スロットルバルブなどが適宜に配置されているが、ここではこれらの図示を省略している。
【００１５】
この内燃機関１Ａの吸気ポート１０内には、燃焼室４内での燃焼を促進するタンブル流ＴＳを生成させための吸気流制御手段としてタンブル流制御弁２５が配設されている。このタンブル流制御弁２５は後述するＥＣＵ６Ａの制御の下で、吸気ポート１０内を流れる吸気流ＡＲを調整して燃焼室４内にタンブル流ＴＳを生成させる。より具体的には、弁体２６を立ち上り姿勢にすることにより、吸気ポート１０内で吸気流ＡＲを片側（図１では内壁上側）に片寄って流れる偏流を形成する。この偏流を燃焼室４に流し込むことによりタンブル流ＴＳを形成して、混合気の均質燃焼を促進することができる。これにより、内燃機関１Ａは燃焼効率や出力を向上させる。上記偏流は弁体２６の立ち上り度合（吸気ポートの開度）で変更でき、これに応じて燃焼室４に形成するりタンブル流ＴＳも調整できる。
【００１６】
タンブル流制御弁２５は、上記のように吸気ポート内を開閉する板状の弁体２６を有している。この弁体２６は吸気ポート１０の内壁下側に設定した支軸２７を中心に回動可能である。支軸２７にはアクチュエータ２８の駆動力が接続されおり、アクチュエータ２８により弁体２６が開閉される。アクチュエータ２８は、後述するＥＣＵ６Ａにより制御されている。
【００１７】
図１で例示する弁体２６は、吸気ポート１０内の流路面積（横断面積）を最も開いた状態（弁体２６が下壁面上に寝ている状態）から反時計方向へ回動されて回動角度θが変化する。この回動角度θを大きく設定して弁体２６が立ち上がった姿勢になると、吸気ポート内が最も絞られた状態となり、燃焼室４内に相対的に強いタンブル流ＴＳを形成できる。なお、弁体２６の「開度」と言う場合、吸気ポート１０内の流路面積の大小を考慮したもので、弁体２６を寝かせたときが開度が大で、流路面積を大きく確保した場合である。よって、上記回動角度θと「開度」とは、大小が逆の関係となる。すなわち、弁体２６の回動角度θが大きい場合、吸気ポート１０内の流路面積が絞られるので開度は小となる。
【００１８】
つぎに、吸気ポート１０に設けられている燃料噴射の構成について説明する。一般に、内燃機関は吸気ポートの所定位置に燃料噴射弁（インジェクタ）を備えている。そして、インジェクタは通常、一定の姿勢で搭載（設置）されている。よって、インジェクタからの燃料噴霧の方向は、一般に一定であって、変更できない。しかし、本実施例装置のようにタンブル流制御弁２５を採用した構造の場合、弁体２６の開度によって吸気ポート内を流れる吸気流ＡＲの状態が変化する。前述したように、燃焼室４内にタンブル流ＴＳを形成するときには、弁体２６が立ち姿勢となり上側に片寄った偏流が形成される。さらに、弁体２６の回動角度θにより吸気流ＡＲの向きが変化する。
【００１９】
このように吸気流ＡＲの方向が変化するのに対して、一般に燃料噴霧の方向は一定である。よって、弁体２６の開度が変更されたときに、吸気流ＡＲの方向と燃料噴霧の方向とが不一致となる（交差する）状態が頻繁に発生することになる。そして、燃料噴霧方向と吸気流方向とが交差すると、燃焼室４内での燃焼向上のために形成しているタンブル流が減衰されてしまう。この点について図２を参照して説明する。
【００２０】
図２は、吸気ポートに配置したタンブル流制御弁の弁体の回動角度とインジェクタの噴霧方向との関係を説明するための模式図である。なお、ここでの説明理解を容易とするため、この図２では、図１で示している構成部分と対応する部位には同じ符号を用いている。
【００２１】
図２（Ａ）は強いタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。このとき、タンブル流制御弁の弁体２６は回動角度θ１が約９０度で立ち上がった姿勢となるその結果、吸気ポート１０内の流路面積が小さく絞られて、吸気流ＡＲ−１は上壁下面に沿う流れとなる。この場合、インジェクタＩＮ−１からの燃料噴霧の方向ＦＥ−１を、吸気ポート１０の下面に沿うようにすれば、発生させた吸気流ＡＲ−１を強化できる。よって、この場合のインジェクタＩＮ−１の搭載角度Ａ１は、吸気ポート１０上壁に沿うように相対的に小さい角度とするのが好ましいことになる。
【００２２】
上記に対して、図２（Ｂ）は中程度のタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。このときには、タンブル流制御弁２５の弁体２６は回動角度θ２であり、（Ａ）の場合と比較すると回動角度が小さくなり幾分か寝た姿勢となる。ここでは吸気ポート１０内の流路は半分程度までに広げられて（開度が大きくされて）、吸気流ＡＲ−２は中央より上側半分に片寄った流れとなる。この場合はインジェクタＩＮ−２の搭載角度Ａ２は、（Ａ）の搭載角度Ａ１の場合よりも大きく設定して、燃料噴霧の方向ＦＥ−２が吸気流ＡＲ−２に沿うように調整するのが好ましいことになる。
【００２３】
ところが、従来にあっては、インジェクタの搭載角度が一定であるので図２で説明したような要求を満たす構成を備えた吸気流制御装置は存在していない。このような要求を満たすような新規な構成を具備するのが本実施例装置である。
【００２４】
なお、先に指摘した特許文献１の燃料噴射装置は、２つのインジェクタから燃料噴霧を行うことで噴霧同士を衝突させて、燃料の噴霧量比率で噴霧方向を変化させる。これにより衝突後の噴霧方向を吸気弁の傘部に指向させて、周辺部への燃料付着低減を図っている。これに対して、本実施装置はタンブル流制御弁で調整された吸気流ＡＲの流れに沿うように、インジェクタから燃料を噴霧することで吸気流ＡＲを強化して燃焼室内での燃焼促進を図るものである。また、吸気流ＡＲに沿うように燃料噴霧を行うことで、噴霧した燃料を吸気流ＡＲに乗せて下流にスムーズに流して周辺部への付着も合せて抑制できる。このような観点から実施例１の内燃機関１Ａは構成されている。
【００２５】
図１を再度、参照して内燃機関１Ａが備えている燃料噴射に係る構成を説明する。吸気ポート１０の上部に、搭載角度が異なる２個のインジェクタが設置してある。第１のインジェクタ３０は水平な線に対して搭載角度αであり、燃料を噴射する噴孔３１はタンブル流制御弁２５より下流側に設定されている。第２のインジェクタ４０は、第１のインジェクタ３０より下流側に設置されている。この第２のインジェクタ４０は搭載角度βに設定され、噴孔４１は噴孔３１より下流側に設定されている。
【００２６】
第１のインジェクタ３０の搭載角度αは、第２のインジェクタ４０の搭載角度βより角度が小さく設定してある。すなわち、第１のインジェクタ３０の方が、第２のインジェクタ４０より寝かせた姿勢に設定されている。例えば、この第１のインジェクタ３０は、弁体２６の回動角度θが６０度より大きくされ相対的に強いタンブル流を形成する状態のとき（弁体２６の開度が小さいとき）に選択されて、燃料を噴射させる。一方、第２のインジェクタ４０は、弁体２６の回動角度θが６０度以下であり中低程度までのタンブル流を形成する状態のとき及びタンブル流を形成しないときに選択されて、燃料を噴射させる。内燃機関１Ａでは予め定めた基準角度θｐを境界として、第１のインジェクタ３０又は第２のインジェクタ４０のいずれからの燃料噴射が実施されることになる。
【００２７】
内燃機関１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）６Ａによって全体的に制御されている。ＥＣＵ６Ａは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力回路などを有して構成されている。このＥＣＵ６Ａにはクランク角センサ、シリンダ温度（水温）センサ、アクセルセンサなど各種のセンサから出力が供給されている。ＥＣＵ６Ａは、これらの出力に基づいて点火プラグ５の点火タイミングや、吸気・排気弁１１、２１の駆動タイミングなどを適切に制御して内燃機関１を円滑に駆動される。そのためにＲＯＭにはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納されている。そして、本実施例の場合には、特にタンブル流制御弁２５の弁体２６の開度に応じて上記インジェクタ３０、４０を選択的に採用して適切な燃料噴射を実行し、燃焼室４内での効率的な燃焼制御を促進するプログラムが格納してある。すなわち、上記ＥＣＵ６Ａは弁体２６の開度に応じて燃料噴射手段を制御する制御手段として機能する。本実施例の場合、ＥＣＵ６Ａは燃料噴霧方向がタンブル流制御弁２５で調整された吸気流ＡＲに沿う向きとなるように、インジェクタ３０、４０を選択的に採用して吸気流を強化する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ６Ａによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ６Ａは、例えば内燃機関のイグニッションスイッチがオンされたときにこのルーチンを起動する。ＥＣＵ６Ａは、弁体２６の回動角度θが予め設定した基準角度θｐ（例えば６０度）を超えているか否かを確認する（Ｓ１０１）。このように判断に用いる基準角度θｐはＲＯＭに記憶され、必要なときに呼び出し可能にされている。また、前述したように、ＥＣＵ６Ａには複数のセンサの出力が供給されて内燃機関１Ａの駆動を全体的に制御している。この制御で、ＥＣＵ６Ａはセンサの出力に基づき必要に応じて燃焼室４にタンブル流ＴＳを形成させる。その際に、ＥＣＵ６Ａはアクチュエータ２８に駆動信号を供給して弁体２６の開度を変更させる。よって、ＥＣＵ６Ａ自身で、弁体２６の回動角度θを確認できる。
【００２９】
ＥＣＵ６Ａは、上記ステップＳ１０１で回動角度θが基準角度θｐを越える場合には吸気ポート１０内の開度が小さく設定され、強いタンブル流を形成するため吸気流がポート内の壁面に沿って流れている状況である。よって、ＥＣＵ６Ａは搭載角度が小さい第１のインジェクタ３０を選択して燃料噴霧を実行する（Ｓ１０２）。
【００３０】
一方、回動角度θが基準角度θｐ以下である場合には吸気ポート１０内の流路面積が一定以上に確保されている。この場合にはタンブル流を形成しない、或いは相対的に弱いタンブル流を形成するように吸気流が調整されている。よって、ＥＣＵ６Ａは搭載角度が大きい第２のインジェクタ４０を選択して燃料噴霧を実行する（Ｓ１０３）。
【００３１】
以上説明したように、内燃機関１ＡのＥＣＵ６Ａは、タンブル流制御弁２５の弁体２６の開度に応じて、燃料を噴射させるインジェクタ３０、４０を変更する。このとき、ＥＣＵ６Ａはタンブル流制御弁２５によって調整された吸気流ＡＲの流れに噴霧方向が近いインジェクタを選択することで吸気流を強化（アシスト）する。よって、この内燃機関１Ａは、燃焼室４内に形成するタンブル流を強めて燃焼効率や出力を向上させることができる。
【００３２】
また、吸気流ＡＲに沿うように噴射される燃料は、その流れに乗って一緒に流れる状態となる。その結果、インジェクタ３０、４０から噴射された燃料は、周辺に飛び散ることを抑制して燃焼室４へ流入させることができる。よって、噴射された燃料の周辺部への飛散、付着を抑制できるという効果も期待できる。
【実施例２】
【００３３】
更に、図４から図７を参照して、本発明の実施例２について説明する。図４は、実施例２に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｂの概略を模式的に示した図である。この図２において実施例１の内燃機関１Ａと同じ部位に同一の符号を付すことで、重複する説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【００３４】
前述した実施例１では、ＥＣＵ６Ａが弁体２６の回動角度θが基準角度θｐ以上であるか否かによって、第１のインジェクタ３０又は第２のインジェクタ４０のいずれかに一方から燃料を噴射していた。これに対して、本実施例２ではＥＣＵ６Ｂが第１のインジェクタ３０及び第２のインジェクタ４０から同時に燃料噴射することが可能とされている。このように２つのインジェクタから同時に燃料噴射すると、２つ噴霧方向が合流されて１つの合流噴霧方向Ｖとなる。合流噴霧方向Ｖは、第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０との噴射割合（合流させる比率）を調整することで変更できるので、そのときにタンブル流制御弁２５で調整されている吸気流の向きと一致するように制御できる。よって、実施例２によれば、より確実にタンブル流を強化できる。なお、合流噴霧方向Ｖは、搭載角度の場合と同様に水平線ＨＬを基準に設定してある。
【００３５】
図５は、上記合流噴霧方向Ｖの範囲について示した図である。この図で示すように、合流噴霧方向Ｖは第１のインジェクタ３０の搭載角αと第２のインジェクタ４０の搭載角βとの間の角度範囲となる。第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０との噴射割合（０〜１００％）によって、この角度範囲内で合流噴霧方向Ｖを任意に設定できる。なお、図４では第２のインジェクタ４０の搭載角βが、実施例１の図１の場合よりも大きく設定してある。これにより合流噴霧方向Ｖをより広範囲に設定できるようにしている。
【００３６】
図６は、弁体２６の回動角度θと目標燃料割合との関係例を示した図である。この図６の縦軸は、燃料噴射の合計量を１００％としてインジェクタ間の噴射割合（燃料噴射率）を示している。この実施例２の場合には合流噴霧方向Ｖを複数段に変更できる。すなわち、実施例１の場合と比較して、弁体２６の開度変化により細やかに対応して、吸気流に沿う向きとなるように燃料の噴霧方向を変更できる。よって、図６の横軸には実施例１では１つであった基準角度が複数（ここでは４個）設定されている。
【００３７】
横軸は、弁体２６の回動角度θが大きくなるに従って、第１のインジェクタ３０の噴射率が増えるような設定となっている。最初の第１の基準角度θｐ０はタンブル流を形成しない、或いは弱いタンブル流が形成されている場合である。この場合は第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０の噴射率を５０％ずつとしている。これに対して、最後の第４の基準角度θｐＥは回動角度θが最大で最も強いタンブル流が形成されている場合である。この場合には第１のインジェクタ３０だけから燃料を噴射させる。そして、上記第１の基準角度θｐ０と第４の基準角度θｐＥとの間に、第２の基準角度θｐ１、第３の基準角度θｐ２を設定して、より細やかに噴霧方向を変更できるようにしてある。図６で示すような基準角度のデータもＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ６Ｂが適宜に読み出して使用できるようにされている。
【００３８】
なお、実施例２の場合には、前述のように第２のインジェクタ４０の搭載角度βが実施例１の場合より大きめに設定されている。よって、第２のインジェクタ４０だけから燃料を噴射すると、吸気ポート１０の内壁面に燃料が吹付けられてしまうので好ましくない。そこで、回動角度θが第１の基準角度θｐ０以下の場合には、第１のインジェクタ３０の噴射割合を少なくとも５０％程度として、合流噴霧方向Ｖが燃焼室に向くように設計してある。
【００３９】
図７は、ＥＣＵ６Ｂによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。このＥＣＵ６Ｂの場合も、例えば内燃機関のイグニッションスイッチがオンされたときに本ルーチンを起動する。ＥＣＵ６Ｂは、弁体２６の回動角度θが予め設定した第１の基準角度θｐ０を超えているか否かを確認する（Ｓ２０１）。ＥＣＵ６Ｂは、このステップＳ２０１で回動角度θが第１の基準角度θｐ０未満である場合には吸気ポート１０内の開度が相当に大きく設定された状況にあると判断する。よって、ＥＣＵ６Ｂは第１の基準角度θｐ０未満に応じた目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が５０％及び第２のインジェクタ４０が５０％）を設定して燃料噴霧を実行する（Ｓ２０２）。
【００４０】
一方、回動角度θが第１の基準角度θｐ０以上であった場合（Ｓ２０１）、更に回動角度θが第２の基準角度θｐ１を超えているか否かを確認する（Ｓ２０３）。このステップＳ２０３で回動角度θが第２の基準角度θｐ１未満である場合には吸気ポート１０内の開度が中程度に設定された状況にあると判断する。よって、ＥＣＵ６Ｂは第２の基準角度θｐ１未満に応じた目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が５５％及び第２のインジェクタ４０が４５％）を設定して燃料噴霧を実行する（Ｓ２０４）。
【００４１】
以下同様に、ＥＣＵ６Ｂは第３の基準角度θｐ２を用いて回動角度θの大小を判断する（Ｓ２０５）。回動角度θが第３の基準角度θｐ２未満であるである場合には目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が７５％及び第２のインジェクタ４０が２５％）を設定する（Ｓ２０６）。回動角度が第３の基準角度θｐ２以上である場合には、ＥＣＵ６Ｂは最大の基準角度θｐＥにほぼ近いと判断して（Ｓ２０７）、目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が１００％及び第２のインジェクタ４０が０％）を設定した燃料噴霧を実行して（Ｓ２０８）、本ルーチンによる処理を完了する。
【００４２】
以上で説明したように、実施例２に係る内燃機関１ＢのＥＣＵ６Ｂの場合は、弁体２６の開度に応じてインジェクタ３０、４０の噴射割合を変えることにより合成噴霧方向Ｖを変更して燃料を噴射させる。よって、噴霧方向が吸気流ＡＲの流れに沿うように、より確実に調整して吸気流を強化させることができる。従って、実施例２の内燃機関１Ｂは、燃焼室４内に形成するタンブル流をより確実に強めて燃焼効率や出力を向上させることができる。
【実施例３】
【００４３】
更に、図８から図１１を参照して、本発明の実施例３について説明する。図８は、実施例３に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｃの概略を模式的に示した図である。この実施例３についても重複する説明を省略して実施例１、２と異なる部分を中心に説明する。
【００４４】
前述した実施例１、２はインジェクタを複数（上記例では２個）備えていた。そして、燃料噴射させるインジェクタからを切替えること、或いは、同時に燃料噴射するインジェクタの噴射割合を適宜に調整することで、燃料の噴霧方向がタンブル流制御弁２５で調整された吸気流に沿う向きとなるようにしていた。すなわち、実施例１、２では燃料噴射手段として、燃料の噴霧方向が互いに異なる複数のインジェクタ（燃料噴射弁）が採用されていた。しかし、本発明で採用可能な燃料噴射手段の形態は、このように複数のインジェクタを備える場合に限るものではない。以下で説明する実施例３は、単独のインジェクタを採用して実施例１、２と同様の効果が得られるように構成した内燃機関の吸気流制御装置である。
【００４５】
図８で、吸気ポート１０には１つのインジェクタ５０が配備されている。このインジェクタ５０も前述した実施例１、２と同様に、ＥＣＵ６Ｃによって制御されている。インジェクタ５０は、ここでは図示していない噴射方向変更構造によって燃料噴霧方向を変更できるように設計されている。ＥＣＵ６Ｃは、インジェクタ５０の燃料噴射のタイミングと共に、噴射方向変更構造も同時に制御して噴射方向を適切に変更する。これにより、実施例１、２の場合と同様に噴射した燃料により吸気流を強化する。
【００４６】
図９は、弁体２６の回動角度θと図８で示す水平基準でのインジェクタ５０の燃料噴霧角γとの関係について示している図である。回動角度θが大きいほど、すなわち開度が小さいほど噴霧角γが小さくなるように設定してある。ＥＣＵ６ＣはＲＯＭ内に図９で示すようなデータを記憶しており、回動角度θに応じてインジェクタ５０の噴霧角γを変更して吸気流を強化する。
【００４７】
図１０は、インジェクタ５０の噴射方向変更構造として採用できる構成の一例を示した図である。（Ａ）はインジェクタ５０のノズルボディに形成する噴孔により噴霧角γを変更する場合について示している。このインジェクタ５０のノズルボディには、異なる噴霧角γ１、γ２の噴孔５１ａ、５１ｂが形成してある。また、ノズルボディ内に配備したニードル弁５２はインナニードル５２ａとアウタニードル５２ｂとで形成されている。これらは、アクチュエータ５３で駆動されることで噴孔５１ａ、５１ｂのいずれかを開いて、燃料を噴射する。アクチュエータ５３はＥＣＵ６Ｃによって制御されている。よって、単独のインジェクタ５０で、弁体２６の開度に応じて噴射方向を変更して燃料の噴射で吸気流を強化できる。
【００４８】
また、（Ｂ）はインジェクタ５０に回動構造を付加して搭載角度δを変更する場合について示している。このインジェクタ５０のハウジング５６は支点５７を中心に回動可能に設定されており、アクチュエータ５５により回動されて搭載角度δがδ１からδ２の範囲で変更できる。アクチュエータ５５は、ＥＣＵ６によって制御されている。よって、（Ｂ）の場合も単独のインジェクタ５０で弁体２６の開度に応じて噴射方向を変更して燃料噴射で吸気流を強化できる。
【００４９】
なお、図１０（Ｂ）の場合にはアクチュエータ５５を駆動して搭載角度γをγ１からγ２の範囲に設定できるので、実施例２の場合と同様に実質的に燃料噴射方向を複数段に変更できる。また、図１０（Ａ）の場合、噴射された燃料噴霧が互いに干渉しないように各噴孔を設定したときには、噴孔をいずれかに切り替えての燃料噴射となる。しかし、互いに干渉するように噴孔の向きを設定してもよい。この場合には、インナニードル５２ａとアウタニードル５２ｂのリフト量を調整して同時に噴射すると合成噴霧を実施できる。よって、この場合には実施例２の場合と同様に燃料噴霧方向を複数段に変更できる。
【００５０】
図１１は、噴射方向変更構造として図１０（Ａ）で示す噴霧角が異なる２個の噴孔を有するインジェクタのＥＣＵ６Ｃによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ６Ｃは、弁体２６の回動角度θが予め設定した基準角度θｐ（例えば６０度）を超えているか否かを確認する（Ｓ３０１）。このステップＳ３０１で回動角度θが基準角度θｐを越える場合には、ＥＣＵ６Ｃは噴霧角度が小さい第１の噴霧角度γ１の噴孔が開くように制御して燃料噴霧を実行する（Ｓ３０２）。一方、回動角度θが基準角度θｐ以下である場合、ＥＣＵ６Ｃは噴霧角度が大きい第２の噴霧角度γ２の噴孔が開くように制御して燃料噴霧を実行する（Ｓ３０３）。
【００５１】
以上で説明した、実施例３の場合は単独のインジェクタを配備して、実施例１或いは実施例２の場合と同様に噴霧方向が吸気流ＡＲの流れに沿うように制御して吸気流を強化させることができる。
【００５２】
なお、上記実施例では吸気流制御手段としてタンブル流制御弁２５を採用して、燃焼室４内にタンブル流（縦の渦流）を形成する場合について説明した。しかし、これに限らず吸気流制御手段がスワール流（横の渦流）を形成するスワール流制御弁であってもよい。また、実施例１、２ではインジェクタ（燃料噴射弁）を２個配備した場合を例示しているが、もちろん３個以上としてもよい。
【００５３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ａの概略を模式的に示した図である。
【図２】吸気ポートに配置したタンブル流制御弁の弁体の回動角度とインジェクタの噴霧方向との関係を説明するための模式図であり、（Ａ）は強いタンブル流を形成するときの状態を模式的に示し、（Ｂ）は中程度のタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。
【図３】ＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｂの概略を模式的に示した図である。
【図５】合流噴霧方向の範囲について示した図である。
【図６】弁体２６の回動角度θと目標燃料割合との関係例を示した図である。
【図７】ＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図８】実施例３に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｃの概略を模式的に示した図である。
【図９】弁体の回動角度とインジェクタの燃料噴霧角との関係について示した図である。
【図１０】インジェクタの噴射方向変更構造として採用できる構成の一例を示した図である。
【図１１】図１０（Ａ）で示す噴霧角が異なる２個の噴孔を有するインジェクタのＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） 内燃機関
６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ） ＥＣＵ（制御手段）
１０ 吸気通路
２０ 燃料噴射系
２５ タンブル流制御弁（吸気流制御手段）
２６ 弁体
３０ 第１のインジェクタ（燃料噴射弁）
４０ 第２のインジェクタ（燃料噴射弁）
ＡＲ 吸気流
ＴＳ タンブル流
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸気流制御装置に関する。より詳細には、吸気通路内に吸気流制御弁を備えている内燃機関の吸気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路に燃料噴射弁（インジェクタ）を配置して混合気を燃焼室に供給し、これを燃焼させることによって駆動力を得る内燃機関は従来から広く知られている。そして、１つの吸気通路の途中に１つの燃料噴射弁を配備するのが一般的であるが、例えば特許文献１では複数のインジェクタを配備した燃料噴射装置について提案している。この燃料噴射装置は各インジェクタの燃料噴射軸線が互いに交差するように配設され、吸気の流速に応じて各インジェクタからの燃料噴射量の比率を変化させるものである。これにより噴射された燃料同士を衝突させて燃料噴霧の方向を吸気弁の傘部に指向させて、吸気通路壁面への燃料付着を低減させている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１４４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記内燃機関については、従来、種々、多数の改善提案がなされており、燃焼室内での燃焼効率や出力の向上を図る技術などが特に多く検討されている。例えば燃焼室内にタンブル（縦渦流）或いはスワール（横渦流）などと称される渦流を形成せるため、吸気通路内に吸気流制御弁を配備する構造が提案されていた。ところが、上記特許文献１は、噴射された燃料同士を衝突させて壁面への燃料付着を抑制することを目的とした技術を単に提案するだけであるので、燃料噴射した方向によっては吸気流の障害となり吸気流を乱して燃焼効率や出力を低減させてしまうことが懸念される。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、燃料付着の抑制と燃料効率の向上とを両立させることができる内燃機関の吸気流制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、吸気通路に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段を備えている内燃機関の吸気流制御装置であって、前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流を調整する吸気流制御手段と、前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段とを、更に備えていることを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置によって達成できる。
【０００７】
本発明によると、制御手段が弁体の開度に応じて燃料噴射手段を制御し、燃料の噴霧方向が吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更して吸気流を強化する。よって、内燃機関の燃料効率や出力の向上を図ることができる。そして、このように吸気流に沿うように燃料噴霧を行うと噴霧した燃料が吸気流に乗って下流にスムーズに流れるので周辺部への付着も合せて抑制できる。
【０００８】
また、前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁からいずれかを選択して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【０００９】
また、前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁の燃料噴射割合を変更して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【００１０】
またさらに、前記燃料噴射手段は、単独の燃料噴射弁に設けた燃料の噴霧方向を可変とする噴射方向変更構造を含み、前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記噴射方向変更構造を制御して燃料を噴射させる構成であってもよい。
【００１１】
そして、前記燃料噴射方向変更構造には、噴射向きが異なる複数種の噴孔を有する燃料噴射弁のノズルボディ構造、又はハウジングの搭載角度を変更する燃料噴射弁の回動構造を採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料付着の抑制と燃料効率の向上とを両立させることができる内燃機関の吸気流制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る好ましい形態を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ａの概略を模式的に示した図である。内燃機関１Ａは、従来の内燃機関と同様に、シリンダ２内にピストン３が上下動自在に配置されている。ピストン３の上方には燃焼室４が形成されている。この燃焼室４に臨むように点火プラグ５が配備されている。さらに、燃焼室４には吸気を供給する吸気通路としての吸気ポート１０及び発生した排気ガスを排出するための排気ポート２０がそれぞれ接続されている。そして、吸気ポート１０の燃焼室４側の開口部には吸気弁１１、また排気ポート２０には排気弁２１がそれぞれ配備されている。なお、吸気通路には吸気ポート１０の上流に接続されるインテークマニホールドや吸気ダクトなども含まれる。そして、吸気通路の途中にはエアクリーナ、エアフロメータ、スロットルバルブなどが適宜に配置されているが、ここではこれらの図示を省略している。
【００１５】
この内燃機関１Ａの吸気ポート１０内には、燃焼室４内での燃焼を促進するタンブル流ＴＳを生成させための吸気流制御手段としてタンブル流制御弁２５が配設されている。このタンブル流制御弁２５は後述するＥＣＵ６Ａの制御の下で、吸気ポート１０内を流れる吸気流ＡＲを調整して燃焼室４内にタンブル流ＴＳを生成させる。より具体的には、弁体２６を立ち上り姿勢にすることにより、吸気ポート１０内で吸気流ＡＲを片側（図１では内壁上側）に片寄って流れる偏流を形成する。この偏流を燃焼室４に流し込むことによりタンブル流ＴＳを形成して、混合気の均質燃焼を促進することができる。これにより、内燃機関１Ａは燃焼効率や出力を向上させる。上記偏流は弁体２６の立ち上り度合（吸気ポートの開度）で変更でき、これに応じて燃焼室４に形成するりタンブル流ＴＳも調整できる。
【００１６】
タンブル流制御弁２５は、上記のように吸気ポート内を開閉する板状の弁体２６を有している。この弁体２６は吸気ポート１０の内壁下側に設定した支軸２７を中心に回動可能である。支軸２７にはアクチュエータ２８の駆動力が接続されおり、アクチュエータ２８により弁体２６が開閉される。アクチュエータ２８は、後述するＥＣＵ６Ａにより制御されている。
【００１７】
図１で例示する弁体２６は、吸気ポート１０内の流路面積（横断面積）を最も開いた状態（弁体２６が下壁面上に寝ている状態）から反時計方向へ回動されて回動角度θが変化する。この回動角度θを大きく設定して弁体２６が立ち上がった姿勢になると、吸気ポート内が最も絞られた状態となり、燃焼室４内に相対的に強いタンブル流ＴＳを形成できる。なお、弁体２６の「開度」と言う場合、吸気ポート１０内の流路面積の大小を考慮したもので、弁体２６を寝かせたときが開度が大で、流路面積を大きく確保した場合である。よって、上記回動角度θと「開度」とは、大小が逆の関係となる。すなわち、弁体２６の回動角度θが大きい場合、吸気ポート１０内の流路面積が絞られるので開度は小となる。
【００１８】
つぎに、吸気ポート１０に設けられている燃料噴射の構成について説明する。一般に、内燃機関は吸気ポートの所定位置に燃料噴射弁（インジェクタ）を備えている。そして、インジェクタは通常、一定の姿勢で搭載（設置）されている。よって、インジェクタからの燃料噴霧の方向は、一般に一定であって、変更できない。しかし、本実施例装置のようにタンブル流制御弁２５を採用した構造の場合、弁体２６の開度によって吸気ポート内を流れる吸気流ＡＲの状態が変化する。前述したように、燃焼室４内にタンブル流ＴＳを形成するときには、弁体２６が立ち姿勢となり上側に片寄った偏流が形成される。さらに、弁体２６の回動角度θにより吸気流ＡＲの向きが変化する。
【００１９】
このように吸気流ＡＲの方向が変化するのに対して、一般に燃料噴霧の方向は一定である。よって、弁体２６の開度が変更されたときに、吸気流ＡＲの方向と燃料噴霧の方向とが不一致となる（交差する）状態が頻繁に発生することになる。そして、燃料噴霧方向と吸気流方向とが交差すると、燃焼室４内での燃焼向上のために形成しているタンブル流が減衰されてしまう。この点について図２を参照して説明する。
【００２０】
図２は、吸気ポートに配置したタンブル流制御弁の弁体の回動角度とインジェクタの噴霧方向との関係を説明するための模式図である。なお、ここでの説明理解を容易とするため、この図２では、図１で示している構成部分と対応する部位には同じ符号を用いている。
【００２１】
図２（Ａ）は強いタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。このとき、タンブル流制御弁の弁体２６は回動角度θ１が約９０度で立ち上がった姿勢となるその結果、吸気ポート１０内の流路面積が小さく絞られて、吸気流ＡＲ−１は上壁下面に沿う流れとなる。この場合、インジェクタＩＮ−１からの燃料噴霧の方向ＦＥ−１を、吸気ポート１０の下面に沿うようにすれば、発生させた吸気流ＡＲ−１を強化できる。よって、この場合のインジェクタＩＮ−１の搭載角度Ａ１は、吸気ポート１０上壁に沿うように相対的に小さい角度とするのが好ましいことになる。
【００２２】
上記に対して、図２（Ｂ）は中程度のタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。このときには、タンブル流制御弁２５の弁体２６は回動角度θ２であり、（Ａ）の場合と比較すると回動角度が小さくなり幾分か寝た姿勢となる。ここでは吸気ポート１０内の流路は半分程度までに広げられて（開度が大きくされて）、吸気流ＡＲ−２は中央より上側半分に片寄った流れとなる。この場合はインジェクタＩＮ−２の搭載角度Ａ２は、（Ａ）の搭載角度Ａ１の場合よりも大きく設定して、燃料噴霧の方向ＦＥ−２が吸気流ＡＲ−２に沿うように調整するのが好ましいことになる。
【００２３】
ところが、従来にあっては、インジェクタの搭載角度が一定であるので図２で説明したような要求を満たす構成を備えた吸気流制御装置は存在していない。このような要求を満たすような新規な構成を具備するのが本実施例装置である。
【００２４】
なお、先に指摘した特許文献１の燃料噴射装置は、２つのインジェクタから燃料噴霧を行うことで噴霧同士を衝突させて、燃料の噴霧量比率で噴霧方向を変化させる。これにより衝突後の噴霧方向を吸気弁の傘部に指向させて、周辺部への燃料付着低減を図っている。これに対して、本実施装置はタンブル流制御弁で調整された吸気流ＡＲの流れに沿うように、インジェクタから燃料を噴霧することで吸気流ＡＲを強化して燃焼室内での燃焼促進を図るものである。また、吸気流ＡＲに沿うように燃料噴霧を行うことで、噴霧した燃料を吸気流ＡＲに乗せて下流にスムーズに流して周辺部への付着も合せて抑制できる。このような観点から実施例１の内燃機関１Ａは構成されている。
【００２５】
図１を再度、参照して内燃機関１Ａが備えている燃料噴射に係る構成を説明する。吸気ポート１０の上部に、搭載角度が異なる２個のインジェクタが設置してある。第１のインジェクタ３０は水平な線に対して搭載角度αであり、燃料を噴射する噴孔３１はタンブル流制御弁２５より下流側に設定されている。第２のインジェクタ４０は、第１のインジェクタ３０より下流側に設置されている。この第２のインジェクタ４０は搭載角度βに設定され、噴孔４１は噴孔３１より下流側に設定されている。
【００２６】
第１のインジェクタ３０の搭載角度αは、第２のインジェクタ４０の搭載角度βより角度が小さく設定してある。すなわち、第１のインジェクタ３０の方が、第２のインジェクタ４０より寝かせた姿勢に設定されている。例えば、この第１のインジェクタ３０は、弁体２６の回動角度θが６０度より大きくされ相対的に強いタンブル流を形成する状態のとき（弁体２６の開度が小さいとき）に選択されて、燃料を噴射させる。一方、第２のインジェクタ４０は、弁体２６の回動角度θが６０度以下であり中低程度までのタンブル流を形成する状態のとき及びタンブル流を形成しないときに選択されて、燃料を噴射させる。内燃機関１Ａでは予め定めた基準角度θｐを境界として、第１のインジェクタ３０又は第２のインジェクタ４０のいずれからの燃料噴射が実施されることになる。
【００２７】
内燃機関１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）６Ａによって全体的に制御されている。ＥＣＵ６Ａは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力回路などを有して構成されている。このＥＣＵ６Ａにはクランク角センサ、シリンダ温度（水温）センサ、アクセルセンサなど各種のセンサから出力が供給されている。ＥＣＵ６Ａは、これらの出力に基づいて点火プラグ５の点火タイミングや、吸気・排気弁１１、２１の駆動タイミングなどを適切に制御して内燃機関１を円滑に駆動される。そのためにＲＯＭにはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納されている。そして、本実施例の場合には、特にタンブル流制御弁２５の弁体２６の開度に応じて上記インジェクタ３０、４０を選択的に採用して適切な燃料噴射を実行し、燃焼室４内での効率的な燃焼制御を促進するプログラムが格納してある。すなわち、上記ＥＣＵ６Ａは弁体２６の開度に応じて燃料噴射手段を制御する制御手段として機能する。本実施例の場合、ＥＣＵ６Ａは燃料噴霧方向がタンブル流制御弁２５で調整された吸気流ＡＲに沿う向きとなるように、インジェクタ３０、４０を選択的に採用して吸気流を強化する。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ６Ａによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ６Ａは、例えば内燃機関のイグニッションスイッチがオンされたときにこのルーチンを起動する。ＥＣＵ６Ａは、弁体２６の回動角度θが予め設定した基準角度θｐ（例えば６０度）を超えているか否かを確認する（Ｓ１０１）。このように判断に用いる基準角度θｐはＲＯＭに記憶され、必要なときに呼び出し可能にされている。また、前述したように、ＥＣＵ６Ａには複数のセンサの出力が供給されて内燃機関１Ａの駆動を全体的に制御している。この制御で、ＥＣＵ６Ａはセンサの出力に基づき必要に応じて燃焼室４にタンブル流ＴＳを形成させる。その際に、ＥＣＵ６Ａはアクチュエータ２８に駆動信号を供給して弁体２６の開度を変更させる。よって、ＥＣＵ６Ａ自身で、弁体２６の回動角度θを確認できる。
【００２９】
ＥＣＵ６Ａは、上記ステップＳ１０１で回動角度θが基準角度θｐを越える場合には吸気ポート１０内の開度が小さく設定され、強いタンブル流を形成するため吸気流がポート内の壁面に沿って流れている状況である。よって、ＥＣＵ６Ａは搭載角度が小さい第１のインジェクタ３０を選択して燃料噴霧を実行する（Ｓ１０２）。
【００３０】
一方、回動角度θが基準角度θｐ以下である場合には吸気ポート１０内の流路面積が一定以上に確保されている。この場合にはタンブル流を形成しない、或いは相対的に弱いタンブル流を形成するように吸気流が調整されている。よって、ＥＣＵ６Ａは搭載角度が大きい第２のインジェクタ４０を選択して燃料噴霧を実行する（Ｓ１０３）。
【００３１】
以上説明したように、内燃機関１ＡのＥＣＵ６Ａは、タンブル流制御弁２５の弁体２６の開度に応じて、燃料を噴射させるインジェクタ３０、４０を変更する。このとき、ＥＣＵ６Ａはタンブル流制御弁２５によって調整された吸気流ＡＲの流れに噴霧方向が近いインジェクタを選択することで吸気流を強化（アシスト）する。よって、この内燃機関１Ａは、燃焼室４内に形成するタンブル流を強めて燃焼効率や出力を向上させることができる。
【００３２】
また、吸気流ＡＲに沿うように噴射される燃料は、その流れに乗って一緒に流れる状態となる。その結果、インジェクタ３０、４０から噴射された燃料は、周辺に飛び散ることを抑制して燃焼室４へ流入させることができる。よって、噴射された燃料の周辺部への飛散、付着を抑制できるという効果も期待できる。
【実施例２】
【００３３】
更に、図４から図７を参照して、本発明の実施例２について説明する。図４は、実施例２に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｂの概略を模式的に示した図である。この図２において実施例１の内燃機関１Ａと同じ部位に同一の符号を付すことで、重複する説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明する。
【００３４】
前述した実施例１では、ＥＣＵ６Ａが弁体２６の回動角度θが基準角度θｐ以上であるか否かによって、第１のインジェクタ３０又は第２のインジェクタ４０のいずれかに一方から燃料を噴射していた。これに対して、本実施例２ではＥＣＵ６Ｂが第１のインジェクタ３０及び第２のインジェクタ４０から同時に燃料噴射することが可能とされている。このように２つのインジェクタから同時に燃料噴射すると、２つ噴霧方向が合流されて１つの合流噴霧方向Ｖとなる。合流噴霧方向Ｖは、第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０との噴射割合（合流させる比率）を調整することで変更できるので、そのときにタンブル流制御弁２５で調整されている吸気流の向きと一致するように制御できる。よって、実施例２によれば、より確実にタンブル流を強化できる。なお、合流噴霧方向Ｖは、搭載角度の場合と同様に水平線ＨＬを基準に設定してある。
【００３５】
図５は、上記合流噴霧方向Ｖの範囲について示した図である。この図で示すように、合流噴霧方向Ｖは第１のインジェクタ３０の搭載角αと第２のインジェクタ４０の搭載角βとの間の角度範囲となる。第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０との噴射割合（０〜１００％）によって、この角度範囲内で合流噴霧方向Ｖを任意に設定できる。なお、図４では第２のインジェクタ４０の搭載角βが、実施例１の図１の場合よりも大きく設定してある。これにより合流噴霧方向Ｖをより広範囲に設定できるようにしている。
【００３６】
図６は、弁体２６の回動角度θと目標燃料割合との関係例を示した図である。この図６の縦軸は、燃料噴射の合計量を１００％としてインジェクタ間の噴射割合（燃料噴射率）を示している。この実施例２の場合には合流噴霧方向Ｖを複数段に変更できる。すなわち、実施例１の場合と比較して、弁体２６の開度変化により細やかに対応して、吸気流に沿う向きとなるように燃料の噴霧方向を変更できる。よって、図６の横軸には実施例１では１つであった基準角度が複数（ここでは４個）設定されている。
【００３７】
横軸は、弁体２６の回動角度θが大きくなるに従って、第１のインジェクタ３０の噴射率が増えるような設定となっている。最初の第１の基準角度θｐ０はタンブル流を形成しない、或いは弱いタンブル流が形成されている場合である。この場合は第１のインジェクタ３０と第２のインジェクタ４０の噴射率を５０％ずつとしている。これに対して、最後の第４の基準角度θｐＥは回動角度θが最大で最も強いタンブル流が形成されている場合である。この場合には第１のインジェクタ３０だけから燃料を噴射させる。そして、上記第１の基準角度θｐ０と第４の基準角度θｐＥとの間に、第２の基準角度θｐ１、第３の基準角度θｐ２を設定して、より細やかに噴霧方向を変更できるようにしてある。図６で示すような基準角度のデータもＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ６Ｂが適宜に読み出して使用できるようにされている。
【００３８】
なお、実施例２の場合には、前述のように第２のインジェクタ４０の搭載角度βが実施例１の場合より大きめに設定されている。よって、第２のインジェクタ４０だけから燃料を噴射すると、吸気ポート１０の内壁面に燃料が吹付けられてしまうので好ましくない。そこで、回動角度θが第１の基準角度θｐ０以下の場合には、第１のインジェクタ３０の噴射割合を少なくとも５０％程度として、合流噴霧方向Ｖが燃焼室に向くように設計してある。
【００３９】
図７は、ＥＣＵ６Ｂによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。このＥＣＵ６Ｂの場合も、例えば内燃機関のイグニッションスイッチがオンされたときに本ルーチンを起動する。ＥＣＵ６Ｂは、弁体２６の回動角度θが予め設定した第１の基準角度θｐ０を超えているか否かを確認する（Ｓ２０１）。ＥＣＵ６Ｂは、このステップＳ２０１で回動角度θが第１の基準角度θｐ０未満である場合には吸気ポート１０内の開度が相当に大きく設定された状況にあると判断する。よって、ＥＣＵ６Ｂは第１の基準角度θｐ０未満に応じた目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が５０％及び第２のインジェクタ４０が５０％）を設定して燃料噴霧を実行する（Ｓ２０２）。
【００４０】
一方、回動角度θが第１の基準角度θｐ０以上であった場合（Ｓ２０１）、更に回動角度θが第２の基準角度θｐ１を超えているか否かを確認する（Ｓ２０３）。このステップＳ２０３で回動角度θが第２の基準角度θｐ１未満である場合には吸気ポート１０内の開度が中程度に設定された状況にあると判断する。よって、ＥＣＵ６Ｂは第２の基準角度θｐ１未満に応じた目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が５５％及び第２のインジェクタ４０が４５％）を設定して燃料噴霧を実行する（Ｓ２０４）。
【００４１】
以下同様に、ＥＣＵ６Ｂは第３の基準角度θｐ２を用いて回動角度θの大小を判断する（Ｓ２０５）。回動角度θが第３の基準角度θｐ２未満であるである場合には目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が７５％及び第２のインジェクタ４０が２５％）を設定する（Ｓ２０６）。回動角度が第３の基準角度θｐ２以上である場合には、ＥＣＵ６Ｂは最大の基準角度θｐＥにほぼ近いと判断して（Ｓ２０７）、目標燃料割合（第１のインジェクタ３０が１００％及び第２のインジェクタ４０が０％）を設定した燃料噴霧を実行して（Ｓ２０８）、本ルーチンによる処理を完了する。
【００４２】
以上で説明したように、実施例２に係る内燃機関１ＢのＥＣＵ６Ｂの場合は、弁体２６の開度に応じてインジェクタ３０、４０の噴射割合を変えることにより合成噴霧方向Ｖを変更して燃料を噴射させる。よって、噴霧方向が吸気流ＡＲの流れに沿うように、より確実に調整して吸気流を強化させることができる。従って、実施例２の内燃機関１Ｂは、燃焼室４内に形成するタンブル流をより確実に強めて燃焼効率や出力を向上させることができる。
【実施例３】
【００４３】
更に、図８から図１１を参照して、本発明の実施例３について説明する。図８は、実施例３に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｃの概略を模式的に示した図である。この実施例３についても重複する説明を省略して実施例１、２と異なる部分を中心に説明する。
【００４４】
前述した実施例１、２はインジェクタを複数（上記例では２個）備えていた。そして、燃料噴射させるインジェクタからを切替えること、或いは、同時に燃料噴射するインジェクタの噴射割合を適宜に調整することで、燃料の噴霧方向がタンブル流制御弁２５で調整された吸気流に沿う向きとなるようにしていた。すなわち、実施例１、２では燃料噴射手段として、燃料の噴霧方向が互いに異なる複数のインジェクタ（燃料噴射弁）が採用されていた。しかし、本発明で採用可能な燃料噴射手段の形態は、このように複数のインジェクタを備える場合に限るものではない。以下で説明する実施例３は、単独のインジェクタを採用して実施例１、２と同様の効果が得られるように構成した内燃機関の吸気流制御装置である。
【００４５】
図８で、吸気ポート１０には１つのインジェクタ５０が配備されている。このインジェクタ５０も前述した実施例１、２と同様に、ＥＣＵ６Ｃによって制御されている。インジェクタ５０は、ここでは図示していない噴射方向変更構造によって燃料噴霧方向を変更できるように設計されている。ＥＣＵ６Ｃは、インジェクタ５０の燃料噴射のタイミングと共に、噴射方向変更構造も同時に制御して噴射方向を適切に変更する。これにより、実施例１、２の場合と同様に噴射した燃料により吸気流を強化する。
【００４６】
図９は、弁体２６の回動角度θと図８で示す水平基準でのインジェクタ５０の燃料噴霧角γとの関係について示している図である。回動角度θが大きいほど、すなわち開度が小さいほど噴霧角γが小さくなるように設定してある。ＥＣＵ６ＣはＲＯＭ内に図９で示すようなデータを記憶しており、回動角度θに応じてインジェクタ５０の噴霧角γを変更して吸気流を強化する。
【００４７】
図１０は、インジェクタ５０の噴射方向変更構造として採用できる構成の一例を示した図である。（Ａ）はインジェクタ５０のノズルボディに形成する噴孔により噴霧角γを変更する場合について示している。このインジェクタ５０のノズルボディには、異なる噴霧角γ１、γ２の噴孔５１ａ、５１ｂが形成してある。また、ノズルボディ内に配備したニードル弁５２はインナニードル５２ａとアウタニードル５２ｂとで形成されている。これらは、アクチュエータ５３で駆動されることで噴孔５１ａ、５１ｂのいずれかを開いて、燃料を噴射する。アクチュエータ５３はＥＣＵ６Ｃによって制御されている。よって、単独のインジェクタ５０で、弁体２６の開度に応じて噴射方向を変更して燃料の噴射で吸気流を強化できる。
【００４８】
また、（Ｂ）はインジェクタ５０に回動構造を付加して搭載角度δを変更する場合について示している。このインジェクタ５０のハウジング５６は支点５７を中心に回動可能に設定されており、アクチュエータ５５により回動されて搭載角度δがδ１からδ２の範囲で変更できる。アクチュエータ５５は、ＥＣＵ６によって制御されている。よって、（Ｂ）の場合も単独のインジェクタ５０で弁体２６の開度に応じて噴射方向を変更して燃料噴射で吸気流を強化できる。
【００４９】
なお、図１０（Ｂ）の場合にはアクチュエータ５５を駆動して搭載角度γをγ１からγ２の範囲に設定できるので、実施例２の場合と同様に実質的に燃料噴射方向を複数段に変更できる。また、図１０（Ａ）の場合、噴射された燃料噴霧が互いに干渉しないように各噴孔を設定したときには、噴孔をいずれかに切り替えての燃料噴射となる。しかし、互いに干渉するように噴孔の向きを設定してもよい。この場合には、インナニードル５２ａとアウタニードル５２ｂのリフト量を調整して同時に噴射すると合成噴霧を実施できる。よって、この場合には実施例２の場合と同様に燃料噴霧方向を複数段に変更できる。
【００５０】
図１１は、噴射方向変更構造として図１０（Ａ）で示す噴霧角が異なる２個の噴孔を有するインジェクタのＥＣＵ６Ｃによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ６Ｃは、弁体２６の回動角度θが予め設定した基準角度θｐ（例えば６０度）を超えているか否かを確認する（Ｓ３０１）。このステップＳ３０１で回動角度θが基準角度θｐを越える場合には、ＥＣＵ６Ｃは噴霧角度が小さい第１の噴霧角度γ１の噴孔が開くように制御して燃料噴霧を実行する（Ｓ３０２）。一方、回動角度θが基準角度θｐ以下である場合、ＥＣＵ６Ｃは噴霧角度が大きい第２の噴霧角度γ２の噴孔が開くように制御して燃料噴霧を実行する（Ｓ３０３）。
【００５１】
以上で説明した、実施例３の場合は単独のインジェクタを配備して、実施例１或いは実施例２の場合と同様に噴霧方向が吸気流ＡＲの流れに沿うように制御して吸気流を強化させることができる。
【００５２】
なお、上記実施例では吸気流制御手段としてタンブル流制御弁２５を採用して、燃焼室４内にタンブル流（縦の渦流）を形成する場合について説明した。しかし、これに限らず吸気流制御手段がスワール流（横の渦流）を形成するスワール流制御弁であってもよい。また、実施例１、２ではインジェクタ（燃料噴射弁）を２個配備した場合を例示しているが、もちろん３個以上としてもよい。
【００５３】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ａの概略を模式的に示した図である。
【図２】吸気ポートに配置したタンブル流制御弁の弁体の回動角度とインジェクタの噴霧方向との関係を説明するための模式図であり、（Ａ）は強いタンブル流を形成するときの状態を模式的に示し、（Ｂ）は中程度のタンブル流を形成するときの状態を模式的に示している。
【図３】ＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｂの概略を模式的に示した図である。
【図５】合流噴霧方向の範囲について示した図である。
【図６】弁体２６の回動角度θと目標燃料割合との関係例を示した図である。
【図７】ＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【図８】実施例３に係る吸気流制御装置が適用されている内燃機関１Ｃの概略を模式的に示した図である。
【図９】弁体の回動角度とインジェクタの燃料噴霧角との関係について示した図である。
【図１０】インジェクタの噴射方向変更構造として採用できる構成の一例を示した図である。
【図１１】図１０（Ａ）で示す噴霧角が異なる２個の噴孔を有するインジェクタのＥＣＵによって実行されるルーチンの一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） 内燃機関
６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ） ＥＣＵ（制御手段）
１０ 吸気通路
２０ 燃料噴射系
２５ タンブル流制御弁（吸気流制御手段）
２６ 弁体
３０ 第１のインジェクタ（燃料噴射弁）
４０ 第２のインジェクタ（燃料噴射弁）
ＡＲ 吸気流
ＴＳ タンブル流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段を備えている内燃機関の吸気流制御装置であって、
前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流を調整する吸気流制御手段と、
前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段とを、更に備えていることを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁からいずれかを選択して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁の燃料噴射割合を変更して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射手段は、単独の燃料噴射弁に設けた燃料の噴霧方向を可変とする噴射方向変更構造を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記噴射方向変更構造を制御して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射方向変更構造には、噴射向きが異なる複数種の噴孔を有する燃料噴射弁のノズルボディ構造、又はハウジングの搭載角度を変更する燃料噴射弁の回動構造を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項１】
吸気通路に燃料の噴霧方向を変更可能とした燃料噴射手段を備えている内燃機関の吸気流制御装置であって、
前記燃料噴射手段が燃料噴射する位置より上流で、弁体を開閉制御して前記吸気通路内を流れる吸気流を調整する吸気流制御手段と、
前記弁体の開度に応じて前記燃料噴射手段を制御して、燃料の噴霧方向が前記吸気流制御手段で調整された吸気流に沿う向きとなるように変更し、前記吸気流を強化する制御手段とを、更に備えていることを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁からいずれかを選択して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は燃料の噴霧方向が互いに異なるように搭載した複数の燃料噴射弁を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記複数の燃料噴射弁の燃料噴射割合を変更して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射手段は、単独の燃料噴射弁に設けた燃料の噴霧方向を可変とする噴射方向変更構造を含み、
前記制御手段は、前記吸気流制御手段の前記弁体の開度に応じて、前記噴射方向変更構造を制御して燃料を噴射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射方向変更構造には、噴射向きが異なる複数種の噴孔を有する燃料噴射弁のノズルボディ構造、又はハウジングの搭載角度を変更する燃料噴射弁の回動構造を含む、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１６３８２４（Ｐ２００８−１６３８２４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３８６１（Ｐ２００６−３５３８６１）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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