JP4076494B2 - 内燃機関における補助燃料噴射装置および補助燃料噴射装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給技術に関し、特に、冷間時において良好な始動特性を実現する補助燃料噴射装置および補助燃料噴射装置の制御装置に関する。

内燃機関、特に自動車用の複数気筒エンジンにおいては、シリンダ内に空気を供給する吸気配管が気筒数だけ設けられ、その複数の吸気配管が集合連結されたサージタンクを有する。また、電子制御燃料噴射装置により冷間始動時には、コールドスタートインジェクタという補助燃料噴射弁を駆動して良好な始動特性（着火性、排気エミッション等）を実現している。このコールドスタートインジェクタは、一般的には、サージタンクに設けられ、エンジン冷却水温度を検知してスタートスイッチに連動して制御される。通常コールドスタートインジェクタは１つであって、１つのコールドスタートインジェクタによっても全気筒に均一に始動用補助燃料が供給されるように、このコールドスタートインジェクタの取り付け位置の適否、燃料噴射方向の適否は、始動特性を大きく左右する要因となり得る。

通常は、１つの噴射孔を有する１本のコールドスタートインジェクタをサージタンクの中央部近傍に設けて、全気筒に均等に分配される方向に補助燃料が噴射される。さらに、非対称な形状を有する吸気管においては、１本のコールドスタートインジェクタでは噴射貫徹力方向、吸気流れ方向に補助燃料が偏る傾向がある。また、複数の部屋から構成されるサージタンクを有するエンジンにおいては、１本のコールドスタートインジェクタで全気筒に均等な始動燃料を時間遅れなく供給することが困難である。このようなコールドスタートインジェクタに関して、以下に示す公報に関連する技術が開示されている。

特開昭５８−１０７８３１号公報（特許文献１）は、内燃機関の負荷が小さいときに稼動気筒群への吸入空気および燃料の供給を遮断するとともに休止気筒群に排気を還流せしめて部分気筒運転を行なうようにした内燃機関における、コールドスタートインジェクタの適切な位置について開示する。この特許文献１に開示された分割運転制御式内燃機関は、稼動気筒の吸気管が集合連通した稼動側サージタンクと休止気筒の吸気管が集合連通した吸気側サージタンクを連通する吸気管路に配設された吸気遮断弁と、機関軽負荷時に稼動気筒群への吸入空気および燃料の供給を遮断するとともに休止気筒群に排気を還流せしめて部分気筒運転を行なうようにした内燃機関であって、吸気管路にコールドスタートインジェクタを配置し、コールドスタートインジェクタから噴射される始動用補助燃料が、吸気遮断弁の弁壁面に垂直に衝突するようにしたものである。

この分割運転制御式内燃機関によると、コールドスタートインジェクタから噴射された始動用補助燃料は、吸気遮断弁の弁壁面に垂直に衝突して、確実に微粒化されるとともに拡散されて、稼動気筒および休止気筒に均一に分配され始動時間を短縮することができる。このとき、弁体面に付着したオイルミストやデボジットを吹き飛ばして、弁体面および弁軸周りを常に清潔に保持して吸気遮断弁の遮断機能の低下を防止することができる。

特開平１１−２９４２２５号公報（特許文献２）は、各気筒で共用する補助燃料噴射弁による燃料の分配を、低温始動時及び高負荷時で良好に行なわせる内燃機関の燃料噴射装置を開示する。この内燃機関の燃料噴射装置は、各気筒に接続する吸気通路が分岐形成され、一端側から吸入空気が流入するコレクタを気筒列方向に延設するとともに、コレクタの吸入空気流入側に配設され、始動時には少なくとも吸入気流に対する下流方向に燃料を噴射し、所定の高負荷運転時には少なくとも吸入気流に対する上流方向に燃料を噴射する燃料供給手段を備えたものである。

この内燃機関の燃料噴射装置によると、始動時、特にクランキング開始直後は、もともとコレクタ内に存在していた空気を各気筒が吸入することになるので、コレクタ上流側から下流方向に燃料噴射を行ない、すなわち、もともとコレクタ内に存在していた空気全体に燃料噴霧を混合させることにより、良好な始動性を得ることができる。一方、高負荷運転時は、吸入気流に対向するように上流方向へ噴射することにより、吸入気流の流通断面上の広い範囲に燃料を分散させることが可能となり、吸入気流と燃料噴霧との混合が促進されて各気筒への燃料分配性が良好となる。
特開昭５８−１０７８３１号公報 特開平１１−２９４２２５号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された分割運転制御式内燃機関においては、コールドスタートインジェクタから噴射された補助燃料が吸気流に流されて、遮断弁下流側が高濃度雰囲気になり、全気筒に均一に補助燃料を供給することが困難である。

特許文献２に開示された内燃機関の燃料噴射装置においては、低温始動時にコールドスタートインジェクタから吸入気流の下流側（シリンダ側）に燃料を噴射させるものであって、このように噴射したところで、各気筒への補助燃料が到達するまでに時間がかかるので、応答性の良好な始動は実現できない。さらに、非対称な形状を有する吸気管であるので、各気筒への均一な補助燃料の分配は困難である。

ところで、６気筒以上のエンジンには、ＡＣＩＳ（Acoustic Control Induction System）といわれる可変吸気システムを採用する場合がある。吸気管内には、間接的な吸入行程により圧力変動が生じる。インテークバルブが閉じた後も吸気管内に残存する圧力変動が次の吸入行程に及ぼす影響である脈動効果が発生する。インテークバルブが閉じた後に残存する圧力変動が次の吸入行程と同期すると開弁時期の圧力が高くなり、吸入空気量が向上しトルクアップを図ることができる。可変吸気システムは、この脈動効果を積極的に活用するために、エンジン回転数により変化する脈動流の周期に合わせて有効吸気管路長を切換えて、エンジン回転数全域におけるトルクアップを図るものである。

このような可変吸気システムは、たとえば、サージタンク内に隔壁を設けるとともに、その隔壁にバタフライ式などの開閉弁を設け、この開閉により気筒間の距離を見かけ上変化させることにより実現される。すなわち、吸気マニホールドの見かけ上の長さを２段に切換え、低速から高速までの全域にわたって吸入効率を高めてトルクを向上させる。

このような可変吸気システムが採用されたサージタンクは複数の部屋から構成される。このような形状のサージタンクを有する場合、１本のコールドスタートインジェクタで全気筒に均等な始動燃料を時間遅れなく供給することは特に困難である。コールドスタートインジェクタの本数を増やすことによる解決方法は、コストの上昇を招くので、このような解決方法が採用される余地は少ない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、可変吸気管長システムを有する内燃機関において、冷間始動性を向上させる、内燃機関における補助燃料噴射装置および補助燃料噴射装置の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る補助燃料噴射装置は、内燃機関における補助燃料噴射装置であって、壁面により区分けされた複数のサージタンクと、サージタンクの連通／非連通を切換えるための開閉弁と、サージタンク内において、吸気の流れ方向に逆らう方向に補助燃料を噴射する補助燃料噴射弁とを含む。この開閉弁は、壁面に開口された開口部を閉じる板面と板面を回動させる回転軸とを有する。この補助燃料噴射弁は、開閉弁の板面の方向および壁面の方向に補助燃料を噴射する噴孔を有する。

第１の発明によると、補助燃料噴射弁は、吸気の流れ方向に逆らう方向に補助燃料を噴射するので、流れに沿った方向に補助燃料を噴射した場合のように瞬間的に特定の気筒へ多くの補助燃料が吸入されることが回避され、複数の気筒に均一に分配される。可変吸気管長システムは、壁面により区分けされた複数のサージタンクと、サージタンクの連通／非連通を切換えるための開閉弁により構成される。補助燃料噴射弁の噴孔から、開閉弁の板面の方向および壁面の方向に補助燃料が噴射される。このため、吸気の流れ方向に逆らう方向に噴射されて（開閉弁の板面および壁面に到達することなく）各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。特に、それらの面に一旦衝突した際に、微粒化されるとともに拡散されることもあり、各気筒に均一に補助燃料を供給できる。これらのバランスにより、特定の気筒に大量の補助燃料が吸入されることを防ぎ、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。その結果、可変吸気管長システムを有する内燃機関において、冷間始動性を向上させる、内燃機関における補助燃料噴射装置を提供することができる。

第２の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第１の発明の構成に加えて、開閉弁は、サージタンクの中央部付近に設けられた開口部を開閉するバタフライ式開閉弁であるものである。

第２の発明によると、可変吸気管長システムを構成するバタフライ弁の板面および壁面に補助燃料が噴射される。このため、吸気の流れ方向に逆らう方向に噴射されて（開閉弁の板面および壁面に到達することなく）各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。これらのバランスにより、特定の気筒に大量の補助燃料が吸入されることを防ぎ、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。

第３の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、補助燃料噴射弁は、回転軸に垂直な方向に伸びる軸部を有するとともに、その軸部には、軸部が伸びる方向に並んだ２つの噴孔を有する。第１の噴孔は、開閉弁の板面の方向に向けて開孔され、第２の噴孔は、壁面の方向に向けて開孔されたものである。

第３の発明によると、補助燃料噴射弁は、２つの噴孔を有し、第１の噴孔は、開閉弁の板面の方向に向けて開孔され、第２の噴孔は、壁面の方向に向けて開孔されている。このため、第１の噴孔から開閉弁の板面へ、第２の噴孔から壁面へ、補助燃料が噴射されて、それらの面に一旦衝突して微粒化されたり拡散化されたりしながら各気筒へ供給されたり、それらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給されたりする。

第４の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第３の発明の構成に加えて、２つの噴孔は連通したものである。

第４の発明によると、２つの噴孔が連通し、かつ吸気流れに逆らう方向に開孔しているので、噴孔内燃料の除去が容易になり、残留燃料の化学反応による固化、サージタンクへの吹き出しガス中の燃焼生成物の付着を防止できる。

第５の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、噴孔による補助燃料の噴射方向は、吸気流れに平行な方向であって吸気の流れに逆らう方向から開閉弁および壁面を含む平面の方向までの範囲内に設定されるものである。

第５の発明によると、補助燃料は、吸気流れに平行な方向であって吸気の流れに逆らう方向から開閉弁および壁面を含む平面の方向までの範囲内に噴射される。このような範囲内で噴射された補助燃料は、各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。これにより、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。

第６の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第５の発明の構成に加えて、補助燃料噴射弁と開閉弁および壁面との距離が大きいほど、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度が大きく設定されるものである。

第６の発明によると、補助燃料噴射弁と開閉弁および壁面との距離が大きいほど、すなわち、サージタンクの上部に補助燃料噴射弁が設けられるほど、噴射してから開閉弁の板面および壁面に到達するまでの時間が長くなる。そのため、補助燃料の貫徹力に対して、吸気流の流れによる受ける力が大きくなる。このため、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度を大きく設定して、噴射された補助燃料が、開閉弁の板面および壁面に到達しやすくする。このようにしておくと、噴射された補助燃料は、各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。これにより、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。

第７の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第５の発明の構成に加えて、補助燃料噴射弁の噴孔からの補助燃料の噴霧広がりの角度が大きいほど、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度が大きく設定されるものである。

第７の発明によると、補助燃料噴射弁の噴孔からの補助燃料の噴霧広がりの角度が大きいほど、噴射してから開閉弁の板面および壁面に到達しにくくなる。このため、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度を大きく設定して、噴射された補助燃料が、開閉弁の板面および壁面に到達しやすくする。このようにしておくと、噴射された補助燃料は、各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。これにより、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。

第８の発明に係る補助燃料噴射装置においては、第５の発明の構成に加えて、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射が、内燃機関の回転数が高い領域で使用される場合、吸気圧が高い領域で使用される場合または高い単位時間あたりの吸気量の領域で使用される場合には、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度が小さく設定されるものである。

第８の発明によると、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射が、内燃機関の回転数が高い領域で使用される場合、吸気圧が高い領域で使用される場合または高い単位時間あたりの吸気量の領域で使用される場合には、噴霧された補助燃料に作用する吸気流による速度ベクトルが大きくなる。すなわち、吸気流による速度ベクトルが大きいので、噴射された補助燃料は、燃焼室側へ流されて、開閉弁の板面および壁面に到達しにくくなる。このため、補助燃料の噴射方向と開閉弁および隔壁が配置された平面とにより規定される角度を小さく設定して（すなわち、噴射方向を吸気流の逆方向であってより水平に近い方向に設定して）、大きな吸気流による速度ベクトルとの合成ベクトルで、噴射された補助燃料が、開閉弁の板面および壁面に到達しやすくする。このようにしておくと、噴射された補助燃料は、各気筒へ直接的に供給される補助燃料と、開閉弁の板面および壁面の方向に噴射されてそれらの面に一旦付着してから気化しながら各気筒へ供給される補助燃料とに分けられる。これにより、全気筒に均一に補助燃料を供給することができる。

第９の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置は、第１〜８のいずれかの発明の構成である内燃機関の補助燃料噴射装置を制御する。この制御装置は、内燃機関の回転数を検知するための検知手段と、内燃機関へ供給される吸気の圧力を検知するための検知手段と、補助燃料噴射装置を制御するための制御手段とを含む。この制御手段は、内燃機関の始動時における回転数と圧力とに基づいて、補助燃料の噴射の可否を判断するための手段と、噴射が可であると判断された場合、補助燃料噴射弁を用いて、予め定められた時間だけ補助燃料を噴射するための手段とを含む。

第９の発明によると、内燃機関の始動時における回転数が過度に高い領域や吸気の圧力は過度に高い領域においては、吸気の気流による力が過度に強いため補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料が気流に流されてしまい所望の分配を得ることができない。また、内燃機関の始動時における回転数が過度に低い領域や吸気の圧力は過度に低い領域においては、吸気の気流による力が過度に弱いため補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料が気流に流されない量が多くなり過ぎて所望の分配を得ることができない。このため、制御装置で、内燃機関の始動時における回転数と圧力とに基づいて、補助燃料の噴射の可否を判断する。その結果、可変吸気管長システムを有する内燃機関において、冷間始動性を向上させる、内燃機関における補助燃料噴射装置の制御装置を提供することができる。

第１０の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置は、第１〜８のいずれかの発明の構成である内燃機関の補助燃料噴射装置を制御する。この制御装置は、内燃機関へ供給される吸気の単位時間あたりの吸気量を検知するための手段と、補助燃料噴射装置を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、内燃機関の始動時における単位時間あたりの吸気量に基づいて、補助燃料の噴射の可否を判断するための手段と、噴射が可であると判断された場合、補助燃料噴射弁を用いて、予め定められた時間だけ補助燃料を噴射するための手段とを含む。

第１０の発明によると、内燃機関の始動時における単位時間あたりの吸気量が過度に高い領域においては、吸気の気流による力が過度に強いため補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料が気流に流されてしまい所望の分配を得ることができない。また、内燃機関の始動時における単位時間あたりの吸気量が過度に低い領域においては、吸気の気流による力が過度に弱いため補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料が気流に流されない量が多くなり過ぎて所望の分配を得ることができない。このため、制御装置で、単位時間あたりの吸気量に基づいて、補助燃料の噴射の可否を判断する。その結果、可変吸気管長システムを有する内燃機関において、冷間始動性を向上させる、内燃機関における補助燃料噴射装置の制御装置を提供することができる。

第１１の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置においては、第９または１０の発明の構成に加えて、制御手段は、補助燃料の噴射後、予め定められた条件を満足すると、予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させるための手段を含む。

第１１の発明によると、たとえば、内燃機関が始動すると補助燃料を噴射する必要はなくなる。このため、内燃機関が始動したという条件を定めておいて、補助燃料を噴射するように予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させる。これにより、余分な補助燃料の消費を抑えることができる。

第１２の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置においては、第１１の発明の構成に加えて、条件は、内燃機関の始動動作が完了したという条件であるものである。

第１２の発明によると、内燃機関が始動動作が完了したという条件が満足されると、補助燃料を噴射するように予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させる。これにより、余分な補助燃料の消費を抑えることができる。

第１３の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置においては、第１１の発明の構成に加えて、条件は、内燃機関の回転数に基づいて判断される、内燃機関の始動動作が完了したという条件であるものである。

第１３の発明によると、内燃機関が完爆すると回転数が上昇するので、内燃機関の始動動作が完了したということを判定できる。内燃機関の始動動作が完了したら、補助燃料を噴射するように予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させる。これにより、余分な補助燃料の消費を抑えることができる。

第１４の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置においては、第１１の発明の構成に加えて、条件は、内燃機関へ供給される吸気の圧力に基づいて判断される、内燃機関の始動動作が完了したという条件であるものである。

第１４の発明によると、内燃機関が完爆すると内燃機関へ供給される吸気の圧力が変動するので、内燃機関の始動動作が完了したということを判定できる。内燃機関の始動動作が完了したら、補助燃料を噴射するように予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させる。これにより、余分な補助燃料の消費を抑えることができる。

第１５の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置においては、第１１の発明の構成に加えて、条件は、内燃機関へ供給される単位時間あたりの吸気量に基づいて判断される、内燃機関の始動動作が完了したという条件であるものである。

第１５の発明によると、内燃機関が完爆すると内燃機関へ供給される単位時間あたりの吸気量が変動するので、内燃機関の始動動作が完了したということを判定できる。内燃機関の始動動作が完了したら、補助燃料を噴射するように予め定められた時間以内であっても、補助燃料の噴射を停止させる。これにより、余分な補助燃料の消費を抑えることができる。

第１６の発明に係る補助燃料噴射装置の制御装置は、第９〜１５の発明の構成に加えて、補助燃料噴射弁から燃焼室へ供給される補助燃料の燃焼室への到達タイミングと、内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射タイミングとが同期するように、燃料噴射弁を制御する制御装置に制御信号を出力するための手段をさらに含む。

第１６の発明によると、補助燃料噴射弁は、燃焼室の上流に設けられているので、燃焼室に補助燃料が到達するまでに時間がかかる。そのため、補助燃料が燃焼室に到達するまで、燃焼室に設けられた燃料噴射弁による燃料噴射を遅延させる。このようなことを実現するために、補助燃料噴射装置の制御装置から燃料噴射弁を制御する制御装置に補助燃料を噴射したタイミングで制御信号を出力して、燃料噴射弁を制御する制御装置においては、そのタイミングから予め定められた遅延時間（補助燃料が燃焼室に到達するまでの時間）後に、燃焼室に設けられた燃料噴射弁から（補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料と、燃焼室の燃料噴射弁から噴射された燃料とで１燃焼分になる分だけ）燃料を噴射する。このようにすると、補助燃料噴射弁から燃焼室へ供給される補助燃料の燃焼室への到達タイミングと、内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射タイミングとが同期させることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１および図２に本実施の形態に係る補助燃料噴射装置を有するサージタンク１００を示す。図２（Ａ）は図１の矢視Ａ方向から、図２（Ｂ）は図１の矢視Ｂ方向から見た図である。

図１および図２に示すように、サージタンク１００は、隔壁１０５で分割され複数のサージタンクを形成する。サージタンク１００は隔壁１０５により分離されている一体構造を有する。隔壁１０５には、バタフライ式開閉弁１０２が設置される。サージタンク１００の内部に補助燃料を噴射する補助燃料噴射弁１０１が設置される。

補助燃料噴射弁１０１は、吸気口に垂直な方向が長手方向になる軸部を有し、その軸部に、互いに連通した２つの噴孔を有する。第１の噴孔により噴射される噴霧１０３は、バタフライ式開閉弁１０２の弁を形成する板面に一旦衝突させて、補助燃料噴射弁１０１の未設置側（図１における下側）のサージタンク１００に補助燃料を充満させる。また、もう一方の第２の噴孔から噴出される噴霧１０４は、サージタンク隔壁１０５に一旦衝突され、補助燃料噴射弁１０１の設置側のサージタンク１００に補助燃料を充満させる。なお、補助燃料噴射弁に設けられる噴孔は、上述したような２つの方向への噴霧を形成できるものであれば、その個数は限定されない。ただし、コスト上昇を避けるために補助燃料噴射弁は１本であることが好ましい。特に、上述したように、２個の噴孔を設けるのであれば、連通させておくことが好ましい。このようにすると、２個の噴孔が互いに連通し、かつ吸気流れに逆らう方向に開孔することになる。そのため、噴孔内燃料の除去が容易になり、残留燃料の化学反応による固化、サージタンク１００への吹き出しガス中の燃焼生成物の付着を防止できる。

なお、バタフライ式開閉弁１０２は、可変吸気管長システムの構造を利用している。また、図１および図２に示すように、このサージタンク１００には、吸気の流量を制御するスロットルバルブ１０６が、その入口部に設けられている。

図１および図２に示すように、サージタンク隔壁１０５と補助燃料噴射弁の噴孔から噴出される噴霧とで形成される角度がαとして規定されている。この角度αは、サージタンク隔壁１０５と補助燃料噴射弁との距離が長くなるほど大きく、補助燃料噴射弁の噴孔からの噴霧広がり角が大きくなるほど角度αが大きくなるように設定される。また、内燃機関の回転数が高い領域や、吸気の圧力が高い領域および吸気量が多い領域において補助燃料噴射弁を使用する場合には角度αが小さくなるように設定される。

このように角度αを小さく設定することにより、噴孔から噴出される噴霧１０３および噴霧１０４が吸気流に流されてしまいサージタンク隔壁１０５やバタフライ式開閉弁１０２に到達することなく燃焼室に流れてしまうことを回避することができる。この角度αについて、別の局面から、図３を用いて説明する。

図３に示す噴孔からの補助燃料の噴射方向である角度α（以下、この角度αを噴射角αと示す場合がある）の規定方法については、噴射運転域を高回転数、高吸気量、高吸気圧に設定するほど噴射角αが小さく規定される。これにより、相対する気流が強くなって押し返される分を、上流側への貫徹力でキャンセルすることができる。すなわち、図３に示すように、噴孔５０１からの角度αの噴射方向速度ベクトル５０２と気流による速度ベクトル５０３との合成ベクトル５０４が噴霧進行ベクトルとなる。これが想定回転数時の気流に応じて、最上流側の気筒吸入口位置となるように噴射角αが規定される。噴霧長を吸気入口位置となるように設定すれば上流側で失速した噴霧が気流により混合気を形成することができる。このようにすると、吸気に合せて燃料は各気筒に吸入されることになる。

なお、補助燃料噴射弁から噴射された補助燃料の燃焼室への到達必要時間を算出しておいて、補助燃料噴射弁噴射開始から到達予測時間まで、各気筒に設置したメインインジェクタの噴射を遅延させることにより、無駄なメイン噴射を低減させることも可能である。

図４に、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置の制御ブロック図を示す。

図４に示すように、この制御装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０１と、ＥＣＵ７０１に接続されたドライバ７０２と、補助燃料噴射装置７０３と、内燃機関７０６の回転数を検知する回転数検知装置７０４と、内燃機関７０６への吸気圧を検知する吸気圧検知装置７０５とを含む。回転数検知装置７０４および吸気圧検知装置７０５は、ＥＣＵ７０１に、それぞれ検知した信号を入力する。

図５に、ＥＣＵ７０１の内部メモリに記憶されるマップについて説明する。図５に示すマップは、横軸を回転数とし縦軸を吸気圧としたマップであって、補助燃料噴射弁噴射禁止域と補助燃料噴射弁噴射許可域とを規定している。領域（Ａ）が補助燃料噴射弁噴射許可域であり、領域（Ｂ）および領域（Ｃ）が補助燃料噴射弁噴射禁止域である。

図５に示すように、回転数が高回転であったり吸気圧が高い吸気圧であったりする場合には、補助燃料噴射弁から噴射させた燃料がサージタンク１００の隔壁１０５やバタフライ開閉弁１０２に到達することなく燃焼室側へ流されてしまうため補助燃料噴射弁の噴射を禁止する。また領域（Ｂ）のように想定している気流より弱い条件であって、各気筒への補助燃料への分配が均一化されないようであれば、補助燃料噴射弁の噴射を禁止する。

図６に、図４のＥＣＵ７０１で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートを示す。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＥＣＵ７０１は、スタータキーがオンにされたか否かを判断する。スタータキーがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ７０１は、内燃機関の回転数および吸気圧を検知する。このとき、ＥＣＵ７０１は回転数検知装置７０４および吸気圧検知装置７０５から入力された信号に基づいて、内燃機関の回転数および吸気圧を検知する。

Ｓ１２０にて、ＥＣＵ７０１は、Ｎ（Ｌ）≦回転数≦Ｎ（Ｈ）かつＰ（Ｌ）≦吸気圧≦Ｐ（Ｈ）を満足するか否かを判断する。Ｎ（Ｌ）、Ｎ（Ｈ）、Ｐ（Ｌ）、Ｐ（Ｈ）は、それぞれ、予め定められた回転数および吸気圧のしきい値であって、図５のマップに対応している。すなわち、内燃機関の回転数および吸気圧が、予め定められた範囲にあるか否かが判断される。回転数および吸気圧が予め定められた範囲にある場合には（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１１０へ戻される。

Ｓ１３０にて、ＥＣＵ７０１は、補助燃料噴射弁をオンにして補助燃料の噴射を開始させる。Ｓ１４０にて、ＥＣＵ７０１は、ＣＬ（１）に噴射開始時刻をセットする。

Ｓ１５０にて、ＥＣＵ７０１は、現在時刻−ＣＬ（１）≧ＣＬ（ＤＥＦ）であるか否かを判断する。ＣＬ（ＤＥＦ）は、予め定められた補助燃料噴射時間である。現在時刻−ＣＬ（１）≧ＣＬ（ＤＥＦ）を満足すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、処理はＳ１６０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１５０にてＮＯ）、処理はＳ１５０へ戻される。

Ｓ１６０にて、ＥＣＵ７０１は、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射を終了させる。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置およびその制御装置の動作について説明する。

冷間始動時にスタータキーがオンにされると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、回転数および吸気圧が検知され、回転数および吸気圧が予め定められた範囲にあると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、補助燃料噴射弁による補助燃料噴射が開始される（Ｓ１３０）。このとき、図５に示すマップに基づいて、領域（Ａ）にある場合には、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射が開始される。

予め定められた補助燃料噴射時間ＣＬ（ＤＥＦ）が経過するまでは補助燃料が噴射される。予め定められた時間を経過すると（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、補助燃料の噴射が終了する（Ｓ１６０）。

このような場合における、時間の変化に対する各気筒への燃料吸入量の変化を図７に示す。本実施の形態に係る補助燃料噴射装置およびその制御装置によると波形１０１０のように均一化された燃料吸入量となる。なお、図７には比較のために、波形１０２０および波形１０３０を併記してある。波形１０２０は、補助燃料噴射弁から吸気流の下流側に向かって補助燃料を直接的に噴射した場合であって、吸入燃料量が瞬間的に多くなる。すなわち、噴霧の大半が直接的に特定の気筒に一瞬にして吸入されてしまう。また、波形１０３０は、スロットルバルブの直後付近に補助燃料噴射弁を設けた場合であって、補助燃料噴射弁から各燃焼室への距離が長い場合を示す。補助燃料噴射弁から燃焼室までの距離が長いため各気筒への燃料吸入量に時間遅れを生じてしまい始動性が悪化する。

なお、図７に示す時間Ｔ（１）が本実施の形態に係る補助燃料噴射装置において補助燃料噴射弁から燃焼室へ補助燃料が到達するまでの時間を示している。この時間Ｔ（１）の分だけ燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁による燃料噴射タイミングを遅延させておくことにより、補助燃料噴射弁による補助燃料の燃焼室への到達タイミングと燃焼室における燃料噴射弁による噴射タイミングとを同期させることができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置によると、可変吸気長システムを有する内燃機関のサージタンクにおいて２個の噴孔を有する補助燃料噴射弁を１本設けて、分割されたサージタンクであっても各気筒に均一かつ応答性よく補助燃料を分配することができる。

＜第１の実施の形態 変形例＞
以下、第１の実施の形態に係る補助燃料制御装置の変形例について説明する。なお、本変形例は、第１の実施の形態と同じハードウェア構成であって、ＥＣＵ７０１で実行されるプログラムの一部のみが異なる。その他の部分は第１の実施の形態と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図８を参照して、本変形例に係る補助燃料噴射装置の制御装置であるＥＣＵ７０１で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図８に示すフローチャートにおいて、前述の図６に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ１５２にて、ＥＣＵ７０１は、現在時刻−ＣＬ（１）＜ＣＬ（ＤＥＦ）かつＮ（Ｌ′）≦回転数≦Ｎ（Ｈ′）かつＰ（Ｌ′）≦吸気圧≦Ｐ（Ｈ′）であるか否かを判断する。Ｎ（Ｌ′）、Ｎ（Ｈ′）、Ｐ（Ｌ′）、Ｐ（Ｈ′）は、それぞれ、予め定められた補助燃料噴射終了判断用の回転数および吸気圧のしきい値である。すなわち、予め定められた補助燃料噴射時間ＣＬ（ＤＥＦ）が経過する前であっても、回転数が予め定められた範囲内かつ吸気圧が予め定められた範囲内であるか否かが判断される。補助燃料噴射時間を経過する前であっても、予め定められた範囲内に回転数または吸気圧が到達すると内燃機関の始動動作が完了したと判断して（Ｓ１５２にてＮＯ）、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射を中止する（Ｓ１６０）。もしそうでないと（Ｓ１５２にてＹＥＳ）、処理はＳ１５２へ戻される。

以上のようにして、本変形例によると、予め定められた補助燃料噴射時間内であっても、内燃機関が始動したことを回転数や吸気圧の変化により検知した場合には補助燃料の噴射を停止させて、補助燃料の無駄な噴射を回避することができ燃費を向上させることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る補助燃料制御装置について説明する。なお、本実施の形態は、制御ブロックを除いて、第１の実施の形態と同じハードウェア構成であって、ＥＣＵで実行されるプログラムが異なる。その他の部分は第１の実施の形態と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９に、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置の制御ブロック図を示す。なお、図９に示す制御ブロック図の中で、前述の図４に示した制御ブロック図と同じ構成については同じ参照符号を付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９に示すように、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置は、前述の第１の実施の形態に係るＥＣＵ７０１とは異なるプログラムを実行するＥＣＵ１７０１と、内燃機関７０６へ供給される単位時間あたりの吸気量を検出する吸気量検出装置１７０５を含み、回転数検知装置および吸気圧検知装置を含まない。

図１０を参照して、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置であるＥＣＵ１７０１で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、図１０に示すフローチャートの中で、前述の図６に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図１０に、図９のＥＣＵ１７０１で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートを示す。このプログラムと第１の実施の形態に係るプログラムとの相違点は、第１の実施の形態におけるＳ１１０およびＳ１２０の処理が、第２の実施の形態におけるＳ２１０およびＳ２２０における処理に変更されている点である。

Ｓ２１０にて、ＥＣＵ１７０１は、内燃機関への単位時間あたりの吸気量を検知する。このとき、ＥＣＵ１７０１は吸気量検知装置１７０５入力された信号に基づいて、内燃機関への単位時間あたりの吸入空気の吸気量を検知する。

Ｓ２２０にて、ＥＣＵ１７０１は、Ｆ（Ｌ）≦吸気量≦Ｆ（Ｈ）であるか否かを判断する。Ｆ（Ｌ）、Ｆ（Ｈ）は、予め定められた単位時間あたりの吸気量のしきい値である。すなわち、内燃機関７０６へ供給される単位時間あたりの吸気量を吸気量検出装置１７０５により検知し、その量が予め定められた範囲にあるか否かを判断する。Ｆ（Ｌ）≦吸気量≦Ｆ（Ｈ）であると（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０へ移される。もしそうでないと（Ｓ２２０にてＮＯ）、処理はＳ１１０へ戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置の動作について説明する。

スタータキーがオンになって（Ｓ１００にてＹＥＳ）、単位時間あたりの吸気量が予め定められた範囲にあると（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射が実行される。このとき、予め定められた補助燃料噴射時間ＣＬ（ＤＥＦ）が経過するまで補助燃料が噴射される。

以上のようにして、本実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置によると、前述の第１の実施の形態に係る補助燃料噴射装置の制御装置において内燃機関の回転数および吸気圧とで規定していた補助燃料の噴射可否を、単位時間あたりの吸気量で判断することができる。

＜第２の実施の形態 変形例＞
以下、第２の実施の形態に係る補助燃料制御装置の変形例について説明する。なお、本変形例は、第２の実施の形態と同じハードウェア構成であって、ＥＣＵ１７０１で実行されるプログラムの一部のみが異なる。その他の部分は第１の実施の形態と同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図１１に、本変形例のプログラムの制御構造を示す。なお、図１１に示すフローチャートの中で、前述の図１０のフローチャートで示した同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理は同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

Ｓ２５２にて、現在時刻−ＣＬ（１）＜ＣＬ（ＤＥＦ）かつＦ（Ｌ′）≦吸気量≦Ｆ（Ｈ′）であるか否かを判断する。Ｆ（Ｌ′）、Ｆ（Ｈ′）は、それぞれ、予め定められた補助燃料噴射終了判断用の単位時間あたりの吸気量のしきい値である。すなわち、予め定められた補助燃料噴射時間ＣＬ（ＤＥＦ）が経過する前であっても、単位時間あたりの吸気量が予め定められた範囲内であるか否かが判断される。補助燃料噴射時間を経過する前であっても、予め定められた範囲内に単位時間あたりの吸気量が到達すると内燃機関の始動動作が完了したと判断して（Ｓ２５２にてＮＯ）、補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射を中止する（Ｓ１６０）。もしそうでないと（Ｓ２５２にてＹＥＳ）、処理はＳ２５２へ戻される。

以上のようにして、本変形例によると、予め定められた補助燃料噴射時間内であっても、予め定められた単位時間あたりの吸入空気量になると（すなわち内燃機関の始動動作が完了すると）、補助燃料の噴射を停止させて、余分な補助燃料の噴射による燃費の悪化を防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置を有するサージタンク斜視図である。 図１の平面図および側面図である。 噴射角αを説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置の制御装置の制御ブロック図である。 図４のＥＣＵに記憶されるマップを示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置の制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置における動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る補助燃焼噴射装置の制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置の制御装置の制御ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る補助燃焼噴射装置の制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る補助燃焼噴射装置の制御装置で実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ サージタンク、１０１ 補助燃料噴射弁、１０２ バタフライ式開閉弁、１０３，１０４ 噴霧、１０５ サージタンク隔壁。

Claims (16)

1. 内燃機関における補助燃料噴射装置であって、
   壁面により区分けされた複数のサージタンクと、
   前記サージタンクの連通／非連通を切換えるための開閉弁と、
   前記サージタンク内において、吸気の流れ方向に逆らう方向に補助燃料を噴射する補助燃料噴射弁とを含み、
   前記開閉弁は、前記壁面に開口された開口部を閉じる板面と前記板面を回動させる回転軸とを有し、
   前記補助燃料噴射弁は、前記開閉弁の板面の方向および前記壁面の方向に補助燃料を噴射する噴孔を有する、補助燃料噴射装置。
2. 前記開閉弁は、前記サージタンクの中央部付近に設けられた開口部を開閉するバタフライ式開閉弁である、請求項１に記載の補助燃料噴射装置。
3. 前記補助燃料噴射弁は、
   前記壁面を含む平面に平行な方向であって、前記回転軸に垂直な方向に伸びる軸部を有し、
   前記軸部には、前記軸部が伸びる方向に並んだ２つの噴孔を有し、
   第１の噴孔は、前記開閉弁の板面の方向に向けて開孔され、第２の噴孔は、前記壁面の方向に向けて開孔された、請求項１または２に記載の補助燃料噴射装置。
4. 前記２つの噴孔は連通したものである、請求項３に記載の補助燃料噴射装置。
5. 前記噴孔による補助燃料の噴射方向は、吸気流れに平行な方向であって吸気の流れに逆らう方向から前記開閉弁および前記壁面を含む平面の方向までの範囲内に設定される、請求項１〜４のいずれかに記載の補助燃料噴射装置。
6. 前記補助燃料噴射弁と前記開閉弁および前記壁面との距離が大きいほど、前記補助燃料の噴射方向と前記開閉弁および前記隔壁が配置された平面とにより規定される角度が大きく設定される、請求項５に記載の補助燃料噴射装置。
7. 前記補助燃料噴射弁の噴孔からの補助燃料の噴霧広がりの角度が大きいほど、前記補助燃料の噴射方向と前記開閉弁および前記隔壁が配置された平面とにより規定される角度が大きく設定される、請求項５に記載の補助燃料噴射装置。
8. 前記補助燃料噴射弁による補助燃料の噴射が、前記内燃機関の回転数が高い領域で使用される場合、吸気圧が高い領域で使用される場合または高い単位時間あたりの吸気量の領域で使用される場合には、前記補助燃料の噴射方向と前記開閉弁および前記隔壁が配置された平面とにより規定される角度が小さく設定される、請求項５に記載の補助燃料噴射装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の補助燃料噴射装置の制御装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検知するための検知手段と、
   前記内燃機関へ供給される吸気の圧力を検知するための検知手段と、
   前記補助燃料噴射装置を制御するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関の始動時における回転数と圧力とに基づいて、前記補助燃料の噴射の可否を判断するための手段と、
   前記噴射が可であると判断された場合、前記補助燃料噴射弁を用いて、予め定められた時間だけ補助燃料を噴射するための手段とを含む、制御装置。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の補助燃料噴射装置の制御装置であって、
    前記内燃機関へ供給される吸気の単位時間あたりの吸気量を検知するための手段と、
    前記補助燃料噴射装置を制御するための制御手段とを含み、
    前記制御手段は、
    前記内燃機関の始動時における単位時間あたりの吸気量に基づいて、前記補助燃料の噴射の可否を判断するための手段と、
    前記噴射が可であると判断された場合、前記補助燃料噴射弁を用いて、予め定められた時間だけ補助燃料を噴射するための手段とを含む、制御装置。
11. 前記制御手段は、前記補助燃料の噴射後、予め定められた条件を満足すると、予め定められた時間以内であっても、前記補助燃料の噴射を停止させるための手段を含む、請求項９または１０に記載の制御装置。
12. 前記条件は、前記内燃機関の始動動作が完了したという条件である、請求項１１に記載の制御装置。
13. 前記条件は、前記内燃機関の回転数に基づいて判断される、前記内燃機関の始動動作が完了したという条件である、請求項１１に記載の制御装置。
14. 前記条件は、前記内燃機関へ供給される吸気の圧力に基づいて判断される、前記内燃機関の始動動作が完了したという条件である、請求項１１に記載の制御装置。
15. 前記条件は、前記内燃機関へ供給される単位時間あたりの吸気量に基づいて判断される、前記内燃機関の始動動作が完了したという条件である、請求項１１に記載の制御装置。
16. 前記制御装置は、前記補助燃料噴射弁から燃焼室へ供給される補助燃料の燃焼室への到達タイミングと、前記内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射タイミングとが同期するように、前記燃料噴射弁を制御する制御装置に制御信号を出力するための手段をさらに含む、請求項９〜１５のいずれかに記載の制御装置。

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