JP2518293Y2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

特表昭63−500322号公報には、機関燃焼室内に燃料を
直接噴射せしめるようにしたエアブラスト弁において、
低負荷低速運転時においては調量燃料量の少なくとも80
％を排気口閉鎖後に燃焼室内に噴射せしめ、高負荷運転
時においては調量燃料量の少なくとも80％を排気口閉鎖
前に燃焼室内に噴射せしめるようにした燃料噴射装置が
開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

例えば２サイクル内燃機関において燃料を燃焼室内に
直接噴射する場合、燃焼室内への燃料噴射開始時期を早
めすぎると排気ポート内に燃料が吹き抜けてしまい、一
方、燃料噴射終了時期を遅くしすぎると圧縮行程後半は
燃焼室内の圧力が高くなるため燃焼室内に燃料を噴射で
きなくなる。このように燃焼室内に燃料を噴射する時期
がかなり制限され、十分な燃料噴射時期をとることが困
難である。

このため、特に高負荷時、すなわち燃料噴射量が多い
時には、所定の燃料噴射期間内でエアブラスト弁内に供
給された全燃料を完全に噴射することができず、一部の
燃料がエアブラスト弁のノズル口近傍の圧縮空気通路内
に付着して残留する。

ノズル口近傍に残留した燃料は、次回の燃料噴射時に
おいてノズル口が開弁せしめられる際に圧縮空気により
押し出されるため、霧化が不十分であり空気と十分に混
合されない。斯くして良好な燃料が得られないという問
題がある。

前述の特表昭63−500322号公報に開示された燃料噴射
装置ではこの問題を解決することができない。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本考案によれば、先端に燃
焼室内に臨んで形成されたノズル口を有する圧縮空気通
路と、前記ノズル口に配置され前記ノズル口を開閉する
開閉弁と、前記圧縮空気通路に常時圧縮空気を供給する
圧縮空気供給手段と、前記圧縮空気通路に燃料を供給す
る燃料供給手段と、前記開閉弁を前記圧縮空気通路に供
給された燃料を圧縮空気と共に前記燃焼室内に噴射する
ために開弁した後、前記燃焼室内の圧力が前記圧縮空気
通路内の前記圧縮空気の圧力よりも高くなるまで開弁状
態に維持する制御をおこなう開閉弁制御手段から成るこ
とを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置が提供される。

〔作用〕

燃焼室内の圧力が圧縮空気通路内の圧縮空気の圧力よ
り高くなると、燃焼室内のガスが圧縮空気通路内に導入
される。このときノズル口近傍の圧縮空気通路内に残留
した燃料はガスの流れによってノズル口から遠ざかる方
向に移動せしめられる。このため、次の燃焼サイクルに
おいてノズル口から燃料を噴射せしめる際に残留燃料も
ノズル口に達するまで圧縮空気によって運ばれるので燃
料の微粒化が向上せしめられる。

〔実施例〕

第２図および第３図を参照すると、１はシリンダブロ
ック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼
室、５は一対の給気弁、６は給気ポート、７は一対の排
気弁、８は排気ポート、８は点火栓を夫々示す。シリン
ダヘッド３の内壁面上には排気弁７側の給気弁５周縁部
と弁座間の開口を給気弁５の全開弁期間に亘って閉鎖す
るマスク壁10が形成される。従って給気弁５が開弁する
と新気が矢印Ａに示されるように排気弁７と反対側から
燃焼室４内に流入する。一対の給気弁５の間に位置する
シリンダヘッド３の内壁面上にはエアブラスト弁20が配
置される。

第４図はエアブラスト弁20の一部断面側面図を示す。
第４図を参照すると、エアブラスト弁20のハウジング21
内にはまっすぐに延びるニードル挿入孔22が形成され、
このニードル挿入孔22内にニードル挿入孔22よりも小径
のニードル23が挿入される。ニードル挿入孔22の一端に
はノズル口24が形成され、このノズル口24はニードル23
の先端部に形成された弁部25によって開閉制御される。
このノズル口24は燃焼室４内に配置される。また、ニー
ドル23にはスプリングテーナ26が固定され、このスプリ
ングテーナ26とハウジング21間には圧縮ばね27は挿入さ
れる。この圧縮ばね27のばね力によりノズル口24は通常
ニードル23の弁部25によって閉鎖される。弁部25と反対
側のニードル23の端部には可動コア28が圧縮ばね29のば
ね力により常時当接せしめられており、ハウジング21内
には可動コア28を吸引するためのソレノイド30とステー
タ31が配置される。ソレノイド30が付勢されると可動コ
ア28がステータ31に向けて移動し、その結果ニードル23
が圧縮ばね27のばね力に抗してノズル口24の方向に移動
するのでノズル口24が開弁せしめられる。

一方、ハウジング21内には円筒状をなすノズル室32が
形成される。ノズル室32の一端32aは圧縮空気流入通路3
3に連通せしめられ、ノズル室32の他端32bは圧縮空気流
出通路35を介してニードル挿入孔22内に連通せしめられ
る。ノズル室32内には燃料噴射弁36の噴口37が配置さ
れ、更にこの噴口37はノズル室32内の一端32aと他端32b
との間に位置する。第４図に示されるように圧縮空気流
出通路35はまっすぐに延びている。噴口37は圧縮空気流
出通路35の軸線上に配置され、噴口37からは圧縮空気流
出通路35の軸線に沿って広がり角の小さな燃料が供給さ
れる。圧縮空気流出通路35はノズル口24方向に向けてニ
ードル挿入孔22に対して斜めに延びており、ニードル挿
入孔22に対し20度から45度をなしてニードル挿入孔22に
斜めに接続される。

第１図には本実施例の全体構成図を示す。第１図を参
照すると、40はインテークマニホルド、41はサージタン
ク、42はエアクリーナ、43はサージタンク41とエアクリ
ーナ42とを連結する給気管を夫々示す。給気管43の途中
には、上流側から順次エアフローメータ44、スロットル
弁45および機械式過給機46が設けられる。エアクリーナ
42とエアフローメータ44の間の空気管43から導管47が分
岐され、この導管47は、エアコンプレッサ48の吸入口48
aに連絡される。一方、エアコンプレッサ48の吐出口48b
は、圧縮空気流入通路33に接続される。このエアコンプ
レッサ48は機関によって駆動され、エアブラスト弁20に
圧縮空気を供給する。エアコンプレッサ48近傍の圧縮空
気流入通路33の途中には圧力調整器49が設けられ、圧力
調整器49は戻し管50を介して、導管47の給気管43への、
開口とエアフローメータ44との間の給気管43に連通され
る。圧力調整器49は、圧縮空気流入通路33内の圧縮空気
圧力が所定圧力を越えると、戻し管50を介して圧縮空気
を放出し、圧縮空気流入通路33内の圧縮空気圧力を所定
圧力、例えば3kg/cm²に調節する。

エアブラスト弁20のソレノイド30および燃料噴射弁36
は電子制御ユニット60に接続されて電子制御ユニット60
の出力信号により制御される。電子制御ユニット60はデ
ィジタルコンピュータからなリ、双方向性バス61により
相互に接続されたROM（リードオンメモリ）62、RAM（ラ
ンダムアクセスメモリ）63、CPU（マイクロプロセッ
サ）64、入力ポート65および出力ポート66を具備する。
エアフローメータ44は吸入空気量に比例した出力電圧を
発生し、この出力電圧はAD変換器67を介して入力ポート
65に入力される。入力ポート65には、機関回転数を表す
出力パルスを発生するクランク角センサ53およびクラン
ク１回転毎に予め定められたクランク角位置で出力パル
スを発生するクランク基準位置センサ54が接続される。
一方、出力ポート66は対応する駆動回路70,72を介して
エアブラスト弁のソレノイド30および燃料噴射弁36に接
続される。

再び第４図を参照するとニードル挿入孔22、ノズル室
32および圧縮空気流出通路35は圧縮空気流入通路33を介
してエアコンプレッサ48（第１図参照）に連通してい
る。従ってこれらニードル挿入孔22、ノズル室32および
圧縮空気流出通路35内に圧縮空気で満たされている。こ
の圧縮空気中に噴口37から圧縮空気流出通路35の軸線に
沿って燃料が供給される。このとき一部の燃料は圧縮空
気流出通路35の内壁面およびノズル室32の内壁面上に付
着する。次いでソレノイド30が付勢されるとニードル23
がノズル口24を開弁する。ニードル23がノズル口24を開
弁するや否や燃料と圧縮空気が共にノズル口24から燃焼
室４内に噴出する。また、ニードル23がノズル口24を開
弁すると圧縮空気が圧縮空気流入通路33からノズル室32
内に流入し、次いで圧縮空気流出通路35を経てノズル口
24に向かうために圧縮空気流出通路35の内壁面およびノ
ズル室32の内壁面上に付着した燃料が圧縮空気流によっ
て運び去られ、ノズル口24から噴出せしめられる。次い
でソレノイド30が消勢されてニードル23がノズル口24を
閉弁する。

ところで高負荷運転時のように燃料噴射量が多い場合
には、エアブラスト弁20内に供給された燃料の全量をノ
ズル口24から完全に噴射することができず、ノズル口24
近傍のニードル挿入孔22内に燃料の一部が残留する。ノ
ズル口24近傍に燃料が残留すると、この残留燃料は次の
燃料噴射時においてノズル口24が開弁せしめられたとき
圧縮空気によって燃焼室４内に押し出されるため燃料の
霧化および空気との混合が不十分であり燃焼が悪化する
という問題を生ずる。

この残留燃料をなくすためノズル口24の開弁期間を長
くしてノズル口24からの燃料噴射期間を長くすることが
考えられるが、次の２つの理由により燃料噴射期間を長
くすることは困難である。すなわち、まず第１に、燃焼
室４内に燃料を直接噴射する場合、燃焼室４内への燃料
噴射開始時期を早めすぎると排気ポート内に燃料が吹き
抜け、一方燃料噴射終了時期を遅くすると燃焼室４内の
圧力が高くなるためノズル口24から燃料を噴射できなく
なり、斯くして燃料噴射期間を長くすることは困難であ
る。第２に、燃料噴射期間を長くすると圧縮空気の噴射
量が増大するためエアコンプレッサ48の容量を大きくし
なければならず、このことはエアコンプレッサの搭載
性、機関出力の損失およびコスト等から実現困難であ
る。

そこで本実施例では第５図に示されるように燃料噴射
量の多い高負荷運転時においてはノズル口24から燃焼室
４内に燃料および空気を噴射した後もノズル口24を開弁
し続け、燃焼室４内の昇圧されたガスをノズル口24から
ニードル挿入孔22内に導入する。このときノズル口24近
傍のニードル挿入孔22内に付着していた燃料はガスの流
れによってノズル口24から遠ざかる方向に運ばれる。こ
のため次回の燃料空気噴射に際し、残留燃料がノズル口
24に達するまでにある程度の距離があるため残留燃料も
圧縮空気によって運ばれこのため微粒化が向上せしめら
れ空気とも良く混合される。

なお圧力調整器49をエアブラスト弁20から遠い位置に
配置しているため、ノズル口24からの燃料空気噴射およ
び燃焼室４内のガスをノズル口24からエアブラスト弁20
内に流入させることによって生じる脈動が減衰され圧力
調整器49には圧力脈動の影響はほとんどない。

第６図から第９図を参照して本実施例をさらに詳しく
説明する。

第６図は燃料噴射弁36の噴射時間を計算するためのル
ーチンを示す。このルーチンは一定クランク角毎の割込
みによって実行される。第６図を参照すると、ステップ
80で吸入空気量Ｑおよび機関回転数Ｎが読込まれ、ステ
ップ81で次式より燃料供給料を示す噴射時間TAUを計算
して本ルーチンを終了する。

TAU＝Ｋ・（Q/N）・Ｆ ここで、Ｋは一定値だある係数、Q/Nは機関１回転当り
の吸入空気量を示す値、Ｆは水温等に基づいて変動する
補正係数である。

第７図にはノズル口の開閉時期を計算するためのルー
チンを示す。このルーチンは一定クランク角毎の割込み
によって実行される。第７図を参照すると、まずステッ
プ90において噴射時間TAUが予め定められた値LH以上か
否か判定される。TAU≧LHのときすなわち高負荷のとき
ステップ91に進みノズル口閉弁クランク角θＦが310度
とされる。こおのクランク角は第８図において上死点
（TDC）から右回りに測定した角度であり、以下におい
ても同様である。従って、高負荷時におけるノズル口24
閉弁時期は上死点前50度である。上死点前70度で燃焼室
４内の圧力はニードル挿入孔22内の圧力とほぼ等しくな
るので、上死点前70度から50度の間で燃焼室４内のガス
はノズル口24からニードル挿入孔22内に流入する。従っ
て上死点前70度から50度の範囲は逆流域である。なお高
負荷時においては燃焼室４内は新気の割合が高く、カー
ボン等を含む既燃ガスが少量であるため、カーボン等を
含む既燃ガスがエアブラスト弁20内に逆流してノズル口
24と弁部25の間に噛み込んでシール不良となるおそれは
ない。一方、ステップ90においてTAU≧LHと判定された
とき、すなわち低負荷のときステップ92に進みノズル口
閉弁クランク角θＦが270度とされる（第８図参照）。
従って、低負荷域においてはノズル口24は上死点前90度
で閉弁するため燃焼室４内のガスはエアブラスト弁20内
に逆流しない。低負荷時においては燃料噴射量が少ない
ためエアブラスト弁20内に供給された燃料はほとんど残
留することなくほぼ全燃料がノズル口24から噴出せしめ
られる。従って高負荷時におけるように燃焼室４内のガ
スをノズル口24からエアブラスト弁20内に逆流せしめる
必要はない。ステップ93では機関回転数NEが予め定めら
れた回転数NH以上か否か判定される。Ｎ＜NHのとき、す
なわち低回転時にはステップ94に進みノズル口開弁期間
を4msとしてこれに相当するクランク角θＴを次式から
計算する。

θＴ＝4ms×Ｎ×α ここでαは一定値である換算係数である。一方、Ｎ≧NH
のとき、すなわち高回転時にはステップ95に進みノズル
口開弁期間を3msとしてこれに相当するクランク角θＴ
を次式から計算する。

θＴ＝3ms×Ｎ×α 機関高回転時においても機関低回転時と同様にノズル口
開弁期間を4msとすると、これに相当するクランク角が
大きくなりすぎて、前述のように燃料の吹き抜け等の弊
害を生ずる。このため高回転時にはノズル口開弁期間を
3msに短くしている。

ステップ96ではノズル口開弁クランク角θＳが次式よ
り算出され、その後本ルーチンを終了する。

θＳ＝270−θＴ 第８図には機関負荷および回転数による各場合のノズ
ル開弁期間を示す。低負荷高回転時におけるノズル口開
弁期間θＳが排気弁閉弁時期より若干前であるが、シリ
ンダ１内にはマスク壁10により強力なループ排気が発生
せしめられており、エアブラスト弁20から噴射された燃
料は排気弁７に直接向かわず一旦ピストン２頂面に向け
られるため燃料が排気ポート８内に吹き抜けることはな
い。

第９図には燃料空気噴射を実行するためのルーチンを
示す。このルーチンはクランク角で例えば360度毎の割
込みによって実行され、例えば第８図に示すクランク角
θＲ毎に起動される。

第９図を参照すると、ステップ100において噴射時間T
AUより燃料噴射弁36開弁期間θＮが算出される。次いで
ステップ101では、固定されている燃料噴射弁開弁クラ
ンク角θＡ（第８図参照）と燃料噴射弁開弁期間θＮと
から燃料噴射弁閉弁クランク角θＢが算出される。ステ
ップ102ではクランク角θが燃料噴射弁開弁クランク角
θＡになったか否か判定される。θ＝θＡになるとステ
ップ103に進み燃料噴射弁36が開弁せしめられ、圧縮空
気流出通路35内に燃料が供給される。ステップ104で
は、クランク角θが燃料噴射弁閉弁クランク角θＢ（第
８図参照）になったか否か判定される。θ＝θＢになっ
たときステップ105に進み燃料噴射弁36が閉弁せしめら
れ、燃料供給が停止される。ステップ106ではクランク
角θがノズル口開弁クランク度θＳ（第８図参照）にな
ったか否か判定される。θがθＳになったときステップ
107に進みノズル口24が開弁せしめられる。これによ
り、ノズル口24から燃料が圧縮空気によって燃焼室４内
に噴出せしめられる。ステップ108ではクランク角θが
ノズル口閉弁クランク度θＦ（第８図参照）になったか
否か判定される。θがθＦになったときステップ109に
進み、ノズル口24を閉弁して本ルーチンを終了する。

〔考案の効果〕

エアブラスト弁内に残留した燃料もノズル口まで圧縮
空気によって運び去られるため、燃料の微粒化を向上せ
しめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の全体構成図、第２図はシリン
ダヘッド内壁面の底面図、第３図は２サイクル機関の側
面断面図、第４図はエアブラスト弁の一部断面側面図、
第５図は本実施例の動作を説明するための線図、第６図
は燃料噴射弁の噴射時間を計算するためのフローチャー
ト、第７図はノズル口開閉時期を計算するためのフロー
チャート、第８図はノズル口開閉弁時期等を示す線図、
第９図は燃料空気噴射を実行するためのフローチャート
である。 ４……燃焼室、20……エアブラスト弁、22……ニードル
挿入孔、23……ニードル、24……ノズル口、36……燃料
噴射弁、48……エアコンプレッサ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−3168（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315663（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−88964（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−166270（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−166764（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−145662（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】先端に燃焼室内に臨んで形成されたノズル
   口を有する圧縮空気通路と、 前記ノズル口に配置され前記ノズル口を開閉する開閉弁
   と、 前記圧縮空気通路に常時圧縮空気を供給する圧縮空気供
   給手段と、 前記圧縮空気通路に燃料を供給する燃料供給手段と、 前記開閉弁を前記圧縮空気通路に供給された燃料を圧縮
   空気と共に前記燃焼室内に噴射するために開弁した後、
   前記燃焼室内の圧力が前記圧縮空気通路内の前記圧縮空
   気の圧力よりも高くなるまで開弁状態に維持する制御を
   おこなう開閉弁制御手段から成ることを特徴とする内燃
   機関の燃料噴射装置。