JP2882196B2

JP2882196B2 - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2882196B2
Application number: JP20805392A
Authority: JP
Inventors: 進小島; 啓壮武田; 知士郎杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1999-04-12
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JPH0658228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気制御弁と燃料噴射
弁との共通の取付本体に設けた所謂エアアシスト型の内
燃機関の燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂エアアシスト式燃料噴射装置におい
て、燃料噴射弁から燃料噴射流を空気制御弁からアシス
トエア孔を介して導入される空気流を混合する燃料噴射
孔を有し、燃料噴射孔において混合された空気と燃料と
をノズルから内燃機関の吸気系に噴射し、ノズル内に混
合気の加熱を行うヒータを有したものが提案されてい
る。ヒータは低温時に作動され、混合気の加熱を行うこ
とによりその微粒化を促進することを意図している。
（特願平３−１９９５１８号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】先行技術においてはエ
アアシスト孔は燃料噴射弁からの燃料噴射孔の軸線に正
対するように配置している。この場合、エアアシスト孔
からの空気と燃料噴射孔内の燃料との混合の結果生成し
た混合気は主としてノズル内の混合気孔の軸線に沿って
流れるため、ノズル内を流れる混合気が低温の際におけ
るヒータからの熱による混合気の加温効果が弱い。その
ため、混合気の気化により微粒化を促進することができ
ない。

【０００４】この発明はヒータからの熱をノズル内を流
れる混合気に効率的に伝達することができるような改良
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の内燃機関の燃
料噴射装置は、燃料噴射弁から燃料噴射流を空気制御弁
からアシストエア孔を介して導入される空気流と混合す
る燃料噴射孔を有し、燃料噴射孔において混合された空
気と燃料とをノズルから内燃機関の吸気系に噴射し、ノ
ズル内に混合気の加熱を行うヒータを有した内燃機関の
燃料噴射装置において、アシストエア孔は燃料噴射孔の
中心線に向かって開口する第１のアシストエア孔と、燃
料噴射孔の中心から偏心して開口する第２のアシストエ
ア孔とを形成し、第１のアシストエア孔と第２のアシス
トエア孔を選択的に開放する切替弁と、ヒータの温度に
応じて切替弁を上下移動する感温駆動手段とを更に有
し、ヒータ非作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１
のアシストエア孔を開放し、第２のアシストエア孔を閉
鎖し、ヒータ作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１
のアシストエア孔を閉鎖し、第２のアシストエア孔を開
放することを特徴とする。

【０００６】

【作用】ヒータ作動時は感温駆動手段は切替弁をして第
１のアシストエア孔を閉鎖し、第２のアシストエア孔を
開放し、そのため、第２のアシストエア孔から噴射燃料
孔の中心から偏心して空気が導入されるため、旋回流に
よって壁面に沿った混合気の流れが多く形成され、ノズ
ルの部分でヒータから効率的な加熱を受けることができ
る。

【０００７】ヒータ非作動時は感温駆動手段は切替弁を
して第１のアシストエア孔を開放し、第２のアシストエ
ア孔を閉鎖し、そのため、第１のアシストエア孔から噴
射燃料孔の中心部に向かって空気が流れるため、直線流
が主となり壁面に沿った流れは少なくなる。

【０００８】

【実施例】図１及び図２において、１０はシリンダヘッ
ド、１１はシリンダブロック、１２は吸気マニホルド、
１４はシリンダボア、１５はピストン、１６は吸気弁、
１８は排気弁である。この実施例ではエンジンは吸気弁
１６と排気弁１８とはそれぞれ２個づつ設けられた所謂
４バルブ型である。気筒数は例えば４である。シリンダ
ヘッド１０は各吸気弁１６への吸気ポート２０、各排気
弁１８からの排気ポート２２を形成している。吸気ポー
ト２０は吸気マニホルド１２に接続される。２３はディ
ストリビュータである。

【０００９】２４はエアクリーナであリ、エアクリーナ
２４からの空気はエアーフローメータ２６にて計量さ
れ、スロットル弁２８を介して吸気管（矢印にて略示し
ている）３０を経て吸気マニホルド１２に導入される。
３１はスロットル弁２８を迂回するバイパス通路３２に
設けられるアイドルスピード制御弁（ＩＳＣ弁）であ
り、周知のようにアイドル運転時に所定エンジン回転数
を得るものである。

【００１０】燃料噴射弁３４と空気制御弁３６は上下二
つの部分38-1,38-2 から成る取付本体３８によって吸気
マニホルド１２の取り付け部１２ａに取り付けられてい
る。燃料噴射弁３４の先端にエアアシストアダプタ４２
が配置され、このエアアシストアダプタ４２の周囲にス
リーブ状の切替弁４３が配置され、かつこれらと直列に
細長い円筒形状のノズル４４が配置される。ノズル４４
はその先端が取付本体３８から突出し、図１に示すよう
に吸気ポート２０に開口している。周知のように燃料噴
射弁３４の内部に図示しないソレノイドが設けられ、こ
のソレノイドを選択的に通電することによって燃料噴射
を制御することができる。燃料噴射弁３４の上端に燃料
受け口５４が具備され、デリバリパイプ５６（図１，
４）からの燃料が燃料噴射弁３４に供給される。デリバ
リパイプ５６は気筒の並ぶ方向に延びており、各気筒の
燃料噴射弁に燃料の供給を行うことができる。

【００１１】空気制御弁３６は下端に空気ノズル５８を
具備し、上端に空気受け口６０を備える。空気受け口６
０はデリバリパイプ５６に接続され、空気ポンプ６２
（図１）からの空気が導入される。空気制御弁３６は、
その他の詳細構成は図示しないが、空気ノズル５８から
の空気噴射を制御するためのソレノイドを具備してい
る。

【００１２】燃料噴射弁３４のエアアシストアダプタ４
２及びノズル４４は取付本体３８に挿入される。図５に
示すうよにエアアシストアダプタ４２に軸方向に延びる
噴射燃料孔６４が形成され、この噴射燃料孔６４は燃料
噴射弁３４から噴射された燃料を受けると共に、その途
中において後述のように空気制御弁３６からのアシスト
エアを受け、燃料と空気との混合を行わしめる。一方、
図３においてノズル４４には軸方向に延び、かつ噴射燃
料孔６４と整列する混合気噴射孔６６が形成され、この
混合気噴射孔６６はエアアシストアダプタ４２からの混
合気を受け取り、その先端より吸気ポート２０に図１の
矢印Ｆのように混合気の噴射を行わしめる。

【００１３】ノズル４４の外面にはPTC ヒータ７０が配
置され、このPTC ヒータ７０は内燃機関の低温時に作動
され、ノズル内の混合気噴射孔６６を通過する混合気の
加熱を行いその微粒化の促進を行う。取付本体内には後
述のように空気連通路８０が形成され、一方、エアアシ
ストアダプタ４２は後述のようにエアアシスト孔８４−
１，８４−２が２種類形成され、切替弁４３の位置に応
じていずれかのエアアシスト孔からのの溝８２は空気連
通路８０より噴射燃料孔６４内に導入され、この燃料噴
射孔内において燃料噴射弁３４からの燃料と混合され
る。

【００１４】図１，４において、デリバリパイプ５６は
空気と燃料との共用であり、燃料デリバリ通路９２と、
空気デリバリ通路９４とが形成され、燃料デリバリ通路
９２に各気筒の燃料噴射弁３４の燃料受け口５４が挿入
される孔９６が開口され、空気デリバリ通路９４に各気
筒の空気制御弁３６の空気受け口６０が挿入される孔９
８が開口される。燃料デリバリ通路９２は一端が閉鎖さ
れ、他端は図示しない燃料噴射ポンプを介して図示しな
い燃料タンクに接続され、燃料タンクからの燃料は燃料
噴射ポンプによって燃料デリバリ通路９２を介して各気
筒の燃料噴射弁３４に供給される。空気デリバリ通路９
４は一端が閉鎖され、他端は空気送出導管１００を介し
て空気ポンプ６２の吐出側に接続される。空気ポンプ６
２の吸入側は空気取出導管１０２を介してエアーフロー
メータ２６の下流でスロットル弁２８の上流の吸気管に
接続される。空気ポンプ６２はこの実施例ではピストン
ポンプであり、ピストン６２ａと、内燃機関のクランク
軸（図示せず）に連結されるクランク円板６２ｂと、ピ
ストン６２ａとクランク円板６２ｂとを接続する連結棒
６２ｃと、吸入制御リード弁６２ｄと、排出制御リード
弁６２ｅとを基本的な構成要素とする。空気ポンプ６２
は、吸気管からバイパスされた空気を空気デリバリ通路
９４を介して各気筒の空気制御弁３６に導入する。

【００１５】圧力制御弁１０４は空気デリバリ通路９４
に導入される空気の圧力を一定に制御するものであり、
ダイヤフラム104aと、スプリング104bと、ダイヤフラム
104aに連結されるバルブ104cとを備え、バルブ104cは、
吸気管におけるエアーフローメータ２６より下流でスロ
ットル弁２８より上流の部分に接続される戻り通路１０
６の開閉制御を行う。即ち、空気ポンプ６２からの吐出
空気圧力が所定値より大きくなるとダイヤフラム104aは
スプリング104bに抗して左行することでバルブ104cを開
弁させ、一部の空気は戻り通路１０６を介して、エアー
フローメータ２６の下流の吸気管に戻される。その結
果、圧力が下がると、スプリング104bはダイヤフラム10
4aを右行させることでバルブ104cを閉弁位置させ、この
ような作動の繰り返しにより空気デリバリ通路９４への
空気圧力が一定に制御される。

【００１６】制御回路１１０は、燃料噴射弁３４及び空
気制御弁３６の作動制御を行うものでマイクロコンピュ
ータシステムとして構成される。制御回路１１０はその
他のエンジン制御も行い、例えば、ＩＳＣ弁３１の作動
制御を行う。制御回路１１０には各種のセンサが接続さ
れ、各種のエンジン状態信号が入力される。エアーフロ
ーメータ２６からは空気ポンプ６２からエアアシスト用
に取り出される空気も含めて機関に導入される空気の全
量Ｑが検知される。ディストリビュータ２３にクランク
角度センサ１１４，１１６が設けられ、燃料噴射弁３４
及び空気制御弁３６の作動タイミングの制御信号を発生
する。水温センサ１２０はエンジンの冷却水ジャケット
内の冷却水の温度TWを知るのに使用され、吸入空気温度
センサ１２２は吸入空気の温度Taを知るのに使用され
る。制御回路１１０はこれらのセンサよりプログラムに
従って、燃料噴射弁３４、空気制御弁３６及びヒータ７
０の作動信号を形成する。また、ＩＳＣ弁３１などの他
のエンジン制御装置の作動の制御を行う。制御回路１１
０はイグニッションキースイッチ１３０を介してバッテ
リ１３２より給電される。

【００１７】図５，６はスリーブ状切替弁４３の詳細構
造を示す。エアアシストアダプタ４２は上下にフランジ
42a,42b を有し、上下のフランジ42a,42b 間のエアアシ
ストアダプタの部分にスリーブ状切替弁４３が上下摺動
自在に嵌合されている。第１のアシストエア孔84-1は噴
射燃料孔６４の中心部に向かって開口するように直径対
立位置に一対下向きに傾斜して設けられ、また第２のア
シストエア孔84-2は噴射燃料孔６４の中心線から偏心し
て開口するように180 °対立位置に一対下向きに傾斜し
て設けられる。実施例では第２のアシストエア孔84-2は
図６のように噴射燃料孔６４の内周面に対して接線方向
に開口している。切替弁４３は180 °対立位置に第１の
一対の連通孔１５０と、第１の一対の連通孔１５０と９
０°回転方向の位置を転じて180 °対立位置に第２の一
対の連通孔１５２が設けられ、図示のように第１の連通
孔１５０の位置が第２の連通孔１５２の位置より高くな
っている。スリーブ状弁４３の上下に第１のコイルスプ
リング１６０、第２のコイルスプリング１６２が設けら
れる。これらのコイルスプリング１６０，１６２は形状
記憶金属にて形成され、ヒータ７０がＯＦＦされている
ためノズル４４が加温されていないときは第１のスプリ
ング１６０は図示のように伸長され、第２のスプリング
１６２は収縮し、このとき切替弁４３に形成されるアシ
ストエア孔のうち第１のアシストエア孔84-1が切替弁の
第１の一対の連通孔１５０と連通するためアシストエア
は燃料噴射孔６４の中心部に導入される。一方、ヒータ
７０がＯＮされているためノズル４４が加温されている
ときは第１のスプリング１６０は収縮され、第２のスプ
リング１６２は伸長し、このとき切替弁４３は上昇し、
切替弁４３に形成されるアシストエア孔のうち第２のア
シストエア孔84-2が切替弁の第２の一対の連通孔１５2
と連通するためアシストエアは燃料噴射孔６４の接線方
向に導入されるようになっている。

【００１８】この発明の作動を説明すると、低温運転時
制御回路１１０によってヒータ７０は作動されるが、そ
の熱はエアアシストアダプタ４２を介してコイルスプリ
ング１６２，１６０に伝達され、図示の位置とは反対
に、第１のコイルスプリング１６０は収縮し、第２のコ
イルスプリング１６２は伸長される。そのため、切替弁
４３は図の位置より上昇され、切替弁４３の連通孔84-2
が第２のアシストエア孔84-2に連通し、空気制御弁３６
からの空気は空気ノズル５８より空気連通室８０を経
て、第２の連通孔１５２より第２のアシストエア孔84-2
より燃料噴射孔６４に接線方向に導入され、ここで空気
と燃料との混合が行われる。接線方向への導入によって
壁面に沿った混合気の流れがノズル４４内の混合気孔６
６に向けて形成される。図７はノズル壁面から中心まで
におけるヒータによる温度分布が模式的に表されている
が、壁面付近の温度が高いことが判り、低温時に壁面付
近の流れを利用することによって混合気の加温を促進す
ることが可能である。

【００１９】通常の温度での運転時制御回路１１０によ
ってヒータ７０は停止され、そのためコイルスプリング
１６２，１６０は冷やされ、図５に示すように第１のコ
イルスプリング１６０は伸長し、第２のコイルスプリン
グ１６２は収縮される。そのため、切替弁４３は図示の
位置のように下降され、切替弁４３の連通孔１５０が第
１のアシストエア孔84-1に連通し、空気制御弁３６から
の空気は空気ノズル５８より空気連通室８０を経て、第
１の連通孔１５０より第１のアシストエア孔84-1より燃
料噴射孔６４の中心に向け導入され、ここで空気と燃料
との混合が行われる。その、混合気はノズルの中心に沿
って流れることになる。通常走行時は空気と燃料との混
合は良好に行われており、加温の必要はなく、また壁面
に沿った流れが少なくなることで燃料の壁面付着を解消
し、過渡的な運転時における燃焼性能の向上を図ること
ができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明ではアシストエア孔は燃料噴射
孔の中心線に開口する第１のアシストエア孔と、燃料噴
射孔の中心から偏心して開口する第２のアシストエア孔
とを形成し、第１のアシストエア孔と第２のアシストエ
ア孔との選択的な開放を行う切替弁と、ヒータの温度に
応じて切替弁を上下移動する感温駆動手段とを更に有
し、ヒータ非作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１
のアシストエア孔を開放し、第２のアシストエア孔を閉
鎖し、ヒータ作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１
のアシストエア孔を閉鎖し、第２のアシストエア孔を開
放することで、ヒータが作動するときは壁面に沿った接
線流れによってヒータの熱を加温に効率的に利用し、ヒ
ータが停止した暖機後は中心流とすることで燃料の液面
付着を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例の内燃機関の全体概略図である。

【図２】図１は図２の内燃機関の燃焼室部分の縦断面図
である。

【図３】図３は燃料噴射弁及び空気制御弁の部分的断面
図である。

【図４】図４はデリバリパイプの断面図である。

【図５】図５は切替弁とエアアシストアダプタとの摺動
部分の詳細縦断面図（図６のＶ−Ｖ線に沿う断面図）で
ある。

【図６】図６は切替弁とエアアシストアダプタとの摺動
部分の詳細横断面図である。

【図７】図７はヒータ作動にくノズルの内壁面から中心
までの温度分布を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０…シリンダヘッド１２…吸気マニホルド１６…吸気弁１８…排気弁２０…吸気ポート２６…エアフローメータ２８…スロットル弁３１…ISC 弁３４…燃料噴射弁３６…空気制御弁３８…取付本体４２…エアアシストアダプタ４３…切替弁４４…ノズル８０…空気連通孔 84-1,84-2 …アシストエア孔、 150,152 …連通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−234566（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−65859（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 69/00 310 F02M 69/04 F02M 53/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射弁から燃料噴射流を空気制御弁
からアシストエア孔を介して導入される空気流と混合す
る燃料噴射孔を有し、燃料噴射孔において混合された空
気と燃料とをノズルから内燃機関の吸気系に噴射し、ノ
ズル内に混合気の加熱を行うヒータを有した内燃機関の
燃料噴射装置において、アシストエア孔は燃料噴射孔の
中心線に向けて開口する第１のアシストエア孔と、燃料
噴射孔の中心から偏心して開口する第２のアシストエア
孔とを形成し、第１のアシストエア孔と第２のアシスト
エア孔を選択的に開放する切替弁と、ヒータの温度に応
じて切替弁を上下移動する感温駆動手段とを更に有し、
ヒータ非作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１のア
シストエア孔を開放し、第２のアシストエア孔を閉鎖
し、ヒータ作動時は感温駆動手段は切替弁をして第１の
アシストエア孔を閉鎖し、第２のアシストエア孔を開放
することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。