JPH01227844A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば自動車用エンジン等の吸気管内に燃料
を噴射供給するのに用いて好適な燃料噴射装置に関し、
特に、アイドル安定性や過渡応答性等を向上できるよう
にした燃料噴射装置に関する。

（従来の技術） 例えば、特開昭６１−１９２８４５号公報等において、
吸気管の途中に設けられ、該吸気管内に燃料を噴射パル
スに応じて間欠噴射する燃料噴射弁と、該噴射弁と対向
して吸気管の途中に設けられた超音波振動子とからなる
燃料噴射装置は知られている。

この種の燃料噴射装置ては、超音波振動子の振動板等に
向けて燃料噴射弁から噴射された燃料を該振動板の超音
波振動によって微粒化し、燃料の霧化、混合を促進させ
るようにしている。

（発明か解決しようとする課題〕 然るに、上述した従来技術ては、燃料噴射弁により燃料
を間欠噴射しているから、超音波振動子には燃料か間欠
的にしか噴射供給されず、この噴射燃料を微粒化しても
、吸入空気と連続的に均一化して混合させることかてき
ず、均一な予混合気を形成するのか難しいという問題か
ある。また、超音波振動子か連続的に超音波振動を繰返
すのに対し、燃料噴射弁からは燃料か間欠的にしか噴射
されないから、超音波振動子を効率的に活用できないと
いう問題がある。

さらに、超音波振動子は通常高周波゛重圧によって駆動
され、振動板等に振幅の小さい超音波振動を発生させて
いるため、エンジンのアイドル時等のように、燃料噴射
弁からの噴射値か少ない領域ては噴射燃料を微粒化でき
るものの、その処理量には限界かあって、加速時等のよ
うに噴射量か増大してくると処理限界を越えて、噴射燃
料を微粒化するのか困難となり、エンジンの各シリンダ
に対する混合気の分配性能か低下し、急加速時等の過渡
応答性を向してきないという問題かある。

未発ＩＪ１は上述した従来技術の問題に鑑みなされたも
のて、本発明は均一な予混合気を形成でき。

低温始動性やアイドル安定性等を向上できる上に、噴射
Ｖか増大する加速時等でも混合気の分配性能を高めて、
過渡応答性を向上できるようにした燃料噴射装置を提供
するものである。

（発明か解決しようとする課題） ト述した課題を解決するために本発明は、コレクタの下
流側かエンジンの各シリンダ内と連通ずる分岐管となっ
た吸気管と、該吸気管のコレクタに設けられ、該コレク
タ内に燃料を弁開度に応じて連続噴射する連続噴射弁と
、該連続噴射弁と対向して前記コレクタに設けられ、該
連続噴射弁から噴射された燃料を微粒化する超音波振動
子と、前記吸気管の各分岐管に設けられ、噴射パルスに
応して該各分岐管内にそれぞれ燃料を間欠噴射する燃料
噴射弁と、噴射量か所定量より少ないと判定したときに
は前記連続噴射弁から燃料を噴射させ、所定量を越えた
と判定したときには前記各燃料噴射弁と連続噴射弁とか
ら燃料を噴射させる噴射弁選択手段とからなる構成を採
用している。

また、前記噴射量か所定量より少ないと判定したときに
は前記超音波振動子を一定以上の高周波で超音波振動さ
せ、所定量を越えたと判定したときには該超音波振動子
を一定以下の低周波で超音波振動させる周波数選択手段
を設けるのが好ましい。

（作用） 吸気管のコレクタに連続噴射弁と対向させて超音波振動
子を設けたから、連続噴射弁により連続噴射された燃料
を超音波振動子で連続的に微粒化てき、霧化、混合を促
進させて均一な予混合気を形成できる。そして、加速時
等のように噴射量か所定量を越えるときには、各燃料噴
射弁から各分岐管内に燃料を噴射てき、混合気の分配性
梯を高めることかできる。また、周波数選択手段を用い
れば噴射量か所定量を越えたときに、超音波振動ｆの振
動周波数を小さくして、振幅を大きくでき、微粒化すべ
き燃料の処理量を増加させることかてきる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第１２図に基づい
て説明する。

図において、ｌは自動車のエンジン本体を示し、該エン
ジン本体ｌは多気筒のシリンダ２（１気筒のみ図示）と
、該各シリンタ２内を往復動して、クランク軸（図示せ
ず）から回転出力を導出させるピストン３と、シリンダ
２Ｌに搭載されたシリンダヘッド４とから大略構成され
ている。５はシリンダヘット４の吸気側に接続された吸
気管を示し、該吸気管５の先端側にはエアクリーナ６か
設けられ、該エアクリーナ６の下流側には、吸入空気Ｈ
Ｑを検出するエアフロメータ７と、エンジンのアイドル
時に第１図に示す如く閉弁され、加速時に開弁され、吸
入空気量Ｑの調整を行うスロットルハルツ８とか設けら
れている。

ここて、該吸気管５は、スロットルハルツ８よりも下流
側か吸気溜りとしてのコレクタ５Ａとなり、該コレクタ
５Ａの下流側か各シリシタ２内とそれぞれ連通ずる分岐
管５Ｂ（−本のみ図示）となっている。即ち、該各分岐
管５Ｂはコレクタ５Ａと共に、例えば吸気マニホールド
を形成し、該各分岐管５Ｂはコレクタ５Ａから複数本に
分岐してシリンダヘット４の各吸気口と接続されるよう
になっている。

また、９はシリンダヘット４の各排気口と接続された排
気管を示し、該排気管９は排気マニホールド等からなり
、シリシタ２内の燃焼ガスを排気ガスとして外部に排気
させるようになっている。

ｌＯは前記クランク軸からエンジン回転数Ｎを検出する
クランク角センサを示している。

１１は燃料タンク、１２は該燃料タンク１１内に設けら
れた油中型の燃料ポンプを示し、該燃料ポンプ１２は燃
料タンク１１内の燃料１３を後述の各噴射弁１９．３２
に燃料配管１４を介して圧送供給し、この燃料の一部は
圧力レギュレータ１５から戻し配管１６を介して燃料タ
ンク１１内に戻されるようになっている。ここて、該圧
力レギュレータ１５は空気導管１７を介してコレクタ５
Ａ内の圧力を制御圧として導くことにより、この制御圧
に基づいて燃料配管１４内の燃圧を制御し、この燃圧を
もって各噴射弁１９．３２から燃料を噴射させるように
なっている。また、１８は燃ネ′１配管１４の途中に設
けられた燃料フィルタを示している。

１９は吸気管５のコレクタ５Ａに設けられたデユーティ
制御弁からなる連続噴射弁を示し、該噴射弁１９は第２
図に示す如く、小径のノズル部２０Ａ、大径の環状部２
０Ｂおよび大径筒部２０Ｃからなるケーシング２０と、
該ケーシング２０の大径筒部２０Ｃ側端部を施蓋すべく
外周側に環状のフランジ部２１Ａか突設された筒状のコ
ア部材２１と、該コア部材２１のフランジ部２１Ａとケ
ーシング２０の環状部２０Ｂとの間て大径筒部２０Ｃ内
に配設されたコイルボビン２２と、該コイルボビン２２
に巻回され、後述の噴射パルスＳによってコア部材２１
に磁力を発生させるコイル２３と、コイルボビン２２の
径方向内側に位置してケーシング２０のノズル部２０Ａ
とコア部材２１の先端との間に配設され、ノズル部２０
Ａの弁座２０Ａ１に離着外する有底筒状の弁体２４と、
該弁体２４の底部２４Ａとコア部材２１内に嵌合した燃
料バイブ２５との間に配設され、該弁体２４を常時閉弁
方向に付勢した弁ばね２６と、ノズル部２ＯＡ内に軸方
向に穿設され、先端側かノズル口２７Ａとなった燃料通
路２７と、コア部材２１の基端側に設けられたコネクタ
２８および燃料供給口２９とからなり、該供給口２９は
燃料配管１４等を介して燃料ポンプ１２と接続されてい
る。

そして、該噴射弁１９はコネクタ２８か後述の制御装置
３３と接続され、該制御装置３３からの噴射パルスＳを
コイル２３に印加することによりコア部材２１の先端側
に磁力を発生させ、弁体２４を弁ばね２６に抗して吸引
し、開弁させるようになっている。ここで、噴射パルス
Ｓは第３図（イ）、（ロ）に例示するように高周波の印
加パルスからなり、パルス繰返し周期Ｓｐに対するパル
ス幅Ｓｄを変えてパルスデューティ（Ｓｄ／Ｓｐ　）を
変化させることにより弁体２４の弁開度を第４図に示す
特性線３０に沿って制御するようになっている。

即ち、弁体２４はコイル２３に噴射パルスＳか印加され
る度毎に開弁方向に吸引され、各パルス間ては弁ばね２
６によって閉弁方向に押戻されるものの、噴射パルスＳ
か高周波の印加パルスからなるのて、閉弁前に次なるパ
ルスの印加によって円び開弁方向に吸引され、微小振動
を繰返しつつ、パルスデューティ（Ｓｄ　／ｓｐ　）に
応して弁開度か制御される。そして、燃料ポンプ１２か
ら燃料供給口２９等を介してケーシング２ｏ内に供給さ
れた燃料１３は弁体２４内を第２図中の矢示方向に流通
し、弁体２４の弁開度に応して噴射量（流値）か調整さ
れ、燃料通路２７のノズル口２７Ａから吸気管５のコレ
クタ５Ａ内へと連続噴射される。

３１は吸気管５のコレクタ５Ａに連続噴射弁１９のノズ
ル部２０Ａに対向して設けられた超音波振動子を示し、
該超音波振動子３１は、ホーン３１Ａと振動バランサ３
１Ｂとの間に挟持された圧電素子３１Ｃと、ホーン３１
Ａの先端側に設けられ、半円形状に湾曲された振動板３
１Ｄとから大略構成され、該振動板３１Ｄは制御装置３
３から圧電素子３１Ｃに高周波電圧Ｖが印加されると、
例えば２０〜８０　ＫＨ，程度の周波数をもって超音波
振動するようになっている。ここで、該超音波振動子３
１の振動板３１Ｄは制御装置３３からの高周波電圧Ｖの
周波数を後述の如く切換えることにより高周波ｆ。と低
周波ｆ、とて超音波振動し、この振動周波数は高周波ｆ
。か、例えば二次の共振周波数からなり、低周波ｆ、か
一次の共振周波数からなっている。そして、該振動板３
１Ｄは連続噴射弁１９から噴射された燃料を超音波振動
によって、例えば１０〜４０μ重程度まで微粒化し、霧
化、混合を促進させるようになっている。

３２は吸気管５の各分岐管５Ｂにそれぞれ設けられたマ
ルチポイントインジェクション方式の燃料噴射弁（１個
のみ図示）を示し、該各噴射弁３２は電磁アクチュエー
タ笠を内蔵し、制御装置３３から低周波の噴射パルスＳ
１か印加されると、この噴射パルスＳ１に応じて各分岐
管５Ｂ内に燃料ポンプ１２からの燃料１３を間欠的に噴
射するようになっている。そして、該各噴射弁３２はエ
ンジンの加速時等に連続噴射弁１９と共に燃料１３を噴
射し、各シリンダ２内に供給される混合気の分配性能を
高めるようになっている。

さらに、３３はマイクロコンピュータ等によって構成さ
れた側御装δを示し、該制御装置３３は第５図に示すよ
うに、入出力制御回路３４、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ等か
らなる処理回路３５、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる
記憶回路３６を含んで構成されている。そして、入出力
制御回路３４の入力側はエアフロメータ７、クランク角
センサｌＯ９水温センサ、車速センサ、酸素センサ７の
各種センサ１スタートスイツチ３７゜スロットルバルブ
スイッチ、シフトスイッチ等の各種スイッチおよびバッ
テリ（いずれも図示せず）と接続され、出力側は連続噴
射弁１９．超音波振動子３１および各燃料噴射弁３２等
と接続され、これらに噴射パルスＳ、Ｓ＋および高周波
電圧ｖｌを出力するようになっている。

また、記憶回路３６には第８図に示す噴射量演算、噴射
弁選択および周波数選択処理用のプログラム等が格納さ
れてΣす、該記憶回路３６の記憶エリア３６Ａには第６
図に例示するように、噴射弁選択処理動作を行うために
予め所定量に設定された設定噴射ＩＴ。用の噴射量記憶
エリア３６Ａ、と、超音波振動子３１に発生させる高周
波ｆ。とべ低周波ｆ、との超音波振動数記憶エリア３６
Ａ２．３６Ａ、とか格納されている。

ここで、制御装置３３は吸入空気量Ｑ、エンジン回転数
Ｎから、基本噴射量ＴＰを、Ｔ、　＝　Ｋ　Ｘ　Ｑ／Ｎ
−−−−−−（１）ただし、Ｋ：定数 として演算すると共に、各噴射弁１９．３２による噴射
Ｆ、）　Ｔ　、を、 Ｔ、＝Ｔｐ　Ｘα×α’　Ｘ　Ｃｏｅｒ　ＮＴ　ｓ　＝
−（２）たたし、α　　：空燃比フィードバック補正係
数α’　　　：２ｉｉ本空燃比学習補正係数Ｃｏｅｒ：
各種補正係数 Ｔｓ　：電圧補正係数 として演算し、この演算結果に基づき噴射量Ｔ、か設定
噴射量Ｔ。よりも小さいときには連続噴射弁１９にのみ
噴射量Ｔ、に対応した噴射パルスＳを出力し、噴射量Ｔ
、が設定噴射量Ｔ。を越えたときには連続噴射弁１９に
設定噴射量Ｔ。に対応した噴射パルスＳを出力し、各燃
料噴射弁に噴射ｆｆｌ　（Ｔ、　−Ｔｏ　）に対応した
噴射パルスＳｌを出力する。そして、連続噴射弁１９は
第７図中に実線で示す特性線３８に沿って燃料を連続噴
射し、各燃料噴射弁３２は点線て示す特性線３９に沿っ
て燃料の間欠噴射を行ない、合計の噴射量は点線で示す
特性線４０に沿うようになっている。また、超音波振動
子３１には前記設定噴射量Ｔ。の上、下で振動周波数を
高周波ｆ。と低周波ｆ１とに変えるべく、２段階に切換
られる高周波電圧■か出力されるようになっている。

本実施例の燃料噴射装置は上述の如き構成を有するもの
で、次にその作動について第７図、第８図を参照して説
明する。

まず、スタートスイッチ３７をＯＮＬ／て処理かスター
トすると、制御装置３３はステップｌでクランク角セン
サｌＯからエンジン回転数Ｎを、エアフロメータ７から
吸入空気量Ｑをそれぞれ読込み、ステップ２で前記（１
）式に基づく基本噴射ｔＴＰを演算し、さらに、ステッ
プ３で空燃比フィードバック補正係数α、基本空燃比学
習補正係数α′、各種補正係数Ｃ０ｅｆおよび電圧補正
係数Ｔ８を読込み、ステップ４に移って前記（２）式に
基づく噴射量Ｔ、の演算を行う。

そして、ステップ５に移り、この噴射ｉＴｉか第７図中
に示す設定噴射５１Ｔ。に達したか否かを判定し、設定
噴射ｉＴ。未満のときにはステップ６、ステップ７に移
り、連続噴射弁１９から前記噴射ｒ、　Ｔ　ｔに対応す
る量の燃料を第７図中の特性線３８に沿って超音波振動
子３１に向は連続噴射させると共に、超音波振動子３１
を高周波ｆ。で超音波振動させ、連続噴射される燃料を
、例えば１０〜３０μ腸程度まで連続的に微粒化し、コ
レクタＳＡ内を流通する吸入空気中に霧化、混合して、
均一な予混合気を形成し、エンジン本体ｌの各シリンダ
２内へと順次分配して吸込ませる。

このとき、各分岐管５Ｂに設けた各燃料噴射弁３２は閉
弁され、燃料の噴射を停止し続ける（ステップ７）。

一方、ステップ５で噴射量Ｔ、か設定噴射量Ｔ０を越え
たと判定するとステップ８に移り、連続噴射弁１９から
設定噴射量Ｔ。に対応する量の燃料を超音波振動子３１
に向けて噴射させる。このとき、第７図中に示す如く連
続噴射弁１９は全開状態となり、超音波振動子３１は多
量の燃料を微粒化する必要があるから、該超音波振動子
３１の振動周波数を低周波ｆ、に下げて、処理量を増大
させるべく振動板３１Ｄの振幅を大きくし、例えば２０
〜４０終寵程度まて連続噴射弁１９からの燃料を均一な
粒径に微粒化しつつ、霧化、混合を促進させる。

即ち、第９図に示す如く燃料の粒径は超音波振動子３１
の振動周波数が高くなればなる程小さくなるものの、こ
の振動周波数を高くすべく印加電圧の周波数を上げると
、超音波振動子３１のホーン３１Ａの長さが一定である
から、振動波形中の節の数が第１Ｏ図に示す如く増加し
、この節の数が増加すると第１１図に示す如く振幅か小
さくなる。そして、振幅か小さくなると超音波振動の各
周期ごとに振動板３１Ｄに向けて多量の燃料が噴射され
ても、過負荷となって燃料を均一に微粒化できず、振幅
を大きくすればする程第１２図に示す如く微粒化できる
燃料の処理量は増大する。

このため、上述の如く連続噴射弁１９からの燃料が設定
噴射量Ｔ。まで増加してきたときには、超音波振動子３
１の振動周波数を低周波ｆ、に下げて、振動板３１Ｄの
振幅を大きくし処理量を増大させて、燃料を比較的大き
な粒径で均一に微粒化させ、霧化、混合を促進させて均
一な予混合気を形成する。一方、ステップ９では各燃料
噴射弁３２から噴射量（Ｔｉ　−Ｔｏ　）に対応する燃
料を第７図中の特性ＭＡ３９に沿って間欠噴射させ、前
記予混合気と共に各シリンダ２内へと順次吸込ませ、加
速時等の過渡応答性を向上させる。

而して、本実施例によれば、噴射量Ｔ、が設定噴射量Ｔ
０よりも小さいときには、連続噴射弁１９から燃料を連
続噴射させ、超音波振動子３１を高周波ｆ０で超音波振
動させるから、例えばｌＯ〜３０μ■程度まで燃料を均
一に微粒化でき、吸入空気中で霧化、混合を促進させて
均一な予混合気を確実に形成でき、この均一な予混合気
を分配性能を高めて各シリンダ２内へと順次吸込ませ、
低温始動性やアイドル安定性等を確実に向上させること
ができる。

また、噴射ＮＴｉか設定噴射量Ｔ０を越えたときには、
連続噴射弁１９から設定噴射量Ｔ０に対応する量の燃料
を連続噴射させて、超音波振動子３１を低周波ｆ、で超
音波振動させると共に、各燃料噴射弁３２から噴射量（
Ｔ＋　−Ｔｏ）に対応するｔｌ、の燃料を間欠噴射させ
るから、超音波振動子３１は燃料の処理量を増大でき、
燃料を所要粒径なもって均一に微粒化しつつ、均一な予
混合気を形成できる上に、各燃料噴射弁３２から間欠噴
射された燃料はこの均一な予混合気と共に各シリンダ２
内へと順次吸込まれ、加速時等の過渡応答性を確実に向
上させることができる。

また、連続噴射弁１９は超音波振動子３１の振動板３１
Ｄに向けて燃料を連続噴射するから、連続的に超音波振
動を続ける振動板３１Ｄに対して燃料を連続噴射し続け
ることかでき、超音波振動子３１を効率的に活用できる
上に、吸入行程にある各シリンダ２に対して微粒化され
た燃料を均一な予混合気状態で間断なく吸込ませること
ができ、各シリンダ２内での燃焼効率を確実に向上させ
ることかてきる等、種々の効果を奏する。

なお、第８図中のステップ６、ステップ８は本発明で用
いる周波数選択手段の具体例であり、ステップ６、ステ
ップ７およびステップ８゜ステップ９か噴射弁選択手段
の具体例である。

また、前記実施例ては、第７図に示す如く連続噴射弁１
９の全開（弁体２４の全開）時を設定噴射量Ｔ。とじ、
噴射量Ｔ、か設定噴射量Ｔ。を越えたときに超音波振動
子３１の振動周波数を高周波ｆ０から低周波ｆ１へと切
換えるものとして述べたか、本発明はこれに限定されず
、第７図中に例示した所定量Ｔ、（Ｔ、＜Ｔｏ　）を噴
射量Ｔ、か越えたときに超音波振動子３１の振動周波数
を高周波ｆ０から低周波ｆ１に切換えて、周波数選択処
理動作を行うようにしてもよく、噴射弁選択処理動作は
設定噴射量Ｔ。の上、下で行えばよい、さらに、超音波
振動子３１の振動周波数を高周波ｆ。から低周波ｆ、へ
と連続的に変えるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上詳述した通り、本発明によれば、噴射量か所定量に
達するまでは連続噴射弁から超音波振動子に向けて燃料
を連続噴射し、所定量を越えたときは連続噴射弁に加え
て各燃料噴射弁から燃料を噴射させたから、均一な予混
合気を形成して低温始動性やアイドル安定性等を向上で
きる上に、各燃料噴射弁によって混合気の分配性能を高
めて加速時等の過渡応答性を向上できる。また。

超音波振動子の振動周波数を高周波と低周波との間で選
択することにより、燃料の処理量を増大させて常に均一
な予混合気を形成し続けることかできる等、種々の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す燃料噴射装置の全体構成
図、第２図は第１図中の連続噴射弁を拡大して示す縦断
面図、第３図（イ）、（ロ）はパルスデューティがそれ
ぞれ異なる噴射パルスを示す特性線図、第４図はパルス
デューティと弁開度との関係を示す特性線図、第５図は
第１図中の制御装置等の回路構成を示すブロック図、第
６図は記憶回路内の記憶エリアの構成を示す説明図、第
７図はエンジン回転数と噴射量との関係を示す特性線図
、第８図は噴射弁選択処理および周波数選択処理動作等
を示す流れ図、第９図は燃料の粒径と周波数の関係を示
す特性線図、第１Ｏ図は周波数と節の数との関係を示す
特性線図、第１１図は節の数と振幅の関係を示す特性線
図、第１２図は振幅と処理量の関係を示す特性線図であ
る。 ５・・・吸気管、５Ａ・・・コレクタ、５Ｂ・・・分岐
管、１９・・・連続噴射弁、２０Ａ−・・ノズル部、２
４・・・弁体、３１・・・超音波振動子、３１Ｄ・・・
振動板、３２・・・燃料噴射弁、３３・・・制御装置。 特許出願人　　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　　広　　瀬　　和　　産量　　　　　
　　中　　　村　　　直　　　樹第１図 第３図 倚藺（ｍｓ　） 時間（ｍｓ） 第４図 Ｕ　　　　　　　　　　　　　　　パルス干ｌ−ティ（
即旭、）第５図 第６図 ３６Ａ 第７図 エンジン回転数（Ｎ） 第８図 第９図 ｍイ蚤 第１２図 手続補正書、。、。 昭和６３年４月５０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コレクタの下流側がエンジンの各シリンダ内と連
   通する分岐管となった吸気管と、該吸気管のコレクタに
   設けられ、該コレクタ内に燃料を弁開度に応じて連続噴
   射する連続噴射弁と、該連続噴射弁と対向して前記コレ
   クタに設けられ、該連続噴射弁から噴射された燃料を微
   粒化する超音波振動子と、前記吸気管の各分岐管に設け
   られ、噴射パルスに応じて該各分岐管内にそれぞれ燃料
   を間欠噴射する燃料噴射弁と、噴射量が所定量より少な
   いと判定したときには前記連続噴射弁から燃料を噴射さ
   せ、所定量を越えたと判定したときには前記各燃料噴射
   弁と連続噴射弁とから燃料を噴射させる噴射弁選択手段
   とから構成してなる燃料噴射装置。
2. （２）前記噴射量が所定量より少ないと判定したときに
   は前記超音波振動子を一定以上の高周波で超音波振動さ
   せ、所定量を越えたと判定したときには該超音波振動子
   を一定以下の低周波で超音波振動させる周波数選択手段
   を設けてなる特許請求の範囲（１）項記載の燃料噴射装
   置。