JPH01503555A - 燃料噴射型内燃機関およびその作動方法 - 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】 直接燃料噴射システムに関する改良 発明の詳細な説明囲 この発明は、計測した量の燃料を空気のようなガスとともに送り込む形式の内燃 機関用燃料噴射装置に関する。

従来この種の燃料噴射装置は、例えばディゼルや重油を燃料とする相当大型のニ ンジンに用いられている。しかしながら本出願は計測した量のガソリン燃料を空 気のような加圧ガスとともにエンジンに送り込むようにした相当高速なエンジン のためのガソリン燃料噴射装置の改良である。

この種の燃料噴射装置を自動車や船外機に適用するには、広範囲の条件において エンジンの起動時間を短くすることが商用的に要望されている。この制限された 時間内にエンジンを起動させるために、エンジンの起動前に適切圧のガスが役立 つことが分かっているが、コスト的には相当大型の加圧空気貯蔵容器を設ける必 要があり、また相当期間エンジンを作動させない場合には、加圧空気貯蔵容器か らの空気漏れによる圧力ロスの危険もある。

燃料噴射装置のための加圧空気を作る手段としてエンジンによって駆動されるコ ンプレッサを設けることが通常行われているが、経済的およびエネルギ消費の観 点から、コンプレッサの容量をエンジンの空気消費量に密接にマツチしたものに 選定される。したがって適当圧での空気貯蔵量がない起動条件の下では、コンプ レッサは燃料噴射に利用出来る空気か所望圧になる荊に設定回転数に違していな ければならない。

上記要因はエンジンの起動開始と燃料噴射のための所望圧の空気利用との間の時 間を長くし、したがって本発明の目的は燃料噴射装置に用いるガスをエンジン起 動に適する圧力に達するまでの時間を短くすることにある。

上記目的に関連して燃料が選択的に開くことができる噴射ノズルを介して加圧ガ ス装置からのガスによりニンジンの燃焼室に直接噴射するようにした燃料噴射装 置を備えた内燃機関の作動方法が提供される。この場合エンジンの燃焼室から噴 射ノズルを介してガス供給装置へのガス送りをエンジン起動に応答して行う。

より詳細には、選択的に開く噴射ノズルがエンジンの少なくとも一つの燃焼室の １サイクルまたは各サイクルの間でエンジンの起動開始に応答して開かれ、ガス がエンジンの燃焼室からガス供給装置へ送られガス供給装置のカス圧を増加させ る。

マルチシリンダニンジンにおいては、各シリンダに設けた個々の燃料噴射ノズル に単一のガス供給装置からガスが送られ、したがって一つのシリンダに設けた燃 料噴射ノズルが開くと、このシリンダからガス供給装置にガスが送られる。しか しながら要すればエンジンの幾つかのシリンダの燃料噴射ノズルを、各シリンダ の少なくとも１サイクルの一部で開くようにし、１つの燃料噴射ノズルのみを開 くと、ガス供給装置がガスか送られ、また燃料噴射ノズルを特定のシリンダのサ イクルの一部で開くようにできる。しかしながらそれぞれのサイクルで二つ以上 の燃料噴射ノズルが開くと、それぞれのシリンダの１サイクル以上の間各燃料噴 射ノズルを開く必要がない。

燃料噴射ノズルは、シリンダ内の圧力がガス供給装置によって起動時に要求され る圧力以上の圧力になると、シリンダサイクルの度の状態でも開くことができる 。シリンダ内の最大圧力はサイクル内において圧縮行程から爆発行程に移る時期 である。したがって燃料噴射ノズルは、圧縮行程の後部および爆発行程の前部を 含む周期で通常開かれる。

エンジンの起動操作の最初は、手動スイッチを動かすことで行われ、この手動ス イッチの作動は、機構を作動させ、それぞれのシリンダのサイクルの適当な時期 に燃料噴射ノズルを開き、この燃料噴射ノズルの正常操作時には、燃料を１］ｌ ！射させる燃料噴射ノズルの開閉は電子制御装置（ＥＣＵ）の制御の下で行われ 、また燃料噴射ノズルのエンジン起動時の開き歯、同じ電子制御装置（ＥＣＩＪ ）に寄り行われる。この電子制御装置にはニンジンのスタートを制御する手動ス イッチの作動により・発生する入力信号に応答するようにプログラムされている 。

電子制御装置を燃料噴射ノズルの制御に用いる場合に１＝、センサを設け、二の センサの信号を電子制御装置に入力し、エンジンの回転速度およびエンジンの対 応ポイントを指示するようにする。したがってエンジンの起動の初期は電子制御 装置のプログラムにより検出され、エンジンのクランクのような固定ピリオドの 後ニンジンの開始が行われる。

ニンジンシリンダからガス供給装置への空気供給は、ガス供給装置内のガスを急 速にエンジンを起動させるに十分な圧力にまで上げ、シリンダのサイクルの間で エンジンの各シリンダから利用される実質的な空気量は、コンプレッサの１サイ クルで利用される空気量の数倍であるので、空気供給量は空気供給装置に維持さ れる。その結果空気供給装置の空気はより急速に作動圧に達する。

しかもシリンダ内に生じる圧縮圧の縮小から利点が出る。

またこの空気供給装置に関連して通常の電子スタータモータのようなニンジンク ランクに加えられる負荷が減少し、このスタータモータに加えられる負荷の減少 はスタータモータに要求される電気エネルギを少なくし、その結果起動運転時の ニンジンのクランク速度が増大する。

第１図は燃料噴射エンジンを示す概略図、第２図は第１図に示すシステムに用い られる計測および噴射ユニットを示す断面図である。

第１図において、エンジン７０は空気吸入システム７１、点火システム７２、燃 料ポンプ７３および燃料タンク７４を備えた通常タイプのものであり、このエン ジン７０には電子スタータモータ７５が付設されている。

この電子スタータモータ７５はバッテリ７６からの電気をスタータスイッチ７８ の作動で送ることで動かされる。

またニアコンプレッサ７７はニンジンクランクシャフトプーリ８０からベルト７ ９を介して駆動される。

一方エンジン７０のシリンダヘッド９０には、燃料計測および噴射ユニット８１ が装置されている。（マルチシリンダエンジンのうちの１つのシリンダを示す） 。この燃料計測および噴射ユニット８１には導管８２を介して燃料ポンプ７３に より燃料が、また導管８３を介してニアコンプレッサ７７により空気がそれぞれ 送り込まれる。空気圧制御器８４が導管８３に配置されていて、ニアマニホール ド８５に空気を送り込む。このエアマニホールド８５は、エンジン７０のシリン ダヘッド９０に設けた燃料計測および噴射ユニット８１に連結され、空気を供給 する。電子制御袋ｆ！（ＥＣＵ）８６は、クランクシャフト速度および位置セン サ８７の信号を導線９３を介して、また空気吸入システム７１に設けた空気流量 センサ８８の信号を導線９６を介して受取る。電子制御袋Ｗ　（ＥＣＵ）８６は 、エンジンの他の条件例えばエンジン温度や周囲温度の信号を受け取ることもで きる。電子制御装置（ＥＣＵ）８６の受け取った信号はここで演算されて、エン ジンのシリンダに送られる燃料量を決定する。電子制御装置（ＥＣＵ）８６の構 造は燃料噴射装置の制御の技術分野では公知であるので、詳細な説明は削除する 。

燃料計測および噴射ユニット８１は、第２図に示すように自動車型スロットルボ デー噴射器のような適当な燃料計測装置１３０と結合されている。この燃料計測 装置ユ３０の本体１３１には燃料室１３２が設けられている。

燃料ポンプ７３から送られた燃料は、燃料入口１３３から燃料計測装置１３０に 導かれ、ここで燃料室１３２Ｅ送られる燃料をエンジンの要求する量に応じて設 定する。

燃料計測装置１３０に過度の燃料が送られると、その過度の燃料は燃料戻り口１ ３４を介して燃料タンクに戻される。この燃料計測装置１３０の構造は本発明で は特定のものではない。

噴射ノズル１４２のバルブ１４３は燃料室１３２を貫通するバルブステム１４４ を介して燃料計測装置本体１３１の内部に設けたソレノイド１４７の電機子１４ １に結合されている。バルブ１４３は、ディスクばね１４０により閉鎖位置に偏 位されかつソレノイド１４７に通電することにより開かれるようになっている。

ソレノイド１４７への通電は、導線９５を介して電子制御袋置８６により制御さ れ、エンジンサイクルに関連して燃料室１３２に送られた燃料をエンジン７０の シリンダに送り込む。

燃料室１３２は空気人口１４５を介して空気マニホールド８５に常時連通されて おり、通常運転時二おいては大気圧に保たれている。ソレノイド１４７に通電す ることにより、バルブ１４３が第２図において下方に動かされ、噴射ノズル１４ ２か開き、燃料室１３２に送られた計測された量の燃料が空気によりこの燃料室 １３２から噴射ノズル１４２を通ってエンジンのシリンダの燃焼室に送り込まれ る。

第２図において符号１３２で示す燃料室に結合される燃料計測および噴射ユニッ トの作用の詳細はアメリカ特許第４６９３２２４号明細書に記載されている。

また噴射ノズル１４２は、エンジンのシリンダヘッド９０の内部に設け、エンジ ンシリンダの燃焼室９１に連通するようにすることもできる。噴射ノズル１４２ を開くと、空気が空気入口１４５を介して供給されるが、その空気はエンジンシ リンダの圧力より高い圧力であるので、燃料を含む空気が空気マニホールド８５ から空気人口１４５、燃料室１３２、噴射ノズル１４２を介してエンジンシリン ダの燃焼室９１に送られる。しかしながら空気マニホールド８５に送られる空気 が十分高圧でない場合には、燃料が燃料室１３２から噴射ノズル１４２を介して エンジンシリンダの燃焼室９１に送られないことになる。ニンジンを止めてから 相当時間経過した後に、エンジンを起動させようとする場合には、この圧力不足 により導管８３、コンプレッサ８７、および空気マニホールド８５を錫えた空気 供給装置の圧力が下がり空気漏れが発生する二とがある。

スタータスイッチ７８を作動させて、スタータモータ７５に通電すると、スター タスイッチ７８からの信号が導線９２を介して電子制御装置８６に送られるが、 この電子制御装置８６には上記信号を受け取ったら電子制御装置８６から燃料計 測装置ユ３０に燃料を燃料室１３２に送る指示を出さずにソレノイド１４７に通 電し噴射ノズル１４２を開くようにしたプログラムが組み込まれている。このプ ログラムにはまたエンジンのシリンダに関連してクランクシャフト位菫センサ８ ７の信号が導線９３を介して電子制御装置８６に送られると、ソレノイド１４７ に通電する。そのためソレノイド１４７に通電し、噴射ノズル１４２がニンジン の特定シリンダの圧縮行程の予め定めたポイントで開く。

しかして噴射ノズル１４２が開き、エンジンが起動の一部として動くと、シリン ダ内の圧力は、空気をニンジンシリンダから開いた噴射ノズル１４２を介して燃 料室ユ３２に送りここから空気入口１４５を通り空気マニホールド８５に送るに 十分な圧力のレベルまで上昇する。

エンジンシリンダの容量変化、空気マニホールド８５の容量に比較しておよび噴 射器の空気空間に関連して、空気マニホールド８５の空気圧は、特定エンジンシ リンダの少なくとも１つのサイクルまたは２つのサイクルにのみの作動圧に上げ られる。

チェックバルブ８９は空気通路８３に設けられていて、空気マニホールド８５の 空気圧がエンジンシリンダから送られる空気によって上がる時空気がコンプレッ サ７７に戻らないようにしている。コンプレッサ７７に高圧の空気が入り込むと 、コンプレッサ７７のピストンに大きな負荷が加えられ、コンプレッサ７７を損 傷させたり破損させてしまうことがある。

エンジンシリンダの圧力は圧縮行程では除々に増加し、爆発行程では減少する。

それ故ニンジンシリンダ内の圧力はエンジンサイクルのトップデッド中心点に導 く圧縮行程の間およびエンジンサイクルのトップデッド中心点から伸びる爆発行 程の間空気を空気供給装置に送るに十分な圧力になる。Ｉまたがってエンジンシ リンダの圧力で最大な効果を得るには、電子制御装置ｔ８６に噴射ノズル１４２ が圧縮行程の少なくとも一部および噴射ノズル１４２に連通するシリンダの爆発 行程の初期の部分の間開くようなプログラムを組み込む。

また電子制御装置８６には噴射ノズル１４２が開かれるエンジンのサイクル数を 制御するようなブロクラムが組み込まれている。本実施例においては、１つのシ リンダの１つまたは２つのサイクルで空気マニホールド８５の空気圧が所要作動 圧に上げられる。圧力センサが空気マニホールド８５に設けられていて、空気マ ニホールド８５の空気圧が燃料をニンジンに送るに十分なレベルより上に達する と、信号を電子制御装置８６に送る。

電子制御装置８６には、空気圧がエンジン起動の初期で適当圧であれば、空気を エンジンシリンダからに送ることなくエンジンを起動差せるようなプログラムか 組み込まれている。空気マニホールド８５に設けた圧力センサは、空気マニホー ルド８５内の圧力が予め定めたレベルに上昇した時に空気マニホールド８５への 空気供給を止めるように電子制御装置８６に信号を送る。

第２図に示すように噴射ノズル１４２のバルブ１４３のような噴射ノズル１４２ の燃料送りバルブに作用するソレノイドを作動させると、噴射ノズルを開けるた めにソレノイドに初期の段階で高電流が流れ、噴射ノズルを開けた時間の妖りで は電流は減少するのが普通である。

この実施例は、電機子がソ）２・・ノイドのコイルから離れその間に空気間隙が できた時１；、を電子および噴射ノズルのバルブを開く位置（こ動かす電磁場を 形成するｌ、二要する高電流が流れる事を基礎と１．ている。電機子がソレノイ ドコイルの二ｌアに近接した位１１、はコアに係合する位置に動く運動が生じ、 ；と、下側の電磁場は電機子をその位置に保ち、噴射ノズル１４２のバルブ１４ ３を開いた位置に保つ。

しかしてソレノイド１４３に通電した時には、燃料噴射する間、バルブ１４３を 開いた位置に保つために通常用いられる磁場強度より大きい磁場強度を形成する ことが望ましく、エンジン起動の間、ガスをニンジンシリンダから空気供給装置 に送るべく、噴射ノズル１４２を開くようにバルブ１４３を動かす。燃料を噴射 する間、バルブ１４３を横切る方向の圧力差はバルブを開いた位置に保つソレノ イドで補正される。一方空気供給装置がエンジンシリンダから空気を受け取る時 には、圧力差はバルブを開いた位置に保つソレノイドによって加えられる力に対 向する。したがってエンジンシリンダからのガスが空気供給装置に供給されてい る間は、噴射ノズル１４２が開いているかぎりソレノイドに流れる電流は、燃料 を噴射ノズルを介してエンジンシリンダに送り込む間の電流より大きく設定され る。一般には噴射ノズル１４２を開くべく流れる初期の高電流は、ガスをエンジ ンシリンダから空気供給装置に送る噴射ノズルを開くように保持するために、噴 射ノズルが開いている間維持される。

本発明は特に短時間で起動することが重要である自動車や船外エンジンに適用さ れるが、これに限らず他のニンジンにも利用でき、またエンジンとしては２サイ クルニンジンと４サイクルニンジンのいずれであってもよい。

国際訓査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．燃料噴射装置を有し、燃料を選択的に作動する噴射ノズルを通して直接エン ジンの燃焼室に加圧ガス供給装置からのガスにより噴射する内燃機関の作動方法 において、エンジン起動を行うことに応答してエンジン燃焼室からのガスを噴射 ノズルを通して加圧ガス供給装置に送り込む工程を設けたことを特徴とする内燃 機関の作動方法。
2. ２．選択的に作動する噴射ノズルをエンジン燃焼室からのガスを加圧ガス供給装 置に送り込むためにエンジンの少なくとも１サイクルの間予め定めた時間だけ開 くようにしたことを特徴とする請求の範囲１記載の内燃機関の作動方法。
3. ３．選択的に作動する噴射ノズルが開く予め定めた時間はエンジンサイクルの圧 縮行程の間でありかつエンジンサイクルの爆発行程に延びていることを特徴とす る請求の範囲２記載の内燃機関の作動方法。
4. ４．エンジンが各シリンダに対してそれぞれ選択的に作動する噴射ノズルを設け た多気筒エンジンであり、これら選択的に作動する噴射ノズルのうちの少なくと も１つがエンジン起動を行うことに応答して開き、エンジン燃焼室からのガスを 加圧ガス供給装置に送り込むようにしたことを特徴とする請求の範囲１ないし請 求の範囲３のいずれか１項に記載の内燃機関の作動方法。
5. ５．選択的に作動する噴射ノズルがエンジン起動の初期に応答して開くことを特 徴とする請求の範囲１ないし請求の範囲４のいずれか１項に記載の内燃機関の作 動方法。
6. ６．燃料噴射装置を有し、燃料を選択的に作動する噴射ノズルを通して直接エン ジンの燃焼室に加圧ガス供給装置からのガスにより噴射する燃料噴射型内燃機関 において、エンジン起動の初期に作動しエンジンを運転状態にする装置と、エン ジン起動を行うことに応答して燃料を選択的に作動する噴射ノズルを開き、エン ジン起動を行う間エンジン燃焼室から供給されるべきガスを噴射ノズルを通して 加圧ガス供給装置に送り込むようにしたことを特徴とする内燃機関。
7. ７．噴射ノズルを開くために作動する装置が、エンジンの少なくとも１サイクル の間予め定めた時間だけ噴射ノズルを開くようにしたことを特徴とする請求の範 囲５に記載の内燃機関。
8. ８．エンジンが各シリンダの燃焼室に対して１つの噴射ノズルを設けた多気筒エ ンジンであり、少なくとも１つの噴射ノズルがエンジン起動を行うことに応答し て開くようにしたことを特徴とする請求の範囲５または請求の範囲６に記載の内 燃機関。
9. ９．燃料噴射装置を有し、燃料を選択的に作動する噴射ノズルを通して直接エン ジンの燃焼室に加圧ガス供給装置からのガスにより噴射する燃料噴射型内燃機関 において、エンジン起動中エンジンを動かすために作動するクランク装置と、こ のクランク装置を動かす作動装置と、エンジン燃焼室と加圧ガス供給装置を結び 作動装置に応答して作動するノズル制御装置とを備え、エンジン起動中エンジン を動かしている間エンジン燃焼室から供給されたガスを加圧ガス供給装置に送り 込むようにしたことを特徴とする内燃機関。
10. １０．ノズル制御装置が作動装置の作動に応答し予め定めた時間噴射ノズルを開 く電気的エネルギ装置を備えていることを特徴とする請求の範囲９に記載の内燃 機関。
11. １１．予め定めた時間がエンジンサイクルに関連して設定されることを特徴とす る請求の範囲１０に記載の内燃機関。
12. １２．予め定めた時間がエンジンサイクルの圧縮行程で始まりエンジンサイクル の爆発行程に伸びることを特徴とする請求の範囲１１に記載の内燃機関。
13. １３．エンジンが２サイクルエンジンであることを特徴とする請求の範囲６ない し請求の範囲１２いずれか１項に記載の内燃機関。
14. １４．エンジンが船外エンジンであることを特徴とする請求の範囲６ないし請求 の範囲１１のいずれか１項に記載の内燃機関。