JPH02136560A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

燃料噴射制御装置

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JPH02136560A
JPH02136560A JP63287748A JP28774888A JPH02136560A JP H02136560 A JPH02136560 A JP H02136560A JP 63287748 A JP63287748 A JP 63287748A JP 28774888 A JP28774888 A JP 28774888A JP H02136560 A JPH02136560 A JP H02136560A
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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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、燃料噴射式のガソリンエンジンに係り、特に
電子制御方式の自動車用ガソリンエンジンに好適な燃料
噴射制御装置に関する。
［従来の技術］ ガソリンエンジンなどの内燃機関では、その高圧縮比化
が熱効率の向上に有効なことは周知であるが、しかして
、この高圧縮比化には、いわゆるノッキングの問題が伴
うことも周知である。
そこで、ノッキングを起さずに圧縮比を高める技術につ
いて、従来から種々の提案がされており、ノックセンサ
を用いて点火時期を制御することにより、ノッキングの
発生を臨界状態に保つ方法や、シリンダ内での混合比分
布を制御して、点火プラグの近傍で混合比を濃くする方
法などが、従来から公知であり、この内、後者の方法に
ついては、特開昭５７−１１６１２７号、特開昭５７−
１７９３２８号、それに特開昭５８−５９３１５号の各
公報の開示を挙げることができる。
［発明が解決しようとする課題］ 周知のように、ノッキングは、点火プラグにより混合気
に着火される前に、シリンダやピストンの壁面などから
なる燃焼室内面の一部の近傍から着火されてしまう現象
であり、このためには、混合気の着火性を低下させるの
が有効である。
他方、燃焼の安定化の面からすれば、混合気の着火性の
向上が望ましい。燃焼が不安定であると、燃焼効率が低
下し、燃費が低下することになる。
上記従来技術は１点火時期の点で効率化に問題があった
り、混合比分布制御に伴う空燃比制御の複雑化について
配慮がされておらず、技術的にみて、必ずしも充分なも
のとはいえないという問題があった。
本発明の目的は、点火時期制御やシリンダ内での混合比
分布制御に伴う問題をなくシ、充分なアンチノッキング
性と熱効率とが得られるようにした燃料噴射制御装置を
容易に提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的は、燃料噴射方式のエンジンでは、混合気が、
主として、ガソリンが液体のまま、粒状をなして空気中
に浮遊している。いわゆるガソリンミストで構成されて
いる点に着目し、このときのガソリンミストの、シリン
ダ内での粒状ガソリンの粒径分布を制御することにより
達成される。
［作用］ 主として、ガソリンミストからなる混合気やは、その着
火性がガソリンミストの粒径て変化し、例えば、４０μ
ｍなどの所定値のときに、著しく着火性が向上する。
従って、シリンダ内での粒径分布を制御することにより
１点火プラグの近傍での混合気の着火性だけを良くし、
その他のシリンダやピストンの表面の近傍では着火性が
低下するような制御が可能になり、ノッキングを抑えな
がら充分に圧縮比を高めることができる。
［実施例］ 以下１本発明による燃料噴射制御装置について、図示の
実施例により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例で、図において、１はエンジ
ン、２はコンピュータを内蔵したコントロールユニット
をそれぞれ表わし、エンジン１の吸気管３に配設された
エアフローセンサ４と、図示してない各種のセンサ、即
ち、絞り弁５の軸に配設された絞り弁センサ、クランク
軸に配設された回転センサ、エンジン１の冷却水温度を
検出する水温センサ、それに排気管に配設された０２セ
ンサなどからエンジン１の運転状態を表わす種々のデー
タ、例えば吸入空気ＩＱよ、絞り弁開度Ｔｈ、エンジン
回転速度Ｎ、エンジン温度Ｔｗ、それに空燃比（８号（
リーン、リッチ）などをコントロールユニット２に取り
込み、これらのデータに基づいて、コントロールユニッ
ト２内のコンピュータにより所定の演算処理を行ない、
必要とする燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算し、この燃料噴
射パルス幅Ｔｉを燃料噴射弁６に供給して所定の空燃比
が得られるように制御する。
次に、７は空気ポンプ、８は電磁空気弁、９は空気ノズ
ルで、これらは、吸気管３の絞り弁５の上流から取り込
んだ空気を、所定のタイミングで空気ノズル９から再び
吸気管内に噴出させる働きをする。そして、このとき、
空気ノズル９は、第２図の詳細図に示すように、燃料噴
射弁６の噴射ノズルの近傍に設置されており、この燃料
噴射弁６から噴射される燃料に空気が吹き付けられるよ
うに取付けである。なお、第１図で、１０は点火プラグ
、１１は吸気弁を表わし、第２図で、（８）は燃料噴射
弁６の側方断面を、（ｂ）は空気ノズル９を（ａ）図の
下方から見た図をそれぞれ示す。
従って、電磁空気弁８を開いて空気ノズル９がら空気を
噴出させてやると、この空気が燃料噴射弁６から噴射さ
れるガソリン粒に衝突し、その粒径を小さくするように
作用する。
次に、この実施例の動作について説明する。
まず、第３図は、ガソリンミストからなる混合気中での
液状ガソリンの粒径（ミスト粒径）と。
その着火に必要な点火エネルギーとの関係を示す特性図
で、この図から明らかなように、混合気の濃度、すなわ
ち混合比（空燃比ともいう）とけ無関係に、ミスト粒径
が４０μｍ程度の範囲で着火エネルギーが最小になって
いる。
一方、この着火エネルギーが小さい程１点火し易いこと
はいうまでもなく、第４図はミスト粒径に対する点火し
易さ（ａ）と、ノッキングの起り難さ（ｂ）との関係を
示したものであり、この図から明らかなように、ミスト
粒径が４０μｍ付近では点火が極めて容易になっている
と同時に、この付近ではノッキングが発生し易くなって
いることが判り、この結果、ノンキングを抑えるために
は、ミスト粒径１００μｍ以上にまで大きくするのが望
ましいことも判る。
そこで、この実施例では、燃料噴射弁６による燃料噴射
のタイミングと電磁空気弁８による空気噴出のタイミン
グとを、コントロールユニット２により制御し、これに
よりエンジン１のシリンダ内でのミス］〜粒径分布が制
御され、点火タイミングでは、点火プラグ１０の放＠電
極とを中心として、その近傍には主として粒径４０μｍ
のガソリンミストが存在し、点火プラグ１０から離れた
部分には、４０μｍ以上の粒径のガソリンミストが存在
しているようにするのである。
以上の制御をさらに第５図のタイミングチャー１へで具
体的に説明すると、周知のように、４サイクルのガソリ
ンエンジンでは、１回の燃焼サイクルが、吸気、圧縮、
爆発、排気の４行程からなり、通常のレシプロエンジン
では、これがクランク軸２回転ごとに繰り返される。
ここで、吸気行程についてみると、このときには、シリ
ンダ内に混合気が吸入されるため、吸気管３内の空気流
速が増大する。そこで、吸気弁１１が開いているときに
燃料を噴射すれば、シリンダ内にガソリンミストを含ん
だ空気が急速に取り込まれる。なお、このときでの燃料
噴射弁６から噴射される燃料の粒径は、例えば１００μ
Ｉｎ程度と比較的大きな値となるようにしである。
しかして、このとき、電磁空気弁８を開いて空気ノズル
９がら空気を噴出さきてやると、上記したように、この
ときには、ミストｉｆｆ径が小さくなる。そこで、この
実施例では、第５図に示すように、吸気行程で吸入空気
流速が大になっているときに燃料噴射弁６を開くととも
に、この燃料噴射弁６の開弁時間の後半で、さらに電磁
空気弁８を開き、この電磁空気弁８が開いているときだ
け、燃料噴射弁６から噴射されたガソリンミストの粒径
が、例えば４０μｍ程度の小さな値になるようにするの
である。
従って、この実施例によれば、第１図に示すように、エ
ンジン１のシリンダ内での点火プラグ１０の近傍には、
４０μｍ程度の着火し易いミス１−粒径の混合気が、そ
して、この点火プラグ１０の近傍以外の部分では、１０
０μｍ程度の着火し難いミスト粒径の混合気がそれぞれ
存在するように。
粒径分布の制御が得られ、この結果、第３図、第４図で
説明したように、ノッキングを確実に抑えながら、安定
した混合気の燃焼が得られ、エンジンの高圧縮比化を充
分に図ることができ、大きな熱効率の改善を容易に得る
ことができる。
次に、上記以外の本発明の実施例について、以下に詳細
に説明する。
まず、第６図は、４行程からなるエンジンの燃焼サイク
ル１回当りの燃料噴射弁による燃料噴射回数を２回に分
割して行なうことにより、シリンダ内でのミスト粒径分
布を制御するようにした本発明の一実施例で、機構的な
構成は第１図の実施例と同じであり、燃料噴射弁６の開
弁タイミングと、電磁空気弁８の開弁タイミングとがそ
れぞれ第６図に示すように制御されるようになっている
点が異なるだけである。
図から明らかなように、燃料噴射弁６の第１回目の開弁
ａは排気行程中に行なわれ、このときには吸気弁１１が
閉じているので、燃料噴射弁６から噴射された燃料の多
くが吸気弁１１に付着し、その後、吸気行程に入ったと
きの吸気管３内での吸気弁１１まわりでの空気流により
８０〜１００μｍ８度の粒径にミスト化され、シリンダ
内に吸入されることになる。
次に、第２回目の噴射は、吸気行程中に行なわれ、かつ
、このときには電磁空気弁８も同時に開弁されるので、
このときには、ミスト粒径が４０μｍ程度の混合気がシ
リンダ内に吸入されることになり、結局、点火プラグ１
−０まわりには粒径４０μｍのかなり着火性のよい混合
気が、そして、燃焼室内の壁面に近い部分では、粒径が
８０〜１００μｍの比較的着火性の悪い混合気がそれぞ
れ存在するようにでき、ノッキングを抑えながら充分な
高圧縮比化を得ることができる。
次に、第７図は、噴射ミスト粒径の制御が可能な燃料噴
射弁を用い、これによりシリンダ内でのミスト粒径の分
布制御を行なうようにした本発明の実施例で、第８図に
、この噴射ミスト粒径の制御が可能な燃料噴射弁の一実
施例を示す。
第８図に示すように、この噴射弁は電歪素子６５の振Ｉ
ＦＩ＋を利用し、ホーン６１が共振状態にされていると
きだけ燃料がノズル６２から噴出し、かつ微粒化が行な
われるようにｔ＋？！成したもので、ホーン６１は周波
数を変えて駆動することができ、例えば、３０　ｋ　Ｉ
（ｚ−およびＧ　Ｏｋ　Ｊ（ｚでホーン６１を共振状態
とすることができる。そして、振動数を変えると粒径を
変えることができ、例えば３０ｋＨｚで１００μｍ、６
０　ｋ　■（ｚで４　Ｑ　μ、ｍにすることができる。
従って、第７図に示すように、１回の開弁期間中に周波
数を変化させることによって、粒径の異なるミストを形
成でき、粒径分布が制御される。
実施例では、吸気行程の前半では３０　ｋ　）Ｉ　ｚで
駆動し、後半では６０　ｋ　Ｈｚで駆動している。なお
、この周波数はホーン６１の長さによって異なる。また
、第８図で、６３はボール弁、６４は押しばねである。
第９図は本発明の他の一実施例で、噴射弁として、燃料
にせん回流を加え、薄膜とする、いオ〕ゆるスワール式
の噴射弁６Ａを用いたものである。
このスワール式の噴射弁６Ａは周知のものであるが、こ
れにより吸気行程で燃料を噴射すると、ミスト粒が空気
によってつぶされ、合体し、大きな粒径のミス１−に変
化する。
従って、噴射タイミングを吸気行程にえらべば、燃料噴
射期間の前半ではミスｈ粒がつぶされ、粗大粒子となり
、後半はあまり空気の影響を受けずに小さな粒径になる
ため、シリンダ内での粒径分布が制御できる。
すなわち、点火プラグまわりに４０μｍ程度、離れたと
ころに１００μｍ以上のガソリンミストが形成でき、ノ
ッキングを起さずに圧縮比を上げることができる。
第１０図は本発明の他の一実施例を示したもので、噴射
弁として、周知のピン１−ル式の噴射弁６Ｂを用いた実
施例である。
このピントル式の噴射ｊｔ、　６　Ｂを用いると、吸気
管３内の空気流速によって、吸気管上面に燃料が付着し
、大きな粒子となる。そして、後半では、空気流の影響
を受けずに、小さな粒子となるため、シリンダ内での粒
径分布が制御できることになるのである。
第１１図（ａ）、（ｂ）は本発明の他の一実施例で、２
ホ一ル式の噴射弁６Ｃと、微粒化性の良い、ピントル式
などの噴射弁６Ｄの２個の噴射弁と、３個の吸気弁１１
Ａ、ＩＩＢ、ＩＩＧを用いて燃料粒径制御手段を構成し
たものである。
この実施例では、第１−２図に示すように、吸気弁１１
Ａ、１］、Ｂを開く前に２ホ一ル式噴射弁６Ｃで噴射し
てから、例えばクランク角０２（＝数度）後に吸気弁］
、ＬＡ、ＩＩＢを開く。そして、これら吸気弁１１Ａ、
ＩＩＢの開弁期間の後半、例えばクランク角０１（＝１
５度位）後で第３の吸気弁１１Ｃを開き、さらに第２の
噴射弁６Ｄによる噴射を行なうのであり、これによりシ
リンダ内での粒径分布が制御できる点は−に連の実施例
と同じである。
ところで、噴射弁から噴出されるガソリンミストの粒径
は、第１３図に示すように燃圧（噴射弁に供給されてい
るガソリンなどの燃料の圧力）によって変化する。
そこで、第１４図に示すように噴射期間中に燃圧を変化
させることにより、シリンダ内ミスト粒径分布の制御を
行なうことができ、従って、この第１４図も本発明の一
実施例ということができる。
第〕−５図も本発明の一実施例で、吸気弁１１の近傍に
ある噴射弁６に対して、さらに吸気管３のコレクタ部３
Ａに噴射弁６Ｅを付加し、これら２個の噴射弁６，６Ｅ
の双方を第１６図に示すタイミングで動作させるもので
ある。
吸気行程でシリンダ内に吸入される混合気は、噴射弁６
によるものと噴射弁６Ｅによるものが順次続くため、シ
リンダ内でのミスト粒径分布が制御され、点火プラグ近
傍に着火性の良い混合気を形成でき、ノッキングを抑え
て高圧縮比を得ることができる。
第１７図も本発明の一実施例で、吸気ボート近傍の噴射
弁６の外に、シリンダ内に直接燃料を噴射させる噴射弁
６Ｆを付加したものである。
シリンダ内噴射では、噴霧の吸気弁への付着が少なく、
混合気の分布を制御し易い。そこで、吸気行程の前半に
吸気ボート部の噴射弁６から燃料を供給し、その後、シ
リンダ内の噴射弁６Ｆで燃料を供給し、所定のミスト粒
径分布に制御するのである。
第１８図は本発明の他の一実施例で、吸気弁１１の近く
に燃料噴射弁６Ｇを設け、かつ、この燃料噴射弁６Ｇに
は、絞り弁５の上流側より空気通路１４がＴｆｉ磁空気
弁８を介して接続される。
第１９図に燃料噴射弁６Ｇの構成を示す。燃料の出口ノ
ズルの先方にターゲット１２を設ける。
このターゲット１２は風よけカバー１３に固定されてい
る。風よけカバー１３は円柱形のステンレスあるいは耐
熱性の積（脂狽である。このカバー１３の根本にはノズ
ル孔９Δが設けられており、空気通路１４が接続されて
いる。
ノズルより噴出した燃料は、ターゲラ１−１２に衝突し
て微粒化するとともに、ノズル孔９Ａから送り込まれた
空気によって微粒化が行なオ）れる。
なお、ターゲット１２の断面は円柱形又は三角形にしで
ある。
第２０図に噴射弁の粒径と吸気管内の圧力の関係を示し
た。ターゲット１２を設けない場合、吸気圧力が１００
　ｋ　Ｐ　ａ、すなオ〕ち絞り弁５が全開し、大気圧力
に近づくと、空気通路１４に空気が流れなくなり、空気
による微粒化が行なオ〕れす、粒径が大きくなる。一方
、ターゲット１２を設けると、吸気圧力が１００ｋＰａ
付近では、燃料噴射パルス幅が大きくなるとノズルより
噴出する燃料のいきおいが大きくなり、ターゲット１２
で燃料が微粒化され易くなり、粒径が小さい。また、２
８ｋＰａでは空気による微粒化が行なわれ１粒径を小さ
く保てる。また本構成によれば、アイドル運転時など、
ターゲットに燃料が付着しても、空気によって吹きとば
すため、ボタ落ちがなく、燃料がスムーズに供給され、
アイドル運転も安定する。
そこで、この実施例において、吸気行程中に燃料を噴出
し、吸気行程の後半で電磁空気弁８を開き、前半は閉じ
ておけば、点火プラグまわりに１５〜４０μｍ程度の粒
径が、そして離れたところには、大きな粒径の噴霧を形
成でき、ノッキングの抑制と、高圧縮比化とを容易に得
ることができる。
［発明の効果］ 本発明によれば、エンジンのシリンダ内でのガソリンミ
ストの粒径分布を任意に制御できるので、点火プラグの
電極近傍には着火性のよいミスト粒径の混合気を、そし
て、それ以外の燃焼室内壁面近傍には着火性のあまり良
くないミスト粒径の混合気をそれぞれ選択的に分布させ
ることができ、圧縮比を高めても充分に安定な点火状態
が保て、ノッキングの虞れをなくし、熱効率に優れたエ
ンジンを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による燃料噴射制御装置の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明の一実施例で使用する燃料噴
射弁の詳細説明図、第３図及び第４図はそれぞれミスト
粒径と着火性の特性図、第５図、第６図それに第７図は
それぞれ第１図の実施例の動作を説明するためのタイミ
ングチャー１−１第８図は本発明の他の一実施例におけ
る燃料噴射弁の説明図、第９図及び第１０図はそれぞれ
本発明の一実施例の動作を説明するタイミングチャート
、第１１図は本発明の他の一実施例を示す構成図、第１
２図はその動作説明用のタイミングチャート、第１３図
は燃圧と噴霧粒径の特性図、第１４図は燃圧制御を利用
した本発明の一実施例の動作を説明するタイミングチャ
ート、第１５図は燃料噴射弁を複数個用いた本発明の一
実施例を示す構成図、第１６図はその動作説明用のタイ
ミングチャート、第１７図は気筒内燃料噴射弁を併用し
た本発明の一実施例を示す構成図、第１８図はターゲッ
ト付き燃料噴射弁を使用した本発明の一実施例を示す構
成図、第１９図はターゲット付き燃料噴射弁の説明図、
第２０図はターゲット付き燃料噴射弁による粒径特性図
である。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・コントロール
ユニット、３・・・・・・吸気管、４・・・・・・エア
フローセンサ、５・・・・・・絞り弁、６・・・・・・
燃料噴射弁、７・・・・・・空気ポンプ、８・・・・・
・電磁空気弁、９・・・・・・空気ノズル、１０・・・
・・・点火プラグ、１１・・・・・・吸気弁。 第 図 第４図 ＯＯ 噴霧６′）杭径 Ｃａｍ） 第３図 ｃｌ霧のｔ径 （ＬＩｍ） 第５図 吟 開 第６図 第 区 第 ７図 第９図 第１０図 第１２図 第１１図 （Ｇ） （ｂ） 第１３図 す、γ、７ｉ 第１４図 第１７図 第１９図 第２０図 ＤＩ？　５＋Ｌ　ｊ）（ＫＰａ　ｌ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　燃料噴射電気着火方式のガソリンエンジンにおい
    て、ガソリンミストからなる混合気のシリンダ内での燃
    料粒径分布を制御する燃料粒径制御手段を設け、少なく
    ともシリンダ内での点火栓の近傍の燃料粒径を所定値に
    制御するように構成したことを特徴とする燃料噴射制御
    装置。
  2. ２．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、エンジンの吸気行程で燃料噴射弁を動作させる燃料
    噴射弁駆動手段と、所定のタイミングで燃料噴射弁の噴
    射口近傍に空気を噴流させる空気噴射手段で構成されて
    いることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  3. ３．　請求項２の発明において、上記燃料噴射弁駆動手
    段が、エンジンの排気行程と吸気行程の少なくとも２回
    に分けて燃料噴射を行わせるように構成されていること
    を特徴とする燃料噴射制御装置。
  4. ４．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、電歪素子駆動により燃料噴射粒径の制御が可能な燃
    料噴射弁と、この燃料噴射弁の粒径制御を所定のタイミ
    ングで制御する制御手段とで構成されていることを特徴
    とする燃料噴射制御装置。
  5. ５．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、スワール式燃料噴射弁及びピントル式燃料噴射弁の
    少なくとも一方と、この燃料噴射弁をエンジンの吸気行
    程ごとに少なくとも２回燃料噴射駆動させる燃料噴射弁
    駆動手段とで構成されていることを特徴とする燃料噴射
    制御装置。
  6. ６．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、同一燃圧のもとで異なる燃料粒径特性を有する第１
    と第２の燃料噴射弁を備え、これら第１と第２の燃料噴
    射弁の噴射タイミングを個別に制御する手段で構成され
    ていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  7. ７．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、燃料噴射弁に対する燃圧を所定のタイミングで制御
    する手段で構成されていることを特徴とする燃料噴射制
    御装置。
  8. ８．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、吸気通路の吸気弁からの距離を異にする第１と第２
    の燃料噴射弁を含み、これら第１と第２の燃料噴射弁に
    よる噴射タイミングを個別に制御する手段で構成されて
    いることを特徴とする燃料噴射制御装置。
  9. ９．　請求項１の発明において、上記燃料粒径制御手段
    が、シリンダ内に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
    吸気管内に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備え、
    これら第１と第２の燃料噴射弁による燃料噴射タイミン
    グを個別に制御する手段で構成されていることを特徴と
    する燃料噴射制御装置。
  10. １０．　請求項２の発明において、上記燃料噴射弁が、
    その噴射ノズルの燃料噴出方向に燃料拡散用の部材片を
    有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
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