JPH0333444A - 超音波霧化装置の燃料噴射タイミング制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車、船外機、携帯用動力装置、民生用ヒ
ートポンプの駆動装置等の火花点火エンジンに用いられ
る超音波霧化装置の制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば自動車の火花点火エンジンでは、キャブレ
ータにおいて吸入空気流による負圧で燃料を吸い出して
燃料と空気の混合気を高速の気流でＭ８焼室に搬送し、
火花点火して燃焼させるようにしている。キャブレータ
で形成される混合気は、霧状の燃料の粒が高速の気流中
に浮かんでいる状態であり、一部の燃料は気化している
が、大部分は流路の壁に付着して液状となり、気流に押
されながら吸気管を通ってシリンダ内に吸引されていき
、その途中で流路壁面からの熱、或いはシリンダ内での
熱により気化される。このように、燃料の大部分が壁面
流で搬送されて気化するため、噴射された燃料が迅速に
シリンダに搬送されず、エンジンの応答性や燃焼効率が
必ずしも充分とは言えなかった。

これに対して本出願人が提案している超音波霧化装置に
おいては、燃料噴射時にほぼ完全に霧化されて空気と混
合され、この混合気の状態のまま気流で効率よくシリン
ダ内に搬送されるため、燃焼効率を上げ、また燃料噴射
をパルス的に行い、噴射の頻度またはデユーティを変え
ることによりエンジンの応答性を上げることが可能であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、超音波霧化装置による燃料噴射方式は、従来
の吸入空気流により燃料を吸い出すのと異なり、気流と
関係なく燃料噴射を行うことができるため、気流がどう
いう状態のときに噴射を行うのが効率的であるのか充分
解明されていないのが実情である。

本発明は上記課題を解決するためのもので、超音波霧化
装置による燃料噴射タイミングをコントロールすること
により最大出力が得られるようにすることを目的とする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、超音波霧化装置により間欠的に燃料を霧化噴
射し、気流により燃焼室へ搬送させて火花点火するエン
ジン駆動方法において、超音波霧化装置付近の気流流速
が速くなる直前に超音波霧化装置より燃料噴射を行うこ
とを特徴とする。

〔作用〕 本発明は、エンジン始動時、加速時、減速時のようなエ
ンジンの過渡状態においては、超音波霧化装置から燃料
噴射した時、空気流が高速状態でも、また噴射してから
空気流が生ずるまで時間がかかりすぎても充分な出力が
得られないことに着目し、超音波霧化装置付近の気流流
速が高速になる直前に燃料噴射を行うことにより、超音
波霧化装置により吸気管内に充分な広がりをもたせて霧
化噴射した燃料をそのままの状態で気流により燃焼室へ
搬送して燃焼させる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の超音波霧化装置の構成を示す図、第２
図は超音波霧化装置の要部断面図、第３図は超音波霧化
装置を用いたエンジンの構成を示す図、第４図は本発明
の超音波霧化装置駆動制御方法を説明するための図、第
５図は噴射タイミングとエンジン出力の関係を示す図、
第６図は本発明の超音波霧化装置駆動制御方法を実施す
るための構成を示すブロック図である。

第１図に示すように超音波霧化装置１は、電歪素子２、
ホーン３、ハウジング４からなり、電歪素子２は電子制
御装置６により制御された発振器７から交流電圧駆動さ
れて超音波周波数域で振動し、この振動がホーン３、ハ
ウジンゲス３に伝達される。一方、燃料ポンプ８からの
液体燃料は、電子制御装置６で開閉駆動される燃料供給
弁５により間欠的に供給され、ハウジング４の超音波振
動により霧化されて先端より間欠的にスプレー噴射され
る。

超音波霧化装置ｌの振動子１１は、第２図に示すように
先端部に拡径部１１ａ１傾斜面部１１ｂ。

縮径部１１ｃが形成されている。傾斜面部１１ｂは、振
動子１１に対して角度βをなすように、また、縮径部１
１Ｃは振動子１１の軸に対して４５度程度の角度をなす
ように形成される。傾斜面部ｚｂの角度βは、吸気管の
径と吸気管の取り付は位置によって異なるが、約５度〜
４０度程度である。スリ−ブ１０および振動子１１の先
端部の間隔は０．　１〜０．２ｆｆｉＩ１１程度であり
、燃料流路１０ａの先端は、傾斜面部１１ｂの一端から
距離りの位置に設けられる。噴霧角αは、傾斜面部１１
ｂの角度β及び燃料流路１０ａの先端と傾斜面部１１ｂ
の一端との距離りに反比例して変化する。

しかし、角度β及び距離りを固定すると燃料によらず、
燃料流量によらず噴霧角αは一定である。

従って、吸気管の径と吸気管に対するスリーブ１０の取
り付は位置によって噴霧角αを設定すれば、吸気管のな
い壁に４１’ｔｆ４が付着することなしにシリンダ内に
燃料を供給することができる。

このような超音波霧化装置は、例えば第３図に示すよう
にＳ　Ｐ　Ｉ　　（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎｊ
ｅｃｔｏｒ）方式の自動車エンジンに取り付けられる。

但し、図では便宜的に、燃料供給が超音波霧化装置の軸
に直角になるように、また、シリンダは１つのみ示して
いる。

第３図においては、燃料供給弁５から間欠的に供給され
る燃料は超音波霧化装置１により霧化噴射され、空気流
と混合されてスロットル弁１２、吸気マニホールド１３
で形成された吸気路１４、吸気弁１６を通して燃焼室１
８へ導かれて火花点火により燃焼してシリンダ１９のピ
ストン２０へ動力が伝達される。燃焼したガスは排気弁
１７から排気路１５を通して排気される。このようなＳ
Ｐ１方式では燃料噴射位置と燃焼室とは離れているので
燃料の搬送遅れが生ずる。もちろん、第１図に示した超
音波霧化装置は各シリンダの吸気弁付近で燃料噴射を行
うＭＰ　Ｉ　　（Ｍｕｌｔｉ　Ｐｏ１ｎｔ　Ｉｎｊｅｃ
ｔｏｒ＞方式にも適用できる。

ところで、吸気管内の空気流速は吸気弁の開閉に応じて
絶えず変化している。このように空気流速が変化してい
る中で、第３図において超音波霧化装置を駆動して燃料
噴射を間欠的に行う場合、等速状態のようなエンジンの
駆動状態が一定な定常状態では、どのタイミングで燃料
噴射しても出力に殆ど影響は現れない。これは、噴射さ
れた燃料が吸気路１４を通り、吸気弁Ｌ６からシリンダ
１９内へ到達するのには所定の時間がかかり（搬送遅れ
）、かつ連続的に一定強度の噴射が行われているため平
均化されてしまうためと考えられる。

これに対して、加減速時のような過渡時においては、噴
射強度が変化するため超音波霧化装置からの燃料噴射の
タイミングによって得られる出力が異なることが分かっ
た。例えば、燃料が噴射されたとき、噴射位置付近の空
気流が高速で流れていると、噴射と同時に燃料が高速気
流で吸気路１４内を搬送されてしまうため、噴射された
燃料が吸気路内に充分底がらず細い東となってしまうた
め充分に空気と混合せず、燃焼効率が落ちて出力を最大
とすることはできない。一方、超音波霧化１１から燃料
が噴射されて、吸気管内に霧化燃料が広がっても空気流
がないと壁面に付着してしまい、空気と充分に混合せず
、同様に出力を最大とすることはできない。このことは
、ＳＰ１方式において顕著であるがＭＰＩ方式において
も同様である。

このように、超音波霧化装置の燃料噴射タイミングは、
吸気弁の開閉に応じて空気流速が変化している状態で、
空気流速の立ち上がりタイミングを基準としたとき、こ
れに対して早すぎても遅すぎても不充分であることが分
かった。そこで、いろいろ検討したところ、超音波霧化
装置による燃料噴射タイミングは超音波霧化装置付近の
空気流が高速状態になる直前であることが判明した。

第４図はエンジン回転１１０００ｒｐにおいて、３６０
°クランク角度において燃料噴射したときの空気流速と
噴射燃料流速との関係を示す図で、横軸がクランク角度
、縦軸が空気流速を示している。

この例においては、吸気弁が開いて空気流が立ち上がる
直前に超音波霧化装置から燃料を噴射し、図の破線部分
の拡大図から分かるように、空気流速が最初はほぼ０で
あるため霧化噴射された燃料は吸気管全体に広がり、直
ぐに立ち上がった空気流により搬送されて空気流速と同
様の傾向で噴射燃料の流速も増加している。そして、実
験において燃料が吸気管全体に広がって霧化された状態
で燃焼室まで搬送されることが観測され、出力を最大に
することができた。

このように、エンジンの過渡状態においては超音波霧化
装置による燃料噴射タイミングとエンジン出力とは、第
５図に示すように最適噴射タイミングＴ０が存在する。

このタイミイングは超音波霧化装置と燃焼室までの距離
、エンジン回転速度、温度等により異なるが、前述した
ように超音波霧化装置付近の空気流が高速状態になる直
前が最適である。

したがって、エンジン回転速度、温度等のパラメータを
変化させて各エンジン毎に超音波霧化装置付近の空気流
が高速になる直前、すなわち最適噴射タイミングを実際
に駆動して検出し、これをマツプ化して制御テーブルと
し、エンジン過渡時にはこのテーブルを参照して燃料噴
射を行うようにすれば効率的なエンジン駆動を行うこと
が可能となる。

そこで第６図に示すように、スロットル位置センサ２１
、吸気マニホールド圧力センサ２２、エンジン回転セン
サ２３等のセンサ出力を電子制御袋Ｗ６で読み込み、エ
ンジン状態過渡時には最適噴射タイミングをマツプ化し
た制御テーブル２４を参照して超音波霧化装置ｌを駆動
することにより、効率的なエンジン駆動を行うことが可
能とな〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、エンジン始動時、加速時
、減速時のようなエンジンの過渡状態においては、超音
波霧化装置付近の気流流速が高速になる直前に燃料噴射
を行うことにより、超音波霧化装置により充分な広がり
をもたせて霧化噴射した燃料をそのままの状態で気流に
より燃焼室へ搬送できるため、最大出力を得ることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波霧化装置の構成を示す図、第２
図は超音波霧化装置の要部断面図、第３図は超音波霧化
装置をＳＰＩ方式に適用した場合の構成を示す図、第４
図は本発明の超音波霧化装置駆動制御方法を説明するた
めの図、第５図は噴射タイミングとエンジン出力の関係
を示す図、第６図は本発明の超音波霧化装置駆動制御方
法を実施するための構成を示すブロック図である。 ｌ・・・超音波霧化装置、２・・・電歪素子、３・・・
ホーン、５・・・燃料噴射弁、６・・・電子制御装置、
２４・・・制御テーブル。 出 願 人 東亜燃料工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波霧化装置により間欠的に燃料を霧化噴射し
   、気流により燃焼室へ搬送させて火花点火するエンジン
   駆動方法において、超音波霧化装置付近の気流流速が速
   くなる直前に超音波霧化装置より燃料噴射を行うことを
   特徴とする超音波霧化装置の燃料噴射タイミング制御方
   法。