JPH0347463A - 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〕 本発明は燃料噴射装置とりわけ火花点火式エンジンに使
用され、加圧空気を利用して燃料を噴射する形式の燃料
噴射装置に関するものである。

〔従来の技術及びその技術的課題〕

火花点火式ガソリンエンジンの燃焼室に燃料を直接噴射
するいわゆる筒内噴射は公知であり、かかる方式←おい
て、予め燃料と空気との混合気を作り、それを燃焼室に
導入することも特開昭５４−４４４４号公報等により知
られている。しかし、この先行技術は、容積の大きなエ
ア吸込みチャンバへの燃料の噴射を利用して準大気圧の
空気を自然吸気させて燃料と混合するだけであるため、
空気量、圧力等が適切に制御されず、燃料の調合。

微粒化等の性能が不確実となりやすく、実用性が乏しか
った。

そこで特開昭６０−５０１９６３号公報に、燃料保持室
に大気圧以上の加圧空気を充填し、その燃料保持室に調
量された燃料を押込み、選択作動噴射弁の開閉で燃料を
空気圧により燃焼室に噴射し、燃料の微粒化を図るよう
にした装置が提案されている。

しかしながら、この先行技術においては、空気が適正な
圧力と量で保持室に送り込まれ、また燃料も調量されて
保持室に送り込まれたとしても、選択作動噴射弁のリフ
トが一定であり、従って、電磁弁を使用しその量弁時間
を電子制御することで噴射のタイミングと時期は制御で
きても、装置先端の噴孔を通過する加圧空気の単位当た
りの絶対量を変えることはできない、そのため、噴射す
る燃料量を増したり、エンジン回転数が上がり燃料噴射
に必要な噴射期間が短くなると、適量の燃料を噴射する
ために必要な空気量（空気噴出量）が減少し、これによ
り気液比（空気と燃料の体積比）が変動し、燃料の適切
な微粒化を実現できなくなるという問題があった。

本発明は前記のような問題点を解消するために創案され
たもので、その目的とするところは、噴射する燃料量が
増したり、エンジン回転数が上がり燃料噴射に必要な噴
射期間が短くなっても、常に気液比を一定に保つことが
でき、常に良好な微粒化を実現できるこの種の燃料噴射
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため本発明は、燃料保持室に加圧空
気を供給する手段と、燃料保持室に加圧空気が充填され
た状態で燃料を調量して導入する手段と、前記燃料保持
室と燃焼室とを連通・遮断する弁機構を有し、該弁機構
の制御により燃焼室内に燃料を空気とともに直接噴射す
る形式の装置において、前記弁機構がポペット弁を有し
、該ポペット弁が圧電アクチュエータにより噴射量に応
じてリフト可変に制御され、噴射空気量を制御するよう
に構成したものである。

〔実　施　例〕

以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図ないし第３図は本発明による燃料噴射装置の一実
施例を示している。第２図において、１はシリンダブロ
ック、２はシリンダヘッド、３はピストン、４はピスト
ン３とシリンダヘッド２で構成される燃焼室、５は燃焼
室４に望む点火プラグ、６は本発明による燃料噴射装置
である。

前記燃料噴射装置６は、第１図と第２図のように、下端
に燃焼室４に望む噴孔７０を有し、これより上方に前記
噴孔７０と通じる燃料保持室８を内蔵した本体７と、該
本体７に取付けられ、前記燃料保持室８に燃料を調量し
て噴射する手段としてのインジェクタ９と、燃料保持室
８に予め所定の圧力の空気を充填する空気送給装置１ｏ
と、前記噴孔７０と燃焼室４とを連通・遮断する弁機構
１１とを備えている。

詳述すると、インジェクタ９は好ましくは電磁式のもの
が用いられる！第３図はその例を示しており、本体７に
挿着されるハウジング９０の中心部に、燃料通路９３ａ
を構成する筒状の固定鉄心９３が設けられ、この固定鉄
心９３の下端部にストローク用隙間を有せしめて可動コ
ア９４が設置され、圧縮スプリング９５により常時離反
側に付勢されている。前記固定鉄心９３の上側はコネク
タ管９６となっており、第２図のように、燃料供給管９
７によりレギュレータ９８ａ、燃料ポンプ９８ｂを介し
て燃料タンク９８ｃに連結されている。

固定鉄心９３の外周には電磁コイルアンセンブリ９９が
設けられ、端子線を埋設した電気コネクタ９９ａにより
電子制御装置Ａから励磁電流が供給されるようになって
いる。

可動コア９４の延長部はニードルバルブ９４ａとなって
おり、該ニードルバルブ９４ａの下端はノズルボディ９
１に形成した弁座９１ａに対するシート部を有し、前記
スプリング９５による押圧で常時燃料保持室８↓こ望む
噴孔９１ｂを閉じるようになっている。

次に、空気送給装置１０は、前記燃料保持室８に直接か
または間接的に導通する空気供給通路１００を有し、該
空気供給通路１００は空気供給管１０１を介して供給源
と接続されている０図示するものでは、空気供給管１０
１はエアレギュレータ１０２を介してアキュムレータ１
０３に接続され、アキュムレータ１０３はニアコンプレ
ッサ１０４から圧縮エアが供給されるようになっている
。

そして、前記系はシリンダブロック１に挿着した抽気弁
１０５に接続され、電子制御装置Ａからの信号で所定圧
の空気を燃料保持室８に送給するようになっている。

弁機構１１はポペット弁１２を有している。ポペット弁
１２を用いたのは、燃料を燃焼室Ａ中に分散させること
に加え、噴孔７０の円すい状シート面との相対関係によ
り開弁時のリフト量に応じて開孔断面積をリニアに変化
できるからである。

前記ポペツ・ト弁１２の弁軸１２０は燃焼保持室８に通
じるガイド穴７１に適度なりリアランスをもって配され
、そのクリアランスすなわち筒状通路１２１が燃料保持
室８の一部を構成するようになっている。前記弁軸１２
０は後方に延び、圧電アクチュエータ１３によりリフト
量可変に制御されるようになっている。

圧電アクチュエータ１３は、本体１に固着された空気供
給通路形成部材１４に嵌合される第１ケーシング１３０
と、該第１ケーシング１３０に冠着される第２ケーシン
グ１３１と、第１ケーシング１３０に設けた穴部１３２
に摺動可能にはめられた慣性体１３３と、該慣性体１３
３の背面と第２ケーシング１３１の下面に接着等により
固定された圧電素子１３４とを備えている。前記慣性体
１３３は第１ケーシング１３０の穴部１３２を貫いて伸
びる押圧部１３６を有し、一方、弁軸１２０は、これに
固定したばね受け１２２と空気供給通路形成部材１４に
配置した通路部材前ばね受け１２３間に介装したばね１
２４により、上方に付勢され、それによりポペット弁１
２が噴孔７０のシート面に着座して閉弁されると共に、
弁軸１２０が押圧部１３６と圧接して慣性体１３３を押
上げ、圧電素子１３４に所定の予圧を与えるようになっ
ている。

圧電素子１３４はバイモルフ形やスタック形のものでも
よいが、発生力エネルギ効率、変位の面などから積層形
のものが好ましい。その積層形としては、たとえば厚さ
１００〜１５０μｍのセラミック薄膜シートに内部電極
薄膜（たとえば銀−パラジウム合金）を印刷して多層積
層し焼成したものなどが挙げられる。このセラミック積
層タイプのものは、駆動電圧が低く、しかも非常に小形
で、応答速度を早くすることができる。

前記圧電素子１３４のリード線は、第２ケーシング１３
１を通して駆動電源回路１３５に導かれ、該回路は電子
制御装置Ａに接続され、これからの信号で圧電素子１３
４は所定の電圧が付加される。

第４図はその電子制御装置Ａでの制御フローを例示して
おり、エンジン回転数の検出信号から噴射同期を演算し
、これとスロットル開度の検出信号から圧電素子の電圧
マツプを読み取って最適印加電圧を求め、その信号を駆
動電源回路１３５に送出するものである。

なお、第１図では概略的に示したが、実際には噴孔７０
とポペット弁１２はホルダに納められ、本体１に嵌着さ
れる。また、必要に応じ、ケーシング内に変位センサを
配し、これの出力をＡ／Ｄコンバータを介して電子制御
装置Ａに送り、フィードバック制御するようにしてもよ
い、また、場合によっては、慣性体１３３はヒンジ等の
変位拡大機構を有していてもよい。

〔実施例の作用〕

電子制御装置Ａで演算、設定された圧力と量の空気がア
キュムレータ１０３からエアレギュレータ１０２に送ら
れ、ここで均圧化されて空気供給管１０１および空気送
給通路１００に送り込まれ、その加圧空気は１通路部材
兼ばね受け１２３と弁軸１２０の間の筒状通路１２１を
介して燃料保持室８に送り込まれる。このときには、イ
ンジェクタ９と圧電アクチュエータ１３には通電せず、
ニードルバルブ９４ａとポペット弁１２は開弁状態に保
たれる。従って加圧空気は筒状通路１２１を含む燃料保
持室８に設定圧（たとえば３　ｂａｒ）で封入される。

その後、電子制御装置Ａからの信号でインジェクタ９の
電磁コイルアッセンブリ９９に通電されると、可動鉄心
９４が吸引されてニードルバルブ９４ａがリフトされる
ため、次に通電が停止されるまでの間、レギュレータ９
８ａで均圧された燃料（空気圧よりも高く、たとえば４
　ｂａｒ）が前記封入空気中に噴射される。前記通電時
間は電子制御装置Ａで回転数等の検出信号に基づき演算
処理されることにより制御され、従って通電時間に応じ
た量の燃料が調量されて充填される。このときには、圧
電アクチュエータ１３は作動を停止しており、そのため
、噴射された調量燃料はそのエネルギーで封入空気と撹
拌混合される。

その後ピストン３の吸入工程から圧縮工程前半にかけて
所要時期に電子制御装置Ａから所定のタイミングと時期
で信号が送出され、駆動電圧回路１３５から所定のパタ
ーンの電圧が圧電素子１３４に印加される。これにより
、圧電素子１３４は伸長し、その変位が慣性体１３３−
押圧部１３６−弁軸１２０に伝達され、弁軸１２０はば
ね１２４のセット力に抗してリフトされる。そのため。

ポペット弁１２は噴孔７０のシートを離間して開弁し、
燃料保持室８および筒状通路１２１に封じ込められてい
た空気・燃料混合物は、保有する空気圧により燃焼室４
に微粒化されて噴射される。

そして、電圧の印加を止めあるいは逆電圧を印加すれば
、圧電素子１３４は縮小するため、ポペット弁１２は閉
弁する。前記圧電素子１３４は変位の応答性が非常に早
いため、噴射時期やタイミングに的確にマツチさせるこ
とができる。

しかも、圧電素子１３４の変位量は印加する電圧の大き
さに比例するため、ポペット弁１２のリフト量は固定で
なく可変であり、電圧印加時間が同等でも、印加電圧の
大きさにより噴孔７ｏの開孔断面積が変化する。従って
、第５図（１）に示す噴射量の少ない場合、（ｎ）に示
す噴射量の多い場合に応じて、インジェクタ９の通電時
間とともに圧電素子１３４への印加電圧Ｖを変化させれ
ばよく、これによりポペット弁１２のリフト量が増して
開孔面積が大となり、空気流量が増すため、気液比をい
ずれの噴射量でも一定とすることができ、燃料を常に微
粒化することができる。

このことは非常にメリットがある。たとえば、２サイク
ルエンジンの筒内直接噴射は、６０００ｒｐｍの全負荷
で、噴射量が約５０　ｍｇ／５ｔｒｏｋｅ、噴射期間が
２〜３　ｍ５ｅｃであることが前記先行技術に示されて
いるが、このときでも燃料粒径が３０μ膳以下が最適で
あると言われている。この燃料粒径を一定に保つには、
気液流量比を一定に保持することが肝要である。

このような最適粒径の燃料を噴射するには、たとえば第
６図のようなデータベースを用いて電子制御装置Ａで演
算すればよい、すなおち、第６図は燃料量、空気量およ
び粒径の関係を示しており、破線が標準状態（１ａｔｍ
、０℃）で粒径３ｏμ冨となる燃料噴射量と空気量であ
り、燃料噴射量１４ｍｇ／５ｔｒｏｋｅ（約１６　ｍｍ
３／５ｔｒｏｋｅ）での空気量は約３１００　（ａｍ”
／５ｔｒｏｋｅ）であり、気液比は約１７０である。こ
の気液比以上であれば燃料噴射量の増減に係らず最適粒
径が得られる。したがって、燃料の最大噴射量を求め、
この条件で気液比を約１７０以上にとれる空気量を演算
し、その空気量と燃料量を要求する期間に噴射するのに
必要な開孔面積を演算し、それに対応するポペット弁の
リフト量を決めれば、圧電素子に対する印加電圧も決ま
る。

あとはその印加電圧をリニアに低減すれば各燃料噴射量
に応じた最適印加電圧が求められ、これをマツプとして
電子制御装置Ａにインプットしておけばよい。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によるときには、燃料保持室に加圧
空気を供給する手段と、燃料保持室に加圧空気が充填さ
れた状態で燃料を調量して導入する手段と、前記燃料保
持室と燃焼室とを連通・遮断する弁機構を有し、該弁機
構の制御により燃焼室内に燃料を空気とともに直接噴射
する形式の装置において、前記弁機構がポペット弁を有
し、該ポペット弁が圧電アクチュエータにより噴射量に
応じてリフト可変に制御され、噴射空気量を制御するよ
うに構成されているため、最適の時期とタイミングでし
かも一定の気液比で筒内に燃料を噴射することができ、
常に良好な微粒化を達成することが可能となる。また、
噴射量に応じて空気流量を制御する手段が電磁弁でなく
圧電アクチュエータであるため、応答性がよくしかも小
型で駆動電圧も低くて済むため、コンパクトで経済性の
良い噴射装置とすることができるなどのすぐれた効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による燃料噴射装置の一実施例を概略的
に示す断面図、第２図は本発明装置の適用状態を示す説
明図、第３図は本発明における燃料調量手段の一例を示
す断面図、第４図は本発明におけるポペット弁リフト制
御系を示す説明図、第５図は燃料量が異なる場合のタイ
ミングチャート、第６図は気液比−走化のための燃料量
、空気量および粒径の関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料保持室に加圧空気を供給する手段と、燃料保持室に
   加圧空気が充填された状態で燃料を調量して導入する手
   段と、前記燃料保持室と燃焼室とを連通・遮断する弁機
   構を有し、該弁機構の制御により燃焼室内に燃料を空気
   とともに直接噴射する形式の装置において、前記弁機構
   がポペット弁を有し、該ポペット弁が圧電アクチュエー
   タにより噴射量に応じてリフト可変に制御され、噴射空
   気量を制御するように構成されていることを特徴とする
   燃料噴射装置。