JPH0416628B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射す
る燃料噴射弁およびこの燃料噴射弁の制御装置に
関するものである。 〔発明の背景〕 一般に燃料噴射弁から噴射これる燃料は微粒化
が不可欠である。 そして、燃料微粒化の一手段として特開昭56−
44453号公報に記載されているように燃料噴射弁
の吐出孔に振動弁を設ける技術が知られている。 しかしながら、この振動弁を用いた燃料噴射弁
においては燃料の供給圧力が低くなると充分な燃
料の微粒化が期待できないという問題があつた。 すなわち、振動弁においては燃料の圧力が低く
なる程励振周波数が低くなり、このため燃料が充
分微粒化できないものであつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は燃料噴射弁に供給される燃料圧
力が低下しても充分高い励振周波数で振動するこ
とができる振動弁を備える燃料噴射弁を得ること
にある。 〔発明の概要〕 本発明の特徴は振動弁の励振周波数とほぼ同一
周波数あるいは励振周波数のほぼ整数倍の周波数
で振動する振動体によつて振動弁を直接加振する
ようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 第１図において、参照番号２は本発明になる燃
料噴射弁を示し、この燃料噴射弁２は振動弁保持
体４、振動体保持部６およびカバー８より構成さ
れている。 振動弁保持体４の先端には燃料吐出孔を有する
弁座１０が固定され、この弁座１０の外部には振
動弁１２を構成する弁体ロツド１４の円錐部１６
が露出している。また弁体ロツド１４の他端には
ストツパ部１８が形成されており、このストツパ
部１８には弁体ロツド１４と摺動可能なスプリン
グ受け２０が係止されている。そして、弁座１０
とスプリング受け２０の間には閉鎖スプリング２
２が介装されており、閉鎖スプリング２２によつ
て円錐部１６は常に燃料吐出孔を閉じるように弁
座１０へ付勢されていると共に、スプリング受け
２０もストツパ部１８に接触するように振勢され
ている。 振動体保持部６の内部には固定コア２４が固定
されており、これは振動体保持部６とは非磁性体
スペーサ２６を介して固定されている。また固定
コア２４とカバー８の間には永久磁石２８が固定
されている。振動保持部６と固定コア２４の間に
は可動コア３０が配置されており、可動コア３０
の周囲にはコイル３２が巻回されている。ここで
固定コア２４、振動体保持部６およびカバー８は
軟鉄のような磁性体で形成され、可動コア３２は
プラスチツクのような非磁性体で形成されてお
り、磁束は破線の如く形成されるものである。可
動コア３０には入力端子３４および接地端子３６
が固定されており、入力端子３４は入力ブラシ３
８より入力電流が供給され、接続端子３６は接地
ブラシ４０を介して接地される。 入力端子３４と接地端子３６とコイル３２は第
２図に示すように可動コア３０内に埋設されたリ
ード線４２，４４によつて接続されている。 また、可動コア３０のコイル３２が巻回されて
いる部分の反対側には駆動ロツド４６が形成され
ており、この駆動ロツド４６はスプリング受け２
０に固定されたカツプ部４８と連結されている。
この駆動ロツド４６とカツプ部４８の連結構造は
第３図に示す通り、カツプ部４８とスプリング受
け２０によつて形成される空間内に駆動ロツド４
６の径大部５０が位置されており、駆動ロツド４
６はカツプ部４８に対して摺動可能となつてい
る。尚、カツプ部４８と駆動ロツド４６とは固定
されていてもさしつかえない。そして、弁体ロツ
ド１４のストツパ部１８と駆動ロツド４６の径大
部５０の間には隙間Ｇが形成されているが、この
隙間Ｇは可動コア３０のストロークより小さくな
つている。 カバー８には燃料ニツプル５２が固定されてお
り、図示しない燃料ポンプにより燃料が供給され
る。 以上において、燃料は燃料ニツプル５２より燃
料噴射弁２内に導入され、カバー８に形成した
孔、振動体保持部６と永久磁石２８の隙間、非磁
性体スペーサ２６に形成した孔、固定コア２４と
振動体保持部６の隙間、振動弁保持体４と駆動ロ
ツド４６の隙間を通つて振動弁１２へ至る。 そして、振動弁１２、特に閉鎖スプリング２２
の固有の励振周波数とほぼ同一あるいはその整数
倍の周波数を持つ入力信号が入力ブラシ３８、入
力端子３４を介してコイル３２に流れると、可動
コア３０はこの入力電流の周波数に対応して振動
する。可動コア３０の振動は駆動ロツド４６を介
して振動弁１２へ伝えられるが、入力電流の周波
数は振動弁１２特に閉鎖スプリング２２の固有の
励振周波数とほぼ同一あるいはその整数倍に選ば
れているため振動弁１２は共振を開始し、その結
果振動弁１２の弁体ロツド１４は入力電流の周波
数と同期して動き、しいては弁体ロツド１４の円
錐部１６が弁座１０と協同して入力電流の周波数
と同期して開閉される。したがつて、燃料は高い
周波数で断続的に供給されるため、充分な微粒化
が可能となるものである。 次に本発明の他の実施例になる燃料噴射弁の構
造を説明する。 第４図において、振動弁保持体４の先端には弁
座１０が固定されており、この弁座１０の外部に
は振動弁１２を構成する弁体ロツド１４の円錐部
１６が露出している。また弁体ロツド１４の他端
にはストツパ部１８が形成されており、このスト
ツパ部１８には弁体ロツド１４と摺動可能なスプ
リング受け２０が係止されている。そして弁座１
０とスプリング受け２０の間には閉鎖スプリング
２２が介装されており、閉鎖スプリング２２によ
つて円錐部１６は常に弁座１０へ接触するように
付勢されていると共に、スプリング受け２０もス
トツパ部１８に接触するように付勢されている。
そして、スプリング受け２０は可動コア３０の駆
動ロツド４６と固定されている。 一方、振動体保持部６の周囲には円環状の永久
磁石２８Ａが固定されており、内部に固定コア２
４Ａが配置されている。 そして、燃料は振動弁保持体４の側周壁に設け
た燃料ニツプル５２Ａより供給されるものであ
る。 以上において、可動コイル３０に巻回されたコ
イルに振動弁１２、特に閉鎖スプリング２２の固
有の励振周波数とほぼ同一あるいは整数倍の周波
数を有する入力電流を流すと、第１図の実施例と
同様に可動コイル３０、振動弁１２が振動し、燃
料の微粒化が可能となるものである。 第４図に示す実施例では、円環状の永久磁石２
８Ａ内に固定コア２４Ａが延在していることおよ
び燃料が振動弁保持体４の側周壁から取り込まれ
るため、燃料噴射弁２の軸長が短かくできるもの
である。 更に第５図に示す実施例も燃料噴射弁の軸長を
短かくする構成を示しており、燃料は燃料噴射弁
２の頭部に設けた燃料ニツプル５２から供給され
る点は第１図の実施例と同様であるが、第１図の
永久磁石２８は円環状の永久磁石２８Ａに変更さ
れ、この円環状の永久磁石２８内に固定コア２４
Ａが延在しており、この点で燃料噴射弁２の軸長
が短かくなるものである。 このように第１図、第４図および第５図に示す
燃料噴射弁は原理的に同一のものであるが、燃料
噴射弁が適用される燃料噴射装置の形式によつて
これら燃料噴射弁は適宜選択するものである。 次に第１図の実施例において、可動コア３０に
巻回されたコイル３２に印加される電流の周波数
および一周期当りのパルス幅を変えた場合の可動
コア３０の変位（変位出力計にて測定）の関係を
第６図に基づき説明する。 条件は燃料圧力を0.85Kg／cm²として測定してあ
り、実線は一周期当りのパルス幅を0.2ｍｓとし
た場合を示し、破線は一周期当りのパルス幅を
0.3ｍｓとした場合を示している。 第６図からわかるように印加周波数が1.0KHz
程度で第１のピークP₁が発生し、2.0KHz程度で
第２のピークP₂が発生している。そして、第１
のピークP₁は閉鎖スプリング２２の固有の励振
周波数に近い周波数を印加した場合で、第２のピ
ークP₂は閉鎖スプリング２２の固有の励振周波
数の２倍の周波数を印加した場合であり、第２の
ピークP₂でも閉鎖スプリング２２の励振周波数
の影響が表われている。したがつてコイル３２に
印加される入力電流の印加周波数は閉鎖スプリン
グ２２の固有の励振周波数と同一あるいはその整
数倍に決定すれば良いことがわかる。 ここで、可動コイル３２に印加される入力電流
の周波数は振動弁１２の系の励振周波数に合わせ
ることもできるが、振動弁１２の系の励振周波数
は基本的に閉鎖スプリング２２の励振周波数とそ
れ程度ならないため、入力電流の周波数は基本的
に閉鎖スプリング２２の励振周波数とほぼ同一あ
るいはその整数倍であれば良い。 また、入力電流の周波数の１周期当りのパルス
幅を長くすれば可動コア３０の変位が破線に示す
ようにP₁′，P₂′と大きくなることがわかり、これ
によつて噴射される燃料の量を変えることが可能
となる。これは、後述するように燃料の量を内燃
機間の運転状態に応じて変える制御に利用され
る。 以上は振動体として可動コイルを採用したもの
を説明したが、次に振動体として電歪材料を採用
した実施例を説明する。 第７図において、振動体保持部６内部には電歪
素子が積層された電歪部５４が配置され、この電
歪部５４の一端は振動体保持部６の頭部に設けら
れた支持部５６に固定され、電歪部５４の他端に
は駆動部５８が固定されている。駆動部５８には
スプリング受け２０が固定されている。そして、
振動体保持部６の側周部には燃料ニツプル５２が
設けられている。 以上において、電歪部５４に高電圧パルスを印
加すると電歪部５４は伸張して振動弁１２を動か
し、円錐部１６が開いて燃料が噴射される。 そして、この実施例においても振動弁１２特に
閉鎖スプリング２２の固有の励振周波数とほぼ同
一あるいはその整数倍の周波数で電歪部５４に高
電圧パルスが印加されるため、第１図の実施例と
同様に燃料の微粒化が可能となるものである。 ここで、電歪部５４の変位量は電歪素子の積層
枚数で決定することができるものである。 また、電歪部５４の変位量は電歪素子に印加す
る電圧を変えることによつても第８図の如く変え
ることも可能である。 更に電歪素子の応答性も所定ストロークを得る
ためには100μsec程度の高電圧パルスを印加すれ
ば第９図に示す如く良好な応答性を確保できるも
のである。 以上、第１図ないし第９図は燃料噴射弁の構造
について説明したが、次にこの燃料噴射弁を使用
したエンジン制御システムについて第１０図を用
いて説明する。 吸入空気はエアクリーナ６２からスロツトルチ
ヤンバ６４に導入され、燃料供給装置である燃料
弁６６Ａまたは６６Ｂからの燃料と混合気を形成
し、インテークマニホールド６８、吸気弁７０を
介してシリンダ７２へ導かれる。シリンダ７２内
で燃焼した混合気の燃焼ガスはシリンダ７２から
排気管７４を通り、大気中へ排出される。 スロツトルチヤンバ６４にはアクセルペタル
（図示せず）と連動したスロツトルバルブ７６が
設けられている。 スロツトルバルブ７６の上流に、その入口をベ
ンチユリの上流に開口し、その出口をベンチユリ
部に開口するバイパス通路７８が設けられ、この
バイパス通路内に熱式流量センサの電気的発熱体
８０が設けられている。該発熱体８０の放熱量は
このバイパス通路を流れる空気の質量流速により
定まるので、該放熱量を供給電力から求めること
により、バイパス通路の単位時間当りの質量流量
を計測できる。バイパス通路の質量流量とメイン
通路の質量流量とは比例関係にあり、熱式流量セ
ンサの出力はメイン通路よりエンジンへ供給され
る吸入空気量を表わす信号となる。 燃料タンク８２内の燃料はフユーエルポンプ８
４により吸引・加圧され、フユーエルダンパ８
６、フイルタ８８を介して燃圧レギユレータ９０
へ供給される。燃圧レギユレータ９０には燃料弁
へ燃料を送出するパイプ９２と燃料タンク８２へ
燃料を戻すためのリターンパイプ９４とが設けら
れ、インテークマニホールド６８の内圧と燃料弁
６６Ａへ送られるパイプ９２内の燃圧との差が常
に一定圧になるように燃圧レギユレータからリタ
ーンパイプ９４を介して燃料タンク８２へ燃料が
戻されたり、燃料弁６６Ｂへ一定圧の燃料を供給
したりする。この事により、供給燃料量は常に燃
料弁への印加信号に対し一定の関係になる。 シリンダ７２内の混合気を燃焼させるため、点
火プラグ９６が各シリンダに設けられ、点火コイ
ル９８によつて生じた高電圧がデイストリビユー
タ（図示せず）を介して点火プラグに印加され
る。 混合気の燃焼によつて生じた熱エネルギは運動
エネルギに変換され、エンジンの軸に回転トルク
を与える。上記熱エネルギーの部により加熱され
たエンジンは冷却水により冷却される。この冷却
水の温度は水温センサ１００により計測され、こ
の計測値はエンジン温度を表わす値として利用さ
れる。 エンジンの軸にはクランク角センサ１０２が設
けられ、エンジン軸の回転角の１度に対応したパ
ルス（以下POSパルスと記す。）と回転角の120
度に対応したパルス（以下RFFパルスと記す。）
とを発生する。尚４気筒エンジンでは180度毎に
RFFパルスが発生する。 また排気管７４には排気ガスの成分から燃焼前
の混成気の混合比を示す出力を発生する排気ガス
センサ１０４が備えられている。 制御回路１０６は、上記各センサの出力に基づ
き燃料弁６６Ａまたは６６Ｂに対し燃料供給量を
表わすパルス出力INJと、点火コイル５８に対
し、その一次電流を制御するためのパルスIGN
を発生する。上記パルスINJにより燃料弁６６Ａ
または６６Ｂは気化器の如く連続的に燃料を供給
することもできるし、間欠的に燃料を供給するこ
ともできる。 ここで燃料弁６６Ｂの如く、絞弁７６の上流に
配設した場合はポンプ８４と燃圧調整弁９０の制
御精度の負担が大幅に軽減でき、燃料供給圧の低
圧化に対し有利となる。一方燃料弁６６Ａの如
く、絞弁７６の下流に配設される場合は燃料の絞
弁への再付着のために燃料供給量のエンジンの供
給が影響を受けるといつたことがなく、このため
エンジンの制御性や制御レスポンスが向上する。 第１１図はエンジンの制御システムを示し、制
御回路１０６は、セントラルプロセツシングユニ
ツト（CPUと記す。）とリードオンリメモリ
（ROMと記す。）とランダムアクセスメモリ
（RAMと記す。）と入出力回路１０８とこれらを
結ぶバスライン１１０とにより構成される。 入出力回路１０８のアナログ入力を発生するセ
ンサとして、バツテリ電圧センサ１３２と冷却水
温センサ１００とスロツトル開度センサ１１６排
気ガスセンサ１０４とがあり、これらの出力はマ
ルチプレクサ１２０を介してアナログデイジタル
コンバータ１２２に入力される。アナログデイジ
タルコンバータ（ADC１２２と記す。）は、その
デイジタル変換動作を完了すると、次の変換要求
があるまでその値をADC１２２内に保持し、
CPU１０４はバスライン１１０を介してその値
をロードできる。 熱式流量センサ８０の出力は他のアナログデイ
ジタルコンバータ１２８（ADC１２８と記す。）
に入力され、そのデイジタル値はバスライン１１
０を介してCPUヘロードされる。 角度センサ１０２により送られてくるPOSパ
ルスとREFパルスは角度信号処理回路１２６に
印加される。この回路には２つの機能がある。第
１の機能はエンジン速度検出機能であり、一定時
間内に入力されるPOSパルスを計数し、内部レ
ジスタに保持する。CPUはこの計数値をエンジ
ン速度Ｎとしてバスラインを介してロードする。
第２の機能はエンジンの回転停止検出機能であ
り、CPUより指摘した一定時間内にREFパルス
が入力されない場合、エンジン回転が停止したと
して、割込（ENST IRQと記す。）を発生するた
め、割込発生回路１３２へ送るパルスを発生す
る。 スロツトルパルブの全閉状態で閉じるスイツチ
１４８（スロツトルSWと記す。）やスタータモ
ータが付勢された状態で閉じるスイツチ１５２
（スタータSWと記す。）の出力である１ビツト単
位情報はデイスクリート入出力回路（以下DIOと
記す。）へ入力される。 CPUで演算された燃料供給量TIを表わすデー
タに基づき、パルスINJを発生するため、パルス
発生回路１３４のレジスタINJDにはデータがセ
ツトされる。燃料供給量TIに基づくパルスINJを
パルス発生回路１３４で発生し、ANDゲート１
３６を介して燃料弁６６へ印加する。 CPUで演算された点火角ADVθと点火エネル
ギ充電開始角DWLθを表わすデイジタルデータ
が、バスライン１１０を介してパルス発生回路１
３８のレジスタADVとDWLへセツトされる。パ
ルス発生回路は、DWLθの値に基づいて始まり
ADVθの値に基づいて終るパルスIGNを発生し、
ANDゲート１４０を介して点火装置１６８へ印
加する。これにより点火コイル９８の１次コイル
電流が制御される。 ANDゲート１３６と１４０の入力にはMODレ
ジスタ１６０の出力が印加され、CPUよりMOD
レジスタ１６０へ“０”がセツトされるとAND
ゲート１３６，１４０を不導通にし、一方MOD
レジスタ１６０へ“１”がセツトされるとAND
ゲート１３６，１４０が導通する。従つてCPU
よりMODレジスタ１６０へ“１”または“０”
をセツトすることにより、燃料弁１２や点火装置
の動作の開始と停止を制御できる。 第１２図は第１１図の制御システムを動作させ
るプログラムの内、燃料制御に関するプログラム
のみを示すシステム図である。制御回路へ電源電
圧が印加されると、CPUは先ずイニシヤライズ
プログラム２０２を実行し、RAMや入出力回路
１０８の初期化を行ない、割込待ちの状態とな
る。割込が発生すると、CPUの実行は割込処理
プログラム２０４へ移り、第１１図のSTATUS
レジスタの内容をロードすることにより、その割
込要因を検索し、タスクプログラムを構成する
QAD２１０、EGI２１２、ADC１IN２１４、
HOSEI２１６の内の実行の必要なプログラムを
判断し、そのプログラムに対し起動要求の登録を
行なう。 タスクデイスパツチヤ２０８は前記起動要求の
登録を検索し、優先レベルの高い順に実行タスク
を選択する。この選択により、タスクプログラム
２１０，２１２，２１４，２１６の内の選択され
たプログラムの先頭番地あるいは中断された番地
ヘタスクデイスパツチヤ２０８より実行点がジヤ
ンプし、タスクの実行を開始する。この実行中、
もし割込要求が発生すれば、再び割込処理プログ
ラム２０４へジヤンプし、上記処理を再び行な
う。タスクプログラムの実行を終了するとマクロ
処理プログラム２０６へジヤンプし、実行終了の
登録を行ない、次の実行すべきタスクプログラム
を選択するためにタスクデイスパツチヤへ再び戻
る。このようにして各タスクの優先レベルに応
じ、各タスクプログラムが実行される。 尚各タスクプログラムの処理機能と起動条件は
次の第１表の通りである。

〔発明の効果〕

本発明によれば供給燃料を十分に微粒化できる
効果がある。上記実施例によれば平均粒径30〜40
〔μｍ〕まで微粒化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射弁の構造図、第２図と第３図
は第１図の部分拡大図、第４図は他の実施例を示
す構造図、第５図はさらに他の実施例を示す構造
図、第６図は入力信号の周波数と振幅の関係を示
す特性図、第７図はさらに他の実施例を示す構造
図、第８図と第９図は第７図の実施例の特性図、
第１０図は第１図〜第９図に示す燃料噴射弁を使
用したエンジン制御のシステム図、第１１図は制
御回路の詳細図、第１２図はプログラムシステム
図、第１３図は第１１図のパルス発生回路の詳細
図、第１４図は第１３図の動作説明図である。 ４……振動弁保持体、１０……弁座、１２……
振動弁、１４……弁体ロツド、１８……ストツパ
部、２４……固定コア、２６……非磁性体スペー
サ、８……カバー、３２……コイル、３４……入
力端子、３６……接地端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料が吐出される燃料吐出孔を有する弁座、
   前記弁座と協働して前記燃料吐出孔を開閉する弁
   体、前記燃料吐出孔を常閉するように前記弁体を
   付勢する閉鎖スプリングを備え、前記弁体にかか
   る燃料の圧力によつて前記閉鎖スプリングの閉鎖
   力に抗して前記弁体を開いて前記燃料吐出孔より
   燃料を吐出する燃料噴射弁において、前記閉鎖ス
   プリングの固有の励振周波数とほぼ同一あるいは
   その整数倍の周波数で振動する振動体を前記弁体
   と連結するようにしたことを特徴とする燃料噴射
   弁。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記振動体
   は可動コアに巻回されたコイル、固定コアおよび
   永久磁石よりなることを特徴とする燃料噴射弁。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記振動体
   は電歪素子よりなることを特徴とする燃料噴射
   弁。