JPH0535268B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、多種燃料、多点噴射用燃料供給に対
応できる自動車用燃料微細化装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、自動車用燃料供給装置は、大別すると、
気化器及び燃料噴射装置の二種類に区別され、前
者は連続燃料計量、後者は間欠燃料計量方式が採
用されて多気筒エンジンに装置されている。

しかしながら、これらの燃料供給装置では生成
される燃料液滴径は均一かつ微細でないため、多
気筒の各気筒に燃料の均等分配が達成できなくな
り、各気筒へ供給される燃料が不均一となり、こ
の結果生じる不均一燃料によつて不安定燃焼が発
生し、排気浄化効率、燃焼効率の低下を誘起し、
燃料消費及び有害排気レベルを増大させる要因と
なつている。また近時における燃料の多様化、低
質化に際し、これら両方式の燃料供給系だけでは
これに対処できず、新規な微粒化手段を有する燃
料供給系が嘱望されている。

一方、自動車を購入する立場から考えると、エ
ンジン出力は高く、かつ低廉であることが望まし
いが、燃料噴射装置は各気筒毎に噴射弁を持ち、
吸気管長を長くした吸気慣性利用型構成をとつて
いるため、出力を向上する観点から有力である
が、構造が複雑になりコスト高を招き好ましくな
い。他方、気化器方式は、燃料計量部を１点に集
合した方式で、構成が簡単になり低廉である反
面、吸気管の構造が吸気慣性を利用できない形状
となつており、出力向上を期待できないという問
題がある。

そこで、最近、特開昭53−140415号公報に見ら
れるように超音波振動方式のリング振動子を用い
て燃料を微粒化する技術が研究されているが、こ
のリング振動子を用いる場合、燃料を一点に集合
させなければならないため、そのままでは多点燃
料噴射式のエンジンに適用できず、その使用範囲
が気化器または単点式燃料噴射式のエンジンに限
定され、出力向上を期待できないという問題点が
明らかになつている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、多点噴射式のエンジンにも適
用でき、しかし低質の燃料を用いた場合でも各気
筒におけるい不安定燃料を解消し、安価な構成で
高出力が得られる自動車用多気筒燃料微細化装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、２つのホーンリング振動子を１つの
電気・機械変換素子に連結して励振するツインア
トマイザ構成とし、前記それぞれのホーンリング
振動子を２つの吸気管の間に配置し、１つの燃料
噴射弁から２つのノズルに連通する分岐した燃料
通路を設けたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に沿つて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明を適用したエンジン系統の一
実施例を示す全体構成図である。

図において、エンジン１の吸気弁２の開閉によ
つて吸気管６から空気、燃料が吸引され、点火プ
ラグ３によつて着火、燃焼が行われて出力が車輪
（図示していない）に伝達される。この場合、点
火プラグ３はクランク角センサ５の信号をコンピ
ユータ２０に伝送し、必要な時期に点火コイル４
に信号を印加することにより電気火花を発生する
ように構成されている。一方、吸気管６には、吸
気慣性を伸長させる目的のためにエンジン１の１
つの気筒の容積以上の体積を持つ集合筒８が上流
側に設けられ、この集合筒８の下流は独立した吸
気管６，６′，６″，６が設けられてそれぞれ対
応する気筒に接続されている。このような吸気系
に対する吸入空気量の制御は絞り弁９の開度を制
御することにより行われ、その時の絞り弁開度の
状況は、絞り弁開度センサ１０により検知されて
コンピユータ２０に入力され、ここで記憶され
る。

集合筒８は絞り弁９の下流側に位置し、その出
口側には各吸気管６，６′，６″，６，６につら
なる吸気管孔１１，１１′，１１″，１１が設け
られている。この吸気管孔１１，１１′，１１″，
１１部に本発明に関わる超音波振動子１２が内
挿されている。

超音波振動子１２は振動子を中心にリング振動
子２１及び２１′を対称に固着した構造となつて
おり、当該リング振動子２１及び２１の各々の中
心と吸気管孔１１，１１′の間壁及び１１″，１１
の間壁の中心と合致させて配設されている。ま
た、超音波振動子１２の上流側には、燃料噴射弁
１３が集合筒８の側外壁を介して装着されてい
る。この噴射弁１３の先端には細管２２，２２′，
２２″，２２で構成される燃料分配ノズルが設
置され、これらノズル２２，２２′，２２″，２２
の先端はリング振動子２１，２１′のリング部
に近接して配置されている。噴射弁１３には燃料
圧力レギユレータ１４が一体化され、燃料タンク
１７より吸引した燃料をポンプ１８、燃料フイル
タ１９を介して当該レギユレータ１４に導いて所
定の圧力に制御して各ノズル２２，２２′，２
２″，２２に送り、余つた燃料は燃料タンク１
７に戻すように構成されている。絞り弁９の上流
には空気量を計量する空気量センサ１５（可動ベ
ーン式、熱線式、カルマン渦式いずれも可）が装
着され、その出力はコンピユータ２０に伝送され
て燃料噴射時期および噴射時間の制御のために用
いられる。一方、燃料により生成した燃焼ガスは
排気管７を通つて酸素センサ１６でその残留酸素
濃度が感知されると共に、触媒、消音マフラ（い
ずれも図示していない）を介して大気中に放出さ
れる。酸素センサ１６は排気中の余剰酸素濃度に
応じて出力信号が変化する特性を有し、この特性
を利用してエンジン１が吸引した混合気濃度を推
定し、噴射弁１３の開弁時間幅を制御し、所定の
燃費、排気浄化性を確保するようになつている。

ここで、超音波振動子１２を吸気管１１，１
１′，１１″，１１にリング振動子部を合致させ
て固定する構造の詳細について第２図を用いて説
明する。

第２図は集合筒８を吸気上流側から見て平平に
切断したときの水平断面を示したもので、集合筒
８には直列に並んだ４個の吸気管孔１１，１１′，
１１″，１１が設けられ、各孔はエンジン１の
それぞれ対応するシリンダに吸気管６，６′，
６″及び６の独立管を介して連結されている。
超音波振動子１２の素子２３，２３′は吸気管孔
１１′及び１１″の中央壁肉部に接するように配設
される。そして、この素子２３，２３′に結合さ
れるリング振動子２１，２１′はそれぞれ吸気管
孔１１，１１′及び１１″，１１をまたいで均等
な投影断面になるよう配置されている。

したがつて、このような構造のリング振動子２
１，２１′内壁に燃料噴射弁ノズル２２，２２′，
２２″，２２からの燃料が衝突すれば、この燃
料は瞬時に霧化して吸入空気によつて搬送され、
各気筒へ均一に吸引されるものとなる。

第３図は、吸気管孔の構成が直列でない場合の
リング振動子の取付け構造の実施例を示す断面図
であつて、吸気管孔１１，１１′及び１１″，１１
をそれぞれ並列配置し、超音波振動子１２，１
２′は二列に並んだ吸気管孔１１，１１′及び１
１″，１１の中間に位置させ、しかも振動子ホ
ーン２４，２４′は吸気管孔内にはみ出さず、各
吸気管６，６′，６″及び６内の空気通過断面積
が均等となるように構成したものである。

次にリング振動子２１，２１′に均等に燃料を
導く方法について説明する。

第４図はその具体的実施例を示したものであ
る。噴射弁１３から噴射された燃料Ｆは燃料管２
７，２７′を通つてノズル部２８，２８′に到達
し、リング振動子２１，２１′の内壁または外壁
に向かつて噴射されることにより微粒化される。
ここで、リング振動子２１，２１′はそれぞれ吸
気管孔１１，１１′及び１１″，１１の中間に位
置し、ノズル２８，２８′はいずれもリング振動
子２１，２１′の上部で二方向に分岐し、各々の
吸気管孔に燃料が噴射するようにノズル位置が選
定されている。この場合、分岐した各ノズルより
噴出した燃料はリング振動子２１，２１の上端に
一致するか、または少し下方に衝突するように構
成するのが望ましい。

第５図は、超音波振動子１２，１２′を配設す
るスペーサ２５と、燃料を計量してリング振動子
２１，２１′に噴出衝突せめるための燃料通路板
２６の詳細を示す第４図の縦断面図である。この
第４図および第５図に示したごとく超音波振動子
１２，１２′を吸気管部に設置すれば、出力向上
と低燃費が期待できる４気筒エンジン用の微粒化
装置を実現できる。

次に、超音波振動子の構成について説明する。
第６図はその具体的構成の一実施例を示す図であ
る。第６図において、電歪素子もしくは磁歪素子
で構成されている電気・機械変換素子３１，３
１′は陽極３０を挾んでボルト３２によつてホー
ン３３，３４と固着され、一方のホーン３３には
固定用のフランジ２９が設けられていると共に、
ホーン３３，３４の先端にはリング振動子２１，
２１′同一平面内にその端面が来るように銀ロウ
付けまたは溶接で固定されている。そして、この
ような構造の超音波振動子はフランジ２９で吸気
管に固定され、フランジ２９を陰極として陽極３
０との間に駆動信号が印加される。

第７図は超音波振動子の他の実施例を示す図で
あつて、独立したフランジ２９，２９′を有する
ホーン３３，３４の間に電気・機械変換素子３
１，３１′及び陽極電極３０を挾んでボルト３５，
３５′で締め付け固定したもので、ホーン３３，
３４の先端にはリング振動子２１，２１′がそれ
ぞれねじまたは溶接で固定されている。ここで、
中央部にはステイ３６が設けられているが、この
ステイ３６はホーン３３と一体で超音波振動子を
組立てる際に変換素子３１，３１′陽極３０およ
びホーン３３，３４の中心軸を同一にするための
ガイドとして設けられたものである。なお、変換
素子３１，３１′とステイ３６との間には絶縁体
３７（合成樹脂系）が充填されている。

次に超音波振動子のホーンの形状について詳細
に説明する。

第８図はその具体的実施例を示したものであ
る。第８図において、同図ａはホーン３４を表か
ら見た図であるが、フランジ２９は長方形状をな
し、ボルト孔３８，３８′を有している。またホ
ーン３４の先端は平行部３９及びリング振動子２
１，２１′を固定するための印ロウ合せボス４０
を有している。一方、同図ｃはホーン３４を裏面
から見た図であるが、ステイ３６と同心円上に溝
４１が設けられ、電気・機械変換素子３１，３
１′（第７図参照）を密着させる際にはその中心
軸がずれないように構成されている。なお、第８
図ｂはホーン３４を横から見た図であり、また第
９図は第８図ａに示したホーン３４の断面図であ
り、フランジ２９とホーン３４との接合部はまる
み４２を付けられている。

第１０図には、第８図に示した構造とほぼ同様
な構造のホーン３４′を示しているが、ステイ３
６が削除されている。第１１図は、第１０図に示
したホーン３４′の断面図であり、溝４１内には
第１０図に示したステイ３６より若干大きめの径
を持つ孔４３が設けられている。この孔４３は二
個の電気・機械変換素子（図示していない）をそ
の間に入れて第１０図のホーン３４と一体に組合
せた場合の印ロウ合せの役割を果している。

第１２図ａはホーン３４にリング振動子２１を
付加した場合の断面を示す図であつて、ホーン３
４の先端の印ロウ合せボス４０に当て板４３が圧
入されかつこの当て板４３はリング振動子２１に
銀ロウ付けまたは溶接で固定されている。第１２
図ｂはリング振動子２１を持つホーン３４を上部
より見た図であり、リング振動子２１はその中心
軸がホーン３４の中心軸に対し直角に交わるよう
に固着される。

第１３図はホーン形状に関する他の実施例を示
す図であり、同図ａはホーン３４を表から見た
図、同図ｂは横より見た図であり、加工を容易に
するためにホーン３４を円柱形状としたものであ
る。なお、第１４図には第１３図を示した円柱形
ホーン３４の断面図を示している。

第１５図は２個の超音波振動子を装着した吸気
管部周辺の他の実施例を示す図であつて、多気筒
エンジン１の分岐管６，６′，６″及び６につな
がる集合筒８の吸気孔１１，１１′，１１″及び１
１のそれぞれに対し、１１，１１′及び１１″，
１１の中間に２つの超音波振動子１２，１２′
のリング振動子２１，２１′の中心が一致するよ
うに配置し、１つの振動子で２つの吸気孔に入る
燃料を微細化するようにしたものである。この構
成においては、２つの振動子１２，１２′は制御
信号（例えばエンジン回転数、点火時期、絞り弁
開度、エンジン負荷などの信号）５４を駆動回路
５５に入力し、この駆動回路５５の出力信号によ
つて同時に振動させられる。

第１６図および第１７図は２つの噴射弁を装着
した吸気管周辺の他の実施例を示す図であつて、
燃料通路板２６に二つの噴射弁１３，１３′を付
加し、それぞれの噴射弁１３，１３′の先端はリ
ング振動子２１，２１′の内壁にノズル部２８，
２８′より燃料を噴射させる構造とし、燃料噴射
はエンジンの吸気行程に合せて行うようにしたも
のである。第１７図は第１６図の断面図である
が、振動子１２，１２′はスペーサ２５に収納さ
れ、ノズル２８は上流側の燃料通路板２６からリ
ング振動子２１，２１′の中心に垂下している。
第１８図は第１７図をさらに拡大して示した図で
あつて、噴射弁１３から噴射された燃料は通路５
７を通つてノズル部２８に到達し、燃料通路５７
の管径より細く形成された先端５８から各リング
振動子２１に噴射され、噴射燃料が均等化される
ようになつている。

第１９図および第２０図は、１つのリング型超
音波振動子３１により２個のリング振動子２１，
２１′を励振する場合の実施例を示す図であつて、
リング型の振動子３１の側壁を貫通して円柱形状
のホーン５０を配置し、このホーン５０を当て板
５１，５１′を介してナツト５２，５２′によりリ
ング型超音波振動子３１に固着したもので、ホー
ン５０の両端にはリング振動子２１，２１′が溶
接により固定されている。この場合、リング型の
超音波振動子３１は半径方向に振動するので、こ
の振動は当て板５１，５１′を介して円柱ホーン
５０に伝わり、リング振動子２１，２１′に縦振
動として伝達される。このように構成によれば、
前期のランジユバン型振動子に比べその振動面を
円周方向の全面にとれるという利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、吸気の集
合筒と各吸気管との間に電気・機械変換素子を配
設すると共に、この電気・機械変換素子の端部に
固定され、一部が各吸気筒に露出する複数のホー
ンリング振動子を設け、このホーンリング振動子
の内壁に燃料を噴出して燃料を微細化して各気筒
に導くように構成したため、多点燃料噴射式エン
ジンの各気筒にも微細化燃料を供給してその不安
定燃焼の解消を図れ、しかも多気筒エンジンにお
いて２つのホーンリング振動子と１つの電気・機
械変換素子で対応が可能となる安価な構成で高出
力が得られるという効果を有し、さらに吸気慣性
が少ないアイドル運転時の燃費低減を図れるなど
の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したエンジン系統の一実
施例を示す全体構成図、第２図は吸気管内に装着
したリング振動子の構成の一例を示す図、第３図
は吸気管内に装着したリング振動子の構成の他の
例を示す図、第４図は燃料計量系を付加したリン
グ振動子取付け構造を示す図、第５図は第４図の
縦断面図、第６図はリング振動子の構造の一例を
示す図、第７図はリング振動子の構造の他の例を
示す図、第８図はａ〜ｃはホーンの構造の一例を
示す図、第９図は第８図ｂの縦断面図、第１０図
ａ〜ｃはホーンの構造の他の例を示す図、第１１
図は第１０図ｂの縦断面図、第１２図はリング振
動子とホーンの接続構造を示す断面図、第１３図
ａ〜ｃはホーンの構造のさらに他の例を示す図、
第１４図は第１３図ｂの縦断面図、第１５図は２
個の超音波振動子を装着した本発明の第３の実施
例を示す要部の構成図、第１６図は２個の燃料噴
射弁を装着した本発明の第４の実施例を示す要部
の構成図、第１７図は第１６図の断面図、第１８
図は第１６図の一部を拡大した図、第１９図はリ
ング振動子の他の例を示す図、第２０図は第１９
図の断面図である。 １……エンジン、２……吸気弁、３……点火プ
ラグ、４……点火コイル、５……クランク角セン
サ、６……吸気管、７……排気管、８……集合
筒、９……絞り弁、１０……絞り弁開度センサ、
１１，１１′，１１″，１１……吸気管孔、１２
……超音波振動子、１３，１３′……燃料噴射弁、
１４……圧力レギユレータ、１５……空気量セン
サ、１６……酸素センサ、１７……燃料タンク、
１８……ポンプ、１９……燃料フイルタ、２０…
…コンピユータ、２１，２１′……リング振動子、
２２，２２′，２２″，２２……燃料分配ノズ
ル、２４，２４′……振動子ホーン、２５……ス
ペーサ、２６……燃料通路板、２８，２８′……
ノズル部、２９……フランジ（陰極）、３０……
陽極、３１，３１′……電気・機械変換素子、３
３，３４，５０……ホーン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気通路に配置された集合筒と、該集合筒か
   ら各気筒に独立して分岐する吸気管と、該吸気管
   内に配置したホーンリング振動子と、該ホーンリ
   ング振動子に固定された電気・機械変換素子と、
   燃料噴射弁から燃料通路を介して前記ホーンリン
   グ振動子の内壁に燃料を噴射するノズルとを備え
   た自動車用多気筒燃料微細化装置において、前記
   ２つのホーンリング振動子を１つの電気・機械変
   換素子に連結して励振するツインアトマイザ構成
   とし、前記それぞれのホーンリング振動子を２つ
   の吸気管の間に配置し、１つの燃料噴射弁から２
   つのノズルに連通する分岐した燃料通路を設けた
   ことを特徴とする自動車用多気筒燃料微細化装
   置。