JPH0535269B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車用ガソリンエンジンなど電子
制御燃料噴射方式の内燃機関の係り、特に燃料噴
射弁に対してアトマイザを組合わせた内燃機関の
燃料供給装置に関する。

〔発明の背景〕

自動車エレクトロニクス化の進展に伴なつてエ
ンジンの電子化も進み、電子進角制御、電子燃料
噴射制御などが広く実用化され、ついでマイクロ
コンピユータの導入によつて、さらに高度な燃料
系、燃焼系に対する制御が実用化されるようにな
つてきた。

しかしながら、一方ではこれらの電子化方式に
も従来からの気化器方式のものに及ばない点があ
り、特にローコスト化、高信頼性化の面ではまだ
充分とはいえない。

ところで、電子燃料噴射方式を適用した場合の
ローコスト化については、まず噴射弁の装着数を
減らすことが考えられ、ついで噴射弁に対する燃
料の供給圧力を下げ、燃料ポンプの容量が小さく
て済むようにすることが考えられる。

しかしながら、噴射弁の個数を少くした場合に
は、各気筒に対する燃料供給の均等化を図る必要
上、吸気管の入口部分を絞り、ここに集合部を形
成させなければならないため、吸気抵抗の増加を
もたらして機関の高出力化が困難になつたり、噴
射弁の異常が直ちに機関の停止につながるため、
信頼性の面で問題を生じるなどの欠点がある。

一方、このように噴射弁の個数を減らした場合
での各気筒に対する燃料供給の均等化のために、
超音波微粒化装置、いわゆるアトマイザを用い、
噴射された燃料の霧化を促進する方法が、例えば
特開昭53−109618号公報などによつて提案されて
いる。

第１図はこのようなアトマイザを備えた内燃機
関の従来例で、エンジン１のピストン２がシリン
ダ３の中を上下動すると、それに応じて吸気弁４
が開閉し、エアクリーナ５から吸気管６と絞り弁
７との開口部を通つて空気が燃焼室８に吸入され
る。そして、このとき、絞り弁７の下流側に配置
されている噴射弁９から燃料が噴射され、それが
アトマイザ１０のリング１１によつて微粒化され
て吸入空気流に乗り、混合気となつて燃焼室８の
中に導入される。なお、アトマイザ１０のリング
１１は例えば圧電素子などの超音波振動駆動部１
２によつて振動させられている。また、吸気管６
の下流部分１３は、いわゆるマニフオールドとな
つていて、各シリンダに混合気が均等に配分され
るようになつている。

制御回路１４はマイクロコンピユータを含み、
図示してない吸入空気量流センサ又は吸気負圧セ
ンサや冷却水温センサ１５、クランク角センサ１
６、O₂センサ１７、絞り弁開度センサ１８、そ
れにアクセル開度センサ１８などから、吸入空気
流量、エンジン温度、エンジンの回転速度及びク
ランク位置、排気管２０内の排ガス中における残
存酸素濃度、絞り弁の開度、アクセルペダル２１
の踏み込み量など各種のデータを取り込み、内部
のメモリなどに予じめ設定されている各運転条件
における吸入空気流量、燃料供給量、点火進角量
などと比較し、それらが適切な状態となるように
噴射弁９や絞り弁アクチユエータ２２、それに点
火コイル２３に制御信号や動作信号を供給する。
そして、これにより運転者によるアクセルペダル
２１の踏み込み量に応じて常にエンジンが最適な
運転状態となるように制御する。なお、２４は分
配器、２５は点火栓である。

噴射弁９は制御回路１４から供給されるパルス
信号によつて間欠的に開弁動作するが、この噴射
弁９に対する燃料の供給は次のようにして行なわ
れる。即ち、燃料タンク２６の燃料送出管にフイ
ルタ２７と燃料ポンプ２８を設け、燃圧レギユレ
ータ２９によつて調圧されて所定の一定圧力とな
つた燃料が噴射弁９に供給されるようになつてい
る。なお、燃圧レギユレータ２９からオーバーフ
ローした燃料な燃料タンク２６に戻される。

アトマイザ１０の駆動部１２には制御回路１４
から高周波交流（例えば数10KHz）の駆動電圧が
供給され、噴射弁９から噴射された燃料の微粒化
を行なうようになつている。

従つて、この従来例によれば、混合気の各気筒
に対する配分の均等化が一応可能になり、エンジ
ンの性能をかなりの程度高めることができる上、
噴射弁が１個で済むため、アトマイザの付加によ
るコストアツプを差引いてもかなりのローコスト
化が可能になる。

しかしながら、この従来例では、噴射弁１個な
ため、高出力エンジンに対しての適用が困難であ
り、かつ噴射弁の異常に際しての信頼性が充分に
得られないという問題点がある。

そこで、噴射弁の個数を、エンジンの気筒数よ
りは少なくしながら２個以上用いる方法が考えら
れる。

ところが、この方法のように噴射弁を２個以上
用いるようにすると、これに伴なつてアトマイザ
の個数も増加するため、充分なローコスト化が得
られなくなつてしまうという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、噴射弁を２個以上用い、これにアトマイザを
組合わせてエンジの高性能化を図つても充分にロ
ーコスト化が可能な燃料供給装置を提供するにあ
る。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、アトマイ
ザを複数個設けた場合、それらのうちの２個のア
トマイザごとに超音波振動駆動部を共通に設けた
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による内燃機関の燃料供給装置に
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例で、本発明を４気筒
エンジンに適当した場合について示しており、従
つて、４個の気筒３−１，３−２，３−３，３−
４が示されている。そして、これらの気筒のう
ち、３−１と３−２、それに３−３と３−４が対
をなすようにし、気筒３−１と３−２に対しては
吸気管６Ａ、絞り弁７Ａ、噴射弁９Ａ、アトマイ
ザリング１１Ａ、マニフオールド１３Ａにより吸
入系を構成し、気筒３−３，３−４に対しては吸
気管６Ｂ、絞り弁７Ｂ、噴射弁９Ｂ、アトマイザ
リング１１Ｂ、それにマニフオールド１３Ｂによ
り吸気系を構成したものであり、かつ絞り弁７
Ａ，７Ｂは共通の軸に取付けられ、さらに、アト
マイザ１０の超音波振動駆動部１２が２個のアト
マイザリング１１Ａ，１１Ｂに対して共通に設け
られており、このため、アトマイザ１０が問えば
ツインアトマイザとでも呼ぶべき構造となつてい
る点で第１図の従来例と異なつたものとなつてお
り、その他の点は第１図の従来例と同じである。
なお、３０は２系統の吸気管６Ａ，６Ｂにエアク
リーナ（図示してない）からの空気を導入くるコ
レクタであり、３１はエアフローメーター（吸入
空気流量計）である。

噴射弁９Ａ，９Ｂはそのノズル管９０が吸気管
６Ａ，６Ｂ内に長く延長されており、アトマイザ
リング１１Ａ，１１Ｂに設けられている孔１１０
からリングの内側まで挿入されるようになつてい
る。そして、このノズル管９０の側面に複数のノ
ズル孔が設けられており、これにより噴射弁９
Ａ，９Ｂから噴射された燃料は直接、アトマイザ
リング１１Ａ，１１Ｂの内面に射突し、微粒化さ
れたようになつている。

エアクリーナを通つてコレクタ３０の中に導入
された空気は、それぞれの吸気管６Ａ，６Ｂに分
流され、それぞれの絞り弁７Ａ，７Ｂにより流量
制御された上でそれぞれのマニフオールド１３
Ａ，１３Ｂに流入し、ここでさらにそれぞれの気
筒３−１，３−２と３−３，３−４に分配供給さ
れる。そして、このとき、それぞれの噴射弁９
Ａ，９Ｂとアトマイザリング１１Ａ，１１Ｂによ
つて微粒化された燃料がそれぞれ独立に供給さ
れ、混合気が得られるようになつている。

従つて、この実施例によれば、噴射弁を２個用
いてエンジンの高出力化、高信頼化が得られるよ
うにしたにもかかわらず、アトマイザ１０が２個
のリング１１Ａ，１１Ｂに対して共通部分の多い
ツインアトマイザとなつているため、充分なロー
コスト化を得ることができる。

また、この実施例では各吸気管６Ａ，６Ｂの下
流側でマニフオールド１３Ａ，１３Ｂによる分岐
数が２となつており、従つて、燃料の噴射位置か
らみてそれぞれの分岐が対称になり、この結果、
アトマイザの効果も併わせて極めて良好な分配特
性を与えることができる。

さらに、この実施例によれば、各噴射弁９Ａ，
９Ｂから噴射された燃料のほとんど全てがそのま
まアトマイザリング１１Ａ，１１Ｂに直接衝突
し、そのため吸気管６Ａ，６Ｂの内壁面に付着す
る燃料が極めて少く、従つて燃料の微粒化が充分
な上、Ａ／Ｆ（空燃比）制御に遅れを生じないよ
うにすることができる。

第３図は本発明の一実施例における噴射弁のノ
ズル部分とアトマイザリングとの関係を詳細に示
したもので、細管状のノズル部分９０にはアトマ
イザリング１１の内周に面した方向に開孔した噴
出口９１が所定数設けてあり、噴射弁９が開弁さ
れると、加圧された燃料が噴出口９１から噴出さ
れ、リング１１の内周面に直接衝突するようにさ
れる。なお、この第３図では第２図と異なり、噴
射弁９と軸とアトマイザ１０軸とを直角に配置し
た場合について示してある。

第４図ａ，ｂは本発明の他の一実施例で、噴射
弁９は普通の形式のものを用い、その噴射口をア
トマイザリング１１の外周面に接近させて設け、
アトマイザリング１１に設けられている孔１１０
からリング１１の内側に燃料が噴射されているよ
うにしたものである。従つて、この実施例によれ
ば、燃料の微粒化が充分に得られる上、特殊な噴
射弁が不要なため、ローコスト嗅がさらに可能に
なる。

次に、第２図の実施例における２個の噴射弁９
Ａ，９Ｂの制御について説明する。

第５図は第２図を書き直したもので、４個の気
筒のうち第１気筒３−１と第２気筒３−２に対し
ては噴射弁９Ａから燃料が供給され、第３気筒３
−３と第４気筒３−４に対しては噴射弁９Ｂから
燃料が供給されるようになつている。そこで、各
気筒が吸気工程に入つたときの吸気開始タイミン
グで燃料の噴射を行なわせるとすれば、第６図に
示すタイミングで噴射が行なわれることになり、
このときには第７図に示すような制御パルスが制
御回路１４から各噴射弁９Ａ，９Ｂに供給される
ことになる。なお、この第６図に示すようなタイ
ミングでの噴射を吸気同期噴射という。

ところで、この吸気同期噴射によると、第７図
から明らかなように、各噴射弁９Ａと９Ｂとがそ
れぞれ続いて噴射タイミングをもつことになる。
即ち、噴射弁９Ａではパルスａ，ｂと続いて噴射
し、噴射弁９Ｂではパルスｃ，ｄと続いて噴射し
ている。

一方、第８図に示すように、各噴射弁９Ａ，９
Ｂが必ず交互に噴射するように定める方法もあ
り、この噴射方式を隔別分射という。なお、この
第８図に示す隔別噴射によると、各気筒の行程と
の関係は例えば第９図のようになつて全ての気筒
の吸気工程の開始タイミングにおいて必ず噴射を
行なわせることはできなくなる。

ここで、噴射弁９Ａ，９Ｂに対する制御パルス
の幅ｔと、これに対する燃料供給量Ｑとの関係を
示すと第１０図のようになつている。

そこで、吸気同期噴射を採用した場合には、エ
ンジンの負荷が大きく、かつその回転速度が大に
なつている運転領域では第１１図に示すように各
噴射弁９Ａ，９Ｂに連続して入力される制御パル
スａ，ｂ及びｃ，ｄの間隔が狭くなり、甚だしく
場合にはこれらの制御パルスに間隔が無くなつて
しまうことすら起り得ることになり、第１２図に
示す隔別噴射の場合に比して正確な制御を行なう
のが困難である。

一方、この吸気同期噴射では、各気筒に対する
燃料供給タイミングが最も望ましい状態となつて
いる。

そこで、このような噴射弁の制御方式として
は、エンジンの運転領域をその回転速度によつて
低速領域と高速領域とに分割し、低速領域では吸
気同期噴射方式で動作させ、高速領域では隔別噴
射方式で動作させるように切換制御を適用するの
が望ましく、これによれば同じ能力の噴射弁を用
いながら低負荷、高負荷いずれの運転領域でも常
に正確な燃料供給制御が得られ、エンジンの高性
能化が用意に得られる。

次に、第１３図は噴射弁９（９Ａ又は９Ｂ）に
対する駆動回路の一実施例で、９Ｃは噴射弁の駆
動コイル、４０，４１はスイツチング用のパワー
トランジスタ、４２，４３は電流制限用の抵抗、
４４，４５はオア回路として機能するダイオード
である。

既に第７図及び第８図で説明したように、制御
回路１４（第１図）から噴射弁に対して出力され
る制御パルスは、一般に各気筒ごとに独立したパ
ルスとなつている場合が多い。そこで、この第１
３図に示す駆動回路を用いれば、２系統の制御パ
ルスにより１個の噴射弁を制御することが容易に
できるようになるる。

第１４図は本発明におけるツインアトマイザの
一実施例で、図において、５０Ａ，５０Ｂは電歪
素子などからなる振動素子、５１は中心電極、５
２は端子、５３Ａ，５３Ｂはホーン、５４Ａ，５
４Ｂは外側電極を兼ねたフランジである。

中心電極５１と各フランジ５４Ａ，５４Ｂとの
間に高周波電圧（上記したとおり数10KHz、例え
ば20〜30KHz）を印加すると、各素子５０Ａ，５
０Ｂが厚み振動し、この振動が各ホーン５３Ａ，
５３Ｂによりインピーダンス整合と振幅拡大が行
なわれて各アトマイザリング１１Ａ，１１Ｂに伝
達されるようになつている。なお、中心電極５１
は各振動素子５０Ａ，５０Ｂで発生した振動を反
射する働きをもしており、効率的にリング１１
Ａ，１１Ｂを振動させるために必要なものであ
り、かつ、この電極５１の厚みを所定値とするこ
とにより各リング１１Ａ，１１Ｂ間の距離調整を
行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、エンジ
ンの気筒数より少ない個数の噴射弁を用いなが
ら、エンジンの高出力化や高信頼性化を充分に得
ることができるから、従来技術の欠点を除き、効
果的にローコスト化を行なうことができ内燃機関
の燃料供給装置を容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアトマイザを用いた内燃機関の従来例
を示す全体構成図、第２図は本発明の一実施例を
示す部分構成図、第３図はアトマイザの一実施例
を示す一部拡大図、第４図ａ，ｂはアトマイザの
他の一実施例を示す平面図と側面図、第５図は動
作説明用の概略図、第６図は噴射タイミングの一
例を示す説明図、第７図及び第８図は制御パルス
の状態を示すタイミングチヤート、第９図は噴射
タイミングの他の一例を示す説明図、第１０図は
噴射弁の特性図、第１１図及び第１２図は制御パ
ルスの波形図、第１３図は噴射弁駆動回路の一実
施例を示す回路図、第１４図はツインアトマイザ
の一実施例を示す正面図である。 ６Ａ，６Ｂ……吸気管、７Ａ，７Ｂ……絞り
弁、９Ａ，９Ｂ……噴射弁、１０……アトマイ
ザ、１１Ａ，１１Ｂ……アトマイザリング、１２
……超音波振動駆動部、１３Ａ，１３Ｂ……マニ
フオールド、１４……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数対の吸気流通路にそれぞれ燃料噴射弁と
   超音波微粒化装置を備え、これら複数の超音波微
   粒化装置に対する超音波振動駆動部を各対毎に共
   通に設けた多気筒内燃機関において、上記超音波
   微粒化装置が、中心電極と、この中心電極を挾ん
   で両側に位置する１対の振動素子と、これら１対
   の振動素子を挾んで両側に位置する１対の外側電
   極と、これら外側電極を挾んで両側に位置する１
   対のホーンと、これらのホーンのそれぞれの先端
   に形成された振動リングとで構成され、上記燃料
   噴射弁がそれぞれ上記振動リングの内側に燃料を
   噴射するように設置されていることを特徴とする
   内燃機関の燃料供給装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記内燃機
   関が４気筒機関であり、かつ上記複数対の供給流
   通路がそれぞれ２気筒づつに共用される２本の供
   給管で構成されていることを特徴とする内燃機関
   の燃料供給装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項において、
   上記燃料噴射弁の動作方式を、内燃機関の回転速
   度に応じて吸気同期噴射方式と隔別噴射方式とに
   切換制御するように構成したことを特徴とする内
   燃機関の燃料供給装置。