JPS58150065A

JPS58150065A - 内燃機関の噴射燃料微粒化装置

Info

Publication number: JPS58150065A
Application number: JP3092082A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nomura; 健野村; Michihiro Ohashi; 大橋　通弘
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1982-03-01
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1983-09-06

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】この発明は内燃機関の燃料噴射装置の噴射燃料微粒化装
置に関する。特に噴射燃料を振動エネルギにより微粒化
させる装置に関する。

従来から、公知のＥＦＩ（電気式燃料噴射システム）に
おいては、インジェクタと呼ばれる燃料噴射ノズルが提
供されている。またこのノズルは−ｍには、燃料ポンプ
により圧送された燃料を定められた時間で一定量の燃料
を噴射する様に電気信号により作動する電磁弁と燃料流
出オリフィスを持っていて、流出オリフィスより流出し
た燃料が約２０°という狭い角度の広がりで内燃機関の
吸気官へ噴射され、かつ、約１００論のｌ１ｌｌｌで、
吸気官と内燃機関の燃焼室をさえぎっている吸気弁に衝
突する様に配置されている。

ノズルから噴射された燃料は一般にはある程度の広がり
を持ち、しかも噴射後ある程度時間が立った時に噴射さ
れた燃料はそのすべてが量も微粒化するといわれる。こ
れとは矛盾するかの樺に上記位置にノズルを配置してい
るのは、次の樺な理由による。

燃料の広がりを狭い角度で押えなくてはならないのは、
噴射燃料が吸気官へ付着するのを防止するためが１つの
理由であり、かつ、内燃機関の応容性を増すために、吸
気弁との距離を約１００鶴以上とれないことが１つの理
由である。

このことから、明らかであるが、従来のノズルがその要
求性能すべてを生かしきれなくて燃料は充分微粒化しな
いままで、吸気弁へ衝突しているのである。このため、
内燃機関の曖機がまだ充分でない時は、吸気弁への燃料
の付着がはげしく、吸気弁での多量の付着燃料は液膜状
態となり吸入行程によって吸気弁が開き、燃焼−室へ前
記液膜状態の燃料が不規則にながれこむなどして、内燃
機関にとって適正な空気燃料比を保つことができなくな
る。

このため内燃機関の冷却水や排気ガスを利用し混合吸気
を加熱して燃料の気化を促進する方法がある。しかしな
がら、これらは燃料気化促進が最も要求される冷開始動
時などにおいて温度が低いため、充分な効果が得られて
いない。また、液膜発生のため冷間時運転状態において
は適正な燃料が、送り込まれないため暖機後状態で計算
調量された燃料量では当然内燃機関の日清な運転には、
不充分な量となる。このため従来の対籟として補償的に
多量の燃料を噴射する様に制御されるのであるが、その
かわり、有害排気ガスの多量排出や燃費悪化などの現象
が生じているのである。

そこで、この発明は冷間始動時などにおいて、液膜を生
ずる原因であるノズルからの噴射燃料の瞬時の微粒化を
行い、吸気弁到達時には、吸気分付着を防止し吸入空気
に乗って燃焼室へ送り込まれる様な充分な微粒化を行う
ことを目的としている。そのために、交流電気を印加す
ることで、固有の共振周波数で呼吸振動する中空円筒振
動子をインジェクタの噴射口と連結して配設しその中心
軸と噴射ノズルからの噴射中心軸を略一致させ、中心軸
上に収来する振動エネルギでもって燃料を強制分裂させ
、微粒化を計るものである。

前記中空円筒振動子は、チタン酸バリウム（一般名ＢＴ
）やジルコン酸チタン酸鉛（一般名ＰＺＴ　）を主成分
としたセラミックの、電歪性を応用したもので、このセ
ラミック（ＢＴ、　ＰＺＴ　）はその製造過程において
、中空円筒体の外周面と内周面に対向電極を設けて、か
つ、この対向電極間に厚さ１１当り２０〜１００ＯＫＶ
の直流電圧を徐々に加え電気的な歪を起こさせる。（す
なわち分極という分極後には、上記直流電圧を取り除い
ても、残留分極が残り、交流電圧を印加することにより
、内面側は中心軸方向へ外面側は外方向へと固有の共振
周波数で振動する。（呼吸振動という。）この共振周波
数は、材料や円周長及び平均半径など諸寸法によって定
める定数（例えば、ＰＺＴの場合平均半径を代表寸法と
した時１０００Ｈ２，ｍ・・・周波数定数）によって共
振し、円筒の厚みを変化させる。−例として、ＰＺＴを
用いた中空円筒振動子の呼吸共振周波数をもとめると円
筒内径１０ｆｉ円筒外径１５鶴とした時平均直径は１２
．５ｍｍ　（＝０．０１２５ｍ）であるから、８０ＫＨ
ｚとなる。すなわち、中空円筒は８０ＫＨｚの共振周波
数で、その直径を大きくしたり、小さくしたり呼吸振動
するわけである。

この結果、中空円筒の内部には内周面の振動による振動
エネルギ（すなわち空気中ならば空気の、水中ならば水
の疎密波・・・音波）が発生する。この時、音波の収来
が、中空円筒の中心軸上になる様に各寸法を定めれば、
中心軸上には、強力な振動エネルギが集中することにな
る。よって、上記の様に製作された、中空円筒の振動子
の中心軸をノズルから噴射される燃料の中心軸に略一致
させれば、前記の様に発生下輪力な振動エネルギは未だ
完全な微粒とはなっていない燃料に集中されて強制分裂
を起こさせる様に働く。

したがって、この振動子を燃料微粒化装置として用いれ
ば、冷開始動時であっても、燃料が、中空円筒の略中心
軸の一端に到達した瞬間に、強制分裂が始まり、かつ、
集中中心軸上を通り過ぎる間に完全に微粒化してしまう
、また、振動の開始は通電によって遅れなく、すなわち
、目的とする瞬時微粒化の効果が期待できる。

以下図面により本発明の一実施例について説明する。内
燃機関１はシリンダヘッド１０．吸気弁６、ピストン３
によって形成される燃焼室２を持っている。吸気弁６は
、吸気室１１の通路８の終端部に位置しており、内燃機
関１の吸入による空気は、通路８の上流側８ａより流れ
て来る。該通路８には、吸気室１１より本考案の噴射燃
料微粒化装置２１を介して、燃料噴射弁１８が取り付け
である。なお、燃料噴射弁１８の作動は、公知の電気回
路１９により駆動され、また同様に公知の燃料供給系２
０により燃料の供給をうけ、噴射口１８ａより定められ
た燃料を噴射する。これらの詳細な構成は、例えば、ト
ヨタエンジン解説書などに詳しく示されているため、こ
こでは、省略する。

一般には燃料噴射弁１８は吸気弁６の筒部７に向けて設
置されておりその距離は約１００ｍである。すなわち、
電気回路１９により噴射信号により燃料噴射を行った場
合、実施例による噴射燃料微粒化装置２１のない時、噴
射燃料はほぼ直線的に吸気弁６の筒部７もしくは、シリ
ンダヘッド１０の吸気弁近傍１３に衝突してしまう、も
ちろん暖機においては、前記筒部７もしくは吸気弁近傍
１３は暖まっており、燃料は瞬時に気化して支障はない
、ところが、冷開始動時やその後の暖機過程中の内燃機
関ｌにおいては、前記筒部７や吸気弁近傍１３は、吸入
空気によって冷やされることもあって、はぼ大気温と同
等の温度となっている。すなわち、この時噴射燃料は液
膜を形成し、筒部７や吸気弁近傍１３に滞留するのであ
る。

ここで、吸気室１１に燃料噴射弁１８と同時に取り付け
られている噴射燃料微粒化装置２１について詳細に説明
する。この噴射燃料微粒化装置２１は、アルミニウム製
のケーシング１４、中空円筒状の振動子１５、絶縁材で
被われたリング状振動子固定部材１４ｂ、振動子１５に
焼きつけられた電極２２．２３、電極２３に取り付けさ
れケーシング１４を通り、かつ、吸気室１１を通り内燃
機関１の外部へ取り出されたリード線２５、電極２２に
取り付けされケーシング１４とも取り付けられたリード
線２４及びケーシング１４の吸気室１１の外部へ出た端
部１４ａにろう付けしたリード線あまたリード線２５と
吸気室１１、ケーシング１４とのシ四−トを除くための
絶縁チューブｚ゛゛７、ケーシング１４と吸気室１１と
のシー−トラ除り絶縁リング１６、リング状振動子固定
部材１４ｂとケーシング１４と絶縁リング１６を吸気室
１１ヘシ四−トせず固定するための絶縁材で作ったボル
ト２８、燃料噴射弁１８を中心軸Ｙ’−Ｙ上にＹ′方向
からの押圧力で絶縁リング１６とともに支持及びシール
の役目を果すリング状ガスケット１７により構成されて
いる。前記振動子１５は図３に示される如く中心軸に対
し、半径方向ｘ−ｘ　’の呼吸振動を利用するため、中
空円筒状の形状をしている。外側への振動。Ｘ′は、噴
射燃料微粒化装置２１のスペース３０により無効振動と
しており今回は使用していない。

また、この振動子１５は、例えばＰＺＴ（シリコン酸チ
タン酸鉛）等の電歪性のセラミックでできており、かつ
、その内外面には、それぞれが、振動子１５の内部を通
じ、電気的に結合された電極２２．２３が焼き付けられ
ている。電極２２はリード練２４．ケーシング１４．ケ
ーシング端部１４ａ、リード線２６を通じ外部へ引き出
されている。電極２３は絶縁チェーブ２７を通しリード
線２５で外部へ引き出されていく。このリード線２２．
２３を通し正負交互に周波数定数から計算される共振周
波数を持った電圧を振動子１５に印加すると数μの振幅
を持って共振周波数でｘ−ｘ　’方向へ呼吸振動を起こ
す。

また、この振動子１５の中心軸Ａは、振動子１５の内面
電極２２表面で発生した振動エネルギが集中する所であ
る。また、中心軸Ａは、噴射燃料微粒化装置２１の中心
軸と一致しており、かつ、燃料噴射弁１８の中心軸とも
一致してＹ’−Ｙ軸を構成している。このＹ”Ｙ上に燃
料噴射孔１８ａが存在する。すなわち、燃料噴射孔１８
ａから噴射された燃料は振動子１５の中心軸Ａ上に到達
すると、振動子１５の内面側電極２２で発生した振動エ
ネルギの集中を受け、瞬時にして強制分裂され、微粒化
し噴射燃料微粒化装置２１の出口３１から噴射される。

さて、内燃機関ｌにはウォータジャケット４が設けられ
ており、ウォータジャケット４内には水５が満たされて
いる。このウォータジャケット４には、その水５の温度
を検知して、該水温が（イ）。

以上でオフ（ＯＦＦ）になる水温センサ３２（例えばバ
イメタル式）が設けられており、この水温センサ３２の
端子３３は前記リード線２５．２６が接続される交流型
ｆｉａ５のメインスイッチあとリード線３４によって接
続される。

交流型ｆｉ３５は振動子１５とのインピータンス整合を
図った回路３７と出力エネルギを決定する電力増幅回路
３８と振動子１５の共振周波数で発振する発振回路３９
とから構成されている。また電力増幅回路３８には、一
般には内燃機関ｌは直流電圧出力のバッテリ４１を部品
としてしか持っていないため、この直流より交流増幅す
るコンバータ４２が含まれる。これらの整合回路３７、
電力増幅回路３８、共振回路３９は振動子１５のインピ
ータンス、共振周波数出力などの緒特性によって従来公
知の電源回路の組み合わせにより製作できる。

上記構成において、キースイッチ４０と交流型ｆｉ３５
のメインスイッチ３６は連動している。

キースイッチ４０オン（ＯＮ）により内燃機関ｌは始動
する。この時同時にメインスイッチ３６もオン（ＯＮ）
となり、しかも始動直後であるためウォータジャケット
４内の水５の温度は大気温と同時であって水温センサ３
２の接点はオン（ＯＮ）となっているため、バッテリ４
１より交流電源おへ通電が開始されると同時に振動子１
５は交流型ｊ１３５から交流電気をリード線２５．２６
から供給され振動を開始する。この間は瞬時である。す
なわち、内燃機関１の始動と同時に燃料噴射弁１８から
噴射された燃料は振動を開始した振動子１５の中心軸上
Ａに到達し、振動子１５の共振周波数による振動エネル
ギの影響をうけて、瞬時に微粒化される。

一方、大気から吸入され図示していないスロットル弁を
通った空気は、吸気室１１の上流側通路８ａから通路８
を通り導入される。振動により完全に微粒化した燃料粒
は噴射口３１より噴き出しその燃料粒の慣性力の小ささ
により、前記吸気通路８を通る空気に乗って完全に燃焼
室２へ送り込まれ、空気燃料比が正確に設定でき、有害
排気成分の増加、燃費の悪化の不具合なく、良好な運転
性が確保できる。

ところで、暖機運転がすすみ、ウォータジャケット４内
の水温が上昇し６０℃に達すると、水温センサ３２の接
点はオフ（ＯＦ　Ｆ）となる。このため、交流電源３５
のグランド回路は遮断され、振動子１５へは、もはや通
電されず、振動を停止する。しかし、この時吸気室１１
．吸気弁近傍１３は、ウォータジャケット４内の水５に
よって暖められており、かつ、吸気弁６．吸気弁筒部７
は燃焼室２から３の熱を受は燃料はどこにぶちやくして
もすぐ気化してしまうので問題はない。

なお、内燃機関ｌの始動後、噴射燃料微粒化装置２１に
通電される時間は３〜５分で充分でありまた電力は約５
０Ｗであり電力的に大きな負衡とはならない。

なお、前記実施例は単一の中空円筒形の振動子を用いた
が、もちろん複数個のとい状の振動子（第３図（ｂｌに
示す）を組み合わせて円筒形にしてもよい、また、前記
円筒形状を噴射方向に広がる縦断面が台形的な円錐台筒
形状（第３図（ｅ）に示す）でもよい、この場合は振動
エネル、ギーは中心軸上に集束するが噴射方向にベクト
ルを持つことになり燃料の加速による微粒化も期待でき
る。

以上述べたように本発明によれば内燃機関の暖Ｎ機中に噴射された燃料は効率よく微粒化されてシリンダ
内に吸入されるため燃料が効率良く使われることになり
燃料の向上と、かつ、有害ガス排出量も低減するという
優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の実施例を示す全体概略図、第２図は本実
施例の噴射燃料微粒化装置に通常のＥＦＩインジェクタ
を装着した詳細図、第３図（８）は本考案に用いられる
ＰＺＴの振動子、山）は第２実施例の振動子、ＩｃＩは
第３実施例の振動子、第４図は制御回路をそれぞれ示す
。ｌ・・・内燃機関、２・・・燃焼室、３・・・ピストン
、４・・・ウォータジャケット、６・・・吸気弁、７・
・・吸気弁筒部、８・・・吸気通路、１１・・・吸気管
、１４・・・ケーシング、１５・・・振動子、１８・・
・インジェクタ、２１・・・噴射燃料微粒化装置、３１
・・・噴射口、３２・・・水温センサ、３５・・・交流
電源、３６・・・メインスイッチ、３７・・・整合回路
、３８・・・電力増幅回路、３９・・・発振回路、４０
・・・キースイッチ、４１・・・バッテリをそれぞれ示
す。代理人弁理士　間部　隆第２図Ｙ′ 第３図（ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）Ｘ′ （Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内燃機関の吸気官に電磁式燃料噴射弁により燃料
を噴射する形式の燃料噴射装置において、固有の共振周
波数で振動する中空円筒状の振動子を前記電磁式燃料噴
射弁の噴射軸と略一致させ前記電磁式燃料噴射弁の噴射
口の一部を包み込むよう配置させてなる内燃機関の噴射
燃料微粒化装置。
（２）前記振動子は交流電気を印加させることにより共
振を起すセラミック材よりなる特許請求の範囲第１項記
載の内燃機関の噴射燃料微粒化装置。
（３）前記振動子は複数のとい状または円錐台形状より
なる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の噴射燃料微
粒化装置。