JPS58158366A - 励振式燃料供給装置 - 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】 自動車、燃焼器等の燃料供給系は正確な燃料量を計量す
ることが要求されており、連続的な燃料計ｔＫはオリフ
ィス、ジェット類が用いられ、間欠的１に燃料計量につ
いては電磁ソレノイド弁が用いられている。いずれの燃
料計量方法においても、種々の計量精度向上策が工夫さ
れ実施されているが、燃料を燃焼させることを考慮し九
場合、１董精度の向上の他に１空気と燃料を均一に混合
させ為必要が生じてくる。

燃料の微粒化に＠する技術には、従来、補助空気を導入
して、空気適度を利用し九微粒化方式、回転円板に噴射
して微粒化する方式、超音波振動等を利用し先方式など
があるが、いずれの場合も補助空気源の供給限界条件の
存在、遠心力による瀘滴初遮ｔｏ増大による壁面付層の
増加、燃料処理量の限界などが存在し、実用に供される
障害となっていた６本発明はかかる情勢の中で、燃料圧
力、バネ及び管径、管長等圧よって振動が定まる自励振
−弁に着眼し、燃料圧力が低く、かつ低質な燃料（気化
性が悪い、粘性が高い等）を使用しても、充分燃料が微
粒化する新規な燃料供給系を提案するものである。

本発明は自動車、燃料器等の燃料供給系に係わ勧、籍に
低圧力の燃料供給系の燃料微粒化の向上を具現化する有
効な手段を提供するにある。

低い圧力で燃料を供給するシステムでは、燃料自身が持
つ運動エネルギでは、そのレベルが低いため、衝突、旋
回などによって微細化することが困難であり、他からエ
ネルギを導入することが生じる。本発明のポイントは可
聴範囲で励振する音響用スピーカー、または超音波振動
発生器に着目し、自励振動弁の振−弁部と上記励振器を
一体構造とし、燃料吐出と同時に弁を励振させて燃料微
細化を達成するところにある。

第１図は自動振動弁の断面図である。燃料導入口１より
流入した燃料は管２（長さ、管径は適宜選定する必要が
ある）を介して弁６に到達する。

燃圧が低いとげね３の力が打勝ち弁座４との＋１Ｊｌｌ
Ｋ間げきができない。燃圧が高まるとげね３に打勝って
燃料が吐出口５より吐出される。このとき、ばね３　管
２の長さ、径を選定すると自励振動が発生する。第２図
に弁、弁座の拡大図を示すつ各箇所の寸法、圧力、重量
、ばね定数を第２図のごとくに定めるつまた弁が全閉し
た時の管内圧力をＰ、とすると、この弁が自励振動を継
続するための条件は、 で示される。ここで１は管内の圧力波の伝播速度である
。

したがって、燃圧Ｐ１を低くしても弁６の質量ｍ１ばね
３の定数及び吐出口までの管路距離ｔを適宜選定すれば
励振は持続することになる。

しかしながら第３図に示すごとく、燃料流量を変化して
も共振点は不変であるが、共振周波数は高々ｌ〜１．！
ｉＫＨ！である。したがってエンジンの場合について考
えると、−吸気行程の時間は１０１００−ｌｏで変化す
るから、共振周波数がＩＫＨＸの時には１０回しか弁は
振動しない。燃圧を変化さ讐た場合の自励振−弁の弁の
振動数は第４図に示すごとくになる。すなわち、燃圧が
低下するにつれて共振周波数も低下する傾向がある。

前述したごとく、慾科供給圧が低下すると、管長ｔによ
って異なるが、共振周波数は低がる。すなわち、−徴気
行楊中の自励振動弁の振動回数は１〜２回となり、振動
による燃料徽粒化は期待できない。

燃圧を賛えた場合の管内圧力、噴霧の状況について、具
体的な例を第５図、第６図に示す。

第５図（１）は平均の燃圧が嵩い場合で圧力波形の変化
は小さくかつ圧力が零まで低下していない。

これに対して、平均燃圧が低い０）の場合は圧力波形の
変化幅は大きく、圧力が零近くまで低下するので、液体
に与えられる速度は低圧でも高い場合が存在し、微粒化
が促進することが考えられる。

この場合の燃料の微粒化状況を高速度写真で見ると第６
図のごとくになっている。すなわち、第５図（１）Ｋ相
当する第６図（１）では燃料人はほぼ連続流に近く帯状
に連らなったものとなり、燃圧の低い（２）では、燃料
は切れて、微細は噴流となっている。

このときの管径、管長、ばね定数、ばねのセット荷重は
それぞれφ４〜φ６．５６〜１２６ｗｘ、　９０〜１５
０ｇ／■、６０〜１２０ｇの各値の範囲内だと燃圧がα
７〜１．６ｋｇ／ｍ”で自動振動弁の弁が励振する。

しかして、第４図に示した通り燃圧が低下するにつれて
、自動振動周波数は低下することが考えられ、上記のと
と〈　燃圧が低下しても励振する条件がかわっても、振
動周波数が低下すると燃料の微粒化を確保することが困
難になる。

本発明はこの不具合を解消する丸め、第７図に示すごと
く、新規な噴射弁を提案する。すなわち噴射弁７は燃料
を吐出する弁６、弁座礁、吐出口５、ばね３を有し、ば
ね３で可動円筒８を押し上ケルう可動円１１１８にはス
ピーカーのムービングコイルと同様なコイル９が外筒に
まきつけられ、円環磁極１０、センター磁極１１で形成
される細間隙に挿入されている。コイル９に電流が流れ
ると、モータの原理と同４１１Ｋして、可動円筒８に下
向きの力が発生し、弁６を下方に押すことになる。し九
がって、コイル９Ｋｌす電流を制御すれば弁６を適当な
周波数で振動することができる。

すなわち、燃料導入口１より導入された燃料は燃料溜り
室１３内に入り、ばね３に打勝って、可−円筒８、弁−
を押し下げて燃料吐出口５より燃料を吹屈する。ばね３
の定数、セット荷重をａ宜選定すれば、弁６はある周波
数で自励振動を継続する、ここで　可動円筒８に巻きつ
けたコイル９に３〜５ＫＨ２の周波数で電流を通電せし
めると、可動円筒８はほぼ同じ周波数で励振される。し
九がって、弁６庁従来の燃圧、ばね系等によって発生し
た自励振動に、強制振動が重畳し、励振が増強さ、れる
ことになる。この結果、燃圧の低下に停う自励振動周波
数の低下が防止され、燃料の微粒化が確保できることに
なる。

ここで、噴射弁７の燃料溜り室の構造について述べてお
く。第８図は燃料溜り室の断面図である。

すなわち、燃料溜り室１３には前述のごとく、燃料導入
口１、燃料戻り管１４があるが、いずれの管も燃料溜り
室１３の円周方向に、接線状に取付けられている。燃料
は第８図のごとく矢印の方向に旋回を維持するので、第
９図に示したごとく、旋回なしの場合に比べて、燃料の
噴出角が拡がる結果、燃料は薄膜化し、微粒化が促進す
る。

次に他の実施例について説明する。第１０図は従来の自
励振−弁６の可動円筒８の上部に超音波振動子１６を設
置したもので、振動素子１７．１７’の間に電極をはさ
み、フランジ１９で噴射弁７に壜付けられる。超音波振
動子１６の振動振幅を増大するため、第１０図のごとく
、ホーン郁２０は先端に向って細くしである。ホーン郁
２０の先端は可−円筒８と一体化されている。噴射弁７
にはｇｏ図に示し友ごとく、燃料は旋回して燃料溜めに
導入、されす、ばね３によって自励振動が継続され、こ
れに呼応して超音波振動子１６の電極１８に２０〜３０
ＫＨ！の高電圧を供給する。この結果、自励振−に超音
波の高周波振動が重畳し、弁６を励振する。

次に本発明による噴射弁７をスロットル本体に鷹付は九
場合について説明する。第１１図はその具体的実施例に
ついて示したものであろう比例ソレノイド弁２４が上下
して、ベンチュリ３３内を流れる空気量（エンジンの吸
入空気量）に対応して、バイパス路３４内に空気が・（
イノくス流入口３１よりバイパス吐出口２８に向って流
れる。ここで、バイパス路３４の途上には熱線式センサ
２９が設置されており、この熱線センサ２９の出力が一
定になるように比例ソレノイド弁２４のニードル３０が
作−しこれに伴いニードル２６がオリフィス２５内を上
下し、燃料量がアナログ的に針址され輸送管２７、チェ
ックボール３２、燃料導入管１を通って噴射弁７に導か
れる。その後は第７図に示したごとく、自励振動、強制
振動の重畳効果が得られ、絞り弁２゛２に燃料が到達す
るまでには微粒化、気化が促進することになる。

以上の燃料供給系を自動車エンジンにゾステマテイツク
にまとめると第１２図に示したごと〈Ｋなるうエンジン
１０１には燃料供給１０２があり絞り弁１０７の開度に
よって、熱線式センサ１０５の信号が変化し、比例ンレ
ノイド弁１０４のニードル１０３が上下して、当該空気
量信号が常に一定になるようにフィードバック制御がコ
ンピュータ１１４より指令される。ニードル１０３の他
端に別の燃料計量用ニードルが連結され、ニードル１０
３の動きと呼応して燃料量を計量している。

働科は輸送管内でペーパーが発生しない程度の燃圧に燃
料ポンプ１１９、レギュレータ１１７によって制御され
ている。燃圧はα６ｋｇ／ｃ♂程度以上―望ましい。

燃料吐出部１０ｇは前述の自励振動弁、可動円筒、励振
源（コイル、超音波等）等で構成され、燃料計量後の燃
料を励振、微細化後吐出する。

励振周波数は２〜５ＫＨ２の範囲を使用すると良いが、
周波数をある幅で可変にすると、吐出口付近に残存する
液を振り切る効果が生じ、混合気の形成上からも有効で
ある。

またエンジン１の冷却水温、排気ｆ１０９内の排気酸素
濃度などをそれぞれセンシングする冷却水温センサ、酸
素センサを備え、始動時、過渡運転時の二金気貴度制御
を行うべく、センサ信号類をマイクロコンピュータ１１
４に送信する。またエンジンの回転数はクランク角セン
ナにより単位角ｆ毎に＊出され、マイクロコンピュータ
１１４に送信され、信号送授のタイミングをはかる燃焼
に必要な着火源は点火プラグ１１３、コイル１１２によ
って作られ、マイクロコンピュータ１１４の指令によっ
て点火時期が制御される。

燃料はタンク１１６よりポンプ１１９、フィルタ１１８
及びレギュレータ１１７を介して所定の燃圧に制（財）
され、燃料供給装置１０２に圧送される。

次に自励振動弁を強制振動するための電気回路について
説明する、 第１３図は可動円筒式の駆動方式について示しである。

すなわち、マイクロコンピュータ１１４の指令に基づい
て、マイクロコンピュータ１１４内で発生するクロック
ジェネレータの周波数を変調ａ２０１によッテ可聴範囲
（１〜８ＫＨ１）ＶＣ変調し、フィルタによって励振の
範囲を定めパワーアンプ２０３にその信号を後段のコイ
ル２０５に’ｔｔｉｔを流すパワトランジスタ２０４の
ベース極に送る。

この時、燃料計量方式が前述の連続流方式（ニードル、
オリアイス式）、間欠流方式（ｏｎ−ｏｆｆ式電磁ソレ
ノイド方式）によって励振方法が若干異なるが、間欠燃
料計量方式では燃料輸送のおくれ等を考慮し九励振時間
をマイクロコンピュータ１１４で演算指令する必要があ
る。

次ＫａｌｌＯ図に示した超音波振動子の駆動用電気回路
について説明する。第１４図はその駆動回路の一実施例
を示す。すなわち、回路は４つの部分から構成され、■
電源部で交流発電機等より成る。■直流化回路で整流作
用をも持つ。■信号入力部でパルス信号をマイクロコン
ピュータ等（図示されていない）より入力せしめる。■
超音波振―子駆―郁でパワートランジスタ等を含む。第
１４図のパルス入力部に信号が入つ走時だけ振動素子３
０１が励振される。

第１５ｗＪはコイル又は振動素子の励振制御に関するフ
ローチャート図である。すなわちエンジン回転数、負荷
に対応して燃料量をマイクロコンピュータで算出し、ニ
ードル又は、ｏｎ−ｏｆｆ電磁弁の開弁時期の制御を行
い、燃料吐出すると同時にコイル、超音波振動素子の励
振時期を決定する。

排気管に設は九酸素員度センナでＡ／Ｆの変動幅及び各
気筒間のＡ／Ｆレベルを検出し、Ａ／Ｆの変動幅につい
ては燃料量の補正を、各気筒間のＡ／Ｆレベル値より各
気筒に流入した混合気の変動（分配のレベル）がわかり
、燃料の微粒化の１１度がわかる。したがって、強制振
動せしめているコイル、超音波振動素子の振動振幅また
は、振動周波数を変化させて前述の酸素濃度センサの出
力を監視しておき、各気筒の燃料分配性が最良になるよ
うに前記周波数、振幅を適合せしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動振動弁の構造図、第２図は第１図の
拡大説明図、第３図は燃料量と共振周波数の関係図、第
４図は燃圧と弁の共振周波数の関係図、第５図は管内の
圧力波形図、第６図は燃料の吐出状況図、第７図は本発
明による強制振動式噴射弁の断面図、第８図はノズル部
の拡大説明図、第９図は燃料吐出状況図、第１０図は他
の実施例断面図、第１１図はスロットル本体装着図、第
１２図は全体システム図、第１３図は電気回路図、第１
４図は超音波振動素子用電気回路図、第１５図はフロー
チャート図である。 ｌ・−・燃料導入口、３・・・ばね、４・・・弁座、５
・・・吐出口、６・−・弁、７・・・噴射弁、訃・・可
動円筒、９・・・コイル、１０・・・円環磁極、１１・
・・センター磁極、１２・・・マグネット、１３・・・
燃料溜り室、１４・・・燃第　１　図 ↓ 第２図 Ｐ。 第３図 燃茅斗流量 第４図 燃゛　　　圧 冶５図 （１） 一°時間 （２） 時　　間 第３図 第　８　図 第ｑ閃 ／　　　　　　　　　　　＼ 噴／１図 １ノ 第７４図 の　　　　　　■　　　　　　　　■　　　　■第７５
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料吐出部を弁、弁座、及びばねで構成し、弁を支
   える可動円筒部をスピーカーのムービングコイルの一部
   または超音波振動子のホーン部で形成し、外部的な信号
   によって、当該可動円筒部を強制励振することができる
   燃料供給装置において、少なくとも弁が自動振動を起こ
   している間、前記励振源をマイクロコンピュータからの
   クロック周波数を変調、フィルタリング及びパワーアン
   プ回路を経てパワートランジスタによって駆動せしめ、
   前記、強制励振源を励振させることを特徴とした励振式
   燃料供給装置。