JPS58204967A - Cylinder injection engine - Google Patents

Cylinder injection engine

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JPS58204967A
JPS58204967A JP8784882A JP8784882A JPS58204967A JP S58204967 A JPS58204967 A JP S58204967A JP 8784882 A JP8784882 A JP 8784882A JP 8784882 A JP8784882 A JP 8784882A JP S58204967 A JPS58204967 A JP S58204967A
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JP
Japan
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fuel
injection
valve
injection valve
combustion
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JP8784882A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Osuga
稔 大須賀
Takashige Ooyama
宜茂 大山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04Injectors peculiar thereto
    • F02M69/041Injectors peculiar thereto having vibrating means for atomizing the fuel, e.g. with sonic or ultrasonic vibrations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D2041/389Controlling fuel injection of the high pressure type for injecting directly into the cylinder

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

PURPOSE:To separate the discharge of fuel by an injection valve from the injection of the fuel toward an ignition plug, and promote the low pressure of a fuel system, low cost and electronic control as well as to make the bedding combustion performable. CONSTITUTION:Fuel injection out of a fuel injection valve 6 takes place at the timing when pressure inside a cylinder at the initial stage of a suction stroke or a compression stroke is almost approximate to atmospheric pressure, and after the elapse of the specified time (at the latter period of a compression stroke), the fuel stored inside a fuel holding part 24 is vibrated by an ultrasonic vibrator 7, atomizing the fuel and injecting it toward an ignition plug inside a combustion chamber, and the fuel is ignited by the ignition plug whereby the bedding combustion is promoted in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は筒内噴射エンジンに係り、特に内燃機関の燃焼
室に直接燃料を噴射し、点火プラグで着火するものであ
って成層燃焼に好適なスパークアシスト型筒内噴射エン
ジンに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a direct injection engine, and in particular to a spark-assisted direct injection engine that injects fuel directly into the combustion chamber of an internal combustion engine and ignites it with a spark plug, which is suitable for stratified charge combustion. Regarding the engine.

従来のスパークアシスト型筒内噴射エンジンでは、成層
燃焼を達成するために、燃料噴射弁による噴射時期を圧
縮行程の後期(25〜45° B。
In conventional spark-assisted direct injection engines, in order to achieve stratified charge combustion, the injection timing by the fuel injector is set to the latter half of the compression stroke (25 to 45 degrees B).

TDC)に設定している。したがって、高い圧縮圧力と
なっている燃焼室内に燃料を噴射する必要があり、その
ためこの種の筒内噴射エンジンには高圧型の噴射弁(2
5〜100句/c1n” )を用いているところである
TDC). Therefore, it is necessary to inject fuel into the combustion chamber, which has a high compression pressure. Therefore, this type of direct injection engine requires a high-pressure injection valve (2
5 to 100 phrases/c1n").

しかしながら、上記従来の筒内噴射エンジンにおいては
、高圧型の燃料噴射弁を用いる必要があるだめに、燃料
噴射制量を容易に行なうことが出来ず、また燃料供給系
の低コスト化や電子制御化が極めて困難であもという問
題があった。
However, in the above-mentioned conventional direct injection engine, it is necessary to use a high-pressure fuel injection valve, so fuel injection cannot be controlled easily, and the cost of the fuel supply system must be reduced and electronic control There was a problem that it was extremely difficult to convert.

本発明の目的は、燃料供給系の低圧化、低コスト化、さ
らには、完全外電子制御化を行なうことにより成層燃焼
を可能ならしめた筒内噴射エンジンを提供することにあ
る−1 上記目的を達成するために、本発明に係る筒内噴射エン
ジンは、特に燃料噴射弁を低圧型弁とし、噴射弁先端に
燃料保持部を設け、かつ噴射弁近傍に前記燃料保持部を
振動させる超音波振動子を設け、当該振動子により保持
部内燃料を微粒化して噴射させるように構成したもので
ある。
An object of the present invention is to provide a direct injection engine that enables stratified combustion by lowering the pressure and cost of the fuel supply system, and furthermore, by implementing complete external electronic control. In order to achieve this, the direct injection engine according to the present invention uses a low-pressure type fuel injection valve, a fuel holding portion is provided at the tip of the injection valve, and an ultrasonic wave vibrating the fuel holding portion is provided near the injection valve. A vibrator is provided, and the fuel in the holding portion is atomized and injected by the vibrator.

本発明によれば、燃料噴射弁による燃料の吐出と、この
吐出された燃料の点火プラグ方向への噴射とを分離する
ことが出来る。したがって、燃料噴射弁からの燃料噴射
は吸気性iまたは圧縮行程初期の筒内圧力がほぼ大気圧
に近い時期に行なうことが出来、所定の時間後(例えば
、圧縮行程後期)に、燃料保持部内に貯えられた燃料を
超音波振動子により振動させて、燃料を牧粒化して燃焼
室内の点火プラグ方向に噴射させ、点火プラグにより着
火させることによって、成層燃焼を達成することが出来
る。
According to the present invention, the discharge of fuel by the fuel injection valve and the injection of the discharged fuel toward the spark plug can be separated. Therefore, fuel injection from the fuel injector can be performed when the in-cylinder pressure at the intake level i or at the beginning of the compression stroke is close to atmospheric pressure, and after a predetermined time (for example, in the latter half of the compression stroke), the fuel can be injected into the fuel holding part. Stratified combustion can be achieved by vibrating the fuel stored in the combustion chamber with an ultrasonic vibrator, granulating the fuel, injecting it toward the spark plug in the combustion chamber, and igniting it with the spark plug.

以下に本発明に係る筒内噴射エンジンの一実施例を図面
を参照して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a direct injection engine according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本実施例に係る筒内噴射エンジンの構成断面図
である。この図に示されるように、当該エンジンは、ピ
ストン1のヘッド部にキャビティ2を設けている。また
、燃焼室3内には、燃料噴射装置4と点火プラグ5が取
り付けられている。
FIG. 1 is a sectional view of the structure of a direct injection engine according to this embodiment. As shown in this figure, the engine is provided with a cavity 2 in the head portion of a piston 1. Furthermore, a fuel injection device 4 and a spark plug 5 are installed within the combustion chamber 3.

そして、特に本実施例では前記燃料噴射装置4を燃料噴
射弁6と超音波振動子7とによ多構成し、さらに燃料噴
射弁6の先端に噴射された燃料1一時点貯えるドーム状
の燃料保持部としてのマスク8が取り付けられている。
In particular, in this embodiment, the fuel injection device 4 is configured with a fuel injection valve 6 and an ultrasonic vibrator 7, and a dome-shaped fuel is provided at the tip of the fuel injection valve 6 to store the injected fuel at one point. A mask 8 as a holding part is attached.

また、係るエンジンは、前記燃料噴射弁6ン核続される
噴射弁駆動回路9と超音波振動子7に接続される超音波
発振器10を有し、さらに、点火プラグ5に着火信号を
送る点火装置11を有している。これら噴射弁駆動回路
9、超音波発振器10および点火装置11はマイクロコ
ンピュータ−12に接続され、これによす計算あるいは
マツピングされた噴射時期に噴射弁6と振動子7とを作
用させ、かつ適切な時期に燃料に着火させるものとして
いる。
Further, this engine has an injector drive circuit 9 connected to the fuel injector 6 and an ultrasonic oscillator 10 connected to the ultrasonic vibrator 7, and further includes an ignition oscillator 10 that sends an ignition signal to the spark plug 5. It has a device 11. These injection valve drive circuit 9, ultrasonic oscillator 10, and ignition device 11 are connected to a microcomputer 12, and act on the injection valve 6 and the vibrator 7 at the injection timing calculated or mapped by the microcomputer 12. The fuel is to be ignited at the appropriate time.

斯かるエンジンにおいて、燃料噴射装@4の具体的構造
を第2図に示す。すなわち、当該装置4を構成する燃料
噴射弁6は低圧型の電磁弁であり、ケーシング13の内
部においてヨーク14に巻きつけられた鑞磁コイル15
と、これにより作動されるプランジャ16を備えている
。また、前記ケーシング13の先端部には小径のノズル
部17が設けられており、このノズル部17の先端にお
いて開閉するポペット型の弁体18が取り付けられてい
る。この弁体18は前記プランジャ16とm−ドル19
により連結されておシ、プランジャ16の往復動作によ
り開閉動作をなすものである。
In such an engine, the specific structure of the fuel injection system @4 is shown in FIG. That is, the fuel injection valve 6 constituting the device 4 is a low-pressure solenoid valve, and a magnetic coil 15 is wound around the yoke 14 inside the casing 13.
and a plunger 16 that is actuated thereby. Further, a small-diameter nozzle portion 17 is provided at the tip of the casing 13, and a poppet-type valve body 18 that opens and closes is attached to the tip of the nozzle portion 17. This valve body 18 is connected to the plunger 16 and m-dol 19.
The opening and closing operations are performed by the reciprocating movement of the plunger 16.

この場合、図に示されるように、プランジャ16が下方
に移動した時に弁体18がノズル部17の先端から突出
し、ノズル部17内に形成された燃料室20から燃料を
吐出可能としている。そして、通常は前記ニードル19
を上方へ付勢するばね21により閉弁状態とされている
ものである。また、前記燃料室20への燃料の供給はケ
ーシング13の頭部に設けられた燃料入口33金介し、
プランジャ16およびニードル19の中心部に穿設され
た燃料通路34を介して行なわれるようになっている。
In this case, as shown in the figure, when the plunger 16 moves downward, the valve body 18 protrudes from the tip of the nozzle portion 17, allowing fuel to be discharged from the fuel chamber 20 formed within the nozzle portion 17. And usually the needle 19
The valve is closed by a spring 21 that urges the valve upward. Further, fuel is supplied to the fuel chamber 20 through a fuel inlet provided at the head of the casing 13,
This is done through a fuel passage 34 bored through the center of the plunger 16 and needle 19.

このような燃料噴射弁6のノズル部17の外周位置には
、前述した超音波振動子7が取り付けられている。この
振動子7はノズル部17と所定の隙間をあけて取り付け
られており、その上下端に位置する振動子弁え22によ
り保持されている。
The above-mentioned ultrasonic vibrator 7 is attached to the outer periphery of the nozzle portion 17 of such a fuel injection valve 6. This vibrator 7 is attached to the nozzle portion 17 with a predetermined gap therebetween, and is held by vibrator valve plates 22 located at the upper and lower ends thereof.

すなわち下部振動子弁え22から振動子7を貫通して上
部振動子弁え22に螺着されるボルト23によって固定
されている。さらに、下部振動子弁え22には前記ノズ
ル部17の先端部を覆うように形成されたドーム状のマ
スク8が一体に形成されている。したがって、前記燃料
噴射弁6から噴射さまた燃料がこのマスク8の空所24
内に一時的に収容されるものとなっている。このような
マスク8には噴射孔25が形成されている。この噴射孔
25は前記点火プラグ5に対応する数だけ設けられてお
り、燃焼室3の内部において前記点火プラグ5の方向に
向けて開口しているものである。
That is, it is fixed by a bolt 23 that passes through the vibrator 7 from the lower vibrator valve flap 22 and is screwed onto the upper vibrator valve flap 22. Further, a dome-shaped mask 8 formed to cover the tip of the nozzle portion 17 is integrally formed on the lower vibrator valve valve 22 . Therefore, the fuel injected from the fuel injection valve 6 enters the cavity 24 of the mask 8.
It is temporarily housed inside. The mask 8 has injection holes 25 formed therein. The injection holes 25 are provided in a number corresponding to the number of spark plugs 5, and open toward the spark plugs 5 inside the combustion chamber 3.

このような燃料噴射弁6と超音波振動子7とからなる噴
射装置4はエンジン本体26に取り付けられるが、これ
は、次の様に行なわれる。すなわち、噴射弁6のノズル
部17の外周面に対し、振動子7を取り付けた振動子弁
え22を所定隙間をあけて装着し、ケーシング13とノ
ズル部17との間の段部に防振材27を介して当接する
。そして、ノズル部17の先端面においてシール部28
を介してマスク8の内壁面と圧接状態としている。
The injection device 4 comprising such a fuel injection valve 6 and an ultrasonic vibrator 7 is attached to the engine body 26, and this is done in the following manner. That is, the vibrator valve plate 22 to which the vibrator 7 is attached is attached to the outer circumferential surface of the nozzle part 17 of the injection valve 6 with a predetermined gap, and the step between the casing 13 and the nozzle part 17 is provided with a vibration-proof structure. They abut through the material 27. A seal portion 28 is provided on the tip surface of the nozzle portion 17.
It is brought into pressure contact with the inner wall surface of the mask 8 via.

斯かる状態で、エンジン本体26に対し、燃焼室3に前
記マスク8を向けて挿入し、噴射弁6のケーシング13
の外周に形成しfcね)゛じ部29を介し本体26に固
定するものである。そして、燃焼室3には前記マスク8
のみが突設するように取り付けし、下部振動子弁え22
の先端面とエンジン本体26との間にシール部30を設
けて燃焼室3を密閉しているものである。
In this state, insert the mask 8 into the combustion chamber 3 into the engine body 26, and insert the casing 13 of the injection valve 6.
It is fixed to the main body 26 via a threaded portion 29 formed on the outer periphery of the fc. The mask 8 is placed in the combustion chamber 3.
Attach the lower vibrator valve valve 22 so that only the chisel protrudes.
A seal portion 30 is provided between the front end surface of the engine body 26 and the engine body 26 to seal the combustion chamber 3.

当該燃料噴射装置4において、電磁コイル15への入力
端子31と超音波振動子7に接続される正端子32とが
エンジン本体2Gの外部に導かれており、これは前述し
た噴射弁駆動回路9と超音波発振器10とにそれぞれ接
続されている。
In the fuel injection device 4, an input terminal 31 to the electromagnetic coil 15 and a positive terminal 32 connected to the ultrasonic vibrator 7 are led to the outside of the engine body 2G, and this is connected to the injection valve drive circuit 9 described above. and an ultrasonic oscillator 10, respectively.

このように構成された筒内噴射エンジンの作用は次の様
に行なわれる。燃料噴射弁6では燃料が燃料人口33に
より供給されており、この燃料はプランジャ16および
ニードル19内の燃料通路34を経て、燃料室20に送
られている。この状態から、噴射弁起動回路9により開
弁信号が入力端子31に入力されると、コイル15によ
りプランジャ16が下方に移動され、ニードル19と共
に弁体18も下方にiき、開弁する。そして、これによ
り燃料室20丙の燃料は吐出され、マスク8内の空所2
4内に一時保持される。その後、閉弁信号が入力される
と、プランジャ16はばね21により上方へ移動し、閉
弁される。したがつて、マスク8内の空所24には開弁
時間に相当する計量された燃料が一時的に収容されるこ
ととなる。
The direct injection engine thus constructed operates as follows. Fuel is supplied to the fuel injection valve 6 by a fuel port 33, and this fuel is sent to the fuel chamber 20 via a fuel passage 34 in the plunger 16 and needle 19. From this state, when a valve opening signal is input to the input terminal 31 by the injection valve starting circuit 9, the plunger 16 is moved downward by the coil 15, and the valve body 18 is also moved downward together with the needle 19, and the valve is opened. As a result, the fuel in the fuel chamber 20 is discharged, and the empty space 2 in the mask 8 is discharged.
It is temporarily held within 4. Thereafter, when a valve closing signal is input, the plunger 16 is moved upward by the spring 21 and the valve is closed. Therefore, the space 24 in the mask 8 temporarily stores the metered amount of fuel corresponding to the valve opening time.

このようにして、空所24に燃料が噴射された後、ある
一定の時間をおいて、超音波発振器10から正端子32
に信号を入力させると、超音波振動子7が振動する。こ
の超音波振動子7が振動した場合、下部振動子弁え22
のノズル部17およびエンジン本体26との間のシール
部28.30が振動しない不動点(節)になシ、マスク
8の先端が自由端となり、激しく振動することとなる。
In this way, after the fuel is injected into the cavity 24, after a certain period of time, the ultrasonic oscillator 10 sends the positive terminal 32 to the positive terminal 32.
When a signal is input to the ultrasonic transducer 7, the ultrasonic transducer 7 vibrates. When this ultrasonic transducer 7 vibrates, the lower transducer valve 22
Since the seal portions 28 and 30 between the nozzle portion 17 and the engine body 26 are not fixed points (nodes) that do not vibrate, the tip of the mask 8 becomes a free end and vibrates violently.

この振動により空所24内の燃料は、噴射孔25から微
粒化されて放出される。噴射孔25は前述した様に点火
プラグ5の方向に向けられているので、微粒化された燃
料は当該点火プラグ5の近傍に集中する。
Due to this vibration, the fuel in the cavity 24 is atomized and discharged from the injection hole 25. Since the injection hole 25 is oriented toward the spark plug 5 as described above, the atomized fuel is concentrated near the spark plug 5.

そして、点火装置11から信号が送られることにより、
点火プラグ5が燃料に着火させるものである。
Then, by sending a signal from the ignition device 11,
The spark plug 5 ignites the fuel.

この様に、当該筒内噴射エンジンでは、燃焼室(9) 3への計量された燃料の吐出と、この吐出された燃料を
霧化状態で点火プラグ5の方向へ噴射することとを分別
し、特に燃料の微粒化を超音波振動子7の作用によって
行なわせることとしているので、ピストン1のキャビテ
ィ2の効果と相まって、点火プラグ5の近傍に可燃な混
合気が集中し、成層燃焼が達成され、総合空燃比の薄い
布薄燃焼が可能となる。
In this way, the direct injection engine distinguishes between discharging measured fuel into the combustion chamber (9) 3 and injecting the discharged fuel in an atomized state toward the spark plug 5. In particular, since the atomization of the fuel is carried out by the action of the ultrasonic vibrator 7, combined with the effect of the cavity 2 of the piston 1, the flammable air-fuel mixture concentrates near the spark plug 5, achieving stratified combustion. This enables combustion with a thin overall air-fuel ratio.

次に、当該エンジンにおける燃料噴射弁6、超音波振動
子7および点火プラグ5の動作時期を第3図に基づいて
説明する。この図は、燃焼室3の筒内圧力Pと前記燃料
噴射弁6の動作時期A1超音波振動子7の動作時期Bお
よび点火プラグ5の動作時期Cとの関係を示したもので
ある。第3図(1)および(2)に示すように、吸気行
程または圧縮行程初期に噴射弁6を開弁させ、燃料をマ
スク8の空所24内に噴射する。その後、所定の時間t
をおいて、超音波振動子7を振動させ、噴射孔25より
燃料を微粒化して燃焼室3に供給し、振動を停止させる
。そして、点火ブ2グ5により着火さく10〕 せて、爆発を行なわせるものである。この様に、噴射弁
6は吸気行程や圧縮行程初期の筒内圧力Pが大気圧に近
いか、同じ時期に燃料を噴射すればよいこととなり、従
来の様な圧縮行程後期に噴射する高圧型の噴射装置は不
用となり、低圧(例えば2〜3Kg/cm”)で噴射す
ることが可能となる。
Next, the operating timing of the fuel injection valve 6, ultrasonic vibrator 7, and spark plug 5 in the engine will be explained based on FIG. 3. This figure shows the relationship between the cylinder pressure P of the combustion chamber 3, the operating timing A1 of the fuel injection valve 6, the operating timing B of the ultrasonic vibrator 7, and the operating timing C of the spark plug 5. As shown in FIGS. 3(1) and 3(2), the injection valve 6 is opened at the beginning of the intake stroke or compression stroke, and fuel is injected into the cavity 24 of the mask 8. After that, a predetermined time t
Then, the ultrasonic vibrator 7 is vibrated, the fuel is atomized and supplied to the combustion chamber 3 from the injection hole 25, and the vibration is stopped. Then, the ignition ring 5 ignites the flame 10 to cause an explosion. In this way, the injection valve 6 only needs to inject fuel when the in-cylinder pressure P at the beginning of the intake stroke or compression stroke is close to atmospheric pressure or at the same time, unlike the conventional high-pressure type that injects fuel at the latter half of the compression stroke. This eliminates the need for an injection device and enables injection at low pressure (for example, 2 to 3 kg/cm'').

この場合、燃料噴射弁6の弁体18はポペット型の弁で
あるため、ビントル型の噴射弁と異なり、圧縮または爆
発行程において燃焼圧がニードル19の先端に作用して
も、開弁することはなく、筒内直接噴射弁の低圧化には
最適なものとなる。
In this case, since the valve body 18 of the fuel injection valve 6 is a poppet-type valve, unlike a bottle-type injection valve, it cannot open even if combustion pressure acts on the tip of the needle 19 during the compression or explosion stroke. This makes it ideal for reducing pressure in direct injection valves.

上述の如く、本実施例に係る筒内噴射エンジンでは、燃
料噴射弁6を低圧型の弁とし、これから噴射される燃料
を超音波振動子7により微粒化させ、点火プラグ5に向
けて噴射させる様にしたので、成層燃焼の達成と、燃料
供給系の大幅なコスト低減ができ、さらには、筒  射
システムの完全な電子制御化および電子制御装置の低コ
スト化が達成できる。
As described above, in the direct injection engine according to this embodiment, the fuel injection valve 6 is a low-pressure type valve, and the fuel to be injected is atomized by the ultrasonic vibrator 7 and injected toward the spark plug 5. As a result, stratified combustion can be achieved and the cost of the fuel supply system can be significantly reduced, and furthermore, the injection system can be completely electronically controlled and the cost of the electronic control device can be reduced.

第3図f31 、 (41は超音波振動子7の動作時期
を変(11) 更した実施例金示す。同図(3)は噴射弁6の開弁期間
中もしくはそれ以前より振動子7f、振動させておき、
振動停止後着火するようにしたものである。
Fig. 3 f31, (41 shows an example in which the operating timing of the ultrasonic transducer 7 is changed (11). Fig. 3 (3) shows that the transducer 7f is activated during or before the opening period of the injection valve 6. Let it vibrate,
It is designed to ignite after the vibrations stop.

また同図(4)は、噴射弁6の開閉中もしくは閉弁後に
振動子7を振動させ、点火プラグ5による点火後、振動
を停止するようにしたものである。この場合には、超音
波特有の燃焼促進効果により、着火過程および初期燃焼
が促進されるという効果が得られる。
Further, in FIG. 4 (4), the vibrator 7 is vibrated during or after the injection valve 6 is opened and closed, and the vibration is stopped after the spark plug 5 is ignited. In this case, the ignition process and initial combustion are promoted due to the combustion promoting effect unique to ultrasonic waves.

次に、上記実施例における超音波振動子7の制御は次の
様に行なわれる。すなわち超音波振動子7の基本的な特
性を第4図に示し、同図(11は周波数特性、同図(2
)は振幅の特性を示す。図に示される様に、振動子7は
ある周波数W、(強振周波数)でゲインが最大となり、
燃料微粒化の処理能力が最大となる。したがって、当該
実施例ではこの強振周波数W1を使1.. している。
Next, the ultrasonic transducer 7 in the above embodiment is controlled as follows. That is, the basic characteristics of the ultrasonic transducer 7 are shown in FIG.
) indicates the amplitude characteristics. As shown in the figure, the gain of the vibrator 7 is maximum at a certain frequency W (strong oscillation frequency),
The processing capacity of fuel atomization is maximized. Therefore, in this embodiment, this strong vibration frequency W1 is used. .. are doing.

また、撮動子7への入力電力(ワット数)により、振幅
が変化するため(第4図(2))、本実施例では、燃料
量が増減した場合の処理能力や、噴霧特性を振幅すなわ
ち(12) ワット数の変化により制御するようにしている。
In addition, since the amplitude changes depending on the input power (wattage) to the camera element 7 (Fig. 4 (2)), in this example, the processing capacity when the fuel amount increases or decreases, and the amplitude of the spray characteristics That is, (12) control is performed by changing the wattage.

このワット数の制御は前述した超音波発振器10に供給
する電流値の変化によって行なう。具体的には、第5図
(1)に示す様に、噴射される燃料量と振動子7の要求
される振幅の関係が、処理能力や噴霧特性の点から、燃
料量に対して直線の関係になるのが望ましい。したがっ
て、同図(2)のような燃料量に対してワット数すなわ
ち電流値を変化させる様に制御するものである。さらに
は、第6図に示すように、ワット数の制御によらず、周
波数の変化をもち、最大燃料量で強振周波数W、となる
ように制御することも出来る。
The wattage is controlled by changing the current value supplied to the ultrasonic oscillator 10 described above. Specifically, as shown in Figure 5 (1), the relationship between the amount of injected fuel and the required amplitude of the oscillator 7 is a straight line with respect to the amount of fuel from the viewpoint of processing capacity and spray characteristics. It is desirable to be in a relationship. Therefore, control is performed so that the wattage, that is, the current value, is changed with respect to the fuel amount as shown in (2) of the same figure. Furthermore, as shown in FIG. 6, it is possible to change the frequency without controlling the wattage so that the strong oscillation frequency W is reached at the maximum fuel amount.

なお、周波数や振幅を燃料量いかんにかかわらず一定と
してもよいのは勿論である。
It goes without saying that the frequency and amplitude may be constant regardless of the amount of fuel.

第7図には上述の様に構成された筒内噴射エンジンを用
い、燃費率をもとめた実験結果を示す。
FIG. 7 shows the results of an experiment to determine the fuel efficiency using the direct injection engine configured as described above.

この実験では燃料としてメタノール100%を用いてい
る。この図においてAは従来の筒内噴射システムすなわ
ち圧縮行程後期に高圧型の噴射装置を用いて噴射し点火
させる様にした特性を示し、(13) Bは本実施例による燃費率の特性を示す。この図から明
らかな様に、超音波振動子7による微粒化や、噴霧特性
の制御により、大幅な希薄燃焼や燃費率の低下が達成さ
れてbることか理解できる。
In this experiment, 100% methanol was used as fuel. In this figure, A shows the characteristics of a conventional in-cylinder injection system, that is, injecting and igniting using a high-pressure injection device in the latter half of the compression stroke, and (13) B shows the characteristics of the fuel efficiency rate according to this example. . As is clear from this figure, it can be seen that by atomizing the particles using the ultrasonic vibrator 7 and controlling the spray characteristics, a significant reduction in lean combustion and fuel efficiency can be achieved.

次に、本発明に係る筒内噴射エンジンの燃料保持部の変
形例を第8図および第9図に示す。第8図は下部振動子
弁え22に形成した燃料保持部としてのマスクを多孔質
の材料で形成したドーム35によって構成し、噴射孔2
5を省略したものである。この実施例では、噴射された
燃料が空所24や多孔室ドーム35の孔内に保持され、
その後の超音波振動子7の振動によシ燃料が微粒化され
て燃焼室3内に分散される。また、第9図は、燃料保持
部を円筒36によシ構成して^る。この実施例では、噴
射燃料は、円筒36の内壁に衝突し、この衝突後も壁に
よシ反射して対向壁に再び衝突する。この動作の繰り返
し時期だけ、燃料は円筒36内に保持される。この期間
経過後、燃料は微粒化されて円筒36の先端より燃焼室
3内に分散されるものである。
Next, modified examples of the fuel holding portion of the direct injection engine according to the present invention are shown in FIGS. 8 and 9. In FIG. 8, a mask as a fuel retaining portion formed on the lower vibrator valve valve 22 is constituted by a dome 35 made of a porous material, and the injection hole 2
5 is omitted. In this embodiment, the injected fuel is held within the cavity 24 and the holes of the multi-hole dome 35,
The fuel is atomized by the subsequent vibration of the ultrasonic vibrator 7 and dispersed within the combustion chamber 3. Further, in FIG. 9, the fuel holding portion is constructed by a cylinder 36. In this embodiment, the injected fuel collides with the inner wall of the cylinder 36, and even after this collision, it is reflected by the wall and collides with the opposing wall again. The fuel is retained within the cylinder 36 only during the repetition of this operation. After this period has elapsed, the fuel is atomized and dispersed into the combustion chamber 3 from the tip of the cylinder 36.

(14) 第10図には本発明の他の実施例を示す。これは、燃料
噴射弁6の燃料配管37の途中に圧力変換器38を設置
し、燃料圧力の変化を検出して、噴射弁6の開弁時期を
正確に知る様にしたものである。この検知された開弁信
号は、前記マイクロコンピュータ−12に入力され、噴
射弁60開弁時期を正確に閉ループ制御するだめの、フ
ィードバック信号として利用する。あるいは、当該圧力
変換器38によシ検知された開弁時期を回転数、クラン
ク角より、超音波振動子7や点火プラグ5の作動時期計
算の基点として用いることも可能である。
(14) FIG. 10 shows another embodiment of the present invention. In this system, a pressure transducer 38 is installed in the middle of the fuel pipe 37 of the fuel injection valve 6, and changes in fuel pressure are detected so that the opening timing of the injection valve 6 can be accurately determined. This detected valve opening signal is input to the microcomputer 12 and is used as a feedback signal for accurately controlling the opening timing of the injection valve 60 in a closed loop. Alternatively, the valve opening timing detected by the pressure transducer 38 can be used as a reference point for calculating the operating timing of the ultrasonic vibrator 7 and the spark plug 5 from the rotation speed and crank angle.

さらに第11図には本発明の別実施例を示す。Furthermore, FIG. 11 shows another embodiment of the present invention.

これは、副燃焼室39を設けたエンジンに適用したもの
であり、当該副燃焼室39内に前記燃料噴射装置4と点
火プラグ5を取り付けたものである。
This is applied to an engine provided with a sub-combustion chamber 39, in which the fuel injection device 4 and spark plug 5 are installed.

この場合において、マスク8の噴射孔25は主燃焼室4
0の方向に向けられている。この実施例では、圧縮行程
時に空気が副燃焼室39内に流入する際、噴射さ−f1
.た燃料噴霧はこの空気流に乗り、(15) 点火プラグ5の方向に運ばれて着火されることとなる。
In this case, the injection holes 25 of the mask 8 are connected to the main combustion chamber 4.
It is pointed in the direction of 0. In this embodiment, when air flows into the sub-combustion chamber 39 during the compression stroke, the injection -f1
.. The fuel spray rides on this air flow and is carried toward the spark plug 5 (15) where it is ignited.

さらに、第12図にはさらに他の実施例を示し、この実
施例は1個の点火プラグ5を備えたエンジンへの適用例
である。これはキャビティ41内に燃料噴射装置4で燃
料を分散して点火プラグ5で着火し、成層燃焼を達成す
るものである。
Furthermore, FIG. 12 shows still another embodiment, and this embodiment is an example of application to an engine equipped with one spark plug 5. This is to disperse fuel into a cavity 41 with a fuel injection device 4 and ignite it with a spark plug 5 to achieve stratified charge combustion.

以上説明したように、本発明に係る筒内噴射エンジンに
よれば、燃料供給系の低圧化が可能となるとともに、超
音波振動子による燃料微粒化上図り、その噴霧特性全制
御できるので、燃料量制御の完全な電子制御が容易に達
成でき、燃費率が10〜15%低減させ、希薄燃料で族
1−燃焼が達成できるという効果を奏する。
As explained above, according to the direct injection engine according to the present invention, it is possible to lower the pressure of the fuel supply system, and also to atomize the fuel using the ultrasonic vibrator and fully control the spray characteristics. Complete electronic control of quantity control can be easily achieved, fuel efficiency can be reduced by 10-15%, and Group 1 combustion can be achieved with lean fuel.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本実施例に係る筒内噴射エンジンの構、1′ 酸析面図、第2図は!装置の燃料噴射装置の断面図、第
3図は筒内圧力に対する燃料噴射弁、超音波振動子およ
び点火プラグのタイムチャート図、第4図は超音波振動
子の基本特性図、第5図は超(16) 音波振動子の燃料量に対する特性図、第6図は燃料量に
対する超音波振動子の周波数特性図、第7図は燃費率の
測定グラフ図、第8図は燃料保持部の変形例を示す噴射
装置の部分断面図、第9図は燃料保持部のさらに他の変
形例を示す同断面図、第10図は本発明に係る筒内噴射
エンジンの他の実施例の断面図、第11図は同さらに他
の実施例を示す断面図、第12図は同地の実施例を示す
断面図である。 3・・・燃焼室、4・・・燃料噴射装置、5・・・点火
プラグ、6・・・燃料噴射弁、7・・・超音波振動子、
訃・・マスク、22・・・振動子弁え、25・・・噴射
孔、26・・・エンジ(17) 第 Z麿 $3 目 ご1               ″(z ギ4 目 (2) ワット数 $5 図 (+) 凧゛  ずチ  量  //Ylレス アi・f+  量  /ハ・ル、ス 第10暖 第110 第1z国
Figure 1 shows the structure of the direct injection engine according to this embodiment, 1' is an oxidation surface diagram, and Figure 2 is! A cross-sectional view of the fuel injection device of the device, Figure 3 is a time chart of the fuel injection valve, ultrasonic vibrator and spark plug with respect to cylinder pressure, Figure 4 is a basic characteristic diagram of the ultrasonic vibrator, and Figure 5 is a diagram of the basic characteristics of the ultrasonic vibrator. Ultra (16) Characteristic diagram of the ultrasonic vibrator with respect to fuel quantity, Figure 6 is a frequency characteristic diagram of the ultrasonic vibrator with respect to fuel quantity, Figure 7 is a measurement graph of fuel consumption rate, and Figure 8 is deformation of the fuel holding part. FIG. 9 is a cross-sectional view of another modification of the fuel holding part; FIG. 10 is a cross-sectional view of another embodiment of the direct injection engine according to the present invention; FIG. 11 is a sectional view showing still another embodiment, and FIG. 12 is a sectional view showing the same embodiment. 3... Combustion chamber, 4... Fuel injection device, 5... Spark plug, 6... Fuel injection valve, 7... Ultrasonic vibrator,
Death: mask, 22: transducer valve, 25: injection hole, 26: engine (17) Figure (+) kite ゛ zuchi quantity //Yllessa i・f+ quantity /ha・ru,su 10th warm 110th 1z country

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、燃焼室内に燃料噴射弁と点火プラグを設け、前記燃
料噴射弁により直接燃料を噴射させて火花着火させる筒
内噴射エンジンにおいて、前記燃料噴射弁を低圧型弁と
し、噴射弁先端に燃料保持部を設け、かつ噴射弁近傍に
前記燃料保持部を振動させる超音波振動子を設けてなり
、当該振動子により保持部内燃料を微粒化して噴射させ
ることを特徴とする筒内噴射エンジン。 2、前記燃料保持部はドーム形に形成され点火プラグに
向けられた噴射孔が設けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の筒内噴射エンジン。 3、前記燃料保持部は多孔質材からなるドーム形状であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の筒内噴
射エンジン。 4、前記燃料保持部は燃焼室内に開口する円筒形状でs
b圧縮圧力にて燃料保持をなすことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の筒内噴射エンジン。 5、前記燃料噴射弁はポペット型弁体を有していること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の筒内噴射エン
ジン。
[Scope of Claims] 1. In a direct injection engine in which a fuel injection valve and a spark plug are provided in a combustion chamber, and the fuel injection valve directly injects fuel to ignite a spark, the fuel injection valve is a low-pressure type valve, A cylinder comprising a fuel holding part at the tip of the injection valve, and an ultrasonic vibrator that vibrates the fuel holding part near the injection valve, and the vibrator atomizes the fuel in the holding part and injects it. Internal injection engine. 2. The direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel holding portion is formed in a dome shape and is provided with an injection hole directed toward a spark plug. 3. The direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel holding portion is made of a porous material and has a dome shape. 4. The fuel holding part has a cylindrical shape that opens into the combustion chamber.
2. The direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel is retained at compression pressure. 5. The direct injection engine according to claim 1, wherein the fuel injection valve has a poppet type valve body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2927121A1 (en) * 2008-02-06 2009-08-07 Renault Sas INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING DOUBLE CAVITY COMBUSTION BOWL FOR ULTRASONIC INJECTOR
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