JPS58210354A - 自動車用燃料供給装置 - Google Patents

自動車用燃料供給装置

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JPS58210354A
JPS58210354A JP9119282A JP9119282A JPS58210354A JP S58210354 A JPS58210354 A JP S58210354A JP 9119282 A JP9119282 A JP 9119282A JP 9119282 A JP9119282 A JP 9119282A JP S58210354 A JPS58210354 A JP S58210354A
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Teruo Yamauchi
山内 照夫
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桐沢 規
Takashige Ooyama
宜茂 大山
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    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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】 本発明は、自動車用燃料供給装置に係り、特に低圧燃料
供給、多種燃料供給に対応できる自動車用燃料供給装置
に関する。
従来、自動車用燃料供給装置は大別して、気化器及び燃
料噴射装置の二種類があり、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多気筒エンジンに装着さ
れて来た。しかしながらこれらの燃料供給系では、生成
される燃料液滴径が均一かつ微細化せず多気筒への均等
分配が達成できなくなり、燃料供給後に起こる燃焼が不
安定となり、燃焼効率の低下に伴う燃料消費の増大、有
害排気レベルの増大等の不具合が生ずる。また燃料多様
化、低質化に際しても、これら両方式の燃料供給系では
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。
本発明の目的は、均一かつ微細液滴群を多量に生成でき
る燃料微粒化可能な自動車用燃料供給装置を提供するこ
とにある。
本発明の要旨は次の如くである。すなわち、超音波振動
微粒化技術はすでに多くの研究者が検討を加えておシ、
最大の欠点である液処理量の限定を解除する工夫として
、リング振動が開示されている。しかしながら、当リン
グ振動部に燃料を供給した場合、燃料の一部は微粒化せ
ず、合体し堆積して、滴下する現象が存在し、自動車用
燃料系に使用するネックとなっていた。本発明はかかる
燃料の滴下を防止するため、リング振動の振動周波数を
電気的制御することによシ目的を達したものである。
以下、本発明の実施例について説明する。
第1図には、本発明の一実施例の適用されているエンジ
ン系統の全体構成図が示されている。
図において、エンジン1の吸気弁2の開閉によって吸気
管6より空気、燃料を吸引し、点火プラグ3によって着
火、燃焼を行ない出力を車輪(図示していない)に伝達
する。点火プラグ3の点火時期はクランク角センサ5の
信号をコンピュータ20に伝送し、必要な時期に点火コ
イル4に信号を送り点火せしめている。吸気管6には混
合筒8を装着し、空気量の制御は絞シ弁9の開度で行な
い、その時の絞シ弁開度の状況は絞り弁開度センサ10
によシ検索し、コンピュータ2oにて演算記憶しておく
。混合筒8は絞υ弁9の上流側で若干ふくらみ部を有し
、そのふくらんだ部分に超音波振動子11が外かく部よ
り装着、固定されている。超音波振動子11の他端には
リング振動部12が固着され、当該リング振動部12の
中心と混合筒8の中心軸は適合されるように構成されて
いる。また混合筒8は上部でL字に屈曲し、屈曲した部
位には噴射弁13(間欠又は連続両方とも可)が外かく
より挿入、固定されている。噴射弁13の軸と、混合筒
8の軸は一致している。噴射弁13と燃料圧力レギュレ
ータ14は一体化され、燃料タンク17よυ吸引された
燃料はポンプ18、フィルタ19を介して、当該レギュ
レータ14に導かれ、所定の圧力に制御され、余った燃
料は燃料タンク17に戻される。混合筒8の上流には空
気量を計量する空気量センサ(可動ベーン凰、熱線式、
カルマン渦式いずれでも可)が装備され、出力はコンピ
ュータ20に伝送される。一方燃焼して生じた排ガスは
排気管7を通って酸素センサ16で感知され、触媒(図
示していない)、消音器(図示していない)を介して大
気に放出される。
酸素センサ16は排気中の余剰酸素濃度によって変化す
る特性を持ち、この特性を利用して、エンジン1に吸引
された混合気濃度を推定し、噴射弁11の開弁時間幅を
制御し、燃費、排気浄化性を確保している。
こ\で、超音波振動子11を混合筒8に固着する場合の
詳細について第2図で説明する。
混合筒8の車側面部に超音波振動子11をビス33で固
定する。ビス33は同時にカバー32を友しめする。カ
バー32は金属性のものを使用し発生ノイズの低減を助
長する。また、超音波振動子11の固着に際し、混合筒
8にはオーリング30及びゴム製パッド31をあらかじ
め挿入した上で固着せしめる。オーリング30は空気の
もれ防止、ゴム製バンド31は燃料の巻き込みを防止す
る。
次に超音波振動子11の構造について第3図で説明する
。第3図(a)は振動子の側断面図で、ホーン部46、
圧電素子42,43、固定板44及び圧電素子圧着用ね
じ48で構成され、圧着された2枚の圧電素子42,4
3の間に印加電圧端子41を設け、印加電圧端子41と
アース(例えば7ランク部45の間に300〜500v
のパルス電圧を印加すれば圧電素子42.43が伸縮し
、その振動がフランジ45の先端に形成したホーン部4
6に伝わり先端のリング振動部12に伝わる。
第3図(b)は、超音波振動子11の平面図を示す。
第4図(a)は第4図(b)に示されている超音波振動
子11をホーン部46より見た図で、フランジ45の形
状がはっきり示されている。すなわち、ホーン部46の
先端に第3図(b)の如くリング振動子12を固定する
ためねじ48を設けておるが、リング振動子12の軸と
前述の混合筒8の軸を一致させる必要から、フランジ4
5を回転させ、軸が一致するところで前述のビス33を
固定すれば良く、フランジ45には固定用のギャップ4
9が設けである。
次にリング振動部12の構造について説明する。
第5図はリング振動部の一例で、第5図(a)は平面図
でリング部にアーム51、固定用ねじ部52で構成され
アーム51及びリング部12は溶接または一体鋳物成形
で造られ、固定用ねじ部52は前記リング振動子固定ね
じ47に合致する。アーム51の取付は第5図(b)の
如くで、リング横断部の中央にくる。この時の燃料微粒
化の状況は第5図(C)に示したごとく、矢印より燃料
を薄膜に拡げてリング振動子12に供給した場合点線で
示しだ挙動を示す。すなわち、供給燃料が上方より下方
に向っているのにも拘らず、微細化燃料は、上下流混合
したものとなる。
次に、他のリング振動子12の形状の場合について説明
する。第6図(a)はその時の平面図でリング振動子1
2とアーム51の間に縦リム53を挿入して固着せしめ
る。この場合は、第6図(b)に示したごとく、縦リム
53によって、リング振動子12の振動モードが変わり
、第6図(C)のごとく燃料は下方のみに飛散霧化する
。次にリング振動子12のリング部に第7図(a)、 
(b)に示すごとく横リムを入れた場合について説明す
る。この場合は振動モードが円周方向よシ、リングの上
下方向の振動が多くなシ、燃料をはね上る様になる。第
7図(C)参照。
次に1つのリングで多数の振動を助長させる方式として
、第8図、第9図が考えられる。
すなわち第8図でば、リング振動部12に第8図(b)
に示したようなテーパ一部55を設け、下端に向うほど
振動振幅を増大し、微粒化を促進することを狙ったもの
でおる。
第9図は振動するリング部を二重にしてリング振動子1
2及び中リング56を第9図(b)に示すごとくアーム
53一本で固定し、第9図(C)に示したごとく、リン
グ振動子12及び56の円環スキマ部に薄膜燃料を供給
し、微粒化を促進することを狙ったもの。
次にリング振動子の振動モードについて述べる。
第10図囚、■、■、■は第5図に示したリング振動子
形状の場合の振動モードで、リングの外内径、肉厚によ
って、その振動モードは異なる。す7−/の径が大きい
ほど、かつリングの肉厚が薄いほど、振動の節が多くな
り、燃料の微細化が促進する。第10図囚は、振動次数
n=:2−1振動周波数f=23kHz、外径19φ(
簡)、内径15φ(m)、高さ20(++o++)のリ
ング振動子、第10図(6)は振動次数n=3、振動周
波数f=25kH2,外径17φ(mm)、内径15φ
(fi)、高さ20(w)のリング振動子、第10図(
Qは、振動次数n=4、振動周波数f=27kHz。
29 k Hz 、外径22φ(震)、内径20φ(閣
)、高さ15(w+)のリング振動子、第10図■は振
動次数n=7、振動周波数f=29kHz、外径42φ
(WR)、内径40φ(11011)、高さ20 (m
+ )のリング振動子である。第10図中12は振動零
の位置、60は振動時の振幅を示す。すなわち、振幅が
最も大きい個所に来た燃料ははじき飛ばされ、霧化が促
進し、振幅零の位置の燃料は霧化しない。観察結果によ
れば振幅零の位置の燃料は順次、振幅最大位置方向へ移
行し、霧化が達成できることがわかったので、燃料の投
下方法はなるべくリング振動子の上方に、薄膜で円周方
向に均一に付着させるように噴射すれば良く、従って、
第1図に示した噴射弁13の燃料噴射後の噴霧はできる
だけ薄膜になるよう燃料を旋回して吐出する工夫が付加
されていると良い。第5図に示したリング振動子は第1
0図に示した振動(円周方向)の他に第11図に示した
ごとくリング振動子の軸方向の振動が加わり、リング上
下端が腹になるような振動をする。従って、第5図(C
)に示したように、微細化した燃料はリング振動子12
の軸方向上、下に飛散する。このように、リング振動子
の形状を適尚に選定すれば、微細化燃料の放散方向をあ
らかじめ設定した燃料供給系に随時適合せしめることが
できる。
次にリング振動子の径、励振周波数、リング肉厚、液処
理量、疲労限度等について調べて見る。
第12図は振動周波数と平均液滴径の関係で、リングの
径をパラメタとして示した。第12図かられかるように
、振動周波数が大きいほど、かつリング径が大きいほど
燃料の平均径は小さくなる傾向を有す。第13図はリン
グの径と液処理量の関係でリング肉厚をパラメタにして
示した。図かられかるように、リング径を大きく、かつ
リング肉厚を薄くするほど、液処理量が大むくなる。
第14図はリング肉厚と耐久時間の関係で、第15図参
照人が第5図に、第14図図示Bが第6図にそれぞれ示
したアーム取付は方法の違いが出ている。また、リング
肉厚を1m+以上とすれば耐に年は5年以上は確保でき
ている。
第15図は他の実施例について示したものである。本実
施例は第1図の実施例が間欠噴射方式に対し、連続噴射
方式の燃料供給系に関しておシ、エアクリーナ81を介
して吸入された空気は、カンチレバータイプの空気量計
量弁82の動きに比例して、燃料計量用ピストン83が
上下し、シリンダ部に切ったスリット84との間げき量
で燃料を計量し、噴射弁13(連続流)に燃料を送って
いる。噴射弁13は吸気管6の空気通路途上におき、噴
射弁13のノズルの後流部に超音波振動子11、リング
振動子12を設置して、燃料の霧化促進を図る。これら
の制御は全て、コンピュータ20で行ない、各センサ、
エンジン水温センサ86等の信号に基づき、噴射弁の開
弁時間幅、点火時期の制御、EGFLパルプ85の開弁
時間幅、また超音波振動子11の印加時間及びその印加
周期を決定する。
次に、前述した超音波振動子11の駆動方法に関して、
その回路構成、動作について説明する。
前記した如く、超音波振動子11を一定周波数で励振し
た場合、燃料噴射弁より噴射された噴霧はリング振動子
12に衝突し、瞬時に霧化してエンジンに吸引されるが
、微視的に考察するとリング振動子12に燃料が付着し
た瞬間はリング振動子の重量が変化するわけで、重量変
化分だけ、リング振動子12の共振点がずれることにな
る。このように共振点がずれると、霧化のだめの振動振
幅は確保できなくなり、霧化が遅れ、液膜の堆積が助長
され、悪循環ができる。この現象を打開するには、リン
グ振動子12を励振する超音波振動子11の振動周波数
を微小液膜量分だけほんのわずか変化させれば良い。こ
の周波数変化によって堆積液膜は瞬時に霧化し、液膜の
形成は皆無となる。
したがって、第16図(→に示したごとく、定常の印加
電圧波形では前述のごとく不具合が生ずるので、第16
図(b)に示したごとく、ある周期(0,l m s〜
lQms)の間隔で印加電圧周期を変化させると、連続
的に供給される燃料供給系(第15図参照)において、
均一かつ微細液滴群を得ることができる。
また、第17図に示したごとく間欠燃料供給(第1図参
照)の場合についても、上記と同様なことが言える。す
なわち、第17図(a)は噴射弁13の駆動パルス波形
である。したがってこのパル101時間内に燃料が噴射
弁13より噴射される。従来の超音波振動の場合は、第
17図(b)に示したごとく、噴射弁13が開弁してい
る時間だけ、超音波振動子11を励振せしめ、燃料噴霧
を微細化せしめていたが、上述したように、ある一定の
周波数で励振したのでは、液膜形成の悪現象が生ずる。
間欠噴射の場合は単位時間に噴射される燃料量はいつも
最大流量に匹敵しているので、連続噴射(第15図参照
)に比べて、液膜の形成が生じやすい欠点がある。した
がって、第17図(C)に示したごとく、超音波振動子
11を噴射弁開弁時間幅だけ励振する周波数を前記同様
わずか変化させると、液膜の形成はなくなり、均一かつ
微細化液滴群が得られる。
次に具体的な駆動回路の構成について開示する。
まず連続的に燃料を供給する場合(第15図参照)、超
音波振動子11の印加電圧の周波数をある周期的に変化
させる場合の回路構成を第18図に示した。本回路のす
べてはコンピュータ20に内蔵される。クロック回路1
01に例えば12MH2の水晶振動子101によっであ
る一定の周波数で信号を発するものである。このクロッ
ク回路101は第1図に開示したコンピュータ20のク
ロック回路として併用している。クロック回路101の
信号を3個の分周回路104,105,106によって
、例えば21.5kH2,20,5kH!。
2kH2の周波数の信号に変換される。ここで21.5
kH!、20.5kHzの周波数は超音波振動子11を
励振する周波数、2kHzの周波数は前記21.5 k
H2,20,5kHz(7)励振周波数を切換えるため
の信号である。したがって、連続的に超音波振動子を励
振する場合は0.5 m sごとに励振周波数を切シ換
えていることになる。21.5kH2を発生する分周回
路104と20.5 k Hzを発生する分周回路10
5が第16図(b)に示す2種類の周波数の信号をそれ
ぞれ別々に発生し、2k)lzを発生する分局回路10
6よりの信号が両者を切換える。アンド回路107とア
ンド回路108及びオア回路110が前記した2種類の
分周回路104,105 (例えば21.5kl(zを
発生する分周回路104と20.5 k HZを発生す
る分周回路105)の信号を切換えて合成する。アンド
回路107はマイクロコンピュータ102に接続されて
いるエンジン制御用l10L81103のオンオフ信号
によって前記した如く合成したオア回路110よシの信
号を断続する。2個のノくワトランジスタ113,11
4は2個のノット回路111.112によって増幅され
たオンオフ信号により、高電圧発生用コイル115の1
次側へ加える1次側電流を断続する。高電圧発生用コイ
ル115の2次側は超音波振動子11に接続し、交番す
る高周波の発生電圧を加える。
まだ第17図(b)、(C)に示す様な超音波振動の停
止を含む動作には例えば第19図に示す様な構成の回路
を用いる。クロック回路106、マイクロコンピュータ
102、エンジン制御1用I 10 LS 1103は
第19図に示す回路と同様であり説明を省く。クロック
回路101エリの信号は3個の分周回路117,118
,119により例えば21.5kH2,20,5kI(
Z、2kH2の周波数の信号に変換される。21.5k
Hz、20.5k)Izの信号を発生する分周回路11
7.11’8よシの信号はアンド回路121、アンド回
路122、オア回路123により2種類の周波数の信号
が交互に現れる信号に変換し、更にアンド回路124に
より、断続して発生停止を繰り返す。信号の発生、停止
の調節はマイクロコンピュータ102からの信号により
行ない、インジェクタ駆動回路へのエンジン制御用l1
0LSIよりの制御信号もしくは振動子駆動回路用に設
けられたオンオフ出力により行なう。2個のパワトラン
ジスタ123,124は2個のノット回路によって増幅
されたオンオフ信号により、高電圧発生コイル115の
1次側へ加える1次側電流を断続する。高電圧発生用コ
イル115の2次側は超音波振動子11に接続され、第
17図(C)図に示したごとく周波数が変化する高電圧
が印加されることになる。
前記のごとく、超音波振動子11に印加する方法として
前記の燃料供給系、すなわち連続流1間欠流に対して、
第16図(b)、第17図(C)の如く印加電圧制御法
を開示した。こ\で、燃料供給系が連続噴射の場合(気
化器方式でも適用できる)に超音波振動子11を間欠的
に高電圧を印加する方法が考えられるが、この方式では
、連続的に供給される燃料を間欠的に励振するので、第
20図Aに示すように燃料噴霧は、噴霧の塊υとなって
吸気管内を飛翔する。したがって、超音波振動子11を
励振する時期をエンジンの吸気時に同期せしめると、点
火プラグ近傍に噴霧の塊シが集合するので、層状給気が
超音波振動子11の制御だけで達成できる。また、噴射
弁の開弁時間周期に対して、超音波振動子11の励振時
間周期を若干ずらすことによって吸気の任意のタイミン
グで噴霧を形成しエンジンに吸引せしめることができる
この時のリング振動子形状は第21図に示す如くのもの
が適している。すなわち、リング振動子12に段差をつ
け、燃料滞留部91を設け、超音波振動子11を励振す
る時間で燃料霧化を行ない、前記の層状給気が達成でき
る。またリング振動子12の軸方向の長さ及び径を変え
ることによっても燃料を一時、リング振動子の壁面に滞
留させることができる。
次に間欠噴射で、超音波振動子を連続的に励振する場合
が考えられる。この場合は、エンジン始動時、過渡運転
時等、燃料増量がある場合に有効である。
第22図には、本発明の他の実施例が示されておシ、リ
ング振動子12に代えて角筒状振動子95を用いたもの
である。これによっても燃料の微細化は充分に達成する
ことができ、また、作製上も容易である。
以上説明したように、本発明によれば、均一かつ微細液
滴群を多量に組成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第15図は本発明による実施例、第2図は超
音波振動子の装着例、第3図及び第4図は超音波振動子
の構造を示す。第5図、第6図。 第7図、第8図、第9図、第21図、第22図はそれぞ
れリング振動子の構造等を示す。第10図。 第11図はリング振動子の振動モードを示す。第12図
、第13図及び第14図はリング振動子の特性を示す。 第16図、第17図は超音波振動子の印加パルス説明図
、第18図、第19図は超音波振動子の駆動回路説明図
、第20図は噴霧の輸送状況の説明図である。 30・・・オーリング、31・・・ゴム製パッド、32
・・・カバー、41・・・印加電圧端子、42.43・
・・圧電素子、44・・・固定板、45・・・7ランジ
、46・・・ホーン部、47・・・リング振動子固定ね
じ、48・・・圧電素子圧着用ねじ、49・・・固定用
ギャップ、51・・・アーム、52・・・固定用ねじ、
53・・・縦リム、54・・・横リム、55・・・テー
パー、56・・・中リング、60・・・振動モード、8
1・・・エアクリーナ、82・・・空気量計量弁、83
・・・燃料計量用ピストン、84・・・スリット、85
・・・EGR制御弁、86・・・冷却水温センサ、91
・・・燃料滞留部、101・・・クロック回路、102
・・・マイクロコンピュータ、103・・・エンジン制
御用l10LSI、104,105゜106.117,
118,119・・・分局回路、107.108,10
9,121,122,124・・・アンド回路、110
,123・・・オア回路、111゜112・・・ノット
回路、113,114.・・パワトランジスタ、115
・・・高電圧発生用コイル、111第2 口 81(; 一〆 $4 目 (幻 (b)45 $ ζ口 第4図 茅5 目 (C) ψ 茅7 目 (^) 0 y′1 口 ′$10口 茅ll  口          成 (PK) ≦O 液 40 理 里  2θ (へ) θ 茅12  図 20  22   24   26   2δ撤勧胴υ
数<KHz) 第13 目 tS    Zθ   ZS    Sθ   35 
 4θリ  ニ、  2°゛  ヲ’j、、(/rPL
tns、ジ茅 !6  口 (久) Cb) 茅 77 目 (^) Cb) (C)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、吸気管上流に燃料を計量して供給する噴射弁と、空
    気量を計量する空気量センサと、エンジンの運転状態を
    確定する絞シ弁とを有し前記噴射弁の開弁によって吸気
    管内に噴霧することによって燃料を供給する自動車用燃
    料供給装置において、上記噴射弁の下流に超音波振動子
    に支持される筒状振動子を設け、前記超音波振動子の励
    振周波数を所定の周期で変化させることによって燃料を
    微細化するようにしたことを特徴とする自動車用燃料供
    給装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の発明において、上記筒
    状振動子は、円筒状に形成されていることを特徴とする
    自動車用燃料供給装置。 3、特許請求の範囲第1項記載の発明において、上記筒
    状振動子は、角筒状に形成されていることを特徴とする
    自動車用燃料供給装置。 4、特許請求の範囲第1項記載の発明において、上記筒
    状振動子は、円筒に形成され、かつ、円筒内がテーパ状
    に形成されていることを特徴とする自動車用燃料供給装
    置。 5、特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか1項
    記載の発明において、上記超音波振動子と筒状振動子と
    の間にリムを設けたことを特徴とする自動車用燃料供給
    装置。 6、特許請求の範囲第1項ないし第5項のいずれか1項
    記載の発明において、上記超音波振動子の励振周波数の
    合成は、内燃機関の制御用コンピュータより発信するク
    ロック周波数を分周して行なうことを特徴とする自動車
    用燃料供給装置。
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