JPS60192846A - 内燃機関の燃料供給装置 - 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】 一産業上の利用分野 この発明は、ガソリン機関などの内燃機関に用いられる
燃料供給装置に関し、詳しくは燃料の気化熱による吸気
の温度低下に基づき空燃比制御を行うようにした燃料供
給装置に関する。

従来技術 例えばガソリン機関の燃料供給装置として広く用いられ
ている固定ベンチュリ式気化器は、アクセルと連係した
吸気通路内のバタフライ形絞弁によって吸入空気量音制
御するとともに、この吸入空気量を固定ベンチュリにお
ける発生負圧の大小として計量し、更にこの負圧により
燃料ジェットの上下圧力差金変化させて燃料の計量を行
い、所定の空燃比を得る構成となっている。７７’（Ｓ
　Ｕ気化器に代表される可変ベンチュリ式気化器は、ツ
クタフライ形絞弁によって制御された吸入空気量を、可
変ベンチュリの流速が一定となるように摺動するサクシ
ョンピストンの釣合位置として計量し、これに関連して
針弁により燃料ノズルの開口面積を変化させて燃料の計
量を行っている。−１７’ｊ近年多用化されつつある電
子制御燃料噴射装置は、同じく吸入空気量をエアフロー
メータや圧力センサ等により計量し、必要な燃料量を演
算して燃料噴射弁の開時間により燃料流量全制御してい
る。

すなわち、倒れの形式においても、空気と燃料とが実際
に混合さｆ′Ｌｆｃ状態での空燃比を直接に検知してい
る訳では無く、空気流量と燃料流量を個々に計量した後
の実際の空燃比は何らフィードバックされていない。従
って、例えば針弁の加工精度など種々の要因によって空
燃比が左右され易く、排気浄化性能や燃費全十分に満足
するような高精度な空燃比制御″を実現することは離し
い。

また近年、排気系に三元触媒を用いた内燃機関などにお
いて、排気中の残存酸Ｓｔ−検出することによって空燃
比の濃薄を判別し、気化器等の燃料流量をフィードバッ
ク制御する空燃比制御システムが実用化されているが、
これは一定の理論空燃比に保つ場合にのみ有効であり、
かつ排気成分がら空燃比を判別するものであるから二次
空気導入装置などを用いることができなくなってし１う
（日量自動車■昭和５７年１０月発行「サービス同報第
４７２号」第５６頁等参照）。

発明の目的 この発明は上記のような従来の燃料供給装置における諸
問題に鑑みてなされたもので、燃料の気化熱による吸気
の温度低下と空燃比との相関関係から実際の混合気の空
燃比を直接的に検出して燃料流ｔをフィードバック制御
するとともに、上記の温度低下に関与しない液状の１１
吸気通路の壁流となってしまった燃料の回収を図ること
によって、高精度でかつ応答性の良い空燃比制御が可能
な新規な燃料供給装置を提供することを目的とする。

発明の構成 この発明に係る内燃機関の燃料供給装置は、アクセル操
作に応じて吸気通路面積を変化させる吸入空気量制御機
構と、上記吸入空気量制御機構の吸気通路最狭部の近傍
に燃料全供給する燃料供給機構と、吸気通路の比較的上
流に設けられ、かつ燃料混合前の吸気温度全検知する第
１測温手段と、吸気通路の比較的下流に設けられ、かつ
燃料気化後の吸気温度全検知する第２測温手段と、両者
の温度差に応じて上記燃料供給機構の燃料流量上制御す
る制御装置と、上記第２測温手段の測温位置近傍におい
て吸気通路壁面に形成された壁流回収溝と、一端が上記
壁流回収溝に開口し、かつ他端が上記吸気通路最狭部近
傍に開口した燃料戻し通路とを備えて構成されている。

発明の作用 一般に空気にガソリン等の燃料を混合させた場合に燃料
の気化熱によって熱が奪われ、温度が低下することが知
られているが、燃料が１００几気化したものとすると、
外部からの吸気に対する熱の授受が無は几ば、気化熱に
起因した吸気の温度低下ΔＴと空燃比ＧＡ／ＧＦ（（）
Ａ：空気質量流量、ＧＦ：燃料質量流量）とは、一定の
相関関係全盲している。つ１り燃料の気化後の熱容量は
無視できる程度のものであるから、燃料の気化潜熱１ｒ
：Ｈｌがあり、気化潜熱Ｈおよび比熱ＣＰヲ略一定と考
えｎば、吸入空気量の大小に無関係に、温度低下ΔＴの
みから空燃比ＧＡ／Ｇｙ’をめることが可能である。本
発明はこの原理に基づいて空燃比制御を行うものであり
、上述した温度低下ΔＴが目標空燃比に対応した値とな
るように燃料流量全フィードバック制御することによっ
て実際の空燃死金上記目標空燃比に高精度に一致させる
ことができるのである。

一方、上記の温度低下ΔＴと空燃比ＧＡ／ＧＦとの相関
関係は、燃料の１００３の気化全前提とするものであシ
、高負荷時などに一部燃料が壁流となって気化さ扛ずに
存在すると、その壁流分は撫度低下△Ｔに関与せずに機
関に供給されることになるので、空燃比に狂いを生じる
。つ１す、実際に温度低下へＴに基づくフィードバック
制御の可能な運転領域が相当に限定されてしまう虞れが
あるのであるが、本発明では、吸気通路最狭部近傍で供
給された燃料の中で気化せずに壁流となったものは、下
流の壁流回・収溝で回収さｎる。この結果、機関には温
度低下へＴに関与する燃料のみが実際に供給されること
になり、空燃比精度を十分に維持できる。また、回収さ
れた燃料は、吸気通路最狭部近傍に戻って再び吸い出さ
れるが、この燃料も気化すれば当然吸気の温度低下ΔＴ
に関与し、その空燃比精度を低下させる要因とはならな
いのである。

実施例 以下、この発明の具体的な一実施例を図面に基づいて説
明する。

この実施例は吸入空気量制御機構としていわゆる音速ノ
ズルを用い友ものであって、空気流速を音速あるいはこ
れに近い高速に高めることによって燃料の微粒化を図９
、前述した空燃比測定原理・の前提となる燃料の略完全
な気化？達成するようにしたものである。

図において、ｌは一部示せぬ吸気マニホルド集合部とエ
アクリーナとの間に配設されるスロットルボディであっ
て、このスロットルボディ１は上流側のノズル部１ａと
下流側のミキシング部１ｂとに大別され、上記ノズル部
１ａの側周面に空気取入口２が開口形成されている一方
、上記ミキシング部１ｂが略り字状に屈曲さした混合気
通路３を構成しており、その端部に、混合気出口４が下
方に向かって開口形成さｎている。尚、上記スロットル
ボディ１は全体が比較的断熱性に優れた材質で形成され
ている。

５は上記ノズル部ｌａ内に収納された略円錐形のスロッ
トルコーン、６はこのスロットルコーン５の中心部に挿
通固定された支持シャフトであって、この支持シャフト
６は負圧室カバー７のガイドスリーブ８に摺動可能に嵌
合保持さ扛ており、かつ上記ガイドスリーブ８内には上
記スロットルコーン５の摺動位置を検出するポテンショ
メータ９が配設さ詐ている。また上記スロットルコーン
５は、負圧室１０を画成するダイヤフラム１１に連結さ
れているとともに、コイルスプリング１２によって常時
下流方向に向けて付勢されており、上記負圧室１０内の
負圧に応じて摺動位置が制御されるようになっている。

具体的には、機関吸入負圧が作用する混合気出口４と上
記負圧室１０とが負圧通路１３にて連通されているとと
もに、該通路１３に針弁１４　ａおよびリターンスプリ
ング１４　ｂからなる負圧制御弁１４が介装され、かつ
上記針弁１４　ａが図外のアクセルに連係して開閉駆動
される構成となっている。尚、負圧を解放する際の九め
にオリフィス１５　、１６　を介して上記負圧通路１３
に大気通路１７が接続されている。また、　１８は上記
ガイドスリーブ８内を負圧室１０と等圧に保つための連
通孔、１９はシールキャップである。

上記スロットルコーン５は、断熱性に富んだ合成樹脂等
で成形さｎたもので、このスロットルコーン５の壁面と
上記スロットルボディノズル部１ａのベンチュリ状の壁
面とで、環状に連続した可変音速ノズル２０が構成され
ている。この可変音速ノズル加は、上記スロットルコー
ン５の摺動位置に応じてスロート部（最狭部）２１の面
積が増減変化するように、その形状が設定されており、
上記スロート部２１と略等しい位置に、電磁弁式の燃料
噴射弁２２が臨設されている。

一方、上記スロットルボディ１のミキシング部１ｂにお
いては、屈曲さｆ′Ｌ７′ｃ混合気通路３の垂直部分に
ベンチュリ部ｎが形成されているとともに、上記垂直部
分の上端開口部つ’１１）水平部分と接続し次間口部の
周囲に、壁流回収溝２４が凹設さ詐ている。尚、上記混
合気道路３の水平部分上流れて来た吸気が衝突する垂直
壁１ｃは、吸気流を急激に折シ曲げるように水平部分の
土壁に対し略直角に接続されており、かつその下縁て接
するように上記壁流回収溝２４が形成されている。また
、上記壁流回収溝２４は、上記ベンチュリ部２３部分の
内部に形成され九燃料溜９室２５に連通路２６ｔ−介し
て接続されているとともに、上記連通路２６には電磁弁
がか介装され、かつ該電磁弁２７の上流側において上記
ベンチュリ部２３に開口する壁流排出ボー）２８が接続
形成さｎている。上記燃料溜シ室加は環状をなし、かつ
その内部に静電容量変化を利用した液面検出器２９が収
納さｎているとともに、底部に燃料戻し通路（の一端が
接続さｎている。そして、上記燃料戻し通、路（９）の
他端は、可変音速ノズル加のスロート部２１近傍に開口
している。

また３１　、３２は夫々測温手段としての第１熱電対。

第２熱電対であって、燃料混合前の空気温度を検知する
第１熱電対３１はスロート部２１上流の空気取を検知す
る第２熱電対３２はべ／チェ９部器の若干上流側に配設
されてお９、夫々の測温接点の間の温度差を電位差とし
て直接に検出している。制御回路羽は、この両者の温度
差と、ポテンショメータ９の検出信号と、検出回路３４
ｔ−介した液面検出器２９の検出信号と、機関回転速度
を示す例えば点火信号とｔ夫々入力とし、燃料噴射弁２
２の開弁時間つ１シ燃料噴射量と電磁弁２７の０Ｎ−Ｏ
ＦＦと全制御して−る。

次に上記構成における作用について説明する。

先ず、この燃料供給装置においては、吸入空気量の制御
が通常のバタフライ形絞弁に代えてスロットルコーン５
の移動によって行わｎる。すなわち、図外のアクセルに
連係して負圧制御弁１４が開かれると、混合気出口４の
機関吸入負圧が負圧室１０に導入されてスロットルコー
ン５が図の左方に移動し、逆に負圧制御弁１４が閉じら
れると負圧室１０の負圧が弱まってスロットルコーン５
が図の右方に移動するのであり、このスロットルコーン
５の移動に伴って可変音速ノズル２０のスロート部２１
０面積が増減し、空気取入口２側から混合気出口４側へ
と流れる空気を適宜に絞って流量調整するのである。そ
して、空気取入口２側の圧力（はぼ大気圧に等しい）と
混合気出口４側の圧力（機関吸入負圧）との差がある程
度大きい場合には、スロート部２１において音速もしく
はこれに近い流速を得ることができ、燃料噴射弁２２で
噴射された燃料を良好に微粒化させることができるので
ある。

燃料噴射量の制御は、通常の運転状態においては、ポテ
ンショメータ９が検出するスロットルコーン５の位置全
吸入空気量に関連した信号とし、この吸入空気量と機関
回転速度とから基本噴射量をめるとともに、こｎに更に
第１、第２熱電対３１　、３２の温度差からする補正を
加えて、空燃比をフィードバック制御している。

すなわち、スロート部２１における流速が上述のように
大きいことから、噴射さした燃料は速やかに気化し、そ
の気化熱に起因して、第１熱電対３１と第２熱電対３２
との間で実際の空燃比に対応し九温度差が検出され、こ
の検出した温度差を利用してフィードバック制御を行う
のである。こｎによシ、アイドリング付近の低負荷時に
おける空燃比精度が極めて良好なものとなる。また、機
関吸入負圧が−３６０〜−７００ｗｍ　Ｈｔｔ程度の低
・中負荷領域では、燃料戻し通路３０内でスロート部２
１からベンチュリ部ｎ側へと逆流音生じる虞れがあるの
で、電磁弁２７は「閉」に制御されるが、この運転状態
ではスロート部２１で音速近い流速が保たｎ、かつ混合
気通路３内の負圧が強いことから、燃料は略完全に気化
され、壁流発生の問題はない。

一方、スロート部２１の流速が小さくなる高貴時には、
燃料の１００比の気化が困難となって来るが、この場合
未気化の液状燃料は壁流となり、とシわけ垂直壁ＩＣに
沿って吸気流が屈曲する際に垂直壁ＩＣに付着する形で
回収される。従って、機関には常に第１．第２熱電対３
１　、３２間の温度低下に関与した気化燃料のみが流入
し、空燃比に狂いを生じることがない、”ｚ＊、この高
負荷時には電磁弁２７が「開」となっておシ、上述のよ
うに垂直壁１ｃ等の壁流として回収された未気化燃料は
壁流回収溝２４から燃料溜り室δに集められた後に、燃
料戻し通路３０ｉ経て、スロート部２１から再度吸い出
されて行く。この再供給される燃料も、勿論筒１．第２
熱電対３１　、３２の検出対象となり、空燃比に狂いを
生じることはない。すなわち、壁流の有無が空燃比精度
に何ら影響金与えないのである。

尚、高負荷運転の開始時に、液面検出器２９の液面変化
から壁流ｆＬ全検出し、その分だけ予め基本噴射ｆｔ−
増量することによって、加速時の空燃比制御の応答性を
高めることが可能である。

また上述した高負荷運転が相当に長時間継続した場合に
は、燃料溜９室２５が満杯となったことを液面検出器２
９が検出したときに、電磁弁がか「閉」となり、かつ同
時に燃料噴射量のフィードバック補正が停止さｎて、ス
ロットルコーン５の位置と機関回転速度とから噴射量の
決定を行うことになる。すなわち、壁流回収溝２４に集
められた燃料は、ベンチュリ部２３に開口する壁流排出
ボート２８から再度吸い出さｎて機関に供給される。尚
、燃料溜り室部内の燃料は僅かづつ燃料戻し通路３０金
経てスロート部２１から吸い出されるので、燃料溜り室
部内の液面が下がると再び電磁弁２７は「開」となる。

更に、高負荷運転状態から急激に低負荷運転状態に移行
した場合には、スロットルコーン５の急激な移動をポテ
ンショメータ９が検出し、電磁弁ｎは「閉」となる。こ
れによって、燃料溜９室２５発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係る内燃機関
の燃料供給装置によれば、吸気の温度低下がら実際の混
合気の空燃比を直接に検出して燃料流ｉｔ−フィードバ
ック制御するので、吸入空気量の少ない低負荷時におい
ても機械的な加工精度等に左右されずに高精度な空燃比
制御が可能であるとともに、一部燃料が壁流となった場
合の燃料応答性の悪化による空燃比変動全防止でき、例
えば冷間時においても実際の空燃比を安定的に維持でき
る１等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例を示す構成説明図である。 １・・・スロットルボディ、１ａ・・・ノズル部、１ｂ
・・・ミキシング部、２・・・空気取入口、４中温合気
出口、５°・・スロットルコーン、９・・・ポテンショ
メータ、１０・・・負圧室、１１・・・ダイヤフラム、
１２・・・コイルスプリング、１４・・・負圧制御弁、
２０・・・可変音速ノズル、２１・・・スロート部、２
２・・・態別噴射弁、２３・・・ベンチュリ部、２４・
・・壁流回収溝、２５・・・燃料溜り室、２７・・・電
磁弁、２８・・・壁流排出ボート、２９・・・液面検出
器、ぶ）・・・燃料戻し通路、３１・・・第１熱電対、
３２・・・第２熱電対、３３・・・制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アクセル操作に応じて吸気通路面積を変化させる
   吸入空気量制御機構と、上記吸入空気量制御機構の吸気
   通路最狭部の近傍に燃料を供給する燃料供給機構と、吸
   気通路の比較的上流に設けらｎ、かつ燃料混合前の吸気
   温贋金検知する第１測温手段と、吸気通路の比較的下流
   に設けらｎ、かつ燃料気化後の吸気温度を検知する第２
   測温手段と、両者の温度差に応じて上記燃料供給機構の
   燃料流量を制御する制御装置と、上記第２測温手段の測
   温位置近傍において吸気通路壁面に形成さ詐た壁流回収
   溝と、一端が上記壁流回収溝に開口し、かつ他端が上記
   吸気通路最狭部近傍に開口した燃料戻し通路と全備えて
   なる内燃機関の燃料供給装置。