JPS6024305B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸気通路内に配設された超音波振動
片を持つ超音波霧化装置により、圧力下で噴射供給され
る液体燃料を超音波振動させて多化促進を計り、もって
燃料と空気との混合を良好にして均一的な混合気を機関
の燃焼室に供孫舎する内燃機関燃料噴射装置に関する。

従来の電気式の燃料噴射装置は、燃料に圧力をかけて紐
孔を有する燃料噴射ノズルから噴射させて、空気との摩
擦抵抗によって霧化を促進するというものであるが、従
来の電気式燃料噴射装置の燃料噴射圧はそれほど高圧に
できないために、ノズルからの噴射速度がづ・さく、横
議燃料粒の直径を小さくすることができなかった。又ノ
ズルからの噴射の場合、噴射される燃料の粒径も一様て
ないという欠点があった。従って、従来の燃料噴射装置
は均一な混合気の生成が不十分なため空撚比の高い（希
薄側）混合気を供給した場合の機関の運転性あるいは腰
機中の機関の運転・性が悪いという欠点があった。更に
項霧燃料粒の直径を小さくしようとすると噴射圧を高く
せざるを得ず、このためポンプを高圧化する必要があり
、この結果高価さらには内燃機関に対する負荷も大きく
なるという欠点がある。また電気的に駆動される電気噴
射弁の通電時間も短くなって通電制御が難かしく（むだ
時間の関係より誤差が大になる）噴射弁自体の構造も高
価になるという欠点がある。本発明は上記従来の欠点を
解消すべ〈なされたもので、内燃機関の運転条件に応じ
た量の燃料を間欠作動する噴射弁によって噴射供給する
ものにおいて、この噴射弁より放出される燃料を少くと
も噴射弁の作動開始前から作動中にわたって駆動される
超音波霧化装置により霧化促進、均一混合気化を計るこ
とにより、燃料霧化を促進できるとともに電力節約も可
能でかつ寿命を延ばせ得る燃料噴射装置を提供すること
を目的とする。

更に本発明は、噴射弁と超音波霧化装置とを対向させて
吸気管に設置することにより、更に電力節約、寿命延長
を可能にできる燃料噴射装置を提供することを目的とす
る。

以下本発明を添付図面に示す実施例について説明する。

第１図に於いては１は多気筒４サイクルの内燃機関、２
は導管３ａを介して各気筒毎に装着された燃料噴射弁、
４は燃料供給ポンプ、５は燃料圧力を一定の値に調整す
る圧力調整器、６は燃料タンク、７はフィルター、３は
導管、８は導管３ｂを介して吸気管１２の集合部１２ａ
に取付けられ、内燃機関の暖気検出スイッチ１８によっ
て内燃機関の冷間時のみ燃料を噴射する冷時噴射弁、９
はスロツトル弁１１の上流、下流に結合された補助空気
管１０の絞り面積をかえる冷時空気弁で、内部にワック
ス型ヒータが埋めこまれてあり、キースィッチＯＮ後、
、時間と大気温の関数で序々に弁面積が小さくなるよう
になっている。１３はスロットル弁１１の位置を検出す
るスロットルスィッチ、１４は吸気管１２の上流部に装
着された空気流量計で吸気管１２を流れる空気量をこの
流量計１４の計量板１５の回転変位として取り出し、ポ
テンションメータで変換した電気信号をコントロールユ
ニット２０におくる。

１６はエアークリーナ、１７は機関の暖気状態を検出す
る暖気検出器で機関冷却水温度を検出する。

１９は点火コイルで点火信号を得るものである。

２１は各気筒毎に設けられた超音波霧化装置、２２はキ
ースィッチ後のバッテリー正側端子を示す。

超音波発生制御装置を有するコントロールユニット２０
は空気流量計１４の信号と点火信号によって機関の運転
に応じて毎回の燃料噴射量を決定し、その制御信号を前
記噴射弁２の電磁弁に与えるようにしてある。

また、補助空気弁９と冷時噴射弁８によって始動性を良
くすると共に始動後完全な暖気温度に達するまでの間、
適当なアイドル回転速度を保持するために冷却水温度に
関連してアイドル空気量を変化させ得ると共に、暖気運
転中の混合比をコントロールユニット２０によって調整
できるようになっている。超音波霧化装置２１は燃料噴
射弁２と同期して振動されるよう、また所定の機関の条
件の停止する様コントロールユニット２０で制御される
。次に超音波霧化装置２１の詳細図を第２図に示す。

この装置２１は機械的振動拡大部としての円錘台部材か
らなるホーン型形態を有する超音波拡大用ブロック２１
ａと設定された超音波により共振する振動子２１ｂと、
その共振周波数と同一の振動数で屈曲振動する先端振動
片２１ｔと、吸気管へ取り付けるためのフランジ２１ｃ
が形成されていると共にボルト２１ｅ、ワッシヤ２１ｇ
、ナット２１ｈでプ。ック２１ａに一体に固定される支
持部２１ｄとよりなる。ここで、２１ｆは絶縁体、２１
ｉはリード線、２１ｊ、２１夕はフランジ２１ｃに形成
した貫通穴の洩れを防ぐブッシュ、２１ｋはホーンブロ
ツク２１ａ側部を経てブロック２１ａ先端部の振動片２
１ｔに形成した燃料噴射孔２１ｐに蓮適する燃料導管、
２１ｍ、２１ｎ、２１ｏはフランジ２１ｃを吸気管１２
に固定するためのボルト、ナット、ガスケットである。
次にコントロールユニット２０‘こついて第３図、第４
図のブロック図、出力波形図を用いて説明する。

なお第３図中Ａ〜日点は第４図の各出力波形図に対応し
ている。点火コイル１９よりの点火信号Ａは分周回路２
０ｅを通して分周され、その出力は全体に超音波霧化装
置２１の立ち上り時間を充分満たすための予備用の時間
７１だけ遅延回路２０ｄを通して遅らされる。おの遅延
回路２０ｄの出力信号Ｃと空気流量計１４の出力信号は
基本噴射量演算回路２０ａに入力され、吸入空気流量に
比例しかつ機関回転速度に反比例する噴射時間７３ の
パルス信号Ｄ２が信号Ｃに同期してつまり機関回転に同
期して発生される。この演算は例えばコンデンサの充放
電を用いて行われ、遅延回路２０ｄの出力Ｃが“１”レ
ベルの間充電され次に“０”レベルに変わると放電され
放電初めより終了迄を基本噴射時間７３とするもので、
充電を一定電流で行い、放電を吸入空気流量に応じた電
流値により行うことにより、第４図のＤＩのような出力
波形となり、空気流量が大になると図示矢印方向にその
出力信号戊のパルス時間７３は長くなる。この出力ぴは
次に補正回路２０ｂに入力されこの回路２０ｂで種々の
機関状態に適合されるように補正される。この演算も基
本噴射量演算回路と同様コンデンサ充放電が用いられ、
出力びが“１”レベルの間つまり丁３時間充電され“０
”レベルになると補正係数回路２０ｃからの補正電流に
よって放電される。この様子は第４図のＥ１、Ｅ２に示
すとおりである。補正電流が小になると補正時間丁４
は大になる。この補正係数回賂２０ｃはスロットル弁関
度によってアイドル状態を検出する全閉スイッチ１３ａ
、全負荷を検出するスイッチ１３ｂ並びにスロットル弁
１１が設定関度スイッチ１３ｃからなるスロットルスイ
ッチ１３の信号と、機関冷却水検出器１７の信号と、そ
の他の大気温、加速、減速を検出する補正値検出器２３
の信号とを入力信号として用い、補正係数Ｋを求めてい
る。ぴ、Ｅ２の両出力は加算回路２０ｆを通して加算さ
れて７＝７３ 十丁４ の計算が行われる。この加算回
路２０ｆのパルス出力Ｇは噴射弁駆動回路２０ｇに入力
され電力増中され噴射弁２へ送られ、噴射弁２はこのパ
ルス出力Ｇのパルス時間７だけ通電され燃料が噴射弁よ
り噴射される。加算回路２０ｆの出力Ｇは単安定マルチ
パイプレータ２０ｈに入力され燃料導管２１ｋの残留燃
料分が充分霧化するだけの時間７２を作る。この時間↑
２と噴射時間７と分周回略２０ｅ並びに遅延回路２０ｄ
の出力信合によりフリップフロップ回路で作られたパル
ス信号のパルス時間７１とがオア回路２０ｉで加算され
、７ｊ＝７１十丁十７３ の時間幅のパルス信号日がア
ンド回路２０ｋを介して超音波霧化駆動回路２０と‘こ
入力される。ここでアンド回路２０ｋのもう一方の入力
にはスロットルスィッチ１３の設定開度スイッチ１３ｃ
が結合されスロットル弁１ １が設定関度以上の時スイ
ッチ１３ｃは“０”レベルとなりアンド回路２０ｋを閉
じ、スロットル弁１１が設定開度以下の時はスイッチ１
３ｃは“１”レベルになりオア回路２０ｉの出力信号日
を通す。また超音波霧化駆動回路２０れま超音波発振回
路、パワー回路により構成され、入力が“１”レベルの
時つまりパルス信号日の７ｊ時間中は超音波発振出力を
出し超音波霧化装置２１に電力を供給して超音波振動を
行わせる。次に上記実施例についての作動を以下説明す
ると、点火が行われると第４図のＡ、日からも暁らかな
ように超音波霧化装置２１が振動を行いはじめ、充分振
動動作が安定する時間７１後に噴射弁２が関弁されて燃
料が送られ霧化袋道２１を通して霧化されつつ吸気管１
２へ噴射される。

その後噴射弁２がオフされてから導管２１ｋ内の燃料が
充分霧化される時間７２経過後援化装置がオフされ、振
動が停止する。ここで燃料導管２１ｋのブッシュ２１〆
部分並びに燃料導管２１ｋがホーンブロック２１ａの側
部に蓮通接続される部分が燃料導管２１ｋの振動の節と
なるように寸法が設計されており、導管２１ｋの振動に
よる破損、抜けは防止される。また振動片２１ｔの腹に
なる部分で振動時振幅が一番大きくなるように設計され
ており、この部分で鞠方向の最大の振幅の振動が生じ、
効率よい燃料霧化を達成する。なお上記実施例では超音
波霧化装置２１の燃料導管２１ｋはホーンフロック２１
ａの側部に運通接続されたものであったが第５図に示す
ように支持部２１ｄの中心軸の頂部に燃料導管２１ｋを
蓮通接続させることも可能である。

ここで２１ｇはシール用ワッシャ、２１ｒはシール材、
２１ｓは燃料導管２１ｋを固定するためのナットで、上
記実施例におけるボルト２１ｅの中心には注入孔２１ｕ
が設けてある。この構造の霧化装置２１を用いると取り
付け時におけるリード線２１ｉ、燃料導管２１ｋの取り
出しが楽になる。また上記の実施例のものは超音波霧化
装置２１のホーンフロック２１ａを通して燃料を噴射さ
せていたが第６図の如く噴射弁２と対向させて、超音波
霧化装置２１を設けホーンフロックに燃料を当てるよう
な装置としても霧化効果がある。

この場合上記実施例におけるコントロールユニット２０
の残留燃料霧化用時間↑２ の機能は必要なくなる。ま
た上記実施例では各気筒毎に燃料噴射弁を設けたもので
あったが、全気筒に１本のみあるいは２気筒に１本設け
るといった装置にも有効である。

また上記実施例における超音波霧化装置２１の振動子２
１ｂは磁歪素子あるいは霞歪素子を用いるものであるが
本発明はこれらに限定するものではなく、同様の機能を
有する他のものでもよい。

超音波振動拡大部としてのブロック２１ａはホーン型を
用いているが機械振動を拡大するものなら何でもよい。
またスロットル弁が設定開度以上の時は超音波振動によ
る霧化効果の影響は少し、ので上記実施例ではスロット
ル弁が設定開度以上の時、振動を停止させたがその他の
検出器で他の期鑑状態を検出し例えば始動時、暖気時の
み振動させたり、或いは機関速度、機関負荷、吸入空気
量に応じて超音波振動の作動制御を行わせるようにして
もよい。

以上説明したように本発明の燃料噴射装置は、超音波振
動霧化装置を設けると共に噴射弁の作動毎に作動するよ
うに構成されているので、電力効率よく、しかも構成簡
単にして燃料の霧化促進を計れ、燃料は吸気管壁に付着
することがなく極めて均一な混合気を形成でき多気筒エ
ンジンの各燃焼室への均質な混合気の分配が可能となる
。したがって始動、暖気時或いは希薄空燃比による運転
時等における運転性の向上、有害排気ガスの低減、燃費
の向上等優れた効果を発揮する。また超音波霧化装置の
立ち上り時間を考慮し、噴射開始時期よりも所定時間だ
け早く駆動しているので確実に燃料霧化を行えるという
利点をもつ。又更に超音波霧化装贋を間欠的に作動させ
ることと相挨つて機関の所定運転状態の時のみこの銭化
装置を作動させるため寿命の延長つまり耐久性の向上を
計ることができる利点もある。更には、噴射弁に対向し
て超音波霧化装置を設けているため、超音波霧化装置の
作動を噴射弁の作動と共に停止することができ、それに
よって更に電力節約、寿命延長を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−実施例を示す構成図，第２図は第１
図に示す超音波霧化装置の詳細断面図，第３図は第１図
のコントロールユニットのフロック図，第４図は第３図
の各部出力波形図，第５図は本発明の他の実施例の要部
の詳細断面図，第６図は本発明の更に他の実施例の要部
を示す構成図である。 ２・・・噴射弁，２０・・・超音波発生制御装置を有す
るコントロールユニット，２１・・・超音波霧化装置。 第２図第１図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料の供給を間欠的に制御する少なくとも１つの噴
   射弁とこの噴射弁から噴射される燃料を霧化させる超音
   波霧化装置と、この超音波霧化装置を前記噴射弁の開弁
   作動毎に駆動すると共に前記噴射弁の開弁開始時期より
   も所定時間だけ早く駆動開始させる超音波発生制御装置
   とを備えたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 ２ 内燃機関の吸気管に配置され間欠的に燃料の供給を
   制御する少なくとも１つの噴射弁と、この噴射弁と対向
   して前記吸気管に配置されて前記噴射弁からの燃料を霧
   化させる超音波霧化装置と、この超音波霧化装置を前記
   噴射弁の開弁作動毎に駆動すると共に前記噴射弁の開弁
   開始時期よりも所定時間だけ早く駆動開始させる超音波
   発生制御装置とを備えたことを特徴とする内燃機関用燃
   料噴射装置。