JPS6038548B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエンジンの低温時における始動用の燃料、或い
は暖機運転のための補助用の燃料を供給する補助燃料噴
射弁を備えた燃料噴射装置に関し、特にその補助燃料噴
射弁から噴射される燃料の霧化を超音波振動により促進
する超音波霧化装置を備えたものに係わる。

従来、エンジンの低温時における始動から暖機運転が完
了するまでの間は、例えば気化器を用いたエンジンでは
チョーク弁とスロットル弁とを適度の閥度に調整するフ
ァーストアイドル機構によって混合気の空燃比を通常よ
り週濃にし、運転性の確保を計っていた。

しかし気化器のこのファーストアィドル機構では混合気
の空燃比を、エンジンの温度を含めた種々の運転状態に
応じた値に調整することは不可能に近く、しかも混合気
を過渡な値に調整するため燃料は充分気化されないとい
う問題があり、運転性、燃料経済性が悪く、排気ガス有
害成分の排出も多いという欠点をもっている。これに対
し、燃料噴射量を機械的、或いは電子的に制御する燃料
噴射装置は、滋機運転時における混合気の週濃化つまり
燃料の補正増量のための制御の精度は高いものの、この
磯機運転時における燃料の霧化が非常に悪く、特にエン
ジン温が低いエンジン始動時、或いはエンジン腰機運転
時はこのことが顕著で燃料の気化が悪く、エンジン燃焼
室内での燃焼に有効となる燃料分が少なく必要量以上の
燃料を噴射供給しているのが実情である。

この結果、燃料噴射装置を備えたエンジンにあってもエ
ンジンの低温時は、燃料経済性は悪く、有害排気ガスの
放出も多量であるという欠点をもつ。本発明は上記欠点
を解消するためエンジンの運転状態に応じた量の燃料を
エンジンに噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの低温
時における始動時若しくは暖機運転時の補助燃料を少な
くともエンジンに噴射供給する補助燃料噴射弁と、前記
補助燃料噴射弁からエンジンに供給される燃料を超音波
振動させ霧化させる超音波霧化装置と、補助燃料噴射弁
の作動中およびその前後においてのみ超音波霧化装置を
作動させる手段とを備える構成としたことを特徴とし、
エンジン低温時における始動若しくは暖機運転用の補助
燃料を充分霧化できて余分に燃料供給することなく、排
気ガス対策上、また燃料経済性上の利点を持たせ得ると
共に、補助燃料だけを補助燃料噴射弁作動の前後にわた
ってのみ超音波霧化するだけでよく、確実な霧化、電力
消費が少なく超音波霧化装置も大型とならない利点をも
持たせ得る燃料噴射装置の提供を目的とする。

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は電子制御式の燃料噴射装置を備え
た４気筒４サイクルエンジン、２は導管３，３ａを介し
て燃料が導かれると共に各気筒毎に装着された電磁作動
式の燃料噴射弁、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、８は導管３，３ｂを介して燃料が導かれる
と共に吸気管１２の集合部１２ａに鞍設され、コントロ
ールユニット２０１こよってエンジンの低温時の始動用
並びに補正増量（補助）用燃料を噴射する補助燃料噴射
弁、９はスロットル弁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補助空気弁で、内部に
ワックス型ヒータが埋めこまれてあり、キースイッチＯ
Ｎ後の時間と大気温の関数で徐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の位置つま
り開度を検出するスロットルセンサ、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はエンジン温の代表値とし
ての冷却水温を検出する水温センサ、１８はェンジンー
の腰機状態を検出する腰機検出スイッチで、機関冷却水
温度を検出する。

１９は点火コイルを含む装置で点火信号を得るものであ
る。

２１は補助噴射弁８から噴射される燃料を補助空気管１
０から噴出される空気に向って衝突させるように噴射し
、かっこの燃料を超音波振動によって霧化する超音波霧
化装置で吸気管１２の集合部１２ａに取付けられる。

２２はキースィッチ後のバッテリー正側端子を示す。

２３は排気ガスの組成により空気、燃料混合気の空燃比
を検出する空燃比センサである。

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は機械的振導拡大部としての円錐台部村か
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でブロック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はコントロールユニット２０‘こ連なるリード線、２
１ｉ，２１１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はホーンフロック２１ａ側部を
経てブロック２１ａ先端部の振動片２１ｔに形成した燃
料噴出孔２１ｐに蓮適する燃料導管、２１ｍ，２１ｎ，
２１０はフランジ２１ｃを吸気管１２の集合部１２ａ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。

ールュニット２０‘こついて第３図のブロック図、第４
図の信号波形図を用いて説明する。コントロールユニッ
ト２０は、吸入空気量計１４の信号と点火装置１９から
のエンジン回転に同期した信号とが入力され、この両信
号によってエンジン運転状態に応じた時間幅のパルス信
号をエンジン回転に同期して燃料噴射弁２に供給する主
燃料コントロール回路２０Ａ、始動用並びに暖機補正用
の燃料を噴射供給する補助燃料噴射弁８の関弁時間幅を
演算し、この時間幅のパルス信号をこの補助噴射弁８に
供給する補助燃料コントロール回路２０Ｂ「及びこの補
助噴射弁８から供給される燃料を超音波振動させる超音
波霧化装置２１を駆動する超音波駆動回路２０Ｃから成
る。上記主燃料コントロール回路２０Ａは次の回路から
なる。２０１は点火装置１９からの信号を波形整形する
波形整形回路、２０２はこの波形整形回路２０１の信号
を分周する分周回路、２０３は分周回路２０２からの第
４図Ａに示す信号と吸入空気量計１４からの信号とが入
力されエンジンの吸入空気量に比例し回転数に反比例し
た時間幅ｔｐの第４図Ｔｐに示すパルス信号Ｔｐを発生
する演算回路、２０４はこの演算回路２０３の出力パル
ス信号の時間幅ｔｐにエンジンの吸入空気温やエンジン
加速状態等エンジンの運転状態を表わす信号を菜算して
パルス時間幅ｔｍのパルス信号Ｔｍを出力する乗算回路
、２０５はこの乗算回路２０４からのパルス信号Ｔｍが
入力され噴射弁２の燃料噴射量が電源電圧によって変化
するのを補正し、電源電圧に応じたパルス時間幅ｔｕの
パルス信号Ｔｕを出力する電圧補正回路、２０６は演算
回路２０３、乗算回路２０４、電圧補正回路２０５から
のパルス信号Ｔｐ，Ｔｍ，Ｔｕが入力され、パルス時間
幅（ｔｐ十ｔｍ＋ｔｕ）のパルス信号Ｔを出力するＯＲ
回路、２０７はこのＯＲ回路２０６のパルス信号Ｔを増
幅して噴射弁２に供給し噴射弁２を駆動する出力回路で
ある。

演算回路２０３は例えば特開昭４９−６７０１６号公報
に示されるパルス時間幅可変のマルチパイプレータが用
いられ、分周回路２０２からのパルス信号によってコン
デンサの充電が制御され、その放電が空気流量計１４の
出力によって制御される。乗算回路２０４は例えば特開
昭４９−６７０１６号公報に記載された時間幅可変のマ
ルチパイプレータが用いられ、演算回路２０３からのパ
ルス信号Ｔｐのパルス時間幅ｔｐの間充電されるコンデ
ンサを有し、充電終了後の放電持続時間に等しいパルス
時間幅ｔｍのパルス信号Ｔｍを発生するもので、充電時
に外部回路から流れ込む補正用信号としての電流が大き
いほどパルス時間幅伽は大きく、かつ放電時に外部回路
から流れ込む補正用信号としての電流が大きいほどパル
ス時間幅肌は大きくなるよう礎成されている。補助燃料
コントロール回路２０８は次の回路からなる。

２１０は前記演算回路２０３からのパルス信号Ｔｐが入
力され、このパルス信号Ｔｐの時間幅ｔｐに水温センサ
からのエンジン温に対応したアナログ信号並びに他のエ
ンジン状態を表わすアナログ信号を秦算して第４図Ｔ，
に示すパルス時間幅ｔ，のパルス信号Ｔ，のパルス信号
Ｔ，を出力する第２乗算回路である。ここで他のエンジ
ン状態を表わす信号とは前記乗算回路２０４に入力され
ない他の信号であり、この実施例では空燃比の状態に応
じた信号である。この信号は、例えば特開昭４８−９１
４２５号公報に示されるように空燃比センサ２３の信号
により所定空燃比より大きいか小さいかを判別する判別
器と、この判別器の信号によって積分電圧の積分方向を
決定する積分器とを有する空燃比補正回路２１１からの
出力信号を用いる。第２乗算回路２１０も前記乗算回路
２４と同様の横であり、水温センサー７からのエンジン
温に応じた値の電流と空燃比補正回路２１１の出力電圧
に応じた値の電流とによってパルス時間幅ｔ，が決定さ
れる。２１２はこの第２乗算回路２１０のパルス信号Ｔ
，が入力され補助噴射弁８の燃料噴射量が電源電圧によ
って変化するのを補正し「電源電圧に応じた第４図Ｌに
示すパルス時間幅ｔ２のパルス信号Ｌを出力する第２電
圧補正回路である。

２１３は第２乗算回路２１０、第２電圧補正回路２ １
２からのパルス信号Ｔ，，Ｔ２が入力され、第４図ｎ
３に示す時間幅（ｔ，十ｔ２）のパルス信号Ｔ３を出力
する第のＲ回路である。

この第幻Ｒ回路２１３にはまた暖機検出スイッチ１８の
信号が入力されている。この暖機検出スイッチ１８は、
スタータスイッチの端子２４に接続されており、ェンジ
ンーの始動時にスター夕が駆動されると第４図Ｂの如く
“１”レベル信号を出力し、この“１”レベル信号の出
力期間はエンジン冷却水温つまりエンジンの暖機状態に
応じて変化するものである。この結果第のＲ回路２１３
からはエンジン始動時のエンジン温に応じた時間幅のパ
ルス信号と、第２乗算回路２１０並びに第２電圧補正回
路２１２からの藤機補正（並びに空燃比補正）用の燃料
量を決定する時間幅のパルス信号とが第４図ｍ３の如く
出力される。２１４はこの第幻Ｒ回路２１３からの出力
パルス信号を増幅し、補助噴射弁８を駆動する第２出力
回路である。

超音波駆動回路２０Ｃは次の回路から成る。２２１は前
記第のＲ回路２１３からのパルス信号Ｌが入力される遅
延回路で、パルス信号Ｔ３の立下り時に第４図Ｌに示す
所定時間幅上４のパルス信号Ｔ４を出力する公知の単安
定マルチパイプレー夕から構成される。

２２２は前記演算回路２０３のパルス信号Ｔｐ、第のＲ
回路２１３のパルス信号Ｔ３、及び遅延回路２２１のパ
ルス信号Ｔ４が入力され、パルス時間幅（ｔｐ十ｔ３十
ｔ４＝）ｔ５のパルス信号Ｌを出力する第３０Ｒ回路で
ある。

２２３は前記水温センサ１７の出力が入力される温度判
別回路で、エンジン冷却水温が所定温以下のときつまり
エンジンが勝機運転状態のとき“１”レベル信号を出力
する比較器よりなる。

２２４は母ＮＤ回路で、温度判別回路２ ２ ３の出力
が“１”レベルのとき第ぬＲ回路２２２のパルス信号Ｔ
５を通過させる。

２２５は超音波の周波数で発振する公知の発振器よりな
る超音波発振回路で、ＡＮＤ回路２２４からのパルス信
号Ｔ５が入力され、パルス信号Ｔ５の時間幅ｔ５の期間
つまりパルス信号Ｌの“１”レベルの期間中は発振出力
を出力する。

２２６は超音波発振回路２２５の出力を増幅し、超音波
霧化装置を駆動する第３出力回路である。

策ゆＲ回路２２２のパルス信号公のパルス時間幅Ｗま、
補助噴射弁８が駆動される期間つまり第幻Ｒ回路２１３
の出力パルス信号Ｔ３の時間幅に前記演算回路２０３の
パルス信号Ｔｐの時間幅ｔｐと遅延回路２２１のパルス
信号丸の時間幅しとを加えたものである。従ってこの時
間幅けこよって決まる超音波霧化装置が駆動される期間
は、補助噴射弁８が駆動されて燃料をエンジンに供給す
る期間より前後に長くなることになる。次に上記構成装
置の作動について説明する。

エンジンの始動の際スタータスィッチが閉じられスター
夕が駆動されると腰機検出スイッチ１８は第４図Ｂの如
く“１”レベル信号を出力し、コントロールユニット２
０の補助燃料コントロール回路２０Ｂの弟幻Ｒ回路２１
３に入力され、第２出力回路２１４を介して補助噴射弁
８は開弁駆動され燃料がエンジン１に供給されることに
なる。このとき同時に超音波駆動回路２０Ｃの超音波発
振回路２２５も発振駆動され、第３出力回路２２６を介
して超音波霧化装置２１の振動子２１ｂが共振させ、補
助噴射弁８より燃料導管２１ｋを介して圧送される燃料
を振動片２１ｔによって超音波振動させ微粒子に霧化し
つつ吸気管１２の集合部１２ａに噴射する。ここで超音
波霧化装置２１の燃料導管２１ｋのブッシュ２１部分並
びに燃料導管２１ｋがホーンフロツク２１ａの側部に蓮
通接続される部分は燃料導管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
、この部分で軸方向の最大の振幅の振動が生じ、効率の
よい燃料霧化を達成する。しかもこの頃射された燃料は
補助空気管より導入される空気と衝突して良好に混合さ
れ、ェンジンーの燃焼室内に吸入され燃焼される。この
始動時に補助噴射弁８から噴射される燃料はエンジン１
が燃料の気化状態が悪い低温時でも超音波振動によって
霧化を促進するため、エンジンの始動性が良好となるた
め従来の燃料供給装置のように余分に始動用燃料を供給
しなければならないといったことがなく、排気ガス有害
成分の生成は少なくかつ燃料消費が少なくてよい。次に
エンジンが始動されると、コントロールユニット２０の
主燃料コントロール回路２０Ａからはエンジン運転状態
に応じた時間幅パルス信号が噴射弁２に印加され、エン
ジン運転状態に応じた量の燃料をエンジンに噴射供給す
ると共に、補助燃料コントロール回路２０Ｂからはエン
ジンの暖機運転中はエンジン温に応じた時間幅ｔ３のパ
ルス信号が補助噴射弁８に印加され、エンジンの暖機状
態に応じた量の補正増量用燃料を超音波霧化装置２１に
よって超音波振動させ充分に霧化させてエンジンに供給
する。

この際超音波霧化装置２１は補助噴射弁８が開かれる前
から駆動され、かつ補助噴射弁８が閉じられてからも所
定期間だけ駆動されているので確実に燃料の霧化が達成
できる。従ってこの補正増量用の燃料は充分霧化される
ためヱンジンーの燃焼室内で良好に燃焼される。ェンジ
ンーの温度が所定溢以上となってェンジンーの腰機運転
が完了すると補助燃料コントロール回路２０Ｂの第２乗
算回路２１川ま水温センサ１７の出力が小さくなるため
、空燃補正回路２１１からの出力信号のみに応じた時間
幅のパルス信号を出力する。

このパルス信号と第２電圧補正回路２１２のパルス信号
とは第幻Ｒ回路２１３、第２出力回路２１４を介して補
助噴射弁８に印加され燃料をエンジンに供給しェンジン
ーに供給される燃料空気混合気の空燃比を空燃比補正回
路２１１により決められる所定空燃比に制御する。同時
に、エンジンの腰機運転が完了すると超音波駆動回路２
０Ｃの温度判別回路２２０の出力が“０”レベルとなっ
てＡＮＤ回路２２４が閉じ、超音波発振回路２２５は発
振作動されることがなくなる。つまり援機運転が完了す
るところには補助噴射弁８から供給される燃料も良好に
霧化されるため超音波霧化装置２１は作動させなくてよ
く、従って超音波霧化装置が作動する期間はエンジン始
動後の暖機運転の期間だけであって、使用期間は僅かで
よくしかも補助噴射弁８の作動に同期ごせて間欠的に作
動させることと相俊つて超音波霧化装置の寿命向上につ
ながる。なお、上記第１実施例では超音波霧化装置２１
の燃料導管２１ｋはホーンブロック２１ａの側部に蓮通
接続されたものであったが、第５図の第２実施例に示す
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はシール用ワツシヤ、２１ｒはシール材、
２１ｓは燃料導管２１ｋを固定するための止．めナット
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。また上記第１実施例のものは超
音波霧化装置２１のホーンプロック２１ａを通して補助
燃料を噴射させていたが第６図の第３実施例に示す如く
補助噴射弁８と対向させて、超音波霧化装置２１を集合
部１２ａに設けホーンブロックに補助燃料を当てるよう
な装置としても霧化効果がある。

また上記第１実施例では４気筒エンジン１の吸気管１２
の集合部１２ａに補助燃料噴射弁８を１個設けたもので
あったが、エンジンの気筒数が多い場合は補助噴射弁８
を複数個設け、かつ超音波霧化装置も各補助噴射弁８に
対応して複数個設けてもよい。また上記第１実施例にお
ける超音波霧化装置２１の振動子２１ｂは磁歪素子ある
いは竜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。

また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であれば何で
もよい。また上記第１実施例におけるコントロールユニ
ット２川ま、主燃料コントロール回路２０Ａにもエンジ
ン状態に応じた燃料量を補正演算するための乗算回路２
０４を備え、補助燃料コントロール回路２０Ｂにも補助
燃料量を補正演算するための第２乗算回路２１０を備え
ているが、乗算回路２０４を廃止して第２乗算回路２１
川こよって全てのエンジン状態に応じた補正演算を行な
わせる構成とすることも可能であるし、更には第２乗算
回路２１０を廃止して乗算回路２０４によって全てのエ
ンジン状態に応じた補正演算を行なわせる構成とするこ
とも可能である。

また上記第１実施例では、燃料噴射弁２並びに補助燃料
噴射弁８から供給する燃料の量は主燃料コントロール回
路２０Ａ並びに補助燃料コントロール回路２０Ｂによっ
て電子的に演算する構成であったが、機械的に演算する
装置を用いた構成とすることも可能である。

以上述べたように本発明の燃料噴射装置は、エンジンの
運転状態に応じた量の燃料をエンジンに噴射供給する燃
料噴射弁と、エンジンの低温時における始動時若しくは
腰機運転時の補助燃料を少なくともエンジンに噴射供給
する補助燃料噴射弁と、前記補助燃料噴射弁からエンジ
ンに供給される燃料を超音波振動させ霧化させる超音波
霧化装置と、補助燃料噴射弁の作動前後にわたってのみ
超音波霧化装置を作動させる手段とを備えたことを特徴
としており、エンジンの低温時の補助燃料の霧化促進を
計ることができ、余分に補助燃料を供聯合せねばならぬ
といったことはなく、排気ガス有害成分の多量放出はな
くかつ燃料消費量が増大するといった欠点はない。

しかも補助燃料噴射弁から供給される補助燃料のみを補
助燃料噴射弁の作動前後にわたって超音波霧化するため
、超音波霧化するためのエネルギーは少なくてよく、確
実な霧化、消費電力の低減、超音波霧化装置の大型化防
止という利点を合せ持つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１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断面図、第３図は第１図に
示すコントロールユニットのブロック図、第４図は第３
図各部の出力波形図、第５図は本発明第２実施例の要部
の断面図、第６図は本発明の第３実施例の要部の構成図
である。 ２・・・燃料噴射弁、８・・・補助燃料噴射弁、２０・
・・コントロールユニット、２０Ａ・・・主燃料コント
ロ−ル回路、２０８・・・補助燃料コントロール回路、
２０Ｃ・・・超音波駆動回路、２１…超音波霧化装置。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの運転状態に応じた量の燃料をエンジンに
   噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの低温時における
   始動時若しくは暖機運転時の少なくともいずれかの補助
   燃料をエンジンに燃料供給する補助燃料噴射弁と、前記
   補助燃料噴射弁からエンジンに供給される燃料を超音波
   振動させ霧化させる超音波霧化装置と、前記補助燃料噴
   射弁の作動開始所定時間前から作動終了所定時間後まで
   の期間のみに前記超音波霧化装置を作動させる手段とを
   備えたことを特徴とする燃料噴射装置。 ２ 前記手段は、エンジン温が所定温以下の場合にのみ
   、前記補助燃料噴射弁の作動開始所定時間前から作動終
   了所定時間後までの期間のみに前記超音波霧化装置を作
   動させる特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射装置。