JPS61129462A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は主として多気筒機関の吸気管集合部よりも上
流側で燃料を噴射１’Ｊｔｉ給する形式の燃料供給装置
の改良に関する。

（従来の技術） 各気的分の燃料を吸気管集合部の上流側で集中的に噴射
供給するようにした、いわゆるシングルボイントインノ
エクション方式の燃料噴射装置として、例えば第５図に
示したようなものが知られている。

図において、１０１は図示しない吸気管集合部と接続す
るスロットルボディ、１０２はその吸気通路部１０３に
介装された吸気絞り弁、＋０４は絞り弁１０２の下流側
に位置して吸気通路部１０３に臨むように設けられた電
磁燃料噴射弁である。

燃料噴射弁１０４には、プレッシャレギュレータ１０５
を介して吸気管負圧との圧力差が一定となるように調圧
された燃料が導入され、燃料噴射量はその開弁時間比（
デユーティ比）に応して変化するようになっている。

この噴射弁１０４の基本的な開弁時間比は、吸気通路部
１０３の入口にあたる環状通路ｉ￥１！６に設けられた
エア７ａ−メータ１０７からの吸気量信号と図示しない
クランク角センサからの回転速度信号とに基づいて制御
回路１０８で決定され、パルス状の駆動信号として噴射
弁１０４に送られる。

このような構成により、８！関運転状態に応じた適切な
量の燃料を供給することが可能になるのであるが、一般
に噴射燃料はそのままでは燃料粒子の粒径が大きくて霧
化しにくいため、この装置のように吸気管集合部の上流
側で噴射すると各気筒への燃料分配が偏りやすい等の問
題を生じる。

これに対して、この装置では絞り弁１０２を迂回して噴
射弁ノズル部１０４Ａの直方に至る補助空気通路１１０
を設け、絞り弁１０２の上下流間の圧力差に基きノズル
部１０４Ａの前方に高速の空気流を導入してこれを噴射
燃料に衝突させることにより燃料の微粒化を図っている
。（特開昭５５−９１７３７号、同５Ｂ−１４６０５０
号公報等参照）（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこの場合、上述したように噴射弁ノズル部
１０４Ａに導入する燃料微粒化のための補助空気の量が
絞り弁１０２の上下流°間の圧力差に依存するため、絞
り弁１０２の開度が増して前記圧力差が減少すると十分
な補助空気流量が得られなくなるという問題がある。

つまり、特に低速高負荷運転域で燃料分配が悪化する傾
向にあり、また十分に霧化しきれない燃料は吸気管壁に
付着しやすく、その分だけ供給が遅れて一時的に混合気
が希薄化することからトルク変動を起こしたり運転性及
び排気組成が悪化する等の不具合を生じるわけであるが
、この装置ではこれらの問題点を完全に解消するまでに
は至っていない。

この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、運転状態によらず確実に噴射燃料を微粒化しう
るようにした燃料供給装置を提供することを目的とする
。

（問題、αを解決するための手段） この発明では、機関吸気通路から導入した一部の吸気を
加圧して吸気通路に戻すエアポンプを介装した補助空気
通路と、補助空気通路に而して設けた燃料噴射弁と、補
助空気通路の途中に燃料噴射弁の下流側に位置して形成
した中細ノズルと、中細ノズルと同軸的に進退可能に設
けたノズル針弁と、ノズル針弁を所定圧力供給源からの
作動圧力に基づいて駆動する駆動手段と、駆動手段への
作動圧力を増減する弁手段と、燃料供給量の増加に応じ
て中細ノズルの喉部開口面積が増大するように弁手段を
制御する制御手段とで内燃機関の燃料供給装置を構成す
る。

（作用） 上記構成において、機関吸気通路から分流して補助空気
通路へと導入された一部の吸気は機関または電動機等を
動力源として常時作動しうるエアポンプを介して加圧さ
れたのち吸気通路へと戻される。この加圧補助空気は補
助空気通路の途中で燃料噴射弁からの噴射燃料の供給を
うけて混合気となり、噴射弁下流の中細ノズルを通過し
て吸気通路へと噴出する。

補助空気通路の混合気流は中細ノズルの喉部を通過する
ときに加速されると同時に圧力が低下するため、補助空
気中の噴射燃料は微粒子状になっで霧化する。

中細ノズルでの燃料微粒化効果は混合気の空燃比が１以
上の条件であれば加圧補助空気の流速に依存し、流速が
増加するほど微粒化が促進される。

内燃機関の空燃比は１０〜２０程度であり、まｔこ補助
空気の加速に関しては、その圧力及び中細ノズルの寸法
形状にもよるが、ｔ：ｆ連程度にまで容易に流速を高め
られる。従って、噴射燃料を確実に微粒化して、吸気通
路へと噴出したのちの吸気との速やかかつ均一な混合を
期待できる。

一方、中細ノズルの喉部開口面積及び補助２％流量はノ
ズルと同軸的に設けたノズル針弁の位置に応じて変化し
、ノズル喉部に対する針弁の侵入量が増加するほど喉部
開口面積が減少して補助空気流量が減少し、同じく侵入
量が減少するほど喉部開口面積が増加して流量は増大す
る。従って、燃料供給量の変化に対応した最適な補助吸
気ｉｔ呈に制御することが可能である。

このような補助吸気流量の制御は、ノズル針かを進退駆
動する駆動手段と、この駆動ｆＩ−２に供給する作動圧
力を増減する弁手段、及び燃料流量の変化を捕らえて弁
手段を＄１１御する！ＩＩ　８手段を介してなされる。

つまり、燃料供給量が増加する具体的な条件としては、
機関負荷の増加、回転速度の増加、始動および暖機等が
挙げられるが、これらの条件を察知して燃料供給量が増
加したときに中＃８Ｉ／ズルの喉部開口面積が増加する
ように弁手段を制御し、駆動手段を介してノズル針弁を
後退させるのであり、これにより上記燃料微粒化の最適
制御が達成される。

なお、このようにして弁手段およびノズル針弁の位置を
制御する制御手段は、例えば電子制御燃料噴射装置に見
られるように各種センサを介しての運転条件判断機能と
これに呼応したアクチュエータ類の駆動機能とを有する
電子制御回路０、あるいは吸気絞り弁と連動するリンク
機構など周知の制御装置で容易に構成することができる
。

次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例） 第１図において、２は図示しないエアクリーナハウジン
グと吸気マニフオールド集合部との間に介装されるスロ
ットルボディで、その吸気通路部３８はエアクリーナハ
ウジングに接続する入口側通路部３８Ａと、これに対し
ほぼ通路径だけ偏心して平行に位置する出口側通路部３
８Ｂとを通孔３４を介して連通してなる。

４は通孔３４よりも上流側に位置するように弁軸５を介
して入口側通路部３８Ａに支持された吸気絞り弁、２８
は通路部３８Ｂの上部に当たるボディ上部壁２Ａの付近
に位置して通路輪線と略直角の方向を向くようにスロッ
トルボディ２に保持された電磁燃料噴射弁、４０は燃料
噴射弁２８をクッション２９．３０を介して弾性的に固
定するホルダである。燃料噴射弁２８は第５図と同様に
燃料系統からの加圧燃料の供給をうけつつ制御回路３５
からの駆動パルス信号に応動して周期的に開閉し、その
開弁時間に応じた量の燃料を噴射供給する。

１２は通路部３３Ｂと同軸に位置するように上部壁２Ａ
に圧入された中細ノズルで、その喉部１２Ａよりもやや
上方（上流側）に開口するように噴射弁２８からの噴射
燃料を導入する燃料導入通路３２が形１２！ｌ、されて
いる。なお、この通路３２の開口位置は少なくとも喉部
１２Ａよりも下流側でなければよく、従って例えば＠部
１２Ａに面して開口させてもよい。

３は図示しないエア７０−メータよりも下流側の吸気通
路部分（この場合、絞り弁４のやや下流）から分岐して
中細ノズル１２に接続する補助空気通路で、その途中に
介装されたエアポンプ５３を介して吸気の一部を取り入
れ、これを圧縮して中細ダブル１２及び通路部３８Ｂに
導入する。６０は補助空気圧力を例えば５００　ｍｍｍ
ｍ１ｌゾーン圧、以下同様）程度に調圧するリリーフ弁
である。なお、エアポンプ５３はこの実施例では電動式
であるが、機関出力を動力源として作動するものを適用
することも可能である。また、補助空気通路３空気の圧
力変動を緩和するためのサージタンク（図示せず）が介
装される。

スロットルボディ２に形成された補助空気通路３の一部
は、中＃１７ズル１２の上方部分が開放しており、この
開放部分にノズル針弁４２を保持したダイアフラム２０
が取り付けられている。

１３はノズル針弁１２の駆動手段に当たるダイアプラム
装置、１４はボディ２との間にグイ７７ラム２０を挟持
するように取り付けられたダイア７ラムハｔソングで、
ハウジング１４は、ダイアフラム２０の背後に圧力室４
３を画成するとともに、中細ダブル１２の＄ｌ￥１ｓ１
２Ａ１．：対し進退可能なようにノズル針弁４２を支持
している。

グイ７７ラム２０及びノズル針弁４２は圧力室４３に介
装されたスプリング１８の張力に基づいて針弁４２が中
細ノズル１２に侵入する方向に付勢されている。針弁４
２の基端部はハウジング１４の上面より突出しており、
該突出部分に締め着けられたダブルナツト構造のストッ
パ１６がハウタング１ルＩ′＋！！ｌ培十７．）−、−
Ｆ’ｑ　Ａｔ由釧ノでル１２【＝対する針弁４２の最大
侵入位置になる。

ダイアプラム装置１３の圧力室４３は、途中に電磁可変
オリフィス５２が倉荻された制御′／Ｘ！気通路２５を
介して補助空気通路３と連通ずるとともに、調整針弁２
７が介装された負圧通路３１を介して紋り弁４下流の吸
気通路部３８Ｂに連通ずる。

調整針弁２７は負圧通路３１の一部を貫通するようにし
てハフノング１４に摺動可能に支持されており、その頭
部２３とハウジング１４との間に介装されたスプリング
２４の張力に基づいて負圧通路３１の通路面積が拡大す
る方向に付勢されており、また頭部２３は、スロットル
ボディ２に固定されたブラケット１１にビン８を介して
揺動自由に支持されたロッカアーム３９の揺動端部９に
前記スプリング２４を介しての付勢力により当接してい
る。

ロッカ７−ム３９は、その他端部１９が紋り弁軸５に取
り付けられたアーム７にロッド６を介しで連接しており
、絞り弁４の開度が増すほど図で反時計方向に揺動し、
スプリング２４の張力に基づいて調整針弁２７を負圧通
路３１の通路面積が拡大する方向に変位させる。まだ、
このような状態から紋り弁４の開度が減少するとロッカ
アーム３９は時計方向に揺動するが、これに伴し・調整
針弁２７はスプリング２４に抗して負圧通路３１の通路
面積が減少する方向に変位する。従って、紋り弁４の開
度が増すほど負圧通路３１を介しての吸入負圧が圧力室
４３にイ乍用しやすくなる。なお、１１１９針弁２７は
絞り弁４が全閉のフィトリング時には負圧通路３１をほ
ぼ遮断するように設定されている。

一方、可変オリフィス５２は制御回路３５からの駆動パ
ルス信号に応動して制御空気通路２５を周期的に開閉す
る、いわゆるデエーテイソレ／イドバルブの一種であり
、その開弁時間比が増すほど補助空気通路３から圧力室
４３へと補助空気圧力を導入して上記吸入負圧を希釈す
る。

要するに、この場合ダイアプラム装置１３に供給する作
動圧力を増減する弁手段としては調整針弁２７と可変オ
リフィス５２の２系統を有し、各弁手段を制御する制御
手段としてはそれぞれロッカアーム３９等を介して調整
針弁２７を紋り弁４に連動させるリンク機構ならびに運
転状態検出装置５０からの各種信号、例えば機関冷却水
温信号、クランク角信号、吸入空気量信号等に基づいて
可変オリフィス５２への駆動パルス信号を出力する制御
回路３５が設けられており、ノズル針弁４２の位置は、
上述したところから明らかなようにダイアプラム２０に
中細ノズル１２側から作用する補助空気圧力及び圧力室
４３側から作用する制御負圧（吸入負圧）の合成圧力と
これに対抗するスプリング１８とのつり合いに応じて決
められ、絞り弁４の開度が増大するほど、あるいは可変
オリフィス５２を介しての負圧希釈度が減少するほどノ
ズル針弁４２が中細ノズル１２の喉部１２Ａから後退し
てその開口面積が拡、大するように制御される。

次に、機関連伝状態に応じた燃料噴射装置としての作用
及び上記制御手段の動作例についてさらに説明する。

まず、暖機を完了した後のフィトリング運転状態では、
冷却水温、回転速度、吸入空気量等からフィトリング状
態を検出した制御回路３５がこれらの検出値に応じた燃
料噴射量になるように燃料噴射弁２８を駆動するととも
に、可変オリフィス５２に対しては所定開弁時間比の駆
動信号を付与し、通路２５を介しである程度の補助空気
をダイアプラム装置１３の圧力室４３に導入した状態に
保つ。また、紋り弁４は全閉位置にあって、これに連動
する調整針弁２７は負圧通路３１を閉ざして圧力室４３
への吸入負圧の作用を抑制してν・る。

このため、スプリング１８（こイ寸勢されたダイアプラ
ム２０及びノズル針弁４２はスト・７）＜１６で係止さ
れる最大下降位置に位置決めされる。

一方、通路部３８Ａから導入された一部の吸気はエアポ
ンプ５３を介して５　Ｑ　Ｑ　ｍｍｔ１ｇ程度に加圧さ
れ、補助空気通路３を介して中細ノズル１２へと送り込
まれる。この加圧補助空気は燃料導入通路３２を介して
の噴射弁２８からの燃料のＯＩ：給を受けて混合気とな
り、ノズル針弁４２と／ズル喉部１２Ａとの間の隙間を
高速で流れるあり１だに燃料を微粒化して通ｍ部３８Ｂ
へと噴出する。

なお、このときの補助空気の流量は、吸気通路途中での
負圧漏れやアイドル空気流量の調整代を見込み、さらに
排気浄化装置に使用される負圧作動型アクチュエータ等
の負圧源として紋り弁４の下流にある程度の吸入負圧を
確保しておく必要があること等を考慮して、概ねアイド
ル空気流量の１／４程度に設定する（アイドル空気の大
部分を補助空気として加圧供給することも可能であるが
、その場合アイドル空気流量の調整及び負圧源としての
吸入負圧の取出しが困難になる）。

この補助空気流量で、制御空燃比が１４〜１５の理論空
燃比程度とすれば、アイドル燃料流量の４倍程度まで充
分な燃料の微粒化が可能である。

ただし、車両排気規制である１０モード運転条件を例に
とると最大空気流量及Ｖ燃料流量（之アイドル時の７倍
程になるので、上記補助空気流量つまりアイドル空気流
量の１／４に固定したままでは対応できない。

これに対して、上記構成によれば、要求負荷の増大に応
じて紋り弁４の開度が大きくなると、絞り弁４に連動し
て調整針弁２７が上昇し、負圧通路２６の開度を増して
圧力室４３の圧力を低下させるため、この低下した圧力
とスプリング１８の張力とがつり合う位置までノズル針
弁４２がす７トし、喉部１２Ａから後退してその開口面
積を拡大する。これにより補助空気流量が増加し、従っ
て燃料流量が増加しても初Ｍの燃料微粒化体層を維持す
ることが可能である。なお、このとき補助空気流量をア
イドル空気流量の１／２程度とすればアイドル時の８倍
はどの吸気流量及び燃料流量について効果的な燃料微粒
化を達成できるので、１０モード運転にも充分対応でき
る。

以上は供給混合気が理論空燃比に制御される運転条件に
ついての作用であるが、一般に燃料供給装置は冷機始動
時や全開時には絞り弁４の開度が同一であっても他の運
転状態のときに比較して燃料供給量が増加するように構
成される。

これに対してこの装置では、上記燃料供給量が増加補正
される運転条件で可変オリフィス５２の開弁時間比を減
らしてグイア７フム装置１３の圧力室４３に作用する吸
入負圧の希釈度を減らすように制＃回路３５が動作する
。

つまり、例えば始動時には冷却水温信号、絞り弁位置を
示すアイドルスイッチの状態及びクランク軸の回転を示
すクランク角信号等がら冷機始動条件であることを判定
し、冷機始動条件であれば水温と吸入空気量とから可変
オリフィス５２に付与する駆動パルス信号の補正値を算
出し、当該補正値の分だけオンデコ、−ティを減らした
信号を可変オリフィス５２に出力する。また、冷（穴始
動条件でなければＴ）ｖ記補正を行わずに通常運献時（
暖機完了後）における所定の駆動パルス信号を出力する
（第２図参照）。

このようにして可変オリフィス５２の平均開度及び吸入
負圧の希釈度が減少すると、絞り弁４が全開で負圧通路
２６の開度が最小であってもダイアプラム圧力室４３の
圧力が低下するので、ノズル針弁４２はリフトし、中細
ノズル１２への補助空気流量は増加する。従って、冷機
始動時や全開運伝時など理論空燃比以下の濃混合気にな
るように燃料噴射量が増量補正される運転条件にあって
も的確゛に燃料を微粒化できる。

ところで、このようにノズル針弁４２を後退させて中細
ノズル１２の喉部開口面積を拡大したときに、比較的多
量の燃料を確実に微粒化するためにはエアポンプ５３に
相応の能力が要求さＪする。

しかしながら、このような濃混合気供給条件に対応しう
るように常時エアポンプを働かせるのは、機関駆動式ポ
ンプであれば機関のＭｉ器駆動損失が増大し、電動式ポ
ンプであっても発電機の負担が大きくなるので、燃ｔ？
の而から好ましくない。

そこでこの実施例では、検出装置５０と協働して電動式
エアポンプ５３に付与する駆動電圧を段階的または連続
可変的に制御する駆動制御回路５１を設け、エアポンプ
５３が空燃比に応した必要最小限の作動を行うようにし
である。

第３図はその駆動制御回路５１の動作内容を流Ｍ図とし
て示したもので、始ｆ！ｈ時及び補助空気流量か最小つ
まりアイドル空気流量の１／４になる運転条件ではこの
最小流量に対応したポンプ駆動電圧（下限値）を出力し
、それ以外の運転条件では制御空燃比が低下（燃料供給
量が増大）したときに比較的高い駆動電圧を出力してエ
アポンプ５３の能力を高める。この場合、空燃比の低下
は吸入空気量と冷却水温とから既述したようにして求め
られる可変オリフィス５２の補正制御値に代表されるの
で、該補正値に基づいてポンプ駆動電圧を補正するよう
にしである。

次に、この発明の他の実施例を第４図に示す。

これはヒートパイプ５６の受熱部５５を機関５８の排気
通路５４に、同じく放熱部５７を補助空気通路３にそれ
ぞれ設け、ヒートパイプ５６を介しての機関徘×熱で補
助空気を加熱するすることにより、とくに冷機時の燃料
微粒化及び気化を促進するようにしたものである。

エアポンプ５３では断熱圧縮に近い状態で圧縮が行なわ
れるので、吐出補助空気を加熱しようとするとその温度
上昇分だけ放熱部５７との間の温度差が小さくなって熱
交換効率が低下する。従って、図示したように放熱部５
７はエアポンプ５３の上流側に設けるのが好ましい６ま
た、このようにエアポンプ５３の上流で加熱する場合は
、金属面等に対する水の熱伝達係数が気体よりも着しく
高いこともあって、冷却水を熱源としても充分に補助空
気温度を上昇させることができるが、その場合冷機状態
では効果的な加熱が困難になる。

その他の点では第１図と同様であるので、同一の部分に
同一の符号を付してその説明を省略する。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明シこよれば、エアポ
ンプを介して加圧した補助空気に燃料を噴射供給し、こ
れを中細ノズルを介して微粒化したのち機関吸気通路に
噴出させるとともに、燃料供給量の変化に応じノズル針
弁を介して中細ノズルの補助空気流量を可変制御するよ
うにしたので、燃料微粒化のための遠景の補助空気流を
常時供給して確実に均一な混合気を生成することができ
る。

従って、多気筒内燃８！関の各気筒への燃料分配性の悪
化を回避して機関の安定性及び運転性を改善することが
できる。

また、燃料を確実に霧化できるので、吸気通路壁への液
状燃料の付着及びこれに原因する燃料の供給応答遅れや
燃焼の悪化を解消することができる。このため、過渡時
の応答遅れを前提とした噴射量補正を行うことなく常に
適性な空燃比の混合気を供給することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一の実施例の縦断面図、第２図、
第３図はそれぞれその制御手段の動作例を表すための流
れ図、第４図はこの発明の第二の実施例の縦断面図、第
５図は従来例のＲ断面図て゛ある。 ２・・・スロットルボディ、３・・・補助空気通路、４
・・・吸気絞り弁、１２・・・中細ノズル、１２Ａ・・
・同喉部、１３・・・グイア７ラム装置、２０・・・グ
イア７ラム、２５・・・制御空気通路、２７・・・調整
針弁、２８・・・電磁燃料噴射弁、３１・・・負圧通路
、３５・・・制御回路、３８・・・吸気通路部、４２・
・・ノズル針弁、４３・・・グイア７ラム圧力室、５０
・・・運転状態検出装置、５１・・・ポンプ駆動制御回
路、５２・・・可変オリフィス、５３・・・エアポンプ
、５４・・・機関排気通路、５６・・・ヒートパイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関吸気通路から導入した一部の吸気を加圧して吸気通
   路に戻すエアポンプを介装した補助空気通路と、補助空
   気通路に面して設けた燃料噴射弁と、補助空気通路の途
   中に燃料噴射弁の下流側に位置して形成した中細ノズル
   と、中細ノズルと同軸的に進退可能に設けたノズル針弁
   と、ノズル針弁を所定圧力供給源からの作動圧力に基づ
   いて駆動する駆動手段と、駆動手段への作動圧力を増減
   する弁手段と、燃料供給量の増加に応じて中細ノズルの
   喉部開口面積が増大するように弁手段を制御する制御手
   段とを有する内燃機関の燃料供給装置。