JPS61201875A - ツイン式燃料微粒化装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、自動車用ガソリンエンジンなど電子制御燃料
噴射方式の内燃機関に禾り、特に燃料噴射弁に対してア
トマイザを組会わせた内燃機関の燃料供給装置に関する
。

〔発明の背景〕

自動車エレクトロニクス化の速度に半なっテエンジンの
電子化も進み、電子進角制御卸、電子燃料噴射制御など
が広く実用化でれ、ついでマイクロコンピュータの導入
によって、さらに高度な燃料系、燃焼系に対する制御が
実用化されるようになってきた。

しかしながら、一方ではこれらの賦子化方式にも促米か
らの気化器方式のものに及ばない点があり、特にローコ
スト化、高信頼性化の面ではまだ元方とはいえない。

ところで、喝子燃料噴射方式を適用した揚廿のローコス
ト化については、まず噴射軸装着数を減らすことが考え
られ、ついで噴射弁に対する燃料の供給圧力を下げ、燃
料ポンプの容量が小さくて済むようにすることが考えら
ｎる。

しかしながら、噴射弁の個数を少＜　Ｌ　ｆｃ場甘せは
、各気筒に対する燃料供給の均等化を図る必要上、吸気
管の入口部分を絞り、ここに集合部を形成させなければ
ならないため、吸気抵抗の増加をもたらして機関の高出
力化が困難になったり、噴射弁の異常が直ちに機関の停
止につながるため、信頼性の面で問題を生じるなどの欠
点がある。

一方、このように噴射弁の個数を減らした場合での吸気
筒に対する燃料供給の均等化のために、超音波微粒化装
置、いわゆるアトマイザを用い、噴射された燃料の霧化
を促進する方法が、例えば特開昭５３−１０９６１８号
公報などによって提案されている。

第１図はこのようなアトマイザを備えた内燃機関の従来
例で、エンジン１のピストン２がシリンダ３の中を上下
動すると、それに厄じて吸気弁４を開閉し、エアクリー
ナ５から吸気１ｆ６と絞シ弁７との開口部を通って空気
が燃焼室８に収入される。そして、このとき、絞シ弁７
の下流側に配置されている噴射弁９から燃料が噴射され
、それがアトマイザｌＯのリングｔｉによって微粒化さ
れて吸入空気流に栄り、混曾気となって燃焼室８の中に
導入される。なお、アトマイザ１０のリング１１は例え
ば圧電素子などの超音波振動駆動部１２によって振動さ
せられている。また、吸気管６の下流部分１３ｉ１ｔ、
いわゆるマニアオールドとなっていて、各シリンダに混
合気が均等に配分されるよう罠なっている。

制御回路１４はマイクロコンピュータを含み、図示して
いない吸入空気量流センナ又は吸気負圧センサｆ冷却水
温センサ１５、クランク角センサ１６．０２センサ１７
、絞シ弁開度センサ１８、それにアクセル開度センサ１
８などから、吸入！気流量、エンジン温度、エンジンの
回転速度及びクランク位置、排気管２０内の排ガス中に
おける残存酸素濃度、絞シ弁の開度、アクセルペダル２
１の踏み込み量など６棟のデータを取り込み、内部のメ
モリなどに予じめ設定されている各運転条件における吸
入空気ｇ量、燃料供給量、点火進角蓋などと比軟し、そ
れらが適切な状態となるように噴射弁９の絞シ弁アクチ
ュエータ２２、それに点火コイル２３に制Ｓ信号ＪＰ動
作信号を供給する。そして、これにより運転者によるア
クセルペダル２１の踏み込み量に応じて常にエンジンが
最適な運転状態となるように制御する。なお、２４は分
配器、２５は点火栓である。

噴射弁９は制御回路１４から供給されるノクルス信号に
よって間欠的に開弁動作するが、この噴射弁９に対する
燃料の供給は次のよ□うにして行なわれる。即ち、燃料
タンク２６の燃料送出管にフィルタ２７と燃料ポンプ２
８を設け、燃圧Ｖギュレータ２９によって調圧されて所
定の一冗圧力となった燃料が噴射弁９に供給されるよう
になっている。な２、燃圧レギュレータ２９からオーバ
ーフローした燃料は燃料タンク２６に戻される。

アトマイザ１０の駆動部１２には制御回路１４から高周
波変流（例えば数１０ＫＨｚ）の駆動電圧が供給され、
噴射弁９から噴射された燃料の微粒化を行なうようにな
っている。

従って、この従来例によれば、混合気の各気筒に対する
配分の均等化が一応可能になり、エンジンの性能をかな
りの程度高めることができる上、噴射弁が１個で済むた
め、アトマイザの付加によるコストアップを差引いても
かなりのローコスト化が可能になる。

しかしながら、この従来例では、噴射弁が１個なため、
高出力エンジンに対しての適用が困難でるり、かつ噴射
弁の異常に際しての信頼性が光分に得られないという問
題点がめる。

そこで、噴射弁の個数を、エンジンの気筒数よりは少な
くしながら２個以上用いる方法が考えられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除き、噴射
弁を２個以上用い、これにアトマイザを組合わせてエン
ジンの高性能化を図っても光分にローコスト化が可能な
燃料供給装置を提供するにある。

〔発明の概費〕

この目的を達成する沈め、本発明はアトマイザを複数個
設けた場せ、燃料のマニフオールド内壁ヘの付着のない
、かつ加速時に高レスポンスな燃料輸送が可能な燃料微
細化装置を提案する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による内燃機関の燃料供給装置について、
図示の実施例によシ詳細に説明する。

第２図は本発明の一実施例で、本発明を４気筒エンジン
に適用し次場合について示している。

４個の気筒３−１．３−２．３−３．３−４が示されて
おり、これらの気筒のうち、３−１と３−２、それに３
−３と３−４とが対をなすようにし、気筒３−１と３−
２に対しては吸気管６Ａ、絞シ弁１人、噴射弁９Ａ、ア
トマイザリング１１本マニフオールド１３ムにより吸気
系を形成し、気筒３−３．３−４に対しては吸気管６Ｂ
、絞シ弁７Ｂ、噴射弁９Ｂ、アトマイザリング１１Ｂ１
それにマニホールド１３Ｂによシ吸気系を構成したもの
であり、かつ絞り弁７Ａ、７Ｂは共通の軸に取付けられ
、一方が開くと他方の絞シ弁も従動して同じ開度だけ開
く。さらに、アトマイザ１２Ａ、１２Ｂのそれぞれのア
トマイザリングｌｌＡ、ｌＩＢは絞り弁７Ａ、７Ｂの下
流のマニホールド１３Ａ。

１３Ｂの流れの軸に合せて配置される。噴射弁９９Ａ、
９Ｂのノズル部はそれぞれアトマイザリングｌｌＡ、ｌ
ｌＢの孔１１０よシリング内面に向って燃料を吹き込む
構成とする。

ここで、絞シ弁７Ａ、アトマイザ１２人、吸気管１３Ａ
の吸気系を取り出して、流体的にその流れ場を考察する
。第３図はその模式図で、絞シ弁７人の下流の１２Ａの
位置にアトマイザ１２Ａ。

噴射弁９Ａを配置すると、吸気管１３Ａの分岐部までの
距離が長くなり、噴射弁９Ａよシ噴射された燃料粒子は
空気によって増速きれ、分岐部３６ＡＫ衝突する。空気
は気筒３−１が吸気行程の場合は仮想吸気壁３５Ｂより
左側を、気筒３−２が吸気行程の場合には仮想吸気１ｉ
３５Ａより右側を流れる。すなわち空気は慣性がなく、
吸気管の形状に支配されず目指す気筒に吸引される。し
かし、燃料は空気の数百倍も密度が萬いため、吸気管の
分岐部では曲ることか困難で燃料粒子の速度が冒い程衝
突しヤすくなる。したがって、アトマイザ１２Ａ’、噴
射弁９Ａ’のごとく、燃料粒子の噴出位置を下流にずら
すと、燃料粒子は空気による増速が少なくなるので気流
にのシｆすくなシ、分岐部３６Ａに衝突することがなく
なシ、吸引される空気と燃料は一体となり目ざす気筒に
輸送される。この場合、アトマイザ１２Ａ′は吸気管１
３Ａの仮想吸気壁３５Ａ、及び３５Ｂより上流側に配置
することが望しい。

また、吸気管１３Ａの構造において、第４図（ａ）のご
とく直管部では燃料粒子は吸気管壁に衝突付着すること
なく空気流によって輸送されるが、吸気管が第４９伽）
のどとく曲シ部があると空気の流れから外れて、吸気管
内壁に付着してしまう。曲りの角度に対する衝突付着率
は第５図に示したごとくになる。すなわち、９０°以下
に曲った管ではほとんどの燃料粒子は衝突するが、粒子
径が小さいと衝突率は小さくなる。したがって、吸気管
の分岐部の構造で、曲りの角度はできるだけなくすこと
が燃料の衝突を避けることができ、第２図の吸気管の分
岐部の曲シ角度は１２０°より大きくすると衝突率は５
０悌以下となる。また、さらに衝突を避ける手段として
は、燃料粒子径を小さくすることでるり、アトマイザに
よる微粒化が必要となる。

第６図はアトマイザの駆動振動数とリング部の最大振幅
の関係を示したものである。駆動振動数を高めて行くと
、最大振幅が大きくなるところが現われる。この点が共
振点で、５ｇ６図に示したごとくになる。振動数が痛く
なると共振点における最大振幅は小さくなる。

ここで、超音波振動による燃料微粒化の原理はアトマイ
ザのリングの表面に付着した液膜を高い振動数の波で振
して微粒化するもので、生成粒径ｄ、駆動振動数ｆ、液
の物性Ｈ（表面張力）の間には次式の関係がある。すな
わち となる。

すなわち、伽動数が鍋い程、表面張力が小さいほど粒径
ｄは小さくなる。

本発明によるアトマイザでは、１１１ｇ６図に示した第
４次。

ごとく第３次共振点、第６次のそれぞれの共振点が利用
でき、第７図に示したごとく、生成粒径は、振動数ｆを
高めるほど小さくなることがわかる。

したがって、アトマイザの駆動振動数は高くに設定する
ことが望しいのであるが、第６図に示したごとく振動の
最大振幅は振動数を高める程小さくなるため、リング部
の液膜を振シ払う力が低下し、単位時間当りの液ｆｔ１
−倣粒化する量が撮動数が高い程、低減することがわか
った。第８図はその時の実験値で、撮動数が３０Ｋ）（
ｚと低い４曾は液の微粒化ｆはｌ　５　ｔ／ｈ以上とな
るが振動数ｆを６０ＫＨｚにすると、微粒化量は３１／
ｈと１１５に低下してしまつ。そこで、運転条件に見付
って、微細な粒子が必要な場合と、′１ｆＬａ＆粒化量
が必要な場合によって駆動振動数を切替えて使用する方
式が考えられる。

一般にエンジン回転数が低い領域は吸気管内の空気流速
が遅いこと、気筒内の圧縮圧力が低く、燃料の気化が遅
れることなどから、燃焼が不安定にな４？ｆす＜、シた
がって、この運転域でＰｉ燃料を微細にすることが必要
となりアトマイザの振動数を扁くする。°また、市街地
走行、加速時には空気流速も高くなり、粒径が多少大き
くなっても蒸発が促進されるので生成粒径を多少大さく
しても欣微粒化量も大きくとれる共振点を選択するのが
有利である。この選択は第２図において、エンジンに吸
引される空気ｊｊｋ（ｇ号、紋り升の開度及びエンジン
１の回転数信号などから決定することができる。

次に、第２図で、絞り弁７Ａ、７Ｂとアトマイザ１２Ａ
、１２Ｂの位置について言及する。

第９図は４２図の政り弁７Ａ、奴気管Ｌ３Ａの吸気第九
けを模式的に示したものでおる。

第９図（ａ）はアトマイザなしの吻合の絞り弁部のを気
の流れを示したもので、絞り弁の開度が小さい場曾には
、主流は矢印４０のごとく吸気管１３λの壁面に沿った
流れとなシ、絞り弁７Ａの下流にＦｉ４Ｌなるうすが発
生する。

したがって、このうず４１の近傍にアトマイザ１２Ａが
配置されると、微粒化さｆした粒子はこのうず流４１に
よって、空気の流れ方向とは逆に絞り弁の方向に引っば
られ、絞シ弁７Ａの裏面に付着することがわかる。した
がって、このうす流４１より後方にアトマイザ１２Ａを
配置し、生成噴霧の絞υ弁７Ａｍ面付着を防止すること
が必要となる。綾り弁７Ａの開度が小さい時にこのうす
流の発生が顕著となるが、収り弁の軸とアトマイザのリ
ング振動子燃料吹込み孔の間の距離し、吸気管直径をＤ
とするとＬ／Ｄに対する絞り弁裏面への燃料付着率を調
べると第１０図のごとくになり、Ｌ／Ｄ≧１．５だと、
うすへの燃料まき込みがなくなることがわかった。

第１１図は本発明による具体的実施例を示したもので、
第２図の平面図に対し、横断面を表わしている。第１図
の従来の方式に対し、絞り弁下流の曲り部を低減し、燃
料の付着を低減した。

燃料噴射弁９，９′は垂直に上よシ下方に配置し噴射し
た燃料はアトマイザのリング１１人。

ＩＬＢの内壁に供給する。絞り弁７人、７Ｂとアトマイ
ザｌｌＡ、ｌｌＢの間の距離はそれぞれり、／Ｄ≧１．
５とし、燃料の絞シ弁へのまき込みを防止する。また、
空気量センサ５、絞シ弁開度センサ１８、エフ２７回転
数センサ１６などの信号を制御回路１４で演算し、運転
条件を選定してこれに見合って、エンジン軽負荷ではア
トマイザＩＬＡ、ＩＩＢの駆動振動数を高めて（６０Ｋ
Ｈｚ）生成粒径を小さくシ、加速、市街地走行時は駆動
振動数を３０ＫＨｚ付近に下げて微粒化量を消火する。

〔発明の効果〕

このように、本発明によればマニホルドへの燃料の付着
を防止でき加速のレスポンスが良いものとなる。

【図面の簡単な説明】

箒１図はアトマイザを用いた内燃機関の従来例を示す全
体構成図、第２図は本発明の一笑Ｎ例を示す部分桝成平
面図、第３図は吸気管同空気流の模式説明図、第４図は
管内の燃料粒子の飛しよう状況の説明概略図、第５図は
曲り管角度に対する燃料粒子の衝突率の関係を示す冥験
結果、第６図はアトマイザの駆動振動数に対するリング
振動子の最大振幅の関係、第７図は駆動振動数と生成粒
径の関係を表わす実験データ、第８図は駆動振動数と液
の微粒化菫の関係を示したもの。第９図は絞り弁下流の
燃料噴霧のまき込み状況の説明図、第１０図はム／Ｄに
対する巻き込み付着率の関係を示したもの、第１１図は
本発明による他の一実施例を示す部分構成横断面図。 ７・・・スａントルバルプ、９・・・噴射弁、１１・・
・アトマイザリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジンの運転条件に合せて作動するスロットルバ
   ルブと、該スロットルバルブの上流側吸気通路に配置さ
   れ、１つの気筒容積以上の体積を有する集合筒と、スロ
   ットルバルブの下流側に接続され、各気筒に接続するた
   め２つに分岐された偶数個の吸気管と、該各対になる吸
   気管の各分岐部のそれぞれに円筒状のリング振動子が露
   呈するように配置されると共に電気、機械変換素子の端
   部を有し、該リング振動子とホーンを介して固着されて
   構成される超音波振動子と前記リング振動子に設けられ
   た孔より燃料をリング振動子内壁に噴射する燃料噴射弁
   とからなり、エンジン運転条件に見合つて、超音波振動
   子の振動数を切替えることを特徴とするツイン式燃料微
   粒化装置。