JPS61250379A - 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） この発明は内燃Ｒ関の燃料供給装置に関し、詳しくは吸
気分岐管の集合部よりも上流側で燃料を供給する形式の
燃料供給装置の改良に関する。

（従来の技術） 各気筒分の燃料を吸気管集合部の上流側で集中的に供給
するｈ１成の燃料供給装置としては、気化器あるいはシ
ングルポイントインジェクション方式と呼ばれる燃料噴
射装置が知られている。

第３図は上記シングルポイントインジェクション方式の
燃料噴射装置の一例を示したもので、これを説明すると
、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、１０４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）に応じて変化する
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部１
０６に設けられたエア７０−メータ１０７からの吸気量
信号１１と図示しないクランク角センサからの回転速度
信号■２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、磯関連松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
すると各気前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の前方に至る補助空気通路１１０
を設け、紋り弁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５６−１４６０５０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
紋り弁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
は至りていない。

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供給燃料を微粒化する
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明では、多気筒内燃機
関の吸気管集合部に接続する吸気通路を各々絞り弁を介
装した比較的小径のプライマリ通路と比較的大径のセカ
ンダリ通路とに分離形成する。前記プライマリ通路はそ
の出口側通路部とほぼ同一の方向に所定の長さを確保し
た気化空間を介してセカンダリ通路に接続するとともに
前記出口側通路部にラバルノズル（「音速ノズル」また
は「中細ノズル」とも言う。）を形成し、さらにこのラ
バルノズルの上流側に位置し斗燃料供給ノズルを設ける
。また、前記プライマリ通路とセカンダリ通路の絞り弁
を、低負荷域ではプライマリ側に比較してセカンダリ側
の開度割合が小さく、高負荷域では同じくセカンダリ側
の開度割合が増大するように互いに連動構成する。さら
に、前記気化空間との接続部よりも上流側に位置してセ
カンダリ通路に圧力制御弁を介装し、この圧力制御弁の
開度を気化空間に所定の負圧が確保されるように制御す
る制御弁駆動手段を設ける。加えて、この発明では前記
出口側通路部の近傍に、当該出口側通路部と略同一断面
形状の振動子を同軸的に保持し、これを超音波加振手段
を介して高周波振動させる。

（作用） 上記構成において、低負荷域ではセカンダリ側絞り弁の
開度が小さいため吸気はもっばら開口径の小さいプライ
マリ通路を流れ、また高負荷域においても圧力制御弁を
介して気化空間に所定の負圧が確保された状態下でプラ
イマリ通路への吸気流が生じる。このプライマリ通路の
吸気流は、通路径が比較的小さいことから、その流速が
単一の吸気通路にて吸気を導入する場合に比べて高速で
あり、さらに通路の出口部に位置するラパルノズルを介
して音速程度にまで高速化される。

一方、燃料供給ノズルを介してプライマリ通路へと供給
された燃料も上記吸気流とともにラバルノズルにて加速
され、これにより微粒化しながら吸気とともに気化空間
へと流出し、気化空間にてさらに気化及び微粒化して吸
気と混合しながらセカンダリ通路ないしその下流側の吸
気分岐管へと流れる。プライマリ通路から噴出する混合
気ないし燃料は前述のようにして高速化及び微粒化され
、しかもプライマリ通路出口部と同一方向を向いた気化
空間にて吸気と燃料とが十分に混合したのち機関へと供
給される。このため供給燃料が通路内壁に付着するよう
なことがなく、従って速やかかつ均等に磯閃各気匍へと
分配供給される。

また、気化空間の負圧が比較的減少する高負荷運転時に
はラバルノズルの付近においてプライマリ通路の内壁面
に燃料が付着して壁流が生成されやすいが、この壁流化
した燃料はプライマリ通路の出口部近傍に設けた振動子
に接触して超音波加振手段からの高周波振動を受けるた
め容易に微粒化する。なお、気化空間に比較的強い負圧
が生じる低負荷運転時には前述したような燃料壁流力！
生じに（いので、このような運転条件においては必ずし
も超音波加振手段を作動させなくともよい。

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、１は内燃機関の本体（シリンダブロッ
ク）、２はシリングヘッド、３はピストン、４は吸入ボ
ート、５は排気ボート、６は吸気弁、７は排気弁、８は
吸気分岐管、９はその集合部、１０は同じく分岐通路部
、１１は図示しないエアクリーナハウジングと前記吸気
管集合部９との而に介装されるスロットルボディである
。

スロットルボディ１１は、集合部９に接続するセカンダ
リ通路１２を有し、さらに当該集合部９との接続部分の
近傍に位置して所定の長さを有する筒状のチャンバ１３
が略直角方向から接続しくいる。前記チャンバ１３の内
側空間部分が気化空間１４となっており、その基層部（
図で左方の端部）に、チャンバ１３の中心線と同一方向
を向くようにプライマリ通路１５の出口部１６が開口し
ている。プライマリ通路１５は、後述する圧力制御弁よ
りも上流側の通路部分またはエアクリーナのクーンサイ
ドと前記出口部１６とを連通するように形成しである。

上記プライマリ通路出口部１６にはラバルノズル１７を
形成し、さらにその上流側に燃料供給ノズル１８を設け
である。前記ラバルノズル１７及びプライマリ通路１５
は、低速運転時にその喉部１７Ａにおける吸気流速がほ
ぼ音速に達するように形成する。一方、前記燃料供給ノ
ズル１８は、この場合第３図と同様の電磁燃料噴射弁で
あり、すなわち図示しない燃料系統を介して所定の圧力
に調圧された燃料の供給を受け、クランク角度（回転速
度）及び吸気管圧力等の機関運転状態を代表する所定の
パラメータに基づいて制御回路１９から出力される駆動
パルス信号に応動して当該パルスの開弁時間比に応じた
量の燃料をプライマリ通路１５に噴射供給するようにな
っている。

さらに、上記セカンダリ通路１２とプライマリ通路１５
にはそれぞれ途中に弁軸２０．２１を介してセカンダリ
紋り弁２２、プライマリ絞り弁２３を回動自由に支持し
である。プライマリ絞り弁２３は図示しないアクセラレ
ータ機構と連動して運転者の意志に応じた開度となるよ
うに構成する一方、セカンダリ紋り弁２２は図示しない
リンク８！膚等を介してプライマリ絞り弁２３がほぼ全
開となった後にその開度が増加するように作動する構成
とする。なお、２ステージ型気化器の一部に見られるよ
うにプライマリ側が全開となって以降は吸気圧力差３等
に基づいてセカングリ側が自動的に全開となる構成とし
てもよい。

また、セカンダリ通路１２には、上記セカンダリ紋り弁
２２よりも上流側に位置して、各紋り弁２２．２３と同
様のバタフライバルブ形状の圧力制御弁２４を介装する
。この圧力制御弁２４は、その弁軸２５の一端に固定し
たアーム２６を介して、この実施例における制御弁駆動
手段にあたるダイアフラム装置２７のロッド２８に連接
している。

ダイ７７ラム装置２７は、その中空状の本体３０の内側
空間を、上記ロッド２８を固着したダイァ７ラム３１を
介して大気室３２と負圧室３３とに画成し、大気室３２
には通路３４を介して圧力制御弁２４よりも上流の通路
部分からほぼ大気圧の吸気圧力を導入するとともに、負
圧室３３には通路３５を介して気化空間１４の圧力を導
入する。

また、負圧室３３にはコイルスプリング３６を介装し、
このコイルスプリング３６の張力に基づいてロッド２８
を押し出す方向、つまりこの場合圧力制御弁２４が閉じ
作動する方向に付勢する。この構成において、ダイアフ
ラム３１及びロッド２８の移動量は、ダイアフラム３１
の両面に作用する大気圧と気化空間１４の圧力との合成
圧力と、コイルスプリング３６の張力とのつり合いに応
じて定まり、圧力制御弁２４の開度としては気化空間１
４の圧力（負圧）が弱まるほど減少方向になる。

この場合、その特性を左右するコイルスプリング３６の
バネ定数ないし初期荷重とダイアフラム３１の受圧面積
は、具体的にはセカンダリ絞り弁２２の全開等に伴って
気化空間１４の負圧が大幅に減少しようとしたときに、
その下流側つまり気化空間１４の部分にマイナス数＋ａ
＋ｍＨｇ程度の負圧を確保するのに必要なだけ圧力制御
弁２４の開度が減少するように設定しておく。なお、セ
カンダリ通路１２の通路断面積はセカンダリ絞り弁２２
と圧力制御弁２４の開き共合によって決まるが、圧力制
御弁２４が閉じ加減になる高負荷運転時にも充分な吸気
量を確保しうるようにセカンダリ通路１２の径を決定し
ておく。

さらに、この発明ではプライマリ通路１５からの液滴状
燃料に超音波振動を加えてその微粒化を図るのであるが
、この点を実施例について説明すると、第１図または第
２図Ａ、Ｂに示したように、プライマリ通路１５の出口
側通路部１６の前方に当該通路部１６の開口部断面と略
同−形状の環状の振動子３７を設ける。前記振動子３７
は、チャンバ１３に取り付けた超音波加振器３８に支持
柱３９を介して連接するとともに、前記支持柱３９によ
り出口側通路部１６の開口縁部と接触しない程度に当該
開口縁部に近接した位置に保持する。

また、図中４０は前記超音波加振器３８の駆動回路であ
り、この場合制御回路１９からの信号に基づきプライマ
リ通路１５の内壁面に燃料壁流が生じやすい所定の高負
荷運転時にのみ加振器３８を駆動するようにしである。

なお、第２図Ａ、Ｂにおいて第１図と同一の部分には同
一の符号を付して示しである。

次に、上記構成下での作用を機関運転状態との関係にお
いて説明する。

第１図は低速低負荷運転時の状態を示しており、このと
きプライマリ絞り弁２３の下流側には極めて強い負圧が
生じ、加えてセカンダリ絞り弁２２はほぼ全閉状態であ
るので、この運転状態での吸気は専らプライマリ通路１
５を高速で流れ、さらにラバルノズル１７において音速
程度にまで加速される。一方、このような低負荷運転条
件では燃料流量の絶対値が小さく、また燃料供給系が経
済空燃比を目標として制御されることから、吸気流量に
対する燃料供給量の割合も少ない。このため、燃料供給
ノズル１８からの噴射゛燃料はプライマリ通路１５へと
噴出するとき、及びその後ラバルノズル１７を通過する
ときに効率よく微粒化され、具体的には〃ソリン燃料で
は平均粒径が十数ｐ程度にまで微粒化される。

このようにして微粒化された燃料は、プライマリ通路１
５の吸気流とともに同通路の出口部１６より気化空間１
４へと高速で流出し、さらに吸気分岐管８を介して機関
各気筒へと供給される。このとき、微粒子状燃料は気化
空間１４の長手方向に沿って流れるため当該空間の壁面
に付着することなく十分に空気と混合し、しかもその間
に気化してさらに微粒化する。このため、スロットルボ
ディ１１ないしセカンダリ通路１２の壁面に衝突するこ
となく吸気の流れに来って分岐管集合部９及び分岐通路
部１０へと導かれ、速やかに機関気筒へと供給される。

特に、低温条件下でも良好な燃料微粒化作用が得られる
ので、冷態始動から暖機完了までの間に燃料増量補正を
行う必要が無くなり、かつ安定した機関運転が可能であ
る。なお、−二のような低負荷運転条件ではプライマリ
通路１５ないしラバルノズル１７の内壁面に燃料が付着
することは起こりにくいので、超音波加振器３９は駆動
されない。

このような運転状態からアクセラレータ開度が増してプ
ライマリ絞り弁２３が全席になる程度の運転状態になる
と、この状態でもラバルノズル１７での吸気流速が十分
に音速程度となるように構成したことから、噴射燃料の
粒径は充分に小さく保たれる。また、さらに要求負荷が
増してセカンダリ絞り弁２２が開くと吸気はセカンダリ
通路部１２にも流れ始めるため、そのままではプライマ
リ通路１５の吸気流速が低下して燃料の微粒化作用が鈍
化してしまうが、このとき上述したように気化空間１４
と大気側圧力との差圧に基づいて圧力制御弁２４が閉じ
方向に作動し、気化空間１４にある程度の負圧を確保し
続けるので／ズル喉部１７Ａでの吸気流速をほぼ音速に
保つことができ、従って効率のよい燃料微粒化作用を持
続させることができる。このため、燃料流量が増加する
中〜高負荷運転時ないし加速時においても吸気管壁への
燃料付着及び壁流化を起こしにくい。

ただし、先に述べた低負荷運転時に比較して気化空間１
４の負圧は減少しているので、プライマリ通路１５の内
壁面に若干の燃料が付着して壁流を形成する傾向を生じ
る。この壁流化した燃料は高速吸気流に押されて出口側
通路部１６の開口縁部に達し、逐次液滴状になって下流
側へと飛散しようとするが、当該開口縁部に続いて環状
の振動子３７が位置しているため液滴状燃料は一時的に
この振動子３７の内壁面に沿って流れることになる。こ
のとき、高負荷運転条件では制御回路１９からの信号に
基づいて超音波加振器３８が駆動され、その加振力が支
持枝３９を通じ振動子３７に伝播してこれを高周波振動
させているので、前記液滴状燃料は振動子３７に接触し
た瞬間に破壊されて微粒化する。従って、こうした高負
荷運転条件においても良好な混合気性状が得られるので
ある。因に、高負荷運転時において８！閏に供給する燃
料の大部分を超音波振動によって微粒化しようとすると
加振手段の消費電力が極めて大きなものとなってしまう
が、この発明ではプライマリ通路１５に生じる若干の燃
料壁流のみ（他の部分には燃料壁流が生じない）を微粒
化するので消費電力は少なくて済み、具体的には例えば
数百ｖｏｌｔ、ＩＭＨｚ程度の駆動パルスを加振器４０
に供給すれば足りる。また、実施例のように必要なとき
にのみ超音波振動を加えるようにすればさらに好ましい
ことは言うまでもない。

なお、上記実施例においては、圧力制御弁２４の駆動手
段として吸気通路内の圧力差に応動するグイア７ラム装
置２７を設けて気化空間１４に常時所定以上の負圧を確
保する溝威としであるが、こうした圧力を動力源とする
アクチュエータに限らず、例えばステップモータ等の電
′ｌＪｈ磯を制御弁駆動手段として適用し、さらには全
開で磯関回松速度がある設定値を超えたときなど特定の
運転条件下で気化空間１４の負圧発生を解除、すなわち
圧力制御弁２４を全開にする構成としてもよい。

また、プライマリ通路１５、さらにはセカンダリ通路１
２の途中にＰＴＣヒータ等の電気的加熱手段、あるいは
＋９１関冷却水または排気を熱源とする加熱手段を設け
て吸気を加熱するようにしてもよく、これにより燃料微
粒化作用を一層促進できるとともに燃料壁流の生成をよ
り確実に阻止することができる。また、超音波加振器３
９の駆動制御方法として、プライマリ絞り弁２３または
セカンダリ絞り弁２２に開度センサを設け、紋り弁の急
開から検知した急加速時に駆動するようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明した通り、この発明ではラバルノズルを芥して
プライマリ通路に常時的に高速吸気流を生起し、この高
速吸気流により燃料の微粒化を促すとともに、ノズル下
流側に設けた気化空間により燃料の気化及び吸気との混
合を促すようにした。

また、高負荷運転時等にプライマリ通路ないしラバルノ
ズルの内壁面に形成されがちな燃料壁流は、プライマリ
通路の出口近傍に設けた振動子を介して超音波振動を加
えることにより微粒化する構成−とした。従ってこの発
明によれば、機関気筒に至るまでの吸気管内壁への燃料
壁流の形成を抑制するとともに混合気を迅速に機関に供
給でき、これにより噴射燃料の壁流化に原因する空燃比
の希薄化及び燃料供給遅れを解消して機関の過渡特性を
改善でき、さらには機関の燃費、出力、排気エミッショ
ンなど諸性能を確実に改善することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図Ａはそ
の超音波加振手段部分の縦断面図、第２図Ｂは第２図Ａ
のＩＩ−Ｉｆ断面図である。 第３図は従来例の縦断面図である。 １・・・内燃機関の本体、　　　８・・・吸気分岐管、
９・・・吸気分岐管の集合部、１０・・・同分岐通路部
、１１・・・スロットルボディ、１２・・・セカンダリ
通路、１４・・・気化空間、　　　　　１５・・・プラ
イマリ通路、１６・・・同通路出口部、　　　１７・・
・ラバルノズル、１８・・・燃料供給ノズル、２２・・
・セカングリ絞り弁、２３・・・プライマリ絞り弁、２
４・・・圧力制御弁、２７・・・ダイアフラム装置、２
８・・・同装置のロッド、３１・・・同グイア７ラム、
　　３２・・・同大気室、３３・・・同負圧室、　　　
３６・・・同コイルスプリング、３７・・・振動子、　
　　　３８・・・超音波加振器、３９・・・振動子の支
持柱、４０・・・加振器の駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多気筒内燃機関の吸気管集合部に接続する吸気通路を各
   々絞り弁を介装した比較的小径のプライマリ通路と比較
   的大径のセカンダリ通路とに分離形成し、前記プライマ
   リ通路は、その出口側通路部とほぼ同一の方向に所定の
   長さを確保した気化空間を介してセカンダリ通路に接続
   するとともに前記出口側通路部にラバルノズルを、さら
   にこのラバルノズルの上流側に燃料供給ノズルを各々設
   け、かつ前記出口側通路部と略同一断面形状の振動子を
   当該出口側通路部の開口部近傍に同軸的に保持した超音
   波加振手段を設け、一方前記プライマリ通路とセカンダ
   リ通路の絞り弁を、低負荷域ではプライマリ側に比較し
   てセカンダリ側の開度割合が小さく、高負荷域では同じ
   くセカンダリ側の開度割合が増大するように互いに連動
   構成し、さらに、前記気化空間との接続部よりも上流側
   に位置してセカンダリ通路に圧力制御弁を介装するとと
   もに気化空間に所定の負圧が確保される程度に前記圧力
   制御弁の開度を制御する制御弁駆動手段を設けたことを
   特徴とする内燃機関の燃料供給装置。