JPS62195453A - 燃料噴射装置 - 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） 本発明はエンジンの負荷ないし回転状態に応じて調量し
た燃料を加圧空気を利用して噴射するとともに、加圧空
気の供給周期と供給時間をエンジンの負荷ないし回転状
態に応じて制御するようにした燃料噴射装置に関する。

（従来の技術） 自動車の排出ガス対策や燃費性能向上の手段として、エ
ンジンの負荷に応じて調量した燃料を加圧空気を利用し
て燃焼室へ供給し、燃焼室内で混合気を形成させるよう
にした燃料噴射システムが知られているが、このような
システムにおいて、エンジンのあらゆる負荷状態の下で
最適燃焼状態を実現させるためには、上記加圧空気の供
給をエンジンの負荷状態に応じて的確に制御する必要が
ある。

従来、このような要請に応するものとしては、例えば特
開昭５８−１６０５２０号公報に開示された技術がある
。すなわち、この公報ではエンジンの回転速度に比例し
たパルスを発生させるパルス発生器をエンジンに設置し
、このパルス発生器からのパルスをソレノイド作動型の
空気弁に供給して、例えば加速時等の燃料増を必要とす
る場合に上記空気弁に供給するパルスの数をふやし、空
気弁の開閉回数を増加させて、エンジンに対する燃料の
供給量を増量させるようにした燃料噴射装置が示されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来の装置ではエンジンの負荷に応じて空
気弁の開閉回数を加減し得ても、−回当りの開弁時間は
すべて同一に設定され等量の加圧空気を供給するように
していたなめ、エンジンの負荷に応じて刻々変化する燃
料量に対し、微視的には加圧空気の供給量に過不足が生
じて、あらゆる負荷状況の下で最適燃焼状態を実現させ
ることが困難であった。

本発明はこのような従来の問題を解決し、エンジンの負
荷ないし回転状態に応じて調量した燃料を圧送する加圧
空気の供給時間を、上記エンジンの負荷等の状況に応じ
て制御し、あらゆる負荷等の状況の下で最適燃焼を実現
するとともに、低負荷時には上記供給時間を長めに設定
して、燃料噴射弁に連通ずる燃料流路内に残留し付着す
る液滴による後だれを防止し、エンジンを円滑に運転し
得るようにした燃料噴射装置を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） このため、本発明の燃料噴射装置は、エンジンの負荷な
いし回転状態に応じて調量した燃料を加圧空気を利用し
て噴射するようにした燃料噴射装置において、前記加圧
空気の供給時間をエンジンの負荷ないし回転状態に応じ
て加減制御し、低負荷ないし低速回転時の上記供給時間
を高負荷ないし高速回転時のそれよりも長めに設定する
ようにして、エンジンのあらゆる負荷ないし回転状態の
下でも最適燃焼状態を実現させるとともに、加圧空気の
供給によって燃料流路内の残留液滴による後だれを防止
し、エンジンの運転を円滑に行なえるようにしたことを
特徴としている。

（実施例） 以下、本発明をエンジンの負荷ないし回転状態に応じて
燃料を調量し、調量後の燃料をエンジンの行程の所定時
期に加圧空気を利用して燃焼室へ供給するようにした、
燃料噴射システムに適用した図示実施例について説明す
ると、第１図乃至第５図において１はエンジン本体で、
ピストン２を収容した燃焼室３には吸気通路４が開口さ
れ、該通路４に連通ずる吸気マニホルド５の端部に、エ
アークリーナ（図示路）に連通する送気管６が接続され
ている。

７はエンジン本体１の近接位置に配設されたエアーコン
プレッサで、ベルト８を介してクランクプーリ９により
駆動され、その吐出口と吸入口に給気管１０と空気導管
１１の一端がそれぞれ接続されている。このうち、給気
管１０の他端は後述する燃料噴射調節装置に接続され、
その管路中にエアーレギュレータ１２．１３が介装され
ており、また空気導管１１の他端は上記吸気マニホルド
５に接続されていて、吸入空気の一部をエアーコンプレ
ッサ７へ導入可能にしている。図中、１４はエアーレギ
ュレータ１２に接続されたアキュムレータである。

１５．１６は一端を燃料タンク１７に接続した給油管と
油戻管で、給油管１５にはフィルタ１８、燃料ポンプ１
つ、オイルレギュレータ２０が介装され、このオイルレ
ギュレータ２０から分岐したバイパス管２１の他端が油
戻管１６に接続され、これら給油管１５と油戻管１６の
他端は、燃料噴射調節装置２２の後述する流入ポートと
流出ポートにそれぞれ接続されている。

燃料噴射調節装置１１の内部には、前記給気管１０に連
通ずる通気路２３と端面に開口するシリンダ２４が設け
られ、またこれらの間には前記流入ポート２５と流出ポ
ート２６に連通する油溜２７，２８が設けられていて、
これらがシリンダ２４の閉塞端側に形成されるメタリン
グ室２９に連通している。油溜２７．２８内にはダイヤ
フラム３０が張設され、このダイヤフラム３０にはメタ
リング室２つに連絡する油溜２７．２８の各開口部を開
閉可能な流入ボートバルブ３１と流出ボートバルブ３２
が設けられている。

また、燃料噴射調節装置亀１の内部には、通気路２３に
連通ずる第１乃至第３空気誘導孔３４，３５．３６が設
けられ、このうち第１空気誘導孔３４の他端はシ゛リン
ダ２４に連通しており、第２．第３空気誘導孔３５，３
６の他端はダイヤフラム３０の背面と連絡していて、ダ
イヤフラム３０へ背圧を付与可能にしている。

シリンダ２４内には管状のメタリングロッド３７が摺動
可能に収容され、その周面には前記第１空気誘導孔３４
に連通ずる縦長のボート３８が形成され、その内部に略
きのこ形をしたメタリングバルブ３９がスプリング４０
を介して吊り下げられ、常時はメタリングロッド３７の
開口端を閉塞している。メタリングロッド３７の閉塞端
はアクチュエータ４１の作動杆４２に連結され、上記ア
クチュエータ４１はコントロールユニット４３に連絡さ
れていて、その作動を制御されている。

すなわち、コントロールユニット４３はエンジン本体１
等に設置した各種のセンサ類、例えばエンジン本体１に
設置されてエンジンの回転数を検出するクランク角セン
サや、ディストリビュータ４５を介して点火時期を検出
する点火スイッチ、冷却水温度を検出する水温センサ４
６、吸入空気量と吸気温度を検出するエアーフローメー
タ４７、スロットルバルブ４８の開度を検出するスロッ
トルバルブスイッチ、更にはアクセルペダルの位置を検
出するアクセル位置センサ等から各検出信号Ｓｉを取り
入れ、これらの信号を内蔵したマイクロコンピュータに
より判断・演算処理して、制御信号Ｓｏを出力するよう
にしている。

制御信号Ｓｏは前記アクチュエータ４１と給気管１０に
介挿されたソレノイドバルブ４つ、それに燃料ポンプ１
９とオイルレギュレータ２０に出力され、このうちアク
チュエータ４１への制御信号ＳＯＡは、エンジンの負荷
および回転数に応じてアクチュエータ４１の作動を制御
し、作動杆４２の伸縮変位を介しメタリングロッド３７
を変位させて、エンジンへの燃料供給量を決定するよう
にしている。

例えば、エンジンの低負荷時にはメタリングロッド３７
をシリンダ２４内の奥部へ進入させて、メタリング室２
９の容積を減少させ、語学２９で調量される燃料量を少
量に規定する一方、高負荷時にはメタリングロッド３７
をアクチュエータ４１側へ移動させて、メタリング室２
９の容積を増加させ語学２９で調量される燃料量を、低
負荷時に比べて増量に規定するようにしている。

また、ソレノイドバルブ４つへの制御信号Ｓｏｓは、エ
ンジンの吸気行程の所定時期、例えば吸気弁４４の開弁
直後でピストン２の下降行程時に出力され、ソレノイド
バルブ４つを一定時間開弁じ、給気管１０からの加圧空
気を燃料噴射調節装置２２へ供給可能にしている。この
場合、ソレノイドバルブ４９の一回当りの開弁時間Ｐｗ
は、コントロールユニット４３において、入力されたク
ランク角センサからのエンジンの回転数ＮＥの検出信号
と、スロットルバルブスイッチからのスロットルバルブ
開度ＴｈＯの検出信号に基いて演算され、エンジンの負
荷ないし回転数に応じた開弁時間Ｐａが第３図に示すよ
うな手順で決定される。

すなわち、コントロールユニット４３は前記エンジンの
回転数ＮＥの信号に基いて、当該回転数に対応する後述
の燃料噴射弁の噴射周期、換言すればソレノイドバルブ
４９の開弁周期ＴをＴ＝６０／Ｎεの演算式により演算
し、この噴射周期Ｔと前記スロットルバルブ開度Ｔｈθ
の信号によって、ソレノイドバルブ４９の開弁時間Ｐｗ
を検索する。コントロールユニット４３に内蔵されたマ
イクロコンピュータには、噴射周期Ｔとスロットルバル
ブ開度Ｔ　ｈ６、並びにこれらとソレノイドバルブ４９
の開弁時間ＰＷどの関係を示す、第４図に示すような相
関図（マツプ）の所定の関係が予め記憶されており、こ
の記憶された情報の中から上記信号ＴおよびＴｈθに基
いて、開弁時間Ｐｗを読み取るようにしていて、その読
み取り後の信号を前記制御信号Ｓｏｓとしてソレノイド
バルブ４つへ出力するようにしている。

また、燃料ポンプ１９とオイルレギュレータ２０への制
御信号Ｓｏｐは、エンジンの負荷と回転数に応じて燃料
ポンプ１９を駆動し、その送油量および送油圧を制御す
るようにしている。

一方、シリンダ２４の閉塞端側には油口５０を介してメ
タリング室２９に連通する油室５１が設けられ、この油
室５１内にバルブスプリング５２で付勢された逆止弁５
３が収容され、常時は上記油日５０を閉塞している。

５４は燃料噴射調節装置１１の端部に取り付けられたニ
ップルで、上記油室５１番二連通しており、このニップ
ル５４に噴射管５５の一端が接続され、その他端に開放
型の燃料噴射弁５６が接続されている。

燃料噴射弁５６は第１図に示すように吸気マニホルド５
の吐出端側において、該マニホルド５内に突出した噴孔
部を燃焼室３方向に向けて設置されている。

（作用） このように構成した燃料噴射装置を装備した噴射システ
ムにおいて、エンジンが始動すると燃料ポンプ１９とオ
イルレギュレータ２０が、コントロールユニット４３か
らの制御信号Ｓｏｐに基いて送油量と送油圧を調整し、
これを給油管１５を介して燃料噴射調節装置辻へ圧送す
る。

燃料噴射調節装置２２内に導かれた燃料は、流入ポート
２５から油溜２７を経てシリンダ２４のメタリング室２
９内に流入し、語基２９においてメタリングロッド３７
の変位で規定される容積相当分を充填し、その余剰分は
油溜２８から流出ボート２６を経て油戻管１６に導かれ
、燃料タンク１７に戻される。すなわち、上記燃料は燃
料噴射調節装置１走と上記タンク１７の間を循環する。

一方、エンジンの始動に伴ないエアーコンプレッサ７が
駆動すると、空気導管１１から吸入された空気が圧縮さ
れて給気管１０へ吐出され、これがエアーレギュレータ
１２．１３で調圧されて燃料噴射調節装置辻へ圧送可能
になる。

このような状況の下でエンジンが吸気行程へ移行すると
、吸気弁４４が開弁じて吸気マニホルド５内の空気が燃
焼室３内に吸い込まれ、同時にクランク角とその際のエ
ンジンの回転数ＮＥがクランク角センサによって検出さ
れ、その検出信号がコントロールユニット４３に入力さ
れる。コントロールユニット４３は上記検出信号の他に
、スロットルバルブスイッチにより検出されたスロット
ルバルブ開度Ｔｈｅ信号を取り入れ、該信号と前記検出
されたエンジンの回転数ＮＥに基いて判断・演算し、各
制御信号Ｓ　ＯＡ、　Ｓ　ｏｓをアクチュエータ４１と
ソレノイドバルブ４９へ出力する。

このうち、アクチュエータ４１に上記制御信号ＳＯＡが
入力されると、アクチュエータ４１が上記信号レベルに
応じて作動杆４２の伸縮変位を制御し、例えばエンジン
の高負荷高速回転時には作動杆４２を縮小させてメタリ
ングロッド３７を同動させ、シリンダ２４内のメタリン
グ室２９の容積を増量させる一方、エンジンの低負荷低
速回転時には作動杆４２を伸長させて、メタリングロッ
ド３７をシリンダ２４の内部へ進入させ、第２図の仮想
線で示すようにメタリング室２９の容積を減量させる。

したがって、このメタリング室２９内に燃料を充填する
ために要する調量時間Ｃ０は、第５図に示すように厳密
にはメタリング室２９の容積増加分、エンジンの低速時
よりも高速時の方が多くなる。また、この場合メタリン
グロツド３７によって押し退けられたシリンダ２４内の
燃料は、油溜２８から流出ポート２６を経て油戻管１６
により燃料タンク１７に戻される。

一方、ソレノイドバルブ４つに対する制御信号Ｓｏｓは
、該バルブ４９の開弁動作とともに開弁時間Ｐｗを規定
しており、この開弁時間Ｐｗはコントロールユニット４
３により次のような手順で求められる。すなわち、コン
トロールユニット４３は第３図に示す制御系で示すよう
に、入力されたエンジン回転数Ｎ１の信号から予め記憶
されたＴ　＝　６０　／　Ｎ　Ｅの演算式に基いて、燃
料噴射弁５６の噴射周期Ｔを演算し、この周期Ｔと上記
入力されたスロットルバルブ開度Ｔｈθの信号を駆使し
て、予め記憶された第４図に示すようなマツプからソレ
ノイドバルブ４９の開弁時間ＰＷを読み収る。

この開弁時間ｐｗは、図示のように噴射周期Ｔが大きく
なるにつれて、換言すればエンジンの回転数ＮＥが低く
なるにつれて段階的に増加し、またスロットルバルブ開
度Ｔｈｅが大きくなるにしたがい、換言すればエンジン
が高負荷高速運転に移行するにつれて、増大する傾向に
ある。

このようにして動作開始と開弁時間Ｐｗを規定する制御
信号Ｓｏｓがソレノイドバルブ４つに出力されると、該
バルブ４つが開弁じて、給気管１０内の加圧空気が燃料
噴射調節装置辻の通気路２３に導かれる。通気路２３に
導かれた加圧空気は、該路２３に連通ずる第１乃至第３
空気誘導孔３４，３５．３６へそれぞれ分流し、このう
ち第２，３空気誘導孔３５．３６に分流した加圧空気は
ダイヤフラム３０に圧力作用して、このダイヤフラム３
０を第２図上右方へ圧力変位させ、その他側面に設けた
流入ポートバルブ３１と流出ポートバルブ３２を介して
、油溜２７，２８の開口部を閉塞する。

このため、油溜２７．２８とメタリング室２９との連通
状態が遮断され、メタリング室２つの密閉状態が形成さ
れる。一方、第１空気誘導孔３４に分流した加圧空気は
ポート３８を経てメタリングロッド３７内に導かれ、該
ロッド３７内に収容されたメタリングバルブ３９に圧力
作用する。そして、メタリングロッド３７内が所定圧に
加圧されると、メタリングバルブ３９がスプリング４０
に抗して第２図上下方へ突出し、メタリングロッド３７
の開口端との閉塞状態を解除して開弁される。

上記バルブ３９が開弁されると、メタリングロッド３７
内の加圧空気がメタリング室２９内に収容された調量済
の燃料に圧力作用し、逆止弁５３に圧力作用する。その
結果、逆止弁５３がバルブスプリング５２の付勢力に抗
して開弁され、メタリング室２９内の燃料と加圧空気が
混和した状態でニップル５４から噴出管５５に噴出し、
該管５５内を上記混合気が高速に移動して燃料噴射弁５
６に達し、該弁５６から吸気マニホルド５内に噴射され
る。

この場合、ソレノイドバルブ４つの開弁時期から、逆止
弁５３の開弁を経てメタリング室２９内の燃料と加圧空
気が燃料噴射弁５６へ移動し、それらの全量が噴射弁５
６から噴射し終るまでに要する噴射時間Ｉｔは、ソレノ
イドバルブ４９の開弁に原因して形成され、かつその開
弁時間Ｐｗ内に終了する訳であるから、この噴射時間Ｉ
ｔは上記開弁時間Ｐｗの一部と解することができる。

そして、上記噴射時間工、は、ソレノイドバルブ４つか
ら供給される加圧空気の圧力が一定の下では、上記混合
気が前記燃料流路を移動する速度によって左右され、エ
ンジンの高速時と低速時とでは燃料量の多い高速時の方
が厳密には多少時間が掛かることとなるか、何れにして
もソレノイドバルブ４９の開弁時間ＰＷと同時に進行し
、その時間Ｐｗ内に終了する。この場合、混合気の実質
的な噴射終子役においてもソレノイドバルブ４９の開弁
状態が維持され、混合気の噴射に実質的に関与しない余
剰の加圧空気が前記燃料流路内に供給される。

このような余剰の加圧空気は前記燃料流路を流通する間
に、該流路内に付着し残留している燃料液滴を吹き飛ば
し、これを燃料噴射弁５６の外部に一掃するから、上記
残留液滴による後だれを防止する作用をなすとともに、
これらの多量の空気の導入によって混合気の霧化・気化
が助長され、しかも燃焼室３内において安定したスワー
ルを形成する。

このような加圧空気の余剰供給時間Ａｔは、前述のよう
にソレノイドバルブ４９の開弁時間ｐｗによって終期を
規定され、実質上は開弁時間ＰＷから前記噴射時間Ｉｔ
を差し引いた時間に相当するが、これはエンジンの負荷
ないし回転状態による噴射周期Ｔと開弁周期ｐｗによっ
て規定される。

すなわち、エンジンの例えば回転数゛ＮＥが上昇すると
噴射周期Ｔが短かくなり、それに伴なって燃料噴射調節
装置λλ９サイクルタイム、つまり燃料調量から加圧空
気の供給による燃料噴射および加圧空気の余剰供給に要
する１サイクル当りの時間、これは調量時間Ｃ０と開弁
時間ｐｗの和また調量時間Ｃ５と噴射時間■、それに加
圧空気の余剰供給時間Ａ、の和に相当するが、これはエ
ンジンの低速時と高速時とでは第５図に示すように著し
く相違し、前者の方が非常に長く、したがって前記余剰
供給時間Ａ、はサイクルタイムよにって大きく制約され
ることとなる。

また、上記サイクルタイムを構成するソレノイドバルブ
４９の開弁時間Ｐｗは、前述のようにコントロールユニ
ット４３によって制御され、エンジンの負荷ないし回転
状態に応じて、例えば低速時の方が高速時よりも長めに
設定されているから、この間弁時間Ｐｗ内の噴射時間Ｉ
ｔが高速時と低速時とで多少の差があるのを含めて、そ
の時間１ｔを差し引いた加圧空気の余剰供給時間Ａ、に
、著しい相違が見られることは第５図から明らかである
。すなわち、エンジンの低速時における加圧空気の余剰
供給時間Ａ、は、高速時のそれに比べて著しく長く設定
されている。

したがって、エンジンの低負荷ないしは低速時には混合
気の噴射後においても、ソレノイドバルブ４９が長時間
開弁して余剰の加圧空気が前記燃料流路内を長時間流通
し、該流路内の残留液滴を十分に排除し得るから、上記
液滴による後だれが確実かつ強力に防止され、特に後だ
れによる燃焼状態等の影響が顕著に現われる、低負荷低
速時に奏する効果は大きなものとなる。

こうして吸気マニホルド５内に噴射された混合気は、そ
の後負圧下の燃焼室３内に吸い込まれ、該燃焼室３内に
おいて加圧空気と吸気マニホルド５から供給された定常
の吸入空気と混和して、混合気を形成する。

一方、混合気噴射後、前記制御信号Ｓｏｓで規定したソ
レノイドバルブ４９の開弁時間ＰＷが経過すると、ソレ
ノイドバルブ４９が閉弁して給気管１０からの加圧空気
の供給が断たれる。このため、燃料噴射調節装置２２内
の第１乃至第３空気誘導孔３４，３５．３６が原状の圧
力を回復し、第１空気誘導孔３４に連通ずるメタリング
ロッド３７内の圧力も原状の圧力を回復して、メタリン
グバルブ３９がスプリング４０により原位置に復帰し、
メタリングロッド３７の開口端を閉塞して閉弁する。そ
して、上記バルブ３つの閉弁と同時にメタリング室２９
内の圧力も原状の圧力を回復し、逆止弁５３がスプリン
グ５２によって原位置に復帰して、油口５０を閉塞しメ
タリング室２９を密閉する。

その結果、燃料噴射調節装置ム１から燃料噴射弁５６へ
の加圧空気の余剰供給が停止されるが、この停止後にお
いてもソレノイドバルブ４９から燃料噴射弁５６に至る
燃料流路内には、前述のように油滴の付着や残留が既に
−掃されているから、それらが後だれすることはない。

一方、前記のように第２．３空気誘導孔３５．３６が原
状の圧力を回復すると、ダイヤフラム３０が自身の弾性
により原位置に復帰し、これに流出入ポートバルブ３２
．３１が同動して、油溜２７，２８とメタリング室２９
との連通状態が回復される。したがって、油溜２７，２
８から燃料がメタリング室２９内に流入し、謹呈２９に
おいてメタリングロッド３７の変位で規定される燃料量
が再たび調量される。

、　　（発明の効果） 本発明の燃料噴射装置は以上のように、エンジンの負荷
ないし回転状態に応じて調量した燃料を加圧空気を利用
して噴射するようにした燃料噴射装置において、前記加
圧空気の供給時間をエンジンの負荷ないし回転状態に応
じて加減制御し、低負荷ないし低速回転時の上記供給時
間を高負荷ないし高速回転時のそれよりも長めに設定す
るようにしたから、エンジンのあらゆる負荷ないし回転
状態の下でも最適燃焼状態を実現することができ、また
加圧空気の供給によって燃料の霧化・気化を助長すると
ともに、燃料流路内の残留液滴による後だれを防止して
、この後だれによる影響が顕著に現われる低負荷ないし
低速回転時におけるエンジンの運転を円滑に行なえる等
の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した噴射システムの概要図、第２
図は上記システムに適用した燃料噴射調節装置を拡大し
て示す断面図、第３図は上記システムに適用したソレノ
イドバルブの制御系の一例を示す流れ図、第４図は上記
システムに適用したコントロールユニットに記憶された
噴射周期と、スロットルバルブ開度およびソレノイドバ
ルブの開弁時間との関係を示す相関図、第５図は上記シ
ステムに適用した燃料噴射調節装置のサイクルタイムの
一例を、エンジンの低速時と高速時に分けて示したサイ
クルタイムチャートである。 特許出願人　　ヂーゼル機器株式会社 第２図 −Ｌ　続　補　正　、！：（自発） 特許庁長官　黒１）引離　殿　　　　　　　　　　　　
昭和６１年１１月２９１１　・バ件の表示 ２　発明の名称 ３　補正をする者 事件との関係　　　　　　特許出願大 東１に都渋谷区渋谷３丁目６番７号 （３３３）チーゼル機器株式会社 代表者　望　月　−成 ４、代理人 東京都豊島区東池袋１丁目４８番１０号２５山京ビル３
１６号 明ｍ書の「発明の詳細な説明」の欄および図面補正の内
容 １、本願明細書の第５頁第１５行目および第１６行目に
亘って「エアーレギュレータ１２，１３Ｊとあるのを、
　「エアーレギュレータ１２Ｊ　と補正する。 ２、同じく、第１３頁第８行目および第９行目に亘って
「エアーレギュレータ１２，１３ｊとあるのを、「エア
ーレギュレータ１２」と補正する。 ３、本願々書に添付の図面中、第１図と第４図を別紙の
ように補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　エンジンの負荷ないし回転状態に応じて調量した燃料
   を加圧空気を利用して噴射するようにした燃料噴射装置
   において、前記加圧空気の供給時間をエンジンの負荷な
   いし回転状態に応じて加減制御し、低負荷ないし低速回
   転時の上記供給時間を高負荷ないし高速回転時のそれよ
   りも長めに設定するようにしたことを特徴とする燃料噴
   射装置。