JPH02157441A - 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、例えば自動車用のエンジン等に燃料を噴射供
給するのに用いて好適な燃料噴射装置に関し、特に、超
音波振動子を用いてアイドル安定性等を向上できるよう
にした燃料噴射装置に関する。 〔従来の技術〕 例えば、特開昭６１−１９２８４５号公報等において、
吸気管内に燃料を噴射する噴射弁と、該噴射弁と対向し
て吸気管の途中に設けられた超音波振動子とからなる燃
料噴射装置は知られている。 そして、この種の燃料噴射装置では、噴射弁からの燃料
を超音波振動子の振動板に向けて噴射させ、該振動板を
超音波振動させることにより噴射燃料を微粒化し、吸入
空気との霧化、混合を促進させるようにしている。 〔発明が解決しようとする課題］ 然るに、上述した従来技術では、超音波振動子の振動板
を一定の高周波で超音波振動させているに過ぎず、噴射
弁からの燃料噴射量が比較的少ないときには、噴射燃料
を効果的に微粒化できるものの、燃料噴射量が増大した
ときに、噴射燃料が振動板の表面に付着するようになり
、微粒化できる燃料の処理量が大幅に低下するという問
題がある。 また、他の従来技術として、スロットルバルブの下流側
がコレクタとなり、該コレクタの下流側がエンジンの各
シリンダと連通ずる分岐管となった吸気管と、該吸気管
の各分岐管に設けられ、該各分岐管内に燃料を噴射する
第１の噴射弁と、前記吸気管のコレクタに設けられ、該
コレクタ内に燃料を噴射する第２の噴射弁と、該第２の
噴射弁と対向して前記コレクタに設けられ、該第２の噴
射弁から噴射された燃料を微粒化する超音波振動子とか
らなる燃料噴射装置も知られている。 しかし、この場合には第１の噴射弁と第２の噴射弁との
噴射量の分担率をエンジンの運転状態に応じて変えてい
ないから、アイドル安定性や過渡応答性等を効果的に向
上できない上に、この場合でも第２の噴射弁による噴射
量が増大すると微粒化できる燃料の処理量が大幅に低下
するという問題がある。 本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので
、本発明は振動周波数を変えることによって超音波振動
子の処理量を適宜に増加させつる上に、アイドル安定性
や過渡応答性等を効果的に向上でき、エンジンの燃焼効
率を高めることができるようにした燃料噴射装置を提供
するものである。 ［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するために本発明が採用する構成の
特徴は、第１の噴射弁と第２の噴射弁とにエンジンの運
転状態に応じて予め定めた分担率をもって燃料を噴射さ
せる噴射量演算手段と、前記第２の噴射弁からの噴射量
が増大するに応じて超音波振動子の振動周波数を段階的
に下げる周波数切換手段とを設けたことにある。 〔作用〕 上記構成により、例えばエンジンのアイドル時や加減速
時等に応じて最適な分担率で第１．第２の噴射弁から燃
料を噴射させることができ、第２の噴射弁からの噴射量
が増えたときには振動周波数を下げることによって、振
動板等に燃料が付着するのを防止できる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図ないし第９図に基づいて
説明する。 図において、１は自動車のエンジン本体を示し、該エン
ジン本体１は後述の吸気管２側から吸込んだ燃料と吸入
空気との混合気を各シリンダＩＡ（例えば４気筒）内で
燃焼させ、クランク軸ＩＢから回転出力を導出する。２
はエンジン本体１の吸気側に接続された吸気管を示し、
該吸気管２の先端側にはエアクリーナ３が設けられ、該
エアクリーナ３の下流側に吸入空気量Ｑを検出するエア
フロメータ４と、吸入空気量Ｑを開度に応じて制御する
スロットルバルブ５とが設けられている。 ここで、該吸気管２はスロットルバルブ５よりも下流側
が吸気温りとしてのコレクタ２Ａとなり、該コレクタ２
Ａの下流側が、例えば４本に分岐してエンジン本体１の
各シリンダＩＡ内と連通ずる分岐管２Ｂ、２Ｂ、・・・
どなって、インティクマニホールドを構成している。ま
た、前記スロットルバルブ５にはスロットルバルブスイ
ッチ５Ａ（スロットルセンサを含む）が付設され、該ス
イッチ５Ａはスロットルバルブ５の開度に応じた信号等
を後述のコントロールユニット１１に出力するようにな
っている。また、クランク軸ＩＢの近傍にはエンジン回
転数Ｎを出力するクランク角センサ６が設けられている
。７はエンジン本体１の排気側に接続され、排気ガスを
外部に排気させる排気管を示している。 ８．８．・・・は吸気管２の各分岐管２Ｂに設けられた
第１の噴射弁を示し、該各噴射弁８はそれぞれ電磁アク
チュエータ等を内蔵し、コントロールユニット１１から
噴射パルスＳ、（第２図参照）を印加されることにより
各分岐管２Ｂ内に燃料な噴射する。ここで、噴射パルス
Ｓｌのパルス幅は後述の演算式（３）による噴射量Ｔ、
によって決定され、該各噴射弁８は各シリンダＩＡの近
傍で噴射量Ｔ、に対応する燃料を噴射することにより、
混合気の分配性能等を高めるようになっている。 ９は吸気管２のコレクタ２Ａに設けられた第２の噴射弁
を示し、該噴射弁９は電磁アクチュエータ等を内蔵し、
コントロールユニット１１から噴射パルスＳ、を印加さ
れることにより、噴射ノズル９Ａからコレクタ２Ａ内に
燃料を噴射する。ここで、噴射パルスＳ２のパルス幅は
後述の演算式（４）による噴射量Ｔ２によって決定され
、該噴射弁９は噴射量Ｔに対応する燃料を噴射ノズル９
Ａから後述の振動板１０Ａに向けて噴射させる。 １０は噴射弁９の噴射ノズル９Ａと対向してコレクタ２
Ａに設けられた超音波振動子を示し、該超音波振動子１
０の先端側には振動板１０Ａが設けられ、該振動板１０
Ａは基端側の圧電素子１０Ｂにコントロールユニット１
１から高周波電圧Ｖを印加することにより、例えば２０
〜８０ＫＨ２程度の周波数をもって超音波振動するよう
になっている゛。ここで、該超音波振動子１０の振動板
１０Ａはコントロールユニット１１から出力される高周
波電圧Ｖの周波数を後述の如（切換えることにより、例
えば７２　Ｋｔｈ程度の周波数ｆと、５０Ｋ）１．程度
の周波数で、と、３０ＫＨｚ程度の周波数ｆ３とのいず
れかの周波数をもって超音波振動するようになっている
。そして、該振動板１０Ａが噴射弁９から噴射された燃
料を超音波振動にって、例えば１０〜４０μｍ程度の粒
径となるまで微粒化し、燃料と吸入空気とを予混合状態
で各分岐管２Ｂ側に吸込ませる。 さらに、１１はマイクロコンピュータ等によって構成さ
れたコントロールユニットを示し、該コントロールユニ
ット１１は第２図に示すように、入出力制御回路１２、
例えばＣＰＵ、ＭＰＵ等からなる処理回路１３、例えば
ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶回路１４を含んで構成さ
れている。そして、入出力制御回路１２の入力側はエア
フロメータ４、クランク角センサ６、スタートスイッチ
１５およびスロットルバルブスイッチ５Ａ等と接続され
、出力側は第１の各噴射弁８、第２の噴射弁９および超
音波振動子１０等と接続され、これらに噴射パルスＳ、
、Ｓ、および高周波電圧Ｖ等を出力し、該高周波電圧■
は周波数ｆ　ｌ　＋周波数ｆ２および周波数ｆ３に対応
して３段階に切換られる。 また、記憶回路１４には第５図に示す噴射量演算および
周波数切換処理用のプログラム等が格納され、該記憶回
路１４の記憶エリア１４Ａには第３図、第４図に示すよ
うに、後述の予混合率Ｃを第２の噴射弁９の基本噴射量
ＴＰ□とエンジン回転数Ｎとから所定の値に設定する予
混含率学習マツプと、超音波振動子１０の振動周波数を
後述する第２の噴射弁９からの噴射量Ｔ２に応じて決定
する周波数学習マツプとが格納されている。なお、第３
図、第４図に示した基本噴射量および噴射量はそれぞれ
に対応したパルス幅の時間を単位（ｍｓ）としている。 そして、コントロールユニット１１はエアフロメータ４
による吸入空気量Ｑとクランク各センサ６によるエンジ
ン回転数Ｎから、第１の噴射弁８と第２の噴射弁９との
基本噴射量Ｔｐ＋、　’ｒ、２を、ただし、Ｋ：定数 Ｋｌｌ、噴射弁８と噴射弁９との基 本パルス幅の比率 として演算すると共に、各噴射弁８，９による有効噴射
量Ｔ　＠ｌ＋　Ｔ　ａｍを、 ただし、α α Ｃ０，。 ε として演算し、 Ｔ。 Ｔ宜 ：空燃比フィードバック補正計数 二基本空燃比学習補正計数 ：各種補正計数 ：予混合率 この演算結果に基づき、 ＝Ｔ−ｒ＋　Ｔ　ｓ＋　　””　（３）：　Ｔ　ａｓ　
＋　Ｔ　Ｂｇ　　・・・・・・（４）ただし、Ｔ□、Ｔ
ｓｉ：電圧補正計数 なる噴射量Ｔ、、Ｔ、に対応した噴射パルスＳ、、Ｓ、
を噴射弁８．９に出力する。ここで、前記予混合率εは
噴射弁８．９による燃料噴射量の分担率を表わし、前記
基本パルス幅の比率に＃は噴射弁８，９の流量が異なる
関係上、前記（１）式の如く基本噴射量ＴＰＩとの積で
基本噴射量Ｔｐｚを演算させたもので、該基本噴射量Ｔ
ｐ＋、　Ｔｐｔは基本パルス幅としては異なるものの、
噴射時の流量と見倣せば等しい値となる。また、前記電
圧補正計数’ｒｓ＋、　Ｔｓｉは有効噴射量Ｔ　＠　ｌ
　＋　Ｔ　ａ　ｍを有効パルス幅とすると無効パルス幅
に該当するもので、有効噴射量Ｔ　＠Ｉ＋　Ｔ　＊＊に
対応する流量の燃料を噴射させるための補正計数である
。 本実施例による燃料噴射装置は上述の如き構成を有する
もので、次にコントロールユニット１１による処理動作
について第３図ないし第９図を参照して説明する。 まず、スタートスイッチ１５の投入によって処理がスタ
ートすると、ステップ１で吸入空気量Ｑ、エンジン回転
数Ｎおよび各種補正計数等を読込み、ステップ２で前記
（１）式による基本噴射量Ｔ、、、Ｔ、、を演算し、ス
テップ３でスロットルバルブスイッチ５Ａからスロット
ルバルブ５の開度θを読込み、ステップ４に移ってスロ
ットルバルブ５が閉弁状態にあるか否か、即ちエンジン
の運転状態がアイドル状態であるか否かを判定する。 そして、アイドル状態と判定されるときにはステップ５
に移って予混合率ε＝１とし、ステップ６で前記（２）
　、　（３）　、　（４）式から噴射量Ｔ　１．　Ｔ　
ｔを演算し、第１の噴射弁８による噴射量Ｔ、を零とし
、第２の噴射弁９のみから噴射量Ｔ２の燃料を超音波振
動子１０の振動板１０Ａに向けて噴射させる。 そして、ステップ７に移って噴射弁９からの噴射量Ｔ２
が所定の噴射量Ｔ８％即ち第４図に示すマツプ中で３ｍ
ｓのパルス幅に対応する噴射量Ｔ、より小さいか否かを
判定し、ｒＹＥｓＪと判定したときには第４図のマツプ
から超音波振動子ＩＯの振動周波数ｆを、例えば７２Ｋ
Ｈ２程度の高い周波数で、として、振動板１０Ａを高周
波で超音波振動させることにより、噴射弁９からの燃料
を第６図に示す如（、例えば１０〜２０μｍ程度まで微
粒化し、霧化、混合性を大幅に高めた均一な予混合気を
形成して各分岐管２Ｂ側に供給し、各シリンダＩＡ内で
の燃焼効率を高めてアイドル安定性を向上できると共に
、アイドル時の回転数を可及的に低い回転数とすること
ができ、燃費の向上、ＨＣ濃度の低減化等を図ることが
できる。 また、ステップ４で「ＮＯ」と判定されたときには車両
が走行状態にあるから、ステップ９に移ってスロットル
バルブ５の開度θの変化率Δθが零であるか否か、即ち
開度θが一定でエンジンの運転状態が定常時であるか否
かを判定し、定常時にはステップｌＯに移ってエンジン
本体１に最適な値として、例えば０．３〜０．６の範囲
内で予め決定される一定値ε。に予混合率εを設定し、
ステップ１１でこの一定値ε。に基づいて前記（２）。 （３）、（４）式による噴射量Ｔ、、Ｔ、を演算し、噴
射弁８．９から噴射量Ｔ＋、Ｔａの燃料をそれぞれ噴射
させる。 一方、ステップ９でｒＮＯＪと判定されたときにはエン
ジンの運転状態が加減速状態であるから、ステップ１２
に移って第３図に示すマツプを参照し、そのときのエン
ジン回転数Ｎと噴射弁９の基本噴射量Ｔ２□とから予混
合率εを０．３〜０．６のうちいずれか（例えばε＝０
．５）に決定し、ステップ１３でそれぞれの場合の予混
茶亭εに基づいて前記（２）、　（３）、　（４）式に
よる噴射量Ｔ　＋　、　Ｔ　２を演算し、各噴射弁８か
ら噴射量Ｔ、の燃料を噴射させると共に、噴射弁９から
最適な予混合率εをもった噴射量Ｔ２の燃料を噴射させ
る。 そして、ステップ１１またはステップ１３で噴射量’ｒ
＋、Ｔｉを決定したときにも、ステップ７に移って噴射
量Ｔ２が所定の噴射量Ｔ、より小さいか否かを判定し、
ｒＹＥＳＪと判定した時には第４図のマツプに基づいて
超音波振動子１０の振動周波数ｆを高い周波数ｆ＋とじ
、例えば１０〜２０μｍ程度まで噴射弁９からの燃料を
微粒化し、均一な予混合気を形成する。また、ステップ
７でｒＮＯＪと判定したときにはステップ１４に移って
噴射弁９からの噴射量Ｔ２が所定の噴射量Ｔ　ｂ　（Ｔ
　、＞　Ｔ　−）、例えば第４図のマツプ中で６ｍｓの
パルス幅に対応する噴射量Ｔｂより小さいか否かを判定
し、ｒＹＥＳＪと判定なれたときにはステップ１５に移
って、第４図に示すマツプから超音波振動子１０の振動
周波数ｆを、例えば５０ＫＨ２程度の周波数ｆ、に切換
え、「ＮＯ」と判定されたときにはステップ１６に移っ
て振動周波数ｆを、例えば３０ＫＨｚ程度の周波数ｆｓ
に切換える。 即ち、第６図に示す如（燃料の粒径は超音波振動子１０
の振動周波数が高くなればなる程小さ（なるものの、こ
の振動周波数を高くすべく印加電圧Ｖの周波数を上げる
と、超音波振動子１０はその軸方向長さが一定であるか
ら、振動波形中の節の数が第７図に示す如く増加し、こ
の節の数が増加すると第８図に示す如く振幅が小さ（な
る。そして、振幅が小さ（なると超音波振動の各周期ご
とに振動板１０Ａに向けて多量の燃料が噴射されても、
過負荷となって燃料を均一に微粒化できず、振幅を大き
くすればする程第９図に示す如く微粒化できる燃料の処
理量は増大する。 そこで、噴射弁９からの噴射量Ｔ２が Ｔ、＜Ｔｂ　＜Ｔｂのときには振動周波数ｆをステップ
１５で周波数で３とし、Ｔｉ　＞ＴＩ、のときにはステ
ップ１６で周波数ｆ、とすることにより、微粒化可能な
燃料の処理量を増大させて振動板１０Ａの表面に燃料が
付着するのを防止でき、噴射弁９から噴射される燃料を
周波数ｆ！のときには、例えば２０〜３０μｍ程度まで
、周波数ｆ３のときには３０〜４０μｍ程度までそれぞ
れ微粒化でき、均一な予混合気を形成して過渡応答性等
を向上させることができる。 従って、本実施例によれば、エンジンの運転状態に応じ
て予め定めた予混合率εをもって第１の噴射弁８と第２
の噴射弁９とから燃料を噴射させ、該噴射弁９からの噴
射量Ｔ、が所定の噴射量Ｔ、、Ｔ、を越えるか否かで、
超音波振動子ｌＯの振動周波数を周波数ｆｌ、ｆｉ、ｆ
ａのいずれかに切換える構成としたから、アイドル安定
性を向上でき、アイドル回転数を低く抑えることができ
、燃費の向上、ＨＣ濃度の低減化等を図りつる上に、定
常時や加減速時にも予混合率εをそれぞれ最適な値とし
、振動周波数ｆを適宜に切換えることにより常に均一な
予混合気を形成して過渡応答性等を向上でき、燃焼効率
を高めつる等、種々の効果を奏する。 なお、第５図に示したプログラムにおいて、ステップ２
〜ステツプ６、ステップ９〜ステツプ１３は本発明によ
る噴射量演算手段の具体例であり、ステップ７．８およ
びステップ１４〜ステツプ１６は周波数切換手段の具体
例である。 また、第３図、第５図に示したそれぞれの学習マツプは
あくまでも一例として挙げたもので、エンジン回転数や
周波数等の数値は工具ン本体１の種類等に応じて適宜に
変更されるものである。 〔発明の効果〕 以上詳述した通り、本発明によれば、エンジンの運転状
態に応じて予め定めた分担率で第１．第２の噴射弁から
燃料を噴射させ、第２の噴射弁の噴射量が増大するに応
じて超音波振動子の振動周波数を段階的に下げる構成と
したから、エンジンの運転状態に応じて所望の予混合気
を均一に形成でき、燃料の霧化、混合性を高めてアイド
ル安定性や過渡応答性等を向上できると共に、燃焼効率
を高めて燃費の向上やＨＣ濃度の低減化を図りつる等、
種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す燃料噴射装置の全体図、
第２図はコントロールユニットの回路構成を示すブロッ
ク図、第３図は記憶エリアに記憶された予混含率学習マ
ツプを示す説明図、第４図は記憶エリアに記憶された周
波数学習マツプを示す説明図、第５図は噴射量演算処理
および周波数切換処理を示す流れ図、第６図は燃料の粒
径と周波数の関係を示す特性線図、第７図は周波数と節
の数との関係を示す特性線図、第８図は節の数と振幅と
の関係を示す特性線図、第９図は振幅と処理量との関係
を示す特性線図である。 １・・・エンジン本体、ＩＡ・・・シリンダ、ＩＢ・・
・クランク軸、２・・・吸気管、２Ａ・・・コレクタ、
２Ｂ・・・分岐管、５・・・スロットルバルブ、８・・
・第１の噴射弁、９・・・第２の噴射弁、１０・・・超
音波振動子、１１・・・コントロールユニット、ε・・
・予混合率（分担率）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スロットルバルブの下流側がコレクタとなり、該コレク
   タの下流側がエンジンの各シリンダと連通する分岐管と
   なった吸気管と、該吸気管の各分岐管に設けられ、該各
   分岐管内に燃料を噴射する第１の噴射弁と、前記吸気管
   のコレクタに設けられ、該コレクタ内に燃料を噴射する
   第２の噴射弁と、該第２の噴射弁と対向して前記コレク
   タに設けられ、該第２の噴射弁から噴射された燃料を微
   粒化する超音波振動子とからなる燃料噴射装置において
   、前記第１の噴射弁と第２の噴射弁とにエンジンの運転
   状態に応じて予め定めた分担率をもって燃料を噴射させ
   る噴射量演算手段と、前記第２の噴射弁からの噴射量が
   増大するに応じて前記超音波振動子の振動周波数を段階
   的に下げる周波数切換手段とを設けたことを特徴とする
   燃料噴射装置。