JPH0458062A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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、内燃機関の燃料噴射装置に関するもので、特
に、燃料を圧縮空気と共に微粒化して噴射するところの
、エアブラスト弁と呼ばれている型の燃料噴射装置に関
する。

〔従来の技術〕

圧縮空気を用いて燃料を噴射するために、電磁的に制御
されるニードルによって開閉されるノズル口を有し、そ
の内部の圧縮空気通路にノズル室を設けて燃料噴射弁の
噴口を開口させ、所要量の燃料を噴口からノズル室内の
圧縮空気中へ噴射して混合させたのち、ニードルを開弁
させることにより燃料と圧縮空気の混合物をノズル口か
ら噴射して燃料を微粒化する、いわゆるエアブラスト弁
は特表昭６０−５０１９６３号公報等によって公知であ
る。

実用化された従来のエアブラスト弁の構造の一例が第９
図に示されている。同図において２１はボディ、２２は
ニードル挿入孔、２３はノズル口、２４はばね室、２５
はノズル口２３を開閉するニードル、２６は弁部、２７
は駆動部ハウジング、２８はステータ、２９はスプリン
グリテーナ、３０は圧縮ばね、３１はニードル２５の後
端部、３２は可動コア、３３は圧縮ばね、３４は可動コ
ア３２を駆動するソレノイド、３９はソレノイド室、４
０はハウジング２７に設けられた可動コア挿入孔、４１
は圧縮空気導入路、４２はストレーナ、４３は他の気筒
のエアブラスト弁と共通の圧縮空気供給路３８を経て接
続される空気圧縮機や空気タンク等の圧縮空気源、４５
はノズル室、４７は圧縮空気流出通路、４８はステータ
２８のフランジ部の全周に均等に設けられた圧縮空気の
連通孔、４９はその上流側の空気通路、５０はばね室２
４からノズル室４６に通じる圧縮空気通路、５１は燃料
噴射弁、５２はその噴口でノズル室４６に開口している
。更に５３はソレノイド、５８はコネクタ部材、６０は
ニードルの後端部３１とステータ２８の中心孔との隙間
、６１は可動コア３２とそれを摺動可能に案内している
ハウジング２７の可動コア挿入孔４０との隙間をそれぞ
れ示している。

従来のエアブラスト弁１９は第９図のような構造である
から、圧縮空気は圧縮空気源４３から供給路３８、スト
レーナ４２、圧縮空気導入路４１、可動コア挿入孔４０
、空気通路４９、ソレノイド室３９、連通孔４８、圧縮
空気通路５０を経て、ノズル室４６、圧縮空気流出通路
４７、ニードル挿入孔２２内に送られて充満する。

燃料噴射弁５１のソレノイド５３が付勢されると、制御
パルスが接続する時間だけ噴口５２が開いて、所定圧力
に調整された燃料をその時間に対応する量だけノズル室
４６内へ噴射する。噴射された燃料はノズル室４６やそ
れに連なる圧縮空気流出通路４７、ニードル挿入孔２２
等の内部にある圧縮空気に混入し、エマルジョン状の混
合物となる。そしてソレノイド３４が付勢されて可動コ
ア３２がステータ２８に磁気的に吸引され、ニードル２
５を押し下げたとき弁部２６がノズル口２３を開弁させ
、燃料と圧縮空気の混合物が内燃機関の燃料室５４内へ
噴出する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のエアブラスト弁１９においては、圧縮空気がノズ
ル室４６等へ供給する途中で可動コア挿入孔４０の中や
ステータ２８の全周に設けられた連通孔４８を通過する
が、圧縮空気は大気が圧縮されたときに分離する液状の
水を含んでいるので、その水が可動コア３２と可動コア
挿入孔４０との隙間６１等の可動部分と固定部分との隙
間に溜り、低温時には機関が停止している間に水が凍結
して可動コア３２等の可動部分をロックして、ニードル
２５の弁部２６によるノズル口２３の開弁を不可能にす
ることがあり、そのたｔ１燃料噴射弁５１の噴口５２か
ら噴射された燃料は燃料室５４内へ出ることができずに
圧縮空気通路内に溜り、更にその燃料が圧縮空気供給路
３８から他の気筒のエアブラスト弁（図示しない）にも
侵入し、空燃比を過度に濃くして正常な燃焼ができない
状態となり、機関の作動を妨げるという問題の起り得る
ことが見出され、その原因が、前記のように圧縮空気中
の水の凍結によるものであるということが解明された。

このような問題は、エアブラスト弁を圧縮空気中の水の
凍結による可動部分のロックを防止するような構造にす
ると共に、この原因による場合に限うず、エアブラスト
弁のニードル２５の正常な作動が行なわれなくなった異
常な状態を何らかの手段によって自動的に検知すること
ができれば、異常時には燃料噴射弁５１の作動を停止し
て対応することができると考えられる。本発明はこのよ
うな対応手段を見出すことを発明の解決課題としている
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するために、下部にノズル口
を開口すると共に上部に駆動部ハウジングを一体的に設
けられたボディと、前記ボディの側方に付設され前記駆
動部／’％ウジングから前記ノズル口に到る圧縮空気通
路の途中に噴口を開口する燃料噴射弁と、前記駆動部ハ
ウジングヘ上方から圧縮空気を導びく圧縮空気導入路と
、前記駆動部ハウジングの内部に前記ノズル口を開閉す
るニードルを駆動するために設けられたステータ、ツレ
′ノイド、可動コア及び可動コア挿入孔からなる電磁式
アクチュエータとを有する内燃機関の燃料噴射装置にお
いて、 第１の解決手段は、前記圧縮空気導入路と前記圧縮空気
通路とを連通させる前記駆動部ハウジング内の圧縮空気
の通路を、前記可動コアと前記可動コア挿入孔との隙間
付近を通らないように迂回して形成したことを特徴とし
、また、 第２の解決手段は、前記駆動部ハウジング又はそれと一
体化された部分に加速度センサを付設し、前記加速度セ
ンサの出力信号によって作動状態が正常か否かを検知す
るように構成したことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明は前記手段の項に記載したような２つの解決手段
をもたらすものであるが、内燃機関の燃料噴射装置とし
ての基本的な作用は同様であって、圧縮空気は上方から
圧縮空気導入路を通って駆動部ハウジング内へ導入され
、駆動部／’％ウジング内の電磁式アクチュエータを冷
却し、それから出た後は圧縮空気通路を通ってボディの
下部に開口するノズル口へ送られる。

前記圧縮空気通路の途中には燃料噴射弁の噴口が開口し
ていて、所要量の燃料が圧縮空気通路にある圧縮空気の
中へ噴射供給されると、エマルジョン状の混合物がノズ
ル口までの圧縮空気通路に形成される。そして駆動部ハ
ウジングの電磁式アクチュエータの動作によりニードル
が駆動されてノズル口を開くと、圧縮空気通路にあるエ
マルジョン状の燃料空気混合物がノズル口から噴出し、
圧縮空気の拡散と共に燃料が微粒化される。

圧縮空気には分離した水が含まれていることがあるが、
第１の解決手段によれば、駆動部ハウジング内の圧縮空
気の通路は電磁式アクチユエータの可動コアとそれを摺
動案内している可動コア挿入孔との隙間を通らないよう
に迂回して形成されているから、圧縮空気から分離した
水が前記隙間に溜り機関停止時に凍結して可動コアをロ
ックするようなトラブルが回避される。

また、正常な運転状態では、ニードルが電磁式アクチユ
エータの可動コアによって往復駆動されてノズル口を開
閉しているため、往復動の両端すなわち可動コアがステ
ータに衝突する時とニードルがノズル口に衝突する時に
は、可動部分である可動コアとニードルの運動方向が変
化する。この加速度変化は駆動部ハウジング又はそれと
一体のボディ等の一部に付設された加速度センサによっ
て検出され、その信号の有無によって本発明の燃料供給
装置が正常に作動しているか否かを判定することができ
る。もし、その信号が検出されないときは、ニードルが
正常に作動していないと判断して、燃料噴射弁の燃料噴
射を停止することも可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の実施例としてのエアブラスト弁２０の
側面図を示す。第９図に示した従来のエアブラスト弁と
実質的に同じ構造部分には同一の符号を付けている。エ
アブラスト弁２０のボディ２１内には軸線Ａに沿ってま
っすぐに延びるニードル挿入孔２２が形成され、このニ
ードル挿入孔２・２の一端にはノズル口２３が形成され
ると共に、他端はニードル挿入孔２２の軸線Ａと同軸に
ボディ２１内に形成されたばね室２４に連通される。ニ
ードル挿入孔２２内にはニードル挿入孔２２よりも一部
に小径の部分３６と第４図に示すような縦のスペーサ３
７を有するニードル２５が挿入され、ノズル口２３はニ
ードル２５の先端部に形成された弁部２６によって開閉
制御される。本実施例ではノズル口２３は図示しない内
燃機関の燃焼室５４内に配置される。

ばね室２４が形成されているボディ２１の上端には駆動
部ハウジング２７が取付けられ、このハウジング２７の
下端部内には、ばね室２４と対向してステータ２８が固
定される。ばね室２４上端部近傍に位置するニードル２
５にはスプリングリテーナ２９が固定され、このスプリ
ングリテーナ２９とボディ２１との間のばね室２４内に
は圧縮ばね３０が挿入される。この圧縮ばね３０のばね
力によりニードル２５は上方に向かつて付勢され、ノズ
ル口２３は通常ニードル２５の弁部２６によって閉鎖さ
れる。ニードル２５はステータ２８内を貫通し、ニード
ル２５の後端部３１はステータ２８から上方に突出する
。この後端部３１には可動コア３２が圧縮ばね３３のば
ね力により常時当接せしめられている。この可動コア３
２は、ハウジング２７と一体化されたステータ部材５５
の中心の筒状部に軸線六方向に形成された可動コア挿入
孔４０内に、軸線六方向に摺動変位可能に配設されてい
る。なお、５９は圧縮ばね３３の上端を支持する螺子枠
である。圧縮ばね３３による開弁方向の付勢力は圧縮ば
ね３０による閉弁方向の付勢力の半分程度であり、これ
らの圧縮ばね３０．３３の付勢力の差によってノズル口
２３は常時閉弁されることとなる。

ステータ２８とハウジング２７とによってソレノイド室
３９が形成され、このソレノイド室３９内にはステータ
２８の周りにソレノイド３４が配設される。このソレノ
イド３４が付勢されると可動コア３２がステータ２８に
向けて可動コア挿入孔４０内を摺動変位し、その結果ニ
ードル２５が圧縮ばね３０のばね力に抗してノズル口２
３の方向に摺動変位するのでノズル口２３が開弁する。

ハウジング２７の上方には圧縮空気導入路４１がニード
ル挿入孔２２の軸線Ａの延長上に形成される。

圧縮空気導入路４１の途中にはストレーナ４２が設けら
れ、圧縮空気導入路４１は図示されていない上流側にお
いて、他の気筒のエアブラスト弁の空気導入路と共通の
圧縮空気通路によって、空気圧縮機等の圧縮空気源４３
に連通している。下流側において圧縮空気導入路４１は
、上部のコネクタ部材に設けられてＡ軸と傾きをなす通
路４４を経て、可動コア３２の付近を通らずに、ハウジ
ング２７内に形成されたソレノイド室３９内に連通ずる
。ステータ２８のフランジ部には第２図に示すように全
周の１部分に偏って数個の連通孔４５が形成され、この
連通孔４５はソレノイド室３９とばね室２４とを連通ず
る。このため、圧縮空気導入路４１は、傾斜空気通路４
４、ソレノイド室３９および連通孔４５を介してばね室
２４に連通し、これらの空気通路４４、ソレノイド室３
９、連通孔およびばね室２４は圧縮空気で満たされる。

ばね室２４と燃料噴射弁５１のためのノズル室４６とは
空気通路５０を介して連通される。

ノズル室４６内には燃料噴射弁５１の噴口５２が配置さ
れる。燃料噴射弁５１及びその噴口５２は軸線Ｂ上に配
置されており、噴口５２からは軸線已に沿って小さな広
がり角で燃料が噴射される。前述のように、ニードル挿
入孔２２、圧縮空気流出通路４７、ノズル室４６および
圧縮空気通路５０は、ばね室２４および圧縮空気導入路
４１を介して圧縮空気源４３に連通されているから、こ
れらニードル挿入孔２２、圧縮空気流出通路４７、ノズ
ル室４６および圧縮空気通路５０は圧縮空気で満たされ
る。この圧縮空気中に噴口５２から軸線Ｂに沿って燃料
が噴射される。従って燃料噴射弁５１から噴射された燃
料は圧縮空気流出通路４７の内壁面に勢いよく衝突し、
それによってエアブラスト弁２０内で噴射燃料のエマル
ジョン化が急速におこなわれる。

次いでソレノイド３４が付勢されると可動コア３２がス
テータ２８に向かって摺動変位し、その結果可動コア３
２がニードル２５を圧縮ばね３０の付勢力に抗してノズ
ル口２３の方向に移動せしめるのでノズル口２３が開弁
する。そして、微粒化され空気と良く混合した燃料噴霧
がノズル口２３から内燃機関の燃焼室５４内等へ噴出す
る。

一般に、大気中から空気を吸引して、圧縮機によって圧
縮する場合、大気中に水蒸気として含まれていた水の一
部が圧縮空気から分離する。その理由を第５図によって
説明する。いま、大気温度Ｔ１（たとえば常温）で湿度
１００％の空気を圧縮機に吸込んだとすると、第５図の
Ｐ＋点の水蒸気を含んでいる。これを本システムにおけ
る所定空気圧まで圧縮して放熱し、温度はＴ１のままで
あったとすると、この空気中に許容される飽和水蒸気量
は２２点で示される値となり、Ｐ、−Ｐ２に相当する水
が圧縮空気から分離することになる。この水は、系を大
気に開放してもすぐには蒸発しないため、第９図に示す
ような従来のエアブラスト弁の場合、その水が可動コア
３２の外周と可動コア挿入孔４０との間に形成された圧
縮空気通路に溜り低温開始時には溜った水が凍結して可
動コア３２をロックするため、ソレノイド３４が付勢さ
れても可動コア３２とニードル２５は動かず、内燃機関
が始動不能となるおそれがあった。

これに対し、第１図に示す実施例においては、圧縮空気
は導入路４１から傾斜空気通路４４を通って、可動コア
３２の付近を通らないでソレノイド室３９へ入り、ハウ
ジング２７の内面とソレノイド３４との間の環状通路３
５を通過してソレノイド３４を冷却し、ステータ２８に
偏って設けられた連通孔４５からばね室２４へ抜け、同
じ側の通路５０を経てノズル口２３へ向うようになって
いる。（この場合、連通孔４５をステータの全周にわた
って設けると、ステータ２８の下端面から水がステータ
２８の開口とニードル２５の隙間６０を通って可動コア
３２の外周に侵入する可能性がある。） 従って、水が凍結して可動コア３２やニードル２５をロ
ックする可能性のある隙間は、圧縮空気通路がそれを迂
回するように設けられているので、圧縮空気やそれから
分離した水がそのような隙間を通過することがなく、隙
間に水が溜って凍結することはない。

第１図の実施例は、エアブラスト弁２０が前述のように
水の凍結によって可動コア３２がロックされた場合を含
めて、何らかの不具合により動作不能に陥った時、即座
に燃料噴射弁を停止し、エアブラスト弁２０内に燃料が
充満したり、燃料がエアブラスト弁２０から圧縮空気導
入路４１を通って他の気筒のエアブラスト弁へ溢流する
のを防止するように構成されている。

第１図の例では、エアブラスト弁２０上部のコネクタ部
材５８とステータ部材５５との間に加速度センサ（代表
的なものとしては圧電素子からなるもの）７０をシール
５６と共にはさみ、ハウジング２７にかしめつけて固定
している。これにより可動コア３２がステータ２８へ衝
突した時、すなわちノズル口２３が全開した時の信号と
、ニードル２５が弁座１８に衝突した時、すなわちノズ
ル口２３が全閉した時の信号を発生させる。この信号は
、たとえば第６図に示すように４個の端子７２．７３．
７４．７５を有するコネクタ７６の２端子７２及び７５
よりとり出し図示されない電子制御装置（ＥＣＩＩ）へ
供給される。言うまでもなく、残りの２端子７３．７４
はエアブラスト弁２０の駆動電圧の入力端子となる。

第７図に示すように、エアブラスト弁２０の制御パルス
（燃料及び空気の噴射を指令する２種類のパルス）に対
応して、前記のように弁開閉の時に発生する加速度セン
サ７０の信号が得られている間は正常と判断して緑灯を
点灯し、エアブラスト弁２０の制御パルスに対応して加
速度センサ７０の信号が検知されなくなった時は異常と
判断して赤灯を点灯すると共に、直ちに燃料噴射弁５１
の制御を中止する。第８図には、ＥＣＵにおいて実行さ
れる制御フローチャートを示す。各ステップの処理は第
８図のフローチャートから明らかであるから説明は省略
する。

〔発明の効果〕

本発明の第１の解決手段を実施することにより、圧縮空
気から分離した水の凍結による可動コアのロックや、そ
れに伴なう異常な作動が防止され、寒冷時の冷間始動に
おける問題が解消する。

また第２の解決手段を実施すれば、寒冷時に限らず、ニ
ードルの作動を常時自動的に監視していて、何らかの原
因によりニードルが作動しなくなった時は、直ちに異常
状態であることを検知することができ、安全手段を作動
させる等の対応策をとることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す縦断正面図、第２図は第
１図の■−■線における横断平面図、第３図は第１図の
上方から下方を見た平面図、第４図は第１図のＩＶ−Ｔ
Ｖ線における横断平面図、第５図は本発明の課題となる
圧縮空気中の水の発生理由を説明する線図、第６図はコ
ネクタの部分の実施例を示す側面図、第７図は本発明の
第２の解決手段の作動を説明するためのタイムチャート
、第８図は同じく制御装置の作動の手順を例示するフロ
ーチャート、第９図は従来例を示す縦断正面図である。 １９・・・エアブラスト弁（従来）、 ２０・・・エアブラスト弁（本発明）、２１・・・ボデ
ィ、　　　　　２３・・・ノズル口、２４・・・ばね室
、　　　　　２５・・・ニードノベ２７・・・駆動部ハ
ウジング、 ２８・・・ステータ、　　　　３２・・・可動コア、３
４・・・ソレノイド、３９・・・ソレノイド室、４０・
・・可動コア挿入孔、　４１・・・圧縮空気導入路、４
３・・・圧縮空気源、 ４５・・・連通孔（本発明）、 ４７・・・圧縮空気流出通路、 ４９・・・空気通路〈従来）、 ５１・・・燃料噴射弁、 ６１・・・隙間、 ４４・・・傾斜空気通路、 ４６・・・ノズル室、 ４８・・・連通孔（従来）、 ５０・・・圧縮空気通路、 ５２・・・噴口、 ７０・・・加速度センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．下部にノズル口を開口すると共に上部に駆動部ハウ
   ジングを一体的に設けられたボディと、前記ボディの側
   方に付設され前記駆動部ハウジングから前記ノズル口に
   到る圧縮空気通路の途中に噴口を開口する燃料噴射弁と
   、前記駆動部ハウジングヘ上方から圧縮空気を導びく圧
   縮空気導入路と、前記駆動部ハウジングの内部に前記ノ
   ズル口を開閉するニードルを駆動するために設けられた
   ステータ、ソレノイド、可動コア及び可動コア挿入孔か
   らなる電磁式アクチュエータとを有すると共に、前記圧
   縮空気導入路と前記圧縮空気通路とを連通させる前記駆
   動部ハウジング内の圧縮空気の通路が、前記可動コアと
   前記可動コア挿入孔との隙間付近を通らないように迂回
   して形成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴
   射装置。
2. ２．下部にノズル口を開口すると共に上部に駆動部ハウ
   ジングを一体的に設けられたボディと、前記ボディの側
   方に付設され前記駆動部ハウジングから前記ノズル口に
   到る圧縮空気通路の途中に噴口を開口する燃料噴射弁と
   、前記駆動部ハウジングヘ上方から圧縮空気を導びく圧
   縮空気導入路と、前記駆動部ハウジングの内部に前記ノ
   ズル口を開閉するニードルを駆動するために設けられた
   ステータ、ソレノイド、可動コア及び可動コア挿入孔か
   らなる電磁式アクチュエータとを有すると共に、前記駆
   動部ハウジング又はそれと一体化された部分に加速度セ
   ンサを付設し、前記加速度センサの出力信号によって作
   動状態が正常か否かを検知するように構成したことを特
   徴とする内燃機関の燃料噴射装置。