JPH0759920B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

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ある。

（従来の技術） 最近の内燃機関の燃料供給制御システムでは、燃料消費
率の改善、機関作動の円滑化および排気ガス規制基準へ
の適合のために最適の燃料空気比率を決定するよう、機
関回転数、温度、排気ガス特性、吸気マニホルドの空気
流量、アクセルペダル位置等のような機関運転状態の種
々のデータをセンサで監視し、内蔵されたコンピュータ
にこのデータを送り、コンピュータはデータを処理し
て、電気的制御信号を燃料噴射弁に送りこれを制御す
る。

コンピュータおよびマイクロプロセッサの性能が向上
し、高度に正確な制御信号を得ることができるようにな
ったが、その一方で、従来の燃料噴射弁としては、機械
的な弁であるソレノイド制御弁を用いるのが通常であっ
た。ソレノイド制御弁は、ばねにより常時閉鎖され、開
くのに大きな電流を必要とし、機械的な運動部材の慣性
が大きいので、制御信号に対する応答性が良くない。

制御信号に対する燃料噴射弁の応答性を改善するものと
して、特公平４−37283号公報（特願昭59−501354号明
細書）では、ソレノイド制御弁に代えて、流体素子の一
種である双安定流体スイッチ素子を用いることが提案さ
れている。

特開昭57−99267号公報、特開昭57−143158号公報、実
開昭58−173767号公報等に記載されているように燃料の
噴射とともに空気流を噴射し、その空気流により燃料の
微粒化を促進する「エアアシスト式燃料噴射弁」が従来
から提案されているが、これらの燃料噴射弁もソレノイ
ド制御弁であり、上述の欠点を有している。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上述の従来技術を改良し、噴射燃料の微粒化又
は霧化を促進するとともに、制御電流が小さく、かつ、
制御信号に対する応答性のきわめてすぐれた燃料噴射装
置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、吸気マニホルドを有する内燃機関のための燃
料噴射装置であって、機関の運転状態の複数種類のデー
タに対応する複数種類の電気的信号（23）を受けて該機
関に燃料を供給するための電気的制御信号を発生するコ
ンピュータ（22）と、該コンピュータから受けた前記制
御信号により制御されて、燃料供給源から与圧燃料を受
け前記制御信号に対応する量の燃料を前記機関に供給す
る電気的に制御された燃料噴射器（10）と、を備えた燃
料噴射装置において、前記燃料噴射器は前記制御信号に
より制御される双安定流体スイッチ（10）を含み、該双
安定流体スイッチから流出する燃料を前記吸気マニホル
ドへ導く燃料通路（17）と、該燃料通路に空気を導入し
て、機関の負圧に実質的な影響を与えることのないよう
に前記流体スイッチを機関の負圧から絶縁するととも
に、燃料を前記吸気マニホルドへ噴射する前に該燃料を
霧化するための空気導入装置（26）と、を備えているこ
とを特徴とするものである。

（発明の効果） 本発明の燃料噴射装置は、吸気マニホルドの上流側の燃
料通路に空気を導入するので燃料の微粒化又は霧化が促
進され、吸気マニホルドにおける燃料の気化が完全に行
われる。又、燃料の供給を従来のソレノイド制御弁を用
いず、流体素子の一種である双安定流体スイッチを用い
て行うので、燃料噴射制御のための運動部材の慣性が最
小限に低減され、制御電流が小さく、かつ、制御信号に
対する応答性がきわめてすぐれ、構造も簡単であるから
製作が容易で製造コストが低減される。

（実施例） 第１図および第２図を参照すれば、双安定流体スイッチ
10の本体部材11は、側壁14と15から形成された室13内へ
流体を噴射するパワーノズル12を有している。側壁14と
15とはパワーノズルから末広がりに発散し、次で収斂し
て下流端に共通出口16を形成する。共通出口16は、第１
および第２の出口通路17、18へ通じ、第１出口通路17は
燃料をエンジンへ送り、第２出口通路18は使用されなか
った燃料を戻り通路を通じて燃料供給タンクへ還流させ
る。

スイッチ制御ピン19は、電磁石コイル21により横方向の
穴を貫通してパワーノズル12内へ進退する。電磁石21は
従来技術の内蔵コンピュータ22から制御信号を受ける。
コンピュータ22は、複数のセンサおよび信号変換器（図
示されていない）からその入力ライン23を通じて機関作
動状態の種々のデータの信号を受ける。ばね24はピン19
およびそれの駆動アマチュアをパワーノズル12から退出
した位置へ偏倚している。通路26は空気を第１出口通路
17へ導入し、流体スイッチ作動が吸気マニホルドの負圧
の影響を受けないようにするとともに、第１出口通路17
の燃料の微粒化又は霧化を促進する。それは燃料／空気
の混合気を作る場合に基本的に重要な燃料噴霧の品質を
改善する。改善された噴霧はより小さい燃料滴を生じ、
より高度の気化とそれ故により完全な燃焼を生じる。こ
の改善により、よりなめらかな無負荷運転が生じる。コ
ールド／ウオームアップ特性を改善するために、噴霧装
置に供給される空気は選択的に予熱して初期の蒸発特性
を改善することが可能である。これによれば、比較的少
量の空気が各噴射装置に供給されるので、熱平衡学的に
制御された電熱器（図示されていない）を空気供給ライ
ン98内に使用して加熱することが可能である。この技術
は、冷始動の数分前に100％の燃焼空気を加熱するより
も更に効率的である。これによれば、暖機段階の排気を
も改善する、つまり、有害排出物が減少する。

更に、噴射装置に直接導入される空気は機関制御コンピ
ュータ22により計算される。空気が吸気マニホルド絶対
圧力を基礎として計算される場合、噴射装置は吸気マニ
ホルド圧力への効果により計算される直接の空気の質量
流量を計測する方法を使用する燃料計測システムにおい
ては、供給導入空気の供給源は空気流量センサおよび空
気フィルタの下流にある。最後に、噴射装置の空気の流
量はマニホルド負圧（大気圧力マイナスマニホルド絶対
圧力）に比例し、それにより負圧が高い場合（38〜51cm
水銀）、無負荷運転および軽負荷運転において最良の噴
霧パターン（非常に小さい燃料滴）を生み出す。

ピン19の質量は非常に小さい。そこで、この質量の小さ
い電子工学的アクチュエータは従来のボッシュ式噴射装
置よりも遅れの少ない応答性を噴射装置に可能とする。
これにより、パルス巾２ミリセカンドで流量計測が直線
グラフを描くことになる。

カバー９はパワーノズル12、室13、および、第１、第２
出口通路17、18を封止するよう双安定スイッチの本体部
材11に固定される。空気導入路26は空気供給ライン98に
短いパイプ部分99により接続される（第４図参照）。

第2b図のように、ピン19が突出した位置にある場合、該
ピンはパワーノズルの中心線の右側の領域にあり、パワ
ーノズルの喉部12Tの上流にある。この部分では、流れ
の切換（スイッチング）効果を生じるにはピン19が最も
効果的である。パワーノズル12の軸線は室13の軸線に対
し約８度の角度をなしており、それにより、ピン19がパ
ワーノズルに突出していない位置にある時、燃料は第２
出口通路18を通って供給タンクへ還流するようになって
いる。（第2c図）。ピン19がパワーノズル内を通過する
流れに突出している時は、噴流が15度から16度偏向す
る。室13が効果的にこの偏向を増幅し、噴流が壁15に沿
って走り、共通出口16を通過し、第２出口通路17へ向か
いエンジンへ導かれる（第2b図）。

室13は先ず発散し、次に収斂する側壁14、15を有するか
ら、流体の流れの方向を反対側の出口通路17又は18へ反
転させることになるのである。

上述のように、双安定スイッチ素子10は、側壁14、15が
共通出口16へ向って収斂する形の室13を有する。収斂す
る側壁14、15を有する共通出口16はこの室13を出口通路
17および18から分離し、収斂する側壁14、15、ピン19の
作動により切換えられるまでは、片方の側壁に沿う流体
の流れを維持するため渦を発生させる。

スイッチ素子は双安定であり、反対側の壁によりはがさ
れる動力流の一部分によって発生させられる渦が構成す
るフィードバックにより、いづれか片側の安定状態が維
持される。室13はクロスオーバーのものであるため、共
通出口16の下流の圧力から相互作用領域を絶縁するのに
役立つ。

第３図には従来技術の燃料噴射装置（「ボッシュ式」燃
料噴射装置と呼ばれる）が図式的に示されている。燃料
がタンクＴからポンプ50および燃料フィルタ51を通じて
燃料供給ライン52へ供給されている。燃料供給ライン52
は、ばね偏倚されたダイヤフラム54によって２つの室に
分割された補正された圧力調整器により圧力が調整され
る。２つに分割された室の１つは補正空気圧力ライン61
により吸気マニホルド60に接続されている。燃料噴射装
置70、71はソレノイド制御噴射弁であり、通常はばねに
より閉じられており、該弁を開くには大きな電流を必要
とするようになっている。自動車の内燃エンジン用の燃
料制御システムは、回転数、温度、排気ガス特性、空気
の質量流量等のような様々なエンジン作動状態のデータ
を監視するセンサからのデータ信号を供給される内蔵コ
ンピュータを含んでいて、燃料消費率、排気ガス基準へ
の適合、エンジン作動の効率となめらかさ等のための最
適な燃料−空気比率を決定している。図式的に図示して
あるように、コンピュータ75は噴射装置71と72のそれぞ
れのソレノイド71sと71sを個別に制御する信号を供給し
ている。各噴射装置は比較的大きい質量の運動部材71
p、71pを有し、それぞれがばね71S、72Sにより弁座に座
して（図示されていない）エンジンのシリンダのそれぞ
れの吸気マニホルドへ燃料を噴射する目的を有してい
る。ここに示されている従来技術によるシステムはマル
チポイント噴射システムであるが、類似のシステムが、
単一の噴射装置が、スロットルの本体に取付けられてい
るシングルポイント噴射にも使用されている。

吸気マニホルド60は別々の空気誘導パイプをエンジンの
シリンダのそれぞれに有する。それぞれは別々の燃料噴
射装置を備え、燃料噴射装置は並列に燃料供給ライン52
へ接続されている。同様の略図が４、６、８個の燃料噴
射装置にも適用される。空気は空気フィルタ81および、
質量流量センサ82を通してスロットル83へ吸引される。
スロットル板84は運転者により制御され、スロットル空
気通路の流れ断面積を制御し、各シリンダの誘導パイプ
を経てエンジンシリンダへ流れる空気の質量流量を制御
する。

本発明の実施例が第４図に示されている。タンク（図示
されていない）からフィルタ51′を経て燃料供給ライン
52′へ燃料を圧送するポンプ50′を含み、燃料供給ライ
ン52′は与圧燃料を噴射装置90、91の各々に供給する。
該噴射装置は第２図に例示された寸法を有し、第１図に
図式的に示された輪郭を有する流体素子式燃料噴射装置
である。与圧燃料供給ライン52′内の燃料は、各燃料噴
射装置に並列に供給ライン52′からパワーノズル12へ導
かれている。エンジンに供給されない燃料は、室13の側
壁14に沿って矢印96（第2a図）により示された通路を通
り、双安定流体素子式噴射装置のそれぞれからいくらか
低い圧力で戻り燃料ライン95へ戻り、ライン97を経てタ
ンクへ戻る。固定圧力調整期53′は、燃料の圧力を比較
的一定に保つようにばね55′により偏倚されたダイヤフ
ラム54′を有する。

エンジンへ通じる誘導パイプ内へ噴射する前に燃料に与
えられる空気は、フィルタを通り質量流量センサにより
計量された後であるが、スロットルを通過する前に、燃
料噴射装置の空気供給ライン98へ供給される。空気供給
ライン98は各燃料噴射装置の通路17のそれぞれに並列に
空気を供給する。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明に従った双安定流体スイッチの斜視
図。 第2a図は、例示的な寸法を示す本発明の実施例の拡大輪
郭図。 第2b図は、パワーノズル内の流路内に制御ピンが突出し
た流路を示す第2a図と同様な輪郭図。 第2c図は、制御ピンが突出していない、即ち退出した位
置にある流路を示す第2bと同様な図。 第３図は、従来技術（ボッシュ型）の燃料噴射システム
の図式図。 第４図は本発明を実施した燃料噴射システム。 ９……カバー、10……双安定流体スイッチ、11……本体
部材、12……パワーノズル、12T……喉部、13……室、1
4……側壁、15……側壁、16……共通出口、17……第１
出口通路、18……第２出口通路、19……スイッチ制御ピ
ン、20……穴、21……電磁石コイル、22……エンジン制
御コンピュータ、24……バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチャン・ウィリアムス アメリカ合衆国 メリーランド州21045 コロンビア，スチーブンス・フォレスト・ ロード 5626 (72)発明者 ロナルド・ディー・ストウファー アメリカ合衆国 メリーランド州20910 シルバー・スプリング，アンステッド・ロ ード 14120 (56)参考文献 特開 昭57−99267（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気マニホルドを有する内燃機関のための
   燃料噴射装置であって、機関の運転状態の複数種類のデ
   ータに対応する複数種類の電気的信号（23）を受けて該
   機関に燃料を供給するための電気的制御信号を発生する
   コンピュータ（22）と、該コンピュータから受けた前記
   制御信号により制御されて、燃料供給源から与圧燃料を
   受け前記制御信号に対応する量の燃料を前記機関に供給
   する電気的に制御された燃料噴射器（10）と、を備えた
   燃料噴射装置において、 前記燃料噴射器は前記制御信号により制御される双安定
   流体スイッチ（10）を含み、該双安定流体スイッチから
   流出する燃料を前記吸気マニホルドへ導く燃料通路（1
   7）と、該燃料通路に空気を導入して、機関の負圧に実
   質的な影響を与えることのないよう前記流体スイッチを
   機関の負圧から絶縁するとともに、燃料を前記吸気マニ
   ホルドへ噴射する前に該燃料を霧化するための空気導入
   装置（26）と、を備えていることを特徴とする燃料噴射
   装置。
2. 【請求項２】前記双安定流体スイッチは、前記燃料供給
   源に接続されたパワーノズル（12）と、該パワーノスル
   から燃料を受け取る室（13）と、該室の下流端に設けら
   れた１対の出口通路（17、18）と、前記双安定流体スイ
   ッチの安定状態を切換える装置とを有し、該１対の出口
   通路は、それぞれ、前記双安定スイッチの片方又は他方
   の安定状態に対応して燃料を受ける請求項１の燃料噴射
   装置。
3. 【請求項３】前記の双安定流体スイッチの安定状態を切
   換える装置が前記パワーノズルののど部に配置されてい
   る請求項２の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記の双安定スイッチの安定状態を切換え
   る装置は、前記パワーノズルの中に進退する可動部材
   （19）と、該可動部材の位置を制御するため前記コンピ
   ュータに接続されたソレノイド（21）とを含む請求項１
   の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】内燃機関のための燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給源と、燃料を前
   記機関に噴射するための該機関に通じる第１の出口通路
   （17）および前記燃料源へ燃料を還流させる第２の出口
   通路（18）を有する少くとも１個の流体制御素子（10）
   と、機関運転状態の複数種類のデータを検出し、該デー
   タから該機関の最適の燃料流量を算出し、該最適の燃料
   流量に対応する電気的信号を発生するコンピュータ（2
   2）と、該電気的信号を流体制御信号に変換する装置と
   を備えた燃料噴射装置において、前記流体制御素子は、
   パワーノズル（12）と下流方向に収斂して下流端に単一
   の出口（16）を形成する両側壁（14、15）を有する相互
   作用区域（13）とを備え、前記単一の出口は前記第１出
   口通路（17）および第２出口通路（18）に接続され、前
   記機関に通じる第１出口通路（17）は、比較的短い通路
   から成り、該通路に空気供給源から空気を導入する装置
   （26）が設けられ、それによって、燃料が機関に噴射さ
   れる前に霧化されるとともに、前記双安定スイッチは前
   記機関の負圧から絶縁されて実質的に機関の負圧に影響
   を与えることのないようになされ、前記電気的信号に応
   答して該電気的信号を流体信号に変換し、該流体信号に
   より前記双安定スイッチの安定状態を切換えることによ
   り、燃料の出口を前記第１および第２の出口通路（17、
   18）の間で切換るようになされていることを特徴とする
   燃料噴射装置。
6. 【請求項６】前記内燃機関は多気筒機関であり、各気筒
   に対しそれぞれ１個の双安定流体スイッチ、前記の短い
   通路および空気を導入する装置が設けられている請求項
   ５の燃料噴射装置。
7. 【請求項７】前記双安定スイッチ（10）は両側壁（14、
   15）が発散−収斂する反転室（13）を備え、前記パワー
   ノズル（12）はのど部（12T）と該のど部に通じる共軸
   の通路とを有し、質量の小さいピン部材（19）が、前記
   ののど部の流体の流れパターを変えるよう進入位置へ進
   退可能に設けられ、前記パワーノズルの中心線の片側の
   流体流路内の前記進入位置へ前記ピン部材を進退させる
   装置（21、24）が設けられている請求項５の燃料噴射装
   置。
8. 【請求項８】前記パワーノズル（12）の前記中心線が前
   記反転室（13）の中心線に対し、或角度をなして傾斜し
   ている請求項７の燃料噴射装置。
9. 【請求項９】前記角度は約８度である請求項８の燃料噴
   射装置。
10. 【請求項１０】前記のピン部材（19）を進退させる装置
    が電磁石を含み、前記コンピュータ（22）が該電磁石に
    制御信号を与える請求項７の燃料噴射装置。