JPS62251465A - エンジンの燃料噴射装置 - 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、燃料供給系にエンジンに噴射供給されるべき
燃料を計量して貯える燃料の計量チャンバを備え、空気
圧を用いてこの計量チャンバ内の燃料をエンジンに導入
するようになったエンジンの燃料噴射装置に関するもの
である。

（従来技術） 燃料供給系にエンジンに噴射供給すべき１回分の燃料を
計量して貯え、この燃料を空気圧を用いてエンジンに導
入するようにしたエンジンの燃料噴射装置は公知である
。たとえば、特開昭５８−１５５２７６号公報には、こ
のように燃料を計量して燃焼室に導入するようにした燃
料計量型の燃料噴射式エンジンが開示されている。この
開示されたエンジンの燃料噴射装置は、燃焼室に噴射供
給すべき１回分の燃料を貯える計量チャンバと、該計量
チャンバの容積を変化させる調節体と、燃料を＠環して
計量チャンバに燃料を充填する手段と、計量チャンバに
加圧空気を導入して燃料を該チャンバ内から排出する手
段とを備えている。そして、上記燃料噴射装置の計量チ
ャンバには燃料の噴射時期にあわせて加圧空気が導入さ
れるようになっており、加圧空気が導入されたとき、計
量チャンバ内の燃料は、空気圧によって排出され燃焼室
に導入されるようになっている。この場合エンジンに供
給すべき燃料の所要量は、運転状態に応じて変化するが
、計量チャンバの容積は調節体の作動により、上記所要
量の燃料を貯え得るように、運転状態に応じて変化させ
られるようになっている。

この燃料計量型の燃料噴射装置は燃焼用空気の一部を構
成する加圧空気の圧力を用いて、燃料を空気と一緒に燃
焼室に導入するようにされているので燃料の良好な気化
、霧化を与えることができ、燃焼性を改善することがで
きるという利点がある。

（解決しようとする問題点） 上記特開昭５８−１５５２７６号公報に開示されるよう
な計量チャンバ内の燃料を加圧空気を用いて燃焼室に導
入する燃料計量型の燃料噴射装置においては、かように
、燃料の気化、霧化が良好になり、燃焼性が改善される
という効果が得られるが、高負荷時においては、空気圧
により燃料の微粒化、気化が促進されるため、燃料の体
積が増大し、かえって吸気充填効率が低下するという問
題の生ずることが新たに見出された。

（発明の目的） 本発明は、高負荷時における充填効率の低下が防止され
た前記燃料計量型の燃料噴射装置を提供することを目的
とするものである。

（発明の構成） 本発明のかかる目的は、高負荷時においては、燃料を噴
射するための空気の圧力を、低負荷時に比べて、低く制
御する手段を設けることによって達成される。

本発明において、高負荷時における空気圧の制御は、実
験により定めれるべきであるが、通常は、低負荷時に比
して低い一定の空気圧に制御される。

高負荷時、空気圧による燃料の微粒化、気化が促進され
たり燃料の体積が増大することにより生ずる吸気充填効
率の低下を防止するためには、このように制御すれば十
分であり、またこのように制御することが簡便である。

ただ、過給機を備えたエンジンにあ・っては、エンジン
回転速度が増大すると、断熱圧縮のため吸気温度が上昇
し、冷却効果も単位空気量当りでは低下するため、燃料
は気化、霧化しやすくなるので、空気圧をより低くなる
ように、エンジン回転数に応じて空気圧を制御すること
が望ましい。

第１図は、本発明における空気圧制御の好ましい例を示
したもので、直線Ａは低負荷時の空気圧制御、直線Ｂは
過給機を備えないエンジンにおける高負荷時の空気圧制
御、曲線Ｃは過給機を備えたエンジンにおける空気圧制
御の例をそれぞれ示し、この例では、低負荷時に６　ｋ
ｇ　／　ａｎ！に制御されていた空気圧が、高負荷時に
は２．５〜４　ｋｇ　／　ｃａｒに制御されている。

本発明において、高負荷とは、本発明に従って空気圧を
制御するのに適した所定負荷以上の負荷を意味し、スロ
ットルバルブが全開状態にある全負荷を含む。

本発明における空気圧制御方法としては、上記のように
予め定めた空気圧の制御アルゴリズムを、好ましくはマ
イクロコンピュータを含んでＷｔｔ？、される空気圧制
御手段に、たとえばテーブルの形で記憶させておき、負
荷状態を示す人力信号に基いて算出した空気圧制御信号
を空気圧調整手段に出力させ、空気圧を所望のように制
御する方法が含まれる。

（実施例） 以下、添付図面に基づき、本発明の実施例について詳細
に説明を加える。

（実施例の構成） 第２図を参照すれば、本実施例のエンジン１はシリンダ
ブロック２に形成されたシリンダボア３内を往復摺動す
るピストン４を備えており、シリンダボア３のピストン
４上方空間は燃焼室５を構成する。燃焼室５には、吸気
ポート６及び排気ポート７が開口しており、これらのポ
ート６．７には、吸気弁８及び排気弁９がそれぞれ組み
合わされる。また、吸気ポート６、排気ボート７には吸
気通路１０及び排気通路１１がそれぞれ連通している。

吸気通路１０の上流端には、エアクリーナ１２が設置さ
れているとともに、エアクリーナ１２の下流には、吸気
量を計量するエアフローメータ１３が配置されている。

さらに、吸気通路１０には、エアフローメータ１３の下
流にスロットル弁１４が配置され、該スロットル弁１４
の下流には、サージタンク１５が設けられている。この
サージタンク１５下流側で吸気通路ｌＯは１次側吸気通
路１０ａと２次側吸気通路１０ｂに分岐しており、１次
側吸気通路１０ａには、燃料噴射ノズル１６が、また、
２次側吸気通路１０ｂには該通路ｌＯｂの流路面積を調
節するための制御弁１７がそれぞれ設けられている。

排気通路１１には、排気ガスを浄化するための触媒コン
バータ１８が設置されているとともに、この触媒コンバ
ータ１８の上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出し
て空燃比を制御するための空燃比センサ１９が取り付け
られている。

本実施例のエンジン１の燃料供給系は燃料噴射ノズル１
６から噴射されるべき燃料を計量して該燃料噴射ノズル
１６に送る燃料計量装置２０を備えている。燃料は燃料
タンク２１から燃料フィルタ２２を介して燃料ポンプ２
３に導入される。そして、ポンプ２３で昇圧された燃料
は燃圧レギュレータ２４により、本実施例では、はぼｌ
　Ｋｇ／ｃｍ’に調圧され燃料通路２５を介して燃料計
量装置２０に導入される。燃料計量装置２０に導入され
た燃料は該装置２０で運転状態に応じて計量され、燃料
噴射ノズル１６を介して吸気通路１０内を流通する吸気
中に噴射される。一方、余剰の燃料は燃料計量装置２０
から燃料リターン通路２６を介して燃料タンク２１に戻
される。すなわち、本実施例の燃料供給系では、燃料は
常時燃料計量装置２０を巡って循環しており、運転状態
に応じた所要量の燃料が所定のタイミングで燃料噴射ノ
ズル１６から噴射されるようになっている。

燃料計量装置２０において、導入された燃料は空気圧に
よって、該燃料計量装置２０から排出され、燃料噴射ノ
ズル１６に送られるようになっている。

燃料計量装置２０に空気圧を作用させるために、本実施
例のエンジンｌは、空圧系を備えており、この空圧系は
エンジン１のクランク軸２７に取り付けられた駆動プー
リ２８により、ベルト２９を介して駆動されるエアポン
プ３０と、該エアポンプ３０からの吐出圧を調整する空
圧レギュレータ３１及びエアポンプ３０の吐出空気の脈
動を緩和するための一定の容積を有するアキュームレー
タ３２から構成される。

燃料計量装置２０に導入される空気はエアフローメータ
１３下流の吸気通路１０がら空気通路３３を介してエア
ポンプ３０に吸入され、該エアポンプ３０により昇圧さ
れる。エアポンプ３０から吐出した加圧空気は空圧レギ
ュレータ３１により、本実施例では、はぼ７　ｋｇ　／
　ｃｄ程度の圧力に調整されるとともに、その後アキユ
ムレータ３２を経由し、脈動が緩和された状態で空気通
路３４を介して燃料計量装置２０に導入される。

また、本実施例のエンジン１は燃料計量装置２０及び空
圧レギュレータ３１の作動を制御するために、好ましく
はマイクロコンピュータを含んで構成されるコントロー
ラ３６が設けられる。コントローラ３６には、エアフロ
ーメータ１３からの吸入空気量を表わす信号、エンジン
回転数を算出するためのクランク角センサ３７からのク
ランク角信号、及びスロットルバルブ１４の開度θを表
わす信号が人力されるようになっており、コントローラ
３６はこれらの信号を演算して燃料計量装置２０及び空
圧レギュレータ３１に対して所定の制御信号を出力する
。

第３図は、空圧レギュレータ３１の詳細を示すもので、
本実施例においては、エアーポンプ３０へ空気を還流す
るための空気通路３８との間隙を規定し、空気通路３４
より空圧レギュレータ３１に供給され、空気通路３５を
介して燃料計量装置２０に導入される空気の圧力を所望
の値に調整するダイヤフラム３９、スロットルバルブの
開度θの検出信号に基づいてコントローラ３６より出力
される空気圧設定信号によりバネ部材４０のストッパー
の位置をｍ整し、前記ダイヤフラム３９が所望の空気圧
を与える位置に設定されるように動作するソレノイド４
１より構成されている。ここに、ソレノイド３８はモー
タに置換えることができる。

第４図を参照すれば、本実施例の燃料計量装置２０は、
燃料噴射ノズル１６から噴射すべき燃料を貯える計量チ
ャンバ４２を備えており、計量チャンバ４２には、燃料
通路２５を介して燃料ポンプ２３に連通する燃料入口４
３及び燃料リターン通路２６を介して燃料タンク２１に
連通ずる燃料出口４１が形成されている。燃料入口４３
及び燃料出口４４はダイアフラム形式の制御弁４５及び
４６により、開閉されるようになっている。また、計量
チャンバ４２は該チマンバ４２内の燃料を排出するため
の燃料排出口４７を備えており、この燃料排出口４７は
燃料通路４８を介して、燃料噴射ノズル１６に連通して
いる。そして、燃料排出口４７にはボール部材４９及び
バネ部材５０によって構成される逆止弁５１が組合わさ
れており、該排出口４４は常態ではバネ部材５０の付勢
力により、閉じられている。

さらに、計量チャンバ４２内には、該チャンバ４２の容
積を変化させるための調節体５２が配置されている。こ
の調節体５２は、中空円筒状の円筒部材５３とこの円筒
部材５３に入れ子状に配置される調節ロッド５４から構
成されている。調節体５２はハブ５５によって支持され
ており、このハブ５５はリンク部材５６を介してリニア
モータ５７に連結されている。リニアモータ５７はコン
トローラ３６からの制御信号により駆動されるようにな
っており、リンク部材５６及びハブ５５を介して調節体
５２を図において上下方向の任意の位置に移動させるこ
とができるようになっている。

すなわち、ＩＪ　ニアモータ５７の作動により、調節体
５２の下端の位置が変化し、これによって計量チャンバ
４２の容量を変化させることができる。

円筒部材５３の下端の開口５３ａには、調節口１ド５４
の下端に形成された弁体５４ａが組合わされるようにな
っている。この場合、常態では、調節ロッド５４は上端
に形成されたフランジ部５４ｂと円筒部材５３の上端と
の間に配設されるバネ部は５８により図において上方に
付勢されており、弁体５４ａは開口５３ａを閉じている
。円筒部材５３及び調節ロッド５４の上部は空気チャン
バ５９内に突出している。空気チャンバ５９には空圧レ
ギュレータ３２下流の空気道′ｌ＆３４に連通する空気
通路６１を介して加圧空気が導入されるようになってお
り、該空気通路６１には空気チャンバ５９への加圧空気
の導入を制御する電磁弁６２が配置されている。この電
磁弁６２はコントローラ３６からの制御信号によって開
閉作動するようになっている。また、空気通路６１は電
磁弁６２の下流で分岐し燃料人口４３及び燃料出口４４
を開閉する制御弁４５及び４６に連通している。

（作　動） 以上の構造の装置の作動について説明すれば、コントロ
ーラ３６は、各種センサからの信号に基づいて所定の演
算を行い、燃料計量装置２０及び空圧レギュレータ３１
に対して命令信号を出力する。この場合コントローラ３
６はエンジン１の運転状態に応じて燃料噴射量を算出し
、リニアモータ５７に信号を出力して第５図に示すよう
に計量チャンバ４２の容量が該燃料噴射量に対応するよ
うに調節体５２の位置を調節する。

第６図に示すように、気筒が噴射期間になっていない場
合には、計量チャンバ４２の燃料人口４３及び燃料出口
４４は開いており、また、燃料排出口４７及び円筒部材
５３の開口５３　ａ　Ｉｔ閉じているので燃料は計量チ
ャンバ４２を巡って燃料系を循環している。

そして、燃料噴射を行う場合には、コントローラ３６は
各気筒の噴射タイミングに合わせて電磁弁６２の制御ソ
レノイド６２ａに信号を出力し、所定期間だけ電磁弁６
２を開くように制御する。

電磁弁６２が開くと、加圧空気が空気通路６１を介して
空気チャンバ５９に流入し、その圧力によリ、第７図に
示すように調節ロッド５４をバネ部材５８の付勢力に抗
して押し下げ、円筒部材５３の下端の開口５３ａを開く
。この場合、加圧空気は、空気チマンバ５９に流入する
と同時に空気通路６１を介して制御弁４５及び４６のダ
イアフラム４５ａにも作用し、弁４５及び４６を閉じる
。

これによって、加圧空気は空気チャンバ５９から円筒部
材５３の内部を通って開口５３ａから計量チャンバ４２
に流入し、該チャンバ４２内の燃料を燃料排出口４７か
ら排出する。燃料排出口４７から排出された燃料は燃料
噴射ノズル１６から吸気通路１０内に噴射される。

本実施例においては、高負荷時において、燃料を噴射す
る空気の圧力が低（なるように制御される。第８図に示
されるフローチャートを参照して、高負荷時における空
気圧の制御方法を説明する。

エンジン回転数を算出するためのクランク角センサ３７
からのクランク角信号、エアーフローメータ１３からの
吸入空気量を表わす信号及びスロットルバルブ１４の開
度θを表わす信号がコントローラ３６に人力され、コン
トローラ３６は、これらの信号に基づき所定の演算をお
こない、基本燃料噴射量を算出する。ついで、スロット
ルバルブ１４の開度θが予め定めた高負荷検出のための
スロー／　）ルバルブ１４の開度θ１　と比較され、θ
くθ、のときは、すなわち低負荷のときは、空気圧はＡ
。、第１図の例では６ｋｇ　／　ｃｔｌ　、に設定され
る。

他方、θ≧θ、のときは、すなわち、本実施例に係る制
御において高負荷とみなし得るときは、空気圧はΔ１、
第１図の例では３　ｋｇ　／　ｃｄに設定される。また
、第８図に示されていないが、コントローラ３６には、
予め実験的に定められた空圧レギュレータ３１により調
整される空気圧とソレノイドの励磁電圧との関係が記憶
せしめられており、コントローラ３６は設定すべき空気
圧を与えるソレノイド４１の励磁電圧を算出し、空圧レ
ギュレータ３１に対して出力する。この信号により空圧
レギュレータ３１のソレノイド４１は、バネ部材４０の
ストッパーの位置を調整し、ダイヤフラム３９は所定の
空気圧を与えるように位置決めされる。こうして空気圧
が設定された後、燃料噴射時期に達すると、所定の圧力
の空気が噴射され、燃料も噴射される。

このように本実施例によれば、高負荷時において、空気
圧を低く制御しているので、燃料の気化、霧化が促進さ
れることに起因する吸気充填効率の低下を防止すること
ができ、高出力を得ることが可能となる。

なお、前記実施例においては、低負荷と高負荷とで一律
に空気圧を変える例を示したが、エンジン回転数増大に
伴なう吸気温度の上昇による充填量の低下を考慮して、
第１図の曲線Ｃで例示されるように、全負荷時において
、低回転数では、空気圧の下げ幅を少なくし、高回転数
になるに従って下げ幅を大としてゆくことが望ましい。

さらに過給機付エンジンでは過給圧の上昇に伴って空気
圧を上記特性に加え上昇する様にすれば、吸気温の低下
を行うことができる。

（発明の効果） 本発明によれは、全負荷時において、空気圧を低い値に
制御するため、全負荷時における吸気充填効率の低下を
防止することができ、高出力を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における負荷及びエンジン回転数に応じ
て空気圧を制御するアルゴリズムの例を示した図面であ
り、第２図は、本発明の一実施例に係るエンジンの全体
概略図、第３図は空圧レギュレータの略断面図、第４図
は燃料計量装置の断面図、第５図、第６図及び第７図は
、燃料計量装置の作動状態を示す断面図、第８図は空気
圧の制御例を示すフローチャートである。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・シリンダブロ
ック、３・・・・・・シリンダボア、４・・・・・・ピ
ストン、５・・・・・・燃焼室、６・・・・・・吸気ポ
ート、７・・・・・・排気ポート、８・・・・・・吸気
弁、９・・・・・・排気弁、１０・・・・・・吸気通路
、１１・・・・・・排気通路、１２・・・・・・エアク
リーナ、１３・・・・・・エアフローメータ、 １４・・・・・・スロットル弁、１５・・・・・・サー
ジタンク、１６・・・・・・燃料噴射ノズル、２０・・
・・・・燃料計量装置、２１・・・・・・燃料タンク、
２２・・・・・・燃料フィルタ、２３・・・・・・燃料
ポンプ、 ２７・・・・・・クランク軸、３０・・・・・・エアポ
ンプ、３１・・・・・・空圧レギュレータ、 ３２・・・・・・ア＋、−ムレータ、 ３３．３４．３５．３８・・・・・・空気通路、３６・
・・・・・コントローラ、３９・・・・・・ダイアフラ
ム、４０・・・・・・バネ部材、４１・・・・・・ソレ
ノイド、４２・・・・・・計量チャンバ、４３・・・・
・・燃料入口、４４・・・・・・燃料出口、４５．４６
・・・・・・制御弁４７・・・・・・燃料排出口、４８
・・・・・・燃料通路、５２・・・・・・調節体、５３
・・・・・・円筒部材、５４・・・・・・調節ロッド、
５７・・・・・・リニアモータ、５９・・・・・・空気
チャンバ、６２・・・・・・電磁弁、６２ａ・・・・・
・電磁弁用ソレノイド。 第１図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料供給系に設けられ所要量の燃料を貯える燃料の計量
   チャンバと、該計量チャンバの容積を変化させる調節体
   と、所定のタイミングで前記計量チャンバ内に貯えられ
   た燃料をエンジンに供給するために空気圧を加えて該燃
   料を該計量チャンバから排出する加圧手段と、前記加圧
   手段に加圧空気を供給するエアポンプと、該エアポンプ
   と前記加圧手段との間の空圧系に設けられた空気圧を調
   整する空圧レギュレータとを有する燃料噴射装置におい
   て、高負荷時において空気圧を低負荷時に比して低く制
   御する空気圧制御手段を備えたことを特徴とするエンジ
   ンの燃料噴射装置。