JPS627953A

JPS627953A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JPS627953A
Application number: JP61099273A
Authority: JP
Inventors: マイケル・ディー・レシュナー; アーネスト・ダブリュー・チェスナチス・ジュニアー; クリスチャン・ウィリアムス; ロナルド・ディー・ストウファー
Original assignee: BOORUZU FURIYUUDETSUKU CORP
Current assignee: BOORUZU FURIYUUDETSUKU CORP
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1987-01-14
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: CA1274130A; DE3668357D1; EP0200063B1; AU625562B2; AU4367189A; AU5646786A; EP0200063A1; BR8601924A; AU589417B2; JPH0759920B2

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】本発明は、内燃エンジンの燃料噴射システムに関する。

最近における内燃エンジン用の燃料管理システムにおい
ては、燃料の経済、エンジン作動の円滑および排気ガス
基準に追従するよう適切な燃料−空気比率を決定するた
めに、内蔵されたコンピュータに毎分回転数、温度、排
気ガス特性、空気取入れマニフォルドを通る大量の空気
流、アクセルペダルの位置等のようなエンジンを作動さ
せる様々なパラメータを監視するセンサからのデータが
供給される。電子制御信号が、通常はばねにより抑圧閉
鎖され、開くのに大きな電流を必要とするソレノイド制
御燃料噴射弁に供給される。

近代的な電子コンピュータおよびマイクロプロセッサが
発展して流体の流れを制御する高度に正確な制御信号を
供給するようになったが、その一方で制御装置自体は通
常はソレノイド制御の機械的弁であり、これは電子信号
を正確に追跡しかつ短い流体パルスを噴射することが困
難である。これは、弁をばねで押圧して閉鎖する場合は
蝶番の質量が大きいためである。特に使用するシステム
に噴射される流体パルスの前縁が鋭くない。内燃エンジ
ン用のソレノイド制御燃料噴射装置の場合においては、
出力ノズルは流体充填に対し非常に敏感であり、そのた
め、出力燃料パルスを特定のポート取入れ口の標的に向
けるための通路が取付けられた場合、その作動はかなり
精度が下がる。

参考文献は、［ポピユラーサイエンスＪ　１８８４年１
０月、ランドルフによる「電子燃料噴射」の題名の文献
、７３−７５頁、「オートモチイブ　エンジニアリング
Ｊ　１９８３年１０月４０−４５頁、パンフレット「ビ
ュイックからのバイテクノロジー」、「３．８ＳＦター
ボ」による。

そのようなシステムにおける重要な改良は、ＲφＤ・ス
トッフナの１９８３年２月２８日付米国特許願第４７．
０　？　９１号において提供された。これにおいては、
交差形式の相互作用室を有する双安定流体スイッチ素子
が共通出口および一対の出力通路へ導く。出力通路の一
つはエンジンへ、他の一つは供給タンクへ導かれている
。双安定スイッチは制御管が連結され、内蔵コンピュー
タあるいはマイクロ７’　ロセッサにより制御されるン
レノイドにより予め設定された方式で振動する一対の制
御ボートを使用して信頼性あるスイッチを行う。ストツ
フナのシステムにおいては、各噴射装置から戻る個々の
燃料は燃料入口に入る燃料蒸気の泡の排除（ｆｌｕｓｈ
　ｏｕｔ）を目的として供給される。ここに前述した従
来のシステム（そして後にもっと詳細に記述される）は
燃料が入口に入ったときに蒸気の泡を排除する方法を持
っていない。これの特徴は（高い圧力のレール上で）よ
り低いシステムの燃料圧力を使用する双安定流体スイッ
チシステムを可能とする。最近のシステム（ロバート・
ボッシュ社により市販されているような）は、はぼ２７
〜’３７ｐｓｉ　’（約１３．５〜１８．５ｋｇ／　ｍ
’）の圧力を使用して蒸気の泡の形成を防ぐ。圧力の低
いシステムはど複雑でなく高価でないポンプですむ。

本発明の目的は、上述のストツフナの米国出願に開示さ
れている形式の燃料噴射システムの改良を提供すること
である。本発明の、更にその他の目的は、一般に燃料噴
射システムについて改良を加えることである。とりわけ
、それはエンジンとその作動を改良する方法と装置に関
する。

本発明の主たる特徴に従えば、スイッチピンが、流体素
子のパワーノズルにある流体の流れの通路内の貫入位置
の内外に突出していて、双安定スイッチ室内でスイッチ
ングを生じさせるようになっている。換言すれば、側面
チャンネルあるいは制御ボートの使用が回避され、燃料
スイッチングはパワーノズル内のピンの挿入によっての
み達成され、かくて、流体装置自体の構造を簡単にし、
小さな流れの通路あるいはその類似物を排除し、同時に
反応時間を改善する。なぜなら、そのような流れには内
部チャンネルの流体の流れあるいはそのような流れに関
する遅れがないからである。好ましい実施例においては
、パワーノズルの軸線は流体素子の室の軸線に対し相対
的に傾斜していて、それによりピンがない場合は、スイ
ッチは予め定められた状態にあり、ピン突出部によりそ
の状態から他の状態へとスイッチされ、突出ピンが戻る
とその予め定められた状態に常に戻る。

本発明の第２の主たる特徴は、エンジンの空気取入れマ
ニフォルドへ燃料を噴射する前に燃料に車前に空気を（
ｐｒｅ−ａｉｒ　）噴霧するように、エンジンへと導か
れる出力の流れの通路にある地点において空気がそれぞ
れの噴射装置に供給されることである。

こらば以下の利点を有する。

Ａ、それは流量測定を敏感にし、マニフォルドの負圧を
変化させ、−それによりマニフォルド負圧を変更するた
めの圧力の供給を補正する必要がなくなる。

Ｂ、基本的に燃料／空気混合気生成準備に重要な燃料／
空気噴霧の品質を改善する。改善された噴霧（より小さ
い燃料滴粒子）および空気取入れマニフォルドを流れる
空気流への供給は、燃料の気化を飛躍的に増大し、より
完全な燃焼を生じる。これらの改善により空運転（アイ
ドリング）はよりなめらかになり、空運転中の振動を減
少させる。

Ｃ、コールド／ウオームアツプ作動を改善するために、
噴射装置に供給される空気は選択的に予熱され、初期の
燃料の気化特性を改善する。この技術は、（殆ど熱が使
用できないときの）冷たい状態で始動する最初の数分の
間に燃焼空気の１００％を加熱するよりも効果的である
。かくて、ウオームアツプのための排気の放熱が改善さ
れる。

Ｄ、噴射装置に直接供給された空気はエンジン制御コン
ピュータにより計算される。空気の流れがマニフォルド
の絶対圧力を基礎として計算される場合、噴射装置の空
気はマニフォルド圧力に対する圧力により計算される。

直接の空気の質量流量の測定に使用される燃料計測シス
テムにおいては、噴射装置の空気の源は質量流量センサ
の下流にある。どちらの場合も、噴射装置の空気の源は
燃焼空気フィルタの下流の源から供給される。

Ｅ、噴射装置の空気はマニフォルドの負圧に比例して流
れ（大気圧力マイナスマニフォルド絶対圧力）、吸引力
が高く（約３８〜５１ｃｍ水銀）かつ同時にエンジンの
燃焼が空運転および軽い荷重状態で燃料滴に対し最も敏
感になっている場合に、最良の噴霧を生じる。

最後に、ピンの質量が小さい。質量の小さい電子工学的
アクチュエータは、従来の噴射装置に比較して、応答の
遅れが少ない。これは、そのパルス巾が２マイクロセカ
ンドにおいて流れの計測結果が直線的形状を維持する。

Ｇ、空気を導入すると、流体素子からのエンジンの負圧
状態が孤立（分離）する。特定の地点が吸気マニフォル
ドの吸引に見られないため、空気は流体素子のエンジン
排気脚に入る。エンジンの負圧に大きな効果を及ぼすた
め追加される空気は十分ではない。それからパワーノズ
ルがシステム内の流体の圧力低下の主たる源となる。

好ましい実施例においては、両方の主たる特徴が使用さ
れているが、それは、どちらの特徴も相互に独立に使用
可能であり、それでなお本発明の利点を得られることが
評価される。

かくて、本発明の基本的目的は、内燃エンジンのだめの
改良された燃料噴射システムを提供することにある。本
発明のその他の目的は、制御ボートあるいは通路を有し
ない改良された双安定流体スイッチを提供することであ
り、更に、エンジンに吸入する前に、内燃エンジンの燃
料に対しろ過されモニタされた空気を追加することによ
り改良された燃料の混合気を作ることである。

本発明の上述およびその他の目的、利点および特徴は、
以下の説明と添イリの図面を参照すれば更に明白となる
。

（実施例）第１図および第２図を参照すれば、双安定液体スイッチ
１０はパワーノズル１２を有し側壁１４と１５とから形
成された室１３内へ流体を噴射する本体部材１１を含み
、側壁１４と１５とはパワーノズルに対し相対的に分岐
し、第１出力通路１７へ導く共通出口１６に対し相対的
に集束し、第１出力通路１７は燃料をエンジンおよび第
２出力通路１８へ運び、第２出力通路１８は使用されな
かった燃料を戻りレールを通り供給タンクへ運ぶ。双安
定流体スイッチ１０は第２図に示された輪郭と、後に更
に詳細に説明される流路とを有する。

スイッチ制御ピンあるいは旋回軸１９は、電磁石コイル
２１により横方向のポーリング穴２０を通って動く。電
磁石２１は従来の内蔵コンピュータ２２から制御信号を
受けるが、反対に様々なエンジン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
り複数のエンジンおよび作動データパラメータの信号を
受ける。ばね２４は旋回軸あるいはピンおよびそれの駆
動アマチュアを中立あるいは突出しない位置へとを押圧
している。通路２８は空気を空気取入れ口から排気通路
１７にある空気を噴霧された燃料へ供給し負圧源から流
体を分離し、かくて流量計測を無感覚にし、マニフォル
ドの負圧を変化させ、それによりマニフォルド負圧を変
化させるための供給圧力の補正の必要を除去する。それ
は同時に、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空運
転が生じる。コールド／ウオームアツプ特性を改善する
ために、噴射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）
を空気レールライン９８内に使用して加熱することが可
能である。この技術は、冷始動の数分間に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
ばウオーミングアツプ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、噴射装置に直接供給される空気はエンジン制御コ
ンピュータ２２により計算される。空気がマニフォルド
絶対圧力を基礎として計算される場合、噴射装置はマニ
フォルド圧力への効果により計算される直接の空気の質
量の流れ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、噴射空気の源は空気流量センサおよび燃焼空
気フィルタの下流にある。最後に、噴射装置の空気の流
れほマニフォルド負圧（大気圧力マイナスマニフォルド
絶対圧力）に比例し、それにより負圧が高い場合（３８
〜５１ｃｍ水銀）、空運転および軽い荷重条件において
最良の噴霧パターン（非常に小さい燃料滴）を生み出す
。

旋回軸あるいはピン１８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
従来のボッシュの噴射装置よりも遅れの少ない応答を噴
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を維持する。

カバー９は双安定スイッチ、パワーノズル１２への通路
、および戻り燃料通路を封止し、エンジン通路への燃料
は封止されかつ本体部材１１に固定され、この実施例に
おいては、従来のマルチポイント燃料噴射と直接置換さ
れる。空気入力２８は空気レール８８に短いパイプ部分
８８により接続される。

第２ｂ図にあるように、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を通過する中央線の右側の
領域にあり、パワーノズルの喉部１２Ｔの上流の予め定
められた短い距離にある。この部分では、スイ・ンチン
グ効果を生じるにはピンが最も効果的であるということ
が木質的である。ピンが突出していない位置にある通常
の場合においては、パワーノズル１２の軸線はおよそ８
度はど室１３の軸線に対し相対的に傾斜するように流体
装置の設計がなされており、それにより、燃料は通路１
８を通って流れ、タンクに戻るようになっている（第２
Ｃ図にある通り）。ピンがパワーノズル内を通過する流
れに突出している場合は、噴流が１５度から１６度偏向
する。室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２ｂ図にあるよ
うに、排出通路１７へ向かいエンジンへ導かれる。

上述のように、双安定スイッチ素子は、側壁が共通出口
へ収束する形式の室を有する。収束する側壁＋３ｃと＋
４ｃとを有する共通出口はこの室を出力チャンネル１７
および１８から分離し、収束する側壁は、ピンの作動に
よりスイッチされるまで側壁の一つにあうチャンネル内
の流体の流れを保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
れる動力流の部分により発生させられる渦により構成さ
れるフィード／へツクによる一つの安定状態あるいはそ
の状態を維持する他の安定状態にある。該室は交差形式
のものであるため、喉部あるいは出口の下流の圧力から
相互作用領域を分離するのに役立つ。

第３図および第４図を参照すれば、第３図には従来の燃
料システムがダイヤグラム式に図示され（「ボッシュ」
燃料噴射システムのような技術を参照）、そこでは、タ
ンクＴが燃料をポンプ５０を経て燃料フィルタ５１を通
過し燃料レール５２へ供給している。燃料レール５２は
調節室を２つの室に分離するばね抑圧されたダイヤフラ
ム５４を有する補・正された圧力調節器により発生する
圧力がその内部にあり、　２つに分離した室の１つは補
正空気圧カライン６１により空気取入れマニフォルド８
０に接続されている。通常は燃料噴射装置７０．７１は
ばねにより抑圧閉鎖されているソレノイド制御噴射弁を
有し、それにより、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
管理システムは、毎分回転数、温度、排気ガス特性、大
量の空気の流れ等のような様々なエンジン作動パラメー
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、燃料経済、排ガス基準に従
ったエンジン作動の効率となめらかさのための適当な燃
料−空気比率を決定している。ダイヤグラム的に図示し
であるように、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７１ｇ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
量の旋回軸？ｉｐ　、　？ｉｐ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取入れマニフォ
ルド誘導バイブロ０−１．６０−２へと燃料を噴射する
目的を有している。開示されている従来技術によるシス
テムは従来のマルチポイント噴射システムである一方、
類似のシステムが通常は一つの噴射装置が含まれ、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
（スロットルボディ噴射あるいはＴＢＩ　としての技術
に引用された）にも使用されている。

取入れマニフォルド６０は分離した空気誘導パイプをエ
ンジンのシリンダのそれぞれに有し、その二つは８０−
１．６０−２で示されている。それぞれは分離流体噴射
装置を備え、これは平行に燃料供給装置あるいはパイプ
レール５２へ接続されている。同様の略図が４．６．８
個の噴射装置に応用される。空気は空気フィルタ８１に
負圧され、質量流量センサ８２を通過しスロットル８３
へ行く。スロットル板８４は操作者により制御され、ス
ロットル空気通路にある流れ領域を制御し、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。

本発明を具現化するシステムは第４図にあり。

タンク（図示されていない）からフィルタ５１を経て燃
料レール５２へ燃料を組み出すパイプ５０を含み、燃料
レール５２は燃料を圧力をかけてそれぞれの噴射装置９
０．９１に供給し、該噴射装置は第２図に図示された基
準の寸法を有する第１図にダイヤグラム的に図示された
輪郭を有する流体燃料噴射装−である。圧力をかけられ
た燃料レールライン５２内の燃料は各燃料噴射装置に平
行にレール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、矢印９８（第２図）により示された通
路を通り、室１３の側面１４を通る場合は常に、双安定
流体噴射装置のそれぞれからいくらか低い圧力で戻り燃
おｌレール８５へ戻り、ライン９７を経てタンクへ戻る
。固定圧力調節器５３゛は、燃料の圧力を比較的一定に
保つようにばね５５”により押圧されているダイヤフラ
ム５４”を有する。

エンジンへ導く誘導パイプ内へ噴射する前に燃料をさら
す空気は、フィルタされ質量流量センサにより計測され
た後であるが、燃料噴射装置と出力脚あるいは通路１７
のそれぞれに平行に空気を供給する燃料噴射装置の空気
供給レール８８のスロットルを通過する前に、供給され
る固定圧力調節器５３゛は第３図に図示されている場合
と同様に補正の必要がない。

【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等大間
。第２ａ図は、標準的な寸法のついた実際の作動ユニット
の拡大立面図輪郭図。第２ｂ図は、パワーノズル内の流路内にピンの突出して
いる、あるいは突出した位置にある流路を示す第２図の
輪郭図。第２ｃ図は、ピンが突出していない、あるいは後辺した
位置にある流路を示す図。第３図は、現在市販されちる従来技術（ボッシュ）の燃
料噴射システムの図式的ブロックダイヤグラム。第４図は本発明と合体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、１４・・・側壁、１５・・・側
壁、１６・・・共通出口、１７・・・第１出力通路、１
８・・・第２出力通路、１９・・・スイッチ制御ピン、
１９・・・旋回柱、２０・・・横方向のポーリング穴、
２１・・・電磁石コイル、２２・・・エンジン制御コン
ピュータ、２３・・・入力ライン、２４・・・ばね、２
６・・・通路、２６・・・空気入力、３０・・・渦、５
０・・・ポンプ、５１・・・燃料フィルタ、５２・・・
燃料レール、５２゛・・・レール、５３°・・・固定圧
力調節器、５４・・・ばね押圧されたダイヤフラム、５
４°・・・ダイヤフラム、５５°・・・ばね、６０・・
・空気取入れマニフォルド、６０−１・・・取入れマニ
フォルド誘導パイプ、６０−２・・・取入れマニフォル
ド誘導パイプ、６１・・・空気圧力線、７０・・・燃料
噴射装置、７１・・・燃料噴射装置、７１Ｓ・・・ソレ
ノイド、７１Ｐ・・・大質量旋回軸、７２Ｐ・・・大質
量旋回軸、７２Ｓ・・・ソレノイド、７５・・・コンピ
ュータ、８１・・・エアフィルタ、８２・・・質量流量
センサ、８３・・・スロットル、８４・・・スロットル
板、９０・・・噴射装置、９１・・・噴射装置、９５・
・・戻り燃料レール、９７・・・線、９８・・・空気レ
ール線、９９・・・短パイプ部分、ｉｏｏ・・・加熱。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの作動パラメータに対応して複数の電気
信号を受けかつ前記エンジンに燃料を供給する電気制御
信号を発生するコンピュータ装置と、圧力のかかった燃
料の供給源に接続するパワーノズルを有する双安定流体
スイッチと、共通出口へ通じる側壁と前記パワーノズル
を経て燃料を受ける出力チャンネルでその一つが前記内
燃エンジンへ導かれ他の一つが前記供給源へ導かれてい
るチャンネルとを有する室と、前記双安定スイッチの状
態を制御する前記コンピュータシステムからの前記制御
信号により制御される電磁石装置とを有する内燃エンジ
ン用の燃料噴射システムにおいて、前記電磁石装置により制御され、前記パワーノズル内の
流体流路内にあり該流路により除去され前記双安定スイ
ッチをスイッチし燃料が流れる前記出力チャンネルの一
つを変化させる流量制御ピンを備えて成る内燃エンジン
用の燃料噴射装置。
（２）前記出力チャンネルの一つが前記エンジンへ導か
れ、エンジン吸引から前記流体スイッチを分離する手段
を含む特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射システム
。
（３）前記チャンネル内を流れる燃料を気化させる空気
へ空気を供給する前記出力チャンネルの一つ内にある手
段を含む特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射システ
ム。
（４）燃料の流路内に前記ピンがない場合に、前記双安
定素子が予め定められたそれの双安定状態の一つにあり
、前記チャンネルの前記もう一つのチャンネルへ燃料を
噴射するのを確保するための手段を含む特許請求の範囲
第１項に記載の燃料噴射システム。
（５）前記パワーノズルの軸線が前記室の軸線に対し相
対的に角度を有する特許請求の範囲第１項に記載の燃料
噴射システム。
（６）前記エンジンの各シリンダ用の燃料噴射装置と、
前記各双安定流体スイッチへの共通の燃料レールと、前
記各双安定スイッチに接続する共通の燃料戻りレールが
ある特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射システム。
（７）空気取入れマニフォルドを有する内燃エンジン用
の燃料噴射システムで、選択されたエンジン作動パラメ
ータに対応する複数の電気信号を受け、前記エンジンへ
燃料を供給するための電気制御信号を発生するコンピュ
ータ装置を有する前記システムと、供給源から圧力のか
かった燃料を受けるための制御信号により制御され前記
制御信号に従い前記エンジンへ一定の量の燃料を供給す
る電子制御燃料噴射装置とを有する燃料噴射装置におい
て、前記エンジンの空気取入れマニフォルドへ前記燃料を接
続する短い燃料通路と、空気の供給と、前記空気取入れマニフォルドへ燃料を噴射する前に前記
燃料を気化する空気へ前記短く小さい燃料通路内の前記
空気を導く手段と、を備えて成る燃料噴射システム。
（８）前記各燃料噴射装置が双安定流体スイッチを含む
特許請求の範囲第７項に記載の燃料噴射システム。
（９）前記各双安定流体スイッチが、前記燃料供給源へ接続するパワーノズルと、前記パワー
ノズルからの燃料を受ける室と、一対の出力通路で、そ
の一つが前記双安定流体出口がそれの一つの安定状態あ
るいは他の安定状態にある場合にそれぞれ燃料を受ける
ように取付けられている一対の出力通路と、前記双安定流体スイッチの状態をスイッチする手段と、
を含む特許請求の範囲第８項に記載の燃料噴射システム
。
（１０）前記スイッチ手段が前記パワーノズル内へ突出
する位置へ可動なピンと、前記ピンの位置を制御するソレノイドと、前記コンピュータへ前記ソレノイドを接続する手段とを
含む特許請求の範囲第９項に記載の燃料噴射システム。