JPS63239360A - 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、エンジンの燃料噴ｆＪ４装置に関し、特に、
燃料の霧化対策に係るものである。

（従来の技術） 一般に、エンジンの燃料噴射装置におけるインジェクタ
は、特開昭５６−１１５８４８Ｍ公報に開示されている
ように、ケース内にコイルが巻回されたヨークが収納さ
れ、該ヨークに燃料導入路を有するコアが嵌挿されると
共に、該コアの前方に可動プランジャが収納される一方
、上記ケースに燃料噴射孔を有するノズルが連接され、
該ノズルにニードルが挿入され、該ニードルが上記プラ
ンジャに０ツドを介して連結されて成り、上記プランジ
ャがスプリングによって前方に付勢されてニードルが噴
射孔を閉鎖している。そして、コントロールユニット（
ＥＣＬＪ）のｒＪＩ４　ｍ信号によりコイルが励磁され
ると、上記プランジャが吸引されてニードルが噴射孔を
開放し、燃料が噴射されてエンジンに供給されることに
なる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したエンジンの燃料噴射装置において、近年、エン
ジンの燃焼安定化並びに高出力化を図るために燃料の微
粒化、更には霧化を促進することが望まれている。特に
、ロータリピストンエンジンにおいては低回転時の燃焼
安定化などのために燃料の霧化が従来より切望されてい
る。しかし、上述の如くインジェクタを吸気通路に臨ま
せ、燃料のみを直接加圧して噴射させていたのでは燃料
の微粒化に限度があった。

そこで、エアを利用したアシストエアインジェクタ、更
に進んだ２流体インジェクタなどが提案されているが、
いずれも燃料の微粒化は図ることができるものの、霧化
までは十分に図ることかできなかった。従って、現在、
燃料の霧化は燃焼室内におけるポリトロープ圧縮の熱、
あるいは壁温表面の熱を利用しているにすぎず、汰木的
な燃料霧化手段とは言い難いものである。

本発明は、斯かる点に鑑み、大負圧雰囲気中において液
体の気化速度が極めて大きくなる点に着目し、負圧下の
容積室に燃料を導入して霧化した後、該容積室を加圧し
てこの霧化混合気をエンジンに供給することにより、燃
焼室内における燃料の霧化を飛躍的に促進させ、燃焼効
率の増大を図ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を）構成するために、本発明が講じた手段は、
インジェクタの先端部に該インジェクタの噴射燃料が導
入されると共に、噴出孔が開口された容積室が形成され
ている。そして、該容積室を減圧状態と加圧状態とに切
換え調整する調圧手段が設けられている。更に、上記容
積室の噴出孔を該容積室の減圧時に閉鎖し、加圧時に開
放する開閉手段が設けられ、噴射燃料を減圧状態の上記
容積室に導入して霧化する一方、該容積室を加圧して霧
化混合気を噴出させる構成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、先ず、開閉手段により燃
料の噴出孔を閉鎖した状態で容積室内の空気を調圧手段
によって吸引し、該容積室内を減圧状態に調整する。そ
して、この減圧状態の容積室に燃料を導入すると、該燃
料は負圧雰囲気により瞬時に霧化することになる。その
後、上記調圧手段より加圧空気を容積室に供給して該容
積室を加圧状態に調整し、開閉手段で噴出孔を開放して
霧化燃料を含む霧化混合気をエンジンに噴射する。

これにより燃料の霧化を大幅に且つ確実に図ることがで
きるので、燃焼効率の増大を図ることができると共に、
エンジンの高出力化を図ることができる。従って、気筒
内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射ｉ置として好適な
ものとすることができる。また、ロータリピストンエン
ジンにおいては低回転時の燃焼安定性等を大幅に促進さ
せることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に示すように、１はエンジンの燃料噴射装置にお
けるインジェクタ、２は該インジェクタ１のケースで、
縦長に形成されている。該ケース２内には励磁コイル３
が巻回されたヨーク４が嵌入され、該ヨーク４には中心
に燃料導入路５が穿設されたコア６が嵌挿され、該コア
６は上記ケース２の基端部に取付けられる蓋体７により
ケース２に固定されている。更に、上記ケース２内には
コア６の前方に可動プランジャ８が軸方向に移・動自在
に収納されており、該プランジャ８は上記コア６との間
に介設されたスプリング９により常時前方に付勢されて
いる。

一方、上記ケース２の先端部にはノズル１０が嵌合固定
され、該ノズル１０には先端に燃料注入孔１１が穿設さ
れると共に、該注入孔１１を開閉するニードル１２が嵌
挿されている。該ニードル１２はロッド１３を介して上
記プランジャ８に連結され、該プランジｔ−８の移動に
より注入孔１１を開閉している。また、上記ロッド１３
にはフランジ１３ａが形成される一方、上記ケース２に
はストッパ１４が設けられ、該ストッパ１４にフランジ
１３ａが当接して上記ニードル１２の開弁方向く第１図
において上方向）の移動量が規制され、上記ストッパ１
４にプランジャ８が当接して上記ニードル１２の閉弁方
向（第１図において下方向）の移動量が規１，１１され
ている。

上記コア６の燃料導入路５は燃料ポンプ２１を介して燃
料タンク２２に連通され、燃料が上記ニードル１２で閉
鎖されたノズル１０の注入孔１１に圧送されている。ま
た、上記蓋体７には端子３１が設けられ、該端子３１に
コントロールユニツｔ−（ＥＣＵ）３２より噴射信号が
入力される。そして、この噴射信号により上記励磁コイ
ル３が励磁され、上記プランジャ８がスプリング９のバ
ネ力に抗して吸収され、上記ニードル１２が注入孔１１
を開放して燃料を噴射するように構成されている。

更に、上記インジェクタ１の先端部には、本発明の特徴
である燃料霧化手段４１がノズル１０に連続して形成さ
れている。該燃料霧化手段４１はチャンバケース４２に
調圧手段５１が連接されて構成され、該チャンバケース
４２は上記ノズル１０の先端に形成されたフランジ１０
ａに固着され。

該ヂャンバケー゛ス４２内が小容積、例えば１ｃｃの容
積室４３に形成されている。そして、該容積室４３に上
記注入孔１１が開口してエンジン１サイクル分の燃料が
導入されるように成っている。更に、上記チャンバケー
ス４２には一端が容積室４３に連通ずる送気孔４４と燃
料の噴出孔４５とが穿設され、該送気孔４４の外端に上
記調圧手段５１が連接されている。

該調圧手段５１は、上記送気孔４４に切換弁５２を介し
てエアポンプ５３が連接されて成り、該切換弁５２には
上記コントロールユニット３２より切換信号が入力され
るように構成されている。

また、上記エアポンプ５３は、例えば、容認が１ｏＣＣ
Ｉｌｌｉ！度テ、最大吐出圧力が１１ｑ／ｆｆ１Ｇｔ’
あり、バッテリで駆動するバキュームポンプで構成され
ている。そして、該エアポンプ５３により上記容積室４
３内の空気を吸引して該容積室４３内を負圧状態に、又
、加圧空気を供給して容８！１室４３内を加圧状態に調
整しており、この負圧状態の容積室４３に燃料が導入さ
れて霧化された後、容積室４３を加圧して霧化混合気を
噴出するようにしている。

一方、上記噴出孔４５の外端開口は、図示しないが、例
えば、エンジンの吸気通路に連通されており、該噴出孔
４５の内端部に開開手段であるチェックバルブ４６が設
けられている。該チェックパルプ４６は上記容積室４３
の減圧時に噴出孔４５を閉鎖し、加圧時に開放して噴出
孔４５を開閉している。

ここで、上述した如く本発明の特徴である容積室４３を
形成して該容積室４３内を減圧する基本的原理について
説明する。

先ず、一般に、定常状態における液体の圧力雰囲気中の
気化特性は次のにうに表わされる。

ｘ　−（ＭＲ）　・（ｍ４／ｍａ）　・（Ｐｆ　／Ｐａ
　）・・・■ Ｘ：気化率 ＭＲ：混合比（Ｇａ　／Ｇｆ　） ｍｒ：液体の分子量 ｍａ：空気の分子量 Ｐ［：液体蒸気の分圧（Ｐｆ（ｔ）） Ｐａ：空気の分圧 この第０式より明らかなように液体の気化率Ｘは雰囲気
圧力Ｐａに反比例する。しかし、上記０式は混合比ＭＲ
が十分大きな値をとる場合に成立する関係であり、小容
積内で且つ混合比ＭＲが十分小さい場合（ＭＲ＜１）、
気化率Ｘは次式で定められる。

１）　ｆ　・Ｖ−Ｘ　・Ｇｆ　　−Ｒｆ　−Ｔ　　　　
　・・・■■：容積 Ｒｆ：燃料の気化定数 Ｔ：雰囲気温度 そコテ、例えば、ｖ−ｉｃｃ、’ｒ−’ｔｏｏ℃、燃料
量−２０μ９（２９エンジンの中負荷相当）、Ｐｆ　−
８００＋ｇｍＨｇ　　（時間［の関係）のもとで、上記
第０式より気化率Ｘを計弊すると、 ×哄０．４ となる。従って、燃料はエンジンの燃焼室に供給する前
に小容積Ｖ内に導入させることにより相当山上すること
になる。

ところが、エンジンにおける燃料の気化は、−上述の如
く定常状態ではなく非定常状態について考慮する必要が
ある。そこで、一般に、非定常状態における液体の気化
過渡特性は次のように表わされる。

ｄＰ（ｔ）／ｄｔ −ｃ＋　　　（（Ｐａ＋Ｐｆ　）−Ｐ（ｔ））／Ｐ（ｔ
）・・・■ Ｐ　（ｔ　）　：時刻ｔにおける全圧力ｄ　Ｐ　（ｔ　
）　／ｄｔ：気化速度 この０式より気化速度ｄＰ（ｔ）／ｄｔは理論最高圧力
（Ｐａ　＋Ｐｆ　）と時刻ｔにおける圧力Ｐ（ｔ）との
差に比例し、且つ圧力Ｐ（ｔ）に反比例する関係にある
。そして、上記０式を解くと、−Ｐ　（ｔ　）　−（Ｐ
ａ　＋Ｐｒ　）　ｕｎ　−（（Ｐａ十Ｐｆ）−Ｐ（ｔ）
）−ｃ＋ｔ＋ｃ２・・・Ｏ Ｃ２−−Ｐａ　−（Ｐａ　＋Ｐｆ　）　Ｑ　ｎ　Ｐｆ　
・・・■Ｃ１：液体固有の気化定数 となる。そこで、上記０式で例示した条件、つまり、Ｖ
−１ｃｃ、　Ｔ　−１００℃、燃料ｍ−２ｏμｐ。

Ｐｆ−８００１１ＨＱのもとで、雰囲気圧力Ｐａをパラ
メータとして・上記０式及び０式を図示すると、第２図
に示すようになる。この第２図において、破線Ａは雰囲
気圧力Ｐａ−−４００＋ｕ＋Ｈｇとした場合で、実線８
は雰囲気圧力ｐａミー−６８０１−ト０とした場合であ
り、雰囲気圧力Ｐａを大負圧にすると、実線Ｂに示すよ
うに瞬時にして飽和蒸気圧Ｐｆに到達し、気化速度ｄＰ
（ｔ）／ｄｔが極めて大きいことが明らかとなっている
。尚、第２図における時刻ｔｌ　と時刻ｔ２とはそのオ
ーダが異なっており、時刻ｔ１は時刻ｔ２に比して権め
で微少である。

従って、上記第０式並びに第０．０式より燃料をエンジ
ンの燃焼室に供給する前に小容積Ｖに導入し、且つ大負
圧雰囲気Ｐａ中に置くことにより該燃料は瞬時に全体の
約４０％が霧化することになる。この上述した原理に基
づいて本発明は小容積の容積室４３を形成すると同時に
、上記調圧手段５１により容積室４３内を大負圧に減圧
するようにしている。

次に、このエンジンの燃料噴射装置の燃料噴射動作を第
３図及び第４図に基づいて説明する。

先ず、燃料は燃料ポンプ２１によって燃料タンク２２か
らコア６の燃料導入路５を通り、ノズル１０先端の注入
孔１１に圧送されている。そして、プランジャ８がスプ
リング９によって前方に押圧されているので、ニードル
１２が上記注入孔１１を閉鎖している。

そこで、エンジンが膨張行程に移ると、ステップＳＴ１
の減圧動作が排気行程の途中まで行われる（第３図Ｍ１
参照）。つまり、コントロールユニット３２より切換弁
５２に切換信号が入力されて該切換弁５２が切換ねり、
エアポンプ５３の吸込側が送気孔４４に連通ずる。そし
て、容積室４３内の空気が吸引されて減圧され、該容積
室４３はその容積が例えば１ｃｃと小さいため、瞬時に
８０〜１００Ｔｏｒｒの負圧状態となる。その際、燃料
の噴出孔４５はチェックバルブ４６で閉鎖されており、
容積室４３は密閉されている。

続いて、エンジンの排気行程途中よりステップＳＴ２に
移り、容積室４３に燃料が導入される（第３図Ｍ２参照
）゛。つまり、コントロールユニット３２、より端子３
１に噴射信号が入力され、この噴射信号により励磁コイ
ル３が励磁し、プランジ１２８がスプリング９のバネ力
に抗して吸引され、ニードル１２がロッド１３を介して
移動して注入孔１１が開口する。そして、エンジン１サ
イクル分の燃料が容積室４３に導入し、ニードル１２は
再び注入孔１１を閉鎖する。この容積室４３に導　入し
た燃料は該容積室４３が小容積の負圧状態であるので、
雰囲気温度も作用して導入と同時に３０〜５０％が霧化
することになる。この燃料霧化動作はエンジンが吸入行
程を経て圧縮行程に移り、この圧縮行程の初期における
燃料噴射タイミングまで行われる１゜ 次いで、燃料噴射タイミングになると（第３図Ｍ３参照
）、ステップＳＴ３に移り、容積室４３に加圧空気が供
給される。つまり、コントロールユニット３２より切換
弁５２に切換信号が入力されて該切換弁５２が切換わり
、エアポンプ５３の吐出側が送気孔４４に連通する。そ
して、容積室４３内に加圧空気が供給され、瞬時に圧力
波が容積室４３内に伝播し、チェックパルプ４６が開き
、霧化燃料を含む霧化混合気が噴出孔４５を通り、外端
開口より噴出され、ステップＳＴ４に移り、圧縮行程中
のエンジンの燃焼室に霧化混合気が供給される。これに
より１サイクルの燃料噴射動作が終了する。更に、上記
燃焼！ｉ！４３に供給された燃料は該燃焼室が圧縮行程
であるので、ポリトロープ圧縮で高温（４００℃以上）
になっており、飽和蒸気圧が極めて高く、再び液化する
前に更に気化することになる。

従って、燃料の霧化を確実に図ることができ、燃焼効率
の増大を図ることができると共に、エンジンの高出力化
を図ることができる。

尚、上記調圧手段５１は実施例に限られるものではなく
、また、開閉手段もチェックバルブ４６に限定されるも
のではない。

（発明の効果） 以上のように、本発明のエンジンの燃料噴０４ｉｋ置に
よれば、インジェクタの先端部に容積室を形成し、該容
積室を減圧して燃料を導入し、該燃料を霧化した後、容
積室を加圧して霧化混合気を噴出するにうにしたために
、燃料の霧化の促進を大幅にかつ確実に図ることができ
るので、エンジンの燃焼効率の増大を図ることができる
と共に、エンジンの高出力化を容易に図ることができ、
気筒内に直接燃料を噴射供給する燃料噴射装置として好
適なものとすることができる。特に、ロータリピストン
エンジンにおいて抜本的な燃料霧化対策を施すことがで
き、低回転時の燃焼安定性等を大幅に促進させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図はエンジンの燃
料噴射装置を示す概略縦断面図である。 第２図は容積室内における圧力変化を示す図、第３図は
燃料噴射動作を説明するタイミング図、第４図は同フロ
ー図である。 １・・・インジェクタ、３・・・励磁コイル、４・・・
ヨーク、８・・・可動プランジャ、１０・・・ノズル、
１１・・・燃料注入孔、１２・・・ニードル、３２・・
・コントロールユニット、４１・・・燃料霧化手段、４
２・・・チャンバケース、４３・・・容積室、４４・・
・送気孔、４５・・・燃料噴出孔、４６・・・チェック
バルブ、５１・・・調圧手段、５２・・・切換弁、５３
・・・エアポンプ。 第４図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）インジェクタの先端部に形成されて該インジェク
   タからの噴射燃料が導入されると共に、噴出孔が開口さ
   れた容積室と、該容積室を減圧状態と加圧状態とに切換
   え調整する調圧手段と、上記容積室の噴出孔を該容積室
   の減圧時に閉鎖し、加圧時に開放する開閉手段とを備え
   、噴射燃料を減圧状態の上記容積室に導入して霧化する
   一方、該容積室を加圧して霧化混合気を噴出させるよう
   に構成したことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。