JPH05141330A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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Publication number
JPH05141330A
JPH05141330A JP3300805A JP30080591A JPH05141330A JP H05141330 A JPH05141330 A JP H05141330A JP 3300805 A JP3300805 A JP 3300805A JP 30080591 A JP30080591 A JP 30080591A JP H05141330 A JPH05141330 A JP H05141330A
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JP
Japan
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valve
fuel injection
injection valve
spray
pintle type
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Withdrawn
Application number
JP3300805A
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English (en)
Inventor
Kimitaka Saito
公孝 斎藤
Tatsuyoshi Matsumoto
龍快 松本
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に燃料噴射弁の噴射飛翔状態を可変制御
できる燃料噴射装置を提供することにある。 【構成】 燃料噴射弁1にはノズルボディ9の噴射口1
0から先端が突き出たピントル型ニードル7が備えられ
るとともに、ニードル7の前方において分岐アダプター
12が備えられ、アダプター12の梁14によりピント
ル型ニードル7の開弁動作に伴う噴射口10から噴射さ
れる加圧燃料の噴流が分割される。又、制御装置2には
燃料噴射弁1のピントル型ニードル7を所定時間連続し
て開弁する単発通電パターンと、燃料噴射弁1のピント
ル型ニードル7を所定時間の開弁中に1回の閉弁動作を
伴う分割通電パターンとが記憶され、内燃機関の運転状
態に応じて2つの通電パターンを選択して、その選択し
たパターンにて燃料噴射弁1のピントル型ニードル7の
開弁を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に燃料を供
給する燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、内燃機関の運転状態に応じて適正
な燃料量を該内燃機関に供給する装置として、電磁式燃
料噴射弁が知られている。該電磁式燃料噴射弁は、噴射
弁の噴射口をシールしている弁体を電磁コイルの電磁力
により開弁させ燃料ポンプにより加圧された燃料を弁部
隙間を通して噴射口から噴射する構造となっている。従
って、燃料噴射量は電磁コイルへの通電時間によって制
御できるのが特徴である。又、本噴射弁を吸気2バルブ
や吸気3バルブエンジンに装着する場合には、例えば、
特開昭62−174563号公報に示されているよう
に、噴射弁先端に噴霧分岐アダプターを設けて、噴霧を
2方向、3方向に分岐する場合もある。
【0003】一方、内燃機関の吸気管内に燃料を噴射す
る場合、噴霧の方向、分岐数が該内燃機関の点火プラグ
耐くすぶり性能、排気ガス有害成分排出特性、出力性
能、燃料消費率、希薄空燃比運転性能等に大きく影響を
与えることが知られている。従って、内燃機関における
燃料制御は運転状態に応じ、量のみならず、方向、分岐
数といった噴霧飛翔状態の制御も可能となれば、より一
層の高性能内燃機関と成り得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来は量のみ
の制御が実現しているにすぎない。又、燃料噴射弁の噴
霧飛翔状態を可変制御する場合、噴射弁先端に設けた噴
霧分岐アダプターの分岐部分が可動となる構造とすれば
実現できるが、可動機構の耐久性、アダプター大型化、
可動機構部の電気制御のための電気モータ等の追加、及
びそれに伴う信号線と駆動回路の追加、そしてコストア
ップという問題が生ずる。
【0005】そこで、この発明は、容易に燃料噴射弁の
噴射飛翔状態を可変制御できる燃料噴射装置を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、ノズルボデ
ィの噴射口から先端が突き出たピントル型弁体を有する
とともに、前記ピントル型弁体の前方において同弁体の
開弁動作に伴う噴射口から内燃機関に噴射される加圧燃
料の噴流を分割するための衝突部材を有する燃料噴射弁
と、前記燃料噴射弁のピントル型弁体を所定時間連続し
て開弁する第1の開弁パターンと、前記燃料噴射弁のピ
ントル型弁体を所定時間の開弁中に少なくとも1回の閉
弁動作を伴う第2の開弁パターンとを記憶した記憶手段
と、内燃機関の運転状態に応じて前記記憶手段の第1の
開弁パターンと第2の開弁パターンを選択し、その選択
した開弁パターンにて前記燃料噴射弁のピントル型弁体
の開弁を制御して噴霧形状を変化させる制御手段とを備
えた燃料噴射装置をその要旨とするものである。
【0007】
【作用】制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて記憶
手段の第1の開弁パターンと第2の開弁パターン、即
ち、燃料噴射弁のピントル型弁体を所定時間連続して開
弁する第1の開弁パターンと燃料噴射弁のピントル型弁
体を所定時間の開弁中に少なくとも1回の閉弁動作を伴
う第2の開弁パターンとを選択し、その選択した開弁パ
ターンにて燃料噴射弁のピントル型弁体の開弁を制御す
る。その結果、加圧燃料が燃料噴射弁の噴射口から噴霧
として噴射され、この噴霧はその後、衝突部材に衝突し
噴流が分割されるが、開弁パターンの選択により噴霧形
状が変化される。
【0008】
【実施例】
(第1実施例)以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。
【0009】図1は、本実施例の燃料噴射弁1の断面構
造と制御装置2とを示す構成図である。磁性材料ででき
たバルブハウジング3には、非磁性材料のボビン4が内
挿されている。ボビン4には電磁コイル5が巻かれてい
る。さらに、バルブハウジング3の中には可動鉄心6が
挿入され、この可動鉄心6はピントル型ニードル7が結
合されている。
【0010】バルブハウジング3の先端部には、スペー
サ8を介してノズルボデー9が設けられている。ピント
ル型ニードル7はスペーサ8を貫通してノズルボデー9
の内周面で支持され、図2に示すように、ニードル7の
先端のピン7aは、ノズルボデー9の先端に形成された
噴射口10より突き出ている。
【0011】図1のピントル型ニードル7と可動鉄心6
とは、リターンスプリング11によりノズルボデー9に
押し付けられていて噴射口10を閉じている。ノズルボ
テー9には、噴射口10から噴射された噴霧を2つに分
岐するための分岐アダプター12が装着されている。図
3には分岐アダプター12の立体透視図を示す。分岐ア
ダプター12は有底円筒状をなし、底部中央部には円形
の貫通孔13が形成されている。この貫通孔13には三
角柱をなす梁14が架設されている。そして、この三角
形断面形状の梁14により、噴射口10からの噴霧が分
岐される。
【0012】図1において、電磁コイル5は電極端子1
5に接続され、さらに、制御装置2とリード線16によ
り接続されている。電極端子15は絶縁材料からなるハ
ウジング17に保持されている。燃料通路管18は鉄に
より構成され、ボビン4の中に装入され、バルブハウジ
ング3に固定されている。そして、燃料通路管18には
燃料ポンプによる加圧燃料が供給され、さらに、同燃料
がピントル型ニードル7の外周部に供給されるようにな
っている。
【0013】制御装置2は、噴射弁開閉時間とタイミン
グを演算出力する噴射弁開閉信号演算部19と、該噴射
弁開閉信号演算部19の信号を受けて電磁コイル5を駆
動する電磁コイル駆動回路部20とを備えている。即
ち、噴射弁開閉信号演算部19から噴射弁開の信号が出
力されると、電磁コイル駆動回路部20は、所定の電圧
を電磁コイル5に通電する。この時、電磁コイル5には
電流が流れ電磁力が発生し、可動鉄心6と結合されたピ
ントル型ニードル7を吸引する。すると、これまで密着
していたピントル型ニードル7がノズルボデー9から離
れて隙間ができるため一定圧力に加圧された燃料は、こ
の隙間を通って内燃機関の吸気通路内に噴射されること
になる。
【0014】図4には、制御装置2の詳細を示す。図4
において、噴射弁開閉信号演算部19は、マイクロコン
ピュータ等が用いられた構成で、図示せぬ内燃機関の回
転センサ、吸気量センサ、水温センサの検出信号から機
関運転状態に応じた燃料噴射弁開閉時間、タイミングを
演算し、電磁コイル駆動回路部20に信号を送る。この
時の信号パターンとして、従来より実施されている単発
通電Aと分割通電Bの2パターンが噴射弁開閉信号演算
部19に記憶されている。この単発通電Aは機関回転1
回転、又は2回転に1回必要な噴射時間だけ連続通電す
るものであり、分割通電Bは通電初期に短時間の非通電
状態を設けたものである。図4において、Tは主噴射、
Tiは初期噴射、Toは非通電期間を示す。
【0015】又、制御装置2の噴射弁開閉信号演算部1
9は、図5に示すように内燃機関の回転数と負荷による
通電マップを用意しており、内燃機関の運転状態に応じ
て燃料噴射弁1への通電パターンを選択する。
【0016】図4の電磁コイル駆動回路部20は抵抗R
1〜R7、トランジスタTr1〜Tr3、コンデンサC
1により構成される従来公知の電磁コイル用の駆動回路
を用いている。尚、図4に示す電磁コイル駆動回路部2
0は電圧駆動方式を採用している。
【0017】尚、図1中、符号21,22,23,24
はシール用のOリングである。又、本実施例では、ピン
トル型ニードル7にてピントル型弁体を構成し、分岐ア
ダプター12の梁14にて衝突部材を構成し、制御装置
2にて記憶手段及び制御手段を構成している。
【0018】次に、このように構成した燃料噴射装置の
作用を説明する。制御装置2の噴射弁開閉信号演算部1
9は、センサからの信号により内燃機関の回転数と負荷
を検知し、図5のマップを用いて内燃機関の運転状態に
応じた通電パターンを選択する。そして、噴射弁開閉信
号演算部19は、この選択した通電パターンによる通電
信号を電磁コイル駆動回路部20に出力する。すると、
図6,7に示すように、通電パターンにより燃料噴射弁
1から噴射された噴霧の状態が異なるものとなる。つま
り、図6の単発通電パターンAで駆動した場合には、2
つに分岐した噴霧の挟み角が狭く、図7の分割通電パタ
ーンBで駆動した場合には、挟み角が広く制御される。
【0019】以上、噴射弁噴霧の分岐角を可変にできる
燃料噴射弁1の構造、駆動方法を示したが、以下、噴霧
分岐角可変の原理を述べる。通常、ピントル型噴射弁の
噴霧の構造は、図8のに示すようにピントル型ニード
ル7のピン先端下流に空隙の存在する中空円錐状の噴霧
となり、ピン先端下流に噴霧合流点ができる。このよう
な噴霧構造の中に、断面形状が三角形状の噴霧分岐部
(梁)25を設定した時の噴霧の分岐状態であるが、分
岐部25が噴霧合流部より下流にある場合には、図8の
のようにほぼ分岐部25の分岐角に沿って広角に分岐
するが、分岐部25が上流にある場合には、図8のの
ように、狭角に分岐する。このように、ピントル型燃料
噴射弁1の噴霧を分岐部25に衝突させて分岐する場
合、噴霧合流点と分岐部25の相互位置関係により噴霧
分岐角が異なる現象を本発明者は見出した。
【0020】このように、噴霧分岐部25(梁14)を
複雑な機構により可変移動することで噴霧分岐角が可変
にできるが、本発明では分岐部25の位置を固定してピ
ントル型燃料噴射弁1の駆動パターンを単発通電Aと分
割通電Bとで変えることにより、噴霧合流点の位置を変
化させて、分岐部25(梁14)に衝突させるという手
法により噴霧分岐角の制御が行われる。
【0021】図9は単発通電Aと分割通電Bにおけるピ
ントル噴射弁先端の噴霧の構造を示している。通電パタ
ーンで噴霧合流点が異なり、分割通電の方が噴霧合流点
がピン先端に接近するようになる。このような噴霧構造
の変化において、噴霧分岐角が可変となり得る分岐部設
置場所は、図9のXで示される範囲である。
【0022】上記現象で、分割噴射による噴霧合流点の
ピン先端への接近作用は、厳密なメカニズムはまだ不明
であるが、次の2つのメカニズムのいずれか一方、又は
2つのメカニズムの相互作用と推定される。
【0023】第1のメカニズムを図10を用いて説明す
る。Tiの初期噴射後、Toの非通電で噴霧は途切れる
が、ピントル型ニードル7のピン先端部にはTiの噴霧
により渦が形成される。この渦が消滅する前にTの主噴
射を行えば、主噴射噴霧は該渦によりピン先端軸上に引
き込まれて、噴霧合流点がピン先端に接近するようにな
ると考えられる。
【0024】第2のメカニズムを図11を用いて説明す
る。Tiの初期噴射後Toの非通電で噴霧は途切れる
が、ピントル型ニードル7のピン先端部にはTiの噴霧
の一部が付着した状態にある。この付着がピントル型ニ
ードル7のピン先端から剥離する前にTの主噴射を行え
ば、噴霧合流点までの空隙が減少し、噴霧合流点はピン
先端に接近するようになると考えられる。
【0025】尚、上記メカニズムは0.3mm程度の渦が
ピン先端に0.4ms程度存在するというような超ミク
ロ高速現象であるため、メカニズムの解明が技術的に困
難であり、現段階では先述2つのメカニズムの可能性が
高いと言える。
【0026】以上の原理に基づくピントル型の燃料噴射
弁1の通電パターンの切り換えによる噴霧分岐角制御に
おいては、本発明者の種々実験の結果、次の3つの値の
適合が必要不可欠であることが判明している。つまり、
ピントル型ニードル7の先端から噴霧分岐部(梁14)
までの距離Lと、分割噴射時の初期噴射時間Tiと、分
割噴射時の非通電時間Toの値を所定値にすることが必
要である。そして、ピントル型ニードル7の先端から噴
霧分岐部25(梁14)までの距離Lについては、噴霧
分岐部25(梁14)が単発通電時の噴霧合流点と分割
通電時の噴霧合流点の間となる位置とする。又、分割噴
射時の初期噴射時間Tiについては、燃料噴射弁1の無
効時間以上の時間とする。ここで、無効時間とは、燃料
噴射弁1が実際に開弁するのに必要な最小の通電時間で
ある。さらに、分割噴射時の非通電時間Toについて
は、噴射切れの発生する時間以上で、かつピントル型ニ
ードル7のピン先端部にできた渦、付着が剥離しない所
定時間以内の時間とする。
【0027】本発明者が行った実験では、上記3つの適
合値はL=1〜2mm、Ti=1.4ms以上、To=
0.4〜0.5msであった。しかし、使用するピント
ル型燃料噴射弁1の特性、諸元(図1の電磁コイル5の
強さ、リターンスプリング11の強さ、ピントル型ニー
ドル7のピン径・長さ・ピン形状(ピン角度)など)、
電磁コイル駆動回路部20の特性(電力・通電方式)、
使用燃料の特性(圧力、温度、粘度)によりL、Ti、
Toは影響を受けて適合値が変化するため、適宜変更し
て設定すればよい。
【0028】図12,13は、前述した噴霧分岐角可変
噴射弁1を内燃機関の吸気管に装着し、噴霧分岐角を制
御した時の噴霧飛翔を示した図である。この図には、噴
霧分岐角の制御により燃焼室への燃料流入挙動が異な
り、内燃機関の燃焼室内の混合気形成状態を変化させる
ことが示されている。
【0029】このように本実施例では、燃料噴射弁1に
は、ノズルボディ9の噴射口10から先端が突き出たピ
ントル型ニードル7(ピントル型弁体)を備えるととも
に、ピントル型ニードル7の前方において同ニードル7
の開弁動作に伴う噴射口10から内燃機関に噴射される
加圧燃料の噴流を分割する分岐アダプター12の梁14
(衝突部材)を備え、制御装置2(記憶手段及び制御手
段)には燃料噴射弁1のピントル型ニードル7を所定時
間連続して開弁する単発通電パターン(第1の開弁パタ
ーン)と、燃料噴射弁1のピントル型ニードル7を所定
時間の開弁中に少なくとも1回の閉弁動作を伴う分割通
電パターン(第2の開弁パターン)とを記憶し、内燃機
関の運転状態に応じて単発通電パターンと分割通電パタ
ーンを選択し、その選択したパターンにて燃料噴射弁1
のピントル型ニードル7の開弁を制御して噴霧形状を変
化させるようにした。よって、噴霧分岐アダプターに可
動機構を設けることなく、且つ信号線や駆動回路の追加
もなく、耐久性、体格、コストを従来同様としたまま燃
料噴射弁の噴霧飛翔状態を可変制御できることとなる。
その結果、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁1の
噴霧飛翔状態を可変制御して内燃機関へ供給する混合気
を最適に形成でき、従来より一層緻密な燃料供給制御が
実現可能となり、内燃機関の性能が大幅に向上する。 (第2実施例)次に、本発明を適用した第2実施例を、
図14に基づいて説明する。
【0030】第1実施例では、噴霧を分岐するため、分
岐アダプター12には三角形断面形状の分岐部(梁1
4)を用いて噴霧分岐角が広角と狭角について可変制御
したが、狭角側が更に狭くなる形状に分岐部を適合する
と、やがて分岐噴霧は再合流するようになり、2噴霧と
1噴霧の噴霧分岐数制御も可能となる。つまり、図14
においては噴霧数可変制御を実現するために分岐アダプ
ター12には5角形断面形状の梁26(分岐部)を用い
ている。 (第3実施例)次に、本発明を適用した第3実施例を、
図15に基づいて説明する。
【0031】第1実施例では、分岐アダプター12には
噴霧を2方向に分岐する分岐部構造としたが、図15に
示す立体透視図の分岐アダプター27、即ち、断面が三
角形状で、かつ十文字の梁28を用いれば、4分岐噴霧
の制御も可能で、本発明が2分岐以上の場合にも容易に
適用できる。 (第4実施例)次に、本発明を適用した第4実施例を、
図16に基づいて説明する。
【0032】第1実施例では、噴霧分岐アダプター12
の分岐部に三角柱梁構造を用いたが、図16に示す分岐
アダプター29のように、アダプター29の底部に所定
の拡がりをもつ貫通孔30a,30bを設けてもよい。
この貫通孔30a,30bはドリル等により2方向から
の穴開け加工にて形成されている。 (第5実施例)次に、本発明の第5実施例を、図17,
18に基づいて説明する。
【0033】図17,18は第1実施例の燃料噴射弁1
を1気筒につき2つの吸気弁31,32を有する内燃機
関に装着した例である。そして、噴霧分岐角可変制御に
より、噴霧を2つの吸気弁31,32の内側狙い(図1
7)と外側狙い(図18)に制御している。 (第6実施例)次に、第6実施例を、図19,20に基
づいて説明する。
【0034】図19,20は第1実施例の燃料噴射弁1
を1気筒につき2つの吸気弁31,32を有する内燃機
関に適用した例である。そして、噴霧分岐角可変制御に
より、噴霧を吸気管壁面狙い(図19)と吸気弁狙い
(図20)に制御している。 (第7実施例)次に、第7実施例を、図21,22に基
づいて説明する。
【0035】図21,22は第1実施例の燃料噴射弁1
を1気筒につき2つの吸気弁31,32を有する内燃機
関に適用した例である。そして、噴霧分岐角可変制御に
より、噴霧を片側吸気弁狙い(図21)と両側吸気弁狙
い(図22)に制御している。 (第8実施例)次に、第8実施例を、図23,24に基
づいて説明する。
【0036】図23,24は第2実施例の燃料噴射弁を
1気筒につき2つの吸気弁31,32を有する内燃機関
に適用した例である。そして、噴霧分岐数可変制御によ
り、噴霧を片側吸気弁狙い(図23)と両側吸気弁狙い
(図24)に制御している。 (第9実施例)次に、第9実施例を、図25,26に基
づいて説明する。
【0037】図25,26は第1実施例の燃料噴射弁1
を1気筒につき3つの吸気弁33,34,35を有する
内燃機関に適用した例である。そして、噴霧分岐角可変
制御により、中央吸気弁狙い(図25)と左右吸気弁狙
い(図26)に制御している。 (第10実施例)次に、第10実施例を、図27,28
に基づいて説明する。
【0038】図27,28は第2実施例の燃料噴射弁を
1気筒につき3つの吸気弁33,34,35を有する内
燃機関に適用した例である。そして、噴霧分岐数可変制
御により、中央吸気弁狙い(図27)と左右吸気弁狙い
(図28)に制御している。 (第11実施例)次に、第11実施例を、図29に基づ
いて示す。
【0039】第1実施例の分割通電パターンにおいては
単発通電パターンでの時間Tに対し初期噴射Tiを付加
したが、図29に示すように、単発通電パターンでの時
間Tに非通電期間Toを挿入した分割通電パターンとし
てもよい。
【0040】尚、上記各実施例では、電磁コイル5を用
いた電磁式燃料噴射弁を適用した実施例を説明したが、
弁体が駆動できれば電気歪素子や磁気歪素子等を用いた
噴射弁に本発明を適用してもよい。
【0041】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
容易に燃料噴射弁の噴射飛翔状態を可変制御できる優れ
た効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の全体構成を示す図である。
【図2】燃料噴射弁の先端部分の断面図である。
【図3】分岐アダプターの立体透視図である。
【図4】制御装置を示す図である。
【図5】通電パターンを選択するためのマップを示す図
である。
【図6】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための図
である。
【図7】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための図
である。
【図8】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための図
である。
【図9】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための図
である。
【図10】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための
図である。
【図11】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための
図である。
【図12】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための
図である。
【図13】燃料噴射弁からの噴射状態を説明するための
図である。
【図14】第2実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図15】第3実施例の分岐アダプターの立体透視図で
ある。
【図16】第4実施例の分岐アダプターの立体透視図で
ある。
【図17】第5実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図18】第5実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図19】第6実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図20】第6実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図21】第7実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図22】第7実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図23】第8実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図24】第8実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図25】第9実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図26】第9実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を説
明するための図である。
【図27】第10実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を
説明するための図である。
【図28】第10実施例の燃料噴射弁からの噴射状態を
説明するための図である。
【図29】第11実施例の通電パターンを示す図であ
る。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁 2 記憶手段及び制御手段としての制御装置 7 ピントル型弁体としてのピントル型ニードル 9 ノズルボディ 10 噴射口 12 分岐アダプター 14 衝突部材としての梁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ノズルボディの噴射口から先端が突き出
    たピントル型弁体を有するとともに、前記ピントル型弁
    体の前方において同弁体の開弁動作に伴う噴射口から内
    燃機関に噴射される加圧燃料の噴流を分割するための衝
    突部材を有する燃料噴射弁と、 前記燃料噴射弁のピントル型弁体を所定時間連続して開
    弁する第1の開弁パターンと、前記燃料噴射弁のピント
    ル型弁体を所定時間の開弁中に少なくとも1回の閉弁動
    作を伴う第2の開弁パターンとを記憶した記憶手段と、 内燃機関の運転状態に応じて前記記憶手段の第1の開弁
    パターンと第2の開弁パターンを選択し、その選択した
    開弁パターンにて前記燃料噴射弁のピントル型弁体の開
    弁を制御して噴霧形状を変化させる制御手段とを備えた
    ことを特徴とする燃料噴射装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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