JPH05507979A - Improvements regarding fuel direct injection systems for internal combustion engines - Google Patents
Improvements regarding fuel direct injection systems for internal combustion enginesInfo
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 内燃エンジン用燃料直噴システムに関する改良本発明は、弁制御ポートを通して 燃料を内燃エンジンの燃焼室内に直接噴射するための燃焼噴射システムに関する 。[Detailed description of the invention] Improvements in Direct Fuel Injection Systems for Internal Combustion Engines The present invention provides for direct fuel injection systems for internal combustion engines. Relating to a combustion injection system for injecting fuel directly into the combustion chamber of an internal combustion engine .
ノズルから燃焼室内に噴出される燃料液滴のスプレーの性質は、燃料の燃焼効率 に大きな影響を与え、燃料の燃焼効率に対するこの影響は、エンジンの作動の安 定性、エンジンの燃料効率及びエンジンの排気ガスに影響を及ぼす。これらの効 果を特に火花点火式エンジンで最適にするため、ノズルから噴出される燃料のス プレーパターンの所望の性質には、燃料液滴の大きさが小さいこと、燃料スプレ ーが燃焼室内へ制御された状態で透過すること、及びエンジンが少なくとも低負 荷状態にある場合に燃料蒸気の点火可能な雲がスパークプラグの近傍に比較的に 包含されていることが含まれる。The properties of the spray of fuel droplets ejected from the nozzle into the combustion chamber determine the combustion efficiency of the fuel. This effect on fuel combustion efficiency makes engine operation safer. quality, engine fuel efficiency and engine exhaust emissions. These effects To optimize performance, especially in spark-ignited engines, the spark of fuel ejected from the nozzle is Desired properties of the play pattern include small fuel droplet size, fuel spray controlled permeation into the combustion chamber and that the engine When the spark plug is under load, an ignitable cloud of fuel vapor is relatively close to the spark plug. Contained is included.
燃料をエンジンの燃焼室内に直接送出するのに使用される幾つかの周知の噴射ノ ズルはポペット弁型であり、通常、燃料はこのポペット弁から円錐形のスプレー の形態で噴出され、この場合、燃料液滴はポペ・ソト弁の周縁から延びる全体に 連続した円錐形の壁を形成する。Several well-known injection nozzles used to deliver fuel directly into the combustion chamber of an engine The drain is a poppet valve type, and the fuel is normally passed through the poppet valve into a conical spray. In this case, the fuel droplets are ejected over the entire area extending from the periphery of the Pope-Soto valve. Forms a continuous conical wall.
燃料スプレーの形状の性質は、ノズルを構成するポート及び弁の外形、特に、ノ ズルを閉じたときにポートと弁とが係合してシールする弁座のすぐ下流のボート 及び弁の表面の形状を含む多くのファクタに応じて決まる。The nature of the shape of the fuel spray depends on the external shape of the ports and valves that make up the nozzle, especially the nozzle. A boat immediately downstream of the valve seat where the port and valve engage and seal when the valve is closed. and the shape of the valve surface.
ノズルの外形を必要なスプレーパターンを与えるように選択すると、この外形か らの比較的些細な逸脱がエンジンの性能を損なってしまう。特に、燃料が流れる 表面上の固体燃焼生成物の堆積は、所望のスプレーパターン及びノズルの正しい 性能に対して有害である。Once the nozzle profile is selected to give the desired spray pattern, this profile Relatively small deviations from these can impair engine performance. Especially when fuel flows Deposition of solid combustion products on surfaces is determined by the desired spray pattern and correct nozzle Detrimental to performance.
堆積が生じた場合には、燃料が表面上を流れるノズルの表面の周部の周りの性質 が通常は均等でなくなり、かくして燃料スプレーの対称性をひどく損なってしま う。If deposits occur, the nature around the periphery of the nozzle surface over which the fuel flows is usually no longer uniform, thus severely disrupting the symmetry of the fuel spray. cormorant.
ノズルの関連した表面が、カーボンのような汚染物の堆積を燃焼させて除去する のに十分な温度状態に曝されている場合には、噴射ノズルの表面上に堆積したカ ーボン堆積物等を除去できる、又はその形成を制御できるということが知られて いる。しかしながら、水又は空気で頻繁に冷却される燃焼室の隣接した壁の冷却 効果、及びノズルを通して送出された燃料の冷却効果のため、通常の作動状態で は、ノズルの関連した表面は、ノズルの表面上に堆積することのある汚染物の除 去を行うのに十分高い温度に到達しない。Associated surfaces of the nozzle burn away deposits of contaminants such as carbon If the injection nozzle is exposed to temperature conditions sufficient to It is known that carbon deposits can be removed or their formation can be controlled. There is. However, the cooling of the adjacent walls of the combustion chamber, which is frequently cooled with water or air, under normal operating conditions due to the cooling effect and the cooling effect of the fuel delivered through the nozzle. The relevant surfaces of the nozzle are free of contaminants that may be deposited on the nozzle surface. does not reach a high enough temperature to perform the removal.
以前には、汚染物が堆積することのある関連した表面の温度を高める努力で、ノ ズルの送出領域をこの領域からの熱流路を制限するように構成することが提案さ れた。Previously, efforts have been made to increase the temperature of associated surfaces on which contaminants can deposit. It is proposed to configure the delivery area of the drain in such a way as to restrict the heat flow path from this area. It was.
このようなノズル構造の代表的な例は、米国特許第４，８１７．８７３号に開示 されている。これらの提案は、程度の差はあれ成功を収めたが、関連した領域が 汚染物の除去を行うのに必要な高温に長時間に亘って維持されるため、ノズルの 有効寿命を非常に短くしてしまうという大きな問題があった。A typical example of such a nozzle structure is disclosed in U.S. Pat. No. 4,817.873. has been done. These proposals have met with varying degrees of success, but the related areas Because the high temperatures required to remove contaminants are maintained for long periods of time, the nozzle A major problem was that the effective lifespan was extremely shortened.
米国特許第４，３９５，０２５号には、機械作動式噴射器ノズルを繰り返し開閉 することによって燃焼室への燃料の送出を行う直噴式内燃エンジンが開示されて いる。燃料の送出は、燃焼室からの燃焼ガスの高圧供給によって行われる。燃焼 ガスは、燃焼室内への燃料の噴射の完了後、噴射器ノズルを長時間に亘って開状 態に維持することによって、噴射器本体の燃料室内に送出される。噴射器ノズル の最初の開放の際、燃料室内のガスの圧力は、気化した燃料を燃料室から燃焼室 内へ送出するのに十分、燃焼室内の圧縮圧力よりも高い。次いで、燃料の点火及 び燃焼が開始され、噴射器ノズルは燃焼期間中まで開状態に維持され、その結果 、燃焼によって生じる高温高圧のガスが燃料室に流入し、次いで、噴射器ノズル の閉鎖時にこの燃料室内に捕捉される。捕捉された高温のガスの圧力は、エンジ ンの次のサイクル中に燃料の噴射を行うのに十分であり、次のサイクルでは、圧 縮行程で燃焼室内の圧力か燃料室内に捕捉されたガスの圧力以下になった時点で 、このような噴射が起こる。U.S. Pat. No. 4,395,025 discloses a mechanically actuated injector nozzle that is repeatedly opened and closed. A direct injection internal combustion engine is disclosed that delivers fuel to a combustion chamber by There is. Fuel delivery is performed by high pressure supply of combustion gases from the combustion chamber. combustion The gas is released by keeping the injector nozzle open for an extended period of time after the injection of fuel into the combustion chamber is complete. By maintaining this condition, the fuel is delivered into the fuel chamber of the injector body. injector nozzle During the first opening of higher than the compression pressure within the combustion chamber. Then, the fuel is ignited and combustion begins and the injector nozzle remains open for the duration of the combustion period, resulting in , the high-temperature, high-pressure gases produced by combustion flow into the fuel chamber and then into the injector nozzle. is trapped in this fuel chamber when the fuel cell is closed. The pressure of the trapped hot gas is is sufficient to inject fuel during the next cycle of the engine, and in the next cycle the pressure When the pressure in the combustion chamber or the pressure of the gas trapped in the fuel chamber falls below the pressure in the contraction stroke, , such an injection occurs.
二の提案では、高温高圧の燃焼ガスの所定の供給量がエンジンの各サイクルで燃 料室に送出され、燃料は常に開放した計量オリフィスを通って噴射器室内に常に 送出される。燃料の計量は一定の大きさを持つオリフィスによって行われ、可変 圧力ポンプが燃料をこのオリフィスに供給する。In the second proposal, a predetermined supply of high-temperature, high-pressure combustion gas is burned during each cycle of the engine. The fuel is delivered to the injector chamber through the always open metering orifice. Sent out. Fuel metering is done by an orifice of fixed size and variable A pressure pump supplies fuel to this orifice.
米国特許第４．３５９，０２５号の提案は、ノズルに送出される燃料のスプレー パターンに悪影響を与える噴射器ノズルに付着物が堆積するという問題を取り扱 っておらず、主に燃料を高温のガスと混合して、ノズルを通して燃料を燃焼室に 送出する前に燃料の気化を行うことに向けられているということは理解されよう 。この開示には、ノズルに固形の汚染物が堆積することにより生じる問題点やこ の問題点に対する解決策は論じられていない。経験に鑑みると、未燃焼燃料を含 む燃焼生成物が存在することによって生ぜしめられる燃料室内の高温状態は、固 形及び／又は粘結質の付着物を生じさせ、これらの付着物は噴射器の作動を大き く損なう。特に、粘結質の付着物は、ピストンが噴射器ノズルの閉鎖を行うよう に作動する主圧力室に生じる。これはピストンの粘着をもたらし、従って噴射器 ノズルの閉鎖を潜在的に有効でなくしてしまう。更に、燃料計量オリフィス及び このオリフィスに続く通路に付着物が堆積すると信じられている。これは、燃料 計量システムに悪影響を及ぼす。The proposal of U.S. Pat. No. 4,359,025 is that a spray of fuel is delivered to a nozzle. Addresses the issue of deposits building up on the injector nozzle, which negatively affects the pattern. Rather than mixing fuel with hot gas, the fuel is passed through a nozzle into the combustion chamber. It will be appreciated that it is intended to vaporize the fuel before delivery. . This disclosure describes the problems and problems caused by solid contaminant build-up on the nozzle. Solutions to these problems are not discussed. Experience shows that The high temperature conditions in the fuel chamber caused by the presence of combustion products form and/or cohesive deposits, and these deposits can greatly impede the operation of the injector. damage. In particular, cohesive deposits may cause the piston to close the injector nozzle. occurs in the main pressure chamber that operates. This results in sticking of the piston and therefore the injector making nozzle closure potentially ineffective. Additionally, a fuel metering orifice and It is believed that fouling builds up in the passageway leading to this orifice. This is fuel Adversely affects the weighing system.
従って、本発明の目的は、噴射器ノズルを通ってエンジンに送出される燃料のス プレーパターンに影響を与える、これらの領域での汚染物の堆積を制御するよう に、内燃エンジンの燃料直噴システムを作動する方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to to control contaminant build-up in these areas, which affects play patterns. An object of the present invention is to provide a method for operating a direct fuel injection system for an internal combustion engine.
この目的に関しては、選択的に開放可能なノズル手段を通して燃料がエンジンの 燃焼室内に周期的に直接噴射される、内燃エンジンの燃料噴射システムを作動す る方法が提供される。この方法には、燃料がノズル手段に又はノズル手段を通し て供給されていない状態でノズル手段を周期的に開状態に維持するようにノズル 手段の作動を制御することが含まれ、少なくとも一サイクルの一部に亘って、燃 焼室内のガスが所定の温度及び圧力にあるとき、燃焼室からのガスが開放したノ ズル手段内に通過して、ノズル手段上に付着した汚染物を燃焼するのに十分高い 温度までノズル手段を加熱するように制御することが含まれる。For this purpose, fuel is supplied to the engine through selectively openable nozzle means. Operates the fuel injection system of an internal combustion engine, which periodically injects directly into the combustion chamber. A method is provided. This method includes the step of supplying fuel to or through the nozzle means. the nozzle so as to periodically maintain the nozzle means open when not being supplied with the nozzle. controlling the operation of the means, and for at least a portion of one cycle, the combustion When the gas in the combustion chamber is at the specified temperature and pressure, the gas from the combustion chamber is released into the open nozzle. high enough to pass into the nozzle means and burn off contaminants deposited on the nozzle means and controlling the heating of the nozzle means to a temperature.
通常は、噴射ノズルの表面上のカーボン又は他の汚染物の付着物は、約４００℃ 以上の温度で燃え尽きるが、汚染物を除去するのに必要な実際の温度は、組成物 を含む汚染物の性質及び物理的形状に左右される。粘結質の付着物及び微細な粒 子は硬質の圧縮された粒子に比べて低温で点火される。汚染物の性質の一部は、 連続したノズル清掃作業間のエンジンの作動期間の長さに関連している。Typically, deposits of carbon or other contaminants on the surface of the injection nozzle are heated to about 400°C. The actual temperature required to remove contaminants is depends on the nature and physical form of the contaminant, including the Cacolate deposits and fine particles The particles are ignited at a lower temperature than the hard compacted particles. Some of the properties of pollutants are It is related to the length of the engine operating period between successive nozzle cleaning operations.
更に、ノズルの関連した表面が、ノズルの構成部品を構成する材料の物理的性質 に悪影響を与えるような温度まで加熱されないように注意を払わねばならない。Additionally, the relevant surfaces of the nozzle may be affected by the physical properties of the materials making up the components of the nozzle. Care must be taken to ensure that the material is not heated to a temperature that would have an adverse effect on the material.
通常、このようなノズルの構成部品は、熱処理を加えたステンレス鋼から製造さ れ、これらの構成部品がステンレス鋼、特に、ノズルの弁及び弁座を構成する表 面上を焼戻したり軟化したりする温度まで加熱されないように注意を払わねばな らない。Typically, the components of such nozzles are manufactured from heat-treated stainless steel. These components are made of stainless steel, especially the surfaces that make up the valve and valve seat of the nozzle. Care must be taken to ensure that the surface is not heated to temperatures that will temper or soften it. No.
通常、約４５０℃乃至７００℃、好ましくは５００℃乃至６００℃の燃焼ガスで ノズル手段の有効な清掃を行うことができる。Normally, the combustion gas temperature is about 450°C to 700°C, preferably 500°C to 600°C. Effective cleaning of the nozzle means can be carried out.
便利には、ノズル手段は、複数のエンジンサイクル、好ましくは連続したエンジ ンサイクルの各々で所定の期間に亘って開状態に維持される。好ましくは、ノズ ル手段は、エンジンが通常の作動の選択された領域、好ましくは、エンジンの負 荷や速度に実質的な変化を生じることのない、特に負荷を増加することのない定 常状態の作動領域で作動しているときに開状態に維持される。Conveniently, the nozzle means can be used for multiple engine cycles, preferably consecutive engine cycles. It remains open for a predetermined period of time during each open cycle. Preferably the nozzle The control means is configured to operate the engine in a selected region of normal operation, preferably in a negative constant without any substantial change in load or speed, especially without increasing the load. It remains open when operating in the normal operating region.
清掃はエンジンが過作動状態で作動しているときに行われるのがよい。Cleaning is best carried out when the engine is running in overdrive.
ガスの最大圧縮圧力による燃焼室内のガスの温度は、燃料の燃焼が行われていな い場合でも、ノズルが開放状特表千５−５０７９７９ （４） 態にあるときにガスに直接曝されるノズルの表面上の汚染物の温度を上昇させて これらの汚染物を燃焼によって除去するのに十分高いのがよい。しかしながら、 これはエンジンの圧縮比に左右され、この圧縮比は、燃焼室ガスを約４５０℃以 上の温度まで上昇するのに十分高い。The temperature of the gas in the combustion chamber due to the maximum compression pressure of the gas is the same as when no fuel is being combusted. Even if the nozzle is open, by increasing the temperature of contaminants on the surface of the nozzle that are directly exposed to the gas when It should be high enough to remove these contaminants by combustion. however, This depends on the engine's compression ratio, which allows combustion chamber gases to rise above approximately 450°C. high enough to rise to the temperature above.
好ましくは、通常の噴射期間の開始のタイミングは変えられないままであり、燃 料は通常の方法で噴射される。Preferably, the timing of the start of the normal injection period remains unchanged and the combustion The material is injected in the usual manner.
しかしながら、噴射器ノズルの開放期間は、圧縮サイクルで高温のガスをノズル 内に送出するのに適当な時間を含むように延長される。However, the opening period of the injector nozzle is limited to the time when the hot gas is nozzled in the compression cycle. be extended to include a suitable time for sending within.
燃料噴射システムの制御の一態様では、噴射器ノズルの開放期間のタイミングは 、圧縮されたガスの温度が汚染物の付着物を燃やし尽くすのに十分高い燃焼行程 に後らせるように調節される。In one aspect of control of a fuel injection system, the timing of the opening period of the injector nozzle is , a combustion process in which the temperature of the compressed gas is high enough to burn out contaminant deposits It is adjusted so that it falls behind.
多気筒エンジンでは、夫々の気筒の噴射器ノズルに別々の時期に清掃を行うのが よく、詳細に述べると、清掃が行われる一方でエンジンが負荷の加わった状態で 作動している。In multi-cylinder engines, it is best to clean the injector nozzles of each cylinder at different times. Often, in detail, the engine is under load while cleaning is being carried out. It's working.
清掃作業を行う頻度は、通常は燃料噴射システムの作動を制御する電子式制御ユ ニットにプログラムでき、その結果、ノズル清掃作業は一定の時間間隔を基にし て、又は選択した数のエンジンサイクルの完了を基にして行われる。更に、電子 式制御ユニットは、清掃作業が、設定した時間又はサイクルの数の完了時に直ち に開始されるのでなく、エンジンがこのような時間間隔又はサイクル数の完了後 の特定の作動状態にあるときに行われるようににプログラムしてもよい。時間間 隔又はサイクルの数の各々は、エンジンの回転数を基におおまかに決定すること かできる。The frequency of cleaning operations is usually determined by the electronic control unit that controls the operation of the fuel injection system. can be programmed so that the nozzle cleaning operation is based on fixed time intervals. or based on the completion of a selected number of engine cycles. Furthermore, electronic The control unit automatically starts the cleaning operation immediately upon completion of the set time or number of cycles. after the engine has completed such a time interval or number of cycles, rather than being started at may be programmed to occur when in a particular operating state. between hours Each interval or number of cycles should be roughly determined based on the engine speed. I can do it.
車輌の内燃エンジンに適用された本発明の一実施例では、車輌の走行距Ａｔ１５ ００１ｖ毎に清掃作業を行うべきことを提案している。この距離を走行したこと はエンジンの冷えた状態からの始動の回数を数えることによって概算することが できる。統計上、通常は、乗用車は、冷えた状態からの始動毎に約１０１ｖ走行 し、かくして、冷えた状態からのエンジンの始動を１５０回行うと車輌は約１５ ００１ｖ走行したことになる。燃料噴射システムを制御する電子式制御ユニット は、エンジンの冷えた状態からの始動の回数を計数し、１５０回の始動毎にノズ ル清掃作業を開始するように容易にプログラムできる。In one embodiment of the present invention applied to a vehicle internal combustion engine, the vehicle mileage At15 It is proposed that cleaning work should be carried out every 001v. traveled this distance can be estimated by counting the number of times the engine is started from a cold state. can. Statistically, a passenger car normally runs about 101V every time it is started from a cold state. Thus, if you start the engine from a cold state 150 times, the vehicle will lose about 15 This means that you have traveled 001v. Electronic control unit that controls the fuel injection system The system counts the number of starts of the engine from a cold state and starts the nozzle every 150 times. can be easily programmed to start cleaning tasks.
更に、自動車の用途では、清掃サイクルは、選択した負荷速度、例えば時速９０ １ｖ乃至９５ｋｍで巡行しているときのようにエンジンが定常状態で作動してい るときに行うのがよい。かくして、電子式制御ユニットは、冷えた状態からの始 動が１５０回行われたことを決定し、車輌が巡行していることを示す負荷範囲内 で且つ時速９０ｋｌ乃至９５ｋｍの速度範囲内でエンジンが作動している（これ は電子式制御ユニットへの通常の入力から決定できる）場合に、噴射器ノズルの 作動を行う。更に、エンジンか冷えている場合、即ち始動後僅かしか経っていな い場合にはノズル清掃作業を開始しないのが好ましく、かくして、電子式制御ユ ニットは、エンジンが所定温度以上で作動しているときにだけノズル清掃作業を 行うようにプログラムされている。Additionally, in automotive applications, the cleaning cycle may be performed at a selected load rate, e.g. The engine is operating in a steady state, such as when cruising at 1V to 95km. It is best to do this when you are ready. Thus, the electronic control unit can start from a cold state. within the load range, indicating that the vehicle is cruising. and the engine is operating within the speed range of 90kl to 95km/h (this of the injector nozzle (can be determined from normal inputs to the electronic control unit). perform the operation. Furthermore, if the engine is cold, i.e. has only been started for a short time, It is preferable not to start the nozzle cleaning operation unless the electronic control unit Nit performs nozzle cleaning work only when the engine is operating above a specified temperature. programmed to do so.
上述の状態を基に清掃作業を行う場合には、清掃作業をエンジンの３００回乃至 ５００の連続したサイクルについて、エンジンが約毎分２０００回転で作動して いる状態で、１０ミリ秒乃至１５ミリ秒程度の、清掃作業中の噴射器ノズルの各 開放期間に亘って行うことができれば、噴射器ノズルが有効に清掃されるという ことがわかった。When performing cleaning work based on the above conditions, the cleaning work should be performed on the engine 300 times or more. For 500 consecutive cycles, the engine runs at approximately 2000 revolutions per minute. the injector nozzle during cleaning for approximately 10 to 15 milliseconds. If this can be done over an open period, the injector nozzle will be effectively cleaned. I understand.
本発明は、添付図面に示す内燃エンジン用燃料計量システムの一つの実際の構成 の以下の説明から更によく理解されるであろう。The present invention describes one practical configuration of a fuel metering system for an internal combustion engine as shown in the accompanying drawings. will be better understood from the following description of.
第１図は、燃料直噴式エンジンの概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a direct fuel injection engine.
第２図は、第１図に示すシステムで使用される計量−噴射ユニットの代表的な形 態の断面図である。Figure 2 shows a typical form of metering-injection unit used in the system shown in Figure 1. FIG.
さて、第１図を参照すると、エンジン７０は、吸気システム７１、点火システム ７２、燃料ポンプ７３、燃料タンク７４を有する任意の従来型のエンジンでよい 。このエンジンは始動スイッチ７８を作動するとノくツテリー７６で賦勢される 電動始動モータ７５を更に有する。空気圧縮機７７はエンジンのクランクシャフ トのプーリ８０からベルト７９で駆動される。Now, referring to FIG. 1, the engine 70 includes an intake system 71, an ignition system 72, a fuel pump 73, and a fuel tank 74. . This engine is energized by the power supply 76 when the start switch 78 is activated. It further includes an electric starting motor 75. The air compressor 77 is the crankshaft of the engine. It is driven by a belt 79 from a pulley 80 at the top.
エンジン７０のシリンダヘッド９０には燃料計量−噴射ユニット８１が取付けら れている。このユニットは多気筒エンジンの各気筒毎に一つづつ設けられている 。計量−噴射ユニット８１は、燃料ポンプ７３から導管８２を介して燃料を受け 取り、導管８３を介して圧縮機７７がら空気を受け取る。導管８３には空気圧調 整器８４が設けられ、この導管は、空気を受け取るため、エンジンの各気筒の計 量−噴射ユニット８１の各々が連結された空気マニホールド８５に空気を送出す る。A fuel metering and injection unit 81 is attached to the cylinder head 90 of the engine 70. It is. This unit is installed one for each cylinder of a multi-cylinder engine. . The metering-injection unit 81 receives fuel from the fuel pump 73 via a conduit 82. and receives air from compressor 77 via conduit 83. The conduit 83 has air pressure control. A conditioner 84 is provided and this conduit is connected to each cylinder of the engine for receiving air. Volume - Each of the injection units 81 delivers air to the connected air manifold 85 Ru.
電子式制御ユニット８６は、信号を、位置センサ８７からリード線９３を通して クランクシャフトの速度についての信号を受け取り、吸気システム７１内に配置 された空気流センサ８８からリード線９６を通して信号を受け取り、及びエンジ ン温度センサ８４からリード線９４を通して周囲温度（図示せず）についての信 号を受け取る。電子式制御ユニット８６は、全ての人力信号から、エンジンの気 筒°の各々に夫々の気筒の各サイクルに合わせて送出される必要のある燃料の量 を決定するようにプログラムされている。この一般的な種類の電子式制御ユニッ ト及びそのプログラムは電子制御式燃料噴射システムの分野で周知であり、ここ にはこれ以上詳細には記載しない。Electronic control unit 86 transmits a signal from position sensor 87 through lead wire 93. receives a signal about the speed of the crankshaft and places it in the intake system 71 receives a signal through a lead 96 from an airflow sensor 88 that is A signal about the ambient temperature (not shown) is received from the ambient temperature sensor 84 through a lead 94. receive the issue. The electronic control unit 86 determines the engine temperature from all human input signals. The amount of fuel that needs to be delivered to each of the cylinders for each cylinder cycle. programmed to determine. This common type of electronic control unit and its program are well known in the field of electronically controlled fuel injection systems, and are hereby incorporated by reference. will not be described in further detail.
第２図に示す燃料計量−噴射ユニット８１は、自動式スロットル本体噴射器のよ うな適当な燃料計量装置１３０を有し、この燃料計量装置は、燃料室１３２を内 部に有する噴射器本体１３１に連結されている。燃料は、燃料ポンプ ７３から 燃料入口ポート１３３を通って計量装置１３０に送出され、この計量装置１３０ は、エンジンの燃料要求に従って燃料室１３２に供給された燃料の量をエンジン のサイクル毎に計量する。計量装置に供給された過剰の燃料は、燃料戻しポート １３４を介して燃料タンク ７４に戻される。燃料計量装置１３０の特定の構造 は本発明には重要でなく、任意の適当な手段を使用するのがよい。The fuel metering and injection unit 81 shown in FIG. 2 is similar to an automatic throttle body injector. The fuel metering device includes a suitable fuel metering device 130, which includes a fuel chamber 132. The injector body 131 is connected to the injector main body 131 having a section. Fuel comes from fuel pump 73 Fuel is delivered through the inlet port 133 to the metering device 130 . determines the amount of fuel supplied to the fuel chamber 132 according to the engine's fuel demand. Weigh every cycle. Excess fuel supplied to the metering device is removed from the fuel return port. 134 and is returned to the fuel tank 74. Specific structure of fuel metering device 130 is not critical to the invention, and any suitable means may be used.
噴射器ノズル１４２の弁１４３は、燃料室１３２を通過する弁ステム１４４を介 して、噴射器本体１３１内に配置されたソレノイド１４７の電機子１４１に連結 されている。弁１４３はディスクばね１４０によって閉位置に賦勢されており、 ソレノイド１４７を賦勢することによって開放される。弁１４３は第２図に開位 置で示しである。ソレノイド１４７の賦勢は、燃料室１３２がらエンジン７０の 気筒への燃料の送出を行うように、エンジンのサイクルに合わせた時間関係で電 子式制御ユニット８６によってリード線９５を介して制御される。The valve 143 of the injector nozzle 142 is connected via a valve stem 144 that passes through the fuel chamber 132. and is connected to the armature 141 of a solenoid 147 disposed within the injector body 131. has been done. Valve 143 is biased to the closed position by disk spring 140; It is opened by energizing solenoid 147. Valve 143 is in the open position as shown in Figure 2. The location is shown below. The activation of the solenoid 147 is determined by the activation of the engine 70 from the fuel chamber 132. Electricity is delivered at times that match the engine cycle to deliver fuel to the cylinders. It is controlled by a slave control unit 86 via a lead wire 95.
これに対し、燃料室１３２は空気入口ポート１４５を、介して空気マニホールド ８５と連通し、かくして、通常の作動か維持されている状態では、はぼ定常圧力 の空気が供給される。ソレノイド１４７を賦勢すると、弁１４３が下方に変位し てノズル１４２を開き、その結果、燃料室１３２内に保持された計量された量の 燃料が燃料室１３２からノズル１４２を通ってエンジンの気筒の燃焼室９１内に 高圧空気で搬送される。In contrast, the fuel chamber 132 is connected to the air manifold via an air inlet port 145. 85 and thus, under normal operating or maintained conditions, is at almost steady pressure. of air is supplied. When solenoid 147 is activated, valve 143 is displaced downward. to open the nozzle 142, thereby releasing the metered amount held within the fuel chamber 132. Fuel flows from the fuel chamber 132 through the nozzle 142 into the combustion chamber 91 of the engine cylinder. Conveyed with high pressure air.
第２図に参照番号１３２か附しであるような燃料室を有する燃料計量−噴射シス テムの作動の詳細は、米国特許第４．６９３．２２４号に開示されている。参考 のため、これを本願に組み込む。A fuel metering-injection system having a fuel chamber such as that designated by reference numeral 132 in FIG. Details of the system's operation are disclosed in U.S. Pat. No. 4,693,224. reference Therefore, this is incorporated into this application.
以上の記載から、ノズル１４２はエンジンのシリンダヘッド９０内に配置され、 エンジンの気筒内に構成された燃焼室９１と連通しているということは理解され よう。From the above description, the nozzle 142 is located within the cylinder head 90 of the engine, It is understood that it communicates with the combustion chamber 91 configured within the cylinder of the engine. Good morning.
上述のように、ノズル１４２か開放しており、空気入口ポート１４５を介して利 用できる空気の供給が燃焼室９１内の圧力以上である場合には、燃料を同伴した 空気が燃料室１３２からノズル１４２を通ってエンジンの燃焼室９１に流入する 。As mentioned above, nozzle 142 is open and available through air inlet port 145. If the available air supply is equal to or higher than the pressure in the combustion chamber 91, the entrained air Air enters the combustion chamber 91 of the engine from the fuel chamber 132 through the nozzle 142. .
通常の作動状態では、燃焼室内への燃料の噴射は、燃料の燃焼を維持するのに必 要な空気が通過するエンジンの入口ボートの閉鎖前又は閉鎖の少し後に行われる 。通常は、燃焼室内への燃料の噴射は、ピストンが圧縮サイクルで上死位置の４ ５″前に至る前に完了する。圧縮行程のこの位置では圧縮圧力が比較的低いため 、空気ボート１４５を介して供給された空気の圧力は、燃焼室９１内の圧縮圧力 よりも、燃料の燃焼室内への送出を行うのに十分高い。通常は、空気ボートへの 空気供給の圧力は４００ ｋＰａ乃至５００ ｋＰａ程度であり、燃料を噴射す るためノズル１４２を開放した際の燃焼室内の圧縮圧力は、通常は、１００ ｋ Ｐａ程度である。燃焼室内での最大圧縮圧力は燃焼が行われていない状態で８０ ０ ｋＰａ程度である。Under normal operating conditions, injection of fuel into the combustion chamber is necessary to maintain combustion of the fuel. This is done before or shortly after the closure of the engine inlet boat through which the necessary air passes. . Normally, fuel is injected into the combustion chamber when the piston is in the top dead position during the compression cycle. Completed before reaching 5". Because the compression pressure is relatively low at this point in the compression stroke. , the pressure of the air supplied via the air boat 145 is the compression pressure in the combustion chamber 91. is high enough to provide fuel delivery into the combustion chamber. Usually to air boat The pressure of the air supply is about 400 kPa to 500 kPa, and the pressure of the air supply is about 400 kPa to 500 kPa. The compression pressure inside the combustion chamber when the nozzle 142 is opened is normally 100 k It is about Pa. The maximum compression pressure in the combustion chamber is 80% when no combustion is taking place. It is about 0 kPa.
電子式制御ユニット８６は、エンジンの始動スイッチ７８を作動して始動モータ ７５を賦勢したとき、このスイッチ７８から信号を受け取るようにプログラムさ れ、そのため、エンジンの始動数の逓増総計を記憶することかできる。更に電子 式制御ユニット８６はエンジンの温度センサ７２から情報を受け取り、エンジン 温度が予め選択した値以下の状態で行われるエンジンの始動数の逓増総計を保持 するようにプログラムされている。前記予め選択した値は、例えば、エンジンが 冷えた状態から始動されたことを示すものとして選択される。電子式制御ユニッ トはこれらの入力に基づいて、エンジンの冷えた状態からの始動数の走行総計を 保持することができる。The electronic control unit 86 operates the engine start switch 78 to start the starting motor. It is programmed to receive a signal from this switch 78 when switch 75 is activated. Therefore, the incremental total number of engine starts can be stored. more electronic The equation control unit 86 receives information from the engine temperature sensor 72 and Keeps an incremental count of the number of engine starts that occur when the temperature is below a preselected value is programmed to do so. The preselected value may be, for example, when the engine Selected to indicate that the engine has been started from a cold state. electronic control unit Based on these inputs, the engine calculates the total number of cold engine starts. can be retained.
更に、電子式制御ユニット８６は、冷えた状態からの始動数が１５０回に至った とき、或いは、車輌が、統計平均上、特定期間に亘って作動した、又は自動車の 場合に車輛が特定距離移動したことを示す他の適切に選択された数値に至ったか どうかを決定するようにプログラムされている。この時間又は距離は、噴射器ノ ズルの連続した清掃作業間の適切な間隔として予め選択しである。Furthermore, the electronic control unit 86 has been started 150 times from a cold state. or when the vehicle was operated over a specified period of time on a statistical average. other suitably selected numerical value indicating that the vehicle has traveled a certain distance. It is programmed to decide whether This time or distance is The spacing between successive cleaning operations is preselected as appropriate.
かくして、電子式制御ユニットは、エンジンの作動寿命において、噴射器ノズル を清掃すべきときに至ったことを決定した。次に、電子式制御ユニットは、エン ジンの作動状態がノズルの清掃作業を行うのに適したとき、決定を下さねばなら ない。すなわち、エンジンが十分に暖機されているか、ノズル清掃作業がエンジ ンの作動に大きな悪影響を与えない場合にエンジンか適切な速度及び／又は負荷 で作動しているかに決定を下さねばならない。この目的のため、電子式制御ユニ ットは、エンジン温度が所定値以上であり、エンジン速度が所定の速度範囲内で 定常状態にある場合にだけノズル清掃作業を開始するようにプログラムされてい る。Thus, the electronic control unit controls the injector nozzle during the engine's operating life. decided it was time to clean it. The electronic control unit then A decision must be made when the operating conditions of the jet are suitable for carrying out the nozzle cleaning operation. do not have. In other words, make sure that the engine has warmed up sufficiently, or that the nozzle cleaning work If the engine is running at an appropriate speed and/or load without significantly adversely affecting its operation, A decision must be made as to whether the system is operating properly. For this purpose, an electronic control unit The cut is when the engine temperature is above the specified value and the engine speed is within the specified speed range. It is programmed to start the nozzle cleaning operation only when steady state conditions exist. Ru.
電子式制御ユニットは、噴射器ノズル清掃作業が必要であり、作動状態が適当で あると決定したとき、噴射器ノズル１４２の開放期間の開始及び終了のタイミン グを高圧縮圧力で高温のエンジンサイクルの領域内まで延長するように設定し、 噴射器ノズル１４２の開放期間に亘って噴射器への燃料の供給を遮断する。The electronic control unit requires cleaning of the injector nozzle and is not in proper operating condition. The timing of the start and end of the opening period of the injector nozzle 142 when determined to be set to extend into the region of high compression pressure and high temperature engine cycles, The supply of fuel to the injector is cut off during the period when the injector nozzle 142 is open.
圧縮空気の温度が、多数のエンジンサイクルに亘って、噴射器ノズルの弁１４３ の弁座及びノズル１４２の隣接した領域の温度を点火及び燃焼によるカーボンの ような汚染物の表面からの除去を行う温度まで上昇させるような温度である圧縮 行程の部分中、燃焼室９１からノズル１４２内へ空気か流される。As the temperature of the compressed air increases over a number of engine cycles, the injector nozzle valve 143 The temperature of the valve seat and the adjacent area of the nozzle 142 is reduced by ignition and combustion of carbon. Compression is such that the temperature is raised to such a temperature that it removes such contaminants from the surface. During that portion of the stroke, air is forced from the combustion chamber 91 into the nozzle 142 .
代表的には、エンジンか通常に作動している場合の、燃料を送出するための噴射 器ノズルの開放期間は、分速２０００回転で４ミリ秒であり、ノズル清掃サイク ル中は、代表的には、１０ミリ秒に延長される。噴射器開放の６０” ＢＴＤＣ 開始では、これによって、エンジンが分速２０００回転で作動しているとき、噴 射器が約３０’ ＡＴＤＣで閉鎖する。各サイクルの噴射器の実際の開放期間が 重要なのでなく、燃焼室内のガスの圧力及び温度が噴射器ノズルに入ってこのノ ズルに付着した汚染物に点火するのに十分であることが重要であるということは 理解されよう。ガスの圧力及び噴射器ノズルの開放の持続時間は、ノズル内への 高温のガスの透過の程度に影響し、従ってノズルの敏感な部材が過剰の熱に露呈 されないようにする開放期間を選択するのが望ましい。Typically, injection to deliver fuel when the engine is operating normally The opening period of the nozzle is 4 milliseconds at 2000 revolutions per minute, and the nozzle cleaning cycle During the process, it is typically extended to 10 milliseconds. 60” BTDC with injector open At start-up, this will cause the injection to start when the engine is running at 2000 revolutions per minute. The gun closes at approximately 30' ATDC. The actual opening period of the injector for each cycle is It is important that the pressure and temperature of the gases in the combustion chamber enter the injector nozzle and It is important that there is enough to ignite the contaminants on the slurry. be understood. The pressure of the gas and the duration of opening of the injector nozzle are determined by the pressure into the nozzle. Affects the degree of transmission of hot gases, thus exposing sensitive parts of the nozzle to excessive heat It is desirable to select an opening period that will prevent
ノズルに堆積したほぼ全ての汚染物を除去するのに十分多数の連続したエンジン サイクルに亘って、同様の工程を続ける。通常３００サイクル乃至５００サイク ルが適当であることがわかった。多気筒エンジンでは、電子式制御ユニットは、 ノズル清掃作業を任意の時点で一つの気筒についてだけ行うようにプログラムさ れている。夫々の気筒のノズル清掃の順序は電子式制御ユニットにプログラムさ れている。Sufficient number of successive engines to remove almost all contaminants deposited on the nozzle Continue the same process throughout the cycle. Usually 300 to 500 cycles was found to be appropriate. In multi-cylinder engines, the electronic control unit Programmed to perform nozzle cleaning on only one cylinder at any given time. It is. The sequence of nozzle cleaning for each cylinder is programmed into the electronic control unit. It is.
本明細書中に開示したノズル清掃作業は、火花点火式エンジン及び圧縮点火式エ ンジン、及び２サイクルエンジン及び４サイクルエンジンを含む全ての形態の燃 料直噴式エンジンに適用できる。更に清掃手順は、液体燃料又はガス燃料を単独 で又はキャリヤガスに同伴して送出する噴射器に適用できる。The nozzle cleaning operations disclosed herein are applicable to spark ignition engines and compression ignition engines. engines, and all forms of fuel including two-stroke and four-stroke engines. Applicable to fuel direct injection engines. Furthermore, the cleaning procedure can be carried out using liquid or gas fuel alone. It can be applied to an injector that is delivered with or accompanied by a carrier gas.
平成 ３ 年 １０月 ２１日October 21, 1991
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