JPH07247941A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置

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JPH07247941A
JPH07247941A JP6041344A JP4134494A JPH07247941A JP H07247941 A JPH07247941 A JP H07247941A JP 6041344 A JP6041344 A JP 6041344A JP 4134494 A JP4134494 A JP 4134494A JP H07247941 A JPH07247941 A JP H07247941A
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passage
air
fuel injection
intake
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Koichi Hoshi
幸一 星
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Toyota Motor Corp
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/08—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by the fuel being carried by compressed air into main stream of combustion-air
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、差圧式のエアアシスト装置を具備
する内燃機関の燃料噴射装置に関し、吸気通路のスロッ
トル弁下流側の圧力の急上昇時に発生するエアアシスト
通路への吸気の逆流及びそれに伴う燃料の流入を低減す
ることを目的とする。 【構成】 吸気通路のスロットル弁９上流側と吸気通路
のスロットル弁下流に配置された燃料噴射弁１１の噴口
近傍とを連通するエアアシスト通路１４，１５と、エア
アシスト通路１４，１５に配置され、アシストエア量を
制御するための制御弁１３と、エアアシスト通路の前記
制御弁下流側１５を大気へ開放する大気開放通路１６
と、大気開放通路１６に配置された閉鎖弁１７と、閉鎖
弁１７を吸気通路のスロットル弁下流側の圧力上昇が所
定値以上となる時に開放させる第一制御手段２０、とを
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に、噴射された燃料
の微粒化を良好にするために燃料噴射弁の噴口近傍にア
シストエアを供給するためのエアアシスト通路が接続さ
れる内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような内燃機関の燃料噴射装置は既
に公知となっており、例えば、特開平４−２９５１７８
号公報には、エアアシスト通路の上流側を制御弁を介し
て吸気通路のスロットル弁上流に接続し、スロットル弁
の上流と下流との間に発生する差圧を利用して、燃料噴
射弁の噴口近傍にアシストエアを供給する差圧式エアア
シスト装置を有する燃料噴射装置が開示されている。こ
の差圧式エアアシスト装置において、アシストエア量は
前述の制御弁により調整され、スロットル弁を介して供
給される吸気と合わせて、各機関運転状態において必要
とされる吸気量が気筒内へ供給されるようになってい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】吸気通路は、機関高負
荷時などの多量の吸気を通過させるために、その断面積
が比較的大きくされる一方で、このようなエアアシスト
通路の特に制御弁下流側は、アシストエアの流速を高め
るために、その断面積は比較的小さなものである。それ
により、機関急加速時のようにスロットル弁開度が急増
すると、吸気通路のスロットル弁下流側の圧力は素早く
上昇して大気圧に近づくが、それに伴い制御弁の開度が
急増されても、エアアシスト通路の制御弁下流側は、し
ばらく負圧のまま維持されるために、その間でスロット
ル弁下流側の吸気通路からエアアシスト通路へ吸気が逆
流し、噴射された燃料の一部は、この逆流する吸気と共
にエアアシスト通路へ流入し、この時の空燃比が所望値
よりリーンとなって出力が低下すると共に三元触媒コン
バータでの排気ガス浄化性能が悪化する。
【０００４】従って、本発明の目的は、差圧式のエアア
シスト装置を具備し、吸気通路のスロットル弁下流側の
圧力の急上昇時に発生するエアアシスト通路への吸気の
逆流及びそれに伴う燃料の流入を低減することができる
内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明による第一の内燃
機関の燃料噴射装置は、吸気通路のスロットル弁上流側
と前記吸気通路のスロットル弁下流に配置された燃料噴
射弁の噴口近傍とを連通するエアアシスト通路と、前記
エアアシスト通路に配置され、アシストエア量を制御す
るための制御弁と、前記エアアシスト通路の前記制御弁
下流側を大気へ開放する大気開放通路と、前記大気開放
通路に配置された閉鎖弁と、前記閉鎖弁を前記吸気通路
のスロットル弁下流側の圧力上昇が所定値以上となる時
に開放させる第一制御手段、とを具備することを特徴と
する。
【０００６】本発明による第二の内燃機関の燃料噴射装
置は、前述の第一の内燃機関の燃料噴射装置において、
さらに、前記閉鎖弁をフューエルカット時に開放させる
第二制御手段を具備することを特徴とする。
【０００７】本発明による第三の内燃機関の燃料噴射装
置は、吸気通路のスロットル弁上流側と前記吸気通路の
スロットル弁下流に配置された燃料噴射弁の噴口近傍と
を連通するエアアシスト通路と、前記エアアシスト通路
に配置され、アシストエア量を制御するための制御弁
と、前記エアアシスト通路の前記制御弁下流側を大気へ
開放する大気開放通路と、前記大気開放通路に配置され
た閉鎖弁と、前記閉鎖弁を前記吸気通路のスロットル弁
下流側の圧力が所定圧力以上となる時に開放させる第三
制御手段、とを具備することを特徴とする。
【０００８】
【作用】前述の第一の内燃機関の燃料噴射装置は、吸気
通路のスロットル弁上流側と吸気通路のスロットル弁下
流に配置された燃料噴射弁の噴口近傍とを連通するエア
アシスト通路と、エアアシスト通路に配置され、アシス
トエア量を制御するための制御弁と、エアアシスト通路
の制御弁下流側を大気へ開放する大気開放通路と、大気
開放通路に配置された閉鎖弁とを有し、第一制御手段
が、閉鎖弁を吸気通路のスロットル弁下流側の圧力上昇
が所定値以上となる時に開放するために、この時にエア
アシスト通路の制御弁下流側の圧力が素早く大気圧に上
昇する。
【０００９】また、前述の第二の内燃機関の燃料噴射装
置は、前述の第一の内燃機関の燃料噴射装置において、
第二制御手段が、閉鎖弁をフューエルカット時に開放さ
せるために、この時にエアアシスト通路の制御弁下流側
の圧力が素早く大気圧に上昇する。
【００１０】また、前述の第三の内燃機関の燃料噴射装
置は、吸気通路のスロットル弁上流側と吸気通路のスロ
ットル弁下流に配置された燃料噴射弁の噴口近傍とを連
通するエアアシスト通路と、エアアシスト通路に配置さ
れ、アシストエア量を制御するための制御弁と、エアア
シスト通路の制御弁下流側を大気へ開放する大気開放通
路と、大気開放通路に配置された閉鎖弁とを有し、第三
制御手段が、閉鎖弁を吸気通路のスロットル弁下流側の
圧力が所定圧力以上となる時に開放するために、この時
にエアアシスト通路の制御弁下流側の圧力が素早く大気
圧に上昇する。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明による第一実施例の燃料噴射
装置が取り付けられた内燃機関の概略断面図である。同
図において、１は燃焼室、２はピストン、３は点火プラ
グである。燃焼室１には、吸気弁４を介して吸気マニホ
ルド５が、また排気弁６を介して排気マニホルド７が通
じている。各気筒毎の吸気マニホルド５は、機関高負荷
時の多量の吸気を通過させるために比較的大きな断面積
を有しており、サージタンク８において合流し、その上
流にはスロットル弁９が配置された各気筒共通の吸気通
路１０が接続されている。各吸気マニホルド５には燃料
噴射弁１１が配置されている。図中１２は、クランクケ
ースからカムカバー内へ導かれるブローバイガスをサー
ジタンクに還元するためのブローバイガス還元装置であ
る。
【００１２】図２は燃料噴射弁１１の断面図である。同
図に示すように、その先端部にはアダプタ５０が取り付
けられている。このアダプタ５０には、燃料噴射弁１１
の二つの噴口からその燃料噴射方向にアダプタ前端面ま
で延在する二つの燃料通路５０ａ，５０ｂと、アダプタ
側面から各燃料通路５０ａ，５０ｂの燃料噴射弁噴口近
傍に連通する少なくとも二つの連通路５０ｃ，５０ｄと
が形成されている。燃料噴射弁１１の取り付け部には、
アダプタ側面回りにエアアシスト室５１が設けられ、そ
こに提供されるアシストエアが、連通路５０ｃ，５０ｄ
を介して各燃料通路５０ａ，５０ｂに供給され、燃料噴
射弁１１により噴射される燃料を良好に微粒化してアダ
プタ前端面より放出するようになっている。
【００１３】図１に戻り、サージタンク８の外側には、
バイパス制御弁１３が配置されている。このバイパス制
御弁１３内は、隔壁に１３ａによって上流側の高圧室１
３ｂと下流側の低圧室１３ｃとに分割され、第１弁体１
３ｄを介して高圧室１３ｂとサージタンク８とが連通さ
れ、第１弁体１３ｄと同一弁軸１３ｅ上に配置された第
２弁体１３ｆを介して高圧室１３ｂと低圧室１３ｃとが
連通されている。１３ｇは、弁軸１３ｅを介して第１弁
体１３ｄ及び第２弁体１３ｆを作動するためのアクチュ
エータである。高圧室１３ｂは第１接続管１４によって
吸気通路１０のスロットル弁９上流側に接続され、低圧
室１３ｃは第２接続管１５によってエアアシスト室５１
に接続されている。
【００１４】また、第２接続管１５には、それを吸気通
路１０のスロットル弁９上流側、すなわち大気へ開放す
るための大気開放通路１６が接続され、この大気開放通
路１６には閉鎖弁１７が配置されている。
【００１５】前述のバイパス制御弁１３における第１弁
体１３ｄ及び第２弁体１３ｆの開度は、それらの形状に
よって弁軸１３ｅの変位量に応じて図３に示すごとく変
化するようになっている。図３において、実線は第２弁
体１３ｆの開度であり、この開度は、弁軸１３ｅが所定
変位量Ａに達する時に全開となり、その間で全閉から直
線的に増加するようになっている。また点線は第１弁体
１３ｄの開度であり、この開度は、弁軸１３ｅが所定変
位量Ａに達するまで全閉のままであり、その後全閉から
全開まで直線的に増加するようになっている。
【００１６】このように構成されたバイパス制御弁１３
は、通常運転時において、第２弁体１３ｆが部分的に開
弁され、従って第１弁体１３ｄは全閉とされ、スロット
ル弁９の上流と下流との間の差圧によって第２接続管１
５を介して燃料噴射弁１１の噴口近傍にアシストエアを
供給し、噴射された燃料の微粒化を促進するようになっ
ている。この第２接続管１５は、それを通るアシストエ
アの流速を早めるために、比較的小さな断面積を有して
いる。また、冷間アイドル運転時において、燃焼を安定
化させ早期暖機を実現するために回転数を高める際に
は、燃料と共に吸気量を温間アイドル運転時に比較し
て、ある程度増量しなければならず、この時には第２弁
体１３ｆが全開されてアシストエア量を増加すると共
に、さらに第１弁体１３ｄも開弁されてスロットル弁９
を迂回する吸気をサージタンク８へ供給するようになっ
ている。
【００１７】２０は、このような一般的なバイパス制御
弁１３の制御を担当すると共に、前述の大気開放通路１
６に配置された閉鎖弁１７の開閉制御を担当する制御装
置であり、機関運転状態を検出するために、吸入空気量
を検出するためのエアフローメータ（図示せず）、機関
回転数を検出するための回転センサ（図示せず）、機関
温度として冷却水温を検出するための冷却水温センサ２
１、スロットル弁９の開度を検出するためのスロットル
弁開度センサ２２、吸気マニホルド５内の圧力を検出す
るための圧力センサ２３等が接続されている。図４は、
この閉鎖弁１７の開閉制御のための第１フローチャート
である。本フローチャートは、例えば、所定クランク角
度毎に実行されるようになっている。
【００１８】まずステップ１０１において、スロットル
弁開度センサ２４によって現在のスロットル弁開度θ１
を検出する。次にステップ１０２において、この値θ１
から前回のスロットル弁開度θ２が減算されてスロット
ル弁開度増加量Δθが算出され、ステップ１０３におい
て、このΔθが所定量Ａ以上であるかどうかが判断され
る。
【００１９】本フローチャートの開始直後は機関アイド
ル時であるために、当初、この判断は否定されてステッ
プ１０４に進み、閉鎖弁１７は閉弁され、ステップ１０
６において今回のスロットル弁開度θ１が次回の処理の
ためにθ２として記憶され終了する。一方機関運転中に
おいて、急加速のためのスロットル弁開度が急増する
と、ステップ１０３における判断が肯定されてステップ
１０５に進み、閉鎖弁１７は開弁される。
【００２０】一般的な差圧式エアアシスト装置を具備す
る燃料噴射装置は、このような大気開放通路１６を有さ
ないために、機関急加速時のようにスロットル弁開度が
急増すると、比較的大きな断面積を有する吸気マニホル
ド５内の圧力は素早く上昇して大気圧に近づく一方で、
比較的小さな断面積を有する第２接続管１５内の圧力
は、スロットル弁開度急増以前の負圧にしばらく維持さ
れる。従って、この時には、吸気マニホルド５から第２
接続管１５内へ吸気が逆流し、それに伴い噴射された燃
料の一部が第２接続管１５内へ流入して必要燃料量が燃
焼室１へ供給されないために、この時の空燃比は所望値
よりリーンとなり、出力が低下すると共に排気マニホル
ド７下流側の三元触媒コンバータ（図示せず）での排気
ガス浄化性能が悪化する。
【００２１】しかし、本実施例の燃料噴射装置は、この
ようにスロットル弁開度が急増する時、閉鎖弁１７が開
弁されて第２接続管１５が大気開放通路１６によって大
気圧に開放されるために、この第２接続管１５内の圧力
も吸気マニホルド５と同様に素早く上昇して大気圧に近
づき、これらの圧力差により発生する第２接続管１５内
への前述の吸気逆流及びそれに伴う燃料の流入は防止さ
れ、出力低下及び排気エミッションの悪化の問題を解決
することができる。
【００２２】従来の構成において、スロットル弁開度が
急増する時、バイパス制御弁１３の特に第２弁体１３ｆ
を急激に全開とすることも考えられるが、前述のような
微調節を可能とするバイパス制御弁１３の駆動装置１３
ｇは、一般的に、弁体の開度を大幅に増減するのに比較
的長い時間を必要とするために、それだけでは依然とし
て前述の問題が発生する。
【００２３】本実施例において、このようなバイパス制
御弁１３の開度制御を追加することで、さらに良好に第
２接続管１５内の圧力を上昇させることができる。さら
に、大気開放通路１６は、第２接続管１５のなるべく下
流側に接続され、比較的大きな断面積を有する方が好ま
しく、大気開放通路１６の閉鎖弁１７は、少なくとも全
閉から全開への優れた応答性を有するものが好ましい。
また、第１フローチャートにおいて、閉鎖弁１７の開閉
制御に、スロットル弁開度増加量を使用したが、もちろ
ん、圧力センサ２３によって直接吸気マニホルド５内の
圧力を検出し、その上昇量Δｐが所定値Ｂ以上となる時
にだけ閉鎖弁１７を開弁するようにしても同様な効果を
得ることができる。
【００２４】図５は、前述の閉鎖弁１７のもう一つの開
閉制御のための第２フローチャートである。第１フロー
チャートとの違いは、フューエルカットの実行を判断す
るステップ２０４が追加され、フューエルカットが実行
されている時にも閉鎖弁１７が開弁されることである。
フューエルカットは、一般的に知られているように、機
関急減速時に燃料節約を目的として燃料噴射を停止する
ものである。
【００２５】機関急減速時を含めスロットル弁開度が小
さい時には、吸気マニホルド５内の圧力はかなり低下し
て大きな負圧が発生する。このような場合には、吸気弁
４の潤滑油がバルブガイドを介して吸気マニホルド５内
に漏れ、燃焼室１内で燃焼して消費されるオイル下がり
が顕著になる。第２フローチャートによれば、吸気量を
増加させても特に問題を生じないフューエルカット中に
おいて、第２接続管１５内が大気開放通路１６によって
大気圧に開放されるために、この時に第２接続管１５を
介して多量のアシストエアが吸気マニホルド５内に供給
されて、それ内の圧力を上昇させ、この時のオイル下が
りを抑制することができる。
【００２６】また、この多量のアシストエアは、この急
減速以前の急加速時に第２接続管１５内へ仮に燃料が流
入しても、この燃料を吸気マニホルド５内へ確実に排出
し、燃料による第２接続管１５の腐食を防止することが
でき、さらに、燃料噴射弁１１を十分に冷却して燃料噴
射弁１１内での燃料の気化を防止することができる。
【００２７】図６は、本発明による第二実施例の燃料噴
射装置が取り付けられた内燃機関の概略断面図である。
第一実施例との違いについてのみ以下に説明する。本実
施例において、大気開放通路１６’には、差圧式の閉鎖
弁１７’が配置されている。この閉鎖弁１７’は、その
ダイヤフラム１７’ａの一方に吸気通路１０のスロット
ル弁９上流側の圧力が作用し、他方にサージタンク８内
の圧力が作用し、両者の差圧がバネ部材１７’ｂの押圧
力より小さくなると、ダイヤフラム１７’ａはバネ部材
１７’ｂによって変形されて、それに取り付けられた弁
体１７’ｃが開弁され、大気開放通路１６’が開放され
るようになっている。
【００２８】従って、吸気通路１０のスロットル弁９上
流側の圧力は大気圧であり、ほぼ一定であると考えれ
ば、サージタンク８内の圧力、すなわち吸気マニホルド
５内の圧力が所定値以上となる時に閉鎖弁１７’が開弁
されることになり、この所定値を適用に選択すること
で、機関急加速中において第２接続管１５は大気へ開放
され、第一実施例と同様に前述の問題を解決することが
できる。
【００２９】本実施例は、閉鎖弁１７’が制御装置を必
要としないで自動的に開閉されるために、第一実施例に
比較して構造を簡単化することができると共に、機関急
加速時でなくてもスロットル弁９開度が増加して吸気マ
ニホルド５内の圧力が所定値を越えると、第２接続管１
５は大気に開放されることになり、この時、多量のアシ
ストエアが燃料噴射弁１１の噴口近傍に供給され、燃料
の微粒化を向上させることができる。
【００３０】二つの実施例において、大気開放通路１
６，１６’の上流側は吸気通路１０のスロットル弁９上
流に接続されているが、独自にエアクリーナを設けれ
ば、直接大気に開放することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】このように、本発明による第一の内燃機
関の燃料噴射装置によれば、吸気通路のスロットル弁上
流側と吸気通路のスロットル弁下流に配置された燃料噴
射弁の噴口近傍とを連通するエアアシスト通路と、エア
アシスト通路に配置され、アシストエア量を制御するた
めの制御弁と、エアアシスト通路の制御弁下流側を大気
へ開放する大気開放通路と、大気開放通路に配置された
閉鎖弁とを有し、第一制御手段が、閉鎖弁を吸気通路の
スロットル弁下流側の圧力上昇が所定値以上となる時に
開放するために、この時にエアアシスト通路の制御弁下
流側の圧力が素早く大気圧に上昇して、吸気通路のスロ
ットル弁下流側との間の圧力差が小さくなり、エアアシ
スト通路への吸気の逆流及び燃料の流入は抑制され、所
望の空燃比を実現することができる。
【００３２】また、本発明による第二の内燃機関の燃料
噴射装置によれば、前述の第一の内燃機関の燃料噴射装
置において、第二制御手段が、閉鎖弁をフューエルカッ
ト時に開放させるために、第一の内燃機関の燃料噴射装
置の効果に加えて、スロットル弁が全閉に近いフューエ
ルカット中にエアアシスト通路の制御弁下流側の圧力が
素早く大気圧に上昇し、多量のアシストエアが吸気通路
のスロットル弁下流側に供給されてその圧力を上昇さ
せ、この時のオイル下がりを抑制することができる。
【００３３】また、本発明による第三の内燃機関の燃料
噴射装置によれば、吸気通路のスロットル弁上流側と吸
気通路のスロットル弁下流に配置された燃料噴射弁の噴
口近傍とを連通するエアアシスト通路と、エアアシスト
通路に配置され、アシストエア量を制御するための制御
弁と、エアアシスト通路の制御弁下流側を大気へ開放す
る大気開放通路と、大気開放通路に配置された閉鎖弁と
を有し、第三制御手段が、閉鎖弁を吸気通路のスロット
ル弁下流側の圧力が所定圧力以上となる時に開放するた
めに、機関急加速時等にエアアシスト通路の制御弁下流
側の圧力が素早く大気圧に上昇して、吸気通路のスロッ
トル弁下流側との間の圧力差が小さくなり、エアアシス
ト通路への吸気の逆流及び燃料の流入は抑制され、所望
の空燃比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一実施例の燃料噴射装置が取り
付けられた内燃機関の概略断面図である。
【図２】燃料噴射弁の拡大断面図である。
【図３】バイパス制御弁の二つの弁体の開度を説明する
図である。
【図４】閉鎖弁の開閉制御のための第１フローチャート
である。
【図５】閉鎖弁の開度制御のための第２フローチャート
である。
【図６】本発明による第二実施例の燃料噴射装置が取り
付けられた内燃機関の概略断面図である。
【符号の説明】
１…燃焼室 ４…吸気弁 ５…吸気マニホルド ８…サージタンク ９…スロットル弁 １１…燃料噴射弁 １３…バイパス制御弁 １４…第１接続管 １５…第２接続管 １６，１６’…大気開放通路 １７，１７’…閉鎖弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気通路のスロットル弁上流側と前記吸
    気通路のスロットル弁下流に配置された燃料噴射弁の噴
    口近傍とを連通するエアアシスト通路と、前記エアアシ
    スト通路に配置され、アシストエア量を制御するための
    制御弁と、前記エアアシスト通路の前記制御弁下流側を
    大気へ開放する大気開放通路と、前記大気開放通路に配
    置された閉鎖弁と、前記閉鎖弁を前記吸気通路のスロッ
    トル弁下流側の圧力上昇が所定値以上となる時に開放さ
    せる第一制御手段、とを具備することを特徴とする内燃
    機関の燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 さらに、前記閉鎖弁をフューエルカット
    時に開放させる第二制御手段を具備することを特徴とす
    る請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 吸気通路のスロットル弁上流側と前記吸
    気通路のスロットル弁下流に配置された燃料噴射弁の噴
    口近傍とを連通するエアアシスト通路と、前記エアアシ
    スト通路に配置され、アシストエア量を制御するための
    制御弁と、前記エアアシスト通路の前記制御弁下流側を
    大気へ開放する大気開放通路と、前記大気開放通路に配
    置された閉鎖弁と、前記閉鎖弁を前記吸気通路のスロッ
    トル弁下流側の圧力が所定圧力以上となる時に開放させ
    る第三制御手段、とを具備することを特徴とする内燃機
    関の燃料噴射装置。
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