JPS6312879A - Fuel injection controller for internal combustion engine - Google Patents

Fuel injection controller for internal combustion engine

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Publication number
JPS6312879A
JPS6312879A JP15628386A JP15628386A JPS6312879A JP S6312879 A JPS6312879 A JP S6312879A JP 15628386 A JP15628386 A JP 15628386A JP 15628386 A JP15628386 A JP 15628386A JP S6312879 A JPS6312879 A JP S6312879A
Authority
JP
Japan
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fuel
air
pressure
needle
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP15628386A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michiaki Ujihashi
氏橋 通明
Toshio Tanahashi
敏雄 棚橋
Yuichi Takano
雄一 高野
Takahiro Kushibe
孝寛 櫛部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPS6312879A publication Critical patent/JPS6312879A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable direct in-tube injection in a gasoline engine, by providing a needle valve which is subjected to air pressure and fuel pressure and lifted while facing against a combustion chamber and opening/closing a fuel path and an air path with respect to the combustion chamber. CONSTITUTION:A fuel injection valve 38 is fixed to inject a fuel directly into a combustion chamber 20 where the air is led through a path 62 into an air chamber 52 while the fuel is led into a path 68. Normally, a piezoelectric element 44 is fed with power and extended so as to close a valve body 66, while when power supply to the piezoelectric element 44 is interrupted thereby the piezoelectric element 44 is shrinked, the valve body 66 is lifted so as to lead the fuel through a fuel path 64 into a combustion chamber 54. When a needle 42 is pushed up by the air pressure and the fuel pressure functioning onto the first and second pressure receiving section 48, 50 while resisting against the force of a spring 46, air and fuel are injected respectively through the injection ports 56, 58 then mixed in a recessed section 60 and injected into the combustion chamber 20.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関用燃料噴射制御装置に関し、より
詳細には直接筒内噴射するのに通した燃料噴射制御装置
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection control device for direct in-cylinder injection.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

機関低温時の燃料の微粒化のため、所謂エアーアシスト
式の燃料噴射制御弁装置が提案されている。従来のエア
ーアシスト式の燃料噴射システムではスロットル弁の上
流の吸気管から分岐された空気は燃料噴射弁の噴口近く
に形成される混合室にポンプによって強制的に送られ、
燃料と一緒になって吸気ボートに噴射される。空気流に
よってノズルからの燃料は液滴が粉砕され、微粒化が行
われる。
In order to atomize fuel when the engine temperature is low, a so-called air-assisted fuel injection control valve device has been proposed. In conventional air-assisted fuel injection systems, air branched from the intake pipe upstream of the throttle valve is forcibly sent by a pump to a mixing chamber formed near the nozzle of the fuel injection valve.
It is combined with fuel and injected into the intake boat. The air flow breaks up the droplets of the fuel from the nozzle and atomizes it.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ガソリンを燃料とする内燃機関では空気と燃料は混合気
の形で燃焼室に送られ、燃焼される。しかしながら、吸
気管に燃料を供給する方式ではどうしてもアクセルペダ
ルの踏込みに対するレスポンスの遅れという問題点があ
る。また燃料の吸気管壁面への付着によって、過渡運転
時に空燃比の目標値からのずれがあり、これを解消する
ため燃料供給量の加速補正が行われるが、理想的な補正
は困難である。そこで、ガソリン機関において燃料を、
ディーゼル機関のように、直接筒内に噴射することが考
えられる。この場合、筒内の空燃比分布が不均一になる
ので、これを均質化するため燃料と空気を混合した状態
で噴射する必要がある。
In a gasoline-fueled internal combustion engine, air and fuel are sent as a mixture to a combustion chamber where they are combusted. However, this method of supplying fuel to the intake pipe inevitably has the problem of a delay in response to depression of the accelerator pedal. Furthermore, due to adhesion of fuel to the intake pipe wall surface, there is a deviation of the air-fuel ratio from the target value during transient operation, and in order to eliminate this deviation, acceleration correction of the fuel supply amount is performed, but it is difficult to make an ideal correction. Therefore, in a gasoline engine, the fuel is
It is conceivable to inject it directly into the cylinder, like in a diesel engine. In this case, since the air-fuel ratio distribution within the cylinder becomes non-uniform, it is necessary to inject the fuel and air in a mixed state in order to homogenize this.

燃料と空気とを混合状態で噴射するものとしてエアーア
シスト式燃料噴射弁は公知である。(例えば、特開昭5
4−40915号参照。)ところが、従来のエアーアシ
スト燃料噴射弁では空気はノズルから出た燃料に混合さ
れる方式であった。しかしながら、この方式では、空気
通路への逆流が避けられないため筒内噴射を行なうこと
は不可能である。
Air-assisted fuel injection valves are known as devices that inject fuel and air in a mixed state. (For example, JP-A No. 5
See No. 4-40915. ) However, in conventional air-assisted fuel injection valves, air is mixed with the fuel coming out of the nozzle. However, with this method, it is impossible to perform in-cylinder injection because backflow into the air passage is unavoidable.

この発明は直接筒内噴射を可能とする燃料噴射装置の構
造を提供することにある。
The object of the present invention is to provide a structure of a fuel injection device that enables direct in-cylinder injection.

〔問題点を解決するための手段及び作用〕この発明によ
れば、シリンダヘッドに取付られ、燃料通路及び空気通
路を形成した本体と、本体内に設置され、一端が内燃機
関の燃焼室を臨むように設置された一つのニードルと有
し、燃料通路と空気通路とは前記ニードルによって燃焼
室に対して開閉され、かつニードルは空気圧を受ける第
1の受圧部と、燃料圧を受ける第2の受圧部とをを。
[Means and effects for solving the problem] According to the present invention, there is provided a main body which is attached to the cylinder head and forms a fuel passage and an air passage, and a main body which is installed within the main body and has one end facing the combustion chamber of the internal combustion engine. The fuel passage and the air passage are opened and closed with respect to the combustion chamber by the needle, and the needle has a first pressure receiving part that receives air pressure and a second pressure receiving part that receives fuel pressure. with the pressure receiving part.

し、燃料圧と空気圧とが夫々の受圧部に作用したときニ
ードルは開弁し、更に機関運転条件に応じて空気量を制
御する手段を有したことを特徴とする内燃機関用燃料噴
射装置が提供される。
The fuel injection device for an internal combustion engine is characterized in that the needle opens when the fuel pressure and the air pressure act on the respective pressure receiving parts, and further has means for controlling the amount of air according to engine operating conditions. provided.

燃焼室に臨むように設置されたニードルは空気及び燃料
の、燃焼室への噴射を制御するように作動する。そして
、空気圧と燃料圧とが同時に受圧部に作用したとき弁部
材は開弁し、燃料と空気とが同時に噴射される。この際
、空気量は機関の運転状態、例えば負荷、回転数、水温
等により制御され、微粒化の程度が最適に調整される。
A needle located facing the combustion chamber operates to control the injection of air and fuel into the combustion chamber. When air pressure and fuel pressure simultaneously act on the pressure receiving part, the valve member opens and fuel and air are injected simultaneously. At this time, the amount of air is controlled by the operating conditions of the engine, such as load, rotational speed, water temperature, etc., and the degree of atomization is optimally adjusted.

好ましくは、燃料噴射時期は微粒化の程度におうじて制
御される。
Preferably, fuel injection timing is controlled based on the degree of atomization.

〔実施例〕〔Example〕

第2図において、10はシリンダブロック、12はピス
トン、14はコネクティングロッド、16はクランク軸
、18はシリンダヘッド、20は燃焼室、22は吸気弁
、24は吸気ボート、26は排気弁、28は排気ボート
である。吸気ボート24は吸気管30、サージタンク3
2、スロットル弁34を介してエアフローメータ36に
接続される。
In FIG. 2, 10 is a cylinder block, 12 is a piston, 14 is a connecting rod, 16 is a crankshaft, 18 is a cylinder head, 20 is a combustion chamber, 22 is an intake valve, 24 is an intake boat, 26 is an exhaust valve, 28 is an exhaust boat. The intake boat 24 includes an intake pipe 30 and a surge tank 3
2. Connected to an air flow meter 36 via a throttle valve 34.

燃料噴射弁38がシリンダヘッド18に、燃料を直接筒
内に噴射するように取付られる。第1A図は空気と燃料
とを外部で混合する場合の、この発明の燃料噴射弁の実
施例を示すものである。燃料噴射弁38は本体40と、
ニードル42と、高速駆動部としてのPZT(ピエゾ)
圧電素子44とを基本的な構成要素とするものである。
A fuel injection valve 38 is attached to the cylinder head 18 so as to inject fuel directly into the cylinder. FIG. 1A shows an embodiment of the fuel injection valve of the present invention in which air and fuel are mixed externally. The fuel injection valve 38 has a main body 40,
Needle 42 and PZT (piezo) as a high-speed drive part
The piezoelectric element 44 is a basic component.

尚、高速駆動部は電磁駆動式とすることもできる。ニー
ドル42はばね46によって下方に付勢される。
Note that the high-speed drive section can also be of an electromagnetic drive type. Needle 42 is urged downwardly by spring 46.

ニードル42は第1の受圧面48と第2の受圧面50と
を持つ。第1の受圧面48には空気室52内の空気圧が
作用し、第2の受圧面5oには燃料室54内の燃料圧が
作用する。空気圧と燃料圧とは、夫々、ニードル42を
図の上方に付勢し、圧縮ばね46に抗してニードル42
がリフトすると、空気噴口56より空気が、一方燃料噴
口58より燃料が噴射され、空気と燃料とは外部の混合
室60で衝突することで混合気となり、燃焼室2゜に噴
出される。
The needle 42 has a first pressure receiving surface 48 and a second pressure receiving surface 50. Air pressure in the air chamber 52 acts on the first pressure receiving surface 48, and fuel pressure in the fuel chamber 54 acts on the second pressure receiving surface 5o. The air pressure and fuel pressure each force the needle 42 upwardly in the diagram and force the needle 42 against the compression spring 46.
When the engine lifts, air is injected from the air nozzle 56 and fuel is injected from the fuel nozzle 58, and the air and fuel collide in the external mixing chamber 60 to form a mixture, which is injected into the combustion chamber 2°.

空気室52は空気通路62に連通され、この空気通路6
2には後述の通り、高圧空気が導入される。一方、燃料
室54に燃料通路64が接続され、この燃料通路64は
圧電素子44により駆動される弁体66によって、外部
の燃料供給源に連通ずる燃料通路68に選択的に連通さ
れる。
The air chamber 52 communicates with an air passage 62, and this air passage 6
2, high pressure air is introduced as described later. On the other hand, a fuel passage 64 is connected to the fuel chamber 54, and this fuel passage 64 is selectively communicated with a fuel passage 68 communicating with an external fuel supply source by a valve body 66 driven by the piezoelectric element 44.

第2図において、空気通路62は空気導管7o、及びエ
ンジンにより駆動される空気加圧用コンプレッサ72を
介して、スロットル弁34の上流であるが、エアフロー
メータ36の下流の吸気管に接続される。コンプレッサ
72を迂回スるバイパス通路74が空気導管70に接続
され、/々イパス制御弁76が設置される。バイパス制
御弁76は空気導管から燃料噴射弁38に供給される空
気の圧力を一定に制御するリリーフ弁としての機能を・
持っている。バイパス通路74の下流に、空気導管70
からバイパス制御弁38に導入される空気量を制御する
制御弁78が設置される。この制御弁78は、PZT素
子等より成る高速応答の駆動部78Aを備えている。空
気制御弁78は各気筒毎に設置してもよいし、全気筒で
共通化してもよい。
In FIG. 2, the air passage 62 is connected to the intake pipe upstream of the throttle valve 34 but downstream of the air flow meter 36 via an air conduit 7o and an air pressurizing compressor 72 driven by the engine. A bypass passage 74 bypassing the compressor 72 is connected to the air conduit 70 and is provided with a pass control valve 76. The bypass control valve 76 functions as a relief valve that controls the pressure of air supplied from the air conduit to the fuel injection valve 38 at a constant level.
have. Downstream of the bypass passage 74, an air conduit 70
A control valve 78 is installed to control the amount of air introduced from the air into the bypass control valve 38. This control valve 78 includes a fast-response drive section 78A made of a PZT element or the like. The air control valve 78 may be installed for each cylinder, or may be shared by all cylinders.

燃料噴射弁38の燃料通路68は燃料導管8゜を介して
燃料ポンプ82に連結され、燃料ポンプ82は図示しな
い燃料タンクに接続される。
The fuel passage 68 of the fuel injection valve 38 is connected to a fuel pump 82 via a fuel conduit 8°, and the fuel pump 82 is connected to a fuel tank (not shown).

第1A図の燃料噴射弁38の作動を説明すると空気は導
管70及び通路62を介して空気室52に導入され、第
1の受圧部48に上向きの力が作用する。しかしながら
、ばね46の設定圧はこの力より強いため、ニードル4
8は空気圧のみではリフトしない。燃料は、ポンプ82
より導管8゜を経て燃料通路68に導入される。圧電素
子44は通常は通電により伸張され、弁体66ばばね6
5に抗して閉弁し、燃料燃料室54に供給されない。圧
電素子44への通電が停止されると圧電素子44は収縮
し、弁体66はリフトし、燃料は燃料通路64より燃料
室54に導入する。そのため、燃料圧が第2の受圧面5
oに上向きの力が作用する。その結果、弁部材42は空
気圧PAに基づく力と燃料圧PBに基づく力との合力が
作用し、この合力は圧縮ばね46の設定力に打勝つので
ニードル42はリフトする。すると、噴口58より燃料
が噴射されると共に、空気室52が切欠き84に連通ず
るので空気は噴口56より噴出される。このように同時
に噴射された空気と燃料とは凹部60で混合され、燃焼
室2oに噴出される。
To explain the operation of the fuel injection valve 38 of FIG. 1A, air is introduced into the air chamber 52 through the conduit 70 and the passage 62, and an upward force acts on the first pressure receiving portion 48. However, since the set pressure of spring 46 is stronger than this force, needle 4
8 cannot be lifted by air pressure alone. The fuel is pump 82
The fuel is then introduced into the fuel passage 68 through the conduit 8°. The piezoelectric element 44 is normally expanded by energization, and the valve body 66 spring 6
5, the valve closes and fuel is not supplied to the fuel chamber 54. When the power supply to the piezoelectric element 44 is stopped, the piezoelectric element 44 contracts, the valve body 66 lifts, and fuel is introduced into the fuel chamber 54 from the fuel passage 64. Therefore, the fuel pressure is reduced to the second pressure receiving surface 5.
An upward force acts on o. As a result, the resultant force of the force based on the air pressure PA and the force based on the fuel pressure PB acts on the valve member 42, and this resultant force overcomes the setting force of the compression spring 46, so that the needle 42 is lifted. Then, fuel is injected from the nozzle 58, and since the air chamber 52 communicates with the notch 84, air is ejected from the nozzle 56. The air and fuel injected simultaneously in this way are mixed in the recess 60 and are injected into the combustion chamber 2o.

第1B図は第2実施例における燃料噴射弁の構造を示す
。この実施例でば先に混合された空気と燃料とを燃焼室
に噴射するように構成される。ニードル42は、外部に
飛び出すことより開弁する外聞弁として構成される。弁
部材42の上端が第1の受圧部48を構成し、燃料通路
68からの燃料圧が、計量孔84を介して、弁体66の
開弁時に作用する。一方、ニードル42の下端の傘部の
ところが第2の受圧部50を構成し、混合室60の圧力
を受ける。混合室60は空気通路62°。
FIG. 1B shows the structure of a fuel injection valve in a second embodiment. This embodiment is configured to inject the mixed air and fuel into the combustion chamber. The needle 42 is configured as an outer valve that opens by protruding outward. The upper end of the valve member 42 constitutes a first pressure receiving portion 48, and fuel pressure from the fuel passage 68 acts through the metering hole 84 when the valve body 66 is opened. On the other hand, the lower end of the needle 42 constitutes a second pressure receiving part 50 and receives the pressure of the mixing chamber 60 . The mixing chamber 60 has an air passage of 62°.

62を介して第2図と同様な空気供給源に連通される。62 to an air supply similar to that of FIG.

この第1B図の燃料噴射弁の作動を説明すると、噴射に
先立って空気が送られるが、このときは圧電素子44が
通電されることで、ニードル66は下降し、燃料を遮断
する。そのため、ニードル42は、第2の受圧部50に
おける下向きの空気圧に基づく力を受ける。しかしなが
ら、この力はニードル42に上向きにかかる圧縮ばね5
2の設定より弱いのでニードル42は閉弁される。
To explain the operation of the fuel injection valve shown in FIG. 1B, air is sent prior to injection, and at this time, the piezoelectric element 44 is energized, causing the needle 66 to descend and cut off the fuel. Therefore, the needle 42 receives a force based on the downward air pressure in the second pressure receiving part 50. However, this force is caused by the compression spring 5 acting upwardly on the needle 42.
Since it is weaker than the setting of 2, the needle 42 is closed.

燃料噴射時には、皿ばねの65の付勢力によって弁体6
6は上昇し、燃料通路68からの燃料圧力が計量孔84
を介して第1の受圧面48に作用する。このとき、ニー
ドル42は、第1の受圧面48での燃料圧、第2の受圧
面50での燃料圧による合力が作用し、この合力は圧縮
ばね52の設定力を上回るため、ニードル42は下降す
る。このとき、燃料が計量孔84より混合室6oに入り
、空気と混合され噴口86より噴出される。
During fuel injection, the valve body 6 is pressed by the biasing force of the disc spring 65.
6 rises, and the fuel pressure from the fuel passage 68 reaches the metering hole 84.
It acts on the first pressure receiving surface 48 via. At this time, the needle 42 is subjected to a resultant force due to the fuel pressure on the first pressure receiving surface 48 and the fuel pressure on the second pressure receiving surface 50. Since this resultant force exceeds the set force of the compression spring 52, the needle 42 descend. At this time, fuel enters the mixing chamber 6o through the metering hole 84, is mixed with air, and is ejected from the nozzle port 86.

第1C図は、先に空気と燃料とを混合するタイプでかつ
外開式の燃料噴射弁の別の実施例を示す。
FIG. 1C shows another embodiment of an outward-opening type fuel injection valve that mixes air and fuel first.

ニードル42の上端にカラー91が嵌挿取付され、カラ
ー91の上面に第1の受圧面48が形成される。ニード
ル42の下端の傘部が第2の受圧面50を構成する。9
2はバルブリフトを決めるストッパである。本体は外部
本体40aと内部本体40bとに分けられ、この間に環
状空気通路62が形成される。環状空気通路62は環状
混合室60に連通される。燃料は内部本体40b内の燃
料空間90に充満される。ニードル42が所定のリフト
を行うと、燃料空間9oは計量孔84を介して混合室6
0に連通され、通路92を経て噴口86より噴出される
。噴口84の上流における本体40bの底面に凹所94
が形成されるが、この凹所94は、ニードル42のリフ
ト開始位置から、2点鎖線に示すフルストローク位置ま
での間に混合気を保持する混合室となる。尚、本体40
aの周囲のシリンダヘッド18はウォータジャケット1
8cを形成し、冷却性を向上することができる。
A collar 91 is fitted and attached to the upper end of the needle 42, and a first pressure receiving surface 48 is formed on the upper surface of the collar 91. The umbrella portion at the lower end of the needle 42 constitutes a second pressure receiving surface 50 . 9
2 is a stopper that determines the valve lift. The body is divided into an outer body 40a and an inner body 40b, between which an annular air passage 62 is formed. Annular air passage 62 communicates with annular mixing chamber 60 . Fuel fills the fuel space 90 within the inner body 40b. When the needle 42 performs a predetermined lift, the fuel space 9o enters the mixing chamber 6 through the metering hole 84.
0 and is ejected from the nozzle 86 via the passage 92. A recess 94 is formed in the bottom of the main body 40b upstream of the spout 84.
This recess 94 becomes a mixing chamber that holds the air-fuel mixture between the lift start position of the needle 42 and the full stroke position shown by the two-dot chain line. In addition, the main body 40
The cylinder head 18 around a is the water jacket 1
8c can be formed to improve cooling performance.

また、空気通路62を環状とすることもニードル42の
冷却性の向上に寄与する。また、外開式のニードル42
の先端部はセラミックによって構成することにより燃焼
熱の影響に対して強くすることができる。
Further, making the air passage 62 annular also contributes to improving the cooling performance of the needle 42. In addition, an external opening type needle 42
The tip can be made of ceramic to make it more resistant to the effects of combustion heat.

第1A、IB、IC図に示した燃料噴射弁38は以下説
明するこの発明の電子制御装置により作動制御される。
The operation of the fuel injection valve 38 shown in Figures 1A, IB, and IC is controlled by the electronic control device of the present invention, which will be described below.

第2図で100は制御回路であり、マイクロコンピュー
タシステムとして構成される。
In FIG. 2, 100 is a control circuit, which is configured as a microcomputer system.

制御回路100はマイクロプロセシングユニット(MP
U)102と、メモリ104と、入力ボート106と、
出力ポート108と、これらを接続するバス110を基
本的構成要素とする。入力ボート106に種々のセンサ
が接続され、エンジンの運転条件信号が印加される。エ
アフローメータ36からは吸入空気量Qに応じた信号が
得られる。
The control circuit 100 includes a microprocessing unit (MP
U) 102, memory 104, input port 106,
The basic components are an output port 108 and a bus 110 that connects these. Various sensors are connected to the input boat 106 to which engine operating condition signals are applied. A signal corresponding to the intake air amount Q is obtained from the air flow meter 36.

スロットルセンサ112からはスロットル弁34の開度
に応じた信号THが得られる。温度センサ114.11
6がシリンダヘッド18、シリンダブロック10のウォ
ータジャケットに設置され、夫々の温度に応じた信号が
得られる。クランク角センサ118がクランク軸16と
一体に回転する回転部材120と対向して設置され、ク
ランク軸16の回転に応じたパルス信号が得られる。
A signal TH corresponding to the opening degree of the throttle valve 34 is obtained from the throttle sensor 112. Temperature sensor 114.11
6 is installed in the water jacket of the cylinder head 18 and cylinder block 10, and signals corresponding to the respective temperatures can be obtained. A crank angle sensor 118 is installed facing a rotating member 120 that rotates together with the crankshaft 16, and obtains a pulse signal corresponding to the rotation of the crankshaft 16.

メモリ104には制御プログラムが格納され、後述する
制御作動を行なう。出力ポート108は燃料噴射弁38
の圧電素子44、空気制御弁78の圧電駆動部78A、
更にリリーフ弁76の駆動部76Aに信号を送る。
A control program is stored in the memory 104, and performs control operations to be described later. Output port 108 is fuel injection valve 38
piezoelectric element 44, piezoelectric drive section 78A of air control valve 78,
Furthermore, a signal is sent to the drive section 76A of the relief valve 76.

第3A図はこの発明における燃料噴射弁の作動がどのよ
うに行われるかの一例を説明するタイミング図である。
FIG. 3A is a timing diagram illustrating an example of how the fuel injection valve according to the present invention operates.

燃料及び空気の供給は吸気行程において行われるように
なっているが、圧縮行程の初めにかかってもよい。燃料
噴射量は周知のように負荷因子(吸入空気量一回転数比
)によって決められ、この燃料噴射量を得るための燃料
噴射時間をτiとする。噴射初め時刻はtl、噴射路わ
り時刻はt2とするとこの間で燃料供給制御用弁体66
を駆動する圧電素子44が除電され、τiの噴射時間が
得られる。
Although the supply of fuel and air is intended to occur during the intake stroke, it may also occur at the beginning of the compression stroke. As is well known, the fuel injection amount is determined by a load factor (intake air amount to revolution speed ratio), and the fuel injection time to obtain this fuel injection amount is defined as τi. Assuming that the injection start time is tl and the injection path change time is t2, the fuel supply control valve body 66
The piezoelectric element 44 that drives the is removed, and an injection time of τi is obtained.

一方、空気制御弁78は時刻t3で作動開始され、時刻
t4で作動停止される。空気制御弁78はパルス信号で
駆動され、このパルス信号における一周期Aに占めるO
N時間Bの割合であるデユーティ比は所望の微粒化の程
度が得られるように制御される。即ち、デユーティ比が
1に近づく程空気量が増えるため、燃料の微粒化の程度
は強くなり、かつデユーティ制御によりニードルの振動
的に作動が得られこれも微粒化向上に寄与させることが
できる。そして、空気制御弁78の作動開始時刻t3は
燃料供給開始時刻む1より速くなっている。これは、燃
料供給に先立って空気を充填しておくことにより、時刻
t1で開弁じたときの燃料の微粒化を十分に行おうとす
るものである。
On the other hand, the air control valve 78 starts operating at time t3 and stops operating at time t4. The air control valve 78 is driven by a pulse signal, and the air control valve 78 is driven by a pulse signal.
The duty ratio, which is the ratio of N hours B, is controlled to obtain a desired degree of atomization. That is, as the duty ratio approaches 1, the amount of air increases, so the degree of atomization of the fuel becomes stronger, and the duty control allows vibrational operation of the needle, which also contributes to improved atomization. The operation start time t3 of the air control valve 78 is earlier than the fuel supply start time t1. This is intended to sufficiently atomize the fuel when the valve is opened at time t1 by filling it with air prior to fuel supply.

更に、空気制御弁78の作動停止時刻は燃料供給停止時
刻t2より後でt4の時刻となっている。
Furthermore, the operation stop time of the air control valve 78 is a time t4, which is later than the fuel supply stop time t2.

これは、噴射路わりにおいて残留している燃料を吹き飛
ばすことによって後垂れを防止することを意図したもの
である。
This is intended to prevent sagging by blowing away residual fuel near the injection path.

第3A図の(ハ)はニードル42のリフト特性を示すも
ので、燃料圧と空気圧とが同時にかかり始まる時刻t1
において開弁を初め、燃料圧を停止した時刻t2で閉弁
開始、t4より僅か遅れたt5で閉弁完了する。
(c) in FIG. 3A shows the lift characteristics of the needle 42, and shows the time t1 when the fuel pressure and air pressure start to be applied simultaneously.
The valve begins to open at , starts closing at time t2 when the fuel pressure is stopped, and completes at t5, which is slightly later than t4.

燃料供給開始前及び後における空気制御弁の駆動信号は
、第3B図のように、連続信号とする(又は燃料噴射中
のデユーティ比より高くする)ことにより、噴射直前及
び直後の空気圧を高め。
The drive signal for the air control valve before and after the start of fuel supply is made continuous (or made higher than the duty ratio during fuel injection), as shown in Figure 3B, to increase the air pressure immediately before and after injection.

噴射開始時の微粒化促進、噴射終了時の後垂れ防止効果
の一層向上を狙うことができる。
It is possible to aim at further improving the effect of promoting atomization at the start of injection and preventing sag at the end of injection.

時刻t1〜t5は次のように決定される。Times t1 to t5 are determined as follows.

先ず、ニードル42の閉弁時間t5は、空気制御弁78
の駆動パルス信号におけるデユーティ比、即ち、微粒化
の程度によって第4図のように決められる。第4図にお
いて縦軸は吸気上死点TDCからのクランク角度として
表される。即ち、粒径が小さい(デユーティ比B/Aが
大きい)程速く噴射が終了される。これは、速く燃料噴
射を終わって燃料が十分蒸発できるようにするためであ
る。
First, the valve closing time t5 of the needle 42 is determined by the air control valve 78.
The duty ratio of the drive pulse signal, that is, the degree of atomization, is determined as shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis is expressed as the crank angle from the intake top dead center TDC. That is, the smaller the particle size (the larger the duty ratio B/A), the faster the injection is completed. This is to ensure that the fuel injection ends quickly and the fuel evaporates sufficiently.

一方、粒径が大きい(デユーティ比B/Aが小さい)程
、遅く燃料噴射を終わってノッキングの発生を抑制しよ
うとするものである。
On the other hand, the larger the particle size (the smaller the duty ratio B/A), the later the fuel injection ends to suppress the occurrence of knocking.

次に時刻t1は次の式により演算される。Next, time t1 is calculated using the following equation.

ti=t5−6X10  xNex (τi+Δ32)  ・・・・(1) ここに、ΔS2はニードルの閉弁に要する時間であり、
計測値又は実測定数である。
ti=t5-6X10 xNex (τi+Δ32) (1) Here, ΔS2 is the time required to close the needle,
It is a measured value or the number of actual measurements.

時刻t3は次の式によって計算される。Time t3 is calculated by the following formula.

t3 =ts−6X10  XNeX (τi+Δt1+Δ32)  ・・・・(2)尚、tl
、t3は排気への吹き抜けの防止のため、吸気上死点の
手前であ°ってはならないことはもとよりである。
t3 = ts-6X10 XNeX (τi+Δt1+Δ32) ...(2) In addition, tl
, t3 must not be before the intake top dead center in order to prevent blow-through to the exhaust gas.

以上の作動を実現する実際のプログラムの大体の流れに
ついて以下フローチャートを参照しながら説明する。第
5図はクランク角センサ118からのパルス信号の到来
毎に実行されるクランク角割り込みルーチンである。ス
テップ200では、そのクランク角度が吸気行程の上死
点(第3A図の時刻10)に相当するか否か判別される
。ステップ202ではエンジン水温TW≦所定値T1か
否か判別される。エンジン冷間時にはTW≦T1であり
、ステップ204に進み、デユーティ比B/Aは1に設
定される。即ち、空気量は最大になり、最も強い微粒化
の程度が得られる。
The general flow of an actual program that implements the above operations will be explained below with reference to flowcharts. FIG. 5 shows a crank angle interrupt routine that is executed every time a pulse signal arrives from the crank angle sensor 118. In step 200, it is determined whether the crank angle corresponds to the top dead center of the intake stroke (time 10 in FIG. 3A). In step 202, it is determined whether engine water temperature TW≦predetermined value T1. When the engine is cold, TW≦T1, and the process proceeds to step 204, where the duty ratio B/A is set to 1. That is, the amount of air is maximized and the strongest degree of atomization is obtained.

エンジン暖機後にはTW>Tiであり、ステップ202
よりステップ206に進み、スロットル弁開度TH>所
定値θ0か否か判別される。スロットル弁部分開放時に
はTH≦θ0であり、ステップ208に進み、デユーテ
ィ比B/Aが所定値β(<1.0)に設定される。この
所定値は部分開放時において燃料粒径を最適とする空気
量によって設定される。またスロットル弁全開時にはT
H〉θ0であり、ステップ210に進み、デユーティ比
は負荷相当値である吸入空気量一回転数比Q/Nによっ
て演算される。
After the engine warms up, TW>Ti, and step 202
The process then proceeds to step 206, where it is determined whether the throttle valve opening TH>predetermined value θ0. When the throttle valve is partially opened, TH≦θ0, and the process proceeds to step 208, where the duty ratio B/A is set to a predetermined value β (<1.0). This predetermined value is set based on the amount of air that optimizes the fuel particle size when the valve is partially opened. Also, when the throttle valve is fully open, T
Since H>θ0, the process proceeds to step 210, where the duty ratio is calculated based on the intake air amount to revolution speed ratio Q/N, which is the load equivalent value.

ステップ212では時刻t1〜t4が前述の式(1)、
(2)に従って演算される。
In step 212, times t1 to t4 are expressed by the above equation (1),
It is calculated according to (2).

ステップ214では燃料噴射制御用弁体66の開弁時間
を設定する、制御回路100のコンベアレジスタAに時
刻t1が設定され、ステップ216では空気制御78の
作動開始時間を設定する制御回路100のコンベアレジ
スタBに時刻t3が設定される。
In step 214, time t1 is set in the conveyor register A of the control circuit 100, which sets the valve opening time of the fuel injection control valve body 66, and in step 216, the conveyor register A of the control circuit 100, which sets the operation start time of the air control valve 78, is set. Time t3 is set in register B.

時刻t3が到来するとコンベアレジスタBより割り込み
信号がMPU102に印加され、第6図の時刻一致割り
込みルーチンが起動される。ステップ222ではフラグ
F1=1か否か判別される。
When time t3 arrives, an interrupt signal is applied from conveyor register B to MPU 102, and the time coincidence interrupt routine shown in FIG. 6 is activated. In step 222, it is determined whether the flag F1=1.

このフラグF1は燃料噴射中は“1”、燃料噴射停止中
は“0″とされる。時刻t1では燃料噴射は未だ行われ
ていないためFl−0であり、ステップ224に進み、
デユーティ比B/Aの値に応じた、パルス信号の立ち上
がり時間TONが演算される。燃料供給開始に先立って
通常より多めの空気を供給することにより微粒化を促進
するために、デユーティB/Aは通常より大きくするか
、又は第3B図のようにB/A=1.0に固定すること
ができる。ステップ226では、デユーティ信号を形成
するためのダウンカウンタ121 (第2図参照)にT
ON’がセットされる。ステップ228ではコンベアレ
ジスタBに、パルス(8号における1周期に相当する時
間Δtがセットされる。
This flag F1 is set to "1" during fuel injection, and set to "0" when fuel injection is stopped. At time t1, fuel injection has not yet been performed, so it is Fl-0, and the process proceeds to step 224.
The rise time TON of the pulse signal is calculated according to the value of the duty ratio B/A. In order to promote atomization by supplying more air than usual before starting fuel supply, the duty B/A should be made larger than usual, or the duty B/A should be set to 1.0 as shown in Fig. 3B. Can be fixed. In step 226, T is applied to the down counter 121 (see FIG. 2) for forming a duty signal.
ON' is set. In step 228, a time Δt corresponding to one cycle of the pulse (No. 8) is set in the conveyor register B.

そのため、燃料供給に先立って時刻t1より所望のデユ
ーティ比のパルス信号で空気制御弁78が駆動される。
Therefore, prior to fuel supply, the air control valve 78 is driven by a pulse signal having a desired duty ratio from time t1.

時刻t1が来るとフラグF1=1であるためステップ2
22よりステップ230に進み、第8図のステップ20
4,208.210で演算される空気制御弁78の駆動
パルス信号におけるデユーティ比B/Aに応じた、パル
ス信号の立ち上がり時間TONが演算される。ステップ
232ではパルス信号の立ち上がり時間TONがBレジ
スタにセットされる。そのため、燃料供給中は、演算さ
れたデユーティ比信号で空気制御弁は駆動される。
When time t1 comes, flag F1=1, so step 2
22, proceed to step 230, and step 20 in FIG.
The rise time TON of the pulse signal is calculated according to the duty ratio B/A in the drive pulse signal of the air control valve 78 calculated in 4,208.210. At step 232, the rise time TON of the pulse signal is set in the B register. Therefore, during fuel supply, the air control valve is driven by the calculated duty ratio signal.

時刻t2が到来するとフラグF1=0となるため、燃料
噴射開始前と同じように、ステップ222よりステップ
224に流れ、燃料噴射終了後のパルス信号のデユーテ
ィ比B/AよりTON’が演算される。これにより燃料
の後型れの防止が図られる。
When the time t2 arrives, the flag F1 becomes 0, so the flow goes from step 222 to step 224 in the same way as before the start of fuel injection, and TON' is calculated from the duty ratio B/A of the pulse signal after the end of fuel injection. . This prevents the fuel from becoming deformed.

第10図は第6図のルーチンの実行結果としてのデユー
ティ信号の形成を説明する。即ち、ダウンカウンタ12
1にはTONSTON’ に応じたデータがセットされ
、そのデータのカウントダウンの完了まで“1”の信号
が出力される。そして、カウントダウンはパルス信号の
一周期に相当するΔを毎に実行される。
FIG. 10 explains the formation of the duty signal as a result of the execution of the routine of FIG. That is, the down counter 12
Data corresponding to TONSTON' is set to 1, and a signal of "1" is output until the countdown of that data is completed. Then, the countdown is executed every Δ corresponding to one cycle of the pulse signal.

第7図はコンベアレジスタAの時刻一致割り込みルーチ
ンであり、最初は時刻1が到来することにより、起動さ
れる。ステップ239ではフラグF1=1か否か判別さ
れる。燃料噴射の前にはF1=0であるため、ステップ
239よりステップ240に進み、燃料噴射弁38の駆
動部材44にLow信号が印加される。そのため、燃料
圧力がニードル24に加わるのが許容され、既に加わっ
ている空気圧との合力によってニードル24がリフトさ
れ、空気は燃料とともに筒内に噴射されることになる。
FIG. 7 shows a time coincidence interrupt routine for conveyor register A, which is initially activated when time 1 arrives. In step 239, it is determined whether flag F1=1. Since F1=0 before fuel injection, the process proceeds from step 239 to step 240, where a Low signal is applied to the drive member 44 of the fuel injection valve 38. Therefore, the fuel pressure is allowed to be applied to the needle 24, and the resultant force with the already applied air pressure lifts the needle 24, and the air is injected into the cylinder together with the fuel.

ステップ242ではフラグF1がセットされ、ステップ
244ではコンベアレジスタAに時刻t2がセットされ
る。その時刻t2が到来すると、時刻一致割り込みルー
チンが再び起動され、今度はステップ239でフラグF
1=1であるのでステップ246に流れ、駆動部材44
にHigh信号が印加される。そのため、燃料供給は遮
断される。ステップ248ではフラグF1がリセットさ
れる。
In step 242, flag F1 is set, and in step 244, time t2 is set in conveyor register A. When that time t2 arrives, the time match interrupt routine is activated again, this time in step 239 to flag F.
Since 1=1, the flow goes to step 246, and the drive member 44
A High signal is applied to. Therefore, fuel supply is cut off. At step 248, flag F1 is reset.

第8図は燃料噴射量の演算ルーチンを示している。この
ルーチンは一定時間毎に実行してもよいし第8図のルー
チンの途中でステップ212の手前で行なうことができ
る。ステップ250では基本噴射量τBASHが吸入゛
空気量一回転数比Q/Nより演算される。ここにkは定
数である。ステップ252では基本燃料噴射量が種々の
因子a、b。
FIG. 8 shows a calculation routine for the fuel injection amount. This routine may be executed at regular intervals or may be executed before step 212 in the middle of the routine of FIG. At step 250, the basic injection amount τBASH is calculated from the intake air amount to revolution speed ratio Q/N. Here k is a constant. In step 252, the basic fuel injection amount is determined by various factors a and b.

Cによって補正され、τiが計算される。C, and τi is calculated.

第9図は筒内圧の変動により燃料噴射量が変わらないよ
うに供給側の空気圧を補正するルーチンを示す。このル
ーチンは一定時間毎に実行されるルーチンとする。ステ
ップ260では筒内圧力P1のマツプ演算が実行される
。即ち、筒内圧はエンジン運転条件である負荷や回転数
等で決まるため、これらの運転条件因子に応じた筒内圧
のマツプ値がメモリに予め格納されてあり、このマツプ
を利用して、その運転条件における筒内圧が演算される
。ステップ262では、圧力センサ119によって検知
される空気圧力Poの検出値が入力される。ステップ2
64では筒内圧P1と空気圧Poとの差と、所定値Δの
比較が行われる。
FIG. 9 shows a routine for correcting the air pressure on the supply side so that the fuel injection amount does not change due to fluctuations in cylinder pressure. This routine is assumed to be executed at regular intervals. At step 260, a map calculation of the cylinder pressure P1 is executed. In other words, since cylinder pressure is determined by engine operating conditions such as load and rotation speed, map values of cylinder pressure according to these operating condition factors are stored in advance in memory, and this map can be used to determine the engine operation. The cylinder pressure under the conditions is calculated. In step 262, the detected value of the air pressure Po detected by the pressure sensor 119 is input. Step 2
At 64, the difference between the cylinder pressure P1 and the air pressure Po is compared with a predetermined value Δ.

実際の差が所定値Δより大きければ、ステップ268に
進み、リリーフ弁78の開度を増加するようにアクチュ
エータ78Aへの信号が制御される。逆に、実際の差が
所定値Δより小さければステップ270に進み、リリー
フ弁78の開度が大きくなるようにアクチュエータ78
Aへの信号が制御される。実際の差と所定値とが実質上
等しいときはリリーフ弁78の開度は保持される。この
ようなフィードバック制御によって、筒内圧と空気圧と
の差は所定値Δに制御され、筒内圧変動が燃料噴射量に
影響を与えないように補正することができる。尚、差圧
補正は実施例の空気圧修正の代わりに、燃料圧によって
も行なうことが可能である。
If the actual difference is greater than the predetermined value Δ, the process proceeds to step 268, and the signal to the actuator 78A is controlled to increase the opening degree of the relief valve 78. Conversely, if the actual difference is smaller than the predetermined value Δ, the process proceeds to step 270, and the actuator 78 is activated so that the opening degree of the relief valve 78 is increased.
The signal to A is controlled. When the actual difference and the predetermined value are substantially equal, the opening degree of the relief valve 78 is maintained. Through such feedback control, the difference between the cylinder pressure and the air pressure is controlled to a predetermined value Δ, and it is possible to correct the cylinder pressure fluctuation so that it does not affect the fuel injection amount. Note that the differential pressure correction can also be performed using fuel pressure instead of the air pressure correction in the embodiment.

実施例では空気圧を先に加えておいてそれから燃料圧を
作用させることで燃料噴射弁を開弁させているが、逆に
燃料圧を先に加えておき後から空気圧を加えることによ
り燃料噴射弁を開弁させることもできる。
In the embodiment, the fuel injection valve is opened by applying air pressure first and then applying fuel pressure, but conversely, by applying fuel pressure first and then applying air pressure, the fuel injection valve is opened. It is also possible to open the valve.

〔効果〕〔effect〕

この発明によれば、燃料噴射弁において内燃機関の燃焼
室を臨む一つのニードルを設置し、該ニードルによって
燃料と空気の双方噴射を制御するとともに、一つのニー
ドルに空気圧を受ける部分と、燃料圧を受ける部分とを
設置し、空気圧と燃料圧とが同時に作用したとき空気と
燃料との噴射を行い、かつ空気量を機関運転条件に応じ
て制御している。そのため、機関運転条件に適した微粒
化度合の混合気を直接噴射することができる。
According to this invention, a single needle facing the combustion chamber of an internal combustion engine is installed in a fuel injection valve, and the injection of both fuel and air is controlled by the needle, and a portion receiving air pressure and a portion receiving air pressure are provided in one needle. When air pressure and fuel pressure act simultaneously, air and fuel are injected, and the amount of air is controlled according to engine operating conditions. Therefore, it is possible to directly inject the air-fuel mixture with a degree of atomization suitable for the engine operating conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1A図、第1B図、第1C図はこの発明に応用される
燃料噴射弁の各実施例の構造を示す断面図。 第2図はこの第1A図、第1B図、又は第1C図に示さ
れる燃料噴射弁を備えた筒内直接噴射ガソリン内燃機関
の全体概略構成図。 第3A図、第3B図はこの発明の空気、及び燃料供給作
動を説明するタイミング図。 第4図はデユーティ比B/Aと噴射完了時刻t5との関
係を説明するグラフ。 第5図から第9図は制御回路の作動を説明するフローチ
ャート図。 第10図はダウンカウンタによるデユーティ信号の形成
の仕方を説明する図。 10・・・シリンダブロック、 18・・・シリンダヘッド、 20・・・燃焼室、 38・・・燃料噴射弁、 42・・・ニードル、 44・・・PZT圧電素子、 48.50・・・受圧部、 70・・・空気通路、 78・・・空気制御弁、 80・・・燃料通路、 82・・・空気ポンプ、 100・・・制御回路。
FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 1C are sectional views showing the structure of each embodiment of a fuel injection valve applied to the present invention. FIG. 2 is an overall schematic diagram of a direct injection gasoline internal combustion engine equipped with the fuel injection valve shown in FIG. 1A, FIG. 1B, or FIG. 1C. FIGS. 3A and 3B are timing diagrams illustrating the air and fuel supply operations of the present invention. FIG. 4 is a graph explaining the relationship between duty ratio B/A and injection completion time t5. FIGS. 5 to 9 are flowcharts illustrating the operation of the control circuit. FIG. 10 is a diagram illustrating how a duty signal is formed by a down counter. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Cylinder block, 18... Cylinder head, 20... Combustion chamber, 38... Fuel injection valve, 42... Needle, 44... PZT piezoelectric element, 48.50... Pressure receiving 70...Air passage, 78...Air control valve, 80...Fuel passage, 82...Air pump, 100...Control circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims]  1.シリンダヘッドに取付られ、燃料通路及び空気通
路を形成した本体と、本体内に設置され、一端が内燃機
関の燃焼室を臨むように設置された一つのニードルを有
し、燃料通路と空気通路とは前記ニードルによって燃焼
室に対して開閉され、かつニードルは空気圧を受ける第
1の受圧部と、燃料圧を受ける第2の受圧部とを有し、
燃料圧と空気圧とが夫々の受圧部に作用したときニード
ルは開弁し、更に機関運転条件に応じて空気量を可変と
し微粒化の程度を制御する手段を有したことを特徴とす
る内燃機関用燃料噴射装置。
1. It has a main body that is attached to the cylinder head and has a fuel passage and an air passage, and a needle that is installed inside the main body and has one end facing the combustion chamber of the internal combustion engine, and has a fuel passage and an air passage. is opened and closed with respect to the combustion chamber by the needle, and the needle has a first pressure receiving part that receives air pressure and a second pressure receiving part that receives fuel pressure,
An internal combustion engine characterized in that the needle opens when fuel pressure and air pressure act on the respective pressure receiving parts, and further has means for controlling the degree of atomization by varying the amount of air according to engine operating conditions. Fuel injection device for.
 2.燃料噴射時期が微粒化程度に応じて制御される特
許請求の範囲1.に記載の燃料噴射装置。
2. Claim 1. The fuel injection timing is controlled according to the degree of atomization. The fuel injection device described in .
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63109279A (en) * 1986-10-14 1988-05-13 オービタル,エンジン,カンパニー,プロプライエタリ,リミテッド Fuel injection device
JPH02136560A (en) * 1988-11-16 1990-05-25 Hitachi Ltd Fuel injection controller
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