JP2602710B2

JP2602710B2 - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2602710B2
Application number: JP384989A
Authority: JP
Inventors: 孝寛 ▲くし▼部; 雄一 ▲高▼野; 尚孝調
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPH01315663A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

圧縮空気を用いて燃料を噴射させるためにニードルに
よって電磁的に開閉制御されるノズル口を具備し、ノズ
ル口からニードルに沿って延びる圧縮空気通路をニード
ル周りに形成してこの圧縮空気通路を圧縮空気源に連結
し、圧縮空気通路内に開口するノズル室を設けてノズル
室の奥部に燃料噴射弁の噴口を配置し、噴口からニード
ルに向けて燃料を噴射した後にニードルを開弁させるこ
とにより噴射燃料を圧縮空気と共にノズル口から噴射せ
しめるようにした燃料噴射弁、いわゆるエアブラスト弁
が公知である（特表昭63−500323号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述のエアブラスト弁では燃料噴射弁か
ら噴射された燃料の大部分は圧縮空気通路内のノズル口
部に溜まるため、ニードルによってノズル口が開弁せし
められると、ノズル口部の燃料は圧縮空気の圧力によっ
てノズル口から液状のまま押し出されることとなる。こ
のため、ノズル口開弁初期において、ノズル口から噴射
せしめられる燃料の微粒化が良好に行なわれず、良好な
混合気が得られないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば、圧縮空気
通路の一端に開閉可能なノズル口を形成し、圧縮空気通
路の途中に設けられた燃料供給口から圧縮空気通路内に
供給された燃料を、圧縮空気通路内に供給された圧縮空
気によって、ノズル口から噴射せしめるようにした燃料
噴射装置において、燃料供給口とノズル口との間の圧縮
空気通路内に燃料を保持可能な絞り部を設けている。

〔作用〕

燃料供給口から圧縮空気通路内に供給された燃料の大
部分は圧縮空気通路の絞り部に付着し、ノズル口にはほ
とんど燃料が溜まらない。このため、ノズル口が開弁さ
れると、液状のままノズル口から押し出される燃料はほ
とんどない。一方、ノズル口が開弁されると絞り部に付
着した燃料は、圧縮空気と混合しかつ微粒化され、圧縮
空気と共にノズル口から噴出せしめられる。

〔実施例〕

第４図および第５図を参照すると、１はシリンダブロ
ック、２はピストン、３はシリンダヘッド、４は燃焼
室、５は一対の給気弁、６は給気ポート、７は一対の排
気弁、８は排気ポート、９は点火栓を夫々示す。シリン
ダヘッド３の内壁面上には排気弁７側の給気弁５周縁部
と弁座間の開口を給気弁５の全開弁期間に亘って閉鎖す
るマスク壁10が形成される。従って給気弁５が開弁する
と新気が矢印Ａで示されるように排気弁７と反対側から
燃焼室４内に流入する。一対の給気弁５の間に位置する
シリンダヘッド３の内壁面上にはエアブラスト弁20が配
置される。

第１図および第２図はエアブラスト弁20の一部断面側
面図を示す。第１図および第２図を参照すると、エアブ
ラスト弁20のハウジング21内にはまっすぐに延びるニー
ドル挿入孔22が形成され、このニードル挿入孔22内にニ
ードル挿入孔22よりも小径のニードル23が挿入される。
ニードル挿入孔22の一端にはノズル口24が形成され、こ
のノズル口24はニードル23の先端部に形成された弁部25
によって開閉制御される。本実施例ではこのノズル口24
は燃焼室４内に配置される。また、ニードル23にはスプ
リングリテーナ26が固定され、このスプリングリテーナ
26とハウジング21間には圧縮ばね27が挿入される。この
圧縮ばね27のばね力によりノズル口24は通常ニードル23
の弁部25によって閉鎖される。弁部25と反対側のニード
ル23の端部には可動コア28が圧縮ばね29のばね力により
常時当接せしめられており、ハウジング21内には可動コ
ア28を吸引するためのソレノイド30とステータ31が配置
される。ソレノイド30が付勢されると可動コア28がステ
ータ31に向けて移動し、その結果ニードル23が圧縮ばね
27のばね力に抗してノズル口24の方向に移動するのでノ
ズル口24が開口せしめられる。

一方、ハウジング21内には円筒状をなすノズル室32が
形成される。ノズル室32の一端32aは圧縮空気流入通路3
3を介して圧縮空気源34には連通せしめられ、ノズル室3
2の他端32bは圧縮空気流出通路35を介してニードル挿入
孔22内に連通せしめられる。ノズル室32内には燃料噴射
弁36の噴口37が配置され、更にこの噴口37はノズル室32
内の一端32aと他端32bとの間に位置する。圧縮空気流出
通路35はまっすぐに延びている。噴口37は圧縮空気流出
通路35の軸線上に配置され、噴口37からは圧縮空気流出
通路35の軸線に沿って広がり角の小さな燃料が噴射され
る。圧縮空気流出通路35はノズル口24方向に向けてニー
ドル挿入孔22に対して斜めに延びており、ニードル挿入
孔22に対し20度から45度をなして接続部38でニードル挿
入孔22に斜めに接続される。

第１図において、接続部38より上方のニードル23はニ
ードル挿入孔22の内径とほぼ等しい外径とされ、圧縮空
気および燃料が上方へ向かうことを防止している。一
方、接続部38とノズル口24との間のニードル23にはガイ
ド部39が形成される。第３図にはガイド部39の断面図を
示す。第３図を参照すると、ガイド部39はニードル挿入
孔22の内周面と接触する複数個の円筒部39aと、各円筒
部39a間に形成された複数個の平坦部39bとにより構成さ
れる。これら平坦部39bとニードル挿入孔22間には全長
に亘ってほぼ一様な断面形状を有する絞り通路40が形成
される。

再び第１図および第２図を参照すると、ニードル挿入
孔22、ノズル室32および圧縮空気流出通路35は圧縮空気
流入通路33を介して圧縮空気源34に連通している。従っ
てこれらニードル挿入孔22、ノズル室32および圧縮空気
流出通路35内は圧縮空気で満たされている。この圧縮空
気中に噴口37から圧縮空気流出通路35の軸線に沿って燃
料が噴射される。噴射燃料は、ニードル23およびニード
ル挿入孔22内壁面に衝突してエマルジョン化する。絞り
通路40の断面積は比較的小さいために大部分の噴射燃料
は絞り通路40の壁面および絞り通路40上流のニードル挿
入孔22内壁面に付着する。このときニードル23先端のノ
ズル口24部分に溜まる燃料は微量となる。次いでソレノ
イド30が付勢されるとニードル23がノズル口24を開弁す
る。ニードル23がノズル口24を開弁するや否やノズル口
24部分に溜まっていた微量の燃料が、ノズル口24から燃
焼室４内に押し出されるかたちで噴出する。またニード
ル23がノズル口24を開弁すると、絞り通路40に付着した
燃料は圧縮空気の圧力によってノズル口24に向かって押
し出される。燃料が押し出されると即座に絞り通路40に
空気通路が形成され、押し出された燃料は圧縮空気流に
よって微粒化され、ノズル口24に向かう。ノズル室32、
圧縮空気流出通路35およびニードル挿入孔22を流れる圧
縮空気は、ニードル挿入孔22および絞り通路40壁面に付
着した燃料を微粒化しかつこの燃料と混合しながらノズ
ル口24に向けて燃料を運び去り、ノズル口24から噴出す
る。従って、ニードル23の開弁直後には、ノズル口24に
溜まった微量の液状燃料が圧縮空気によってノズル口24
から押し出されることになるが、その後すぐに、微粒化
されかつ空気と良く混合した燃料噴霧がノズル口24から
噴出せしめられる。すなわち、ニードル23がノズル口24
を開弁して燃料および空気を噴射する噴射開始初期か
ら、微粒化されかつ空気と良く混合した燃料をノズル口
24から噴出することができ良好な混合気を形成すること
ができる。ニードル23が開弁すると噴射燃料の全てがノ
ズル口24から噴出せしめられ、次いでこれらの全噴射燃
料の噴出が完了すると圧縮空気のみがノズル口24から噴
出せしめられる。次いでソレノイド30が消勢されてニー
ドル23がノズル口24が閉弁する。従ってニードル23が閉
弁せしめられる直前には空気のみがノズル口24から噴出
せしめられている。ニードル23が閉弁する直前に燃料が
依然としてノズル口24から噴出しているとニードル23閉
弁時にノズル口24の開口面積が小さくなって圧縮空気の
流速が低下したときに燃料が微粒化されず、液状燃料が
ノズル口24周りに付着する。このように液状燃料がノズ
ル口24周りに付着するとノズル口24周りにカーボンが堆
積し、燃料噴射作用を阻害することになる。しかしなが
ら本実施例ではニードル23が閉弁する直前には圧縮空気
のみしか噴出しないのでノズル口24の周りに液状燃料が
付着することがなく、従ってノズル口24周りにカーボン
が堆積する危険性はない。

第５図はエアブラスト弁20を２サイクル機関に適用し
た場合を示しており、エアブラスト弁20からの燃料噴射
は給気弁５が開弁する少し手前から開始される。機関低
負荷運転時には燃焼室４内に流入する新気Ａの流速が遅
いために噴射燃料は点火栓９の周りに集り、斯くして良
好な着火が行なわれる。一方、機関高負荷運転時には新
気Ａの流速が速いために強力なループ掃気が行なわれ、
しかも噴射燃料がループ状に流れる新気流Ａによって燃
焼室４の内壁面に沿い運ばれるので燃料室４内には均一
混合気が形成される。その結果、機関高出力を確保する
ことができる。

第６図には、燃料噴射弁36からの計量燃料噴射量と、
ノズル口24から噴出される空気流量との関係を示す。従
来、燃料噴射弁36によって計量された燃料の大部分がノ
ズル口24部分に溜まっている場合には、燃料を空気圧に
よってノズル口24から液状のまま押し出すこととなり、
ノズル口24からの燃料噴射開始初期の燃料の微粒化およ
び空気との混合は良好でなかった。また、燃料を押し出
した後でないと、空気がノズル口24から流出しないた
め、第６図に示されるように、燃料噴射量が増大するに
つれて空気流量が減少するという傾向があった。本実施
例では、ノズル口24にほとんど燃料が溜まらず、ノズル
口24部分の微量の液状燃料をノズル口24から押し出した
後には、空気流路が燃料によって塞がれず、空気が燃料
を伴なってノズル口24から流出することができる。従っ
て、第６図に示されるように空気流量は燃料噴射量によ
ってはほとんど変化せず、一点鎖線で示すように空気流
量の最大流量を従来に比べて低下させることができる。

第７図には第２の実施例を示す。第７図を参照する
と、１はシリンダブロック、２はピストン、３はシリン
ダヘッド、４は燃焼室、５は給気弁、６は給気シート、
７は排気弁、８は排気ポート、９は点火栓、50は燃料噴
射装置を夫々示す。燃料噴射装置50のハウジング51はシ
リンダヘッド３を貫通して燃料室４の内壁面まで延びる
筒状部51aと、筒状部51aの上端部に固着されたヘッド部
51bとにより構成され、ヘッド部51bには燃料噴射弁52と
空気噴射弁53とが取付けられる。ハウジング筒状部51a
内にはほぼ直線状に延びる燃料空気供給孔54が形成さ
れ、この燃料空気供給孔54の上端部に燃料噴射弁52のノ
ズル孔が配置される。燃料噴射弁52のノズル孔からは燃
料空気供給孔54の軸線に沿ってほとんど広がり角を有さ
ない棒状の燃料が噴射される。また、燃料空気供給孔54
の上端部には空気供給孔55が連結され、この空気供給孔
55の端部には空気噴射弁53のノズル孔が配置される。空
気噴出弁53から噴出された加圧空気は空気供給孔55を介
して燃料空気供給孔54内に供給される。一方、ハウジン
グ筒状部51aの下端部には燃焼室４内に開口するノズル
口56が形成され、更にハウジング筒状部51a内にはノズ
ル口56の開閉制御を行なう自動開閉弁57が配置される。

第８図から第10図を参照すると自動開閉弁57はきのこ
弁の形をした弁体58と、燃料空気供給孔54内をその軸線
方向に延びる弁軸59と、弁軸59の頂部に取付けられたス
プリングリテーナ60と、スプリングリテーナ60を常時上
方に向けて付勢する圧縮ばね61からなる。第８図に示さ
れるようにノズル口56は圧縮ばね61のばね力により弁体
58によって通常閉鎖されている。燃料空気供給孔54はス
プリングリテーナ60の近傍から燃料噴射弁52（第７図）
まで延びるほぼ一様断面の小径部54aと、弁軸59の上端
部周りに上方に向かって形成された大径部54bとを具備
し、この大径部54b内にスプリングリテーナ60が配置さ
れる。大径部54bの上端部54cは上方に向けて次第に断面
積が減少する漏斗状をなしており、この上端部54cは小
径部54aの下端部に連結される。大径部54b内にはスプリ
ングリテーナ60よりも大きな径を有する案内部材62が嵌
着される。この案内部材62は筒状部63と頭部64からな
り、頭部64は上方に向けて断面積が徐々に減少する円錐
状をなす。一方、筒状部63は大径部54bの内周面と接触
する複数個の円筒部63aと、各円筒部63間に形成された
複数個の平坦部63bとにより構成される。これら平坦部6
3bと大径部54b間には全長に亘ってほぼ一様な断面形状
を有する絞り通路65が形成される。また、案内部材62の
頭部64と大径部上端部54c間には全体に亘ってほぼ一様
な隙間間隔を有する絞り通路66が形成される。

第７図は本発明を２サイクル内燃機関に適用した場合
を示しており、第11図はその場合の給気弁５の開弁時
期、排気弁７の開弁時期、燃料噴射弁52からの燃料噴射
時期および空気噴射弁53からの空気噴射時期を示してい
る。第11図に示されるように空気噴射は例えば給気弁５
が閉弁する少し前に開始され、燃料噴射は空気噴射が完
了した後次の空気噴射が開始されるまでの間の任意のタ
イミングで行なわれる。

燃料噴射弁52から案内部材62に向けて燃料が噴射され
る。絞り通路65,66の断面積は比較的小さなために大部
分の噴射燃料は絞り通路65,66の内周壁面および外周壁
面上に付着し、ノズル口56部分にはほとんど燃料が溜ま
らない。次いで空気噴射弁53から圧縮空気が噴射される
と第８図において鎖線で示すように弁体58がノズル口56
を開口する。このとき、絞り通路65,66の断面積が小さ
いために空気が絞り通路65,66内を高速度で流れ、この
とき付着燃料が噴出空気により微粒化せしめられて噴出
空気により持ち去られる。従ってノズル口56から空気の
噴出が開始されるとただちに微粒化された燃料の噴出が
開始される。この実施例では絞り通路65,66内において
第１段階の燃料の微粒化が行なわれ、ノズル口36から噴
出される際に第２段階の微粒化が行なわれる。このよう
に２段階の微粒化が行なわれるために良好な燃料の微粒
化を確保することができる。

なお、このとき第11図に示されるように排気弁７は既
に閉弁しているので噴射燃料が排気ポート８内に吹き抜
けることはない。

第12図から第14図に案内部材62の頭部64の形状の種々
の実施例を示す。

第12図に示す実施例では円錐状をなす頭部64の頂角θ
_１が円錐状をなす大径部上端部54cの頂角θ_２よりも大
きく形成されている。従ってこの実施例では絞り通路66
の隙間間隔が下流に向かうに従って次第に狭くなる。

一方、第13図に示す実施例では頭部64が円錐台形に形
成され、第14図に示す実施例では頭部64が球状に形成さ
れる。

なお、これまで本発明を直噴式２サイクル内燃機関に
適用した場合を例にとって説明してきたが本発明を４サ
イクル機関に適用しうることは云うまでもなく、給気ポ
ート或いは吸気ポート内に燃料噴射を行なう場合にも適
用しうることも云うまでもない。

〔発明の効果〕

圧縮空気通路内に供給された燃料は、ほとんどノズル
口に溜まらないので、ノズル口を開弁した初期から、微
粒化が良好でかつ空気との混合が良好な燃料噴霧をノズ
ル口から噴出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例のエアブラスト弁の要部拡大断面
図、第２図は第１の実施例のエアブラスト弁の一部断面
側面図、第３図は第１図のIII−III線に沿ってみた拡大
断面図、第４図はシリンダヘッド内壁面の底面図、第５
図は第１の実施例の２サイクル機関の側面断面図、第６
図は燃料噴射量と空気流量との関係を示す線図、第７図
は第２の実施例の２サイクル機関の側面断面図、第８図
は第７図に示す燃料噴射装置の先端部の拡大側面断面
図、第９図は第８図のIX−IX線に沿ってみた断面図、第
10図は案内部材の斜視図、第11図は給排気弁の開弁時期
等を示す線図、第12図は更に別の実施例を示す燃料噴射
装置の先端部の拡大側面断面図、第13図は更に別の実施
例を示す燃料噴射装置の先端部の拡大側面断面図、第14
図は更に別の実施例を示す燃料噴射装置の先端部の拡大
側面断面図である。 20……エアブラスト弁、 24,56……ノズル口、32……ノズル室、 33……圧縮空気流入通路、 34……圧縮空気源、35……圧縮空気流出通路、 36,52……燃料噴射弁、39……ガイド部、 40,65,66……絞り通路、 50……燃料噴射装置、53……空気噴射弁、 54……燃料空気供給孔、 62……案内部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者調尚孝愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭63−12879（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−167071（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−13776（ＪＰ，Ａ) 特表昭63−500323（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮空気通路の一端に開閉可能なノズル口
を形成し、前記圧縮空気通路の途中に設けられた燃料供
給口から前記圧縮空気通路内に供給された燃料を、前記
圧縮空気通路内に供給された圧縮空気によって、前記ノ
ズル口から噴射せしめるようにした燃料噴射装置におい
て、前記燃料供給口と前記ノズル口との間の前記圧縮空
気通路内に燃料を保持可能な絞り部を設けた内燃機関の
燃料噴射装置。