JP2003214302A - 液体燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一な粒径を有する燃料噴霧を形成して、同
燃料噴霧を内燃機関に供給し得る液体燃料噴射装置を提
供すること。 【解決手段】 液体燃料噴射装置１０は、圧電／電歪素
子による作動で液体に振動エネルギーを与えて同液体を
微粒子化する噴射ユニット１５と、同噴射ユニット１５
に加圧された燃料を吐出する吐出弁１４とを含む。電気
制御装置３０は、噴射ユニット１５の圧電／電歪素子を
作動させるための周波数ｆの駆動電圧信号と、吐出弁１
４の燃料通路から噴射ユニット１５に燃料を吐出させる
ための開弁用駆動信号とを、内燃機関の吸気弁２２が閉
弁している期間においてのみ、噴射ユニット１５の圧電
／電歪素子と吐出弁１４とにそれぞれ供給する。これに
より、均一な噴霧状態の予混合気が、空気の流れが小さ
く同空気の乱れの小さい吸気通路２１内で確実に形成さ
れ、吸気弁開弁時に一時に気筒内に吸入される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射空間であ
る内燃機関の吸気通路内に液体燃料を微粒子化して噴射
する液体燃料噴射装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】この種の液体燃料噴射装置には、内燃機
関用燃料噴射装置が知られている。内燃機関用燃料噴射
装置は、液体燃料を加圧するための加圧ポンプと電磁式
噴射弁とを有してなる所謂電気制御燃料噴射装置であ
り、広く実用化されている。ところが、電気制御燃料噴
射装置においては、加圧ポンプで加圧された燃料が電磁
式噴射弁の噴射口より噴射されるようになっているた
め、噴射された燃料の液滴の大きさは、一般に、最小で
も１００μｍ程度と比較的大きく、またその大きさが均
一でない。このような燃料の液滴の大きさや大きさの不
均一性は、燃焼時の未燃燃料を増加させることになり、
ひいては有害排出ガスの増加をまねいている。 【０００３】一方、特開昭５４−９０４１６号公報に開
示されているように、ピエゾ電歪素子の作動により液体
供給通路内の液体を加圧し、同液体を微小液滴として吐
出口から吐出する液滴吐出装置が提案されている。この
ような装置は、例えば、特開平６−４００３０号公報等
に開示されたインクジェット吐出装置の原理を応用して
いて、吐出液滴（噴射される燃料の液滴）を上記電気制
御燃料噴射装置に比べて小さく、且つ均一とすることが
できるので、燃料の微粒子化の点で優れた装置であると
いえる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、インクジェ
ット吐出装置は、温度、圧力等の変動が少なく、比較的
定常的な周囲環境下（例えば、事務所、学校等の室内）
で使用された場合、液体を微細な粒子として噴射すると
いう所期の性能を発揮し得る。しかしながら、内燃機関
等の様に、運転条件等の変動等により激しく変動する周
囲環境下で使用された場合、上記燃料を微粒子化する性
能を十分に発揮することは一般に困難である。従って、
インクジェット吐出装置の原理を応用した装置であっ
て、内燃機関のように周囲環境が激しく変化する機械装
置に対し、液体の微粒子化を十分に達成した上で同液体
を噴射し得る液体噴射装置は未だ提供できていないのが
現状である。 【０００５】また、液体燃料の微粒子化を達成した上で
燃料を内燃機関の吸気通路内に噴射した場合であって
も、吸気通路における空気の流速が高く、或いは吸気通
路内の空気の流れが乱れていると、そのような液滴燃料
が衝突しあって粒径が大きくなり、同吸気通路を構成す
る壁面（例えば、吸気ポートや吸気弁の背面等）に付着
し、結局、気筒内に良好な噴霧状態を維持した燃料が吸
入されない場合もある。 【０００６】従って、本発明の目的は、噴射する液体燃
料の粒径が小さく、且つ同粒径を均一とすることがで
き、同液体燃料の微粒子化を安定的に達成して同液体燃
料を噴射することができるとともに、吸気通路を構成す
る壁面に噴射した燃料が付着し難い液体燃料噴射装置を
提供することにある。 【０００７】 【発明の概要】本発明による液体燃料噴射装置は、吸気
弁を備えた内燃機関の吸気通路に一端が露呈した液体吐
出用ノズル、駆動電圧信号により作動される圧電/電歪
素子、前記圧電/電歪素子の作動により容積が変化され
るとともに前記液体吐出用ノズルの他端が接続されたチ
ャンバー、前記チャンバーに接続された液体供給通路、
及び前記液体供給通路と外部とを連通する液体注入口を
備えてなる噴射デバイスと、前記駆動電圧信号を前記圧
電／電歪素子に供給する駆動電圧発生手段と、液体燃料
を加圧する加圧手段と、前記加圧手段により加圧された
液体燃料が供給される液体通路と開弁用駆動信号に応答
して同液体通路を開閉する電磁式開閉弁とを含んでな
り、同開弁用駆動信号が付与されたとき同電磁式開閉弁
を開弁して前記加圧手段から供給された液体燃料を同液
体通路を介して前記噴射デバイスの液体注入口に吐出す
る吐出弁と、前記開弁用駆動信号を前記電磁式開閉弁に
供給する開弁用駆動信号発生手段とを具備し、前記吐出
弁から吐出された液体燃料を前記チャンバーの容積変化
により微粒子化して前記液体吐出用ノズルから前記吸気
通路に噴射する液体燃料噴射装置であって、前記開弁用
駆動信号発生手段は、前記吸気弁が閉弁している期間に
おいてのみ前記開弁用駆動信号を発生するように構成さ
れたことを特徴としている。 【０００８】これによれば、加圧手段で加圧された液体
燃料が吐出弁から噴射デバイスへと吐出され、その液体
燃料は噴射デバイスのチャンバーの容積変化により微粒
子化された後に液体吐出用ノズルから吸気通路内に噴射
される。 【０００９】この場合、微粒子化された燃料液滴の大き
さは、液体燃料に印加される圧力、圧電／電歪素子の振
動の振幅・周波数、流路の形状、流路の寸法、及び液体
燃料の粘度・表面張力等の物性等により変化するが、液
体燃料に加わる振動の周期が、同液体燃料が液体吐出用
ノズル内の同ノズルの端部（吸気通路に露呈した開口）
近傍において、同ノズルの端部の直径分に相当する長さ
だけ移動する時間より小さい場合、同噴射される燃料液
滴の大きさは、おおよそ液体吐出ノズルの端部の直径以
下となる。従って、例えば、前記液体吐出用ノズルの吸
気通路に露呈した端部（開口）の直径を数十μｍ以下に
設計すれば、上記液体燃料噴射装置は極めて均一に微細
化された燃料液滴を噴射することが可能となる。従っ
て、この液体燃料噴射装置は、噴射する燃料を内燃機関
の燃焼にとって適切な径の液滴に微粒子化できるので、
同機関の燃費の向上、及び有害排出ガスの低減を実現す
ることができる。 【００１０】また、上記構成によれば、液体燃料の噴射
に必要な圧力は加圧手段により発生されることから、内
燃機関の運転条件等の変動などにより、液体噴射空間で
ある吸気通路内の環境（例えば、圧力や温度）が激しく
変動しても、同液体燃料を所望の微細な粒子として安定
して噴射、供給することができる。 【００１１】更に、従来のキャブレター（気化器）は、
吸気通路内の空間の空気流速に応じて燃料（液体）流量
が決定され、霧化の程度も同空気流速に依存して変化し
たが、上記本発明の液体燃料噴射装置によれば、空気流
速に拘らず良好な霧化状態を維持した燃料（液体）を必
要量だけ吐出することができる。加えて、本発明による
液体燃料噴射装置によれば、従来の燃料噴射用インジェ
クタのノズル部にアシストエアを供給することで燃料の
霧化を促進する装置のように、アシストエアを供給する
ためのコンプレッサを必要としないので、装置を廉価な
ものとすることができる。 【００１２】また、上記構成によれば、内燃機関の吸気
弁が閉弁している期間においてのみ開弁用駆動信号が発
生せしめられ、これにより、同吸気弁が閉弁している期
間においてのみ微粒子化された燃料が噴射される。従っ
て、燃料は空気の流れや乱れが少ない空間に噴射される
ことになるので、微粒子化された燃料が均一に存在する
良好な霧状態の予混合気が形成され、その予混合気は吸
気弁が開弁したときに一気に気筒内に吸入される。この
結果、吸気通路を構成する部材に燃料液滴が付着し難く
なり、内燃機関の燃費の向上、及び有害排出ガスの低減
を実現することができる。さらに、吸気通路及び吸気弁
周辺に燃料液滴が付着した場合であっても、同液滴は微
細であるために気化し易いので、吸気弁が開弁したとき
に同付着した燃料液滴が気筒内へ滴り落ちることが回避
され、これによっても、内燃機関の燃費の向上、及び有
害排出ガスの低減を達成することができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下、本発明による液体燃料噴射
装置（液体噴霧装置、液滴吐出装置）の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は、微粒子化され
た液体燃料を必要とする多気筒内燃機関に適用された本
液体燃料噴射装置の構成を概略的に示している。なお、
図１は、一つの気筒とその吸気ポートの断面のみを示す
が、他の気筒及び吸気ポートも同様な構成を備えてい
る。 【００１４】この液体燃料噴射装置１０は、内燃機関の
各気筒の吸気ポート（又は吸気管）２０等により形成さ
れる燃料噴射空間としての吸気通路２１に、内燃機関の
吸気弁２２の背面に向けて、微粒子化された液体（液体
燃料、例えばガソリン、以下、単に「燃料」と云うこと
もある。）を噴射するためのものであって、加圧手段と
しての加圧ポンプ（燃料ポンプ）１１、同加圧ポンプを
介装した液体供給管（燃料配管）１２、液体供給管１２
の前記加圧ポンプの吐出側に介装されたプレッシャレギ
ュレータ１３、電磁開閉式吐出弁（以下、単に「吐出
弁」と云う。）１４、吸気通路２１に噴射する液体を微
粒子化するために少なくともその壁面に圧電／電歪素子
を形成したチャンバーと液体吐出用ノズルとを備えた噴
射ユニット（噴霧ユニット）１５、及び吐出弁１４と噴
射ユニット１５とに駆動信号としての開弁用駆動信号と
チャンバー容積変化用（圧電／電歪素子作動用）の駆動
電圧信号とをそれぞれ供給する電気制御装置３０を備え
ている。 【００１５】加圧ポンプ１１は、液体貯蔵タンク（燃料
タンク）２３の底部に連通されるとともに同燃料タンク
２３から燃料が供給される導入部１１ａと、液体供給管
１２に接続された吐出部１１ｂとを備えている。この加
圧ポンプ１１は、燃料タンク２３内の燃料を前記導入部
１１ａから導入し、この燃料をプレッシャレギュレータ
１３と吐出弁１４と噴射ユニット１５とを介して（仮
に、噴射ユニット１５の圧電／電歪素子が作動されてい
ない場合であっても）吸気通路２１に対し噴射し得る圧
力（この圧力を「加圧ポンプ吐出圧」と云う。）以上に
まで加圧し、同加圧した燃料を前記吐出部１１ｂから液
体供給管１２内に吐出するようになっている。 【００１６】プレッシャレギュレータ１３は、図示しな
い配管により吸気通路２１内の圧力が与えられていて、
この圧力に基づいて加圧ポンプ１１により加圧された燃
料の圧力を減圧（又は、調圧）し、同プレッシャレギュ
レータ１３と吐出弁１４との間の液体供給管１２内の燃
料の圧力が同吸気通路２１内の圧力よりも所定（一定）
圧力だけ高い圧力（この圧力を「調整圧」と云う。）と
なるように調整するように構成されている。この結果、
吐出弁１４が所定時間だけ開弁されると、同所定時間に
略比例した燃料量の燃料が吸気通路２１内の圧力に拘ら
ず同吸気通路２１内に噴射される。 【００１７】吐出弁１４は、従来より内燃機関の電気制
御式燃料噴射装置に広く採用されている周知のフューエ
ルインジェクタ（電磁式噴射弁）である。図２は、この
吐出弁１４の正面図であって、その先端側部位を同吐出
弁１４の中心線を含む平面にて切断した断面で示すとと
もに、吐出弁１４に対して固定された噴射ユニット１５
を前記平面と同一の平面にて切断した断面で示してい
る。 【００１８】この吐出弁１４は、液体供給管１２が接続
された液体導入口１４ａと、同液体導入口１４ａに連通
した液体通路１４ｂを形成する外筒部１４ｃと、電磁式
開閉弁として作動するニードル弁１４ｄと、開弁用駆動
信号（ハイレベルの信号）が付与されたとき同ニードル
弁１４ｄを駆動する図示しない電磁機構とを備えてい
る。外筒部１４ｃの先端部は閉塞され、その閉塞された
部分の中央部にはニードル弁１４ｄの先端部と略同一形
状の円錐形の弁座部が設けられている。この弁座部の先
端部近傍には外筒部１４ｃの内部（即ち、液体通路１４
ｂ）と外筒部１４ｃの外部とを連通する複数の吐出孔
（貫通孔）が設けられている。以上の構成により、吐出
弁１４においては、ハイレベル信号である開弁用駆動信
号が電磁機構に付与されると、ニードル弁１４ｄが駆動
されて吐出孔が開放され（液体通路１４ｂが開放さ
れ）、同液体通路１４ｂに加圧ポンプ１１から供給され
ている燃料が前記複数の吐出孔を介して吐出される。 【００１９】噴射ユニット１５は、噴射デバイス１５Ａ
と、噴射デバイス固定板１５Ｂと、噴射デバイス固定板
１５Ｂを保持する保持ユニット１５Ｃと、吐出弁１４の
先端と当接するスリーブ１５Ｄとを含んでいる。 【００２０】噴射デバイス１５Ａは、その平面図である
図３、及び図３の１−１線に沿った平面で同噴射デバイ
ス１５Ａを切断した断面図である図４に示したように、
各辺が互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸に平行に延びる略直
方体形状を有し、順に積層・圧着される複数のセラミッ
クスの薄板体（以下、「セラミックシート」と称呼す
る。）１５ａ〜１５ｆと、セラミックシート１５ｆの外
側面（Ｚ軸正方向のＸ−Ｙ平面に沿った平面）に固着さ
れた複数の圧電／電歪素子１５ｇとからなっている。こ
の噴射デバイス１５Ａは、内部に液体供給通路１５−１
と、互いに独立した複数（ここでは各列７個で、合計１
４個）のチャンバー１５−２と、各チャンバー１５−２
と液体供給通路１５−１とを連通する複数の液体導入孔
１５−３と、各チャンバー１５−２と噴射デバイス１５
Ａの外部とを連通させるように各一端が吸気通路２１に
実質的に露呈してなる複数の液体吐出用ノズル１５−４
と、液体注入口１５−５とを備えている。 【００２１】液体供給通路１５−１は、セラミックシー
ト１５ｃに形成され、長軸及び短軸がそれぞれＸ軸方向
及びＹ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁面、セラミ
ックシート１５ｂの平面である上面、及びセラミックシ
ート１５ｄの平面である下面により画定された空間であ
る。 【００２２】複数のチャンバー１５−２の各々は、セラ
ミックシート１５ｅに形成され、長軸及び短軸がそれぞ
れＹ軸方向及びＸ軸方向に沿う長円形の切欠き部の側壁
面、セラミックシート１５ｄの上面、及びセラミックシ
ート１５ｆの下面により画定された長尺空間（長手方向
を有する液体の流路部）である。各チャンバー１５−２
のＹ軸方向の一の端部は、液体供給通路１５−１の上部
にまで延びていて、各チャンバー１５−２は、この一の
端部にてセラミックシート１５ｄに設けられた直径ｄを
有する中空円筒状の液体導入孔１５−３により液体供給
通路１５−１と連通している。 【００２３】複数の液体吐出用ノズル１５−４の各々
は、セラミックシート１５ａに設けられた直径がＤであ
る中空円筒状の貫通孔であって前記吸気通路２１に実質
的に露呈した一端（液体噴射口）１５−４ａと、同液体
噴射口１５−４ａからチャンバー１５−２に向かって順
次大きさ（直径）が大きくなる各セラミックシート１５
ｂ〜１５ｄに形成された中空円筒状の連通孔１５−４ｂ
〜１５−４ｄとにより形成されている。液体噴射口１５
−４ａと連通孔１５−４ｂ〜１５−４ｄとは、Ｚ軸と平
行な軸に対し同軸的に配置されている。 【００２４】液体注入口１５−５は、噴射デバイス１５
ＡのＸ軸正方向端部でＹ軸方向の略中央部においてセラ
ミックシート１５ｄ〜１５ｆに設けられた円筒形の貫通
孔の側壁により形成された空間であり、液体供給通路１
５−１と噴射デバイス１５Ａの外部とを連通するように
なっている。 【００２５】各圧電／電歪素子１５ｇは、平面視で（Ｚ
軸正方向から見て）各チャンバー１５−２よりも僅かに
小さく、同平面視でチャンバー１５−２の内側に配設さ
れるようにセラミックシート１５ｆの上面に固着されて
いて、同各圧電／電歪素子１５ｇの上面及び下面に設け
られた図示しない電極間に電気制御装置３０の駆動電圧
信号発生手段（回路）によって付与される駆動電圧信号
ＤＶに基づき作動して（駆動されて）、同セラミックシ
ート１５ｆ（チャンバー１５−２の上壁）を変形させ、
これにより、チャンバー１５−２の容積をΔＶだけ変化
させるようになっている。 【００２６】かかる噴射デバイス１５Ａは、図２に示し
たように、噴射デバイス固定板１５Ｂに固定されてい
る。この噴射デバイス固定板１５Ｂは、噴射デバイス１
５Ａよりも僅かだけ大きい長方形状を有するとともに、
噴射デバイス１５Ａを固定した状態において、同噴射デ
バイス１５Ａの各液体噴射口１５−４ａに対向する位置
に図示しない貫通孔を備え、この貫通孔を介して各液体
噴射口１５−４ａを外部（即ち、吸気通路２１）に露呈
させるようになっている。また、噴射デバイス固定板１
５Ｂは、その周辺部において保持ユニット１５Ｃに固定
・保持されている。 【００２７】保持ユニット１５Ｃは、外形が前記噴射デ
バイス固定板１５Ｂと同一形状を有し、図１に示したよ
うに、その周辺部において図示しないボルトにより内燃
機関の吸気ポート２０に固定されるようになっている。
この保持ユニット１５Ｃは、図２に示したように、その
中央部に吐出弁１４の外筒部１４ｃの直径よりも僅かに
大きい直径の貫通孔を有していて、その貫通孔に外筒部
１４ｃが挿入されるようになっている。 【００２８】スリーブ１５Ｄは、その内径が吐出弁１４
の外筒部１４ｃの外径と等しく、その外径が保持ユニッ
ト１５Ｃの前記貫通孔の内径と等しい円筒形状を有し、
一端は閉塞され、他端は開放されている。また、スリー
ブ１５Ｄの前記閉塞された端部の中央には噴射デバイス
１５Ａの前記液体注入口１５−５と同じ径を有する開口
が設けられている。そして、スリーブ１５Ｄは、外筒部
１４ｃと保持ユニット１５Ｃとの間に圧入され、前記閉
塞された端部の開口が吐出弁の吐出孔と液体注入口１５
−５とを連通するようになっている。 【００２９】以上の構成により、開弁用駆動信号が吐出
弁１４に付与されると、電磁式開閉弁であるニードル弁
１４ｄが吐出弁１４の液体通路１４ｂを開放し、燃料は
吐出弁１４の吐出孔から液体注入口１５−５を介して液
体供給通路１５−１に吐出・供給され、各液体導入孔１
５−３を介して各チャンバー１５−２内に導入される。
そして、燃料は、各チャンバー１５−２内において振動
エネルギーが与えられ、液体吐出用ノズル１５−４（液
体噴射口１５−４ａ）、及び噴射デバイス固定板１５Ｂ
の貫通孔を介して微細な（微粒子化された）燃料液滴と
して吸気ポート２０の吸気通路２１内に噴射される。 【００３０】電気制御装置３０は、図１に示したよう
に、内燃機関の特定の気筒が吸気上死点にあるときにパ
ルスを発生する基準角センサ３１、内燃機関が一定のク
ランク角度だけ回転する毎にパルスを発生するクランク
角センサ３２、及び吸気ポート２０内の圧力を検出する
吸気管圧力センサ３３と接続されていて、これらのセン
サからエンジン回転速度Ｎや吸気管圧力Ｐを検出・入力
して内燃機関に必要な燃料量を決定するとともに、基準
角センサ３１とクランク角センサ３２とから、ある気筒
のクランク角度が所定のクランク角度になったとき、そ
の気筒の吐出弁１４に対して前記決定した燃料量に応じ
た時間だけ開弁用駆動信号ＩＮＪとしてハイレベル信号
（開弁信号）を送出するようになっている。また、電気
制御装置３０は、圧電／電歪素子１５ｇの図示しない電
極間に周波数ｆ（周期Ｔ）の駆動電圧信号ＤＶを与える
駆動信号発生回路を内蔵している。 【００３１】次に、上記のように構成した液体燃料噴射
装置の作動について、図５及び図６を参照しながら説明
する。なお、以下においては、第１気筒に対して行われ
る燃料噴射制御について説明するが、他の気筒に対する
燃料噴射制御も同様に行われる。 【００３２】電気制御装置３０は、内燃機関のクランク
角度が、第１気筒の吸気弁２２が開弁していない所定の
クランク角度（例えば、圧縮上死点近傍のクランク角
度）になったことを、上記基準角センサ３１からのパル
スとクランク角センサ３２からのパルスとに基いて検出
すると、所定時間内のクランク角センサ３２のパルスの
数から求められるエンジン回転速度Ｎ、及び吸気管圧力
センサ３３が検出する吸気管圧力Ｐ等のエンジン運転状
態に基づいて開弁用駆動信号ＩＮＪとしてのハイレベル
信号を出力する時間（即ち、燃料噴射時間）を決定す
る。そして、図５の時刻ｔ１に示したように、開弁用駆
動信号ＩＮＪとしてのハイレベル信号を第１気筒の吐出
弁１４に対して出力するとともに、周波数ｆの駆動電圧
信号ＤＶを圧電／電歪素子１５ｇの電極間に付与し始め
る。 【００３３】前記所定のクランク角度は、噴射時間が最
長となった場合であっても、第１気筒の吸気弁が開弁す
るクランク角度より所定クランク角度だけ前の時点で同
開弁用駆動信号ＩＮＪのハイレベル信号が消失する（即
ち、ローレベル信号となって燃料噴射を終了する）クラ
ンク角度に設定されている。 【００３４】開弁用駆動信号ＩＮＪのハイレベル信号が
時刻ｔ１にて吐出弁１４に付与されると、ニードル弁１
４ｄが移動されるため、液体通路１４ｂ内の液体燃料が
噴射デバイス１５Ａの液体注入口１５−５を介して同噴
射デバイス１５Ａの液体供給通路１５−１内に吐出・供
給され始める。この結果、液体供給通路１５−１及びチ
ャンバー１５−２内の液体燃料の圧力は上昇を開始し、
同圧力が所定圧力以上となると、燃料は液体噴射口１５
−４ａから吸気ポート２０内の吸気通路２１内であって
吸気弁２２の背面に向けて押し出される（噴射され
る）。 【００３５】このとき、圧電／電歪素子１５ｇには周波
数ｆの駆動電圧信号ＤＶが与えられているから、チャン
バーの容積は周波数ｆで変動する。この結果、図６に示
したように、圧電／電歪素子１５ｇの作動（チャンバー
１５−２の容積変化）による振動エネルギーが同チャン
バ−１５−２内において燃料に加えられているから、そ
の振動周期に応じて同燃料にくびれ部が発生し、同燃料
は噴射先端部において同くびれ部からちぎれるように離
脱する。この結果、均一で精細に微粒子化された燃料が
吸気通路２１内に噴射される。 【００３６】その後、前記噴射時間が経過すると、図５
の時刻ｔ２に示したように、電気制御装置３０は、開弁
用駆動信号ＩＮＪとしてのハイレベル信号を消滅させ
（ローレベル信号に変更し）、これにより燃料の噴射を
停止する。また、電気制御装置３０は、同時に噴射デバ
イス１５Ａへの前記駆動電圧信号ＤＶの付与を停止す
る。 【００３７】以降、電気制御装置３０は、繰り返し上記
と同様にして燃料を噴射せしめる。例えば、電気制御装
置３０は、内燃機関のクランク角度が再び前記所定のク
ランク角度になると、図５の時刻ｔ３に示したように、
開弁用駆動信号ＩＮＪとしてのハイレベル信号を吐出弁
１４に付与するとともに、駆動電圧信号ＤＶを噴射デバ
イス１５Ａに付与し、その後、燃料噴射時間が経過した
時刻ｔ４になると、同ハイレベル信号と駆動電圧信号Ｄ
Ｖとを消滅させる。 【００３８】以上、説明したように、本発明の実施形態
に係る液体燃料噴射装置によれば、燃料が加圧ポンプ１
１で加圧され、燃料がその圧力によって吸気ポート２０
内の吸気通路２１に噴射されるから、吸気通路２１内の
圧力（吸気圧）が変動した場合であっても、所望の燃料
量の燃料を安定的に噴射することができた。 【００３９】また、燃料には噴射デバイス１５Ａのチャ
ンバー１５−２の容積変化により振動エネルギーが与え
られ、同燃料は液体吐出用ノズル１５−４から噴射され
際に微粒子化される。この結果、本液体燃料噴射装置
は、極めて精細に微細化された液滴を噴射することがで
きた。更に、噴射デバイス１５Ａは、複数のチャンバー
１５−２を備えているから、仮に燃料中に気泡が発生し
た場合でも、同気泡が細かく分断され易く、その結果、
気泡の存在による噴射量の大きな変動を回避することが
できた。 【００４０】更に、本実施形態においては、開弁用駆動
信号ＩＮＪとしてのハイレベル信号が発生されている時
間（即ち、燃料噴射が行われている時間）を内燃機関の
吸気弁２２が閉弁している時間内のみとなるように設定
した。つまり、各吸気弁の近傍に燃料を噴射するように
配置された各噴射ユニットは、対応する吸気弁が閉弁し
ている期間にのみ燃料を噴射する。この結果、本液体燃
料噴射装置により噴射された燃料は、気流が殆ど発生し
ていない（或いは、気流が安定吸気通路２１内の空間で
良好な（均一な）霧状態の予混合気となり、その後、吸
気弁が開弁したときに一気に気筒内に吸入される。 【００４１】従って、微粒子化されて噴射された燃料
が、吸気通路２１内で乱されて互いに衝突し、大きな粒
径を有する液滴となったり、その液滴が吸気通路２１を
構成する壁面（この場合、吸気ポート２０、吸気弁２２
の壁面等）に付着し難くなるので、内燃機関による良好
な燃焼が確保され、燃費の向上、有害排出ガスの低減が
実現できた。さらに、吸気通路２１及び吸気弁２２の周
辺に噴射した燃料液滴が仮に付着した場合であっても、
同液滴は微細であるために気化し易いので、吸気弁２２
が開弁したときに同付着した燃料液滴が気筒内へ滴り落
ちることが回避され、これによっても、内燃機関の燃費
の向上、及び有害排出ガスの低減を達成することができ
た。

【図面の簡単な説明】 【図１】 内燃機関に適用した本発明の実施形態に係る
液体燃料噴射装置の概略を示した図である。 【図２】 図１に示した吐出弁と噴射ユニットを示した
図である。 【図３】 図２に示した噴射デバイスの平面図である。 【図４】 図３の１−１線に沿った平面にて噴射デバイ
スを切断した断面図である。 【図５】 図５（Ａ）は吐出弁に付与される開弁用駆動
信号を、図６（Ｂ）は圧電／電歪素子に付与される駆動
電圧信号を、及び図６（Ｃ）は図１に示した内燃機関の
第１気筒の吸気弁の開弁時期と各行程とを示したタイム
チャートである。 【図６】 図１に示した本発明による液体燃料噴射装置
から噴射される液体の状態を示した図である。 【符号の説明】 １０…液体燃料噴射装置、１１…加圧ポンプ、１１ａ…
導入部、１１ｂ…吐出部、１２…液体供給管、１３…プ
レッシャレギュレータ、１４…吐出弁（電磁開閉式吐出
弁）、１４ｃ…外筒部、１４ｄ…ニードル弁、１５…噴
射ユニット、１５Ａ…噴射デバイス、１５Ｂ…噴射デバ
イス固定板、１５Ｃ…保持ユニット、１５ａ〜１５ｆ…
セラミックシート、１５ｇ…圧電／電歪素子、１５−１
…液体供給通路、１５−２…チャンバー、１５−３…液
体導入孔、１５−４…液体吐出用ノズル、１５−４ａ…
液体噴射口、１５−５…液体注入口、２０…吸気ポート
（吸気管）、２１…吸気通路（燃料噴射空間）、３０…
電気制御装置。

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【手続補正書】 【提出日】平成１４年１２月２５日（２００２．１２．
２５） 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】００４０ 【補正方法】変更 【補正内容】 【００４０】更に、本実施形態においては、開弁用駆動
信号ＩＮＪとしてのハイレベル信号が発生されている時
間（即ち、燃料噴射が行われている時間）を内燃機関の
吸気弁２２が閉弁している時間内のみとなるように設定
した。つまり、各吸気弁の近傍に燃料を噴射するように
配置された各噴射ユニットは、対応する吸気弁が閉弁し
ている期間にのみ燃料を噴射する。この結果、本液体燃
料噴射装置により噴射された燃料は、気流が殆ど発生し
ていない（或いは、気流が安定している）吸気通路２１
内の空間で良好な（均一な）霧状態の予混合気となり、
その後、吸気弁が開弁したときに一気に気筒内に吸入さ
れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】吸気弁を備えた内燃機関の吸気通路に一端
   が露呈した液体吐出用ノズル、駆動電圧信号により作動
   される圧電/電歪素子、前記圧電/電歪素子の作動により
   容積が変化されるとともに前記液体吐出用ノズルの他端
   が接続されたチャンバー、前記チャンバーに接続された
   液体供給通路、及び前記液体供給通路と外部とを連通す
   る液体注入口を備えてなる噴射デバイスと、 前記駆動電圧信号を前記圧電／電歪素子に供給する駆動
   電圧発生手段と、 液体燃料を加圧する加圧手段と、 前記加圧手段により加圧された液体燃料が供給される液
   体通路と開弁用駆動信号に応答して同液体通路を開閉す
   る電磁式開閉弁とを含んでなり、同開弁用駆動信号が付
   与されたとき同電磁式開閉弁を開弁して前記加圧手段か
   ら供給された液体燃料を同液体通路を介して前記噴射デ
   バイスの液体注入口に吐出する吐出弁と、 前記開弁用駆動信号を前記電磁式開閉弁に供給する開弁
   用駆動信号発生手段とを具備し、 前記吐出弁から吐出された液体燃料を前記チャンバーの
   容積変化により微粒子化して前記液体吐出用ノズルから
   前記吸気通路に噴射する液体燃料噴射装置であって、 前記開弁用駆動信号発生手段は、前記吸気弁が閉弁して
   いる期間においてのみ前記開弁用駆動信号を発生するよ
   うに構成されたことを特徴とする液体燃料噴射装置。