JP2006161731A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関へ燃料を噴射供給する噴孔などの噴射部を有するものにおいて、燃焼中の火炎もしくは燃焼ガスの影響による噴射部へのデポジット付着を抑制することができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 燃料の流れを許容および遮断する弁部Ｂと、弁部Ｂの先端側に設けられ、弁部Ｂの遮断および許容動作により開閉される噴孔２１とを有する燃料噴射弁１０とを備え、噴孔２１からエンジンへ燃料を噴射する燃料噴射装置において、
弁部Ｂの先端側に放電電極８２を設け、放電電極８２と噴孔２１周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせるデポジット除去機構８０を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関の燃料噴射装置において、燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射弁のデポジットの付着等を抑制する装置に適用して好適なものである。

燃料噴射装置としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接あるいは間接的に燃料噴射するインジェクタが知られている。インジェクタから供給された燃料は、吸気管あるいは燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。この種の燃料噴射装置は、内燃機関の気筒に搭載され、燃料を噴射する噴孔などの噴孔部と、燃料噴射を停止および供給する弁部とを有する燃料噴射弁がある（特許文献１、２参照）。

噴孔部などに残留する未燃燃料が燃焼以外の化学反応等によりデポジット（炭素系の化合物）を生じることがあった。デポジットが噴孔部の内部あるいは周辺に付着すると、燃料噴射量が変動する場合がある。その結果、初期の噴射特性を維持することが難しくなり、内燃機関の性能を左右する噴射燃料と空気との混合比が変化するため、デポジット生成および付着を防止することが重要となっている。

特許文献１では、エアアシスト式の燃料噴射弁を使用して、燃料を噴射する機能と、その燃料に空気を吹きかける機能を有する噴孔部にデポジットを溜める技術が開示されている。噴孔部出口側の、噴射燃料に吹き付ける空気を供給するエアアシスト通路に、デポジットの溜り代としての溝を設けている。

特許文献２では、噴孔部周りにフルオロアルキル基などを含む撥液膜を形成し、デポジットの付着を抑制する技術が開示されている。なお、撥液膜を噴孔の表面に形成する方法としては、例えばゾル−ゲル方法により撥液膜を焼成してその表面に撥液性を持たせている。

特許文献３では、噴孔部の内部あるいは周辺に付着したデポジットを検出すると、燃料噴射弁から燃料を噴射する燃料圧力を上昇させて、この噴射圧力によりデポジットを除去する技術が開示されている。なお、デポジットの検出方法としては、デポジットが付着し堆積すると、弁部を駆動する電磁駆動部での燃料噴射パルス幅が長くなる現象を利用し、検出する燃料噴射パルス幅が所定の設定値より大きくなった場合には、燃料噴射圧力を上昇させてデポジットを除去するものである。
特開平５−１８７３４３号公報 特開平１０−１５９６８８号公報 特開平１０−３３９１９６号公報

しかしながら、特許文献１による従来技術では、デポジットをある程度溜めるのみであるため、比較的大量のデポジットが生成されると取り除かれることなく噴孔部に蓄積され、噴射特性に影響を及ぼすおそれがある。また、特許文献２による従来技術では、噴孔部の表面とデポジットの付着を弱める方法であるため、撥液膜が形成された噴孔部であったとしても、長期間の運転あるいは比較的高温な燃焼ガス等に繰り返し被曝されることで、付着抑制の効果が薄れるおそれがある。また、特許文献３による従来技術では、デポジット除去時に、内燃機関に要求される内燃機関の運転状態に適した燃料噴射圧力とは異なる圧力で燃料噴射させることになるため、燃焼安定性を損なうおそれがある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、内燃機関へ燃料を噴射供給する噴孔などの噴射部を有するものにおいて、燃焼中の火炎もしくは燃焼ガスの影響による噴射部へのデポジット付着を抑制することができる燃料噴射装置を提供することにある。

また、別の目的は、内燃機関へ燃料を噴射供給する噴孔などの噴射部を有するものにおいて、燃焼中の火炎もしくは燃焼ガスの影響による噴射部へのデポジット付着の抑制を図るとともに、燃焼安定性の確保が可能な燃料噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至６記載の発明では、燃料の流れを許容および遮断する弁部と、弁部の先端側に設けられ、弁部の遮断および許容動作により開閉される噴孔とを有する燃料噴射弁とを備え、噴孔から内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、
弁部の先端側に放電電極を設け、放電電極と噴孔周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせるデポジット除去機構を備えていることを特徴としている。

これによると、燃料を噴射および停止する弁部と、弁部の先端側に設けられ、弁部動作により開閉される噴孔とを有する燃料噴射弁とを備え、噴孔から内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、弁部の先端側に放電電極を設け、放電電極と噴孔周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせるデポジット除去機構を備えるので、噴孔および噴孔周縁等の噴孔部にデポジットが付着し堆積する場合があっても、放電電極と噴孔周縁との間に生じさせる非熱平衡の放電プラズマにより、噴射部に付着したデポジットを除去することが可能である。したがって、燃焼中の火炎もしくは燃焼ガスの影響による噴射部へのデポジット付着を抑制することができる。

また、一般に、電極に高電圧電源を印加する場合、高電圧の印加により電極を加熱する。加熱した電極からの熱伝達等により、デポジットが焼却等する消失温度以上に加熱されると、デポジットが焼却もしくは噴孔および噴孔周縁等の噴孔部から剥離する。しかしながら、消失温度は比較的温度が高く、燃焼室内の燃焼ガス温度に近いかそれ以上の温度に達する場合があるため、燃料噴射弁の弁部が受熱することで、例えば弁部材などの内部作動部材とこれを収容する弁ボディとの熱膨張差によるリフト量変化を生じるなどダメージを受ける場合がある。

これに対し、請求項１乃至６記載の発明では、デポジット除去機構の放電電極により比較的高温ないわゆる熱プラズマではなく、非熱平衡の放電プラズマを生じさせるように構成する。したがって、非熱平衡の放電プラズマの作用により、電子の温度は熱プラズマと同じく比較的高温になるが、イオンや中性子の温度は常温程度で温度上昇しないので、放電対象物である、デポジットが付着する噴射部は非熱平衡の放電プラズマの作用により温度上昇することはない。その結果、弁部等に熱的ダメージを与えることなく、噴射部に付着したデポジットを除去できる。

また、請求項２に記載の発明では、放電電極は、弁部側でアース接地していることを特徴としている。

一般に、燃料噴射弁を含む燃料噴射装置を、内燃機関で駆動される車両に搭載している場合、主に車両の電源は、例えばバッテリ等の車載用電源である。

これに対し、請求項２に記載の発明では、放電電極は、弁部側でアース接地しているので、放電電極のアース側を車両に搭載する製品である燃料噴射弁側で行なうことができ、バッテリ等の車載用電源から電圧を昇圧する電圧昇圧装置を追加する程度でよい。したがって、噴孔周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせる放電電極を有するデポジット除去機構の構成が簡素に提供することができる。

特に、請求項３に記載の発明では、弁部は、燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、弁座に着座および離座する弁部材とを有し、
噴孔は、弁ボディの弁座の下流側の部位、および弁ボディの先端側に設けられる略薄板状部材のうちのいずれか一方に設けられており、
放電電極のアースを、弁ボディで行なうことが好ましい。

これにより、噴孔が弁ボディおよび略薄板状部材のいずれかに形成されている場合であっても、弁ボディで放電電極のアースを行なうことで、噴孔自体もアース接地されるので、噴孔周縁と放電電極間で非熱平衡の放電プラズマを効率的に発生させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、放電電極は噴孔および噴孔の周縁に対峙するように配置され、
放電電極を、噴孔および噴孔の周縁に対峙している部位以外の範囲で絶縁体が覆っていることを特徴としている。

これによると、除去対象のデポジットが付着する噴孔および噴孔の周縁には、非熱平衡の放電プラズマが発生するように放電電極を対峙させ、その対峙している部位以外の範囲では放電電極を絶縁体で被覆している。したがって、非熱平衡のプラズマを発生する方法として、イオンや中性子の温度は常温程度で温度上昇せず、電子の温度は比較的高温にする程度の電力エネルギを放電電極に注入する際に、絶縁体で無駄な電力エネルギの消費を抑えることができる。

また、請求項５に記載の発明では、噴孔から噴射される燃料の圧力は、２Ｍｐａ以上であることを特徴としている。

これによると、内燃機関がいわゆる直噴エンジンの場合には、噴孔から噴射される燃料の圧力は２Ｍｐａ以上であることが好ましい。これにより、燃焼室内の筒内圧の上昇に対向して燃料噴射弁から燃料を噴射し、噴射した噴霧の微粒化が図れる。

なお、噴孔から噴射される燃料の圧力の上限は、噴霧の微粒化が図れ、燃焼安定性の確保ができる程度の圧力とする。

また、請求項６に記載の発明では、放電電極に高電圧を供給する高電圧供給装置と、高電圧供給装置を駆動制御することで、放電電極に電圧を印加する印加パターンを制御する制御手段を備え、
制御手段は、比較的短い周期のパルス電圧を印加するように高電圧供給装置を駆動制御することを特徴としている。

これによると、非熱平衡のプラズマを発生する方法として、制御手段は、比較的短い周期のパルス電圧を印加するように高電圧供給装置を駆動制御することが好ましい。これにより、放電電極に比較的短い周期のパルス電圧を印加することによってイオンや中性子が加熱されることがないので、エネルギ効率を高めることができる。

以下、本発明の内燃機関の燃料噴射装置を、ガソリンエンジンに燃料を噴射供給するものに適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。図２は、図１中の弁部における噴孔周縁の周りを示す模式的電気回路図である。図３は、本実施形態に係わる放電電極によるプラズマ放電域とデポジットとの関係を説明する模式図である。図４は、非熱平衡のプラズマのデポジット除去作用を説明する図であって、正高圧電極と接地電極間の放電プラズマ状態を表す模式図である。

図１に示すように、燃料噴射弁１０は、内燃機関、特にガソリンエンジンに用いられる。燃料噴射弁１０は、例えば多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の吸気管または各気筒に取付けられて、気筒内の燃焼室に燃料を噴射供給する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１０は各気筒に設けられているものとする。燃料噴射弁１０には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、燃料分配管（図示せず）を介して供給される。燃料分配管には、一般に、図示しない燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ（図示せず）により吸い上げ吐出し、その吐出された燃料が導かれている。なお、吐出される燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されて、燃料分配管へ送られる。なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、エンジンの燃焼室へ供給する燃料の圧力が約２Ｍｐａ以上とするため、燃料ポンプによって燃料タンクから吸上げられた所定の低圧（例えば０．２Ｍｐａ）の燃料を、図示しない高圧ポンプで加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料（例えば、２〜１３Ｍｐａの範囲の所定の燃料）が、燃料分配管を介して燃料噴射弁１０に供給されている。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプから燃料分配管へ供給された燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されている。なお、以下、本実施例で説明するエンジンは、ガソリン直噴エンジンとする。

燃料噴射弁１０は、図１に示すように、略円筒形状であり、一端から燃料を受け、内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。燃料噴射弁１０は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓと、デポジット除去機構８０とを備えており、一端から燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの気筒に噴射供給する。

弁部は、図１に示すように、弁ボディ１２と、弁部材としてのニードル３０とを含んで構成されている。弁ボディ１２の内周には、上記内部燃料通路内を流れる燃料が導かれている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔２１側に向けて縮径する内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には、ニードル３０が離座および着座可能である。ニードル３０は略軸状に形成され、弁ボディ１２内を軸方向に往復移動可能である。なお、ここで、円錐面１３は、ニードル３０が離座および着座可能な弁座１４を構成する。具体的には、弁座１４には、ニードル３０の当接部３１が離座および着座する。なお、ここで、弁座１４と当接部３１は、弁部が燃料の噴射を停止するための油密機能の働きをするシート部を構成している。

弁座１４の中央側には、弁座１４の燃料流れの下流側に向かって、内部燃料通路と連通可能な噴孔２１が配置されている。詳しくは、弁ボディ１２の先端側に略薄板状部材としての噴孔プレート２０が配置されている。噴孔プレート２０は、図１に示すように、有底筒状に形成されており、弁ハウジング１６の底部の内壁と弁ボディ１２の底部の内壁との間に挟持されている。

噴孔プレート２０は、例えば薄い金属板状の薄板状体で形成され、複数（本実施例では、図１に作図の便宜上２個）の噴孔２１が配置されている。この噴孔２１は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定される。また、噴孔の開口面積は、開弁時の流量を規定する。したがって、燃料噴射弁１０の燃料噴射量は、噴孔２１の開口面積、ニードル３０のリフト量と、開弁期間とによって調量されている。ニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１からの燃料噴射が停止され、ニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２１から燃料が噴射される。

なお、弁ボディ１２は、弁ハウジング１６の燃料噴射側端部の内壁に溶接等により固定されている。弁ボディ１２は段付きの略有底円筒状に形成され、弁ハウジング１６の下端部の内周側に挿入されている。

また、一般に、弁ボディの弁座１４には、燃料噴射毎に繰り返しニードル３０が着座および離座する等のため、比較的強い耐摩耗性が要求される。これに対し、本実施形態では、弁ボディのうち、弁座１４側の部分つまり弁ボディ１２を耐摩耗性の比較的強い特定の材料で、電磁駆動部（詳しくは筒部材４０）に接続する側の弁ハウジング１６を、その特定材料以外の、例えば安価な材料を用いることができる。なお、特許請求の範囲に記載の弁ボディは、図１に示す弁ボディ１２および弁ハウジング１６とから構成されるものに限らず、弁ボディ１２から構成されるものであってもよい。

電磁駆動部Ｓは、図１に示すように、筒部材４０、可動コア５０、固定コア５４、およびコイル６０とを有する。

筒部材４０は、弁ボディ１２（詳しくは弁ハウジング１６）の反噴孔側の内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング１６を介して弁ボディ１２に固定されている。筒部材４０は、噴孔２１側から第１磁性筒部４２、非磁性筒部４４、および第２磁性筒部４６により構成されている。非磁性筒部４４は第１磁性筒部４２と第２磁性筒部４６との磁気的短絡を防止する。この磁気的短絡防止により、コイル６０の通電により発生する電磁力による磁束を、可動コア５０、固定コア５４、および緩衝コア５２に効率的に流れるようにしている。

可動コア５０は磁性材料で段付きの略円筒状体に形成されており、ニードル３０の反噴孔側の端部と溶接等により固定されている。可動コア５０はニードル３０とともに往復移動する。可動コア５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、可動コア５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。

固定コア５４は磁性材料で略円筒状に形成されている。固定コア５４は筒部材４０内に挿入されており、筒部材４０と溶接により固定されている。固定コア５４は可動コア５０に対し反噴孔側に設置され、可動コア５０に向きあっている。アジャスティングパイプ５６は固定コア５４の内周に圧入され、内部に燃料通路を形成している。付勢部材としてのスプリング５８は一端部でアジャスティングパイプ５６に係止され、他端部で可動コア５０に係止されている。アジャスティングパイプ５６の圧入量を調整することにより、可動コア５０に付勢するスプリング５８の荷重が変更される。スプリング５８の付勢力により可動コア５０およびニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。言い換えると、スプリング５８は可動コア５０をニードル３０の着座方向に付勢する付勢手段を構成する。

コイル６０はスプール６２に巻回されている。ターミナル６５はコネクタ６４にインサート成形されており、コイル６０と電気的に接続している。コイル６０に通電すると、可動コア５０と固定コア５４との間に磁気吸引力が働き、圧縮スプリング５８の付勢力に抗して可動コア５０は固定コア５４側に吸引される。

なお、ここで、弁ボディ１２とニードル３０とは燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂを構成する。弁部Ｂのうち、弁座１４と当接部３１はシート部を構成する。噴孔プレート２０（詳しくは、噴孔２１）は燃料を微粒化し、噴霧を形成する燃料噴霧形成手段を構成する。コイル６０と可動コア５０と固定コア５４と筒部材４０とスプリング５８とは弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓを構成する。上述の構成を有する燃料噴射弁１０は、コネクタ６４からコイルに供給する電流を制御することでニードル３０のリフトを制御し、内部燃料通路に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの燃焼室に噴射する。燃料噴射弁１０はニードル３０を着座方向に付勢するスプリング５８を有しており、コイル６０への電流供給が停止されると、コイルへ６０の電流供給の停止時には、弁部Ｂが閉弁して噴射を終了する。

デポジット除去機構８０は、図１および図２に示すように、高電圧供給装置８１と、放電電極８２とを有している。高電圧供給装置８１は、放電電極８２に高電圧を印加し、非熱平衡の放電プラズマが放電電極８２に発生するのに必要な電力エネルギを供給する。高電圧供給装置８１は、ＥＣＵ９０に接続されており、ＥＣＵ９０により駆動制御される。

放電電極８２は、図２に示すように、噴孔プレート２０上の噴孔２０および噴孔２０周縁等の噴射部に対峙するように配置されている。放電電極８２は、噴孔２０および噴孔２０周縁に対峙する部位では、放電電極８２と噴孔２０周縁間に非熱平衡の放電プラズマが発生するようにその対峙する間隔が調節されている。放電電極８２のうち、噴孔２０および噴孔２０周縁に対峙している部位以外の範囲では、シリコン等の絶縁体８３によって被覆されている。

この被覆された放電電極８２は、絶縁体８３を介して噴孔プレート２０および弁ボディ１２（詳しくは弁ハウジング）に固定されている。図２に示すように、放電電極８２の一端（図２中右側端部）は高電圧供給装置８１に電気的に接続され、他端（図２中左側端部）は、絶縁体８３に覆われたまま弁ボディ１２側に固定されている。弁ボディ１２はアース接地され、噴孔プレート２０および弁ボディ１２は接地電極として機能する。

制御手段としてのＥＣＵ９０は、図示しないリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このＥＣＵ９０は、バッテリ等の電源を用いて、燃料噴射弁１０のターミナル６５への通電開始および通電停止を実行することで、燃料噴射弁１０への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力（または吸入空気量）、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサ９１、９２、９３、９４、９５、９６の信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム（図示せず）に従って、燃料噴射弁１０の電磁駆動部Ｓの動作を制御する。なお、詳しくは、クランクシャフトの回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサ９１と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサ９２とが設けられている。エンジンの図示しないシリンダ（ウォータジャケット）などには、冷却水温を検出するための水温センサ９３が配設されている。吸気管には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ９４などが配設されている。排気管には、排ガス中の酸素濃等に比例し、空燃比信号を出力する空燃比センサ９８などが設けられている。また、運転者の要求等を検出するためのアクセルペダルセンサ９５、スロットル開度センサ９６等が設けられている。

ＥＣＵ９０は、高電圧供給装置８１を駆動制御することで、放電電極８２に電圧を印加する印加パターンを制御する。ＥＣＵ９０は、放電電極８２に比較的短い周期（例えばパルス幅が１μＳ）のパルス電圧を印加するように高電圧供給装置を駆動制御することが好ましい。これにより、放電電極に比較的短い周期のパルス電圧を印加することによってイオンや中性子が加熱されることがないので、非熱平衡のプラズマを発生する方法としてエネルギ効率を高めることができる。なお、エンジンの燃焼室温度を検出する温度センサ９７、Ｏ_２センサなどの空燃比センサ９８が設けられていることが好ましい。例えばＯ_２センサ９８の検出信号から、ＥＣＵ９０が周知のストイキ制御等空燃比制御し、エンジンの運転状態から最適な燃料噴射パルスの指令パルスを演算し、実際の燃料噴射弁１０（詳しくは電磁駆動部Ｓ）の燃料噴射パルスを比較し、そのパルス幅の差からデポジットの噴孔２1 周縁への付着状態が検出される。

なお、ＥＣＵ９０は、噴孔２周縁に付着するデポジットが所定量以上であるか否かを判断する機能を有する。デポジットの検出方法としては、上記燃料噴射パルス幅を検出し、その幅が所定値以上に達しているかを判断する方法、温度センサ９７により燃焼温度が所定値以上に達しているかを判断する方法、あるいはデポジット除去機能を前回作動させたときからの経過時間が所定時間経過したかを判断する方法などいずれの方法であってもよい。なお、上記経過時間は車両の走行距離で代用してもよい。これにより、噴孔２周縁に付着するデポジット量を所定量以下に抑制することができる。

次に、上述した構成を有する本実施形態の燃料噴射装置の作動を説明する。車両のエンジンキーをＩＧ位置にして、図示しないイグニッションスイッチがオン（ＯＮ）する等することで、燃料ポンプが駆動され、燃料タンク内に燃料が燃料ポンプにより吸い上げられる。吸い上げられた燃料は、プレッシャレギュレータにより調圧され、所定の低圧燃料が高圧ポンプへ供給される。高圧ポンプによって所定の低圧燃料は加圧され、加圧された燃料が燃料分配管へ供給される。燃料分配管へ供給された燃料は、プレッシャレギュレータにより所定の高圧燃料に調圧されて、燃料分配管内の各分配口から燃料噴射弁１０へ供給される。

燃料噴射弁１０の燃料噴射時には、燃料噴射弁１０のコイル６０に電流が供給され、ニードル３０が弁座１４から離座しリフトを開始すると、弁部は開弁され燃料の噴射を開始する。燃料は、噴孔２１から噴射され噴霧化されてエンジンの燃焼室等へ供給される。一方、燃料噴射停止時には、コイル６０への電流供給が停止され、スプリング５８によりニードル３０のリフトが減少する。そして、ニードル３０が弁座１４に着座すると、噴射が終了する。コイル６０への通電期間を調節することにより、燃料噴射弁１０から噴射される燃料（燃料噴霧）の噴射期間つまり燃料噴射量が調節される。

なお、ここで、放電電極８２による非熱平衡の放電プラズマの作用によりデポジットが除去される過程を説明する。まず、非熱平衡の放電プラズマを、図４に従って説明する。非熱平衡の放電プラズマが発生する条件は２つの場合がある。第１の場合は、正高圧電極８２と接地電極１２、２０との間に、局部的に限定されて持続する放電が発生するものである（以下、コロナ放電と呼ぶ）。第２の場合は、いわゆるストリーマ状の細かい放電チャンネルを形成するものである（以下、ストリーマ放電と呼ぶ）。コロナ放電やストリーマ放電などの部分放電が正高圧電極８２と接地電極１２、２０間に発生することで、図４に示すように、電子の温度は比較的高温な１００００Ｋ以上になるが、イオンや中性子の温度は約３００Ｋとほとんど常温のままで上記放電プラズマによる温度の上昇はみられない。そのため、対象物の噴孔２１周縁も約３００Ｋで温度は上がらない。なお、図４に示すように、大気中の酸素（Ｏ_２）は、室温でも、比較的高温な電子によりＯやＯＨのラジカル基に化学反応する。なお、燃料噴射弁１０の周りの雰囲気温度においても同様に酸素（Ｏ_２）は比較的高温な電子によりＯやＯＨのラジカル基に変換される。このとき、ＯやＯＨのラジカル基への変換が行なわれても、正高圧電極８２および接地電極１２、２０へのダメージは生じない。

なお詳しくは、大気中で非熱平衡の放電プラズマが発生すると、１ｍｏｌの酸素分子（Ｏ_２）は２ｍｏｌのＯラジカル基が発生する（Ｏ_２＋ｅ（電子）→２Ｏ＋ｅ）。１ｍｏｌの酸素分子（Ｏ_２）と１ｍｏｌのＯラジカル基からＯ_３ラジカル基に生成される（Ｏ_２＋Ｏ→Ｏ_３）。１ｍｏｌのＯラジカル基と１ｍｏｌの水（Ｈ_２Ｏ）から２ｍｏｌのＯＨラジカル基が生成される（Ｏ＋Ｈ_２Ｏ→２ＯＨ）。１ｍｏｌの水（Ｈ_２Ｏ）から１ｍｏｌのＯラジカル基と１ｍｏｌのＯラジカル基が発生する（Ｈ_２Ｏ＋ｅ→ＯＨ＋Ｏ＋ｅ）。

なお、ここで、Ｏ、ＯＨ、およびＯ_３のラジカル基は活性酸素種であり、酸化反応に強く寄与する。なお、化学反応後の電子（ｅ）は室温になり、Ｏ_３ラジカル基も室温となる。

これらの非熱平衡の放電プラズマは、図３に示すように噴孔２１の周縁および噴孔２１の内周においても発生する。デポジットはカーボンおよび炭化水素の重合物いわゆる炭素系の化合物であるため、Ｏ、ＯＨ、およびＯ_３の活性酸素種によって酸化除去できる。なお、図３において、Ｏ、ＯＨ、およびＯ_３の活性酸素種は、放電区域近傍で発生する。放電区域近傍で発生する活性酸素種のうち、Ｏ、ＯＨは比較的短寿命であり、Ｏ_３は比較的長寿命であるため、主として比較的長寿命なＯ_３ラジカル基が噴孔２１内へ拡散する。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、燃料を噴射および停止する弁部Ｂと、弁部Ｂの先端側に設けられ、弁部動作により開閉される噴孔２１とを有する燃料噴射弁１０とを備え、噴孔２１からエンジンへ燃料を噴射する燃料噴射装置において、弁部Ｂの先端側に放電電極８２を設け、放電電極８２と噴孔２１周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせるデポジット除去機構８０を備えている。これにより、噴孔２１および噴孔２１周縁等の噴孔部にデポジットが付着し堆積する場合があっても、放電電極８２と噴孔２１周縁との間に生じさせる非熱平衡の放電プラズマにより、噴射部に付着したデポジットを除去することが可能である。したがって、燃焼中の火炎もしくは燃焼ガスの影響による噴射部へのデポジット付着を抑制することができる。

（２）なお、一般に、電極に高電圧電源を印加する場合、高電圧の印加により電極を加熱する。加熱した電極からの熱伝達等により、デポジットが焼却等する消失温度以上に加熱されると、デポジットが焼却もしくは噴孔および噴孔周縁等の噴孔部から剥離する。しかしながら、消失温度は比較的温度が高く、燃焼室内の燃焼ガス温度に近いかそれ以上の温度に達する場合があるため、燃料噴射弁１０の弁部Ｂが受熱することで、例えば弁部材などの内部作動部材とこれを収容する弁ボディとの熱膨張差によるリフト量変化を生じるなどダメージを受ける場合がある。

これに対し、本実施形態では、デポジット除去機構８０の放電電極８２により、比較的高温ないわゆる熱プラズマではなく、非熱平衡の放電プラズマを生じさせるように構成している。したがって、非熱平衡の放電プラズマの作用により、電子の温度は熱プラズマと同じく比較的高温になるが、イオンや中性子の温度は常温程度のままで温度上昇しないので、放電対象物である、デポジットが付着する噴射部つまり弁部Ｂは非熱平衡の放電プラズマの作用により温度上昇することはない。その結果、弁部Ｂ等に熱的ダメージを与えることなく、噴射部に付着したデポジットを除去できる。

（３）さらになお、一般に、燃料噴射弁１０を含む燃料噴射装置を、エンジンで駆動される車両に搭載している場合、主に車両の電源は、例えばバッテリ等の車載用電源である。

これに対し、本実施形態では、放電電極８２は、弁部Ｂ側でアース接地しているので、放電電極のアース側を車両に搭載する製品である燃料噴射弁１０側で行なうことができ、バッテリ等の車載用電源から電圧を昇圧する電圧昇圧装置を追加する程度でよい。したがって、噴孔２１周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせる放電電極８２を有するデポジット除去機構８０の構成が簡素に提供することができる。

（４）さらになお、本実施形態では、放電電極のアースを、弁ボディで行なうことが好ましい。なお、噴孔２１は、弁ボディ１２の弁座１４の下流側の部位、および弁ボディ１２の先端側に設けられる噴孔プレート２０のうちのいずれか一方に設けられる。

これにより、噴孔２１が弁ボディ１２および噴孔プレート２０のいずれかに形成されている場合であっても、弁ボディ１２で放電電極８２のアースを行なうことで、噴孔２１自体もアース接地されるため、噴孔２１周縁と放電電極８２間で非熱平衡の放電プラズマを効率的に発生させることができる。

（５）さらになお、本実施形態では、除去対象のデポジットが付着する噴孔２１および噴孔２１の周縁には、非熱平衡の放電プラズマが発生するように放電電極８２を対峙させ、その対峙している部位以外の範囲では放電電極８２を絶縁体８３で被覆している。したがって、イオンや中性子の温度は常温程度で温度上昇せず、電子の温度は比較的高温にする程度の電力エネルギを放電電極８２に注入する際に、非熱平衡のプラズマを発生する方法として絶縁体８３で無駄な電力エネルギの消費を抑えることができる。

（６）さらになお、本実施形態では、非熱平衡のプラズマを発生する方法として、ＥＣＵ９０は、放電電極８２に比較的短い周期のパルス電圧を印加するように高電圧供給装置８１を駆動制御することが好ましい。これにより、放電電極８２に比較的短い周期のパルス電圧を印加することによってイオンや中性子が加熱されることがないので、エネルギ効率を高めることができる。

（７）なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、噴孔２１から噴射される燃料の圧力は２Ｍｐａ以上であることが好ましい。これにより、燃焼室内の筒内圧の上昇に対向して燃料噴射弁１０から燃料を噴射し、噴射した噴霧の微粒化が図れる。

なお、噴孔２１から噴射される燃料の圧力の上限は、噴霧の微粒化が図れ、燃焼安定性の確保ができる程度の圧力とする。

（他の実施形態）
なお、以上説明した本実施形態では、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、噴霧形成手段を有する噴孔プレート２０とを有する燃料噴射弁１０として説明したが、噴孔プレート２０はなく、弁ボディ１２の弁座１４の下流側に噴孔２１が配置され、噴霧形成手段を有する弁部であってもよい。

本発明の実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。 図１中の弁部における噴孔周縁の周りを示す模式的電気回路図である。 本実施形態に係わる放電電極によるプラズマ放電域とデポジットとの関係を説明する模式図である。 非熱平衡のプラズマのデポジット除去作用を説明する図であって、正高圧電極と接地電極間の放電プラズマ状態を表す模式図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射弁
１２ 弁ボディ（接地電極）
１３ 円錐面（内周面）
１４ 弁座
２０ 噴孔プレート（略薄板状部材、接地電極）
２１ 噴孔
３０ ニードル（弁部材）
３１ 当接部
８０ デポジット除去機構
８１ 高電圧供給装置
８２ 放電電極
８３ 絶縁体
９０ ＥＣＵ（制御手段）
Ｂ 弁部
Ｓ 電磁駆動部

Claims (6)

1. 燃料の流れを許容および遮断する弁部と、前記弁部の先端側に設けられ、前記弁部の遮断および許容動作により開閉される噴孔とを有する燃料噴射弁とを備え、
   前記噴孔から内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、
   前記弁部の先端側に放電電極を設け、
   前記放電電極と前記噴孔周縁との間に非熱平衡の放電プラズマを生じさせるデポジット除去機構を備えていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記放電電極は、前記弁部側でアース接地していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記弁部は、燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、前記弁座に着座および離座する弁部材とを有し、
   前記噴孔は、前記弁ボディの前記弁座の下流側の部位、および前記弁ボディの先端側に設けられる略薄板状部材のうちのいずれか一方に設けられており、
   前記放電電極のアースを、前記弁ボディで行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記放電電極は前記噴孔および前記噴孔の周縁に対峙するように配置され、
   前記放電電極を、前記噴孔および前記噴孔の周縁に対峙している部位以外の範囲で絶縁体が覆っていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記噴孔から噴射される燃料の圧力は、２Ｍｐａ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記放電電極に高電圧を供給する高電圧供給装置と、
   前記高電圧供給装置を駆動制御することで、前記放電電極に電圧を印加する印加パターンを制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、比較的短い周期のパルス電圧を印加するように前記高電圧供給装置を駆動制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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