JP2006266145A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃焼室内部の温度状態に応じて燃料噴射量を制御する。
【解決手段】燃焼室内部の温度状態に応じて受動的に変化する燃料噴射弁を燃料噴射装置に取り付ける。燃料噴射弁は、燃焼室の内部温度が低温時のときは、燃料噴射口を塞ぐように配置され、燃焼室の内部温度が上昇するのに応じて、受動的に燃料噴射量を増加させる方向に変形する。これにより、各種センサ複雑な処理回路を用いることなく、燃焼室内部の温度変化に応じて、適切な燃料噴射量を噴射することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。

従来より、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置において、エンジンの暖機が不十分なときにHC（炭化水素）等の未燃ガスの発生を抑制するために、燃料噴射口の面積を燃焼室内の温度状況に合わせて変化させ、燃料噴射量を制御する燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開2002-322969号公報

しかしながら、従来の燃料噴射装置は、温度センサを利用して燃焼室内の温度を検出し、検出された温度に従って燃料噴射口の面積を変化させる構成になっているために、各種センサや制御回路が必要となる。また、従来の燃料噴射装置は、外側ニードル弁を2段階にリフトさせることにより、燃料噴出口の面積を変化させる構成になっているために、噴射弁の構造が複雑になる。従って、従来の燃料噴射装置によれば、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃焼室内部の温度状態に応じて燃料噴射量を制御することはできなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃焼室内部の温度状態に応じて燃料噴射量を制御することが可能な燃料噴射装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料噴射装置は、燃焼室内部の温度状態に応じて受動的に変形し、燃料噴射口の開口面積を変化させる燃料噴射弁を備える。

本発明に係る燃料噴射装置によれば、燃料噴射弁が燃焼室内部の温度に応じて変形し、燃料噴射口の開口面積を変化させるので、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃焼室内部の温度状態に応じて燃料噴射量を制御することができる。

以下に本発明の実施形態について図面とともに詳述する。

〔燃焼室の概略図〕
始めに、図１を参照して、本発明に係る燃料噴射装置が配設される内燃機関１の概略を説明する。図１に示す燃焼室２は、シリンダヘッド３と、シリンダブロック４と、ピストン５によって構成される。シリンダヘッド３には燃焼室２に連通する吸気ポート６及び排気ポート７が設けられ、吸気ポート６及び排気ポート７には、吸気弁８及び排気弁９が装着されると共に、吸気弁８及び排気弁９を開閉動作させる吸気弁用カム１０及び排気弁用カム１１が配置されている。シリンダヘッド３中央部には、燃焼室２内部方向に向かって、燃料噴射装置１２、点火プラグ１３が配置されている。また、燃料噴射装置１２の先端部Aには燃料噴射弁１４が取り付けられている。

〔燃料噴射弁の構成〕
次に、図２(a)、(b)を参照して、本発明の第１の実施例となる燃料噴射弁の構成について説明する。

図２(a)、(b)に示すように、本発明の第１の実施例となる燃料噴射弁１４は、燃料噴射装置１２の燃料噴射口１５の先端部に備えられる。また、燃料噴射弁１４は、燃焼室２の内部温度に応じて軸方向に受動的に変形する部材で構成され、例えば、図２(a)に示されるように、熱膨張率の異なる2つの部材１６及び部材１７を積層したものにより形成されている。なお、燃料噴射弁１４は、温度変化によって変形する部材であれば、熱膨張率が異なる2つの部材で燃料噴射弁１４を形成する必要はなく、同様の効果を有する形状記憶合金等により形成してもよい。

〔燃料噴射弁の動作説明〕
次に、図２(a)、(b)及び図３(a)、(b)を参照して、燃焼室２の内部温度変化に伴う燃料噴射弁１４の動作について説明する。

燃料噴射弁１４は、燃焼室２の内部温度がエンジン始動時等の低温時、図２(b)に示されるように、燃料噴射口１５を塞ぐ形で、燃料の過剰な供給を制限する構造となっており、このときの噴射口幅は幅Tとなっている。次に、燃焼室２の内部温度が高くなり、いわゆる暖気状態になると、図３(ｂ)に示されるように、燃料噴射弁１４は、燃焼室２内部の温度変状態に応じて軸方向に受動的に変形し、噴射口幅は幅T’（＞T）となり、低温時に比べて、燃料噴射口１５の面積が広くなる。よって、燃焼室２内部の温度が低温時であるときに比べてより多くの燃料を噴射することができる。

なお、上記実施形態では燃料噴射弁１４を１つの弁体により構成したが、図４(a)、(b)及び図５(a)、(b)に示すように、燃料噴射弁１４を複数の弁体１４a〜１４dにより構成し、各弁体をそれぞれ燃料噴射口１５の壁面に対称に取り付けても良い。この場合、弁体１４a~１４dは、燃焼室２の内部温度が低温時、図４(b)に示すように、燃料噴射口１５の中央部に噴射口を形成し、このときの噴射口幅は幅Tである。次に、燃焼室２の内部温度が高くなると、図５(b)に示されるように、各弁体１４a~１４dは、燃焼室２の内部温度の変化に応じて軸方向に受動的に変形し、中央部の開口部の面積が広がり、この結果、各弁体が接していた部分からも燃料が噴射されるようになる。そして、中央部の噴射口幅は幅T’(＞T)となり、燃焼室２の内部温度が低温時と比べて、より多くの燃料を噴射することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁１４は、燃焼室２の内部温度に応じて軸方向に受動的に変形する部材で構成され、燃焼室２内部温度が低温時のときは、燃料噴射口１５を塞ぐように配置され、燃焼室２の内部温度が上昇するのに応じて、受動的に燃料噴射量を増加させる方向に変形するので、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃料噴射量を自動的に制御することができる。

〔燃料噴射弁の構成〕
次に、図６(a)、(b)を参照して、本発明の第２実施例となる燃料噴射弁の構成について説明する。

図６(a)、(b)に示すように、本発明の第２の実施例となる燃料噴射弁１４は、燃料噴射口１５の壁面に沿って螺旋状に取り付けられている。なお、燃料噴射弁１４を構成する部材は、上記実施例１の燃料噴射弁１４を構成する部材と同じである。

〔燃料噴射弁の動作説明〕
次に、図６(a)、(b)及び図７(a)、(b)を参照して、燃焼室２の内部温度変化に伴う燃料噴射弁１４の動作について説明する。

燃料噴射弁１４は、燃焼室２の内部温度がエンジン始動時等の低温時、図６(b)に示されるように、螺旋状の隙間から燃料を噴射する。次に、燃焼室２の内部温度が高くなり、いわゆる暖気状態になると、図７(ｂ)に示されるように、燃料噴射弁１４は、燃焼室２内部の温度変状態に応じて噴出口側に突出するように変形する。そして、この結果、燃焼室２内部が低温時のときは、燃料噴射方向Pのみに噴射される噴霧形状であるが、高温時のときは、燃料噴射方向Pのみならず、横方向へも燃料を噴射できるようになる。

以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施例に係る燃料噴射弁１４は、燃焼室２内部温度が低温時のときは、燃料噴射弁１４が、螺旋状に燃料噴射口を取り囲むように配置され、燃焼室２の内部温度が上昇するのに応じて、受動的に燃料噴射方向へ変形するので、燃焼室２の内部温度に応じて燃料噴射量を変化させると共に、燃料の噴出方向を変化させることができる。

〔燃料噴射弁の構成〕
次に、図８(a)、(b)及び図９を参照して、本発明の第３実施例となる燃料噴射弁の構成について説明する。

図８(a)、(b)に示すように、本発明の第３の実施例となる燃料噴射弁１４は、噴射口１５の対向する壁面に両端が固定された長方形状の弁体１４e、１４fにより構成され、弁体１４e、１４fは、燃焼室２の内部温度の変化に応じて、互いに異なる軸方向に変形するようになっている。また、図９のY-Y’断面図に示されるように、弁体１４e、１４fは、燃焼室２がエンジン始動時等の低温時、僅かながら互いに異なる軸方向に歪曲しており、幅Tの噴射口幅が形成されている。さらに、弁体１４e、１４fは、噴射口１５の対向する壁面に両端を固定していることから、燃料噴射圧力に対しても、強度的に強く、熱による変形以外の影響を受けにくい。なお、弁体１４e、１４fを構成する部材は、上記実施例１の燃料噴射弁１４を構成する部材と同じである。

〔燃料噴射弁の動作説明〕
次に、図８(a)、(b)、図９、図１０(a)、(b)、図１１を参照して、燃焼室２の内部温度変化に伴う弁体１４e、１４fの動作について説明する。

弁体１４e、１４fは、燃焼室２の内部温度がエンジン始動時等の低温時、図９に示されるように、互いに異なる軸方向に歪曲し、幅Tの噴射口幅を形成している。次に、燃焼室２の内部温度が高くなると、図１１に示されるように、燃焼室２の内部温度が低温時のときに比べて、弁体１４e、１４fが互いに異なる軸方向に歪曲する度合いが大きくなり、噴射口幅が幅T’(>T)となり、燃料噴射量が増加する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施例４に係る燃料噴射弁１４では、燃焼室２内部温度が低温時のときは、２つの弁体１４e、１４fが、互いに異なる軸方向に歪曲し、噴射口幅Tの噴射口を形成している。そして、燃焼室２の内部温度が上昇するのに対応して、弁体１４e、１４fの歪曲が大きくなり、噴射口幅が、幅Tから幅T’へ広がることにより燃料噴射量を増加させるので、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃料噴射量を自動的に制御することができる。

〔燃料噴射弁の構成〕
次に、図１２(a)、(b)を参照して、本発明の第４実施例となる燃料噴射弁の構成について説明する。

図１２(a)、(b)に示すように、本発明の第４実施例となる燃料噴射弁１４は、互いに異なる材質からなる弁体１４g及び弁体１４hを備える。ここで、後述するように弁体１４gは、燃焼室２の内部温度の変化によって直接影響を受ける必要はないので、内部温度の変化によって変形する材質に限られなくても良い。また、弁体１４hは、上記実施例１の燃料噴射弁１４を構成する部材と同じ部材により構成されている。

〔燃料噴射弁の動作説明〕
次に、図１２(a)、(b)及び図１３(a)、(b)を参照して、燃焼室２の内部温度変化に伴う弁体１４g、１４hの動作について説明する。

本発明の第４の実施例に係る燃料噴射弁１４では、燃焼室２の内部温度がエンジン始動時等、低温時は、弁体１４gが噴射口側に傾斜しないように、弁体１４hを支持する。次に、燃焼室２の内部温度が高くなると、図１３(a)に示されるように、弁体１４hが弁体１４gの支持を解除するように変形し、弁体１４gは、噴射口側に突出するように傾斜する。これにより、燃料噴射量は増加する。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施例４に係る燃料噴射弁１４は、燃焼室２内部温度が低温時のときは、弁体１４hが、噴射口側に傾斜しないように弁体１４gを支持し、燃焼室２の内部温度が上昇するのに応じて、弁体１４hが変形し、弁体１４gが噴射口側に変位することにより噴射される燃料が増大するので、各種センサや複雑な処理回路を用いることなく、且つ、簡単な噴射弁構造で燃料噴射量を自動的に制御することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施例について説明したが、この実施例は本発明の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、上記実施形態では、燃焼室内の温度変化によって受動的に変化する弁体を噴射口に取り付けることによって噴射口の開口面積を変化させたが、温度によって弾性係数の異なる部材を弁体として取り付け、燃料の噴射圧力によって弁体を変化させても良い。このように、上記実施例に基づいて当業者等によりなされる他の実施例及び運用技術全ては本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

一般的な内燃機関の燃焼室の概略図である。 燃焼室の内部温度が低温であるときの本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が高温であるときの本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が低温時の本発明の他の実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が高温時の本発明の他の実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が低温であるときの本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が高温であるときの本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が低温であるときの本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である 燃焼室の内部温度が低温であるときの本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁のY-Y’面からみた断面図である。 燃焼室の内部温度が高温であるときの本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である 燃焼室の内部温度が高温であるときの本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁のY-Y’面からみた断面図である。 燃焼室の内部温度が低温であるときの本発明の第４実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。 燃焼室の内部温度が高温であるときの本発明の第４実施例に係る燃料噴射弁の断面図及び上面図である。

符号の説明

１：内燃機関の概略図
２：燃焼室
３：シリンダヘッド
４：シリンダブロック
５：ピストン
６：吸気ポート
７：排気ポート
８：吸気弁
９：排気弁
１０：吸気弁用カム
１１：排気弁用カム
１２：燃料噴射装置
１３：点火プラグ
１４：燃料噴射弁
１４a〜１４h：弁体
１５：燃料噴射口
１６、１７：部材

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置において、
   燃料噴射口に設けられ、前記燃焼室内の温度変化に応じて受動的に変形することにより、燃料噴射口の開口面積を変化させる燃料噴射部を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記燃料噴射部は、前記燃焼室内の温度変化に応じて燃料噴射方向に変形する弁体により構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記燃料噴射部は、互いに逆方向に歪曲している二つの弁体により構成され、前記燃焼室内の温度変化に応じて、二つの弁体の歪曲率が変化することにより、燃料噴射口の開口面積が変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 前記燃料噴射部は、二つの弁体により構成され、一方の弁体が燃焼室内部の温度変化に応じて変形することによって他方の弁体が変位することにより、燃料噴射口の開口面積が変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. 前記燃料噴射部は、熱膨張率の異なる一つ以上の部材から構成されることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記燃料噴射部は、形状記憶合金から成ることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
   

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