JP2010169043A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波振動子等を駆動するための電気エネルギを必要とすることなく、振動により燃料中に微細なキャビテーションを生成して燃料を噴射することを可能とする内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁２０と、燃料噴射弁を外側から加振する加振装置３０とを具備し、加振装置は渦生成室３を具備し、渦生成室内に生成させた流体渦により発生する振動により燃料噴射弁を加振する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。

燃料噴射装置のニードル先端部に超音波振動子を配置し、この超音波振動子により燃料噴射装置内において燃料を高周波振動させ、燃料中に微細なキャビテーションを生成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように微細なキャビテーションを含む燃料が噴射されれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。

特開２００８−２５４８５ 特開２００５−３２９３８４ 実開２００２−１０６３８４

前述の燃料噴射装置によれば、噴射燃料を良好に気化させることができるが、燃料噴射装置内に配置された超音波振動子を駆動するための電気エネルギが必要となる。

従って、本発明の目的は、超音波振動子等を駆動するための電気エネルギを必要とすることなく、振動により燃料中に微細なキャビテーションを生成して燃料を噴射することを可能とする内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を外側から加振する加振装置とを具備し、前記加振装置は渦生成室を具備し、前記渦生成室内に生成させた流体渦により発生する振動により前記燃料噴射弁を加振することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料噴射弁を外側から加振する加振装置を具備し、この加振装置は渦生成室内に生成させた流体渦により発生する振動により燃料噴射弁を加振する。こうして、電気エネルギを必要とする超音波振動子等を必要とすることなく、例えば、噴射燃料を蓄える蓄圧室内の高圧燃料を利用して加振装置の渦生成室内で流体渦を生成すれば、新たなエネルギを必要とせずに、燃料噴射弁を加振して燃料噴射弁内の燃料中に微細なキャビテーションを生成することができる。

本発明による内燃機関の燃料噴射装置が具備する加振装置の構造を説明するための概略図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２とは異なる図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第一実施形態を示す概略図である。 本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第二実施形態を示す概略図である。

図１は、本発明による内燃機関の燃料噴射装置が具備する加振装置の構造を説明するための概略図である。同図において、１は高圧燃料通路であり、例えば、機関駆動式の高圧ポンプにより加圧された噴射燃料を蓄える各気筒共通の蓄圧室（コモンレール）に接続されている。高圧燃料通路１の先端側はテーパ部２を介して渦生成室３に接続され、渦生成室３の先端側には対称平面Ｐにより二分された一方に戻り通路４が接続されている。５は絞り部材であり、テーパ部２との間の流路面積を絞って、高圧燃料通路１から渦生成室３へ流入する燃料の流速Ｖが所望流速となるようにしている。

図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、この場合において、渦生成室３は半球形状とされており、絞り部材５の先端部は円錐形状であり、テーパ部２は切頭円錐形状である。こうして、絞り部材５と切頭円錐形状のテーパ部２との間の隙間を介して周囲から半球形状の渦生成室３へ燃料が流入し、渦生成室３の先端側には対称平面Ｐから偏倚して戻り通路４が接続されているために、半球形状の渦生成室３の対称平面Ｐを境とした戻り通路４側へ流入した燃料は、戻り通路４を介して渦生成室３から流出し易いが、半球形状の渦生成室３の対称平面Ｐを境とした反対側へ流入した燃料は、渦生成室３から流出し難く、図１に示すように渦を生成する。

図３は図１のもう一つのＡ−Ａ断面図であり、この場合において、渦生成室３は半円筒形状とされており、絞り部材５の先端部は三角柱形状であり、テーパ部２は切頭三角柱形状である。こうして、絞り部材５と切頭三角柱形状のテーパ部２との間の隙間を介して絞り部材５の両側から半円柱形状の渦生成室３へ燃料が流入し、渦生成室３の先端側には対称平面Ｐから偏倚して戻り通路４が接続されているために、半円柱形状の渦生成室３の対称平面Ｐを境とした戻り通路４側へ流入した燃料は、戻り通路４を介して渦生成室３から流出し易いが、半円柱形状の渦生成室３の対称平面Ｐを境とした反対側へ流入した燃料は、渦生成室３から流出し難く、図１に示すように渦を生成する。

図３においては、渦生成室３の容積が大きいために対称平面Ｐを境とした一方側に複数の戻り通路４が形成されている。渦生成室３が半球形状の場合には、渦生成室３への接続部において戻り通路４の中心軸線は球中心を指向するようにし、渦生成室３が半円柱形状の場合には、渦生成室３への接続部において戻り通路４の中心軸線は円柱中心軸線と垂直な平面上に位置して円柱中心軸線を指向するようにすることが好ましい。図２に示す半球形状に比較して、図３に示す半円柱形状の渦生成室３においては、対称平面Ｐを境とした渦生成室３の一方側へ燃料が流入する際に各燃料の流入方向が同一となるために、渦の生成が容易となる。

本加振装置は、こうして、蓄圧室内の高圧燃料を高圧燃料通路１へ供給して戻し通路４を介して蓄圧室へ戻すことにより、特に新たなエネルギを必要とすることなく、渦生成室３において渦を生成し、この渦による振動により燃料噴射弁を外側から加振するものである。それにより、燃料噴射弁において燃料中に微細なキャビテーションを生成し、このように微細なキャビテーションを含む燃料が噴射されれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。また、生成されたキャビテーションが崩壊すると、この崩壊エネルギによって噴射燃料に乱れを発生させたり、燃料が軽質化されたりし、燃料気化を容易にする。

ところで、渦生成室３へ流入する燃料の流速Ｖは、次式（１）により表される。
Ｖ＝Ｃ＊（２＊Ｐ／ρ）＾^0.5 …（１）
ここで、Ｃはテーパ部２と絞り部材５との間の隙間の流量係数であり、Ｐは高圧燃料通路１内の燃料圧力であり、ρは燃料の密度である。

一方、渦生成室３において生成される渦の周波数ｆは、次式（２）により表される。
ｆ＝Ｖ／ｒ／２π …（２）
ここで、ｒは図１に示すように半球形状又は半円筒形状の渦生成室３の半径である。

燃料噴射弁内の燃料中に微細なキャビテーションを生成するために必要な振動周波数は、２５ｋＨｚ以上であり、そのためには、上式（１）及び（２）に基づき、渦生成室３の半径ｒは次式（３）により表される。
ｒ＜Ｖ／５００００π
ｒ＜｛Ｃ＊（２＊Ｐ／ρ）＾^0.5｝／５００００π …（３）
すなわち、設定された渦生成室３の半径ｒに対して、上式（３）を満足するように、高圧燃料通路１内の燃料圧力Ｐに対して所望流量係数Ｃが実現されて、渦生成室３へ流入する燃料の所望流速Ｖが実現されるように絞り部材５とテーパ部２との間の隙間が制御されることとなる。

図４は、本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第一実施形態を示す概略図である。同図において、１０はシリンダヘッドであり、シリンダヘッド１０に形成された取付穴１０ａには、燃料噴射弁２０が、気筒内への燃料噴射を可能とするように取り付けられている。３０は、蓄圧室へ接続された前述の加振装置であり、先端内部には渦生成室３が形成されている。

シリンダヘッド１０において、燃料噴射弁２０の取付穴１０ａの近傍には、気筒内近傍において互いに連通するように、加振装置３０の取付穴１０ｂが形成され、加振装置３０は、取付穴１０ｂに、先端部が燃料噴射弁２０に当接するように取り付けられている。３１は取付穴１０ｂと加振装置３０との間の隙間をシールするためのシール部材である。

このように構成された燃料噴射装置において、加振装置３０の渦生成室３に渦を生成することにより、渦によって発生する振動により燃料噴射弁２０を加振して、燃料噴射弁から噴射される以前の燃料中に良好に微細なキャビテーションを生成することができる。

図５は、本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第二実施形態を示す概略図である。同図において、１０’はシリンダヘッドであり、シリンダヘッド１０’に形成された取付穴１０ａ’には、燃料噴射弁２０が、気筒内への燃料噴射を可能とするように取り付けられている。６は燃料噴射弁２０の外側に固定された三角形状の振動伝達部材であり、本実施形態においては、燃料噴射弁２０の外側に対向して二つの振動伝達部材６が設けられている。

それぞれの振動伝達部材６は、燃料噴射弁２０の軸線に対して燃料噴射弁２０の先端方向に傾斜するテーパ面を有し、各テーパ面に対して略扇断面形状の渦生成室３’が形成されている。渦生成室３’の扇断面の挟角は鈍角とすることが好ましい。各渦生成室３’には、振動伝達部材６のテーパ面に沿って高圧燃料通路１’が連通し、各渦生成室３’の燃料噴射弁２０の軸線側の端面近傍には、燃料噴射弁２０の軸線と略並行に戻し通路４’が接続されている。

各高圧燃料通路１’内には絞り部材５’が配置されており、蓄圧室内の高圧燃料が各高圧燃料通路１’を通り各絞り部材５’により絞られて所望流速を有して各渦生成室３’へ流入すると、扇断面形状の各渦生成室３’には、２５ｋＨｚ以上の振動周波数を発生する渦が生成されるようになっている。こうして、各渦生成室３’に生成された渦により各振動伝達部材６を介して燃料噴射弁２０を加振し、燃料噴射弁から噴射される以前の燃料中に良好に微細なキャビテーションを生成することができる。

本実施形態においては、振動伝達部材６と、シリンダヘッド１０’に形成された渦生成室３’、高圧燃料通路１’、及び戻し通路４’と、高圧燃料通路１’内に配置された絞り部材５’とが加振装置を構成している。

第一及び第二実施形態において、渦生成室において渦を生成する流体は燃料としたが、これは本発明を限定するものではなく、例えば、シリンダボア回りを循環する冷却水、内燃機関の駆動部を潤滑する潤滑油、又は、可変バルブタイミング機構等に使用される油圧アクチュエータのための作動油としても良い。

３，３’ 渦生成室
２０ 燃料噴射弁
３０ 加振装置

Claims (1)

1. 燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を外側から加振する加振装置とを具備し、前記加振装置は渦生成室を具備し、前記渦生成室内に生成させた流体渦により発生する振動により前記燃料噴射弁を加振することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

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