JP3958617B2

JP3958617B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3958617B2
Application number: JP2002099453A
Authority: JP
Inventors: 和彦川尻; 哲也本田; 崇米澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003293900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリンダの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置に関し、特に燃料の微粒子化を促進するとともに、この燃料がシリンダに付着することを防止することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開平５−６００３６号公報に示された従来の燃料噴射装置の構成を示す図である。図において、１は高電圧制御装置、２は噴射ポンプとの同期信号線、３は噴射ポンプ、４は噴射管、５は高電圧制御装置１と噴射ノズル７とを結ぶ高電圧用ケーブル、６は絶縁型ノズルホルダ、８はニールドバルブ、９はノズルスプリング、１０は調整スクリュである。
【０００３】
上記のように構成された従来の燃料噴射装置の動作について説明する。まず、噴射ノズル７が燃料を噴射する際に、噴射ノズル７の先端に、燃料噴射に同期したパルスまたはインパルス状の高電圧を印加する。そして、燃料噴射に同期した放電を発生させる。よって、噴霧される燃料は帯電し、燃料の霧化の促進が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の燃料噴射装置は、燃料がシリンダ内に噴射されると、この燃料が帯電しているためシリンダに付着しやすく、付着したままの燃料は燃焼せずに未燃のまま排出されたりし、燃焼効率が低下するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、燃料の微粒子化を促進すると共に、燃焼効率を向上することができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１の燃料噴射装置は、燃料を燃焼するための燃焼室を形成するシリンダと、シリンダの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置において、燃焼噴射弁から噴射される燃料を帯電する帯電手段としての数ｋＶから数十ｋＶの直流電圧または交流電圧を発生する電圧印加手段と、燃料噴射後に帯電された燃料の電位とシリンダの電位とが同極性と成るように制御する制御手段と、シリンダと燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材とを備え、帯電手段は、燃料噴射弁とシリンダとの間に電圧を印加する電圧印加手段から成り、制御手段は、燃料噴射後、電圧印加手段から燃料噴射弁とシリンダとの間に印加する電圧の極性を反転して印加する切換手段にて成るものである。
【０００７】
また、この発明に係る請求項２の燃料噴射装置は、請求項１において、帯電手段は、燃料噴射弁と接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成り、制御手段は、燃料噴射弁とシリンダとを電気的に導通する導通手段にて成るものである。
【０００８】
また、この発明に係る請求項３の燃料噴射装置は、請求項２において、接地点は、燃料噴射弁またはシリンダに形成された電極にて成るものである。
【０００９】
また、この発明に係る請求項４の燃料噴射装置は、請求項２において、接地点として、シリンダの燃焼室内の燃料に点火するための点火プラグの中心電極を用いるものである。
【００１０】
また、この発明に係る請求項５の燃料噴射装置は、請求項１において、シリンダと燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材を備え、帯電手段および制御手段は、燃料噴射弁およびシリンダと接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成るものである。
【００１１】
また、この発明に係る請求項６の燃料噴射装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、燃料噴射弁は、スワールノズル、ファンスプレーノズル、単一噴孔ノズル、マルチ噴孔ノズル、噴流衝突式ノズルのいずれかにて成るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である燃料噴射装置の構成を示す図である、図２は図１に示した燃料噴射装置の燃料噴射状態を示した図である。図において、１１は燃料噴射弁本体で、高圧に昇圧された燃料が通過する流路１２を構成している。１３はエンジンのシリンダで、燃料を燃焼するための燃焼室１３ａを構成し、この燃焼室１３ａを往復運動するピストン（図示せず）を備えている。そして、燃料噴射弁本体１１の先端が燃焼室１３ａに到達するように配設されている。燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３とはいずれも導体部材にて形成され、互いに接触する導通箇所Ａ（制御手段としての導通手段）を有している。
【００１３】
１４は燃料噴射弁本体１１の先端部に配設され噴孔１５を有するバルブシート、１６はバルブシート１４に隣接して噴孔１５を開閉する弁体であるニードル、１７は中心にこのニードル１６を囲んで成る燃料旋回素子、１８は外周にコイル１９が配設されたコアで、その内部が燃料の流路１２と成るように中空円筒形状になっており、その中空部にはスプリング２０が配設されている。
【００１４】
２１はニードル１６の他端部に、コア１８の先端側に対向するように配設されたアマチュア、２２は燃料噴射弁本体１１と接地点２３との間に電圧を印加する帯電手段としての電圧印加手段である。
【００１５】
次に上記のように構成された実施の形態１の燃料噴射装置の動作について説明する。まず、数ＭＰａ以上に昇圧された燃料２４が燃料噴射弁本体１１の流路１２を通って流入される。そして燃料２４は、スプリング２０によりアマーチュア２１を介してニードル１６がバルブシート１４に押し付けられているため、せき止められている。次に、コイル１９に通電すると、コア１８が磁化され、アマーチュア２１が上方に吸引される。そして、ニードル１６がバルブシート１４から離れ、隙間が生じる。
【００１６】
そして燃料２４は、燃料旋回素子１７を通り、旋回力が与えられ、遠心力により噴孔１５内では中空の円筒状の液膜が形成され、図２に示すように、噴孔１５から円錐状に噴射される。そして、燃料２４は燃料粒子２４ａのような小さな粒子として燃焼室１３ａ内に噴射される。そしてこのコイル１９への通電と同時に、電圧印加手段２２により燃料噴射弁本体１１と接地点２３との間に例えば数ｋＶから数十ｋＶのＤＣ電圧が印加される。
【００１７】
すると、噴孔１５から噴射される燃料２４即ち、燃料粒子２４ａが帯電する。燃料粒子２４ａが帯電することにより、燃料粒子２４ａに電気力が働き、この電気力が燃料粒子２４ａの表面張力に打ち勝ち、燃料粒子２４ａは不安定となり分裂し、さらに小さな燃料粒子２４ａとなる。そして、このように分裂して帯電した燃料粒子２４ａ同士は、それぞれが同電位に帯電しているため、燃料粒子２４ａ内部に働く電気力と同様の反発力が作用し、燃料粒子２４ａ同士の衝突を抑制するとともに、たとえ衝突したとしても燃料粒子２４ａ同士の合体も防止することができる。
【００１８】
そしてこの際、燃料噴射弁本体１１に導通箇所Ａにて導通しているシリンダ１３は、帯電した燃料粒子２４ａと同電位すなわち同極性となるように制御されている。よって、帯電した燃料粒子２４ａがシリンダ１３に衝突付着することが防止され、未燃焼燃料のまま排出される燃料が低減する。
【００１９】
上記のように構成された実施の形態１の燃料噴射装置は、燃料の微粒子化を促進すると共に、その燃料がシリンダに付着するのを防止するため、燃焼効率を向上させることができる。
【００２０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では接地点２３を燃料噴射装置の外部に備える例を示したがこれに限られることはなく、図３に示すように、燃料噴射弁本体１１に絶縁部材２５にて燃料噴射弁本体１１から絶縁され、接地電位を有する電極２６を備え、この電極２６と燃料噴射弁本体１１との間に電圧印加手段２２にて所定の電圧を印加するようにしてもよい。
【００２１】
また、図４に示すように、シリンダ１３に絶縁部材２７にてシリンダ１３から絶縁され、接地電位を有する電極２８を備え、この電極２８と燃料噴射弁本体１１との間に電圧印加手段２２にて所定の電圧を印加してもよい。
【００２２】
また、図５に示すように、シリンダ１３の燃焼室１３ａの燃料に点火するため点火プラグ２９の接地電位にある中心電極３０を用い、この中心電極３０と燃料噴射弁本体１１との間に電圧印加手段２２にて所定の電圧を印加してもよい。
【００２３】
上記のように構成された実施の形態２の燃料噴射装置によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、燃料噴射弁本体、または、シリンダの所望箇所に接地点を確保することができ、また、中心電極３０を用いる場合には新たに接地点を確保すること無く、燃料噴射弁本体およびシリンダに容易に同電位を印加することができる。
【００２４】
実施の形態３．
上記各実施の形態では、燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３とが導通箇所Ａにて導通している場合について説明したが、ここでは、図６に示すように燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３とを絶縁部材３１により電気的に絶縁する。そして燃料噴射弁本体１１と接地点２３とおよびシリンダ１３と接地点２３との間に電圧を印加する電圧印加手段３２を備える。３３はシリンダ１３と接地点２３との間に形成されたスイッチである。
【００２５】
上記のように構成された実施の形態３の燃料噴射装置は、燃料の噴射時に、燃料噴射弁本体１１と接地点２３との間に所定の電圧を印加すると共に、シリンダ１３と接地点２３との間のスイッチ３３をＯＮすることにより、同一の所定の電圧を印加する。このことにより、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
またこの場合は、スイッチ３３をＯＮ、ＯＦＦすることにより、シリンダ１３と接地点２３との間の電圧は、印加するまたは印加しないことを選択することができる。但し、帯電した燃料粒子が噴射された後には、必ずスイッチ３３をＯＮにし、帯電した燃料粒子と、シリンダとを同極性にしておく必要があることは言うまでもない。
【００２７】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。３４は燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３との間に電圧を印加する帯電手段としての電圧印加手段、３５ａ、３５ｂはこの電圧印加手段３４に接続された切換手段で、各状態の場合を示した図である。切換手段３５ａは燃料噴射時の状態を示したもので、切換手段３５ｂは燃料噴射後の状態を示したものである。切換手段３５ｂの１１側は燃料噴射弁本体１１と、１３側はシリンダ１３と接続されていることを示すものである。
【００２８】
次に上記のように構成された実施の形態４の燃料噴射装置の動作について説明する。燃料の噴射時には、燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３との間に所定の電圧を印加する。そして、上記各実施の形態と同様に、帯電した燃料粒子が燃焼室１３ａ内に噴射されることとなる。そして、この燃料の噴射後に、切換手段３５ｂの状態として、燃料噴射弁本体１１とシリンダ１３との間に印加する電圧の極性を反転して印加する。よって、上記各実施の形態と同様に、シリンダ１３の極性は帯電した燃料粒子と同極性を有することとなり、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
尚、上記各実施の形態では電圧印加手段として直流発生手段により電圧を印加する例を示したがこれに限られることはなく、例えば、図８に示すように、電圧印加手段３６として交流の電圧を発生して印加するようにしてもよい。尚、図においては、上記実施の形態１と同様の場合について説明したが、これに限られることはなく他の実施の形態においても同様に形成することができることは言うまでもない。
【００３０】
また、上記各実施の形態では、燃料噴射弁本体１１として、スワールノズルの場合の例について説明したがこれに限られることはなく、例えば、燃料の微粒子化に適した、図９に示したように、ファンスプレーノズル１１０や、図１０に示すように、単一噴孔ノズル１１１等においても同様に行うことができる。尚、各図においては、上記実施の形態１と同様の場合について説明したが、これに限られることはなく他の実施の形態においても同様に形成することができることは言うまでもない。また、マルチ噴孔ノズル、噴流衝突式ノズル等においても同様に行うことができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、燃料を燃焼するための燃焼室を形成するシリンダと、シリンダの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置において、燃焼噴射弁から噴射される燃料を帯電する帯電手段としての数ｋＶから数十ｋＶの直流電圧または交流電圧を発生する電圧印加手段と、燃料噴射後に帯電された燃料の電位とシリンダの電位とが同極性と成るように制御する制御手段と、シリンダと燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材とを備え、帯電手段は、燃料噴射弁とシリンダとの間に電圧を印加する電圧印加手段から成り、制御手段は、燃料噴射後、電圧印加手段から燃料噴射弁とシリンダとの間に印加する電圧の極性を反転して印加する切換手段にて成るので、燃料の微粒子化を促進するとともに、帯電した燃料がシリンダに付着するのが防止され、燃焼効率に優れた燃料噴射装置を提供することが可能となる。
さらに、燃料の微粒子化を確実に行うことができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
さらに、帯電された燃料の電位とシリンダの電位とを容易に同極性となるよう制御することができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【００３２】
また、この発明の請求項２によれば、請求項１において、帯電手段は、燃料噴射弁と接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成り、制御手段は、燃料噴射弁とシリンダとを電気的に導通する導通手段にて成るので、帯電された燃料の電位とシリンダの電位とを容易に同極性となるよう制御することができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【００３３】
また、この発明の請求項３によれば、請求項２において、接地点は、燃料噴射弁またはシリンダに形成された電極にて成るので、接地点を所望の箇所にて確保することができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【００３４】
また、この発明の請求項４によれば、請求項２において、接地点として、シリンダの燃焼室内の燃料に点火するための点火プラグの中心電極を用いるので、接地点を新たに設ける必要がない燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【００３５】
また、この発明の請求項５によれば、請求項１において、シリンダと燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材を備え、帯電手段および制御手段は、燃料噴射弁およびシリンダと接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成るので、帯電された燃料の電位とシリンダの電位とを容易に同極性となるよう制御することができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【００３６】
また、この発明の請求項６によれば、請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、燃料噴射弁は、スワールノズル、ファンスプレーノズル、単一噴孔ノズル、マルチ噴孔ノズル、噴流衝突式ノズルのいずれかにて成るので、燃料の微粒子化を確実に行うことができる燃料噴射装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した燃料噴射装置の燃料噴射状態を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図１１】従来の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１１燃料噴射弁本体、１３シリンダ、１５噴孔、
２２，３２，３４，３６電圧印加手段、２３接地点、２４燃料、
２４ａ燃料粒子、２５，２７，３１絶縁部材、２６，２８電極、
２９点火プラグ、３０中心電極、３３スイッチ、３５ａ，３５ｂ切換手段、
１１０ファンスプレーノズル、１１１単一噴孔ノズル、Ａ導通箇所。

Claims

燃料を燃焼するための燃焼室を形成するシリンダと、上記シリンダの上記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置において、燃焼噴射弁から噴射される燃料を帯電する帯電手段としての数ｋＶから数十ｋＶの直流電圧または交流電圧を発生する電圧印加手段と、上記燃料噴射後に上記帯電された燃料の電位と上記シリンダの電位とが同極性と成るように制御する制御手段と、上記シリンダと上記燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材とを備え、上記帯電手段は、上記燃料噴射弁と上記シリンダとの間に電圧を印加する電圧印加手段から成り、上記制御手段は、燃料噴射後、上記電圧印加手段から上記燃料噴射弁と上記シリンダとの間に印加する電圧の極性を反転して印加する切換手段にて成るをことを特徴とする燃料噴射装置。
帯電手段は、燃料噴射弁と接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成り、制御手段は、上記燃料噴射弁とシリンダとを電気的に導通する導通手段にて成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
接地点は、燃料噴射弁またはシリンダに形成された電極にて成ることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
接地点として、シリンダの燃焼室内の燃料に点火するための点火プラグの中心電極を用いることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
シリンダと燃料噴射弁とを電気的に絶縁する絶縁部材を備え、帯電手段および制御手段は、上記燃料噴射弁および上記シリンダと接地点との間に電圧を印加する電圧印加手段にて成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
燃料噴射弁は、スワールノズル、ファンスプレーノズル、単一噴孔ノズル、マルチ噴孔ノズル、噴流衝突式ノズルのいずれかにて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料噴射装置。