JP6582308B2 - 燃料噴射装置、内燃機関、及び燃料噴射方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダ内に燃料を噴射する燃料を、静電気力を用いて微粒化する燃料噴射装置、内燃機関及び燃料噴射方法に関する。

車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関では、排気ガス性能を向上するためには、燃料を完全に燃焼させることが好ましく、そのためには、燃料と空気との混合を促進することができる燃料の微粒化は、内燃機関の研究開発で需要な課題となっている。

現状では、シリンダ内において、燃料噴射ノズルから噴射された燃料と空気との混合を促進するために、高圧噴射で燃料の微粒化を図り、これにより、燃料と空気の均一な混合気を生成させて、良好な燃焼を実現させることで、スート（Ｓｏｏｔ）とＮＯｘ（窒素酸化物）の同時低減を図っている。

しかしながら、この高圧噴射の方法では、例えば、２４０ＭＰａ以上に噴射圧を増加させても、燃料と周辺空気との相対速度が大きくない場合には、燃料にせん断力が作用しないため、燃料の微粒化につながらず、高圧噴射による排気ガス中のスート成分やＮＯｘの同時減少には限界が見えてきている。つまり、噴霧の粒に加わるせん断力は噴霧速度と空気速度の相対速度が大きい程強くなるが、燃料噴射時には噴霧の移動に周囲の空気が引き込まれてしまい、噴霧と空気の間における相対速度が低下し、せん段力が小さくなり、このせん断力による微粒化の効果が殆どなくなってしまう。

この限界に関して、本発明者は、この高圧噴霧のよる微粒化とは別の方法で、燃料の微粒化を促進するために、燃料の噴射速度の増加に依存せずに、燃料噴射装置の内部に電場（静電場、又は、交番電場）を加えて、電気力により、液体に加わる表面張力を破壊し、液体の微粒化を図ることを考えた。つまり、エンジンの燃料噴射において、噴射された燃料の微粒化を図るために燃料を噴射する圧力を大きくしているが、高圧噴射による燃焼の微粒化には限界があるので、これまでの燃料噴霧を高圧噴射するだけのしくみから、静電気力を用いて噴霧の微粒化を促進することで、燃料噴射圧力を上昇しなくても燃料の微粒化を図ることができると考えた。

これに関連して、内燃機関の燃料噴射装置ではないが、噴霧微粒化した液体燃料等に電荷を加えることにより、その燃焼を促進する燃焼装置において、液体燃料を燃料噴射ノズルから噴射した後に荷電することを前提として、燃料噴射ノズルとその周囲に絶縁体を介して設置された筒状の電極との間に所要の高電圧を印加した状態で、燃料噴射ノズルの荷電用突出部の周囲の燃料噴射口から液体燃料を高圧で噴霧すると共に、電極内を通して水又は２次燃料等の第２の液体を導出させて、燃焼ノズルと電極間に形成されている高電界中を通過させて、イオン化させることで表面張力を低下させて、急速に燃料及び水を気化させる液体燃料の燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この液体燃料の燃焼装置では、燃料噴射ノズルと周囲の通常の電極との間に、１５ｋｖの高電圧を印加しているため、感電を避けるために、装置が大型化するので、内燃機関の燃料噴射装置に適用するのが難しいという問題がある。また、水又は２次燃料等の第２の液体を導出させることから燃料以外にこれらの液体を自動車内に保管する必要があるため、質量の増加を招く。

また、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ために、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出弁本体とを備えた燃料噴射装置において、燃焼噴射弁本体から噴射される燃料を帯電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導通箇所とを備えた燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この燃料噴射弁では、燃料噴射弁本体とシリンダを導通し、この両者と接地点との間に電圧を印加して、数ｋＶ〜数十ＫＶのＤＣ電圧を印加しており、燃料噴射ノズルばかりでなくシリンダも高電位になるため、絶縁破壊や感電を避けるための絶縁対策が大掛かりになるので、車両に搭載するような内燃機関の燃料噴射装置として使用するのが難しいという問題がある。また、燃料の帯電は燃料噴射ノズルを高電位にするだけであるので、燃料の帯電の効率も悪いという問題がある。

特公平３−８１０４２号公報 特開２００３−２９３９００号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射孔から燃料が噴射される際に、噴射された燃料を荷電することにより、静電気力により燃料を微粒化するができると共に、燃料噴射孔の内部という非常に狭い範囲に燃料への荷電のための電極部分を配置できて、従来技術における静電噴霧方式の燃料噴射装置に比べて、非常に小さい装置とすることができる燃料噴射装置、内燃機関、及び燃料噴射方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極とプラスとマイナスの他方の電極を前記燃料通路出口部位に露出して設けると共に、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加する電圧供給装置を備えて構成され、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、前記一方の電極の個数は複数であり、前記他方の電極の個数は複数であり、複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチ、及び／又は、複数の前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射孔に内部に、電場（静電場、又は、交番電場）を発生させて、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電するので、燃料の液滴に電荷を加えることにより、液滴に加わる表面張力を破壊して、燃料噴霧の分裂を促進することができる、更に、プラス（正）又はマイナス（負）に帯電した燃料は、燃焼時に発生するイオン（ラジカル）との反応が促進されるので、燃焼状態を改善できる。

更に、燃料噴射装置の燃料通路出口部位にここを通過する燃料を荷電する電極を設けるので、燃料噴射孔の内部という非常に狭い範囲に燃料を荷電するための電極が配置されることになる。そのため、この燃料を荷電する電極部分は燃料噴射装置の内部の回路で済み、従来技術における静電噴霧方式の燃料噴射装置に比べて、非常に小さい装置となる。

また、電極によって発生する電位差の相互距離が非常に小さく、０．０１μｍから１０ｍｍ程度、例えば１ｍｍ前後の大きさであり、印加電圧を低くしても荷電し易いので、数ｋＶ以下の電圧の印加で済み、電圧供給装置の容量を小さくすることができる。これらにより、この燃料噴射装置を車両に搭載する内燃機関においても使用可能な装置とすることができる。

また、この構成によれば、燃料噴射孔の内部という非常に狭い範囲にプラス側とマイナス側の電極が配置されるので、０．０１μｍから１０ｍｍ程度、例えば１ｍｍ前後の大きさであり、印加電圧を低くしても放電し易く、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むようになり、電圧供給装置の容量を小さくすることができる。

また、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極と、該一方の電極と絶縁体を介して燃料噴射孔内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極とからなる荷電部を、前記一方の電極が前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、前記一方の電極の個数は複数であり、複数の前記一方の電極のうち、荷
電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射孔の内部という非常に狭い範囲に一方の電極が配置されるので、０．０１μｍから１０ｍｍ程度、例えば１ｍｍ前後の大きさであり、印加電圧を低くしても燃料に電荷を放出し易く、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むようになり、電圧供給装置の容量を小さくすることができる。この場合は、上記の電極間の放電では無く、一方の電極から燃料へのプラス又はマイナスの電荷の移動になる。

また、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極を前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、ピストン及びシリンダの両方をプラスとマイナスの他方の電極にして、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加する電圧供給装置を備えて構成され、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記第一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、前記一方の電極の個数は複数であり、複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチ、及び／又は、前記ピストン及び前記シリンダによって構成された前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする。

この構成では、上記の電極間の放電では無く、一方の電極から燃料へのプラス又はマイナスの電荷の移動になる。燃料噴射孔から噴射された燃料が向かう先のピストン若しくはシリンダに電荷を有する燃料が吸い寄せられるので、燃料室内における噴射された燃料噴霧の貫徹を促すことができる。従って、口元が広い燃焼室に対しても、燃料噴霧の拡散を促進しつつ燃焼を完了させることが可能となる。また、ピストン若しくはシリンダのどちらか一方側又は両方側を接地電圧とすることで容易に感電を防止できる。

そして、上記の燃料噴射装置によれば、燃料噴射圧増加のための装置を変更することなく、本発明の燃料噴射装置の荷電機構を追加することができるので、これにより、噴射された燃料の微粒化を図ることができる。つまり、従来技術の燃料噴射装置に対して燃料通路出口部位（噴孔部分）の仕組みを変更することで、更なる微粒化の効果と副次的な反応促進の効果を得ることができる。

また、構造上、エンジン全体の構造を変更することなく、燃料噴射装置の燃料通路出口部位の変更で容易に取り付けることが可能な構造となる。これにより、既存の燃料噴射装置に対する追加装置となるため、また、荷電機構の部品による場所の専有が小さいため、これまでに量産されている内燃機関にも僅かな改造だけで適用が可能となる。

その上、これまでの噴射された燃料を微粒化する構成とは異なる微粒化達成手段の構成のため、高圧噴霧噴射装置が故障した場合のバックアップとしても利用が可能となる。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の燃料噴射装置を備えて構成され、上記の燃料噴射装置と同様の作用効果を奏することができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の燃料噴射方法は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記燃料通路出口部位に露出してそれぞれが設けられた、複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極と複数のプラスとマイナスの他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える、及び／又は、複数の前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替えることを特徴とする。

また、本発明の燃料噴射方法は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記燃料通路出口部位に露出して設けられた、複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極と、該一方の電極とは絶縁体を介して燃料噴射孔内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極との間に
直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替えることを特徴とする。

また、本発明の燃料噴射方法は、燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極を前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、ピストン及びシリンダの両方をプラスとマイナスの他方の電極にして、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える、及び／又は、前記ピストン及び前記シリンダによって構成された前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替えることを特徴とする。

あるいは、上記の燃料噴射方法において、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記荷電機構が、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極を前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、ピストン若しくはシリンダのどちらか一方又は両方をプラスとマイナスの他方の電極にして、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加する。

これらの方法によれば、上記の燃料噴射装置と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の燃料噴射装置、内燃機関、及び燃料噴射方法によれば、燃料噴射孔から燃料が噴射される際に、燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、噴射された燃料を荷電することにより、静電気力により燃料を微粒化するができる。

それと共に、燃料噴射装置の燃料通路出口部位に、ここを通過する燃料を荷電する電極を設けるので、燃料噴射孔の内部という非常に狭い範囲に電極等が配置されることになる。そのため、荷電機構における燃料を荷電するための電極部分は燃料噴射装置の内部の電極と回路で済み、従来技術における静電噴霧方式の燃料噴射装置に比べて、非常に小さい装置となる。

また、燃料を荷電する電極の相互距離や電位差を生じる距離を小さくでき、０．０１μｍから１０ｍｍ、例えば、１ｍｍ以下の大きさにすることができ、印加電圧を低くしても荷電し易いので、数ｋＶ以下の電圧の印加で済み、電圧供給装置の容量を小さくすることができる。

従って、この燃料噴射装置を車両に搭載する内燃機関においても使用可能な装置とすることができる。

本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置における燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位を模式的に示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の燃料噴射装置における燃料通路出口部位の構成と電圧供給装置の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の燃料噴射装置における燃料通路出口部位の構成と電圧供給装置の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る第３の実施の形態の燃料噴射装置における燃料通路出口部位の構成と電圧供給装置の構成を模式的に示す図である。 燃料噴射の時期と電圧供給装置による電圧荷電の関係を示す図である。 燃料への荷電と燃料の微粒化の関係を説明するための図である。

以下、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置、内燃機関、及び燃料噴射方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置を備えて構成され、後述する燃料噴射装置が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置１は、燃料噴射孔１０から噴射される燃料Ｆを荷電する燃料噴射装置１であり、この燃料通路出口部位Ａを通過する燃料Ｆを荷電する荷電機構２０を備えると共に、燃料Ｆを荷電する電極を燃料噴射孔１０の開口部１１の近傍の燃料通路出口部位Ａに設けて、燃料Ｆが燃料噴射孔１０から噴射される前に燃料Ｆを荷電するように構成される。なお、制御装置（制御回路：図示しない）を設けて、図２〜図４の電圧供給装置２４や切り替えスイッチ２５、２６、２７を制御する。

この燃料通路出口部位Ａの範囲については、開口部１１より奥側の燃料Ｆの通路１２内でもよく、開口部１１であってもよく、開口部１１に隣接して設けてもよい。以下では燃料Ｆが通過する部分、即ち開口部１１より奥側（上流側）設けられる構成としている。この開口部１１の近傍の例示としては、例えば、開口部１１から開口部１１の直径の１０倍程度奥側までの範囲を示すことができる。

そして、本発明の実施の形態の燃料噴射装置１を用いての本発明の実施の形態の燃料噴射方法は、燃料噴射孔１０から噴射される燃料Ｆに電荷を印加させる燃料噴射方法であり、この方法において、燃料噴射孔１０の開口部１１の近傍の燃料通路出口部位Ａに設けた電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２１Ｃにより、燃料通路出口部位Ａを通過する燃料Ｆに電荷を印加して、燃料Ｆが燃料噴射孔１０から噴射される前に燃料Ｆを荷電する方法である。

この燃料Ｆに電荷を印加させる時期は、図５に示すように、燃料噴射の間であるが、制御において時間遅れｔｄが生じるが、燃料噴射がなされている期間と同じ期間ｔｉであり、時間遅れｔｄを小さくするほど、荷電する効率及び噴射された燃料Ｆの微粒化の効率も良くなる。図５では定電圧を加えているが交番電圧でもよい。

なお、燃料噴射がパイロット噴射、マルチ噴射、ポスト噴射などと１サイクル中で分割されて噴射される場合には、パイロット噴射の噴射開始の時点からポスト噴射の終了の時点まで連続して電圧を印加する。この電圧印加は、原則、燃料Ｆが通過してから通過完了までの間行う。この燃料の通過は、各電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃ、２２Ｃの間に加わる抵抗をモニターすることで検知できる。

より具体的には、本発明に係る第１の実施の形態の燃料噴射装置１は、図２に示すように、燃料噴射装置１の荷電機構２０Ａにおいて、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ａと単数又は複数のプラスとマイナスの他方の電極２２Ａを燃料通路出口部位Ａに露出して設ける。また、一方の電極２１Ａと他方の電極２２Ａとの間に直流電圧又は交流電圧（交番電圧）を印加する電圧供給装置２４を備えて構成される。この電圧供給装置２４により、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、一方の電極２１Ａと他方の電極２２Ａとの間に直流電圧又は交流電圧を印加する。

図２の構成では、燃料通路出口部位Ａの燃料噴射孔１０の内部にプラスとマイナスのどちらか一方の電位になる電極２１Ａと他方の電位になる電極２２Ａの両方が設けられ、これらの電極２１Ａ、２２Ａの間で燃料Ｆを荷電する。これらの電極２１Ａ、２２Ａは放電し易い形状、例えば、円錐台形状の突起、針状体等の放電促進形状で形成されることが好ましい。図２では、電極２１Ａを円錐形状の突起で形成し、燃料噴射孔１０の内面に円環状あるいは円筒形状の絶縁体２３を介して燃料Ｆに触れる位置に配置している。

また、切り替えスィッチ２５を設けて、荷電する一方の電極２１Ａを切り替えるように構成すると共に、切り替えスィッチ２６を設けて、荷電する他方の電極２２Ａを切り替えるように構成して、切り替えによって電界の分布を変化させ、燃料に対するせん断力を効率的に加えることができるようにする。

なお、図２の構成では、工作が容易なので、絶縁体２３を円環状または円筒状に形成しているが、一方の電極２１Ｂと他方の電極２２Ｂの間の絶縁が保たれれば良いので、必ずしも、絶縁体２３を全周に設ける必要はなく、一方の電極２１Ｂと他方の電極２２Ｂがある部分だけに設けてもよい。

そして、本発明に係る第１の実施の形態の燃料噴射方法は、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、燃料通路出口部位Ａに露出してそれぞれが設けられた、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ａと単数又は複数のプラスとマイナスの他方の電極２２Ａとの間に直流電圧又は交流電圧を印加することを特徴とする。

この第１の実施の形態の燃料噴射装置１及び燃料噴射方法によれば、燃料噴射孔１０の内部という非常に狭い範囲にプラス側とマイナス側の電極２１Ａ、２２Ａが配置されるので、両方の電極２１Ａ、２２Ａの相互距離が非常に小さく、０．０１μｍから１０ｍｍ程度、例えば１ｍｍ前後の大きさであり、印加電圧を低くしても放電し易く、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むようになり、電圧供給装置２４の容量を小さくすることができる。

なお、図６の（Ａ）に示すように、プラスとマイナスの電極２１Ａ、２２Ａが燃料Ｆの流れに触れ、燃料Ｆに電圧が加わり電位差が生じる。この電位差により燃料Ｆは帯電することになる。

また、本発明に係る第２の実施の形態の燃料噴射装置１は、図３に示すように、荷電機構２０Ｂが、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ｂと、この一方の電極２１Ｂと絶縁体２３を介して燃料噴射孔１０の内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極２２Ｂとからなる荷電部を、一方の電極２１Ｂが燃料通路出口部位Ａに露出するように燃料通路出口部位Ａに設ける。それと共に、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、一方の電極２１Ｂと他方の電極２２ｂとの間に直流電圧又は交流電圧を印加するように構成される。

つまり、燃料通路出口部位Ａの燃料噴射孔１０の内部にプラスとマイナスのどちらか一方になる電極２１Ｂと、この電極２１Ｂとは絶縁体２３を介して積層されているマイナスとプラスの他方になる電極２２Ｂが設けられ、一方の電極２１Ｂからプラス又はマイナスの電荷を燃料Ｆに放出する。この一方の電極２１Ｂは電荷を放出し易い形状、例えば、円錐台形状の突起、針状体等の放電促進形状で形成されることが好ましい。一方、他方の電極２２Ｂは一方の電極２１Ｂに対しての電位を保つための電極であり、他方の電極２２Ｂを接地電位にする場合には、燃料噴射装置１の燃料噴射孔１０自体を電気的に接地して、これを他方の電極２２Ｂとしてもよい。

また、切り替えスィッチ２５を設けて、荷電する一方の電極２１Ｂを切り替えるように構成して、切り替えによって電界の分布を変化させ，燃料に対するせん断力を効率的に加えることができるようにする。

なお、図３の構成では、工作が容易なので、絶縁体２３と他方の電極２２Ｂを円環状または円筒状に形成しているが、一方の電極２１Ｂと他方の電極２２Ｂの間の絶縁が保たれれば良いので、必ずしも、絶縁体２３を全周に設ける必要はなく、一方の電極２１Ｂのある部分だけに設けてもよい。

そして、本発明に係る第２の実施の形態の燃料噴射方法は、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、燃料通路出口部位Ａに露出して設けられた、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ｂと、この一方の電極２１Ｂとは絶縁体２３を介して燃料噴射孔１０の内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極２２Ｂとの間に直流電圧又は交流電圧を印加する方法となる。

この第２の実施の形態の燃料噴射装置１及び燃料噴射方法によれば、燃料噴射孔１０の内部という非常に狭い範囲に一方の電極２１Ｂが配置されるので、両方の電極２１Ｂ、２２Ｂの相互距離が非常に小さく、０．０１μｍから１０ｍｍ程度、例えば１ｍｍ前後の大きさであり、印加電圧を低くしても燃料Ｆに電荷を放出し易く、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むようになり、電圧供給装置２４の容量を小さくすることができる。この場合は、図６の（Ａ）に示すような電極２１Ａ、２２Ａの間の放電では無く、図６の（Ｂ）に示すように、一方の電極２１Ｂから燃料へのプラス又はマイナスの電荷の移動になる。

また、本発明に係る第３の実施の形態の燃料噴射装置１は、図４に示すように、荷電機構２Ｃが、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ｃを燃料通路出口部位Ａに露出するように燃料通路出口部位Ａに設けると共に、ピストン２若しくはシリンダ３のどちらか１つ又は両方をプラスとマイナスの他方の電極２２Ｃにして、一方の電極２１Ｃと他方の電極２２Ｃとの間に直流電圧又は交流電圧を印加する電圧供給装置２４を備えて構成される。そして、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、第一方の電極２１Ｃと他方の電極２２Ｃとの間に直流電圧又は交流電圧を印加するように構成される。

つまり、燃料通路出口部位Ａの燃料噴射孔１０の内部にプラス又はマイナスになる一方の電極２２Ｃと、燃料噴射孔１０から噴射された燃料Ｆが向かう先のピストン２若しくはシリンダ２どちらか１つ又は両方の他方の電極２２Ｃとの間に電圧が印加されるので、一方の電極２１Ｃからプラス又はマイナスの電荷を燃料Ｆに放出する。言い換えれば、燃料噴射装置１と、ピストン２またはシリンダ３（シリンダにライナーがある場合はこのライナー）のどちらか一方又は両方で回路を組んで、燃料Ｆに電荷を加え、噴霧Ｆの静電気力によって、燃料（燃料噴霧）Ｆの微粒化を図る。

この一方の電極２１Ａは電荷を放出し易い形状、例えば、円錐台形状の突起、針状体等の放電促進形状で形成されることが好ましい。一方、他方の電極２２Ｃは一方の電極２１Ｃに対しての電位を保つための電極であり、他方の電極２２Ｃを接地電位にする場合には、ピストン２若しくはシリンダ３のどちらか一方又は両方に電気的に接続するエンジンの筺体を電気的に接地（アース）してしてもよい。この燃焼室５側にアースを付けることにより、感電を防止しつつ、燃料Ｆの噴霧の貫徹力を増加させることができる。

また、切り替えスィッチ２５を設けて、荷電する一方の電極２１Ｃを切り替えるように構成して、切り替えによって電界の分布を変化させ，燃料に対するせん断力を効率的に加えることができるようにする。また、切り替えスィッチ２７を設けると、燃料噴射量や燃焼の状態に応じて、ピストン２若しくはシリンダ３のどちらか一方を選択することができるようになる。

なお、図４の構成では、工作が容易なので、絶縁体２３を円環状または円筒状に形成しているが、一方の電極２１Ｃと燃料噴射孔１０の間の絶縁が保たれれば良いので、必ずしも、絶縁体２３を全周に設ける必要はなく、一方の電極２１Ｃのある部分だけに設けてもよい。

そして、本発明に係る第３の実施の形態の燃料噴射方法は、燃料Ｆが燃料通路出口部位Ａを通過するときに、荷電機構２０Ｃが、単数又は複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極２１Ｃを燃料通路出口部位Ａに露出するように燃料通路出口部位Ａに設けると共に、ピストン２若しくはシリンダ３のどちらか一方又は両方をプラスとマイナスの他方の電極２２Ｃにして、一方の電極２１Ｃと他方の電極２２Ｃとの間に直流電圧又は交流電圧を印加する方法となる。

この第３の実施の形態の燃料噴射装置１及び燃料噴射方法によれば、燃料噴射孔１０の内部という非常に狭い範囲に一方の電極２１Ｃが配置される。ピストン、シリンダと孔の内部との間の距離はピストンが上死点にくる時に最小で１ｍｍ程度となるため、印加電圧を低くしても燃料Ｆに電荷を放出し易く、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むようになり、電圧供給装置２４の容量を小さくすることができる。この場合は、図６の（Ａ）に示すような、第１の実施の形態の電極２１Ａ、２２Ｂの間の放電では無く、図６の（Ｃ）に示すように、一方の電極２１Ｃから燃料Ｆへのプラス又はマイナスの電荷の移動になる。

更に、燃料噴射孔１０から噴射された燃料Ｆが向かう先のピストン２若しくはシリンダ３のどちらか一方又は両方に電荷を有する燃料Ｆが吸い寄せられるので、燃料室５内における噴射された燃料Ｆの貫徹を促すことができる。従って、口元が広い燃焼室５に対しても、燃料Ｆの噴霧の拡散を促進しつつ燃焼を完了させることが可能となる。

上記の各実施の形態の燃料噴射装置１、内燃機関、及び燃料噴射方法によれば、図６に示すように、燃料噴射孔１０に内部に、電場（静電場、又は、交番電場）を発生させて、燃料噴射孔１０から噴射される燃料Ｆを荷電するので、燃料Ｆの液滴に電荷を加えることにより、燃料Ｆの液滴に加わる表面張力を破壊して、燃料Ｆの噴霧の分裂を促進することができる、更に、プラス（正）又はマイナス（負）に帯電した燃料Ｆは、燃焼時に発生するイオン（ラジカル）との反応が促進されるので、燃焼状態を改善できる。

更に、燃料噴射装置１の燃料通路出口部位Ａにここを通過する燃料Ｆを荷電する電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを設けるので、燃料噴射孔１０の内部という非常に狭い範囲に電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２３、２２Ｂ等が配置されることになる。特に、荷電部分は燃料噴射装置１の内部の回路で済み、従来技術における静電噴霧方式の燃料噴射装置に比べて、非常に小さい装置となる。

また、電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃによって発生する電位差の相互距離が非常に小さくｍｍ単位になり、印加電圧を低くしても放電し易いので、数ｋＶ以下の電圧の印加で済むので、電圧供給装置２４の容量を小さくすることができる。これらにより、この燃料噴射装置１を車両に搭載する内燃機関においても使用可能な装置とすることができる。

そして、これらによれば、燃料噴射圧増加のための装置を変更することなく、燃料噴射装置１の荷電機構２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを追加することができるので、これにより、噴射された燃料Ｆの微粒化を図ることができる。つまり、従来技術の燃料噴射装置に対して燃料通路出口部位（噴孔部分）Ａの仕組みを変更することで更なる微粒化の効果と副次的な反応促進の効果を得ることができる。

また、構造上、エンジン全体の構造を変更することなく、燃料噴射装置１の燃料通路出口部位Ａの変更で容易に取り付けることが可能な構造となる。これにより、燃料噴射装置１に対する追加装置となるため、また、荷電機構２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの部品による場所の専有が小さいため、これまでに量産されている内燃機関にも僅かな改造だけで適用が可能となる。

その上、これまでの噴射された燃料を微粒化する構成とは異なる微粒化達成手段の構成のため、高圧噴霧噴射装置が故障した場合のバックアップとしても利用が可能となる。

従って、燃料噴射孔１０から燃料Ｆが噴射される際に、燃料噴射孔１０の開口部１１の近傍の燃料通路出口部位Ａに設けた荷電機構２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにより、噴射された燃料Ｆに電荷を印加させることにより、静電気力により燃料Ｆを微粒化するができる。

それと共に、燃料噴射装置１０の燃料通路出口部位Ａに、ここを通過する燃料Ｆに電荷を印加する電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃを設けるので、燃料噴射孔１０の内部という非常に狭い範囲に電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃ等が配置されることになる。そのため、荷電機構２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃにおける燃料への荷電のための電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃ部分は燃料噴射装置１の内部の電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃと回路で済み、従来技術における静電噴霧方式の燃料噴射装置に比べて、非常に小さい装置となる。

また、燃料Ｆに荷電するための電極２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃの相互距離が非常に小さくｍｍ単位になり、印加電圧を低くしても荷電し易いので、数ｋＶ以下の電圧の印加で済み、電圧供給装置２４の容量を小さくすることができる。

従って、この燃料噴射装置１を車両に搭載する内燃機関においても使用可能な装置とすることができる。

１ 燃料噴射装置
２ ピストン
３ シリンダ
４ シリンダヘッド
５ 燃焼室
１０ 燃料噴射孔
１１ 開口部
２０ 荷電機構
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ 一方の電極
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ 他方の電極
２３ 絶縁体
２４ 電圧供給装置
２５、２６、２７ 切り替えスイッチ
Ａ 燃料通路出口部位

Claims (7)

1. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、
   燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、
   燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、
   燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、
   前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極とプラスとマイナスの他方の電極を前記燃料通路出口部位に露出して設けると共に、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加する電圧供給装置を備えて構成され、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、
   前記一方の電極の個数は複数であり、前記他方の電極の個数は複数であり、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチ、及び／又は、複数の前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、
   燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、
   燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、
   燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、
   前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極と、該一方の電極と絶縁体を介して燃料噴射孔内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極とからなる荷電部を、前記一方の電極が前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、
   前記一方の電極の個数は複数であり、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。
3. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射装置において、
   燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電する荷電機構を備えると共に、
   燃料を荷電する電極を前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けて、
   燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電するように構成し、
   前記荷電機構が、プラスとマイナスのどちらか一方の電極を前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、ピストン及びシリンダの両方をプラスとマイナスの他方の電極にして、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加する電圧供給装置を備えて構成され、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記第一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加し、
   前記一方の電極の個数は複数であり、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える切り替えスイッチ、及び／又は、前記ピストン及び前記シリンダによって構成された前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替える切り替えスイッチをさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
5. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、
   前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、
   燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記燃料通路出口部位に露出してそれぞれが設けられた、複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極と複数のプラスとマイナスの他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える、及び／又は、複数の前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替えることを特徴とする燃料噴射方法。
6. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、
   前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、
   燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、前記燃料通路出口部位に露出して設けられた、複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極と、該一方の電極とは絶縁体を介して燃料噴射孔内面に配設されるプラスとマイナスの他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替えることを特徴とする燃料噴射方法。
7. 燃料噴射孔から噴射される燃料を荷電する燃料噴射方法において、
   前記燃料噴射孔の開口部の近傍の燃料通路出口部位に設けた電極により、前記燃料通路出口部位を通過する燃料を荷電して、燃料が前記燃料噴射孔から噴射される前に燃料を荷電し、
   複数のプラスとマイナスのどちらか一方の電極を前記燃料通路出口部位に露出するように前記燃料通路出口部位に設けると共に、燃料が前記燃料通路出口部位を通過するときに、ピストン及びシリンダの両方をプラスとマイナスの他方の電極にして、前記一方の電極と前記他方の電極との間に直流電圧又は交流電圧を印加するとともに、
   複数の前記一方の電極のうち、荷電する前記一方の電極を切り替える、及び／又は、前記ピストン及び前記シリンダによって構成された前記他方の電極のうち、荷電する前記他方の電極を切り替えることを特徴とする燃料噴射方法。

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