JP7828239B2

JP7828239B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP7828239B2
Application number: JP2022089627A
Authority: JP
Inventors: 弘亘篠原
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2022-06-01
Filing date: 2022-06-01
Publication date: 2026-03-11
Anticipated expiration: 2042-06-01
Also published as: JP2023176982A

Description

本発明は、エンジンに設けられる燃料噴射装置に関する。

エンジンの燃焼室や吸気ポートには、インジェクタからガソリン等の燃料が噴射されている（特許文献１－４参照）。また、エンジンの排気ガスには粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれることから、排気ガス中の粒子状物質数（ＰＮ：Particulate Number）を低減することが求められている。

特開２０１７－２５７５１号公報特開２０２０－１１０７４６号公報実開平４－６２３４１号公報特開２００６－２６２９号公報

ところで、排気ガスに含まれる粒子状物質数の増加要因として、インジェクタから噴射される燃料濃度が局所的に高まることが挙げられる。このように、噴射された燃料濃度にバラツキが生じる要因として、インジェクタ先端に付着する燃料の存在がある。つまり、インジェクタ先端に多くの燃料が付着していた場合には、この付着した燃料がインジェクタから纏まって離れることにより、噴射された燃料濃度を局所的に高めてしまう虞がある。

本発明の目的は、インジェクタに付着する燃料を低減することにある。

一実施形態の燃料噴射装置は、エンジンに設けられる燃料噴射装置であって、燃料を噴射する噴射孔が形成されるノズル部と、前記噴射孔に燃料を供給する燃料流路が形成される本体部と、を備えるインジェクタと、前記インジェクタに設けられ、前記燃料流路内の燃料である内部燃料を帯電させる第１電極と、前記インジェクタに設けられ、前記ノズル部の先端に付着する燃料である外部燃料を帯電させる第２電極と、前記第１電極および前記第２電極に電気的に接続され、前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加する電源回路部と、互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記電源回路部を制御する制御システムと、を有し、前記インジェクタは、前記噴射孔を閉じるクローズ位置と、前記噴射孔を開くオープン位置と、に移動する弁体を備え、前記制御システムは、前記弁体が前記クローズ位置に移動した状態のもとで、前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加させ、前記内部燃料と前記外部燃料とを互いに逆極性に帯電させる。

本発明の一態様によれば、内部燃料と外部燃料とを互いに逆極性に帯電させることにより、インジェクタに付着する燃料を低減することができる。

エンジンが搭載される車両の一例を示す図である。エンジンの一例を示す図である。燃料噴射装置を構成するインジェクタの一例を示す図である。インジェクタの作動状態を示す図である。燃料噴射装置を構成する制御システムの一例を示す図である。エンジン制御ユニットの基本構造の一例を示す図である。燃料帯電制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。燃料帯電制御の実行過程におけるノズル部およびその近傍を示す図である。燃料帯電制御の実行過程におけるノズル部およびその近傍を示す図である。燃料帯電制御の実行手順の他の例を示すフローチャートである。燃料帯電制御の実行過程におけるノズル部およびその近傍を示す図である。燃料噴射装置を構成するインジェクタの他の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。

［車両］
図１はエンジン１０が搭載される車両１１の一例を示す図である。図１に示すように、車両１１には、エンジン１０を備えたパワートレイン１２が搭載されている。図示するエンジン１０には、本発明の一実施形態である燃料噴射装置１３が設けられている。また、車両１１にはガソリン等の燃料を溜める燃料タンク１４が設けられており、燃料タンク１４とエンジン１０とは燃料供給経路１５を介して互いに接続されている。なお、後述するように、図示するエンジン１０は、水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、直列エンジン、Ｖ型エンジン或いは単気筒エンジンであっても良い。

［エンジン］
図２はエンジン１０の一例を示す図である。図２に示すように、エンジン１０は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２０と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック２１と、一対のシリンダブロック２０，２１に支持されるクランク軸２２と、を有している。各シリンダブロック２０，２１にはシリンダボア２３が形成されており、各シリンダボア２３にはピストン２４が収容されている。クランク軸２２とピストン２４とは、コネクティングロッド２５を介して互いに連結されている。

各シリンダブロック２０，２１には、動弁機構３０等を備えたシリンダヘッド３１が取り付けられている。シリンダヘッド３１には、燃焼室３２に連通する吸気ポート３３が形成されるとともに、吸気ポート３３を開閉する吸気バルブ３４が組み付けられている。また、シリンダヘッド３１には、燃焼室３２に連通する排気ポート３５が形成されるとともに、排気ポート３５を開閉する排気バルブ３６が組み付けられている。さらに、シリンダヘッド３１には、燃焼室３２に燃料を噴射するインジェクタ３７が設けられるとともに、燃焼室３２内の混合気に点火する図示しない点火プラグが設けられている。

［インジェクタ］
図３は燃料噴射装置１３を構成するインジェクタ３７の一例を示す図である。図３に示すように、シリンダヘッド３１に組み付けられるインジェクタ３７には、燃料供給経路１５を介して燃料タンク１４が接続されている。つまり、エンジン１０に燃料を供給する燃料噴射装置１３には、ガソリン等の燃料を溜める燃料タンク１４と、燃焼室３２に燃料を噴射するインジェクタ３７と、が設けられている。また、燃料噴射装置１３は、燃料タンク１４に設けられる低圧ポンプ４０と、インジェクタ３７の分配配管４１に接続される高圧ポンプ４２と、を有している。低圧ポンプ４０と高圧ポンプ４２とは燃料配管４３を介して接続されており、高圧ポンプ４２とインジェクタ３７とは燃料配管４４および分配配管４１を介して接続されている。つまり、低圧ポンプ４０、燃料配管４３、高圧ポンプ４２、燃料配管４４および分配配管４１によって燃料供給経路１５が構成されており、この燃料供給経路１５を介して燃料タンク１４とインジェクタ３７とは互いに接続されている。

インジェクタ３７は、エンジン１０のシリンダヘッド３１に組み付けられる本体部５０と、本体部５０の先端に設けられるノズル部５１と、を有している。インジェクタ３７の本体部５０は、内側に燃料流路５２が形成されるインナパイプ５３を有している。インナパイプ５３は、メインパイプ５３ａ、中間パイプ５３ｂおよび先端パイプ５３ｃによって構成されている。中間パイプ５３ｂの外側には電磁コイル５４が設けられており、電磁コイル５４はサブホルダ５５によって保持されている。また、メインパイプ５３ａの外側にはメインホルダ５６が設けられており、メインホルダ５６によってサブホルダ５５および電磁コイル５４が覆われている。さらに、メインホルダ５６にはコネクタ５７が形成されており、コネクタ５７には電磁コイル５４に接続された端子５８が設けられている。

インジェクタ３７に設けられたインナパイプ５３の内側には、磁性材料からなる筒状の固定コア６０が固定されるとともに、磁性材料からなる筒状の可動コア６１が往復動可能に収容されている。固定コア６０の内側にはアジャストパイプ６２が設けられており、可動コア６１の端部にはニードルバルブ（弁体）６３が設けられている。アジャストパイプ６２と可動コア６１との間にはスプリング６４が組み付けられており、このスプリング６４によって可動コア６１は固定コア６０から離れる方向に付勢されている。また、インナパイプ５３の先端には、絶縁材料からなるバルブシート６５を備えたノズル部５１が設けられている。バルブシート６５には複数の噴射孔６６が形成されており、バルブシート６５の端面にはチップ電極（第２電極）７２が取り付けられている。図３に符号αで示すように、チップ電極７２は多数の網目を備えたメッシュ状に構成されている。さらに、インナパイプ５３を構成する先端パイプ５３ｃの内周面には、絶縁体７０を介して環状の流路電極（第１電極）７１が設けられている。なお、コネクタ５７には、流路電極７１に通電ライン７１ａを介して接続される端子７１ｂが設けられるとともに、チップ電極７２に通電ライン７２ａを介して接続される端子７２ｂが設けられている。

インジェクタ３７のインナパイプ５３には、燃料供給経路１５の分配配管４１が接続されている。分配配管４１からインナパイプ５３に供給される燃料は、メインパイプ５３ａ、アジャストパイプ６２、固定コア６０および可動コア６１の内側を流れた後に、可動コア６１に固定されたニードルバルブ６３の内側に到達する。ニードルバルブ６３には径方向に貫通する連通孔６３ａが形成されており、ニードルバルブ６３の内側に流れた燃料は連通孔６３ａを経てニードルバルブ６３の外側に到達する。このように、分配配管４１からインナパイプ５３に供給される燃料は、メインパイプ５３ａ、アジャストパイプ６２、固定コア６０および可動コア６１の内側に区画される燃料流路５２を流れた後に、先端パイプ５３ｃ、可動コア６１、ニードルバルブ６３およびバルブシート６５によって区画される燃料チャンバ（燃料流路）７３に供給される。なお、燃料チャンバ７３は、インジェクタ３７に設けられる燃料流路５２の一部を構成している。また、メインパイプ５３ａ内の燃料流路５２には、燃料から異物を除去するフィルタ７４が組み付けられている。

バルブシート６５の噴射孔６６は、ニードルバルブ６３によって開閉されている。ここで、図４はインジェクタ３７の作動状態を示す図である。図４には、ニードルバルブ６３がオープン位置に移動する噴射状態と、ニードルバルブ６３がクローズ位置に移動する停止状態と、が示されている。後述するエンジン制御ユニット８３によって、電磁コイル５４に通電が為されると、メインパイプ５３ａ、固定コア６０、可動コア６１、サブホルダ５５およびメインホルダ５６に磁気回路が形成される。これにより、固定コア６０と可動コア６１との間に磁気吸引力が発生し、固定コア６０に向けて可動コア６１が引き寄せられる。つまり、ニードルバルブ６３を備えた可動コア６１が固定コア６０に向けて移動するため、ニードルバルブ６３が噴射孔６６を開くオープン位置に移動する。一方、電磁コイル５４に対する通電が遮断されると、固定コア６０と可動コア６１との間の磁気吸引力が無くなるため、スプリング６４のバネ力によって可動コア６１は固定コア６０から離れる方向に移動する。つまり、ニードルバルブ６３を備えた可動コア６１が固定コア６０から離れて移動するため、ニードルバルブ６３が噴射孔６６を閉じるクローズ位置に移動する。

前述したように、電磁コイル５４に対して通電が為されると、電磁吸引力によってニードルバルブ６３がバルブシート６５から離れるオープン位置に移動する。このインジェクタ３７の噴射状態においては、燃料チャンバ７３と噴射孔６６とが互いに連通するため、燃料チャンバ７３内の燃料が噴射孔６６から噴射される。一方、電磁コイル５４に対する通電が遮断されると、バネ力によってニードルバルブ６３がバルブシート６５に接触するクローズ位置に移動する。このインジェクタ３７の停止状態においては、燃料チャンバ７３と噴射孔６６とがニードルバルブ６３によって遮断されるため、燃料が噴射孔６６から噴射されることなく燃料チャンバ７３内に止められる。

［制御システム］
図５は燃料噴射装置１３を構成する制御システム８０の一例を示す図である。図５に示すように、燃料噴射装置１３には、チップ電極７２および流路電極７１に対して電気的に接続される電源ユニット（電源回路部）８１が設けられている。電源ユニット８１には、バッテリ８２が接続されるとともに、スイッチング回路８１ａ、変圧器８１ｂ、整流回路８１ｃおよび平滑回路８１ｄ等が組み込まれている。電源ユニット８１は、バッテリ８２より供給される電力から直流の高電圧電力を生成するとともに、チップ電極７２および流路電極７１に対してプラス電圧やマイナス電圧を印加する。つまり、電源ユニット８１は、チップ電極７２にプラス電圧を印加して流路電極７１にマイナス電圧を印加する第１作動状態（作動状態）と、チップ電極７２にマイナス電圧を印加して流路電極７１にプラス電圧を印加する第２作動状態（作動状態）と、に作動可能である。

インジェクタ３７に接続される電源ユニット８１の動作を制御するとともに、インジェクタ３７に設けられる電磁コイル５４の通電状態を制御するため、燃料噴射装置１３には、エンジン制御ユニット８３からなる制御システム８０が設けられている。エンジン制御ユニット８３に接続されるセンサとして、車速を検出する車速センサ８４、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ８５、およびブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ８６がある。また、エンジン制御ユニット８３に接続されるセンサとして、クランク軸の回転角度を検出するクランク回転センサ８７、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ８８、エンジン１０の吸入空気量を検出するエアフローセンサ８９、および排出ガスの酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ９０がある。さらに、エンジン制御ユニット８３には、制御システム８０の起動時や停止時に手動操作される起動スイッチ９１が設けられている。

図６はエンジン制御ユニット８３の基本構造の一例を示す図である。図６に示すように、電子制御ユニットであるエンジン制御ユニット８３は、プロセッサ１００およびメインメモリ（メモリ）１０１等が組み込まれたマイクロコントローラ１０２を有している。メインメモリ１０１には所定のプログラムが格納されており、プロセッサ１００によってプログラムが実行される。プロセッサ１００とメインメモリ１０１とは、互いに通信可能に接続されている。なお、マイクロコントローラ１０２に複数のプロセッサ１００を組み込んでも良く、マイクロコントローラ１０２に複数のメインメモリ１０１を組み込んでも良い。

また、エンジン制御ユニット８３には、入力回路１０３、駆動回路１０４、通信回路１０５、外部メモリ１０６および電源回路１０７等が設けられている。入力回路１０３は、各種センサから入力される信号を、マイクロコントローラ１０２に入力可能な信号に変換する。駆動回路１０４は、マイクロコントローラ１０２から出力される信号に基づき、前述したインジェクタ３７等の各種デバイスに対する駆動信号を生成する。通信回路１０５は、マイクロコントローラ１０２から出力される信号を、他の電子制御ユニットに向けた通信信号に変換する。また、通信回路１０５は、他の電子制御ユニットから受信した通信信号を、マイクロコントローラ１０２に入力可能な信号に変換する。さらに、電源回路１０７は、マイクロコントローラ１０２、入力回路１０３、駆動回路１０４、通信回路１０５および外部メモリ１０６等に対し、安定した電源電圧を供給する。また、不揮発性メモリ等からなる外部メモリ１０６には、プログラムおよび各種データ等が記憶される。

［燃料帯電制御］
図７は燃料帯電制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図７のフローチャートに示される各ステップには、制御システム８０を構成するプロセッサ１００によって実行される処理が示されている。なお、図７に示される燃料帯電制御は、制御システム８０が起動されてエンジン１０が始動された後に、制御システム８０によって所定周期毎に実行される制御である。また、図８および図９は燃料帯電制御の実行過程におけるノズル部５１およびその近傍を示す図である。なお、以下の説明では、燃料チャンバ７３内の燃料を内部燃料Ｆｉと記載し、ノズル部５１の先端に位置するチップ電極７２に付着する燃料を外部燃料Ｆｏと記載する。

図７に示すように、ステップＳ１０において、ニードルバルブ６３がクローズ位置に制御されると、ステップＳ１１に進み、電源ユニット８１が第１作動状態に制御され、流路電極７１の電位がチップ電極７２の電位よりも上げられる。つまり、流路電極７１にはプラス電圧が印加される一方、チップ電極７２にはマイナス電圧が印加される。これにより、図８に時刻ｔ１で示すように、燃料チャンバ７３に収容される内部燃料Ｆｉについては、内部燃料Ｆｉから流路電極７１に電子が移動するため、内部燃料Ｆｉの電子が減少して内部燃料Ｆｉは正電荷に帯電する。また、ノズル部５１の先端に付着する外部燃料Ｆｏについては、チップ電極７２から外部燃料Ｆｏに電子が移動するため、外部燃料Ｆｏの電子が増加して外部燃料Ｆｏは負電荷に帯電する。つまり、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとは、互いに逆極性に帯電した状態となる。

なお、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとを互いに逆極性に帯電させるため、流路電極７１とチップ電極７２との間には電気抵抗の大きな絶縁体であるバルブシート６５が設けられている。また、燃料電極と先端パイプ５３ｃとの間には絶縁体が設けられるものの、燃料チャンバ７３内の内部燃料Ｆｉを効率良く帯電させるため、燃料チャンバ７３を区画する先端パイプ５３ｃ、可動コア６１およびニードルバルブ６３の電気抵抗も高められている。例えば、先端パイプ５３ｃ、可動コア６１およびニードルバルブ６３に対し、絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜処理を施すことにより、先端パイプ５３ｃ等の電気抵抗を大きくすることができる。なお、先端パイプ５３ｃ、可動コア６１およびニードルバルブ６３を、絶縁材料を用いて形成しても良いことはいうまでもない。

続いて、図７のステップＳ１２では、ニードルバルブ６３がクローズ位置に移動した状態のもとで、電源ユニット８１が停止状態に制御され、流路電極７１およびチップ電極７２に対する電圧印加が解消される。そして、ステップＳ１３に進み、ニードルバルブ６３が所定時間に亘ってオープン位置に制御され、ステップＳ１４に進み、ニードルバルブ６３がクローズ位置に制御される。これにより、図８に時刻ｔ１，ｔ２で示すように、正電荷に帯電していた内部燃料Ｆｉが、ノズル部５１の噴射孔６６から燃焼室３２内に噴射される。このとき、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏは負電荷に帯電しており、正電荷の内部燃料Ｆｉと負電荷の外部燃料Ｆｏとは互いに引き合うことから、正電荷の内部燃料Ｆｉは負電荷の外部燃料Ｆｏを取り込みながら燃焼室３２内に噴射される。そして、時刻ｔ３で示すように、ニードルバルブ６３がクローズ位置に戻されたときには、燃料チャンバ７３から流出した正電荷の燃料が、新たな外部燃料Ｆｏとしてノズル部５１の先端に付着した状態となる。

図７に示すように、続くステップＳ１５では、電源ユニット８１が第２作動状態に制御され、チップ電極７２の電位が流路電極７１の電位よりも上げられる。つまり、流路電極７１にはマイナス電圧が印加される一方、チップ電極７２にはプラス電圧が印加される。これにより、図９に時刻ｔ４で示すように、燃料チャンバ７３に収容される内部燃料Ｆｉについては、流路電極７１から内部燃料Ｆｉに電子が移動するため、内部燃料Ｆｉの電子が増加して内部燃料Ｆｉは負電荷に帯電する。また、ノズル部５１の先端に付着する外部燃料Ｆｏについては、外部燃料Ｆｏからチップ電極７２に電子が移動するため、外部燃料Ｆｏの電子が減少して外部燃料Ｆｏは正電荷に帯電する。つまり、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとは、互いに逆極性に帯電した状態となる。

続いて、図７のステップＳ１６では、ニードルバルブ６３がクローズ位置に移動した状態のもとで、電源ユニット８１が停止状態に制御され、流路電極７１およびチップ電極７２に対する電圧印加が解消される。そして、ステップＳ１７に進み、ニードルバルブ６３が所定時間に亘ってオープン位置に制御され、ステップＳ１８に進み、ニードルバルブ６３がクローズ位置に制御される。これにより、図８に時刻ｔ４，ｔ５で示すように、負電荷に帯電していた内部燃料Ｆｉが、ノズル部５１の噴射孔６６から燃焼室３２内に噴射される。このとき、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏは正電荷に帯電しており、負電荷の内部燃料Ｆｉと正電荷の外部燃料Ｆｏとは互いに引き合うことから、負電荷の内部燃料Ｆｉは正電荷の外部燃料Ｆｏを取り込みながら燃焼室３２内に噴射される。そして、時刻ｔ６で示すように、ニードルバルブ６３がクローズ位置に戻されたときには、燃料チャンバ７３から流出した負電荷の燃料が、新たな外部燃料Ｆｏとしてノズル部５１の先端に付着した状態となる。

これまで説明したように、制御システム８０は、ニードルバルブ６３がクローズ位置に移動した状態のもとで、電源ユニット８１を用いて流路電極７１およびチップ電極７２に電圧を印加させることにより、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとを互いに逆極性に帯電させている。これにより、ノズル部５１の噴射孔６６から燃料が噴射される度に、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏを除去することができ、外部燃料Ｆｏの過度な増加を抑制することができる。このように、外部燃料Ｆｏの過度な増加を抑制することにより、インジェクタ３７から噴射される燃料の濃度のバラツキを抑制することができ、排気ガス中の粒子状物質数（ＰＮ：Particulate Number）を低減することができる。また、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏが除去されることから、ノズル部５１におけるデポジットの堆積を抑制することができ、インジェクタ３７による燃料の噴射性能を良好に維持することができる。

［他実施形態１］
図７～図９に示した例では、内部燃料Ｆｉが正電荷と負電荷とに交互に帯電されるとともに、外部燃料Ｆｏが負電荷と正電荷とに交互に帯電されているが、これに限られることはない。つまり、図７～図９に示した例では、電源ユニット８１を、第１作動状態、停止状態、第２作動状態の順に切り替えて制御しているが、これに限られることはない。例えば、電源ユニット８１を、第１作動状態と停止状態とに切り替えて制御しても良く、電源ユニット８１を、第２作動状態と停止状態とに切り替えて制御しても良い。ここで、図１０は燃料帯電制御の実行手順の他の例を示すフローチャートである。図１０のフローチャートに示される各ステップには、制御システム８０を構成するプロセッサ１００によって実行される処理が示されている。なお、図１０に示される燃料帯電制御は、制御システム８０が起動されてエンジン１０が始動された後に、制御システム８０によって所定周期毎に実行される制御である。また、図１１は燃料帯電制御の実行過程におけるノズル部５１およびその近傍を示す図である。

図１０に示すように、ステップＳ２０において、ニードルバルブ６３がクローズ位置に制御されると、ステップＳ２１に進み、電源ユニット８１が第１作動状態に制御され、流路電極７１の電位がチップ電極７２の電位よりも上げられる。つまり、流路電極７１にはプラス電圧が印加される一方、チップ電極７２にはマイナス電圧が印加される。これにより、図１１に時刻ｔ１１で示すように、燃料チャンバ７３に収容される内部燃料Ｆｉについては、内部燃料Ｆｉから流路電極７１に電子が移動するため、内部燃料Ｆｉの電子が減少して内部燃料Ｆｉは正電荷に帯電する。また、ノズル部５１の先端に付着する外部燃料Ｆｏについては、チップ電極７２から外部燃料Ｆｏに電子が移動するため、外部燃料Ｆｏの電子が増加して外部燃料Ｆｏは負電荷に帯電する。つまり、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとは、互いに逆極性に帯電した状態となる。

続いて、図１０のステップＳ２２では、ニードルバルブ６３がクローズ位置に移動した状態のもとで、電源ユニット８１が停止状態に制御され、流路電極７１およびチップ電極７２に対する電圧印加が解消される。そして、ステップＳ２３に進み、ニードルバルブ６３が所定時間に亘ってオープン位置に制御され、ステップＳ２４に進み、ニードルバルブ６３がクローズ位置に制御される。これにより、図１１に時刻ｔ１１，ｔ１２で示すように、正電荷に帯電していた内部燃料Ｆｉが、ノズル部５１の噴射孔６６から燃焼室３２内に噴射される。このとき、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏは負電荷に帯電しており、正電荷の内部燃料Ｆｉと負電荷の外部燃料Ｆｏとは互いに引き合うことから、正電荷の内部燃料Ｆｉは負電荷の外部燃料Ｆｏを取り込みながら燃焼室３２内に噴射される。そして、時刻ｔ１３で示すように、ニードルバルブ６３がクローズ位置に戻されたときには、燃料チャンバ７３から流出した正電荷の燃料が、新たな外部燃料Ｆｏとしてノズル部５１の先端に付着した状態となる。

そして、ノズル部５１の噴射孔６６から燃料が噴射されると、再び図１０のステップＳ２１に戻り、電源ユニット８１が第１作動状態に制御され、流路電極７１に対してプラス電圧が印加される一方、チップ電極７２に対してマイナス電圧が印加される。これにより、図１１に時刻ｔ１４で示すように、燃料チャンバ７３に収容される内部燃料Ｆｉについては、再び、内部燃料Ｆｉから流路電極７１に電子が移動するため、内部燃料Ｆｉの電子が減少して内部燃料Ｆｉは正電荷に帯電する。また、ノズル部５１の先端に付着する外部燃料Ｆｏについては、再び、チップ電極７２から外部燃料Ｆｏに電子が移動するため、外部燃料Ｆｏの電子が増加して外部燃料Ｆｏは負電荷に帯電する。つまり、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとは、互いに逆極性に帯電した状態となる。

このように、電源ユニット８１を、第１作動状態と停止状態とに切り替えて制御した場合であっても、内部燃料Ｆｉと外部燃料Ｆｏとを互いに逆極性に帯電させることが可能である。つまり、内部燃料Ｆｉを正電荷に帯電させることができ、外部燃料Ｆｏを負電荷に帯電させることができる。これにより、ノズル部５１の噴射孔６６から燃料が噴射される度に、ノズル部５１の先端に付着していた外部燃料Ｆｏを除去することができ、外部燃料Ｆｏの過度な増加を抑制することができる。そして、外部燃料Ｆｏの過度な増加を抑制することにより、インジェクタ３７から噴射される燃料の濃度のバラツキを抑制することができ、排気ガス中の粒子状物質数を低減することができる。なお、電源ユニット８１を、第２作動状態と停止状態とに切り替えて制御することにより、内部燃料Ｆｉを負電荷に帯電させる一方、外部燃料Ｆｏを正電荷に帯電させても良いことはいうまでもない。

［他実施形態２］
図５に示した例では、燃料チャンバ７３に収容された内部燃料Ｆｉを帯電させるため、流路電極７１を先端パイプ５３ｃに設けているが、これに限られることはなく、燃料チャンバ７３に露出する他の部品に流路電極７１を設けても良い。ここで、図１２は燃料噴射装置１３を構成するインジェクタ３７の他の例を示す図である。

図１２に示すように、インジェクタ１１０には、先端パイプ５３ｃ、可動コア６１、ニードルバルブ６３およびバルブシート６５によって、燃料チャンバ（燃料流路）７３が区画されている。また、ニードルバルブ６３の外周面には、絶縁体１１２を介して環状の流路電極（第１電極）１１１が設けられている。このように、燃料チャンバ７３に面するニードルバルブ６３に流路電極１１１を設けた場合であっても、流路電極１１１にプラス電圧を印加することによって、内部燃料Ｆｉを正電荷に帯電させることができ、流路電極１１１にマイナス電圧を印加することによって、内部燃料Ｆｉを負電荷に帯電させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示するエンジン１０は、燃料としてガソリンを用いたガソリンエンジンであるが、これに限られることなく、燃料として軽油を用いたディーゼルエンジンに対し、本発明の実施形態である燃料噴射装置１３を適用しても良い。また、図示するエンジン１０は、燃焼室３２に対して燃料が噴射されるエンジンであるが、これに限られることはなく、吸気ポート３３に対して燃料が噴射されるエンジンに対し、本発明の実施形態である燃料噴射装置１３を適用しても良い。

また、図示するエンジン１０は、車両１１に搭載されるエンジンであるが、これに限られることはなく、他の装置等に動力源として用いられるエンジンに対し、本発明の実施形態である燃料噴射装置１３を適用しても良い。また、本発明の実施形態である燃料噴射装置１３が適用されるエンジンとしては、圧縮行程から燃焼行程にかけて燃料を複数回に分けて噴射するエンジンであっても良く、圧縮行程から燃焼行程にかけて燃料を１回だけ噴射するエンジンであっても良い。

前述の説明では、絶縁材料を用いてバルブシート６５を形成しているが、これに限られることはない。例えば、金属材料を用いてバルブシート６５を形成するとともに、このバルブシート６５に対して絶縁皮膜を形成する絶縁皮膜処理を施しても良い。また、前述の説明では、金網等を用いて形成されるメッシュ状のチップ電極７２を採用しているが、これに限られることはなく、他形状のチップ電極を採用しても良い。また、前述の説明では、環状の流路電極７１，１１１を採用しているが、これに限られることはなく、他形状の流路電極を採用しても良い。

１０エンジン
１３燃料噴射装置
３７インジェクタ
５０本体部
５１ノズル部
５２燃料流路
６３ニードルバルブ（弁体）
６６噴射孔
７１流路電極（第１電極）
７２チップ電極（第２電極）
７３燃料チャンバ（燃料流路）
８０制御システム
８１電源ユニット（電源回路部）
１００プロセッサ
１０１メインメモリ（メモリ）
１１０インジェクタ
１１１流路電極（第１電極）
Ｆｉ内部燃料
Ｆｏ外部燃料

Claims

エンジンに設けられる燃料噴射装置であって、
燃料を噴射する噴射孔が形成されるノズル部と、前記噴射孔に燃料を供給する燃料流路が形成される本体部と、を備えるインジェクタと、
前記インジェクタに設けられ、前記燃料流路内の燃料である内部燃料を帯電させる第１電極と、
前記インジェクタに設けられ、前記ノズル部の先端に付着する燃料である外部燃料を帯電させる第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に電気的に接続され、前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加する電源回路部と、
互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記電源回路部を制御する制御システムと、
を有し、
前記インジェクタは、前記噴射孔を閉じるクローズ位置と、前記噴射孔を開くオープン位置と、に移動する弁体を備え、
前記制御システムは、前記弁体が前記クローズ位置に移動した状態のもとで、前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加させ、前記内部燃料と前記外部燃料とを互いに逆極性に帯電させる、
燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記電源回路部は、前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加する作動状態と、前記第１電極と前記第２電極とに対する電圧印加を解消する停止状態と、に制御され、
前記制御システムは、前記弁体が前記クローズ位置に移動した状態のもとで、前記電源回路部を前記作動状態に制御した後に、前記電源回路部を前記停止状態に制御する、
燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記電源回路部は、
前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加し、前記第１電極の電位を前記第２電極の電位よりも上げる第１作動状態と、
前記第１電極と前記第２電極とに電圧を印加し、前記第２電極の電位を前記第１電極の電位よりも上げる第２作動状態と、
前記第１電極と前記第２電極とに対する電圧印加を解消する停止状態と、
に制御され、
前記制御システムは、前記電源回路部を、前記第１作動状態、前記停止状態、前記第２作動状態の順に制御する、
燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記第１電極は、前記本体部または前記弁体に設けられており、
前記第２電極は、前記ノズル部に設けられている、
燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記第２電極は、メッシュ状に構成されている、
燃料噴射装置。