(57)【要約】【課題】  簡単な構造で燃料を確実に改質しつつ、燃料噴霧の形態を変更する。【解決手段】  燃料噴射装置１は筒状体２と、筒状体２の内部空間内に収容された筒内直接噴射式燃料噴射弁３とを具備し、これら筒状体２と燃料噴射弁３間に環状の放電ガス通路５が形成される。筒状体２及び燃料噴射弁のケーシング３ａは一対の放電電極として作用する。燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆから燃料が噴射されるときに燃料噴口３ｆ周りに放電ガスを流通させながら放電ガスを放電させることにより燃料を改質するようにする。狭幅で高貫徹力の燃料噴霧を得るべきときには、燃料噴口３ｆ周りを流通する放電ガス量を増大させ、広幅で低貫徹力の燃料噴霧を得るべきときには放電ガス量を減少させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内直接噴射式燃料噴射弁の燃料噴口から燃料が噴射されるときに該燃料噴口周りに放電ガスを流通させながら該放電ガスを放電させることにより該燃料を改質するようにし、更に、該燃料噴口周りを流通する放電ガス量を機関運転状態に応じて制御するようにした燃料噴射装置。
【請求項２】
燃料噴射弁の燃料噴射完了後に燃料噴射弁の燃料噴口周りに放電ガスを流通させて該放電ガス流れにより燃料噴射弁のサック内の残留燃料を燃料噴射弁外に吸い出すようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の電極間に形成される間隙内に混合気を流通させながらこれら電極間に放電を発生させ、それにより混合気中の燃料成分を改質するようにした燃料改質装置が公知である（特許文献１参照）。この燃料改質装置では、放電エネルギによって燃料が改質され、混合気中の水素量が増大される。
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５１４１６６号公報
【特許文献２】特開２００２−６１５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１の燃料改質装置では燃料を混合気の形で改質される。ところが、この混合気には多量の空気が含まれているので、この混合気を放電させるためには燃料改質装置が大型化する必要があるばかりか、多大な放電エネルギが必要になる。
【０００５】
この問題点は、筒内直接噴射式燃料噴射弁の燃料噴口から燃料が噴射されるときに燃料噴口周りに比較的少量の放電ガスを流通させながら放電ガスを放電させることにより燃料を改質するようにすれば、解決できる。
【０００６】
一方、筒内に燃料を直接噴射する場合には、詳しくは後述するが、燃料噴霧の形態、即ち形状や貫徹力を例えば機関運転状態に応じて変更したいという要求がある。
【０００７】
そこで本発明は、簡単な構造で燃料を確実に改質しつつ、燃料噴霧の貫徹力を変更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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、筒内直接噴射式燃料噴射弁の燃料噴口から燃料が噴射されるときに該燃料噴口周りに放電ガスを流通させながら該放電ガスを放電させることにより該燃料を改質するようにし、更に、該燃料噴口周りを流通する放電ガス量を機関運転状態に応じて制御するようにした燃料噴射装置が提供される。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、燃料噴射弁の燃料噴射完了後に燃料噴射弁の燃料噴口周りに放電ガスを流通させて該放電ガス流れにより燃料噴射弁のサック内の残留燃料を燃料噴射弁外に吸い出すようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
簡単な構造で燃料を確実に改質しつつ、燃料噴霧の形態を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を説明する。しかしながら、圧縮着火式内燃機関に本発明を適用することもできる。また、燃料が液体の場合にも気体の場合にも本発明を適用できる。
【００１２】
図１及び図２を参照すると、燃料噴射装置１は開放先端２ａを有する筒状体２と、筒状体２の内部空間内に収容された筒内直接噴射式燃料噴射弁３とを具備する。これら筒状体２及び燃料噴射弁３は機関燃焼室４内に配置される。
【００１３】
燃料噴射弁３はケーシング３ａと、ケーシング３ａ内に摺動可能に収容されたニードル３ｂとを具備する。ケーシング３ａの内周面とニードル３ｂの外周面間には環状の燃料通路３ｃが形成されている。また、ケーシング３ａ内部にはシート３ｄ及びサック３ｅが形成されており、ケーシング３ａの先端にはサック３ｅに接続される扁平形状断面の燃料噴口３ｆが形成されている。ニードル３ｂがシート３ｄから離脱されると燃料通路３ｃ内の燃料がサック３ｅを介し燃料噴口３ｆから噴射され、このとき扇形で扁平形状断面の燃料噴霧が形成される。これに対し、ニードル３ｂがシート３ｄに着座されると燃料噴射が停止される。
【００１４】
一方、筒状体２は燃料噴射弁３に対しほぼ同心状に延び、燃料噴射弁３の外周面に沿うように先細形状にされている。また、筒状体２の開放先端２ａ周りに燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆが位置するように、燃料噴射弁３が筒状体２に対して位置決めされる。
【００１５】
筒状体２の内周面と燃料噴射弁３の外周面間には環状の放電ガス通路５が形成されており、この放電ガス通路５は放電ガス供給管６を介し、吐出量を制御可能な放電ガスポンプ７の吐出側に接続される。放電ガスポンプ７の吸入側は例えばボンベの形の放電ガス源８に接続される。放電ガス通路５内に放電ガスを供給すべきときには放電ガスポンプ７が作動され、放電ガスの供給を停止すべきときには放電ガスポンプ７が停止される。
【００１６】
上述したように、筒状体２は先細形状にされているので、放電ガス通路５内に供給された放電ガスは燃料噴射弁ケーシング３ａの外周面に沿いつつ燃料噴口３ｆ周りを流通し、次いで筒状体２の開放先端２ａを介して燃焼室４内に流出する。また、燃料噴口３ｆから噴射される燃料も筒状体２の開放先端２ａを介して燃焼室４内に噴射される。そうすると、筒状体２の開放先端２ａは燃料及び放電ガスのためのノズルとして作用するとみることができ、そこで以下では開放先端２ａを燃料噴射装置１のノズル１ａとも称することにする。
【００１７】
本発明による実施例では、放電ガスとして、反応性の低い例えば窒素又はアルゴンが用いられる。しかしながら、内燃機関の排気ガス又は空気を放電ガスとして用いることができ、この場合の放電ガス源８は機関排気通路又は大気から構成される。
【００１８】
更に図１を参照すると、筒状体２及び燃料噴射弁３のケーシング３ａは導電性材料から形成されると共に、電源を含む放電制御装置９に接続されている。また、ノズル１ａないし燃料噴口３ｆ周りを除いて、筒状体２とケーシング３ａ間には絶縁層１０が設けられている。従って、放電制御装置９により筒状体２及び燃料噴射弁ケーシング３ａに放電電圧が印加されると、ノズル１ａ周りにおいて筒状体２と燃料噴射弁ケーシング３ａ間に放電が発生する。このように筒状体２及び燃料噴射弁ケーシング３ａは一対の放電電極として作用する。この場合の放電として、アーク放電、コロナ放電、グロー放電、バリア放電などあらゆる放電を用いることができ、放電を連続的に行うこともできるし完結的に行うこともできる。また、電源として直流電源を用いることもできるし交流電源を用いることもできる。なお、燃料噴射弁３、放電ガスポンプ７、及び放電制御装置９はデジタルコンピュータからなる制御ユニット１１によって制御される。
【００１９】
さて、本発明による実施例では、燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆから燃料が噴射されるときに燃料噴口３ｆ周りに放電ガスを流通させながら放電ガスを放電させることにより燃料を改質するようにしている。
【００２０】
即ち、放電ガス通路５内に放電ガスを流通させながら筒状体２と燃料噴射弁ケーシング３ａ間に電圧を印加して放電ガスを放電させると、例えば図３に示されるように、燃料噴射装置１のノズル１ａ周りの燃焼室４内に活性領域Ａが形成される。この活性領域Ａ内には、放電によってプラズマ化又はラジカル化された放電ガスが含まれており、このプラズマ化又はラジカル化された放電ガスはきわめて活性に富んでいる。
【００２１】
従って、燃料噴霧Ｆがこの活性領域Ａに接触し又は活性領域Ａ内を通過するようにすれば、燃料を確実にかつ簡単に軽質化できることになる。これが本発明における燃料改質方法の基本的な考え方である。
【００２２】
なお、活性領域Ａ内で放電ガスがプラズマ化又はラジカル化されているか否かは必ずしも明らかではないが、実際に放電ガスを流通させながら放電しかつ燃料噴射を行うと燃料が軽質化されることが確認されている。
【００２３】
ところで、本発明による実施例の内燃機関では、二つの燃焼が例えば機関運転状態に応じて選択的に行われるようになっている。即ち、機関低負荷運転時には、燃焼室４内の限定された領域内に混合気を形成し、混合気周りの燃焼室内を空気のみ、又は空気及び排気再循環ガスのみで満たし、混合気を点火栓で着火する成層燃焼が行われる。これに対し、機関高負荷運転時には燃焼室内をほぼ一様の混合気で満たす均質燃焼が行われる。
【００２４】
成層燃焼では、圧縮行程末期に、ピストン頂面に形成された凹溝内に向けて燃料が噴射される。この場合、燃料は凹溝により案内されて点火栓周りまで進行し、点火栓周りの限定された領域内に混合気が形成される。従って、成層燃焼では狭幅で高貫徹力の燃料噴霧が好ましい。これに対し均質燃焼では、吸気行程に燃料が噴射される。この場合、燃料噴霧が高貫徹力であると、燃料がシリンダボアに付着するおそれがある。従って、均質燃焼では広幅で低貫徹力の燃料噴霧が好ましい。
【００２５】
一方、本発明による実施例では、燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆ周りに放電ガスが流通されるので、この放電ガス流れによって燃料噴霧の形態、即ち形状や貫徹力を制御することができる。具体的には、放電ガスポンプ７の吐出量を制御して放電ガス量を増大させると、噴射燃料が高速の放電ガス流れによって運ばれ、かくして図４にＦＨで示されるような狭幅で高貫徹力の燃料噴霧を得ることができる。これに対し、放電ガス量を減少させると、図４にＦＬで示されるような広幅で低貫徹力の燃料噴霧を得ることができる。
【００２６】
そこで本発明による実施例では、成層燃焼が行われるときには多量の放電ガス量を流通させ、均質燃焼が行われるときには少量の放電ガス量を流通させるようにしている。
【００２７】
次に、図５を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。図５においてＱＧは供給される放電ガス流量を表している。
【００２８】
即ち、本発明による実施例では、図５に矢印Ｘで示されるように燃料噴射が開始されると、放電ガスの流通が開始され、放電が開始される。この場合、例えば成層燃焼を行うべきときには実線Ｈで示されるように多量の放電ガスが供給され、均質燃焼を行うべきときには破線Ｌで示されるように、少量の放電ガスが供給される。なお、成層燃焼時における燃料噴射量が均質燃料時におけるよりも少ないことを考えると、燃料噴射量が少ないときには多いときに比べて放電ガス量を増大させているとみることもできる。
【００２９】
次いで、図５に矢印Ｙで示されるように燃料噴射が停止されると、放電ガスの流通が停止され、放電が停止される。即ち、図５に示される例では、燃料が噴射されている期間だけ放電ガスが供給され、放電ガスが供給されている期間だけ放電が行われる。
【００３０】
このように、燃料及び放電ガスを筒内に直接的に供給するようにしているので、燃料噴射装置１を小型化することができ、放電のために必要なエネルギを低減できる。
【００３１】
図６は本発明による別の実施例を示している。
【００３２】
図６に示される例では、矢印Ｙで示されるように燃料噴射が停止されると、放電が停止され、しかしながら放電ガスの供給は継続して行われる。次いで、予め決められた時間だけ経過すると、矢印Ｚで示されるように、放電ガスの供給が停止される。このように、図６に示される例では、燃料噴射完了後にも、燃料噴口３ｆ周りに放電ガスが流通される。このようにしているのは次の理由による。
【００３３】
図１及び図２を参照しながら上述したように、燃料は燃料噴射弁３のサック３ｅを介し燃料噴口３ｆから噴射される。このため、燃料噴射完了後、サック３ｅ内に燃料が残留する。この残留燃料が燃焼火炎や高温の既燃ガスに晒されると、主として固体炭素からなるデポジットが形成されるおそれがあり、好ましくない。
【００３４】
そこで本発明による別の実施例では、燃料噴射が完了した後に、燃料噴口３ｆ周りに放電ガスを継続して流通させ、図７に示されるように、放電ガス流れＤＧによりサック３ｅ内の残留燃料ＲＦを、燃料噴口３ｆを介し燃料噴射弁３外に吸い出すようにしている。
【００３５】
このようにして吸い出された残留燃料は引き続いて行われる燃焼により燃焼せしめられ、従ってデポジット形成が抑制される。
【００３６】
なお、燃料噴射装置の別の構成及び作用は図１から図５に示される例と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
図８は本発明による更に別の実施例を示している。
【００３８】
図８に示される例では、矢印Ｙで示されるように燃料噴射が完了すると放電ガスの供給が開始され、矢印Ｚで示されるように設定時間だけ経過すると放電ガスの供給が停止される。その結果、サック３ｅ内の残留燃料を燃料噴射弁３外に吸い出すことができる。
【００３９】
即ち、図８に示される例では、例えば機関暖機運転が完了するまでは、図１又は図５を参照して上述したように燃料噴射に同期して放電ガスの供給及び放電を行うことにより燃料改質作用が行われ、しかしながら暖機運転が完了すると燃料改質作用が停止される。このようにしているのは、燃料改質作用が特に暖機運転時に必要だからである。
【００４０】
図８に示される例では、燃料改質作用が行われない暖機運転完了後であっても、燃料噴射完了後に放電ガスが供給され、残留燃料がサックから吸い出されるようにしている。その結果、この例でもデポジット形成が抑制される。なお、燃料噴射装置の別の構成及び作用は図１から図７に示される例と同様であるので説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】燃料噴射装置の概略図である。
【図２】図1の線ＩＩ−ＩＩに沿ってみた燃料噴射装置の断面図である。
【図３】活性領域を示す図である。
【図４】燃料噴霧の変化を示す概略図である。
【図５】本発明による実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図６】本発明による別の実施例を説明するためのタイムチャートである。
【図７】放電ガスによる残留燃料吸い出し作用を説明するための図である。
【図８】本発明による更に別の実施例を説明するためのタイムチャート図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    燃料噴射装置
２    筒状体
３    燃料噴射弁
４    燃焼室
５    放電ガス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006257896.tif 000009
【図８】
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