(57)【要約】【課題】  燃焼室内に噴射させる燃料の燃焼状態を改善する。【解決手段】  噴孔１１２が形成された可動板１０２を、形状回復温度をエンジンの冷機時から暖機時の間の所定温度に設定した形状記憶合金で構成されるバネ１０３でスライド可能に支持する。これにより、エンジンの温度変化によって噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットした状態から整合した状態へ、または整合した状態からオフセットした状態へと変化するので、冷機時と暖機時の燃料噴射方向を自動的に切り換えることができる。またエンジンの冷機時の温度では、噴孔１１１と噴孔１１２とをオフセットさせて点火プラグ５０２のスパーク部周囲へ向けて燃料が噴射されるように構成したので、燃焼状態が改善されて燃料が未燃焼のまま残ることがなくなり、有害物質の発生を低減することができる。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内の燃料室に供給された燃料を第１の噴孔より噴射する燃料噴射装置であって、
前記第１の噴孔が形成されたノズル板よりも当該燃料噴射装置の内方に配置され、前記筐体との間を所定の温度で変形する第１のバネによって接続されている可動板を備え、
該可動板は前記燃料室側と前記ノズル板側とをつなぐ第２の噴孔を有し、
前記第１のバネが変形することによって前記可動板がスライドし、前記第１の噴孔および第２の噴孔によって構成される燃料の流路形状を変更可能とすることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第１のバネが変形する所定の温度は、当該燃料噴射装置が取り付けられたエンジン内の温度変化範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記可動板のスライドによって、前記第１の噴孔と第２の噴孔とが整合した状態から各噴孔がオフセットした状態へと変化することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第１のバネは、前記エンジンの冷機時と暖機後の温度変化にしたがって変形し、前記可動板がスライドすることによって燃料の噴射方向を変更可能としたことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記エンジンの冷機時には、前記エンジンの点火プラグの方向へ向けて燃料を噴出することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第１のバネは、複数のバネ定数からなるバネの集合体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記可動板は、前記バネと、前記可動板の位置を保持するためにバイアスをかける第２のバネとによって保持されることを特徴とする請求項１から６のいずれか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、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼室内に燃料を噴出する装置として、たとえば特開平７−１５１０３７号公報に記載のものがある。
これは、半導体によって構成されるノズル板にエッチング加工を施して貫通孔を形成し、該ノズル板を燃料噴射装置のノズル先端部分に組み込んだものである。
また、複数枚のノズル板を重ねることにより噴霧の微粒子化を実現しているが、噴霧の方向や形状の可変要素はなく運転条件によらず一定の噴霧を形成する構成となっていた。
【特許文献１】特開平７−１５１０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の燃料噴射装置においては、エンジンの低負荷、高負荷によって燃料の噴射量は可変であったが、燃料の噴霧形状や方向については、噴霧孔が固定されているため変更することができず、運転状況によって最適な噴霧を得ることができない構成となっていた。
エンジン始動直後などは燃焼室内温度が低く、不完全燃焼によるＨＣやＣＯ、ＮＯｘが発生し易くなるが、これらは有害物質であるため発生を抑制する必要がある。しかしながら、燃料噴射装置の噴霧孔が固定されているため、燃焼室内において最適な噴霧を得ることによって有害物質の発生を抑制することはできない。
そのため、排気ガス浄化の手段としてＥＧＲやリーンＮＯｘ触媒、３元触媒などを組み合わせたり、２段噴射方式によって触媒温度まで短時間で到達させるなどの手段がとられているが、これらはシステムが大掛かりになりコストの上昇を引き起こすといった問題があった。
【０００４】
そこで本発明はこのような問題点に鑑み、燃料の燃焼状態を改善し、排気ガス中の有害物質低減を図った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】
【０００５】
本発明は、筐体内の燃料室に供給された燃料を第１の噴孔より噴射する燃料噴射装置であって、第１の噴孔が形成されたノズル板よりも当該燃料噴射装置の内方において、第２の噴孔が形成された可動板を、筐体との間を所定の温度で変形する第１のバネによって接続し、第１のバネの変形によって可動板をスライドさせ、第１の噴孔および第２の噴孔によって構成される燃料の流路形状を変更するものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、燃料の流路形状を所定の温度で変更する構成としたため、燃焼室内の温度条件によって最適な燃料噴射方向、形状、広がり方に切り換えることができ、燃焼状態が改善されて排気ガス中の有害物質低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１に、実施例における燃料噴射装置先端の断面構造を表す。
燃料噴射装置１００は内部に燃料室１０６を備え、該燃料室１０６に図示しないポンプより燃料が送り込まれる。
燃料室１０６を形成するノズル筐体１２０の先端には、噴孔１１１が設けられたノズル板１０１が取り付けられている。
噴孔１１１は、燃料の噴出側（図中下方側）の口径が他方の側の口径よりも大きく形成されている。
ノズル板１０１の燃料室１０６側の面には、凹部１０７が形成されている。
ノズル板１０１の凹部１０７に、噴孔１１２が設けられた可動板１０２が配置されている。
【０００８】
可動板１０２の一方の側の側端面と凹部１０７の側壁との間には、所定の温度で変形する材料によって作られたバネ１０３が配置され、可動板１０２の他方の側端面と凹部１０７の対向する側壁との間にはバイアスバネ１０４が配置されている。（バネ１０３、バイアスバネ１０４の詳細な形状については図２で説明する）
バネ１０３の材料としては、例えばよく知られているＮｉ―Ｔｉ形状記憶合金などがある。
また、Ｎｉ―Ｔｉ合金の形状回復温度Ａｆ（℃）を変化させるために、Ｔｉの一部をＺｒに置換したＮｉ―Ｚｒ―Ｔｉ合金や、Ｃｏで置換したＺｒ―Ｎｉ―Ｃｏ合金を用いることもでき、より高温におけるバネの変形、即ちバネ定数を変えられるように構成することもできる。
【０００９】
可動板１０２は、バネ１０３とバイアスバネ１０４との力の釣り合う位置で、２つのバネ１０３、１０４によって両側から保持されている。
またエンジンの暖機後の通常状態において、可動板１０２がバネ１０３、１０４によって保持されている位置で、噴孔１１１と噴孔１１２とが重なり合っている。
噴孔１１１と噴孔１１２との重なりの詳細については後述する。
燃料室１０６内には針弁１０５が備えられている。
燃料の噴射のオンオフは、針弁１０５を図示しない駆動機構によって上下に動かすことよって行われ、燃料室１０６内の燃料は噴孔１１１、１１２を通過して、燃焼室側（図中下方側）へ噴射される。
【００１０】
次に、可動板１０２の動きについて説明する。
図２は、図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
図２の（ａ）は比較的低温、すなわちＴ＜Ａｆ（℃）の時を表し、例えばエンジンの冷機時における状態を表している。
図２の（ｂ）は比較的高温、すなわちＴ＞Ａｆ（℃）の時を表し、例えばエンジンを作動させて暖機を行った後の状態を表している。
長方形状に形成された凹部１０７内に、四角形状の可動板１０２が配置されている。
可動板１０２の一方の幅（図２中、上下方向の幅）は、凹部１０７の一対の側壁の幅（図２中、上下方向の幅）と略整合し、該整合する幅方向と垂直方向（図２中、左右方向）に可動板１０２はスライド可能となっている。
【００１１】
弓形状に湾曲させたバネ１０３の両端が、凹部１０７の図中右側内面の両端部（図中上下側端部）にそれぞれ支持されている。
バネ１０３は、弓形状の出っ張り側（図中左側）の中央部で、可動板１０２を図中左側へ付勢する。
また、弓形状に湾曲させたバイアスバネ１０４の両端が、凹部１０７の図中左側内面の両端部（図中上下側端部）にそれぞれ支持されている。
バイアスバネ１０４は、弓形状の出っ張り側（図中右側）の中央部で、可動板１０２を図中右側へ付勢する。
【００１２】
冷機時（図２の（ａ）に示す状態の時）はバネ１０３のバネ定数が小さく、バイアスバネ１０４によって可動板１０２はバネ１０３側に押された状態で釣り合いを保っている。
この状態で、ノズル板１０１に形成されている噴孔１１１と、可動板１０２に形成されている噴孔１１２とが、オフセットするように予め噴孔の開口位置を設定する。
また、オフセットの量、方向は燃料噴射したい方向に向くようにしておく。
【００１３】
エンジンの暖機後（図２の（ｂ）に示す状態）は、バネ１０３の形状記憶合金の形状回復温度を超えるため、合金のマルテンサイト相からオーステナイト相への相変態がおき、結果としてバネ１０３のバネ定数が大きくなる。
したがって、可動板１０２がバイアスバネ１０４側に押されることにより、噴孔１１１と噴孔１１２のオフセットがなくなる。
これにより、噴孔１１１と噴孔１１２との連通形状が変わるので、冷機時と比較して燃料噴射の方向を変えることができる。
エンジンが冷機状態に戻れば、バネ１０３は再びマルテンサイト変態して可動板１０２がバネ１０３方向にスライドし、噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットする。
【００１４】
図３の（ａ）に、エンジンの冷機時における燃料噴射装置先端の断面構造を表し、図３の（ｂ）に、エンジンの暖機後における燃料噴射装置先端の断面構造を表す。
図３の（ａ）に示すようにエンジンの冷機時には、噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットしているので、燃料は図中矢印で示すように噴孔中心軸に対して斜め方向に噴射される。
また、ノズル板１０１に形成した噴孔１１１の形状を裾野が広がったテーペー形状としたことにより、燃料の斜め方向の噴射を効果的に行うことができる。
【００１５】
一方、図３の（ｂ）に示すようにエンジンの暖機後には、噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットしていないので、燃料の噴射方向は図中矢印で示すように噴孔中心軸に沿って真下方向となる。
このように、可動板１０２をスライドさせることによって噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットするので、燃料の噴射方向を変更することができる。
【００１６】
次に燃料の噴射方向について、具体的に説明する。
図４に、エンジンの燃焼室内における燃料の噴射方向を示す。
燃料噴射装置１００は、エンジンの燃焼室５０４内に燃料を直接噴射する直噴エンジンに適用されるものであり、燃料噴射装置１００のノズル板１０１が、燃焼室５０４内に臨む。
エンジンの冷機時には、燃焼室５０４の内壁、ピストン５０３の表面の温度が低いので燃料噴射装置１００から噴射された燃料が未燃焼のまま残ってしまうことがある。
これを防ぐため、燃料噴射装置１００は、点火プラグ５０２のスパーク部周辺に向けて（矢印５１２の方向）燃料を噴射する。
またエンジンの暖機後は、通常の運転モードとして最適な噴射方向（矢印５１３の方向）に向けて燃料を噴射する。
なお本実施例において、ノズル筐体１２０が本発明における筐体を構成し、噴孔１１１が本発明における第１の噴孔を構成する。また、噴孔１１２が本発明における第２の噴孔を構成し、バネ１０３が本発明における第１のバネを構成する。バイアスバネ１０４が本発明における第２のバネを構成する。
【００１７】
本実施例は以上のように構成され、エンジンの冷機時から暖機時の間の所定温度に、形状記憶合金で構成されるバネ１０３の形状回復温度を設定することによって、噴孔１１２が形成された可動板１０２がスライドし、噴孔１１１と噴孔１１２とがオフセットした状態から整合した状態へ、または整合した状態からオフセットした状態へと変化させることができるので、冷機時と暖機時の燃料噴射方向を自動的に切り換えることができる。
またエンジンの冷機時の温度では、噴孔１１１と噴孔１１２とをオフセットさせて点火プラグ５０２のスパーク部周囲へ向けて燃料が噴射されるように構成したので、燃焼状態が改善されて燃料が未燃焼のまま残ることがなくなり、有害物質の発生を低減することができる。
【００１８】
エンジン内部の温度上昇あるいは下降によって自動的に燃料の噴射方向を変える構成としたため、燃料の噴出方向の切り換えを行う複雑な電気回路や配線などの機構部品が不要となり、コストの上昇を押さえることができる。
特に直噴エンジンにおいては、燃料噴射装置１００の先端部分の温度は高負荷時には２５０℃以上にもなるが電気的接続のための配線がないので、断線や短絡などの心配が無く、高い信頼性を維持することができる。
また、噴孔１１１、１１２とをオフセットさせることにより、燃料の噴射形状、広がり方を変更することができ、最適な燃焼状態を得ることができる。
【００１９】
次に、実施例と噴孔の構成が異なる変形例について説明する。
まず第１の変形例について説明する。
図５は、本変形例における燃料噴射装置の噴孔周辺を示す図２に相当する図である。
図５の（ａ）は、エンジンの冷機時における噴孔と可動板との位置関係を示し、図５の（ｂ）は、エンジンの暖機後における噴孔と可動板との位置関係を示す。
図６の（ａ）は、図５の（ａ）におけるＢ−Ｂ部断面図であり、図６の（ｂ）は、図５の（ｂ）におけるＣ−Ｃ部断面図である。
本変形例における燃料噴射装置は、ノズル板１０１Ａに噴孔１１１Ａ、１１１Ｂとが設けられている。
【００２０】
噴孔１１１Ａは、特に図６の（ａ）に示されるように、ノズル板１０１Ａの板面に対して斜め方向（燃焼室内の点火プラグのスパーク部方向）に形成された貫通孔であり、噴孔１１１Ｂは、板面に対して垂直に形成された貫通孔である。
なお図６の（ａ）において、図中左側に点火プラグのスパーク部があるものとする。
また噴孔１１１Ａは、噴孔１１１Ｂよりもバネ１０３側に形成されている。
可動板１０２Ａには噴孔１５２が形成されている。
噴孔１５２は、可動板１０２Ａをスライドさせた場合に噴孔１１１Ａまたは噴孔１１１Ｂと連通可能な大きさに形成されている。
なお、可動板１０２Ａのスライド中において、噴孔１５２は噴孔１１１Ａ、１１１Ｂの双方と連通している。
他の構成は、実施例と同じであり、同一番号を付して説明を省略する。
【００２１】
次に、可動板１０２Ａの移動にともななう噴孔の変化について説明する。
図５の（ａ）および図６の（ａ）に示すようにエンジンの冷機時には、可動板１０２Ａはバイアスバネ１０４の付勢力によって図中右側にスライドし、噴孔１５２と噴孔１１１Ａとが連通している。噴孔１１１Ｂは可動板１０２Ａによって塞がれた状態となる。
よって、燃料は噴孔１５２、噴孔１１１Ａを通って点火プラグへ向けて噴出される。
【００２２】
一方、図５の（ｂ）および図６の（ｂ）に示すようにエンジンの暖機後には、バネ１０３の付勢力によって可動板１０２Ａが図中左側方向にスライドし、噴孔１５２と噴孔１１１Ｂとが連通している。噴孔１１１Ａは可動板１０２Ａによって塞がれた状態となる。
よって、燃料は噴孔１１１Ｂの中心軸方向に沿って燃焼室内に噴射される。
なお本変形例において、噴孔１１１Ａ、１１１Ｂが本発明における第１の噴孔を構成し、噴孔１５２が本発明における第２の噴孔を構成する。
【００２３】
このように本変形例においても、エンジンの冷機時と暖機時とに応じて、噴孔１５２が形成された可動板１０２Ａをスライドさせることにより、噴孔１１１Ａと噴孔１５２を連通させるか、または噴孔１１１Ｂと噴孔１５２を連通させるかの切り替えを受動的に行うことができる。
【００２４】
次に第２の変形例について説明する。
図７は、本変形例における燃料噴射装置の噴孔周辺を示す断面図である。
可動板１０２をスライドさせるためのバネ１０３Ａ、１０３Ｂは、それぞれ異なる形状回復温度の形状記憶合金によって形成され、これらを組み合わせることによって可動板１０２を保持している。
他の構成は、実施例と同じであり同一番号を付して説明を省略する。
なお本変形例において、バネ１０３Ａ、１０３Ｂが本発明における第１のバネを構成する。
【００２５】
このように、それぞれ形状回復温度の異なるバネ１０３Ａ、１０３Ｂを可動板１０２の図中右側に直接に配置したので、エンジンの冷機時から暖機時との間において、可動板１０２が２段階にスライドすることとなり、より細かく燃料の噴射方向を切り換えることができる。
【００２６】
また上記実施例および各変形例において、バネ１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４として板状のバネを用いたが、これに限らず図８に示すようにコイル状のバネを用い、コイル状のバネ１０３Ｃ、１０４Ｃによって可動板１０２を付勢することもできる。またさらに、板状のバネの代わりに蛇腹状のバネによって付勢するなど種々選択可能である。
またバネ１０３の材料として形状記憶合金を用いたが、これに変えて異種金属を重ねて張り合わせ材料を用い、線膨張係数の差によって変形の起こるバイメタル効果によって可動板をスライドさせてもよい。
また第２の変形例においては、形状回復温度の異なるバネを組み合わせた例を示したが、３つ以上の、複数のバネ特性を持つバネを組み合わせることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】燃料噴射装置先端の断面構造を示す図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図３】燃料噴射装置先端の断面構造を示す図である。
【図４】エンジンの燃焼室内における燃料の噴射方向を示す図である。
【図５】噴孔と可動板との位置関係を示す断面図である。
【図６】噴孔と可動板との位置関係を示す断面図である。
【図７】第２の変形例における燃料噴射装置の噴孔周辺を示す断面図である。
【図８】コイル状のバネを用いた燃料噴射装置の噴孔周辺を示す上面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００    燃料噴射装置
１０１、１０１Ａ    ノズル板
１０２、１０２Ａ    可動板
１０３、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ    バネ
１０４    バイアスバネ
１０５    針弁
１０６    燃料室
１０７    凹部
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２、１５２    噴孔
１２０    ノズル筐体
５０２    点火プラグ
５０３    ピストン
５０４    燃焼室
【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】
2006170167.tif 000008
【図７】
2006170167.tif 000009
【図８】
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