(57)【要約】【課題】より簡単な構成によって、燃料噴射弁の噴射孔付近への燃料の付着及びデポジットの堆積を抑制できる技術を提供する。【解決手段】燃料噴射弁のノズルにおける燃料の噴射孔１６に、燃料の噴霧流が通過する際に別の気流（例えばカルマン渦）の発生を促進するラッパ状の突出部１３を設ける。これにより、燃料噴射時にはカルマン渦などの気流を積極的に発生させ、この強い気流によって、噴射孔１６の付近に付着した燃料の液滴が移動し易くし、その場に堆積しづらくする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルに設けられた噴射孔から燃料を燃焼室内に噴射する内燃機関の燃料噴射弁であって、
前記噴射孔は、前記燃料が該噴射孔から噴射される際に、前記燃料の噴霧流に起因した別の気流を該噴射孔の周辺に所定量以上発生させる気流発生構造を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項２】
前記気流発生構造は、前記噴射孔の外縁に設けられ、前記噴射孔の外側に突出した突起であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記突起は、前記噴射孔の外縁の全周に亘りラッパ状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記噴射孔の周囲に撥油膜を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記燃料噴射弁を筒状に囲むエアガイド部と、
前記エアガイド部と前記燃料噴射弁との間の空間にエアを噴射するエア噴射手段と、
をさらに備え、
前記エア噴射手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間における、吸気弁と排気弁との開弁期間がオーバーラップしていない期間中にエアを噴射することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項６】
ノズルに設けられた噴射孔から燃料を燃焼室内に噴射する内燃機関の燃料噴射弁であって、
前記燃料噴射弁を筒状に囲むエアガイド部と、
前記エアガイド部と前記燃料噴射弁との間の空間にエアを噴射するエア噴射手段と、
を備え、
前記エア噴射手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間における、吸気弁と排気弁との開弁期間がオーバーラップしていない期間中にエアを噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃料噴射弁から内燃機関の燃焼室内に直接噴射するようにした、いわゆる直接噴射式内燃機関が知られている。
【０００３】
かかる直接噴射式内燃機関においては、燃料噴射弁は燃焼室に面しているため、燃焼によって加熱された燃料噴射ノズルの熱や燃焼時の火炎などにより、燃料噴射ノズルの噴射孔近傍に燃料が炭化していわゆるデポジッドを生成する場合がある。このデポジットには炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、カルシウム（Ｃａ）等が含まれており、時間経過とともに、噴射孔にこのデポジットが堆積して、燃料噴射弁における燃料の調量性能や噴霧性能を損なう場合があった。
【０００４】
これに関し、噴射孔の内側表面及び外側表面に撥油性を有するフッ素コーティングを施してデポジットの堆積を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、噴射孔付近に付着した燃料を膨張行程において圧縮ガスを噴き付けることで吹き飛ばし、デポジットの堆積を防止する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
しかし、上記の先行技術においては、噴射孔からの燃料の噴霧流に起因して発生する別の気流を利用してデポジットの堆積を抑制することについては触れられていなかった。また、ガスを噴き付ける場合の噴き付け時期の最適化については充分に考慮されていなかった。
【特許文献１】特開平１０−２７４１３４号公報
【特許文献２】特開平９−２４２６４８号公報
【特許文献３】特開平９−２３６０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、より簡単な構成によって、燃料噴射弁の噴射孔付近へのデポジットの堆積を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、燃料噴射弁のノズルにおける燃料の噴射孔に、燃料の噴霧流が通過する際に別の気流の発生を促進する構造を付加し、この別の気流によって、燃料噴射孔の付近に付着した燃料がその場に堆積しづらくすることを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、本発明は、ノズルに設けられた噴射孔から燃料を燃焼室内に噴射する内燃機関の燃料噴射弁であって、前記噴射孔は、前記燃料が該噴射孔から噴射される際に、前記燃料の噴霧流に起因した別の気流を該噴射孔の周辺に所定量以上発生させる気流発生構造を有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち、前記燃料の噴霧流が燃料噴射弁の噴射孔を通過する際に、噴射孔の外縁の形状を適宜決定することによって、噴射孔の周辺に別の気流の発生を促進することができる
。そして、この別の気流によって、噴射孔の周辺に付着した燃料がその場所に堆積しづらくすることができる。そうすれば、噴射孔の外縁の形状を変更するという簡単な構成で、噴射孔の周辺に燃料が集まりづらくすることができる。そうすれば、集まった燃料が熱によってデポジット化することを抑制できる。
【００１０】
なお、上記において所定量とは、噴射孔の付近に付着した燃料がその場に堆積しづらくなる程度の大きさという意味であり、予め実験的に求めておいても良い。すなわち、上記他の気流の大きさによっては、逆に噴射孔から噴射された燃料の液滴を噴射孔の付近に取り込んでしまう場合があるからである。
【００１１】
また、本発明において、前記気流発生構造は、前記噴射孔の外縁に設けられ、前記噴射孔の外側に突出した突起であってもよい。
【００１２】
すなわち、前記噴射孔の外縁に突起を設けた場合、燃料の噴霧流が噴射孔を通過する際にこの突起と干渉して該噴霧流とは別の気流を発生させることができる。この気流としては例えば前記噴霧流に起因するカルマン渦を例示することができる。
【００１３】
これによれば、簡単な構成によって、燃料の噴霧流が噴射孔を通過した際に、カルマン渦などの別の気流を発生させることができ、前記噴射孔の周辺に燃料が集まることを抑制できる。その結果、前記噴射孔の周辺で燃料がデポジット化することを抑制できる。
【００１４】
また、本発明においては、前記突起は、前記噴射孔の外縁の全周に亘りラッパ状に形成されるようにしてもよい。
【００１５】
この形状の突起によれば、燃料の噴霧流によって、前記噴射孔の外縁付近にカルマン渦などの気流をより効率的に発生させることができる。そうすれば、より確実に、燃料が前記噴射孔の付近に集まることを抑制でき、デポジットの生成をより確実に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記噴射孔の周囲に撥油膜を形成するようにしてもよい。
【００１７】
そうすれば、前記噴射孔の周辺のノズル表面と燃料の液滴の親和性を低くし、燃料の液滴が撥油膜が形成されたノズル表面に定着しづらくすることができる。そうすると、前記気流によって前記噴射孔付近に存在する燃料をより確実に前記噴射孔から遠ざかるように移動させることができる。その結果、前記噴射孔の付近における燃料のデポジット化をより確実に抑制することができる。
【００１８】
また、本発明における内燃機関の燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁を筒状に囲むエアガイド部と、前記エアガイド部と前記燃料噴射弁との間の空間にエアを噴射するエア噴射手段と、をさらに備えるようにし、前記エア噴射手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間における、吸気弁と排気弁との開弁期間がオーバーラップしていない期間中にエアを噴射するようにしてもよい。
【００１９】
すなわち、燃料噴射弁を筒状のエアガイドで囲み、燃料噴射弁とエアガイドとの間にエア噴射させる。そうすれば、エアによってノズルに付着した燃料の液滴を吹き飛ばして除去することができるとともに、燃料噴射弁を冷却することができ、噴射孔の周辺へのデポジットの形成を抑制することができる。
【００２０】
また、この際、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間における、吸気弁と排気弁との開弁期間がオーバーラップしていない期間中にエアを噴射する。そうすれば、吸気弁だけが開い
ている状態の吸気行程においてエアを噴射できるので、より燃焼室内の空気の流れが安定した状態においてエアを噴射することができ、エアで吹き飛ばした燃料がまた燃料噴射弁に戻ってくるような非効率を回避することができる。
【００２１】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能な限り組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にあっては、より簡単な構成によって、燃料噴射弁の噴射孔付近へのデポジットの堆積を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１（ａ）には、本実施例と比較するために、従来の内燃機関における燃料噴射弁の先端付近の概略図を示す。燃料噴射弁１は、ノズルボディ２の内部にニードル弁３を進退運動可能に備えた構成となっている。この燃料噴射弁１は、内燃機関のシリンダヘッドに、燃焼室に臨むように取り付けられる。
【００２５】
そして、図示しない電磁コイルに通電されることにより発生する電磁力によってニードル弁３が図中上方にリフトされることにより、噴射部５の噴射孔６が開放され、所定の燃圧が加えられた燃料が噴射孔６から燃焼室内に噴射される。
【００２６】
次に図１（ｂ）を用いて、燃料噴射弁１に燃料のデポジットが堆積する過程について説明する。図１（ｂ）は、燃料噴射弁１の噴射孔６から燃料が噴射される際の気流について記載されている。図に示すように、ニードル弁３がリフトした際には、噴射孔６から燃料の燃焼室に向かう噴霧流が発生する。
【００２７】
このような構成において、例えば図１（ｂ）に示すように、噴射孔６の周りにドリル加工時の加工バリ７などが残っている場合には、その加工バリに起因して噴射孔６の周りに噴霧流とは異なる気流（カルマン渦などの発生によると考えられる）が発生し、その気流によって噴霧流中の燃料の一部が取り込まれて噴射孔６の周囲に付着する場合があった。
【００２８】
このように噴射孔６の周囲に付着した燃料の液滴は、燃焼ガスやノズル自体の表面の高温に曝されることにより脱水素化してデポジット８へ成長する場合があった。そうすると、噴射孔６を囲むようにデポジット８が成長し噴射孔を閉塞するおそれがあった。
【００２９】
それに対し、本実施例においては、噴射孔６の周囲に積極的に突起を設け、カルマン渦等による、上記の噴霧流とは異なる気流を強力に発生させ、その気流によって、噴射孔６の周囲に付着した燃料の液滴がその場に堆積しづらくすることとした。なお、本実施例においては、カルマン渦などの気流が微量の場合には、その気流によって、噴射孔６から噴射された燃料の一部が噴射孔の周辺に取り込まれるが、カルマン渦などの気流の量を所定量以上にすることによって逆に噴射孔６付近に付着した燃料がその場に定着、堆積しづらくすることができるという傾向を利用している。そして、本明細書において、カルマン渦などの強い気流またはカルマン渦などの気流を強力に発生させるという場合には、カルマン渦などの気流の量が所定量以上であることを意味する。
【００３０】
図２（ａ）には、本実施例に係る燃料噴射弁１０の噴射部１５に設けられた突出部１３
の外観を示す。本実施例における突出部１３は図２（ａ）に示すように噴射孔１６の周りにラッパ状に設けられている。この突出部１３を設けることで、図２（ｂ）に示すように、噴射孔１６の周囲に積極的にカルマン渦などの強い気流を発生させることができ、噴射孔１６の周囲に燃料の液滴が付着しても、その場にそのまま堆積することを抑制できる。
【００３１】
次に、図３には、本実施例における燃料噴射弁１０の噴射部１５周辺の概略図を示す。図３において、ノズルボディ１２の先端付近は、大きくは円柱状部分１２ａと円錐状部分１２ｂとからなっている。そして、円柱状部分１２ａと円錐状部分１２ｂの境界付近に、ノズルボディ１２の全周に亘って窪みを施した凹部１７が設けられている。また、円錐状部分１２ｂにはフッ素系材料による撥油膜１８が形成されている。
【００３２】
このような構成によると、噴射孔１６から噴射された燃料の一部が噴射部１５における噴射孔１６付近に液滴として付着した場合に、まず、突出部１３により生じるカルマン渦などの強い気流によって、付着した燃料の液滴が移動し易い状態となり、撥油膜１８に達する。ここで、撥油膜１８が形成された部分では表面張力及び、燃料と撥油膜１８との分子間力が小さくなっているので、燃料の液滴は撥油膜１８上に定着しづらい。そうすると、噴射圧の影響も関与して、燃料の液滴は撥油膜１８上を図中上方に移動する。
【００３３】
そして、凹部１７と撥油部１８との境界のエッジ部１９において、燃料が燃料噴射弁１０から離脱する。
【００３４】
以上、説明したように、本実施例においては、噴射孔１６にラッパ状の突出部１８を設けたために、噴射孔１６の周囲に積極的にカルマン渦などによる強い気流を発生させ、燃料が噴射孔１６の周囲に堆積しづらい雰囲気を形成することができる。
【００３５】
また、本実施例においては、ノズルボディ１２の先端の円錐状部分１２ｂに撥油膜１８を形成したので、カルマン渦などの強い気流によって噴射孔１６から離れた燃料の液滴を、さらに噴射部１５から離れる方向に移動し易くすることができる。さらに、円柱状部分１２ａと円錐状部分１２ｂの境界付近に凹部１７を設けることにより、撥油部１８と凹部１７との境界部分にエッジ部１９を形成することができる。従って、エッジ部１９において、撥油部１８を移動して図中上方に上がってきた燃料の液滴をより確実に燃料噴射弁１０から離脱させることができる。
【００３６】
なお、上記の実施例においては、撥油部１８は燃料噴射弁１０の円錐状部分１２ｂに設けられているが、これに加えて、噴射部１５にも撥油膜を形成してもよい。そうすれば、より確実に、噴射孔１６付近に付着した燃料の液滴をエッジ部１９まで移動させ、燃料噴射弁１０から離脱させることができる。
【００３７】
また、上記の実施例においては撥油膜１８をノズルボディ１２の円錐状部分１２ｂに設けることにより、円錐状部分１２ｂの面粗度を改善する効果もある。そして、これに加えて、ノズルボディ１２の円錐状部分１２ｂの、撥油膜１８を形成させる前の表面加工を鏡面加工としてもよい。そうすれば、燃料の液滴に、撥油膜１８上をより確実に図中上方に移動させることができ、エッジ部１９において燃料の液滴をより確実に燃料噴射弁１０から離脱させることができる。
【００３８】
結果として、噴射孔１６の周囲にデポジットが形成されることをより確実に抑制でき、噴射孔１６がデポジットによって閉塞されることを抑制できる。
【００３９】
なお、上記の実施例においては、噴射孔１６の周囲にラッパ状の突出部１３を設けた例について説明した。それに対して、図４（ａ）に示すように、噴射孔１６の周囲に断面が
長方形の突出壁２３を設けるようにしてもよい。これによっても、噴射孔１６の周囲にカルマン渦などの強い気流を発生させることができ、噴射孔１６の周辺に付着した燃料の液滴が移動し易い環境とすることができる。また、この突出壁は必ずしも噴射孔１６の全周に亘って形成する必要はない。図４（ｂ）に示すように、噴射孔１６の周囲の一部に突出壁２４を形成してもよい。なお、上記の突出部１３、突出壁２３及び２４は、本実施例において気流発生構造に相当する。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、実施例１における燃料噴射弁１０に対してエアガイドを設け、このエアガイドと燃料噴射弁１０との間にエアを噴射させて燃料の液滴を吹き飛ばす例について説明する。
【００４１】
図５に示すように、本実施例においては、燃料噴射弁１０を囲うように筒状のエアガイド２０を設けた。そして、エアガイド２０と燃料噴射弁１０との間の空間に、ＥＣＵ２５からの指令で、エアタンク２１からエアを図中破線矢印Ａで示すように噴射させることとした。そうすれば、燃料噴射弁１０の外周に低温のエアを流通させることができ、噴射部１５を含んだ燃料噴射弁１０を冷却することができるとともに、撥油部１８を移動してエッジ部１９付近に滞在している燃料の液滴が燃料噴射弁１０から離脱することを促進できる。
【００４２】
なお、この際、エアを噴射するタイミングは燃料噴射弁１０からの燃料噴射の後のタイミングとしてもよい。そうすれば、エッジ部１９付近に滞在している燃料の液滴を燃料噴射弁１０から離脱させることができるとともに、燃料噴射弁１０から噴射された燃料が噴射孔１６付近に戻って付着すること自体を抑制することができる。そうすると、より確実に噴射孔１６の付近にデポジットが堆積することを抑制できる。
【００４３】
なお、エアガイド２０はヒートパイプを兼用するようにしてもよい。すなわち、エアガイド２０の上端は、図示しないシリンダヘッドの内部において、冷却水の通路であるウォータジャケット付近に配置し、またはウォータジャケット内において冷却水に曝されるようにするなど、エアガイド２０が燃料噴射弁１０から回収した熱を、その上端において放熱できる構成にしてもよい。そうすれば、より効率的に燃料噴射弁１０を冷却することができ、噴射部１５に付着した燃料の液滴がデポジット化することを抑制できる。
【００４４】
なお、図６には、燃料添加弁１０の雰囲気温度とデポジット生成量との関係のグラフの例を示す。図６から分かるように、雰囲気温度が高くなるとデポジットの生成量は極端に多くなる。従って、エアガイド２０の内側の温度を低下させることで、デポジットの生成を効果的に抑制することができる。
【００４５】
また、本実施例において、エアガイド２０の内側にエアを噴射させるタイミングは、内燃機関の吸気行程中であって、図示しない吸気弁と排気弁の開弁期間のオーバーラップ期間以外の期間、換言すると吸気弁だけが開弁している期間としてもよい。
【００４６】
図７には、本実施例におけるエア噴射ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ２５のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つであり、内燃機関の稼動中は所定期間毎にＥＣＵ２５によって実行される。
【００４７】
本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ１０１において吸気弁が開弁中かどうかが判定される。具体的には、クランクポジションセンサなどの出力信号から、クランク角度が予め設定された吸気弁の開弁期間に相当するかどうかを判定してもよい。ここで、吸気弁が開弁中でないと判定された場合には、一旦本ルーチンを終了する。一方、吸気弁が開弁中で
あると判定された場合にはＳ１０２に進む。
【００４８】
Ｓ１０２においては、吸気弁と排気弁のオーバーラップ中かどうかが判定される。ここで吸気弁と排気弁のオーバーラップ中、すなわち、吸気弁と排気弁の両方が開弁していると判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。一方、吸気弁と排気弁がオーバーラップ中でない、すなわち、吸気弁のみが開弁しており排気弁が開弁していないと判定された場合には、Ｓ１０３に進む。
【００４９】
Ｓ１０３においてはエア噴射を行う。すなわち、エアタンク２１から所定の空気圧によってエアガイド２０と燃料噴射弁１０との間の空間にエアを噴射させる。Ｓ１０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。なお、このＳ１０３の処理を実行するＥＣＵ２５は、本実施例においてエア噴射手段を構成する。
【００５０】
以上、説明したように、本実施例のエア噴射ルーチンにおいては、内燃機関の吸気行程において吸気弁が開弁中であり且つ吸気弁と排気弁がオーバーラップして開弁していない期間、換言すると吸気弁のみが開弁している期間にエアをエアガイド２０と燃料噴射弁１０との間に噴射させることとした。そうすれば、吸気弁から入った吸気が排気弁から排出されるような、吸気の流れの乱れが少ない状態でエアを噴射することができ、燃焼室内に燃焼室上方から下方（ピストン側）への安定した空気流をより効率的に形成することができる。
【００５１】
これにより、燃料噴射弁１０のエッジ部１９から離脱した燃料の粒子が再び燃料噴射弁１０に付着するような非効率を排除することができ、より確実にデポジットの生成を抑制することができる。
【００５２】
なお、上記の実施例においてカルマン渦などの気流とは、カルマン渦及び、カルマン渦と断言できない気流であって、本発明における気流発生構造と燃料噴射時の噴霧流とによって発生する、該噴霧流とは異なる気流を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来の内燃機関の燃料噴射弁の概略構成及び、デポジットが生成される過程について説明するための図である。
【図２】本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射弁における噴射部の構成及び、燃料噴射の際の気流及び燃料の動きについて説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射弁の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射弁における突出壁の構成について示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る内燃機関の燃料噴射弁の概略構成を示す図である。
【図６】燃料噴射弁の噴射孔付近に生成されるデポジットの量と燃料噴射弁の周囲温度との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例２に係るエア噴射ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１、１０・・・燃料噴射弁
２・・・ノズルボディ
３・・・ニードル弁
５、１５・・・噴射部
６、１６・・・噴射孔
７・・・バリ
８・・・デポジット
１２・・・ノズルボディ
１２ａ・・・円柱状部分
１２ｂ・・・円錐状部分
１３・・・突出部
１７・・・凹部
１８・・・撥油膜
１９・・・エッジ部
２０・・・エアガイド
２１・・・エアタンク
２３、２４・・・突出壁
２５・・・ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008019773.tif 000006
【図５】
2008019773.tif 000007
【図６】
2008019773.tif 000008
【図７】
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