(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼を改善した燃料噴射装置を提案することを課題とする。【解決手段】本発明の内燃機関（２）の燃料噴射装置（１）は、マイナスイオン発生装置（１５）で発生させたマイナスイオンを、燃料を噴射する燃料噴射弁（１３）へ導入し、燃料噴射弁（１３）において噴射される燃料へ一様にマイナスイオンを混合させることにより、燃焼室（５）内におけるノックを抑え、燃料の燃焼を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
マイナスイオンを発生するマイナスイオン発生装置と、
前記燃料噴射弁により噴射される燃料と前記マイナスイオン発生装置が発生させるマイナスイオンとを混合する混合手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
前記混合手段は、前記燃料の通じる噴孔が形成された案内部を備え、
当該案内部は、前記燃料に向けて前記マイナスイオンを含んだ空気を導入する空気導入通路が形成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
前記混合手段は、前記燃料の通じる噴孔が形成された案内部を備え、
当該案内部は、前記燃料に向けて前記マイナスイオンを含んだ空気を垂直に導入する空気導入通路が形成されたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置において、
内燃機関の吸気通路に備わるスロットル弁の前記吸気通路の上流側と前記燃料噴射弁とを接続し、当該燃料噴射弁へ空気を導くエアアシスト流路を備え、
前記マイナスイオン発生装置は、前記エアアシスト流路に配置されるとともに、前記マイナスイオン発生装置が発生させるマイナスイオンが、前記エアアシスト流路を通じる空気に混入されて、前記混合手段へ導入されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関へ吸入された空気に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃料と空気の混合気を燃焼室において燃焼させて、その爆発力を動力に変える仕組みを備えている。このような内燃機関は、燃焼室で燃焼する空気を内燃機関の外部から吸気管を通じて燃焼室へ導入させる構成となっている。具体的な構成として、自動車エンジンで吸入される空気は、スロットルボディ、インテークマニホールド等からなる管路を通じて燃焼室へ導入される。ところで、この吸入空気はこのような管路を通過する際に、いわゆる流動帯電現象によってプラスに帯電することが知られている。このように吸入空気が過剰に帯電すると、電気的に不安定となるとともに、その導電性が著しく低下するため、燃料を十分に活性化することができず、燃焼による発熱量を低下させるとされている。
【０００３】
このような吸入空気の帯電に起因して低下する燃料の発熱量を理論発熱量に近づけるエンジンの吸気装置が、特許文献１に開示されている。このエンジンの吸気装置は、エンジンの吸気ポートの上流側のエア流路にマイナスイオンを供給するイオン発生器を備えている。このようなエンジンの吸気装置は、マイナスイオンを含む空気を吸入空気中に供給することで、プラスに帯電している吸入空気を中和し、帯電を解消する。このように吸入空気の帯電が解消されると、燃料の燃焼状態が改善され、発熱量や燃焼速度が向上し、排気ガスが浄化される。
【特許文献１】特開２００６−１６１７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記エンジンの吸気装置のように、マイナスイオンが吸気ポートの上流で供給される装置では、吸入空気に均等にマイナスイオンが分布されないことがあり、燃焼室内に流入する吸入空気中のマイナスイオン濃度に濃淡が生じることがある。そのため、燃焼室内におけるマイナスイオンの濃度が濃い領域では、吸入空気が中和される一方で、マイナスイオンの濃度が薄い領域では、吸入空気中に中和されずにプラスに帯電したままの空気分子が残存する。このように、プラスに帯電した空気分子が残存すると、燃焼の際に火炎伝播が均等にならず、燃焼室内の燃焼にばらつきが生じ、効率良い燃焼を得ることができない。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼を改善した燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決する本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、マイナスイオンを発生するマイナスイオン発生装置と、前記燃料噴射弁により噴射される燃料と前記マイナスイオン発生装置が発生させるマイナスイオンとを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする。このような構成とすることにより、噴射する燃料にマイナスイオンを均一に混合し、燃焼室内における燃焼を一様にすることができる。燃料噴射装置は、噴射する燃料へマイナスイオンを直接混入して、燃料にマイナスイオンを均一に混合する。このようにマイナスイオンの混合された燃料が吸入空気へ噴射され、燃料と吸入空気とが混ざり、プラスに帯電した空気分子がマイナスイオンにより中和される。このように中和された空気分子と燃料が燃焼時に反応することになるので、燃焼効率が向上する。さらに、このような中和反応は、マイナスイオンを均一に混合したことにより、燃料全体に一様に生じる。このため、燃焼室内の燃料はより理想的な状態で燃焼することができ、燃焼効率を向上することができる。
【０００７】
このような燃料噴射装置をより具体的に示すと、前記混合手段は、前記燃料の通じる噴孔が形成された案内部を備え、当該案内部は、前記燃料に向けて前記マイナスイオンを含んだ空気を導入する空気導入通路が形成された構成とすることができる。さらに、このような案内部は、前記燃料に向けて前記マイナスイオンを含んだ空気を垂直に導入する空気導入通路が形成された構成とすることができる。このような構成とすることで、燃料と空気のキャビテーションを促進させ、燃料粒子の微粒化及びマイナスイオンの拡散を促進させることができる。なお、上述した空気導入通路を通じる空気が燃料に対して噴射される角度は、厳密に垂直である必要はなく、製造時に生じた噴孔と空気導入通路が形成する交差角度の誤差や、その他、作動条件による誤差等を許容するものである。
【０００８】
さらに、このような内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の吸気通路に備わるスロットル弁の前記吸気通路の上流側と前記燃料噴射弁とを接続し、当該燃料噴射弁へ空気を導くエアアシスト流路を備え、前記マイナスイオン発生装置は、前記エアアシスト流路に配置されるとともに、前記マイナスイオン発生装置が発生させるマイナスイオンが、前記エアアシスト流路を通じる空気に混入されて、前記混合手段へ導入される構成とすることができる。このような構成とすることにより、吸入空気の一部にマイナスイオンを混入して、燃料噴射弁へ送ることができる。これにより、噴射する燃料へマイナスイオンを混入することができる。また、導入される空気によって燃料を霧化して、良好な燃焼を実現することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、吸入空気へ噴射される燃料にマイナスイオンを均一に混合することで、燃焼室内における燃焼を一様にして、燃料の燃焼を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の燃料噴射装置１を組み込んだ内燃機関２の概略構成を示した説明図である。内燃機関２は、シリンダ３とこのシリンダ３内で往復運動するピストン４を備えている。さらに、シリンダ３の内壁とピストン４の頂面によって燃焼室５が形成されている。この燃焼室５へ吸気の流入する側に吸気ポート６が形成され、燃焼室５と吸気ポート６との間に、吸気バルブ８が備えられている。吸気バルブ８は、吸気ポート６から燃焼室５への吸入空気の流路の開閉を行う開閉弁である。また、燃焼室５から排気の排出される側に排気ポート７が形成され、燃焼室５と排気ポート７との間に、排気バルブ９が備えられている。この排気バルブ９は、燃焼室５から排気ポート７への排気の流路の開閉を行う開閉弁である。
【００１２】
また、内燃機関２は、吸気管１０を備えている。吸気管１０は、吸気ポート６と接続されており、外部から吸入した空気を吸気ポート６へ流通させる。吸気管１０の流路には、サージタンク１１が備えられ、このサージタンク１１の上流側にスロットル弁１２が備えられている。サージタンク１１は、吸入された空気の吸気脈動や吸気干渉を抑制する。また、スロットル弁１２は、ドライバのアクセルワークに連動して開閉し、吸気管１０の吸入空気量を調整して、エンジン回転数を制御する。
【００１３】
この内燃機関２に組み込まれた燃料噴射装置１は、燃料噴射弁１３、エアアシスト流路１４、マイナスイオン発生装置１５を備えている。
【００１４】
燃料噴射弁１３は、吸気管１０を通じる吸入空気へ向けて燃料を噴射する噴射装置である。燃料噴射弁１３は、燃料流路１７によって、燃料噴射装置１に備えられた燃料タンク１６と接続されている。燃料は、この燃料流路１７を通じて燃料タンク１６から燃料噴射弁１３へ送られる。また、燃料流路１７の燃料噴射弁１３と燃料タンク１６との間に、燃料流路電磁弁１８が配置されている。この燃料流路電磁弁１８は、燃料流路１７を流れる燃料の流路を開閉する開閉弁である。さらに、燃料流路電磁弁１８は、燃焼機関２の電気的な制御を総合的に行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０と電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、燃料流路電磁弁１８の開閉を制御して、燃料流路１７を通じる燃料の圧力、流量を制御し、燃料噴射弁１３で噴射される燃料の圧力、噴射量、噴射時期を制御している。
【００１５】
エアアシスト流路１４は、吸気管１０に備わるスロットル弁１２の上流側と燃料噴射弁１３とをスロットル弁１２をバイパスして接続している。すなわち、エアアシスト流路１４は、吸気管１０を流れる吸入空気の一部を燃料噴射弁１３へ導く構成となっている。エアアシスト流路１４には、マイナスイオン発生装置１５が配置されている。また、マイナスイオン発生装置１５の上流側に、エアアシスト流路電磁弁１９が配置されている。エアアシスト流路電磁弁１９は、エアアシスト流路１４へ通じる空気の流路を開閉する開閉弁である。エアアシスト流路電磁弁１９は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、エアアシスト流路電磁弁１９の開閉を制御して、エアアシスト流路１４を流れる吸入空気の圧力、流量を制御し、燃料噴射弁１３へ送られる空気量、供給時期を制御している。
【００１６】
マイナスイオン発生装置１５は、針状の電極と板状の電極とを有するキャパシタ（いずれも図示しない）を備えている。マイナスイオン発生装置１５は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０の信号に基づいて、針状に尖らせた電極にパルス性の高電圧を印加するとともに、板状電極を接地して、マイナスイオンを発生する。
【００１７】
このように、マイナスイオン発生装置１５で発生したマイナスイオンは、エアアシスト流路１４を流れる吸入空気に混入される。このマイナスイオン混入空気は、燃料噴射弁１３へ送られ、燃料噴射弁１３で噴射される燃料に導入される。
【００１８】
次に、マイナスイオン混入空気を燃料に導入する燃料噴射弁１３の構成について、燃料とマイナスイオン混入空気の流れとともに説明する。図２は燃料噴射弁１３の先端部分の断面を拡大して示した説明図である。燃料噴射弁１３の先端部分は、ノズルボディ２１と、ノズルボディ２１の内部に配置されたニードル２２と、ノズルボディ２１の外側に配置された外装部材２３とから構成されている。この外装部材２３は本発明の混合手段に相当する。さらに、外装部材２３の先端部２３ａは、本発明の案内部に相当し、先端部２３ａに、燃料の通じる噴孔２３ｂと、マイナスイオンを含んだ空気を垂直に導入する空気導入通路２３ｃとが形成されている。すなわち、空気導入通路２３ｃは噴孔２３ｂへ垂直に接続している。
【００１９】
燃料噴射弁１３に供給された燃料は、ノズルボディ２１の内壁とニードル２２の外周とで形成される燃料経路２４を通じてノズルボディ２１のノズル噴射孔２１ｂ側へ送られる。ニードル２２は、噴射停止時にノズルボディ２１に着座しているが、噴射を実行する場合には、燃料噴射弁１３に備えられたソレノイドコイル等からなる駆動部（図示しない）によって基端側へ移動させられる。これにより、燃料がノズル噴射孔２１ｂへ通じて、外装部材２３の噴孔２３ｂ内へ噴射される。
【００２０】
一方、マイナスイオン混入空気は、エアアシスト流路１４から燃料噴射弁１３に流入すると、ノズルボディ２１の外壁と外装部材２３の内壁とで形成される空気経路２５を通じて、先端２３ａ側へ送られ、先端２３ａ側の空気導入通路２３ｃに流入する。
【００２１】
このように空気導入通路２３ｃへ流入したマイナスイオン混入空気は、ノズル噴射孔２１ｂから噴孔２３ｂへ噴射された燃料に向けて導入される。これにより、噴孔２３ｂを通過する燃料にマイナスイオンが直接接触されて、マイナスイオンが混合した噴射燃料が、噴孔２３ｂから吸気管１０へ噴射される。このように、吸気管１０へ噴射された燃料は、さらに吸気管１０を通じる空気と混合して、燃焼室５へ送られる。吸気管１０を通じる空気に含まれる分子は、いわゆる流動帯電現象によってプラスに帯電しているが、噴射された燃料に混合されたマイナスイオンと反応して中和される。これにより、燃料の発熱量、燃焼速度が向上する。また、噴射孔２３ｂを通過する燃料は、導入される空気によって霧化されて、良好な燃焼を実現することができる。
【００２２】
次に、噴射される燃料とマイナスイオン混入空気の混合を調整するＥＣＵ２０の制御について説明する。図３は、ＥＣＵ２０が処理する制御の流れを示したフローチャートである。ステップＳ１で、ＥＣＵ２０は、燃料の噴射を実行するか否かを判断する。ステップＳ１でＥＣＵ２０がＹＥＳと判断する場合、すなわち、噴射を実行する場合には、次に、ステップＳ２へ進む。
【００２３】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ２で、マイナスイオン発生装置１５にマイナスイオンを発生させる。ステップＳ２の処理を終えると、次に、ステップＳ３へ進む。
【００２４】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ３で、エアアシスト流路電磁弁１９を開弁する。これによって、エアアシスト流路１４内へ吸入空気が流入する。この吸入空気がマイナスイオン発生装置１５を通過する際に、マイナスイオン発生装置１５で発生したマイナスイオンが吸入空気に混入されて燃料噴射弁１３へ送られる。ステップＳ３の処理に続いて、ＥＣＵ２０は、ステップＳ４の処理を行う。
【００２５】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ４で、燃料流路電磁弁１８を開弁する。これによって、燃料流路１７を燃料が通じて、燃料噴射弁１３に燃料が供給される。この燃料流路電磁弁１８は、燃料噴射弁１３へ供給する燃料へ前ステップＳ３で燃料噴射弁１３へ送られたマイナスイオン混入空気が、外装部材２３の噴孔２３ｂで混合されるようにタイミングを合わせて開弁される。すなわち、ＥＣＵ２０は噴射孔２１ｂにおける燃料の噴射に合わせて、マイナスイオン混入空気を空気導入通路２３ｃから噴孔２３ｂに導入させる。ＥＣＵ２０は、このように、噴射される燃料にマイナスイオンを直接接触させて一様に混合する。ＥＣＵ２０は、このステップＳ４の処理を終えると、次にステップＳ５へ進む。
【００２６】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ５で、噴射を停止するか否かを判断する。ＥＣＵ２０が噴射を停止すると判断すると、次にステップＳ６へ進む。一方、ステップＳ５で噴射を停止しないと判断する場合には、ステップＳ５を繰り返す。
【００２７】
ＥＣＵ２０はステップＳ６で燃料流路電磁弁１８を閉弁する。これによって、燃料流路１７を通じて燃料噴射弁１３への燃料の供給が停止されるので、燃料噴射弁１３の燃料の噴射が停止される。このように燃料の噴射が停止された後であっても、エアアシスト流路１４を通じてマイナスイオン混入空気が噴孔２３ｂへ供給される。このように、噴射後のしばらくの間、空気を流すことにより、噴孔２３ｂの燃料の掃気及び、デポジットの堆積を抑えることができる。ステップＳ６の処理を終えると、次に、ステップＳ７へ進む。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ７で、エアアシスト流路電磁弁１９を閉弁する。これにより、エアアシスト流路１４の空気の流通は遮断され、燃料噴射弁１３への空気、及び、マイナスイオンの供給が停止される。ステップＳ７の処理を終えると、次に、ステップＳ８へ進む。
【００２９】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ８で、マイナスイオン発生装置１５でのマイナスイオンの発生を停止させる。ＥＣＵ２０はステップＳ８の処理を終えると、リターンする。
【００３０】
ところで、ＥＣＵ２０がステップＳ１でＮＯと判断する場合、すなわち、噴射を実行しない場合には、ＥＣＵ２０は処理をリターンする。
【００３１】
以上の処理によってＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１３において噴射される燃料の噴射量や圧力及び噴射時期を制御する。さらに、ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１３に供給されるマイナスイオン混入空気の供給量や圧力及び供給時期を制御して、噴射孔２１ｂにおける燃料の噴射に合わせて、マイナスイオン混入空気を空気導入通路２３ｃへ導入し、噴射燃料へ一様にマイナスイオンを混合させる。このように燃料が一様にマイナスイオンと混合されて、燃焼室内に拡散すると、燃焼室内のいずれの領域でも好条件で燃焼することができる。これにより、燃焼室５内の一部の領域での燃焼不足が解消されるので、燃焼速度の向上、ノックの抑制、燃焼時間損失の低減、熱効率の向上や排気ガスの浄化がもたらされる。
【００３２】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００３３】
例えば、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射弁から燃焼室へマイナスイオンを混合した燃料を直接噴射する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例の燃料噴射装置を組み込んだ内燃機関の概略構成を示した説明図である。
【図２】燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。
【図３】ＥＣＵが処理する制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１  燃料噴射装置
２  内燃機関
１０  吸気管
１３  燃料噴射弁
１４  エアアシスト流路
１５  マイナスイオン発生装置
１７  燃料流路
１８  燃料流路電磁弁
１９  エアアシスト流路電磁弁
２０  ＥＣＵ
２１  ノズルボディ
２２  ニードル
２３  外装部材
２３ａ  先端部
２３ｂ  噴孔
２３ｃ  空気導入通路
【図１】
2008267363.tif 000003
【図２】
2008267363.tif 000004
【図３】
2008267363.tif 000005