(57)【要約】【課題】  直接噴射式内燃機関のための、安定で安価な点火手段を提供する。【解決手段】  直接噴射火花点火式内燃機関において、電極２４が燃料噴射弁２１と一体に形成され、燃料噴射弁２１は、電極２４の回りに配列された複数の燃料噴射口を持つ。燃料噴射弁２１の燃料噴射口２２と電極２４の相対的な配置が予め定められており、組付中にいかなる変動も生じない。この配列は、燃料噴流２５が電極２４へ直接向けられず、代わりに燃料噴霧が電極を完全に取り囲むことを確実なものとする。また、点火装置の接地電極２３を内燃機関の移動可能なピストン２６上に形成することが可能である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接噴射火花点火式内燃機関のための燃料噴射弁（１, ２１）であって、
点火装置の少なくとも一つの電極（３,４,２４）が上記燃料噴射弁と一体化されており、上記一体の電極（３,４,２４）回りに一様に配列された複数の燃料噴射口（２,２２）を有する、燃料噴射弁。
【請求項２】
少なくとも２つの燃料噴射口（２,２２）を有する、請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
点火装置の電極（３）と対電極（４）の全てを有する、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
点火火花が上記燃料噴射弁の中心軸に沿って、そして／又は錐状燃料噴霧内に生成されるように、上記電極（３,４）と対電極（４,２４）が配置される、請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
上記燃料噴射弁（１,２）の少なくとも一つの燃料噴射口（２,２２）が、噴射燃料（５,２５）が上記一体の電極（３,４,２４）に向かわないように構成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
移動可能なピストン（２６）がその中に配列される内燃機関の燃焼室のための点火装置であって、
上記点火装置が少なくとも一つの電極（２４）を有し、
少なくとも一つの対電極（２３）が上記ピストン（２６）に形成される、点火装置。
【請求項７】
上記点火装置の少なくとも一つの電極（２４）が、上記燃料噴射弁（２１）と一体である、請求項６に記載の点火装置。
【請求項８】
上記対電極（２３）が、上記電極（２４）に対向する上記ピストン（２６）の上面隆起部として形成される、請求項６又は７に記載の点火装置。
【請求項９】
上記対電極（２３）が、対火花性材料で構成され、そして／又は対火花性材料で被覆される、請求項８に記載の点火装置。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室内の空気燃料混合気を電気火花により点火する方法であって、
上記火花が、電極（２４）と上記内燃機関のピストン（２６）との間に生成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式直接噴射内燃機関のための、少なくとも一つの電極が一体化されている燃料噴射弁に関する。更に、本発明は、内燃機関の燃焼室のための、移動自在のピストンが燃焼室内に配置され、少なくとも一つの電極を有する点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室へ燃料を直接噴射する内燃機関は、その性能の高さ故に徐々に一般的になっている。直接燃料噴射でかつジェット噴流で噴射燃料をガイドする公知のエンジンにおいて、燃料噴射弁と点火プラグとは、吸気弁と排気弁との間の燃焼室の天井略中央に配置される。しかしながら、このようなシステムは、シリンダー・ヘッドに冷却ジャケットを配置する際に問題となる。更に、燃料噴射弁と点火プラグが必要とする空間が吸排気弁の占めていた空間を奪い、それで、吸排気弁を望ましい大きさよりも小さく設計されざるを得ない。最後に、公知の直接噴射火花点火式内燃機関においては、点火プラグの電極が液体燃料で濡れて、失火につながり、そして燃料消費量と炭化水素排出量を増大させるという可能性がある。燃料と空気の混合が不充分な混合気に点火プラグが組み合わさっても、同じ結果が生じ得る。
【０００３】
特許文献１は、中央に燃料噴射口を持つ燃料噴射弁を開示し、その燃料噴射弁においては、燃料噴射弁と一体に形成された電極により、燃料噴射口が同心状に取囲まれている。一体式の点火装置を持つ同様の燃料噴射弁は、特許文献２及び３からも公知である。ここで、燃料噴射口と電極とが非常に近接していることを考えると、噴射燃料が、霧化率の低い状態つまり液状で電極に到達するので、不利である。一般的に、電極は、噴射燃料の直接的な軌跡上に位置することさえある。これは、失火及び炭化水素排出量に関しての上述の問題につながる。
【特許文献１】米国特許第６３４００１５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９６３８０２５号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０６６１４４６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記背景から、本発明は、内燃機関、具体的には直接噴射式内燃機関のための、安定で安価な点火手段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】
【０００５】
この課題は、請求項１の構成を持つ燃料噴射弁、請求項６の構成を持つ点火装置そして請求項１０の構成を持つ方法により達成される。更に従属項には、有利な改良が含まれている。
【０００６】
直接噴射火花点火式内燃機関のための本発明による燃料噴射弁は、燃料を噴射するために必要な公知の構成部品を持つ。つまり、具体的には、燃料供給ラインへの接続部、燃料チャネル、そしてそこから燃焼室内へ燃料が噴射され得る少なくとも一つの燃料噴射口、である。更に、点火装置の少なくとも一つの電極が、燃料噴射弁に一体化される。つまり、上記電極が「燃料噴射弁」構成部品に永久的に結合される。この燃料噴射弁は、それに一体化された電極の周囲に、例えば、環状、楕円状または長方形状に、一様に配列された複数の燃料噴射口を持つ、という事実により特徴付けられる。
【０００７】
燃料噴射弁と点火装置の一体構成は、燃料噴射手段と点火用電極の相対的な位置関係を、大量生産に適するように単純で、高い精度を持つものに確実にすることができる。それで、この種の一体型燃料噴射弁を組み込む際に、噴射燃料が電極を濡らす危険を排除するための特別な注意は要求されない。そのような危険性は、燃料噴射弁と電極との永久的な結合により排除される。更に、噴射燃料が複数の燃料噴射口により大きな容積中に分散され、それで、燃料は噴射弁を離れてすぐに、霧化または気化している。更に、電極回りの燃料噴射口の一様な配列は、電極が燃料噴霧により完全に取囲まれて、着火が全方向に理想的に広がるのを、確実なものとする。
【０００８】
燃料噴射弁は、燃焼室内の燃料の分布を充分均一にするために、少なくとも二つ、好ましくは１０から１４個の燃料噴射口を有する。
【０００９】
好ましい実施形態によれば、燃料噴射弁は、点火装置の電極と対電極のいくつかを有するのではなく、それらの全てを一体構成で有する。これは、点火装置全体の燃料噴射弁に対する相対位置を正確に所望のものとする。
【００１０】
好ましくは燃料噴射弁の中心軸に沿って生成された錐状燃料噴霧内に点火火花が生成されるように、点火装置の電極及び対電極が配列されると有利である。これが、均一で対称な噴射燃料の着火を確実なものとする。
【００１１】
噴射口から出る燃料が燃料噴射弁内の電極に向けられることがないように、燃料噴射弁の少なくとも一つの噴射口を構成することができる。これは、燃料噴射弁の燃料噴射口の全てについて当てはまるのが好ましく、その場合、この構造は、液体燃料が電極と直接の経路上で接触し得ない、ということを確実なものとする。燃料噴射口と電極の一体構造は、この種の指向性を燃料噴射弁の製造に際し高い精度で設定することが可能である、という利点を持つ。更に、燃料噴射弁の燃料噴射口を電極に向けることも本発明の範囲内である、ということを記すべきである。これは、例えば、噴射燃料のモーメントが、その燃料が電極に到達しないほどに小さいことが判っている際に、当てはまる。最後に、ある程度の電極の濡れが望ましい場合の応用も、実現可能である。
【００１２】
更に、本発明は、内燃機関の燃焼室のための点火装置に関し、そこにおいて、移動可能なピストンが燃焼室内に配列され、点火装置が少なくとも一つの電極を有する。点火装置は、この電極に対する対電極が少なくとも一つ、ピストン上に形成される、という事実により、特徴付けられる。点火装置の電極は、上述のように燃料噴射弁に一体化されるのが好ましい。更に、ピストン上の対電極は、接地電位とされるのが好ましい。
【００１３】
少なくとも一つの電極が移動可能なピストン上に配列されるという点火装置の上述の改良により、点火の新たな機能が得られる。具体的には、電極と対極との間の距離が点火火花に充分な程小さい位置を一定の位相（上死点近く）においてのみピストンが示すので、この改良は、点火挙動がピストンの運動または位置に直接関連するということを確実なものとする。更に、ピストン上に対電極を形成することで、点火火花がピストンと同じだけ延びるという状態を作り、空気燃料混合気の点火に関して有利な状態を奏する。
【００１４】
更に、ピストン上の対電極は、点火装置の電極に面するピストン上面の隆起部として形成されるのが好ましい。電場は隆起のピークに集中するので、（対）電極はピストン上の隆起部により単純な形態で形成することができる。
【００１５】
ピストン上の対電極は、スパークオーバー（sparkover）による負荷に耐えるために、耐火花性材料で製作され、そして／又は、そのような材料で被覆される。
【００１６】
更に、本発明は、内燃機関の燃焼室内の空気燃料混合気を電気火花により点火する方法に関する。この方法は、電極と、移動可能に燃焼室内に配列されたピストンとの間で、火花が飛ぶという事実により、特徴付けられる。先に説明したように、電気点火装置の（対）電極としてのピストンの使用は、幾何学的にピストンが一定の位置にあるときにのみ、点火が起こり得るので、有利となる。更に、点火火花がピストンと共に延びるのが確実となり、そこから空気燃料混合気の爆発が進行し得る。
【００１７】
ピストンは、上述の方法におけるように、接地電位とするのが好ましい。接地電位とは、自動車の車体の電位と定義される。それで、一般的に、ピストンは、いずれにしても、接地電位にあることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には、本発明による燃料噴射弁１が、互いに垂直な方向の側面図に示されている。燃料噴射弁１は、図１に示されるように、実質的に円錐状の燃料噴流５が作動中にそこから放出する複数の燃料噴射口２を持つ。
【００１９】
更に、燃料噴射弁１は、点火装置の電極を有し、これらの点火電極４は、燃料噴射弁の中央又はその軸上に配列され、環状の接地電極３により取り囲まれる。点火電極４には、点火過程の既知の態様で、高電圧が印加され、点火火花が接地電極３へ飛ぶ。
【００２０】
点火装置３, ４を持つ燃料噴射弁１の図示の一体型構造の利点は、電極３,４と燃料噴射口２との間の相対的な幾何学的関係が固定であるという事実からなる。図１の右側の側面図から判るように、特に燃料噴射口２の向きと電極３,４の配列により、電極３,４へ燃料噴流５が衝突せず、それで電極が濡れないということを、確実なものとするのが可能である。この種の濡れは、失火、そして燃料消費と排出量の不利につながることになり、それで避けるべきである。燃料噴射弁と点火装置（点火プラグ）が別個の構成部品である公知の内燃機関において、上記の濡れは、注意深く正確な組み込みにより、避けなければならない。これとは対照的に、本発明による点火装置一体型燃料噴射弁は、はるかに単純に組み込むことができる。一体型燃料噴射弁１の更なる利点は、小型の構造により小さな空間を占めるだけであり、吸排気弁を適度に大きく構成することができ、エンジンの冷却性が向上する、という事実からなる。
【００２１】
図２は、図１の矢印IIの方向で下から見た図であり、図１の燃料噴射弁を示している。具体的には、点火用電極４が燃料噴射口２の略中心点に位置し、燃料噴射口が接地電極３の方向に向いているのを見ることができる。
【００２２】
図３は、本発明による燃料噴射弁２１の改良を示している。図１及び２とは対照的に、燃料噴射弁２１は、燃料噴射口２２に加えて、一つだけの電極である点火用電極２４を持ち、その電極は、中央軸に一体の態様で配列されている。これに対する対電極２３（接地電極）は、ピストン２６の紙面の上側中央において隆起部分の形態で形成され、このピストンは燃焼室（不図示）内で既知の態様で上下に移動することが可能である。ピストン全体は金属でできているので、もし接地電位にない場合でも、問題なく接地電位にすることができる。
【００２３】
接地電極２３は、ピストン上側の材料から製造することができるが、火花に対する耐性を高めることが求められる場合には、特別な材料から構成しても、特別な被膜を持たせても良い。
【００２４】
ピストン上に接地電極２３を形成することは、第１に燃焼室の天井における占有面積を小さくし、第２に、点火電極２４と接地電極２３との間の点火可能距離は上死点近くの一定のピストン位置でのみ生じるので、好ましい点火挙動を得ることができる。更に、点火火花が、ピストンまで延びるということ、そしてその点火火花がそこに位置する空気燃料混合気を着火することが可能であるということ、は有利である。
【００２５】
対電極若しくは接地電極をピストンの上側に形成するということは、燃料噴射弁に一体化されていない点火装置においても用いられ得る本発明の独立した観点である、ということを指摘すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による燃料噴射弁の、互いに垂直な方向からの２つの側面図である。
【図２】図１の矢印IIの方向に下から見た燃料噴射弁の図である。
【図３】接地電極がその上に形成されたピストンの上側と共に示す、燃料噴射弁の第２実施形態の側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、２１      燃料噴射弁
３、４、２４  電極
２、２２      燃料噴射口
２６          ピストン
【図１】
2004340124.tif 000003
【図２】
2004340124.tif 000004
【図３】
2004340124.tif 000005