(57)【要約】【課題】燃料の微粒子化を促進するとともに、この燃料が吸気ポートに付着することを防止することができる燃料噴射装置を得ることを目的とする。【解決手段】吸気ポート５に燃料を噴射して混合気をつくる燃料噴射弁１０と、吸気ポート５に燃料噴射弁１０から噴射される燃料の進行経路内に干渉することなく設けられ燃料を帯電させると共に吸気ポート５の内壁面を燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成電極１１と、電場形成電極１１に電圧を印加する電圧印加装置１２とを備えている。【選択図】        図１
2004232585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状のシリンダと、
上記シリンダ内を摺動し該シリンダと協働して燃焼室を形成するピストンと、
上記燃焼室に混合気を供給する吸気ポートを開閉する吸気弁と、
上記燃焼室の排気を排出する排気ポートを開閉する排気弁と
を有する内燃機関に設けられる燃料噴射装置であって、
上記吸気ポートに燃料を噴射して上記混合気をつくる燃料噴射弁と、
上記吸気ポートに上記燃料噴射弁から噴射される上記燃料の進行経路内に干渉することなく設けられ該燃料を帯電させると共に該吸気ポートの内壁面を該燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成電極と、
上記電場形成電極に電圧を印加する電圧印加装置と
を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
上記電場形成電極は、上記吸気ポートの内壁面に複数設けられている
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】
有底円筒状のシリンダと、
上記シリンダ内を摺動し該シリンダと協働して燃焼室を形成するピストンと、
上記燃焼室に混合気を供給する吸気ポートを開閉する吸気弁と、
上記燃焼室の排気を排出する排気ポートを開閉する排気弁と
を有する内燃機関に設けられる燃料噴射装置であって、
上記吸気ポートに燃料を噴射して上記混合気をつくる燃料噴射弁と、
上記燃料を帯電する燃料帯電手段と、
上記吸気ポートの内壁面を上記燃料と同極性の電位とする吸気ポート電圧印加手段と
を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
燃料帯電手段は、
上記吸気ポートに電気的に絶縁されて配設された上記燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁に電圧を印加する電圧印加装置を
を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
燃料帯電手段は、
上記吸気ポートに電気的に絶縁されて配設された上記燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁に上記燃料を供給する燃料供給路に設けられ該燃料を帯電する燃料帯電装置と
を有することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射装置に関し、特に燃料の微粒子化を促進するとともに、この燃料が吸気ポート内壁面やシリンダ内壁面に付着することを防止する燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料噴射装置は、ノズルホルダー、ニードルバルブ、及びノズルの一部をセラミクス等の絶縁体にて作製し、ノズルの先端を電極とした噴射ノズルを用い、燃料の噴射に同期したパルス状又はインパルス状の高電圧をノズルの先端の電極に印加することにより、燃料の霧化を促進させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−６００３６号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の従来の燃料噴射装置においては、燃料がシリンダ内に噴射されると、この燃料が吸気ポート内壁面に付着しやすく、付着した燃料は燃焼せずに未燃のまま排出されるので、燃焼効率が低下するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたもので、燃料の微粒子化を促進すると共に、燃料効率を向上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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料噴射装置は、吸気ポートに燃料を噴射して混合気をつくる燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料噴射弁から噴射される燃料の進行経路内に干渉することなく設けられ燃料を帯電させると共に吸気ポートの内壁面を燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成電極と、電場形成電極に電圧を印加する電圧印加装置とを備えている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。図１において、内燃機関は、概略有底円筒状のシリンダ１と、シリンダ１と協働して燃料を燃焼するための燃焼室１ａを形成するピストン３を有している。ピストン３は、概略円柱状をなし先端部にピストンリング２が設けられシリンダ１内を往復運動して、燃焼室１ａ内に吸い込まれた空気と燃料の混合気を圧縮する。
【０００８】
また、シリンダ１には、燃焼室１ａに空気と燃料の混合気を供給する吸気ポート５が形成されており、この吸気ポート５と燃焼室１ａとの境に吸気ポート５を開閉する吸気弁７が設けられている。さらにまた、シリンダ１には、燃焼室１ａの排気を排出する排気ポート６が形成されており、この排気ポート６と燃焼室１ａとの境に排気ポート６を開閉する排気弁８が設けられている。さらに、シリンダ１には、圧縮された混合気に点火する点火プラグ９が設けられている。また、シリンダ１の壁の内部に冷却ジャケット４が設けられている。
【０００９】
吸気ポート５には、吸気ポート５内に燃料を噴射して外部から供給された空気と混合させて混合気をつくる燃料噴射弁１０が配設されている。さらに、吸気ポート５には、燃料が噴射される空間に電場を形成する電場形成電極１１が設けられている。電場形成電極１１は、図示しない絶縁部材によって吸気ポート５に電気的に絶縁されて配設されている。電場形成電極１１と接地点１３との間に、電圧印加装置１２が電気的に接続されている。電圧印加装置１２は、電場形成電極１１に電圧を印加する。電場形成電極１１と電圧印加装置１２とは、電場形成手段２０を構成している。そして、この電場形成手段２０と燃料噴射弁１０とは、本実施の形態の燃料噴射装置を構成している。通常、内燃機関は主に導体部材にて作製されており、シリンダ１、吸気ポート５、燃料噴射弁１０等はいずれもそれぞれに導通しており、また接地されている（図示せず）。よって、接地点１３は便宜上示したものである。
【００１０】
次に本実施の形態の燃料噴射装置の動作について説明する。吸気ポート５の開弁による吸気工程の最適なタイミングに合わせて、燃料噴射弁１０内の電磁弁（図示せず）に通電すると、数百Ｐａ以上に昇圧された燃料が燃料噴射弁１０より噴射される。噴射された燃料粒子は吸気流と混合しながらシリンダ１へ搬送される。この通電と同時に、電圧印加装置１２により電場形成電極１１と接地点１３との間に例えば数ｋＶから数十ｋＶのＤＣ電圧が印加される。
【００１１】
この電圧の印加により燃料が噴射される空間に電場が形成される。そして、この電場により、燃料粒子が帯電する。燃料粒子が帯電することにより、燃料粒子に電気力が働き、この電気力が燃料粒子の表面張力に打ち勝ち、燃料粒子は不安定となり分裂し、さらに小さな燃料粒子となる。そして、このように分裂して帯電した燃料粒子同士は、それぞれが同電位に帯電しているため、燃料粒子内部に働く電気力と同様の反発力が作用し、燃料粒子同士の衝突を抑制するとともに、たとえ衝突したとしても燃料粒子同士の合体も防止することができる。
【００１２】
そしてこの際、電場形成電極１１によって形成された電場により、吸気ポート５の内壁面は、燃料粒子と同電位となる。すなわち、吸気ポート５の内壁面は、燃料粒子と同極性となる。よって、帯電した燃料粒子が吸気ポート６やシリンダ１に衝突付着することが防止され、未燃焼燃料のまま排出される燃料が低減する。
【００１３】
このような構成の燃料噴射装置においては、吸気ポート５に燃料を噴射して混合気をつくる燃料噴射弁１０と、吸気ポート５に設けられ燃料を帯電させると共に吸気ポート５の内壁面を燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成手段２０とを備えているので、燃料の微粒子化を促進すると共に、その燃料が吸気ポート５やシリンダ１の内壁面に付着するのを防止するため、燃焼効率を向上させることができる。
【００１４】
また、電場形成手段２０は、吸気ポート５に電気的に絶縁されて配設された電場形成電極１１と、電場形成電極１１に電圧を印加する電圧印加装置１２とを有するので、燃料を帯電させると共に吸気ポート５の内壁面を燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成手段を容易に構成することができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の燃料噴射装置の構成を示す吸気ポート部分の拡大断面図である。本実施の形態の燃料噴射装置においては、図２に示すように、吸気ポート５に設置される電場形成電極１１を、燃料噴射弁１０から角度αで円錐状に広がって噴射される燃料に対して、空気流れ１４方向の外側（上流側）に配置して、噴射された燃料が直接電場形成電極１１にかからないようにしている。つまり、電場形成電極１１は、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の進行経路内に干渉することなく設けられている。そして、燃料噴射弁１０から噴射される燃料は、電場形成電極１１が形成する電場を横切って帯電される。
その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００１６】
すなわち、このような構成の燃料噴射装置においては、電場形成電極１１が、燃料噴射弁１０から噴射される燃料より混合気の流通方向上流に、燃料の進行経路内に干渉することなく設けられているので、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、燃料噴射弁１０から噴射された燃料が付着して電場形成電極１１が劣化することを防止することができ、燃料の微粒化の促進と吸気ポート５やシリンダ１の内壁面への付着防止効果をより向上させることができ、燃料効率を向上させることができる。
【００１７】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３の燃料噴射装置の構成を示す吸気ポート部分の拡大断面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視断面図である。本実施の形態の燃料噴射装置においては、吸気ポート５に３個の電場形成電極１１ａが設けられている。３個の電場形成電極１１ａは、吸気ポート５の軸に対して直交する面上に、燃料噴射弁１０も含めて各々９０度ずつ間隔を空けて配置されている。その他の構成は実施の形態２と同様である。
【００１８】
このような構成の燃料噴射装置においては、電場形成電極１１ａは、吸気ポート５の内壁面に複数設けられているので、電場をより均一に形成することができ、燃料の微粒化の促進と吸気ポート５やシリンダ１の内壁面への付着防止効果をより向上させることができ、燃料効率を向上させることができる。
【００１９】
尚、本実施の形態においては、３個の電場形成電極１１ａが設けられているが、２個、或いは３個以上の電場形成電極であっても、その数に応じた効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。本実施の形態においては、燃料噴射弁１０と吸気ポート５とは、燃料噴射弁１０の周囲に設けられた絶縁部材１５により電気的に絶縁されている。そして、燃料噴射弁１０と接地点１３との間に、電圧印加装置１２が電気的に接続されている。電圧印加装置１２は、燃料噴射弁１０に電圧を印加する。燃料噴射弁１０と電圧印加装置１２とは、燃料を帯電する燃料帯電手段３０を構成している。
【００２１】
また、吸気ポート５と接地点１３との間に、電圧調整器１６が電気的に接続されている。電圧調整器１６は、電圧印加装置１２が発生した電圧を調整して吸気ポート５に燃料と同極性の電位を印加する。電圧調整器１６と電圧印加装置１２とは、吸気ポート５の内壁面を燃料と同極性の電位とする吸気ポート電圧印加手段４０を構成している。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２２】
次に本実施の形態の燃料噴射装置の動作について説明する。吸気ポート５の開弁による吸気工程の最適なタイミングに合わせて、燃料噴射弁１０内の電磁弁（図示せず）に通電すると、数百Ｐａ以上に昇圧された燃料が燃料噴射弁１０より噴射される。噴射された燃料粒子は吸気流と混合しながらシリンダ１へ搬送される。この通電と同時に、電圧印加装置１２により燃料噴射弁１０と接地点１３との間に例えば数ｋＶから数十ｋＶのＤＣ電圧が印加される。
【００２３】
この電圧の印加により燃料噴射弁１０から噴射される燃料粒子が帯電する。燃料粒子が帯電することにより、燃料粒子に電気力が働き、この電気力が燃料粒子の表面張力に打ち勝ち、燃料粒子は不安定となり分裂し、さらに小さな燃料粒子となる。そして、このように分裂して帯電した燃料粒子同士は、それぞれが同電位に帯電しているため、燃料粒子内部に働く電気力と同様の反発力が作用し、燃料粒子同士の衝突を抑制するとともに、たとえ衝突したとしても燃料粒子同士の合体も防止することができる。
【００２４】
そしてこの際、同時に電圧印加手段１２により吸気ポート５と接地点１３との間に電圧調整器１６を介して例えば数Ｖから数十ｋＶのＤＣ電圧が印加される。この電圧の印加により、吸気ポート５の内壁面は噴射される燃料粒子と同電位すなわち同極性となる。そして、帯電した燃料粒子が吸気ポート５やシリンダ１の内壁面に衝突付着することが防止され、未燃焼燃料のまま排出される燃料が低減する。
【００２５】
このような構成の燃料噴射装置においては、吸気ポート５に燃料を噴射して混合気をつくる燃料噴射弁１０と、燃料を帯電する燃料帯電手段３０と、吸気ポート５の内壁面を燃料と同極性の電位とする吸気ポート電圧印加手段４０とを備えているので、燃料の微粒子化を促進すると共に、その燃料が吸気ポート５やシリンダ１の内壁面に付着するのを防止するため、燃焼効率を向上させることができる。
【００２６】
また、燃料帯電手段３０は、吸気ポート５に電気的に絶縁されて配設された燃料噴射弁１０と、この燃料噴射弁１０に電圧を印加する電圧印加装置１２とからなるので、燃料を帯電する燃料帯電手段を容易に構成することができる。
【００２７】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。本実施の形態においては、燃料噴射弁１０に連結された燃料供給経路１７上に設けられた燃料帯電装置１８を用いて燃料を帯電させる。燃料帯電装置１８と接地点１３との間に、電圧印加装置１２が電気的に接続されている。燃料帯電装置１８と電圧印加装置１２とは、燃料を帯電する燃料帯電手段５０を構成している。その他の構成は実施の形態４と同様である。
【００２８】
このような構成の燃料噴射装置においては、燃料帯電手段５０は、吸気ポート５に電気的に絶縁されて配設された燃料噴射弁１０と、この燃料噴射弁１０に燃料を供給する燃料供給路１７に設けられ燃料を帯電する燃料帯電装置１８とからなるので、燃料の微粒子化を促進すると共に、その燃料が吸気ポート５やシリンダ１の内壁面に付着するのを防止するため、燃焼効率を向上させることができる。そしてさらに、燃料を帯電する燃料帯電手段を容易に構成することができる。
【００２９】
尚、上述の各実施の形態の電圧印加装置１２は、直流の電圧を発生して印加しているが、直流に限られることはなく、交流の電圧を発生して印加するようにしてもよい。
【００３０】
また、上述の各実施の形態では、燃料噴射に同期したパルス又はインパルス状の高電圧を印加する例を示したがこれに限られることはなく、電圧印加を連続的に発生するようにしても同様な効果を得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る燃料噴射装置は、有底円筒状のシリンダと、シリンダ内を摺動しシリンダと協働して燃焼室を形成するピストンと、燃焼室に混合気を供給する吸気ポートを開閉する吸気弁と、燃焼室の排気を排出する排気ポートを開閉する排気弁とを有する内燃機関に設けられる燃料噴射装置であって、吸気ポートに燃料を噴射して混合気をつくる燃料噴射弁と、吸気ポートに燃料噴射弁から噴射される燃料の進行経路内に干渉することなく設けられ燃料を帯電させると共に吸気ポートの内壁面を燃料と同極性の電位とする電場を形成する電場形成電極と、電場形成電極に電圧を印加する電圧印加装置とを備えている。そのため、燃料の微粒子化を促進すると共に、その燃料が吸気ポートやシリンダの内壁面に付着するのを防止するため、燃焼効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２の燃料噴射装置の構成を示す吸気ポート部分の拡大断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３の燃料噴射装置の構成を示す吸気ポート部分の拡大断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う矢視断面図である。
【図５】この発明の実施の形態４の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態５の燃料噴射装置の構成を示す内燃機関の要部断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダ、１ａ  燃焼室、２  ピストンリング、３  ピストン、４  冷却ジャケット、５  吸気ポート、６  排気ポート、７  吸気弁、８  排気弁、９  点火プラグ、１０  燃料噴射弁、１１  電場形成電極、１２  電圧印加装置、１３  接地点、１４  空気流れ、１５  絶縁部材、１６  電圧調整器、１７  燃料供給経路、１８  燃料帯電装置、２０  電場形成手段、３０，５０  燃料帯電手段、４０  吸気ポート電圧印加手段。
【図１】
2004232585.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004232585.tif 000005
【図４】
2004232585.tif 000006
【図５】
2004232585.tif 000007
【図６】
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