(57)【要約】【課題】帯電した燃料粒子がシリンダやピストンに付着するのを抑制し、未燃燃料の排出を抑制してエンジン効率を向上することができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】シリンダ１内に燃料を噴射するインジェクタ２と点火プラグ３とを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、シリンダ内に設けられインジェクタ２から噴射された燃料を帯電させる電極５と、この電極に帯電用の電圧を印加する高圧電源７と、インジェクタの燃料噴射時期及び電極に帯電用の電圧を印加するタイミングを制御する電子制御ユニット１１とを備え、電子制御ユニット１１により、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を電極５に印加し、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を電極５に印加する構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、上記シリンダ内に設けられ上記インジェクタから噴射された燃料を帯電させる電極と、上記電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記電極に印加するようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、上記点火プラグの電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記点火プラグの電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記点火プラグの電極に印加するようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、複数の点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、少なくとも１つの上記点火プラグの電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を少なくとも１つの上記点火プラグの電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を少なくとも１つの上記点火プラグの電極に印加するようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、上記インジェクタに設けられ燃料噴射ノズルを上記シリンダに対して電気的に絶縁する絶縁体と、上記インジェクタに接続された燃料供給用の絶縁パイプの中間部に介装され上記シリンダと電気的に接続されてアースされた導電性パイプと、上記インジェクタの燃料噴射ノズルに帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記インジェクタの燃料噴射ノズルに印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記点火プラグの電極に印加するようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
上記導電性パイプ内の燃料流路に上記導電性パイプと導通した導電性のメッシュまたは燃料の流通が可能なポーラス状の導電性物質あるいはわた状物質を設けたことを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと、点火プラグとが一体に構成された点火プラグ一体型インジェクタを設けると共に、上記点火プラグの電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットを設け、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記点火プラグの電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記点火プラグの電極に印加するようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料噴射装置、特に燃料がシリンダやピストンに付着せず、エンジン効率の良好な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、例えば、シリンダ内に直接燃料を噴射させるタイプのガソリンエンジン等において、噴射ノズルの先端を電極とし、この電極に燃料の噴射と同期したパルス状またはインパルス状の高電位を印加して燃料の噴射と同期した放電を起こさせ噴霧流を帯電及び加熱させることにより燃料の霧化を促進させるようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、内燃機関の吸気系に設けられたインジェクタのノズル部に負の電圧が印加された電極を設けると共に、その近傍の吸気経路に正の電圧が印加された格子状の電極を設け、更に、燃焼室に設けられた点火プラグの中心電極にも正の電圧を印加し、ノズル部の電極と格子状の電極との間に生ずる放電及び電界により、その間を進行する霧化燃料を帯電させて吸引し、更に点火プラグの中心電極が有する正電荷との間に生ずる吸引力によって点火プラグの周囲に霧化燃料を誘引集中させて着火燃焼させるようにしていた（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０５−６００３６号公報（段落０００５、図１）
【特許文献２】
特開平０５−３２１７７８号公報（段落００１０−００１１、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射装置は以上のように構成されているため、特許文献１及び特許文献２に示されたいずれの装置においても、燃料が噴射と同時に帯電することから、燃料粒子が吸気ポートやシリンダやピストンに付着しやすく、また、これらに付着した燃料粒子は燃焼せずに未燃のまま排出されるため、エンジン効率が低下するという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、帯電した燃料粒子がシリンダやピストンに付着するのを抑制し、未燃燃料の排出を抑制してエンジン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、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、上記シリンダ内に設けられ上記インジェクタから噴射された燃料を帯電させる電極と、上記電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記電極に印加するようにしたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。この図に示すように、シリンダ１内には燃料を噴射するインジェクタ２と中心電極３ａを有する点火プラグ３と、絶縁材４によりシリンダ１に対して電気的に絶縁された状態で設けられ、インジェクタ２から噴射された燃料を帯電させる電極５とが設けられ、更にこの電極５に配線６を介して数ｋＶから数十ｋＶの帯電用のプラス（＋）の直流（ＤＣ）電圧を印加すると共に、配線８を介して点火用の電圧を点火プラグの中心電極３ａに供給する高圧電源７と、配線９によって高圧電源７と接続され、また配線１０によってインジェクタ２と接続され、インジェクタ２の燃料噴射時期と帯電用の電極５に高電圧を印加するタイミングを制御する電子制御ユニット１１とが設けられている。
【０００８】
次に、この実施の形態の動作について説明する。図２は、燃料噴射と、電極５への電圧印加及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートで、（ａ）は電極５への印加電圧の大きさとタイミングを示し、（ｂ）は燃料噴射のタイミングを示す。これらの図に示すように、電子制御ユニット１１により燃料噴射開始時点ｔ２の直前であるｔ１から燃料噴射終了時点ｔ３の直後であるｔ４まで、帯電に必要な数ｋＶから数十ｋＶのプラス（＋）の電圧Ｖ１を電極５に印加し、インジェクタ２から噴射された燃料粒子（図示せず）をマイナス（−）に帯電させる。
帯電した燃料粒子には電気力が働き、この電気力が燃料粒子の表面張力に打ち勝って燃料粒子が不安定となる結果、分裂して更に小さな燃料粒子となる。
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共に、例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、噴射された燃料が微粒化され、燃料の蒸発、空気との混合が促進されて燃焼性が向上し、低燃費が実現する。
【０００９】
更に、噴射終了直後であるｔ４から点火時期までは、数百Ｖから数十ｋＶのプラス（＋）の電圧Ｖ２を電極５に印加してシリンダ１内に電場を形成するようにしているため、マイナス（−）に帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２へ付着するのを抑制することができる。燃料がシリンダ１やピストン１２へ付着した場合には燃焼せずに排出されるためエンジン効率を低下させる原因となるが、この実施の形態によれば、上述のように、燃料粒子のシリンダ１やピストン１２への付着を抑制する結果、未燃燃料の排出を抑制し、エンジン効率を向上することができる。なお、電極５に印加する電位はマイナス（−）であっても上述したプラス（＋）の場合と同様に、インジェクタ２から噴射される燃料を微粒化し、燃料の蒸発、空気との混合を促進して燃焼性を向上し、低燃費を実現することができる。この場合には、燃料粒子はプラス（＋）に帯電し、シリンダ１やピストン１２への付着が同様に抑制され、未燃燃料の排出を抑制してエンジン効率を向上することができる。
【００１０】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、帯電用の電極５を除去し、点火プラグ３の中心電極３ａに電極５の機能を兼用させたものである。図４は、燃料噴射と点火プラグの中心電極３ａへの電圧印加及び点火のタイミングの関係を示すタイミングチャートで、（ａ）は点火プラグの中心電極３ａへの印加電圧の大きさとタイミングを示し、（ｂ）は燃料噴射のタイミングを示す。この実施の形態では、図４（ａ）（ｂ）に示すように、電子制御ユニット１１により、燃料噴射開始時点ｔ２の直前であるｔ１から燃料噴射終了時点ｔ３の直後であるｔ４までは、帯電に必要な数ｋＶから数十ｋＶの電圧Ｖ１を点火プラグ３の中心電極３ａに印加し、噴射終了直後のｔ４から点火時期までは、シリンダ１内に電場を形成するための電位Ｖ２を点火プラグの中心電極３ａに印加するようにしている。
【００１１】
この構成によれば、図１に示した電極５の設置が不要となり、エンジンへの適用が簡単になる。インジェクタ２から噴射される燃料の微粒化作用は実施の形態１と同様であり、燃料の蒸発、空気との混合が促進され、燃焼性が向上して低燃費が実現する。また、帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２へ付着するのを抑制することが可能となり、未燃燃料の排出を抑制しエンジン効率を向上させることができる。
【００１２】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。この図において、図３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、点火プラグ３をシリンダ１に複数設け、少なくとも１つの点火プラグ３０の中心電極３０ａに帯電用の電圧及び帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するために必要な電位を印加するようにしたものである。
この実施の形態によれば、実施の形態１、２と同様に、インジェクタ２から噴射された燃料が微粒化され、燃料の蒸発、空気との混合が促進されて燃焼性が向上し、低燃費が実現する。また、帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２へ付着するのを抑制することが可能となり、未燃燃料の排出を抑制しエンジン効率を向上させることができる。
【００１３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態４による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。この図において、図３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、インジェクタ２の燃料噴射ノズルをシリンダ１から電気的に絶縁する絶縁体１３と、インジェクタ２に接続された燃料供給用の絶縁パイプ１４の中間部に介装され、シリンダ１と電気的に接続されてアースされた導電性パイプ１５とを設け、高圧電源７から配線１６を介して供給される帯電用の電圧を燃料噴射ノズルに印加するようにしたものである。
【００１４】
図７は、燃料噴射と点火プラグの中心電極の電位とインジェクタの燃料噴射ノズルの電位と、それらのタイミングの関係を示すタイミングチャートで、（ａ）は点火プラグの中心電極の電位レベルとタイミングを示し、（ｂ）は燃料噴射ノズルの電位レベルとタイミングを示し、（ｃ）は燃料噴射のタイミングを示す。これらの図に示すように、電子制御ユニット１１により、燃料噴射開始時点ｔ２の直前であるｔ１から燃料噴射終了時点ｔ３の直後であるｔ４までは、帯電に必要な数ｋＶから数十ｋＶのマイナス（−）の電圧−Ｖ１をインジェクタの燃料噴射ノズルに印加し、インジェクタ２から噴射された燃料粒子（図示せず）をマイナス（−）に帯電させる。帯電した燃料粒子には電気力が働き、この電気力が燃料粒子の表面張力に打ち勝って燃料粒子が不安定となる結果、分裂して更に小さな燃料粒子となる。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共に、例え衝突したとしても燃料粒子同士の合体を防止することができ、噴射された燃料が微粒化され、燃料の蒸発、空気との混合が促進されて燃焼性が向上し、低燃費が実現する。
【００１５】
更に、噴射終了直後であるｔ４から点火時期までは、数百Ｖから数十ｋＶのプラス（＋）の電圧Ｖ２を点火プラグ３の中心電極３ａに印加してシリンダ１内に電場を形成するようにしているため、マイナス（−）に帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２へ付着するのを抑制することが可能となる。燃料がシリンダ１やピストン１２へ付着した場合には燃焼せずに排出されるためエンジン効率を低下させる原因となるが、この実施の形態によれば、上述のように、燃料粒子のシリンダ１やピストン１２への付着を抑制する結果、未燃燃料の排出を抑制し、エンジン効率を向上することができる。なお、インジェクタ２の燃料噴射ノズルに印加する電位はプラス（＋）であっても上述した実施の形態４と同様に、インジェクタ２から噴射される燃料を微粒化し、燃料の蒸発、空気との混合を促進して燃焼性を向上し、低燃費を実現することができる。この場合、点火プラグ３の中心電極３ａにはマイナス（−）の電位を印加することでシリンダ１内に電場を形成し、プラスに帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２へ付着するのを抑制することができ、未燃燃料の排出を抑制してエンジン効率を向上することができる。
【００１６】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態５の構成を示す概略図である。なお、図８は、図６におけるインジェクタ２の燃料供給用の絶縁パイプの構成を示すもので、その他の構成は図６と同様であるため説明を省略する。図６と異なる点は、導電性パイプ１５内の燃料流路に上記導電性パイプ１５と導通した導電性のメッシュ１７を設けた点である。
このような構成とすることにより、インジェクタ２に高電位を印加しても導電性パイプ１５より上流側の燃料と配管が高電位になることを防止でき、安全にシリンダ内に噴射される燃料のみを帯電させることが可能となる。なお、導電性のメッシュ１７に代えて燃料の流通が可能なポーラス状の導電性物質あるいはわた状物質を用いることによっても同様な効果を期待することができる。
【００１７】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図９は、実施の形態６による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。この図において、図３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、燃料を噴射するインジェクタ２と点火プラグ電極１８ａ、１８ｂが一体となった点火プラグ一体型インジェクタ１９をシリンダ１内に設けた点である。
なお、２０は高圧電源７の電圧を点火プラグ一体型インジェクタ１９の点火プラグ電極１８ａ、１８ｂに供給する配線、２１は電子制御ユニット１１と点火プラグ一体型インジェクタ１９とを接続する配線である。
【００１８】
図１０は、燃料噴射と点火プラグ一体型インジェクタの点火プラグ電極への電圧印加及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートで、（ａ）は点火プラグ電極への印加電圧の大きさとタイミングを示し、（ｂ）は燃料噴射のタイミングを示す。これらの図に示すように、電子制御ユニット１１により、燃料噴射開始時点ｔ２の直前であるｔ１から燃料噴射終了時点ｔ３の直後であるｔ４までは、帯電に必要な数ｋＶから数十ｋＶの電圧Ｖ１を点火プラグ電極１８ａ、１８ｂに印加し、噴射終了時点ｔ３の直後であるｔ４から点火時期までは、帯電した燃料粒子がシリンダ１やピストン１２の壁面に付着するのを抑制するために必要な電位Ｖ２を点火プラグ電極１８ａ、１８ｂに印加している。
【００１９】
実施の形態６は以上のように、点火プラグと一体となったインジェクタ１９を使用しているため、簡単に燃料粒子に帯電でき、燃料粒子の分裂促進と合体防止を図ると共に、燃料粒子の微粒化が得られ、かつ、シリンダも噴射された燃料粒子と同じ電位を有するため、帯電した燃料粒子がシリンダやピストンに付着するのを抑制することができ、未燃燃料の排出を抑制してエンジン効率を向上することができる。
【００２０】
【発明の効果】
この発明に係る燃料噴射装置は、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタと点火プラグとを有するシリンダ内直噴エンジンにおいて、上記シリンダ内に設けられ上記インジェクタから噴射された燃料を帯電させる電極と、上記電極に帯電用の電圧を印加し得るようにされた高圧電源と、上記インジェクタの燃料噴射時期及び上記帯電用の電圧の印加タイミングを制御する電子制御ユニットとを備え、上記電子制御ユニットにより、燃料噴射開始直前から噴射終了直後までは燃料の帯電に必要な電圧を上記電極に印加すると共に、噴射終了直後から点火時期までは帯電燃料がシリンダ壁面に付着するのを抑制するのに必要な電位を上記電極に印加するようにしたため、燃料粒子の分裂促進と合体防止を図ると共に、燃料粒子の微粒化が得られ、かつ、シリンダも噴射された燃料粒子と同じ電位を有するため、帯電した燃料粒子がシリンダやピストンに付着するのを抑制し、未燃燃料の排出を抑制してエンジン効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における燃料噴射と、電極への電圧印加及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図４】実施の形態２における燃料噴射と、点火プラグの中心電極への電圧印加及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態３による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図６】この発明の実施の形態４による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図７】実施の形態４における燃料噴射と、点火プラグの中心電極の電位とインジェクタの燃料噴射ノズルの電位及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
【図８】この発明の実施の形態５による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図９】この発明の実施の形態６による燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図１０】実施の形態６における燃料噴射と、点火プラグ一体型インジェクタの点火プラグ電極への電圧印加及びそれらのタイミングの関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  シリンダ、２  インジェクタ、３  点火プラグ、３ａ  中心電極、
４  絶縁材、５  電極、６，８，９，１０  配線、７  高圧電源、
１１  電子制御ユニット。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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