(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射孔と、互いに当接することによって燃料通路を閉じ離れることによって燃料通路を開く弁体及び弁座と、燃料を供給する燃料供給路に供給された圧力よりも高い圧力で燃料が前記弁座と前記弁体との間を通過して噴射するように燃料を増圧する増圧機構とを備えた燃料噴射弁において、
前記増圧機構は、ピストン状の部材と、前記燃料供給路に連通した第１の燃料室と、燃料を昇圧する昇圧室とを備え、
前記昇圧室は、前記弁座と前記弁体との間の燃料通路を介して前記燃料噴射孔に連通するように、前記弁体の内部に構成され、
前記ピストン状の部材は、前記弁体に対して相対変位可能に設けられると共に、駆動軸方向の一方の端部に前記第１の燃料室内に面して前記駆動軸方向の圧力を受ける第１の受圧面と、前記駆動軸方向の他方の端部に前記第１の受圧面よりも小さい面積で前記昇圧室内に面して前記昇圧室の容積を変化させる増圧用ピストン部とを備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記増圧機構は、前記燃料供給路よりも低い圧力の配管に接続される制御弁と、前記制御弁に連通した第２の燃料室とを備え、
前記ピストン状の部材は前記第２の燃料室に面して前記駆動軸方向の圧力を受ける第２の受圧面を備え、
前記ピストン状の部材は前記第１の受圧面と前記第２の受圧面との差圧によって駆動され、前記増圧用ピストン部が前記昇圧室の容積を変化させることによって燃料を増圧することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記制御弁が前記第２の燃料室を前記燃料供給路よりも低い圧力の前記配管に連通させることにより、前記昇圧室の容積が減少する向きに前記ピストン状の部材が駆動されることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
燃料を前記昇圧室に導入する燃料通路を前記弁体の外周部に備えると共に、前記弁体のリフト量を制限するストッパ部材を備え、前記弁体が開弁した状態において前記ストッパ部材と前記弁体との間で前記燃料通路の燃料の流れを防止するように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項２に記載の燃料噴射装置において、
燃料の噴射量が前記制御弁の開弁時間によって制御されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料噴射弁を前記燃料噴射孔が内燃機関の筒内に面するように設置し、前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を１ＭＰａ以下としたことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関において、
前記内燃機関の吸気ポートに別の燃料噴射弁が備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられ、供給されたときの圧力よりも高い圧力に増圧して燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁を用いた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−２０２０２１号公報には、供給された燃料を作動油として燃料圧力を上昇させる増圧器を有し、増圧された燃料によって弁が開状態となり燃料を噴射する燃料噴射装置が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０２０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術に見られる増圧器を用いた燃料噴射弁においては、増圧器と弁体とを接続する流体通路が必要であり、またこの通路は燃料供給通路との間で逆止弁を介して接続されている構造が開示されている。このため、増圧器は昇圧動作時に、増圧器の昇圧室と、圧力の上昇によって開弁する弁体周囲の燃料溜りとを繋ぐ流体通路が必要であった。
【０００５】
このため、増圧器は噴射するための燃料だけでなく、昇圧室と弁体周囲の燃料溜りとを繋ぐ流体通路の燃料をも圧縮しなければならず、増圧器が圧力を増加させる燃料体積が増加してしまうという課題があった。増圧器によって昇圧する燃料の増加は増圧器の効率を低下させてしまう。このため、より少ないエネルギで燃料の圧縮を行い、昇圧を行うためには、圧縮する燃料の体積を最小限に抑えて効率を高くする必要がある。
【０００６】
上記の増圧器から弁体周囲の燃料溜りに連なる燃料通路は、実際の構造においては複雑にならざるを得ないという問題がある。このため、増圧器を有する燃料噴射装置では、その装置自体が大きくなってしまったり、あるいは内部構造が複雑になるためにコストが高くなってしまうという課題があった。
【０００７】
また、燃料噴射装置として成立させるために、上記増圧器と弁体周囲の燃料溜りへと燃料を供給する必要がある。従来技術に見られる増圧器を用いた燃料噴射装置では、昇圧動作を終了し、上記燃料溜りの圧力が低下したときにのみ開く逆止弁を設けることによって燃料の供給動作を行わせる。しかしながら、このような逆止弁を燃料噴射装置に内蔵すると、燃料噴射装置が複雑となり、装置自体の大型化や高コスト化を招くという課題があった。
【０００８】
本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、上記の増圧器と弁体周囲の燃料溜りを連結する燃料通路を小さくすることで、高い効率で動作する増圧器を有する燃料噴射装置を簡素な構造で実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明では、弁座と接触および非接触となることで燃料の密閉と燃料の噴射とをそれぞれ行わせる弁体の内部に増圧機構の昇圧室を設ける。このように、増圧器を弁体の内部に設け、弁体内部の増圧器とその周囲の燃料溜りを連通する流体通路を設けることで、複雑な燃料通路を有することなく増圧器を有する燃料噴射装置を構成できるようになる。
【００１０】
また、弁体のリフト量を規定するストッパと弁体とで、昇圧室に燃料を供給する燃料通路を遮断することができるような構成にする。このような構成にすることで、弁体が開状態となったときには燃料供給路が遮断され、昇圧した燃料が低圧な燃料供給側へ漏れることが無くなる。その一方で、弁体が閉状態にあるときには燃料通路がストッパによって遮断されず、燃料供給側から弁体周囲の燃料溜りや昇圧室へ燃料を供給することが出来る。すなわち、弁体のリフト量を規定するストッパが逆止弁と同様の効果を発揮することが出来る。
【００１１】
上記のような構成により、簡素な構成で逆止弁を内蔵する場合と同等の効果を得て、燃料供給することができるようになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成によれば、増圧機構を備えた燃料噴射弁を、比較的簡素な構成で、かつ高効率なものにすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る燃料噴射弁は、以下のように構成される。
【００１４】
燃料を噴射する燃料噴射孔と、互いに当接することによって燃料通路を閉じ離れることによって燃料通路を開く弁体及び弁座と、燃料を供給する燃料供給路に供給された圧力よりも高い圧力で燃料が前記弁座と前記弁体との間を通過して噴射するように燃料を増圧する増圧機構とを備えた燃料噴射弁において、
前記増圧機構は、ピストン状の部材と、前記燃料供給路に連通した第１の燃料室と、燃料を昇圧する昇圧室とを備え、
前記昇圧室は、前記弁座と前記弁体との間の燃料通路を介して前記燃料噴射孔に連通するように、前記弁体の内部に構成され、
前記ピストン状の部材は、前記弁体に対して相対変位可能に設けられると共に、駆動軸方向の一方の端部に前記第１の燃料室内に面して前記駆動軸方向の圧力を受ける第１の受圧面と、前記駆動軸方向の他方の端部に前記第１の受圧面よりも小さい面積で前記昇圧室内に面して前記昇圧室の容積を変化させる増圧用ピストン部とを備える。
【００１５】
前記増圧機構は、前記燃料供給路よりも低い圧力の配管に接続される制御弁と、前記制御弁に連通した第２の燃料室とを備え、
前記ピストン状の部材は前記第２の燃料室に面して前記駆動軸方向の圧力を受ける第２の受圧面を備え、
前記ピストン状の部材は前記第１の受圧面と前記第２の受圧面との差圧によって駆動され、前記増圧用ピストン部が前記昇圧室の容積を変化させることによって燃料を増圧するように構成すると良い。
【００１６】
前記制御弁が前記第２の燃料室を前記燃料供給路よりも低い圧力の前記配管に連通させることにより、前記昇圧室の容積が減少する向きに前記ピストン状の部材が駆動されるように構成すると良い。
【００１７】
燃料を前記昇圧室に導入する燃料通路を前記弁体の外周部に備えると共に、前記弁体のリフト量を制限するストッパ部材を備え、前記弁体が開弁した状態において前記ストッパ部材と前記弁体との間で前記燃料通路の燃料の流れを防止するように構成するとよい。
【００１８】
燃料の噴射量が前記制御弁の開弁時間によって制御されるとよい。
【００１９】
上記燃料噴射弁を前記燃料噴射孔が内燃機関の筒内に面するように設置し、前記燃料噴射弁への燃料の供給圧力を１ＭＰａ以下にするとよい。また、吸気ポートに別の燃料噴射弁を備えてもよい。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明に係る燃料噴射弁の断面図である。燃料入口通路１０１には、燃料ポンプに連なる燃料配管が接続され、燃料圧力が供給されている。制御弁１０２は、排出側燃料通路１０４が燃料タンクへ連なる配管が接続された、電気的に開閉動作が可能な電磁弁であり、通電しない状態では制御弁１０２は閉弁状態にある。制御弁１０２に通電すると、制御弁１０２は開状態となり、背圧室（第２の燃料室）１０３と燃料タンクへ連なる配管とが連通された状態となるようになっている。
【００２１】
燃料入口を有する通路部材１１６は、ボディ１０８にねじ込み式もしくは圧入などによって固定されており、制御弁１０２が閉弁状態にあるときには昇圧ピストン（ピストン状の部材）１０６はスプリング１１４によって付勢され、通路部材１１６と接するようになっている。なお、このときに供給圧力が昇圧ピストン１０６の受圧面（第１の受圧面）１０６ａの全面積にかかるようにするために、燃料入口通路１０１と燃料供給側の空間である圧力供給室（第１の燃料室）１０７は、通路部材１１６と昇圧ピストン１０６が接している状態でも連通していることが望ましい。具体的には、燃料入口通路１０１が形成された通路部材１１６の昇圧ピストン１０６側の端面に突起部１１７が設けられ、この突起部１１７に溝や側孔で形成した燃料通路１０１ａを設けるなどするとよい。
【００２２】
増圧器（増圧機構）は、圧力供給室１０７と昇圧ピストン（増圧ピストン）１０６、背圧室１０３および昇圧室１１１より構成される。弁体１１０は、弁座１１２との間で燃料通路を開閉することにより燃料噴射孔１１３からの燃料の噴射を制御する。図３に示すように、弁体１１０には円筒状の凹部を構成する中空円筒状のロッド部１１０ａが設けられており、この凹部に昇圧ピストン１０６が挿入されることによって昇圧室１１１が形成される。
【００２３】
昇圧ピストン１０６の受圧面１０６ａと反対側には背圧室１０３に面するように受圧面（第２の受圧面）１０６ｃが形成されている。さらに昇圧ピストン１０６の受圧面１０６ａと反対側の先端部には増圧用ピストン部が設けられ、増圧用ピストン部１０６ｂの先端面は昇圧室１１１に面している。
【００２４】
弁体１１０は、ボディ１０８との間で摺動可能なように設けられており、その上流側は背圧室１０３に面し、スプリング１０９によって付勢されている。また、弁体１１０が上下方向に変位可能な量は、ストッパ１０９によって規定されている。弁体１１０の背圧室１０３側の面がストッパ１０９に衝突した状態が開弁状態であり、弁体１１０が弁座１１２と接した状態が閉弁状態である。
【００２５】
以上の構成は、要するに、増圧器が、昇圧ピストン１０６と、燃料供給路である燃料入口通路１０１に連通した第１の燃料室１０７と、燃料を昇圧する昇圧室１１１とを備え、
昇圧室１１１は、弁座１１２と弁体１１０との間の燃料通路を介して燃料噴射孔１１３に連通するように、弁体１１０の内部に構成され、
昇圧ピストン１０６は、弁体１１０に対して相対変位可能に設けられると共に、駆動軸方向１０６ｄの一方の端部に第１の燃料室１０７内に面して駆動軸方向１０６ｄの圧力を受ける第１の受圧面１０６ａと、駆動軸方向１０６ｄの他方の端部に第１の受圧面１０６ａよりも小さい面積で昇圧室１１１内に面して昇圧室１１１の容積を変化させる増圧用ピストン部１０６ｂとを備えた構成を意味する。
【００２６】
さらに、増圧器は、燃料供給路である燃料入口通路１０１よりも低い圧力の配管（排出側燃料通路１０４）に接続される制御弁１０２と、制御弁１０２に連通した第２の燃料室１０３とを備え、昇圧ピストン１０６は第２の燃料室１０３に面して駆動軸方向１０６ｄの圧力を受ける第２の受圧面１０６ｃを備え、昇圧ピストン１０６は第１の受圧面１０６ａと第２の受圧面１０６ｃとの差圧によって駆動され、増圧用ピストン部１０６ｂが昇圧室の容積を変化させることによって燃料を増圧するように構成されている。
【００２７】
上記構成において、昇圧ピストン１０６には、第１の受圧面１０６ａと第２の受圧面１０６ｃとを有して昇圧ピストン１０６の駆動力を発生させる駆動用ピストン部と、昇圧室１１１の容積を変化させて燃料を増圧（昇圧）させる増圧用ピストン部１０６ｂとが一体に構成されていることになる。
【００２８】
図２は、制御弁１０２が開弁状態となった場合の動作を示す図である。制御弁１０２が開弁すると、燃料タンクに通じる戻り側燃料通路に向かって、矢印２０３の方向に燃料が流れる。この結果、排出側燃料通路と背圧室１０３は連通状態となり、背圧室１０３の圧力はほぼ大気圧となる。このため、昇圧ピストン１０６は供給側燃料圧力によって、矢印２０１のように力を受ける。この結果、昇圧ピストン１０６は矢印２０２の方向に降下を開始する。
【００２９】
昇圧ピストン１０６が降下すると、弁体１１０の内部に設けられた昇圧室１１１の圧力が上昇する。このときの圧力は、昇圧ピストン１０６の燃料供給側の面積と昇圧室１１１側の面積の比率によって決まる。
【００３０】
図３は、昇圧ピストン１０６の降下によって昇圧室１１１の圧力が上昇した際の動作について説明するために、昇圧室１１１の近傍を拡大した断面図である。昇圧室１１１は弁体１１０に設けられた側孔３０２によって、開弁圧室３０３と連通している。このため、昇圧室１１１の圧力と開弁圧室３０３の圧力はほぼ等しくなっている。
【００３１】
弁体１１０の先端は段付状に径が異なることによって受圧面３０４を形成するようになっている。開弁圧室３０３の圧力が所定の圧力より高くなり、この受圧面３０４が燃料圧力によって受ける力がスプリング１１５が弁体１１０を付勢している力に打ち勝つと、弁体は矢印３０５の方向に上昇し、開弁するようになっている。弁体１１０が開弁することにより、昇圧された燃料が噴射される。ここで、開弁圧となる所定の圧力は、スプリング１１５の設定荷重によって調整することが出来る。
【００３２】
ここで、本実施例では昇圧室１１１が弁体１１０の内部にあり、開弁圧室３０３の直近に配置されていることにより、昇圧室１１１と開弁圧室３０３を繋ぐ流体通路を短くすることが出来、開弁時に圧縮する燃料量を最小限に抑えることが出来ることから、昇圧室１１１圧力上昇が即座に開弁圧室３０３の圧力を上昇させられるようになっている。また、昇圧室１１１と開弁圧室３０３を繋ぐ流体通路は、弁体１１０に設けた側孔３０２によって簡便に形成することができ、複雑な流体通路を必要とすることがない。
【００３３】
ここで、弁体１１０は背圧室１０３と開弁圧室３０３の差圧によって駆動されるが、弁体１１０はボディ１０８との間で摺動可能とするためのクリアランスがあり、開弁圧室３０３から背圧室１０３へと漏れる燃料が存在する。漏れ流量は圧縮した燃料を無駄に戻し通路に戻してしまうため、実際に噴射される燃料量を減らしてしまい、ピストンの降下による排除体積と実際の噴射量の比で表される効率を低下させてしまう。
【００３４】
従来技術においては、このような漏れ流量を減ずるために、逆止弁を設けることで対応する方法が開示されている。すなわち、昇圧室の圧力上昇に伴って閉じる方向に力がはたらく弁を設けることによって、燃料の漏洩を防止する技術が開示されている。しかしながら、このような逆止弁を内蔵することは、構造の複雑化や、燃料噴射装置の大型化、および高コスト化の原因となり易いという課題があった。
【００３５】
そこで、本発明では図４に示すように、弁体１１０が上昇して開状態になることに伴って、弁体１１０がストッパ１０９に衝突し、燃料の漏洩を防止するようになっている。図４−（ａ）は閉弁状態の弁体１１０の状態を示した図である。閉弁状態においては、弁体１１０とストッパ１０９の間には空隙４０１が生じており、ここを燃料を通過することが出来る状態になっている。しかしながら、図４−（ｂ）に示す開弁状態においては、弁体１１０はストッパ１０９に衝突してシール部４０２を形成し、燃料が昇圧室１１１から背圧室１０３側へ漏洩することを防止する。シール部４０２は、燃料が全く生じないか、もしくは漏洩量が極めて小さくなるように、弁体１１０とストッパ１０９が接するように構成されている。
【００３６】
この効果によって、逆止弁を設けた場合と同様に、昇圧された燃料が無駄なく噴射されるようにすることができる。このようにストッパ１０９と弁体１１０が燃料のシール部４０２を形成するように構成することで、燃料噴射装置の複雑化を防ぎながら逆止弁を設けた場合と同様の効果を得ることが出来る。すなわち、本発明に依れば、逆止弁を設けることなく増圧式の燃料噴射装置を構成することが出来る。
【００３７】
図５は、閉弁過程にある燃料噴射装置の、弁体先端近傍を拡大した正面及び側面の断面図である。本実施例に係る燃料噴射装置は、図１に示した制御弁１０２が閉状態となると、背圧室１０３には燃料がボディ１０８と昇圧ピストン１０６のクリアランスを介して流入するため、背圧室１０３と燃料供給側の空間１０７の差圧が消滅する。このため、昇圧ピストン１０６の降下は停止し、スプリング１１４によって昇圧ピストンは上昇を開始する。
【００３８】
昇圧ピストン１０６の降下が停止すると、昇圧室１１１および開弁圧室３０３の燃料が噴射孔から噴射され、その後加圧されなくなるため、昇圧室１１１および開弁圧室３０３の圧力は低下する。開弁圧室３０３の圧力低下に伴い、弁体を上昇させている力が消滅し、弁体１１０はスプリング１１５による荷重によって下降し、閉弁する。
【００３９】
昇圧ピストン１０６が上昇を開始すると、昇圧室１１１の体積増加に伴って、燃料が昇圧室１１１へ流入する。弁体１０６は、図５のＡ−Ａ断面に示したように側面に流体通路５０３を形成するように、平面部などが形成されており、燃料は流体通路５０３を通過して開弁圧室３０３および昇圧室１１１へ流入する。燃料の流入過程においては、弁体１１０は閉弁状態にあり、したがって図４に示したストッパ１０９と弁体１１０の間には空隙４０２を生じており、したがって燃料の供給が可能となる。
【００４０】
このような動作原理であることから、制御弁１０２を通過した燃料の量によって昇圧ピストンの降下量を調整することができ、したがって燃料噴射装置から噴射される燃料量を調整することが出来る。制御弁１０２を通過する燃料の量の調整には、制御弁１０２の開弁時間、すなわち制御弁１０２への通電時間を制御すると良い。制御弁１０２の開弁時間の制御による噴射量の制御方式を採ることによって、制御弁１０２としてオンオフ弁を用いることで所望の噴射量制御を行うことが出来る。制御弁１０２をオンオフ弁とすることができると、比例弁などを用いる場合と比較して簡便な構成で燃料噴射装置を構成することが出来る。
【００４１】
上記のように弁体１１０の内部に空洞部分を有し、該空洞部分に昇圧ピストン１０６が挿入されることによって昇圧室１１１が弁体１１０の内部に形成されることにより、燃料を作動油として供給圧力よりも高い燃料圧力で燃料を噴射する燃料噴射弁を簡便に構成することが出来る。また、弁体１１０がストッパ１０９との衝突部分でシール部４０２を形成することにより、効率よく圧力を上昇させた燃料噴射を可能にする。
【実施例２】
【００４２】
本発明に係る第二の実施例は、図６に示されるように、第一の実施例における弁体が、パイプ６０１とボール６０３とによって構成された例である。パイプ６０１とボール６０３は、溶接などによって固定されている。また、パイプ６０１は、開弁圧室６０２を形成するために径が異なる段部を有している。このように、弁体をパイプ６０１とボール６０３の組み合わせによって構成することで、より、実施例１にしめした場合と比較して製造が容易になるという利点がある。
【００４３】
また、精度の高いボールは、棒状物体に球面を形成する場合と比較して製造が容易であり、精度を高め易いことから、閉弁状態における燃料の漏洩を防止し易くなる。
【００４４】
なお、燃料噴射装置の先端は、図６に示したようにボディ６０６と別体のノズル部材６０４として形成されていてもよい。もちろん、第一の実施例と同様であっても良いし、第一の実施例に本実施例のノズル部材６０４を適用しても良い。このように、ボディ６０６とノズル部材６０４を別体とすることで、より製造が容易になる。また、ノズル部材に噴射孔６０５を所望の噴霧が得られるように形成することで、自由度の高い噴霧を得られるように設計することが出来る。
【００４５】
以上のように、第二の実施例によれば、より容易に本発明に係る燃料噴射装置を製造できるようになる。
【実施例３】
【００４６】
図７は、本発明に係る燃料噴射装置を筒内直接噴射式の内燃機関に搭載した例を示す、内燃機関の断面図である。本発明に係る燃料噴射装置７０３は、内燃機関のシリンダヘッドの吸気弁７０１側に取り付けられており、内燃機関の筒内に直接燃料を噴射するようになっている。燃料噴射装置７０３へは、燃料配管７０５を介して燃料が供給され、燃料タンクへ連なる戻り配管７０６と制御弁７０４が接続されている。
【００４７】
従来技術では、高圧の燃料配管と燃料を高圧にするための燃料ポンプと、高圧での燃料噴射を行う燃料噴射弁を取り付けることによって筒内直噴式内燃機関を実現する方法が一般に知られている。筒内直接噴射エンジンでは、筒内の熱を噴射した燃料が奪うことによって異常燃焼（ノッキング）を防止できるため、比較的圧縮比の高い内燃機関を設計することが出来、その結果として低燃費の内燃機関を作ることが出来る。しかしながら、高圧燃料ポンプ及び高圧燃料配管を用いる必要があるために、コストの上昇を抑えることが難しかった。
【００４８】
本実施例の燃料噴射装置７０３を用いることにより、燃料配管７０５にはゴムホースなどを用いることができるようになり、また高圧燃料ポンプを用いる必要がなくなるため、低コストで筒内直噴式の内燃機関を実現することが出来る。
【００４９】
また、一般に筒内直噴式の内燃機関では、噴射から点火までの機関が短いために、十分に燃料を気化させることが難しく、内燃機関の始動時に未年燃料成分を排出してしまい易い。特に、内燃機関の始動時には高圧配管内の燃料圧力が十分でないタイミングで噴射を開始する必要があることから、始動時の燃料の粒径が粗大になりやすく、気化促進が難しい。
【００５０】
ここで、本実施例の燃料噴射装置７０３を用いた場合には、高圧燃料配管の圧力を上昇させるための時間を要しないことから、始動時の初回噴射時から十分に高い圧力で燃料を噴射することが出来る。この結果、内燃機関の始動時における燃料の気化を促進することができ、したがって未年燃料成分の排出量を抑えた筒内直接噴射式内燃機関の提供が可能になる。
【実施例４】
【００５１】
図８は、本発明に係る燃料噴射装置を内燃機関の吸気ポートに搭載した場合の例を示す内燃機関の断面図である。燃料噴射装置８０１の燃料供給側には燃料配管８０２が接続され、制御弁８０４には戻り配管８０３が接続されている。
【００５２】
このように、増圧器を有する燃料噴射装置８０１を吸気ポート８０５に取り付けることにより、吸気ポート内により微粒化した燃料を供給することが出来るようになる。微粒化した燃料を供給することで、燃料が吸気ポートの壁面へ到達する前に蒸発する量が増加するため、吸気ポート壁面への燃料付着を減らすことができる。したがって、燃料が蒸発して混合気を形成する際には吸気ポート壁面から奪う気化潜熱が減り、燃料は主として吸気する空気から熱を奪って気化する。この結果、内燃機関が吸気する混合気の密度が高まり、吸気効率を高めることが出来るため、内燃機関の出力を向上することが出来る。また、燃料によって冷やされた空気を吸入することから、燃焼温度も低く抑えることが出来るようになり、通常のポート噴射式内燃機関と比較してノッキングを抑制し易くなる。この結果、高圧縮比のエンジンを設計しやすくなり、したがって低燃費の内燃機関を供給することが出来るようになる。
【００５３】
本発明に係る増圧器を有する燃料噴射装置を吸気ポートに搭載すると、特に内燃機関の高出力化に有利である。増圧器を有する燃料噴射装置では、供給される燃料圧力と噴射する燃料圧力の比を大きく取ると、噴射量を大きくし難くなるが、ポート噴射式に用いる場合には圧力の比を１.５〜４倍程度に抑えても十分な効果を得ることが出来る。これは、一般の内燃機関で用いられている０.２乃至０.５ＭＰａの燃料圧力の範囲では、燃料の粒径が燃料圧力に強く依存しているためである。特に燃料圧力２ＭＰａ以下では燃料圧力によって粒径が大きく変化するため、増圧器による圧力の上昇を１.５〜４倍程度に抑えても十分に微粒化の効果を得ることが出来る。この結果、大きい噴射量を必要とする高出力エンジンにも対応することが可能となる。
【実施例５】
【００５４】
図９は、本発明に係る燃料噴射装置によって筒内に直接燃料を噴射するように内燃機関に搭載し、吸気ポートに一般的な燃料噴射弁を搭載した場合の例を示す内燃機関の断面図である。
【００５５】
図９に示すように、燃料噴射装置９０１の燃料供給側配管９０３と一般的な燃料噴射弁９０２は、それぞれ燃料ポンプ９０５に接続されている。燃料噴射装置９０１は増圧器を備えており、増圧されて高圧となった燃料を燃料室内に直接噴射し、一般的な燃料噴射弁９０２は燃料供給配管の圧力で燃料を吸気管に噴射する。燃料ポンプ９０５が吐出する圧力は、燃料配管として低圧用の配管を用いることができるように、１ＭＰａ以下に設定されているとよい。燃料ポンプ９０５の吐出圧力が１ＭＰａ以上であっても本発明の効果を得ることが出来るが、燃料ポンプ９０５の吐出圧力が１ＭＰａ以下であると、燃料ポンプ９０５を燃料タンク９０４の内部に設置するタイプのものを用いることができ、システムをより簡素化できる。
【００５６】
このように燃料噴射弁を各気筒に複数配置した構成は、特に高出力と低燃費を両立させようとする場合に有効である。本発明に係る増圧器を有する燃料噴射装置９０１を筒内直接噴射用に用いることによって、高圧の燃料を筒内に噴射することができ、筒内の温度を低下させることが出来るため、耐ノック性が向上する。また、吸気を冷やす効果があることから、吸気効率が向上し、出力を向上させることが出来る。
【００５７】
ここで、燃焼室内に直接噴射する燃料噴射装置９０１からの噴射圧を高圧に増圧した場合には、燃料噴射装置９０１からの噴射量を大きくすることが難しい場合がある。そこで、不足する燃料を一般的な燃料噴射弁９０２から吸気管に噴射される燃料によって補うことで、高出力化に対応することが出来るようになる。
【００５８】
また、このように燃料噴射装置を吸気ポートと筒内の双方に設けた場合には、増圧式の燃料噴射装置のみを用いる場合と比較して燃料ポンプの負荷を減らすことが出来る。増圧式の燃料噴射装置を用いた場合には燃料ポンプからの燃料流量を昇圧のために多く供給する必要がある。しかしながら、吸気ポート設けた燃料噴射弁９０２を用いることによって増圧式燃料噴射弁による噴射燃料を最小限に抑えることができる。この結果として、燃料ポンプの吐出流量を著しく大ききすることなく、増圧式の燃料噴射弁を高出力の内燃機関に用いることが出来るようになる。
【００５９】
上記のように、燃料噴射装置を吸気ポートと筒内の双方に設けることによって、高圧燃料配管を用いずに筒内直接噴射のメリットを享受することができ、なおかつ高出力時に必要な燃料流量を吸気ポートに設けた燃料噴射弁によって供給することが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る燃料噴射装置の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射装置の動作を説明する断面図である。
【図３】本発明に係る燃料噴射装置の開弁動作を説明するための弁体近傍を拡大した断面図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射装置の開弁動作を説明するためのストッパ近傍を拡大した断面図である。
【図５】本発明に係る燃料噴射装置の閉弁動作を説明するための弁体近傍を拡大した断面図である。
【図６】本発明の第二実施例に係る燃料噴射装置の実施形態を示す、弁体近傍の拡大断面図である。
【図７】本発明に係る燃料噴射装置を搭載した内燃機関の断面図である。
【図８】本発明に係る燃料噴射装置を搭載した内燃機関の断面図である。
【図９】本発明に係る燃料噴射装置を搭載した内燃機関の断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  燃料入口通路
１０２，７０４，８０４  制御弁
１０３  背圧室
１０４  排出側燃料通路
１０５  ケーシング
１０６  昇圧ピストン
１０６ａ  第１の受圧面
１０６ｂ  増圧用ピストン部
１０６ｃ  第２の受圧面
１０６ｄ  駆動軸方向
１０７  燃料供給側の空間
１０８，６０６  ボディ
１０９  ストッパ
１１０  弁体
１１１  昇圧室
１１２，４０２  シート部
１１３  燃料噴射孔
１１４乃至１１５  スプリング
１１６  通路部材
１１７  燃料通路孔の側壁
２０１  圧力を示す矢印
２０２乃至２０３，３０１，３０５，５０１乃至５０２  矢印
３０２  側孔
３０３，６０２  開弁圧室
３０４  受圧面
４０１  空隙
５０３  燃料通路
６０１  パイプ
６０３  ボール
６０４  ノズル部材
６０５  噴射孔
７０１  吸気弁
７０２  排気弁
７０３，８０１，９０１  増圧器付き燃料噴射装置
７０５，８０２，９０３  燃料供給配管
７０６，８０３  燃料リターン配管
８０５  吸気ポート
９０２  燃料噴射弁
【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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