(57)【要約】【課題】ピストンキャビティからの燃料吹き零れによるオイル劣化を抑制しつつ、所望の燃焼性を得られるようにする。【解決手段】燃料噴射ノズル２２を、噴孔２２ａに近い側のノズルハウジング２２ｂをシリンダヘッド３１に形成したノズル挿入孔３１ａにスライド自由に嵌挿して装着すると共に、燃料噴射ノズル２２頭部側のノズルハウジング２２ｃを、支持部材３２に嵌挿して固定支持する。さらに、支持部材３２の頂壁を、機関回転に同期して回転する回転軸３３に固定したカム３４に係合すると共に、支持部材３２の底面とシリンダヘッド３１上面との間に、リターンスプリング３５を圧縮状態に付勢して装着する。そして、カム３４のプロフィルを、燃料噴射ノズル２２からの燃料噴射期間中に燃料噴射ノズル２２を、軸方向に往復動させるように設定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ノズルから、シリンダ内のピストンの頂壁に形成されたキャビティに向けて燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射ノズルの噴孔位置を、キャビティに指向する方向にピストン位置に同期して往復動させる噴孔移動手段を配設したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記噴孔移動手段は、前記燃料噴射ノズルを軸方向に動かすことによって噴孔位置を往復動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記噴孔移動手段は、前記燃料噴射ノズルの頭部に連係しつつ機関回転に同期して回転駆動されるカムと、前記燃料噴射ノズルを前記カム側に付勢するリターンスプリングとを含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記噴孔移動手段は、前記燃料噴射ノズルを、圧縮行程末期から膨張行程初期にかけて軸方向に往復動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記噴孔移動手段は、前記噴孔からの燃料噴霧が前記キャビティ内に収められように前記噴孔位置を往復動させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料噴射ノズルからの燃料噴射期間を可変に制御する噴射期間可変制御手段を含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記燃料噴射ノズルへの燃料圧力を可変に制御する燃料圧力制御手段を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の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、燃料噴射ノズルから、シリンダ内のピストンの頂壁に形成されたキャビティに向けて燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、この種の直噴式内燃機関において、機関運転条件に応じて燃料噴射ノズルの噴孔部のシリンダヘッドからの突出・引き込みを切り換えることにより、噴孔部へのデポジットの生成抑制を図った技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７４７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の直接噴射式内燃機関においては、燃料噴射ノズルからキャビティに向けて燃料噴射する際に、キャビティから吹き零れた燃料がシリンダライナに付着してオイル中に混入し、オイル劣化を早めてしまうという問題がある。
燃料噴霧がキャビティから吹き零れないように、燃料圧力を高めて噴射期間を短くしたり、噴射終了時期を早めたりすることは、燃焼性に制限を加えることになり、所望の燃焼性を得ることが難しい。
【０００５】
また、噴孔位置をピストン上死点位置においてキャビティの奥深くに位置するように設定することにより、燃料噴霧がキャビティから吹き零れないようにすることも考えられる。
しかし、この方法では、キャビティが噴孔に接近しすぎて噴霧のキャビティへの衝突速度が大きくなるなど、キャビティ内に良好な燃料噴霧状態を生成しにくく、やはり、所望の燃焼性を得ることが難しい。したがって、特許文献１のように、運転条件に応じて噴孔位置を切り換えても、上記問題を解決できるものではない。
【０００６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、燃料噴霧のキャビティからの吹き零れを抑制してオイル劣化を抑制しつつ所望の燃焼性を得ることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このため、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、
燃料噴射ノズルから、シリンダ内のピストンの頂壁に形成されたキャビティに向けて燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射ノズルの噴孔位置を、ピストン位置に同期してキャビティに指向する方向に往復動させる噴孔移動手段を配設した構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料噴射ノズルの噴孔位置を、ピストン位置に追従させて往復動させることにより、キャビティの適正な位置に燃料噴霧を衝突させつつキャビティから吹き零れない噴射期間を長引かせることが可能となる。
このため、燃料噴霧のキャビティからの吹き零れ抑制によるオイル劣化等の抑制と、所望の燃焼性の確保とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の全体システム構成を示す図である。
【図２】同上装置において燃料噴射ノズルの噴孔位置を往復動させる噴孔移動手段の構成を示す断面図である。
【図３】同上の噴孔移動手段におけるカムのプロフィルと、カムの回転による噴孔位置の移動の様子を示す図である。
【図４】燃料圧力を低圧に設定しつつ燃料噴射期間を遅角側に設定した実施形態の噴射特性を従来例と比較して示したタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の全体システム構成を示す。
燃料噴射装置１０は、燃料タンク１２と、低圧ポンプとしてのフィードポンプ１４と、燃料フィルタ１６と、高圧ポンプとしてのサプライポンプ１８と、コモンレール２０と、燃料噴射ノズル２２と、を含んで構成される。
【００１１】
フィードポンプ１４は、図示しないエンジンにより駆動され、燃料タンク１２に貯留される燃料を吸い上げ、燃料フィルタ１６を介してサプライポンプ１８に供給する低圧系回路を構成する燃料ポンプである。
サプライポンプ１８は、フィードポンプ１４と同様に、図示しないエンジンにより駆動され、フィードポンプ１４により供給された燃料をさらに加圧し、コモンレール２０を介して燃料噴射ノズル２２に供給する高圧系回路を構成する燃料ポンプである。コモンレール２０は、サプライポンプ１８により加圧された高圧燃料を蓄圧する蓄圧配管として機能し、多気筒エンジンの各気筒に対して共通して１つ設けられる。
【００１２】
また、サプライポンプ１８には、フィードポンプ１４により供給される低圧燃料の状態にかかわらず、フィードバック制御によりサプライポンプ１８の圧送行程を増減させて、燃料噴射ノズル２２から高圧燃料噴射が可能となるようにする電磁弁２４が設けられる。なお、フィードポンプ１４の送油量は燃料噴射量よりも十分大きくしておくのが技術常識であるので、サプライポンプ１８に供給された余剰燃料は、オーバフローバルブ１８ａから燃料タンク１２に戻される。
【００１３】
さらに、燃料フィルタ１６の上流側、即ち、フィードポンプ１４と燃料フィルタ１６との間には、燃料フィルタ１６上流側の燃料圧力が所定値以上になると開弁し、フィードポンプ１４により供給される低圧燃料の全量を燃料タンク１２に戻すリリーフ弁２６が介装される。
そして、燃料噴射装置１０を構成する各種機器は、以下のような燃料噴射回路を構成する。即ち、燃料タンク１２に貯留される燃料は、フィードポンプ１４により加圧されて低圧燃料となり、燃料フィルタ１６に供給される。燃料フィルタ１６に供給された低圧燃料は、ここで燃料中のダストや水分が取り除かれた後、サプライポンプ１８に供給される。サプライポンプ１８に供給された低圧燃料は、電磁弁２４によりフィードバック制御されつつ、さらに加圧されて高圧燃料となり、コモンレール２０に供給される。コモンレール２０に供給された高圧燃料は、運転状態に応じたタイミングで開弁する燃料噴射ノズル２２からエンジンの燃焼室内（筒内）に噴射される。一方、燃料噴射ノズル２２において、噴射ノズル本体と針弁との隙間から漏れた高圧燃料は、リーク配管２８を介して燃料タンク１２に戻される。
【００１４】
また、前記電磁弁２４の制御により、コモンレール２０から燃料タンク１２への燃料の戻り量を制御することによって、コモンレール２０内燃料圧力、したがって、燃料噴射ノズル２２からの燃料噴射圧を可変に制御することができる。
前記燃料噴射ノズル２２の開弁時期、燃料噴射期間、電磁弁２４による燃料噴射圧制御は、コントロールユニット１００からの制御信号によって行われる。
【００１５】
かかる基本的な全体システム構成を有した燃料噴射装置において、図２以下に示すように、本発明に係る構成が設けられる。
燃料噴射ノズル２２の位置、したがって、その噴孔２２ａの位置を、ピストン３０の位置に同期してピストン３０の頂壁に形成されたキャビティ３０ａに指向する方向に往復動させる噴孔移動手段が、以下のように配設される。
【００１６】
気筒毎の燃料噴射ノズル２２を、その噴孔２２ａに近い側のノズルハウジング２２ｂをシリンダヘッド３１に形成したノズル挿入孔３１ａにスライド自由かつ気密に嵌挿して装着する。
燃料噴射ノズル２２頭部側のノズルハウジング２２ｃは、円筒状の支持部材３２に嵌挿して固定支持する。
【００１７】
そして、前記支持部材３２の頂壁を、機関回転に同期して回転する回転軸３３に固定したカム３４に係合すると共に、支持部材３２の底面とシリンダヘッド３１上面との間に、リターンスプリング３５を圧縮状態に付勢して装着する。
ここで、カム３４のプロフィルを、燃料噴射ノズル２２からの燃料噴射期間中に燃料噴射ノズル２２を、軸方向に往復動させるように設定する。
【００１８】
例えば、運転状態によって変化する燃料噴射期間において、燃料噴射ノズル２２が、最も早い（進角された）噴射開始時期から、最も遅い（遅角された）噴射終了時期までの間、ピストン位置に追従して、ピストン３０からの距離を一定に維持するように設定する。
最進角噴射開始時期がピストン上死点前、最遅角噴射終了時期がピストン上死点後の場合、カム３４のプロフィルは、図３のようになる。
【００１９】
このようにすれば、運転状態に応じて燃料噴射期間が可変に設定されても、該燃料噴射期間中、燃料噴射ノズル２２の噴孔２２ａから噴霧角一定で噴射される燃料噴霧の先端（下端）と、キャビティ３０ａ内壁への衝突位置を一定に維持しつつ、キャビティ３０ａ内に収まるように燃料を吹き零れなく噴射させることができる。換言すれば、燃料噴射ノズル２２の噴孔２２ａをピストン位置に応じて往復動させる構成によって、キャビティ２２ａから吹き零れなく燃料噴射できる燃料噴射期間を、燃料噴射ノズルの噴孔位置が固定された場合より拡大することができる。
【００２０】
これにより、キャビティ３０ａから吹き零れた燃料がシリンダライナ３６へ付着することによるオイル劣化を抑制できると共に、燃料噴射期間中キャビティ３０ａ内に安定した性状の噴霧形態ないし混合気を生成し続けることができるので、良好な燃焼性を得ることができる。
因みに、燃料噴射ノズルをキャビティに大きく近づけた位置で固定すれば、燃料噴射期間中、燃料噴霧先端をキャビティ内壁に衝突することは可能であるとしても、キャビティ中央部に勢い良く衝突した燃料噴霧がキャビティ外側に飛び散り、吹き零れによるオイル劣化を十分に抑制することが困難となる。また、ピストン位置に応じて燃料噴霧先端とキャビティ内壁との衝突位置が大きく変化して安定した噴霧形態ないし混合気を生成することができず、良好な燃焼性を得ることができない。
【００２１】
また、前記燃料噴射圧制御と併用して、以下のような所望の燃焼形態を任意に得ることも可能となる。
図４において、点線は、高負荷時の燃料噴射期間を示し、高圧で燃料噴射して燃料の微粒化を促進しつつ、上死点付近において高燃焼圧力で短期間で燃焼を終了させる特性として高出力を確保する。
【００２２】
一方、内燃機関の機種によって、若しくは機関運転条件として低負荷時、特に暖機運転時には、緩慢燃焼として静粛性、排気温度上昇性能を高めたい要求がある。この場合は、燃料圧力（噴射圧）を低くし、かつ、燃焼期間を遅らせる（燃焼の重心位置を遅角側とする）ことが望ましい。
従来、燃料噴射ノズル（噴孔位置）が固定された状態でのキャビティからの燃料吹き零れ抑制によって定まる燃料噴射期間の限界、特に、燃料噴射終了限界では、図の一点鎖線で示すように燃料圧力を十分低くすると、燃料噴射終了限界の制約によって燃料噴射開始時期が早められる。このため、図の二点鎖線で示すように、燃料圧力を少し大きくして燃料噴射開始時期を遅らせることもできるが、燃料圧力（噴射圧）、燃焼重心位置共に、十分満足できる設定とすることができず、所望の緩慢燃焼運転を得ることが困難であった。
【００２３】
これに対し、本発明では、燃料噴射ノズルの噴孔位置をピストン位置に同期して往復動させる構成により燃料噴射期間を拡大でき、特に、燃料噴射終了時期を遅らせることができるため、図の実線で示すように、燃料圧力（噴射圧）、を十分低くしつつ燃料噴射開始時期も十分に遅らせて燃焼重心位置を十分遅角側に持ち来たすことができ、所望の緩慢燃焼運転を得ることができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、簡易的に、ピストン３０が圧縮行程で上死点まで上昇するまでの間は、燃料噴射ノズル２２を動かさず、上死点を過ぎてピストン３０が下降する膨張行程でのみ燃料噴射ノズル２２を下降させ、燃料噴射終了後に上昇させて戻すようなカム山が１個のカムプロフィルとしてもよい。
また、最高燃料圧力一定のまま、キャビティからの吹き零れを抑制しつつ燃料噴射期間を拡大することもできるため、オイル劣化を抑制しつつ機関の高出力化を促進するようなこともできる。
【００２５】
なお、燃料噴射ノズル２２を動かすことにより、コモンレール２０と燃料噴射ノズル２２との間の燃料配管も連動することになるが、自在配管継手等を介して接続するなどの方式を採用することで、接続部等での応力の発生を十分に吸収させることが可能である。
さらに、以上の実施形態では、燃料噴射ノズルを動かして噴孔位置を往復動させたが、噴射弁本体に対して噴孔部材を軸方向に移動自由な構造とし、噴孔部材のみをピストン位置に同期させて往復動させる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０  燃料噴射装置
１８  サプライポンプ
２０  コモンレール
２２  燃料噴射ノズル
２２ａ  噴孔
２４  電磁弁
３０  ピストン
３０ａ  キャビティ
３１  シリンダヘッド
３１ａ  ノズル挿入孔
３２  支持部材
３３  回転軸
３４  カム
３５  リターンスプリング
３６  シリンダライナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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