(57)【要約】【課題】燃料中に微細なキャビテーションを生成して燃料を噴射することにより燃料気化を容易にすることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】噴孔２と、燃料室４と、燃料室内の燃料を噴孔から噴射するために開弁し、燃料噴射を停止するために閉弁する弁体７と、高周波振動部材１２、とを具備し、弁体の閉弁時に高周波振動部材により燃料室内の燃料を高周波振動させる。【選択図】図１
2009102988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔と、燃料室と、前記燃料室内の燃料を前記噴孔から噴射するために開弁し、燃料噴射を停止するために閉弁する弁体と、高周波振動部材、とを具備し、前記弁体の閉弁時に前記高周波振動部材により前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記高周波振動部材は前記弁体の開弁直前の第一設定期間において前記燃料室内の燃料を高周波振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】
前記高周波振動部材は前記弁体の閉弁直後の第一設定期間において前記燃料室内の燃料を高周波振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４】
機関温度が低いほど前記第一設定期間を長くすることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記燃料はアルコールを含んでおり、前記燃料のアルコール濃度が高いほど前記第一設定期間を長くすることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
噴孔と、燃料室と、前記燃料室内の燃料を前記噴孔から噴射するために開弁し、燃料噴射を停止するために閉弁する弁体と、高周波振動部材、とを具備し、前記弁体の閉弁途中に前記高周波振動部材により前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記高周波振動部材は前記第一設定期間より短い第二設定期間において前記弁体の閉弁直後に前記噴孔の下流側に溜まっている燃料を高周波振動させることを特徴とする請求項２又は６に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記高周波振動部材は前記弁体が最大に開弁されている時にも前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記高周波振動部材は前記弁体を開弁及び閉弁させるためのピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項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、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾアクチュエータに結合された弁体を有し、ピエゾアクチュエータを収縮させることにより弁体を開弁させて燃料を噴射する燃料噴射装置において、弁体を最大に開弁させている時にピエゾアクチュエータを高周波振動させることにより噴射燃料を高周波振動させ、噴孔に堆積するデポジットを除去することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９７３９０
【特許文献２】特開２００３−１０５３４３
【特許文献３】実開平４−７６９６８
【特許文献４】特開昭６３−２６８９５２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料を高周波振動させると、燃料中に微細なキャビテーションが生成される。このように微細なキャビテーションを含む燃料を噴射すれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。特許文献１の燃料噴射装置では、弁体を最大に開弁している間の短期間でしか燃料を高周波振動しておらず、これでは燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することはできず、噴射燃料の気化に改善の余地がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、燃料中に微細なキャビテーションを生成して燃料を噴射することにより燃料気化を容易にす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である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、噴孔と、燃料室と、前記燃料室内の燃料を前記噴孔から噴射するために開弁し、燃料噴射を停止するために閉弁する弁体と、高周波振動部材、とを具備し、前記弁体の閉弁時に前記高周波振動部材により前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【０００７】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記高周波振動部材は前記弁体の開弁直前の第一設定期間において前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【０００８】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記高周波振動部材は前記弁体の閉弁直後の第一設定期間において前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、機関温度が低いほど前記第一設定期間を長くすることを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃料はアルコールを含んでおり、前記燃料のアルコール濃度が高いほど前記第一設定期間を長くすることを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、噴孔と、燃料室と、前記燃料室内の燃料を前記噴孔から噴射するために開弁し、燃料噴射を停止するために閉弁する弁体と、高周波振動部材、とを具備し、前記弁体の閉弁途中に前記高周波振動部材により前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項２又は６に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記高周波振動部材は前記第一設定期間より短い第二設定期間において前記弁体の閉弁直後に前記噴孔の下流側に溜まっている燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【００１３】
本発明による請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記高周波振動部材は前記弁体が最大に開弁されている時にも前記燃料室内の燃料を高周波振動させることを特徴とする。
【００１４】
本発明による請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記高周波振動部材は前記弁体を開弁及び閉弁させるためのピエゾアクチュエータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、弁体の閉弁時に高周波振動部材により燃料室内の燃料を高周波振動させるために、十分に長く燃料室内の燃料を高周波振動させて燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することができる。こうして、燃料中に微細なキャビテーションが十分に生成されて燃料が噴射されれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。
【００１６】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、高周波振動部材は弁体の開弁直前の第一設定期間において燃料室内の燃料を高周波振動させており、第一設定期間を十分に長く設定して、燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することができる。
【００１７】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、高周波振動部材は弁体の閉弁直後の第一設定期間において燃料室内の燃料を高周波振動させており、第一設定期間を十分に長く設定して、燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することができる。
【００１８】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、機関温度が低いほど第一設定期間を長くしており、それにより、燃料が気化し難くなる機関温度が低いほど燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションが多量に生成され、噴射燃料の微粒化を促進することができる。
【００１９】
本発明による請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、燃料はアルコールを含んでおり、燃料のアルコール濃度が高いほど第一設定期間を長くしており、それにより、燃料が気化し難くなるアルコール濃度が高いほど燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションが多量に生成され、噴射燃料の微粒化を促進することができる。
【００２０】
本発明による請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、弁体の閉弁途中に高周波振動部材により燃料室内の燃料を高周波振動させるようになっており、それにより、弁体の閉弁直前の噴射燃料圧力が低下する時に燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションを僅かでも生成することにより噴射燃料の微粒化を促進することができる。
【００２１】
本発明による請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項２又は６に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、高周波振動部材は第一設定期間より短い第二設定期間において弁体の閉弁直後に弁体の下流側に溜まっている燃料を高周波振動させるようになっており、それにより、弁体の下流側に溜まっている燃料は高周波振動によって噴孔から流出し、噴孔内にデポジットが生成され難くなる。
【００２２】
本発明による請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、高周波振動部材は弁体が最大に開弁されている時にも燃料室内の燃料を高周波振動させるようになっており、それにより、燃料噴射中にも燃料中に微細なキャビテーションがさらに生成され、噴射燃料の微粒化をさらに促進することができる。
【００２３】
本発明による請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、高周波振動部材は弁体を開弁及び閉弁させるためのピエゾアクチュエータとしているために、高周波振動部材として新たな部材を設ける必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明による燃料噴射装置を示す概略断面図である。同図において、１は燃料噴射装置の本体である。本体１の先端には、噴孔２が連通する燃料溜３が形成されている。燃料溜３は先端側の半球部分と基端側の円柱部分とを有し、円柱部分が燃料室４の切頭円錐形状部と接続され、両者の接続角部がシート部５を形成する。燃料室４の基端側の円柱部分は、高圧燃料通路６と接続されている。高圧燃料通路６には、高圧ポンプにより加圧された蓄圧室（図示せず）内の高圧燃料が常に供給されており、それにより、燃料室４内は高圧燃料通路６を介して高圧燃料により満たされる。
【００２５】
燃料室４内には弁体７が配置され、弁体７の閉弁により弁体７の円錐形状先端部がシート部５に当接して結果的に噴孔２が閉鎖されると、燃料噴射が停止される。一方、弁体７の開弁により弁体７の円錐形状先端部がシート部５から離間し、燃料室４と燃料溜３とが連通されて噴孔２が開放されると、燃料噴射が実施される。弁体７は、先端側の小径部分７ａと、中径部分７ｂと、基端側の大径部分７ｃとを有し、大径部分７ｃの端面には高圧燃料通路６を介して高圧燃料の燃料圧力が閉弁方向に作用すると共にバネ８の押圧力も閉弁方向に作用している。
【００２６】
ピストン９により容積が変化する制御室１０が設けられ、制御室１０の燃料圧力が弁体７の中径部分７ｂと大径部分７ｃとの間の段部に開弁方向に作用するようになっている。制御室１０は、逆止弁１１を介して高圧燃料通路６に接続され、制御室１０内は高圧燃料の燃料圧力を下回らないようになっている（容積が増大した瞬間は、高圧燃料圧力を下回ることがある）。ピストン９は、作動ロッド９ａを介して、ピエゾアクチュエータ１２の伸長によって制御室１０の容積を減少させる方向に移動させられ、また、ピエゾアクチュエータ１２の収縮によってバネ１３により制御室１０の容積を増大させる方向に移動させられる。
【００２７】
制御室１０の容積を減少させて制御室１０内が高圧燃料の燃料圧力より十分に高められると、弁体７に開弁方向に作用する力が弁体７に閉弁方向に作用する力より大きくなって、弁体７は開弁する。一方、制御室１０の容積を増大させて制御室１０内が高圧燃料の燃料圧力となると、バネ８の押圧力だけ閉弁方向に作用する力が開弁方向に作用する力より大きくなり、弁体７は閉弁する。
【００２８】
こうして、ピエゾアクチュエータ１２に電圧を印加して伸長させることにより弁体７を開弁させて燃料噴射を開始し、ピエゾアクチュエータ１２への電圧印加を停止して収縮させることにより弁体７を閉弁させて燃料噴射を停止させることができる。図２は弁体７のリフト量を示すタイムチャートである。弁体７は、時刻ｔ１において開弁を開始し、時刻ｔ２において閉弁し、次いで、時刻ｔ５において開弁を開始し、時刻ｔ８において閉弁する。時刻ｔ５から暫くして時刻ｔ６となると、弁体７は最大にリフトし、閉弁を開始する時刻ｔ７まで最大にリフトする。
【００２９】
ところで、燃料を高周波振動させると、燃料中に微細なキャビテーションが生成される。このように微細なキャビテーションを含む燃料を噴射すれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。また、生成されたキャビテーションが崩壊すると、この崩壊エネルギによって噴射燃料に乱れを発生させたり、燃料が軽質化されたりし、燃料気化を容易にする。本実施形態の燃料噴射装置では、ピエゾアクチュエータ１２の制御電圧又は制御電流に高周波で振動する僅かな振幅の電圧又は電流を重畳することにより、ピエゾアクチュエータ１２が高周波で振動し、この振動が本体１を介して燃料室４内の燃料を高周波振動させることができる。
【００３０】
また、ピエゾアクチュエータ１２はピストン９を高周波振動させ、ピストン９の背圧室１４内の燃料を高周波振動させる。この背圧室１４は高圧燃料通路６を介して燃料室４に通じているために、背圧室１４内の燃料の高周波振動は燃料室４内の燃料に伝播され、燃料室４内の燃料が高周波振動させられる。
【００３１】
図５は、ピエゾアクチュエータ１２に一定電圧が印加されている時、すなわち、弁体の閉弁時（例えば、印加電圧０Ｖ）及び弁体を最大に開弁（リフト）させている時に高周波の僅かな振幅の電圧を重畳した場合を示している。また、図６は、ピエゾアクチュエータ１２へ印加される電圧が変化している時、例えば、弁体の閉弁途中に高周波の僅かな振幅の電圧を重畳した場合を示している。このような電圧制御ではなく、同様な電流制御によってもピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させることができる。
【００３２】
例えば、弁体７が最大にリフトしている間（時刻ｔ６から時刻ｔ７の間）においてピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させても、燃料室４内の燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することはできず、それほど噴射燃料の気化を促進することはできない。
【００３３】
それにより、本実施形態では、弁体７の閉弁時（時刻ｔ２から時刻ｔ５の間）にピエゾアクチュエータ１２により燃料室４内の燃料を高周波振動させるようになっている。弁体７の閉弁時であれば、十分に長く燃料室４内の燃料を高周波振動させて燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することができる。こうして、燃料中に微細なキャビテーションが十分に生成されて燃料が噴射されれば、噴射後にキャビテーションは急激に膨張して燃料を微粒化させ、燃料気化を容易にすることができる。もちろん、弁体７の閉弁時全期間で燃料室４内の燃料を高周波振動させても良いが、弁体７の閉弁時の一部期間で燃料室４内の燃料を高周波振動させても良い。
【００３４】
本実施形態の燃料噴射装置では、ピエゾアクチュエータ１２が弁体７と直結されておらず、ピエゾアクチュエータ１２により制御される制御室１０内の燃料圧力によって弁体７を開閉させるものであり、ピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させる際に、すなわち、ピエゾアクチュエータ１２が短時間の僅かな伸長及び収縮を繰り返す際に、ピストン９によって制御室１０内の燃料圧力は変動するが、弁体７を開弁させるまで制御室１０内の燃料圧力が高まることはない。それにより、弁体７の閉弁中にピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させても弁体７が開弁することはない。
【００３５】
前述の一部期間は、弁体７の閉弁直後の第一設定期間（例えば、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間）とすることができる。もちろん、弁体７の閉弁直後の第一設定期間は、弁体７の閉弁時期（時刻ｔ２）から開始しなくても良い。また、一部期間は、弁体７の開弁直前の第一設定期間（例えば、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間）とすることもできる。もちろん、弁体７の開弁直前の第一設定期間は、弁体７の開弁時期（時刻ｔ５）で終了しなくても良い。弁体７の閉弁時の第一設定期間は、いずれも十分に長く設定することができ、燃料室４内の燃料中に微細なキャビテーションを十分に生成することができる。また、弁体７の開弁直前にキャビテーションを生成することにより、噴射時においても燃料中に確実に多量のキャビテーションを存在させることができる。
【００３６】
ところで、機関温度が低いほど、噴射燃料は気化し難くなるために、図３に示すように、冷却水温が低いほど水温係数ａが大きく設定されるようにし、前述の第一設定期間は、基準期間を水温係数ａにより乗算補正するようにしても良い。それにより、機関温度が低いほど第一設定期間は長くなり、燃料が気化し難くなる機関温度が低いほど燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションが多量に生成され、噴射燃料の微粒化を促進することができる。このようなピエゾアクチュエータ１２の高周波振動を機関始動時に限り実施するようにしても良い。
【００３７】
また、噴射燃料にアルコール（例えば、エタノール又はメタノール）が含まれる場合には、アルコールは多量の気化潜熱を必要とするために、燃料のアルコール濃度が高いほど、噴射燃料は気化し難くなる。それにより、図４に示すように、アルコール濃度が高いほど濃度係数ｂが大きく設定されるようにし、前述の第一設定期間は、基準期間を濃度係数ｂにより乗算補正するようにしても良い。それにより、燃料が気化し難くなるアルコール濃度が高いほど、第一設定期間は長くなって、燃料室内の燃料中に微細なキャビテーションが多量に生成され、噴射燃料の微粒化を促進することができる。このようなピエゾアクチュエータ１２の高周波振動を機関始動時に限り実施するようにしても良い。また、第一設定期間の基準期間を、濃度係数ｂと水温係数ａとで乗算補正するようにしても良い。
【００３８】
ところで、弁体７の閉弁途中（時刻ｔ７から時刻ｔ８）は、噴射燃料圧力が徐々に低下するために、噴射燃料圧力が低いほど噴射燃料の微粒化が悪化する。それにより、弁体７の閉弁途中に燃料室４内の燃料を高周波振動させるようにすれば、弁体７の閉弁直前の噴射燃料圧力が低下する時に燃料室４内の燃料中に微細なキャビテーションを僅かでも生成して、噴射燃料の微粒化を促進することができる。もちろん、弁体７の閉弁途中の全期間で燃料室４内の燃料を高周波振動させても良いが、弁体７の閉弁途中の一部期間で燃料室４内の燃料を高周波振動させても良い。
【００３９】
また、弁体７の閉弁直後において、燃料溜３内及び噴孔２内は燃料により満たされている。この燃料は燃焼室内の高温度に曝されるとデポジットとなって噴孔２の内径を減少させることがある。それにより、弁体７の閉弁直後において、燃料溜３内及び噴孔２内の燃料、すなわち、弁体７の下流側に溜まっている燃料を直ぐに流出させることが好ましい。
【００４０】
弁体７の閉弁直後の第一設定期間において、ピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させて燃料室４内の燃料を高周波振動させる場合には、ピエゾアクチュエータ１２の高周波振動は弁体７の下流側に溜まっている燃料も高周波振動させられて自動的に噴孔２から外へ流出させることができる。しかしながら、弁体７の開弁直前の第一設定期間又は弁体７の閉弁途中で燃料室４内の燃料を高周波振動させる場合には、弁体７の閉弁直後の第二設定期間においてピエゾアクチュエータ１２を高周波振動させることにより弁体７の下流側に溜まっている燃料を高周波振動させて噴孔２から流出させることにより、噴孔２内にデポジットが生成され難くすることが好ましい。この第二設定期間は、前述の第一設定期間より短くすることができる。
【００４１】
もちろん、さらに弁体７が最大に開弁されている時にも燃料室４内の燃料を高周波振動させるようにしても良く、それにより、燃料室４内の燃料中に微細なキャビテーションが燃料噴射中にも生成され、噴射燃料の微粒化をさらに促進することができる。
【００４２】
本実施形態の燃料噴射装置では、燃料室４内の燃料又は弁体７の下流側に溜まっている燃料を高周波振動させる高周波振動部材として、弁体７を開弁及び閉弁させるためのピエゾアクチュエータ１２としているために、高周波振動部材として新たな部材を設ける必要はないが、もちろん、弁体７を開弁及び閉弁させるアクチュエータがピエゾアクチュエータであってもなくても、それとは別に、ピエゾアクチュエータのような高周波振動部材を設けるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による内燃機関の燃料噴射装置の概略断面図である。
【図２】弁体のリフト量を示すタイムチャートである。
【図３】水温係数を設定するためのマップである。
【図４】濃度係数を設定するためのマップである。
【図５】一定の制御電圧に高周波の僅かな振幅の電圧を重畳した場合を示すタイムチャートである。
【図６】変化する制御電圧に高周波の僅かな振幅の電圧を重畳した場合を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１    本体
２    噴孔
３    燃料溜
４    燃料室
７    弁体
９    ピストン
１０    制御室
１２    ピエゾアクチュエータ
【図１】
2009102988.tif 000003
【図２】
2009102988.tif 000004
【図３】
2009102988.tif 000005
【図４】
2009102988.tif 000006
【図５】
2009102988.tif 000007
【図６】
2009102988.tif 000008