(57)【要約】【課題】エンジンの低負荷から高負荷に亘って、エンジンの稼動状態に応じた燃料噴霧の状態を実現することを課題とする。【解決手段】プラズマ発生素子７は、円筒状に成形されている。この円筒状の内壁が燃料の噴孔３を形成している。プラズマ発生素子７は、誘電体１０１と絶縁層１０２とを備えている。誘電体１０１は、セラミック素材からなり、絶縁層１０２は、ポリイミドを用いたシート状素材からなる。誘電体１０１の表面側及び裏面側には誘電体１０１を挟むように一対の電極が装着されている。プラズマ発生素子７は誘電体１０１側を流体が流れるように装着される。プラズマ発生素子７に電圧することにより、噴孔３内に燃料の流通方向に逆行する流体流れが生じ、燃料の流れに剥離を生じさせる。燃料の流れに剥離が生じることにより噴霧が分散する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁のノズルボディに形成された噴孔内又は当該噴孔に連なる前記ノズルボディの内壁に装着されたプラズマ発生素子と、
当該プラズマ発生素子に電圧を印加する電源装置と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射装置において、
前記電源装置は、エンジンの負荷状態に応じて前記プラズマ発生素子へ印加する電圧を制御する制御部を含むことを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１記載の燃料噴射装置にいおいて、
前記電源装置は、前記燃料噴射弁における燃料噴射圧及び燃料噴射量の少なくとも一方に基づいて前記プラズマ発生素子に印加する電圧を制御する制御部を含むことを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の燃料噴射装置において、
前記制御部は、冷却水温度を参照して前記プラズマ発生素子へ印加する電圧を補正することを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１記載の燃料噴射装置において、
前記プラズマ発生素子は、前記噴孔から噴射される燃料の流通方向に逆行する方向の流体流れを発生させる向きに装着されたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１記載の燃料噴射装置において、
前記電源装置は、バッテリと、インバータとを含むことを特徴とした燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃料噴射装置は、燃焼室内における効率的な燃焼を実現すべく、種々の工夫がなされ、そのような提案も種々の観点から行われている。例えば、特許文献１には、簡単な構造で、燃料を確実に改質しつつ、燃料噴霧の形態を変更することのできる燃料噴射装置が提案されている。ここで、燃料噴霧の形態には、燃料噴霧の形状や貫徹力が含まれる。この燃料噴射装置の具体的な構成は以下の如くである。すなわち、燃料噴射装置は筒状体と、筒状体の内部空間内に収容された筒内直接噴射式燃料噴射弁とを具備し、これら筒状体と燃料噴射弁間に環状の放電ガス通路が形成されている。筒状体及び燃料噴射弁のケーシングは一対の放電電極として作用する。このような燃料噴射装置では、燃料噴射弁の燃料噴口から燃料が噴射されるときに燃料噴口周りに放電ガスを流通させながら放電ガスを放電させることにより燃料を改質するようにする。狭幅で高貫徹力の燃料噴霧を得るべきときには、燃料噴口周りを流通する放電ガス量を増大させ、広幅で低貫徹力の燃料噴霧を得るべきときには放電ガス量を減少させる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５７８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記で一例を示したように、燃焼効率を向上させることを目的とする燃料噴射装置の提案は多岐にわたる。ここで、燃焼効率を向上させるための要素としては、噴霧の微粒化であったり、燃料の剥離、貫徹力の調整であったりする。また、場合によっては、スモークの発生等が問題となることもある。ところが、これらの要素は、エンジンの負荷状態に応じて要求が異なる等、従来の提案では、エンジン稼動時の広い範囲に亘ってその要求に適応させることは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、エンジンの低負荷から高負荷に亘って、エンジンの稼動状態に応じた燃料噴霧の状態を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するための、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射弁のノズルボディに形成された噴孔内又は当該噴孔に連なる前記ノズルボディの内壁に装着されたプラズマ発生素子と、当該プラズマ発生素子に電圧を印加する電源装置と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、燃量噴射弁の噴孔から噴射される燃料の状態を制御することができる。このような燃料噴射装置における、前記プラズマ発生素子は、前記噴孔から噴射される燃料の流通方向に逆行する方向の流体流れを発生させる向きに装着された構成とすることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、噴孔から噴射される燃料の流れに剥離を生じさせることができる。剥離促進により噴霧分散促進が可能となる。プラズマ発生素子は、誘電体と絶縁層とを設け、誘電体の表裏に電極を配置したものを採用することができる。このようなプラズマ発生素子に印加する電圧は交流電圧とすることが望ましい。交流電圧とすることにより、継続的なプラズマ発生を実現することができる。噴孔内又は当該噴孔に連なる前記ノズルボディの内壁に装着されたプラズマ発生素子に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、このとき、電界によりノズルボディ内の流体に運動量を伝える。これにより、意図的に流れを創り出し、噴孔から噴射される燃料の流れの剥離を促進することができる。
【０００７】
このような燃料噴射装置では、前記電源装置は、エンジンの負荷状態に応じて前記プラズマ発生素子へ印加する電圧を制御する制御部を含む構成とすることができる（請求項２）。また、前記電源装置は、前記燃料噴射弁における燃料噴射圧及び燃料噴射量の少なくとも一方に基づいて前記プラズマ発生素子に印加する電圧を制御する制御部を含む構成とすることもできる。このような制御部を備えることにより、エンジンの稼動状態に即した燃焼状態を得る燃料噴射を行うことができる。
【０００８】
また、このような燃料噴射装置では、前記制御部は、冷却水温度を参照して前記プラズマ発生素子へ印加する電圧を補正する構成とすることができる（請求項４）。ディーゼルエンジンでは、冷却水の温度が低い場合、噴孔から噴射される噴霧は貫徹力を小さくし、燃料があまり拡散していない状態で燃焼させた方がＨＣの発生を低下させることができる。そこで、冷却水温度を参照した印加電圧の補正を行うようにすることが望ましい。
【０００９】
さらに、このような燃料噴射装置における前記電源装置は、バッテリと、インバータとを含む構成とすることができる（請求項６）。プラズマ発生素子に印加する電圧は交流電圧であることが望ましいが、車載されたバッテリを電源とする場合、インバータを用いて直流の電気を交流に変換してプラズマ発生素子に供給することができる。インバータにおけるスイッチングを制御することにより、所望の電圧をプラズマ発生素子に印加することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料噴射弁のノズルボディに形成された噴孔内又は当該噴孔に連なる前記ノズルボディの内壁にプラズマ発生素子を装着し、噴射される燃料に作用する流れを意図的に創り出すようにしたので、エンジンの稼動状態に応じた燃料噴射を行い、燃焼の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例である燃料噴射装置１の概略構成を示した説明図である。燃料噴射装置１は、ディーゼルエンジンに用いられるものであり、図示しないコモンレールと組み合わせて用いられる。燃料噴射装置１は、燃料噴射弁のノズルボディ２、ホルダ４と組み合わされたプラズマ発生素子７を備えている。図２は、ノズルボディ２からホルダ４及びプラズマ発生素子７を取り外した状態を示す説明図である。さらに、図３は、ホルダ４と組み合わされたプラズマ発生素子７を断面とし、拡大して示した説明図である。ノズルボディ２には、プラズマ発生素子７の装着孔２ａが穿設されている。装着孔２ａのノズルボディ外周面端部にはストッパ２ａ１が形成されている。また、この装着孔２ａと連通するリード線引出通路２ｂが設けられている。
【００１３】
プラズマ発生素子７は、円筒状に成形されている。この円筒状の内壁が燃料の噴孔３を形成している。プラズマ発生素子７は、誘電体１０１と絶縁層１０２とを備えている。誘電体１０１は、セラミック素材からなり、絶縁層１０２は、ポリイミドを用いたシート状素材からなる。誘電体１０１の表面側及び裏面側には誘電体１０１を挟むように一対の電極が装着されている。プラズマ発生素子７は誘電体１０１側を流体が流れるように装着される。本実施例では、誘電体１０１の表面側、すなわち、プラズマ発生素子７の表面側にプラス電極１０３を装着し、裏面側にマイナス電極１０４を装着している。プラス電極１０３にはリード線５が接続され、マイナス側電極１０４にはリード線６が接続されている。プラス電極１０３は、燃料の流れの下流側、すなわち、ノズルボディ２の外部側に位置し、マイナス電極１０４は、燃料の流れの上流側、すなわち、ノズルボディ２の内部側に位置させている。このように電極を燃料の流通方向にずらすことによってプラズマ発生に伴って発生する流体流れを噴孔３から噴射される燃料の流通方向に逆行する方向とすることができる。
【００１４】
このようなプラズマ発生素子７は、円筒状のホルダ４と組み合わされる。ホルダ４の一端側にはストッパ４ａが形成されている。このようなプラズマ発生素子７及びホルダ４は、ノズルボディ２に形成された装着孔２ａに嵌め込まれる。このとき、ホルダ４のストッパ４ａと装着孔２ａのストッパ２ａ１とがかみ合うようにする。装着孔２ａに嵌め込まれたホルダ４及びプラズマ発生素子７は、ノズルボディ２の一部を形成するようになる。プラズマ発生素子７に装着されたリード線５、６はリード線引出通路２ｂを通じてノズルボディ２の外部へ引き出されている。ノズルボディ２の外部へ引き出されたリード線５、６は、インバータ８に接続されている。インバータ８は、バッテリ９及びＥＣＵ（Electronic  control  unit）１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、本発明における制御部に相当するものであり、バッテリ９から供給される直流電流を交流電流に変換し、プラズマ発生素子７に交流電圧を印加する際の制御を行う。ＥＣＵ１０は、水温センサ、コモンレールに装着された圧力センサを含むセンサ群１１と接続されており、各種測定値を取得する。また、ＥＣＵ１０は、このようなセンサ群１１からエンジン回転数、エンジン負荷に関する情報を取得し、燃料噴射量を決定する。ＥＣＵ１０は、これらの測定値、算出値に基づいてプラズマ発生素子７への通電制御を行う。なお、バッテリ９、インバータ８、ＥＣＵ１０は、本発明における電源装置を構成している。
【００１５】
以上のように構成される燃料噴射量１の制御につき、図４に示すフロー図を参照しつつ説明する。まず、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１において、エンジンが低負荷状態にあるか否かの判断を行う。ステップＳ１においてＮＯと判断された場合、すなわち、エンジンが高負荷状態にあると判断したときは、プラズマ発生素子７への電圧印加は行わず、処理はリターンとなる。これにより、エンジン高負荷のときは、燃料流れの剥離が行われず、高い貫徹力が維持される。一方、ステップＳ１においてＹＥＳと判断するときは、ステップＳ２へ進む。ステップＳ１においてＹＥＳと判断するときは、プラズマ発生素子７への電圧印加制御を行う。ステップＳ２では、センサ群１１に含まれる圧力センサから取得した燃料噴射圧の値、ＥＣＵ１０が自ら算出した燃料噴射量の値から噴孔３近傍の燃料の流速を推定する演算を行う。
【００１６】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ２での処理に引き続き、ステップＳ３の処理を行う。ステップＳ３では、ステップＳ２で推定した流速の燃料に対し、剥離を生じさせることができる流体流れを発生させるための要求印加電圧を算出する。すなわち、プラズマ発生素子７に印加する電圧のスペックを決定する。具体的には、予め備えた燃料の流速と印加交流電圧との対応関係に関するマップを参照して印加交流電圧のスペックを決定する。制御の対象となる印加電圧の数値は、電圧値と周波数であり、それぞれ、５〜１０ｋｖの範囲、１〜１０ｋＨｚの範囲で制御される。周波数は高くなるほど、発生する流体流れは速くなる。周波数は、インバータ８における直流から交流へのスイッチングのタイミングによって所望の値に制御することができる。
【００１７】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理に引き続き、ステップＳ４の処理を行う。ステップＳ４では、センサ群１１に含まれる水温センサからの情報に基づいて、ステップＳ３で算出した電圧のスペックを補正する。水温が低い場合には、燃料流れの剥離の効果を高める方向に補正する。すなわち、剥離効果を高めることにより貫徹力を小さくし、噴霧ができるだけ拡散しないようにする。これにより、低水温時のＨＣの発生を抑制することができる。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ５において、ステップＳ３で算出し、ステップＳ４で補正した印加電圧のスペックに従って電圧印加の指令を発する。これにより、噴孔３内に燃料の流通方向に逆行する流体流れが生じ、燃料の流れに剥離を生じさせる。燃料の流れに剥離が生じることにより噴霧が分散する。
【００１９】
以上のような制御が行われることにより、エンジンの状態に応じた燃料の噴射を行うことができる。
【実施例２】
【００２０】
次に本発明の実施例２について説明する。実施例２が実施例１とは以下の点で異なる。すなわち、実施例１では、円筒状に成形され、噴孔に配置されたプラズマ発生素子７を備えているのに対し、実施例２では、噴孔３に連なるノズルボディ２の内壁にプラズマ発生素子１７を備えた点である。図５は、プラズマ発生素子を装着することができる位置を示した説明図である。プラズマ発生素子は、図５中、参照符号Ａで示した噴孔内や、参照符号Ｂで示したノズルボディ内壁に装着することができる。
【００２１】
図６は、実施例２の燃料噴射装置５０の概略構成を示した説明図である。プラズマ発生素子１７は、実施例１におけるプラズマ発生素子７とは異なり平板状をなしており、噴孔３に連なるノズルボディ２の内壁に埋設されている。このとき、プラズマ発生素子１７のプラス電極１０３が噴孔３に近い側に位置するように設置する。これにより、燃料流れの方向に逆行する流体流れを発生させ、燃料流れの剥離を起こし易くする。このような構成としても噴孔３から噴射される燃料の流れに剥離を生じさせることができる。このようなプラズマ発生素子１７への通電制御は実施例１の場合と同様に行うことができる。このような平板状のプラズマ発生素子を噴孔内に装着する構成とすることもできる。なお、実施例２中、実施例１と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、プラズマ発生素子７の素材を適宜変更することができる。また、燃料噴射装置は、排気添加インジェクタに用いることもできる。この場合、高分散噴霧とすることが望ましい。そこで、プラズマ発生素子７に印加する電圧、周波数はできるだけ大きな値とする。さらに、エンジン回転変動を参照した制御を行うこともできる。例えば、燃料噴射弁内に排気ガスが浸入した異物が蓄積されると噴射バラツキが起こる。エンジン回転数の変動から噴射バラツキがあると判断されたときは、噴射バラツキがなくなるまで印加電圧を高め、剥離を増加させる制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の燃料噴射装置の概略構成を示した説明図である。
【図２】ノズルボディからホルダ及びプラズマ発生素子を取り外した状態を示す説明図である。
【図３】プラズマ発生素子の構成を示す説明図である。
【図４】燃料噴射装置における制御の一例を示すフロー図である。
【図５】プラズマ発生素子の装着可能位置を示す説明図である。
【図６】実施例２の燃料噴射装置の概略構成を示した説明図である。
【図７】実施例２のプラズマ発生素子の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１、５０  燃料噴射装置
２  ノズルボディ
２ａ  装着孔
２ｂ  リード線引出通路
３  噴孔
４  ホルダ
５、６  リード線
７  プラズマ発生素子
８  インバータ
９  バッテリ
１０  ＥＣＵ
１０１  誘電体
１０２  絶縁層
１０３  プラス電極
１０４  マイナス電極
【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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