JP2006257896A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device.
一対の電極間に形成される間隙内に混合気を流通させながらこれら電極間に放電を発生させ、それにより混合気中の燃料成分を改質するようにした燃料改質装置が公知である（特許文献１参照）。この燃料改質装置では、放電エネルギによって燃料が改質され、混合気中の水素量が増大される。 A fuel reformer is known in which a gas mixture is circulated in a gap formed between a pair of electrodes to generate a discharge between these electrodes, thereby reforming a fuel component in the gas mixture ( Patent Document 1). In this fuel reformer, the fuel is reformed by the discharge energy, and the amount of hydrogen in the mixture is increased.
上述の特許文献１の燃料改質装置では燃料を混合気の形で改質される。ところが、この混合気には多量の空気が含まれているので、この混合気を放電させるためには燃料改質装置が大型化する必要があるばかりか、多大な放電エネルギが必要になる。
In the fuel reformer of
この問題点は、筒内直接噴射式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比較的少量の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れば、解決できる。 This problem is that the fuel is reformed by discharging the discharge gas while flowing a relatively small amount of the discharge gas around the fuel injection port when the fuel is injected from the fuel injection port of the direct injection type fuel injection valve. This can be solved.
一方、筒内に燃料を直接噴射する場合には、詳しくは後述するが、燃料噴霧の形態、即ち形状や貫徹力を例えば機関運転状態に応じて変更したいという要求がある。 On the other hand, when fuel is directly injected into the cylinder, as will be described in detail later, there is a demand to change the form of fuel spray, that is, the shape and penetration force, for example, depending on the engine operating state.
そこで本発明は、簡単な構造で燃料を確実に改質しつつ、燃料噴霧の貫徹力を変更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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device capable of changing the penetration force of fuel spray while reliably reforming the fuel with a simple structure.
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、筒内直接噴射式燃料噴射弁の燃料噴口から燃料が噴射されるときに該燃料噴口周りに放電ガスを流通させながら該放電ガスを放電させることにより該燃料を改質するようにし、更に、該燃料噴口周りを流通する放電ガス量を機関運転状態に応じて制御するようにした燃料噴射装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to a first invention, when fuel is injected from a fuel injection port of a direct injection type fuel injection valve, the discharge gas is discharged while circulating the discharge gas around the fuel injection port. Thus, there is provided a fuel injection device that reforms the fuel and controls the amount of discharge gas flowing around the fuel injection port in accordance with the engine operating state.
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、燃料噴射弁の燃料噴射完了後に燃料噴射弁の燃料噴口周りに放電ガスを流通させて該放電ガス流れにより燃料噴射弁のサック内の残留燃料を燃料噴射弁外に吸い出すようにしている。 According to the second invention, in the first invention, after the fuel injection of the fuel injection valve is completed, the discharge gas is circulated around the fuel injection port of the fuel injection valve, and the discharge gas flow causes the residual in the sac of the fuel injection valve. The fuel is sucked out of the fuel injection valve.
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ができる。 The form of fuel spray can be changed while reliably reforming the fuel with a simple structure.
以下では本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合を説明する。しかしながら、圧縮着火式内燃機関に本発明を適用することもできる。また、燃料が液体の場合にも気体の場合にも本発明を適用できる。 Hereinafter, a case where the present invention is applied to a spark ignition type internal combustion engine will be described. However, the present invention can also be applied to a compression ignition type internal combustion engine. Further, the present invention can be applied when the fuel is liquid or gas.
図１及び図２を参照すると、燃料噴射装置１は開放先端２ａを有する筒状体２と、筒状体２の内部空間内に収容された筒内直接噴射式燃料噴射弁３とを具備する。これら筒状体２及び燃料噴射弁３は機関燃焼室４内に配置される。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
燃料噴射弁３はケーシング３ａと、ケーシング３ａ内に摺動可能に収容されたニードル３ｂとを具備する。ケーシング３ａの内周面とニードル３ｂの外周面間には環状の燃料通路３ｃが形成されている。また、ケーシング３ａ内部にはシート３ｄ及びサック３ｅが形成されており、ケーシング３ａの先端にはサック３ｅに接続される扁平形状断面の燃料噴口３ｆが形成されている。ニードル３ｂがシート３ｄから離脱されると燃料通路３ｃ内の燃料がサック３ｅを介し燃料噴口３ｆから噴射され、このとき扇形で扁平形状断面の燃料噴霧が形成される。これに対し、ニードル３ｂがシート３ｄに着座されると燃料噴射が停止される。
The
一方、筒状体２は燃料噴射弁３に対しほぼ同心状に延び、燃料噴射弁３の外周面に沿うように先細形状にされている。また、筒状体２の開放先端２ａ周りに燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆが位置するように、燃料噴射弁３が筒状体２に対して位置決めされる。
On the other hand, the
筒状体２の内周面と燃料噴射弁３の外周面間には環状の放電ガス通路５が形成されており、この放電ガス通路５は放電ガス供給管６を介し、吐出量を制御可能な放電ガスポンプ７の吐出側に接続される。放電ガスポンプ７の吸入側は例えばボンベの形の放電ガス源８に接続される。放電ガス通路５内に放電ガスを供給すべきときには放電ガスポンプ７が作動され、放電ガスの供給を停止すべきときには放電ガスポンプ７が停止される。
An annular
上述したように、筒状体２は先細形状にされているので、放電ガス通路５内に供給された放電ガスは燃料噴射弁ケーシング３ａの外周面に沿いつつ燃料噴口３ｆ周りを流通し、次いで筒状体２の開放先端２ａを介して燃焼室４内に流出する。また、燃料噴口３ｆから噴射される燃料も筒状体２の開放先端２ａを介して燃焼室４内に噴射される。そうすると、筒状体２の開放先端２ａは燃料及び放電ガスのためのノズルとして作用するとみることができ、そこで以下では開放先端２ａを燃料噴射装置１のノズル１ａとも称することにする。
As described above, since the
本発明による実施例では、放電ガスとして、反応性の低い例えば窒素又はアルゴンが用いられる。しかしながら、内燃機関の排気ガス又は空気を放電ガスとして用いることができ、この場合の放電ガス源８は機関排気通路又は大気から構成される。
In the embodiment according to the present invention, as the discharge gas, for example, nitrogen or argon having low reactivity is used. However, the exhaust gas or air of the internal combustion engine can be used as the discharge gas, and the
更に図１を参照すると、筒状体２及び燃料噴射弁３のケーシング３ａは導電性材料から形成されると共に、電源を含む放電制御装置９に接続されている。また、ノズル１ａないし燃料噴口３ｆ周りを除いて、筒状体２とケーシング３ａ間には絶縁層１０が設けられている。従って、放電制御装置９により筒状体２及び燃料噴射弁ケーシング３ａに放電電圧が印加されると、ノズル１ａ周りにおいて筒状体２と燃料噴射弁ケーシング３ａ間に放電が発生する。このように筒状体２及び燃料噴射弁ケーシング３ａは一対の放電電極として作用する。この場合の放電として、アーク放電、コロナ放電、グロー放電、バリア放電などあらゆる放電を用いることができ、放電を連続的に行うこともできるし完結的に行うこともできる。また、電源として直流電源を用いることもできるし交流電源を用いることもできる。なお、燃料噴射弁３、放電ガスポンプ７、及び放電制御装置９はデジタルコンピュータからなる制御ユニット１１によって制御される。
Further, referring to FIG. 1, the
さて、本発明による実施例では、燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆから燃料が噴射されるときに燃料噴口３ｆ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している。
In the embodiment according to the present invention, when fuel is injected from the
即ち、放電ガス通路５内に放電ガスを流通させながら筒状体２と燃料噴射弁ケーシング３ａ間に電圧を印加して放電ガスを放電させると、例えば図３に示されるように、燃料噴射装置１のノズル１ａ周りの燃焼室４内に活性領域Ａが形成される。この活性領域Ａ内には、放電によってプラズマ化又はラジカル化された放電ガスが含まれており、このプラズマ化又はラジカル化された放電ガスはきわめて活性に富んでいる。
That is, when a discharge gas is discharged by flowing a discharge gas through the
従って、燃料噴霧Ｆがこの活性領域Ａに接触し又は活性領域Ａ内を通過するようにすれば、燃料を確実にかつ簡単に軽質化できることになる。これが本発明における燃料改質方法の基本的な考え方である。 Therefore, if the fuel spray F is in contact with the active region A or passes through the active region A, the fuel can be reliably and easily lightened. This is the basic concept of the fuel reforming method in the present invention.
なお、活性領域Ａ内で放電ガスがプラズマ化又はラジカル化されているか否かは必ずしも明らかではないが、実際に放電ガスを流通させながら放電しかつ燃料噴射を行うと燃料が軽質化されることが確認されている。 It is not always clear whether or not the discharge gas is plasmatized or radicalized in the active region A. However, if the discharge is actually performed while the discharge gas is circulated and the fuel is injected, the fuel is lightened. Has been confirmed.
ところで、本発明による実施例の内燃機関では、二つの燃焼が例えば機関運転状態に応じて選択的に行われるようになっている。即ち、機関低負荷運転時には、燃焼室４内の限定された領域内に混合気を形成し、混合気周りの燃焼室内を空気のみ、又は空気及び排気再循環ガスのみで満たし、混合気を点火栓で着火する成層燃焼が行われる。これに対し、機関高負荷運転時には燃焼室内をほぼ一様の混合気で満たす均質燃焼が行われる。 By the way, in the internal combustion engine of the embodiment according to the present invention, the two combustions are selectively performed according to, for example, the engine operating state. That is, at the time of engine low load operation, an air-fuel mixture is formed in a limited region in the combustion chamber 4, the combustion chamber around the air-fuel mixture is filled with only air or only air and exhaust recirculation gas, and the air-fuel mixture is ignited. Stratified combustion is ignited by the plug. On the other hand, at the time of engine high load operation, homogeneous combustion is performed in which the combustion chamber is filled with a substantially uniform mixture.
成層燃焼では、圧縮行程末期に、ピストン頂面に形成された凹溝内に向けて燃料が噴射される。この場合、燃料は凹溝により案内されて点火栓周りまで進行し、点火栓周りの限定された領域内に混合気が形成される。従って、成層燃焼では狭幅で高貫徹力の燃料噴霧が好ましい。これに対し均質燃焼では、吸気行程に燃料が噴射される。この場合、燃料噴霧が高貫徹力であると、燃料がシリンダボアに付着するおそれがある。従って、均質燃焼では広幅で低貫徹力の燃料噴霧が好ましい。 In stratified combustion, fuel is injected into a concave groove formed in the piston top surface at the end of the compression stroke. In this case, the fuel is guided by the concave groove and travels around the spark plug, and an air-fuel mixture is formed in a limited region around the spark plug. Accordingly, in stratified combustion, fuel spray with a narrow width and a high penetration force is preferable. On the other hand, in homogeneous combustion, fuel is injected in the intake stroke. In this case, if the fuel spray has a high penetrating force, the fuel may adhere to the cylinder bore. Accordingly, wide and low penetration fuel sprays are preferred for homogeneous combustion.
一方、本発明による実施例では、燃料噴射弁３の燃料噴口３ｆ周りに放電ガスが流通されるので、この放電ガス流れによって燃料噴霧の形態、即ち形状や貫徹力を制御することができる。具体的には、放電ガスポンプ７の吐出量を制御して放電ガス量を増大させると、噴射燃料が高速の放電ガス流れによって運ばれ、かくして図４にＦＨで示されるような狭幅で高貫徹力の燃料噴霧を得ることができる。これに対し、放電ガス量を減少させると、図４にＦＬで示されるような広幅で低貫徹力の燃料噴霧を得ることができる。
On the other hand, in the embodiment according to the present invention, since the discharge gas is circulated around the
そこで本発明による実施例では、成層燃焼が行われるときには多量の放電ガス量を流通させ、均質燃焼が行われるときには少量の放電ガス量を流通させるようにしている。 Therefore, in the embodiment according to the present invention, a large amount of discharge gas is circulated when stratified combustion is performed, and a small amount of discharge gas is circulated when homogeneous combustion is performed.
次に、図５を参照して本発明による実施例を詳しく説明する。図５においてＱＧは供給される放電ガス流量を表している。 Next, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. In FIG. 5, QG represents the supplied discharge gas flow rate.
即ち、本発明による実施例では、図５に矢印Ｘで示されるように燃料噴射が開始されると、放電ガスの流通が開始され、放電が開始される。この場合、例えば成層燃焼を行うべきときには実線Ｈで示されるように多量の放電ガスが供給され、均質燃焼を行うべきときには破線Ｌで示されるように、少量の放電ガスが供給される。なお、成層燃焼時における燃料噴射量が均質燃料時におけるよりも少ないことを考えると、燃料噴射量が少ないときには多いときに比べて放電ガス量を増大させているとみることもできる。 That is, in the embodiment according to the present invention, when the fuel injection is started as shown by the arrow X in FIG. 5, the flow of the discharge gas is started and the discharge is started. In this case, for example, a large amount of discharge gas is supplied as indicated by a solid line H when stratified combustion is to be performed, and a small amount of discharge gas is supplied as indicated by a broken line L when homogeneous combustion is to be performed. Considering that the fuel injection amount at the time of stratified combustion is smaller than that at the time of homogeneous fuel, it can be considered that the discharge gas amount is increased when the fuel injection amount is small compared to when it is large.
次いで、図５に矢印Ｙで示されるように燃料噴射が停止されると、放電ガスの流通が停止され、放電が停止される。即ち、図５に示される例では、燃料が噴射されている期間だけ放電ガスが供給され、放電ガスが供給されている期間だけ放電が行われる。 Next, when the fuel injection is stopped as indicated by an arrow Y in FIG. 5, the flow of the discharge gas is stopped and the discharge is stopped. That is, in the example shown in FIG. 5, the discharge gas is supplied only during the period in which the fuel is injected, and the discharge is performed only during the period in which the discharge gas is supplied.
このように、燃料及び放電ガスを筒内に直接的に供給するようにしているので、燃料噴射装置１を小型化することができ、放電のために必要なエネルギを低減できる。
Thus, since the fuel and the discharge gas are directly supplied into the cylinder, the
図６は本発明による別の実施例を示している。 FIG. 6 shows another embodiment according to the present invention.
図６に示される例では、矢印Ｙで示されるように燃料噴射が停止されると、放電が停止され、しかしながら放電ガスの供給は継続して行われる。次いで、予め決められた時間だけ経過すると、矢印Ｚで示されるように、放電ガスの供給が停止される。このように、図６に示される例では、燃料噴射完了後にも、燃料噴口３ｆ周りに放電ガスが流通される。このようにしているのは次の理由による。
In the example shown in FIG. 6, when the fuel injection is stopped as indicated by the arrow Y, the discharge is stopped, but the supply of the discharge gas is continued. Next, when a predetermined time elapses, the supply of the discharge gas is stopped as indicated by an arrow Z. Thus, in the example shown in FIG. 6, the discharge gas is circulated around the
図１及び図２を参照しながら上述したように、燃料は燃料噴射弁３のサック３ｅを介し燃料噴口３ｆから噴射される。このため、燃料噴射完了後、サック３ｅ内に燃料が残留する。この残留燃料が燃焼火炎や高温の既燃ガスに晒されると、主として固体炭素からなるデポジットが形成されるおそれがあり、好ましくない。
As described above with reference to FIGS. 1 and 2, the fuel is injected from the
そこで本発明による別の実施例では、燃料噴射が完了した後に、燃料噴口３ｆ周りに放電ガスを継続して流通させ、図７に示されるように、放電ガス流れＤＧによりサック３ｅ内の残留燃料ＲＦを、燃料噴口３ｆを介し燃料噴射弁３外に吸い出すようにしている。
Therefore, in another embodiment according to the present invention, after the fuel injection is completed, the discharge gas is continuously circulated around the
このようにして吸い出された残留燃料は引き続いて行われる燃焼により燃焼せしめられ、従ってデポジット形成が抑制される。 The residual fuel sucked out in this way is burned by the subsequent combustion, so that deposit formation is suppressed.
なお、燃料噴射装置の別の構成及び作用は図１から図５に示される例と同様であるので説明を省略する。 In addition, since another structure and effect | action of a fuel-injection apparatus are the same as that of the example shown by FIGS. 1-5, description is abbreviate | omitted.
図８は本発明による更に別の実施例を示している。 FIG. 8 shows a further embodiment according to the present invention.
図８に示される例では、矢印Ｙで示されるように燃料噴射が完了すると放電ガスの供給が開始され、矢印Ｚで示されるように設定時間だけ経過すると放電ガスの供給が停止される。その結果、サック３ｅ内の残留燃料を燃料噴射弁３外に吸い出すことができる。
In the example shown in FIG. 8, the supply of the discharge gas is started when the fuel injection is completed as shown by the arrow Y, and the supply of the discharge gas is stopped when the set time has passed as shown by the arrow Z. As a result, the residual fuel in the
即ち、図８に示される例では、例えば機関暖機運転が完了するまでは、図１又は図５を参照して上述したように燃料噴射に同期して放電ガスの供給及び放電を行うことにより燃料改質作用が行われ、しかしながら暖機運転が完了すると燃料改質作用が停止される。このようにしているのは、燃料改質作用が特に暖機運転時に必要だからである。 That is, in the example shown in FIG. 8, for example, until the engine warm-up operation is completed, the discharge gas is supplied and discharged in synchronization with the fuel injection as described above with reference to FIG. 1 or FIG. The fuel reforming action is performed, however, when the warm-up operation is completed, the fuel reforming action is stopped. This is because the fuel reforming action is necessary particularly during the warm-up operation.
図８に示される例では、燃料改質作用が行われない暖機運転完了後であっても、燃料噴射完了後に放電ガスが供給され、残留燃料がサックから吸い出されるようにしている。その結果、この例でもデポジット形成が抑制される。なお、燃料噴射装置の別の構成及び作用は図１から図７に示される例と同様であるので説明を省略する。 In the example shown in FIG. 8, even after the completion of the warm-up operation in which the fuel reforming action is not performed, the discharge gas is supplied after the fuel injection is completed, and the residual fuel is sucked out from the sack. As a result, deposit formation is also suppressed in this example. In addition, since another structure and effect | action of a fuel-injection apparatus are the same as that of the example shown by FIGS. 1-7, description is abbreviate | omitted.
１ 燃料噴射装置
２ 筒状体
３ 燃料噴射弁
４ 燃焼室
５ 放電ガス通路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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| JP2008157037A (en) * | 2006-12-20 | 2008-07-10 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine |
| JP2009121406A (en) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Nissan Motor Co Ltd | Internal combustion engine, and operation control device and operation control method of internal combustion engine |
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- 2005-03-15 JP JP2005072966A patent/JP2006257896A/en active Pending
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| JP4710820B2 (en) * | 2006-12-20 | 2011-06-29 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine |
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