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JP2009102988A - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2009102988A
JP2009102988A JP2007272682A JP2007272682A JP2009102988A JP 2009102988 A JP2009102988 A JP 2009102988A JP 2007272682 A JP2007272682 A JP 2007272682A JP 2007272682 A JP2007272682 A JP 2007272682A JP 2009102988 A JP2009102988 A JP 2009102988A
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JP
Japan
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fuel
valve body
internal combustion
combustion engine
chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007272682A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Masubuchi
匡彦 増渕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【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
A fuel injection device for an internal combustion engine capable of facilitating fuel vaporization by generating fine cavitation in the fuel and injecting the fuel.
An injection hole, a fuel chamber, a valve body that opens to inject fuel in the fuel chamber from the injection hole and closes to stop fuel injection, a high-frequency vibration member, And the fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency by the high-frequency vibrating member when the valve body is closed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.

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)。   In a fuel injection device having a valve body coupled to a piezoelectric actuator and injecting fuel by opening the valve body by contracting the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator is operated at a high frequency when the valve body is opened to the maximum. It has been proposed to vibrate the injected fuel at a high frequency by oscillating it to remove deposits deposited in the nozzle holes (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−97390JP2003-97390 特開2003−105343JP 2003-105343 A 実開平4−769684-76968 特開昭63−268952JP 63-268952 A

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。   By the way, when the fuel is vibrated at high frequency, fine cavitation is generated in the fuel. By injecting fuel containing fine cavitation in this way, cavitation rapidly expands after injection to atomize the fuel and facilitate fuel vaporization. In the fuel injection device disclosed in Patent Document 1, the fuel vibrates at high frequency only in a short period while the valve element is opened to the maximum. With this, fine cavitation can be sufficiently generated in the fuel. Therefore, there is room for improvement in the vaporization of the injected fuel.

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。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that can facilitate fuel vaporization by generating fine cavitation in the fuel and injecting the fuel.

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。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injection device for an internal combustion engine, wherein an injection hole, a fuel chamber, and a fuel in the fuel chamber are opened to inject fuel from the injection hole, and fuel injection is stopped. A valve body for closing the valve and a high-frequency vibration member are provided, and the fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency by the high-frequency vibration member when the valve body is closed.

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。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the fuel injection device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the high-frequency vibration member is the first set period immediately before the valve body is opened. The fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency.

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。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the fuel injection device for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the high-frequency vibration member is the first set period immediately after the valve body is closed. The fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency.

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。   The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 4 according to the present invention is the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the first set period is lengthened as the engine temperature is low. To do.

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。   A fuel injection device for an internal combustion engine according to a fifth aspect of the present invention is the fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of the second to fourth aspects, wherein the fuel contains alcohol, The higher the alcohol concentration is, the longer the first setting period is.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel injection device for an internal combustion engine, wherein an injection hole, a fuel chamber, and the fuel in the fuel chamber are opened to inject fuel from the injection hole, and the fuel injection is stopped. A valve body for closing the valve and a high-frequency vibration member are provided, and the fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency by the high-frequency vibration member while the valve body is closed.

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。   A fuel injection device for an internal combustion engine according to a seventh aspect of the present invention is the fuel injection device for an internal combustion engine according to the second or sixth aspect, wherein the high-frequency vibration member is in a second set period shorter than the first set period. The fuel accumulated on the downstream side of the nozzle hole is vibrated at a high frequency immediately after the valve body is closed.

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。   An internal combustion engine fuel injection device according to an eighth aspect of the present invention is the internal combustion engine fuel injection device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the high-frequency vibration member opens the valve body to a maximum. The fuel in the fuel chamber is vibrated at a high frequency even when being valved.

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。   An internal combustion engine fuel injection device according to a ninth aspect of the present invention is the internal combustion engine fuel injection device according to any one of the first to eighth aspects, wherein the high-frequency vibration member opens the valve body and It is a piezo actuator for closing the valve.

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。   According to the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, the fuel in the fuel chamber is sufficiently long to vibrate at high frequency in order to vibrate the fuel in the fuel chamber by the high-frequency vibrating member when the valve body is closed. Thus, fine cavitation can be sufficiently generated in the fuel. Thus, if fine cavitation is sufficiently generated in the fuel and the fuel is injected, the cavitation expands rapidly after injection to atomize the fuel and facilitate fuel vaporization.

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。   According to the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 2 of the present invention, in the fuel injection device for internal combustion engine according to claim 1, the high-frequency vibration member is a fuel in a first setting period immediately before the valve body is opened. The fuel in the room is vibrated at a high frequency, and the first setting period can be set sufficiently long to sufficiently generate fine cavitation in the fuel in the fuel chamber.

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。   According to a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 3 of the present invention, in the fuel injection device for internal combustion engine according to claim 1, the high-frequency vibration member is a fuel in a first setting period immediately after the valve body is closed. The fuel in the room is vibrated at a high frequency, and the first setting period can be set sufficiently long to sufficiently generate fine cavitation in the fuel in the fuel chamber.

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。   According to the fuel injection device of the internal combustion engine according to claim 4 of the present invention, in the fuel injection device of the internal combustion engine according to claim 2 or 3, the lower the engine temperature, the longer the first setting period, Thereby, the lower the engine temperature at which the fuel is less likely to vaporize, the more fine cavitation is generated in the fuel in the fuel chamber, and the atomization of the injected fuel can be promoted.

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。   According to a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 5 of the present invention, in the fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, the fuel contains alcohol, The higher the alcohol concentration is, the longer the first setting period is. As a result, the higher the alcohol concentration at which the fuel is hard to vaporize, the more fine cavitation is generated in the fuel in the fuel chamber and the atomization of the injected fuel is reduced. Can be promoted.

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。   According to the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 6 of the present invention, the fuel in the fuel chamber is vibrated at high frequency by the high frequency vibrating member while the valve body is being closed. The atomization of the injected fuel can be promoted by generating even a small amount of fine cavitation in the fuel in the fuel chamber when the injected fuel pressure immediately before closing the valve is lowered.

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。   According to the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 7 of the present invention, in the fuel injection device for internal combustion engine according to claim 2 or 6, the high-frequency vibration member is in a second setting period shorter than the first setting period. The fuel accumulated on the downstream side of the valve body immediately after the valve is closed is caused to vibrate at high frequency, so that the fuel accumulated on the downstream side of the valve body flows out of the nozzle hole by the high frequency vibration, It becomes difficult to generate deposits in the nozzle holes.

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。   According to a fuel injection device for an internal combustion engine according to an eighth aspect of the present invention, in the fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of the first to seventh aspects, the high-frequency vibration member opens the valve body to the maximum. Even when the valve is being operated, the fuel in the fuel chamber is vibrated at a high frequency, so that even during fuel injection, fine cavitation is further generated in the fuel, which can further promote atomization of the injected fuel. it can.

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。   According to a fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 9 of the present invention, in the fuel injection device for internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, the high-frequency vibration member opens the valve body and Since the piezoelectric actuator for closing the valve is used, it is not necessary to provide a new member as the high-frequency vibration member.

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。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a fuel injection device according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a main body of the fuel injection device. A fuel reservoir 3 that communicates with the nozzle hole 2 is formed at the tip of the main body 1. The fuel reservoir 3 has a hemispherical portion on the distal end side and a cylindrical portion on the proximal end side, and the cylindrical portion is connected to a truncated cone-shaped portion of the fuel chamber 4, and a connecting corner portion of both forms a seat portion 5. A cylindrical portion on the base end side of the fuel chamber 4 is connected to the high-pressure fuel passage 6. The high-pressure fuel passage 6 is always supplied with high-pressure fuel in a pressure accumulation chamber (not shown) pressurized by a high-pressure pump, whereby the fuel chamber 4 is filled with high-pressure fuel via the high-pressure fuel passage 6. It is filled.

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。   A valve body 7 is disposed in the fuel chamber 4. When the valve body 7 is closed, the conical tip of the valve body 7 comes into contact with the seat portion 5, and as a result, the injection hole 2 is closed. Is stopped. On the other hand, when the valve body 7 is opened, the tip of the conical shape of the valve body 7 is separated from the seat portion 5, and when the fuel chamber 4 and the fuel reservoir 3 are communicated to open the injection hole 2, fuel injection is performed. Is done. The valve body 7 has a small-diameter portion 7a on the distal end side, an intermediate-diameter portion 7b, and a large-diameter portion 7c on the proximal end side, and the end surface of the large-diameter portion 7c contains high-pressure fuel via a high-pressure fuel passage 6. The fuel pressure acts in the valve closing direction, and the pressing force of the spring 8 also acts in the valve closing direction.

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。   A control chamber 10 whose volume is changed by the piston 9 is provided, and the fuel pressure in the control chamber 10 acts on the step portion between the middle diameter portion 7b and the large diameter portion 7c of the valve body 7 in the valve opening direction. ing. The control chamber 10 is connected to the high-pressure fuel passage 6 via the check valve 11 so that the inside of the control chamber 10 does not fall below the fuel pressure of the high-pressure fuel (the moment when the volume increases, the high-pressure fuel pressure is reduced). May be less). The piston 9 is moved in the direction of decreasing the volume of the control chamber 10 by the extension of the piezo actuator 12 via the operating rod 9a, and the volume of the control chamber 10 is increased by the spring 13 by contraction of the piezo actuator 12. Moved in the direction.

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。   When the volume of the control chamber 10 is reduced and the inside of the control chamber 10 is sufficiently increased from the fuel pressure of the high-pressure fuel, the force acting on the valve body 7 in the valve opening direction is greater than the force acting on the valve body 7 in the valve closing direction. The valve element 7 opens as the valve body becomes larger. On the other hand, when the volume of the control chamber 10 is increased and the inside of the control chamber 10 becomes the fuel pressure of the high-pressure fuel, the force acting in the valve closing direction by the pressing force of the spring 8 becomes larger than the force acting in the valve opening direction. The body 7 is closed.

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。   Thus, by applying a voltage to the piezo actuator 12 and extending it, the valve body 7 is opened to start fuel injection, and by stopping the voltage application to the piezo actuator 12 and contracting, the valve body 7 is closed. Thus, the fuel injection can be stopped. FIG. 2 is a time chart showing the lift amount of the valve body 7. The valve body 7 starts to open at time t1, closes at time t2, then starts to open at time t5, and closes at time t8. At time t6 after a while from time t5, the valve element 7 is lifted to the maximum, and is lifted to the maximum until time t7 when the valve closing is started.

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。   By the way, when the fuel is vibrated at high frequency, fine cavitation is generated in the fuel. By injecting fuel containing fine cavitation in this way, cavitation rapidly expands after injection to atomize the fuel and facilitate fuel vaporization. Further, when the generated cavitation collapses, the disrupted energy causes turbulence in the injected fuel, or the fuel is lightened, facilitating fuel vaporization. In the fuel injection device according to the present embodiment, the piezoelectric actuator 12 vibrates at a high frequency by superimposing a voltage or current having a slight amplitude that vibrates at a high frequency on the control voltage or control current of the piezoelectric actuator 12. The fuel in the fuel chamber 4 can be vibrated at a high frequency via

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。   Further, the piezo actuator 12 vibrates the piston 9 at high frequency, and vibrates the fuel in the back pressure chamber 14 of the piston 9 at high frequency. Since the back pressure chamber 14 communicates with the fuel chamber 4 via the high pressure fuel passage 6, the high frequency vibration of the fuel in the back pressure chamber 14 is propagated to the fuel in the fuel chamber 4, and the fuel in the fuel chamber 4 Is vibrated at high frequency.

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。   FIG. 5 shows that when a constant voltage is applied to the piezo actuator 12, that is, when the valve body is closed (for example, an applied voltage of 0 V) and when the valve body is fully opened (lifted), a slight amount of high frequency is shown. This shows a case where a voltage with a large amplitude is superimposed. FIG. 6 shows a case where the voltage applied to the piezo actuator 12 is changing, for example, a case where a high-frequency voltage with a slight amplitude is superimposed on the valve body during closing. The piezoelectric actuator 12 can be vibrated at a high frequency not by such voltage control but by similar current control.

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。   For example, even when the piezo actuator 12 is vibrated at a high frequency while the valve element 7 is lifted to the maximum (between time t6 and time t7), fine cavitation is sufficiently generated in the fuel in the fuel chamber 4. It is not possible to promote vaporization of injected fuel.

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。   Accordingly, in the present embodiment, the fuel in the fuel chamber 4 is vibrated at high frequency by the piezo actuator 12 when the valve body 7 is closed (between time t2 and time t5). When the valve body 7 is closed, the fuel in the fuel chamber 4 can be sufficiently vibrated at a high frequency to sufficiently generate fine cavitation in the fuel. Thus, if fine cavitation is sufficiently generated in the fuel and the fuel is injected, the cavitation expands rapidly after injection to atomize the fuel and facilitate fuel vaporization. Of course, the fuel in the fuel chamber 4 may be vibrated at a high frequency during the entire period when the valve body 7 is closed, but the fuel in the fuel chamber 4 may be vibrated at a high frequency during a partial period when the valve body 7 is closed. Also good.

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。   In the fuel injection device of the present embodiment, the piezo actuator 12 is not directly connected to the valve body 7, and the valve body 7 is opened and closed by the fuel pressure in the control chamber 10 controlled by the piezo actuator 12. When the piezoelectric actuator 12 is vibrated at high frequency, that is, when the piezo actuator 12 repeats slight expansion and contraction for a short time, the fuel pressure in the control chamber 10 is changed by the piston 9 until the valve body 7 is opened. The fuel pressure in the control chamber 10 does not increase. Thereby, even if the piezo actuator 12 is vibrated at high frequency while the valve body 7 is closed, the valve body 7 does not open.

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。   The partial period described above can be a first setting period (for example, between time t2 and time t3) immediately after the valve body 7 is closed. Of course, the first setting period immediately after the valve body 7 is closed may not start from the valve closing timing (time t2) of the valve body 7. Further, the partial period can be a first setting period (for example, between time t4 and time t5) immediately before the valve element 7 is opened. Of course, the first setting period immediately before the opening of the valve body 7 does not have to end at the valve opening timing (time t5) of the valve body 7. The first setting period when the valve body 7 is closed can be set sufficiently long, and fine cavitation can be sufficiently generated in the fuel in the fuel chamber 4. In addition, by generating cavitation immediately before the valve element 7 is opened, a large amount of cavitation can surely exist in the fuel even at the time of injection.

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。   By the way, the lower the engine temperature is, the more difficult it is to vaporize the injected fuel. Therefore, as shown in FIG. 3, the lower the cooling water temperature, the larger the water temperature coefficient a is set. The period may be corrected by multiplication by the water temperature coefficient a. As a result, the lower the engine temperature, the longer the first set period, and the lower the engine temperature at which the fuel is less likely to vaporize, the more fine cavitation is generated in the fuel in the fuel chamber, which promotes atomization of the injected fuel. be able to. Such high-frequency vibration of the piezo actuator 12 may be performed only when the engine is started.

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。   In addition, when alcohol (for example, ethanol or methanol) is included in the injected fuel, the alcohol requires a large amount of latent heat of vaporization. Therefore, the higher the alcohol concentration of the fuel, the more difficult it is to vaporize. Thereby, as shown in FIG. 4, the higher the alcohol concentration, the larger the concentration coefficient b may be set, and the reference period may be multiplied and corrected by the concentration coefficient b in the first setting period described above. As a result, the higher the alcohol concentration at which the fuel is less likely to vaporize, the longer the first setting period, and a large amount of fine cavitation is generated in the fuel in the fuel chamber, which can promote atomization of the injected fuel. . Such high-frequency vibration of the piezo actuator 12 may be performed only when the engine is started. Further, the reference period of the first set period may be corrected by multiplication with the concentration coefficient b and the water temperature coefficient a.

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。   By the way, during the valve closing of the valve body 7 (from time t7 to time t8), the injected fuel pressure gradually decreases, so that the atomization of the injected fuel worsens as the injected fuel pressure decreases. As a result, if the fuel in the fuel chamber 4 is vibrated at a high frequency while the valve body 7 is being closed, the fuel in the fuel chamber 4 will be fine when the injected fuel pressure immediately before the valve body 7 is closed. Even a slight cavitation can be generated to promote atomization of the injected fuel. Of course, the fuel in the fuel chamber 4 may be vibrated at a high frequency during the entire period when the valve body 7 is being closed. However, the fuel within the fuel chamber 4 may be vibrated at a high frequency during a part of the period when the valve body 7 is being closed. May be.

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。   Further, immediately after the valve body 7 is closed, the fuel reservoir 3 and the injection hole 2 are filled with fuel. When this fuel is exposed to a high temperature in the combustion chamber, it may become a deposit and reduce the inner diameter of the nozzle hole 2. Thereby, immediately after the valve body 7 is closed, the fuel in the fuel reservoir 3 and the nozzle hole 2, that is, the fuel accumulated on the downstream side of the valve body 7 is preferably discharged immediately.

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。   In the first setting period immediately after the valve body 7 is closed, when the piezo actuator 12 is vibrated at high frequency and the fuel in the fuel chamber 4 is vibrated at high frequency, the high frequency vibration of the piezo actuator 12 is downstream of the valve body 7. The accumulated fuel is also vibrated at a high frequency, and can automatically flow out of the nozzle hole 2. However, in the first setting period immediately before the valve element 7 is opened or when the fuel in the fuel chamber 4 is vibrated at a high frequency while the valve element 7 is being closed, in the second setting period immediately after the valve element 7 is closed. It is preferable to make it difficult for deposits to be generated in the injection hole 2 by causing the piezoelectric actuator 12 to vibrate at high frequency to cause the fuel accumulated on the downstream side of the valve body 7 to vibrate at high frequency and to flow out of the injection hole 2. This second setting period can be shorter than the first setting period described above.

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。   Of course, the fuel in the fuel chamber 4 may be vibrated at a high frequency even when the valve element 7 is opened to the maximum, so that fine cavitation is generated in the fuel in the fuel chamber 4 during fuel injection. And can further promote atomization of the injected fuel.

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。   In the fuel injection device of the present embodiment, a piezoelectric actuator for opening and closing the valve body 7 as a high-frequency vibration member that vibrates the fuel in the fuel chamber 4 or the fuel accumulated on the downstream side of the valve body 7 at a high frequency. Therefore, it is not necessary to provide a new member as the high-frequency vibration member. Of course, the actuator that opens and closes the valve body 7 may or may not be a piezoelectric actuator. Such a high-frequency vibration member may be provided.

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。It is a schematic sectional drawing of the fuel-injection apparatus of the internal combustion engine by this invention. 弁体のリフト量を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the lift amount of a valve body. 水温係数を設定するためのマップである。It is a map for setting a water temperature coefficient. 濃度係数を設定するためのマップである。It is a map for setting a density coefficient. 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。It is a time chart which shows the case where the voltage of the small amplitude of a high frequency is superimposed on the fixed control voltage. 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。It is a time chart which shows the case where the voltage of the slight amplitude of a high frequency is superimposed on the control voltage which changes.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main body 2 Injection hole 3 Fuel reservoir 4 Fuel chamber 7 Valve body 9 Piston 10 Control chamber 12 Piezo actuator

Claims (9)

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。   Comprising a nozzle hole, a fuel chamber, a valve body that opens to inject fuel in the fuel chamber from the nozzle hole, and closes to stop fuel injection, and a high-frequency vibration member, A fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the high-frequency vibration member vibrates the fuel in the fuel chamber at high frequency when the valve body is closed. 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。   2. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the high-frequency vibration member vibrates the fuel in the fuel chamber at a high frequency in a first setting period immediately before the valve body is opened. 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。   2. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the high-frequency vibration member vibrates the fuel in the fuel chamber at a high frequency in a first setting period immediately after the valve body is closed. 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。   The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the first set period is lengthened as the engine temperature is lower. 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。   The fuel injection apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, wherein the fuel contains alcohol, and the first setting period is lengthened as the alcohol concentration of the fuel is higher. 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。   Comprising a nozzle hole, a fuel chamber, a valve body that opens to inject fuel in the fuel chamber from the nozzle hole, and closes to stop fuel injection, and a high-frequency vibration member, A fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the high-frequency vibration member vibrates the fuel in the fuel chamber at a high frequency while the valve body is closed. 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。   7. The high-frequency vibrating member vibrates high-frequency vibrations of fuel accumulated on the downstream side of the nozzle hole immediately after the valve element is closed in a second setting period shorter than the first setting period. 2. A fuel injection device for an internal combustion engine according to 1. 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。   The fuel injection of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the high-frequency vibration member vibrates the fuel in the fuel chamber at a high frequency even when the valve body is opened to a maximum. apparatus. 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。   9. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the high-frequency vibration member is a piezo actuator for opening and closing the valve body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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