燃料供給装置
【課題】複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路毎、或いは、特定の燃料噴射孔毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料の流れを制御する流体制御装置１４とを備え、流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の途中に配置され上下流側を連通する穴２０を有する管体２１と、穴２０を開閉する栓２２と、穴２０の上流側に配置され電圧印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３一端部を固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３他端部と栓２２とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０の下流側に配置され電圧印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６一端部を固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６他端部と栓２２とを繋ぐ第二張力材２８とを有する。
【解決手段】燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料の流れを制御する流体制御装置１４とを備え、流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の途中に配置され上下流側を連通する穴２０を有する管体２１と、穴２０を開閉する栓２２と、穴２０の上流側に配置され電圧印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３一端部を固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３他端部と栓２２とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０の下流側に配置され電圧印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６一端部を固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６他端部と栓２２とを繋ぐ第二張力材２８とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を供給するための装置に係り、特に、ディーゼル自動車用の燃料噴射装置に適用される燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧縮着火内燃機関である、ディーゼル自動車用の燃料供給装置（燃料噴射装置）として、コモンレール装置（コモンレールシステム）が用いられるようになり、一般的になっている。
【０００３】
コモンレール装置は、１．超高圧の燃料が噴射出来る、２．燃料噴射量の制御が容易である、などの理由から、燃料の微粒化を行い、燃料と空気との混合を促進し、黒煙やＰＭ（微粒子）を低減することが可能となっている。また、コモンレール装置は、燃料の噴射量や時期を変えることで、燃焼温度を低減させ、ＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することが可能となっている。
【０００４】
現在のコモンレール装置では、燃料を噴射する穴を開閉するニードルを動かすために、ソレノイドを有する電磁弁を使用している。また、コモンレール装置には、より応答性の高い装置として、ピエゾ素子（圧電素子）を用いたピエゾアクチュエータでニードルを動かすものもある。
【０００５】
また、図１２に示すように、燃料が通過する流路は、インジェクタ１００の手前までは、蓄圧を行うコモンレールと、コモンレールとインジェクタ１００とを繋ぐ圧力配管によって構成され、インジェクタ１００の内部では、インジェクタ１００の内部に形成された流路１０１によって構成されている。また、噴射の有無は、ニードル１０２の上下によって表現される、テーパー部１０３の閉塞の有無によって実現されている。多くの燃料噴射装置の場合、ニードル１０２の持ち上げと同時に、全ての噴射孔１０４から燃料が噴出するようになっている。
【０００６】
しかしながら、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて、熱効率の点からは有利であるにもかかわらず、黒煙、ＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘといった有害排出物が多いため、現在でも、商用車を除いて広く市場に出回っていない。近年、ディーゼル燃焼後に、後処理を加えることで、黒煙やＨＣなどの有害排出物を減少させる工夫も講じられているが、後処理装置に用いられている触媒は、白金族を中心としたものであり、コストの増加が避けられない。
【０００７】
そこで、燃焼方法自体の改善によって、燃焼時に発生する有害排出物を減少させる方法が考えられている。
【０００８】
例えば、特許文献１では、予混合燃焼と拡散燃焼とでは、最適な燃料の噴霧形態が異なるとし、それぞれの燃焼に応じた噴霧の形成を行う燃料噴射装置が提案されている。この特許文献１では、予混合燃焼のためには、燃料噴射角度を狭くして、圧縮上死点よりも早期に燃料噴射を行い、拡散燃焼の時には、燃料噴射角度を大きく取って、空気と燃料との混合を促進させている。
【０００９】
また、特許文献２及び特許文献３に記載のように、広がり角度が異なる噴霧を、燃料噴射量の制限無く噴射するための手段として、燃料噴射装置に、ニードルを複数本設けたものも提案されている。このような燃料噴射装置の場合、予混合燃焼の燃料噴射量と、拡散燃焼の燃料噴射量が自由に設定出来るため、過渡運転時に燃焼変動が少なくできるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３１５１６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２９１９１８号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在、上述したような理由から、噴霧の自由度を上げるために行われている方法として、例えば、特許文献３に記載されるような燃料噴射装置があるが、燃料噴射角度の自由度は上がっているものの、二箇所の噴霧発生部から噴霧が出るために、噴霧同士の衝突が避けられない。そのため、筒内（エンジンシリンダ内）の空気流動によっては、過濃な燃料−空気混合気の形成によって、燃焼時にスモークやＨＣの発生が予測される。
【００１２】
さらに、機械的な工夫や、燃料噴射装置（インジェクタ）の複数増設を行うと、それらを制御する装置が大型化し、信頼性や、コスト面において、不安定なものが出来上がり、実際の使用に耐える製品に結びつかない可能性が考えられる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路毎、或いは、特定の燃料噴射孔毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料が流れる燃料供給流路と該燃料供給流路の燃料出口を為す燃料噴射孔とを有する装置本体と、前記燃料供給流路に設けられ前記燃料供給流路内の燃料の流れを制御する流体制御装置とを備え、該流体制御装置は、前記燃料供給流路の途中に配置され前記燃料供給流路の上流側と下流側とを連通する穴を有する管体と、前記穴を開閉する栓と、前記穴よりも上流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子と、該第一圧電素子の一端部を固定する第一固定材と、前記第一圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第一張力材と、前記穴よりも下流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子と、該第二圧電素子の一端部を固定する第二固定材と、前記第二圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第二張力材とを有し、前記第一圧電素子に電圧を印加することで前記第一圧電素子を伸長させると共に、前記第二圧電素子への電圧印加を解除することで前記第二圧電素子を縮退させ、前記第一圧電素子によって前記第一張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、一方、前記第一圧電素子への電圧印加を解除することで前記第一圧電素子を縮退させると共に、前記第二圧電素子に電圧を印加することで前記第二圧電素子を伸長させ、前記第二圧電素子によって前記第二張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓するものである。
【００１５】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、前記本流路に前記流体制御装置が設けられても良い。
【００１６】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、各分岐流路に前記流体制御装置が設けられても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路毎、或いは、特定の燃料噴射孔毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置を提供することが出来るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の概略図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】流体制御装置の概略斜視図である。
【図４】流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は開栓状態を示し、（ｂ）は閉栓状態を示す。
【図５】他の実施形態に係る燃料供給装置の概略図である。
【図６】他の実施形態に係る燃料供給装置の要部拡大図である。
【図７】実施例１に係る燃料供給装置の概略図である。
【図８】実施例１に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示すエンジン燃焼室の概略側面図である。
【図９】実施例２に係る燃料供給装置の概略図である。
【図１０】実施例２に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示す装置本体の下面図である。
【図１１】実施例２に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示す装置本体の下面図である。
【図１２】従来例に係るインジェクタの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本実施形態に係る燃料供給装置１０は、例えば、車両に搭載されるディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に適用される。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１０は、燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体（インジェクタ）１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料供給流路１１内の燃料の流れを制御する流体制御装置１４と、流体制御装置１４（後述する第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１のＯＮ・ＯＦＦ）を制御する制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１５とを備えている。本実施形態では、燃料噴射角度や、燃料噴射方向、燃料噴射量などを自由に決めるために、燃料噴射孔１２までの燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けている。各燃料供給流路１１は、装置本体１３の外部からの燃料が導入される本流路１６と、本流路１６から分岐して燃料噴射孔１２に各々至る複数の分岐流路１７とを有している。また、各燃料供給流路１１の本流路１６には圧力配管１８を介してコモンレール（蓄圧器）１９が接続されており、コモンレール１９からの燃料が本流路１６（燃料供給流路１１）に導入されるようになっている。
【００２２】
本実施形態では、各流体制御装置１４は、燃料供給流路１１における分岐流路１７の分岐箇所と燃料噴射孔１２までの途中に配置されている。つまり、各流体制御装置１４は、分岐流路１７に配置されている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、各流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の分岐流路１７の途中に配置され分岐流路１７の上流側と下流側とを連通する穴２０を有する管体２１と、管体２１に形成された穴２０を開閉する栓（弁体）２２と、穴２０（管体２１）よりも上流側の分岐流路１７内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３の一端部（図示例では、下端部）を装置本体１３に対して固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３の他端部（図示例では、上端部）と栓２２の上流側端部（図示例では、上端部）とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０（管体２１）よりも下流側の分岐流路１７内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６の一端部（図示例では、上端部）を装置本体１３に対して固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６の他端部（図示例では、下端部）と栓２２の下流側端部（図示例では、下端部）とを繋ぐ第二張力材２８とを有している。なお、図３中、符号２９は第一圧電素子２３に電圧を印加するための第一電気回路を示し、符号３０は第二圧電素子２６に電圧を印加するための第二電気回路を示し、符号３１は、栓２２が圧電素子からなる場合に、栓２２に電圧を印加するための第三電気回路を示す。これら第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１は装置本体１３から離れた所に配置しても良い。つまり、第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１は、装置本体１３の内部に配置しても良く、装置本体１３の外部に配置しても良い。
【００２４】
管体２１は外周部にて分岐流路１７の内周壁部分に固定されており、燃料が通過する穴２０は、分岐流路１７の上流側から下流側に向かい縮径されるテーパ状のシート面３２を有している。本実施形態の管体２１は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。
【００２５】
本実施形態の栓２２は逆円錐台形に形成されている。つまり、第一張力材２５が取り付けられた上流側端部を栓２２の基端側とすると、栓２２は先端側（下流側端部）に向かい幅（外径）が小さくなるような形状とされる。栓２２によって燃料が通過する穴２０を閉塞する際には、栓２２を分岐流路１７の上流側から穴２０に挿入して、栓２２の外周面を穴２０のシート面３２に密着（当接）させるようになっている。本実施形態では、栓２２は圧電素子からなる。栓２２が圧電素子からなる場合、第三電気回路３１による栓２２への電圧印加で、栓２２の移動（変形）が可能になるため、極微少量の燃料流量制御が可能になる。なお、栓２２は必ずしも圧電素子からなる必要はなく、例えば、栓２２は金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）などの他の材料からなっても良い。
【００２６】
本実施形態の第一圧電素子２３及び第二圧電素子２６はピエゾ素子からなる。ＥＣＵ１５によって第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで第一圧電素子２３を伸長させ、ＥＣＵ１５によって第一電気回路２９をＯＦＦして第一圧電素子２３への電圧印加を解除することで第一圧電素子２３を縮退させるようになっている。また、ＥＣＵ１５によって第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで第二圧電素子２６を伸長させ、ＥＣＵ１５によって第二電気回路３０をＯＦＦして第二圧電素子２６への電圧印加を解除することで第二圧電素子２６を縮退させるようになっている。第一圧電素子２３の中心部には、第一張力材２５と燃料とが同時に通過する第一挿通穴３３が第一圧電素子２３の上下面を貫通させて設けられており、第二圧電素子２６の中心部には、第二張力材２８と燃料とが同時に通過する第二挿通穴３４が第二圧電素子２６の上下面を貫通させて設けられている。本実施形態の第一圧電素子２３（ピエゾ素子）は、単一の結晶からなり、円錐台形に形成されており、本実施形態の第二圧電素子２６（ピエゾ素子）は、単一の結晶からなり、逆円錐台形に形成されている。
【００２７】
本実施形態の第一固定材２４は円板状の第一固定板３５を有し、本実施形態の第二固定部材２７は円板状の第二固定板３６を有する。本実施形態では、第一固定板３５及び第二固定板３６はそれぞれ、外周部にて分岐流路１７の内周壁部分に固定されている。第一固定板３５の中心部には、第一張力材２５と燃料とが同時に通過する第一挿通穴３７が第一固定板３５の上下面を貫通させて設けられており、第二固定板３６の中心部には、第二張力材２８と燃料とが同時に通過する第二挿通穴３８が第二固定板３６の上下面を貫通させて設けられている。第一圧電素子２３の下端部を第一固定板３５の上面に固定し、第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで、第一圧電素子２３を第一固定板３５から上方向（分岐流路１７の上流側）に変位させることが可能となる。また、第二圧電素子２６の上端部を第二固定板３６の下面に固定し、第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで、第二圧電素子２６を第二固定板３６から下方向（分岐流路１７の下流側）に変位させることが可能となる。第一固定板３５及び第二固定板３６は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。
【００２８】
本実施形態の第一張力材２５及び第二張力材２８は、線状に形成されている。本実施形態では、第一張力材２５は第一圧電素子２３の第一挿通穴３３及び第一固定板３５の第一挿通穴３７に挿通されており、第一張力材２５の上端部が第一圧電素子２３の上面に張り付けられている。また、第二張力材２８は第二圧電素子２６の第二挿通穴３４及び第二固定板３６の第二挿通穴３８に挿通されており、第二張力材２８の下端部が第二圧電素子２６の下面に張り付けられている。本実施形態の第一張力材２５及び第二張力材２８は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。具体的には、第一張力材２５及び第二張力材２８を、鉄のワイヤー、アルミ線、フッ素樹脂の線、アラミド繊維の線などから構成することが考えられる。また、流体制御装置１４をナノスケール（ナノメートルオーダー）で製作する場合、第一張力材２５及び第二張力材２８の素材として、カーボンナノチューブを用いることが考えられる。さらに、栓２２が圧電素子からなる場合、第一張力材２５或いは第二張力材２８を導電性材料から構成することで、栓２２への電力供給を第一張力材２５或いは第二張力材２８を介して行うことが可能となる。
【００２９】
第一圧電素子２３、第一固定板３５、第一張力材２５、第二圧電素子２６、第二固定板３６、第二張力材２８及び栓２２の微細加工精度、第一張力材２５及び第二張力材２８の製作材料によって、ミリメートルオーダーからナノメートルオーダーまで流体制御装置１４を構成することが可能である。
【００３０】
分岐流路１７における燃料噴射孔１２の直前に配置した、流体制御装置１４は、どの燃料噴射孔１２から燃料を供給するかを決めるために、必要になると考えられる。例えば、エンジンシリンダ内の、スモーク或いはＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などの有害排出物の発生箇所をセンサなどの手段で検知した場合、そのような有害排出物が発生している箇所に燃料を供給しないように燃料噴射孔１２を閉止することと、スモーク或いはＨＣ、ＣＯの燃焼を行わせるため、意図的に燃料を供給するために燃料噴射孔１２を開くことが考えられる。
【００３１】
本実施形態の流体制御装置１４の作動を図４により説明する。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、分岐流路１７中に栓２２を配置して、分岐流路１７の途中に配置した管体２１の穴２０を栓２２で閉塞することで、栓２２より手前側（上流側）の分岐流路１７内の燃料の圧力を高めることが出来る。ここで、図４（ａ）に示すように、第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで、第一圧電素子２３を第一固定板３５から上方向（分岐流路１７の上流側）に変位させる（第一圧電素子２３を伸長させる）と共に、第二電気回路３０による第二圧電素子２６への電圧印加を解除することで、第二圧電素子２６を縮退させ、第一圧電素子２３に接続された第一張力材２５を上方向（上流側）に引っ張って、栓２２を穴２０のシート面３２から離間させることで、栓２２を開栓する。栓２２を開栓して穴２０を開放することによって、圧力が保たれた上流側の分岐流路１７から、燃料噴射孔１２を通じて装置本体１３の外部に燃料が出ていくことになる。
【００３３】
そして、図４（ｂ）に示すように、第一電気回路２９をＯＦＦして第一圧電素子２３への電圧印加を解除することで、第一圧電素子２３を縮退させると共に、第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで、第二圧電素子２６を第二固定板３６から下方向（分岐流路１７の下流側）に変位させ（第二圧電素子２６を伸長させ）、第二圧電素子２６に接続された第二張力材２８を下方向（下流側）に引っ張って、栓２２を穴２０のシート面３２に密着（当接）させることで、栓２２を閉栓する。これにより、燃料噴射孔１２から装置本体１３の外部への燃料の供給が停止されることとなる。
【００３４】
第一圧電素子２３及び第二圧電素子２６（ピエゾ素子）は、低い周波数から、１００ＭＨｚ程度までの振動を発生することが可能で、燃料噴射孔１２の開閉時間を短くすることで、ごく微量の流量（燃料噴射量、燃料噴射時間）に制御することが出来る。
【００３５】
要するに、本実施形態によれば、燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料供給流路１１内の燃料の流れを制御する流体制御装置１４とを備え、流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の途中に配置され燃料供給流路１１の上流側と下流側とを連通する穴２０を有する管体２１と、穴２０を開閉する栓２２と、穴２０よりも上流側の燃料供給流路１１内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３の一端部を固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３の他端部と栓２２とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０よりも下流側の燃料供給流路１１内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６の一端部を固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６の他端部と栓２２とを繋ぐ第二張力材２８とを有して燃料供給装置１０を構成したので、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路１１毎、或いは、特定の燃料噴射孔１２毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置１０を提供することができる。
【００３６】
つまり、これまでの装置によって、燃料を自由度が大きい条件（燃料噴射時期、燃料噴射角度、燃料噴射方向、燃料性状、燃料噴射孔数、燃料噴射量）の下で供給するためには、装置（特に、インジェクタ）の形状が複雑になるという欠点があったが、燃料供給流路１１に設けた流体制御装置１４を用いて燃料供給装置１０を構成することによって、簡単な仕組みで、多自由度の燃料供給が可能となる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、特定の燃料供給流路１１毎に、或いは、特定の燃料噴射孔１２毎に、燃料噴射の有無を指定することが出来るので、エンジン燃焼室内部で、スモーク或いはＨＣ、ＮＯｘが発生したこと、また、その発生場所が検知出来れば、エンジンシリンダ内の燃焼状況（温度、ガス成分、流れの状態など）に応じて、燃料噴射位置、燃料噴射方向、燃料噴射角度、燃料噴射量を変更することが可能である。
【００３８】
さらに、以上述べた方法を用いることにより、これまでに実現出来なかったような、より細かい燃料噴射位置、燃料噴射方向、燃料噴射角度、燃料噴射量の制御を行うことができ、それにより、燃焼の制御を繊細に行うことで、より低燃費で、低有害排出ガスのエンジンが構成出来る。
【００３９】
なお、本実施形態では、燃料供給流路１１が本流路１６と複数の分岐流路１７とを有する（一燃料供給流路＝複数燃料噴射孔）としたが、図５に示すように、装置本体１３内に複数の燃料供給流路１１を設け、そのまま燃料供給流路１１から燃料噴射孔１２につながるようにしても良い。つまり、一つの燃料供給流路１１につき一つの燃料噴射孔１２を設けても良い（一燃料供給流路＝一燃料噴射孔）。一つの燃料供給流路１１につき一つの燃料噴射孔１２を設けた場合、その燃料供給流路１１の途中に流体制御装置１４を配置して、望ましい燃料噴射孔１２から燃料を供給する。
【００４０】
また、燃料供給流路１１自体の形状（断面形状）については何でも取り得る。例えば、図６に示すように、燃料噴射孔１２手前の燃料供給流路１１（分岐流路１７）の形状を、燃料の流れを考え、ノズル形状にすることも考えられる。
【００４１】
さらに、図１などでは、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置しているが、流体供給流路１１の本流路１６に流体制御装置１４を配置しても良い。流体制御装置１４を流体供給流路１１の分岐流路１７に配置した場合、燃料噴射孔１２毎に燃料の流れを制御出来るメリットがある反面、流体制御装置１４の制御用の線（主に電線）が燃料噴射孔１２の数だけ必要となり、製作が困難となる可能性がある。一方、流体制御装置１４を流体供給流路１１の本流路１６に配置すると、製作は比較的簡単になるが、本流路１６から先の燃料の流れは制御出来ないので、きめ細かい燃料の噴射が困難となる。
【００４２】
以下、本発明の実施例（実施例１及び実施例２）を説明する。
【００４３】
図７及び図８に実施例１を示し、図９から図１１に実施例２を示した。ここでは、燃料供給流路１１の数、燃料噴射孔１２の数などについては問わない。実施例１及び実施例２は、流体制御装置１４を基礎に本発明が実現出来ることを示している。なお、図７、図８、図１０及び図１１において、符号Ｆは噴霧を示している。
【００４４】
〔実施例１〕
まず、図７及び図８に示す実施例１について説明する。
【００４５】
図７に示すように、実施例１では、燃料噴射方向（燃料噴射角度）が互いに異なる燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けた場合を示している。図示例では燃料供給流路１１の本流路１６に流体制御装置１４を配置しているが、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置しても良い。流体制御装置１４を用いることで、それぞれの燃料供給流路１１に燃料を供給するか否かが決定出来るので、燃料の噴射位置（噴射方向）や、噴射時間などを自由に設定出来る。そこで、図８に示すように、ピストン４０が上昇してくると共に、流体制御装置１４によって燃料を供給する燃料供給流路１１を切り替えることによって、燃料の噴射角度を、変更することが出来る。
【００４６】
一例として、ピストン４０が下死点に近いときは、燃料の噴射角度が小さく（狭く）なる燃料供給流路１１を選択して燃料を供給し（図８（ａ）参照）、ピストン４０が上昇してくると共に、燃料とピストン燃焼室内の壁面の衝突によって燃料が冷却されて失火が生じる現象（失火現象）を避けるために、ピストン燃焼室内の壁面に直接燃料が当たらないような燃料供給流路１１を選択し、燃料の噴射角度を大きく（広く）する（図８（ｂ）及び（ｃ）参照）ことが考えられる。
【００４７】
供給した燃料をエンジン燃焼室内の中心部にとどめることが出来れば、ピストン４０の上昇と共に、燃料と空気との混合は進むものの、相対的に燃料濃度が大きい（高い）ピストン４０中心部の箇所と、燃料濃度が小さい（低い）ピストン４０外縁部の箇所とを生成することが出来る。
【００４８】
また、一例として、燃料濃度の大きい箇所では、着火が可能であるように燃料を分布させ、燃料濃度の小さい箇所では、着火限界を下回るようにした場合、燃料濃度の制御を行うことで、エンジンシリンダ内のどの範囲を着火可能にするかという、燃焼の制御を行うことが出来るメリットがもたらされる。
【００４９】
さらに、一例として、ピストン４０の動きに合わせて、噴射角度を変えながら燃料を供給すると、燃料の噴射方向に応じて燃料濃度が異なる空間を作ることも可能であり、火炎の伝播を制御する場合の必要なデバイスとなりうる。
【００５０】
〔実施例２〕
次に、図９から図１１に示す実施例２について説明する。
【００５１】
図９に示すように、実施例２では、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置することで、流体制御装置１４を用いて、時間に応じて、どの燃料噴射孔１２から燃料を供給するか決定出来うることを示している。つまり、実施例２では、燃料噴射角度は互いにほぼ同じであるが燃料噴射方向（平面視での燃料噴射位置）が互いに異なる燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けた場合を示している。図１０及び図１１に示すように、燃料を噴射する燃料噴射孔１２を次々と移動させることで、一箇所の燃料噴射孔１２から噴射された燃料が、エンジンシリンダ内部のスワールによってかき混ぜられるのと同様な効果が得られると想定される。また、燃料を噴射する燃料噴射孔１２を適切に選択することで、スモーク或いはＨＣ、ＣＯの原因となる、燃料噴霧同士の干渉を防ぐことも可能である。
【００５２】
燃焼時の筒内化学種分布を測定する装置があると仮定すると、ＨＣや、スモークが存在する領域を検知した後に、その領域近傍、若しくは、その領域に、そのまま燃料を噴射するか（火炎伝播により、ＨＣ、スモークの燃焼を図るなど）、スモークやＨＣが存在する方向への燃料噴射を中止することが考えられる。この場合、燃料噴射量の確保を行う観点から、燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）に、細い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）と太い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）とを用意しておき、通常の燃焼時には、細い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）のみで燃料供給を行い、高負荷の燃焼時など燃料噴射量が確保出来なくなった場合に、燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）の切り替えにより、噴射してもスモークやＨＣの排出が少ないとセンサからの情報を用いて計算などで算出された、太い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）から燃料を多く供給することで、燃料噴射量の確保を行うことが考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料供給装置
１１ 燃料供給流路
１２ 燃料噴射孔
１３ 装置本体
１４ 流体制御装置
１６ 本流路
１７ 分岐流路
２０ 穴
２１ 管体
２２ 栓
２３ 第一圧電素子
２４ 第一固定材
２５ 第一張力材
２６ 第二圧電素子
２７ 第二固定材
２８ 第二張力材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を供給するための装置に係り、特に、ディーゼル自動車用の燃料噴射装置に適用される燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧縮着火内燃機関である、ディーゼル自動車用の燃料供給装置（燃料噴射装置）として、コモンレール装置（コモンレールシステム）が用いられるようになり、一般的になっている。
【０００３】
コモンレール装置は、１．超高圧の燃料が噴射出来る、２．燃料噴射量の制御が容易である、などの理由から、燃料の微粒化を行い、燃料と空気との混合を促進し、黒煙やＰＭ（微粒子）を低減することが可能となっている。また、コモンレール装置は、燃料の噴射量や時期を変えることで、燃焼温度を低減させ、ＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することが可能となっている。
【０００４】
現在のコモンレール装置では、燃料を噴射する穴を開閉するニードルを動かすために、ソレノイドを有する電磁弁を使用している。また、コモンレール装置には、より応答性の高い装置として、ピエゾ素子（圧電素子）を用いたピエゾアクチュエータでニードルを動かすものもある。
【０００５】
また、図１２に示すように、燃料が通過する流路は、インジェクタ１００の手前までは、蓄圧を行うコモンレールと、コモンレールとインジェクタ１００とを繋ぐ圧力配管によって構成され、インジェクタ１００の内部では、インジェクタ１００の内部に形成された流路１０１によって構成されている。また、噴射の有無は、ニードル１０２の上下によって表現される、テーパー部１０３の閉塞の有無によって実現されている。多くの燃料噴射装置の場合、ニードル１０２の持ち上げと同時に、全ての噴射孔１０４から燃料が噴出するようになっている。
【０００６】
しかしながら、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べて、熱効率の点からは有利であるにもかかわらず、黒煙、ＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘといった有害排出物が多いため、現在でも、商用車を除いて広く市場に出回っていない。近年、ディーゼル燃焼後に、後処理を加えることで、黒煙やＨＣなどの有害排出物を減少させる工夫も講じられているが、後処理装置に用いられている触媒は、白金族を中心としたものであり、コストの増加が避けられない。
【０００７】
そこで、燃焼方法自体の改善によって、燃焼時に発生する有害排出物を減少させる方法が考えられている。
【０００８】
例えば、特許文献１では、予混合燃焼と拡散燃焼とでは、最適な燃料の噴霧形態が異なるとし、それぞれの燃焼に応じた噴霧の形成を行う燃料噴射装置が提案されている。この特許文献１では、予混合燃焼のためには、燃料噴射角度を狭くして、圧縮上死点よりも早期に燃料噴射を行い、拡散燃焼の時には、燃料噴射角度を大きく取って、空気と燃料との混合を促進させている。
【０００９】
また、特許文献２及び特許文献３に記載のように、広がり角度が異なる噴霧を、燃料噴射量の制限無く噴射するための手段として、燃料噴射装置に、ニードルを複数本設けたものも提案されている。このような燃料噴射装置の場合、予混合燃焼の燃料噴射量と、拡散燃焼の燃料噴射量が自由に設定出来るため、過渡運転時に燃焼変動が少なくできるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３１５１６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２９１９１８号公報
【特許文献３】特開２０００−３２９０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在、上述したような理由から、噴霧の自由度を上げるために行われている方法として、例えば、特許文献３に記載されるような燃料噴射装置があるが、燃料噴射角度の自由度は上がっているものの、二箇所の噴霧発生部から噴霧が出るために、噴霧同士の衝突が避けられない。そのため、筒内（エンジンシリンダ内）の空気流動によっては、過濃な燃料−空気混合気の形成によって、燃焼時にスモークやＨＣの発生が予測される。
【００１２】
さらに、機械的な工夫や、燃料噴射装置（インジェクタ）の複数増設を行うと、それらを制御する装置が大型化し、信頼性や、コスト面において、不安定なものが出来上がり、実際の使用に耐える製品に結びつかない可能性が考えられる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路毎、或いは、特定の燃料噴射孔毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料が流れる燃料供給流路と該燃料供給流路の燃料出口を為す燃料噴射孔とを有する装置本体と、前記燃料供給流路に設けられ前記燃料供給流路内の燃料の流れを制御する流体制御装置とを備え、該流体制御装置は、前記燃料供給流路の途中に配置され前記燃料供給流路の上流側と下流側とを連通する穴を有する管体と、前記穴を開閉する栓と、前記穴よりも上流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子と、該第一圧電素子の一端部を固定する第一固定材と、前記第一圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第一張力材と、前記穴よりも下流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子と、該第二圧電素子の一端部を固定する第二固定材と、前記第二圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第二張力材とを有し、前記第一圧電素子に電圧を印加することで前記第一圧電素子を伸長させると共に、前記第二圧電素子への電圧印加を解除することで前記第二圧電素子を縮退させ、前記第一圧電素子によって前記第一張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、一方、前記第一圧電素子への電圧印加を解除することで前記第一圧電素子を縮退させると共に、前記第二圧電素子に電圧を印加することで前記第二圧電素子を伸長させ、前記第二圧電素子によって前記第二張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓するものである。
【００１５】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、前記本流路に前記流体制御装置が設けられても良い。
【００１６】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、各分岐流路に前記流体制御装置が設けられても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路毎、或いは、特定の燃料噴射孔毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置を提供することが出来るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の概略図である。
【図２】図１のII部拡大図である。
【図３】流体制御装置の概略斜視図である。
【図４】流体制御装置の側断面図であり、（ａ）は開栓状態を示し、（ｂ）は閉栓状態を示す。
【図５】他の実施形態に係る燃料供給装置の概略図である。
【図６】他の実施形態に係る燃料供給装置の要部拡大図である。
【図７】実施例１に係る燃料供給装置の概略図である。
【図８】実施例１に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示すエンジン燃焼室の概略側面図である。
【図９】実施例２に係る燃料供給装置の概略図である。
【図１０】実施例２に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示す装置本体の下面図である。
【図１１】実施例２に係る燃料供給装置による燃料噴射の時間変化を示す装置本体の下面図である。
【図１２】従来例に係るインジェクタの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本実施形態に係る燃料供給装置１０は、例えば、車両に搭載されるディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に適用される。
【００２１】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る燃料供給装置１０は、燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体（インジェクタ）１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料供給流路１１内の燃料の流れを制御する流体制御装置１４と、流体制御装置１４（後述する第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１のＯＮ・ＯＦＦ）を制御する制御手段としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１５とを備えている。本実施形態では、燃料噴射角度や、燃料噴射方向、燃料噴射量などを自由に決めるために、燃料噴射孔１２までの燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けている。各燃料供給流路１１は、装置本体１３の外部からの燃料が導入される本流路１６と、本流路１６から分岐して燃料噴射孔１２に各々至る複数の分岐流路１７とを有している。また、各燃料供給流路１１の本流路１６には圧力配管１８を介してコモンレール（蓄圧器）１９が接続されており、コモンレール１９からの燃料が本流路１６（燃料供給流路１１）に導入されるようになっている。
【００２２】
本実施形態では、各流体制御装置１４は、燃料供給流路１１における分岐流路１７の分岐箇所と燃料噴射孔１２までの途中に配置されている。つまり、各流体制御装置１４は、分岐流路１７に配置されている。
【００２３】
図２及び図３に示すように、各流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の分岐流路１７の途中に配置され分岐流路１７の上流側と下流側とを連通する穴２０を有する管体２１と、管体２１に形成された穴２０を開閉する栓（弁体）２２と、穴２０（管体２１）よりも上流側の分岐流路１７内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３の一端部（図示例では、下端部）を装置本体１３に対して固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３の他端部（図示例では、上端部）と栓２２の上流側端部（図示例では、上端部）とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０（管体２１）よりも下流側の分岐流路１７内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６の一端部（図示例では、上端部）を装置本体１３に対して固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６の他端部（図示例では、下端部）と栓２２の下流側端部（図示例では、下端部）とを繋ぐ第二張力材２８とを有している。なお、図３中、符号２９は第一圧電素子２３に電圧を印加するための第一電気回路を示し、符号３０は第二圧電素子２６に電圧を印加するための第二電気回路を示し、符号３１は、栓２２が圧電素子からなる場合に、栓２２に電圧を印加するための第三電気回路を示す。これら第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１は装置本体１３から離れた所に配置しても良い。つまり、第一電気回路２９、第二電気回路３０及び第三電気回路３１は、装置本体１３の内部に配置しても良く、装置本体１３の外部に配置しても良い。
【００２４】
管体２１は外周部にて分岐流路１７の内周壁部分に固定されており、燃料が通過する穴２０は、分岐流路１７の上流側から下流側に向かい縮径されるテーパ状のシート面３２を有している。本実施形態の管体２１は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。
【００２５】
本実施形態の栓２２は逆円錐台形に形成されている。つまり、第一張力材２５が取り付けられた上流側端部を栓２２の基端側とすると、栓２２は先端側（下流側端部）に向かい幅（外径）が小さくなるような形状とされる。栓２２によって燃料が通過する穴２０を閉塞する際には、栓２２を分岐流路１７の上流側から穴２０に挿入して、栓２２の外周面を穴２０のシート面３２に密着（当接）させるようになっている。本実施形態では、栓２２は圧電素子からなる。栓２２が圧電素子からなる場合、第三電気回路３１による栓２２への電圧印加で、栓２２の移動（変形）が可能になるため、極微少量の燃料流量制御が可能になる。なお、栓２２は必ずしも圧電素子からなる必要はなく、例えば、栓２２は金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）などの他の材料からなっても良い。
【００２６】
本実施形態の第一圧電素子２３及び第二圧電素子２６はピエゾ素子からなる。ＥＣＵ１５によって第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで第一圧電素子２３を伸長させ、ＥＣＵ１５によって第一電気回路２９をＯＦＦして第一圧電素子２３への電圧印加を解除することで第一圧電素子２３を縮退させるようになっている。また、ＥＣＵ１５によって第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで第二圧電素子２６を伸長させ、ＥＣＵ１５によって第二電気回路３０をＯＦＦして第二圧電素子２６への電圧印加を解除することで第二圧電素子２６を縮退させるようになっている。第一圧電素子２３の中心部には、第一張力材２５と燃料とが同時に通過する第一挿通穴３３が第一圧電素子２３の上下面を貫通させて設けられており、第二圧電素子２６の中心部には、第二張力材２８と燃料とが同時に通過する第二挿通穴３４が第二圧電素子２６の上下面を貫通させて設けられている。本実施形態の第一圧電素子２３（ピエゾ素子）は、単一の結晶からなり、円錐台形に形成されており、本実施形態の第二圧電素子２６（ピエゾ素子）は、単一の結晶からなり、逆円錐台形に形成されている。
【００２７】
本実施形態の第一固定材２４は円板状の第一固定板３５を有し、本実施形態の第二固定部材２７は円板状の第二固定板３６を有する。本実施形態では、第一固定板３５及び第二固定板３６はそれぞれ、外周部にて分岐流路１７の内周壁部分に固定されている。第一固定板３５の中心部には、第一張力材２５と燃料とが同時に通過する第一挿通穴３７が第一固定板３５の上下面を貫通させて設けられており、第二固定板３６の中心部には、第二張力材２８と燃料とが同時に通過する第二挿通穴３８が第二固定板３６の上下面を貫通させて設けられている。第一圧電素子２３の下端部を第一固定板３５の上面に固定し、第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで、第一圧電素子２３を第一固定板３５から上方向（分岐流路１７の上流側）に変位させることが可能となる。また、第二圧電素子２６の上端部を第二固定板３６の下面に固定し、第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで、第二圧電素子２６を第二固定板３６から下方向（分岐流路１７の下流側）に変位させることが可能となる。第一固定板３５及び第二固定板３６は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。
【００２８】
本実施形態の第一張力材２５及び第二張力材２８は、線状に形成されている。本実施形態では、第一張力材２５は第一圧電素子２３の第一挿通穴３３及び第一固定板３５の第一挿通穴３７に挿通されており、第一張力材２５の上端部が第一圧電素子２３の上面に張り付けられている。また、第二張力材２８は第二圧電素子２６の第二挿通穴３４及び第二固定板３６の第二挿通穴３８に挿通されており、第二張力材２８の下端部が第二圧電素子２６の下面に張り付けられている。本実施形態の第一張力材２５及び第二張力材２８は、例えば金属材料（例えば、鉄、アルミニウムなど）からなる。具体的には、第一張力材２５及び第二張力材２８を、鉄のワイヤー、アルミ線、フッ素樹脂の線、アラミド繊維の線などから構成することが考えられる。また、流体制御装置１４をナノスケール（ナノメートルオーダー）で製作する場合、第一張力材２５及び第二張力材２８の素材として、カーボンナノチューブを用いることが考えられる。さらに、栓２２が圧電素子からなる場合、第一張力材２５或いは第二張力材２８を導電性材料から構成することで、栓２２への電力供給を第一張力材２５或いは第二張力材２８を介して行うことが可能となる。
【００２９】
第一圧電素子２３、第一固定板３５、第一張力材２５、第二圧電素子２６、第二固定板３６、第二張力材２８及び栓２２の微細加工精度、第一張力材２５及び第二張力材２８の製作材料によって、ミリメートルオーダーからナノメートルオーダーまで流体制御装置１４を構成することが可能である。
【００３０】
分岐流路１７における燃料噴射孔１２の直前に配置した、流体制御装置１４は、どの燃料噴射孔１２から燃料を供給するかを決めるために、必要になると考えられる。例えば、エンジンシリンダ内の、スモーク或いはＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（未燃炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）などの有害排出物の発生箇所をセンサなどの手段で検知した場合、そのような有害排出物が発生している箇所に燃料を供給しないように燃料噴射孔１２を閉止することと、スモーク或いはＨＣ、ＣＯの燃焼を行わせるため、意図的に燃料を供給するために燃料噴射孔１２を開くことが考えられる。
【００３１】
本実施形態の流体制御装置１４の作動を図４により説明する。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、分岐流路１７中に栓２２を配置して、分岐流路１７の途中に配置した管体２１の穴２０を栓２２で閉塞することで、栓２２より手前側（上流側）の分岐流路１７内の燃料の圧力を高めることが出来る。ここで、図４（ａ）に示すように、第一電気回路２９をＯＮして第一圧電素子２３に電圧を印加することで、第一圧電素子２３を第一固定板３５から上方向（分岐流路１７の上流側）に変位させる（第一圧電素子２３を伸長させる）と共に、第二電気回路３０による第二圧電素子２６への電圧印加を解除することで、第二圧電素子２６を縮退させ、第一圧電素子２３に接続された第一張力材２５を上方向（上流側）に引っ張って、栓２２を穴２０のシート面３２から離間させることで、栓２２を開栓する。栓２２を開栓して穴２０を開放することによって、圧力が保たれた上流側の分岐流路１７から、燃料噴射孔１２を通じて装置本体１３の外部に燃料が出ていくことになる。
【００３３】
そして、図４（ｂ）に示すように、第一電気回路２９をＯＦＦして第一圧電素子２３への電圧印加を解除することで、第一圧電素子２３を縮退させると共に、第二電気回路３０をＯＮして第二圧電素子２６に電圧を印加することで、第二圧電素子２６を第二固定板３６から下方向（分岐流路１７の下流側）に変位させ（第二圧電素子２６を伸長させ）、第二圧電素子２６に接続された第二張力材２８を下方向（下流側）に引っ張って、栓２２を穴２０のシート面３２に密着（当接）させることで、栓２２を閉栓する。これにより、燃料噴射孔１２から装置本体１３の外部への燃料の供給が停止されることとなる。
【００３４】
第一圧電素子２３及び第二圧電素子２６（ピエゾ素子）は、低い周波数から、１００ＭＨｚ程度までの振動を発生することが可能で、燃料噴射孔１２の開閉時間を短くすることで、ごく微量の流量（燃料噴射量、燃料噴射時間）に制御することが出来る。
【００３５】
要するに、本実施形態によれば、燃料が流れる燃料供給流路１１と燃料供給流路１１の燃料出口を為す燃料噴射孔１２とを有する装置本体１３と、燃料供給流路１１に設けられ燃料供給流路１１内の燃料の流れを制御する流体制御装置１４とを備え、流体制御装置１４は、燃料供給流路１１の途中に配置され燃料供給流路１１の上流側と下流側とを連通する穴２０を有する管体２１と、穴２０を開閉する栓２２と、穴２０よりも上流側の燃料供給流路１１内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子２３と、第一圧電素子２３の一端部を固定する第一固定材２４と、第一圧電素子２３の他端部と栓２２とを繋ぐ第一張力材２５と、穴２０よりも下流側の燃料供給流路１１内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子２６と、第二圧電素子２６の一端部を固定する第二固定材２７と、第二圧電素子２６の他端部と栓２２とを繋ぐ第二張力材２８とを有して燃料供給装置１０を構成したので、複雑な制御機構を持たずに、特定の燃料供給流路１１毎、或いは、特定の燃料噴射孔１２毎に燃料を供給する仕組みを備えた燃料供給装置１０を提供することができる。
【００３６】
つまり、これまでの装置によって、燃料を自由度が大きい条件（燃料噴射時期、燃料噴射角度、燃料噴射方向、燃料性状、燃料噴射孔数、燃料噴射量）の下で供給するためには、装置（特に、インジェクタ）の形状が複雑になるという欠点があったが、燃料供給流路１１に設けた流体制御装置１４を用いて燃料供給装置１０を構成することによって、簡単な仕組みで、多自由度の燃料供給が可能となる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、特定の燃料供給流路１１毎に、或いは、特定の燃料噴射孔１２毎に、燃料噴射の有無を指定することが出来るので、エンジン燃焼室内部で、スモーク或いはＨＣ、ＮＯｘが発生したこと、また、その発生場所が検知出来れば、エンジンシリンダ内の燃焼状況（温度、ガス成分、流れの状態など）に応じて、燃料噴射位置、燃料噴射方向、燃料噴射角度、燃料噴射量を変更することが可能である。
【００３８】
さらに、以上述べた方法を用いることにより、これまでに実現出来なかったような、より細かい燃料噴射位置、燃料噴射方向、燃料噴射角度、燃料噴射量の制御を行うことができ、それにより、燃焼の制御を繊細に行うことで、より低燃費で、低有害排出ガスのエンジンが構成出来る。
【００３９】
なお、本実施形態では、燃料供給流路１１が本流路１６と複数の分岐流路１７とを有する（一燃料供給流路＝複数燃料噴射孔）としたが、図５に示すように、装置本体１３内に複数の燃料供給流路１１を設け、そのまま燃料供給流路１１から燃料噴射孔１２につながるようにしても良い。つまり、一つの燃料供給流路１１につき一つの燃料噴射孔１２を設けても良い（一燃料供給流路＝一燃料噴射孔）。一つの燃料供給流路１１につき一つの燃料噴射孔１２を設けた場合、その燃料供給流路１１の途中に流体制御装置１４を配置して、望ましい燃料噴射孔１２から燃料を供給する。
【００４０】
また、燃料供給流路１１自体の形状（断面形状）については何でも取り得る。例えば、図６に示すように、燃料噴射孔１２手前の燃料供給流路１１（分岐流路１７）の形状を、燃料の流れを考え、ノズル形状にすることも考えられる。
【００４１】
さらに、図１などでは、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置しているが、流体供給流路１１の本流路１６に流体制御装置１４を配置しても良い。流体制御装置１４を流体供給流路１１の分岐流路１７に配置した場合、燃料噴射孔１２毎に燃料の流れを制御出来るメリットがある反面、流体制御装置１４の制御用の線（主に電線）が燃料噴射孔１２の数だけ必要となり、製作が困難となる可能性がある。一方、流体制御装置１４を流体供給流路１１の本流路１６に配置すると、製作は比較的簡単になるが、本流路１６から先の燃料の流れは制御出来ないので、きめ細かい燃料の噴射が困難となる。
【００４２】
以下、本発明の実施例（実施例１及び実施例２）を説明する。
【００４３】
図７及び図８に実施例１を示し、図９から図１１に実施例２を示した。ここでは、燃料供給流路１１の数、燃料噴射孔１２の数などについては問わない。実施例１及び実施例２は、流体制御装置１４を基礎に本発明が実現出来ることを示している。なお、図７、図８、図１０及び図１１において、符号Ｆは噴霧を示している。
【００４４】
〔実施例１〕
まず、図７及び図８に示す実施例１について説明する。
【００４５】
図７に示すように、実施例１では、燃料噴射方向（燃料噴射角度）が互いに異なる燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けた場合を示している。図示例では燃料供給流路１１の本流路１６に流体制御装置１４を配置しているが、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置しても良い。流体制御装置１４を用いることで、それぞれの燃料供給流路１１に燃料を供給するか否かが決定出来るので、燃料の噴射位置（噴射方向）や、噴射時間などを自由に設定出来る。そこで、図８に示すように、ピストン４０が上昇してくると共に、流体制御装置１４によって燃料を供給する燃料供給流路１１を切り替えることによって、燃料の噴射角度を、変更することが出来る。
【００４６】
一例として、ピストン４０が下死点に近いときは、燃料の噴射角度が小さく（狭く）なる燃料供給流路１１を選択して燃料を供給し（図８（ａ）参照）、ピストン４０が上昇してくると共に、燃料とピストン燃焼室内の壁面の衝突によって燃料が冷却されて失火が生じる現象（失火現象）を避けるために、ピストン燃焼室内の壁面に直接燃料が当たらないような燃料供給流路１１を選択し、燃料の噴射角度を大きく（広く）する（図８（ｂ）及び（ｃ）参照）ことが考えられる。
【００４７】
供給した燃料をエンジン燃焼室内の中心部にとどめることが出来れば、ピストン４０の上昇と共に、燃料と空気との混合は進むものの、相対的に燃料濃度が大きい（高い）ピストン４０中心部の箇所と、燃料濃度が小さい（低い）ピストン４０外縁部の箇所とを生成することが出来る。
【００４８】
また、一例として、燃料濃度の大きい箇所では、着火が可能であるように燃料を分布させ、燃料濃度の小さい箇所では、着火限界を下回るようにした場合、燃料濃度の制御を行うことで、エンジンシリンダ内のどの範囲を着火可能にするかという、燃焼の制御を行うことが出来るメリットがもたらされる。
【００４９】
さらに、一例として、ピストン４０の動きに合わせて、噴射角度を変えながら燃料を供給すると、燃料の噴射方向に応じて燃料濃度が異なる空間を作ることも可能であり、火炎の伝播を制御する場合の必要なデバイスとなりうる。
【００５０】
〔実施例２〕
次に、図９から図１１に示す実施例２について説明する。
【００５１】
図９に示すように、実施例２では、燃料供給流路１１の分岐流路１７に流体制御装置１４を配置することで、流体制御装置１４を用いて、時間に応じて、どの燃料噴射孔１２から燃料を供給するか決定出来うることを示している。つまり、実施例２では、燃料噴射角度は互いにほぼ同じであるが燃料噴射方向（平面視での燃料噴射位置）が互いに異なる燃料供給流路１１を装置本体１３に複数設けた場合を示している。図１０及び図１１に示すように、燃料を噴射する燃料噴射孔１２を次々と移動させることで、一箇所の燃料噴射孔１２から噴射された燃料が、エンジンシリンダ内部のスワールによってかき混ぜられるのと同様な効果が得られると想定される。また、燃料を噴射する燃料噴射孔１２を適切に選択することで、スモーク或いはＨＣ、ＣＯの原因となる、燃料噴霧同士の干渉を防ぐことも可能である。
【００５２】
燃焼時の筒内化学種分布を測定する装置があると仮定すると、ＨＣや、スモークが存在する領域を検知した後に、その領域近傍、若しくは、その領域に、そのまま燃料を噴射するか（火炎伝播により、ＨＣ、スモークの燃焼を図るなど）、スモークやＨＣが存在する方向への燃料噴射を中止することが考えられる。この場合、燃料噴射量の確保を行う観点から、燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）に、細い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）と太い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）とを用意しておき、通常の燃焼時には、細い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）のみで燃料供給を行い、高負荷の燃焼時など燃料噴射量が確保出来なくなった場合に、燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）の切り替えにより、噴射してもスモークやＨＣの排出が少ないとセンサからの情報を用いて計算などで算出された、太い燃料供給流路１１（燃料噴射孔１２）から燃料を多く供給することで、燃料噴射量の確保を行うことが考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 燃料供給装置
１１ 燃料供給流路
１２ 燃料噴射孔
１３ 装置本体
１４ 流体制御装置
１６ 本流路
１７ 分岐流路
２０ 穴
２１ 管体
２２ 栓
２３ 第一圧電素子
２４ 第一固定材
２５ 第一張力材
２６ 第二圧電素子
２７ 第二固定材
２８ 第二張力材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が流れる燃料供給流路と該燃料供給流路の燃料出口を為す燃料噴射孔とを有する装置本体と、前記燃料供給流路に設けられ前記燃料供給流路内の燃料の流れを制御する流体制御装置とを備え、
該流体制御装置は、前記燃料供給流路の途中に配置され前記燃料供給流路の上流側と下流側とを連通する穴を有する管体と、前記穴を開閉する栓と、前記穴よりも上流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子と、該第一圧電素子の一端部を固定する第一固定材と、前記第一圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第一張力材と、前記穴よりも下流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子と、該第二圧電素子の一端部を固定する第二固定材と、前記第二圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第二張力材とを有し、
前記第一圧電素子に電圧を印加することで前記第一圧電素子を伸長させると共に、前記第二圧電素子への電圧印加を解除することで前記第二圧電素子を縮退させ、前記第一圧電素子によって前記第一張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、一方、前記第一圧電素子への電圧印加を解除することで前記第一圧電素子を縮退させると共に、前記第二圧電素子に電圧を印加することで前記第二圧電素子を伸長させ、前記第二圧電素子によって前記第二張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓する
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、前記本流路に前記流体制御装置が設けられる請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、各分岐流路に前記流体制御装置が設けられる請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項１】
燃料が流れる燃料供給流路と該燃料供給流路の燃料出口を為す燃料噴射孔とを有する装置本体と、前記燃料供給流路に設けられ前記燃料供給流路内の燃料の流れを制御する流体制御装置とを備え、
該流体制御装置は、前記燃料供給流路の途中に配置され前記燃料供給流路の上流側と下流側とを連通する穴を有する管体と、前記穴を開閉する栓と、前記穴よりも上流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第一圧電素子と、該第一圧電素子の一端部を固定する第一固定材と、前記第一圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第一張力材と、前記穴よりも下流側の前記燃料供給流路内に配置され電圧の印加により伸長する第二圧電素子と、該第二圧電素子の一端部を固定する第二固定材と、前記第二圧電素子の他端部と前記栓とを繋ぐ第二張力材とを有し、
前記第一圧電素子に電圧を印加することで前記第一圧電素子を伸長させると共に、前記第二圧電素子への電圧印加を解除することで前記第二圧電素子を縮退させ、前記第一圧電素子によって前記第一張力材を引っ張ることで前記栓を開栓し、一方、前記第一圧電素子への電圧印加を解除することで前記第一圧電素子を縮退させると共に、前記第二圧電素子に電圧を印加することで前記第二圧電素子を伸長させ、前記第二圧電素子によって前記第二張力材を引っ張ることで前記栓を閉栓する
ことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、前記本流路に前記流体制御装置が設けられる請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記燃料供給流路は、前記装置本体外部からの燃料が導入される本流路と、該本流路から分岐して燃料噴射孔に各々至る複数の分岐流路とを有し、各分岐流路に前記流体制御装置が設けられる請求項１に記載の燃料供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２２０２８２（Ｐ２０１１−２２０２８２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９２４２２（Ｐ２０１０−９２４２２）
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１３日（２０１０．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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