(57)【要約】【課題】燃料として低セタン価燃料と共に高セタン価燃料を用い、低セタン価燃料のみを用いたときと比較してＨＣの排出を抑制し、燃費を向上させることができる燃料噴射装置を提供することを課題とする。【解決手段】燃料噴射装置１が有する燃料噴射弁１０は、ノズルボディ１１の先端側に設けられた第１シール部１５と、この第１シール部１５よりも基端側に設けられた第２シール部１６とを有する。そして、第１シール部１５と第２シール部１６との間に第１燃料供給部１７が形成されている。また、第２シール部１６よりも基端側に第２燃料供給部１８が形成されている。第１燃料供給部１７にはＧＴＬ燃料が供給され、第２燃料供給部１８には主燃料が供給される。【選択図】図１
2010038047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にニードル弁が収容され、先端部に噴孔が設けられたノズルボディを有する燃料噴射弁と、
前記噴孔周辺への低セタン価燃料の供給に先立って高セタン価燃料を前記噴孔周辺に供給する燃料供給手段と、
を備え、
燃料噴射の際に、低セタン価燃料の噴射に先立って前記噴孔から高セタン価燃料を噴射することを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料供給手段は、
前記ノズルボディ内の前記噴孔に近い側に設けられ、高セタン価燃料が供給される第１燃料供給部と、
前記ノズルボディ内の前記第１燃料供給部よりも基端側に設けられ、低セタン価燃料が供給される第２燃料供給部と、
を含むことを特徴とした請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料供給手段は、
前記ノズルボディ内の前記噴孔に近い側に設けられ、高セタン価燃料が供給される第１燃料供給部と、
前記ノズルボディ内の前記第１燃料供給部よりも基端側に設けられ、低セタン価燃料が供給される第２燃料供給部と、
前記第１燃料供給部への燃料の供給を遮断する第１弁と、
前記第１燃料供給部からの燃料の排出を遮断する第２弁と、
前記第１弁の開閉制御と前記第２弁の開閉制御とを行う制御部と、
を備えたことを特徴とした請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、前記ノズルボディの先端側に設けられた第１シール部と、当該第１シール部よりも基端側に設けられた第２シール部とを有し、
前記第１シール部と前記第２シール部との間を前記第１燃料供給部とし、前記第２シール部よりも基端側を前記第２燃料供給部としたことを特徴とした請求項２又は３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
筒内における着火遅れを検知する着火遅れ検知手段を備え、
前記制御部は、前記着火遅れ検知手段により取得された情報に基づいて前記第１弁の開閉及び前記第２弁の開閉を制御することを特徴とした請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
筒内における着火遅れを検知する着火遅れ検知手段を備え、
前記制御部は、前記着火遅れ検知手段により取得された情報に基づいて前記第１弁の開閉及び前記第２弁の開閉を制御し、着火遅れの程度が小さくなるほど前記第２弁の開弁時間を短時間とすることを特徴とした請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
筒内における着火遅れを検知する着火遅れ検知手段を備え、
前記制御部は、前記着火遅れ検知手段により取得された情報に基づいて前記第１弁の開閉及び前記第２弁の開閉を制御し、着火遅れの程度が大きくなるほど前記第１弁の開弁時間を長時間とすることを特徴とした請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記第１弁及び前記第２弁は圧電素子を有することを特徴とした請求項３乃至７のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【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】
昨今、エネルギーセキュリティーの観点から、原油由来としない代替燃料の検討、開発が盛んに行われている。
例えば、Gas To Liquid（ＧＴＬ）燃料と称される燃料が開発されている。ＧＴＬ燃料は天然ガスから合成される液体燃料であり、直鎖飽和炭化水素を主成分とし、セタン価が高いという特徴を備える。ＧＴＬ燃料は着火性がよく、ＨＣ（ハイドロカーボン）の排出量も少ない。
【０００３】
一方、ガソリン機関にはバイオエタノールの実用化が開始されており、今後、ディーゼル機関においてもエタノールや、その他の代替燃料が用いられるようになることが考えられる。ディーゼル機関においてエタノールやその他の代替燃料を用いる場合、セタン価低下による着火性の低下が懸念される。低セタン価燃料は着火遅れ期間が長くなり、これに起因して着火遅れ期間に噴射される燃料量も増加する。この結果、シリンダのボア壁周辺等、比較的温度の低い領域にまで燃料が拡散、到達し、さらに着火性が悪化する。燃料の着火性が悪化すれば、燃料が未燃のまま排出されるおそれが高まる。また、燃費の悪化も懸念される。
【０００４】
このように自己着火性が低い低セタン価燃料をディーゼルエンジンに使用する場合、燃料に強制的に着火を行うことが行われている。例えば、ピストン頂部に燃焼室が凹設されている直接噴射式ディーゼル機関で、噴射弁には主噴射弁と着火用噴射弁の二系統があり、前者は後者に先立ち噴射をする提案がされている。この提案では、まず、主噴射弁から噴射をし、あらかじめ設定された期間の後、着火用噴射弁から燃料が噴射され、この燃料にグロープラグで強制着火する（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１２６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、低セタン価燃料は着火性に問題があるため、グロープラグによる強制着火を試みても着火されないおそれがあり、着火されなかった燃料は未燃ＨＣとして排出されるおそれがある。また、燃料が着火されなければ燃費の向上も困難となる。
【０００７】
そこで、本発明は、燃料として低セタン価燃料と共に高セタン価燃料を用い、低セタン価燃料のみを用いたときと比較してＨＣの排出を抑制し、燃費を向上させることができる燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するための、本発明の燃料噴射装置は、内部にニードル弁が収容され、先端部に噴孔が設けられたノズルボディを有する燃料噴射弁と、前記噴孔周辺への低セタン価燃料の供給に先立って高セタン価燃料を前記噴孔周辺に供給する燃料供給手段と、を備える。そして、燃料噴射の際に、低セタン価燃料の噴射に先立って前記噴孔から高セタン価燃料を噴射する。
【０００９】
筒内の温度分布に着目すると、シリンダボア壁の近傍が周囲と比較して低温である。このため、このような低温の領域に低セタン価燃料が分布すると未燃の燃料が生じ易くなる。そこで、噴射初期に高セタン価燃料が噴孔から噴射されるように燃料の供給を行う。噴射初期に高セタン価燃料が噴射されれば、噴霧の先端部分に高セタン価燃料が集中する。噴霧の先端部分はシリンダボア壁の近傍に到達するが、高セタン価燃料であれば周囲と比較して低温であるシリンダボア壁の近傍であっても良好な燃焼を実現することができ、着火遅れも抑制することができる。また、低セタン価燃料はシリンダの中心付近に分布し、燃焼することができる。着火遅れが抑制されれば、低セタン価燃料が、シリンダのボア壁周辺等、比較的温度の低い領域にまで拡散、到達することを抑制することができ、低セタン価燃料の良好な燃焼を実現することが可能となる。
【００１０】
これにより、着火遅れを抑制し、未燃燃料を低減してＨＣの発生を抑制することができる。また、未燃燃料の低減により、燃費の向上も期待される。さらに、ＮＯｘや、粒子状物質（ＰＭ）の変化を抑制することができる。
【００１１】
なお、ディーゼルエンジンの燃焼温度の上昇を抑制するためにエンジンの圧縮比を低圧縮比方向に振ることがある。低圧縮比化が進行し、燃焼温度の上昇が抑えられるようになると、その一方で低セタン価燃料の燃焼は困難となる。しかしながら、本発明の燃料噴射装置であれば、筒内の温度の低い領域に高セタン価燃料を分布させるようにしたので燃料の着火遅れを抑制し、未燃燃料の低減、ひいては、ＨＣの発生抑制、燃費の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、着火遅れを抑制し、未燃燃料の低減、ＨＣの排出抑制、燃費の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１は、実施例の燃料噴射装置１の概略構成を示す説明図である。図２は、燃料噴射装置１に含まれる燃料噴射弁１０を模式的に示す概略構成図であり、図２（Ａ）は、燃料噴射前の状態を示し、図２（Ｂ）は、燃料噴射時の状態を示し、図２（Ｃ）は、燃料噴射後の状態を示している。なお、図２において、燃料噴射弁１０の先端部であるＡ部を拡大して示している。
【００１５】
燃料噴射装置１は、４気筒ディーゼルエンジンに装着されるものである。燃料噴射装置１は、内部にニードル弁１２が収容され、先端部に噴孔１１ａが設けられたノズルボディ１１を有する燃料噴射弁１０を備えている。ニードル弁１２の基端側には、ピエゾ素子１３が積層されて配置されている。各ピエゾ素子１３にはElectronic Drive Unit（ＥＤＵ）１４が接続されている。ピエゾ素子１３への電圧印加を制御することによってニードル弁１２がノズルボディ１１内を摺動する。ＥＤＵ１４には、Electronic control unit（ＥＣＵ）５０が接続されている。このＥＣＵ５０は、本発明における制御部に相当する。燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ５０の指令に従って開閉し、燃料の噴射を行う。
【００１６】
燃料噴射弁１０は、気筒毎に装備されるものであり、４本準備されている。燃料噴射弁１０は１本で２種類の燃料を噴射することができる。２種類の燃料は、主燃料となる低セタン価燃料と、この低セタン価燃料よりもセタン価が高いＧＴＬ燃料である。
【００１７】
燃料噴射弁１０は、図２のＡ部に詳しく示されるようにノズルボディ１１の先端側に設けられた第１シール部１５と、この第１シール部１５よりも基端側に設けられた第２シール部１６とを有している。そして、第１シール部１５と第２シール部１６との間に第１燃料供給部１７が形成されている。また、第２シール部１６よりも基端側に第２燃料供給部１８が形成されている。第１燃料供給部１７にはＧＴＬ燃料が供給され、第２燃料供給部１８には主燃料が供給される。
【００１８】
このように、燃料噴射弁１０には、ノズルボディ１内の噴孔１１ａに近い側に第１燃料供給部１７が設けられ、また、ノズルボディ１１内の第１燃料供給部１７よりも基端側に第２燃料供給部１８が設けられている。これにより、噴孔１１ａ周辺への主燃料の供給に先立ってＧＴＬ燃料を噴孔１１ａ周辺に供給することができる。
【００１９】
燃料噴射装置１は、燃料噴射弁１０にＧＴＬ燃料を供給する第１燃料ライン２０と、燃料噴射弁１０に主燃料を供給する第２燃料ライン３０を含んでいる。これらの第１燃料ライン２０、第２燃料ライン３０は、第１燃料供給部１７、第２燃料供給部１８と共に本発明における燃料供給手段を構成する。第１燃料ライン２０、第２燃料ライン３０は、噴孔１１ａへの低セタン価燃料である主燃料の供給に先立って高セタン価燃料であるＧＴＬ燃料を噴孔周辺に供給できるように燃料噴射弁１０に接続されている。
【００２０】
第１燃料ライン２０は、第１燃料タンク２１、この第１燃料タンク２１と第１コモンレール２２とを接続する第１供給経路２３を有している。この第１供給経路２３には第１ポンプ２４が配設されている。第１燃料ライン２０は、第１コモンレール２２と各燃料噴射弁１０とを接続する第２供給経路２５を有している。この第２供給経路２５は、燃料噴射弁１０内に形成された第１燃料供給部１７に接続されている。この第１燃料供給部１７と第２供給経路２５と接続部には、第１弁５４が配設されている。この第１弁５４は、第１燃料供給部１７への燃料の供給を遮断することができるものであり、圧電素子を備えている。圧電素子は、ＥＣＵ５０と電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は第１弁５４の開閉制御を行う。圧電素子は、ＥＣＵ５０の指令に基づいて電圧が印加されると収縮し、接続部を開放して第２供給経路２５と第１燃料供給部１７とを連通させる。これにより、第１燃料供給部１７へのＧＴＬ燃料の流入を許容する。
【００２１】
さらに、第１燃料ライン２０は、各燃料噴射弁１０と第１燃料タンク２１とを接続するリターン経路２６を有している。このリターン経路２６は、燃料噴射弁１０内に形成された第１燃料供給部１７に接続されている。この第１燃料供給部１７とリターン経路２６と接続部には、第２弁５５が配設されている。この第２弁５５は、第１燃料供給部１７からの燃料の排出を遮断することができるものであり、圧電素子を備えている。圧電素子は、ＥＣＵ５０と電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は第２弁５５の開閉制御を行う。圧電素子は、ＥＣＵ５０の指令に基づいて電圧が印加されると収縮し、接続部を開放してリターン経路２６と第１燃料供給部１７とを連通させる。これにより、第１燃料供給部１７からのＧＴＬ燃料の排出を許容する。
【００２２】
第２燃料ライン３０は、第２燃料タンク３１、この第２燃料タンク３１と第２コモンレール３２とを接続する第３供給経路３３を有している。この第３供給経路３３には第２ポンプ３４が配設されている。第２燃料ライン３０は、第２コモンレール３２と各燃料噴射弁１０とを接続する第４供給経路３５を有している。この第４供給経路３５は、燃料噴射弁１０内まで延びており、第２燃料供給部１８と連通している。
【００２３】
ＥＣＵ５０には、着火遅れ検知手段に相当する筒内圧センサ５１が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、自らが発する噴射指令のタイミングと、筒内圧センサ５１によって取得される筒内圧に関する情報とを比較して、筒内の燃焼状態を把握する。より具体的には、筒内で着火遅れが発生しているか否かの判断を行う。噴射指令を発してから筒内圧の上昇が緩慢であれば着火遅れが発生していると推定することができる。
【００２４】
以上のように構成される燃料噴射装置１における燃料噴射弁１０の基本的な動作につき、図２を参照しつつ説明する。燃料噴射弁１０は、パイロット噴射、主噴射等、種々の噴射を行うことができるが、いずれの噴射の場合であっても、同様の動作をさせることができる。まず、燃料噴射前の状態について説明する。燃料噴射前は、図２（Ａ）に示すように、ニードル弁１２は、第１シール部１５及び第２シール部１６に着座している。この状態で、第１弁５４を開弁状態とすると共に第２弁５５を閉弁状態とすることにより第１燃料供給部１７にＧＴＬ燃料を貯留する。また、第２燃料供給部１８には主燃料が供給される。このように燃料噴射前の状態において、燃料噴射弁１０の先端側に高セタン価燃料であるＧＴＬ燃料が貯留され、基端側に低セタン価燃料である主燃料が貯留された状態となる。
【００２５】
次に燃料噴射時の状態について説明する。図２（Ｂ）に示すように、ニードル弁１２が基端側に引き上げられると、第１シール部１５におけるニードル弁１２の着座が解除され、噴孔１１ａが開放される。また、第２シール部１６におけるニードル弁１２の着座が解除され、第１燃料供給部１７と第２燃料供給部１８とが連通する。このとき、第１弁５４、第２弁５５は、基本的にはいずれも閉弁状態としておく。
【００２６】
噴孔１１ａが開放されると燃料が噴射される。このとき、噴孔１１ａに近い位置に貯留されているのはＧＴＬ燃料であるため、主燃料に先立ってＧＴＬ燃料が噴射される。そしてＧＴＬ燃料に追従して主燃料が第１燃料供給部１７を通過し、噴射される。図３は、筒内に噴射された燃料の噴霧の様子を模式的に表した説明図である。噴霧における燃料の分布は、図３中、参照番号Ｂを付して示した噴霧先端部においてＧＴＬ燃料の濃度が高い分布となる。噴霧先端部は周囲と比較して温度が低いシリンダボア壁に近づくが、噴霧先端部には高セタン燃料であるＧＴＬ燃料が分布しているので着火遅れを抑制することができる。
【００２７】
次に、燃料噴射後の状態について説明する。図２（Ｃ）に示すように、ニードル弁１２は、第１シール部１５及び第２シール部１６に着座している。噴射直後の第１弁５４及び第２弁５５はいずれも開弁状態としておく。これは、燃料噴射時に第１燃料供給部１７に入り込んだ主燃料を排出するための措置である。すなわち、第１弁５４を開弁しておくことによりＧＴＬ燃料を第１燃料供給部１７内に導入し、第２弁５５を開弁しておくことにより第１燃料供給部１７に入り込んだ主燃料を導入されたＧＴＬ燃料により押し出し、排出することができる。第１燃料供給部１７から所望量の主燃料が排出された後、第２弁５５を閉弁すれば、図２（Ａ）に示した燃料噴射前の状態とすることができる。
【００２８】
以上が燃料噴射装置１における燃料噴射弁１０の基本的な動作である。次に、燃料噴射装置１の制御の一例を図４に示したチャートを参照しつつ説明する。
【００２９】
まず、制御の方針について説明する。本実施例の主燃料とＧＴＬ燃料を用いているが、主燃料、ＧＴＬ燃料といっても一定のセタン価を有しているとは限らず、給油毎にそのセタン価が異なることが想定される。そこで、セタン価が変化しても着火遅れを抑制して着火時期をほぼ一定に保つようにする。これにより、できるだけＰＭ、ＮＯｘの変化を抑制し、ＨＣの排出をほぼ一定に保つようにする。
【００３０】
筒内圧は、筒内での着火遅れの影響を受けて変化する。また、着火遅れは燃料のセタン価の影響を受ける。そこで、着火遅れ検知手段となる筒内圧センサ５１により取得された情報に基づいて第１弁５４、第２弁５５の開閉制御を行い、噴霧における燃料の分布を制御する。
【００３１】
まず、予めセッティングされた標準状態の第１弁５４、第２弁５５の開閉制御について説明する。標準状態とは適切な期間内に着火することができる状態として予め定めた状態である。主燃料やＧＴＬ燃料のセタン価が異なってくると、この標準状態から外れてくる。
【００３２】
標準状態における燃料噴射前では、第１弁５４は開弁状態とし、一方、第２弁５５は閉弁状態としておく。そして、噴射時に、ニードル弁１２の開弁に合わせて第１弁５４を閉弁する。このとき、第２弁５５は閉弁状態を維持する。これにより、第１燃料供給部１７内のＧＴＬ燃料が噴孔１１ａから噴射され、これに追随する形で主燃料が噴射される。噴射後は、ニードル弁１２の閉弁に合わせて第１弁５４、第２弁５５ともに開弁状態とする。これにより、前記のように第１燃料供給部１７からの主燃料の排出及び第１燃料供給部１７へのＧＴＬ燃料の充填を行う。ここで、第２弁５５の開弁時間は第１燃料供給部１７から主燃料を排出することができる時間に設定されている。
【００３３】
筒内圧センサ５１により取得された情報から着火遅れが生じておらず、しかも、標準状態よりもセタン価が高い燃料が使用されていると判断されるときは、燃料噴射後の第２弁５５の開弁時間を短時間とする。燃料噴射後における第２弁５５の開弁時間は、着火遅れの程度が小さくなるほど短時間とすることができる。第２弁５５の開弁時間を短時間とすると第１燃料供給部１７から排出される主燃料の量が減少する。この結果、噴射されるＧＴＬ燃料の量も減少する。主燃料のセタン価が高めであったり、ＧＴＬ燃料のセタン価が高めであったりする場合、ＧＴＬ燃料の噴射量を減少させても着火遅れを起こすことなく、良好な着火状態を実現することができる。
【００３４】
一方、筒内圧センサ５１により取得された情報から着火遅れが生じており、標準状態よりもセタン価が低い燃料が使用されていると判断されるときは、第１弁５４の開弁時間を長時間とする。第１弁５４の開弁時間は、着火遅れの程度が大きくなるほど長時間とすることができる。すなわち、ニードル弁１２が開弁状態となった後も第１弁５４を開弁状態としておき、ＧＴＬ燃料の供給を継続する。これにより、セタン価が高いＧＴＬ燃料の割合を増加させ、着火遅れを抑制することができる。
【００３５】
以上のように本発明によれば、燃料として低セタン価燃料と共に高セタン価燃料を用い、低セタン価燃料燃料のみを用いたときと比較して着火遅れを抑制することができ、この結果、ＨＣの排出を抑制し、燃費を向上させることができる。
【００３６】
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、上記実施例では、高セタン価燃料としてＧＴＬ燃料を用いているが、他の燃料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、実施例の燃料噴射装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は、燃料噴射弁を模式的に示す概略構成図であり、図２（Ａ）は、燃料噴射前の状態を示し、図２（Ｂ）は、燃料噴射時の状態を示し、図２（Ｃ）は、燃料噴射後の状態を示す図である。
【図３】図３は、筒内に噴射された燃料の噴霧の様子を模式的に表した説明図である。
【図４】図４は、燃料噴射装置の制御の一例を示したチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１…燃料噴射装置        １０…燃料噴射弁
１１…ノズルボディ      １１ａ…噴孔
１２…ニードル弁        １３…ピエゾ素子
１４…ＥＤＵ            １５…第１弁
１６…第２弁            １７…第１燃料供給部
１８…第２燃料供給部    ２０…第１燃料ライン
２１…第１燃料タンク    ２２…第１コモンレール
２４…第１ポンプ        ３０…第２燃料ライン
３１…第２燃料タンク    ３２…第２コモンレール
３４…第２ポンプ        ５０…ＥＣＵ
５１…筒内圧センサ      ５４…第１弁
５５…第２弁
【図１】
2010038047.tif 000003
【図２】
2010038047.tif 000004
【図３】
2010038047.tif 000005
【図４】
2010038047.tif 000006