(57)【要約】【課題】気筒内に形成される燃料噴霧の形態を多様に変化させることができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】筒内噴射式の内燃機関に適用され、燃料噴射弁６の噴孔１０は、ノズルボディ１１の中心線ＣＬ２の方向と直交する一方向に延びるスリット状に形成され、かつ分断部２０によって２つのスリット部２１に分断されており、各スリット部２１は、内縁部２６の長さＬ２に対して外縁部Ｌ１の長さが長い形状を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディに形成された噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記燃料噴射弁にて内燃機関の気筒内に直接的に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射弁の前記噴孔は、前記ノズルボディの中心線方向と交差する一方向に延びるスリット状に形成され、かつ分断部によって２つのスリット部に分断されており、
前記２つのスリット部のうちの少なくとも一方は、前記分断部側の内縁部の長さに対して前記内縁部の反対側の外縁部の長さが長い形状を有している、ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射弁に供給する燃料の温度を調整する燃温調整手段と、前記噴孔からの燃料噴射により２つの燃料噴霧が前記気筒内に形成されることが要求される運転領域で前記燃料噴射弁に供給する燃料の温度が上昇するように前記燃温調整手段を制御する燃温制御手段とを更に備える、請求項１に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、燃料噴射弁にて内燃機関の気筒内に直接的に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴孔出口に向かってテーパ状に広がる単一のスリット噴孔を有する燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の形状を、燃料の温度を変化させることによって制御する燃料噴射装置が知られている（特許文献１）。この燃料噴射装置は、スリット噴孔から噴射される燃料噴霧の広がり角が燃料温度に応じて変化することを利用して、内燃機関の運転状態に合った燃料噴霧の形状が得られるように燃料温度を制御している。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２〜５が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９６３０号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４６０８号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５３３１号公報
【特許文献４】特開２００８−１５１０６０号公報
【特許文献５】特開平１０−１４１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の燃料噴射装置は、一つの燃料噴霧の広がり角を変化させることに留まっているため、燃料噴霧の形状変化によって適用できる運転領域には限界がある。
【０００５】
そこで、本発明は、気筒内に形成される燃料噴霧の形態を多様に変化させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射装置は、ノズルボディに形成された噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記燃料噴射弁にて内燃機関の気筒内に直接的に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃料噴射弁の前記噴孔は、前記ノズルボディの中心線方向と交差する一方向に延びるスリット状に形成され、かつ分断部によって２つのスリット部に分断されており、前記２つのスリット部のうちの少なくとも一方は、前記分断部側の内縁部の長さに対して前記内縁部の反対側の外縁部の長さが長い形状を有しているものである（請求項１）。
【０００７】
この燃料噴射装置によれば、スリット部の内縁部の長さに対して外縁部の長さが長いため、スリット部の入口角度、即ち燃料の剥離角度が大きくなる。これにより、内縁部側で形成される内縁噴霧が押し付けられて噴孔の中央部側に寄せられるため、２つのスリット部から燃料が噴射されるにも拘わらず、内縁噴霧同士が干渉して１つの燃料噴霧を形成することができる。燃料の温度が高いほど燃料噴霧の広がり角が低下するため、燃料温度が高いほど２つのスリット部の内縁噴霧同士の干渉度合いが小さく又は干渉が無くなる。従って、燃料温度が低温から高温へ変化する過程で、１つの燃料噴霧から２つの燃料噴霧へ気筒内の燃料噴霧の形態が変化する。例えば、燃料温度が低い冷間始動時等においては１つの燃料噴霧を気筒内に形成することができる一方で、暖機が済んで燃料温度が高くなった場合には２つの燃料噴霧を気筒内に形成することができる。このように、気筒内に形成される燃料噴霧の数を変化できるようになるから、燃料噴霧の形態の変化が多様になる。
【０００８】
本発明の燃料噴射装置の一態様においては、前記燃料噴射弁に供給する燃料の温度を調整する燃温調整手段と、前記噴孔からの燃料噴射により２つの燃料噴霧が前記気筒内に形成されることが要求される運転領域で前記燃料噴射弁に供給する燃料の温度が上昇するように前記燃温調整手段を制御する燃温制御手段とを更に備えてもよい（請求項２）。この態様によれば、燃温調整手段の制御により運転領域に合わせて噴霧形態を選ぶことができる。従って、２つの燃料噴霧が要求される運転領域に適した噴霧形態を実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明の燃料噴射装置によれば、気筒内に形成される燃料噴霧の数を変化できるようになるから、燃料噴霧の形態の変化が多様になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の一形態に係る燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関１は気筒内に燃料を直接的に噴射する筒内噴射式の４サイクルガソリンエンジンとして構成されている。気筒２の中心線ＣＬ１上には点火プラグ３が配置され、その点火プラグ３を挟んで左右に吸気バルブ４及び排気バルブ５が設けられ、さらに吸気バルブ４の外周側に燃料噴射弁６がその先端部６ａをピストン７の頂面凹部７ａに向けた状態で取り付けられている。
【００１１】
図２は図１に示した燃料噴射弁６の先端部６ａを示した拡大断面図である。図示するように、燃料噴射弁６は、噴孔１０が形成されたノズルボディ１１と、噴孔１０を開閉するニードル弁として構成された弁体１２とを有している。弁体１２の周囲には燃料通路１３が形成されており、燃料通路１３には燃料を加熱する燃温調整手段としてのヒータ１４が設けられている。このヒータ１４は例えば供給される電流量に応じた熱を発生する電気式ヒータである。弁体１２は不図示のソレノイドコイルが発生する電磁力に応じて図２の上下方向に駆動される。弁体１２が、噴孔１０の基端側に形成された弁座１５から離れると燃料が噴孔１０の先端（図２の下端）から噴射され、弁体１２が弁座１５に密着すると燃料の噴射は停止される。
【００１２】
図３は図２の矢印IIIの方向から見た状態を示した図であり、図４は図３の矢印IVの方向から見た状態を示した図である。図２〜図４に示すように、噴孔１０はノズルボディ１１の中心線ＣＬ２の方向と交差（直交）する一方向（図２の左右方向）に延びるスリット状に形成されている。噴孔１０の形状は中心線ＣＬ２に関して左右対称に構成されている。そして、噴孔１０はその中間に設けられた分断部２０によって２つのスリット部２１に分断されている。図４から明らかなように、２つのスリット部２１は上記一方向に開口部が並ぶように形成されている。
【００１３】
図２及び図３に示したように、噴孔１０は弁座１５と繋がる燃料溜まり２５に連通しており、燃料溜まり２５と噴孔１０との境界は略円弧状となっている。図２に示すように、各スリット部２１は分断部２０側に位置する内縁部２６と、その反対側の外縁部２７とを有している。各スリット部２１は、外縁部２７の長さＬ１が内縁部２６の長さＬ２に対して長い形状を有している。そのため、スリット部２１の剥離角（入口角とも呼ぶ）θは大きく、本形態では６６°に設定されている。
【００１４】
図１に示すように、燃料噴射弁６はヒータ制御回路３０と接続される。ヒータ制御回路３０はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３１から与えられる制御信号に基づいてヒータ１４への電力の供給と停止とを切り替える他、ＥＣＵ３１から与えられる温度指示値に応じた電力をヒータ１４に供給することもできる。これにより、燃料通路１３を通過する燃料をＥＣＵ２１の制御信号に基づいて温度調整できる。ＥＣＵ３１はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピューターとして構成される周知の制御ユニットである。ＥＣＵ３１は内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算及び各種機器の動作制御を実行する。例えば、ＥＣＵ３１はアクセルペダルの踏み込み量や機関回転数（回転速度）、吸入空気量、空燃比等を検出する各種のセンサーの出力信号に基づいて燃料噴射弁６の弁体１２の動作時間を調整して燃料噴射量を制御する。なお、燃料温度の制御以外の部分については本発明の要旨ではないので詳細は省略する。
【００１５】
気筒２内に形成される噴霧形状は燃料温度と密接な関係がある。図５は燃料温度と噴霧広がり角との関係を示している。燃料噴霧の広がり角は大気圧（０．１ＭＰａ）下で燃料を噴射させたときに形成される燃料噴霧の頂角である。本形態において、その頂角は気筒２の中心線ＣＬ１と直交する第１投影面に燃料噴霧の形状を投影した際の扇形の中心角に、又はその中心線ＣＬ１及びノズルボディ１１の中心線ＣＬ２のそれぞれと平行な第２投影面に燃料噴霧の形状を投影した際の扇形の中心角に相当する。以下、噴霧形状を第１投影面に投影した際の形状を正面側形状と、噴霧形状を第２投影面に投影した際の形状を側面側形状と表現する。図５に示すように、燃料噴霧の正面形状に関しては燃料温度が高いほど噴霧広がり角θａが減少するが、燃料噴霧の側面形状に関しては燃料温度が高いほど噴霧広がり角θａが増加する。従って、燃料温度が上昇するほど燃料噴霧は中実噴霧に近付き、燃料温度が低下するほど燃料噴霧は扁平噴霧に近付く。
【００１６】
図６Ａは燃料温度が低い場合の燃料噴霧の正面形状を、図６Ｂは燃料温度が低い場合の燃料噴霧の側面形状をそれぞれ模式的に示した説明図である。図７Ａは燃料温度が高い場合の燃料噴霧の正面形状を、図７Ｂは燃料温度が高い場合の燃料噴霧の側面形状をそれぞれ模式的に示した説明図である。図５の関係をふまえて図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、各スリット部２１からの燃料噴霧は、図５の性質に従い燃料温度が低いほど図６Ａの正面形状の噴霧の広がり角θａが大きくなる。しかも、各スリット部２１は、外縁部２７の長さＬ１が内縁部２６の長さＬ２に対して長い形状を有しているので、内縁部２６側で形成される内縁噴霧ｆｉが押し付けられて噴孔１０の中央部側に寄せられる。これにより、一方向に並んだ２つのスリット部２１から燃料が噴射されるにも拘わらず、内縁噴霧ｆｉ同士が干渉してこれらが合体し、１つの燃料噴霧Ｆ１が形成される。図６Ｂに示した側面形状に関しては、燃料温度が低いほど広がり角θａが小さくなるので、気筒２の中心線方向に関して扁平な噴霧形状となる。
【００１７】
一方、燃料温度が高い図７Ａ及び図７Ｂの場合にあっては、燃料温度が高くなるほど正面形状の広がり角θａが小さくなり、内縁噴霧ｆｉ同士の干渉度合いが小さく又は無くなるから、各スリット部２１から２つに分かれた燃料噴霧Ｆ２が形成される。そして、図７Ｂの側面形状に関しては、燃料温度が高いほど広がり角が大きくなるので、図６Ｂの場合とは扁平の方向が反対になる。各スリット部２１は外縁部２７の長さＬ１が内縁部２６の長さＬ２に対して長い形状を有しているため、燃料噴霧Ｆ２の上部の噴霧長さが短く、下部の噴霧長さが長くなる。これにより、気筒２の壁面に対する燃料噴霧の衝突が軽減される。その結果、燃料のオイル希釈を抑制することができる。
【００１８】
このように、燃料温度を変化させることにより気筒２内の噴霧形態を、気筒２内に一つの燃料噴霧が形成される噴霧形態と、気筒２内に２つの燃料噴霧が形成される噴霧形態との間で変化させることができる。従って、１つの燃料噴霧の形状を変化させるだけでは限界があった運転状態への適用範囲を拡大することができる。
【００１９】
図８は、燃料温度と噴霧形状との関係を踏まえてＥＣＵ３１が実行する燃温制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この燃料温度制御は内燃機関１の運転中に所定の周期で繰返し実行される。ステップＳ１では内燃機関１の冷却水温を不図示の水温センサの出力信号に基づいて取得する。続くステップＳ２においては、内燃機関１が始動してから暖機が完了したか否かを判定する。
【００２０】
暖機が完了していない場合は、ステップＳ３に進みヒータ１４に電力を供給して燃料を加熱する。内燃機関１の冷間始動時、特に始動初発時などではヒータ１４がＯＮされても燃料が十分に加熱されず燃料温度が低いままである。そして、始動時には圧縮行程で燃料噴射する成層燃焼が行われるので気筒２内の雰囲気は加圧場である。このような状況では、燃料温度が低くかつ筒内雰囲気が加圧場であるため、図６Ａ及び図６Ｂに示したように気筒２内に２つスリット部２１からの燃料噴霧が合体した１つの燃料噴霧が形成される。これにより、安定的に混合気を成層状態に形成できるため始動時の燃焼が向上する。
【００２１】
その後ヒータ１４による燃料の加熱が進み、吸気行程に燃料を噴射するパーシャル燃焼に移行すると、燃料温度が高くしかも筒内雰囲気が負圧場であるため、噴射直後の減圧沸騰効果が得られやすい。従って、図７Ａ及び図７Ｂに示したように気筒２内にその中心線方向（縦方向）に延びる２つの燃料噴霧が形成される。これにより、気筒２の壁面への燃料噴霧の衝突が低減されるため燃料のオイル希釈が抑制される。
【００２２】
一方、暖機が完了した場合には、ステップＳ４に進みヒータ１４への電力供給を停止し、今回のルーチンを終了する。暖機が完了した場合には燃料温度が十分に高いためである。燃料温度が十分に高まれば２つの燃料噴霧が気筒２内に形成されるため、混合気の均質度が向上して燃焼が安定化するので内燃機関１の出力性能が高まる。
【００２３】
ステップＳ５では、内燃機関１の回転変動が基準値を超えて大きいか否かを判定する。燃料温度が高すぎると燃焼が不安定になって内燃機関の回転変動をもたらすため、内燃機関１の回転変動を監視することにより燃料の過熱を防止する。基準値は燃料温度と回転変動との関係を実験的に調べておき、その調査結果に基づいて適宜定められる。なお、内燃機関１の回転変動は不図示のクランク角センサからの情報に基づいて取得する。
【００２４】
内燃機関１の回転変動が大きい場合には、ステップＳ６に進んでヒータ１４への電力供給を停止し、続くステップＳ７において警告灯を点灯させて運転者に異常を告知する。その後、今回のルーチンを終了する。一方、回転変動が小さい場合は、ステップＳ６及びステップＳ７をスキップして今回のルーチンを終了する。なお、内燃機関１がＶ型エンジンで、なおかつアルコール燃料でもガソリンとアルコールとの混合燃料でも運転できるエンジンとして構成されている場合には、回転変動をバンク毎に検出し、異常バンクのヒータ１４のみをＯＦＦにすることも可能である。この場合、ドライバビリティは悪化するものの、燃料のオイル希釈が抑制されるから空燃比のずれを最低限に保証できる。なお、このようなエンジンを搭載した車両はフレキシブル・フューエル・ビークル（ＦＦＶ）と一般に呼ばれている。
【００２５】
本形態においては、内燃機関１の暖機完了後の運転領域が２つの燃料噴霧が気筒内に形成されることが要求される運転領域に相当し、ＥＣＵ３１が図８の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３１は本発明に係る燃温制御手段として機能する。
【００２６】
但し、本発明は、上記の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々に形態にて実施できる。温度調整手段としてのヒータ１４による燃料温度の制御は必須ではない。燃料温度は、内燃機関の始動時から運転時間が進むに従って上昇してゆく傾向にあるので、その成り行きに任せて燃料噴霧の形態を１つの燃料噴霧から２つの燃料噴霧へ移行させるようにすることもできる。
【００２７】
上記の形態における噴孔の形状は一例にすぎない。上記の形態では、２つのスリット部２１は左右対称に構成されているが、左右非対称であってもよい。少なくとも１つのスリット部について外縁部の長さが内縁部よりも長い関係が存在することを限度として、内縁部の長さと外縁部の長さとの大小関係が２つのスリット部の間で異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一形態に係る燃料噴射装置が適用された内燃機関の要部を示した図。
【図２】図１に示した燃料噴射弁の先端部を示した拡大断面図。
【図３】図２の矢印IIIの方向から見た状態を示した図。
【図４】図３の矢印IVの方向から見た状態を示した図。
【図５】燃料温度と噴霧広がり角との関係を示した図。
【図６Ａ】燃料温度が低い場合の燃料噴霧の正面形状を模式的に示した説明図。
【図６Ｂ】燃料温度が低い場合の燃料噴霧の側面形状を模式的に示した説明図。
【図７Ａ】燃料温度が高い場合の燃料噴霧の正面形状を模式的に示した説明図。
【図７Ｂ】燃料温度が高い場合の燃料噴霧の側面形状を模式的に示した説明図。
【図８】燃温制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２９】
１  内燃機関
２  気筒
６  燃料噴射弁
１０  噴孔
１１  ノズルボディ
１４  ヒータ（燃温調整手段）
２０  分断部
２１  スリット部
２６  内縁部
２７  外縁部
３１  ＥＣＵ（燃温制御手段）
ＣＬ２  ノズルボディの中心線
Ｌ１  外縁部の長さ
Ｌ２  内縁部の長さ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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