(57)【要約】      （修正有）【課題】インジェクタの噴出孔周辺における異物を速やかに除去すること。【解決手段】閉弁速度が変更可能なニードル３４を備えたインジェクタ１８と、インジェクタ１８の燃料噴射孔５４からの燃料漏れを検出する検出手段２０と、検出手段２０が燃料漏れを検出した場合に、ニードル３４の閉弁速度を増加させる制御手段２０と、を有することを特徴とする燃料噴射装置。燃料漏れを検出した場合に、閉弁時におけるニードル速度を上げることで、速度を増したニードル３４がニードルボディ５０に着座した際に異物を粉砕する。これにより、ニードル３４の先端部とニードルボディ５０との間に異物が挟まることに起因する燃料漏れを抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉弁速度が変更可能なニードルを備えたインジェクタと、
前記インジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段と、
前記検出手段が燃料漏れを検出した場合に、前記ニードルの閉弁速度を増加させる制御手段と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記検出手段は、燃焼室に設けられた燃焼圧センサの出力に基づき、燃料漏れを検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
付与された電荷量に応じて伸縮を行うピエゾ素子と、
前記ピエゾ素子への電荷の付与及び前記ピエゾ素子からの電荷の除去を行う充放電手段と、
前記ピエゾ素子の伸縮をニードルに伝達することにより、前記ニードルの開弁及び閉弁を実現する伝達手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記ピエゾ素子の充電速度及び放電速度の少なくとも一方を増加させることにより、前記ニードルの閉弁速度を増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御手段は、燃料漏れが検出された後、予め定められた燃料噴射回数だけ、前記ニードルの閉弁速度を増加させて閉弁を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか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、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクタと、当該インジェクタを制御する制御手段とを備えた燃料噴射装置が知られている。インジェクタの内部には、インジェクタの開弁及び閉弁を行うためのニードルが備えられている。
【０００３】
また、インジェクタの内部に磁石を含む吸着部材を配置し、燃料中に混入した異物（金属粉）を磁力により吸着除去する技術が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料中に異物が混入すると、ニードルの先端部とニードルが着座するニードルボディとの間に、異物が挟まってしまう場合がある。その結果、ニードルが正しく着座できず、燃料漏れが発生してしまう場合がある。磁力により金属粉を除去する上記の技術では、一度補足された金属粉が燃料流れにより脱離し、ニードルとニードルボディとの間に挟まってしまう場合があり、燃料漏れを防ぐには不十分であった。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特にニードル先端部とニードルボディとの間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタからの燃料漏れを抑制することの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】
【０００７】
本燃料噴射装置は、閉弁速度が変更可能なニードルを備えたインジェクタと、前記インジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段と、前記検出手段が燃料漏れを検出した場合に、前記ニードルの閉弁速度を増加させる制御手段と、を有する。この構成によれば、燃料漏れを検出した場合に閉弁時におけるニードル速度を上げることで、速度を増したニードルが着座の際に異物を粉砕し、破砕された異物を燃料流れにより効果的に除去することができる。その結果、ニードル先端部とニードルボディとの間に異物が挟まることに起因する燃料漏れを効果的に抑制することができる。
【０００８】
上記構成において、前記検出手段は、燃焼室に設けられた燃焼圧センサの出力変化に基づき、燃料漏れを検出する構成とすることができる。この構成によれば、燃焼圧センサを用いることにより、燃料漏れを早期に検出することができるため、異物の除去を速やかに行うことができる。
【０００９】
上記構成において、付与された電荷量に応じて伸縮を行うピエゾ素子と、前記ピエゾ素子への電荷の付与及び前記ピエゾ素子からの電荷の除去を行う充放電手段と、前記ピエゾ素子の伸縮をニードルに伝達することにより、前記ニードルの開弁及び閉弁を実現する伝達手段と、を有し、前記制御手段は、前記ピエゾ素子の充電速度及び放電速度の少なくとも一方を増加させることにより、前記ニードルの閉弁速度を増加させる構成とすることができる。この構成によれば、ピエゾ素子の充電速度または放電速度を制御することにより、ニードル速度の変更を容易に行うことができる。
【００１０】
上記構成において、前記制御手段は、燃料漏れが検出された後、予め定められた燃料噴射回数だけ、前記ニードルの閉弁速度を増加させて閉弁を行う構成とすることができる。この構成によれば、ニードル速度を上げる回数を制限することにより、ニードルが着座する際のニードルボディへのダメージを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ニードル先端部とニードルボディとの間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタからの燃料漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施例１に係る燃料噴射装置の構成を示した図である。
【図２】図２は、ピエゾインジェクタの断面模式図である。
【図３】図３は、実施例１に係る燃料噴射装置の動作を示したフローチャートである。
【図４】図４は、ピエゾインジェクタの制御回路図である。
【図５】図５は、実施例１に係る燃料噴射装置の動作を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、実施例１に係る燃料噴射装置１００の構成を示した図である。燃料タンク１０には、内燃機関で使用される燃料（例えば、軽油等）が蓄えられている。高圧ポンプ１２は、燃料タンク１０から燃料を汲み上げ、高圧状態にしてコモンレール１４へと供給する。コモンレール１４は、高圧ポンプ１２から供給される燃料を高圧状態で蓄え、高圧燃料通路１６を介してピエゾインジェクタ１８に供給する。コモンレール１４に蓄えられた燃料の一部は、リターン通路１９を介して燃料タンク１０へと戻される。
【００１５】
ピエゾインジェクタ１８は、ＥＣＵ２０（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からＥＤＵ２１（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を介して出力される駆動信号に基づき、燃焼室２２へ燃料噴射を行う。燃焼室２２内の燃焼圧は、燃焼圧センサであるＣＰＳセンサ２４（ＣＰＳ：Ｃｏｎｂｕｓｔｉｏｎ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）により測定され、ＥＣＵ２０へと出力される。噴射に使用されされなかった燃料は、ピエゾインジェクタ１８に接続されたリターン通路１９により、燃料タンク１０へと戻される。
【００１６】
ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータやメモリ等を備えて構成される。本実施例において、ＥＣＵ２０はインジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段、及び燃料漏れを検出した場合にニードル３４の閉弁速度を増加させる制御手段として機能する。
【００１７】
図２は、図１のピエゾインジェクタ１８の断面模式図である。ピエゾインジェクタ１８は、ピエゾ素子としてのピエゾスタック３０、ピストン３２、及びニードル３４を備える。また、ピエゾインジェクタ１８には、燃料通路として高圧燃料通路３６、リターン通路３８、及び油密室４０が設けられている。ニードル３４の先端部には燃料室４２が、基端部には背圧室４４が設けられ、それぞれ高圧燃料通路３６から燃料が供給されている。また、ニードル３４の中央部３４ａの水平断面は他の部分より直径が大きく、ニードル３４の中央部３４ａを挟んだ先端側は油密室４０と、基端側はリターン通路３８とそれぞれ繋がっている。
【００１８】
ＥＤＵ２１は、ＥＣＵ２０及びピエゾスタック３０の間に接続されており、ピエゾスタック３０への電荷の付与及びピエゾスタック３０からの電荷の除去を行う充放電手段として機能する。ピエゾスタック３０は、蓄えられた電荷量が増加すると伸張し、減少すると収縮する。ピエゾスタック３０の伸縮は、伝達手段として機能するピストン３２及び油密室４０内の燃料により、ニードルの中央部３４ａへと伝えられる。
【００１９】
図２をもとに、ピエゾインジェクタ１８の動作について説明する。噴射停止状態においては、ニードル３４の基端部に作用するレール圧による押下げ力及びスプリング力が、ニードルの先端部に作用する圧力による押上げ力より大きく、高圧燃料はニードル３４の先端部でシールされている。ＥＣＵ２０の指令により、ＥＤＵ２１からピエゾスタック３０に電荷が付与されると、ピエゾ素子が膨張し、ピストン３２が押下げられる。ピストン３２が押下げられると、慣性により作動の遅れたチェックボール５２がリターン通路３８と油密室４０との間の通路５３を塞ぎ、油密室４０は閉空間となる。
【００２０】
ピエゾスタック３０が更に伸張すると、油密室４０内の燃料は圧縮され、圧力の上昇した燃料がニードル３４を先端側から基端側に持ち上げようとする。油密室４０の圧力が一定以上になると、ニードル３４の基端部に作用する押下げ力（背圧室４４のレール圧による押下げ力＋スプリング力）より、ニードルの中央部及び先端部に作用する押上げ力（燃料室４２のレール圧による押上げ力＋油密室４０のレール圧による押上げ力）が大きくなり、噴射孔５４が開く。噴射孔５４が開いた後も、ピエゾスタック３０が伸張を続ける間は油密室の圧力が上昇するため、ニードル３４の開弁速度が増大する。
【００２１】
なお、油密室４０の圧力が上昇する速度は、ピエゾスタック３０に対し電荷を付与する速度により決定される。従って、本実施例の燃料噴射装置１００では、ピエゾスタック３０に対する電荷の付与速度を変更することにより、ニードルの開弁速度を変更させることができる。
【００２２】
ノズルの閉弁は、ピエゾスタック３０からの電荷の除去により行われる。電荷が除去されることでピエゾスタック３０は収縮し、ピストン３２が押し上げられて油密室４０の容積が増大する。これにより、油密室４０の圧力が低下し、ニードル３４を押し上げる力も低下するため、ニードル３４を押下げる力が相対的に大きくなりニードル３４はニードルボディ５０に押し付けられる。これにより、燃料の噴射が終了する。ここでも、ニードル３４の上昇時と同様に、ピエゾスタック３０からの電荷の除去割合を変更することにより、ニードル３４の閉弁速度を変更することができる。
【００２３】
上述したインジェクタ１８では、ニードル３４の上昇時に噴射孔５４から高圧燃料が噴射される。ここで、燃料中に金属粉等の異物が混入していると、ニードル３４の先端部とニードルボディ５０との間に異物が挟まってしまう場合がある。その結果、ニードル３４がニードルボディ５０に適切に着座せず、高圧燃料のシールが不十分となり、燃料漏れが発生してしまう場合がある。
【００２４】
本実施例の燃料噴射装置は、このような課題を解決し、ニードル３４の先端部とニードルボディ５０との間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタ１８からの燃料漏れを抑制することを目的とするものである。
【００２５】
図３は、燃料噴射装置１００の異物除去時における動作を示したフローチャートである。最初に、ＥＣＵ２０が、インジェクタ１８の噴射孔５４からの燃料漏れを検出する（ステップＳ１０）。本実施例では、燃焼室２２内に設けられたＣＰＳセンサ２４からの出力信号に基づいて、ＥＣＵ２０が燃料漏れの有無を判定する。具体的には、燃料漏れが発生すると、燃焼室２２において異常な燃焼圧力の上昇が発生する。従って、ＣＰＳセンサ２４により燃焼室２２内の圧力を測定し、センサ出力が所定の閾値（例えば、通常の燃焼時における最大圧力）を超えた場合に燃料漏れと判定することにより、燃料漏れの検出を行うことができる。
【００２６】
燃料漏れが検出された場合、ＥＣＵ２０は、インジェクタ１８の閉弁時におけるニードル３４の閉弁速度を増加させる制御を行う（ステップＳ１２）。これにより、ニードル３４は通常時よりも速度が増した状態でニードルボディ５０に着座し、異物が付着している場合には、衝撃によりそれを破砕する。破砕された異物は、燃料噴射時の燃料流れに伴い外部に排出されるため、燃料漏れは解消する。その後は、再びＣＰＳセンサ２４による燃料漏れの検出（ステップＳ１０）を行い、燃料漏れが解消されるまで、通常時より速いニードル速度でピエゾインジェクタ１８の閉弁動作を行う。
【００２７】
図４は、本実施例に係るピエゾインジェクタ１８の制御回路である。ピエゾインジェクタ１８には、コンデンサ６０と抵抗６２とが並列に接続されている。抵抗６２は、ピエゾインジェクタ１８に蓄積された電荷を消費するためのもので、代わりにコンデンサを用いることもできる。また、コンデンサ６０とピエゾインジェクタ１８との間にはスイッチＳＷ１が、抵抗６２とピエゾインジェクタ１８との間にはスイッチＳＷ２がそれぞれ直列に接続されており、ＥＣＵ２０からの指令により開閉する。コンデンサ６０には、ピエゾインジェクタ１８に付加するための電荷が蓄えられており、ＥＤＵ２１内の昇圧機構（図示せず）により予め所定の電圧に昇圧されている。なお、図視するように、コンデンサ６０、抵抗６２、並びに２つのスイッチＳＷ１及びＳＷ２は、ＥＤＵ２１の一部である。コンデンサ６０及びスイッチＳＷ１はピエゾイジェクタ１８に対する充電手段として、抵抗６２及びスイッチＳＷ２は放電手段としてそれぞれ機能する。
【００２８】
図５は、燃料噴射時における図４の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。通常時におけるチャートを実線で、図３のステップＳ１２におけるニードル速度増加時（以下、高速閉弁時）におけるチャートを破線で示す。最初に、ＥＣＵ２０からの通電指令がＯＮになると、電荷が蓄積されたコンデンサ６０側のスイッチＳＷ１が接続され、スイッチＳＷ２は開放状態となる。これにより、コンデンサ６０からピエゾインジェクタ１８へと電流が流れ、ピエゾインジェクタ１８の電圧は上昇する。スイッチＳＷ１が接続されたままだと電流値が過剰となるため、スイッチＳＷ１はＴ１ｏｎ時間後にＴ１ｏｆｆ時間だけ切断される。以後、ピエゾインジェクタ１８の電圧が所定値（予め設定された最大電圧）に達するまで、スイッチＳＷ１はＴ１ｏｎ時間の接続とＴ１ｏｆｆ時間の切断を繰り返す。ピエゾインジェクタ１８の電圧増加に伴いニードル３４は上昇し、上昇速度も増大し続ける。
【００２９】
ピエゾイジェクタ１８の電圧が所定値に達すると、スイッチＳＷ１は開放状態に維持され、ピエゾインジェクタ１８の電圧は一定値に保たれる。ピエゾインジェクタ１８への充電が停止してからしばらくの間は、油密室４０の圧力が背圧よりも高い状態が続くため、ニードル３４は上昇を続ける。油密室４０の圧力が背圧と同等になった時点で、ニードル速度は０となり、ニードル３４の上昇が停止する。
【００３０】
ＥＣＵ２０からの通電指令がＯＦＦになると、抵抗６２側のスイッチＳＷ２が所定時間Ｔ２ｏｎだけ接続される。これにより、ピエゾインジェクタ１８に蓄えられた電荷は抵抗６２において消費され、ピエゾインジェクタ１８の電圧は下降する。この場合も、電流が過剰にならないように、スイッチＳＷ２はＴ２ｏｎ時間後にＴ２ｏｆｆ時間だけ切断される。以後、ピエゾインジェクタ１８の電圧が初期値に戻るまで、スイッチＳＷ１はＴ２ｏｎ時間の接続とＴ２ｏｆｆ時間の切断を繰り返す。ニードル３４はピエゾインジェクタ１８の電圧降下に伴い下降を始め、ニードルボディ５０に着座して停止する。ニードル速度は、下降の開始段階で大きく増加した後緩やかに減少し、ニードルの着座に伴いゼロになる。
【００３１】
通常時及び高速閉弁時におけるチャートを比較すると、高速閉弁時におけるニードル下降時のスイッチＳＷ２の接続時間（Ｔ２ｏｎ：Ｂ）が、通常時（Ｔ２ｏｎ：Ａ）に比べ長くなっている（Ａ＜Ｂ）。これにより、高速閉弁時におけるピエゾインジェクタ１８からの電荷の除去速度を、通常時に比べ大きくすることができる。その結果、高速閉弁時におけるニードル速度を通常時に比べて速くすることができる。
【００３２】
以上のように、本実施例に係る燃料噴射装置１００によれば、ＥＣＵ２０がインジェクタの噴射孔５４からの燃料漏れを検出した場合に、ニードル３４の閉弁速度を増加させる。これにより、燃料中に含まれる異物をニードル着座時の衝撃により破砕・除去することができる。その結果、ニードル３４の先端部とニードルボディ５０との間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタ１８からの燃料漏れを抑制することができる。
【００３３】
従来の燃料噴射装置では、ニードル先端の疲労破壊及び着座時の騒音を低減するために、ニードルの閉弁速度が制限されていた。従って、異物の破壊を行うために必要な閉弁速度を得ることが難しかった。また、油圧回路により予めニードル速度が決定されているインジェクタでは、ニードル速度の変更を行うことはできなかった。本実施例の燃料噴射装置１００のように、燃料漏れの検出時にのみ閉弁速度を高速化させることで、ニードル３４やニードルボディ５０へのダメージを抑制しつつ異物の除去を効果的に行うことができる。
【００３４】
本実施例では、燃焼室２２に設けられたＣＰＳセンサ２４の出力に基づき、ＥＣＵ２０が燃料漏れの検出を行っている。従来の燃料漏れロジックでは、判定エラーを避けるために数サイクルを要する場合があったが、ＣＰＳセンサ２４を用いることにより早期に燃料漏れの検出を行うことができるため、異物の除去を速やかに行うことができる。
【００３５】
また、本実施例では、インジェクタとして直動型のピエゾインジェクタ１８を採用しており、ＥＣＵ２０がピエゾスタック３０からの放電速度を増加させることにより、ピエゾスタック３０の収縮速度を増加させ、ニードル３４の閉弁速度を増加させている。これによりニードル速度の変更を容易に行うことができる。なお、ピエゾインジェクタには、図２で示したものとは反対に、ピエゾスタックが収縮（放電）することにより開弁し、伸張（充電）することにより閉弁するものも考えられる。このようなピエゾインジェクタでは、図４で示した制御回路と同等の回路を用い、図５で示したピエゾインジェクタの電流制御において、充電と放電とを逆に行えばよい。この場合も、ピエゾスタックの充電時（閉弁時）において、コンデンサ（充電手段）側のスイッチをＯＮにする時間を長くすることで、充電速度を早め、ニードルの閉弁速度を増加させることができる。このように、ニードルの閉弁速度が変更可能なインジェクタであれば、任意の形態のインジェクタを用いてよい。
【００３６】
また、図３で説明したように、閉弁時のニードル速度を増加する制御（ステップＳ１２）を行う度に、燃料漏れの検出（ステップＳ１０）を行うことが好ましいが、上述のようにＣＰＳセンサ２４を用いない場合は他の方法を用いてもよい。例えば、従来のように燃料漏れの検出に数サイクルを要する場合は、燃料漏れが検出された後、予め定められた噴射回数だけ、ニードル速度を上昇させて閉弁を行ってもよい。これにより、燃料漏れの検出にある程度時間がかかる場合であっても、異物の除去を速やかに行うことができる。また、ニードル速度が上昇した状態における閉弁動作を一定の回数に制限することで、ニードルボディ５０へのダメージを抑制することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１８    ピエゾインジェクタ
２０    ＥＣＵ
３０    ピエゾスタック
３４    ニードル
５０    ニードルボディ
５４    噴射孔
【図１】
2010223143.tif 000003
【図２】
2010223143.tif 000004
【図３】
2010223143.tif 000005
【図４】
2010223143.tif 000006
【図５】
2010223143.tif 000007