(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置において、燃料噴霧により燃焼室内を適正に冷却とすることでノッキングの発生を抑制可能とする。【解決手段】燃焼室１８に燃料を噴射可能なインジェクタ４３を設けると共に、インジェクタ４３から噴射される燃料噴射圧力を変更可能な高圧燃料ポンプ４６を設け、インジェクタ４３から噴射される燃料噴霧の粒径を変更可能な燃料噴霧粒径変更手段を設け、この燃料噴霧粒径変更手段は、燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
該燃料噴射弁による燃料噴射圧力を変更可能な燃料噴射圧力変更手段と、
前記燃料噴射弁による燃料噴霧粒径を変更可能な燃料噴霧粒径変更手段と、
を備え、
前記燃料噴霧粒径変更手段は、前記燃料噴射圧力変更手段により燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射圧力変更手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて駆動し、調量弁が吸入口を開閉することで燃料の吸入量を調節すると共に加圧して圧送可能な燃料ポンプを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴霧粒径変更手段は、前記燃料噴射弁におけるニードル弁のリフト量を大きくして噴孔の通路面積を大きくすることで、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射圧力変更手段は、前記内燃機関の回転数が予め設定された所定回転数を超えたときに燃料噴射圧力を高圧に変更し、前記燃料噴霧粒径変更手段は、変更された燃料噴射圧力に応じて燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に生成されるタンブル流に沿って燃料を噴射することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧燃料を燃焼室に噴射する筒内噴射式内燃機関において、燃圧を調整可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用車やトラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関において、燃料を吸気ポートではなく、燃焼室（気筒）に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入され、この吸気行程時またはピストンが上昇して吸入空気を圧縮する圧縮行程時に、燃料噴射弁が燃焼室に対して燃料を直接噴射する。すると、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気に対して点火プラグが着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポートから排出される。
【０００３】
このような筒内噴射式内燃機関において、タンブル流を強化することで、高負荷運転時における燃焼を改善してノッキングの発生を抑制することが考えられている。そこで、吸気行程にて、燃焼室内に流れ込む空気の流れに沿うように、燃料噴射弁から燃料を噴射することで、吸気行程での空気の流れと燃料噴霧の貫徹力とが相俟ってタンブル流を強めるようにしている。すると、このタンブル流が圧縮行程後期の点火時期まで持続し、燃焼室内の混合気に乱れが存在している状態で点火することができ、ノッキングの発生を抑制することができる。
【０００４】
なお、こうように燃料噴霧により成層燃焼域の高負荷時の燃焼安定性を向上させるものとして、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された内燃機関の燃料噴射制御装置では、成層燃焼域の高負荷時にニードル弁の位置に関わらず、軸部材が収容部内に収納された状態となるように、アクチュエータへの印加電圧を制御することで、噴孔に溜まる燃料、つまり、粒径が大きく貫徹力が強い初期噴霧を増やすことで、成層燃焼域の高負荷時の燃焼安定性を良くするようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−０４５９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の筒内直接噴射式内燃機関にて、燃料噴射弁から噴射される燃料によりタンブル流を強める場合、燃料噴射圧力を高めて燃料噴霧の強い貫徹力によりタンブル流を強めている。ところが、この筒内直接噴射式内燃機関では、燃焼室内に供給された燃料により気化潜熱を奪い、その燃焼室の壁面を冷却して混合気の温度を下げることで、燃焼室内の体積効率を向上し、より多くの空気を燃焼室内に吸入するようにしている。
【０００７】
そのため、タンブル流を強めるために、燃料噴射圧力を高めて燃料噴霧に強い貫徹力を与えると、燃料噴霧が燃焼室の壁面に衝突してしまい、燃料噴霧がこの燃焼室の壁面から直接熱を奪って蒸発することとなる。すると、燃料噴霧が燃焼室内の空気の熱を奪うことができず、燃焼室内を十分に冷却することができずにノッキングが発生してしまうという問題がある。
【０００８】
なお、上述した特許文献１に記載された内燃機関の燃料噴射制御装置では、粒径が大きく貫徹力が強い初期噴霧を増やすことで、成層燃焼域の高負荷時の燃焼安定性を良くするものであるが、燃料圧力と燃料噴霧粒径との関係について触れておらず、燃料噴射圧力を高めると、上述したものと同様に、燃料噴霧により燃焼室内を十分に冷却することができない。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、燃料噴霧により燃焼室内を適正に冷却とすることでノッキングの発生を抑制可能とする内燃機関の制御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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料噴射圧力を変更可能な燃料噴射圧力変更手段と、前記燃料噴射弁による燃料噴霧粒径を変更可能な燃料噴霧粒径変更手段と、を備え、前記燃料噴霧粒径変更手段は、前記燃料噴射圧力変更手段により燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する、ことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料噴射圧力変更手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて駆動し、調量弁が吸入口を開閉することで燃料の吸入量を調節すると共に加圧して圧送可能な燃料ポンプを有することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料噴霧粒径変更手段は、前記燃料噴射弁におけるニードル弁のリフト量を大きくして噴孔の通路面積を大きくすることで、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料噴射圧力変更手段は、前記内燃機関の回転数が予め設定された所定回転数を超えたときに燃料噴射圧力を高圧に変更し、前記燃料噴霧粒径変更手段は、変更された燃料噴射圧力に応じて燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の制御装置では、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内に生成されるタンブル流に沿って燃料を噴射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料噴霧粒径変更手段は、燃料噴射圧力変更手段により燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する。従って、燃料噴射圧力が高くなって、燃料噴霧の貫徹力が高くなっても、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更するため、燃焼室壁面への燃料付着が抑制され、燃料噴霧により適正に燃焼室を冷却してノッキングの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図、図２は、本実施例の内燃機関の制御装置における燃料系を表す概略構成図、図３は、本実施例の内燃機関における燃焼室の縦断面図、図４は、本実施例の内燃機関におけるインジェクタの概略断面図、図５は、インジェクタの先端部を表す断面図、図６は、図５のVI−VI断面図、図７は、燃料圧力に対するニードル弁のリフト量を表す制御マップ、図８は、本実施例の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御を表すフローチャートである。
【００１８】
本実施例の内燃機関の制御装置において、図１に示すように、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００１９】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムが吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００２０】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。
【００２１】
従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジンは、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００２２】
また、このエンジンの動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２５となっている。この吸気可変動弁機構２５は、吸気カムシャフト２３の軸端部にＶＶＴコントローラ２６が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ２７からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２６の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対する吸気カムシャフト２３の位相を変更し、吸気弁２１の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気可変動弁機構２５は、吸気弁２１の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ２８が設けられている。
【００２３】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド２９を介してサージタンク３０が連結され、このサージタンク３０に吸気管３１が連結されており、この吸気管３１の空気取入口にはエアクリーナ３２が取付けられている。そして、このエアクリーナ３２の下流側にスロットル弁３３を有する電子スロットル装置３４が設けられている。
【００２４】
排気ポート２０には、排気マニホールド３５を介して排気管３６が連結されており、この排気管３６には排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する三元触媒３７及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒３８が装着されている。この三元触媒３７は、空燃比（排気空燃比）がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３８は、空燃比（排気空燃比）がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したリッチ燃焼領域またはストイキ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。
【００２５】
吸気管３１におけるサージタンク３０の下流側と、排気管３６における三元触媒３７の上流側との間には、排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）３９が設けられており、このＥＧＲ通路３９には、ＥＧＲ弁４０とＥＧＲクーラ４１が設けられている。また、このＥＧＲ通路３９におけるＥＧＲ弁４０より吸気管３１側に、ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度センサ４２が設けられている。
【００２６】
シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）４３が装着されており、このインジェクタ４３は、吸気ポート１９側に位置して水平上端から下方に所定角度傾斜（図１では水平に記載されている。）して配置されている。各気筒に装着されるインジェクタ４３はデリバリパイプ４４に連結され、このデリバリパイプ４４には、高圧燃料供給管４５を介して高圧燃料ポンプ４６が連結され、この高圧燃料ポンプ４６には、低圧燃料供給管４７を介して燃料タンク４８内の低圧燃料ポンプ（フィードポンプ）４９が連結されている。従って、低圧燃料ポンプ４９は、燃料タンク４８内の燃料を所定の低圧まで加圧して低圧燃料供給管４７に供給し、高圧燃料ポンプ４６は、低圧燃料供給管４７の低圧燃料を所定の高圧まで加圧し、高圧燃料供給管４５を介してデリバリパイプ４４に供給することができ、インジェクタ４３は、デリバリパイプ４４内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ５０が装着されている。
【００２７】
ここで、上述した本実施例の内燃機関の燃料系について詳細に説明する。本実施例の内燃機関の燃料系において、図２に示すように、４つの気筒に対応して設けられた燃焼室１８に対して、インジェクタ４３及び点火プラグ５０が設けられている。この各インジェクタ４３は、基端部がデリバリパイプ４４に連結されており、デリバリパイプ４４内の高圧燃料を燃焼室１８に噴射することができる。
【００２８】
燃料タンク４８は、第１室４８ａと第２室４８ｂとに分かれた鞍型をなし、各室４８ａ，４８ｂに所定量の燃料を貯留可能となっている。第１室４８ａには低圧フィードポンプ４９が装着されており、この低圧フィードポンプ４９は、低圧燃料供給管４７を介して高圧燃料ポンプ４６が連結され、この高圧燃料ポンプ４６は高圧燃料供給管４５を介してデリバリパイプ４４の一端部に連結されている。この高圧燃料ポンプ４６は吸気カムシャフト２３により駆動可能であり、低圧燃料供給管４７にはパルセーションダンパ５１が装着され、高圧燃料供給管４７にはチェック弁５２が装着されている。
【００２９】
また、第２室４８ｂにはジェットポンプ５３が設けられており、このジェットポンプ５３には、低圧燃料供給管４７から分岐してプレッシャレギュレータ５４を有する燃料返送管５５が連結されると共に、第１室４８ａに延出される燃料移送管５６が連結されている。更に、デリバリパイプ４４の他端部には、燃料排出管５７の基端部が連結され、この燃料排出管５７におけるデリバリパイプ４４の排出部にはリリーフ弁５８が装着されており、燃料排出管５７の先端部は燃料タンク４８における第２室４８ｂに連結されている。
【００３０】
従って、内燃機関が始動すると、低圧フィードポンプ４９が駆動して燃料タンク４８における第１室４８ａの燃料を昇圧し、低圧燃料を低圧燃料供給管４７を通して高圧燃料ポンプ４６に供給し、この高圧燃料ポンプ４６は低圧燃料を昇圧し、高圧燃料を高圧燃料供給管４５を通してデリバリパイプ４４に供給することができ、各インジェクタ４３は、デリバリパイプ４６内の高圧燃料を燃焼室１８にそれぞれ噴射することができる。なお、デリバリパイプ４４内の燃料圧力が所定圧力より大きくなると、リリーフ弁５８が開放して高圧燃料を燃料排出管５７を通して燃料タンク４８における第２室４８ｂに排出する。
【００３１】
上述した高圧燃料ポンプ４６は、吸気カムシャフト２３に固定されたポンプカム２３ａにより駆動可能となっている。即ち、吸気カムシャフト２３が回転し、ポンプカム２３ａによりプランジャ５９が下降するとき、低圧燃料供給管４７の低圧燃料が吸入口６０から吸入され、続いて、プランジャ５９が上昇するとき、要求吐出量に応じたタイミングで電磁ソレノイド６１により調量弁６２を上昇して吸入口６０を閉止すると、内部の低圧燃料が昇圧されると共に、所定の圧力まで昇圧された高圧燃料を吐出口６３からチェック弁５２を通して高圧燃料供給管４５に圧送することができる。この場合、プランジャ５９が上昇するとき、電磁ソレノイド６１により調量弁６２を上昇するタイミングを調整し、デリバリパイプ４４への吐出量を調整することができると共に、デリバリパイプ４４の燃料圧力を調整することができる。
【００３２】
車両には、図１及び図２に示すように、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１が搭載されており、このＥＣＵ７１は、インジェクタ４３の燃料噴射タイミング、点火プラグ５０の点火時期、高圧燃料ポンプ４６の吐出量などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水温、燃料圧力などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、燃料噴射圧力、噴射時期、点火時期などを決定している。
【００３３】
即ち、吸気管３１の上流側にはエアフローセンサ７２及び吸気温センサ７３が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をＥＣＵ７１に出力している。電子スロットル装置３４にはスロットルポジションセンサ７４が設けられ、アクセルペダルにはアクセルポジションセンサ７５が設けられており、現在のスロットル開度及びアクセル開度をＥＣＵ７１に出力している。クランクシャフト１６にはクランク角センサ７６が設けられ、検出したクランク角度をＥＣＵ７１に出力し、ＥＣＵ７１はクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出する。また、シリンダブロック１１には水温センサ７７が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ７１に出力している。シリンダブロック１１にはノックセンサ７８が設けられており、検出したノッキング信号をＥＣＵ７１に出力している。
【００３４】
また、排気管３６における三元触媒３７より上流側に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７９が設けられ、三元触媒３７より下流側に、酸素（Ｏ２）センサ８０が設けられている。このＡ／Ｆセンサ７９及びＯ２センサ８０は、燃焼室１８から排気ポート２０及び排気マニホールド３５を通して排気管３６に排気された排気ガスの排気空燃比（酸素量）を検出し、検出した排気空燃比をＥＣＵ７１に出力している。ＥＣＵ７１は、Ａ／Ｆセンサ７９及びＯ２センサ８０が検出した排気空燃比をフィードバックし、エンジン運転状態に応じて設定された目標空燃比と比較することで、燃料噴射量を補正している。また、各インジェクタ４３に連通するデリバリパイプ４４には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８１が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ７１に出力している。
【００３５】
また、ＥＣＵ７１は、エンジン運転状態に基づいて吸気可変動弁機構２５を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９または燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。
【００３６】
本実施例の内燃機関では、図３に示すように、インジェクタ４３から噴射される燃料噴霧をタンブル流に沿って噴射することで、このタンブル流を強めてノッキングを防止している。この場合、インジェクタ４３から高圧の燃料を噴射してタンブル流を強めることが望ましい。そのため、本実施例では、上述したように、図２に示すように、高圧燃料ポンプ４６を制御することで、電磁ソレノイド６１により調量弁６２を上昇するタイミングを調整し、デリバリパイプ４４の燃料圧力を調整可能としている。また、デリバリパイプ４４の燃料圧力を高精度に噴射できるように、インジェクタ４３は圧電素子（ピエゾ素子）への電圧によりニードル弁のリフト量を調整可能となっている。
【００３７】
ところで、筒内噴射式内燃機関では、燃焼室１８内に供給された燃料により気化潜熱を奪い、その燃焼室１８内の混合気の温度を下げることで体積効率を向上し、より多くの空気を燃焼室内に吸入してノッキングを防止している。そのため、タンブル流を強めるために、インジェクタ４３から高圧の燃料を噴射すると、燃料噴霧が強い貫徹力を有することとなり、この燃料噴霧が燃焼室１８の壁面に衝突してしまい、燃料噴霧がこの燃焼室１８の壁面から直接熱を奪って蒸発するため、燃料噴霧が燃焼室１８内の空気の熱を奪うことができず、燃焼室内を十分に冷却することができない。
【００３８】
そこで、本実施例の内燃機関の制御装置では、インジェクタ４３よる燃料噴霧粒径を変更可能な燃料噴霧粒径変更手段として、圧電素子への電圧によりニードル弁のリフト量を調整可能なインジェクタ４３とし、ＥＣＵ７１は、このインジェクタ４３を制御することで、燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更している。
【００３９】
即ち、インジェクタ４３にて、図４乃至図６に示すように、円筒形状をなして先端部が開口したハウジング１０１内には、ニードル弁１０２が軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、スプリング１０３の付勢力により弁部１０２ａが弁座１０１ａに着座して噴孔１０８を閉止する位置に付勢支持されている。そして、ハウジング１０１内には、ニードル弁１０２より上方に位置して圧電素子（ピエゾ素子）１０４が配置されている。また、ハウジング１０１とニードル弁１０２との間には、燃料通路１０５が形成されており、この燃料通路１０５は、基端部が連結管１０６を介してデリバリパイプ４４（図２参照）に連通され、先端部が噴孔１０８に連通している。更に、インジェクタ４３の先端部にて、ハウジング１０１とニードル弁１０２との間には、燃料通路１０５の一部を閉塞するＣ形断面をなす閉塞部材１０７が装着されており、噴孔１０８から噴射される燃料噴霧の方向が制限されている。
【００４０】
従って、ＥＣＵ７１は、内燃機関の運転状態に応じて圧電素子１０４に所定の電圧を付与することで、ニードル弁１０２を前方に移動して噴孔１０８を開放し、燃料通路１０５内の高圧燃料を噴孔１０８から燃焼室１８内のタンブル流に沿って噴射することができる。この場合、ＥＣＵ７１は、このインジェクタ４３の圧電素子１０４に付与する電圧を高くすると、ニードル弁１０２のリフト量が大きくなり、噴孔１０８の通路面積が大きくなって燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することができる。
【００４１】
また、本実施例にて、ＥＣＵ７１は、内燃機関の回転数が予め設定された所定回転数を超えたとき、例えば、内燃機関が高回転・高負荷運転領域にあるとき、燃料噴射圧力を高圧に変更し、変更された燃料噴射圧力に応じて燃料噴霧粒径が大きくなるように変更している。具体的には、図７に示すように、燃料圧力が高くなるほど、ニードル弁１０２のリフト量を大きくすることで、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する。
【００４２】
ここで、内燃機関の運転状態に応じたインジェクタ４３における燃料噴霧粒径の変更制御について説明する。
【００４３】
本実施例の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御において、図８に示すように、ステップＳ１１にて、内燃機関の運転状態に応じて目標燃圧をマップより算出する。具体的には、予め実験などに基づいて、内燃機関の回転数に対する最適燃圧が設定される制御マップを用意しており、現在の内燃機関の回転数からこの制御マップを用いて最適燃圧を算出する。
【００４４】
ステップＳ１２では、制御マップを用いて算出した最適燃圧に応じて、図７の制御マップに基づいて、インジェクタ４３におけるニードル弁１０２のリフト量を算出する。そして、ステップＳ１３にて、ＥＣＵ７１は、算出した最適燃圧に基づいて高圧燃料ポンプ４６を制御すると共に、算出したリフト量に基づいてインジェクタ４３を制御する。
【００４５】
即ち、図３に示すように、インジェクタ４３からは、高圧の燃料噴霧が燃焼室１８内に生成されるタンブル流に沿って噴射されることで、このタンブル流が燃料噴霧の高い貫徹力により強められることで、燃焼が良好となり、ノッキングの発生が抑制される。また、燃料圧力が高いとき、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更されることで、インジェクタ４３から噴射された高圧の燃料噴霧が燃焼室１８の壁面に到達したとしても、その付着が抑制される。即ち、燃料噴霧の粒径を大きくすると、気泡や液滴の境界面に働く慣性力と表面張力との比を表すウェーバー数が大きくなることから、燃料噴霧の液滴が燃焼室１８の壁面に付着しにくくなる。そのため、燃焼室１８内に供給された燃料により気化潜熱を奪い、その燃焼室１８内の混合気の温度を下げることで体積効率を向上し、より多くの空気を燃焼室内に吸入してノッキングが防止される。
【００４６】
このように本実施例の内燃機関の制御装置にあっては、燃焼室１８に燃料を噴射可能なインジェクタ４３を設けると共に、インジェクタ４３から噴射される燃料噴射圧力を変更可能な高圧燃料ポンプ４６を設け、インジェクタ４３から噴射される燃料噴霧の粒径を変更可能な燃料噴霧粒径変更手段を設け、この燃料噴霧粒径変更手段は、燃料噴射圧力が高く変更されるほど、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更している。
【００４７】
従って、燃料噴射圧力が高くなって、燃料噴霧の貫徹力が高くなっても、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更するため、燃焼室１８の壁面への燃料付着が抑制され、燃料噴霧により適正に燃焼室を冷却してノッキングの発生を抑制することができる。
【００４８】
また、本実施例の内燃機関の制御装置では、内燃機関の運転状態に応じて高圧燃料ポンプ４６を駆動し、調量弁６２が吸入口６０を開閉することで燃料の吸入量を調節すると共に加圧して圧送することで、燃料圧力を変更可能としている。また、インジェクタ４３にて、圧電素子１０４への電圧を変更し、ニードル弁１０２のリフト量を大きくして噴孔１０８の通路面積を大きくすることで、燃料噴霧粒径が大きくなるように変更するようにしている。従って、既存の簡単な構成で、容易に、燃料圧力を変更することができると共に、燃料噴霧粒径を変更することができ、低コスト化を可能とすることができる。
【００４９】
また、本実施例の内燃機関の制御装置では、内燃機関の回転数が予め設定された所定回転数を超えたときに燃料噴射圧力を高圧に変更し、ＥＣＵ７１は、変更された燃料噴射圧力に応じて燃料噴霧粒径が大きくなるように変更する。従って、例えば、内燃機関の高回転・高負荷領域にて、ノッキングの発生を効果的に抑制することができ、内燃機関の性能を向上することができる。
【００５０】
なお、上述した実施例では、燃料噴霧粒径変更手段として、圧電素子１０４によりニードル弁１０２をリフト可能とするインジェクタ４３を適用したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、噴孔の異なる２つのインジェクタを装着し、内燃機関の運転状態に応じて使い分けてもよいものである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料噴射圧力が高く変更されるほど燃料噴霧粒径が大きくなるように変更することで、ノッキングの発生を抑制可能とすると共に燃料噴霧により燃焼室内を適正に冷却可能とするものであり、いずれの内燃機関にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の制御装置を表す概略構成図である。
【図２】本実施例の内燃機関の制御装置における燃料系を表す概略構成図である。
【図３】本実施例の内燃機関における燃焼室の縦断面図である。
【図４】本実施例の内燃機関におけるインジェクタの概略断面図である。
【図５】インジェクタの先端部を表す断面図である。
【図６】図５のVI−VI断面図である。
【図７】燃料圧力に対するニードル弁のリフト量を表す制御マップである。
【図８】本実施例の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１８  燃焼室
１９  吸気ポート
２０  排気ポート
２１  吸気弁
２２  排気弁
４３  インジェクタ（燃料噴射弁、燃料噴霧粒径変更手段）
４４  デリバリパイプ
４６  高圧燃料ポンプ（噴射圧力変更手段）
５０  点火プラグ
７１  電子制御ユニット、ＥＣＵ（噴射圧力変更手段、燃料噴霧粒径変更手段）
【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６】
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【図７】
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【図８】
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