(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態が低負荷高回転領域にある時には、機関運転状態が前記低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域にない時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
さらに、機関運転状態が高負荷低回転領域にある時には、機関運転状態が前記低負荷高回転領域及び前記高負荷低回転領域にない時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
燃料噴射弁の噴口温度を把握する噴口温度把握手段を具備し、前記噴口温度把握手段により把握された噴口温度が所定値以上である時には、噴孔温度が前記設定値より低い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関が公知である。このような内燃機関に使用される燃料噴射弁は、噴口が燃焼室内に曝されているために、デポジットが堆積しやすい。噴口に堆積したデポジットは、燃料噴射弁の燃料噴射特性を変化させ、所望量の燃料が噴射されない問題を発生させる。
【０００３】
特開昭５９−８４２７４号公報には、燃料噴射弁の噴口にデポジットを堆積させ難くすることを意図して、噴口にフッ素樹脂被覆を形成することが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術によって、確かにデポジットが燃料噴射弁の噴口に堆積し難くなる。しかしながら、フッ素樹脂被覆の耐久性等に問題があり、デポジットの生成を抑制する等の根本的な対策が望まれている。
【０００５】
従って、本発明の目的は、デポジットの生成を抑制して、燃料噴射弁の噴口へのデポジット堆積を防止する筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置は、機関運転状態が低負荷高回転領域にある時には、機関運転状態が前記低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域にない時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする。
【０００７】
この燃料供給装置は、機関運転状態がデポジットが生成されやすい低負荷高回転領域である時には、機関運転状態が低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域になくデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、この時の燃料噴射時間が延長される。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置は、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、さらに、機関運転状態が高負荷低回転領域にある時には、機関運転状態が前記低負荷高回転領域及び前記高負荷低回転領域にない時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする。
【０００９】
この燃料供給装置は、機関運転状態がデポジットが生成されやすい低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域である時には、機関運転状態が低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域になくデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、この時の燃料噴射時間が延長される。
【００１０】
また、請求項３に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置は、燃料噴射弁の噴口温度を把握する噴口温度把握手段を具備し、前記噴口温度把握手段により把握された噴口温度が所定値以上である時には、噴孔温度が前記設定値より低い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射することを特徴とする。
【００１１】
この燃料供給装置は、噴口温度把握手段により把握された噴口温度がデポジットが生成されやすい所定値以上である時には、噴孔温度が設定値より低くデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、この時の燃料噴射時間が延長される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による燃料供給装置が取り付けられた筒内噴射式内燃機関の概略図である。同図において、１は内燃機関本体であり、本実施形態では四気筒のものが例示されている。２は吸気系、３は排気系である。吸気系２は、単一の吸気管２ａの最上流部にエアクリーナ２ｂが位置し、その直下流側には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２ｃが配置されている。吸気系２のエアフローメータ２ｃの下流側には、スロットル弁２ｄが配置され、その下流においてインテークマニホルド２ｅを介して各気筒に接続されている。排気系３は、エキゾーストマニホルド３ａを介して各気筒に接続され、エキゾーストマニホルド３ａの下流側には単一の排気管３ｂが接続されている。
【００１３】
内燃機関本体１には、気筒内に直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁４ａ〜４ｄが、各気筒毎に配置されている。各燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、共通の分配管５から燃料が分配されるようになっている。この分配管５は、燃料供給管６によって燃料タンク（図示せず）に接続されている。この燃料供給管６には、低圧ポンプ等（図示せず）が配置され、常に所定の低圧（例えば、２ＭＰａ）で燃料を燃料タンクから分配管５へ圧送するようになっている。また、燃料供給管６の分配管５の近傍には、高圧ポンプ７が配置され、低圧で圧送された燃料を所定の高圧（例えば、５ＭＰａ）に加圧して分配管５へ供給することも可能となっている。
【００１４】
２０は、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開閉制御と高圧ポンプ７の駆動制御とを担当する制御装置であり、前述したエアフローメータ２ｃ、機関回転数を検出するための回転センサ１ａ、及び分配管５内の燃料圧力を検出するための圧力センサ５ａ等が接続されている。
【００１５】
制御装置による前述の二つの制御は、図２に示す第１フローチャートに従って行われる。本フローチャートは、例えば、特定気筒の燃料噴射毎に実行される。まず、ステップ１０１において、エアフローメータ２ｃ及び回転センサ１ａによって現在の吸入空気量Ｑ及び機関回転数Ｎが読み込まれる。次に、ステップ１０２において、この機関回転数Ｎと、機関負荷として一回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎとに基づき、図３に示す第１マップから現在の機関運転状態における必要燃料噴射量Ｆが決定される。この第１マップにおいて、機関負荷及び機関回転数が高いほど必要燃料噴射Ｆは多くなるように設定されている。
【００１６】
次に、ステップ１０３において、機関回転数Ｎと、機関負荷Ｑ／Ｎとに基づき、図４に示す第２マップから現在の機関運転状態に適した燃料圧力Ｐが決定される。第２マップは、高負荷低回転領域及び低負荷高回転領域において低圧Ｐ２が設定され、その他の領域において高圧Ｐ１が設定されている。次に、ステップ１０４に進み、ステップ１０３で決定された燃料圧力Ｐが高圧Ｐ１であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１０５において、高圧ポンプ７が運転され、ステップ１０６に進む。
【００１７】
ステップ１０６において、ステップ１０２で決定された必要燃料噴射量Ｆに基づき、図５（Ａ）に示す高燃料圧力用マップから燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時間Ｔが決定され、ステップ１１４において、この開弁時間Ｔが所望燃料噴射時期に実現されるように、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄが開閉制御される。
【００１８】
一方、ステップ１０４における判断が否定される時、すなわち、ステップ１０３で決定された燃料圧力Ｐが低圧Ｐ２である時には、ステップ１０７に進み、高圧ポンプ７を停止する。次に、ステップ１０８において、圧力センサ５ａによって現在の分配管５内の燃料圧力Ｐｃが検出され、ステップ１０９において、この燃料圧力Ｐｃが低圧Ｐ２にほぼ等しいか否かが判断される。
【００１９】
ステップ１０９における判断が肯定される時には、ステップ１１０に進み、ステップ１０２で決定された必要燃料噴射量Ｆに基づき、図５（Ｂ）に示す低燃料圧力用マップから燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時間Ｔが決定され、ステップ１１４において、この開弁時間Ｔが所望燃料噴射時期に実現されるように、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄが開閉制御される。この低燃料圧力用マップ及び前述した高燃料圧力用マップは、それぞれの燃料圧力の基での単位時間当たりの燃料噴射量を傾きとして有している。それにより、燃料圧力が低圧Ｐ２の時には、高圧Ｐ１の時に比較して、同量の燃料を噴射するための開弁時間Ｔは長くなる。
【００２０】
燃料噴射弁の噴口における燃料の炭化は、噴口温度が第１所定温度（ガソリン燃料の場合においては、約１５０°Ｃ）以上の時に起こりやすく、この時に、デポジットが生成される。噴口温度が第２所定温度（約２００°Ｃ）以上の時には、生成されたデポジットは燃焼するために、噴口温度が第１所定温度から第２所定温度の範囲内にある時に噴口にデポジットが堆積する。従って、噴口温度をこの範囲外に維持すれば、噴口へのデポジットの堆積を防止することができる。しかし、噴口温度を第２所定温度以上に維持するためには、噴口を加熱するヒータ等を必要とするだけでなく、燃料噴射系においてベーパが発生しやすくなる。それにより、本実施形態は、噴口温度を第１所定温度以下に維持するためのものである。
【００２１】
燃料噴射弁の噴口温度は、機関運転状態に依存するものである。高負荷時は、燃料噴射量が比較的多いために、一回の燃料噴射時間が比較的長くなり、また、一回の燃焼のエネルギは大きいものとなる。このような高負荷時に、機関回転数が高ければ、燃焼のエネルギは大きくても燃焼時間が短く、長時間の燃料噴射によって十分な冷却が実現されるために、噴口温度は第１所定温度以下に維持される。しかし、機関回転数が低いと、燃焼時間が長くなるために燃料噴射による冷却が不十分となり、従来においては、噴口温度が第１所定温度以上となっていた。本実施形態では、このような高負荷低回転領域において、前述したように燃料圧力が低圧とされるために、その分、一回の燃料噴射時間がさらに長くなり、燃料噴射による冷却能力が向上し、噴口温度を第１所定温度以下に維持することが可能となる。
【００２２】
また、低負荷時は、燃料噴射量が比較的少ないために、一回の燃料噴射時間が比較的短く燃料噴射による冷却能力は低いものであり、また、一回の燃焼のエネルギは小さいものとなる。このような低負荷時に、機関回転数が高いと、単位時間当たりの燃焼回数が多くなり、冷却能力の低い燃料噴射では、十分な冷却が実現されず、従来においては、噴口温度が第１所定温度以上となっていた。本実施形態では、このような低負荷高回転領域において、前述したように燃料圧力が低圧とされるために、その分、一回の燃料噴射時間が長くなり、燃料噴射による冷却能力が向上し、噴口温度を第１所定温度以下に維持することが可能となる。一方、低負荷低回転領域では、燃焼エネルギが小さいために、一回の燃焼時間は多少長くなっても、噴口温度の上昇にはあまり寄与せず、単位時間当たりの燃焼回数が少なくなることで、噴口温度が第１所定温度以下に維持される。従って、燃料圧力を低圧にする必要はない。
【００２３】
筒内噴射式内燃機関では、一般的に、燃料噴射終了から点火まで十分な時間を確保し、噴射された燃料を点火までに良好に気化させるために、燃料圧力を高圧にして燃料噴射時間を短縮している。従って、本実施形態において、特定機関運転状態の時だけではあるが、燃料圧力を低圧Ｐ２にすると、この時に燃料の気化が悪化することが懸念される。しかしながら、燃料圧力を低圧Ｐ２にする時は、前述したように、燃料噴射の冷却能力を高めることが必要な時であり、それにより、この時の冷却に使用された燃料は通常時に比較して高温度となって気化しやすくなっており、燃料噴射終了から点火までの時間が短くなっても燃料の気化が悪化することはない。
【００２４】
本実施形態は、このように機関運転状態によって燃料圧力を高圧Ｐ１から低圧Ｐ２に切り換えるようになっている。分配管５内の燃料圧力を低圧Ｐ２から高圧Ｐ１へ切り換える時には、停止中の高圧ポンプ７を作動させれば、分配管５内の容積がそれほど大きくないために、燃料圧力をほぼ瞬間的に低圧Ｐ２から高圧Ｐ１まで上昇させることができる。しかしながら、燃料圧力を高圧Ｐ１から低圧Ｐ２まで降下させるためには、高圧ポンプ７を停止させ、分配管５内の所定量の燃料を実際の燃料噴射によって消費しなければならない。
【００２５】
従って、燃料圧力を低圧にするために、前述のフローチャートのステップ１０７において高圧ポンプ７を停止した直後は、分配管５内の燃料圧力Ｐｃは低圧Ｐ２とはならず、ステップ１０９における判断が否定され、ステップ１１１に進む。ステップ１１１において、ステップ１０２で決定された必要燃料噴射量Ｆに基づき、図５（Ａ）に示す高燃料圧力用マップから燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時間Ｔが決定される。次に、ステップ１１２において、燃料噴射弁における単位時間当たりの燃料噴射量は燃料圧力の平方根に比例することに基づき、次式によって、現在の燃料圧力Ｐｃに応じた開弁時間Ｔの補正値Ｋを算出する。
Ｋ＝（Ｐｃ／Ｐ１）1/2 
【００２６】
次に、ステップ１１３において、ステップ１１１で算出された開弁時間Ｔにこの補正係数Ｋを乗算して新たな開弁時間Ｔを算出し、ステップ１１４において、この開弁時間Ｔが所望燃料噴射時期に実現されるように、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄが開閉制御される。このようにして、燃料圧力が高圧Ｐ１から低圧Ｐ２に降下する途中においても必要燃料噴射量を噴射することが可能である。
【００２７】
分配管５内の燃料圧力を高圧Ｐ１から低圧Ｐ２へ降下させる時に、分配管５内の燃料の一部を燃料タンクへ戻すようにしても良い。この場合には、瞬間的な圧力降下が可能となるために、前述したステップ１１１から１１２の処理は不要となる。しかしながら、分配管５内から燃料タンクへ戻された燃料は、高圧であるために、減圧沸騰する可能性があり、燃料タンク内の燃料温度を上昇させ、又は、燃料タンク内の燃料に気体の燃料が混入し、燃料噴射系においてベーパが発生する可能性をもたらす。本実施形態によれば、このようなベーパ発生の可能性を防止することができる。
【００２８】
図６は、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁取り付け位置近傍の断面図である。同図において、１０はシリンダヘッド、１１はシリンダブロック、１２はピストンである。燃料噴射弁４の噴口近傍には、温度センサ２１を当接させており、噴口近傍の温度を直接的に検出して、制御装置２０へ入力するようになっている。このような構成の場合には、制御装置２０は、図７に示す第２フローチャートによって、燃料噴射弁７の開閉制御と高圧ポンプ７の駆動制御とを実行する。第１フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。
【００２９】
まず、ステップ２０１において、温度センサ２１により現在の噴口近傍の温度ｔを検出する。次に、ステップ２０４において、この温度ｔが所定温度ｔ’以下であるか否かが判断される。この所定温度ｔ’は、燃料噴射弁の噴口温度が前述した第１所定温度（約１５０°Ｃ）である時の温度センサ２１により検出される噴口近傍の温度である。従って、ステップ２０４における判断が肯定される時には、燃料噴射弁の噴口温度は第１所定温度以下であり、ステップ２０５に進み、第１フローチャートと同様に、高圧ポンプ７を運転し、高燃料圧力での燃料噴射を実行する。
【００３０】
一方、ステップ２０４における判断が否定される時には、燃料噴射弁の噴口温度は第１所定温度より高なっており、このままでは噴口にデポジットが堆積するために、ステップ２０７に進み、第１フローチャートと同様に、高圧ポンプ７を停止し、低燃料圧力での燃料噴射を実行するようになっている。第１フローチャートにおいては、燃料噴射弁の噴口温度を機関運転状態から把握しているが、本フローチャートでは、燃料噴射弁の噴口温度をほぼ直接的に検出しているために、さらに正確にデポジットの生成を抑制することができる。
【００３１】
前述した二つのフローチャートにおいて、制御を簡素化するために、変化させる燃料圧力は高圧及び低圧の二段階であるが、もちろん、燃料噴射弁の噴口温度に応じて、燃料圧力を三段階、四段階等の多段階に変化させるようにしても良い。それにより、必要最小限に燃料圧力を低下させることが可能となり、燃料噴射時間を必要以上に長くすることが防止され、燃料の気化をさらに良好にすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
このように、請求項１に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置によれば、燃料噴射弁の噴口温度が高くなってデポジットが生成されやすくなる低負荷高回転領域の時には、機関運転状態が低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域になくデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、燃料噴射時間が延長される。それにより、この時の燃料噴射による冷却能力が向上し、噴口温度が比較的低く維持されるために、デポジットの生成が抑制され、噴口へのデポジットの堆積を防止することができる。
【００３３】
また、請求項２に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置によれば、請求項１に記載の筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置において、さらに、燃料噴射弁の噴口温度が高くなってデポジットが生成されやすくなる高負荷低回転領域にある時にも、機関運転状態が低負荷高回転領域及び高負荷低回転領域になくデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、燃料噴射時間が延長される。それにより、この時にも燃料噴射による冷却能力が向上し、噴口温度が比較的低く維持されるために、デポジットの生成が抑制され、噴口へのデポジットの堆積を防止することができる。
【００３４】
また、請求項３に記載の本発明による筒内噴射式内燃機関の燃料供給装置によれば、噴口温度把握手段により把握された噴口温度が、デポジットが生成されやすい所定値以上である時には、噴孔温度が設定値より低くデポジットが生成され難い時に比較して、燃料圧力を低下させて必要燃料量を噴射するために、燃料噴射時間が延長される。それにより、この時の燃料噴射による冷却能力が向上し、噴口温度が比較的低く維持されるために、デポジットの生成が抑制され、噴口へのデポジットの堆積を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料供給装置が取り付けられた筒内噴射式内燃機関の概略図である。
【図２】燃料噴射弁の開閉制御及び高圧ポンプの駆動制御のための第１フローチャートである。
【図３】必要燃料噴射量を決定するための第１マップである。
【図４】機関運転状態に適した燃料圧力を決定するための第２マップである。
【図５】燃料噴射弁の開弁時間を決定するためのマップであり、（Ａ）は高燃料圧力用、（Ｂ）は低燃料圧力用である。
【図６】筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁取り付け位置近傍の断面図である。
【図７】燃料噴射弁の開閉制御及び高圧ポンプの駆動制御のための第２フローチャートである。
【符号の説明】
１…筒内噴射式内燃機関
４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁
５…分配管
６…燃料供給管
７…高圧ポンプ
２０…制御装置
【図１】
0003724032.tif 000002
【図２】
0003724032.tif 000003
【図３】
0003724032.tif 000004
【図４】
0003724032.tif 000005
【図５】
0003724032.tif 000006
【図６】
0003724032.tif 000007
【図７】
0003724032.tif 000008