(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気式発熱要素により加熱される燃料噴射弁を備えた噴射燃料加熱式内燃機関の運転方法にして、
前記電気式発熱要素より前記燃料噴射弁に投入される熱量が、前記燃料噴射弁を通る燃料により該燃料噴射弁より持ち去られる熱量に対比して、所定の平衡関係を越えて増大しないよう、前記電気式発熱要素への通電量を内燃機関の吸気弁の開きタイミングに基づいて制御することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電気式発熱要素の通電量は、更に前記燃料噴射弁より噴射される燃料の流量に基いて制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱式燃料噴射弁を備えた内燃機関の運転方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌の内燃機関に於いては、その燃料供給系の一部に通電により発熱する燃料加熱装置を設け、内燃機関の冷温始動時に燃料噴射弁より燃焼室へ向けて噴射される燃料を加熱し、燃料のより良い爆燃を図ることが行なわれている。かかる噴射燃料加熱のための電気式加熱装置は、特開平４−２９２５７１号公報に示されている如く燃料噴射弁へ燃料を供給する導管部に設けられたり、あるいは特開平１０−２３８４２４号公報に示されている如く燃料噴射弁に設けられる。また前記前者の公報には、かかる燃料加熱装置により燃料が加熱される度合は、燃料噴射量、加熱前の燃料温度、加熱により昇温された燃料温度に応じて制御されるべきこと、また燃料カット時には燃料加熱を停止すべきことが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者の公報にも記載されている通り、従来この種の燃料加熱装置の作動制御は、燃料噴射量や加熱装置入り口での燃料温度等に応じて加熱後の燃料温度を所望の目標値とする観点から行なわれ、更には加熱装置に要する電力消費を節減してバッテリ等の蓄電装置を保護すべく、燃料カット時等の燃料加熱不要時には、燃料加熱装置への通電を停止して電力消費の節減を図る観点から行なわれていた。
【０００４】
しかし、噴射燃料加熱装置の作動制御、即ち、その通電制御については、特に燃料加熱装置の電気式発熱要素が燃料噴射弁に設けられている場合、上記の如き従来の燃料加熱度に基づく通電制御の概念とは別に、電気式発熱要素により加熱される燃料噴射弁の加熱度を適正に抑え、燃料噴射弁に過熱が生ずることを回避して、燃料噴射弁の耐久性を向上すべき観点からの制御が考えられる。
【０００５】
本発明は、この点に鑑み、特に燃料噴射弁に電気式発熱要素が設けられている場合に燃料噴射弁を過熱より保護するよう、その作動を制御する、加熱式燃料噴射弁を備えた内燃機関の運転方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するものとして、本発明は、電気式発熱要素により加熱される燃料噴射弁を備えた噴射燃料加熱式内燃機関の運転方法にして、
前記電気式発熱要素より前記燃料噴射弁に投入される熱量が、前記燃料噴射ノズル部を通る燃料により該燃料噴射弁より持ち去られる熱量に対比して、所定の平衡関係を越えて増大しないよう、前記電気式発熱要素への通電量を内燃機関の吸気弁の開きタイミングに基づいて制御することを特徴とする方法を提案するものである。
【０００７】
上記の噴射燃料加熱式内燃機関の運転方法に於いて、電気式発熱要素の通電量は、更に、燃料噴射弁より噴射される燃料の流量に基いて制御されてよい。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
燃料噴射弁に電気式発熱要素を設け、これに通電を行なって燃料を加熱する構造については、燃料流量、燃料入り口温度及び発熱要素への通電量により燃料噴射弁出口の燃料加熱度が定まるという局面とは別に、電気式発熱要素及び燃焼ガスによって燃料噴射弁に投入される熱量と、燃料噴射弁を通る燃料により燃料噴射弁から持ち去られる熱量との間の平衡関係により、燃料噴射弁自身の温度が定まるという局面がある。燃料噴射弁を過熱から保護するには、上記の熱平衡関係を適正に制御することが必要である。
【００１０】
従って、燃料加熱用発熱要素への通電による熱の投入に当って、その強さ、即ち単位時間当りの投入熱量をパルス状通電のオンオフに於けるデューティ比により制御するとすれば、そのデューティ比は、上記の熱平衡関係を適正に保って燃料噴射弁を過熱から保護しつつ燃料を加熱するよう、燃料噴射量に対応して図１に示されているＤｆの如く変化されるのが好ましい。
【００１１】
また、特に近年、道路の混雑状態等を含む車輌の運転環境の変化に応じて内燃機関の作動特性をより柔軟に変更すべく、吸気弁および排気弁の一方または両方の開閉タイミングを可変に制御する可変バルブタイミング（ＶＶＴ）制御がより広汎に実施されつつある。一例として、かかるＶＶＴ制御による吸気弁の開閉タイミングは、機関回転数と機関負荷とに応じて図２に示す如く制御される。この場合、吸気弁開閉タイミングが進角されるほど、吸気弁が開いたとき燃焼ガスが吸気ポートへ向けて吹き返す傾向が大きくなる。かかる燃焼ガスの吹き返しが強くなると、これによって燃料噴射弁は燃焼ガスにより強く熱せられ、燃料噴射弁に投入される熱量が増大する。従って、上記の熱平衡関係を適正に保って燃料噴射弁を過熱から保護しつつ燃料を加熱するには、発熱要素への通電に於けるデューティ比は、ＶＶＴ進角量の大小に応じて図３に例示するＤｖの如く修正されるのが好ましい。尚、図３に於ける３本の線は、ＶＶＴ進角量の大小に応じてヒータ通電のデューティ比を修正する態様を三つの例として示すものである。
【００１２】
一方、現今の自動車等の車輌は、マイクロコンピュータによる高度且つ迅速な演算機能を有する車輌運転制御装置を備えているので、燃料加熱装置のヒータへの通電のデューティ比が基本的に燃料噴射量に応じて図１に示す如く制御されるべきであり、ＶＶＴ進角量が機関回転数と機関負荷とに応じて図２に例示する如く制御され、その結果生ずると推定されるＶＶＴ進角量に応じた燃焼ガスの吸気ポートへの吹き返しを考慮して、ヒータへの通電が図３に例示する如く修正されるべきときにも、これらの特性をマップ等の形にて予め設定しておくことにより、車輌運転制御装置は、これらのマップを随時参照しつつ、内燃機関の運転状態に応じてヒータへの通電を総合的に制御し、燃料噴射弁に投入される熱量が、燃料噴射弁を通る燃料によりそこから持ち去られる熱量に対比して、所定の平衡関係を越えて増大しないようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明による加熱式燃料噴射弁を備えた内燃機関の運転方法の適用対象となる内燃機関及びその制御構造の要部を解図的に示す図である。図に於いて、１は内燃機関のシリンダであり、２はその内部を往復動するピストンである。シリンダ１のヘッド部３には吸気ポート４及び排気ポート５が形成されており、それぞれ吸気弁６及び排気弁７にて開閉されるようになっている。８は点火栓である。吸気ポート４に至る吸気通路９内には吸気ポート４へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられており、更にその上流にはスロットル弁１１及び吸気管負圧センサ１２が設けられている。排気ポート５には排気通路１３が接続されておリ、この排気通路には酸素センサ１４が設けられている。
【００１４】
吸気弁４と排気弁５とは、図にて１５により全体として解図的に示された動弁機構により互いに連動して開閉されるようになっており、この動弁機構には吸気弁の開閉タイミングを制御可能に変更する上述のＶＶＴ機構１６が組み込まれている。
【００１５】
図５は燃料噴射弁１０の構造の詳細をその一つの実施例について示す。この実施例に於いては、燃料加熱用の電気式発熱要素は燃料噴射ノズル部の周りに設けられている。かかる燃料加熱装置付燃料噴射弁の燃料噴射機構及び電気式発熱要素は、マイクロコンピュータを組み込んだ車輌運転制御装置（ＥＣＵ）１７によりそれぞれ駆動回路１８及び１９を経て作動されるようになっている。弁駆動機構１５に組み込まれたＶＶＴ機構１６、スロットル弁１１、点火栓８もまた、それぞれ駆動回路２０、２１、２２を経て車輌運転制御装置１７により作動されるようになっている。車輌運転制御装置１７には、吸気管負圧センサ１２及び酸素センサ１４からの信号の他に、アクセルペダルの踏込み量Ｄｐを示す信号、車速Ｓｖを示す信号、機関回転数Ｎｅを示す信号、機関温度Ｔｅを示す信号が供給されている。車輌運転制御装置１７は、これらの入力信号に基づいて種々の制御演算を行い、ＶＶＴ機構１６を作動させて吸気弁の開閉タイミングを可変に調節しつつ、燃料噴射弁１０及びスロットル弁１１を制御して、この内燃機関を所望の態様に作動させる。またその際、燃料噴射弁１０については、必要に応じてその燃料加熱装置を作動させて、噴射される燃料の加熱を行なう。
【００１６】
図５は、図４に於ける燃料加熱装置付燃料噴射弁１０の詳細構造をその一つの実施例について幾分解図的に示す縦断面図である。図５に於いて、１０１はシリンダ状の金属製バルブボデーであり、その先端部に燃料噴射孔１０２を備えた弁座部材１０３が装着されている。バルブボデー内にはニードル１０４が波形金属板を環にした構造の環状ニードルガイド１０５によりバルブボデーに対し同心に案内されて軸線方向に可動に配置されており、その先端の弁頭部１０６にて噴射孔１０２を開閉するようになっている。ニードル１０４は弁頭部１０６を除き中空の管部材であり、その内部を通って送られてきた燃料は、孔１０７を経て弁頭部１０６の周りに流出し、またニードルとバルブボデーの間の環状通路をニードルガイドに沿って流れてきた燃料は孔１０８を経て一旦ニードル内へ流入した後、孔１０７より弁頭部１０６の周りに流出し、弁頭部１０６が弁座部材１０３の噴射孔１０２より離れたとき噴射孔を通って噴出される。
【００１７】
バルブボデー１０１の根元部内にはニードル１０４の後端と連結されたアーマチュア１０９がバルブボデーの軸線に沿って移動可能に配置されており、該根元部の外側には通電されることによりアーマチュア１０９を図にて右方へ駆動する電磁コイル１１０が設けられている。１１１はアーマチュア１０９をニードル１０４と共に図にて左方の弁閉位置へ向けて付勢する圧縮コイルばねである。
【００１８】
燃料を加熱する電気式ヒータ１１２はバルブボデー１０１の周りにヒータホルダ１１３により取り付けられており、燃料噴射ノズル部を周りから加熱する電気式発熱要素を構成している。ヒータホルダ１１３の後端に耐熱ゴム製のリング１１４を介して耐熱樹脂よりなる元部１１５がモールド成形により形成され、かかるヒータ付燃料噴射弁は耐熱ゴム製の絶縁リング１１６を介してシリンダヘッド１１７に取り付けられている。
【００１９】
かかる噴射燃料加熱式燃料噴射弁およびその取り付け構造に於いて、ヒータ１１２の通電により発生した熱は、その主要部が金属製のバルブボデー１０１に熱伝導により伝わり、バルブボデーの内壁およびこれに接する環状のニードルガイド１０５より該内壁とニードル１０４の間の環状通路を通りニードルガイドに沿って流れる燃料に伝達されると同時に、熱はさらにニードルガイドを経てニードル１０４に伝えられ、ニードル内を流れる燃料にも伝えられ、かくして燃料は噴射孔１０２より噴射されるに先立って加熱される。
【００２０】
また、シリンダヘッド１１７より突き出た燃料噴射弁の先端部は、吸気ポート内に露呈されているので、吸気ポートへ向けて燃焼ガスの吹き返しが生ずると、このことによっても加熱される。
【００２１】
図６は、本発明による加熱式燃料噴射弁を備えた内燃機関の運転方法の内、燃料加熱に係わる部分の一つの実施例を示すフローチャートである。このフローチャートによる制御は、図には示されていないイグニションスイッチの閉成により内燃機関が始動されると同時に、その運転制御の一部として行なわれる。
【００２２】
制御が開始されると、先ずステップ１０にて、図４に示されている如き車輌運転制御装置１７への入力となる種々のデータの読み込みが行われる。次いで、ステップ２０にて、上に読みこまれたデータに基づき燃料加熱を要するか否かが判断される。答えがノーである限り、制御はそのままステップ１０へ戻り、データの読み込みが続けられるが、内燃機関の冷温始動時の如く燃料加熱を行なうべきときには、イエスの判断がなされ、制御はステップ３０へ進む。
【００２３】
ステップ３０に於いては、車輌運転制御装置１７により決定され燃料噴射弁１０より噴射されつつある燃料噴射量に基づき、図１に示されている如き予め定められたマップを参照して、燃料流量に基づくヒータ通電のデューティ比Ｄｆが計算される。
【００２４】
次いでステップ４０に於いて、車輌運転制御装置１７により判断されＶＶＴ制御機構１６により実行されつつある吸気弁のＶＶＴ進角量に基づき、図３に示されている如き予め定められたマップを参照して、ＶＶＴ進角度に基づくヒータ通電のデューティ比Ｄｖが計算される。
【００２５】
そしてステップ５０にて、燃料流量に基づくヒータ通電デューティ比ＤｆとＶＶＴ進角度に基づくヒータ通電デューティ比Ｄｖとが、相互を修正するよう掛け合わされてヒータ通電のデューティ比Ｄｈが計算される。こうしてヒータ１２と吸気ポートへの燃焼ガスの吹き返しにより燃料噴射弁に投入される熱量と、燃料噴射弁を通って流れる燃料が燃料噴射弁より持ち去る熱量との間の平行関係を適正に保ち、燃料噴射弁の温度が所定の限界を超えて上昇しないようにすることができる。
【００２６】
尚、ヒータへの通電の開始および終了は、車輛運転制御装置１７により図６のフローチャートによる制御とは別に行なわれ、図６のフローチャートによる制御は、ヒータへの通電が行なわれるとき、その強さについての制御を行なうものである。
【００２７】
かくして、図１のマップに示されている如き燃料流量に基づくヒータ通電デューティ比Ｄｆに対し、図３のマップに示されている如き吸気弁ＶＶＴ進角量に基づくヒータ通電デューティ比Ｄｖを掛け合わせたデューティ比Ｄｈにてヒータ通電を制御し、ＤｆとＤｖに対するマップを的確に設定しておけば、燃料噴射弁に投入される熱量が、燃料噴射弁を通る燃料により該燃料噴射弁より持ち去られる熱量に対比して、所定の平衡関係を越えて増大しないようにし、燃料噴射弁に電気式発熱要素が設けられている場合に燃料噴射弁の過熱を回避する範囲で最大限に加熱能力を発揮する燃料加熱を行なうことができる。尚、次６に示す実施例に於いては、ＤｈはＤｆとＤｖの積として求められているが、制御の簡便化のためにＤｆまたはＤｖのいづれか一方は適当な平均的値による一定値とされ、Ｄｈの可変制御は実質的にＤｆまたはＤｖのいづれか一方のみによって行なわれてもよい。
【００２８】
以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁に於ける熱平衡の観点から燃料噴射量に対しヒータ通電のデューティ比を定める一例を示すマップ。
【図２】機関回転数と機関負荷とに応じて吸気弁のＶＶＴ進角量を可変に設定する一例を示すマップ。
【図３】ヒータ通電のデューティ比を吸気弁のＶＶＴ進角量に対し修正する一例を示すマップ。
【図４】本発明による加熱式燃料噴射弁を備えた内燃機関の運転方法を適用する内燃機関およびその制御装置の要部を解図的に示す図。
【図５】燃料噴射ノズルの周りに電気式発熱要素が設けられた燃料噴射弁の一例を示す幾分解図的縦断面図。
【図６】本発明による燃料噴射弁の燃料加熱装置の制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…シリンダ
２…ピストン
３…シリンダーヘッド
４…吸気ポート
５…排気ポート
６…吸気弁
７…排気弁
８…点火栓
９…吸気通路
１０…燃料噴射弁
１１…スロットル弁
１２…吸気管負圧センサ
１３…排気通路
１４…酸素センサ
１５…動弁機構
１６…ＶＶＴ装置
１７…電気式車輌運転制御装置
１８…燃料噴射弁用駆動回路
１９…燃料加熱装置用駆動回路
２０…ＶＶＴ用駆動回路
２１…スロットル弁用駆動回路
２２…点火栓用駆動回路
【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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