(57)【要約】【課題】燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、噴射量を高精度に制御可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置は、ノズルボディ内でシート部上流の燃料の温度を測定する温度センサを備えている。そして、温度センサによって検出した燃料温度、及び燃料圧（例えばコモンレール圧）からノズルボディ内の燃料の相状態を判定し、その相状態に応じてインジェクタの開弁時間を決定している。これによれば、燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、噴射量を高精度に制御できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔（１４）を有するノズルボディ（１５）と、前記ノズルボディ（１５）に収容されて前記噴孔（１４）を開閉するニードル（１６）とを具備し、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ（４）と、
前記インジェクタ（４）の駆動を制御する制御手段（５）とを備え、
前記ノズルボディ（１５）は、噴孔（１４）の上流に前記ニードル（１６）が離着座するシート部（２２）を有する燃料噴射装置であって、
前記ノズルボディ（１５）内で、シート部（２２）上流の燃料の温度を測定する温度センサ（２５、２６）を備え、
前記制御手段（５）は、
前記ノズルボディ内に供給される燃料の圧力及び前記温度センサ（２５、２６）で計測した燃料の温度に基づいて、燃料の相状態を判定する相状態判定手段（５）と、
前記相状態判定手段（５）で判定された相状態に応じて開弁時間を設定する開弁時間設定手段（５）とを有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記温度センサ（２５、２６）は、検出部を有する先端部（２６ａ）が棒状を呈する熱伝対であって、
前記ノズルボディ（１５）には、前記熱伝対の先端部（２６ａ）が挿入される挿入孔（２８）が形成され、
前記挿入孔（２８）の内周面と前記先端部（２６ａ）の外周面との間はセラミック系接着剤（３０）によって固定されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射装置において、
前記挿入孔（２８）の最小孔径は、前記先端部（２６ａ）の外径の１．２倍以下であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の燃料噴射装置において、
前記挿入孔（２８）は、挿入方向後端側が挿入方向先端側よりも径大となる段付き孔であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置において、
前記燃料はジメチルエーテルであることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１及び２に開示されているようなジメチルエーテル等の液化ガスを燃料とする燃料噴射装置がある。
ところで、ジメチルエーテルは、軽油と比較して温度や圧力の影響によって相状態が変化しやすい。特許文献１及び特許文献２の燃料噴射装置では、噴射量の安定化の観点からジメチルエーテルを液相の状態でインジェクタから噴射することを前提としている。すなわち、インジェクタの噴射直前でのジメチルエーテルの相状態が液相であることを前提としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９３６３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２２４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、インジェクタが搭載されるエンジンヘッドは燃焼による熱で高温になる。特に、燃焼による発熱量が多い高負荷運転条件では、冷却性能が不足し、インジェクタの温度が上昇する。このため、燃料が軽油であることを想定して設計されたエンジンヘッドにジメチルエーテルを燃料として用いた場合、インジェクタのノズルボディ内のジメチルエーテルの相状態が不安定となり、噴射量を高精度に制御することが困難な場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、噴射量を高精度に制御可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射装置は、噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディに収容されて噴孔を開閉するニードルとを具備し、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、インジェクタの駆動を制御する制御手段とを備える。
ノズルボディは、噴孔の上流にニードルが離着座するシート部を有する。
【０００７】
そして、燃料噴射装置は、ノズルボディ内で、シート部上流の燃料の温度を測定する温度センサを備える。
制御手段は、ノズルボディ内に供給される燃料の圧力及び温度センサで計測した燃料の温度に基づいて、燃料の相状態を判定する相状態判定手段と、相状態判定手段で判定された相状態に応じて開弁時間を設定する開弁時間設定手段とを有する。
【０００８】
すなわち、本発明ではノズルボディ内の燃料の相状態を把握し、その相状態に応じて開弁時間を決定し、例えば、気相ならば液相の場合よりも開弁時間を長くする。これによれば、燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、噴射量を高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料噴射装置の概要を示す説明図である（実施例１）。
【図２】噴射ノズルの断面図である（実施例１）
【図３】噴射ノズルの先端部の拡大断面図である（実施例１）。
【図４】燃料噴射装置の制御を示すフローチャートである（実施例１）。
【図５】ジメチルエーテルの状態図である（実施例１）。
【図６】各相状態における印加時間−噴射量のマップである（実施例１）。
【図７】熱伝対の組付け部分の断面図である（実施例１）。
【図８】熱伝対の組付け部分の断面図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１１】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射装置１の構成を、図１〜７を用いて説明する。
燃料噴射装置１は、高圧ポンプ２から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール３、コモンレール３に蓄圧された燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタ４、インジェクタ４の駆動を制御するＥＣＵ５を備える。また、燃料として、ジメチルエーテルを用いている。
【００１２】
高圧ポンプ２は、コモンレール３の燃料がエンジンの状態に応じた目標圧力で蓄圧されるように、燃料タンク（図示せず）の燃料を吸入して加圧し吐出するものである。
【００１３】
コモンレール３は、高圧ポンプ２の吐出口と高圧配管８を介して接続され、加圧された燃料の供給を受けて燃料を高圧状態で蓄圧するとともに、インジェクタ４のインレットと高圧配管９を介して接続され、燃料をインジェクタ４に供給する。すなわち、コモンレール３は、高圧の燃料を蓄圧する蓄圧容器として機能するとともに、高圧の燃料をインジェクタ４に分配する分配容器として機能する。なお、コモンレール３には、コモンレール３内の燃料圧力を検出する圧力センサ３ａが設けられている。
【００１４】
インジェクタ４は、高圧配管９が接続されてコモンレール３と連通するとともに、気筒内に燃料を噴射する噴射ノズル１２、噴射ノズル１２を作動させる電磁アクチュエータ１３等により構成されている。なお、インジェクタ４は、気筒数と同数だけ備えられている（図１では１つだけ示す）。
【００１５】
図２及び図３に示すように、噴射ノズル１２は、噴孔１４を有するノズルボディ１５と、ノズルボディ１５に収容されて噴孔１４を開閉するニードル１６とを具備する。
ノズルボディ１５には、ニードル１６を嵌挿するガイド孔１７、燃料通路１８、及び噴孔１４等が設けられている。ガイド孔１７の下端部には、円錐状に凹設されたシート面２０が形成され、シート面２０の下流側にサック室２１が形成されている。
【００１６】
サック室２１には噴孔１４が開口しており、噴孔１４を介して気筒内と連通している。また、シート面２０上には、ニードル１６が離着座するシート部２２が形成されている。すなわち、噴孔１４の上流にニードル１６が離着座するシート部２２を有し、ニードル１６がシート部２２に当接して着座している状態が噴孔１４の閉状態、ニードル１６がリフトしてシート部２２から離座した状態が噴孔１４の開状態となる。電磁アクチュエータ１３へ電圧が印加されている間、ニードル１６がリフトするため、開弁時間は電磁アクチュエータ１３への電圧印加時間により変化する。
燃料通路１８は、ガイド孔１７の途中に内径を拡大して形成される燃料溜室２３に連通して設けられ、その燃料溜室２３に高圧燃料を導入する。
【００１７】
ＥＣＵ５は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータとして構成されている。
そして、ＥＣＵ５は、各種センサからの検出値の入力を受け、この検出値に基づいて演算処理をし、各種アクチュエータ（インジェクタ４の電磁アクチュエータ１３等）に指令値を出力する。
【００１８】
〔本実施例の特徴〕
本実施例の燃料噴射装置１は、ノズルボディ１５内で、シート部２２上流の燃料の温度を測定する温度センサ２５を備える。
本実施例では、温度センサ２５は熱伝対２６である。なお、温度センサ２５は熱伝対２６に限らず、測温抵抗体、サーミスタ等であってもよい。
【００１９】
温度センサ２５の検出部は、ガイド孔１７内のニードル周囲に形成される流路において、シート部２２の上流に配設される。好ましくは、シート部２２に近接した位置に配設する。例えば、本実施例ではシート面２０の内側で燃料温度を測定できるように配置している。
【００２０】
また、ＥＣＵ５は、ノズルボディ１５内に供給される燃料の圧力及び温度センサ２５で計測した燃料の温度に基づいて、燃料の相状態を判定する相状態判定手段、及び相状態判定手段で判定された相状態に応じて開弁時間を設定する開弁時間設定手段として機能する。
【００２１】
ＥＣＵ５は、目標噴射量Ｑａを得るのに必要なインジェクタ４の開弁時間をインジェクタ４への電圧の印加時間ｔａとして設定し、インジェクタ４への指令値とする。図４を用いて、印加時間ｔａの設定フローを説明する。
【００２２】
まず、ステップＳ１で目標噴射量Ｑａを設定する。
次に、燃料温度Ｔ１及びコモンレール圧Ｐ１を読み込む（ステップＳ２，Ｓ３）。燃料温度Ｔ１は温度センサ２５により検出され、コモンレール圧Ｐ１はコモンレール３に設置された圧力センサ３ａにより検出される。本実施例では、コモンレール圧Ｐ１を、ノズルボディ内に供給される燃料の圧力（燃料圧Ｐ１）として用いている。なお、ステップＳ２とＳ３の順番は逆でもよい。
【００２３】
次に、ステップＳ４で、ジメチルエーテルの状態図（図５）に基づき、検出された燃料温度Ｔ１、燃料圧Ｐ１における相状態を判定する。すなわち、液相か気相か超臨界相（ＳＣ）かを判定する。
次に、ステップＳ４で判定された相状態に応じて印加時間ｔａを設定する。予めＥＣＵ５は、各相状態での印加時間−噴射量ＭＡＰを記憶しており、判定された相状態のＭＡＰを選択し、選択したＭＡＰを用いて目標噴射量Ｑａを得るのに必要な印加時間ｔａを設定する（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００２４】
すなわち、図６に示すように、相状態によって開弁時間（印加時間ｔ）に対する噴射量Ｑが異なる。気相の場合は、同じ噴射量を得るのに液相の場合よりも開弁時間を長くする必要がある。そこで、液相と判定された場合には液相の印加時間−噴射量関係（液相ＭＡＰ）を、気相と判定された場合には気相の印加時間−噴射量関係（気相ＭＡＰ）を、ＳＣと判定された場合にはＳＣの印加時間−噴射量関係（ＳＣＭＡＰ）を、用いて目標噴射量Ｑａを得るための印加時間ｔａを設定する。
【００２５】
次に、図７を用いて、熱伝対２６の組付け態様について説明する。熱伝対２６は先端部２６ａが棒状を呈しており、この先端部２６ａに検出部を有している。
ノズルボディ１５には、先端部２６ａが挿入される挿入孔２８が形成されている。そして、挿入孔２８の内周面と先端部２６ａの外周面との間をセラミック系の接着剤３０によって固定し、ノズルボディ１５と熱伝対２６との間のシールを確保している。例えば、予め挿入孔２８の内周面に接着剤３０を塗布した状態で、先端部２６ａを挿入して固定している。
【００２６】
本実施例の挿入孔２８は、一端から他端まで同じ径の孔であり、孔径Ｂは先端部２６ａの外径Ａの１．２倍以下となっている。
【００２７】
〔実施例１の作用効果〕
本実施例によれば、燃料噴射装置１は、ノズルボディ１５内で、シート部２２上流の燃料の温度を測定する温度センサ２５を備えている。そして、燃料温度及び燃料圧からノズルボディ内の燃料の相状態を判定し、その相状態に応じて印加時間すなわち開弁時間を決定している。
これによれば、燃料に軽油よりも相状態の変化しやすい液化ガスを用いた場合にも、噴射量を高精度に制御できる。
【００２８】
従来の技術では、液相を前提に開弁時間を目標噴射量から決定していたため、実際にはシート部２２上流で燃料が気相となっている場合に、所望の噴射量を得られなかった。しかし、本実施例によれば、燃料の相状態と目標噴射量とに基づいて開弁時間を設定するため、噴射量精度が向上する。
【００２９】
また、ノズルボディ１５には、熱伝対の先端部２６ａが挿入される挿入孔２８が形成され、挿入孔２８の内周面と先端部２６ａの外周面との間がセラミック系接着剤３０によって固定されている。すなわち、ジメチルエーテルを燃料とする場合、ジメチルエーテルは有機溶剤であるため、溶解しにくい無機系の接着剤を用いている。
【００３０】
また、挿入孔２８の最小孔径（孔径Ｂ）は、先端部２６ａの外径Ａの１．２倍以下である。孔径Ｂが外径Ａの１．２倍より大きい場合、挿入孔２８と先端部２６ａとの間の接着剤３０の量が多くなり、十分な強度が得られない。そこで、孔径Ｂを外径Ａの１．２倍以下としている。
【００３１】
〔実施例２〕
実施例２を、実施例１とは異なる点を中心に、図８を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、挿入孔２８が、挿入方向後端側が挿入方向先端側よりも径大となる段付き孔である。
挿入孔２８の長さｈが、挿入孔２８の最小孔径Ｂの５倍以上である場合は、段付き孔とすることが好ましい。
これによれば、接着剤３０を挿入孔２８の長さ方向に充填しやすくなり、挿入孔２８の長さが長い場合でも、ノズルボディ１５と熱伝対２６との間のシールを確保しやすくなる。
【００３２】
〔変形例〕
本実施例では、温度センサ２５をシート部２２の上流で且つシート面２０の内側で燃料温度を測定できるように配置していたが、実施例の位置よりもさらに上流のガイド孔１７内に配置してもよい。例えば、燃料溜室２３に近接した位置に配設してもよい。
【００３３】
また、本実施例では、ノズルボディ内に供給される燃料の圧力として、コモンレール圧を採用したが、ノズルボディ内に圧力センサを設けてノズルボディ内の燃料圧力を測定し、その測定値を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料噴射装置、４  インジェクタ、５  ＥＣＵ、１４  噴孔、１５  ノズルボディ、１６  ニードル、２２  シート部、２５  温度センサ
【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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