(57)【要約】【課題】燃料噴射ノズルの噴孔周辺部に付着したデポジットを、積極的に剥離させることが可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料噴射孔が形成された燃料噴射弁と、  前記燃料噴射孔の内周面に磁歪性物質が塗布され形成された、磁場をかけると寸法が変化するコーティング層と、前記燃料噴射孔の周りの空間に対して、磁界を発生させることが可能であり、さらに発生させた前記磁界を消失させることが可能である磁界発生消失装置と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射孔が形成された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射孔の内周面に磁歪性物質が塗布され形成された、磁界をかけると寸法が変化するコーティング層と、
前記燃料噴射孔の周りの空間に対して、磁界を発生させることが可能であり、さらに発生させた前記磁界を消失させることが可能である磁界発生消失装置と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記磁界発生消失装置は、
機関の運転が停止した後に作動し、磁界の発生と消失とを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記内燃機関の燃料噴射装置は、
前記燃料噴射孔部の温度を推定する噴射孔温度推定手段を更に備え、
前記磁界発生消失装置は、前記噴射孔温度推定手段により算出された前記燃料噴射孔部の温度が高い程、磁界の発生と消失とを繰り返す期間を長くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に搭載される燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、燃料噴射ノズルの噴孔周りに、高膨張率物質を環状のコーティング部として設けた燃料噴射ノズルが開示されている。特許文献１においては、コーティング部の熱膨張率が、カーボン等からなるデポジットの熱膨張率よりも大きい。これにより、燃料室内の温度変化によってコーティング部が厚さ方向に伸縮する際、噴孔に付着したデポジットと、噴孔のコーティング部との間にせん断力が働く。このせん断力の作用により、デポジットを噴孔から剥離させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３６４４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な燃料噴射弁の噴孔部には、以下のようにしてデポジットが生成される。機関の運転が停止すると、燃料の噴射も停止するため、燃焼室内の煤やノズルのサック部に残存する燃料成分が噴孔部に付着する。機関の運転が停止しても暫くの間、噴孔部近傍は高温状態を維持するため、噴孔部の燃料成分が気化して乾燥状態のデポジットが生成される。この乾燥状態のデポジットが生成されることで、噴孔部へのデポジットの堆積が促進される。
【０００５】
噴孔部からデポジットを剥離させるためには、上記の乾燥状態のデポジットに対してクラックを発生させることが効果的である。特許文献１における燃料噴射ノズルでは、燃焼室内の温度変化によって、デポジットと噴孔のコーティング部との間にせん断力が働く。このせん断力を乾燥状態のデポジットに作用させることで、デポジットを噴孔から剥離させる。このせん断力によるデポジットの剥離は、燃焼室内の温度変化に依存しているため、噴孔からデポジットを剥離させる方法としては受動的なものである。そのため、機関停止後、機関の温度が緩やかに低下していく条件の下では、適切に噴孔からデポジットを剥離させることができない恐れがある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料噴射ノズルの噴孔周辺部に付着したデポジットを、積極的に剥離させることが可能な内燃機関の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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料噴射孔が形成された燃料噴射弁と、
前記燃料噴射孔の内周面に磁歪性物質が塗布され形成された、磁界をかけると寸法が変化するコーティング層と、
前記燃料噴射孔の周りの空間に対して、磁界を発生させることが可能であり、さらに発生させた前記磁界を消失させることが可能である磁界発生消失装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記磁界発生消失装置は、
機関の運転が停止した後に作動し、磁界の発生と消失とを繰り返すことを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記内燃機関の燃料噴射装置は、
前記燃料噴射孔部の温度を推定する噴射孔温度推定手段を更に備え、
前記磁界発生消失装置は、前記噴射孔温度推定手段により算出された前記燃料噴射孔部の温度が高い程、磁界の発生と消失とを繰り返す期間を長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、燃料噴射孔の周りの空間に対して磁界を発生させることで、コーティング層を変形させることが可能である。これにより、コーティング層上に堆積したデポジットにクラックを発生させ、デポジットの剥離を促進させることができる。その結果、デポジットの堆積量が低減し、燃料噴射量の低下が抑制される。
【００１１】
第２の発明によれば、機関の運転が停止した後に、燃料噴射孔の周りの空間に対して、磁界の発生と消失とを繰り返すことができる。これにより、機関の運転停止に伴って生成される乾燥状態のデポジットに対して、クラックを積極的に発生させることが可能である。その結果、デポジットの堆積量が低減し、燃料噴射量の低下が抑制される。
【００１２】
第３の発明によれば、燃料噴射孔部の温度が高い程、燃料噴射孔の周りの空間に対して、磁界の発生と消失とを繰り返す期間を長くすることができる。これにより、デポジットが乾燥状態である期間が長い程、デポジットに対してクラックを十分に発生させることが可能である。その結果、デポジットの堆積量が低減し、燃料噴射量の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１の内燃機関の燃料噴射装置を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態１の燃料噴射孔部の詳細を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態１における燃料噴射孔部の、デポジットの生成と剥離を説明するための図である。
【図４】燃料噴射量の低下率の時間推移を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態１における燃料噴射装置の処理手順を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態１における、燃料噴射孔部の温度と、デポジットの状態を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態１における、燃料噴射孔部の温度とクラック生成制御時間との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
[燃料噴射装置の基本構成]
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関の燃料噴射装置１０を説明するための図である。本実施の形態１の燃料噴射装置１０は、燃料の噴射・停止を行うためのニードル１２を備えている。ニードル１２の下方には、ノズルチップ１４が配置されている。ノズルチップ１４には、複数の燃料噴射孔１６が形成されている。さらに、燃料噴射孔１６の内周面には、磁歪性物質が塗布され形成された、コーティング層１８が設けられている。燃料噴射孔１６の内周面に塗布される磁歪性物質は、シリコーンが適している。また、燃料噴射孔１６の内径は、コーティング層１８の厚さを考慮して、余裕を持った値に設定されている。本実施形態においては、複数の燃料噴射孔１６がノズルチップ１４に設けられているが、燃料噴射孔１６が一つだけの場合においても、本願の発明は適用可能である。
【００１５】
また、図１に示すように、ノズルチップ１４の内部には、電線２０が配置されている。さらに、本実施の形態１の燃料噴射装置１０は、電源装置２２を備えている。電線２０の一方の端部は、電源装置２２のプラス端子２４に接続されており、他方の端部は、電源装置２２のマイナス端子２６に接続されている。電線２０には、燃料噴射孔１６の中心軸に対して平行に伸びる、平行配線部２８が存在している。
【００１６】
また、本実施の形態１の燃料噴射装置１０は、ＥＣＵ３０を備えており、電源装置２２がＥＣＵ３０の作動信号に従って作動せしめられる。さらに、本実施形態における内燃機関には、イグニッションスイッチ３２と、排気温度センサ３４とが設けられている。これらの出力信号は、ＥＣＵ３０に取り込まれる。
【００１７】
電源装置２２がＯＮの状態になると、電線２０には、矢印Ｘの方向に電流が流れる。これにより、電線２０の平行配線部２８の周囲には、右ねじの法則により、矢印Ｙの方向に磁界が発生する。燃料噴射孔１６は、平行配線部２８の周囲に発生する磁界の中に位置している。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態１の燃料噴射孔１６の詳細を説明するための図である。上述のように、平行配線部２８の周囲に磁界が発生すると、磁歪性物質で形成されたコーティング層１８の寸法が変化する。より具体的には、コーティング層１８は、発生する磁界の方向に変位する。これにより、燃料噴射孔１６の形が変形する。電源装置２２がＯＦＦの状態になると、平行配線部２８の周囲に発生していた磁界は消失し、コーティング層１８は初期の寸法に戻る。これにより、燃料噴射孔１６も初期状態に戻る。
【００１９】
上述のように、電源装置２２を、ＯＮの状態とＯＦＦの状態との間で切り換えることにより、燃料噴射孔１６の噴孔径を変化させることが可能である。電源装置２２の切り換えは、機関の運転停止時に、ＥＣＵ３０からの作動信号に従って行われる。また、図１において、ニードル１２の中心軸に対して左側に位置する燃料噴射孔１６も同様に、図示省略する電源装置を更に備えれば、噴孔径を変化させることができる。
【００２０】
[デポジットの生成と剥離の基本原理]
図３は、本発明の実施形態１における燃料噴射孔部の、デポジット３６の生成と剥離とを説明するための図である。図３（ａ）は、通常運転時の、コーティング層１８におけるデポジット３６の様子を示している。図３（ａ）に示すように、通常運転時には、燃焼室内に存在する煤がコーティング層１８に付着するが、デポジット３６となって堆積する量は少ない。これは、通常運転時には燃料噴射が継続されているので、燃料を噴射する際の噴射圧力により、コーティング層１８に付着した煤は剥離せしめられるからである。
【００２１】
図３（ｂ）は、機関停止直後の、コーティング層１８におけるデポジット３６の様子を示している。機関停止直後、燃料噴射孔１６付近は高温状態となっている。さらに、ノズルチップ１４の内側のサック部３８に残存する燃料成分が、燃料噴射孔１６に移動する。これにより、コーティング層１８において、デポジット３６の生成が促進される。また、機関停止後は燃料噴射も停止するため、生成されたデポジット３６が燃料噴射圧により剥離せしめられない。その結果、デポジット３６の堆積量が増大する。
【００２２】
図３（ｃ）は、機関停止後の、コーティング層１８におけるデポジット３６の様子を示している。機関停止後、暫くの間、燃料噴射孔１６付近は高温状態を維持する。これにより、コーティング層１８において生成されたデポジット３６は、その燃料成分が気化し、乾燥状態となる。その結果、デポジット３６は、弾力性が低下することで、クラック４０が生じやすい状態となる。このとき、電源装置２２を、ＯＮの状態とＯＦＦの状態との間で切り換えることにより、コーティング層１８が伸縮する。これにより、乾燥状態のデポジット３６にクラック４０が発生する。
【００２３】
図３（ｄ）は、機関停止後、機関の温度が常温となった際の、コーティング層１８におけるデポジット３６の様子を示している。機関の燃焼室内の温度が低下することで、気化した燃料成分が凝縮する。これにより、図３（ｄ）に示すように、乾燥状態であったデポジット３６が、燃料成分を吸収して再び湿潤状態となる。このとき、デポジット３６の弾力性が向上するため、コーティング層１８を伸縮させても、クラック４０の発生は促進されない。よって、機関の温度が常温となった際、電源装置２２をＯＮの状態とＯＦＦの状態との間で切り換える制御を終了することが望ましい。
【００２４】
図３（ｅ）は、機関始動直後の、コーティング層１８におけるデポジット３６の様子を示している。図３（ｅ）に示すように、燃料噴射孔１６には、燃料が流通される。これにより、クラック４０が十分発生したデポジット３６は、燃料噴射圧力により、コーティング層１８から剥離せしめられる。クラック４０がより多く発生している程、デポジット３６の剥離量は多くなる。
【００２５】
図４は、燃料噴射量の低下率の時間推移を説明するための図である。図４の実線は、本発明の燃料噴射装置１０における燃料噴射量低下率の時間推移を示している。一方、図４の破線は、本実施形態のような磁歪性物質で形成されたコーティング層を有しない従来の燃料噴射装置における、燃料噴射量低下率の時間推移を示している。図４の（１）の部分に示すように、本発明における燃料噴射量低下率と従来技術における燃料噴射量低下率とは、機関始動直後において、両者の値の差が大きい。より詳細には、本発明の燃料噴射装置１０における燃料噴射量低下率は、機関始動直後、大幅に改善される。一方、従来技術の燃料噴射装置における燃料噴射量低下率は、機関始動直後、ほとんど改善されていない。すなわち、両者は燃料噴射量低下率の復帰量が大きく異なっている。本発明の燃料噴射装置１０によれば、コーティング層１８におけるデポジット３６に、多くのクラック４０が発生している。その結果、機関始動直後の燃料噴射の噴射圧により、デポジット３６が適切に剥離される。したがって、両者の燃料噴射量低下率の復帰量の差が大きくなる。
【００２６】
また、図４の（２）の部分に示すように、本発明における燃料噴射量低下率と従来技術における燃料噴射量低下率とは、時間とともに、両者の差が大きくなる。より詳細には、本発明における燃料噴射装置１０は、上述のように、デポジット３６にクラック４０を積極的に発生させることができる。これにより、デポジット３６がコーティング層１８から適切に剥離せしめられ、コーティング層１８上に堆積し難い。一方、従来技術の燃料噴射装置は、デポジット３６にクラック４０を十分に発生させることができない。これにより、燃料噴射の噴射圧が作用しても、適切にデポジット３６を燃料噴射孔１６から剥離させることができず、時間とともに堆積量が増える。したがって、本発明における燃料噴射量低下率と従来技術における燃料噴射量低下率とは、時間とともに、両者の差が大きくなる。
【００２７】
[燃料噴射装置の処理手順]
図５は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてＥＣＵ３０が実行する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、機関が停止したか否かが判定される（ステップ１００）。具体的には、ＥＣＵ３０が、イグニッションスイッチ３２がＯＮの状態であるか、ＯＦＦの状態であるかを判定する。上記ステップ１００の結果、機関が停止したと判定された場合、機関停止直前の排気温度から、燃料噴射孔温度Ｔｆを算出する。具体的には、排気温度センサ３４が検出した出力信号に基づいて、ＥＣＵ３０が燃料噴射孔温度Ｔｆを算出する（ステップ１０２）。一方、機関が停止していないと判定された場合、特別な処理を行わず、引き続き通常の制御を行う（ステップ１０４）。
【００２８】
次に、上記ステップ１０２で算出した燃料噴射孔温度Ｔｆに従って、クラック生成制御時間Ｔｃが決定される（ステップ１０６）。図６は、燃料噴射孔１６の温度とデポジット３６の状態の時間的推移を示している。図６に示すように、クラック生成制御時間Ｔｃは、デポジット３６の燃料成分が気化することで、デポジット３６が乾燥状態となっている期間に対応している。ここで、図７は、予め実験及び計算により求められた、燃料噴射孔温度Ｔｆとクラック生成制御時間Ｔｃとの関係を示している。本実施形態では、図７のマップがＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。このマップを上記ステップ１０２で算出された燃料噴射孔温度Ｔｆに基づいて検索することで、クラック生成制御時間Ｔｃを決定する。
【００２９】
ところで、図７に示すように、燃料噴射孔温度Ｔｆが高いほど、クラック生成制御時間Ｔｃを長く設定することが望ましい。燃料噴射孔１６付近が高温であるほど、冷えるまでに要する時間が長くなるので、デポジット３６の生成が促進する。そのため、コーティング層１８へのデポジット３６の堆積量が多くなる。したがって、燃料噴射孔温度Ｔｆが高いほど、クラック生成制御時間Ｔｃを長く設定して、デポジット３６に対して十分な量のクラック４０を発生させる。
【００３０】
次に、クラック生成制御時間Ｔｃの間、電源装置２２の作動と停止とを繰り返し行う（ステップ１０８）。具体的には、ＥＣＵ３０が、予め設定された周期で、電源装置２２に対して作動信号と停止信号を出力する。これにより、燃料噴射孔１６の周りの空間に磁界が発生し、そして消失する。その結果、コーティング層１８が伸縮を繰り返し、デポジット３６にクラック４０が発生する。
【００３１】
次に、クラック生成制御時間Ｔｃが経過したか否かが判定される（ステップ１１０）。ステップ１１０の結果、クラック生成制御時間Ｔｃが経過したと判定された場合、クラック生成制御を終了する。一方、クラック生成制御時間Ｔｃが経過していないと判定された場合、ステップ１０８へ戻る。
【００３２】
ところで、本実施形態では、ノズルチップ１４に配線した電線２０により、燃料噴射孔１６の周りに磁界を発生させたが、これに限られるものではない。燃料噴射孔１６の近傍に電磁ソレノイドを別途配置して、磁界を発生させてもよい。また、燃料噴射孔１６毎に電線２０を配置してもよいし、複数の燃料噴射孔１６に対して一本の電線を配置してもよい。
【００３３】
また、本実施形態のステップ１０２では、燃料噴射孔温度Ｔｆを、機関停止直前の排気温度に基づいて推定したが、これに限られるものではない。ノズルチップ１４に熱電対を設けることで、燃料噴射孔１６の温度を直接計測してもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、ステップ１０２の処理を一度しか行わなかったが、このルーチンに限られるものではない。ステップ１０２の処理を、一定時間毎に繰り返し行ってもよい。より詳細には、一定時間毎に燃料噴射孔温度Ｔｆの値を算出してもよい。この場合、燃料噴射孔温度Ｔｆが、デポジット３６が乾燥状態から湿潤状態へ変化する所定温度より低くなったとき、クラック生成制御を終了させればよい。
【００３５】
また、本実施形態では、電源装置２２の作動と停止とを繰り返す周期は、予め設定されるとしたが、可変であってもよい。電源装置２２の作動と停止とを繰り返す周期を短くすることで、コーティング層１８が伸縮を繰り返す回数を増加させることができる。デポジット３６が乾燥状態である期間が短い場合、すなわち、機関停止時の燃料噴射孔１６の温度が低温の場合ほど、上記の周期を短く設定すれば、短時間でデポジット３６にクラック４０を発生させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  燃料噴射装置
１２  ニードル
１４  ノズルチップ
１６  燃料噴射孔
１８  コーティング層
２０  電線
２２  電源装置
２８  平行配線部
３０  ＥＣＵ
３２  イグニッションスイッチ
３４  排気温度センサ
３６  デポジット
４０  クラック
【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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