(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液体によって開閉が制御される燃料噴射弁と、
燃料噴射弁に加圧した燃料を供給する燃料供給装置と、
燃料噴射弁に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置とを備え、
作動液体供給装置は、燃料とは異なる作動液体を供給するように形成されており、
燃料噴射弁は、作動液体を貯留する圧力制御室と、圧力制御室を開閉する制御弁と、制御弁の開閉を駆動する制御弁駆動装置と、燃料を噴射する噴孔を開閉するように形成され、圧力制御室の内部の圧力に押圧されて噴孔を閉止する開閉部材とを含み、
制御弁駆動装置に通電することにより制御弁が開いて圧力制御室の圧力が低下し、開閉部材が移動して燃料が噴射されるように形成されており、
燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および作動液体の圧力を検出し、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて、燃料噴射弁から燃料が噴射されている時間を定める制御弁駆動装置の通電時間を調整することを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
作動液体の圧力が高くなるほど前記通電時間を長く設定する、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出し、作動液体の温度が高くなるほど、前記通電時間を短く設定する、請求項１または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】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気の混合気が供給されて、燃焼室において燃料が燃焼する。従来の技術においては、高圧の燃料を燃焼室の内部に噴射することができる燃料噴射弁を備える内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２００６−１１８４７０号公報においては、高圧気体燃料をノズル先端に設けた噴孔から機関燃焼室に噴射するインジェクタが開示されている。このインジェクタは、噴孔を開閉するニードルに圧力を作用させる制御室と、制御室へ作動液体となる液体燃料を供給する作動液体供給通路と、制御室への液体燃料の流出入を制御する電気式切替弁と、噴孔へ高圧気体燃料を供給する高圧気体燃料供給通路とを備えることが開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−０３０４８６号公報においては、燃料加圧ポンプからの燃料を貯留する蓄圧器と、この蓄圧器と燃料噴射弁を連通するフィードホールと、このフィードホールから油室に至る制御油路と、制御油路に設けられて油室に燃料油圧を作用させてニードル弁を閉止する一方、油室の燃料油を排出することでニードル弁を開放させる三方電磁弁とを備える蓄圧式の燃料噴射制御装置が開示されている。この装置は、燃料油の温度に基づいて燃料油圧を補正する燃料油圧補正手段と、燃料油圧補正手段と同時に燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備え、燃料リターン系に流れる燃料の温度を抑制し、燃料リターン系に使用される部材の劣化や損傷を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１８４７０号公報
【特許文献２】特開平１０−０３０４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献に開示されているように、燃料噴射弁は作動液体の圧力を利用してニードル弁を作動することにより、燃料を噴射することができる。特に、燃料の圧力が高くても、作動液体の圧力を用いて燃料噴射弁を作動させることにより、燃焼室の内部等に燃料を噴射することができる。このような液圧作動式の燃料噴射弁においては、ニードル弁を液圧により押圧して噴孔を閉止している。燃料を噴射する場合には、ニードル弁を押圧している作動液体の液圧を低下させることにより噴孔を開放している。燃料の噴射量は作動液体の圧力の変化により制御されている。ところがニードル弁を押圧する作動液体の液圧が変動すると、実際の燃料の噴射量が所望の量からずれてしまう虞がある。
【０００７】
本発明は、燃料の噴射量の精度が向上する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】
【０００８】
本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、作動液体によって開閉が制御される燃料噴射弁と、燃料噴射弁に加圧した燃料を供給する燃料供給装置と、燃料噴射弁に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置とを備える。作動液体供給装置は、燃料とは異なる作動液体を供給するように形成されている。燃料噴射弁は、作動液体を貯留する圧力制御室と、圧力制御室を開閉する制御弁と、制御弁の開閉を駆動する制御弁駆動装置と、燃料を噴射する噴孔を開閉するように形成され、圧力制御室の内部の圧力に押圧されて噴孔を閉止する開閉部材とを含む。燃料噴射弁は、制御弁駆動装置に通電することにより制御弁が開いて圧力制御室の圧力が低下し、開閉部材が移動して燃料が噴射されるように形成されている。燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および作動液体の圧力を検出し、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて制御弁駆動装置の通電時間を調整する。
【０００９】
上記発明においては、作動液体の圧力が高くなるほど制御弁駆動装置の通電時間を長く設定することが好ましい。
【００１０】
上記発明においては、燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出し、作動液体の温度が高くなるほど、制御弁駆動装置の通電時間を短く設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料の噴射量の精度が向上する内燃機関の燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置の概略図である。
【図３】実施の形態における燃料噴射弁から燃料を噴射するときのタイムチャートである。
【図４】制御弁を駆動して圧力を低下させたときの圧力制御室内の圧力のタイムチャートである。
【図５】実施の形態における燃料噴射装置の制御のフローチャートである。
【図６】実施の形態における要求される燃料噴射量と燃料の圧力とを関数にする基準通電時間のマップである。
【図７】実施の形態における要求される燃料噴射量と作動液体の圧力とを関数にする作動液体圧力に関する通電時間の補正項のマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１から図７を参照して、実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置について説明する。本実施の形態においては、気体燃料としての水素を燃料に用いる内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１４】
図１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、それぞれの燃焼室２内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３とを含む。それぞれの気筒には、点火栓７が配置されている。本実施の形態における内燃機関は火花点火式である。
【００１５】
機関本体１は、吸気マニホールド４と排気マニホールド５とを含む。吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して吸入空気量検出器８に連結されている。吸入空気量検出器８は、エアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。一方、排気マニホールド５は、排気管５１を介して排気処理装置としての排気浄化触媒５５に連結されている。排気処理装置としては、排気を浄化する任意の装置を採用することができる。たとえば、三元触媒、酸化触媒、またはＮＯＸを還元する触媒等を採用することができる。本実施の形態の排気浄化触媒５５の下流の排気管５１内には、排気ガスに含まれる炭化水素（未燃燃料）と空気との比率である排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ５６が配置されている。
【００１６】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路５２が配置されている。ＥＧＲ通路５２の途中には電子制御式のＥＧＲ制御弁５３が配置されている。また、ＥＧＲ通路５２の途中には、ＥＧＲ通路５２内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置５４が配置されている。
【００１７】
本実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁３と、燃料噴射弁３に加圧した燃料を供給する燃料供給装置とを備える。本実施の形態における燃料供給装置は、燃料タンク６１および圧力調整弁６２を含む。それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管６３を介して燃料タンク６１に接続されている。
【００１８】
本実施の形態における燃料供給装置は、燃料タンク６１に気体燃料が加圧されて貯蔵されている。燃料タンク６１に貯蔵されている燃料は、圧力調整弁６２により減圧されて、それぞれの燃料噴射弁３に供給される。燃料タンク６１から燃料噴射弁３に燃料を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力を検出する圧力センサ６４が配置されている。本実施の形態においては、燃料供給管６３に圧力センサ６４が配置されている。
【００１９】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、燃焼室２に直接的に燃料を供給する直噴型である。燃料噴射弁３は、後述するように作動液体の圧力により燃料噴射弁３の開閉を行うように形成されている。本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁３に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置を備える。作動液体は、作動液体ポンプ７２により作動液体供給管７３に供給される。本実施の形態における作動液体ポンプは、電動ポンプであるが、この形態に限られず、任意のポンプを採用することができる。
【００２０】
加圧された作動液体は、作動液体供給管７３からそれぞれの燃料噴射弁３に供給される。作動液体を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する作動液体の圧力を検出する圧力センサ７４が配置されている。本実施の形態においては、作動液体供給管７３に圧力センサ７４が配置されている。また、作動液体を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する作動液体の温度を検出する温度センサ７５が配置されている。本実施の形態においては、作動液体ポンプ７２に温度センサ７５が配置されている。
【００２１】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３０を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータにより構成されている。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。ＲＯＭ３２には、制御を行なうために必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。
【００２２】
吸入空気量検出器８の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、温度センサ７５、圧力センサ６４，７４、および空燃比センサ５６等のセンサの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２３】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。負荷センサ４１の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数やクランク角度を検出することができる。
【００２４】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して、点火栓７、スロットル弁１０の駆動用ステップモータおよびＥＧＲ制御弁５３に接続されている。また、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して圧力調整弁６２および作動液体ポンプ７２に接続されている。
【００２５】
このように、本実施の形態における内燃機関は、高圧の気体燃料を燃焼室に直接的に噴射し、更に点火栓により点火を行っている。この構成により、たとえば、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関と比較して、燃料の燃焼性を向上させて燃料消費量の低減を図ることができる。また、燃焼室の内部にて拡散燃焼を行なうことにより、ノッキング等の異常燃焼を回避することができる。
【００２６】
図２は、本実施の形態における燃料噴射装置の概略図である。本実施の形態における作動液体供給装置は、作動液体７０を貯留する作動液体タンク７１を含む。作動液体７０としては、燃料噴射弁３を駆動するための任意の液体を用いることができる。たとえば、シリコン油等の潤滑油または軽油等を用いることができる。作動液体ポンプ７２が駆動することにより、矢印１０１に示すように、作動液体７０が作動液体タンク７１から燃料噴射弁３に供給される。作動液体７０は、作動液体ポンプ７２により予め定められた圧力まで加圧される。燃料噴射弁３の内部を通った作動液体７０は、矢印１０２に示すように作動液体戻り管７６を通って作動液体タンク７１に戻される。
【００２７】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、作動液体により作動する液体作動式の高圧ガスの燃料噴射弁である。燃料噴射弁３は、先端に燃料を噴射する噴孔１１を有する筒状のノズルボディ１２を含む。燃料噴射弁３は、噴孔１１を開閉するため開閉部材としてのニードル弁１３を含む。ニードル弁１３は、メインピストン１３ａと、メインピストン１３ａに接続されているサブピストン１３ｂとを有する。本実施の形態においては、サブピストン１３ｂにより噴孔１１が開閉される。ニードル弁１３は、ノズルボディ１２と同軸状に配置され、ノズルボディ１２の内部にて往復運動が可能に形成されている。噴孔１１は、ニードル弁１３の往復運動に応じて開閉する。メインピストン１３ａとサブピストン１３ｂとの間には、中間室１４が形成されている。中間室１４には、付勢部材としてのスプリング１５が配置されている。スプリング１５は、ニードル弁１３を閉弁方向に付勢している。
【００２８】
また、ノズルボディ１２の内部には、メインピストン１３ａの端面とノズルボディ１２の内面により圧力制御室１６が形成されている。ノズルボディ１２の内部には、サブピストン１３ｂの外周面とノズルボディ１２の内面とによりノズル室１７が形成されている。
【００２９】
更に、燃料噴射弁３は、作動液体供給装置から供給される作動液体を、圧力制御室１６内へ導く作動液体供給路１８を含む。燃料噴射弁３は、圧力制御室１６内の作動液体を作動液体戻り管７６に排出するための連通路２０および作動液体排出路２１を有する。圧力制御室１６内の作動液体を作動液体タンク７１に排出することにより、圧力制御室１６の内部圧力を低下させることができる。
【００３０】
作動液体供給路１８には圧力制御室１６への作動液体の流入量を調整する入口側オリフィス２２が配置されている。また、圧力制御室１６からの排出路には作動液体の流出量を調整する出口側オリフィス２３が配置されている。出口側オリフィス２３は、入口側オリフィス２２よりも流量が大きくなるように形成されている。燃料噴射弁３は、制御弁２５が開いたときに圧力制御室１６に流入する作動液体の流量よりも、圧力制御室１６から流出する作動液体の流量の方が大きくなるように構成されている。
【００３１】
燃料噴射弁３のノズルボディ１２は、燃料供給装置から供給される燃料をノズル室１７に導く燃料供給路１９を有する。燃料供給路１９は、燃料供給装置の燃料供給管６３に接続されている。
【００３２】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、作動液体を貯留する圧力制御室１６と、圧力制御室１６を開閉する制御弁２５と、制御弁２５の開閉を駆動する制御弁駆動装置を備える。本実施の形態における制御弁駆動装置は、制御弁２５の開放および閉止を行うためのソレノイドアクチュエータ２４を含む。ソレノイドアクチュエータ２４に通電することにより、制御弁２５を開弁の状態にすることができる。このように、本実施の形態における圧力制御室１６は、電磁弁により開閉される。制御弁２５は、スプリング２６によって閉弁方向に付勢されている。ソレノイドアクチュエータ２４は、電子制御ユニット３０の出力ポート３６に、対応する駆動回路３８を介して接続されている（図１参照）。ソレノイドアクチュエータ２４は、電子制御ユニット３０によって制御される。
【００３３】
制御弁２５の閉弁時には、作動液体供給装置から供給される高圧の作動液体を圧力制御室１６に封じ込めて圧力制御室１６の内部圧力を高圧に維持する。制御弁２５の開弁時には作動液体を圧力制御室１６から作動液体排出路２１へと排出して、圧力制御室１６の内部圧力を低下させる。
【００３４】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、ニードル弁１３を閉弁すべき時には、ソレノイドアクチュエータ２４の通電を停止することにより制御弁２５が閉弁される。制御弁２５の閉弁時は、作動液体の流入によって圧力制御室１６内の内部圧力が上昇し、その内部圧力によってメインピストン１３ａが閉弁方向に付勢される。また、ニードル弁１３は、スプリング１５によって閉弁方向に付勢されている。一方で、加圧された燃料が燃料供給路１９を通ってノズル室１７に供給されているため、ノズル室１７の内部圧力によってサブピストン１３ｂが開弁方向に付勢される。更に、噴孔１１が燃焼室２内に面しているために燃焼室２内の圧力により、ニードル弁１３の先端部が押圧されてニードル弁１３が開弁方向に付勢される。ニードル弁１３を閉弁すべき時には、ニードル弁１３に対して閉弁方向に作用する力が開弁方向に作用する力よりも大きくなるように、圧力制御室１６の内部圧力が設定される。
【００３５】
ニードル弁１３を開弁すべきときには、ソレノイドアクチュエータ２４に通電することにより制御弁２５が開弁される。制御弁２５が開弁されると、作動液体排出路２１から圧力制御室１６内の作動液体が排出される。このときに、出口側オリフィス２３が入口側オリフィス２２よりも大きいため、圧力制御室１６内への作動液体の流入量よりも圧力制御室１６内からの作動液体の流出量の方が多くなる。圧力制御室１６の内部圧力は低下する。ニードル弁１３は、閉弁方向に付勢される力が小さくなり、矢印１０３に示すように移動して開弁し、噴孔１１から燃料が噴射される。
【００３６】
その後、ソレノイドアクチュエータ２４の通電を停止し、再び制御弁２５を閉弁すると、圧力制御室１６内の内部圧力が蓄圧されて上昇し、ニードル弁１３の閉弁方向の付勢力の方が開弁方向の付勢力よりも大きくなると、ニードル弁１３は閉弁される。このように、制御弁２５の開閉を制御することによって、ニードル弁１３の開閉、すなわち燃料噴射を制御することが可能となる。
【００３７】
本実施の形態における燃料噴射装置は、燃焼室に噴射する燃料とは異なる液体を、燃料噴射弁を制御するための作動液体として用いている。燃焼室に供給する燃料が気体の場合に、燃料を燃料噴射弁の作動流体として使用すると、気体が圧縮性を有するために燃料噴射弁の噴射制御が難しくなる。圧力制御室に封入する作動流体を気体にすると、気体が圧縮性を有することにより、例えば圧力制御室の内部圧力が振動してニードル弁の開閉制御が難しくなる。また、圧力制御室の内部圧力を低下させる場合には、圧力制御室に貯留されている作動流体をタンクに戻す必要がある。ところが、作動流体が気体の場合には、タンクの内部は高圧であり、作動流体を加圧するためにポンプ等を配置しなければタンクに戻すことができないという問題がある。
【００３８】
本実施の形態のように、燃焼室に供給する燃料が気体の場合に、燃料噴射弁を制御する作動流体として圧縮性の小さい液体を用いることにより、圧力制御室の内部圧力を精度良く調整することができる。なお、燃料が液体の場合には、燃料噴射弁を制御するための作動液体を燃料と同一にしても構わない。
【００３９】
図３に、燃料噴射弁から燃料を噴射する時のタイムチャートを示す。クランク角度θ１までは制御弁２５を開くための制御信号が発信されておらず、ソレノイドアクチュエータ２４は通電されていない状態である。制御弁２５は閉じた状態に維持されている。圧力制御室１６内は所定の圧力に維持されている。クランク角度θ１において、制御弁２５を開くための制御信号が発信されている。ソレノイドアクチュエータ２４に通電が開始され、制御弁２５が開いた状態になる。
【００４０】
制御弁２５が開いた状態になると、圧力制御室１６に貯留されている作動液体が流出し、圧力制御室１６の圧力が低下し始める。その後のクランク角度θ２において圧力制御室１６内の圧力が、ニードル弁１３が移動し始める開弁圧力まで低下している。ニードル弁１３が移動を開始し、ニードル弁１３の移動量が零よりも大きくなる。ニードル弁１３の移動量が上昇することにより噴孔１１から燃料が噴射される。ニードル弁１３の移動量が所定の量まで上昇すると共に、単位時間あたりの燃料の噴射量が所定の量まで上昇する。
【００４１】
この後に、クランク角度θ３において制御弁２５を閉じる制御信号が発信され、ソレノイドアクチュエータ２４の通電が停止される。クランク角度θ１において通電を開始してから所定の通電時間の経過後に通電を停止している。制御弁２５は、移動前の元の位置に戻り、閉じた状態になる。圧力制御室１６の内部の圧力は上昇し、ニードル弁１３は閉弁方向に移動する。クランク角度θ４において、圧力制御室１６の内部の圧力が制御弁２５の開弁圧力まで上昇している。ニードル弁１３の移動量は、クランク角度θ４よりも時間遅れを伴って、クランク角度θ５において零になる。ニードル弁１３が着座し、ニードル弁１３により噴孔１１が閉止される。クランク角度θ５において単位時間当たりの燃料の噴射量が零になっている。
【００４２】
本実施の形態の燃料噴射装置においては、制御弁を開く制御信号の発信している時間が、ソレノイドアクチュエータ２４の通電開始から通電終了までの通電時間に対応する。通電時間に応じて燃料噴射弁３から燃料が噴射されている時間が定まる。すなわち、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間に応じて、１回の燃料噴射における燃料の量が定まる。たとえば、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間が長くなるほど、１回の燃料の噴射量は多くなる。
【００４３】
本実施の形態の燃料噴射弁３においては、圧力制御室１６内の圧力が開弁圧力未満になっている時間が、燃料を噴射している時間に対応する。ところで、圧力制御室１６の内部の圧力は、圧力制御室１６に供給される作動液体の圧力に依存し、内燃機関の運転状況等により圧力制御室１６に供給される作動液体の圧力が変化する場合がある。
【００４４】
図４に、燃料を噴射する時の圧力制御室の内部の圧力変化を説明するグラフを示す。図４においては、制御弁２５が開く前の圧力制御室１６の内部が第１の圧力の場合と、第１の圧力よりも低い第２の圧力の場合とを例示している。
【００４５】
圧力制御室１６の内部が第１の圧力の例を参照して、ニードル弁１３を開く場合に、クランク角度θ６において圧力制御室１６の内部の圧力が下降を始めている。クランク角度θ２ａにおいて圧力制御室１６の内部の圧力がニードル弁１３の移動する開弁圧力まで低下する。ニードル弁１３が開いた状態に移行する。ニードル弁１３を閉じる場合に、クランク角度θ７において圧力制御室１６の内部の圧力が上昇を始めている。クランク角度θ３ａにおいて開弁圧力まで到達してニードル弁１３が閉じた状態に移行する。
【００４６】
圧力制御室１６の内部が第２の圧力の例では、ニードル弁１３を開く場合に、圧力が低下し始める前の圧力制御室１６の内部の圧力が低いために、短時間で開弁圧力まで低下する。すなわち、作動液体供給装置により圧力の低い作動液体が供給さている場合には、ソレノイドアクチュエータ２４に通電が開始される時の圧力制御室１６の圧力が低いためにニードル弁１３の開く時期が早くなる。
【００４７】
図４に示す例において、第２の圧力の場合には、クランク角度θ６において圧力制御室１６の内部の圧力が降下を始めた後に、クランク角度θ２ｂにおいて、圧力制御室１６の圧力が開弁圧力に到達している。開弁圧力に到達するクランク角度θ２ｂは、第１の圧力の時に開弁圧力に到達するクランク角度θ２ａの時期よりもΔθＸ早くなっている。本実施の形態における燃料噴射装置は、圧力制御室１６に供給する作動液体の圧力が低いほどニードル弁１３が早く開く特性を有する。
【００４８】
一方で、ニードル弁１３が閉じるときに、圧力制御室１６の作動液体の圧力が第２の圧力の場合には、圧力制御室１６に供給される作動液体の圧力が低いために、圧力制御室１６の内部の圧力の上昇率が低くなる。すなわち、圧力制御室１６に供給される作動液体の圧力が低くなるほど、圧力制御室１６の内部の圧力が上昇するのに時間がかかる。このために、圧力制御室１６の内部の圧力が開弁圧力に到達する時期が遅くなり、ニードル弁が閉止される時期が遅くなる。このために、ニードル弁１３を開いている期間は、第１の圧力の場合よりも長くなる。
【００４９】
図４に示す例において、第２の圧力の場合には、クランク角度θ７において圧力制御室１６の内部の圧力が上昇を始めた後に、クランク角度θ３ｂにおいて、圧力制御室１６の内部の圧力が開弁圧力まで上昇している。開弁圧力に到達したクランク角度θ３ｂは、第１の圧力の時の開弁圧力に到達するクランク角度θ３ａの時期よりもΔθＹの分が遅くなっている。本実施の形態における燃料噴射装置は、圧力制御室１６に供給する作動液体の圧力が低いほどニードル弁１３が遅く閉じる特性を有する。
【００５０】
このように、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間が同じであっても、圧力制御室１６の内部に供給する作動液体の圧力が低くなるほどニードル弁１３が開いている時間が長くなる。このために、圧力制御室１６に供給する作動液体の圧力が低くなるほど、燃料を噴射している時間が長くなり、燃料の噴射量が大きくなるという特性を有する。換言すると、作動液体の圧力が高くなるほどニードル弁１３が開いている時間が短くなり、燃料の噴射量が小さくなるという特性を有する。
【００５１】
本実施の形態の燃料噴射装置においては、制御弁２５が閉じている時の圧力制御室１６に供給する作動液体の圧力を検出し、検出した作動液体の圧力に基づいて、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間を調整する。本実施の形態においては、作動液体の圧力が高くなるほど、通電時間を長くする補正を行なう。
【００５２】
さらに、本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出して、検出した作動液体の温度に基づいて、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間を調整する。
【００５３】
図２を参照して、作動液体の温度が上昇すると作動液体の粘性が小さくなる。作動液体の粘性が小さくなると、制御弁２５を開いたときに圧力制御室１６から作動液体が排出され易くなる。圧力制御室１６の出口には、作動液体の流量を制限する出口側オリフィス２３が配置されているが、作動液体の温度が高くなるほど圧力制御室１６から排出される作動液体の流量が大きくなる。すなわち、制御弁２５の開弁したときの応答性が向上し、圧力制御室１６の内部の圧力の下降率が大きくなる。圧力制御室１６の圧力が開弁圧力に到達する時期が早くなる。この結果、燃料を噴射している時間が長くなり、燃料の噴射量が大きくなる。このために、本実施の形態においては、作動液体の温度が高くなるほど、噴射される燃料の量を減少させる側に補正する。すなわち、作動液体の温度が高くなるほど、ソレノイドアクチュエータの通電時間を短くする補正を行う。
【００５４】
図５に、本実施の形態における燃料噴射装置において、燃料を噴射する時の制御のフローチャートを示す。
【００５５】
ステップ１１１においては、燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力および燃料の圧力を検出する。図１を参照して、本実施の形態の内燃機関において、作動液体の圧力は、圧力センサ７４により検出することができる。また、燃料の圧力は、圧力センサ６４により検出することができる。作動液体の圧力および燃料の圧力の検出は、この形態に限られず、任意の方法により検出することができる。たとえば、予め所定の間隔ごとに検出して、その平均値を採用しても構わない。
【００５６】
次に、ステップ１１２においては、要求される１回の燃料噴射量を設定する。燃焼室に供給する燃料噴射量は、例えば、要求負荷と機関回転数とを関数にする燃料噴射量のマップを、予め電子制御ユニット３０に記憶させることができる。図１を参照して、負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出し、クランク角度センサ４２の出力により機関回転数を検出することができる。検出された要求負荷および機関回転数に基づいて、マップにより要求される燃料噴射量を設定することができる。
【００５７】
次に、ステップ１１３において、燃料噴射弁３のソレノイドアクチュエータ２４に通電を行なうための基準通電時間ＴＬＢを設定する。要求される燃料噴射量が多くなるほど、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間を長く設定することができる。また、燃料噴射弁３に供給される燃料はノズル室１７に供給され、ニードル弁１３を開弁方向に付勢する。燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力が高くなるほど、ニードル弁１３を開弁方向に付勢する力が大きくなる。更に、燃料の圧力が高くなるほど噴孔１１から噴射される単位時間当りの燃料の噴射量が多くなる。このため、燃料の圧力が高くなるほどソレノイドアクチュエータ２４の通電時間を短く設定することができる。
【００５８】
図６に、本実施の形態における基準通電時間を設定するためのマップを示す。要求される燃料噴射量と燃料圧力とを関数にする基準通電時間ＴＬＢのマップを予め電子制御ユニット３０に記憶させることができる。図５を参照して、ステップ１１２において設定した要求される燃料噴射量と、ステップ１１１において検出した燃料の圧力とに基づいて、マップを用いることにより基準通電時間ＴＬＢを設定することができる。
【００５９】
次に、ステップ１１４においては、基準通電時間ＴＬＢに対する作動液体圧力の補正項ＴＬＭＰを設定する。本実施の形態においては、検出した作動液体の圧力に基づいて、基準通電時間に補正を加える。前述のとおり、圧力制御室１６に供給する作動液体の圧力が高くなるほど、ニードル弁１３が開いている時間が短くなる。本実施の形態における作動液体圧力の補正項ＴＬＭＰは、作動液体の圧力が高くなるほど、ソレノイドアクチュエータ２４の通電時間が長くなるように設定している。
【００６０】
図７に、本実施の形態における作動液体圧力の補正項を設定するためのマップを示す。本実施の形態においては、作動液体の圧力に加えて燃料噴射量に基づいて、通電時間の補正項を設定する。作動液体圧力に関する通電時間の補正項ＴＬＭＰは、作動液体の圧力と燃料噴射量とを関数にするマップにより設定することができる。図７に示すマップは、予め電子制御ユニット３０に記憶させることができる。検出した作動液体の圧力と要求される燃料噴射量とに基づいて、通電時間に関する作動液体圧力の補正項ＴＬＭＰを設定することができる。
【００６１】
図５を参照して、次に、ステップ１１５においては、作動液体の温度を検出する。図１を参照して、本実施の形態においては、温度センサ７５にて作動液体の温度を検出することができる。
【００６２】
次に、ステップ１１６において、基準通電時間ＴＬＢに対する作動液体温度の補正項ＴＬＭＴを設定する。作動液体の温度を関数にする作動液体温度の補正項ＴＬＭＴを予め電子制御ユニット３０に記憶させておくことができる。検出した作動液体の温度に基づいて、作動液体温度に関する通電時間の補正項ＴＬＭＴを設定することができる。本実施の形態の作動液体温度の補正項ＴＬＭＴは、作動液体の温度が高くなるほど、ソレノイドアクチュエータの通電時間が短くなるように設定されている。
【００６３】
次に、ステップ１１７においては、補正後のソレノイドアクチュエータの通電時間ＴＬＦＩＮを算出する。本実施の形態においては、基準通電時間ＴＬＢに対して、作動液体圧力に関する補正項ＴＬＭＰと、作動液体温度に関する補正項ＴＬＭＴとを加算することにより、補正後のソレノイドアクチュエータの通電時間ＴＬＦＩＮを算出する。
【００６４】
このように、ソレノイドアクチュエータの通電時間の補正を行うことができる。ソレノイドアクチュエータの通電時間の補正においては、補正項の加算や減算等に限られず、任意の補正方法を採用することができる。たとえば、ソレノイドアクチュエータの基準通電時間に対して圧力補正項および温度補正項を乗じて補正後の通電時間を算出しても構わない。
【００６５】
次に、ステップ１１８においては、通電開始時期ＥＴＳＴを設定する。図３の例においては、クランク角度θ１において通電を開始しているが、実際に燃料が噴射され始めるクランク角度θ２までには、所定の時間遅れを有する。通電開始時期ＥＴＳＴは、この時間遅れを考慮して任意の制御により設定することができる。例えば、基準になる燃料の噴射開始時期を機関回転数および要求負荷に基づいて設定する。通電開始から燃料の噴射開始までの時間遅れを予め設定しておいて、基準になる燃料の噴射開始時期から時間遅れを減算することにより、通電開始時期ＥＴＳＴを設定することができる。
【００６６】
図５を参照して、ステップ１１９においては、通電終了時期ＥＴＥＮを算出する。通電終了時期ＥＴＥＮは、通電開始時期ＥＴＳＴに対して、補正後のアクチュエータの通電時間ＴＬＦＩＮを加算することにより算出することができる。
【００６７】
次に、ステップ１２０においては、設定した通電開始時期ＥＴＳＴおよび通電終了時期ＥＴＥＮに従ってアクチュエータに通電を行なう。通電開始時期、通電時間および通電終了時期の制御においては、クランク角度に基づいて制御しても、基準となる時点からの経過時間等に基づいて制御しても構わない。
【００６８】
このように、本実施の形態の燃料噴射装置は、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて、ソレノイドアクチュエータの通電時間を調整している。この制御を行なうことにより、作動液体の圧力変動に起因する燃料の噴射量の精度の悪化を抑制し、燃料の噴射量を所望の量に近づけることができる。すなわち、燃料の噴射量の精度が向上する。
【００６９】
特に、本実施の形態の燃料噴射弁は、ニードル弁の開閉を制御するための作動液体と燃料とが異なり、それぞれが燃料噴射弁に個別に供給されている。燃料と作動液体とが同一の燃料噴射装置の場合には、圧力制御室の内部圧力と、ノズル室の内部圧力とが互いに等しくなる。しかしながら、本実施の形態の燃料噴射弁のように、作動液体を燃料と異なる液体により構成した場合には、それぞれの液体の圧力の影響を個別に受けて燃料の噴射量が定まるために、作動液体の圧力の影響が大きくなる。このため、本実施の形態の燃料噴射装置は、燃料と作動液体とが互いに異なる内燃機関に特に有用である。
【００７０】
燃焼室に供給する燃料の噴射量を高精度に制御することにより、内燃機関から出力されるトルクを高精度に制御することができる。このために、運転者の意図に対する応答性、すなわちドライバビリティを向上させることができる。また、燃焼室に供給する燃料の噴射量を高精度に制御することにより、燃焼室から流出する排気の性状を向上させることができる。たとえば、燃料の噴射量を高精度に制御することにより、燃焼時の空燃比をより正確に制御することができるために、燃焼室から排出されるＮＯＸ量が増加することを抑制できる。
【００７１】
なお、内燃機関の運転状態に基づいて要求される燃料の噴射量は、使用される燃料、内燃機関の種類および要求される排気性状等により変化する。このために、要求される燃料の噴射量は、使用される燃料等に応じて適宜設定することが好ましい。
【００７２】
更に、本実施の形態における燃料噴射装置は、アクチュエータの通電時間を作動液体の温度に基づいて設定している。本実施の形態の燃料噴射装置においては、作動液体の温度が高くなるほどアクチュエータの通電時間を短く補正する制御を行っている。この制御を行うことにより、より正確な燃料の噴射量の制御が可能になり、ドライバビリティの向上および排気性状の向上を図ることができる。
【００７３】
本実施の形態における内燃機関は、点火栓を有する火花点火式の内燃機関を例示して説明したが、この形態に限られず、点火栓を有していない圧縮自着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。
【００７４】
また、本実施の形態における内燃機関は、気体燃料を採用しているが、この形態に限られず、液体燃料を採用しても構わない。たとえば、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に本発明を適用することができる。作動液体とは異なる液体燃料の燃料タンクから燃料ポンプにより高圧の燃料がコモンレール（燃料蓄圧部）に供給され、高圧の燃料がコモンレールから燃料噴射弁に供給されていても構わない。
【００７５】
また、本実施の形態においては、燃焼室内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を例示して説明したが、この形態に限られず、たとえば、吸気ポートに燃料を噴射する予混合式の内燃機関にも本発明の燃料噴射装置を採用することができる。
【００７６】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。また、上述の制御に含まれるそれぞれのステップは、機能および作用が変化しない範囲において、適宜順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【００７７】
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
１１    噴孔
１３    ニードル弁
１６    圧力制御室
１７    ノズル室
１８    作動液体供給路
１９    燃料供給路
２１    作動液体排出路
２２    入口側オリフィス
２３    出口側オリフィス
２４    ソレノイドアクチュエータ
２５    制御弁
３０    電子制御ユニット
４０    アクセルペダル
４１    負荷センサ
４２    クランク角センサ
６３    燃料供給管
６４    圧力センサ
７０    作動液体
７１    作動液体タンク
７３    作動液体供給管
７４    圧力センサ
７５    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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