(57)【要約】【課題】低温環境や低噴射量が要求される内燃機関稼働状態においてＨＣの排出を抑制することのできる燃料噴射装置を提供することを課題とする。【解決手段】燃料噴射装置（１）は、噴孔断面積を可変とした燃料噴射ノズル（２）、この燃料噴射ノズル（２）の噴孔断面積の変更を行う制御部（１０）を備える。制御部（１０）は、内燃機関が低負荷運転状態のときは噴孔断面積を大噴孔断面積とする。また、制御部（１０）は、エンジンの作動環境が所定値よりも低温であるときに、前記噴孔断面積を小噴孔断面積へと移行させるための基準となる負荷の値を高負荷側へシフトさせる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、
当該制御部は、内燃機関が低負荷運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とすることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射装置において、
前記制御部は、内燃機関の作動環境が所定値よりも低温であるときに、前記噴孔断面積を小噴孔断面積へと移行させるための基準となる負荷の値を高負荷側へシフトさせることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項３】
燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、
当該制御部は、内燃機関が低温運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とすることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射装置であって、
前記制御部は、内燃機関の１サイクルにおいて、大噴孔断面積による燃料噴射と小噴孔断面積による燃料噴射とを、前記燃料噴射ノズルに行わせることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射装置であって、
前記制御部は、メイン噴射として大噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射弁に行わせるとともに、当該メイン噴射に先行して、及び／又は、引き続いて小噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射ノズルに行わせることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項６】
燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、
前記制御部は、メイン噴射として大噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射弁に行わせるとともに、当該メイン噴射に先行して、及び／又は、引き続いて小噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射ノズルに行わせることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項７】
燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、
前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、
前記制御部は、メイン噴射に先行して、又は、引き続いて燃料噴射が行われるときに、メイン噴射として小噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射弁に行わせるとともに、当該メイン噴射に先行して、及び／又は、引き続いて小噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射ノズルに行わせることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の燃料噴射装置であって、
前記制御部は、内燃機関が高負荷運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とすることを特徴とした燃料噴射装置。
【請求項９】
請求項８記載の燃料噴射装置において、
前記制御部は、前記高負荷運転状態での大噴孔面積による燃料噴射を、短時間噴射としたことを特徴とした燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）の燃料噴射装置、特に燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関の負荷状態に応じて、噴孔から噴射する燃料の噴射時期、噴射の向き、噴霧形状等を調整する技術に関して多々検討されている。内燃機関の負荷状態に応じて燃料噴霧を最適に変更できれば、空気利用率を向上させて燃料消費量の低減を図ることができ、またスモークの発生を抑制して排気エミッションの向上を図ることができる。
【０００３】
このような内燃機関用の燃料噴射装置としては、例えば、特許文献１に開示された燃料噴射装置がある。特許文献１に開示された燃料噴射装置は、プリストローク可変式の燃料噴射ポンプと可変噴孔型の燃料噴射ノズルを備え、内燃機関の定速運転状態において、このような燃料噴射ポンプにおけるプリストロークを内燃機関の高速運転状態より大きくするとともに、燃料噴射ノズルの噴孔断面積を小さくする構成となっている。
【０００４】
このように、従来の可変噴孔型の燃料噴射ノズルを備えた燃料噴射装置では、低速運転時と高速運転時とを比較すると、低速運転状態では、高速運転状態よりも噴孔断面積を小さくする制御が行われることが一般的である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１１７８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、昨今の内燃機関の開発方針として、低圧縮比化や高ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）化、すなわち、ＥＧＲの導入率を高めることがある。ところが、このような低圧縮比化、高ＥＧＲが図られた内燃機関では、噴孔断面積を小さく絞ると着火しにくく、炭化水素（ＨＣ）の発生が問題となることがあった。例えば、エンジンが低温環境下で稼働しているときや低噴射量の稼働条件であるときなどは着火しにくく、従来のように噴孔断面積を小さくことによってＨＣ排出量が増加してしまうことがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、低温環境や低噴射量が要求される内燃機関稼働状態においてＨＣの排出を抑制することのできる燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するための、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、当該制御部は、内燃機関が低負荷運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とすることを特徴としている（請求項１）。このように低負荷運転状態のときに大噴孔断面積とすることにより噴射される燃料の微粒化を抑制し、ＨＣの発生を抑制することができる。すなわち、燃料の微粒化の抑制により過薄領域を減少させることによってＨＣの発生を抑制することができる。ここで、内燃機関の低負荷運転状態とは、内燃機関に合わせて適宜設定することができる値であり、例えば、燃料の噴射量を参酌して決定することができるもので、その基準となる燃料の噴射量の値は適宜設定することができる値である。なお、燃料噴射ノズルは、噴孔の断面積を可変としたものであれば、どのような構成であってもよい。
【０００９】
このような燃料噴射装置では、前記制御部は、内燃機関の作動環境が所定値よりも低温であるときに、前記噴孔断面積を小噴孔断面積へと移行させるための基準となる負荷の値を高負荷側へシフトさせることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、大噴孔断面積による噴射へ移行し易くなり、冷却水温が低かったり、外気温が低かったりする低温環境においてＨＣが発生し易いことに対応することができる。この結果、ＨＣの発生を抑制することができる。なお、作動環境の温度については冷却水温の他に冷却水温と相関関係を有する他の温度を用いることもできる。例えば、油温を用いることができる。
【００１０】
なお、内燃機関の運転負荷にかかわらず、低温運転状態となるときに大噴孔断面積による燃料噴射を行うようにすることもできる。すなわち、燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、当該制御部は、内燃機関が低温運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とする構成とすることもできる（請求項３）。
【００１１】
このような燃焼噴射装置では、前記制御部は、内燃機関の１サイクルにおいて、大噴孔断面積による燃料噴射と小噴孔断面積による燃料噴射とを、前記燃料噴射ノズルに行わせる構成とすることができる（請求項４）。特に、前記制御部は、メイン噴射として大噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射弁に行わせるとともに、当該メイン噴射に先行して、及び／又は、引き続いて小噴孔断面積による燃料噴射を前記燃料噴射ノズルに行わせる構成とすることができる（請求項５）。例えば、メイン噴射に引き続いて行われるＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を再生するために行われるポスト噴射を小噴孔断面積による燃料噴射とすることができる。また、メイン噴射に先行して行われる例えばパイロット噴射も小噴孔断面積による燃料噴射とすることができる。仮にポスト噴射を大噴孔断面積による噴射とすると、霧化が悪く、噴射された燃料がシリンダライナに付着する問題が生じるおそれがある。これに対し、ポスト噴射を小噴孔断面積による燃料噴射とすれば、燃料の微粒化を促進、蒸発を促進し、燃料のシリンダライナへの付着を抑制することができる。なお、メイン噴射に先行して行われる燃料噴射には、パイロット噴射、プレ噴射を含めることもできる。また、メイン噴射に引き続いて行われる燃料噴射にはアフタ噴射、ポスト噴射を含めることもできる。
【００１２】
このような大噴孔断面積によるメイン噴射、メイン噴射に先行して行われる小噴孔断面積による燃料噴射、メイン噴射に引き続いて行われる小噴孔断面積による燃料噴射は、内燃機関の負荷状態にかかわらず行うことができる（請求項６）。このようなメイン噴射、パイロット噴射、ポスト噴射を行う場合は、メイン噴射とパイロット噴射の双方、メイン噴射とポスト噴射の双方が小噴孔断面積による燃料噴射となることもあるし、パイロット噴射、ポスト噴射のみが小噴孔断面積による燃料噴射となることもある。このような組み合わせは、運転状況によって種々の組み合わせが考えられる（請求項７）。
【００１３】
本発明の燃料噴射装置は、低負荷運転状態のときに大噴孔断面積による燃料噴射を行うが、内燃機関が高負荷運転状態のときにも前記噴孔断面積を大噴孔断面積とする構成とすることができる（請求項８）。この大噴孔面積による燃料噴射は短時間噴射とすることができる（請求項９）。このような構成とすることにより、燃焼期間が短縮され、等容度が上がり、燃費改善を図ることができる。なお、ここで、内燃機関の高負荷運転状態とは、内燃機関に合わせて適宜設定することができる値であり、例えば、燃料の噴射量を参酌して決定することができるもので、その基準となる燃料の噴射量の値は適宜設定することができる値である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料噴射ノズルの噴孔断面積を可変とした燃料噴射装置であって、前記燃料噴射ノズルの噴孔断面積の変更を行う制御部を備え、当該制御部は、内燃機関が低負荷運転状態のときは前記噴孔断面積を大噴孔断面積とするようにしたので、ＨＣの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、図１を参照しつつ本発明の燃料噴射装置１の概略構成を説明する。燃料噴射装置１は、噴孔断面積が可変である燃料噴射ノズル２、燃料噴射ポンプ３、コモンレール４、制御部１０を備えている。制御部１０にはエンジン回転数センサ１１、水温センサ１２が接続されている。図１は、燃料噴射ノズル２の先端部分を拡大し、断面として示した模式図である。燃料噴射ノズル２は、図示しないエンジンの気筒毎に装着され、エンジンの燃焼室内に向けて燃料を噴射するようになっている。このような燃料噴射ノズル２には燃料噴射ポンプ３によって圧送された燃料がコモンレール４を介して供給される。また、燃料噴射ノズル２の開閉は、制御部１からの指令によって図示しないソレノイドを駆動することによって行われる。
【００１７】
燃料噴射ノズル２は、ノズルボディ５の先端部５ａに上流側と下流側とにずらして配置した噴孔、すなわち、上流側の第一噴孔６と、その下流側の第二噴孔７とを備えている。ノズルボディ５の内部には第一噴孔６からの燃料噴射を遮断するアウタニードル８が上下動可能に内装されている。このアウタニードル８は中空となっており、内部にインナニードル９が装着されている。このインナニードル９は、第二噴孔７からの燃料噴射を遮断する。インナニードル９には上昇したアウタニードル８の上端が掛合する鍔状の掛合部９ａが形成されている。
【００１８】
このような構成の燃料噴射ノズル２は、前記のように制御部１からの噴射指令によってインナニードル９、アウタニードル８が作動し、燃料の噴射が行われる。図１中、（ａ）で示した部分（図１中、左側）は、第一噴孔６のみが開放された状態を示している。また、図１中、（ｂ）で示した部分（図１中、右側）は、第一噴孔６及び第二噴孔７が開放されている状態を示している。ここで、制御部１内には噴射指令期間−噴射量マップが格納されており、燃料噴射ノズル２の噴射制御はこの噴射指令期間−噴射量マップに基づいて行われる。また、燃料噴射ノズル２の噴射特性を変更するための噴射量−エンジン回転数マップも備えている。さらに、噴射特性を切り替えるためのプログラムも備えている。制御部１は、燃料噴射ノズル２に対してこれらのマップに基づいた噴射指令を行う。なお、燃料噴射ノズル２は、ソレノイドに代えてピエゾ素子を備えた構成としてもよい。
【００１９】
ここで、制御部１が行う噴射特性の切り替え制御の一例につき、図２に示したフロー図を参照しつつ説明する。この噴射特性を切り替える制御の基本的な方針は、内燃機関であるエンジンが低負荷運転状態のときは燃料噴射ノズルの噴孔断面積を大噴孔断面積とするというものである。すなわち、第一噴孔６と第二噴孔７とを開放した燃料噴射を行う。また、エンジンが高負荷運転状態のときも、噴孔断面積を大噴孔断面積とする。
【００２０】
まず、制御部１は、ステップＳ１において、エンジン負荷と冷却水温度に関するデータを取得する。エンジン負荷は燃料噴射量のデータを参酌することによって把握することができる。冷却水温度は水温センサ１２によって取得する。なお、水温センサに代えて水温と相関関係を有する他のデータを用いることができ、外気温に関するデータを用いることもできる。
【００２１】
制御部２は、ステップＳ２において噴射領域補正を行う。図３は、燃料噴射ノズル２の噴孔断面積を決定するためのマップの一例であるが、噴射領域補正とは、図２中の線分Ａ又はＢを選択する処理である。線分Ａ及び線分Ｂは、小噴孔断面積となる領域と低負荷時の大噴孔断面積となる領域（低負荷時大噴孔断面積領域）とを仕切る基準線である。線分Ａ及び線分Ｂの選択は、冷却水温によって判断される。すなわち、制御部１は、エンジンの冷却水温が予め設定された温度Ｔ１よりも低い場合は高負荷側へシフトした線分Ｂを基線として採用し、温度Ｔ１よりも高温であるときは低温側の線分Ａを基準線として採用する。
【００２２】
ここで、噴孔断面積の冷却水温（環境温度）に対する制御方針について図４を参照しつつ説明する。噴孔断面積は、低温であるほど面積を大きくする。図４に示したようにリニアに変化させるようにしてもよい。図４に示した例では、温度Ｔ１を境にして、温度Ｔ１よりも低温となる領域では急激に噴孔断面積が大きくなるようにしている。なお、噴孔断面積を大きくした状態で燃料噴射を行うと、燃料は燃えやすくなり、ＨＣの発生を抑制することができる。一方、大噴孔断面積による燃料噴射を行うと、スモークの発生が問題となることがあるが、冷却水温度が低い場合は冷却水温度が高い場合と比較してスモークの発生が大きな問題となることはない。
【００２３】
ステップＳ２における処理を行った後は、制御部１０はステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、その時点での図３に示したマップを参照し、燃料噴射量及びエンジン回転数から低負荷時大噴孔断面積領域となるか否かの判断を行う。すなわち、燃料噴射量、エンジン回転から求められる点が線分Ａ又はＢよりも上側にあるか下側にあるかの判断を行う。このステップＳ３でＹＥＳと判断されたとき、すなわち、低負荷時大噴孔断面積領域であると判断されたときは、制御部１０はステップＳ４へ進み、燃料噴射ノズル２に対して大噴孔断面積による燃料噴射指令を行う。指令を受けた燃料噴射ノズル２は、インナニードル９及びアウタニードル８を離座させて大噴孔断面積による燃料噴射を行う。これにより、低圧縮比化、高ＥＧＲ化が図られ、低負荷運転状態となっているエンジンにおいてＨＣの発生を抑制することができる。
【００２４】
一方、Ｓ３においてＮＯと判断されたとき、すなわち、小噴孔断面積領域であると判断されたときはステップＳ５へ進み、図３に示したマップを参照し、燃料噴射量及びエンジン回転数から高負荷時大噴孔断面積領域となるか否かの判断を行う。すなわち、燃料噴射量、エンジン回転から求められる点が線分Ｃよりも上側にあるか下側にあるかの判断を行う。
【００２５】
このステップＳ５における判断において、ＹＥＳと判断されたとき、すなわち、高負荷時大噴孔断面積領域であると判断されたときは、制御部１０はステップＳ６へ進み、燃料噴射ノズル２に対して大噴孔断面積による燃料噴射指令を行う。指令を受けた燃料噴射ノズル２は、インナニードル９及びアウタニードル８を離座させて大噴孔断面積による燃料噴射を行う。ここで、制御部１０は、ステップＳ６における燃料噴射の時間をステップＳ４における燃料噴射よりも短時間とした短時間噴射とする。これは、高速で運転されていることを考慮し、燃焼期間の短縮、等容度の向上を意図したものである。
【００２６】
一方、ステップＳ５において、ＮＯと判断されたとき、すなわち、小噴孔断面積領域であると判断されたときは、制御部１０はステップＳ７へ進み、小噴孔断面積による燃料噴射指令を行う。指令を受けた燃料噴射ノズル２は、アウタニードル８のみを離座させて小噴孔断面積による燃料噴射を行う。小噴孔断面積による燃料噴射により、燃料の微粒化が促進され、良好な燃焼状態を実現することができる。
【００２７】
以上、説明したように、燃料噴射装置１は、高負荷時のみならず低負荷時も噴孔断面積を小さくして燃料噴射を行う。これにより、ＨＣの発生を抑制することができる。
【００２８】
なお、エンジンがその１サイクルにおいて、メイン噴射とポスト噴射とを行う場合は、メイン噴射が大噴孔断面積による燃料噴射とされるときであってもポスト噴射は小噴孔断面積による燃料噴射とする。または、メイン噴射とポスト噴射の双方を小噴孔断面積による燃料噴射とすることもできる。このような噴孔断面積の組み合わせは、燃料の微粒化、蒸発を促進し、燃料のシリンダライナへの付着を抑制するとの観点も加えて適宜変更することができる。また、パイロット噴射を行う場合も燃料噴射の噴孔断面積の組み合わせは適宜変更することができる。
【００２９】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の燃料噴射装置の概略構成を示し、燃料噴射ノズルの先端側一部を拡大し、断面とした説明図である。
【図２】噴射特性の切り替え制御の一例を示したフロー図である。
【図３】噴孔断面積切替マップの一例を示す説明図である。
【図４】噴孔断面積の冷却水温に対する制御方針を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  燃料噴射装置
２  燃料噴射ノズル
３  燃料噴射ポンプ
４  コモンレール
５  ノズルボディ
６  第一噴孔
７  第二噴孔
８  アウタニードル
９  インナニードル
９ａ  掛合部
１０  制御部
１１  エンジン回転数センサ
１２  水温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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