(57)【要約】【課題】燃焼状態の悪化を招くことなく、インジェクタへのデポジットの堆積を好適に抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の燃料供給系は、揮発性の低い重質燃料、揮発性の高い軽質燃料がそれぞれ貯留される２つの燃料タンク２０Ａ，２０Ｂを備え、インジェクタ１１から噴射される燃料を切換弁２６により切り換え可能に構成されている。電子制御装置３０は、インジェクタ１１の先端温度が高くなり、デポジットが堆積され易くなる高負荷・高回転運転時には、インジェクタ１１から軽質燃料を噴射させ、そうでないときにはインジェクタ１１から重質燃料を噴射させるように切換弁２６を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、
前記インジェクタへのデポジット堆積が進行し易い所定の機関運転条件にあるときには、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段と
を備える内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、
高負荷運転時には、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段と
を備える内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、
高負荷高回転運転時には、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段と
を備える内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特にそのインジェクタへのデポジット堆積の抑制に係る改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インジェクタの噴孔を燃焼室に露出させるように配設し、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関が実用されている。こうした筒内噴射式内燃機関では、噴射後のインジェクタの噴孔内に残留した燃料が、燃焼室内での燃焼による高温に曝され煤化すること、及び燃焼室内での燃焼により生じた微粒子物質（パティキュレート・マター）がインジェクタ噴孔内に侵入し、噴孔内に残留した燃料をバインダとして凝固することなどにより、インジェクタ噴孔内にデポジットが堆積することがある。そしてインジェクタのデポジットの堆積が進行すれば、インジェクタからの燃料の噴射率が変化して、燃料噴射量制御の精度悪化等の不具合が発生する。
【０００３】
そこで従来、噴孔の形成されたインジェクタ先端の温度がデポジット生成温度よりも低温に維持されるように、点火時期の遅角等により燃焼を緩慢とすることで、インジェクタへのデポジットの堆積を抑制することが提案されている（特許文献１など）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３００２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃焼が緩慢となれば、燃焼温度が低下してインジェクタの先端温度も低下するため、確かにデポジットの堆積を抑制することはできる。しかし、燃焼を緩慢とすれば、燃焼状態が悪化するため、燃費性能の悪化等の不具合を招いてしまう。
【０００６】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼状態の悪化を招くことなく、インジェクタへのデポジットの堆積を好適に抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置であって、インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、前記インジェクタへのデポジット堆積が進行し易い機関運転条件にあるときには、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
【０００８】
また請求項２に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置であって、インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、高負荷運転時には、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
【０００９】
また請求項３に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置であって、インジェクタから噴射される燃料を重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換える切換手段と、高負荷、高回転運転時には、前記軽質燃料を噴射させ、そうでないときには、前記重質燃料を噴射させるように前記切換手段を制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
【００１０】
上記構成では、高負荷運転時や高負荷高回転運転時のように、インジェクタの先端温度が高く、デポジット堆積が進行し易い機関運転条件にあるときには、揮発性の高い軽質燃料がインジェクタから噴射される。このとき、噴射後のインジェクタの噴孔内に残留した燃料は、揮発性が高いため、速やかに気化される。これにより、デポジット化されるほどの長期に亘って噴孔内に残留される燃料が低減され、デポジットの堆積が抑制される。
【００１１】
またデポジット堆積が進行され難い機関運転条件にあるときには、揮発性の低い重質燃料が噴射されるようになる。このとき噴射される重質燃料は、粘度が高いため、その噴射に応じて噴孔内に堆積したデポジットを押し流して除去することができる。
【００１２】
したがって上記構成によれば、インジェクタへのデポジットの堆積を好適に抑制することができる。しかも、噴射する燃料を切り換えるだけでデポジット堆積を抑制しているため、あえて点火時期の設定等を変更する必要はなく、燃焼状態を悪化させることもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の燃料噴射装置を具体化した一実施形態を、図１〜３を参照して詳細を説明する。
【００１４】
図１に、本実施形態の内燃機関の燃料噴射装置の模式構造を示す。本実施形態は、インジェクタ１１から燃焼室１２内に燃料を直接噴射する筒内噴射式の内燃機関１０に適用されている。
【００１５】
同図１に示すように、本実施形態の燃料噴射装置は、２つの燃料タンク２０Ａ、２０Ｂを備えて構成されている。これらのうちの一方の燃料タンク２０Ａには、例えばオクタン価を高めるアンチノック剤の添加などにより、揮発性の低下された重質燃料が蓄えられている。もう一方の燃料タンク２０Ｂには、揮発性の高い軽質燃料が蓄えられている。
【００１６】
両燃料タンク２０Ａ、２０Ｂには、それぞれ個別の燃料供給路２１Ａ、２１Ｂが接続されている。各燃料供給路２１Ａ、２１Ｂには、フィードポンプ２２Ａ、２２Ｂ、高圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂ、及び蓄圧配管２４Ａ、２４Ｂがそれぞれ個別に配設されている。
【００１７】
燃料タンク２０Ａ、２０Ｂ内の燃料はそれぞれ、フィードポンプ２２Ａ、２２Ｂによって吸引されて高圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂに送り出される。フィードポンプ２２Ａ、２２Ｂから送られた燃料は、高圧ポンプ２３Ａ、２３Ｂによって必要な圧力に加圧され、蓄圧配管２４Ａ、２４Ｂに吐出される。こうして加圧された高圧の燃料は、それぞれ蓄圧配管２４Ａ、２４Ｂに蓄えられる。よって、蓄圧配管２４Ａには重質燃料が、蓄圧配管２４Ｂには軽質燃料が、それぞれ高圧状態で蓄圧されている。
【００１８】
蓄圧配管２４Ａ、２４Ｂには、インジェクタ１１に燃料を分配供給するための分配管２５Ａ、２５Ｂが接続されている。両蓄圧配管２４Ａ、２４Ｂの分配管２５Ａ、２５Ｂは、切換弁２６にて合流された後、インジェクタ１１に接続されている。
【００１９】
切換弁２６は、重質燃料の蓄圧された蓄圧配管２４Ａ、及び軽質燃料の蓄圧された蓄圧配管２４Ｂのいずれか一方を、選択的にインジェクタ１１に接続する。ここでは、そうした切換弁２６として電磁駆動式の切換弁が採用されている。
【００２０】
この燃料噴射装置では、切換弁２６の作動により、インジェクタ１１から噴射される燃料が、重質燃料と軽質燃料との間で選択的に切り換えられるようになる。切換弁２６による接続の切り換えは、内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置３０からの指令に基づき行われる。電子制御装置３０には、機関回転速度を検出するＮＥセンサ３１、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ３２などのような機関運転状況を検出する各種センサが接続されている。電子制御装置３０は、それらセンサによって検出された機関運転状況に基づいて、インジェクタ１１からの燃料噴射量や燃料噴射時期の制御や点火時期の制御などの機関制御を実施している。そして本実施形態では、そうした機関制御の一環として、上記切換弁２６の作動制御による「噴射燃料の切換制御」が電子制御装置３０により実施されている。
【００２１】
図２に、本実施形態の「噴射燃料の切換制御」のフローチャートを示す。同図の処理は、定時割り込み処理として、電子制御装置３０により周期的に実施される。
【００２２】
本制御の処理が開始されると、まずステップＳ１００において、ＮＥセンサ３１により検出された機関回転速度ＮＥ、及びアクセルセンサ３２の検出結果から把握される機関負荷ＫＬに基づいて、インジェクタ１１にデポジットが堆積し易い領域にあるか否かが判定される。
【００２３】
図３に、ここでの判定に用いられる機関回転速度ＮＥと機関負荷ＫＬとのマップの一例を示す。ここでは、このマップにおいて、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づき把握される現在の機関運転条件がハッチングで示される領域にあるとき、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易い領域に有ると判定するようにしている。そうしたデポジットが堆積され易い領域は、以下のように設定されている。
【００２４】
燃料噴射量が多くなると、燃焼により発生する熱量が大きくなり、インジェクタ１１の先端の温度が高くなる傾向にある。よって上記マップでは、燃料噴射量が多い高負荷運転領域が、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易い領域として設定されている。また機関回転速度ＮＥが高くなると、実時間における燃焼の間隔が短くなり、インジェクタ１１先端の冷却性が低下するため、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易くなる。そこで上記マップでは、高回転運転時では、低回転運転時に比して、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易いと判定される負荷領域が広げられている。すなわち、機関回転速度ＮＥが高くなるほど、より低い機関負荷ＫＬで、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易いと判定されるようになる。
【００２５】
ここでデポジットが堆積され易い領域にあると判定されると（Ｓ１００：ＹＥＳ）、軽質燃料が蓄圧された蓄圧配管２４Ｂをインジェクタ１１に接続するように切換弁２６が制御される（Ｓ１１０）。一方、そうでないと判定されたときには、すなわちデポジットが堆積され難い領域にあると判定されたときには（Ｓ１００：ＮＯ）、重質燃料の蓄圧された蓄圧配管２４Ａをインジェクタ１１に接続するように切換弁２６が制御される（Ｓ１２０）。
【００２６】
こうした本実施形態では、高回転・高負荷運転時のようなインジェクタ１１の先端温度が高くてデポジットが堆積され易いときには、インジェクタ１１から軽質燃料が噴射される。またインジェクタ１１の先端温度が低くて、デポジットが堆積され難いときには、同じインジェクタ１１から重質燃料が噴射される。
【００２７】
軽質燃料の噴射時には、噴射後のインジェクタ１１の噴孔内に残留した燃料は、揮発性が高いため、速やかに気化される。そのため、デポジット化されるほどの長期に亘って噴孔内に残留する燃料が低減されることとなり、デポジットが堆積され易い機関運転条件にあっても、インジェクタ１１にデポジットが堆積され難くなる。
【００２８】
重質燃料の噴射時には、燃料の揮発性が低いため、インジェクタ１１の噴孔内に燃料が残留され易くなるものの、そのときのインジェクタ１１の先端温度は低く、新たなデポジットは生成され難い。そればかりか、重質燃料は粘度が高いため、その噴射に応じて噴孔内に堆積したデポジットを効果的に押し流し、既に堆積されたデポジットが除去されるようにもなる。
【００２９】
したがって本実施形態の内燃機関の燃料噴射装置によれば、インジェクタ１１へのデポジットの堆積を好適に抑制することができる。しかも、噴射する燃料を切り換えるだけでデポジット堆積を抑制しているため、点火時期の設定等を変更する必要はなく、燃焼状態を悪化させることもない。
【００３０】
ちなみに、上記のようなアンチノック剤の添加によって生成された重質燃料では、耐ノック性の向上により点火時期の進角限界が拡大され、燃費が向上されるようになるが、その反面、インジェクタ１１のデポジット堆積が進行し易くなってしまう。その点、本実施形態では、インジェクタ１１のデポジット堆積を抑制できる限りにおいて、重質燃料の使用が許容されるため、デポジット堆積の抑制と燃費向上との両立を図ることができる。
【００３１】
ちなみにこうした本実施形態では、切換弁２６が上記「切換手段」に対応する構成となっている。また切換弁２６の作動制御に基づきインジェクタ１１から噴射される燃料を切り換える電子制御装置３０が上記「制御手段」に対応する構成となっている。
【００３２】
なお、上記のような噴射燃料の切り換えは、次のように燃料供給系が構成された内燃機関でも行うことができる。このような燃料供給系を有する内燃機関でも、上記「噴射燃料の切換制御」に準じた態様で噴射燃料の切り換えを行えば、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
（変更例１）
図４に示す内燃機関の燃料供給系は、軽質燃料が貯留される燃料タンク５０、その燃料タンク５０内の軽質燃料をインジェクタ１１に供給する燃料供給路５１、及び上記アンチノック剤のような燃料を重質化するための添加剤の貯留された添加剤タンク５３を備えている。添加剤タンク５３は、切換弁５４を介して燃料供給路５１に接続されており、その切換弁５４の作動により、燃料供給路５１内の燃料に選択的に添加剤が導入されるようになっている。
【００３４】
ここで切換弁５４によって添加剤タンク５３内の添加剤を導入して、燃料供給路５１内の燃料を重質化すれば、インジェクタ１１から噴射される燃料を重質燃料とすることができる。またその切換弁５４により、燃料中への添加剤の導入を停止すれば、インジェクタ１１から噴射される燃料は軽質燃料となる。そのため、上記実施形態と同様の噴射燃料の切り換えを行うことができる。
【００３５】
（変更例２）
図５に示す内燃機関の燃料供給系では、燃料中の軽質成分のみを透過させる半透膜６１によって、燃料タンク６０の内部が２つの燃料室６０Ａ、６０Ｂに区画されている。燃料室６０Ａには、給油口６２が設けられ、その給油口６２を通じて燃料が導入されるようになっている。燃料室６０Ａ及び燃料室６０Ｂにはそれぞれ個別の燃料供給路６３Ａ、６３Ｂが接続されており、各燃料供給路６３Ａ、６３Ｂは、切換弁６４にて合流された後、インジェクタ１１に接続されている。
【００３６】
燃料タンク６０の燃料室６０Ａ内に燃料が導入されると、浸透圧により、その燃料の軽質成分のみが半透膜６１を介して燃料室６０Ｂに移動する。これにより、燃料中の重質成分と軽質成分とが分離され、燃料室６０Ａには重質成分が多く含まれた重質燃料が、燃料室６０Ｂには軽質成分のみを含んだ軽質燃料がそれぞれ貯溜されるようになる。したがって、切換弁６４によりインジェクタ１１から噴射される燃料を、燃料室６０Ａ内の燃料と燃料室６０Ｂ内の燃料の間で切り換えることで、上記実施形態と同様の噴射燃料の切り換えを行うことができる。
【００３７】
（その他の変更例）
なお、上記実施形態、及びその変更例１、２は、次のように変更することもできる。
【００３８】
・インジェクタ１１のデポジット堆積量を推定し、その推定結果に応じて噴射燃料の選択態様を切り換えるようにしても良い。
例えば図６に示す判定用マップでは、推定されるデポジットの堆積量が少ないときには、重質燃料を噴射する運転領域が拡大され、推定されるデポジットの堆積量が多いときには、重質燃料を噴射する運転領域が縮小されている。この設定では、現状のデポジットの堆積量が十分に少ないのであれば多少のデポジットの堆積は許容できるため、重質燃料を噴射する運転領域を拡大して、燃費向上等の効果を見込める重質燃料噴射をより積極的に行うようにしている。また現状のデポジットの堆積量がある程度よりも多いときには、それ以上のデポジットの堆積をより確実に抑制するため、軽質燃料を噴射する運転領域を拡大するようにしている。
【００３９】
このようにデポジット堆積量の推定結果に応じて重・軽質燃料の噴射を実施する機関運転領域を可変設定することで、より効率的に噴射燃料の切り換えを行うことができる。なお、推定されるデポジット堆積量が十分少ないときには、すべての機関運転条件で重質燃料を噴射するようにしても良い。
【００４０】
ちなみに、インジェクタ１１のデポジット堆積量の推定は、例えば次のように行うことができる。デポジット堆積量が増大すると、インジェクタ１１の噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）が低下する。ここで空燃比フィードバック制御が行われていれば、噴射率の低下による燃料噴射量の不足分を補填すべく、空燃比フィードバック補正値や空燃比学習値が変化する。よって、空燃比フィードバック補正値や空燃比学習値の推移からデポジット堆積量を推定することができる。
【００４１】
またデポジット堆積量が増大すると、上記噴射率や燃料噴霧形状の変化により、燃焼状態が悪化して、内燃機関のトルク変動が増大する。そこで、トルク変動量に基づいて、デポジット堆積量を推定することもできる。
【００４２】
・上記実施形態では、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬに基づいて、インジェクタ１１にデポジットが堆積され易い機関運転条件にあるか否かの判定を行っていたが、機関負荷ＫＬのみに基づいてその判定を行うようにしても良い。すなわち、機関負荷ＫＬのみに基づいて、高負荷運転時には軽質燃料を噴射させ、そうでないときには重質燃料を噴射させるように噴射燃料の切換制御を行うようにしても、十分なデポジット堆積の抑制効果を奏することができる。
【００４３】
・更にインジェクタ１１にデポジットが堆積され易い機関運転条件にあるか否かの判定が可能であれば、機関負荷ＫＬや機関回転速度ＮＥ以外の制御パラメータを用いてその判定を行うようにしても良い。その場合にも、デポジットが堆積され易い機関運転条件にあるときには、軽質燃料を噴射させ、そうでないときには重質燃料を噴射させるように噴射燃料を切り換えれば、デポジット堆積を抑制することができる。
【００４４】
・上記実施形態では、重質燃料の一例として、アンチノック剤の添加された燃料を、軽質燃料の一例として、そうしたアンチノック剤の無添加の燃料を挙げているが、要は、揮発性の異なる２種の燃料のうち、より揮発性の高い燃料を軽質燃料、より揮発性の低い燃料を重質燃料として用いれば、上記実施形態と同様、或いはそれに準じた効果を奏することができる。
【００４５】
次に、以上説明した本発明の実施形態から把握される技術的思想を以下に列記する。
（イ）前記軽質燃料は、前記重質燃料に比して揮発性の高い燃料である請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【００４６】
（ロ）前記インジェクタは、その先端が燃焼室に露出するように配設されてなる請求項１〜３、及び上記（イ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
（ハ）当該内燃機関は、筒内噴射式の内燃機関である請求項１〜３、及び上記（イ）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態についてその全体構造を示す模式図。
【図２】同実施形態の噴射燃料の切換制御のフローチャート。
【図３】同切換制御に用いられる判定マップの設定例を示すグラフ。
【図４】変更例１の燃料供給系の構成を示す模式図。
【図５】変更例２の燃料供給系の構成を示す模式図。
【図６】図３の判定マップの変更例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…インジェクタ、１２…燃焼室、２０Ａ，２０Ｂ，５０，６０…燃料タンク、２１Ａ，２１Ｂ，５１，６３Ａ，６３Ｂ…燃料供給路、２２Ａ，２２Ｂ…フィードポンプ、２３Ａ，２３Ｂ…高圧ポンプ、２４Ａ，２４Ｂ…蓄圧配管、２５Ａ，２５Ｂ…分配管、２６，５４，６４…切換弁、５３…添加剤タンク、６１…半透膜、６２…給油口、３０…電子制御装置、３１…ＮＥセンサ、３２…アクセルセンサ。
【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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