(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を貯留する燃料タンク（２）と、
前記燃料タンクから汲み上げた燃料を加圧する燃料加圧ポンプ（３）と、
前記燃料加圧ポンプにより加圧された燃料を内燃機関に噴霧するインジェクタ（１０）と、
前記インジェクタから噴射される燃料を帯電させる帯電手段（１１，１２，２０，４４，４５）と、
前記燃料タンクから前記インジェクタまでの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率を検出する燃料物性センサ（２３）と、
前記燃料経路を流れる燃料に対し、燃料の誘電率および電気伝導率を変える添加剤を混合する添加剤混合手段（４０，４１，４２，４３，４１１，４１２，４１３）と、
前記燃料物性センサにより検出された燃料の誘電率または電気伝導率に基づき、前記添加剤混合手段が燃料に混合する前記添加剤の量を調整する制御手段（３０）と、を備え、
前記制御手段は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、前記帯電手段に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置（１）。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料物性センサにより検出された燃料の誘電率又は電気伝導率と、前記添加剤の誘電率および電気伝導率から、前記添加剤混合手段が燃料に混合する前記添加剤の量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料タンクに貯留される燃料の誘電率を予め記憶しており、
前記燃料物性センサは、電気伝導率に対応する信号のみを前記制御手段に出力することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
前記添加剤混合手段は、前記燃料タンクと前記燃料加圧ポンプとの間を流れる燃料に添加剤を混合することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
前記添加剤混合手段は、前記インジェクタを流れる燃料に前記添加剤を混合することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記インジェクタを流れる燃料の流量に基づき、前記添加剤混合手段が燃料に混合する前記添加剤の量を調整することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項７】
前記帯電手段は、前記添加剤に対して電圧を印加することを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項８】
前記添加剤は、
アルデヒド、アルコール又はケトンを含むバイオ燃料、
アルデヒド、アルコール又はケトンを含む液体燃料添加剤、
アルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだイオン液体、
或いは、溶解後にアルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだ液体となる固体又は気体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項９】
前記帯電手段よりも燃料の下流側に位置する燃料通路（１３）または噴孔（１５）は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制可能な絶縁材（１６）による表面処理がされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１０】
前記帯電手段よりも燃料の下流側に位置する燃料通路または噴孔は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制可能な絶縁材から形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記インジェクタを流れる燃料の流量に基づき、前記帯電手段に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の前記燃料供給装置の駆動を制御する制御方法であって、
前記燃料物性センサにより燃料の誘電率または電気伝導率を検出する物性検出ステップ（Ｓ１０）と、
前記物性検出ステップにより検出された燃料の誘電率または電気伝導率と、前記添加剤の誘電率または電気伝導率に基づき、前記添加剤混合手段が燃料に混合する前記添加剤の量を設定する添加量設定ステップ（Ｓ１３）と、を含むことを特徴とする燃料供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関に供給される燃料を帯電させ、その帯電した燃料の表面張力に帯電電荷の力が勝りせん断されること、または微粒化した粒子同士に反発力が作用することより燃料噴霧を微粒化する燃料供給装置が知られている。
特許文献１に記載の燃料供給装置は、燃料を噴射する噴射ノズル内を流れる燃料に渦流を形成し、ノズルオリフィスから噴射される燃料を噴射ノズルから迅速に剥離させている。これにより、燃料に付帯させた電荷が噴射ノズルの外壁に放出されることが抑制される。そのため、インジェクタから噴射された燃料は帯電した状態が維持され、静電気力による噴霧化が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３２５７７０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、一般に、燃料の帯電量の上限値は、燃料の誘電率と電気伝導率によって定まる。そのため、特許文献１に記載の燃料供給装置では、仮に燃料の誘電率が大きく、電気伝導率が小さい場合、高圧噴射される燃料の帯電量を高めることが困難になる。また、インジェクタから噴射される燃料が高圧となり、インジェクタを流れる燃料の流量が増加すると、電界を形成する電極間を燃料が通過する時間が短くなるので、燃料を十分に帯電させることが困難になる。
これにより、内燃機関に噴射された燃料噴霧が広拡散することなく、貫徹力（ペネトレーション）が高まると、燃焼が悪化すると共に、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）等の排出量が増加するおそれがある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関に噴射供給する燃料噴霧の微粒化・広拡散及び低ペネトレーションを実現可能な燃料供給装置及びその制御方法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】
【０００５】
第１発明による内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンクから汲み上げた燃料を燃料加圧ポンプにより加圧し、インジェクタから内燃機関に噴霧する。帯電手段は、インジェクタから噴射される燃料を帯電させる。燃料物性センサは、燃料タンクからインジェクタまでの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率を検出する。添加剤混合手段は、燃料経路を流れる燃料に対し、燃料の誘電率および電気伝導率を変える添加剤を混合する。制御手段は、燃料物性センサにより検出された燃料の誘電率および電気伝導率に基づき、添加剤混合手段が燃料に混合する添加剤の量を調整する。
【０００６】
燃料を帯電させることの可能な緩和時間は、燃料の誘電率と電気伝導率に応じて変化する。即ち、緩和時間をτ、誘電率をε、電気伝導率をκとすると、τ＝ε／κ  の関係にある。そのため、制御手段は、燃料の誘電率を小さく、電気伝導率を大きくするように添加剤の量を調整することで、燃料が帯電するための緩和時間を短くし、高圧噴射される燃料の帯電量を増加することが可能である。したがって、この燃料供給装置は、インジェクタから内燃機関に噴射する燃料噴霧を静電気力により微粒化・広拡散させると共に、低ペネトレーションを実現することができる。
本発明では、制御手段は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、帯電手段に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御する。
【０００７】
第２発明は、燃料供給装置の制御方法の発明である。この制御方法は、燃料物性センサにより検出した燃料の誘電率または電気伝導率と、添加剤の誘電率または電気伝導率に基づき、添加剤混合手段が燃料に混合する添加剤の量を設定する。
これにより、燃料に添加剤が混合された後に、その燃料が余剰燃料として燃料タンクなどに戻された場合でも、制御手段は、再びその燃料に対して混合する添加剤の量を算出し、インジェクタから噴射される燃料の誘電率および電気伝導率を正確に調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料供給装置の構成図である。
【図２】第１実施形態による燃料供給装置が備えるインジェクタの要部拡大図である。
【図３】燃料の精製別による電気伝導率及び緩和時間の違いを示す表である。
【図４】添加剤を混合した燃料の電気伝導率及び緩和時間を示す表である。
【図５】第１実施形態による静電噴霧制御のフローチャートである。
【図６】第２実施形態による燃料供給装置の説明図である。
【図７】第２実施形態による静電噴霧制御のフローチャートである。
【図８】第３実施形態による燃料供給装置の説明図である。
【図９】第４実施形態による多段噴射のタイムチャートである。
【図１０】第４実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。
【図１１】第５実施形態による多段噴射のタイムチャートである。
【図１２】第５実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。
【図１３】第６実施形態による多段噴射のタイムチャートである。
【図１４】第６実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。
【図１５】第７実施形態による多段噴射のタイムチャートである。
【図１６】第８実施形態による多段噴射のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には同一の符号を付し、重複した説明を省略するものとする。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示す。第１実施形態の燃料供給装置１は、図示していないディール機関またはガソリン機関等の内燃機関に燃料を供給するものである。
まず、燃料供給装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
燃料タンク２は、内燃機関の種類に対応し、軽油、ガソリン又はバイオ燃料等を貯留する。
燃料加圧ポンプ３は、燃料タンク２から低圧燃料配管４を経由して汲み上げられた燃料を加圧し、高圧燃料配管５からコモンレール６に圧送する。コモンレール６に貯留された燃料は、そのコモンレール６に接続管６１を介して接続されたインジェクタ１０から、内燃機関の燃焼室に直接噴射供給される。
燃料加圧ポンプ３、コモンレール６及びインジェクタ１０から排出される余剰燃料は、それぞれ、第１リターン通路７、第２リターン通路８、第３リターン通路９を通り、燃料タンク２に戻される。
【００１０】
添加剤用タンク４０には、燃料の誘電率及び電気伝導率を変えることの可能な添加剤が貯留されている。添加剤として、（ａ）アルデヒド、アルコール又はケトンを含むバイオ燃料、（ｂ）アルデヒド、アルコール、ケトンを含む液体燃料添加剤、（ｃ）アルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだイオン液体、（ｄ）或いは、溶解後にアルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだイオン液体となる固体又は気体が例示される。これらの添加剤は、燃料に少量混合されることで、燃料の誘電率を小さくし、電気伝導率を大きくすることが可能なものである。
なお、添加剤は、特開２００６−８３３９１号公報にも記載されている。
【００１１】
燃料タンク２からインジェクタ１０までを燃料が流れる燃料経路と、添加剤用タンク４０との間を、添加剤供給路４１が接続している。
図１では、低圧燃料配管４と添加剤用タンク４０とを接続する第１添加剤供給路４１１、高圧燃料配管５と添加剤用タンク４０とを接続する第２添加剤供給路４１２、及び、接続管６１と添加剤用タンク４０とを接続する複数の第３添加剤供給路４１３が例示されている。本実施形態の燃料供給装置１は、第１〜第３添加剤供給路４１１，４１２，４１３のうちいずれか１つの添加剤供給路４１を備えていればよく、また、添加剤供給路４１は、燃料タンク２からインジェクタ１０までを燃料が流れる燃料経路のどの箇所に接続されていてもよい。
【００１２】
添加剤供給路４１の途中には、添加剤供給路４１内を流れる添加剤の流量を制御するための電磁弁４２が設けられている。これにより、燃料経路に供給する添加剤の量を正確に調節することが可能になる。電磁弁４２は、車両の電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）３０により駆動制御される。ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当する。
【００１３】
また、添加剤用タンク４０又は添加剤供給路４１には、添加剤を加圧するための添加剤加圧ポンプ（図６参照）４３を設置することが可能である。これにより、燃料経路を流れる燃料圧力が大気圧より高い場合でも、その燃料に添加剤を確実に供給することができる。
なお、添加剤供給路４１が燃料タンク２に接続されている場合、添加剤加圧ポンプ４３は廃止してもよい。
また、添加剤供給路４１が燃料タンク２と燃料加圧ポンプ３との間を接続する低圧燃料配管４に接続されている場合、添加剤加圧ポンプ４３により添加剤に与える圧力を小さくしてもよい。
本実施形態では、添加剤用タンク４０、添加剤供給路４１、電磁弁４２及び添加剤加圧ポンプ４３は、特許請求の範囲に記載の「添加剤混合手段」の一例に相当する。
【００１４】
図２に示すように、インジェクタ１０は、ノズル本体１１、及び、そのノズル本体１１の内側で軸方向に往復移動可能に設けられたニードル弁１２等を備えている。ノズル本体１１は、有底筒状に形成され、内側に燃料通路１３を有している。ノズル本体１１の内壁には、ニードル弁１２が着座及び離座可能な弁座１４が形成されている。ノズル本体１１は、弁座１４の下流に噴孔１５を有している。
ニードル弁１２が弁座１４から離座すると噴孔１５から燃料が噴射される。一方、ニードル弁１２が弁座１４に着座すると噴孔１５からの燃料噴射が停止する。
【００１５】
本実施形態のインジェクタ１０は、ニードル弁１２が昇圧回路２０の陽極に電気的に接続され、ノズル本体１１がグランドに電気的に接続されている。なお、インジェクタ１０は、ノズル本体１１が昇圧回路２０の陽極に電気的に接続され、ニードル弁１２がグランドに電気的に接続される構成としてもよい。
昇圧回路２０は、バッテリ又は蓄電池２２の電圧を昇圧し、インジェクタ１０が有するニードル弁１２とノズル本体１１に電位差を与える。このニードル弁１２とノズル本体１１は、燃料に電荷を与える電極として機能する。これにより、ニードル弁１２とノズル本体１１との間の燃料通路１３に電界が形成される。したがって、インジェクタ１０は、その燃料通路１３を流れる燃料を帯電させることが可能である。
本実施形態では、昇圧回路２０、並びに、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１が、特許請求の範囲に記載の「帯電手段」の一例に相当する。
【００１６】
なお、本実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３の内壁または噴孔１５の内壁は、絶縁材１６による表面処理がされている。絶縁材１６は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制するものである。絶縁材１６として、イットリア、アルミナ、石英、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミ、コージェライト、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）、又は、真性カーボン膜コーティング（ＩＣＦ）が例示される。なお、例えば電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１の面積を広範囲に確保する場合には、絶縁材１６による表面処理を行う箇所が限られることがある。その場合、燃料通路１３の断面積が最も小さくなる噴孔１５の内壁のみに絶縁材１６の表面処理を行うことが好ましい。
また、絶縁材１６による表面処理に代えて、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３の内壁または噴孔１５の内壁を、絶縁材１６から形成してもよい。
【００１７】
図１に示すように、燃料タンク２には、燃料物性センサ２３が設けられている。燃料物性センサ２３は、燃料に浸漬する一対の電極（図示していない）を有し、その電極間に介在する燃料の誘電率又は電気伝導率を検出する。燃料物性センサ２３は、燃料の誘電率又は電気伝導率に対応する信号をＥＣＵ３０に出力する。
なお、燃料物性センサ２３は、燃料タンク２に限らず、燃料タンク２からインジェクタ１０までの燃料経路のいずれの場所に設けてもよい。これにより、燃料物性センサ２３は、燃料タンク２からインジェクタ１０までの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率を検出することが可能である。
【００１８】
本実施形態のＥＣＵ３０には、マップ情報として、インジェクタ１０の仕様に関するデータ、及び、燃料タンク２に貯留される燃料の基本物性に関するデータなどが予め記憶されている。ＥＣＵ３０には、燃料の基本物性に関するデータの一つとして、燃料の誘電率が記憶されている。そのため、本実施形態の燃料物性センサ２３は、燃料の電気伝導率のみを検出するものであればよい。これは一般に、同種の燃料の場合、燃料の誘電率は電気伝導率に比べて変化が小さいからである。
【００１９】
これに対し、図３に示すように、燃料の電気伝導率は、同じ軽油であっても、例えば硫黄の含有量などにより、電気伝導率が大きく異なる。また、電気伝導率が異なると、燃料が帯電するために必要となる緩和時間は大きく異なる。
そのため、ＥＣＵ３０は、予め記憶された燃料の誘電率と、燃料物性センサ２３により検出された電気伝導率に基づき、昇圧回路２０から電極としてのニードル弁１２及びノズル本体１１を介して燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
【００２０】
さらに、図４に示すように、燃料の電気伝導率は、少量の添加剤を混合することにより大幅に変化する。その電気伝導率の増加に伴い、燃料の緩和時間は大幅に短くなる。そのため、本実施形態のＥＣＵ３０は、予め記憶された燃料の誘電率と、燃料物性センサ２３により検出された電気伝導率に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整する。これにより、内燃機関の１サイクルでインジェクタ１０の燃料噴射を複数回行う多段噴射においても、ＥＣＵ３０は、短い時間で燃料を帯電させることが可能である。
【００２１】
図１に示すように、ＥＣＵ３０には、内燃機関の運転状態を検出する信号として、エンジン回転数に関する信号、及び、アクセル開度に関する信号などが入力される。これらの信号により、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量を設定する。また、ＥＣＵ３０は、その燃料の流量に基づき、昇圧回路２０から電極としてのニードル弁１２及びノズル本体１１を介して燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御することが可能である。
【００２２】
次に、ＥＣＵ３０が、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する方法について、図５のフローチャートに基づいて説明する。なお、フローチャートでは、「ステップ」を「Ｓ」と表示している。
この静電噴霧制御において、ＥＣＵ３０は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、添加量算出手段３１、目標時間算出手段３２、目標電圧算出手段３３、許容電圧算出手段３４、電圧設定手段３５、及び時間設定手段３６等として機能する（図１参照）。
【００２３】
静電噴霧制御が開始されると、ステップ１０でＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３からの入力信号に基づき、燃料の電気伝導率を検出する。
ステップ１１でＥＣＵ３０は、メモリに予め記憶された燃料の誘電率を読み出す。
また、ステップ１２でＥＣＵ３０は、エンジン回転数、及び、アクセル開度により、インジェクタ１０を流れる燃料の流量を検出する。
【００２４】
次に、ステップ１３でＥＣＵ３０は、添加量算出手段３１として機能し、燃料の誘電率と燃料の電気伝導率と、添加剤の誘電率および電気伝導率から、燃料に混合する添加剤の量を算出し、設定する。そして、その設定された添加剤の量を燃料に混合するため、添加剤供給路４１に設けられた電磁弁４２を開弁する。これにより、添加剤用タンク４０に貯留された添加剤は、添加剤供給路４１から低圧燃料配管４などを流れる燃料に供給される。
【００２５】
続いて、ステップ１４でＥＣＵ３０は、目標時間算出手段３２として機能し、インジェクタ１０を流れる燃料の流量、添加剤を混合した燃料の電気伝導率および誘電率に基づき、燃料を十分に帯電させることの可能な目標印加時間を算出する。
目標印加時間は、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な緩和時間τに設定される。
緩和時間τは、τ＝ε／κ  により算出可能である。ここで、εは誘電率であり、κは電気伝導率である。
【００２６】
また、このステップ１４でＥＣＵ３０は、目標電圧算出手段３３として機能し、インジェクタ１０を流れる燃料の流量、添加剤を混合した燃料の電気伝導率および誘電率に基づき、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な目標印加電圧を算出する。また、ＥＣＵ３０は、流量が大きい程、目標印加電圧を高い値に設定する。目標印加電圧が高いほど、燃料の帯電量を増加させることが可能である。
【００２７】
次に、ステップ１５でＥＣＵ３０は、許容電圧算出手段３４として機能し、インジェクタ１０の仕様に関するデータから、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との距離を読み出す。そして、ＥＣＵ３０は、ニードル弁１２とノズル本体１１との距離と、添加剤を混合した燃料の電気伝導率との関係から、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との間で絶縁破壊が生じることを防ぐことの可能な許容印加電圧を算出する。
【００２８】
続いて、ステップ１６でＥＣＵ３０は、電圧設定手段３５として機能し、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１から燃料に印加する電圧を、目標印加電圧と許容印加電圧のうちいずれか低い方の電圧に設定する。具体的に、目標印加電圧が許容印加電圧より低い場合（ステップ１６：ＹＥＳ）、処理はステップ１７に移行する。一方、許容印加電圧が目標印加電圧と同じか、それより低い場合（ステップ１６：ＮＯ）、処理はステップ１８に移行する。
【００２９】
次に、ステップ１７でＥＣＵ３０は、時間設定手段３６として機能し、インジェクタ１０による直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの時間と、目標時間算出手段３２が算出した目標印加時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する。なお、インジェクタ１０による直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの時間を、電極から燃料に電圧を印加することの可能な限界時間と称する。
具体的に、目標印加時間が限界時間より短い場合（ステップ１７：ＹＥＳ）、処理はステップ１９に移行する。一方、限界時間が目標印加時間と同じか、それより短い場合（ステップ１７：ＮＯ）、処理はステップ２０に移行する。
【００３０】
ステップ１９でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ１、周波数ｆ１、パルス幅ｄ１を設定する。ステップ１９において印加電圧Ｖ１は、目標印加電圧である。また、周波数ｆ１とパルス幅ｄ１は、燃料に電圧を印加するトータル時間が目標印加時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。
【００３１】
また、ステップ２０でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ１、周波数ｆ２、パルス幅ｄ２を設定する。ステップ２０において印加電圧Ｖ１は、目標印加電圧である。また、周波数ｆ２とパルス幅ｄ２は、燃料に電圧を印加するトータル時間が限界時間又はそれに近い時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。
【００３２】
上述したステップ１６において、許容印加電圧が目標印加電圧と同じか、それより低い場合（ステップ１６：ＮＯ）、処理はステップ１８に移行する。ステップ１８でＥＣＵ３０は、時間設定手段３６として機能し、目標印加時間と限界時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する。具体的に、目標印加時間が限界時間より短い場合（ステップ１８：ＹＥＳ）、処理はステップ２１に移行する。一方、限界時間が目標印加時間と同じか、それより短い場合（ステップ１８：ＮＯ）、処理はステップ２２に移行する。
【００３３】
ステップ２１でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ２、周波数ｆ１、パルス幅ｄ１を設定する。ステップ２１において印加電圧Ｖ２は、許容印加電圧である。また、周波数ｆ１とパルス幅ｄ１は、燃料に電圧を印加するトータル時間が目標印加時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。
【００３４】
また、ステップ２２でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ２、周波数ｆ２、パルス幅ｄ２を設定する。ステップ２２において印加電圧Ｖ２は、許容印加電圧である。また、周波数ｆ２とパルス幅ｄ２は、燃料に電圧を印加するトータル時間が限界時間又はそれに近い時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。
このようにして、ＥＣＵ３０は、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を設定することが可能である。
なお、本実施形態では、上述したステップ１０の処理が特許請求の範囲に記載の「物性検出ステップ」の一例に相当し、上述したステップ１３の処理が特許請求の範囲に記載の「添加量設定ステップ」の一例に相当する。
【００３５】
（作用効果）
第１実施形態の燃料供給装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３により検出された燃料の誘電率および電気伝導率に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整する。
燃料を帯電させることの可能な緩和時間は、燃料の誘電率と電気伝導率に応じて変化する。そのため、制御手段は、燃料の誘電率を小さく、電気伝導率を大きくするように添加剤の量を調整することで、燃料が帯電するための緩和時間を短くし、高圧噴射される燃料の帯電量を増加することが可能である。したがって、この燃料供給装置１は、インジェクタ１０から内燃機関に噴射する燃料噴霧を静電気力により微粒化・広拡散させると共に、低ペネトレーションを実現することができる。
【００３６】
（２）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３により検出された燃料の電気伝導率及びＥＣＵ３０に記憶された燃料の誘電率と、添加剤の誘電率および電気伝導率から、燃料に混合する添加剤の量を算出する。
これにより、燃料に添加剤が混合された後に、その燃料が余剰燃料として燃料タンク２などに戻された場合でも、ＥＣＵ３０は、再びその燃料に対して混合する添加剤の量を算出し、インジェクタ１０から噴射される燃料の誘電率および電気伝導率を正確に調整することが可能である。
【００３７】
（３）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料タンク２に貯留される燃料の誘電率を予め記憶している。燃料物性センサ２３は、電気伝導率に対応する信号のみをＥＣＵ３０に出力する。
一般に、同種の燃料の場合、燃料の誘電率は、電気伝導率に比べて変化が小さい。そのため、ＥＣＵ３０は、予め記憶された誘電率と燃料物性センサ２３により検出された電気伝導率に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整することが可能である。したがって、燃料供給装置１は、電気伝導率のみを検出する燃料物性センサ２３を備えることで、その構成を簡素にすることができる。
【００３８】
（４）第１実施形態では、添加剤供給路４１は、燃料タンク２と燃料加圧ポンプ３との間を接続する低圧燃料配管４に接続可能である。
これにより、燃料供給装置１は、添加剤に圧力を与えることなく、又は、添加剤に小さい圧力を与えて、燃料に添加剤を混合することが可能である。
【００３９】
（５）第１実施形態では、添加剤として、（ａ）アルデヒド、アルコール又はケトンを含むバイオ燃料、（ｂ）アルデヒド、アルコール、ケトンを含む液体燃料添加剤、（ｃ）アルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだイオン液体、（ｄ）或いは、溶解後にアルデヒド、アルコール又はケトンの物性を含んだイオン液体となる固体又は気体が例示される。
これらの添加剤を燃料に少量混合することにより、燃料の誘電率および電気伝導率を大きく変えることができる。
【００４０】
（６）第１実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３または噴孔１５は、絶縁材１６による表面処理がされている。
また、第１実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３または噴孔１５は、絶縁材１６から形成することも可能である。
これにより、燃料に帯電した電荷の放出が抑制される。したがって、燃料供給装置１は、燃料噴霧の微粒化・広拡散及び低ペネトレーションを実現することができる。
【００４１】
（７）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
燃料を帯電させることの可能な緩和時間は、燃料の誘電率と電気伝導率に応じて変化する。また、電圧を高くするほど、燃料の帯電量を増加することが可能である。そのため、制御手段は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき電圧及び電圧印加時間を制御することで、高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが可能である。
【００４２】
（８）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
インジェクタ１０から噴射される燃料圧力が高くなるに従い、インジェクタ１０内を流れる燃料の流量が増大し、燃料が電極間を通過する時間が短くなる。その場合、ＥＣＵ３０は、燃料に印加する電圧を高め、又は電圧印加時間を長くすることで、燃料を十分に帯電させることが可能である。
【００４３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。第２実施形態では、添加剤供給路４１は、一端が添加剤用タンク４０に接続され、他端がインジェクタ１０に接続されている。添加剤供給路４１は、インジェクタ１０が備えるノズル本体１１の内側に形成された燃料通路１３を流れる燃料に添加剤を供給する。
添加剤供給路４１には、添加剤供給路４１内を流れる添加剤の流量を調整するための電磁弁４２が設置されている。これにより、燃料経路を流れる燃料に正確な量の添加剤を供給することが可能となる。
また、添加剤供給路４１には、添加剤を加圧するための添加剤加圧ポンプ４３が設置される。これにより、インジェクタ１０の内側の燃料通路１３を流れる燃料圧力が数十〜数百ＭＰａである場合にも、その燃料に添加剤を確実に供給することが可能である。
【００４４】
第２実施形態では、添加剤用タンク４０内に一対の電極４４，４５が設けられている。一方の電極４４は昇圧回路２０の陽極に電気的に接続され、他方の電極４５はグランドに電気的に接続されている。これにより、添加剤用タンク４０に貯留された添加剤を帯電させることが可能である。なお、電極４４，４５は、添加剤用タンク４０に限らず、添加剤供給路４１に設けてもよい。
添加剤供給路４１の周囲は、絶縁部材４６により覆われている。これにより、燃料に帯電した電荷が燃料通路１３に到達するまでに放出されることが抑制される。
第２実施形態では、上述した昇圧回路２０及び電極４４，４５が、特許請求の範囲に記載の「帯電手段」の一例に相当する。
【００４５】
第２実施形態においても、ＥＣＵ３０は、燃料の流量、誘電率及び電気伝導率に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整する。本実施形態では、添加剤が燃料に混合されることにより、燃料全体が帯電する。
【００４６】
次に、第２実施形態のＥＣＵ３０が、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する方法について、図７のフローチャートに基づいて説明する。
この第２実施形態の静電噴霧制御において、ステップ１０からステップ１２までは第１実施形態の処理と同じである。
ステップ１３でＥＣＵ３０は、添加量算出手段３１として機能し、燃料の流量、電気伝導率および誘電率から、燃料に混合する添加剤の量を算出し、設定する。このとき、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量が多い程、添加剤の流量を増加する。これにより、ＥＣＵ３０は、燃料に対する添加剤の割合を目標値に対応させることが可能である。
【００４７】
その後、ステップ３０でＥＣＵ３０は、添加剤を燃料に混合する時期を設定する。具体的に、ＥＣＵ３０は、内燃機関の運転状態に応じて、低ペネトレーション且つ広拡散の燃料噴霧を必要とする燃料噴射を行う時期に合わせて添加剤を燃料に混合し、その添加剤により燃料を帯電させる。
また、ＥＣＵ３０は、内燃機関の１サイクルで複数回の噴射が行われる多段噴射において、低ペネトレーション且つ広拡散の燃料噴霧を必要とするプレ噴射又はメイン噴射を行う時期に合わせて添加剤を燃料に混合し、燃料を帯電させることも可能である。
【００４８】
続くステップ１４からステップ２２は、第１実施形態の制御と実質的に同一である。但し、ステップ１５における許容印加電圧は、添加剤に電圧を印加する際に絶縁破壊が生じることを防ぐことの可能な電圧である。
【００４９】
（作用効果）
第２実施形態の燃料供給装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第２実施形態では、インジェクタ１０に接続された添加剤供給路４１からインジェクタ１０を流れる燃料に添加剤が混合される。ＥＣＵ３０は、添加剤を燃料に混合する時期を設定する。
これにより、インジェクタ１０から燃料を断続的に噴射する噴射制御において、所定の燃料噴射時期に噴射される燃料に対して混合される添加剤が、その前後の燃料噴射時期に噴射される燃料に影響を与えることが防がれる。したがって、インジェクタ１０から噴射されるそれぞれの燃料噴霧毎に、内燃機関の燃焼室内における燃焼位置などを制御することが可能である。
【００５０】
（２）第２実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整する。
ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量が多い程、添加剤の流量を増加することにより、燃料に対する添加剤の割合を目標値に対応させることが可能である。
【００５１】
（３）第２実施形態では、添加剤用タンク４０または添加剤供給路４１に設けられた電極４４，４５は、添加剤に対して電圧を印加する。
これにより、予め帯電させた添加剤と燃料とを混合することにより、燃料を短時間で帯電させることが可能である。
【００５２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に基づいて説明する。第３実施形態は、第１実施形態と第２実施形態との組み合わせである。
第３実施形態では、添加剤供給路４１は、インジェクタ１０の内側の燃料通路１３を流れる燃料に添加剤を供給する。また、第３実施形態では、インジェクタ１０が有するニードル弁１２とノズル本体１１が、燃料に電荷を与える電極として機能する。
【００５３】
ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に混合する添加剤の量を調整する。具体的に、インジェクタ１０を流れる燃料の流量が大きい程、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１に燃料が接触する時間が短くなるので、ＥＣＵ３０は、燃料の流量が大きい場合、添加剤の量を増加する。これにより、ＥＣＵ３０は、燃料が帯電するための緩和時間を短くし、高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが可能である。
【００５４】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。なお、以下に説明する第４〜第８実施形態は、ディーゼル機関の１サイクルでインジェクタ１０の燃料噴射を複数回行う多段噴射において、燃料に電圧を印加する時期と、それによって形成される燃料噴霧の状態を例示するものである。
図９（Ａ）に示すように、第４実施形態では、時刻ｔ１−ｔ２の間に第１プレ噴射が行われ、時刻ｔ４−ｔ６の間に第２プレ噴射が行われ、時刻ｔ８−ｔ１０の間にメイン噴射が行われる。
また、図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３−ｔ５の間に第２プレ噴射用の燃料に対し電圧印加が行われ、時刻ｔ７−ｔ９の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。
【００５５】
この場合、図１０（Ａ）に示すように、第１プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、ピストンヘッド５１とシリンダヘッド５２とシリンダライナー５３によって区画された燃焼室５４内を、インジェクタ１０から遠い位置まで燃料が噴射される。
次に、図１０（Ｂ）に示すように、第２プレ噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ広拡散となり、インジェクタ１０に近くに燃料が噴射される。これにより、燃焼室５４に燃料噴霧と空気の最適な予混合状態が形成される。なお、図１０（Ｂ）では、第１プレ噴射で噴射された燃料噴霧を破線で示している。
続いて、図１０（Ｃ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ広拡散となり、着火、燃焼する。なお、図１０（Ｃ）では、第１プレ噴射と第２プレ噴射で噴射された燃料噴霧をそれぞれ破線で示している。
【００５６】
第４実施形態の燃料供給装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第４実施形態では、ＥＣＵ３０は、内燃機関の燃焼室５４内での燃料噴霧の燃焼位置に応じて、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
これにより、内燃機関の燃焼室５４内において、燃料噴霧を所望の位置で燃焼させることが可能である。
【００５７】
（２）第４実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料の多段噴射において、それぞれの燃料噴射毎に、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
これにより、それぞれの燃料噴射毎に、燃焼室５４内の所望の位置で燃料噴霧を燃焼させることが可能である。
【００５８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。
図１１（Ａ）に示すように、第５実施形態では、時刻ｔ２２−ｔ２４の間に第１プレ噴射が行われ、時刻ｔ２５−ｔ２６の間に第２プレ噴射が行われ、時刻ｔ２８−ｔ３０の間にメイン噴射が行われる。
また、図１１（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２１−ｔ２３の間に第１プレ噴射用の燃料に対し電圧印加が行われ、時刻ｔ２７−ｔ２９の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。
【００５９】
この場合、図１２（Ａ）に示すように、第１プレ噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、噴射直後は低ペネトレーション且つ広拡散となり、微粒化が促進され、燃焼室５４の中央部分の空気を巻き込んで燃焼する。
次に、図１２（Ｂ）に示すように、第２プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。
続いて、図１２（Ｃ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ広拡散となり、燃焼室５４の中心部と壁面付近の空気を有効に利用して燃焼する。
第５実施形態の燃料供給装置１は、第４実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６０】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１３及び図１４に基づいて説明する。
図１３（Ａ）に示すように、第６実施形態では、時刻ｔ３１−ｔ３２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ３３−ｔ３５の間にメイン噴射が行われる。
また、図１３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３４−ｔ３６の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。
【００６１】
この場合、図１４（Ａ）に示すように、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始初期の時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までは帯電しておらず、噴射開始から所定時間経過後の時刻ｔ３４以降に帯電する。そのため、噴射開始初期は高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。そして時刻ｔ３４以降は低ペネトレーション且つ広拡散となり、燃焼が広がる。したがって、図１４（Ｃ）に示すように、燃焼室５４の中心部と壁面付近の空気を有効に利用した燃焼が可能である。なお、図１４（Ｂ）では、第１プレ噴射で噴射された燃料噴霧を破線で示している。
第６実施形態の燃料供給装置１は、第４及び第５実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１５に基づいて説明する。
図１５（Ａ）に示すように、第７実施形態では、時刻ｔ４１−ｔ４２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ４４−ｔ４６の間にメイン噴射が行われる。
また、図１５（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３−ｔ４５の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。
【００６３】
第７実施形態では、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始から所定時間経過後の時刻ｔ４５まで帯電しており、低ペネトレーション且つ広拡散となる。時刻ｔ４５以降は、高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。
第７実施形態の燃料供給装置１は、第４から第６実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６４】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態を図１６に基づいて説明する。
図１６（Ａ）に示すように、第８実施形態では、時刻ｔ５１−ｔ５２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ５４−ｔ５５の間にメイン噴射が行われる。
また、図１６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５３−ｔ５５の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。
【００６５】
第８実施形態では、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始から噴射終了まで帯電しており、低ペネトレーション且つ広拡散となる。
第８実施形態の燃料供給装置１は、第４から第７実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
（他の実施形態）
（１）上述した第１及び第３実施形態では、燃料供給装置１は、ニードルとノズルに電圧を印加して燃料に電荷を直接与える構成とした。これに対し、他の実施形態では、燃料供給装置１は、噴孔１５の下流側にドーナツ状の電極を設け、誘導磁界により燃料を帯電させる構成としてもよい。
【００６７】
（２）上述した第１及び第３実施形態では、ニードル弁１２及びノズル本体１１を電極とした。これに対し、他の実施形態では、インジェクタ１０内側の燃料通路１３内に、ニードル弁１２及びノズル本体１１とは別個に電極を設けてもよい。この場合、その電極が、特許請求の範囲に記載の「帯電手段」の一例に相当する。
【００６８】
（３）上述した実施形態では、燃料タンク２に貯留される燃料の誘電率をＥＣＵ３０に予め記憶する構成とした。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０に燃料の誘電率を予め記憶することなく、燃料の誘電率と電気伝導率の両方を燃料物性センサ２３により検出する構成としてもよい。
【００６９】
（４）上述した実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧および電圧印加時間の両方を制御した。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
【００７０】
（５）上述した実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧および電圧印加時間の両方を制御した。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御してもよい。
【００７１】
（６）上述した実施形態では、燃料物性センサ２３により燃料の電気伝導率のみを検出した。これに対し、他の実施形態では、燃料物性センサ２３により燃料の電気伝導率と誘電率を検出してもよい。
【００７２】
（７）上述した実施形態では、インジェクタ１０は、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射供給するものとした。これに対し、他の実施形態では、インジェクタ１０は、内燃機関の吸気通路又は排気通路に燃料を噴射供給するものとしてもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・燃料供給装置
１１・・・ノズル本体（帯電手段）
１２・・・ニードル弁（帯電手段）
２０・・・昇圧回路（帯電手段）
３０・・・電子制御装置（ＥＣＵ，制御手段）
４０・・・添加剤用タンク（添加剤混合手段）
４１，４１１，４１２，４１３・・・添加剤供給路（添加剤混合手段）
４２・・・電磁弁（添加剤混合手段）
４３・・・添加剤加圧ポンプ（添加剤混合手段）
４４，４５・・・電極（帯電手段）
【図１】
0006308085.tif 000002
【図２】
0006308085.tif 000003
【図３】
0006308085.tif 000004
【図４】
0006308085.tif 000005
【図５】
0006308085.tif 000006
【図６】
0006308085.tif 000007
【図７】
0006308085.tif 000008
【図８】
0006308085.tif 000009
【図９】
0006308085.tif 000010
【図１０】
0006308085.tif 000011
【図１１】
0006308085.tif 000012
【図１２】
0006308085.tif 000013
【図１３】
0006308085.tif 000014
【図１４】
0006308085.tif 000015
【図１５】
0006308085.tif 000016
【図１６】
0006308085.tif 000017