(57)【要約】【課題】  燃料噴射弁から噴射された燃料を、荷電電極から供給される荷電粒子によって帯電し、燃料の霧化を促進する場合に、燃料の速度にかかわらず、燃料の霧化の状態を安定させ、結果として燃焼効率を安定させることを可能とする技術を提供する。【解決手段】  燃料噴射弁と、燃料噴射弁によって噴射された燃料を帯電させる荷電電極と、荷電電極に所定周波数の電圧を印加する電源装置と、燃料の速度を検出する燃料速度検出手段と、燃料の速度に応じて電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を制御する周波数制御手段と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料に、荷電粒子を供給することにより、該燃料を帯電させる荷電電極と、
前記荷電電極に所定周波数の電圧を印加する電源装置と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料の速度を検出する燃料速度検出手段と、
前記燃料速度検出手段によって検出された前記燃料の速度に応じて前記電源装置から前記荷電電極に印加される電圧の周波数を制御する周波数制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項２】
前記周波数制御手段は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が小さい程、前記電源装置から前記荷電電極に印加される電圧の周波数を高くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項３】
前記電源装置は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、前記荷電電極に所定の基本周波数の電圧を印加し、
前記周波数制御手段は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が、前記所定速度範囲の下限速度より小さい場合、前記電源装置から前記荷電電極に印加される電圧の周波数を前記基本周波数より高くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項４】
前記電源装置は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、前記荷電電極に所定の基本周波数の電圧を印加し、
前記周波数制御手段は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が、前記所定速度範囲の上限速度より大きい場合、前記電源装置から前記荷電電極に印加される電圧の周波数を前記基本周波数より低くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項５】
前記電源装置は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、前記荷電電極に所定の基本周波数の電圧を印加し、
前記周波数制御手段は、前記燃料速度検出手段により検出された前記燃料の速度が、前記所定速度範囲の上限速度より大きい場合、前記電源装置による前記荷電電極への電圧の印加を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項６】
前記燃料速度検出手段は内燃機関の吸気圧により前記燃料の速度を検出することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【請求項７】
前記燃料速度検出手段はさらに内燃機関の回転数により前記燃料の速度を検出することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の帯電燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料を帯電させ、燃料の霧化を促進する内燃機関における帯電燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関においては、内燃機関の燃焼効率を向上させるため、燃料噴射弁から噴射された燃料の霧化を促進する種々の技術が提案されている。例えば、燃料噴射弁の先端部分に荷電電極を設置し、該荷電電極により噴射燃料を帯電させて霧化を促進する技術などを挙げることができる。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、燃料噴射弁から噴射された燃料を帯電させて霧化し、一方で、帯電された燃料（以下、「帯電燃料」という）の通過経路を、帯電燃料と同極に帯電させることにより、帯電燃料がその通過経路に付着するのを防止する技術なども提案されている。（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかし、上記の従来技術においては、燃料噴射弁から噴射される燃料の速度が変化すると、燃料の粒子同士の、衝突及び摩擦の状態が変化してしまい、燃料の霧化の状態が安定せず、燃焼効率を向上させる妨げになっていた。
【特許文献１】実願昭５８−２９７２７号（実開昭５９−１３５３７０号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開昭５５−９６３５６号公報
【特許文献３】特開昭５７−１９３７６３号公報
【特許文献４】特開平５−６００３６号公報
【特許文献５】特開平５−８７０２６号公報
【特許文献６】特開昭６４−３６９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、燃料噴射弁から噴射された燃料を、荷電電極から供給される荷電粒子によって帯電し、燃料の霧化を促進する場合に、燃料の速度にかかわらず、燃料の霧化の状態を安定させ、結果として燃焼効率を安定させることを可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料の帯電量が多い程、燃料同士が接近したときの静電斥力が大きくなるので、燃料の霧化の状態が良くなるという事実と、燃料噴射弁から噴射された燃料の速度が遅い程、燃料同士の衝突の効果が小さくなるので、燃料の霧化の状態が悪くなり、さらに、燃料同士の摩擦の効果が小さくなるので、燃料の帯電効率が悪くなるという事実とを前提としている。
【０００７】
そして、本発明においては、荷電電極に印加する電圧の周波数により荷電電極から放出される荷電粒子の量が変化し、燃料を帯電する効率が変化することに着目した。そして、燃料噴射弁から噴射された燃料の速度に応じて、荷電電極に印加する電圧の周波数を変化させることにより、燃料の帯電量を変化させ、結果として燃料の速度にかかわらず、燃料の霧化の状態を安定させることを最大の特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料に、荷電粒子を供給することにより、該燃料を帯電させる荷電電極と、
前記荷電電極に所定周波数の電圧を印加する電源装置と、
前記燃料噴射弁によって噴射された燃料の速度を検出する燃料速度検出手段と、
前記燃料速度検出手段によって検出された前記燃料の速度に応じて前記電源装置から前記荷電電極に印加される電圧の周波数を制御する周波数制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
すなわち、燃料速度検出手段により燃料の速度を検出し、検出された燃料の速度に応じて、周波数制御手段が、電源装置によって荷電電極に印加されている電圧の周波数を制御する。このことにより、燃料の速度に応じて、荷電電極から放出される荷電粒子の量を変化させて燃料の帯電量を変更し、燃料の速度にかかわらず、燃料の霧化の状態を安定化することができる。結果として内燃機関における燃焼効率を安定化することができる。
【００１０】
また、本発明においては、周波数制御手段は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が小さい程、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を高くするようにするとよい。
【００１１】
すなわち、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数が高くなると、表皮効果によって荷電電極の表面近傍における電流密度が上昇する。従って、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数が高くなるほど、荷電電極から放出される荷電粒子の量が増加する。結果として、原則的には、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数が高くなる程、燃料の霧化の状態は良くなる。一方、燃料噴射弁から噴射された燃料の速度が遅いほど、燃料の粒子同士の衝突の効果が小さくなるため、また、燃料の粒子同士の摩擦の効果が小さくなり燃料の帯電効率が悪くなるため、燃料の霧化の状態が悪くなる。
【００１２】
従って、燃料の速度が小さい程、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を高くして、燃料の速度が小さいことによる霧化の状態の悪化に見合った量だけ、燃料の帯電量を増加する制御を行うことにより、燃料の霧化の状態を安定化することができる。結果として燃料の速度にかかわらず燃焼効率の安定化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明においては、電源装置は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、荷電電極に基本周波数の電圧を印加し、周波数制御手段は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が、所定速度範囲の下限速度より小さい場合、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を基本周波数より高くするようにしてもよい。
【００１４】
ここにおいて、燃料の所定速度範囲とは、燃料の衝突及び摩擦の効果が適当であり、燃料の霧化の状態が悪化しない燃料の速度の範囲として予め設定された速度範囲である。また、基本周波数とは、燃料の速度が前記速度範囲内である場合に、燃料の帯電量を最適にし、燃料の霧化の状態を良好に維持するために、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数である。ここで、所定速度範囲の下限速度は、燃料の衝突及び摩擦の効果が小さくなり、燃料の霧化の状態が悪化する閾値である燃料の速度として設定されている。
【００１５】
そして、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が、前記速度範囲内にある場合には、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を、基本周波数に固定しておく。一方、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が上記の速度範囲の下限速度より小さい場合には、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を基本周波数よりも高くして、荷電電極からの荷電粒子の放出の効率を高め、燃料の帯電量を多くする。
【００１６】
このことにより、簡単な制御で、燃料の速度の低下によって燃料の霧化の状態が悪化することを抑制することができ、結果として燃料の速度の低下によって燃焼効率が低下することを抑制することができる。
【００１７】
また、本発明においては、電源装置は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、荷電電極に所定の基本周波数の電圧を印加し、周波数制御手段は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が、所定速度範囲の上限速度より大きい場合、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を基本周波数より低くするようにしてもよい。
【００１８】
ここで、燃料噴射弁から噴射された燃料の霧化が過度に進むと、燃料がガス化してしまい、逆に燃焼効率が低下することが分かっている。本発明においては、燃料の衝突及び摩擦の効果が増大し、燃料の霧化が過度に進んでしまう閾値としての燃料の速度を予め調査することにより、上述の速度範囲の上限速度が設定されている。そして、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が上記の速度範囲の上限速度より大きい場合には、電源装置から荷電電極に印加される電圧の周波数を基本周波数よりも低くして、荷電電極からの荷電粒子の放出の効率を低下させ、燃料の帯電量を抑制する。
【００１９】
このことにより、簡単な制御で、燃料の速度の増加によって燃料の霧化が過度に進み、ガス化することを抑制でき、結果として燃料の速度の増加によって燃焼効率が低下することを抑制することができる。
【００２０】
また、本発明においては、電源装置は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が所定速度範囲内であるときは、荷電電極に所定の基本周波数の電圧を印加し、周波数制御手段は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が、所定速度範囲の上限速度より大きい場合、電源装置による荷電電極への電圧の印加を禁止するようにしてもよい。
【００２１】
この場合は、燃料速度検出手段により検出された燃料の速度が上記の速度範囲の上限速度より大きい場合には、電源装置による荷電電極への電圧の印加を禁止し、荷電電極からの荷電粒子の放出を禁止し、燃料が帯電しないようにする。
【００２２】
このことにより、より簡単な制御で、燃料の速度の増加によって燃料の霧化が過度に進み、ガス化することにより燃焼効率が悪化することを抑制できる。
【００２３】
ここで、本発明における燃料速度検出手段は、内燃機関の吸気圧により燃料の速度を検出するようにするとよい。このことにより、内燃機関に既に備えられている負圧センサなどを用いて、燃料の速度を検出することができるので、装置を新たに設ける必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。
【００２４】
さらに、本発明における燃料速度検出手段は、内燃機関の吸気圧に加えて、内燃機関の回転数により燃料の速度を検出するようにするとよい。こうすれば、より正確に燃料の速度を検出することができ、結果として、より正確に燃焼効率の安定化を図ることができる。
【００２５】
なお、上記で説明した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にあっては、燃料噴射弁から噴射された燃料を、荷電電極から供給される荷電粒子によって帯電し、燃料の霧化を促進する場合に、燃料の速度にかかわらず、燃料の霧化
の状態を安定させ、結果として燃焼効率を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明に係る帯電燃料制御装置が適用される内燃機関の気筒内の概略構成を示す図である。図１に示す燃料噴射弁１は、図１には示さないシリンダヘッドに固定され、気筒内に直接燃料を噴射するように配置されている。
【００２９】
この燃料噴射弁１の外郭には、絶縁層３によって絶縁された燃料帯電ピン２０が固定されている。この燃料帯電ピン２０の接続部２２は、第１の燃料噴射同期スイッチ４を介して第１の高圧電源５と接続されている。この第１の高圧電源５の電圧は、例えば１６ＫＶ程度に設定されている。また、第１の高圧電源５には、発振回路２５が併設されており、この発振回路２５による所定周波数の高周波を、第１の高圧電源５の電圧に重畳することにより、所定周波数の矩形波が燃料帯電ピン２０に印加されるようになっている。
【００３０】
本実施例における燃料帯電ピン２０は概略円柱形状をしており、その先端部２１を除いて絶縁層３に埋設されている。その先端部２１は、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の方向に向けられており、燃料噴射弁１の先端方向から見ると、燃料噴射弁１の周囲に略９０度毎に４本配置されている。ここで、燃料噴射弁１による燃料１６の噴射と同期して、第１の燃料噴射同期スイッチはＯＮされ、燃料帯電ピン２０には、第１の高圧電源５及び発振回路２５による矩形波状の電圧が印加される。そして、そのことにより、本実施例においては、燃料帯電ピン２０の先端部２１からは、プラス電荷を有する荷電粒子６が放出される。
【００３１】
また、本実施例における気筒には、照射ピン１２が備えられている。この照射ピン１２は、第２の燃料噴射同期スイッチ１１を介して、第２の高圧電源１０と電気的に接続されており、第２の燃料噴射同期スイッチ１１が、燃料噴射弁１による燃料噴射と同期してＯＮしたときには、後述するピストン８に対して、プラス電荷を有する荷電粒子１３を照射する。
【００３２】
また、図１において、燃料噴射弁１と対向する位置には、ピストン８が配置されている。このピストン８の頂面には、誘電体層９が形成されており、照射ピン１２から、ピストン８に照射された荷電粒子１３が、この誘電体層９上に分布し、誘電体層９を帯電させる構成となっている。
【００３３】
なお、本実施例に係る内燃機関には、該内燃機関を制御するための図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）が併設されている。このＥＣＵは、ＣＰ
Ｕの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３４】
ＥＣＵには、エンジン回転数を取得する場合に必要な信号を出力する図示しないクランクポジションセンサや、内燃機関の吸気系に備えられ、気筒に吸入する空気の負圧を検出する負圧センサなど、内燃機関１の運転状態を検出する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵに入力されるようになっている。一方、ＥＣＵには、本実施例に係る燃料噴射弁１の他、第1の高圧電源５や、発振回路２５などが電気配線
を介して接続され、ＥＣＵからの指令によってＯＮ/ＯＦＦし、または、発振回路２５の
発振周波数が変更されるようになっている。
【００３５】
なお、本実施例において、燃料帯電ピン２０は、荷電電極として機能する。また、第1
の高圧電源５及び、発振回路２５は、電源装置を構成する。
【００３６】
次に、図２を用いて、上記の燃料噴射弁１によって燃料１６が噴射されてからの作用について説明する。図２は、本実施例において燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の挙動について説明した図である。
【００３７】
本実施例において、燃料噴射弁１から燃料１６が噴射されると、その燃料噴射と同期して、第１の燃料噴射同期スイッチ４がＯＮする。そして、矩形波状の電圧が燃料帯電ピン２０に印加されることにより、先端部２１からプラス電荷を有する荷電粒子６が放出される。そして、その荷電粒子６は噴射された燃料１６に供給され、噴射された燃料１６は図２（ａ）に示すようにプラスに帯電する。ここで、ガソリン及び、軽油などの燃料は、１×１０１３Ω・ｃｍ程度の高い体積抵抗率を有するので、容易に帯電される。
【００３８】
帯電した燃料粒子７（以下、「帯電燃料７」とする）は、上記のようにプラスに帯電しているため、帯電燃料７同士の間に静電斥力が作用し、図２（ｂ）に示すように、直近の帯電燃料７同士が衝突し合う。そして、このことにより帯電燃料７の微粒子化が促進される。
【００３９】
一方、燃料噴射弁１からの燃料噴射に同期して、第２の燃料噴射同期スイッチ１１もＯＮし、照射ピン１２に第２の高圧電源１０の電圧が印加される。その結果、燃料噴射弁１からの燃料噴射に同期して、照射ピン１２から、プラスの電荷を持つ荷電粒子１３が発生し、ピストン８の頂面に照射される。ピストン８の頂面には、前述のように誘電体層９が設けられているので、照射ピン１２から照射された荷電粒子１３は、誘電体層９の上に分布して滞在する。
【００４０】
この状態で、燃料噴射弁１によって噴射され、燃料帯電ピン２からの荷電粒子６の供給を受けてプラスに帯電した帯電燃料７が、やはりプラスの荷電粒子１３が分布することによりプラスに帯電したピストン８の頂面に接近すると、ここでも静電斥力が発生し、図２（ｃ）に示すように、帯電燃料７の、ピストン８の頂面への付着が防止されるとともに、帯電燃料７は、ピストン８の頂面から離れるように移動する。その結果、帯電燃料７は、気筒内でピストン８の頂面から離れた領域に適宜集合して分布するようになり、成層化が促進される。
【００４１】
以上、説明したように、本実施例においては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６に、燃料帯電ピン２から荷電粒子６を供給して燃料１６を帯電させることにより、帯電燃料７同士に発生する静電斥力を利用して燃料の微粒化を促進する。
【００４２】
また、ピストン８の頂面に、帯電燃料７と同極の荷電粒子１３を分布させることにより、ピストン８の頂面と帯電燃料７との間に静電斥力を発生させ、帯電燃料７のピストン８の頂面への付着を防止するとともに、ピストン８の頂面から離れた場所に帯電燃料７を適宜集合して分布させ、成層化を促進する。
【００４３】
なお、本実施例においては、上述のように、燃料帯電ピン２０に第１の高圧電源５及び発振回路２５による矩形波状の高周波電圧を印加している。こうすることにより、表皮効果を利用して効率よく荷電粒子６を発生させることができる。すなわち、燃料帯電ピン２０に流れる交流電流の周波数が高い程、表皮効果が顕著に現れ、燃料帯電ピン２０の表面近傍における電流密度が高くなる。このことを利用して、低消費電力で高密度の荷電粒子
６を発生させるようにしている。
【００４４】
ここにおいて、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の帯電量が多い程、燃料同士が接近したときの静電斥力が大きくなり、霧化の状態を良くすることができる。すなわち、燃料帯電ピン２０に印加する電圧の周波数を高くすることにより、燃料１６の霧化を促進することができる。反対に、燃料帯電ピン２０に印加する電圧の周波数を低くすれば、燃料１６の霧化を抑制することができる。
【００４５】
また、一般的に、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が速い程、燃料１６同士の衝突の効果が大きくなり、霧化の状態が良くなることが分かっている。さらに、燃料帯電ピン２０によって、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６が帯電される場合においては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が速い程、燃料１６同士の摩擦が大きくなるので、帯電効率が向上することが分かっている。すなわち、本実施例において、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が速い程、霧化の状態が良くなる。但し、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が速すぎると、燃料の霧化が過度に進んでガス化を起こし、逆に燃焼効率が悪くなることも分かっている。
【００４６】
本実施例では、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度を検出し、検出された燃料１６の速度に応じて、燃料帯電ピン２０に印加する電圧の周波数を変化させることにより、燃料１６に供給する荷電粒子６の量を変化させ、燃料１６の帯電量を変化させる。そして、燃料１６の速度にかかわらず、燃料１６の霧化の状態を安定化する制御を行っている。以下、この制御の内容について詳述する。
【００４７】
図３は、本実施例における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、本実施例に係る内燃機関の稼動中、所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００４８】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、気筒内に流入される空気の流速である吸入空気流速が求められる。本ルーチンにおいては、この吸入空気流速をもって、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度としている。これは、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度は、吸入空気流速によってほぼ決定されるという事実に基づいている。
【００４９】
ここで、上記の吸入空気流速は、内燃機関の吸気系に設けられた図示しない負圧センサからの出力信号によって取得される吸気管負圧及び、図示しないクランクポジションセンサの出力信号によって取得されるエンジン回転数から計算によって求められる。吸入空気流速が求められるとＳ１０２に進む。
【００５０】
Ｓ１０２においては、Ｓ１０１で算出された吸入空気流速（以下、「算出空気流速」という。）の大きさと、第１の基本空気流速の大きさとが比較される。ここで、第１の基本空気流速とは、本実施例における内燃機関の通常の運転状態における平均的な吸入空気流速範囲である基本空気流速範囲の下限の流速である。この基本空気流速範囲は、本実施例における帯電燃料制御装置の設計時に、第１の高圧電源５から燃料帯電ピン２０に印加される電圧の大きさや、発振回路２５によって重畳される矩形波の基本周波数（以下、「基本周波数ｆ２」という）を決定する際の基準となっている。換言すると、気筒内に吸入される吸入空気流速が基本空気流速範囲内である場合には、燃料帯電ピン２０に印加される矩形波状の電圧の周波数を基本周波数ｆ２に設定しておけば、燃料１６は良好に霧化し、良好な燃料効率を得ることができる。
【００５１】
Ｓ１０２において、算出空気流速が第１の基本空気流速よりも小さいと判断された場合には、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が遅いため、燃料帯電ピン２０への印
加電圧の周波数を基本周波数ｆ２としていたのでは、燃料１６の霧化の状態が悪化すると判断される。この場合は、Ｓ１０３に進む。
【００５２】
Ｓ１０３においては、燃料帯電ピン２０への印加電圧周波数を基本周波数であるｆ２よりも高い周波数であるｆ１に切り替える。このことにより、燃料帯電ピン２０に対する印加電圧の周波数が高くなるため、燃料帯電ピン２０から荷電粒子６を放出する際の効率が高まり、燃料１６の帯電量を増加させることが可能となる。
【００５３】
その結果、燃料１６の速度が遅くなることにより、燃料１６の霧化の状態が悪化するところを、燃料１６の帯電量を増加させることにより霧化を促進し、結果として、吸入空気流速が基本空気流速範囲内である場合と同様、良好な燃焼効率を得ることができる。Ｓ１０３において印加電圧の周波数をｆ１とした後は、本ルーチンを一旦終了する。
【００５４】
一方、Ｓ１０２において、算出空気流速が、第１の基本空気流速以上であると判断された場合には、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４においては、算出空気流速が第２の基本空気流速よりも大きいかどうかが判断される。ここで、第２の基本空気流速とは、上述の基本空気流速範囲の上限の流速である。Ｓ１０４において算出空気流速が第２の基本空気流速以下であると判断された場合には、結果として、算出空気流速は、基本空気流速範囲に含まれることになるので、Ｓ１０５に進む。
【００５５】
Ｓ１０５においては、燃料帯電ピン２０の印加電圧周波数を基本周波数であるｆ２とする。ここで、もともと、吸入空気流速が基本空気流速範囲内である場合に、良好な燃焼効率を得ることができる印加電圧周波数として設定されたのが基本周波数ｆ２であるので、こうすることにより、燃料１６の霧化の状態を良好にすることができ、良好な燃焼効率を得ることができる。Ｓ１０５の処理が終了すると一旦本ルーチンを終了する。
【００５６】
一方、Ｓ１０４で、算出吸気流速が第２の基本空気流速よりも大きいと判断された場合には、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度が速いため、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を基本周波数または、それ以下としていたのでは、燃料１６の霧化が過度に進み、ガス化することにより、燃焼効率が悪化するおそれがあると判断されるため、Ｓ１０６に進む。
【００５７】
Ｓ１０６においては、燃料帯電ピン２０への印加電圧周波数を基本周波数であるｆ２よりも低い周波数であるｆ３に切り替える。このことにより、燃料帯電ピン２０に対する印加電圧周波数が低くなるため、燃料帯電ピン２０から荷電粒子６を放出する際の効率が低くなる。
【００５８】
その結果、燃料１６の速度が速くなることにより、燃料１６の霧化が過度に進み、燃焼効率が悪化するところを、燃料１６の帯電量を減少させることにより霧化を抑制する。結果として、吸入空気流速が基本空気流速範囲内である場合と同様、燃料１６の霧化の状態を良好にし、良好な燃焼効率を得ることができる。
【００５９】
以上、説明したように、本実施例においては、吸気管負圧及び、エンジン回転数から吸入空気流速を算出し、その算出空気流速と第１及び第２の基本空気流速とを比較し、その結果によって、燃料帯電ピン２０に印加する電圧の周波数を変更する。換言すると、気筒内における燃料１６の速度に応じて、燃料１６の帯電量を制御することにより、燃料１６の速度にかかわらず、常に燃料１６の霧化の状態を安定化することができる。結果として常に良好な燃焼効率を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施例において、燃料速度検出手段は、負圧センサ、クランクポジションセン
サ及びＥＣＵを含んで構成される。また、周波数制御手段は、ＥＣＵを含んで構成される。また、燃料速度検出手段としては、負圧センサの代わりに図示しないスロットルポジションセンサを用いてもよい。
【実施例２】
【００６１】
次に実施例２について説明する。本実施例においては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度に大きく影響する吸気管負圧及び、エンジン回転数の値を取得し、その値から直接、燃焼帯電ピン２０への印加電圧の周波数を決定する例について説明する。
【００６２】
図４は、本実施例における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼動中において所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００６３】
本ルーチンが実行されると、Ｓ２０１において、エンジン回転数及び、吸気管負圧が取得される。エンジン回転数については、図示しないクランクポジションセンサの出力信号から取得され、吸気管負圧については、吸気系に設けられた負圧センサの出力信号から取得される。
【００６４】
次に、Ｓ２０２において、Ｓ２０１で取得された吸気管負圧が所定負圧より大きいかどうかが判断される。本実施例では、吸気管負圧が−２６ｋＰａより大きいかどうかが判断される。ここで、−２６ｋＰａという吸気管圧力は、それより吸気管圧力が大きい場合は、燃料１６の霧化の状態が悪化すると判断される閾値としての吸気管圧力である。すなわち、吸気管負圧が−２６ｋＰａより大きい場合は、気筒内への吸入空気の流速が小さいため、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の速度が遅くなり、結果として、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を基本周波数ｆ２よりも大きくしないと、燃料１６の霧化の状態が悪化するおそれがあると判断される。
【００６５】
この場合には、Ｓ２０３に進み、燃料帯電ピン２０への印加電圧周波数を、基本周波数ｆ２よりも高いｆ４に変更する。こうすることにより、燃料１６への帯電効率を上昇させ、燃料１６の霧化の状態の悪化を抑制することができる。
【００６６】
一方、Ｓ２０２において、吸気管負圧が−２６ｋＰａ以下である場合は、Ｓ２０４に進み、Ｓ２０１で得られたエンジン回転数が所定値以上かどうかが判断される。本実施例においては、エンジン回転数が１６００ｒｐｍより大きいがどうかが判断される。ここで、Ｓ２０２において吸気管負圧が−２６ｋＰａ以下であり、且つエンジン回転数が１６００ｒｐｍ以下である場合は、吸入空気の流速は、基本空気流速範囲内の値を示しており、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を基本周波数ｆ２に設定しておけば、燃料１６の霧化の状態を良好に維持することができ、良好な燃焼効率を得ることができると判断される。
【００６７】
従って、この場合はＳ２０５に進み、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数は、基本周波数であるｆ２とされる。そして、Ｓ２０５の処理が終了すると、一旦本ルーチンを終了する。
【００６８】
一方、Ｓ２０４において、エンジン回転数が１６００ｒｐｍより大きいと判断された場合には、吸入空気の流速が早く、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の霧化が過度に進み、燃焼効率が悪化するおそれがあると判断される。
【００６９】
この場合は、Ｓ２０６に進み、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を、基本周波数ｆ２よりも低い周波数であるｆ５に設定する。こうすることにより、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の帯電を抑制し、過度の霧化を抑制する。Ｓ２０６の処理が終了すると
、一旦本ルーチンを終了する。
【００７０】
以上、説明したように、本実施例における電圧周波数制御ルーチンにおいては、まず、気筒内への吸入空気の流速を推定するためのパラメータである吸気管負圧及びエンジン回転数を取得する。そして、気筒内に吸入される空気流速に支配的な影響を与えるパラメータである吸気管負圧が、所定値よりも大きい場合は、これだけで、気筒内への吸入空気の流速が遅く、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の霧化の状態が悪化すると判断し、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を基本周波数ｆ２より高い周波数ｆ４に変更する。
【００７１】
一方、吸気管負圧が所定値以下である場合には、それに加えて、気筒内への吸入空気の流速に補助的な影響を与えるパラメータであるエンジン回転数が所定値より大きいかどうかが判断される。ここで、エンジン回転数が所定値以下である場合は、気筒内への吸入空気の流速は基本空気流速範囲内であると判断されるので、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数は、基本周波数ｆ２に設定される。さらに、エンジン回転数が所定値より大きい場合には、気筒内への吸入空気の流速が速く、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の霧化が過度に進み、燃焼効率が悪化するおそれがあると判断されるので、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数として、基本周波数ｆ２より低い印加電圧周波数ｆ５が設定される。
【００７２】
すなわち、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の速度に影響を与える複数のパラメータの値のみから、燃料帯電ピン２０への印加電圧周波数を決定するので、簡単な制御で、燃料噴射弁１から噴射される燃料１６の速度にかかわらず、燃料１６の霧化の状態を安定させることができる。
【実施例３】
【００７３】
次に実施例３について説明する。本実施例においては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度に影響を及ぼすパラメータである吸気管負圧及び、エンジン回転数を取得し、そこから推定される吸入空気の流速に対して最適な印加電圧の周波数をマップから読み出し、読み出した最適な周波数の電圧を燃料帯電ピン２０に印加する制御について説明する。ここでは、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を用いる。
【００７４】
図５は、本実施例における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関の稼動中において、所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００７５】
なお、本ルーチンにおいては、燃料噴射弁１から噴射された燃料１６の速度に影響を及ぼすパラメータである吸気管負圧及び、エンジン回転数の値と、そこから推定される燃料１６の速度に対して最適な燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数との関係を事前に調査し、マップ化することが前提となっている。そして、このマップにおいては、吸気管負圧及び、エンジン回転数の値とから推定される燃料１６の速度が小さい程、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を高くするような関係に設定されている。
【００７６】
本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ２０１において、吸気管負圧及び、エンジン回転数が取得される。この処理については、実施例２で説明したものと同様である。
【００７７】
次に、Ｓ３０２に進み、上記のマップより、Ｓ２０１で取得された吸気管負圧及び、エンジン回転数の値に対して最適な燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を読み出す。
【００７８】
そして、Ｓ３０３に進み、Ｓ３０２で読み出された値に、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を変更し、本ルーチンを終了する。
【００７９】
以上、説明したように、本実施例においては、吸気管負圧と、エンジン回転数の値を取得し、それらの値から推定される燃料１６の速度に対して、最適な燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数をマップから読み出し、その周波数の電圧を燃料帯電ピン２０に印加する。従って、より精度よく、燃料帯電ピン２０への印加電圧の周波数を制御することができ、より精度よく、燃料１６の霧化の状態を安定化させることができる。結果として、より精度よく、燃焼効率の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施例における帯電燃料制御装置が適用される内燃機関の気筒内の概略構成について示す図である。
【図２】本発明の実施例において燃料噴射弁から噴射された燃料の挙動につて説明した図である。
【図３】本発明の実施例１における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例２における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例３における電圧周波数制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・燃料噴射弁
３・・・絶縁層
４・・・第１の燃料噴射同期スイッチ
５・・・第１の高圧電源
６・・・荷電粒子
７・・・帯電燃料
８・・・ピストン
９・・・誘電体層
１０・・・第２の高圧電源
１１・・・第２の燃料噴射同期スイッチ
１２・・・照射ピン
１３・・・荷電粒子
１６・・・燃料
２０・・・燃料帯電ピン
２１・・・先端部
２２・・・接続部
２５・・・発振回路
【図１】
2005098254.tif 000003
【図２】
2005098254.tif 000004
【図３】
2005098254.tif 000005
【図４】
2005098254.tif 000006
【図５】
2005098254.tif 000007