(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料噴射制御装置において、インジェクタの温度変化に応じて燃料噴射量を補正することで適正な空燃比に維持して燃焼状態の悪化を抑制可能とする。【解決手段】インジェクタ１３内に冷却媒体としての燃料を循環することで、このインジェクタ１３の先端部を冷却可能とすると共に、燃料によりインジェクタ１３の先端部を冷却するときには、エンジン１０の運転状態に応じて設定された基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに増量値Ｔ１を加算し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１としてインジェクタ１３を制御する。【選択図】        図１
2007064077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定量の燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの先端部の温度を調節可能な温度調節手段と、内燃機関の運転状態に応じて基本燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、前記温度調節手段の作動状態に応じて前記燃料噴射量設定手段が設定した基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射量補正手段は、前記インジェクタから噴射される燃料の噴射期間を補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記温度調節手段は、前記インジェクタ内に冷却媒体を循環して該冷却媒体により該インジェクタの先端部を冷却するものであり、該温度調節手段が前記インジェクタの先端部の冷却を開始するとき、または、該温度調節手段が前記冷却媒体による前記インジェクタの先端部の冷却を停止するとき、前記燃料噴射量補正手段は、前記基本燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射量補正手段は、前記温度調節手段の作動開始時または作動停止時から予め設定された所定時間に前記基本燃料噴射量に対する補正量を大きく設定し、前記所定時間の経過後に前記基本燃料噴射量に対する補正量を小さく設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記インジェクタの先端部の温度が予め設定された所定温度範囲から外れたとき、前記温度調節手段の作動開始直前または作動停止直前に、前記インジェクタが補正燃料噴射量を噴射することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記温度調節手段は、前記インジェクタに供給された燃料を燃料噴射口の近傍まで循環してから排出する燃料通路と、該燃料通路と前記燃料噴射口とを連通して該燃料通路を流れる燃料の一部を該燃料噴射口から噴射可能な噴射弁とを有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定量の燃料を燃焼室や吸気ポートに噴射可能とした内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開放時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンにより圧縮され、この高圧空気に対してインジェクタから燃料が直接噴射され、燃焼室内の高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発することで駆動力を得ることができ、排気弁の開放時に、燃焼後の排気ガスが排気ポートから排出される。
【０００３】
このような筒内噴射式内燃機関にて、インジェクタは、先端部に噴射口を有するハウジング内にニードル弁が移動自在に支持され、このニードル弁が燃料通路を閉塞するように付勢支持されると共に、ソレノイドへの通電時にその電磁力によりニードル弁を移動して燃料通路を開放可能となるように構成されている。そして、所定のタイミングで、このニードル弁を移動して燃料通路を開放することで、燃料通路の燃料を噴射口から燃焼室に向けて噴射することができる。
【０００４】
この筒内噴射式内燃機関に適用されるインジェクタでは、所定量の燃料が加圧された状態で維持され、ニードル弁により燃料通路が開放された期間に、所定圧の燃料が噴射口から噴射される。そのため、燃料噴射期間が経過してニードル弁が燃料通路を閉止しても、全ての燃料が燃焼室に噴射されずに一部の燃料が噴射口の周辺に付着して残留する。この場合、残留した燃料は燃焼室で発生した燃焼ガスにより蒸し焼きにされ、噴射口の内面やニードル弁の先端面などにデポジットとして堆積してしまう。すると、この堆積したデポジットが燃料通路の流路面積を狭めて燃料の流路抵抗となり、流量低下を引き起こして燃料噴射量がばらつき、燃焼悪化を招いてしまう。
【０００５】
また、噴射口の周辺に燃料が残留してしまうと、次の燃料噴射期間になってニードル弁により燃料通路を開放しても、残留している燃料により噴射された全ての燃料の霧化が不十分となり、噴射初期の微粒化レベルが良くなく、アイドル運転時などには、トルクが変動したり、排気ガス特性が悪化してしまうなどの問題が発生してしまう。
【０００６】
このような問題を解決するものとして、インジェクタの先端部を冷却してデポジットの堆積を抑制することが考えられており、例えば、下記特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載された燃料噴射弁は、往復動するノズルニードルがシート部からリフトすることにより噴射孔を開放して燃焼室に燃料を噴射する可能とすると共に、噴射孔の近傍に冷却水を循環する吸熱部を有する冷却機構を設け、吸熱部からの熱をインジェクタ部の外部に放熱可能とすることで、噴射孔やシート部を冷却してデポジットの堆積を抑制したものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−０２８０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１に記載された従来の燃料噴射弁は、噴射孔の近傍に冷却水を循環することでインジェクタの先端部を冷却し、デポジットの堆積を抑制している。ところで、インジェクタから噴射される燃料の噴射量は、噴射孔の流路面積と開放時間によって設定される。そのため、高温状態にあるインジェクタの先端部を冷却して温度を下げると、熱収縮により噴射孔の流路面積が減少したり、ニードルのリフト量が減少してシート部を通過する燃料が減少したりしてしまう。すると、実際の燃料噴射量が、エンジンの運転状態に応じて設定された燃料噴射量よりも少なくなってしまい、空燃比がリーン側に変動して燃焼状態が悪化してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、インジェクタの温度変化に応じて燃料噴射量を補正することで適正な空燃比に維持して燃焼状態の悪化を抑制可能とした内燃機関の燃料噴射制御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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、所定量の燃料を噴射するインジェクタと、該インジェクタの先端部の温度を調節可能な温度調節手段と、内燃機関の運転状態に応じて基本燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、前記温度調節手段の作動状態に応じて前記燃料噴射量設定手段が設定した基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射量補正手段は、前記インジェクタから噴射される燃料の噴射期間を補正することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記温度調節手段は、前記インジェクタ内に冷却媒体を循環して該冷却媒体により該インジェクタの先端部を冷却するものであり、該温度調節手段が前記インジェクタの先端部の冷却を開始するとき、または、該温度調節手段が前記冷却媒体による前記インジェクタの先端部の冷却を停止するとき、前記燃料噴射量補正手段は、前記基本燃料噴射量を補正することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射量補正手段は、前記温度調節手段の作動開始時または作動停止時から予め設定された所定時間に前記基本燃料噴射量に対する補正量を大きく設定し、前記所定時間の経過後に前記基本燃料噴射量に対する補正量を小さく設定することを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記インジェクタの先端部の温度が予め設定された所定温度範囲から外れたとき、前記温度調節手段の作動開始直前または作動停止直前に、前記インジェクタが補正燃料噴射量を噴射することを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記温度調節手段は、前記インジェクタに供給された燃料を燃料噴射口の近傍まで循環してから排出する燃料通路と、該燃料通路と前記燃料噴射口とを連通して該燃料通路を流れる燃料の一部を該燃料噴射口から噴射可能な噴射弁とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、インジェクタの先端部の温度を調節可能な温度調節手段を設けると共に、内燃機関の運転状態に応じて基本燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、温度調節手段の作動状態に応じて基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を設けたので、インジェクタの先端部の温度を調節すると、熱収縮や熱膨張により単位時間当たりにインジェクタが噴射する実際の燃料噴射量が変化するため、それに合わせて燃料噴射量を増加または減量して燃料噴射量を補正することで、内燃機関の運転状態に応じた適正量の燃料を噴射することができ、適正な空燃比に維持して燃焼状態の悪化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】
【００１７】
以下に、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すフローチャート、図３は、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すタイムチャート、図４は、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置に適用されたインジェクタの断面図、図５は、図４のＶ−Ｖ断面図、図６は、図４のVI−VI断面図、図７は、実施例１のインジェクタの先端部の断面図、図８は、図７のVIII−VIII断面図である。
【００１９】
実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は、筒内噴射式の火花点火多気筒エンジンであって、４つの気筒に対応して燃焼室１１が設けられており、シリンダヘッド１２には各燃焼室１１に直接燃料を噴射するインジェクタ１３が装着されると共に、図示しない点火プラグが装着されている。この各インジェクタ１３は、基端部がデリバリパイプ１４に連結されており、デリバリパイプ１４内の高圧燃料を燃焼室１１に噴射することができる。
【００２０】
一方、燃料タンク１５は所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能であり、内部に低圧フィードポンプ１６が装着されている。この低圧フィードポンプ１６は、第１燃料供給管１７を介して高圧ポンプ１８が連結され、この高圧ポンプ１８は第２燃料供給管１９を介してデリバリパイプ１４の一端部に連結されている。この高圧ポンプ１８はカムシャフト２０により駆動可能であり、第２燃料供給管１９には逆止弁２１が装着されている。なお、第１燃料供給管１７には燃料を燃料タンク１５に戻す返送管２２が設けられ、この返送管２２に逆止弁２３が装着されている。また、デリバリパイプ１４の他端部には、燃料排出管２４の基端部が連結され、この燃料排出管２４の先端部は燃料タンク１５に連結されており、この燃料排出管２４にはリリーフ弁２５が装着されている。
【００２１】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６が搭載されており、このＥＣＵ２６は、インジェクタ１３を制御可能となっている。即ち、ＥＣＵ２６には、エアフローセンサ２７、スロットルポジションセンサ２８、アクセルポジションセンサ２９、エンジン回転数センサ３０、水温センサ３１などが接続されている。従って、ＥＣＵ２６は、各センサ２６〜３１が検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量や噴射時期などを決定している。また、デリバリパイプ１４には、燃料圧力を検出する燃圧センサ３２が設けられ、検出した燃料圧力をＥＣＵ２６に出力しており、このＥＣＵ２６は、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が所定圧力となるように、低圧フィードポンプ１６及び高圧ポンプ１８を駆動制御している。なお、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が所定圧力より大きくなると、リリーフ弁２５が開放して燃料を開放することで、デリバリパイプ１４内の燃料圧力を所定圧力に維持している。
【００２２】
ところで、特に、上述した筒内噴射式のエンジン１０に適用されるインジェクタ１３では、所定量の燃料を噴射した後に微少の燃料が噴射口に残留し、この残留した燃料が燃焼室の高温の燃焼ガスにより蒸し焼きにされ、この噴射口の近傍に先デポジットとして堆積し、燃料噴射量のばらつきによる燃焼悪化を招いてしまう。そこで、本実施例では、インジェクタ１３の先端部の温度を調節可能な温度調節手段として、インジェクタ１３内に燃料（冷却媒体）を循環してこのインジェクタ１３の先端部を冷却する冷却装置が設けられている。
【００２３】
そして、この冷却装置によって高温状態にあるインジェクタ１３の先端部を冷却すると、熱収縮により噴射口の流路面積が減少したり、ニードル弁のリフト量が減少してシート部を通過する燃料が減少し、燃料噴射量が減少して空燃比がリーン側に変動して燃焼状態が悪化してしまう。そのため、本実施例では、冷却装置によってインジェクタ１３の先端部を冷却したときには、エンジン１０の運転状態に応じて設定された基本燃料噴射量を補正するようにしている。ここで、本実施例において、基本燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、基本燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段は、ＥＣＵ２６により構成される。
【００２４】
ここで、上述した冷却装置を有するインジェクタ１３について説明する。インジェクタ１３において、図４乃至図８に示すように、中空形状をなすホルダ４１の先端部にバルブボディ４２が固定されており、このバルブボディ４２は内部に先細となる中空部４３が形成されると共に、この中空部４３の先端側に連続して球面形状をなすサック部４４が形成され、このサック部４４から外部に連通する噴射口４５が形成されている。このホルダ４１の後端部には中空形状をなす磁性パイプ４６が固定されており、この磁性パイプ４６内に円筒形状をなすコア４７が嵌合して固定されると共に、このコア４７の先端側に円筒形状をなすアーマチュア４８が所定の隙間を開けて軸方向に移動自在に支持されている。この磁性パイプ４６は、上下にそれぞれ位置する磁性部の間に非磁性部が位置して構成され、非磁性部は、上下の磁性部との間で磁性が短絡することを防止している。
【００２５】
噴射弁としてのニードル弁４９は中空形状をなし、弁本体５０と連結部５１とが一体に連結されて構成されている。そして、このニードル弁４９はホルダ４１及びバルブボディ４２内に軸心方向に沿って移動自在に配設され、連結部５１の後端部がアーマチュア４８の先端部に連結される一方、弁本体５０の先端部がバルブボディ４２の中空部４３に周方向に所定間隔で隙間をもって嵌入している。また、ニードル弁４９は先端部にシール部５２が形成される一方、コア４７内に装着されたアジャストパイプ５３とアーマチュア４８との間には、このアーマチュア４８を介してニードル弁４９を先端側に付勢する圧縮コイルスプリング５４が介装されており、ニードル弁４９はシール部５２がバルブボディ４２の弁座部５５に当接するように付勢支持されている。
【００２６】
磁性パイプ４６の外側にはボビン５６を介してコイル５７が巻回され、このコイル５７の外側に樹脂モールドによりコネクタ５８が形成され、このコネクタ５８の外側に磁性材料からなるヨーク５９が固定されている。この場合、圧縮コイルスプリング５４、コア４７、アーマチュア４８、ボビン５６、コイル５７、コネクタ５８、ヨーク５９などにより噴射弁移動手段が構成される。従って、コイル５７に通電すると、コア４７に電磁吸引力が発生し、圧縮コイルスプリング５４の付勢力に抗してアーマチュア４８及びニードル弁４９を後端側(図４及び図７にて上側)に移動し、シール部５２をバルブボディ４２の弁座部５５から離間させることができる。この場合、ニードル弁４９のシール部５２がバルブボディ４２の弁座部５５に密着しているとき、コア４７とアーマチュア４８との間には隙間Ｓが設定されており、ニードル弁４９はこの隙間Ｓだけ後端側へ移動することができ、この隙間Ｓがニードル弁４９のリフト量となる。
【００２７】
また、磁性パイプ４６の後端部には燃料導入管６０が連結されると共に、コア４７の後端部にはリリーフパイプ６１が連結されており、燃料導入管６０とリリーフパイプ６１との間に燃料フィルタ６２が取付けられている。
【００２８】
本実施例のインジェクタ１３には、外部から供給された燃料を噴射口４５の近傍まで循環してから外部に排出する燃料通路が設けられ、ニードル弁４９によりこの燃料通路と噴射口４５とを遮断可能であると共に、この燃料通路と噴射口４５とを連通して燃料通路を流れる燃料の一部を噴射口４５から噴射可能としている。この場合、燃料通路を用いて外部からの燃料を噴射口４５の近傍まで循環することで冷却し、冷却後の余剰燃料を外部に排出することで、インジェクタ１３の冷却装置が構成されている。
【００２９】
即ち、ニードル弁４９が中空形状をなすことで、このニードル弁４９の内側に内部通路６３が形成されると共に、ニードル弁４９の外側に外部通路６４が形成され、ニードル弁４９の先端部に内部通路６３と外部通路６４を連通する２つの連通孔６５が形成されている。この場合、２つの連通孔６５は、ニードル弁４９の先端部に周方向均等間隔で形成されている。また、噴射弁移動手段を構成するコア４７とアーマチュア４８が円筒形状をなすことで、その中心部には中央通路６６，６７が形成されると共に、コア４７とアーマチュア４８の外周部には軸方向に沿って切欠部６８，６９が形成されることで、貫通路７０，７１が形成されている。更に、燃料導入管６０とリリーフパイプ６１との間に燃料供給路７２が形成されると共に、リリーフパイプ６１内に燃料排出路７３が形成されている。
【００３０】
一方、図１に示すように、デリバリパイプ１４は、内部が隔壁７４により第１室７５と第２室７６とに区画され、第１室７５に第２燃料供給管１９が連結される一方、第２室７６に燃料排出管２４が連結されている。この場合、燃圧センサ３２は第１室７５側の燃料圧力を検出する。そして、図４に示すように、デリバリパイプ１４の第１室７５にインジェクタ１３の燃料供給路７２が連通する一方、第２室７６に燃料排出路７３が連通している。
【００３１】
従って、デリバリパイプ１４の第１室７５からインジェクタ１３の燃料供給路７２に供給され、コア４７及びアーマチュア４８の貫通路７０，７１、ニードル弁４９の外部通路６４、連通孔６５、内部通路６３、コア４７及びアーマチュア４８の中央通路６６，６７、燃料排出路７３を通ってデリバリパイプ１４の第２室７６に排出される燃料通路が構成されることとなる。
【００３２】
そして、噴射装置本体を構成するホルダ４１は、先端外周部がシリンダヘッド１２の取付孔１２ａにガスシール（取付シール）７７を介して固定され、上述した燃料通路がガスシール７７よりホルダ４１の先端側まで延設されている。また、燃料通路の燃料供給側端部としての燃料導入管６０の端部がデリバリパイプ１４のフランジ部３３にＯリング（軸シール）７８を介して連結され、燃料通路の燃料排出側端部としてのリリーフパイプ６１の端部が隔壁７４にＯリング（面シール）７９を介して連結されている。
【００３３】
このように構成された本実施例の内燃機関の燃料噴射制御装置におけるインジェクタ１３において、以下にその作動を説明する。
【００３４】
図１及び図４に示すように、ＥＣＵ２６は、燃圧センサ３２が検出したデリバリパイプ１４内の燃料圧力に基づいて、この燃料圧力が所定圧力となるように低圧フィードポンプ１６及び高圧ポンプ１８を駆動制御しており、各センサ２７〜３１が検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて基本燃料噴射量や噴射時期などを決定し、インジェクタ１３を駆動制御している。
【００３５】
即ち、燃料噴射停止時には、インジェクタ１３のコイル５７が非通電状態であるため、ニードル弁４９は、圧縮コイルスプリング５４の付勢力により先端のシール部５２がバルブボディ４２の弁座部５５に密着することで、燃料通路を構成する外部通路６４と噴射口４５は連通せずに遮断されている。従って、デリバリパイプ１４の第１室７５にある燃料は、燃料供給路７２からインジェクタ１３に供給され、貫通路７０，７１、外部通路６４、連通孔６５、内部通路６３、中央通路６６，６７を通って燃料排出路７３からデリバリパイプ１４の第２室７６に排出される。つまり、燃料がインジェクタ１３の噴射口４５の近傍まで循環することとなり、ホルダ４１の先端部やバルブボディ４２を確実に冷却することができる。
【００３６】
一方、燃料噴射時には、インジェクタ１３のコイル５７に通電するため、ニードル弁４９は電磁吸引力により所定のリフト量Ｓだけ移動し、先端のシール部５２がバルブボディ４２の弁座部５５から離間することで、燃料通路を構成する外部通路６４と噴射口４５が連通する。従って、デリバリパイプ１４の第１室７５にある燃料は、燃料供給路７２からインジェクタ１３に供給され、貫通路７０，７１、外部通路６４、連通孔６５、内部通路６３、中央通路６６，６７を通って燃料排出路７３からデリバリパイプ１４の第２室７６に排出されると共に、外部通路６４まで循環した燃料の一部がサック部４４に供給され、このサック部４４の燃料が噴射口４５から燃焼室１１に噴射される。つまり、燃料がインジェクタ１３の噴射口４５の近傍まで循環し、所定量だけ所定圧力で噴射口４５から燃焼室１１に噴射することができると共に、余剰燃料をデリバリパイプ１４に排出し、ホルダ４１の先端部やバルブボディ４２を確実に冷却することができる。
【００３７】
この場合、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が所定圧力に維持されるように、リリーフ弁２５が所定圧力で開放してデリバリパイプ１４内の燃料を燃料排出管２４に排出している。そのため、燃料噴射量の増減に拘らず、高圧ポンプ１８のよる燃料の吐出量、つまり、デリバリパイプ１４への燃料供給量を増加すると、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が上昇してリリーフ弁２５が開放されることから、インジェクタ１３の燃料通路にある燃料が流動し、この燃料が噴射口４５の近傍まで循環して噴射口４５の近傍を冷却することができる。即ち、高圧ポンプ１８のよる燃料の吐出量を調整することで、各インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を調整することができる。
【００３８】
そして、本実施例では、燃料をインジェクタ１３の先端部まで循環して噴射口４５の近傍を冷却するとき、エンジン１０の運転状態に応じて設定された基本燃料噴射量を補正するようにしている。ここで、この燃料噴射量の補正制御について説明する。
【００３９】
本実施例の内燃機関の燃料噴射制御装置における燃料噴射量の補正制御において、図２に示すように、ステップＳ１では、インジェクタ１３の先端部の温度Ａを検出する。この場合、インジェクタ１３の先端部に温度センサを装着して実際の温度Ａを検出してもよく、また、エンジン回転数とエンジン負荷とエンジン水温に基づいて温度Ａを推定してもよい。
【００４０】
ステップＳ１で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが検出されると、ステップＳ２では、このインジェクタ１３の先端部の温度Ａが予め設定された許容上限温度ＡH1以下にあるかどうかを判定する。ここで、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容上限温度ＡH1以下にあると判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ２で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容上限温度ＡH1以下にない、つまり、この許容上限温度ＡH1より高いと判定されたら、ステップＳ３に移行し、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが予め設定された閾値上限温度ＡH2より高く、または、この温度が上昇傾向にあるかどうかを判定する。ここで、ＡH1＜ＡH2に設定されている。
【００４１】
そして、このステップＳ３で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2以下で、且つ、この温度が上降傾向にないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ３で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2より高かったり、または、この温度が上昇傾向にあると判定されたら、ステップＳ４に移行する。そして、このステップＳ４にて、基本燃料噴射量を補正、ここでは燃料噴射期間Ｔを増加し、ステップＳ５にて、インジェクタ１３の強制冷却を開始する。
【００４２】
即ち、ステップＳ４では、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに対して、所定の増量値Ｔ１を増加し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１としてインジェクタ１３を制御する。一方、ステップＳ５では、高圧ポンプ１８のよる燃料の吐出量を増加させることで、各インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を増加させ、インジェクタ１３を冷却開始する。この場合、インジェクタ１３の先端部の温度Ａに基づいて燃料通路における燃料循環量を設定し、燃料温度やその循環量に基づいて噴射口４５の収縮量、燃料噴射量の増量値Ｔ１を設定する。なお、インジェクタ１３の先端部の温度Ａに対する燃料通路における燃料循環量のマップ、燃料温度及び循環量に対する収縮量、燃料噴射量の増量値Ｔ１のマップを用いて設定してもよい。更に、燃料循環量を一定、または複数種類設定し、強制冷却の有無でインジェクタ１３の先端部の温度Ａに対する燃料噴射量の増量値Ｔ１のマップを用いてもよい。
【００４３】
なお、インジェクタ１３による燃料噴射量は、ニードル弁４９がシール部５２から離間して燃料通路と噴射口４５を連通する時間によって決定するものであり、ここで、燃料噴射量を増加する場合、１回の燃料噴射期間Ｔ、つまり、燃料通路と噴射口４５が連通する時間を増加するようにしている。
【００４４】
従って、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2より高いとき、または、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容上限温度ＡH1より高く、閾値上限温度ＡH2以下であっても、この温度が上昇傾向にあるときには、インジェクタ１３の強制冷却を実行することで、確実にインジェクタ１３の先端部を冷却し、噴射口４５へのデポジットの堆積を未然に防止することができる。また、インジェクタ１３の強制冷却を開始する前に、燃料噴射量を補正（増加）することで、空燃比のリーン側への変動を事前に抑制することができる。
【００４５】
続いて、ステップＳ６では、タイマをスタートさせ、ステップＳ７にて、燃料噴射量を補正（増加）してから所定時間が経過したかどうかを判定し、燃料噴射量を補正（増加）してから所定時間が経過したら、ステップＳ８にて、燃料噴射量を減量、つまり、補正した燃料噴射量Ｔ＋Ｔ１に対して、所定の減量値Ｔ２を減少し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１−Ｔ２としてインジェクタ１３を制御する。ここで、Ｔ２＜Ｔ１に設定されている。そして、ステップＳ９にて、タイマをリセットする。即ち、インジェクタ１３の強制冷却を開始した直後は、インジェクタ１３の先端部の熱収縮量が大きく、実際の燃料噴射量が大きく変動する。そのため、この変動に対応するように、インジェクタ１３の強制冷却を開始した直後は、燃料噴射量を大きく増加し、その後、この燃料噴射量の増量値を小さくすることで、適正な燃料噴射量とすることができる。
【００４６】
ここで、インジェクタ１３の強制冷却並びに燃料噴射量の補正制御による空燃比の変動について説明する。図３に示すように、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが上昇し、閾値上限温度ＡH2を超えた時間ｔ1にて、従来のように、インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を増加して強制冷却を開始すると、インジェクタ１３の噴射口４５が熱収縮して燃料噴射量が減少するため、空燃比は、一点鎖線で示すように、リーン側に大きく変動してしまう。
【００４７】
一方、本実施例では、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2を超えたとき、この時間ｔ1にて、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに増量値Ｔ１を増加し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１としてインジェクタ１３を制御する。また、インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を増加することで強制冷却を開始する。すると、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2を超えた時間ｔ1では、燃料噴射期間が増加されるために空燃比が一時的に低下（リッチ）した後、インジェクタ１３の強制冷却が開始されたために空燃比が上昇（リーン）する。
【００４８】
そして、燃料噴射量を補正してから所定時間が経過すると、時間ｔ2にて、補正した燃料噴射量Ｔ＋Ｔ１に減量値Ｔ２を減少し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１−Ｔ２としてインジェクタ１３を制御する。すると、空燃比が安定する。
【００４９】
このように実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置にあっては、インジェクタ１３内に冷却媒体としての燃料を循環することで、このインジェクタ１３の先端部を冷却可能とすると共に、燃料によりインジェクタ１３の先端部を冷却するときには、エンジン１０の運転状態に応じて設定された基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに増量値Ｔ１を加算し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１としてインジェクタ１３を制御するようにしている。
【００５０】
従って、インジェクタ１３の先端部を冷却すると、熱収縮により単位時間当たりにインジェクタ１３が噴射する実際の燃料噴射量が減少するため、それに合わせて燃料噴射量を増加するように基本燃料噴射量を補正することで、エンジン１０の運転状態に応じた適正量の燃料を噴射することができ、空燃比の大きな変動を抑制して適正な空燃比に維持することで、燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【００５１】
また、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置では、インジェクタ１３の先端部の冷却を開始するとき、その冷却開始から予め設定された所定時間に基本燃料噴射期間Ｔの増量値Ｔ１を大きく設定し、所定時間の経過後に基本燃料噴射量Ｔに対する増量値Ｔ１−Ｔ２を小さく設定するようにしている。従って、インジェクタ１３の先端部を冷却した直後に燃料噴射量を大きく増加させることで、インジェクタ１３の熱収縮による燃料噴射量の減少に対して早期に対応することができると共に、その後の燃料噴射量の増加量を減少させることで、適正な空燃比に維持することができる。
【００５２】
更に、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置では、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2を超えたとき、インジェクタ１３の先端部の冷却を開始する直前に、インジェクタ１３が増加した補正燃料噴射量を噴射するようにしている。従って、燃料噴射量を増加してからインジェクタ１３の先端部を冷却することで、インジェクタ１３の先端部を冷却したとき、噴射口４５の熱収縮による空燃比の大幅な変動を事前に抑制することができる。
【００５３】
また、本実施例では、デリバリパイプ１４にインジェクタ１３の基端部を連結し、このインジェクタ１３に、デリバリパイプ１４の燃料をバルブボディ４２の先端部に形成された噴射口４５の近傍まで循環してからデリバリパイプ１４に戻す燃料通路を設けることで冷却装置を構成し、ニードル弁４９によりこの燃料通路と噴射口４５とを遮断して燃料を噴射口４５の近傍まで常時循環可能とすると共に、この燃料通路と噴射口４５とを連通して燃料通路を流れる燃料の一部を噴射口４５から燃焼室１１に噴射可能としている。
【００５４】
従って、燃料噴射停止時には、ニードル弁４９により燃料通路と噴射口４５とが遮断され、デリバリパイプ１４の燃料が燃料通路を通って噴射口４５の近傍まで循環してからデリバリパイプ１４に戻ることとなり、循環する燃料により噴射口４５の近傍を確実に冷却することができる。一方、燃料噴射時には、ニードル弁４９により燃料通路と噴射口４５とが連通され、デリバリパイプ１４の燃料が燃料通路を通って噴射口４５の近傍まで循環し、所定圧力の燃料を所定量だけ噴射口４５から燃焼室１１に噴射することができると共に、余剰燃料がデリバリパイプ１４に戻ることとなり、循環する燃料により噴射口４５の近傍を確実に冷却することができる。その結果、燃料を噴射するための通路と噴射口４５の近傍を冷却するための通路を燃料通路として共用化することで、構造の簡素化を可能とすることができると共に、装置の小型化を可能とすることができる一方で、常時燃料通路に燃料を流動して噴射口４５の近傍を冷却することができ、インジェクタ１３の冷却性能を向上することができる。
【００５５】
また、常時燃料通路に燃料を流動して噴射口４５の近傍を冷却することで、噴射口４５の近傍に燃料が残留しても残留した燃料が蒸し焼きにされることはなく、噴射口４５の内面などへのデポジットの堆積を確実に抑制することができる。その結果、燃料噴射量のばらつきや燃焼悪化を抑制することができる。また、燃料通路内を常時燃料が循環することで、内部で発生した燃料中の気泡を排出することで、始動性の悪化を防止することができると共に、アイドル運転の安定化を図ることができる。
【実施例２】
【００５６】
図９は、本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すフローチャート、図１０は、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すタイムチャートである。なお、本実施例の内燃機関の燃料噴射制御装置における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５７】
実施例２の内燃機関の燃料噴射制御装置における燃料噴射量の補正制御において、図９に示すように、ステップＳ１１では、インジェクタ１３の先端部の温度Ａを検出する。ステップＳ１２では、このインジェクタ１３の先端部の温度Ａが予め設定された許容温度領域にあるかどうか、つまり、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容上限温度ＡH1以下で、且つ、許容下限温度ＡL1以上であるかどうかを判定する。ここで、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容温度領域にあると判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１２で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容温度領域にない、つまり、この許容上限温度ＡH1より高いか、または、許容下限温度ＡL1より低いと判定されたら、ステップＳ１３に移行し、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが予め設定された閾値上限温度ＡH2より高く、または、この温度が上昇傾向にあるかどうかを判定する。ここで、ＡH1＜ＡH2に設定されている。
【００５８】
そして、このステップＳ１３で、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2より高かったり、または、この温度が上昇傾向にあると判定されたら、ステップＳ１４に移行する。そして、このステップＳ１４にて、基本燃料噴射量を補正、ここでは燃料噴射期間Ｔを増加し、ステップＳ１５にて、インジェクタ１３の強制冷却を開始する。
【００５９】
即ち、ステップＳ１４では、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに対して、所定の増量値Ｔ１を増加し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１としてインジェクタ１３を制御する。一方、ステップＳ１５では、高圧ポンプ１８のよる燃料の吐出量を増加させることで、各インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を増加させ、インジェクタ１３を冷却開始する。従って、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2より高いとき、または、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容上限温度ＡH1より高く、閾値上限温度ＡH2以下であっても、この温度が上昇傾向にあるときには、インジェクタ１３の強制冷却を実行することで、確実にインジェクタ１３の先端部を冷却し、噴射口４５へのデポジットの堆積を未然に防止することができる。また、インジェクタ１３の強制冷却を開始する前に、燃料噴射量を補正（増加）することで、空燃比のリーン側への変動を事前に抑制することができる。
【００６０】
続いて、ステップＳ１６では、タイマをスタートさせ、ステップＳ１７にて、燃料噴射量を補正（増加）してから所定時間が経過したかどうかを判定し、燃料噴射量を補正（増加）してから所定時間が経過したら、ステップＳ１８にて、燃料噴射量を減量、つまり、補正した燃料噴射量Ｔ＋Ｔ１に対して、所定の減量値Ｔ２を減少し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１−Ｔ２としてインジェクタ１３を制御する。ここで、Ｔ２＜Ｔ１に設定されている。そして、ステップＳ１９にて、タイマをリセットする。即ち、インジェクタ１３の強制冷却を開始した直後は、インジェクタ１３の先端部の熱収縮量が大きく、実際の燃料噴射量が大きく変動する。そのため、この変動に対応するように、インジェクタ１３の強制冷却を開始した直後は、燃料噴射量を大きく増加し、その後、この燃料噴射量の増量値を小さくすることで、適正な燃料噴射量とすることができる。
【００６１】
一方、ステップＳ１３にて、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値上限温度ＡH2以下で、且つ、この温度が上降傾向にないと判定されたら、ステップＳ２０に移行し、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2より低く、または、この温度が下昇傾向にあるかどうかを判定する。ここで、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2以上であったり、この温度が下昇傾向にないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。なお、ＡL2＜ＡL1に設定されている。そして、このステップＳ２０にて、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2より低かったり、または、この温度が下昇傾向にあると判定されたら、ステップＳ２１に移行する。そして、このステップＳ２１にて、基本燃料噴射量を補正、ここでは燃料噴射期間Ｔを減少し、ステップＳ２２にて、インジェクタ１３の強制冷却を開始する。
【００６２】
即ち、ステップＳ２１では、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに対して、所定の減量値Ｔ３を減少し、補正燃料噴射期間Ｔ−Ｔ３としてインジェクタ１３を制御する。一方、ステップＳ２２では、高圧ポンプ１８のよる燃料の吐出量を減少させることで、各インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を基準値に戻し、インジェクタ１３の冷却を停止する。従って、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2より低いとき、または、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが許容下限温度ＡL1より低く、閾値下限温度ＡL2以上であっても、この温度が下昇傾向にあるときには、インジェクタ１３の強制冷却を停止することで、過度なインジェクタ１３の先端部の温度低下を防止することができる。また、インジェクタ１３の強制冷却を停止する前に、燃料噴射量を補正（増加）することで、空燃比のリッチ側への変動を事前に抑制することができる。
【００６３】
続いて、ステップＳ２３では、タイマをスタートさせ、ステップＳ１７にて、燃料噴射量を補正（減少）してから所定時間が経過したかどうかを判定し、燃料噴射量を補正（減少）してから所定時間が経過したら、ステップＳ２４にて、燃料噴射量を増量、つまり、補正した燃料噴射量Ｔ＋Ｔ３に対して、所定の減量値Ｔ４を増加し、補正燃料噴射期間Ｔ−Ｔ３＋Ｔ４としてインジェクタ１３を制御する。ここで、Ｔ４＜Ｔ３に設定されている。そして、ステップＳ２６にて、タイマをリセットする。即ち、インジェクタ１３の強制冷却を停止した直後は、インジェクタ１３の先端部の熱膨張量が大きく、実際の燃料噴射量が大きく変動する。そのため、この変動に対応するように、インジェクタ１３の強制冷却を停止した直後は、燃料噴射量を大きく減少し、その後、この燃料噴射量の減量値を小さくすることで、適正な燃料噴射量とすることができる。
【００６４】
ここで、インジェクタ１３の強制冷却の停止並びに燃料噴射量の補正制御による空燃比の変動について説明する。図１０に示すように、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが下降し、閾値下限温度ＡL2を超えた時間ｔ3にて、従来のように、インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を減少して強制冷却を停止すると、インジェクタ１３の噴射口４５が熱膨張して燃料噴射量が増加するため、空燃比は、一点鎖線で示すように、リッチ側に大きく変動してしまう。
【００６５】
一方、本実施例では、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2を超えたとき、この時間ｔ3にて、基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに減量値Ｔ３を減少し、補正燃料噴射期間Ｔ−Ｔ３としてインジェクタ１３を制御する。また、インジェクタ１３の燃料通路における燃料循環量を減少することで強制冷却を停止する。すると、インジェクタ１３の先端部の温度Ａが閾値下限温度ＡL2を超えた時間ｔ3では、燃料噴射期間が減少されるために空燃比が一時的に上昇（リーン）した後、インジェクタ１３の強制冷却が停止されたために空燃比が低下（リッチ）する。
【００６６】
そして、燃料噴射量を補正してから所定時間が経過すると、時間ｔ4にて、補正した燃料噴射量Ｔ−Ｔ３に増量値Ｔ４を増加し、補正燃料噴射期間Ｔ−Ｔ３＋Ｔ４としてインジェクタ１３を制御する。すると、空燃比が安定する。
【００６７】
このように実施例２の内燃機関の燃料噴射制御装置にあっては、インジェクタ１３内に冷却媒体としての燃料を循環することで、このインジェクタ１３の先端部を冷却可能とすると共に、燃料によりインジェクタ１３の先端部の冷却を開始するとき、または、停止するときには、エンジン１０の運転状態に応じて設定された基本燃料噴射量に対応した燃料噴射期間Ｔに増量値Ｔ１を加算し、または、減量値Ｔ３を減算し、補正燃料噴射期間Ｔ＋Ｔ１、または、補正燃料噴射期間Ｔ−Ｔ３としてインジェクタ１３を制御するようにしている。
【００６８】
従って、インジェクタ１３の先端部の冷却を開始したり、停止したりすると、熱収縮や熱膨張により単位時間当たりにインジェクタ１３が噴射する実際の燃料噴射量が変化するため、それに合わせて燃料噴射量を増加または減少するように基本燃料噴射量を補正することで、エンジン１０の運転状態に応じた適正量の燃料を噴射することができ、空燃比の大きな変動を抑制して適正な空燃比に維持することで、燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【００６９】
また、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置では、インジェクタ１３の先端部の冷却を停止するとき、その冷却開始から予め設定された所定時間に基本燃料噴射期間Ｔの減量値Ｔ３を大きく設定し、所定時間の経過後に基本燃料噴射量Ｔに対する減量値Ｔ３−Ｔ４を小さく設定するようにしている。従って、インジェクタ１３の先端部の冷却を停止した直後に燃料噴射量を大きく減少させることで、インジェクタ１３の熱膨張による燃料噴射量の増加に対して早期に対応することができると共に、その後の燃料噴射量の減少量を減少させることで、適正な空燃比に維持することができる。
【００７０】
なお、上述した各実施例にて、デリバリパイプ１４の燃料をインジェクタ１３の先端部に形成された噴射口４５の近傍まで循環してからデリバリパイプ１４に戻す燃料通路を設けることで、インジェクタ１３の冷却装置を構成したが、このインジェクタ１３の冷却装置はこのような構成に限定されるものではない。即ち、インジェクタ１３の冷却媒体として燃料を用いた場合、インジェクタ１３への燃料の供給方法及び排出方法としての燃料通路を、ニードル弁４９やコア及びアーマチュア４８等からなるニードル弁４９の移動手段に設ける必要はなく、燃料通路を別途形成してもよい。また、インジェクタ１３の冷却媒体として燃料を用いたが、エンジン冷却水を用いたり、または、燃料やエンジン冷却水以外の冷却媒体を別途用いてもよい。
【００７１】
また、上述した各実施例では、本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置を、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用したが、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式の内燃機関に適用しても良く、また、燃料を直接燃焼室に噴射するインジェクタと燃料を吸気ポートに噴射するインジェクタの両方の噴射方式を有する内燃機関に適用することもでき、いずれの内燃機関に適用しても前述と同様の作用効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、インジェクタの先端部の温度に応じて燃料噴射量を補正することで空燃比の変動を抑制するようにしたものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を表す概略構成図である。
【図２】実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すフローチャートである。
【図３】実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すタイムチャートである。
【図４】実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置に適用されたインジェクタの断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図４のVI−VI断面図である。
【図７】実施例１のインジェクタの先端部の断面図である。
【図８】図７のVIII−VIII断面図である。
【図９】本発明の実施例２に係る内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すフローチャートである。
【図１０】実施例２の内燃機関の燃料噴射制御装置による燃料噴射量制御を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  燃焼室
１２  シリンダヘッド
１３  インジェクタ
１４  デリバリパイプ
１８  高圧ポンプ
２５  リリーフ弁
２６  電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射量設定手段、燃料噴射量補正手段）
３２  燃圧センサ
４５  噴射口
４９  ニードル弁
６３  内部通路（燃料通路）
６４  外部通路（燃料通路）
６５  連通孔（燃料通路）
６６  中央通路（燃料通路）
７０  貫通路（燃料通路）
７２  燃料供給路（燃料通路）
７３  燃料排出路（燃料通路）
【図１】
2007064077.tif 000003
【図２】
2007064077.tif 000004
【図３】
2007064077.tif 000005
【図４】
2007064077.tif 000006
【図５】
2007064077.tif 000007
【図６】
2007064077.tif 000008
【図７】
2007064077.tif 000009
【図８】
2007064077.tif 000010
【図９】
2007064077.tif 000011
【図１０】
2007064077.tif 000012