JP2002357129A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ての機関運転領域において内燃機関を良好
に運転せしめる。 【解決手段】 第１の噴射口５と第２の噴射口６とを備
えた燃料噴射弁１を具備する。低負荷機関運転領域にお
いては第１の噴射口のみから燃料が噴射され、高負荷機
関運転領域においては第１の噴射口と第２の噴射口とか
ら燃料が噴射される通常燃料噴射制御が実行されるよう
に構成されている。内燃機関の内部摩擦が予め定められ
た度合よりも小さいときには通常燃料噴射制御が実行さ
れる。内燃機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも
大きいときには第１の噴射口と第２の噴射口とから燃料
が噴射される。

Description

【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
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の噴射口と第２の噴射口とを備えた
燃料噴射弁が特開平５−３２１７８９号公報に記載され
ている。当該公報に記載の燃料噴射弁では内燃機関の運
転状態が低負荷低回転状態にあるときには第１の噴射口
のみから燃料が噴射されるようになっている。低負荷低
回転状態においては燃料噴射弁から噴射すべき燃料の量
が少なく、したがって両方の噴射口から燃料を噴射する
よりも一方の噴射口から燃料を噴射したほうが燃料が霧
化されやすく、燃料の燃焼が良好となる。

【０００３】一方、上記公報に記載の燃料噴射弁では内
燃機関の運転状態が高負荷高回転状態にあるときには第
１の噴射口と第２の噴射口とから燃料が噴射されるよう
になっている。高負荷高回転状態においては燃料噴射弁
から噴射すべき燃料の量が多いが燃料噴射弁からの燃料
噴射を或る一定期間内に完了する必要がある。上記公報
に記載の燃料噴射弁のように高負荷高回転状態において
両方の噴射口から燃料を噴射すれば燃料噴射弁からの燃
料噴射を或る一定期間内に完了することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで内燃機関の運
転が開始された直後においては内燃機関内を潤滑するた
めの潤滑油が十分には機能していないので内燃機関の内
部摩擦は大きい。したがってこのように内燃機関の内部
摩擦が大きい状態において内燃機関を良好に運転せしめ
るためには機関出力が大きくなければならない。しかし
ながら内燃機関の運転が開始された直後においては低負
荷低回転状態にて内燃機関が運転せしめられるので上記
公報に記載の燃料噴射弁によれば燃料は一方の噴射口の
みからしか噴射されず、したがって噴射される燃料の量
が少なく、機関出力も小さい。このため上記公報に記載
の燃料噴射弁では内燃機関の運転が開始された直後にお
いて内燃機関を良好に運転せしめることができない。

【０００５】このことは内燃機関の運転が開始された直
後以外において内燃機関の内部摩擦が大きいときに一方
の噴射口からのみ燃料が噴射されるように構成された燃
料噴射弁には等しく生じる問題である。こうした事情に
鑑み本発明の目的は全ての機関運転領域において内燃機
関を良好に運転せしめることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の１番目の発明では、第１の噴射口と第２の噴射口とを
備えた燃料噴射弁を具備し、低負荷機関運転領域におい
ては上記第１の噴射口のみから燃料が噴射され、高負荷
機関運転領域においては上記第１の噴射口と第２の噴射
口とから燃料が噴射される通常燃料噴射制御が実行され
るように構成された内燃機関の燃料噴射装置において、
内燃機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも小さい
機関運転領域においては上記通常燃料噴射制御が実行さ
れ、内燃機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも大
きい機関運転領域においては第１の噴射口と第２の噴射
口とから燃料が噴射される。

【０００７】２番目の発明では１番目の発明において、
内燃機関の運転が開始されてから予め定められた期間内
の機関運転領域を内燃機関の内部摩擦が予め定められた
度合よりも大きい機関運転領域であると判断する。３番
目の発明では１番目の発明において、内燃機関内を潤滑
するための潤滑油の温度が予め定められた温度よりも低
い機関運転領域を内燃機関の内部摩擦が予め定められた
度合よりも大きい機関運転領域であると判断する。

【０００８】４番目の発明では１番目の発明において、
機関回転数が予め定められた値よりも小さい機関運転領
域を内燃機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも大
きい機関運転領域であると判断する。５番目の発明では
１番目の発明において、上記第１の噴射口の口径が第２
の噴射口の口径よりも小さい。

【０００９】６番目の発明では１番目の発明において、
上記第１の噴射口の数が第２の噴射口の数よりも多い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例を参照して
本発明を説明する。図１に本発明を採用した燃料噴射弁
の実施例を示した。本実施例の燃料噴射弁は内燃機関の
燃焼室に燃料を直接噴射するためのものである。しかし
ながら場合によっては燃焼室に接続された機関吸気通路
内に燃料を噴射するために本実施例の燃料噴射弁を利用
することもできる。図１において、１は燃料噴射弁、２
は燃料噴射弁１のハウジング、３はハウジング２内に往
復動可能に収容された弁体である。ハウジング２の先端
部４には第１の噴射口５と、第２の噴射口６とが形成さ
れている。

【００１１】第１の噴射口５は第２の噴射口６よりもハ
ウジング２の先端部４側に形成される。また図４に示し
たようにこれら噴射口５，６は燃料噴射弁１の長手軸線
周りに等角度間隔を開けて形成されている。さらに第１
の噴射口５の口径は第２の噴射口６の口径よりも小さ
い。また第１の噴射口５の数は１２個であり、第２の噴
射口６の数は８つであり、したがって第１の噴射口の数
は第２の噴射口の数よりも多い。また弁体３内には燃料
をハウジング２の先端部に供給するための燃料供給通路
７が形成されている。

【００１２】次に本実施例の燃料噴射弁の作用について
説明する。弁体３が図１に示した状態にあるとき、すな
わち弁体３の先端部がハウジング２の先端部４の内壁面
に着座しているときには第１の噴射口５も第２の噴射口
６も弁体３により閉弁されているのでいずれの噴射口
５，６からも燃料は噴射されない。このときのハウジン
グ２に対する弁体３のリフト量は零である。

【００１３】弁体３が図２に示した状態にまでリフトさ
れたときには第１の噴射口５は開弁されており、第２の
噴射口６は弁体３により閉弁されている。このときには
矢印で示したように燃料供給通路７を介して燃料が流
れ、第１の噴射口５のみから燃料が噴射される。このと
きのハウジング２に対する弁体３のリフト量は第１のリ
フト量である。

【００１４】弁体３が図３に示した状態にまでリフトさ
れたときには第１の噴射口５と第２の噴射口６とが開弁
されている。このときには矢印で示したように燃料供給
通路７を介して燃料が流れ、両噴射口５，６から燃料が
噴射される。このときのハウジング２に対する弁体３の
リフト量は上記第１のリフト量よりも大きい第２のリフ
ト量である。

【００１５】このように本実施例の燃料噴射弁１ではハ
ウジング２に対する弁体３のリフト量を制御することに
より燃料噴射弁１からの燃料の噴射形態を変更すること
ができる。次に第１の実施例の燃料噴射弁の弁体のリフ
ト量の制御について説明する。本発明の第１の実施例で
は内燃機関の運転が開始されてから予め定められた期間
が経過するまでは後述する機関始動時制御に従って弁体
のリフト量が制御され、一方、内燃機関の運転が開始さ
れてから予め定められた期間が経過した後は後述する通
常制御に従って弁体のリフト量が制御される。なお本実
施例において上記予め定められた期間は内燃機関の運転
が開始されてから内燃機関内を潤滑するための潤滑油の
温度が所定の温度以上となるまでの期間であるが内燃機
関の運転が開始されてから機関回転数が所定回転数以上
となるまでの期間であったり、単に一定の時間であって
もよい。

【００１６】まず初めに本実施例の通常制御について説
明する。通常制御においては図５に示したように機関回
転数Ｎと機関負荷Ｌとで定まる内燃機関の運転領域を境
界線Ｘにより第１の運転領域Ｉと第２の運転領域IIとに
分割し、第１の機関運転においては弁体３のリフト量を
第１のリフト量として第１の噴射口５のみから燃料が噴
射されるようにし、一方、第２の運転領域IIにおいては
弁体３のリフト量を上記第１のリフト量よりも大きい第
２のリフト量として両方の噴射口５，６から燃料が噴射
されるようにする。

【００１７】第１の運転領域Ｉにおいては機関回転数Ｎ
が小さく、或いは機関負荷Ｌが小さいので燃料噴射弁１
から噴射すべき燃料の量は少ない。したがって両方の噴
射口５，６から燃料を噴射するよりも一方の噴射口５の
みから燃料を噴射するほうが噴射された燃料が良好に霧
化される。このことは燃焼室内において燃料を完全燃焼
させるという観点から好ましい。

【００１８】また本実施例では第１の噴射口５の口径は
第２の噴射口６の口径よりも小さくなっている。噴射す
べき燃料の量が少ないときには口径の大きい噴射口から
燃料を噴射するよりも口径の小さい噴射口から燃料を噴
射したほうが燃料は霧化されやすい。したがって第１の
運転領域Ｉにおいて第１の噴射口５からのみ燃料を噴射
するようにすればこれによっても噴射された燃料が良好
に霧化される。さらに第１の噴射口５の数は第２の噴射
口６の数よりも多い。このように本実施例によれば多数
の噴射口から燃料を噴射することによっても燃料の霧化
が促進される。斯くして燃料の霧化が促進されることに
より燃料が燃焼室内にて蒸発する前に燃焼し始めるので
燃料の蒸発による燃焼室内の混合気の温度低下が抑制さ
れる。したがって燃焼室内の混合気の温度が高く維持さ
れるので燃料は完全燃焼しやすく、未燃の燃料、すなわ
ち白煙が発生することが防止される。

【００１９】一方、第２の運転領域IIにおいては機関回
転数Ｎが大きく、或いは機関負荷Ｌが大きいので燃料噴
射弁１から噴射すべき燃料の量は多い。したがって一方
の噴射口５のみから燃料を噴射すると噴射すべき量の燃
料を噴射し終わるまでに長い時間がかかってしまい、燃
焼室内にて一部の燃料の燃焼が不完全となる可能性があ
る。ところが本実施例のように噴射すべき燃料の量が多
いときに両方の噴射口５，６から燃料を噴射するように
すれば比較的短い期間に要求量の燃料を噴射し終わるの
で噴射された燃料は全て完全燃焼する。

【００２０】次に第１の実施例の機関始動時制御につい
て説明する。機関始動時制御では機関回転数Ｎや機関負
荷Ｌに関係なく弁体３のリフト量を第２のリフト量と
し、両方の噴射口５，６から燃料が噴射されるようにす
る。内燃機関の運転が開始された直後においては内燃機
関の温度が低く、したがって内燃機関内を潤滑するため
の潤滑油の温度も低い。このため内燃機関の内部摩擦、
例えば燃焼室の内壁面と燃焼室内で往復動するピストン
外壁面との間の摩擦は大きい。このため同じ機関回転数
を維持するために必要な機関出力は機関始動直後におい
てはその他の機関運転領域に比べて大きい。すなわち機
関回転数Ｎや機関負荷Ｌが小さいとしても噴射すべき燃
料の量は第１の運転領域において要求される量よりも多
い。内燃機関においては或る一定以上の機関回転数が確
保されないと内燃機関の運転が不安定となり、機関回転
数が大きく変動し、内燃機関の振動が発生することとな
る。

【００２１】そこで本実施例のように機関始動後から予
め定められた期間において両方の噴射口５，６から燃料
が噴射されるように弁体３のリフト量を制御することに
より比較的多量の燃料を短い期間で噴射することがで
き、したがって機関出力も高く、或る一定以上の機関回
転数が確保されるので内燃機関の運転が安定する。また
これによれば内燃機関の温度が早期に上昇するので潤滑
油の温度も上昇し、したがって内燃機関の内部摩擦が早
期に低くなる。

【００２２】すなわち第１の実施例では内燃機関の内部
摩擦が或る一定の度合よりも大きいときには両方の噴射
口から燃料を噴射し、内燃機関の内部摩擦が或る一定の
度合よりも小さいときには機関運転状態に応じて一方の
噴射口、或いは両方の噴射口から燃料を噴射するように
している。斯くして本実施例によれば全ての機関運転領
域において内燃機関が良好に運転せしめられる。

【００２３】次に第２の実施例の弁体のリフト量制御に
ついて説明する。内燃機関内を潤滑するための潤滑油の
温度が低いと内燃機関の内部摩擦は大きく、機関回転数
を或る一定の回転数以上に維持するために要求される燃
料噴射量も大きい。そこで第２の実施例では潤滑油の温
度（以下、油温と称す）が予め定められた温度よりも低
いときには機関回転数Ｎや機関負荷Ｌに関係なく両方の
噴射口５，６から燃料が噴射されるように弁体３のリフ
ト量を第２のリフト量とする。一方、油温が予め定めら
れた温度よりも高いときには機関回転数Ｎおよび機関負
荷Ｌに応じて第１の実施例の通常制御と同様な制御を実
行する。第２実施例によれば第１実施例とは異なり、内
燃機関の運転が開始されてから予め定められた期間内だ
けでなく、その後においても内燃機関の内部摩擦の大き
さに応じて使用される噴射口の数が変更されるので全て
の機関運転領域において内燃機関がより良好に運転せし
められる。

【００２４】次に第３の実施例の弁体のリフト量制御に
ついて説明する。機関回転数Ｎが小さいと内燃機関内を
潤滑するための潤滑油の流量が少なく、内燃機関の内部
摩擦も大きく、機関回転数を所定の回転数に維持するた
めに要求される燃料噴射量も大きい。そこで第３の実施
例では機関運転領域を図６に示したように３つの領域
Ｉ，II，IIIに分割し、機関回転数Ｎが小さい運転領域
においても機関回転数が所定の回転数に維持されるよう
にする。なお図６において境界線Ｘ₁ は図５の境界線Ｘ
と同一線上にあり、境界線Ｘ₂ は境界線Ｘ₁ よりも低負
荷低回転側にある。

【００２５】本実施例では第１の運転領域Ｉにおいては
第１の噴射口５のみから燃料が噴射されるように弁体３
のリフト量を第１のリフト量とし、第２の運転領域IIに
おいては両方の噴射口５，６から燃料が噴射されるよう
に弁体３のリフト量を第２のリフト量とし、第３の運転
領域IIIにおいては両方の噴射口５，６から燃料が噴射
されるように弁体３のリフト量を第２のリフト量とす
る。

【００２６】すなわち第３の実施例では原則的には第１
の実施例における通常制御により弁体３のリフト量を制
御するが、機関回転数Ｎが第１の運転領域Ｉと第３の運
転領域IIIとを分割する境界線Ｘ₂ 上の機関回転数より
も低い回転数以下であるときには両方の噴射口５，６か
ら燃料が噴射されるように弁体３のリフト量を第２のリ
フト量とする。第３実施例によれば第１実施例とは異な
り、内燃機関の運転が開始されてから予め定められた期
間内だけでなく、その後においても内燃機関の内部摩擦
の大きさに応じて使用される噴射口の数が変更されるの
で全ての機関運転領域において内燃機関がより良好に運
転せしめられる。

【００２７】なお第１の実施例の機関始動時制御、第２
の実施例において油温が予め定められた温度よりも低い
ときに実行される制御、そして第３の実施例において第
３の運転領域IIIにおいて実行される制御において、一
機関行程内のうちにいったん弁体３のリフト量を第１の
リフト量として第１の噴射口５からのみ燃料を噴射し、
その後に弁体３のリフト量を第２のリフト量として第１
の噴射口５と第２の噴射口６とから燃料を噴射し、全体
として要求されている量の燃料を噴射するようにしても
よい。これによれば要求される量の燃料が二回に分けて
噴射されるので全体として噴射された燃料の霧化が促進
され、燃料の燃焼性が向上する。またこれによれば第１
の噴射口５と第２の噴射口６とから燃料を噴射する前に
第１の噴射口５から噴射された燃料が燃焼し始めている
ので第１の噴射口５と第２の噴射口６とから燃料が噴射
されたときにこの燃料が完全燃焼しやすい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば内燃機関の内部摩擦が予
め定められた度合よりも大きい機関運転領域においては
第１の噴射口と第２の噴射口とから燃料が噴射される。
ここで内燃機関の内部摩擦が大きいときには所定の機関
回転数を確保するために必要な燃料の量は内燃機関の内
部摩擦が小さいときに必要な燃料の量よりも多い。本発
明によれば内燃機関の内部摩擦が大きいときに第１の噴
射口と第２の噴射口とから燃料を噴射するようにしてい
るので比較的多量の燃料が短期間のうちに噴射されるの
で機関出力が高く、したがって内燃機関を良好に運転さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射弁の先端部を示す図である。

【図２】第１の噴射口が開弁されたときの燃料噴射弁の
先端部を示す図である。

【図３】第１の噴射口と第２の噴射口とが開弁されたと
きの燃料噴射弁の先端部を示す図である。

【図４】図１の線IV−IVに沿って見た燃料噴射弁の先端
部の平面図である。

【図５】機関回転数と機関負荷との関係に基づいた機関
運転領域を示す図である。

【図６】機関回転数と機関負荷との関係に基づいた機関
運転領域を示す図である。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁 ２…ハウジング ３…弁体 ５…第１の噴射口 ６…第２の噴射口

フロントページの続き (72)発明者 森 泰一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 長江 正浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 長谷川 亮 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 板橋 秀 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柳原 弘道 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 鯉江 正直 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 3G060 CA01 CB02 CC01 GA00 GA03 3G066 AA07 AB02 CC26 CC28

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の噴射口と第２の噴射口とを備えた
   燃料噴射弁を具備し、低負荷機関運転領域においては上
   記第１の噴射口のみから燃料が噴射され、高負荷機関運
   転領域においては上記第１の噴射口と第２の噴射口とか
   ら燃料が噴射される通常燃料噴射制御が実行されるよう
   に構成された内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機
   関の内部摩擦が予め定められた度合よりも小さい機関運
   転領域においては上記通常燃料噴射制御が実行され、内
   燃機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも大きい機
   関運転領域においては第１の噴射口と第２の噴射口とか
   ら燃料が噴射されることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の運転が開始されてから予め定
   められた期間内の機関運転領域を内燃機関の内部摩擦が
   予め定められた度合よりも大きい機関運転領域であると
   判断するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 内燃機関内を潤滑するための潤滑油の温
   度が予め定められた温度よりも低い機関運転領域を内燃
   機関の内部摩擦が予め定められた度合よりも大きい機関
   運転領域であると判断するようにしたことを特徴とする
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 機関回転数が予め定められた値よりも小
   さい機関運転領域を内燃機関の内部摩擦が予め定められ
   た度合よりも大きい機関運転領域であると判断するよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装
   置。
5. 【請求項５】 上記第１の噴射口の口径が第２の噴射口
   の口径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の
   燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 上記第１の噴射口の数が第２の噴射口の
   数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴
   射装置。