JP2006070847A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】直噴噴射弁先端部の過熱を抑制し、かつ過冷却を抑制すること。
【解決手段】この内燃機関はいわゆる直噴の内燃機関である。直噴噴射弁２０は、内燃機関の燃焼室１ｂ内へ燃料を噴射する燃料噴射孔２６を備える。また、燃料噴射孔２６が設けられている直噴噴射弁２０の先端部２０ｔは、カバー部材３０で覆われている。また、カバー部材３０は、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍが通過する燃料通過孔３１を有する。そして、内燃機関の運転条件に応じて直噴噴射弁２０に供給する燃料の燃圧を変化させることによって、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍの噴射角度を変化させる。これによって、燃料噴霧Ｆｍが燃料通過孔３１を通過する際に、燃料噴霧Ｆｍの一部をカバー部材３０と干渉させる。
【選択図】 図２−１

Description

本発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、燃焼室内へ直接燃料を噴射するいわゆる直噴の内燃機関に関するものである。

燃焼室内に直接燃料を噴射して点火する、いわゆる直噴の内燃機関は、圧縮行程中に直接燃料を噴射して、点火プラグ付近に燃料噴霧を留めて着火しやすい混合気を形成し、その周りの空気層と分離、すなわち成層化する。この状態で点火プラグ付近の混合気に点火して燃焼させる、いわゆる成層燃焼運転をすることで、超希薄燃焼運転を実現できる。これにより、内燃機関の燃費を向上させるとともに、ＣＯ_２の排出量を低減させることができる。

また、直噴の内燃機関は、吸入行程中に燃焼室内へ直接燃料を噴射して気筒内へ燃料を拡散させ、均質の混合気を形成して燃焼させる、いわゆる均質燃焼運転することもできる。均質燃焼運転では、吸入行程中に燃焼室内へ直接噴射した燃料の気化熱によって吸入空気を冷却できるので、充填効率を高めることができる。これにより、直噴の内燃機関の均質燃焼領域における運転では高出力を得ることもできる。このような利点から、近年、直噴の火花点火式内燃機関が注目されており、実用化されている。

直噴の内燃機関は、燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備えており、この燃料噴射弁の燃料噴射孔は燃焼室内へ開口している。内燃機関の運転中においては、燃料噴射弁の燃料噴射孔付近が高温の燃焼ガスにさらされるので、燃料噴射孔の近傍にはカーボンが堆積する。その結果、燃料噴射弁から噴射される燃料の流量低下、燃料噴霧形状の悪化という問題が発生することがある。この問題を解決するため、例えば、特許文献１には、インジェクタの先端部に当接する冷却部材を設け、噴射した燃料をこの冷却部材に当てて、気化潛熱によりインジェクタ先端部の冷却を促進する技術が開示されている。

特開平８−２４６９８１号公報

しかし、特許文献１に開示された技術は、常に燃料が冷却部材に当たるため、冷却を回避したい運転条件の場合であっても冷却が促進される結果、インジェクタ先端部が過冷却されて燃料の霧化が悪化する。その結果、燃料消費の増加やエミッションの悪化を引き起こすおそれがあった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直噴噴射弁先端部の過熱を抑制し、かつ過冷却を抑制できる内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内へ直接燃料が噴射される内燃機関であって、前記燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射孔が、前記燃焼室側に位置する端部に設けられる直噴噴射弁と、前記燃料噴射孔が設けられている前記直噴噴射弁の端部を覆うとともに、前記燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が通過する燃料通過孔を有するカバー部材と、前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が前記燃料通過孔を通過する際に、前記燃料噴霧の一部を前記カバー部材と干渉させることのできる燃料干渉手段と、を備えることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料干渉手段は、前記燃料噴射孔が開口している前記直噴噴射弁の端部の温度を表すパラメータに基づいて、前記燃料噴霧の一部を前記カバー部材と干渉させるか否かを決定することを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料干渉手段は、前記カバー部材が有する燃料通過孔と、前記直噴噴射弁が有する前記燃料噴射孔との相対的な位置を変更するものであることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃料干渉手段は、前記直噴噴射弁へ供給する燃料の圧力を変更するものであることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記カバー部材はコップ形状の胴部を有し、かつコップの底に相当する部分に前記燃料通過孔が形成され、さらに前記燃料噴射孔が開口している前記直噴噴射弁の端部は、前記胴部内に格納されることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記直噴噴射弁と前記カバー部材との間には、前記直噴噴射弁の中心軸に対して直交する方向に押圧力を受ける密封部材が介在することを特徴とする。

以上説明したように、この発明に係る内燃機関では、直噴噴射弁先端部の過熱を抑制し、かつ過冷却を抑制できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明は、乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。また、本発明は、燃焼室内へ直接燃料を噴射する直噴噴射弁を備える内燃機関であれば、その形式を問わず適用できる。また、次の説明では、レシプロ式内燃機関の１気筒を取り出して説明するが、本発明は気筒数を問わず適用できる。

この実施例に係る内燃機関は、いわゆる直噴の内燃機関である。そして、直噴噴射弁の燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧の通過孔が開口するカバー部材と、前記燃料噴霧が前記燃料通過孔を通過する際に、前記燃料噴霧の一部を前記カバー部材と干渉させ、燃料噴霧の気化潜熱により直噴噴射弁の先端部を冷却することのできる燃料干渉手段とを備える点に特徴がある。まず、この実施例に係る内燃機関の全体構成について簡単に説明する。図１は、この実施例に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。

この内燃機関１は、火花点火式のレシプロ式内燃機関であり、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ直接燃料Ｆを噴射する直噴噴射弁２０を備える。直噴噴射弁２０は、燃料カバー部材３０を介してシリンダヘッド１ｈへ取り付けられる。内燃機関１の気筒１ｓ内にはピストン５が配置されており、燃焼室１ｂ内へ形成された混合気の燃焼により往復運動する。直噴噴射弁２０には、燃料分配手段であるデリバリパイプ２から燃料が供給されて、燃焼室１ｂ内へ直接燃料Ｆを噴射する。

直噴噴射弁２０によって燃焼室１ｂ内へ直接噴射された燃料Ｆは、吸気通路である吸気ポート４ｉを通って燃焼室１ｂ内へ導入される空気Ａと混合気を形成する。ここで、内燃機関１の燃焼室１ｂへ導入される空気Ａの流量は、吸気通路に設けられるスロットル弁３ｖの開度を調整することで制御される。スロットル弁３ｖの開度はアクセル３ｐと連動しており、運転者の意思がスロットル弁３ｖの開度に反映される。

燃焼室１ｂ内には、内燃機関１の負荷ＫＬや機関回転数ＮＥに応じた噴射量及びタイミングで、直噴噴射弁２０から燃料Ｆが噴射される。燃料Ｆは、直噴噴射弁２０から燃焼室１ｂ内へ噴射されて燃料噴霧Ｆｍとなり、吸気ポート４ｉから吸気弁８ｉを通って燃焼室１ｂ内に導入される空気Ａと混合気を形成する。この混合気は点火プラグ７で着火されて燃焼し、混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。

ピストン５の往復運動はコネクティングロッド６ｃを介してクランク軸６に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなり、排気弁８ｅを通って排気通路である排気ポート４ｅへ排出される。排ガスＥｘは、排気通路に設けられる触媒９により浄化されて、大気中へ放出される。

次に、この実施例に係る内燃機関１の燃料供給系について説明する。内燃機関１へ供給される燃料Ｆは、燃料タンク１０に貯留されている。燃料Ｆは、まずフィードポンプ１１により所定の圧力Ｐ_Ｆで、低圧燃料供給通路１２を通して高圧ポンプ１３へ送られる。高圧ポンプ１３へ送られた燃料Ｆは、ここでＰ_Ｈに昇圧され、高圧燃料供給通路１４を通ってデリバリパイプ２へ送られる。デリバリパイプ２へ送られた燃料Ｆは、直噴噴射弁２０へ送られて、所定のタイミングで燃焼室１ｂ内へ噴射される。なお、Ｐ_Ｈ＞Ｐ_Ｆである。

デリバリパイプ２内の余剰の燃料Ｆは、燃料リターン通路１５を通って燃料タンク１０内へ戻る。デリバリパイプ２の出口以降には、調圧弁１６が設けられており、デリバリパイプ２内の圧力が規定値Ｐ_Ｌを超えないようにする。この実施例において、調圧弁１６は、燃料リターン通路１５に設けられている。この実施例の燃料供給系に備えられる高圧ポンプ１３は、燃料Ｆの吐出デューティを変化させることができる。これにより、規定値Ｐ_Ｌまでの範囲で、直噴噴射弁２０へ供給する燃料の圧力（以下燃圧）を調整することができる。燃圧はデリバリパイプ２に取り付けられる燃圧センサ４５により測定されて、高圧ポンプ１３は、燃料Ｆの吐出デューティが制御される。

内燃機関１の運転を制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は、内燃機関１に取り付けられるクランク角センサ４１、アクセル開度センサ４２、エアフローセンサ４３、冷却水温センサ４４、燃圧センサ４５その他の各種センサ類からの出力を取得して、内燃機関１の運転を制御する。エンジンＥＣＵ５０は、制御部５１、記憶部５２、入力ポート５３、出力ポート５４を含んで構成される。

制御部５１は、内燃機関１の運転の制御を司る機能を持ち、入力ポート５３に接続された前記各種センサ類から取得する情報に基づいて、内燃機関１の運転を制御する。記憶部５２には、内燃機関１の運転制御に用いるデータマップや制御プログラムが格納されており、制御部５１は適宜これらを呼び出して内燃機関１の運転を制御する。入力ポート５３には、前記センサ類が接続され、出力ポート５４には、制御対象である直噴噴射弁２０や高圧ポンプ１３等が接続される。

次に、この実施例に係る内燃機関１が備える直噴噴射弁２０及びカバー部材３０について説明する。図２−１は、この実施例に係る内燃機関が備える直噴噴射弁及びカバー部材の取り付け構造を示す説明図である。図２−２は、図２−１のＸ−Ｘ矢視図である。図３−１、図３−２は、この実施例に係る内燃機関１が備えるカバー部材の斜視図である。図４−１、図４−２は、この実施例に係る内燃機関１が備える直噴噴射弁を示す説明図である。次の説明では、適宜図１を参照されたい。

図２−１に示すように、直噴噴射弁２０及びカバー部材３０は、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに設けられた噴射弁等取付孔６０に挿入される。噴射弁等取付孔６０は、燃焼室１ｂ側の内径よりも、直噴噴射弁２０及びカバー部材３０を挿入する挿入側の内径の方が大きくなっている。これにより、噴射弁等取付孔６０には段部６１が形成される。

ここで、この実施例に係るカバー部材３０及び直噴噴射弁２０について説明する。図３−１、図３−２に示すように、カバー部材３０は、端面３０ｔｐに燃料通過孔３１が形成された底付筒状、すなわちコップ形状の胴部３０ｓと、燃料通過孔３１と反対側の端部に設けられた鍔部３０ｕとで構成される。このように、カバー部材３０の胴部３０ｓをコップ状の形状とすることによって、シリンダヘッド１ｈに形成された既存の噴射弁等取付孔６０を利用してカバー部材３０を固定できる。これによって、全体の構成を簡略化できる。

鍔部３０ｕには開口部３０Ｈが設けられており、図２−１に示すように、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔが、この開口部３０Ｈからカバー部材３０の胴部３０ｓ内へ格納される。ここで、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔは、燃料噴射孔２６が開口している直噴噴射弁２０の端部である。なお、図２−１に示すように、この実施例において燃料通過孔３１は燃焼室１ｂに向かって断面積が大きくなるようにしてあるが、断面積は一定でもよい。

次に、この実施例に係る直噴噴射弁２０について説明する。図４−１に示すように、直噴噴射弁２０は、弁体２１に穿設した弁孔２３の弁孔入口２３ｉから弁針２５を挿入し、弁針２５が弁体２１の中心軸Ｚ方向に往復できるように構成してある。なお、弁体２１の中心軸Ｚ方向は、直噴噴射弁２０の中心軸方向である。弁針２５の外径ｄ_１は、弁孔２３の内径ｄ_２よりも小さくなっており、これによって弁針２５と弁孔内壁２３ｗｉとの間には燃料Ｆが流れる環状の燃料通路２２が形成される。弁孔２３の先端部２３ｔ（弁孔入口２３ｉの反対側）には、弁針２５の先端部２５ｔが当接する円錐状の弁座部２７とサック部２９とが形成してある。また、弁孔２３の先端部２３ｔには、前記サック部２９から弁体２１の先端部２１ｔの先端面２１ｔｐに開口するスリット状の燃料噴射孔２６が形成されている。

直噴噴射弁２０に供給された燃料Ｆは、燃料通路２２に満たされる。燃料Ｆを噴射しない場合には、弁針２５の先端部２５ｔと弁座部２７とが当接して、サック部２９に対する燃料Ｆの供給を停止する。燃料Ｆを噴射する場合には、エンジンＥＣＵ５０からの指令を受けて、弁針２５が弁孔入口２３ｉ方向に移動する。これにより、弁針２５の先端部２５ｔと弁座部２７との当接が解除される。すると、燃料通路２２に満たされた燃料Ｆがサック部２９に流れ込み、燃料噴射孔２６から燃料Ｆが噴射され、燃料噴霧Ｆｍを形成する。燃料噴霧Ｆｍは、図４−１に示すように、カバー部材３０の端面３０ｔｐに設けられた燃料通過孔３１を通過する。

次に、この実施例に係る直噴噴射弁２０及びカバー部材３０の取り付け構造について説明する。図２−１に示すように、カバー部材３０が噴射弁等取付孔６０へ挿入されると、噴射弁等取付孔６０の段部６１とカバー部材の鍔部３０ｕとが係合して、カバー部材３０が噴射弁等取付孔６０に取り付けられる。このとき、前記鍔部３０うと段部６１との間には、燃焼室１ｂの密封を保持するため、環状の密封部材７１が設けられる。

直噴噴射弁２０は、すでに噴射弁等取付孔６０に取り付けられているカバー部材３０内へ、燃料噴射孔２６が燃焼室１ｂへ向くように挿入される。このとき、直噴噴射弁２０の第１鍔部２０ｕ_１は、噴射弁等取付孔６０の挿入側開口部から張り出して、シリンダヘッド１ｈと係合する。また、直噴噴射弁２０の第２鍔部２０ｕ_２は、カバー部材の鍔部３０ｕと係合する。直噴噴射弁２０の第１鍔部２０ｕ_１とシリンダヘッド１ｈとの間、及び直噴噴射弁２０の第２鍔部２０ｕ_２とカバー部材の鍔部３０ｕとの間には、それぞれ環状の密封部材７２、７３が設けられる。これにより、燃焼室１ｂの密封が保持される。

直噴噴射弁２０の弁体２１と、カバー部材３０との間には、環状の密封部材７０が介在する。環状の密封部材７０は、直噴噴射弁２０の中心軸Ｚに対して直交する方向に押圧力を受けて、燃焼室１ｂの密封を保持する。また、直噴噴射弁２０の弁体２１と、カバー部材３０とは、この密封部材７０を介して接触するので、燃焼室１ｂ内の高温の燃焼ガスにさらされるカバー部材３０から直噴噴射弁２０へ伝わる熱を効果的に抑制できる。さらに、環状の密封部材７０を設ければ、この部分よりも燃焼室１ｂの反対側へ向かう燃焼ガスを封止することができるので、直噴噴射弁２０全体の昇温を抑制できる。これらの効果をより発揮させるため、密封部材７０には、できるだけ熱伝導率の低い材料を使用することが好ましい。例えば、樹脂材料やセラミックス材料、あるいは、これらの多孔質材料が好ましい。

また、弁体２１と、カバー部材３０との間の密封部材７０は使用せず、燃焼室１ｂの密封は、直噴噴射弁２０の第２鍔部２０ｕ_２とカバー部材の鍔部３０ｕとの間に介在する密封部材７２で確保するようにしてもよい。これにより、弁体２１と、カバー部材３０との間に存在する空気層により、カバー部材３０から直噴噴射弁２０へ伝わる熱をより効果的に抑制できる。

この実施例において、直噴噴射弁２０の燃料噴射孔２６から噴射された燃料Ｆ、すなわち燃料噴霧Ｆｍは、図２−１に示すように、カバー部材３０の燃料通過孔３１を通って燃焼室１ｂ内へ導入される。ここで、燃料噴霧Ｆｍとは、直噴噴射弁２０の燃料噴射孔２６から噴射された燃料Ｆを意味する。この実施例においては、直噴噴射弁２０への燃圧を調整することによって、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍの広がり角度を変化させることができる。すなわち、燃圧調整手段が、燃料干渉手段となる。これによって、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍを、カバー部材３０に対して選択的に干渉させることができる。すなわち、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍを、カバー部材３０に干渉させたり、干渉させないで燃料通過孔３１を通過させたりすることができる。

かかる構成において、燃料噴霧Ｆｍをカバー部材３０に干渉させると、燃料噴霧Ｆｍの一部が、燃料噴射孔２６が開口している直噴噴射弁２０の端部、すなわち直噴噴射弁２０の先端部２０ｔとカバー部材３０との間の空間Ａに滞留する。そして、前記空間に滞留した燃料噴霧Ｆｍが気化するときの気化潜熱により、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔが冷却される。これによって、燃料噴射孔２６の外部、内部及びサック部２９等の過熱を効果的に抑制して、これらの箇所に堆積するデポジットを低減できる。同時に、直噴噴射弁２０の耐久性低下も抑制できる。

また、この実施例では、カバー部材３０によって直噴噴射弁２０の先端部２０ｔがカバー部材３０で覆われて、先端部２０ｔとカバー部材３０との間の空間Ａには空気層が形成される。これにより、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔは、高温の燃焼ガスに直接さらされることはないので、それだけ直噴噴射弁２０の先端部２０ｔの温度上昇を抑制し、デポジットの堆積をさらに効果的に抑制できる。また、上述したように、この実施例では、弁体２１と、カバー部材３０とは、密封部材７０を介して接触するので、高温の燃焼ガスにさらされるカバー部材３０から直噴噴射弁２０へ伝わる熱を効果的に抑制できる。その結果、デポジットの堆積をさらに効果的に抑制できる。

次に、燃料干渉手段の他の例について説明する。次の燃料干渉手段は、カバー部材の燃料通過孔と、直噴噴射弁の燃料噴射孔との相対的な位置を変化させる機構である。図５−１〜図５−４は、燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。図５−２は、図５−１を、図面左側から見た状態を示している。この例では、カバー部材３０を直噴噴射弁２０の中心軸Ｚの周りに回転させ、カバー部材３０の端面３０ｔｐに形成される燃料通過孔３１と、直噴噴射弁２０の燃料噴射孔２６との相対的な位置を変化させる。これによって、内燃機関１の運転条件に応じて燃料噴霧Ｆｍの一部をカバー部材３０に対して干渉させて、燃料通過孔３１を通過させることができる。

図５−１に示すように、カバー部材３０の鍔部３０ｕは、ベアリング８０を介して、噴射弁等取付孔６０の段部６１と直噴噴射弁２０の第２鍔部２０ｕ_２とに狭まれ、保持される。これにより、カバー部材３０は、直噴噴射弁２０の中心軸Ｚの周りに回転できるように構成される。また、カバー部材３０の鍔部３０ｕは、コントロールロッド８１を介して、モータやソレノイド等のアクチュエータ８５が連結されている。そして、エンジンＥＣＵ５０からの指令によりアクチュエータ８５が動作すると、カバー部材３０が直噴噴射弁２０の中心軸Ｚの周りに回転する。

図５−３に示すように、直噴噴射弁２０の中心軸Ｚを支点とした場合、コントロールロッド８１の作用点の反対側におけるカバー部材３０の鍔部３０ｕには、ばねに代表される弾性部材８２が取り付けられている。この弾性部材８２は、鍔部３０ｕとシリンダヘッド１ｈとの間に配置されて、鍔部３０ｕに対して押圧力を与える。これにより、アクチュエータ８５が作動しない場合、図５−３に示すように、燃料噴霧Ｆｍはカバー部材３０に干渉しないで燃料通過孔３１を通過するように維持される。

図５−４に示すように、燃料噴霧Ｆｍとカバー部材３０とを干渉させる場合、エンジンＥＣＵ５０からの指令によりアクチュエータ８５を作動させる。すると、コントロールロッド８１は鍔部３０ｕを押し、弾性部材８２は縮む。これにより、燃料噴霧Ｆｍと交差する方向に燃料通過孔３１が動くことにより、燃料通過孔３１と、燃料噴射孔２６との相対的な位置が変化して、燃料噴霧Ｆｍとカバー部材３０とが干渉する。なお、アクチュエータ８５には、モータやソレノイドの他、油圧を利用した油圧シリンダ等を用いてもよい（以下同様）。

図６−１、図６−２は、燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。図６−１に示すように、上記弾性部材８２の代わりに２本のコントロールロッド８１ａ、８１ｂ、及び２個のアクチュエータ８５ａ、８５ｂを用いて、カバー部材３０を直噴噴射弁２０の中心軸Ｚの周りに回転させて、燃料干渉手段を構成してもよい。また、図６−２に示すように、カバー部材３０ａの端面３０ｔｐと直噴噴射弁２０の先端部２０ｔとの距離を変化させて、燃料干渉手段を構成してもよい。この構成について説明する。

図６−２に示すように、カバー部材３０ａは、第１胴部３０ｓ_１と第２胴部３０ｓ_２との２分割で構成される。第２胴部３０ｓ_２は、開口側の端部が、第１胴部３０ｓ_１の周方向に向かって形成されている空間３３内に挿入されており、直噴噴射弁２０の中心軸Ｚ方向に対して往復運動可能に構成される。また、第２胴部３０ｓ_２は、前記空間３３内に配置される弾性部材８７によって、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔ側へ引き付ける力が与えられている。さらに、カバー部材３０ａの外側には電磁コイル８６が設けられており、この電磁コイル８６に通電することによって、第２胴部３０ｓ_２は、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔから距離Ｈだけ離れるように動作する。

電磁コイル８６に通電しない場合、第２胴部３０ｓ_２は図６−２の実線の位置になる。この場合、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍは、カバー部材３０ａの一部である第２胴部３０ｓ_２と干渉しないで通過する。電磁コイル８６に通電すると、第２胴部３０ｓ_２は直噴噴射弁２０の先端部２０ｔから距離Ｈだけ離れるように動作し、図６−２の破線の位置まで移動する。これによって、燃料通過孔３１は燃料噴霧Ｆｍの広がった位置に移動するので、燃料噴霧Ｆｍがカバー部材３０ａの一部である第２胴部３０ｓ_２と干渉する。このように、燃料通過孔３１を、直噴噴射弁２０の中心軸Ｚと平行な方向に移動させることにより燃料通過孔３１と燃料噴射孔２６との相対的な位置を変化させ、燃料噴霧Ｆｍとカバー部材３０ａとを干渉させてもよい。

図７−１、図７−２は、燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。この例に係る燃料干渉手段では、大きさの異なる燃料通過孔を切り替えることにより、燃料噴霧をカバー部材に干渉させる。このカバー部材３０ｂは、端面３０ｔｐに燃料通過孔３１が形成された胴部３０ｓと、複数の燃料通過孔が形成された干渉板８３とを含んで構成される。干渉板８３には、第１燃料通過孔８３ｈ_１と、第２燃料通過孔８３ｈ_２とが形成されている。また、干渉板８３に取り付けられる軸８３ｓが、胴部３０ｓの外部に取り出されている。

干渉板８３は、胴部３０ｓ内に設けられる弾性部材８４により、弾性部材８４の取り付け側とは反対側に押し付けられる。これにより、干渉板８３の軸８３ｓを自由にした状態では、干渉板８３の第１燃料通過孔８３ｈ_１とカバー部材３０ｂの燃料通過孔３１とが重なる。ここで、及び燃料通過孔３１、第１燃料通過孔８３ｈ_１、及び第２燃料通過孔８３ｈ_２は矩形の孔であり、それぞれの長辺と短辺とを（ａ_０、ｂ_０）、（ａ_１、ｂ_１）、（ａ_２、ｂ_２）とすると、ａ_１＞ａ_０＞ａ_２、ｂ_１＞ｂ_０＞ｂ_２となる。

カバー部材３０ｂに形成される燃料通過孔３１及び干渉板８３に形成される第１燃料通過孔８３ｈ_１は、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍがカバー部材３０ｂと干渉しないで通過できる。一方、干渉板８３に形成される第２燃料通過孔８３ｈ_２は、燃料噴射孔２６から噴射される燃料噴霧Ｆｍが、カバー部材３０ｂと干渉する。このような構成で、前記燃料噴霧Ｆｍを燃料通過孔３１と干渉させたいときには、干渉板８３をカバー部材３０ｂ内へ押し込み、第２燃料通過孔８３ｈ_２と、カバー部材３０ｂに形成される燃料通過孔３１とが重なるようにする。このようにすれば、カバー部材３０ｂを構成する干渉板８３に燃料噴霧Ｆｍが干渉する。なお、燃料噴霧Ｆｍをカバー部材３０ｂに干渉させるためには、カバー部材３０ｂに形成される燃料通過孔３１の面積を干渉板８３によって小さくしてもよい。

このように、カバー部材の燃料通過孔と、直噴噴射弁の燃料噴射孔との相対的な位置を変化させる機構を燃料干渉手段とすれば、燃圧調整手段を燃料干渉手段とする場合と比較して、燃料噴霧Ｆｍの干渉量を大きく変化させることができる。

次に、カバー部材に燃料噴霧Ｆｍを干渉させるか否かの制御を説明する。この実施例では、内燃機関１の運転条件に応じて、カバー部材に燃料噴霧Ｆｍを干渉させる量を制御する。この実施例では、カバー部材に燃料噴霧Ｆｍを干渉させるか干渉させないかの２段階であるが、運転条件に応じて燃料噴霧Ｆｍの干渉量を段階的に、あるいは無段階に変化させてもよい。また、この実施例では、燃料噴射孔が開口している直噴噴射弁の端部、すなわち直噴噴射弁先端部の温度を表すパラメータ（以下先端部温度パラメータという）に基づいて、燃料噴霧Ｆｍを干渉させるか否かを制御する。

ここで、燃料噴霧Ｆｍの干渉量は、空燃比Ａ／Ｆに与える影響が許容できる程度とする。また、空燃比センサからのフィードバック信号によって、燃料噴霧Ｆｍの干渉量を制御してもよい。直噴噴射弁２０へ供給する燃圧を制御する燃料干渉手段の場合、空燃比センサからのフィードバック信号に基づいて高圧ポンプ１３を制御することによって、燃料噴霧Ｆｍの干渉量を調整できる。また、カバー部材３０に形成される燃料通過孔３１と、直噴噴射弁２０の燃料噴射孔２６との相対的な位置を変化させる燃料干渉手段の場合、両者の相対的な位置関係を変化させることで、燃料噴霧Ｆｍの干渉量を調整できる。

冷間時や低回転低負荷時等のように、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔの温度が許容温度よりも低い場合、燃料噴霧を干渉させると燃料の霧化が悪化して燃焼が悪化する結果、燃料消費が増加したりエミッションが悪化したりする。このため、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔの温度が許容温度よりも低いには、燃料噴霧Ｆｍをカバー部材３０等に干渉させないか、あるいは干渉量を低減する。これにより、燃料の霧化の悪化を抑制して燃焼悪化を抑えることができる。その結果、燃料消費の増加及びエミッションの悪化を抑制できる。次に、具体的な制御について説明する。

図８は、この実施例に係る燃料噴射制御の手順を説明するフローチャートである。図９は、この実施例に係る燃料噴射制御に用いる判定マップの一例を示す説明図である。まず、エンジンＥＣＵ５０の制御部５１が、内燃機関１に取り付けられている各種センサ類からの信号から、負荷ＫＬ、機関回転数ＮＥ及び水温Ｔｗを取得する（ステップＳ１０１）。これらが、この実施例における先端部温度パラメータとなる。そして、制御部５１は、取得した負荷ＫＬ、機関回転数ＮＥ及び水温Ｔｗを、記憶部５２に格納されている判定マップ９０へ与え、燃料噴霧の干渉が必要か否かを判定する（ステップＳ１０２）。判定マップ９０は、予め適合試験やシミュレーションにより求めておく。

なお、この実施例では、負荷ＫＬ、機関回転数ＮＥ及び水温Ｔｗを先端部温度パラメータとして、燃料噴霧の干渉が必要か否かを判定しているが、判定に用いる先端部温度パラメータはこれらに限定されるものではない。例えば、負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとを先端部温度パラメータとしてもよい。さらに、判定マップ９０を用いず、直噴噴射弁２０の先端部２０ｔの先端部温度実測値や、直噴噴射弁２０の取付部近傍の温度から先端部２０ｔ推定した先端部温度推定値を前記先端部温度パラメータとしてもよい。

前記判定の結果、制御部５１が、燃料噴霧の干渉が必要であると判定した場合には（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、上述した燃料干渉手段を動作させることによって、燃料噴霧Ｆｍをカバー部材３０等と干渉させて、燃料通過孔３１を通過させる（ステップＳ１０３）。制御部５１が、燃料噴霧の干渉が必要でないと判定した場合には（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、エンジンＥＣＵ５０は再び内燃機関１の運転状態を監視する。

以上、この実施例では、直噴噴射弁の先端部を覆うカバー部材に燃料通過孔を形成するとともに、前記燃料通過孔を通る燃料噴霧の一部を前記カバー部材に干渉させることのできる燃料干渉手段を備えるようにした。これにより、カバー部材に干渉した燃料噴霧が直噴噴射弁の先端部近傍に滞留するので、この滞留した燃料噴霧の気化潜熱を利用して直噴噴射弁の先端部を効果的に冷却できる。その結果、内燃機関の負荷が大きい場合のように直噴噴射弁の先端部の温度が上昇しやすい運転条件であっても、直噴噴射弁の先端部の過熱を抑制して、デポジットの堆積及び直噴噴射弁と耐久性低下を抑制できる。

そして、この実施例では、内燃機関の運転条件に基づき、冷間時や低回転低負荷時のように、直噴噴射弁の先端部を冷却する必要がない場合には、燃料噴霧をカバー材に干渉させない。これにより、直噴噴射弁の先端部の過冷却を抑制して、燃料の霧化悪化を抑制できる。その結果、燃焼悪化を抑えて、燃料消費の増加及びエミッションの悪化を抑制できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、いわゆる直噴の内燃機関に有用であり、特に、直噴噴射弁先端部の過熱を抑制し、かつ過冷却を抑制することに適している。

この実施例に係る内燃機関の全体構成を示す概略図である。 この実施例に係る内燃機関が備える直噴噴射弁及びカバー部材の取り付け構造を示す説明図である。 図２−１のＸ−Ｘ矢視図である。 この実施例に係る内燃機関１が備えるカバー部材の斜視図である。 この実施例に係る内燃機関１が備えるカバー部材の斜視図である。 この実施例に係る内燃機関１が備える直噴噴射弁を示す説明図である。 この実施例に係る内燃機関１が備える直噴噴射弁を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 燃料干渉手段の他の例を示す説明図である。 この実施例に係る燃料噴射制御の手順を説明するフローチャートである。 この実施例に係る燃料噴射制御に用いる判定マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ｂ 燃焼室
１ｈ シリンダヘッド
１ｓ 気筒
２０ 直噴噴射弁
２０ｔ 先端部
２６ 燃料噴射孔
３０、３０ａ、３０ｂ カバー部材
３１ 燃料通過孔
５０ エンジンＥＣＵ
５１ 制御部
５２ 記憶部
６０ 噴射弁等取付孔
７０、７１、７２、７３ 密封部材

Claims (6)

1. 燃焼室内へ直接燃料が噴射される内燃機関であって、
   前記燃焼室内へ燃料を噴射する燃料噴射孔が、前記燃焼室側に位置する端部に設けられる直噴噴射弁と、
   前記燃料噴射孔が設けられている前記直噴噴射弁の端部を覆うとともに、前記燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が通過する燃料通過孔を有するカバー部材と、
   前記内燃機関の運転条件に応じて、前記燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が前記燃料通過孔を通過する際に、前記燃料噴霧の一部を前記カバー部材と干渉させることのできる燃料干渉手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃料干渉手段は、前記燃料噴射孔が開口している前記直噴噴射弁の端部の温度を表すパラメータに基づいて、前記燃料噴霧の一部を前記カバー部材と干渉させるか否かを決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃料干渉手段は、前記カバー部材が有する燃料通過孔と、前記直噴噴射弁が有する前記燃料噴射孔との相対的な位置を変更するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記燃料干渉手段は、前記直噴噴射弁へ供給する燃料の圧力を変更するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記カバー部材はコップ形状の胴部を有し、かつコップの底に相当する部分に前記燃料通過孔が形成され、さらに前記燃料噴射孔が開口している前記直噴噴射弁の端部は、前記胴部内に格納されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
6. 前記直噴噴射弁と前記カバー部材との間には、前記直噴噴射弁の中心軸に対して直交する方向に押圧力を受ける密封部材が介在することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。

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