JP2006312914A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射圧力を変化させることなくダイナミックレンジを拡大して広い燃焼領域を確保可能とする。
【解決手段】ホルダ２１の先端部にサック部２４及び噴射口２５を有するバルブボディ２２を固定し、このバルブボディ２２内にニードル弁２９を移動自在に支持し、このニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４により第４燃料通路４７を閉止可能とすると共に、コイル３７の電磁吸引力により軸方向に移動して第４燃料通路４７を開放可能とし、ニードル弁２９にヒータ５５を設けてエンジンの運転状態に応じてこのヒータ５５に通電してニードル弁２９を加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料量を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。

例えば、ポート噴射式内燃機関では、吸気管から吸入された吸気に対してインジェクタから燃料が噴射され、吸気ポートで混合された混合気が吸気弁の開放時に燃焼室に吸入され、燃焼室内の混合気がピストンの上昇により圧縮されてから、点火プラグにより着火され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。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。

このような内燃機関のインジェクタは、ハウジングの先端部に球面形状のサック部が形成されると共に、サック部と外部とを連通する噴射口が形成され、このハウジング内にニードル弁が軸方向に移動自在に支持されている。そして、ハウジングとニードル弁との間に燃料通路が形成され、この燃料通路に燃料ポンプにより一定圧力の燃料が供給されており、ニードル弁は圧縮スプリングによりこの燃料通路を閉塞するように付勢支持されている。従って、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と、燃料通路にある所定圧力の燃料がサック部に供給され、このサック部から噴射口を通して吸気ポートまたは燃焼室に噴射することができる。

ところで、ニードル弁はソレノイドの電磁力により移動可能であり、一回に噴射される燃料噴射量は、このニードル弁が移動して燃料通路を開放している時間により設定されるものである。この場合、最小燃料噴射量は、ソレノイドへの通電時間をできるだけ短くすることで設定することができるが、ニードル弁の応答性を考慮すると、この通電時間をあまり短くすることができない。一方、最大燃料噴射量は、ソレノイドへの通電時間をできるだけ長くすることで設定することができるが、内燃機関の運転状態により燃料を噴射可能な時期が限られており、この通電時間をあまり長くすることができない。そのため、一回の燃料噴射時における最小燃料噴射量と最大燃料噴射量との比、つまり、ダイナミックレンジが制約を受けて広い燃焼領域を確保することができない。

そこで、このような問題点を解決する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料供給装置は、リザーバタンク内の燃料圧力の信号を受け、このリザーバタンク内の燃料圧力が所定値となるように、燃料タンク内の燃料を吸入加圧してリザーバタンクに吐出する燃料ポンプの吐出流量を制御可能とし、リザーバタンク内の燃料圧力を変えることで、リザーバタンクに装着されたインジェクタによる複数の燃料噴射特性を得て、ダイナミックレンジを拡大するものである。

特開平７−２９３３９７号公報

上述した従来の燃料供給装置では、インジェクタが複数の燃料噴射特性を得ることができように、このインジェクタに連結されたリザーバタンク内の燃料圧力を設定し、この燃料圧力が所定値になるように燃料ポンプの回転数を制御している。ところが、リザーバタンク内の燃料圧力を変えることで、インジェクタの燃料噴射特性、つまり、噴射量を変えることができるものの、この場合、燃料圧力が変化するためにインジェクタから噴射される燃料の噴霧状態も変化してしまう。即ち、最小燃料噴射量を得るためにリザーバタンクの燃料圧力を低下させると、燃料噴射量が減少するものの、燃料噴射圧力も低下してしまい、燃料噴霧の気化が不十分となり、燃焼状態が悪化して排気ガス浄化特性が低下してしまうという問題がある。

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、燃料噴射圧力を変化させることなくダイナミックレンジを拡大して広い燃焼領域を確保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。

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、燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通する噴射口を有するハウジングと、前記ハウジング内に支持されて前記燃料通路を開閉自在な噴射弁と、前記噴射弁を軸方向に移動することで前記燃料通路を開閉可能な噴射弁移動手段と、前記ハウジングまたは前記噴射弁の少なくともいずれか一方の温度を調節する温度調節手段と、内燃機関が高負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が大きくなる一方、前記内燃機関が低負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が小さくなるように前記温度調節手段を制御する温度制御手段とを具えたことを特徴とするものである。

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、前記噴射弁を加熱する加熱装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の低負荷時に前記加熱装置により前記噴射弁を加熱することを特徴としている。

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、前記ハウジングを加熱する加熱装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の高負荷時に前記加熱装置により前記ハウジングを加熱することを特徴としている。

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、前記噴射弁を冷却する冷却装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の高負荷時に前記冷却装置により前記噴射弁を冷却することを特徴としている。

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、前記ハウジングを冷却する冷却装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の低負荷時に前記冷却装置により前記ハウジングを冷却することを特徴としている。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置では、前記噴射弁は、熱膨張率の大きな材質により構成されていることを特徴としている。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、先端部に噴射口を有するハウジング内に噴射弁を移動自在に支持し、且つ、噴射弁移動手段によりこの噴射弁を軸方向に移動することで噴射口に連通する燃料通路を開閉可能とし、ハウジングまたは噴射弁の少なくともいずれか一方の温度を調節する温度調節手段を設けると共に、内燃機関が高負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が大きくなる一方、前記内燃機関が低負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が小さくなるようにこの温度調節手段を制御する温度制御手段を設けている。従って、最小燃料噴射量を確保するときは、噴射弁を加熱して熱膨張により噴射弁のストロークを短縮して燃料通路の開口面積を縮小するか、または、ハウジングを冷却して熱収縮により噴射口の開口面積を縮小すればよく、また、最大燃料噴射量を確保するときは、噴射弁を冷却して熱収縮により噴射弁のストロークを伸張して燃料通路の開口面積を拡大するか、または、ハウジングを加熱して熱膨張により噴射口の開口面積を拡大すればよく、燃料噴射圧力を変化させることなく、内燃機関の運転状態に応じて最小燃料噴射量と最大燃料噴射量を適正に確保してダイナミックレンジを拡大することができ、その結果、内燃機関の広い燃焼領域を確保することができる。

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。

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の概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置におけるインジェクタの要部を表す概略断面図である。

実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置において、図１及び図２に示すように、内燃機関としてのエンジンは、筒内噴射式の火花点火多気筒エンジンであって、各気筒に対応して燃焼室１２が構成されており、シリンダヘッド１１に、各燃焼室１２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はデリバリパイプ１４に連結されており、このデリバリパイプ１４には、燃料供給管１５の先端部が連結されている。一方、燃料タンク１６は所定量のガソリン燃料（以下、燃料）を貯留可能であり、内部に低圧ポンプ１７が装着されている。この低圧ポンプ１７の吐出側にはフィルタ１８を介して燃料供給管１５の基端部が連結されている。そして、この燃料供給管１５の中途部、つまり、低圧ポンプ１７の下流側に高圧ポンプ１９が設けられ、この高圧ポンプ１９はカムシャフト２０により駆動可能となっている。

上述したインジェクタ１３にて、中空形状をなすホルダ２１の先端部にバルブボディ２２が固定されており、このバルブボディ２２は内部に先細となる中空部２３が形成されると共に、この中空部２３の先端側に連続して球面形状をなすサック部２４が形成され、このサック部２４から外部に連通する噴射口２５が形成されている。このホルダ２１の後端部には中空形状をなす磁性パイプ２６が固定されており、この磁性パイプ２６内に円筒形状をなすコア２７が嵌合すると共に、このコア２７の先端側にアーマチュア２８が軸方向に移動自在に支持されている。この磁性パイプ２６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。この場合、ホルダ２１やバルブボディ２２などによりハウジングが構成される。

噴射弁としてのニードル弁２９は、ホルダ２１内に軸心に沿って配設され、後端側の連結部３０がアーマチュア２８の先端部に嵌合して連結される一方、先端側の嵌合部３１がバルブボディ２２の中空部２３に周方向に所定間隔で隙間をもって移動自在に嵌合している。また、ニードル弁２９は先端部にシール部３２が形成される一方、コア２７内に装着されたアジャストパイプ３３とアーマチュア２８との間には、このアーマチュア２８を介してニードル弁２９を先端側に付勢する圧縮コイルスプリング３４が介装されており、ニードル弁２９はシール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５に当接している。

磁性パイプ２６の外側にはボビン３６を介してコイル３７が巻回され、このコイル３７の外側に樹脂モールドによりコネクタ３８が形成され、このコネクタ３８の外側に磁性材料からなるヨーク３９が固定されている。この場合、圧縮コイルスプリング３４、コア２７、アーマチュア２８、ボビン３６、コイル３７、コネクタ３８、ヨーク３９などにより噴射弁移動手段が構成される。従って、コイル３７に通電すると、コア２７に電磁吸引力が発生し、圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗してアーマチュア２８を及びニードル弁２９を後端側(図１及び図２にて右側)に移動し、シール部３２をバルブボディ２２の弁座部３５から離間させることができる。なお、図示しないが、ニードル弁２９の移動を規制するストッパが設けられており、ニードル弁２９が後端側へ移動するとき、このストッパに当接することでニードル弁２９のストローク量が設定されている。

また、磁性パイプ２６の後端部には、燃料導入管４０が連結されており、内部に燃料導入通路４１が形成され、ここにフィルタ４２が取付けられている。この燃料導入通路４１は、コア２７及びアーマチュア２８内に形成された第１、第２燃料通路４３，４４に連通し、第２燃料通路４４は、燃料挿通孔４５を介してホルダ２１内の第３燃料通路４６に連通し、この第３燃料通路４６は、バルブボディ２２とニードル弁２９との間に形成された第４燃料通路４７に連通している。従って、コイル３７に通電していない状態では、圧縮コイルスプリング３４の付勢力によりニードル弁２９のシール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５に当接することで、第４燃料通路４７を閉止している。一方、コイル３７に通電した状態では、電磁吸引力によりニードル弁２９のシール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５から離間することで第４燃料通路４７を開放し、第４燃料通路４７にある燃料をサック部２４に供給し、噴射口２５から燃焼室１２に燃料を噴射することができる。

車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４８が搭載されており、このＥＣＵ４８は、インジェクタ１３を制御可能となっている。即ち、ＥＣＵ４８には、吸気管の上流側に設けられたエアフローセンサ４９、電子スロットル装置に設けられたスロットルポジションセンサ５０、エンジンに設けられたエンジン回転数センサ５１及び水温センサ５２、アクセルペダルに装着されたアクセルポジションセンサ５３などが接続されている。従って、ＥＣＵ４８は、各センサ４９〜５３が検出した吸入空気量、スロットル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温、アクセル開度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５４が設けられ、検出した燃料圧力をＥＣＵ４８に出力しており、このＥＣＵ４８は、デリバリパイプ１４内の燃料圧力が一定値となるように、低圧ポンプ１７及び高圧ポンプ１９を駆動制御している。

また、本実施例では、ニードル弁２９に、このニードル弁２９の温度を調節する温度調節手段及び加熱装置としてのヒータ５５が取付けられており、外部からこのヒータ５５に対して通電可能となっている。従って、ヒータ５５に通電してニードル弁２９を加熱することで、このニードル弁２９を熱膨張させて全長を長くすることができる。そのため、ニードル弁２９を加熱して熱膨張させたときには、全長が長くなってストッパにより規制されるストローク量が減少することとなり、第４燃料通路４７の開放面積、つまり、シール部３２が弁座部３５から離間したときの開口面積を減少することができる。

即ち、インジェクタ１３は、上述したように、コイル３７の電磁吸引力によりニードル弁２９を移動可能とすることで第４燃料通路４７を開放し、第４燃料通路４７にある燃料をサック部２４に供給し、噴射口２５から燃焼室１２に噴射することができる。本実施例の場合、単位時間当たりの燃料噴射量は、ニードル弁２９が移動したときの第４燃料通路４７の開放面積、つまり、シール部３２が弁座部３５から離間したときの開口面積によって設定され、一回に噴射される燃料噴射量は、このニードル弁２９が移動して第４燃料通路４７を開放している時間により設定されている。

従って、ニードル弁２９を加熱してストローク量が減少すると、第４燃料通路４７の開放面積が減少し、単位時間当たりの燃料噴射量を減少させることができる。この場合、ニードル弁２９を、熱膨張率の大きな材質により構成することが望ましい。また、本実施例では、最大燃料噴射量を十分に確保できるように、この最大燃料噴射量を優先して噴射口２５の径と、常温時のニードル弁２９のストローク量(第４燃料通路４７の開放面積)が設定されている。

そのため、本実施例では、最小燃料噴射量を確保する必要があるときは、ニードル弁２９を加熱して熱膨張によりストローク量を短縮して第４燃料通路４７の開放面積を縮小するようにしている。一方、最大燃料噴射量を確保する必要があるときは、ニードル弁２９の加熱をやめて所定のストローク量を確保して第４燃料通路４７の開放面積を所定の大きさとし、その開放時間を最長となるようにしている。

具体的には、エンジンの運転状態に応じてヒータ５５に通電してその温度を制御する。例えば、ＥＣＵ４８はエンジン負荷を認識し、エンジンが低負荷状態にあるときには、ヒータ５５によりニードル弁２９を加熱し、最小燃料噴射量を確保する。一方、エンジンが高負荷状態にあるときには、ヒータ５５によるニードル弁２９の加熱を停止し、最大燃料噴射量を確保する。この場合、エンジン負荷として、吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、筒内圧力、体積効率などを用いればよく、エンジン負荷が所定の低負荷値以下でニードル弁２９を加熱し、この低負荷値を超えるとニードル弁２９の加熱を停止する。

従って、インジェクタ１３にて、ＥＣＵ４８は、燃料噴射信号が出力されると、エンジン負荷を読込み、エンジン負荷が所定の低負荷値以下であるときには、ヒータ５５に通電してニードル弁２９を加熱する。このニードル弁２９の熱膨張により全長が長くなり、ストローク量が短縮される。この状態で、コイル３７に通電すると、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により第４燃料通路４７を閉止している状態から、電磁吸引力によりこのニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動し、シール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５から離間することで第４燃料通路４７を開放する。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、コイル３７への通電が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が低負荷値であるため、ニードル弁２９は加熱されてストローク量が短縮されており、通常より第４燃料通路４７の開放面積が小さくなっている。そして、コイル３７への通電時間をニードル弁２９の応答性を考慮した最小時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最小燃料噴射量とすることができる。

一方、ＥＣＵ４８は、エンジン負荷が所定の低負荷値より高いときには、ヒータ５５への通電を停止してニードル弁２９を加熱しない。そのため、このニードル弁２９は熱膨張せずに通常のストローク量となる。この状態で、コイル３７に通電すると、電磁吸引力によりニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動し、第４燃料通路４７を開放する。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、コイル３７への通電が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が高負荷値であるため、ニードル弁２９は加熱されずにストローク量が規定量となっており、第４燃料通路４７の開放面積も規定量となっている。そして、コイル３７への通電時間を最大時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最大燃料噴射量とすることができる。

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、ホルダ２１の先端部にサック部２４及び噴射口２５を有するバルブボディ２２を固定し、このバルブボディ２２内にニードル弁２９を移動自在に支持し、このニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４により第４燃料通路４７を閉止可能とすると共に、コイル３７の電磁吸引力により軸方向に移動して第４燃料通路４７を開放可能とし、ニードル弁２９にヒータ５５を設けてエンジンの運転状態に応じてこのヒータ５５に通電してニードル弁２９を加熱するようにしている。

従って、インジェクタ１３の最小燃料噴射量を確保するときは、ヒータ５５によりニードル弁２９を加熱して熱膨張によりニードル弁２９のストローク量を短縮し、第４燃料通路４７の開放面積を縮小し、コイル３７への通電時間をニードル弁２９の応答性を考慮した最小時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最小燃料噴射量とすることができる。その結果、燃料噴射圧力を変化させることなく、エンジンの運転状態に応じて最小燃料噴射量を適正に確保してダイナミックレンジを拡大することができ、その結果、エンジンの広い燃焼領域を確保することができる。

また、実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置では、ニードル弁２９の温度を調節する温度調節手段及び加熱装置としてヒータ５５を適用し、ＥＣＵ４８は、エンジン負荷が低負荷領域にあるときにヒータ５５によりニードル弁２９を加熱するようにしている。従って、簡単な構成で、アイドル運転時などの低負荷時に最適な最小燃料噴射量を確保することができる。

図３は、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おけるインジェクタの要部を表す概略断面図である。なお、前述した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。

実施例２の内燃機関の燃料噴射制御装置において、図３に示すように、ホルダ２１には、このホルダ２１を介してバルブボディ２２の温度を調節する温度調節手段及び加熱装置としてのヒータ５６が取付けられており、外部からこのヒータ５６に対して通電可能となっている。従って、ヒータ５６に通電してバルブボディ２２を加熱することで、このバルブボディ２２を熱膨張させて噴射口２５の開口面積を大きくすることができる。

即ち、本実施例の場合、単位時間当たりの燃料噴射量は、噴射口２５の開口面積によって設定され、一回に噴射される燃料噴射量は、このニードル弁２９が移動して第４燃料通路４７を開放している時間により設定されている。従って、バルブボディ２２を加熱して噴射口２５の開口面積が大きくなると、単位時間当たりの燃料噴射量を増加させることができる。また、本実施例では、最小燃料噴射量を十分に確保できるように、この最小燃料噴射量を優先して噴射口２５の径が設定されている。

そのため、最大燃料噴射量を確保する必要があるときは、バルブボディ２２を加熱して熱膨張により噴射口２５の開口面積を拡大し、第４燃料通路４７の開放時間が最長となるようにしている。一方、最小燃料噴射量を確保する必要があるときは、バルブボディ２２の加熱をやめて所定の噴射口２５の開口面積を確保し、第４燃料通路４７の開放時間が最短となるようにしている。

従って、インジェクタ１３にて、エンジン負荷が所定の低負荷値以下のときには、ヒータ５６へ通電せずにバルブボディ２２を加熱しない。そのため、このバルブボディ２２は熱膨張せずに噴射口２５の開口面積は通常の大きさとなる。この状態で、電磁吸引力によりニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動させると、シール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５から離間することで第４燃料通路４７が開放される。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、電磁吸引力が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が低負荷値であるため、バルブボディ２２は加熱されずに噴射口２５は所定の開口面積となっている。そして、ニードル弁２９の移動による第４燃料通路４７の開放時間をニードル弁２９の応答性を考慮した最小時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最小燃料噴射量とすることができる。

一方、エンジン負荷が所定の低負荷値より高いときには、ヒータ５５に通電してバルブボディ２２を加熱する。そのため、バルブボディ２２は熱膨張して噴射口２５の開口面積は大きくなる。この状態で、電磁吸引力によりニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動させると、第４燃料通路４７が開放される。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、電磁吸引力が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が高負荷値であるため、バルブボディ２２は加熱されて噴射口２５の開口面積が大きくなっている。そして、ニードル弁２９の移動による第４燃料通路４７の開放時間を最大時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最大燃料噴射量とすることができる。

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、ホルダ２１の先端部にサック部２４及び噴射口２５を有するバルブボディ２２を固定し、このバルブボディ２２内にニードル弁２９を移動自在に支持し、このニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４により第４燃料通路４７を閉止可能とすると共に、コイル３７の電磁吸引力により軸方向に移動して第４燃料通路４７を開放可能とし、ホルダ２１にヒータ５６を設けてエンジンの運転状態に応じてこのヒータ５６に通電し、ホルダ２１を介してバルブボディ２２を加熱するようにしている。

従って、インジェクタ１３の最大燃料噴射量を確保するときは、ヒータ５６によりバルブボディ２２を加熱して熱膨張により噴射口２５の開口面積を拡大し、コイル３７への通電時間を最大時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最大燃料噴射量とすることができる。その結果、燃料噴射圧力を変化させることなく、エンジンの運転状態に応じて最大燃料噴射量を適正に確保してダイナミックレンジを拡大することができ、その結果、エンジンの広い燃焼領域を確保することができる。

また、実施例２の内燃機関の燃料噴射制御装置では、バルブボディ２２の温度を調節する温度調節手段及び加熱装置としてヒータ５６を適用し、エンジン負荷が高負荷領域にあるときにヒータ５６によりバルブボディ２２を加熱するようにしている。従って、簡単な構成で、高負荷運転時に最適な最大燃料噴射量を確保することができる。

図４は、本発明の実施例３に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図、図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。なお、前述した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。

実施例３の内燃機関の燃料噴射制御装置において、図４及び図５に示すように、ホルダ２１には、このホルダ２１を介してバルブボディ２２の温度を調節する温度調節手段としての冷却装置６１が装着されており、外部から冷却水を循環可能となっている。従って、冷却装置６１によりバルブボディ２２を冷却することで、このバルブボディ２２を熱収縮させて噴射口２５の開口面積を小さくすることができる。

この冷却装置６１において、ホルダ２１の外側には、所定の空間をもって円筒形状をなすケーシング６２が図示しないシール部材を介して固定されることで、ホルダ２１とケーシング６２との間に周方向に沿った冷却水循環通路６３が形成されている。そして、この冷却水循環路６３に対して冷却水供給路６４と冷却水排出路６５の一端部が連結され、冷却水供給路６４の他端部は冷却水ポンプ６６を介して熱交換器を有する冷却水タンク６７に連結され、冷却水排出路６５の他端部は冷却水タンク６７に連結されている。従って、ＥＣＵ４８は、必要時に、冷却水ポンプ６６を駆動することで、冷却水タンク６７の冷却水を冷却水供給路６４から冷却水循環通路６３に供給し、この冷却水によりホルダ２１を介してバルブボディ２２を冷却した後、冷却水排出路６５から冷却水タンク６７に戻すことができる。

本実施例の場合、単位時間当たりの燃料噴射量は、噴射口２５の開口面積によって設定され、一回に噴射される燃料噴射量は、このニードル弁２９が移動して第４燃料通路４７を開放している時間により設定されている。従って、バルブボディ２２を冷却して噴射口２５の開口面積が小さくなると、単位時間当たりの燃料噴射量を減少させることができる。また、本実施例では、最大燃料噴射量を十分に確保できるように、この最大燃料噴射量を優先して噴射口２５の径が設定されている。

そのため、最小燃料噴射量を確保する必要があるときは、バルブボディ２２を冷却して熱収縮により噴射口２５の開口面積を縮小し、第４燃料通路４７の開放時間が最短となるようにしている。一方、最大燃料噴射量を確保する必要があるときは、バルブボディ２２の冷却をやめて所定の噴射口２５の開口面積を確保し、第４燃料通路４７の開放時間が最長となるようにしている。

従って、インジェクタ１３にて、エンジン負荷が所定の低負荷値以下のときには、冷却装置６１を駆動してバルブボディ２２を冷却する。そのため、このバルブボディ２２は熱収縮して噴射口２５の開口面積が小さくなる。この状態で、電磁吸引力によりニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動させると、シール部３２がバルブボディ２２の弁座部３５から離間することで第４燃料通路４７が開放される。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、電磁吸引力が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が低負荷値であるため、バルブボディ２２を冷却して噴射口２５の開口面積は小さくなっている。そして、ニードル弁２９の移動による第４燃料通路４７の開放時間をニードル弁２９の応答性を考慮した最短時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最小燃料噴射量とすることができる。

一方、エンジン負荷が所定の低負荷値より高いときには、冷却装置６１を駆動せずにバルブボディ２２を冷却しない。そのため、バルブボディ２２は熱収縮せずに噴射口２５の所定の開口面積となる。この状態で、電磁吸引力によりニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４の付勢力に抗して移動させると、第４燃料通路４７が開放される。すると、第４燃料通路４７にある燃料がサック部２４に供給され、噴射口２５から燃焼室１２に燃料が噴射される。そして、所定期間が経過すると、電磁吸引力が停止され、ニードル弁２９が圧縮コイルスプリング３４の付勢力により移動することで第４燃料通路４７を閉止し、噴射口２５からの燃料噴射が終了する。

この燃料噴射時、エンジン負荷が高負荷値であるため、バルブボディ２２は冷却されずに噴射口２５は所定の開口面積となっている。そして、ニードル弁２９の移動による第４燃料通路４７の開放時間を最長時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最大燃料噴射量とすることができる。

このように実施例３の内燃機関の燃料噴射制御装置にあっては、ホルダ２１の先端部にサック部２４及び噴射口２５を有するバルブボディ２２を固定し、このバルブボディ２２内にニードル弁２９を移動自在に支持し、このニードル弁２９を圧縮コイルスプリング３４により第４燃料通路４７を閉止可能とすると共に、コイル３７の電磁吸引力により軸方向に移動して第４燃料通路４７を開放可能とし、ホルダ２１の外側に冷却装置６１を設けてエンジンの運転状態に応じてこの冷却装置６１を駆動し、ホルダ２１を介してバルブボディ２２を冷却するようにしている。

従って、インジェクタ１３の最小燃料噴射量を確保するときは、冷却装置６１によりバルブボディ２２を冷却して熱収縮により噴射口２５の開口面積を縮小し、コイル３７への通電時間を最小時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最小燃料噴射量とすることができる。その結果、燃料噴射圧力を変化させることなく、エンジンの運転状態に応じて最小燃料噴射量を適正に確保してダイナミックレンジを拡大することができ、その結果、エンジンの広い燃焼領域を確保することができる。

なお、この実施例３にて、バルブボディ２２の温度を調節する温度調節手段として冷却装置６１を適用し、エンジン負荷が低負荷領域にあるときに冷却装置６１によりバルブボディ２２を冷却するようにしたが、この構成に限るものではない。例えば、ニードル弁２９の温度を調節する温度調節手段として冷却装置を装着し、エンジン負荷が高負荷領域にあるときに冷却装置によりニードル弁２９を冷却することで、熱収縮によりニードル弁２９のストローク量を大きくし、第４燃料通路４７の開放面積を拡大し、コイル３７への通電時間を最長時間とすることで、噴射口２５から噴射される燃料噴射量を最適な最大燃料噴射量とするようにしてもよい。この場合、ニードル弁２９とホルダ２１との間にペルチェ素子を介装し、ＥＣＵ４８によりこのペルチェ素子に通電することで、ニードル弁２９からホルダ２１へ熱を移動させ、ニードル弁２９を冷却すればよい。

また、上述した各実施例では、温度調節手段として、ヒータ５５，５６、冷却装置６１を適用したが、これに限るものではない。

また、上述した各実施例で説明したインジェクタ１３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て説明したが、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射式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。

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、内燃機関の運転状態に応じてハウジングまたは噴射弁の温度を調節することで、噴射口や噴射弁の熱膨張、熱収縮により単位時間当たりの燃料噴射量を変更してダイナミックレンジを拡大するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図である。 実施例１の内燃機関の燃料噴射制御装置におけるインジェクタの要部を表す概略断面図である。 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おけるインジェクタの要部を表す概略断面図である。 本発明の実施例３に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の概略構成図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。

符号の説明

１１ シリンダヘッド
１２ 燃焼室
１３ インジェクタ
２１ ホルダ（ハウジング）
２２ バルブボディ（ハウジング）
２４ サック部
２５ 噴射口
２７ コア
２８ アーマチュア
２９ ニードル弁（噴射弁）
３２ シール部
３４ 圧縮コイルスプリング（噴射弁移動手段）
３５ 弁座部
３７ コイル（噴射弁移動手段）
３９ ヨーク
４３，４４，４６，４７ 燃料通路
４８ 電子制御ユニット、ＥＣＵ（温度制御手段）
５５，５６ ヒータ（温度調節手段）
６１ 冷却装置（温度調節手段）
６２ ケーシング
６３ 冷却水循環通路
６６ 冷却水ポンプ

Claims (6)

1. 燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通する噴射口を有するハウジングと、前記ハウジング内に支持されて前記燃料通路を開閉自在な噴射弁と、前記噴射弁を軸方向に移動することで前記燃料通路を開閉可能な噴射弁移動手段と、前記ハウジングまたは前記噴射弁の少なくともいずれか一方の温度を調節する温度調節手段と、内燃機関が高負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が大きくなる一方、前記内燃機関が低負荷運転状態にあるときに前記噴射弁による前記燃料通路の開口面積または前記噴射口の開口面積が小さくなるように前記温度調節手段を制御する温度制御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。
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、前記温度調節手段は、前記噴射弁を加熱する加熱装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の低負荷時に前記加熱装置により前記噴射弁を加熱することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 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、前記温度調節手段は、前記ハウジングを加熱する加熱装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の高負荷時に前記加熱装置により前記ハウジングを加熱することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 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、前記温度調節手段は、前記噴射弁を冷却する冷却装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の高負荷時に前記冷却装置により前記噴射弁を冷却することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項４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、前記ハウジングを冷却する冷却装置であり、前記温度制御手段は、前記内燃機関の低負荷時に前記冷却装置により前記ハウジングを冷却することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項２または４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴射弁は、熱膨張率の大きな材質により構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
   

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