JP2009275669A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関運転状態に応じてノズルのサック室内の燃料の流れを変化させてキャビテーションの発生を制御することにより燃料噴霧の貫徹力を制御することが可能な燃料噴射装置を提供すること。
【解決手段】本燃料噴射装置は、先端部に燃料噴射用噴孔を有するノズルと、該ノズル内の先端部に形成され噴孔と連通するサック室と、該サック室内への燃料の流入を制御すべくノズルの軸線方向に移動可能にノズル内に配設された第１のニードルと、該第１のニードルに対してノズルの軸線方向に移動可能な第２のニードルであって、第１のニードルの先端部から突出し且つサック室内に突出する先端部を有する第２のニードルとを具備し、機関運転状態に応じて、燃料を噴射する際の第１のニードルの先端部に対する第２のニードルの先端部のサック室内への突出量を制御することにより、燃料噴霧の貫徹力を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。

気筒内へ必要量の燃料を確実に供給するために気筒内へ直接的に燃料を噴射する筒内噴射式火花点火内燃機関が知られている。このような筒内噴射式火花点火内燃機関においては、吸気行程において燃料を噴射して気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼が実施される。良好な均質燃焼を実現するためには十分に均質化された均質混合気を形成することが必要である。

十分に均質化された均質混合気を形成するには、吸気行程後半の大きな気筒内空間全体に噴射燃料が行き亘るように、気筒上部周囲に配置された燃料噴射弁によって先広がりの燃料噴霧を比較的大きな貫徹力を持たせて噴射することが必要である。しかしながら、貫徹力が大きな燃料噴霧をこのように噴射すると、燃料噴射弁の噴孔からシリンダボアまでの距離が比較的短いために、燃料噴霧の上部はシリンダボアに衝突し、その際にシリンダボアに付着し、機関冷機時には、この付着燃料は気化されずにエンジンオイルを希釈させ、空燃比の制御性が成立しなくなる場合がある。

特開２０００−２０５０８８号公報 特開２０００−３３７２２６号公報

このようなエンジンオイルの希釈を防止するための一つの方策して、燃料噴射方向を変更できる燃料噴射弁（例えば、特許文献１参照）を利用して、機関冷機時には、燃料噴射方向をピストンに向かうようしてシリンダボアに飛散する燃料量を低減し、エンジンオイルの希釈を防止することが知られている。しかしながら、機関冷機時に燃料噴射方向をピストンに向かうようにする場合においては、エンジンオイルの希釈を防止することは可能となるが、その一方でピストンに付着する燃料が多くなり、局所的に混合気の濃度が高くなり、その過濃度部分の燃焼によって煤が生成されて、いわゆるスモークの発生量が増加してしまう場合がある。

均質燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関において、エンジンオイルの希釈及びスモークの発生がなく良好な均質混合気の形成を可能とする一つの方策として、燃料噴射方向を一方向に固定し、すなわち機関冷機時に燃料噴射方向をピストンに向けることなく、燃料噴霧の貫徹力を小さくすることによりエンジンオイルの希釈を防止することが考えられる。この方策によれば、機関冷機時におけるエンジンオイルの希釈を防止しつつピストンに付着する燃料を抑制することができ、スモークの発生を抑制することが可能となる。このような方策を実現するためには、機関運転状態に応じて燃料噴霧の貫徹力を制御することが可能な燃料噴射装置が必要となる。

ところで、燃料噴霧の貫徹力を制御する一つの方策して、燃料噴射装置のノズルの燃料噴射用噴孔と連通するサック室内へのニードルの先端部の突出量を制御しサック室内の燃料の流れを変化させて、サック室内におけるキャビテーションの発生を制御し、キャビテーションを発生させて燃料噴霧の貫徹力を小さくし、また、キャビテーションの発生を抑制して燃料噴霧の貫徹力を大きくすることにより、燃料噴霧の貫徹力を制御することが考えられる。

特許文献２においては、広角低貫徹力の噴霧パターンと狭角高貫徹力の噴霧パターンとを可能にする燃料噴射ノズルが開示されているが、該燃料噴射ノズルは、機関運転状態に応じてノズルのサック室内の燃料の流れを変化させてキャビテーションの発生を制御することにより燃料噴霧の貫徹力を制御するものでない。

本発明は上記課題に鑑み、筒内噴射式内燃機関において、機関運転状態に応じてノズルのサック室内の燃料の流れを変化させてキャビテーションの発生を制御することにより燃料噴霧の貫徹力を制御することでき、エンジンオイルの希釈及びスモークの発生がなく良好な均質混合気の形成が可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明によれば、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、先端部に燃料噴射用噴孔を有するノズルと、前記ノズル内の先端部に形成され前記噴孔と連通するサック室と、前記サック室内への燃料の流入を制御すべく前記ノズルの軸線方向に移動可能に前記ノズル内に配設された第１のニードルであって、前記ノズルの軸線方向に貫通する貫通口を有する第１のニードルと、前記第１のニードルに対して前記ノズルの軸線方向に移動可能に前記第１のニードルの前記貫通口内に配設された第２のニードルであって、前記第１のニードルの先端部から突出し且つ前記サック室内に突出する先端部を有する第２のニードルとを具備し、機関運転状態に応じて、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量を制御することにより、燃料噴霧の貫徹力を制御する、ことを特徴とする燃料噴射装置が提供される。

燃料噴射が行われる際、燃料がサック室内に流入し噴孔から噴射されることになる。その際、燃料が、燃料通路から高圧且つ高速の状態でサック室内へと流れ込む場合、燃料はその内面から剥離し、サック室の半径方向内側へと一旦絞られたのちサック室の半径方向外側へと広がり、これにより燃料の圧力が飽和蒸気圧よりも低下し、サック室内においてキャビテーション（燃料内に細かい泡）が発生する場合があることが知られている。そして、このようなキャビテーションが発生している場合には、該キャビテーションが発生していない場合と比較してサック室内の燃料の流れの乱れが大きく、燃料噴霧の貫徹力は小さい（弱い）ものとなる。

このことに基づいて本発明の燃料噴射装置においては、機関運転状態に応じてノズルのサック室内の燃料の流れを変化させてキャビテーションの発生を制御することにより燃料噴霧の貫徹力を制御する。具体的には、燃料を噴射する際のサック室内へのニードルの先端部の突出量を制御することによりサック室内の燃料の流れを変化させて、燃料噴射の際にノズルのサック室内のキャビテーションの発生を制御する。

請求項１の発明では、サック室内への燃料の流入を制御すべくノズルの軸線方向に移動可能にノズル内に配設された第１のニードルであってノズルの軸線方向に貫通する貫通口を有する第１のニードルと、第１のニードルに対してノズルの軸線方向に移動可能に第１のニードルの貫通口内に配設された第２のニードルであって第１のニードルの先端部から突出し且つサック室内に突出する先端部を有する第２のニードルとを具備し、機関運転状態に応じて、燃料を噴射する際の第１のニードルの先端部に対する第２のニードルの先端部のサック室内への突出量を制御することにより、燃料噴霧の貫徹力を制御することを可能にする。

請求項２の発明によれば、前記ノズルの軸線方向における前記第２のニードルの配置位置を制御するニードルストッパを具備し、該ニードルストッパにより前記第２のニードルの配置位置を変更することにより、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置が提供される。

請求項３の発明によれば、機関温度が第１の所定温度未満の場合には、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置が提供される。

請求項４の発明によれば、前記内燃機関は、排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒を排気系に具備し、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が第２の所定温度以上である場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置が提供される。

請求項５の発明によれば、機関運転状態が、機関回転数が所定回転数以上であり且つ前記内燃機関への燃料供給カットが禁止されている状態にある場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置が提供される。

請求項６の発明によれば、前記燃料噴射装置は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を具備し、燃料中のアルコール濃度が所定濃度以上である場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置が提供される。

請求項７の発明によれば、前記ニードルストッパは機関温度に応じて変形する形状記憶合金部を有し、該形状記憶合金部の変形により、前記ノズルの軸線方向における前記第２のニードルの配置位置が制御される、ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つの請求項に記載の燃料噴射装置が提供される。

各請求項の記載によれば、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、機関運転状態に応じて燃料を噴射する際のサック室内へのニードルの先端部の突出量を制御することによりサック室内の燃料の流れを変化させて、燃料噴射の際にノズルのサック室内のキャビテーションの発生を制御し、これにより、機関運転状態に応じて燃料噴霧の貫徹力を制御することが可能となる共通の効果を奏する。このような燃料噴射装置によれば、筒内噴射式内燃機関において、エンジンオイルの希釈及びスモークの発生がなく良好な均質混合気を形成することが可能となる。

以下、添付の図面に従って本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の燃料噴射装置が適用された内燃機関全体の概略構成の一実施形態を示す模式図である。燃焼室ＣＣは、シリンダ（シリンダブロック）１、ピストン２、およびシリンダヘッド３から構成されている。また、シリンダヘッド３には、吸気弁４、排気弁５、点火プラグ６、および燃焼室ＣＣ内へ燃料を噴霧状に噴射する本発明の燃料噴射装置７が配設されており、この燃料噴射装置７には高圧ポンプ８により燃料タンク９内の燃料が加圧されて供給される。さらに、その燃料供給路には燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（アルコール濃度検出センサ）２１が配設される。

また、各気筒の燃焼室ＣＣに連通する各吸気管がインテークマニホールド２２において分岐する前の集合部位の吸気管２３には、燃焼室ＣＣに吸入される吸入空気の量を調節するスロットル弁１０が配設されており、このスロットル弁１０の吸入空気の流れ方向に見た上流側の吸気管２３には、吸入空気の量を検出するエアフローセンサ（吸入空気量検出手段）１１が配設されている。

なお、スロットル弁１０は、サーボモータ等のアクチュエータ（図示せず）により駆動されており、このアクチュエータによりスロットル弁１０の弁開度が調節される。また、１２は内燃機関のクランクシャフト１８のクランク角を検出するクランク角センサ（クランク角検出手段）であって、回転数（回転速度）も検出することができる。１３は内燃機関の機関回転数を制御するために乗員が操作するアクセルペダル（アクセル手段）の操作量を検出するアクセル（或いはスロットル）ポジションセンサ（アクセル操作量検出手段）、１４は冷却水の温度を検出する水温センサ、１５はスタータ（始動用電動機）であって、１６はその電源（バッテリー）１９の出力を制御するスタータ電源制御装置、２０は充電用の発電機（オルタネータ）である。なお、２４は排気管２５に設けられた温度センサであって排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒２６に流入する排気の温度を検出する排気温度センサを示している。

そして、これらのセンサが出力する検出信号はＲＯＭ（読み込み専用記憶装置）やＲＡＭ（随時読み書き可能記憶装置）、ＣＰＵ（中央演算装置）および信号の入出力ポート等からなる電子式制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１７に入力されており、このＥＣＵ１７は、これらのセンサからの信号に基づいて、予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って燃料噴射装置７の動作、点火プラグ６への通電、およびスロットル弁１０を駆動するアクチュエータへの制御信号の供給等を制御する。

次に、このように構成された内燃機関に搭載された本発明の燃料噴射装置７の構成について説明する。図２は、本発明の燃料噴射装置７の一実施形態の要部縦断面図である。図２に示される燃料噴射装置７において、ノズル３１は中空円筒形状をなし、本体部３２に対して先端部３３が小径となっており、この先端部３３に球面形状をなすサック室３４が形成されると共に、外部に開口する噴孔３５が形成されている。燃料噴射弁としての第１のニードル３６は、円盤形状をなすフランジ部３７から円柱形状をなす弁本体３８が一体に下方に延出して構成され、フランジ部３７の外周面がノズル３１における本体部３２の内周面に嵌合し、且つ、ノズルの軸線方向（図２にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。尚、第１のニードル３６の軸線方向の上方への移動は第１のニードルストッパ３９により制限される。また、第１のニードル３６は、弁本体３８の外周面がノズル３１における先端部３３の内周面に所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面４０が先端部３３の傾斜面４１に当接し、ここにシール部が形成されている。

従って、ノズル３１と第１のニードル３６との間に燃料通路４２が構成されることとなり、この燃料通路４２の下端部側はサック室３４を介して噴孔３５に連通可能となっている。そして、第１のニードル３６の先端面４０がノズルの先端部３３の傾斜面４１に当接することで燃料通路４２を遮断することができる一方、先端面４０が傾斜面４１から離れたときに燃料通路４２を開放し、燃料通路４２にある燃料をサック室３４を介して噴孔３５から外部に噴射することができる。

第１のニードル３６はノズルの軸線方向に貫通する貫通口４３を有し、該貫通口４３には第２のニードル４４が、第１のニードル３６に対してノズルの軸線方向（図２にて上下方向）に沿って移動可能に配設される。第２のニードル４４は、円盤形状をなるフランジ部４５から細長の円柱形状をなすシャフ４６が一体に下方に延出し、該シャフト４６の先端部が、第１のニードル３６の先端部から突出し且つサック室３４内に突出するように構成される。第２のニードル４４のフランジ部４５は、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を制御する第２のニードルストッパ４７に固定され、該第２のニードルストッパ４７により、燃料を噴射する際の第２のニードル４４のシャフト４６の先端部のサック室３４内への突出量が制御される。尚、本実施形態においては、第２のニードルストッパ４７の配置位置は、後述するソレノイドによる電気的な制御により制御されるものとする。

この第２のニードル４４のフランジ部４５と第１のニードル３６のフランジ部３７との間には、コイルスプリング４８が圧縮状態で介装されている。従って、第１のニードル３６は、コイルスプリング４８の付勢力により先端面４０がノズル３１の傾斜面４１に密着して燃料通路４２を遮断する方向に付勢されている。一方、ノズル３１の壁内には、第１のニードル３６のフランジ部３７に対向し、且つ、若干上方に位置して第１のソレノイド４９が内蔵されている。従って、第１のソレノイド４９へ通電すると、吸引力が発生してスプリング４８の付勢力に抗して第１のニードル３６を上方に移動し、燃料通路４２を開放することができる。また、ノズル３１の壁内には、第２のニードルストッパ４７に対向し、且つ、若干下方に位置して第２のソレノイド５２が内蔵されている。従って、第２のソレノイド５２へ通電すると、吸引力が発生してスプリング５４の付勢力に抗して第２のニードルストッパ４７の配置位置を下方に移動することができる。

尚、燃料噴射装置７の基端部には、図示しないデリバリパイプを介して燃料ポンプ、燃料タンクなどが連結されており、ノズル３１内を通して燃料通路４２の上流側に所定圧の燃料が供給されている。

次に、以上のように構成される燃料噴射装置７の燃料噴射の動作について説明する。
ところで、燃料噴射が行われる際、燃料通路４２が開放され燃料がサック室３４内に流入し噴孔３５から噴射されることになる。その際、燃料が、燃料通路４２から高圧且つ高速の状態でサック室３４内へと流れ込む場合、燃料はその内面から剥離し、サック室３４の半径方向内側へと一旦絞られたのちサック室３４の半径方向外側へと広がり、これにより燃料の圧力が飽和蒸気圧よりも低下し、サック室３４内においてキャビテーション（燃料内に細かい泡）が発生する場合があることが知られている。そして、このようなキャビテーションが発生している場合には、該キャビテーションが発生していない場合と比較してサック室３４内の燃料の流れの乱れが大きく、燃料噴霧の貫徹力は小さいものとなる。

このことに基づいて本発明の燃料噴射装置においては、機関運転状態に応じてノズルのサック室内の燃料の流れを変化させてキャビテーションの発生を制御することにより燃料噴霧の貫徹力を制御する。具体的には、燃料を噴射する際のサック室内へのニードルの先端部の突出量を制御することによりサック室内の燃料の流れを変化させて、燃料噴射の際にノズルのサック室内のキャビテーションの発生を制御する。

本実施形態においては、燃料噴霧の貫徹力が弱く噴霧長が短い低貫徹力の燃料噴霧を行う場合には、第１のニードル３６の先端部に対する第２のニードル４４の先端部の突出量を小さくしてサック室内へのニードルの先端部の突出量を小さくすることにより、サック室内の半径方向内側への燃料の流れを促進し、サック室内にキャビテーションを安定して発生させる。また、燃料噴霧の貫徹力が強く噴霧長が長い高貫徹力の燃料噴霧を行う場合には、第１のニードル３６の先端部に対する第２のニードル４４の先端部の突出量を大きくしてサック室内へのニードルの先端部の突出量を大きくすることにより、サック室の半径方向内側への燃料の流れを抑制し、サック室内におけるキャビテーションの発生を阻止する。尚、低貫徹力あるいは高貫徹力のそれぞれの燃料噴霧に適したサック室内へのニードルの先端部の突出量については、予め行われる解析評価や試作評価などにより適当に決定されるものとする。

図３は、図２に示す本燃料噴射装置の燃料噴射の動作を説明する図である。図３(ａ)及び図３（ｂ）は低貫徹力の燃料噴霧を行う場合における燃料噴射の動作を示すものであり、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は高貫徹力の燃料噴霧を行う場合における燃料噴射の動作を示すものである。

まず、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して低貫徹力の燃料噴霧を行う場合の燃料噴射の動作について説明する。図３（ａ）は、低貫徹力の燃料噴霧を行う場合であって、第１のニードル３６のリフト量がゼロである状態すなわち第１のニードル３６の先端面４０がノズルの傾斜面４１に着座し燃料通路４２が遮断されている状態を示す。そして、図３（ｂ）に示すように、燃料噴射を実行すべく、第１のソレノイド４９が通電され吸引力が発生してスプリング４８の付勢力に抗して第１のニードル３６が第１のニードルストッパ３９に当接するまで上方へ移動されると、燃料通路４２が開放されサック室３４内に燃料が流入し噴孔３５から燃料が噴霧される。その際の第１のニードル３６の先端部に対する第２のニードル４４の先端部のサック室３４内への突出量（Ｌ１）は、サック室３４内にキャビテーションを安定して発生させることができるような小さい第１の所定突出量とされる。尚、該第１の所定突出量は、予め行われる解析評価や試作評価などにより適当に決定されるものとする。

次に、図３（ｃ）及び図３（ｄ）を参照して高貫徹力の燃料噴霧を行う場合の燃料噴射の動作について説明する。図３（ｃ）は、高貫徹力の燃料噴霧を行う場合であって、第１のニードル３６のリフト量がゼロである状態すなわち第１のニードル３６の先端面４０がノズル３１の傾斜面４１に着座し燃料通路４２が遮断されている状態を示す。そして、図３（ｄ）に示すように、燃料噴射を実行すべく、第１のソレノイド４９が通電され吸引力が発生してスプリング４８の付勢力に抗して第１のニードル３６が第１のニードルストッパ３９に当接するまで上方へ移動されると、燃料通路４２が開放されサック室３４内に燃料が流入し噴孔３５から燃料が噴霧される。その際の第１のニードル３６の先端部に対する第２のニードル４４の先端部のサック室３４内への突出量（Ｌ２）は、サック室３４内のキャビテーションの発生を阻止することができるような大きい第２の所定突出量とされる。尚、該第２の所定突出量は、予め行われる解析評価や試作評価などにより適当に決定されるものとする。

本実施形態においては、燃料噴射の際の第１のニードル３６のリフト量は一定にされ、ノズルの軸線方向における第２のニードルストッパ４７の配置位置を制御することにより、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を制御することで、第１のニードル３６の先端部に対する第２のニードル４４の先端部のサック室３４内への突出量を制御する。

ノズルの軸線方向における第２のニードルストッパ４７の配置位置は、冷却水温度センサ１４や排気温度センサ２４やアルコール濃度検出センサ２１などから検出情報に基づいてＥＣＵ１７により第２のソレノイド５２が制御され、該第２のソレノイド５２により制御される。ノズルの軸線方向における第２のニードルストッパ４７の配置位置は、低貫徹力の燃料噴霧を実行する場合には、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を上方に移動することができる、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されているような第１の配置位置をとるように構成される。また、ノズルの軸線方向における第２のニードルストッパ４７の配置位置は、高貫徹力の燃料噴霧を実行する場合には、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を下方に移動することができる、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示されているような第２の配置位置をとるように構成される。

次に、本燃料噴射装置７の燃料噴射の動作の制御について説明する。
本燃料噴射装置７は、冷却水温度などで代表される機関温度が例えば８０℃のような第１の所定温度未満である場合すなわち内燃機関が冷機状態にある機関冷機時には、低貫徹力の燃料噴霧が実行されるように燃料噴射の動作を制御する。これにより、噴射燃料がシリンダボアに付着するのを抑制することができエンジンオイルの希釈を防止することが可能となる。

これに対して、本燃料噴射装置７は、機関温度が第１の所定温度以上である場合すなわち内燃機関が暖機状態にある機関暖機時には、噴霧燃料がシリンダボアに付着しても機関温度が高く付着燃料はシリンダボアの熱を利用して気化し、また、エンジンオイル中に燃料が混入してもエンジンオイルの温度が高温にあり混入した燃料は直ぐに蒸発すると考えられ、エンジンオイルの希釈の発生は少ないものと考えられ、基本的には、気筒内空間全体に噴射燃料を行き亘せることができ十分に均質化された均質混合気を形成することが可能な高貫徹力の燃料噴霧が実行されるように燃料噴射の動作を制御する。

しかしながら、内燃機関が暖機状態にある機関暖機時においても、エンジンオイル中に混入した燃料が未燃燃料としてエンジンオイル中に残留する場合があり、次のサイクルにおいてこの未燃燃料が掻き上げられて（以下この未燃燃料を掻き上げ未燃燃料を称す）、掻き上げ未燃燃料が内燃機関の排気系に排出される場合がある。そして、掻き上げ未燃燃料が多い場合には、掻き上げ未燃燃料は排気系に配設された排気浄化触媒の性能に悪影響を及ぼす場合がある。

例えば、排気浄化触媒に流入する排気の温度が高く排気浄化触媒温度が高い場合に、掻き上げ未燃燃料が排気浄化触媒に流入すると、該掻き上げ未燃燃料が排気浄化触媒上で反応しこの際に発生する熱により更に排気浄化触媒の温度を高温にし、排気浄化触媒の劣化をもたらす場合がある。

また、排気浄化触媒に担持された貴金属触媒は、高温時において酸素過剰の雰囲気に晒されるとシンタリングを起こして劣化することが知られている。機関減速時において、一般的には、燃料の供給をカットする所謂フューエルカットが実施されるが、触媒高温時においてフューエルカットを実施すると、リーン空燃比状態の排気ガスによって前述したように触媒劣化を引き起こすために、触媒高温時には、機関減速時であってもフューエルカットを禁止することが提案されている。このようなフューエルカット禁止期間中に、掻き上げ未燃燃料が排気浄化触媒に流入すると、該掻き上げ未燃燃料が排気浄化触媒で反応しこの際に発生する熱により更に排気浄化触媒の温度を高温にし、排気浄化触媒の劣化をもたらす場合がある。

これらのことに基づいて、本燃料噴射装置７の燃料噴射の動作の制御においては、排気系に配設された排気浄化触媒の温度が、内燃機関が冷機状態あるいは暖機状態のどちらにあるかを判断する閾値となる上記第１の所定温度よりも高い第２の所定温度を越えるように場合には、掻き上げ未燃燃料の排気浄化触媒への流入を防止し排気浄化触媒の劣化を防止すべく、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作を制御する。尚、第２の所定温度は、例えば排気浄化触媒性能を保障する許容温度範囲内の上限温度に設定することが考えられる。

また、本燃料噴射装置７の燃料噴射の動作の制御においては、内燃機関が高速運転状態にあるような排気浄化触媒が非常に高温状態にあると考えられる機関運転状態におけるフューエルカット禁止期間中においても、掻き上げ未燃燃料の排気浄化触媒への流入を防止し排気浄化触媒の劣化を防止すべく、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作を制御する。

ところで、アルコールを含有する燃料で走行可能な、所謂フレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる自動車が知られている。アルコールは、ガソリンと比較して粘度が高く蒸発しにくいという性質を有している。そのため、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、アルコールを含有していない燃料が使用される場合と比較して、機関空燃比を目標空燃比に制御するために多量の燃料を噴射する必要がある。このために、高濃度のアルコールを含有する燃料が使用される場合には、アルコールを含有していない燃料が使用される場合と比較して、より多くの燃料が噴射されるになり、エンジンオイルの希釈あるいは掻き上げ未燃燃料に起因する支障をきたすおそれが大きいものと考えられる。

このことに基づいて、本燃料噴射装置７においては、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段２１を有する。そして、燃料噴射の動作の制御においては、アルコール濃度検出手段２１から検出された燃料中のアルコール濃度に基づいて燃料噴霧の貫徹力が制御される。具体的には、燃料中のアルコール濃度が所定濃度よりも高い場合には、エンジンオイルの希釈の防止、あるいは、掻き上げ未燃燃料の排気浄化触媒への流入を防止し排気浄化触媒の劣化を防止すべく、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作を制御する。

図４は、低貫徹力噴霧および高貫徹力噴霧のそれぞれの噴霧状態を示す図である。また、図５は、図２に示す本燃料噴射装置７における燃料噴霧の貫徹力の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。図５に示される燃料噴霧の貫徹力の制御ルーチンにおいては、上記で述べたようなエンジンオイルの希釈を防止すべく、また、掻き上げ未燃料に起因してもたらされうるような排気浄化触媒の劣化を防止すべく燃料噴霧の貫徹力が制御される。

まず、ステップ１０１においては、アルコール濃度検出手段２１により燃料中のアルコール濃度が検出される。そして、検出されたアルコール濃度が所定濃度以上であると判定された場合には、ステップ１０６に進み、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作が制御される。ステップ１０１において、検出されたアルコール濃度が所定濃度未満であると判定された場合には、ステップ１０２に進む。

ステップ１０２においては、機関温度が第１の所定温度未満であるか否かが判定される。本実施形態においては、機関温度を冷却水温度として、水温センサ１４により冷却水温度が検出される。そして、検出された冷却水温度が第１の所定温度未満である場合には、ステップ１０６に進み、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作が制御される。ステップ１０２において、検出された冷却水温度が第１の所定温度以上である判定された場合には、ステップ１０３に進む。尚、エンジンオイルの温度を検出する手段を備えることにより、機関温度をエンジンオイル温度として、冷却水温度の代わりにエンジンオイル温度に基づいて燃料噴霧の貫徹力の制御が実行されてもよい。

ステップ１０３においては、排気温度センサ２４により排気浄化触媒に流入する排気の温度が検出される。そして、検出された排気温度が第２の所定温度以上である場合には、ステップ１０６に進み、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作が制御される。ステップ１０３において、検出された排気温度が第２の所定温度未満である判定された場合には、ステップ１０４に進む。尚、本実施形態においては、排気浄化触媒に流入する排気の温度を排気温度センサにより検出しているが、機関回転数及び機関負荷から排気浄化触媒に流入する排気の温度を算出することができるマップをＥＣＵ内に格納し、該マップを使用して排気浄化触媒に流入する排気の温度を算出するようにしてもよい。

ステップ１０４においては、内燃機関が高速運転状態のフューエルカット禁止期間中であるか否かがＥＣＵにより判定される。そして、高速運転状態のフューエルカット禁止期間中であると判定されると、ステップ１０６に進み、低貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作が制御される。ステップ１０４において、高速運転状態のフューエルカット禁止期間中でないと判定されると、ステップ１０５に進み、高貫徹力の燃料噴霧を実行するように燃料噴射の動作が制御される。

これらの各ステップを有する燃料噴霧の貫徹力の制御によれば、上記で述べたようなエンジンオイルの希釈を防止でき、また、掻き上げ未燃燃料によりもたらされる排気浄化触媒の劣化を防止することが可能となる。

図６は、本発明の燃料噴射装置の別の一実施形態の要部縦断面図である。図６に示す燃料噴射装置の実施形態においては、第２のニードルストッパ及びソレノイドの構成以外の各構成要素は、図２において示された実施形態と同様であり、ここでの説明は省略する。また、図７は図６に示す本実施形態による燃料噴射の動作を説明する図である。図７(ａ)及び図７（ｂ）は低貫徹力の燃料噴霧を行う場合における燃料噴射の動作を示すものであり、図７（ｃ）及び図７（ｄ）は高貫徹力の燃料噴霧を行う場合における燃料噴射の動作を示すものである。

図６に示された実施形態においては、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を制御する第２のニードルストッパ６０は、形状記憶合金部を有し該形状記憶合金部に伝達される温度に依存して該形状記憶合金部が変形するように構成される。具体的には、形状記憶合金部は、油水温（エンジンオイル温度または冷却水温度）がシリンダヘッドを介して伝達されるようにノズル３１の本体部３２に直接的に接触して取り付けられ、形状記憶合金部に伝達される温度が所定温度未満である場合には、第２のニードルストッパ６０は、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を上方に移動することができる、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されているような第一の形態をとるように構成される。また、形状記憶合金部に伝達される温度が所定温度以上である場合には、第２のニードルストッパ６０は、ノズルの軸線方向における第２のニードル４４の配置位置を下方に移動することができる、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示されているような第二の形態をとるように構成される。

このような第２のニードルストッパ６０を構成要素とすることに伴い、ノズルの軸線方向における第２のニードルストッパの配置位置の電気的な制御が不要となり、図２に示す第２のソレノイド５２を不要とすることができる。

このような図６及び図７に示された実施形態においては、機関冷機時のエンジンオイルの希釈を防止することができるとともに、電気的な制御を行うことなくノズルの軸線方向における第２のニードルストッパ６０の配置位置を制御することができ、エネルギー効率の良い燃料噴射装置を提供することが可能となる。

本発明の燃料噴射装置が適用された内燃機関全体の概略構成の一実施形態を示す模式図である。 本発明の燃料噴射装置の一実施形態の要部縦断面図である。 図２に示す本燃料噴射装置の燃料噴射の動作を説明する図である。 低貫徹力噴霧および高貫徹力噴霧のそれぞれの噴霧状態を示す図である。 図２に示す本燃料噴射装置における燃料噴霧の貫徹力の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャートである。 本発明の燃料噴射装置の別の一実施形態の要部縦断面図である。 図６に示す本実施形態による燃料噴射の動作を説明する図である。

符号の説明

７ 燃料噴射装置
３１ ノズル
３４ サック室
３５ 噴孔
３６ 第１のニードル
３９ 第１のニードルストッパ
４４ 第２のニードル
４７ 第２のニードルストッパ

Claims (7)

1. 筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置において、
   先端部に燃料噴射用噴孔を有するノズルと、
   前記ノズル内の先端部に形成され前記噴孔と連通するサック室と、
   前記サック室内への燃料の流入を制御すべく前記ノズルの軸線方向に移動可能に前記ノズル内に配設された第１のニードルであって、前記ノズルの軸線方向に貫通する貫通口を有する第１のニードルと、
   前記第１のニードルに対して前記ノズルの軸線方向に移動可能に前記第１のニードルの前記貫通口内に配設された第２のニードルであって、前記第１のニードルの先端部から突出し且つ前記サック室内に突出する先端部を有する第２のニードルとを具備し、
   機関運転状態に応じて、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量を制御することにより、燃料噴霧の貫徹力を制御する、ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記ノズルの軸線方向における前記第２のニードルの配置位置を制御するニードルストッパを具備し、該ニードルストッパにより前記第２のニードルの配置位置を変更することにより、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 機関温度が第１の所定温度未満の場合には、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記内燃機関は、排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒を排気系に具備し、
   前記排気浄化触媒に流入する排気の温度が第２の所定温度以上である場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 機関運転状態が、機関回転数が所定回転数以上であり且つ前記内燃機関への燃料供給カットが禁止されている状態にある場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
6. 前記燃料噴射装置は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を具備し、
   燃料中のアルコール濃度が所定濃度以上である場合にも、燃料を噴射する際の前記第１のニードルの先端部に対する前記第２のニードルの先端部の前記サック室内への突出量は、前記燃料噴霧の貫徹力を弱くすべく小さくなるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
7. 前記ニードルストッパは機関温度に応じて変形する形状記憶合金部を有し、該形状記憶合金部の変形により、前記ノズルの軸線方向における前記第２のニードルの配置位置が制御される、ことを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つの請求項に記載の燃料噴射装置。

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