JP2010007558A - 燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減可能な燃料噴射システムを提供する。
【解決手段】第２噴孔からの燃料噴射量が閾値以下の場合、スワール流制御弁の開度を小さくし、大きなスワール流を作り出すようにした。これにより、最初に噴射される第１噴霧Ｆ１は、噴孔軸ＦＪにそって進んでいき、蒸発したものは特にスワール流（記号Ｓで示した）に流されて、噴孔軸ＦＪからずれた位置に燃焼領域Ｎを形成する。その後、第２噴霧Ｆ２は、その噴霧貫徹力によって噴孔軸ＦＪに沿って進むため、微粒化が不十分のまま燃焼領域Ｎに突入することがない。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射システムに関する。

従来の燃料噴射弁には、燃料が噴射される噴孔の面積を可変にするものがある。例えば、第１噴孔及び第２噴孔を有しており、燃料噴射量が少ないときは第１噴孔のみを開放して燃料を噴射し、燃料噴射量が多くなると、第１噴孔に加え第２噴孔を開放して燃料を噴射するという具合である。具体的には、内外二重に配置された２つのニードル（アウタニードル、インナニードル）を、燃料噴射量に応じてリフトさせるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の燃料噴射弁では、最初にアウタニードルがリフトし、このリフトにより第１噴孔から燃料噴射が開始され、その後、燃料噴射量を確保する必要があるときにはアウタニードルのリフト途中においてインナニードルがリフトし、このリフトにより第２噴孔からも燃料噴射が開始される。
特開２００７−１６２５３５号公報

しかしながら従来技術では、第２噴孔からの燃料噴射量が少ないとき、例えばエンジン負荷が中程度のときには、第２噴孔から噴射される燃料の微粒化が促進されないという問題がある。この場合、第１噴孔からの燃料の燃焼領域に対し、微粒化が不十分な第２噴孔からの燃料が噴射されると、十分に蒸発することなく燃焼が開始されるため、スモークエミッションが増加する虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減可能な燃料噴射システムを提供することにある。

本発明の燃料噴射システムは、シリンダと、シリンダに支持されて往復運動を行うピストンと、第１噴孔及び第２噴孔を有する燃料噴射弁とを備えている。ここで、ピストンは、燃料が燃焼する燃焼室を形成している。この燃焼室に対し燃料噴射弁が燃料を噴射するのであるが、燃料噴射弁は、決定される燃料噴射量に応じたニードルの移動により、第１噴孔から燃料を噴射すると共に、燃料噴射量が多い場合には、第１噴孔からの燃料噴射に続けて、第２噴孔からも燃料を噴射する。

また、本発明の燃料噴射システムは、さらに、スワール流生成手段と、スワール流制御手段とを備えている。上述のシリンダが複数の吸気ポートを有することを前提に、スワール流生成手段が、吸気ポートからの吸気流量を調整し、少なくとも燃焼室にスワール流を生じさせる。そして、スワール流制御手段によって、第２噴孔からの燃料噴射量に基づき、スワール流生成手段が制御されスワール流の大きさが変更される。

この場合、スワール流を大きなものとすれば、第１噴孔から噴射される燃料の燃焼領域を噴孔軸からずらすことができる。これにより、第２噴孔から噴射される燃料が噴孔軸に沿って進むことを前提として、当該燃料の燃焼時期を遅延させられる。その結果、第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減することができる。
なお、本発明では、燃料噴射量に応じて第１噴孔に続く第２噴孔からの燃料噴射が行われればよく、複数のニードルを備える構成に限定されるものではない。もちろん、内外に二重配置されたニードルを備える構成にも限定されない。

ところで、第２噴孔からの燃料噴射量が少ないとき、例えばエンジン負荷が中程度のときには、第２噴孔から噴射される燃料の微粒化が促進されない。このとき、第２噴孔から噴射される微粒化の不十分な燃料は、その噴霧貫徹力により、噴孔軸に沿って進んでいく。

そこで、第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値以下である場合、スワール流を相対的に大きくする構成が有効である。スワール流を大きくして第１噴孔から噴射される燃料の燃焼領域を噴孔軸からずらせば、微粒化が不十分な第２噴孔からの燃料の燃焼時期を遅延させることができ、その結果、第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減することができる。なお、ここで「相対的に大きくする」とあるのを、「燃料噴射量が所定の閾値を上回る場合よりも大きくする」としてもよい。この点は、以下の手段でも同様である。

反対に、第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値を上回る場合、スワール流を相対的に小さくすることが好ましい。スワール流の生成は、複数の吸気ポートのうち一部の吸気ポートからの吸気を制限することで行われる。したがって、スワール流を大きなものとすることは、吸気流量を低減させることにつながる。そのため、燃料噴射量が多い場合にはスワール流を小さくすることで、吸気流量を増やし、燃焼を促進させることが好ましい。このようにすれば、第２噴孔からの燃料噴射量が多い場合にも、噴射された燃料を十分に燃焼させることができ、第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減することができる。なお、ここで「相対的に小さくする」とあるのを、「燃料噴射量が所定の閾値以下である場合よりも小さくする」としてもよい。この点は、以下の手段でも同様である。

ところで、第２噴孔からの燃料噴射量が「０」である場合、すなわち第１噴孔からのみ燃料が噴射される場合には、スワール流を相対的に大きくすることとしてもよい。
この場合、第１噴孔から噴射される燃料と当該燃料の燃焼領域とが重なることを抑制でき、第１噴孔からの燃料の蒸発を促進することが可能となる。また、パイロット噴射を行うような制御にも有効である。つまり、パイロット噴射による最初の燃焼によって酸素が使用されたとしても、スワール流によって燃焼領域が噴孔軸からずれることになり、当該燃焼領域外でメイン噴射による燃焼が生じる。そのため、メイン噴射による燃焼にあたって酸素が欠乏することを抑制でき、スモークエミッションの発生を抑制することができる。

ただし、第１噴孔から噴射される燃料は十分に微粒化されているため、燃料の蒸発を促進させる上記構成が常にベストというわけではない。特に、いわゆるＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）燃焼を行うシステムでは、そうである。したがって、システム構成によっては、第２噴孔からの燃料噴射量が「０」である場合、スワール流を相対的に小さくする構成を採用することも考えられる。

本発明における技術思想は、第２噴孔から噴射される燃料の微粒化度合いに応じてスワール流の大きさを制御するものである。したがって、上述した「所定の閾値」は、第２噴孔からの燃料噴射量に依存する燃料の微粒化度合いに応じて設定することが例示される。具体的には、第１噴孔から噴射される燃料と同等の微粒化度合いとなる燃料噴射量として設定することが考えられる。

なお、このような閾値との比較対象となる第２噴孔からの燃料噴射量は、通常の制御においては、算出されるものではない。したがって、スワール流制御手段が第２噴孔からの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段を有することとし、算出される燃料噴射量に基づき、スワール流の大きさを制御することとしてもよい。

また、第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値を上回る場合、次のような構成を採用してもよい。すなわち、噴射タイミング制御手段によって、第２噴孔からの燃料の噴射のタイミングを早めるのである。このようにすれば、第１噴孔から噴射される燃料と第２噴孔から噴射される燃料が一体となり、多くの空気を取り込みながら燃焼する。その結果、第２噴孔からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、本実施形態の燃料噴射システムの概略構成を、図１に基づいて説明する。燃料噴射システム１は、車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下単に「エンジン」という）１０を制御対象としている。

エンジン１０は、複数（本実施形態では４つ）のシリンダ１１を有しており、各シリンダ１１には吸気系１２および排気系１３が接続されている。また、各シリンダ１１には、往復運動可能となるようピストン１４が支持されると共に、燃料をシリンダ１１内へ噴射するインジェクタ１５が配設されている。このとき、ピストン１４のポンピング作用によって吸気系１２からシリンダ１１内へ空気が吸入され、ピストン１４による圧縮とインジェクタ１５からの燃料噴射によって自着火が生じ、燃焼による排気が排気系１３から排出される。なお、ピストン１４の上面にはピストンキャビティと呼ばれる燃焼室１４ａが形成されており、噴射された燃料の燃焼は、主として、この燃焼室１４ａで行われる。

このような燃料噴射システム１の詳細を説明する。最初に、インジェクタ１５からの燃料噴射に関する構成を説明する。
燃料噴射システム１は、インジェクタ１５の他に、各インジェクタ１５が接続されるコモンレール１６、及び、コモンレール１６へ燃料を圧送する高圧ポンプ１７を備えている。

コモンレール１６は、燃料の圧力を維持したまま、すなわち蓄圧状態で燃料を蓄える。そして、コモンレール１６における燃料の圧力を上昇させるのが、高圧ポンプ１７である。後述するように燃料の圧力は、運転状態によって決定されるものであり、高圧ポンプ１７が制御されることにより、コモンレール１６は、所望の燃料圧力で、燃料を蓄える。コモンレール１６に蓄えられた燃料がインジェクタ１５から噴射されることは既に述べたが、本実施形態では、インジェクタ１５内部の燃料通路の開放期間が通電期間として制御されることで、目標とする量の燃料がシリンダ１１内へ噴射されることになる。

次に、吸気系１２について説明する。吸気系１２は、吸気管２１を有し、この吸気管２１にて形成される吸気通路には上流側から順に、異物を除去するエアクリーナ２２、インタクーラ２３、スロットル２４が設けられている。スロットル２４は、いわゆるスロットル弁２４ａを有している。また、この吸気通路は、吸気ポート２５に接続されている。吸気ポート２５には、吸気弁２６が配置されている。特に図示しないが、この吸気弁２６は、カムシャフトの回転によって押し下げられ、吸気ポート２５を開閉する。スロットル２４は後述するアクセル操作に応じて制御され、スロットル弁２４ａの開度が調整されることで、シリンダ１１内への吸気流量が調整される。なお、インタクーラ２３は、過給器のコンプレッサ２３ａによって高温となった吸気を冷却するものである。

続けて、排気系１３について説明する。排気系１３は、排気管３１を有し、この排気管３１にて形成される排気通路には、触媒３２が設けられている。この排気通路は、排気ポート３３に接続されている。排気ポート３３には、排気弁３４が配置されている。この排気弁３４は、吸気弁２６と同様、カムシャフトの回転によって押し下げられ、排気ポート３３を開閉する。シリンダ１１内の燃焼による排気は排気ポート３３から外部へ排出されるのであるが、この排気を浄化するのが触媒３２である。

このような燃料噴射システム１の全体の制御を司るのが、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）４０である。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスラインを有する周知のマイクロコンピュータである。

ＥＣＵ４０の入力ポートには、コモンレール１６における燃料の圧力を検出する圧力センサ４１、アクセルペダル４２の踏み込み量を検出するアクセルセンサ４３、及び、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ４４が電気的に接続されている。一方、ＥＣＵ４０の出力ポートには、上述したインジェクタ１５、高圧ポンプ１７、及び、スロットル２４などが接続されている。

かかる構成により、ＥＣＵ４０は、アクセルセンサ４３からの信号に基づき、スロットル２４を制御する。また、ＥＣＵ４０は、アクセルセンサ４３からの信号に基づき目標とする燃料の噴射量を算出すると共に、アクセルセンサ４３および回転数センサ４４からの両信号に基づき、目標とする燃料圧力を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、算出した燃料圧力となるように高圧ポンプ１７を制御する。また、算出した噴射量の燃料が噴射されるようにインジェクタ１５への通電を行う。インジェクタ１５への通電期間は、燃料圧力毎に予め記憶される噴射量と通電期間との対応関係（マップ）によって決定される。

ところで、本実施形態では、このようにして行われる燃料噴射制御に加え、シリンダ１１内の燃焼室１４ａにおけるスワール流の制御を行う。つまり、ＥＣＵ４０は、図１中の吸気管２１の吸気通路に配置されるスワール流制御弁２７を制御するのである。これについて、図２を用いて説明する。

図２は、ピストン１４の燃焼室１４ａ、吸気ポート２５および排気ポート３３をシリンダヘッド側から見た模式図である。本実施形態において、上述した吸気ポート２５は、各シリンダ１１に対して２つ設けられている。また、排気ポート３３も、２つ設けられている。２つの吸気ポート２５を区別するため、図２では、一方の吸気ポート２５を「吸気ポート２５ａ」とし、他方の吸気ポート２５を「吸気ポート２５ｂ」とした。

上述したスワール流制御弁２７は、図２に示すように、一方の吸気ポート２５ａに設けられており、いわゆるバタフライ弁である弁本体２７ａを有している。ＥＣＵ４０には上述したようにアクセルセンサ４３および回転数センサ４４からの信号が入力されるが、これらの信号に基づき、ＥＣＵ４０は、全閉状態から全開状態までの間で、スワール流制御弁２７の開度を制御する。かかる構成により、ＥＣＵ４０にてスワール流制御弁２７が全閉状態とされると、他方の吸気ポート２５ｂのみから吸気が行われることとなり、矢印Ｓで示すスワール流が最も強くなる。反対に全開状態とされると、両方の吸気ポート２５ａ、２５ｂから吸気が行われることとなり、矢印Ｓで示すようなスワール流は形成されない。つまり、スワール流制御弁２７の開度によって、矢印Ｓで示す向きのスワール流の大きさを制御することができる。

また、本実施形態は、特殊なインジェクタ１５を採用している点にも特徴がある。つまり、インジェクタ１５には、燃料噴射量に応じて噴孔面積が可変となるものが採用されている。そこで次に、インジェクタ１５について説明する。

図３は、インジェクタ１５の構成を示す模式的部分断面図である。図４は、図３中の噴射ノズル１４３の先端部を示す部分拡大断面図である。
インジェクタ１５は、略円筒形状であり、コモンレール１６から供給される燃料を、内部の燃料通路１４１、１４２を経由して先端から噴射する。

このインジェクタ１５は、主として、噴射ノズル１４３と、ノズルホルダ部１４４と、両者の間に介在するプレート部１４５とで構成されている。そして、これらは略円筒状のリテーニングナット等の締結部材１４６により、互いに油密に固定されている。

噴射ノズル１４３は、ノズルボディ１４７、アウタニードル１５０、インナニードル１６０、第１スプリング１５１、及び、第２スプリング１６１を有している。
ノズルボディ１４７は略有底円筒状に形成されており、その内部には、アウタニードル１５０およびインナニードル１６０を往復移動可能に収容する収容穴１４７ａが設けられている。ノズルボディ１４７の先端部１４７ｂには、収容穴１４７ａとノズルボディ１４７の外壁面とを内外に貫通する第１噴孔１７１及び第２噴孔１７２が設けられている。ここで、第２噴孔１７２は、第１噴孔１７１よりも先端側に形成されている。アウタニードル１５０の外周には上述した燃料通路１４２が形成されており、この燃料通路１４２を経由して第１噴孔１７１及び第２噴孔１７２から燃料が噴射される。

アウタニードル１５０とインナニードル１６０とは二重配置されている。具体的には、アウタニードル１５０が略中空円筒状に形成されており、その内部に、インナニードル１６０が収容されている。なお、本実施形態では、内外に二重配置されるアウタニードル１５０及びインナニードル１６０で構成したが、噴孔面積を可変とする構造であればよく、内外に二重配置されるニードルの構成に限定されるものではない。

第１スプリング１５１は、アウタニードル１５０を噴孔１７１、１７２側へ付勢する。また、第２スプリング１６１は、インナニードル１６０を噴孔１７１、１７２側へ付勢する。
以下、便宜上、噴孔１７１、１７２側へ向かう方向を噴孔側、噴孔１７１、１７２から離れる方向を反噴孔側と記述する。

図４に示すように、ノズルボディ１４７内部には、アウタニードル１５０及びインナニードル１６０に対応する共通の弁座１４７ｃが形成されている。この弁座１４７ｃに当接する当接部１５２、１５３が、アウタニードル１５０の先端部に形成されている。当接部１５２、１５３の間には凹状の溝である凹状溝１５４が形成されている。このとき、アウタニードル１５０が弁座１４７ｃへ着座すると、２つの当接部１５２、１５３が第１噴孔１７１の入口部１７１ａを跨ぐようにして弁座１４７ｃへ当接し、第１噴孔１７１からの燃料噴射を遮断する。なお、アウタニードル１５０の当接部１５２、１５３の上流側には、円錐台面１５５が形成されており、燃料通路１４２に続く先端側の燃料通路１４２ａの燃料から圧力を受ける。かかる構成により、アウタニードル１５０は、燃料の圧力によって反噴孔側へ付勢されることになる。

また、弁座１４７ｃへ当接する当接部１６２が、インナニードル１６０の先端部に形成されている。このとき、インナニードル１６０が弁座１４７ｃへ着座すると、当接部１６２が第２噴孔１７２の入口部１７２ａの上流側で弁座１４７ｃへ当接し、第２噴孔１７２からの燃料噴射を遮断する。なお、インナニードル１６０の反噴孔側の端部には円錐台面１６３が形成されており、燃料通路１４２に続く先端側の燃料通路１４２ａの燃料から圧力を受ける。かかる構成により、インナニードル１６０は、燃料の圧力によって反噴孔側へ付勢されることになる。

このような構成により、スプリング１５１、１６１の噴孔側への付勢力と、燃料通路１４２ａの燃料圧力により円錐台面１５５、１６３が受ける反噴孔側への付勢力とのバランスによって、アウタニードル１５０及びインナニードル１６０の離着座が実現される。

具体的には、ＥＣＵ４０によるインジェクタ１５への通電期間に、図示しない制御弁が開放され燃料通路１４１、１４２から燃料が供給されるため、燃料通路１４２ａの燃料圧力が上昇する。このとき、本実施形態では、最初にアウタニードル１５０が反噴孔側へ移動する。すなわち、円錐台面１５５を介した反噴孔側への付勢力がスプリング１５１の付勢力に勝る。これによって、第１噴孔１７１から燃料が噴射されることになる。そして、ＥＣＵ４０の通電期間が長くなると（燃料噴射量が多いと）、アウタニードル１５０が、その一部をインナニードル１６０の所定部位に当接させ、インナニードル１６０を反噴孔側へ付勢するようになる。これにより、燃料の噴射量が多い場合には、インナニードル１６０の円錐台面１６３が受ける付勢力とアウタニードル１５０からの付勢力がスプリング１６１の付勢力に勝り、アウタニードル１５０に続いてインナニードル１６０が反噴孔側へ移動する。その結果、第２噴孔１７２からも燃料が噴射されることになる。

次に、図５のフローチャートに基づいて、噴射制御処理を説明する。
最初のステップＳ１００（以下、ステップを省略し、単に記号Ｓで示す）において、噴射量を決定する。この処理は、アクセルセンサ４３からの信号に基づくアクセルペダル４２の踏み込み量から、燃料噴射量を決定するものである。

続くＳ１１０では、燃料圧力を決定する。この処理は、アクセルセンサ４３からの信号に基づくアクセルペダル４２の踏み込み量と回転数センサ４４からの信号に基づくエンジン１０の回転数とから、燃料圧力を決定するものである。

次のＳ１２０では、噴射制御を行う。この処理は、コモンレール１６の燃料圧力がＳ１１０にて決定された燃料圧力となるように高圧ポンプ１７を制御すると共に、Ｓ１１０にて決定された燃料圧力における燃料噴射量と通電時間との対応関係（マップ）に基づき、Ｓ１００にて決定された燃料噴射量に対応する通電時間を決定し、インジェクタ１５へ通電を行うものである。ここで決定される燃料圧力と通電時間とに応じて、インジェクタ１５では、第１噴孔１７１のみから燃料が噴射されたり、第１噴孔１７１に加え第２噴孔１７２から燃料が噴射されたりする。例えば、軽負荷である場合には第１噴孔１７１のみから燃料が噴射され、中負荷以上である場合には、第１噴孔１７１及び第２噴孔１７２から燃料が噴射されるという具合である。通常、ＥＣＵ４０では、燃料圧力と通電時間とを制御し、第２噴孔１７２からの噴射量については把握していない。

そこで、本実施形態では、次のＳ１３０にて、第２噴孔１７２からの燃料噴射量を算出する。この処理は、全体の燃料噴射量を基に、第２噴孔１７２からの燃料噴射量をおおまかに算出するものである。

そして、次のＳ１４０にて、第２噴孔１７２からの燃料の噴射があるか否かを判断する。この処理は、Ｓ１３０にて算出された第２噴孔１７２からの燃料噴射量が「０」よりも大きいか否かを判断するものである。ここで第２噴孔１７２からの噴射があると判断された場合（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、Ｓ１５０へ移行する。一方、第２噴孔１７２からの噴射がないと判断された場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、Ｓ１５０の処理を実行せず、Ｓ１６０へ移行する。

Ｓ１５０では、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値以下であるか否かを判断する。第２噴孔１７２からの燃料噴射量が低下すると、燃料の微粒化が促進されなくなってしまう。ここで第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値以下であると判断された場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０へ移行する。一方、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値以下でないと判断された場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１７０へ移行する。

第１噴孔１７１からのみ燃料が噴射される場合（Ｓ１４０：ＮＯ）あるいは第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値以下の場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）に移行するＳ１６０では、スワール流制御弁２７（図２参照）の開度を小さくする。このときは、他方の吸気ポート２５ｂからの吸気が多くなるため、シリンダ１１内のスワール流（矢印Ｓで示した）は相対的に大きくなる。一方、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値を上回る場合（Ｓ１５０：ＮＯ）に移行するＳ１７０では、スワール流制御弁２７の開度を大きくする。このときは、両方の吸気ポート２５ａからの吸気も多くなり、燃焼室１４ａのスワール流は相対的に小さくなる。

なお、本実施形態におけるシリンダ１１が「シリンダ」を構成し、ピストン１４が「ピストン」を構成し、インジェクタ１５が「燃料噴射弁」を構成し、スワール流制御弁２７が「スワール流生成手段」を構成し、ＥＣＵ４０が「スワール流制御手段」、「燃料噴射量算出手段」を構成する。
また、図５中のＳ１３０の処理が「燃料噴射量算出手段」の機能としての処理に相当し、Ｓ１４０〜Ｓ１７０の処理が「スワール流制御手段」の機能としての処理に相当する。

以下、本実施形態の燃料噴射システム１が発揮する効果を説明する。ここでは、本実施形態の効果に対する理解を容易にするため、繰り返すことになるが、従来の問題点を最初に説明する。

従来、最初に第１噴孔１７１から噴射される燃料（以下「第１噴霧」という）は十分に微粒化されているため蒸発した状態で燃焼するが、その後に噴射される第２噴孔１７２からの燃料（以下「第２噴霧」という）は、その噴射量が少ないと微粒化が十分でなく、蒸発する前に、その噴霧貫徹力によって第１噴霧の燃焼領域に突入してしまい、結果として、スモークエミッションを増加させてしまう虞がある。

この点、本実施形態では、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値以下の場合（図５中のＳ１５０：ＹＥＳ）、スワール流制御弁２７の開度を小さくし（Ｓ１６０）、大きなスワール流を作り出すようにした。これにより、図６に示すように、最初に噴射される第１噴霧Ｆ１は、噴孔軸ＦＪにそって進んでいき、蒸発したものは特にスワール流（記号Ｓで示した）に流されて、噴孔軸ＦＪからずれた位置に燃焼領域Ｎを形成する。その後、第２噴霧Ｆ２は、その噴霧貫徹力によって噴孔軸ＦＪに沿って進むため、微粒化が不十分のまま燃焼領域Ｎに突入することがない。その結果、第２噴孔１７２から噴射された燃料をも十分に蒸発させることができ、スモークエミッションの増加を抑えることができる。

また、本実施形態では、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値を上回る場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、スワール流制御弁２７の開度を大きくするようにした（Ｓ１７０）。その結果、両方の吸気ポート２５ａ、２５ｂから吸気を行うことになり、燃焼に必要な酸素を十分に供給することができる。そして、このときは、図７に示すように、第１噴霧Ｆ１を追いかけるようにして第２噴霧Ｆ２が移動するが、十分な微粒化が行われており、また、吸気が十分に確保されることから、大きな燃焼領域Ｎが形成される。その結果、エンジン１０において高出力を得ることができ、しかも、スモークエミッションの増加という問題が生じない。

さらにまた、本実施形態では、第１噴孔１７１のみから燃料が噴射される場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、スワール流制御弁２７の開度を小さくし（Ｓ１６０）、強力なスワール流を作り出すようにした。これにより、第１噴霧と当該第１噴霧の燃焼領域とが重なることを抑制でき、第１噴霧の蒸発を促進することが可能となる。また、パイロット噴射を行うような制御にあっても有効である。つまり、パイロット噴射による噴霧の燃焼によって酸素が使用されたとしても、当該燃焼領域にメイン噴射による噴霧が重ならないため、メイン噴射による燃焼にあたって酸素が欠乏することなく、スモークエミッションの発生を抑制することができる。

なお、第１噴孔１７１から噴射される燃料は十分に微粒化されているため、燃料の蒸発を促進させる構成に限定されるものではない。特に、いわゆるＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）燃焼を行うシステムでは、そうである。したがって、システム構成によっては、第１噴孔１７１のみから燃料が噴射される場合（Ｓ１４０：ＮＯ）、スワール流制御弁２７の開度を大きくするようにしてもよい。あるいは、スワール流制御弁２７を半開状態とし、それほど強力でないスワール流を作り出すような制御としてもよい。第１噴霧がスワール流によって流されすぎると、その燃焼領域が隣の第１噴霧に重なる可能性が生じるためである。

以上本発明は、上記実施形態に何ら限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施可能である。
例えば、次のようにして実施してもよい。
（イ）上記実施形態では、スワール流制御弁２７の制御として、その開度を大きくしたり、小さくしたりしていた（図５中のＳ１６０、Ｓ１７０）。しかしながら、第２噴孔１７２からの噴射量に応じて、相対的にスワール流の強さを可変にできればよい。したがって、例えばベンチテスト等を行うことで、スワール流制御弁２７の開度を詳細に制御するようにしてもよい。

（ロ）上記実施形態では、スワール流制御弁２７を一方の吸気ポート２５ａに設けていた。これに対し、吸気弁２６のリフトを制御する可変動弁機構によって吸気ポート２５ａからの吸気流量を調整するようにし、スワール流の大きさを調整するようにしてもよい。

（ハ）上記実施形態では、アウタニードル１５０及びインナニードル１６０が燃料通路１４２ａに供給される燃料の圧力によって移動する構成であった。これに対し、ニードルの移動を、ＥＣＵによって直接的に制御するようにしてもよい。

（ニ）上記実施形態は第２噴孔１７２からの燃料噴射量に応じてスワール流制御弁２７を制御するものであったが、加えて第２噴孔１７２からの燃料噴射タイミングを制御してもよい。具体的には、第２噴孔１７２からの燃料噴射量が閾値を上回る場合（Ｓ１５０：ＮＯ）、コモンレール１６に蓄えられる燃料の圧力を上昇させるようＥＣＵ４０が高圧ポンプ１７を制御するようにしてもよい。このようにすれば、第２噴孔１７２からの燃料噴射タイミングが早くなり、第１噴孔１７１から噴射される燃料と第２噴孔１７２から噴射される燃料が一体となって、多くの空気を取り込みながら燃焼する。その結果、第２噴孔１７２からの燃料噴射に起因するスモークエミッションを低減することができる。
なお、第２噴孔１７２からの燃料噴射タイミングを制御する構成を採用する場合、上記（ハ）で説明したようにＥＣＵによってニードルの移動を直接的に制御する構成が有効となる。

本発明の実施形態の燃料噴射システムの概略構成を示す説明図である。 スワール流制御弁の配置及び機能を示す説明図である。 インジェクタの構成を示す部分断面図である。 インジェクタの先端部を拡大して示す部分拡大断面図である。 噴射制御処理を示すフローチャートである。 第２噴孔からの燃料噴射量が少ない場合の燃焼の様子を示す説明図である。 第２噴孔からの燃料噴射量が多い場合の燃焼の様子を示す説明図である。

符号の説明

１：燃料噴射システム、１０：エンジン、１１：シリンダ（シリンダ）、１２：吸気系、１３：排気系、１４：ピストン（ピストン）、１４ａ：燃焼室、１５：インジェクタ（燃料噴射弁）、１６：コモンレール、１７：高圧ポンプ、２１：吸気管、２２：エアクリーナ、２３：インタクーラ、２３ａ：コンプレッサ、２４：スロットル、２４ａ：スロットル弁、２５、２５ａ、２５ｂ：吸気ポート、２６：吸気弁、２７：スワール流制御弁（スワール流生成手段）、２７ａ：弁本体、３１：排気管、３２：触媒、３３：排気ポート、３４：排気弁、４０：ＥＣＵ（スワール流制御手段、燃料噴射量算出手段、噴射タイミング制御手段）、４１：圧力センサ、４２：アクセルペダル、４３：アクセルセンサ、４４：回転数センサ、１４１、１４２、１４２ａ：燃料通路、１４３：噴射ノズル、１４４：ノズルホルダ部、１４５：プレート部、１４６：締結部材、１４７：ノズルボディ、１４７ａ：収容穴、１４７ｂ：先端部、１４７ｃ：弁座、１５０：アウタニードル、１５１：スプリング、１５２、１５３：当接部、１５４：凹状溝、１５５：円錐台面、１６０：インナニードル、１６１：スプリング、１６２：当接部、１６３：円錐台面、１７１：第１噴孔、１７１ａ：入口部、１７２：第２噴孔、１７２ａ：入口部。

Claims (8)

1. 複数の吸気ポートを有するシリンダと、
   シリンダに支持されて往復運動を行い、燃料が燃焼する燃焼室を形成するピストンと、
   ニードル、並びに、当該ニードルにより開閉される第１噴孔及び第２噴孔を有し、決定される燃料噴射量に応じたニードルの移動により、前記第１噴孔から前記燃焼室へ燃料を噴射すると共に、前記燃料噴射量が多い場合には、前記第１噴孔からの燃料噴射に続けて、前記第２噴孔からも前記燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記吸気ポートからの吸気流量を調整し、少なくとも前記燃焼室にスワール流を生じさせるスワール流生成手段と、
   前記第２噴孔からの燃料噴射量に基づき、前記スワール流生成手段を制御して前記スワール流の大きさを変更するスワール流制御手段と、
   を備えていることを特徴とする燃料噴射システム。
2. 請求項１に記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記スワール流制御手段は、前記第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値以下である場合、前記スワール流を相対的に大きくすることを特徴とする燃料噴射システム。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記スワール流制御手段は、前記第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値を上回る場合、前記スワール流を相対的に小さくすることを特徴とする燃料噴射システム。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記スワール流制御手段は、前記第２噴孔からの燃料噴射量が「０」である場合、前記スワール流を相対的に大きくすることを特徴とする燃料噴射システム。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記所定の閾値は、前記第２噴孔からの燃料噴射量に依存する燃料の微粒化度合いに応じて設定されることを特徴とする燃料噴射システム。
6. 請求項５に記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記所定の閾値は、前記第１噴孔から噴射される燃料と同等の微粒化度合いとなる燃料噴射量として設定されることを特徴とする燃料噴射システム。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記スワール流制御手段は、
   前記第２噴孔からの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段を有し、
   前記燃料噴射量算出手段にて算出される燃料噴射量に基づき、前記スワール流生成手段を介して前記スワール流の大きさを制御することを特徴とする燃料噴射システム。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の燃料噴射システムにおいて、
   前記第２噴孔からの燃料噴射量が所定の閾値を上回る場合、前記第２噴孔からの燃料の噴射のタイミングを通常時よりも早める噴射タイミング制御手段を備えていることを特徴とする燃料噴射システム。

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