JP2013160049A - 内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定してデポジット除去などのためのキャビテーションを発生することができる内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法を提供する。
【解決手段】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サック部及び噴孔を有するハウジングと、ハウジング内に往復動可能に設けられ、サック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁と、ニードル弁を開閉駆動する駆動装置とを有する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、少なくともニードル弁の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始される全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるべく、駆動装置を制御する噴射制御手段を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法、特に筒内に直接に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法に関する。

自動車用の内燃機関等においては、燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを得るために、燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンで圧縮され、この高圧空気に対して燃料噴射弁から燃料が直接噴射される。すると、燃焼室にて、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し、排気弁の開時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。

このような筒内噴射式内燃機関において、燃料噴射装置は、先端部にサック部及び噴孔を有するハウジング内にサック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁が移動自在で、且つ、燃料通路を閉塞するように付勢支持されて構成されている。そして、所定のタイミングで、このニードル弁が移動して燃料通路を開放することで、燃料通路の燃料がサック部を介して噴孔から燃焼室に向けて噴射される。

この筒内噴射式内燃機関に適用される燃料噴射装置では、所定量の燃料が一度サック部に充満してから噴孔を通して噴射されるため、燃料噴射期間が経過してニードル弁により燃料通路が閉じられても、全ての燃料が燃焼室に噴射されるわけではなく一部の燃料はサック部に残留する。この場合、燃料噴射終了（閉弁）時には燃焼ガスなどの外部空気が噴孔を通してサック部に侵入する（これを閉弁時の呼吸作用という）。この場合、サック部付近に付着残留した燃料が燃焼ガスにより蒸し焼きにされ、サック部の内面やニードル弁の先端面、または、弁シート部などにデポジットとして堆積してしまう。

かかるデポジットの堆積量が増大すると燃料噴射量特性に悪影響を及ぼすことから、デポジットを除去することが望ましい。そのために、従来、デポジットを除去すべき時期を判断して、燃料噴射圧を高めることによりデポジットを吹き飛ばして除去する技術が提案されている（特許文献１）。また、始動時に所定時間、通常運転時よりも高い燃圧で燃料を供給して燃料噴射弁から高圧で燃料噴射させることも提案されている（特許文献２）。

特開２００２−１３４３６号公報 特開２００５−９０２３１号公報

上述した特許文献１及び２に記載された燃料噴射装置では、いずれも、燃料噴射圧を高めることによりデポジットを除去するようにしている。しかしながら、このように燃料噴射圧を高めることによりデポジットを除去する技術では、燃料噴射弁のダイナミックレンジの限界のために、内燃機関の運転領域の全てにおいて燃料噴射圧を高めることはできず、デポジットの除去が十分に行われないという問題があった。特に、弁シート部に形成されたデポジットに関しては効果が見込めないという問題があった。

すなわち、上記の背景技術で説明した弁シート部にデポジットが形成される燃料噴射装置では、ニードル弁を開弁させたときにサック部内に空気が存在している（換言すると、燃料が存在していない）と、開弁時に弁シート部からサック部にかけて急拡大流れとなるために、弁シート部下流における燃料流速が低下する。その結果、燃料流内でのキャビテーションの発生が安定せずデポジットの剥離力が低下し、デポジットの除去が十分にできないことが判明した。

本発明は、上記問題点に鑑み、燃料噴射圧を高めることなく安定してデポジット除去などのためのキャビテーションを発生することができる内燃機関の燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態は、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サック部及び噴孔を有するハウジングと、前記ハウジング内に往復動可能に設けられ、前記サック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁と、該ニードル弁を開閉駆動する駆動装置とを有する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、少なくとも前記ニードル弁の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始される全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるべく、前記駆動装置を制御する噴射制御手段を備えることを特徴とする。

なお、「噴射」とは、一般的には、燃料噴射弁の噴孔を介しての外部への燃料の「噴射」を言うが、本明細書の説明における「噴射」は、燃料通路から弁シート部を介してサック部へ燃料が通過することも含む意味で用いる。

この内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態によれば、噴射制御手段によって、駆動装置が少なくともニードル弁の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始される全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるように制御される。かくて、ニードル弁の中間リフト量での開弁による第１の噴射が行われると、サック部内が燃料で充満される。そして、この第１の噴射の後の閉弁途中に開始される全リフト量の開弁による第２の噴射が行われると、燃料で充満されているサック部内に燃料通路から弁シート部を介して燃料が供給され、その後噴孔を介して外部へ噴射される。この第２の噴射は第１の噴射の後の閉弁途中に開始されるので、サック部内への閉弁時の呼吸作用を伴わず、サック部内が燃料で充満されている。したがって、弁シート部からサック部にかけてのニードル弁との微小隙間に確実にキャビテーションが発生し、これにより、例えば、デポジットが存在するときはそれが剥離されて除去される。なお、サック部に燃料が充満されていなければ（サック部内に空気が存在していると）、キャビテーションの発生、成長、及び崩壊が阻害される。空気が存在していると、この空気がダンパーとして作用し、キャビテーション（減圧沸騰による燃料気相）の成長が妨げられるからである。

ここで、上記内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態において、前記第２の噴射のためのニードル弁の開弁速度は、前記第１の噴射のためのニードル弁の開弁速度よりも速いことが好ましい。このようにすると、弁シート部からサック部にかけてのニードル弁との微小隙間による第２の噴射のための流路が速く形成されるので、流路抵抗が少なくなり圧力損失を低減することができる。

さらに、上記内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態において、前記噴射制御手段による制御は、内燃機関の所定の運転条件時に実行されてもよい。なお、前記内燃機関の所定の運転条件時は、触媒暖機制御運転中においての膨張行程であることが好ましい。この形態によれば、所定の少量の燃料が通常の燃料噴射量に加えて膨張行程において噴射されるので、触媒の暖機作用が向上されると共に、エミッションの悪化も防止される。

また、上記内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態は、前記弁シート部の異常推定手段を有し、該異常推定手段により弁シート部の異常が推定されたときは、前記噴射制御手段による制御が実行されないことが好ましい。この形態によれば、キャビテーションの過剰発生に起因する弁シート部のエロージョンにより弁シート部の異常が推定されるときは、噴射制御手段による制御が実行されず、弁シート部の異常の進行が停止される。したがって、弁シート部の異常による燃料噴射弁の油密悪化が阻止され、エミッションの悪化が防止される。

なお、上記内燃機関の燃料噴射制御装置の一形態は、エタノールの混合率を特定する混合率特定手段を有し、該混合率特定手段により特定されたエタノールの混合率に対応させて前記第２の噴射の開弁速度を変更する開弁速度変更手段を備えてもよい。この形態によれば、開弁速度変更手段により、第２の噴射の開弁速度がエタノールの混合率に対応させて変更される。したがって、エタノールの混合率に対応して変化する飽和蒸気圧に応じて、第２の噴射の開弁速度が変更されるので、開弁時の圧力が飽和蒸気圧に近似してキャビテーションの発生量が安定する。

さらに、前記第２の噴射の開弁速度を所定値までに制限する開弁速度制限手段を備えることが好ましい。この形態によれば、開弁速度制限手段により、第２の噴射の開弁速度が所定値まで、例えば、エタノール飽和蒸気線の圧力に減圧するまでに制限される。したがって、エタノール飽和蒸気線の圧力以下に減圧するような速い開弁速度になることが阻止されるので、燃料が完全気体になってしまって噴射量の制御が不能になることが防止される。かくて、噴射量の制御精度が確保される。

また、上記課題を解決する本発明に係る内燃機関の燃料噴射方法の一形態は、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サック部及び噴孔を有するハウジングと、前記ハウジング内に往復動可能に設けられ、前記サック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁と、該ニードル弁を開閉駆動する駆動装置とを有する燃料噴射弁を備える内燃機関において、少なくとも前記ニードル弁を中間リフト量に開弁させて前記サック部を充満させる第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始して前記ニードル弁を全リフト量に開弁させて前記噴孔による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるステップを備えることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態を示す概要図である。 本発明に用いる燃料噴射弁の一実施形態を示す断面図である。 図２に示す実施形態の一部の拡大図である。 本発明に係る第１の噴射と第２の噴射との複数回の噴射の第１の実施形態を説明するために横軸に時間をとったタイムチャートであり、縦軸の（Ａ）は駆動電圧、（Ｂ）は弁体リフト量である。 本発明に係る第１の噴射と第２の噴射との複数回の噴射の第２の実施形態を説明するための、図４と同じタイムチャートである。 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態の制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る燃料噴射弁の実施形態において、（Ａ）は開弁速度と駆動電圧、（Ｂ）は開弁速度とエタノール混合率の関係を示すグラフである。 本発明に係る燃料噴射弁の実施形態において、開弁時の圧力と開弁速度の関係を示すグラフである。 沸点の異なる燃料同士の圧力・温度線図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

本実施形態の燃料噴射装置が適用されるエンジン１００は、図１に示すように、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジン１００においては、シリンダブロック１０２上にシリンダヘッド１０４が締結されており、このシリンダブロック１０２に形成された複数のシリンダボア１０６にピストン１０８がそれぞれ上下移動自在に嵌合されている。そして、シリンダブロック１０２の下部にはクランクシャフト１１０が回転自在に支持されており、ピストン１０８はコネクティングロッド１１２を介してこのクランクシャフト１１０にそれぞれ連結されている。

燃焼室１１４が、シリンダブロック１０２とシリンダヘッド１０４とピストン１０８により構成されており、この燃焼室１１４は、例えば上部の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１１４の上部、つまり、シリンダヘッド１０４の下面に吸気ポート１１６及び排気ポート１１８が対向して形成されており、この吸気ポート１１６及び排気ポート１１８に対して吸気弁１２０及び排気弁１２２の下端部がそれぞれ位置されている。従って、この吸気弁１２０及び排気弁１２２が所定のタイミングで上下移動されることで、吸気ポート１１６及び排気ポート１１８が開閉され、吸気ポート１１６と燃焼室１１４、燃焼室１１４と排気ポート１１８とがそれぞれ連通される。

吸気ポート１１６には、インテークマニホールド１２４を介してサージタンク１２６が連結され、このサージタンク１２６には吸気管１２８が連結されている。さらに、この吸気管１２８の空気取入口にはエアクリーナ１３０が取付けられている。そして、このエアクリーナ１３０の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置１３２が設けられている。また、シリンダヘッド１０４には、燃焼室１１４の上方に位置して混合きに着火する点火プラグ１３４が装着されている。

一方、排気ポート１１８には、エギゾーストマニホールド１３６を介して排気管１３８が連結されており、この排気管１３８には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置１４０、１４２が装着されている。また、吸気管１２８におけるサージタンク１２６の下流側と、排気管１３８における各触媒装置１４０、１４２の間とには排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）１４４が設けられており、このＥＧＲ通路１４４にはＥＧＲ弁１４６が設けられている。

更に、シリンダヘッド１０４には、燃焼室１１４に直接燃料を噴射する後述のインジェクタ（燃料噴射装置）１５０が装着されており、このインジェクタ１５０は、本実施形態においては、吸気ポート１１６側に位置され、先端部が下方に所定角度傾斜されており、排気ポート１１８側に向けて燃料を噴射可能とされている。

また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００が搭載されており、このＥＣＵ２００は、インジェクタ１５０、点火プラグ１３４、ＥＧＲ弁１４６などを制御可能とされている。即ち、吸気管１２８の上流側にはエアフローメータ２０２が装着されると共に、サージタンク１２６には吸気負圧センサ２０４が装着され、計測した吸入空気量、吸気負圧信号をＥＣＵ２００に出力している。また、電子スロットル装置１３２は現在のスロットル開度信号をＥＣＵ２００に出力しており、クランクポジションセンサ２０６は検出したエンジン回転数信号をＥＣＵ２００に出力している。さらに、シリンダーブロック１０２に配置された温度センサ２０８からは冷却水温度信号がＥＣＵ２００に出力されている。従って、ＥＣＵ２００は、検出した吸入空気量、吸気負圧、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数、冷却水温度などのエンジン運転状態パラメータに基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ弁開度などを決定している。

本実施形態に係るインジェクタ１５０は、図２及び図３に示すように、ハウジング本体１５１及び噴霧形成部材１５２とから構成されたハウジングと、ハウジング内に往復動可能に設けられたニードル弁１５３と、ニードル弁１５３を開閉駆動するソレノイド１５５とを有している。そして、本実施形態に係るハウジング本体１５１にはその中央部に燃料通路が形成され、その先端部に噴霧形成部材１５２が配置されている。この噴霧形成部材１５２はハウジング本体１５１の燃料通路に連通する燃料通路１５２Ａを有すると共に、先端部に該燃料通路が連通するサック部１５２Ｂ及び噴孔１５２Ｃ、そして、サック部１５２Ｂの基部に位置された弁シート部１５２Ｄを有している。具体的には、噴霧形成部材１５２は図３に示すように、中空円筒形状をなし、その小径の先端部に半球面形状をなすサック部１５２Ｂが形成されると共に、外部に開口する例えばスリット状の噴孔１５２Ｃ（複数でもよい）が形成されている。そして、サック部１５２Ｂの基部に凹円錐状の弁シート部１５２Ｄが位置されている。なお、噴霧形成部材１５２はハウジング本体１５１と一体に形成されてもよい。

ニードル弁１５３は、ハウジング本体１５１内に往復動可能に設けられた円柱形状のプランジャ１５４の端部に一体に、二段円錐形状の弁体１５３Ａを先端に備えて形成されている。すなわち、ニードル弁１５３の二段円錐形状をなす弁体１５３Ａの外周面は、サック部１５２Ｂの基部に位置された弁シート部１５２Ｄに対して平行なニードルシート部１５３Ｂとそれより先端側のニードル円錐面１５３Ｃとに形成されている。

また、噴霧形成部材１５２とニードル弁１５３との間に形成されている燃料通路１５２Ａの下端部側はサック部１５２Ｂを介して噴孔１５２Ｃに連通可能となっている。そして、ニードル弁１５３のニードルシート部１５３Ｂが噴霧形成部材１５２の弁シート部１５２Ｄに当接することで、燃料通路１５２Ａを遮断することができる一方、ニードルシート部１５３Ｂが弁シート部１５２Ｄから離れた（リフトした）ときに燃料通路１５２Ａを開放し、燃料通路１５２Ａにある所定の圧力の燃料を弁シート部１５２Ｄとニードル円錐面１５３Ｃとの間の燃料通路、及びサック部１５２Ｂを介して噴孔１５２Ｃから外部（燃焼室１１４）に噴射することができる。

また、ハウジング本体１５１内には、コイルスプリング１５７が圧縮状態で介装されており、ニードル弁１５３は、コイルスプリング１５７の付勢力によりプランジャ１５４を介してニードルシート部１５３Ｂが噴霧形成部材１５２の弁シート部１５２Ｄに密着して燃料通路１５２Ａを遮断する方向に付勢されている。一方、ハウジング本体１５１の壁内には、ニードル弁１５３のプランジャ１５４に対向して駆動装置としてのソレノイド１５５が内蔵されている。従って、ソレノイド１５５へ通電すると、吸引力が発生してコイルスプリング１５７の付勢力に抗してニードル弁１５３が上方に移動（リフト）され、燃料通路１５２Ａが開放される。

なお、インジェクタ１５０の基端部入口１５８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、ハウジング本体１５１内の燃料通路を通して噴霧形成部材１５２の燃料通路１５２Ａの上流側に所定圧Ｐ１の燃料が供給されている。

ここで、上述の内燃機関の燃料噴射制御装置における噴射制御手段の作用について説明する。本実施形態による燃料噴射弁１５０においては、ソレノイド１５５に所定の駆動信号が印加されて励磁されると、ニードル弁１５３がコイルスプリング１５７に抗して移動（リフト）され、そのニードルシート部１５３Ｂがサック部１５２Ｂの基部に形成された弁シート部１５２Ｄから離間される。この場合、ニードル弁１５３には、電気回路の応答遅れや燃料噴射弁１５０内に存在する燃料の圧力や温度、性状などの影響により、動作遅れが生じる。したがって、ニードル弁１５３はこの動作遅れを克服して完全にリフトされたとき、燃料噴射弁１５０の全開状態が得られる。この全開状態では、噴霧形成部材１５２の燃料通路１５２Ａ、ニードル弁１５３のニードルシート部１５３Ｂと弁シート部１５２Ｄとの間の隙間、及び弁シート部１５２Ｄとニードル円錐面１５３Ｃとの間の燃料通路を介して燃料が圧送され、噴孔１５２Ｃから噴射されるようになる。

そこで、本実施形態においては、噴射制御手段によって、ニードル弁１５３の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始されるニードル弁１５３の全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射が行われるように、ソレノイド１５５が制御される。具体的には、図４に示すように、ソレノイド１５５に時刻ｔ１において電圧Ｖ１の駆動信号が印加される。すると、ニードル弁１５３がこの駆動電圧Ｖ１に対応した速度Ｓ１でもってリフトを開始する。そして、ニードル弁１５３のリフト途中の時刻ｔ２において上記駆動信号が一時停止される。すると、コイルスプリング１５７に付勢されているニードル弁１５３は閉弁を開始する。そこで再度、この閉弁途中である時刻ｔ３において電圧Ｖ１の駆動信号が印加される。すると、ニードル弁１５３は再度速度Ｓ１でもってリフトを開始する。そして、ニードル弁１５３が全リフト量Ｆに開弁された後の時刻ｔ４において上記駆動信号が停止されるのである。

かくて、ニードル弁１５３の中間リフト量での開弁による第１の噴射が行われると、噴霧形成部材１５２の燃料通路１５２Ａからニードル弁１５３のニードルシート部１５３Ｂと弁シート部１５２Ｄとの間の隙間を介して微小な燃料が圧送され、サック部１５２Ｂ内が燃料で充満される。そして、この第１の噴射の後の閉弁途中に開始されるニードル弁１５３の全リフト量Ｆの開弁による第２の噴射が行われると、燃料で充満されているサック部１５２Ｂ内に燃料通路１５２Ａからニードル弁１５３のニードルシート部１５３Ｂと弁シート部１５２Ｄとの間の隙間及び弁シート部１５２Ｄとニードル円錐面１５３Ｃとの間の燃料通路を介して燃料が供給され、噴孔１５２Ｃを介して外部へ噴射される。この第２の噴射は第１の噴射の後の閉弁途中に開始されるので、サック部１５２Ｂ内への呼吸作用を伴わず、サック部１５２Ｂ内が燃料で充満されている。したがって、弁シート部１５２Ｄからサック部１５２Ｂにかけてのニードル弁１５３との微小隙間及び弁シート部１５２Ｄとニードル円錐面１５３Ｃとの間の燃料通路に確実にキャビテーションが発生する。したがって、弁シート部１５２Ｄにデポジットが形成されているときには、これによりデポジットが確実に剥離されて除去される。

なお、上述の実施形態においては、第１及び第２の噴射のためのニードル弁１５３の開弁速度を等しくなるようにしたが、第２の噴射のためのニードル弁１５３の開弁速度Ｓ２は、図５に示すように、第１の噴射のためのニードル弁１５３の開弁速度Ｓ１よりも速いことが好ましい。このために、図５に示す第２の実施形態においては、ニードル弁１５３の閉弁途中である時刻ｔ３において印加される駆動信号の電圧がＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）に昇圧されている。このようにすると、弁シート部１５２Ｄからサック部１５２Ｂにかけてのニードル弁１５３との微小隙間による第２の噴射のための流路が速く形成されるので、流路抵抗が少なくなり圧力損失を低減することができる。

次に、上述した噴射制御を含む本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置をデポジット除去のために用いる制御手順の一例を図６のフローチャートを参照して説明する。この制御は、エンジン１００の始動後、所定の周期で実行される。まず、制御がスタートすると、ＥＣＵ２００はステップＳ６０１において、温度センサ２０８からの検出信号に基づき、冷却水温度が所定値以上か否かを判定する。冷却水温度が所定値を下回っているときは、触媒１４０、１４２の温度が活性温度に至っていないと推定してステップＳ６０２に進み、触媒暖機制御を実行する。なお、ステップＳ６０１での判定で冷却水温度が所定値以上のときは、本制御ルーチンは一旦終了される。

そして、ステップＳ６０３において、燃料噴射弁１５０のデポジット除去が必要か否かが判定される。このデポジット除去が必要か否かの判定は、種々の周知の方法により行うことができる。例えば、所定の燃料噴射量で所定の回数の燃料噴射を行った後において、空燃比の変化を計測することによって判定してもよい。そこで、デポジット除去が必要でないときはステップＳ６０４に進み、通常時の燃料噴射が実行される。すなわち、エンジン１００のエンジン運転状態パラメータに基づいた燃料噴射量が、エンジンの圧縮（又は吸入）行程に燃料噴射弁１５０から噴射される。これに対し、デポジット除去が必要なときはステップＳ６０５に進み、上述の通常時の燃料噴射に加えて、デポジット除去噴射が実行される。すなわち、エンジン１００のエンジン運転状態パラメータに基づいた上述のエンジンの圧縮（又は吸入）行程に燃料噴射弁１５０から噴射される燃料噴射量に加えて、膨張行程においても、所定の少量の燃料が燃料噴射弁１５０から噴射されるのである。

なお、上述の制御手順においては、ステップＳ６０３において、燃料噴射弁１５０のデポジット除去が必要か否かを判定するようにしたが、このような判定を行うことなく、ステップＳ６０２の触媒暖機制御が実行されるときは常時、ステップＳ６０５に直ちに進み、上述の通常時の燃料噴射に加えて、デポジット除去噴射を実行するようにしてもよい。

これらの制御手順によれば、いずれも、所定の少量の燃料が通常の燃料噴射量に加えて膨張行程において噴射されるので、触媒の暖機作用が向上されると共に、エミッションの悪化も防止される。

ところで、上述した本発明の実施形態においては、ニードル弁１５３の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始されるニードル弁１５３の全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射を行わせることで、キャビテーションを安定して発生させようにしている。しかし、このキャビテーションが過剰に発生すると、弁シート部にエロージョンが生じ、これに起因する弁シート部の異常、延いては、ニードル弁１５３との油密性の低下が起こるおそれがある。そこで、本発明の他の実施形態では、かかる弁シート部の異常推定手段を有し、該異常推定手段により弁シート部の異常が推定されたときは、デポジット除去噴射制御手段による制御が実行されないようにしている。

かかる弁シート部の異常推定手段としては、例えば、エンジン１００の高温再始動時におけるクランキング時に、所定の閾値を超える回転変動の有無を検出し、それがあった場合に異常有りと推定するような手段であってもよい。このような弁シート部の異常（油密性の低下）があると、燃料噴射弁１５０による燃料の初噴射の前に燃焼室１１４内に漏洩した燃料が自着火（プレイグニッション）するという現象が存するからである。この他の実施形態によれば、キャビテーションの過剰発生に起因する弁シート部のエロージョンにより弁シート部の異常が推定されるときは、デポジット除去噴射制御手段による制御が実行されないので、弁シート部の異常の進行が停止される。したがって、弁シート部の異常による燃料噴射弁の油密悪化が阻止され、エミッションの悪化が防止されるのである。

さらに、本発明の燃料噴射制御装置は、燃料として、ガソリンに限らず、ガソリンに所定の混合率でアルコール（エタノール）を混合した、いわゆる、エタノール混合燃料を用いる内燃機関にも適用可能である。このエタノール混合燃料を用いる内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態では、エタノールの混合率を特定する混合率特定手段を有し、該混合率特定手段により特定されたエタノールの混合率に対応させて、中間リフト量での開弁による第１の噴射の後の閉弁途中に開始されるニードル弁の全リフト量の開弁による上述の第２の噴射の開弁速度を変更する開弁速度変更手段を備えることが好ましい。というのも、エタノールの混合率が増大していくと、燃料の沸点が高くなり、キャビテーションの発生が不安定になるからである。

ここで、エタノール混合燃料について、理解の容易化のために図９の圧力・温度線図を参照して簡単に説明する。一般に、ガソリンは多成分燃料であり、沸点が低い（蒸発が早い）成分と高い（蒸発が遅い）成分とが混在している。図９の圧力・温度線図に、これらの低沸点成分（例えば、炭化水素成分の炭素数が５であるｎ−ペンタン（Ｃ５））の飽和蒸気線がＡ、高沸点成分（例えば、炭化水素成分の炭素数が１３であるｎ−トリデカン（Ｃ１３））の飽和蒸気線がＢで示されている。そして、かかる多成分燃料の場合には、液相側の飽和液線と気相側の飽和蒸気線に囲まれたある幅を持った２相領域が存在することが知られており、これらの飽和液線と飽和蒸気線は臨界点にて合致する。そこで、図９において、エタノールの混合のないガソリンのみの場合の２相領域（右肩上がりのハッチング部分）をＣ、ガソリンに所定の混合率でエタノールが混合されている場合の２相領域（左肩上がりのハッチング部分）をＤとし、それぞれの飽和液線Ｅ、飽和蒸気線Ｆ及び臨界点ＣＰについては、必要に応じ、例えば、飽和液線Ｅの場合には、Ｅ_Cの如く添字を付して両者を区別することとする。さらに、図９には、ニードル弁１５３の上流側に供給される所定の燃料噴射圧Ｐ１の燃料が所定の燃料温度Ｔ１において噴射される場合が、模式的に示されている。すなわち、ニードル弁１５３が開弁された時の弁シート部１５２での燃料の圧力がＰ２で示されると共に、ガソリンのみの場合の飽和蒸気線Ｆ_Cに対応する飽和蒸気圧Ｐｖ、及び所定の混合率αでエタノールが混合されている場合の飽和蒸気線Ｆ_Dに対応する飽和蒸気圧Ｐｖαが、それぞれ、示されている。

なお、エタノールの混合率を特定する混合率特定手段としては、周知のエタノール濃度センサを用いることができ、これを、例えば、不図示の燃料タンク内、又はそれから燃料噴射弁１５０に至る燃料供給経路内に設置してもよい。そして、エタノール濃度センサで検出されたエタノールの混合率に対応させて第２の噴射の開弁速度を変更すべく、ＥＣＵ２００は、燃料噴射弁１５０のソレノイド１５５への駆動信号の電圧を、第１の噴射の電圧から昇圧して印加する。

この昇圧印加を、エタノール混合率αに対して好適な開弁速度Ｓの関係を示している図７（Ｂ）とその開弁速度Ｓを達成するのに好適な駆動電圧Ｖの関係を示している図７（Ａ）を参照して具体的に説明する。ここで、図７（Ｂ）において、エタノール混合率がαｘであるときの第２の噴射の開弁速度をＳ２ｘとすれば、エタノール混合率がこのαｘより大きいαｙのときは第２の噴射の開弁速度がＳ２ｙとされる。そして、これらの開弁速度Ｓ２ｘ及びＳ２ｙを得るために、前述の第１の噴射の駆動電圧Ｖ１に対する第２の噴射の駆動電圧Ｖ２（図５参照）がそれぞれＶ２ｘ及びＶ２ｙとされるのである。この形態によれば、エタノールの混合率αに対応して変化する飽和蒸気圧Ｐｖαに応じて、第２の噴射の開弁速度Ｓ２が変更されるので、開弁時の圧力Ｐ２が飽和蒸気圧に近似してキャビテーションの発生量が安定する。

ところが、上述の実施形態のようにエタノールの混合率αに対応させて第２の噴射の開弁速度Ｓ２を制限無く速くすると、換言すると、エタノールの飽和蒸気線の圧力Ｐｖαを下回る圧力にまで減圧されるように第２の噴射の開弁速度Ｓ２が速くされると、ニードル弁１５３の急激な開弁によって減圧沸騰が生じ、液体の燃料が完全に気体となってしまう。そこで、本発明のさらなる実施形態においては、上述の第２の噴射の開弁速度Ｓ２を所定値Ｓ２ｚまでに制限する開弁速度制限手段を備えている。

ここで、第２の噴射の開弁速度Ｓ２と開弁時の圧力Ｐ２との関係を示す図８のグラフを参照して説明すると、第２の噴射の開弁速度Ｓ２は、開弁時の圧力Ｐ２がエタノールの飽和蒸気線の圧力Ｐｖαに減圧される所定値Ｓ２ｚを超えないように制限されている。換言すると、その開弁速度を達成する駆動電圧Ｖが制限されている。この形態によれば、開弁速度制限手段により、第２の噴射の開弁速度Ｓ２が所定値Ｓ２ｚまでに制限されているので、エタノールが混合されている場合の飽和蒸気線Ｆ_Dの圧力Ｐｖα以下に減圧するような速い開弁速度になることが阻止され、燃料が完全気体になってしまって噴射量の制御が不能になることが防止される。かくて、噴射量の制御精度が確保される。

以上、本発明の実施形態が説明されたが、本発明は上述の実施形態に限定されること無く、本発明の範囲内で種々の変形や修正が可能であることはいうまでもない。

１５０ 燃料噴射弁
１５１ ハウジング本体
１５２ 噴霧形成部材
１５２Ａ 燃料通路
１５２Ｂ サック部
１５２Ｃ 噴孔
１５２Ｄ 弁シート部
１５３ ニードル弁
１５３Ａ 弁体
１５３Ｂ ニードルシート部
１５３Ｃ ニードル円錐面
１５５ ソレノイド
１５７ コイルスプリング

Claims (9)

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サック部及び噴孔を有するハウジングと、前記ハウジング内に往復動可能に設けられ、前記サック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁と、該ニードル弁を開閉駆動する駆動装置とを有する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   少なくとも前記ニードル弁の中間リフト量での開弁による第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始される全リフト量の開弁による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるべく、前記駆動装置を制御する噴射制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記第２の噴射のためのニードル弁の開弁速度は、前記第１の噴射のためのニードル弁の開弁速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射制御手段による制御は、内燃機関の所定の運転条件時に実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記内燃機関の所定の運転条件時は、触媒暖機制御運転中においての膨張行程であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記弁シート部の異常推定手段を有し、
   該異常推定手段により弁シート部の異常が推定されたときは、前記噴射制御手段による制御は実行されないことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. エタノールの混合率を特定する混合率特定手段を有し、
   該混合率特定手段により特定されたエタノールの混合率に対応させて前記第２の噴射の開弁速度を変更する開弁速度変更手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記第２の噴射の開弁速度を所定値までに制限する開弁速度制限手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 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サック部及び噴孔を有するハウジングと、前記ハウジング内に往復動可能に設けられ、前記サック部の基部に位置された弁シート部に当接するニードル弁と、該ニードル弁を開閉駆動する駆動装置とを有する燃料噴射弁を備える内燃機関において、
   少なくとも前記ニードル弁を中間リフト量に開弁させて前記サック部を充満させる第１の噴射と、その後の閉弁途中に開始して前記ニードル弁を全リフト量に開弁させて前記噴孔による第２の噴射との複数回の噴射を行わせるステップを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射方法。
9. 前記第２の噴射のためのニードル弁の開弁速度は、前記第１の噴射のためのニードル弁の開弁速度よりも速いことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射方法。

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