JP4310857B2

JP4310857B2 - Fuel injection nozzle

Info

Publication number: JP4310857B2
Application number: JP20937299A
Authority: JP
Inventors: 章雄田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001041096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに用いられる燃料噴射ノズルに係り、特にそのノズルボデーを利用して失火を含む異常燃焼を検出するための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制に対応するため、排ガスを取り扱う装置に自己診断機能を付与することが求められており、この診断項目の一つにエンジンの失火検出が含まれている。
【０００３】
この失火を検出する装置として、従来、「特開昭５７−７９２２６号公報」に見られるように、燃焼室から排出される燃焼ガスの温度を常時監視し、この燃焼ガスの温度に基づいて失火を含む異常燃焼の有無を検出するようにしたものが知られている。この従来の検出装置では、燃焼室に連なる排気ポートと排気管との接続部に温度センサが取り付けられている。温度センサは、燃焼ガスの排気経路に露出された感温部を有し、この感温部で燃焼室から排出される燃焼ガスの温度を直接検知することにより、エンジンに失火が生じたか否かについての検出を行っている。
【０００４】
また、その他の従来例として、例えば「特開平５−３０６６６４号公報」に示されるように、燃焼室に装着される燃料噴射ノズルを利用して異常燃焼を検知するようにしたものが知られている。
【０００５】
この従来の燃料噴射ノズルは、燃焼室に臨むノズルボデーを有し、このノズルボデーの内部にニードルと一体に移動する磁石と、この磁石と向かい合うサーチコイルとが収容されている。磁石は、その温度が予め設定されたキューリー点に達した時に、磁束密度が急激に低下するような特性を有しており、これにより磁石とサーチコイルとの間に生じる隙間の大小に拘わらず、磁石とサーチコイルとの間に形成される磁気回路が遮断されるようになっている。
【０００６】
したがって、異常燃焼が生じて燃焼室に臨むノズルボデーが高温に過熱されると、この熱がノズルボデーを介して磁石に伝わり、この磁石の温度がキューリー点を上回る。これにより、サーチコイルとの間の磁気回路が遮断されて、このサーチコイルの出力電圧が予め設定された基準電圧に到達することができなくなり、この出力電圧の低下に基づいて異常燃焼の発生を検出するようになっている。
【０００７】
なお、この他の例として、従来、燃焼時に発生するイオンの流れを測定することにより、エンジンの失火やノックを検出するようにした点火システムが提案されている。例えばSAEペーパ1999-01-0204においては、噴射装置の誘導コイルによって燃焼時のイオンの流れを検出し、エンジン運転中に失火が生じたか否かについての検出を行っている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、燃焼室から排出される燃焼ガスの温度に基づいて失火を検出する従来の検出装置では、各気筒の排気経路に温度センサを設置しているので、気筒数に対応した数の温度センサが必要となる。このため、気筒数が多くなる程、数多くの温度センサを準備しなくてはならず、部品点数が多くなる。
【０００９】
しかも、温度センサは、排気管又はシリンダヘッドに形成した取付孔に組み付けられているので、これら排気管やシリンダヘッドに専用の取付孔を開けたり、これら取付孔に温度センサを一つ一つ組み付けていく作業を必要とする。このため、気筒数が多くなる程、排気管やシリンダヘッドに対する加工工数および温度センサの組み付け工数が増大し、上記部品点数が増大することと合わせて、製造コストが高くなるといった問題がある。
【００１０】
これに対し、燃料噴射ノズルを利用して燃焼ガスの温度を検出すれば、専用の温度センサやその取り付け構造が不要となり、コスト的な面で有利な構成となる。
【００１１】
しかしながら、上記従来の燃焼噴射ノズルでは、燃焼ガスの温度をノズルボデーからニードル、ピンおよび接着剤を介して間接的に磁石に伝えることにより異常燃焼を検出しているので、この燃焼ガスの温度を直接検出することができない。このため、燃焼ガスの温度変化に対する応答性の面で問題があり、燃料噴射ノズルが過度に加熱された状態が継続するような異常燃焼の検出は可能であるが、失火のような短期的な異常燃焼を精度良く検出することはできない。
【００１２】
また、燃焼時に発生するイオンの流れから失火を検出すれば、格別な温度検出手段を不要としつつ、応答性も確保することができる。しかしながら、燃焼時に発生するイオンが非常に微弱であるために、イオンの流れが少ない低負荷運転域での検出感度が非常に悪くなる。このため、特に燃焼状態が不安定となる低負荷運転域において、失火検出の信頼性が低下するといった問題が生じてくる。
【００１３】
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、燃焼室の燃焼温度を検出するに当っての応答性および感度を十分に確保でき、失火を含む異常燃焼の検出を精度良く行えるとともに、構造簡単で性能劣化も少なく、かつ安価な燃料噴射ノズルの提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係る燃料噴射ノズルは、
ディーゼルエンジンの燃焼室に臨む先端部を有するとともに、この先端部に上記燃焼室に開口する燃料の噴射孔が形成された金属製のノズルボデーと、
上記ノズルボデーの先端部に設置され、上記ノズルボデーとは異種の金属からなる導電体と、を備えており、
上記導電体は、上記ノズルボデーとの温度差によって生じる熱起電力に基づいて上記燃焼室の燃焼温度を検出するとともに、上記噴射孔の近傍において上記ノズルボデーの周方向に連続するリング状をなしていることを特徴としている。
【００１９】
このような構成において、燃焼室への燃料噴射に引き続いてこの燃焼室内で燃焼が開始されると、燃焼室に臨むノズルボデーの先端部とここに設置された導電体とが加熱される。この加熱により、ノズルボデーと導電体との接触部分の温度差に基づいて燃焼温度に相当するような熱起電力が発生する。すなわち、導電体がノズルボデーと協働して熱電対を構成するので、この熱電対により検出された熱起電力の大きさに基づいて燃焼状態に異常があるか否かを検出することができる。
【００２０】
この際、上記導電体は、燃焼室に臨んでいるので、この燃焼室の燃焼温度を直接検出することができ、失火を含む異常燃焼が生じたか否かを精度良く検出することができる。それとともに、導電体が燃焼室内の燃焼ガスに直接さらされるので、燃焼温度の変動に対する応答性が高くなり、失火のような短期的な温度変化にも確実に対処できる。しかも、熱電対といった単純な構成であるため、燃焼生成物の付着による検出能力の低下等の性能劣化は少なく、燃焼温度を長期に亘って安定して検出することができる。
【００２１】
また、この構成によれば、ノズルボデーを利用して燃焼温度の検出が可能となるから、燃焼温度検出用の格別な温度センサやこの温度センサを取り付ける構造が不要となる。そのため、部品点数を削減できるとともに、温度センサの組み付けに要する手間を省け、製造コストの低減が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態を、４サイクルディーゼルエンジンに適用した図１ないし図６にもとづいて説明する。
【００２３】
図１において、符号１はシリンダブロック、２はシリンダヘッドを夫々示している。シリンダブロック１は、ピストン３が収容されたシリンダ１ａを有し、このピストン３の頂面に燃焼室４を構成する凹所５が形成されている。シリンダヘッド２は、吸気バルブ６によって開閉される吸気ポート７と、排気バルブ８によって開閉される排気ポート９とを有している。これら吸気ポート７および排気ポート９は、燃焼室４に連なっている。
【００２４】
図１および図２に示すように、シリンダヘッド２には、ノズル装着孔１０が形成されている。ノズル装着孔１０は、燃焼室４に向けて開口された小径な連通口１０ａを有し、このノズル装着孔１０に本発明に係る燃料噴射ノズル１５が取り付けられている。
【００２５】
燃料噴射ノズル１５は、ノズルホルダ１６と、このノズルホルダ１６にリテーニングナット１７を介して同軸状に連結されたノズルボデー１８とを備えている。ノズルホルダ１６は、燃料パイプ１９を介して燃料噴射ポンプ２０に連なっており、このノズルホルダ１６の内部の燃料通路（図示せず）に燃料噴射ポンプ２０で加圧された燃料が供給されるようになっている。
【００２６】
ノズルボデー１８は、例えばステンレス合金にて構成されている。このノズルボデー１８は、図２に示すように、大径部１８ａと、この大径部１８ａに同軸状に連なる小径部１８ｂとを有する段付き円筒状をなしている。ノズルボデー１８の大径部１８ａは、リテーニングナット１７の内側に収められている。小径部１８ｂは、リテーニングナット１７を貫通して上記連通口１０ａに導入されている。小径部１８ｂは、先細り状に尖る先端部２１を有し、この先端部２１が連通口１０ａを通じて燃焼室４に突出されている。
【００２７】
ノズルボデー１８の内部には、ガイド孔２３が同軸状に形成されている。ガイド孔２３は、大径部１８ａから小径部１８ｂに亘って連続して形成されており、このガイド孔２３の途中に燃料供給路２４が接続されている。この燃料供給路２４は、上記燃料通路を介して燃料噴射ポンプ２０に連なっている。
【００２８】
ガイド孔２３の終端は、先細り状に尖る弁座面２３ａをなしている。この弁座面２３ａは、上記小径部１８ｂの先端部２１の内側に位置されている。また、小径部１８ｂの先端部２１には、複数の噴射孔２５が形成されている。これら噴射孔２５は、燃焼室４に連なるとともに、上記弁座面２３ａに開口されている。
【００２９】
ガイド孔２３には、ニードル２７が軸方向に摺動可能に精度良く嵌合されている。ニードル２７は、小径部１８ｂの内側を貫通する部分の径がガイド孔２３の内径よりも小さく定められており、このニードル２７の外周面とガイド孔２３の内面との間に、燃料を噴射孔２５に導くための隙間２８が形成されている。
【００３０】
ニードル２７は、弁座面２３ａに接離可能なシール部２９を有している。このニードル２７は、シール部２９が弁座面２３ａに接する閉じ位置と、シール部２９が弁座面２３ａから離脱する開き位置とに亘って軸方向に往復移動されるようになっている。このため、ニードル２７が開き位置に移動されると、噴射孔２５が開かれ、隙間２８に充填された燃料が噴射孔２５を通じて燃焼室４に噴射される。
【００３１】
なお、ニードル２７のシール部２９とは反対側の端部は、プレッシャピン３０に接している。このプレッシャピン３０は、図示しないリターンスプリングを介して上記ニードル２７を常に閉じ位置に向けて付勢している。
【００３２】
図２ないし図４に示すように、燃焼室４に臨むノズルボデー１８の先端部２１には、金属素子としての電極３３が設置されている。電極３３は、例えば銅のような上記ノズルボデー１８とは異種の金属材料からなる導電体にて構成されている。この電極３３は、銅をノズルボデー１８の先端部２１の外周面にメッキしたり、あるいは銅の薄板を圧着することにより構成され、上記噴射孔２５の近傍において、先端部２１の周方向に連続するようなリング状をなしている。
【００３３】
このため、燃焼室４に臨むノズルボデー１８の先端部２１が燃焼ガスの熱影響を受けて加熱されると、ノズルボデー１８と電極３３との接続部分の温度差によって熱起電力が発生するようになっている。したがって、電極３３とノズルボデー１８の先端部２１とは、互いに協働して熱電対を構成している。
【００３４】
図４に示すように、ノズルボデー１８の大径部１８ａの端面には、第１および第２の接続端子３４ａ，３４ｂが配置されている。第１の接続端子３４ａは、絶縁体３５を介して大径部１８ａに支持されており、この大径部１８ａに対し電気的に絶縁されている。第２の接続端子３４ｂは、大径部１８ａに支持されており、この大径部１８ａと電気的に導通されている。
【００３５】
上記電極３３は、導線３６を介して第１の接続端子３４ａに接続されている。導線３６は、電極３３と同種の金属材料、あるいは電極３３との間で熱起電力を発生し難いような金属材料、換言すれば上記熱電対と近似の熱起電力を有する金属材料を用いることが望ましい。この導線３６は、ノズルボデー１８の外周面のガイド溝３７を通して配線されている。ガイド溝３７は、ノズルボデー１８の軸方向に沿って延びており、このガイド溝３７の内部に上記導線３６が電気的に絶縁された状態で固定されている。
【００３６】
ノズルボデー１８の第１および第２の接続端子３４ａ，３４ｂは、ノズルボデー１８とノズルホルダ１６とを互いに連結した時に、このノズルホルダ１６のコネクタを介してリード線３８（図１に示す）に接続されるようになっている。リード線３８は、ノズルホルダ１６の内部をノズルボデー１８とは遠ざかる方向に配線された後、このノズルホルダ１６の外部に引き出されている。そして、このリード線３８は、図５に示すコントローラ４０に接続されており、このコントローラ４０によって上記燃料噴射ポンプ２０の動作が制御されるようになっている。
【００３７】
このことから、ノズルボデー１８の先端部２１と電極３３との接触部分に生じた熱起電力は、燃焼室４内の燃焼ガスの燃焼温度を示す信号として上記導線３６およびリード線３８を介してコントローラ４０に入力される。
【００３８】
コントローラ４０は、ノズルボデー１８および電極３３を介して検出された実際の熱起電力と、予め燃焼温度に対応して設定された熱起電力の閾値とを比較することで、失火を含む異常燃焼の有無を判断するためのものである。
【００３９】
すなわち、コントローラ４０は、上記リード線３８にＡ／Ｄ変換器４１を介して接続された比較器４２と、失火の判断基準となる熱起電力の閾値を設定するための閾値可変機構４３とを備えている。閾値可変機構４３は、エンジンの運転状況（燃料の噴射条件）に応じた燃焼温度に基づく熱起電力の閾値を予め設定するためのもので、本実施の形態においては、アイドリング運転域を含む低負荷低回転時のように燃焼温度が低い領域での熱起電力の閾値と、エンジンを低温状態で運転した時の燃焼温度に応じた熱起電力の閾値と、エンジンを高温状態で運転した時の燃焼温度に応じた熱起電力の閾値とが予め設定されている。
【００４０】
図６は、アイドリング運転域を含む低負荷低回転運転時において、ノズルボデー１８によって検出された実際の熱起電力Ｖ₁と、閾値可変機構４３に設定された熱起電力の閾値Ｔとの関係を開示している。
【００４１】
この図６から明らかなように、ノズルボデー１８で検出された実際の熱起電力Ｖ₁を示す信号がコントローラ４０に入力されると、比較器４２は、指定された噴射条件での熱起電力の閾値Ｔと、入力された実際の熱起電力Ｖ₁とを比較する。そして、熱起電力Ｖ₁が閾値Ｔを上回っていれば、図６の（Ｂ）に示すように着火フラグを出力し、逆に熱起電力Ｖ₁が閾値Ｔに達しない場合は、図６の（Ａ）に示すように着火フラグを断って、失火を検出するようになっている。そして、この失火が検出されると、この検出信号が燃料噴射ポンプ２０に出力され、この燃料噴射ポンプ２０は上記検出信号に基づいて燃料の噴射時期を進角側に制御する。
【００４２】
このような構成のディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ポンプ２０で加圧された燃料は、燃料パイプ１９からノズルホルダ１６および燃料供給路２４を介してノズルボデー１８の隙間２８に供給される。この隙間２８に供給された燃料の圧力がニードル２７を閉じ位置に付勢するリターンスプリングの付勢力に打ち勝つと、ニードル２７が閉じ位置から開き位置に向けてリフトされ、噴射孔２５が開かれる。このため、図１に破線で示すように、隙間２８に充填された燃料が噴射孔２５を通じて燃焼室４に噴射され、引き続き行われる着火爆発により燃焼が開始される。
【００４３】
燃焼によって生じた燃焼ガスは、燃焼室４内で燃え広がるので、燃焼室４に臨んでいるノズルボデー１８の先端部２１が高温の燃焼ガスに直接さらされる。これにより、加熱されたノズルボデー１８の先端部と、ここに設置された電極３３との接触部分に燃焼温度に相当するような熱起電力Ｖ₁が発生する。この熱起電力Ｖ₁は、コントローラ４０の比較器４２において閾値Ｔと比較される。そして、熱起電力Ｖ₁が閾値Ｔに達しない時に、その時の噴射条件での燃焼温度が低すぎると判断されて、失火が検出される。
【００４４】
ところで、上記構成の燃料噴射ノズル１５によると、ノズルボデー１８の先端部２１と協働して熱電対を構成する電極３３は、このノズルボデー１８の先端部２１と共に燃焼室４に臨んでいる。このため、燃焼室４の燃焼温度を直接検出することができ、エンジン運転中に失火が生じたか否かを精度良く検出することができる。
【００４５】
加えて、温度検出用の電極３３が燃焼室４内の燃焼ガスに直接さらされるので、燃焼温度の変動に対する応答性が向上し、失火のような短期的な温度変化を確実に検出することができる。しかも、電極３３は、ノズルボデー１８と協働して単純な熱電対を構成しているにすぎないので、燃焼に伴う生成物の付着による検出能力の低下等の性能劣化は極僅かに抑えられ、燃焼室４の燃焼温度を長期に亘り安定して検出することができる。
【００４６】
その上、燃料噴射ノズル１５の電極３３は、アイドリング運転域を含む低負荷低回転運転時ばかりでなく、エンジンを低温状態で運転した時およびエンジンを高温状態で運転した時においても、その時の燃焼温度に比例する実際の熱起電力Ｖ₁を出力する。この熱起電力Ｖ₁を示す信号は、コントローラ４０においてエンジンを低温状態で運転した時の熱起電力の閾値Ｔ又はエンジンを高温で運転した時の熱起電力の閾値Ｔと比較される。
【００４７】
このため、燃焼室４の燃焼温度に基づいて、この燃焼温度と比例関係にある燃料噴射ノズル１５の作動温度が適正範囲内にあるか否かを検出することができる。よって、例えばノズルボデー１８が過熱された状態での燃料噴射ノズル１５の連続作動による耐摩耗性の低下あるいはノズルボデー１８の温度が適正範囲に達しない状態での燃料噴射ノズル１５の連続作動による金属腐食等を未然に防止することができ、燃料噴射ノズル１５の作動の信頼性を高めることができる。
【００４８】
また、この燃料噴射ノズル１５によれば、ノズルボデー１８を利用して燃焼室４の燃焼温度を直接検出できるので、燃焼温度検出用の格別な温度センサが不要となる。それとともに、シリンダヘッド２あるいは排気ポート９に連なる排気管に温度センサを取り付ける孔を開ける工程が不要となるとともに、この孔に温度センサを組み付ける手間も省くことができ、上記温度センサが不要となることと合わせて製造コストを低減できるといった利点がある。
【００４９】
なお、本発明は上記第１の実施の形態に特定されるものではなく、図７に本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５０】
この第２の実施の形態は、主に電極５１回りの構成が上記第１の実施の形態と相違しており、それ以外の燃料噴射ノズル１５の基本的な構成は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
すなわち、図７に示すように、電極５１は、その燃焼室４に露出される部分５１ａの肉厚が厚く形成されている。そして、この部分５１ａの表面には、周方向に沿う複数の溝５２が形成されており、これら溝５２は、ノズルホルダ１８の軸方向に間隔を存して配置されている。このため、溝５２の存在により電極５１の表面が凹凸状となって表面積が増加しており、この電極５１と燃焼ガスとの接触面積が充分に確保されている。
【００５２】
また、電極５１とノズルホルダ１８との間には、熱起電力を発生させるに充分な接触部位５３を残して断熱材５４が介在されている。断熱材５４は、例えば断熱性能に優れたセラミックスにて構成されており、この断熱材５４の存在により電極５１とノズルボデー１８との接触面積が必要最小限に抑えられている。
【００５３】
このような構成によると、電極５１の表面に複数の溝５２を形成することで、この電極５１と燃焼ガスとの接触面積を大きくしたので、電極５１の温度上昇が速やかに行われる。しかも、電極５１とノズルボデー１８との間には、断熱性に優れた断熱材５４が介在されているので、ノズルボデー１８の先端部２１が燃焼ガスの熱影響を受けた時に、電極５１とノズルボデー１８との間に生じる温度差が大きくなる。
【００５４】
このため、温度差に相当する大きさの熱起電力が確実に発生し、その分、燃焼温度の変動に対する応答性が向上して、失火のような短期的な燃焼温度の変動をより精度良く検出することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、燃焼室の燃焼温度を直接検出できるので、エンジン運転中に失火を含む異常燃焼が生じたか否かの検出精度を高めることができる。それとともに、検出素子としての導電体が燃焼ガスに直接さらされるので、燃焼温度の変動に対する応答性が向上し、失火のような短期的な温度変化を確実に検出することができる。
【００５６】
しかも、導電体は、ノズルボデーと協働して単純な熱電対を構成しているにすぎないので、燃焼に伴う生成物の付着による検出能力の低下等の性能劣化は極僅かに抑えられ、燃焼室の燃焼温度を長期に亘り安定して検出することができる。
【００５７】
また、ノズルボデーを利用して燃焼室の燃焼温度を検出できるので、燃焼温度検出用の格別な温度センサが不要となるとともに、その取り付け構造や取り付けの手間を省くことができ、その分、燃焼室回りの構造が簡略化されて、製造コストを低減できるといった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンの断面図。
【図２】シリンダヘッドに取り付けられたノズルボデーの断面図。
【図３】ノズルボデーの先端部を拡大して示す断面図。
【図４】電極を有するノズルボデーの斜視図。
【図５】燃料噴射の制御系統を概略的に示す図。
【図６】（Ａ）は、失火時の熱起電力の閾値Ｔと実際の熱起電力Ｖ₁との関係を示す特性図。（Ｂ）は、着火時の熱起電力の閾値Ｔと実際の熱起電力Ｖ₁との関係を示す特性図。
【図７】本発明の第２の実施の形態において、電極を有するノズルボデーの先端部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
４…燃焼室、１５…燃料噴射ノズル、１８…ノズルボデー、２１…先端部、２５…噴射孔、３３，５１…導電体（電極）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection nozzle used in a diesel engine, and more particularly to a structure for detecting abnormal combustion including misfire using the nozzle body.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to comply with exhaust gas regulations of diesel engines, it has been required to provide a self-diagnosis function to an apparatus that handles exhaust gas, and one of the diagnostic items includes detection of engine misfire.
[0003]
As a device for detecting this misfire, conventionally, the temperature of the combustion gas discharged from the combustion chamber is constantly monitored as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-79226, and the misfire is detected based on the temperature of the combustion gas. What detects the presence or absence of abnormal combustion containing is known. In this conventional detection device, a temperature sensor is attached to a connection portion between an exhaust port connected to the combustion chamber and an exhaust pipe. The temperature sensor has a temperature sensing part exposed in the exhaust path of the combustion gas, and whether or not misfire has occurred in the engine by directly detecting the temperature of the combustion gas discharged from the combustion chamber at this temperature sensing part. Have been detecting about.
[0004]
In addition, as another conventional example, for example, as disclosed in “JP-A-5-306664”, an abnormal combustion is detected by using a fuel injection nozzle attached to a combustion chamber. Yes.
[0005]
This conventional fuel injection nozzle has a nozzle body facing the combustion chamber, and a magnet that moves integrally with the needle and a search coil that faces the magnet are accommodated inside the nozzle body. The magnet has such a characteristic that the magnetic flux density rapidly decreases when the temperature reaches a preset Curie point, so that the gap between the magnet and the search coil is large or small. The magnetic circuit formed between the magnet and the search coil is cut off.
[0006]
Therefore, when abnormal combustion occurs and the nozzle body facing the combustion chamber is heated to a high temperature, this heat is transmitted to the magnet through the nozzle body, and the temperature of the magnet exceeds the Curie point. As a result, the magnetic circuit between the search coil and the search coil is cut off, so that the output voltage of the search coil cannot reach a preset reference voltage, and abnormal combustion occurs based on the decrease in the output voltage. It comes to detect.
[0007]
As another example, conventionally, an ignition system has been proposed in which engine misfire or knock is detected by measuring the flow of ions generated during combustion. For example, in SAE Paper 1999-01-0204, the flow of ions during combustion is detected by an induction coil of an injection device, and whether or not misfire has occurred during engine operation is detected.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional detection device that detects misfire based on the temperature of the combustion gas discharged from the combustion chamber, a temperature sensor is installed in the exhaust path of each cylinder, so the number of temperature sensors corresponding to the number of cylinders is increased. Necessary. For this reason, as the number of cylinders increases, a large number of temperature sensors must be prepared, and the number of parts increases.
[0009]
Moreover, since the temperature sensors are assembled in the mounting holes formed in the exhaust pipe or cylinder head, dedicated mounting holes are opened in the exhaust pipe or cylinder head, or temperature sensors are assembled in the mounting holes one by one. The work to go is necessary. For this reason, as the number of cylinders increases, the number of processing steps for the exhaust pipe and the cylinder head and the number of steps for assembling the temperature sensor increase, and there is a problem that the manufacturing cost increases in addition to the increase in the number of parts.
[0010]
On the other hand, if the temperature of the combustion gas is detected by using the fuel injection nozzle, a dedicated temperature sensor and its mounting structure are not required, which is advantageous in terms of cost.
[0011]
However, in the conventional combustion injection nozzle described above, abnormal combustion is detected by indirectly transmitting the temperature of the combustion gas from the nozzle body to the magnet via the needle, pin and adhesive. It cannot be detected. For this reason, there is a problem in the responsiveness to the temperature change of the combustion gas, and it is possible to detect abnormal combustion in which the state where the fuel injection nozzle is excessively heated is continued, but short-term such as misfire. Abnormal combustion cannot be accurately detected.
[0012]
Further, if misfire is detected from the flow of ions generated during combustion, it is possible to ensure responsiveness while eliminating the need for a special temperature detection means. However, since the ions generated at the time of combustion are very weak, the detection sensitivity in a low load operation region where the flow of ions is small becomes very poor. For this reason, there arises a problem that the reliability of misfire detection is lowered particularly in a low-load operation region where the combustion state becomes unstable.
[0013]
The present invention has been made based on such circumstances, and can sufficiently ensure the responsiveness and sensitivity in detecting the combustion temperature of the combustion chamber, and can accurately detect abnormal combustion including misfire. An object of the present invention is to provide a fuel injection nozzle that is simple in structure, has little performance deterioration, and is inexpensive.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a fuel injection nozzle according to one aspect of the present invention includes:
A metal nozzle body having a tip facing the combustion chamber of the diesel engine, and a fuel injection hole that opens to the combustion chamber at the tip;
Installed at the tip of the nozzle body, and a conductor made of a metal different from the nozzle body,
The conductor detects a combustion temperature of the combustion chamber based on a thermoelectromotive force generated by a temperature difference from the nozzle body, and has a ring shape continuous in the circumferential direction of the nozzle body in the vicinity of the injection hole. It is characterized by that.
[0019]
In such a configuration, when combustion is started in the combustion chamber following the fuel injection into the combustion chamber, the tip of the nozzle body facing the combustion chamber and the conductor installed therein are heated. By this heating, a thermoelectromotive force corresponding to the combustion temperature is generated based on the temperature difference at the contact portion between the nozzle body and the conductor. That is, since the conductor forms a thermocouple in cooperation with the nozzle body, it is possible to detect whether or not the combustion state is abnormal based on the magnitude of the thermoelectromotive force detected by the thermocouple.
[0020]
At this time, since the conductor faces the combustion chamber, the combustion temperature of the combustion chamber can be directly detected, and whether or not abnormal combustion including misfire has occurred can be accurately detected. At the same time, since the conductor is directly exposed to the combustion gas in the combustion chamber, the responsiveness to fluctuations in the combustion temperature is increased, and it is possible to reliably cope with short-term temperature changes such as misfires. In addition, since it has a simple configuration such as a thermocouple, there is little performance deterioration such as a decrease in detection capability due to adhesion of combustion products, and the combustion temperature can be detected stably over a long period of time.
[0021]
In addition, according to this configuration, the combustion temperature can be detected using the nozzle body, so that a special temperature sensor for detecting the combustion temperature and a structure for attaching this temperature sensor are not required. As a result, the number of parts can be reduced, the labor required for assembling the temperature sensor can be saved, and the manufacturing cost can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6 applied to a four-cycle diesel engine.
[0023]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a cylinder block, and 2 denotes a cylinder head. The cylinder block 1 has a cylinder 1 a in which a piston 3 is accommodated, and a recess 5 constituting a combustion chamber 4 is formed on the top surface of the piston 3. The cylinder head 2 has an intake port 7 that is opened and closed by an intake valve 6 and an exhaust port 9 that is opened and closed by an exhaust valve 8. The intake port 7 and the exhaust port 9 are connected to the combustion chamber 4.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, a nozzle mounting hole 10 is formed in the cylinder head 2. The nozzle mounting hole 10 has a small-diameter communication port 10 a opened toward the combustion chamber 4, and the fuel injection nozzle 15 according to the present invention is attached to the nozzle mounting hole 10.
[0025]
The fuel injection nozzle 15 includes a nozzle holder 16 and a nozzle body 18 that is coaxially connected to the nozzle holder 16 via a retaining nut 17. The nozzle holder 16 is connected to a fuel injection pump 20 via a fuel pipe 19 so that fuel pressurized by the fuel injection pump 20 is supplied to a fuel passage (not shown) inside the nozzle holder 16. It has become.
[0026]
The nozzle body 18 is made of, for example, a stainless alloy. As shown in FIG. 2, the nozzle body 18 has a stepped cylindrical shape having a large diameter portion 18a and a small diameter portion 18b coaxially connected to the large diameter portion 18a. The large diameter portion 18 a of the nozzle body 18 is housed inside the retaining nut 17. The small diameter portion 18b passes through the retaining nut 17 and is introduced into the communication port 10a. The small-diameter portion 18b has a tip portion 21 that tapers in a tapered shape, and the tip portion 21 protrudes into the combustion chamber 4 through the communication port 10a.
[0027]
A guide hole 23 is coaxially formed in the nozzle body 18. The guide hole 23 is formed continuously from the large diameter portion 18 a to the small diameter portion 18 b, and a fuel supply path 24 is connected to the guide hole 23. The fuel supply passage 24 is connected to the fuel injection pump 20 through the fuel passage.
[0028]
The end of the guide hole 23 forms a tapered valve seat surface 23a. The valve seat surface 23a is located inside the tip portion 21 of the small diameter portion 18b. A plurality of injection holes 25 are formed at the tip 21 of the small diameter portion 18b. These injection holes 25 are continuous with the combustion chamber 4 and open to the valve seat surface 23a.
[0029]
A needle 27 is fitted into the guide hole 23 with high accuracy so as to be slidable in the axial direction. The diameter of the portion of the needle 27 that penetrates the inside of the small diameter portion 18 b is determined to be smaller than the inner diameter of the guide hole 23, and fuel is injected between the outer peripheral surface of the needle 27 and the inner surface of the guide hole 23. A gap 28 for leading to 25 is formed.
[0030]
The needle 27 has a seal portion 29 that can contact and separate from the valve seat surface 23a. The needle 27 is reciprocally moved in the axial direction over a closed position where the seal portion 29 contacts the valve seat surface 23a and an open position where the seal portion 29 separates from the valve seat surface 23a. For this reason, when the needle 27 is moved to the open position, the injection hole 25 is opened, and the fuel filled in the gap 28 is injected into the combustion chamber 4 through the injection hole 25.
[0031]
The end of the needle 27 opposite to the seal portion 29 is in contact with the pressure pin 30. The pressure pin 30 always urges the needle 27 toward the closed position via a return spring (not shown).
[0032]
As shown in FIGS. 2 to 4, an electrode 33 as a metal element is provided at the tip 21 of the nozzle body 18 facing the combustion chamber 4. The electrode 33 is made of a conductor made of a metal material different from the nozzle body 18 such as copper. The electrode 33 is formed by plating copper on the outer peripheral surface of the tip 21 of the nozzle body 18 or by crimping a copper thin plate, and is continuous in the circumferential direction of the tip 21 near the injection hole 25. It has a ring shape like this.
[0033]
For this reason, when the tip 21 of the nozzle body 18 facing the combustion chamber 4 is heated under the influence of the combustion gas, a thermoelectromotive force is generated due to the temperature difference at the connection portion between the nozzle body 18 and the electrode 33. ing. Therefore, the electrode 33 and the tip 21 of the nozzle body 18 cooperate with each other to form a thermocouple.
[0034]
As shown in FIG. 4, first and second connection terminals 34 a and 34 b are disposed on the end face of the large diameter portion 18 a of the nozzle body 18. The first connection terminal 34a is supported by the large diameter portion 18a via the insulator 35, and is electrically insulated from the large diameter portion 18a. The second connection terminal 34b is supported by the large diameter portion 18a and is electrically connected to the large diameter portion 18a.
[0035]
The electrode 33 is connected to the first connection terminal 34 a via a conducting wire 36. The conductive wire 36 is made of the same metal material as that of the electrode 33 or a metal material that hardly generates a thermoelectromotive force between the electrodes 33, in other words, a metal material having a thermoelectromotive force approximate to that of the thermocouple. Is desirable. The conducting wire 36 is wired through a guide groove 37 on the outer peripheral surface of the nozzle body 18. The guide groove 37 extends along the axial direction of the nozzle body 18, and the conductive wire 36 is fixed inside the guide groove 37 in an electrically insulated state.
[0036]
The first and second connection terminals 34a and 34b of the nozzle body 18 are connected to a lead wire 38 (shown in FIG. 1) via the connector of the nozzle holder 16 when the nozzle body 18 and the nozzle holder 16 are coupled to each other. It has become so. The lead wire 38 is routed in a direction away from the nozzle body 18 inside the nozzle holder 16, and then led out to the outside of the nozzle holder 16. The lead wire 38 is connected to the controller 40 shown in FIG. 5, and the operation of the fuel injection pump 20 is controlled by the controller 40.
[0037]
From this, the thermoelectromotive force generated at the contact portion between the tip 21 of the nozzle body 18 and the electrode 33 is a controller indicating the combustion temperature of the combustion gas in the combustion chamber 4 via the conductor 36 and the lead 38 as a signal. 40.
[0038]
The controller 40 compares the actual thermoelectromotive force detected via the nozzle body 18 and the electrode 33 with a threshold value of the thermoelectromotive force set corresponding to the combustion temperature in advance, thereby detecting abnormal combustion including misfire. It is for judging the presence or absence.
[0039]
That is, the controller 40 includes a comparator 42 connected to the lead wire 38 via an A / D converter 41, and a threshold variable mechanism 43 for setting a threshold value of a thermoelectromotive force that is a misfire determination criterion. I have. The threshold variable mechanism 43 is for presetting a threshold value of the thermoelectromotive force based on the combustion temperature in accordance with the engine operating condition (fuel injection condition). In the present embodiment, the threshold variable mechanism 43 is a low value including an idling operation range. When the temperature of the thermoelectromotive force is low, such as when the load is low, and when the engine is operated at a high temperature, the threshold of the thermoelectromotive force according to the combustion temperature when the engine is operated at a low temperature The threshold value of the thermoelectromotive force according to the combustion temperature is preset.
[0040]
FIG. 6 shows the relationship between the actual thermoelectromotive force V ₁ detected by the nozzle body 18 and the threshold value T of the thermoelectromotive force set in the threshold variable mechanism 43 during low-load and low-rotation operation including the idling operation region. Disclosure.
[0041]
As is apparent from FIG. 6, when a signal indicating the actual thermoelectromotive force V ₁ detected by the nozzle body 18 is input to the controller 40, the comparator 42 calculates the thermoelectromotive force under the designated injection condition. The threshold value T is compared with the input actual thermoelectromotive force V ₁ . If the thermoelectromotive force V ₁ exceeds the threshold value T, an ignition flag is output as shown in FIG. 6B. Conversely, if the thermoelectromotive force V ₁ does not reach the threshold value T, FIG. As shown in (A), the ignition flag is turned off to detect misfire. When this misfire is detected, this detection signal is output to the fuel injection pump 20, and the fuel injection pump 20 controls the fuel injection timing to the advance side based on the detection signal.
[0042]
In the diesel engine having such a configuration, the fuel pressurized by the fuel injection pump 20 is supplied from the fuel pipe 19 to the gap 28 of the nozzle body 18 through the nozzle holder 16 and the fuel supply path 24. When the pressure of the fuel supplied to the gap 28 overcomes the biasing force of the return spring that biases the needle 27 to the closed position, the needle 27 is lifted from the closed position toward the open position, and the injection hole 25 is opened. For this reason, as shown by a broken line in FIG. 1, the fuel filled in the gap 28 is injected into the combustion chamber 4 through the injection hole 25, and combustion is started by the subsequent ignition explosion.
[0043]
The combustion gas generated by the combustion spreads in the combustion chamber 4 so that the tip 21 of the nozzle body 18 facing the combustion chamber 4 is directly exposed to the high-temperature combustion gas. As a result, a thermoelectromotive force V ₁ corresponding to the combustion temperature is generated at the contact portion between the tip end of the heated nozzle body 18 and the electrode 33 installed here. This thermoelectromotive force V ₁ is compared with a threshold value T in the comparator 42 of the controller 40. When the thermoelectromotive force V ₁ does not reach the threshold value T, it is determined that the combustion temperature under the injection conditions at that time is too low, and misfire is detected.
[0044]
By the way, according to the fuel injection nozzle 15 configured as described above, the electrode 33 constituting the thermocouple in cooperation with the tip 21 of the nozzle body 18 faces the combustion chamber 4 together with the tip 21 of the nozzle body 18. For this reason, the combustion temperature of the combustion chamber 4 can be directly detected, and it can be accurately detected whether or not a misfire has occurred during engine operation.
[0045]
In addition, since the temperature detection electrode 33 is directly exposed to the combustion gas in the combustion chamber 4, the responsiveness to fluctuations in the combustion temperature is improved, and short-term temperature changes such as misfire can be reliably detected. it can. In addition, since the electrode 33 merely constitutes a simple thermocouple in cooperation with the nozzle body 18, performance degradation such as a decrease in detection capability due to adhesion of products accompanying combustion is suppressed to a slight extent, The combustion temperature of the combustion chamber 4 can be detected stably over a long period of time.
[0046]
In addition, the electrode 33 of the fuel injection nozzle 15 burns not only when the engine is operated at a low temperature including the idling operation region but also when the engine is operated at a low temperature and when the engine is operated at a high temperature. The actual thermoelectromotive force V ₁ proportional to the temperature is output. The signal indicating the thermoelectromotive force V ₁ is compared with the threshold T of the thermoelectromotive force when the engine is operated at a low temperature in the controller 40 or the threshold T of the thermoelectromotive force when the engine is operated at a high temperature.
[0047]
For this reason, based on the combustion temperature of the combustion chamber 4, it is possible to detect whether or not the operating temperature of the fuel injection nozzle 15 that is proportional to the combustion temperature is within an appropriate range. Thus, for example, wear resistance decreases due to continuous operation of the fuel injection nozzle 15 when the nozzle body 18 is overheated, or metal corrosion due to continuous operation of the fuel injection nozzle 15 when the temperature of the nozzle body 18 does not reach the appropriate range. Can be prevented, and the reliability of the operation of the fuel injection nozzle 15 can be improved.
[0048]
Further, according to the fuel injection nozzle 15, since the combustion temperature of the combustion chamber 4 can be directly detected using the nozzle body 18, a special temperature sensor for detecting the combustion temperature becomes unnecessary. At the same time, there is no need to form a hole for attaching the temperature sensor to the exhaust pipe connected to the cylinder head 2 or the exhaust port 9, and the labor for assembling the temperature sensor in this hole can be saved, eliminating the need for the temperature sensor. In addition, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
[0049]
The present invention is not limited to the first embodiment described above, and FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
[0050]
In the second embodiment, the configuration around the electrode 51 is mainly different from the first embodiment, and the basic configuration of the fuel injection nozzle 15 other than that is the same as in the first embodiment. It is the same.
[0051]
That is, as shown in FIG. 7, the electrode 51 is formed such that the portion 51 a exposed to the combustion chamber 4 is thick. A plurality of grooves 52 are formed along the circumferential direction on the surface of the portion 51 a, and these grooves 52 are arranged at intervals in the axial direction of the nozzle holder 18. For this reason, the surface of the electrode 51 is uneven due to the presence of the groove 52 and the surface area is increased, and a sufficient contact area between the electrode 51 and the combustion gas is ensured.
[0052]
Further, a heat insulating material 54 is interposed between the electrode 51 and the nozzle holder 18 leaving a contact portion 53 sufficient for generating a thermoelectromotive force. The heat insulating material 54 is made of ceramics having excellent heat insulating performance, for example, and the presence of the heat insulating material 54 suppresses the contact area between the electrode 51 and the nozzle body 18 to the minimum necessary.
[0053]
According to such a configuration, since the contact area between the electrode 51 and the combustion gas is increased by forming the plurality of grooves 52 on the surface of the electrode 51, the temperature of the electrode 51 is rapidly increased. In addition, since the heat insulating material 54 having excellent heat insulating properties is interposed between the electrode 51 and the nozzle body 18, when the tip 21 of the nozzle body 18 is affected by the heat of the combustion gas, the electrode 51 and the nozzle body 18. The temperature difference that occurs between
[0054]
For this reason, a thermoelectromotive force of a magnitude corresponding to the temperature difference is surely generated, and the responsiveness to the fluctuation of the combustion temperature is improved accordingly, and the short-term fluctuation of the combustion temperature such as misfire is more accurately detected. Can be detected.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention described in detail above, since the combustion temperature in the combustion chamber can be directly detected, it is possible to improve the detection accuracy of whether or not abnormal combustion including misfire has occurred during engine operation. At the same time, since the conductor as the detection element is directly exposed to the combustion gas, the responsiveness to fluctuations in the combustion temperature is improved, and a short-term temperature change such as misfire can be reliably detected.
[0056]
In addition, since the conductor only forms a simple thermocouple in cooperation with the nozzle body, performance degradation such as a decrease in detection capability due to adhesion of products accompanying combustion is suppressed to a minimum, and combustion The combustion temperature of the chamber can be detected stably over a long period of time.
[0057]
In addition, since the combustion temperature in the combustion chamber can be detected using the nozzle body, a special temperature sensor for detecting the combustion temperature is not required, and the mounting structure and the installation work can be saved. There is an advantage that the surrounding structure is simplified and the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a diesel engine provided with a fuel injection nozzle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a nozzle body attached to a cylinder head.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a tip portion of a nozzle body.
FIG. 4 is a perspective view of a nozzle body having electrodes.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a control system for fuel injection.
FIG. 6A is a characteristic diagram showing a relationship between a threshold T of a thermoelectromotive force at the time of misfire and an actual thermoelectromotive force V ₁ . (B) is a characteristic diagram showing the relationship between actual and thermal electromotive force V ₁ and thermoelectromotive force threshold T of the time of ignition.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a tip portion of a nozzle body having an electrode in the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Combustion chamber, 15 ... Fuel injection nozzle, 18 ... Nozzle body, 21 ... Tip part, 25 ... Injection hole, 33 , 51 ... Conductor (electrode).

Claims

A fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of a diesel engine ,
A metal nozzle body having a front end facing the combustion chamber, and a fuel injection hole opening in the combustion chamber at the front end;
Installed at the tip of the nozzle body, and a conductor made of a metal different from the nozzle body,
The conductor detects a combustion temperature of the combustion chamber based on a thermoelectromotive force generated by a temperature difference from the nozzle body, and has a ring shape continuous in the circumferential direction of the nozzle body in the vicinity of the injection hole. A fuel injection nozzle characterized by that .

2. The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein the conductor detects abnormal combustion including misfire based on a combustion temperature of an actual combustion chamber.

In claim 1, the conductor is connected to a controller outside the nozzle body via a conductor, and the actual thermoelectromotive force value detected by the controller via the conductor and the combustion temperature in advance. A fuel injection nozzle characterized by determining the presence or absence of abnormal combustion including misfire by comparing a corresponding threshold value of thermoelectromotive force .

2. The electric conductor according to claim 1, wherein a surface of a portion exposed to the combustion chamber is formed in an uneven shape, and a thermoelectromotive force is generated between the electric conductor and the nozzle body. A fuel injection nozzle characterized by interposing a heat insulating material leaving a sufficient contact portion .