JP4998431B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、特にエマルジョン燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

従来、燃料に水を添加し、燃料中に水を分散させたエマルジョン燃料を用いる燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。エマルジョン燃料が内燃機関に噴霧されると、図３に示すように、エマルジョン燃料に内包される水が蒸発することにより、周りの燃料が微粒化され、燃焼が改善される。
特開２００５−１２７１９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、エンジン始動時などの燃焼室の温度が低い場合においては、水の蒸発が起こりにくく、燃料の微粒化を促進することが困難であった。燃料が微粒化されないと、例えば、筒内直噴式ガソリンエンジンにおいては、微粒化されずに燃え残った燃料が燃焼室を形成するピストンやシリンダの壁面に付着するという問題点があった。また例えば、ディーゼルエンジンにおいては、燃料の微粒化を促進して自着火燃焼させるために、燃料室を高圧にする必要があった。また、燃焼室の温度が低いエンジン始動時などにおいては、グロープラグを燃焼室に挿入することにより、噴射された燃料を昇温する必要があった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エマルジョン燃料の微粒化を促進する燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１に記載の燃料噴射装置は、インジェクタと、噴射制御手段と、マイクロ波照射手段と、マイクロ波照射制御手段と、を備えている。インジェクタは、内燃機関の燃焼室にエマルジョン燃料を噴射する。噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて、インジェクタから噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づいてインジェクタを制御するものである。なお、噴射量について言えば、噴射量を直接算出する構成に限定されず、噴射期間や噴射圧力、開口面積等によって間接的に算出するように構成してもよい。

本発明は、インジェクタから噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射可能なマイクロ波照射手段を備え、マイクロ波照射制御手段が、噴射制御手段により算出される噴射情報に基づき、インジェクタから噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するようにマイクロ波照射手段を制御する点に特徴を有している。マイクロ波照射制御手段は、例えば、マイクロ波照射手段からのマイクロ波の照射期間や照射出力、照射のタイミング等を制御する。

この構成によれば、インジェクタから噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波が照射されるため、エマルジョン燃料中の水が励起し、昇温して蒸発する。その結果、燃料を微粒化することができる。
例えば、筒内直噴式ガソリンエンジンにおいては、インジェクタから噴射されたエマルジョン燃料が燃焼室を形成するピストンやシリンダの壁面に到達する前にマイクロ波を照射し、燃料を微粒化して燃焼させることにより、燃料の壁面への付着を防止することができる。燃料が壁面に付着しなければ、噴射された燃料が高効率に燃焼に供されるので、燃費の向上につながる。また、壁面に付着した燃料が壁面の熱によって分解されることによって生じる大気汚染物質である炭化水素（以下、「ＨＣ」という。）の発生を抑制することができ、ＨＣの排出を低減可能である。

また例えば、ディーゼルエンジンにおいては、燃料の微粒化を促進することにより自着火燃焼が促進される。燃料の微粒化により自着火が促進されれば、燃料を微粒化するための高圧を緩和することができるため、ポンプ負荷を低減することができる。また、従来ディーゼルエンジンに用いられているグロープラグとは異なり、噴射された燃料と接触することなく自着火燃焼を促進することができる。

請求項２に記載の燃料噴射装置のマイクロ波照射制御手段は、インジェクタからエマルジョン燃料の照射が開始されてから所定時間経過後にマイクロ波が照射されるようにマイクロ波照射手段を制御する。

この構成によれば、燃料を微粒化させたいタイミングでマイクロ波を照射することができるので、所望のタイミングで燃料を微粒化することが可能である。例えばディーゼルエンジンにおいては、早期着火を防止し、着火時期を適切に制御することができる。また例えば筒内直噴式ガソリンエンジンにおいては、インジェクタから噴射された燃料が燃焼室の壁面に到達する時間よりも短い時間として所定時間を設定することにより、燃料の壁面への付着を防止することができる。

ところで、噴射されるエマルジョン燃料の量によって、含まれる水の量が異なる。すなわち、噴射されるエマルジョン燃料の量が異なれば、当該エマルジョン燃料中の水を蒸発させるために要するマイクロ波照射量も異なる。なお、マイクロ波照射量は、照射期間や照射出力に依存している。そこで、以下に示す構成を採用してもよい。

請求項３に記載の燃料噴射装置のマイクロ波照射制御手段は、噴射制御手段により算出されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるようにマイクロ波照射手段を制御する。これにより、エマルジョン燃料の噴射量に基づいて、適切にマイクロ波を照射し、燃料を微粒化することができる。

請求項４に記載の燃料噴射装置のマイクロ波照射制御手段は、噴射制御手段により算出されるエマルジョン燃料の噴射量が所定量以上であるとき、マイクロ波照射手段からマイクロ波を照射するようにマイクロ波照射手段を制御する。例えば筒内直噴式ガソリンエンジンにおいては、エマルジョン燃料の噴射量が所定量未満であるとき、マイクロ波を照射しなくても燃料が壁に付着しないので、マイクロ波を照射する必要がない。そのため、エマルジョン燃料の噴射量が所定量以上であるときに、マイクロ波を照射する構成とすることにより、適切にマイクロ波を照射し、燃料を微粒化することができる。

ところで、燃焼室の温度によって、噴射されたエマルジョン燃料中の水の蒸発しやすさは変わってくる。そこで、以下に示す構成を採用してもよい。
請求項５に記載の燃料噴射装置は、燃焼室の温度を測定可能な温度測定手段を有している。温度測定手段は、燃焼室の温度を直接測定するように構成してもよいし、例えば排ガス温度を測定することにより間接的に測定するように構成してもよい。

請求項６に記載の燃料噴射装置のマイクロ波照射制御手段は、温度測定手段により測定される燃焼室の温度に基づいて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるようにマイクロ波照射手段を制御する。例えばエンジン始動時のように、燃焼室内の温度が低いときには、エマルジョン燃料中の水が蒸発しにくい。そのため、例えば、燃焼室内の温度が低いときには、マイクロ波の照射出力を高くすることにより、燃料の微粒化を促進することができる。

請求項７に記載の燃料噴射装置のマイクロ波照射制御手段は、温度測定手段により測定される燃焼室の温度が所定温度以下であるとき、マイクロ波照射手段からマイクロ波を照射するようにマイクロ波照射手段を制御する。燃焼室の温度が十分に高い場合、マイクロ波を照射しなくてもエマルジョン燃料中の水が蒸発し、燃料を微粒化することができる。そのため、燃焼室の温度が所定温度以下であるときに、マイクロ波を照射する構成とすることにより、適切にマイクロ波を照射し、燃料を微粒化することができる。

また例えば、筒内直噴式ガソリンエンジンにおいて、排ガス中のＨＣ濃度が高い場合、燃料が燃焼室の壁面に付着していることが推測される。そこで、以下の構成を採用することができる。
請求項８に記載の燃料噴射装置は、エマルジョン燃料の燃焼に伴い、燃焼室から排出される排ガス中の炭化水素濃度を測定可能な炭化水素濃度測定手段を有している。マイクロ波照射制御手段は、炭化水素濃度測定手段により測定される排ガス中の炭化水素濃度に応じて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるようにマイクロ波照射手段を制御する。排ガス中の炭化水素濃度に応じてマイクロ波照射量をフィードバック制御することにより、適切にマイクロ波を照射することができる。これにより、燃料の微粒化が促進され、壁面への燃料の付着が防止されるので、排ガス中のＨＣ濃度を低減することができる。

以下、本発明による燃料噴射装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を図１に示す。燃料噴射装置１は、車両に搭載された筒内直噴式の４気筒のガソリンエンジンに適用される。なお、図１では１つの気筒についてのみを示し、他の気筒については省略した。燃料噴射装置１は、内燃機関としてのエンジン１０に燃料を噴射するための装置であり、インジェクタ３０、マイクロ波照射手段としてのマイクロ波発生装置４０、電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）５０等を具備している。

エンジン１０は、シリンダブロック１１、吸気弁２０および排気弁２５を有するシリンダヘッド１２、シリンダブロック１１の内壁を往復移動するピストン１３、および、可燃混合気もしくは燃料等に点火する点火装置１５を備える周知の内燃機関である。ピストン１３の頂面には、キャビティ１４が形成されている。燃焼室１９は、シリンダブロック１１の内壁、ピストン１３の頂面、シリンダヘッド１２、吸気弁２０、および排気弁２５により区画されている。

シリンダヘッド１２は、吸入空気が流れる通路を形成する図示しない吸気管に接続し、吸入空気が導かれる吸気ポート２１と、燃焼ガス等が流れる通路を形成する図示しない排気管に接続し、燃焼ガスを排出する排気ポート２６と、を有している。そして、吸気ポート２１には吸気弁２０が開閉可能に配設され、排気ポート２６には排気弁２５が開閉可能に配設されている。すなわち、吸気弁２０は、吸気管から吸気ポート２１に導かれた吸入空気の燃焼室１９への流れを遮断または許容する。排気弁２５は、燃焼室１９内にて生成された燃焼ガスの排気ポート２６への流れを遮断または許容する。

点火装置１５は、燃焼室１９内に導入された燃料混合気を火花点火するための点火プラグ、および、ＥＣＵ５０からの指令に従い点火プラグに火花放電用の高電圧を印加するための点火コイルから構成されている。なお、図１では、煩雑になることを避けるため、ＥＣＵ５０から点火装置１５への制御線は図示していない。
インジェクタ３０は、シリンダヘッド１２に設けられ、エマルジョン燃料を燃焼室１９内に直接噴射する。具体的には、インジェクタ３０は、インジェクタ３０の先端付近に形成された図示しない噴孔からピストン１３の頂面に形成されるキャビティ１４に向けてエマルジョン燃料を噴射する。

エマルジョン燃料とは、燃料中に水を分散させたものである。本実施形態においては、ガソリンに水と界面活性剤が添加されて予めエマルジョン化されたものをエマルジョン燃料として用いるものとする。

マイクロ波発生装置４０は、マイクロ波発生部４１、及びマイクロ波発信器４２から構成される。マイクロ波発生部４１は、２．４５ＧＨｚで発振するマグネトロンである。マイクロ波発生部４１は、シリンダブロック１１に設けられたマイクロ波発信器４２と接続されている。マイクロ波発信器４２は、インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波が照射されるような位置関係となるように配設されている。

ＥＣＵ５０は、周知のマイクロコンピュータを主体に構成され、図示しない各種センサよりアクセル開度、エンジン回転数等の検出信号が入力される。ＥＣＵ５０は、各種入力情報に基づいてインジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づいてインジェクタ３０による燃料噴射を制御する。また、ＥＣＵ５０は、算出された噴射情報に基づいて、マイクロ波発生装置４０から照射されるマイクロ波の照射タイミング、照射期間、照射出力等を制御する。さらにまた、ＥＣＵ５０は、点火装置１５への通電を制御している。なお、本実施形態におけるＥＣＵ５０が、「噴射制御手段」および「マイクロ波照射制御手段」を構成する。

ここで、図２及び図３に基づいて、インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射する状態について説明する。記号Ｊで示すように、インジェクタ３０からエマルジョン燃料がピストン１３の頂面に形成されるキャビティ１４に向けて噴射される。エマルジョン燃料が噴射されてから所定時間経過後、記号Ｍで示すように、マイクロ波発信器４２からマイクロ波が照射されると、噴射されたエマルジョン燃料中の水がマイクロ波によって励起し、昇温し、蒸発する。

図３（ａ）に示すように、マイクロ波照射前においては、エマルジョン燃料中の水はガソリンに内包されている。インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波が照射されると、内包されている水が励起し、昇温し、蒸発するので、図３（ｂ）に示すように、周囲のガソリンは微粒化される。

本発明は、ＥＣＵ５０が、噴射情報に基づき、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置４０を制御している点に特徴を有している。そこで、図４に示すフローチャートに基づいてマイクロ波照射制御について説明する。なお、本処理は、イグニッションスイッチがオンされてから、所定間隔、例えば１００ｍｓｅｃごと、に行われるものとする。

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）では、インジェクタ３０からエマルジョン燃料の噴射が開始されたか否かを判断する。インジェクタ３０からエマルジョン燃料の噴射が開始されていない場合（Ｓ１００：ＮＯ）、マイクロ波照射を行わず、本処理を終了する。インジェクタ３０からエマルジョン燃料の噴射が開始された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１０１へ移行する。

Ｓ１０１では、インジェクタ３０からエマルジョン燃料の噴射開始からの時間Ｔ０の計時を開始する。
Ｓ１０２では、ＥＣＵ５０により算出されたエマルジョン燃料の噴射量Ｔｑを取得する。
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得されたエマルジョン燃料の噴射量Ｔｑが所定量ＱＬより大きいか否かを判断する。エマルジョン燃料の噴射量Ｔｑが所定量ＱＬより小さい場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、マイクロ波照射を行わず、本処理を終了する。すなわち、エマルジョン燃料の噴射量Ｔｑが所定量ＱＬ以下の場合、マイクロ波を照射しなくても燃料が壁面に到達しないと推察されるので、マイクロ波照射を行わないものとする。一方、エマルジョン燃料の噴射量Ｔｑが所定量ＱＬより大きい場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、Ｓ１０１において計時が開始された時間であるインジェクタ３０からエマルジョン燃料が噴射されている時間Ｔ０が、所定時間Ｔ１より大きいか否かを判断する。時間Ｔ０が、所定時間Ｔ１以下である場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０４の判断を繰り返す。時間Ｔ０が、所定時間Ｔ１を超えた場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０５へ移行する。なお、本実施形態における所定時間Ｔ１は、インジェクタ３０からエマルジョン燃料が噴射されてから燃焼室１９を形成するピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に到達するまでに要する時間よりも短い時間に設定されているものとする。

そして、Ｓ１０５では、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料に向けて、マイクロ波発生装置４０からマイクロ波を照射する。マイクロ波発生装置４０によりマイクロ波を照射する期間は、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて決定されるものであり、図５のグラフに示すような対応関係に基づいて算出される期間とする。また、本実施形態においては、照射出力は一定であるものとする。
なお、Ｓ１００〜Ｓ１０５が、「マイクロ波照射制御手段」の機能としての処理に相当する。

図５は、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量と、マイクロ波発生装置４０からマイクロ波が照射される照射期間との関係を示したグラフである。横軸にインジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量、縦軸にマイクロ波発生装置４０からマイクロ波が照射される照射期間を示した。
インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量がＱＬ以下の場合、マイクロ波発生装置４０からマイクロ波の照射を行わない（図４中のＳ１０３：ＮＯ）。
インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量がＱＬより大きい場合、図５に示す対応関係でエマルジョン燃料の噴射量に基づいてマイクロ波照射期間を決定する。

ここで、図６に基づき、燃料噴射率、熱発生率、マイクロ波照射率の関係について、それぞれに記号Ｑ、Ｈ、Ｒを付して説明する。図６では、縦軸を燃料噴射率Ｑ（ｍｇ／ｄｅｇ）、熱発生率Ｈ（Ｊ／ｄｅｇ）、および、マイクロ波照射率Ｒ（Ｊ／ｄｅｇ）とし、横軸をクランク角（ＣＡ）とする。
クランク角Ａ１において、インジェクタ３０からのエマルジョン燃料の噴射が開始される（図４中のＳ１００：ＹＥＳ）。すると、ＥＣＵ５０では、時間Ｔ０の経時が開始される（図４中のＳ１０１）。エマルジョン燃料の噴射開始からの時間Ｔ０が所定時間Ｔ１を超えたとき（図４中のＳ１０４：ＹＥＳ）、照射出力をＲ１とし、照射期間をＴ２として、マイクロ波が照射される（図４中のＳ１０５）。エマルジョン燃料にマイクロ波が照射されると、ガソリンに内包されている水が励起し、昇温し、蒸発する。これにより、周囲のガソリンが微粒化される。

なお、上述した通り、本実施形態における所定時間Ｔ１は、インジェクタ３０からエマルジョン燃料が噴射されてから燃焼室１９を形成するピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に到達するまでに要する時間よりも短い時間に設定されている。また、マイクロ波の照射出力は、所定値Ｒ１であるものとする。さらにまた、マイクロ波の照射期間Ｔ２は、ＥＣＵ５０により算出されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて、図５のグラフに示すような対応関係に基づいて算出される。なお、エマルジョン燃料の噴射量は、燃料噴射率Ｑのグラフと横軸とで囲まれた面積（記号ＱＳで示した。）に相当する。

マイクロ波が照射されて微粒化された燃焼室１９内の燃料は、所定のタイミングであるクランク角Ａ２において、ＥＣＵ５０からの指令に基づいて点火装置１５が通電されることにより火花点火され、燃焼する。

以上詳述したように、本実施形態の燃料噴射装置１は、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射可能であるマイクロ波発生装置４０を有している。そして、ＥＣＵ５０は、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づいて、インジェクタ３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置４０を制御している。

インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射することにより、エマルジョン燃料中の水が励起し、昇温して蒸発することにより、ガソリンを微粒化することができる。

また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ３０からエマルジョン燃料の噴射が開始されてから所定時間Ｔ１経過後にマイクロ波が照射されるようにマイクロ波発生装置４０を制御している（図４中のＳ１０４：ＹＥＳ）。所定時間Ｔ１は、インジェクタ３０からエマルジョン燃料が噴射されてから燃焼室１９を形成するピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に到達するまでに要する時間よりも短い時間に設定されている。

さらにまた、ＥＣＵ５０は、エマルジョン燃料の噴射量に基づいて照射されるマイクロ波の照射期間が可変となるようにマイクロ波発生装置４０を制御している。また、エマルジョン燃料の噴射量が所定量ＱＬ以上であるとき、マイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置４０を制御している。

これにより、インジェクタ３０からのエマルジョン燃料の噴射量やタイミングに基づいて、マイクロ波照射量や照射期間、照射のタイミングが適切に制御される。特に、インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料が燃焼室１９を形成するピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に到達する前にマイクロ波を照射し、エマルジョン燃料中の水を励起し、蒸発させ、周囲のガソリンを微粒化して燃焼させることにより、燃焼室１９を形成するピストン１３やシリンダブロック１１の壁面へのガソリンの付着を防止することができる。ガソリンがピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に付着しなければ、微粒化されたガソリンが高効率に燃焼に供されるので、燃費の向上につながる。また、ピストン１３やシリンダブロック１１の壁面に付着したガソリンが壁面の熱によって分解されることによって生じるＨＣの発生を抑制することができ、ＨＣの排出を低減可能である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射装置を図７に示す。燃料噴射装置５は、車両に搭載された４気筒のコモンレール式ディーゼルエンジンに適用される。なお、図７では、１つの気筒についてのみを示し、他の気筒については省略した。燃料噴射装置５は、内燃機関としてのエンジン５１０に燃料を噴射するための装置であり、インジェクタ５３０、マイクロ波照射手段としてのマイクロ波発生装置５４０、ＥＣＵ５５０等を具備している。

エンジン５１０は、シリンダブロック５１１、吸気弁５２０および排気弁５２５を有するシリンダヘッド５１２、および、シリンダブロック５１１の内壁を往復移動するピストン５１３を備える周知の内燃機関である。ピストン５１３の頂面には、キャビティ５１４が形成されている。燃焼室５１９は、シリンダブロック５１１の内壁、ピストン５１３の頂面、シリンダヘッド５１２、吸気弁５２０、および排気弁５２５により区画されている。

シリンダヘッド５１２は、吸入空気が流れる通路を形成する図示しない吸気管に接続し、吸入空気が導かれる吸気ポート５２１と、燃焼ガス等が流れる通路を形成する図示しない排気管に接続し、燃焼ガスを排出する排気ポート５２６と、を有している。排気管には、排ガス温度を測定可能な温度センサが設けられている。そして、吸気ポート５２１には吸気弁５２０が開閉可能に配設され、排気ポート５２６には排気弁５２５が開閉可能に配設されている。すなわち、吸気弁５２０は、吸気管から吸気ポート５２１に導かれた吸入空気の燃焼室５１９への流れを遮断または許容する。排気弁５２５は、燃焼室５１９内にて生成された燃焼ガスの排気ポート５２６への流れを遮断または許容する。

インジェクタ５３０は、シリンダヘッド５１２に設けられ、図示しないコモンレールから供給されたエマルジョン燃料を燃焼室５１９内に噴霧する。具体的には、インジェクタ５３０は、インジェクタ５３０の先端付近に形成された図示しない噴孔からピストン５１３の頂面に形成されるキャビティ５１４に向けてエマルジョン燃料を噴射する。

エマルジョン燃料とは、燃料中に水を分散させたものである。本実施形態においては、軽油に水と界面活性剤とが添加されて予めエマルジョン化されたものをエマルジョン燃料として用いるものとする。

マイクロ波発生装置５４０は、マイクロ波発生部５４１、及びマイクロ波発信器５４２から構成される。マイクロ波発生部５４１は、２．４５ＧＨｚで発振するマグネトロンである。マイクロ波発生部５４１は、シリンダヘッド５１２に設けられたマイクロ波発信器５４２と接続されている。マイクロ波発信器５４２は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料が衝突しない位置に配置されている。また、図８に示すように、マイクロ波発信器５４２から照射されるマイクロ波の照射方向は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料に衝突可能な方向となっている。

図７に戻り、ＥＣＵ５５０は、周知のマイクロコンピュータを主体に構成され、図示しない各種センサよりアクセル開度、エンジン回転数、コモンレール圧等の検出信号が入力される。ＥＣＵ５５０は、各種入力情報に基づいてインジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づいてインジェクタ５３０による燃料噴射を制御する。また、ＥＣＵ５５０は、算出された噴射情報に基づいて、マイクロ波発生装置５４０から照射されるマイクロ波の照射タイミング、照射期間、照射出力等を制御する。なお、本実施形態におけるＥＣＵ５５０が、「噴射制御手段」および「マイクロ波照射制御手段」を構成する。

ここで、図８に基づいて、インジェクタ５３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射する状態について説明する。記号Ｊで示すように、インジェクタ５３０からエマルジョン燃料がピストン５１３の頂面に形成されるキャビティ５１４に向けて噴射される。エマルジョン燃料が噴射されてから所定時間経過後、記号Ｍで示すように、マイクロ波発信器５４２からマイクロ波が照射されると、噴射されたエマルジョン燃料中の水がマイクロ波によって励起し、昇温し、蒸発する。

繰り返しになるが、図３（ａ）に示すように、マイクロ波照射前においては、エマルジョン燃料中の水が軽油に内包されている。インジェクタ３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波が照射されると、内包されている水が励起し、昇温し、蒸発するので、図３（ｂ）に示すように、周囲の軽油が微粒化される。

本発明は、ＥＣＵ５５０が、噴射情報に基づいて、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置５４０を制御している点に特徴を有している。そこで、図９に示すフローチャートに基づいてマイクロ波照射制御について説明する。なお、本処理は、イグニッションスイッチがオンされてから、所定間隔、例えば１００ｍｓｅｃごと、に行われるものとする。

最初のＳ２００では、燃焼室５１９の温度を取得する。本実施形態においては、排気管に設けられた温度センサにより測定された温度を燃焼室５１９の温度とする。すなわち、排気管に設けられた温度センサが、「温度測定手段」を構成している。
Ｓ２０１では、Ｓ２００で取得された燃焼室５１９の温度が所定温度より小さいか否かを判断する。なお、本実施形態において、所定温度は４００Ｋであるものとする。燃焼室５１９の温度が所定温度以上の場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、マイクロ波を照射しなくてもエマルジョン燃料中の水が蒸発可能であると考えられるため、マイクロ波照射を行わず、本処理を終了する。燃焼室５１９の温度が所定温度より小さい場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ｓ２０２へ移行する。

Ｓ２０２では、インジェクタ５３０からエマルジョン燃料の噴射が開始されているか否かを判断する。インジェクタ５３０からエマルジョン燃料の噴射が開始されていない場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、マイクロ波照射を行わず、本処理を終了する。インジェクタ５３０からエマルジョン燃料の噴射が開始された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、Ｓ２０３へ移行する。
Ｓ２０３では、インジェクタ５３０からエマルジョン燃料の噴射開始からの時間Ｔ５の計時を開始する。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ５５０により算出されたエマルジョン燃料の噴射量Ｔｑ５を取得する。
Ｓ２０５では、Ｓ２０４で取得されたエマルジョン燃料の噴射量Ｔｑ５が、所定量ＱＬ５より大きいか否かを判断する。エマルジョン燃料の噴射量Ｔｑ５が所定量ＱＬ５以下の場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、マイクロ波照射を行わず、本処理を終了する。エマルジョン燃料の噴射量Ｔｑ５が所定量ＱＬ５以上である場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６へ移行する。

Ｓ２０６では、Ｓ２０３にて計時が開始された時間であるインジェクタ５３０からエマルジョン燃料が噴射されている時間Ｔ５が、所定時間Ｔ６より大きいか否かを判断する。時間Ｔ５が所定時間Ｔ６以下である場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、Ｓ２０６の判断を繰り返す。時間Ｔ５が所定時間Ｔ６を超えた場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０７へ移行する。なお、本実施形態における所定時間Ｔ６は、噴射された燃料を自着火させる所望のタイミングの直前となるように設定されている。

そしてＳ２０７では、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料に向けて、マイクロ波発生装置５４０からマイクロ波を照射する。マイクロ波発生装置５４０によりマイクロ波を照射する期間は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて決定されるものであり、図１０のグラフに示すような対応関係に基づいて算出される期間とする。また、マイクロ波の照射出力は、燃焼室５１９の温度に基づいて決定されるものであり、図１１のグラフに示すような対応関係に基づいて算出される出力とする。
なお、Ｓ２００〜Ｓ２０７が、「マイクロ波照射制御手段」の機能としての処理に相当する。

図１０は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量と、マイクロ波発生装置５４０からマイクロ波が照射される照射期間との関係を示したグラフである。横軸にインジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量、縦軸にマイクロ波発生装置５４０からマイクロ波が照射される照射期間を示した。
インジェクタ５３０から照射されるエマルジョン燃料の噴射量がＱＬ５以下の場合には、マイクロ波発生装置５４０からマイクロ波の照射を行わない（図９中のＳ２０５：ＮＯ）。
インジェクタ５３０から照射されるエマルジョン燃料の噴射量がＱＬ５より大きい場合、図１０に示す対応関係でエマルジョン燃料の噴射量に基づいてマイクロ波照射期間を決定する。

図１１は、燃焼室５１９の温度と、マイクロ波発生装置５４０から照射される照射出力との関係を示したグラフである。横軸に燃焼室５１９の温度、縦軸にマイクロ波発生装置５４０からマイクロ波を照射する照射出力を示した。
燃焼室５１９の温度が４００Ｋ以上である場合、マイクロ波発生装置５４０からマイクロ波の照射を行わない（図９中のＳ２０１：ＮＯ）。
燃焼室５１９の温度が４００Ｋ未満である場合、図１１に示す対応関係で、燃焼室５１９の温度に基づいてマイクロ波照射出力を決定する。

ここで、図１２に基づき、燃料噴射率、熱発生率、マイクロ波照射率の関係について、それぞれに記号Ｑ、Ｈ、Ｒを付して説明する。図１２では、縦軸を燃料噴射率Ｑ（ｍｇ／ｄｅｇ）、熱発生率Ｈ（Ｊ／ｄｅｇ）、および、マイクロ波照射率Ｒ（Ｊ／ｄｅｇ）とし、横軸をクランク角（ＣＡ）とする。
クランク角Ａ３において、インジェクタ５３０からエマルジョン燃料の噴射が開始される（図９中のＳ２０２：ＹＥＳ）、すると、ＥＣＵ５５０では、時間Ｔ５の計時が開始される（図９中のＳ２０３）。エマルジョン燃料の噴射開始からの時間Ｔ５が、所定時間Ｔ６を超えたとき（図９中のＳ２０６：ＹＥＳ）、照射出力をＲ２とし、照射期間をＴ７として、マイクロ波が照射される。エマルジョン燃料にマイクロ波が照射されると、軽油に内包されている水が励起し、昇温し、蒸発する。これにより、周囲の軽油が微粒化される。

なお、上述した通り、本実施形態における所定時間Ｔ６は、インジェクタ５３０からエマルジョン燃料が噴射されてから、噴射された燃料を自着火させる所望のタイミングの直前となるように設定されている。また、マイクロ波の照射出力Ｒ２は、燃焼室５１９の温度に基づいて、図１１に示すような対応関係に基づいて算出される。さらにまた、マイクロ波の照射期間Ｔ７は、ＥＣＵ５５０により算出されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて、図１０に示すような対応関係に基づいて算出される。なお、エマルジョン燃料の噴射量は、燃料噴射率Ｑのグラフと横軸とで囲まれた面積（記号ＱＳ５で示した）に相当する。

以上、詳述したように、本実施形態における燃料噴射装置５は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射可能であるマイクロ波発生装置５４０を有している。そして、ＥＣＵ５５０は、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づいて、インジェクタ５３０から噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置５４０を制御している。

インジェクタ５３０から噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射と、エマルジョン燃料中の水が励起し、昇温して蒸発することにより、軽油を微粒化することができる。本実施形態の内燃機関は、ディーゼルエンジンであるので、軽油が微粒化されることにより、自着火が促進される。マイクロ波照射により燃料の微粒化が促進されれば、燃料を微粒化するための高圧を緩和することができるため、ポンプ負荷を低減することができる。また、本実施形態におけるマイクロ波発生装置５４０は、インジェクタ５３０から噴射されたエマルジョン燃料が直接接触しないように構成されているので、従来ディーゼルエンジンに用いられているグロープラグとは異なり、噴射された燃料と接触することなく自着火燃焼を促進することができる。また、マイクロ波発生装置５４０は、噴射された燃料と接触しないので、マイクロ波発生装置５４０による吸熱が起こらないため、エマルジョン燃料中の水の蒸発を促進することができる。

ＥＣＵ５５０は、エマルジョン燃料の噴射が開始されてから所定時間Ｔ６経過後にマイクロ波が照射されるようにマイクロ波発生装置５４０を制御している（図９中のＳ２０６：ＹＥＳ）。所定時間Ｔ６は、噴射された燃料を自着火させる所望のタイミングの直前に設定されている。

また、ＥＣＵ５５０は、エマルジョン燃料の噴射量に基づいて照射されるマイクロ波の照射期間が可変となるようにマイクロ波発生装置５４０を制御している。また、エマルジョン燃料の噴射量が所定量ＱＬ５より大きいとき、マイクロ波を照射するようにマイクロ波発生装置５４０を制御している。

これにより、インジェクタ５３０からのエマルジョン燃料の噴射量やタイミングに合わせて、マイクロ波照射量や照射期間、照射のタイミングが適切に制御される。特に、軽油を燃焼させたい所望のタイミングの直前にマイクロ波を照射し、エマルジョン燃料中の水を励起し、蒸発させ、周囲の軽油を微粒化して燃焼させることにより、早期着火を防止し、着火時期を適切に制御することができる。

さらにまた、燃料噴射装置５は、排ガスの温度を測定可能な温度センサを有しており、この温度センサにより測定された温度を燃焼室５１９の温度としている。ＥＣＵ５５０は、燃焼室５１９の温度に基づいて、照射されるマイクロ波の照射出力が可変となるようにマイクロ波発生装置５４０を制御している。また、燃焼室５１９の温度が４００Ｋ以下であるとき、燃焼室５１９の温度が低いほど、照射されるマイクロ波の照射出力が高くなるようにマイクロ波発生装置５４０を制御している。
これにより、燃焼室５１９の温度に基づいて、適切にマイクロ波を照射し、軽油を微粒化することができる。特に、エンジン始動時などの燃焼室の温度が低い場合における燃料の微粒化を促進することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、マイクロ波発生装置としてマグネトロンを用いたが、他の実施形態では、水を励起可能なマイクロ波を発生可能な装置であればどのようなものであってもよく、クライストロン、ジャイロトロンなどが例示される。
上記実施形態では、エマルジョン燃料は予めエマルジョン化されたものを用いたが、他の実施形態では、燃料と水とを別々に搭載し、車上でエマルジョン化するように構成してもよい。また、燃料としては、ガソリンや軽油だけでなく、ジメチルエーテルなどの他の燃料を用いてもよい。

また、排気管に排ガス中の炭化水素濃度を測定可能な炭化水素濃度測定手段としてのガスセンサを設け、当該ガスセンサにより検出された炭化水素濃度に応じて、マイクロ波照射量をフィードバック制御するように構成してもよい。このような構成は、特に筒内直噴式ガソリンエンジンに好適に用いることができる。排ガス中の炭化水素濃度が高い場合、インジェクタから噴射された燃料が燃焼室を形成する壁面に付着して熱分解されていると考えられるため、マイクロ波照射量を多くすることにより、エマルジョン燃料の微粒化を促進し、壁面への付着を防止することができる。マイクロ波の照射量を多くするには、照射期間を長くしてもよいし、照射出力を高くしてもよい。また、インジェクタからエマルジョン燃料が噴射されてからマイクロ波照射が開始されるまでの時間が短くなるように制御してもよい。

上記実施形態では、エマルジョン燃料の噴射量に基づいて、マイクロ波の照射期間を決定し、燃焼室の温度に基づいて照射出力を決定したが、他の実施形態においては、エマルジョン燃料の噴射量に基づいて、照射出力を決定してもよい。また、燃焼室の温度に基づいて照射期間を決定してもよい。エマルジョン燃料の噴射量および燃焼室の温度を組み合わせてマイクロ波の照射期間および照射出力を決定してもよい。

また、上記実施形態では、排ガス温度を測定することにより、燃焼室の温度を間接的に測定する構成としたが、他の実施形態では、燃焼室の温度を直接測定するように構成してもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

本発明の第１実施形態による燃焼噴射装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置のインジェクタから噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射する状態を説明する説明図である。 マイクロ波によりエマルジョン燃料が微粒化する状態を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロ波照射制御を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態における燃料噴射量とマイクロ波照射期間との対応関係を示す説明図である。 本発明の第１実施形態によるマイクロ波照射のタイミングを説明する説明図である。 本発明の第２実施形態による燃焼噴射装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置のインジェクタから噴射されたエマルジョン燃料にマイクロ波を照射する状態を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるマイクロ波照射制御を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態における燃料噴射量とマイクロ波照射期間との対応関係を示す説明図である。 本発明の第２実施形態における燃焼室の温度とマイクロ波照射出力との対応関係を示す説明図である。 本発明の第２実施形態によるマイクロ波照射のタイミングを説明する説明図である。

符号の説明

１：燃料噴射装置、１０：エンジン（内燃機関）、１９：燃焼室、３０：インジェクタ、４０：マイクロ波発生装置（マイクロ波照射手段）、５０：ＥＣＵ（噴射制御手段、マイクロ波照射制御手段）、５：燃料噴射装置、５１０：エンジン（内燃機関）、５１９：燃焼室、５３０：インジェクタ、５４０：マイクロ波発生装置（マイクロ波照射手段）、５５０：ＥＣＵ（噴射制御手段、マイクロ波照射制御手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の燃焼室にエマルジョン燃料を噴射するインジェクタと、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記インジェクタから噴射されるエマルジョン燃料の噴射量及び噴射時期を含む噴射情報を算出し、当該噴射情報に基づき前記インジェクタを制御する噴射制御手段と、
   前記インジェクタから噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射可能なマイクロ波照射手段と、
   前記噴射制御手段により算出される前記噴射情報に基づき、前記インジェクタから噴射されるエマルジョン燃料にマイクロ波を照射するように前記マイクロ波照射手段を制御するマイクロ波照射制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記インジェクタからエマルジョン燃料の噴射が開始されてから所定時間経過後にマイクロ波が照射されるように前記マイクロ波照射手段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. 前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記噴射制御手段により算出されるエマルジョン燃料の噴射量に基づいて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるようにマイクロ波照射手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記噴射制御手段により算出されるエマルジョン燃料の噴射量が所定量以上であるとき、前記マイクロ波照射手段からマイクロ波を照射するように前記マイクロ波照射手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記燃焼室の温度を測定可能な温度測定手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記温度測定手段により測定される前記燃焼室の温度に基づいて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるように前記マイクロ波照射手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記温度測定手段により測定される前記燃焼室の温度が所定温度以下であるとき、前記マイクロ波照射手段からマイクロ波を照射するように前記マイクロ波照射手段を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の燃料噴射装置。
8. エマルジョン燃料の燃焼に伴い、前記燃焼室から排出される排ガス中の炭化水素濃度を測定可能な炭化水素濃度測定手段を有し、
   前記マイクロ波照射制御手段は、
   前記炭化水素濃度測定手段により測定される排ガス中の炭化水素濃度に応じて、照射されるマイクロ波の照射期間及び照射出力の少なくとも一方が可変となるように前記マイクロ波照射手段を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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