JPH02125960A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

実開昭５３−６８８２７号公報には、噴射燃料に旋回流
を生じさせるための螺旋溝をニードルの外周に形成した
燃料噴射弁において、ニードルの先端部に上流側円錐面
と下流側円錐面とを連続して形成し、螺旋溝を上流側円
錐面まで形成し、２つの円錐面の稜線とボディのシート
部との密着、開離によりノズル口からの燃料供給を断続
し、さらにニードルが開弁方向に移動するにつれて稜線
より下流に渦巻室が形成されたスワール型燃料噴射弁が
開示されている。

この燃料噴射弁ではノズル口閉鎖時において、螺旋溝が
形成されたニードルの先端部とノズル口との間にほとん
ど燃料が溜まらないようにすることができる。したがっ
て螺旋溝を通過することによって旋回流が与えられた燃
料をノズル口開弁直後から噴射することができる。この
ため燃料噴射の初期から広がり角が大、きく分散度の高
い燃料を噴射することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

機関気筒内に燃料を直接噴射する内燃機関では、燃料の
拡散混合時間をあまり長くとることができない。したが
って実開昭５３−６８８２７号公報に開示されている燃
料分散度の高いスワール型燃料噴射弁を採用すると、燃
料の拡散混合の面では有利である。

しかしながら常時分散度の高い燃料を噴射すると、例え
ば軽負荷運転時にも燃料が拡散してしまい着火性が悪化
するという問題がある。また、例えば高負荷運転時には
燃焼室内全体に燃焼し易い混合気が形成されるため、ノ
ンキングが生じ易いという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば、機関の燃
焼サイクル１サイクル当りの要求燃料噴射量を複数回の
断続噴射によって噴射可能な燃料噴射弁を備え、燃料噴
射弁から噴射される燃料に旋回流を与えるための旋回流
発生手段を燃料噴射弁のノズル口上流に設け、ノズル口
閉鎖時において機関の燃焼サイクル１サイクル当りの最
大燃料噴射量より少量の燃料を旋回流発生手段とノズル
口との間に貯溜し、機関運転状態に応じて燃料噴射弁の
燃料噴射１回当りの燃料噴射量を変化−１しめることに
より噴射燃料の分散度を変化せしめるようにしている。

〔作　用〕

本発明は上記した構成によって、ノズル口閉鎖時におい
て機関の燃焼サイクル１サイクル当りの最大燃料噴射量
より少量の燃料を旋回流発生手段とノズル口との間に貯
溜し、機関運転状態に応じて燃料噴射弁の燃料噴射１回
当りの燃料噴射量を変化せしめることにより噴射燃料の
分散度を変化せしめることとなる。例えば機関運転状態
に応じて燃料噴射１回当りの燃料噴射量を要求燃料噴射
量と等しくした場合、１回の燃料噴射で要求噴射量全量
が噴射されることとなる。このためこの場合には旋回流
発生手段とノズル口との間に貯潔された燃料（以下「貯
溜燃料Ｊという）が噴射された後の噴射燃料は、旋回流
発生手段により旋回流が与えられるので最も分散度の高
い燃料として噴射されることとなる。一方、例えば機関
運転状態に応じて燃料噴射１回当りの燃料噴射量を貯溜
燃料以下として複数回の断続噴射によって要求噴射量全
量を噴射する場合、噴射燃料は旋回流発生手段によって
旋回流を与えられることなく噴射されるため、広がり角
の小さい最も分散度の低い燃料が噴射される。さらに、
燃料噴射１回当りの燃料噴射量をこれらの間で変化せし
めることによって噴射燃料の分散度を変化させることが
できる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例を採用した４気筒ガソリン機
関の構成図を示す。同図において、ｌは機関本体、２は
サージタンク、３はエアクリーナ、４はサージタンク２
とエアクリーナ３とを連結する吸気管、５は各気筒内に
燃料噴射する電歪式の高圧燃料噴射弁、６は高圧用リザ
ーバタンク、７は高圧導管８を介して高圧燃料をリザー
バタンク６に圧送するための、吐出圧制御可能な高圧燃
料ポンプ、９は燃料タンク、１０は導管１１を介して燃
料タンク９から高圧燃料ポンプ７に燃料を供給する低圧
燃料ポンプを夫々示す。低圧燃料ポンプ１０の吐出側は
、各高圧燃料噴射弁５の圧電素子を冷却するための圧電
素子冷却用導入管１２に接続される。圧電素子冷却用返
戻管１３は燃料タンク９に連結され、この返戻管１３を
介して圧電素子冷却用導入管１２を流れる燃料を燃料タ
ンク９に回収する。各枝管１４は、各高圧燃料噴射弁５
を高圧用リザーバタンク６に接続する。

電子制御ユニット２０はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス２１によって相互に接続されたＲＯＭ
　（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ　（ランダムア
クセスメモリ）２３、ＣＰ　ｔＪ（マイクロプロセッサ
）２４、入力ボート２５および出力ボート２６を具備す
る。高圧用リザーバタンク６に取付けられた圧力センサ
２７は高圧用リザーバタンク６内の圧力を検出し、その
検出信号はＡ／Ｄコンバータ２８を介して入力ポート２
５に入力される。機関回転数Ｎｅに比例した出力パルス
を発生するクランク角センサ２９の出力パルスは入力ポ
ート２５に入力される。アクセルペダル（図示せず）の
開度に応した出力電圧を発生するアクセル開度センサ３
０の出力電圧はＡ／Ｄコンバータ３１を介して入力ポー
ト２５に入力される。機関本体１に取付けられたノッキ
ングセンザ３２はノッキングの発生を検出し、その検出
信号はＡ／Ｄコンバータ３３を介して入力ポート２５に
入力される。一方、各燃料噴射弁５は各駆動回路３４か
ら３７を介して出力ポート２６に接続される。また高圧
燃料ポンプ７は駆動回路３Ｂを介して出力ポート２６に
接続される。

第４図を参照すると、６０はシリンダブロック、６１は
シリンダヘッド、６２はピストン、６３は燃焼室、６４
は燃焼室６３内に配置された点火栓を夫々示す。燃料噴
射弁５は燃焼室６３内に斜め下方に指向して配置される
。

第２図に燃料噴射弁５の側面断面図を示す。第２図を参
照すると、４０はノズル５０内に挿入されたニードル、
４１は加圧ロッド、４２は可動プランジャ、４３はばね
収容室４４内に配置されかつニードル４０を下方に向け
て押圧する圧縮ばね、４５は加圧ピストン、４６はピエ
ゾ圧電素子、４７は可動プランジャ４２の頂部とピスト
ン４５間に形成されかつ燃料で満された加圧室、４８は
ニードル加圧室を夫々示す。ニードル加圧室４８は燃料
通路４９および枝管１４を介して高圧用リザーバタンク
６（第３図）に連結され、従って高圧用リザーバタンク
６内の高圧燃料が枝管１４および燃料通路４９を介して
ニードル加圧室４８内に供給される。ピエゾ圧電素子４
６に電荷がチャージされるとピエゾ圧電素子４６が伸長
し、それによって加圧室４７内の燃料圧が高められる。

その結果、可動プランジャ４２が下方に押圧され、ノズ
ル口５３は、ニードル４０によって閉弁状態に保持され
る。一方、ピエゾ圧電素子４６にチャージされた電荷が
ディスチャージされるとピエゾ圧電素子４６が収縮し、
加圧室４７内の燃料圧が低下する。その結果、可動プラ
ンジャ４２が上昇するためにニードル４０が上昇し、ノ
ズル口５３から燃料が噴射される。

第１図にはノズル５０の拡大図を示す。第１図を参照す
ると、ニードル４０の先端には大径のニードル弁部５１
が形成される。ニードル弁部５１は円柱状部５１ａとそ
の下方の円錐状部５１ｂとを有する。円柱状部５１ａの
外径はノズル５０の内径とほぼ等しく、円柱状部５１ａ
はノズル５０内壁面に摺動可能に配設される。円柱状部
５１ａの外周面上には、円柱状部５１ａの上端から下端
まで延びる複数の螺旋溝５２が形成される。このため燃
料が螺旋溝５２を流れる際燃料に旋回運動が与えられる
こととなり、この螺旋溝５２は旋回流発生手段である。

円錐状部５１ｂの母線はその中点付近で傾きが変わり、
先端に近い方の母線の方が傾斜がゆるい。円錐状部５１
ｂの先端は、ピエゾ圧電素子４６に電荷がチャージされ
るとノズル口５３を閉鎖する。円錐状部５１ｂ先端の頂
角はノズル５０先端の頂角より小さい。このためノズル
５０先端部内周壁面と円錐状部５１ｂの外周面との間に
は環状の燃料溜５４が形成される。燃料溜５４の容積は
、機関の燃焼サイクルｌサイクル当りの最大燃料噴射量
Ｑｆ＋−□の体積より小さくかつ後述する断続噴射実行
時における燃料噴射１回当りの燃料噴射量Ｑｆ、の体積
より大きい。ノズル口５３を開弁せしめると、ノズル口
５３開弁前に燃料溜５４に貯溜されていた貯溜燃料は螺
旋溝５２を通過することなく噴射されるので、旋回運動
が与えられない。このため貯溜燃料は分散度の低い棒状
の燃料として噴射せしめられる。したがって第５図に示
すように、機関の燃焼サイクルｌサイクル当りの要求燃
料噴射量Ｑ　ｆ　Ｉを、複数の１回当り噴射量Ｑ　ｆ　
ｐによって断続噴射を行なうと第６図に示すように燃料
分散度の低い棒状の燃料を噴射することができる（第７
図参照）。ただし、断続燃料噴射の燃料噴射停止期間（
第５図のＴＩ）は燃料溜５４中の燃料の旋回流がある程
度減衰するような期間である。Ｑｆ、の体積は燃料溜５
４の容積より小さいため、全ての噴射燃料は一時的に燃
料溜５４に貯溜された貯溜燃料であり、噴射に際し螺旋
溝５２を流れないため新たな旋回流が与えられず比較的
棒状の燃料として噴射される。

一方、要求燃料噴射量Ｑ　ｆ　＋を１回の噴射で全量噴
射する場合、連続噴射となりニードルの円柱状部５１ａ
の上流側番こある燃料は螺旋溝５２を流れて噴射される
際旋回運動を与えられるので、ノズル口５３から噴射さ
れる燃料は広がり角が大きく分散度の亮い噴射燃料とな
る。すなわち、第８図および第９図に示されるように、
燃料噴射初期には少量の貯溜燃料が噴射されるため分散
度の低い棒状の燃料が噴射されるが、貯溜燃料が噴射さ
れた後の多量の燃料は分散度の高い噴射燃料となる。

次に第１０図を参照しつつ本実施例の動作について説明
する。第１Ｏ図に示すルーチンは一定クランク角毎の割
込みによって実行される。第１０図を参照すると、まず
ステップ７０において機関回転数ＮＥおよびアクセル開
度θＡが誘入まれる。

ステップ７１では、ＮＥとθＡとから要求燃料噴射１ｉ
ｔＱｆ、が算出される。第１１図に示されるようにＱｆ
、はθＡが大きくなるにつれ、またＮＥが高くなるにつ
れて大きくなる。ステップ７２ではノッキングが発生し
たか否か判定される。肯定判定された場合、ステップ７
７に進む。否定判定された場合ステップ７３に進み、要
求燃料噴射量ＱＩ、が予め定められた燃料噴射量ＱＣ以
下が否か判定される。否定判定されるとステ・７プ７４
に進む。すなわち、ノッキングが発生しておらずかつ要
求燃料噴射量Ｑｆ、が予め定められた燃料噴射量ＱＣよ
り多い中高負荷の場合、ステップ７４に進み、ステップ
７４以下において連続噴射が実行される。ステップ７４
では要求燃料噴射量Ｑｆに応じて燃料噴射時間Ｔ、が算
出される。第１２図に示されるようにＴ１はＱｆ、が大
きくなるにつれて大きくなる。ステップ７５では要求燃
料噴射量Ｑ　ｆ　＋に応じて燃料噴射開始時期ＴＳ、が
算出される。ＴＳ、は上死点からの噴射進角を示してお
り、第１３図に示されるようにＴＳ、はＱｆが大きくな
るにつれて大きくなる。ステップ７６では図示しない他
のルーチンによって、燃料噴射弁５の連続噴射が実行さ
れ、要求燃料噴射量Ｑ　ｒ　＋が１回の燃料噴射によっ
て全量噴射される。この場合、前述のように噴射された
燃料の分散度は高くなる（第８図および第９図参照）。

すなわち、ノッキングが発生しておらずかつＱ　ｒ　＋
が予め定められた燃料噴射量ＱＣより多い中高負荷時に
おいては、噴射燃料の分散度を高めることにより混合気
形成を促進して空気利用率を向上せしめることができる
。これによってスモークの発生を抑制しつつ高出力を得
ることができる。

ステップ７３で肯定判定されるとステップ７７に進む。

ノッキングが発生した場合があるいは燃料噴射量Ｑｆ、
が予め定められた燃料噴射量ＱＣ以下の低負荷の場合、
ステップ７７以下で断続噴射が実行される。ステップ７
７では機関回転数ＮＥとの関係で最大断続噴射回数Ｐ、
□８が算出される。Ｐ、□８は第１４図に示されるよう
にＮＥが大きくなるにつれて小さくなる。これはＮＥが
大きくなるにつれて燃焼１サイクル中の燃料噴射可能時
間は短くなり、一方、燃料噴射停止期間ＴＩはＮＥにか
かわらず所定時間必要なためである。ＰＮ＋ｓｍＸは、
ＰＮ１１＆、＋１回以内の断続噴射によって、各ＮＥで
の最大燃料噴射量の全量を噴射しきれるように決められ
ている。ここで最後の燃料噴射量は、燃料噴射量の残量
の全てである。ステップ７８では要求燃料噴射量Ｑｆ、
を燃料噴射１回当りの燃料量Ｑ　ｆ　ｒで割って断続噴
射回数Ｐ、が算出される。ここで、Ｑ　ｒ　Ｐは予め定
められている。ＱｆＩ／ＱｆＰの結果は小数点以下を切
り捨てて整数化されてＰＭに入れられる。

ステップ７９では、断続噴射回数Ｐ、が最大断続噴射回
数Ｐ、□８より大きいか否か判定される。

否定判定された場合、すなわち断続噴射回数Ｐ。

が最大断続噴射回数Ｐ、□ゆより小さい場合、ステップ
８４に進んでＰ　ＮＰにＰ、−１が格納されステップ８
１に進む。ステップ８１では、要求燃料噴射量Ｑｆ、か
らＰ、−１回の断続噴射による燃料噴射量ＱｆＰＸＰＮ
Ｆを引くことにより最後の１回の燃料噴射量Ｑ　ｒ　ｚ
を算出する。このＱ　ｒ　２はＱ　ｆ　ｒ以上でかつ２
Ｑｆ、未満であり、ステンプ７８において切り捨てられ
た分も含めた燃料噴射量である。ステップ８２ではＱ　
ｒ　ｚから燃料量１１期間Ｔ２が算出される。Ｔ２は第
１５図に示すようにＱｆ、が大きくなるにつれて大きく
なる。

ステップ８３では、図示しないルーチンによって断続燃
料噴射が実行される。このようにして噴射された燃料は
、前述のように、低い分散度を有する（第６図および第
７図参照）。したがって、ノンキングが発生した場合、
このような断続噴射を行なうことにより、燃焼室内での
混合気形成を遅らせてノンキングを抑制することができ
る。また、要求燃料噴射量Ｑｆ、が予め定められた燃料
噴射量ＱＣ以下の低負荷時において、断続噴射を行ない
分散度の低い燃料を供給することによって成層度を高め
、点火栓６４周りに比較的リッチな混合気を形成するこ
とによって着火性を向上することができる。ステップ７
９で肯定判定された場合、断続噴射量Ｑ　ｒ　Ｐの断続
噴射だけでは要求燃料噴射１ＬＱｆ、全量を噴射しきれ
ないため、Ｐ、□１Ｘ回だけＱ　ｆ　ｐの断続噴ル１を
実行した後、残りの燃料噴射量Ｑ　ｆ　２を１回で噴射
する。ステップ８０でＰＮＰに最大断続噴射回数ＰＨＩ
ＩＩＩＸを格納する。

ステップ８１では、要求燃料噴射量Ｑｆ、からＰＮＩＩ
ＩＩＩＸ回の断続噴射による燃料噴射量ＱｆＰ×ＰＮＰ
を引くことにより燃料噴射量の残量Ｑ　ｆ　２を算出す
る。ステップ８２ではＱｆ２から燃料噴射期間Ｔ２が算
出される。Ｔ２は第１５図に示すようにＱｆ、が大きく
なるにつれて大きくなる。ステップ８３では、図示しな
いルーチンによって断続燃料噴射が実行される。この燃
料噴射は、第１６図および第１７図に示されるように、
ＰＨ＋ａ□８回の断続噴射に続いて、１回の長い噴射が
実行される。この燃料噴射では、連続噴射だけの場合の
平均分散度と断続噴射だけの場合の平均分散度との中間
的な平均分散度となる。

なお断続噴射の態様は上記実施例に限られず、第１８図
のような断続噴射も可能である。すなわち、燃料噴射１
回当りの燃料噴射量Ｑ　ｆ　Ｐを燃料溜５４に溜められ
た燃料量より多くすることにより、分散度の低い燃料が
噴射され続いて分散度が高くなる途中で燃料噴射を停止
し、このような噴射を繰り返すようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以」−のように本発明によれば機関運転状態に応じて噴
射燃料の分散度を変化せしめることができるので、常に
良好な燃焼が可能な混合気を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図の要部拡大図、第２図は燃料噴射弁の側
面断面図、第３図は内燃機関の全体構成図、第４図は内
燃機関の側面断面図、第５図から第７図は断続噴射の動
作説明図で第５図は燃料噴射率をパターン化した線図、
第６図は燃料の噴射状態を示す図、第７図は燃料分散度
を示す線図、第８図および第９図は連続噴射の動作説明
図でそれぞれ第６図および第７図に対応する図、第１０
図は本実施例を実行するだめのフローチャート、第１１
図はアクセル開度と要求燃料噴射量との関係を示す線図
、第１２図は要求燃料噴射量と燃料噴射時間との関係を
示す線図、第１３図は要求燃料噴射量と噴射進角との関
係を示す線図、第１４図は機関回転数と最大断続噴射回
数との関係を示す線図、第１５図は燃料噴射量残量と燃
料噴射期間との関係を示す線図、第１６図および第１７
図は別のパターンの断続噴射の動作説明図でそれぞれ第
６図および第７図に対応する図、第１８図はさらに別の
パターンの断続噴射の燃料分散度を示す線図である。 ５・・・燃料噴射弁、　　　２０・・・電子制御ユニッ
ト、３２・・・ノッキングセンサ、 ４０・・・ニードル、　　　５０・・・ノズル、５２・
・・螺旋溝、　　　５３・・・ノズル口、５４・・・燃
料溜。 ４ｏ・・・ニードル ５ｏ・・・ノズル ５２・・・螺旋溝 ５３・・・ノズル口 ５４・・・燃料溜 ｌ）３ 第 図 騨を中謳超 暮貧杯葺箸 蚊琥Φ鋭餡 蚊莫Φ鋭餡 健−２−聯 ♂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　機関の燃焼サイクル１サイクル当りの要求燃料噴射量
   を複数回の断続噴射によって噴射可能な燃料噴射弁を備
   え、前記燃料噴射弁から噴射される燃料に旋回流を与え
   るための旋回流発生手段を前記燃料噴射弁のノズル口上
   流に設け、前記ノズル口閉鎖時において機関の燃焼サイ
   クル１サイクル当りの最大燃料噴射量より少量の燃料を
   前記旋回流発生手段と前記ノズル口との間に貯溜し、機
   関運転状態に応じて前記燃料噴射弁の燃料噴射１回当り
   の燃料噴射量を変化せしめることにより噴射燃料の分散
   度を変化せしめる内燃機関の燃料噴射装置。