WO2018155141A1 - 車両用制御装置 - Google Patents

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WO2018155141A1
WO2018155141A1 PCT/JP2018/003739 JP2018003739W WO2018155141A1 WO 2018155141 A1 WO2018155141 A1 WO 2018155141A1 JP 2018003739 W JP2018003739 W JP 2018003739W WO 2018155141 A1 WO2018155141 A1 WO 2018155141A1
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fuel
pressure
control device
vehicle control
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知幸 保坂
泰介 杉井
石井　英二
一樹 吉村
助川　義寛
猿渡　匡行
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device for controlling an injector used in an internal combustion engine such as a gasoline engine.
  • Patent Document 1 describes a technique for reducing the pressure boiling by reducing the fuel injection pressure when the measured or estimated temperature of the injected fuel exceeds the set upper limit value.
  • Patent Document 1 attempts to suppress the boiling under reduced pressure by lowering the fuel injection pressure when the engine temperature is higher than a predetermined temperature threshold.
  • Patent Document 1 Under the condition that the fuel is at a high temperature and the combustion chamber is at a low pressure, a low pressure boiling occurs even at a low fuel injection pressure. There is a problem.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle control device that can suppress the influence of reduced-pressure boiling even when the fuel is at a high temperature and the combustion chamber is at a low pressure.
  • the present invention provides a vehicle control device for controlling an injector that directly injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the temperature of the fuel injected from the injector is within a set high temperature range, And when the pressure of the said combustion chamber exists in the setting low pressure area
  • a vehicle control device that can suppress the influence of boiling under reduced pressure.
  • FIG. 3 is a pressure-temperature diagram (PT diagram) showing spraying under reduced pressure boiling conditions according to a first embodiment of the present invention, and a diagram showing spraying.
  • PT diagram pressure-temperature diagram
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of a direct injection engine. The basic operation of the direct injection engine will be described with reference to FIG.
  • a combustion chamber 104 is formed by a cylinder head 101, a cylinder block 102, and a piston 103 inserted into the cylinder block 102, and an intake pipe 105 and an exhaust pipe 106 are branched into two toward the fuel chamber 104. It is connected.
  • An intake valve 107 is provided at the opening of the intake pipe 105, and an exhaust valve 108 is provided at the opening of the exhaust pipe 106, and operates so as to open and close by a cam operation method.
  • the piston 103 is connected to the crankshaft 115 via a connecting rod 114, and the engine speed can be detected by the crank angle sensor 116.
  • the value of the rotational speed is sent to an ECU (Engine Control Unit) 118.
  • a cell motor (not shown) is connected to the crankshaft 115, and when starting the engine, the crankshaft 115 can be rotated and started by the cell motor.
  • the cylinder block 102 is provided with a water temperature sensor 117 and can detect the temperature of engine coolant (not shown). The temperature of the engine cooling water is sent to the ECU 118.
  • FIG. 1 shows only one cylinder
  • a collector (not shown) is provided upstream of the intake pipe 105 to distribute air to each cylinder.
  • An air flow sensor and a throttle valve (not shown) are provided upstream of the collector, and the amount of air taken into the fuel chamber 104 can be adjusted by the opening of the throttle valve.
  • Fuel is stored in the fuel tank 109 and sent to the high-pressure fuel pump 111 by the feed pump 110.
  • the feed pump 110 boosts the fuel to about 0.3 MPa and sends it to the high-pressure fuel pump 111.
  • the fuel boosted by the high pressure fuel pump 111 is sent to the common rail 112.
  • the high pressure fuel pump 111 boosts the fuel to about 30 MPa and sends it to the common rail 112.
  • a fuel pressure sensor 113 is provided on the common rail 112 to detect fuel pressure (fuel pressure). The value of the fuel pressure is sent to the ECU 118.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the cylinder injection section in the cylinder center section.
  • An injector 119 is provided on the radial side surface of the cylinder.
  • the spark plug 120 is provided in the vicinity of the exhaust pipe 106.
  • the ECU 118 can monitor sensor signals and control the operation of devices such as the first injector 119, spark plug 120, and high-pressure fuel pump 111.
  • the ROM of the ECU 118 set values of various devices corresponding to commonly used engine speed, water temperature, and air-fuel ratio are recorded as map data.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an electromagnetic injector as an example of the injector according to the present invention.
  • the basic operation of the injection device will be described with reference to FIG.
  • the fuel is supplied from the fuel supply port 212 and supplied to the inside of the injector.
  • the electromagnetic injector 119 shown in FIG. 3 is a normally closed electromagnetic drive type.
  • the valve body 201 is urged by the spring 210 and joined to the nozzle body 204 by welding or the like.
  • the sheet member 202 is pressed to seal the fuel.
  • the supplied fuel pressure is in the range of about 1 MPa to 50 MPa.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the lower end portion of the injector, which includes a seat member 202, a valve body 201, and the like.
  • the seat member 202 includes a valve seat surface 304 and a plurality of fuel injection holes 301.
  • the valve seat surface 304 and the valve body 201 extend symmetrically about the valve body central axis 305.
  • the fuel passes through the gap between the seat member 202 and the valve body 201, passes through the path indicated by the arrow 311, and is injected from the injection hole 301. Part of the fuel flows into the sac chamber 302 on the tip side from the nozzle hole and flows into the nozzle hole from the path indicated by the arrow 312.
  • the valve body can be set to a large lift amount and a small lift amount.
  • the valve body position at the large lift amount is 201b, and the valve body position at the small lift amount is 201a.
  • the injector 119 in the present embodiment has a two-stage lift function that can switch the amount of lift according to the magnitude of the drive current.
  • FIG. 5A is an enlarged cross-sectional view when the valve body position of the injector 119 is the small lift position 201a.
  • the lift amount is small, the distance between the valve body 201 and the valve seat surface 304 is shortened, and the cross-sectional area of the flow is reduced, so that the pressure loss in flowing from the valve seat surface 304 side (seat side) increases.
  • the inflow 311a is weak, and the inflow 312a from the sac chamber 302 side (sack side) becomes a relatively strong flow.
  • the lift amount is large, the pressure loss of the flow from the seat portion side is small, the inflow 304b from the seat portion is large, and the inflow 312b from the sack side is small.
  • the speed 320b in the direction of the nozzle hole 303 at the nozzle hole outlet at the large lift amount is larger than the speed 320a in the nozzle hole 303 direction at the nozzle hole outlet at the small lift amount.
  • the nozzle hole exit speeds 321a and 321b in the direction perpendicular to the axis have a small difference due to the lift amount.
  • ⁇ atan (axial velocity / radial radial velocity) from the average axial velocity and the average radial radius at the nozzle hole outlet.
  • FIG. 6A is a PT diagram showing the conditions under which reduced-pressure boiling occurs between the fuel temperature and the combustion chamber pressure.
  • the reduced-pressure boiling of the fuel is determined by the fuel temperature and the combustion chamber pressure, and the condition is that the fuel temperature is high and the combustion chamber pressure is low. Under conditions where the fuel temperature is high and the combustion chamber pressure is low, the pressure of the fuel is lower than the saturated vapor pressure of the fuel, and rapid vaporization called decompression boiling occurs due to rapid vaporization.
  • FIG. 6B and FIG. 6C are schematic views of the fuel spray injected from the injector 119 under the condition where the vacuum boiling does not occur and the condition where the vacuum boiling occurs. In FIG.
  • FIG. 6B a schematic view of the fuel spray in a condition where the reduced-pressure boiling does not occur is indicated by 303a
  • FIG. 6C a schematic view of the fuel spray in a condition where the reduced-pressure boiling occurs is indicated by 303b.
  • the fuel temperature is 30 degrees Celsius and the combustion chamber pressure is 1 bar.
  • the conditions where the vacuum boiling is occurring are, for example, the fuel temperature is 80 degrees Celsius, and the combustion chamber pressure is 0.7 bar.
  • vacuum boiling occurs, the fuel spray becomes more turbulent due to rapid vaporization, and the size of the particles also decreases, thereby widening the angle of the fuel spray. By widening the angle of fuel spray, the amount of fuel adhering to the tip of the injector increases, which increases the deposit that causes PM.
  • Fig. 7 shows the judgment and control method of boiling under reduced pressure.
  • the fuel temperature is measured or estimated in control S01.
  • the fuel temperature may be directly measured by placing a temperature sensor in the fuel passage of the injector 119, or may be estimated based on the outer surface temperature of the injector 119.
  • the pressure in the combustion chamber is measured or estimated.
  • the pressure in the combustion chamber may be directly measured by arranging a pressure sensor in the combustion chamber, or may be estimated from the pressure in the intake port by arranging a pressure sensor in the intake port.
  • the decompression boiling is determined in the control S03.
  • the PT diagram shown in FIG. 6 is used for the determination of boiling under reduced pressure.
  • a saturated vapor pressure curve of normal heptane or isooctane, which is the main component of gasoline is used as a PT chart, or a PT chart is experimentally created for various fuels in advance,
  • the PT diagram is switched and used by the property determination means.
  • the prepared PT diagram is held as a two-dimensional map in the ROM of the ECU.
  • the lift amount of the valve body 201 of the injector 119 is changed by the control S04.
  • the lift amount is preferably 20 ⁇ m or more.
  • the lift amount of the valve body of the injector is controlled to be increased. More specifically, in this embodiment, in the vehicle control device (ECU 118) that controls the injector 119 that directly injects fuel into the combustion chamber 104 of the internal combustion engine, the temperature of the fuel injected from the injector 119 is within a set high temperature range. And a control unit (CPU) that controls to increase the lift amount of the valve body 201 of the injector 119 when the pressure of the combustion chamber 104 is within the set low pressure region.
  • the vehicle control device ECU 118
  • the injector 119 that directly injects fuel into the combustion chamber 104 of the internal combustion engine
  • the temperature of the fuel injected from the injector 119 is within a set high temperature range.
  • a control unit (CPU) that controls to increase the lift amount of the valve body 201 of the injector 119 when the pressure of the combustion chamber 104 is within the set low pressure region.
  • the control unit (CPU) of the vehicle control device (ECU 118) may use the pressure of the intake port to the pressure of the combustion chamber 104 as the pressure of the combustion chamber 104. Further, the control unit (CPU) of the vehicle control device (ECU 118) uses the temperature of the fuel in the pipe (in the common rail) arranged upstream of the injector 119 as the temperature of the fuel injected from the injector 119. Also good. Alternatively, as described above, the control unit (CPU) may use the surface temperature (outer surface temperature) of the injector 119 as the temperature of the fuel injected from the injector 119.
  • the injector according to the second embodiment is an injector capable of multi-stage injection that injects a plurality of times in one cycle, and the maximum lift amount of the injector valve element becomes smaller as the number of multi-stage injections increases. Further, when the number of multistages is reduced, the lift amount of the valve body after the reduction may be controlled to be larger than the lift amount of the valve body in the multistage injection before the reduction. However, in this embodiment, it is not always necessary to set a plurality of target lift amounts for the injector, and the maximum lift amount may be changed by starting the valve closing before the valve is completely opened. good. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing an injector control method in the second embodiment.
  • the determination of boiling under reduced pressure is made from the PT diagram recorded in the ROM in the control S03.
  • the number of intake stroke injections per cycle is acquired in control S05.
  • control S06 determines whether it is effective to reduce the number of injections in the intake stroke by one. In this determination, it is preferable to predict whether the in-cylinder homogeneity is sufficiently secured when the number of injections is reduced from the engine speed, the throttle opening, the injection amount, and the like.
  • the execution is affirmed, the number of injections N is changed to N-1, and the process returns to the control S06.
  • the number of injections in the intake stroke is changed to N. At this time, it may be controlled to increase the injection amount per injection without changing the total injection amount in the intake stroke, or the injection amount reduced by the intake stroke without changing the injection amount per injection May be controlled to be injected in the compression stroke.
  • the number of injections in the intake stroke it is possible to reduce injection under conditions where boiling under reduced pressure occurs, and to reduce fuel adhesion to the injector tip.
  • the penetration force of the spray is increased, the adhesion of fuel to the injector tip can be reduced, and the tumble flow can be suitably enhanced.
  • the injection amount under the reduced-pressure boiling condition in the intake stroke is reduced, and the adhesion of fuel to the injector tip can be reduced.
  • control is performed so as to reduce the number of multistages in one cycle. More specifically, in the control unit (CPU) provided in the vehicle control device (ECU 118) of the present embodiment, the temperature of the fuel injected from the injector 119 is in the set high temperature range, and the pressure in the combustion chamber 104 is When in the set low pressure region, control is performed so as to reduce the number of multi-stages in one cycle. When the controller (CPU) reduces the number of multistage injections in one cycle, the lift amount of the valve body 201 after reduction is larger than the lift amount of the valve body 201 in multistage injection before reduction. It is desirable to control. This control is preferably performed in combination with other embodiments.
  • This increases the lift amount and increases the axial velocity of the fuel injected from the injector nozzle hole, thereby reducing the spray angle and reducing the fuel adhesion to the injector tip. Moreover, the penetration force of spray becomes large, and the tumble flow can be suitably strengthened.
  • the number of injections may be controlled to return to the state before the control.
  • FIG. 9 An injector control apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
  • FIG. The injector according to the third embodiment is an injector capable of controlling the valve body moving speed of the injector by an electric current. In this embodiment, it is not always necessary to set a plurality of lift amounts of the injector. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the drive current of the injector and the lift amount in the third embodiment.
  • the valve opening speed of the injector can be changed by the maximum value Imax of the drive current.
  • the drive current Imax0 is set in FIG. 9, the time from the start of opening of the injector until reaching the target lift is t0.
  • the driving current is Imax1
  • the time from when the valve body of the injector reaches the target lift to the target lift is indicated by t1.
  • the time from the start of valve opening to reaching the target lift compared to before increasing the peak value. It can be controlled to be shorter.
  • control is performed so as to increase the peak value of the drive current to the injector.
  • control unit CPU
  • the temperature of the fuel injected from the injector 119 is in the set high temperature range
  • the pressure in the combustion chamber 104 is When in the set low pressure region, control is performed so as to increase the peak value of the drive current to the injector 119.
  • a control unit (CPU such as a microcomputer) provided in the vehicle control device (ECU 118) controls the drive current to the injector 119 to increase the peak value, thereby increasing the valve value compared to before increasing the peak value. It is desirable to perform control so that the time from the start of valve opening of the body 201 to the arrival of the target lift is shortened. As a result, the time from the start of opening of the valve body to the arrival of the target lift is shortened, and the fuel spray injection angle is narrowed, so that the fuel adhesion to the injector tip can be reduced.
  • CPU such as a microcomputer
  • the drive current may be controlled to return to the state before control.
  • the injector control device according to the fourth embodiment is an injector control device capable of changing the fuel injection pressure (fuel pressure). In this embodiment, it is not always necessary to set a plurality of lift amounts of the injector. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a fuel pressure control method in the fourth embodiment.
  • the determination of the boiling under reduced pressure is made from the PT diagram of FIG. 6 in the control S03, and when it is determined that the conditions are the boiling under reduced pressure, the increase amount of the fuel pressure is determined in the control S10.
  • the increase amount of the fuel pressure is determined in the control S10.
  • control is performed to increase the injection pressure of the fuel injected from the injector.
  • the control unit (CPU) provided in the vehicle control device (ECU 118) of the present embodiment
  • the temperature of the fuel injected from the injector 119 is in the set high temperature range
  • the pressure in the combustion chamber 104 is When in the set low pressure region, control is performed so that the injection pressure of the fuel injected from the injector 119 is increased.
  • the penetration force is increased by increasing the fuel pressure, and the tumble flow in the combustion chamber can be suitably enhanced.
  • the fuel pressure may be controlled to return to the state before the control.
  • the above embodiments can be carried out independently of each other, and can also be obtained in combination with each other to obtain the respective actions and effects.
  • Valve , 201a valve body position in a low lift state, 201b ... valve body position in a high lift state, 202 ... seat member, 203 ... guide member, 204 ... nozzle body, 205 ... valve body guide, 206 ... anchor, 207 ... core, 208 ... coil, 209 ... yoke, 210 ... spring, 211 ... connector 212 ... Fuel supply port, 301 ... Injection hole, 302 ... Suck chamber, 303 ... Central axis of injection hole, 304 ... Valve seat surface, 305 ... Central axis of valve body, 311 ... Inflow from seat side, 312 ... Suck chamber side ,..., 320..., Injection speed at the nozzle hole outlet, 322... Injection direction speed at the nozzle hole outlet, and 330.

Abstract

本発明の目的は、燃焼室内が低圧であっても減圧沸騰による影響を抑制することができるインジェクタの制御装置を提供することである。本発明の筒内直接噴射式インジェクタの制御装置は、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、低温領域、又は高圧領域の場合に比べて、インジェクタのリフト量を大きくするように制御する。

Description

車両用制御装置
　本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられるインジェクタを制御する車両用制御装置に関する。
　制御装置に関する。
　近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。しかし、筒内噴射式エンジンは噴射地点から壁面までの距離が短いために燃料が燃焼室内に付着しやすく、温度の低い壁面に付着した燃料が不完全燃焼することで発生する粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の抑制が課題となっている。この課題を解決するためには、燃焼室内の燃焼の最適化が必要である。
　また、筒内噴射式エンジンでは、燃料の温度が高温でかつ燃焼室内の圧力が低い場合に、減圧沸騰と呼ばれる現象が生じやすくなり、燃料が急激に気化することが知られている。減圧沸騰下では、噴霧の粒径が小さくなり燃料が気化しやすくなる一方で、噴孔から噴射された噴霧の急激な広がりによって燃料噴射弁（インジェクタ）の先端への燃料付着が増加することや、貫徹力の低下によってタンブル流を良好に強めることができないなどの課題が存在する。
　例えば特許文献１には、噴射燃料の測定又は推定温度が設定上限値を上回る場合において、燃料噴射圧力を低下させ、減圧沸騰を抑制する技術が記載されている。
特開２００８－３８８１４号公報
　特許文献１に開示されている技術は、エンジンの温度が所定の温度閾値よりも高い場合に燃料噴射圧力を低くすることで、減圧沸騰を抑制しようとするものである。
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、燃料が高温、かつ燃焼室内が低圧である条件下では、低い燃料噴射圧力であっても減圧沸騰が生じるため、効果を良好に得ることができないという課題がある。
　以上の課題を鑑みて、本発明の目的は、燃料が高温、かつ燃焼室内が低圧であっても減圧沸騰による影響を抑制することができる車両用制御装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを制御する車両用制御装置において、前記インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、前記燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、前記インジェクタの弁体のリフト量を大きくするように制御する制御部を備えた。
　本発明によれば、減圧沸騰による影響を抑制することができる車両用制御装置を提供する。
本発明に係る内燃機関の構成の概要を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の気筒中心断面での構成を示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタを示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタ下端部の拡大断面図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタのリフト量と噴射速度の関係を示した図である。 本発明の第１実施例に係る減圧沸騰条件を示した圧力―温度図（Ｐ－Ｔ図）と噴霧を示した図である。 本発明の第１実施例に係るインジェクタの制御方法を示した図である。 本発明の第２実施例に係るインジェクタの制御方法を示した図である。 本発明の第３実施例に係るインジェクタの駆動電流とリフト量の関係を示した図である。 本発明の第３実施例に係るインジェクタの制御方法を示した図である。 本発明の第４実施例に係るインジェクタの制御方法を示した図である。
　以下、本発明に係る実施例を説明する。
　本発明の第１の実施例に係るインジェクタの制御装置について、図１と図２を用いて以下説明する。
  図１は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図１を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図１において、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０２、シリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１０４が形成され、燃料室１０４に向けて吸気管１０５と排気管１０６がそれぞれ２つに分岐して接続されている。吸気管１０５の開口部には吸気弁１０７が、排気管１０６の開口部には排気弁１０８がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。
　ピストン１０３はコンロッド１１４を介してクランク軸１１５と連結されており、クランク角センサ１１６によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１８に送られる。クランク軸１１５には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸１１５を回転させ始動することができる。シリンダブロック１０２には水温センサ１１７が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はＥＣＵ１１８に送られる。
　図１は１気筒のみの記述だが、吸気管１０５の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室１０４に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。
　燃料は燃料タンク１０９に貯蔵され、フィードポンプ１１０によって高圧燃料ポンプ１１１に送られる。フィードポンプ１１０は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ１１１に送る。高圧燃料ポンプ１１１により昇圧された燃料はコモンレール１１２に送られる。高圧燃料ポンプ１１１は燃料を３０ＭＰａ程度まで昇圧してコモンレール１１２に送る。コモンレール１１２には燃圧センサ１１３が設けられ、燃料圧力（燃圧）を検知する。燃圧の値はＥＣＵ１１８に送られる。
　図２は、筒内噴射式エンジンの気筒中心断面での構成を示した図である。気筒の径方向側面部にインジェクタ１１９が備えられている。点火プラグ１２０は排気管１０６の近傍に備えられている。ＥＣＵ１１８はセンサの信号をモニタし、第１のインジェクタ１１９や点火プラグ１２０、高圧燃料ポンプ１１１といったデバイスの作動を制御できる。ＥＣＵ１１８のＲＯＭには一般的に用いられるエンジン回転数や水温、空燃比に応じた各種デバイスの設定値がマップデータとして記録されている。
　図３は、本発明に係るインジェクタの例として、電磁式インジェクタの例を示す図である。図３を用いて噴射装置の基本的な動作を説明する。図３において、燃料は燃料供給口２１２から供給され、インジェクタの内部に供給される。図３に示す電磁式インジェクタ１１９は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル２０８に通電がないときには、弁体２０１がスプリング２１０によって付勢され、ノズル体２０４に溶接などで接合されたシート部材２０２に押し付けられ、燃料がシールされるようになっている。このとき、筒内噴射用インジェクタでは、供給される燃料圧力がおよそ１ＭＰａから５０ＭＰａの範囲である。コネクタ２１１を介してコイル２０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア（固定コア）２０７、ヨーク２０９、アンカー２０６に磁束密度を生じて、空隙のあるコア２０７とアンカー２０６の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング２１０の付勢力と前述の燃料圧力による力よりも大きくなると、弁体２０１はガイド部材２０３、弁体ガイド２０５にガイドされながらアンカー２０６によってコア２０７側に吸引され、開弁状態となる。開弁状態となると、シート部材２０２と弁体２０１との間に隙間が生じ、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換され、インジェクタ下端部に空いた燃料噴射孔に至り噴射される。
　次に、弁体２０１の詳細形状について図４を用いて説明する。図４は、インジェクタ下端部の拡大断面図であり、シート部材２０２と弁体２０１などから構成されている。シート部材２０２は、弁座面３０４と、複数の燃料噴孔３０１から構成されている。弁座面３０４及び弁体２０１は弁体中心軸３０５を中心に軸対称に延在している。燃料は、シート部材２０２と弁体２０１の隙間を通り、矢印３１１の経路を通り、噴孔３０１から噴射される。燃料の一部は噴孔より先端側のサック室３０２に回りこみ、矢印３１２の経路から噴孔に流入する。弁体は大リフト量と小リフト量に設定が可能であり、大リフト量での弁体位置は２０１ｂ、小リフト量での弁体位置は２０１ａである。本実施例におけるインジェクタ１１９は、駆動電流の大小に応じてリフト量の大小を切替可能な二段リフト機能を備える。
　リフト量と燃料噴射速度の関係ついて、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、インジェクタ１１９の弁体位置が小リフト位置２０１ａである場合の拡大断面図である。リフト量が小さいとき、弁体２０１と弁座面３０４の距離が短くなり、流れの断面積が少なくなることで、弁座面３０４側（シート側）からの流れ込みにおける圧力損失が大きくなる。
結果として、流れ込み３１１ａが弱く、サック室３０２側（サック側）からの流れ込み３１２ａが比較的に強い流れとなる。一方、リフト量が大きいとき、シート部側からの流れの圧力損失が小さくなり、シート部からの流れ込み３０４ｂが大きく、サック側からの流れ込み３１２ｂが小さくなる。
　このとき、小リフト量における噴孔出口での噴孔軸３０３方向の速度３２０ａに比べ、大リフト量における噴孔出口での噴孔軸３０３方向の速度３２０ｂが大きくなる。一方、軸に垂直な方向の噴孔出口速度３２１ａ及び３２１ｂは、リフト量による差異は小さい。
　燃料噴霧の角度θは、噴孔出口における軸方向平均速度と面半径方向平均速度から、θ＝ａｔａｎ（軸方向速度／面半径方向速度）と特徴づけることができる。このとき、速度３２０ｂ＞速度３２０ａと、速度３２１ａ≒速度３２１ｂの関係から明らかに、小リフト量における燃料噴霧の角度θａと大リフト量における燃料噴霧の角度θｂは、θａ＞θｂの関係となる。
　次に、減圧沸騰における噴霧角の変化について図６を用いて説明する。図６（ａ）は、燃料温度と燃焼室圧力の、減圧沸騰が起きる条件を示したＰ－Ｔ図である。燃料の減圧沸騰は、燃料温度と燃焼室圧力により決定され、その条件は、燃料温度が高く、燃焼室圧力が低い条件である。燃料温度が高く、燃焼室圧力が低い条件では、燃料の飽和蒸気圧よりも燃料の圧力が低い状態になり、気化が急激に進行することで減圧沸騰と呼ばれる急激な気化が起こる。減圧沸騰が起きていない条件と、減圧沸騰が起きている条件における、インジェクタ１１９から噴射される燃料噴霧の概略図を図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示す。
図６（ｂ）において、減圧沸騰が起きていない条件における燃料噴霧の概略図を３０３ａで示し、図６（ｃ）において、減圧沸騰が起きている条件における燃料噴霧の概略図を３０３ｂで示す。減圧沸騰が起きていない条件としては、例えば、燃料温度が摂氏３０度、燃焼室圧力が１ｂａｒであり、減圧沸騰が起きている条件としては、例えば、燃料温度が摂氏８０度、燃焼室圧力が０．７ｂａｒである。減圧沸騰が起きると、急激な気化により燃料噴霧の乱れが大きくなり、また粒子の大きさも小さくなることで、燃料噴霧の角度が広がる。燃料噴霧の角度が広がることで、インジェクタ先端への燃料付着量が増え、ＰＭの原因となるデポジットが増加する要因となる。
　減圧沸騰の判定と制御方法について図７に示す。減圧沸騰の判定のため、制御Ｓ０１にて燃料温度を測定、あるいは推定する。燃料温度は、例えば、インジェクタ１１９の燃料通路に温度センサを配置し直接測定する、あるいは、インジェクタ１１９の外表面温度に基づき推定すると良い。インジェクタ１１９の外表面温度の推定には、エンジンの冷却水の温度、エンジン回転数、スロットル開度から推定すると良い。次に、制御Ｓ０２にて、燃焼室内の圧力を測定、あるいは推定する。燃焼室内の圧力は、例えば、燃焼室に圧力センサを配置し直接測定する、あるいは、吸気ポート内に圧力センサを配置し、吸気ポート内の圧力から推定すると良い。次に、制御Ｓ０１及び制御Ｓ０２で求めた燃料温度と燃焼室内圧力をもとに、制御Ｓ０３にて減圧沸騰を判定する。なお、制御Ｓ０１と制御Ｓ０２の順番は逆としても良い。減圧沸騰の判定には、図６で示したＰ－Ｔ図を用いる。本実施例では、ガソリンの主成分であるノルマルヘプタンやイソオクタンの飽和蒸気圧曲線をＰ－Ｔ図とするか、あらかじめ種々の燃料に対して実験的にＰ－Ｔ図を作成し、公知の燃料性状判定手段によってＰ－Ｔ図を切り替えて使用する。用意されたＰ－Ｔ図は、ＥＣＵのＲＯＭ内に２次元マップとして保持する。ＲＯＭ内のＰ－Ｔ図により減圧沸騰条件であると判定された場合には、制御Ｓ０４によってインジェクタ１１９の弁体２０１のリフト量が変更される。減圧沸騰でない条件に対して、減圧沸騰である条件はリフト量が大きくなるように制御することによって、燃料噴霧の噴射角度が狭くなり、インジェクタ先端への燃料付着を低減させることができる。このとき、リフト量の変化は、２０μｍ以上とすると良い。
　すなわち、インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温内にあり、かつ、燃焼室の圧力が設定領域内にある場合に、インジェクタの弁体のリフト量を大きくするように制御する。より具体的には、本実施例では内燃機関の燃焼室１０４に直接燃料を噴射するインジェクタ１１９を制御する車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）において、インジェクタ１１９から噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、燃焼室１０４の圧力が設定低圧領域内にある場合に、インジェクタ１１９の弁体２０１のリフト量を大きくするように制御する制御部（ＣＰＵ）を備えた。
　なお、車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）の制御部（ＣＰＵ）は、燃焼室１０４の圧力として燃焼室１０４の圧力への吸気ポートの圧力を使用しても良い。また車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）の制御部（ＣＰＵ）は、インジェクタ１１９から噴射される燃料の温度として、インジェクタ１１９の上流側に配置された配管内（コモンレール内）の燃料の温度を使用しても良い。あるいは上記したように、制御部（ＣＰＵ）は、インジェクタ１１９から噴射される燃料の温度として、インジェクタ１１９の表面温度（外表面温度）を使用しても良い。
　これにより、燃料噴霧の噴射角度が狭くなり、インジェクタ先端への燃料付着を低減することができる。さらに、リフト量が大きくなることによって、貫徹力が大きくなり、燃焼室内のタンブル流を好適に強めることができる。
　本発明の第２の実施例に係るインジェクタの制御装置について、図８を用いて説明する。第２の実施例に係るインジェクタは、１サイクルに複数回噴射する多段噴射が可能なインジェクタであり、多段回数が多いほどインジェクタ弁体の最大リフト量が小さくなる。
また、多段回数を低減させる場合に、低減前の多段噴射における弁体のリフト量に対して、低減後の弁体のリフト量を大きくなるように制御しても良い。ただし、本実施例において、インジェクタの目標リフト量は必ずしも複数設定可能である必要はなく、開弁が完全に行われる前に閉弁を開始することでリフト量の最大値を変更する構成としても良い。その他の構成は第１の実施例と同一とする。
　図８は、第２の実施例におけるインジェクタの制御方法を示した図である。図８において、制御Ｓ０３にてＲＯＭ内に記録されたＰ－Ｔ図より減圧沸騰の判定を行う。減圧沸騰条件との判定の場合、制御Ｓ０５にて１サイクルあたりの吸気行程の噴射回数を取得する。次に、噴射回数が２回以上の場合、吸気行程での噴射回数を１回減らすことが有効かの判断を制御Ｓ０６にて行う。この判断は、噴射回数を減らした場合に筒内の均質度が十分に担保されるかを、エンジン回転数、スロットル開度、噴射量などから予測すると良い。
実行が肯定された場合には、噴射回数ＮをＮ－１に変更し、制御Ｓ０６に戻る。噴射回数が０になるか、あるいは噴射回数Ｎ－１の実行が否定された場合に、吸気行程の噴射回数をＮに変更する。このとき、吸気行程における噴射総量を変えずに噴射１回あたりの噴射量を増やすように制御しても良いし、１回あたりの噴射量を変えずに、吸気行程で減らした分の噴射量を圧縮行程で噴射するように制御しても良い。吸気行程における噴射回数を減らすことで、減圧沸騰が起きている条件での噴射を減らし、インジェクタ先端への燃料付着を低減することができる。また、噴射回数を減らして１回あたりの噴射量を多くした場合、噴霧の貫徹力が大きくなり、インジェクタ先端への燃料の付着を低減し、かつタンブル流を好適に強化することができる。１回あたりの噴射量を変えずに噴射回数を減らした場合、吸気行程での減圧沸騰条件下での噴射量が低減し、インジェクタ先端への燃料の付着を低減することができる。
　すなわち、インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温内にあり、かつ、燃焼室の圧力が設定領域内にある場合に、１サイクルの多段回数を低減するように制御する。より具体的には本実施例の車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）が備えた制御部（ＣＰＵ）はインジェクタ１１９から噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、燃焼室１０４の圧力が設定低圧領域内にある場合に、１サイクルの多段回数を低減するように制御する。なお、制御部（ＣＰＵ）は、１サイクルの多段噴射回数を低減させる場合に、低減前の多段噴射における弁体２０１のリフト量に対して、低減後の弁体２０１のリフト量が大きくなるように制御することが望ましい。この制御は他の実施例と組み合わせて実施することが望ましい。
　これにより、リフト量が大きくなり、インジェクタの噴孔から噴射される燃料の軸方向速度が高まることで、噴霧角を小さくすることができ、インジェクタ先端への燃料の付着を低減することができる。また、噴霧の貫徹力が大きくなり、タンブル流を好適に強化することができる。
　なお、噴射回数の変更後に減圧沸騰条件でなくなった場合には、噴射回数を制御前の状態に戻すように制御すると良い。
　本発明の第３の実施例に係るインジェクタの制御装置について、図９と図１０を用いて説明する。第３の実施例に係るインジェクタは、インジェクタの弁体移動速度を、電流によって制御することが可能なインジェクタである。本実施例において、インジェクタのリフト量は必ずしも複数設定可能である必要はない。その他の構成は第１の実施例と同一とする。
　図９は、第３の実施例におけるインジェクタの駆動電流とリフト量の関係を示した図である。駆動電流の最大値Ｉｍａｘによって、インジェクタの開弁速度を変更することが可能であり、図９において駆動電流Ｉｍａｘ０とした場合に、インジェクタの開弁開始から目標リフトに到達するまでの時間をｔ０で示し、駆動電流Ｉｍａｘ１とした場合に、インジェクタの弁体が開弁開始から目標リフトに到達するまでの時間をｔ１で示している。本実施例では、インジェクタへの駆動電流のピーク値を大きくするように制御することで、ピーク値を大きくする前に比べて、弁体の開弁開始から、目標リフトに到達するまでの時間が短くなるように制御することができる。
　図１０は第３の実施例におけるインジェクタの制御方法を示した図である。図１０において、制御Ｓ０３にてＲＯＭに記録されたＰ－Ｔ図より減圧沸騰の判定を行い、減圧沸騰条件であるとの判定の場合、制御Ｓ０８にて駆動電流の上昇量を決定する。駆動電流を上昇することで、リフト量が最大となるまでにかかる時間が少なくなり、インジェクタの噴孔から噴射される燃料の軸方向速度が高まることで、噴霧角を小さくすることができ、インジェクタ先端への燃料の付着を低減することができる。また、噴霧の貫徹力が大きくなり、タンブル流を好適に強化することができる。
　すなわち、インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温内にあり、かつ、燃焼室の圧力が設定領域内にある場合に、インジェクタへの駆動電流のピーク値を大きくするように制御する。より具体的には本実施例の車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）が備えた制御部（ＣＰＵ）はインジェクタ１１９から噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、燃焼室１０４の圧力が設定低圧領域内にある場合に、インジェクタ１１９への駆動電流のピーク値を大きくするように制御する。車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）が備えた制御部（マイコン等のＣＰＵ）は、インジェクタ１１９への駆動電流のピーク値を大きくするように制御することで、ピーク値を大きくする前に比べて、弁体２０１の開弁開始から、目標リフトに到達するまでの時間が短くなるように制御することが望ましい。これにより、弁体の開弁開始から、目標リフトに到達するまでの時間が短くなり、燃料噴霧の噴射角度が狭くなることで、インジェクタ先端への燃料付着を低減することができる。
　　なお、噴射回数の変更後に減圧沸騰条件でなくなった場合には、駆動電流を制御前の状態に戻すように制御すると良い。
　本発明の第４の実施例に係るインジェクタの制御装置について、図１１を用いて説明する。第４の実施例に係るインジェクタの制御装置は、燃料噴射圧力（燃圧）を変更することが可能なインジェクタの制御装置である。本実施例において、インジェクタのリフト量は必ずしも複数設定可能である必要はない。その他の構成は第１の実施例と同一とする。
　図１１は第４の実施例における燃圧の制御方法を示した図である。図１１において、制御Ｓ０３にて図６のＰ－Ｔ図より減圧沸騰の判定を行い、減圧沸騰条件であるとの判定の場合、制御Ｓ１０にて燃圧の上昇量を決定する。燃圧を上昇させることで、燃料噴射時の軸方向速度が高まることで、噴霧角を小さくすることができ、インジェクタ先端への燃料の付着を低減することができる。
　すなわち、インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温内にあり、かつ、燃焼室の圧力が設定領域内にある場合に、インジェクタから噴射される燃料の噴射圧力を高くするように制御する。より具体的には本実施例の車両用制御装置（ＥＣＵ１１８）が備えた制御部（ＣＰＵ）はインジェクタ１１９から噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、燃焼室１０４の圧力が設定低圧領域内にある場合に、インジェクタ１１９から噴射される燃料の噴射圧力を高くするように制御する。これにより、燃料噴射時の軸方向速度が高まり、燃料噴霧の噴射角度が狭くなることで、インジェクタ先端への燃料付着を低減することができる。さらに、燃圧が高くなることで貫徹力が大きくなり、燃焼室内のタンブル流を好適に強めることができる。
　なお、燃圧の変更後に減圧沸騰条件でなくなった場合には、燃圧を制御前の状態に戻すように制御すると良い。以上の実施例は互いに独立して実施することもでき、また併用して実施することでそれぞれの作用、効果を得ることも可能である。
１０１…シリンダヘッド、１０２…シリンダブロック、１０３…ピストン、１０４…燃焼室、１０５…吸気管、１０６…排気管、１０７…吸気弁、１０８…排気弁、１０９…燃料タンク、１１０…フィードポンプ、１１１…高圧燃料ポンプ、１１２…コモンレール、１１３…燃圧センサ、１１４…コンロッド、１１５…クランク軸、１１６…クランク角センサ、１１７…水温センサ、１１８…ＥＣＵ、１１９…インジェクタ、１２０…点火プラグ、２０１…弁体、２０１ａ…低リフト状態での弁体位置、２０１ｂ…高リフト状態での弁体位置、２０２…シート部材、２０３…ガイド部材、２０４…ノズル体、２０５…弁体ガイド、２０６…アンカー、２０７…コア、２０８…コイル、２０９…ヨーク、２１０…スプリング、２１１…コネクタ、２１２…燃料供給口、３０１…噴孔、３０２…サック室、３０３…噴孔中心軸、３０４…弁座面、３０５…弁体中心軸、３１１…シート部側からの流れ込み、３１２…サック室側からの流れ込み、３２０…噴孔出口における噴孔軸方向速度、３２１…噴孔出口における噴孔面方向速度、３２２…噴孔出口における噴射方向速度、３３０…燃料噴霧

Claims (10)

  1. 　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを制御する車両用制御装置において、
    　前記インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、前記燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、前記インジェクタの弁体のリフト量を大きくするように制御する制御部を備えた車両用制御装置。
  2. 　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを制御する車両用制御装置において、
    　前記インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、前記燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、１サイクルの多段回数を低減するように制御する制御部を備えた車両用制御装置。
  3. 　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを制御する車両用制御装置において、
    　前記インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、前記燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、前記インジェクタへの駆動電流のピーク値を大きくするように制御する制御部を備えた車両用制御装置。
  4. 　請求項１に記載の車両用制御装置において、
    　前記インジェクタは駆動電流の大小に応じてリフト量の大小を切替可能な二段リフト機構を備えた車両用制御装置。
  5. 　請求項１又は２に記載の車両用制御装置において、
    　前記制御部は、１サイクルの多段噴射回数を低減させる場合に、低減前の多段噴射における前記弁体のリフト量に対して、低減後の前記弁体のリフト量が大きくなるように制御する車両用制御装置。
  6. 　請求項１～３の何れかに記載の車両用制御装置において、
    　前記制御部は、前記インジェクタへの駆動電流のピーク値を大きくするように制御することで、ピーク値を大きくする前に比べて、前記弁体の開弁開始から、目標リフトに到達するまでの時間が短くなるように制御する車両用制御装置。
  7. 　請求項１から３の何れかに記載の車両用制御装置において、
    　前記制御部は、前記燃焼室の圧力として前記燃焼室の圧力への吸気ポートの圧力を使用する車両用制御装置。
  8. 　請求項１から３の何れかに記載の車両用制御装置において、
    　前記制御部は、前記インジェクタから噴射される燃料の温度として、前記インジェクタの上流側に配置された配管内の燃料の温度を使用する車両用制御装置。
  9. 　請求項１から３の何れかに記載の車両用制御装置において、
    　前記制御部は、前記インジェクタから噴射される燃料の温度として、前記インジェクタの表面温度を使用する車両用制御装置。
  10. 　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを制御する車両用制御装置において、
    　前記インジェクタから噴射される燃料の温度が設定高温領域内にあり、かつ、前記燃焼室の圧力が設定低圧領域内にある場合に、
    　前記インジェクタから噴射される燃料の噴射圧力を高くするように制御する制御部を備えた車両用制御装置。
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