JP3218817B2 - 直噴式内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
直噴式内燃機関の燃料噴射装置Info
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- JP3218817B2 JP3218817B2 JP20643293A JP20643293A JP3218817B2 JP 3218817 B2 JP3218817 B2 JP 3218817B2 JP 20643293 A JP20643293 A JP 20643293A JP 20643293 A JP20643293 A JP 20643293A JP 3218817 B2 JP3218817 B2 JP 3218817B2
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- fuel injection
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は直噴式内燃機関の燃料噴
射装置に関する。
射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、直噴式内燃機関では例えば特開昭
62−87609号公報に記載されているように燃料噴
射弁が一個又は複数個のノズル口を具備し、これらノズ
ル口から燃料が噴射される。
62−87609号公報に記載されているように燃料噴
射弁が一個又は複数個のノズル口を具備し、これらノズ
ル口から燃料が噴射される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのような燃
料噴射弁ではノズル口から噴出した燃料の一部がノズル
口から噴出するや否やただちに気化し、この気化した燃
料が空気と混合して一気に燃焼するために燃焼圧が急激
に上昇して燃焼騒音を発生することになる。また、この
ような燃料噴射弁では燃料噴射が開始されるとニードル
周りの燃料圧が一時的に低下するために燃料の噴出速度
が一時的に落ち込み、斯くして後から噴射された燃料が
先に噴射された燃料を追い抜いてしまう。ところがこの
ように後から噴射された燃料が先に噴射された燃料を追
い抜くと後から噴射された燃料が先に噴射された燃料と
合体し、その結果燃料が燃焼室内の空気と十分に混合し
えなくなるために多量の未燃HCやすすが発生すること
になる。
料噴射弁ではノズル口から噴出した燃料の一部がノズル
口から噴出するや否やただちに気化し、この気化した燃
料が空気と混合して一気に燃焼するために燃焼圧が急激
に上昇して燃焼騒音を発生することになる。また、この
ような燃料噴射弁では燃料噴射が開始されるとニードル
周りの燃料圧が一時的に低下するために燃料の噴出速度
が一時的に落ち込み、斯くして後から噴射された燃料が
先に噴射された燃料を追い抜いてしまう。ところがこの
ように後から噴射された燃料が先に噴射された燃料を追
い抜くと後から噴射された燃料が先に噴射された燃料と
合体し、その結果燃料が燃焼室内の空気と十分に混合し
えなくなるために多量の未燃HCやすすが発生すること
になる。
【0004】また、このような内燃機関では燃料噴射中
に燃焼が開始され、後から噴射される燃料が順次燃焼せ
しめられる。ところがこのように燃料噴射中に燃焼が開
始されると先に燃焼を完了した既燃ガスがその後行われ
る燃焼の燃焼熱を受けて高温となり、その結果NOx が
発生することになる。このように従来の燃焼方法を用い
ている限り騒音の発生やすすの発生およびNOx の発生
は回避することができず、従ってこれら騒音やすすおよ
びNOx の発生を阻止するためには燃焼方法を抜本的に
変える必要がある。
に燃焼が開始され、後から噴射される燃料が順次燃焼せ
しめられる。ところがこのように燃料噴射中に燃焼が開
始されると先に燃焼を完了した既燃ガスがその後行われ
る燃焼の燃焼熱を受けて高温となり、その結果NOx が
発生することになる。このように従来の燃焼方法を用い
ている限り騒音の発生やすすの発生およびNOx の発生
は回避することができず、従ってこれら騒音やすすおよ
びNOx の発生を阻止するためには燃焼方法を抜本的に
変える必要がある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記問題
点を解決するために、燃料噴射弁の先端部にニードルの
軸線方向に延びる燃料噴出用円孔を形成し、ニードルの
先端部に円孔内を貫通して燃焼室内に突出する小径ロッ
ド部を形成すると共に小径ロッドの先端部にディスクが
形成されており、ニードルの開弁時には常にニードルシ
ート部と燃料噴射弁側のシート部間に形成される環状間
隙の流路面積が円孔と小径ロッド部間に形成される流路
面積、および燃料噴射弁とディスク間における最小の流
路面積よりも小さくなるように円孔、小径ロッド部およ
びディスクの寸法が定められており、ニードル近傍の燃
料噴射弁本体内に噴射すべき燃料を貯留する燃料貯留室
を形成し、ニードルが開弁したときに燃料貯留室内に貯
留された加圧燃料を円孔から噴出させてこの噴出燃料を
ディスクにより案内し、燃料の噴射開始時期を圧縮上死
点前のほぼ一定クランク角に設定すると共に噴射期間を
ほぼ一定のクランク角度に設定し、ニードル開弁時にお
けるニードルのリフト量を機関負荷に応じて変化させる
ことなく燃料噴射量を燃料貯留室内の燃料圧を変化させ
ることによって制御するようにしている。
点を解決するために、燃料噴射弁の先端部にニードルの
軸線方向に延びる燃料噴出用円孔を形成し、ニードルの
先端部に円孔内を貫通して燃焼室内に突出する小径ロッ
ド部を形成すると共に小径ロッドの先端部にディスクが
形成されており、ニードルの開弁時には常にニードルシ
ート部と燃料噴射弁側のシート部間に形成される環状間
隙の流路面積が円孔と小径ロッド部間に形成される流路
面積、および燃料噴射弁とディスク間における最小の流
路面積よりも小さくなるように円孔、小径ロッド部およ
びディスクの寸法が定められており、ニードル近傍の燃
料噴射弁本体内に噴射すべき燃料を貯留する燃料貯留室
を形成し、ニードルが開弁したときに燃料貯留室内に貯
留された加圧燃料を円孔から噴出させてこの噴出燃料を
ディスクにより案内し、燃料の噴射開始時期を圧縮上死
点前のほぼ一定クランク角に設定すると共に噴射期間を
ほぼ一定のクランク角度に設定し、ニードル開弁時にお
けるニードルのリフト量を機関負荷に応じて変化させる
ことなく燃料噴射量を燃料貯留室内の燃料圧を変化させ
ることによって制御するようにしている。
【0006】
【0007】
【実施例】図1を参照すると、1は機関本体、2はシリ
ンダブロック、3はピストン、4はシリンダヘッド、5
は燃焼室、6はシリンダヘッド内壁面の中央部に配置さ
れた燃料噴射弁を夫々示す。燃料噴射弁6の本体7はそ
の先端部に燃料噴出口8を具備すると共にその内部に燃
料噴出口8からの燃料の噴出を制御するニードル9を具
備する。ニードル9の頂面上には背圧室10が形成さ
れ、背圧室10内にはニードル9を常時燃料流出口8に
向けて付勢する圧縮ばね11が挿入される。ニードル9
の周りには燃料溜まり12が形成され、この燃料溜まり
12は燃料通路13を介して環状をなす大容量の燃料貯
留室14に連通せしめられる。一方、燃料噴射弁本体7
内にはピエゾ圧電素子15によって駆動されるピストン
16が摺動可能に挿入され、このピストン16の先端面
によって圧力制御室17が画定される。この圧力制御室
17は燃料通路18を介して背圧室10に連通せしめら
れる。図1からわかるように燃料貯留室14は燃料通路
18の周りに形成されており、従って燃料貯留室14は
ニードル9の近傍に位置していることになる。
ンダブロック、3はピストン、4はシリンダヘッド、5
は燃焼室、6はシリンダヘッド内壁面の中央部に配置さ
れた燃料噴射弁を夫々示す。燃料噴射弁6の本体7はそ
の先端部に燃料噴出口8を具備すると共にその内部に燃
料噴出口8からの燃料の噴出を制御するニードル9を具
備する。ニードル9の頂面上には背圧室10が形成さ
れ、背圧室10内にはニードル9を常時燃料流出口8に
向けて付勢する圧縮ばね11が挿入される。ニードル9
の周りには燃料溜まり12が形成され、この燃料溜まり
12は燃料通路13を介して環状をなす大容量の燃料貯
留室14に連通せしめられる。一方、燃料噴射弁本体7
内にはピエゾ圧電素子15によって駆動されるピストン
16が摺動可能に挿入され、このピストン16の先端面
によって圧力制御室17が画定される。この圧力制御室
17は燃料通路18を介して背圧室10に連通せしめら
れる。図1からわかるように燃料貯留室14は燃料通路
18の周りに形成されており、従って燃料貯留室14は
ニードル9の近傍に位置していることになる。
【0008】燃料貯留室14は燃料供給管19を介して
燃料分配管20に連結される。この燃料分配管20内に
は機関駆動の燃料ポンプ21から燃料が供給され、燃料
分配管20内に供給された燃料が対応する燃料供給管1
9を介して各気筒に夫々設けられた燃料噴射弁6の燃料
貯留室14に分配供給される。燃料ポンプ21は機関ク
ランクシャフトに連結されて機関クランクシャフトと同
期して回転せしめられるカムシャフト22と、カムシャ
フト22に形成されたカム23によって駆動されるプラ
ンジャ24と、プランジャ24の頂面により画定された
燃料加圧室25とを具備する。この燃料加圧室25は燃
料吐出管26を介して燃料分配管20に連結され、燃料
分配管20内には燃料加圧室25から燃料分配管20に
向けてのみ流通可能な逆止弁27が配置される。また、
燃焼ポンプ21は燃料供給ポート28と燃料溢流ポート
29とを具備する。燃料供給ポート28は電動式燃料ポ
ンプ30を介して燃料タンク31に連結され、燃料溢流
ポート29にはソレノイド32によって開閉制御される
溢流弁33が配置される。また、燃料分配管30は返戻
制御弁34を介して燃料タンク31に連結される。
燃料分配管20に連結される。この燃料分配管20内に
は機関駆動の燃料ポンプ21から燃料が供給され、燃料
分配管20内に供給された燃料が対応する燃料供給管1
9を介して各気筒に夫々設けられた燃料噴射弁6の燃料
貯留室14に分配供給される。燃料ポンプ21は機関ク
ランクシャフトに連結されて機関クランクシャフトと同
期して回転せしめられるカムシャフト22と、カムシャ
フト22に形成されたカム23によって駆動されるプラ
ンジャ24と、プランジャ24の頂面により画定された
燃料加圧室25とを具備する。この燃料加圧室25は燃
料吐出管26を介して燃料分配管20に連結され、燃料
分配管20内には燃料加圧室25から燃料分配管20に
向けてのみ流通可能な逆止弁27が配置される。また、
燃焼ポンプ21は燃料供給ポート28と燃料溢流ポート
29とを具備する。燃料供給ポート28は電動式燃料ポ
ンプ30を介して燃料タンク31に連結され、燃料溢流
ポート29にはソレノイド32によって開閉制御される
溢流弁33が配置される。また、燃料分配管30は返戻
制御弁34を介して燃料タンク31に連結される。
【0009】電子制御ユニット40はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス41によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセ
ッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具
備する。燃料分配管20内には燃料分配管20内の燃料
圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ35が取付
けられ、この圧力センサ35の出力電圧がAD変換器4
7を介して入力ポート45に入力される。アクセルペダ
ル36はアクセルペダル36の踏込み量に比例した出力
電圧を発生する負荷センサ37に接続され、負荷センサ
37の出力電圧はAD変換器48を介して入力ポート4
5に入力される。また入力ポート45には機関回転数を
表わす出力信号を発生する回転数センサ38が接続され
る。一方、出力ポート46は対応する駆動回路49を介
して燃料噴射弁6のピエゾ圧電素子15、溢流弁33を
駆動するためのソレノイド32および返戻制御弁34に
接続される。
ュータからなり、双方向性バス41によって相互に接続
されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ラ
ンダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセ
ッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具
備する。燃料分配管20内には燃料分配管20内の燃料
圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ35が取付
けられ、この圧力センサ35の出力電圧がAD変換器4
7を介して入力ポート45に入力される。アクセルペダ
ル36はアクセルペダル36の踏込み量に比例した出力
電圧を発生する負荷センサ37に接続され、負荷センサ
37の出力電圧はAD変換器48を介して入力ポート4
5に入力される。また入力ポート45には機関回転数を
表わす出力信号を発生する回転数センサ38が接続され
る。一方、出力ポート46は対応する駆動回路49を介
して燃料噴射弁6のピエゾ圧電素子15、溢流弁33を
駆動するためのソレノイド32および返戻制御弁34に
接続される。
【0010】本発明では燃料貯留室14内の燃料圧、即
ち燃料分配管20内の燃料圧が要求噴射量に応じて制御
される。図2は燃料分配管20内の目標燃料圧P0 を示
しており、図2からわかるようにこの目標燃料圧P0 は
アクセルペダル36の踏込み量Lが大きくなるほど増大
し、機関回転数Nが高くなるほど減少する。即ち、この
目標燃料圧P0 は要求噴射量が増大するほど高くなる。
なお、図2に示される目標燃料圧P0 とアクセルペダル
36の踏込み量L、機関回転数Nとの関係は予めROM
42内に記憶されている。
ち燃料分配管20内の燃料圧が要求噴射量に応じて制御
される。図2は燃料分配管20内の目標燃料圧P0 を示
しており、図2からわかるようにこの目標燃料圧P0 は
アクセルペダル36の踏込み量Lが大きくなるほど増大
し、機関回転数Nが高くなるほど減少する。即ち、この
目標燃料圧P0 は要求噴射量が増大するほど高くなる。
なお、図2に示される目標燃料圧P0 とアクセルペダル
36の踏込み量L、機関回転数Nとの関係は予めROM
42内に記憶されている。
【0011】次に図3および図4を参照しつつ目標燃料
圧P0 の制御方法について説明する。図1においてプラ
ンジャ24が下降して燃料供給ポート28が燃料加圧室
25内に開口すると燃料供給ポート28から燃料加圧室
25内に燃料が供給される。次いでプランジャ24が上
昇し、燃料供給ポート28がプランジャ24によって閉
鎖される。このときには図3からわかるように溢流弁3
3が開弁しており、従ってプランジャ24が上昇すると
燃料加圧室25内の燃料は燃料溢流ポート29を介して
燃料タンク31に返戻される。次いで図3に示されるよ
うにプランジャ24のリフト量が最大となる位置に対し
てカムシャフトの回転角においてθ度手前の位置にプラ
ンジャ24が達するとソレノイド32にパルス状の駆動
電圧が与えられ、それによって溢流弁33が閉弁せしめ
られる。
圧P0 の制御方法について説明する。図1においてプラ
ンジャ24が下降して燃料供給ポート28が燃料加圧室
25内に開口すると燃料供給ポート28から燃料加圧室
25内に燃料が供給される。次いでプランジャ24が上
昇し、燃料供給ポート28がプランジャ24によって閉
鎖される。このときには図3からわかるように溢流弁3
3が開弁しており、従ってプランジャ24が上昇すると
燃料加圧室25内の燃料は燃料溢流ポート29を介して
燃料タンク31に返戻される。次いで図3に示されるよ
うにプランジャ24のリフト量が最大となる位置に対し
てカムシャフトの回転角においてθ度手前の位置にプラ
ンジャ24が達するとソレノイド32にパルス状の駆動
電圧が与えられ、それによって溢流弁33が閉弁せしめ
られる。
【0012】溢流弁33が閉弁せしめられると燃料加圧
室25内の燃料はプランジャ24によって加圧され、燃
料加圧室25内の燃料圧が燃料分配管20内の燃料圧よ
りも高くなると燃料加圧室25内の加圧燃料が燃料分配
管20内に供給される。この間、燃料加圧室25内の燃
料圧は高圧となっており、従ってソレノイド32を消勢
しても溢流弁33は閉弁状態に保持される。次いでプラ
ンジャ24が最大リフト位置に達すると燃料加圧室25
から燃料分配管20内への燃料の供給が停止され、次い
でプランジャ24が下降を開始すると溢流弁33が開弁
する。
室25内の燃料はプランジャ24によって加圧され、燃
料加圧室25内の燃料圧が燃料分配管20内の燃料圧よ
りも高くなると燃料加圧室25内の加圧燃料が燃料分配
管20内に供給される。この間、燃料加圧室25内の燃
料圧は高圧となっており、従ってソレノイド32を消勢
しても溢流弁33は閉弁状態に保持される。次いでプラ
ンジャ24が最大リフト位置に達すると燃料加圧室25
から燃料分配管20内への燃料の供給が停止され、次い
でプランジャ24が下降を開始すると溢流弁33が開弁
する。
【0013】図3においてソレノイド32を付勢するタ
イミングθを遅くすると燃料分配管20に供給される燃
料量が少なくなり、ソレノイド32を付勢するタイミン
グθを早くすると燃料分配管20に供給される燃料量は
多くなる。従ってソレノイド32を付勢するタイミング
θを制御することによって燃料分配管20内の燃料圧を
制御できることがわかる。
イミングθを遅くすると燃料分配管20に供給される燃
料量が少なくなり、ソレノイド32を付勢するタイミン
グθを早くすると燃料分配管20に供給される燃料量は
多くなる。従ってソレノイド32を付勢するタイミング
θを制御することによって燃料分配管20内の燃料圧を
制御できることがわかる。
【0014】図4は燃料分配管20内の燃料圧を目標燃
料圧P0 に維持するための制御ルーチンを示しており、
この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。図4を参照するとまず初めにステップ100に
おいて図2に示す関係から燃料分配管20内の目標燃料
圧P0 が算出される。次いでステップ101では圧力セ
ンサ35により検出された燃料分配管20内の燃料圧P
が目標燃料圧P0 に一定値ΔPを加算した値(P0 +Δ
P)よりも高いか否かが判別される。P≦P0 +ΔPの
ときにはステップ102に進んで燃料分配管20内の燃
料圧Pが目標燃料圧P0 よりも高いか否かが判別され
る。P>P0 のときにはステップ103に進んでソレノ
イド32を付勢するタイミングθから一定値αが減算さ
れる。その結果、タイミングθが遅くなるために燃料分
配管20内の燃料圧Pが低下せしめられる。次いでステ
ップ105に進んで返戻制御弁34が閉弁せしめられ
る。一方、P≦P0 のときにはステップ104に進んで
ソレノイド32を付勢するタイミングθに一定値αが加
算される。その結果、タイミングθが早められるために
燃料分配管20内の燃料圧Pが上昇せしめられる。次い
でステップ105に進む。このようにしてP≦P0 +Δ
Pのときには燃料分配管20内の燃料圧Pが目標燃料圧
P0 に制御される。
料圧P0 に維持するための制御ルーチンを示しており、
この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。図4を参照するとまず初めにステップ100に
おいて図2に示す関係から燃料分配管20内の目標燃料
圧P0 が算出される。次いでステップ101では圧力セ
ンサ35により検出された燃料分配管20内の燃料圧P
が目標燃料圧P0 に一定値ΔPを加算した値(P0 +Δ
P)よりも高いか否かが判別される。P≦P0 +ΔPの
ときにはステップ102に進んで燃料分配管20内の燃
料圧Pが目標燃料圧P0 よりも高いか否かが判別され
る。P>P0 のときにはステップ103に進んでソレノ
イド32を付勢するタイミングθから一定値αが減算さ
れる。その結果、タイミングθが遅くなるために燃料分
配管20内の燃料圧Pが低下せしめられる。次いでステ
ップ105に進んで返戻制御弁34が閉弁せしめられ
る。一方、P≦P0 のときにはステップ104に進んで
ソレノイド32を付勢するタイミングθに一定値αが加
算される。その結果、タイミングθが早められるために
燃料分配管20内の燃料圧Pが上昇せしめられる。次い
でステップ105に進む。このようにしてP≦P0 +Δ
Pのときには燃料分配管20内の燃料圧Pが目標燃料圧
P0 に制御される。
【0015】これに対してステップ101においてP>
P0 +ΔPであると判別されたとき、即ち燃料分配管2
0内の燃料圧Pが目標燃料圧P0 よりもかなり高いとき
にはステップ106に進んで返戻制御弁34が開弁せし
められ、次いでステップ107において溢流弁33が開
弁状態に保持される。従ってこのときには燃料分配管2
0内の燃料圧Pは急速に低下し、P≦P0 +ΔPになる
とステップ102に進んで燃料分配管20内の燃料圧P
が目標燃料圧P0 に制御される。従って目標燃料圧P0
が変化すればそれに追従して燃料分配管20内の燃料圧
Pが変化し、斯くして燃料分配管20内の燃料圧P、即
ち燃料貯留室14内の燃料圧は目標燃料圧P0 に維持さ
れることになる。
P0 +ΔPであると判別されたとき、即ち燃料分配管2
0内の燃料圧Pが目標燃料圧P0 よりもかなり高いとき
にはステップ106に進んで返戻制御弁34が開弁せし
められ、次いでステップ107において溢流弁33が開
弁状態に保持される。従ってこのときには燃料分配管2
0内の燃料圧Pは急速に低下し、P≦P0 +ΔPになる
とステップ102に進んで燃料分配管20内の燃料圧P
が目標燃料圧P0 に制御される。従って目標燃料圧P0
が変化すればそれに追従して燃料分配管20内の燃料圧
Pが変化し、斯くして燃料分配管20内の燃料圧P、即
ち燃料貯留室14内の燃料圧は目標燃料圧P0 に維持さ
れることになる。
【0016】一方、図1においてピエゾ圧電素子15に
チャージされている電荷がディスチャージされるとピエ
ゾ圧電素子15は軸方向に収縮する。その結果、圧力制
御室17内の燃料圧が低下するために背圧室10内の燃
料圧が低下し、斯くしてニードル9が上昇するために燃
料噴出口8からの燃料噴射が開始される。次いでピエゾ
圧電素子15に電荷をチャージするとピエゾ圧電素子1
5は軸方向に伸長する。その結果、圧力制御室17内の
燃料圧が上昇するために背圧室10内の燃料圧が上昇
し、斯くしてニードル9が下降するために燃料噴出口8
からの燃料噴射が停止される。
チャージされている電荷がディスチャージされるとピエ
ゾ圧電素子15は軸方向に収縮する。その結果、圧力制
御室17内の燃料圧が低下するために背圧室10内の燃
料圧が低下し、斯くしてニードル9が上昇するために燃
料噴出口8からの燃料噴射が開始される。次いでピエゾ
圧電素子15に電荷をチャージするとピエゾ圧電素子1
5は軸方向に伸長する。その結果、圧力制御室17内の
燃料圧が上昇するために背圧室10内の燃料圧が上昇
し、斯くしてニードル9が下降するために燃料噴出口8
からの燃料噴射が停止される。
【0017】図5は本発明における噴射開始時期α、噴
射期間f、噴射完了時期βを示している。本発明では機
関の運転状態にかかわらずに圧縮上死点TDCに対して
ほぼ一定クランク角度α前に燃料噴射が開始され、圧縮
上死点TDCに対してほぼ一定クランク角度β前に燃料
噴射が停止せしめられる。従って噴射期間fは機関負荷
にかかわらずにほぼ一定に維持される。
射期間f、噴射完了時期βを示している。本発明では機
関の運転状態にかかわらずに圧縮上死点TDCに対して
ほぼ一定クランク角度α前に燃料噴射が開始され、圧縮
上死点TDCに対してほぼ一定クランク角度β前に燃料
噴射が停止せしめられる。従って噴射期間fは機関負荷
にかかわらずにほぼ一定に維持される。
【0018】図6は燃料噴射制御ルーチンを示してお
り、このルーチンは繰返し実行される。図6を参照する
とまず初めにステップ200においてクランク角CAが
圧縮上死点前α度になったか否かが判別される。クラン
ク角CAが圧縮上死点前α度になったときにはステップ
201に進んでピエゾ圧電素子15にチャージされてい
る電荷がディースチャージされ、斯くして燃料噴射が開
始される。一方、クランク角CAが圧縮上死点前α度で
ないときにはステップ202に進んでクランク角CAが
圧縮上死点前β度であるか否かが判別される。クランク
角CAが圧縮上死点前β度のときにはステップ202に
進んでピエゾ圧電素子15に電荷がチャージされ、斯く
して燃料噴射が停止せしめられる。
り、このルーチンは繰返し実行される。図6を参照する
とまず初めにステップ200においてクランク角CAが
圧縮上死点前α度になったか否かが判別される。クラン
ク角CAが圧縮上死点前α度になったときにはステップ
201に進んでピエゾ圧電素子15にチャージされてい
る電荷がディースチャージされ、斯くして燃料噴射が開
始される。一方、クランク角CAが圧縮上死点前α度で
ないときにはステップ202に進んでクランク角CAが
圧縮上死点前β度であるか否かが判別される。クランク
角CAが圧縮上死点前β度のときにはステップ202に
進んでピエゾ圧電素子15に電荷がチャージされ、斯く
して燃料噴射が停止せしめられる。
【0019】図7は燃料噴射弁6の先端部の拡大側面断
面図を示しており、更にニードル9が開弁したところを
示している。図7に示されるように燃料噴射弁6の先端
部にはニードル9の軸線方向に延びる円孔50が形成さ
れており、ニードル9の先端部には円孔50内を貫通し
て燃焼室5内に突出する小径ロッド部51が一体形成さ
れている。また、小径ロッド部51の先端部には円形を
なし平板状をなすディスク52が固定される。図7に示
す実施例では円孔50とニードル小径ロッド部51間に
形成される環状間隙の流路面積S2 、および燃料噴射弁
6の先端面とディスク52間に形成される間隙のうちで
最小の流路面積S3 はニードル9のシート部と燃料噴射
弁6側のシート部間に形成される環状間隙の流路面積S
1 よりも大きく形成されている。
面図を示しており、更にニードル9が開弁したところを
示している。図7に示されるように燃料噴射弁6の先端
部にはニードル9の軸線方向に延びる円孔50が形成さ
れており、ニードル9の先端部には円孔50内を貫通し
て燃焼室5内に突出する小径ロッド部51が一体形成さ
れている。また、小径ロッド部51の先端部には円形を
なし平板状をなすディスク52が固定される。図7に示
す実施例では円孔50とニードル小径ロッド部51間に
形成される環状間隙の流路面積S2 、および燃料噴射弁
6の先端面とディスク52間に形成される間隙のうちで
最小の流路面積S3 はニードル9のシート部と燃料噴射
弁6側のシート部間に形成される環状間隙の流路面積S
1 よりも大きく形成されている。
【0020】図7に示されるようにニードル9が開弁す
ると燃料貯留室14内の加圧燃料が燃料通路13および
燃料溜まり12を介して円孔50内に流出し、次いでこ
の燃料は矢印Fで示すようにディスク52により流れ方
向をほぼ直角に偏向せしめられて図1のGで示されるよ
うに燃焼室5内に平板状に広がる。このとき上述したよ
うにS1 <S2 およびS1 <S3 の関係があるので噴出
燃料はS1 部分、即ちニードル9のシート部と燃料噴射
弁6側のシート部間において絞り作用を受け、円孔50
内および燃料噴射弁6の先端面とディスク52間では実
質的に絞り作用を受けないことになる。
ると燃料貯留室14内の加圧燃料が燃料通路13および
燃料溜まり12を介して円孔50内に流出し、次いでこ
の燃料は矢印Fで示すようにディスク52により流れ方
向をほぼ直角に偏向せしめられて図1のGで示されるよ
うに燃焼室5内に平板状に広がる。このとき上述したよ
うにS1 <S2 およびS1 <S3 の関係があるので噴出
燃料はS1 部分、即ちニードル9のシート部と燃料噴射
弁6側のシート部間において絞り作用を受け、円孔50
内および燃料噴射弁6の先端面とディスク52間では実
質的に絞り作用を受けないことになる。
【0021】このように円孔50内および燃料噴射弁6
の先端面とディスク52間において実質的に絞り作用を
受けないと燃料が円孔50内およびディスク52に沿っ
て流動する間に燃料はほとんど霧化されず、燃料は燃料
液滴の形で燃焼室5内に広がることになる。一方、ニー
ドル9の近傍に燃料貯留室14が設けられているのでニ
ードル9が開弁した直後に燃料溜まり12内の燃料圧が
低下して燃料噴出口8から噴出する燃料の速度が一時的
に低下することがなく、図5に示す燃料噴射率の変化か
らわかるように燃料溜まり12内の燃料圧は噴射開始後
に最も高く、次いで除々に低下する。従って燃料噴出口
8から流出する燃料の速度は噴射開始時に最も速く、そ
の後、少しずつ低下していく。従って後から噴射された
燃料が先に噴射された燃料を追い抜くことがなく、先に
噴射された燃料を後から噴射された燃料が追いかけるよ
うな形で燃料液滴が燃焼室5内に広がっていくことにな
る。図8はこのときの燃料液滴の分布を図解的に示して
おり、図8に示されるように燃料液滴は燃料噴出口8を
中心とする一定半径内の空間内に一様に分布することに
なる。
の先端面とディスク52間において実質的に絞り作用を
受けないと燃料が円孔50内およびディスク52に沿っ
て流動する間に燃料はほとんど霧化されず、燃料は燃料
液滴の形で燃焼室5内に広がることになる。一方、ニー
ドル9の近傍に燃料貯留室14が設けられているのでニ
ードル9が開弁した直後に燃料溜まり12内の燃料圧が
低下して燃料噴出口8から噴出する燃料の速度が一時的
に低下することがなく、図5に示す燃料噴射率の変化か
らわかるように燃料溜まり12内の燃料圧は噴射開始後
に最も高く、次いで除々に低下する。従って燃料噴出口
8から流出する燃料の速度は噴射開始時に最も速く、そ
の後、少しずつ低下していく。従って後から噴射された
燃料が先に噴射された燃料を追い抜くことがなく、先に
噴射された燃料を後から噴射された燃料が追いかけるよ
うな形で燃料液滴が燃焼室5内に広がっていくことにな
る。図8はこのときの燃料液滴の分布を図解的に示して
おり、図8に示されるように燃料液滴は燃料噴出口8を
中心とする一定半径内の空間内に一様に分布することに
なる。
【0022】上述したように燃料噴射弁6から噴射され
る燃料は噴射する際にほとんど霧化しないので従来の内
燃機関のようにこのとき霧化した燃料が燃焼して急激な
圧力上昇を生ずることがない。一方、ピストン3が上昇
するにつれて燃焼室5内の圧力が高くなるので燃料液滴
からの燃料の蒸発は抑制され、ピストン3が圧縮上死点
をすぎて下降を開始し、燃焼室5内の圧力が低下すると
各燃料液滴からの燃料の蒸発作用が開始される。このと
き図8に示されるように燃料液滴は一様に分布している
ので各燃料液滴の周りには十分な量の空気が存在し、斯
くして各燃料液滴から蒸発した燃料は周囲の混合気と混
合して全燃料液滴の周りでほぼ同時に燃焼が開始され
る。燃焼が開始されると燃焼熱によって各燃料液滴の蒸
発作用が促進され、蒸発した燃料が順次燃焼せしめられ
る。
る燃料は噴射する際にほとんど霧化しないので従来の内
燃機関のようにこのとき霧化した燃料が燃焼して急激な
圧力上昇を生ずることがない。一方、ピストン3が上昇
するにつれて燃焼室5内の圧力が高くなるので燃料液滴
からの燃料の蒸発は抑制され、ピストン3が圧縮上死点
をすぎて下降を開始し、燃焼室5内の圧力が低下すると
各燃料液滴からの燃料の蒸発作用が開始される。このと
き図8に示されるように燃料液滴は一様に分布している
ので各燃料液滴の周りには十分な量の空気が存在し、斯
くして各燃料液滴から蒸発した燃料は周囲の混合気と混
合して全燃料液滴の周りでほぼ同時に燃焼が開始され
る。燃焼が開始されると燃焼熱によって各燃料液滴の蒸
発作用が促進され、蒸発した燃料が順次燃焼せしめられ
る。
【0023】図8に示されるように燃料液滴が一様に分
布せしめられると各燃料液滴の周りには十分な量の空気
が存在するので未燃HCが発生することもなく、すすが
発生することもない。また、全燃料液滴がほぼ同時に燃
焼せしめられると既燃ガスが周囲から燃焼熱を受ける期
間が短かくなるために既燃ガスの温度はさほど上昇せ
ず、斯くしてNOx の発生が大巾に抑制されることにな
る。
布せしめられると各燃料液滴の周りには十分な量の空気
が存在するので未燃HCが発生することもなく、すすが
発生することもない。また、全燃料液滴がほぼ同時に燃
焼せしめられると既燃ガスが周囲から燃焼熱を受ける期
間が短かくなるために既燃ガスの温度はさほど上昇せ
ず、斯くしてNOx の発生が大巾に抑制されることにな
る。
【0024】ところで燃料噴射開始時期をあまり早くす
ると圧縮上死点前に各燃料液滴からの燃料の蒸発が開始
されてこの蒸発燃料の燃焼による急激な圧力上昇を生
じ、燃料噴射開始時期を遅くしすぎると良好な燃焼およ
び高い熱効率を得ることができない。即ち、圧縮上死点
前には噴射された燃料液滴からの蒸発を抑制し、圧縮上
死点直後に燃焼を開始させるための最適な燃料噴射開始
時期は要求噴射量にかかわらずにほぼ一定の時期とな
り、従って本発明では要求噴射量にかかわらずに燃料噴
射開始時期が圧縮上死点TDCに対してほぼ一定のクラ
ンク角α度前とされている。
ると圧縮上死点前に各燃料液滴からの燃料の蒸発が開始
されてこの蒸発燃料の燃焼による急激な圧力上昇を生
じ、燃料噴射開始時期を遅くしすぎると良好な燃焼およ
び高い熱効率を得ることができない。即ち、圧縮上死点
前には噴射された燃料液滴からの蒸発を抑制し、圧縮上
死点直後に燃焼を開始させるための最適な燃料噴射開始
時期は要求噴射量にかかわらずにほぼ一定の時期とな
り、従って本発明では要求噴射量にかかわらずに燃料噴
射開始時期が圧縮上死点TDCに対してほぼ一定のクラ
ンク角α度前とされている。
【0025】上述したように燃料噴射時に燃料が霧化す
ることなく燃料液滴が燃焼室5内に一様に分布せしめら
れると急激な圧力上昇による騒音が発生せず、すすおよ
びNOx の発生しない良好な燃焼を得ることができる。
この場合、理想的には一瞬のうちに燃料噴射を完了する
ことが好ましい。というのは、一瞬のうちに燃料噴射を
開始すれば一瞬のうちに燃料液滴が一様に分布し、圧縮
上死点を過ぎると全燃料液滴が同時に蒸発するので全燃
料液滴の周りで同時に燃焼が開始されるからである。し
かしながら実際問題として一瞬のうちに燃料噴射を完了
することは困難であり、従って本発明による実施例では
図5に示すようにほぼ一定クランク角度f内において燃
料噴射を完了するようにしている。このクランク角度f
は8度以下が好ましいが最も好ましいのはこのクランク
角度fを限りなく零に近ずけることである。
ることなく燃料液滴が燃焼室5内に一様に分布せしめら
れると急激な圧力上昇による騒音が発生せず、すすおよ
びNOx の発生しない良好な燃焼を得ることができる。
この場合、理想的には一瞬のうちに燃料噴射を完了する
ことが好ましい。というのは、一瞬のうちに燃料噴射を
開始すれば一瞬のうちに燃料液滴が一様に分布し、圧縮
上死点を過ぎると全燃料液滴が同時に蒸発するので全燃
料液滴の周りで同時に燃焼が開始されるからである。し
かしながら実際問題として一瞬のうちに燃料噴射を完了
することは困難であり、従って本発明による実施例では
図5に示すようにほぼ一定クランク角度f内において燃
料噴射を完了するようにしている。このクランク角度f
は8度以下が好ましいが最も好ましいのはこのクランク
角度fを限りなく零に近ずけることである。
【0026】また、一瞬のうちに燃料噴射を完了しかつ
燃料噴射をする際に燃料が全く霧化しないようにするた
めには燃料貯留室14内の燃料を何ら絞り作用を受ける
ことなく燃焼室5内に噴出せしめることが必要となる。
しかしながらこのように燃料貯留室14内の燃料を何ら
絞り作用を受けることなく燃焼室5内に噴出せしめるの
は実際問題として困難である。ところで従来の燃料噴射
弁において燃料の霧化が生じるのは燃料がニードルのシ
ート部を通り抜けたときではなくてノズル口から噴出す
るときである。即ち、従来ではノズル口の流路面積がか
なり小さいために燃料はノズル口から噴出するときに強
力な剪断力を受け、斯くして燃料が霧化せしめられる。
燃料噴射をする際に燃料が全く霧化しないようにするた
めには燃料貯留室14内の燃料を何ら絞り作用を受ける
ことなく燃焼室5内に噴出せしめることが必要となる。
しかしながらこのように燃料貯留室14内の燃料を何ら
絞り作用を受けることなく燃焼室5内に噴出せしめるの
は実際問題として困難である。ところで従来の燃料噴射
弁において燃料の霧化が生じるのは燃料がニードルのシ
ート部を通り抜けたときではなくてノズル口から噴出す
るときである。即ち、従来ではノズル口の流路面積がか
なり小さいために燃料はノズル口から噴出するときに強
力な剪断力を受け、斯くして燃料が霧化せしめられる。
【0027】しかしながら本発明による実施例では前述
したようにS1 <S2 およびS1 <S3 (図7)の関係
があり、ニードル9のシート部を通り抜けた燃料はその
後実質的に絞り作用を受けない。従って本発明による実
施例では燃料噴出口8から噴出する燃料はほとんど霧化
しないことになる。また、上述したように本発明ではで
きるだけ短い噴射期間内に燃料噴射を完了することが好
ましい。従って要求噴射量が増大したときにも短かい噴
射期間内で燃料噴射を完了させるには要求噴射量が増大
するにつれて燃料噴射圧を増大する必要がある。そこで
本発明では前述したように要求噴射量が増大するほど燃
料貯留室14内の燃料圧が高められる。燃料貯留室14
内の燃料圧が高くなるほど燃料噴出口8から噴出する燃
料の流速が速くなり、従って燃料貯留室14内の燃料圧
が高くなるほど噴射燃料の広がり領域が広くなる。即
ち、要求噴射量が少なく、従って燃料貯留室14内の燃
料圧が低いときには図9(A)に示されるように噴射燃
料の広がり領域Rは小さく、要求噴射量が増大して燃料
貯留室14内の燃料圧が高くなると図9(B)に示され
るように噴射燃料の広がり領域Rが広がり、要求噴射量
が更に増大して燃料貯留室14の燃料圧が更に高くなる
と図9(C)に示されるように噴射燃料の広がり領域R
は燃焼室5内のほぼ全領域を占めるようになる。
したようにS1 <S2 およびS1 <S3 (図7)の関係
があり、ニードル9のシート部を通り抜けた燃料はその
後実質的に絞り作用を受けない。従って本発明による実
施例では燃料噴出口8から噴出する燃料はほとんど霧化
しないことになる。また、上述したように本発明ではで
きるだけ短い噴射期間内に燃料噴射を完了することが好
ましい。従って要求噴射量が増大したときにも短かい噴
射期間内で燃料噴射を完了させるには要求噴射量が増大
するにつれて燃料噴射圧を増大する必要がある。そこで
本発明では前述したように要求噴射量が増大するほど燃
料貯留室14内の燃料圧が高められる。燃料貯留室14
内の燃料圧が高くなるほど燃料噴出口8から噴出する燃
料の流速が速くなり、従って燃料貯留室14内の燃料圧
が高くなるほど噴射燃料の広がり領域が広くなる。即
ち、要求噴射量が少なく、従って燃料貯留室14内の燃
料圧が低いときには図9(A)に示されるように噴射燃
料の広がり領域Rは小さく、要求噴射量が増大して燃料
貯留室14内の燃料圧が高くなると図9(B)に示され
るように噴射燃料の広がり領域Rが広がり、要求噴射量
が更に増大して燃料貯留室14の燃料圧が更に高くなる
と図9(C)に示されるように噴射燃料の広がり領域R
は燃焼室5内のほぼ全領域を占めるようになる。
【0028】図9に示す噴射燃料の広がり領域Rの周り
の領域は空気のみか、或いはEGRガスを含んだ空気に
よって占められており、従って燃焼が行われるのは噴射
燃料の広がり領域Rの内部だけである。噴射量が増大す
るにつれて噴射燃料の広がり領域Rが広くなれば噴射量
にかかわらずに燃料液滴間の距離はほぼ一定に保たれ
る。従って各燃料液滴の周りには噴射量にかかわらずに
十分な量の空気が存在することになるので各燃料液滴は
良好に燃焼せしめられることになる。
の領域は空気のみか、或いはEGRガスを含んだ空気に
よって占められており、従って燃焼が行われるのは噴射
燃料の広がり領域Rの内部だけである。噴射量が増大す
るにつれて噴射燃料の広がり領域Rが広くなれば噴射量
にかかわらずに燃料液滴間の距離はほぼ一定に保たれ
る。従って各燃料液滴の周りには噴射量にかかわらずに
十分な量の空気が存在することになるので各燃料液滴は
良好に燃焼せしめられることになる。
【0029】
【発明の効果】燃焼騒音、すすおよびNOx の発生が大
巾に低減する良好な燃焼を得ることができる。
巾に低減する良好な燃焼を得ることができる。
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】目標燃料圧P0 を示す線図である。
【図3】溢流弁の開閉動作を示す図である。
【図4】燃料圧を制御するためのフローチャートであ
る。
る。
【図5】燃料噴射率を示す線図である。
【図6】燃料噴射制御を行うためのフローチャートであ
る。
る。
【図7】燃料噴射弁の先端部の拡大側面断面図である。
【図8】噴射燃料を図解的に示す図である。
【図9】噴射燃料の広がり領域を示す図である。
5…燃焼室 6…燃料噴射弁 8…燃料噴出口 9…ニードル 14…燃料貯留室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 51/06 F02M 51/00 F02M 55/02 350 F02M 47/00 F02M 61/06 - 61/08
Claims (1)
- 【請求項1】 燃料噴射弁の先端部にニードルの軸線方
向に延びる燃料噴出用円孔を形成し、ニードルの先端部
に該円孔内を貫通して燃焼室内に突出する小径ロッド部
を形成すると共に小径ロッドの先端部にディスクが形成
されており、ニードルの開弁時には常にニードルシート
部と燃料噴射弁側のシート部間に形成される環状間隙の
流路面積が上記円孔と小径ロッド部間に形成される流路
面積、および燃料噴射弁とディスク間における最小の流
路面積よりも小さくなるように上記円孔、小径ロッド部
およびディスクの寸法が定められており、ニードル近傍
の燃料噴射弁本体内に噴射すべき燃料を貯留する燃料貯
留室を形成し、ニードルが開弁したときに燃料貯留室内
に貯留された加圧燃料を上記円孔から噴出させてこの噴
出燃料を上記ディスクにより案内し、燃料の噴射開始時
期を圧縮上死点前のほぼ一定クランク角に設定すると共
に噴射期間をほぼ一定のクランク角度に設定し、ニード
ル開弁時におけるニードルのリフト量を機関負荷に応じ
て変化させることなく燃料噴射量を燃料貯留室内の燃料
圧を変化させることによって制御するようにした直噴式
内燃機関の燃料噴射装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20643293A JP3218817B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 直噴式内燃機関の燃料噴射装置 |
US08/290,254 US5467757A (en) | 1993-08-20 | 1994-08-15 | Compression-ignition type engine and combustion method of same |
DE69400077T DE69400077T2 (de) | 1993-08-20 | 1994-08-19 | Brennkraftmaschine mit Selbstzündung und Verbrennungsverfahren |
EP94112960A EP0639710B1 (en) | 1993-08-20 | 1994-08-19 | Compression-ignition type engine and combustion method of same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20643293A JP3218817B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 直噴式内燃機関の燃料噴射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0763136A JPH0763136A (ja) | 1995-03-07 |
JP3218817B2 true JP3218817B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=16523283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20643293A Expired - Fee Related JP3218817B2 (ja) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | 直噴式内燃機関の燃料噴射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3218817B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6564545B1 (en) | 2002-01-31 | 2003-05-20 | Visteon Global Technologies, Inc. | Superintegration of three way catalyst and heat exchanger for HCCI engine intake air temperature control |
-
1993
- 1993-08-20 JP JP20643293A patent/JP3218817B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0763136A (ja) | 1995-03-07 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |