JP2013024182A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料噴射装置に関し、特に混合燃料に気泡を混入させて燃料噴霧の微粒化を図る燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device, and more particularly, to a fuel injection device that atomizes fuel spray by mixing bubbles in a mixed fuel.
燃料噴霧の微粒化を促進する技術が知られている。燃料噴霧を微粒化することによって、エンジンの燃焼改善を図ることができる。燃料噴霧の微粒化は例えば燃料に気泡を混入させることで促進することができる。これは、噴射の際に生じる圧力低下で混入した気泡が急激に成長し、燃料の液膜を破壊するためである。 Techniques for promoting atomization of fuel spray are known. The combustion of the engine can be improved by atomizing the fuel spray. The atomization of the fuel spray can be promoted, for example, by mixing bubbles in the fuel. This is because bubbles mixed in due to a pressure drop generated during injection grow rapidly and destroy the liquid film of fuel.
燃料に気泡を混入させる技術は例えば特許文献1で開示されている。また、噴射する燃料に旋回流を生じさせる点で本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献2から4で開示されている。このほか、燃料の組成を考慮する点で本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献5、6で開示されている。 For example, Patent Literature 1 discloses a technique for mixing bubbles in fuel. Further, for example, Patent Documents 2 to 4 disclose techniques that are considered to be related to the present invention in that a swirling flow is generated in the injected fuel. In addition, Patent Documents 5 and 6 disclose techniques that are considered to be related to the present invention in consideration of the fuel composition.
燃料中の気泡は燃料の表面張力の影響を大きく受ける。一方、燃料の表面張力は燃料の組成によって大きく異なってくる。このため、多種燃料対応車であるFFV(Flexible Fuel Vehicle)では、混合燃料を使用する関係上、燃料の組成に応じて燃料中の気泡径が大きく異なってくる。結果、燃料噴霧の微粒化性能が大きく変化することから、ロバスト性の高い微粒化性能が得られない虞がある。 Bubbles in the fuel are greatly affected by the surface tension of the fuel. On the other hand, the surface tension of the fuel varies greatly depending on the composition of the fuel. For this reason, in a flexible fuel vehicle (FFV) that is a vehicle that supports multiple fuels, the bubble diameter in the fuel varies greatly depending on the composition of the fuel because of the use of mixed fuel. As a result, since the atomization performance of the fuel spray changes greatly, there is a possibility that the atomization performance with high robustness cannot be obtained.
本発明は上記課題に鑑み、噴射する燃料の組成が異なる場合に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel injection device that can improve the robustness of atomization performance of fuel spray when the composition of fuel to be injected is different.
本発明は噴孔を備えるノズルボディと、前記ノズルボディに摺動可能に収容され、燃料噴射時にリフトすることで、前記噴孔への燃料の到達を可能にするニードル弁と、前記ノズルボディのうち、前記ニードル弁が摺動する内周部に螺旋状に形成された第1の凹部と、前記第1の凹部の形成に伴い前記内周部に形成された第1の凸部と、前記ニードル弁のうち、前記ノズルボディとの間で摺動する外周部に螺旋状に形成された第2の凹部と、前記第2の凹部の形成に伴い前記外周部に形成された第2の凸部と、噴射する燃料の表面張力に応じて、前記ニードル弁を制御することで、前記ニードル弁の摺動方向に沿った前記第1および第2の凹部の重なり量を可変にする制御部と、を備え、高表面張力成分が混合された混合燃料の噴射に用いられる燃料噴射装置である。 The present invention provides a nozzle body having an injection hole, a needle valve that is slidably accommodated in the nozzle body, and that allows fuel to reach the injection hole by being lifted during fuel injection, and the nozzle body. Among them, a first concave portion formed in a spiral shape on an inner peripheral portion where the needle valve slides, a first convex portion formed on the inner peripheral portion with the formation of the first concave portion, Of the needle valve, a second recess formed spirally on the outer periphery that slides between the nozzle body, and a second protrusion formed on the outer periphery along with the formation of the second recess. And a control unit that makes the overlap amount of the first and second recesses variable along the sliding direction of the needle valve by controlling the needle valve according to the surface tension of the fuel to be injected. Used to inject mixed fuel mixed with high surface tension components. It is that fuel injection system.
本発明は前記制御部がさらに噴射する燃料の圧力に応じて前記ニードル弁を制御することで、前記重なり量を可変にする構成とすることができる。 In the present invention, the amount of overlap can be made variable by controlling the needle valve in accordance with the pressure of fuel further injected by the control unit.
本発明は前記ニードル弁がさらに先端部および前記第2の凸部に開口する通路部を備え、前記制御部が噴射する燃料の圧力が所定値よりも高い場合に、前記第2の凸部に開口した前記通路部の開口部が前記第1の凸部に対向するように前記ニードル弁を制御するとともに、噴射する燃料の圧力が前記所定値よりも低い場合に、前記開口部が前記第1の凹部に対向するように前記ニードル弁を制御する構成とすることができる。 In the present invention, the needle valve further includes a passage portion that opens to a tip portion and the second convex portion, and when the pressure of fuel injected by the control portion is higher than a predetermined value, the second convex portion The needle valve is controlled so that the opening portion of the opened passage portion faces the first convex portion, and when the pressure of fuel to be injected is lower than the predetermined value, the opening portion is the first portion. The needle valve can be controlled so as to face the concave portion.
本発明は摺動方向において前記噴孔が設けられている側に位置する部分ほど、前記第2の凸部の高さを低く設定するとともにこれに応じて前記第1の凸部の高さを高く設定している構成とすることができる。 In the present invention, the portion located on the side where the nozzle hole is provided in the sliding direction sets the height of the second convex portion lower and the height of the first convex portion accordingly. It can be set as the structure set high.
本発明は摺動方向において前記噴孔が設けられている側に位置する部分ほど、前記ニードル弁の摺動方向に沿った前記第1および第2の凹部の寸法それぞれを大きく設定している構成とすることができる。 In the present invention, the size of each of the first and second recesses along the sliding direction of the needle valve is set larger as the portion located on the side where the nozzle hole is provided in the sliding direction. It can be.
本発明は前記重なり量が変更された場合に、燃料噴射を行うための駆動信号の波形に基づき、噴射する燃料の組成を推定する組成推定部をさらに備え、前記制御部がさらに前記組成推定部が推定した燃料の組成に基づき、前記重なり量を制御する構成とすることができる。 The present invention further includes a composition estimation unit that estimates a composition of fuel to be injected based on a waveform of a drive signal for performing fuel injection when the overlap amount is changed, and the control unit further includes the composition estimation unit The overlap amount can be controlled based on the estimated fuel composition.
本発明によれば、噴射する燃料の組成が異なる場合に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the robustness of the atomization performance of the fuel spray with respect to the case where the composition of the fuel to inject differs can be improved.
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は燃料噴射装置1Aの概略構成図である。燃料噴射装置1AはECU30Aと燃料噴射ノズル60Aとを備えている。燃料噴射装置1Aはエンジン50に対して設けられている。エンジン50は燃料噴射弁51を備えている。燃料噴射弁51は燃料噴射ノズル60Aを備えている。燃料噴射弁51には燃料タンク11から燃料が供給される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
燃料タンク11には混合燃料が貯留されている。混合燃料は燃料の表面張力に支配的な影響を及ぼすことになる高表面張力成分が混合された燃料となっている。この点、混合燃料は具体的には高表面張力成分となるアルコール(具体的にはここではエタノール)をガソリンに混合したアルコール混合燃料(エタノール混合燃料)となっている。
The
燃料タンク11にはアルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するためのアルコールセンサ20が設けられている。アルコールセンサ20は燃料に含まれる高表面張力成分の濃度を検出する検出部となっている。アルコールセンサ20には例えばアルコール濃度に応じて変化する燃料の電気伝導率を検出するものを適用できる。燃料ポンプ12は燃料フィルタ13を介して燃料タンク11内のエタノール混合燃料を燃料噴射弁51に供給する。レギュレータ14は余剰燃料を燃料タンク11に戻す。圧力センサ21は噴射する燃料の圧力(燃圧)を検知する。噴射する燃料には燃料タンク11および燃料噴射弁51間で予め気泡を混入させることができる。
The
図2は燃料噴射ノズル60Aの概略構成図である。図2(a)は第1の代表的な状態を示す。図2(b)は第2の代表的な状態を示す。燃料噴射ノズル60Aはノズルボディ61Aとニードル弁62Aとを備えている。ノズルボディ61Aは有底円筒状の部材であり、先端部に噴孔Hを備えている。噴孔Hはノズルボディ61Aの内部空間と外部空間とを連通している。ニードル弁62Aはノズルボディ61Aに摺動可能に収容されている。ニードル弁62Aは円柱状の部材であり、先端部内側の部分(シート部)に着座することで噴孔Hへの燃料の到達を阻止する。また、燃料噴射時にリフトする(先端部から離れる方向に摺動する)ことで、噴孔Hへの燃料の到達を可能にする。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
ニードル弁62Aが摺動するノズルボディ61Aの内周部には、第1の凹部61aが形成されている。第1の凹部61aは螺旋状に形成されており、径方向および摺動方向の寸法が一定の旋回溝を形成している。ノズルボディ61Aの内周部には、第1の凹部61aの形成に伴い第1の凸部61bが形成されている。
A
ノズルボディ61Aとの間で摺動するニードル弁62Aの外周部には、第2の凹部62aが形成されている。第2の凹部62aは螺旋状に形成されており、径方向および摺動方向の寸法が一定の旋回溝を形成している。ニードル弁62Aの外周部には、第2の凹部62aの形成に伴い第2の凸部62bが形成されている。
A
凹部61a、62aは互いに同様の旋回形状を有している。また、凹部61a、62aおよび凸部61b、62bそれぞれの間で、各部における摺動方向の寸法は互いに等しく設定されている。このため、図2(a)に示すように第1の凹部61aと第2の凸部62bとが対向する場合には、第2の凹部62aと第1の凸部61bが対向するようになっている。また、図2(b)に示すように凹部61a、62aが対向する場合には、凸部61b、62bが対向するようになっている。燃料噴射ノズル60Aでは、燃料が凹部61a、62aを流通するようになっている。そして、凹部61a、62aを流通する燃料のシール性は凸部61b、62bによって適切に確保されている。
The
図1に戻り、ECU30Aは電子制御装置であり、CPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ECU30Aにはアルコールセンサ20や圧力センサ21がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。また、燃料噴射弁51が制御対象として電気的に接続されている。
Returning to FIG. 1, the ECU 30 </ b> A is an electronic control unit, and includes a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like and an input / output circuit. The
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ROMはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。CPUがROMに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてRAMの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ECU30Aでは各種の機能部が実現される。この点、ECU30Aでは例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。
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The ROM is configured to store a program describing various processes executed by the CPU, map data, and the like. Various functions are realized in the
制御部は噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62Aを制御することで、ニードル弁62Aの摺動方向に沿った凹部61a、62aの重なり量Xを可変にする。表面張力の大小は例えば表面張力係数で把握できる。ニードル弁62Aを制御するにあたり、制御部は具体的にはニードル弁62Aのリフト量を制御する。重なり量Xを可変にするにあたり、制御部は具体的には次に示す制御を行う。
The control unit controls the
図3は平均実効幅Waveの説明図である。凹部61a、62a全体の径方向に沿った平均実効幅Waveは次の式(1)に基づき算出される。
Wave=W×(L−X)/L+w×X/L・・・(1)
Wは第1の凹部61aの底から第2の凹部62aの底までの径方向に沿った距離である。wは第1の凹部61aの底から第2の凸部62bまでの径方向に沿った距離である。Lは摺動方向に沿った第1の凹部61aの溝幅である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the average effective width Wave. The average effective width Wave along the overall radial direction of the
Wave = W × (L−X) / L + w × X / L (1)
W is a distance along the radial direction from the bottom of the
図4は表面張力と平均実効幅Waveの関係を示す図である。図4に示すように、平均実効幅Waveは噴射する燃料の表面張力が大きい場合ほど小さくなるように設定されている。図5はエタノール濃度と表面張力の関係を示す図である。図5に示すように、エタノール濃度と噴射する燃料の表面張力との間には相関関係があることがわかる。具体的には、エタノール濃度が高い場合ほど噴射する燃料の表面張力が大きくなることがわかる。図4、図5に示す関係はそれぞれECU30Aにおいてマップデータで予め設定されている。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the surface tension and the average effective width Wave. As shown in FIG. 4, the average effective width Wave is set so as to decrease as the surface tension of the injected fuel increases. FIG. 5 is a graph showing the relationship between ethanol concentration and surface tension. As shown in FIG. 5, it can be seen that there is a correlation between the ethanol concentration and the surface tension of the injected fuel. Specifically, it can be seen that the higher the ethanol concentration, the greater the surface tension of the injected fuel. The relationship shown in FIGS. 4 and 5 is preset by map data in the
このため、重なり量Xを可変にするにあたり、制御部は具体的には高表面張力成分の濃度であるアルコール濃度(ここではエタノール濃度)に基づき、噴射する燃料の表面張力を推定する。そして、推定した表面張力に基づき平均実効幅Waveを決定する。そして、決定した平均実効幅Waveを実現するように重なり量Xを制御する。 For this reason, when making the overlap amount X variable, the control unit estimates the surface tension of the fuel to be injected based on the alcohol concentration (here, ethanol concentration) that is the concentration of the high surface tension component. Then, the average effective width Wave is determined based on the estimated surface tension. Then, the overlap amount X is controlled so as to realize the determined average effective width Wave.
次に第1の制御動作であるECU30Aの動作を図6に示すフローチャートを用いて説明する。ECU30Aは燃料のエタノール濃度を検出する(ステップS1)。エタノール濃度はアルコールセンサ20の出力に基づき検出できる。続いてECU30Aは検出したエタノール濃度に基づき、噴射する燃料の表面張力を推定する(ステップS3)。また、推定した表面張力に基づき平均実効幅Waveを決定する(ステップS5)。そして、決定した平均実効幅Waveを実現するように重なり量Xを制御する(ステップS7)。ステップS7は例えば燃料噴射制御の一部として燃料噴射実行時に行うことができる。
Next, the operation of the
次に燃料噴射装置1Aの作用効果について説明する。燃料噴射装置1Aはノズルボディ61Aに第1の凹部61aを備えるとともに、ニードル弁62Aに第2の凹部62aを備えている。このため、燃料中に含まれる気泡は凹部61a、62aを流通する際に燃料とともに旋回しながら伸張および***するとともに縮径する結果、ナノバブルといった微小気泡に生成される。
Next, the function and effect of the
一方、混合燃料の組成が異なると、燃料の表面張力が異なってくる結果、生成される微小気泡の大きさも異なってくる。具体的には噴射する燃料の表面張力が相対的に大きい場合には、生成される微小気泡の大きさが相対的に大きくなる。逆に表面張力が相対的に小さい場合には、生成される微小気泡の大きさが相対的に小さくなる。結果、混合燃料の組成に応じて燃料噴霧の微粒化性能が異なってくる。 On the other hand, when the composition of the mixed fuel is different, the surface tension of the fuel is different. As a result, the size of the generated microbubbles is also different. Specifically, when the surface tension of the injected fuel is relatively large, the size of the generated microbubbles is relatively large. Conversely, when the surface tension is relatively small, the size of the generated microbubbles is relatively small. As a result, the atomization performance of the fuel spray varies depending on the composition of the mixed fuel.
これに対し、燃料噴射装置1Aは噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62Aを制御することで重なり量Xを可変にする。具体的には、表面張力が相対的に大きい場合には平均実効幅Waveが相対的に小さくなるようにする。また、表面張力が相対的に小さい場合には平均実効幅Waveが相対的に大きくなるようにする。
On the other hand, the
この点、平均実効幅Waveが相対的に小さくなるようにすることで、凹部61a、62aを流通する燃料の流速を高めることができる。そして、これにより燃料が旋回する力を強めることで、表面張力が相対的に大きい場合に微小気泡が大きくなることを抑制できる。一方、平均実効幅Waveが相対的に大きくなるようにすることで、凹部61a、62aを流通する燃料の流速を低下させることができる。そして、これにより燃料が旋回する力を弱めることで、表面張力が相対的に小さい場合に微小気泡がより小さくなることを抑制できる。このため、燃料噴射装置1Aは噴射する燃料の組成が異なる場合に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる。
In this regard, by making the average effective width Wave relatively small, it is possible to increase the flow rate of the fuel flowing through the
重なり量Xを可変にするにあたり、制御部は例えば表面張力が所定値よりも大きい場合に平均実効幅Waveが相対的に小さくなるように(例えば平均実効幅Waveが最小値wになるように)重なり量Xを制御するとともに、表面張力が当該所定値よりも小さい場合に平均実効幅Waveが相対的に大きくなるように(例えば平均実効幅Waveが最大値Wになるように)重なり量Xを制御することもできる。この場合でも、噴射する燃料の組成が異なる場合に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる。 In making the overlap amount X variable, for example, when the surface tension is larger than a predetermined value, the control unit makes the average effective width Wave relatively small (for example, the average effective width Wave becomes the minimum value w). While controlling the overlap amount X, the overlap amount X is set so that the average effective width Wave becomes relatively large (for example, the average effective width Wave becomes the maximum value W) when the surface tension is smaller than the predetermined value. It can also be controlled. Even in this case, it is possible to improve the robustness of the atomization performance of the fuel spray for the case where the composition of the fuel to be injected is different.
図7は燃料噴射ノズル60Aの変形例である燃料噴射ノズル60A´の概略構成図である。図7(a)は第1の代表的な状態を示す。図7(b)は第2の代表的な状態を示す。燃料噴射ノズル60A´は位相制御によって重なり量Xを可変にすることができるように構成されたニードル弁62A´をニードル弁62Aの代わりに備える点以外、燃料噴射ノズル60Aと実質的に同一である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a
噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62A´を制御するにあたり、制御部はニードル弁62A´の位相を制御するようにしてもよい。この場合にはニードル弁62A´のリフト量を変更することなく、重なり量Xを可変にすることができる。したがって、ニードル弁62A´の絞りによる燃料噴射量の調整を行うことを可能にしつつ、重なり量Xを可変にすることができる。
In controlling the
本実施例にかかる燃料噴射装置1BはECU30Aの代わりにECU30Bを備える点以外、燃料噴射装置1Aと実質的に同一である。ECU30Bは制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ECU30Aと実質的に同一である。このため燃料噴射装置1Bについては図示省略する。ECU30Bでは、制御部がさらに燃圧に応じてニードル弁62Aを制御することで、重なり量Xを可変にするように実現される。
The fuel injection device 1B according to the present embodiment is substantially the same as the
図8は表面張力、平均実効幅Waveおよび燃圧の関係を示す図である。図8に示すように、ECU30Bではマップデータで表面張力、平均実効幅Waveおよび燃圧の関係を設定している。具体的には平均実効幅Waveを最大値Wにする場合の表面張力を燃圧に関わらず同じになるように設定した上で、燃圧が低い場合ほど表面張力の増加に対する平均実効幅Waveの減少度合いが大きくなるように設定している。また、この関係において平均実効幅Waveが最小値wになる場合の値よりも表面張力が大きくなる場合には、平均実効幅Waveが最小値wになるように設定している。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between surface tension, average effective width Wave, and fuel pressure. As shown in FIG. 8, the ECU 30B sets the relationship between the surface tension, the average effective width Wave, and the fuel pressure using map data. Specifically, the surface tension when the average effective width Wave is set to the maximum value W is set to be the same regardless of the fuel pressure, and the degree of decrease in the average effective width Wave with respect to the increase in surface tension as the fuel pressure is lower. Is set to be larger. Further, in this relationship, when the surface tension becomes larger than the value when the average effective width Wave becomes the minimum value w, the average effective width Wave is set to be the minimum value w.
次に第2の制御動作であるECU30Bの動作を図9に示すフローチャートを用いて説明する。図9に示すフローチャートはステップS1に続いてステップS2が追加されている点と、ステップS5の代わりにステップS5´が設けられている点以外、図6に示すフローチャートと同じである。このため、ここでは特にこれらについて説明する。ステップS1に続き、ECU30Bは燃圧を検出する(ステップS2)。そして、ステップS3を経て、推定した表面張力および検出した燃圧に基づき平均実効幅Waveを決定する(ステップS5´)。 Next, the operation of the ECU 30B as the second control operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 9 is the same as the flowchart shown in FIG. 6 except that Step S2 is added after Step S1 and Step S5 ′ is provided instead of Step S5. For this reason, these are specifically described here. Following step S1, ECU 30B detects the fuel pressure (step S2). Then, through step S3, the average effective width Wave is determined based on the estimated surface tension and the detected fuel pressure (step S5 ′).
次に燃料噴射装置1Bの作用効果について説明する。ここで、燃料噴射を行うにあたっては、燃圧を変更することで最小燃料噴射量を変更することができる。ところが、例えば燃圧を低く変更すると、凹部61a、62aを流通する燃料が旋回する力も弱くなる。結果、表面張力が同じであっても生成される微小気泡が大きくなる。これに対し、燃料噴射装置1Bはさらに燃圧に応じてニードル弁62Aを制御することで重なり量Xを可変にする。このため、燃料噴射装置1Bはさらに燃圧変化に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる。
Next, the effect of the fuel injection device 1B will be described. Here, in performing the fuel injection, the minimum fuel injection amount can be changed by changing the fuel pressure. However, for example, if the fuel pressure is changed to be low, the force for turning the fuel flowing through the
本実施例の燃料噴射装置1CはECU30Aの代わりにECU30Cを、燃料噴射ノズル60Aの代わりに以下に示す燃料噴射ノズル60Bをそれぞれ備えている。ECU30Cは制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ECU30Aと実質的に同一である。このため燃料噴射装置1Cについては図示省略する。同様の変更は例えば実施例2で前述した燃料噴射装置1Bに適用することもできる。
The fuel injection device 1C of the present embodiment includes an ECU 30C instead of the
図10は燃料噴射ノズル60Bの概略構成図である。図10(a)は第1の代表的な状態を示す。図10(b)は第2の代表的な状態を示す。燃料噴射ノズル60Bはニードル弁62Aの代わりにニードル弁62Bを備える点以外、燃料噴射ノズル60Aと実質的に同一である。ニードル弁62Bはさらに通路部62cを備える点以外、ニードル弁62Aと実質的に同一である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the
通路部62cは先端部および第2の凸部62bに開口している。通路部62cのうち、先端部側に開口している開口部62caは噴孔Hに対向するように設けられている。通路部62cのうち、第2の凸部62b側に開口している開口部62cbは第2の凸部62bの各部に均等に複数設けられている。この点、通路部62cは先端部側から第2の凸部62bの各部に向かって分岐するように設けられている。
The
図10(a)に示すように、燃料噴射ノズル60Bは燃料噴射時に開口部62cbを第1の凹部61aに対向させた状態で、開口部62caから気体を流入させるとともに、開口部62cbから気体を流出させることができる。そしてこれにより、噴射する燃料に気泡を混入させることができる。図10(b)に示すように、燃料噴射ノズル60Bは燃料噴射時に開口部62cbを第1の凸部61bに対向させた状態で、通路部62cを介した燃料への気泡の混入を停止させることができる。
As shown in FIG. 10 (a), the
これに対し、ECU30Cでは制御部は燃圧が所定値αよりも低い場合(具体的にはここでは所定値α以下である場合)に開口部62cbが第1の凹部61aに対向するようにニードル弁62Bを制御する。また、燃圧が所定値αよりも高い場合に、開口部62cbが第1の凸部61bに対向するようにニードル弁62Bを制御する。
On the other hand, in the ECU 30C, the control unit controls the needle valve so that the opening 62cb faces the
制御部は具体的には燃圧が所定値αよりも低い場合に第2の凸部62bが第1の凹部61aに対向するように(すなわち、平均実効幅Waveが最小値wになるように)ニードル弁62Bを制御する。また、燃圧が所定値αよりも高い場合に第2の凸部62bが第1の凸部61bに対向するように(すなわち、平均実効幅Waveが最大値Wになるように)ニードル弁62Bを制御する。制御部は噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62Bを制御する代わりにかかる制御を行うことができる。
Specifically, when the fuel pressure is lower than the predetermined value α, the control unit makes the second
次に第3の制御動作であるECU30Cの動作を図11に示すフローチャートを用いて説明する。ECU30Cは燃圧が所定値α以上であるか否かを判定する(ステップS11)。肯定判定であれば、ECU30Cは平均実効幅Waveが最大値Wになるようにニードル弁62Bを制御する(ステップS12)。一方、否定判定であれば、ECU30Cは平均実効幅Waveが最小値wになるようにニードル弁62Bを制御する(ステップS13)。ステップS12、S13は例えば燃料噴射制御の一部として燃料噴射実行時に行うことができる。
Next, the operation of the ECU 30C as the third control operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The ECU 30C determines whether or not the fuel pressure is greater than or equal to a predetermined value α (step S11). If the determination is affirmative, the ECU 30C controls the
次に燃料噴射装置1Cの作用効果について説明する。燃料噴射装置1Cでは、燃圧が所定値αよりも低い低燃圧時には通路部62cを介して燃料に気泡を混入させることができる。このため、燃料噴射装置1Cは例えば平均実効幅Waveを最小値wにしても噴射する燃料の表面張力が比較的大きく、且つ低燃圧である結果、微小気泡が十分に得られない場合であっても、通路部62cを介して混入させた気泡で燃料噴霧の微粒化性能を確保できる。
Next, the function and effect of the fuel injection device 1C will be described. In the fuel injection device 1C, bubbles can be mixed into the fuel via the
一方、燃圧が所定値αよりも高い高燃圧時には、燃料噴射装置1Cは凹部61a、62aで微小気泡を十分に発生させることができる。逆にこの場合には、通路部62cを介して燃料に気泡を混入させると、混入させた気泡が却って微小気泡の生成の妨げとなる。このため、燃料噴射装置1Cは燃圧が所定値αよりも高い場合には、開口部62cbが第1の凸部61bに対向するようにニードル弁62Bのリフト量を制御することで、微小気泡を生成する。そしてこれにより、高燃圧時にも燃料噴霧の微粒化性能を確保することができる。
On the other hand, when the fuel pressure is higher than the predetermined value α, the fuel injection device 1C can sufficiently generate microbubbles in the
このように、燃料噴射装置1Cは気泡の生成態様の違いに着目し、燃圧に応じて気泡の生成態様を適切に切り替えることで、燃料噴霧の微粒化性能を確保できる。そしてこれにより、噴射する燃料の組成の影響を相対的に減少させることで、結果として噴射する燃料の組成が異なる場合に対する燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることができる。 Thus, the fuel injection device 1C pays attention to the difference in the bubble generation mode, and can appropriately ensure the atomization performance of the fuel spray by appropriately switching the bubble generation mode according to the fuel pressure. And by this, the robustness of the atomization performance of the fuel spray with respect to the case where the composition of the fuel to inject differs as a result by reducing the influence of the composition of the fuel to inject relatively can be improved.
制御部は燃圧が所定値αよりも低い場合に、少なくとも開口部62cbが第1の凹部61aに対向することになる範囲内で、噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62Bを制御してもよい。これにより、さらに燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることもできる。開口部62cbが第1の凹部61aに対向することになる範囲を超えて噴射する燃料の表面張力が小さい場合、制御部は例えば開口部62cbが第1の凹部61aに対向することになる範囲内で最も大きい平均実効幅Waveを実現するようにニードル弁62Bを制御することができる。
When the fuel pressure is lower than the predetermined value α, the control unit controls the
制御部は燃圧が所定値αよりも高い場合に、少なくとも開口部62cbが第1の凸部61bに対向することになる範囲内で、噴射する燃料の表面張力に応じてニードル弁62Bを制御してもよい。これにより、さらに燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性を高めることもできる。開口部62cbが第1の凸部61bに対向することになる範囲を超えて噴射する燃料の表面張力が大きい場合、制御部は例えば開口部62cbが第1の凸部61bに対向することになる範囲内で最も小さい平均実効幅Waveを実現するようにニードル弁62Bを制御することができる。
When the fuel pressure is higher than the predetermined value α, the control unit controls the
本実施例にかかる燃料噴射装置1Dは燃料噴射ノズル60Aの代わりに以下に示す燃料噴射ノズル60Cを備える点以外、燃料噴射装置1Aと実質的に同一である。このため燃料噴射装置1Dについては図示省略する。同様の変更は例えば実施例2で前述した燃料噴射装置1Bや、実施例3で前述した燃料噴射装置1Cにも適用できる。
The fuel injection device 1D according to the present embodiment is substantially the same as the
図12は燃料噴射ノズル60Cの概略構成図である。図12(a)は第1の代表的な状態を示す。図12(b)は第2の代表的な状態を示す。燃料噴射ノズル60Cはノズルボディ61Aの代わりにノズルボディ61Bを備えるとともに、ニードル弁62Aの代わりにニードル弁62Cを備えている。ノズルボディ61Bは第1の凸部61bの代わりに第1の凸部61b´を備えている点以外、ノズルボディ61Aと実質的に同一である。ニードル弁62Cは第2の凸部62bの代わりに第2の凸部62b´を備えている点以外、ニードル弁62Aと実質的に同一である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the
第2の凸部62b´の高さ(径方向の寸法)は摺動方向において噴孔Hが設けられている側に位置する部分ほど低く設定されている。また、これに応じて第1の凸部61b´の高さ(径方向の寸法)は摺動方向において噴孔Hが設けられている側に位置する部分ほど高く設定されている。このため、凸部61b´、62b´が対向した状態において、凸部61b´、62b´間にはニードル弁62Cの摺動に必要な摺動クリアランスが確保される。
The height (diameter dimension) of the second
次に燃料噴射装置1Dの作用効果について説明する。ここで、凹部61a、62aを流通する燃料の流速は次第に低下する。したがって、燃料の流速は上流側よりも下流側のほうが低くなる。これに対し、燃料噴射装置1Dは摺動方向において噴孔Hが設けられている側に位置する部分ほど第2の凸部62b´の高さを低く設定している。このため、燃料噴射装置1Dは平均実効幅Waveを燃料の流速に応じた適切な大きさにすることができる。結果、燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性をさらに高めることができる。また、これに応じて第1の凸部61b´の高さを高く設定することで、対向する凸部61b´、62b´同士で凹部61a、62aのシール性も確保できる。
Next, the function and effect of the fuel injection device 1D will be described. Here, the flow rate of the fuel flowing through the
本実施例にかかる燃料噴射装置1Eは燃料噴射ノズル60Aの代わりに以下に示す燃料噴射ノズル60Dを備える点以外、燃料噴射装置1Aと実質的に同一である。このため燃料噴射装置1Eについては図示省略する。同様の変更は例えば実施例2で前述した燃料噴射装置1Bや、実施例3で前述した燃料噴射装置1Cにも適用できる。
The fuel injection device 1E according to the present embodiment is substantially the same as the
図13は燃料噴射ノズル60Dの概略構成図である。燃料噴射ノズル60Dはノズルボディ61Aの代わりにノズルボディ61Cを備えるとともに、ニードル弁62Aの代わりにニードル弁62Dを備えている。ノズルボディ61Cは第1の凹部61aの代わりに第1の凹部61a´を、第1の凸部61bの代わりに第1の凸部61b´´を備えている。ニードル弁62Dは第2の凹部62aの代わりに第2の凹部62a´を、第2の凸部62bの代わりに第2の凸部62b´´を備えている。凹部61a´、62a´は、摺動方向において噴孔Hが設けられている側に位置する部分ほど、摺動方向に沿った寸法が大きく設定されている。また、対向する部分それぞれの摺動方向に沿った寸法が互いに等しくなるように設定されている。凸部61b´´、62b´´についても同様に設定されている。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the
次に燃料噴射装置1Eの作用効果について説明する。燃料噴射装置1Eでは、摺動方向において噴孔Hが設けられている側に位置する部分ほど、摺動方向に沿った凹部61a´、62a´の寸法それぞれを大きく設定している。このため、燃料噴射装置1Eは燃料噴射装置1Dと同様に平均実効幅Waveを燃料の流速に応じた適切な大きさにすることができる。結果、燃料噴霧の微粒化性能のロバスト性をさらに高めることができる。
Next, the effect of the fuel injection device 1E will be described. In the fuel injection device 1E, the dimensions of the
本実施例にかかる燃料噴射装置1FはECU30Aの代わりにECU30Dを備えている点以外、燃料噴射装置1Aと実質的に同一である。ECU30Dは以下に示す組成推定部がさらに実現される点と、制御部がさらに以下に示すように実現される点以外、ECU30Aと実質的に同一である。このため燃料噴射装置1Fについては図示省略する。同様の変更は例えば前述した燃料噴射装置1B、1C、1D、1Eに適用することもできる。
The fuel injection device 1F according to the present embodiment is substantially the same as the
組成推定部は重なり量Xが変更された場合に、燃料噴射を行うための駆動信号の波形に基づき、噴射する燃料の組成を推定する。重なり量Xが変更された場合は具体的にはアルコールセンサ20の検出結果をもとにニードル弁62Aのリフト量が変更された場合となっている。駆動信号は具体的にはニードル弁62Aをリフトさせるために用いられる油圧制御用のソレノイドバルブへの通電により発せされる信号となっている。
When the overlap amount X is changed, the composition estimation unit estimates the composition of the fuel to be injected based on the waveform of the drive signal for performing the fuel injection. When the overlap amount X is changed, specifically, the lift amount of the
これに対し、ECU30Dでは制御部がさらに組成推定部が推定した燃料の組成に基づき重なり量Xを制御する。この場合、制御部はさらに具体的には例えば給油が行われた場合に(すなわち給油毎に)、アルコールセンサ20の検出結果をもとにして表面張力を推定するとともに、推定した表面張力に応じて重なり量Xを制御することができる。
In contrast, in the ECU 30D, the control unit further controls the overlap amount X based on the fuel composition estimated by the composition estimation unit. In this case, more specifically, for example, when refueling is performed (that is, for each refueling), the control unit estimates the surface tension based on the detection result of the
図14は駆動信号の波形例を示す図である。図14に示すように、駆動信号の波形は駆動信号そのものに続き、ニードル弁62Aの機械的な衝突によるバウンスで発生するバウンス信号を伴う。バウンス信号は燃料に含まれる高粘性成分が多いほど破線で示すように早く減衰する。このため、組成推定部は具体的にはバウンス信号に基づき、燃料の粘性を推定するとともに、推定した粘性からエタノール濃度を推定することで、燃料の組成を推定する。この点、バウンス信号(具体的には例えばバウンス信号の継続時間)と燃料の粘性との関係、および燃料の粘性とエタノール濃度との関係はマップデータで予め設定されている。
FIG. 14 is a diagram illustrating a waveform example of the drive signal. As shown in FIG. 14, the waveform of the drive signal follows the drive signal itself and is accompanied by a bounce signal generated by a bounce caused by a mechanical collision of the
次に第4の制御動作であるECU30Dの動作を図15に示すフローチャートを用いて説明する。ECU30Dはアルコールセンサ20の出力に基づき重なり量Xが変更されたか否かを判定する(ステップS21)。否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。この場合、ECU30Dは実施例1で前述した図6に示すフローチャートを実行する。ステップS21で肯定判定であれば、ECU30Dはバウンス信号に変化があるか否かを判定する(ステップS22)。否定判定であれば、本フローチャートを一旦終了する。この場合には、平均実効幅Waveがそのまま維持される。 Next, the operation of the ECU 30D as the fourth control operation will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The ECU 30D determines whether or not the overlap amount X has been changed based on the output of the alcohol sensor 20 (step S21). If the determination is negative, this flowchart is temporarily terminated. In this case, the ECU 30D executes the flowchart shown in FIG. If an affirmative determination is made in step S21, the ECU 30D determines whether or not there is a change in the bounce signal (step S22). If the determination is negative, this flowchart is temporarily terminated. In this case, the average effective width Wave is maintained as it is.
ステップS22で肯定判定であれば、ECU30Dは駆動信号に基づき、燃料の粘性を推定する(ステップS23)。また、推定した粘性からエタノール濃度を推定し(ステップS24)、さらに推定したエタノール濃度から表面張力を推定する(ステップS25)。続いてECU30Dは推定した表面張力から平均実効幅Waveを決定する(ステップS26)。そして、決定した平均実効幅Waveを実現するように摺動方向に沿った凹部61a、62aの重なり量Xを制御する(ステップS27)。
If an affirmative determination is made in step S22, the ECU 30D estimates the viscosity of the fuel based on the drive signal (step S23). Further, the ethanol concentration is estimated from the estimated viscosity (step S24), and the surface tension is estimated from the estimated ethanol concentration (step S25). Subsequently, the ECU 30D determines the average effective width Wave from the estimated surface tension (step S26). Then, the overlapping amount X of the
次に燃料噴射装置1Fの作用効果について説明する。ここで、混合燃料のエタノール濃度はエンジン50の運転中にも変化する。これに対し、燃料噴射装置1Fは組成推定部が推定した燃料の組成に基づき、重なり量Xを制御する。このため、燃料噴射装置1Fはエンジン50の運転中に混合燃料のエタノール濃度が変化しても、適切な平均実効幅Waveを実現することができる。
Next, the effect of the fuel injection device 1F will be described. Here, the ethanol concentration of the mixed fuel also changes during operation of the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
燃料噴射装置 1A、1B、1C、1D、1E、1F
ECU 30A、30B、30C、30D
燃料噴射ノズル 60A、60A´、60B、60C、60D
ノズルボディ 61A、61B、61C
第1の凹部 61a、61a´
第1の凸部 61b、61b´、61b´´
ニードル弁 62A、62A´、62B、62C、62D
第2の凹部 62a、62a´
第2の凸部 62b、62b´、62b´´
通路部 62c
1st recessed
1st
2nd recessed
2nd
Claims (6)
前記ノズルボディに摺動可能に収容され、燃料噴射時にリフトすることで、前記噴孔への燃料の到達を可能にするニードル弁と、
前記ノズルボディのうち、前記ニードル弁が摺動する内周部に螺旋状に形成された第1の凹部と、
前記第1の凹部の形成に伴い前記内周部に形成された第1の凸部と、
前記ニードル弁のうち、前記ノズルボディとの間で摺動する外周部に螺旋状に形成された第2の凹部と、
前記第2の凹部の形成に伴い前記外周部に形成された第2の凸部と、
噴射する燃料の表面張力に応じて、前記ニードル弁を制御することで、前記ニードル弁の摺動方向に沿った前記第1および第2の凹部の重なり量を可変にする制御部と、
を備え、高表面張力成分が混合された混合燃料の噴射に用いられる燃料噴射装置。 A nozzle body with a nozzle hole;
A needle valve that is slidably accommodated in the nozzle body and lifts at the time of fuel injection to enable the fuel to reach the nozzle hole;
Of the nozzle body, a first recess formed in a spiral shape on an inner peripheral portion where the needle valve slides;
A first convex part formed on the inner peripheral part with the formation of the first concave part;
Of the needle valve, a second recess formed in a spiral shape on the outer periphery that slides between the nozzle body,
A second convex portion formed on the outer peripheral portion along with the formation of the second concave portion;
A control unit that makes the overlap amount of the first and second recesses variable along the sliding direction of the needle valve by controlling the needle valve according to the surface tension of the fuel to be injected;
And a fuel injection device used for injection of a mixed fuel in which a high surface tension component is mixed.
前記制御部がさらに噴射する燃料の圧力に応じて前記ニードル弁を制御することで、前記重なり量を可変にする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 1,
A fuel injection device that makes the overlap amount variable by controlling the needle valve in accordance with the pressure of fuel further injected by the control unit.
前記ニードル弁がさらに先端部および前記第2の凸部に開口する通路部を備え、
前記制御部が噴射する燃料の圧力が所定値よりも高い場合に、前記第2の凸部に開口した前記通路部の開口部が前記第1の凸部に対向するように前記ニードル弁を制御するとともに、噴射する燃料の圧力が前記所定値よりも低い場合に、前記開口部が前記第1の凹部に対向するように前記ニードル弁を制御する燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 1 or 2,
The needle valve further includes a passage portion that opens to a tip portion and the second convex portion,
When the pressure of the fuel injected by the control unit is higher than a predetermined value, the needle valve is controlled so that the opening of the passage portion opened to the second convex portion faces the first convex portion. In addition, when the pressure of the fuel to be injected is lower than the predetermined value, the fuel injection device controls the needle valve so that the opening is opposed to the first recess.
摺動方向において前記噴孔が設けられている側に位置する部分ほど、前記第2の凸部の高さを低く設定するとともに、これに応じて前記第1の凸部の高さを高く設定している燃料噴射装置。 The fuel injection device according to any one of claims 1 to 3,
The part located on the side where the nozzle hole is provided in the sliding direction sets the height of the second convex part lower and sets the height of the first convex part accordingly. Fuel injection device.
摺動方向において前記噴孔が設けられている側に位置する部分ほど、前記ニードル弁の摺動方向に沿った前記第1および第2の凹部の寸法それぞれを大きく設定している燃料噴射装置。 The fuel injection device according to any one of claims 1 to 3,
The fuel injection device in which the dimension of each of the first and second recesses along the sliding direction of the needle valve is set larger as the portion located on the side where the injection hole is provided in the sliding direction.
前記重なり量が変更された場合に、燃料噴射を行うための駆動信号の波形に基づき、噴射する燃料の組成を推定する組成推定部をさらに備え、
前記制御部がさらに前記組成推定部が推定した燃料の組成に基づき、前記重なり量を制御する燃料噴射装置。
The fuel injection device according to any one of claims 1 to 5,
A composition estimating unit for estimating a composition of fuel to be injected based on a waveform of a drive signal for performing fuel injection when the overlap amount is changed;
The fuel injection device, wherein the control unit further controls the overlap amount based on a fuel composition estimated by the composition estimation unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011161665A JP2013024182A (en) | 2011-07-25 | 2011-07-25 | Fuel injection device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014227913A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel injection valve |
JP2016065501A (en) * | 2014-09-25 | 2016-04-28 | 株式会社デンソー | Fuel supply apparatus and fuel supply apparatus control method |
-
2011
- 2011-07-25 JP JP2011161665A patent/JP2013024182A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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