JP2016065501A - 燃料供給装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関に噴射供給する燃料噴霧の微粒化・広拡散及び低ペネトレーションを実現可能な燃料供給装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の燃料供給装置１は、燃料タンク２から汲み上げた燃料を燃料加圧ポンプ３により加圧し、インジェクタ１０から内燃機関に噴射する。電極として機能するインジェクタ１０のニードル弁とノズル本体は、インジェクタ１０から噴射される燃料を帯電させる。ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、上記の電極から燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。これにより、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０から高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置及びその制御方法に関する。

従来より、内燃機関に供給される燃料を帯電させ、その帯電した燃料の表面張力に帯電電荷の力が勝りせん断されること、または微粒化した粒子同士に反発力が作用することにより燃料噴霧を微粒化する燃料供給装置が知られている。
特許文献１に記載された内燃機関の制御装置は、内燃機関に吸入される吸気の流速に応じて、燃料を帯電させるために設けられた電極に印加する電圧の周波数を変えている。具体的に、この制御装置は、吸気の流速が所定の速度範囲よりも小さいとき、電極に印加する電圧の周波数を高め、吸気の流速の低下により燃料噴霧の微粒化が悪化することを抑制している。一方、制御装置は、吸気の流速が所定の速度範囲よりも大きいとき、電極に印加する電圧の周波数を低くし、燃料噴霧の過度な微粒化により燃料がガス化することを抑制している。

特開２００５−９８２５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御装置は、内燃機関に吸入される吸気の流速のみに応じて、電圧の周波数を変えるものである。そのため、仮に燃料の誘電率が大きく、電気伝導率が小さい場合、燃料が帯電するための緩和時間が長くなるので、高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが困難になる。また、インジェクタから噴射される燃料が高圧となり、インジェクタを流れる燃料の流量が増加すると、電界を形成する電極間を燃料が通過する時間が短くなるので、燃料を十分に帯電させることが困難になる。
これにより、内燃機関に噴射された燃料噴霧が微粒化・広拡散することなく、貫徹力（ペネトレーション）が高まると、燃焼が悪化すると共に、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等の排出量が増加するおそれがある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関に噴射供給する燃料噴霧の微粒化・広拡散及び低ペネトレーションを実現可能な燃料供給装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

第１発明による内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンクから汲み上げた燃料を燃料加圧ポンプにより加圧し、インジェクタから内燃機関に噴射する。帯電手段は、インジェクタから噴射される燃料を帯電させる。制御手段は、インジェクタに供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御する。

燃料を帯電させることの可能な緩和時間は、燃料の誘電率と電気伝導率に応じて変化する。即ち、緩和時間をτ、誘電率をε、電気伝導率をκとすると、τ＝ε／κ の関係にある。また、電圧を高くするほど、燃料の帯電量を増加することが可能である。そのため、制御手段は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき電圧又は電圧印加時間を制御することで、高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが可能である。したがって、この燃料供給装置は、インジェクタから内燃機関に噴射する燃料噴霧を静電気力により微粒化・広拡散させると共に、低ペネトレーションを実現することができる。

第２発明による内燃機関の燃料供給装置は、インジェクタを流れる燃料の流量に基づき、帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御する。
インジェクタから噴射される燃料圧力が高くなるに従い、インジェクタ内を流れる燃料の流量が増大し、燃料が電極間を通過する時間が短くなる。その場合、制御手段は、燃料に印加する電圧を高め、又は電圧印加時間を長くすることで、燃料を十分に帯電させることが可能である。

第３発明は、燃料供給装置の制御方法の発明である。この制御方法は、燃料の誘電率または電気伝導率に基づき、帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を設定する。
これにより、第３発明は、第１発明と同様の作用効果を奏することが可能である。

本発明の第１実施形態による燃料供給装置の構成図である。 第１実施形態による燃料供給装置が備えるインジェクタの要部拡大図である。 燃料の精製別による電気伝導率及び緩和時間の違いを示す表である。 添加剤を混合した燃料の電気伝導率及び緩和時間を示す表である。 第１実施形態による静電噴霧制御のフローチャートである。 第２実施形態による多段噴射のタイムチャートである。 第２実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。 第３実施形態による多段噴射のタイムチャートである。 第３実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。 第４実施形態による多段噴射のタイムチャートである。 第４実施形態による多段噴射の燃料噴霧の模式図である。 第５実施形態による多段噴射のタイムチャートである。 第６実施形態による多段噴射のタイムチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には同一の符号を付し、重複した説明を省略するものとする。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に示す。第１実施形態の燃料供給装置１は、図示していないディール機関またはガソリン機関等の内燃機関に燃料を供給するものである。
まず、燃料供給装置１の構成について、図１及び図２を参照して説明する。
燃料タンク２は、内燃機関の種類に対応し、軽油、ガソリン又はバイオ燃料等を貯留する。
燃料加圧ポンプ３は、燃料タンク２から低圧燃料配管４を経由して汲み上げられた燃料を加圧し、高圧燃料配管５からコモンレール６に圧送する。コモンレール６に貯留された燃料は、そこに接続されたインジェクタ１０から、内燃機関の燃焼室に直接噴射供給される。
燃料加圧ポンプ３、コモンレール６及びインジェクタ１０から排出される余剰燃料は、それぞれ、第１リターン通路７、第２リターン通路８、第３リターン通路９を通り、燃料タンク２に戻される。

図２に示すように、インジェクタ１０は、ノズル本体１１、及び、そのノズル本体１１の内側で軸方向に往復移動可能に設けられたニードル弁１２等を備えている。ノズル本体１１は、有底筒状に形成され、内側に燃料通路１３を有している。ノズル本体１１の内壁には、ニードル弁１２が着座及び離座可能な弁座１４が形成されている。ノズル本体１１には、弁座１４の下流側に噴孔１５が設けられている。
ニードル弁１２が弁座１４から離座すると噴孔１５から燃料が噴射される。一方、ニードル弁１２が弁座１４に着座すると噴孔１５からの燃料噴射が停止する。

本実施形態のインジェクタ１０は、ニードル弁１２が昇圧回路２０の陽極に電気的に接続され、ノズル本体１１がグランドに電気的に接続されている。なお、インジェクタ１０は、ノズル本体１１が昇圧回路２０の陽極に電気的に接続され、ニードル弁１２がグランドに電気的に接続される構成としてもよい。本実施形態では昇圧回路２０の陽極２２を燃料帯電のための高電圧極として用いたが、昇圧回路の±を反転させ２２の陰極を高電圧極として用いても良い。
昇圧回路２０は、バッテリ又は蓄電池２２の電圧を昇圧し、インジェクタ１０が有するニードル弁１２とノズル本体１１に電位差を与える。このニードル弁１２とノズル本体１１は、燃料に電荷を与える電極として機能する。これにより、ニードル弁１２とノズル本体１１との間の燃料通路１３に電界が形成される。したがって、インジェクタ１０は、その燃料通路１３を流れる燃料を帯電させることが可能である。
上述した昇圧回路２０、並びに、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１は、特許請求の範囲に記載の「帯電手段」の一例に相当する。

なお、本実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３の内壁または噴孔１５の内壁は、絶縁材１６による表面処理がされている。絶縁材１６は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制するものである。絶縁材１６として、イットリア、アルミナ、石英、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミ、コージェライト、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）、又は、真性カーボン膜コーティング（ＩＣＦ）が例示される。なお、例えば電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１の面積を広範囲に確保する場合には、絶縁材１６による表面処理を行う箇所が限られることがある。その場合、燃料通路１３の断面積が最も小さくなる噴孔１５の内壁のみに絶縁材１６の表面処理を行うことが好ましい。
また、絶縁材１６による表面処理に代えて、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３の内壁または噴孔１５の内壁を、絶縁材１６から形成してもよい。

図１に示すように、燃料タンク２には、燃料物性センサ２３が設けられている。燃料物性センサ２３は、燃料に浸漬する一対の電極（図示していない）を有し、その電極間に介在する燃料の誘電率又は電気伝導率を検出する。燃料物性センサ２３は、燃料の誘電率又は電気伝導率に対応する信号を、車両の電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）３０に出力する。ＥＣＵ３０は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当する。
なお、燃料物性センサ２３は、燃料タンク２に限らず、燃料タンク２からインジェクタ１０までの燃料経路のいずれの場所に設けてもよい。これにより、燃料物性センサ２３は、燃料タンク２からインジェクタ１０までの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率を検出することが可能である。

本実施形態のＥＣＵ３０には、マップ情報として、インジェクタ１０の仕様に関するデータ、及び、燃料タンク２に貯留される燃料の基本物性に関するデータなどが予め記憶されている。ＥＣＵ３０には、燃料の基本物性に関するデータの一例として、燃料の誘電率が記憶されている。そのため、本実施形態の燃料物性センサ２３は、燃料の電気伝導率のみを検出するものであればよい。これは、一般に、同種の燃料の場合、燃料の誘電率は電気伝導率に比べて変化が小さいからである。
これに対し、図３に示すように、燃料の電気伝導率は、同じ軽油であっても、例えば硫黄の含有量などにより、電気伝導率が大きく異なる。また、電気伝導率が異なると、燃料が帯電するために必要となる緩和時間は大きく異なる。
そのため、ＥＣＵ３０は、予め記憶された燃料の誘電率と、燃料物性センサ２３により検出された電気伝導率に基づき、昇圧回路２０から電極としてのニードル弁１２及びノズル本体１１を介して燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。

さらに、図４に示すように、燃料の電気伝導率は、少量の添加剤を混合することにより大幅に変化する。その電気伝導率の増加に伴い、燃料の緩和時間は大幅に短くなる。したがって、内燃機関の１サイクルでインジェクタ１０の燃料噴射を複数回行う多段噴射においても、ＥＣＵ３０は、短い時間で燃料に電荷を帯電させることが可能である。

図１に示すように、ＥＣＵ３０には、内燃機関の運転状態を検出する信号として、エンジン回転数に関する信号、及び、アクセル開度に関する信号などが入力される。これらの信号により、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量を設定する。また、ＥＣＵ３０は、その燃料の流量に基づき、昇圧回路２０から電極としてのニードル弁１２及びノズル本体１１を介して燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御することが可能である。

次に、ＥＣＵ３０が、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する方法について、図５のフローチャートに基づいて説明する。なお、図５では、「ステップ」を「Ｓ」と表示している。
この静電噴霧制御において、ＥＣＵ３０は、メモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、目標時間算出手段３２、目標電圧算出手段３３、許容電圧算出手段３４、電圧設定手段３５、及び時間設定手段３６等として機能する（図１参照）。

静電噴霧制御が開始されると、ステップ１０でＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３からの入力信号に基づき、燃料の電気伝導率を検出する。
ステップ１１でＥＣＵ３０は、メモリに予め記憶された燃料の誘電率を読み出す。
また、ステップ１２でＥＣＵ３０は、エンジン回転数、及び、アクセル開度により、インジェクタ１０を流れる燃料の流量を検出する。
次に、ステップ１３でＥＣＵ３０は、目標時間算出手段３２として機能し、インジェクタ１０を流れる燃料の流量、電気伝導率および誘電率に基づき、燃料を十分に帯電させることの可能な目標印加時間を算出する。
目標印加時間は、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な緩和時間τに設定される。
緩和時間τは、τ＝ε／κ により算出可能である。ここで、εは誘電率であり、κは電気伝導率である。

また、このステップ１３でＥＣＵ３０は、目標電圧算出手段３３として機能し、インジェクタ１０を流れる燃料の流量、電気伝導率および誘電率に基づき、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な目標印加電圧を算出する。また、ＥＣＵ３０は、流量が大きい程、目標印加電圧を高い値に設定する。目標印加電圧が高いほど、燃料の帯電量を増加させることが可能である。

次に、ステップ１４でＥＣＵ３０は、許容電圧算出手段３４として機能し、インジェクタ１０の仕様に関するデータから、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との距離を読み出す。また、ＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３により検出された電気伝導率を読み出す。そして、ＥＣＵ３０は、ニードル弁１２とノズル本体１１との距離と、燃料の電気伝導率との関係から、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との間で絶縁破壊が生じることを防ぐことの可能な許容印加電圧を算出する。

続いて、ステップ１５でＥＣＵ３０は、電圧設定手段３５として機能し、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１から燃料に印加する電圧を、目標印加電圧と許容印加電圧のうちいずれか低い方の電圧に設定する。具体的に、目標印加電圧が許容印加電圧より低い場合（ステップ１５：ＹＥＳ）、処理はステップ１６に移行する。一方、許容印加電圧が目標印加電圧と同じか、それより低い場合（ステップ１５：ＮＯ）、処理はステップ１７に移行する。

次に、ステップ１６でＥＣＵ３０は、時間設定手段３６として機能し、インジェクタ１０による直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの時間と、目標時間算出手段３２が算出した目標印加時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する。なお、インジェクタ１０による直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの時間を、電極から燃料に電圧を印加することの可能な限界時間と称する。
具体的に、目標印加時間が限界時間より短い場合（ステップ１６：ＹＥＳ）、処理はステップ１８に移行する。一方、限界時間が目標印加時間と同じか、それより短い場合（ステップ１６：ＮＯ）、処理はステップ１９に移行する。

ステップ１８でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ１、周波数ｆ１、パルス幅ｄ１を設定する。ステップ１８において印加電圧Ｖ１は、目標印加電圧である。また、周波数ｆ１とパルス幅ｄ１は、燃料に電圧を印加するトータル時間が目標印加時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。

また、ステップ１９でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ１、周波数ｆ２、パルス幅ｄ２を設定する。ステップ１９において印加電圧Ｖ１は、目標印加電圧である。また、周波数ｆ２とパルス幅ｄ２は、燃料に電圧を印加するトータル時間が限界時間又はそれに近い時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。

上述したステップ１５において、許容印加電圧が目標印加電圧と同じか、それより低い場合（ステップ１５：ＮＯ）、処理はステップ１７に移行する。ステップ１７でＥＣＵ３０は、時間設定手段３６として機能し、目標印加時間と限界時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する。具体的に、目標印加時間が限界時間より短い場合（ステップ１７：ＹＥＳ）、処理はステップ２０に移行する。一方、限界時間が目標印加時間と同じか、それより短い場合（ステップ１７：ＮＯ）、処理はステップ２１に移行する。

ステップ２０でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ２、周波数ｆ１、パルス幅ｄ１を設定する。ステップ２０において印加電圧Ｖ２は、許容印加電圧である。また、周波数ｆ１とパルス幅ｄ１は、燃料に電圧を印加するトータル時間が目標印加時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。

また、ステップ２１でＥＣＵ３０は、印加電圧Ｖ２、周波数ｆ２、パルス幅ｄ２を設定する。ステップ２１において印加電圧Ｖ２は、許容印加電圧である。また、周波数ｆ２とパルス幅ｄ２は、燃料に電圧を印加するトータル時間が限界時間又はそれに近い時間となるように周波数及びデューティ比が設定される。
このようにして、ＥＣＵ３０は、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を設定することが可能である。
なお、上述したステップ１０の処理が特許請求の範囲に記載の「物性検出ステップ」の一例に相当し、上述したステップ１３の処理が特許請求の範囲に記載の「電圧又は電圧印加時間設定ステップ」の一例に相当する。

（作用効果）
第１実施形態の燃料供給装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
燃料を帯電させることの可能な緩和時間は、燃料の誘電率と電気伝導率に応じて変化する。また、電極に印加する電圧を高くするほど、燃料の帯電量を増加することが可能である。そのため、制御手段は、燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき電圧及び電圧印加時間を制御することで、高圧噴射される燃料を十分に帯電させることが可能である。したがって、この燃料供給装置１は、インジェクタ１０から内燃機関に噴射する燃料噴霧を静電気力により微粒化・広拡散させると共に、低ペネトレーションを実現することができる。

（２）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
インジェクタ１０から噴射される燃料圧力が高くなるに従い、インジェクタ１０内を流れる燃料の流量が増大し、燃料が電極間を通過する時間が短くなる。その場合、ＥＣＵ３０は、燃料に印加する電圧を高め、又は電圧印加時間を長くすることで、燃料を十分に帯電させることが可能である。

（３）第１実施形態では、燃料タンク２からインジェクタ１０までの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率に対応する信号をＥＣＵ３０に出力する燃料物性センサ２３を備える。
これにより、ＥＣＵ３０は、燃料物性センサ２３の出力に応じて、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間を調整することが可能である。

（４）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料タンク２に貯留される燃料の誘電率を予め記憶している。燃料物性センサ２３は、電気伝導率に対応する信号のみをＥＣＵ３０に出力する。
一般に、同種の燃料の場合、燃料の誘電率は電気伝導率に比べて変化が小さい。そのため、ＥＣＵ３０は、メモリに予め記憶された誘電率に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間を制御することが可能である。したがって、燃料供給装置１は、電気伝導率のみを検出する燃料物性センサ２３を備えることで、その構成を簡素にすることができる。

（５）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、目標時間算出手段３２、及び、時間設定手段３６を有する。
目標時間算出手段３２は、燃料の誘電率および電気伝導率に基づき、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な緩和時間を算出する。
時間設定手段３６は、インジェクタ１０による直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの限界時間と、目標時間算出手段３２が算出した目標印加時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する。
これにより、インジェクタ１０から断続的に噴射される燃料噴霧において、所定の燃料噴射時期に噴射される燃料に対して行われる電圧の印加が、その前後の燃料噴射時期に噴射される燃料に影響を与えることを防ぐことが可能である。したがって、インジェクタ１０から噴射されるそれぞれの燃料噴霧毎に、内燃機関の燃焼室内における燃焼位置などを制御することが可能である。

（６）第１実施形態では、ＥＣＵ３０は、目標電圧算出手段３３、許容電圧算出手段３４、及び、電圧設定手段３５を有する。
目標電圧算出手段３３は、インジェクタ１０から所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な目標印加電圧を算出する。
許容電圧算出手段３４は、燃料の電気伝導率と、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との距離との関係に基づき、電極として機能するニードル弁１２とノズル本体１１との間で絶縁破壊が生じることを防ぐことの可能な許容印加電圧を算出する。
電圧設定手段３５は、燃料に印加する電圧を、目標印加電圧と許容印加電圧のうちいずれか低い方の電圧に設定する。
これにより、ＥＣＵ３０は、燃料に電圧を印加する際に絶縁破壊が生じることを防ぐことができる。

（７）第１実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３または噴孔１５は、絶縁材１６による表面処理がされている。
また、第１実施形態では、電極として機能するニードル弁１２及びノズル本体１１よりも燃料の下流側に位置する燃料通路１３または噴孔１５は、絶縁材１６から形成することも可能である。
これにより、燃料に帯電した電荷の放出が抑制される。したがって、燃料供給装置１は、燃料噴霧の微粒化・広拡散及び低ペネトレーションを実現することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６及び図７に基づいて説明する。なお、以下に説明する第２〜第６実施形態は、ディーゼル機関の１サイクルでインジェクタ１０の燃料噴射を複数回行う多段噴射において、燃料に電圧を印加する時期と、それによって形成される燃料噴霧の状態を例示するものである。
図６（Ａ）に示すように、第２実施形態では、時刻ｔ１−ｔ２の間に第１プレ噴射が行われ、時刻ｔ４−ｔ６の間に第２プレ噴射が行われ、時刻ｔ８−ｔ１０の間にメイン噴射が行われる。
また、図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３−ｔ５の間に第２プレ噴射用の燃料に対し電圧印加が行われ、時刻ｔ７−ｔ９の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。

この場合、図７（Ａ）に示すように、第１プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、ピストンヘッド５１とシリンダヘッド５２とシリンダライナー５３によって区画された燃焼室５４内を、インジェクタ１０から遠い位置まで燃料が噴射される。
次に、図７（Ｂ）に示すように、第２プレ噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ微粒化・広拡散となり、インジェクタ１０に近くに燃料が噴射される。これにより、燃焼室５４に燃料噴霧と空気の最適な予混合状態が形成される。なお、図７（Ｂ）では、第１プレ噴射で噴射された燃料噴霧を破線で示している。
続いて、図７（Ｃ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ広拡散となり、着火、燃焼する。なお、図７（Ｃ）では、第１プレ噴射と第２プレ噴射で噴射された燃料噴霧をそれぞれ破線で示している。

第２実施形態の燃料供給装置１は、次の作用効果を奏する。
（１）第２実施形態では、ＥＣＵ３０は、内燃機関の燃焼室５４内での燃料噴霧の燃焼位置に応じて、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
これにより、内燃機関の燃焼室５４内において、燃料噴霧を所望の位置で燃焼させることが可能である。

（２）第２実施形態では、ＥＣＵ３０は、燃料の多段噴射において、それぞれの燃料噴射毎に、燃料に印加する電圧及び電圧印加時間を制御する。
これにより、それぞれの燃料噴射毎に、燃焼室５４内の所望の位置で燃料噴霧を燃焼させることが可能である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８及び図９に基づいて説明する。
図８（Ａ）に示すように、第３実施形態では、時刻ｔ２２−ｔ２４の間に第１プレ噴射が行われ、時刻ｔ２５−ｔ２６の間に第２プレ噴射が行われ、時刻ｔ２８−ｔ３０の間にメイン噴射が行われる。
また、図８（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２１−ｔ２３の間に第１プレ噴射用の燃料に対し電圧印加が行われ、時刻ｔ２７−ｔ２９の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。

この場合、図９（Ａ）に示すように、第１プレ噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、噴射直後は低ペネトレーション且つ広拡散となり、微粒化が促進され、燃焼室５４の中央部分の空気を巻き込んで燃焼する。
次に、図９（Ｂ）に示すように、第２プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。
続いて、図９（Ｃ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は帯電しているので、低ペネトレーション且つ広拡散となり、燃焼室５４の中心部と壁面付近の空気を有効に利用して燃焼する。
第３実施形態の燃料供給装置１は、第２実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１０及び図１１に基づいて説明する。
図１０（Ａ）に示すように、第４実施形態では、時刻ｔ３１−ｔ３２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ３３−ｔ３５の間にメイン噴射が行われる。
また、図１０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３４−ｔ３６の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。

この場合、図１１（Ａ）に示すように、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、図１１（Ｂ）に示すように、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始初期の時刻ｔ３３から時刻ｔ３４までは帯電しておらず、噴射開始から所定時間経過後の時刻ｔ３４以降に帯電する。そのため、噴射開始初期は高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。そして時刻ｔ３４以降は低ペネトレーション且つ広拡散となり、燃焼が広がる。したがって、図１１（Ｃ）に示すように、燃焼室５４の中心部と壁面付近の空気を有効に利用した燃焼が可能である。なお、図１１（Ｂ）では、第１プレ噴射で噴射された燃料噴霧を破線で示している。
第４実施形態の燃料供給装置１は、第２及び第３実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１２に基づいて説明する。
図１２（Ａ）に示すように、第５実施形態では、時刻ｔ４１−ｔ４２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ４４−ｔ４６の間にメイン噴射が行われる。
また、図１２（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３−ｔ４５の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。

第５実施形態では、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始から所定時間経過後の時刻ｔ４５まで帯電しており、低ペネトレーション且つ広拡散となる。時刻ｔ４５以降は、高ペネトレーションとなり、燃焼室５４の壁面付近の空気を巻き込んで燃焼する。
第５実施形態の燃料供給装置１は、第２から第４実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１３に基づいて説明する。
図１３（Ａ）に示すように、第６実施形態では、時刻ｔ５１−ｔ５２の間にプレ噴射が行われ、時刻ｔ５４−ｔ５５の間にメイン噴射が行われる。
また、図１３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５３−ｔ５５の間にメイン噴射用の燃料に対し電圧印加が行われる。

第６実施形態では、プレ噴射用の燃料噴霧は帯電していないので、高ペネトレーションとなり、インジェクタ１０から遠くまで飛ぶ。
次に、メイン噴射用の燃料噴霧は噴射開始から噴射終了まで帯電しており、低ペネトレーション且つ広拡散となる。
第６実施形態の燃料供給装置１は、第２から第５実施形態と同様の作用効果を奏する。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、燃料供給装置１は、ニードルとノズルに電圧を印加して燃料に電荷を直接与える構成とした。これに対し、他の実施形態では、燃料供給装置１は、噴孔１５の下流側にドーナツ状の電極を設け、誘導磁界により燃料を帯電させる構成としてもよい。

（２）上述した実施形態では、ニードル弁１２及びノズル本体１１を電極とした。これに対し、他の実施形態では、インジェクタ１０内側の燃料通路１３内に、ニードル弁１２及びノズル本体１１とは別個に電極を設けてもよい。この場合、その電極が、特許請求の範囲に記載の「帯電手段」の一例に相当する。

（３）上述した実施形態では、燃料タンク２に貯留される燃料の誘電率をＥＣＵ３０に予め記憶する構成とした。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０に燃料の誘電率を予め記憶することなく、燃料の誘電率と電気伝導率の両方を燃料物性センサ２３により検出する構成としてもよい。

（４）上述した実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧および電圧印加時間の両方を制御した。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０に供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御してもよい。

（５）上述した実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧および電圧印加時間の両方を制御した。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１０を流れる燃料の流量に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御してもよい。

（６）上述した実施形態では、燃料物性センサ２３により燃料の電気伝導率のみを検出した。これに対し、他の実施形態では、燃料物性センサ２３により燃料の電気伝導率と誘電率を検出してもよい。
（７）また、他の実施形態では、燃料供給装置１は、燃料物性センサ２３を備えることなく、ＥＣＵ３０に予め記憶した燃料の電気伝導率と誘電率に基づき、燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御してもよい。

（８）上述した実施形態では、インジェクタ１０は、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射供給するものとした。これに対し、他の実施形態では、インジェクタ１０は、内燃機関の吸気通路又は排気通路に燃料を噴射供給するものとしてもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・燃料供給装置
２ ・・・燃料タンク
３ ・・・燃料加圧ポンプ
１０・・・インジェクタ
１１・・・ノズル本体（帯電手段）
１２・・・ニードル弁（帯電手段）
２０・・・昇圧回路（帯電手段）
３０・・・電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段）

Claims (12)

1. 燃料を貯留する燃料タンク（２）と、
   前記燃料タンクから汲み上げた燃料を加圧する燃料加圧ポンプ（３）と、
   前記燃料加圧ポンプにより加圧された燃料を内燃機関に噴射するインジェクタ（１０）と、
   前記インジェクタから噴射される燃料を帯電させる帯電手段（１１，１２，２０）と、
   前記インジェクタに供給される燃料の誘電率又は電気伝導率に基づき、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御する制御手段（３０）と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置（１）。
2. 前記制御手段は、前記インジェクタを流れる燃料の流量に基づき、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃料タンクから前記インジェクタまでの燃料経路を流れる燃料の誘電率又は電気伝導率に対応する信号を前記制御手段に出力する燃料物性センサ（２３）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記制御手段は、前記燃料タンクに貯留される燃料の誘電率を予め記憶しており、
   前記燃料物性センサは、電気伝導率に対応する信号のみを前記制御手段に出力することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 前記制御手段は、
   燃料の誘電率および電気伝導率に基づき、前記インジェクタから所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な緩和時間を算出する目標時間算出手段（３２）と、
   前記インジェクタによる直前の燃料噴射の終了時から当該燃料噴射の終了時までの時間と前記目標時間算出手段が算出した前記緩和時間のうち、いずれか短い方の時間に電圧印加時間を設定する時間設定手段（３６）と、を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記制御手段は、
   前記インジェクタから所望の燃料噴射を行うために必要な電荷を燃料に与えることの可能な目標印加電圧を算出する目標電圧算出手段（３３）と、
   前記帯電手段が有する電極間の距離と燃料の電気伝導率とに基づき、前記帯電手段から燃料に印加する電圧による前記電極間の絶縁破壊を防ぐことの可能な許容印加電圧を算出する許容電圧算出手段（３４）と、
   前記帯電手段から燃料に印加する電圧を、前記目標印加電圧と許容印加電圧のうちいずれか低い方の電圧に設定する電圧設定手段（３５）と、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記制御手段は、前記内燃機関の燃焼室内での燃料噴霧の燃焼位置に応じて、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
8. 前記制御手段は、前記内燃機関の１サイクルで前記インジェクタの燃料噴射を複数回行う場合、それぞれの燃料噴射毎に、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
9. 前記帯電手段よりも燃料の下流側に位置する燃料通路（１３）または噴孔（１５）は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制可能な絶縁材（１６）による表面処理がされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
10. 前記帯電手段よりも燃料の下流側に位置する燃料通路または噴孔は、燃料に帯電した電荷の放出を抑制可能な絶縁材から形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
11. 燃料を貯留する燃料タンクと、
    前記燃料タンクから汲み上げた燃料を加圧する燃料加圧ポンプと、
    前記燃料加圧ポンプにより加圧された燃料を内燃機関に噴射するインジェクタと、
    前記インジェクタから噴射される燃料を帯電させる帯電手段と、
    前記インジェクタを流れる燃料の流量に基づき、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の前記燃料供給装置の駆動を制御する制御方法であって、
    燃料の誘電率または電気伝導率を検出する物性検出ステップ（Ｓ１０）と、
    物性検出ステップにより検出された燃料の誘電率または電気伝導率に基づき、前記帯電手段から燃料に印加する電圧又は電圧印加時間の少なくともいずれか一方を設定する電圧又は電圧印加時間設定ステップ（Ｓ１３）と、を含むことを特徴とする燃料供給装置の制御方法。

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