JP3637736B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、更に詳細にはディーゼル噴射に用いられる燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧着着火を行なうディーゼルエンジンの低速運転時や低負荷運転時においては、燃料室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼して、燃焼騒音や排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯx）が増加する、という問題が生じていた。
【０００３】
これを防止するために、燃料のメイン噴射に先だって予備的に噴射させるパイロット噴射を行なうことにより、その後に続くメイン噴射の燃料着火を効果的に行なうことができる。
【０００４】
そこで、前記問題を解決する方法として、このパイロット噴射を利用した特開平５―１６０９号公報に記載されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提案されている。
【０００５】
このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置は、燃料をディーゼルエンジンに供給する分配型噴射ポンプを備えており、この分配型噴射ポンプは、燃料を高圧にする高圧室と燃料を貯溜する燃料室を有し、この高圧室と燃料室はスピル通路を介して連通している。
【０００６】
このスピル通路の途中には、高圧室の燃料の圧力を調整してディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料噴射ノズルによりパイロット噴射するとともに、パイロット噴射とメイン噴射の噴射間隔を調整するピエゾスピル弁が設けられている。
【０００７】
このピエゾスピル弁は上下動可能なバルブを備え、このバルブが移動することによりスピル通路が閉塞又は開放して、ディーゼルエンジンへの燃料の供給が継続又は停止する。バルブの移動は、このバルブの上方に設けられたピエゾ素子の変形によりバブル上面に作用する燃料の押圧力を変化させて行なわれる。
【０００８】
即ち、ピエゾ素子に電圧を印加するとこのピエゾ素子が伸張し、ピエゾ素子の電荷を解除するとピエゾ素子は収縮する。従って、ピエゾ素子に電圧を印加するタイミングやピエゾ素子の電荷を放電させるタイミングを調整することにより、バルブ上面に作用する燃料の押圧力が変化してバルブが移動する。
【０００９】
このバルブの移動によりパイロット噴射の開始時期、終了時期、及びメイン噴射の開始時期、終了時期を制御することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５―１６０９号公報に記載されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置のバルブにはこのバルブの下方にバネが設けられており、このバネによりバルブを常に上方に付勢している。
【００１１】
従って、バルブはピエゾ素子の変形によるバブル上面に作用する燃料の下方への押圧力と前記バネによる上方への押圧力の圧力差により移動するので、バルブの移動量にバラツキが生じ易く、所望の間隔を有したパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を所望の間隔にすることができない、という問題が生じた。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、噴射間隔を有するパイロット噴射とメイン噴射（以下、「間欠噴射」と記す。）において噴射間隔を所望に変更できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、所定の供給圧力に蓄圧された燃料蓄圧室を燃料供給源とするとともに、燃料噴射孔から燃料を間欠的に噴射することにより、パイロット噴射とメイン噴射からなる間欠噴射を行う燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡の存在により一回の燃料噴射動作によって燃料を間欠的に供給し、前記気泡発生手段によって発生した気泡の大きさにより、前記パイロット噴射とメイン噴射との間の噴射間隔を制御することを特徴とする燃料噴射装置である。
【００１４】
気泡発生手段により流路内に気泡が発生し、この気泡を含む燃料を燃料噴射孔から供給することにより、燃料が間欠的に供給される。
気泡は気泡発生手段によりその大きさを任意に調整することができる。
【００１５】
気泡発生手段は流路内に気泡が発生する機能を有するものであればその種類は問はない。例えば、気泡発生手段はヒータであることが好ましい。
前記気泡発生手段を、前記流路の前記燃料噴射孔よりも上流側に、燃料噴射孔から所定の距離を有する位置に配置すると、気泡発生手段の位置から燃料噴射孔までの位置を、いわゆるパイロット噴射の燃料噴射量とすることができ、かつ、発生した気泡の大きさにより、その後のメイン噴射との間の噴射間隔を制御できる。
【００１６】
また、前記気泡発生手段を、燃料噴射孔より上流側に、燃料噴射孔からの距離を異ならせて複数設け、これら複数の気泡発生手段のいずれかを選択駆動するようにすることも可能である。このようにすると、燃料噴射孔から遠い方の気泡発生手段を選択駆動すれば、間欠的に噴射される燃料の量、例えばパイロット噴射量が多くなり、燃料噴射孔に近い方の気泡発生手段を選択駆動すれば、パイロット噴射量が少なくなる。
【００１７】
このように気泡発生手段を流路に複数個設け、任意の１つあるいは２つを選択して駆動することで、気泡の発生位置や発生量が、間欠度合いがさまざまに変化する。
【００１８】
また、本発明は、燃料噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡発生手段は、運転状況に応じて単位時間当たりに発生する気泡の量を制御することで、燃料中に含まれる気相の量を制御し、その結果、単位時間当たりの燃料供給量を制御する気相発生制御手段を有することを特徴とする燃料噴射装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射装置の実施の形態を、図１から図７に基づいて説明する。
＜装置の全体構成＞
図１に、燃料噴射装置の全体構成を示す。この装置は、燃料供給源である燃料タンク１から燃料を汲み上げて、所定圧力で送出する燃料ポンプ２（ロータリーサプライポンプ）と、この燃料ポンプ２から送出されて来る燃料を受け、所定の供給圧力に蓄圧する燃料蓄圧室３を備えている。
【００２０】
この燃料蓄圧室３には、複数の燃料供給路４が接続され、各燃料供給路４には、内燃機関に取り付けられた複数の燃料噴射弁５が接続されている。内燃機関がたとえば６気筒で、各気筒にそれぞれ１つの燃料噴射弁５を設けた場合、燃料供給路４、及び、燃料噴射弁５はそれぞれ６つとなる。
【００２１】
前記燃料蓄圧室３には、燃料圧センサ６が設けられ、燃料蓄圧室３内の燃料圧を検出するようになっている。さらに、この燃料圧センサ６は、コンピュータからなる制御装置７に接続されている。
【００２２】
この制御装置７には、アクセルペダルが踏み込まれた状態か否かを検出するアクセルセンサＳ１、内燃機関への吸気圧力を検出する吸気圧センサＳ２、内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサＳ３、内燃機関の回転数を検出する機関回転数センサ（ＮＥセンサ）Ｓ４、内燃機関への空気吸入量を検出するエアロフローメータＳ５、内燃機関のクランク軸の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に対するクランク軸の回転位置を検出するＧセンサＳ６、その他車両制御に必要な各種センサＳ７が接続されている。
【００２３】
また、制御装置７には、燃料ポンプ駆動制御部８、燃料噴射弁駆動制御部９、ヒータ駆動制御部１０、モード切替え部１３、燃料噴射制御部１４、ヒータ制御部（気相発生制御手段）１５が設けられている。燃料噴射弁駆動制御部９は燃料噴射制御部１４を経由してモード切替え部１３に接続されており、ヒータ駆動制御部１０はヒータ制御部１５に接続されている。これらは、前記各種センサからの情報を基に決定される運転条件に従って、燃料ポンプ２や燃料噴射弁５を駆動制御するようになっている。
【００２４】
制御装置７では、予め設定された定常運転用の目標圧力となるよう、燃料蓄圧室３内の燃料圧をフィードバック制御する。すなわち、前記燃料圧センサ６からの検出圧力が、前記目標圧力になるまで、前記燃料ポンプ２に駆動信号を送り、燃料の供給を継続し、目標圧力になったところで、前記燃料ポンプ２の駆動を停止する制御を繰り返す。
【００２５】
また、前記燃料蓄圧室３には、前記燃料蓄圧室３内の圧力が、前記目標圧力を越えた、所定の設定圧力となったとき、燃料蓄圧室３内の圧力を解放して逃がすリリーフ弁１１が設けられている。このリリーフ弁１１は、燃料供給源側すなわち燃料タンク１へと接続された燃料解放路１２に介在する形で設置される。
＜燃料噴射弁＞
図２に示したように、前記燃料噴射弁５は、先端に燃料噴射孔２１を有する筒状本体２２と、この筒状本体２２の内部に進退移動自在に設けられ、進出時に前記燃料噴射孔２１を閉じ、後退時に前記燃料噴射孔２１を開く針状のニードル弁２３（弁体）と、このニードル弁２３を閉方向に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２４とを備えている。
【００２６】
さらに、燃料噴射弁５は、燃料供給源である蓄圧室３から所定圧力で供給されてくる高圧燃料を前記燃料噴射孔２１へ導く第１の燃料供給路３１と、高圧燃料を受け入れて前記ニードル弁２３を閉方向に押圧する制御室３２と、前記第１の燃料供給路３１から分岐し、燃料供給源である蓄圧室３から所定圧力で供給されてくる高圧燃料を前記制御室３２へと導く第２の燃料供給路３３と、制御室３２内の高圧燃料を排出して制御室３２内の液圧を下げる燃料排出路３４とを備えている。
【００２７】
そして、第２の燃料供給路３３には、制御室３２への燃料流入量を決定するインレットオリフィス３３ａが設けられる一方、燃料排出路３４には燃料排出量を決定するアウトレットオリフィス３４ａが設けられている。これらインレットオリフィス３３ａとアウトレットオリフィス３４ａの通路断面積の比は、例えば、２：３といったように、アウトレットオリフィス３４ａをインレットオリフィス３３ａより大きく設定している。
【００２８】
また、前記ニードル弁２３は、前記制御室３２に臨み、制御室３２内の燃料圧力を受けてニードル弁２３を下降させるメイン・ピストン２３ａを有し、このメイン・ピストン２３ａに対し、ニードル弁２３の燃料噴射孔２１側に、サブ・ピストン２３ｃが設けられている。このサブ・ピストン２３ｃに臨むように、前記燃料噴射孔２１へと続く第１の燃料供給路３１の途中に燃料溜まり３１ａが設けられている。このため、燃料溜まり３１ａ内の燃料圧がサブ・ピストン２３ｃに加わり、ニードル弁２３を開く方向（図の上方）に押している。
【００２９】
このサブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧を受ける受圧面積Ｓｓは、前記メイン・ピストン２３ａが制御室３２内の燃料圧を受ける受圧面積Ｓｍより小さく設定されている。さらに、サブ・ピストン２３ｃのメインピストン２３ａ側に、ニードル弁２３を閉弁方向に付勢する前記コイルスプリング２４が配設されている。 前記メイン・ピストン２３ａが制御室３２内の燃料圧から受ける押圧力をＦｍ、前記サブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧から受ける押圧力をＦｓ、前記コイルスプリング２４の付勢力をＦｃとしたとき、定常時は、Ｆｍ＋Ｆｃ＞Ｆｓ、Ｆｃ＜Ｆｓである。
【００３０】
さらに、制御室３２からの燃料排出路３４に介在し、閉時には制御室３２に高圧燃料を封じ込め、開時には制御室３２から燃料排出路３４へと燃料を逃がす、常閉の背圧制御弁３５が設けられている。この背圧制御弁３５は、電磁弁で形成され、筒状本体２２内に設けられている。
【００３１】
背圧制御弁３５の上方にはソレノイド２５が設けられるとともに、背圧制御弁３５を常に下方に押圧するコイルバネ２６が設けられている。従って、ソレノイド２５に電流を流すことにより背圧制御弁３５が上方に移動して背圧制御弁３５が開放し、ソレノイド２５に電流を遮断することにより背圧制御弁３５が閉じられる。
【００３２】
そして、この背圧制御弁３５が閉じているときは、制御室３２に封じ込まれた燃料圧が上昇し、その燃料圧により、メイン・ピストン２３ａが押され、これにコイルスプリング２４の付勢力も加わってニードル弁２３が下降する。
【００３３】
その際、第１の燃料供給路３１から燃料溜まり３１ａにも制御室３２内に印加されたと同圧の燃料が導入され、サブ・ピストン２３ｃを押すが、その押圧力Ｆｓは、Ｆｍ＋Ｆｃに抗しきれないので、ニードル弁２３は燃料噴射孔２１を閉じた状態に保持される。
【００３４】
その後、背圧制御弁３５が開かれると、燃料排出路３４から制御室３２内の燃料が排出するが、このとき、アウトレットオリフィス３４ａをインレットオリフィス３３ａより大きく設定してあるため、制御室３２内への燃料流入量より制御室内からの燃料流出量が多くなり、その結果、制御室３２内の燃料圧が下降する。 そして、Ｆｍ＋Ｆｃ＜Ｆｓとなった時点で、コイルスプリング２４の付勢力に抗してニードル弁２３がリフトし、燃料噴射孔２１が開き、燃料噴射が開始される。
【００３５】
第１の燃料供給路３１の途中には第１の燃料供給路３１内を流れる燃料内に気泡を発生させるヒータ２７が設けられ、このヒータ２７は制御装置７に電気的に接続されている。ヒータ２７としては、例えばＺｒＢ2を用いる。
＜制御装置＞
図３に示したように、前記制御装置７は、中央処理装置（ＣＰＵ）３６、所定の制御プログラム及びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３７、ＣＰＵ３６の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３８、予め記憶されたデータを保存するバックアップラムＲＡＭ３９等と、これら各部と入力ポート４０及び出力ポート４１等とをバス４２によって接続した論理演算回路として構成されている。
【００３６】
ＣＰＵ３６は、内燃機関の運転状態に基づき、メイン噴射のみを行なう通常噴射モードと所定間隔でパイロット噴射及びメイン噴射を行なうパイロット噴射モードとを選択的に切り替えるモード切替部１３と、通常噴射モードからパイロット噴射モードに切り替えるに際、又は、パイロット噴射モードから通常噴射モードに切り替えるに際に、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、基準となる所定のクランク角度θａからのパイロット噴射開始タイミングθｐ、パイロット噴射終了タイミング（図示せず）、メイン噴射開始タイミングθM 及びメイン噴射終了タイミング（図示せず）をそれぞれ求め、パイロット噴射モードでの噴射間隔を設定する燃料噴射制御部１４、を備えている。ポスト噴射モードのときは、メイン噴射とポスト噴射との間の噴射間隔が所定時間に設定され、メイン噴射モードのときは、当該噴射間隔が０に設定される。
【００３７】
また、ＣＰＵ３６は、通常噴射モードからパイロット噴射モードに切り替えるに際に、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、ヒータ２７に通電する電圧値と通電時間を求めるヒータ制御部１５と、このヒータ制御部１５に基づいてヒータ２７を駆動制御するヒータ駆動制御部１０を備えている。
【００３８】
さらに、ＣＰＵ３６は、燃料噴射制御部１４で決定される運転条件に従って燃料噴射弁５のソレノイド２５の通電時間を制御する燃料噴射弁駆動制御部９と、燃料圧センサ６等の検出値に基づき、燃料ポンプ２の駆動を制御する燃料ポンプ駆動制御部８を備えている。
【００３９】
入力ポート４０には、前記アクセルセンサＳ１、エアロフローメータＳ５、吸気圧センサＳ２、水温センサＳ３、ＧセンサＳ６、その他各種センサＳ７が、バッファ４３，４４，４５，４６，４７,７５、マルチプレクサ４８及びＡ／Ｄ変換器４９を介して接続されている。また、入力ポート４０には、前記機関回転数センサＳ４が波形整形回路５０を介して接続されている。
【００４０】
ＣＰＵ３６は入力ポート４０を介して入力される各センサの検出信号を入力値として読み込む。また、出力ポート４１には各駆動回路５１，５２，５３を介してソレノイド２５、ヒータ２７、燃料ポンプ２等が接続されている。そして、ＣＰＵ３６は、各センサから読み込んだ入力値に基づき、ソレノイド２５、ヒータ２７、燃料ポンプ２等の運転を制御する。
＜装置の作用＞
次に、燃料噴射装置の作用を説明する。図４のフローチャートは、ＣＰＵ３６によって実行される各処理のうち、パイロット噴射及びメイン噴射が行なわれるパイロット噴射モードと、メイン噴射のみが行なわれる通常噴射モードを示している。
【００４１】
燃料噴射制御中に、ＣＰＵ３６はステップ１０１で、アクセルセンサＳ１等の検出値に基づいて内燃機関の運転状態を判断する。この判断は、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているエンジン回転数とアクセル開度をパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４２】
内燃機関の運転状態が低回転且つ低負荷であると判断した時に、燃料噴射制御部１４は、その内燃機関の運転状態に基づき、図５に示すように、基準となる所定のクランク角θaからパイロット噴射開始タイミングθP、パイロット噴射終了タイミング（図示せず）、メイン噴射開始タイミングθM 及びメイン噴射開始タイミング（図示せず）をそれぞれ算出するとともに、パイロット噴射間隔ｔ1 を算出する（ステップ１０３）。
【００４３】
次に、ステップ１０５において、ＣＰＵ３６は前記算出したパイロット噴射間隔ｔ1 に基づいてヒータ２７に通電する電圧値を読み込む。この読み込みは、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているパイロット噴射間隔ｔとヒータに通電する電圧値をパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４４】
次に、ステップ１０７において、ヒータ制御部１５は前記読み込んだ電圧値を基にヒータ制御駆動部１０を制御してヒータ２７に通電する。即ち、燃料噴射前に予めヒータ２７に通電して第１の燃料供給路３１内に気泡を発生させ、パイロット噴射量を既定しておく。
【００４５】
ここで、気泡の発生を図６を用いて説明する。同図（ａ）は、ヒータ２７に電圧が印加される前の状態を示している。この状態からヒータ２７に電圧を印加すると同図（ｂ）に示すように、ヒータ２７の表面が急熱し、その表面に接する燃料の温度が急上昇する。その結果、膜沸騰現象が生じて燃料内に気泡が発生する。そして、さらに一定時間が経過すると同図（ｃ）に示すように、その気泡は膨張して第１の燃料供給路３１内を流通する燃料を遮断する。
【００４６】
次に、ＣＰＵ３６の燃料噴射弁駆動制御部９は、前記パイロット噴射開始タイミングθP、メイン噴射終了タイミングを基に、パイロット噴射の開始からメイン噴射の終了までの間を通電するように、ソレノイド２５の通電時間を制御する。
【００４７】
従って、ステップ１０９において、燃料噴射装置が前記通電時間の間、燃料噴射をすると、すでにヒータで気泡が燃料中に形成されているので、最初パイロット噴射がされ、その後、燃料内に発生した気泡によるパイロット噴射間隔ｔ1 を経て、メイン噴射がなされる。
【００４８】
そして、次の処理を実行すべくステップ１０１に帰還する。
前記ステップ１０１において、ＣＰＵ３６が内燃機関の運転状態が低回転且つ低負荷でないと判断した時には、ステップ１１１において、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、メイン噴射開始タイミングθMを読み込む。この読み込みは、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているエンジン回転数ＮＥとメイン噴射開始タイミングθMをパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４９】
次に、ステップ１１３において、ＣＰＵ３６のヒータ制御部１５はヒータが加熱することがないよいように、ヒータ２７への通電を遮断する。そして、ＣＰＵ３６の燃料噴射弁駆動制御部９は読み込んだメイン噴射開始タイミングθMを基に、燃料噴射弁５のソレノイド２５の通電時期を制御してメイン噴射を実行する（ステップ１０９）。このときは、ヒータへの通電がないため、気泡は発生せず、よって、パイロット噴射のないメイン噴射となる。そして、次の処理を実行すべくステップ１０１に帰還する。
【００５０】
第１の実施の形態における燃料噴射装置によれば、燃料噴射弁５の第１の燃料供給路３１の途中にヒータ２７を設けることにより、第１の燃料供給路３１内に気泡が発生する。このため、所望の間隔を有するパイロット噴射とメイン噴射からなる間欠噴射を行なうことができる。
【００５１】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下のように任意に変更してもよい。
前記実施の形態の燃料噴射弁５は、メイン・ピストン２３ａが受ける制御室３２内の燃料圧による押圧力Ｆｍとコイルスプリング２４の付勢力Ｆｃの合力（Ｆｍ＋Ｆｃ）がサブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧から受ける押圧力Ｆｓよりも大きくなると、ニードル弁２３が下方に移動して燃料噴出孔２１を閉塞する。
【００５２】
一方、背圧制御弁３５が上方に移動して制御室３２内の燃料圧が減少し、前記合力（Ｆｍ＋Ｆｃ）が燃料溜まり３１ａ内の燃料圧による押圧力Ｆｓよりも小さくなと、ニードル弁２３が上方に移動して燃料噴出孔２１が開放する。
【００５３】
しかしながら、図７に示す燃料噴射弁５５のように、ニードル弁６３を下方に押圧する力はコイルばね７１の押圧力のみである様に構成してもよい。
即ち、燃料噴射弁５５はノズルボディ５６を有しており、このノズルボディ５６は、リテーニングナット５７を介してノズルホルダ５８に取付られている。ノズルボディ５６とノズルホルダ５８の間にはチップパッキン５９が挟着されており、これらノズルボディ５６とノズルホルダ５８を油密に連結している。
【００５４】
ノズルボディ５６は一端に、少なくとも１個の噴孔６０を開口するとともにこの噴孔６０に連なる弁座６１を形成し、他端にノズルボディ５６の軸線と同軸状をなした摺動孔６２を有している。この摺動孔６２には、軸方向に摺動可能なニードル弁６３が油密に嵌挿されている。
【００５５】
ノズルボディ５６内には、弁座６１及び摺動孔６２に連通しかつニードル弁６３を内包する油溜り６４が形成されるとともに、この油溜り６４とノズルボディ５６の他端とに連通する給油孔６５が穿設されている。この給油孔６５はノズルホルダ５８の壁内に形成した燃料通路６６を介してノズルホルダ５８の端部に形成した接続口６７に連通している。この接続口６７は噴射パイプ（図示せず）を通じて燃料ポンプ２に接続されている。従って、燃料ポンプ２から供給された燃料は、燃料通路６６と給油孔６５を通って油溜り６４に送られる。
【００５６】
ニードル弁６３のガイド部６８の上部にはジャーナル部６９が突出されており、このジャーナル部６９の先端は、ノズルホルダ５８に形成したばね室７０に臨まれている。このばね室７０には燃料噴射の開弁圧を設定するコイルばね７１が収容されている。このコイルバネ７１は、下端がばね座７２を介してジャーナル部６９に当接しており、上端はばね室７０の天井面にシム７３を介して当接している。
【００５７】
燃料通路６６の下流側にはヒータ２７が設けられている。このヒータ２７に通電すると燃料通路６６内を流れる燃料が加熱されて、燃料内に気泡が発生する。従って、気泡の発生量を調整（ヒータ２７への印加電圧値を調整）することにより燃料の間欠噴射が可能になり、燃料の噴射特性を変化させることができる。ここで、ヒータ２７は燃料噴射孔６０よりも上流側に、燃料噴射孔６０から所定の距離を有する位置に配置されるが、このヒータ２７の燃料噴射孔６０からの距離により、間欠で噴射される燃料の量（パイロット噴射量）が規定される。
【００５８】
図７における実施例では、ヒータ２７が１個設けられているが、複数のヒータ２７を燃料通路６６に設けることもできる。複数のヒータ２７を設ける場合には、燃料噴射孔６０から所定の距離をとり、かつ、隣接するヒータ２７間の間隔を一定にして配置してもよいし、任意の間隔を有して配置してもよい。すなわち、ヒータ２７を燃料噴射孔６０より上流側に、燃料噴射孔６０からの距離を異ならせて複数設ける。ここでは、燃料噴射孔６０からの距離が問題となる。その距離がパイロット噴射量を決定するからである。
【００５９】
複数のヒータ２７のうち、燃料噴射孔６０から近いヒータ２７又は遠いヒータ２７のいずれかを任意に選択し、この選択したヒータ２７に通電することにより、所望の間隔の間欠噴射を行なうことができる。
【００６０】
このようにニードル弁６３を下方に押圧する力をコイルばね７１の押圧力のみにすることにより、燃料噴射弁５５の構造をより簡素にすることができるとともに、制御回路の複雑化を防止してより安価な燃料噴射装置を提供することができる。
＜その他の例＞
前記例において、気泡発生手段としてのヒータの駆動を制御し、運転状況に応じて単位時間当たりに発生する気泡の量を制御することで、燃料中に含まれる気相の量を制御する気相発生制御手段でコントロールするようにしてもよい。
【００６１】
すなわち、単位時間当たりに噴射される燃料の量に含まれる気相を０％以上、１００％未満とすることで、単位時間当たりの燃料供給量を制御することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射孔から燃料を間欠的に噴射する燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡の存在により燃料を間欠的に供給することにより、燃料の間欠噴射を容易に行なうことができる。
【００６３】
また、気泡発生手段は流路内の燃料を加熱するヒータである場合には、流路内の燃料を容易に加熱して流路内に気泡を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の燃料噴射弁の断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態において、パイロット噴射モード又は通常噴射モードの処理を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置のパイロット噴射モードのタイミングチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置のヒータにより気泡が発生する作用を示す説明図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の他の燃料噴射弁の断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク １Ｓ アクセルセンサ
２ 燃料ポンプ(燃料供給源) ２Ｓ 吸気圧センサ
３ 燃料蓄圧室 ３Ｓ 水温センサ
４ 燃料供給路 ４Ｓ 機関回転数センサ(ＮＥセンサ)
５ 燃料噴射弁 ５Ｓ エアロフローメータ
６ 燃料圧センサ ６Ｓ Ｇセンサ
７ 制御装置 ７Ｓ 各種センサＳ
８ 燃料ポンプ駆動制御部 ９ 燃料噴射弁駆動制御部
１０ ヒータ駆動制御部 １１ リリーフ弁
１２ 燃料解放路 １３ モード切替え部
１４ 燃料噴射制御部 １５ ヒータ制御部（気相発生制御手段）
２１ 燃料噴射孔 ２２ 筒状本体
２３ ニードル弁 ２３ａ メイン・ピストン
２３ｃ サブ・ピストン ２４ コイルスプリング
２５ ソレノイド ２６ コイルバネ
２７ ヒータ(気泡発生手段) ３１ 第１の燃料供給路（流路）
３２ 制御室 ３３ 第２の燃料供給路
３３ａ インレットオリフィス ３４ 燃料排出路
３４ａ アウトレットオリフィス ３５ 背圧制御弁
３６ 中央処理装置(ＣＰＵ) ３７ 専用メモリ(ＲＯＭ)
３８ ランダムアクセスメモリ ３９ バックアップラム
４０ 入力ポート ４１ 出力ポート
４３，４４，４５，４６，４７,７５ バッファ
４８ マルチプレクサ ４９ Ａ／Ｄ変換器
５０ 波形整形回路 ５１，５２，５３ 駆動回路
５５ 燃料噴射弁 ５６ ノズルボディ
５７ リテーニングナット ５８ ノズルホルダ
５９ チップパッキン ６０ 噴孔
６１ 弁座 ６２ 摺動孔
６３ ニードル弁 ６５ 給油孔
６６ 燃料通路 ６７ 接続口
６８ ガイド部 ６９ ジャーナル部
７１ コイルバネ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、更に詳細にはディーゼル噴射に用いられる燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧着着火を行なうディーゼルエンジンの低速運転時や低負荷運転時においては、燃料室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼して、燃焼騒音や排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯx）が増加する、という問題が生じていた。
【０００３】
これを防止するために、燃料のメイン噴射に先だって予備的に噴射させるパイロット噴射を行なうことにより、その後に続くメイン噴射の燃料着火を効果的に行なうことができる。
【０００４】
そこで、前記問題を解決する方法として、このパイロット噴射を利用した特開平５―１６０９号公報に記載されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置が提案されている。
【０００５】
このディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置は、燃料をディーゼルエンジンに供給する分配型噴射ポンプを備えており、この分配型噴射ポンプは、燃料を高圧にする高圧室と燃料を貯溜する燃料室を有し、この高圧室と燃料室はスピル通路を介して連通している。
【０００６】
このスピル通路の途中には、高圧室の燃料の圧力を調整してディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料噴射ノズルによりパイロット噴射するとともに、パイロット噴射とメイン噴射の噴射間隔を調整するピエゾスピル弁が設けられている。
【０００７】
このピエゾスピル弁は上下動可能なバルブを備え、このバルブが移動することによりスピル通路が閉塞又は開放して、ディーゼルエンジンへの燃料の供給が継続又は停止する。バルブの移動は、このバルブの上方に設けられたピエゾ素子の変形によりバブル上面に作用する燃料の押圧力を変化させて行なわれる。
【０００８】
即ち、ピエゾ素子に電圧を印加するとこのピエゾ素子が伸張し、ピエゾ素子の電荷を解除するとピエゾ素子は収縮する。従って、ピエゾ素子に電圧を印加するタイミングやピエゾ素子の電荷を放電させるタイミングを調整することにより、バルブ上面に作用する燃料の押圧力が変化してバルブが移動する。
【０００９】
このバルブの移動によりパイロット噴射の開始時期、終了時期、及びメイン噴射の開始時期、終了時期を制御することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５―１６０９号公報に記載されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置のバルブにはこのバルブの下方にバネが設けられており、このバネによりバルブを常に上方に付勢している。
【００１１】
従って、バルブはピエゾ素子の変形によるバブル上面に作用する燃料の下方への押圧力と前記バネによる上方への押圧力の圧力差により移動するので、バルブの移動量にバラツキが生じ易く、所望の間隔を有したパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を所望の間隔にすることができない、という問題が生じた。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、噴射間隔を有するパイロット噴射とメイン噴射（以下、「間欠噴射」と記す。）において噴射間隔を所望に変更できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。本発明は、所定の供給圧力に蓄圧された燃料蓄圧室を燃料供給源とするとともに、燃料噴射孔から燃料を間欠的に噴射することにより、パイロット噴射とメイン噴射からなる間欠噴射を行う燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡の存在により一回の燃料噴射動作によって燃料を間欠的に供給し、前記気泡発生手段によって発生した気泡の大きさにより、前記パイロット噴射とメイン噴射との間の噴射間隔を制御することを特徴とする燃料噴射装置である。
【００１４】
気泡発生手段により流路内に気泡が発生し、この気泡を含む燃料を燃料噴射孔から供給することにより、燃料が間欠的に供給される。
気泡は気泡発生手段によりその大きさを任意に調整することができる。
【００１５】
気泡発生手段は流路内に気泡が発生する機能を有するものであればその種類は問はない。例えば、気泡発生手段はヒータであることが好ましい。
前記気泡発生手段を、前記流路の前記燃料噴射孔よりも上流側に、燃料噴射孔から所定の距離を有する位置に配置すると、気泡発生手段の位置から燃料噴射孔までの位置を、いわゆるパイロット噴射の燃料噴射量とすることができ、かつ、発生した気泡の大きさにより、その後のメイン噴射との間の噴射間隔を制御できる。
【００１６】
また、前記気泡発生手段を、燃料噴射孔より上流側に、燃料噴射孔からの距離を異ならせて複数設け、これら複数の気泡発生手段のいずれかを選択駆動するようにすることも可能である。このようにすると、燃料噴射孔から遠い方の気泡発生手段を選択駆動すれば、間欠的に噴射される燃料の量、例えばパイロット噴射量が多くなり、燃料噴射孔に近い方の気泡発生手段を選択駆動すれば、パイロット噴射量が少なくなる。
【００１７】
このように気泡発生手段を流路に複数個設け、任意の１つあるいは２つを選択して駆動することで、気泡の発生位置や発生量が、間欠度合いがさまざまに変化する。
【００１８】
また、本発明は、燃料噴射孔から燃料を噴射する燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡発生手段は、運転状況に応じて単位時間当たりに発生する気泡の量を制御することで、燃料中に含まれる気相の量を制御し、その結果、単位時間当たりの燃料供給量を制御する気相発生制御手段を有することを特徴とする燃料噴射装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射装置の実施の形態を、図１から図７に基づいて説明する。
＜装置の全体構成＞
図１に、燃料噴射装置の全体構成を示す。この装置は、燃料供給源である燃料タンク１から燃料を汲み上げて、所定圧力で送出する燃料ポンプ２（ロータリーサプライポンプ）と、この燃料ポンプ２から送出されて来る燃料を受け、所定の供給圧力に蓄圧する燃料蓄圧室３を備えている。
【００２０】
この燃料蓄圧室３には、複数の燃料供給路４が接続され、各燃料供給路４には、内燃機関に取り付けられた複数の燃料噴射弁５が接続されている。内燃機関がたとえば６気筒で、各気筒にそれぞれ１つの燃料噴射弁５を設けた場合、燃料供給路４、及び、燃料噴射弁５はそれぞれ６つとなる。
【００２１】
前記燃料蓄圧室３には、燃料圧センサ６が設けられ、燃料蓄圧室３内の燃料圧を検出するようになっている。さらに、この燃料圧センサ６は、コンピュータからなる制御装置７に接続されている。
【００２２】
この制御装置７には、アクセルペダルが踏み込まれた状態か否かを検出するアクセルセンサＳ１、内燃機関への吸気圧力を検出する吸気圧センサＳ２、内燃機関の冷却水の温度を検出する水温センサＳ３、内燃機関の回転数を検出する機関回転数センサ（ＮＥセンサ）Ｓ４、内燃機関への空気吸入量を検出するエアロフローメータＳ５、内燃機関のクランク軸の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に対するクランク軸の回転位置を検出するＧセンサＳ６、その他車両制御に必要な各種センサＳ７が接続されている。
【００２３】
また、制御装置７には、燃料ポンプ駆動制御部８、燃料噴射弁駆動制御部９、ヒータ駆動制御部１０、モード切替え部１３、燃料噴射制御部１４、ヒータ制御部（気相発生制御手段）１５が設けられている。燃料噴射弁駆動制御部９は燃料噴射制御部１４を経由してモード切替え部１３に接続されており、ヒータ駆動制御部１０はヒータ制御部１５に接続されている。これらは、前記各種センサからの情報を基に決定される運転条件に従って、燃料ポンプ２や燃料噴射弁５を駆動制御するようになっている。
【００２４】
制御装置７では、予め設定された定常運転用の目標圧力となるよう、燃料蓄圧室３内の燃料圧をフィードバック制御する。すなわち、前記燃料圧センサ６からの検出圧力が、前記目標圧力になるまで、前記燃料ポンプ２に駆動信号を送り、燃料の供給を継続し、目標圧力になったところで、前記燃料ポンプ２の駆動を停止する制御を繰り返す。
【００２５】
また、前記燃料蓄圧室３には、前記燃料蓄圧室３内の圧力が、前記目標圧力を越えた、所定の設定圧力となったとき、燃料蓄圧室３内の圧力を解放して逃がすリリーフ弁１１が設けられている。このリリーフ弁１１は、燃料供給源側すなわち燃料タンク１へと接続された燃料解放路１２に介在する形で設置される。
＜燃料噴射弁＞
図２に示したように、前記燃料噴射弁５は、先端に燃料噴射孔２１を有する筒状本体２２と、この筒状本体２２の内部に進退移動自在に設けられ、進出時に前記燃料噴射孔２１を閉じ、後退時に前記燃料噴射孔２１を開く針状のニードル弁２３（弁体）と、このニードル弁２３を閉方向に付勢する付勢手段としてのコイルスプリング２４とを備えている。
【００２６】
さらに、燃料噴射弁５は、燃料供給源である蓄圧室３から所定圧力で供給されてくる高圧燃料を前記燃料噴射孔２１へ導く第１の燃料供給路３１と、高圧燃料を受け入れて前記ニードル弁２３を閉方向に押圧する制御室３２と、前記第１の燃料供給路３１から分岐し、燃料供給源である蓄圧室３から所定圧力で供給されてくる高圧燃料を前記制御室３２へと導く第２の燃料供給路３３と、制御室３２内の高圧燃料を排出して制御室３２内の液圧を下げる燃料排出路３４とを備えている。
【００２７】
そして、第２の燃料供給路３３には、制御室３２への燃料流入量を決定するインレットオリフィス３３ａが設けられる一方、燃料排出路３４には燃料排出量を決定するアウトレットオリフィス３４ａが設けられている。これらインレットオリフィス３３ａとアウトレットオリフィス３４ａの通路断面積の比は、例えば、２：３といったように、アウトレットオリフィス３４ａをインレットオリフィス３３ａより大きく設定している。
【００２８】
また、前記ニードル弁２３は、前記制御室３２に臨み、制御室３２内の燃料圧力を受けてニードル弁２３を下降させるメイン・ピストン２３ａを有し、このメイン・ピストン２３ａに対し、ニードル弁２３の燃料噴射孔２１側に、サブ・ピストン２３ｃが設けられている。このサブ・ピストン２３ｃに臨むように、前記燃料噴射孔２１へと続く第１の燃料供給路３１の途中に燃料溜まり３１ａが設けられている。このため、燃料溜まり３１ａ内の燃料圧がサブ・ピストン２３ｃに加わり、ニードル弁２３を開く方向（図の上方）に押している。
【００２９】
このサブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧を受ける受圧面積Ｓｓは、前記メイン・ピストン２３ａが制御室３２内の燃料圧を受ける受圧面積Ｓｍより小さく設定されている。さらに、サブ・ピストン２３ｃのメインピストン２３ａ側に、ニードル弁２３を閉弁方向に付勢する前記コイルスプリング２４が配設されている。 前記メイン・ピストン２３ａが制御室３２内の燃料圧から受ける押圧力をＦｍ、前記サブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧から受ける押圧力をＦｓ、前記コイルスプリング２４の付勢力をＦｃとしたとき、定常時は、Ｆｍ＋Ｆｃ＞Ｆｓ、Ｆｃ＜Ｆｓである。
【００３０】
さらに、制御室３２からの燃料排出路３４に介在し、閉時には制御室３２に高圧燃料を封じ込め、開時には制御室３２から燃料排出路３４へと燃料を逃がす、常閉の背圧制御弁３５が設けられている。この背圧制御弁３５は、電磁弁で形成され、筒状本体２２内に設けられている。
【００３１】
背圧制御弁３５の上方にはソレノイド２５が設けられるとともに、背圧制御弁３５を常に下方に押圧するコイルバネ２６が設けられている。従って、ソレノイド２５に電流を流すことにより背圧制御弁３５が上方に移動して背圧制御弁３５が開放し、ソレノイド２５に電流を遮断することにより背圧制御弁３５が閉じられる。
【００３２】
そして、この背圧制御弁３５が閉じているときは、制御室３２に封じ込まれた燃料圧が上昇し、その燃料圧により、メイン・ピストン２３ａが押され、これにコイルスプリング２４の付勢力も加わってニードル弁２３が下降する。
【００３３】
その際、第１の燃料供給路３１から燃料溜まり３１ａにも制御室３２内に印加されたと同圧の燃料が導入され、サブ・ピストン２３ｃを押すが、その押圧力Ｆｓは、Ｆｍ＋Ｆｃに抗しきれないので、ニードル弁２３は燃料噴射孔２１を閉じた状態に保持される。
【００３４】
その後、背圧制御弁３５が開かれると、燃料排出路３４から制御室３２内の燃料が排出するが、このとき、アウトレットオリフィス３４ａをインレットオリフィス３３ａより大きく設定してあるため、制御室３２内への燃料流入量より制御室内からの燃料流出量が多くなり、その結果、制御室３２内の燃料圧が下降する。 そして、Ｆｍ＋Ｆｃ＜Ｆｓとなった時点で、コイルスプリング２４の付勢力に抗してニードル弁２３がリフトし、燃料噴射孔２１が開き、燃料噴射が開始される。
【００３５】
第１の燃料供給路３１の途中には第１の燃料供給路３１内を流れる燃料内に気泡を発生させるヒータ２７が設けられ、このヒータ２７は制御装置７に電気的に接続されている。ヒータ２７としては、例えばＺｒＢ2を用いる。
＜制御装置＞
図３に示したように、前記制御装置７は、中央処理装置（ＣＰＵ）３６、所定の制御プログラム及びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３７、ＣＰＵ３６の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３８、予め記憶されたデータを保存するバックアップラムＲＡＭ３９等と、これら各部と入力ポート４０及び出力ポート４１等とをバス４２によって接続した論理演算回路として構成されている。
【００３６】
ＣＰＵ３６は、内燃機関の運転状態に基づき、メイン噴射のみを行なう通常噴射モードと所定間隔でパイロット噴射及びメイン噴射を行なうパイロット噴射モードとを選択的に切り替えるモード切替部１３と、通常噴射モードからパイロット噴射モードに切り替えるに際、又は、パイロット噴射モードから通常噴射モードに切り替えるに際に、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、基準となる所定のクランク角度θａからのパイロット噴射開始タイミングθｐ、パイロット噴射終了タイミング（図示せず）、メイン噴射開始タイミングθM 及びメイン噴射終了タイミング（図示せず）をそれぞれ求め、パイロット噴射モードでの噴射間隔を設定する燃料噴射制御部１４、を備えている。ポスト噴射モードのときは、メイン噴射とポスト噴射との間の噴射間隔が所定時間に設定され、メイン噴射モードのときは、当該噴射間隔が０に設定される。
【００３７】
また、ＣＰＵ３６は、通常噴射モードからパイロット噴射モードに切り替えるに際に、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、ヒータ２７に通電する電圧値と通電時間を求めるヒータ制御部１５と、このヒータ制御部１５に基づいてヒータ２７を駆動制御するヒータ駆動制御部１０を備えている。
【００３８】
さらに、ＣＰＵ３６は、燃料噴射制御部１４で決定される運転条件に従って燃料噴射弁５のソレノイド２５の通電時間を制御する燃料噴射弁駆動制御部９と、燃料圧センサ６等の検出値に基づき、燃料ポンプ２の駆動を制御する燃料ポンプ駆動制御部８を備えている。
【００３９】
入力ポート４０には、前記アクセルセンサＳ１、エアロフローメータＳ５、吸気圧センサＳ２、水温センサＳ３、ＧセンサＳ６、その他各種センサＳ７が、バッファ４３，４４，４５，４６，４７,７５、マルチプレクサ４８及びＡ／Ｄ変換器４９を介して接続されている。また、入力ポート４０には、前記機関回転数センサＳ４が波形整形回路５０を介して接続されている。
【００４０】
ＣＰＵ３６は入力ポート４０を介して入力される各センサの検出信号を入力値として読み込む。また、出力ポート４１には各駆動回路５１，５２，５３を介してソレノイド２５、ヒータ２７、燃料ポンプ２等が接続されている。そして、ＣＰＵ３６は、各センサから読み込んだ入力値に基づき、ソレノイド２５、ヒータ２７、燃料ポンプ２等の運転を制御する。
＜装置の作用＞
次に、燃料噴射装置の作用を説明する。図４のフローチャートは、ＣＰＵ３６によって実行される各処理のうち、パイロット噴射及びメイン噴射が行なわれるパイロット噴射モードと、メイン噴射のみが行なわれる通常噴射モードを示している。
【００４１】
燃料噴射制御中に、ＣＰＵ３６はステップ１０１で、アクセルセンサＳ１等の検出値に基づいて内燃機関の運転状態を判断する。この判断は、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているエンジン回転数とアクセル開度をパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４２】
内燃機関の運転状態が低回転且つ低負荷であると判断した時に、燃料噴射制御部１４は、その内燃機関の運転状態に基づき、図５に示すように、基準となる所定のクランク角θaからパイロット噴射開始タイミングθP、パイロット噴射終了タイミング（図示せず）、メイン噴射開始タイミングθM 及びメイン噴射開始タイミング（図示せず）をそれぞれ算出するとともに、パイロット噴射間隔ｔ1 を算出する（ステップ１０３）。
【００４３】
次に、ステップ１０５において、ＣＰＵ３６は前記算出したパイロット噴射間隔ｔ1 に基づいてヒータ２７に通電する電圧値を読み込む。この読み込みは、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているパイロット噴射間隔ｔとヒータに通電する電圧値をパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４４】
次に、ステップ１０７において、ヒータ制御部１５は前記読み込んだ電圧値を基にヒータ制御駆動部１０を制御してヒータ２７に通電する。即ち、燃料噴射前に予めヒータ２７に通電して第１の燃料供給路３１内に気泡を発生させ、パイロット噴射量を既定しておく。
【００４５】
ここで、気泡の発生を図６を用いて説明する。同図（ａ）は、ヒータ２７に電圧が印加される前の状態を示している。この状態からヒータ２７に電圧を印加すると同図（ｂ）に示すように、ヒータ２７の表面が急熱し、その表面に接する燃料の温度が急上昇する。その結果、膜沸騰現象が生じて燃料内に気泡が発生する。そして、さらに一定時間が経過すると同図（ｃ）に示すように、その気泡は膨張して第１の燃料供給路３１内を流通する燃料を遮断する。
【００４６】
次に、ＣＰＵ３６の燃料噴射弁駆動制御部９は、前記パイロット噴射開始タイミングθP、メイン噴射終了タイミングを基に、パイロット噴射の開始からメイン噴射の終了までの間を通電するように、ソレノイド２５の通電時間を制御する。
【００４７】
従って、ステップ１０９において、燃料噴射装置が前記通電時間の間、燃料噴射をすると、すでにヒータで気泡が燃料中に形成されているので、最初パイロット噴射がされ、その後、燃料内に発生した気泡によるパイロット噴射間隔ｔ1 を経て、メイン噴射がなされる。
【００４８】
そして、次の処理を実行すべくステップ１０１に帰還する。
前記ステップ１０１において、ＣＰＵ３６が内燃機関の運転状態が低回転且つ低負荷でないと判断した時には、ステップ１１１において、そのときの内燃機関の運転状態に基づき、メイン噴射開始タイミングθMを読み込む。この読み込みは、例えば、ＲＯＭ３７に予め記憶されているエンジン回転数ＮＥとメイン噴射開始タイミングθMをパラメータとするマップを参照して行なわれる。
【００４９】
次に、ステップ１１３において、ＣＰＵ３６のヒータ制御部１５はヒータが加熱することがないよいように、ヒータ２７への通電を遮断する。そして、ＣＰＵ３６の燃料噴射弁駆動制御部９は読み込んだメイン噴射開始タイミングθMを基に、燃料噴射弁５のソレノイド２５の通電時期を制御してメイン噴射を実行する（ステップ１０９）。このときは、ヒータへの通電がないため、気泡は発生せず、よって、パイロット噴射のないメイン噴射となる。そして、次の処理を実行すべくステップ１０１に帰還する。
【００５０】
第１の実施の形態における燃料噴射装置によれば、燃料噴射弁５の第１の燃料供給路３１の途中にヒータ２７を設けることにより、第１の燃料供給路３１内に気泡が発生する。このため、所望の間隔を有するパイロット噴射とメイン噴射からなる間欠噴射を行なうことができる。
【００５１】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以下のように任意に変更してもよい。
前記実施の形態の燃料噴射弁５は、メイン・ピストン２３ａが受ける制御室３２内の燃料圧による押圧力Ｆｍとコイルスプリング２４の付勢力Ｆｃの合力（Ｆｍ＋Ｆｃ）がサブ・ピストン２３ｃが燃料溜まり３１ａ内の燃料圧から受ける押圧力Ｆｓよりも大きくなると、ニードル弁２３が下方に移動して燃料噴出孔２１を閉塞する。
【００５２】
一方、背圧制御弁３５が上方に移動して制御室３２内の燃料圧が減少し、前記合力（Ｆｍ＋Ｆｃ）が燃料溜まり３１ａ内の燃料圧による押圧力Ｆｓよりも小さくなと、ニードル弁２３が上方に移動して燃料噴出孔２１が開放する。
【００５３】
しかしながら、図７に示す燃料噴射弁５５のように、ニードル弁６３を下方に押圧する力はコイルばね７１の押圧力のみである様に構成してもよい。
即ち、燃料噴射弁５５はノズルボディ５６を有しており、このノズルボディ５６は、リテーニングナット５７を介してノズルホルダ５８に取付られている。ノズルボディ５６とノズルホルダ５８の間にはチップパッキン５９が挟着されており、これらノズルボディ５６とノズルホルダ５８を油密に連結している。
【００５４】
ノズルボディ５６は一端に、少なくとも１個の噴孔６０を開口するとともにこの噴孔６０に連なる弁座６１を形成し、他端にノズルボディ５６の軸線と同軸状をなした摺動孔６２を有している。この摺動孔６２には、軸方向に摺動可能なニードル弁６３が油密に嵌挿されている。
【００５５】
ノズルボディ５６内には、弁座６１及び摺動孔６２に連通しかつニードル弁６３を内包する油溜り６４が形成されるとともに、この油溜り６４とノズルボディ５６の他端とに連通する給油孔６５が穿設されている。この給油孔６５はノズルホルダ５８の壁内に形成した燃料通路６６を介してノズルホルダ５８の端部に形成した接続口６７に連通している。この接続口６７は噴射パイプ（図示せず）を通じて燃料ポンプ２に接続されている。従って、燃料ポンプ２から供給された燃料は、燃料通路６６と給油孔６５を通って油溜り６４に送られる。
【００５６】
ニードル弁６３のガイド部６８の上部にはジャーナル部６９が突出されており、このジャーナル部６９の先端は、ノズルホルダ５８に形成したばね室７０に臨まれている。このばね室７０には燃料噴射の開弁圧を設定するコイルばね７１が収容されている。このコイルバネ７１は、下端がばね座７２を介してジャーナル部６９に当接しており、上端はばね室７０の天井面にシム７３を介して当接している。
【００５７】
燃料通路６６の下流側にはヒータ２７が設けられている。このヒータ２７に通電すると燃料通路６６内を流れる燃料が加熱されて、燃料内に気泡が発生する。従って、気泡の発生量を調整（ヒータ２７への印加電圧値を調整）することにより燃料の間欠噴射が可能になり、燃料の噴射特性を変化させることができる。ここで、ヒータ２７は燃料噴射孔６０よりも上流側に、燃料噴射孔６０から所定の距離を有する位置に配置されるが、このヒータ２７の燃料噴射孔６０からの距離により、間欠で噴射される燃料の量（パイロット噴射量）が規定される。
【００５８】
図７における実施例では、ヒータ２７が１個設けられているが、複数のヒータ２７を燃料通路６６に設けることもできる。複数のヒータ２７を設ける場合には、燃料噴射孔６０から所定の距離をとり、かつ、隣接するヒータ２７間の間隔を一定にして配置してもよいし、任意の間隔を有して配置してもよい。すなわち、ヒータ２７を燃料噴射孔６０より上流側に、燃料噴射孔６０からの距離を異ならせて複数設ける。ここでは、燃料噴射孔６０からの距離が問題となる。その距離がパイロット噴射量を決定するからである。
【００５９】
複数のヒータ２７のうち、燃料噴射孔６０から近いヒータ２７又は遠いヒータ２７のいずれかを任意に選択し、この選択したヒータ２７に通電することにより、所望の間隔の間欠噴射を行なうことができる。
【００６０】
このようにニードル弁６３を下方に押圧する力をコイルばね７１の押圧力のみにすることにより、燃料噴射弁５５の構造をより簡素にすることができるとともに、制御回路の複雑化を防止してより安価な燃料噴射装置を提供することができる。
＜その他の例＞
前記例において、気泡発生手段としてのヒータの駆動を制御し、運転状況に応じて単位時間当たりに発生する気泡の量を制御することで、燃料中に含まれる気相の量を制御する気相発生制御手段でコントロールするようにしてもよい。
【００６１】
すなわち、単位時間当たりに噴射される燃料の量に含まれる気相を０％以上、１００％未満とすることで、単位時間当たりの燃料供給量を制御することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射孔から燃料を間欠的に噴射する燃料噴射装置において、燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、この気泡の存在により燃料を間欠的に供給することにより、燃料の間欠噴射を容易に行なうことができる。
【００６３】
また、気泡発生手段は流路内の燃料を加熱するヒータである場合には、流路内の燃料を容易に加熱して流路内に気泡を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の概略構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の燃料噴射弁の断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態において、パイロット噴射モード又は通常噴射モードの処理を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置のパイロット噴射モードのタイミングチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置のヒータにより気泡が発生する作用を示す説明図である。
【図７】 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射装置の他の燃料噴射弁の断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク １Ｓ アクセルセンサ
２ 燃料ポンプ(燃料供給源) ２Ｓ 吸気圧センサ
３ 燃料蓄圧室 ３Ｓ 水温センサ
４ 燃料供給路 ４Ｓ 機関回転数センサ(ＮＥセンサ)
５ 燃料噴射弁 ５Ｓ エアロフローメータ
６ 燃料圧センサ ６Ｓ Ｇセンサ
７ 制御装置 ７Ｓ 各種センサＳ
８ 燃料ポンプ駆動制御部 ９ 燃料噴射弁駆動制御部
１０ ヒータ駆動制御部 １１ リリーフ弁
１２ 燃料解放路 １３ モード切替え部
１４ 燃料噴射制御部 １５ ヒータ制御部（気相発生制御手段）
２１ 燃料噴射孔 ２２ 筒状本体
２３ ニードル弁 ２３ａ メイン・ピストン
２３ｃ サブ・ピストン ２４ コイルスプリング
２５ ソレノイド ２６ コイルバネ
２７ ヒータ(気泡発生手段) ３１ 第１の燃料供給路（流路）
３２ 制御室 ３３ 第２の燃料供給路
３３ａ インレットオリフィス ３４ 燃料排出路
３４ａ アウトレットオリフィス ３５ 背圧制御弁
３６ 中央処理装置(ＣＰＵ) ３７ 専用メモリ(ＲＯＭ)
３８ ランダムアクセスメモリ ３９ バックアップラム
４０ 入力ポート ４１ 出力ポート
４３，４４，４５，４６，４７,７５ バッファ
４８ マルチプレクサ ４９ Ａ／Ｄ変換器
５０ 波形整形回路 ５１，５２，５３ 駆動回路
５５ 燃料噴射弁 ５６ ノズルボディ
５７ リテーニングナット ５８ ノズルホルダ
５９ チップパッキン ６０ 噴孔
６１ 弁座 ６２ 摺動孔
６３ ニードル弁 ６５ 給油孔
６６ 燃料通路 ６７ 接続口
６８ ガイド部 ６９ ジャーナル部
７１ コイルバネ
Claims (4)
- 所定の供給圧力に蓄圧された燃料蓄圧室を燃料供給源とするとともに、燃料噴射孔から燃料を間欠的に噴射することにより、パイロット噴射とメイン噴射からなる間欠噴射を行う燃料噴射装置において、
燃料供給源から燃料噴射孔へと案内する流路の途中に流路内に気泡を発生する気泡発生手段を備え、
この気泡の存在により一回の燃料噴射動作によって燃料を間欠的に供給し、
前記気泡発生手段によって発生した気泡の大きさにより、前記パイロット噴射とメイン噴射との間の噴射間隔を制御することを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記気泡発生手段は流路内の燃料を加熱するヒータであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
- 前記気泡発生手段は、前記流路の前記燃料噴射孔よりも上流側に、燃料噴射孔から所定の距離を有する位置に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
- 前記気泡発生手段は、燃料噴射孔より上流側に、燃料噴射孔からの距離を異ならせて複数設けられ、これら複数の気泡発生手段のいずれかを選択駆動することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
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