WO2017130526A1 - 燃料噴射弁の制御装置 - Google Patents

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WO2017130526A1
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injection valve
fuel
fuel injection
control device
fluid
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知幸 保坂
泰介 杉井
石井　英二
助川　義寛
猿渡　匡行
一浩 押領司
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a fuel injection valve used in an internal combustion engine such as a gasoline engine.
  • Patent Document 1 describes a technique in which two fuel injection valves are provided per cylinder, the first fuel injection valve is used during homogeneous combustion, and the second fuel injection valve is used during stratified combustion.
  • Patent Document 1 discloses a technique that uses a fuel injection valve with a large static flow of the fuel injection valve during homogeneous combustion, and uses a fuel injection valve with a small static flow and short penetration during stratified combustion.
  • In-cylinder injection engines have a homogeneous combustion mode in which fuel is injected during the intake stroke when operating at a high load to form a homogeneous mixture in the cylinder and burned, and a compression stroke when the load is relatively low.
  • a stratified combustion mode is known in which fuel is injected at a later stage and a rich air-fuel mixture is stratified and burned around the spark plug.
  • the air-fuel ratio in the entire cylinder is burned at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, so in order to ignite stably, it is necessary to arrange fuel of an appropriate concentration around the spark plug. For this reason, a fuel injection valve and an ignition plug are arranged close to the center of the upper part of the combustion chamber, fuel is injected from the fuel injection valve toward the vicinity of the electrode of the ignition plug, and this fuel is ignited by the ignition plug.
  • a guide system has been devised. In this method, since the distance from the injection point to the spark plug is close, the required spray reach distance is very small. For this reason, a fuel injection valve with small spray penetration (penetration) is required.
  • Patent Document 1 In the technology disclosed in Patent Document 1, two fuel injection valves are provided per cylinder, the first fuel injection valve having a long penetration is used during homogeneous combustion, and the second fuel injection valve having a short penetration is stratified. By using it at the time of combustion, an optimal spray can be formed in each of the homogeneous combustion mode and the stratified combustion mode, and high performance can be obtained.
  • the strength of the tumble flow changes depending on the engine speed.
  • the moving speed of the piston is fast, and the flow rate of the gas flowing into the cylinder per unit time increases, so that the tumble flow becomes strong. For this reason, spraying with a long penetration is required in order not to flow in the tumble flow.
  • an object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of forming a homogeneous air-fuel mixture and its control device in homogeneous combustion at low engine speed.
  • a control device for a fuel injection valve is configured separately from a fuel injection valve, is provided with a fluid injection valve having a function of injecting fluid, and fuel is supplied from the fuel injection valve. After controlling to inject, it provided the control part which controls a fluid injection valve to inject the fluid from a fluid injection valve and to stir the fuel injected from the fuel injection valve.
  • a homogeneous air-fuel mixture can be formed in homogeneous combustion at low engine speed.
  • Other configurations, operations, and effects of the present invention will be described in detail in the following examples.
  • a fuel injection valve control apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of a cylinder injection engine. The basic operation of the direct injection engine will be described with reference to FIG.
  • a combustion chamber 104 is formed by a cylinder head 101, a cylinder block 102, and a piston 103 inserted into the cylinder block 102, and an intake pipe 105 and an exhaust pipe 106 are branched into two toward the fuel chamber 104. It is connected.
  • An intake valve 107 is provided at the opening of the intake pipe 105, and an exhaust valve 108 is provided at the opening of the exhaust pipe 106, and operates so as to open and close by a cam operation method.
  • the piston 103 is connected to the crankshaft 115 via a connecting rod 114, and the engine speed can be detected by the crank angle sensor 116.
  • the value of the rotational speed is sent to an ECU (Engine Control Unit) 118.
  • a cell motor (not shown) is connected to the crankshaft 115, and when starting the engine, the crankshaft 115 can be rotated and started by the cell motor.
  • the cylinder block 102 is provided with a water temperature sensor 117 and can detect the temperature of engine coolant (not shown). The temperature of the engine cooling water is sent to the ECU 118.
  • FIG. 1 shows only one cylinder, but a collector (not shown) is provided upstream of the intake pipe 105 to distribute air to each cylinder.
  • An air flow sensor and a throttle valve are provided upstream of the collector, and the amount of air taken into the fuel chamber 104 can be adjusted by the opening of the throttle valve.
  • Fuel is stored in the fuel tank 109 and sent to the high-pressure fuel pump 111 by the feed pump 110.
  • the feed pump 110 boosts the fuel to about 0.3 MPa and sends it to the high-pressure fuel pump 111.
  • the fuel boosted by the high pressure fuel pump 111 is sent to the common rail 112.
  • the high pressure fuel pump 111 boosts the fuel to about 30 MPa and sends it to the common rail 112.
  • a fuel pressure sensor 113 is provided on the common rail 112 to detect the fuel pressure. The value of the fuel pressure is sent to the ECU 118.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the cylinder injection section in the cylinder center section.
  • a fuel injection valve 119 is provided at the upper part in the axial direction of the cylinder and at the center in the radial direction. Furthermore, the fluid injection valve 121 is provided in the radial side surface portion.
  • the spark plug 120 is provided in the vicinity of the exhaust pipe 106.
  • the ECU 118 can monitor the signal of the sensor and control the operation of devices such as the fuel injection valve 119, the spark plug 120, and the high-pressure fuel pump 111.
  • the ROM of the ECU 118 set values of various devices corresponding to commonly used engine speed, water temperature, and air-fuel ratio are recorded as map data.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of the fuel injection valve according to the present embodiment.
  • the fuel is supplied from the fuel supply port 200 and supplied into the fuel injection valve.
  • the electromagnetic fuel injection valve 119 shown in FIG. 3 is a normally closed electromagnetic drive type, and the fuel is sealed when there is no energization.
  • the supplied fuel pressure is in the range of about 1 MPa to 50 MPa.
  • fuel injection is started.
  • the energy given as the fuel pressure is converted into kinetic energy and injected into the fuel injection hole vacated at the lower end of the fuel injection valve.
  • the injected fuel is atomized by the shearing force with the atmosphere to form a fuel spray 201.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the lower end portion of the fuel injection valve, which includes a seat member 202 and a valve body 203.
  • the seat member 202 includes a valve seat surface 204 and a plurality of fuel injection holes 205.
  • the valve seat surface 204 and the valve body 203 extend symmetrically about the valve body central axis 206.
  • the fuel passes through the gap between the seat member 202 and the valve body 203 and is injected from the injection hole 205.
  • the fuel is injected in the direction of the nozzle hole shaft 207 and atomized by a shearing force with the gas.
  • the nozzle form of the fuel injection valve 119, the fuel pressure, and the like are set so that the Sauter average particle diameter of the injected fuel droplets is approximately 30 ⁇ m or less.
  • FIG. 5 is a flowchart of the injection control according to the present embodiment.
  • the combustion mode indicated by the control S01 is determined.
  • the combustion mode is determined from the engine torque and the rotational speed by the combustion mode map shown in FIG.
  • the control S08 and subsequent steps are performed in the normal stratified combustion mode. If the homogeneous combustion mode is determined, the rotational speed is determined in control S02. If the rotational speed is not more than the predetermined number, control S03 and subsequent steps are performed. In other cases, control S06 and subsequent steps are performed in the normal homogeneous combustion mode.
  • control S03 injection is performed from the fluid injection valve after injection from the fuel injection valve in the intake stroke. After injection is performed from the fluid injection valve in the intake stroke in control S03, ignition is performed by control S05 in the latter half of the compression stroke.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of current pulses for operating the fuel injection valve and the fluid injection valve in the present embodiment.
  • the internal combustion engine according to the present embodiment is provided with a fluid injection valve that is configured separately from the fuel injection valve and has a function of injecting fluid.
  • FIG. 8 is a view showing a combustion chamber of the internal combustion engine according to this embodiment.
  • the fuel chamber 104 is provided with a fluid injection valve 121 separate from the fuel injection valve 119 as a stirring mechanism, and the drive of the fluid injection valve 121 is controlled by the ECU 118.
  • the ECU 118 includes a CPU (Central Processing Unit), and controls the fuel injection valve 119 to inject fuel according to a command from the ECU 118 (control unit), and then injects fluid from the fluid injection valve 121. Then, the fuel injection valve 119 and the fluid injection valve 121 are controlled to agitate the fuel injected from the fuel injection valve.
  • CPU Central Processing Unit
  • the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the fuel injection valve 119 to inject fuel into the combustion chamber 104 by the control S03 shown in FIG. At this time, penetration L A spray 300 injected from the fuel injection valve, it is preferable to set the penetration and injection timing so as not to adhere to the wall surface. At low speed, since the tumble flow in the cylinder is weak, the spray 300 is not flowed by the tumble flow but drifts in the cylinder.
  • the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the fluid injection valve 121 by the control S04 to inject the fluid into the combustion chamber 104.
  • the injected fluid 302 agitates the spray 300 injected from the fuel injection valve and forms a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber 104.
  • the fuel is agitated in the combustion chamber by injecting the fluid injection valve after being delayed from the fuel injection valve. Thereby, even when the air flow in the cylinder is slow, a homogeneous air-fuel mixture can be formed.
  • a homogeneous air-fuel mixture can be formed in homogeneous combustion at a low engine speed.
  • the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the spark plug 120 by the control S05 shown in FIG. 5 to ignite by spark ignition, and burns the air-fuel mixture in the combustion chamber 104.
  • the internal combustion engine provided with the spark plug is described as an example.
  • the effect of the present embodiment can be similarly obtained in a compression self-ignition internal combustion engine that does not include the spark plug.
  • a present Example does not limit the position of a fuel injection valve, it can inject a fuel in a wider range by arrange
  • the fluid injection valve 121 is provided on the side surface to form a vertical vortex 303 in the cylinder.
  • the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 can be suitably agitated.
  • the distance between the fluid injection valve 121 and the wall surface as much as possible, when the fluid injected from the fluid injection valve 121 is fuel, the amount of fuel adhering to the wall surface can be reduced.
  • the tumble flow forms a vortex in the longitudinal direction, and this vortex forms a homogeneous mixture in the cylinder.
  • the fluid jet valve 121 can form a vertical vortex to form a homogeneous mixture as obtained at high rotation. it can.
  • the fuel injection valve 119 is attached to the upper part of the internal combustion engine, and the fluid injection valve 121 is attached to the side surface of the internal combustion engine, so that the homogeneity of the air-fuel mixture can be increased.
  • the effect of the invention does not limit the arrangement of the fuel injection valve and the arrangement of the spark plug.
  • the effects of the invention are effective even when the fuel injection valve 119 and the fluid injection valve 121 are arranged in reverse.
  • at least one spray direction may be directed to the ignition plug in order to improve combustion stability during stratified combustion.
  • the fuel injection timing is set to 60 deg, for example, where the top dead center is 0 deg. That is, the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the fuel injection valve 119 to inject fuel while the piston is lowered, and then injects fluid from the fluid injection valve 121 and the fuel injected from the fuel injection valve.
  • the fuel injection valve 119 and the fluid injection valve 121 are controlled to agitate the fuel.
  • the piston moving direction 305 the fluid flows downward into the cylinder, and the flow of the fluid 302 can be assisted.
  • the vertical vortex 303 in the cylinder is strengthened, and the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 can be suitably stirred.
  • the injection hole axis of the fuel injection valve 119 and the injection hole axis of the fluid injection valve 121 intersect each other on the spark plug side with respect to the piston in a state where the piston is at the bottom dead center. That is, as shown in FIG. 8, it is preferable that the intersection 304 exists on the spark plug side with respect to the piston. Further, when the fluid 302 has an angle ⁇ 2 , it is preferable that an intersection exists within the range of the angle ⁇ 2 . When the intersection exists, the fluid 302 ejected from the fluid ejection valve collides with the spray 300. When the fluid 302 collides with the spray 300, the exchange of momentum occurs, and the fuel is more appropriately stirred in the cylinder. From the above, a homogeneous air-fuel mixture can be suitably formed.
  • the fluid injection valve described above may be a fuel injection valve for agitation separate from the fuel injection valve, and the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the fuel injection for agitation with respect to the penetration of the spray from the fuel injection valve. It is good to control so that the penetration of the spray from a valve may become long. Thereby, the effect of the same invention is acquired.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a general relationship between the injection speed and the penetration. When the injection speeds V A and V B have a relationship of V A ⁇ V B , the penetration is L A ⁇ L B. For this reason, the penetration increases when the injection speed is high.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between the kinetic energy of the fluid and the ejection speed. When the injection speed V A and V B is related to V A ⁇ V B, the kinetic energy of the fluid becomes E A ⁇ E B.
  • the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 is the kinetic energy of the fluid 302 (the stirring fuel spray 302 in this embodiment) injected from the fluid injection valve 121 (the stirring fuel injection valve in this embodiment).
  • the kinetic energy of the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 is larger than that, the fluid flows downward into the cylinder, and the vertical vortex 303 is formed, so that the fuel is injected from the fuel injection valve 119.
  • the spray 300 can be stirred to form a homogeneous mixture in the cylinder.
  • FIG. 11 is a flowchart of the injection control according to the present embodiment, and is the same diagram as FIG.
  • control S13 after injecting from the fuel injection valve 119 in the intake stroke, fluid is injected from the stirring fuel injection valve in control S14.
  • the injected spray 302 agitates the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 and forms a homogeneous air-fuel mixture in the combustion chamber 104.
  • FIG. 12 shows the relationship between the current pulse for operating the fuel injection valve 119 and the stirring fuel injection valve 121 and the piston position.
  • Time T 1 is the injection start time of the fuel injection valve 119
  • time T 2 is the injection start time of the fuel injection valve 121.
  • Time T 2 in FIG. 11 by controlling such that in the vicinity of the piston bottom dead center, it is possible to reduce the adhesion of fuel to the wall surface.
  • the injection timing of the fuel injection valve 121 is, for example, between -20 deg and +20 deg from the bottom dead center. With the above control, it is possible to achieve both reduction in the amount of fuel adhering to the wall surface and air flow enhancement in the cylinder.
  • the injection timings of the time T 1 and the time T 2 are not limited to the intake stroke, but in order to sufficiently perform mixing and vaporization, it is desirable that the injection is performed in the intake stroke when the piston is descending.
  • the penetration length of the fuel injection valve 121 be optimized so as to increase the homogeneity within a range where it does not adhere to the piston.
  • the fuel spray 302 is set so that the penetration is shortened, so that the adhesion to the piston and cylinder wall surfaces is reduced.
  • the penetration L B is set as the distance from the fuel injection valve to the piston at a certain crank angle ⁇ , the homogeneity of the air-fuel mixture can be increased while suitably suppressing adhesion.
  • FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of the nozzle hole 205 in the same cross section as FIG.
  • the valve body 206 and the valve seat surface 204 are in contact at the ground contact point 400 when the valve is closed, and are separated by a stroke amount St when the valve is opened.
  • the fuel flows radially inward toward the central axis 206 of the valve body, passes through the path of the streamline 401, flows into the injection hole 402 from the injection hole inlet 404, and is injected from the injection hole outlet 405.
  • Part of the fuel once flows into the sac chamber 403 and then flows into the nozzle hole 402.
  • the amount of fuel flowing in is controlled by the stroke amount St, and the flow rate is larger when St is larger than when St is small. Since the fluid velocity becomes longer when the flow rate is large, the penetration can be set by the stroke amount St.
  • penetration can be set by the ratio L / D of the length L of the nozzle hole and the outlet diameter D.
  • L / D the injection speed increases and the penetration becomes longer.
  • the fluid injection valve 121 is a fuel injection valve for stirring separately from the fuel injection valve 119, and the L / D of the injection hole formed in the fuel injection valve for stirring is lower than that of the fuel injection valve 119.
  • the combustion rate can be increased while increasing the homogeneity of the air-fuel mixture.
  • combustion can be performed in a short period of time, and the isovolume of the combustion process can be increased. Increased isovolume improves thermal efficiency and fuel efficiency.
  • the propagation speed of the flame has a correlation with the turbulent kinetic energy, and the larger the turbulent kinetic energy, the higher the combustion speed can be expected.
  • This embodiment works suitably when the engine speed is low and the air flow in the cylinder is slow. For this reason, for example, it can be used when starting the engine.
  • a warm-up operation may be performed for the purpose of warming up the catalyst.
  • the catalyst is warmed up while increasing the homogeneity of the air-fuel mixture by controlling the exhaust temperature by, for example, retarding the ignition timing. Can be done.
  • the CPU (control unit) of the ECU 118 controls the fuel injection valve to inject during one stroke of the piston, and then the fluid injection valve is moved from the fuel injection valve in a state where the piston of the internal combustion engine is near bottom dead center. Control is performed so that the fuel to be injected is agitated, and when the internal combustion engine is in a warm-up operation, the control is switched to control that retards the ignition timing. Thereby, warming up of a catalyst can be performed suitably, raising the homogeneity of air-fuel
  • the effect of the present invention is not limited to the case where the rotational speed is low, and the same effect can be obtained when the air flow in the cylinder is slow.
  • the intake valve is opened near the top dead center, and the negative pressure inside the cylinder is not sufficient.
  • a fuel injection valve according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • a fuel injection valve 121 for stirring which is separate from the fuel injection valve 119, is provided as the air-fuel mixture stirring means.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • a high-pressure fuel pump 310 is provided separately from the high-pressure fuel pump 111, and fuel is sent from the fuel tank 109 to the feed pump 110 to the high-pressure fuel pump 310.
  • the fuel boosted by the high-pressure fuel pump 310 is sent to the common rail 311.
  • a fuel pressure sensor 312 is provided on the common rail 311 to detect the fuel pressure. At this time, by applying a higher fuel pressure to the agitation fuel injection valve 121 than to the fuel injection valve 119, the penetration of the spray injected from the agitation fuel injection valve 121 can be lengthened.
  • the agitation fluid injection valve 121 is a fuel injection valve for agitation separate from the fuel injection valve 119, and the fuel pressure applied to the agitation fuel injection valve 121 is larger than that of the fuel injection valve 119.
  • the spray 300 injected from the fuel injection valve 119 can be stirred, and a homogeneous air-fuel mixture can be formed in the cylinder.
  • a fuel injection valve according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
  • a gas injection valve 501 for stirring, a common rail 500 for injecting gas, and a tank for storing gas are separated from the fuel injection valve 119. 501, a pressure adjustment valve 503 that adjusts the flow rate of gas, and a flow meter 504.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • gaseous fuel such as CNG is injected.
  • the control method is the same as in the first embodiment.
  • air may be injected from the gas injection valve 501.
  • a compressor instead of a tank for storing gas and supply air from the intake port.
  • a part of the recirculated exhaust gas may be injected from the gas injection valve 501. That is, the CPU (control unit) of the ECU 118 controls to inject the air or the recirculated exhaust gas from the stirring gas injection valve 501 and to stir the fuel injected from the fuel injection valve 119. Also in this case, like the air, the recirculated exhaust gas is pressurized by the compressor and injected from the gas injection valve 501.
  • the injection timing from the fluid injection valve is not related to the position of the piston.
  • the CPU (control unit) of the ECU 118 controls to inject fuel from the fuel injection valve in a state where the piston is from 40 deg to 60 deg, and then injects the fluid injection valve in a state where the piston is from 60 deg to 80 deg, Since fuel mixes with gas at an early stage and vaporizes, the adhesion of fuel to the wall surface can be suitably reduced.
  • Valve body 204 ... Valve seat surface 205 ... Injection hole 206 ... Valve element central axis 207 ... Injection hole axis 400 ... Ground point 401 ... Streamline 402 ... Injection hole 403 ... Suck chamber 404 ... Injection hole inlet 405 ... Injection hole outlet 406 ... Injection hole central axis

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Abstract

エンジン低回転時の均質燃焼において、均質な混合気を形成可能な燃料噴射弁及びその制御装置を提供する。 本発明の燃料噴射弁の制御装置は、燃料噴射弁（119）とは別体で構成され、流体を噴射する機能を有する流体噴射弁（121）が設けられ、燃料噴射弁（119）から燃料を噴射するように制御した後、流体噴射弁（121）から流体を噴射し、燃料噴射弁（119）から噴射された燃料を撹拌するように流体噴射弁（121）を制御する制御部を備えた。

Description

燃料噴射弁の制御装置
本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁の制御装置に関する。
　近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。しかし、筒内噴射式エンジンは噴射地点から壁面までの距離が短いため燃料が燃焼室内に付着しやすく、温度の低い壁面に付着した燃料が不完全燃焼することで発生する粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の抑制が課題となっている。この課題を解決し、低燃費かつ低排ガスの直噴エンジンを開発するためには、燃焼室内の燃焼の最適化が必要である。
　自動車の運転には、高負荷運転、低負荷運転、冷間始動等、様々な運転状況が存在する。
そのため、筒内噴射式エンジンでは、運転状況によって最適な燃焼を行うために、筒内に均質な混合気を形成させて燃焼させる均質燃焼と、点火プラグの周りに濃い混合気を形成する成層燃焼を使い分けている。
　均質燃焼と成層燃焼を両立するために、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を１気筒当り複数設ける方法が提案されている。例えば、特許文献１では、1気筒当り２本の燃料噴射弁を備え、第1の燃料噴射弁を均質燃焼時に使用し、第２の燃料噴射弁を成層燃焼時に使用する技術が記載されている。特許文献１では、均質燃焼時に、燃料噴射弁の静流が大きい燃料噴射弁を使用し、成層燃焼時に静流が小さくペネトレーションの短い燃料噴射弁を使用する技術が開示されている。
特開２０１０－１９６５０６号公報
　筒内噴射式エンジンには、高負荷での運転時には吸気行程に燃料を噴射し、筒内に均質な混合気を形成し燃焼させる均質燃焼モードと、負荷が比較的に低い場合に圧縮行程の後期に燃料を噴射し、点火プラグ周りに濃い混合気を成層化させて燃焼させる成層燃焼モードが知られている。
　成層燃焼モードでは、筒内全体の空燃比は理論空燃比よりも大きな空燃比で燃焼させるため、安定に着火させるためには、点火プラグ周りに適切な濃度の燃料を配置させる必要がある。このため、燃焼室上部の中央部に燃料噴射弁と点火プラグを近接に配置し、燃料噴射弁から点火プラグの電極の近傍に向かって燃料を噴射し、この燃料に点火プラグで点火させる、スプレーガイド方式が考案されている。この方式では、噴射地点から点火プラグまでの距離が近接しているため、要求される噴霧の到達距離は非常に小さい。このため、噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が小さい燃料噴射弁が求められる。
　一方、均質燃焼モードでは、吸気弁が開弁している状態で燃料噴射を行い、吸気ポートから燃焼室内に向かって流れるガス流動（タンブル流）によって燃料を混合し、均質な混合気を形成する。この際に、噴霧の貫徹力が十分でないとタンブル流により噴霧が筒内の壁面側に流され、均質な混合気を形成することができないため、大きい貫徹力（長いペネトレーション）を持つ燃料噴射弁が求められる。
　このような、相反する燃料噴射弁への要求を解決するために、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を１気筒当り複数設ける方法が提案されている。
　特許文献１に開示されている技術では、1気筒当り２本の燃料噴射弁を備え、ペネトレーションの長い第1の燃料噴射弁を均質燃焼時に使用し、ペネトレーションの短い第２の燃料噴射弁を成層燃焼時に使用することで、均質燃焼モードと成層燃焼モードのそれぞれのモードにおいて最適な噴霧を形成し、高い性能を出すことができる。
　ところで、吸気行程では、タンブル流の強さがエンジンの回転数によって変化する。エンジンが高回転時にはピストンの移動速度が速く、単位時間当たりに気筒に流入する気体の流量が大きくなるため、タンブル流は強くなる。そのため、タンブル流に流されないためにペネトレーションの長い噴霧が要求される。
　一方、エンジン低回転時には、ピストンの移動速度が遅く、単位時間当たりに気筒に流入する気体の流量が小さくなるため、タンブル流は弱くなる。そのため、タンブル流による混合力が小さくなり、筒内に均質な混合気が形成されにくくなる。
　特許文献１に開示されている技術では、低回転高負荷時に均質燃焼モードになった場合、タンブル流が弱く、混合力が小さい状態でペネトレーションの長い燃料噴射弁を使うために、壁面への燃料の付着が多くなってしまい、均質性が悪化する恐れがある。
　以上の課題を鑑みて、本発明の目的は、エンジン低回転時の均質燃焼において、均質な混合気を形成可能な燃料噴射弁及びその制御装置を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁の制御装置は、燃料噴射弁とは別体で構成され、流体を噴射する機能を有する流体噴射弁が設けられ、燃料噴射弁から燃料を噴射するように制御した後、流体噴射弁から流体を噴射し、燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように流体噴射弁を制御する制御部を備えた。
　本発明によれば、エンジン低回転時の均質燃焼において、均質な混合気を形成することが可能である。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。
本発明に係る内燃機関の構成の概要を示した図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の気筒中心断面での構成を示した図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁を示した図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。 本発明の第１実施例に係る噴射制御のフローチャートである。 本発明の第１実施例に係る燃焼モードマップである。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁及び流体噴射弁を動作させる電流パルスの概略図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の燃焼室を示した図である。 本発明に係る燃料噴射弁の噴射速度とペネトレーションの関係を示した図である。 本発明に係る内燃機関の筒内運動エネルギの総和と噴射速度の関係を示した図である。 本発明の第１実施例に係る撹拌用燃料噴射弁を用いた噴射制御のフローチャートである。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁を動作させる電流パルスを示した図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の弁体先端の近傍を拡大した断面図である。 本発明の第１実施例に係る内燃機関の気筒中心断面での構成を示した図である。 本発明の第２実施例に係る内燃機関の気筒中心断面での構成を示した図である。
　以下、本発明に係る実施例を説明する。
　本発明の第１の実施例に係る燃料噴射弁の制御装置について、図１と図２を用いて以下説明する。
　図１は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図１を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図１において、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０２、シリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１０４が形成され、燃料室１０４に向けて吸気管１０５と排気管１０６がそれぞれ２つに分岐して接続されている。吸気管１０５の開口部には吸気弁１０７が、排気管１０６の開口部には排気弁１０８がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。
　ピストン１０３はコンロッド１１４を介してクランク軸１１５と連結されており、クランク角センサ１１６によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１８に送られる。クランク軸１１５には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸１１５を回転させ始動することができる。シリンダブロック１０２には水温センサ１１７が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はＥＣＵ１１８に送られる。
　図１は1気筒のみの記述だが、吸気管１０５の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室１０４に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。
　燃料は燃料タンク１０９に貯蔵され、フィードポンプ１１０によって高圧燃料ポンプ１１１に送られる。フィードポンプ１１０は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ１１１に送る。高圧燃料ポンプ１１１により昇圧された燃料はコモンレール１１２に送られる。高圧燃料ポンプ１１１は燃料を３０ＭＰａ程度まで昇圧してコモンレール１１２に送る。コモンレール１１２には燃圧センサ１１３が設けられ、燃料圧力を検知する。燃料圧力の値はＥＣＵ１１８に送られる。
　図２は、筒内噴射式エンジンの気筒中心断面での構成を示した図である。気筒の軸方向上部で、且つ径方向中央部に燃料噴射弁１１９が備えられている。さらに、径方向側面部に流体噴射弁１２１が備えられている。点火プラグ１２０は排気管１０６の近傍に備えられている。ＥＣＵ１１８はセンサの信号をモニタし、燃料噴射弁１１９や点火プラグ１２０、高圧燃料ポンプ１１１といったデバイスの作動を制御できる。ＥＣＵ１１８のＲＯＭには一般的に用いられるエンジン回転数や水温、空燃比に応じた各種デバイスの設定値がマップデータとして記録されている。
　図３は、本実施例に係る燃料噴射弁の概要を示した図である。燃料は燃料供給口２００から供給され、燃料噴射弁の内部に供給される。図３に示す電磁式燃料噴射弁１１９は、通常時閉型の電磁駆動式であって、通電がないときには燃料がシールされるようになっている。このとき、筒内噴射用燃料噴射弁では、供給される燃料圧力がおよそ１ＭＰａから５０ＭＰａの範囲である。通電状態となると、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換され、燃料噴射弁下端部に空いた燃料噴射孔に至り噴射される。噴射された燃料は雰囲気とのせん断力により微粒化され、燃料噴霧２０１を形成する。
　次に、燃料噴射弁の詳細形状について図４を用いて説明する。図４は、燃料噴射弁下端部の拡大断面図であり、シート部材２０２と弁体２０３などから構成されている。シート部材２０２は、弁座面２０４と、複数の燃料噴孔２０５から構成されている。弁座面２０４及び弁体２０３は弁体中心軸２０６を中心に軸対称に延在している。燃料は、シート部材２０２と弁体２０３の隙間を通り、噴孔２０５から噴射される。燃料は、噴孔軸２０７の方向に噴射され、気体とのせん断力により微粒化される。筒内噴射式エンジン用燃料噴射弁では、噴射される燃料液滴のザウタ平均粒径は、概ね３０μm以下になるよう、燃料噴射弁１１９のノズル形態、燃圧などが設定されている。
　次に、本実施例の燃料噴射弁を用いた均質燃焼の制御方法について図５を用いて説明を行う。図５は、本実施例に係る噴射制御のフローチャートである。燃料を噴射する際、まず制御Ｓ０１で示される燃焼モードの判定を行う。燃焼モードは図６で示す燃焼モードマップにより、エンジントルクと回転数から決定される。制御Ｓ０１において成層燃焼モードに判定された場合は、通常の成層燃焼モードにより制御Ｓ０８以降を行う。均質燃焼モードに判定された場合は、回転数の判定を制御Ｓ０２において行う。ここであらかじめ決定された回転数以下の場合、制御Ｓ０３以降を行い、その他の場合は通常の均質燃焼モードにより制御Ｓ０６以降を行う。
　制御Ｓ０３では吸気行程において燃料噴射弁から噴射を行った後に流体噴射弁から噴射を行い、制御Ｓ０３で吸気行程において流体噴射弁から噴射を行った後に、圧縮行程後期に制御Ｓ０５によって点火を行う。
　図７は、本実施例における燃料噴射弁及び流体噴射弁を動作させる電流パルスの概略図である。本実施例に係る内燃機関には、燃料噴射弁とは別体で構成され、流体を噴射する機能を有する流体噴射弁が設けられている。
　次に、燃焼室内の形態について説明する。図８は本実施例に係る内燃機関の燃焼室を示した図である。燃料室１０４には撹拌機構として燃料噴射弁１１９とは別体の流体噴射弁１２１が備えられており、流体噴射弁１２１の駆動はＥＣＵ１１８により制御される。より具体的にはＥＣＵ１１８はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を備え、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）からの指令により燃料噴射弁１１９から燃料を噴射するように制御した後、流体噴射弁１２１から流体を噴射し、燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように燃料噴射弁１１９、及び流体噴射弁１２１を制御する。
　ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）は図５で示す制御Ｓ０３によって、燃料噴射弁１１９を制御して燃料を燃焼室１０４に噴射させ、噴霧３００を形成する。このとき、燃料噴射弁から噴射される噴霧３００のペネトレーションＬＡは、壁面に付着しないようにペネトレーションと噴射タイミングを設定するとよい。低回転時には、筒内のタンブル流が弱いため、噴霧３００はタンブル流によって流されず、気筒内に漂う。
　次に、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）は制御Ｓ０４によって流体噴射弁１２１を制御して燃焼室１０４に流体を噴射させる。噴射された流体３０２が燃料噴射弁から噴射された噴霧３００を撹拌し、燃焼室１０４内に均質な混合気を形成する。一般的に、エンジンが低回転数時には、筒内の空気流動が不十分であり、均質な混合気が形成されにくい。本実施例では、流体噴射弁を燃料噴射弁に遅らせて噴射することにより、燃焼室内で燃料を撹拌する。これにより、筒内の空気流動が緩慢な際にも、均質な混合気を形成することができる。本実施例により、エンジン低回転時の均質燃焼において、均質な混合気を形成することができる。
　ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）は図５で示す制御Ｓ０５によって、点火プラグ１２０を制御して火花点火によって点火させ、燃焼室１０４内の混合気を燃焼させる。なお、本実施例は点火プラグを備えた内燃機関を一例として説明しているが、本実施例による効果は点火プラグを備えない、圧縮自着火式の内燃機関においても同様に得られる。
　なお、本実施例は燃料噴射弁の位置を限定するものではないが、燃料噴射弁１１９を内燃機関の上部に配置することで、より広範囲に燃料を噴射することができる。広範囲に燃料を噴射することで、混合気の均質度を高めることができる。さらに、燃料噴射弁１１９を点火プラグの近くに配置することで、成層燃焼時の燃焼安定性を高めることができる。
　一般に、成層燃焼をスプレーガイド方式で行う場合、圧縮行程時に噴射を行うと、噴霧角が小さくなる。成層燃焼に用いる燃料噴射弁を吸気行程中に用いる場合、噴霧角が広くなるため、噴霧角θ１の設定は、吸気行程においてシリンダ壁面に付着せず、かつ圧縮行程中に噴射した際に十分な噴霧角を得られるように設計するのがよい。
　一方、流体噴射弁１２１は、側面に備え付けることで筒内に縦方向の渦３０３を形成する。縦方向の渦を形成することで、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を好適に撹拌することができる。さらに流体噴射弁１２１と壁面の距離をできるだけ大きくすることで、流体噴射弁１２１から噴射する流体が燃料の場合に、壁面への燃料の付着量を低減することができる。
　高回転における均質燃焼は、タンブル流が縦方向に渦を形成しており、この渦により筒内に均質な混合気を形成する。低回転時においてはタンブル流が弱く縦方向の渦が形成されにくいが、流体噴射弁１２１によって縦方向の渦を形成することで、高回転時に得られるような均質な混合気を形成することができる。
　すなわち、燃料噴射弁１１９が内燃機関の上部に取り付けられ、流体噴射弁１２１が内燃機関の側面に取り付けられることで、混合気の均質度を高めることができる。
　しかしながら、発明の効果は燃料噴射弁の配置と点火プラグの配置を限定するものではない。例えば、燃料噴射弁１１９と流体噴射弁１２１の配置が逆の場合でも発明の効果は有効である。ただし、燃料噴射弁を側部に配置し、点火プラグを中央に配置する場合、成層燃焼時の燃焼安定性を高めるために、少なくとも１つの噴霧方向を点火プラグに指向するとよい。
　本実施例では、燃料を噴射する時期は、上死点を０ｄｅｇとすると、例えば６０ｄｅｇとしている。すなわち、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）はピストンが下降している状態において、燃料噴射弁１１９から噴射するように制御した後、流体噴射弁１２１から流体を噴射し、燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように燃料噴射弁１１９及び流体噴射弁１２１を制御する。ピストン移動方向３０５で示されるようにピストンが下降することにより、流体が筒内に下向きに流れ込み、流体３０２の流動を補助することができる。結果として、筒内の縦方向の渦３０３が強化され、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を好適に撹拌することができる。
　また、燃料噴射弁１１９の噴孔軸と、流体噴射弁１２１の噴孔軸は、ピストンが下死点にいる状態で、ピストンよりも点火プラグ側において交わるようにすることが望ましい。すなわち、図８で示されるように、交点３０４がピストンよりも点火プラグ側において存在するようにするとよい。また、流体３０２が角度θ２を持つ時、角度θ２の範囲内で交点が存在するようにするとよい。交点が存在する場合、流体噴射弁から噴射された流体３０２が、噴霧３００に衝突する。流体３０２が噴霧３００に衝突することで、運動量の交換が起こり、筒内で燃料がより好適に撹拌する。以上より、均質な混合気を好適に形成することができる。
　なお、上で述べた流体噴射弁は燃料噴射弁とは別体の撹拌用の燃料噴射弁でもよく、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）は燃料噴射弁からの噴霧のペネトレーションに対し、撹拌用燃料噴射弁からの噴霧のペネトレーションが長くなるように制御すると良い。これにより、同様の発明の効果が得られる。以下にその原理を述べる。図９は、噴射速度とペネトレーションの一般的な関係を示した概略図である。噴射速度ＶＡとＶＢにＶＡ＜ＶＢの関係があるとき、ペネトレーションはＬＡ＜ＬＢとなる。このため、噴射速度が大きいとき、ペネトレーションは大きくなる。次に、図１０に流体の運動エネルギと噴射速度の関係を表す概略図を示す。噴射速度ＶＡとＶＢにＶＡ＜ＶＢの関係があるとき、流体の運動エネルギはＥＡ＜ＥＢとなる。
　図８において、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００は、流体噴射弁１２１（本実施例では撹拌用燃料噴射弁）から噴射された流体３０２（本実施では撹拌用燃料噴霧３０２）の運動エネルギが、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００の運動エネルギよりも大きいことで、流体が筒内に下向きに流れ込み、縦方向の渦３０３が形成されることで、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を撹拌し、筒内に均質な混合気を形成することができる。
　次に、本実施例の撹拌用燃料噴射弁を用いた均質燃焼の制御方法について図１０を用いて説明を行う。図１１は、本実施例に係る噴射制御のフローチャートであり、図５と同様の図である。制御Ｓ１３では、吸気行程において燃料噴射弁１１９から噴射を行った後に、制御Ｓ１４によって撹拌用燃料噴射弁から流体を噴射する。噴射された噴霧３０２が燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を撹拌し、燃焼室１０４内に均質な混合気を形成する。
　なお、制御Ｓ１２によって高回転と判定された場合は、制御Ｓ１６によって撹拌用燃料噴射弁から燃料を噴射するように制御することが望ましい。これは、エンジンが高回転時にはタンブル流が強くなり、タンブル流に流されないためにペネトレーションの長い噴霧が要求されるためである。このため、高回転時にはペネトレーションの長い撹拌用燃料噴射弁から燃料を噴射することで、均質な混合気を形成することができる。
　図１２に、燃料噴射弁１１９と攪拌用燃料噴射弁１２１を動作させる電流パルスとピストン位置との関係を示す。時間Ｔ１は燃料噴射弁１１９の噴射開始時間であり、時間Ｔ２は燃料噴射弁１２１の噴射開始時間である。図１１における時間Ｔ２はピストン下死点付近になるように制御することで、壁面への燃料の付着を低減させることができる。本実施例では、燃料噴射弁１２１の噴射時期は、例えば下死点から－２０ｄeｇ～＋２０ｄeｇの間としている。以上の制御により、壁面への燃料付着量の低減と、筒内の空気流動強化を両立することができる。なお、時間Ｔ１及び時間Ｔ２噴射時期は吸気行程に制限されるものではないが、混合と気化を十分に行うためには、ピストンが下降中の吸気行程において行われることが望ましい。
　さらに、燃料噴射弁１２１のペネトレーションの長さは、ピストンへ付着しない範囲で、均質度が高くなるように最適化されることが望ましい。エンジンの回転数が低い場合は、燃焼室１０４内の空気流動が緩慢であり、燃料が燃焼室壁面やピストンに付着しやすい。図８において、燃料噴霧３０２はペネトレーションが短くなるように設定されることで、ピストン及びシリンダ壁面への付着が低減する。例えば、ペネトレーションＬＢをあるクランク角θにおける燃料噴射弁からピストンまでの距離と設定すると、付着を好適に抑えつつ、混合気の均質度を高めることができる。
　次に、ペネトレーションの長さを設定する方法について述べる。図１３は図４と同様の断面における、噴孔２０５近傍の拡大図である。弁体２０６と弁座面２０４は、閉弁時には接地点４００で接しており、開弁時にはストローク量Ｓｔだけ離れている。燃料は、弁体の中心軸２０６に向かって半径内側方向に流入し、流線４０１の経路を通り、噴孔入口４０４から噴孔４０２に流入し、噴孔出口４０５から噴射される。一部の燃料はサック室４０３に一度流入し、その後噴孔４０２に流れ込む。流れ込む燃料の量はストローク量Ｓｔにより制御され、Ｓｔが小さい場合に比べて、Ｓｔが大きい場合に流量が大きい。流体速度は流量が大きい場合に長くなるので、ペネトレーションはストローク量Ｓｔによって設定できる。
　また、噴孔の長さＬと出口径Ｄの比Ｌ／Ｄによっても、ペネトレーションを設定可能である。一般に、Ｌ／Ｄが大きい場合に噴射速度が大きくなり、ペネトレーションが長くなる。このため、流体噴射弁１２１が燃料噴射弁１１９とは別体の撹拌用燃料噴射弁であり、燃料噴射弁１１９に対し、撹拌用燃料噴射弁に形成される噴孔の方がＬ／Ｄが大きくなるように構成することで、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を撹拌し、筒内に均質な混合気を形成することができる。
　その他、短パルス噴射や短パルス噴射を使用した多段噴射でもペネトレーションを変えることが可能である。短パルス噴射ではペネトレーションが短くなるため、より壁面への付着量を低減することができる。一方、短パルス噴射では1パルスあたりの噴射量が減るので、多段噴射により必要な燃料量を噴射するのが良い。
　さらに、本発明を用いることによって、混合気の均質度を高めつつ、燃焼速度を高めることができる。燃焼速度を向上させることで、燃焼を短い期間で行うことができ、燃焼過程の等容度を高めることが可能である。等容度が高まることで熱効率が向上し、燃費効率が改善する。
　流れの平均的な運動の大きさを表す運動エネルギが大きいほど、流れの乱れの大きさを表す乱流運動エネルギも大きくなる。火炎の伝播速度は乱流運動エネルギと相関があり、乱流運動エネルギが大きいほど、燃焼速度の向上効果が期待できる。
　すなわち、燃料噴射弁から燃料を噴射するように制御した後、流体噴射弁から流体を噴射し、燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように流体噴射弁を制御することで、筒内の乱流運動エネルギが大きくなり、混合気の均質度を高めつつ、燃焼速度を高めることができる。
　本実施例は、エンジンの回転数が低く、筒内の空気流動が緩慢な場合に好適に作用する。このため、例えばエンジンの始動時に用いることができる。エンジンの始動時においては、触媒の暖機を行う目的で暖機運転を行うことがある。エンジンの回転数が上がり暖機運転モードになった場合には、点火時期をリタードさせるなどして排気温度を上げる制御を行うことで、混合気の均質度を高めつつ、触媒の暖機を好適に行うことができる。
　すなわち、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）はピストンの１ストロークにおいて、燃料噴射弁を噴射するように制御した後、内燃機関のピストンが下死点付近にいる状態で、流体噴射弁を燃料噴射弁から噴射される燃料を撹拌するように制御し、内燃機関が暖気運転となったら、点火タイミングをリタードさせる制御に切り替える。これにより、混合気の均質度を高めつつ、触媒の暖機を好適に行うことができる。
　なお、本発明の効果は回転数が低い場合に限られず、筒内の空気流動が緩慢である場合には同様の効果を得られる。例えば、吸気バルブを上死点付近で開弁し、気筒内部の負圧が十分でない場合などである。
　本発明の第２の実施例に係る燃料噴射弁について、図１４を用いて以下説明する。
図１４に示す第２の実施例では、混合気撹拌手段として、燃料噴射弁１１９とは別体の、撹拌用の燃料噴射弁１２１を備える。その他の構成は第１の実施例と同様である。
　図１４に示す第２の実施例では、高圧燃料ポンプ１１１とは別体の高圧燃料ポンプ３１０が備えられており、燃料は燃料タンク１０９からフィードポンプ１１０に高圧燃料ポンプ３１０に送られる。高圧燃料ポンプ３１０により昇圧された燃料はコモンレール３１１に送る。コモンレール３１１には燃圧センサ３１２が設けられ、燃料圧力を検知する。このとき、燃料噴射弁１１９に比べて撹拌用燃料噴射弁１２１に高い燃圧を付与することで、撹拌用燃料噴射弁１２１から噴射される噴霧のペネトレーションを長くすることができる。すなわち、撹拌用流体噴射弁１２１が燃料噴射弁１１９とは別体の撹拌用の燃料噴射弁であり、燃料噴射弁１１９に対し、撹拌用燃料噴射弁１２１に付与される燃圧が大きくなるように構成されることで、燃料噴射弁１１９から噴射された噴霧３００を撹拌し、筒内に均質な混合気を形成することができる。
　本発明の第３の実施例に係る燃料噴射弁について、図１５を用いて以下説明する。図１５に示す第３の実施例では、混合気撹拌手段として、燃料噴射弁１１９とは別体の、撹拌用気体噴射弁５０１と、気体を噴射するためのコモンレール５００と、気体を貯蔵するタンク５０１と、気体の流量を調整する圧力調整弁５０３と、流量計５０４を備える。その他の構成については、実施例１と同様である。
　気体噴射弁５０１からは、例えばＣＮＧ等の気体燃料を噴射する。制御の方法は、実施例１と同様である。
　また、気体噴射弁５０１からは、空気を噴射しても良い。空気を噴射する場合、気体を貯蔵するタンクの代わりにコンプレッサを備え、吸気ポートから空気を供給するとよい。また、気体噴射弁５０１からは還流した排気ガスの一部を噴射しても良い。つまりＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）は撹拌用気体噴射弁５０１から空気又は還流した排気を噴射し、燃料噴射弁１１９から噴射された燃料を撹拌するように制御する。この場合も空気と同様に、還流した排気ガスをコンプレッサによって昇圧し、気体噴射弁５０１から噴射する。
　気体噴射弁から気体を噴射する場合、ピストンへの燃料の付着はない。そのため、流体噴射弁からの噴射時期は、ピストンの位置に関わらない。例えば、ＥＣＵ１１８のＣＰＵ（制御部）はピストンが４０ｄｅｇから６０ｄｅｇにいる状態において燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後、ピストンが６０ｄｅｇから８０ｄｅｇにいる状態において流体噴射弁を噴射するように制御すると、燃料が気体と早期に混合し気化することで、壁面への燃料の付着を好適に低減することができる。
１０１…シリンダヘッド
１０２…シリンダブロック
１０３…ピストン
１０４…燃焼室
１０５…吸気管
１０６…排気管
１０７…吸気弁
１０８…排気弁
１０９…燃料タンク
１１０…フィードポンプ
１１１…高圧燃料ポンプ
１１２…コモンレール
１１３…燃圧センサ
１１４…コンロッド
１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ
１１７…水温センサ
１１８…ＥＣＵ
１１９…燃料噴射弁
１２０…点火プラグ
１２１…流体噴射弁（実施例１では撹拌用燃料噴射弁）
２００…燃料供給口
２０１…燃料噴霧
２０２…シート部材
２０３…弁体
２０４…弁座面
２０５…噴孔
２０６…弁体中心軸
２０７…噴孔軸
４００…接地点
４０１…流線
４０２…噴孔
４０３…サック室
４０４…噴孔入口
４０５…噴孔出口
４０６…噴孔中心軸

Claims (11)

  1. 　内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁を制御する制御装置において、
    　前記内燃機関には、前記燃料噴射弁とは別体で構成され、流体を噴射する機能を有する流体噴射弁が設けられ、
    　前記燃料噴射弁から燃料を噴射するように制御した後、前記流体噴射弁から流体を噴射し、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように前記流体噴射弁を制御する制御部を備えたことを特徴とする制御装置。
  2. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記制御部は、前記内燃機関のピストンが下降している状態において、前記燃料噴射弁を噴射するように制御した後、前記流体噴射弁から流体を噴射し、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように前記流体噴射弁を制御することを特徴とする制御装置。
  3. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記燃料噴射弁の噴孔軸と前記流体噴射弁の噴孔軸が、ピストンが下死点にいる状態で、ピストンよりも点火プラグ側において交わるように前記燃料噴射弁及び前記流体噴射弁が配置されることを特徴とする制御装置。
  4. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記燃料噴射弁は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用燃料噴射弁であり、
    　前記燃料噴射弁は前記内燃機関の上部に取り付けられ、前記撹拌用燃料噴射弁は前記内燃機関の側面に取り付けられたことを特徴とする制御装置。
  5. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記燃料噴射弁は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用燃料噴射弁であり、
    　前記制御部は、前記燃料噴射弁からの噴霧のペネトレーションに対し、前記撹拌用燃料噴射弁からの噴霧のペネトレーションが長くなるように前記燃料噴射弁及び前記撹拌用燃料噴射弁を制御することを特徴とする制御装置。
  6. 　請求項１に記載の制御装置において、前記撹拌機構は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用燃料噴射弁であり、前記燃料噴射弁に形成される噴孔に対し、前記撹拌用燃料噴射弁に形成される噴孔の方がＬ／Ｄが大きくなるように構成されたことを特徴とする制御装置。
  7. 　請求項１に記載の制御装置において、前記撹拌機構は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用燃料噴射弁であり、前記燃料噴射弁に形成される噴孔に対し、前記撹拌用燃料噴射弁に付与される燃圧が大きくなるように構成されることを特徴とする制御装置。
  8. 　請求項１に記載の制御装置において、前記流体噴射弁は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用気体噴射弁であり、前記制御部は前記撹拌用気体噴射弁から空気又は還流した排気を噴射し、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように制御することを特徴とする制御装置。
  9. 　請求項１に記載の制御装置において、前記流体噴射弁は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用気体噴射弁であり、前記制御部は前記撹拌用気体噴射弁から気体燃料を噴射し、前記燃料噴射弁から噴射された燃料を撹拌するように制御することを特徴とする制御装置。
  10. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記制御部は前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関のピストンの１ストロークにおいて、前記燃料噴射弁を噴射するように制御した後、前記内燃機関のピストンが下死点付近にいる状態で、前記流体噴射弁を前記燃料噴射弁から噴射される燃料を撹拌するように制御し、前記内燃機関が暖気運転となったら、点火タイミングをリタードさせる制御に切り替えることを特徴とする制御装置。
  11. 　請求項１に記載の制御装置において、
    　前記流体噴射弁は前記燃料噴射弁とは別体の撹拌用気体噴射弁であり、
    　前記制御部は、前記内燃機関のピストンが４０ｄｅｇから６０ｄｅｇにいる状態において前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、その後、前記内燃機関のピストンが６０ｄｅｇから８０ｄｅｇにいる状態において前記撹拌用気体噴射弁から空気又は還流した排気を噴射するように前記撹拌用気体噴射弁を制御することを特徴とする制御装置。
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