本發明涉及將燃料從燃料噴射閥直接噴射到氣缸內的內燃機的燃料噴射裝置。

背景技術：

以往，作為內燃機的燃料噴射裝置，公知專利文獻1記載的裝置。該內燃機作為動力源裝配于車輛，并構成為燃料從燃料噴射閥向氣缸內直接噴射的所謂直噴式內燃機。

該燃料噴射裝置的情況下，構成為在內燃機的冷態運轉時，將燃料壓力控制為比預熱結束后的通常運轉時低的值，從而燃料噴霧的滲透深度(penetration)縮短。這是因為冷態運轉時，若燃料噴霧的滲透深度長，則附著于氣缸的壁面的燃料量増大，廢氣中的炭黑(煙)増大，因此抑制這一點。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-274945號公報

技術實現要素：

發明所要解決的課題

根據上述專利文獻1的燃料噴射裝置，在冷態運轉時通過使燃料壓力下降來實現燃料噴霧的低滲透深度化，但炭黑的抑制效果不充分，期待能夠更有效地抑制炭黑的技術。

本發明是為了解決上述課題而完成的，目的在于提供一種內燃機的燃料噴射裝置，該內燃機的燃料噴射裝置在冷態運轉時能抑制廢氣中的炭黑，能確保高商品性。

用于解決課題的手段

為了達到上述目的，技術方案1的發明是將燃料從燃料噴射閥10直接噴射到氣缸內的內燃機的燃料噴射裝置1，其特征在于，燃料噴射閥10的噴孔11的作為軸線方向上的長度l與直徑d之比的尺寸比r被設定為值1.0以下，在內燃機的冷態運轉時，燃料噴射閥10的燃料噴射時間ti被設定成如下的值：該值使得能夠噴射根據內燃機的運轉狀態確定的燃料量，且為炭黑銳減區域內的值，所述炭黑銳減區域是與尺寸比r超過值1.0時相比廢氣中的炭黑銳減的區域。

根據該內燃機的燃料噴射裝置，燃料噴射閥的噴孔的作為軸線方向上的長度與直徑之比的尺寸比被設定為值1.0以下。這樣，在將燃料直接噴射到氣缸內的燃料噴射閥的情況下，通過本申請人的實驗能確認到：將尺寸比設定為值1.0以下時，在冷態運轉時的燃料噴射時間內，能夠噴射根據內燃機的運轉狀態確定的燃料量，存在與尺寸比超過值1.0時相比廢氣中的炭黑銳減的炭黑銳減區域(參照后述的圖7)。因此，根據該內燃機的燃料噴射裝置，在內燃機的冷態運轉時，燃料噴射閥的燃料噴射時間被設定為這樣的炭黑銳減區域內的值，因此在冷態運轉時能夠抑制廢氣中的炭黑，能確保高商品性。

技術方案2的發明的特征在于，在技術方案1所述的內燃機的燃料噴射裝置1中具有第1噴射控制單元(ecu2、步驟6)。其在內燃機的冷態運轉時控制燃料噴射閥10，使得在一個燃燒循環中分多次執行燃料噴射閥10的燃料噴射，并且每一次的燃料噴射時間ti為炭黑銳減區域內的值。

一般公知在一個燃燒循環中分多次執行燃料噴射閥的燃料噴射的情況下，能夠縮短滲透深度。因此，根據該內燃機的燃料噴射裝置，在內燃機的冷態運轉時控制燃料噴射閥，使得在一個燃燒循環中分多次執行燃料噴射閥的燃料噴射，并且每一次的燃料噴射時間為炭黑銳減區域內的值，因此通過滲透深度的縮短化，能夠進一步抑制附著于氣缸的壁面的燃料量，能更有效地抑制廢氣中的炭黑。

技術方案3的發明的特征在于，在技術方案1或2所述的內燃機的燃料噴射裝置1中具有第2噴射控制單元(ecu2、步驟6)，其在內燃機的冷態運轉時，控制燃料噴射閥10，使得氣缸的活塞位于下止點附近時在炭黑銳減區域內的燃料噴射時間ti內執行燃料噴射閥10的燃料噴射。

根據該內燃機的燃料噴射裝置，在內燃機的冷態運轉時，控制燃料噴射閥，使得氣缸的活塞位于下止點附近時以炭黑銳減區域內的燃料噴射時間執行燃料噴射閥的燃料噴射，因此能抑制附著于活塞上表面的燃料量，能更有效地抑制廢氣中的炭黑。

附圖說明

圖1是示意性示出本發明的一實施方式的燃料噴射裝置的結構的圖。

圖2的(a)是示出燃料噴射閥的噴孔的主視圖，圖2的(b)是示出燃料噴射閥的噴孔的a-a截面的圖。

圖3的(a)是示意性示出噴孔的尺寸比大的情況下的燃料噴霧的狀態的圖，圖3的(b)是示意性示出噴孔的尺寸比小的情況下的燃料噴霧的狀態的圖。

圖4是示出噴孔的尺寸比與滲透深度之間的關系的圖。

圖5是示出將噴孔的尺寸比r設定為規定值r1的實施方式的燃料噴射閥和為了比較而將噴孔的尺寸比r設定成規定值r2的燃料噴射閥的燃料噴霧粒徑的測定結果的圖。

圖6是示出將噴孔的尺寸比r設定為規定值r1的實施方式的燃料噴射閥和為了比較而將噴孔的尺寸比r設定為規定值r2的燃料噴射閥的燃料噴霧的滲透深度的測定結果的圖。

圖7是示出將噴孔的尺寸比r設定成規定值r1的實施方式的燃料噴射閥和為了比較而將噴孔的尺寸比r設定為規定值r2的燃料噴射閥的、與內燃機的冷態運轉時的燃料噴射時間ti對應的廢氣中的每單位體積的炭黑的粒子數n的測定結果的圖。

圖8是示出噴射相同燃料量的情況下，一次性噴射該燃料量時、均等地分成兩次噴射時、均等地分成三次噴射時的燃料噴霧的最大到達距離的測定結果的圖。

圖9是示出在燃料噴射控制處理的冷態時控制處理中執行的三次的燃料噴射期間的圖。

圖10是示出燃料噴射控制處理的流程圖。

標號說明

1：燃料噴射裝置；

2：ecu(第1噴射控制單元、第2噴射控制單元)；

10：燃料噴射閥；

11：噴孔；

l：噴孔的軸線方向上的長度；

d：直徑；

r：尺寸比；

r1：規定值；

r2：規定值；

ti：每一次的燃料噴射時間。

具體實施方式

以下參照附圖對本發明的一實施方式的內燃機的燃料噴射裝置進行說明。如圖1所示，該燃料噴射裝置1具有燃料噴射閥10及ecu2，燃料噴射閥10與ecu2電連接。利用該ecu2控制燃料噴射閥10的開閥時機及開閥時間(即燃料噴射期間)，由此如后述那樣執行燃料噴射控制處理。

該內燃機(以下稱作“發動機”)未圖示，作為動力源被裝配于車輛(未圖示)。燃料噴射閥10按發動機的每個未圖示的氣缸來設置，是將燃料直接噴射到氣缸內的缸內噴射類型，被安裝在未圖示的氣缸蓋上。

如圖2所示，在燃料噴射閥10的前端部形成有多個噴孔11(圖2的(a)中僅圖示出一個)，根據以下陳述的理由，噴孔11的作為軸線方向上的長度lと與直徑d(參照圖2的(b))之比的尺寸比r(＝l/d)被設定為值1以下的規定值r1(＝0.9)。

即，圖3的(a)所示的尺寸比r比較大的燃料噴射閥10a的情況下，從噴孔11a噴射出的燃料噴霧達到空氣剪切及內部湍流小的狀態，導致噴霧粒子增大，并且滲透深度也延長。

與此相對，圖3的(b)所示的、尺寸比r比燃料噴射閥10a小的燃料噴射閥10b的情況下，從噴孔11b噴射出的燃料噴霧達到空氣剪切及內部湍流比燃料噴射閥10a大的狀態，由此噴霧更加微粒化，并且滲透深度也進一步縮短。

在這方面，變更尺寸比r，并測定尺寸比r與滲透深度之間的關系，結果得到圖4所示的測定結果。如該圖所示，判斷出尺寸比r越小，越能減小滲透深度。

此外，分別測定設定為尺寸比r＝r1的本實施方式的燃料噴射閥10的燃料噴霧粒徑及滲透深度和為了比較而將尺寸比r設定為比值1大的規定值r2(＝1.1)的燃料噴射閥的燃料噴霧粒徑及滲透深度，得到圖5～7所示的測定結果。在這些圖5～7中，方框表示的測定數據是本實施方式的燃料噴射閥10的測定結果(以下稱作“本測定結果”)，圓圈表示的數據是為了比較而設為r＝r2時的測定結果(以下稱作“比較測定結果”)。

參照圖5可明確知道：關于燃料噴霧的粒徑，在燃壓的整個區域內，本測定結果與比較測定結果相比減小了，實現了燃料噴霧的微粒化。而且，參照圖6可明確知道：關于燃料噴霧的滲透深度，在燃壓的整個區域內，本測定結果與比較測定結果相比縮短了，實現了燃料噴霧的滲透深度的縮短化。

此外，在發動機的冷態運轉時，測定與燃料噴射時間對應的廢氣中的每單位體積的炭黑的粒子數n，得到圖7所示的測定結果。該情況下，與發動機的運轉狀態相應地確定燃料量時，能夠噴射該燃料量的噴射時間不受燃料噴射閥的結構上的原因限制。該圖中，tix表示在冷態運轉時噴射發動機要求的燃料量所必需的最小開閥時間，即燃料噴射時間比最小開閥時間tix小的區域不能噴射要求燃料量，相當于非實用的區域。

如該圖所示，知道：在燃料噴射時間為最小開閥時間tix以上的區域中，本測定結果與比較測定結果相比，廢氣中的炭黑的粒子數n大幅減少。即，將尺寸比r設定為值1以下的值時，與尺寸比r大于值1時相比，圖中的陰影表示的區域相當于廢氣中的炭黑急劇減少的炭黑銳減區域。

并且，測定使用本實施方式的燃料噴射閥10對相同燃料量進行一次性噴射的情況下、均等地分成兩次噴射的情況下、以及均等地分成三次噴射的情況下的燃料噴霧的最大到達距離，得到圖8所示的測定結果。如該圖所示，可知分割次數越多，越能夠縮短最大到達距離即滲透深度。

另外，若在氣缸的活塞位于下止點附近時執行燃料噴射，則活塞上表面與燃料噴霧之間的距離變長，由此能夠抑制附著于活塞上表面的燃料量，能更有效地抑制廢氣中的炭黑。基于以上的理由，本實施方式的燃料噴射裝置1的情況下，在后述的燃料噴射控制處理中，冷態運轉時，分成圖9所示的三次的噴射期間(噴射正時)執行燃料噴射，并且其一次的燃料噴射所需的噴射時間ti被設定為前述的炭黑銳減區域內的值。

即，在bdc(下止點)附近，以比bdc提前規定曲軸角度的提前側的位置為中心，執行第一次燃料噴射，接下來，以bdc為中心執行第二次燃料噴射，并且在bdc附近，以比bdc滯后規定曲軸角度的滯后側的位置為中心執行第三次燃料噴射。

另一方面，如圖1所示，ecu2上電連接有曲軸角傳感器20、水溫傳感器21以及空氣流量傳感器22。該曲軸角傳感器20由磁轉子及mre拾取器構成，伴隨發動機的曲軸(未圖示)的旋轉，均將作為脈沖信號的crk信號及tdc信號輸出至ecu2。

該crk信號按每規定曲軸角(例如2°)輸出一個脈沖，ecu2根據該crk信號，計算發動機的轉速(以下稱作“發動機轉速”)ne。此外，tdc信號是表示氣缸的活塞(未圖示)位于吸氣行程的比tdc位置近前一些的規定的曲軸角位置的信號，每隔規定曲軸角輸出一個脈沖。

此外，水溫傳感器21由例如熱敏電阻等構成，檢測在發動機的氣缸體(未圖示)內循環的冷卻水的溫度即發動機水溫tw，將表示發動機水溫tw的檢測信號輸出至ecu2。

并且，空氣流量傳感器22檢測流入發動機的吸氣通道(未圖示)內的吸入氣體的流量(以下稱作“吸氣流量”)gin，將表示該吸氣流量的檢測信號輸出至ecu2。

ecu2通過由cpu、ram、rom及i/o接口(均未圖示)等形成的微型計算機構成，如以下所述，與前述的各種傳感器20～22的檢測信號相應地執行燃料噴射控制處理等。另外，本實施方式中，ecu2相當于第1噴射控制單元及第2噴射控制單元。

接下來，參照圖10，對本實施方式的燃料噴射控制處理進行說明。該燃料噴射控制處理控制燃料噴射閥10噴射燃料，并由ecu2按各氣缸與tdc信號的發生時機同步地執行。

如該圖所示，首先，在步驟1(圖中簡稱“s1”。下同)中，判別是否是發動機起動時。該判別結果為“是”，為發動機起動時的時候，進入步驟2，執行起動時控制處理后，結束本處理。在該起動時控制處理中，控制燃料噴射閥10噴射燃料，使得達到最適合于發動機起動的噴射時間及噴射時機(即噴射期間)。

另一方面，步驟1的判別結果為“否”，發動機完成起動時，進入步驟3，判別發動機水溫tw是否比規定預熱完成值tw_l低。該判別結果為“是”，為發動機未完成預熱的冷態運轉時的時候，進入步驟4，根據吸氣流量gin等檢索未圖示的映射圖，由此計算吸入空氣量gcyl。

接著，進入步驟5，根據發動機轉速ne、發動機水溫tw及吸入空氣量gcyl等，檢索未圖示的映射圖，由此計算總噴射時間ti_total。在該映射圖的情況下，設定總噴射時間ti_total，使得將其三等分時的值為前述的炭黑銳減區域的值。

接著，在步驟6中，執行冷態時控制處理后，結束本處理。在該冷態時控制處理中，控制燃料噴射閥10的燃料噴射，使得每一次的燃料噴射時間ti為將上述總噴射時間ti_total三等分而得的值，并且三次的噴射期間為前述的圖9的噴射期間(噴射正時)。

另一方面，在前述的步驟3的判別結果為“否”，預熱已完成時，進入步驟7，執行通常控制處理后，結束本處理。在該通常控制處理中，根據發動機轉速ne、發動機水溫tw、吸入空氣量gcyl及廢氣的空燃比等，控制燃料噴射閥10噴射燃料。

如上所述，根據本實施方式的燃料噴射裝置1，燃料噴射閥10的噴孔11的尺寸比r被設定為值1.0以下的規定值r1，在冷態時控制處理中，控制燃料噴射閥10，使得燃料分三次噴射，并且每一次的燃料噴射時間ti為圖7所示的炭黑銳減區域內的值。這樣，每一次的燃料噴射時間ti成為炭黑銳減區域內的值，從而能有效抑制廢氣中的炭黑。并且，燃料分三次噴射，因此通過滲透深度的縮短化，能夠抑制附著于氣缸的壁面的燃料量，能更有效地抑制廢氣中的炭黑。而且，三次的燃料噴射分別在前述的圖9所示的btd附近的三個噴射期間內執行，因此能夠抑制附著于活塞上表面的燃料量，能進一步有效地抑制廢氣中的炭黑。

另外，實施方式是將尺寸比r設定為規定值r2的例子，但本發明的尺寸比不限于此，只要是值1.0以下的值即可。

此外，實施方式是在內燃機的冷態運轉時在一個燃燒循環中分三次執行燃料噴射閥的燃料噴射的例子，但本發明的燃料噴射的方法不限于此，一個燃燒循環中可以僅執行一次、或者分兩次或四次以上執行。該情況下也如下設定燃料噴射時間即可：使得在內燃機的冷態運轉時能夠噴射根據內燃機的運轉狀態確定的燃料量，與尺寸比超過值1.0時相比，成為廢氣中的炭黑急劇減少的炭黑銳減區域內的值。

并且，實施方式是在bdc附近執行三次燃料噴射的例子，但在除此以外的時機也可以執行燃料噴射。

并且，實施方式是將本發明的燃料噴射裝置應用于車輛用的內燃機的例子，但本發明的燃料噴射裝置不限于此，也能夠應用于船舶用的內燃機、其他工業設備用的內燃機。