| 【発明の名称】 |
燃料噴射弁装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】久保 賢明
【氏名】中尾 頼人
【氏名】榊田 明宏
【氏名】伊藤 泰之
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| 【要約】 |
【課題】アクチュエータとして形状記憶素子を備えた燃料噴射弁において、冷間始動時など燃料温度が低い状態での燃料噴射時に、燃料への放熱により形状記憶素子の作動特性が変動して噴射応答および噴射精度が低下する。
【解決手段】冷間始動時などの燃料温度が形状記憶素子６の変態温度に比較して低い場合に、コントローラ３０から形状記憶素子に通電して加熱し、その周囲に導入した燃料の温度を形状記憶素子の変態点よりわずかに低い温度にまで上昇させておくことにより、形状記憶素子と燃料とのあいだの温度勾配を小さくしておく。これにより燃料噴射時の形状記憶素子の応答が改善され、燃料噴射量および噴射時期の制御性を向上させることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】燃料を加圧するアクチュエータとして形状記憶素子を備えた燃料噴射弁と、前記形状記憶素子への通電を制御する噴射制御手段とを有する燃料噴射弁装置において、前記形状記憶素子の周囲に導入した燃料の温度を燃料噴射前に予め定めた温度にまで上昇させておく予熱制御手段を設けた燃料噴射装置。
【請求項２】前記燃料の予熱制御は、弁体が変位しない限度内で形状記憶素子に通電することにより行う請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項３】前記予熱制御手段は、燃料の予熱を、燃料噴射制御の開始時期に対して可及的に近い時期に行うように構成されている請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項４】前記燃料噴射弁は、外部から燃料が導入される本体内に形状記憶素子が収装されると共に、形状記憶素子に連接したピストンにより収縮する圧力室と、この圧力室の内圧上昇に伴い開弁する針弁とを備え、前記ピストンが退避位置から圧縮方向に所定量Ｌｘだけ変位したときに圧力室への燃料供給孔をピストンにより閉塞するように構成されている請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項５】前記燃料の予熱制御は、ピストンが圧力室の燃料供給孔を塞ぐまでの変位量Ｌｘに達する限度内で形状記憶素子に通電することにより行うようにした請求項４に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項６】前記燃料の予熱制御は、燃料または形状記憶素子の温度を検出し、この検出温度が変位量Ｌｘに相当する温度以下の所定の温度Ｔｂに達するまで通電を行うようにした請求項５に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項７】前記燃料噴射弁は、ピストン変位が変位量Ｌｘより所定量だけ大きい範囲内では、圧力室の圧力が噴射圧力に達しないように設定されている請求項４に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項８】前記予熱制御手段は、燃料噴射後に放熱による形状記憶素子の変位量低下が開始する温度Ｔｄにおいて形状記憶素子への通電を停止するように構成されている請求項７に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項９】前記予熱制御手段は、機関回転数に応じて形状記憶素子への予熱通電の複数回に１回の割合で燃料を噴射するよう制御する請求項１または４に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項１０】前記燃料噴射弁は、前記燃料供給孔よりも針弁側に位置する第２の燃料供給孔と、この第２の燃料供給孔を開閉する第２燃料供給孔開閉手段とを備える請求項４に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項１１】前記第２燃料供給孔開閉手段は、圧力室内にて第２の燃料供給孔を開閉する弁体と、この弁体を開弁位置に付勢するばねと、このばねに抗して弁体を閉じ位置に変位させる形状記憶素子とを備える請求項１０に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項１２】前記第２燃料供給孔開閉手段の形状記憶素子は、その変態点が、圧力室を加圧する形状記憶素子よりも低く設定されている請求項１１に記載の燃料噴射弁装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関等に用いられる燃料噴射弁に関し、特に形状記憶素子の伸縮により噴射制御を行う構成の燃料噴射弁装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】形状記憶素子をアクチュエータとして作動する燃料噴射弁が提案されている（例えば本出願人による特願平１１−３５８６１４号参照）。これは、先端に燃料噴射孔を有する弁本体に正または負の電圧を印加すると伸縮する形状記憶素子を収装し、この形状記憶素子の伸縮変位によって針弁を駆動する構成となっている。形状記憶素子はピエゾ素子の１０倍以上の変位率を持ち、単体で増圧し燃料を噴射できることから、小型軽量かつ低コストの燃料噴射弁を実現することができる。
【０００３】しかしながら、この種の燃料噴射弁においては、冷間始動時などの燃料温度が低い条件下で形状記憶素子を通電加熱した場合に、形状記憶素子を取り巻く燃料に熱が伝達し、その際の素子細線近傍の温度勾配が極めて大きくなる。また素子間隔のばらつきなども加わり、細線同志または細線内における温度のばらつきが生じ、形状記憶素子の変態点前後の微妙な温度を制御することが難しい。このため、噴射タイミングや噴射量を目標値通りに正確に制御することが困難であるという問題が生じる。本発明は、このような問題点を解消することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、燃料を加圧するアクチュエータとして形状記憶素子を備えた燃料噴射弁と、前記形状記憶素子への通電を制御する噴射制御手段とを有する燃料噴射弁装置において、前記形状記憶素子の周囲に導入した燃料の温度を燃料噴射前に予め定めた温度にまで上昇させておく予熱制御手段を設けた。
【０００５】第２の発明は、前記第１の発明において、燃料の予熱制御を、弁体が変位しない限度内で形状記憶素子に通電することにより行うものとした。
【０００６】第３の発明は、前記第１の発明の予熱制御手段を、燃料の予熱を、燃料噴射制御の開始時期に対して可及的に近い時期に行うように構成した。
【０００７】第４の発明は、前記第１の発明の前記燃料噴射弁を、外部から燃料が導入される本体内に形状記憶素子が収装されると共に、形状記憶素子に連接したピストンにより収縮する圧力室と、この圧力室の内圧上昇に伴い開弁する針弁とを備え、前記ピストンが退避位置から圧縮方向に所定量Ｌｘだけ変位したときに圧力室への燃料供給孔をピストンにより閉塞するように構成した。
【０００８】第５の発明は、前記第４の発明において、燃料の予熱制御を、ピストンが圧力室の燃料供給孔を塞ぐまでの変位量Ｌｘに達する限度内で形状記憶素子に通電することにより行うものとした。
【０００９】第６の発明は、前記第５の発明において、燃料の予熱制御を、燃料または形状記憶素子の温度を検出し、この検出温度が変位量Ｌｘに相当する温度以下の所定の温度Ｔｂに達するまで通電を行うものとした。
【００１０】第７の発明は、前記第４の発明の燃料噴射弁を、ピストン変位が変位量Ｌｘより所定量だけ大きい範囲内では、圧力室の圧力が噴射圧力に達しないように設定したものとした。
【００１１】第８の発明は、前記第７の発明の予熱制御手段を、燃料噴射後に放熱による形状記憶素子の変位量低下が開始する温度Ｔｄにおいて形状記憶素子への通電を停止するように構成した。
【００１２】第９の発明は、前記第１または第４の発明の予熱制御手段を、機関回転数に応じて形状記憶素子への予熱通電の複数回に１回の割合で燃料を噴射するよう制御するものとした。
【００１３】第１０の発明は、前記第４の発明の燃料噴射弁を、前記燃料供給孔よりも針弁側に位置する第２の燃料供給孔と、この第２の燃料供給孔を開閉する第２燃料供給孔開閉手段とを備えるものとした。
【００１４】第１１の発明は、前記第１０の発明の第２燃料供給孔開閉手段は、圧力室内にて第２の燃料供給孔を開閉する弁体と、この弁体を開弁位置に付勢するばねと、このばねに抗して弁体を閉じ位置に変位させる形状記憶素子とを備えるものとした。
【００１５】第１２の発明は、前記第１１の発明において、第２燃料供給孔開閉手段の形状記憶素子の変態点を、圧力室を加圧する形状記憶素子よりも低く設定した。
【００１６】
【作用・効果】上記第１の発明以下の各発明において、冷間始動時などの燃料温度が形状記憶素子の変態温度に比較して低い場合に、予熱手段により形状記憶素子の周囲に導入した燃料の温度を燃料噴射前に予め定めた温度、例えば形状記憶素子の変態点よりわずかに低い温度にまで上昇させておくことにより、形状記憶素子と燃料とのあいだの温度勾配を小さくすることができる。これにより燃料噴射時の素子の応答が改善され、燃料噴射量および噴射時期の制御性を向上させることができる。
【００１７】前記予熱制御において形状記憶素子に付与する電流量は、例えば第２の発明に示したように弁体が変位しない限度内で行うことにより大きな加熱効果が得られる。
【００１８】また、このような予熱制御は、第３の発明の発明として示したように、燃料噴射制御の開始時期に対して可及的に近い時期に行うようにすれば、燃料の冷却による損失を抑えて予熱の効果を保持したまま精度の高い燃料噴射制御に移行できる。
【００１９】このような予熱制御が適用可能な燃料噴射弁の具体的な構成としては、例えば第４の発明に示したように、形状記憶素子に連接したピストンにより収縮する圧力室と、この圧力室の内圧上昇に伴い開弁する針弁とを備え、前記ピストンが退避位置から圧縮方向に所定量Ｌｘだけ変位したときに圧力室への燃料供給孔をピストンにより閉塞するように構成したものとすることができる。
【００２０】このような燃料噴射弁の構成においては、ピストンが退避位置から変位して燃料供給孔を閉塞する位置に達し、その位置からさらにピストンが変位すると圧力室の内圧が急上昇して燃料噴射が可能な状態となる。そこで、第５の発明として示したように、ピストンが圧力室の燃料供給孔を塞ぐまでの変位量Ｌｘに達する限度内で形状記憶素子に通電するように予熱制御を行うことにより、燃料噴射を行うことなく形状記憶素子を充分に加熱して速やかに予熱を完了させることができる。なお、この予熱制御を行うとき、第６の発明として示したように、燃料または形状記憶素子の温度を検出し、この検出温度が変位量Ｌｘに相当する温度以下の所定の温度Ｔｂに達するまで通電を行うものとすれば、正確に形状記憶素子または燃料の温度管理を行うことができる。
【００２１】前記第４の発明の燃料噴射弁は、第７の発明として示したように、ピストン変位が変位量Ｌｘより所定量だけ大きい範囲内では、圧力室の圧力が噴射圧力に達しないように、つまり前記範囲を超えたときに初めて噴射が開始されるように、例えば針弁のばね荷重等により設定することができる。この場合、第８の発明として示したように、燃料噴射後に放熱による形状記憶素子の変位量低下が開始する温度において形状記憶素子への通電を停止するように構成することができる。形状記憶素子の変位特性には若干のヒステリシスがあるので、通電終了後しばらくしてから素子の冷却により変位は小さくなり圧力は低下をはじめる。この間のピークとなる圧力は噴射圧力に対して低いので燃料噴射は行なわれない。そこで、このようにして燃料圧力が噴射圧力付近に達するがすぐに変位が小さくなるように制御するのであり、これにより噴射までの応答期間を最小にして燃料噴射弁の噴射応答性をより改善することができる。
【００２２】前記第１または第４の発明において、第９の発明として示したように、機関回転数に応じて形状記憶素子への予熱通電の複数回に１回の割合で燃料を噴射するよう制御するものとすれば、冷間時に予熱制御を行いながら機関に燃料を噴射供給して運転を行わせることができる。
【００２３】第１０の発明によれば、前記第４の発明の燃料噴射弁において、その燃料供給孔よりも針弁側に位置する第２の燃料供給孔と、この第２の燃料供給孔を開閉する第２燃料供給孔開閉手段とを備えるものとすることができる。この第２燃料供給孔開閉手段の具体的構成としては、例えば第１１の発明として示したように、圧力室内にて第２の燃料供給孔を開閉する弁体と、この弁体を開弁位置に付勢するばねと、このばねに抗して弁体を閉じ位置に変位させる形状記憶素子とを備えるものとする。前記第２の燃料供給孔を開閉手段により開いた状態としておくことにより、ピストンが第１の燃料供給孔を閉ざす位置よりもさらに変位した状態においても圧力室の圧力の上昇を抑えることができるので、それだけピストンを駆動する形状記憶素子への通電量を大きくして燃料の温度上昇をより速やかに行い、予熱を早期に完了させることができる。予熱完了後は第２の燃料供給孔を閉ざすことにより通常の燃料噴射が可能な状態となる。
【００２４】前記第１１の発明において、第１２の発明として示したように、第２燃料供給孔開閉手段の形状記憶素子の変態点を、圧力室を加圧する形状記憶素子よりも低く設定することにより、前記形状記憶素子を通電加熱する制御を行わなくとも予熱終了時に自動的に第２の燃料供給孔を閉ざすことができ、これにより弁体駆動用の形状記憶素子を通電加熱するための手段が不要となるので装置構成の簡略化を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用可能な燃料噴射弁として自己昇圧型のユニットインジェクタの概略構成例を示している。図において、円筒状の本体１の先端噴孔部には外開き形式の針弁２が設けられており、針弁２はばね３により閉じ方向に付勢されている。本体１の他端部には円筒状のアクチュエータ保持部１２が嵌装され、ボルト１３により固定されている。この保持部１２は、燃料昇圧用のアクチュエータとして作動する円筒状に形成された形状記憶素子６を保持している。
【００２６】形状記憶素子６の先端部（針弁側）は固定リング１１を介して保持部１２および本体１に固定されており、後端部にはプッシュロッド１０の基端が固定されている。プッシュロッド１０の先端にはピストン９が固定されている。ピストン９は本体１内にて軸方向に摺動可能に嵌合しており、その前面側には針弁２との間に圧力室２６を、背面側には保持部１２との間に燃料室２７をそれぞれ画成している。
【００２７】形状記憶素子６の両端部にはそれぞれ正または負の電荷を印加できる電極７，８が取り付けられており、この電極に電圧をかけることにより形状記憶素子６の素子温度は自己発熱により急速に上昇し、素子温度が形状記憶素子６に固有の変態点を超えると形状記憶素子６は収縮する。これに伴い、プッシュロッド１０を介してピストン９が針弁側に移動する。
【００２８】形状記憶素子６の周囲（燃料室２７）には本体１に設けられた燃料入口４および燃料出口５に接続する燃料系統２８を介して常に燃料が導入されており、この燃料はさらにピストン９を迂回するように形成された燃料供給通路１４を介してピストン９前面の圧力室２６に導入される。燃料供給通路１４の入口部１４ａは燃料室２７に面して開口し、出口部である燃料供給孔１４ｂは圧力室２６においてピストン９が退避位置からある変位量Ｌｘだけ右方すなわち針弁側に変位するとピストン９によって塞がれる位置に開口している（図２参照）。
【００２９】燃料系統２８には電磁バルブ２５が介装されており、このバルブ２８を開閉することで燃料室２７への燃料の循環を制御可能としている。また、３０は機関回転速度などの各種状態信号に基づいて前記形状記憶素子６への通電と電磁バルブ２８の開閉を制御するコントローラであり、本発明の噴射制御手段および予熱制御手段の機能を備えている。
【００３０】コントローラ３０による形状記憶素子６への通電によりピストン９が変位して燃料供給孔１４ｂが塞がれ、そこからさらにピストン９が変位すると圧力室２６内の圧力は急速に高くなる。この圧力上昇に伴い、ばね３に抗して針弁２が開くと圧力室２６内の燃料が外部に噴射される。通電を停止すると周囲の燃料への放熱により形状記憶素子６の温度が速やかに低下して変位が戻り、針弁２は再び弁本体１に着座して燃料噴射は終了する。
【００３１】より詳細には、冷間始動時などの低温条件下では、燃料は形状記憶素子６の変態点に比べてずっと低い温度となっている。そこで、形状記憶素子６に通電を行い変態の始まる温度Ｔａに達するまで電流を流し、さらに通電を行ない形状記憶素子６を加熱することにより形状記憶素子６は変位を開始する。これによりピストン９が針弁側に移動するが、燃料供給孔１４ｂが塞がれるまでの変位量Ｌｘの間はピストン９が移動しても燃料供給通路１４を通り圧力室２６から燃料室２７へと燃料が移動できるため圧力室２６内に圧力上昇は起こらない。
【００３２】そこで、図３に示したように、形状記憶素子６の変位がＬｘ以下になるような加熱温度Ｔｂを指定しておくことにより、すなわち温度Ｔｂに達するまで通電および加熱をすることにより、形状記憶素子６の変位はＬｘ以下となり燃料は噴射されない。この後、燃料温度が依然としてＴａより低い場合さらに同じサイクルを繰り返ことにより、燃料温度を短時間で上昇させることができる。なお、図３においてＬｍａｘはピストン９の最大変位量である。
【００３３】冷間始動時などの燃料温度が低い条件下で形状記憶素子６を通電加熱したとき、予熱を行わない場合には形状記憶素子６を取り巻く燃料に熱が伝達して、図４のａ図に示したように、形状記憶素子６の素子細線６ａ〜６ｃ近傍の温度勾配が極めて大きくなること、および素子各素子細線間の間隔がばらついていることなどに原因して、燃料噴射時期および燃料噴射量に制御誤差が生じる。これに対して、予熱制御により燃料温度を変態点に近づけることにより、図４のｂ図に示したように素子細線６ａ〜６ｃと燃料との間の温度勾配が減少し、これにより形状記憶素子６の全体が温度変化に対して均一かつ速やかに反応して変位するようになるため、燃料噴射制御の精度が大きく向上する。
【００３４】また、冷間始動時においても比較的短い時間で燃料の加熱を行なえるため燃料の気化が促進し、燃料微粒化の効果も得られる。これにより冷間時における内燃機関の排出ＨＣ量をも低減することができる。また、始動直後から高回転運転を行なうといった、応答性を必要とする場合には、温度Ｔａより変態温度までわずかにだけ温度上昇させることになり、変態をさせるために制御する電流が小さくてすむことから、コントローラ３０の回路構成を簡略化してコスト低減が可能となる。
【００３５】コントローラ３０によって行われる上記予熱制御の動作内容を表す流れ図を図５に示す。なお、この予熱制御では、制御開始の際に、燃料への放熱による熱損失を最小限にするために燃料出口５に接続したバルブ２５を閉じて燃料の循環を停止し、予熱制御を終了した後にバルブ２５を開いて燃料室２７への燃料循環を再開させるようにしている。以下、図５のステップ（以下「Ｓ」で表す）を順を追って説明する。
Ｓ１１：燃料室２７の燃料温度Ｔを検出する。燃料温度は燃料室２７に温度センサを設けて直接的に検出するほか、形状記憶素子６の抵抗値から算出することもできる。
Ｓ１２：検出した燃料温度Ｔを開始判定温度Ｔａと比較する。Ｔ≧Ｔａのときは予熱は不要であるのでＳ１７以下の終了処理に移行する。Ｔ＜ＴａのときはＳ１３以下の予熱処理に移行する。
Ｓ１３：電磁バルブ２５を閉じて燃料室２７への燃料の循環を停止する。
Ｓ１４：形状記憶素子６への通電を開始する。
Ｓ１５：燃料温度Ｔを予熱判定温度Ｔｂと比較する。Ｔ≧ＴｂのときはＳ１６にて形状記憶素子６への通電を終了し、Ｓ１１に戻る。Ｔ＜Ｔｂのときは通電を継続する。
Ｓ１７：バルブ２５を開き、燃料室２７への燃料の循環を再開させる。
【００３６】図６〜図８に本発明の第２の実施形態を示す。適用する燃料噴射弁の構造は図１と同様である。ただし、この実施形態では、図６または図７に示したように、形状記憶素子６の温度がＴｄ、ピストン９の変位量がＬｘに達した状態では燃料は噴射されず、ばね３の荷重等により針弁２に設定した特性に基づいてそのとき以上の噴射圧力となったときに燃料を噴射する設定となっている。ここでは、形状記憶素子６の温度がＴｄ以上であって噴射圧力に達する以前の所定の温度Ｔｅ（図７参照）となったときに通電を中止する。形状記憶素子の変位特性には若干のヒステリシスがあるので、通電終了後しばらくしてから素子の冷却により変位は小さくなり圧力は低下をはじめる。ピークとなる圧力は噴射圧力に対して低いので燃料噴射は行なわれない。このようにして燃料圧力が噴射圧力付近に達するがすぐに変位が小さくなるように制御するのであり、これにより噴射までの応答期間を実質的にゼロに近づけることができる。
【００３７】図８はこのような制御の内容を表す流れ図である。処理内容としては予熱開始後の燃料温度の判定基準が異なる点（Ｓ２５）を除いて図５と同様である。
Ｓ２１：燃料室２７の燃料温度Ｔを検出する。
Ｓ２２：検出した燃料温度Ｔを開始判定温度Ｔａと比較する。Ｔ≧Ｔａのときは予熱は不要であるのでＳ２７以下の終了処理に移行する。Ｔ＜ＴａのときはＳ２３以下の予熱処理に移行する。
Ｓ２３：電磁バルブ２５を閉じて燃料室２７への燃料の循環を停止する。
Ｓ２４：形状記憶素子６への通電を開始する。
Ｓ２５：燃料温度Ｔを予熱判定温度Ｔｅと比較する。Ｔ≧ＴｅのときはＳ２６にて形状記憶素子６への通電を終了し、Ｓ２１に戻る。Ｔ＜Ｔｅのときは通電を継続する。
Ｓ２７：バルブ２５を開き、燃料室２７への燃料の循環を再開させる。
【００３８】図９には予熱制御に関する第３の実施形態の制御内容を示す。この実施形態では暖機完了前の負荷運転に対応するために、予熱の過程で燃料噴射を行うようにしたものである。この処理では機関回転数を入力条件とし、形状記憶素子６の駆動周波数を整数倍ｉに設定する。最初にｊ＝１としておき、サイクル毎にｊに１ずつ足してゆき、ｊ＝ｉとなった条件にて燃料を噴射するまで通電を行い、それ以外では噴射しないように、つまり既述の実施形態のように予熱のみを行なう。燃料温度がＴａに達したら、本予熱制御を解除し、通常の燃料噴射制御に移行する。なお、通常の燃料噴射制御においても、バルブ２５を用いて燃料入口４および燃料出口５の流量を制御することにより、形状記憶素子６内の温度ＴをＴａになるように制御するようにしてもよく、その場合、噴射する周波数の割に燃料噴射量が多いとき、つまり高回転高負荷時には燃料の温度は冷えてゆくので、この予熱制御を用いて燃料温度ＴをＴａに維持することができる。
Ｓ３０１：機関回転数を検出し、噴射周波数ｎを算出する。
Ｓ３０２：形状記憶素子６への予熱通電の周波数を、噴射周波数ｎに所定の整数ｍを乗じて整数倍ｉに設定する。
Ｓ３０３：噴射判定カウンタ値ｊを１に初期化する。
Ｓ３０４：カウンタ値ｊがｉに達したか否か判定する。ｊ＝ｉとなったときはＳ３０５にて燃料噴射を行い、Ｓ３３に戻りカウンタ値ｊを初期化する。
Ｓ３０６：燃料室２７の燃料温度Ｔを検出する。
Ｓ３０７：検出した燃料温度Ｔを開始判定温度Ｔａと比較する。Ｔ≧Ｔａのときは予熱は不要であるのでＳ３１３以下の終了処理に移行する。Ｔ＜ＴａのときはＳ３８以下の予熱処理に移行する。
Ｓ３０８：電磁バルブ２５を閉じて燃料室２７への燃料の循環を停止する。
Ｓ３０９：形状記憶素子６への予熱通電を開始する。
Ｓ３１０：燃料温度Ｔを予熱判定温度Ｔｅと比較する。Ｔ≧ＴｅのときはＳ３１１にて形状記憶素子６への通電を終了する。Ｔ＜Ｔｅのときは通電を継続する。ここでの予熱判定温度Ｔｅの意味は第２の実施形態（図８）と同様である。
Ｓ３１２：カウンタ値に１を加算し、Ｓ３４に戻る。
Ｓ３１３：バルブ２５を開き、燃料室２７への燃料の循環を再開させる。
【００３９】図１０〜図１３には本発明の第４の実施形態を示す。図１０〜図１２はこの実施形態に適用する燃料噴射弁の要部構造、図１３はその予熱制御の内容を表す流れ図である。図１０〜図１２において図示しない部分の構成は図１と同様である。
【００４０】この実施形態では燃料供給通路１４を途中で分岐し、ピストン９が最大に変位してもピストン９によっては閉塞されない位置に第２の燃料供給孔１６を開口させている。また、この燃料供給孔１６と重複しうる位置に、前記第２燃料供給孔１６の開閉手段として、連通孔２２を開口させた環状の弁体２０を圧縮室２６の内面に対して摺動自由に設けると共に、この弁体２０をばね１９を介して非通電時（図１０の状態）には前記第２の燃料供給孔１６と連通孔２２とが連通する位置に付勢している。ばね１９の背面に介装した固定リング１８と弁体２０との間には、図１２にも示したように、弁体駆動用の形状記憶素子１７が設けられている。形状記憶素子１７は、その電極２３、２４を介して通電加熱する収縮し、これにより弁体２０を針弁２方向に若干量移動させ、そのとき燃料供給孔１６は弁体２０の外周面にて閉塞される（図１１の状態）。なお、図において２１は燃料供給孔１６と連通孔２２との間のシールを図るためのＯリングである。
【００４１】本実施形態の燃料噴射弁では、第２の燃料供給孔１６が閉ざされている状態ではピストン９が第１のの燃料供給孔１４ｂを閉ざす位置よりも変位したときに圧力室２６の圧力が上昇して噴射が行われる。これに対して、第２の燃料供給孔１６が開いている状態では、ピストン９が最大限に変位しても圧力室２６の燃料は燃料供給通路１４を介して燃料室２７へと移動することから、圧力室２６の圧力は上昇せず噴射は行われない。そこで、図１３に示した予熱制御では、低温時には第２燃料供給孔１６を開いた状態で形状記憶素子６に充分に電流を供給し、これにより燃料温度を速やかに上昇させ、予熱完了の後に第２の形状記憶素子１７に電流を供給して第２燃料供給孔１６を閉ざすことにより燃料噴射をできるようにしている。ただし予熱のために形状記憶素子６に連続的に大きな電流を供給すると素子が破損するおそれがあるため、周期的な通電により冷却のための時間を設けるようにしている。
【００４２】なお、弁体２０またはその駆動手段としては他の形式のものを採用することもできるが、この実施形態のように第２の燃料供給孔１６の開閉を形状記憶素子１７により行う構成とすることによりその制御を第１の形状記憶素子６と共通のコントローラで行うことができ、それだけ構成の単純化と低コスト化を図ることができる。
Ｓ４１：燃料室２７の燃料温度Ｔを検出する。
Ｓ４２：検出した燃料温度Ｔを開始判定温度Ｔａと比較する。Ｔ≧Ｔａのときは予熱は不要であるのでＳ４７以下の終了処理に移行する。Ｔ＜ＴａのときはＳ４３以下の予熱処理に移行する。
Ｓ４３：電磁バルブ２５を閉じて燃料室２７への燃料の循環を停止する。
Ｓ４４：弁体２０を開き位置に保持して第２の燃料供給孔１６を開状態とする（形状記憶素子１７には非通電）。
Ｓ４５：形状記憶素子６にピストン９の最大変位に相当する電流を所定時間供給して加熱する。
Ｓ４６：通電を終了し、形状記憶素子６に若干の冷却時間を与えた後Ｓ４１に戻る。
Ｓ４７：第２の形状記憶素子１７に通電して弁体２０を閉じ位置に変位させ、第２の燃料供給孔１６を閉ざす。
Ｓ４８：バルブ２５を開き、燃料室２７への燃料の循環を再開させる。
【００４３】なお、この実施形態では、燃料噴射および予熱のための第１の形状記憶素子６と弁体２０を駆動するための第２の形状記憶素子１７として、それぞれ図１４に示すように変態温度の異なる２つの形状記憶素子を適用することにより、燃料供給孔１６の開閉制御を燃料温度に応じて自動的に制御することも可能である。すなわち形状記憶素子６に図中ＳＭＡ１の特性を有するものと適用し、これに対して形状記憶素子１７には変態点の低いＳＭＡ２を適用することにより、燃料温度がＴａに達した後に自動的に弁体２０を閉じ位置に駆動して燃料噴射を可能とする制御を行うことができる。
【００４４】図１５に本発明の予熱制御に関する第５の実施形態を示す。これは前記第４の実施形態による予熱制御の間に、第３の実施形態と同様に燃料噴射を行いうるようにしたものである。
Ｓ５０１：機関回転数を検出し、噴射周波数ｎを算出する。
Ｓ５０２：形状記憶素子６への予熱通電の周波数を、噴射周波数ｎに所定の整数ｍを乗じて整数倍ｉに設定する。
Ｓ５０３：噴射判定カウンタ値ｊを１に初期化する。
Ｓ５０４：カウンタ値ｊがｉに達したか否か判定する。ｊ＝ｉとなったときはＳ５０５にて第２燃料供給孔１６を閉じ、形状記憶素子６に噴射用の信号電流を供給して燃料噴射を行い、Ｓ５０３に戻りカウンタ値ｊを初期化する。
Ｓ５０６：燃料室２７の燃料温度Ｔを検出する。
Ｓ５０７：検出した燃料温度Ｔを開始判定温度Ｔａと比較する。Ｔ≧Ｔａのときは予熱は不要であるのでＳ４３以下の終了処理に移行する。Ｔ＜ＴａのときはＳ３８以下の予熱処理に移行する。
Ｓ５０８：電磁バルブ２５を閉じて燃料室２７への燃料の循環を停止する。
Ｓ５０９：弁体２０を開き位置に保持して第２の燃料供給孔１６を開状態とする（形状記憶素子１７には非通電）。
Ｓ５１０：形状記憶素子６にピストン９の最大変位に相当する電流を所定時間供給して加熱する。
Ｓ５１１：通電を終了し、形状記憶素子６に若干の冷却時間を与える。
Ｓ５１２：カウンタ値に１を加算し、Ｓ５０４に戻る。
Ｓ５１３：第２の形状記憶素子１７に通電して弁体２０を閉じ位置に変位させ、第２の燃料供給孔１６を閉ざす。
Ｓ５１４：バルブ２５を開き、燃料室２７への燃料の循環を再開させる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１６日（２０００．６．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５３７（Ｐ２００１−３５５５３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１８１２６６（Ｐ２０００−１８１２６６） |
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