JP5195890B2 - 燃料噴射弁および内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、弁ボディに対する弁部材の移動により燃料供給を制御可能な燃料噴射弁、および、それを備えた内燃機関に関する。

内燃機関、特に燃料を吸気ポートではなく燃焼室に直接噴射する筒内直噴式エンジンでは、燃料噴射弁から噴射された燃料に由来するデポジット（酸化物、炭化物、分解生成物など）が噴孔およびその周辺に付着し、燃料噴射量の低下や噴霧形状の変化を生じ、燃焼の制御性を悪化させる原因となる。

噴孔内面へのデポジット付着を解消する１つの手段として、燃料噴射弁のサック部から噴孔内へ流入する燃料流のキャビテーションが利用されている。サック部からの燃料は細径の噴孔入口で絞られて高圧化した直後に噴孔内への流入により瞬時に減圧し、これに伴いキャビテーションが発生する。キャビテーションによる衝撃波のエネルギーにより、デポジットが付着せず、また、付着したデポジットは剥離する。

例えば、特許文献１は、扁平な扇型スリット状ノズルの形態である噴孔を備える燃料噴射弁で、キャビテーションによりデポジット付着を抑制することを開示する。そして特許文献１では、キャビテーションの起き難い噴孔内面部分の表面粗さを低減したり、該部分にデポジット付着抑制膜を形成したりすることが提案されている。

特開２００９−２６４１９３号公報

しかし、特許文献１の提案は、デポジットを付着し難くするものであり、デポジットを積極的に取り除くものではない。

そこで本発明はかかる事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、燃料噴射弁にデポジットが付着した場合、そのデポジットを燃料噴射弁から積極的に取り除くことにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様によれば、弁ボディに対する弁部材の移動により燃料供給を制御する燃料噴射弁であって、前記弁ボディのサック部に開口する第１端部と前記弁ボディの外壁に開口する第２端部とを有するスリット状噴孔と、前記サック部に開口する第１端部と前記弁ボディの前記外壁に開口する第２端部とを有して前記噴孔を貫通する貫通孔とを備えた、燃料噴射弁が提供される。

かかる構成によれば、弁ボディのサック部に開口する第１端部と弁ボディの外壁に開口する第２端部とを有するスリット状噴孔と、サック部に開口する第１端部と弁ボディの外壁に開口する第２端部とを有して噴孔を貫通する貫通孔とを備えるので、スリット状噴孔にキャビテーションが生じ難い場合であっても、サック部内部に発生する負圧を貫通孔を介して噴孔に積極的に導入することが可能になる。したがって、燃料噴射弁にデポジットが付着した場合、燃料噴射弁からデポジットを積極的に取り除くことが可能になり、また、燃料噴射弁へのデポジットの形成を積極的に抑制することができる。

前記噴孔は、前記サック部の中心から径方向に延びるように形成されているとよい。

前記貫通孔は、直線状に形成されているとよい。

前記噴孔は前記燃料噴射弁の中心線に対して傾くように形成されていて、前記貫通孔の前記第１端部は、前記噴孔の前記第１端部よりも前記燃料噴射弁の前記中心線の近くに位置するとよい。

前記燃料噴射弁の前記中心線および前記貫通孔の軸線を含むように定められる平面において前記噴孔の前記第１端部が該噴孔の前記第２端部よりも前記燃料噴射弁の前記中心線の近くにあるように前記噴孔は形成され、前記平面において、前記噴孔が前記燃料噴射弁の前記中心線となす角は、前記貫通孔が前記燃料噴射弁の前記中心線となす角よりも小さいとよい。

前記弁ボディに前記弁部材が着座する閉鎖位置と、前記弁ボディと該弁ボディから離れた前記弁部材との間に形成されるシート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の開口面積以上である高リフト位置と、前記シート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の前記開口面積未満である低リフト位置とに選択的に前記弁部材が位置付けられるとよい。

本発明の他の態様によれば、上記したような燃料噴射弁を備えた、内燃機関が提供される。

前記燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段は、前記弁ボディに前記弁部材が着座する閉鎖位置と、前記弁ボディと該弁ボディから離れた前記弁部材との間に形成されるシート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の開口面積以上である高リフト位置と、前記シート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の前記開口面積未満である低リフト位置とに選択的に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行うとよい。

前記燃料噴射弁にデポジットが形成されているか否かを判定するデポジット形成判定手段をさらに備える場合、前記燃料噴射制御手段は、該デポジット形成判定手段によりデポジットが形成されていると判定されたとき、前記低リフト位置に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行うとよい。

燃料として重質燃料を用いているか否かを判定する燃料判定手段をさらに備える場合、前記燃料噴射制御手段は、該燃料判定手段により重質燃料が用いられていると判定されたとき、前記低リフト位置に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行うとよい。

本発明の一実施形態の燃料噴射弁の先端部の模式図であり、弁ボディを断面で表した図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った図１の燃料噴射弁の模式図である。 図１の燃料噴射弁の先端部の模式図である。 図１の燃料噴射弁の先端部の模式図である。 図１の燃料噴射弁における噴孔におけるキャビテーション発生領域と貫通孔との関係を説明するための拡大模式図である。 図１の燃料噴射弁を備えた内燃機関の概略図である。 図６の内燃機関での燃料噴射制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図１の燃料噴射弁の弁部材の弁ボディに対するリフトを説明するための模式図である。 図６の内燃機関での燃料噴射制御の他の一例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁１０の先端部の断面模式図を示す。なお、燃料噴射弁１０は、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するための筒内噴射用インジェクタであるが、ポート噴射に用いられることも可能である。

燃料噴射弁１０の先端部つまりノズル部は、弁ボディとしてのノズルボディ１２と、弁部材としてのニードル１４とを有している。

ノズルボディ１２は、先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐台状の円錐台面１２ａに弁座１２ｂを有している。円錐台面１２ａはノズルボディ１２の内壁面である。ノズルボディ１２は、ノズルボディ１２の円錐台面１２ａの先端側端部に接続するサック部１２ｃを有している。サック部１２ｃは、ノズルボディ１２の内壁面により形成されている。サック部１２ｃは、円錐台面１２ａと接続する円筒面１２ｄと、円筒面１２ｄの円錐台面１２ａとは反対側に接続する半球状面１２ｅとから構成されている。

サック部１２ｃには噴孔１６の一方の端部（第１端部）１６ａが開口している。特に、サック部１２ｃを形成するノズルボディ１２の半球状面１２ｅに、噴孔１６の入口側端部１６ａが開口している。噴孔１６の他方の端部（第２端部）１６ｂはノズルボディ１２の外壁１２ｆに開口している。これにより、噴孔１６は、ノズルボディ１２を貫いてサック部１２ｃとノズルボディ１２の外壁１２ｆとを接続している。噴孔１６は、ノズルボディ１２の中心線つまり燃料噴射弁１０の中心線Ａに対して傾いて延びている。この噴孔１６は中心線Ａを横切らない。そして、噴孔１６はスリット状に形成されている。特に、噴孔１６はここでは扁平なスリット状である。また、噴孔１６は入口側から出口側に向けて扇型に拡がるように形成されている（図２参照）。このような噴孔１６は、サック部１２ｃの中心、より詳しくは半球状面１２ｅを表面とする球体を定めたときの球体中心から径方向に延びるように形成されている。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１０は噴孔として１つの噴孔１６のみを有するように説明されるが、噴孔１６と同様に構成される複数の噴孔を備えることができる。複数の噴孔１６を備える場合、例えば、それらは中心線Ａ周りに回転対称性を有するように配置および形成されることができる。

弁部材としてのニードル１４は、ノズルボディ１２の内側で燃料噴射弁１０の中心線Ａ方向へ往復移動可能に、燃料噴射弁１０内に収容されている。ニードル１４は、ノズルボディ１２と概ね同軸上に配置されている。ニードル１４は、円錐台面１４ａおよび円錐面１４ｂを有している。円錐台面１４ａと円錐面１４ｂとの接続部は、ノズルボディ１２の弁座１２ｂに接触可能なシール部１４ｃとなる。円錐台面１４ａおよび円錐面１４ｂはニードル１４の外壁面を形成している。

ノズルボディ１２の弁座１２ｂには、ニードル１４のシール部１４ｃが着座可能である。ニードル１４がノズルボディ１２から離座することにより、ニードル１４の外壁面とノズルボディ１２の内面との間にシート開口部１８が形成される。これは、燃料通路の開通を意味する。したがって、このような燃料噴射弁１０では、コイル（不図示）への通電によりニードル１４がノズルボディ１２に対して移動されることで、燃料噴射弁１０に所定圧力で供給された燃料が噴射される。つまり、燃料噴射弁１０は、ニードル１４の図における上下移動によりサック部１２ｃへの燃料供給を制御し、サック部１２ｃに開口した噴孔１６から図の下方へ燃料を噴霧する。

さらに、貫通孔２０がノズルボディ１２に形成されている。貫通孔２０の一方の端部（第１端部）２０ａはサック部１２ｃに開口している。特に、サック部１２ｃを形成するノズルボディ１２の半球状面１２ｅに、貫通孔２０の第１端部２０ａが開口している。貫通孔２０の他方の端部（第２端部）２０ｂはノズルボディ１２の外壁１２ｆに開口している。これにより、貫通孔２０は、ノズルボディ１２を貫いてサック部１２ｃとノズルボディ１２の外壁１２ｆとを接続している。貫通孔２０は、細長い直線状の略断面円形の孔であり、ノズルボディ１２の中心線つまり燃料噴射弁１０の中心線Ａに対して傾き、中心線Ａを横切らない。

このような貫通孔２０は、噴孔１６を貫通して延びるように形成されている。換言すると、貫通孔２０は、噴孔１６に対して関係付けられている。ここで、噴孔１６と貫通孔２０との関係について図３に基づいて説明する。なお、複数の噴孔１６を備える場合、複数の貫通孔２０が備えられ、複数の貫通孔２０の各々は、対応する噴孔１６に対して１対１で関係付けられている。

図３には、燃料噴射弁１０の中心線Ａを含むように定められる平面であって貫通孔２０の軸線Ｂを含むように定められる平面（以下、第１平面）における燃料噴射弁１０が模式的に表されているが、ノズルボディ１２のみが断面で表されている。なお、図３は、図１と同じである。第１平面上において噴孔１６に沿って延びる線Ｃが図３にはさらに表されている。図３において線Ｃは中心線Ａと点Ｄで交わるが、点Ｄはサック部１２ｃの中心つまり半球状面１２ｅを表面とする球体を定めたときの球体中心である。なお、本実施形態では、線Ｃを中心として対称に噴孔１６は拡がった形状を有するので、図２において図示しない線Ｃは中心線Ａに重なる。

図から明らかなように、貫通孔２０の第１端部２０ａは、噴孔１６の第１端部１６ａよりも燃料噴射弁１０の中心線Ａの近くに位置し、第１平面上においてもこの関係は明らかである（図１、図３参照）。そして、第１平面において、噴孔１６の第１端部１６ａが噴孔１６の第２端部１６ｂよりも燃料噴射弁１０の中心線Ａの近くにあるように噴孔１６は中心線Ａに対して傾いて延びている。これは、噴孔１６がサック部１２ｃの中心から径方向に延びるように形成されていることに従う。したがって、第１平面において、噴孔１６（の線Ｃ）が燃料噴射弁１０の中心線Ａとなす角αは、貫通孔２０（の軸線Ｂ）が燃料噴射弁１０の中心線Ａとなす角βよりも小さい。

ここで、さらに図４および図５を用いて、噴孔１６と貫通孔２０との関係が説明される。図４および図５には、図１〜３に図示された燃料噴射弁１０での燃料の流れを調べるために行った実験結果が模式的に表されていて、燃料の流れおよびキャビテーション発生領域等が模式的に表されている。ただし、図５には、噴孔１６内のキャビテーション発生領域が表され、貫通孔２０が仮想的に表されている。

燃料噴射を行うとき、上記したように、ニードル１４がノズルボディ１２から離れることでシート開口部１８が形成されて、燃料通路が開通する。その結果、シート開口部１８を通過した燃料はまずサック部１２ｃ内部に導入される。シート開口部１８はリング状に形成され、サック部１２ｃは半球状面１２ｅを有するので、サック部１２ｃ内部で燃料は図４に模式的に示すように渦流を形成する。このような渦流は、中心線Ａ周りに略リング状に形成される。そして、サック部１２ｃ内の燃料は噴孔１６に流入する。サック部１２ｃ内での渦流の形成は、サック部１２ｃの半球状面１２ｅ近傍、特に中心線Ａ付近での燃料流の剥離をもたらし、負圧を生じさせる。このように負圧が生じる領域つまり負圧発生領域は図４に模式的に領域Ｅとして表されている。サック部１２ｃの半球状面１２ｅの中心線Ａ付近の領域Ｅに、図から明らかなように、貫通孔２０の第１端部２０ａは開口する。

他方、サック部１２ｃから噴孔１６へ流入する燃料は、相対的に狭い第１端部１６ａつまり入口部で絞られて、高圧化した直後、噴孔１６内への流入により瞬時に減圧される。したがって、噴孔１６内にキャビテーションが発生する。これは、扇型スリット状である噴孔１６では顕著である。しかし、噴孔１６内でのキャビテーション発生領域には偏りがある。図５に、第１平面での噴孔１６内のキャビテーション発生領域が模式的に表されている。噴孔１６における中心線側壁面１６ｃ近傍のキャビテーション発生領域Ｆは第１端部１６ａつまり入口側に偏在し、これに対して、噴孔１６における反中心線側壁面１６ｄ近傍のキャビテーション発生領域Ｇは噴孔１６の中ほどに広範囲に拡がる。これは、燃料噴射弁１０の中心線Ａに対して上記したように噴孔１６が傾いて形成されているからであり、中心線側壁面１６ｃと反中心線側壁面１６ｄとで噴孔１６へのサック部１２ｃからの燃料の流れ込み方が違うからである。そして図５に示されるように、上記の如くサック部１２ｃ内の負圧発生領域Ｅまたはその近傍に開口する貫通孔２０は、それら噴孔１６のキャビテーション発生領域Ｆ、Ｇを貫くように延びている。

このような貫通孔２０を備えるので、燃料噴射弁１０は優れたデポジット除去能力を有する。例えば、噴孔１６内にキャビテーションが発生する状況においては、噴孔１６に貫通孔２０を介してサック部１２ｃ内から強い負圧がさらに導入される。したがって、噴孔１６内には強いキャビテーションが生じるので、仮に噴孔１６にデポジットが形成されたとしてもそのデポジットは積極的に剥離を促され、噴孔１６内はきれいに掃除されることになる。他方、燃料噴射弁１０の開閉の過渡時や燃料噴射圧が低いときなど噴孔１６内に一般にキャビテーションが生じ難い状況においても、噴孔１６内にサック部１２ｃ内からの負圧が適切に導入される。したがって、このような状況下でも、噴孔１６内のデポジットの除去が積極的に促される。

なお、このようなサック部１２ｃ内から噴孔１６への負圧の導入は、燃料噴射弁１０からの噴射燃料の微粒化を促進することができる。これは、内燃機関での燃料の揮発性を高め、燃料の燃焼性を高めることに寄与する。したがって、燃料噴射弁１０を備えた内燃機関では排気エミッションが向上すると共にオイルへの燃料の混入が抑制される。

さて、上記した燃料噴射弁１０は、内燃機関３０に装備される。図６に燃料噴射弁１０を備えた内燃機関３０の概略構成を示す。同図に示される内燃機関３０では、燃料噴射弁１０は、シリンダブロック３２に形成された対応する燃焼室３４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。燃料噴射弁１０から直接燃焼室３４に噴射供給された燃料と空気との混合気を燃焼室３４で燃焼させて、気筒３６内でピストン３８を往復移動させることにより、内燃機関３０は、動力を発生する。図６には１気筒のみが示されるが、内燃機関３０は複数気筒を備える。なお、上記燃料噴射弁１０は単気筒エンジンにも適用可能である。

各燃焼室３４に臨む吸気ポートは、吸気弁Ｖｉにより開閉され、吸気マニホールド４０に接続されている。この吸気マニホールド４０上流側には、順に、サージタンク４２および吸気管４４が接続されている。吸気管４４は、エアクリーナ４６を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管４４の中途（サージタンク４２とエアクリーナ４６との間）には、電子制御式スロットルバルブ４８が組み込まれている。それら、例えば、吸気ポート、吸気マニホールド４０、サージタンク４２、吸気管４４のそれぞれは、吸気通路５０の一部を区画形成する。

他方、各燃焼室３４に臨む排気ポートは、排気弁Ｖｅにより開閉され、排気マニホールド５２に接続され、この排気マニホールド５２には下流側に排気管５４が接続されている。排気管５４には、三元触媒を含む前段触媒装置５６およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置５８が接続されている。それら、例えば、排気ポート、排気マニホールド５２、排気管５４のそれぞれは、排気通路６０の一部を区画形成する。

更に、内燃機関３０の各気筒３６は、点火プラグ６２を有する。各点火プラグ６２は、対応する燃焼室３４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。

上述の各燃料噴射弁１０、スロットルバルブ４８、各点火プラグ６２等は、内燃機関３０の制御装置として実質的に機能する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）７０に電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート等を含むものである。ＥＣＵ７０には、各種センサ類がＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７２が接続されている。ＥＣＵ７０は、ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサ類を用いて得られる検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、各燃料噴射弁１０、スロットルバルブ４８、各点火プラグ６２等の作動を制御する。

図６に示されるように、ＥＣＵ７０に接続されるセンサ類には、クランクポジションセンサ７４が含まれる。なお、内燃機関３０では、クランクポジションセンサ７４はエンジン回転速度センサとしても用いられる。また、吸気通路５０の圧力すなわち吸気圧を検出するために吸気圧センサ７６が設けられている。さらに、内燃機関１０の冷却水の温度を検出するための水温センサ７８や、アクセルペダルの開度を検出するためのアクセルポジションセンサ（不図示）、スロットルバルブ４８の開度を検出するためのスロットルポジションセンサが設けられている。また、内燃機関１０が搭載された車両の速度（車速）を検出するための車速センサ（不図示）も設けられている。さらに、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）８０が排気通路６０に設けられている。Ａ／Ｆセンサ８０は、排気通路６０の排気中の空燃比に応じた電気信号をＥＣＵ７０に出力する。また、排気通路６０に、Ｏ₂センサ８２が設けられている。Ｏ₂センサ８２は、排気中の酸素濃度に応じた電気信号をＥＣＵ７０に出力する。

ＥＣＵ７０のＲＯＭは、燃料噴射制御用のルーチン、点火時期制御用のルーチン、スロットルバルブ制御用のルーチン等やそれらに用いられるマップ等のデータを記憶している。ＥＣＵ７０は、ＲＯＭ等に記憶された上記種々のルーチン等のアプリケーションプログラムに従って、燃料噴射制御、点火制御、スロットル制御等を実行する。つまり、ＥＣＵ７０は、燃料噴射制御手段、点火時期制御手段、スロットル制御手段の各機能を備える。そして、後述するように、ＥＣＵ７０は、さらに、燃料噴射弁１０にデポジットが形成されているか否かを判定するデポジット形成判定手段および燃料として重質燃料が用いられているか否かを判定する燃料判定手段の各機能を有する。

例えば、ＥＣＵ７０は予め定められたデータ等に基づいて所定のまたは所望の運転状態になるように燃料噴射制御を実行する。例えば、燃料噴射制御では、ニードル１４のノズルボディ１２に対する移動量等が制御されると共に、燃料噴射弁１０へ供給される燃料の圧力つまり燃圧が負荷に応じて可変制御される。軽負荷運転領域では要求燃料噴射量が相対的に少ないので燃圧は高負荷運転領域のときの燃圧よりも低くされる。また、冷間始動時には、ＥＣＵ７０は、触媒暖機用の制御を行う。冷間始動時か否かは例えば冷却水温が所定温度未満か否かで判定される。冷却水温が所定温度未満であるとき、冷間分割噴射モード用データに基づく燃料噴射制御が行なわれ、具体的には吸気行程および圧縮行程のそれぞれで燃料噴射弁１０から燃料を噴射する分割噴射が行なわれる。これにより所謂後燃えが生じ、この作用で排気温度が上昇し、暖機促進作用が高められる。なお、このような触媒暖機用の分割噴射の際、点火時期が所定量遅角されてもよい、つまり点火時期遅角制御が行われてもよい。

しかし、予め定められたデータ等に基づく所定のまたは所望の運転状態になるような制御によっても運転状態がそのような運転状態に推移しない場合がある。例えば、燃料噴射弁１０にデポジットが生じ、燃料噴射が適切に行われない場合、所定の運転状態への推移が円滑に行われない。そこで、ＥＣＵ７０は、そのような場合、燃料噴射弁１０のデポジットを除去する制御（以下、掃除制御）を行う。以下にその掃除制御が図７のフローチャートに基づいて説明される。

まず、ＥＣＵ７０は、運転状態が軽負荷運転領域であるか否かを判定する（ステップＳ７０１）。これは例えばエアフローメータ７２、アクセルポジションセンサなどの出力に基づいて行われることができる。軽負荷運転のとき（ステップＳ７０１で肯定判定）、燃料噴射弁１０からの燃料噴射が停止しているか否かが判定される（ステップＳ７０３）。例えば所定時間、所定の運転状態に移行しない状況が続いたとき、ＥＣＵ７０は燃料噴射が停止している、つまり燃料噴射弁１０にデポジットが形成されているので適切な燃料噴射が行われていないと判定する（ステップＳ７０３で肯定判定）。換言すると、この判定（ステップＳ７０３）は、燃料噴射弁１０にデポジットが形成されているか否かの判定に相当する。例えば、適切な燃料噴射が行われていないとき、排気空燃比が所定の空燃比に一致し難いので、Ａ／Ｆセンサ８０、Ｏ₂センサ８２などの出力に基づいて、この判定が行われることができる。なお、ステップＳ７０１、Ｓ７０３での各判定は、他のセンサ（検出手段）からの出力に基づいて行われてもよい。

ＥＣＵ７０は燃料噴射が停止していると判定したとき（ステップＳ７０３で肯定判定）、燃料噴射弁１０からのデポジット除去を図るために掃除制御として低リフト制御を実行する（ステップＳ７０５）。掃除制御では、燃料噴射をするときのノズルボディ１２に対するニードル１４の移動量つまりリフト量が、通常時の燃料噴射制御におけるリフト量よりも小さくされる。ノズルボディ１２に対するニードル１４の移動量つまりリフト量γは、図８に示されるように、ノズルボディ１２の弁座１２ｂとニードル１４のシール部１４ｃとの間の中心線Ａの方向の距離である。

ここで、ノズルボディ１２に対するニードル１４の位置について説明する。燃料噴射が行われないとき、ニードル１４は、ノズルボディ１２に着座する位置（閉鎖位置）に移動される。そして、通常の燃料噴射制御における燃料噴射では、弁座１２ｂと弁座１２ｂから離れたシール部１４ｃとの間に形成されるリング状のシート開口部１８の面積が噴孔１６の第１端部の開口面積（好ましくは最小開口面積）以上となる所定位置（高リフト位置）に、ニードル１４は閉鎖位置から動かされる。これに対して、掃除制御として低リフト制御（ステップＳ７０５）が実行されたときの燃料噴射では、シート開口部１８の面積が噴孔１６の第１端部の開口面積未満となる所定位置（低リフト位置）に、ニードル１４は閉鎖位置から動かされる。このように、ニードル１４はノズルボディ１２に対して、閉鎖位置と、高リフト位置（非掃除位置）と、低リフト位置（掃除位置）とに選択的に位置付けられる。なお、高リフト位置は１つの所定位置であってもよいが、それぞれ異なる複数の所定位置の総称としてここでは用いられる。

なお、シート開口部１８の面積は、概ね、シール部１４ｃの長さにリフト量γを掛けることで求められる。そして、噴孔１６の第１端部の開口面積は、本実施形態では、単一の噴孔１６が設けられているので、１つの噴孔１６の第１端部の開口面積である。しかし、複数の噴孔１６を備える燃料噴射弁においては、シート開口部１８の面積と対比される噴孔１６の第１端部の開口面積は、全ての噴孔１６の第１端部の開口面積の和である。つまり、シート開口部１８の面積と対比されるのは、全噴孔１６の第１端部の開口面積である。

このようにニードル１４を低リフト位置に動かして燃料噴射を行うことで、燃料噴射弁１０にデポジットが形成されている場合、燃料噴射弁１０のデポジット除去を積極的に促すことができる。リフト量γを小さくすることで、シート開口部１８の面積が小さくなり、サック部１２ｃ内に生じる負圧発生レベルを高めることが可能になる。したがって、軽負荷であって燃圧が相対的に低い場合であっても、大きな負圧を貫通孔２０を介して噴孔１６内に導入することができ、それにより噴孔１６内に積極的にキャビテーションを誘導して、デポジット剥離を積極的に促すことができる。なお、貫通孔２０が無い燃料噴射弁では、そのような低リフト化により噴孔１６での圧損が大きくなるので、そのようにニードル１４を低リフト位置に位置付けることが実質的にできない。

他方、運転状態が軽負荷運転領域になかったり（ステップＳ７０１で否定判定）、または、燃料噴射が停止していなかったりしたとき（ステップＳ７０３で否定判定）、通常の燃料噴射制御（通常リフト制御）が実行される（ステップＳ７０７）。なお、このとき、ニードル１４を上記高リフト位置に位置付けることで、燃料噴射は実行される。

さて、内燃機関３０では、燃料噴射弁１０の掃除が望まれるときは、このような場合のみではない。具体的には、燃料として重質燃料が用いられている場合、燃料噴射弁１０にデポジットを生じ易い。そこで、重質燃料が燃料として用いられている場合、燃料噴射弁１０の掃除が積極的に促される。以下に、図９のフローチャートに基づいてそのような掃除制御が説明される。なお、重質燃料は、揮発性の低い燃料であり、例えば重油を含む。

ＥＣＵ７０は、燃料に重質燃料が含まれているか否かを判定する（ステップＳ９０１）。重質燃料が使用されている場合にはエンジン回転速度の変動が高まるので、ここでは、エンジン回転速度の変動量が所定量以上か否かが判定される。さらに、重質燃料は揮発性が低いので、重質燃料を用いているときには冷間始動時の燃料噴射量がガソリン等の軽質燃料を用いているときに比べて実質的に少ない。その結果、重質燃料を燃料として用いているとき、軽質燃料を燃料として用いているときに比べて、混合気の燃焼が異なり空燃比が異なり得る。したがって、例えばエンジン回転速度、排気空燃比に基づいて、つまりクランクポジションセンサ７４、Ａ／Ｆセンサ８０、Ｏ₂センサ８２のうちの少なくともいずれかの出力に基づいて、燃料に重質燃料が含まれているか否かが判定可能である。

燃料に重質燃料が含まれているとき（ステップＳ９０１で肯定判定）、触媒暖機制御中か否かが判定される（ステップＳ９０３）。触媒暖機制御中か否かは冷却水温に基づいて判断されてもよいが、ＥＣＵ７０は上記したように吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ燃料噴射弁１０から燃料を噴射する分割噴射を行なっているとき、触媒暖機制御中と判断する。

触媒暖機制御中と判断されると（ステップＳ９０３で肯定判定）、ＥＣＵ７０は、その分割噴射における、ニードル１４のリフト量γを掃除位置に相当するリフト量に設定する。つまり、このとき、ニードル１４を低リフト位置に動かして燃料噴射を行う、低リフト制御が実行される（ステップＳ９０５）。

これにより、吸気行程では、筒内圧が負圧であるので、貫通孔２０に積極的に負圧を導入可能になり、貫通孔２０内のデポジット除去など、貫通孔２０内の掃除を積極的に行うことができる。他方、圧縮行程では、筒内圧が加圧されるので、噴孔１６に積極的に負圧を導入して、噴孔１６内のデポジット除去など、噴孔１６内の掃除を積極的に行うことができる。したがって、触媒暖機制御中にニードル１４を低リフト位置に動かして燃料噴射を行うことで、貫通孔２０および噴孔１６の両方を積極的にきれいにすることができる。

他方、燃料に重質燃料が含まれていなかったり（ステップＳ９０１で否定判定）、触媒暖機制御中でなかったりしたとき（ステップＳ９０３で否定判定）、通常の燃料噴射制御（通常リフト制御）が実行される（ステップＳ９０７）。なお、このとき、ニードル１４が上記高リフト位置に位置付けられることで、燃料噴射は実行される。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、噴孔の形態は上記実施形態では扇形スリット状であったが、他の形態であってもよい。例えば噴孔の形態は三角形状であってもよい。また、貫通孔の断面形状は円形に限らず、楕円でも、四角形でも、多角形であってもよい。また、貫通孔の第１端部は、燃料噴射弁の中心線上に位置してもよい。また、上述の内燃機関は単なる直噴式エンジンであってが、上記した筒内噴射弁に加えてさらにポート噴射用の燃料噴射弁を備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。なお、本発明は、本発明に係る燃料噴射弁をポート噴射用の燃料噴射弁として用いることを包含する。また、用いられる燃料はガソリンに限らず、本発明は、種々の燃料、例えばアルコール燃料を用いる燃料噴射弁または内燃機関に適用可能である。

本発明の実施例は前述の実施例のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１０ 燃料噴射弁
１２ ノズルボディ（弁ボディ）
１２ｃ サック部
１４ ニードル（弁部材）
１６ 噴孔
１６ａ 第１端部
１６ｂ 第２端部
１８ シート開口部
２０ 貫通孔
２０ａ 第１端部
２０ｂ 第２端部
Ａ 燃料噴射弁の中心軸線

Claims (10)

1. 弁ボディに対する弁部材の移動により燃料供給を制御する燃料噴射弁であって、
   前記弁ボディのサック部に開口する第１端部と前記弁ボディの外壁に開口する第２端部とを有するスリット状噴孔と、
   前記サック部に開口する第１端部と前記弁ボディの前記外壁に開口する第２端部とを有して前記噴孔を貫通する貫通孔と
   を備えた、燃料噴射弁。
2. 前記噴孔は、前記サック部の中心から径方向に延びるように形成されている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記貫通孔は、直線状に形成されている、請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記噴孔は前記燃料噴射弁の中心線に対して傾くように形成されていて、
   前記貫通孔の前記第１端部は、前記噴孔の前記第１端部よりも前記燃料噴射弁の前記中心線の近くに位置する、請求項１から３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
5. 前記燃料噴射弁の前記中心線および前記貫通孔の軸線を含むように定められる平面において前記噴孔の前記第１端部が該噴孔の前記第２端部よりも前記燃料噴射弁の前記中心線の近くにあるように前記噴孔は形成され、
   前記平面において、前記噴孔が前記燃料噴射弁の前記中心線となす角は、前記貫通孔が前記燃料噴射弁の前記中心線となす角よりも小さい、
   請求項１から４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
6. 前記弁ボディに前記弁部材が着座する閉鎖位置と、前記弁ボディと該弁ボディから離れた前記弁部材との間に形成されるシート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の開口面積以上である高リフト位置と、前記シート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の前記開口面積未満である低リフト位置とに選択的に前記弁部材が位置付けられる、請求項１から５のいずれかに記載の燃料噴射弁。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の燃料噴射弁を備えた、内燃機関。
8. 前記燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段は、前記弁ボディに前記弁部材が着座する閉鎖位置と、前記弁ボディと該弁ボディから離れた前記弁部材との間に形成されるシート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の開口面積以上である高リフト位置と、前記シート開口部の面積が全噴孔の前記第１端部の前記開口面積未満である低リフト位置とに選択的に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行う、請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記燃料噴射弁にデポジットが形成されているか否かを判定するデポジット形成判定手段をさらに備え、
   前記燃料噴射制御手段は、該デポジット形成判定手段によりデポジットが形成されていると判定されたとき、前記低リフト位置に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行う、
   請求項８に記載の内燃機関。
10. 燃料として重質燃料を用いているか否かを判定する燃料判定手段をさらに備え、
    前記燃料噴射制御手段は、該燃料判定手段により重質燃料が用いられていると判定されたとき、前記低リフト位置に前記弁部材を移動させて燃料噴射を行う、
    請求項８または９に記載の内燃機関。

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