(57)【要約】内燃機関の定格運転領域において、燃料の噴射量を減少させないでメイン噴射の噴射時間が短くされ、内燃機関の出力が維持されつつ排気温度の上昇が抑えられる燃料噴射装置の制御装置及び制御方法を提供する。噴射孔を閉塞するノズルニードルの後端側に作用する背圧を逃すことにより噴射孔が開放されて燃料噴射が行われる燃料噴射弁を用いて内燃機関への燃料の噴射供給を行う燃料噴射装置を制御するための燃料噴射装置の制御装置において、内燃機関が定格運転領域にあるか否かを判別する定格領域判定部と、内燃機関が定格運転領域にある場合に、内燃機関へのメイン噴射を行う前に微量の背圧逃し制御を行う予備的背圧制御部と、微量の背圧逃し制御によって生じた燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力の脈動に対して、圧力の上昇時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射を行うメイン噴射制御部と、を備えることを特徴とする。
2010029777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔を閉塞するノズルニードルの後端側に作用する背圧を逃すことにより前記噴射孔が開放されて燃料噴射が行われる燃料噴射弁を用いて内燃機関への燃料の噴射供給を行う燃料噴射装置を制御するための燃料噴射装置の制御装置において、
前記内燃機関が定格運転領域にあるか否かを判別する定格領域判定部と、
前記内燃機関が定格運転領域にある場合に、前記内燃機関へのメイン噴射を行う前に微量の背圧逃し制御を行う予備的背圧制御部と、
前記微量の背圧逃し制御によって生じた前記燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力の脈動に対して、前記圧力の上昇時、かつ、前記圧力の振幅が正の時に前記メイン噴射を行うメイン噴射制御部と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
【請求項２】
前記予備的背圧制御部は、前記微量の背圧逃し制御によって、前記燃料噴射弁の前記噴射孔から前記燃料噴射が行われない空打ち制御を行うことを特徴とする請求の範囲の第１項に記載の燃料噴射装置の制御装置。
【請求項３】
前記メイン噴射制御部は、前記予備的背圧制御部による前記微量の背圧逃し制御によって前記圧力が低下した後の最初の前記圧力の上昇時、かつ、前記圧力の振幅が正の時に前記メイン噴射を行うことを特徴とする請求の範囲の第１項又は第２項に記載の燃料噴射装置の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁に送られる高圧燃料の温度を検出するとともに、前記高圧燃料の温度に対応させて前記微量の背圧逃し制御を行う時期を補正する予備的背圧制御時期補正部を備えることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第３項のいずれか一項に記載の燃料噴射装置の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関から排出される排気温度が所定の閾値を超えそうな状況で、前記内燃機関の定格運転領域での前記微量の背圧逃し制御を行わせる排気温度判定部を備えることを特徴とする請求の範囲の第１項〜第４項のいずれか一項に記載の燃料噴射装置の制御装置。
【請求項６】
噴射孔を閉塞するノズルニードルの後端側に作用する背圧を逃すことにより前記噴射孔が開放されて燃料噴射が行われる燃料噴射弁を用いて内燃機関への燃料の噴射供給を行う燃料噴射装置の制御方法において、
前記内燃機関が定格運転領域にある状態で、前記内燃機関へのメイン噴射を行う前に微量の背圧逃し制御を行うことによって前記燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力に脈動を生じさせ、前記圧力の上昇時、かつ、前記圧力の振幅が正の時に前記メイン噴射を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置の制御装置及び制御方法に関する。特に、複数の燃料噴射弁が接続されるとともに高圧燃料を蓄積するコモンレールを備えた燃料噴射装置の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンをはじめとする内燃機関に燃料を供給する装置として、複数の燃料噴射弁が接続されるとともに高圧燃料が蓄積されるコモンレールを備え、高圧燃料が各燃料噴射弁に供給された状態で燃料噴射弁の開閉制御を行うことによって、燃料の緻密な噴射制御を可能にした蓄圧式燃料噴射装置が用いられている。【０００３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、燃料タンクと、低圧ポンプと、高圧ポンプと、コモンレールと、燃料噴射弁とを主たる要素として構成されたものであり、燃料タンク内の燃料が、低圧ポンプによって高圧ポンプに送られるとともに高圧ポンプによって加圧されてコモンレールに圧送され、各燃料噴射弁に高圧燃料が供給される。そして、この状態で燃料噴射弁の通電制御によって燃料噴射弁の開弁時間及び開弁タイミングが制御され、様々な燃料噴射パターンが実現可能となる。【０００４】
このような蓄圧式燃料噴射装置において、内燃機関の運転時の騒音を低減させることを目的として、内燃機関への燃料噴射を、一回転周期あたり複数回に分け、メイン噴射の前に補助噴射（パイロット噴射と称する場合がある。）が行われる場合がある。また、蓄圧式燃料噴射装置では、燃料噴射弁による各噴射の後にレール圧に脈動が生じることから、複数回に分けて燃料噴射を行うにあたって、噴射すべき燃料量に対する圧力変動の影響を低減するようにした内燃機関の制御方法及び制御装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００５】
ただし、内燃機関が定格運転領域にある場合、内燃機関の回転数は比較的高く、ノイズバイブレーションへの影響が比較的小さいため、内燃機関への燃料噴射を複数回に分けることなく、補助噴射が行われずにメイン噴射のみが行われることが多い。【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６６８８８号公報  （全文、全図）
【特許文献２】特表２００４−５０４５２８号公報  （全文、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料噴射弁からの燃料噴射量は、噴射孔を閉塞するノズルニードルがリフトさせられる開弁時間を調整することによって行われるが、ある所定量の燃料を噴射する際の噴射時間は、ノズルボディに設けられた噴射孔の形状によって異なる。このノズルボディの噴射孔の形状は主に油圧流量を考慮して設計される。
一方、噴射される燃料の噴霧の状態は噴射孔の大きさによって決まるために、排気ガス規制の規制値が厳しくなるにつれて、より効率的に良好な燃料の噴霧の状態を形成するためには、ノズルボディに設けられる噴射孔は小さくなるように設計される。【０００８】
しかしながら、燃料噴射弁の噴射孔が過度に小さくなると、ある所定量の燃料を噴射する際の噴射時間が相対的に長くなってしまい、内燃機関が定格運転領域にある場合等の排気温度が高くなりやすい運転領域において、排気温度が内燃機関の排気系の許容温度を超えるおそれがある。そうすると、メイン噴射の噴射時間を短く設定せざるを得なくなるが、メイン噴射のみが行われる定格運転領域において噴射時間を本来のメイン噴射の噴射時間よりも短くしてしまうと、必要とされる内燃機関の出力を確保することができなくなる。【０００９】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、内燃機関へのメイン噴射の前に、燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力に脈動を生じさせ、圧力変動が所定の条件を満たす時期にメイン噴射が行われるように燃料噴射弁を制御することにより上述した問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、燃料噴射弁の噴射孔が比較的小さくされているにもかかわらず、内燃機関の定格運転領域において、燃料の噴射量を減少させないでメイン噴射の噴射時間が短くされ、内燃機関の出力が維持されつつ排気温度の上昇が抑えられる燃料噴射装置の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、噴射孔を閉塞するノズルニードルの後端側に作用する背圧を逃すことにより噴射孔が開放されて燃料噴射が行われる燃料噴射弁を用いて内燃機関への燃料の噴射供給を行う燃料噴射装置を制御するための燃料噴射装置の制御装置において、内燃機関が定格運転領域にあるか否かを判別する定格領域判定部と、内燃機関が定格運転領域にある場合に、内燃機関へのメイン噴射を行う前に微量の背圧逃し制御を行う予備的背圧制御部と、微量の背圧逃し制御によって生じた燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力の脈動に対して、圧力の上昇時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射を行うメイン噴射制御部と、を備えることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。【００１１】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置を構成するにあたり、予備的背圧制御部は、微量の背圧逃し制御によって、燃料噴射弁の噴射孔から燃料噴射が行われない空打ち制御を行うことが好ましい。【００１２】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置を構成するにあたり、メイン噴射制御部は、予備的背圧制御部による微量の背圧逃し制御によって圧力が低下した後の最初の圧力の上昇時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射を行うことが好ましい。【００１３】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置を構成するにあたり、燃料噴射弁に送られる高圧燃料の温度を検出するとともに、高圧燃料の温度に対応させて微量の背圧逃し制御を行う時期を補正する予備的背圧制御時期補正部を備えることが好ましい。【００１４】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置を構成するにあたり、内燃機関から排出される排気温度が所定の閾値を超えそうな状況で、内燃機関の定格運転領域での微量の背圧逃し制御を行わせる排気温度判定部を備えることが好ましい。【００１５】
また、本発明の別の態様は、噴射孔を閉塞するノズルニードルの後端側に作用する背圧を逃すことにより噴射孔が開放されて燃料噴射が行われる燃料噴射弁を用いて内燃機関への燃料の噴射供給を行う燃料噴射装置の制御方法において、内燃機関が定格運転領域にある状態で、内燃機関へのメイン噴射を行う前に微量の背圧逃し制御を行うことによって燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力に脈動を生じさせ、圧力の上昇時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射を行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料噴射装置の制御装置及び制御方法によれば、内燃機関が定格運転領域にある場合に、内燃機関へのメイン噴射が行われる前に微量の背圧が逃され、燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力の脈動が生じた後、高圧燃料の圧力の上昇時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射が行われる。したがって、燃料噴射弁の噴射孔が比較的小さく設計されている場合であっても、内燃機関への燃料の噴射量を減少させることなくメイン噴射の噴射時間が短縮され、内燃機関の出力が維持されるとともに排気温度の上昇が抑えられる。その結果、より小さい噴射孔の選択が可能になり、燃料がより微粒化されるため、内燃機関が高出力であるにもかかわらず、排気ガス規制にも対応しやすくなる。【００１７】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置において、予備的背圧制御部によって行われる、メイン噴射の前に行われる微量の背圧逃し制御が、空打ち制御であることにより、微量の背圧逃し制御時に内燃機関に燃料が供給されることがない。したがって、微量の背圧逃し制御が、内燃機関での燃料の燃焼特性に影響を与えるおそれがなくなる。【００１８】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置において、メイン噴射制御部が、微量の背圧逃し制御による燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力低下後に、圧力変動が最初に所定の条件を満たすときにメイン噴射を行うことにより、燃料噴射弁に送られる高圧燃料に生じる圧力の脈動のピーク値が抑えられる。したがって、コモンレールや、コモンレールと燃料噴射弁とを接続する高圧燃料通路、燃料噴射弁等にかかる負荷が低減される。【００１９】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置において、高圧燃料の温度に基づき、微量の背圧逃し制御を行う時期を補正する予備的背圧制御時期補正部が備えられることにより、高圧燃料の温度の影響による高圧燃料の圧力脈動の周波数のずれを考慮して、所定の条件を満たす時期にメイン噴射が行われるように微量の背圧逃し制御が行われる。【００２０】
また、本発明の燃料噴射装置の制御装置において、排気温度が所定の閾値を超えそうな状況で微量の背圧逃し制御を行わせる排気温度判定部を備えることにより、定格運転領域の中でも排気温度を低下させる必要がない時期には、微量の背圧逃し制御が行われなくなる。したがって、レール圧が高い状態での噴射回数の増加が抑えられ、燃料噴射弁に送られる高圧燃料の圧力脈動が抑えられるため、コモンレールと燃料噴射弁とを接続する高圧燃料通路や、燃料噴射弁への負荷が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる燃料噴射装置の制御装置が備えられた燃料噴射装置の構成例を示す図である。
【図２】ピエゾ式の燃料噴射弁の構成例を示す図である。
【図３】燃料噴射装置の制御装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる燃料噴射装置の制御方法を説明するためのフローを示す図である。
【図５】燃料噴射装置の制御方法を実施した場合の燃料噴射弁の通電量、高圧燃料通路内の圧力、燃料噴射量を説明するためのタイムチャートを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の燃料噴射装置の制御装置及び制御方法に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。【００２３】
１．燃料噴射装置の基本的構成
図１は、本実施形態の燃料噴射装置の制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）４０が備えられた燃料噴射装置５０の概略構成を示している。
この図１に示す燃料噴射装置５０は、車両のディーゼルエンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置であって、燃料タンク１と、低圧フィードポンプ２と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、燃料噴射弁１３等を主要な構成要素として備えている。それぞれの構成要素は燃料通路で接続されており、図１では、高圧燃料通路３７が太線で示され、低圧燃料通路１８ａ〜１８ｃが細線で示され、燃料還流路３０ａ〜３０ｃが破線で示されている。【００２４】
（１）低圧フィードポンプ
低圧フィードポンプ２は、低圧燃料通路１８ａ〜１８ｃを介して高圧ポンプ５の加圧室５ａに対して低圧燃料を供給する。図１に示される低圧フィードポンプ２は、燃料が貯蔵された燃料タンク１に備えられたインタンクの電磁低圧ポンプであって、バッテリーから供給される電流によって駆動され、所定の流量の低圧燃料が圧送される。この低圧フィードポンプ２の燃料吸い込み口にはプレフィルタ３が介在し、燃料タンク１内の燃料に異物が混入している場合に、それらの異物が低圧フィードポンプ２に吸い込まれないように捕集される。さらに、燃料タンク１と高圧ポンプ５とを接続する低圧燃料通路１８ａ、１８ｂの途中にはメインフィルタ４が備えられており、このメインフィルタ４によっても燃料中の異物が捕集され、高圧ポンプ５に流入しないようになっている。
ただし、低圧フィードポンプ２は、燃料タンク１と高圧ポンプ５とを接続する低圧燃料通路１８ａ〜１８ｂの途中に設けられたものであってもよく、あるいは、高圧ポンプ５と一体に組み付けられたポンプユニットとして構成されたものであってもよい。【００２５】
（２）高圧ポンプ
高圧ポンプ５は、低圧フィードポンプ２によって圧送され、燃料吸入弁６を介して加圧室５ａに導入された低圧燃料をプランジャ７によって加圧し、燃料吐出弁９及び高圧燃料通路３７を介して加圧された高圧燃料をコモンレール１０に圧送する。図１に示される燃料噴射装置５０の例では、低圧燃料通路１８ａ、１８ｂを介して高圧ポンプ５内に送られる低圧燃料は、一旦、カム１５が収容されたカム室１６内に流れ込み、そこからさらに低圧燃料通路１８ｃを介して加圧室５ａに送られる。【００２６】
また、カム室１６と加圧室５ａとを接続する低圧燃料通路１８ｃの途中には流量制御弁８が備えられ、要求されるコモンレール圧及び要求噴射量に応じて低圧燃料の流量が調節され、加圧室５ａに送られる。この流量制御弁８は、例えば電磁比例式の流量制御弁が用いられる。流量制御弁８によって加圧室５ａへ供給する低圧燃料の流量が調節されることにより、高圧ポンプ５からコモンレール１０への高圧燃料の圧送量が調節され、ひいては、高圧ポンプ５の駆動トルクが抑えられる。【００２７】
また、流量制御弁８よりも上流側には、低圧燃料流路１８ｃから分岐して接続され、流量制御弁８と並列的に配置された圧力調整弁１４が備えられており、圧力調整弁１４はさらに燃料タンク１に通じる燃料還流路３０ａに接続されている。この圧力調整弁１４は、前後の差圧、すなわち、低圧燃料通路１８ａ〜１８ｃやカム室１６内の圧力と、圧力調整弁１４よりも燃料タンク１側の燃料還流路３０ａ内の圧力との差が所定値を越えたときに開弁されるオーバーフローバルブが用いられている。したがって、低圧フィードポンプ２によって低圧燃料が圧送されている状態においては、低圧燃料流路１８ａ〜１８ｃ及びカム室１６内の圧力が、燃料還流路３０ａ内の圧力に対して所定の差圧分大きくなるように維持される。【００２８】
（３）コモンレール
コモンレール１０は、高圧ポンプ５から圧送されてくる高圧燃料を蓄積し、高圧燃料通路３９を介して接続された複数の燃料噴射弁１３に対して高圧燃料を供給する。このコモンレール１０にはレール圧センサ２１及び圧力制御弁１２が取り付けられている。圧力制御弁１２は、例えば電磁比例制御弁が用いられ、蓄積された高圧燃料のうち燃料還流路３０ｂに放出する量を調節することができ、当該放出量に応じてコモンレール１０内の圧力が減圧される。圧力制御弁１２によって調節されるレール圧についても、上述したコモンレール１０への高圧燃料の圧送量と同様に、高圧ポンプ５の駆動トルクに影響を与える要因となっている。【００２９】
また、コモンレール１０に備えられたレール圧センサ２１で検出される実レール圧の信号はＥＣＵ４０に送られる。ＥＣＵ４０では、送られてくる実レール圧が目標レール圧となるように、コモンレール１０に備えられた圧力制御弁１２及び高圧ポンプ５に備えられた流量制御弁８の制御が行われる。【００３０】
（４）燃料噴射弁
コモンレール１０に接続された燃料噴射弁１３は、噴射孔が設けられたノズルボディと噴射孔を閉塞するノズルニードルとを備え、ノズルニードルの後端側に作用する背圧が逃されることによってノズルニードルが噴射孔から離間し、コモンレール１０から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する。燃料噴射弁１３は、例えば、背圧制御部としてソレノイドが備えられた電磁制御式の燃料噴射弁や、背圧制御部としてピエゾ素子が備えられたピエゾ式の燃料噴射弁が用いられる。【００３１】
図２は、燃料噴射弁１３の一例として、ピエゾアクチュエータ５１を含む背圧逃し機構６０を備えたピエゾインジェクタ１３の構成例を示している。
このピエゾインジェクタ１３は、ノズルニードル８３の後端部側に作用する背圧室９１内の高圧燃料を、背圧逃し機構６０によって逃すことにより、燃料の噴射が行われるように構成されたものである。【００３２】
図２に示すピエゾインジェクタ１３において、ピエゾスタック５１Ａが伸張されていない状態でインジェクタハウジング６１の高圧通路６１ｂから高圧燃料が導入されると、オリフィスプレート７５の第１の孔７５ａを介してノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に高圧燃料が導かれる。また、高圧燃料は第１の絞り孔７５ｂを介して背圧室９１にも供給されるとともに、第２の絞り孔７５ｃを介して弁プレート７１の軸方向孔７１ａにも導かれる。このとき、軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂは弁部材７３によって閉じられているため、高圧燃料はさらに第３の絞り孔７５ｄを介して、ノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に導かれる。
この状態では、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂ側に押圧する圧力とニードルスプリング８９の付勢力との総和が、噴射孔７９ｂ側とは反対側に押圧する圧力に勝るため、ノズルニードル８３は弁座にシートし、噴射孔７９ｂは塞がれている。【００３３】
一方、ピエゾアクチュエータ５１に通電しピエゾスタック５１Ａを伸張させると、ピエゾスタック５１Ａの変位が増圧ピストン６５に伝達され、さらに、増圧室６６で増圧されてバルブピストン６７に伝達される。バルブピストン６７によって弁部材７３が押圧されると、弁部材７３が弁プレート７１の軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂから離間して縮径部７１ｂが開放される一方、オリフィスプレート７５の第３の絞り孔７５ｄが塞がれる。そうすると、背圧室９１内でノズルニードル８３の後端部に作用していた背圧が増圧室６６側に逃されるため、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂとは反対側に押圧する圧力がニードルスプリング８９の付勢力を上回り、ノズルニードル８３が弁座からリフトし、噴射孔７９ｂが開放される。
ノズルニードル８３の背圧制御に用いられ、増圧室６６側に逃された燃料は、燃料逃し通路６１ｃを介して燃料還流路３０ｃに流され、燃料タンクに戻される。【００３４】
本実施形態で用いられる燃料噴射弁１３のノズルボディ７９に設けられた噴射孔７９ｂは、直径が比較的小さくされている。したがって、同じ圧力の高圧燃料を噴射する場合には、燃料の噴霧の状態が相対的に細かく、良好な状態になりやすい。そのため、内燃機関での燃焼特性が良くなり、内燃機関から排出される排気ガスが、排気ガス規制の規制値を満たしやすくなる。【００３５】
２．燃料噴射装置の制御装置（ＥＣＵ）
（１）全体構成
図３は、ＥＣＵ４０の構成のうち、レール圧の制御及び燃料噴射弁１３の背圧制御に関する部分を機能的なブロックに表した図を示している。
このＥＣＵ４０は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、定格領域判定部と、メイン噴射制御部と、予備的背圧制御部と、予備的背圧制御時期補正部と、排気温度判定部とを備えている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。【００３６】
（２）定格領域判定部
定格領域判定部は、内燃機関の回転数Neや、アクセルペダルの操作量Acc、車速Spd等の情報に基づき、内燃機関が定格運転領域にあるか否かの判別を行い、判定結果を予備的背圧制御部及びメイン噴射制御部に出力する。本実施形態のＥＣＵ４０では、内燃機関が定格運転領域にある場合に、後述する予備的背圧制御部での制御が行われる。【００３７】
（３）メイン噴射制御部
メイン噴射制御部は、内燃機関が定格運転領域にある場合に、予備的背圧制御部によって微量の背圧逃し制御が行われた後、コモンレールと燃料噴射弁１３とを接続する高圧燃料通路内の高圧燃料の圧力が脈動する中で、当該圧力が上昇しており、かつ、圧力の脈動の振幅が正の時にメイン噴射が行われるように燃料噴射弁１３に対して駆動信号を出力する。このときの燃料噴射量は、内燃機関の回転数Neやアクセルペダルの操作量Acc、車速Spd、レール圧センサ２１のセンサ値Prail等に基づいて算出される。
燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が上昇しており、かつ、当該圧力の脈動の振幅が正の時には、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が比較的高い状態であるとともに、燃料の噴射が行われたとしても急激に圧力が低下することがないことから、燃料噴射弁１３を開弁して燃料噴射が行われる間、燃料噴射弁１３に供給される高圧燃料の圧力が比較的高い圧力で保たれる。そのため、この時期に燃料噴射が行われることにより、ある所定量の燃料を噴射するにあたっての噴射時間が相対的に短縮される。【００３８】
（４）予備的背圧制御部
予備的背圧制御部は、内燃機関が定格運転領域にある場合に、内燃機関へのメイン噴射を行う前に、微量の背圧逃し制御（以下、「予備的背圧逃し制御」と称する場合がある。）が行われるように、燃料噴射弁１３に対して駆動信号を出力する。燃料噴射弁１３として図２に示すピエゾインジェクタ１３が用いられる場合、予備的背圧制御部によってピエゾインジェクタ１３の背圧逃し機構６０に対する通電制御が行われ、例えば１００μｓｅｃの間、弁部材７３が弁プレート７１の縮径部７１ｂから離間して、背圧室９１内から背圧が逃される。この間、ピエゾインジェクタ１３のノズルニードル８３が弁座からリフトすることがなく、いわゆる空打ちの状態が形成される。【００３９】
予備的背圧逃し制御は、上述したように、実際に燃料噴射弁１３の噴射孔から燃料噴射が行われることのない空打ち制御であることが好ましいが、従来、定格運転領域以外の内燃機関の始動直後や高負荷運転時等に行われているパイロット噴射のように、ほんの僅かな量の燃料噴射が行われる程度であれば、実際に燃料噴射弁１３から燃料が噴射されても構わない。換言すれば、内燃機関での燃焼特性に影響が現れない程度に微量であれば、予備的背圧逃し制御によって実際に燃料噴射が行われても構わない。
燃料噴射弁１３の予備的背圧逃し制御が行われると、コモンレールと燃料噴射弁１３とを接続する高圧燃料通路内では、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力に脈動が発生する。【００４０】
メイン噴射の開始時期をずらすことなく、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が上昇しており、かつ、当該圧力の脈動の振幅が正の時にメイン噴射が行われるように、予備的背圧逃し制御の実施時期を適合させる方法としては、種々の方法が考えられる。
例えば、予備実験を行い、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が同じ条件の下で、予備的背圧逃し制御を行ってからメイン噴射が行われるまでのインターバルを異ならせて、それぞれ一定時間のメイン噴射を行ったときの噴射量のデータを集める。そして、その中から、噴射量が最も多かったデータに対応するインターバルをその圧力条件でのインターバルに設定する。この高圧燃料の圧力条件と最適なインターバルとの関係を様々な圧力条件のもとで取得し、各圧力条件に対応するインターバルInt0を予備的背圧制御部に記憶させておくことにより、所定の圧力条件が成立する時期にメイン噴射が行われるように、予備的背圧逃がし制御の実施時期が適合される。【００４１】
あるいは、予備実験ではなく直接内燃機関を運転させた状態で、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が同じ条件の下で、微量の背圧逃し制御を行ってからメイン噴射が行われるまでのインターバルを異ならせて、それぞれ一定量のメイン噴射を行ったときの噴射時間のデータを集める。そして、その中から、噴射時間が最も短かったデータに対応するインターバルをその圧力条件でのインターバルInt0に設定するようにしてもよい。【００４２】
さらには、予備実験ではなく直接内燃機関を運転させた状態で、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が同じ条件の下で、微量の背圧逃し制御を行ってからメイン噴射が行われるまでのインターバルを異ならせて、それぞれ同一の内燃機関の出力が現れるように一定量のメイン噴射を行ったときの排気温度のデータを集める。そして、その中から、排気温度が最も低かったデータに対応するインターバルをその圧力条件でのインターバルInt0に設定するようにしてもよい。【００４３】
（５）予備的背圧制御時期補正部
予備的背圧制御時期補正部は、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の温度Tdslを算出し、算出された温度に対応させて予備的背圧逃し制御を行う時期の補正を行う信号を、予備的背圧制御部に出力する。具体的には、予備的背圧制御時期補正部は、内燃機関の運転状態から高圧燃料の温度を推定し、推定された温度と上記予備的背圧制御部に記憶されたインターバルInt0の設定時の条件温度との差に基づいて、メイン噴射が行われるまでのインターバルを補正する。このような高圧燃料の温度に基づく予備的背圧逃し制御の実施時期の補正が行われることで、温度の影響によって生じる圧力波の周波数のずれが解消され、圧力波の変動が所定の条件を満たす時期に合わせてメイン噴射が正確に行われる。
本実施形態のＥＣＵ４０では、内燃機関の運転状態から推定される高圧燃料の温度情報を用いて予備的背圧逃し制御の実施時期の補正が行われているが、コモンレール１０に温度センサを設け、当該温度センサのセンサ値に基づいて、予備的背圧逃し制御の実施時期の補正が行われてもよい。【００４４】
（６）排気温度判定部
また、本実施形態のＥＣＵ４０は排気温度判定部を備えており、内燃機関が定格運転領域にある場合において、さらに検出される排気温度Tgasが所定の閾値Tgas0を超えそうな状況でのみ、後述する予備的背圧制御部での制御が行われる。この排気温度Tgasが閾値Tgas0を超えそうな状況でのみ予備的背圧逃し制御が行われることにより、排気温度Tgasを下げる制御の必要性が低い状況において予備的背圧逃し制御が行われることがなくなるため、レール圧が高い領域での噴射回数の増加が抑えられ、燃料噴射弁１３への負荷が軽減される。【００４５】
本実施形態のＥＣＵ４０の排気温度判定部は、車両に備えられている外気温度センサのセンサ値Tenvや内燃機関の回転数Ne、ギア比G、車速Spd等を読込み、内燃機関から排出される排気温度Tgasを推定するとともに、当該排気温度Tgasが所定の閾値Tgas0以上であるか否かを判別し、当該判別結果を予備的背圧制御部及びメイン噴射制御部に対して出力する。この閾値Tgas0は、例えば、８００℃に設定される。具体的には、例えば、外気温度が４０度を超え、内燃機関が高回転、高ギア比にあって、高速で走行している場合等に、推定される排気温度Tgasが閾値Tgas0以上になると判定されたときに、予備的背圧制御部によって予備的背圧逃し制御が実行される。【００４６】
排気温度判定部での判定方法は、上述した例に限られず、例えば、内燃機関の排気通路に設けられた温度センサのセンサ値を用いて、排気温度が所定の閾値を超えそうな状況であるかを判定することもできる。【００４７】
３．燃料噴射装置の制御方法
次に、図３のＥＣＵ４０によって行われる燃料噴射装置の制御方法の一例について、図１の燃料噴射装置５０の概略構成図、図４の制御フロー図及び図５のタイムチャート図に基づいて詳細に説明する。【００４８】
まず、ステップＳ１で、内燃機関の回転数Ne、アクセルペダルの操作量Acc、車速Spd、外気温度Tenv、ギア比G等が読み込まれた後、ステップＳ２では、ステップＳ１で読込まれた情報とその他の内燃機関の運転状態とに基づいて燃料噴射要求量が算出される。次いで、ステップＳ３では、ステップＳ１で読み込まれた情報に基づき、内燃機関が定格運転領域にあるか否かが判別される。内燃機関が定格運転領域以外にある場合にはステップＳ１３に進み、通常の燃料噴射制御が行われた後ステップＳ１に戻る一方、内燃機関が定格運転領域にある場合にはステップＳ４に進む。【００４９】
次いで、ステップＳ４では、ステップＳ１で読込まれた情報に基づき排気温度Tgasが推定された後、ステップＳ５では、推定された排気温度Tgasが閾値Tgas0以上であるか否かが判別される。推定された排気温度Tgasが閾値Tgas0未満の場合にはステップＳ１３に進み、通常の燃料噴射制御が行われた後ステップＳ１に戻る一方、推定された排気温度Tgasが閾値Tgas以上の場合にはステップＳ６に進む。【００５０】
次いで、ステップＳ６で、コモンレール１０に備えられたレール圧センサ２１のセンサ値Prailが読込まれた後、ステップＳ７では、ステップＳ６で検出されたレール圧センサ２１のセンサ値Prailに基づき、予備的背圧逃し制御からメイン噴射までのインターバルInt0が設定される。
次いで、ステップＳ８で、内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の温度Tdslが算出された後、ステップＳ９では、算出された高圧燃料の温度Tdslに応じて、ステップＳ７で設定されたインターバルInt0の値が補正される。例えば、算出された高圧燃料の温度Tdslの値が、ステップＳ７でインターバルInt0を設定する際に用いられるデータが取得されたときの条件温度よりも高い場合には、高圧燃料通路３９内に生じる圧力の脈動の周波数が短くなることから、メイン噴射までのインターバルIntが短くなるように補正が行われる。【００５１】
次いで、ステップＳ１０では、燃料噴射弁１３の背圧逃し機構に対して信号が送られ、背圧室内の微量の背圧が逃されるように予備的背圧逃し制御が行われる（図５のt1）。このとき同時にタイマが作動する。この予備的背圧逃し制御によって、燃料噴射弁１３に送られる高圧燃料の圧力が一端低下し、高圧燃料通路３９内に圧力の脈動が発生する。【００５２】
次いで、ステップＳ１１では、ステップＳ１０で作動させたタイマの値がステップＳ９での補正後のインターバルIntを経過したか否かが判別され（図５のt1〜t2の期間）、タイマの値がインターバルIntに到達したとき（図５のt2）にステップＳ１２に進む。【００５３】
次いで、ステップＳ１２では、燃料噴射弁１３の背圧逃し機構に対して信号が送られ、背圧室内の背圧が逃されることによって、メイン噴射が行われる。このとき、高圧燃料通路３９内に発生した圧力の脈動に対して、圧力が上昇している時、かつ、圧力の振幅が正の時にメイン噴射が行われることになる。
以降は、再びステップＳ１に戻り、これまでのステップが繰り返される。【００５４】
以上のように、内燃機関の定格運転領域において、メイン噴射を行う前に予備的背圧逃し制御が行われることにより、図５の燃料噴射量の推移に示されるように、メイン噴射においては、ステップＳ１で算出された燃料噴射要求量を噴射するために要する時間が短縮され、内燃機関の出力が低下することなく、排気温度の上昇が抑えられる。
また、このような予備的背圧逃し制御が行われた結果、図５の高圧燃料通路内の圧力の変動に示されるように、高圧燃料通路内の圧力のピークが低下するだけでなく、コモンレールや燃料噴射弁内の圧力のピークも低下するため、圧力脈動に起因するコモンレールや高圧燃料通路、燃料噴射弁の損傷が低減され、燃料噴射装置の長期信頼性が向上する。【００５５】
そして、排気温度の上昇が抑えられ、コモンレールや高圧燃料通路、燃料噴射弁の損傷が低減されることから、より小さい噴射孔の選択が可能になり、内燃機関の出力を高めることができる一方で、排気ガス規制にも対応できるようになる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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