(57)【要約】【課題】黒煙センサを設ける必要なしに、黒煙の発生量を低減する燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】燃料噴射制御装置２１の壁面衝突時間演算部５４は、燃料噴射弁３１が燃料の噴射を開始してからピストンの壁面に燃料が到達する時間である壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを、リフト量Ｌ、サック圧力Ｐｓおよび筒内圧力Ｐｃに基づいて演算する。噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力Ｐｓ、噴射角度θまたは噴孔面積Ａを変更し、燃料噴射率を大きくする。壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌの演算により、燃料噴射率を変更するタイミングが明確になり、タイミングズレが生じることがなくなる。また、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌの演算によりフィードフォワード制御が可能となる。燃料噴射率を変更するタイミングを予測でき、黒煙センサを設ける必要なく、燃料と空気との燃焼における初期段階での黒煙の発生量も低減できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（１５）およびピストン（１３）によって区画形成される燃焼室（１２）を有する内燃機関（１）に用いられる燃料噴射制御装置であって、
ハウジング（３２、８１、９１）の底部（３２７、８１８）およびニードル（３４、３５、８３、９２、９３）で区画形成されるサック室（３２１、８１１）に連通する噴孔（３２３、３２４、８１３）から前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁（３１、８０、９０）と、
前記ニードルが移動する量であるリフト量（Ｌ）を検出可能なリフト量検出部（５１）と、
前記燃焼室の圧力である筒内圧力（Ｐｃ）を検出可能な筒内圧力検出部（５２）と、
前記燃料噴射弁が燃料の噴射を開始してから燃料が前記ピストンの壁面（１３０）に到達する時間である壁面衝突時間（ｔ＿ｗａｌｌ）を、前記リフト量および前記筒内圧力に基づいて演算する壁面衝突時間演算部（５４）と、
前記壁面衝突時間に、前記サック室の圧力であるサック圧力（Ｐｓ）、前記燃料噴射弁が噴射する噴射角度（θ、θ１、θ２）または前記噴孔が開口する面積である噴孔面積（Ａ、Ａ１、Ａ２）を変更するように、前記燃料噴射弁を制御する噴射制御部（５５）と、
を備える燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記サック圧力を検出するサック圧力検出部（５３）をさらに備え、
前記壁面衝突時間演算部は、前記サック圧力および前記筒内圧力に基づき、前記壁面衝突時間を演算する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記噴射制御部は、前記噴孔面積を大きくするように変更する請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記噴射制御部は、前記噴孔面積に基づき、前記壁面衝突時間後に前記燃料噴射弁が燃料を噴射する期間（Ｋ２）を決定する請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記サック圧力を増圧可能なサック圧力制御部（８６）をさらに備え、
前記サック圧力制御部は、前記壁面衝突時間に前記サック圧力を高くする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記サック圧力制御部が前記サック圧力を高くする割合を設定増圧割合（ΔＰｓ＿Ｋ３、ΔＰｓ＿Ｋ４）とすると、
前記噴射制御部は、前記設定増圧割合に基づき、前記壁面衝突時間後に前記燃料噴射弁が燃料を噴射する期間（Ｋ４）を決定する請求項５に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記サック圧力制御部は、時間（ｔ）が経過するに伴い、前記サック圧力を高くする請求項５または６に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１、２に記載されるように、ディーゼルエンジンにおいて、黒煙の発生量が低減するために、燃料の噴射を２段階に分け、後半の燃料噴射率を大きくする燃料噴射制御装置が知られている。特許文献２では、黒煙の量を検出するセンサを用いて、フィードバック制御をかけ、燃料噴射率を大きくするタイミングを補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７４８４１号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成では、後半の燃料噴射率を大きくするタイミングが明確になっていないため、タイミングズレにより、黒煙の発生量が低減されない虞がある。
特許文献２の構成では、黒煙センサを設ける必要があり、燃料噴射制御装置の重量が増加する可能性がある。また、フィードバック制御が実施されており、燃料と空気との燃焼における初期段階での黒煙の発生量は多くなる。このため、黒煙の発生量が収束しない可能性があり、黒煙の発生量が低減できない虞がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、黒煙センサを設ける必要なしに、黒煙の発生量を低減する燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射制御装置は、シリンダ（１５）およびピストン（１３）によって区画形成される燃焼室（１２）を有する内燃機関（１）に用いられる。
燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁（３１、８０、９０）、リフト量検出部（５１）、筒内圧力検出部（５２）、壁面衝突時間演算部（５４）および噴射制御部（５５）を備える。
【０００７】
燃料噴射弁は、ハウジング（３２、８１、９１）の底部（３２７、８１８）およびニードル（３４、３５、８３、９２、９３）で区画形成されるサック室（３２１、８１１）に連通する噴孔（３２３、３２４、８１３）から燃焼室に燃料を噴射する。
リフト量検出部は、ニードルが移動する量であるリフト量（Ｌ）を検出可能である。
筒内圧力検出部は、燃焼室の圧力である筒内圧力（Ｐｃ）を検出可能である。
【０００８】
壁面衝突時間演算部は、燃料噴射弁が燃料の噴射を開始してから燃料がピストンの壁面（１３０）に到達する時間である壁面衝突時間（ｔ＿ｗａｌｌ）を、リフト量および筒内圧力に基づいて演算する。
噴射制御部は、壁面衝突時間に、サック室の圧力であるサック圧力（Ｐｓ）、燃料噴射弁が噴射する噴射角度（θ、θ１、θ２）または噴孔が開口する面積である噴孔面積（Ａ、Ａ１、Ａ２）を変更するように、燃料噴射弁を制御する。
【０００９】
壁面衝突時間演算部が壁面衝突時間を演算し、噴射制御部が壁面衝突時間に、サック圧力、噴射角度または噴孔面積を変更し、燃料噴射率を大きくする。後半の燃料噴射率を大きくするタイミングが明確になり、タイミングズレが生じることがなくなる。また、壁面衝突時間の演算により、フィードフォワード制御が可能になる。燃料噴射率を変更するタイミングを予測でき、黒煙センサを設ける必要なく、燃料と空気との燃焼における初期段階での黒煙の発生量も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置が用いられるエンジンを示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置のインジェクタの断面図。
【図３】図２のＩＩＩ部拡大図。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置が用いられるエンジンのピストンが上死点に位置したときの図１のＩＶ部拡大図。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置のブロック図。
【図６】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置のリフト量とサック圧力との関係図。
【図７】図１のＶＩＩ部拡大図。
【図８】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の時間と壁面距離との関係図。
【図９】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の壁面衝突時間演算部の処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の壁面衝突時間演算部の処理を説明するためのタイムチャート。
【図１１】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の壁面衝突時間演算部の処理を説明するためのタイムチャート。
【図１２】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのフローチャート。
【図１３】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の回転速度、アクセル開度、要求燃料噴射量、コモンレール圧力および噴射開始時間の関係図。
【図１４】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の燃料密度、筒内圧力および噴射角度の関係図。
【図１５】本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのタイムチャート。
【図１６】本発明の第２実施形態による燃料噴射制御装置のインジェクタの断面図。
【図１７】本発明の第２実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのフローチャート。
【図１８】本発明の第２実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのタイムチャート。
【図１９】本発明の第３実施形態による燃料噴射制御装置のインジェクタの断面図。
【図２０】本発明の第３実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのフローチャート。
【図２１】本発明の第３実施形態による燃料噴射制御装置の噴射制御部の処理を説明するためのタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による燃料噴射制御装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明する。また、「本実施形態」という場合、第１−第３実施形態を包括する。本実施形態の燃料噴射制御装置は、内燃機関に用いられる。
【００１２】
まず、本実施形態による燃料噴射制御装置２１が用いられる内燃機関としてのエンジン１について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、エンジン１は、例えば、車両に搭載され、軽油等の燃料が燃焼室１２に直接噴射されるディーゼルエンジンである。ピストン１３が上死点に到達した後、燃料噴射弁としてのインジェクタ３１が燃料を噴射すると、吸気マニホールド１１から供給される空気と燃料との混合気が燃焼室１２で自己着火し、燃焼する。燃焼時の爆発力によりピストン１３が往復運動し、ピストン１３の往復運動はクランクシャフト１９の回転運動に変換される。燃焼により生じた燃焼ガスは、排気マニホールド１４を経由して大気中に放出される。
【００１３】
燃焼室１２は、筒状のシリンダ１５、その開口に配置されたピストン１３およびシリンダヘッド１６の下面によって区画形成されている。
燃焼室１２の入口であるシリンダヘッド１６の吸気ポートに吸気弁１７が設けられている。
また、燃焼室１２の出口であるシリンダヘッド１６の排気ポートに排気弁１８が設けられている。
吸気弁１７および排気弁１８は、図示しないバルブ駆動機構により開閉可能である。
【００１４】
エンジン１には、クランク角センサ５が設けられている。
また、車両のアクセルペダル６に接続されているアクセルセンサ７が外部に、設けられている。
クランク角センサ５は、クランクシャフト１９のクランク角およびクランクシャフト１９のクランク角速度を検出し、エンジン１の回転速度Ｎを検出する。
【００１５】
アクセルセンサ７は、運転者がアクセルペダル６の操作量であるアクセル開度Ｒｃを検出し、検出した信号をＥＣＵ５０に出力する。
アクセル開度Ｒｃは、運転者がアクセルペダル６を踏むとともに増加する。
運転者がアクセルペダル６を踏んでいないとき、アクセル開度Ｒｃをゼロとする。
運転者が全開にアクセルペダル６を踏んだとき、アクセル開度Ｒｃを１とする。ここで、「ゼロ」は常識的な誤差範囲を含む。本明細書中では、「ゼロ」は同様に拡大解釈するものとする。
【００１６】
（第１実施形態）
燃料噴射制御装置２１は、インジェクタ３１および電子制御ユニット５０を有する。以下、電子制御ユニット５０を「ＥＣＵ」と記載する。
まず、第１実施形態のインジェクタ３１について説明する。
【００１７】
図２に示すように、第１実施形態のインジェクタ３１は、ハウジング３２、アウタニードル３４、インナニードル３５および圧力調整部４０を有する。
第１実施形態のインジェクタ３１は、アウタニードル３４とインナニードル３５とをハウジング３２内に同軸に収容する、所謂、ツインニードル式の燃料噴射弁である。
【００１８】
ハウジング３２は、例えば、炭素鋼等の金属材料によって有底筒状に形成されている。
また、ハウジング３２は、サック室３２１、弁座３２２、第１噴孔３２３および第２噴孔３２４を先端側に有する。
さらに、ハウジング３２は、燃料通路３２５、３３０および圧力調整室３２６を後端側に有する。
【００１９】
サック室３２１は、ハウジング３２の底部３２７、アウタニードル３４およびインナニードル３５で区画形成されており、燃料通路３２５に連通可能である。
弁座３２２は、底部３２７の円錐状の面に形成されている。
第１噴孔３２３および第２噴孔３２４は、円形形状の断面を含み、ハウジング３２の周方向に所定の間隔で複数形成されている。
第１噴孔３２３は、第２噴孔３２４よりも後端側に形成されており、第２噴孔３２４は、ハウジング３２の軸中心Ｏ側に形成されている。
【００２０】
図３に示すように、第１噴孔３２３の中心とハウジング３２の軸中心Ｏとでなす角度を第１角度θ１とし、第２噴孔３２４の中心とハウジング３２の軸中心Ｏとでなす角度を第２角度θ２とする。
ハウジング３２は、第１角度θ１が第２角度θ２よりも小さくなるように、形成されている。第１角度θ１または第２角度θ２によって、インジェクタ３１の燃料の噴射角度θが設定される。なお、ハウジング３２は、第１角度θ１が第２角度θ２よりも大きくなるように、形成されていてもよい。
【００２１】
図４に示すように、インジェクタ３１の噴射方向Ｚは、燃焼室１２の径方向内側から径方向外側に向かう方向である。第１角度θ１または第２角度θ２によって、噴射方向Ｚが設定される。
噴射された燃料は、周囲の空気と混合しながら燃料噴霧流Ｓを形成する。
燃料噴霧流Ｓの拡がり角度を噴霧拡がり角度２αとする。なお、αは、燃料噴霧流Ｓの中心線から燃料噴霧流Ｓの端面までの角度であり、噴霧拡がり角度２αの半分の値を示す。
【００２２】
１つの第１噴孔３２３が開口する径を第１噴孔径ｄ１とし、１つの第１噴孔３２３が開口する面積を第１噴孔面積ａ１とし、複数の第１噴孔３２３の開口面積の和を第１面積和Ａ１とする。
１つの第２噴孔３２４が開口する径を第２噴孔径ｄ２とし、１つの第２噴孔３２４が開口する面積を第２噴孔面積ａ２とし、複数の第２噴孔３２４の開口面積の和を第２面積和Ａ２とする。インジェクタ３１の噴孔が開口している面積を噴孔面積Ａとする。
第１面積和Ａ１または第２面積和Ａ２によって、噴孔面積Ａが設定される。
【００２３】
図２に戻って、燃料通路３２５は、コモンレール７０、サック室３２１および圧力調整室３２６に連通している。
燃料通路３３０は、圧力調整室３２６に連通している。燃料通路３３０を経由して、圧力調整室３２６内の燃料が流出する。
【００２４】
圧力調整室３２６は、ハウジング３２の後端部の内壁３２９で区画形成されている。
アウタニードル３４の後端部をアウタニードル後端部３４１とし、インナニードル３５の後端部をインナニードル後端部３５１とする。
圧力調整室３２６は、アウタニードル後端部３４１およびインナニードル後端部３５１を収容している。
【００２５】
また、圧力調整室３２６は、圧力調整室３２６内の燃料が流入出することによって、アウタニードル後端部３４１に作用する全圧力である力Ｆｏを調整可能である。
さらに、圧力調整室３２６は、力Ｆｏと同様に、インナニードル鍔部３５２に作用する全圧力である力Ｆｉを調整可能である。なお、力Ｆｏおよび力Ｆｉは、閉方向に作用する力である。
【００２６】
アウタニードル３４は、筒状に形成され、ハウジング３２に収容されており、ハウジング３２の軸方向へ往復摺動可能である。円滑な往復摺動可能にするため、アウタニードル３４とハウジング３２との間に、所定のクリアランスが形成されている。アウタニードル３４が弁座３２２に離座または着座することによって、第１噴孔３２３が開閉される。
【００２７】
また、アウタニードル３４は、先端側の径が後端側の径よりも小さくなるように形成されており、受圧面３４２を先端側に有し、アウタニードルスプリング３４３を後端側に有する。
受圧面３４２は、燃料通路３２５を経由した燃料の圧力によって作用する全圧力である力Ｆｉｏが作用されている。なお、力Ｆｉｏは、開方向に作用する力である。
【００２８】
アウタニードルスプリング３４３は、圧力調整室３２６内でアウタニードル後端部３４１とハウジング３２の内壁３２９とに接触しており、アウタニードル後端部３４１を閉方向に付勢する。アウタニードルスプリング３４３がアウタニードル後端部３４１を付勢する力を付勢力Ｆｓｏとする。
【００２９】
インナニードル３５は、アウタニードル３４と同一の軸方向へ往復摺動可能であり、アウタニードル３４の径方向内側に収容されている。円滑な往復摺動可能にするため、インナニードル３５とアウタニードル３４との間に、所定のクリアランスが形成されている。インナニードル３５が弁座３２２に離座または着座することによって、第２噴孔３２４が開閉される。
【００３０】
また、インナニードル３５は、インナニードル鍔部３５２およびインナニードルスプリング３５３を後端側に有する。
インナニードル鍔部３５２は、インナニードル３５の径方向内側から径方向外側に延びており、インナニードル鍔部３５２の外径がアウタニードル後端部３４１の内径以上となるように形成されている。
【００３１】
また、インナニードル鍔部３５２は、アウタニードル３４が開方向に移動したとき、アウタニードル後端部３４１と接触可能である。インナニードル鍔部３５２とアウタニードル後端部３４１とが接触したとき、インナニードル３５がアウタニードル３４から力Ｆｉｉを受ける。なお、力Ｆｉｉは、開方向に作用する力であり、力Ｆｉと付勢力Ｆｓｉとの和よりも大きくなるように設定されている。
【００３２】
インナニードルスプリング３５３は、圧力調整室３２６内でインナニードル鍔部３５２とハウジング３２の内壁３２９とに接触しており、インナニードル鍔部３５２を閉方向に付勢する。インナニードルスプリング３５３がインナニードル鍔部３５２を付勢する力を付勢力Ｆｓｉとする。
【００３３】
圧力調整部４０は、後述のＥＣＵ５０と接続されており、圧力調整室３２６内の圧力を制御可能である。第１実施形態の圧力調整部４０は、例えば、図示はしないが、ソレノイドコイルと制御弁とで構成されている。
圧力調整部４０は、ＥＣＵ５０の指令により通電されたとき、磁気吸引力を発生し制御弁を開く。制御弁が開いたとき、燃料通路３３０を経由して、圧力調整室３２６内の燃料が流出する。圧力調整室３２６内の燃料が流出することによって、圧力調整室３２６内の圧力が低下する。
【００３４】
また、圧力調整部４０は、ＥＣＵ５０の指令により非通電になったとき、制御弁を閉じる。制御弁が閉じたとき、圧力調整室３２６内の燃料の流出が停止し、燃料通路３２５を経由した圧力調整室３２６内に燃料が流入する。圧力調整室３２６内に燃料が流入することによって、圧力調整室３２６内の圧力が上昇する。
【００３５】
次に、第１実施形態のインジェクタ３１の作動について説明する。
コモンレール７０から燃料通路３２５に高圧燃料が供給される。燃料通路３２５を経由した高圧燃料は、圧力調整室３２６に供給される。また、燃料通路３２５を経由した高圧燃料は、受圧面３４２に力Ｆｉｏを作用する。
【００３６】
圧力調整部４０が非通電時、以下の関係式（１）および（２）が満たされている。このため、アウタニードル３４は弁座３２２に着座しており、第１噴孔３２３が閉塞されている。また、力Ｆｉおよび付勢力Ｆｓｉによってインナニードル３５も弁座３２２に着座しており、第２噴孔３２４は閉塞されている。なお、本実施形態では、開方向を正とする。
Ｆｏ＋Ｆｓｏ＞Ｆｉｏ                      ・・・（１）
Ｆｉ＋Ｆｓｉ＞０                          ・・・（２）
【００３７】
ＥＣＵ５０の指令により圧力調整部４０が通電されたとき、圧力調整室３２６から燃料が流出して、圧力調整室３２６内の圧力が低下する。これにより、力Ｆｏが低下し、以下の関係式（３）が満たされる。このため、アウタニードル３４は弁座３２２から離座し、第１噴孔３２３が開放される。第１噴孔３２３が開放され、第１噴孔３２３から燃焼室１２に燃料が噴射される。
Ｆｏ＋Ｆｓｏ＜Ｆｉｏ                      ・・・（３）
【００３８】
インジェクタ３１から単位時間当たりに噴射される燃料の量である燃料噴射率Ｑは、以下関係式（４）のように表される。第１噴孔３２３から噴射される燃料噴射率Ｑを第１燃料噴射率Ｑ１とする。第１燃料噴射率Ｑ１は、例えば、以下関係式（５）のように表される。ここで、Ｃは、流量係数を表す。Ｐｓは、サック室３２１内の圧力であるサック圧力を表す。ΔＰは、以下関係式（６）のように表され、サック圧力Ｐｓから筒内圧力Ｐｃを減算した圧力差である。ρｆは、燃料の密度を表す。流量係数Ｃは、構造に起因する係数であり定数である。また、燃料密度ρｆは、燃料が非圧縮性により、定数とみなせる。
【数１】
2018084168.tif 000003
【数２】
2018084168.tif 000004
ΔＰ＝Ｐｓ−Ｐｃ                          ・・・（６）
【００３９】
継続して圧力調整部４０が通電されたとき、アウタニードル後端部３４１とインナニードル鍔部３５２とが接触し、インナニードル３５が力Ｆｉｉを受ける。このとき、関係式（７）が満たされる。このため、インナニードル３５は弁座３２２から離座し、第２噴孔３２４が開放される。第２噴孔３２４が開放され、第１噴孔３２３および第２噴孔３２４から燃焼室１２に燃料が噴射される。
Ｆｉ＋Ｆｓｉ＜Ｆｉｉ                      ・・・（７）
【００４０】
第２噴孔３２４から噴射される燃料噴射率を第２燃料噴射率Ｑ２とする。第２燃料噴射率Ｑ２は、例えば、以下のような関係式（８）のように表される。インナニードル３５は弁座３２２から離座したとき、全燃料噴射率Ｑ＿ａｌｌは、第１燃料噴射率Ｑ１と第２燃料噴射率Ｑ２との和になる。また、噴孔面積Ａが第１面積和Ａ１に第２面積和Ａ２が加算され増加する。さらに、燃料の噴射方向Ｚが第１角度θ１から第１角度θ１または第２角度θ２に変更される。
【数３】
2018084168.tif 000005
【００４１】
ＥＣＵ５０の指令により、圧力調整部４０の通電が停止されたとき、圧力調整室３２６内の燃料の流出が停止する。燃料通路３２５を経由した圧力調整室３２６内に燃料が流入する。圧力調整室３２６内の圧力が上昇し、力Ｆｏが上昇し、関係式（１）が満たされる。このとき、アウタニードル３４が弁座３２２に着座し、第１噴孔３２３が閉塞される。また、インナニードル鍔部３５２からアウタニードル後端部３４１が離れ、力Ｆｉｉが作用しなくなり、関係式（２）が満たされる。このとき、インナニードル３５が弁座３２２に着座し、第２噴孔３２４が閉塞される。第１噴孔３２３および第２噴孔３２４が閉塞され、燃料の噴射が停止される。
【００４２】
従来、特許文献１、２に記載されるように、ディーゼルエンジンにおいて、黒煙の発生量が低減するために、燃料の噴射を２段階に分け、後半の燃料噴射率を大きくする燃料噴射制御装置が知られている。
特許文献１の構成では、後半の燃料噴射率を大きくするタイミングが明確になっていないため、タイミングズレにより、黒煙の発生量が低減されない虞がある。
特許文献２の構成では、黒煙センサを設ける必要があり、燃料噴射制御装置の重量が増加する可能性がある。また、フィードバック制御が実施されており、燃料と空気との燃焼における初期段階での黒煙の発生量は多くなる。このため、黒煙の発生量が収束しない可能性があり、黒煙の発生量が低減できない虞がある。
【００４３】
そこで、本実施形態の燃料噴射制御装置２１は、黒煙センサを設ける必要なしに、黒煙の発生量を低減する。
【００４４】
図５に示すように、ＥＣＵ５０は、リフト量検出部５１、筒内圧力検出部５２、サック圧力検出部５３、壁面衝突時間演算部５４および噴射制御部５５を有する。
リフト量検出部５１は、アウタニードル３４またはインナニードル３５が移動する量であるリフト量Ｌを検出可能である。圧力調整部４０に流れる電流量によってリフト量Ｌが推定される。
また、リフト量検出部５１は、例えば、渦電流式変位センサであって、アウタニードル３４またはインナニードル３５に設けて、リフト量Ｌを直接検出してもよい。
【００４５】
筒内圧力検出部５２は、燃焼室１２内の圧力である筒内圧力Ｐｃを検出可能である。
筒内圧力検出部５２は、例えば、圧電式センサであり、圧電効果を利用したものである。圧電式センサで用いられる材料は、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニル等である。
サック圧力検出部５３は、サック圧力Ｐｓを検出可能である。
サック圧力検出部５３は、リフト量Ｌに基づき、サック圧力Ｐｓを検出する。
【００４６】
図６に示すように、リフト量Ｌが大きくなるに伴い、サック圧力Ｐｓが大きくなる。このような関係図を用いて、サック圧力検出部５３は、サック圧力Ｐｓを推定する。また、サック圧力検出部５３は、関数を用いてサック圧力Ｐｓを推定してもよい。さらに、サック圧力検出部５３は、圧電素子で構成され、サック室３２１に設けられ、直接測定してもよい。
【００４７】
インジェクタ３１が燃料の噴射を開始してから燃料がピストン１３の壁面１３０に到達する時間を壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌとする。
壁面衝突時間演算部５４は、リフト量Ｌ、サック圧力Ｐｓまたは筒内圧力Ｐに基づき、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを演算する。
【００４８】
壁面衝突時間演算部５４による壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌの演算について説明する。
インジェクタ３１が燃料の噴射を開始する時間を噴射開始時間ｔｓとする。噴射開始時間ｔｓ後における任意の時間を時間ｔとし、噴射開始時間ｔｓ後において任意に設定されている２つの時間を第１時間ｔ１および第２時間ｔ２とする。第１時間ｔ１は、第２時間ｔ２よりも先の時間、すなわち、ｔ１＜ｔ２  とする。
【００４９】
第１噴孔３２３または第２噴孔３２４から噴射される燃料の速度を噴射速度Ｖｆとする。時間ｔにおける噴射速度Ｖｆは、以下関係式（９）のように表される。ここで、Ｖｆ（ｔ）は、時間ｔにおける噴射速度Ｖｆを表し、ΔＰ（ｔ）は、時間ｔにおける圧力差ΔＰを表す。圧力差ΔＰは、リフト量Ｌ、サック圧力Ｐｓまたは筒内圧力Ｐｃに基づき演算される。
【数４】
2018084168.tif 000006
【００５０】
図７に示すように、第１噴孔３２３または第２噴孔３２４から噴射方向Ｚ上と同一方向に延びる仮想線をＩとする。図６において、ピストン１３、インジェクタ３１および燃焼室１２の関係を明確にするために、ピストン１３、インジェクタ３１および燃焼室１２を誇張して記載している。
【００５１】
時間ｔにおいて、仮想線Ｉ上に位置する噴射された燃料と空気との混合気体までの距離を混合気体距離ｘとする。また、第１噴孔３２３または第２噴孔３２４から仮想線Ｉ上に位置するピストン１３までの距離を壁面距離ｘ＿ｗａｌｌとする。なお、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌは、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌの混合気体距離ｘである。
【００５２】
図８に示すように、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌは、クランク角または時間ｔの変化に伴って変化する。この予め設定されている関係図を用いて、壁面衝突時間演算部５４は、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌを演算する。また、壁面衝突時間演算部５４は、クランク角または時間ｔの関数を用いて、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌを演算してもよい。なお、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌが最も小さい時は、エンジン１が上死点に位置する時である。
【００５３】
第１時間ｔ１に推定される混合気体距離ｘを第１混合気体距離ｘ１とし、第２時間ｔ２に推定される混合気体距離ｘを第２混合気体距離ｘ２とする。第１混合気体距離ｘ１は、以下関係式（１０）のように表され、第２混合気体距離ｘ２は、以下関係式（１１）のように表される。ここで、ｄは、第１噴孔径ｄ１または、第２噴孔径ｄ２を表す。ρａは、空気の密度を表す。
【数５】
2018084168.tif 000007
【数６】
2018084168.tif 000008
【００５４】
図９のフローチャートを参照して、壁面衝突時間演算部５４の演算過程を説明する。フローチャートにおいて、記号「Ｓ」は、ステップを意味する。
ステップ１０１において、時間ｔ１に、サック圧力検出部５３は、リフト量Ｌに基づいて、または、直接測定することによって、サック圧力Ｐｓを検出する。また、筒内圧力検出部５２は、筒内圧力Ｐｃを検出する。
壁面衝突時間演算部５４は、検出されたサック圧力Ｐｓおよび検出された筒内圧力Ｐｃに基づき、圧力差ΔＰ（ｔ１）を演算し、時間ｔ１の噴射速度Ｖｆ（ｔ１）を演算する。
ステップ１０２において、時間ｔ１の噴射速度Ｖｆ（ｔ１）から第１混合気体距離ｘ１を演算する。
【００５５】
ステップ１０３において、時間ｔ２に、サック圧力検出部５３は、リフト量Ｌに基づいて、または、直接測定することによって、サック圧力Ｐｓを検出する。また、筒内圧力検出部５２は、筒内圧力Ｐｃを検出する。
壁面衝突時間演算部５４は、検出されたサック圧力Ｐｓおよび検出された筒内圧力Ｐｃに基づき、圧力差ΔＰ（ｔ２）を演算し、時間ｔ２の噴射速度Ｖｆ（ｔ２）を演算する。
ステップ１０４において、時間ｔ２の噴射速度Ｖｆ（ｔ２）から第２混合気体距離ｘ２を演算する。
【００５６】
ステップ１０５において、壁面衝突時間演算部５４は、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌと時間ｔとの関係図を用いて、壁面距離ｘ＿ｗａｌｌを演算する。
ステップ１０６において、壁面衝突時間演算部５４は、第１混合気体距離ｘ１、第２混合気体距離ｘ２および壁面距離ｘ＿ｗａｌｌの連立方程式を解く。
【００５７】
第１混合気体距離ｘ１と壁面距離ｘ＿ｗａｌｌとが一致する時間ｔを第１壁面衝突時間ｔ１＿ｗａｌｌとする。第２混合気体距離ｘ２と壁面距離ｘ＿ｗａｌｌとが一致する時間ｔを第２壁面衝突時間ｔ２＿ｗａｌｌとする。
壁面衝突時間演算部５４は、第１壁面衝突時間ｔ１＿ｗａｌｌと第２壁面衝突時間ｔ２＿ｗａｌｌとを比較することによって、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを演算する。
【００５８】
図１０に示すように、第１壁面衝突時間ｔ１＿ｗａｌｌが第２壁面衝突時間ｔ２＿ｗａｌｌ以前であった場合、壁面衝突時間演算部５４は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを第１壁面衝突時間ｔ１＿ｗａｌｌとする。
図１１に示すように、第２壁面衝突時間ｔ２＿ｗａｌｌが第１壁面衝突時間ｔ１＿ｗａｌｌ以前であった場合、壁面衝突時間演算部５４は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを第２壁面衝突時間ｔ２＿ｗａｌｌとする。
【００５９】
噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力Ｐｓ、噴射角度θまたは噴孔面積Ａを変更するように、インジェクタ３１を制御する。
また、噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに基づき、噴孔面積Ａを大きくするように変更する。
【００６０】
図１２のフローチャートを参照して、噴射制御部５５の処理を説明する。
ステップ２０１において、噴射制御部５５は、アクセル開度Ｒｃ、回転速度Ｎまたは筒内圧力Ｐｃ等のエンジン１の運転状態を取得する。
燃焼室１２に必要とされる燃料噴射量を要求燃料噴射量Ｈとし、コモンレール７０から供給される燃料の圧力をコモンレール圧力Ｐｒとする。
ステップ２０２において、噴射制御部５５は、エンジン１の運転状態に基づき、要求燃料噴射量Ｈ、コモンレール圧力Ｐｒ、噴射開始時間ｔｓおよび噴霧拡がり角度２αを決定する。
【００６１】
例えば、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、アクセル開度Ｒｃ、回転速度Ｎ、要求燃料噴射量Ｈ、コモンレール圧力Ｐｒおよび噴射開始時間ｔｓは、予め設定される関係図になっている。図１２（ａ）は、アクセル開度Ｒｃ、回転速度Ｎおよび要求燃料噴射量Ｈの関係図を表す。図１２（ｂ）は、アクセル開度Ｒｃ、回転速度Ｎおよびコモンレール圧力Ｐｒの関係図を表す。図１２（ｃ）は、アクセル開度Ｒｃ、回転速度Ｎおよび噴射開始時間ｔｓの関係図を表す。
【００６２】
図１４に示すように、噴霧拡がり角度２αは、燃料密度ρｆおよび筒内圧力Ｐｃに基づき、設定されている。
噴霧拡がり角度２αは、燃料密度ρｆが大きくなるに伴い、大きくなるように設定されている。
また、噴霧拡がり角度２αは、筒内圧力Ｐｃが高くなるに伴い、大きくなるように設定されている。
噴射制御部５５は、これらの関係図から要求燃料噴射量Ｈ、コモンレール圧力Ｐｒ、噴射開始時間ｔｓおよび筒内圧力Ｐｃを決定する。
【００６３】
ステップ２０３において、インジェクタ３１は、噴射制御部５５の指令により、燃料の噴射を開始する。アウタニードル３４が開弁し、第１噴孔３２３から燃料が噴射される。
ステップ２０４において、壁面衝突時間演算部５４は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを演算し、噴射制御部５５に出力する。
ステップ２０５において、噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、噴射角度θまたは噴孔面積Ａを変更するように、インジェクタ３１を制御する。
【００６４】
ステップ２０６において、インジェクタ３１は、インナニードル３５をさらに開弁し、噴射を切り替える。
噴射完了時間ｔｅに、インジェクタ３１は、アウタニードル３４およびインナニードル３５を閉弁し、燃料の噴射を完了する。
【００６５】
図１５（ａ）に示すように、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、第１角度θ１から第１角度θ１または第２角度θ２に変更される。また、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、噴孔面積Ａは、第１面積和Ａ１から第１面積和Ａ１に第２面積和Ａ２を加算した値に変更される。
図１５（ｂ）に示すように、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、燃料噴射率Ｑは、第１燃料噴射率Ｑ１から全燃料噴射率Ｑ＿ａｌｌに変更される。
【００６６】
噴射開始時間ｔｓから壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌまでを期間Ｋ１とし、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌから噴射完了時間ｔｅまでを期間Ｋ２とする。
噴射制御部５５は、第１面積和Ａ１または第２面積和Ａ２に基づき、期間Ｋ２を決定している。
【００６７】
（効果）
本実施形態の燃料噴射制御装置２１は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを演算し、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、燃料噴射率Ｑを大きくしている。後半の燃料噴射率Ｑを変更するタイミングが明確になり、タイミングズレが生じることがなくなる。
また、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌの演算により、フィードフォワード制御が可能になる。燃料噴射率Ｑを変更するタイミングを予測でき、黒煙センサを設ける必要なく、燃料と空気との燃焼における初期段階での黒煙の発生量も低減できる。
【００６８】
（第２実施形態）
第２実施形態では、インジェクタの形態および噴射制御部の制御が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
図１６に示すように、第２実施形態のインジェクタ８０は、ハウジング８１、ニードル８３およびサック圧力制御部８６を有する。
ハウジング８１は、サック室８１１、弁座８１２および噴孔８１３を先端側に有する。
さらに、ハウジング８１は、燃料通路８１４、８１５および第１圧力調整室８１６および第２圧力調整室８１７を後端側に有する。
【００６９】
サック室８１１は、ハウジング８１の底部８１８およびニードル８３で区画形成されており、燃料通路８１４に連通している。
弁座８１２は、底部８１８に形成されている。
噴孔８１３は、円形形状の断面を含み、ハウジング８１の周方向に所定の間隔で複数形成されている。
【００７０】
燃料通路８１４は、コモンレール７０、第１圧力調整室８１６およびサック室８１１に連通している。
また、燃料通路８１４は、サーボ弁８６２に接続されている。燃料通路８１４を経由して、コモンレール７０からの高圧燃料が第１圧力調整室８１６およびサック室８１１に流入される。
【００７１】
燃料通路８１５は、第１圧力調整室８１６および第２圧力調整室８１７に連通している。
また、燃料通路８１５は、サーボ弁８６２に接続されている。燃料通路８１５を経由して、第１圧力調整室８１６または第２圧力調整室８１７内の燃料が流出する。
【００７２】
第１圧力調整室８１６は、ハウジング８１の後端部の内壁で区画形成されている。
第２圧力調整室８１７は、ハウジング８１の後端部の内壁とニードル８３とで区画形成されている。
ニードル８３は、ハウジング８１の軸方向へ往復摺動可能であり、ハウジング８１に収容されている。ニードル８３が弁座８１２に離座または着座することによって、噴孔８１３が開閉される。
【００７３】
サック圧力制御部８６は、ハウジング８１内に収容され、サック圧力Ｐｓを増圧可能である。
サック圧力制御部８６は、電磁弁８６１、サーボ弁８６２、インジェクタピストン８６３、逆止弁８６４および絞り通路８６５を含む。
【００７４】
電磁弁８６１は、２方切替弁である。
電磁弁８６１は、ハウジング８１内に収容され、第１圧力調整室８１６と低圧側の排出される通路との連通または遮断を切替可能である。
【００７５】
サーボ弁８６２は、３方切替弁である。
サーボ弁８６２は、第１圧力調整室８１６が電磁弁８６１によって低圧側に連通されることによって、第１圧力調整室８１６が低圧側へ切り替わる。
また、サーボ弁８６２は、第１圧力調整室８１６が電磁弁８６１によって低圧側への連通を遮断されることによって、第１圧力調整室８１６の圧力が調整される。
【００７６】
インジェクタピストン８６３は、第１圧力調整室８１６に収容され、第１圧力調整室８１６内の燃料圧力を増圧可能である。インジェクタピストン８６３によって増圧された燃料が、サック室８１１に流入し、サック圧力Ｐｓが増加する。
逆止弁８６４は、燃料通路８１４に設けられ、インジェクタピストン８６３によって増圧された燃料がコモンレール７０側へ逆流することを防止する。
【００７７】
絞り通路８６５は、サック室８１１側の燃料通路８１５に設けられている。絞り通路８６５の開口面積は、燃料通路８１５の開口面積よりも小さく設定されている。これにより、燃料通路８１５およびサーボ弁８６２を経由して、第２圧力調整室８１７から燃料が流出する。第２圧力調整室８１７から燃料が流出したとき、ニードル８３が開方向に移動し、噴孔８１３から増圧された燃料が噴射される。
【００７８】
図１７のフローチャートを参照して、第２実施形態の燃料噴射制御装置２２の噴射制御部５５の処理を説明する。
ステップ３０１−３０４は、第１実施形態のステップ２０１−２０４と同様である。
ステップ３０５において、噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力Ｐｓを変更するように、インジェクタ８０を制御する。
【００７９】
ステップ３０６において、サック圧力制御部８６は、噴射制御部５５の指令により、サック圧力Ｐｓを大きくする。インジェクタ８０は、サック圧力Ｐｓが大きくなった燃料を噴孔８１３から噴射する。
噴射完了時間ｔｅに、インジェクタ８０は、ニードル８３を閉弁し、燃料の噴射を完了する。
【００８０】
図１８（ａ）に示すように、サック圧力Ｐｓは、噴射開始時間ｔｓから壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌまでの間は一定である。また、サック圧力Ｐｓは、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力制御部８６により大きくなる。さらに、サック圧力Ｐｓは、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌから噴射完了時間ｔｅまで一定である。
図１８（ｂ）に示すように、燃料噴射率Ｑは、サック圧力Ｐｓと同様に挙動を示す。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００８１】
（第３実施形態）
第３実施形態では、インジェクタの形態および噴射制御部の制御が異なる点を除き、第１実施形態と同様である。
図１９に示すように、第３実施形態の燃料噴射制御装置２３のインジェクタ９０は、第１実施形態のインジェクタ３１と、第２実施形態のサック圧力制御部８６とを組み合わせた形態である。
インジェクタ９０は、ハウジング９１、アウタニードル９２、インナニードル９３およびサック圧力制御部８６を有する。
【００８２】
図２０のフローチャートを参照して、第３実施形態の燃料噴射制御装置２３の噴射制御部５５の処理を説明する。
ステップ４０１およびステップ４０２は、第１実施形態のステップ２０１およびステップ２０２と同様である。
【００８３】
ステップ４０３において、インジェクタ９０は、噴射制御部５５の指令により、燃料の噴射を開始する。アウタニードル９２が開弁する。このとき、サック圧力制御部８６がサック圧力Ｐｓを大きくしながら、第１噴孔３２３から燃料が噴射される。
ステップ４０４において、壁面衝突時間演算部５４は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌを演算し、噴射制御部５５に出力する。
ステップ４０５において、噴射制御部５５は、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力Ｐｓ、噴射角度θまたは噴孔面積Ａを変更するように、インジェクタ９０を制御する。
【００８４】
ステップ４０６において、インジェクタ９０は、インナニードル９３をさらに開弁し、噴射を切り替える。
噴射完了時間ｔｅに、インジェクタ９０は、アウタニードル９２およびインナニードル９３を閉弁し、燃料の噴射を完了する。
【００８５】
図２１（ａ）に示すように、噴射開始時間ｔｓから壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌまで、サック圧力Ｐｓは、サック圧力制御部８６により大きくなる。壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、サック圧力Ｐｓは低下する。壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌから噴射完了時間ｔｅまで、サック圧力Ｐｓは、サック圧力制御部８６により、再度大きくなる。
また、壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、第１角度θ１から第１角度θ１または第２角度θ２に変更される。
【００８６】
図２１（ｂ）壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌに、噴孔面積Ａは、第１面積和Ａ１から第１面積和Ａ１に第２面積和Ａ２を加算した値に変更される。
図２１（ｃ）に示すように、噴射開始時間ｔｓから噴射完了時間ｔｅまで、燃料噴射率Ｑは、時間ｔが経過するに伴い、徐々に増加するように、サック圧力Ｐｓおよび噴孔面積Ａが設定されている。
【００８７】
噴射開始時間ｔｓから壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌまでの期間Ｋ３において、予め設定されるサック圧力Ｐｓの増加分を設定増圧割合ΔＰｓ＿Ｋ３とする。
壁面衝突時間ｔ＿ｗａｌｌから噴射完了時間ｔｅまでの期間Ｋ４において、予め設定されるサック圧力Ｐｓの増加分を設定増圧割合ΔＰｓ＿Ｋ４とする。
噴射制御部５５は、設定増圧割合ΔＰｓ＿Ｋ３または設定増圧割合ΔＰｓ＿Ｋ４に基づき期間Ｋ４を決定している。
【００８８】
第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第３実施形態の燃料噴射制御装置２３は、時間に比例して燃料噴射率Ｑがゼロから増加するように噴射するデルタ形噴射に燃料噴射率Ｑをできる。
【００８９】
（その他の実施形態）
（ｉ）本実施形態の燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジンの熱サイクルであるディーゼルサイクルまたはサバテサイクルに限定されない。本実施形態の燃料噴射制御装置は、エリクソンサイクルまたはガスタービンサイクルといった熱サイクルにおいても適用可能である。
（ｉｉ）本実施形態の燃料噴射制御装置は、オットーサイクルを有するガソリンエンジンに適用してもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１  ・・・内燃機関、
１２  ・・・燃焼室、
１３  ・・・ピストン、
３１、８０、９０  ・・・燃料噴射弁、
３２、８１  ・・・ハウジング、
３２７、８１８  ・・・底部、
３２１、８１１  ・・・サック室、
３２３、３２４、８１３  ・・・噴孔、
３４、９２  ・・・ニードル（アウタニードル）、
３５、９３  ・・・ニードル（インナニードル）、
８３  ・・・ニードル
５１  ・・・リフト量検出部、
５２  ・・・筒内圧力検出部、
５４  ・・・壁面衝突時間演算部、
５５  ・・・噴射制御部。
【図１】
2018084168.tif 000009
【図２】
2018084168.tif 000010
【図３】
2018084168.tif 000011
【図４】
2018084168.tif 000012
【図５】
2018084168.tif 000013
【図６】
2018084168.tif 000014
【図７】
2018084168.tif 000015
【図８】
2018084168.tif 000016
【図９】
2018084168.tif 000017
【図１０】
2018084168.tif 000018
【図１１】
2018084168.tif 000019
【図１２】
2018084168.tif 000020
【図１３】
2018084168.tif 000021
【図１４】
2018084168.tif 000022
【図１５】
2018084168.tif 000023
【図１６】
2018084168.tif 000024
【図１７】
2018084168.tif 000025
【図１８】
2018084168.tif 000026
【図１９】
2018084168.tif 000027
【図２０】
2018084168.tif 000028
【図２１】
2018084168.tif 000029