(57)【要約】【課題】本発明は、気筒内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃焼騒音の増加を抑制しつつ潤滑油の希釈を抑制可能な技術の提供を課題とする。【解決手段】本発明は、気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃料噴射弁がメイン噴射を行った後にポスト噴射を行う必要がある場合は、メイン噴射の噴射圧力に対してポスト噴射の噴射圧力を高めるための昇圧処理を行うようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、
前記燃料噴射弁がメイン噴射を行った後にポスト噴射を行う場合に、メイン噴射の噴射圧力に対してポスト噴射の噴射圧力を高めるための昇圧処理を行うものであって、メイン噴射量が少なくなるほどポスト噴射の噴射圧力を高める制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項２】
請求項１において、前記燃料噴射弁から噴射された燃料による潤滑油の希釈度合いを取得する取得手段を更に備え、
前記取得手段により取得された希釈度合いが許容限界未満である場合は、前記制御手段は前記昇圧処理を行わないことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、１サイクル当たりに複数回のポスト噴射が行われる場合は、前記制御手段は、噴射時期が遅くなるポスト噴射ほど噴射圧力を高めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一において、前記燃料噴射弁は、ニードル弁のリフト動作により噴孔を開閉する弁であり、
前記昇圧処理は、ポスト噴射時のニードル弁のリフト量をメイン噴射時のニードル弁のリフト量より大きくする処理であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、気筒内へ燃料を噴射可能な燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁が気筒内へ直接燃料を噴射する内燃機関において、噴射燃料による潤滑油（エンジンオイル）の希釈度が高くなった時に燃料噴射圧力を上昇させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１７９３６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１３７０号公報
【特許文献３】特開２００３−２６９２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料噴射圧力が上昇させられた場合は燃料噴射弁から噴射された燃料（以下、「噴射燃料」と称する）の気化・霧化が促進されるため、潤滑油の希釈を低減することはできるものの、噴射燃料が急峻に燃焼して大きな燃焼騒音を発生するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃焼騒音の増加を抑制しつつ潤滑油の希釈を抑制可能な技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、燃料噴射弁がメイン噴射を行った後にポスト噴射を行う場合は、ポスト噴射の噴射圧のみを高めるようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、前記燃料噴射弁がメイン噴射を行った後にポスト噴射を行う場合に、メイン噴射の噴射圧力に対してポスト噴射の噴射圧力を高めるための昇圧処理を行う制御手段を備えるようにした。
【０００８】
潤滑油の希釈は、燃料噴射弁から噴射された燃料（噴射燃料）がシリンダボア壁面に付着した場合に顕著となる。シリンダボア壁面に付着する噴射燃料（以下、「壁面付着燃料」と称する）は、ピストンが上死点から離間しているタイミングで燃料噴射が行われた場合に増加する。このようなタイミングで行われる燃料噴射としては、ポスト噴射を例示することができる。
【０００９】
よって、ポスト噴射実行時の壁面付着燃料を減少させることができれば、潤滑油の希釈を効果的に抑制することができる。壁面付着燃料を減少させる方法としては、噴射燃料の気化・霧化を促進させる方法が有効である。噴射燃料の気化・霧化を促進させる方法としては、燃料噴射圧力を高める方法を例示することができる。
【００１０】
しかしながら、ポスト噴射の噴射圧力（以下、「ポスト噴射圧力」と称する）とともに
メイン噴射の噴射圧力（以下、「メイン噴射圧力」と称する）も高くされると、メイン噴射された燃料が急峻に燃焼するため、燃焼騒音が大きくなるという背反が生じる。
【００１１】
これに対し、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムは、メイン噴射圧力に対してポスト噴射圧力を高める（好ましくは、メイン噴射圧力を変更せずにポスト噴射圧力のみを高める）ため、燃焼騒音の増加を回避しつつ壁面付着燃料を減少させることができる。その結果、燃焼騒音の増加を抑制しつつ潤滑油の希釈を抑制することが可能になる。
【００１２】
尚、シリンダボア壁面の温度や気筒内の雰囲気温度が高い場合は、壁面付着燃料が減少するとともに壁面付着燃料の大部分がシリンダボア壁面から脱離（蒸発）するため、潤滑油の希釈は起こり難い。よって、シリンダボア壁面の温度や気筒内の雰囲気温度が高い場合には前記昇圧処理が行われないようにしてもよい。また、昇圧処理実行時のポスト噴射圧力は、シリンダボア壁面の温度や気筒内の雰囲気温度が高くなるほど低くされるようにしてもよい。
【００１３】
本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムは、噴射燃料による潤滑油の希釈度合いを取得する取得手段を備えるようにしてもよい。この場合、制御手段は、潤滑油の希釈度合いが許容限界未満であれば、前記昇圧処理を行わないようにしてもよい。
【００１４】
ところで、１サイクル当たりにポスト噴射が行われる回数は、１回に限られず複数回に及ぶ場合もある。１サイクル当たりに複数回のポスト噴射が行われる場合は、制御手段は、噴射時期が遅くなるポスト噴射ほど噴射圧力が高くなるような昇圧処理を行うことが好適である。
【００１５】
ポスト噴射のタイミングが遅くなるほど、気筒内の圧力は低くなる。気筒内の圧力が低くなるほど、噴射燃料はシリンダボア壁面に到達し易くなる。これに対し、噴射時期が遅いポスト噴射ほど噴射圧力が高くされると、壁面付着燃料を確実に減少させることができる。
【００１６】
本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、制御手段は、メイン噴射量に対するポスト噴射量の割合が高くなるほどポスト噴射圧力を高くするようにしてもよい。
【００１７】
メイン噴射圧力は、メイン噴射される燃料量（メイン噴射量）が少なくなるほど低く設定される傾向がある。よって、メイン噴射圧力に対するポスト噴射圧力の上昇量（メイン噴射圧力とポスト噴射圧力との差）がメイン噴射量（メイン噴射圧力）に関わらず一定にされると、メイン噴射量が少ない場合にポスト噴射圧力が過剰に低くなる可能性がある。
【００１８】
これに対し、メイン噴射量に対するポスト噴射量の割合が高くなるほど（言い換えれば、メイン噴射量が少なくなるほど）ポスト噴射圧力が高くされると、メイン噴射量が少ない場合のポスト噴射圧力を十分に高くすることができる。その結果、メイン噴射量が少ない場合であっても壁面付着燃料を減少させることができる。
【００１９】
本発明において、昇圧処理の具体的な実行方法としては、ポスト噴射時のニードル弁のリフト量をメイン噴射時のニードル弁のリフト量より大きく方法を例示することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、気筒内へ直接燃料を噴射可能な燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、燃焼騒音の増加を抑制しつつ潤滑油の希釈を抑制可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】内燃機関の燃料噴射制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】燃料噴射弁の概略構成を示す図である。
【図３】昇圧処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムの概略構成を示す図である。
【００２４】
図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。
【００２５】
内燃機関１の気筒２内には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。気筒２内のピストン３より上方には燃焼室４が形成されている。内燃機関１は、前記燃焼室４と連通する吸気ポート５と排気ポート６とを備えている。
【００２６】
吸気ポート５は、吸気通路５０と連通している。排気ポート６は、排気通路６０と連通している。内燃機関１は、燃焼室４に臨む吸気ポート５の開口端を開閉する吸気バルブ７と、燃焼室４に臨む排気ポート６の開口端を開閉する排気バルブ８とを備えている。
【００２７】
また、内燃機関１は、気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁９を備えている。燃料噴射弁９は、デリバリパイプ１０を介してコモンレール１１と連通している。
【００２８】
このように構成された内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、水温センサ１３やレール圧センサ１４等の各種センサの出力信号に従って、燃料噴射弁９などを電気的に制御する。尚、水温センサ１３は内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定するセンサであり、レール圧センサ１４はコモンレール１１に蓄えられた燃料圧力（レール圧）を測定するセンサである。
【００２９】
例えば、ＥＣＵ１２は、各種センサの出力信号から定まる運転条件に従って、パイロット噴射やメイン噴射の噴射量及び噴射時期を決定し、決定された噴射量及び噴射時期に従って燃料噴射弁９を制御する。
【００３０】
また、ＥＣＵ１２は、排気温度を昇温させる必要がある場合や、排気通路６０に配置された図示しない排気浄化装置（例えば、パティキュレートフィルタやＮＯｘ触媒等）に還元剤としての燃料を供給する必要がある場合等に、パイロット噴射及びメイン噴射に加えてポスト噴射を行わせるべく燃料噴射弁９を制御する。
【００３１】
ところで、ポスト噴射は、膨張行程や排気行程においてピストン３が上死点から離間している時に行われる。このため、ポスト噴射された燃料（以下、「ポスト噴射燃料」と称する）が気筒２の内壁面（シリンダボア壁面）に付着し易い。シリンダボア壁面に付着した燃料（壁面付着燃料）は、シリンダボア壁面から脱離（蒸発）せずに潤滑油を希釈させる可能性がある。潤滑油の希釈が進行すると、該潤滑油が所望の潤滑性能を発揮することができなくなる虞がある。
【００３２】
このような問題に対し、燃料噴射圧力を高めることにより噴射燃料の気化・霧化を促進
させ、以て壁面付着燃料を減少させる方法が考えられる。燃料噴射圧力を高める具体的な方法としては、コモンレール１１のレール圧を高める方法が一般的である。
【００３３】
しかしながら、レール圧が高められるとポスト噴射圧力のみならずメイン噴射圧力も上昇することになる。メイン噴射圧力が不用意に高められると、メイン噴射された燃料（以下、「メイン噴射燃料」と称する）が急峻に燃焼するため、燃焼騒音が増大する可能性がある。
【００３４】
そこで、本実施例においては、ＥＣＵ１２は、燃料噴射弁９がポスト噴射を実行する必要がある時に、メイン噴射圧力やパイロット噴射圧力を上昇させずにポスト噴射圧力のみを上昇させる昇圧処理を行うようにした。
【００３５】
ここで、昇圧処理の具体的な実行方法について述べる。図２は、燃料噴射弁９の概略構成を示す図である。
【００３６】
燃料噴射弁９は、シリンダ１０１が形成されたノズルボディ１００と、シリンダ１０１内を軸方向に往復摺動可能なニードル弁２００とを備えている。
【００３７】
シリンダ１０１の先端（図２における下端）には、円錐状の弁座１０２を介してサック１０３が突設されている。サック１０３には、複数の噴孔１０４が形成されている。
【００３８】
前記ニードル弁２００は、前記シリンダ１０１より径小な外径を有する弁軸２０１を具備している。弁軸２０１の先端（図１における下端）には、前記弁座１０２と同様に円錐状に形成された弁体２０２が形成されている。
【００３９】
前記弁軸２０１の中間には、該弁軸２０１の外径より径大且つ前記シリンダ１０１の内径より若干径小な外径を有する径大軸部２０３が形成されている。弁軸２０１の基端（図１における上端）は、スプリング３００と当接している。スプリング３００は、ニードル弁２００を閉弁方向（図１における下方）へ付勢する。
【００４０】
前記径大軸部２０３より先端側の弁軸２０１とシリンダ１０１との間には、燃料溜まり４００が形成されている。径大軸部２０３より基端側の弁軸２０１とシリンダ１０１との間には、制御室５００が形成されている。
【００４１】
前記ノズルボディ１００には、前記燃料溜まり４００及び前記制御室５００へ高圧燃料を供給するための燃料供給路６００が形成されている。燃料供給路６００は、前述したデリバリパイプ１０を介してコモンレール１１と連通している。
【００４２】
また、前記ノズルボディ１００には、前記制御室５００内の圧力を調整する減圧機構７００が設けられている。減圧機構７００は、例えば、制御室５００内の燃料を該制御室５００の外部（例えば、燃料タンク）へ放出するための通路と、該通路を開閉する弁機構とによって構成される。前記した弁機構の開閉は、ＥＣＵ１２によって電気的に制御される。
【００４３】
このように構成された燃料噴射弁９では、コモンレール１１に蓄えられた高圧の燃料がデリバリパイプ１０及び燃料供給路６００を介して燃料溜まり４００と制御室５００へ供給されるため、燃料溜まり４００の燃料圧力と制御室５００の燃料圧力が均等になる。
【００４４】
従って、減圧機構７００が制御室５００内の燃料を放出しない場合は、スプリング３００の付勢力によってニードル弁２００が閉弁方向へ押圧され、弁体２０２が弁座１０２に
着座した状態（すなわち、閉弁状態）となる。
【００４５】
一方、減圧機構７００が制御室５００内の燃料を放出させた場合は、制御室５００内の燃料圧力が低下する。そして、制御室５００内の燃料圧力とスプリング３００の付勢力との総和に比して燃料溜まり４００の燃料圧力が高くなると、燃料溜まり４００の燃料圧力がニードル弁２００を開弁方向へ変位させる。その結果、弁体２０２が弁座１０２から離座した状態（すなわち、開弁状態）となる。
【００４６】
その後、減圧機構７００が燃料放出を停止すると、燃料供給路６００から制御室５００へ供給される高圧燃料によって制御室５００の燃料圧力が燃料溜まり４００の燃料圧力と同等の圧力に復帰する。その結果、ニードル弁２００はスプリング３００の付勢力を受けて閉弁位置へ戻る。
【００４７】
ここで、燃料噴射弁９の開弁時には燃料が弁体２０２と弁座１０２との間に生じた狭い間隙を通ることになるが、その際の圧力損失は弁体２０２と弁座１０２との間隙が大きくなるほど小さくなる。これは、ニードル弁２００のリフト量が大きくなるほど、噴射圧力が高くなることを意味する。
【００４８】
ニードル弁２００のリフト量は、制御室５００の燃料圧力と燃料溜まり４００の燃料圧力との差（以下、「制御用差圧」と称する）の大きさによって変化する。例えば、制御用差圧が小さくなるほど、ニードル弁２００のリフト量が小さくなる。
【００４９】
そこで、ＥＣＵ１２は、メイン噴射時の制御用差圧に対してポスト噴射時の制御用差圧が大きくなるように減圧機構７００を制御することにより、パイロット噴射圧力やメイン噴射圧力を不要に高めることなくポスト噴射圧力を高めることができる。
【００５０】
このような方法により昇圧処理が行われると、燃焼騒音を増大させることなく壁面付着燃料を減少させることが可能となる。従って、本実施例の内燃機関の燃料噴射制御システムによれば、燃焼騒音を増大させることなく潤滑油の希釈を抑制することが可能となる。
【００５１】
次に、本実施例における昇圧処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、昇圧処理ルーチンを示すフローチャートである。昇圧処理ルーチンは、予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって周期的に実行される。
【００５２】
昇圧処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ１０１において内燃機関１の運転条件（機関回転数や機関負荷）に基づいて、メイン噴射時期の制御用差圧△Ｐｆｍを取得する。尚、前記制御用差圧△Ｐｆｍと運転条件との関係は、予めマップ化されてもよい。
【００５３】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１２は、ポスト噴射が実行中であるか否かを判別する。ＥＣＵ１２は、Ｓ１０１において肯定判定した場合はＳ１０３へ進み、Ｓ１０１において否定判定された場合は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５４】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１２は、メイン噴射時の制御用差圧△Ｐｆｍに所定値αを加算してポスト噴射時の制御用差圧△Ｐｆｐ（＝△Ｐｆｍ＋α）を算出する。所定値αは、予め実験的に求められた固定値であってもよい。
【００５５】
この場合、ＥＣＵ１２は、メイン噴射時は前記Ｓ１０１で取得された制御用差圧△Ｐｆｍに従って減圧機構７００を制御し、ポスト噴射時は前記Ｓ１０３で算出された制御用差圧△Ｐｆｐに従って減圧機構７００を制御することになる。
【００５６】
このようにＥＣＵ１２が昇圧処理ルーチンを実行することにより、本発明にかかる制御手段が実現される。その結果、燃焼騒音を増大させることなく潤滑油の希釈を抑制することが可能となる。
【００５７】
尚、壁面付着燃料は、シリンダボア壁面の温度や気筒２内の雰囲気温度が高くなるほど少なくなるとともにシリンダボア壁面から脱離（蒸発）し易くなる。よって、上記したような昇圧処理は、シリンダボア壁面の温度や気筒２内の雰囲気温度が低い場合のみ行われるようにしてもよい。その際、シリンダボア壁面の温度や気筒２内の雰囲気温度は、冷却水温の温度（水温センサ１３の測定値）と相関するため、ＥＣＵ１２は水温センサ１３の測定値が予め定められた基準温度より低い場合に限り昇圧処理を行うようにしてもよい。
【００５８】
また、潤滑油を希釈させ得る壁面付着燃料の量はシリンダボア壁面の温度や気筒２内の雰囲気温度が高くなるほど少なくなるため、前記した所定値αは、冷却水の温度が低くなるほど大きな値に設定されてもよい。
【００５９】
更に、潤滑油の希釈度合いを取得可能な場合は、希釈度合いが許容限界に到達した場合に限り昇圧処理が行われるようにしてもよい。
【００６０】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６１】
本実施例では、１サイクル当たりにポスト噴射が複数回行われる場合の昇圧処理の実行方法について述べる。
【００６２】
１サイクル当たり複数回のポスト噴射が行われる場合は、噴射時期が遅いポスト噴射ほど噴射燃料がシリンダボア壁面に到達し易くなる。これは、噴射時期が遅くなるほど気筒２内の圧力が低下するためである。
【００６３】
そこで、本実施例の昇圧処理では、ＥＣＵ１２は、複数回のポスト噴射の噴射圧力を一律に高めるのではなく、噴射時期が遅いポスト噴射ほど噴射圧力が高くなるように減圧機構７００を制御するようにした。具体的には、噴射時期が遅いポスト噴射ほど、前述した所定値αの値が大きくされればよい。
【００６４】
このような方法により昇圧処理が行われると、ポスト噴射が１サイクル当たりに複数回行われる場合であっても壁面付着燃料を減少させることができる。よって、１サイクル当たりに複数回のポスト噴射が行われる場合であっても、燃焼騒音の増大を回避しつつ潤滑油の希釈を抑制することが可能となる。
【００６５】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について説明する。ここでは前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６６】
本実施例では、メイン噴射される燃料量（メイン噴射量）に応じて制御用差圧の大きさを変更する例について述べる。
【００６７】
コモンレール１１内に蓄えられる燃料の圧力（レール圧）は、メイン噴射量が少なくなるほど低くされる場合がある。よって、メイン噴射圧力とポスト噴射圧力との差（言い換えれば、制御用差圧の大きさ）がメイン噴射量（言い換えれば、レール圧）に関わらず一定にされると、メイン噴射量が少ない場合にポスト噴射圧力が過剰に低くなる可能性があ
る。
【００６８】
そこで、本実施例の昇圧処理では、ＥＣＵ１２は、メイン噴射量に対するポスト噴射量の割合が高くなるほど（言い換えれば、メイン噴射量が少なくなるほど）、制御用差圧が大きくなるように減圧機構７００を制御するようにした。具体的には、メイン噴射量に対するポスト噴射量の割合が高くなるほど、前述した所定値αの値が大きくされればよい。
【００６９】
この場合、レール圧が低い場合であってもポスト噴射圧力を十分に高めることができる。その結果、メイン噴射量が少ない場合であっても壁面付着燃料を減少させることができる。
【００７０】
従って、本実施例の内燃機関の燃料噴射制御システムによれば、ポスト噴射に起因した潤滑油の希釈をより確実に抑制することが可能となる。
【００７１】
本実施例では、燃料溜まり４００と制御室５００との差圧（制御用差圧）を調整することによりニードル弁２００のリフト量を変更可能な燃料噴射弁９を例示したが、このような燃料噴射弁に限定されないことは勿論である。要は、ニードル弁のリフト量を変更可能な燃料噴射弁であれば、如何様な構成の燃料噴射弁であってもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１     内燃機関
２     気筒
３     ピストン
４     燃焼室
５     吸気ポート
６     排気ポート
９     燃料噴射弁
１０   デリバリパイプ
１１   コモンレール
１２   ＥＣＵ
１００ ノズルボディ
１０１ シリンダ
１０２ 弁座
１０３ サック
１０４ 噴孔
２００ ニードル弁
２０１ 弁軸
２０２ 弁体
２０３ 径大軸部
３００ スプリング
４００ 燃料溜まり
５００ 制御室
６００ 燃料供給路
７００ 減圧機構
【図１】
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【図２】
2011094635.tif 000004
【図３】
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