(57)【要約】【課題】プレ噴射とメイン噴射との最短噴射期間を短縮化して燃焼騒音を低減する。【解決手段】本発明の燃料噴射装置は、インジェクタと、制御装置とを備え、インジェクタは、ニードルとニードル駆動系とを備える。ニードルは、インジェクタボディ内に変位可能に配置されている。ニードル駆動系は、ピエゾスタックの伸縮によりニードルに作用する圧力を変化させてニードルを変位させる。制御装置は、ニードル駆動系を制御して、１サイクルの燃料噴射期間に、メイン噴射と、メイン噴射の前の微少量の燃料噴射であるプレ噴射との少なくとも２回の燃料噴射を実行できるように構成されている。更に、制御装置は、プレ噴射におけるニードルの変位速度が、メイン噴射におけるニードルの変位速度よりも低くなるように、ニードル駆動系を制御するよう構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタボディ内に変位可能に配置されたニードルと、
ピエゾスタックの伸縮により前記ニードルに作用する圧力を変化させて前記ニードルを変位させるニードル駆動系と、
を備えるインジェクタと、
前記ニードル駆動系を制御して、１サイクルの燃料噴射期間に、メイン噴射と、前記メイン噴射の前の微少量の燃料噴射であるプレ噴射との少なくとも２回の燃料噴射を実行できるように構成された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記プレ噴射における前記ニードルの変位速度が、前記メイン噴射における前記ニードルの変位速度よりも低くなるように、前記ニードル駆動系を制御するよう構成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射装置に関する。より具体的には内燃機関の１サイクルの噴射期間に複数回の燃料噴射を実行可能な燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メイン噴射に先立って、微少量の燃料を噴射するプレ噴射を行うことで、メイン噴射の前に燃焼室内に予混合燃焼が生成され、これにより着火遅れを短くし、爆発的な燃焼を防止することで、燃焼騒音を低減する技術が知られている。
【０００３】
そして、燃焼騒音の更なる低減のため、特許文献１には、プレ噴射とメイン噴射との間隔の更に短縮化するための制御が記載されている。特許文献１の制御では、所定の学習条件が成立した場合に、インジェクタごとに１サイクルの燃料噴射期間におけるメイン噴射とプレ噴射との間の指令インターバルを徐々に短縮化し、インジェクタから噴射される燃料噴射量が急増したとき、あるいは急増する直前を、最短のインターバルとして求める。そして、インジェクタごとに、インターバルが最短インターバルとなるように設定することで噴射間隔の短縮化を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０２３７９６号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
騒音防止のためには、メイン噴射における筒内圧の二次変化率を低減することが効果的であり、筒内圧の二次変化率低減のためには、メイン噴射による熱発生とプレ噴射による熱発生とを重ね合わせることが有効である。そして熱発生の重ね合わせの自由度は、メイン噴射とプレ噴射との間隔に左右される。
【０００６】
特許文献１の制御によれば、そのインジェクタごとに、メイン噴射とプレ噴射の最短の噴射間隔（特許文献１では、最短インターバル）を算出することで、最短噴射間隔に機種ごとのばらつきを考慮した余裕分を設ける必要がなくなり、メイン噴射とプレ噴射との噴射間隔を短縮化できる。
【０００７】
しかしながら、プレ噴射とメイン噴射との最短噴射間隔は、インジェクタを駆動するアクチュエータの駆動回路による制約がかかる。そして、特許文献１の制御によって算出されるメイン噴射とプレ噴射との最短噴射間隔は、駆動回路による制約が残るものである。従って、プレ噴射による熱発生とメイン噴射による熱発生との重ね合わせによる騒音防止効果が得られる領域を更に拡大するためには、メイン噴射とプレ噴射との噴射間隔を更に短縮化できる技術の開発が望まれる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決することを目的とし、プレ噴射とメイン噴射との最短噴射間隔の短縮化を可能とすることで、燃焼騒音を低減することができるよう改良された燃料噴射装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の燃料噴射装置は、以下の構成を有している。即ち、燃料噴射装置は、インジェクタと、制御装置とを備える。インジェクタは、ニードルとニードル駆動系とを備える。ニードルは、インジェクタボディ内に変位可能に配置されている。ニードル駆動系は、ピエゾスタックの伸縮によりニードルに作用する圧力を変化させてニードルを変位させる。
【００１０】
制御装置は、ニードル駆動系を制御して、１サイクルの燃料噴射期間に、メイン噴射と、メイン噴射の前の微少量の燃料噴射であるプレ噴射との少なくとも２回の燃料噴射を実行できるように構成されている。更に、制御装置は、プレ噴射におけるニードルの変位速度が、メイン噴射におけるニードルの変位速度よりも低くなるように、ニードル駆動系を制御するよう構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プレ噴射のニードルの変位速度が、メイン噴射のニードル変位速度よりも低速となるように制御される。プレ噴射では、ニードルの速度低下によりインジェクタの開弁速度が低下するため、プレ噴射期間は長期化する。その結果、プレ噴射とメイン噴射との噴射間隔が短縮化され、より高い騒音低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態のシステムの全体構成について説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態のインジェクタの構成について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態の制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の制御による騒音低減効果について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１４】
図１は燃料噴射装置が適用された内燃機関の気筒を示す図である。図１に示されるように、内燃機関１の各気筒２には、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」と称する）１０が配置される。インジェクタ１０を駆動するアクチュエータは、制御装置２０に電気的に接続されている。制御装置２０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置２０は、接続された各センサからの信号に基づいてアクチュエータを操作することによってインジェクタからの燃料噴射を制御する。
【００１５】
図２は、本実施の形態のインジェクタ１０について説明するための図である。インジェクタ１０は、各気筒２の燃焼室に臨むように配置された先端部に、燃料を噴射するための噴孔を有するインジェクタボディ１１を備えている。インジェクタボディ１１内には、ニードル１２が軸方向に変位可能に設置されている。ニードル１２の先端部付近には、高圧燃料が供給される燃料室１３が設けられ、基端部には、ニードル駆動系１４が設置されている。
【００１６】
ニードル駆動系１４は、制御室１５とピエゾスタック１６とを有する。ピエゾスタック１６は、インジェクタ１０のアクチュエータとして機能する。ピエゾスタック１６は、通電により伸縮することで、制御室１５とリターン通路１７との間を開閉し、制御室１５の燃料圧力を調整する。即ち、ピエゾスタック１６が伸張することで、制御室１５とリターン通路１７とが連通され、制御室１５の圧力（以下「制御室圧」とも称する）が低下する。これによりニードル１２はリフトアップされ、インジェクタ１０が開弁状態となり、燃料室１３の高圧燃料が噴射される。一方、ピエゾスタック１６への通電がＯＦＦとされピエゾスタック１６が収縮すると、制御室１５とリターン通路１７とが閉鎖され、制御室１５内の圧力が上昇して、ニードル１２は閉弁側に押圧された状態となり、インジェクタ１０からの燃料噴射は停止される。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態における制御について説明するためのタイミングチャートである。図３には、上から順に、（A）アクチュエータ駆動信号のON/OFF、（B）ピエゾスタック１６のストローク（以下「ピエゾストローク」とも称する）の変化、（C）制御室圧の変化、（D）ニードルリフト量の変化、をそれぞれ表している。また、図３においては、本実施の形態の制御の場合を実線で示すと共に、比較のため、従来の制御の場合の例を破線で示している。
【００１８】
制御装置２０は、ピエゾスタック１６への通電を行う駆動回路を介してピエゾスタック１６への通電を制御する。制御装置２０のピエゾスタック１６の駆動回路への制御信号を、「アクチュエータ駆動信号」とも称する。
【００１９】
図３に示されるように、本実施の形態では、内燃機関の燃焼騒音防止を目的として、1サイクルの燃料噴射期間において、メイン噴射と、メイン噴射の前の微少量の燃料噴射であるプレ噴射とを実行する。そして、プレ噴射とメイン噴射との噴射間隔を短縮化するため、プレ噴射における制御室１５の圧力応答性を、メイン噴射の圧力応答性に比べて低下させるようにする。
【００２０】
即ち、ピエゾスタック１６への印加電力を制御することで、図３の（B）に示されるように、プレ噴射でのピエゾストロークを、従来の制御の場合、及び、メイン噴射の場合に比べて小さくする。これにより、制御室１５からリターン通路１６に抜ける燃料流量を小さく制御し、制御室１５の容積を大きくすることで圧力応答性を低下させる。制御室１５の圧力応答性低下により、インジェクタ１０の開弁が遅れるが、その分、ピエゾスタック１６への駆動信号は、図３の（A）に示されるように、従来の制御の場合に比べて早い段階（ｔ１）でＯＮとして、通電を開始する。
【００２１】
制御室圧は、図３の（C）に示されるように、従来の制御の場合に比べて早い段階で低下を開始し、より早い段階（ｔ２）にニードル開弁開始圧に到達する。ニードルリフト量の変化は、図３の（Ｄ）に示されるように、制御室１５の圧力応答性を低下させている分、従来の制御の場合に比べて緩やかとなっている。即ち、ニードル１２の開弁速度は、従来の制御の場合に比べて遅くなっている。
【００２２】
アクチュエータ駆動信号ＯＦＦ（即ち、ピエゾスタック１６への通電停止）のタイミング（ｔ３）は、従来の制御の場合と同じであり、これは駆動回路の制約に基づき決定される。即ち、駆動回路の制約上、次のメイン噴射が所定のタイミングで実行されるのに必要となる間隔がとられるように、駆動信号のＯＦＦタイミングが決定されている。
【００２３】
本実施の形態の制御では、プレ噴射におけるピエゾストロークが小さくされており、駆動信号ＯＦＦ時点での制御室１５の容積は、従来の制御の場合に比べて大きくなっている。従って、アクチュエータ駆動信号ＯＦＦのタイミング（ｔ３）からの制御室圧の圧力上昇は、従来の制御の場合に比べて緩やかとなる。これにより、本実施の形態の制御では、駆動信号ＯＦＦ後、ニードル閉弁開始圧に到達するタイミング（ｔ４）が、従来の制御の場合に比べて遅れ、その間、インジェクタ１０は開弁状態のまま維持される。
【００２４】
メイン噴射においては、従来の制御の場合と同じタイミング（ｔ５）で、アクチュエータ駆動信号がＯＮとされ、従来の制御の場合と同じピエゾストロークとなるように制御される。但し、本実施の形態では、制御室１５の圧力応答性が低下しているため、プレ噴射停止後の制御室圧の戻りも従来の場合に比べて遅く、メイン噴射の駆動信号がＯＮとされた時点（ｔ５）での制御室圧は、従来の制御の場合に比べて低くなっている。従って、アクチュエータ駆動信号がＯＮとされた後、制御室圧がニードル開始弁圧に速やかに下がる。これにより、メイン噴射の実際の開始のタイミング（ｔ６）を、従来の制御の場合に比べて早くすることができる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の制御によれば、プレ噴射時の制御室１５の圧力応答性を低下させることで、従来の制御の場合に比べて、インジェクタ１０のプレ噴射の閉弁タイミングを遅らせるとともに、メイン噴射の開弁タイミングを早めることができる。これにより、プレ噴射とメイン噴射との噴射間隔を、従来の制御の場合に比べ短縮化することができる。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態の制御を行った場合の、筒内の熱発生率と筒内圧の二次変化率について説明するための図である。図４では、本実施の形態の制御を行った場合の熱発生率と筒内圧の二次変化率との変化をそれぞれ実線で示すと共に、比較のため、従来の制御の場合の熱発生率と筒内圧の二次変化率との変化をそれぞれ破線で示している。上述したように本実施の形態の制御では、プレ噴射とメイン噴射との噴射間隔が、回路の制約を超えて短縮化されている。これにより図４に示されるように、プレ噴射とメイン噴射との熱発生を重ね合わせ、筒内圧の二次変化率を、従来の制御の場合に比べて低減することができる。従って、プレ噴射による内燃機関の燃焼騒音効果を高めることができる。
【００２７】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００２８】
１  内燃機関
２  気筒
１０  インジェクタ
１１  インジェクタボディ
１２  ニードル
１３  燃料室
１４  ニードル駆動系
１５  制御室
１６  ピエゾスタック
１７  リターン通路
２０  制御装置
【図１】
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【図２】
2019183728.tif 000004
【図３】
2019183728.tif 000005
【図４】
2019183728.tif 000006