(57)【要約】【課題】コモンレール式燃料噴射装置を備える場合に、パイロット噴射とメイン噴射とを、それぞれ最適な噴射率で実行可能とする。【解決手段】燃料噴射気筒のパイロット噴射に先立って、燃料噴射を行わない他気筒のインジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレール内の燃料圧力を一時的に低下させる。これにより、パイロット噴射時に、メイン噴射での噴射率よりも低い噴射率で燃料噴射を行う。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射用燃料を高圧化するサプライポンプと、このサプライポンプからの高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、各気筒毎に設けられそれぞれの開弁時にコモンレールから導いた高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェクタと、を含んで構成され、
メイン噴射に先立ってパイロット噴射を行う一方、
パイロット噴射時は、パイロット噴射に先立って、燃料噴射を行わない他気筒のインジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレール内の燃料圧力を低下させ、メイン噴射での噴射率よりも低い噴射率で燃料噴射を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
インジェクタは、複数本ずつ、当該インジェクタへの印加電圧の昇圧回路を共用するようにグループ分けされており、
空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒が属するグループとは異なるグループに属する気筒のインジェクタであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒のインジェクタに対し、コモンレールへの燃料配管の接続位置が隣合う気筒のインジェクタであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒のインジェクタが圧縮上死点にあるときに排気上死点にある気筒のインジェクタであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
空打ちする他気筒のインジェクタは、複数とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】
パイロット噴射時期に対する空打ち時期は、少なくともエンジン回転速度に基づいて決定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項７】
パイロット噴射時期に対する空打ち時期は、燃料温度に基づいて決定することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項８】
サプライポンプにより噴射用燃料を高圧化して、コモンレールに蓄圧し、各気筒毎にインジェクタを開弁動作させてコモンレールから導いた高圧燃料を燃焼室内に噴射し、
燃料噴射としては、メイン噴射と、これに先立つパイロット噴射とを行い、
パイロット噴射時は、パイロット噴射に先立って、燃料噴射を行わない他気筒のインジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレール内の燃料圧力を低下させ、メイン噴射での噴射率よりも低い噴射率で燃料噴射を行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置は、噴射用燃料を高圧化するサプライポンプと、サプライポンプからの高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、各気筒毎に設けられてそれぞれの開弁時にコモンレールから導いた高圧燃料を燃焼室内に噴射するインジェクタとを備えている。
【０００３】
また、特許文献１には、所定の減圧条件が成立すると、一定時間毎に、インジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレールからインジェクタに流入する高圧燃料の一部を低圧側へ溢流させて、コモンレール内の燃料圧力を素早く低下させることが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１７３１９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れ期間を短縮し、ディーゼル固有のいわゆるノック音を低減することが知られている。
【０００６】
しかし、コモンレール式燃料噴射装置では、噴射圧力はコモンレール内の燃料圧力によって一義的に決まるため、噴射期間中の噴射圧力は一定となり、噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）も一定となる。
【０００７】
このため、パイロット噴射時の噴射率がメイン噴射時の噴射率と同じとなり、パイロット噴射時の燃料噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が必要以上に強く、燃料噴霧が燃焼室（ピストンキャビティ）の壁面に衝突して付着し、スモーク（ＨＣ）排出量の増大を招くという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、インジェクタの空打ちを利用して、パイロット噴射時の噴射率をメイン噴射時の噴射率に対して低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明では、パイロット噴射時は、パイロット噴射に先立って、燃料噴射を行わない他気筒のインジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレール内の燃料圧力を低下させ、メイン噴射での噴射率よりも低い噴射率で燃料噴射を行う構成とする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、コモンレール内の燃料圧力をパイロット噴射時とメイン噴射時で変えることができ、各々の噴射に最適な噴射率を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す車両用ディーゼルエンジンのシステム図である。
【００１２】
ディーゼルエンジン１００の各気筒の燃焼室１０１には、吸気系のエアクリーナ１０２から、吸入空気量計測用のエアフローメータ１０３、過給機１０４の吸気コンプレッサ１０５、インタークーラ１０６、吸気絞り弁１０７、及び、吸気マニホールド１０８を経て、空気が吸入される。燃料供給系は、後述するコモンレール式燃料噴射装置により構成、すなわち、コモンレールからこれに蓄圧された高圧燃料を導いて各気筒の燃焼室１０１内に任意のタイミングで燃料噴射可能な燃料噴射弁８を備えて構成され、各気筒の圧縮行程にて燃料噴射がなされ、圧縮着火により燃焼する。燃焼後の排気は、排気系の排気マニホールド１０９、過給機１０４の排気タービン１１０、排気浄化触媒１１１を経て排出される。また、排気の一部は排気マニホールド１０９からＥＧＲ通路１１２により取出され、ＥＧＲクーラ１１３、ＥＧＲ弁１１４を介して吸気マニホールド１０８に還流される。
【００１３】
図２はコモンレール式燃料噴射装置のシステム図である。
燃料タンク１内の燃料は吸入通路２により燃料フィルタ３を介してエンジン駆動されるサプライポンプ４に吸入され、サプライポンプ４によって加圧された高圧燃料は吐出通路５によりコモンレール（蓄圧室）６に導かれて蓄えられる。
【００１４】
コモンレール６内の高圧燃料は各高圧燃料供給通路７により気筒数分のインジェクタ（燃料噴射弁）８に供給され、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの指令に基づき、各気筒毎にインジェクタ８が開弁作動して、高圧燃料がエンジンの各燃焼室内に噴射供給される。
【００１５】
各インジェクタ８での余剰燃料（リターン燃料）は各リターン通路９により共通のリターン通路１０へ導かれ、このリターン通路１０によって燃料タンク１へ戻される。
【００１６】
また、コモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧力）を制御するため、サプライポンプ４に圧力制御弁１１が設けられている。圧力制御弁１１はＥＣＵ２０からのデューティ信号によってサプライポンプ４から燃料タンク１への余剰燃料のリターン通路１２への流路面積を調整するものであり、これによりコモンレール６側への燃料吐出量を調整して、コモンレール圧力を制御することができる。具体的には、エンジン運転条件に応じて目標コモンレール圧力を設定し、圧力センサ２１により検出されるコモンレール圧力（Ｐｃ）がこの目標コモンレール圧力と一致するように、圧力制御弁１１を介してコモンレール圧力をフィードバック制御する。
【００１７】
図３はインジェクタ（燃料噴射弁）８の模式的な構造図である。
インジェクタ８は、噴孔部３１、噴孔部３１に連なるノズル室３２、ノズル室３２へコモンレールから高圧燃料供給通路７を介して高圧燃料を導く高圧燃料供給通路３３、噴孔部３１とノズル室３２と間のシート部に臨む針弁３４、及び、針弁３４を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング３５を備え、ノズル室３２に導かれる燃料圧力は針弁３４に対し開弁方向に作用するようになっている。
【００１８】
また、針弁３４の基端側ロッド部に当接する油圧ピストン３６と、油圧ピストン３６の背方の油圧室３７とを備え、油圧室３７にはコモンレールからの高圧燃料がオリフィス３８を介して供給されるようになっている。
【００１９】
更に、油圧室３７は油圧逃がし口３９を介して弁室４０に連通し、弁室４０には、油圧逃がし口３９を開閉する電磁弁４１が設けられている。
電磁弁４１は、油圧逃がし口３９に相対させた弁体（アーマチュア）４２と、弁体４２を油圧逃がし口３９閉止方向に付勢するリターンスプリング４３と、弁体４２をリターンスプリング４３の力に抗して吸引して開弁させる電磁コイル４４とから構成されている。
【００２０】
そして、弁室４０からリターン通路９が導出されており、また、針弁３４と油圧ピストン３６との間に洩れた燃料も洩れ燃料通路４５を介して弁室４０に導かれた後、リターン通路９に導かれるようになっている。
【００２１】
次に燃料噴射動作について説明する。
図３（Ａ）に示すように、電磁弁４１が閉じている状態（非通電状態で、リターンスプリング４３の力で弁体４２により油圧逃がし口３９を閉止している状態）では、コモンレールからの高圧燃料がノズル室３２と油圧室３７とに等しく導かれており、針弁３４と油圧ピストン３６との受圧面積の差により、燃料圧力が閉弁方向に作用する結果、針弁３４はリターンスプリング３５によって閉弁している（無噴射状態）。
【００２２】
この状態から、燃料噴射開始タイミングにて、図３（Ｂ）に示すように、電磁弁４１を開くと（電磁コイル４４に通電し、リターンスプリング４３の力に抗して弁体４２をリフトして油圧逃がし口３９を開くと）、油圧室３７の圧力が低下する結果、ノズル室３２の圧力により針弁３４がリターンスプリング３５の力に抗してリフトして開弁することで、噴孔部３１より燃料が噴射される。
【００２３】
そして、燃料噴射終了タイミングにて、電磁弁４１を閉じると（電磁コイル４４への通電を停止して、リターンスプリング４３の力で弁体４２により油圧逃がし口３９を閉じると）、油圧室３７の圧力が再び上昇する結果、針弁３４が閉弁して、燃料噴射が終了する。
【００２４】
以上の構成において、ＥＣＵ２０により、各種センサからの信号に基づいて、エンジン運転条件として、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｐｏ等を検出し、これらに基づいて、圧力制御弁１１及びインジェクタ８の作動を制御することで、燃料噴射圧力（コモンレール圧力）、燃料噴射時期、燃料噴射量（燃料噴射時間）を制御し、一行程に燃料を複数回に分けて噴射することができる。すなわち、メイン噴射に先立って、少量の燃料を噴射するパイロット噴射を行うことにより、着火遅れ期間を短縮し、燃焼騒音を小さくすることができる。
【００２５】
しかし、コモンレール式燃料噴射装置では、噴射圧力はコモンレール圧力によって一義的に決まるため、噴射期間中の噴射圧力は一定となる。従って、主に噴射圧力と噴孔部前後差圧とによって定まる噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）も噴射期間中一定となる。
【００２６】
このため、パイロット噴射時の噴射率がメイン噴射時の噴射率と同じとなり、パイロット噴射時の燃料噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が必要以上に強く、パイロット噴射時の燃料噴霧が、図６（Ａ）に示すように、燃焼室（ピストンキャビティ）１０１の壁面に衝突して付着し、これによりスモーク（ＨＣ）排出量の増大を招いてしまう。
【００２７】
そこで、本発明では、図４に示すように、燃料噴射気筒（例えば＃１気筒）のパイロット噴射に先立って、燃料噴射を行わない他気筒（例えば＃２気筒）のインジェクタを、当該インジェクタが開弁するに至る遅延時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちすることにより、コモンレール圧力を低下させる。
【００２８】
すなわち、図５にインジェクタ（電磁弁４１）への通電時間と燃料噴射量との関係（あるコモンレール圧力での関係）を示すように、電磁弁４１を開弁駆動してから針弁３４が実際に開弁するまでには、所定の遅延時間（いわゆる無効時間）があるため、その遅延時間未満で電磁弁４１を開弁駆動することにより、その間に、コモンレール内の高圧燃料を油圧室３７、油圧逃がし口３９、弁室４０を介して低圧側（リターン側）へ逃がすことで、コモンレール圧力を一時的に低下させる。
【００２９】
このようにして、パイロット噴射に先立って、コモンレール圧力を一時的に低下させることで、パイロット噴射時に、メイン噴射での噴射率よりも低い噴射率で燃料噴射を行わせる。
【００３０】
これにより、図６（Ｂ）に示すように、パイロット噴射時の燃料噴霧の貫徹力（ペネトレーション）を抑制でき、パイロット噴射時の燃料噴霧が、燃焼室（ピストンキャビティ）１０１の壁面に付着してスモーク（ＨＣ）排出量の増大を招くのを防止できる。
【００３１】
次に燃料噴射気筒のパイロット噴射に先立って空打ちする他気筒をいずれの気筒にすべきかについて説明する。尚、４気筒エンジンで、燃料噴射順序は＃１→＃３→＃４→＃２であるとする。
【００３２】
図７に示すように、ＥＣＵ２０内に、ＣＰＵ２０１、インターフェース２０２、昇圧回路２０３Ａ、２０３Ｂを備え、＃１〜＃４気筒のインジェクタが、２本ずつ、当該インジェクタへの印加電圧の昇圧回路２０３Ａ、２０３Ｂを共用するようにグループ分けされており、＃１と＃４気筒のインジェクタのグループと、＃２と＃３気筒のインジェクタのグループに分かれているとする。
【００３３】
この場合、空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒が属するグループとは異なるグループに属する気筒のインジェクタとする。
具体的には、図８にも示すように、
燃料噴射気筒が＃１の場合、空打ち気筒は＃２又は＃３、
燃料噴射気筒が＃３の場合、空打ち気筒は＃１又は＃４、
燃料噴射気筒が＃４の場合、空打ち気筒は＃２又は＃３、
燃料噴射気筒が＃２の場合、空打ち気筒は＃１又は＃４、
とする。
【００３４】
このようにすることにより、燃料噴射気筒の噴射動作に支障を与えることを防止できる。
また、図２を参照し、コモンレール６への＃１〜＃４気筒のインジェクタの燃料配管（高圧燃料供給通路）７の接続位置が、図示のように並んでいるとすると、空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒のインジェクタに対し、コモンレール６への燃料配管７の接続位置が隣合う気筒のインジェクタとする。
【００３５】
具体的には、図９にも示すように、
燃料噴射気筒が＃１の場合、空打ち気筒は＃２
燃料噴射気筒が＃３の場合、空打ち気筒は＃２又は＃４、
燃料噴射気筒が＃４の場合、空打ち気筒は＃３、
燃料噴射気筒が＃２の場合、空打ち気筒は＃１又は＃３、
とする。
【００３６】
このように、コモンレール６への燃料配管７の接続位置が隣合うことで、圧力変化が最も早く伝わる気筒のインジェクタで空打ちを行うことにより、圧力変化のレスポンスを向上させることができる。
【００３７】
また、空打ちする他気筒のインジェクタは、燃料噴射気筒のインジェクタが圧縮上死点にあるときに排気上死点にある気筒のインジェクタとするとよい。
具体的には、図１０にも示すように、
燃料噴射気筒が＃１の場合、空打ち気筒は＃４
燃料噴射気筒が＃３の場合、空打ち気筒は＃２、
燃料噴射気筒が＃４の場合、空打ち気筒は＃１、
燃料噴射気筒が＃２の場合、空打ち気筒は＃３、
とする。
【００３８】
このようにして、上死点付近で空打ちすることにより、インジェクタの劣化等により、無効時間内での通電にもかかわらず、燃料が誤って噴射された場合に、シリンダ壁への燃料の付着を防止し、オイル希釈を防止することができる。
【００３９】
また、空打ちする他気筒のインジェクタは、複数とすることもでき、所望の噴射率が得られるように、プライオリティ順に空打ち気筒を増やすようにしてもよい。
【００４０】
このようにすることで、噴射率の抑制範囲を拡大できるばかりか、燃焼状態に応じて噴射率を段階的に変化させることも可能となる。
次にパイロット噴射時期に対する空打ち時期について図１１により説明する。
【００４１】
パイロット噴射時期に対する空打ち時期（パイロット噴射時期からの進角位置）ＩＮＴは、エンジン回転速度Ｎｅが高くなるほど、早く空打ちするようにする。コモンレール圧力の低下は時間（圧力伝播時間）に依存するので、空打ちからパイロット噴射までの時間を一定にするためである。
【００４２】
また、燃料温度に対しては、燃料温度が高くなるほど、早く空打ちするようにする。燃料温度が低いときは密度が高く圧力伝播が早いが、燃料温度が高くなると密度が低下して圧力伝播が遅くなるからである。
【００４３】
このように空打ち時期を、エンジン回転速度や燃料温度によって決めることにより、パイロット噴射時期において最適な圧力降下が得られる。
最後に制御フローを図１２により説明する。
【００４４】
Ｓ１では、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｐｏ等を読込む。
Ｓ２では、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｐｏに基づいてメイン噴射量Ｑｍａｉｎを演算する。
【００４５】
Ｓ３では、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｐｏに基づいてパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ  を演算する。
Ｓ４では、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｐｏに基づいて目標コモンレール圧力Ｐｒａｉｌを演算する。
【００４６】
Ｓ５では、メイン噴射量Ｑｍａｉｎと目標コモンレール圧力Ｐｒａｉｌとから、メイン噴射のための通電時間Ｔｍａｉｎを算出し、同様に、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ  と目標コモンレール圧力Ｐｒａｉｌとから、パイロット噴射のための通電時間Ｔｐｉｌｏｔ  を演算する。この場合の演算用のマップの例を図１３に示す。
【００４７】
Ｓ６では、パイロット噴射率（パイロット噴射の噴射率）を抑制する必要のある領域（低回転・低負荷領域）か否かを判定し、かかる領域でない場合は空打ちの必要はないので処理を終了する。
【００４８】
パイロット噴射率抑制領域の場合は、Ｓ７へ進む。
Ｓ７では、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｐｏから必要とする空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅを演算する。これは、図１４に示すように、エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度Ａｐｏに応じて、低回転、低負荷側ほど要求パイロット噴射率が小さくなるので、低回転、低負荷側ほど空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅが長くなるように、演算する。
【００４９】
Ｓ８では、演算された空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅと所定の上限値Ｔｍａｘ  とを比較し、空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅが所定の上限値Ｔｍａｘ  を超えている場合は、Ｓ９で空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅを所定の上限値Ｔｍａｘ  に規制する。
【００５０】
この所定の上限値Ｔｍａｘ  は、図５に示される最大無効時間、又は、最大無効時間から所定の余裕分を引いた時間とする。
Ｓ１０では、空打ち時期（パイロット噴射時期からの進角位置）ＩＮＴを図１１にて説明したようにエンジン回転速度又は燃料温度に応じて演算する。
【００５１】
以上のようにして演算が終了すると、空打ち時期ＩＮＴにて空打ち時間Ｔｒｅｄｕｃｅの間通電がなされて空打ちによりコモンレール圧力が低下し、パイロット噴射時期にて通電時間Ｔｐｉｌｏｔ  の間通電がなされて低噴射率でのパイロット噴射がなされる。その後、メイン噴射時期にて通電時間Ｔｍａｉｎの間通電がなされて高噴射率のメイン噴射がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジンのシステム図
【図２】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図
【図３】インジェクタの模式的な構造図
【図４】空打ちのタイミングチャート
【図５】インジェクタ通電時間と燃料噴射量との関係を示す図
【図６】本発明の効果を示す図
【図７】インジェクタのグループ化の例を示す図
【図８】空打ち気筒の例を示すタイミングチャート
【図９】空打ち気筒の例を示すタイミングチャート
【図１０】空打ち気筒の例を示すタイミングチャート
【図１１】空打ち時期の特性図
【図１２】制御のフローチャート
【図１３】メイン、パイロット通電時間演算用マップを示す図
【図１４】要求パイロット噴射率の特性図
【符号の説明】
４  サプライポンプ
６  コモンレール
８  インジェクタ
２０  ＥＣＵ
１００  エンジン
１０１  燃焼室
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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