(57)【要約】【課題】  複数回の燃料噴射を組み合わせた分割噴射を行うようにした燃料噴射系において、全燃焼域で所要の燃焼エネルギーを保持することにより、黒煙の発生を回避するとともに、低ＮＯｘ化を実現したディーゼル機関の燃料制御方法および燃料制御装置を提供する。【解決手段】  燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁からエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関において、前記燃料噴射弁から燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ）（Ｅｉ∝Ｑｉ×Ｐｉ、Ｑは燃料噴射量、Ｐは噴射圧力、ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３））を、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように設定することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関の燃料制御方法において、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ）（Ｅｉ∝Ｑｉ×Ｐｉ、Ｑは燃料噴射量、Ｐは噴射圧力、ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３））を、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように設定することを特徴とするディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項２】
前記第１回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１）、第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ２）、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）の関係を、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３のように設定することを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項３】
前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係を、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定することを特徴とする請求項２記載のディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項４】
前記第１回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ１）、第２回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ２）、第３回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ３）の関係を、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３のように設定することを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項５】
燃料加圧手段からの高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射弁の噴口面積（Ａ）を変化可能に構成し、
前記第１回目の噴射における噴口面積（Ａ１）、第２回目の噴射における噴口面積（Ａ２）、第３回目の噴射における噴口面積（Ａ３）の関係を、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３のように設定することを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項６】
前記第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）、第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）、第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）の関係を、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３のように設定することを特徴とする請求項２記載のディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項７】
燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関の燃料制御方法において、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射するとともに、前記燃料噴射弁の噴口面積（Ａ）を変化可能に構成し、
前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係を、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定し、かつ第３回目の噴射における噴口面積（Ａ３）を、第１回目の噴射及び第２回目の噴射における噴口面積（Ａ１）及び（Ａ２）よりも大きくなるように設定することを特徴とするディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項８】
燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関の燃料制御方法において、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射し、
前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係を、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定し、かつ第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）を第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）及び第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）よりも高く設定することを特徴とするディーゼル機関の燃料制御方法。
【請求項９】
燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するように構成されたディーゼル機関の燃料制御装置において、燃料加圧手段と燃料噴射弁とを接続する燃料供給通路を開閉して該燃料噴射弁への燃料の供給及び該燃料噴射弁からの燃料の排出を司る制御弁と、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ）（Ｅ∝Ｑｉ×Ｐｉ、Ｑは燃料噴射量、Ｐは噴射圧力、ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３））を、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように前記制御弁を開閉制御するコントローラとを備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料制御装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１）、第２回目の噴射における燃料噴射エネルギ（Ｅ２）、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）の関係が、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成されたことを特徴とする請求項９記載のディーゼル機関の燃料制御装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係が、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成されたことを特徴とする請求項１０記載のディーゼル機関の燃料制御装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）、第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）、第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）の関係が、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成されたことを特徴とする請求項２記載のディーゼル機関の燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプ、蓄圧器を含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された高圧燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記高圧燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関の燃料制御方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関においては、燃料消費率の低減に加えて、高回転、高出力時におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を実現するため、燃料ポンプにて高圧に加圧された燃料を各シリンダ共通に設けられたコモンレール（蓄圧器）に蓄圧し、該コモンレールと各シリンダの燃料噴射弁とを接続する高圧噴射管路及び燃料の戻り管路を開閉する複数の制御弁（電磁弁）を設け、コントローラにより該制御弁を開閉制御するようにした電子制御燃料噴射装置が、近年多く提供されている。
【０００３】
かかる電子制御燃料噴射装置に、特許文献１（特開平１１−２９４２９１号公報）、特許文献２（特開２００３−２１４２７９号公報）等の技術がある。
特許文献１の技術においては、燃料ポンプにて高圧に加圧された燃料を各シリンダ共通に設けられたコモンレールに蓄圧し、高圧噴射管路を通して各シリンダの燃料噴射弁に高圧燃料を所定のタイミングで供給するように構成するとともに、該燃料噴射弁の針弁（ニードル弁）後端面に臨んで形成された制御室に前記コモンレールからの導入路を通して高圧燃料を導入し、該高圧燃料を針弁閉弁方向に作用させている。
そして、前記制御室と燃料タンクとを接続する燃料の戻り路を設け、燃料噴射開始時においては、コモンレールからの導入路に設けたノルマルオープンの導入側制御弁を閉じて制御室への高圧燃料を遮断するとともに、燃料の戻り路に設けたノルマルクローズの戻り側制御弁を開いて針弁背部からの押付力を開放する。これにより、燃料噴射弁の油溜め内に導入されている高圧燃料の圧力により針弁が押し上げられて開弁し、該高圧燃料がシリンダ内に噴射される。
また燃料噴射終了時においては、前記戻り側制御弁を閉じた後導入側制御弁を開放する。これにより、前記制御室に高圧燃料が導入されて針弁が押し下げられて閉弁し、噴射が終了する。
【０００４】
また、特許文献２においては、燃料ポンプと燃料噴射弁とを接続する高圧燃料噴射管路に該高圧燃料噴射管路から燃料タンクに接続される２本の燃料戻り管路を設けるとともに、各燃料戻り管路に該燃料戻り管路を開閉する２つの電磁弁と通路面積の異なる２つの絞りをそれぞれ設け、前記２つの電磁弁の開閉タイミングを変化させることにより、噴射時期と噴射量を制御するように構成されている。
【０００５】
前記特許文献１あるいは特許文献２に開示されているような電子制御燃料噴射装置は、燃料噴射時期や噴射量を自在に変化できることから、該電子制御燃料噴射装置を装備することにより、ＮＯｘを低減する目的で噴射時期を大幅に遅延した主噴射の着火を促進するために、該主噴射に先立って少量の燃料を任意の噴射タイミングでパイロット噴射を行い、また、複数回の燃料噴射を組み合わせた分割噴射を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開平１１−６２６０３号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６は、前記特許文献１あるいは特許文献２に開示されているような電子制御燃料噴射装置を用いて、複数回の燃料噴射を組み合わせた分割噴射を行う場合における、第１回目〜第３回目の噴射の過程での、シリンダ内の酸素量、シリンダ内の空気の粘性係数、及び燃料と空気の混合に必要なエネルギーの変化を、クランク角に対応して示す。
【０００７】
図６から明らかなように、初期の噴射（第１回目噴射）ではシリンダ内に十分な量の空気が存在して酸素量も十分であるが、第２回目噴射、第３回目噴射と、噴射の後期になるに従い、シリンダ内の空気量及び酸素量が減少して行き、また噴射燃料の燃焼に伴うシリンダ内温度の上昇によって空気の粘性係数が上昇することにより、燃料と空気との混合能力が低下する。
このため、かかる従来の燃料噴射方式では、第１回目噴射→第２回目噴射→第３回目噴射と、噴射の後期になるに従い燃料と空気との混合に多くのエネルギーを必要とするにも拘わらず、これに対処する手段は提供されてなく、このため、燃焼域、特に後期燃焼域での酸素量が不足し、黒煙が発生し易い。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、複数回の燃料噴射を組み合わせた分割噴射を行うようにした燃料噴射系において、全燃焼域で所要の燃焼エネルギーを保持することにより、黒煙の発生を回避するとともに、低ＮＯｘ化を実現したディーゼル機関の燃料制御方法および燃料制御装置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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、その第１の手段は、燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するようにしたディーゼル機関の燃料制御方法において、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ）（Ｅｉ∝Ｑｉ×Ｐｉ、  Ｑは燃料噴射量、Ｐは噴射圧力、ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３））を、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように設定することを特徴とする。
かかる第１の手段において、好ましくは、前記第１回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１）、第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ２）、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）の関係を、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３のように設定する。
【００１０】
そして、前記燃料噴射エネルギー（Ｅ１〜Ｅ３）は、燃料噴射量（Ｑ）及び燃料噴射圧力（Ｐ）の関数であるのを勘案して、具体的には次のように構成するのがよい。
（１）前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係を、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定する。
（２）さらに、燃料噴射量（Ｑ）は、燃料噴射期間（Ｔ）及び噴口面積（Ａ）と燃料噴射圧力（Ｐ）の関数であるから、前記燃料噴射期間（Ｔ）及び噴口面積（Ａ）を次のように設定するのがよい。
即ち前記燃料噴射期間（Ｔ）については、前記第１回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ１）、第２回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ２）、第３回目の噴射における燃料噴射期間（Ｔ３）の関係を、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３のように設定する。
また前記噴口面積（Ａ）については、燃料加圧手段からの高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射弁の噴口面積（Ａ）を変化可能に構成し、前記第１回目の噴射における噴口面積（Ａ１）、第２回目の噴射における噴口面積（Ａ２）、第３回目の噴射における噴口面積（Ａ３）の関係を、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３のように設定する。
さらに燃料噴射圧力（Ｐ）については、前記第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）、第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）、第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）の関係が、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３のように設定する。
【００１１】
また、第２の手段は、前記燃料制御方法を実施するための装置であり、燃料ポンプを含む燃料加圧手段によって高圧に加圧された燃料を燃料噴射弁に送り、該燃料噴射弁から前記燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射するように構成されたディーゼル機関の燃料制御装置において、燃料加圧手段と燃料噴射弁とを接続する燃料供給通路を開閉して該燃料噴射弁への燃料の供給及び該燃料噴射弁からの燃料の排出を司る制御弁と、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ）（Ｅ∝Ｑｉ×Ｐｉ、  Ｑは燃料噴射量、Ｐは噴射圧力、ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３））を、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように前記制御弁を開閉制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。
かかる第２の手段において、前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１）、第２回目の噴射における燃料噴射エネルギ（Ｅ２）、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）の関係が、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成するのが好ましい。
【００１２】
また、かかる第２の手段において、好ましくは次のように構成する。
（１）前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係が、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成される。
（２）前記コントローラは、前記第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）、第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）、第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）の関係が、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３になるように前記制御弁を開閉制御するように構成される。
【００１３】
しかし、前記のように、燃料噴射弁から高圧燃料をエンジンの燃焼室内に複数回に分けて噴射する分割噴射を行うようにしたディーゼル機関においては、第１回噴射から、第２回噴射、第３回噴射と、噴射の後期になるに従い、シリンダ内の空気量及び酸素量が減少し、また噴射燃料の燃焼に伴うシリンダ内温度の上昇によって空気の粘性係数が上昇して、燃料と空気との混合エネルギーが低下する。
【００１４】
然るに、かかる第１、第２の手段によれば、燃料噴射弁から高圧の燃料を３回以上に分けて噴射し、かつ第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように、好ましくは、第１回目燃料噴射エネルギー（Ｅ１）、第２回目の燃料噴射エネルギー（Ｅ２）、第３回目の燃料噴射エネルギー（Ｅ３）の関係を、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３のように設定しているので、燃料と空気との混合エネルギーが低下する燃料噴射の後期になるに従い燃料噴射エネルギー（Ｅ）が増大されて、燃焼室内において燃料の拡散がエネルギー増大し、燃料と空気との混合を促進することができる。
【００１５】
そして、前記燃料噴射エネルギー（Ｅ）を制御する手段として、燃料噴射圧力（Ｐ）の関係がＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３になるように、あるいは燃料噴射期間（Ｔ）の関係がＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３になるように、あるいは噴口面積（Ａ３）の関係をＡ１＜Ａ２＜Ａ３になるように設定するので、前記燃料噴射エネルギー（Ｅ）を容易に、かつ精度よく制御できる。
これにより、特に噴射の後期における燃料と空気との混合不良及びこれによる黒煙の発生を回避できるとともに、噴射後期において空気と燃料との適正混合がなされることによりＮＯｘの発生量を低減できる。
【００１６】
また、かかる発明において好ましくは、前記燃料噴射弁から前記燃料を３回以上に分けて噴射するとともに、前記燃料噴射弁の噴口面積（Ａ）を変化可能に構成し、
前記第１回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ１）、第２回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ２）、第３回目の噴射における燃料噴射量（Ｑ３）の関係を、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定し、かつ第３回目の噴射における噴口面積（Ａ３）を、第１回目の噴射及び第２回目の噴射における噴口面積（Ａ１）及び（Ａ２）よりも大きくなるように設定するか、
あるいは、第３回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ３）を第１回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ１）及び第２回目の噴射における燃料噴射圧力（Ｐ２）よりも高く設定する。
このように構成すれば、噴射の後期に噴口面積（Ａ３）を大きくし、あるいは噴射の後期に燃料噴射圧力（Ｐ３）を高くすることにより、燃料噴射の切れが向上し、噴射の後期における噴射期間が延びて燃焼が悪化するのを回避でき、燃料消費率の低減が可能となる。
以上の手段において、燃料噴射圧力は、噴射期間中における噴射圧力の平均値（即ち平均噴射圧力）を採る。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、燃料噴射弁から高圧の燃料を３回以上に分けて噴射し、かつ第３回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ３）が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギー（Ｅ１及びＥ２）よりも大きくなるように設定しているので、燃料と空気との混合エネルギーが低下する燃料噴射の後期になるに従い燃料噴射エネルギー（Ｅ）が増大されて、燃焼室内において燃料の拡散エネルギーが増大し、燃料と空気との混合を促進することができる。
これにより、特に噴射の後期における燃料と空気との混合不良及びこれによる黒煙の発生を回避できるとともに、噴射後期において空気と燃料との適正混合がなされることによりＮＯｘの発生量を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１９】
図１は本発明の実施例に係るディーゼル機関の燃料噴射及び燃料制御装置の全体構成図である。図２は前記実施例における３回分割噴射での噴射期間を示すタイミング線図、図３は前記実施例における３回分割噴射での針弁リフトを示すタイミング線図、図４は前記実施例における３回分割噴射での噴射圧力を示すタイミング線図である。図５は前記実施例における噴射モード線図である。
【００２０】
全体構成を示す図１において、２００は燃料噴射ポンプ、１００は蓄圧インジェクタからなる燃料噴射弁であり、両者はシリンダ毎に対をなして設けられている。
前記燃料噴射ポンプ２００において、３０はユニットポンプで、機関のクランク軸に連動される燃料カム３３、該燃料カム３３の回転によりローラ３４を介して往復動せしめられてプランジャ室３２内の燃料を高圧に加圧するプランジャ３１を備えている。該ユニットポンプ３０の構造自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。  
【００２１】
前記燃料噴射弁１００において、１は噴射ノズルで、本体００１内に往復動可能に嵌合された針弁２、該針弁２を閉弁方向に加圧するように付勢された針弁ばね５、該針弁２の下面が臨む油溜め４、前記針弁２の開弁により該油溜め４内の高圧燃料を燃焼室内に噴射する複数の噴孔３、前記油溜め４に連通される燃料通路６、０７、前記針弁２の背面に臨んで形成され前記針弁ばね５を収納する針弁背面室０５を備えている。
また、図示を省略したが、該噴射ノズル１には、前記針弁２のリフトを調整して、燃料噴射時における噴口面積（燃料の通路面積）を調整する公知の針弁リフト調整装置が装着されている。
かかる噴射ノズル１の構造自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。
８は前記針弁背面室０５と後述する燃料戻り管９とを接続する燃料通路、１２は該燃料通路８と前記燃料通路７との間に介装されたオリフィスである。
【００２２】
７はシリンダ毎に設けられた噴射管で、前記ユニットポンプ３０のプランジャ室３２出口と前記噴射ノズル１の燃料通路０７とを接続している。
１５は燃料タンク、１４は該燃料タンク１５に接続される燃料供給管で、該燃料供給管１４には燃料供給ポンプ１６、フィルタ１７、逃し弁１８等が設けられている。
９は前記燃料通路８と燃料タンク１５とを接続する燃料戻り管で、該燃料戻り管９には後述する戻り側制御弁１１から燃料タンク１５に向かう流れを許容する逆止弁１９が設けられている。１３は該燃料供給管１４及び燃料戻り管９と前記噴射管７とを接続する燃料油管である。
【００２３】
１０は前記燃料油管１３に設けられた電磁弁からなる噴射側制御弁で、後述するコントローラ２０からの制御操作信号によって該燃料油管１３の管路を開閉するものである。１１は前記燃料戻り管９に設けられた電磁弁からなる戻り側制御弁で、後述するコントローラ２０からの制御操作信号によって該燃料戻り管９の管路を開閉するものである。
【００２４】
２０は演算制御部２１、記憶部２２等を備えたコントローラで、後述する機関運転状態の検出信号に基づき、制御回線０９０を介して前記噴射側制御弁１０を開閉制御するとともに制御回線０９を介して前記戻り側制御弁を開閉制御するものである。
２３は機関回転数を検出する回転数検出器、２４はエンジン負荷を検出する負荷検出器、２５は機関の給気圧力、潤滑油圧力、水圧等を検出する圧力検出器、２６は機関の給気温度、潤滑油温度、水温等を検出する温度検出器であり、これらの運転状態検出器からの検出信号は前記コントローラ２０に入力される。
【００２５】
かかる構成からなる燃料噴射装置を備えたディーゼル機関の運転時において、シリンダ毎に設けられた前記ユニットポンプ３０におけるプランジャ３１の往復動により加圧された高圧燃料は、噴射管７、燃料通路０７及び燃料通路６を通って噴射ノズル１の針弁２下面が臨む油溜め４に供給されるとともに、オリフィス１２にて絞られ燃料通路８を経て該噴射ノズル１の針弁背面室０５に導入され針弁２の背面に作用して該針弁２を閉弁方向に押し付ける方向に作用する。
また前記コントローラ２０には前記機関運転状態の検出器２３、２４、２５、２６から機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が入力されている。
【００２６】
図５はかかる燃料噴射装置における、噴射側制御弁１０及び戻り側制御弁１１の開度、ユニットポンプ３０の噴射圧力、噴射ノズル１の噴射圧力、及び燃料噴射量の時間変化を示す。
図１及び図５において、かかる運転状態の許で前記コントローラ２０からの制御操作信号により、前記戻り側制御弁１１によって前記燃料通路８及び燃料戻り管９を閉じた状態で、前記噴射側制御弁１０によって噴射管７に接続される供給側の燃料油管１３を閉じると、該噴射管７から噴射ノズル１の油溜め４に至る燃料通路が密閉状態となり、図２に示されるように、該燃料通路の圧力が比例的に上昇する。
【００２７】
燃料噴射開始時においては、前記コントローラ２０からの制御操作信号により前記噴射側制御弁１０の閉止時期から所定の開閉時間差Ｃをおいて前記戻り側制御弁１１を開くと、前記針弁２の背面に作用していた高圧燃料が該戻り側制御弁１１を通って燃料戻り管９へと抜ける。
これにより、前記噴射ノズル１の針弁２が、該針弁２の下面が臨む油溜め４に導かれている高圧の燃料により針弁ばね５の弾力に抗して押し上げられて開弁し、燃料が該噴射ノズル１の噴孔３からシリンダ内に噴射され燃焼に供される。
【００２８】
この際、前記戻り側制御弁１１の開弁によって前記噴射管７内の高圧燃料の一部が前記オリフィス１２で流路を絞られた後、該戻り側制御弁１１を経て燃料戻り管９へと戻される。従って前記噴射ノズル１からの燃料噴射量及び噴射圧力は、前記ユニットポンプ３０の吐出量と前記戻り側制御弁１１を通して燃料戻り管９へ戻される戻り量との差により決まることとなる。
また、燃料噴射終了時においては、前記コントローラ２０からの制御操作信号により前記噴射側制御弁１０を開弁すると前記噴射管７及び噴射ノズル１内の燃料圧力が開放されて針弁２が針弁ばね５の弾力によって押し下げられて閉弁する。
尚、図５において、噴射量（燃料噴射量）及びノズル噴射圧力は、同図にステップ状に立ち上がるように示されているが、実際には比例的に変化するものである。
【００２９】
本発明は、かかる構成からなるディーゼル機関の燃料噴射装置を用いて、燃料噴射ポンプ２００で生成された高圧燃料を燃料噴射弁１００からエンジンの燃焼室内に３回以上に分けて噴射するようにした燃料制御方法及びその装置に係るものである。
【００３０】
本発明においては、前記コントローラ２０によって、前記燃料噴射弁１００から燃料を３回以上に分けて噴射し、第１回目の噴射ないし第３回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥを次のように設定している。
先ず、前記燃料噴射エネルギーＥは次の（１）式で表わせる。
Ｅｉ∝Ｑｉ×Ｐｉ      （１）
ここで、Ｑは燃料噴射量。
Ｐは噴射圧力。
ｉは噴射順序（ｉ＝１，２，３）で、第１回目の噴射がｉ＝１、第２回目の
噴射がｉ＝２、第３回目の噴射がｉ＝３となる。
尚、前記噴射圧力Ｐは、噴射期間中における噴射圧力の平均値（即ち平均噴射圧力）を採る。
【００３１】
本発明においては、第３回目の噴射（ｉ＝３）における燃料噴射エネルギーＥ３が第１回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥ１及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥ２よりも大きくなるように設定している。
即ち、Ｅ１＜Ｅ３、かつＥ２＜Ｅ３      （２）
そして、好ましくは、前記第１回目、第２回目、第３回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥ１、Ｅ２、Ｅ３の関係を次の（３）式のように設定する。
Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３      （３）
【００３２】
前記（３）式で表わされる燃料噴射エネルギーＥの関係を実現するため、前記コントローラ２０においては次のような設定を行う。
（１）式のように、燃料噴射エネルギーＥは燃料噴射量Ｑに比例するから、次の（４）式により、前記（３）式の関係（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）を実現する。
Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３      （４）
次に、前記燃料噴射量Ｑは、次の（５）式で表わせる。
Ｑｉ∝Ｔｉ×Ａｉ×（Ｐｉ）０．５      （５）
ここで、Ｔは噴射期間
Ａは噴孔面積で、針弁リフトをＬとすると、
Ａｉ∝Ｌｉ      （６）
【００３３】
さらに、前記（４）式で表わされる燃料噴射量Ｑの関係を実現するため、前記コントローラ２０においては次のような設定を行う。
（５）式のように、燃料噴射量Ｑは噴射期間Ｔ及び噴孔面積Ａに比例するから、次の（７）、（８）式により、前記（４）式の関係（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）を実現する。
燃料噴射期間Ｔについては、
Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３      （７）
従って、図２に示すように、第１回目の噴射における燃料噴射期間Ｔ１、第２回目の噴射における燃料噴射期間Ｔ２、第３回目の噴射における燃料噴射期間Ｔ３を、前記（７）式のようにＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３と設定することにより、前記（４）式の関係（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）さらには前記（３）式の関係（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）を実現できる。
前記コントローラ２０による燃料噴射期間Ｔの設定は、図５において、噴射側制御弁１０の閉止状態で戻り側制御弁１１を開く時期が噴射始めＴ０１、該戻り側制御弁１１を閉じる時期がＴ０２とすることにより行う。
【００３４】
また、噴孔面積Ａについては、
Ａ１＜Ａ２＜Ａ３      （８）
そして、（６）式に示すように、該噴孔面積Ａは針弁リフトＬの関数であるから、（８）式より、
Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３      （９）
従って、図３に示すように、第１回目の噴射における針弁リフトＬ１、第２回目の噴射における針弁リフトＬ２、第３回目の噴射における針弁リフトＬ３を、前記（９）式のようにＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３と設定することにより、前記（４）式の関係（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）さらには前記（３）式の関係（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）を実現できる。
前記コントローラ２０による針弁リフトＬの設定は、図１における燃料噴射弁１００に組み込まれている図示しない針弁リフト調整装置を、該コントローラ２０によって制御操作して針弁２のリフトを調整することにより行う。
【００３５】
次に、前記（１）式  Ｅｉ∝Ｑｉ×Ｐｉ及び、
前記（５）式  Ｑｉ∝Ｔｉ×Ａｉ×（Ｐｉ）０．５
の関係より、
Ｅｉ∝（Ｐｉ）１．５      （１０）
従って、（１０）式のように、燃料噴射エネルギーＥは噴射圧力Ｐに比例するから、次の（１１）式が成り立つ。
Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３      （１１）
従って、図４に示すように、第１回目の噴射における噴射圧力Ｐ１、第２回目の噴射における噴射圧力Ｐ２、第３回目の噴射における噴射圧力Ｐ３を、前記（１１）式のようにＰ１＜Ｐ２＜Ｐ３と設定することにより、前記（４）式の関係（Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３）さらには前記（３）式の関係（Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３）を実現できる。
前記コントローラ２０による噴射圧力Ｐの設定は、図５において、噴射側制御弁１０の閉止時期Ｔ０１と戻り側制御弁１１を開く噴射始めＴ０１時期との時間差Ｃを調整することにより行う。即ち、前記時間差Ｃを大きくすると噴射圧力の上昇度が大きくなり、前記時間差Ｃを小さくすると、噴射圧力の上昇度が小さくなる。
【００３６】
かかる実施例によれば、燃料噴射弁１００から高圧の燃料を３回以上に分けて噴射し、かつ第３回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥ３が第１回目及び第２回目の噴射における燃料噴射エネルギーＥ１及びＥ２よりも大きくなるように、好ましくは、第１回目の燃料噴射エネルギーＥ１、第２回目の燃料噴射エネルギーＥ２、第３回目の燃料噴射エネルギーＥ３の関係を、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３のように設定しているので、燃料と空気との混合エネルギーが低下する燃料噴射の後期になるに従い燃料噴射エネルギーＥが増大されて、燃焼室内において燃料の拡散エネルギーが増大し、燃料と空気との混合を促進することが可能となる。
これにより、従来技術のように、第１回噴射から、第２回噴射、第３回噴射と、噴射の後期になるに従い、シリンダ内の空気量及び酸素量が減少して行く現象によって、燃料と空気との混合エネルギーが低下するのを前記燃料噴射エネルギーＥの増大によって防止でき、特に噴射の後期における燃料と空気との混合不良及びこれによる黒煙の発生を回避できるとともに、噴射後期において空気と燃料との適正混合がなされることにより、ＮＯｘの発生量を低減できる。
【００３７】
そして、前記燃料噴射圧力（Ｐ）の関係がＰ１＜Ｐ１＜Ｐ３になるように、あるいは燃料噴射期間（Ｔ）の関係をＴ１＜Ｔ２＜Ｔ３になるように、あるいは針弁リフト（Ｌ）の関係をＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３になるように設定することにより、前記燃料噴射エネルギー（Ｅ）を容易にかつ精度よく制御できる。
【００３８】
また、本発明の他の実施例として、前記燃料噴射弁１００から高圧燃料を３回以上に分けて噴射するとともに、前記燃料噴射弁の噴口面積Ａ、即ち前記針弁リフトＬを変化可能に構成し、第１回目の噴射における燃料噴射量Ｑ１、第２回目の噴射における燃料噴射量Ｑ２、第３回目の噴射における燃料噴射量Ｑ３の関係を、
Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３のように設定し、つまり燃料噴射期間Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３のように設定した上で、
（１）第３回目の噴射における噴口面積Ａ３を、第１回目の噴射及び第２回目の噴射における噴口面積Ａ１及びＡ２よりも大きくなるように設定し、
つまり針弁リフトＬ１＜Ｌ３、かつＬ２＜Ｌ３のように設定する。
（２）第３回目の噴射における燃料噴射圧力Ｐ３を第１回目の噴射における燃料噴射圧力Ｐ１及び第２回目の噴射における燃料噴射圧力Ｐ２よりも高く設定する。
つまり噴射圧力Ｐ１＜Ｐ３、かつＰ２＜Ｐ３のように設定する。
【００３９】
かかる実施例によれば、噴射の後期に針弁リフトＬ３を大きくすることにより噴口面積Ａ３を大きくし、あるいは噴射の後期に燃料噴射圧力Ｐ３を高くするので、燃料噴射の切れが向上して、噴射の後期における噴射期間が延びて燃焼が悪化するのを回避でき、燃料消費率の低減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、複数回の燃料噴射を組み合わせた分割噴射を行うようにした燃料噴射系において、全燃焼域で所要の燃焼エネルギーを保持することにより、黒煙の発生を回避することができるとともに、低ＮＯｘ化を実現したディーゼル機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係るディーゼル機関の燃料噴射及び燃料制御装置の全体構成図である。
【図２】前記実施例における３回分割噴射での噴射期間を示すタイミング線図である。
【図３】前記実施例における３回分割噴射での針弁リフトを示すタイミング線図である。
【図４】前記実施例における３回分割噴射での噴射圧力を示すタイミング線図である。
【図５】前記実施例における噴射モード線図である。
【図６】従来技術にかかる作用説明線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    噴射ノズル
２    針弁
１０    噴射側制御弁
１１    戻り側制御弁
２０    コントローラ
３０    ユニットポンプ
１００    燃料噴射弁
２００    燃料噴射ポンプ
【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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