(57)【要約】【課題】所望の時期に精度良く燃料噴射を行うことができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置は、作動液体の圧力によって開閉が制御される燃料噴射弁と、燃料噴射弁に加圧した燃料を供給する燃料供給装置と、燃料噴射弁に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置とを備える。燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および作動液体の圧力を検出し、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御する。【選択図】図４
2013087727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動液体の圧力によって開閉が制御される燃料噴射弁と、
燃料噴射弁に加圧した燃料を供給する燃料供給装置と、
燃料噴射弁に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置とを備え、
燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および作動液体の圧力を検出し、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御することを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
燃料噴射弁は、作動液体を貯留する圧力制御室を有し、圧力制御室の内部圧力を調整することにより開閉するように形成され、開弁するための信号の入力から燃料を噴射するまでに遅れ時間が生じる特性を有しており、
燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力に基づいて遅れ時間を推定し、推定した遅れ時間に基づいて燃料噴射弁を開弁するための信号の入力時期を設定することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を開閉する開閉部材を含み、
開閉部材は、燃料の圧力によって開弁方向に付勢されており、
燃料噴射弁に供給する燃料の圧力が大きくなるほど遅れ時間を小さく推定することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を開閉する開閉部材を含み、
開閉部材は、作動液体の圧力によって閉弁方向に付勢されており、
燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力が大きくなるほど遅れ時間を大きく推定することを特徴とする、請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出し、作動液体の温度に基づいて、燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室に燃料および空気の混合気が供給されて、燃焼室において燃料が燃焼する。従来の技術においては、燃焼室の内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁が配置され、燃料噴射弁から高圧の燃料が噴射されることにより、燃焼室に燃料が供給される内燃機関が知られている。
【０００３】
特開２００６−１１８４７０号公報においては、高圧気体燃料をノズル先端に設けた噴孔から機関燃焼室に噴射するインジェクタが開示されている。このインジェクタは、噴孔を開閉するニードルに圧力を作用させる制御室と、制御室へ作動液体となる液体燃料を供給する作動液体供給通路と、制御室への液体燃料の流出入を制御する電気式切替弁と、噴孔へ高圧気体燃料を供給する高圧気体燃料供給通路とを備えることが開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−０３０４８６号公報においては、燃料加圧ポンプからの燃料を貯留する蓄圧器と、この蓄圧器と燃料噴射弁を連通するフィードホールと、このフィードホールから油室に至る制御油路と、制御油路に設けられて油室に燃料油圧を作用させてニードル弁を閉止する一方、油室の燃料油を排出することでニードル弁を開放させる三方電磁弁とを備える蓄圧式の燃料噴射制御装置が開示されている。この装置は、燃料油の温度に基づいて燃料油圧を補正する燃料油圧補正手段と、燃料油圧補正手段と同時に燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段とを備え、燃料リターン系に流れる燃料の温度を抑制し、燃料リターン系に使用される部材の劣化や損傷を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１８４７０号公報
【特許文献２】特開平１０−０３０４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高圧の燃料を噴射する燃料噴射弁においては、燃料噴射弁を作動液体の圧力を用いて作動させることにより、燃料の圧力が高くても燃焼室の内部に燃料を供給することができる。ところが、このような液圧作動式の燃料噴射弁においては、燃料を噴射させる開弁の信号の発信から実際に燃料を噴射するまでに所定の時間がかかる。たとえば、燃料を噴射する噴孔を閉止する部材を液圧により押圧している燃料噴射弁では、液圧が低下するまでに所定の時間を要し、実際の燃料の噴射時期が遅れてしまう。
【０００７】
燃料の噴射時期は、燃料の燃焼性に影響を与える。燃料の噴射時期が所望の時期から逸脱すると、たとえば、燃料の燃焼性が悪化して内燃機関の熱効率が低下するという問題が生じる。または、燃焼室から排出される排気ガスの成分が悪化するという問題が生じる。更に、燃料の噴射時期は、燃焼室から排出される排気の性状にも影響を与える。燃料の噴射時期が所望の時期から逸脱すると、窒素酸化物（ＮＯＸ）の増加等が生じて排気性状が悪化する。
【０００８】
本発明は、所望の時期に精度良く燃料噴射を行うことができる内燃機関の燃料噴射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】
本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、作動液体の圧力によって開閉が制御される燃料噴射弁と、燃料噴射弁に加圧した燃料を供給する燃料供給装置と、燃料噴射弁に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置とを備える。燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および作動液体の圧力を検出し、燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御する。
【００１０】
上記発明においては、燃料噴射弁は、作動液体を貯留する圧力制御室を有し、圧力制御室の内部圧力を調整することにより開閉するように形成され、開弁するための信号の入力から燃料を噴射するまでに遅れ時間が生じる特性を有しており、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力に基づいて遅れ時間を推定し、推定した遅れ時間に基づいて燃料噴射弁を開弁するための信号の入力時期を設定することが好ましい。
【００１１】
上記発明においては、燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を開閉する開閉部材を含み、開閉部材は、燃料の圧力によって開弁方向に付勢されており、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力が大きくなるほど遅れ時間を小さく推定することができる。
【００１２】
上記発明においては、燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を開閉する開閉部材を含み、開閉部材は、作動液体の圧力によって閉弁方向に付勢されており、燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力が大きくなるほど遅れ時間を大きく推定することができる。
【００１３】
上記発明においては、燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出し、作動液体の温度に基づいて、燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所望の時期に精度良く燃料噴射を行うことができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置の概略図である。
【図３】実施の形態における燃料噴射装置から燃料を噴射するときのタイムチャートである。
【図４】実施の形態における燃料噴射装置の制御のフローチャートである。
【図５】実施の形態における作動液体の圧力と燃料の圧力とを関数にする基準遅れ時間のマップである。
【図６】実施の形態における機関回転数と要求トルクとを関数にする目標噴射開始時期のマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図６を参照して、実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置について説明する。本実施の形態においては、気体燃料としての水素を燃料に用いる内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００１７】
図１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、それぞれの燃焼室２内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３とを含む。本実施の形態においては、それぞれの気筒には点火栓７が配置されている。
【００１８】
機関本体１は、吸気マニホールド４と排気マニホールド５とを含む。吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して吸入空気量検出器８に連結されている。吸入空気量検出器８は、エアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。一方、排気マニホールド５は、排気管５１を介して排気処理装置としての排気浄化触媒５５に連結されている。排気処理装置としては、排気を浄化する任意の装置を採用することができる。たとえば、三元触媒、酸化触媒、またはＮＯＸ還元触媒等を採用することができる。本実施の形態の排気浄化触媒５５の下流の排気管５１内には、排気ガスに含まれる炭化水素（未燃燃料）と空気との比率である排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ５６が配置されている。
【００１９】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路５２が配置されている。ＥＧＲ通路５２の途中には電子制御式のＥＧＲ制御弁５３が配置されている。また、ＥＧＲ通路５２の途中には、ＥＧＲ通路５２内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置５４が配置されている。
【００２０】
本実施の形態における内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁３と、燃料噴射弁３に加圧した燃料を供給する燃料供給装置とを備える。本実施の形態における燃料供給装置は、燃料タンク６１および圧力調整弁６２を含む。それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管６３を介して燃料タンク６１に接続されている。
【００２１】
燃料供給装置は、加圧した燃料を供給するように形成されている。本実施の形態においては、燃料タンク６１には気体燃料が加圧されて貯蔵されている。燃料タンク６１に貯蔵されている燃料は、圧力調整弁６２により減圧されて、それぞれの燃料噴射弁３に供給される。燃料タンク６１から燃料噴射弁３に燃料を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力を検出する圧力センサ６４が配置されている。本実施の形態においては、燃料供給管６３に圧力センサ６４が配置されている。
【００２２】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、燃焼室２に直接的に燃料を供給する直噴型である。燃料噴射弁３は、後述するように作動液体の圧力により燃料噴射弁３の開閉を行うように形成されている。本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁３に加圧した作動液体を供給する作動液体供給装置を備える。作動液体は、作動液体ポンプ７２により作動液体供給管７３に供給される。本実施の形態における作動液体ポンプは、電動ポンプであるが、この形態に限られず、任意のポンプを採用することができる。
【００２３】
加圧された作動液体は、作動液体供給管７３からそれぞれの燃料噴射弁３に供給される。作動液体を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する作動液体の圧力を検出する圧力センサ７４が配置されている。本実施の形態においては、作動液体供給管７３に圧力センサ７４が配置されている。また、作動液体を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する作動液体の温度を検出する温度センサ７５が配置されている。本実施の形態においては、作動液体ポンプ７２に温度センサ７５が配置されている。
【００２４】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３０を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータにより構成されている。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。ＲＯＭ３２には、制御を行なうために必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。
【００２５】
吸入空気量検出器８の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、温度センサ７５、圧力センサ６４，７４、および空燃比センサ５６等のセンサの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２６】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力により要求トルクを検出することができる。負荷センサ４１の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数やクランク角度を検出することができる。
【００２７】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して、点火栓７、スロットル弁１０の駆動用ステップモータおよびＥＧＲ制御弁１９に接続されている。また、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して圧力調整弁６２および作動液体ポンプ７２に接続されている。
【００２８】
このように、本実施の形態における内燃機関は、高圧の気体燃料を燃焼室に直接的に噴射し、更に点火栓により点火を行っている。この構成により、たとえば、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射型の内燃機関と比較して、燃料の燃焼性を向上させて燃料消費量の低減を図ることができる。また、燃焼室の内部にて拡散燃焼を行なうことにより、ノッキング等の異常燃焼を回避することができる。
【００２９】
図２は、本実施の形態における燃料噴射装置の概略図である。本実施の形態における作動液体供給装置は、作動液体７０を貯留する作動液体タンク７１を含む。作動液体７０としては、燃料噴射弁３を駆動するための任意の液体を用いることができる。たとえば、シリコン等の潤滑油または軽油等を用いることができる。作動液体ポンプ７２が駆動することにより、矢印１０１に示すように、作動液体７０が作動液体タンク７１から燃料噴射弁３に供給される。作動液体７０は、作動液体ポンプ７２により予め定められた圧力まで加圧される。燃料噴射弁３の内部を通った作動液体７０は、矢印１０２に示すように作動液体戻り管７６を通って作動液体タンク７１に戻される。
【００３０】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、制御液体により作動する液体作動式の高圧ガスの燃料噴射弁である。燃料噴射弁３は、先端に燃料を噴射する噴孔１１を有する筒状のノズルボディ１２を含む。燃料噴射弁３は、噴孔１１を開閉するため開閉部材としてのニードル弁１３を含む。ニードル弁１３は、メインピストン１３ａと、メインピストン１３ａに接続されているサブピストン１３ｂとを有する。本実施の形態においては、サブピストン１３ｂにより噴孔１１が開閉される。ニードル弁１３は、ノズルボディ１２と同軸状に配置され、ノズルボディ１２の内部にて往復運動が可能に形成されている。噴孔１１は、ニードル弁１３の往復運動に応じて開閉する。メインピストン１３ａとサブピストン１３ｂとの間には、中間室１４が形成されている。中間室１４には、付勢部材としてのスプリング１５が配置されている。スプリング１５は、ニードル弁１３を閉弁方向に付勢している。
【００３１】
また、ノズルボディ１２の内部には、メインピストン１３ａの端面とノズルボディ１２の内面により圧力制御室１６が形成されている。ノズルボディ１２の内部には、サブピストン１３ｂの外周面とノズルボディ１２の内面とによりノズル室１７が形成されている。
【００３２】
更に、燃料噴射弁３は、作動液体供給装置から供給される作動液体を、圧力制御室１６内へ導く作動液体供給路１８を含む。燃料噴射弁３は、圧力制御室１６内の作動液体を作動液体戻り管７６に排出するための連通路２０および作動液体排出路２１を有する。圧力制御室１６内の作動液体を作動液体タンク７１に排出することにより、圧力制御室１６の内部圧力を低下させることができる。
【００３３】
作動液体供給路１８には圧力制御室１６への作動液体の流入量を調整する入口側オリフィス２２が配置されている。また、圧力制御室１６からの排出路には作動液体の流出量を調整する出口側オリフィス２３が配置されている。出口側オリフィス２３は、入口側オリフィス２２よりも流量が大きくなるように形成されている。燃料噴射弁３は、圧力制御室１６に流入する作動液体の流量よりも、圧力制御室１６から流出する作動液体の流量の方が大きくなるように構成されている。
【００３４】
燃料噴射弁３のノズルボディ１２は、燃料供給装置から供給される燃料をノズル室１７に導く燃料供給路１９を有する。燃料供給路１９は、燃料供給装置の燃料供給管６３に接続されている。
【００３５】
圧力制御室１６は、ソレノイドアクチュエータ２４によって駆動される制御弁２５によって、開放又は閉止される。すなわち、本実施の形態における圧力制御室１６は、電磁弁により開閉される。制御弁２５は、スプリング２６によって閉弁方向に付勢されている。ソレノイドアクチュエータ２４は、電子制御ユニット３０の出力ポート３６に、対応する駆動回路３８を介して接続されている（図１参照）。ソレノイドアクチュエータ２４は、電子制御ユニット３０によって制御される。
【００３６】
制御弁２５の閉弁時には、作動液体供給装置から供給される高圧の作動液体を圧力制御室１６に封じ込めて圧力制御室１６の内部圧力を高圧に維持する。制御弁２５の開弁時には作動液体を圧力制御室１６から作動液体排出路２１へと排出して、圧力制御室１６の内部圧力を低下させる。
【００３７】
本実施の形態における燃料噴射弁３は、ニードル弁１３を閉弁すべき時には制御弁２５が閉弁される。制御弁２５の閉弁時は、作動液体の流入によって圧力制御室１６内の内部圧力が上昇し、その内部圧力によってメインピストン１３ａが閉弁方向に付勢される。また、ニードル弁１３は、スプリング１５によって閉弁方向に付勢されている。一方で、加圧された燃料が燃料供給路１９を通って、ノズル室１７に供給されているため、ノズル室１７の内部圧力によってサブピストン１３ｂが開弁方向に付勢される。更に、噴孔１１が燃焼室２内に面しているために燃焼室２内の圧力により、ニードル弁１３の先端部が押圧されてニードル弁１３が開弁方向に付勢される。ニードル弁１３を閉弁すべき時には、ニードル弁１３に対して閉弁方向に作用する力が開弁方向に作用する力よりも大きくなるように、圧力制御室１６の内部圧力が設定されている。
【００３８】
ニードル弁１３を開弁すべきときには、制御弁２５が開弁される。制御弁２５が開弁されると、作動液体排出路２１から圧力制御室１６内の作動液体が排出される。このときに、出口側オリフィス２３が入口側オリフィス２２よりも大きいため、圧力制御室１６内への作動液体の流入量よりも圧力制御室１６内からの作動液体の流出量の方が多くなる。圧力制御室１６の内部圧力は低下する。ニードル弁１３は、閉弁方向に付勢される力が小さくなり、矢印１０３に示すように移動して開弁し、噴孔１１から燃料が噴射される。
【００３９】
その後、再び制御弁２５を閉弁すると、圧力制御室１６内の内部圧力が蓄圧されて上昇し、ニードル弁１３の閉弁方向の付勢力の方が開弁方向の付勢力よりも大きくなると、ニードル弁１３は閉弁される。このように、制御弁２５の開閉を制御することによって、ニードル弁１３の開閉、すなわち燃料噴射を制御することが可能となる。
【００４０】
本実施の形態における燃料噴射装置は、燃焼室に噴射する燃料とは異なる液体を、燃料噴射弁を制御するための作動液体として用いている。燃焼室に供給する燃料が気体の場合に、燃料を燃料噴射弁の作動流体として使用すると、気体が圧縮性を有するために燃料噴射弁の噴射制御が難しくなる。圧力制御室に封入する作動流体を気体にすると、気体が圧縮性を有することにより、例えば圧力制御室の内部圧力が振動してニードル弁の開閉制御が難しくなる。また、圧力制御室の内部圧力を低下させる場合には、圧力制御室に貯留されている作動流体をタンクに戻す必要がある。ところが、作動流体が気体の場合には、タンクの内部は高圧であり、作動流体を加圧するためポンプ等を配置しなければタンクに戻すことができないという問題がある。
【００４１】
本実施の形態のように、燃焼室に供給する燃料が気体の場合に、燃料噴射弁を制御する作動流体として非圧縮性の液体を用いることにより、圧力制御室の内部圧力を精度良く調整することができる。なお、燃料が液体の場合には、燃料噴射弁を制御するための作動液体を燃料と同一にしても構わない。
【００４２】
図３に、燃料噴射弁から燃料を噴射する時のタイムチャートを示す。本実施の形態における燃料噴射弁３は、ソレノイドアクチュエータ２４に通電を開始してから、圧力制御室１６に貯留されている作動液体が流出し、圧力制御室１６の圧力が低下し始めるまでに所定の時間を要する。また、圧力制御室１６の圧力が低下して、ニードル弁１３が移動し、燃料が噴射されるまでに所定の時間を要する。このように、本実施の形態の燃料噴射弁３は、ソレノイドアクチュエータ２４の通電開始から燃料を噴射するまでに所定の遅れ時間が生じる。
【００４３】
内燃機関は、燃料の噴射時期を適切に制御することにより、燃料の燃焼性を向上させることができる。例えば、本実施の形態における燃料は、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）の近傍で噴射して燃焼させることが好ましい。更に、短時間で燃料を燃焼させることが好ましい。燃料の燃焼性を向上させることにより、内燃機関の熱効率を向上させることができる。また、内燃機関は、燃料の噴射時期を適切に制御することにより、排気性状を向上させることができる。たとえば、燃料の噴射時期を所定の時期まで遅角することにより、燃焼温度を低下させて窒素酸化物を減少させることができる。このように、燃料の噴射は、燃料の燃焼性と排気性状とを考慮した噴射時期を選定して、選定した噴射時期にて正確に燃料を噴射するように制御することが好ましい。なお、要求される燃料の噴射時期は、使用される燃料、内燃機関の種類および要求される排気性状等により変化する。このために、要求される燃料の噴射時期は、使用される燃料等に応じて適宜設定することができる。
【００４４】
ところで、本実施の形態における燃料噴射弁３は、前述のようにソレノイドアクチュエータ２４の通電開始から実際の燃料の噴射までに遅れ時間が生じる。このため、本実施の形態における燃料噴射装置では、遅れ時間を精度良く推定し、推定した遅れ時間に基づいて、燃料噴射の制御を行う。
【００４５】
図３に示す例では、クランク角度θ１までは制御弁２５の制御信号が切の状態になっており、圧力制御室１６内の圧力は所定の圧力に維持されている。本実施の形態においては、クランク角度θ１において制御弁の制御信号が発信され、ソレノイドアクチュエータ２４に通電が開始され、制御弁２５が開いた状態になる。この後のクランク角度θ２において、圧力制御室１６の内部圧力の下降が始まっている。さらに、クランク角度θ３において、ニードル弁１３の移動量が零よりも大きくなっている。ニードル弁１３が移動を始めると共に燃料の噴射が開始されている。
【００４６】
制御弁の制御信号を発信している継続時間は、燃焼室に供給する燃料の噴射量に基づいて定められている。図３に示す例では、クランク角度θ４において、制御弁の制御信号の発信を停止している。すなわち、ソレノイドアクチュエータ２４への通電を停止している。この後のクランク角度θ５において圧力制御室内の圧力が元の所定の圧力に戻っている。また、ニードル弁の移動量が零に戻り、燃料の噴射が停止する。
【００４７】
本実施の形態の燃料噴射装置においては、制御弁の制御信号の発信から燃料の噴射までの遅れ時間ＴＤＦＩＮを推定し、推定した遅れ時間に基づいて燃料を噴射する制御を行う。
【００４８】
図４に、本実施の形態における燃料噴射装置の制御のフローチャートを示す。本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力および燃料噴射弁に供給する作動液体の圧力を検出し、検出した燃料の圧力および作動液体の圧力に基づいて、燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御する。さらに、本実施の形態における燃料噴射装置は、燃料噴射弁に供給する作動液体の温度を検出し、作動液体の温度に基づいて燃料噴射弁から燃料を噴射する時期を制御する。
【００４９】
ステップ１１１においては、燃料噴射弁３に供給する作動液体の圧力および燃料の圧力を検出する。図１を参照して、本実施の形態の内燃機関において、作動液体の圧力は、圧力センサ７４により検出することができる。また、燃料の圧力は、圧力センサ６４により検出することができる。
【００５０】
次に、ステップ１１２においては、作動液体の圧力および燃料の圧力に基づいて、遅れ時間の基準となる基準噴射遅れ時間ＴＤＢを推定する。本実施の形態における燃料噴射弁は、作動液体の圧力および燃料の圧力が燃料噴射弁の開閉時期に影響する。
【００５１】
図２を参照して、作動液体は圧力制御室１６に供給され、ニードル弁１３を閉弁方向に付勢する。このために、燃料噴射弁３に供給される作動液体の圧力が高くなるほど、圧力制御室１６の圧力が低下するまでに時間がかかる。すなわち、作動液体の圧力が高くなるほど、噴射遅れ時間が長くなる特性を有する。
【００５２】
一方で、燃料噴射弁３に供給される燃料はノズル室１７に供給され、ニードル弁１３を開弁方向に付勢する。燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力が高くなるほど、ニードル弁１３を開弁方向に付勢する力が大きくなる。このために、供給される燃料の圧力が高くなるほど、噴射遅れ時間が短くなる特性を有する。これらの燃料噴射弁の特性に基づいて、基準噴射遅れ時間ＴＤＢを推定することができる。
【００５３】
図５に、本実施の形態における基準噴射遅れ時間を推定するマップを示す。作動液体の圧力および燃料の圧力を関数にする基準噴射遅れ時間のマップを、例えば、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に予め記憶させることができる。このようなマップを用いることにより、検出した作動液体の圧力および燃料の圧力に基づいて、基準噴射遅れ時間ＴＤＢを推定することができる。
【００５４】
図４を参照して、次に、ステップ１１３において作動液体の温度を検出する。図１を参照して、作動液体の温度は、例えば温度センサ７５により検出することができる。
【００５５】
次に、ステップ１１４において、噴射遅れ時間の作動液体の温度補正項ＴＤＷＦＴを推定する。作動液体の温度が上昇すると、作動液体の粘性は小さくなる。作動液体の温度が高くなるほど、制御弁２５が開いたときに圧力制御室１６から排出される流量が大きくなる。すなわち、作動液体の温度が高くなるほど圧力制御室１６から作動液体が抜けやすくなる。本実施の形態における燃料噴射弁３は、作動液体の温度が上昇すると、噴射遅れ時間が短くなる特性を有する。
【００５６】
本実施の形態においては、作動液体の温度を関数にする温度補正項ＴＤＷＦＴを電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に予め記憶させている。検出した作動液体の温度により、作動液体の温度補正項ＴＤＷＦＴを推定することができる。
【００５７】
図３および図４を参照して、次に、ステップ１１５において、最終噴射遅れ時間ＴＤＦＩＭを推定する。本実施の形態においては、ステップ１１２において推定した基準噴射遅れ時間ＴＤＢと、ステップ１１４において推定した作動液体の温度補正項ＴＤＷＦＴとに基づいて、最終噴射遅れ時間ＴＤＦＩＭを算出している。本実施の形態においては、基準噴射遅れ時間ＴＤＢに対して作動液体の温度補正項ＴＤＷＦＴを加算している。
【００５８】
次に、ステップ１１６においては、目標噴射開始時期ＴＴＡＲを設定する。目標噴射開始時期は、実際に燃料の噴射を開始する時期の目標値である。目標噴射開始時期は、現在の内燃機関の運転状態における熱効率や排気性状等を考慮して、最も好ましい時期を選定することが好ましい。
【００５９】
図６に、本実施の形態における目標噴射開始時期ＴＴＡＲを設定するためのマップを示す。本実施の形態においては、目標噴射開始時期は、内燃機関の運転状態として、機関回転数および要求トルクに基づいて設定する。機関回転数と要求トルクとを関数にするマップを予め電子制御ユニット３０に記憶させておく。機関回転数および要求トルクを検出することにより、目標噴射開始時期ＴＴＡＲを設定することができる。目標噴射開始時期の設定においては、この形態に限られず、任意の方法により設定することができる。
【００６０】
図３および図４を参照して、次に、ステップ１１７において、燃料噴射弁３を開弁する制御信号の発信時期を算出する。本実施の形態においては、ソレノイドアクチュエータ２４に通電を開始する通電開始時期ＥＳＴＡを算出する。本実施の形態においては、通電開始時期ＥＳＴＡは、目標噴射開始時期ＴＴＡＲから、ステップ１１５において算出した最終噴射遅れ時間ＴＤＦＩＮを減算することにより算出することができる。目標噴射開始時期から、最終遅れ時間を早めた時期において通電を開始することにより、目標噴射開始時期にて燃料の噴射を開始することができる。
【００６１】
次に、ステップ１１８においては、通電開始時期ＥＳＴＡにてソレノイドアクチュエータ２４に通電を開始する。クランク角度θ３が目標噴射開始時期ＴＴＡＲに相等する。また、目標噴射開始時期ＴＴＡＲよりも最終噴射遅れ時間ＴＤＦＩＮの分を進角したクランク角度θ１が通電開始時期ＥＳＴＡに相等する。
【００６２】
通電開始時期ＥＳＴＡについては、例えば、基準となるクランク角度θｂからの通電開始時期ＥＳＴＡまでの時間を算出し、クランク角度θｂから算出した時間の経過後に設定することができる。基準となるクランク角度θｂとしては、例えば、クランク角センサ４２により検出される所定の角度ごとの至近の出力パルスを用いることができる。例えば、圧縮上死点ＴＤＣよりも１０°前に出力パルスを発信する場合には、この出力パルスの信号から算出された時間の経過後に通電を開始することができる。燃料噴射弁３から燃料が噴射される。
【００６３】
このように、本実施の形態の燃料噴射装置は、燃料の圧力と作動液体の圧力とに基づいて噴射遅れ時間を精度良く推定することができる。このために、所望の時期に精度良く燃料を噴射することができる。特に、本実施の形態の燃料噴射弁は、開閉を制御するための作動液体と燃料とが分離されており、それぞれが燃料噴射弁に個別に供給されている。燃料と作動液体とが同一の燃料噴射装置の場合には、圧力制御室の内部圧力と、ノズル室の内部圧力とが互いに等しくなる。しかしながら、本実施の形態の燃料噴射弁のように、作動液体を燃料と異なる液体により構成した場合には、それぞれの液体の圧力の影響を個別に受けて燃料の噴射時期が定まるために、作動液体の圧力の影響が大きくなる。このため、本実施の形態の燃料噴射装置は、燃料と作動液体とが互いに異なる内燃機関に特に好適である。
【００６４】
また、作動液体の温度に基づいて噴射遅れ時間を推定することにより、より精度良く噴射遅れ時間を推定することができる。本実施の形態の燃料噴射装置においては、作動液体の温度が高くなるほど噴射遅れ時間を短縮する側に補正する制御を行うことにより、より正確な噴射時期の制御が可能になり、熱効率の向上および排気性状の改善を図ることができる。
【００６５】
本実施の形態における内燃機関は、点火栓を有する火花点火式の内燃機関を例示して説明したが、この形態に限られず、点火栓を有していない圧縮自着火式の内燃機関にも本発明を適用することができる。また、本実施の形態における内燃機関は、気体燃料を採用しているが、この形態に限られず、液体燃料を採用しても構わない。たとえば、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に本発明を適用することができる。液体燃料の燃料タンクから燃料ポンプにより高圧の燃料がコモンレール（燃料蓄圧部）に供給され、高圧の燃料がコモンレールから燃料噴射弁に供給されていても構わない。
【００６６】
また、本実施の形態においては、燃焼室内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を例示して説明したが、この形態に限られず、たとえば、吸気ポートに燃料を噴射する予混合式の内燃機関にも本発明の燃料噴射装置を採用することができる。
【００６７】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【００６８】
３    燃料噴射弁
１１    噴孔
１３    ニードル弁
１６    圧力制御室
１７    ノズル室
１８    作動液体供給路
１９    燃料供給路
２１    作動液体排出路
２４    ソレノイドアクチュエータ
２５    制御弁
３０    電子制御ユニット
４１    負荷センサ
４２    クランク角センサ
６１    燃料タンク
６３    燃料供給管
６４    圧力センサ
７０    作動液体
７１    作動液体タンク
７３    作動液体供給管
７４    圧力センサ
７５    温度センサ
【図１】
2013087727.tif 000003
【図２】
2013087727.tif 000004
【図３】
2013087727.tif 000005
【図４】
2013087727.tif 000006
【図５】
2013087727.tif 000007
【図６】
2013087727.tif 000008