(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各燃焼室に配設され燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射圧に相当する高圧燃料を供給する高圧発生装置と、前記高圧燃料を蓄圧する蓄圧室と、前記燃料噴射弁の燃料溜部に、前記蓄圧室からの高圧燃料を供給する燃料通路と、燃料噴射弁の針弁を上昇又は下降させて燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段を備えた燃料噴射装置において、
前記蓄圧室と燃料噴射弁の途中の燃料通路に初期噴射圧制御手段を設け、
前記初期噴射圧制御手段は、前記燃料噴射制御手段が作動開始後に作動を開始し、前記燃料噴射制御手段の作動終了前に作動を終了することにより、今回噴射の主噴射後に行われる次回噴射における初期噴射圧を今回噴射の際に低減して設定することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
初期噴射圧制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて制御されることを特徴とする請求項１項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置例えば、図５に示すような蓄圧式の燃料噴射装置１は、高圧発生装置としての高圧ポンプ２により発生した高圧燃料を圧力制御弁としての圧力制御電磁弁３により燃料噴射圧に相当する燃料圧に制御して蓄圧室４に蓄圧し、この蓄圧した高圧燃料を燃料通路５、燃料噴射弁６のノズルホルダボデイ７の燃料通路７ａを通して燃料溜部７ｂに供給すると共に、針弁８の上部に設けた噴射制御室９に燃料通路７ａから制御オリフィス１１を通して高圧燃料の一部を供給する。
【０００３】
噴射制御室９は、制御オリフィス１２、電磁弁１３、燃料排出通路１４を通して燃料タンク（低圧側）１５に接続されており、噴射制御室９内の燃料を燃料タンク１５に排出するように構成されている。噴射制御室９内には針弁８を上昇又は下降させるための制御ピストン１０が収納されている。圧力制御電磁弁３、電磁弁１３は、電子制御装置（ＥＣＵ）１６により制御される。噴射制御室９、制御ピストン１０、制御オリフィス１１、１２、電磁弁１３等により燃料噴射制御手段が構成されている。
【０００４】
燃料噴射弁６は、電磁弁１３が閉弁されているときには蓄圧室４から噴射制御室９に供給されている高圧燃料が制御ピストン１０に圧力を付与して針弁８を押し下げる（下降させる）ことにより閉弁している。燃料噴射時には電子制御装置１６が電磁弁１３を開弁して噴射制御室９内の燃料を燃料タンク１５に排出すると、噴射制御室９の圧力が低下し、燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂに供給された高圧燃料が制御ピストン１０の押圧力に抗して針弁８を押し上げて（上昇させて）サック部７ｃに流入し、噴口７ｄから噴射される。針弁８のリフトは、噴射制御室９に高圧燃料を流入させる制御オリフィス１１と、この噴射制御室９内の高圧燃料を排出させる制御オリフィス１２とによる流量バランスにより決定される。
【０００５】
電磁弁１３を閉弁すると制御オリフィス１１から供給される蓄圧室４の高圧燃料により噴射制御室９の燃料圧が上昇して制御ピストン１０を押し下げ、針弁８を下降させて閉弁する。これにより燃料噴射が終了する。
このような蓄圧式の燃料噴射装置は、軽量であること、噴射圧及び噴射時期を自由に設定することが可能である即ち、噴射自由度が高いこと等の利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記蓄圧式の燃料噴射装置１は、その作動原理故に初期噴射圧力が高く、針弁８が急激にリフトし、燃料の噴射パターンは、図６に示すように矩形に近い形状となり、斜線で示すように初期噴射率が高い。このため噴射開始時点から着火までの期間（着火遅れ期間）に噴射される初期燃料量が多くなり、ＮＯxの排出量や燃焼騒音の点で好ましくない。
【０００７】
そこで、制御オリフィス１１、１２により、噴射初期の針弁８のリフト制御を行い、シート絞りによる初期噴射率の抑制を行っているが、その制御自由度は小さく、更に大幅な初期噴射量の低減が要求されている。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、燃料噴射弁の初期噴射圧力を低くして初期噴射量を大幅に低減させるようにした燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１では、高圧発生装置で発生した高圧燃料を蓄圧室に一旦蓄圧し、燃料噴射弁の燃料溜部に供給し、燃料噴射制御手段により針弁を上昇させて燃料溜部の燃料の噴射を開始し、所定の開弁期間後針弁を下降させて燃料噴射を終了させる。初期噴射圧制御手段は、今回の燃料噴射後に燃料溜部に供給される燃料圧を低減させる。これにより燃料溜部に保持されて次回噴射時に噴射される燃料圧即ち、初期噴射圧が低下し、次回の初期噴射率が低減する。
また、この請求項１では、燃料噴射制御手段により燃料を噴射開始後、初期噴射圧制御手段により一定期間蓄圧室から燃料溜部への高圧燃料の供給を遮断することで初期噴射圧が低減し、噴射後期に前記燃料噴射制御手段よりも先に蓄圧室から燃料溜部への燃料供給を再度遮断した後に燃料噴射制御手段の作動を終了させて燃料噴射を終了させることで、燃料溜部の燃料圧が低下し、次回噴射時における初期噴射率が低減する。
【０００９】
請求項２では、初期噴射圧制御手段を内燃機関の運転状態に応じて制御し、或る運転状態では初期噴射率を低減させずに燃料噴射を行い、別の運転状態では初期噴射率を低減させてＮＯｘの低減、燃焼騒音の低減を図る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
（実施例１）
図１は、本発明を適用した燃料噴射装置を示す。尚、図５に示す燃料噴射装置１の構成部材と同一部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１１】
図１において、燃料噴射弁６は、蓄圧室４と燃料噴射弁６の燃料通路７ａとを接続する燃料通路５に初期噴射圧制御手段としての仕切電磁弁１８が接続されており、燃料通路５を開閉制御する。この仕切電磁弁１８は、後述するように、次回の燃料噴射時における初期噴射圧を制御するためのものである。この仕切電磁弁１８は、電磁弁１３と共に電子制御装置１６により制御される。電子制御装置１６は、内燃機関としてのエンジンの運転状態即ち、エンジンの回転数、負荷等に応じて燃料噴射弁６の燃料噴射開始時期、噴射量を制御すると共に、初期噴射率を制御する。
【００１２】
以下に作動を説明する。
図１において最初の燃料噴射（今回噴射）開始前においては、仕切電磁弁１８、電磁弁１３が閉弁されており、燃料通路７ａ、燃料溜７ｂ内に噴射すべき燃料が充填されている。図２（ａ）に示すように燃料噴射時には、先ず、噴射開始時期θ1において電磁弁１３が開弁される。電磁弁１３が開弁されると、噴射制御室９内の高圧燃料が燃料タンク１５に排出され、当該噴射制御室９の燃料圧が低下し針弁８が上昇（リフト）して開弁し、燃料溜部７ｂから高圧燃料がサック部７ｃに供給され、噴口７ｄから噴射される。即ち、初期噴射が開始される。噴射が開始されると、これに伴い燃料溜部７ｂ、燃料通路７ａ内の燃圧が低下し、燃料噴射率も低下する。
【００１３】
初期噴射が開始された後即ち、電磁弁１３が開弁された噴射開始時期θ1から所定期間Δθi後の時期θ3において仕切電磁弁１８が開弁される。仕切電磁弁１８が開弁されると、蓄圧室４から高圧燃料が燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂに供給され、燃料溜部７ｂからサック部７ｃを通して噴口７ｄから高圧燃料が噴射される。即ち、主噴射が開始される。
【００１４】
主噴射が開始された時期θ3から所定期間ΔθB後の時期θ4において仕切電磁弁１８が閉弁される。この仕切電磁部１８が閉弁されると、蓄圧室４から燃料噴射弁６の燃料通路７ａへの高圧燃料の供給が遮断され、これに伴い燃料通路７ａ、燃料溜７ｂ内の燃料圧が低下する。仕切電磁弁１８が閉弁された時期θ4から所定期間Δθe後の時期θ2において電磁弁１３が閉弁され、燃料噴射が終了する。そして、電磁弁１３が開弁された噴射開始時期θ1から閉弁された時期θ2間での期間ΔθAが燃料噴射期間とされる。
【００１５】
電磁弁１３は、仕切電磁弁１８が閉弁された後所定期間Δθe経過後に閉弁されることで、燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂの燃料圧は、蓄圧室４の燃料圧即ち、主燃料噴射圧よりも低下する。電磁弁１３が閉弁されると、噴射制御室９の燃料圧により制御ピストン１０が針弁８を押し下げて（下降させて）閉弁する。これにより燃料噴射が終了する。この状態で次のサイクル即ち、次回の燃料噴射まで燃料通路７ａ及び燃料溜部７ｂの燃料圧が保持される。そして、この低下した燃料圧が次回噴射時の初期噴射圧となる。
【００１６】
次回の燃料噴射開始時期θ1に電磁弁１３が開弁される。電磁弁１３が開弁されると針弁８が開弁（リフト）し、燃料通路７ａ及び燃料溜部７ｂ内の燃料がサック部７ｃを経て噴口７ｄから噴射される。この時の噴射燃料圧は、蓄圧式４の燃料圧よりも低くなっており、従って、初期噴射圧が低く、初期噴射率が低減される。
【００１７】
電磁弁１３が開弁された噴射開始時期θ1から所定期間Δθi後仕切電磁弁１８が開弁される。仕切電磁弁１８が開弁されると蓄圧室４の高圧燃料が燃料噴射弁７の燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂに供給され、主噴射が開始される。主噴射開始時期θ3から所定期間ΔθB後の時期θ4において仕切電磁弁１８が閉弁され、所定期間Δθe後の噴射終了時期θ2において電磁弁１３が閉弁されて燃料噴射が終了する。
【００１８】
前述したように電磁弁１３が閉弁された時即ち、燃料噴射が終了した時には、燃料通路７ａ、燃料溜７ｂの燃料圧は、蓄圧室４の燃料圧よりも低下している。そして、この状態で次のサイクル即ち、次回の燃料噴射まで保持される。このような制御が繰り返して行われる。これにより図３の噴射率特性において、実線で示すように初期噴射率が大幅に低減され、初期噴射率低減効果が非常に大きい。
【００１９】
電磁弁１３が開弁されている燃料噴射期間ΔθAのうち、電磁弁１３が開弁されてから仕切電磁弁１８が開弁されるまでの噴射期間Δθiが初期噴射期間とされ、噴射時期θ3から電磁弁１３が閉弁される時期θ2までの期間が主噴射期間とされる。そして、この主噴射期間の内、仕切電磁弁１８が開弁された時期θ3から閉弁される時期θ4までの期間が主噴射初期・中期とされ、仕切電磁弁１８が閉弁された時期θ4から電磁弁１３が閉弁される時期θ2までの期間が主噴射後期とされる。
【００２０】
図２（ｂ）は、仕切電磁弁１８の閉弁時期θ'4を図（ａ）に示す時期θ4よりも遅くした場合即ち、仕切電磁弁１８を閉弁してから電磁弁１３を閉弁するまでの期間Δθeを短くした場合である。この期間Δθeを短くすると噴射終了時における燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂの燃料圧が（ａ）の場合よりも高くなり、初期噴射率は、図３の破線で示すように図２（ａ）の場合に比べて僅かに高くなる。しかしながら、初期噴射率低減効果は大きい。
【００２１】
図２（ｃ）は、仕切電磁弁１８の閉弁時期θ"4を図（ｂ）に示す時期θ'4よりも更に遅くして電磁弁１３を閉弁した後閉弁した場合を示す。このように電磁弁１３を閉弁した後に仕切電磁弁１８を閉弁すると、燃料通路７ａ、燃料溜部７ｂの燃料圧が蓄圧室４の燃料圧と同等の高圧になる。従って、次回の初期噴射率が高くなり、噴射率特性は、図３の１点鎖線で示すようになり、図２（ａ）、（ｂ）の場合に比べて初期噴射率の低減効果が小さい。
【００２２】
ところで、仕切電磁弁１８は、図１に示のように燃料通路５の途中に接続してもよく、或いは、ノズルホルダボディ７に内蔵してもよい。しかしながら、仕切電磁弁１８は、燃料通路７ａに分岐接続される制御オリフィス１１よりも上流側（蓄圧室４側）に接続することが好ましい。即ち、仕切電磁弁１８を分岐部７ｅよりも下流側に接続した場合には、噴射前の燃料溜部７ｂの燃料圧と噴射制御室９の燃料圧を比較すると、噴射制御室９の燃料圧が蓄圧室４の燃料圧と同等であるため、燃料溜部７ｂの燃料圧の方が低くなる。このため噴射開始時期において電磁弁１３を開弁した後、噴射制御室９の燃料圧が低下して針弁８が開弁（リフト）するまでの時間遅れが長くなる。この時間遅れは、噴射制御室９と燃料溜部７ｂの燃料圧の差によって決まるため、仕切電磁弁１８を分岐部７ｅよりも上流側（蓄圧室４側）に接続した場合に比べ、時間遅れが変化することを考慮した制御を行う必要が生じる。
【００２３】
しかしながら、実施例で示すように仕切り電磁弁１８を分岐部７ｅよりも上流側に接続すると噴射制御室９と燃料溜部７ｂの燃料圧を同圧にすることができ、電磁弁１３の開弁後直ちに針弁８を開弁することが可能となり、燃料噴射時期の遅れが一定となる。従って、仕切電磁弁１８は、分岐部７ｅよりも上流側に接続することが制御上好ましい。
【００２４】
次に、図４に示すフローチャートにより噴射制御の手順を説明する。
電子制御装置１６は、ステップＳ１において、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔを読み込み、ステップＳ２でこれらのエンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｔにより、噴射開始時期が書き込まれている噴射開始マップから噴射開始時期θ1を、噴射量が書き込まれている噴射量マップから噴射量ｑを、初期噴射期間が書き込まれている初期噴射期間マップから初期噴射期間Δθiを夫々読み出す。
【００２５】
次に、電子制御装置１６は、ステップＳ３において、前記読み出した噴射開始時期θ1、噴射量ｑ、初期噴射期間Δθiに基づいて仕切電磁弁１８の閉弁時期から電磁弁１３の閉弁時期までの期間Δθe、電磁弁１３の開弁期間ΔθA、仕切電磁弁１８の開弁時期θ3、仕切電磁弁１８の開弁期間ΔθBを、下式により演算して求める。
【００２６】
Δθe＝ｆ（Δθi）                    ・・・（１）
ΔθA＝Ｋ・ｑ  （値Ｋは、補正係数）    ・・・（２）
θ3＝θ1＋Δθi                       ・・・（３）
θB＝ΔθA −Δθi−Δθe             ・・・（４）
上記演算式（３）において、補正係数Ｋは、噴射量ｑを補正するためのもので、初期噴射における低減量（図３の特性曲線における凹み量）を考慮して即ち、エンジンの運転状態に応じて設定される。例えば、低温始動時等のように初期噴射率を低減させないときには、Ｋ＝１とし、電磁弁１３の開弁期間ΔθAを噴射量ｑと１対１に対応させ、通常運転状態のように初期噴射率を低減させるときには、Ｋ＞１として、電磁弁１３の開弁期間ΔθAを長くして初期噴射における低減量を補う。これにより、常にエンジンの運転状態に応じた燃料量ｑを確保することができる。
【００２７】
次に、電子制御装置１６は、噴射開始時期θ1において電磁弁１３を開弁（ＯＮ）し、前記開弁期間ΔθAの間燃料を噴射する（ステップＳ４）。電子制御装置１６は、噴射開始時期θ1から期間Δθi経過した時期θ3において仕切電磁弁１８を開弁して燃料を噴射し、開弁期間ΔθB経過した時期θ4に当該仕切電磁弁１８を閉弁する（ステップＳ５）。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、今回の燃料噴射後燃料溜部の燃料圧を低減させることで、次回噴射時の初期噴射率を低減させることができ、ＮＯｘの低減、燃費の低減及びエンジン騒音の低減が図られる。
また、本発明では、燃料溜部の燃料を噴射開始後、一定期間蓄圧室から燃料溜部への高圧燃料の供給を遮断することで初期噴射圧が低減し、噴射後期に蓄圧室から燃料溜部への燃料供給を再度遮断した後、燃料噴射を終了させることで、燃料溜部の燃料圧を低くして次回噴射時における初期噴射率を低減させることができる。
【００２９】
次に、請求項２の発明では、初期噴射率を内燃機関の運転状態に応じて制御することで、低温始動時等においては初期噴射率を低減させないでエンジンの始動性を向上させ、通常運転時には初期噴射率を低減させてＮＯxの低減、燃料騒音の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料噴射装置の実施例を示す構成図である。
【図２】図１の燃料噴射装置の作動を示すタイムチャートである。
【図３】図１の燃料噴射装置の噴射率特性の一例を示す図である。
【図４】図１の燃料噴射装置の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】従来の燃料噴射装置の構成図である。
【図６】図５の燃料噴射装置の噴射特性を示す図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射装置
２  高圧ポンプ
３  圧力制御電磁弁
４  蓄圧室
５、７ａ  燃料通路
６  燃料噴射弁
７  ノズルホルダボデイ
７ｂ  燃料溜部
８  針弁
１１、１２  制御オリフィス
１３  電磁弁
１８  仕切電磁弁
１６  電子制御装置（ＥＣＵ）
【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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