(57)【要約】【課題】拡散燃焼における燃料過濃領域の形成を抑制し、もってスモーク排出量を低減できると共に燃焼状態の改善により燃費を向上できるエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】メイン噴射中において燃料噴射弁の針弁リフト量を減少して（タイミングｂ’）燃料噴射率を一旦低下させ（タイミングｂ’）、筒内への供給燃料の一時的な減少により燃料過濃領域内の過剰燃料の燃焼を促進して燃料過濃領域を縮小し、その後に針弁リフト量の増加（タイミングｃ）により燃料噴射率を再び増加させて良好な燃焼状態を維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの筒内に直接燃料を噴射すると共に、噴射中において燃料噴射率を任意に変更可能な燃料噴射手段と、
上記燃料噴射手段に高圧燃料を供給する燃料供給手段と、
上記エンジンの運転領域に応じて上記燃料噴射手段を駆動制御して該エンジンの筒内に燃料を噴射すると共に、該エンジンのトルク発生に寄与するメイン噴射中において上記燃料噴射手段の燃料噴射率を一旦低下させ、その後に増加させる制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記燃料噴射手段は、針弁の開閉に応じて上記エンジンの筒内に燃料を噴射すると共に、該針弁のリフト量を変化させることにより上記燃料噴射率を変更することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記メイン噴射の開始後の上記燃料噴射率の増加に対して上記筒内での噴射燃料の燃焼による熱発生率が追従して増加しなくなったタイミングで、上記燃料噴射率の低下を開始することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
上記制御手段は、上記メイン噴射期間中の後半で上記燃料噴射率の低下を開始することを特徴とする請求項３記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、可燃混合気層に形成された燃料過濃領域を縮小し、且つ燃料不足による燃焼悪化までに至らないタイミングで、上記燃料噴射率の増加を開始することを特徴とする請求項１または３記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの燃料噴射制御装置に係り、詳しくは筒内への燃料噴射中に燃料噴射率を変化させる燃料噴射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばディーゼルエンジン等では、噴射燃料と周囲の圧縮空気との境界の可燃混合気層で燃焼を生起する拡散燃焼を主体とした燃焼形態で運転を行っている。この種のエンジンでは、アクセル操作量及びエンジン回転速度等から燃料噴射弁の開弁期間及び開弁開始時期を決定し、これらの開弁期間及び開弁開始時期に基づき燃料噴射弁を制御している。
この従来の燃料噴射制御装置による燃料噴射弁の制御及び筒内での燃焼は、例えば図２のタイムチャートに破線で示すように実行される。
【０００３】
まず、開弁開始時期に至ったタイミングで燃料噴射弁が開弁され、それに伴って針弁のリフト量が増加し、このリフト量の増加に追従して筒内への燃料噴射率が急増して最大値に達する。筒内に噴射された燃料の燃焼による熱発生率は、図示のように燃料噴射率の立ち上がりに伴って急増した後にピークを経て次第に低下し、筒内に生じた燃焼圧がピストン及びクランクシャフトを介して機関トルクに変換される。その後、開弁時期のタイミングに向けてリフト量が減少し、燃料噴射時期弁が開弁する。燃料噴射率は針弁リフト量の減少に追従して０まで減少し、筒内の熱発生量も減少する。
【０００４】
このような拡散燃焼は、燃料の噴射圧、燃焼室形状、筒内の空気流動等の種々の要因に対して敏感であり、何れかの要因が僅かに不適切になるだけで、可燃混合気層で燃料と空気とが良好に混合せずに燃料過濃の領域が形成されてしまう。燃料過濃領域では過剰に存在する燃料が空気の不足により正常に燃焼できなくなっているため、筒内でのスモーク生成量の増大、ひいては筒内からのスモーク排出量の増大を引き起こしてしまう。また、図２に破線で示すように熱発生率の増加が頭打ちになることからも推測できるように、噴射燃料の不完全燃焼により燃焼状態が悪化し、結果として燃費悪化を引き起こすという問題もある。
【０００５】
筒内での燃焼状態を改善するための対策として種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１の技術では、噴射期間中の初期において燃料噴射率の急増を抑制し、その後に燃料噴射率を最大値まで増加させるように燃料噴射弁のリフト量を制御している。
【特許文献１】特開２００３−１４８２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術による噴射初期の燃料噴射率の抑制は、筒内に噴射された燃料の急激な燃焼を防止することを目的としたものであり、急激な燃焼の防止により燃焼音を抑制したり筒内でのＮＯx生成量を低減したりする効果はあるが、筒内での燃料過濃領域の形成を防止する本案とは目的が相違する。従って、特許文献１の技術は上記問題の解決策とはなり得ず、従来から効果的な対策が要望されていた。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、拡散燃焼における燃料過濃領域の形成を抑制し、もってスモーク排出量を低減できると共に燃焼状態の改善により燃費を向上することができるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの筒内に直接燃料を噴射すると共に、噴射中において燃料噴射率を任意に変更可能な燃料噴射手段と、燃料噴射手段に高圧燃料を供給する燃料供給手段と、エンジンの運転領域に応じて燃料噴射手段を駆動制御してエンジンの筒内に燃料を噴射すると共に、エンジンのトルク発生に寄与するメイン噴射中において燃料噴射手段の燃料噴射率を一旦低下させ、その後に増加させる制御手段とを備えたものである。
【０００９】
従って、エンジンの運転領域に応じて制御手段により燃料噴射手段が駆動制御され、筒内に噴射された燃料が周囲の圧縮空気との境界の可燃混合気層で燃焼を生起する拡散燃焼によりエンジンが運転される。種々の要因により可燃混合気層で燃料と空気とが良好に混合せずに燃料過濃領域が形成される場合があり、燃料過濃領域は、筒内でのスモーク生成量の増大や燃焼状態の悪化による燃費悪化等の弊害を生じる。
【００１０】
ここで、メイン噴射中においては制御手段により燃料噴射手段の燃料噴射率が一旦低下した後に増加するように制御される。燃料噴射率の低下に伴って筒内に供給される燃料が一時的に減少することから、燃料過濃領域内の濃混合気が希薄化傾向となって燃焼が促進され、この燃料過濃領域に起因する筒内でのスモークの生成が抑制されると共に、燃料と空気との混合が理論等量比に近くなって燃焼温度が上昇するため、既に燃料過濃領域で生成されているスモークの再燃焼が促進され、結果として筒内からのスモーク排出量が低減される。また、燃焼温度の上昇は筒内での熱発生率の増加に繋がることから、燃焼状態の改善により燃費が向上する。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、燃料噴射手段が、針弁の開閉に応じてエンジンの筒内に燃料を噴射すると共に、針弁のリフト量を変化させることにより燃料噴射率を変更するものである。
従って、燃料噴射手段の針弁のリフト量を変化させることにより燃料噴射率が変更され、これによりメイン噴射中の燃料噴射率の増減制御が可能となる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１において、制御手段が、メイン噴射の開始後の燃料噴射率の増加に対して筒内での噴射燃料の燃焼による熱発生率が追従して増加しなくなったタイミングで、燃料噴射率の低下を開始するものである。
従って、燃料噴射率の増加に対して熱発生率が追従して増加せずに頭打ちになる現象は、燃料過濃領域の形成により筒内に噴射された燃料の内、燃焼に関与しない燃料の増加に起因するので、結果として燃料過濃領域が形成され始める最適な時期に燃料噴射率の低下が開始される。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項３において、制御手段が、メイン噴射期間中の後半で燃料噴射率の低下を開始するものである。
従って、燃料過濃領域の形成による熱発生率の頭打ちは燃料噴射の開始からかなり経過した時点で発生し、メイン噴射期間中の後半に相当するため、燃料過濃領域が形成され始める最適な時期に燃料噴射率の低下が開始される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１または３において、制御手段が、可燃混合気層に形成された燃料過濃領域を縮小し、且つ燃料不足による燃焼悪化までに至らないタイミングで、燃料噴射率の増加を開始するものである。
従って、燃料噴射率を増加するタイミングが早過ぎれば、燃料過濃領域を十分に縮小できず、増加するタイミングが遅過ぎれば、燃料噴射率の抑制による燃料不足で燃焼状態が悪化するが、これらの現象を防止可能な適切なタイミングで燃料噴射率の増加が開始される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように請求項１，２の発明のエンジンの燃料噴射制御装置によれば、メイン噴射中において燃料噴射手段の燃料噴射率を一旦低下させた後に増加させるため、筒内への燃料供給量の一時的な減少により拡散燃焼における燃料過濃領域の形成を抑制でき、もってスモーク排出量を低減できると共に燃焼状態の改善により燃費を向上することができる。
【００１６】
請求項３，４の発明のエンジンの燃料噴射制御装置によれば、請求項１に加えて、最適なタイミングで燃料噴射率の低下を開始でき、もって、燃料過濃領域の形成をより確実に抑制することができる。
請求項５の発明のエンジンの燃料噴射制御装置によれば、請求項１または３に加えて、最適なタイミングで燃料噴射率の増加を開始でき、もって、燃焼状態の悪化を防止した上で、燃料過濃領域の形成をより確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化したエンジンの燃料噴射制御装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの燃料噴射制御装置を示す全体構成図である。本実施形態のエンジン１は６気筒として構成され、各気筒には燃料噴射弁２（燃料噴射手段）が備えられている。各燃料噴射弁２は燃料分配管路３を介してコモンレール４（燃料供給手段）に接続され、コモンレール４は燃料圧送管路５を介して車両の燃料タンク６に接続されている。燃料圧送管路５には容積型プランジャポンプからなるサプライポンプ７が設けられ、周知のように、このサプライポンプ７はエンジン１の回転に同期して駆動されて、燃料タンク６からの燃料を加圧してコモンレール４側に吐出する。また、燃料タンク６は戻り管路８を介して各燃料噴射弁２に接続されると共に、戻り管路９を介してサプライポンプ７に接続され、燃料噴射弁２の開閉やサプライポンプ７の吐出圧制御に伴って生ずる余剰燃料が、これらの戻り管路８，９を経て燃料タンク６に回収される。
【００１８】
コモンレール４に貯留された燃料は各気筒の燃料噴射弁２に常時供給されており、燃料噴射弁２に内蔵された針弁の開閉に応じて対応する気筒の筒内に噴射される。本実施形態の燃料噴射弁２は針弁のリフト量を０から最大値まで任意に変更可能に構成され、これにより燃料噴射中において筒内への燃料噴射率を可変し得るようになっている。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニットの略称であり、本発明の制御手段）１１が設置されており、エンジン１の燃料噴射制御を行う。ＥＣＵ１１の入力側には、コモンレール４内の燃料圧Ｐを検出する圧力センサ１２、運転者のアクセル操作量Ａccを検出するアクセルセンサ１３、及び得にエンジン１のクランク角に応じたクランク角パルスを出力するクランク角センサ１４等の各種センサやスイッチ類が接続されている。また、ＥＣＵ１１の出力側には、上記各燃料噴射弁２及びサプライポンプ７等の各種デバイス類が接続されている。
【００１９】
ＥＣＵ１１はこれらのセンサ類からの検出情報に基づき、コモンレール４のレール圧や燃料噴射弁２の噴射期間及び噴射時期を制御する。コモンレール式ディーゼルエンジン１の燃料噴射量は、コモンレール４の実レール圧と燃料噴射弁２の開弁期間とで一義的に決定され、これらの実レール圧及び開弁期間を制御することにより最適な燃料噴射量が達成される。実レール圧は、サプライポンプ７に内蔵された図示しない電磁弁の開閉状態に応じて制御され、ＥＣＵ１１はクランク角センサ１４のクランク角パルスから求めたエンジン回転速度Ｎeや前回の燃焼サイクルの燃料噴射量等から図示しないマップに従って目標レール圧を算出し、その目標レール圧に基づき電磁弁を開閉制御して実レール圧を目標レール圧に保持する。
【００２０】
また、ＥＣＵ１１はエンジン回転速度Ｎe及びアクセル操作量Ａccから図示しないマップに従って燃料噴射弁２の燃料噴射量（即ち、燃料噴射弁２の開弁期間）を求め、燃料噴射量及びエンジン回転速度Ｎeから図示しないマップに従って噴射開始時期（即ち、燃料噴射弁２の開弁開始時期）を設定し、これらの燃料噴射量及び噴射開始時期に基づいて燃料噴射弁２を駆動制御してエンジン１を運転する。
【００２１】
加えて、本実施形態では、筒内での燃料過濃領域の形成に起因するスモーク排出量の増大や燃費悪化を抑制すべく、燃料噴射中において燃料噴射弁２の燃料噴射率を可変制御しており、以下、当該燃料噴射制御について詳述する。
図２はＥＣＵ１１による燃料噴射弁２の制御及び筒内での燃焼状況を示すタイムチャートであり、本実施形態を実線で示し、燃料噴射率を一定に保持する従来技術を破線で示している。図中の噴射波形は機関トルクに寄与するメイン噴射に相当するものであり、図では示していないが、このメイン噴射の前後にエンジン１の運転領域に応じてパイロット噴射やポスト噴射が適宜実行されている。
【００２２】
ＥＣＵ１１はクランク角センサ１４からのクランク角パルスに基づきエンジン１のクランク角を判定し、判定したクランク角に基づき、ある気筒が図中に示すタイミングａで開弁開始時期に至ったと判断すると、対応する気筒の燃料噴射弁２の針弁のリフト量を０から増加させ始める。このときの針弁の制御は最大速度でリフト量を変化させてもよいし、所定の変化率に基づきリフト量を増加側に制御してもよい。リフト量の増加に追従して筒内への燃料噴射率は急増して最大値に達し、筒内に噴射された燃料が燃焼することにより筒内の熱発生率が次第に増加する。
【００２３】
従来技術のように噴射期間中の燃料噴射率を一定とした場合には、燃料噴射率が最大値に保持されているにも拘わらず、あるタイミングｂ’で破線に示すように熱発生率の増加が頭打ち傾向に陥ることがある。この現象は［背景技術］で述べたように、拡散燃焼による可燃混合気層で燃料と空気とが良好に混合せずに燃料過濃領域が形成され、結果として燃料過濃領域に過剰に存在する燃料が空気の不足により完全に燃焼せずに燃焼状態が悪化するためであり、燃料過濃領域の形成は筒内でのスモーク生成量の増大にも繋がる。
【００２４】
本実施形態では、タイミングｂ’に先行するタイミングｂでＥＣＵ１１が燃料噴射弁２の針弁のリフト量を減少させ始める。針弁のリフト量の減少に追従して最大値に達していた燃料噴射率は低下し始め、ＥＣＵ１１はタイミングｃに至るまで針弁のリフト量の減少を継続した後に、タイミングｃでリフト量を再び増加させ始める。タイミングｃとしては、リフト量が０まで減少する以前の時期が設定されているため、燃料噴射率も０まで低下せずにある値で増加方向に転じる。その後、タイミングｄで燃料噴射弁２の開弁期間が終了したと判断すると、ＥＣＵ１１は示すように針弁のリフト量を０まで減少させる。
【００２５】
なお、タイミングｂからタイミングｃに至るリフト量の減少過程、タイミングｃからタイミングｄに至るリフト量の増加過程、及びタイミングｄ以降のリフト量の増加過程についても、針弁のリフト量は最大速度で変化させてもよいし、所定の変化率に基づき制御してもよい。
上記のようにタイミングｂ’は、可燃混合気層で燃料と空気とが良好に混合せずに燃料過濃の領域が形成されて、筒内の熱発生率が頭打ちになる時点であり、換言すれば、燃料噴射率の増加に対して熱発生率の増加が追従しなくなる時点である。このタイミングｂ’に対してタイミングｂは、燃料の慣性等の要因により針弁のリフト量の変化に対して燃料噴射率の追従が遅れたときの応答遅れ相当分だけ先行した時点であり、このタイミングｂで針弁のリフト量を減少し始めることにより、燃料過濃領域が形成され始めるタイミングｂ’に略一致した最適な時期で燃料噴射率が低下し始める。
【００２６】
燃料噴射率の低下に伴って筒内に供給される燃料が一時的に減少するため、燃料過濃領域内の過剰燃料の燃焼が促進されて燃料過濃領域が次第に縮小し、この燃料過濃領域に起因する筒内でのスモークの生成が抑制される。また、結果として燃料と空気との混合が理論等量比に近いものとなって燃焼温度が上昇するため、既に燃料過濃領域で生成されているスモークの再燃焼も促進される。これらの２つの要因により、筒内からのスモーク排出量が大幅に低減される。また、燃焼温度の上昇は、結果として図２のタイミングｂ’以降に示すように熱発生率の増加に繋がり、筒内の燃焼状態が改善されることから燃費が大幅に向上する。
【００２７】
燃料過濃領域の形成による熱発生率の頭打ちは、燃料噴射の開始からかなり経過した時点で発生するため、必然的に燃料噴射率を減少させ始めるタイミングｂ’は燃料噴射率波形（メイン噴射期間）の後半の時期に設定される。換言すれば、燃料噴射率の立上がりタイミングａ’からタイミングｂ’までの期間ｔ１と、タイミングｂ’から燃料噴射率の立下がりタイミングｄ’までの期間ｔ２との間にｔ１＞ｔ２の関係が成立するように、タイミングｂ’は設定される。
【００２８】
一方、針弁のリフト量はタイミングｂからタイミングｃに亘って減少した後、タイミングｃからタイミングｄに亘って増加する。針弁のリフト量を減少後に一定保持して燃料噴射弁２の開弁期間を延長すれば、所期の機関トルクを達成することは可能であるが、燃料不足により熱発生率の低い燃焼状態が長時間継続されるため燃焼状態の点で芳しくない。そこで、燃料過濃領域を形成する燃料が完全に燃焼し終えた時点、或いはそれよりも若干先行する時点で針弁のリフト量を増加することにより、一旦減少した燃料噴射率を再び増加させて良好な燃焼状態を維持している。
【００２９】
針弁のリフト量が減少側から増加側に転じるタイミングｃは、このような筒内での燃焼状態を考慮して、上記針弁のリフト量に対する燃料噴射率の応答遅れを見込んだ上で、燃料過濃領域の縮小に関して好適な値まで燃料噴射率を低下させるように設定されたものである。例えばタイミングｃが早過ぎるときには、燃料過濃領域を十分に減少できず、逆にタイミングｃが遅すぎるときには、燃料噴射率の抑制による燃料不足で燃焼状態が悪化することから、これらの現象を防止可能なようにタイミングｃが設定されている。
【００３０】
以上の針弁のリフト量を減少させ始めるタイミングｂ、及びリフト量を再び増加させ始めるタイミングｃの最適値は、エンジン１の運転領域に応じて相違する。従って、実際の燃料噴射制御では、例えばエンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量に応じた最適なタイミングｂ，ｃを設定したマップを作成し、マップから求めたタイミングｂ，ｃに基づきＥＣＵ１１により針弁のリフト量を制御している。当然ながら、燃料過濃領域の形成される虞がない運転領域ではマップ上でタイミングｂ，ｃは設定されず、通常の燃料噴射制御と同じく燃料噴射中において燃料噴射率が略一定値に保持される。
【００３１】
ところで、燃料噴射率の一時的な減少は上記の種々の効果を奏するが、反面、燃焼温度の上昇によりＮＯx生成量を増加させる要因にもなる。但し、本制御によるＮＯx生成量の増加はスモーク排出量の低減効果に比してごく僅かなものであり、例えば噴射時期の最適設定などにより十分に対処可能である。よって、本実施形態の燃料噴射制御装置によれば、トータルとしてのエンジン１の排ガス特性を大幅に改善することができる。
【００３２】
以上のように本実施形態のエンジンの燃料噴射装置は、メイン噴射中において燃料噴射弁２の燃料噴射率を一旦低下させた後に増加するように制御しているため、筒内への供給燃料が一時的に減少して拡散燃焼における燃料過濃領域の形成を抑制でき、これによりスモーク排出量を大幅に低減できると共に、燃焼状態の改善により燃費を大幅に向上させることができる。
【００３３】
さらに、燃料噴射率の低下を開始する時期を、燃料噴射率の増加に対して熱発生率の増加が追従しなくなるタイミングｂ’（必然的に燃料噴射率波形の後半）に設定しているため、結果として燃料過濃領域が形成され始める最適な時期に燃料噴射率の低下を開始でき、もって、燃料過濃領域の形成をより確実に抑制することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば針弁のリフト量制御の態様は、上記実施形態の説明以外にも種々の方法で変更可能である。例えば、甚だしい燃料過濃領域が形成される運転領域では、筒内への燃料供給を完全に中断して燃料噴射率を０まで低下させるように、燃料噴射中において針弁のリフト量を一旦０まで減少させてもよい。また、減少させた針弁のリフト量をタイミングｃから一定期間に亘って一定値に保持し、その後に増加させてもよい。さらに、減少後の燃料噴射率を再び最大値まで増加させることなく、増加途中で一定値に保持してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態のエンジンの燃料噴射制御装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵによる燃料噴射弁の制御及び筒内での燃焼状況を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１    エンジン
２    燃料噴射弁(燃料噴射手段)
４    コモンレール（燃料供給手段）
１１  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2009156045.tif 000003
【図２】
2009156045.tif 000004