(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック位置を変更することで供給される水の量を変更する水供給ポンプをそなえ、該水供給ポンプにより供給された該水をエンジンの燃焼室に噴射しうる水噴射式エンジンにおいて、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて該水の噴射量を設定する制御手段とをそなえ、
該エンジンの運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変化したときに、該水供給ポンプの該第１の運転状態におけるラック位置から該第２の運転状態における目標ラック位置までのラック位置変化量が所定量よりも大きい場合には、
該制御手段により、該水供給ポンプの１回のラック位置変化量が該所定量よりも小さくなるように、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割されるように構成されていることを特徴とする、水噴射量制御装置。
【請求項２】
該制御手段が、
該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて、該第２の運転状態における該水供給ポンプの目標ラック位置を求める目標ラック位置設定手段と、
該水供給ポンプの該第１の運転状態におけるラック位置から該目標ラック位置までのラック位置変化量を算出するラック位置変化量算出手段と、
該ラック位置変化量が、所定量よりも大きい場合には、該水供給ポンプの１回のラック位置変化量を該所定量よりも小さく設定し、該水供給ポンプのラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段と、
をそなえていることを特徴とする、請求項１記載の水噴射量制御装置。
【請求項３】
該所定量が、エンジン回転数と負荷とのマップにより設定されることを特徴とする、請求項１又は２記載の水噴射量制御装置。
【請求項４】
該水噴射式エンジンが、該水供給ポンプに加えて、ラック位置を変更することで供給される燃料の量を変更する燃料噴射ポンプをそなえ、
該制御手段が、
該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割された場合に、該燃料噴射ポンプのラック位置の変更を該水供給ポンプと同様に複数回に分割する燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段をそなえていることを特徴とする、請求項２又は３記載の水噴射量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に燃料と水とを噴射する水噴射式ディーゼルエンジンに用いて好適の、水噴射量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、その燃焼が所謂筒内空気圧縮着火によって行なわれるため、排ガス中に含まれる各成分の生成メカニズムがガソリン予混合燃焼の場合と異なったものとなる。すなわち、ディーゼルエンジンでは、一般的に燃焼が空気過剰の状態で行なわれ、ＨＣ（炭化水素）とＣＯ（一酸化炭素）との排出濃度が比較的低水準になるのに対し、燃焼温度が高くなることからＮＯｘ（窒素酸化物）が比較的多く発生する。
【０００３】
また、燃料噴射が行なわれた後、燃料蒸気又は極端な過濃度混合気が局所的に高温雰囲気に晒される結果、燃料分子が熱分解されて炭素粒子が形成されやすい。このため、排ガス中には多量のすすが含まれることになる。特に、高負荷時には燃焼温度が高くなり、ＮＯｘの発生が促進され、また、低負荷時と比べて燃料密度が高くなることから、上記の炭素粒子が再び空気に触れる機会が減少し、より多くのすすが排出されるようになる。
【０００４】
そこで、燃焼室内に燃料と水とを混合噴射して燃焼を行なわせるようにした、所謂水噴射式ディーゼルエンジンが提案されている。この水噴射式ディーゼルエンジンでは、燃料噴射時に燃料とともに水を燃焼室内に噴射するものであり、これにより、燃焼温度が低下してＮＯｘの発生を抑制することができる。また、水の気化による小爆発、つまり、水の発散現象により、燃焼室内に渦流が生成され、燃焼効率が向上してすすの発生が抑制される。さらに、この燃焼効率の向上により燃費が改善されるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような水噴射式ディーゼルエンジンでは、エンジンの運転状態（具体的には、エンジン回転数及びエンジン負荷）に応じて、燃焼室内に噴射される燃料や水の量が制御される。また、水噴射式ディーゼルエンジンには、燃料を加圧する燃料噴射ポンプ及び、水を加圧する水供給ポンプの２つの高圧ポンプが設けられている。このうち、燃料噴射ポンプは通常のディーゼルエンジンに設けられた燃料噴射ポンプと同様に構成され、ラック位置を変更することで燃料の噴射量が変更されるものである。また、水供給ポンプもこのような燃料噴射ポンプと略同様に構成されており、やはりラック位置を変更することで水の噴射量が制御される。
【０００６】
そして、例えば図６において、エンジンの運転状態が▲１▼の状態（第１運転状態）から▲２▼の運転状態（第２運転状態）に変化した場合（図中矢印ａで示す）や、▲２▼の運転状態（第１運転状態）から▲１▼の運転状態（第２運転状態）に変化した場合（図中矢印ｂで示す）には、図７に示すようなタイムチャートにしたがって、燃料噴射及び水噴射の制御が行なわれる。
【０００７】
すなわち、図７（ｄ）に示すように、▲１▼の状態から▲２▼の状態へエンジンの運転状態が変化したことが検出されると、まず、図示しないコントローラにより、水供給ポンプのラック位置が、第１運転状態に適したラック位置Ｒww1 から第２運転状態に適したラック位置Ｒww2 に変更される（ｔ＝ｔa1）。
これにより、図７（ｂ）に示すように、水噴射量ｑw がラック位置Ｒww2 に応じた噴射量ｑw2に増加する。
【０００８】
次に、図７（ｃ）に示すように、水供給ポンプへの制御信号を発した後、コントローラでは、制御周期τだけ遅れて（ｔ＝ｔa2）、燃料噴射量を増加させるべく、燃料噴射ポンプのラック位置が第１運転状態に適したラック位置Ｒwf1 から第２運転状態に適したラック位置Ｒwf2 へ変更される。
なお、このように、燃料噴射ポンプへのラック位置変更信号が制御周期τの分だけ遅れるのは、単にコントローラの制御上、同時に信号を出力できないからであり、僅かな時間であるが制御に遅れが生じるのである。なお、以下この制御周期を制御インターバルという。
【０００９】
ところで、このような制御インターバルτが存在すると、図７（ａ）に示すように、ｔa1からｔa2までの期間で、燃料噴射量が一旦減少してしまう。これは、燃料噴射ポンプのラック位置が変更されるまで、即ち、ｔ＝ｔa2までは、燃料及び水の合計噴射量は不変であるため、ｔa1からｔa2までの期間は、水噴射量が増加した分だけ結果的に燃料噴射量が低下してしまうのである。そして、このような燃料噴射量の低下により、エンジンの出力トルクが低下して、いわゆる息つきが生じるという課題があった。
【００１０】
また、上述とは逆に、▲２▼の状態から▲１▼の状態へエンジンの運転状態が変化したことが検出された場合には、コントローラにより、水供給ポンプのラック位置が第２運転状態に適したラック位置Ｒww2 から第１運転状態に適したラック位置Ｒww1 に変更され（ｔ＝ｔb1）、これにより、図７（ｂ）に示すように、水噴射量が水供給ポンプのラック位置Ｒww1 に応じた噴射量ｑw1となる。
【００１１】
そして、水供給ポンプへの制御信号を発してから制御インターバルτだけ遅れてから（ｔ＝ｔb2）、燃料噴射量を減少するべく、燃料噴射ポンプのラック位置が第２運転状態に適したラック位置Ｒwf2 から第１運転状態に適したラック位置Ｒwf1 へ変更される。
この場合には、上述とは逆に、ｔb1からｔb2までの期間で、燃料噴射量が一旦増加してしまう。すなわち、燃料噴射ポンプのラック位置が変更される（ｔ＝ｔb2）は、燃料及び水の合計噴射量は不変であるため、結果的にｔb1からｔb2までの期間は、水噴射量が減少した分だけ燃料噴射量が増加してしまうのである。そして、このように燃料が過剰に噴射されることにより、黒煙が排出されるおそれがあった。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの運転状態の変化にともなう水供給ポンプ及び燃料噴射ポンプのラック位置の急激な変動を抑制して、トルク低下による息つきや黒煙の排出を極力抑制できるようにした、水噴射量制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の水噴射量制御装置は、ラック位置を変更することで供給される水の量を変更する水供給ポンプをそなえ、該水供給ポンプにより供給された該水をエンジンの燃焼室に噴射しうる水噴射式エンジンにおいて、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて該水の噴射量を設定する制御手段とをそなえ、該エンジンの運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変化したときに、該水供給ポンプの該第１の運転状態におけるラック位置から該第２の運転状態における目標ラック位置までのラック位置変化量が所定量よりも大きい場合には、該制御手段により、該水供給ポンプの１回のラック位置変化量が該所定量よりも小さくなるように、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割されるように構成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項１記載の構成に加えて、該制御手段が、該運転状態検出手段からの検出情報に基づいて、該第２の運転状態における該水供給ポンプの目標ラック位置を求める目標ラック位置設定手段と、該水供給ポンプの該第１の運転状態におけるラック位置から該目標ラック位置までのラック位置変化量を算出するラック位置変化量算出手段と、該ラック位置変化量が、所定量よりも大きい場合には、該水供給ポンプの１回のラック位置変化量を該所定量よりも小さく設定し、該水供給ポンプのラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段と、をそなえていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項３記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項１又は２記載の構成に加えて、該所定量が、エンジン回転数と負荷とのマップにより設定されることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明の水噴射量制御装置は、上記請求項２又は３記載の構成に加えて、該水噴射式エンジンが、該水供給ポンプに加えて、ラック位置を変更することで供給される燃料の量を変更する燃料噴射ポンプをそなえ、該制御手段が、該水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割された場合に、該燃料噴射ポンプのラック位置の変更を該水供給ポンプと同様に複数回に分割する燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段をそなえていることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置について説明すると、図１はその要部に着目した模式的なブロック図、図２はその水噴射量の特性を示すマップ、図３はその燃料噴射ポンプのラック位置を設定するためのマップである。
【００１７】
図１において、符号１はいわゆる水噴射式ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルであって、図示しないシリンダヘッドに各シリンダ毎に取り付けられている。そして、この燃料噴射ノズル１により燃焼室内に燃料と水とが混合噴射されるようになっている。
また、この燃料噴射ノズル１には、水パイプ（水供給路）３０を介して水供給ポンプ４０が接続されるとともに、燃料パイプ（燃料供給路）３１を介して燃料噴射ポンプ７０が接続されている。
【００１８】
ここで、水供給ポンプ４０及び燃料噴射ポンプ７０は、略同様の構成となっている。すなわち、燃料噴射ポンプ７０には、図示するようにラックアクチュエータ８１が装着されており、このラックアクチュエータ８１により燃料噴射ポンプ７０のラック（図示省略）を移動することで、燃料噴射ポンプ７０から燃料噴射ノズル１に供給される燃料量が変更されるようになっている。
【００１９】
また、水供給ポンプ４０には、ラックアクチュエータ８０が装着されており、このラックアクチュエータ８０により水供給ポンプ４０のラック（図示省略）を移動することで、水供給ポンプ４０から燃料噴射ノズル１に供給される水の量が変更されるようになっている。
そして、これらのポンプ４０，７０から燃料噴射ノズル１への燃料及び水の供給量を変更することで、実際に燃料噴射ノズル１から噴射される燃料量及び水の量が変更されるようになっている。
【００２０】
ところで、各ラックアクチュエータ８０，８１は、後述するコントローラ（制御手段）９０に電気的に接続されており、コントローラ９０からの制御信号にしたがって水供給ポンプ４０及び燃料噴射ポンプ７０のラック位置が制御されるようになっている。そして、各ポンプ４０，７０は、このラック位置に応じて、吐出量を０から最大エンジン負荷時の噴射量にまで連続的に変化させることができるようになっている。
【００２１】
次に、本発明の要部について説明すると、上述のコントローラ（制御手段）９０には、図１に示すように、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ９１，エンジンの負荷を検出するエンジン負荷センサ９２が接続されている。なお、エンジン負荷センサ９２は、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出することでエンジン負荷を検出するようになっている。また、これらのエンジン回転数センサ９１及びエンジン負荷センサ９２は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段５０としての機能を有している。
【００２２】
また、コントローラ９０内には、水供給ポンプ制御部９０Ａと、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂとが設けられている。これらの制御部９０Ａ，９０Ｂは、運転状態検出手段５０からの検出情報に基づいて、それぞれラックアクチュエータ８０，８１の作動を制御するものであって、各ポンプ４０，７０のラック位置を制御することで各ポンプ４０，７０から吐出される流体（水，燃料）の流量を制御するようになっている。
【００２３】
具体的には、各制御部９０Ａ，９０Ｂでは、運転状態検出手段５０（エンジン回転数センサ９１及びエンジン負荷センサ９２）からの検出情報に基づいて、エンジンの運転状態が、ある状態（第１の運転状態）から別の状態（第２の運転状態）に変化したかを判定し、エンジン運転状態が変化したと判定すると、エンジン運転状態に応じた水噴射量及び燃料噴射量となるように、各ラックアクチュエータ８０，８１に作動制御信号を出力するようになっている。なお、ここでは、エンジンの運転状態が変化する直前の状態を第１の運転状態といい、エンジンの運転状態が変化した直後の状態を第２の運転状態という。したがって、例えば図６に示す矢印ａ方向にエンジンの運転状態が変化した場合には、▲１▼の状態が第１の運転状態に相当し、▲２▼の状態が第２の運転状態に相当する。また、図６に示す矢印ｂ方向にエンジンの運転状態が変化した場合には、▲２▼の状態が第１の運転状態に相当し、▲１▼の状態が第２の運転状態に相当する。
【００２４】
さて、このような水供給ポンプ制御部９０Ａ及び燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂのうち、まず水供給ポンプ制御部９０Ａについて説明すると、水供給ポンプ制御部９０Ａには、図１に示すように、目標ラック位置設定手段６０と、ラック位置変化量算出手段６１と、ラック位置変化量分割手段６２とが設けられている。
このうち目標ラック位置設定手段６０は、運転状態検出手段５０からの検出情報に基づいて、第２の運転状態における水供給ポンプ４０の目標ラック位置Ｒww2 を求めるものである。
【００２５】
ここで、目標ラック位置設定手段６０には、目標ラック位置Ｒww2 を求めるためのマップ（図２参照）が記憶されている。このマップには、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて、燃料噴射量に対する最適な水噴射量の比が記憶されており、目標ラック位置設定手段６０では、このマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、第２の運転状態における最適な目標ラック位置Ｒww2 を設定するようになっているのである。
【００２６】
また、ラック位置変化量算出手段６１は、第１の運転状態における水供給ポンプ４０のラック位置（即ち、現在のラック位置）Ｒww1 から上記目標ラック位置設定手段６０により設定された目標ラック位置Ｒww2 までのラック位置変化量ΔＲww（＝｜Ｒww2 −Ｒww1 ｜）を算出するものである。
また、ラック位置変化量分割手段６２は、ラック位置変化量算出手段６１により算出されたラック位置変化量ΔＲwwと、所定量ΔＲwwmax とを比較するとともに、ラック位置変化量ΔＲwwが所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプ４０の１回のラック位置変化量が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるように設定して、水供給ポンプ４０のラック位置の変更を複数回に分割するものである。
【００２７】
なお、上記所定量ΔＲwwmax は、ここでは、エンジン回転数とエンジン負荷とにより設定される１回のラック位置変化量の最大値であって、図示しない３次元マップ（エンジン回転数，エンジン負荷及びΔＲwwmax ）により設定されるものである。また、この所定量ΔＲwwmax は、ラック位置の１回の変化量がこの最大値ΔＲwwmax 以上となると、エンジンのトルク変動が大きくなり、エンジンの息つきや黒煙の排出が生じることが考えられるようなラック位置変化量である。
【００２８】
すなわち、本装置では、ラック位置変化量ΔＲwwが所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合に、水供給ポンプ４０の１回のラック位置変化量を所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるように設定して、水供給ポンプ４０のラック位置の変更を複数回に分割することで、エンジン運転状態が変化したときのトルク変動を極力抑制して、エンジンの息つきや黒煙の排出を防止するようになっているのである。
【００２９】
次に、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂについて説明すると、この燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂには、エンジンの運転状態が第１の運転状態から第２の運転状態に変化したときに、燃料噴射ポンプ７０の目標ラック位置Ｒwf2 を設定する目標ラック位置設定手段６３と、この目標ラック位置設定手段６３及び上述の水供給ポンプ制御部９０Ａ内に設けられたラック位置変化量分割手段６２からの情報に基づいて、燃料噴射ポンプ７０のラック位置の変更を複数回に分割するラック位置変化量分割手段６４が設けられている。
【００３０】
ここで、目標ラック位置設定手段６３は、水供給ポンプ４０の目標ラック位置設定手段６０により設定された水供給ポンプ４０のラック位置Ｒwwに基づいて燃料噴射ポンプ７０のラック変化量ΔＲwfを設定するものであり、例えば図３に示すようなマップが記憶されている。
また、ラック位置変化量分割手段６４は、水供給ポンプ制御部９０Ａのラック位置変化量分割手段６２からの情報に基づいて、水供給ポンプ４０のラック位置変更が複数回に分割されると、これと同様に燃料噴射ポンプ７０のラック位置変更を複数回に分割するものである。
【００３１】
これにより、エンジン運転状態の変化時に、水供給ポンプ４０のラック位置変化量ΔＲwwが所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、燃料噴射ポンプ７０のラック位置の変更も、水供給ポンプ４０のラック位置の変更回数と同一の回数に分割されるようになっている。
本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置は上述のように構成されているので、エンジンの運転状態が変化した場合には、例えば図４に示すようなタイムチャートにしたがって、燃料噴射及び水噴射の制御が行なわれる。
【００３２】
まず、エンジンの運転状態が、図６に示す▲１▼の状態（第１の運転状態）から▲２▼の状態（第２の運転状態）へ変化した場合について説明する。
コントローラ９０では、エンジン回転数センサ９１及びエンジン負荷センサ９２からのエンジン回転数情報及びエンジン負荷情報に基づいて、エンジン運転状態が変化したか否かを判定し、エンジン運転状態が変化したと判定した場合には、目標ラック位置設定手段６０おいて、図２に示すようなマップから水供給ポンプ４０の目標ラック位置Ｒww2 を設定する。
【００３３】
そして、ラック位置変化量算出手段６１により、現在の水供給ポンプ４０のラック位置Ｒww1 から目標ラック位置Ｒww2 までのラック位置変化量ΔＲww（＝Ｒww2 −Ｒww1 ）を算出する。さらに、ラック位置変化量分割手段６２において、このラック位置変化量ΔＲwwが、所定量ΔＲwwmax よりも大きいか否かを判定する。なお、この所定量ΔＲwwmax は、図示しないマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて設定される。
【００３４】
ここで、ラック位置変化量ΔＲwwが所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプの１回のラック位置変化量が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるように、水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割される。この場合、具体的には、最初の水供給ポンプ４０の指示ラック位置Ｒwwd がＲww1 ＋ΔＲwwmax として設定される。
【００３５】
これにより、図４（ｄ）のタイムチャートに示すように、制御開始時ｔ＝ｔa1において、水供給ポンプ４０のラック位置がＲww1 ＋ΔＲwwmax に設定される。また、これにより、水噴射量ｑw は、図４（ｂ）に示すように、ｑw1＋Δｑw となる。
一方、図４（ａ）に示すように、水噴射量の増加にともない燃料噴射量ｑf は一時的に減少する。これは、燃料噴射ポンプ７０のラック位置が変更されるまでの間（即ち、ｔ＝ｔa2までの間）は、燃料及び水の合計噴射量が不変であるため、ｔa1からｔa2までの期間は、結果的に水噴射量が増加した分だけ燃料噴射量が低下するのである。
【００３６】
しかしながら、本装置では、水噴射量の増加分が所定量ΔＲwwmax 以下となるように、水供給ポンプ４０の１回のラック位置変更が抑制されるため、このような燃料噴射量の低下も抑制でき、トルク低下を最小限に抑制して、いわゆる息つきを防止することができるのである。
そして、コントローラ９０の次の制御周期（ｔ＝ｔa2）において燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfが制御される。このとき、燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfは、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂの目標ラック位置設定手段６３により設定されることになるが、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂのラック位置変化量分割手段６４では、水供給ポンプ制御部９０Ａのラック位置変化量分割手段６２からの情報を取り込んで、水供給ポンプ４０のラック位置の変更が複数回に分割された場合には、水供給ポンプ４０のラック位置変更の分割と同様に燃料噴射ポンプ７０のラック位置の変更を複数回に分割する。
【００３７】
すなわち、図４（ｃ）に示すように、ｔ＝ｔa2において、燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfが、Ｒwf1 ＋ΔＲwfに設定される。これにより、図４（ａ）に示すように、燃料噴射量ｑf はｑf1＋Δｑf となる。
そして、さらにコントローラ９０の次の制御周期（ｔ＝ｔa3）において、水供給ポンプ４０のラック位置Ｒww1 ＋ΔＲwwmax が再び変更される。
【００３８】
このとき、前回の指示ラック位置Ｒwwd （＝Ｒww1 ＋ΔＲwwmax ）と目標ラック位置Ｒww2 との差〔｜Ｒww2 −（Ｒww1 ＋ΔＲwwmax ）｜〕が所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、再び指示ラック位置Ｒwwd を前回のラック位置Ｒww1 ＋ΔＲwwmax に所定量ΔＲwwmax だけ加えたものを新たな指示ラック位置Ｒwwd として設定する（ｔ＝ｔa3）。以下、直前に変更したラック位置Ｒwwd と目標ラック位置Ｒww2 との差が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるまで、水供給ポンプ４０のラック位置の変更を複数回に分割するのである。
【００３９】
そして、前回の指示ラック位置Ｒwwd と目標ラック位置Ｒww2 との差が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなると、目標ラック位置Ｒww2 を最終的な指示ラック位置Ｒwwd として設定する。すなわち、Ｒww1 ＋ｎ・ΔＲwwmax ＞Ｒww2 を満たすまで、水供給ポンプ４０のラック位置の変更をｎ回繰り返すのである。
なお、図４に示す例では、水供給ポンプ４０の２回目の指示ラック位置Ｒwwd が目標ラック位置Ｒww2 となる場合を示している。すなわち、この場合には、図４（ｄ）に示すように、ｔ＝ｔa3において、水供給ポンプ４０の指示ラック位置Ｒwwd が目標ラック位置Ｒww2 に設定され、これにより、図４（ｂ）に示すように、水噴射量ｑw が段階的にｑw1からｑw2に変化するのである。
【００４０】
また、このときには、図４（ａ）に示すように、燃料噴射量ｑf はｔ＝ｔa1のときと同様に、水噴射量ｑw の増加にともない一時的に減少するが、次の制御周期（ｔ＝ｔa4）になると、燃料噴射ポンプ７０のラック位置がＲwf2 に設定され、これにより、水及び燃料の噴射量が、第２の運転状態に応じたものとなる。
一方、エンジンの運転状態が、図６に示す▲２▼の状態（第１の運転状態）から▲１▼の状態（第２の運転状態）へ変化した場合について説明すると、この場合も、上述と略同様に制御される。なお、以下の場合には、添小文字２が第１の運転状態を表し、添小文字１が第２の運転状態を表している。
【００４１】
まず、コントローラ９０では、目標ラック位置設定手段６０おいて、水供給ポンプ４０の目標ラック位置Ｒww1 を設定し、次に、ラック位置変化量算出手段６１により、現在の水供給ポンプ４０のラック位置Ｒww2 から目標ラック位置Ｒww1 までのラック位置変化量ΔＲww（＝｜Ｒww1 −Ｒww2 ｜）を算出する。さらに、ラック位置変化量分割手段６２において、このラック位置変化量ΔＲwwが、図示しないマップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて設定された所定量ΔＲwwmax よりも大きいか否かを判定する。
【００４２】
ラック位置変化量ΔＲwwが所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、水供給ポンプの１回のラック位置変化量が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるように、水供給ポンプのラック位置の変更が複数回に分割される。この場合、具体的には、最初の水供給ポンプ４０の指示ラック位置Ｒwwd がＲww2 −ΔＲwwmax として設定される。
【００４３】
これにより、図４（ｄ）のタイムチャートに示すように、制御開始時ｔ＝ｔb1において、水供給ポンプ４０のラック位置がＲww2 −ΔＲwwmax に設定され、したがって、水噴射量ｑw は、図４（ｂ）に示すように、ｑw2−Δｑw となる。
一方、図４（ａ）に示すように、水噴射量の減少にともない燃料噴射量ｑf は一時的に増加する。これは、燃料噴射ポンプ７０のラック位置が変更されるまでの間（即ち、ｔ＝ｔB2までの間）は、燃料及び水の合計噴射量が不変であるため、ｔB1からｔB2までの期間は、水噴射量が低下した分だけ結果的に燃料噴射量が増加するのである。
【００４４】
しかしながら、本装置では、水噴射量の減少分が所定量ΔＲwwmax 以下となるように、水供給ポンプ４０の１回のラック位置変更が抑制されるため、このような燃料噴射量の増加も抑制され、黒煙の排出を最小限に抑制することができるのである。
そして、コントローラ９０の次の制御周期（ｔ＝ｔb2）において燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfが制御される。このとき、燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfは、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂの目標ラック位置設定手段６３により設定されることになるが、燃料噴射ポンプ制御部９０Ｂのラック位置変化量分割手段６４では、水供給ポンプ制御部９０Ａのラック位置変化量分割手段６２からの情報を取り込んで、水供給ポンプ４０のラック位置の変更が複数回に分割された場合には、この水供給ポンプ４０のラック位置変更の分割制御と同様に燃料噴射ポンプ７０のラック位置の変更を複数回に分割する。
【００４５】
すなわち、図４（ｃ）に示すように、ｔ＝ｔb2において、燃料噴射ポンプ７０のラック位置Ｒwfは、Ｒwf2 −ΔＲwfに設定される。これにより、図４（ａ）に示すように、燃料噴射量ｑf はｑf2−Δｑf となる。
そして、さらにコントローラ９０の次の制御周期（ｔ＝ｔb3）において、水供給ポンプ４０のラック位置Ｒww2 −ΔＲwwmax が再び変更される。
【００４６】
このとき、前回の指示ラック位置Ｒwwd （＝Ｒww2 −ΔＲwwmax ）と目標ラック位置Ｒww1 との差〔｜Ｒww1 −（Ｒww2 −ΔＲwwmax ）｜〕が所定量ΔＲwwmax よりも大きい場合には、再び指示ラック位置Ｒwwd を前回のラック位置Ｒww2 −ΔＲwwmax に所定量ΔＲwwmax だけ減じたものを新たな指示ラック位置Ｒwwd として設定する（ｔ＝ｔb3）。以下、直前に変更されたラック位置Ｒwwd と目標ラック位置Ｒww1 との差が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなるまで、水供給ポンプ４０のラック位置を複数回に分割するのである。
【００４７】
そして、前回の指示ラック位置Ｒwwd と目標ラック位置Ｒww1 との差が所定量ΔＲwwmax よりも小さくなると、目標ラック位置Ｒww1 を最終的な指示ラック位置として設定する。すなわち、Ｒww2 −ｎ・ΔＲwwmax ＜Ｒww1 を満たすまで、水供給ポンプ４０のラック位置の変更をｎ回繰り返すのである。
なお、図４に示す例では、水供給ポンプ４０の２回目の指示ラック位置Ｒwwd が目標ラック位置Ｒww1 となる場合を示している。すなわち、この場合には、図４（ｄ）に示すように、ｔ＝ｔb3において、水供給ポンプ４０の指示ラック位置Ｒwwd が目標ラック位置Ｒww1 に設定され、これにより、図４（ｂ）に示すように、水噴射量ｑw が段階的にｑw2からｑw1となる。
【００４８】
また、このときには、図４（ａ）に示すように、燃料噴射量ｑf はｔ＝ｔb1のときと同様に、水噴射量ｑw の減少にともない一時的に増加するが、次の制御周期（ｔ＝ｔb4）になると、燃料噴射ポンプ７０のラック位置がＲwf1 に設定され、これにより、水及び燃料の噴射量が、第２の運転状態に応じたものとなる。
ところで、このような水噴射量制御装置は、例えば図５に示すようなフローチャートにしたがって水供給ポンプ４０及び燃料噴射ポンプ７０のラック位置制御が行なわれる。
【００４９】
すなわち、まずステップＳ１において、図２に示すような３次元マップからエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、水供給ポンプ４０の目標ラック位置Ｒww2 を読み込むとともに、フラグＦを０に設定する。次に、ステップＳ２に進んで、図示しない３次元マップからエンジン回転数及びエンジン負荷とに基づいて１回のラック位置変化量の最大値ΔＲwwmax を読み込む。
【００５０】
そして、ステップＳ３に進んで、現在のラック位置Ｒww1 から目標ラック位置Ｒww2 までの変化量｜Ｒww2 −Ｒww1 ｜とステップＳ２で求めた水供給ポンプ４０の１回のラック位置変化量の最大値ΔＲwwmax との大きさを比較する。ここで、ラック位置の変化量｜Ｒww2 −Ｒww1 ｜が上記の最大値ΔＲwwmax よりも小さい場合には、ステップＳ４に進んで、水供給ポンプ４０の指示ラック位置Ｒwwd を目標ラック位置Ｒww2 に設定するとともに、フラグＦが１に設定され、次にステップＳ６に進む。
【００５１】
一方、ステップＳ３で、ラック位置の変化量｜Ｒww2 −Ｒww1 ｜が最大値ΔＲwwmax よりも大きいと判定されると、ステップＳ５に進んで、指示ラック位置Ｒwwd がＲww1 ＋ΔＲwwmax に設定される。また、これ以降のルーチンで再びこのステップＳ５を通るときに、前回の指示ラック位置Ｒwwd に対して再びΔＲwwmax を加算するように、Ｒww1 ＝Ｒwwd と設定される。
【００５２】
そして、ステップＳ６で水供給ポンプ４０のラック位置が指示ラック位置Ｒwwd に駆動されて、所定の水噴射量で水が噴射される。
その後、ステップＳ７に進み、燃料噴射ポンプ７０のラック位置増加分ΔＲwfが、水供給ポンプ４０の噴射量に応じて設定される。このときには、燃料噴射ポンプ７０のラック位置増加分ΔＲwfは、ステップＳ６で制御された水供給ポンプ４０のラック位置Ｒwwに基づいて設定される。そして、ステップＳ８に進んで、燃料噴射ポンプ７０のラック位置ＲwfがＲwf1 ＋ΔＲwfに設定され、燃料噴射制御が実行される。
【００５３】
この後、ステップＳ９においてフラグがＦ＝１か否かが判定され、Ｆ＝１であればリターンし、そうでなければステップＳ３に戻り、Ｆ＝１になるまでステップＳ３〜ステップＳ８を繰り返し実行する。
本発明の水噴射量制御装置では、このように水噴射ポンプ４０及び燃料噴射ポンプ７０のラック位置が制御されるので、水供給ポンプ４０及び燃料噴射ポンプ７０のラック位置の急激な変動を抑制することができる利点がある。具体的には、エンジン運転状態が変化したときに、燃料の噴射量が一時的に急激に落ち込んだり、燃料の過剰噴射を抑制することができるのである。そして、これにより、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。
【００５４】
また、本装置の水噴射量制御装置によれば、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
さらには、所定量ΔＲwwmax は、ここでは、エンジン回転数とエンジン負荷とにより設定されるので、エンジン運転状態に応じたきめ細かなラック位置制御を行なうことができるという利点がある。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、水供給ポンプのラック位置の急激な変動を抑制することができ、これにより、エンジン運転状態が変化したときに、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。
【００５６】
また、請求項２記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、上述と同様の利点があるほか、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点も有している。
また、請求項３記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、エンジン運転状態に応じたきめ細かなラック位置制御を行なうことができるという利点がある。
【００５７】
また、請求項４記載の本発明の水噴射量制御装置によれば、水供給ポンプ及び燃料噴射ポンプのラック位置の急激な変動を抑制することができる利点がある。これにより、エンジン運転状態が変化したときに、燃料の噴射量が一時的に急激に落ち込んだり燃料が過剰に噴射されたりすることを抑制することができ、エンジンのトルク低下による息つきや、黒煙の排出を抑制することができるという利点がある。また、従来の水噴射式エンジンに対して、新たな部品等を設ける必要がなく制御ロジックを変更するだけでよいので、コスト増や重量増を招くこともないという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における要部構成に着目した模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における水噴射量の特性を示すマップである。
【図３】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における燃料噴射ポンプのラック位置を設定するためのマップである。
【図４】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】本発明の一実施形態としての水噴射量制御装置における動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】一般的なエンジンの運転状態の変化を説明するための図である。
【図７】従来の水噴射量制御装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１  燃料噴射ノズル１
３０  水パイプ（水供給路）
３１  燃料パイプ（燃料供給路）
４０  水供給ポンプ
５０  運転状態検出手段
６０  水供給ポンプ目標ラック位置設定手段
６１  水供給ポンプラック位置変化量算出手段
６２  水供給ポンプラック位置変化量分割手段
６３  燃料噴射ポンプ目標ラック位置設定手段
６４  燃料噴射ポンプラック位置変化量分割手段
７０  燃料噴射ポンプ
８０，８１  ラックアクチュエータ
９０  コントローラ（制御手段）
９０Ａ  水供給ポンプ制御部
９０Ｂ  燃料噴射ポンプ制御部
９１  エンジン回転数センサ
９２  エンジン負荷センサ
【図１】
0003791100.tif 000002
【図２】
0003791100.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003791100.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003791100.tif 000007
【図７】
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