JP2000130237A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】実際に燃料噴射が行われているかどうか判断し
ながら、燃料の噴射圧を噴射状況に応じて補正し、アイ
ドル時の燃費や燃焼騒音の悪化を回避する。 【解決手段】燃料供給ポンプで加圧された燃料を高圧状
態で蓄えるコモンレール２６と、コモンレール２６の燃
料圧力を運転状態に応じて変化させる吐出量制御電磁弁
３５と、コモンレール２６からの高圧燃料を噴射する燃
料インジェクタ１とを備える。エンジンのアイドル運転
時に各気筒の燃料インジェクタ１からの燃料噴射状態
を、例えばエンジン回転数変動に基づいて判断し、回転
数変動の落ち込みが大きく、これにより燃料噴射が行わ
れない気筒があると判断されたときには、噴射するまで
コモンレール２６の燃料圧力を上昇補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料蓄圧式のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃料噴射装置とし
て、加圧した燃料を蓄圧室に溜めておき、この燃料噴射
時期にインジェクタからこの蓄圧燃料を噴射するように
した、いわゆるコモンレール式の燃料噴射装置が知られ
ている（例えば特開昭６２−２５８１６０号公報参
照）。

【０００３】蓄圧室に蓄えられる燃料の圧力は運転条件
によって変化し、蓄圧室に設けた圧力センサからの信号
により、所望の圧力となるようにポンプからの供給圧を
調整している。

【０００４】燃料のインジェクタは、燃料の噴射を制御
する針弁が、その背圧を制御することにより開閉するよ
うになっている。つまり、針弁の背圧室には燃料圧力を
導き、この背圧室の圧力を電磁弁により開放すると、油
溜室に作用する燃料圧力により針弁がリフトし、燃料噴
射が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料インジ
ェクタの針弁は、背圧室と油溜室との圧力のバランスに
より開閉作動し、このため、例えば針弁のシート部の受
圧面積が、生産時の製作誤差や、長時間の運転による摩
耗などにより変化すると、針弁のリフトと燃料圧力の関
係が変動することがあった。

【０００６】とくに、アイドル運転時など燃料噴射の制
御精度、あるいは燃焼騒音の低減などのため、蓄圧室の
燃料圧力を低下させたときには、燃料噴射時の圧力の低
下により、気筒によっては針弁がリフトせず、燃料の噴
射が行われないという問題を生じることがあった。

【０００７】この対策として、アイドル時などの燃料圧
力を相対的に高めれば、それだけサプライポンプの駆動
負荷が増加し、また燃費や燃焼騒音が悪化することにな
る。

【０００８】本発明は、実際に燃料噴射が行われている
かどうか判断しながら、燃料の噴射圧を噴射状況に応じ
て補正することにより、上記した問題を解決することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明において、燃
料供給ポンプで加圧された燃料を高圧状態で蓄える燃料
蓄圧室と、この燃料蓄圧室の燃料圧力を運転状態に応じ
て変化させる圧力制御手段と、燃料蓄圧室からの高圧燃
料を噴射する燃料インジェクタと、を備えたディーゼル
エンジンにおいて、エンジンアイドル運転状態を判定す
る手段と、アイドル運転時に各気筒の燃料インジェクタ
からの燃料噴射状態を判断する手段と、燃料噴射が行わ
れない気筒があると判断されたときに噴射するまで前記
蓄圧室の燃料圧力を上昇補正する補正手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１０】第２の発明は、前記燃料圧力を上昇補正し
たときにはこの補正値を学習し、次のアイドル運転時に
は学習した補正値により燃料圧力を制御する燃料圧力学
習制御手段を備える。

【００１１】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記燃料噴射状態判断手段は、エンジン回転数の
検出手段からの信号に基づいてアイドル回転数の変動が
設定値を越えたときに無噴射気筒があるものと判断する
ように構成される。

【００１２】第４の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設置した
空気過剰率検出手段からの信号に基づいて排気中の空気
過剰率が設定値を越えたときに無噴射気筒があるものと
判断するように構成される。

【００１３】第５の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設置した
ＮＯｘ濃度検出手段からの信号に基づいて排気中のＮＯ
ｘ濃度が設定値以下のときに無噴射気筒があるものと判
断するように構成される。

【００１４】第６の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設置した
ＨＣ濃度検出手段からの信号に基づいて排気中のＨＣ濃
度が設定値以下のときに無噴射気筒があるものと判断す
るように構成される。

【００１５】第７の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設置した
排気温度検出手段からの信号に基づいて排気温度が設定
値以下のときに無噴射気筒があるものと判断するように
構成される。

【００１６】

【発明の作用、効果】第１の発明では、各気筒の燃料噴
射状態を判断し、もし無噴射の気筒があればこのときに
限り燃料圧力を上昇補正する。したがって無噴射気筒が
あれば、必要に応じて噴射圧を高め、無噴射状態を回避
するので、燃料圧力を必要以上に高めることがなく、そ
れだけアイドル燃費や燃焼騒音の悪化を抑え、またポン
プ駆動負荷が不必要に増加することもない。

【００１７】第２の発明では、前回の燃料圧力が学習さ
れるので、次のアイドル運転時に無噴射になることがな
く、エンジンのアイドル安定性が向上する。

【００１８】第３から第７の発明では、それぞれ燃料イ
ンジェクタの噴射状態を確実に判断することができ、こ
れに基づいて燃料圧力の補正が的確に行える。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態について
図に基づいて説明する。

【００２０】図１は燃料供給系統の構成、図２は燃料イ
ンジェクタの概略断面図を示すものである。

【００２１】図１において、各気筒の燃料インジェクタ
１は、それぞれ噴射管２７を介して高圧燃料の蓄圧室、
いわゆるコモンレール２６に接続している。このコモン
レール２６には燃料供給管２８、チェック弁２９を介し
て高圧供給ポンプ３０に接続されている。この高圧供給
ポンプ３０は燃料タンク３１から燃料フィルタ３２を経
由して低圧の燃料フィードポンプ３３からの燃料を吸入
し、これを所定の高圧にまで昇圧するもので、高圧供給
ポンプ３０はエンジンによりドライブシャフト３４が回
転駆動されると、内部のピストンが往復し、フィードポ
ンプ３３からの燃料を吸入し、これを加圧してコモンレ
ール２６に圧送する。また、高圧供給ポンプ３０には吐
出量制御電磁弁３５が備えられ、この電磁弁３５により
ポンプ吐出量が調整され、これに応じてコモンレール２
６に対する供給圧力が制御される。

【００２２】３６は電子制御ユニットであり、ここには
エンジン回転センサ、アクセル開度センサ、エンジン冷
却水温センサなどからの信号が入力し、同時にコモンレ
ール２６の燃料圧力を検出する圧力センサ３７からの信
号が入力し、これらから判断されるエンジン運転状態に
応じて目標燃料圧力となるように、前記吐出量制御電磁
弁３５の開度が制御される。

【００２３】また、電子制御ユニット３６は後述する燃
料噴射インジェクタ１の燃料噴射時期、噴射量を制御す
る電磁弁２２も制御する。

【００２４】次に図２によって燃料インジェクタ１の構
成を説明する。

【００２５】燃料インジェクタ１は、ノズルホルダ２、
噴射ノズル３、噴射駆動部４とから構成され、リテーナ
ナット５によりノズルホルダ２と噴射ノズル３とが一体
的に結合される。噴射ノズル３の内部には針弁９の摺動
孔６及び燃料溜まり室７が形成され、その先端には燃料
溜まり室７と連通するノズル孔８が形成される。大径部
１０を前記摺動孔６に摺動自由に収装される針弁９に
は、大径部１０に連結部１１が形成される一方、先端の
小径部１２には弁体部１３が一体に形成され、この弁体
部１３によりノズル孔８が開閉され、燃料の噴射が行わ
れる。

【００２６】針弁９の連結部１１の上端にはプッシュロ
ッド１４が連接され、このプッシュロッド１４はノズル
ホルダ２に形成されたシリンダ１５に摺動自由に挿通さ
れている。針弁９はバネ１６により閉弁方向に付勢され
ている。なお、１７はノズルホルダ２と噴射ノズル３と
の位置決めを行うノックピンである。

【００２７】ノズルホルダ２の上部には、針弁９、プッ
シュロッド１４を駆動するための噴射駆動部４が配置さ
れ、この噴射駆動部４には電磁弁２２が内蔵されてい
て、コネクタ部２３を介して前記電子制御ユニット３６
からの制御電流が供給される。

【００２８】電磁弁２２はプッシュロッド１４の背圧室
３８と低圧側の燃料出口２４とを連通する連通路３９を
開閉することで、背圧室３８に導入される燃料圧力を制
御して針弁９の開閉を行う。なお、燃料出口２４は燃料
タンクへと接続する。

【００２９】燃料インレット１８からの燃料は燃料通路
１９を介して前記燃料溜まり室７へと導かれる一方、分
岐路を介して背圧室３８に導入され、互いの圧力が等し
いときには針弁９とプッシュロッド１４の有効受圧面積
差により針弁９が閉弁保持されるが、電磁弁２２が開い
て背圧室３８の圧力が低下すると、針弁９がプッシュロ
ッド１４を押し上げつつ開弁するのである。

【００３０】図中２５は噴射駆動部４をノズルホルダ２
に結合するためのロックナットである。

【００３１】そして、本発明は、前記電子制御ユニット
３６が、エンジンのアイドル運転時など、各気筒の燃料
インジェクタ１からの噴射状況を判断し、燃料噴射の行
われない気筒があるときには、コモンレール２６の燃料
圧力を増加補正することで、無噴射状態を回避する。

【００３２】このための制御内容について、図３のフロ
ーチャートにしたがって詳しく説明する。

【００３３】ステップＳ１では運転状態で読み込み、ス
テップＳ２でアイドルスイッチがＯＮかどうかの判定を
行い、もしＯＮでなければアイドル運転時でないものと
判断して制御を終了する。

【００３４】アイドルスイッチＯＮのときは、ステップ
Ｓ３に進んで各気筒毎のエンジン回転数（回転速度）を
算出する。アイドル運転時のエンジン回転数は図４にも
あるように、その気筒で燃焼が行われたときに最高値を
示し、次の燃焼までの間に回転数は低下していくのであ
り、これが気筒毎に周期的に変動する。もし、燃料噴射
が行われない気筒があると、その気筒の燃焼時の回転数
のピーク値は下がり、したがって例えば圧縮上死点での
回転数を検出し、ステップＳ４において、これが設定値
ΔＮよりも低いかどうかを判断することにより、無噴射
気筒を判定できる。

【００３５】もし、無噴射気筒がないときは、制御を終
了するが、いずれかの気筒が無噴射であると判断された
ときは、ステップＳ５でコモンレール圧力の補正量を算
出して燃料圧力を所定値だけ増加補正する。この増加補
正は吐出量制御電磁弁３５を制御し、ポンプ吐出量を増
量することにより行う。

【００３６】このように燃料圧力を増加させたら、再び
ステップＳ６でステップＳ４と同じようにして、無噴射
気筒の判定を繰り返す。もし、無噴射気筒があればステ
ップＳ５に戻り、一定値だけ燃料圧力をさらに増加補正
する。この制御は無噴射気筒が無くなるまで繰り返し行
われ、無噴射気筒が無くなったときには、ステップＳ７
に移行してそのときの燃料圧力を、アイドル運転時のコ
モンレール圧として学習し、次回のアイドル運転時から
はアイドル運転時にこの燃料圧力を保つ。

【００３７】次に全体的な作用について説明する。

【００３８】エンジンの運転状態に応じてコモンレール
２６の燃料圧力は調整され、アイドル運転時など燃料噴
射量の小さい領域では噴射圧が低く、これにより燃料噴
射量の制御精度を高め、また燃焼騒音の低減を図ってい
る。これに対して高負荷時など燃料噴射量の大きい領域
では噴射圧を高くして、燃料噴射時間が長引くのを防
ぎ、噴射率を高めてスモークの発生を抑制している。

【００３９】燃料インジェクタ１の針弁９は燃料溜まり
室７と背圧室３８との圧力バランスに応じて開閉する
が、その受圧面積に誤差や経年変化が生じると、とくに
噴射圧の低い領域で針弁９がリフトしなくなることもあ
る。

【００４０】そこで本発明では、エンジンのアイドル運
転が安定した状態において、各気筒の燃料インジェクタ
１から適正に燃料が噴射されているかどうか判断してい
る。この噴射状況の判断はアイドル回転での回転数変動
から検出し、燃料噴射が行われない気筒があると、その
気筒の燃焼順序のときの回転数が大きく低下するため、
この回転数の落ち込みが設定値を越えたときに無噴射で
あると判断する。

【００４１】噴射が行われない気筒があると、コモンレ
ール２６の設定燃料圧力を通常のアイドル運転での圧力
よりも高めて、再度燃料噴射が行われているかどうか判
断する。燃料圧力の上昇制御は、無噴射気筒が無くなる
まで行われ、全ての気筒で燃料噴射が行われていること
が確認された時点で、その燃料圧力が維持される。

【００４２】このようにして、もしも燃料の噴射が行わ
れない気筒があったとしても、必要最小限の圧力上昇に
よりこれを回避でき、したがって予め燃料圧力を相対的
に上昇させておくのに比較して、不必要な噴射圧の増加
を抑え、アイドル運転特性を良好に維持することが可能
となる。

【００４３】他の実施形態を図５から図７によって説明
する。

【００４４】図５のものは、無噴射気筒を各気筒の空気
過剰率から判断するようにしたものである。

【００４５】このため、エンジン排気系に空気過剰率セ
ンサあるいは酸素濃度センサを設け、この出力とクラン
ク角度とから無噴射気筒を判断する。排気中の酸素濃度
は燃焼タイミングに同期して変動し、もし無噴射気筒が
あると、その気筒からの排気中の酸素濃度が著しく高く
なる。したがってこのことから燃料の噴射が行われてい
ないことが判断でき、排気中の酸素濃度が設定値以上の
時に無噴射であることを検出する。

【００４６】図５のフローチャートは、ステップＳ３に
おいてのみ、図３のものと相違し、ここでは上記のよう
に各気筒の空気過剰率から無噴射気筒の判定をしてい
る。判定の結果が出ると、その後の制御については、図
３と同一のため説明は省く。

【００４７】また、図６のものは、無噴射気筒の判断
を、エンジン排気系に設置したＮＯｘ濃度センサの出力
に基づいて行う点で上記と相違する。無噴射気筒がある
と、燃焼が行われないためにその気筒からの排気中のＮ
Ｏｘ濃度は大幅に低下する。

【００４８】したがって、これによっても無噴射の判断
が行えるのであり、このため図６のステップＳ３でＮＯ
ｘ濃度を算出し、これが設定値以下のときには無噴射で
あるとの判断を行っている。

【００４９】さらに図７のものは、無噴射気筒の判断
を、エンジン排気系に設置したＨＣ濃度センサの出力に
基づいて、排気中のＨＣ濃度から判定している。これも
図６のものもと基本的には同じ原理であり、燃焼しない
気筒の排気中に含まれるＨＣは極端に低くなり、これか
ら無噴射気筒の判断を容易に行うことができる。

【００５０】このため、図７のステップＳ３で排気中の
ＨＣ濃度から無噴射の判定を行うようにしている。

【００５１】おな、無噴射気筒の判断のために、図には
示さないが、排気系に温度センサを設けておき、排気温
度の検出値が設定値以下のときにも、同じく燃焼が行わ
れない気筒があったものとして、無噴射を判断すること
ができる。

【００５２】本発明は上記実施形態に限られず、その技
術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明
白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の燃料供給系統を示す構成
図。

【図２】燃料インジェクタの概略断面図。

【図３】第１の実施形態の制御内容を示すフローチャー
ト。

【図４】アイドル運転時のエンジン回転速度の変動を示
す説明図。

【図５】第２の実施形態の制御内容を示すフローチャー
ト。

【図６】第３の実施形態の制御内容を示すフローチャー
ト。

【図７】第４の実施形態の制御内容を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１ 燃料インジェクタ ９ 針弁 ７ 燃料溜まり室 １４ プッシュロッド ２６ コモンレール（蓄圧室） ３０ 高圧供給ポンプ ３５ 吐出量制御電磁弁 ３６ 電子制御ユニット ３７ 圧力センサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給ポンプで加圧された燃料を高圧状
   態で蓄える燃料蓄圧室と、 この燃料蓄圧室の燃料圧力を運転状態に応じて変化させ
   る圧力制御手段と、 燃料蓄圧室からの高圧燃料を噴射する燃料インジェクタ
   と、を備えたディーゼルエンジンにおいて、 エンジンアイドル運転状態を判定する手段と、 アイドル運転時に各気筒の燃料インジェクタからの燃料
   噴射状態を判断する手段と、 燃料噴射が行われない気筒があると判断されたときに噴
   射するまで前記蓄圧室の燃料圧力を上昇補正する補正手
   段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃
   料噴射装置。
2. 【請求項２】前記燃料圧力を上昇補正したときにはこの
   補正値を学習し、次のアイドル運転時には学習した補正
   値により燃料圧力を制御する燃料圧力学習制御手段を備
   える請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装
   置。
3. 【請求項３】前記燃料噴射状態判断手段は、エンジン回
   転数の検出手段からの信号に基づいてアイドル回転数の
   変動が設定値を越えたときに無噴射気筒があるものと判
   断するように構成される請求項１または２に記載のディ
   ーゼルエンジンの燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設
   置した空気過剰率検出手段からの信号に基づいて排気中
   の空気過剰率が設定値を越えたときに無噴射気筒がある
   ものと判断するように構成される請求項１または２に記
   載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
5. 【請求項５】前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設
   置したＮＯｘ濃度検出手段からの信号に基づいて排気中
   のＮＯｘ濃度が設定値以下のときに無噴射気筒があるも
   のと判断するように構成される請求項１または２に記載
   のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
6. 【請求項６】前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設
   置したＨＣ濃度検出手段からの信号に基づいて排気中の
   ＨＣ濃度が設定値以下のときに無噴射気筒があるものと
   判断するように構成される請求項１または２に記載のデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴射装置。
7. 【請求項７】前記燃料噴射状態判断手段は、排気系に設
   置した排気温度検出手段からの信号に基づいて排気温度
   が設定値以下のときに無噴射気筒があるものと判断する
   ように構成される請求項１または２に記載のディーゼル
   エンジンの燃料噴射装置。