JP2000297675A

JP2000297675A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2000297675A
Application number: JP11105358A
Authority: JP
Inventors: Tamon Tanaka; 多聞田中; Hiroshi Mushigami; 広志虫上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】専用の減圧弁を使用せず、コモンレール内の
実レール圧が高くなった場合にはその目標圧に最適なタ
イミングで減圧し、高精度な燃料噴射制御を可能とする
内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関はその始動後、コモンレール４
２内の実レール圧が目標レール圧よりも高くなった場
合、燃料噴射弁２に燃料噴射を実施させことなく、その
燃料噴射弁２内を通じてコモンレール４２内の燃料を逃
がし、実レール圧の減圧を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、特にコモ
ンレール式のディーゼル内燃機関に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】この種のコモンレール式ディーゼ
ル内燃機関の場合、燃料の噴射量を高精度に制御するに
はコモンレール（蓄圧室）内の燃料圧が目標圧に正確に
維持されていなければならない。それ故、コモンレール
内の燃料圧がその目標圧を超えて高くなると、コモンレ
ール内の燃料圧を減圧する必要がある。そこで、例えば
特開平11-50881号公報に開示されるように、インジェク
タ（燃料噴射弁）内のノズルニードルを駆動しない無効
噴射時間未満の時間、そのソレノイドを励磁し、ノズル
孔から燃料を噴射することなく、上部燃料溜まり室（制
御室）から燃料をリターンさせ、コモンレール内の燃圧
を低下させる無効噴射制御が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
公知の技術は、無効噴射制御を始動完了前、即ち、燃料
噴射が行われる前に実行するものであり、内燃機関始動
後の無効噴射制御のタイミングについては何ら言及され
ていない。このため、内燃機関始動後に、コモンレール
内の圧力が目標圧力よりも高くなったとき、上述の無効
噴射制御をそのまま適用すると、燃焼のための燃料噴射
に対して影響を与え、精度の高い燃料噴射制御が実施で
きなくなる不具合が生じる。

【０００４】本発明は上述の事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、最適なタイミングで燃
料噴射弁を通じて蓄圧室内の圧力を目標圧まで減圧さ
せ、精度の高い燃料噴射制御を実現する内燃機関を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は本発明の内
燃機関により達成され、その内燃機関（請求項１）は、
燃料ポンプから圧送される燃料を蓄える蓄圧室と、この
蓄圧室内の燃料圧を求める燃料圧検知手段と、蓄圧室に
接続され、その内部にニードルを閉弁させる制御圧が供
給される制御圧室、及び制御圧室内の燃料を低圧側に逃
がし、前記制御圧を開弁圧より減圧して前記ニードルを
開弁させる弁要素を有した燃料噴射弁と、弁要素を駆動
し、燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御手段
と、内燃機関の始動後に、燃料圧検知手段にて求めた蓄
圧室の燃料圧が目標圧よりも高くなった場合には噴射制
御手段による燃料噴射のインターバル期間にて、前記制
御圧が開弁圧よりも高い範囲内で弁要素を駆動し、制御
圧室から燃料を逃がす逃がし手段とを具備する。

【０００６】上述の条件下にて、逃がし手段が作動され
ると、燃料噴射弁の制御圧室内の燃料が低圧側に逃がさ
れるので、この制御圧室に接続されている蓄圧室の燃料
圧もまた低下する。この結果、制御圧室からの燃料の逃
げを制御すれば、蓄圧室内の燃料圧をその目標圧に調圧
可能となる。なお、このような調圧時、制御圧が開弁圧
以下に低下することはなく、燃料噴射弁から気筒内に燃
料が不所望に噴射されることはない。

【０００７】噴射制御手段は、内燃機関の運転状態に応
じて決定された蓄圧室内の目標圧に基づき、弁要素を駆
動制御するものであるのが好ましい。また、逃がし手段
は、検知した蓄圧室内の燃料圧とその目標圧との間の偏
差に基づき、弁要素の駆動時間や駆動回数を制御するの
が好ましい。更に、内燃機関が多気筒である場合にあっ
て、上記の偏差に基づき、蓄圧室の減圧に利用すべき燃
料噴射弁の個数に加え、それらの弁要素の駆動時間及び
駆動回数が制御されることは勿論である。具体的には、
上記の偏差が大きい場合には燃料噴射のインターバル期
間中において、全ての燃料噴射弁が蓄圧室の減圧に使用
され、逆に、上記の偏差が小さい場合には１個の燃料噴
射弁のみが蓄圧室の減圧に使用される。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は４気筒のディーゼル内燃機
関に適用された燃料噴射システムを示す。このシステム
は各気筒毎に燃料噴射弁２を備え、これら燃料噴射弁２
は対応する気筒の燃焼室に臨んで配置されている。これ
ら燃料噴射弁２は同一の構成を有することから、図１
中、右端の燃料噴射弁２に着目し、その構成を以下に説
明する。

【０００９】燃料噴射弁２はその下部及び上部が噴射ノ
ズル４及び電磁弁６として構成され、噴射ノズル４内に
はその噴孔８を開閉するニードル１０が配置されてい
る。図示の状態にあるとき、ニードル１０は弁ばね１２
の付勢力を受け、噴孔８を閉じている。ニードル１０は
連結ロッド１４を介して制御ピストン１６に連結され、
この制御ピストン１６の上面は噴射ノズル４内に制御圧
室１８を区画して形成している。制御圧室１８はオリフ
ィス２０を介して燃料ポート２２に連通し、この燃料ポ
ート２２は燃料噴射弁２の外面に開口している。また、
燃料ポート２２は噴射ノズル４内の燃料通路２４を通
じ、燃料溜まり２６に連通している。

【００１０】一方、制御圧室１８は電磁弁６の弁室２８
に弁孔３０を介して連通しており、この弁孔３０の開口
面積はオリフィス２０の開口面積よりも大である。弁室
２８には弁要素としての弁体３２が配置され、この弁体
３２は弁ばね３４の付勢力を受けて弁孔３０を閉じてい
る。また、弁室２８内にはソレノイド３６が収容され、
このソレノイド３６は通電時に、弁体３２をその弁ばね
３４の付勢力に抗してリフトさせ、弁孔３０を開かせ
る。更に、弁室２８は戻りポート３８に連通し、この戻
りポート３８は燃料噴射弁２の外面に開口している。

【００１１】上述した燃料噴射弁２は各々の燃料ポート
２２が燃料供給管路４０を介して蓄圧室としてのコモン
レール４２に接続され、そして、各々の戻りポート３８
は戻り管路４４を介して燃料タンク４６に接続されてい
る。従って、制御圧室１８内にはコモンレール４２内の
燃料が導かれており、弁孔３０が弁体３２により閉じら
れているときには制御圧室１８内の圧力はコモンレール
４２内の圧力と同一となる。

【００１２】コモンレール４２と燃料タンク４６との間
は燃料圧送管路４８を介して接続されており、この燃料
圧送管路４８には燃料タンク４６側からフィルタ５０、
電動型の低圧ポンプ５２、電磁可変絞り弁５４及び高圧
ポンプ５６が順次介挿されている。高圧ポンプ５６はプ
ランジャポンプであって、内燃機関自体、つまり、その
クランク軸により機械的に駆動される。また、コモンレ
ール４２と戻り管路３３との間はリリーフ管路５８を介
して接続され、このリリーフ管路５８にはリリーフ弁６
０が介挿されている。

【００１３】各燃料噴射弁２のソレノイド３６や可変絞
り弁５４は電子制御ユニット（ＥＣＵ）６２からの指令
信号を受けて駆動制御され、この駆動制御のためにＥＣ
Ｕ６２はコモンレール４２内の燃料圧、即ち、実レール
圧を検出する圧力センサ６４やクランク角センサ６６及
び燃料の温度を検出する燃圧センサ６８からの検出信号
に加え、内燃機関の運転状態を検出する各種のセンサ及
びスイッチからの検出信号もまた受け取ることができ
る。

【００１４】図２は燃料噴射弁２の燃料噴射特性を示
し、この燃料噴射特性から明らかなように燃料噴射弁２
からの燃料噴射量はそのソレノイド３６の駆動時間が長
くなるほど、また、実レール圧が高くなるほど増加す
る。また、図２から明らかなようにソレノイド３６への
通電が開始されても、燃料噴射弁２から直ちに燃料が噴
射されることはなく、燃料噴射弁２はソレノイド３６へ
の通電開始時点から所定の遅れを存して燃料を実際に噴
射する。即ち、ソレノイド３６に通電されると、弁体３
２のリフトを受けて弁孔３０が開かれることになるが、
制御圧室１８内の制御圧はその通電と同時にニードル１
０の開弁圧まで低下することはない。つまり、ソレノイ
ド３６への通電後、制御圧がニードル１０の開弁圧以下
に低下して始めてニードル１０が開弁され、この開弁を
受けて燃料が実際にその噴孔８から噴射されることにな
る。

【００１５】ソレノイド３６への通電時間、つまり、弁
体３２の駆動時間は内燃機関の運転状態に応じて設定さ
れたコモンレール４２の後述する目標レール圧に基づき
設定され、これにより、各燃料噴射弁２からの燃料噴射
量を高精度に制御可能となる。上述したソレノイド３６
への通電開始からニードル１０の開弁までの遅れ期間中
にあっても、制御圧室１８内の燃料は弁孔３０及び弁室
２８を介して低圧側の戻り管路４４に逃がされて続けて
いるので、上記遅れ期間中、制御圧室１８に連なるコモ
ンレール４２内の実レール圧もまた制御圧室１８内と同
様に減圧されることに留意すべきである。

【００１６】次に、ＥＣＵ６２にて実行されるコモンモ
ール４２の実レール圧制御に関し、図３のフローチャー
ト及び図４のグラフを参照しながら説明する。ＥＣＵ６
２は先ず、次の気筒への燃料噴射のためにコモンレール
４２内の目標レール圧Ｐ_Tを算出する（ステップＳ
１）。具体的には、目標レール圧Ｐ_Tは、内燃機関の運
転状態、つまり、内燃機関の回転数Ｎ_E及びその直前の
気筒内に噴射される燃料噴射量Ｑ等に基づき、マップ
（図示しない）から算出される。なお、内燃機関の回転
数Ｎ_Eはクランク角センサ６６の検出信号から得ること
ができる。

【００１７】次に、ＥＣＵ６２は圧力センサ６４からの
検出信号に基づき、コモンレール４２の実レール圧Ｐ_R
を検出する（ステップＳ２）。ここで、ＥＣＵ６２は、
圧力センサ６４から検出信号、つまり、コモンレール４
２内の実レール圧Ｐ_Rが安定しているときにその実レー
ル圧Ｐ_Rを検出する。より詳しくは、図４から明らかな
ように燃料噴射を受ける次の気筒が＃１気筒である場合
にあっては、その直前の＃２気筒への燃料噴射に起因し
た実レール圧の変動が収まり、実レール圧が安定した後
に、実レール圧Ｐ_Rが検出される。具体的には、実レー
ル圧Ｐ_Rは対象とする＃１気筒のＴＤＣ（上死点）前９
０°にて検出される。

【００１８】この後、ＥＣＵ６２は、対象気筒内に燃料
が噴射された後のレール圧Ｐ_Eを推定する（ステップＳ
３）。ここで、推定レール圧Ｐ_Eは、燃焼噴射を受ける
＃１気筒内への前記燃料噴射量Ｑと実レール圧Ｐ_Rとに
基づき、マップ（図示しない）から算出することができ
る。このようにして推定レール圧Ｐ_Eが算出されると、
ＥＣＵ６２はその目標レール圧Ｐ_Tと推定レール圧Ｐ_Eと
の間の差圧Ｐ_Dが負の値であるか否かを判別し（ステッ
プＳ４）、ここでの判別が真（Yes）の場合、差圧Ｐ_Dに
基づき、前述した可変絞り弁５４の駆動デューティを算
出する（ステップＳ５）。そして、ＥＣＵ６２は高圧ポ
ンプ５６のポンプ効率と燃料温度（燃温）とに基づきマ
ップ（図示しない）から、算出した駆動デューティを補
正する（ステップＳ６）。ここで、ポンプ効率は内燃機
関の回転数Ｎ_Eから求められ、燃温は燃温センサ６８か
らの検出信号により検出される。

【００１９】この後、ＥＣＵ６２は、目標レール圧Ｐ_T
と実レール圧Ｐ_Rとの間の偏差ΔＰ（＜０）を算出し
（ステップＳ７）、そして、この偏差ΔＰに基づき、可
変絞り弁をＰＩ制御に従い駆動し、偏差ΔＰだけ実レー
ル圧Ｐ_Rを増加させて目標レール圧Ｐ_Tに一致させる（ス
テップＳ８）。上述の説明から既に明らかなようにステ
ップＳ４〜ステップＳ８は実レール圧Ｐ_Rの増圧プロセ
スとなる。

【００２０】一方、ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎ
ｏ）の場合、ＥＣＵ６２は前述の差圧Ｐ_Dが正の値であ
るか否かを判別し（ステップＳ９）、ここでの判別結果
が真の場合、差圧Ｐ_Dに基づき、ここでの制御対象とな
る燃料噴射弁２の個数、そのソレノイド３６の駆動回数
及び駆動時間を決定する（ステップＳ１０）。ここで、
ソレノイド３６の駆動時間は、前述した燃料噴射弁２の
遅れ期間の範囲内にて設定される。また、制御対象とな
る燃料噴射弁２の個数やソレノイド３６の駆動回数及び
駆動時間は差圧Ｐ_Dが大きければ大きいほど増加され、
また、これらの組み合わせもまた差圧Ｐ_Dの大きさに応
じて適宜選択される。より具体的には、差圧Ｐ_Dが大き
い場合には全燃料噴射弁２が制御対象となり、逆に差圧
Ｐ_Dが小さい場合、１個の燃料噴射弁２が制御対象とし
て選択される。更に、差圧Ｐ_Dが上記の中間にある場合
には、２個又は３個の燃料噴射弁２が制御対象として選
択される。なお、ステップＳ１０は予め求めたマップ
（図示しない）から差圧Ｐ_Dに基づき実施される。

【００２１】この後、ＥＣＵ６２は、燃温に基づきマッ
プ（図示しない）からソレノイド３６の駆動時間を補正
するとともに（ステップＳ１１）、ステップＳ７での場
合と同様に偏差ΔＰ（＞０）を算出する（ステップＳ１
２）。そして、ＥＣＵ６２は偏差ΔＰに基づき、制御対
象の燃料噴射弁２のソレノイド３６をＰＩ制御に従って
駆動する（ステップＳ１３）。

【００２２】このようにして制御対象の燃料噴射弁２が
駆動されると、これら燃料噴射弁２から燃料噴射が実施
されることはないが、前述の説明から既に明らかなよう
にそれらの燃料噴射弁２を通じてコモンレール４２内の
燃料が低圧側の戻り管路４４にリークつまり逃がされ、
これにより、実レール圧Ｐ_Rは減圧され、目標レール圧
Ｐ_Tに一致する。

【００２３】今、＃２気筒に対する燃料噴射が実施され
たと仮定すると、制御対象となる燃料噴射弁２は図４中
の２点鎖線で示す制御領域Ｃにて、その駆動が制御され
る。ここで、制御領域Ｃは、＃２気筒への燃料噴射を乱
すことがないように、そのＴＤＣから３０°以降に規定
され、より具体的には次の＃１気筒におけるＴＤＣ前の
１５０°から１１０°の範囲に規定されるのが望まし
い。

【００２４】＃２気筒への燃料噴射後、例えば内燃機関
の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒（図示しない）にＨ
Ｃを供給するために、その膨張行程中にポスト噴射が実
施される場合にあっては、＃２気筒の燃料噴射弁２はそ
の制御対象から除外されるのが好ましい。また、図４中
にそれぞれ破線で示すように燃料噴射弁２がポスト噴射
に加え、プレ噴射や圧縮行程噴射、或いは排気行程噴射
を実施する場合、これらの噴射領域を避けて制御対象の
燃料噴射弁２が駆動制御されることは言うまでもない。

【００２５】また、制御対象の燃料噴射弁２が複数の場
合、減圧制御ためのた燃料噴射弁２の駆動は必ずしも同
時で実施されるものではなく、時間的に前後してもよ
い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の内燃機関
（請求項１）によれば、噴射制御手段が作動する前に、
蓄圧室内の燃料圧をその目標圧に調圧でき、精度の高い
燃料噴射制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コモンレール式ディーゼル内燃機関のための燃
料噴射システムを示した概略構成図である。

【図２】図１の燃料噴射弁の噴射特性を示したグラフで
ある。

【図３】燃料噴射弁を利用したコモンレールのレール圧
制御を示したフローチャートである。

【図４】各燃料噴射弁の噴射タイミングに加え、減圧制
御のための制御領域を示したグラフである。

【符号の説明】

２燃料噴射弁１０ニードル１８制御圧室４２コモンレール（蓄圧室）５４可変絞り弁５６高圧ポンプ６４圧力センサ（燃料圧検知手段）ＥＣＵ電子制御ユニット（噴射制御手段＋逃がし手
段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 47/02 Ｆ０２Ｍ 47/02 55/02 ３５０ 55/02 ３５０ＥＦターム(参考） 3G066 AA07 AC09 BA51 CA05U CC67 CE22 DA01 DA06 DB01 DC05 DC09 DC15 DC18 3G301 HA02 JA00 KA01 LB06 MA11 ND01 PB01Z PB08Z PE01Z PE03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ポンプから圧送される燃料を蓄える
蓄圧室と、前記蓄圧室内の燃料圧を求める燃料圧検知手段と、前記蓄圧室に接続され、内部にニードルを閉弁させる制
御圧が供給される制御圧室、及び前記制御圧室内の燃料
を低圧側に逃がし、前記制御圧を開弁圧より減圧して前
記ニードルを開弁させる弁要素を有した燃料噴射弁と、前記弁要素を駆動し、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を
制御する噴射制御手段と、内燃機関の始動後に、前記燃料圧検知手段にて求めた前
記蓄圧室の燃料圧が目標圧よりも高くなった場合には前
記噴射制御手段による燃料噴射のインターバル期間中に
て、前記制御圧が前記開弁圧よりも高い範囲内で前記弁
要素を駆動し、前記制御圧室から燃料を逃がす逃がし手
段とを具備したことを特徴とする内燃機関。