JP2003343332A

JP2003343332A - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2003343332A
Application number: JP2002156864A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ishikawa; 直也石川; Yutaka Uematsu; 豊上松
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-03

Abstract

(57)【要約】【課題】コモンレール式ディーゼルエンジンにおいて
パイロットインターバルを変化させる場合に、メイン噴
射量の制御を安定化させる。【解決手段】燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射
とに分割して実行する燃料噴射制御モードを備えたコモ
ンレール式ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置にお
いて、上記燃料噴射制御モードが、パイロットインター
バルが比較的短期である第一の燃料噴射制御モードと、
比較的長期である第二の燃料噴射制御モードとからな
り、第一の燃料噴射制御モードのときと第二の燃料噴射
制御モードのときとで、後噴射のインジェクタ駆動時間
をそれぞれ別々のマップＭ４−１，Ｍ４−２に従って演
算する。これらマップがパイロットインターバルの長短
を考慮して予め最適に作成されているので、パイロット
インターバルが変化する場合でも各モードでメイン噴射
量の制御安定化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の燃料噴射制御装置に係り、特に、燃料噴射を前噴射と
後噴射とに分割して実行するように燃料噴射量と燃料噴
射時期とを制御するディーゼルエンジンの燃料噴射制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおける燃焼騒音低
減の対策の一つとして、燃料噴射を、前噴射としてのパ
イロット噴射と、後噴射としてのメイン噴射とに分割し
て実行することが知られている。これによれば、通常の
圧縮上死点付近のタイミング（一般的には１０°ＢＴＤ
Ｃ〜１０°ＡＴＤＣ程度）で行われるメイン噴射の前
に、少量のパイロット噴射が実行され、パイロット噴射
による燃料が着火して火種が作られた後、この火種を基
にメイン噴射による燃料が燃焼される。このため急激な
初期燃焼及び筒内圧力の急増が抑えられ、燃焼騒音が防
止される。

【０００３】パイロット噴射による燃料は所定の着火遅
れ期間を経た後着火する。その後メイン噴射が実行され
ると、そのメイン噴射による燃料がパイロット噴射によ
る燃料と共に拡散、蒸発、空気との混合及び燃焼を進行
させ、火炎が順次乱流状態で拡散しながら燃焼を行う。
このように通常のパイロット・メイン噴射では拡散燃焼
の燃焼形態が採られる。

【０００４】一方、コモンレール式ディーゼルエンジン
では、特開平１０−２０５３８３号公報において説明さ
れているように、コモンレールから各インジェクタに至
る分岐管やインジェクタ内の燃料通路等からなる燃料流
路に、インジェクタ内の針弁の開閉作動等に起因した、
水撃作用による燃料の圧力変動が生じる。この圧力変動
のため、パイロット・メイン噴射を行う場合には、特に
メイン噴射量が不安定となり、目標値通りに実際のメイ
ン噴射量を制御するのが困難であるという問題がある。

【０００５】そこで、この解決策の一つとして、同公報
には、パイロット噴射の終了時期からメイン噴射の開始
時期までの期間（パイロットインターバル）を一定時間
にするという技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在の排ガス
改善の要請に従えば、必ずしもパイロットインターバル
を一定時間にするだけでは要求を満足し得ないことも多
く、パイロットインターバルをエンジン運転状態に応じ
て変化させざるを得ない場合も生じる。

【０００７】特に、本出願人は以前、特願２００１−３
５０１３８において、エンジンの低負荷運転時と高負荷
運転時とでパイロットインターバルの変化を伴う燃料噴
射制御モードの切換えを行うという提案を行った。この
ような技術においても、上記燃料圧力変動に起因するメ
イン噴射量の不安定を解消するという課題が残されてい
る。

【０００８】そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案
され、その目的は、コモンレール式ディーゼルエンジン
においてパイロットインターバルを変化させる場合に、
特にメイン噴射量の制御を安定化させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、サプライポン
プから圧送された燃料を蓄圧するコモンレールと、コモ
ンレール内の燃料圧力を検出するための圧力センサと、
上記コモンレールから供給される燃料をシリンダ内に噴
射するインジェクタと、エンジンの運転状態を検出する
ための検出手段と、検出手段により検出されたエンジン
の運転状態に基づき目標燃料噴射量を演算し、この目標
燃料噴射量と、上記圧力センサによって検出されたコモ
ンレール内燃料圧力とに応じて、上記インジェクタを開
駆動するための駆動時間を演算する演算手段とを有し、
少なくとも燃料噴射を前噴射と後噴射とに分割して実行
する燃料噴射制御モードを備えたディーゼルエンジンの
燃料噴射制御装置において、上記燃料噴射制御モード
が、上記前噴射の終了時期から上記後噴射の開始時期ま
での期間が比較的短期である第一の燃料噴射制御モード
と、上記前噴射の終了時期から上記後噴射の開始時期ま
での期間が比較的長期である第二の燃料噴射制御モード
とからなり、上記演算手段が、上記第一の燃料噴射制御
モードのときの上記後噴射の上記インジェクタ駆動時間
を、上記目標燃料噴射量と上記コモンレール内燃料圧力
とをパラメータとする第一のマップに従って演算し、且
つ、上記第二の燃料噴射制御モードのときの上記後噴射
の上記インジェクタ駆動時間を、上記目標燃料噴射量と
上記コモンレール内燃料圧力とをパラメータとする第二
のマップに従って演算するものである。

【００１０】本発明によれば、第一の燃料噴射制御モー
ドと第二の燃料噴射制御モードとで各々別々のマップに
従って後噴射のインジェクタ駆動時間が決定される。こ
れらマップが、前噴射の終了時期から後噴射の開始時期
までの期間の長短を考慮して、予め最適に作成されてい
るので、これらマップに従ってそれぞれのモードにおけ
る後噴射を実行することで、後噴射量の制御の安定化を
図れる。

【００１１】ここで、好ましくは、上記第一の燃料噴射
制御モードと上記第二の燃料噴射制御モードとにおい
て、上記前噴射が少なくとも圧縮上死点前に開始され、
且つ上記後噴射の燃料噴射量が上記前噴射の燃料噴射量
より多量とされる。

【００１２】また、好ましくは、上記第一の燃料噴射制
御モードにおいて、上記前噴射と上記後噴射との燃料噴
射量及び燃料噴射時期が、これら前噴射と後噴射とによ
る燃焼が拡散燃焼となるように定められ、上記第二の燃
料噴射制御モードにおいて、上記前噴射と上記後噴射と
の燃料噴射量及び燃料噴射時期が、これら前噴射と後噴
射とによる燃焼が予混合燃焼となるように定められる。

【００１３】また、好ましくは、上記第二の燃料噴射制
御モードにおいて、上記前噴射の燃料噴射量及び燃料噴
射時期が、その前噴射による上記シリンダ内の最大熱発
生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるように定められる。

【００１４】また、好ましくは、上記演算手段が、上記
第二の燃料噴射制御モードのときの上記前噴射の上記イ
ンジェクタ駆動時間の演算を上記第二のマップに従って
行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１６】図１に本実施形態に係るコモンレール式直
噴ディーゼルエンジンを示す。便宜上図には一気筒のみ
示されるが、当該エンジンは当然多気筒であってもよ
い。このエンジンは車両用である。

【００１７】１がエンジン本体で、これはシリンダ
（筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート
５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、インジェクタ
９等から構成される。シリンダ２内に燃焼室１０が形成
され、燃焼室１０内にインジェクタ９から燃料が直接噴
射される。ピストン４の頂部にキャビティ１１が形成さ
れ、キャビティ１１は燃焼室１０の一部をなす。キャビ
ティ１１は底部中央が隆起したリエントラント型燃焼室
の形態をなす。インジェクタ９から噴射される燃料は常
にキャビティ１１内に到達する。これは燃料がシリンダ
２側壁等に付着すると未燃ＨＣ排出等の問題が生じるか
らである。インジェクタ９はシリンダ２と略同軸に位置
され、複数の噴孔から同時に放射状に燃料を噴射する。
各燃料噴霧の軸線Ｌとシリンダ中心Ｃとのなす角は常に
一定である。

【００１８】吸気ポート５は吸気管１２に、排気ポート
６は排気管１３にそれぞれ接続される。またこのエンジ
ンにはターボチャージャ１４が設けられ、排気エネルギ
を利用して吸気を過給するようになっている。１５がタ
ービン、１６がコンプレッサである。コンプレッサ１６
の上流側に吸気量を検出するための吸気量センサ１７が
設けられ、コンプレッサ１６の下流側に吸気を冷却する
ためのインタクーラ１８が設けられる。ただし、本発明
はターボチャージャの無い自然吸気エンジンにも有効で
あることはいうまでもない。

【００１９】さらにこのエンジンはＥＧＲ装置１９も具
備している。ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１
３とを結ぶＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ量を調節するための
ＥＧＲ弁２１と、ＥＧＲ弁２１の上流側にてＥＧＲガス
を冷却するＥＧＲクーラ２２とを備える。吸気管１２に
おいては、ＥＧＲ管２０との接続部の上流側にて吸気を
適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。

【００２０】インジェクタ９はコモンレール２４に接続
され、そのコモンレール２４に貯留ないし蓄圧された噴
射圧力相当の高圧燃料（２０〜２００ＭＰａ）がインジ
ェクタ９に常時供給されている。コモンレール２４への
燃料圧送は高圧サプライポンプポンプ２５により行われ
る。

【００２１】このエンジンを電子制御するため電子制御
ユニット（以下ＥＣＵという）２６が設けられる。ＥＣ
Ｕ２６は各種センサ類から実際のエンジン運転状態を検
出し、このエンジン運転状態に基づきインジェクタ９、
ＥＧＲ弁２１、吸気絞り弁２３、及び高圧サプライポン
プ２５からの燃料圧送量を調節する調量弁（図示せず）
等を制御する。前記センサ類としては前記吸気量センサ
１７の他、アクセル開度センサ、エンジン回転センサ、
コモンレール圧センサ（本発明の圧力センサに相当）
（いずれも図示せず）等が含まれ、実際の吸気量、アク
セル開度、エンジン回転速度（回転数）、エンジンのク
ランク角、コモンレール圧（コモンレール２４内の燃料
圧力）等がＥＣＵ２６に検知されるようになっている。

【００２２】インジェクタ９は、ＥＣＵ２６によりＯＮ
／ＯＦＦされる電気アクチュエータとしての電磁ソレノ
イドを有し、電磁ソレノイドがＯＮのとき開状態となっ
て燃料を噴射すると共に、電磁ソレノイドがＯＦＦのと
き閉状態となって燃料噴射を停止する。ＥＣＵ２６は、
主にエンジン回転速度とアクセル開度とから目標燃料噴
射量と目標燃料噴射タイミング（時期）とを決定し、実
際にそのタイミングが到来したと同時に、目標燃料噴射
量に応じた時間だけ電磁ソレノイドをＯＮする。目標燃
料噴射量が多いほどＯＮ時間は長期である。言い換えれ
ば、目標燃料噴射量に応じた時間だけ電磁ソレノイドが
通電され、インジェクタが開駆動される。

【００２３】この燃料噴射は、比較的少量の前噴射であ
るパイロット噴射と、比較的多量の後噴射であるメイン
噴射とによる２回に分割して行われる。具体的には、Ｅ
ＣＵ２６により、エンジン運転状態に基づく目標燃料噴
射タイミングと目標燃料噴射量とが、予め定められたマ
ップに従ってパイロット噴射及びメイン噴射の各々につ
いて決定され、それぞれの目標燃料噴射タイミングが到
来したら、それぞれの目標燃料噴射量に応じた時間だけ
インジェクタ９がＯＮされ、それぞれの目標燃料噴射タ
イミングと目標燃料噴射量とに見合ったパイロット噴射
とメイン噴射とが実行される。つまり本実施形態ではこ
のような燃料噴射制御モードに従って燃料噴射が実行さ
れる。特に目標燃料噴射量及びインジェクタ通電時間の
決定方法は後に明らかとなる。

【００２４】またＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態に
応じて目標コモンレール圧を決定し、実際のコモンレー
ル圧が目標コモンレール圧に近づくようコモンレール圧
をフィードバック制御する。

【００２５】次に、燃料噴射制御の内容を詳細に説明す
る。

【００２６】図９に示すように、このエンジンにおける
燃料噴射制御モードは次の二つの燃料噴射制御モードか
らなっている。一方は、（ａ）図に示すような、パイロ
ット噴射の終了時期からメイン噴射の開始時期までの期
間、即ちパイロットインターバルθｉｎｔが比較的短期
である第一の燃料噴射制御モードであり、他方は、
（ｂ）図に示すような、パイロットインターバルθｉｎ
ｔが比較的長期である第二の燃料噴射制御モードであ
る。

【００２７】本実施形態における第一の燃料噴射制御モ
ードは以下のような通常噴射モードとして具現化され
る。即ちこのモードでは通常のパイロット噴射及びメイ
ン噴射が実行され、燃料噴射タイミング及び燃料噴射量
は通常同様である。燃料噴射タイミングについては、メ
イン噴射が通常同様の圧縮上死点付近即ち１０°ＢＴＤ
Ｃ〜１０°ＡＴＤＣ程度に設定され、パイロット噴射が
メイン噴射前の１５〜２０°ＢＴＤＣ程度に設定され
る。なお噴射タイミングはインジェクタ９のＯＮ開始時
刻で規定される。このモードにおける燃焼形態は、前述
したように、パイロット噴射により作られた火種を基に
メイン噴射による燃料が着火して燃焼され、基本的に拡
散燃焼の形態を採る。このような２段噴射により急激な
初期燃焼及び筒内圧力の急増が防止され、燃焼騒音が抑
制される。

【００２８】他方、本実施形態における第二の燃料噴射
制御モードは以下のような低発熱率パイロット・メイン
噴射モードとして具現化される。以下このモードについ
て詳細に説明する。

【００２９】このモードは、スートの発生を抑えるた
め、パイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ
以下に抑えられるようにパイロット噴射の量とタイミン
グとを制御することを特徴とする。パイロット噴射によ
る最大熱発生率を抑えることで、パイロット噴射によっ
て気筒内に噴射された燃料がメイン噴射が行われるまで
の間、連続的な燃焼とならず、パイロット噴射によるス
ートの発生を抑制することでエンジンから排出されるス
ートの量を低減することができる。この燃焼（噴射）形
態を低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）と称し、
この燃焼（噴射）形態が実現されるような燃料噴射制御
モードが低発熱率パイロット・メイン噴射モードであ
る。

【００３０】図２は、パイロット噴射タイミングの変化
に対するシリンダ内の熱発生状況を調べた実機試験結果
である。横軸がクランク角である。縦軸については、下
段の（ａ）図がインジェクタ９の電磁ソレノイドに流れ
るソレノイド電流、上段の（ｂ）図が熱発生率（秒間当
たりの熱発生量；ｋＪ／ｓ）である。なお熱発生率は筒
内圧力の実測値から求めた計算結果である。

【００３１】図は、メイン噴射のタイミング及び量と、
パイロット噴射の量とを一定とし、パイロット噴射のタ
イミングのみを変化させた四つの噴射形態〜を併記
している。、、、のパイロット噴射タイミング
はそれぞれ４８°ＢＴＤＣ（−４８°ＡＴＤＣ、以下同
様）、３８°ＢＴＤＣ、２８°ＢＴＤＣ、１８°ＢＴＤ
Ｃである。メイン噴射タイミングは５°ＡＴＤＣであ
る。

【００３２】通常噴射モードで行われるように、一般的
なパイロット噴射タイミングはなるべくメイン噴射に近
付けるように設定される。現在広く使われているハード
ウェアの制約下では２５００ｒｐｍ以下の中低速回転に
おいて１５〜２０°ＢＴＤＣ程度であるので、は一般
的なパイロット噴射タイミングといえる。これに対し
て、、、という順でパイロット噴射タイミングが
順次早期化ないし進角（アドバンス）されている。

【００３３】一方、低発熱率パイロット・メイン噴射モ
ードにおけるメイン噴射タイミングは圧縮上死点ＴＤＣ
以降に設定され、同一の運転条件における一般的なメイ
ン噴射タイミングに比較して遅角側に設定される。即ち
メインリタード噴射が実行されるのである。これは筒内
温度が低下した領域で燃料の希薄化、予混合化を促進し
てスモークの低減を図るためである。

【００３４】（ｂ）図から理解されるように、、の
場合、パイロット噴射による熱発生率の顕著なピークが
見られ、、の場合このような顕著なピークは見られ
ない。そしてからへとパイロット噴射タイミングが
遅角化されるにつれ、熱発生率のピーク値（極大値）は
大きくなる傾向にある。、の場合、ピーク発生時期
でパイロット噴射による燃料（軽油）が連続的な着火或
いは燃焼を生じ、そのためスートが発生しているものと
予測される。従って、のパイロット噴射タイミング
はあまり好ましいものではない。

【００３５】逆に、、の場合のように、パイロット
噴射タイミングが早いほど、筒内圧力及び筒内温度が低
い状態で燃料が噴射されるので、着火可能な筒内圧力及
び筒内温度に達するまでに十分な予混合化が可能にな
り、熱発生率の顕著なピークは生じず、スートの発生も
ないと考えられる。

【００３６】この結果から、パイロット噴射による熱発
生率に着目し、後述の試験を行ったところ、パイロット
噴射による熱発生率ピークと、メイン噴射を合わせて実
施した場合のスートの発生との間に強い相関関係がある
ことが見出された。そこでパイロット噴射における燃料
噴射量と燃料噴射タイミングとを後述のように最適に定
めることとした。

【００３７】ところで、図示されるように、、では
、に比較して熱発生率のピークが生じなかった分、
パイロット噴射燃料が上死点後に実行されるメイン噴射
燃料と共に燃焼する傾向が強くなり、メイン噴射燃料の
燃焼時に熱発生率のピーク値が高くなる傾向にある。メ
イン噴射後に生じる熱発生率のピーク値は、で最も高
く、以下、、となるにつれ低くなっていく。つま
りパイロット噴射が早期に行われる程着火遅れが長くな
り、メイン噴射燃料と一緒に一気に燃焼する傾向が強く
なる。

【００３８】このように、比較的早期に行われるパイロ
ット噴射では、通常のパイロット噴射に比べ、上死点後
に実行されるメイン噴射後に高い熱発生率のピーク値が
得られるので、燃焼が比較的急激に行われ、出力の向上
及び燃費低減が見込まれる。

【００３９】前述したように、パイロット噴射タイミン
グは早期の方が良いということがいえるが、あまりに早
期だとピストンがかなり下方に位置するためインジェク
タから噴射された燃料がキャビティに入らなくなってし
まう。そうなるとシリンダ側壁等に噴射燃料が付着し、
オイル希釈化、未燃ＨＣ増大等の問題を生じてしまう。
従って、パイロット噴射タイミングの進角側の限界は、
インジェクタから噴射された燃料がぎりぎりキャビティ
に入るようなタイミングが好ましい。言い換えれば、図
１に示されるように、インジェクタ９から噴射された燃
料Ｌがキャビティ１１の入口端縁２７を通過するような
クランク角になった時である。このクランク角は通常約
５０°ＢＴＤＣ程度である。

【００４０】一方、パイロット噴射タイミングの遅角側
の限界と、パイロット噴射量とは、上記のような熱発生
率及びスートの相関関係を考慮して最適に定めるべきで
ある。即ち、パイロット噴射タイミングをあまりに遅角
させたり、パイロット噴射量をあまりに多く設定してし
まうと、顕著な熱発生率のピークが生じ、スートが発生
してしまう。

【００４１】そこでこれらを決定するために行った試験
の結果が図５及び図６である。

【００４２】図５は、パイロット噴射タイミングとパイ
ロット噴射による最大熱発生率との関係を調べたもの
で、横軸がパイロット噴射タイミング（°ＡＴＤＣ）、
縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ；キロジュール毎秒）で
ある。また図６は、パイロット噴射による最大熱発生率
とスート（煤）との関係を調べたもので、横軸がスート
（ｇ／ｋＷｈ）、縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ）であ
る。ここでいう最大熱発生率とは、図２の熱発生率の線
図において上死点前に生じている、パイロット噴射によ
る熱発生率のピーク値（最大値）のことである。

【００４３】試験は、気筒当たりの排気量約８００ｃｃ
の多気筒エンジンにおける２種類のパイロット噴射量
（Ａ；３ｍｍ³／ｓｔ、Ｂ；６ｍｍ³／ｓｔ）と、気筒当
たりの排気量約４００ｃｃの多気筒エンジンにおける１
種類のパイロット噴射量（Ｃ；１．２ｍｍ³／ｓｔ）と
に対して行った。Ａ〜Ｃそれぞれについて、パイロット
噴射タイミングを−１０〜−５０°ＡＴＤＣの範囲で変
化させてグラフ中の三本の線図Ａ，Ｂ，Ｃを得ている。
共通の試験条件としては、エンジンの出力トルクがＡ〜
Ｃ各条件で一定になるようにトータルの燃料噴射量が設
定され、総噴射量が中負荷程度に設定され、メイン噴射
タイミングが圧縮上死点以降に設定される。ここでメイ
ン噴射は、圧縮上死点以降であってパイロット噴射無し
でも緩やかに燃焼が進行する程度のタイミングで行わ
れ、且つ、メイン噴射が完了するまでに着火しない程度
のタイミングと量とで行われる。ちなみにメイン噴射を
上死点前及び上死点付近で行ったのでは即座に着火が始
まり、スモーク及びＮＯｘを低減することはできない。

【００４４】なお、これらＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応す
るのが図２，図３，図４のグラフである。言い換えれ
ば、Ａ，Ｂ，Ｃの各条件における試験の結果に基づき図
２，図３，図４のグラフが作成され、さらに図５，図６
のグラフが作成される。

【００４５】図５から分かるように、パイロット噴射タ
イミングが早期化（アドバンス）されるほど最大熱発生
率が小さくなる傾向にある。また、パイロット噴射量が
少ないほど最大熱発生率が小さくなり、タイミングの遅
角化に対する最大熱発生率の上昇率（つまり線図の傾
き）も小さくなる傾向にある。

【００４６】次に、図６においては、線図が左側に向か
うにつれパイロット噴射タイミングが早期化され、最大
熱発生率が減少し、スートも減少する。そして最大熱発
生率が６０ｋＪ／ｓ以下であれば、Ａ，Ｂ，Ｃいずれの
条件においても良好なスートレベルを得られる。

【００４７】そこで、この結果から、パイロット噴射に
おける燃料噴射量と燃料噴射タイミングとは、燃焼室内
における最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるような
燃料噴射量と燃料噴射タイミングとに設定するものとす
る。このような燃料噴射量と燃料噴射タイミングとで行
われるパイロット噴射を低発熱率パイロット噴射と称
す。言い換えれば、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓとなる
パイロット噴射量及びタイミングが、噴射量の上限値及
びタイミングの遅角側限界値である。これにより、パイ
ロット噴射燃料単独での燃焼が防止され、結果的に上死
点以降に実施されるメイン噴射と合わせてスモークが抑
制できる。

【００４８】図５に戻って、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるのは、条件Ａ（３ｍｍ ³／ｓｔ）では約−
３９°ＡＴＤＣ（３９°ＢＴＤＣ）以前、条件Ｂ（６ｍ
ｍ³／ｓｔ）では約−４０°ＡＴＤＣ（４０°ＢＴＤ
Ｃ）以前、条件Ｃ（１．２ｍｍ³／ｓｔ）では約−２７
°ＡＴＤＣ（２７°ＢＴＤＣ）以前である。そこでこれ
らＡ，Ｂ，Ｃの条件では各々に対応するパイロット噴射
タイミングに設定するものとする。

【００４９】以上のような、最大熱発生率が６０ｋＪ／
ｓ以下となるようなパイロット噴射を伴う本実施形態の
燃焼（噴射）形態を低発熱率パイロット・メイン燃焼
（噴射）と称する。この燃焼形態をまとめていうと以下
のようになる。まず、上記のような最適量、最適タイミ
ングでパイロット噴射を行うと、この噴射燃料は燃焼室
内に十分拡散して希薄化、予混合化し、シリンダ内での
燃料が連続的に着火、燃焼することが抑制される。そし
てこの状態は圧縮上死点ＴＤＣを越えてメイン噴射の燃
焼時期まで持続される。上死点以降に設定されたメイン
噴射時期においてメイン噴射が実行されると、通常より
筒内圧力及び温度が低いため、通常より長期の着火遅れ
期間を経て、メイン噴射燃料がパイロット噴射による希
薄予混合気と一緒に着火、燃焼する。このとき既にメイ
ン噴射燃料の予混合化も十分進んでいるため、燃焼によ
るスートの発生は抑えられる。

【００５０】低発熱率パイロット・メイン燃焼（以下
「本燃焼方式」ともいう）によれば、リタードメイン噴
射に併せて低発熱率パイロット噴射を行うため、単段噴
射のリタード燃焼に比べメイン噴射後の予混合化期間を
短縮でき、例えば図２のに示されるようにメイン噴射
後の燃焼をシリンダ内が低温である状態で急激に行うこ
とができる。これにより燃費の悪化を防止できる。また
パイロット噴射燃料の予混合化によりメイン噴射燃料燃
焼時の筒内温度を高くすることができ、燃焼を安定化さ
せることができる。

【００５１】一方、本燃焼方式は上記のような最適量、
最適タイミングでパイロット噴射を行うため、メイン噴
射前におけるパイロット噴射燃料の燃焼は発生せず、こ
のような燃焼が発生する特開２０００−３１０１５０の
技術に比較してスモークを改善できる。

【００５２】なお、本燃焼方式を実現する低発熱率パイ
ロット・メイン噴射モードにおいて、ＥＧＲ装置１９に
よるＥＧＲが実行され、ＮＯｘが抑制される。

【００５３】さて、以上のような利点を有した本燃焼方
式ではあるが、エンジンの運転状態が低負荷領域のとき
に、燃料の着火性の悪化により燃焼が不安定になるとい
う問題がある。

【００５４】そこで、本実施形態のエンジンは、低負荷
領域では燃料噴射制御モードを通常噴射モードに切り換
えて燃料噴射制御を実行する。以下これについて詳しく
説明する。

【００５５】図７はＥＣＵ２６に予め記憶された燃料噴
射制御モードの切換えマップで、ＥＣＵ２６は実際のエ
ンジン回転数及び負荷をこのマップと比較して、通常噴
射モード（以下「第一噴射モード」という）又は低発熱
率パイロット・メイン噴射モード（以下「第二噴射モー
ド」という）のいずれか一方を選択して燃料噴射制御を
実行する。このマップから分かるように、低負荷且つ低
回転側の領域Ｉでは第一噴射モードによる燃料噴射制御
を実行し、高負荷となる（低負荷を越える）か又は高回
転側となる領域ＩＩでは第二噴射モードによる燃料噴射
制御を実行する。ここで、低負荷領域において一律第一
噴射モードとしてもよいが、低負荷であっても高回転側
の領域では燃料着火性悪化の問題が発生しないので、低
負荷であっても高回転側の領域では第二噴射モードによ
る燃料噴射制御を実行し、本燃焼方式による利益を得る
ようにしている。なお、全運転領域の中で第二噴射モー
ドを使用する領域ＩＩは第一噴射モードを使用する領域
Ｉより格段に広いので、広範な運転領域で本燃焼方式に
よる利益を得ることができる。

【００５６】このように、低回転側のみではあるが、低
負荷領域では燃料噴射制御モードを第一噴射モードに切
り換えるので、燃焼の不安定を抑制することができる。

【００５７】ここでモードの切り換えは、最も単純に
は、実際の運転状態が切換点Ｈを越えたときに行う。し
かし、この方法だと運転状態が切換点Ｈ付近で保持され
ているときに頻繁な切換えが行われ、ハンチングが生じ
る不都合がある。

【００５８】そこでこれを防止するため、図８に示すよ
うに、切換点にヒステリシスを設けるのが好ましい。即
ち図８はエンジン負荷に対してのヒステリシスである
が、第一噴射モードから第二噴射モードへの切換え負荷
は高負荷側の値Ｈ２とし、第一噴射モードから第二噴射
モードへの切換え負荷は低負荷側の値Ｈ１とする。この
ようなヒステリシスを設けることでハンチングを防止し
制御を安定化できる。なおこのようなヒステリシスはエ
ンジン回転数の切換点にも設けるのが好ましい。

【００５９】ＥＣＵ２６には、実際のエンジン運転状態
が切換点を超える度にＯＮ／ＯＦＦするフラグが備えら
れている。ここでは便宜上、エンジン運転状態が領域Ｉ
に存在するときのフラグ番号を「１」、エンジン運転状
態が領域ＩＩに存在するときのフラグ番号を「２」とす
る。このようなフラグの切り換えに応じてＥＣＵ２６は
燃料噴射制御モードを第一噴射モード又は第二噴射モー
ドに切り換える。

【００６０】ところで、第一噴射モードではパイロット
インターバルが短期であり、第二噴射モードではパイロ
ットインターバルが長期であるため、このようなモード
切換えによりパイロットインターバルが変化する。一
方、コモンレール式ディーゼルエンジンでパイロットイ
ンターバルを変化させるようにすると、前述した燃料圧
力変動によりメイン噴射量の制御が不安定になり易い。

【００６１】そこで、この問題を解決するため、実際の
メイン噴射量に相当するインジェクタ通電時間（駆動時
間）の決定を、モード別に用意された各々のマップに従
って行うようにした。

【００６２】図１０はインジェクタ通電時間の決定方法
を示すブロック図である。この決定はＥＣＵ２６におい
て実行される。ＥＣＵ２６には、予め実機試験等に基づ
いて最適に作成された図示されるマップが予め記憶され
ている。それぞれのマップは以下の通りである。

【００６３】Ｍ１：目標燃料噴射量（総噴射量）Ｑｔ算
出のためのマップＭ２：目標パイロット噴射量Ｑｐ算出のためのマップＭ３：目標パイロット噴射量Ｑｐに相当するインジェク
タ通電時間（パイロット通電時間）ｔｐ算出のためのマ
ップＭ４−１：第一噴射モードにおける、目標メイン噴射量
Ｑｍに相当するインジェクタ通電時間（メイン通電時
間）ｔｍ１算出のためのマップＭ４−２：第二噴射モードにおける、目標メイン噴射量
Ｑｍに相当するインジェクタ通電時間（メイン通電時
間）ｔｍ２算出のためのマップマップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃ
との二つの値がパラメータとされ、これら二つの値に基
づき目標燃料噴射量Ｑｔを決定し得るようになってい
る。以下同様に、マップＭ２のパラメータはエンジン回
転数Ｎｅと目標燃料噴射量Ｑｔであり、マップＭ３のパ
ラメータはコモンレール圧Ｐｃと目標パイロット噴射量
Ｑｐであり、マップＭ４−１，Ｍ４−２のパラメータは
コモンレール圧Ｐｃと目標メイン噴射量Ｑｍである。

【００６４】ＥＣＵ２６はまず、実際のエンジン回転数
Ｎｅとアクセル開度Ａｃとの値に基づき、マップＭ１に
従って目標燃料噴射量Ｑｔを計算する（ステップ１０
１）。そしてこの目標燃料噴射量Ｑｔと実際のエンジン
回転数Ｎｅとの値に基づき、マップＭ２に従って目標パ
イロット噴射量Ｑｐを計算する（ステップ１０２）。こ
の後目標燃料噴射量Ｑｔの値から目標パイロット噴射量
Ｑｐの値を減算し、目標メイン噴射量Ｑｍを計算する
（ステップ１０３）。そして目標パイロット噴射量Ｑｐ
と実際のコモンレール圧Ｐｃとの値に基づき、マップＭ
３に従って、パイロット通電時間ｔｐを計算する（ステ
ップ１０４）。

【００６５】一方、パイロット通電時間ｔｐの計算と並
行してメイン通電時間ｔｍ１，ｔｍ２の計算を行う（ス
テップ１０５，１０６）。これはステップ１０３におい
て算出された目標メイン噴射量Ｑｍと、実際のコモンレ
ール圧Ｐｃとの値に基づき、マップＭ４−１，Ｍ４−２
にそれぞれ従って行う。これにより第一噴射モード及び
第二噴射モードにおけるメイン通電時間ｔｍ１，ｔｍ２
がそれぞれ決定されるが、前記フラグ番号が１か２かに
よって、メイン通電時間ｔｍ１，ｔｍ２のうちのいずれ
か一方が最終的に出力される（ステップ１０７、図はｔ
ｍ１が出力される例）。こうしてパイロット通電時間ｔ
ｐと共にメイン通電時間ｔｍ１（又はｔｍ２）が決定さ
れ、この後は各パイロット、メイン噴射タイミングの到
来と同時に、各通電時間だけインジェクタが通電され、
燃料噴射が実行される。

【００６６】このように、本実施形態では、各燃料噴射
制御モードにおけるインジェクタ通電時間をモード毎に
最適に定められたマップＭ４−１，Ｍ４−２に従って決
定する。そして実質的には、現在実行中の燃料噴射制御
モードに合わせて使用するマップを切り換えている。よ
って、コモンレール式ディーゼルエンジンにおいてパイ
ロットインターバルが変化する場合でもメイン噴射量の
制御精度を向上し、メイン噴射量の指示値と実際値との
誤差を少なくすることができると共に、より精密な制御
が可能となり、排ガス上も有利となる。また、マップＭ
４−１，Ｍ４−２はコモンレール圧Ｐｃをパラメータと
しているので、実際の燃料圧力変動を考慮して最適なイ
ンジェクタ通電時間を決定することができ、これもメイ
ン噴射量の制御安定化に繋がる。この燃料圧力変動は時
間の経過と共に減衰するものであるが、このような圧力
変動パターン毎においてもマップが切換えられるので好
適である。

【００６７】なお、パイロット通電時間ｔｐは第一噴射
モードにおいても第二噴射モードにおいても同一のマッ
プＭ３から計算される。

【００６８】ここで、本実施形態では、第二噴射モード
のとき、メイン通電時間ｔｍ２の計算に用いるマップＭ
４−２と、パイロット通電時間ｔｐの計算に用いるマッ
プＭ３とが別々に用意されている。しかしながら、これ
らマップは共用としても良く、言い換えればメイン通電
時間計算用マップＭ４−２をパイロット通電時間計算用
マップＭ３で代用しても良い。なぜなら第二噴射モード
のときはパイロットインターバルが比較的長期であり、
パイロット噴射の影響がメイン噴射に及び難いからであ
る。かかるマップの共用化により作成すべきマップの数
を少なくすることができ、マップの取得時間を短縮でき
る。なお、このようにマップを共用化しても、パイロッ
ト噴射とメイン噴射とでは入力値（目標パイロット噴射
量Ｑｐ及び目標メイン噴射量Ｑｍ）が異なるので、当然
出力値も異なり、メイン通電時間の方がパイロット通電
時間より長くなる。

【００６９】なお、本発明の実施の形態は他にも様々な
ものが考えられる。例えば、上記実施形態では図１０に
示されたように第一噴射モード及び第二噴射モードの両
方のメイン通電時間を計算した後に一方のメイン通電時
間を出力するようにしたが、いずれのモードかは予め分
かっているので、現在実行中のモードのメイン通電時間
のみを計算してこれを出力するようにしても良い。また
本発明は、１回の噴射を複数回に分割して行うあらゆる
燃料噴射制御モードに適用でき、上記実施形態のような
通常噴射モードと低発熱率パイロット・メイン噴射モー
ドとの場合に限らず、一般的なパイロット・メイン噴射
においてパイロットインターバルが変化される場合にも
適用できる。

【００７０】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、コモンレ
ール式ディーゼルエンジンにおいてエンジン運転状態に
応じてパイロットインターバルを変化させる場合に、メ
イン噴射量の制御を安定化させることができるという、
優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る圧縮着火式内燃機関を
示す構成図である。

【図２】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図３】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図４】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係
を示したグラフである。

【図５】パイロット噴射タイミングと最大熱発生率との
関係を示したグラフである。

【図６】スートと最大熱発生率との関係を示したグラフ
である。

【図７】燃料噴射制御モードの切換マップである。

【図８】モード切換点のヒステリシスを示す。

【図９】各燃料噴射制御モードの態様を概略的に示す図
で、（ａ）が第一の燃料噴射制御モード、（ｂ）が第二
の燃料噴射制御モードである。

【図１０】インジェクタ通電時間の決定方法を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

２シリンダ９インジェクタ２４コモンレール２５サプライポンプ２６電子制御ユニット（ＥＣＵ）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４−１，Ｍ４−２マップＰｃコモンレール圧Ｑｔ目標燃料噴射量ｔｐパイロット噴射のインジェクタ通電時間ｔｍ１，ｔｍ２メイン噴射のインジェクタ通電時間 θｉｎｔパイロットインターバル

フロントページの続きＦターム(参考） 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AC01 AC09 AD12 BA00 BA14 BA24 CB01 CB12 CC05U CD25 CD26 CD28 CE22 DA01 DA04 DA06 DA10 DB08 DB09 DB12 DB13 DC04 DC05 DC09 DC11 DC18 3G301 HA02 HA11 HA13 JA02 JA06 JA25 JA37 MA11 MA19 MA23 MA27 MA29 NC02 NC04 NE12 NE17 NE26 PA01Z PB03Z PB08Z PE01Z PE03Z PE04Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サプライポンプから圧送された燃料を蓄
圧するコモンレールと、該コモンレール内の燃料圧力を
検出するための圧力センサと、上記コモンレールから供
給される燃料をシリンダ内に噴射するインジェクタと、
エンジンの運転状態を検出するための検出手段と、該検
出手段により検出されたエンジンの運転状態に基づき目
標燃料噴射量を演算し、該目標燃料噴射量と、上記圧力
センサによって検出されたコモンレール内燃料圧力とに
応じて、上記インジェクタを開駆動するための駆動時間
を演算する演算手段とを有し、少なくとも燃料噴射を前
噴射と後噴射とに分割して実行する燃料噴射制御モード
を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置におい
て、上記燃料噴射制御モードが、上記前噴射の終了時期から
上記後噴射の開始時期までの期間が比較的短期である第
一の燃料噴射制御モードと、上記前噴射の終了時期から
上記後噴射の開始時期までの期間が比較的長期である第
二の燃料噴射制御モードとからなり、上記演算手段が、上記第一の燃料噴射制御モードのとき
の上記後噴射の上記インジェクタ駆動時間を、上記目標
燃料噴射量と上記コモンレール内燃料圧力とをパラメー
タとする第一のマップに従って演算し、且つ、上記第二
の燃料噴射制御モードのときの上記後噴射の上記インジ
ェクタ駆動時間を、上記目標燃料噴射量と上記コモンレ
ール内燃料圧力とをパラメータとする第二のマップに従
って演算することを特徴とするディーゼルエンジンの燃
料噴射制御装置。
【請求項２】上記第一の燃料噴射制御モードと上記第
二の燃料噴射制御モードとにおいて、上記前噴射が少な
くとも圧縮上死点前に開始され、且つ上記後噴射の燃料
噴射量が上記前噴射の燃料噴射量より多量とされる請求
項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】上記第一の燃料噴射制御モードにおい
て、上記前噴射と上記後噴射との燃料噴射量及び燃料噴
射時期が、これら前噴射と後噴射とによる燃焼が拡散燃
焼となるように定められ、上記第二の燃料噴射制御モー
ドにおいて、上記前噴射と上記後噴射との燃料噴射量及
び燃料噴射時期が、これら前噴射と後噴射とによる燃焼
が予混合燃焼となるように定められる請求項１又は２記
載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】上記第二の燃料噴射制御モードにおい
て、上記前噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期が、その
前噴射による上記シリンダ内の最大熱発生率が６０ｋＪ
／ｓ以下となるように定められる請求項１乃至３いずれ
かに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】上記演算手段が、上記第二の燃料噴射制
御モードのときの上記前噴射の上記インジェクタ駆動時
間の演算を上記第二のマップに従って行う請求項１乃至
４いずれかに記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御
装置。