JP2005291161A - 圧縮着火式内燃機関及びその燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼の際に発生するスモークの増大を招くことなく排気温度を効率よく上昇させる。
【解決手段】低負荷運転時に排気温度を上昇させるために、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、加圧された燃料を噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割して噴射させる制御が行われる。その際に、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々、燃料の噴射圧力及び燃料の噴射量が制御される。この制御によって、複数回の噴射による燃料噴霧の各々について、新気が十分に導入された状態で燃焼を行うことができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、筒内の吸気ガスをピストンにより圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行う圧縮着火式内燃機関、及びその燃料噴射制御装置に関する。

圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置の従来例が特開２０００−３２０３８６号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１においては、エンジンの要求トルクに対応する基本噴射量の燃料を、各気筒の圧縮上死点近傍で複数回に分割して筒内へ噴射させている。その際に、複数回の噴射による燃焼の各々が継続して行われるように、複数回の噴射時期の各々が制御される。この制御によって、先に噴出した燃料の油滴に、続いて噴出した燃料の油滴が追いついて再び結合するのを抑止することで、触媒を活性化させるための排気温度の上昇を図るとともに、燃料の微粒化の促進を図っている。

その他にも、特許文献２の圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置が開示されている。また、複数回の噴射による熱発生の各々が連続して行われるように、燃料を複数回に分割して筒内へ噴射する例が非特許文献１に開示されている。

特開２０００−３２０３８６号公報 特開平９−２０９８６６号公報 中井英二他、「コモンレール方式直噴ディーゼルエンジンＭＺＲ−ＣＤ」、自動車技術会２００２年春期大会学術講演会前刷集、２００２年７月、Ｎｏ．４４−０２、ｐ４

特許文献１においては、排気温度を上昇させるために、複数回の噴射による燃焼の各々が継続するように、圧縮上死点近傍での複数回の噴射時期の各々を制御している。そのため、２回目以降に噴射された燃料噴霧については、新気の導入が不十分な状態で燃焼が行われることになるので、燃焼の際に発生するスモークが増大することになる。したがって、特許文献１においては、スモークの低減に負担がかかるという問題点がある。

本発明は、燃焼の際に発生するスモークの増大を招くことなく排気温度を効率よく上昇させることができる圧縮着火式内燃機関及びその燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内の吸気ガスをピストンにより圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行う圧縮着火式内燃機関にて用いられる燃料噴射制御装置であって、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、加圧された燃料を、噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割して筒内へ噴射させる噴射制御手段を有し、前記噴射制御手段は、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々及び燃料の噴射圧力を制御することを要旨とする。

本発明においては、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、加圧された燃料を、噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割して筒内へ噴射させる制御が行われる。この制御によって最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度変動が抑えられることで、良好な着火特性を確保できる筒内温度を保ちながら各燃料噴射を行うことができ、かつ筒内の最高温度を低く抑えることができる。これによって、最終の噴射開始時期を遅らせてもＨＣの増加や失火を招くことなく良好な着火特性を確保することができ、かつ熱損失を少なくすることができるので、排気温度を効率よく上昇させることができる。さらに、本発明においては、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように複数回の噴射時期の各々及び燃料の噴射圧力が制御されることにより、複数回の噴射による燃料噴霧の各々について新気が十分に導入された状態で燃焼を行うことができるので、燃焼の際に発生するスモークを低減することができる。したがって、本発明によれば、燃焼の際に発生するスモークの増大を招くことなく排気温度を効率よく上昇させることができる。

本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、ピストン速度増大による筒内温度低下率の増大分が補償されるように、後の燃料噴射ほど噴射量を増加させるものとすることもできる。こうすれば、分割噴射の際にピストン速度増大による筒内温度の低下を抑制することができるので、排気温度をさらに効率よく上昇させることができる。

本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、各噴射間における休止期間がクランク角度で１５度以下となるように、複数回の噴射時期の各々を制御することが好適である。こうすれば、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度変動を抑えることができるので、分割噴射の際の熱損失を少なくすることができる。

本発明に係る圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記噴射制御手段は、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅が２５０℃以下に抑えられるように、複数回の噴射時期の各々を制御することが好適である。こうすれば、分割噴射の際の熱損失を少なくすることができる。

また、本発明に係る圧縮着火式内燃機関は、筒内の吸気ガスをピストンにより圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行う圧縮着火式内燃機関であって、加圧された燃料は、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割されて筒内へ噴射され、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々及び燃料の噴射圧力が制御されることを要旨とする。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置をその制御対象となる圧縮着火式内燃機関の構成の概略とともに示す図である。本実施形態の圧縮着火式内燃機関は、筒内の吸気ガスをピストン１２により圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行うディーゼルエンジンとして構成される。

燃料ポンプ１４は、燃料タンク１６に貯溜されている燃料を汲み上げてコモンレール１８に供給する。コモンレール１８は、燃料ポンプ１４から供給された燃料を設定圧力で蓄える。コモンレール１８に蓄えられた燃料は、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁１０に供給される。

コモンレール１８にはレギュレートバルブ２２が設けられており、レギュレートバルブ２２はコモンレール１８内における燃料の圧力を調整する。レール圧センサ２０は、コモンレール１８内における燃料の圧力を検出する。レール圧センサ２０の検出値はコントローラ３０に入力され、コモンレール１８内における燃料の圧力が設定圧力となるようにレギュレートバルブ２２の駆動制御がコントローラ３０から出力されるレール圧制御信号によって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば４０〜１４０ＭＰａ程度の値であり、機関回転速度及び要求トルク（駆動負荷）が高いほど大きい値がコントローラ３０内で設定される。

燃料噴射弁１０は、前述の設定圧力に加圧された燃料を筒内に直接噴射することが可能である。燃料噴射弁１０の駆動制御、すなわち燃料噴射制御は、例えばセンサにより検出した機関回転速度、アクセル開度及びクランク角度等に基づいてコントローラ３０から出力される駆動制御信号によって行われる。また、燃料噴射弁１０と燃料タンク１６とを接続する配管には、燃料噴射弁１０から燃料タンク１６へ向かう方向のみの燃料の流れを許容するチェックバルブ２４が設けられている。

燃料が燃料噴射弁１０から燃焼室内へ直接噴射されることで、燃焼室内に混合気が形成される。そして、混合気の自着火が行われることで、混合気が燃焼してクランク軸（図示せず）に回転力が発生する。燃焼後の排気ガスは、排気行程にて排気管（図示せず）へ排出される。そして、排気管には、排気ガスを浄化するための触媒（図示せず）が設けられている。ここでの触媒としては、例えば尿素やアンモニアを利用する選択還元型、吸蔵還元型等が用いられる。

圧縮着火式内燃機関においては、低負荷運転時での排気ガスの温度が高負荷運転時と比較して低くなる傾向にある。排気ガスの温度が低下すると触媒の活性状態が低下するので、低負荷運転時に触媒の活性状態を高く保つためには、排気ガスの温度を高く保つ必要がある。典型的な例を挙げると、触媒へ到達するときの排気ガスの温度が２５０℃以上であることが好ましい。

そこで、本実施形態では、１サイクルにおいてピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、加圧された燃料を噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割して筒内へ噴射させる制御がコントローラ３０によって行われる。低負荷運転時には、この燃料噴射制御を行うことで、排気温度を上昇させる。その際に、１サイクルにおける最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度変動が所定量以下に抑えられる（理想的には筒内温度がほぼ定常化される）ように、複数回の噴射時期の各々がコントローラ３０によって制御される。

なお、排気ガスの温度を上昇させるために、単に噴射時期の遅延を行う場合、あるいはアフター噴射やポスト噴射と称される噴射を行う場合は、ＨＣの増加や失火を招きやすくなる。また、圧縮上死点前２０°近辺の早い時期にパイロット噴射を行う場合は、パイロット噴射による着火遅れ期間が長くなるため、特に低負荷運転時に過拡散によるオーバーリーンＨＣを生じやすくなる。

これに対して、本実施形態では、１サイクルにおける最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度変動が抑えられるため、筒内の最高温度を低く抑えることができる。したがって、冷却水やオイルへの熱の逃げを少なくすることができ、熱損失を少なくすることができる。さらに、良好な着火特性を確保できる筒内温度を保ちながら各燃料噴射を行うことができるため、最終の噴射開始時期を遅らせてもＨＣの増加や失火を招くことなく良好な着火特性を確保することができる。したがって、排気温度を効果的に上昇させることができる。

また、特許文献１や非特許文献１のように複数回の噴射による燃焼の各々が継続して行われる場合は、２回目以降に噴射された燃料噴霧については、新気（酸素）の導入が不十分な状態で燃焼が行われることになる。その場合は、燃焼の際に発生するスモークが増大することになる。

そこで、本実施形態では、１サイクル中の複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々、燃料の噴射圧力、及び燃料の噴射量がコントローラ３０によって制御される。この制御によって、２回目以降の噴射による燃焼は前噴射による燃焼が終了した後に開始されるので、２回目以降に噴射された燃料噴霧についても、新気（酸素）が十分に導入された状態で燃焼を行うことができる。これによって、燃焼の際に発生するスモークを低減することができる。

次に、本願発明者が行った実験の結果について、図２〜６を用いて説明する。

試験機関は、コモンレール噴射系を有する行程容積０．４９８８Ｌの単気筒直噴ディーゼル機関である。機関運転条件は、機関回転速度１２００ｒｐｍ、軸トルク５Ｎｍの低負荷である。燃料噴射弁１０からの燃料噴射量は燃費の違いにより若干の差があるが、１サイクルあたりの噴射量が約１０．５〜１２．５ｍｍ³である。

そして、以下に説明する実施例１，２及び比較例１〜３について、筒内圧力、筒内温度、熱発生率、図示燃費率、排気温度、スモーク発生量、ＨＣ発生量、及びＮＯｘ発生量を調べた。排気温度については、エンジンヘッド出口から約２０ｃｍ下流の位置で測定した。また、筒内温度は、筒内圧力から気体の状態方程式を用いて算出した筒内の平均温度である。

コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を４５ＭＰａに設定し、パイロット噴射を圧縮上死点前２９°〜２７°に行うとともにメイン噴射を圧縮上死点後２°〜８°に行った場合を比較例１とする。

コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を４５ＭＰａに設定し、パイロット噴射を圧縮上死点前２９°〜２７°に行い、メイン噴射を圧縮上死点後２°〜７°に行い、さらにアフター噴射を圧縮上死点後３０°〜３２°に行った場合を比較例２とする。

コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を４５ＭＰａに設定し、最初の噴射を圧縮上死点前５°〜３°に行い、２回目の噴射を圧縮上死点後１０°〜１５°に行い、最終（３回目）の噴射を圧縮上死点後３０°〜３２°に行った場合を本発明の実施例１とする。実施例１では、各噴射間における休止期間がクランク角度で１３度以上かつ１５度以下に設定される。

コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を４５ＭＰａに設定し、最初の噴射を圧縮上死点前５°〜３°に行い、２回目の噴射を圧縮上死点後５°〜８°に行い、３回目の噴射を圧縮上死点後１８°〜２１°に行い、最終（４回目）の噴射を圧縮上死点後３０°〜３３°に行った場合を比較例３とする。

コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を６０ＭＰａに設定し、最初の噴射を圧縮上死点前５°〜４°に行い、２回目の噴射を圧縮上死点後５°〜６．５°に行い、３回目の噴射を圧縮上死点後１８°〜２０°に行い、最終（４回目）の噴射を圧縮上死点後３０°〜３４°に行った場合を本発明の実施例２とする。実施例２では、各噴射間における休止期間がクランク角度で９度以上かつ１１．５度以下に設定される。

なお、以下の説明では、熱損失の大きさの指標として、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の最高値と最低値との差（筒内温度の変動幅）を用いる。ここで、燃焼室壁への熱損失は、１）筒内温度が高いほど大きい、２）気流の強い上死点近傍ほど大きい、という特徴がある。本実施形態では、最終の噴射開始時期を圧縮上死点後２０°より遅く設定することから、最終の噴射による燃焼で筒内温度が高くなることは熱損失に大きく影響しない。そこで、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅を熱損失の大きさの指標として用いることができる。

図２は、比較例１における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁１０のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す。比較例１における図示燃費率は２３２．２ｇ／ｋＷｈ、スモーク発生量は０．２６ＦＳＮ、ＨＣ発生量は１４２ｐｐｍ、ＮＯｘ発生量は３００ｐｐｍである。そして、比較例１における排気温度は２３３℃であり、エンジン出口から触媒までの間に幾分かの温度低下が発生するため、触媒活性の目安である２５０℃には到底足りないことが分かる。また、比較例１における筒内の最高温度は約１３３０Ｋと高いため、燃焼室壁へ逃げる熱量も多い。

図３は、比較例２における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁１０のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す。比較例２における図示燃費率は２３６．４ｇ／ｋＷｈ、スモーク発生量は０．１５ＦＳＮ、ＨＣ発生量は１８５ｐｐｍ、ＮＯｘ発生量は２５５ｐｐｍである。そして、比較例２における排気温度は２６１℃であり、比較例１より２８℃上昇する。しかし、排気温度をさらに上昇させるために、アフター噴射における噴射量をさらに増やしたりアフター噴射時期をさらに遅らせたりすると、ＨＣの増加を招くことになり、最終的には失火に至ることになる。また、比較例２における筒内の最高温度は約１２９０Ｋと高く、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅も５３８℃と高いため、燃焼室壁へ逃げる熱量が多く、熱損失も大きい。なお、比較例２における筒内の最高温度が比較例１よりやや低いのは、軸トルクを５Ｎｍに揃えるために圧縮上死点後２°から行われるメイン噴射における噴射量を比較例１より減らしているためである。

図４は、実施例１における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁１０のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す。実施例１においては、最初の噴射による燃焼効率を向上させるために、最初の噴射開始時期を圧縮上死点前５°まで遅らせている。実施例１における図示燃費率は２４０．７ｇ／ｋＷｈ、スモーク発生量は０．２１ＦＳＮ、ＨＣ発生量は１９０ｐｐｍ、ＮＯｘ発生量は２１２ｐｐｍである。そして、実施例１における排気温度は２７６℃であり、比較例１より４３℃上昇させることができ、エンジン出口から触媒までの温度低下分を考慮しても触媒活性の目安である２５０℃に十分足りていることが分かる。また、実施例１における筒内の最高温度は約１１７０Ｋであり、比較例２と比べて１００Ｋ以上低い。さらに、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅も２３４℃であり、比較例２と比べて変動幅が半分以下に抑えられて筒内温度が平滑化されている。したがって、実施例１においては、比較例２と比べて、燃焼室壁へ逃げる熱量を少なくして熱損失を少なくすることができるので、排気温度を効率よく上昇させることができる。さらに、比較例１，２と比べて、ＮＯｘを低減することもできている。

また、図４に示すように、２回目の噴射による熱発生は最初の噴射による熱発生が終了した後に開始されており、３回目の噴射による熱発生は２回目の噴射による熱発生が終了した後に開始されている。すなわち、３回の噴射による熱発生はすべて不連続で起こっている。したがって、実施例１においては、各燃焼の間に燃焼が中断される時期が存在し、３回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われていることが分かる。

図５は、比較例３における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁１０のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す。比較例３においては、少量の燃料噴射を断続的に続けることで、筒内の最高温度を低く抑えつつ、次の噴射開始時の筒内温度を高く保ち、良好な着火特性の確保を図っている。比較例３における図示燃費率は２４９．８ｇ／ｋＷｈ、ＨＣ発生量は１６０ｐｐｍ、ＮＯｘ発生量は２０２．５ｐｐｍである。そして、比較例３における排気温度は３０５℃であり、比較例１より７２℃上昇する。また、比較例３における筒内の最高温度は約１１３０Ｋであり、実施例１より約４０Ｋ低い。さらに、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅も１９３℃であり、実施例１より約４０℃低い。

しかし、比較例３においては、図５の○部に示すように、４回目の噴射による熱発生は３回目の噴射による熱発生が終了する前に開始されている。すなわち、３回目の熱発生と４回目の熱発生とが継続して行われている。したがって、３回目の噴射による燃焼と４回目の噴射による燃焼とが継続して行われているため、４回目に噴射された燃料噴霧については、新気の導入が不十分な状態で燃焼が行われている。その結果、比較例３におけるスモーク発生量は０．７６ＦＳＮと高くなり、比較例１，２及び実施例１と比べて大きく増大している。このように、比較例３においては、熱損失が少なく排気温度を効率よく上昇させることができるものの、スモーク発生量の増大を招くことになる。

図６は、実施例２における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁１０のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す。実施例２においては、少量の燃料噴射を断続的に続けることで、筒内の最高温度を低く抑えつつ、次の噴射開始時の筒内温度を高く保ち、良好な着火特性の確保を図っている。実施例２における図示燃費率は２５６．８ｇ／ｋＷｈ、ＨＣ発生量は２７０ｐｐｍ、ＮＯｘ発生量は１８０．５ｐｐｍである。そして、実施例２における排気温度は２９３℃であり、比較例１より６０℃上昇させることができる。また、実施例２における筒内の最高温度は約１１４０Ｋであり、比較例２と比べて約１５０Ｋ低い。さらに、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅も１１０℃であり、比較例２と比べて変動幅が約１／５に抑えられて筒内温度がさらに平滑化されている。したがって、実施例２においては、比較例２と比べて、燃焼室壁へ逃げる熱量を少なくして熱損失を少なくすることができるので、排気温度を効率よく上昇させることができる。さらに、比較例１，２と比べて、ＮＯｘを低減することもできている。

さらに、実施例２においては、比較例３と比べて、コモンレール１８内圧力（燃料噴射圧力）を４５ＭＰａから６０ＭＰａへ増加させることで、燃焼速度を速めている。その結果、図６に示すように、４回の噴射による熱発生がすべて不連続で起こっている。したがって、実施例２においては、４回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われているので、４回の噴射による燃料噴霧の各々について、新気（酸素）が十分に導入された状態で燃焼を行うことができる。その結果、実施例２におけるスモーク発生量は０．１７ＦＳＮであり、比較例３と比べてスモーク発生量を低減することができる。

また、実施例２においては、４回の燃料噴射の中で、後の噴射による熱発生ほど発生量が増大するように、後の噴射ほど噴射量を増大させている。ここで、ピストンが上死点に位置するときからクランク角が進むにつれてピストン移動速度が増大するため、後の燃料噴射時期ほど、燃焼室内のガスの膨張（ピストン下降）による筒内温度低下率の増大への影響が大きくなる。そこで、コントローラ３０は、ピストン移動速度増大による筒内温度低下率の増大分が補償されるように、後の燃料噴射ほど噴射量を増加させる制御を行う。この制御によって、ピストン移動速度増大による筒内温度低下率の増大を抑制することができるので、最終の噴射開始時期を遅らせても良好な着火特性を確保できる筒内温度を保ちながら各燃料噴射を行うことができる。したがって、排気温度をさらに効果的に上昇させることができる。

なお、実施例２における筒内の最高温度は約１１４０Ｋであり、比較例３とほぼ同等である。ただし、燃焼室壁への熱損失は気流の強い上死点近傍ほど大きく、上死点から離れるにつれて気流が弱くなって燃焼室壁への熱の流出は少なくなるため、圧縮上死点後４０°付近で筒内温度が最高（約１１４０Ｋ）となる実施例２においては、筒内温度が最高となるときでも燃焼室壁へ逃げる熱量は少なく熱損失は少ない。したがって、以上に説明した比較例及び実施例の中では、実施例２が熱損失が最も少ないと判断される。

以上に説明した実験の結果から、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅が抑えられて筒内温度が平滑化されることにより、分割噴射の際の熱損失を少なくすることができ、排気温度を効率よく上昇させることができる。そして、複数回の噴射による熱発生（燃焼）の各々が断続して行われることにより、燃焼の際に発生するスモークを低減することができる。

そして、以上に説明した実験の結果から、ＨＣの増加や失火を招くことなく最終の噴射開始時期を遅らせて排気温度を効率よく上昇させるためには、特許文献１や非特許文献１のように複数回の噴射による燃焼の各々を連続して行うことが重要ではなく、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度変動を抑えることが重要である。すなわち、実施例１，２のように複数回の噴射による燃焼の各々が不連続で行われても、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度変動を抑えることができれば、排気温度を効率よく上昇させることができる。さらに、燃焼の際に発生するスモークを低減することができる。特許文献１や非特許文献１は、分割噴射の際の筒内温度履歴について何ら言及がないため、本実施形態と思想が異なり、燃焼の際に発生するスモークも増大することになる。

さらに、以上に説明した実験の結果から、排気温度を効率よく上昇させるための燃料噴射時期の典型的な例としては、最初の噴射開始が圧縮上死点前１０°〜圧縮上死点後１０°の範囲で行われ、最終の噴射開始が圧縮上死点後２０°以降で行われることが好ましい。そして、低負荷運転時でも触媒の活性化を保つとともに燃焼の際の熱損失を少なくするためには、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までの筒内温度の変動幅が２５０℃以下に抑えられるように複数回の噴射時期の各々が制御されることが好ましく、各噴射間における休止期間がクランク角度で１５度以下となるように複数回の噴射時期の各々が制御されることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態における低負荷運転時の分割噴射によれば、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度変動が抑えられるため、良好な着火特性を確保できる筒内温度を保ちながら各燃料噴射を行うことができ、かつ筒内の最高温度を低く抑えることができる。これによって、低負荷運転時に最終の噴射開始時期を遅らせてもＨＣの増加や失火を招くことなく良好な着火特性を確保することができ、かつ熱損失を少なくすることができる。したがって、本実施形態によれば、低負荷運転時に排気温度を効率よく上昇させることができ、触媒の活性状態を高く保つことができる。

さらに、本実施形態における低負荷運転時の分割噴射によれば、２回目以降の燃料噴射による熱発生は前噴射による熱発生が終了した後に始まる。すなわち、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われる。これによって、複数回の噴射による燃料噴霧の各々について、新気（酸素）が十分に導入された状態で燃焼を行うことができるので、燃焼の際に発生するスモークを低減することができる。したがって、本実施形態によれば、低負荷運転時に燃焼の際に発生するスモークの増大を招くことなく排気温度を効率よく上昇させることができる。

また、本実施形態における低負荷運転時の分割噴射によれば、ピストン速度増大による筒内温度低下率の増大分が、後の燃料噴射ほど噴射量を増加させる制御によって補償される。これによって、最終の噴射開始時期を遅らせても、ピストン速度増大による筒内温度の低下を抑制することができ、良好な着火特性を確保できる筒内温度を保ちながら各燃料噴射を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、低負荷運転時に排気温度をさらに効率よく上昇させることができる。

なお、実施例１，２においては、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから加圧された燃料を３回以上に分割して噴射する場合について説明した。ただし、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから加圧された燃料を複数回に分割して噴射する場合であれば本発明の適用が可能である。そして、燃料の噴射時期及び噴射圧力についても、実施例１，２で説明した場合に限られるものではなく、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われる場合であれば本発明の適用が可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置をその制御対象となる圧縮着火式内燃機関の構成の概略とともに示す図である。 比較例１における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す図である。 比較例２における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す図である。 本発明の実施例１における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す図である。 比較例３における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す図である。 本発明の実施例２における筒内温度、筒内圧力、燃料噴射弁のリフト量、及び熱発生率のクランク角度に対する波形を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射弁、１２ ピストン、１４ 燃料ポンプ、１８ コモンレール、３０ コントローラ。

Claims (5)

1. 筒内の吸気ガスをピストンにより圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行う圧縮着火式内燃機関にて用いられる燃料噴射制御装置であって、
   ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、加圧された燃料を、噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割して筒内へ噴射させる噴射制御手段を有し、
   前記噴射制御手段は、複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々及び燃料の噴射圧力を制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記噴射制御手段は、ピストン速度増大による筒内温度低下率の増大分が補償されるように、後の燃料噴射ほど噴射量を増加させることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 請求項１または２に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記噴射制御手段は、各噴射間における休止期間がクランク角度で１５度以下となるように、複数回の噴射時期の各々を制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項１または２に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記噴射制御手段は、最初の噴射開始時から最終の噴射開始時までにおける筒内温度の変動幅が２５０℃以下に抑えられるように、複数回の噴射時期の各々を制御することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 筒内の吸気ガスをピストンにより圧縮して筒内へ加圧された燃料を直接噴射することで、噴射した燃料の着火を行う圧縮着火式内燃機関であって、
   加圧された燃料は、ピストンが圧縮上死点近傍に位置するときから、噴射による筒内温度変動が抑えられるように複数回に分割されて筒内へ噴射され、
   複数回の噴射による燃焼の各々が断続的に行われるように、複数回の噴射時期の各々及び燃料の噴射圧力が制御されることを特徴とする圧縮着火式内燃機関。
   

Images