JP2006029101A - 燃料噴射弁の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】煩わしい設計変更を不要にしつつ、使用環境や経時劣化などによる燃料噴射弁の噴孔周辺へのカーボンの付着を防止して燃料の高精度な噴射を行うことができる燃料噴射弁の制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン運転時のカーボンフラワー生成領域での累積時間を計測するタイマにより計測し、そのカーボンフラワー生成領域での累積時間が１時間経過したときに、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を１分程度増加させるように制御している。更に、インジェクタからの燃料の噴射圧力を増加させたときに、その燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音を低下させるように燃料の噴射時期を遅角させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射弁からシリンダ内に噴射される燃料を制御する燃料噴射弁の制御方法に関し、詳しくは、燃料噴射弁の噴孔周辺でのカーボンフラワーの生成を防止する対策に係わる。

従来より、シリンダヘッドの頂部に形成された円孔に差し込まれる燃料噴射弁によってシリンダ内（燃焼室内）に燃料を直接噴射するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−７３０６０号公報。

ところが、上記従来のものでは、燃料噴射弁によって燃料がシリンダ内に直接噴射されるため、燃料噴射弁の噴孔周辺にカーボンが付着することになり、その付着し始めたカーボンが時間の経過に伴い堆積してカーボンフラワーを生成させることになる。

ところで、このようなカーボンフラワーの生成は、燃料性状や環境条件などと深い関わり合いがあり、燃料性状としては、燃料中に含まれるカーボンフラワー促進成分、たとえば残量炭素成分やアスファルテンなどが多量に存在していると、これらの成分によってカーボンフラワーの生成が促進されることになる。一方、環境条件としては、燃料噴射弁の噴孔周辺の表面温度による影響を受け易く、その燃料噴射弁の噴孔周辺の表面温度がカーボンフラワーの生成条件に合致すると、カーボンフラワーの生成が促進されることになる。

その場合、カーボンフラワーの生成を抑制する上で、燃料性状を改善すること自体が困難であるため、燃料噴射弁の噴孔周辺の表面温度をカーボンフラワーの生成条件に合致しない温度領域つまりカーボンフラワーの生成条件外に移行させるように、シリンダヘッドの円孔付近に加工を施したり部材を付設するなどの工数を要する設計変更を行っている。

しかし、このような工数を有する設計変更を行っているものでは、その設計変更自体が煩わしいものとなる上、使用環境や経時劣化などによって燃料噴射弁の噴孔周辺の表面温度がカーボンの付着し易い温度領域つまりカーボンの生成条件に入り込んで、噴孔周辺にカーボンが付着し易い状況に陥る可能性が高いものとなり、燃料噴射弁の噴孔周辺に時間の経過に伴い堆積するカーボンフラワーによって燃料の高精度な噴射を行うことができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、煩わしい設計変更を不要にしつつ、使用環境や経時劣化などによる燃料噴射弁の噴孔周辺でのカーボンフラワーの生成を防止して燃料の高精度な噴射を行うことができる燃料噴射弁の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、燃料噴射弁からシリンダ内に噴射される燃料を制御する燃料噴射弁の制御方法として、エンジン運転時のカーボンの生成条件下での累積時間を計測する計測手段を備え、この計測手段によるカーボンの生成条件下での累積時間が所定時間経過したときに、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させるように制御している。

この特定事項により、エンジン運転時のカーボンの生成条件下での累積時間が所定時間経過したときに、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させるように制御しているので、シリンダヘッドの円孔付近に加工を施したり部材を付設するなどの煩わしい工数を要する設計変更を行う必要がない。その上、使用環境や経時劣化などによって燃料噴射弁のノズルの受熱面積が増加して噴孔周辺の表面温度がカーボンの付着し易い所定の温度範囲つまりエンジン運転時のカーボンの生成条件に入り込んで噴孔周辺にカーボンが付着し易い状況に永続的に陥ってしまうことがなく、カーボンの生成条件下での累積時間が所定時間経過したときに、噴孔周辺に付着し始めたカーボンが燃料噴射弁からの噴射圧力を一定時間増加させた燃料によって効果的に払拭される。

これにより、煩わしい設計変更を不要にしつつ、燃料噴射弁の噴孔周辺でのカーボンの堆積によるカーボンフラワーの生成を確実に防止して燃料の高精度な噴射を行うことが可能となる。

更に、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させたときに、その燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音を低下させるように燃料の噴射時期を遅角させている場合には、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を増加させた際にユーザに違和感を与える燃焼騒音が燃料の噴射時期の遅角によって低減され、ユーザに違和感を与えることなく燃料噴射弁の噴孔周辺でのカーボンフラワーの生成を効率よく防止することが可能となる。

以上、要するに、エンジン運転時のカーボンの生成条件下での累積時間が所定時間経過したときに、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させるように制御することで、使用環境や経時劣化などによってエンジン運転時にカーボンの生成条件に入り込んで噴孔周辺にカーボンが付着し易い状況に永続的に陥いることを防止し、シリンダヘッドの円孔付近での煩わしい設計変更を不要にしつつ、燃料噴射弁の噴孔周辺でのカーボンの堆積によるカーボンフラワーの生成を確実に防止して燃料の高精度な噴射を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わるエンジンの燃料制御方法に用いられるコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示している。

このコモンレール式燃料噴射システムは、舶用の６気筒ディーゼルエンジン１（以下、エンジンと称する）の各気筒毎に燃料を直接噴射する複数個（本例では６個）の燃料噴射弁としてのインジェクタ２，…と、エンジン１により回転駆動されるサプライポンプ３と、このサプライポンプ３より吐出された高圧燃料を蓄圧する蓄圧室を形成するコモンレール５と、各気筒のインジェクタ２およびサプライポンプ３を電子制御する電子制御ユニット１０とを備えている。

各気筒のインジェクタ２は、コモンレール５より分岐する複数の分岐管（高圧配管経路）１６の下流端に連結された高圧パイプ（図示せず）に接続され、コモンレール５に蓄圧された高圧燃料をエンジン１の各気筒の燃焼室内に噴射供給する燃料噴射ノズルである。これらのインジェクタ２からエンジン１への燃料の噴射は、インジェクタ２内の燃料通路の途中に設けられた噴射制御用電磁弁（図示せず）への通電および通電停止（ＯＮ／ＯＦＦ）により電子制御される。つまり、各気筒のインジェクタ２の噴射制御用電磁弁が開弁している間、コモンレール５に蓄圧された高圧燃料がエンジン１の各気筒の燃焼室内に噴射供給される。

サプライポンプ３は、エンジン１のクランク軸１１の回転に伴ってポンプ駆動軸１２が回転することで燃料タンク９内の燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ（図示せず）と、ポンプ駆動軸１２により駆動されるプランジャ（図示せず）と、このプランジャの往復運動により燃料を加圧する加圧室（図示せず）とを有している。そして、サプライポンプ３は、フィードポンプにより吸い出された燃料を加圧して吐出口からコモンレール５へ高圧燃料を吐出する高圧供給ポンプである。このサプライポンプ３の加圧室への燃料流路の入口側には、その燃料流路を開閉することによってサプライポンプ３からコモンレール５への燃料の吐出量を変更する入り口調量弁４が取り付けられている。

入り口調量弁４は、図示しないポンプ駆動回路を介して電子制御ユニット１０からの制御信号（ポンプ駆動信号）によって電子制御されることにより、サプライポンプ３の加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整する吸入量調整用電磁弁（ポンプ吸入弁）であって、各インジェクタ２からエンジン１へ噴射供給する噴射圧力（燃料圧）に相当するコモンレール５内の圧力（以下、コモンレール圧と称する）を変更するようになされている。この入り口調量弁４は、通電が停止されると弁状態が全開状態となるノーマリオープンタイプのポンプ流量制御弁（電磁弁）である。

コモンレール５には、連続的に噴射圧力に相当する高い圧力が蓄圧される必要があり、そのために燃料配管（高圧配管経路）１３を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ３の吐出口と接続されている。なお、インジェクタ２からのリーク燃料およびサプライポンプ３からのリーク燃料は、リーク配管（低圧通路）１４を経て燃料タンク９にリターンされる。また、コモンレール５から燃料タンク９へ燃料をリリーフするリリーフ配管（低圧通路）１５には、コモンレール圧が限界蓄圧圧力（限界設定圧）を超えることがないように圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ６が取り付けられている。

プレッシャリミッタ６は、高圧配管経路内の燃料圧、すなわち、実コモンレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して燃料圧を限界設定圧以下に抑えるための圧力安全弁である。このプレッシャリミッタ６は、バルブボディ（弁本体）と、このバルブボディに形成された弁孔を開閉するボールバルブ（弁体）と、このボールバルブと一体的に動作するピストンと、ボールバルブおよびピストンが弁座に着座する側（閉弁方向）に所定の付勢力で付勢するスプリング等とを備えている。そして、ボールバルブのシート径とスプリングのセット荷重とでプレッシャリミッタ６の開弁圧が決定されている。

電子制御ユニット１０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存するＲＯＭ、ＲＡＭ、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路およびポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータを備えている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。

また、電子制御ユニット１０は、エンジン１の運転条件に応じた最適な目標噴射時期（噴射開始時期）、各気筒のインジェクタ２からエンジン１に噴射する燃料の目標噴射量（噴射期間）を決定する噴射量・噴射時期決定手段と、エンジン１の運転条件および目標噴射量に応じた噴射パルス時間（噴射パルス幅）のインジェクタ噴射パルスを演算する噴射パルス幅決定手段と、インジェクタ駆動回路を介して各インジェクタ２の噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加するインジェクタ駆動手段とを備えている。すなわち、電子制御ユニット１０は、回転速度センサ２１によって検出されたエンジン回転速度（以下、エンジン回転数と称する）およびアクセル開度センサ２２によって検出されたアクセル開度等のエンジン運転情報に基づいて目標噴射量を算出し、エンジン１の運転条件および目標噴射量から算出された噴射パルス幅に応じて各気筒のインジェクタ２の噴射制御用電磁弁にインジェクタ噴射パルスを印加するように構成されている。これにより、エンジン１が運転される。

そして、電子制御ユニット１０は、エンジン１の運転条件に応じた最適な燃料噴射圧力に相当する目標コモンレール圧を演算し、ポンプ駆動回路を介してサプライポンプ３の入り口調量弁４を駆動する吐出量制御手段でもある。すなわち、電子制御ユニット１０は、回転速度センサ２１によって検出されたエンジン回転数およびアクセル開度センサ２２によって検出されたアクセル開度等のエンジン運転情報、更には冷却水温センサ２３によって検出されたエンジン冷却水温の補正を加味して目標コモンレール圧を算出し、この目標コモンレール圧を達成するために、サプライポンプ３の入り口調量弁４に制御信号を出力するように構成されている。

また、図２に示すように、エンジン１の運転時つまりエンジン運転領域においてインジェクタ２の噴孔周辺の表面温度が所定の温度範囲になると、エンジン１の各気筒毎に燃料を直接噴射するインジェクタ２の噴孔周辺にカーボンが堆積してカーボンフラワーを生成するカーボンフラワー生成領域に移行することが判明している。この現象は、インジェクタ２の燃料噴射圧力が比較的低い場合に生じている。また、図３に示すように、エンジン運転領域におけるエンジン１の回転数に対するインジェクタ２からの燃料噴射量の特性からも、エンジン１の回転数に対しインジェクタ２からの燃料噴射量の特性が所定の範囲になると、カーボンフラワーの生成領域に移行することが判明している。そして、図４に示すように、エンジンの通常運転状態での経過時間（ｍｉｎ）に対しカーボンの発生量の特性から１時間（６０ｍｉｎ）を経過した後にカーボンの発生量が目に見えて急増していることが判る。そこで、本発明では、エンジン運転時のカーボンの生成条件下つまりカーボンフラワー生成領域での累積時間を計測する計測手段としてのタイマ（図示せず）を具備し、このタイマによるカーボンフラワー生成領域での累積時間が所定時間（たとえば１時間）経過したときに、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を一定時間（たとえば１分程度）増加させるような制御を電子制御ユニット１０により行うようにしている。

更に、図５は、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音がインジェクタ２の燃料噴射時期と燃料の噴射圧力との関係においてどのように変遷するかを等燃焼騒音線で示している。この図５からも明らかなように、燃焼騒音は、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を増加させてもインジェクタ２の燃料噴射時期を遅らせることによって低下していることが判る。そこで、本発明では、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させたときに、その燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音を低下させるように燃料噴射時期を遅角させる制御を電子制御ユニット１０により行うようにしている。

したがって、上記実施形態では、エンジン運転時のカーボンの生成条件下つまりカーボンフラワー生成領域での累積時間が所定時間（たとえば１時間）経過したときに、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を一定時間（たとえば１分程度）増加させるように制御しているので、シリンダヘッドの円孔付近に加工を施したり部材を付設するなどの煩わしい工数を要する設計変更を行う必要がない。その上、使用環境や経時劣化などによってインジェクタ２のノズルの受熱面積が増加して噴孔周辺の表面温度がカーボンの付着し易い所定の温度範囲つまりエンジン運転時のカーボンフラワー生成領域に入り込んで噴孔周辺にカーボンが付着し易い状況に永続的に陥ってしまうことがなく、カーボンフラワー生成領域での累積時間が所定時間経過したときに、噴孔周辺に付着し始めたカーボンがインジェクタ２からの噴射圧力を一定時間増加させた燃料によって効果的に払拭される。

これにより、煩わしい設計変更を不要にしつつ、インジェクタ２の噴孔周辺でのカーボンの堆積によるカーボンフラワーの生成を確実に防止して燃料の高精度な噴射を行うことができる。

更に、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させたときに、その燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音を低下させるように燃料の噴射時期を遅角させているので、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を増加させた際にユーザに違和感を与える燃焼騒音が燃料の噴射時期の遅角によって低減され、ユーザに違和感を与えることなくインジェクタ２の噴孔周辺でのカーボンフラワーの生成を効率よく防止することができる。

なお、上記実施形態では、フィードポンプにより吸い出された燃料を加圧して吐出口からコモンレール５へ高圧燃料を吐出するサプライポンプ３を備えたコモンレール式燃料噴射システムについて説明したが、これに限定されるものではなく、インジェクタからの燃料の噴射圧を任意に変更可能な燃料噴射系であればなんでもよい。

また、上記実施形態では、カーボンフラワー生成領域での累積時間が１時間経過したときに、インジェクタ２からの燃料の噴射圧力を増加させるように制御したが、カーボンフラワー生成領域での累積時間が１時間未満、たとえば３０分経過する都度インジェクタからの燃料の噴射圧力を増加させるように制御してもよく、カーボンフラワー生成領域での累積時間は１時間未満であれば何分であってもよい。

本発明の実施形態に係るエンジンの燃料制御方法に用いられるコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示す概略構成図である。 インジェクタ噴孔周辺の表面温度と燃料噴射圧力との関係においてカーボンフラワー生成領域を示す特性図である。 エンジン回転数とインジェクタからの燃料噴射量との関係においてカーボンフラワー生成領域を示す特性図である。 通常運転状態での経過時間に対するカーボンの発生量の特性を示す特性図である。 インジェクタからの燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音がインジェクタの燃料噴射時期と燃料の噴射圧力との関係においてどのように変遷するかを等燃焼騒音線で示す特性図である。

符号の説明

２ インジェクタ（燃料噴射弁）

Claims (2)

1. 燃料噴射弁からシリンダ内に噴射される燃料を制御する燃料噴射弁の制御方法において、
   エンジン運転時のカーボンの生成条件下での累積時間を計測する計測手段を備え、
   この計測手段によるカーボンの生成条件下での累積時間が所定時間経過したときに、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させるように制御していることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。
2. 上記請求項１に記載の燃料噴射弁の制御方法において、
   燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を一定時間増加させたときに、その燃料の噴射圧力の増加により増大する燃焼騒音を低下させるように燃料の噴射時期を遅角させていることを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。

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