JP2011202624A - Fuel injection control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射制御装置に関し、特にディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device, and more particularly to a fuel injection control device for a diesel engine.
ディーゼルエンジンでは、窒素酸化物の生成を抑えつつ、燃焼音および排気に含まれるPM(Particulate Matter)の減少を図ることが求められる。そこで、設定されている燃料噴射量のうち大部分を噴射するメイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射を実行する燃料噴射装置が提案されている。さらに、特許文献1では、パイロット噴射に先立って、排気弁の閉弁直後の吸入行程の初期に燃料室へ燃料を噴射する予備噴射が提案されている。特許文献1のようにパイロット噴射に加えて、吸入行程で予備噴射を実行することにより、多段噴射の各段階での燃料噴射量を減少させることにより、各段階で噴射される燃料噴霧の運動量は低下する。そのため、シリンダの内壁やピストンの端面には燃料噴霧がほとんど付着することなく、希薄な混合気が生成される。 In a diesel engine, it is required to reduce combustion noise and PM (Particulate Matter) contained in exhaust gas while suppressing generation of nitrogen oxides. Therefore, a fuel injection device has been proposed that performs pilot injection that injects a small amount of fuel prior to main injection that injects most of the set fuel injection amount. Further, Patent Document 1 proposes preliminary injection in which fuel is injected into the fuel chamber at the beginning of the intake stroke immediately after the exhaust valve is closed, prior to pilot injection. In addition to pilot injection as in Patent Document 1, by performing preliminary injection in the intake stroke, the amount of fuel spray injected in each stage is reduced by reducing the amount of fuel injection in each stage of multistage injection. descend. Therefore, a lean air-fuel mixture is generated with almost no fuel spray adhering to the inner wall of the cylinder or the end face of the piston.
しかしながら、排気量が小さくボアの小さなディーゼルエンジンの場合、吸入行程のように燃焼室内の圧力が小さく密度が低い場合、インジェクタから噴射された燃料噴霧の到達距離は増大する。そのため、シリンダの内壁およびピストンの端面への燃料噴霧の付着を抑えるためには、一回の予備噴射で噴射する燃料の量を極めて小さくする必要がある。その結果、燃料噴射量の精度を確保しにくく、精度の低い燃料噴射量ではディーゼルエンジンにおける所望のトルクの確保が困難であるという問題がある。また、燃料噴射量の精度を確保できる程度に予備噴射における燃料噴射量を設定すると、シリンダの内壁やピストンの内壁への燃料噴霧の付着を招き、排気に含まれる炭化水素の増加を招くという問題がある。 However, in the case of a diesel engine with a small displacement and a small bore, when the pressure in the combustion chamber is small and the density is low as in the intake stroke, the reach of the fuel spray injected from the injector increases. Therefore, in order to suppress the fuel spray from adhering to the inner wall of the cylinder and the end face of the piston, the amount of fuel injected in one preliminary injection needs to be extremely small. As a result, there is a problem that it is difficult to ensure the accuracy of the fuel injection amount, and it is difficult to secure a desired torque in the diesel engine with a low accuracy fuel injection amount. Further, if the fuel injection amount in the preliminary injection is set to such an extent that the accuracy of the fuel injection amount can be ensured, the fuel spray adheres to the inner wall of the cylinder or the inner wall of the piston, which causes an increase in hydrocarbons contained in the exhaust. There is.
そこで、本発明の目的は、ディーゼルエンジンの排気量に関わらず、燃料噴霧の付着を抑えつつ、所望のトルクが得られる燃料噴射量の精度が確保される燃料噴射制御装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection control device that ensures the accuracy of the fuel injection amount that can obtain a desired torque while suppressing the adhesion of fuel spray regardless of the exhaust amount of the diesel engine. .
請求項1または2記載の発明では、パイロット噴射に先立つ予備噴射は、クランクシャフトが下死点から上死点へ至る圧縮行程において実行される。圧縮行程では、燃焼室に吸入された空気は圧縮されるため、燃焼室の密度は吸入行程に比較して高くなる。そして、予備噴射は、噴射初期における燃料噴射率の変化がメイン噴射またはパイロット噴射の少なくともいずれかよりも大きく設定されている。すなわち、予備噴射における燃料噴射率の立ち上がりは、メイン噴射またはパイロット噴射の少なくともいずれかよりも大きくなる。ここで、燃料噴射率とは、単位時間あたりの燃料噴射量である。 In the first or second aspect of the invention, the preliminary injection prior to the pilot injection is performed in a compression stroke from the bottom dead center to the top dead center of the crankshaft. In the compression stroke, since the air sucked into the combustion chamber is compressed, the density of the combustion chamber is higher than that in the suction stroke. In the preliminary injection, the change in the fuel injection rate at the initial stage of injection is set to be larger than at least one of the main injection and the pilot injection. That is, the rise of the fuel injection rate in the preliminary injection becomes larger than at least one of the main injection and the pilot injection. Here, the fuel injection rate is a fuel injection amount per unit time.
ところで、燃料を噴射するインジェクタは、ノズルに形成されたシートにニードルが着座またはシートからニードルが離座することにより、シートの下流側に設けられた噴孔からの燃料の噴射を断続する。そのため、インジェクタから噴射される燃料は、噴孔に至る前に、ニードルとシートとの間に形成される微小な通路を通過する。このニードルとシートとの間に形成される隙間は、燃料噴射率の変化が大きく、すなわち立ち上がりが大きくなるほど拡大する。また、ニードルとシートとの間に形成される隙間が大きくなるほど、噴孔を通過する燃料の流速は増大し、噴孔から噴射される燃料の微粒化が促進される。 By the way, an injector that injects fuel intermittently injects fuel from an injection hole provided on the downstream side of the seat when the needle is seated on the seat formed on the nozzle or the needle is separated from the seat. Therefore, the fuel injected from the injector passes through a minute passage formed between the needle and the seat before reaching the injection hole. The gap formed between the needle and the seat increases as the change in the fuel injection rate increases, that is, as the rise increases. Further, as the gap formed between the needle and the seat increases, the flow rate of the fuel passing through the nozzle hole increases, and atomization of the fuel injected from the nozzle hole is promoted.
そこで、請求項1または2記載の発明では、予備噴射における燃料噴射率の勾配を大きくすることにより、噴孔から噴射される燃料の流速を増大させ、噴孔から噴射される燃料の微粒化を促進させている。さらに、この予備噴射を燃焼室の密度が高い圧縮行程に実行することにより、噴孔から噴射された燃料噴霧の到達距離は小さくなり、シリンダの内壁およびピストンの端面への付着が抑えられる。したがって、予備噴射における燃料の噴射量を減らすことなく、ディーゼルエンジンの排気量に関わらず、シリンダの内壁およびピストンの端面への燃料噴霧の付着を抑えつつ、ディーゼルエンジンにおいて所望のトルクを得ることができる。 Therefore, in the first or second aspect of the invention, by increasing the gradient of the fuel injection rate in the preliminary injection, the flow velocity of the fuel injected from the nozzle hole is increased, and the atomization of the fuel injected from the nozzle hole is reduced. Promoting. Further, by performing this preliminary injection in a compression stroke in which the density of the combustion chamber is high, the reach of the fuel spray injected from the injection hole is reduced, and adhesion to the inner wall of the cylinder and the end face of the piston is suppressed. Therefore, it is possible to obtain a desired torque in the diesel engine without reducing the fuel injection amount in the preliminary injection and suppressing the fuel spray from adhering to the inner wall of the cylinder and the end face of the piston regardless of the exhaust amount of the diesel engine. it can.
以下、本発明の一実施形態による燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図1に示すディーゼルエンジンシステム10の構成について説明する。ディーゼルエンジンシステム10は、機関本体11、吸気部12、排気部13、EGR部14、燃料噴射部15および燃料噴射制御装置としてのECU16を備えている。機関本体11は、シリンダブロック17、シリンダヘッド18およびピストン19を有している。シリンダブロック17は、内側に複数のシリンダ21を形成している。シリンダヘッド18は、シリンダブロック17の上端に設けられている。ピストン19は、シリンダブロック17が形成するシリンダ21の内側を軸方向に往復移動する。このピストン19のシリンダヘッド18側の端面と、シリンダ21の内壁と、シリンダヘッド18のピストン19側の端面とに囲まれた空間は、燃焼室22となる。ピストン19は、図示しないクランクシャフトに接続されている。ピストン19がシリンダ21の軸方向すなわち図1の上下方向へ移動することにより、クランクシャフトは回転する。このピストン19がシリンダ21において図1の最も上方まで移動したとき、すなわち燃焼室22の体積が最小となるとき、クランクシャフトの回転角度は上死点にある。一方、ピストン19がシリンダ21において図1の最も下方まで移動したとき、すなわち燃焼室22の体積が最大となるとき、クランクシャフトの回転角度は下死点にある。
Hereinafter, a diesel engine system to which a fuel injection control device according to an embodiment of the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
First, the configuration of the
吸気部12は、吸気管部材23および図示しない吸気バルブを有している。吸気管部材23は、吸気通路24を形成している。吸気通路24の一方の端部からは、図示しないエアクリーナを経由して大気が導入される。吸気通路24の他方の端部は、燃焼室22に接続している。図示しない吸気バルブは、吸気通路24と燃焼室22との間を開閉する。また、吸気通路24の途中には、吸気の流量を調整するスロットルバルブ25が設けられている。排気部13は、排気管部材26および図示しない排気バルブを有している。排気管部材26は、排気通路27を形成している。排気通路27は、図示しない排気浄化装置および消音装置を経由して大気に開放されている。排気通路27の他方の端部は、燃焼室22に接続している。これにより、燃焼室22の排気は、排気通路27を経由して大気中へ排出される。図示しない排気バルブは、燃焼室22と排気通路27との間を開閉する。
The
機関本体11は、4サイクルのディーゼルエンジンである。機関本体11は、吸気バルブが開き、かつ排気バルブが閉じた状態でピストン19が上死点から下死点へ下降するとき、燃焼室22へ吸気を導入する吸気行程となる。そして、機関本体11は、吸気バルブおよび排気バルブがいずれも閉じた状態でピストン19が下死点から上死点へ上昇するとき、燃焼室22に吸入された吸気を圧縮する圧縮行程となる。この圧縮行程の後半で燃焼室22では燃料の燃焼が生じ、燃焼室22の圧力が上昇する。そのため、ピストン19は再び上死点から下死点側へ下降する。このとき、機関本体11は、吸気バルブおよび排気バルブがいずれも閉じた状態でピストン19が上死点から下死点へ下降する。したがって、機関本体11は、燃焼室22の体積が増加する燃焼行程となる。燃焼行程によって下死点まで下降したピストン19は、再び上死点側へ上昇する。このとき、機関本体11は、吸気バルブが閉じ、かつ排気バルブが開いた状態でピストン19が移動する。これにより、機関本体11は、燃焼室22の燃焼ガスを排気通路27へ排出する排気行程となる。なお、吸気バルブおよび排気バルブが開閉する時期すなわちバルブタイミングは、機関本体11の運転状態に応じて上記した時期から進角側または遅角側へずらされたり、吸気バルブの開閉と排気バルブの開閉とがオーバーラップする場合がある。
The
EGR部14は、排気の一部を吸気へ還流させる排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)を実施する。EGR部14は、EGR管部28およびEGR弁29を有している。EGR管部28は、EGR通路31を形成している。EGR通路31は、一方の端部が排気通路27に接続し、他方の端部が吸気通路24に接続している。EGR弁29は、EGR通路31を開閉し、排気通路27から吸気通路24へ再循環される排気の流量を制御する。
The
燃料噴射部15は、コモンレール32、インジェクタ40および図示しないサプライポンプを有している。図示しないサプライポンプは、図示しない燃料タンクに貯えられている燃料を所定の圧力まで加圧する。サプライポンプで加圧された燃料は、コモンレール32に圧力を維持した状態で貯えられる。コモンレール32に貯えられている高圧の燃料は、インジェクタ40から燃焼室22に噴射される。
The
インジェクタ40は、周知の構成であり、図2に示すように主にボディ41、ニードル42、駆動部43および駆動力伝達部44を有している。ボディ41は、第一ボディ45、第二ボディ46、第三ボディ47およびノズル48から構成され、内側にニードル42、駆動部43および駆動力伝達部44を収容している。ノズル48は、筒状に形成され、内側にニードル42を軸方向へ移動可能に収容するとともに、先端に燃料を噴射する噴孔49を有している。第一ボディ45、第二ボディ46、第三ボディ47およびノズル48は、リテーニングナット51によって一体に接続されている。
The
ニードル42と、駆動力伝達部44のニードルストッパ52およびバランスピストン53とは、ボディ41の内側を軸方向へ一体に移動可能である。すなわち、ニードル42は、駆動部43側において筒状のノズル48と摺動し、ニードルストッパ52およびバランスピストン53は、筒状の第三ボディ47と摺動する。ボディ41を貫く高圧通路54は、コモンレール32から高圧の燃料が供給される。この高圧通路54は、コモンレール32とは反対側の端部がノズル48の先端、およびバランスピストン53の駆動部43側の高圧室55に接続している。ボディ41は、ピエゾピストン56のニードル42側の端部に加圧室57を形成し、ニードルストッパ52のニードル42側の端部に下部室58を形成している。この加圧室57と下部室58とは、加圧通路59を経由して接続している。また、ボディ41は、ピエゾピストン56の駆動部43側に低圧室61を形成し、ニードルストッパ52の駆動部43側に上部室62を形成している。この上部室62と低圧室61とは、低圧通路63を経由して接続している。ボディ41の低圧室61には、駆動部43のピエゾアクチュエータ64が収容されている。上部室62は、弾性部材としてのスプリング65を収容している。このスプリング65は、ニードルストッパ52をニードル42方向へ押し付ける。ピエゾピストン56は、内側に加圧室57と低圧室61とを接続する接続通路66を有するとともに、この接続通路66に加圧室57から低圧室61への燃料の流れを遮断する逆止弁67を有している。加圧室57には弾性部材としての皿ばね68が収容されており、この皿ばね68はピエゾピストン56を常にピエゾアクチュエータ64側へ押し付けている。
The
ニードル42は、図3および図4に示すように先端の近傍に円環状のシール部71を有している。また、ノズル48は、内周面に円環状のシート部72を有している。噴孔49は、ノズル48を貫いて燃料の流れ方向においてこのシート部72の下流側でノズル48の内周壁と外壁との間を接続している。ニードル42の外壁とノズル48の内壁とは、図4に示すように高圧通路54に接続する燃料通路73を形成する。シート部72にシール部71が着座すると、燃料通路73が閉じられる。そのため、高圧通路54と噴孔49との間における燃料の流れが遮断され、燃料は噴孔49から噴射されない。一方、シート部72からシール部71が離座すると、燃料通路73が開かれる。そのため、高圧通路54と噴孔49との間は燃料通路73を経由して接続され、燃料は噴孔49から噴射される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ECU16からピエゾアクチュエータ64に駆動エネルギが印加されると、ピエゾアクチュエータ64は軸方向へ伸びる。そのため、図2に示すようにピエゾアクチュエータ64に接しているピエゾピストン56は、ピエゾアクチュエータ64に押されてニードル42側へ移動し、加圧室57の体積を縮小する。逆止弁67が加圧室57から低圧室61側への燃料の流れを遮断しているため、加圧室57の圧力、および加圧通路59を経由し加圧室57に接続する下部室58の圧力は上昇する。下部室58の圧力が上昇すると、高圧室55から燃料の圧力を受けるバランスピストン53と下部室58から燃料の圧力を受けるニードルストッパ52との力のバランスは変化する。すなわち、下部室58からニードルストッパ52に加わる力は、高圧室55からバランスピストン53が受ける力とスプリング65の押し付け力との和よりも大きくなる。これにより、ニードル42を下方すなわちシール部71がシート部72に着座する方向へ押し付ける力が減少し、ニードル42は上方すなわち駆動部43側へ上昇する。その結果、シール部71はシート部72から離座し、燃料は噴孔49から噴射される。
When drive energy is applied from the
一方、ECU16からピエゾアクチュエータ64への駆動エネルギを回収すると、ピエゾアクチュエータ64は軸方向へ縮む。そのため、ピエゾアクチュエータ64に接しているピエゾピストン56は、皿ばね68の押し付け力によってピエゾアクチュエータ64とともに駆動部43側へ移動する。これにより、加圧室57の体積が増加し、加圧室57および下部室58の圧力は低下する。下部室58の圧力が低下すると、下部室58からニードルストッパ52に加わる力は、高圧室55からバランスピストン53が受ける力とスプリング65の押し付け力との和より小さくなる。その結果、ニードル42を下方すなわちシール部71がシート部72に着座する方向へ押し付ける力が増大し、ニードル42は下方すなわち駆動部43と反対側へ移動する。その結果、シール部71はシート部72に着座し、噴孔49からの燃料の噴射は停止される。
このように、ECU16からピエゾアクチュエータ64へ出力される駆動エネルギにしたがって、ニードル42は軸方向へ往復移動する。これにより、噴孔49からの燃料の噴射およびその停止が制御される。
On the other hand, when the drive energy from the
Thus, according to the driving energy output from the
ECU16は、図5に示すようにCPU81、ROM82およびRAM83からなるマイクロコンピュータ84で構成されている。ECU16は、ROM82に記憶されているコンピュータプログラムを実行することにより、回転角度取得部85、運転状態取得部86、噴射量設定部87およびインジェクタ制御部88として機能する。すなわち、回転角度取得部85、運転状態取得部86、噴射量設定部87およびインジェクタ制御部88は、ソフトウェア的に実現されている。なお、これら回転角度取得部85、運転状態取得部86、噴射量設定部87およびインジェクタ制御部88は、ハードウェア的に実現してもよい。
As shown in FIG. 5, the
ECU16は、図1および図5に示すようにアクセル開度センサ91、吸入空気量センサ92、クランク角センサ93、圧力センサ94、吸気温度センサ95、水温センサ96および吸気圧力センサ97などの各種のセンサに接続している。アクセル開度センサ91は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出し、検出した踏み込み量を電気信号としてECU16へ出力する。吸入空気量センサ92は、吸気通路24を流れる空気の流量を検出し、検出した空気の流量を電気信号としてECU16へ出力する。クランク角センサ93は、図示しないクランクシャフトの回転角度を検出し、検出した回転角度を電気信号としてECU16へ出力する。圧力センサ94は、コモンレール32に貯えられている燃料の圧力を検出し、検出した燃料の圧力を電気信号としてECU16へ出力する。吸気温度センサ95は、吸気通路24を流れる吸気の温度を検出し、検出した吸気の温度を電気信号としてECU16へ出力する。水温センサ96は、機関本体11の冷却水の温度を検出し、検出した冷却水の温度を電気信号としてECU16へ出力する。吸気圧力センサ97は、吸気通路24を流れる空気の圧力を検出し、検出した空気の圧力を電気信号としてECU16へ出力する。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
ECU16が実現する回転角度取得部85は、クランク角センサ93から出力された電気信号に基づいて、機関本体11のクランクシャフトの回転角度を取得する。運転状態取得部86は、回転角度取得部85で取得したクランクシャフトの回転角度、およびアクセル開度センサ91から出力された電気信号に基づいて、機関本体11の負荷や回転数などの運転状態を取得する。噴射量設定部87は、運転状態取得部86で取得した機関本体11の運転状態に基づいてインジェクタ40からの燃料の噴射量を基礎噴射量として設定する。これとともに、噴射量設定部87は、設定した基礎噴射量を、吸入空気量センサ92、吸気温度センサ95、水温センサ96および吸気圧力センサ97などの各種センサから出力された吸入される空気量、吸気の温度、冷却水の温度および吸気の圧力などに基づいて補正し、最終的な決定噴射量Qdを設定する。
The rotation
インジェクタ制御部88は、回転角度取得部85で取得したクランクシャフトの回転角度、および噴射量設定部87で設定した燃料の噴射量に基づいてインジェクタ40からの燃料の噴射を断続する。すなわち、インジェクタ制御部88は、インジェクタ40へ出力する駆動エネルギを制御することにより、噴孔49からの燃料の噴射を制御する。また、ECU16は、圧力センサ94で検出したコモンレール32における燃料の圧力、運転状態取得部86で取得した機関本体11の運転状態、および噴射量設定部87で設定した決定噴射量に基づいて、コモンレール32の圧力をフィードバック制御する。すなわち、ECU16は、図示しないサプライポンプから吐出される燃料の流量を制御することにより、コモンレール32における燃料の圧力を目標とする圧力に制御する。
The
次に、インジェクタ制御部88について、作用を含めて詳細に説明する。
インジェクタ制御部88は、上述のようにインジェクタ40のピエゾアクチュエータ64に出力する駆動エネルギを制御することにより、インジェクタ40からの燃料噴射を制御する。具体的には、インジェクタ制御部88は、インジェクタ40からの燃料の噴射を、クランクシャフトの回転角度にあわせて所定の時期に実行する。本実施形態の場合、インジェクタ制御部88は、燃焼室22における一回の燃焼行程のために、図6に示すように予備噴射101、パイロット噴射102およびメイン噴射103の少なくとも三回の燃料噴射を実行する。すなわち、インジェクタ制御部88は、噴射量設定部87で設定された燃料の決定噴射量Qdに基づいて、予備噴射101時に予備噴射量Qs、パイロット噴射102時にパイロット噴射量Qpおよびメイン噴射103時にメイン噴射量Qmを噴射する。つまり、決定噴射量Qdは、Qd=Qs+Qp+Qmとなる。
Next, the
The
メイン噴射103では、噴射量設定部87で設定した決定噴射量Qdのうち大部分が噴射される。つまり、Qm>Qs、Qm>Qpである。また、メイン噴射103は、機関本体11のクランクシャフトの回転角度が圧縮行程の末期から燃焼行程の初期、すなわち圧縮行程においてピストン19が下死点から上死点へ上昇する際の上死点付近から燃焼行程においてピストン19が上死点から下死点へ下降する際に、実行される。このメイン噴射103を実行する時期は、機関本体11の負荷状態などによって進角側または遅角側へ変動する。パイロット噴射102は、このメイン噴射103に先立って実行される。すなわち、パイロット噴射102は、クランクシャフトの回転角度がメイン噴射103時よりも進角側にあるとき実行される。予備噴射101は、このパイロット噴射102にさらに先立って実行される。すなわち、予備噴射101は、クランクシャフトの回転角度がパイロット噴射102時よりも進角側にあるとき実行される。本実施形態の場合、予備噴射101における予備噴射量Qsは、パイロット噴射102におけるパイロット噴射量Qpよりも大きく設定している。
In the
インジェクタ制御部88は、この予備噴射101をクランクシャフトの回転角度が圧縮行程にあるとき、すなわちピストン19が下死点から上死点側へ上昇する行程中にあるときに実行する。例えば排気量が2リットル程度の機関本体11の場合、圧縮行程から燃焼行程に移行する際の上死点をATDC=0とすると、予備噴射101は−60°から−25°の圧縮行程で実行される。なお、この予備噴射101の時期は、機関本体11の圧縮比、過給圧および吸入空気の温度の変化にともなう燃焼室22の密度や温度の変化、ならびにボアの変化にともなうシリンダまでの距離の変化などに基づいて変化する。したがって、予備噴射101の時期は、これら機関本体11の特性に応じて適切な時期に設定される。
The
ここで、予備噴射101からパイロット噴射102までの時間的な間隔をI1、パイロット噴射102からメイン噴射103までの時間的な間隔をI2とすると、I1>I2に設定されている。この場合、I1は、I2に比較して十分に長く設定されている。このように、予備噴射101は、パイロット噴射102に対し十分に先立つ時期に実行される。つまり、パイロット噴射102は、続くメイン噴射103における燃料の着火を促進する火種となる核を形成することを目的とする。そのため、パイロット噴射102は、メイン噴射103の直前に実行される。これに対し、予備噴射101は、メイン噴射103におけるPMの発生を低減するために、メイン噴射103で噴射すべき燃料を予め混合気として燃焼室22に供給することを目的としている。すなわち、予備噴射101で噴射された燃料は、メイン噴射103まで燃焼することなく燃焼室22内に拡散していることが望ましい。そのため、予備噴射101は、燃料が着火しない圧縮行程の初期に実行される。
Here, if the time interval from the
インジェクタ制御部88は、図6に示すように予備噴射101での噴射初期における燃料噴射率の変化すなわち増加割合を、メイン噴射103またはパイロット噴射102の噴射初期における燃料噴射率の少なくともいずれかよりも大きく設定する。ここで噴射初期とは、インジェクタ40から燃料の噴射が開始されてから噴射率が最大(ピーク)となるまでの時期を意味する。また、燃料噴射率とは、単位時間あたりの燃料噴射量である。図6に示すように、インジェクタ40から燃料の噴射を実行するとき、燃料噴射率は、噴射開始から増加し、最大値に到達した後、減少する。本実施形態の場合、このように予備噴射101の噴射初期における燃料噴射率の勾配、すなわち燃料噴射率の増加割合は、パイロット噴射102またはメイン噴射103に比較して大きい。つまり、予備噴射101の噴射初期における燃料噴射率の立ち上がりは、パイロット噴射102またはメイン噴射103の少なくともいずれかより大きい。
As shown in FIG. 6, the
噴射初期における燃料噴射率の勾配を大きくする場合、インジェクタ40のニードル42の駆動速度は速くする必要がある。すなわち、ピエゾアクチュエータ64へ印加する駆動信号の電圧を増大し、ピエゾアクチュエータ64の伸長速度を大きくする。ニードル42の駆動速度が大きくなると、図7に示すように時間あたりの燃料噴射率の変化、すなわち燃料噴射率の勾配は大きくなる。
In order to increase the gradient of the fuel injection rate at the initial stage of injection, the driving speed of the
そして、ニードル42の駆動速度を大きくすると、図8に示すように噴孔49から噴射される燃料が形成する噴霧の粒径は小さくなる。すなわち、ニードル42の駆動速度を大きくすると、燃料の微粒化は促進される。これは、ニードル42の駆動速度が大きくなると、ニードル42とノズル48との間の燃料通路73を燃料が通過しやすくなるためである。すなわち、高圧通路54に供給された燃料は、ニードル42の上昇にともなってニードル42とノズル48との間の隙間、すなわち燃料通路73を経由して噴孔49へ流入する。そのため、高圧通路54から噴孔49へ流入する燃料は、燃料通路73で流路が絞られた後、噴孔49へ流入する。ここで、ニードル42の駆動速度が大きくなると、燃料通路73の断面積は、迅速に拡大し、噴孔49の断面積よりも大きくなる。その結果、噴孔49へ流入する燃料の流速が噴射の開始から早期に大きくなり、燃料噴霧の微粒化は促進される。
When the drive speed of the
燃料の微粒化が促進されることにより、燃焼室22に噴射された燃料は、図9に示すように燃焼割合が低下する。この理由は、次の通りである。すなわち、燃焼室22へ噴射された燃料の微粒化が促進されることにより、インジェクタ40から噴射された燃料の粒子は迅速に燃焼室22内へ分散する。そのため、燃焼室22において空気と燃料とによって形成される混合気は、非常に希薄な状態となる。その結果、ピストン19の上昇とともに燃焼室22が圧縮され、燃焼室22の温度が上昇しても、希薄な混合気は着火しにくくなるからである。
As the atomization of the fuel is promoted, the fuel injected into the
このようにインジェクタ制御部88は、予備噴射101における燃料噴射率の勾配を大きくすることにより、燃料の微粒化を図り、予備噴射101によって噴射された燃料の着火を回避しつつ、混合気の生成を図っている。これとあわせて、インジェクタ制御部88は、上記の通り、圧縮行程において予備噴射101を実行している。圧縮行程では、吸気行程に比較して燃焼室22における密度が大きくなる。そのため、噴孔49から噴射された燃料噴霧の到達距離すなわち噴霧長は、吸気行程に比較して小さくなる。これにより、インジェクタ40の噴孔49から噴射された燃料噴霧は、燃焼室22の密度の上昇によって、シリンダ21の内壁やピストン19の端面まで到達しにくくなる。
In this way, the
ここで、ニードル42の駆動速度を大きくすると、インジェクタ40から噴射される燃料噴霧の全長は、図10に示すように燃料噴射の初期に限れば、ニードル42の駆動速度が小さいときよりも大きくなる。しかし、最終的な燃料噴霧の全長すなわち到達距離は、ニードル42の駆動速度の影響をほとんど受けない。一方、燃料噴射の初期は、ピストン19がより下死点側に位置しており、インジェクタ40の噴孔49からピストン19の端面までの距離が比較的大きい。そのため、噴孔49から噴射された燃料は、ピストン19の端面まで到達しにくい。
Here, when the driving speed of the
以上のように、本実施形態では、圧縮行程において燃料噴射率の初期の勾配が大きな予備噴射101を実行することにより、燃焼室22には燃焼に至らない希薄な混合気が生成されるとともに、シリンダ21の内壁やピストン19の端面への燃料噴霧の付着がほぼ防止される。このように予備噴射101によって希薄な混合気を生成した後、少量のパイロット噴射102を実行することにより、燃焼室22には火種となる核が形成される。そして、パイロット噴射102によって核が形成された燃焼室22にメイン噴射103を実行することにより、メイン噴射103による燃料の着火が促進され、燃焼遅れにともなう騒音の発生を防止することができる。
As described above, in the present embodiment, by performing the
また、パイロット噴射102に先立って予備噴射101を実行することにより、メイン噴射103における燃料の噴射量は予備噴射における予備噴射量Qsだけ低減される。そのため、メイン噴射103における燃焼時の空気不足が生じにくく、排気に含まれるPMが減少する。さらに、圧縮行程において予備噴射101を実行することにより、予備噴射101における燃料噴霧がシリンダ21やピストン19へ付着することを回避しつつ、予備噴射量Qsを増加させることができる。これにより、予備噴射101において微小の噴射量の制御は不要となる。これにより、予備噴射101およびパイロット噴射102を実行する場合でも、各噴射における噴射量、および最終的に燃焼する燃料の総量すなわち決定噴射量Qdは精密に制御される。したがって、機関本体11の出力トルクも、高精度に制御することができる。
Further, by executing the
以上説明したように、一実施形態では、パイロット噴射102に先立つ予備噴射101は、圧縮行程において実行される。圧縮行程では、燃焼室22に吸入された空気は圧縮されるため、燃焼室22の密度は吸入行程に比較して高くなる。そして、予備噴射101は、噴射初期における燃料噴射率の変化がメイン噴射103またはパイロット噴射102の少なくともいずれかよりも大きく設定されている。すなわち、予備噴射101における燃料噴射率の勾配は、メイン噴射103またはパイロット噴射102の少なくともいずれかよりも大きくなる。そのため、短期間で燃料の噴射量が増大し、所望の燃料の噴射量を確保するために、予備噴射101における燃料の噴射をさらに分割する必要がない。その結果、予備噴射101における燃料の噴射量を減少させる必要がなく、燃料噴射量の精度の確保は容易になる。したがって、排気量に関わらず、機関本体11において所望のトルクを得ることができる。
As described above, in one embodiment, the
また、予備噴射101における燃料噴射率の勾配を大きくすることにより、噴孔49から噴射される燃料の流速が増大し、噴孔49から噴射される燃料の微粒化も促進される。このように、予備噴射101を燃焼室22の密度が高い圧縮行程に実行することにより、噴孔49から噴射された燃料噴霧の到達距離は小さくなり、シリンダ21の内壁およびピストン19の端面への付着が抑えられる。したがって、排気量に関わらず、燃料噴霧の付着にともなう未燃焼のHCの排出を抑えることができる。
Further, by increasing the gradient of the fuel injection rate in the
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、上記の実施形態では、インジェクタ40においてニードル42の駆動速度を変更することにより、予備噴射101における燃料噴射率の立ち上がりを大きく設定している。しかし、コモンレール32に貯えられている燃料の圧力を、予備噴射101とパイロット噴射102およびメイン噴射103との間で変更してもよい。インジェクタ40から噴射される燃料の燃料噴射率は、コモンレール32に貯えられている燃料の圧力によって変化する。そこで、予備噴射101とパイロット噴射102およびメイン噴射103とで燃料の圧力を変更することにより、燃料噴射率の立ち上がりを変化させる構成としてもよい。
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
For example, in the above embodiment, the rising of the fuel injection rate in the
図面中、11は機関本体(ディーゼルエンジン)、16はECU(燃料噴射制御装置)、22は燃焼室、40はインジェクタ、85は回転角度取得部(回転角度取得手段)、86は運転状態取得部(運転状態取得手段)、87は噴射量設定部(噴射量設定手段)、88はインジェクタ制御部(インジェクタ制御手段)、93はクランク角センサ(回転角度取得手段)を示す。 In the drawings, 11 is an engine body (diesel engine), 16 is an ECU (fuel injection control device), 22 is a combustion chamber, 40 is an injector, 85 is a rotation angle acquisition unit (rotation angle acquisition means), and 86 is an operation state acquisition unit. (Operating state acquisition means), 87 denotes an injection amount setting section (injection amount setting means), 88 denotes an injector control section (injector control means), and 93 denotes a crank angle sensor (rotation angle acquisition means).
Claims (2)
前記ディーゼルエンジンのクランクシャフトの回転角度を取得する回転角度取得手段と、
前記ディーゼルエンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段と、
前記運転状態取得手段で取得した前記ディーゼルエンジンの運転状態に基づいて、前記インジェクタから噴射する燃料の量を設定する噴射量設定手段と、
前記回転角度取得手段で取得した前記クランクシャフトの回転角度、および前記噴射量設定手段で設定した燃料の噴射量に基づいて、前記インジェクタからの燃料の噴射を断続するインジェクタ制御手段とを備え、
前記インジェクタ制御手段は、前記回転角度取得手段で取得した前記クランクシャフトの回転角度が前記ディーゼルエンジンの圧縮行程の末期にあるとき前記噴射量設定手段で設定した燃料の噴射量のうち大部分を噴射するメイン噴射、前記クランクシャフトの回転角度が前記メイン噴射よりも進角側にあるときに前記メイン噴射に先立って燃料を噴射するパイロット噴射、および前記クランクシャフトの回転角度が前記パイロット噴射よりも進角側にあり前記クランクシャフトの回転角度が下死点から上死点に至る圧縮行程にあるときに前記パイロット噴射に先立って燃料を噴射する予備噴射を実行し、
前記予備噴射での燃料の噴射開始から噴射量が最大となるまでの噴射初期における燃料の噴射率の変化を、前記メイン噴射の噴射初期における燃料の噴射率または前記パイロット噴射の噴射初期における燃料の噴射率の変化の少なくともいずれかよりも大きくすることを特徴とする燃料噴射制御装置。 A fuel injection control device that controls injection of fuel from an injector to a combustion chamber in a diesel engine,
Rotation angle acquisition means for acquiring the rotation angle of the crankshaft of the diesel engine;
An operation state acquisition means for acquiring an operation state of the diesel engine;
An injection amount setting means for setting an amount of fuel to be injected from the injector based on the operation state of the diesel engine acquired by the operation state acquisition means;
Injector control means for intermittently injecting fuel from the injector based on the rotation angle of the crankshaft acquired by the rotation angle acquisition means and the fuel injection amount set by the injection amount setting means;
The injector control means injects most of the fuel injection amount set by the injection amount setting means when the rotation angle of the crankshaft acquired by the rotation angle acquisition means is at the end of the compression stroke of the diesel engine. Main injection, pilot injection for injecting fuel prior to the main injection when the rotation angle of the crankshaft is more advanced than the main injection, and the rotation angle of the crankshaft is advanced than the pilot injection. Performing preliminary injection for injecting fuel prior to the pilot injection when the rotation angle of the crankshaft is on the corner side and in the compression stroke from bottom dead center to top dead center;
The change in fuel injection rate at the initial stage of injection from the start of fuel injection in the preliminary injection to the maximum injection amount is expressed as the fuel injection rate at the initial stage of injection of the main injection or the fuel at the initial stage of injection of the pilot injection. A fuel injection control device characterized in that it is larger than at least one of changes in injection rate.
I1>I2
であることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射制御装置。 When the time interval from the preliminary injection to the pilot injection is I1, and the time interval from the pilot injection to the main injection is I2,
I1> I2
The fuel injection control device according to claim 1, wherein
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