JP2016130496A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射率を低くして燃料噴射を行った後に連続して噴射率を高くして燃料噴射を行う所謂ブーツ型噴射を行うときに、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制する。【解決手段】低い噴射率で燃料噴射を行う第一噴射を実施した後に連続して高い噴射率で燃料噴射を行う第二噴射を実施する制御装置を備え、制御装置は、第一噴射の開始時点の燃料噴射弁内の燃料の圧力と第一噴射が実施されているときの燃料噴射弁内の燃料の圧力との差である燃料圧力下降量の目標値を内燃機関の運転状態に基づいて決定し、第一噴射における燃料圧力下降量が、燃料圧力下降量の目標値よりも、大きくなると燃料噴射弁への指令信号の供給を停止し、小さくなると燃料噴射弁へ指令信号を供給する。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関に関する。

ディーゼル機関において、噴射率を低くして燃料噴射を行った後に連続して噴射率を高くして燃料噴射を行う所謂ブーツ型噴射が知られている。このブーツ型噴射を行うことで、燃料が一気に燃焼することを抑制できるため、ＮＯｘの発生、及び、燃焼騒音を抑制できる。ここで、ブーツ型噴射において噴射率の低い燃料噴射を行うときに、燃料噴射弁に対して指令信号を間欠的に供給してニードルを上下させ、このときにニードルが完全に下降する前（すなわち、閉弁する前）に、ニードルを上昇させることで、燃料噴射を連続して行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１３８３１０号公報 特開平１０−２５９７５３号公報 特開２０１３−０６８２０４号公報 特開２０１３−２０９９４８号公報 特開２００９−０５７９２５号公報

上記のような従来技術では、ニードルのリフト量と指令信号とを関連付けた制御を行っているため、指令信号に対してニードルの速度がばらつくと、燃料の噴射率にばらつきが生じる。このため、燃料噴射量に過不足が生じる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射率を低くして燃料噴射を行った後に連続して噴射率を高くして燃料噴射を行う所謂ブーツ型噴射を行うときに、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関は、指令信号が供給されるとニードルが開弁方向に付勢され該ニードルのリフト量に応じて燃料の通路の断面積が拡大して燃料の噴射率が増加する燃料噴射弁であって、該燃料噴射弁内の燃料の圧力を検出するセンサを有する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する制御装置であって、前記燃料噴射弁から燃料噴射を行う第一噴射を実施した後に、前記第一噴射に連続して前記第一噴射よりも高い噴射率で前記燃料噴射弁から燃料噴射を行う第二噴射を実施する制御装置と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、を備える内燃機関において、前記制御装置は、前記第一噴射の開始時点で前記センサにより検出される燃料の圧力と、前記第一噴射が実施されているときの前記センサにより検出される燃料の圧力と、の差である燃料圧力下降量の目標値を、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて決定し、前記第一噴射の実行中に、前記燃料圧力下降量が、前記燃料圧力下降量の目標値よりも、大きくなると前記燃料噴射弁への前記指令信号の供給を停止し、小さくなると前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する。

第一噴射を実施した後に連続して第二噴射を実施することで、噴射率を低くして燃料噴射を行った後に連続して噴射率を高くして燃料噴射を行う所謂ブーツ型噴射を行うことが
できる。なお、燃料の噴射率は、単位時間当たりの燃料噴射量である。燃料噴射弁においてニードルが上昇すると、燃料噴射弁内で燃料が流通する通路の断面積が拡大されて、燃料の流通量が増加する。これにより、燃料の噴射率が上昇する。この燃料の噴射率の上昇にしたがって、燃料噴射弁内の燃料の圧力は下降する。したがって、燃料圧力下降量と、噴射率とには、相関関係がある。このため、所望の噴射率となるときの燃料圧力下降量が存在し、この燃料圧力下降量を目標値として設定している。そして、燃料圧力下降量が目標値に近づくように燃料噴射弁へ指令信号を供給することで、実際の噴射率を所望の噴射率に近づけることができる。

ここで、燃料噴射弁への指令信号の供給を停止することにより、ニードルが下降する。これにより、燃料の通路の断面積が縮小して噴射率が下降すると共に、燃料の圧力が上昇するため、燃料圧力下降量は小さくなる。したがって、燃料圧力下降量が目標値よりも大きくなった場合には、燃料噴射弁への指令信号の供給を停止させれば、燃料圧力が上昇することで燃料圧力下降量は小さくなる。よって、燃料圧力下降量を目標値に近づけることができるので、噴射率を所望の噴射率に近づけることができる。逆に、燃料圧力下降量が目標値よりも小さくなった場合には、燃料噴射弁へ指令信号を供給すれば、燃料圧力が下降することで燃料圧力下降量は大きくなるため、燃料圧力下降量を目標値に近づけることができ、これにより、噴射率を所望の噴射率に近づけることができる。したがって、第一噴射を実施しているときの噴射率を精度よく調整することができる。このように、ブーツ型噴射の一部である第一噴射を実施しているときの噴射率を精度よく調整することができるため、ブーツ型噴射の一部において燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。このため、ブーツ型噴射全体としても、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。

また、前記制御装置は、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第一噴射における燃料噴射量の総量である第一総噴射量の目標値を設定し、第一噴射が実施されているときの前記燃料圧力下降量に基づいて燃料の噴射率を算出し、該噴射率を積算することで第一噴射開始時点からの前記第一総噴射量を算出し、前記第一総噴射量が前記第一総噴射量の目標値に達すると前記第一噴射から前記第二噴射へ移行することができる。

噴射率は単位時間当たりの燃料噴射量であるため、積算することにより第一噴射開始からの第一総噴射量を算出することができる。また、噴射率と相関関係にある燃料圧力下降量の積算値に基づいて第一総噴射量を算出することもできる。このように、第一噴射における第一総噴射量を容易に算出することができるため、第一噴射を終了する時期が容易に分かる。

また、前記制御装置は、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第二噴射における燃料噴射量の総量である第二総噴射量の目標値を設定し、前記第一噴射の終了時点の前記ニードルのリフト量と、前記第二噴射における第二総噴射量の目標値と、前記センサにより検出される燃料の圧力に基づいて算出される前記第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率と、から前記第二噴射において前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する期間を設定することができる。

ここで、第一噴射の終了時点のニードルのリフト量、すなわち、第二噴射の開始時点のニードルリフト量は、その後の燃料の噴射率と関連している。このため、第一噴射終了時点のニードルのリフト量に応じて、その後の噴射率がどのように推移するか推定することができる。この噴射率の推移を積算することにより、第二噴射量における第二総噴射量を推定することができる。この第二総噴射量は、指令信号を供給する期間と関連しているため、第二総噴射量に基づいて指令信号を供給する期間を設定することができる。ここで、第二噴射では第一噴射よりも噴射率を高くするために、ニードルのリフト量を第一噴射よ
りも大きくしている。第一噴射の終了時点でニードルが上昇中である場合には、そのままニードルを上昇させて第二噴射へ移行する。一方、第一噴射の終了時点でニードルが下降中である場合には、第二噴射の開始からニードルを上昇させることになる。この場合、噴射率はすぐには上昇せずに応答遅れが生じる。ここで、燃料の圧力の変化率が大きいほど、噴射率の変化率が小さくなる。なお、燃料の圧力の変化率が正の値の場合には、噴射率の変化率が負の値になる。そして、噴射率の変化率が小さいほど、噴射率が上昇するまでの応答遅れが大きくなる。したがって、第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率と、噴射率が上昇するまでの応答遅れと、には相関関係がある。この応答遅れに応じて指令信号を供給する期間を決定すれば、第二噴射における第二総噴射量を目標値に近づけることができる。このように、ブーツ型噴射の一部である第二噴射において燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。このため、ブーツ型噴射全体としても、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。

また、前記制御装置は、前記第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率が大きいほど、前記第二噴射において前記燃料噴射弁へ指令信号を供給する期間を長くすることができる。

上記のように、第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率が大きいほど、噴射率が上昇するまでの応答遅れが大きくなるため、燃料噴射弁へ指令信号を供給する期間を長くすることにより、指令信号を供給する期間を噴射率の応答遅れに対応した期間とすることができる。

本発明によれば、噴射率を低くして燃料噴射を行った後に連続して噴射率を高くして燃料噴射を行う所謂ブーツ型噴射を行うときに、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 ブーツ型噴射を行うときの噴射率の推移を概念的に示した図である。 機関回転速度と、機関負荷と、ブーツ型噴射を実施する領域と、の関係を示した図である。 第一噴射及び第二噴射を行うときの、燃料噴射弁内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁へ供給される指令信号、ニードルのリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示したタイムチャートである。 実施例１に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。 第一噴射及び第二噴射を行うときの、燃料噴射弁内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁へ供給される指令信号、ニードルのリフト量、燃料の噴射率、の推移を示したタイムチャートである。 実施例２に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。 燃料の噴射率ｄＱ、指令信号、ニードルリフト量の推移を示したタイムチャートである。 噴射率ｄＱの応答遅れを例示したタイムチャートである。 第二噴射開始時点の燃料の圧力Ｐの変化率と、補正量ＴＢとの関係を示した図である。 実施例３に係る、燃料噴射弁内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁へ供給される指令信号、ニードルのリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示したタイムチャートである。 実施例３に係る、燃料噴射弁内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁へ供給される指令信号、ニードルのリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示した他のタイムチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、ディーゼル機関である。内燃機関１は例えば車両に搭載される。内燃機関１の気筒２には、ピストン３が備わる。ピストン３の上面には、ピストン内部に向かって凹むキャビティ３１が形成されている。

内燃機関１には、気筒２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４はコモンレール５に接続され、該コモンレール５は燃料供給管６を介して燃料ポンプ７と連通している。燃料噴射弁４には圧力調整機構８が設けられており、該圧力調整機構８により燃料の圧力が調整される。なお、圧力調整機構８により燃料の圧力を調整する代わりに、燃料ポンプ７における燃料の圧縮率を変化させることにより燃料の圧力を調整してもよい。また、コモンレール５に燃料の圧力を調整する機構を設け、該コモンレール５において燃料の圧力を調整してもよい。これら燃料の圧力を調整する構成は周知であるため説明は省略する。

燃料噴射弁４には、噴孔４１に通じる燃料の通路を開閉するニードル４２、及び、ニードル４２を上下させる動弁機構４３が備わる。動弁機構４３は、例えばピエゾ素子を備えており、このピエゾ素子に通電することによりニードル４２が開弁方向に上昇する。燃料噴射弁４には、該燃料噴射弁４内の燃料の圧力を検出する燃圧センサ４４が取り付けられている。燃圧センサ４４は、燃料噴射弁４から噴射される燃料の圧力を検出するものであり、ニードル４２を駆動するための燃料の圧力を検出するものではない。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。なお、実施例においてはアクセル開度センサ１７及びクランクポジションセンサ１８が、本発明における運転状態検出部に相当する。

一方、ＥＣＵ１０には、圧力調整機構８及び動弁機構４３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。なお、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁４の動弁機構４３を制御しているが、以下では、ＥＣＵ１０が燃料噴射弁４を制御しているものとする。ＥＣＵ１０から燃料噴射弁４へ指令信号が供給されると、ニードル４２が上昇することにより、該ニードル４２が開弁方向へ移動する。一方、ＥＣＵ１０から燃料噴射弁４への指令信号の供給が停止されると、ニードル４２が下降することにより、該ニードル４２が閉弁方向に移動する。なお、実施例においてはＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転速度及びアクセル開度）に基づ
いて、燃料噴射弁４からの燃料噴射量及び燃料噴射時期、燃料の圧力を決定する。なお、内燃機関１の運転状態と、燃料噴射量及び燃料噴射時期、燃料の圧力と、の関係は、予め実験等により求めてマップ化され、ＥＣＵ１０に記憶されている。このマップは、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように設定されており、この目標空燃比は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転速度及びアクセル開度）に応じて設定される空燃比である。

また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の中負荷運転領域または高負荷運転領域においてブーツ型噴射を行う。ここで、図２は、ブーツ型噴射を行うときの噴射率（単位時間当たりの噴射量）の推移を概念的に示した図である。ブーツ型噴射では、噴射率を低くして燃料噴射を行う第一噴射を実施した後に連続して第一噴射よりも噴射率を高くして燃料噴射を行う第二噴射を実施する。図２において、Ｑ１は第一噴射における燃料噴射量の総量の目標値である第一噴射量を示し、Ｑ２は第二噴射における燃料噴射量の総量の目標値である第二噴射量を示し、ｄＱ１は第一噴射における噴射率の目標値を示し、Ｔ１は第一噴射が実施される期間（第一噴射期間）を示し、Ｔ２は第二噴射が行われる期間（第二噴射期間）を示している。ＴＸは、第一噴射が終了する時点、及び、第二噴射が開始される時点であり、噴射率がｄＱ１から上昇を始める時点である。なお、図２においては、第一噴射期間Ｔ１を３パターン示している。また、図３は、機関回転速度と、機関負荷と、ブーツ型噴射を実施する領域と、の関係を示した図である。本実施例では、図３における中負荷及び高負荷で示される領域においてブーツ型噴射が実施される。このブーツ型噴射は、機関負荷または機関回転速度の少なくとも一方が中程度以上のときに実施するとしてもよい。

ここで、機関負荷が高くなるほど、より多くの燃料を噴射する。このため、気筒２内の圧力がより高くなるため、ＮＯｘが発生し易く、且つ、燃焼騒音が大きくなり得る。第一噴射を実施することにより気筒２内の圧力が急激に上昇することを抑制できるが、機関負荷が高くなるほど、第一噴射量Ｑ１を多くする必要がある。ここで、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１を大きくする、または、第一噴射期間Ｔ１を長くする、の少なくとも一方を実施することで第一噴射量Ｑ１を多くすることができる。しかし、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１を大きくし過ぎると急激な圧力上昇を招くため、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１はあまり大きくすることができない。一方、第一噴射期間Ｔ１を長くすることで、第一噴射量Ｑ１を多くすることができ、且つ、気筒２内の圧力上昇が緩慢となるため、燃焼騒音を低減することができる。同様に、ＮＯｘの排出量も低減することができる。このように、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に応じて、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１、または、第一噴射期間Ｔ１を調整する。

図４は、第一噴射及び第二噴射を行うときの、燃料噴射弁４内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁４へ供給される指令信号、ニードル４２のリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示したタイムチャートである。図４において、ｄＰ１は第一噴射開始時点からの燃料の圧力の下降量（燃料圧力下降量ｄＰ）の目標値である。

ＥＣＵ１０から燃料噴射弁４へ指令信号が供給されると、ニードル４２が上昇する。ニードル４２のリフト量には上限があり、この上限に達するまでは、指令信号の供給時間に応じてニードル４２のリフト量が大きくなる。そして、ニードル４２のリフト量が上限に達していなければ、ニードル４２のリフト量が大きくなるほど、噴射率ｄＱが大きくなり且つ燃料の圧力Ｐが小さくなる。

ここで、第一噴射期間Ｔ１では、第一噴射における噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１よりも大きくなり得る。したがって、第一噴射では噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１となるように指令信号を供給する必要が生じる。このときに本実施例では、燃料圧力下降量ｄＰが、目標値ｄＰ１に近づくように指令信号を供給する。具体的には、燃料圧力下降量ｄＰが目標値ｄＰ１より大きくなる（すなわち、図４において、圧力Ｐが、ｄＰ１の線よりも下側になる）
と指令信号の供給を停止し、燃料圧力下降量ｄＰが目標値ｄＰ１よりも小さくなる（すなわち、図４において、圧力Ｐが、ｄＰ１の線よりも上側になる）と指令信号を供給する。

ここで、燃料圧力下降量ｄＰは、噴射率ｄＱと高い相関がある。すなわち、燃料圧力下降量ｄＰが大きくなるということは、単位時間当たりにより多くの燃料が噴射されたということを意味し、これは噴射率ｄＱが大きいことを示している。このため、燃料圧力下降量ｄＰを目標値ｄＰ１に近づけることにより、噴射率ｄＱを目標値ｄＱ１に近づけることができる。すなわち、第一噴射を開始して燃料噴射弁４へ指令信号が供給されると、ニードル４２のリフト量が、指令信号の供給時間に応じて大きくなる。これにより、燃料噴射弁４における燃料の通路の断面積が拡大していくので、燃料の噴射率ｄＱが増加していく。また、燃料が噴射されるとそれに応じて、燃料噴射弁４内の圧力Ｐが低下していく。上記のように燃料圧力下降量ｄＰと噴射率ｄＱとには高い相関があるため、噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１となるときの燃料圧力下降量ｄＰを求めることができる。このときの燃料圧力下降量ｄＰを目標値ｄＰ１として設定することにより、燃料圧力下降量ｄＰに基づいた噴射率ｄＱの制御が可能となる。燃料圧力下降量ｄＰは、第一噴射開始時点で燃圧センサ４４により検出される燃料の圧力Ｐから、現時点で燃圧センサ４４により検出される燃料の圧力Ｐを減算することで求めることができる。噴射量ｄＱの目標値ｄＱ１は、内燃機関１の運転状態と関連しているため、燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１も内燃機関１の運転状態と関連している。このため、内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１を設定することができる。なお、第一噴射量Ｑ１は第一噴射期間Ｔ１により調整することができるため、第一噴射量Ｑ１とは独立して、噴射量ｄＱの目標値ｄＱ１及び燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１を設定するができる。

また、本実施例では、第一噴射が開始されると、噴射率ｄＱを積算することにより第一噴射における燃料噴射量の総量（第一総噴射量）を算出する。ここで、第一噴射開始時点から噴射率ｄＱを積算していくことにより、第一噴射開始時点から噴射された燃料の総量を算出することができる。そして、第一噴射における燃料噴射量の総量が第一噴射量Ｑ１に達した時点で第一噴射を終了させて第二噴射を開始する。

次に、具体的な制御について説明する。図５は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実施される。

ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検出される。本ステップでは、機関回転速度ＮＥ及び要求噴射量Ｑ０が検出される。要求噴射量Ｑ０は、アクセル開度に基づいて求められる。要求噴射量Ｑ０は、第一噴射量Ｑ１及び第二噴射量Ｑ２を合わせた燃料噴射量であり、必要とされるトルクを発生するために必要となる燃料噴射量である。要求噴射量Ｑ０とアクセル開度との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

ステップＳ１０２では、ブーツ型噴射が必要であるか否か判定される。本ステップでは、ブーツ型噴射が必要となる運転領域で内燃機関１が運転されているか否かを、機関回転速度ＮＥ及び要求噴射量Ｑ０に基づいて判定する。機関回転速度ＮＥと、要求噴射量Ｑ０と、ブーツ型噴射が必要である運転領域と、の関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。

ステップＳ１０３では、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１、第一噴射量Ｑ１、第二噴射量Ｑ２、燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１が算出される。第一噴射における
噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１、第一噴射量Ｑ１、第二噴射量Ｑ２、燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１の算出方法については特に限定はせず、周知の技術を用いることもできるが、例えば以下のようにして算出することができる。第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１及び第一噴射量Ｑ１は、機関回転速度ＮＥ、要求噴射量Ｑ０、燃料圧力ＰＣＲに基づいて算出される。燃料圧力ＰＣＲは、燃料噴射前の圧力であり、第一噴射開始時点での燃料圧力といえる。第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１及び第一噴射量Ｑ１は、燃焼騒音及びＮＯｘを低減するように設定されるが、場合によってはスモークが増加するため、スモークの発生量も考慮して設定される。第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１及び第一噴射量Ｑ１と、機関回転速度ＮＥ、要求噴射量Ｑ０、燃料圧力ＰＣＲと、の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。第二噴射量Ｑ２は、要求噴射量Ｑ０から第一噴射量Ｑ１を減算することで算出される。燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１は、機関回転速度ＮＥ、燃料圧力ＰＣＲ、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１に基づいて算出される。すなわち、現時点での内燃機関１の運転状態において、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１となるような値として、燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１が設定される。燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１と、機関回転速度ＮＥ、燃料圧力ＰＣＲ、第一噴射における噴射率ｄＱの目標値ｄＱ１と、の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

ステップＳ１０４では、第一噴射が開始される。すなわち、燃料噴射弁４へ指令信号が供給される。

ステップＳ１０５では、噴射量Ｑが算出される。噴射量Ｑは、第一噴射開始時点からの燃料噴射量の総量であり、噴射率ｄＱを積算して求められる。噴射率ｄＱは、燃料圧力下降量ｄＰと相関関係にあるため、該燃料圧力下降量ｄＰに基づいて算出される噴射率ｄＱを積算することで噴射量Ｑが算出される。

ステップＳ１０６では、噴射量Ｑが第一噴射量Ｑ１以上であるか否か判定される。本ステップＳ１０６では、第一噴射を終了させる時期であるか否か判定している。ステップＳ１０６で肯定判定がなされるとステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７では、第一噴射を終了させると共に第二噴射が開始される。ステップＳ１０８では、第二噴射における指令信号の供給時間ＴＡが算出される。本実施例では、第二噴射における指令信号の供給時間ＴＡの算出方法については特に限定はせず、周知の技術を用いることもできるが、例えば実施例２で説明する算出方法を用いることもできる。

そして、ステップＳ１０９では、第二噴射開始時点からの経過時間Ｔが、第二噴射における指令信号の供給時間ＴＡ以上であるか否か判定される。本ステップＳ１０９では、指令信号の供給を停止させる時期であるか否か判定している。ステップＳ１０９で否定判定がなされるとステップＳ１０９が再度処理される。すなわち、第二噴射開始時点からの経過時間Ｔが、第二噴射における指令信号の供給時間ＴＡ以上となるまで第二噴射が継続する。一方、ステップＳ１０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進み、第二噴射が終了され、その後、本フローチャートが終了される。

一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、燃料圧力下降量ｄＰが、目標値ｄＰ１よりも大きいか否か判定される。本ステップＳ１１１では、燃料の圧力が低くなりすぎて噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１よりも低くなるか否か判定している。したがって、ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には、燃料圧力下降量ｄＰを減少させる（すなわち、燃料の圧力Ｐを増加させる）ため、ステップＳ１１２へ進んで指令信号の供給が停止される。ステップＳ１１２では、そ
れ以前に指令信号が供給されていない状態の場合には引き続き指令信号を供給せず、指令信号が供給されている状態の場合には指令信号の供給を停止する。そして、ステップＳ１１２の処理が終了するとステップＳ１０５へ戻る。一方、ステップＳ１１１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３では、燃料圧力下降量ｄＰが、目標値ｄＰ１よりも小さいか否か判定される。本ステップＳ１１３では、燃料の圧力が高くなりすぎて噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１よりも高くなるか否か判定している。ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合には、燃料圧力下降量ｄＰを増加させる（すなわち、燃料の圧力Ｐを減少させる）ため、ステップＳ１１４へ進んで指令信号が供給される。ステップＳ１１４では、それ以前に指令信号が供給されていない状態の場合には指令信号の供給を開始し、指令信号が供給されている状態の場合には継続して信号を供給する。ステップＳ１１４の処理が終了するとステップＳ１０５へ戻る。一方、ステップＳ１１３で否定判定がなされた場合には、燃料圧力下降量ｄＰが目標値ｄＰ１と等しい場合であり、指令信号の供給状態については変更せずにステップＳ１０５へ戻る。

したがって、ステップＳ１０６で肯定判定がなされるまでは、燃料圧力下降量ｄＰが目標値ｄＰ１に近づくように指令信号の供給、及び、供給の停止を実施する。これにより、噴射率ｄＱが目標値ｄＱ１に近づくように、燃料噴射弁４がＥＣＵ１０により操作される。

以上説明したように本実施例によれば、第一噴射における噴射率ｄＱを目標値ｄＱ１に近づけるように指令信号を供給することにより、第一噴射における燃料の噴射率ｄＱを目標値ｄＱ１に合わせ、且つ、燃料の噴射量Ｑを目標値（すなわち、第一噴射量Ｑ１）に合わせることができる。このように、ブーツ型噴射の一部である第一噴射を実施しているときの噴射率ｄＱを精度よく調整することができるため、ブーツ型噴射の一部において燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。このため、ブーツ型噴射全体としても、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。また、燃焼初期の燃焼速度の調整の自由度が増し、燃焼騒音の低減及びＮＯｘ排出量の低減を図ることができる。また、スモークの発生量を低減させることができ、燃費の悪化を抑制することができる。さらに、従来の燃料噴射弁を用いることができるため、コストを低減することができる。

＜実施例２＞
本実施例では、第二噴射について説明する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。実施例１で説明したように、第二噴射は、第一噴射開始時からの噴射量Ｑが第一噴射量Ｑ１に到達したときに開始される。ここで、第二噴射が開始される時点では、指令信号が供給されている場合もあれば、指令信号の供給が停止されている場合もある。すなわち、ニードル４２が上昇中である場合もあれば下降中である場合もある。また、第一噴射終了時のニードル４２の速度も、第一噴射が終了する時期によって変わる。

第二噴射では、第一噴射よりも噴射率ｄＱを増加させるために、ニードル４２のリフト量が第一噴射終了時点よりも大きくされる。このため、第一噴射終了時点から指令信号が所定期間供給され続けることになる。第一噴射終了時点でニードル４２が上昇中であり、そのときのニードル４２の上昇方向の速度が高いほど、第二噴射において、より速やかにニードル４２が上昇するため、より速やかに噴射率ｄＱが上昇する。一方、第一噴射終了時点でニードル４２が下降中であり、そのときのニードル４２の下降方向の速度が高いほど、第二噴射において、ニードル４２が上昇するまでに時間がかかるため、噴射率ｄＱが上昇するまでに時間がかかる。すなわち、第二噴射開始時点からすぐに噴射率ｄＱが上昇する場合もあれば、噴射率ｄＱが上昇を始めるまで時間がかかる場合もある。このように、第一噴射終了時点のニードル４２の状態によって、噴射率ｄＱの上昇に応答遅れが生じ
得る。さらに、第一噴射を実施している間はニードル４２のリフト量が絶えず変化しているため、第二噴射開始時のニードル４２のリフト量は毎回変わり得る。ニードル４２のリフト量は、噴射率ｄＱに影響するため、燃料を噴射する時間が同じであったとしても、第二噴射開始時点でのニードル４２のリフト量によって第二噴射における燃料噴射量の総量（第二総噴射量）が変化し得る。

ここで、図６は、第一噴射及び第二噴射を行うときの、燃料噴射弁４内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁４へ供給される指令信号、ニードル４２のリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示したタイムチャートである。図６に示したように、第二噴射における噴射率ｄＱの上昇のしかたには、いくつものパターンがあり、それは第二噴射開始時点の状況によって変わる。第二噴射が開始されてから噴射率ｄＱが上昇を始める時期が早いほど、第二噴射における指令信号の供給時間ＴＡは短くてよい。なお、図６では、指令信号の供給時間が最も短い場合をＴＡ１で示し、ＴＡ２、ＴＡ３の順に指令信号の供給時間が長くなる。

噴射率ｄＱの応答遅れは、第二噴射開始時点での燃料の圧力Ｐの変化率（図６における「傾き」）と相関関係にある。すなわち、燃料の圧力Ｐの変化率が大きいほど、燃料の圧力Ｐの増加率が大きいことになり、噴射率ｄＱの変化率は小さいことになる。なお、燃料の圧力Ｐの変化率は、燃料の圧力Ｐが減少しているときには負の値になる。同様に、噴射率ｄＱの変化率は、噴射率ｄＱが減少しているときには負の値になる。そして、噴射率ｄＱの変化率が小さいほど、噴射率ｄＱが上昇するまでに時間がかかるため、応答遅れが大きくなる。

そこで本実施例では、内燃機関１の運転状態に基づいて、第一噴射における第一総噴射量の目標値、及び、第二噴射における第二総噴射量の目標値を設定し、さらに、第一噴射の終了時点のニードル４２のリフト量と、第二噴射における第二総噴射量の目標値と、燃圧センサ４４により検出される燃料の圧力に基づいて算出される第一噴射の終了時点での燃料の圧力Ｐの変化率と、から第二噴射において燃料噴射弁４へ指令信号を供給する期間を設定する。

図７は、本実施例に係る燃料噴射制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実施される。なお、ステップＳ１０７より以前の処理については図５に示したフローチャートと同じため図示及び説明を省略する。また、図５に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示したフローチャートでは、ステップＳ１０７の処理の後にステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、第二噴射開始時点でのニードルリフト量Ｌが推定される。このニードルリフト量Ｌは、燃料圧力下降量ｄＰに基づいて以下のようにして算出される。まず、燃料圧力下降量ｄＰから、噴射率ｄＱを算出する。燃料圧力下降量ｄＰと、噴射率ｄＱと、には相関関係があるため、この相関関係を利用して燃料圧力下降量ｄＰから噴射率ｄＱを算出することができる。この噴射率ｄＱは燃料噴射弁４内の燃料の通路の断面積と相関関係にあるため、該噴射率ｄＱに基づいて燃料の通路の断面積を算出することができる。さらに、燃料の通路の断面積と、ニードルリフト量Ｌとは相関関係にあるため、燃料の通路の断面積に基づいて、ニードルリフト量Ｌを算出することができる。燃料圧力下降量ｄＰからニードルリフト量Ｌを算出する式を予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておくことで、燃料圧力下降量ｄＰからニードルリフト量Ｌを算出することができる。

ステップＳ２０２では、第二噴射開始時点のニードルリフト量Ｌと第二噴射量Ｑ２とに基づいて、指令信号の供給時間ＴＡを算出する。このときには、ニードル４２が上昇途中のときに第二噴射が開始されたものと仮定して指令信号の供給時間ＴＡを算出する。ここ
で、図８は、燃料の噴射率ｄＱ、指令信号、ニードルリフト量の推移を示したタイムチャートである。図８では、第一噴射終了時点、すなわち、第二噴射開始時点では、ニードル４２が上昇途中であるため、第一噴射から第二噴射へ移行するときには、指令信号がそのまま供給され続ける。その後の噴射率ｄＱは、第二噴射開始時点のニードルリフト量Ｌの影響を受ける。そうすると、ニードル４２の上昇時の噴射率ｄＱの推移は、第二噴射開始時点のニードルリフト量Ｌに応じて定まる。ニードルリフト量の推移は予め実験またはシミュレーション等によりも求めることができるため、第二噴射開始時点のニードルリフト量Ｌからその後のニードルリフト量の推移を求めることができる。さらに、ニードルリフト量に応じて噴射率ｄＱが変化するため、噴射率ｄＱの推移も求めることができる。同様に、指令信号の供給を停止した時点からのニードルリフト量の推移は、指令信号の供給を停止したときのニードルリフト量に基づいて求めることができ、噴射率ｄＱの推移も求めることができる。したがって、第二噴射開始時点から指令信号の供給時間ＴＡまでの燃料噴射量と、指令信号の供給を停止した時点からの燃料噴射量と、の合計が、第二噴射量Ｑ２となるような、指令信号の供給時間ＴＡを求めればよい。

ステップＳ２０３では、第二噴射のための指令信号の供給開始からの噴射率ｄＱの応答遅れを考慮して、指令信号の供給時間ＴＡの補正量ＴＢを算出する。図９は、噴射率ｄＱの応答遅れを例示したタイムチャートである。噴射率ｄＱが下降状態のときにおいて、噴射率ｄＱの傾きが負の値になっており、この傾きが小さくなるほど、応答遅れが大きくなる。そして、噴射率ｄＱの傾きと、燃料の圧力Ｐの変化率（燃料の圧力Ｐの傾き）と、には相関関係がある。したがって、燃料の圧力Ｐの変化率に基づいて補正量ＴＢを算出することができる。

ここで、図１０は、第二噴射開始時点の燃料の圧力Ｐの変化率と、補正量ＴＢとの関係を示した図である。このように、燃料の圧力Ｐの変化率と補正量ＴＢとには相関関係がある。なお、ニードル４２の上昇時には、燃料の圧力Ｐの変化率が負の値となり、ニードル４２の下降時には、燃料の圧力Ｐの変化率が正の値となる。燃料の圧力Ｐの変化率が大きいほど、噴射率ｄＱの傾きが小さくなり、図９に示したように応答遅れが大きくなる。したがって、図１０に示すように、燃料の圧力の変化率が大きくなるほど、指令信号の供給時間が長くなるように、補正量ＴＢを大きくしている。なお、図１０に示した関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。

ステップＳ２０４では、ステップＳ２０２で算出される指令信号の供給時間ＴＡに、ステップＳ２０３で算出される補正量ＴＢを加えることで、指令信号の供給時間ＴＡを補正する。その後、ステップＳ１０９へ進む。

なお、第二噴射において燃料圧力下降量ｄＰを積算することにより、該第二噴射中に実際に噴射された燃料量（実燃料噴射量）を算出することができる。この実燃料噴射量と、第二噴射量Ｑ２とを比較することで、第二噴射量Ｑ２からの実燃料噴射量のずれを求めることができる。例えば、第二噴射量Ｑ２と実燃料噴射量との差または比に基づいて、補正量ＴＢを補正することにより、次回の第二燃料噴射における実燃料噴射量を第二噴射量Ｑ２にさらに近づけることができる。

以上説明したように本実施例によれば、第二噴射における燃料噴射量を目標値（すなわち、第二噴射量Ｑ２）に精度よく合わせることができる。このように、ブーツ型噴射の一部である第二噴射において燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。このため、ブーツ型噴射全体としても、燃料噴射量に過不足が生じることを抑制できる。

＜実施例３＞
本実施例では、ブーツ型噴射の他の態様について説明する。図１１は、本実施例に係る
、燃料噴射弁４内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁４へ供給される指令信号、ニードル４２のリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示したタイムチャートである。図１１に示したブーツ型噴射では、第一噴射、第二噴射、第三噴射を実施している。そして、第一噴射、第二噴射、第三噴射を実施している期間を、夫々、第一噴射期間Ｔ１、第二噴射期間Ｔ２、第三噴射期間Ｔ３としている。また、第一噴射、第二噴射、第三噴射における燃料噴射量の目標値を、夫々、第一噴射量Ｑ１、第二噴射量Ｑ２、第三噴射量Ｑ３としている。ｄＰ１及びｄＰ２は、第一噴射開始時点からの燃料圧力下降量ｄＰの目標値であり、ｄＰ１は第一噴射時の目標値を示し、ｄＰ２は第二噴射時の目標値を示している。すなわち、第一噴射と第二噴射で圧力下降量の目標値を変えている。このようにして、第一噴射及び第二噴射で夫々噴射率の目標値を変化させることができる。

また、図１２は、本実施例に係る、燃料噴射弁４内の燃料の圧力Ｐ、燃料噴射弁４へ供給される指令信号、ニードル４２のリフト量、燃料の噴射率ｄＱ、の推移を示した他のタイムチャートである。図１２に示したブーツ型噴射では、第一噴射時の燃料圧力下降量ｄＰの目標値ｄＰ１を徐々に大きくしている。このため、燃料の圧力は徐々に小さくなる。これにより、第一噴射時の噴射率ｄＱが徐々に大きくなる。このようにして、第一噴射時期における噴射率を変化させることができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ 燃料噴射弁
５ コモンレール
６ 燃料供給管
７ 燃料ポンプ
８ 圧力調整機構
１０ ＥＣＵ
１７ アクセル開度センサ
１８ クランクポジションセンサ
３１ キャビティ
４１ 噴孔
４２ ニードル
４３ 動弁機構
４４ 燃圧センサ

Claims (4)

1. 指令信号が供給されるとニードルが開弁方向に付勢され該ニードルのリフト量に応じて燃料の通路の断面積が拡大して燃料の噴射率が増加する燃料噴射弁であって、該燃料噴射弁内の燃料の圧力を検出するセンサを有する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する制御装置であって、前記燃料噴射弁から燃料噴射を行う第一噴射を実施した後に、前記第一噴射に連続して前記第一噴射よりも高い噴射率で前記燃料噴射弁から燃料噴射を行う第二噴射を実施する制御装置と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
   を備える内燃機関において、
   前記制御装置は、前記第一噴射の開始時点で前記センサにより検出される燃料の圧力と、前記第一噴射が実施されているときの前記センサにより検出される燃料の圧力と、の差である燃料圧力下降量の目標値を、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて決定し、前記第一噴射の実行中に、前記燃料圧力下降量が、前記燃料圧力下降量の目標値よりも、大きくなると前記燃料噴射弁への前記指令信号の供給を停止し、小さくなると前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する内燃機関。
2. 前記制御装置は、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第一噴射における燃料噴射量の総量である第一総噴射量の目標値を設定し、第一噴射が実施されているときの前記燃料圧力下降量に基づいて燃料の噴射率を算出し、該噴射率を積算することで第一噴射開始時点からの前記第一総噴射量を算出し、前記第一総噴射量が前記第一総噴射量の目標値に達すると前記第一噴射から前記第二噴射へ移行する請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置は、前記運転状態検出部により検出される前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第二噴射における燃料噴射量の総量である第二総噴射量の目標値を設定し、前記第一噴射の終了時点の前記ニードルのリフト量と、前記第二噴射における第二総噴射量の目標値と、前記センサにより検出される燃料の圧力に基づいて算出される前記第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率と、から前記第二噴射において前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する期間を設定する請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記制御装置は、前記第一噴射の終了時点での燃料の圧力の変化率が大きいほど、前記第二噴射において前記燃料噴射弁へ前記指令信号を供給する期間を長くする請求項３に記載の内燃機関。

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