JP3265465B2 - コモンレール式燃料噴射システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸入行程初期から
圧縮行程中期までの間に燃焼室に燃料を予備噴射した後
に圧縮上死点の近傍において燃焼室に燃料を噴射するス
プリットモードでの噴射をエンジンの始動時に行なわせ
て始動性を確保しつつ、始動後は圧縮上死点近傍での噴
射のみによるノーマルモードでの噴射を行なわせて燃焼
を安定化させるようにしたコモンレール式燃料噴射シス
テムに係り、特に、スプリットモードでの噴射からノー
マルモードでの噴射に切り替える解除回転数と、ノーマ
ルモードでの噴射からスプリットモードでの噴射に切り
替える再突入回転数をエンジンの温度に応じて独自に設
定するようにした燃料噴射システムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの始動性を確保しつ
つ燃費および排気特性を改善するために、エンジンの始
動時は例えば圧縮行程の初期に燃焼室に燃料を噴射した
後に、圧縮上死点の近傍において燃焼室に燃料を噴射す
るスプリットモードでの噴射を行なわせて始動性を確保
する一方、始動後は圧縮上死点近傍での噴射のみによる
ノーマルモードでの噴射を行なわせて燃費および燃焼を
改善するようにしたコモンレール式燃料噴射システムが
提案されている。

【０００３】上記のようなスプリットモードでの噴射と
ノーマルモードでの噴射を切り替えるに際して、従来で
は例えば図５に太い実線で示したように、エンジンのア
イドル回転数より低い一定の回転数を解除回転数に設定
するとともに、同図に破線で示したように解除回転数よ
り例えば２００ｒｐｍだけ低い回転数を再突入回転数と
して設定することにより、スプリットモードでの噴射の
解除回転数とスプリットモードでの噴射への再突入回転
数の間にヒステリシスを持たせて始動直後の回転変動を
抑制するようにしていた。

【０００４】このようにスプリットモードでの噴射の解
除回転数および再突入回転数を一義的に定めたものにお
いては、エンジンの温度が例えば常温域にあるときは、
始動によってエンジン回転数が解除回転数より高くなっ
てスプリットモードでの噴射からノーマルモードでの噴
射に切り替わってもエンジン回転数がアイドル回転数ま
で上昇して落ち着く。

【０００５】ところが、エンジンの温度が常温域より低
い低温域にあるときは、エンジンオイルの粘度が極度に
高くなって摩擦力が増大しているために、始動増量もし
くは始動後増量などを行なってもエンジン回転数が立上
り難く、スプリットモードでの噴射からノーマルモード
での噴射に切り替わるとエンジン回転数が低下すること
がある。そして、エンジン回転数が再突入回転数まで低
下すると再びスプリットモードでの噴射に切り替えられ
てエンジン回転数が上昇し、解除回転数まで上昇した時
点でノーマルモードでの噴射に切り替えられてエンジン
回転数が低下するというように、特に、低温域での始動
直後のエンジン回転数が不安定になり易いという不具合
があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、スプリットモードでの噴射
とノーマルモードでの噴射を切り替えるようにしたコモ
ンレール式燃料噴射システムにおいて、スプリットモー
ドでの噴射の解除回転数とスプリットモードでの噴射の
再突入回転数をエンジンの温度に応じて独自に設定して
始動直後のエンジン回転数を安定させることを課題とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、エンジン回転数が解除回転数に到達するま
では吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃焼室に
燃料を予備噴射した後に圧縮上死点の近傍において燃焼
室に燃料を噴射するスプリットモードでの噴射を行なわ
せつつ、エンジン回転数が前記解除回転数より高くなっ
た時点で圧縮上死点近傍での噴射のみによるノーマルモ
ードでの噴射を行なわせるとともに、エンジン回転数が
前記解除回転数より低い再突入回転数まで低下したとき
にノーマルモードでの噴射をスプリットモードでの噴射
に切り替えるようにしたコモンレール式の燃料噴射シス
テムにおいて、エンジンの温度が低温域であるときにお
ける解除回転数をエンジンのアイドル回転数より高くす
る一方、エンジンの温度が常温域であるときにおける解
除回転数をエンジンのアイドル回転数より低く設定した
ことを特徴としている。

【０００８】なお、エンジンの温度が低温域であるとき
における再突入回転数をエンジンのアイドル回転数より
低く、かつ、エンジンの温度が常温域であるときにおけ
る再突入回転数より高く設定することが望まれる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るコモンレー
ル式燃料噴射システムの一実施形態を示す概略構成図で
あり、燃料タンク１からプレフィルタセジメント２、フ
ィードポンプ３およびフューエルフィルタ４を介して燃
料が供給されるサプライポンプ５を設けている。また、
前記サプライポンプ５の吐出口を逆止弁６を介してコモ
ンレール７に接続している。そして、エンジンの燃焼室
に設けた噴射ノズル８をフローリミッタ９を介してコモ
ンレール７に接続することにより、コモンレール式の燃
料噴射システムを構成している。

【００１０】１０はコモンレール７の圧力を所定値に保
持する電磁スピル弁、１１はリリーフ弁、１２はコモン
レール７の燃料圧力の異常上昇を予防するプレッシャリ
ミッタ、１３は噴射ノズル８に設けた電磁三方弁であ
り、エンジンのクランク軸１４に設けた回転センサ１
５、気筒判別センサ１６、アクセルセンサ１７、コモン
レール７に設けた圧力センサ１８から出力された信号
と、エンジン冷却水の温度に基づいてエンジンの温度を
検出する温度センサ１９の出力信号および吸気温度ある
いは気圧などで代表されるその他の制御情報をコントロ
ールユニット２０に供給している。

【００１１】コントロールユニット２０は、上記各セン
サなどから供給された各種の制御情報に基づいて電磁ス
ピル弁１０および電磁三方弁１３にそれぞれ制御信号を
供給することにより、サプライポンプ５の稼働を制御す
るとともに、噴射ノズル８から燃焼室に供給される燃料
の量、噴射時期および噴射モードをそれぞれ最適制御す
る。

【００１２】すなわちコントロールユニット２０は、回
転センサ１５、アクセルセンサ１８および温度センサ１
９から出力された信号ならびにその他の制御情報に基づ
いてエンジンの運転状態を判断する。そして、エンジン
が始動操作されていると判断したときは、スプリットモ
ードでの噴射を行なわせる一方、エンジン回転数が解除
回転数より高くなった時点でスプリットモードでの噴射
を解除してノーマルモードでの噴射に切り替える。な
お、このようにしてノーマルモードでの噴射に切り替え
ることによってエンジン回転数が再突入回転数よりも低
くなったときは、ノーマルモードでの噴射からスプリッ
トモードでの噴射に切り替えて回転数の上昇を促す。

【００１３】因に、スプリットモードでの噴射は、例え
ば図２に示したように圧縮行程の初期に行なわれる予備
噴射と、圧縮上死点の直前に行なわれるパイロット噴射
と、このパイロット噴射に続いて行なわれる主噴射の組
合せにより構成され、ノーマルモードでの噴射は、例え
ば図３に示したように圧縮上死点近傍でおこなわれるパ
イロット噴射および主噴射のみによるものであり、スプ
リットモードでの噴射時に行なわれていた予備噴射は行
なわれない。

【００１４】また、スプリットモードでの噴射に際して
は、コントロールユニット２０から出力された予備噴射
信号に基づいて圧縮行程の初期に総噴射量の２〜８％に
相当する量の燃料を噴射ノズル８から燃焼室に噴射す
る。続いて、圧縮上死点の直前にコントロールユニット
２０からパイロット噴射信号を出力して総噴射量の２〜
１５％に相当する量の燃料をパイロット噴射した後に、
主噴射信号を出力して圧縮上死点の近傍で残りの量の燃
料を噴射する。

【００１５】このように圧縮行程の初期に総供給量の２
〜８％に相当する量の燃料を予備噴射し、圧縮上死点の
直前に２〜１５％の量の燃料をパイロット噴射した後
に、残りの量の燃料を圧縮上死点の近傍で主噴射した場
合は、予備噴射された燃料噴霧が吸気の乱れの影響を受
けて燃焼室に広く拡散して充分に混合される。そして、
圧縮行程の進行にともなって吸気の温度が上昇すると、
この温度上昇した吸気を熱源として燃料噴霧の気化が促
進されるために、当量比１を下回る均一な希薄混合気が
形成される。

【００１６】上記のようにして形成された希薄混合気
は、余剰の酸素を有しているためにすすの発生がなく、
しかも、熱容量が大きいために圧縮にともなう発熱の度
合が低くて着火し難い特徴を有している。そして、ピス
トンが圧縮上死点の近傍まで上昇して温度がより高くな
ると希薄混合気の一部が自己着火するが、残りの混合気
は未燃のまま残される。

【００１７】コントロールユニット２０から出力された
パイロット噴射信号に基づいてパイロット噴射が行われ
ると、このパイロット噴射された燃料は速やかに気化す
るとともに、一部自己着火する。そして、パイロット噴
射信号に続いて出力された主噴射信号に基づいて残りの
燃料が噴射されるために、主噴射された燃料は予備噴射
された燃料およびパイロット噴射された燃料の燃焼によ
り温度上昇した燃焼室で速やかに気化して燃焼し、予備
噴射された燃料ならびにパイロット噴射された燃料によ
り形成されていた希薄混合気を一気に燃焼させる。

【００１８】従って、エンジンの始動時にスプリットモ
ードでの噴射を行なわせることにより、始動直後におけ
るエンジン回転数の上昇が円滑に行なわれて暖機が促進
される。また、予備噴射された燃料およびパイロット噴
射された燃料により形成されていた希薄混合気は、余剰
の酸素を含むものであるために、黒煙の発生が抑制され
ることになり、始動時に見られる黒煙の排出が抑制され
る。

【００１９】ここに、上記のようにスプリットモードで
の噴射からノーマルモードでの噴射に切り替える解除回
転数は、図４に太い実線で示したように、エンジンの温
度が低温域であるときにおける解除回転数をエンジンの
アイドル回転数より高くする一方、エンジンの温度が常
温域であるときにおける解除回転数をエンジンのアイド
ル回転数より低く設定している。従って、エンジンオイ
ルの粘度が高くて摩擦力が大きい低温域での始動時は、
エンジン回転数がアイドル回転数よりも高い解除回転数
に到達するまでの間はスプリットモードでの噴射が継続
されて暖機が促進されることになる。

【００２０】そして、暖機の促進によってエンジンの温
度が常温域に移行すると、ノーマルモードでの噴射に切
り替えられて燃費の改善が図られる。なお、常温域での
始動時は、エンジン回転数がアイドル回転数に到達する
前にノーマルモードでの噴射に切り替えられて燃料消費
の節減が行なわれるが、この場合はエンジンの摩擦が少
ないために、ノーマルモードでの噴射を行なってもエン
ジン回転数がアイドル回転数に保持される。

【００２１】ところで、スプリットモードでの噴射の再
突入回転数は、通常は解除回転数から例えば２００ｒｐ
ｍだけ低い値に設定することでコントロールユニット２
０のメモリ構成などを簡略化することができる。しかし
ながら、上記のようにエンジンの温度が低温域であると
きにおける解除回転数をエンジンのアイドル回転数より
高くする一方、エンジンの温度が常温域であるときにお
ける解除回転数をエンジンのアイドル回転数より低く設
定した場合は、図４に二点鎖線で示したように低温域で
の再突入回転数がアイドル回転数より高くなる場合があ
る。

【００２２】すると、スプリットモードでの噴射により
上昇していたエンジン回転数がノーマルモードでの噴射
に切り替えられてアイドル回転数に落ち着こうとして再
突入回転数まで低下すると、再びスプリットモードでの
噴射に戻される。このようにしてスプリットモードでの
噴射に戻されると、エンジン回転数が再び解除回転数ま
で上昇してしまうというように、エンジン回転数がアイ
ドル回転数より高い解除回転数と再突入回転数の間で反
復的に変動する可能性がある。

【００２３】ところが、図４に破線で示したようにエン
ジンの温度が低温域であるときにおける再突入回転数を
エンジンのアイドル回転数より低く、かつ、エンジンの
温度が常温域であるときにおける再突入回転数より高く
設定した場合は、スプリットモードでの噴射の解除によ
ってアイドル回転数に落ち着こうとする場合にスプリッ
トモードでの噴射に再突入してエンジン回転数が上昇し
てしまうことがない。なお、何らかの原因でエンジン回
転数がアイドル回転数より低下して再突入回転数まで低
下した場合は、スプリットモードでの噴射に再突入して
エンジン回転数の上昇を促すために、エンジンストール
に陥ってしまうことがなく、始動直後におけるエンジン
回転数がより安定する。

【００２４】上記実施形態においてはエンジン冷却水の
温度に基づいてエンジンの温度を検出するようにしてい
るが、例えば排気の温度、燃焼室の壁面温度あるいはシ
リンダブロックの温度などに基づいてエンジンの温度を
検出することもできる。

【００２５】また、上記実施形態においてはスプリット
モードで行なわれる予備噴射を圧縮初期の時点で行なわ
せるようにしているが、この予備噴射は排気弁が閉じる
吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に行なわれるも
のであればよい。また、実施形態においては圧縮上死点
の近傍においてパイロット噴射と主噴射を行なわせるよ
うにしているが、必ずしもパイロット噴射を行なう必要
性はなく、エンジンの運転状態に応じて噴射時期、噴射
量および噴射回数などを最適制御することが望まれる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、スプリットモードでの噴射の解除回転数およびスプ
リットモードでの噴射の再突入回転数をエンジンの温度
に応じて独自に設定したものであるから、エンジンの始
動性を確保しつつ、始動直後のエンジン回転数を安定さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコモンレール式燃料噴射システム
の一実施形態を示す概略構成図である。

【図２】スプリットモードでの噴射による噴射ノズルの
開弁特性図である。

【図３】ノーマルモードでの噴射による噴射ノズルの開
閉特性図である。

【図４】エンジンの温度による解除回転数および再突入
回転数の特性図である。

【図５】従来の解除回転数および再突入回転数の特性図
である。

【符号の説明】

１ 燃料タンク ２ プレフィルタセジメンタ ３ フィードポンプ ４ フューエルフィルタ ５ サプライポンプ ６ 吐出弁 ７ コモンレール ８ 噴射ノズル ９ フローリミッタ １０ 電磁スピル弁 １１ リリーフ弁 １２ プレッシャリミッタ １３ 電磁三方弁 １４ クランク軸 １５ 回転センサ １６ 気筒判別センサ １７ アクセルセンサ １８ 圧力センサ １９ 温度センサ ２０ コントロールユニット

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン回転数が解除回転数に到達する
   までは吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃焼室
   に燃料を予備噴射した後に圧縮上死点の近傍において燃
   焼室に燃料を噴射するスプリットモードでの噴射を行な
   わせつつ、エンジン回転数が前記解除回転数より高くな
   った時点で圧縮上死点近傍での噴射のみによるノーマル
   モードでの噴射を行なわせるとともに、エンジン回転数
   が前記解除回転数より低い再突入回転数まで低下したと
   きにノーマルモードでの噴射をスプリットモードでの噴
   射に切り替えるようにしたコモンレール式の燃料噴射シ
   ステムにおいて、エンジンの温度が低温域であるときに
   おける解除回転数をエンジンのアイドル回転数より高く
   する一方、エンジンの温度が常温域であるときにおける
   解除回転数をエンジンのアイドル回転数より低く設定し
   たことを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。
2. 【請求項２】 エンジンの温度が低温域であるときにお
   ける再突入回転数をエンジンのアイドル回転数より低
   く、かつ、エンジンの温度が常温域であるときにおける
   再突入回転数より高く設定したことを特徴とする請求項
   １に記載のコモンレール式燃料噴射システム。