JP3855846B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、圧縮行程等の高圧の気筒内へ燃料を供給するために、複数気筒共通の蓄圧室を設け、この蓄圧室内で加圧された燃料を各気筒に配置された燃料噴射弁により噴射する燃料噴射制御装置が公知である。
【０００３】
各燃料噴射弁においては、弁体により噴孔が開放されると燃料噴射が開始され、弁体により噴孔が閉鎖されると燃料噴射が停止される。こうして燃料噴射が実施されると、燃料噴射弁内の燃料圧力が低下し、この圧力低下は負圧波として蓄圧室へ伝播される。蓄圧室へ伝播した負圧波は、蓄圧室を開放端として反射するために、正圧波となって燃料噴射弁へ伝播される。燃料噴射弁へ伝播された正圧波は、燃料噴射弁を閉鎖端として反射するために、正圧波のまま蓄圧室へ伝播される。次いで、蓄圧室へ伝播した正圧波は、蓄圧室を開放端として反射し、負圧波となって燃料噴射弁へ伝播される。燃料噴射弁へ伝播された負圧波は、燃料噴射弁を閉鎖端として反射し、負圧波のまま蓄圧室へ伝播される。このような圧力波の伝播は、圧力波が減衰によって消滅するまで繰り返されることとなる。
【０００４】
特開２０００−１８０６４号公報には、このような蓄圧室への圧力波の伝播間隔に基づき燃料の圧力伝播速度を算出し、次いで、この圧力伝播速度から現在の燃料における正確な体積弾性率を算出することにより、この体積弾性率を使用して蓄圧室を所望燃料圧力に維持するために高圧ポンプから蓄圧室へ供給すべき燃料量の制御を実施することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジン等において、主燃料噴射に先立ってパイロット燃料噴射を実施することがある。パイロット燃料噴射は、燃焼室内全体に広範囲に燃料を分散させて燃料を着火させるために、燃料噴射率を高くすることが望まれ、また、主燃料噴射は、燃料噴射開始と同時に燃料が着火燃焼して大きな騒音を発生しないように、燃料噴射率を低くすることが望まれている。しかしながら、前述の従来技術のように、蓄圧室を所望燃料圧力に維持しただけでは、このようなパイロット燃料噴射及び主燃料噴射において望ましい燃料噴射率を実現することはできない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、蓄圧室と、配管により蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備する燃料噴射制御装置において、パイロット燃料噴射と主燃料噴射とを実施する場合に、特に、燃料噴射弁の噴孔弁体の開弁速度等を変更しなくてもパイロット燃料噴射の高燃料噴射率及び主燃料噴射の低燃料噴射率の少なくとも一方を実現可能とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を奇数回往復した時に正圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波が、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を偶数回往復した時に負圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間には、前記燃料噴射弁から前記蓄圧室へ向けて伝播する圧力波を、正圧波及び負圧波のいずれとしても反射させることを可能とすると共に通過させることを可能とする可変オリフィスが設けられ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、前記可変オリフィスによって正圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波は、最終的に前記可変オリフィス又は前記蓄圧室により負圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、高い目標高燃料圧力を有する第一蓄圧室と前記第一蓄圧室より低い目標高燃料圧力を有する第二蓄圧室との二つの前記蓄圧室が設けられ、前記配管は、切換手段を有して前記燃料噴射弁を前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とのいずれかに接続させるものであり、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間の経路長は、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間の経路長より長くされ、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第一蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間を一往復する時間と、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第二蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間を一往復する時間とが等しくされ、前記第一蓄圧室及び前記第二蓄圧室のいずれを使用して前記パイロット燃料噴射及び前記主燃料噴射を実施しても前記パイロット燃料噴射と前記主燃料噴射との時間間隔を等しくすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による燃料噴射制御装置を示す概略図である。１は気筒毎に配置された燃料噴射弁であり、２は蓄圧室である。各燃料噴射弁１と蓄圧室２とは配管３によって接続されている。各燃料噴射弁１は、例えば、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、各気筒共通の蓄圧室２において加圧された高圧燃料を噴射するものである。もちろん、燃料噴射弁１は気筒内以外の例えば吸気ポートへ燃料を噴射するのにも使用可能である。
【００１２】
蓄圧室２には、蓄圧室２内を所望の高燃料圧力に維持するための高圧ポンプ（図示せず）が接続されている。高圧ポンプは、一般的に、機関駆動式であり、例えば、二つの燃料噴射弁が燃料噴射を完了する毎に、それにより消費された燃料量を蓄圧室２へ圧送するようになっている。また、蓄圧室２には、蓄圧室２内の燃料圧力を検出するための圧力センサ４が配置されている。５は蓄圧室２内の燃料温度を検出するための温度センサである。
【００１３】
燃料噴射弁１は、例えば、軸線方向に摺動可能な噴孔弁体１１を具備し、噴孔弁体１１の先端部が噴孔１２を開閉するようになっている。噴孔弁体１１の先端側には噴孔１２に連通する先端側空間１３内の燃料圧力が作用し、噴孔弁体１１の基端側には基端側空間１４内の燃料圧力が作用するようになっている。また、燃料噴射弁１内には高圧燃料通路１５が形成され、この高圧燃料通路１５は、基端側空間１４とオリフィス１６を介して連通しており、先端側空間１３とはオリフィスを介することなく連通している。前述した蓄圧室２へ通じる配管３は、基端側空間１４の近傍において高圧燃料通路１５へ接続されている。
【００１４】
基端側空間１４内には、噴孔弁体１１を閉弁方向に付勢する閉弁スプリング１７が配置されている。また、基端側空間１４の近傍には、制御弁体１８が位置する制御弁体室１９が設けられ、制御弁体室１９は、低圧燃料通路２０を介して燃料タンクへ通じている。制御弁体室１９と基端側空間１４とは、オリフィス２１を有する連通路２２を介して連通しており、制御弁体１８は、アクチュエータ（図示せず）によって、この連通路２２を開閉可能に制御される。
【００１５】
制御弁体１８によって連通路２２が閉鎖されれば、基端側空間１４内は、高圧燃料通路１５からオリフィス１６を介して供給される高圧燃料によって、高圧燃料通路１５と同じ高燃料圧力となる。この時、開弁方向の受圧面積（基端側空間１４の対向面積）と閉弁方向の受圧面積（先端側空間１３の対向面積）とは、それぞれＡ１（斜視として一点鎖線で示す）であり互いに等しく、また、先端側空間１３の燃料圧力は高圧燃料通路１５と同じ高燃料圧力であるために、基端側空間１４の燃料圧力によって噴孔弁体１１に作用する閉弁方向の押圧力と、先端側空間１３の燃料圧力によって噴孔弁体１１に作用する開弁方向の押圧力とは等しくなって互いに相殺され、噴孔弁体１１は閉弁スプリング１７による閉弁方向の押圧力によっては閉弁される。
【００１６】
こうして、噴孔弁体１１が閉弁されると、噴孔弁体１１のシート部より先端側には、先端側空間１３の燃料圧力が作用せず、噴孔弁体１１の先端側の受圧面積、すなわち、開弁方向の受圧面積がＡ１からドーナツ状のＡ２（斜視として一点鎖線で示す）へ減少する。これに対して、噴孔弁体１１の基端側における閉弁方向の受圧面積は依然としてＡ１であり、先端側空間１３及び基端側空間１４における燃料圧力Ｐは等しいが、噴孔弁体１１には（Ａ１−Ａ２）Ｐ＝Ｐ１だけ大きな閉弁方向の押圧力が作用し、さらに閉弁スプリング１７による閉弁方向の押圧力Ｐ２を加えて確実な閉弁が保証される。
【００１７】
制御弁体１８によって連通路２２が開放されれば、基端側空間１４内の高圧燃料は、オリフィス２１を有する連通路２２を介して制御弁体室１９へ流出して消費され、制御弁体室１９から低圧燃料通路２０を介して燃料タンクへ戻される。こうして、基端側空間１４内の燃料圧力が低下してＰ’＝（Ａ２・Ｐ−Ｐ２）／Ａ１となると、噴孔弁体１１に作用する閉弁方向の押圧力ＰＣ（Ａ１・Ｐ’＋Ｐ２）と開弁方向の押圧力ＰＯ（Ａ２・Ｐ）が等しくなり、さらに僅かに燃料圧力が低下すれば、開弁方向の押圧力が閉弁方向の押圧力に勝って噴孔弁体１１は開弁され、噴孔１２を介して先端側空間１３内の高圧燃料が噴射される。
【００１８】
噴孔弁体１１が開弁されれば、開弁方向の受圧面積は閉弁方向の受圧面積と等しくなり、制御弁体１８によって連通路２２が閉鎖されて基端側空間１４内の燃料圧力が先端側空間１３内の高燃料圧力と等しくなると、噴孔弁体１１は閉弁されて燃料噴射が停止される。こうして、基端側空間１４は、制御弁体１８によって開閉されて燃料流出が制御されることにより、燃料圧力の低下に伴って噴孔弁体１１を開弁させ、また、燃料圧力の増加に伴って噴孔弁体１１を閉弁させる制御室として機能する。
【００１９】
図２は、本燃料噴射制御装置によって実施される燃料噴射制御における制御弁体１８の開閉と燃料噴射弁の先端側空間１３内における燃料圧力の変化とを示すタイムチャートである。燃料圧力Ｐは、蓄圧室２内の高燃料圧力に相当する当初の先端側空間１３内の燃料圧力である。先ず、制御弁体１８は、時刻ｔ０’において開弁指令によって開弁され、基端側空間１４内の燃料が制御弁体室１８を介して低圧燃料通路２０への流出を開始する。次いで、時刻ｔ１’において閉弁指令によって閉弁され、基端側空間１４からの燃料の流出は停止される。
【００２０】
それにより、燃料噴射弁内の基端側空間１４の燃料圧力は低下する。但し、この時の制御弁体１８の開弁はｔ０’からｔ１’の短時間とされ、基端側空間１４内の燃料圧力は、前述したＰ’＝（Ａ２・Ｐ−Ｐ２）／Ａ１より低下することはなく、噴孔弁体１１が開弁して燃料が噴射されることはないようにされている。しかしながら、こうして基端側空間１４内の燃料圧力を低下させると、オリフィス１６を介して基端側空間１４内へ高圧燃料が供給されるために、高圧燃料通路１５及び先端側空間１３内の燃料圧力は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において低下することとなる。
【００２１】
それにより、時刻ｔ１において先端側空間１３には負圧波が発生し、この負圧波は蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した負圧波は、開放端となる蓄圧室２により正圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ２において点線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３の燃料圧力を高めることとなる。
【００２２】
本実施形態では、パイロット燃料噴射のために、この時刻ｔ２において噴孔弁体１１が開弁して燃料噴射が開始され、時刻ｔ３において噴孔弁体１１が閉弁して燃料噴射が終了し、それにより所望量の燃料が噴射されるように、時刻ｔ２’において制御弁体１８を開弁し、時刻ｔ３’において制御弁体１８を閉弁するようにしている。こうして実施されるパイロット燃料噴射は、燃料噴射に実際に影響する先端側空間１３内の燃料圧力が正圧波によって高められているために、高い燃料噴射率が実現され、燃焼室全体に広範囲に燃料を分散させることができ、後の主燃料噴射によって燃焼を開始させる時に、燃焼室全体で燃料を着火させることができる。
【００２３】
このパイロット燃料噴射によって先端側空間１３内の燃料圧力は実際には実線で示すように低下し、時刻ｔ３において噴孔弁体１１が閉弁してパイロット燃料噴射が終了すると、先端側空間１３内に負圧波が発生して、この負圧波は蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した負圧波は、開放端となる蓄圧室２により正圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ４から時刻ｔ５の間において実線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３の燃料圧力を高める。
【００２４】
この正圧波は、先端側空間１３が閉鎖端となるために、時刻ｔ５において正圧波のまま蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した正圧波は、開放端となる蓄圧室２により負圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ６において点線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３内の燃料圧力を低下させる。
【００２５】
本実施形態では、主燃料噴射のために、この時刻ｔ６噴孔弁体１１が開弁して燃料噴射が開始され、時刻ｔ７において噴孔弁体１１が閉弁して燃料噴射が終了し、それにより所望量の燃料が噴射されるように、時刻ｔ６’において制御弁体１８を開弁し、時刻ｔ７’において制御弁体１８を閉弁するようにしている。こうして実施される主燃料噴射は、燃料噴射に実際に影響する先端側空間１３内の燃料圧力が負圧波によって低くされているために、燃料噴射率を低くすることができ、燃料噴射開始と同時に多量の燃料が着火燃焼して大きな騒音を発生することを防止することができる。
【００２６】
このような燃料噴射制御を実施するためには、燃料噴射弁の先端側空間１３内の燃料圧力が到来する正圧波によって高められる時刻ｔ２及び先端側空間１３内の燃料圧力が到来する負圧波によって低くされる時刻ｔ６を把握しなければならない。実際的には、主燃料噴射の開始時期である時刻ｔ６がピストン位置等により規制されるために、時刻ｔ６から時刻ｔ２及び時刻ｔ０等を逆算することとなる。
【００２７】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間、及び時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間は、いずれも、圧力波が燃料噴射弁内の先端側空間１３と蓄圧室２との間を往復する時間Ｔである。この時間Ｔは、燃料中を圧力が伝播する速度、すなわち、圧力伝播速度Ｖに基づき算出可能である。すなわち、燃料噴射弁１の先端側空間１３から蓄圧室２までの距離は、図１に示すように、Ｌ１＋Ｌ２であるために、この時間Ｔは、２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖによって算出することができる。圧力伝播速度は、燃料の温度、圧力、及び、燃料の性状によって変化するために、これらに基づいて決定することが好ましい。
【００２８】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、噴孔弁体１１を開弁させるパイロット燃料噴射期間であり、このパイロット燃料噴射により発生した負圧波によってもたらされる正圧波が先端側空間１３内に到達して反射されるまでの時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は、パイロット燃料噴射期間と等しい。こうして、主燃料噴射を開始する時刻ｔ６から逆算して、パイロット燃料噴射を開始する時刻ｔ２を決定することができる。
【００２９】
また、パイロット燃料噴射時において先端側空間１３内の燃料圧力を高めるための正圧波をもたらすために、先端側空間１３において負圧波を発生させる時刻ｔ１は、パイロット燃料噴射を開始する時刻ｔ２より圧力波が往復する時間Ｔだけ前の時刻となる。このような先端側空間内の燃料圧力を実現するためには、実際的には、制御弁体１８の開閉を制御することとなる。制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ０’から実際に先端側空間１３内の燃料圧力が低下を開始する時刻ｔ０までの時間、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ１’から実際に先端側空間１３内に負圧波が発生する時刻ｔ１までの時間、制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ２’から実際にパイロット燃料噴射が開始する時刻ｔ２までの時間、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ３’から実際にパイロット燃料噴射が終了する時刻ｔ３までの時間、制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ６’から実際に主燃料噴射が開始する時刻ｔ６までの時間、及び、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ７’から実際に主燃料噴射が終了する時刻ｔ７までの時間のような各応答遅れ時間は、先端側空間１３内の燃料圧力及び蓄圧室２内の燃料圧力等を考慮して、それぞれに設定されることとなる。
【００３０】
本実施形態において、特に、燃料を噴射することなく先端側空間１３内で負圧波を発生させる圧力低下期間（ｔ０からｔ１）、パイロット燃料噴射期間（ｔ２からｔ３）、及び、パイロット燃料噴射で発生した負圧波の反射波による先端側空間１３内の圧力上昇期間（ｔ４からｔ５）は、圧力波が燃料噴射弁と蓄圧室とを往復する時間Ｔに比較して非常に短いために、制御を簡単にするために、これらを無視するようにしても良い。すなわち、最初の圧力低下開始ｔ０から時間Ｔ後には正圧波が燃料噴射弁に到達するとしてパイロット燃料噴射を開始し、パイロット燃料噴射開始から時間Ｔの二倍の時間後には負圧波が燃料噴射弁に到達しているとして主燃料噴射を開始するように制御しても良い。
【００３１】
また、本実施形態においては、燃料を噴射することなく先端側空間１３内の燃料圧力を低下させて発生させた負圧波が正圧波として燃料噴射弁に伝播する時にパイロット燃料噴射を実施して、発生させた負圧波をパイロット燃料噴射に利用するようにしたが、例えば、主燃料噴射のために、燃料を噴射することなく先端側空間１３内の燃料圧力を低下させて発生させた負圧波が負圧波として燃料噴射弁に伝播する時に主燃料噴射を実施して、発生させた負圧波を主燃料噴射に利用するようにしても良い。
【００３２】
ところで、機関負荷が高くて多量の燃料を気筒内へ噴射することが必要となる時には、一回のパイロット燃料噴射では十分に主燃料噴射量を減少させることができず、主燃料噴射開始時に多量の燃料が噴射されることとなって、それが一度に着火燃焼するために、十分に騒音を低減することができないことがある。それにより、パイロット燃料噴射を複数回実施して、主燃料噴射量を十分に減少させることが提案されている。
【００３３】
こうしてパイロット燃料噴射を例えば二回実施する場合において、いずれのパイロット燃料噴射も、燃料を燃焼室内に広く分散させるために高燃料噴射率とすることが好ましい。それにより、図２において、一回目のパイロット燃料噴射を実施した後に、それにより発生した負圧波が正圧波として反射して燃料噴射弁の先端側空間１３内の燃料圧力を高めた時、すなわち、時刻ｔ４において二回目のパイロット燃料噴射を実施すれば良い。こうして、二回目のパイロット燃料噴射を実施すると、先端側空間１３内には負圧波が発生し、この負圧波が、燃料噴射弁と蓄圧室との間を二往復すると、前述同様に先端側空間１３には負圧波が伝播することとなり、この時に主燃料噴射を開始すれば良い。
【００３４】
図１に示す実施形態では、圧力波が常に燃料噴射弁と蓄圧室との間を往復するために、主燃料噴射の開始時期を基準として、パイロット燃料噴射の開始時期が、圧力波の往復時間、すなわち、配管長に応じて必然的に定められている。もちろん、燃料を噴射することなく負圧波を発生させた時（ｔ１）からパイロット燃料噴射を開始する時（ｔ２）までには、圧力波を一往復させることに限定されず奇数回往復させても良く、それにより、負圧波を発生させる時又はパイロット燃料噴射を開始する時を変化させることはできるが、往復させる回数が増えるほど圧力波は減衰することとなり、パイロット燃料噴射の噴射率を高めるには不利となる。また、パイロット燃料噴射から主燃料噴射を実施するまでには、圧力波を二往復させることに限定されず偶数回往復させても良く、それにより、パイロット燃料噴射を開始する時又は主燃料噴射を開始する時を変化させることはできるが、往復させる回数が増えるほど圧力波は減衰することとなり、主燃料噴射の噴射率を低くするには不利となる。
【００３５】
図３は、燃料噴射制御装置のもう一つの実施形態を示している。前述した実施形態と本実施形態との違いは、各燃料噴射弁１と蓄圧室２とを連通する各配管３には、可変オリフィス３０が配置されていることである。
【００３６】
可変オリフィス３０は、それ内の燃料流路の内径を配管３の内径よりかなり小さく又はかなり大きくすることを可能とするものである。燃料流路の内径を配管３の内径よりかなり小さくすれば、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０が閉鎖端となるために、可変オリフィス３０により同じ圧力波として燃料噴射弁１へ反射する。また、燃料流路の内径を配管３０の内径よりかなり大きくすれば、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０が開放端となるために、可変オリフィス３０により反対の圧力波として燃料噴射弁１へ反射する。すなわち、負圧波は正圧波として、正圧波は負圧波として反射させることができる。また、可変オリフィス３０は、燃料流路の内径を配管３の内径と等しくすることも可能であり、それにより、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０を単に通過する。
【００３７】
こうして、図３に示す実施形態では、可変オリフィス３０によって圧力波を同じ圧力波として又は反対の圧力波として反射させて燃料噴射弁へ伝播させることができ、また、通過させて蓄圧室により反対の圧力波として反射させて燃料噴射弁へ伝播させることもできる。それにより、燃料を噴射することなく最初に負圧波を発生させてからパイロット燃料噴射を実施するまでの間隔、パイロット燃料噴射と主燃料噴射との間の間隔、及び、二つのパイロット燃料噴射を実施する間の間隔等を機関運転状態に応じて変化させることができる。
【００３８】
例えば、パイロット燃料噴射から主燃料噴射までの時間間隔を短くしたければ、可変オリフィス３０を開放端として圧力波を反射させれば、圧力波が燃料噴射弁へ往復する距離が短くなるために、圧力波が負圧波として燃料噴射弁へ伝播される時間を短くすることができる。また、この間隔をさらに短くしたければ、可変オリフィス３０を閉鎖端として、パイロット燃料噴射により発生した負圧波を同じ負圧波として燃料噴射弁へ反射させて主燃料噴射を実施するようにしても良い。二回のパイロット燃料噴射が実施される場合には、これらの間の時間間隔も同様な考え方に基づき短くすることができる。
【００３９】
図４は、燃料噴射制御装置のさらにもう一つの実施形態を示している。本実施形態において、各燃料噴射弁１には、高い目標高燃料圧力を有する第一蓄圧室２と第一蓄圧室より低い目標高燃料圧力を有する第二蓄圧室２’とが接続されて、二種類の圧力の燃料が噴射可能とされている。第一蓄圧室２は第一配管３を介して燃料噴射弁１へ接続され、第二蓄圧室２’は第二配管３’を介して燃料噴射弁１へ接続されている。４０は、燃料噴射弁１へいずれかの蓄圧室２又は２’を接続させるための切換弁である。
【００４０】
本実施形態では、燃料を噴射することなく先端側空間内で負圧波を発生させてからパイロット燃料噴射を実施するまでの時間間隔、パイロット燃料噴射から主燃料噴射までの時間間隔、及び、二回のパイロット燃料噴射を実施する場合においてこれらの間の時間間隔等は、いずれの圧力の燃料を噴射する際にも変化させないようにしている。圧力波の圧力伝播速度は、燃料の圧力が高いほど速くなるために、切換弁４０を介しての第一蓄圧室２から燃料噴射弁１までの配管長さＬ３を長くし、切換弁４０を介しての第二蓄圧室２’から燃料噴射弁１までの配管長さＬ４を短くし、いずれの圧力の燃料が噴射される際にも、圧力が燃料噴射弁と対応する蓄圧室とを往復する時間を同じにしている。
【００４１】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、パイロット燃料噴射時において燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は主燃料噴射時において燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させるようになっている。それにより、特に、燃料噴射弁の噴孔弁体の開弁速度等を変更しなくても、伝播した正圧波によって燃料噴射弁内の燃料圧力が高められパイロット燃料噴射時には高燃料噴射率を実現することができ、又は、伝播した負圧波によって燃料噴射弁内の燃料圧力が低くされ主燃料噴射時には低燃料噴射率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射制御装置の概略図である。
【図２】制御弁体の開閉と燃料噴射弁の先端側空間内における燃料圧力の変化とを示すタイムチャートである。
【図３】本発明によるもう一つの燃料噴射制御装置を示す概略図である。
【図４】本発明によるさらにもう一つの燃料噴射制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２，２’…蓄圧室
３，３’…配管
１１…噴孔弁体
１２…噴孔
１３…先端側空間
１４…基端側空間
１５…高圧燃料通路
１８…制御弁体
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、圧縮行程等の高圧の気筒内へ燃料を供給するために、複数気筒共通の蓄圧室を設け、この蓄圧室内で加圧された燃料を各気筒に配置された燃料噴射弁により噴射する燃料噴射制御装置が公知である。
【０００３】
各燃料噴射弁においては、弁体により噴孔が開放されると燃料噴射が開始され、弁体により噴孔が閉鎖されると燃料噴射が停止される。こうして燃料噴射が実施されると、燃料噴射弁内の燃料圧力が低下し、この圧力低下は負圧波として蓄圧室へ伝播される。蓄圧室へ伝播した負圧波は、蓄圧室を開放端として反射するために、正圧波となって燃料噴射弁へ伝播される。燃料噴射弁へ伝播された正圧波は、燃料噴射弁を閉鎖端として反射するために、正圧波のまま蓄圧室へ伝播される。次いで、蓄圧室へ伝播した正圧波は、蓄圧室を開放端として反射し、負圧波となって燃料噴射弁へ伝播される。燃料噴射弁へ伝播された負圧波は、燃料噴射弁を閉鎖端として反射し、負圧波のまま蓄圧室へ伝播される。このような圧力波の伝播は、圧力波が減衰によって消滅するまで繰り返されることとなる。
【０００４】
特開２０００−１８０６４号公報には、このような蓄圧室への圧力波の伝播間隔に基づき燃料の圧力伝播速度を算出し、次いで、この圧力伝播速度から現在の燃料における正確な体積弾性率を算出することにより、この体積弾性率を使用して蓄圧室を所望燃料圧力に維持するために高圧ポンプから蓄圧室へ供給すべき燃料量の制御を実施することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジン等において、主燃料噴射に先立ってパイロット燃料噴射を実施することがある。パイロット燃料噴射は、燃焼室内全体に広範囲に燃料を分散させて燃料を着火させるために、燃料噴射率を高くすることが望まれ、また、主燃料噴射は、燃料噴射開始と同時に燃料が着火燃焼して大きな騒音を発生しないように、燃料噴射率を低くすることが望まれている。しかしながら、前述の従来技術のように、蓄圧室を所望燃料圧力に維持しただけでは、このようなパイロット燃料噴射及び主燃料噴射において望ましい燃料噴射率を実現することはできない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、蓄圧室と、配管により蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備する燃料噴射制御装置において、パイロット燃料噴射と主燃料噴射とを実施する場合に、特に、燃料噴射弁の噴孔弁体の開弁速度等を変更しなくてもパイロット燃料噴射の高燃料噴射率及び主燃料噴射の低燃料噴射率の少なくとも一方を実現可能とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を奇数回往復した時に正圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波が、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を偶数回往復した時に負圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間には、前記燃料噴射弁から前記蓄圧室へ向けて伝播する圧力波を、正圧波及び負圧波のいずれとしても反射させることを可能とすると共に通過させることを可能とする可変オリフィスが設けられ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、前記可変オリフィスによって正圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波は、最終的に前記可変オリフィス又は前記蓄圧室により負圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、高い目標高燃料圧力を有する第一蓄圧室と前記第一蓄圧室より低い目標高燃料圧力を有する第二蓄圧室との二つの前記蓄圧室が設けられ、前記配管は、切換手段を有して前記燃料噴射弁を前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とのいずれかに接続させるものであり、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間の経路長は、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間の経路長より長くされ、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第一蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間を一往復する時間と、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第二蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間を一往復する時間とが等しくされ、前記第一蓄圧室及び前記第二蓄圧室のいずれを使用して前記パイロット燃料噴射及び前記主燃料噴射を実施しても前記パイロット燃料噴射と前記主燃料噴射との時間間隔を等しくすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による燃料噴射制御装置を示す概略図である。１は気筒毎に配置された燃料噴射弁であり、２は蓄圧室である。各燃料噴射弁１と蓄圧室２とは配管３によって接続されている。各燃料噴射弁１は、例えば、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、各気筒共通の蓄圧室２において加圧された高圧燃料を噴射するものである。もちろん、燃料噴射弁１は気筒内以外の例えば吸気ポートへ燃料を噴射するのにも使用可能である。
【００１２】
蓄圧室２には、蓄圧室２内を所望の高燃料圧力に維持するための高圧ポンプ（図示せず）が接続されている。高圧ポンプは、一般的に、機関駆動式であり、例えば、二つの燃料噴射弁が燃料噴射を完了する毎に、それにより消費された燃料量を蓄圧室２へ圧送するようになっている。また、蓄圧室２には、蓄圧室２内の燃料圧力を検出するための圧力センサ４が配置されている。５は蓄圧室２内の燃料温度を検出するための温度センサである。
【００１３】
燃料噴射弁１は、例えば、軸線方向に摺動可能な噴孔弁体１１を具備し、噴孔弁体１１の先端部が噴孔１２を開閉するようになっている。噴孔弁体１１の先端側には噴孔１２に連通する先端側空間１３内の燃料圧力が作用し、噴孔弁体１１の基端側には基端側空間１４内の燃料圧力が作用するようになっている。また、燃料噴射弁１内には高圧燃料通路１５が形成され、この高圧燃料通路１５は、基端側空間１４とオリフィス１６を介して連通しており、先端側空間１３とはオリフィスを介することなく連通している。前述した蓄圧室２へ通じる配管３は、基端側空間１４の近傍において高圧燃料通路１５へ接続されている。
【００１４】
基端側空間１４内には、噴孔弁体１１を閉弁方向に付勢する閉弁スプリング１７が配置されている。また、基端側空間１４の近傍には、制御弁体１８が位置する制御弁体室１９が設けられ、制御弁体室１９は、低圧燃料通路２０を介して燃料タンクへ通じている。制御弁体室１９と基端側空間１４とは、オリフィス２１を有する連通路２２を介して連通しており、制御弁体１８は、アクチュエータ（図示せず）によって、この連通路２２を開閉可能に制御される。
【００１５】
制御弁体１８によって連通路２２が閉鎖されれば、基端側空間１４内は、高圧燃料通路１５からオリフィス１６を介して供給される高圧燃料によって、高圧燃料通路１５と同じ高燃料圧力となる。この時、開弁方向の受圧面積（基端側空間１４の対向面積）と閉弁方向の受圧面積（先端側空間１３の対向面積）とは、それぞれＡ１（斜視として一点鎖線で示す）であり互いに等しく、また、先端側空間１３の燃料圧力は高圧燃料通路１５と同じ高燃料圧力であるために、基端側空間１４の燃料圧力によって噴孔弁体１１に作用する閉弁方向の押圧力と、先端側空間１３の燃料圧力によって噴孔弁体１１に作用する開弁方向の押圧力とは等しくなって互いに相殺され、噴孔弁体１１は閉弁スプリング１７による閉弁方向の押圧力によっては閉弁される。
【００１６】
こうして、噴孔弁体１１が閉弁されると、噴孔弁体１１のシート部より先端側には、先端側空間１３の燃料圧力が作用せず、噴孔弁体１１の先端側の受圧面積、すなわち、開弁方向の受圧面積がＡ１からドーナツ状のＡ２（斜視として一点鎖線で示す）へ減少する。これに対して、噴孔弁体１１の基端側における閉弁方向の受圧面積は依然としてＡ１であり、先端側空間１３及び基端側空間１４における燃料圧力Ｐは等しいが、噴孔弁体１１には（Ａ１−Ａ２）Ｐ＝Ｐ１だけ大きな閉弁方向の押圧力が作用し、さらに閉弁スプリング１７による閉弁方向の押圧力Ｐ２を加えて確実な閉弁が保証される。
【００１７】
制御弁体１８によって連通路２２が開放されれば、基端側空間１４内の高圧燃料は、オリフィス２１を有する連通路２２を介して制御弁体室１９へ流出して消費され、制御弁体室１９から低圧燃料通路２０を介して燃料タンクへ戻される。こうして、基端側空間１４内の燃料圧力が低下してＰ’＝（Ａ２・Ｐ−Ｐ２）／Ａ１となると、噴孔弁体１１に作用する閉弁方向の押圧力ＰＣ（Ａ１・Ｐ’＋Ｐ２）と開弁方向の押圧力ＰＯ（Ａ２・Ｐ）が等しくなり、さらに僅かに燃料圧力が低下すれば、開弁方向の押圧力が閉弁方向の押圧力に勝って噴孔弁体１１は開弁され、噴孔１２を介して先端側空間１３内の高圧燃料が噴射される。
【００１８】
噴孔弁体１１が開弁されれば、開弁方向の受圧面積は閉弁方向の受圧面積と等しくなり、制御弁体１８によって連通路２２が閉鎖されて基端側空間１４内の燃料圧力が先端側空間１３内の高燃料圧力と等しくなると、噴孔弁体１１は閉弁されて燃料噴射が停止される。こうして、基端側空間１４は、制御弁体１８によって開閉されて燃料流出が制御されることにより、燃料圧力の低下に伴って噴孔弁体１１を開弁させ、また、燃料圧力の増加に伴って噴孔弁体１１を閉弁させる制御室として機能する。
【００１９】
図２は、本燃料噴射制御装置によって実施される燃料噴射制御における制御弁体１８の開閉と燃料噴射弁の先端側空間１３内における燃料圧力の変化とを示すタイムチャートである。燃料圧力Ｐは、蓄圧室２内の高燃料圧力に相当する当初の先端側空間１３内の燃料圧力である。先ず、制御弁体１８は、時刻ｔ０’において開弁指令によって開弁され、基端側空間１４内の燃料が制御弁体室１８を介して低圧燃料通路２０への流出を開始する。次いで、時刻ｔ１’において閉弁指令によって閉弁され、基端側空間１４からの燃料の流出は停止される。
【００２０】
それにより、燃料噴射弁内の基端側空間１４の燃料圧力は低下する。但し、この時の制御弁体１８の開弁はｔ０’からｔ１’の短時間とされ、基端側空間１４内の燃料圧力は、前述したＰ’＝（Ａ２・Ｐ−Ｐ２）／Ａ１より低下することはなく、噴孔弁体１１が開弁して燃料が噴射されることはないようにされている。しかしながら、こうして基端側空間１４内の燃料圧力を低下させると、オリフィス１６を介して基端側空間１４内へ高圧燃料が供給されるために、高圧燃料通路１５及び先端側空間１３内の燃料圧力は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間において低下することとなる。
【００２１】
それにより、時刻ｔ１において先端側空間１３には負圧波が発生し、この負圧波は蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した負圧波は、開放端となる蓄圧室２により正圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ２において点線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３の燃料圧力を高めることとなる。
【００２２】
本実施形態では、パイロット燃料噴射のために、この時刻ｔ２において噴孔弁体１１が開弁して燃料噴射が開始され、時刻ｔ３において噴孔弁体１１が閉弁して燃料噴射が終了し、それにより所望量の燃料が噴射されるように、時刻ｔ２’において制御弁体１８を開弁し、時刻ｔ３’において制御弁体１８を閉弁するようにしている。こうして実施されるパイロット燃料噴射は、燃料噴射に実際に影響する先端側空間１３内の燃料圧力が正圧波によって高められているために、高い燃料噴射率が実現され、燃焼室全体に広範囲に燃料を分散させることができ、後の主燃料噴射によって燃焼を開始させる時に、燃焼室全体で燃料を着火させることができる。
【００２３】
このパイロット燃料噴射によって先端側空間１３内の燃料圧力は実際には実線で示すように低下し、時刻ｔ３において噴孔弁体１１が閉弁してパイロット燃料噴射が終了すると、先端側空間１３内に負圧波が発生して、この負圧波は蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した負圧波は、開放端となる蓄圧室２により正圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ４から時刻ｔ５の間において実線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３の燃料圧力を高める。
【００２４】
この正圧波は、先端側空間１３が閉鎖端となるために、時刻ｔ５において正圧波のまま蓄圧室２へ向けて伝播する。蓄圧室２へ到達した正圧波は、開放端となる蓄圧室２により負圧波として反射されて燃料噴射弁へ向けて伝播し、減衰によって多少小さくなるものの時刻ｔ６において点線で示すように燃料噴射弁内の先端側空間１３内の燃料圧力を低下させる。
【００２５】
本実施形態では、主燃料噴射のために、この時刻ｔ６噴孔弁体１１が開弁して燃料噴射が開始され、時刻ｔ７において噴孔弁体１１が閉弁して燃料噴射が終了し、それにより所望量の燃料が噴射されるように、時刻ｔ６’において制御弁体１８を開弁し、時刻ｔ７’において制御弁体１８を閉弁するようにしている。こうして実施される主燃料噴射は、燃料噴射に実際に影響する先端側空間１３内の燃料圧力が負圧波によって低くされているために、燃料噴射率を低くすることができ、燃料噴射開始と同時に多量の燃料が着火燃焼して大きな騒音を発生することを防止することができる。
【００２６】
このような燃料噴射制御を実施するためには、燃料噴射弁の先端側空間１３内の燃料圧力が到来する正圧波によって高められる時刻ｔ２及び先端側空間１３内の燃料圧力が到来する負圧波によって低くされる時刻ｔ６を把握しなければならない。実際的には、主燃料噴射の開始時期である時刻ｔ６がピストン位置等により規制されるために、時刻ｔ６から時刻ｔ２及び時刻ｔ０等を逆算することとなる。
【００２７】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間、及び時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間は、いずれも、圧力波が燃料噴射弁内の先端側空間１３と蓄圧室２との間を往復する時間Ｔである。この時間Ｔは、燃料中を圧力が伝播する速度、すなわち、圧力伝播速度Ｖに基づき算出可能である。すなわち、燃料噴射弁１の先端側空間１３から蓄圧室２までの距離は、図１に示すように、Ｌ１＋Ｌ２であるために、この時間Ｔは、２（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖによって算出することができる。圧力伝播速度は、燃料の温度、圧力、及び、燃料の性状によって変化するために、これらに基づいて決定することが好ましい。
【００２８】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は、噴孔弁体１１を開弁させるパイロット燃料噴射期間であり、このパイロット燃料噴射により発生した負圧波によってもたらされる正圧波が先端側空間１３内に到達して反射されるまでの時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は、パイロット燃料噴射期間と等しい。こうして、主燃料噴射を開始する時刻ｔ６から逆算して、パイロット燃料噴射を開始する時刻ｔ２を決定することができる。
【００２９】
また、パイロット燃料噴射時において先端側空間１３内の燃料圧力を高めるための正圧波をもたらすために、先端側空間１３において負圧波を発生させる時刻ｔ１は、パイロット燃料噴射を開始する時刻ｔ２より圧力波が往復する時間Ｔだけ前の時刻となる。このような先端側空間内の燃料圧力を実現するためには、実際的には、制御弁体１８の開閉を制御することとなる。制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ０’から実際に先端側空間１３内の燃料圧力が低下を開始する時刻ｔ０までの時間、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ１’から実際に先端側空間１３内に負圧波が発生する時刻ｔ１までの時間、制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ２’から実際にパイロット燃料噴射が開始する時刻ｔ２までの時間、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ３’から実際にパイロット燃料噴射が終了する時刻ｔ３までの時間、制御弁体１１を開弁させた時刻ｔ６’から実際に主燃料噴射が開始する時刻ｔ６までの時間、及び、制御弁体１１を閉弁させた時刻ｔ７’から実際に主燃料噴射が終了する時刻ｔ７までの時間のような各応答遅れ時間は、先端側空間１３内の燃料圧力及び蓄圧室２内の燃料圧力等を考慮して、それぞれに設定されることとなる。
【００３０】
本実施形態において、特に、燃料を噴射することなく先端側空間１３内で負圧波を発生させる圧力低下期間（ｔ０からｔ１）、パイロット燃料噴射期間（ｔ２からｔ３）、及び、パイロット燃料噴射で発生した負圧波の反射波による先端側空間１３内の圧力上昇期間（ｔ４からｔ５）は、圧力波が燃料噴射弁と蓄圧室とを往復する時間Ｔに比較して非常に短いために、制御を簡単にするために、これらを無視するようにしても良い。すなわち、最初の圧力低下開始ｔ０から時間Ｔ後には正圧波が燃料噴射弁に到達するとしてパイロット燃料噴射を開始し、パイロット燃料噴射開始から時間Ｔの二倍の時間後には負圧波が燃料噴射弁に到達しているとして主燃料噴射を開始するように制御しても良い。
【００３１】
また、本実施形態においては、燃料を噴射することなく先端側空間１３内の燃料圧力を低下させて発生させた負圧波が正圧波として燃料噴射弁に伝播する時にパイロット燃料噴射を実施して、発生させた負圧波をパイロット燃料噴射に利用するようにしたが、例えば、主燃料噴射のために、燃料を噴射することなく先端側空間１３内の燃料圧力を低下させて発生させた負圧波が負圧波として燃料噴射弁に伝播する時に主燃料噴射を実施して、発生させた負圧波を主燃料噴射に利用するようにしても良い。
【００３２】
ところで、機関負荷が高くて多量の燃料を気筒内へ噴射することが必要となる時には、一回のパイロット燃料噴射では十分に主燃料噴射量を減少させることができず、主燃料噴射開始時に多量の燃料が噴射されることとなって、それが一度に着火燃焼するために、十分に騒音を低減することができないことがある。それにより、パイロット燃料噴射を複数回実施して、主燃料噴射量を十分に減少させることが提案されている。
【００３３】
こうしてパイロット燃料噴射を例えば二回実施する場合において、いずれのパイロット燃料噴射も、燃料を燃焼室内に広く分散させるために高燃料噴射率とすることが好ましい。それにより、図２において、一回目のパイロット燃料噴射を実施した後に、それにより発生した負圧波が正圧波として反射して燃料噴射弁の先端側空間１３内の燃料圧力を高めた時、すなわち、時刻ｔ４において二回目のパイロット燃料噴射を実施すれば良い。こうして、二回目のパイロット燃料噴射を実施すると、先端側空間１３内には負圧波が発生し、この負圧波が、燃料噴射弁と蓄圧室との間を二往復すると、前述同様に先端側空間１３には負圧波が伝播することとなり、この時に主燃料噴射を開始すれば良い。
【００３４】
図１に示す実施形態では、圧力波が常に燃料噴射弁と蓄圧室との間を往復するために、主燃料噴射の開始時期を基準として、パイロット燃料噴射の開始時期が、圧力波の往復時間、すなわち、配管長に応じて必然的に定められている。もちろん、燃料を噴射することなく負圧波を発生させた時（ｔ１）からパイロット燃料噴射を開始する時（ｔ２）までには、圧力波を一往復させることに限定されず奇数回往復させても良く、それにより、負圧波を発生させる時又はパイロット燃料噴射を開始する時を変化させることはできるが、往復させる回数が増えるほど圧力波は減衰することとなり、パイロット燃料噴射の噴射率を高めるには不利となる。また、パイロット燃料噴射から主燃料噴射を実施するまでには、圧力波を二往復させることに限定されず偶数回往復させても良く、それにより、パイロット燃料噴射を開始する時又は主燃料噴射を開始する時を変化させることはできるが、往復させる回数が増えるほど圧力波は減衰することとなり、主燃料噴射の噴射率を低くするには不利となる。
【００３５】
図３は、燃料噴射制御装置のもう一つの実施形態を示している。前述した実施形態と本実施形態との違いは、各燃料噴射弁１と蓄圧室２とを連通する各配管３には、可変オリフィス３０が配置されていることである。
【００３６】
可変オリフィス３０は、それ内の燃料流路の内径を配管３の内径よりかなり小さく又はかなり大きくすることを可能とするものである。燃料流路の内径を配管３の内径よりかなり小さくすれば、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０が閉鎖端となるために、可変オリフィス３０により同じ圧力波として燃料噴射弁１へ反射する。また、燃料流路の内径を配管３０の内径よりかなり大きくすれば、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０が開放端となるために、可変オリフィス３０により反対の圧力波として燃料噴射弁１へ反射する。すなわち、負圧波は正圧波として、正圧波は負圧波として反射させることができる。また、可変オリフィス３０は、燃料流路の内径を配管３の内径と等しくすることも可能であり、それにより、燃料噴射弁１から蓄圧室２へ向かい伝播する圧力波は、可変オリフィス３０を単に通過する。
【００３７】
こうして、図３に示す実施形態では、可変オリフィス３０によって圧力波を同じ圧力波として又は反対の圧力波として反射させて燃料噴射弁へ伝播させることができ、また、通過させて蓄圧室により反対の圧力波として反射させて燃料噴射弁へ伝播させることもできる。それにより、燃料を噴射することなく最初に負圧波を発生させてからパイロット燃料噴射を実施するまでの間隔、パイロット燃料噴射と主燃料噴射との間の間隔、及び、二つのパイロット燃料噴射を実施する間の間隔等を機関運転状態に応じて変化させることができる。
【００３８】
例えば、パイロット燃料噴射から主燃料噴射までの時間間隔を短くしたければ、可変オリフィス３０を開放端として圧力波を反射させれば、圧力波が燃料噴射弁へ往復する距離が短くなるために、圧力波が負圧波として燃料噴射弁へ伝播される時間を短くすることができる。また、この間隔をさらに短くしたければ、可変オリフィス３０を閉鎖端として、パイロット燃料噴射により発生した負圧波を同じ負圧波として燃料噴射弁へ反射させて主燃料噴射を実施するようにしても良い。二回のパイロット燃料噴射が実施される場合には、これらの間の時間間隔も同様な考え方に基づき短くすることができる。
【００３９】
図４は、燃料噴射制御装置のさらにもう一つの実施形態を示している。本実施形態において、各燃料噴射弁１には、高い目標高燃料圧力を有する第一蓄圧室２と第一蓄圧室より低い目標高燃料圧力を有する第二蓄圧室２’とが接続されて、二種類の圧力の燃料が噴射可能とされている。第一蓄圧室２は第一配管３を介して燃料噴射弁１へ接続され、第二蓄圧室２’は第二配管３’を介して燃料噴射弁１へ接続されている。４０は、燃料噴射弁１へいずれかの蓄圧室２又は２’を接続させるための切換弁である。
【００４０】
本実施形態では、燃料を噴射することなく先端側空間内で負圧波を発生させてからパイロット燃料噴射を実施するまでの時間間隔、パイロット燃料噴射から主燃料噴射までの時間間隔、及び、二回のパイロット燃料噴射を実施する場合においてこれらの間の時間間隔等は、いずれの圧力の燃料を噴射する際にも変化させないようにしている。圧力波の圧力伝播速度は、燃料の圧力が高いほど速くなるために、切換弁４０を介しての第一蓄圧室２から燃料噴射弁１までの配管長さＬ３を長くし、切換弁４０を介しての第二蓄圧室２’から燃料噴射弁１までの配管長さＬ４を短くし、いずれの圧力の燃料が噴射される際にも、圧力が燃料噴射弁と対応する蓄圧室とを往復する時間を同じにしている。
【００４１】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、パイロット燃料噴射時において燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は主燃料噴射時において燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させるようになっている。それにより、特に、燃料噴射弁の噴孔弁体の開弁速度等を変更しなくても、伝播した正圧波によって燃料噴射弁内の燃料圧力が高められパイロット燃料噴射時には高燃料噴射率を実現することができ、又は、伝播した負圧波によって燃料噴射弁内の燃料圧力が低くされ主燃料噴射時には低燃料噴射率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射制御装置の概略図である。
【図２】制御弁体の開閉と燃料噴射弁の先端側空間内における燃料圧力の変化とを示すタイムチャートである。
【図３】本発明によるもう一つの燃料噴射制御装置を示す概略図である。
【図４】本発明によるさらにもう一つの燃料噴射制御装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２，２’…蓄圧室
３，３’…配管
１１…噴孔弁体
１２…噴孔
１３…先端側空間
１４…基端側空間
１５…高圧燃料通路
１８…制御弁体
Claims (3)
- 蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を奇数回往復した時に正圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波が、圧力波として前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間を偶数回往復した時に負圧波として前記燃料噴射弁に伝播されて前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 蓄圧室と、配管により前記蓄圧室へ接続された燃料噴射弁とを具備し、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射を実施する場合には、前記パイロット燃料噴射時において前記燃料噴射弁に正圧波が伝播するか又は前記主燃料噴射時において前記燃料噴射弁に負圧波が伝播するように、燃料を噴射することなく前記燃料噴射弁内の燃料を消費して負圧波を発生させ、前記燃料噴射弁と前記蓄圧室との間には、前記燃料噴射弁から前記蓄圧室へ向けて伝播する圧力波を、正圧波及び負圧波のいずれとしても反射させることを可能とすると共に通過させることを可能とする可変オリフィスが設けられ、前記燃料噴射弁内の燃料を消費して発生させた前記負圧波は、前記可変オリフィスによって正圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記パイロット燃料噴射が実施され、前記パイロット燃料噴射により発生した負圧波は、最終的に前記可変オリフィス又は前記蓄圧室により負圧波として反射されて前記燃料噴射弁へ伝播して前記主燃料噴射が実施されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 高い目標高燃料圧力を有する第一蓄圧室と前記第一蓄圧室より低い目標高燃料圧力を有する第二蓄圧室との二つの前記蓄圧室が設けられ、前記配管は、切換手段を有して前記燃料噴射弁を前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とのいずれかに接続させるものであり、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間の経路長は、前記配管を介しての前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間の経路長より長くされ、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第一蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第一蓄圧室との間を一往復する時間と、前記切換手段によって前記燃料噴射弁が前記第二蓄圧室に接続されて前記圧力波が前記燃料噴射弁と前記第二蓄圧室との間を一往復する時間とが等しくされ、前記第一蓄圧室及び前記第二蓄圧室のいずれを使用して前記パイロット燃料噴射及び前記主燃料噴射を実施しても前記パイロット燃料噴射と前記主燃料噴射との時間間隔を等しくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
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