JP4148128B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガスに未燃焼ガス（例えば、ＨＣ等）を供給することができる燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕
排気通路に配置されたパティキュレートフィルタの再生や、触媒の急速加熱などを目的として、エンジンの排気ガスに未燃焼ガスを供給する燃料噴射装置が知られている。エンジンの排気ガスに未燃焼ガスを供給する手段として、エンジントルクを発生させるための通常噴射（例えば、メイン噴射だけの単噴射、パイロット噴射とメイン噴射との組合せなどのマルチ噴射）の後（例えば、上死点後２０〜５０°ＣＡ）にポスト噴射を実施する技術が知られている。
ポスト噴射では、燃料が膨張行程中に供給されるため燃焼が不安定になり、多くの未燃焼ガス（ＨＣ）が発生する。この未燃焼ガスは排気通路に配置されたパティキュレートフィルタや、触媒で発火して、パティキュレートフィルタの再生や、触媒の急速加熱を行う。

〔従来の技術の不具合〕
インジェクタを制御する制御装置は、噴射毎に、エンジンの運転状態に応じた噴射パターン、噴射時期、噴射量または噴射期間を算出して指令信号（インジェクタ駆動信号）を出力する噴射制御手段（ＥＣＵの機能の一部：ＥＣＵはエレクトリック・コントロール・ユニットの略）と、ＥＣＵから指令信号を受けるとインジェクタのアクチュエータ（例えば電磁弁）に駆動電力を与えるインジェクタ駆動手段（ＥＤＵの機能の一部：ＥＤＵはエレクトリック・ドライブ・ユニットの略：インジェクタ駆動回路）とを備えている。

インジェクタ駆動手段は、噴射の度にインジェクタに駆動電流を与える回路であるため発熱量が大きく、発熱の抑制が要求されている。特に、１度の圧縮行程で複数回の噴射を実施するマルチ噴射では、噴射回数が多くなるため発熱量も大きくなってしまう。
また、噴射回数は、エンジン回転速度に対して正の相関を有しているため、インジェクタ駆動回路の発熱量もエンジン回転速度に対して正の相関を有している。このため、エンジン回転速度が高いほどインジェクタ駆動回路の発熱量が大きくなり、インジェクタ駆動回路の発熱限界によってエンジン回転速度の上限が制約される場合が想定される。

このように、インジェクタ駆動回路の発熱を抑える要求が高い状況でポスト噴射を実施すると、「通常噴射による発熱」に加え「ポスト噴射による発熱」も加わる。このため、特にポスト噴射を実施する時間帯にインジェクタ駆動回路の発熱を抑えることが要求される。
なお、インジェクタ駆動手段の発熱を抑える技術として、エンジンの運転状態が高回転域で、且つ軽負荷域にある場合に噴射を停止する技術が知られているとともに（例えば、特許文献１参照）、加速状態に入ったときにコモンレール圧力が目標値よりも所定値以上大きい場合に噴射を停止する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、特許文献１、２の技術は、ポスト噴射を実施するときとは全く異なった条件で実施されるものであるため、ポスト噴射を実施する時間帯にインジェクタ駆動回路の発熱を抑えることはできない。
特開平９−０６０５４１号公報 特開平８−２３２７４０号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ポスト噴射を実施する時間帯にインジェクタ駆動手段の発熱を抑えることのできる燃料噴射装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射装置の噴射制御手段は、エンジンの排気ガスに未燃焼ガスを供給するポスト噴射運転を実施する際に、通常噴射指令信号の後にポスト噴射指令信号を出力しないポスト噴射停止パターンを間欠的に実施する。
このように設けられることにより、ポスト噴射運転を実施する時間帯には、間欠的にポスト噴射が停止されることになるため、結果的にポスト噴射運転を実施するときのインジェクタ駆動手段の発熱を抑えることができる。

また、燃料供給ポンプによる圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重ならない非重複時には、通常噴射の噴射期間に燃料供給ポンプによる圧送が行われない。このため、例えば、燃料を蓄圧する蓄圧容器（コモンレール等）の圧力は通常噴射により低下する。一方、圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重なる重複時には、噴射期間中に燃料供給ポンプから燃料の圧送を受けるため、非重複時に比較して蓄圧容器の圧力の低下が少ない。
即ち、非重複時は圧力低下が大きく、重複時は圧力低下が少ない。
圧力低下の大きい非重複時にポスト噴射を行うと、そのポスト噴射によって圧力がさらに下がってしまう。これに対して、圧力低下の少ない重複時にポスト噴射を行うと、非重複時にポスト噴射を実施するよりも圧力低下は少ない。
蓄圧容器の圧力は、次の通常噴射の噴射圧力に影響を与えるため、非重複時に蓄圧容器の圧力がさらに低下するのは好ましくない。

そこで、ポスト噴射停止パターンを実施する時は、燃料供給ポンプによる圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重ならない時とする。
このように設けることにより、蓄圧容器の圧力低下が大きい非重複時には、ポスト噴射による圧力低下が生じないため、非重複時にポスト噴射によってさらに圧力が下がるのを回避することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポンプによる圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重なる重複気筒が２以上ある時は、重複気筒の総数よりも少ない数の重複気筒を選択し、この選択された重複気筒のみに、通常噴射指令信号の後にポスト噴射指令信号を出力するポスト噴射実施パターンを実施するものである。
このように設けることにより、重複気筒の一部でポスト噴射が停止されることになり、結果的に、重複気筒の一部でもインジェクタ駆動手段の発熱を抑えることができる。
即ち、請求項１の手段による効果（蓄圧容器の圧力低下を抑える効果＋非重複時にポスト噴射が停止してインジェクタ駆動手段の発熱が抑えられる効果）に加え、重複時の一部でもインジェクタ駆動手段の発熱を抑えることができるため、請求項１の手段より、さらにインジェクタ駆動手段の発熱を抑えることができる。

〔請求項３の手段〕
ここで、ポスト噴射の噴射期間と、次の通常噴射の噴射期間とが、接近している、あるいはほぼ同時期である場合、ポスト噴射に続く次の通常噴射はポスト噴射により発生する圧力脈動の影響を大きく受けてしまう。
このポスト噴射による圧力脈動の影響は、通常噴射により蓄圧容器の圧力低下の大きい非重複時に大きく受ける。

そこで、請求項３に記載の燃料噴射装置を採用し、燃料供給ポンプによる圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重ならない非重複気筒が存在し、且つ重複気筒が２つ以上連続する場合は、非重複気筒の直前の重複気筒でポスト噴射停止パターンを実施する。
このように設けることにより、非重複時の通常噴射の直前の重複気筒ではポスト噴射が実施されないため、蓄圧容器の圧力低下の大きい非重複時の通常噴射は、直前のポスト噴射の圧力脈動の影響を受けなくなり、非重複時の通常噴射の噴射の変動を抑えることが可能になる。

最良の形態の燃料噴射装置は、燃料を圧送する燃料供給ポンプと、エンジンの各気筒に搭載され、アクチュエータの通電により燃料供給ポンプで圧送された燃料を噴射するインジェクタと、エンジントルクを得るための通常噴射を実施させる通常噴射指令信号を出力する噴射制御手段と、この噴射制御手段から指令信号を受けてアクチュエータの通電を実行するインジェクタ駆動手段とを備える。
噴射制御手段は、エンジンの排気ガスに未燃焼ガスを供給するポスト噴射運転を実施する際に、通常噴射の後に排気ガスに未燃焼ガスを供給するためのポスト噴射指令信号を出力するように設けられており、ポスト噴射運転を実施する時間帯は、通常噴射指令信号の後にポスト噴射指令信号を出力しないポスト噴射停止パターンを間欠的に実施する。
また、ポスト噴射停止パターンを実施する時は、燃料供給ポンプによる圧送期間と通常噴射の噴射期間とが重ならない時である。

〔実施例１の構成〕
本実施例の燃料噴射装置１を図面に基づいて説明する。本実施例の燃料噴射装置１は、図１（ａ）に示すように燃料を蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール２を備え、コモンレール２からエンジン３の各気筒に燃料を噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置である。

燃料噴射装置１は、燃料を圧送する燃料供給ポンプ４と、燃料供給ポンプ４から圧送された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール２と、エンジン３の各気筒に搭載され、コモンレール２に蓄圧された燃料をエンジン３の各気筒に噴射するインジェクタ５と、燃料噴射装置１を駆動制御する制御装置６とを備える。なお、エンジン３の気筒は、図４（ｂ）、（ｃ）または図５に示すように、噴射が行われる順に、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒とする。

燃料供給ポンプ４は、図１（ａ）に示すように、燃料を高圧化してコモンレール２へ圧送する高圧供給部１１、燃料タンク１２から燃料を吸引して高圧供給部１１へ供給する低圧ポンプ１３、エンジン３のクランク軸から伝達されたエンジントルクにより高圧供給部１１、および低圧ポンプ１３を駆動するポンプ駆動軸（図示せず）などを有する。なお、ポンプ駆動軸はクランク軸の１／２の回転速度で回転するので、エンジン３の２サイクルあたり１回転する。

高圧供給部１１は、燃料を高圧化してコモンレール２へ圧送する第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５、第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５を駆動するカム機構１６、低圧ポンプ１３から第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５へ供給される燃料量を調節する第１、第２調量弁（図示せず）などから構成されている。なお、第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５へ供給される燃料量は、コモンレール２の燃料圧力がエンジン３の運転条件に応じた噴射圧力となるように、制御装置６により調節される。

第１高圧ポンプエレメント１４は、図１（ｂ）に示すように、燃料を加圧する第１短、第１長プランジャ１７、１８および第１短、第１長プランジャ１７、１８を摺動自在に収容する第１シリンダ１９からなる。第１短、第１長プランジャ１７、１８は、互いに一端面同士が向かい合うとともに、この２つの一端面と第１シリンダ１９の内周壁とで、燃料を受け入れて加圧する第１加圧室２０が形成されている。そして、第１加圧室２０が拡張と縮小とを繰り返すことにより、燃料の吸入と圧送とが繰り返される。

第１短プランジャ１７は、第１加圧室２０の吸入口に接続する燃料流路を形成しやすくするという製作上の利点から、第１長プランジャ１８よりも長軸方向の長さが短くなっており、第１加圧室２０は第１シリンダ１９の中央からずれた位置に形成されている。第１短、第１長プランジャ１７、１８の他端側には、後記する第１カムローラ２１を回転摺動自在に収容する第１シュー２２が形成されている。なお、第１シュー２２は第１シューガイド２３により往復摺動自在に支持されている。

第２高圧ポンプエレメント１５は、図１（ｃ）に示すように、第１高圧ポンプエレメント１４と同様に第２短、第２長プランジャ２４、２５および第２シリンダ２６を有するとともに、第２加圧室２７を形成する。また、第１短、第１長プランジャ１７、１８と同様に、第２カムローラ２８を回転摺動自在に収容する第２シュー２９が形成され、第２シュー２９は第２シューガイド３０により往復摺動自在に支持されている。また、第２高圧ポンプエレメント１５は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１高圧ポンプエレメント１４と９０°をなすとともに、軸方向（ポンプ駆動軸の回転軸方向）に離れて配置されている。

カム機構１６は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、ポンプ駆動軸と同軸的に形成された楕円筒状のカム面３１を具備するインナカム３２、カム面３１により回転駆動される第１、第２カムローラ２１、２８で構成されている。そして、燃料圧送時には、第１、第２カムローラ２１、２８がカム面３１により押圧されるとともに、第１短、第１長プランジャ１７、１８または第２短、第２長プランジャ２４、２５を内周に向けて押圧する。また、燃料吸入時には、第１、第２カムローラ２１、２８が第１短、第１長プランジャ１７、１８または第２短、第２長プランジャ２４、２５により外周に向けて押し出されるとともに、カム面３１に向けて押圧されている。

ここで、燃料供給ポンプ４の作動を図１（ｂ）、（ｃ）および図５を用いて説明する。図１（ｂ）は、第１短、第１長プランジャ１７、１８が互いに最も接近した状態、すなわち第１加圧室２０の容積が最小になった状態であり、圧送が終了するとともに第１加圧室２０への吸入が開始する状態である。また、図１（ｃ）は、第２短、第２長プランジャ２４、２５が互いに最も離れた状態、すなわち第２加圧室２７の容積が最大になった状態であり、所定量の燃料の吸入が終了した状態である。なお、以後の説明では、図１（ｂ）、（ｃ）に示される状態を、インナカム３２の回転角度ＲＡが０°の状態とし、インナカム３２の回転方向を、図１（ｂ）、（ｃ）における反時計方向とする。

図５のＬ１は移動点α１と基準点α２との距離を示す。移動点α１とは、図１（ｂ）に示すようにインナカム３２の回転とともに、第１シリンダ１９と同軸方向で第１カムローラ２１と向かい合いながらカム面３１上を移動する点であり、基準点α２とは、燃料供給ポンプ４の所定の部位に固定された点である。図５のＬ２も、図１（ｃ）に示すように同様の移動点β１と基準点β２との距離を示す。図１（ｂ）は、回転角度ＲＡが０°の状態での移動点α１および基準点α２を示し、図１（ｃ）は、回転角度ＲＡが０°の状態での移動点β１および基準点β２を示す。なお、図１（ｂ）に示す移動点α１と基準点α２との距離Ｌ１は最大値であり、図１（ｃ）に示す移動点β１と基準点β２との距離Ｌ２は最小値である。

回転角度ＲＡが０°から９０°まで変化する間、第１高圧ポンプエレメント１４では、図５に示すように距離Ｌ１が最大値から最小値まで減少する。この間に、第１加圧室２０への燃料の吸入が終了し、第１カムローラ２１がカム面３１から離れる。一方、第２高圧ポンプエレメント１５では、距離Ｌ２が最小値から最大値まで増加する。この間に、第２カムローラ２８がカム面３１に接触して第２短、第２長プランジャ２４、２５への押圧が開始され、同時に第２加圧室２７から燃料の圧送が開始される。そして、回転角度ＲＡが９０°になった時点で、燃料の圧送が終了すると同時に第２加圧室２７への燃料の吸入が開始される。以上により、非圧送期間Ｎ１の後に、第２高圧ポンプエレメント１５により１回目の圧送が行われる圧送期間Ｆ１が存在する。

回転角度ＲＡが９０°から１８０°まで変化する間、第１高圧ポンプエレメント１４では、距離Ｌ１が最小値から最大値まで増加する。この間に、第１カムローラ２１がカム面３１に接触して第１短、第１長プランジャ１７、１８への押圧が開始され、同時に第１加圧室２０から燃料の圧送が開始される。そして、回転角度ＲＡが１８０°になった時点で、燃料の圧送が終了すると同時に第１加圧室２０への燃料の吸入が開始される。一方、第２高圧ポンプエレメント１５では、距離Ｌ２が最大値から最小値まで減少する。この間に、第２加圧室２７への燃料の吸入が終了し、第２カムローラ２８がカム面３１から離れる。以上により、非圧送期間Ｎ２の後に、第１高圧ポンプエレメント１４により２回目の圧送が行われる圧送期間Ｆ２が存在する。

回転角度ＲＡが１８０°から２７０°まで変化する間、第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５では、回転角度ＲＡが０°から９０°まで変化する間と同様の動作が繰り返される。このため、非圧送期間Ｎ３の後に、第２高圧ポンプエレメント１５により３回目の圧送が行われる圧送期間Ｆ３が存在する。また、回転角度ＲＡが２７０°から３６０°まで変化する間、第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５では、回転角度ＲＡが９０°から１８０°まで変化する間と同様の動作が繰り返される。このため、非圧送期間Ｎ４の後に、第１高圧ポンプエレメント１４により４回目の圧送が行われる圧送期間Ｆ４が存在する。

以上により、図５に示すごとく、燃料供給ポンプ４では、ポンプ駆動軸の１回転あたり、すなわちエンジン３の２サイクルあたり、第１、第２高圧ポンプエレメント１４、１５から交互に２回づつ、合計４回の圧送が行われる。

コモンレール２は、燃料供給ポンプ４からインジェクタ５に至る燃料配管の一部をなすとともに、噴射圧力に相当する高圧状態で燃料を蓄圧する。コモンレール２には、図１（ａ）に示すごとく、燃料供給ポンプ４から圧送された燃料が流れる燃料流路３５と、各気筒に搭載されたインジェクタ５へ供給される燃料が流れる複数の燃料流路３６とが接続されている。また、コモンレール２には、コモンレール２に蓄圧されている燃料の圧力（以後、コモンレール圧と呼ぶ）を検出するとともに、この検出信号を制御装置６に出力するコモンレール圧センサ３７が設けられている。

インジェクタ５は、後述するインジェクタ駆動回路８から与えられる駆動電力により生じる磁力によって作動する電磁式燃料噴射弁である。インジェクタ５は、図２に示すごとく、ニードル３８により噴射孔３９を開閉することによって燃料の噴射を開始または停止する弁本体４０と、弁本体４０を作動させるアクチュエータとしての電磁弁４１とからなる。なお、以後の説明では、ニードル３８が噴射孔３９を開く方向を開孔方向、閉じる方向を閉孔方向と呼ぶことにする。また、本実施例のエンジン３は図１（ａ）に示すごとく６気筒なので、燃料噴射装置１は６個のインジェクタ５を備える。

弁本体４０は、噴射孔３９を開閉するニードル３８と、燃料の背圧を受けることにより閉孔方向にニードル３８を付勢するピストン４２と、ニードル３８を閉孔方向に付勢するスプリング４３と、ニードル３８、ピストン４２およびスプリング４３を収容するボディ部４４とを有する。なお、噴射孔３９はボディ部４４の先端に設けられている。

ニードル３８は、ボディ部４４の先端側に収容されるとともに、ボディ部４４の先端側に形成された燃料溜まり４５の燃料により液圧を受け開孔方向に付勢されている。燃料溜まり４５は、ボディ部４４内に形成された燃料通路４６、４７、およびコモンレール２とインジェクタ５とを接続する燃料流路３６によりコモンレール２と連通している。また、燃料溜まり４５は、開孔時に噴射孔３９を通じて気筒と連通する。

ピストン４２は、プレッシャピン４８によりニードル３８と同軸的に連結され、ニードル３８と連動してボディ部４４内を変位する。また、ピストン４２は、ボディ部４４の後端側に収容されるとともに、ボディ部４４の後端側に形成された背圧制御室４９の燃料により背圧を受け閉孔方向に付勢されている。背圧制御室４９は、入側オリフィス５０を介して燃料通路４６と連通するとともに、出側オリフィス５１を介して電磁弁４１内と連通している。

ここで、入側オリフィス５０の径は出側オリフィス５１の径よりも小さく設定されているため、出側オリフィス５１を開閉することにより背圧が制御される。すなわち、出側オリフィス５１が開放されると、背圧制御室４９から排出される燃料の方が、背圧制御室４９へ供給される燃料よりも多くなるので背圧は低下する。出側オリフィス５１が閉止されると、背圧制御室４９からの燃料の排出は停止するが、入側オリフィス５０からの燃料の供給は続くので、背圧は上昇する。

スプリング４３は、ニードル３８とピストン４２との間に介在する。そして、スプリング４３の後端がボディ部４４に取り付けられ、先端がニードル３８の後端に取り付けられている。そして、弾性力によりニードル３８を閉孔方向に付勢している。

電磁弁４１は、インジェクタ駆動回路８を介して通電されることにより磁力を発生させるソレノイド７０、この磁力を受けて背圧制御室４９の出側オリフィス５１を開放する弁体５２、出側オリフィス５１を閉止する方向に弁体５２を付勢するスプリング５３などを有する。また、電磁弁４１内には燃料通路５４が形成されており、燃料通路５４は排出口５５を介して燃料タンク１２へ通じている。そして、弁体５２が出側オリフィス５１を開閉することにより、背圧制御室４９の背圧が制御される。

ここで、インジェクタ５の作動を、図１（ａ）および図２を用いて説明する。
コモンレール２内の高圧の燃料は、図１（ａ）に示すごとく燃料流路３６を介して弁本体４０に供給される。弁本体４０に供給された燃料は、図２（ａ）に示すごとく燃料通路４６、４７を介して燃料溜まり４５へ供給されるとともに、燃料通路４６、入側オリフィス５０を介して背圧制御室４９へ供給される。そして、出側オリフィス５１が弁体５２により閉止されていると、ピストン４２にかかる背圧とスプリング４３の弾性力とによる閉孔方向の付勢力が、燃料溜まり４５の液圧による開孔方向の付勢力よりも大きい。このため、噴射孔３９はニードル３８により閉じられたままで、燃料は噴射されない。

次に、ソレノイド７０への通電が開始され、ソレノイド７０による磁力がスプリング５３による弾性力を上回ると、図２（ｂ）に示すように弁体５２が出側オリフィス５１を開放する。これにより、背圧制御室４９では、出側オリフィス５１から排出される燃料が、入側オリフィス５０から供給される燃料よりも多くなるので背圧が低下する。そして、ピストン４２にかかる背圧とスプリング４３の弾性力とによる閉孔方向の付勢力が、燃料溜まり４５の液圧による開孔方向の付勢力よりも小さくなった時に、ニードル３８が上昇して噴射孔３９から燃料の噴射が開始される。

その後、ソレノイド７０への通電が停止されると、スプリング５３の弾性力により弁体５２が付勢され、図２（ｃ）に示すように出側オリフィス５１が閉止される。これにより、背圧制御室４９からの燃料の排出は停止するが、入側オリフィス５０を通じて燃料の供給が続くので背圧は上昇する。そして、ピストン４２にかかる背圧とスプリング４３の弾性力とによる閉孔方向の付勢力が、燃料溜まり４５の液圧による開孔方向の付勢力より大きくなった時に、ニードル３８が下降して噴射孔３９からの燃料の噴射が停止される。

制御装置６は、図１（ａ）に示すごとく、燃料供給ポンプ４やインジェクタ５などを制御する各種の指令信号を出力するＥＣＵ７、ＥＣＵ７から指令信号を受けるとインジェクタ５の電磁弁４１に駆動電力を与えるインジェクタ駆動回路８などを有している。ＥＣＵ７は、エンジントルクを得るための通常噴射を実施させる通常噴射指令信号、および通常噴射の後に、排気ガスに未燃焼ガスを供給するためのポスト噴射を実施させるポスト噴射指令信号を出力する噴射制御手段としての機能を有する。また、インジェクタ駆動回路８は、ＥＣＵ７からこれらの指令信号を受けて電磁弁４１の通電を実行するインジェクタ駆動手段としての機能を有する。

ＥＣＵ７は、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置、入力装置、出力装置などからなるコンピュータを有する。そして、各種センサで検出された検出信号が入力されるとともに、これらの検出信号に応じて、各種指令信号を合成して出力する。これにより、燃料供給ポンプ４による圧送、インジェクタ５による噴射などが制御されている。

例えば、通常噴射の制御では、ＥＣＵ７は、エンジン回転速度センサ５６、アクセル開度センサ５７などのエンジン３の運転状態を検出するセンサからの検出信号に応じて、噴射時期、噴射期間を算出する。さらに、ＥＣＵ７は、気筒判別センサ５８からの検出信号に応じて、噴射が行われる気筒（当該気筒と呼ぶ）を判断し、当該気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１に通電させるための通常噴射指令信号を合成する。

本実施例の通常噴射は、図４（ａ）に示すように、噴射開始時の急激な噴射率上昇を抑えて燃焼騒音や振動を低減するため、２段階に分けて実施される。すなわち、第１段階で微少量の燃料を噴射するパイロット噴射Ｂと、第２段階で噴射量の大部分を噴射するメイン噴射Ａとに分けて実施される。このため、噴射時期、噴射期間は、メイン噴射Ａおよびパイロット噴射Ｂで各々算出されるとともに、通常噴射指令信号もメイン噴射Ａおよびパイロット噴射Ｂで各々合成される。

また、ポスト噴射Ｃの制御では、ＥＣＵ７は、排気ガス浄化装置（図示せず）に取り付けられた各種センサからの検出信号に応じて、排気ガスに未燃焼ガスを供給するポスト噴射運転を実施するか否かを判断する。また、ＥＣＵ７は、気筒判別センサ５８からの検出信号に応じて、ポスト噴射Ｃを行ってもよい気筒か否かを判断する。そして、ポスト噴射運転を実施すべきと判断し、かつポスト噴射Ｃを行ってもよい気筒と判断した場合には、先の検出信号に応じて噴射時期および噴射期間を算出するとともに、当該気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１に通電させるためのポスト噴射指令信号を合成する（以後、通常噴射指令信号やポスト噴射指令信号などの噴射指令信号の総称をインジェクタ駆動信号とする）。

ここで、排気ガス浄化装置とは、排気ガスに含まれる微粒子の除去、ＮＯｘ、ＣＯなどの浄化を行う装置であり、微粒子を除去するフィルタ（パティキュレートフィルタ）や、ＮＯｘ、ＣＯなどを浄化する触媒などから構成されている。エンジン３からの排気ガスは、まずパティキュレートフィルタを通過して微粒子を除去される。また、触媒を通過してＮＯｘ、ＣＯなどが浄化される。また、各種センサとは、パティキュレートフィルタの上流側および下流側に取り付けられてパティキュレートフィルタ前後の排気ガスの差圧を検出する圧力センサ、パティキュレートフィルタと触媒との間に取り付けられて排気ガスの温度を検出する温度センサなどである。

なお、ポスト噴射Ｃで供給された燃料は、気筒で爆発せずに未燃料ガスとして排気ガス浄化装置に供給されるため、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、次気筒のパイロット噴射Ｂの直後かつメイン噴射Ａの直前に実施される。なお、図４（ｂ）、（ｃ）では、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒でのメイン噴射ＡをＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６で表し、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒でのパイロット噴射ＢをＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６で表している。また、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒での従来のポスト噴射ＣをＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６で表し、＃３、＃６気筒での本実施例のポスト噴射ＣをＣ３′、Ｃ６′で表している。

そして、ＥＣＵ７は、算出された噴射時期、噴射期間に基づいて、インジェクタ駆動信号を、インジェクタ駆動回路８へ出力する。すなわち、ＥＣＵ７は、噴射時期になったらインジェクタ駆動信号の出力を開始し、噴射期間が経過したらインジェクタ駆動信号の出力を停止する。

インジェクタ駆動信号は、図３のＩＪｔ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６のように、気筒ごとに合成され、インジェクタ駆動回路８に出力される。ここで、ＩＪｔ＃１は＃１気筒用の信号であり、以下、ＩＪｔ＃２、＃３、＃４、＃５、＃６も同様に＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒用の信号である。ＩＪｔ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６は、当該気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１に通電させるため、当該気筒用の駆動信号のみがＨレベルとなるように合成される。なお図３のＩＪｆ１は、電磁弁４１への通電が正常に行われたか否かを表す異常診断信号である。

インジェクタ駆動回路８は、バッテリの電力を用いてインジェクタ５の電磁弁４１へ通電させる駆動電流を発生させる高圧発生回路５９と、高圧発生回路５９から当該気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１へ駆動電流を通電させる駆動用トランジスタ６１と、駆動用トランジスタ６１を作動させるとともに、電磁弁４１に通電される駆動電流の通電量を制御する制御回路６０と、駆動電流の通電に異常がないか否かを監視する電流検出抵抗６２などを有する。

高圧発生回路５９は、バッテリから電力の供給を受けて高電圧の充電が行われるコンデンサ（図示せず）、バッテリからコンデンサへ充電電流を通電させる充電用トランジスタ（図示せず）、コンデンサに充電された高電圧を放電することによりソレノイド７０へ大電流を通電させる大電流用トランジスタ（図示せず）、大電流よりも小さい定電流をバッテリから直接にソレノイド７０へ通電させる定電流用トランジスタ（図示せず）などを具備する。各トランジスタは、制御回路６０から入力される制御信号により作動する。

なお、これらのコンデンサやトランジスタは、すべて２つ備えられ、各々、＃１、＃３、＃５気筒用と、＃２、＃４、＃６気筒用とに分けられて配線が組まれている。そして、＃１、＃３、＃５気筒用の出力端子ＣＯＭ１が、＃１、＃３、＃５気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１のソレノイド７０に接続されている。また、＃２、＃４、＃６気筒用の出力端子ＣＯＭ２が、＃２、＃４、＃６気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１のソレノイド７０に接続されている。これにより、各トランジスタは、各気筒の噴射ごとに交互に通電され、連続して通電が行われないようになっている。

制御回路６０は、ＥＣＵ７からインジェクタ駆動信号（ＩＪｔ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６）の入力を受けて、これらの信号を駆動用トランジスタ６１に出力するとともに、各種の制御信号を合成し高圧発生回路５９に出力する。また、駆動電流を電流検出抵抗６２により検出して、駆動電流に異常がないか否かを監視するとともに、その監視結果を異常診断信号（ＩＪｆ１）としてＥＣＵ７に出力する。

駆動用トランジスタ６１は、気筒数と同数だけ備えられている。各々の駆動用トランジスタ６１は各気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１のソレノイド７０と、ＩＮＪ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６端子を介して接続されている。ここで、ＩＮＪ＃１端子は、＃１気筒に搭載されたインジェクタ５のソレノイド７０と接続され、ＩＮＪ＃２、＃３、＃４、＃５、＃６端子も同様に＃２、＃３、＃４、＃５、＃６気筒に搭載されたインジェクタ５のソレノイド７０と接続されている。そして、制御回路６０から出力されたインジェクタ駆動信号により、当該気筒のソレノイド７０に接続された駆動用トランジスタ６１が作動する。これにより、当該気筒のソレノイド７０に駆動電流が通電される。

電流検出抵抗６２は、高圧発生回路５９からの出力端子ＣＯＭ１、ＣＯＭ２と同数だけ備えられている。そして、一方の電流検出抵抗６２は、出力端子ＣＯＭ１から＃１、＃３、＃５気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１に通電される駆動電流を検出するために用いられる。また、他方の電流検出抵抗６２は、出力端子ＣＯＭ２から＃２、＃４、＃６気筒に搭載されたインジェクタ５の電磁弁４１に通電される駆動電流を検出するために用いられる。

ここで、インジェクタ駆動回路８の作動を説明する。先ず、ＥＣＵ７から制御回路６０にインジェクタ駆動信号が入力されると、制御回路６０は、インジェクタ駆動信号を駆動用トランジスタ６１に出力して、当該気筒用の駆動用トランジスタ６１を作動させる。同時に、制御回路６０は、大電流用トランジスタに制御信号を出力して、当該気筒側の大電流用トランジスタを作動させる。これにより、コンデンサから当該気筒のソレノイド７０に大電流が通電され、直ちにニードル３８が上昇して噴射が開始される。このように、噴射開始時には、噴射開始の応答性を高めるため、コンデンサに充電された高電圧に基づく大電流がソレノイド７０に通電される。

次に、制御回路６０は、制御信号の出力を、大電流用トランジスタから定電流用トランジスタに切り替え、当該気筒側の定電流用トランジスタを作動させる。これにより、バッテリから定電流が当該気筒のソレノイド７０に通電され、ニードル３８が上昇した状態に維持されて噴射が続行される。その後、ＥＣＵ７からインジェクタ駆動信号の入力がなくなると、駆動用トランジスタ６１および定電流用トランジスタへの出力が停止するとともに、ソレノイド７０への通電が停止する。

〔実施例１の特徴〕
本実施例の特徴を、図面に基づいて説明する。
まず、本実施例では、図５に示すごとく、＃１、＃３、＃４、＃６気筒は重複気筒であり、＃２、＃５気筒は非重複気筒である。すなわち、＃１気筒の通常噴射の噴射期間は、圧送期間Ｆ１のほぼ中央時に存在し、圧送期間Ｆ１と重複している。＃２気筒の通常噴射の噴射期間は、非圧送期間Ｎ２の後半時に存在し、いずれの圧送期間とも重複しない。＃３気筒の通常噴射の噴射期間は、圧送期間Ｆ２のほぼ終了時に存在し、圧送期間Ｆ２と重複している。＃４気筒の通常噴射の噴射期間は、圧送期間Ｆ３のほぼ中央時に存在し、圧送期間Ｆ３と重複している。＃５気筒の通常噴射の噴射期間は、非圧送期間Ｎ４の後半時に存在し、いずれの圧送期間とも重複しない。＃６気筒の通常噴射の噴射期間は、圧送期間Ｆ４のほぼ終了時に存在し、圧送期間Ｆ４と重複している。

そして、このような重複気筒および非重複気筒の存在により、エンジン３の２サイクルにおけるコモンレール圧ＰＣは、次のような挙動を示す。まず、圧送期間Ｆ１では、ほぼ中央時に＃１気筒の通常噴射により一時的に一定値が続くが、上昇を続けて中心値よりも高くなる。非圧送期間Ｎ２では、前半時に中心値よりも高い状態が持続するが、後半時に＃２気筒の通常噴射により急激に低下し中心値よりも低くなる。圧送期間Ｆ２では、一貫して上昇を続け中心値よりも高くなるが、ほぼ終了時に＃３気筒の通常噴射により急激に低下し、中心値よりもわずかに低くなる。非圧送期間Ｎ３では、通常噴射が行われず、中心値よりも若干低い状態が持続する。圧送期間Ｆ３では、＃４気筒の通常噴射により圧送期間Ｆ１と同様の挙動を示す。非圧送期間Ｎ４では、＃５気筒の通常噴射により非圧送期間Ｎ２と同様の挙動を示す。圧送期間Ｆ４では、＃６気筒の通常噴射により圧送期間Ｆ２と同様の挙動を示す。

次に、本実施例のポスト噴射運転では、図４（ｂ）、（ｃ）に示すごとく、従来に実施されていた＃１、＃２、＃４、＃５気筒のポスト噴射Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５が停止される。＃２、＃５気筒は、非重複気筒であり、＃１、＃４気筒は、通常噴射の行われる順番が非重複気筒（＃２、＃５気筒）の直前である重複気筒である。そして、本実施例のポスト噴射運転では、図４（ｃ）に示すごとく＃３、＃６気筒のポスト噴射Ｃ３′、Ｃ６′のみが実施される。すなわち、ＥＣＵ７は、ポスト噴射運転を実施する時間帯において、＃１、＃２、＃４、＃５気筒では、通常噴射指令信号の後にポスト噴射指令信号を出力しないポスト噴射停止パターンを実施する。また、＃３、＃６気筒のみに、通常噴射指令信号の後にポスト噴射指令信号を出力するポスト噴射実施パターンを実施する。

また、ポスト噴射Ｃにより供給された未燃焼ガスは、主に、パティキュレートフィルタに導かれ、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子とともに燃焼する。すなわち、本実施例のポスト噴射Ｃは、パティキュレートフィルタを再生することを主目的として、実施される。このため、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施例のポスト噴射Ｃ３′、Ｃ６′の燃料供給量は、従来のポスト噴射Ｃ３、Ｃ６のほぼ３倍であり、ポスト噴射Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４、Ｃ５の停止に伴う燃料の減量分を補うように増量されている。

〔実施例１の効果〕
本実施例の燃料噴射装置１では、ポスト噴射運転を実施する時間帯に、４つの気筒（＃１、＃２、＃４、＃５気筒）でポスト噴射停止パターンが実施される。
これにより、ポスト噴射運転を実施する時間帯において、間欠的にポスト噴射Ｃが停止される。このため、インジェクタ駆動回路８の発熱量が大きくなるポスト噴射運転を実施する時間帯において、インジェクタ駆動回路８の発熱を抑えることができる。具体的には、エンジン３の２サイクルあたりの噴射回数を１８回から１４回に減らすことができるため、図６に示すようにインジェクタ駆動回路８の熱的負担を低減できる。また、発熱限界で制約されていたポスト噴射可能なエンジン回転速度を上げることができる。

本実施例の燃料噴射装置１では、ポスト噴射運転を実施する時間帯に、非重複気筒（＃２、＃５気筒）でポスト噴射停止パターンが実施される。
これにより、図５の矢印Ｄに示すように、通常噴射後のコモンレール圧ＰＣの低下が大きい非重複気筒（＃２、＃５気筒）でポスト噴射Ｃ２、Ｃ５が停止される。この結果、非重複気筒（＃２、＃５気筒）の通常噴射後に、ポスト噴射Ｃによってさらにコモンレール圧ＰＣが下がるのを回避することができる。

本実施例の燃料噴射装置１では、重複気筒（＃１、＃３、＃４、＃６気筒）の中で、通常噴射が行われる順番が非重複気筒（＃２、＃５気筒）の直前である重複気筒（＃１、＃４気筒）でポスト噴射停止パターンが実施される。
本実施例では、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ポスト噴射Ｃの噴射期間と、次の通常噴射（メイン噴射Ａ＋パイロット噴射Ｂ）の噴射期間とがほぼ同時期であるので、ポスト噴射Ｃに続く次の通常噴射は、ポスト噴射Ｃにより発生する圧力脈動の影響を受けてしまう。
そこで、非重複気筒（＃２、＃５気筒）の直前で通常噴射が実施される重複気筒（＃１、＃４気筒）で、ポスト噴射Ｃを停止する。この結果、ポスト噴射Ｃによる圧力脈動の影響が大きい非重複気筒（＃２、＃５気筒）の通常噴射（メイン噴射Ａ２＋パイロット噴射Ｂ２、メイン噴射Ａ５＋パイロット噴射Ｂ５）は、直前のポスト噴射（従来のポスト噴射Ｃ１、Ｃ４）の圧力脈動の影響を受けなくなる。このため、非重複気筒（＃２、＃５気筒）の通常噴射の変動を抑えることが可能になる。

本実施例の燃料噴射装置１のインジェクタ５では、背圧制御室４９に供給された高圧の燃料が出側オリフィス５１から漏れるのを防止するため、電磁弁４１の弁体５２が極めて弾性力の大きいスプリング５３により付勢されている。
このため、この弾性力に抗して弁体５２を駆動するのに必要な電流は極めて大きいので、インジェクタ駆動回路８は１回の噴射あたりの発熱量が大きい。このように、１回の噴射あたりの発熱量が大きい場合に、ポスト噴射運転を実施する時間帯において間欠的にポスト噴射Ｃを停止することは、インジェクタ駆動回路８の熱的負担の低減、発熱限界におけるエンジン回転速度の上昇などの面で、特に有効である。

〔変形例〕
本実施例では、＃３、＃６気筒のポスト噴射Ｃ３′、Ｃ６′を実施しているが、例えば、＃６気筒のポスト噴射Ｃ６′を停止し、＃３気筒のポスト噴射Ｃ３′のみを行うようにしてもよい。
また、非重複気筒（＃２、＃５気筒）の通常噴射の噴射期間が、＃１、＃４気筒のポスト噴射Ｃ１、Ｃ４による圧力脈動の影響を受けない程度に、ポスト噴射Ｃ１、Ｃ４の噴射期間から離れているのであれば、例えば、ポスト噴射Ｃ１、Ｃ４を実施して、ポスト噴射Ｃ３′、Ｃ６′を停止してもよい。

本実施例では、ポスト噴射Ｃを周期的に停止することによりインジェクタ駆動回路８の発熱を抑制したが、エンジン３の出力に影響のない噴射を停止するのであればポスト噴射Ｃに限らず他の種類の噴射を停止してもよい。
本実施例では、各噴射は噴射時期、噴射期間に基づいて行われたが、例えば、噴射期間の代わりに噴射量を算出し、噴射時期、噴射量に基づいて行われるようにしてもよい。

本実施例の燃料噴射装置１は、図５に示すごとく、エンジン３の２サイクルで、４回の圧送および６回の通常噴射が行われる６噴射４圧送の仕様であったが、例えば、６噴射３圧送、４噴射４圧送の燃料噴射装置に本発明を適用してもよい。
本実施例の燃料噴射装置１は、図５に示すごとく、圧送期間Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４に、各々、１回の通常噴射を行う仕様であったが、例えば、１の圧送期間に２回以上の通常噴射を行う燃料噴射装置に本発明を適用してもよい。

本実施例の燃料噴射装置１は、コモンレール２を備える蓄圧式燃料噴射装置であったが、燃料供給ポンプ４により圧送された燃料が、直接、気筒に噴射される燃料噴射装置に本発明を適用してもよい。
本実施例の燃料噴射装置１のインジェクタ５は、背圧制御室４９から背圧を逃すことにより間接的にニードル３８を駆動して噴射孔３９を開く間接駆動方式であったが、ニードル３８を直接的に駆動することにより噴射孔３９を開放する直接駆動方式のインジェクタに本発明を適用してもよい。
本実施例の燃料噴射装置１の駆動電流は、バッテリから供給された電力により生じていたが、例えば、圧電素子などを用いて生じさせることもできる。

（ａ）は、燃料噴射装置の説明図であり、（ｂ）および（ｃ）は、燃料供給ポンプにおける燃料の加圧状況を示す説明図である。 （ａ）は、噴射前のインジェクタの説明図であり、（ｂ）は、噴射時のインジェクタの説明図であり、（ｃ）は、噴射後のインジェクタの説明図である。 ＥＣＵおよびインジェクタ駆動回路を示す回路図である。 （ａ）は、噴射の種類、および各噴射の噴射量を示す説明図であり、（ｂ）は、従来の噴射方法および各気筒での噴射量を示す説明図であり、（ｃ）は、実施例の噴射方法および各気筒での噴射量を示す説明図である。 インジェクタによる通常噴射と燃料供給ポンプによる圧送との重複状況、およびコモンレール圧の推移を示す説明図である。 エンジン２サイクルあたりの噴射回数およびエンジン回転速度と発熱限界との相関を示す相関図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
３ エンジン
４ 燃料供給ポンプ
５ インジェクタ
６ 制御装置
７ ＥＣＵ（噴射制御手段）
８ インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ、インジェクタ駆動手段）
４１ 電磁弁（アクチュエータ）

Claims (3)

1. 燃料を圧送する燃料供給ポンプと、
   エンジンの各気筒に搭載され、アクチュエータの通電により前記燃料供給ポンプで圧送された燃料を噴射するインジェクタと、
   エンジントルクを得るための通常噴射を実施させる通常噴射指令信号を出力する噴射制御手段と、
   この噴射制御手段から指令信号を受けて前記アクチュエータの通電を実行するインジェクタ駆動手段と、
   を備えた燃料噴射装置において、
   前記噴射制御手段は、前記エンジンの排気ガスに未燃焼ガスを供給するポスト噴射運転を実施する際に、前記通常噴射の後に排気ガスに未燃焼ガスを供給するためのポスト噴射指令信号を出力するように設けられ、
   前記ポスト噴射運転を実施する時間帯は、前記通常噴射指令信号の後に前記ポスト噴射指令信号を出力しないポスト噴射停止パターンを間欠的に実施し、
   前記ポスト噴射停止パターンを実施する時は、前記燃料供給ポンプによる圧送期間と前記通常噴射の噴射期間とが重ならない時であることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記燃料供給ポンプによる圧送期間と前記通常噴射の噴射期間とが重なる重複気筒が２以上ある時は、前記重複気筒の総数よりも少ない数の重複気筒を選択し、この選択された重複気筒のみに、前記通常噴射指令信号の後に前記ポスト噴射指令信号を出力するポスト噴射実施パターンを実施することを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   前記燃料供給ポンプによる圧送期間と前記通常噴射の噴射期間とが重ならない非重複気筒が存在し、且つ前記重複気筒が２つ以上連続する場合は、
   前記非重複気筒の直前の前記重複気筒で前記ポスト噴射停止パターンを実施することを特徴とする燃料噴射装置。

Images