JP5210791B2

JP5210791B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP5210791B2
Application number: JP2008261640A
Authority: JP
Inventors: 昌晴伊藤; 由晴野々山; 淳近藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: JP2010090804A; US20100088006A1

Description

本発明は、燃料供給ポンプから圧送される燃料をコモンレール内に高圧状態で蓄え、この高圧燃料を燃料噴射弁（以下、「インジェクタ」という）から内燃機関の気筒へ噴射供給する燃料噴射装置に関する。

従来より、コモンレールを備えた燃料噴射装置は、内燃機関の回転数、負荷等による運転状態に基づき、制御目標としてコモンレール内の目標燃料圧力を算出し、燃料供給ポンプからの吐出量を制御している。
このような燃料噴射装置では、例えば、運転者が内燃機関を急減速させるためにアクセルペダルを戻すと、制御目標として算出される燃料噴射量がゼロとなり、インジェクタからの燃料噴射が中止される。その後、運転者がアクセルペダルを踏込み操作し、内燃機関が加速状態に移行すると、そのときの運転状態に応じて燃料噴射量および燃料噴射時期が設定され、インジェクタからの燃料噴射が再開される。

しかし、燃料噴射が再開されるときのコモンレール内の燃料圧力は、急減速に伴う燃料噴射の中止によって減圧されておらず、減速前の目標燃料圧力近傍に保持されている。このため、燃料噴射再開時の目標燃料圧力より実際の燃料圧力が高くなってしまい、インジェクタの噴孔の開放と同時に燃料が短期間で過剰に噴射されるという問題があった。燃料が気筒内に短期間で過剰に噴射されると、内燃機関の燃焼速度が過度に加速することで、内燃機関の燃焼騒音が生じ、さらに、内燃機関を搭載した車両等に加速ショックが発生することがあった。

この問題に対処するため、特許文献１では、コモンレールに減圧調整弁を設け、コモンレール内の燃料圧力を目標燃料圧力に減圧している。
また、特許文献２では、インジェクタのノズルニードルが噴孔を開放する時間よりも短い時間で電磁弁を駆動し、高圧燃料を低圧部位へ逃がすいわゆる空打ち駆動を行うことで、インジェクタに供給される燃料圧力を目標燃料圧力に減圧している。
しかし、コモンレールに減圧調整弁を設けることは、製造コストを増加することになる。また、空打ち駆動は、電磁弁を短時間で素早く駆動させなければならず、駆動回路の限界から駆動電流が不足することがあり、燃料圧力をすばやく減圧することができない虞がある。

特開２００４−１１４４８号公報特開平１１−１７３１９２号公報

本発明は、燃料噴射弁に供給される燃料圧力が目標燃料圧力より高いとき、燃料圧力を変更することなく、燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、比較手段は、内燃機関の運転状態に応じた目標燃料圧力と圧力検出手段の検出した実際の燃料圧力とを比較する。演算手段は、目標燃料圧力に対し実際の燃料圧力が高いとき、目標燃料圧力と実際の燃料圧力との圧力差が大きくなるに従って、ノズルニードルのリフト量を小さく算出する。このため、駆動手段は、演算手段の算出した演算結果に基づきピエゾアクチュエータの充電量または充電速度を小さくするように駆動パルスをピエゾアクチュエータからなる駆動部に印加し、噴孔またはノズルボディとノズルニードルとの間の流体通路の開口断面積を小さくする。これにより、目標燃料圧力より実際の燃料圧力が高いときであっても、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率を運転状態に適した噴射率にすることができる。この結果、内燃機関の燃焼速度が過度に活発になることを抑制し、内燃機関の燃焼騒音およびこの内燃機関を搭載した車両の加速ショックを抑制することができる。なお、噴射率とは、単位時間当たりの燃料噴射量をいう。
また、コモンレール内の燃料圧力を変更する減圧調整弁を廃止することによって燃料噴射装置の製造工程を簡素とし、製造コストを削減することができる。
さらに、目標燃料圧力より実際の燃料圧力が高いとき、実際の燃料圧力を変更することなく噴射率を適正にすることができるので、燃料噴射装置の応答性を向上することができる。

請求項２に記載の発明によると、演算手段は、目標燃料圧力と実際の燃料圧力との圧力差が大きくなるに従って、ノズルニードルの上昇速度を小さく算出する。このため、制御回路は、演算手段の算出した演算結果に基づき、駆動部に印加する駆動パルスを制御し、噴射初期の噴孔またはノズルボディとノズルニードルとの間の流体通路の開口断面積を小さくする。これにより、噴射初期の噴射率が小さくなるので、噴射初期の燃料の噴霧化を抑制することで、内燃機関の燃焼速度が過度に速くなることを抑制することができる。

請求項３に記載の発明によると、演算手段は、燃料噴射弁から燃料の噴射供給が停止している噴射停止期間を演算し、噴射停止期間が所定時間より短いとき、目標燃料圧力と実際の燃料圧力との圧力差に応じて算出したノズルニードルのリフト量を、内燃機関の運転状態に適した噴射率になる程度に小さくする側へ補正するために、演算手段の算出した演算結果に基づき駆動手段は前記駆動パルスを所定の回数で停止させる。噴射停止期間が短いとき、気筒内の温度は、制御目標としての気筒内温度より高くなっている。気筒内の温度が高いと、噴射率に対して燃焼が活発になる。このため、演算手段は、燃焼が過度に活発にならないよう、ノズルニードルのリフト量を小さくする側へ補正するために、演算手段の算出した演算結果に基づき駆動手段は前記駆動パルスを所定の回数で停止させる。これにより、噴射率を高精度に制御し、燃料噴射制御の精度を向上することができる。

請求項４に記載の発明によると、演算手段は、噴射停止期間が所定時間より短いとき、内燃機関の運転状態に適した噴射率となるようにノズルニードルの上昇速度を小さくする側へ補正するために、演算手段の算出した演算結果に基づき前記駆動手段は駆動パルスを所定の回数で停止させる。このため、燃焼が過度に活発になることを抑制することができる。これにより、噴射率を高精度に制御し、燃料噴射制御の精度を向上することができる。

請求項５に記載の発明によると、演算手段は、目標とする燃料噴射量が所定量より少ないときは、ノズルニードルのリフト量を小さく算出し、目標とする燃料噴射量が所定量より多いときは、相対的にノズルニードルの上昇速度を小さく算出する。噴射期間には一定の制限があるため、燃料噴射量がある一定の所定量よりも多くなると、噴射初期から噴射期間を通して噴射率が大きくなり、内燃機関の燃焼速度が過度に速くなる可能性がある。内燃機関の燃焼速度は、噴射初期の噴射率に関係している。このため、目標とする燃料噴射量が所定量より多いときは、相対的にノズルニードルの上昇速度を小さく算出することで、噴射初期の噴射率を小さくする。これにより、燃料噴射量が多いときであっても、内燃機関の燃焼速度が過度に速くなることを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のディーゼル内燃機関（以下、単に「エンジン」という）の概略構成を図１に示す。エンジン１は、内部に筒状の気筒２を複数有するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の端部に設けられるシリンダヘッド５とを備えている。各気筒２には、ピストン６が往復移動可能に収容されている。各ピストン６は、コネクティングロッド７を介してエンジン１の出力軸である図示しないクランクシャフトに連結されている。

各気筒２のシリンダヘッド５側で、シリンダブロック３の内壁と、シリンダヘッド５のピストン６側の内壁と、ピストン６のシリンダヘッド５側の端部とによって形成される空間は燃焼室８である。シリンダヘッド５には、吸気ポート１１および排気ポート１２が形成されている。吸気ポート１１および排気ポート１２は、それぞれ燃焼室８と連通している。吸気管１３および排気管１４は、それぞれシリンダヘッド５の吸気ポート１１および排気ポート１２に接続している。このため、吸気管１３内の吸気通路１５は吸気ポート１１を経由して燃焼室８と連通し、排気管１４内の排気通路１６は排気ポート１２を経由して燃焼室８と連通している。吸気通路１５には、スロットル弁１７が設けられ、燃焼室８に流入する吸入空気量を調節する。

吸気管１３と排気管１４とにＥＧＲ装置１８が接続している。ＥＧＲ装置１８に設けられたＥＧＲ通路１９は、吸気通路１５と排気通路１６とをバイパスし、排気通路１６を流れるＥＧＲガスを吸気通路１５へ還流する。ＥＧＲ装置１８には、ＥＧＲ通路１９を開閉するＥＧＲ弁２０が設けられ、ＥＧＲガスの流量を制御している。

燃料ポンプとしての高圧ポンプ２１は、制御回路４からの制御指令に従って、燃料タンク２２に蓄えられた燃料を図示しない低圧ポンプを経て吸入し、自身の内部で加圧する。そして、高圧ポンプ２１は、加圧した高圧燃料を供給配管２３を経由し、蓄圧配管であるコモンレール２４に吐出する。コモンレール２４は高圧ポンプ２１から吐出された高圧燃料を貯留する。

シリンダヘッド５には各気筒２に対応させてインジェクタ１０が取付けられ、噴孔側の端部を燃焼室８に露出している。各インジェクタ１０は、コモンレール２４に接続しており、制御回路４によって印加される駆動パルスに従って、コモンレール２４から供給される高圧燃料を、燃焼室８に噴射供給する。インジェクタ１０の構成については後述する。

エンジン１には、運転状態を検出するための各種センサが設けられている。
コモンレール２４には、圧力検出手段としてのコモンレール圧力センサ２５が設けられ、コモンレール２４内の燃料圧力（以下、「コモンレール圧」という）を検出している。コモンレール圧は、コモンレール２４からインジェクタ１０に供給される燃料圧力となる。

吸気管１３には、吸気温センサ２６およびインテークマニホールド内圧センサ２７が設けられ、それぞれ、吸気通路１５を流れる吸入空気の温度および吸入空気圧を検出している。吸入空気量センサ２８は、気筒２内に導入される吸入空気量を検出する。シリンダブロック３に形成される冷却水路には、水温センサ２９が設けられ、冷却水の温度を検出している。

クランク角センサ３０およびＮＥセンサ３１は、クランクシャフトの近傍に設けられ、クランクシャフトが所定角度回転するごとにパルス信号を出力することでそれぞれクランク角およびエンジン回転数を検出している。アクセル開度センサ３２は、図示しないアクセルペダル装置に設けられ、運転者のアクセルペダルの踏込み量を検出している。

制御回路４は、ＣＰＵ、およびＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有するマイクロコンピュータによって構成されている。制御回路４には、上述した各種センサの検出した検出信号が入力され、ＣＰＵはこれらの検出信号に基づき、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム、制御マップ等に従って演算処理を行う。ＲＡＭは、この演算結果を一時的に記憶する。制御回路４は、この演算処理によってエンジン１の運転状態を検出し、インジェクタ１０の駆動部に印加する駆動パルスを制御する。このようにして、制御回路４は、特許請求の範囲の「比較手段」、「演算手段」および「駆動手段」として機能する。

インジェクタ１０の構成を図２および図３を参照して説明する。インジェクタ１０は、ボディ３３、ノズルニードル３４および駆動部３５等を備えている。
ボディ３３は、略円筒状に形成された第１ボディ３６、第２ボディ３７、第３ボディ３８およびノズルボディ３９をこの順で接続することで構成されている。第１ボディ３６、第２ボディ３７、第３ボディ３８およびノズルボディ３９は、リテーニングナット４０の締付けによって結合されている。ボディ３３の内部には、コモンレール２４から高圧燃料が供給される高圧通路４１、この高圧通路４１と連通する第１背圧室４２、燃料溜り室４３および燃料通路４４等が形成されている。ノズルボディ３９は、燃料通路４４を形成する内壁面に弁座４５を有し、弁座４５の先端にサック室４６を形成している（図３参照）。ノズルボディ３９の端部には、サック室４６の内部と外部を連通する複数の噴孔４７が形成されている。

ボディ３３の内部には、略円柱状に形成されたノズルニードル３４、ニードルストッパ４８およびバランスピストン４９が噴孔４７側からこの順で収容されている。ノズルニードル３４、ニードルストッパ４８およびバランスピストン４９は、それぞれボディ３３の内壁に液密に摺接し、軸方向に往復移動可能である。

第１スプリング５０は、ニードルストッパ４８の反噴孔側に形成される第２背圧室６２に収容され、ニードルストッパ４８およびノズルニードル３４を噴孔４７側へ付勢している。バランスピストン４９は、第１背圧室４２に供給される高圧燃料により噴孔４７側へ付勢されている。ノズルニードル３４の噴孔４７側で円錐状に形成されているシート部５１は、弁座４５に着座または離座可能である。ノズルニードル３４は、燃料通路４４とサック室４６との間の燃料流れを規制し、噴孔４７を開放または閉塞する。

駆動部３５は、ピエゾアクチュエータ５２およびピエゾピストン５３等を備えている。ピエゾアクチュエータ５２は、ピエゾ素子を複数積層することにより構成され、第１ボディ３６内に形成された低圧室５４に収容されている。低圧室５４は低圧部位としての燃料タンク２２に連通している。低圧室５４に供給される低圧燃料は、低圧通路５８を経由して第２背圧室６２へ供給される。

第２スプリング６４は、ピエゾピストン５３の噴孔４７側に形成された第１圧力室５５に収容され、ピエゾピストン５３およびピエゾアクチュエータ５２を反噴孔側へ付勢している。
ピエゾピストン５３の内部には、第１圧力室５５と低圧室５４とを連通する連通路５９が形成されている。連通路５９の途中には、低圧室５４から第１圧力室５５への燃料の流れを許容し、第１圧力室５５から低圧室５４への燃料の流れを規制する逆止弁６０が設けられている。

ピエゾピストン５３の噴孔４７側に形成される第１圧力室５５は、圧力通路５６を経由してニードルストッパ４８の噴孔側に形成される第２圧力室５７と連通している。このため、ピエゾアクチュエータ５２が伸長し、ピエゾピストン５３が噴孔４７側へ移動すると、ニードルストッパ４８の噴孔４７側の端面に第２圧力室５７内の燃料圧力が作用する。

次に、インジェクタ１０の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ５２に充電がされていないとき、ピエゾアクチュエータ５２は収縮している。このとき、第１背圧室４２の燃料圧力がバランスピストン４９の反噴孔側端部に作用する力（Ｆ１）と、第１スプリング５０の付勢力（Ｆ２）との合力は、燃料溜り室４３および燃料通路の燃料圧力がノズルニードル３４の噴孔側の面６１、６３に作用する力（Ｆ３）と、第２圧力室５７の燃料圧力がニードルストッパ４８の噴孔側の端部に作用する力（Ｆ４）との合力より大きい。このため、ノズルニードル３４のシート部５１は、弁座４５に着座し、燃料通路４４とサック室４６との間を閉塞している。これにより、噴孔４７からの燃料噴射は停止している。

制御回路４からピエゾアクチュエータ５２に駆動パルスが印加され、ピエゾアクチュエータ５２に充電が開始されると、ピエゾアクチュエータ５２は充電量に伴って軸方向に伸長する。このため、ピエゾピストン５３は、噴孔４７側へ移動し、第１圧力室５５の容積を減少する。第１圧力室５５と低圧室５４との燃料流れは逆止弁６０によって規制されているので、第１圧力室５５と圧力通路５６を経由して連通する第２圧力室５７の燃料圧力が上昇する。第２圧力室５７の燃料圧力がニードルストッパ４８の噴孔側の端部に作用する力（Ｆ４）と、燃料溜り室４３および燃料通路の燃料圧力がノズルニードル３４の噴孔側の面６１、６３に作用する力（Ｆ３）との合力が、第１背圧室４２の燃料圧力がバランスピストン４９の反噴孔側端部に作用する力（Ｆ１）と、第１スプリング５０の付勢力（Ｆ２）との合力より大きくなると、ノズルニードル３４、ニードルストッパ４８およびバランスピストン４９は、反噴孔側へ移動する。ノズルニードル３４のシート部５１が弁座４５から離座すると、燃料通路４４とサック室４６とが連通し、噴孔４７から燃料が噴射される。

制御回路４の指令によりピエゾアクチュエータ５２の放電が開始されると、ピエゾアクチュエータ５２は軸方向に収縮する。このため、第１圧力室５５およびこれに連通する第２圧力室５７の燃料圧力が低下する。第１背圧室４２の燃料圧力がバランスピストン４９の反噴孔側端部に作用する力（Ｆ１）と、第１スプリング５０の付勢力（Ｆ２）との合力が、燃料溜り室４３および燃料通路４４の燃料圧力がノズルニードル３４の噴孔側の面６１、６３に作用する力（Ｆ３）と、第２圧力室５７の燃料圧力がニードルストッパ４８の噴孔側の端部に作用する力（Ｆ４）との合力より大きくなると、ノズルニードル３４、ニードルストッパ４８およびバランスピストン４９は、噴孔４７側へ移動する。ノズルニードル３４のシート部５１が弁座４５に着座すると、燃料通路４４とサック室４６との間が閉塞し、噴孔４７からの燃料噴射が停止する。

次に本実施形態の噴射制御処理について図４に基づいて説明する。図４に示す噴射制御処理のフローは、エンジンの運転開始時、例えば、運転者が車両のイグニッションキーをＯＮしたときに開始される。或いは、運転者がアクセルペダルの踏込みを一旦中止した後、再度アクセルペダルを踏込んだことをアクセル開度センサ３２が検出し、この検出信号が制御回路４に入力されたときに噴射制御処理を開始するようにしても良い。なお、噴射制御処理のフローは、図４に示す一連の処理を実行すると一旦終了するが、再び、処理の先頭から開始される。

噴射制御処理が開始されると、制御回路４は、先ずステップＳ１０１（以下「ステップ」を省略し、記号Ｓで表す）を実行する。Ｓ１０１では、制御回路４は、アクセル開度センサ３２から読み込んだアクセル開度およびＮＥセンサ３１から読み込んだエンジンの回転数等をもとに、エンジン１の運転状態から必要とされる燃料噴射量を演算する。

続くＳ１０２では、制御回路４は、Ｓ１０１で算出した燃料噴射量およびクランク角センサ３０から読み込んだクランク角等をもとに、エンジンの回転に同期するタイミングで燃料噴射を行う基本噴射時期を演算する。制御回路４は、例えば、圧縮行程におけるピストン６の上死点直前で高圧燃料を噴射するように駆動パルスの開始時期を算出する。

次のＳ１０３では、制御回路４は、アクセル開度およびエンジンの回転数等をもとに、予めメモリに記憶した制御マップによって、エンジン１の運転状態に応じた制御目標としての目標コモンレール圧を演算する。
続くＳ１０４では、制御回路４は比較手段として機能し、コモンレール圧力センサ２５から読み込んだ実際のコモンレール圧と、Ｓ１０３で算出した目標コモンレール圧とを比較する。実際のコモンレール圧が目標コモンレール圧より高い場合、比較手段はコモンレール圧に減圧要求があると判定し（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、処理をＳ１０５へ移行する。実際のコモンレール圧が目標コモンレール圧以下の場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、処理は終了する。

Ｓ１０５では、制御回路４は演算手段として機能し、ノズルニードル３４のニードルリフト量を演算する。演算手段は、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差が大きくなるのに応じて、ニードルリフト量を小さく算出する。続くＳ１０６では、演算手段は、Ｓ１０５で算出したニードルリフト量およびＳ１０１で算出した噴射量に基づいて噴射期間を演算する。次のＳ１０７では、演算手段は、Ｓ１０２で算出した基本噴射時期およびＳ１０６で算出した噴射期間等をもとに噴射時期を演算する。

制御回路４は駆動手段として機能し、上述した噴射制御処理によって演算手段が算出した演算結果に基づく駆動パルスをインジェクタ１０のピエゾアクチュエータ５２に印加する。
Ｓ１０４において減圧要求があるとき（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、駆動手段は、演算手段がＳ１０５〜Ｓ１０７で算出した演算結果に基づき、ピエゾアクチュエータ５２に印加する駆動パルスを所定の回数で停止する。このときの、ノズルニードル３４の作動を図３に示す。ノズルニードル３４は、リフト量の小さい状態で停止している。このとき、シート部４２と弁座４５との間の開口断面積ｂ（以下、「通路断面積ｂ」という）は、複数の噴孔４７の開口断面積ａの総和（以下、「噴孔断面積ａ」という）以下となっている。この状態において、噴孔４７から噴射される燃料の噴射率は、コモンレール圧および通路断面積ｂに相関する。

これに対し、Ｓ１０４において減圧要求がないとき（Ｓ１０４：ＮＯ）、駆動手段は、演算手段がＳ１０１およびＳ１０２で算出した演算結果に基づく駆動パルスをピエゾアクチュエータ５２に印加する。このとき、ノズルニードル３４のリフトによって、通路断面積ｂは噴孔断面積ａより大きくなる。この状態において、噴射率は、コモンレール圧および噴孔断面積ａに相関する。

Ｓ１０４において減圧要求がないときにおける（Ｓ１０４：ＮＯ）噴射時間と噴射率との関係を図５に示す。図５では、実際のコモンレール圧が相対的に大きいときの噴射時間と噴射率との関係を実線で示し、実際のコモンレール圧が相対的に小さいときの噴射時間と噴射率との関係を点線で示している。
実際のコモンレール圧が相対的に大きいとき、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２の間では、通路断面積ｂが大きくなるに従い、噴射率が大きくなる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間では、通路断面積ｂが噴孔断面積ａより大きくなるので、噴射率は、コモンレール圧および噴孔断面積ａに相関し、略一定のピーク値Ｒ１を推移する。時刻Ｔ３から時刻Ｔ５の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなる。これにより、一回の燃料噴射が終了する。

実際のコモンレール圧が相対的に小さいとき、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間では、通路断面積ｂが大きくなるに従い、噴射率が大きくなる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の間では、コモンレール圧および噴孔断面積ａに相関し、略一定のピーク値Ｒ２を推移する。噴孔断面積ａが同じであっても、実際のコモンレール圧の違いによって、噴射率のピーク値Ｒ２はピーク値Ｒ１より小さい値となっている。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなり、燃料噴射が終了する。

Ｓ１０４において減圧要求があるとき（Ｓ１０４：ＹＥＳ）における噴射時間と噴射率との関係を図６に示す。図６では、比較例として、ニードルリフト量が大きく、通路断面積ｂが噴孔断面積ａより大きくなるときの噴射時間と噴射率との関係を実線で示している。比較例において、時刻Ｔ０から時刻Ｔ２の間では、通路断面積ｂが大きくなるに従い、噴射率が一気に大きくなる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間では、通路断面積ｂが噴孔断面積ａより大きくなるので、噴射率は、コモンレール圧および噴孔断面積ａに相関し、略一定のピーク値Ｒ３を推移する。この噴射率のピーク値Ｒ３は、エンジンの運転状態に適合する噴射率より大きい。このため、噴射燃料の噴霧化がよくなり、燃焼が活発になる。時刻Ｔ３から時刻Ｔ５の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなる。

これに対して、本実施形態の噴射制御によって、通路断面積ｂを噴孔断面積ａより小さくするようにニードルリフト量を小さくしたときの噴射時間と噴射率との関係を点線で示す。本実施形態では、演算手段は、Ｓ１０５において、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差が相対的に小さいとき、通路断面積ｂと噴孔断面積ａとの差が相対的に小さくなるようにニードルリフト量を算出する。一方、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差が相対的に大きいとき、通路断面積ｂと噴孔断面積ａとの差が相対的に大きくなるようにニードルリフト量を算出する。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間では、ノズルニードル３４は、Ｓ１０５において演算手段が算出した所定の位置までリフトし、通路断面積ｂが大きくなるに従って噴射率が大きくなる。噴射率はエンジンンの運転状態に適合したピーク値Ｒ４で維持される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の間では、ノズルニードル３４は所定の位置で停止したまま通路断面積ｂが一定に保たれているので、噴射率も一定のピーク値Ｒ４を維持している。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなり、燃料噴射が終了する。

本実施形態では、目標コモンレール圧より実際のコモンレール圧が高いときであっても、噴射率のピーク値Ｒ４を、運転状態に適応した値にすることができる。この結果、燃料の噴霧化を抑制することで、燃焼が過度に活発になることを抑制し、エンジンの燃焼騒音およびこのエンジンを搭載した車両の加速ショックを抑制することができる。

また、コモンレール内の燃料圧力を変更する減圧調整弁を廃止することによって製造コストを削減することができる。さらに、実際のコモンレール圧を変更することなく噴射率を適正にすることができるので、燃料噴射装置の応答性を向上することができる。
（第２実施形態）

本発明の第２実施形態の噴射制御処理を、図７に基づいて説明する。図７において、Ｓ２０１〜Ｓ２０４およびＳ２０７はそれぞれ第１実施形態のＳ１０１〜Ｓ１０４およびＳ１０７に相当するので説明を省略する。
Ｓ２０５では、制御回路４は演算手段として機能し、ノズルニードル３４のニードル上昇速度を演算する。演算手段は、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差が大きくなるのに応じて、ニードル上昇速度を小さくなるように算出する。続くＳ２０６では、演算手段は、Ｓ２０５で算出したニードル上昇速度およびＳ２０１で算出した噴射量に基づいて噴射期間を演算する。

制御回路４は駆動手段として機能し、演算手段が算出した演算結果に基づく駆動パルスをインジェクタ１０のピエゾアクチュエータ５２に印加する。
Ｓ２０４において減圧要求があるとき（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、駆動手段は、演算手段がＳ２０５〜Ｓ２０７で算出した演算結果に基づき、ピエゾアクチュエータ５２に印加する駆動パルスの電圧を低下する。このとき、ピエゾアクチュエータの充電速度が遅くなるので、ノズルニードルの上昇速度が小さくなる。このため、通路断面積ｂは、徐々に大きくなる。

Ｓ２０４において減圧要求があるとき（Ｓ２０４：ＹＥＳ）における噴射時間と噴射率との関係を図８に示す。図８では、比較例として、ニードルリフト速度が大きく、通路断面積ｂが噴孔断面積ａより大きくなるときの噴射時間と噴射率との関係を実線で示している。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間では、通路断面積ｂが大きくなるに従い、噴射率が一気に大きくなる。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間では、通路断面積ｂが噴孔断面積ａより大きくなるので、噴射率は、コモンレール圧および噴孔断面積ａに相関し、略一定のピーク値Ｒ５を推移する。この噴射率のピーク値Ｒ５は、エンジンの運転状態に適合する噴射率より大きい。このため、噴射燃料の噴霧化がよくなり、燃焼が活発になる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなる。一回の噴射期間中の燃料噴射量は、Ｓ２０１で算出した燃料噴射量より多くなる。

これに対して、本実施形態の噴射制御によって、通路断面積ｂが徐々に大きくなるようにニードル上昇速度を小さくしたときの噴射時間と噴射率との関係を点線で示す。時刻Ｔ０から時刻Ｔ２の間では、ノズルニードルは、Ｓ２０５において算出した所定のリフト速度で作動する。通路断面積ｂが大きくなるに従って噴射率が大きくなる。しかし、噴射率がピーク値Ｒ６に到達するまでの時間Ｔ０−Ｔ２は、実線で記載した比較例の噴射率がピーク値Ｒ５に到達するまでの時間Ｔ０−Ｔ１より長くなっている。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなり、燃料噴射が終了する。

本実施形態では、目標コモンレール圧より実際のコモンレール圧が高いときであっても、ノズルニードルの上昇速度を小さくすることで、噴射初期の噴射率を小さくすることができる。この結果、噴射初期の燃料の噴霧化を抑制することで、燃焼速度が過度に速くなるのを抑制し、エンジンの燃焼騒音およびこのエンジンを搭載した車両の加速ショックを抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の噴射制御処理について図９に基づいて説明する。図９において、Ｓ３０１〜Ｓ３０４およびＳ３０８はそれぞれ第１実施形態のＳ１０１〜Ｓ１０４およびＳ１０７に相当するので説明を省略する。
Ｓ３０５では、演算手段は、アクセル開度センサから読み込んだアクセル開度の情報から、インジェクタからの燃料噴射が停止している噴射停止期間を演算する。続くＳ３０６では、演算手段は、噴射停止期間が所定時間よりも短いとき、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差に応じて算出したニードルリフト量を、エンジンの運転状態に適応した噴射率となるよう、さらに小さく補正する。

Ｓ３０４において減圧要求があるとき（Ｓ３０４：ＹＥＳ）における噴射時間と噴射率との関係を図１０に示す。図１０では、噴射停止期間が所定時間より長いときの噴射時間と噴射率との関係を実線で示し、噴射停止期間が所定時間より短いときの噴射時間と噴射率との関係を点線で示している。
噴射停止期間が所定時間より長いとき、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間では、ノズルニードルは、Ｓ３０６において目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差に応じて算出した所定の位置までリフトし、通路断面積ｂが大きくなるに従って噴射率が大きくなる。噴射率は、エンジンの運転状態に適応した噴射率のピーク値Ｒ７で維持される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間では、噴射率はピーク値Ｒ７を維持している。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなり、燃料噴射が終了する。Ｓ３０７において算出した時刻Ｔ０から時刻Ｔ３までの噴射期間により、Ｓ１０１で算出した燃料噴射量が噴射される。

噴射停止期間が所定時間より短いとき、エンジンの回転数が下がっているのに関わらず、気筒内の温度は噴射停止前の気筒内温度が維持されており、制御目標としての気筒内温度より高くなっている。このため、Ｓ３０６において、演算手段は、燃焼が過度に活発にならないよう、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差に応じて算出したノニードルリフト量をさらに小さくするように補正する。

時刻Ｔ０から時刻Ｔ１の間では、ノズルニードルは、Ｓ３０６において算出した所定の位置までリフトし、噴射率は、エンジンンの運転状態に適応したピーク値Ｒ８で維持される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ４の間では、噴射率はピーク値Ｒ８を維持している。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５の間では、通路断面積ｂが小さくなるに従い噴射率が小さくなり、燃料噴射が終了する。Ｓ３０７において算出した時刻Ｔ０から時刻Ｔ５までの噴射期間により、Ｓ１０１で算出した燃料噴射量が噴射される。

本実施形態では、演算手段は、インジェクタから燃料の噴射供給が停止している噴射停止期間を演算し、目標コモンレール圧と実際のコモンレール圧との圧力差に応じて算出したノズルニードルのリフト量を、エンジンの運転状態に適応した噴射率になるように補正する。噴射停止期間が短いと、気筒内の温度は、制御目標としての気筒内温度より高くなり、噴射率に対して燃焼が活発になる。このため、演算手段は、噴射率がエンジンの運転状態に適応するようにノズルニードルのリフト量を補正する。これにより、噴射率を高精度に制御し、燃料噴射制御の精度を向上することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、演算手段は、ニードルリフト量またはニードル上昇速度を小さく算出した。しかし、噴射期間には一定の制限があるため、目標とする燃料噴射量がある一定の所定量よりも多くなると、噴射初期から噴射率が大きくなり、内燃機関の燃焼速度が過度に速くなる可能性がある。内燃機関の燃焼速度は、噴射初期の噴射率に関係している。そこで、目標とする燃料噴射量が所定量より少ないときは、ノズルニードルのリフト量を小さく算出することで、噴射期間を通して噴射率を適正にし、一方、目標とする燃料噴射量が所定量より多いときは、相対的にノズルニードルの上昇速度を小さく算出することで、噴射初期の噴射率を小さくしてもよい。

また、上述した第３実施形態では、演算手段は、噴射停止期間に応じてニードルリフト量を補正した。これに対し、噴射停止期間に応じてニードル上昇速度を補正してもよい。
このように、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、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態におけるエンジンの概略構成図。本発明の第１実施形態におけるインジェクタの断面図。本発明の第１実施形態におけるインジェクタの要部断面図。本発明の第１実施形態における噴射制御のフロー図。本発明の第１実施形態における噴射時間と噴射率との関係図。本発明の第１実施形態における噴射時間と噴射率との関係図。本発明の第２実施形態における噴射制御のフロー図。本発明の第２実施形態における噴射時間と噴射率との関係図。本発明の第３実施形態における噴射制御のフロー図。本発明の第３実施形態における噴射時間と噴射率との関係図。

符号の説明

１：エンジン（内燃機関）、２：気筒、４：制御回路、１０：インジェクタ（燃料噴射弁）、２１：高圧ポンプ（燃料ポンプ）、２４：コモンレール、２５：コモンレール圧力センサ（圧力検出手段）、３４：ノズルニードル、３５：駆動部、３９：ノズルボディ、４５：弁座、４７：噴孔

Claims

燃料を吐出する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプから吐出された燃料を貯留するコモンレールと、
噴孔および弁座を有するノズルボディ、前記ノズルボディ内に収容され前記弁座に離座または着座することで前記噴孔を開放または閉塞するノズルニードル、および、印加される駆動パルスに基づいて前記ノズルニードルを軸方向に往復移動させるピエゾアクチュエータからなる駆動部を有し、前記コモンレールから供給される燃料を気筒に噴射供給する燃料噴射弁と、
前記コモンレール内から前記燃料噴射弁に供給される燃料圧力を検出する圧力検出手段と、
内燃機関の運転状態に応じた目標燃料圧力と前記圧力検出手段の検出した実際の燃料圧力とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果において、前記目標燃料圧力に対し前記実際の燃料圧力が高いとき、前記目標燃料圧力と前記実際の燃料圧力との圧力差が大きくなるのに応じて、前記ノズルニードルのリフト量を小さく算出する演算手段と、
前記演算手段の算出した演算結果に基づき前記ピエゾアクチュエータの充電量または充電速度を小さくするように駆動パルスを前記駆動部に印加する駆動手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記演算手段は、前記ノズルニードルのリフト量に代えてノズルニードルの上昇速度を算出するものであって、前記目標燃料圧力と前記実際の燃料圧力との圧力差が大きくなるのに応じて、前記ノズルニードルの上昇速度を小さく算出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記演算手段は、前記燃料噴射弁から燃料の噴射供給が停止している噴射停止期間を演算し、前記噴射停止期間が所定時間より短いとき、前記目標燃料圧力と前記実際の燃料圧力との圧力差に応じて算出した前記ノズルニードルのリフト量を、前記内燃機関の運転状態に適した噴射率になる程度に小さくする側へ補正するために、前記演算手段の算出した演算結果に基づき前記駆動手段は前記駆動パルスを所定の回数で停止させ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装置。
前記演算手段は、前記燃料噴射弁から燃料の噴射供給が停止している噴射停止期間を演算し、前記噴射停止期間が所定時間より短いとき、前記目標燃料圧力と前記実際の燃料圧力との圧力差に応じて算出した前記ノズルニードルの上昇速度を、前記内燃機関の運転状態に適した噴射率になる程度に小さくする側へ補正するために、前記演算手段の算出した演算結果に基づき前記駆動手段は前記駆動パルスの電圧を低下させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記演算手段は、前記ノズルニードルのリフト量および前記ノズルニードルの上昇速度の少なくともいずれか一方を算出するものであって、目標とする燃料噴射量が所定量より少ないときは、前記ノズルニードルのリフト量を小さく算出し、目標とする燃料噴射量が所定量より多いときは、相対的に前記ノズルニードルの上昇速度を小さく算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。