JP6686508B2 - 内燃機関、及び、内燃機関の燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧側燃料流路と低圧側燃料流路とニードルの上下を制御する制御室の間に三方弁を有する燃焼噴射装置を備えた内燃機関、及び内燃機関の燃料噴射制御方法に関する。

自動車等の動力源として搭載される内燃機関の燃焼室には、燃料噴射装置が備えられている。この燃料噴射装置として、従来は、コモンレール等に接続される高圧側燃料流路より燃料を流入し、燃料戻し通路等に接続される低圧側燃料流路に燃料を流出する制御室と、低圧側燃料流路に備えた二方弁と、制御室の下部に備えたコマンドピストン付きのニードルとで構成される二方弁式の燃料噴射装置が用いられていた。

この二方弁式の燃料噴射装置では、燃料を噴射しないときには、二方弁を閉状態として、制御室の燃料が流出しないようにして、ニードルの上部に加わる制御室の燃料の圧力を高圧に維持して、この圧力とスプリングのバネ力との下向き力を、ニードルの下部に加わる燃料の圧力による上向き力より大きくすることで、ニードルを押し下げて噴射孔を閉塞している。

一方、燃料を噴射するときには、二方弁を開状態として、制御室の燃料を流出させて、制御室の燃料の圧力を低下させて下向き力をニードルの下部に加わる高圧の燃料の圧力による上向き力より小さくすることで、ニードルを上方向に移動させて噴射孔を開状態にしている。

しかしながら、この二方弁式の燃料噴射装置は、燃料噴射のときに、二方弁を開状態にすることにより、高圧側燃料流路と低圧側燃料流路が制御室を介して連通してしまうので、制御室から低圧側燃料流路に流出（漏出）する燃料の流量が多くなり、この流出時の燃料の圧力の低下に起因して発生する熱量が大きくなり、燃料噴射装置及び燃料が高温化するという問題があった。また、燃料ポンプの負荷も大きくなるという問題もあった。

そこで、近年では、図１に示すように、コモンレール等に接続される高圧側の燃料流路１５と低圧側燃料流路１６と制御室１０に至る通路１６ａとの交点に三方弁（図１ではソレノイド式の制御弁１１）を設けて、この制御室１０と高圧側燃料流路１５の連通状態と、制御室１０と低圧側燃料流路１６の連通状態を切り替える三方弁式の燃料噴射装置が用いられるようになってきている。

この三方弁式の燃料噴射装置では、燃料を噴射しないときには、ソレノイド式の制御弁１１に通電しないことで制御室１０と高圧側燃料流路１５とを連通状態とし、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力と弾性部材１２の弾性力とによる下向き力を、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力による上向き力より大きくすることで、ニードル１３で噴射孔１７を閉塞して閉弁状態にする。

一方、燃料を噴射するときには、ソレノイド式の制御弁１１に通電することで制御室１０と低圧側燃料流路１６とを連通状態とし、制御室１０より燃料Ｆを流出させて、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力と弾性部材１２の弾性力とによる下向き力を、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力による上向き力より小さくすることで、ニードル１３を噴射孔１７より離間して開弁状態にする。

すなわち、三方弁式の燃料噴射装置では、二方弁式の燃料噴射装置とは異なり、高圧側燃料流路１５と制御室１０との間、または、低圧側燃料流路１６と制御室１０との間のいずれか一方を連通状態として、高圧側燃料流路１５と低圧側燃料流路１６が連通しない構成となっているので、制御室１０から低圧側燃料流路１６に流出する燃料Ｆの流量が少なくなる。

しかしながら、この三方弁式の燃料噴射装置では、逆に、制御室１０から低圧側燃料流路１６に流出する燃料Ｆの流量が少ないため、燃料の圧力の低下に起因して発生する熱量が小さく、燃料噴射装置の温度が適正温度範囲まで上昇しづらいという問題がある。

ここで、低圧側燃料流路１６と連通される制御室１０の出口に、制御室１０と低圧側燃料流路１６とが連通したときに、制御室１０の内部の圧力が低圧側燃料流路１６の圧力に急激に低下するのを防止して燃料圧を徐々に低下させるために、絞りとなるオリフィス１６ａを設けている。このオリフィス１６ａを通過する燃料Ｆの流量は、オリフィス１６ａのある通路部分の壁面の摩擦によって変化するが、この摩擦の大きさは、その壁面の温度に応じて変化する。すなわち、オリフィス１６ａを通過する燃料Ｆの流量は、オリフィス１６ａの近傍の壁面の温度に応じて変化する。

この壁面の温度が低温であると壁面摩擦は大きくなり、オリフィス１６ａを通過する燃料Ｆの流量が少なくなり、制御室１０における燃料Ｆの圧力低下が遅くなる。その結果、ニードル１３が噴射孔１７からの離間速度が小さくなるので、噴射開始のタイミングも遅くなる。これに対して、燃料噴射の停止では、このオリフィス１６ａを燃料Ｆが通過するのを停止するため、壁面摩擦及び壁面温度の影響を受けない。

そのため、壁面の温度が低いと、燃料噴射装置の噴射孔１７からの燃料噴射量が、ソレノイド式の制御弁１１への通電時間（デューティ制御における指示パルス幅）に対応する標準の燃料噴射量より少なくなってしまう。そして、壁面の温度が高いと、逆の現象となり、同じ通電時間であっても標準の燃料噴射量より燃料噴射量が多くなる。

言い換えれば、制御室１０より低圧側燃料流路１６のオリフィス１６ａの近傍の壁面の温度の高低に起因して、燃料噴射装置１からの燃料噴射量（燃料噴射率）にばらつきが生じてしまう。その結果、内燃機関の運転効率が悪化してしまう問題があった。

一方、コモンレール等の蓄圧手段を有する燃料噴射装置において、どの気筒の燃料噴射装置において燃料漏れがあるかを特定するために、蓄圧手段とインジェクタとの間に接続され、蓄圧手段からインジェクタへの燃料の流動量が所定の値を超えたときに遮断されるフローリミッタを備えて、エンジンの運転時であってしかもインジェクタが燃料の噴射を行わないとき、または、噴射と次の噴射との間の無噴射の期間に、インジェクタによる噴射が行われる時間よりも短い時間、電磁切換え弁を切換えてニードルをリフトさせて、フローリミッタの作動流量よりも少ない流量だけ燃料をリークさせて、この燃料リーク量と燃料漏れ量との和がフローリミッタの作動流量より多い場合にフローリミッタの遮断動作により、漏れが発生しているインジェクタへの燃料の供給を停止する燃料漏れ検出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０９−０４２１０５号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧側燃料流路と低圧側燃料流路とニードルの上下を制御する制御室の間に三方弁を有する燃焼噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴射装置の制御室から低圧側燃料流路に流出する際に通過するオリフィス近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置からの燃料噴射量のばらつきを補正することができ、その結果、燃料噴射制御を高精度で行うことができる内燃機関、及び、内燃機関の燃料噴射制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、制御室と三方弁とニードルと噴射孔とを有する燃料噴射装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記燃料噴射装置より燃料を噴射しないときには、前記三方弁を制御して前記制御室と高圧側燃料流路が連通する第１連通状態に切り替えることで、前記高圧側燃料流路より前記制御室に流入する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを押し下げて前記噴射孔を閉塞する一方で、前記燃料噴射装置より燃料を噴射するときには、前記三方弁を制御して前記制御室と低圧側燃料流路がオリフィスを介して連通する第２連通状態に切り替えることで、前記制御室から前記低圧側燃料流路に燃料を流出する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを離間させて前記噴射孔を開通する制御を行うように構成される内燃機関において、前記低圧側燃料流路に流量計を備えて、前記制御装置が、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えたときにこの切り替え時点から前記ニードルが前記噴射孔から離間して燃料噴射が開始されるまでの時間で、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する噴射待機時間よりも短い検査時間を設定し、前記燃料噴射装置から燃料噴射をしていないときに、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えて、前記検査時間を経過した後に、前記三方弁を前記第２連通状態から前記第１連通状態に戻す検査制御を行うと共に、この検査制御の間に前記流量計の検出値を基にした補正用の物理量に基づいて、燃料噴射時における前記三方弁の制御量を補正する制御を行うように構成される。

すなわち、燃料噴射装置からの燃料噴射を行う前に、ニードルが噴射孔より離間しないように、即ち、燃料噴射が行われないように、三方弁を微小時間の検査時間の間だけ第２連通状態にして、制御室から低圧側燃料流路に燃料を流出（漏出）させる検査制御を行う。また、この検査制御で、低圧側燃料流路に流出した燃料の状態から得た物理量を補正用の物理量として検出する。

この補正用の物理量となるパラメータは、制御室から低圧側燃料流路に流出する燃料が通過する部分、特に、燃料流量に影響を与えるオリフィス近傍の壁面の温度に応じて変化するパラメータであり、低圧側燃料流路における燃料流量の変化を敏感に反映できるパラメータであることが好ましい。より具体的には、燃料流量センサで測定した流出した燃料流量の時系列から得た、単位時間当たりの最大流量、燃料の流量の変化率、燃料の流出が開始するタイミング等の物理量である。

そして、この推定算出したパラメータに基づいて、燃料噴射装置からの燃料噴射時における三方弁の制御量、例えば、三方弁がソレノイドへの通電で開弁する場合は、その通電時間を補正する。

したがって、この構成によれば、燃料が通過する低圧側燃料流路のオリフィスの近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置からの燃料噴射量のばらつきを補正することができ、その結果、燃料噴射制御を高精度で行うことができるようになる。

また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記検査制御時の燃料の状態から得た物理量を、燃料の単位時間当たりの最大流量、燃料の流量の変化率、または、燃料の流出が開始するタイミングのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせとし、前記燃料噴射装置からの燃料噴射時では、これらの物理量に基づいて、前記三方弁の制御量のうちの開弁用時間に関する補正時間を算出して、この算出した補正時間を基本開弁用時間に加算して算出される補正後開弁時間で、前記三方弁の制御を行うように構成されると、比較的簡単なアルゴリズムで、燃料が通過する低圧側燃料流路のオリフィスの近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置からの燃料噴射量のばらつきを補正することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の燃料噴射制御方法は、制御室と三方弁とニードルと噴射孔とを有する燃料噴射装置を備え、前記燃料噴射装置より燃料を噴射しないときには、前記三方弁を制御して前記制御室と高圧側燃料流路が連通する第１連通状態に切り替えることで、前記高圧側燃料流路より前記制御室に流入する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを押し下げて前記噴射孔を閉塞する一方で、前記燃料噴射装置より燃料を噴射するときには、前記三方弁を制御して前記制御室と低圧側燃料流路がオリフィスを介して連通する第２連通状態に切り替えることで、前記制御室から前記低圧側燃料流路に燃料を流出する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを離間させて前記噴射孔を開通する内燃機関の燃料噴射制御方法において、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えたときにこの切り替え時点から前記ニードルが前記噴射孔から離間して燃料噴射が開始されるまでの時間で、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する噴射待機時間よりも短い検査時間を設定し、前記燃料噴射装置から燃料噴射をしていないときに、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えて、前記検査時間を経過した後に、前記三方弁を前記第２連通状態から前記第１連通状態に戻す検査制御を行うと共に、この検査制御の間に前記低圧側燃料流路に備えた流量計の検出値を基にした補正用の物理量に基づいて、燃料噴射時における前記三方弁の制御量を補正することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の燃料噴射制御方法において、前記検査制御時の燃料の状態から得た物理量を、燃料の単位時間当たりの最大流量、燃料の流量の変化率、または、燃料の流出が開始するタイミングのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせとし、前記燃料噴射装置からの燃料噴射時では、これらの物理量に基づいて、前記三方弁の制御量のうちの開弁用時間に関する補正時間を算出して、この算出した補正時間を基本開弁用時間に加算して算出される補正後開弁時間で、前記三方弁の制御を行う。

これらの方法によれば、上記の内燃機関と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の内燃機関、及び内燃機関の燃料噴射制御方法によれば、高圧側燃料流路と低圧側燃料流路とニードルの上下を制御する制御室の間に三方弁を有する燃焼噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴射装置の制御室から低圧側燃料流路に流出する際に通過するオリフィスの近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置からの燃料噴射量のばらつきを補正することができ、その結果、燃料噴射制御を高精度で行うことができるようになる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関で使用する燃料噴射装置の構成を模式的に示しており、制御室と高圧側燃料流路が連通している状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関で使用する燃料噴射装置の構成を模式的に示しており、制御室と低圧側燃料流路が連通している状態を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御方法の制御フローを示す図である。 検査制御時の低圧側燃料流路を流れる燃料の流量の時間的変化を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関、及び内燃機関の燃料噴射制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関で使用する燃料噴射装置１は、制御室１０と、三方弁を構成するソレノイド式の制御弁１１（１１ａはソレノイド）と、付勢バネ（弾性部材）１２と、ニードル１３と、燃料貯留室１４とを備えている。

この制御室１０は、高圧側燃料流路１５より燃料Ｆを流入し、低圧側燃料流路１６より燃料Ｆを流出する室である。ソレノイド式の制御弁１１は、制御室１０と高圧側燃料流路（図１では左斜線部）１５が連通する第１連通状態と、制御室１０と低圧側燃料流路（図１では右斜線部）１６が連通する第２連通状態とを切り替える三方弁である。付勢バネ１２は、ニードル１３の上方からニードル１３を押すバネである。ニードル１３は、ソレノイド式制御弁１１の動作状態に応じて、噴射孔１７を閉塞または噴射孔１７から離間する装置である。燃料貯留室１４は、ニードル１３の下部と噴射孔１７に隣接して、高圧側燃料流路１５と連通する室である。

また、低圧側燃料流路１６と連通される制御室１０の出口に、制御室１０と低圧側燃料流路１６とが連通したときに、制御室１０の内部の圧力が低圧側燃料流路１６の圧力に急激に低下するのを防止して燃料圧を徐々に低下させるために、絞りとなるオリフィス１６ａを設けている。

また、本発明の内燃機関の燃料噴射装置１を制御する制御装置４０が備えられる。この制御装置４０は、アクセル開度センサ（図示しない）やエンジン回転数検出センサ（図示しない）等の内燃機関の運転状態に関連する各種センサより送信された信号に基づいて、燃料噴射装置１（ソレノイド式の制御弁１１）を制御する装置である。

ここで、燃料を噴射しない場合とする場合、言い換えれば、ソレノイド式の制御弁１１に通電しない場合と通電する場合における、燃料噴射装置１の動作状態を説明する。燃料を噴射しない場合は、ソレノイド式の制御弁１１に通電しないで、図１に示すように、制御室１０と高圧側燃料流路１５が連通状態する第１連通状態に切り替えると、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び付勢バネ１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より大きくなるので、ニードル１３を押し下げて、このニードル１３で噴射孔１７を閉塞して、燃料貯留室１４に貯留した燃料Ｆを噴射孔１７より外部（燃焼室（図示しない）や排気通路（図示しない）等）に噴射することはない。

また、燃料を噴射する場合は、ソレノイド式の制御弁１１に通電すると、図２に示すように、制御室１０と低圧側燃料流路１６が連通状態する第２連通状態に切り替わり、制御室１０より低圧側燃料流路１６に燃料Ｆが流出して、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び付勢バネ１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より小さくなるので、ニードル１３を噴射孔１７より離間させて噴射孔１７を開通して、燃料貯留室１４に貯留した燃料Ｆを噴射孔１７より外部に噴射する。

そして、本発明に係る実施の形態の内燃機関では、制御装置４０が、内燃機関の運転状態に対して、ソレノイド式の制御弁１１に通電して、第１連通状態から第２連通状態に切り替えたときに、この切り替え時点からニードル１３が噴射孔１７から離間して燃料噴射が開始されるまでの噴射待機時間よりも短い検査時間を設定する。

言い換えれば、ソレノイド式の制御弁１１に通電を開始した時点から、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び付勢バネ１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より小さくなってニードル１３が噴射孔１７から離間する時点を噴射待機時間とする。検査時間は、この噴射待機時間より短い時間、即ち、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び付勢バネ１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より大きくなっている時間とする。

この噴射待機時間は、内燃機関の運転状態に応じて変化するが、実験等により予め求めておくことができる。この噴射待機時間よりも短い時間になるように検査時間を設定する。好ましくは、制御を簡単にするため、できるだけ広い内燃機関の運転状態においても噴射待機時間より短くなるように検査時間を設定しておくことが好ましい。ただし、検査時間が短すぎると、後述する補正用の物理量の精度が落ちる場合もあるので、その場合は、内燃機関の運転状態に応じて検査時間を変化させてもよい。

そして、燃料噴射装置１から燃料噴射をしていないときに、ソレノイド式の制御弁１１に通電して、第１連通状態から第２連通状態に切り替えて、検査時間を経過した後に、ソレノイド式の制御弁１１への通電を停止して、第２連通状態から第１連通状態に戻す検査制御を行う。この検査制御では、制御室１０より低圧側燃料流路１６に燃料Ｆを流出（漏出）させるが、検査時間が経過すると、ニードル１３が噴射孔１７から離間する前にソレノイド式の制御弁１１への通電を停止するので、燃料噴射装置１から燃焼室への燃料噴射は行われない。

この検査制御の間に、低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの状態から得た補正用の物理量に基づいて、燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁(三方弁)１１の通電時間（制御量）を補正する制御を行う。

具体的には、制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの流量Ｖを、低圧側燃料流路１６に備えた流量計２０により検出して、この検出した燃料Ｆの流量Ｖのデータを、図４に示すような検査制御時の経過時間ｔに対する燃料Ｆの流量Ｖの変化を示す時系列データを制御装置４０に記憶させる。

そして、制御装置４０が、この流量計２０の検出値を基に作成した燃料Ｆの流量Ｖの時系列データを用いて、検査制御時の燃料の状態から得た補正用の物理量として、制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの単位時間当たりの最大流量である最大流量Ｖｍａｘ（図４のＡ点）、または、燃料Ｆの流量Ｖの変化を示す流量変化率ΔＶ（図４のＢ点）、または、燃料Ｆの流出が開始する流出開始タイミングｔａ（図４のＣ点）を算出する。

これらのパラメータの最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、流出開始タイミングｔａは、制御室１０から低圧側燃料流路１６に流出する際に通過するオリフィス１６ａの近傍の壁面の温度に応じて変化するパラメータである。また、この壁面の温度が高いと、壁面における燃料Ｆの粘度が低下して、燃料Ｆが流れ易くなるので、最大流量Ｖｍａｘと流量変化率ΔＶは大きくなり、また、パラメータの流出開始タイミングｔａは早まる。一方、この壁面の温度が低いと、壁面における燃料Ｆの粘度が高くなり、燃料Ｆが流れ難くなるので、最大流量Ｖｍａｘと流量変化率ΔＶは小さくなり、また、パラメータの流出開始タイミングｔａは遅くなる。

そして、制御装置４０が、この補正用の物理量である、最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、または、流出開始タイミングｔａのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせに基づいて、燃料噴射装置１からの燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁１１の通電時間（デューティ制御における指示パルス幅）である基本通電時間Ｔｂを補正する制御を行う。

つまり、燃料噴射装置１から燃料噴射をする時に、これらの補正用の物理量に基づいて、ソレノイド式の制御弁（三方弁）１１の電流や電圧の大きさや通電時間などの制御量のうちの通電時間（開弁用時間）に関する補正時間Ｔｃを算出して、この算出した補正時間Ｔｃを基本通電時間（基本開弁用時間）Ｔｂに加算して算出される補正後通電時間（補正後開弁時間）Ｔｄ（＝Ｔｂ＋Ｔｃ）で、ソレノイド式の制御弁１１の通電時間の制御を行う。これにより、比較的簡単なアルゴリズムで、燃料が通過する低圧側燃料流路１６のオリフィス１６ａの近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置１からの燃料噴射量のばらつきを補正することができる。

なお、最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、または、流出開始タイミングｔａのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせと、補正時間Ｔｃとの関係は予め実験等によりマップデータ形式又は関数等で制御装置４０に記憶しておくことで、容易に、検査制御で検出した最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、流出開始タイミングｔａ等から、予め設定されたマップデータや関数等から補正時間Ｔｃを算出することができる。

上記の構成をより詳細に言い換えると、高圧側燃料流路１５より燃料を流入し、低圧側燃料流路１６より燃料を流出する制御室１０と、この制御室１０と高圧側燃料流路１５または低圧側燃料流路１６の連通状態を切り替えるソレノイド式の制御弁１１と、制御室１０の内部に備えた弾性部材１２と、制御室１０の下部に隣接するニードル１３と、このニードル１３の下部と噴射孔１７に隣接して、高圧側燃料流路１５と連通する燃料貯留室１４とを備えている。

また、ソレノイド式の制御弁１１に通電せずに、制御室１０と高圧側燃料流路１５が連通状態となるときには、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び弾性部材１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より大きくなることで、ニードル１３で噴射孔１７を閉塞して、燃料貯留室１４に貯留した燃料を噴射孔１７より外部に噴射しない。

一方、ソレノイド式の制御弁１１に通電して、制御室１０と低圧側燃料流路１６が連通状態となるときには、制御室１０より低圧側燃料流路１６に燃料が流出して、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び弾性部材１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より小さくなることで、ニードル１３を噴射孔１７より離間して、燃料貯留室１４に貯留した燃料Ｆを噴射孔１７より外部に噴射する。

さらに、ソレノイド式の制御弁１１を制御する制御装置４０が、内燃機関の運転状態に応じて予め設定される燃料噴射装置１からの燃料噴射時より前に、ソレノイド式の制御弁１１に、ニードル１３が噴射孔１７より離間しないように予め設定した検査時間だけ通電して、制御室１０と低圧側燃料流路１６を連通状態とする微小時間の検査制御を行うとともに、このときに制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの単位時間当たりの最大流量である最大流量Ｖｍａｘ、または、燃料Ｆの流量Ｖの変化を示す流量変化率ΔＶ、または、燃料Ｆの流出が開始する流出開始タイミングｔａを算出して、この算出した最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、または、流出開始タイミングｔａ等に基づいて、燃料噴射装置１からの燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁１１の通電時間である基本通電時間を補正する制御を行う。

次に、上記の内燃機関の燃料噴射装置の構成を基にした、本発明の内燃機関の燃料噴射装置の制御方法について、図３の制御フローを参照しながら説明する。この制御フローは、内燃機関が運転状態にあるときで、予め設定した制御時間が経過する毎に上級の制御フローから呼ばれる制御フローとして示している。

図３の制御フローについて説明する。この制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、燃料噴射装置１からの燃料噴射を近時に行うか否かを判定する。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射装置１からの燃料噴射がされるタイミングが設定され、この噴射タイミングが分かるので、この燃料噴射のタイミングの直前であるか否かを判定する。燃料噴射装置１からの燃料噴射を近時に行わないと判定したとき（ＮＯ）には、リターンに進んで、本制御フローを終了する。また、燃料噴射装置１からの燃料噴射を近時に行うと判定したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、ソレノイド式の制御弁１１に、ニードル１３が噴射孔１７より離間しないように予め設定した検査時間の間だけ通電して、制御室１０と低圧側燃料流路１６を連通状態として、制御室１０より低圧側燃料流路１６に燃料Ｆを流出（漏出）させる検査制御を行う。また、このときに、制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出する燃料Ｆの流量を流量計２０で検出して、この検出値のデータを図４に示すような時系列データで制御装置４０に記憶させる。ステップＳ２０の制御を実施後、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０にて、ステップＳ２０で得た時系列データを基に、制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの単位時間当たりの最大流量である最大流量Ｖｍａｘ（図４のＡ点）、または、燃料Ｆの流量の変化を示す流量変化率ΔＶ（図４のＢ点）、または、燃料Ｆの流出が開始する流出開始タイミングｔａ（図４のＣ点）を算出する。ステップＳ３０の制御を実施後、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０にて、ステップＳ３０で算出した最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、または、流出開始タイミングｔａに基づいて、燃料噴射装置１からの燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁１１の基本通電時間Ｔｂを補正して、補正後の補正通電時間Ｔｄを算出する。この基本通電時間Ｔｂを補正して補正通電時間Ｔｄを算出する方法については、上記した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ４０の制御を実施後、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０にて、燃料噴射装置１からの燃料噴射を行うか否かを判定する。燃料噴射装置１から燃料噴射を行わないと判定したとき（ＮＯ）には、予め設定した制御時間を経過後に、再度ステップＳ５０の判定を行う。また、燃料噴射装置１から燃料噴射を行うと判定したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、ステップＳ４０で算出した補正通電時間Ｔｄだけソレノイド式の制御弁１１に通電して、燃料噴射装置１から外部に燃料Ｆを噴射する。ステップＳ６０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

上記のように、本発明の実施の形態の内燃機関の燃料噴射制御方法は、高圧側燃料流路１５より燃料を流入し、低圧側燃料流路１６より燃料を流出する制御室１０と、この制御室１０と高圧側燃料流路１５が連通する第１連通状態と、この制御室１０と低圧側燃料流路１６が連通する第２連通状態とを切り替えるソレノイド式の制御弁（三方弁）１１を有する燃料噴射装置１を備え、制御装置４０が、燃料噴射装置１のソレノイド式の制御弁（三方弁）１１を、燃料を噴射しないときには第１連通状態に切り替えてニードル１３で噴射孔１７を閉塞し、燃料を噴射するときには第２連通状態に切り替えてニードル１３を噴射孔１７から離間させて噴射孔１７を開通する内燃機関の燃料噴射制御方法である。

そして、この内燃機関の燃料噴射制御方法において、内燃機関の運転状態に対して、ソレノイド式の制御弁１１を第１連通状態から第２連通状態に切り替えたときに、この切り替え時点からニードル１３が噴射孔１７から離間して燃料噴射が開始されるまでの噴射待機時間よりも短い検査時間を設定し、燃料噴射装置１から燃料噴射をしていないときに、ソレノイド式の制御弁１１を第１連通状態から第２連通状態に切り替えて、検査時間を経過した後に、ソレノイド式の制御弁１１を第２連通状態から第１連通状態に戻す検査制御を行うと共に、この検査制御の間に低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの状態から得た補正用の物理量Ｖｍａｘ、ΔＶ、ｔａに基づいて、燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁１１の制御量Ｔｂを補正する方法となる。

また、検査制御時の燃料Ｆの状態から得た物理量を、燃料の単位時間当たりの最大流量Ｖｍａｘ、燃料Ｆの流量Ｖの変化を示す変化率ΔＶ、燃料Ｆの流出が開始する流出開始タイミングｔａのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせとし、燃料噴射装置１からの燃料噴射時では、これらの物理量Ｖｍａｘ、ΔＶ、ｔａのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせに基づいて、ソレノイド式の制御弁１１の制御量のうちの通電時間（開弁用時間）に関する補正時間Ｔｃを算出して、この算出した補正時間Ｔｃを基本通電時間（基本開弁用時間）Ｔｂに加算して算出される補正後通電時間（補正後開弁時間）Ｔｄ（＝Ｔｂ＋Ｔｃ）で、ソレノイド式の制御弁１１の制御を行う。

言い換えると、この内燃機関で使用する燃料噴射装置１は、高圧側燃料流路１５より燃料Ｆを流入し、低圧側燃料流路１６より燃料Ｆを流出する制御室１０と、この制御室１０と高圧側燃料流路１５または低圧側燃料流路１６の連通状態を切り替えるソレノイド式の制御弁１１と、制御室１０の内部に備えた弾性部材１２と、制御室１０の下部に隣接するニードル１３と、このニードル１３の下部と噴射孔１７に隣接して、高圧側燃料流路１６と連通する燃料貯留室１４とを備えた燃料噴射装置である。

この燃料噴射装置１では、ソレノイド式の制御弁１１に通電せずに、制御室１０と高圧側燃料流路１５が連通状態となるときには、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び弾性部材１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より大きくなることで、ニードル１３で噴射孔１７を閉塞して、燃料貯留室１４に貯留した燃料Ｆを噴射孔１７より外部に噴射しない状態となる。

一方、ソレノイド式の制御弁１１に通電して、制御室１０と低圧側燃料流路１６が連通状態となるときには、制御室１０より低圧側燃料流路１６に燃料Ｆが流出して、ニードル１３の上部に加わる制御室１０の燃料Ｆの圧力及び弾性部材１２の弾性力が、ニードル１３の下部に加わる燃料貯留室１４の燃料Ｆの圧力より小さくなることで、ニードル１３を噴射孔１７より離間して、燃料貯留室１４に貯留した燃料Ｆを噴射孔１７より外部に噴射する状態となる。

この燃料噴射装置１を使用する内燃機関の燃料噴射制御方法において、内燃機関の運転状態に応じて予め設定される燃料噴射装置１からの燃料噴射時より前に、ソレノイド式の制御弁１１に、ニードル１３が噴射孔１７より離間しないように予め設定した検査時間だけ通電して、制御室１０と低圧側燃料流路１６を連通状態とする検査制御を行う。

それとともに、この検査制御のときに、制御室１０より低圧側燃料流路１６に流出した燃料Ｆの単位時間当たりの最大流量である最大流量Ｖｍａｘ、または、燃料Ｆの流量Ｖの変化を示す流量変化率ΔＶ、または、燃料Ｆの流出が開始する流出開始タイミングｔａを算出して、この算出した最大流量Ｖｍａｘ、流量変化率ΔＶ、または、流出開始タイミングｔａに基づいて、燃料噴射装置１からの燃料噴射時におけるソレノイド式の制御弁１１の通電時間である基本通電時間Ｔｂを補正する。

上記の内燃機関、及び内燃機関の燃料噴射制御方法によれば、高圧側燃料流路１５と低圧側燃料流路１６とニードル１３の上下を制御する制御室１０の間にソレノイド式の制御弁（三方弁）１１を有する燃焼噴射装置１を備えた内燃機関において、燃料噴射装置１の制御室１０から低圧側燃料流路１６に流出する際に通過するオリフィス１６ａの近傍の壁面の温度に起因する燃料噴射装置１からの燃料噴射量のばらつきを補正することができ、その結果、燃料噴射制御を高精度で行うことができるようになる。

１ 内燃機関の燃料噴射装置
１０ 制御室
１１ ソレノイド式の制御弁
１１ａ ソレノイド
１２ 付勢バネ（弾性部材）
１３ ニードル
１４ 燃料貯留室
１５ 高圧側燃料流路
１６ 低圧側燃料流路
１６ａ オリフィス
１７ 噴射孔
２０ 流量計
４０ 制御装置
Ｆ 燃料
ｔａ 流出開始タイミング
Ｔｂ 基本通電時間（基本開弁用時間）
Ｔｃ 補正時間
Ｔｄ 補正通電時間（補正後開弁時間）
Ｖｍａｘ 最大流量
ΔＶ 流量変化率

Claims (4)

1. 制御室と三方弁とニードルと噴射孔とを有する燃料噴射装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置が、前記燃料噴射装置より燃料を噴射しないときには、前記三方弁を制御して前記制御室と高圧側燃料流路が連通する第１連通状態に切り替えることで、前記高圧側燃料流路より前記制御室に流入する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを押し下げて前記噴射孔を閉塞する一方で、前記燃料噴射装置より燃料を噴射するときには、前記三方弁を制御して前記制御室と低圧側燃料流路がオリフィスを介して連通する第２連通状態に切り替えることで、前記制御室から前記低圧側燃料流路に燃料を流出する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを離間させて前記噴射孔を開通する制御を行うように構成される内燃機関において、
   前記低圧側燃料流路に流量計を備えて、
   前記制御装置が、
   前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えたときにこの切り替え時点から前記ニードルが前記噴射孔から離間して燃料噴射が開始されるまでの時間で、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する噴射待機時間よりも短い検査時間を設定し、
   前記燃料噴射装置から燃料噴射をしていないときに、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えて、前記検査時間を経過した後に、前記三方弁を前記第２連通状態から前記第１連通状態に戻す検査制御を行うと共に、この検査制御の間に前記流量計の検出値を基にした補正用の物理量に基づいて、燃料噴射時における前記三方弁の制御量を補正する制御を行うように構成されていることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御装置が、
   前記検査制御時の燃料の状態から得た物理量を、燃料の単位時間当たりの最大流量、燃料の流量の変化率、または、燃料の流出が開始するタイミングのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせとし、
   前記燃料噴射装置からの燃料噴射時では、これらの物理量に基づいて、前記三方弁の制御量のうちの開弁用時間に関する補正時間を算出して、この算出した補正時間を基本開弁用時間に加算して算出される補正後開弁時間で、前記三方弁の制御を行うように構成されている請求項１に記載の内燃機関。
3. 制御室と三方弁とニードルと噴射孔とを有する燃料噴射装置を備え、前記燃料噴射装置より燃料を噴射しないときには、前記三方弁を制御して前記制御室と高圧側燃料流路が連通する第１連通状態に切り替えることで、前記高圧側燃料流路より前記制御室に流入する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを押し下げて前記噴射孔を閉塞する一方で、前記燃料噴射装置より燃料を噴射するときには、前記三方弁を制御して前記制御室と低圧側燃料流路がオリフィスを介して連通する第２連通状態に切り替えることで、前記制御室から前記低圧側燃料流路に燃料を流出する状態での前記制御室の内部の圧力に応じて前記ニードルを離間させて前記噴射孔を開通する内燃機関の燃料噴射制御方法において、
   前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えたときにこの切り替え時点から前記ニードルが前記噴射孔から離間して燃料噴射が開始されるまでの時間で、前記内燃機関の運転状態に応じて変化する噴射待機時間よりも短い検査時間を設定し、
   前記燃料噴射装置から燃料噴射をしていないときに、前記三方弁を前記第１連通状態から前記第２連通状態に切り替えて、前記検査時間を経過した後に、前記三方弁を前記第２連通状態から前記第１連通状態に戻す検査制御を行うと共に、この検査制御の間に前記低圧側燃料流路に備えた流量計の検出値を基にした補正用の物理量に基づいて、燃料噴射時における前記三方弁の制御量を補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
4. 前記検査制御時の燃料の状態から得た物理量を、燃料の単位時間当たりの最大流量、燃料の流量の変化率、または、燃料の流出が開始するタイミングのいずれか一つ又はいくつかの組み合わせとし、
   前記燃料噴射装置からの燃料噴射時では、これらの物理量に基づいて、前記三方弁の制御量のうちの開弁用時間に関する補正時間を算出して、この算出した補正時間を基本開弁用時間に加算して算出される補正後開弁時間で、前記三方弁の制御を行う請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法。

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