JPH0771347A

JPH0771347A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH0771347A
Application number: JP5215612A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Matsuyoshi; 悦正松良; Hiroshi Kamikubo; 洋上久保; Yoshihisa Yamaki; 芳久山木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-14
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JP2792407B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明装置及びその方法の目的は、エンジ
ン回転速度に関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微
粒化を促進し、着火性の改善を図ることにある。【構成】畜圧用の燃料噴射ポンプ９、同ポンプから圧
送される圧縮燃料を保持する燃料畜圧室８、同燃料畜圧
室に連通され第１電磁弁１７の開閉によりピストン頂面
の燃焼室１２にメイン噴射を行う第１ノズル１３、燃料
畜圧室８に連通され第２電磁弁１７の開閉により燃焼室
１２にサブ噴射を行う第１ノズル１３の噴孔３６より小
さい噴孔３６’を有する第２ノズル１４、第１及び第２
ノズルの噴射制御を行うべく第１及び第２電磁弁を開閉
制御する制御手段２８を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直噴式のディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法、特に、１噴
射行程において、メイン噴射とサブ噴射とを行うように
した燃料噴射装置及び燃料噴射制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直噴式のディーゼルエンジンでは
各燃焼室に燃料噴射弁のノズルをそれぞれ対向配備し、
各燃料噴射弁にはエンジン回転力を受けて駆動する高圧
燃料噴射ポンプによって加圧された高圧燃料を供給す
る。この高圧燃料噴射ポンプはそのハウジング内にエン
ジン回転力を受けて駆動するカム軸を備えると共に各気
筒数分のプランジャポンプ部を備える。各プランジャポ
ンプ部はカム軸上の対向するカムによってポンプ作動さ
れる。このような直噴式のディーゼルポンプではプラン
ジャポンプ部のプランジャバレルに内嵌されるプランジ
ャをコントロールラックによって操作し、カム軸の回転
角をタイマによって進角遅角制御し、これによって各プ
ランジャポンプ部に連通する燃料噴射弁への燃料噴射量
や噴射時期を調整するようにしている。

【０００３】ところで、このような直噴式のディーゼル
エンジンではノズルによって燃焼室に噴霧された燃料粒
がエアと混合して自己着火するまでの間に着火遅れがあ
る。この着火遅れによる騒音発生が問題と成っており、
その対策としてメイン噴射に先立って噴射する、いわゆ
るパイロット噴射を行って着火性を改善し、燃焼圧の過
度の上昇を防止して騒音を低減するこを可能としてい
る。更に、直噴式のディーゼルエンジンでは着火遅れに
よる燃焼圧の過度の上昇により、特に、中高負荷時には
燃焼室温度が上昇し、ＮＯ_Xが急増することが問題と成
っており、その対策として上述のパイロット噴射の他に
も燃料の微粒化の促進や、サブ噴射による燃焼室温度の
冷却処理が有効と見做されている。

【０００４】更に、エンジン暖機前には燃焼室が低温雰
囲気下にあり、特に着火性が低いことより、アイドル等
軽負荷時の着火遅れによる燃焼騒音が問題視され、しか
も、低負荷時のＮＯ_X及び燃焼騒音対策としての噴射時
期遅延処理（以降単にリタード処理と称する）によって
未燃焼粒が急増し、これによる白煙発生が問題と成って
おり、その対策として燃料の微粒化の促進や、エンジン
暖機前における燃料噴射圧を高くすること（このことは
第２ノズルでは噴射率が相対的に低減することを意味す
る）が有効とされている。このように、従来の直噴式デ
ィーゼルエンジンはエンジンの各運転状態に応じて、そ
れぞれ最適な運転状態を得るには、燃料粒の微粒化をよ
り促進させて着火性を改善し、しかも、各運転状態に応
じて燃料噴射圧を十分に増減調整でき、燃料噴射時期を
十分に進角或いは遅角させることが可能な機構が必要と
なる。

【０００５】処が、直噴式で単一燃料噴射弁を備えたデ
ィーゼルエンジンでは燃料噴射弁のノズルの噴孔径が一
定であり、過度に噴孔径を絞ると高速高負荷で燃料噴射
期間が長くなりすぎ、燃焼が悪化し出力が確保出来ない
という問題があった。

【０００６】そこで、例えば、特開平２−５７１０号公
報に示されるように、ディーゼルエンジンの各燃焼室に
メイン噴射とパイロット噴射を各噴射行程毎に行うよう
にした燃料噴射装置が知られている。ここでは各気筒の
燃焼室にメインノズルとパイロットノズルが対向配備さ
れ、列型燃料噴射ポンプのポンプハウジング内に列状に
配備された各プランジャポンプ部にこれら各ノズルが連
結される。この装置によれば所定の燃料噴射率を確保で
きるメイン噴射とこれに先立ち、小燃料噴射率だが燃料
微粒化を図れるパイロット噴射とを行うことによって、
着火性を改善し、燃焼圧及び燃焼温度の過度の上昇を防
止して騒音を低減し、ＮＯ_Xを低減でき、ここでは、特
に、メイン噴射とパイロット噴射の時期をずらせて空気
利用率を向上させ、スモークの発生も抑えることができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような各
燃焼室に対向配備されるメインノズルとパイロットノズ
ルにそれぞれ高圧燃料を供給する列型燃料噴射ポンプは
パイロットノズル側の噴射圧力がサブノズル用噴射ポン
プ（プランジャポンプ部）のカム形状及びポンプ速度
（エンジン回転速度）に依存することより、一般に低速
運転域では十分な燃料圧が得られず、この点から燃料粒
の微粒化の促進に問題が生じ易く、燃焼改善を十分に行
えなかった。

【０００８】しかも、上述の装置は２ノズル２ポンプ
（噴射ポンプ２ケ−メインノズル用１台、サブノズル用
１台）システムであり、噴射ポンプの数が多く、燃料噴
射ポンプの搭載構成が複雑化し、コストアップを招き易
く、この点でも問題があった。更に、従来のディーゼル
エンジンはエンジン暖機前のアイドル等軽負荷時の着火
遅れによる燃焼騒音が問題視され、しかも、低負荷時の
ＮＯ_X及び燃焼騒音対策としてのリタード処理によって
未燃焼粒が急増し、白煙発生が問題となっている。

【０００９】本発明装置の目的は、エンジン回転速度に
関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を促進
し、着火性の改善を図ることにある。本発明方法の目的
は、エンジン回転速度に関係無く常に燃焼室に噴霧され
る燃料の微粒化を促進して着火性を改善した装置を用い
て、運転状態に応じた燃料噴射モードで燃料噴射を行う
ことによって、燃焼騒音低減等を図れる最適な燃焼状態
を得ることにある。他の発明方法の目的は、エンジン回
転速度に関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化
を促進して着火性を改善した装置を用いて、運転状態に
応じた燃料噴射モードで燃料噴射を行うことによって、
燃焼騒音の低減、ＮＯ_Xの低減、スモークの低減、低温
時の白煙低減アイドル等軽負荷時の燃焼騒音低減等を図
れる最適な燃焼状態を得ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明装置は燃料を高圧
に昇圧する蓄圧用の燃料噴射ポンプ、同燃料噴射ポンプ
から圧送される高圧燃料を保持する燃料蓄圧室、同燃料
蓄圧室に連通され第１電磁弁の開閉によりピストン頂面
の燃焼室にメイン噴射を行う第１ノズル、上記燃料蓄圧
室に連通され第２電磁弁の開閉によりピストン頂面の上
記燃焼室にサブ噴射を行う上記第１ノズルの噴孔より小
さい噴孔を有する第２ノズル、上記第１及び第２ノズル
の噴射制御を行うべく上記第１及び第２電磁弁を開閉制
御する制御手段を備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明方法はエンジンの運転状態を検出す
る運転状態検出手段、燃料を高圧に昇圧する蓄圧用の燃
料噴射ポンプ、同燃料噴射ポンプから圧送される高圧燃
料を保持する燃料蓄圧室、同燃料蓄圧室に連通され第１
電磁弁の開閉によりピストン頂面の燃焼室にメイン噴射
を行う第１ノズル、上記燃料蓄圧室に連通され第２電磁
弁の開閉によりピストン頂面の上記燃焼室にサブ噴射を
行うと共に第１ノズルの噴孔より小さい噴孔を有する第
２ノズル、上記第１及び第２ノズルの噴射制御を行うべ
く上記第１及び第２電磁弁を開閉制御する制御手段を用
い、上記制御手段が上記運転状態検出手段の出力信号に
応じて上記第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特
徴とする。

【００１２】特許請求の範囲第２項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記運転状態検
出手段が、エンジン回転数を検出する回転数センサと、
エンジン負荷を検出する負荷センサと、エンジンの冷却
水温度を検出する冷却水温度センサとを備え、上記制御
手段は、上記回転数センサ、負荷センサ、及び冷却水温
度センサの出力信号に応じて上記第１及び第２電磁弁を
開閉制御することを特徴とする。

【００１３】特許請求の範囲第３項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記制御手段
が、上記冷却水温度センサにより検出された温度が設定
温度未満の場合に、上記回転数センサにより検出された
回転数が第１設定回転数以上で、且つ上記負荷センサに
より検出された負荷が第１設定負荷以下の第１の運転状
態のとき、上記第２ノズルのみで燃料噴射を行うと共
に、上記第１の運転状態以外の第２の運転状態のとき、
上記第１ノズルのみで燃料噴射を行うように上記第１及
び第２電磁弁を開閉制御することを特徴とする。

【００１４】特許請求の範囲第３項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記制御手段
が、上記冷却水温度センサにより検出された温度が設定
温度以上で、且つ上記回転数センサにより検出された回
転数が第２設定回転数以下の場合に、上記負荷センサに
より検出された負荷が第２設定負荷以下の第３の運転状
態のとき、上記第２ノズルのみで燃料噴射を行うと共
に、上記負荷センサにより検出された負荷が第２設定負
荷を越える第４の運転状態のとき、上記第１ノズルのみ
で燃料噴射を行うように上記第１及び第２電磁弁を開閉
制御することを特徴とする。

【００１５】特許請求の範囲第３項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記制御手段
が、上記冷却水温度センサにより検出された温度が設定
温度以上の場合に、上記回転数センサにより検出された
回転数が第２設定回転数を越え、且つ上記負荷センサに
より検出された負荷が第２設定負荷以下の第５の運転状
態のとき、上記第２ノズルの燃料噴射を上記第１ノズル
の燃料噴射の前に完了するよう上記第１及び第２電磁弁
を開閉制御することを特徴とする。

【００１６】特許請求の範囲第３項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記制御手段
が、上記冷却水温度センサにより検出された温度が設定
温度以上の場合に、上記回転数センサにより検出された
回転数が第２設定回転数を越え、且つ上記負荷センサに
より検出された負荷が第２設定負荷を越え第３設定負荷
以下の第６の運転状態のとき、上記第２ノズルの燃料噴
射を上記第１ノズルの燃料噴射の期間中に完了するよう
上記第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴とす
る。

【００１７】特許請求の範囲第３項に記載のディーゼル
エンジンの燃料噴射制御方法は、特に、上記制御手段
が、上記冷却水温度センサにより検出された温度が設定
温度以上の場合に、上記回転数センサにより検出された
回転数が第２設定回転数を越え、且つ上記負荷センサに
より検出された負荷が第３設定負荷を越える第７の運転
状態のとき、上記第２ノズルの燃料噴射を上記第１ノズ
ルの燃料噴射の期間中に開始し上記第１ノズルの燃料噴
射の終了後に完了するよう上記第１及び第２電磁弁を開
閉制御することを特徴とする特許請求の範囲第３項に記
載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法とを特徴と
する。

【００１８】

【作用】本発明装置は燃料噴射ポンプからの高圧燃料を
燃料蓄圧室に保持し、同燃料蓄圧室に連通される第１ノ
ズル及び第１ノズルの噴孔より小さい噴孔を有する第２
ノズルを噴射制御することによって燃料蓄圧室の圧縮燃
料をメイン及びサブ燃料噴射することが可能であり、燃
料蓄圧室の高圧燃料がエンジン回転速度に関係無く常に
微粒化されて燃焼室に噴霧されるようになる。本発明方
法は燃料噴射ポンプからの高圧燃料を燃料蓄圧室に保持
し、エンジンの運転状態に応じて同燃料蓄圧室に連通さ
れる第１ノズル及び第２ノズルを第１及び第２電磁弁を
介してメイン及びサブ燃料噴射制御するので、常に、微
粒化された燃料をエンジン運転状態に応じて噴射するこ
とが可能となる。本発明方法は、特に、回転数センサ、
負荷センサ、及び冷却水温度センサの出力信号に応じ
て、第１ノズル及び第２ノズルを第１及び第２電磁弁を
介してメイン及びサブ燃料噴射制御するので、常に微粒
化された燃料を回転数、負荷及び冷却水に応じて任意の
時期に噴射することが可能となる。

【００１９】本発明方法は、特に、温度が設定温度未満
の場合に、回転数が第１設定回転数以上で、且つ負荷が
第１設定負荷以下の第１の運転状態のとき、第２ノズル
のみを第２電磁弁を介して燃料噴射制御し、第１の運転
状態以外の第２の運転状態のとき、第１ノズルのみを第
１電磁弁を介して燃料噴射制御するので、第１の運転状
態では少量の燃料が微細化された状態で噴霧される。又
第２の運転状態では微細化され、且つ十分な噴射量の燃
料を確保することができる。本発明方法は、特に、温度
が設定温度以上で、且つ回転数が第２設定回転数以下の
場合に、負荷が第２設定負荷以下の第３の運転状態のと
き、第２ノズルのみを第２電磁弁を介して噴射制御する
と共に、負荷が第２設定負荷を越える第４の運転状態の
とき、第１ノズルのみを第１電磁弁を介して噴射制御す
るので、第３の運転状態では少量の燃料が微細化された
状態で噴霧される。又第４の運転状態では微細化され、
且つ十分な噴射量の燃料を確保することができる。

【００２０】本発明方法は、特に、温度が設定温度以上
の場合に、回転数が第２設定回転数を越え、且つ負荷が
第２設定負荷以下の第５の運転状態のとき、第２ノズル
の燃料噴射を第１ノズルの燃料噴射の前に完了するよう
第１及び第２電磁弁を開閉制御するので、第２ノズルか
ら噴射される小量の微細化された燃料の燃焼により既然
ガスが生成し、ＥＧＲガスと同様に、第１ノズルからの
大量の微粒化された燃料の燃焼温度を低下させることが
出来る。本発明方法は、特に、温度が設定温度以上の場
合に、回転数が第２設定回転数を越え、且つ負荷が第２
設定負荷を越え第３設定負荷以下の第６の運転状態のと
き、第２ノズルの燃料噴射を第１ノズルの燃料噴射の期
間中に完了するよう第１及び第２電磁弁を開閉制御する
ので、第１ノズルから噴射される大量の微粒化された燃
料の燃焼によって、良好な燃焼が起り燃焼温度が上昇す
るが、第１ノズルからの噴射途中に第２ノズルからの燃
料の噴霧により冷却され、過度のの燃焼温度上昇を抑制
出来る。

【００２１】本発明方法は、特に、温度が設定温度以上
の場合に、回転数が第２設定回転数を越え、且つ負荷が
第３設定負荷を越え第７の運転状態のとき、第２ノズル
の燃料噴射を第１ノズルの燃料噴射の期間中に開始し第
１ノズルの燃料噴射の終了後に完了するよう第１及び第
２電磁弁を開閉制御するので、第１ノズルから噴射され
る大量の微粒化された燃料の拡散燃焼後期において、第
２ノズルからの燃料の噴霧の運動エネルギーにより、燃
料と空気のミキシングを促進させることが出来る。

【００２２】

【実施例】図１及び図４には本発明の一実施例としての
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置を示した。ここで、
ディーゼルエンジン（以後端にエンジンと記す）１はシ
リンダブロック２とシリンダヘッド３を備え、これらに
よって４つのシリンダ４（図１には１つのみ示した）が
形成されている。各シリンダ４にはそれぞれ第１燃料噴
射弁５と第２燃料噴射弁６が対向配備され、両燃料噴射
弁は噴射管７及びコモンレール８を介して列型の高圧燃
料供給ポンプ９に連結されている。各シリンダ４にはそ
れぞれキャビティー１０の形成されたピストン１１が嵌
挿され、これによりシリンダ４内には燃焼室１２が形成
される。燃焼室１２には図示しない吸気系及び排気系が
接続され、吸気行程時に吸気系からの新気が燃焼室１２
に流入して新気のスワールが生じるように構成されてい
る。ここで各燃焼室１２には圧縮上死点近傍で第１燃料
噴射弁５と第２燃料噴射弁６の第１、第２各ノズル１
３，１４より燃料粒が所定のパターンで噴霧され、スワ
ールによって空気と混合した燃料が圧縮着火され、燃焼
が行われている。第１燃料噴射弁５はキャビティー１０
の中心部に対応するようにシリンダヘッド３に支持さ
れ、また、第２燃料噴射弁６は、この第１燃料噴射弁５
から所定量離れてシリンダヘッド３に支持され、第１、
第２ノズル１３，１４を圧縮上死点近傍に達したピスト
ンのキャビティー１０に対向させるように設けられる。

【００２３】第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁６は互
いに同様の構成を採り、噴孔数及び噴孔形状のみが相違
し、ここでは主に第１燃料噴射弁５を説明する。図２及
び図３に示すように、第１燃料噴射弁５はケーシング１
５，１６内に第１電磁弁１７と第１ノズル１３とを備え
る。第１電磁弁１７はケーシング１５に支持されるソレ
ノイド１８と、ソレノイド１８により切換え操作される
アウタバルブ１９と、アウタバルブ１９内に摺動可能に
嵌挿されるインナバルブ２０と、ソレノイド１８のオフ
時にアウタバルブ２０が当接するケーシング１５上のア
ウタシート２１と、ソレノイド１８のオン時にインナバ
ルブ２０が当接するアウタバルブ２０上のインナシート
２２と、ソレノイド１８のオフ時に流入口２４をノズル
背後室２５に連通するアウタバルブ２０の孔２３と、ソ
レノイド１８のオン時に流出口２７をノズル背後室２５
に連通する排出路２６とを備える。

【００２４】ソレノイド１８は後述のコントロールユニ
ット２８に接続され、流出口２７は燃料タンク２９に図
示しない低圧管を介して連結される。図２及び図３に示
すように、第１ノズル１３は本体３０と、本体３０内に
摺動可能に嵌挿される針弁３１と、針弁３１の上端にピ
ン３２を介して当接するコマンドピストン３３の背側に
当接可能に配備されると共にばね３４によりノズル背後
室２５側に押圧されるワンウェイオリフィス３５と、本
体３０の下端に設けられる噴孔３６を針弁３１のリフト
時に噴射管７に連通させる燃料路３７とを備える。この
第１燃料噴射弁５のノズル１３は圧縮上死点に有るピス
トン１１のキャビティー１０のほぼ中央に配置され、図
５に示すように、例えば５つの噴孔３６よりの各燃料流
をキャビティー１０の全域（平面視において）に分散し
て噴霧できるように形成される。

【００２５】これに対して、第２燃料噴射弁６は第２電
磁弁１７’と第２ノズル１４を備え、特に第２ノズル１
４は圧縮上死点に有るピストン１１のキャビティー１０
の周辺部に配置され、図６に示すように、例えばキャビ
ティー１０の中央部に向かう１つの噴孔３６’と、スワ
ール方向Ｓに向かう１つの噴孔３６’とを備え、特に両
噴孔３６’は第１燃料噴射弁５の各噴孔３６に対して噴
孔面積が小さく設定され、少量噴射時における燃料の霧
化の容易化を図れるように構成される。ここで第１燃料
噴射弁５の燃料噴射作動を説明する。ここで第１電磁弁
１７がコントロールユニット２８によりオフに保持され
ると、図２に示すように、アウタバルブ１９が戻しばね
１８１によりアウタシート２１に押圧されて流出口２７
はノズル背後室２５と遮断され、インナバルブ２０がイ
ンナシート２２より離れ、流入口２４がノズル背後室２
５に連通する。このため、燃料管７の高圧燃料がノズル
背後室２５に達して、コマンドピストン３３の背側に押
圧力を針弁３１に加え、針弁は閉位置に保持される。

【００２６】他方、第１電磁弁１７がコントロールユニ
ット２８によりオンに保持されると、図３に示すよう
に、アウタバルブ１９が戻しばね１８１の弾性力に抗し
てリフトし、アウタシート２１より離れ、流出口２７は
ノズル背後室２５と連通し、インナバルブ２０がインナ
シート２２に当接すると共に、孔２３がふさがれるた
め、流入口２４がノズル背後室２５と遮断される。この
ため、ノズル背後室２５の高圧燃料がアウタバルブ１９
とアウタシート２１の隙間より排出路２６を経て排出さ
れる際に、ワンウェイオリフィス３５がばね３４の押圧
力を受けて上昇作動し、ノズル背後室２５の燃料がワン
ウェイオリフィス３５を通過してからアウタバルブ１９
とアウタシート２１の隙間側に流動する。これによって
ノズル背後室２５の油圧、即ち、コマンドピストン３３
及び針弁３１に加わる閉弁力は次第に低下し、針弁３１
は段部３１１に加わる燃料路３７からの高圧燃料の押圧
力により噴射開始をし、漸増的な開弁作動を成し、５つ
の噴孔３６により各燃料流をキャビティー１０の全域
（平面視において）に分散して噴霧できる。なお、最大
噴射率の状態よりソレノイド１８への通電を停止させる
と、アウタバルブ１９が降下し、インナシート２２が開
き、また孔２３を介して流入口２４とノズル背後室２５
が連なりノズル背後室２５がワンウェイオリフィス３５
を迂回した高圧燃料で一気に高圧化し、針弁３１を閉
じ、シャープな噴射終了が得られる。

【００２７】同様に第２燃料噴射弁６も第２電磁弁１
７’がオンオフ出力を受けることによって燃料噴射制御
されるが、同弁の第２ノズル１４の噴孔３６’は比較的
小さく、例えばキャビティー１０の中央部に向かう噴霧
流と、スワール方向Ｓに向かう噴霧流とのみが少量噴射
される。燃料管７に高圧燃料を供給するコモンレール８
はシリンダブロック２の長手方向に沿って配備され、高
圧燃料供給ポンプ９よりの高圧燃料を高圧状態のまま収
容し、各気筒毎の第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁６
にそれぞれ連通する各噴射管７に高圧燃料を供給する。
なおコモンレール８には内部の燃料圧情報をコントロー
ルユニット２８に出力する圧力センサ３８が装着され
る。

【００２８】高圧燃料供給ポンプ９はエンジン回転力を
受けて増速駆動され高速回転するカム軸５５を備え、カ
ム軸５５に形成されたカム５６及びプランジャ４９とか
らなるピストン式ポンプ部４０を有し、ピストン式ポン
プ部４０の吐出路４１をコモンレール８に逆止弁４２を
介して連通させる。しかもピストン式ポンプ部４０はそ
の流入口４５に対して燃料タンク２９及びフィードポン
プ４３に連通する流入路４４を連通させ、しかも、流入
路４４の途中には吐出口４６からの戻し路４７が合流す
る。この戻し路４７には吐出量制御バルブ４８が設けら
れ、この開閉制御がコントロールユニット２８によって
行われている。ピストン式ポンプ部４０の吐出量制御バ
ルブ４８はプランジャ４９の降下時には開かれ、同バル
ブ４８を介して低圧燃料がポンプ室５０に供給される。
プランジャ４９の上昇時において、吐出量制御バルブ４
８が通電され無い時点では、吸入燃料は昇圧されること
なく、再び流出流入路４４に戻される。必要タイミング
で吐出量制御バルブ４８がオンされると戻し路４７が断
たれ、ポンプ室５０が昇圧され、逆止弁４２を通りコモ
ンレール８へ高圧燃料（約１０００Ｋｇ／ｃｍ²超）が
圧送される。

【００２９】このように吐出量制御バルブ４８の閉弁以
降のプランジャリフト分が吐出量に寄与することと成
る。同実施例においては、通常のカムを高速回転させて
燃料を昇圧しているが、これに限定されるものではな
く、カムに複数の凸部を形成してカム軸を増速回転しな
い場合にも同様に燃料の昇圧が可能である。コントロー
ルユニット２８は周知のマイクロコンピュータで要部が
成り、電子制御回路から成る制御手段２８１、装置内の
各機構部を制御するための各種制御プログラムを記憶し
た記憶手段２８２、装置内の各機構部及びセンサ部と連
結される入出力回路２８３等で構成される。入出力回路
２８３にはコモンレール８内の燃料圧力情報を出力する
圧力センサ３８、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジ
ン回転数センサ５１、エンジン負荷Ｌを検出する負荷セ
ンサ５２、水温Ｗｔを検出する水温センサ５３、単位ク
ランク角信号ｄθ及び気筒判別信号を出力するクランク
角センサ５４等が連結され、しかも、吐出量制御バルブ
４８、第１燃料噴射弁５及び第２燃料噴射弁６に駆動信
号を出力するように構成される。

【００３０】記憶手段２８２には、図１０に示すような
噴射制御処理のプログラムが記憶処理され、同制御で用
いる第１、第２回転速度Ｎｅ１、Ｎｅ２や設定第１、第
２、第３負荷Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が前以て記憶処理され
る。ここで、コントロールユニット２８の制御処理を図
１０，図１１の噴射量演算ルーチン、燃料噴射弁駆動ル
ーチンに沿って説明する。図示しないメインスイッチの
オン処理によってコントロールユニット２８は噴射量演
算処理をスタートさせる。

【００３１】まず、各センサより運転状態を取り込み、
所定のエリアにストアする。ステップｓ２ではエンジン
回転数Ｎｅ及び負荷Ｌに応じた運転域がエンジンブレー
キ時等のあらかじめ設定されている燃料カット域か否か
判断し、燃料カット域ではＦＣＦＬＧをオンし、ステッ
プｓ１に戻る。非燃料カット域ではＦＣＦＬＧをオフ
し、ステップｓ５に達し、ここで、冷却水温Ｔｗが設定
値である暖機完了判定値Ｔｗｏを上回るか否か判断す
る。冷態時にステップｓ６，ｓ７に達すると、そこでは
最新のＮｅ，Ｌを取り込み、図７に示した第１の運転状
態Ｍ１に達しているか、即ち、Ｎｅ≧Ｎｅ１、Ｌ≦Ｌ１
の領域か否か判断する。第１の運転状態Ｍ１に達してい
るとステップｓ８に進み、ここでは第１の運転状態Ｍ１
での噴射モードを選択し、図９（ａ）に示す第２燃料噴
射弁６（第２ノズル１４）のみの噴射処理における噴射
量（クランク角θｓ相当の時間）Ｔｓと、噴射時期θｔ
を所定の噴射量及び噴射時期算出マップを用いて現在の
Ｌ、Ｎｅに沿って算出し、所定のエリアにストアし、ス
テップｓ１に進む。

【００３２】この場合、第２ノズル１４のみによる噴射
処理が図６に示すように、実行されることにより、比較
的小さい噴孔３６’より比較的小量の燃料が微細化され
て噴霧されることとなり、アイドル時であれば、冷態時
であっても着火性が改善されるので、しかも未撚ガスの
発生が抑えられ、アイドル時及び発進時等の白煙の発生
も低減される。なお、このような噴射量演算ルーチンの
途中で、単位クランクパルスｄθの入力により図１１の
燃料噴射弁駆動ルーチンが割込みによって実行される。
この場合、ステップａ１，ａ２では単位クランクパルス
ｄθの周期を算出し、最新のエンジン回転数Ｎｅを算出
する。続いてエンジン回転数Ｎｅを所定エリアにストア
し、現在の負荷Ｌをも所定エリアにストアする。

【００３３】ステップａ３ではＦＣＦＬＧ＝１か否か判
断し、Ｙｅｓではリターンし、Ｎｏではステップａ４，
ａ５に進む。ここでは噴射量演算ルーチンで算出済の現
在の値、即ち、θｔ（或いはθｔ１，θｔ２）を取り込
み、基準信号θ０に対しての各気筒の噴射時期を求め、
これと第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁６の噴射量Ｔ
ｍ，Ｔｓとを第１燃料噴射弁５と第２燃料噴射弁６の周
知の噴射駆動回路（図示せず）にそれぞれセットし、ト
リガし、噴射量演算ルーチンにリターンする。噴射量演
算ルーチンのステップｓ７より第１の運転状態Ｍ１に無
いとして、即ち、図７に示した第２運転状態Ｍ２に達し
ているとステップｓ９に進むと、ここでは第２の運転状
態Ｍ２での噴射モードを選択し、図９（ｂ）に示す第１
燃料噴射弁５（第１ノズル１３）のみの噴射処理におけ
る噴射量（クランク角θｍ相当の時間）Ｔｍと、噴射時
期θｔを所定の噴射量及び噴射時期算出マップを用いて
現在のＬ、Ｎｅに沿って算出し、所定のエリアにストア
し、ステップｓ１に進む。

【００３４】この場合、第１ノズル１３のみによる噴射
処理が図５に示すように、実行されることにより、微細
化される上で十分な量の燃料が燃焼室１２に噴霧され、
冷態時であっても着火性が改善され、黒煙発生が抑えら
れる。上述のステップｓ５で暖機完了としてステップｓ
１０、ｓ１１に達すると、ここでは最新のＮｅ，Ｌを取
り込み、現在のエンジン回転数Ｎｅが設定第２回転数Ｎ
ｅ２を上回るか否か判断し、上回るとステップｓ１２に
進む。ここでは、更に、現在の負荷Ｌが設定第２負荷Ｌ
２より小さいか否か判断し、小さいとステップｓ１４に
進み、図８に示す第５の運転状態Ｍ５に達していると見
做し、ここでは図９（ｃ）に示す第５の運転状態Ｍ５で
の噴射モードを選択し、第２燃料噴射弁６と第１燃料噴
射弁５の噴射処理における噴射量（クランク角θｓ，θ
ｍ相当の時間）Ｔｓ，Ｔｍと、噴射時期θｔ１，θｔ２
を所定の噴射量及び噴射時期算出マップを用いて算出
し、所定のエリアにストアし、ステップｓ１に進む。

【００３５】この場合、第２燃料噴射弁６の第２ノズル
１４により、微粒化された小量の燃料粒をパイロット噴
射することにより、パイロット噴射に見合った既燃ガス
が発生し、これがＥＧＲと同様の作用をすることによっ
てメイン噴射の燃料の燃焼温度を低下させてＮＯ_Xを低
減させることが出来る。他方、現在の負荷Ｌが設定第２
負荷Ｌ２より小さく無いと判断し、ステップｓ１３に達
すると、Ｌ２＜Ｌ≦Ｌ３の領域か否か判断する。ここで
設定第２負荷Ｌ２と設定第３負荷の間に現在の負荷Ｌが
あり、図８に示す第６の運転状態Ｍ６に達していると、
ここでは図９（ｄ）に示す第２燃料噴射弁６と第１燃料
噴射弁５の噴射処理における噴射量（クランク角θｓ，
θｍ相当の時間）Ｔｓ，Ｔｍと、噴射時期θｔ１，θｔ
２を所定の噴射量及び噴射時期算出マップを用いてそれ
ぞれ算出し、所定の各エリアにストアし、ステップｓ１
に進む。

【００３６】この場合、第１燃料噴射弁５によるメイン
噴射が噴射時期θｔ２に開始してその後の噴射時期θｔ
１にサブ噴射が噴射量（クランク角θｓ相当の時間）Ｔ
ｓだけ行われ、その後にメイン噴射が終了することと成
る。この場合、メイン噴射により燃焼室の燃焼温度は上
昇するが途中のサブ噴射により冷却され、過度の燃焼温
度の上昇が抑えられ、ＮＯ_Xの発生が防止され、しかも
サブ噴射される燃料粒は微細化され空気利用率及び着火
性も改善され、黒煙発生が抑えられる。上述のステップ
ｓ１３でＬ２＜Ｌ≦Ｌ３の領域に無い、即ち、図８に示
す第７の運転状態Ｍ７に達していると、ここでは図９
（ｅ）に示す第２燃料噴射弁６と第１燃料噴射弁５の噴
射処理における噴射量（クランク角θｓ，θｍ相当の時
間）Ｔｓ，Ｔｍと、噴射時期θｔ１，θｔ２を所定の噴
射量及び噴射時期算出マップを用いてそれぞれ算出し、
所定の各エリアにストアし、ステップｓ１に進む。

【００３７】この場合、第１燃料噴射弁５によるメイン
噴射θｍが噴射時期θｔ２に開始してその終了前の噴射
時期θｔ１にサブ噴射が開始し、噴射量（クランク角θ
ｓ相当の時間）Ｔｓだけ行われ、メイン噴射終了後にサ
ブ噴射（アフター噴射）が終了することと成る。この場
合、メイン噴射に連続してサブ噴射（アフター噴射）が
行われるが、噴射後期に少量で、比較的微細化された高
圧のサブ噴射が成されることより、メイン噴射されてい
る燃料の拡散燃焼後期に、燃料空気のミキシングが促進
され、結果として、高出力時における黒煙発生を抑えら
れる。

【００３８】他方、ステップｓ１１において、現在のエ
ンジン回転数Ｎｅが設定第２回転数Ｎｅ２未満であると
してステップｓ１７に達すると、ここでは最新のＬが設
定され第２負荷Ｌ２以下か否か判断し、設定第２負荷Ｌ
２以下ではステップｓ１８に進む。ここでは、図８に示
す第３の運転状態Ｍ３に達しているとして、図９（ｆ）
に示す第２燃料噴射弁６のみの噴射処理における噴射量
（クランク角θｓ相当の時間）Ｔｓと、噴射時期θｔ１
を所定の噴射量及び噴射時期算出マップを用いて算出
し、所定の各エリアにストアし、ステップｓ１に進む。
この場合、第２燃料噴射弁６の第２ノズル１４により、
微粒化された燃料粒を小燃料噴射率下で噴射時間Ｔｓを
かけて噴射する。このため、低回転低負荷時の燃料の微
粒化が進み、着火性が良く燃焼室温度の上昇を抑えＮＯ
_X発生を確実に低減でき、更に、未燃炭化水素ＨＣ及び
燃焼騒音が抑えられる。

【００３９】他方、ステップｓ１７で最新のＬが設定第
２負荷Ｌ２を上回るとしてステップｓ１９に達すると、
ここでは、図８に示す第４の運転状態Ｍ４に達している
として、図９（ｇ）に示す第１燃料噴射弁５のみの噴射
処理における噴射量（クランク角θｍ相当の時間）Ｔｍ
と、噴射時期θｔ２を所定の噴射量及び噴射時期算出マ
ップを用いて算出し、所定の各エリアにストアし、ステ
ップｓ１に戻る。この場合、第１燃料噴射弁５の第１ノ
ズル１３のみによって燃料粒を噴射時間Ｔｓ噴射する。
このため、低回転高負荷時の燃料の微粒化が進み、着火
性が良い上に黒煙発生を確実に低減できる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば高圧
の燃料を燃料畜圧室に保持し、同燃料畜圧室に連通され
る第１ノズル及び第１ノズルの噴孔より小さい噴孔を有
する第２ノズルによって燃料をメイン及びサブ燃料噴射
することが可能であり、高圧の燃料がエンジン回転速度
に関係無く常に微粒化され、着火性が改善される。本発
明方法によれば、エンジン回転速度に関係無く常に燃焼
室に噴霧される燃料の微粒化を促進して着火性を改善し
た装置を用い、運転状態に応じた燃料噴射モードで燃料
噴射を行うので、各運転状態において最適な燃焼状態を
得ることができる。本発明方法によれば、エンジン回転
速度に関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を
促進して着火性を改善した装置を用い、特に、回転数セ
ンサ、負荷センサ、及び冷却水温度センサの出力信号に
応じて、メイン及びサブ燃料噴射制御を行うので、各運
転状態において最適な燃焼状態を得ることができる。

【００４１】本発明方法によれば、エンジン回転速度に
関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を促進し
て着火性を改善した装置を用い、特に、冷却水温度が設
定温度未満の場合に、回転数が第１設定回転数以上で、
負荷が第１設定負荷以下の第１の運転状態のとき、第２
ノズルのみを噴射制御し、第１の運転状態以外の第２の
運転状態のとき、第１ノズルのみを噴射制御するので、
第１の運転状態では第２ノズルからの少量の微細化され
た燃料の噴射により着火性が改善されることにより未撚
ガスの発生が抑えれら、白煙の排出を低減できる。

【００４２】又第２の運転状態では第１ノズルから噴射
される微粒化され、且つ十分な量の燃料によって、着火
性が改善され、その上黒煙の発生が抑えられる。本発明
方法によれば、エンジン回転速度に関係無く常に燃焼室
に噴霧される燃料の微粒化を促進して着火性を改善した
装置を用い、特に、冷却水温度が設定温度以上で回転数
が第２設定回転数以下の場合に、負荷が第２設定負荷以
下の第３の運転状態のとき、第２ノズルのみを噴射制御
すると共に、負荷が第２設定負荷を越える第４の運転状
態のとき、第１ノズルのみを噴射制御するので、第３の
運転状態では第２ノズルからの少量の微細化された燃料
の噴射により着火性が改善されると共に、燃焼室温度の
過度の上昇が抑えられるため、ＮＯ_Xの発生を低減出
来、更に未燃炭化水素ＨＣ、及び燃焼騒音を抑えられ
る。又第４の運転状態では第１ノズルから噴射される微
粒化され、且つ十分な量の燃料によって、着火性が改善
され、その上黒煙の発生も抑えられる。

【００４３】本発明方法によれば、エンジン回転速度に
関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を促進し
て着火性を改善した装置を用い、特に、冷却水温度が設
定温度以上で回転数が第２設定回転数を越え、負荷が第
２設定負荷以下の第５の運転状態のとき、第２ノズルの
燃料噴射を第１ノズルの燃料噴射の前に完了するよう制
御するので、第５の運転状態において、第２ノズルから
噴射される小量の微細化された燃料の燃焼により、この
既燃ガスがＥＧＲガスと同様の作用をすることによっ
て、第１ノズルから噴射される大量の微粒化された燃料
の燃焼温度を低下させることにより、ＮＯ_Xの発生を抑
えることが出来る。本発明方法によれば、エンジン回転
速度に関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を
促進して着火性を改善した装置を用い、特に、冷却水温
度が設定温度以上で回転数が第２設定回転数を越え、負
荷が第２設定負荷を越え第３設定負荷以下の第６の運転
状態のとき、第２ノズルの燃料噴射を第１ノズルの燃料
噴射の期間中に完了するよう制御するので、第６の運転
状態において第１ノズルから噴射される大量の微粒化さ
れた燃料の燃焼によって、良好な燃焼が起り燃焼温度が
上昇するが、第１ノズルからの噴射途中に第２ノズルか
らの燃料の噴霧により冷却され、過度の燃焼温度上昇が
抑制できるため、ＮＯ_Xの発生が抑えられる。この時
は、サブ噴射される燃料粒は微細化されて、高圧で噴射
されるので空気利用率及び着火性もよく黒煙発生も抑え
られる。

【００４４】本発明方法によれば、エンジン回転速度に
関係無く常に燃焼室に噴霧される燃料の微粒化を促進し
て着火性を改善した装置を用い、特に、冷却水温度が設
定温度以上の場合に、回転数が第２設定回転数を越え、
負荷が第３設定負荷を越え第７の運転状態のとき、第２
ノズルの燃料噴射を第１ノズルの燃料噴射の期間中に開
始し第１ノズルの燃料噴射の終了後に完了するよう制御
するので、第７の運転状態において第１ノズルから噴射
される大量の微粒化された燃料の拡散燃焼後期におい
て、第２ノズルからの燃料の噴霧の運動エネルギーによ
り、燃料と空気のミキシングが促進されるため、最適な
燃焼を得ることが出来、黒煙発生も抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射装置の概略構成図である。

【図２】図１の燃料噴射装置で用いる燃料噴射弁のオフ
時の断面図である。

【図３】図１の燃料噴射装置で用いる燃料噴射弁のオン
時の断面図である。

【図４】図１の燃料噴射装置が装着されるエンジン本体
の概略平面図である。

【図５】図４のエンジンのシリンダ内のキャビティーで
の第１燃料噴射弁による噴霧状態の説明図である。

【図６】図４のエンジンのシリンダ内のキャビティーで
の第２燃料噴射弁による噴霧状態の説明図である。

【図７】図１の燃料噴射装置の冷態時の運転状態説明図
である。

【図８】図１の燃料噴射装置の暖機後の運転状態説明図
である。

【図９】図１の燃料噴射装置の行う各運転状態でのメイ
ン及びサブ燃料噴射のパターン説明図であり、（ａ）第
１運転状態、（ｂ）第２運転状態、（ｃ）第５運転状
態、（ｄ）第６運転状態、（ｅ）第７運転状態、（ｆ）
第３運転状態、（ｇ）第４運転状態をそれぞれ示してい
る。

【図１０】図１の燃料噴射装置のコントロールユニット
の行う噴射量演算ルーチンのフローチャートである。

【図１１】図１の燃料噴射装置のコントロールユニット
の行う燃料噴射弁駆動ルーチンのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１エンジン２シリンダブロック３シリンダヘッド４シリンダ５第１燃料噴射弁６第２燃料噴射弁８コモンレール９燃料噴射ポンプ１０キャビティー１１ピストン１２燃焼室１３第１ノズル１４第２ノズル１７第１電磁弁２８コントロールユニット２９燃料タンク３６噴孔３６’ 噴孔３５圧力センサ４０ピストン式ポンプ部Ｓスワール方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を高圧に昇圧する蓄圧用の燃料噴射ポ
ンプ、同燃料噴射ポンプから圧送される高圧燃料を保持
する燃料蓄圧室、同燃料蓄圧室に連通され第１電磁弁の
開閉によりピストン頂面の燃焼室にメイン噴射を行う第
１ノズル、上記燃料蓄圧室に連通され第２電磁弁の開閉
によりピストン頂面の上記燃焼室にサブ噴射を行う上記
第１ノズルの噴孔より小さい噴孔を有する第２ノズル、
上記第１及び第２ノズルの噴射制御を行うべく上記第１
及び第２電磁弁を開閉制御する制御手段を備えたことを
特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】エンジンの運転状態を検出する運転状態検
出手段、燃料を高圧に昇圧する蓄圧用の燃料噴射ポン
プ、同燃料噴射ポンプから圧送される高圧燃料を保持す
る燃料蓄圧室、同燃料蓄圧室に連通され第１電磁弁の開
閉によりピストン頂面の燃焼室にメイン噴射を行う第１
ノズル、上記燃料蓄圧室に連通され第２電磁弁の開閉に
よりピストン頂面の上記燃焼室にサブ噴射を行うと共に
第１ノズルの噴孔より小さい噴孔を有する第２ノズル、
上記第１及び第２ノズルの噴射制御を行うべく上記第１
及び第２電磁弁を開閉制御する制御手段を用い、上記制
御手段が上記運転状態検出手段の出力信号に応じて上記
第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴とするデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項３】上記運転状態検出手段が、エンジン回転数
を検出する回転数センサと、エンジン負荷を検出する負
荷センサと、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温
度センサとを備え、上記制御手段は、上記回転数セン
サ、負荷センサ、及び冷却水温度センサの出力信号に応
じて上記第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴
とする特許請求の範囲第２項に記載のディーゼルエンジ
ンの燃料噴射制御方法。
【請求項４】上記制御手段は、上記冷却水温度センサに
より検出された温度が設定温度未満の場合に、上記回転
数センサにより検出された回転数が第１設定回転数以上
で、且つ上記負荷センサにより検出された負荷が第１設
定負荷以下の第１の運転状態のとき、上記第２ノズルの
みで燃料噴射を行うと共に、上記第１の運転状態以外の
第２の運転状態のとき、上記第１ノズルのみで燃料噴射
を行うように上記第１及び第２電磁弁を開閉制御するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のディーゼ
ルエンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項５】上記制御手段は、上記冷却水温度センサに
より検出された温度が設定温度以上で、且つ上記回転数
センサにより検出された回転数が第２設定回転数以下の
場合に、上記負荷センサにより検出された負荷が第２設
定負荷以下の第３の運転状態のとき、上記第２ノズルの
みで燃料噴射を行うと共に、上記負荷センサにより検出
された負荷が第２設定負荷を越える第４の運転状態のと
き、上記第１ノズルのみで燃料噴射を行うように上記第
１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴とする特許
請求の範囲第３項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴
射制御方法。
【請求項６】上記制御手段は、上記冷却水温度センサに
より検出された温度が設定温度以上の場合に、上記回転
数センサにより検出された回転数が第２設定回転数を越
え、且つ上記負荷センサにより検出された負荷が第２設
定負荷以下の第５の運転状態のとき、上記第２ノズルの
燃料噴射を上記第１ノズルの燃料噴射の前に完了するよ
う上記第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載のディーゼルエンジン
の燃料噴射制御方法。
【請求項７】上記制御手段は、上記冷却水温度センサに
より検出された温度が設定温度以上の場合に、上記回転
数センサにより検出された回転数が第２設定回転数を越
え、且つ上記負荷センサにより検出された負荷が第２設
定負荷を越え第３設定負荷以下の第６の運転状態のと
き、上記第２ノズルの燃料噴射を上記第１ノズルの燃料
噴射の期間中に完了するよう上記第１及び第２電磁弁を
開閉制御することを特徴とする特許請求の範囲第３項に
記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項８】上記制御手段は、上記冷却水温度センサに
より検出された温度が設定温度以上の場合に、上記回転
数センサにより検出された回転数が第２設定回転数を越
え、且つ上記負荷センサにより検出された負荷が第３設
定負荷を越え第７の運転状態のとき、上記第２ノズルの
燃料噴射を上記第１ノズルの燃料噴射の期間中に開始し
上記第１ノズルの燃料噴射の終了後に完了するよう上記
第１及び第２電磁弁を開閉制御することを特徴とする特
許請求の範囲第３項に記載のディーゼルエンジンの燃料
噴射制御方法。