JP2002038995A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディーゼルエンジンにおいて燃焼安定性を損な
うことなく燃料の分割噴射を行なう。 【解決手段】燃料を燃料噴射弁５により気筒の圧縮行程
上死点付近で、かつ、燃料の噴射による燃焼が継続する
よう複数回に分割して噴射させるにあたり、エンジンの
筒内温度が低い状態にあると推定されたときには、高温
状態にあると推定されたときよりも燃料の噴射終了時期
が早まるように、上記燃料の分割噴射の形態を変更し又
は燃料を分割することなく一括して噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気筒内の燃焼室に
燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えたディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のディーゼルエンジンにおいて
は、圧縮行程上死点付近で１回の燃焼サイクルに要する
燃料を一括して噴射すること（以下、一括噴射とい
う。）が行なわれ、また必要に応じてこの一括噴射の前
に少量の燃料を噴射するパイロット噴射が行なわれてい
る。これに対して、燃料を一括して噴射するのではな
く、圧縮行程上死点付近で複数回に分けて噴射せんとす
る分割噴射も知られている。

【０００３】例えば特開平９−２０９８６６号公報に
は、圧縮行程上死点を起点として分割噴射を開始するこ
と、各回の噴射量を後の回になるほど多くすることが記
載されている。燃焼室での熱発生率を広範に且つ適切に
制御せんとするものである。特開平１０−１２２０８４
号公報には、少量の燃料を噴射する前噴射を行なうこと
により燃焼室での着火を惹起し、続く主噴射を複数回に
分けて噴射することにより、煤及びＮＯｘ（窒素酸化
物）の発生量を抑えることが記載されている。

【０００４】また、特開平１０−１４１１２４号公報に
は、吸気行程初期に燃料を噴射する予備噴射と、圧縮行
程上死点付近で燃料を噴射する主噴射と、主噴射前のパ
イロット噴射とを行なうことにより、部分的な希薄予混
合圧縮着火燃焼を行なわせて、ＮＯｘの生成を抑制しつ
つ、黒煙の排出量を低減させ、燃費を改善すること、寒
冷時のエンジン始動時には主噴射のみとして始動性を確
保するとともに白煙の過剰な生成を抑制することが記載
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の如くディーゼル
エンジンにおいて、適切な分割噴射を行なうと、燃焼室
での熱発生率の制御や排煙・ＮＯｘの低減に有利にな
る。しかし、例えばエンジンの始動時のような筒内温度
が低いときに分割噴射を実行すると、燃焼が不安定にな
り、始動性の悪化、エミッション性の悪化を招く。これ
は、燃料を分割して噴射する場合は所定の噴射休止時間
（燃料噴射弁が閉じてから次に開くまでの期間）を設け
る必要があるから、燃料の噴射終了時が遅くなり、その
ころには筒内温度が相当に低くなるためである。

【０００６】また、アイドル運転時等の低回転・低負荷
運転時には燃焼騒音の低減を目的とするパイロット噴射
や、予混合圧縮着火燃焼として吸気行程から圧縮行程前
半にかけて燃料を噴射するプレ噴射が行なわれることが
ある。その際に触媒による排気ガス浄化効率向上のため
に排気ガス温度を高めるべく噴射開始時期を遅角させる
ことがあるが、その場合にも燃料の分割噴射を実行する
と、燃料の噴射終了時が相当に遅くなり、その燃焼性が
悪化する。

【０００７】本発明は、このような問題を解決せんとす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
燃料の分割噴射を適宜抑制ないしは禁止するようにして
いる。

【０００９】すなわち、本発明は、エンジンの気筒内燃
焼室に臨むように配設された燃料噴射弁と、エンジンの
要求出力を検出するための要求出力検出手段と、上記要
求出力検出手段による検出結果に応じて燃料噴射量を決
定する噴射量決定手段とを備え、上記噴射量決定手段に
より決定された噴射量の燃料を上記燃料噴射弁により気
筒の圧縮行程上死点付近で、かつ、燃料の噴射による燃
焼が継続するよう複数回に分割して噴射させるディーゼ
ルエンジンの燃料噴射装置において、上記エンジンの筒
内温度の高低に関する状態を推定する温度状態推定手段
と、上記温度状態推定手段により上記エンジンが上記筒
内温度に関して所定の低温状態にあると推定されたとき
には、高温状態にあると推定されたときよりも燃料の噴
射終了時期が早まるように、上記燃料の分割噴射の形態
を変更し又は燃料を分割することなく一括して噴射する
噴射形態とする噴射形態変更手段とを備えていることを
特徴とする。

【００１０】従って、エンジンの筒内温度が高く燃焼性
が良い状態にあるときには、分割噴射を実行してエミッ
ション性の向上、燃費の向上、排気圧力の増大（過給性
の向上）、排気ガス温度の上昇など所期の効果を得なが
ら、エンジンの筒内温度の低いときには、分割噴射形態
の変更又は分割噴射の禁止により、燃料の噴射終了時期
が早まるから、燃焼安定性の確保に有利になり、煤の発
生などエミッション性の悪化を避けることができる。噴
射終了時期は、エンジン低負荷運転時には例えば圧縮行
程上死点後３５゜ＣＡを越えないように、エンジン高負
荷運転時には圧縮行程上死点後４５゜ＣＡを越えないよ
うにすればよい。

【００１１】筒内温度の高低は、例えばエンジン始動か
ら所定時間を経過しているか否かにより、またエンジン
冷却水温により推定することができる。

【００１２】また、本発明は、エンジンの気筒内燃焼室
に臨むように配設された燃料噴射弁と、エンジンの要求
出力を検出するための要求出力検出手段と、上記要求出
力検出手段による検出結果に応じて燃料噴射量を決定す
る噴射量決定手段とを備え、上記噴射量決定手段により
決定された噴射量の燃料を上記燃料噴射弁により気筒の
圧縮行程上死点付近で噴射させる主噴射のみを行なう噴
射形態と、該主噴射の前に少量の燃料を上記燃料噴射弁
により噴射する早期噴射を行なう噴射形態とを備え、さ
らに上記主噴射の形態として、上記噴射量の燃料を燃焼
が継続するよう複数回に分割して噴射する分割噴射と、
該噴射量の燃料を一括して噴射する一括噴射とを備えて
いるディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、上記
早期噴射が行なわれるときは主噴射の開始から終了まで
の噴射期間が早期噴射を行なわないときも短くなるよう
に分割噴射の形態を変更し又は分割噴射に代えて一括噴
射の形態を採用する噴射形態変更手段を備えていること
を特徴とする。

【００１３】すなわち、この発明は、筒内温度を推定す
る代わりにパイロット噴射や予混合圧縮着火燃焼のため
のプレ噴射を行なうか否かで噴射形態を変えるようにし
たものである。具体的にはこのような早期噴射が行なわ
れるときは主噴射の開始から終了までの噴射期間が短く
なるように分割噴射の形態が変更され又は分割噴射に代
えて一括噴射の形態が採用されるものである。これによ
り、早期噴射が行なわれるようなアイドル運転時或いは
エンジン低回転運転時において、燃料噴射の終了時期を
早めて燃焼安定性を確保することができる。

【００１４】上記早期噴射と併せて上記主噴射の開始時
期が遅角されるときは、上記噴射形態の変更が特に有用
になる。すなわち、主噴射の開始時期を遅角させた場合
にも燃料噴射の終了時期が遅くなることを避けることが
できるからである。

【００１５】上記分割噴射の形態の変更は、分割回数の
減少によって又は上記燃料噴射弁が閉じてから次に開く
までの噴射休止時間の短縮によって実行することができ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エンジ
ンの筒内温度が低いとき、或いは早期噴射を実行すると
き、さらには早期噴射と共に主噴射開始時期の遅角を行
なうときに、燃料の分割噴射形態を変更し又は分割噴射
を禁止することにより、燃料の噴射終了時期が遅くなら
ないようにしたから、通常時には分割噴射を実行してエ
ミッション性の向上、燃費の向上、排気圧力の増大（過
給性の向上）、排気ガス温度の上昇など分割噴射による
所期の効果を得ながら、燃焼安定性の確保を優先すべき
ときには、燃料の噴射終了時期を早めて、燃焼性の悪化
を避けることができ、煤発生の低減などエミッション性
の向上に有利になる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明の実施形態に係る水冷式ディ
ーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａの全体構成を示し、１
は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジ
ン本体である。このエンジン本体１は複数の気筒２（１
つのみ図示する）を有し、その各気筒２内にピストン３
が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン
３によって各気筒２内に燃焼室４が形成されている。ま
た、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃
料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設
され、各気筒毎に所定の噴射タイミングで噴孔が開閉作
動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになって
いる。

【００１９】上記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される
高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポン
プ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレー
ル６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動す
る。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク
角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９
は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図
示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁
ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検
出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された
突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようにな
っている。

【００２０】１０はエンジン本体１の燃焼室４に対しエ
アクリーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給
する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部に
は、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージ
タンクから分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２
の燃焼室４に接続されている。また、サージタンクには
各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ
１０ａが設けられている。上記吸気通路１０には上流側
から下流側に向かって順に、エンジン本体１に吸入され
る吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセン
サ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を
圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した
吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の
断面積を絞る吸気絞り弁（吸入空気量調節手段）１４と
がそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全
閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられ
たバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同
様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制
御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が
制御されるようになっている。また、上記吸気絞り弁１
４にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けら
れている。

【００２１】２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガスを
排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒
２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０に
は、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸
素濃度を検出するリニアＯ2センサ１７と、排気流によ
り回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ
及びＮＯｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設さ
れている。

【００２２】上記排気通路２０のタービン２１よりも上
流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させ
る排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐
し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４より
も下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路
２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流
量調節弁（吸入空気量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）
２４が配置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部
をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に
還流させるようになっている。

【００２３】上記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のもので
あって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されて
いる。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を
介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されてお
り、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電
流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによっ
て、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによっ
て、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるように
なっている。

【００２４】上記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリア
ブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフ
ラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３
１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節される
ことで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっ
ている。

【００２５】上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以
下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動する
ように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、上
記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ
９からの出力信号と、圧力センサ１０ａからの出力信号
と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2セン
サ１７からの出力信号と、温度センサ１８からの出力信
号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号
と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操
作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３
２からの出力信号と、エンジン水温を検出するセンサ
（図示省略）からの出力信号とが少なくとも入力されて
いる。

【００２６】そして、インジェクタ５による燃料噴射量
（燃料供給量）及び燃料噴射時期（着火時期）がエンジ
ン本体１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧
供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量
噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、ＥＧＲ弁２４
の作動による排気還流量（吸入空気量）の制御と、ター
ボ過給機２５の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれる
ようになっている。

【００２７】（燃料噴射制御）上記ＥＣＵ３５には、ア
クセル開度（エンジン負荷）とエンジン回転数の変化に
対して目標トルクの最適値を実験的に決定して記録した
目標トルクマップ、並びにこの目標トルク及び回転数の
変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑを記
録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納し
て備えられている。通常は、アクセル開度センサ３２か
らの出力信号によるアクセル開度とクランク角センサ９
からの出力信号によるエンジン回転数とに基づいて目標
トルクを求め、この目標トルクとエンジン回転数とに基
づいて燃料噴射量Ｑを求め、燃料噴射量Ｑと圧力センサ
６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、
各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定される
ようになっている。尚、前記のようにして求めた燃料噴
射量をエンジン水温や大気圧等に応じて補正した上で、
この補正後の燃料噴射量を燃料噴射量Ｑとしてもよい。

【００２８】上記のような基本的な燃料噴射制御によっ
て、エンジン１の目標トルク（エンジン１への要求出
力）に対応する分量の燃料が供給され、エンジン１は燃
焼室４における平均的空燃比がかなりリーン（Ａ/Ｆ≧
１８）な状態で運転される。上記アクセル開度センサ３
２及びクランク角センサ９がエンジン１への要求出力を
検出する要求出力検出手段に対応している。

【００２９】本発明の特徴は、上記要求出力検出手段に
よる検出結果に基づいて決定された燃料噴射量Ｑを上記
インジェクタ５により気筒の圧縮行程上死点付近で、か
つ、燃料の噴射による燃焼が継続するよう複数回に分割
して噴射させるようにし、しかも、エンジン運転状態に
応じて分割噴射形態を変更し又は分割噴射を禁止するこ
とにより主噴射の終了時期が遅くならないようにして燃
焼安定性の確保、エミッション性の向上を図るようにし
たことである。

【００３０】−分割噴射について− すなわち、エンジンの運転状態に応じて図２（ａ）に示
すように主噴射燃料を圧縮上死点近傍で一括して噴射す
るか（以下、一括噴射という）、或いは、同図（ｂ）に
示すように２回に分割して噴射するか（２分割噴射とい
う）、同図（ｃ）に示すように３回に分割して噴射する
か（３分割噴射という）のいずれかが選択される。ま
た、そのように燃料を２回又は３回に分割して噴射させ
る場合には、その間の噴射休止時間Δｔを変更して、エ
ンジン１の燃費性能や排気特性等が最適なものになるよ
う、燃焼状態を変化させるようにしている。また、エン
ジンのアイドル運転時又は低回転運転時にはパイロット
噴射（早期噴射）が行なわれるとともに、主噴射開始時
期の遅角（リタード）が行なわれる。

【００３１】尚、前記図２の（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ
示す燃料噴射形態において、インジェクタ５の実際の励
磁時間（開弁時間）は、燃料噴射量だけではなく、圧力
センサ６ａにより検出されたコモンレール圧を加味して
決定される。

【００３２】ここで、主噴射を分割したときの燃焼状態
について説明すると、気筒２の圧縮上死点付近でインジ
ェクタ５により燃料を噴射する場合、該インジェクタ５
の噴孔から噴射された燃料は、全体として円錐形状の噴
霧を形成しながら燃焼室４に広がるとともに、空気との
摩擦により分裂して微小な油滴になり（燃料の微粒
化）、それらの油滴の表面から燃料が蒸発して燃料蒸気
が生成される（燃料の気化霧化）。このとき、燃焼室４
内の空気は極めて高圧で粘性の高い状態になっているの
で、前記図２（ａ）に示すように、燃料を一括して噴射
する場合にその噴射量が多いと、そのうちの先に噴出し
た燃料油滴に後続の燃料油滴が追いついて再結合してし
まい、燃料の微粒化ひいては気化霧化が阻害されること
がある。

【００３３】これに対し、前記図２（ｂ），（ｃ）に示
すように燃料を複数回に分割して噴射するようにすれ
ば、先のインジェクタ５の開弁により噴出した燃料油滴
に、次の開弁により噴出した燃料油滴が追いつくことが
少なくなり、油滴同士の再結合に起因して燃料の微粒化
が阻害されることを概ね回避できる。また、燃料の噴射
圧力をさらに高めて、燃料の微粒化をより一層、促進す
ることも可能になり、こうすれば、燃焼室における燃料
噴霧の分布の均一化や空気利用率の向上度合いをさらに
高めることができる。そして、このような分割噴射によ
る燃料噴霧と空気との混合状態の変化は、燃料噴射量、
噴射時期、噴射率、燃料圧力、分割噴射回数、噴射休止
時間等の種々のパラメータ及びそれら相互の関係によっ
ても変化し、これに伴い燃焼状態が変化することで、エ
ンジン１の燃費性能や排気温度、或いは排気ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯｘ等のガス成分の濃度が変化すると考え
られている。

【００３４】この実施形態のものと同様のターボ過給機
を装備した４気筒ディーゼルエンジン（排気量は約２０
００ｃｃ）を比較的低負荷かつ低回転状態（約１５００
ｒｐｍ）で運転し、一括噴射、２分割噴射及び３分割噴
射のそれぞれについて、インジェクタ５の噴射休止時間
Δｔを３５０〜９００マイクロ秒（μｓ）の範囲で適宜
変更しながら、これに伴い変化する噴射終了時のクラン
ク角度と、排気ガス温度、排気圧力、燃費率、スモーク
（煤）量等との関係を計測した実験結果の一例を、図３
〜図１０に示す。

【００３５】図３は排気ガス温度についての試験結果を
示す。同図によれば、一括噴射よりも２分割噴射の方が
排気ガス温度が高く、その２分割噴射よりも３分割噴射
の方がさらに排気ガス温度が高くなっている。また、同
図において２分割噴射及び３分割噴射は、それぞれイン
ジェクタ５の噴射休止時間Δｔを３５０〜９００マイク
ロ秒（μｓ）の範囲で適宜変更しながら排気ガス温度を
計測しており、この範囲であれば噴射休止時間Δｔを拡
げた方が排気ガス温度が高くなることが分かる。２分割
噴射では、Δｔ＝３５０，４００，７００，９００μｓ
のときの排気ガス温度をそれぞれプロットしており、ま
た、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５５０，７００，
９００μｓのときの排気ガス温度をそれぞれプロットし
ている。

【００３６】図４は排気圧力についての試験結果を示
し、同図によれば、燃料噴射の分割回数及び噴射休止時
間Δｔを増やすと、排気圧力も排気ガス温度と同様に高
まることが分かる。つまり、燃料を分割して噴射すれ
ば、その分、燃焼の終了時期が遅れるので、自ずと排気
エネルギーが増大する上に、燃焼性の改善により、同じ
分量の燃料であっても燃焼のエネルギーそのものが増大
するので、前記試験結果の如く排気ガス温度及び排気圧
力がいずれも高くなるのである。そして、そのようにし
て排気エネルギーが増大すれば、ターボ過給機２５の過
給能力も向上するので、図５に示すように、過給圧（ブ
ースト圧力）を高めることができる。

【００３７】また、同様にして燃費率の変化を計測した
試験結果を図６に示すと、一括噴射よりも２分割噴射の
方が燃費率が改善されているが、３分割噴射とした場合
には、インジェクタ５の噴射休止時間Δｔが短いときは
燃費率がやや改善される一方、噴射休止時間Δｔが長く
なるに連れて燃費率が悪化することが分かる。これは、
分割噴射により燃焼性が改善しかつ機械効率が向上する
一方、それと同時に熱効率が低下するためであり、この
ことから、噴射の終了時期はあまり遅くしないほうが好
ましいと言うことができる。

【００３８】さらに、同様にして排気ガス中の有害成分
であるスモーク、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの排出量の計測
結果を、それぞれ図７〜図１０に示す。すなわち、図７
によれば、２分割及び３分割噴射のいずれの場合も、イ
ンジェクタ５の噴射休止時間Δｔが短いときはスモーク
量を低減できる一方、噴射休止時間Δｔが長くなるに連
れてスモーク量が増大することが分かる。また、図８に
示すＮＯｘの場合は、反対に２分割及び３分割噴射のい
ずれの場合も、インジェクタ５の噴射休止時間Δｔが長
い方がＮＯｘの生成を低減できることが分かる。さらに
また、図９及び図１０にそれぞれ示すように、ＣＯ及び
ＨＣの排出量についてはスモークと同様の傾向が見られ
る。

【００３９】また、分割回数に関しては、前記各図に示
すように分割回数を３回に設定すれば、排気ガス温度、
排気圧力、過給圧が上昇し、ＮＯｘ量が低減する。一
方、スモークやＣＯの排出量に関しては、インジェクタ
５の噴射休止時間Δｔを短くすれば、分割回数を多くし
ても大きく増大することはなく、むしろ低減することも
ある。また、ＨＣについては２分割又は３分割噴射とす
ることで一括噴射よりも排出量が低減している。

【００４０】以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順
について説明する。

【００４１】−制御例１− 図１１は制御例１に関するフローチャートである。この
制御は各気筒毎にクランク角信号に同期して実行され
る。

【００４２】スタート後のステップＡ１において、クラ
ンク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度等の
データを読み込む。続くステップＡ２において、アクセ
ル開度とエンジン回転数とに基づいてマップを参照して
目標トルクを設定し、エンジン回転数と目標トルクと吸
入空気量とに基づいてマップを参照して燃料噴射量Ｑを
決定する。このステップＡ２は噴射量決定手段を構成し
ている。

【００４３】続くステップＡ３において、エンジン回転
数と目標トルクとに基づいてマップを参照して基本噴射
時期Ｉｔを設定する。基本噴射時期Ｉｔは主噴射（分割
噴射する場合は１回目の燃料噴射）の開始時期に当たる
ものであり、圧縮行程上死点前に設定されている。ま
た、エンジン水温やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧
の着火遅れ時間が異なるので、このことに対応するよう
に、基本的な噴射時期Ｉｔはエンジン水温が低いほど、
またエンジン回転数が高いほど早められるように設定さ
れている。

【００４４】続くステップＡ４ではエンジン始動時か否
か、つまり完爆していないか否かをクランク角信号に基
づいて判別し、始動時（完爆前）であれば、ステップＡ
５に進んでステップＡ２で決定された燃料噴射量Ｑ、ス
テップＡ３で設定された噴射時期Ｉｔで燃料の一括噴射
が実行される。すなわち、エンジンの筒内温度が低いた
めに分割噴射を禁止するものであり、燃焼安定性を高め
てエンジンを確実に始動させるためである。

【００４５】完爆したときはステップＡ６に進みアクセ
ル開度に基づいてエンジンがアイドル運転時か否かを判
別する。すなわち、アクセル開度の増大変化速度が所定
値以上であるときにエンジンは加速運転時であると判別
する。加速運転時であれば、ステップＡ７に進んで３分
割噴射を設定して噴射を実行する（ステップＡ５）。す
なわち、燃料噴射量Ｑを等分割して１回目の噴射量Ｑ
１、２回目の噴射量Ｑ２及び３回目の噴射量Ｑ３として
与え、噴射休止時間Δｔとしては比較的長い５００〜１
０００μｓの範囲から最適値を与える。噴射休止時間Δ
ｔを長くするのは、これにより排気圧力の上昇が図れ
（図４参照）、加速に有利になるからである。

【００４６】エンジンが加速運転時でないときはステッ
プＡ８に進んでエンジンは完爆から所定時間を経過して
いるか否かを判別する。すなわち、エンジンは筒内温度
が高い運転状態か否かを判別する。所定時間を経過して
いるときに筒内温度が高い状態であると判別する。

【００４７】ステップＡ８で所定時間を経過していない
（筒内温度が低い状態である）と判別されたときはステ
ップＡ５に進み、ステップＡ２で決定された燃料噴射量
Ｑ、ステップＡ３で設定された噴射時期Ｉｔで燃料の一
括噴射が実行される。すなわち、分割噴射を行なった場
合は燃料の噴射終了時期が遅くなり、燃焼性が悪化する
ことから分割噴射を禁止するものである。

【００４８】ステップＡ８で所定時間経過と判別された
ときはステップＡ９に進んでエンジンの冷却水温に基づ
いて筒内温度が低い状態（冷却水温が７０℃以下又は８
０℃以下の冷間時）か否かを判別する。冷却水温が低い
状態であるときは、ステップＡ１０に進んでアイドル運
転時が否かを判別し、アイドル運転時であれば、ステッ
プＡ１１に進んでパイロット噴射を行なうべくその噴射
量及び噴射時期を設定する。さらにステップＡ１２に進
んで主噴射の開始時期Ｉｔをクランク角度Ｉc1だけリタ
ードさせてから、ステップＡ５に進んでパイロット噴射
及び主噴射（一括噴射）を実行する。また、アイドル運
転時でないときでもステップＡ１３でエンジン回転数が
低い運転状態であると判別されたときも、同様のパイロ
ット噴射及び一括噴射を実行する。

【００４９】アイドル運転時又は低回転運転時にはエン
ジンの燃焼騒音を低減すべくパイロット噴射を行なうも
のである。また、パイロット噴射を行なった場合は、噴
射開始時期が多少遅くなっても燃焼性が得られることか
ら噴射開始時期をリタードさせ、そのことによって噴射
終了時期を遅くして排気ガス温度を上昇させ触媒の活性
を図るものである。但し、冷却水温が低い冷間時におい
ては、分割噴射を行なうと、噴射終了時期が遅くなりす
ぎて燃焼性が悪化し煤やＨＣの発生量が多くなることか
ら、分割噴射を禁止して一括噴射とするものである。

【００５０】ステップＡ１３でエンジンが低回転運転時
でない、つまり中回転ないし高回転の運転状態にあると
判別されたときは、ステップＡ１４に進んで３分割噴射
を設定して噴射を実行する（ステップＡ５）。すなわ
ち、燃料噴射量Ｑを等分割して１回目、２回目、３回目
の各噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３として与え、噴射休止時間
Δｔとして５０〜７００μｓの範囲から最適値を与え
る。この場合は、噴射開始時期のリタードは行なわない
から、分割噴射を採用するものである。

【００５１】ステップＡ９で冷却水温が高い温間時であ
ると判別されたときは、ステップＡ１５に進んでアイド
ル運転時が否かを判別し、アイドル運転時であれば、ス
テップＡ１６に進んでパイロット噴射を行なうべくその
噴射量及び噴射時期を設定する。さらにステップＡ１７
に進んで主噴射の開始時期Ｉｔをクランク角度Ｉc2だけ
リタードさせ、ステップＡ１８に進んで２分割噴射を実
行すべく各噴射量Ｑ１，Ｑ２及び噴射休止時間Δｔ（５
０〜５００μｓの範囲から適切なΔｔ）を設定し、ステ
ップＡ５に進んでパイロット噴射及び２分割噴射を実行
する。また、アイドル運転時でないときでもステップＡ
１９でエンジン回転数が低い運転状態であると判別され
たときも、同様のパイロット噴射及び２分割噴射を実行
する。

【００５２】ステップＡ１４では３分割噴射であるのに
ステップＡ１８で２分割噴射とするのは、主噴射開始時
期Ｉｔをリタードさせているからである。すなわち、３
分割噴射とすると噴射終了時期が遅くなり過ぎるため
に、燃焼安定性の確保、エミッション性の向上の観点か
ら分割数の少ない２分割噴射を採用しているものであ
る。なお、ステップＡ１８は３分割噴射として噴射休止
時間Δｔを短くするものであってもよい。

【００５３】ステップＡ１６のパイロット噴射の設定は
エンジン燃焼騒音の低減のためであるが、ステップＡ１
７のリタード量Ｉc2は冷間時のステップＡ１２によるリ
タード量Ｉc1よりも小さくする。これは、アイドル運転
時や低回転運転時は触媒温度が低いことから、触媒の活
性向上のためにステップＡ１８の分割噴射による排気ガ
ス温度の上昇（図３参照）を優先させるためである。す
なわち、リタード量Ｉc2を大きくすると、噴射終了時期
が分割噴射によってさらに遅くなり、燃焼性の悪化、煤
の発生に繋がることから、ここでのリタード量Ｉc2は小
さい範囲に抑えているものである。

【００５４】ステップＡ１９でエンジンが低回転運転時
でない、つまり中回転ないし高回転の運転状態にあると
判別されたときは、ステップＡ１４に進んで３分割噴射
を設定して噴射を実行する（ステップＡ５）。

【００５５】なお、上記制御例ではアイドル運転時及び
低回転運転時のみにパイロット噴射を行なうようにした
が、ステップＡ１３又はＡ１９において中回転ないし高
回転運転時と判別されたときにもパイロット噴射を継続
するようにして、エンジンの音が急に変わらないようし
てもよい。

【００５６】−制御例２− 図１２は制御例２のフローチャートであり、制御例１で
は筒内温度が低いときは分割噴射を禁止するようにした
が、当該制御例２では分割噴射は実行するが、噴射終了
時期が遅くならないように、換言すれば主噴射の開始か
ら終了までの時間が長くならないような分割噴射形態と
するものである。

【００５７】スタート後のステップＢ１〜Ｂ８は制御例
１と同じである。ステップＢ８で完爆から所定時間を経
過していないと判別されたときはステップＢ９に進んで
２分割噴射を設定して噴射を実行する（ステップＢ
５）。すなわち、燃料噴射量Ｑを等分割して１回目の噴
射量Ｑ１及び２回目の噴射量Ｑ２として与え、噴射休止
時間Δｔとして７００〜１０００μｓの範囲から最適値
を与える。分割噴射は行なうが、筒内温度が低いことか
ら２分割噴射として噴射終了時期が遅くなることを回避
するものである。但し、触媒の早期昇温を図るべく噴射
休止時間Δｔは可能な限り長くするものである（図３参
照）。

【００５８】ステップＢ８で所定時間経過と判別された
ときはステップＢ１０に進んでエンジンの冷却水温に基
づいて筒内温度が低い状態（冷却水温が７０℃以下又は
８０℃以下の冷間時）か否かを判別する。冷却水温が低
い状態であるときは、ステップＢ１１に進んでアイドル
運転時が否かを判別し、アイドル運転時であれば、ステ
ップＢ１２に進んでパイロット噴射を行なうべくその噴
射量及び噴射時期を設定する。さらにステップＢ１３に
進んで主噴射の開始時期Ｉｔをクランク角度Ｉｃだけリ
タードさせ、ステップＢ１４に進んで２分割噴射を実行
すべく各噴射量Ｑ１，Ｑ２及び噴射休止時間Δｔを設定
し、ステップＢ５に進んでパイロット噴射及び２分割噴
射を実行する。また、アイドル運転時でないときでもス
テップＢ１５でエンジン回転数が低い運転状態であると
判別されたときも、同様のパイロット噴射及び２分割噴
射を実行する。

【００５９】ステップＢ１２のパイロット噴射の設定は
エンジン燃焼騒音の低減のためであり、ステップＢ１３
のリタード量Ｉｃの設定は排気ガスの昇温のためであ
り、ステップＢ１４の２分割噴射も排気ガスの昇温のた
めである（図３参照）。噴射休止時間Δｔは短めに設定
する方がスモーク、ＣＯ及びＨＣの発生を抑える上で有
利になる（図７、図９及び図１０参照）。

【００６０】ステップＢ１５でエンジンが低回転運転時
でない、つまり中回転ないし高回転の運転状態にあると
判別されたときは、ステップＢ１６に進んで３分割噴射
を設定して噴射を実行する（ステップＢ５）。すなわ
ち、燃料噴射量Ｑを等分割して１回目、２回目、３回目
の各噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３として与え、噴射休止時間
Δｔとして２００〜１０００μｓの範囲から最適値を与
える。噴射休止時間Δｔは冷却水温が低いほど長くして
排気ガスの昇温を図る（図３参照）。

【００６１】ステップＢ１６は３分割噴射であるのにス
テップＢ１４で２分割噴射とするのは、主噴射開始時期
Ｉｔをリタードさせているからである。すなわち、３分
割噴射とすると噴射終了時期が遅くなり過ぎるために、
燃焼安定性の確保、エミッション性の向上の観点から分
割数の少ない２分割噴射を採用しているものである。な
お、ステップＢ１４は３分割噴射として噴射休止時間Δ
ｔを短くするものであってもよい。

【００６２】ステップＢ１０で冷却水温が高い温間時で
あると判別されたときは、ステップＢ１７に進んでアイ
ドル運転時が否かを判別し、アイドル運転時であれば、
ステップＢ１２〜Ｂ１４に進んでパイロット噴射、主噴
射開始時期のリタード、２分割噴射を行なう。アイドル
運転時でなくてもステップＢ１８で低回転運転時である
と判別されたときも同様にステップＢ１２〜Ｂ１４に進
む。

【００６３】ステップＢ１８でエンジンが低回転運転時
でない、つまり中回転ないし高回転の運転状態にあると
判別されたときは、ステップＢ１９に進んで２分割噴射
を設定して噴射を実行する（ステップＢ５）。エンジン
の中回転ないし高回転運転時は触媒温度もかなり高くな
っているから、３分割噴射による排気ガス温度の上昇は
図らず、燃費の向上を優先すべく２分割噴射とするもの
である。

【００６４】なお、上記制御例ではアイドル運転時及び
低回転運転時のみにパイロット噴射を行なうようにした
が、ステップＢ１５又はＢ１８において中回転ないし高
回転運転時と判別されたときにもパイロット噴射を継続
するようにして、エンジンの音が急に変わらないようし
てもよい。

【００６５】また、分割噴射の分割数は２〜７程度の範
囲で本発明の主旨に沿って任意に設定することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装
置の構成図。

【図２】本発明に係る一括噴射、分割噴射、パイロット
噴射の説明図。

【図３】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンの排気ガス温度の変化特性を示すグラフ図。

【図４】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンの排気圧力の変化特性を示すグラフ図。

【図５】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンのブースト圧の変化特性を示すグラフ図。

【図６】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンの燃費率の変化特性を示すグラフ図。

【図７】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンからのスモーク排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図８】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンからのＮＯｘ排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図９】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エンジ
ンからのＣＯ排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図１０】主噴射の噴射形態を変化させたときの、エン
ジンからのＨＣ排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図１１】本発明に係る燃料噴射制御例１のフロー図。

【図１２】本発明に係る燃料噴射制御例２のフロー図。

【符号の説明】

Ｂ 燃料噴射装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） ９ クランク角センサ（要求出力検出手段） ２２ 触媒 ２３ 排気還流通路 ２４ 排気還流量調節弁 ２５ ターボ過給機 ３２ アクセル開度センサ（要求出力検出手段） ３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA17 BA22 BA24 BA25 BA26 CD26 DA04 DA09 DB01 DB07 DB12 DC04 DC09 DC14 DC18 3G301 HA02 JA00 JA02 JA24 JA25 JA26 JA37 KA01 KA07 KA08 KA23 LB11 MA11 MA18 MA23 NC01 NC02 NE11 NE12 PA01A PA07A PA15A PB08A PD04A PE03A PE08A PF03A

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの気筒内燃焼室に臨むように配
   設された燃料噴射弁と、 エンジンの要求出力を検出するための要求出力検出手段
   と、 上記要求出力検出手段による検出結果に応じて燃料噴射
   量を決定する噴射量決定手段とを備え、 上記噴射量決定手段により決定された噴射量の燃料を上
   記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程上死点付近で、か
   つ、燃料の噴射による燃焼が継続するよう複数回に分割
   して噴射させるディーゼルエンジンの燃料噴射装置にお
   いて、 上記エンジンの筒内温度の高低に関する状態を推定する
   温度状態推定手段と、 上記温度状態推定手段により上記エンジンが上記筒内温
   度に関して所定の低温状態にあると推定されたときに
   は、高温状態にあると推定されたときよりも燃料の噴射
   終了時期が早まるように、上記燃料の分割噴射の形態を
   変更し又は燃料を分割することなく一括して噴射する噴
   射形態とする噴射形態変更手段とを備えていることを特
   徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 エンジンの気筒内燃焼室に臨むように配
   設された燃料噴射弁と、 エンジンの要求出力を検出するための要求出力検出手段
   と、 上記要求出力検出手段による検出結果に応じて燃料噴射
   量を決定する噴射量決定手段とを備え、 上記噴射量決定手段により決定された噴射量の燃料を上
   記燃料噴射弁により気筒の圧縮行程上死点付近で噴射さ
   せる主噴射のみを行なう噴射形態と、該主噴射の前に少
   量の燃料を上記燃料噴射弁により噴射する早期噴射を行
   なう噴射形態とを備え、 さらに上記主噴射の形態として、上記噴射量の燃料を燃
   焼が継続するよう複数回に分割して噴射する分割噴射
   と、該噴射量の燃料を一括して噴射する一括噴射とを備
   えているディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、 上記早期噴射が行なわれるときは主噴射の開始から終了
   までの噴射期間が早期噴射を行なわないときも短くなる
   ように分割噴射の形態を変更し又は分割噴射に代えて一
   括噴射の形態を採用する噴射形態変更手段を備えている
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記早期噴射が行なわれるときは上記主噴射の開始時期
   が遅角されることを特徴とするディーゼルエンジンの燃
   料噴射装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載されているディーゼルエ
   ンジンの燃料噴射装置において、 上記分割噴射の形態の変更は、分割回数の減少によって
   又は上記燃料噴射弁が閉じてから次に開くまでの噴射休
   止時間の短縮によって実行されることを特徴とするディ
   ーゼルエンジンの燃料噴射装置。