JP3684973B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射、即ち例えばパイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が知られている。
ところで、一般的なディーゼル機関では機関出力を要求出力に一致させるために必要な要求燃料噴射量を算出し、この要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量としている。ところがパイロット噴射を行うようにした場合にはパイロット噴射の燃料が機関出力の発生に寄与するので、要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量とすると実際の機関出力が要求出力よりも大きくなってしまう。そこで、要求燃料噴射量からパイロット噴射の燃料噴射量を差し引いたものを主噴射の燃料噴射量としたディーゼル機関の燃料噴射装置が公知である（特開平６−１２９２９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして主噴射の燃料噴射量を算出するのはパイロット噴射の燃料の全てが機関出力発生に寄与するものと考えているからである。しかしながら、パイロット噴射のように主噴射から時期的間隔を隔てて噴射された燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力発生に寄与するとは限らない。従って、上述の公報の方法では要求燃料噴射量から余分に差し引いていることになり、その結果実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるという問題点がある。言い換えると、このようにして求められた主噴射の燃料噴射量はもはや最適なものとは言えない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにし、機関出力を要求出力に一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な基本燃料噴射量を算出し、副噴射の燃料噴射量を算出し、これら基本燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とから、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量が、基本燃料噴射量から副噴射の燃料噴射量を差し引いたものよりも大きくなるようにして実際の機関出力が要求出力に一致するようにしている。即ち１番目の発明では、例えば実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるのが阻止され、従って主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記基本燃料噴射量から、前記副噴射の燃料噴射量を減量補正したものを差し引くことにより、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにしている。即ち２番目の発明でも、主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、主噴射の燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とを合計することにより１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量を算出するようにしている。即ち３番目の発明では、１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量が正確に求められる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４及びインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。なお、排気タービン６ｔの排気流入口にはその開口面積を変更可能な可変ノズル機構６ｖが取り付けられている。可変ノズル機構６ｖにより排気タービン６ｔの排気流入口面積を小さくすれば排気圧力が低い機関低回転運転時にも過給圧を高めることができる。
【０００８】
一方、各気筒は排気マニホルド１１及び排気管１２を介して排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１３を介してＮＯX 還元触媒１４を収容したケーシング１５に接続され、ケーシング１５は排気管１６に接続される排気管１３内にはアクチュエータ１７により駆動される排気絞り弁１８が配置される。ＮＯX 還元触媒１４は例えば銅を担持したゼオライトを具備する。このＮＯX 還元触媒１４は流入する排気中にＨＣ，ＣＯのような還元剤が含まれていると酸化雰囲気でもＮＯX を還元することができる。なお、機関１の燃焼順序は＃１−＃３−＃４−＃２である。
【０００９】
各気筒は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を具備する。各燃料噴射弁２０は共通の燃料用蓄圧室又はコモンレール２１を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ２２に接続される。燃料ポンプ２２は低圧ポンプ（図示しない）を介して燃料タンク（図示しない）に接続されており、燃料ポンプ２２から吐出された燃料はコモンレール２１に供給され、次いで各燃料噴射弁２０に供給される。燃料ポンプ２２はコモンレール２１内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧になるように吐出量が制御される。なお、この目標燃料圧は例えば機関運転状態に応じて定めることができる。
【００１０】
さらに図１を参照すると、排気マニホルド１１とスロットル弁１０下流の吸気ダクト４とが排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取り付けられる。スロットル弁１０下流の吸気ダクト４内には吸気ダクト４内の圧力に比例した出力電圧を発生する吸気圧力センサ３９と、吸気ダクト４内の吸入空気温度に比例した出力電圧を発生する吸気温センサ４０とが配置される。排気管１６にはＮＯX 還元触媒１４から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する排気温度センサ４１が配置される。コモンレール２１にはコモンレール２１内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４２が取り付けられる。また、踏み込み量センサ４３はアクセルペダル（図示しない）の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０，４１，４２，４３の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４４を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４５の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出され、吸気圧力センサ３９の出力電圧に基づいて吸入空気量Ｇａが算出される。
【００１１】
一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４６を介して可変ノズル機構６ｖ、各アクチュエータ９，１７，２４、各燃料噴射弁２０、及び燃料ポンプ２２にそれぞれ接続される。
ところで、コモンレール２１を設けると各気筒の１燃焼サイクル内に燃料を複数回噴射することが可能になる。そこで本実施態様では、機関出力トルクを発生させるべく概ね圧縮上死点周りで行われる主噴射とは別に、主噴射から進角側又は遅角側に時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにしている。副噴射としてはパイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が挙げられる。
【００１２】
パイロット噴射は主噴射に先立って少量の燃料を噴射するものである。このパイロット噴射は例えば主噴射よりも前の圧縮行程、即ち例えば圧縮上死点前（以下ＢＴＤＣと称する）７０から０°クランク角（以下ＣＡと称する）程度で行われ、主噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときは主噴射による燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。また、複数回のパイロット噴射を行うことも可能であり、従って予混合気形成用のパイロット噴射と着火源形成用のパイロット噴射との両方を行うこともできるし、予混合気形成用のパイロット噴射を複数回行うこともできる。本実施態様では２回のパイロット噴射を行うことが可能であり、先に行われるパイロット噴射を第１のパイロット噴射、後に行われるパイロット噴射を第２のパイロット噴射と称する。
【００１３】
後噴射は燃焼ガス又は排気ガス中のＨＣを完全燃焼させて機関から排出されるすすを低減するために、主噴射が完了した後に行われるものである。この後噴射は燃焼室内に燃焼火炎が残存している間に行われるのが好ましく、例えば主噴射完了後のＢＴＤＣ０から−３０°ＣＡ（圧縮上死点後０から３０°ＣＡ）程度に行われる。
【００１４】
ＨＣ供給用噴射はＮＯX 還元触媒１４に還元剤としてＨＣ（炭化水素）を供給するためのものである。このＨＣ供給用噴射は例えば主噴射又は後噴射完了後のＢＴＤＣ−１５０から−２１０°ＣＡ程度に行われる。ＨＣ供給用噴射による燃料は完全燃焼することなくＮＯX 還元触媒１４に到り、流入するＮＯX を還元する。
【００１５】
図２（Ａ）には各燃料噴射作用の燃料噴射時期が矢印でもって概略的に示されている。ここでｊは各気筒の１燃焼サイクルで行われうる燃料噴射の順番又は種類を表しており、即ちｊ＝１は第１のパイロット噴射を、ｊ＝２は第２のパイロット噴射を、ｊ＝３は主噴射を、ｊ＝４は後噴射を、ｊ＝５はＨＣ供給用噴射をそれぞれ表している。
【００１６】
各気筒の１燃焼サイクルにおいて主噴射が必ず行われるのに対し、パイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が行われるか否かはそれぞれ機関運転状態により定められる。従って、各気筒の１燃焼サイクルに行われる燃料噴射回数は１回から５回の間で変更されうることになる。例えば図２（Ｂ）に示す例では各気筒の１燃焼サイクルに燃料噴射が４回だけ行われ、図２（Ｃ）に示す例では３回だけ行われる。
【００１７】
各気筒の１燃焼サイクルにおけるｊ番目の燃料噴射作用（ｊ＝１，２，３，４，５）の燃料噴射時間及び燃料噴射時期をそれぞれＴＡＵ（ｊ），ＩＴ（ｊ）で表すとすると、例えば主噴射の燃料噴射時間はＴＡＵ（３）で表され、後噴射の燃料噴射時期はＩＴ（４）で表されることになる。ここで燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）は各気筒の圧縮上死点を基準として表されている。また、副噴射を行わないときにはＴＡＵ（ｊ）＝０とされるので、燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）は副噴射の有無も表している。
【００１８】
主噴射及び副噴射の燃料噴射時期、並びに副噴射の燃料噴射時間はそれぞれ機関運転状態に基づいて算出される。具体的に説明すると、第１及び第２のパイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（１），ＴＡＵ（２）及び基本燃料噴射時期ＩＴ（１），ＩＴ（２）は良好な予混合気又は着火源を形成するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。後噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（４）及び燃料噴射時期ＩＴ（４）は気筒から排出されるＨＣを低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。ＨＣ供給用噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（５）及び燃料噴射時期ＩＴ（５）はＮＯX 還元触媒１４から排出されるＮＯX 量を低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、単位時間当たりＮＯX 還元触媒１４に流入するＮＯX 量を表す吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。また、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）は機関出力トルクを要求トルクに一致させるのに最適な燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。
【００１９】
一方、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は例えば次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ
ここでＴＡＵＢは基本燃料噴射時間、ＴＴＣは合計トルク発生寄与値をそれぞれ表している。
【００２０】
基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関出力トルクを要求出力トルクに一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な燃料噴射時間である。この基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関運転状態例えばアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により算出されている。上述したように主噴射は機関出力トルクを発生させるためのものであるので、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは主噴射のみが行われると仮定したときの主噴射の燃料噴射時間を表していることになる。
【００２１】
合計トルク発生寄与値ＴＴＣは各副噴射のトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を合計したものであり、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）は対応する副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分を表している。次に、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）について詳細に説明する。
仮に、副噴射による燃料の全てが機関出力トルクの発生に寄与すると考えると、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものにすべきである（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−（ＴＡＵ（１）＋ＴＡＵ（２）＋ＴＡＵ（４）＋ＴＡＵ（５）））。さもなければ、実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも大きくなるからである。
【００２２】
しかしながら、主噴射から時期的間隔を隔てて行われる副噴射の燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力トルク発生に寄与するとは限らない。従って、ただ単に差し引いた結果を主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）とすると余分に差し引いたことになり、斯くして実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも小さくなる。
【００２３】
とすると、副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分だけを基本燃料噴射時間から差し引けば、実際の機関出力トルクを過不足なく要求出力トルクに一致させるのに必要な主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を求めることができることになる。
そこで本実施態様では、各副噴射について機関出力トルク発生に寄与する分を表すトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を求め、これを合計して得られる合計トルク発生寄与値ＴＴＣを基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから差し引いたものを主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）としている。
【００２４】
本実施態様では、トルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）は次式により算出される。
ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ
ここでｋＣはトルク発生寄与率を表している。
トルク発生寄与率ｋＣ（≦１．０）は副噴射の燃料噴射時間のうち機関出力トルク発生に寄与する割合を表すものであり、予め実験により求められている。このトルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるように、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）からの副噴射の燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）の時期的間隔ＤＩＦ（＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）が小さいときには１．０に維持され、時期的間隔ＤＩＦが大きくなるにつれて小さくなる。また、副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が大きいときには小さいときに比べてトルク発生寄与率ｋＣが大きくなる。なお、トルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２５】
従って一般的に言うと、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから、副噴射の燃料噴射時間を減量補正したものを差し引くことにより主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を算出しているということになる。このようにして算出された主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものよりも大きくなっている。
【００２６】
さらに、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）と副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）とを合計することにより１燃焼サイクルの総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される。この総燃料噴射時間ＴＴＡＵに基づいて例えばコモンレール２１内の目標燃料圧、各燃料噴射作用の燃料噴射時期、ＥＧＲ制御弁２５の開度などが算出又は補正される。
【００２７】
図４は主噴射及び副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）及び燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）（ｊ＝１，２，３，４，５）、並びに総燃料噴射時間ＴＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まずステップ１００では現在が燃料噴射時間などの算出タイミングであるか否かが判別される。現在、算出タイミングでないときには処理サイクルを終了し、算出タイミングであるときには次いでステップ１０１に進み、総燃料噴射時間ＴＴＡＵ及び合計トルク発生寄与値ＴＴＣが零に戻される。続くステップ１０２では全ての燃料噴射時期ＩＴ（ｉ）が算出される。続くステップ１０３では基本燃料噴射時間ＴＡＵＢが算出される。
【００２８】
続くステップ１０４ではパラメータｊに順次１，２，４，５が代入される。続くステップ１０５ではｊ番目の副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が算出される。続くステップ１０６では総燃料噴射時間ＴＴＡＵにＴＡＵ（ｊ）が加算される。続くステップ１０７では時期的間隔ＤＩＦが算出される（ＤＩＦ＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）。続くステップ１０８では図３のマップからトルク発生寄与率ｋＣが算出される。続くステップ１０９ではトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が算出される（ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ）。続くステップ１１０では合計トルク発生寄与値ＴＴＣにトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が加算される。
【００２９】
続くステップ１１１ではパラメータｊが５であるか、即ち全ての副噴射の燃料噴射時間の算出が完了したか否かが判別される。ｊ＝５でないときにはステップ１０４に戻り、ｊ＝５のときには次いでステップ１１２に進み、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）が算出される（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ）。続くステップ１１３では最終的な総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される（ＴＴＡＵ＝ＴＴＡＵ＋ＴＡＵ（３））。
【００３０】
【発明の効果】
主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射時期及び気筒の１燃焼サイクルで行われる燃料噴射の数を説明するための図である。
【図３】トルク発生寄与率を示す線図である。
【図４】燃料噴射時間、燃料噴射時期、総燃料噴射時間の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０…燃料噴射弁
２１…コモンレール
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射、即ち例えばパイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が知られている。
ところで、一般的なディーゼル機関では機関出力を要求出力に一致させるために必要な要求燃料噴射量を算出し、この要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量としている。ところがパイロット噴射を行うようにした場合にはパイロット噴射の燃料が機関出力の発生に寄与するので、要求燃料噴射量を主噴射の燃料噴射量とすると実際の機関出力が要求出力よりも大きくなってしまう。そこで、要求燃料噴射量からパイロット噴射の燃料噴射量を差し引いたものを主噴射の燃料噴射量としたディーゼル機関の燃料噴射装置が公知である（特開平６−１２９２９６号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして主噴射の燃料噴射量を算出するのはパイロット噴射の燃料の全てが機関出力発生に寄与するものと考えているからである。しかしながら、パイロット噴射のように主噴射から時期的間隔を隔てて噴射された燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力発生に寄与するとは限らない。従って、上述の公報の方法では要求燃料噴射量から余分に差し引いていることになり、その結果実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるという問題点がある。言い換えると、このようにして求められた主噴射の燃料噴射量はもはや最適なものとは言えない。
【０００４】
そこで、本発明の目的は主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、１燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにし、機関出力を要求出力に一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な基本燃料噴射量を算出し、副噴射の燃料噴射量を算出し、これら基本燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とから、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量が、基本燃料噴射量から副噴射の燃料噴射量を差し引いたものよりも大きくなるようにして実際の機関出力が要求出力に一致するようにしている。即ち１番目の発明では、例えば実際の機関出力が要求出力よりも小さくなるのが阻止され、従って主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
【０００６】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記基本燃料噴射量から、前記副噴射の燃料噴射量を減量補正したものを差し引くことにより、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにしている。即ち２番目の発明でも、主噴射の燃料噴射量が最適に維持される。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、主噴射の燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とを合計することにより１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量を算出するようにしている。即ち３番目の発明では、１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量が正確に求められる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４及びインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。なお、排気タービン６ｔの排気流入口にはその開口面積を変更可能な可変ノズル機構６ｖが取り付けられている。可変ノズル機構６ｖにより排気タービン６ｔの排気流入口面積を小さくすれば排気圧力が低い機関低回転運転時にも過給圧を高めることができる。
【０００８】
一方、各気筒は排気マニホルド１１及び排気管１２を介して排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１３を介してＮＯX 還元触媒１４を収容したケーシング１５に接続され、ケーシング１５は排気管１６に接続される排気管１３内にはアクチュエータ１７により駆動される排気絞り弁１８が配置される。ＮＯX 還元触媒１４は例えば銅を担持したゼオライトを具備する。このＮＯX 還元触媒１４は流入する排気中にＨＣ，ＣＯのような還元剤が含まれていると酸化雰囲気でもＮＯX を還元することができる。なお、機関１の燃焼順序は＃１−＃３−＃４−＃２である。
【０００９】
各気筒は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を具備する。各燃料噴射弁２０は共通の燃料用蓄圧室又はコモンレール２１を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ２２に接続される。燃料ポンプ２２は低圧ポンプ（図示しない）を介して燃料タンク（図示しない）に接続されており、燃料ポンプ２２から吐出された燃料はコモンレール２１に供給され、次いで各燃料噴射弁２０に供給される。燃料ポンプ２２はコモンレール２１内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧になるように吐出量が制御される。なお、この目標燃料圧は例えば機関運転状態に応じて定めることができる。
【００１０】
さらに図１を参照すると、排気マニホルド１１とスロットル弁１０下流の吸気ダクト４とが排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取り付けられる。スロットル弁１０下流の吸気ダクト４内には吸気ダクト４内の圧力に比例した出力電圧を発生する吸気圧力センサ３９と、吸気ダクト４内の吸入空気温度に比例した出力電圧を発生する吸気温センサ４０とが配置される。排気管１６にはＮＯX 還元触媒１４から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する排気温度センサ４１が配置される。コモンレール２１にはコモンレール２１内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４２が取り付けられる。また、踏み込み量センサ４３はアクセルペダル（図示しない）の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０，４１，４２，４３の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４４を介して入力ポート３６に入力される。また、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４５の出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出され、吸気圧力センサ３９の出力電圧に基づいて吸入空気量Ｇａが算出される。
【００１１】
一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４６を介して可変ノズル機構６ｖ、各アクチュエータ９，１７，２４、各燃料噴射弁２０、及び燃料ポンプ２２にそれぞれ接続される。
ところで、コモンレール２１を設けると各気筒の１燃焼サイクル内に燃料を複数回噴射することが可能になる。そこで本実施態様では、機関出力トルクを発生させるべく概ね圧縮上死点周りで行われる主噴射とは別に、主噴射から進角側又は遅角側に時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにしている。副噴射としてはパイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が挙げられる。
【００１２】
パイロット噴射は主噴射に先立って少量の燃料を噴射するものである。このパイロット噴射は例えば主噴射よりも前の圧縮行程、即ち例えば圧縮上死点前（以下ＢＴＤＣと称する）７０から０°クランク角（以下ＣＡと称する）程度で行われ、主噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときは主噴射による燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。また、複数回のパイロット噴射を行うことも可能であり、従って予混合気形成用のパイロット噴射と着火源形成用のパイロット噴射との両方を行うこともできるし、予混合気形成用のパイロット噴射を複数回行うこともできる。本実施態様では２回のパイロット噴射を行うことが可能であり、先に行われるパイロット噴射を第１のパイロット噴射、後に行われるパイロット噴射を第２のパイロット噴射と称する。
【００１３】
後噴射は燃焼ガス又は排気ガス中のＨＣを完全燃焼させて機関から排出されるすすを低減するために、主噴射が完了した後に行われるものである。この後噴射は燃焼室内に燃焼火炎が残存している間に行われるのが好ましく、例えば主噴射完了後のＢＴＤＣ０から−３０°ＣＡ（圧縮上死点後０から３０°ＣＡ）程度に行われる。
【００１４】
ＨＣ供給用噴射はＮＯX 還元触媒１４に還元剤としてＨＣ（炭化水素）を供給するためのものである。このＨＣ供給用噴射は例えば主噴射又は後噴射完了後のＢＴＤＣ−１５０から−２１０°ＣＡ程度に行われる。ＨＣ供給用噴射による燃料は完全燃焼することなくＮＯX 還元触媒１４に到り、流入するＮＯX を還元する。
【００１５】
図２（Ａ）には各燃料噴射作用の燃料噴射時期が矢印でもって概略的に示されている。ここでｊは各気筒の１燃焼サイクルで行われうる燃料噴射の順番又は種類を表しており、即ちｊ＝１は第１のパイロット噴射を、ｊ＝２は第２のパイロット噴射を、ｊ＝３は主噴射を、ｊ＝４は後噴射を、ｊ＝５はＨＣ供給用噴射をそれぞれ表している。
【００１６】
各気筒の１燃焼サイクルにおいて主噴射が必ず行われるのに対し、パイロット噴射、後噴射、及びＨＣ供給用噴射が行われるか否かはそれぞれ機関運転状態により定められる。従って、各気筒の１燃焼サイクルに行われる燃料噴射回数は１回から５回の間で変更されうることになる。例えば図２（Ｂ）に示す例では各気筒の１燃焼サイクルに燃料噴射が４回だけ行われ、図２（Ｃ）に示す例では３回だけ行われる。
【００１７】
各気筒の１燃焼サイクルにおけるｊ番目の燃料噴射作用（ｊ＝１，２，３，４，５）の燃料噴射時間及び燃料噴射時期をそれぞれＴＡＵ（ｊ），ＩＴ（ｊ）で表すとすると、例えば主噴射の燃料噴射時間はＴＡＵ（３）で表され、後噴射の燃料噴射時期はＩＴ（４）で表されることになる。ここで燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）は各気筒の圧縮上死点を基準として表されている。また、副噴射を行わないときにはＴＡＵ（ｊ）＝０とされるので、燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）は副噴射の有無も表している。
【００１８】
主噴射及び副噴射の燃料噴射時期、並びに副噴射の燃料噴射時間はそれぞれ機関運転状態に基づいて算出される。具体的に説明すると、第１及び第２のパイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（１），ＴＡＵ（２）及び基本燃料噴射時期ＩＴ（１），ＩＴ（２）は良好な予混合気又は着火源を形成するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。後噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（４）及び燃料噴射時期ＩＴ（４）は気筒から排出されるＨＣを低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。ＨＣ供給用噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（５）及び燃料噴射時期ＩＴ（５）はＮＯX 還元触媒１４から排出されるＮＯX 量を低減するのに必要な燃料噴射時間及び燃料噴射時期であって、単位時間当たりＮＯX 還元触媒１４に流入するＮＯX 量を表す吸入空気量Ｇａ及び機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。また、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）は機関出力トルクを要求トルクに一致させるのに最適な燃料噴射時期であって、機関回転数Ｎ及びアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰの関数として予めＲＯＭ３２内にそれぞれ記憶されている。
【００１９】
一方、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は例えば次式に基づいて算出される。
ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ
ここでＴＡＵＢは基本燃料噴射時間、ＴＴＣは合計トルク発生寄与値をそれぞれ表している。
【００２０】
基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関出力トルクを要求出力トルクに一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な燃料噴射時間である。この基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは機関運転状態例えばアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により算出されている。上述したように主噴射は機関出力トルクを発生させるためのものであるので、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢは主噴射のみが行われると仮定したときの主噴射の燃料噴射時間を表していることになる。
【００２１】
合計トルク発生寄与値ＴＴＣは各副噴射のトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を合計したものであり、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）は対応する副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分を表している。次に、このトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）について詳細に説明する。
仮に、副噴射による燃料の全てが機関出力トルクの発生に寄与すると考えると、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものにすべきである（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−（ＴＡＵ（１）＋ＴＡＵ（２）＋ＴＡＵ（４）＋ＴＡＵ（５）））。さもなければ、実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも大きくなるからである。
【００２２】
しかしながら、主噴射から時期的間隔を隔てて行われる副噴射の燃料は燃焼室内に拡散するので、必ずしもその全てが機関出力トルク発生に寄与するとは限らない。従って、ただ単に差し引いた結果を主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）とすると余分に差し引いたことになり、斯くして実際の機関出力トルクが要求出力トルクよりも小さくなる。
【００２３】
とすると、副噴射のうち機関出力トルク発生に寄与する分だけを基本燃料噴射時間から差し引けば、実際の機関出力トルクを過不足なく要求出力トルクに一致させるのに必要な主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を求めることができることになる。
そこで本実施態様では、各副噴射について機関出力トルク発生に寄与する分を表すトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）を求め、これを合計して得られる合計トルク発生寄与値ＴＴＣを基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから差し引いたものを主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）としている。
【００２４】
本実施態様では、トルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）は次式により算出される。
ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ
ここでｋＣはトルク発生寄与率を表している。
トルク発生寄与率ｋＣ（≦１．０）は副噴射の燃料噴射時間のうち機関出力トルク発生に寄与する割合を表すものであり、予め実験により求められている。このトルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるように、主噴射の燃料噴射時期ＩＴ（３）からの副噴射の燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）の時期的間隔ＤＩＦ（＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）が小さいときには１．０に維持され、時期的間隔ＤＩＦが大きくなるにつれて小さくなる。また、副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が大きいときには小さいときに比べてトルク発生寄与率ｋＣが大きくなる。なお、トルク発生寄与率ｋＣは図３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２５】
従って一般的に言うと、基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから、副噴射の燃料噴射時間を減量補正したものを差し引くことにより主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）を算出しているということになる。このようにして算出された主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）は基本燃料噴射時間ＴＡＵＢから副噴射の燃料噴射時間の合計を差し引いたものよりも大きくなっている。
【００２６】
さらに、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）と副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）（ｊ＝１，２，４，５）とを合計することにより１燃焼サイクルの総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される。この総燃料噴射時間ＴＴＡＵに基づいて例えばコモンレール２１内の目標燃料圧、各燃料噴射作用の燃料噴射時期、ＥＧＲ制御弁２５の開度などが算出又は補正される。
【００２７】
図４は主噴射及び副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）及び燃料噴射時期ＩＴ（ｊ）（ｊ＝１，２，３，４，５）、並びに総燃料噴射時間ＴＴＡＵの算出ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図４を参照すると、まずステップ１００では現在が燃料噴射時間などの算出タイミングであるか否かが判別される。現在、算出タイミングでないときには処理サイクルを終了し、算出タイミングであるときには次いでステップ１０１に進み、総燃料噴射時間ＴＴＡＵ及び合計トルク発生寄与値ＴＴＣが零に戻される。続くステップ１０２では全ての燃料噴射時期ＩＴ（ｉ）が算出される。続くステップ１０３では基本燃料噴射時間ＴＡＵＢが算出される。
【００２８】
続くステップ１０４ではパラメータｊに順次１，２，４，５が代入される。続くステップ１０５ではｊ番目の副噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（ｊ）が算出される。続くステップ１０６では総燃料噴射時間ＴＴＡＵにＴＡＵ（ｊ）が加算される。続くステップ１０７では時期的間隔ＤＩＦが算出される（ＤＩＦ＝｜ＩＴ（３）−ＩＴ（ｊ）｜）。続くステップ１０８では図３のマップからトルク発生寄与率ｋＣが算出される。続くステップ１０９ではトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が算出される（ＴＣ（ｊ）＝ＴＡＵ（ｊ）・ｋＣ）。続くステップ１１０では合計トルク発生寄与値ＴＴＣにトルク発生寄与値ＴＣ（ｊ）が加算される。
【００２９】
続くステップ１１１ではパラメータｊが５であるか、即ち全ての副噴射の燃料噴射時間の算出が完了したか否かが判別される。ｊ＝５でないときにはステップ１０４に戻り、ｊ＝５のときには次いでステップ１１２に進み、主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵ（３）が算出される（ＴＡＵ（３）＝ＴＡＵＢ−ＴＴＣ）。続くステップ１１３では最終的な総燃料噴射時間ＴＴＡＵが算出される（ＴＴＡＵ＝ＴＴＡＵ＋ＴＡＵ（３））。
【００３０】
【発明の効果】
主噴射の燃料噴射量を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃料噴射時期及び気筒の１燃焼サイクルで行われる燃料噴射の数を説明するための図である。
【図３】トルク発生寄与率を示す線図である。
【図４】燃料噴射時間、燃料噴射時期、総燃料噴射時間の算出ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０…燃料噴射弁
２１…コモンレール
Claims (3)
- １燃焼サイクル内において主噴射から時期的間隔を隔てて副噴射を行うようにし、機関出力を要求出力に一致させるのに１燃焼サイクル当たりに必要な基本燃料噴射量を算出し、副噴射の燃料噴射量を算出し、これら基本燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とから、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした内燃機関の燃料噴射装置において、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量が、基本燃料噴射量から副噴射の燃料噴射量を差し引いたものよりも大きくなるようにして実際の機関出力が要求出力に一致するようにした内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記基本燃料噴射量から、前記副噴射の燃料噴射量を減量補正したものを差し引くことにより、副噴射が行われるときの主噴射の燃料噴射量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 主噴射の燃料噴射量と副噴射の燃料噴射量とを合計することにより１燃焼サイクルに機関に供給される総燃料噴射量を算出するようにした請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
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