JP3998432B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に係り、詳しくは、ディーゼルエンジンにおいて排気浄化装置を活性化させる際の燃料噴射制御技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレート・マター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦと略す）やＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒が実用化されている。また、最近では、ＤＰＦの外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが考えられている。さらに、主としてＮＯxを処理することを目的として構成されたＮＯx触媒を排気通路に介装することも考えられている。
【０００３】
このような酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒は、ある程度の高温下で活性化された状態でないと十分に機能しないことが知られており、それ故、エンジンの始動時のような冷態時において、これら酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒を早期に活性化させることはもとより、常時活性な状態に保持することが要求される。
【０００４】
そこで、酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒に電気ヒータ等の熱源を設け、始動時に当該熱源によりこれら酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒を暖めることで早期活性化を図った技術が種々開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように別途熱源を設けることは構造を複雑にするばかりでなく、コストアップに繋がり好ましいものではない。
一方、近年においては、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方式として、燃料噴射ノズルを電気的に開閉制御することにより蓄圧器に貯蔵された高圧の燃料を燃焼室に噴射可能なコモンレールシステムが実用化されており、このコモンレールシステムを採用したディーゼルエンジンでは、燃料噴射ノズルの開時期を自在に可変でき、燃料噴射時期を自由に設定できるという特性を有している。つまり、コモンレールシステムを使用することにより、圧縮行程のみならず、吸気行程、膨張行程、排気行程の全ての行程においても燃料噴射を行うことができる。
【０００６】
また、燃焼初期の急激な爆発燃焼によるエンジン運転騒音やＮＯxの増大を防止することを目的として、燃料噴射サイクルの初期段階においては低圧で少量の燃料を噴射（初期噴射）する技術が開発されており、当該コモンレールシステムにおいて実用化されている。
そこで、かかるコモンレールシステムの特性を利用し、燃料を噴射して主燃焼させた後、膨張行程以降に燃料を追加噴射（ポスト噴射）し、当該追加燃料を燃焼室内で火炎により燃焼させ或いは排気通路の触媒で反応させて排気昇温、ひいては酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒の昇温を行う技術が開発されている。
【０００７】
また、当該ポスト噴射を行う際、高圧の燃料を噴射すると噴射燃料の貫徹力が強いために燃料がシリンダライナ壁面に付着してオイルダイリューションや焼き付き等が発生するおそれがあることから、ポスト噴射についても上記低圧の燃料を利用して噴射し、噴射燃料の貫徹力を小さく抑えることが考えられている。
ところが、第１及び第２の蓄圧器を有するコモンレールシステムの場合、このように初期噴射のための低圧の燃料を利用してポスト噴射を行うと、極力低圧でポスト噴射を行うのがよい一方、ポスト噴射により燃料圧力が一時的に低下するために、初期噴射において所定の低圧で燃料を噴射しようとしたときに十分な燃料圧力を確保できなくなるおそれがある。このように十分な燃料圧力で初期噴射ができなくなると、主燃焼で目標とする燃焼を達成できなくなり好ましいものではない。
【０００８】
このようなことから、ポスト噴射により排気昇温、ひいては酸化触媒や連続再生式ＤＰＦ、ＮＯx触媒の早期活性化を行う場合、初期噴射時に十分な燃料圧力を確保して良好な主燃焼を実現しながら、いかにしてポスト噴射時の燃料圧力を極力低く抑えてオイルダイリューションや焼き付き等を防止するかが課題となる。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気昇温のためのポスト噴射を行うにあたり、主燃焼の初期噴射時に十分な燃料圧力を確保し且つポスト噴射時の燃料圧力を極力低く抑えることの可能な蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、ポンプにより加圧された高圧の燃料を貯留する第１の蓄圧器と、燃料通路を介して前記第１の蓄圧器に接続され、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルと、前記第１の蓄圧器内の高圧燃料の前記燃料通路への連通と遮断とを切換える切換弁と、前記第１の蓄圧器内の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯留し、前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分に分岐通路を介して接続される第２の蓄圧器と、前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分及び前記第２の蓄圧器のいずれか一方に設けられ、前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を調整する圧力制御弁と、エンジンの排気通路に介装された排気浄化装置と、エンジンの回転角に応じて、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの所定の低圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を連通側に切換えて前記燃料噴射ノズルにより所定期間に亘り前記第１の蓄圧器からの高圧の燃料を噴射する主噴射制御手段と、該主噴射制御手段により高圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を遮断側に切換えるとともに前記圧力制御弁により前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を前記所定の低圧に調整する圧力調整手段と、前記エンジンの排気温度を上昇させる必要があるとき、前記主噴射制御手段による燃料の噴射の後、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの低圧の燃料を追加噴射するポスト噴射制御手段とを備え、前記ポスト噴射制御手段は、前記圧力調整手段により前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧にまで減少する時点及びエンジンの排気行程終了時点のいずれか早い時期に噴射が終了するよう燃料の追加噴射を前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧に減少する前に開始させることを特徴としている。
【００１１】
つまり、高圧の第１の蓄圧器と低圧の第２の蓄圧器とを有したコモンレールシステムにおいて、主噴射制御手段により、第２の蓄圧器からの低圧の燃料が噴射された後、第１の蓄圧器からの高圧の燃料が噴射されると、ポスト噴射制御手段によって燃料が追加噴射され、これにより追加噴射が燃焼室内で火炎により燃焼し或いは排気通路の触媒で反応して排気昇温が実現されるが、主噴射制御手段による燃料噴射が終了すると圧力調整手段によって燃料通路内の燃料圧力の減圧が開始され、ポスト噴射制御手段による追加噴射（ポスト噴射）は、当該圧力調整手段による減圧開始後オリフィス等による応答遅れにより実際の燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで減少する時点及び排気行程終了時点のいずれか早い時期に噴射が終了するように開始される。
【００１２】
従って、ポスト噴射は、燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧よりも大きい時点から開始され、通常は当該ポスト噴射が終了した時点で燃料圧力が所定の低圧となるように制御されるので、主噴射制御手段によって低圧の燃料を噴射（初期噴射）するときには所定の低圧が確保され、また、ポスト噴射の開始圧力は初期噴射として所定の低圧を確保する場合の最低圧となるので、噴射燃料の貫徹力が極力小さく抑えられ、燃料のシリンダライナ壁面への付着が好適に防止される。これにより、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を好適に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることが可能とされる。
【００１３】
なお、燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで減少する時点よりも排気行程終了時点の方が早い場合に排気行程終了時点でポスト噴射が終了するようにするのは、排気弁が閉弁した後にポスト噴射を実施しても当該追加燃料を排気通路に排出できず排気昇温に寄与させることができないためである。しかしながら、この場合であっても、ポスト噴射の開始圧力はポスト噴射を排気行程終了時点以前に行う場合の最低圧となるので、噴射燃料の貫徹力は極力小さく抑えられて燃料のシリンダライナ壁面への付着は好適に防止され、また、燃料通路内の燃料圧力は排気行程終了後においても吸気行程において所定の低圧に向けて減少し続けるので、初期噴射の実施時には所定の低圧が確保される。
【００１４】
また、請求項２の発明では、前記圧力調整手段は、前記ポスト噴射制御手段により燃料を噴射した後、前記圧力検出手段からの圧力情報に基づき、前記切換弁を連通側に一時的に切換えて、前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧となるよう前記第１の蓄圧器からの高圧の燃料を前記燃料通路内に供給することを特徴としている。
即ち、ポスト噴射量を多く必要とする場合等に、ポスト噴射により燃料圧力が所定の低圧よりも低くなったとしても、燃料通路に第１の蓄圧器からの高圧の燃料を一時的に供給することで、燃料通路内の燃料圧力を所定の低圧以上に容易に復帰させることが可能である。
【００１５】
従って、主噴射制御手段によって初期噴射するときには少なくとも所定の低圧が確保され、また、ポスト噴射については燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで落ちきった時点で実施することも可能となるので、噴射燃料の貫徹力が確実に小さく抑えられ、燃料のシリンダライナ壁面への付着が確実に防止される。これにより、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を確実に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることが可能とされる。
【００１７】
また、ポスト噴射量を多く必要とする場合等に、ポスト噴射により燃料圧力が所定の低圧よりも低くなった場合には、圧力検出手段からの圧力情報と所定の低圧との差分だけ第１の蓄圧器からの高圧の燃料を燃料通路内に供給する。
従って、主噴射制御手段によって初期噴射するときにおいて常に確実に所定の低圧が確保されることになり、また、ポスト噴射については燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで落ちきった時点で実施することも可能となるので、噴射燃料の貫徹力が確実に小さく抑えられ、燃料のシリンダライナ壁面への付着が確実に防止される。これにより、最適なポスト噴射が実現され、より一層良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を確実に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることが可能とされる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を連続再生式ＤＰＦに適用した場合の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置１ａの適用されるディーゼルエンジン１が示されており、図２を参照すると、本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置１ａの構成が示されている。
【００１９】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１は例えば直列４気筒のディーゼルエンジンであり、当該エンジン１の排気通路１ｂには、後処理装置が介装されている。後処理装置は、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）１ｄの上流に酸化触媒１ｃを設けて構成されている。なお、ＤＰＦの上流に酸化触媒を設けた当該タイプの後処理装置は連続再生式ＤＰＦと呼ばれるものであり、当該連続再生式ＤＰＦは、ＤＰＦに堆積したパティキュレート・マター（ＰＭ）を触媒からの酸化剤供給により常時連続的に除去可能に構成されている。
【００２０】
図２に示すように、蓄圧式燃料噴射装置１ａは、高圧ポンプ２を備えている。高圧ポンプ２は、エンジン１により駆動され燃料タンク１７内の燃料を汲み上げて加圧するもので、例えば容積形プランジャポンプからなり、その圧送ストロークの有効区間を調整することにより燃料吐出圧力を調整可能である。圧送ストローク調整は、例えば、図示しない電磁弁の閉弁時期を調整することによって行われる。
【００２１】
ポンプ２により加圧された燃料は、高圧蓄圧器（高圧レール、第１の蓄圧器）３に貯留される。この高圧蓄圧器３は各気筒に共通するものであり、燃料通路１０ａに連通している。燃料通路１０ａの途中には、例えば二方電磁弁からなる燃料噴射率切換用の切換弁５が各気筒毎に設けられ、また、燃料通路１０ａにおいて切換弁５の直下流には逆止弁３２が設けられている。
【００２２】
燃料通路１０ａからは逆止弁３２の下流において燃料通路１０ｂが分岐しており、当該燃料通路１０ｂは各気筒に共通の低圧蓄圧器（低圧レール、第２の蓄圧器）４に接続されている。また、燃料通路１０ｂの途中には、逆止弁６が設けられ、さらに当該逆止弁６をバイパスするようにしてバイパス燃料通路が付設されており、このバイパス燃料通路にはオリフィス６ａが設けられている。これにより、燃料通路１０ａ内の燃料圧力が燃料通路１０ｂ内の圧力よりも高いときには、燃料通路１０ａ内の燃料がオリフィス６ａを介して徐々に燃料通路１０ｂに流入し、低圧蓄圧器４に流入する。
【００２３】
また、低圧蓄圧器４と燃料タンク１７との間には、圧力制御弁３４が設けられている。
エンジン１の各気筒毎のインジェクタ（燃料噴射ノズル）９は、燃料通路１０ａに接続された制御室１１及び燃料室１２を有し、制御室１１は、燃料戻り通路１０ｃを介して燃料タンク１７に接続されている。符号１５、１６はオリフィスを示し、符号７は、燃料戻り通路１０ｃの途中に配された例えば二方電磁弁からなる噴射時期制御用の開閉弁を示す。なお、開閉弁７はインジェクタに組み込まれたものであってもよい。
【００２４】
また、インジェクタ９は、そのノズル孔を開閉するニードル弁１３と、制御室１１内に移動自在に配された油圧ピストン１４とを有し、ニードル弁１３は図示しないスプリングによりノズル孔側に付勢されている。
これにより、当該インジェクタ９では、燃料通路１０ａから制御室１１と燃料室１２とに燃料が供給され、噴射時期制御用の開閉弁７が閉じられている場合には、スプリングのばね力と燃料圧力との合力とが油圧ピストン１４を介してニードル弁１３に加わり、ニードル弁１３は燃料室１２内の燃料圧力に抗してノズル孔を閉鎖する。一方、開閉弁７が開いて制御室１１内の燃料が燃料タンク１７側に排出されると、燃料室１２内の燃料圧力によりニードル弁１３がスプリングのばね力に抗して油圧ピストン１４側へ移動してノズル孔が開き、燃料室１２内の燃料がエンジン１の燃焼室に噴射される。
【００２５】
電子コントローラ（ＥＣＵ）８の入力側には、高圧蓄圧器３内の実圧力ＰHPを検出する圧力センサ３ａ、低圧蓄圧器４内の実圧力ＰLPを検出する圧力センサ４ａ、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ８ａ、アクセルペダル踏込量（アクセル開度）Accを検出するアクセル開度センサ８ｂ等の各種センサ類が接続され、出力側には、ポンプ２、切換弁５、開閉弁７、圧力制御弁３４等の各種デバイス類が接続されている。
【００２６】
これにより、例えばエンジン回転速度センサ８ａにより検出されたエンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度センサ８ｂにより検出されたアクセルペダル踏込量Accとに応じてポンプ２の圧送ストロークが可変調整され、さらに、圧力センサ３ａにより検出された高圧蓄圧器３内の実圧力ＰHPに応じて圧送ストローク（燃料圧力）がフィードバック制御される。これにより、エンジン運転状態に適合する高圧燃料が得られる。
【００２７】
また、例えば圧力センサ４ａにより検出された低圧蓄圧器４内の実圧力ＰLPに応じて圧力制御弁３４が制御され、これにより、エンジン運転状態に適合する所定の低圧ＰL1の低圧燃料が得られる。
そして、このようにエンジン運転状態に適合する高圧燃料と低圧燃料とが得られると、エンジン運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、アクセルペダル踏込量Acc）に応じて主噴射期間、即ち高圧による燃料噴射期間（燃料噴射開始・終了時期）及び低圧による初期噴射の期間が設定され、主噴射による主燃焼の制御が行われる（主噴射制御手段）。
【００２８】
図３を参照すると、主噴射の噴射パターンが燃料噴射率の時間変化で示されており、以下主噴射の噴射パターンについて簡単に説明する。
燃料噴射開始時期が到来するまでの間は、切換弁５および開閉弁７はともに閉じられ、切換弁５の下流側の燃料通路１０ａには低圧蓄圧器４から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が制御室１１および燃料室１２に供給される。この状態では、開閉弁７は閉じているので、制御室１１内に供給された燃料圧力が油圧ピストン１４を介してニードル弁１３に加わり、ニードル弁１３によってインジェクタ９のノズル孔は閉塞されている。
【００２９】
燃料噴射開始時期になると、開閉弁７のみが開かれ、制御室１１内の低圧燃料がオリフィス１６及び燃料戻り通路１０ｃを介してドレーンされ、油圧ピストン１４を介してニードル弁１３に加わる燃料圧力とスプリングのばね力との合力がニードル弁１３を押し上げるように作用する。そして、燃料室１２内の燃料圧力よりも小さくなった時点でニードル弁１３が上昇してノズル孔が開き、低圧燃料がインジェクタ９から噴射される。すなわち、比較的小さい燃料噴射率（単位時間あたりの燃料噴射量）で初期噴射が行われる。
【００３０】
このように低圧の初期噴射を行うと、着火前の燃料量が少なくなり、予混合燃焼量が減少するために燃料噴射期間の初期段階での燃焼が比較的緩慢なものとなり、排気ガス中のＮＯｘ量が低減することになる。
低圧噴射を開始してから所定時間が経過すると、開閉弁７が開弁状態に保持されたまま切換弁５が開弁され、燃料室１２に高圧燃料が供給され、インジェクタ９から高圧燃料が噴射される（高圧主噴射）。
【００３１】
そして、燃料噴射終了時期になると、噴射時期制御用の開閉弁７が閉弁され、制御室１１に供給された高圧燃料が油圧ピストン１４を介してニードル弁１３に作用し、ニードル弁１３がインジェクタ９のノズル孔を閉塞する。切換弁５は開閉弁７の閉弁とともに或いは燃料噴射終了時期から所定時間経過した時点で閉じられる。このとき、圧力制御弁３４は、燃料通路１０ａからオリフィス６ａを介して徐々に低圧蓄圧器４に流入する燃料を燃料タンク１７に戻しながら低圧蓄圧器４の内圧が所定の低圧ＰL1に保持されるように圧力を制御する（圧力調整手段）。
【００３２】
さらに、本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置では、排気系の温度が低いようなとき、即ちＤＰＦ１ｄと酸化触媒１ｃからなる連続再生式ＤＰＦが連続再生機能を果たせないような状況のときに、排気昇温により主として酸化触媒を活性化させることを目的として上記主噴射後にポスト噴射を行うようにしており（ポスト噴射制御手段）、以下、本発明に係るポスト噴射制御の制御手順について説明する。
【００３３】
先ず実施例１について説明する。
図４を参照すると、実施例１に係るポスト噴射制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき説明する。
ステップＳ１０では、排気昇温が必要な状況か否かを、ＰＭ堆積量が所定値を越えているか否かに基づいて判別する。
【００３４】
排気昇温が必要な状況か否かをＰＭ堆積量が所定値より大きくなったか否かで判別するのは、排気系の温度が低くＤＰＦ１ｄと酸化触媒１ｃからなる連続再生式ＤＰＦが連続再生機能を果たせないような状況のときにはＰＭ堆積量が増加するため、かかるＰＭ堆積量を監視することで排気系の温度が低いことを容易に検出できるためである。ここに、ＰＭ堆積量が多くなるほど排気昇温を行うとＰＭが燃焼して急激に発熱するため、ＤＰＦの熱耐久性を考慮して所定値はそれほど大きな値ではない。なお、排気昇温が必要な状況か否かの判別は、例えば触媒温度センサを設け、当該触媒温度センサからの温度情報に基づいて行うようにしてもよい。
【００３５】
次のステップＳ１２では、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセルペダル踏込量Accとに基づいてポスト噴射量を決定する。実際には、予めエンジン回転速度Ｎｅとアクセルペダル踏込量Accとに基づき設定された図５のマップに基づき決定する。
ステップＳ１４では、ステップＳ１２で求めたポスト噴射量と上記所定の低圧ＰL1とに基づき、ポスト噴射の噴射期間ｔpostを計算する。
【００３６】
ステップS１６では、減圧終了時期ｔ1を計算する。つまり、主噴射の燃料噴射終了時期において切換弁５が閉弁されると、燃料通路１０ａ内の高圧の燃料圧力は急には減少せず、オリフィス６ａを介して徐々に低圧蓄圧器４側に抜けることになるため、ここでは、燃料圧力がオリフィス６ａを介して上記所定の低圧ＰL1となるまでの減圧期間を求め、当該減圧期間と主噴射の燃料噴射終了時期とから減圧終了時期ｔ1を求めるようにする。
【００３７】
実際には、オリフィス６ａの絞りは一定であるため、高圧側の圧力と減圧期間とは一定の関係を有しており、故に高圧側の圧力（高圧レール圧）と減圧終了時期ｔ1も一定の関係を有している。従って、ここでは、減圧終了時期ｔ1は、図６に示すマップから一義的に読みとられる。
ステップＳ１８では、エンジン回転速度Ｎｅに基づき排気行程終了時期ｔ2を計算する。
【００３８】
そして、ステップＳ２０において、上記のように求めた減圧終了時期ｔ1と排気行程終了時期ｔ2との大小関係、即ち時期が早いか遅いかを比較し、判別結果が真(Ｙｅｓ）で、減圧終了時期ｔ1が排気行程終了時期ｔ2よりも早い場合には、次にステップＳ２２に進み、減圧終了時期ｔ1をポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして設定する。
【００３９】
一方、ステップＳ２０の判別結果が偽(Ｎｏ）で、減圧終了時期ｔ1が排気行程終了時期ｔ2と同じか或いは排気行程終了時期ｔ2が減圧終了時期ｔ1よりも早い場合には、次にステップＳ２４に進み、排気行程終了時期ｔ2をポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして設定する。このように、排気行程終了時期ｔ2が減圧終了時期ｔ1よりも早い場合に当該排気行程終了時期ｔ2をポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとするのは、排気弁が閉弁した後にポスト噴射を実施しても当該ポスト噴射による追加燃料を排気通路１ｂに排出できず排気昇温に寄与させることができないためである。
【００４０】
ステップＳ２６では、このように求めたポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endと上記ポスト噴射の噴射期間ｔpostとの差からポスト噴射の開始時期ｔpost-startを求める。
そして、ステップＳ２８において、ポスト噴射を実施する。即ち、開始時期ｔpost-startのタイミングでインジェクタ９を噴射期間ｔpostに亘り作動させる。
【００４１】
図７及び図８を参照すると、上記ポスト噴射制御を実行した場合のインジェクタ９の駆動信号、切換弁５の駆動信号、インジェクタ９の入口圧力の時間変化がタイムチャートで示されており、以下これらの図に基づき本発明の実施例１に係る作用及び効果を説明する。なお、図７はエンジン１が低回転である場合のように減圧終了時期ｔ1がポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして設定される場合を示し、図８はエンジン１が高回転である場合のように排気行程終了時期ｔ2がポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして設定される場合を示す。
【００４２】
図７では、インジェクタ９の駆動信号がＯＮとされて主噴射が開始されると、上述したように初期噴射が実施された後、切換弁５が開弁されてインジェクタ９の入口圧力は高圧まで上昇して高圧主噴射が行われる。そして、高圧主噴射が終了し、燃料噴射終了時期から所定時間が経過すると、切換弁５が閉弁され、インジェクタ９の入口圧力はオリフィス６ａを介して徐々に所定の低圧ＰL1に向けて減圧される。
【００４３】
この場合、ポスト噴射はインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1となる減圧終了時期ｔ1より噴射期間ｔpostだけ早い時期から開始される。つまり、燃料噴射終了時期ｔpost-endとして減圧終了時期ｔ1が選択される場合には、減圧終了時期ｔ1の時点でインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1となっているようにポスト噴射が行われる。
【００４４】
このように、減圧終了時期ｔ1の時点でインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1になるようにポスト噴射を行うと、ポスト噴射が終了した後、次回初期噴射が行われるまでの間、インジェクタ９の入口圧力、即ち燃料通路１０ａ内の燃料圧力が所定の低圧ＰL1に保持され、次回の初期噴射が適正な燃料圧力のもとで実施されることになる。これにより、良好な主燃焼を実現することができる。
【００４５】
一方、このようにポスト噴射を行うと、ポスト噴射の開始圧力は所定の低圧ＰL1よりは大きいものの、初期噴射として所定の低圧ＰL1を確保する場合の最低圧となる。
つまり、減圧終了時期ｔ1の時点でインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1になるようにポスト噴射を行うことにより、初期噴射の噴射圧力として所定の低圧ＰL1を確保しながら、噴射燃料の貫徹力を極力小さく抑えるようにでき、燃料のシリンダライナ壁面への付着を好適に防止することができることになる。
【００４６】
これにより、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を好適に防止しながら、排気昇温、ひいては酸化触媒１ｃの早期活性化を図ることができる。
図８では、ポスト噴射は排気行程終了時期ｔ2より噴射期間ｔpostだけ早い時期から開始される。
【００４７】
この場合、ポスト噴射が終了した時点ではインジェクタ９の入口圧力は所定の低圧ＰL1よりも大きくなっている。しかしながら、インジェクタ９の入口圧力はオリフィス６ａを介して徐々に所定の低圧ＰL1に向けて減圧され続けているので、インジェクタ９の入口圧力、即ち燃料通路１０ａ内の圧力は、排気行程終了後も次の吸気行程において減圧し続け、次回初期噴射が行われるまでには所定の低圧ＰL1にまで減圧される。これにより、やはり良好な主燃焼を実現することができる。
【００４８】
また、上記減圧終了時期ｔ1を燃料噴射終了時期ｔpost-endとした場合に比べると、ポスト噴射の開始圧力も大きくなっている。しかしながら、この場合であっても、ポスト噴射の開始圧力はポスト噴射を排気行程終了時点以前に行う場合の最低圧である。
つまり、排気行程終了時期ｔ2を燃料噴射終了時期ｔpost-endとした場合であっても、初期噴射の噴射圧力として所定の低圧ＰL1を確保しながら、噴射燃料の貫徹力を極力小さく抑えるようにでき、燃料のシリンダライナ壁面への付着を好適に防止することができることになる。
【００４９】
これにより、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を好適に防止しながら、排気昇温、ひいては酸化触媒１ｃの早期活性化を図ることができる。
次に実施例２について説明する。
図９を参照すると、実施例２に係るポスト噴射制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき説明する。
【００５０】
ステップＳ３０では、上記同様、排気昇温が必要な状況か否かを、ＰＭ堆積量が所定値を越えているか否かに基づいて判別する。
そして、次のステップＳ３２では、上記実施例１の図４中ステップＳ１２〜ステップＳ２８を同様に実行し、同様の噴射タイミングでインジェクタ９を駆動してポスト噴射を行う。
【００５１】
ステップＳ３４では、ポスト噴射の開始と同時に計時タイマをリセット（ｔ＝０）し、次のステップＳ３６において計時タイマによる計時時間ｔが噴射期間ｔpostに達したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には計時時間ｔが噴射期間ｔpostとなるのを待つ。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で計時時間ｔが噴射期間ｔpostに達したと判定された場合には、ステップＳ３８に進む。
【００５２】
当該実施例２では、例えばポスト噴射量が多く、ポスト噴射を行うことによりインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1を下回るほど低下するような場合を想定しており、ポスト噴射後に一時的に切換弁５を開弁して高圧燃料を燃料通路１０ａにスポット供給し、燃料通路１０ａ内の燃料圧力を高めるようにしている。
【００５３】
そこで、ステップＳ３８では、このような切換弁５の駆動期間を計算する。この駆動期間、即ち開弁時間は、例えばインジェクタ９の入口圧力、或いは燃料通路１０ａ内の燃料圧力が所定の低圧ＰL1以上となるような固定値としてもよいが、インジェクタ９の入口圧力、或いは燃料通路１０ａ内の燃料圧力の実測値と所定の低圧ＰL1との差に応じた時間とするのがよい。つまり、インジェクタ９の入口圧力を所定の低圧ＰL1に復帰させるよう切換弁５の駆動期間を設定するのがよい。この場合、インジェクタ９の入口圧力の実測値として圧力センサ４ａからの圧力情報を用いることができ（圧力検出手段）、圧力センサ４ａからの圧力情報と所定の低圧ＰL1との差に応じて切換弁５の開弁時間を設定する。
【００５４】
そして、ステップＳ４０において、ポスト噴射後、上記のように求めた駆動期間だけ切換弁５を開弁作動させる。
図９を参照すると、上記実施例２のポスト噴射制御を実行した場合のインジェクタ９の駆動信号、切換弁５の駆動信号、インジェクタ９の入口圧力の時間変化がタイムチャートで示されており、以下これらの図に基づき本発明の実施例２に係る作用及び効果を説明する。なお、図９は上記図７に対応し、ポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endが減圧終了時期ｔ1に基づき設定されている場合を示す。
【００５５】
同図に示すように、ポスト噴射量が多いような場合には、ポスト噴射を行うとインジェクタ９の入口圧力が所定の低圧ＰL1を下回るほど低下する場合がある。このような場合、同図に示す如くインジェクタ９の入口圧力の実測値と所定の低圧ＰL1との差に応じた時間だけ切換弁５を開弁すると、インジェクタ９の入口圧力が補償されて所定の低圧ＰL1にまで復帰することになる。これにより、次回初期噴射が行われるまでの間、インジェクタ９の入口圧力、即ち燃料通路１０ａ内の燃料圧力が所定の低圧ＰL1に保持されることになり、次回の初期噴射が常に適正な燃料圧力のもとで実施されることになる。これにより、所定の低圧ＰL1を確保してより一層良好な主燃焼を実現することができる。
【００５６】
一方、この例の場合には上記実施例１と同様、ポスト噴射の開始圧力は所定の低圧ＰL1よりは大きいものの、初期噴射として所定の低圧ＰL1を確保する場合の最低圧となる。
従って、当該実施例２の場合には、初期噴射の噴射圧力として所定の低圧ＰL1を常に確実に確保しながら、噴射燃料の貫徹力を極力小さく抑えるようにでき、燃料のシリンダライナ壁面への付着を好適に防止することができることになる。
【００５７】
これにより、より一層良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を好適に防止しながら、排気昇温、ひいては酸化触媒１ｃの早期活性化を図ることができる。
また、特に当該実施例２の場合には、ポスト噴射により所定の低圧ＰL1を下回った圧力分を切換弁５を一時的に開弁して所定の低圧ＰL1まで復帰させるようにすることから、インジェクタ９の入口圧力が一旦所定の低圧ＰL1にまで落ちきったところでポスト噴射を実施することができるという大きな特徴を有している。
【００５８】
従って、当該実施例２においては、ポスト噴射をインジェクタ９の入口圧力が一旦所定の低圧ＰL1にまで落ちきったところで実施することにより、初期噴射の噴射圧力として所定の低圧ＰL1を常に確実に確保しながら、噴射燃料の貫徹力を確実に小さく抑えるようにでき、燃料のシリンダライナ壁面への付着を確実に防止することができ、最適なポスト噴射を実現することができることになる。
【００５９】
以上で説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、酸化触媒１ｃの昇温及び活性化を目的としたが、活性化の対象となる触媒は酸化触媒１ｃに限られるものではなく、排気通路１ｂにＮＯx触媒等を設けた場合であっても本発明を良好に適用可能である。
また、上記実施形態では、触媒の昇温及び活性化を目的としたが、本発明は、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去することを目的としたポスト噴射にも適用可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の蓄圧式燃料噴射装置によれば、高圧の第１の蓄圧器と低圧の第２の蓄圧器とを有したコモンレールシステムにおいて、第２の蓄圧器からの低圧の燃料を噴射した後、第１の蓄圧器からの高圧の燃料を噴射し、さらにポスト噴射を実施することで、排気昇温、ひいては触媒昇温を実現できるが、圧力調整手段による減圧開始後オリフィス等による応答遅れにより実際の燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで減少する時点及び排気行程終了時点のいずれか早い時期に噴射が終了するようポスト噴射を開始するようにしたので、主噴射制御手段によって初期噴射を実施するときには所定の低圧を確保でき、また、ポスト噴射の開始圧力は初期噴射として所定の低圧を確保する場合或いはポスト噴射を排気行程終了時点以前に行う場合の最低圧となるので、噴射燃料の貫徹力を極力小さく抑えるようにして燃料のシリンダライナ壁面への付着を好適に防止することができる。
【００６１】
従って、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を好適に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることができる。
また、請求項２の蓄圧式燃料噴射装置によれば、ポスト噴射量を多く必要とする場合等に、ポスト噴射により燃料圧力が所定の低圧よりも低くなったとしても、燃料通路に第１の蓄圧器からの高圧の燃料を一時的に供給することで、燃料通路内の燃料圧力を所定の低圧以上に容易に復帰させるようにしたので、主噴射制御手段によって初期噴射するときには少なくとも所定の低圧を確保でき、また、ポスト噴射については燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで落ちきった時点で実施することも可能となるので、噴射燃料の貫徹力を確実に小さく抑えるようにして燃料のシリンダライナ壁面への付着を確実に防止できる。
【００６２】
従って、良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を確実に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることができる。
また、ポスト噴射量を多く必要とする場合等に、ポスト噴射により燃料圧力が所定の低圧よりも低くなった場合には、圧力検出手段からの圧力情報と所定の低圧との差分だけ第１の蓄圧器からの高圧の燃料を燃料通路内に供給するので、主噴射制御手段によって初期噴射するときにおいて常に確実に所定の低圧を確保でき、また、ポスト噴射については燃料通路内の燃料圧力が所定の低圧にまで落ちきった時点で実施することも可能となるので、噴射燃料の貫徹力を確実に小さく抑えるようにして燃料のシリンダライナ壁面への付着を確実に防止できる。
【００６３】
従って、最適なポスト噴射を実現でき、より一層良好な主燃焼を実現し且つオイルダイリューションや焼き付き等を確実に防止しながら、排気昇温、ひいては後処理装置の活性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置の適用されるディーゼルエンジンを示す図である。
【図２】本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置の構成を示す図である。
【図３】主噴射の噴射パターンを示す図である。
【図４】実施例１に係るポスト噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】ポスト噴射量を決定するマップである。
【図６】減圧終了時期ｔ1を求めるマップである。
【図７】減圧終了時期ｔ1をポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして図４のポスト噴射制御を実行した場合のインジェクタの駆動信号、切換弁の駆動信号、インジェクタの入口圧力の時間変化を示すタイムチャートである。
【図８】排気行程終了時期ｔ2をポスト噴射の燃料噴射終了時期ｔpost-endとして図４のポスト噴射制御を実行した場合のインジェクタの駆動信号、切換弁の駆動信号、インジェクタの入口圧力の時間変化を示すタイムチャートである。
【図９】実施例２に係るポスト噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図９のポスト噴射制御を実行した場合のインジェクタの駆動信号、切換弁の駆動信号、インジェクタの入口圧力の時間変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
１ｂ 排気通路
１ｃ 酸化触媒
１ｄ ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）
２ 高圧ポンプ
３ 高圧蓄圧器（第１の蓄圧器）
３ａ 圧力センサ
４ 低圧蓄圧器（第２の蓄圧器）
４ａ 圧力センサ（圧力検出手段）
５ 切換弁
６ａ オリフィス
８ 電子コントローラ（ＥＣＵ）
８ａ エンジン回転速度センサ
８ｂ アクセル開度センサ
９ インジェクタ（燃料噴射ノズル）
１０ａ 燃料通路
３４ 圧力制御弁

Claims (2)

1. ポンプにより加圧された高圧の燃料を貯留する第１の蓄圧器と、
   燃料通路を介して前記第１の蓄圧器に接続され、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルと、
   前記第１の蓄圧器内の高圧燃料の前記燃料通路への連通と遮断とを切換える切換弁と、
   前記第１の蓄圧器内の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯留し、前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分に分岐通路を介して接続される第２の蓄圧器と、
   前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分及び前記第２の蓄圧器のいずれか一方に設けられ、前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を調整する圧力制御弁と、
   エンジンの回転角に応じて、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの所定の低圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を連通側に切換えて前記燃料噴射ノズルにより所定期間に亘り前記第１の蓄圧器からの高圧の燃料を噴射する主噴射制御手段と、
   該主噴射制御手段により高圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を遮断側に切換えるとともに前記圧力制御弁により前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を前記所定の低圧に調整する圧力調整手段と、
   前記エンジンの排気温度を上昇させる必要があるとき、前記主噴射制御手段による燃料の噴射の後、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの低圧の燃料を追加噴射するポスト噴射制御手段とを備え、
   前記ポスト噴射制御手段は、前記圧力調整手段により前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧にまで減少する時点及びエンジンの排気行程終了時点のいずれか早い時期に噴射が終了するよう燃料の追加噴射を前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧に減少する前に開始させることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
2. ポンプにより加圧された高圧の燃料を貯留する第１の蓄圧器と、
   燃料通路を介して前記第１の蓄圧器に接続され、燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルと、
   前記第１の蓄圧器内の高圧燃料の前記燃料通路への連通と遮断とを切換える切換弁と、
   前記第１の蓄圧器内の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯留し、前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分に分岐通路を介して接続される第２の蓄圧器と、
   前記燃料通路の前記切換弁よりも下流の部分及び前記第２の蓄圧器のいずれか一方に設けられ、前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を調整する圧力制御弁と、
   エンジンの回転角に応じて、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの低圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を連通側に切換えて前記燃料噴射ノズルにより所定期間に亘り前記第１の蓄圧器からの高圧の燃料を噴射する主噴射制御手段と、
   該主噴射制御手段により高圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を遮断側に切換えるとともに前記圧力制御弁により前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を所定の低圧に調整する圧力調整手段と、
   該主噴射制御手段により高圧の燃料を噴射した後、前記切換弁を遮断側に切換えるとともに前記圧力制御弁により前記第２の蓄圧器内及び前記燃料通路内の燃料圧力を所定の低圧に調整する圧力調整手段と、
   前記燃料通路内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記エンジンの排気温度を上昇させる必要があるとき、前記主噴射制御手段による燃料の噴射の後、前記燃料噴射ノズルにより前記第２の蓄圧器からの低圧の燃料を追加噴射するポスト噴射制御手段とを備え、
   前記圧力調整手段は、前記ポスト噴射制御手段により燃料を噴射した後、前記圧力検出手段からの圧力情報に基づき、前記切換弁を連通側に一時的に切換えて、前記燃料通路内の燃料圧力が前記所定の低圧となるよう前記第１の蓄圧器からの高圧の燃料を前記燃料通路内に供給することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。

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