JP3832212B2 - 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】
本発明は燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができる燃料噴射装置が知られている。この種の燃料噴射装置の例としては、例えば特開平７−１５８５３５号公報に記載されたものがある。特開平７−１５８５３５号公報に記載された燃料噴射装置では、噴孔開閉弁の開弁動作時に噴孔開閉弁リフト量が一時的に減少されることにより、主燃料噴射初期の燃料噴射率が低下せしめられるようになっている。このように主燃料噴射初期の燃料噴射率が低下せしめられることにより、筒内温度が低下せしめられ、ＮＯｘ発生量が抑制される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−１５８５３５号公報に記載された燃料噴射装置のように主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるとＮＯｘ発生量が抑制されるものの、主燃料噴射初期の燃料噴霧の拡散度合いが低下するのに伴ってスモーク発生量が増加してしまう。一方で、特開平７−１５８５３５号公報には、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量の増加を抑制する必要性について開示されていない。また、特開平７−１５８５３５号公報には、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量の増加を抑制する方法についても開示されていない。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができないときには主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うようにした、燃料噴射装置が提供される。
【０００６】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができるときには主燃料噴射初期に燃料噴射率を低下させない態様で主燃料噴射を行うようにした、請求項１に記載の燃料噴射装置が提供される。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の煤を捕集するためのパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができないときには、排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができるときに比べ、主燃料噴射の噴射期間のうち主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させている期間を短くするようにした、燃料噴射装置が提供される。
【０００８】
請求項４に記載の発明によれば、燃料噴射用噴孔と、前記燃料噴射用噴孔を開閉するための噴孔開閉弁と、噴孔開閉弁リフト速度が高速の高速モードと噴孔開閉弁リフト速度が低速の低速モードとを切り換えるための噴孔開閉弁リフト速度切換手段とを具備し、前記主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様での主燃料噴射は前記噴孔開閉弁リフト速度切換手段により低速モードを選択することによって行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置が提供される。
【０００９】
請求項５に記載の発明によれば、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する圧力制御室と、前記圧力制御室内の圧力を制御するための圧力制御弁と、圧力制御室用第一出口通路と、圧力制御室用第二出口通路とを具備し、噴孔開閉弁リフト速度を高速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路及び前記圧力制御室用第二出口通路の両方を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を第一の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を第一の値まで減少させ、噴孔開閉弁リフト速度を低速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路を介して排出されず、前記圧力制御室用第二出口通路を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を前記第一の圧力よりも高い第二の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を前記第一の値よりも大きい第二の値まで減少させるようにした請求項４に記載の燃料噴射装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の燃料噴射装置の第一の実施形態の概略断面図、図２は図１の一部を拡大した拡大図である。図１及び図２において、１は燃料噴射用噴孔、２は燃料噴射用噴孔１を開閉するニードル弁、３はニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室、４はニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室である。５はニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢するためのスプリング、６は圧力制御室４内の圧力を制御するための圧力制御弁、７は圧力制御弁６が内部に配置されている圧力制御弁室である。８は高圧燃料供給通路、９は高圧燃料供給通路８と圧力制御室４とを連通する入口通路、１０は入口通路９に形成された絞り部である。１１は圧力制御室４と圧力制御弁室７とを連通する第一出口通路、１２は第一出口通路１１に形成された絞り部、１３は圧力制御室４と圧力制御弁室７とを連通する第二出口通路、１４は第二出口通路１３に形成された絞り部、１５は低圧燃料リーク通路である。１６は圧力制御弁６を駆動するためのピエゾ式アクチュエータ、１７は圧力制御弁６とピエゾ式アクチュエータ１６との間に配置された作動油である。詳細には、燃料噴射用噴孔１から噴射されなかった燃料が作動油１７として使用される。１７は圧力制御弁６が全閉時に着座するシート部、１８は圧力制御弁６を閉弁側（図１及び図２の上側）に付勢するためのスプリングである。
【００１９】
図２は圧力制御弁が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝ゼロ）に配置されている第一モードを示している。図２に示すように、圧力制御弁６が全閉せしめられると、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１５への燃料の流れが遮断され、圧力制御弁室７内の燃料は圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１５に流出できなくなる。従って、圧力制御弁室７内が燃料で満たされた以降においては、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第一出口通路１１及び第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７に流出できなくなる。そのため、圧力制御室４内の圧力が上昇せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりも大きくなる。その結果、ニードル弁２が閉弁側に移動せしめられるか、全閉位置に維持される。つまり、圧力制御弁６が全閉され続けると、ニードル弁２は全閉せしめられる。
【００２０】
図３は圧力制御弁が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に配置されている第二モードを示した図２と同様の拡大図である。図３に示すように、圧力制御弁６が中間リフト位置に配置されると、圧力制御室４から第一出口通路１１を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容されると共に、圧力制御室４から第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容され、かつ、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１３への燃料の流れが許容される。従って、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第一出口通路１１及び第二出口通路１３の両方を介して流出せしめられる。そのため、圧力制御室４内の圧力が所定の圧力まで低下せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりもかなり小さくなる。その結果、ニードル弁２が開弁側に迅速に移動せしめられる、つまり、ニードル弁リフト速度が高速になるか、あるいは、全開位置に維持される。すなわち、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に維持されると、ニードル弁２は全開せしめられる。
【００２１】
図４は圧力制御弁が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に配置されている第三モードを示した図２と同様の拡大図である。図４に示すように、圧力制御弁６が全開位置に配置されると、圧力制御室４から第一出口通路１１を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが圧力制御弁６によって遮断されると共に、圧力制御室４から第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容され、かつ、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１３への燃料の流れが許容される。従って、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第二出口通路１３のみを介して流出せしめられる。そのため、圧力制御室４内の圧力が第二モード時の圧力よりも高い所定の圧力まで低下せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりもわずかに小さくなる。その結果、ニードル弁２が開弁側にゆっくり移動せしめられる、つまり、ニードル弁リフト速度が低速になるか、あるいは、全開位置に維持される。すなわち、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に維持されると、ニードル弁２は全開せしめられる。
【００２２】
図５は圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図５に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２３】
図６は圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図６に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２４】
図７は圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持し、次いで中間リフト位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図７に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が迅速に開弁され続ける。その結果、燃料噴射率が迅速に増加し続ける。次いで、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が更に増加せしめられて圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２５】
図８は圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持し、次いで全開位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図８に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２がゆっくり開弁され続ける。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加し続ける。次いで、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が減少せしめられて圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２６】
図９は本実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ発生量を抑制しつつスモーク発生量を抑制した燃料噴射制御方法を示した図である。図９に示すように、本実施形態の燃料噴射装置では、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に配置され、燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に配置されて燃料噴射率が迅速に増加せしめられる場合（図中一点鎖線）に比べ、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率が低下せしめられる。その結果、燃焼初期の筒内温度が低下せしめられてＮＯｘ発生量が抑制されると共に燃焼騒音が低減される。一方で、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率が低下せしめられると、燃料噴射初期の燃料噴霧の拡散度合いが低下してしまい、スモーク発生量が増加してしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態の燃料噴射装置では、主燃料が噴射された後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。その結果、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率を低下させたことに伴って発生したスモークが、副燃料によって再燃焼せしめられる。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率を低下させるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制されることになる。
【００２８】
図１０は本実施形態の燃料噴射装置による機関高負荷運転時及び機関低負荷運転時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１０に示すように、機関高負荷運転時、つまり、機関要求負荷が高い時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モード（図３）が選択され、燃料噴射率が迅速に増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に比較的多量の燃料が供給され、要求通りの高出力が発生されることになる。一方、機関低負荷運転時、つまり、機関要求負荷が低い時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）を選択するのが禁止され、第三モード（図４）が選択されて燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、要求通りの出力が発生されつつ、第二モード（図３）が選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのが回避される。更に機関低負荷運転時には、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制される。
【００２９】
本実施形態によれば、図１０（Ｂ）に示したように機関低負荷運転時の主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に燃料噴射率を低下させるときには、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに発生するスモークが、主燃料噴射後に噴射される副燃料によって再燃焼せしめられる。それゆえ、機関低負荷運転時の主燃料噴射初期に燃料噴射率を低下させる場合に、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、機関低負荷運転時の主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料を噴射することによってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）を抑制することができる。
【００３０】
また本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度が高速の第二モード（図３）とニードル弁リフト速度が低速の第三モード（図４）とを切り換えるための圧力制御弁６が設けられている。そのため、第二モードを選択すべきとき、つまり、機関高負荷運転時（図１０（Ａ））の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モードを選択し、第三モードを選択すべきとき、つまり、機関低負荷運転時（図１０（Ｂ））の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モードを選択することができる。それゆえ、第二モードを選択するのが好ましい機関高負荷運転時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、第三モードを選択するのが好ましい機関低負荷運転時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。
【００３１】
更に本実施形態によれば、図１０に示したように機関要求負荷が高い機関高負荷運転時（図１０（Ａ））には第二モード（図３）が選択され、機関要求負荷が低い機関低負荷運転時（図１０（Ｂ））には、第三モード（図４）が選択されると共に主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、機関要求負荷が高い機関高負荷運転時に第三モードが選択されるのに伴って要求通りの機関出力を発生することができなくなってしまうのを回避しつつ、機関要求負荷が低い機関低負荷運転時に第二モードが選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのを抑制することができる。
【００３２】
更に本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度を高速にするために、圧力制御室４内の燃料が第一出口通路１１及び第二出口通路１３の両方を介して排出されるように圧力制御弁６が配置され（図３）、ニードル弁リフト速度を低速にするために、圧力制御室４内の燃料が第一出口通路１１を介して排出されず、第二出口通路１３のみを介して排出されるように圧力制御弁６が配置される（図４）。つまり、圧力制御弁６が第一出口通路１１内の燃料の流れを遮断するか否かによってニードル弁リフト速度が低速又は高速に設定される。そのため、ニードル弁リフト速度を低速又は高速に設定するために圧力制御弁リフト量を微調整する必要性を排除することができる。
【００３３】
以下、本発明の燃料噴射装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射装置の構成は、図１〜図４に示した第一の実施形態のものと同様である。従って、本実施形態の燃料噴射装置は、後述する点を除いて第一の実施形態の燃料噴射装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３４】
図１１は本実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ浄化可能時及びＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１１に示すように、ＮＯｘ浄化可能時、つまり、機関排気通路内に配置されたＮＯｘ触媒（図示せず）によって排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モード（図３）が選択され、燃料噴射率が迅速に増加せしめられる。そのため、ＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴って燃費が悪化してしまうのが回避される。一方、ＮＯｘ浄化不可能時、つまり、例えばＮＯｘ触媒の暖機完了前のような、ＮＯｘ触媒によって排気ガス中のＮＯｘを浄化することができない時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）を選択するのが禁止され、第三モード（図４）が選択されて燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、ＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）が選択されるのに伴ってＮＯｘが浄化されることなく排出されてしまうのが回避される。更にＮＯｘ浄化不可能時には、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制される。
【００３５】
本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度が高速の第二モード（図３）とニードル弁リフト速度が低速の第三モード（図４）とを切り換えるための圧力制御弁６が設けられているため、第二モードを選択すべきとき、つまり、ＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モードを選択し（図１１（Ａ））、第三モードを選択すべきとき、つまり、ＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モードを選択することができる（図１１（Ｂ））。それゆえ、第二モードを選択するのが好ましいＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、第三モードを選択するのが好ましいＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量（詳細には、ＮＯｘ排出量）及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。
【００３６】
以下、本発明の燃料噴射装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射装置の構成は、図１〜図４に示した第一の実施形態のものと同様である。従って、本実施形態の燃料噴射装置は、後述する点を除いて第一の実施形態の燃料噴射装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３７】
図１２は本実施形態の燃料噴射装置による煤浄化可能時及び煤浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１２に示すように、煤浄化不可能時、つまり、機関排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタ（図示せず）によって排気ガス中の煤を浄化することができない時（図１２（Ｂ））には、煤浄化可能時、つまり、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができる時（図１２（Ａ））に比べ、第三モード（図４）を選択する期間ΔＴ，ΔＴ’が短くされる（ΔＴ’＜ΔＴ）。そのため、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができない時（図１２（Ｂ））に、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができる時（図１２（Ａ））に比べて第三モード（図４）を選択する期間ΔＴ，ΔＴ’が短くされないのに伴ってスモークが浄化されることなく排出されてしまうのが抑制される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後に副燃料を噴射することによってスモーク発生量を抑制することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、高速モードを選択するのが好ましいときに、噴孔開閉弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、低速モードを選択するのが好ましいときに、噴孔開閉弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。更に、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、噴孔開閉弁リフト速度が低速の低速モードを選択して主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後に副燃料を噴射することによってスモーク発生量を抑制することができる。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、機関要求負荷が高い時に低速モードが選択されるのに伴って要求通りの機関出力を発生することができなくなってしまうのを回避しつつ、機関要求負荷が低い時に高速モードが選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのを抑制することができる。
【００４１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒によって浄化することができるときに低速モードが選択されるのに伴って燃費が悪化してしまうのを回避しつつ、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒によって浄化することができないときに高速モードが選択されるのに伴ってＮＯｘが浄化されることなく排出されてしまうのを回避することができる。
【００４２】
請求項５に記載の発明によれば、排気ガス中の煤をパティキュレートフィルタによって浄化することができないときに、排気ガス中の煤をパティキュレートフィルタによって浄化することができるときに比べて低速モードが選択される期間が短くされないのに伴ってスモークが浄化されることなく排出されてしまうのを抑制することができる。
【００４３】
請求項６に記載の発明によれば、噴孔開閉弁リフト速度を低速又は高速に設定するために圧力制御弁リフト量を微調整する必要性を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射装置の第一の実施形態の概略断面図である。
【図２】図１の一部を拡大した拡大図である。
【図３】圧力制御弁が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に配置されている第二モードを示した図２と同様の拡大図である。
【図４】圧力制御弁が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に配置されている第三モードを示した図２と同様の拡大図である。
【図５】圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図６】圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図７】圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持し、次いで中間リフト位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図８】圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持し、次いで全開位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図９】第一の実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ発生量を抑制しつつスモーク発生量を抑制した燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１０】第一の実施形態の燃料噴射装置による機関高負荷運転時及び機関低負荷運転時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１１】第二の実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ浄化可能時及びＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１２】第三の実施形態の燃料噴射装置による煤浄化可能時及び煤浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射用噴孔
２…ニードル弁
３…燃料だまり室
４…圧力制御室
５…スプリング
６…圧力制御弁
７…圧力制御弁室
８…高圧燃料供給通路
９…入口通路
１１…第一出口通路
１３…第二出口通路
１５…低圧燃料リーク通路
１６…ピエゾ式アクチュエータ
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができる燃料噴射装置が知られている。この種の燃料噴射装置の例としては、例えば特開平７−１５８５３５号公報に記載されたものがある。特開平７−１５８５３５号公報に記載された燃料噴射装置では、噴孔開閉弁の開弁動作時に噴孔開閉弁リフト量が一時的に減少されることにより、主燃料噴射初期の燃料噴射率が低下せしめられるようになっている。このように主燃料噴射初期の燃料噴射率が低下せしめられることにより、筒内温度が低下せしめられ、ＮＯｘ発生量が抑制される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平７−１５８５３５号公報に記載された燃料噴射装置のように主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるとＮＯｘ発生量が抑制されるものの、主燃料噴射初期の燃料噴霧の拡散度合いが低下するのに伴ってスモーク発生量が増加してしまう。一方で、特開平７−１５８５３５号公報には、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量の増加を抑制する必要性について開示されていない。また、特開平７−１５８５３５号公報には、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量の増加を抑制する方法についても開示されていない。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときにスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができないときには主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うようにした、燃料噴射装置が提供される。
【０００６】
請求項２に記載の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができるときには主燃料噴射初期に燃料噴射率を低下させない態様で主燃料噴射を行うようにした、請求項１に記載の燃料噴射装置が提供される。
【０００７】
請求項３に記載の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の煤を捕集するためのパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができないときには、排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができるときに比べ、主燃料噴射の噴射期間のうち主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させている期間を短くするようにした、燃料噴射装置が提供される。
【０００８】
請求項４に記載の発明によれば、燃料噴射用噴孔と、前記燃料噴射用噴孔を開閉するための噴孔開閉弁と、噴孔開閉弁リフト速度が高速の高速モードと噴孔開閉弁リフト速度が低速の低速モードとを切り換えるための噴孔開閉弁リフト速度切換手段とを具備し、前記主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様での主燃料噴射は前記噴孔開閉弁リフト速度切換手段により低速モードを選択することによって行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置が提供される。
【０００９】
請求項５に記載の発明によれば、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する圧力制御室と、前記圧力制御室内の圧力を制御するための圧力制御弁と、圧力制御室用第一出口通路と、圧力制御室用第二出口通路とを具備し、噴孔開閉弁リフト速度を高速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路及び前記圧力制御室用第二出口通路の両方を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を第一の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を第一の値まで減少させ、噴孔開閉弁リフト速度を低速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路を介して排出されず、前記圧力制御室用第二出口通路を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を前記第一の圧力よりも高い第二の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を前記第一の値よりも大きい第二の値まで減少させるようにした請求項４に記載の燃料噴射装置が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明の燃料噴射装置の第一の実施形態の概略断面図、図２は図１の一部を拡大した拡大図である。図１及び図２において、１は燃料噴射用噴孔、２は燃料噴射用噴孔１を開閉するニードル弁、３はニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室、４はニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室である。５はニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢するためのスプリング、６は圧力制御室４内の圧力を制御するための圧力制御弁、７は圧力制御弁６が内部に配置されている圧力制御弁室である。８は高圧燃料供給通路、９は高圧燃料供給通路８と圧力制御室４とを連通する入口通路、１０は入口通路９に形成された絞り部である。１１は圧力制御室４と圧力制御弁室７とを連通する第一出口通路、１２は第一出口通路１１に形成された絞り部、１３は圧力制御室４と圧力制御弁室７とを連通する第二出口通路、１４は第二出口通路１３に形成された絞り部、１５は低圧燃料リーク通路である。１６は圧力制御弁６を駆動するためのピエゾ式アクチュエータ、１７は圧力制御弁６とピエゾ式アクチュエータ１６との間に配置された作動油である。詳細には、燃料噴射用噴孔１から噴射されなかった燃料が作動油１７として使用される。１７は圧力制御弁６が全閉時に着座するシート部、１８は圧力制御弁６を閉弁側（図１及び図２の上側）に付勢するためのスプリングである。
【００１９】
図２は圧力制御弁が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝ゼロ）に配置されている第一モードを示している。図２に示すように、圧力制御弁６が全閉せしめられると、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１５への燃料の流れが遮断され、圧力制御弁室７内の燃料は圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１５に流出できなくなる。従って、圧力制御弁室７内が燃料で満たされた以降においては、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第一出口通路１１及び第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７に流出できなくなる。そのため、圧力制御室４内の圧力が上昇せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりも大きくなる。その結果、ニードル弁２が閉弁側に移動せしめられるか、全閉位置に維持される。つまり、圧力制御弁６が全閉され続けると、ニードル弁２は全閉せしめられる。
【００２０】
図３は圧力制御弁が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に配置されている第二モードを示した図２と同様の拡大図である。図３に示すように、圧力制御弁６が中間リフト位置に配置されると、圧力制御室４から第一出口通路１１を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容されると共に、圧力制御室４から第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容され、かつ、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１３への燃料の流れが許容される。従って、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第一出口通路１１及び第二出口通路１３の両方を介して流出せしめられる。そのため、圧力制御室４内の圧力が所定の圧力まで低下せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりもかなり小さくなる。その結果、ニードル弁２が開弁側に迅速に移動せしめられる、つまり、ニードル弁リフト速度が高速になるか、あるいは、全開位置に維持される。すなわち、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に維持されると、ニードル弁２は全開せしめられる。
【００２１】
図４は圧力制御弁が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に配置されている第三モードを示した図２と同様の拡大図である。図４に示すように、圧力制御弁６が全開位置に配置されると、圧力制御室４から第一出口通路１１を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが圧力制御弁６によって遮断されると共に、圧力制御室４から第二出口通路１３を介して圧力制御弁室７への燃料の流れが許容され、かつ、圧力制御弁室７から低圧燃料リーク通路１３への燃料の流れが許容される。従って、高圧燃料供給通路８から入口通路９を介して圧力制御室４内に供給された燃料は、圧力制御室４から第二出口通路１３のみを介して流出せしめられる。そのため、圧力制御室４内の圧力が第二モード時の圧力よりも高い所定の圧力まで低下せしめられ、ニードル弁２を閉弁側（図１及び図２の下側）に付勢する圧力制御室４内の油圧（燃料圧）とスプリング５のばね圧との和が、ニードル弁２を開弁側（図１及び図２の上側）に付勢する燃料だまり室３内の油圧よりもわずかに小さくなる。その結果、ニードル弁２が開弁側にゆっくり移動せしめられる、つまり、ニードル弁リフト速度が低速になるか、あるいは、全開位置に維持される。すなわち、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に維持されると、ニードル弁２は全開せしめられる。
【００２２】
図５は圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図５に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２３】
図６は圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図６に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２４】
図７は圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持し、次いで中間リフト位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図７に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が迅速に開弁され続ける。その結果、燃料噴射率が迅速に増加し続ける。次いで、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が更に増加せしめられて圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２５】
図８は圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持し、次いで全開位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。図８に示すように、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が増加せしめられて圧力制御弁６が全閉位置（圧力制御弁リフト量＝０）（図２）から全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に移動せしめられると、ニードル弁２がゆっくり開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝低速）。つまり、ニードル弁リフト量がゆっくり増加する。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加する。次いで、圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に維持されると、ニードル弁２がゆっくり開弁され続ける。その結果、燃料噴射率がゆっくり増加し続ける。次いで、ピエゾ式アクチュエータ１６の伸長量が減少せしめられて圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）から中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に移動せしめられると、ニードル弁２が迅速に開弁せしめられる（ニードル弁リフト速度＝高速）。つまり、ニードル弁リフト量が迅速に増加する。その結果、燃料噴射率が迅速に増加する。次いで、圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に維持されると、ニードル弁２が全開せしめられる（ニードル弁リフト量＝ｆｕｌｌ）。その結果、燃料噴射率が最大（ｍａｘ）になる。
【００２６】
図９は本実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ発生量を抑制しつつスモーク発生量を抑制した燃料噴射制御方法を示した図である。図９に示すように、本実施形態の燃料噴射装置では、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に圧力制御弁６が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）（図４）に配置され、燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に圧力制御弁６が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）（図３）に配置されて燃料噴射率が迅速に増加せしめられる場合（図中一点鎖線）に比べ、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率が低下せしめられる。その結果、燃焼初期の筒内温度が低下せしめられてＮＯｘ発生量が抑制されると共に燃焼騒音が低減される。一方で、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率が低下せしめられると、燃料噴射初期の燃料噴霧の拡散度合いが低下してしまい、スモーク発生量が増加してしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態の燃料噴射装置では、主燃料が噴射された後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。その結果、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率を低下させたことに伴って発生したスモークが、副燃料によって再燃焼せしめられる。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）の燃料噴射率を低下させるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制されることになる。
【００２８】
図１０は本実施形態の燃料噴射装置による機関高負荷運転時及び機関低負荷運転時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１０に示すように、機関高負荷運転時、つまり、機関要求負荷が高い時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モード（図３）が選択され、燃料噴射率が迅速に増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に比較的多量の燃料が供給され、要求通りの高出力が発生されることになる。一方、機関低負荷運転時、つまり、機関要求負荷が低い時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）を選択するのが禁止され、第三モード（図４）が選択されて燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、要求通りの出力が発生されつつ、第二モード（図３）が選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのが回避される。更に機関低負荷運転時には、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制される。
【００２９】
本実施形態によれば、図１０（Ｂ）に示したように機関低負荷運転時の主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に燃料噴射率を低下させるときには、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに発生するスモークが、主燃料噴射後に噴射される副燃料によって再燃焼せしめられる。それゆえ、機関低負荷運転時の主燃料噴射初期に燃料噴射率を低下させる場合に、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、機関低負荷運転時の主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料を噴射することによってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）を抑制することができる。
【００３０】
また本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度が高速の第二モード（図３）とニードル弁リフト速度が低速の第三モード（図４）とを切り換えるための圧力制御弁６が設けられている。そのため、第二モードを選択すべきとき、つまり、機関高負荷運転時（図１０（Ａ））の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モードを選択し、第三モードを選択すべきとき、つまり、機関低負荷運転時（図１０（Ｂ））の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モードを選択することができる。それゆえ、第二モードを選択するのが好ましい機関高負荷運転時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、第三モードを選択するのが好ましい機関低負荷運転時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。
【００３１】
更に本実施形態によれば、図１０に示したように機関要求負荷が高い機関高負荷運転時（図１０（Ａ））には第二モード（図３）が選択され、機関要求負荷が低い機関低負荷運転時（図１０（Ｂ））には、第三モード（図４）が選択されると共に主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、機関要求負荷が高い機関高負荷運転時に第三モードが選択されるのに伴って要求通りの機関出力を発生することができなくなってしまうのを回避しつつ、機関要求負荷が低い機関低負荷運転時に第二モードが選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのを抑制することができる。
【００３２】
更に本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度を高速にするために、圧力制御室４内の燃料が第一出口通路１１及び第二出口通路１３の両方を介して排出されるように圧力制御弁６が配置され（図３）、ニードル弁リフト速度を低速にするために、圧力制御室４内の燃料が第一出口通路１１を介して排出されず、第二出口通路１３のみを介して排出されるように圧力制御弁６が配置される（図４）。つまり、圧力制御弁６が第一出口通路１１内の燃料の流れを遮断するか否かによってニードル弁リフト速度が低速又は高速に設定される。そのため、ニードル弁リフト速度を低速又は高速に設定するために圧力制御弁リフト量を微調整する必要性を排除することができる。
【００３３】
以下、本発明の燃料噴射装置の第二の実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射装置の構成は、図１〜図４に示した第一の実施形態のものと同様である。従って、本実施形態の燃料噴射装置は、後述する点を除いて第一の実施形態の燃料噴射装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３４】
図１１は本実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ浄化可能時及びＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１１に示すように、ＮＯｘ浄化可能時、つまり、機関排気通路内に配置されたＮＯｘ触媒（図示せず）によって排気ガス中のＮＯｘを浄化することができる時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モード（図３）が選択され、燃料噴射率が迅速に増加せしめられる。そのため、ＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴って燃費が悪化してしまうのが回避される。一方、ＮＯｘ浄化不可能時、つまり、例えばＮＯｘ触媒の暖機完了前のような、ＮＯｘ触媒によって排気ガス中のＮＯｘを浄化することができない時には、燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）を選択するのが禁止され、第三モード（図４）が選択されて燃料噴射率がゆっくり増加せしめられる。そのため、ＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、第二モード（図３）が選択されるのに伴ってＮＯｘが浄化されることなく排出されてしまうのが回避される。更にＮＯｘ浄化不可能時には、主燃料噴射後（時間Ｔ４以降）に副燃料が噴射される。そのため、主燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モード（図４）が選択されるのに伴ってスモーク発生量（詳細には、スモーク排出量）が増加してしまうのが抑制される。
【００３５】
本実施形態によれば、ニードル弁リフト速度が高速の第二モード（図３）とニードル弁リフト速度が低速の第三モード（図４）とを切り換えるための圧力制御弁６が設けられているため、第二モードを選択すべきとき、つまり、ＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第二モードを選択し（図１１（Ａ））、第三モードを選択すべきとき、つまり、ＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に第三モードを選択することができる（図１１（Ｂ））。それゆえ、第二モードを選択するのが好ましいＮＯｘ浄化可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、第三モードを選択するのが好ましいＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射初期（時間Ｔ２〜時間Ｔ３）に、ニードル弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量（詳細には、ＮＯｘ排出量）及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。
【００３６】
以下、本発明の燃料噴射装置の第三の実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射装置の構成は、図１〜図４に示した第一の実施形態のものと同様である。従って、本実施形態の燃料噴射装置は、後述する点を除いて第一の実施形態の燃料噴射装置とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３７】
図１２は本実施形態の燃料噴射装置による煤浄化可能時及び煤浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。図１２に示すように、煤浄化不可能時、つまり、機関排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタ（図示せず）によって排気ガス中の煤を浄化することができない時（図１２（Ｂ））には、煤浄化可能時、つまり、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができる時（図１２（Ａ））に比べ、第三モード（図４）を選択する期間ΔＴ，ΔＴ’が短くされる（ΔＴ’＜ΔＴ）。そのため、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができない時（図１２（Ｂ））に、パティキュレートフィルタによって排気ガス中の煤を浄化することができる時（図１２（Ａ））に比べて第三モード（図４）を選択する期間ΔＴ，ΔＴ’が短くされないのに伴ってスモークが浄化されることなく排出されてしまうのが抑制される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後に副燃料を噴射することによってスモーク発生量を抑制することができる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、高速モードを選択するのが好ましいときに、噴孔開閉弁リフト速度が低速に維持されるのに伴ってスモーク発生量が増加し燃費が悪化してしまうことを回避しつつ、低速モードを選択するのが好ましいときに、噴孔開閉弁リフト速度が高速に維持されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうことを回避することができる。更に、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させるときに、主燃料噴射後に副燃料が噴射されないのに伴ってスモーク発生量が増加してしまうのを抑制することができる。つまり、噴孔開閉弁リフト速度が低速の低速モードを選択して主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることによってＮＯｘ発生量を抑制しつつ、主燃料噴射後に副燃料を噴射することによってスモーク発生量を抑制することができる。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、機関要求負荷が高い時に低速モードが選択されるのに伴って要求通りの機関出力を発生することができなくなってしまうのを回避しつつ、機関要求負荷が低い時に高速モードが選択されるのに伴ってＮＯｘ発生量及び燃焼騒音が増加してしまうのを抑制することができる。
【００４１】
請求項４に記載の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒によって浄化することができるときに低速モードが選択されるのに伴って燃費が悪化してしまうのを回避しつつ、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒によって浄化することができないときに高速モードが選択されるのに伴ってＮＯｘが浄化されることなく排出されてしまうのを回避することができる。
【００４２】
請求項５に記載の発明によれば、排気ガス中の煤をパティキュレートフィルタによって浄化することができないときに、排気ガス中の煤をパティキュレートフィルタによって浄化することができるときに比べて低速モードが選択される期間が短くされないのに伴ってスモークが浄化されることなく排出されてしまうのを抑制することができる。
【００４３】
請求項６に記載の発明によれば、噴孔開閉弁リフト速度を低速又は高速に設定するために圧力制御弁リフト量を微調整する必要性を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射装置の第一の実施形態の概略断面図である。
【図２】図１の一部を拡大した拡大図である。
【図３】圧力制御弁が中間リフト位置（圧力制御弁リフト量＝ｈａｌｆ）に配置されている第二モードを示した図２と同様の拡大図である。
【図４】圧力制御弁が全開位置（圧力制御弁リフト量＝ｆｕｌｌ）に配置されている第三モードを示した図２と同様の拡大図である。
【図５】圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図６】圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図７】圧力制御弁を全閉位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持し、次いで中間リフト位置から全開位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図８】圧力制御弁を全閉位置から全開位置に移動させてそこに維持し、次いで全開位置から中間リフト位置に移動させてそこに維持する場合を示した図である。
【図９】第一の実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ発生量を抑制しつつスモーク発生量を抑制した燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１０】第一の実施形態の燃料噴射装置による機関高負荷運転時及び機関低負荷運転時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１１】第二の実施形態の燃料噴射装置によるＮＯｘ浄化可能時及びＮＯｘ浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【図１２】第三の実施形態の燃料噴射装置による煤浄化可能時及び煤浄化不可能時の燃料噴射制御方法を示した図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射用噴孔
２…ニードル弁
３…燃料だまり室
４…圧力制御室
５…スプリング
６…圧力制御弁
７…圧力制御弁室
８…高圧燃料供給通路
９…入口通路
１１…第一出口通路
１３…第二出口通路
１５…低圧燃料リーク通路
１６…ピエゾ式アクチュエータ
Claims (5)
- 機関排気通路内に排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒が配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、
排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができないときには主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うようにした、燃料噴射装置。 - 排気ガス中のＮＯｘを前記ＮＯｘ触媒によって浄化することができるときには主燃料噴射初期に燃料噴射率を低下させない態様で主燃料噴射を行うようにした、請求項１に記載の燃料噴射装置。
- 機関排気通路内に排気ガス中の煤を捕集するためのパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の燃料噴射装置であって、主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させることができると共に主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様で主燃料噴射を行うときには主燃料噴射後に副燃料を噴射する燃料噴射装置において、
排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができないときには、排気ガス中の煤を前記パティキュレートフィルタによって浄化することができるときに比べ、主燃料噴射の噴射期間のうち主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させている期間を短くするようにした、燃料噴射装置。 - 燃料噴射用噴孔と、前記燃料噴射用噴孔を開閉するための噴孔開閉弁と、噴孔開閉弁リフト速度が高速の高速モードと噴孔開閉弁リフト速度が低速の低速モードとを切り換えるための噴孔開閉弁リフト速度切換手段とを具備し、前記主燃料噴射初期の燃料噴射率を低下させる態様での主燃料噴射は前記噴孔開閉弁リフト速度切換手段により低速モードを選択することによって行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
- 前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する圧力制御室と、前記圧力制御室内の圧力を制御するための圧力制御弁と、圧力制御室用第一出口通路と、圧力制御室用第二出口通路とを具備し、噴孔開閉弁リフト速度を高速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路及び前記圧力制御室用第二出口通路の両方を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を第一の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を第一の値まで減少させ、噴孔開閉弁リフト速度を低速にするために、前記圧力制御室内の燃料が前記圧力制御室用第一出口通路を介して排出されず、前記圧力制御室用第二出口通路を介して排出されるように前記圧力制御弁を配置して、前記圧力制御室内の圧力を前記第一の圧力よりも高い第二の圧力まで減少させることにより、前記噴孔開閉弁を閉弁側に付勢する力を前記第一の値よりも大きい第二の値まで減少させるようにした請求項４に記載の燃料噴射装置。
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