JP2007132249A

JP2007132249A - 燃料噴射装置

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Publication number: JP2007132249A
Application number: JP2005325244A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Motoe; 勇介本江; Masaaki Kato; 正明加藤; Shigeo Nomura; 重夫野村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-31
Also published as: DE102006035412B4; DE102006035412A1

Abstract

【課題】複数の噴孔の一部または全部を選択的に噴射するものにおいて、噴孔にデポジットが堆積するのを抑制することを目的とする。
【解決手段】内燃機関に、複数の噴孔３、４を有して燃料を噴射する燃料噴射弁１を備え、複数の噴孔３、４のうち、燃料噴射が行なわれる噴射噴孔（第１噴孔）３がある中にて、噴射を休止する機会を有する噴射休止噴孔（第２噴孔）４を有して燃料噴射を行なう燃料噴射装置において、噴射休止噴孔４の噴射休止期間Ｔが、所定時間Ｔｏを経過しているか否かを判定する噴射休止期間判定手段と、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間Ｔ経過していると判断される場合には、噴射休止中の噴射休止噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置に適用して好適なものである。

燃料噴射装置としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接燃料噴射する燃料噴射装置において、２つのニードルを備え、ニードルリフトに応じて噴孔面積を可変にする燃料噴射弁がある（特許文献１等参照）。

特許文献１の開示する技術では、内外二重に配置された２つのニードルと、これらニードルが共用する弁座と、弁座に形成され、各ニードル（アウタニードル、インナニードルと呼ぶ）に対応する第１噴孔および第２噴孔とを備え、ニードルリフトに応じて第１噴孔、第２噴孔を選択的に開閉することにより噴孔面積を可変とする。

この種の燃料噴射弁は、例えば各ニードルを弁座側に付勢するスプリングの付勢力を調整することにより、アウタニードルがリフトし、このリフトにより第１噴孔より燃料噴射を開始し、その後アウタニードルのリフト途中においてインナニードルがリフトし、第２噴孔より燃料噴射を開始するようにする。このように構成することより、内燃機関の低負荷領域において第１噴孔のみより少量噴射し、高負荷領域において第１噴孔および第２噴孔の両者より多量噴射するように設定される。
特開２００２−２７６５０９公報

特許文献１等による従来技術では、低負荷領域において第１噴孔のみより少量噴射し、高負荷領域において第１噴孔および第２噴孔の両者より多量噴射することにより、低負荷領域での低エミッション化と、高負荷領域での高出力化を図ることが可能であるが、低負荷状態においては、第２噴孔より燃料噴射が全く行われない状態が継続するおそれがある。

このような噴射停止期間において、噴孔には、燃焼中の火炎もしくは未燃燃料を含む燃焼ガス等によりデポジットが生成され、そのデポジットが付着するおそれがある。デポジットが噴孔に堆積すると、燃料噴射量の低下、噴霧形状の変化などの噴射および噴霧に係わる燃料噴射特性の低下が生じる可能性がある。

さらに、噴射停止期間が継続する場合には、燃料噴射により噴孔内に付着したデポジットを吹き飛ばす効果も期待できないため、デポジットが徐々に成長し、噴孔に堆積することにより噴孔を塞ぐおそれがある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、複数の噴孔の一部または全部を選択的に噴射するものにおいて、噴孔にデポジットが堆積するのを抑制することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至６記載の発明では、内燃機関に、複数の噴孔を有して燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、複数の噴孔のうち、燃料噴射が行なわれる噴射噴孔がある中にて、噴射を休止する機会を有する噴射休止噴孔を有して燃料噴射を行なう燃料噴射装置において、
噴射休止噴孔の噴射休止期間が、所定時間を経過しているか否かを判定する噴射休止期間判定手段と、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、噴射休止噴孔より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段とを備えていることを特徴とする。

これによると、噴射休止噴孔の噴射休止期間が、所定時間を経過しているか否かを判定する噴射休止期間判定手段と、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、噴射休止噴孔より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段とを備えているので、噴射休止噴孔の噴射休止期間が所定時間以上とならないように、噴射休止中の噴射休止噴孔より強制的に噴射を行なわせるようにすることができる。したがって、複数の噴孔のうちの一部の噴射噴孔、または全噴孔の噴射噴孔および噴射休止噴孔を選択的に噴射するものにおいて、噴孔にデポジットが堆積するのを抑制することができる。

特に、請求項２に記載の発明では、所定時間は、内燃機関の燃焼サイクルにおける少なくとも１サイクル期間より長いことを特徴とする。

これによると、噴射休止噴孔より数サイクルに１回程度は強制的に噴射させることで、噴射休止噴孔にあって一時的な強制噴射により噴孔内に付着したデポジットを吹き飛ばすことができるので、噴孔にデポジットが堆積するのを防止できる。

また、請求項３に記載の発明では、燃料噴射弁に設けられ、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行する噴射手段と、噴孔より燃料を噴射する噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、噴射時期に基づいてその噴射時期の遅角量に応じた燃料噴射量を増加する噴射量補正手段とを備え、
休止噴孔噴射手段は、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、噴射時期を遅角させ、燃料噴射量を増量することを特徴とする。

これによると、休止噴孔噴射手段は、噴射休止噴孔の噴射休止期間が所定時間を経過していると判断される場合には、噴射時期を遅角させ、その遅角量に応じて燃料噴射量を増量するので、燃料噴射弁の、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行するに起因して、噴射休止中の噴射休止噴孔からも噴射させ、全噴孔より噴射する噴射形態に変更させられる。

また、請求項４に記載の発明では、燃料噴射弁に設けられ、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行する噴射手段と、燃料噴射弁を内燃機関の複数の気筒に搭載し、複数の気筒のうちの一部の気筒への燃料噴射を選択的に休止する噴射休止手段と、噴射休止手段により休止した気筒分の燃料噴射量に応じて、一部の気筒以外の他の気筒に搭載された燃料噴射弁よりの燃料噴射量を増加する減筒運転燃料増量手段とを備え、
休止噴孔噴射手段は、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、一部の気筒への燃料噴射を選択的に休止し、他の気筒に搭載された燃料噴射弁よりの燃料噴射量を増量することを特徴とする。

これによると、休止噴孔噴射手段は、噴射休止噴孔の噴射休止期間が所定時間を経過していると判断される場合には、一部の気筒への燃料噴射を選択的に休止し、他の気筒に搭載された燃料噴射弁よりの燃料噴射量を休止した気筒分の燃料噴射量に応じて増量する。これにより、燃料噴射弁の、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行するに起因して、噴射休止中の噴射休止噴孔からも噴射させ、全噴孔より噴射する噴射形態に変更させられる。

また、請求項５に記載の発明では、燃料噴射弁に設けられ、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行するとともに、燃料噴射圧力の低下に従って一部噴孔噴射領域から全噴孔噴射領域に移行する境界噴射量が小さくなる噴射手段と、燃料噴射弁より噴射する燃料噴射圧力を増減する燃料圧力増減手段とを備え、
休止噴孔噴射手段は、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、燃料噴射圧力を低下させることを特徴とする。

これによると、休止噴孔噴射手段は、噴射休止噴孔の噴射休止期間が所定時間を経過していると判断される場合には、燃料噴射弁より噴射する燃料噴射圧力を低下させる。これにより、燃料噴射弁の、内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行するとともに、燃料噴射圧力の低下に従って一部噴孔噴射領域から全噴孔噴射領域に移行する境界噴射量が小さくなる噴射機能に起因して、噴射休止中の噴射休止噴孔からも噴射させ、全噴孔より噴射する噴射形態に変更させられる。

また、請求項６に記載の発明では、燃料噴射弁は、内外に二重配置したニードルと、各ニードルが着座および離座するシート部の下流部に複数の噴孔を備え、ニードルのリフト動作により複数の噴孔のうちの一部の噴射噴孔、および全噴孔の噴射噴孔と噴射休止噴孔のいずれかを選択的に開閉することを特徴とする。

これによると、内外に二重配置したニードルと、各ニードルが着座および離座するシート部の下流部に複数の噴孔を備え、ニードルのリフト動作により複数の噴孔のうち一部の噴孔および全噴孔のいずれかを選択的に開閉する噴射機能を有する燃料噴射弁に適用して、噴射休止噴孔にデポジットが堆積するのを効果的に抑制することができる。

以下、本発明の燃料噴射装置を、噴孔面積を可変にする燃料噴射弁を有する燃料噴射装置に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、本実施形態に係わる噴孔の噴射休止期間が所定時間経過する場合には噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を示すフローチャートである。図３は、図１中の燃料噴射弁の噴射過程を示す断面図である。図４は、図１中の燃料噴射弁の噴射過程を示す断面図である。

図５は、図１中の燃料噴射弁の噴射機能を説明する図であって、燃料噴射量と、燃料噴射弁への通電期間に相当する指令噴射期間との関係を示すグラフである。図６は、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁における複数の噴孔のうちの一部の噴孔および全噴孔のいずれかより選択的に噴射するためのマップ構成図である。図７は、図２中の制御処理のうち、噴射時期を遅角させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、図７（ａ）は制御処理を実施する前の通電期間に係わる駆動信号、図７（ｂ）は制御処理を実施後の駆動信号を示すタイムチャートである。

図８は、図２中の制御処理のうち、一部の気筒を選択的に休止させる減筒運転をさせ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明するタイムチャートである。図９は、図２中の制御処理のうち、燃料噴射圧力を低下させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、燃料噴射量と、燃料噴射弁への通電期間との関係を示すグラフである。図１０は、図２中の制御処理のうち、燃料噴射圧力を低下させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、その制御処理実施の前後の駆動信号を示すタイムチャートである。

燃料噴射弁１は、例えばディーゼルエンジン（図示せず：以下、エンジンと呼ぶ）の気筒に燃料を噴射供給するための燃料噴射装置（図示せず）の一部を構成する。この燃料噴射装置は、燃料タンクの燃料を汲み上げるとともに高圧化して吐出する高圧ポンプ（図示せず）と、この高圧ポンプから吐出された高圧燃料を噴射圧力相当の圧力（以下、コモンレール圧と呼ぶ）で蓄圧するコモンレール（図示せず）と、エンジンの気筒に高圧燃料を噴射供給する燃料噴射弁１と、高圧ポンプや燃料噴射弁１等の作動を制御する制御装置８０、９０とを含んで構成されている。

燃料噴射弁１は、図１に示すように、高圧燃料が供給される燃料溜まり２が内部に形成されるとともに、燃料溜まり２と燃料噴射弁１の外部とを連通する複数の噴孔３、４が形成されたボディ５と、ボディ５に軸方向へ移動自在に収容され、一部の噴孔（以下、第１噴孔と呼ぶ）３を開閉する略円筒状のニードル（以下、第１ニードル）６と、第１ニードル６の内周側で同軸的に移動可能であるとともに、第１噴孔３以外の他の噴孔（以下、第２噴孔と呼ぶ）４を開閉する第２ニードル７と、燃料による背圧とともに第１ニードル６を閉孔方向に付勢する第１付勢手段としての第１スプリング８と、燃料による背圧とともに第２ニードル７を閉孔方向付勢する第２付勢手段としての第２スプリング９と、背圧を増減させる背圧制御手段１０とを備える。なお以下の実施形態では、内外に二重配置されている第１ニードル６、第２ニードル７を、アウタニードル、インナニードルとも呼ぶ。

ボディ５には、燃料溜まり２、および第１、第２噴孔３、４に加えて、燃料噴射弁１の各部からリークしたリーク燃料が導入されるリーク燃料室１４と、第１、第２ニードル６、７に背圧をかけるために高圧燃料が供給される背圧制御室１５とが形成されている。

また、ボディ５には、供給側流路１８から燃料溜まり２へ高圧燃料を供給するための高圧流路１９、供給側流路１８から背圧制御室１５へ高圧燃料を供給するための加圧流路２０、背圧制御室１５から排出側流路２１へ高圧燃料を排出するための減圧流路２２、およびリーク燃料室１４から排出側流路２１へリーク燃料を排出するための低圧流路２３などの燃料流路が形成されている。ここで、供給側流路１８とは、コモンレール等と連結された燃料流路であり、燃料噴射圧力相当の高圧燃料を燃料噴射弁１に供給するための燃料流路である。また、排出側流路２１とは、燃料タンクへ燃料を還流するための燃料流路である。

高圧流路１９および加圧流路２０は、供給側流路１８と常に連通しており、低圧流路２３は、排出側流路２１と常に連通している。減圧流路２２は、背圧制御手段１０により連通状態が切換えられる。すなわち、減圧流路２２は、背圧制御手段１０により、供給側流路１８および加圧流路２０と連通する状態（以下、第１連通状態）と、排出側流路２１と連通する状態（以下、第２連通状態）との間で連通状態が切換えられる。

さらに、加圧流路２０には絞り２６が配置されており、減圧流路２２には絞り２６よりも孔径が大きい絞り２７が配置されている。これにより、排出側流路２１と減圧流路２２とが連通する第２連通状態になると、減圧流路２２を通過する燃料の流量が、加圧流路２０を通過する燃料の流量よりも大きくなる。このため、背圧制御室１５から排出される燃料の流量が、背圧制御室１５へ供給される燃料の流量よりも大きくなるので、背圧が減少する。また、第２連通状態から第１連通状態に切換えられると、排出側流路２１と減圧流路２２とが遮断されるので、背圧制御室１５からの燃料の排出が停止され背圧が増加する。

燃料溜まり２の一端側には、第１噴孔３および第２噴孔４が開口するとともに第１、第２ニードル６、７が着座するシート面３０が形成されている。また、リーク燃料室１４には第１スプリング８が収容され、背圧制御室１５には第２スプリング９が収容されている。そして、第１スプリング８は、一端が第１ニードル６に取り付けられ、他端がボディ５に取り付けられている。また、第２スプリング９は、一端が第２ニードル７に取り付けられ、他端がボディ５に取り付けられている。

また、ボディ５は、燃料溜まり２と第１、第２噴孔３、４とが形成される第１部材３２、リーク燃料室１４と背圧制御室１５とが形成される第２部材３３、加圧流路２０と減圧流路２２とが形成されるとともに供給側流路１８や排出側流路２１に連結される第３部材３４から構成される。

第１ニードル６は、主に第１部材３２に収容される一端側部材３６と、主に第２部材３３に収容される他端側部材３７とから構成される。一端側部材３６には、シート面３０に着座するシート部（以下、第１シート部）３９が形成されている。そして、第１シート部３９がシート面３０に着座することにより、第１噴孔３が閉止される。また、一端側部材３６は、燃料溜まり２において溜まり圧により開孔方向に付勢されている。他端側部材３７には、第１スプリング８が取り付けられ、第１スプリング８の弾性力により閉孔方向に付勢されている。また、他端側部材３７は、背圧制御室１５において背圧により閉孔方向に付勢されている。

一端側部材３６および他端側部材３７は、互いに内周径が等しい内筒部４０、４１が各々に形成され、同軸的に連結されて１つの内周面４２を形成する。また、他端側部材３７には、内筒部４１の他端側に内筒部４１よりも内周径が大きい径大部４３が形成されている。径大部４３の一端面は、第１ニードル６が所定値ｈｃ以上に上昇すると第２ニードル７に当接する第１係合面４４をなしている。

第２ニードル７は、内筒部４０、４１に軸方向に移動自在に収容される棒状部４８と、棒状部４８の他端に形成されて径大部４３に移動自在に収容される鍔部４９とを有する。棒状部４８の一端側には、シート面３０に着座する第２シート部５１が形成されている。そして、第２シート部５１がシート面３０に着座することにより、第２噴孔４が閉止される。また、棒状部４８は、第１ニードル６が上昇を開始すると、燃料溜まり２において溜まり圧により開孔方向に付勢される。鍔部４９には、他端面に第２スプリング９が取り付けられ、第２スプリング９の弾性力により閉孔方向に付勢されている。また、鍔部４９は、背圧制御室１５において背圧により閉孔方向に付勢されている。

さらに、鍔部４９の一端面は、第１ニードル６が所定値ｈｃ以上に上昇すると第１係合面４４に当接される第２係合面５２を構成されている。ここで、所定値ｈｃは、第１、第２シート部３９、５１が両方ともシート面３０に着座している状態における第１、第２係合面４４、５２間の距離である。また、棒状部４８の外周面５３が内周面４２を摺動し、鍔部４９の外周面が径大部４３の内周面を摺動することにより、第１、第２ニードル６、７は、互いに独立して移動可能である。

背圧制御手段１０は、減圧流路２２と排出側流路２１とが連通する状態と、減圧流路２２と加圧流路２０および供給側流路１８とが連通する状態とを切換える。この切換えは、制御装置８０、８９から出力される指令値（駆動信号）に基づいて実行される。この指令値は、例えば減圧流路２２と排出側流路２１との連通時間（噴射時間）を示す指令噴射時間τｑ（図５参照）である。そして、減圧流路２２と排出側流路２１とが連通すると、背圧制御室１５からの燃料の排出が促進されるので、背圧が減少する。また、減圧流路２２と加圧流路２０および供給側流路１８とが連通すると、背圧制御室１５への燃料の供給が促進されるので、背圧が増加する。以上より、背圧制御手段１０は、減圧流路２２の連通状態を切換えることにより、背圧を制御する。

制御装置８０、９０は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭまたはスタンバイＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータ（以下、ＥＣＵ）８０と、高圧ポンプの図示しない吸入調量弁へ駆動電流を印加するポンプ駆動回路（図示せず）や、燃料噴射弁１の背圧制御手段１０へ駆動信号等を出力する燃料噴射弁駆動回路（以下、ＥＤＵ）９０などの駆動回路とを備えている。

このＥＣＵ８０は、ＥＤＵ９０を介して駆動信号（駆動電流）を燃料噴射弁２へ出力し、燃料噴射量および噴射時期などの燃料噴射特性を制御する。

ＥＣＵ８０は、エンジンの回転速度、吸気管圧力（または吸入空気量）、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサ（図示せず）の信号を読み込み、各種プログラム（図示せず）に従って、燃料噴射弁２の背圧制御手段１０の動作を制御する。なお、詳しくは、クランクシャフトの回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサ８１と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサ８２とが設けられている。エンジンの図示しないシリンダ（ウォータジャケット）などには、冷却水温を検出するための水温センサ８３が配設されている。また、コモンレール内の燃料噴射圧力相当の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ（以下、レール圧センサ）８４が設けられている。

ＥＣＵ８０により実行される各種制御は、主な制御を表すと、燃料噴射制御、および休止中の噴孔を一時的に噴射させる休止噴孔噴射制御等がある。例えば、燃料噴射制御では、エンジンの運転状態に基づいて、燃料噴射弁１より噴射する燃料噴射量および噴射時期を算出し、これらの量および時期に従って燃料噴射弁１の背圧制御手段１０への通電（駆動信号）を制御する。なお、休止噴孔噴射制御については後述する。

次に、燃料噴射弁１の各ニードル６、７のリフト動作による第１噴孔３および第２噴孔４の開閉を、図１、図３、および図４に従って説明する。

燃料噴射弁１の閉時には、図１に示すように、背圧制御手段１０により供給側流路１８および加圧流路２０と減圧流路２２とが連通し、排出側流路２１と減圧流路２２とが遮断されている。このため、第１、第２ニードル６、７は、溜まり圧と同等の背圧により閉孔方向に付勢されている。さらに、第１、第２ニードル６、７は、第１、第２スプリング８、９による弾性力により閉孔方向に付勢されている。この結果、閉孔方向に作用する付勢力の方が大きいので、第１、第２シート部３９、５１は、両方ともシート面３０に着座し、噴射孔３、４は閉止されている。したがって、第１、第２ニードル６、７はリフト動作せず、第１噴孔３および第２噴孔４より燃料は噴射しない。

燃料噴射弁１の開時には、図３に示すように、背圧制御手段１０により減圧流路２２の連通状態が切換えられて排出側流路２１と減圧流路２２とが連通し、第１、第２ニードル６、７にかかる背圧が減少する。これにより、第１ニードル６が上昇を開始し第１噴孔３が開放されるので、第１噴孔３からの燃料の噴射が始まる。このとき、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１以下なので、リフトＨ１が所定値ｈ１に達するまで、第１噴孔３のみから燃料を噴射する噴射形態が継続する。一方、第２噴孔４は、第２ニードル７により閉止されている。

さらに第１ニードル６のリフトが上昇し、リフト量Ｈ１が所定値ｈｃとなると、図４に示すように、第１係合面４４が第２係合面５２に当接する。これにより、第２ニードル７が上昇を開始し第２噴孔４が開放されるので、第２噴孔４を通じて燃料の噴射が始まる。リフト量Ｈ１が所定値ｈｃ以上の領域では、第１、第２ニードル６、７は互いに係合し一体となって移動するので、第１噴孔３と第２噴孔４の全噴孔より噴射する噴射形態となる。

このようなニードル６、７のリフト動作により第１噴孔３および全噴孔３、４のいずれかより選択的に噴射する燃料噴射弁１では、図５の噴射量Ｑと指令噴射時間τｑのグラフに示されるように、燃料噴射量Ｑの増加に従って第１噴孔３のみから噴射する噴射領域（図５中の指令噴射時管τｑがτｃｔ以下の範囲）から全噴孔３、４から噴射する噴射領域（指令噴射時管τｑがτｃｔ以上の範囲）に移行する噴射特性を有する。

なお、ここで、第１噴孔３と第２噴孔４を有する燃料噴射弁１は、第１噴孔３と第２噴孔４のうち、燃料噴射が行なわれる第１噴孔３がある中にて、噴射を休止する機会を有する第２噴孔４を有している。そして、第１噴孔３は、燃料噴射が行なわれる噴射噴孔を構成する。また、第２噴孔４は、噴射を休止する機会を有する噴射休止噴孔を構成する。

また、第１噴孔３のみから噴射する噴射領域は、噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域を構成する。全噴孔３、４から噴射する噴射領域は、噴射噴孔および噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域を構成する。

このような燃料噴射弁１において、上記２つの噴射形態を選択使用する例としては、図６に示すマップに従って２つの噴射形態をＩ領域、ＩＩ領域に応じて選択する。Ｉ領域は、エンジン１００の低速および低負荷運転領域に相当する。ＩＩ領域は、主として高負荷乃至高速運転領域に相当するものである。具体的には、Ｉ領域において、第１噴孔３のみよりの噴射形態が選択され、ＩＩ領域においては、全噴孔３、４よりの噴射形態が選択される。

次に、上述の燃料噴射弁１を有する燃料噴射装置において、休止中の第２噴孔４を一時的に噴射させる休止噴孔噴射制御を、図２に従って説明する。

図２に示すように、Ｓ３０２（Ｓはステップ）からＳ３０４の制御処理では、第２ニードル（インナニードル）７により第２噴孔４が閉止されているか否かの開閉を判断し、第２噴孔４が噴射休止中である場合には、一時的に強制噴射させる条件（以下、休止噴孔噴射条件）が成立しているか否かを判定する。また、Ｓ３０８、Ｓ３０９、Ｓ３１０の各制御処理は、休止噴孔噴射条件が成立している場合に実行する噴射休止中の第２噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段の一例を示すものである。

Ｓ３０１では、ＥＣＵ８０は、エンジンの運転状態に応じて最適な燃料噴射圧力、かつ噴射量をエンジンへ供給するように、エンジンの運転状態を各種センサによって読み込む。なお、ＥＣＵ８０の燃料噴射制御により、読み込まれた運転状態に応じて目標燃料噴射圧力（目標コモンレール圧）Ｐｃａおよび目標噴射量Ｑａが算出される。

Ｓ３０２では、第２ニードル（インナニードル）７の開閉を判断し、第２噴孔４を閉止する閉状態にあるか否かを判定する。なお、第２ニードル７の開閉は、コモンレール圧Ｐｃおよび目標噴射量Ｑａもしくは指令噴射時間τｑより判断される。

第２ニードル７が閉状態であるならば、第２噴孔４が閉止状態にあり、噴射休止中であると判断し、Ｓ３０４へ移行し、第２噴孔４の噴射停止期間（噴射休止期間）Ｔの計測する。逆に、第２ニードル７が開であるならば、第２噴孔４は噴射動作をしていると判断し、Ｓ３０３にて噴射停止期間Ｔをクリアする（Ｔ＝０）。

Ｓ３０５では、Ｓ３０４にて計測中の噴射停止期間（噴射休止期間）Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるか否かを判定する。噴射停止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるならば、休止噴孔噴射条件が成立していると判断し、Ｓ３０６へ移行する。逆に、噴射停止期間Ｔが所定時間Ｔｏ未満であるならば、Ｓ３０４へ戻り噴射停止期間Ｔが所定時間Ｔｏに到達するまで計測を継続する。

Ｓ３０６およびＳ３０７の制御処理は、休止噴孔噴射条件が成立していると判断された場合において、複数の休止噴孔噴射手段のうちのいずれかの手段を選択するための判定手段である。なお、判定手段は、上記Ｓ３０６およびＳ３０７の制御処理を組み合わせるものに限らず、Ｓ３０８、Ｓ３０９、およびＳ３１０の制御処理のいずれかを選択する処理や、上記各制御処理のいずれかのみを実行する処理であってもよい。

Ｓ３０６は、エンジンのエミッション判定をする。具体的には、エンジンからの窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が所定値以下であるか否かを判定する。排出量が所定値以下であるならば、Ｓ３０７へ移行する。逆に、排出量が所定値を超えるならば、Ｓ３０８へ移行する。

Ｓ３０７では、燃料噴射圧力を低下させる余裕度があるかどうか判断するために、レール圧センサ８４より検出されるコモンレール圧Ｐｃが所定値Ｐｃｏを超えているか否かを判定する。コモンレール圧Ｐｃが所定値Ｐｃｏを超えているならば、Ｓ３０９へ移行する。逆に、コモンレール圧Ｐｃが所定値Ｐｃｏ以下であるならば、Ｓ３１０へ移行する
Ｓ３０８では、噴射時期を遅角し、遅角によるエンジンの出力トルク低下分を噴射量の増量で補うようにする。これにより、噴射時期を遅角させることで燃焼最高温度を下げ、低温燃焼をさせるので、ＮＯｘの排出量の低減ができる。

一方で、噴射時期を遅角させることで燃費悪化となるため、出力トルクを維持するように、出力トルク低下分を増量した燃料噴射量を燃料噴射弁１より噴射するようにする。具体的には、図７（ａ）に示す休止噴孔噴射制御の前状態において、噴射時期がｔ１（クランク角度でＣＡ１相当）で、指令噴射時間τｑが、噴射量ＱのＱ１相当するτ１であるとき、図７（ｂ）に示すように、休止噴孔噴射制御後の状態の噴射時期を、ｔ２（ＣＡ２相当）に遅角し、出力トルク低下分の増量ΔＱ（図５中に示すように指令噴射時間増分Δτｑ）を補正した指令噴射時間τ２で燃料噴射弁１を制御する。

これにより、図５に示すように、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

なお、図５において、第１噴孔３のみより噴射の噴射領域から全噴孔３、４より噴射の噴射領域に移行する境界噴射量をＱｃｔ、このときの境界指令噴射時間をτｃｔとすると、休止噴孔噴射制御後のＱ２、τ２は、境界噴射量Ｑｃｔ、境界指令噴射時間τｃｔを挟んで、噴射量Ｑ１、指令噴射時間τ１から増量している。

Ｓ３１０では、一部の気筒の燃料噴射を選択的に休止する減筒運転を実施するようにし、他の気筒に搭載された燃料噴射弁１よりの燃料噴射量を、休止した気筒分の燃料噴射量に応じて増量する。具体的には、図４に示すように、４気筒＃１、＃２、＃３、＃４のうち、＃３と＃４の組と、＃１と＃２の組を、交互に減筒運転する。減筒分に応じて噴射量Ｑを、Ｑ１からＱ２（Ｑ２＝Ｑ１×２）に２倍に増量し、指令噴射時間τｑを、τ１からτ２へ延長する。これにより、図５に示すように、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

Ｓ３０９では、コモンレール圧Ｐｃを低下させ、同一の噴射量を噴射するように指令噴射時間τｑを長くする。具体的には、図１０に示すように、指令噴射時間τｑを、τｐｃ１からτｐｃ２に延長する。

図９に示すように、境界噴射量Ｑｃｔおよび境界指令時間τｃｔは、コモンレール圧Ｐｃの増減により変化し、コモンレール圧Ｐｃを低下することで境界噴射量Ｑｃｔが小さくなる。これにより、同一の噴射量Ｑ１を噴射するように指令噴射時間τｑを、τｐｃ１からτｐｃ２に延長するので、境界噴射量Ｑｃｔを、Ｑｃｔ１から、Ｑ１を挟む、Ｑｃｔ２（Ｑｃｔ２＜Ｑ１）へ変更できる。これにより、図９に示すように、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

なお、ここで、上記所定時間Ｔｏは、エンジンの燃焼サイクルにおける少なくとも１サイクル期間より長い時間に設定されている。これにより、噴射休止中の第２噴孔４より数サイクルに１回程度は強制的に噴射させられる。したがって、噴射休止中の第２噴孔４にあって一時的な強制噴射により第２噴孔４内に付着したデポジットを吹き飛ばすことができるので、第２噴孔４にデポジットが堆積するのを防止できる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、本実施形態では、第１噴孔３と第２噴孔４のうち、第１噴孔３および全噴孔３、４のいずれかより選択的に噴射するものにおいて、第２噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ経過しているか否かを判定する噴射休止期間判定手段と、噴射休止期間判定手段により噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ経過していると判断される場合には、噴射休止中の第２噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段とを備えるように構成されている。

これにより、複数の噴孔３、４のうち一部の噴孔３および全噴孔３、４のいずれかより選択的に噴射するという噴射形態のうち、一部の噴孔３より噴射する噴射形態が継続する場合には、一部の噴孔３以外の他の噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上とならないように、噴射休止中の他の噴孔４より強制的に噴射を行なわせるようにすることができる。したがって、複数の噴孔３、４の一部または全部を選択的に噴射するものにおいて、噴孔にデポジットが堆積するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記所定時間Ｔｏを、エンジンの燃焼サイクルにおける少なくとも１サイクル期間より長い時間に設定するようにしている。これにより、噴射休止中の第２噴孔４より数サイクルに１回程度は強制的に噴射させられる。したがって、噴射休止中の第２噴孔４にあって一時的な強制噴射により第２噴孔４内に付着したデポジットを吹き飛ばすことができるので、第２噴孔４にデポジットが堆積するのを防止できる。

また、本実施形態では、噴射休止中の第２噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段として、第２噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるという休止噴孔噴射条件が成立していると判断される場合には、噴射時期を遅角し、遅角によるエンジンの出力トルク低下分を噴射量の増量で補うように構成している。

これにより、燃料噴射弁１の、燃料噴射量Ｑの増加に従って第１噴孔３より噴射の噴射領域から全噴孔３、４より噴射の噴射領域に移行する噴射機能（図５参照）を利用して、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

さらに、エンジンのエミション性能のうちＮＯｘの排出量が所定値を超える場合において、噴射時期を遅角させることで燃焼最高温度を下げ、低温燃焼をさせるので、ＮＯｘの排出量の低減ができる。

また、本実施形態では、噴射休止中の第２噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段として、第２噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるという休止噴孔噴射条件が成立していると判断される場合には、一部の気筒を選択的に休止する減筒運転を実施するようにし、他の気筒に搭載された燃料噴射弁１よりの燃料噴射量を、休止した気筒分の燃料噴射量に応じて増量するように構成している。

例えば４気筒＃１、＃２、＃３、＃４のうち、＃３と＃４の組と、＃１と＃２の組を、交互に減筒運転する。減筒分に応じて噴射量Ｑを２倍に増量し、指令噴射時間τｑを、τ１からτ２へ延長する。

このように構成しても、燃料噴射弁１の、燃料噴射量Ｑの増加に従って第１噴孔３より噴射の噴射領域から全噴孔３、４より噴射の噴射領域に移行する噴射機能（図５参照）を利用して、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

また、本実施形態では、噴射休止中の第２噴孔４より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段として、第２噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるという休止噴孔噴射条件が成立していると判断される場合には、コモンレール圧Ｐｃを低下させ、同一の噴射量を噴射するように指令噴射時間τｑを長くするように構成している。

このように構成しても、燃料噴射弁１の上記噴射機能（図５参照）に加え、境界噴射量Ｑｃｔおよび境界指令時間τｃｔが、コモンレール圧（燃料噴射圧力）Ｐｃの増減により変化し、コモンレール圧Ｐｃを低下することで境界噴射量Ｑｃｔが小さくなるという噴射機能（図１０参照）を利用して、第１噴孔３より噴射の噴射形態から、一時的に全噴孔３、４より噴射の噴射形態に変更することができる。

（他の実施形態）
以上説明した本実施形態において、Ｓ３０６のエミション判定でＮＯｘの排出量が所定値を超えると判断された場合に限定して、Ｓ３０８にて、噴射時期を遅角し、遅角によるエンジンの出力トルク低下分を噴射量の増量で補うようにすると説明した。Ｓ３０６のエミション判定でＮＯｘの排出量が所定値を超えると判断された場合に限定する構成に限らず、エミション判定に係わらず、噴射時期を遅角し、遅角によるエンジンの出力トルク低下分を噴射量の増量で補うよう実施する制御処理としてもよい。

この場合、図２において、Ｓ３０６、Ｓ３０７、Ｓ３０９、Ｓ３１０の制御処理を止め、Ｓ３０５にて第２噴孔４の噴射休止期間Ｔが所定時間Ｔｏ以上であるという休止噴孔噴射条件が成立していると判断される場合には、Ｓ３０８へ直接移行するように構成する。

本発明の実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。本発明の実施形態に係わる噴孔の噴射休止期間が所定時間経過する場合には噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を示すフローチャートである。図１中の燃料噴射弁の噴射過程を示す断面図である。図１中の燃料噴射弁の噴射過程を示す断面図である。図１中の燃料噴射弁の噴射機能を説明する図であって、燃料噴射量と、燃料噴射弁への通電期間に相当する指令噴射期間との関係を示すグラフである。内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁における複数の噴孔のうちの一部の噴孔および全噴孔のいずれかより選択的に噴射するためのマップ構成図である。図２中の制御処理のうち、噴射時期を遅角させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、図７（ａ）は制御処理を実施する前の通電期間に係わる駆動信号、図７（ｂ）は制御処理を実施後の駆動信号を示すタイムチャートである。図２中の制御処理のうち、一部の気筒を選択的に休止させる減筒運転をさせ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明するタイムチャートである。図２中の制御処理のうち、燃料噴射圧力を低下させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、燃料噴射量と、燃料噴射弁への通電期間との関係を示すグラフである。図２中の制御処理のうち、燃料噴射圧力を低下させ、噴射休止中の噴孔より噴射を行なわせる制御処理を説明する図であって、その制御処理実施の前後の駆動信号を示すタイムチャートである。

符号の説明

１燃料噴射弁
２燃料溜まり
３第１噴孔（噴射噴孔、一部の噴孔）
４第２噴孔（噴射休止噴孔、一部の噴孔以外の他の噴孔）
５ボディ
６第１ニードル
７第２ニードル
８第１スプリング（第１付勢手段）
９第２スプリング（第２付勢手段）
１０背圧制御
１５背圧制御室
８０ＥＣＵ（制御手段）
９０ＥＤＵ（燃料噴射弁駆動回路）

Claims

内燃機関に、複数の噴孔を有して燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記複数の噴孔のうち、燃料噴射が行なわれる噴射噴孔がある中にて、噴射を休止する機会を有する噴射休止噴孔を有して燃料噴射を行なう燃料噴射装置において、
前記噴射休止噴孔の噴射休止期間が、所定時間を経過しているか否かを判定する噴射休止期間判定手段と、
前記噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、前記噴射休止噴孔より噴射を行なわせる休止噴孔噴射手段とを備えていることを特徴とする燃料噴射装置。
前記所定時間は、前記内燃機関の燃焼サイクルにおける少なくとも１サイクル期間より長いことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁に設けられ、前記内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って前記噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から前記噴射噴孔および前記噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行する噴射手段と、
前記噴孔より燃料を噴射する噴射時期を制御する噴射時期制御手段と、
噴射時期に基づいてその噴射時期の遅角量に応じた前記燃料噴射量を増加する噴射量補正手段とを備え、
前記休止噴孔噴射手段は、前記噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、噴射時期を遅角させ、燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁に設けられ、前記内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って前記噴射噴孔より噴射の一部噴孔噴射領域から前記噴射噴孔および前記噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行する噴射手段と、
前記燃料噴射弁を前記内燃機関の複数の気筒に搭載し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒への燃料噴射を選択的に休止する噴射休止手段と、
前記噴射休止手段により休止した気筒分の燃料噴射量に応じて、前記一部の気筒以外の他の気筒に搭載された燃料噴射弁よりの燃料噴射量を増加する減筒運転燃料増量手段とを備え、
前記休止噴孔噴射手段は、前記噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、前記一部の気筒への燃料噴射を選択的に休止し、前記他の気筒に搭載された燃料噴射弁よりの燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁に設けられ、前記内燃機関へ供給する燃料噴射量の増加に従って前記噴射噴孔より噴射の一部噴射領域から前記噴射噴孔および前記噴射休止噴孔より噴射の全噴孔噴射領域に移行するとともに、燃料噴射圧力の低下に従って前記一部噴孔噴射領域から前記全噴孔噴射領域に移行する境界噴射量が小さくなる噴射手段と、
前記燃料噴射弁より噴射する燃料噴射圧力を増減する燃料圧力増減手段とを備え、
前記休止噴孔噴射手段は、前記噴射休止期間判定手段により噴射休止期間が所定時間経過していると判断される場合には、燃料噴射圧力を低下させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁は、内外に二重配置したニードルと、各ニードルが着座および離座するシート部の下流部に複数の噴孔を備え、前記ニードルのリフト動作により前記複数の噴孔のうち前記噴射噴孔、および前記噴射噴孔と前記噴射休止噴孔のいずれかを選択的に開閉することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。