JP2008190519A - 燃料噴射制御システム及び燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を高圧状態で蓄える蓄圧配管と、蓄圧配管に燃料を圧送する燃料ポンプと、蓄圧配管に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えるものにあって、燃料噴射制御をより適切に行うことのできる制御システムを提供する。
【解決手段】燃料噴射弁３０は、供給される燃料の圧力（燃圧）が閾値を超えることでノズルニードルのリフト量を拡大可能な構成である。燃料噴射期間において、燃料噴射弁３０に供給される燃料の圧力が閾値を超えて上昇するように蓄圧配管２０内の燃圧を制御する。更に、燃料噴射後においては、蓄圧配管２０内の燃料を逆流通路６８ａ，６８ｂを介して燃料ポンプ１０に戻すことで圧送に要したエネルギの一部を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備える燃料噴射制御システム、及び燃料噴射弁に関する。

この種の燃料噴射制御システムとしては、例えば下記特許文献１に見られるように、ディーゼル機関の燃料噴射弁に燃料を供給すべく、各気筒に共通の蓄圧室（コモンレール）を備えるコモンレール式のディーゼル機関の燃料噴射制御システムが周知である。こうした制御システムにあっては、コモンレール内の燃圧を所望に制御することで、燃料噴射弁を介して噴射される際の燃料の圧力（噴射圧）を所望に制御することができる。

ところで、燃料噴射弁によって燃料を噴射する際には、その噴射率（単位時間あたりの噴射量）を噴射期間の途中で増大させることで、噴射率をブーツ状に変化させるいわゆるブーツ噴射を行うことのメリットが多いことが知られている。すなわち、ブーツ噴射によれば、噴射初期の噴射率を低減することで微少な熱発生量にて燃焼室内の温度を上昇させ、その後噴射率を増大させることで出力トルクを稼ぐことができる。このため、燃焼行程全体として燃焼温度を低下させて有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えたり燃焼音を低減したりすることができるとともに、出力トルクを大きくすることができる。

これに対し、従来は、１燃焼サイクル内に複数回の燃料噴射を行う多段噴射制御を行い、この際、最大の噴射量を有するメイン噴射を行なう前に、複数回の微少噴射を行なうことで、ブーツ噴射を模擬した噴射を行っている。
特開平１１−８２１０４号公報

ただし、上記多段噴射では、燃料噴射弁に対する指令噴射期間を同一としたとしても、噴射間のインターバルに応じて実際の噴射量が変化するため、指令噴射期間のインターバル補正を行なうことが要求されることとなる。また、複数回の噴射のそれぞれを適合する必要が生じることから、燃料噴射の適合工数の増大も無視できない。更に、各燃料噴射に際しての燃料噴射弁の噴射特性のばらつきの補償も容易ではない。

また、上記多段噴射を行う際のコモンレール内の燃圧は、通常、排気特性や燃焼音を優先して設定されるため、必ずしも高出力を得る観点からは適切な燃圧とならない。加えて、コモンレールに燃料を圧送する燃料ポンプは、通常、機関駆動式であるため、コモンレールへの燃料の圧送によってディーゼル機関の出力トルクが消費され、ひいては外部へと実際に出力されるトルクが低下するという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えるものにあって、燃料噴射制御をより適切に行なうことのできる燃料噴射制御システムを提供することにある。また、本発明の目的は、燃料噴射態様を適切に変更することのできる燃料噴射弁を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、前記燃料噴射弁は、前記蓄圧室から供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記燃料噴射弁内部の燃料の流動経路を変更して噴射率を増大させるものであり、前記燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、前記燃料の圧力を前記閾値を上回って上昇させる上昇手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、蓄圧室内の燃料の圧力を制御することで、燃料噴射弁から噴射される際の燃料の圧力（噴射圧）を所望に制御することができる。ここで、特に燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、閾値を上回って燃料の圧力を上昇させる上昇手段を備えることで、燃料の圧力が閾値以下であるときに対し閾値を上回るときに燃料噴射弁の噴射率を増大させることができる。このため、燃料噴射に際して、燃料噴射率の小さい状態から大きい状態へと変化させることができるため、ブーツ噴射等を行なうことができる。

なお、上記燃料噴射弁は、その内部の稼動部と内壁との幾何学的な配置態様が前記燃圧が閾値を上回る前後で相違する構成であるが、具体的には、例えば以下のものとすればよい。

・アクチュエータの操作によりノズルニードルを変位させることで噴射口を開口させ、燃料供給通路から供給される燃料を内燃機関に噴射供給する燃料噴射弁において、前記供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記ノズルニードルのリフト量を拡大する拡大手段を備えることを特徴とする。

・複数のノズルニードルと、該複数のノズルニードルのそれぞれに割り振られた複数の噴射口とを備えて且つ、前記開口状態とされる噴射口の数を、前記蓄圧室から供給される燃料の圧力が前記閾値を超えることで増大させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記燃料噴射弁は、前記蓄圧室から供給される燃料の圧力が閾値を超えることでノズルニードルのリフト量を拡大可能なものであり、前記燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、前記燃料の圧力を前記閾値を上回って上昇させる上昇手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、蓄圧室内の燃料の圧力を制御することで、燃料噴射弁から噴射される際の燃料の圧力（噴射圧）を所望に制御することができる。ここで、特に燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、閾値を上回って燃料の圧力を上昇させる上昇手段を備えることで、燃料の噴射期間において、ノズルニードルのリフト量を拡大することができる。このため、燃料の圧力が閾値以下であるときに対し閾値を上回るときに燃料噴射弁の噴射率を増大させることができる。このため、燃料噴射に際して、燃料噴射率の小さい状態から大きい状態へと変化させることができるため、ブーツ噴射等を行なうことができる。

なお、上記燃料噴射弁は、例えば以下のものとしてもよい。

・アクチュエータの操作によりノズルニードルを変位させることで噴射口を開口させ、燃料供給通路から供給される燃料を内燃機関に噴射供給する燃料噴射弁において、前記供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記ノズルニードルのリフト量を拡大する拡大手段を備えることを特徴とする。

・上記燃料噴射弁において、前記ノズルニードルを閉弁状態に保持するための第１の弾性部材と、前記ノズルニードルのリフト量が規定リフト量以上へと変位しようとするとき、これを妨げるように弾性力を及ぼす第２の弾性部材とを備え、前記拡大手段は、前記第２の弾性部材を備えて構成されてなることを特徴とする。

・上記燃料噴射弁は、前記燃料が充填されて且つその圧力が前記ノズルニードルの開弁方向に及ぼされるニードル収納部と、前記燃料が充填されて且つその圧力が前記ノズルニードルの閉弁方向に及ぼされる背圧室と、前記背圧室と前記蓄圧室に燃料を供給する燃料タンクとの間を連通及び遮断して且つ前記アクチュエータによって開閉される弁体とを備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記燃料噴射弁を介した燃料の噴射後、前記蓄圧室内の圧力を低下させる減圧手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、燃料噴射によっては蓄圧室内の燃料の圧力が十分に低下しなかったとしても、減圧手段によって、次回の燃料噴射までに蓄圧室内の燃料の圧力を低下させることができる。このため、燃料を噴射する期間において、上記閾値を上回って燃料の圧力を上昇させる制御を確実に行なうことや、燃料噴射開始時の蓄圧室内の圧力を所望に制御することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記減圧手段は、前記燃料ポンプ及び前記蓄圧室間に接続されて且つ、前記燃料ポンプの吸入工程において前記蓄圧室内の燃料を前記燃料ポンプに逆流させる逆流通路を備えることを特徴とする。

上記発明では、吸入工程においては、高圧の燃料が、逆流通路を介して燃料ポンプへと逆流する。これにより、減圧手段を適切に構成することができる。更に、この逆流する燃料が燃料ポンプの動作をアシストするために、燃料の圧送の際に燃料ポンプにて消費されたエネルギの一部を回収することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記減圧手段は、前記燃料ポンプによって燃料が吸入される燃料タンクへと前記蓄圧室内の燃料を戻す手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、逆流通路を介した蓄圧室内の減圧に加えて、更に減圧を行う手段を備えることで、蓄圧室内の圧力をより適切に制御することができる。

請求項６記載の発明は、前記燃料ポンプ及び前記蓄圧室間に接続されて且つ、前記燃料ポンプの吸入工程において前記蓄圧室内の燃料を前記燃料ポンプに逆流させる逆流通路を備えることを特徴とする。

上記発明では、吸入工程においては、高圧の燃料が、逆流通路を介して燃料ポンプへと逆流する。この際、逆流する燃料が燃料ポンプの動作をアシストするために、燃料の圧送の際に燃料ポンプにて消費されたエネルギの一部を回収することができる。

請求項７記載の発明は、請求項４〜６のいずれかに記載の発明において、前記燃料ポンプは、プランジャと、該プランジャの往復動作に伴ってその容積が拡大及び縮小する圧力室とを備え、前記プランジャの往復動作に伴って前記圧力室及び前記逆流通路間が連通及び遮断されることを特徴とする。

上記発明では、プランジャの往復動作に伴って圧力室及び逆流通路間が連通及び遮断される。このため、燃料ポンプの吸入工程において圧力室及び逆流通路間を連通させる設定が可能であるため、吸入工程において燃料を適切に逆流させることができる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記燃料ポンプは、前記圧力室の燃料を前記蓄圧室に吐出する吐出口と、前記吐出口の上流及び下流間の圧力差に応じて機械的に開閉する逆止弁とを備えることを特徴とする。

上記発明では、燃料ポンプの吐出工程においてプランジャにより圧力室及び逆流通路間が遮断されるまでは、逆流通路を介して燃料が圧送される。その後、プランジャにより圧力室及び逆流通路間が遮断されると圧力室内の圧力が上昇する。そして、上記逆止弁を開弁させる圧力となることで、吐出口を介して圧力室から蓄圧室へ向けて燃料が吐出される。このため、逆止弁が開弁する際に吐出される燃料の圧力を所望の圧力とすることができる。

請求項９記載の発明は、請求項７又は８記載の発明において、前記燃料ポンプは、前記圧力室を複数備えて且つ前記プランジャの往復動作に伴って各圧力室の容積が代わる代わる拡大及び縮小するものであることを特徴とする。

上記発明では、いずれかの圧力室の吸入工程は、別の圧力室の圧縮工程と対応する。このため、いずれかの圧力室の吸入工程において蓄圧室から逆流する高圧燃料によって、別の圧力室内の容積を縮小して燃料を圧縮する工程をアシストすることができる。このため、いずれかの圧力室の圧送工程において投資したエネルギの一部を好適に回収することができる。

請求項１０記載の発明は、請求項７〜９のいずれかに記載の発明において、前記吸入工程の開始時のプランジャ位置よりも所定量変位することで前記圧力室及び前記逆流通路間が連通されることを特徴とする。

上記発明では、プランジャが吸入工程において所定量変位するまでの期間は、逆流通路を介して圧力室に燃料が逆流しない。このため、この期間において、逆流の影響を受けることなく燃料を吸入することができる。

請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の発明において、前記燃料ポンプは、燃料タンクからの燃料を調量弁を介して前記圧力室に吸入する吸入口に、前記圧力室内部から前記調量弁側への燃料の逆流を阻止する逆止弁を備えることを特徴とする。

上記発明では、逆止弁を備えるために、逆流通路を介して圧力室内に逆流する燃料が調量弁へと更に逆流することを回避することができる。このため、圧力室内に逆流した燃料を、次回の圧送工程において利用することができ、ひいては吸入口を介して圧力室内に新たに吸入する燃料量を低減することができる。

請求項１２記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記上昇手段は、前記燃料の圧力が前記閾値を上回るタイミングを可変とする可変手段を備えることを特徴とする。

燃料噴射タイミングとして最適な時期は、内燃機関の運転状態に応じて変化し得る。そして噴射率を増大させるタイミングとして最適な時期も、内燃機関の運転状態に応じて変化し得る。この点、上記発明では、可変手段を備えるために、内燃機関の運転状態にかかわらず、燃料の圧力が閾値を上回るタイミングを最適なタイミングとすることができる。

なお、この可変手段としては、後述する請求項１３に記載のもののほか、請求項１４に記載のバルブタイミング可変手段等がある。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、前記蓄圧室には、前記燃料ポンプによって燃料が吸入される燃料タンクへと前記蓄圧室内の燃料を戻す手段が設けられ、前記可変手段は、前記戻す手段を操作することで前記閾値を上回るタイミングを可変とすることを特徴とする。

例えば燃料ポンプが内燃機関の出力軸の回転力によって駆動されるものである場合、燃料ポンプの駆動軸と内燃機関の出力軸との幾何学的な連結関係ゆえに、燃料の圧送タイミングが制限されるおそれがある。この点、上記発明では、減圧手段を操作することで可変手段を実現するために、燃料ポンプによる圧送タイミング自体を変更する手段を備えることなく、簡易に可変手段を実現することができる。

請求項１４記載の発明は、請求項１〜１３のいずれかに記載の発明において、前記燃料ポンプの燃料の圧送タイミングを可変とするタイミング可変手段を更に備えることを特徴とする。

上記発明では、タイミング可変手段を備えるために、燃料の噴射タイミングにかかわらず、燃料を噴射する期間内において、燃料の圧力を閾値を上回って上昇させる上昇手段を好適に構成することができる。特に、内燃機関の燃料噴射制御システムのように、燃料の噴射タイミングが内燃機関の運転状態に応じて可変設定される場合には、上記タイミング可変手段を備えることが有効である。

請求項１５記載の発明は、請求項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記燃料噴射弁が複数備えられており、前記蓄圧室は、前記複数の燃料噴射弁のいくつか毎に割り振られた複数の蓄圧室からなることを特徴とする。

上記発明では、複数の燃料噴射弁の全てで蓄圧室を共有化することなく、いくつかの燃料噴射弁毎に割り振られた複数の蓄圧室を備えることで、各圧力室内の容積を縮小することができる。このため、圧送量の割に蓄圧室内の圧力を上昇させることができ、ひいては燃料ポンプを大型化することなく、蓄圧室内の圧力を広領域に制御することができる。

請求項１６記載の発明は、前記供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記ノズルニードルのリフト量を拡大する拡大手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、供給される燃料の圧力が閾値以下であるときに対し閾値を上回るときに燃料噴射弁の噴射率を増大させることができる。したがって、燃料噴射に際して、供給される燃料の圧力を変化させることで燃料噴射率の小さい状態から大きい状態へと変化させることができるため、ブーツ噴射等を行うことができる。更に、供給される燃料の圧力を内燃機関の運転状態に応じて可変設定することで、運転状態に応じて噴射率を変化させることもできる。

請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の発明において、前記ノズルニードルを閉弁状態に保持するための第１の弾性部材と、前記ノズルニードルのリフト量が規定リフト量以上へと変位しようとするとき、これを妨げるように弾性力を及ぼす第２の弾性部材とを備え、前記拡大手段は、前記第２の弾性部材を備えて構成されてなることを特徴とする。

上記発明では、ノズルニードルが規定リフト量となることで、それ以上のリフト量の増加が妨げられる方向に第２の弾性部材の弾性力が及ぼされる。このため、規定リフト量以上にリフト量を拡大するためには、第２の弾性部材の弾性力に打ち勝つ必要がある。このため、第２の弾性部材の弾性力に打ち勝つための上記燃料の圧力を上記閾値として設定することができる。

なお、上記燃料噴射弁は、前記燃料が充填されて且つその圧力が前記ノズルニードルの開弁方向に及ぼされるニードル収納部と、前記燃料が充填されて且つその圧力が前記ノズルニードルの閉弁方向に及ぼされる背圧室と、前記背圧室と前記蓄圧室に燃料を供給する燃料タンクとの間を連通及び遮断して且つ前記アクチュエータによって開閉される弁体とを備えることを特徴とすることが望ましい。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる燃料噴射制御システム及び燃料噴射弁をディーゼル機関の燃料噴射制御システム及び同システム内の燃料噴射弁に適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す。

図示されるように、燃料タンクの燃料は、機関駆動式の燃料ポンプ１０によって汲み上げられ、蓄圧配管２０に加圧供給（圧送）される。蓄圧配管２０は、圧送された高圧燃料を蓄え、この高圧燃料を各気筒（ここでは、４気筒を例示）の燃料噴射弁３０に供給する。燃料噴射弁３０は、その先端部がディーゼル機関５０の燃焼室５２に突出して配置されており、燃焼室５２内に燃料を噴射供給可能となっている。

上記燃料ポンプ１０は、基本的には、図示しないフィードポンプによって上記燃料タンクから汲み上げられた燃料を高圧ポンプ６０にて加圧して吐出するものであり、且つ高圧ポンプ６０に送られる燃料量が調量弁７０により調節されるものである。

高圧ポンプ６０は、調量弁７０によって調量された燃料を加圧して外部へ吐出するプランジャポンプである。この高圧ポンプ６０は、駆動軸６１によって往復駆動される一対のプランジャ６２ａ，６２ｂと、これらプランジャ６２ａ，６２ｂの往復動によって容積が変化する圧力室６３ａ，６３ｂとを備える。また、高圧ポンプ６０は、圧力室６３ａ，６３ｂに燃料を吸入する吸入口６４ａ，６４ｂを備えている。そして、吸入口６４ａ，６４ｂは、圧力室６３ａ，６３ｂ側から上流側への燃料の逆流を阻止する逆止弁６５ａ，６５ｂを備えている。更に、燃料ポンプ１０は、圧力室６３ａ，６３ｂから蓄圧配管２０へと燃料を吐出する吐出口６６ａ，６６ｂを備えている。そして、吐出口６６ａ，６６ｂには、圧力室６３ａ，６３ｂの圧力が吐出口６６ａ，６６ｂの下流側（蓄圧配管２０側）の圧力よりも所定圧以上高くなることで機械的に開弁する逆止弁６７ａ，６７ｂが設けられている。また、燃料ポンプ１０は、プランジャ６２ａ，６２ｂの変位により圧力室６３ａ，６３ｂ及び逆流通路６８ａ，６８ｂ間を連通可能とする流入口６９ａ，６９ｂを備えている。

上記一対の圧力室６３ａ，６３ｂは、駆動軸６１の回転に伴い、代わる代わる容積を拡大及び縮小させるように設定されている。すなわち、圧力室６３ａの容積が拡大する際には、圧力室６３ｂの容積が縮小する。一方、圧力室６３ａの容積が縮小する際には、圧力室６３ｂの容積が拡大する。

ここで、蓄圧配管２０は、互いに分離された２つの蓄圧室２１ａ，２１ｂを備えており、これら各蓄圧室２１ａ，２１ｂは、圧送通路２２ａ，２２ｂを介して圧力室６３ａ，６３ｂ（吐出口６６ａ，６６ｂ）に接続されている。これにより、圧力室６３ａは、圧送通路２２ａを介して蓄圧室２１ａに燃料を圧送し、圧力室６３ｂは、圧送通路２２ｂを介して蓄圧室２１ｂに燃料を圧送する。ちなみに、上記逆流通路６８ａ，６８ｂは、圧送通路２２ａ，２２ｂと連通されている。なお、蓄圧配管２０には、上記蓄圧室２１ａ，２１ｂ内を減圧するための減圧弁２３ａ，２３ｂが設けられている。この減圧弁２３ａ，２３ｂとしては、例えば、電子制御によって閉弁及び開弁の２値的な動作をするものとすればよい。

調量弁７０は、フィードポンプから高圧ポンプ６０へ吸入される燃料量を調節する。調量弁７０は、ボディ７１に対するスプール７２の相対的な変位位置が、電磁ソレノイド７３の電磁力がスプール７２に作用することによって調節されるものである。これにより、調量弁７０の上流及び下流間の流路面積を可変とし、高圧ポンプ６０の圧力室６３ａ，６３ｂに供給される燃料量を調節する。

上記駆動軸６１は、圧送タイミング可変機構８０を介してディーゼル機関５０の出力軸（クランク軸５４）と連結されている。このため、駆動軸６１には、クランク軸５４からの動力によって、回転力が付与される。

圧送タイミング可変機構８０は、圧送のタイミングを可変とすべく、駆動軸６１及びクランク軸５４間の相対的な回転角度を可変とするための機構である。圧送タイミング可変機構８０は、クランク軸５４と機械的に連結される第１の回転体８１と、駆動軸６１と機械的に連結される第２の回転体８２とを備えている。そして、本実施形態では、第２の回転体８２が複数の突起部８２ａを備えて且つ、第１の回転体８１内に第２の回転体８２が収納されている。そして、第２の回転体８２の突起部８２ａと第１の回転体８１の内壁とによって、クランク軸５４に対する駆動軸６１の相対的な回転角度（回転位相差）を遅角させるための遅角室８３と、同回転位相差を進角させるための進角室８４とが区画形成されている。

圧送タイミング可変機構８０は、遅角室８３及び進角室８４との間のオイルの流出入によって油圧駆動される。このオイルの流出入は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ９０）によって調節される。

ＯＣＶ９０は、油圧ポンプ１００によって、オイルパン１０２内のオイルを、供給経路９１及び遅角経路９２又は進角経路９３を介して遅角室８３又は進角室８４へと供給する。また、ＯＣＶ９０は、遅角室８３又は進角室８４から遅角経路９２又は進角経路９３及び排出経路９４を介してオイルパン１０２へとオイルを流出させる。そして、上記遅角経路９２又は進角経路９３と供給経路９１又は排出経路９４との流路面積は、スプール９５によって調節される。すなわち、スプール９５は、スプリング９６によって、図中、左側に押されており且つ、電磁ソレノイド９７によって、図中、右側に向かう力が付与される。このため、電磁ソレノイド９７に操作信号を付与して且つ、この操作信号のデューティ（Ｄｕｔｙ）を調節することで、スプール９５の変位量を操作することが可能となる。

電子制御装置（ＥＣＵ１１０）は、ディーゼル機関５０の出力を制御する制御装置である。すなわち、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を検出する燃圧センサ１１２ａ，１１２ｂ等のディーゼル機関５０の運転状態を検出する各種センサや、アクセルペダルの操作量等のユーザの要求を検出する各種センサの検出結果を取り込む。そして、これら検出結果に基づき、減圧弁２３ａ，２３ｂや、燃料噴射弁３０、調量弁７０、ＯＣＶ９０等、ディーゼル機関５０の出力を制御するための各種アクチュエータを操作する。

図２に、上記燃料噴射弁３０の断面構成を示す。

燃料噴射弁３０は、その先端に、円柱状のニードル収納部３１が設けられている。そして、ニードル収納部３１には、その軸方向に変位可能なノズルニードル３２が収納されている。ノズルニードル３２は、燃料噴射弁３０の先端部に形成されている環状のニードルシート部３３に着座することで、ニードル収納部３１を外部（ディーゼル機関５０の燃焼室５２）から遮断する一方、ニードルシート部３３から離座することで、ニードル収納部３１を外部と連通させる。また、ニードル収納部３１には、高圧燃料通路３４を介して蓄圧配管２０から高圧燃料が供給される。

ノズルニードル３２の背面側（ニードルシート部３３と対向する側の反対側）は、背圧室３５に対向している。背圧室３５には、蓄圧配管２０内の高圧燃料が、高圧燃料通路３４、入オリフィス３６を介して供給される。また、ノズルニードル３２の先端部裏面側（図中、上方の面側）は、ニードルスプリング３７により燃料噴射弁３０の先端側へ押されている。更に、ノズルニードル３２の中間部には、軸方向に直交する方向に突出する突出部３２ａが設けられており、ノズルニードル３２のリフト量が所定量となることで、規制部材３８に接触するようになっている。規制部材３８には、圧縮された規制用スプリング３９によってノズルニードル３２を閉弁させる側の力が及ぼされている。

一方、背圧室３５は、出オリフィス４０を介して低圧燃料通路４１と連通可能とされており、低圧燃料通路４１は、燃料タンクと接続されている。上記背圧室３５と低圧燃料通路４１とは、バルブ４２によって連通及び遮断される。すなわち、出オリフィス４０がバルブ４２によって塞がれることで、背圧室３５と低圧燃料通路４１とが遮断される一方、出オリフィス４０が開放されることで背圧室３５と低圧燃料通路４１とが連通される。

バルブ４２は、バルブスプリング４３によって燃料噴射弁３０の先端側へ押されている。また、バルブ４２は、電磁ソレノイド４４の電磁力により吸引されることで、燃料噴射弁３０の後方側に変位可能となっている。

こうした構成において、電磁ソレノイド４４が通電されず電磁ソレノイド４４による吸引力が生じていないときには、バルブ４２は、バルブスプリング４３の力によって、出オリフィス４０を塞ぐこととなる。一方、ノズルニードル３２は、ニードルスプリング３７によって燃料噴射弁３０の先端側へ押され、ニードルシート部３３に着座した状態（燃料噴射弁３０の閉弁状態）となる。

ここで、電磁ソレノイド４４が通電されると、電磁ソレノイド４４による吸引力によりバルブ４２が燃料噴射弁３０の後方側へ変位し、出オリフィス４０を開放する。これにより、背圧室３５の高圧燃料は、出オリフィス４０を介して低圧燃料通路４１へと流出する。このため、背圧室３５の高圧燃料がノズルニードル３２へ印加する圧力は、ニードル収納部３１内の高圧燃料がノズルニードル３２に印加する圧力よりも小さくなる。そして、この圧力差による力が、ニードルスプリング３７がノズルニードル３２を燃料噴射弁３０の先端側へ押す力よりも大きくなると、ノズルニードル３２がニードルシート部３３から離座した状態（燃料噴射弁３０の開弁状態）となる。

上述したように、燃料噴射弁３０のノズルニードル３２のリフト量は、規制部材３８によって制限されている。すなわち、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝って規制部材３８を変位させることができない限り、リフト量は、ノズルニードル３２が規制部材３８と接触する時のリフト量に制限される。リフト量をこれ以上拡大させるためには、高圧燃料通路３４からニードル収納部３１に供給される燃料の圧力を上昇させることで、規制用スプリング３９に打ち勝つ力をノズルニードル３２に付与することが必要である。そしてこれは、蓄圧配管２０内の燃料の圧力（燃圧）を高めることで可能である。本実施形態では、特に燃料噴射弁３０が電子制御によって開弁状態とされているときに蓄圧配管２０内の燃圧を、規制用スプリング３９に打ち勝つ力を付与するための閾値を超えて上昇させる。これにより、燃料噴射期間においてリフト量を段階的に上昇させることができる。これにより、噴射期間の途中で噴射率を増加させることで噴射率をブーツ状に変化させるいわゆるブーツ噴射を行なう。以下、ブーツ噴射を適切に行うための本実施形態の設定について説明する。

本実施形態では、蓄圧配管２０内部を、燃料噴射弁３０が２つずつそれぞれ割り振られた蓄圧室２１ａ，２１ｂに分離した。これにより、蓄圧配管２０内部を全ての燃料噴射弁３０に共通の単一の蓄圧室とする場合と比較して、燃料ポンプ１０による燃料の一回の圧送による蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃圧の上昇量が増加する。これにより、各燃料噴射弁３０の燃料噴射期間において、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧を十分に上昇させることができ、ひいてはリフト量を拡大するための閾値を超えて上昇させることができる。

また、本実施形態では、各燃料噴射弁３０の燃料噴射に同期して燃料が圧送されるように、燃料噴射弁３０による燃料噴射周期と燃料ポンプ１０による燃料の圧送周期とを１対１に対応付ける同期式システムとする。ただし、燃料噴射開始時期や燃料噴射期間は、クランク軸５４の回転速度や要求噴射量等のディーゼル機関５０の運転状態に応じて変化する。このため、本実施形態では、圧送タイミング可変機構８０を操作することで燃料ポンプ１０による燃料の圧送タイミングを制御し、ひいては、燃料噴射期間において蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧が閾値を超えて上昇するようにする。

更に、燃料噴射後には蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝ってノズルニードル３２をリフトさせることができない値にまで低下させることが要求される。このため、本実施形態では、燃料ポンプ１０の吸入工程において、上記逆流通路６８ａ，６８ｂを介して蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃料を圧力室６３ａ，６３ｂに逆流させる構成とした。以下、これについて図３〜図６を用いて詳述する。なお、図３〜図６においては、一対のプランジャ６２ａ，６２ｂや、圧力室６３ａ，６３ｂ等を、それぞれプランジャ６２、圧力室６３等と表記する。

＜燃料ポンプ１０の吸入工程の前期：図３＞
図示されるように、プランジャ６２の変位によって圧力室６３内が拡大するに伴い、逆止弁６５が開弁し、調量弁７０を介して圧力室６３内に燃料が吸入される。この吸入燃料量は、調量弁７０の上流及び下流間の流路面積によって調節される。

＜燃料ポンプ１０の吸入工程の後期：図４＞
図示されるように、プランジャ６２の変位に伴い流入口６９が開口すると、逆流通路６８を介して蓄圧配管２０の高圧燃料が圧力室６３に逆流する。これにより、圧力室６３内の圧力が上昇するため、逆止弁６５が閉弁状態となり、調量弁７０側からの燃料の吸入は停止する。ここで、図示しない他方の圧力室６３は、圧送工程と対応するため、燃料を圧縮するようにプランジャ６２を変位させるためにエネルギを要する。このエネルギは、基本的にはクランク軸５４から取り出されるものであるものの、本実施形態では、蓄圧配管２０から逆流した高圧燃料によってその一部を賄うことができる。

＜燃料ポンプ１０の圧送工程の前期：図５＞
図示されるように、プランジャ６２の変位に伴い圧力室６３が縮小すると、流入口６９を介して圧力室６３内の燃料が蓄圧配管２０へと流出する。この段階では、逆止弁６７が閉弁状態であるため吐出口６６を介した燃料の圧送は行なわれていない。

＜燃料ポンプ１０の圧送工程の後期：図６＞
図示されるように、プランジャ６２の変位に伴い流入口６９が閉じられると、圧力室６３内の圧力が上昇し、逆止弁６７が開弁状態となることで吐出口６６が開口する。これにより、圧力室６３内の加圧された燃料が吐出口６６を介して蓄圧配管２０に圧送される。

図７に、本実施形態における燃料噴射制御態様の一例を示す。詳しくは、図７（ａ）に、燃料噴射弁３０に対する操作信号（通電信号）の推移を示し、図７（ｂ）に、噴射率の推移を示し、図７（ｃ）に、噴射圧（蓄圧室２１内の燃圧）の推移を示し、図７（ｄ）に流入口６９の開閉状態の推移を示し、図７（ｅ）にプランジャ６２の変位の推移を示す。

図示される例では、噴射量最大のメインとなる噴射としてのブーツ噴射の前後に微少な噴射を１段ずつ行なっている。そして、メインとなる噴射のなされる期間において、噴射圧（蓄圧室２１内の燃圧）を、ノズルニードル３２のリフト量を拡大することのできる閾値（図中一点鎖線）を超えて上昇させるようにしている。これにより、リフト量が拡大し、噴射率が増加することから、ブーツ噴射を行なうことが可能となる。なお、図７に示す例では、ブーツ噴射後に微少な噴射を行なうため、このときの噴射圧を低下させるべく、減圧弁２３を用いている。ただし、ブーツ噴射の後に噴射を行なわない場合には、減圧弁２３を用いなくても、プランジャ６２の変位に伴い流入口６９が開口し、蓄圧室２１内の燃料が圧力室６３に回収されるために他の気筒での燃料噴射時には蓄圧室２１内の燃圧を低下させることができる。

図８に、ブーツ噴射を行わない場合を示す。なお、図８（ａ）〜図８（ｅ）は、先の図７（ａ）〜図７（ｅ）に対応している。ここでは、調量弁７０を操作することで吸入口６４を介して圧力室６３内に吸入される燃料量を略ゼロとした。これにより、燃料ポンプ１０の圧送工程において蓄圧室２１内に圧送される燃料量が減少するため、蓄圧室２１内に供給される燃料量が増加する。これにより、蓄圧室２１内の燃圧がノズルニードル３２のリフト量を拡大する閾値を超えず、低噴射率の噴射を行うことができる。

図９に、ブーツ噴射時の全気筒についての燃料噴射制御態様を示す。詳しくは、図９（ａ）〜図９（ｄ）に、各気筒の燃料噴射弁３０の噴射率の推移を示し、図９（ｅ）及び図９（ｆ）に、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧の推移を示し、図９（ｇ）及び図９（ｈ）に、プランジャ６２ａ，６２ｂの推移を示す。

図示されるように、噴射の周期（圧縮上死点となる周期）と圧送周期とを１対１に対応させる同期システムとすることで、メインとなる噴射のなされる期間において蓄圧室２１ａ，２１ｂの圧力を上昇させることができる。このため、メイン噴射中に噴射圧を段階的に上昇させることでブーツ噴射を行うことができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）燃料噴射弁３０から燃料を噴射する期間内において、燃料の圧力を、ノズルニードル３２のリフト量を拡大するための閾値を上回って上昇させた。これにより、燃料の噴射期間において、ノズルニードル３２のリフト量を拡大することができる。このため、燃料の圧力が閾値以下であるときに対し閾値を上回るときに燃料噴射弁３０の噴射率を増大させることができる。このため、燃料噴射に際して、燃料噴射率の小さい状態から大きい状態へと変化させることができるため、ブーツ噴射を行なうことができる。

（２）燃料ポンプ１０の圧力室６３ａ，６３ｂ及び蓄圧室２１ａ，２１ｂ間に接続されて且つ、燃料ポンプ１０の吸入工程において蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃料を燃料ポンプ１０に逆流させる逆流通路６８ａ，６８ｂを備えた。これにより、蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃圧を上昇させた後、減圧することができる。このため、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力をより適切に制御することができる。しかも、この際、逆流する燃料により燃料ポンプ１０の動作をアシストするために、燃料の圧送の際に燃料ポンプ１０にて消費されたエネルギの一部を回収することができる。

（３）プランジャ６２の往復動作に伴って圧力室６３及び逆流通路６８間が連通及び遮断される構成とした。これにより、燃料ポンプ１０の吸入工程において圧力室６３及び逆流通路６８間を連通させる設定が可能であるため、吸入工程において燃料を適切に逆流させることができる。

（４）燃料ポンプ１０に、圧力室６３の燃料を蓄圧室２１に吐出する吐出口６６と、吐出口６６の上流及び下流間の圧力差に応じて機械的に開閉する逆止弁６７とを備えた。これにより、燃料ポンプ１０の吐出工程においてプランジャ６２により圧力室６３及び逆流通路６８間が遮断されるまでは、逆流通路６８を介して燃料が圧送される。その後、プランジャ６２により圧力室６３及び逆流通路６８間が遮断されると圧力室６３内の圧力が上昇する。そして、上記逆止弁６７を開弁させる圧力となることで、逆止弁６７を介して圧力室６３から蓄圧室２１へ向けて燃料が吐出される。このため、逆止弁６７が開弁する際に吐出される燃料の圧力を所望の圧力とすることができる。

（５）燃料ポンプ１０を、圧力室６３を複数備えて且つプランジャ６２の往復動作に伴って各圧力室６３ａ，６３ｂの容積が代わる代わる拡大及び縮小する構成とした。これにより、圧力室６３ａ，６３ｂのいずれか一方の吸入工程において蓄圧室２１から逆流する高圧燃料によって、圧力室６３ａ，６３ｂのいずれか他方の容積を縮小して燃料を圧縮する工程をアシストすることができる。このため、蓄圧室２１内へ燃料を圧送する際に用いたエネルギの一部を好適に回収することができる。

（６）吸入工程の開始時のプランジャ６２位置よりも所定量変位することで圧力室６３及び逆流通路６８間が連通される設定とした。これにより、プランジャ６２が吸入工程において所定量変位するまでの期間は、逆流通路６８を介して圧力室６３に燃料が逆流しない。このため、この期間において、逆流の影響を受けることなく圧力室６３内に燃料を吸入することができる。

（７）燃料タンクからの燃料を調量弁７０を介して圧力室６３に吸入する吸入口６４ａに、圧力室６３内部から調量弁７０側への燃料の逆流を阻止する逆止弁６５ａを備えた。これにより、逆流通路６８を介して圧力室６３内に逆流する燃料が調量弁７０側へと更に逆流することを回避することができる。このため、圧力室６３内に逆流した燃料を、次回の圧送工程において利用することができ、ひいては吸入口６４を介して圧力室６３内に新たに吸入する燃料量を低減することができる。

（８）燃料ポンプ１０の燃料の圧送タイミングを可変とする圧送タイミング可変機構８０を更に備えた。これにより、ディーゼル機関５０の運転状態に応じて噴射タイミングが変化したとしても、燃料を噴射する期間内において、リフト量を拡大させる閾値を上回って燃圧を上昇させることができる。

（９）蓄圧配管２０を、複数の燃料噴射弁３０のいくつか毎に割り振られた複数の蓄圧室２１ａ，２１ｂを備えて構成した。これにより、圧送量の割に蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を上昇させることができる。このため、燃料ポンプ１０を大型化することなく、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の圧力を広領域に制御することができる。

（１０）蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃料を燃料タンクに戻すべく、減圧弁２３ａ，２３ｂを備えた。これにより、燃料噴射によっては蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧が十分に低下しなかったとしても、次回の燃料噴射までに蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧を低下させることができる。このため、燃料を噴射する期間において、上記閾値を上回って燃圧を上昇させる制御を確実に行なうことや、燃料噴射開始時の蓄圧室２１ａ、２１ｂ内の燃圧を所望に制御することができる。

（１１）燃料噴射弁３０を、供給される燃圧が閾値を超えることでノズルニードル３２のリフト量を拡大する構成とした。これにより、燃料噴射に際して、供給される燃圧を変化させることで燃料噴射率の小さい状態から大きい状態へと変化させることができるため、ブーツ噴射等を行うことができる。

（１２）ノズルニードル３２を閉弁状態に保持するための第１の弾性部材（ニードルスプリング３７）と、ノズルニードル３２のリフト量が規定リフト量以上へと変位しようとするとき、これを妨げるように弾性力を及ぼす第２の弾性部材（規制用スプリング３９）とを備えて燃料噴射弁３０を構成した。これにより、規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝つための燃圧を上記閾値として設定することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、減圧弁２３ａ，２３ｂを備えない代わりに、図１０に示すように、調量弁７０を介して蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃料を燃料タンクへ戻す。

図示されるように、調量弁７０のボディ７１には、排出口７４及び減圧ポート７５が設けられている。一方、スプール７２には、スプール７２の変位に伴って減圧ポート７５及び排出口７４間を連通させる連通孔７６が設けられている。そして、上記減圧ポート７５は、逆流通路６８及び圧送通路２２と連通する減圧通路７７に連通している。

これにより、減圧ポート７５及び連通孔７６間を連通させるようにスプール７２を変位させることで、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧を低下させることができる。

特に本実施形態では、減圧通路７７、減圧ポート７５、連通孔７６、及び排出口７４は、燃料の温度の上昇を抑制することができるように流路面積が十分に大きく設定されている。ここで、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃料が低圧に解放される際には、高圧状態における弾性エネルギが運動エネルギを得て熱エネルギに変換される。詳しくは、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧が高圧になればなるほど、低圧系に解放される際の燃料の流出速度が増大し、この流速を低圧系において略ゼロとする際に多量の熱エネルギが発生する。

特に先の図１に示した減圧弁２３ａ，２３ｂは、その閉弁状態において、蓄圧配管２０内の高圧燃料を密閉状態に保つために大きな力を受ける。このため、この力に耐え得るようにすべく、弁体の面積は制限される傾向にある。このため、減圧弁２３ａ，２３ｂの開弁状態における流路面積も小さいものとなりやすい。このため、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内を減圧すべく減圧弁２３ａ，２３ｂを開弁状態にした際には、高圧燃料が低圧系（燃料タンク）へと流出する際に、流路面積が小さいことによる絞り効果により燃料の流速が増大し、低圧系において流速をゼロとする際に多量の熱エネルギが発生する。

これに対し、本実施形態では、調量弁７０を用いることで、上記流路面積を比較的容易に拡大することができる。そしてこれにより、燃料が低圧系（燃料タンク）へと流出する際の絞り効果が緩和されるため、燃料の温度上昇を好適に抑制することができる。

図１１に、本実施形態における燃料噴射制御態様を示す。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、先の図７（ａ）〜図７（ｅ）と対応している。図示されるように、調量弁７０の減圧ポート７５を解放することで、ブーツ噴射の後に蓄圧室２１ａ，２１ｂ内を適切に減圧することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（１２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１３）調量弁７０を介して蓄圧室２１ａ，２１ｂ及び燃料タンク間を連通及び遮断可能とした。これにより、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内を好適に減圧することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、蓄圧室２１から供給される燃料の圧力が閾値を超えることで内部の燃料の流動経路を変更する燃料噴射弁として、供給される燃料の圧力に応じて開口される噴射口の数を変化させるものを用いる。図１２に、本実施形態にかかる燃料噴射弁２００の構造を示す。

燃料噴射弁２００のボディの先端には、円柱状のニードル収納部２０２が設けられている。そして、ニードル収納部２０２には、その軸方向に変位可能な２つのノズルニードル（アウターニードル２０４、インナーニードル２０６）が収納されている。ここで、アウターニードル２０４は、燃料噴射弁２００の先端部に形成されている第１噴射口２０８を開閉するものであり、インナーニードル２０６は、燃料噴射弁２００の先端部に形成されている第２噴射口２１０を開閉するものである。なお、ニードル収納部２０２には、上記蓄圧室２１から高圧燃料が供給される。

アウターニードル２０４には、アウタースプリング２１２によって背面側から閉弁方向に力が加えられており、インナーニードル２０６には、インナースプリング２１４によって背面側から閉弁方向に力が加えられている。更に、これらアウターニードル２０４やインナーニードル２０６の背面側は、背圧室２１６に対向している。背圧室２１６には、蓄圧室２１からの燃料が供給される。

背圧室２１６は、バルブ２１８を介して燃料タンク側に連通可能とされている。バルブ２１８は、その背面側が、環状のバルブシート部２２０に着座することで、燃料タンク側と背圧室２１６とを遮断し、ボディの先端側へ変位することで、燃料タンク側と背圧室２１６とを連通させる。

バルブ２１８のうちバルブシート部２２０側は、プレッシャピン２２２を介して小径ピストン２２４と連結されている。小径ピストン２２４の後部側は、小径ピストン２２４よりも径の大きな大径ピストン２２６の先端と対向している。そして、小径ピストン２２４、大径ピストン２２６、及びボディの内周面によって変位伝達室２２８が区画形成されている。変位伝達室２２８には、例えば燃料等の適宜の流体が充填されている。

一方、大径ピストン２２６は、その後方側がピエゾ素子２３０と連結されている。ちなみに、ピエゾ素子２３０は、大径ピストン２２６と対向する側の裏面側がボディに固定されている。

こうした構成において、ピエゾ素子２３０へ電流が供給されずピエゾ素子２３０が収縮状態にあるときには、蓄圧室２１からの高圧燃料により力が及ぼされることから、バルブ２１８や小径ピストン２２４はボディの後方に位置することとなる。このとき、バルブ２１８により背圧室２１６と燃料タンクとは遮断されている。このため、背圧室２１６内の燃料の圧力（蓄圧室２１内の燃料の圧力）や、アウタースプリング２１２、インナーニードル２０６の弾性力によって、アウターニードル２０４及びインナーニードル２０６は、ボディ先端側へと押されて閉弁状態となる。

一方、ピエゾ素子２３０に電流が供給されることでピエゾ素子２３０が伸長状態となると、バルブ２１８は、ボディの先端側へ移動する。これにより、背圧室２１６が燃料タンク側と連通される。その結果、背圧室２１６内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部２０２内の高圧燃料がアウターニードル２０４をボディの後方へ押す力が、背圧室２１６内の燃料及びアウタースプリング２１２がアウターニードル２０４をボディの前方へ押す力よりも所定以上大きくなると、アウターニードル２０４は、開弁状態となる。すなわち、アウターニードル２０４が第１噴射口２０８を開口するため、ニードル収納部２０２は、第１噴射口２０８を介してディーゼル機関５０の燃焼室５２と連通される。

ただし、この状態では、インナーニードル２０６は閉弁状態を維持する。これは、アウターニードル２０４を開弁させるために要する燃圧よりも、インナーニードル２０６を開弁させるために要する燃圧の方が高くなるように設定しているためである。そして、先の図６に示した圧送行程後期において蓄圧室２１内の燃圧が上昇することで、インナーニードル２０６は開弁状態となる。すなわち、インナーニードル２０６が第２噴射口２１０を開口するため、ニードル収納部２０２は、第２噴射口２１０を介してディーゼル機関５０の燃焼室５２と連通される。これは、上記燃圧の上昇によってニードル収納部２０２内に供給される燃圧が上昇することで、この燃圧による力がインナースプリング２１４の弾性力とバルブ２１８の開弁時の背圧室２１６内の燃圧による力との合力に打ち勝つことができる設定とすることで実現することができる。

上記燃料噴射弁２００を用いることで、燃料噴射期間においてインナーニードル２０６を開弁状態とすることで、噴射率を増大させることができる。しかも、本実施形態では、特に燃料噴射弁３０を用いる場合と比較して噴射率の増大制御を安定させることが可能となる。すなわち、上記燃料噴射弁３０の場合、突出部３２ａが規制部材３８と接触することでノズルニードル３２の変位が規制されるものの、ノズルニードル３２の慣性力が規制用スプリング３９の弾性力に打ち勝つ場合には、蓄圧室２１内の燃圧の上昇に先立ち、ノズルニードル３２が一時的に規制部材３８によって固定されるべき位置を越えて変位するおそれがある。これに対し、本実施形態にかかる燃料噴射弁２００では、２つの独立したノズルニードルを備えることで、その一方の変位が他方の変位を誘発することが回避される。このため、インナーニードル２０６の開弁による噴射率の増大タイミングを、蓄圧室２１内の燃圧によって高精度に制御することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１３に、本実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す。図示されるように、本実施形態では、圧送タイミング可変機構８０を備えることなく、高圧ポンプ６０の駆動軸６１をクランク軸５４に直接機械的に連結する。このため、高圧ポンプ６０の駆動軸６１の回転角度は、クランク軸５４の回転角度に応じて一義的に定まり、これらの相対回転位相差を調節する手段はない。

こうした簡易な構成においても燃料噴射時期等の変化にかかわらず最適なタイミングにて噴射率を増加させるべく、本実施形態では、次の設定をする。すなわち、まず、ブーツ噴射の噴射タイミングが最も進角したタイミングとされた際に噴射率を増加させるべきタイミングにおいて噴射率が実際に増加可能なように、上記駆動軸６１及びクランク軸５４の機械的な連結態様を調節する。換言すれば、噴射率の増加タイミングとして最も進角されたタイミングにおいて実際の噴射率が増加可能なように調節する。そして、この基準となる燃料噴射に対して実際の噴射開始時期が遅角側となる場合には、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧の早まった上昇を回避すべく、減圧弁２３ａ，２３ｂを操作する。

図１４に、本実施形態にかかる燃料噴射制御の態様を示す。なお、図１４（ａ）〜図１４（ｅ）は、図７（ａ）〜図７（ｅ）に対応している。

図１４（ｃ）に２点鎖線にて示すのは、減圧弁２３ａ，２３ｂを開弁操作しない場合の燃圧の挙動である。この場合、燃料噴射開始時期が遅角側となる場合、燃圧が上記閾値を超えるタイミングが過度に速くなり、噴射率が過度に早いタイミングで増加してしまう。そこで、図示されるように、燃料の圧送開始に同期して減圧弁２３ａ，２３ｂを開弁操作することで、蓄圧室２１ａ，２１ｂの燃圧の上昇を抑制する。こうした処理によれば、燃圧が上記閾値を超えて上昇するタイミングを所望のタイミングに調節することができ、ひいては噴射率の増加タイミングを所望に制御することができる。

図１５に、本実施形態にかかる燃圧の制御の処理手順を示す。この処理は、ＥＣＵ１１０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、周知の手法にて算出される燃料噴射弁３０に対する噴射開始時期の指令値（指令噴射開始時期）を取得する。続くステップＳ１２においては、指令噴射開始時期に基づき、調量弁７０による調量量を補正する。すなわち、本実施形態では、指令噴射開始時期が最も進角される場合において最適となるような設定の下、駆動軸６１とクランク軸５４とが機械的に連結されている。そして、指令噴射開始時期がこれよりも遅角される場合には、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧の早期の上昇を抑制すべく減圧弁２３ａ，２３ｂの開弁によって高圧ポンプ６０から蓄圧室２１ａ，２１ｂに圧送された燃料を燃料タンクに戻す処理を行っている。このため、指令噴射開始時期が最進角位置よりも遅角される場合には、減圧弁２３ａ，２３ｂの開弁によって燃料タンクに戻される燃料量の分だけ圧送量を増加させる必要が生じる。このため、指令噴射開始時期に基づき、調量弁７０による調量量を補正する。

続くステップＳ１４においては、指令噴射開始時期に基づき、減圧弁の操作態様を決定する。すなわち、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧の早期の上昇を抑制すべく燃料タンクに燃料を戻すために適切な減圧弁２３ａ，２３ｂの操作量を決定する。続くステップＳ１６においては、上記ステップＳ１４の決定に基づき、減圧弁２３ａ，２３ｂを操作する。なお、ステップＳ１６の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）、(９)〜(１２)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１４）減圧弁２３ａ，２３ｂを操作することで、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧がリフト量を拡大させる閾値を上回るタイミングを可変とした。これにより、燃料ポンプ１０による圧送タイミング自体を変更する手段を備えることなく、簡易に上記タイミングを可変とすることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・供給される燃料の圧力が閾値を超えることでノズルニードルのリフト量を拡大可能な燃料噴射弁としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば規制部材３８の変位を規制する第２の規制部材を備え、第２の規制部材も圧縮スプリングによって弾性力が付与されている構成としてもよい。この場合、供給される燃料の圧力が上記閾値以上となることで規制部材３８が第２の規制部材と接触するまでノズルニードルのリフト量を拡大することができ、しかも供給される燃料の圧力を更に高めて第２の規制部材を変位させることでノズルニードルのリフト量を更に拡大することができる。

・供給される燃料の圧力が閾値を超えることでノズルニードルのリフト量を拡大可能な燃料噴射弁の備える電子制御式アクチュエータとしては、電磁ソレノイドに限らず、例えばピエゾアクチュエータであってもよい。

・上記第１、第２、第４の実施形態において、先の第３の実施形態で例示した燃料噴射弁を用いてもよい。

・複数のノズルニードルと、該複数のノズルニードルのそれぞれに割り振られた複数の噴射口とを備えて且つ、開口状態とされる噴射口の数を、蓄圧室から供給される燃料の圧力が閾値を超えることで増大させる燃料噴射弁としては、先の第３の実施形態で例示したものに限らない。例えば、インナーニードル２０６を収納して且つアウターニードル２０４に収納されるミドルニードルを備えて、上記第１噴射口２０８及び第２噴射口２１０に加えて、ミドルニードルによって開閉される噴射口を備えるようにしてもよい。そしてこの際、ミドルニードルを開弁させるための圧力の下限値がアウターニードルを開弁させるための圧力よりも高く且つインナーニードルを開弁させるための圧力よりも低く設定することで、燃圧に応じて噴射率を３段階に調節することができる。

また、燃料噴射弁２００の備える電子制御式アクチュエータとしては、ピエゾアクチュエータに限らず、例えば電磁ソレノイドであってもよい。

・燃料噴射弁の幾何学的な内部構造を変化させる閾値を燃料の圧力が上回るタイミングを可変とする可変手段としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。例えば、高圧ポンプ６０の一対の圧力室６３ａ，６３ｂと蓄圧室２１ａ，２１ｂとを接続する圧送通路２２ａ，２２ｂを接続通路を介して互いに接続するとともに、同接続通路の流路面積を調節する電子制御式の弁体を備え、この弁体を電気的に操作することで上記可変手段を構成してもよい。これによっても、燃料噴射タイミングが遅角側にある場合、上記接続通路の弁体の開弁によってプランジャ６２ａ，６２ｂのうち上昇行程にある側の圧力室から下降行程にある側の圧力室へと燃料を流出させることで、蓄圧室内の燃圧の上昇を遅らせることができる。しかもこの場合、上昇行程にあるプランジャによって消費されるエネルギの一部は、下降行程にあるプランジャの動作をアシストすることで回収される。

また例えば、先の第２の実施形態に示した要領で、プランジャ６２ａ，６２ｂのうち上昇行程にある側の圧力室から圧送される燃料を、減圧通路７７、減圧ポート７５、連通孔７６、及び排出口７４を介して燃料タンクへと流出させることで蓄圧室内の燃圧の上昇を遅らせてもよい。

更に例えば、燃料噴射に先立ち、燃料の圧送対象となる蓄圧室に接続される燃料噴射弁３０の全てについて、ノズルニードル３２が開弁することのない極短時間だけバルブ４２を開弁させるいわゆる空打ち駆動を行ってもよい。これによっても、上記圧送対象となる蓄圧室内に圧送される燃料の一部を、出オリフィス４０及び低圧燃料通路４１を介して燃料タンクへと戻すことができるため、蓄圧室２１ａ，２１ｂ内の燃圧を低下させることができ、ひいては上記タイミングを遅らせることができる。

・燃料ポンプ１０の燃料の圧送タイミングを可変とするタイミング可変手段としては、上記圧送タイミング可変機構８０及びＯＣＶ９０に限らない。例えば吐出口６６及び流入口６９に電磁弁を設け、これらの開弁タイミングを調節することで、タイミング可変手段を構成してもよい。

・ディーゼル機関５０の気筒数や、燃料ポンプ１０の圧力室６３の数、調量弁７０の数は任意でよい。また、蓄圧配管２０内の蓄圧室の数も任意でよい。

・内燃機関としては、ディーゼル機関に限らず、例えば筒内噴射式ガソリン機関等であってもよい。ただし、圧縮着火式内燃機関とすることで、ブーツ噴射のメリットを特に享受することができる。

第１の実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかる燃料噴射弁の断面構成を示す断面図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの吸入工程前期の状態を示す断面図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの吸入工程後期の状態を示す断面図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの圧送工程前期の状態を示す断面図。 同実施形態にかかる燃料ポンプの圧送工程後期の状態を示す断面図。 同実施形態にかかるブーツ噴射を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる別の燃料噴射制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかるブーツ噴射を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる蓄圧室内の減圧処理の態様を示す断面図。 同実施形態にかかるブーツ噴射を示すタイムチャート。 第３の実施形態にかかる燃料噴射弁の断面構成を示す断面図。 第４の実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す図。 同実施形態にかかるブーツ噴射を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる蓄圧室内の燃圧の制御の処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…燃料ポンプ、２０…蓄圧配管、２１ａ，２１ｂ…蓄圧室、３０…燃料噴射弁、３２…ノズルニードル、３７…ニードルスプリング（第１の弾性部材の一実施形態）、３９…規制用スプリング（第２の弾性部材の一実施形態）、５０…ディーゼル機関、６０…高圧ポンプ、６２ａ，６２ｂ…プランジャ、６３ａ，６３ｂ…圧力室、６８ａ，６８ｂ…逆流通路、８０…圧送タイミング可変機構（タイミング可変手段の一実施形態）。

Claims (17)

1. 燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁を電気的に操作することで内燃機関の燃料噴射制御を行なう燃料噴射制御システムにおいて、
   前記燃料噴射弁は、前記蓄圧室から供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記燃料噴射弁内部の燃料の流動経路を変更して噴射率を増大させるものであり、
   前記燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、前記燃料の圧力を前記閾値を上回って上昇させる上昇手段を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
2. 燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁を電気的に操作することで内燃機関の燃料噴射制御を行なう燃料噴射制御システムにおいて、
   前記燃料噴射弁は、前記蓄圧室から供給される燃料の圧力が閾値を超えることでノズルニードルのリフト量を拡大可能なものであり、
   前記燃料噴射弁から燃料を噴射する期間内において、前記燃料の圧力を前記閾値を上回って上昇させる上昇手段を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
3. 前記燃料噴射弁を介した燃料の噴射後、前記蓄圧室内の圧力を低下させる減圧手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料噴射制御システム。
4. 前記減圧手段は、前記燃料ポンプ及び前記蓄圧室間に接続されて且つ、前記燃料ポンプの吸入工程において前記蓄圧室内の燃料を前記燃料ポンプに逆流させる逆流通路を備えることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射制御システム。
5. 前記減圧手段は、前記燃料ポンプによって燃料が吸入される燃料タンクへと前記蓄圧室内の燃料を戻す手段を更に備えることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射制御システム。
6. 燃料を高圧状態で蓄える蓄圧室と、該蓄圧室に燃料を圧送する燃料ポンプと、前記蓄圧室に高圧状態で蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料ポンプを操作することで前記蓄圧室内の燃圧を制御する燃料噴射制御システムにおいて、
   前記燃料ポンプ及び前記蓄圧室間に接続されて且つ、前記燃料ポンプの吸入工程において前記蓄圧室内の燃料を前記燃料ポンプに逆流させる逆流通路を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
7. 前記燃料ポンプは、プランジャと、該プランジャの往復動作に伴ってその容積が拡大及び縮小する圧力室とを備え、
   前記プランジャの往復動作に伴って前記圧力室及び前記逆流通路間が連通及び遮断されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の燃料噴射制御システム。
8. 前記燃料ポンプは、前記圧力室の燃料を前記蓄圧室に吐出する吐出口と、前記吐出口の上流及び下流間の圧力差に応じて機械的に開閉する逆止弁とを備えることを特徴とする請求項７記載の燃料噴射制御システム。
9. 前記燃料ポンプは、前記圧力室を複数備えて且つ前記プランジャの往復動作に伴って各圧力室の容積が代わる代わる拡大及び縮小するものであることを特徴とする請求項７又は８記載の燃料噴射制御システム。
10. 前記吸入工程の開始時のプランジャ位置よりも所定量変位することで前記圧力室及び前記逆流通路間が連通されることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の燃料噴射制御システム。
11. 前記燃料ポンプは、燃料タンクからの燃料を調量弁を介して前記圧力室に吸入する吸入口に、前記圧力室内部から前記調量弁側への燃料の逆流を阻止する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１０記載の燃料噴射制御システム。
12. 前記上昇手段は、前記燃料の圧力が前記閾値を上回るタイミングを可変とする可変手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射制御システム。
13. 前記蓄圧室には、前記燃料ポンプによって燃料が吸入される燃料タンクへと前記蓄圧室内の燃料を戻す手段が設けられ、
    前記可変手段は、前記戻す手段を操作することで前記閾値を上回るタイミングを可変とすることを特徴とする請求項１２記載の燃料噴射制御システム。
14. 前記燃料ポンプの燃料の圧送タイミングを可変とするタイミング可変手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料噴射制御システム。
15. 前記燃料噴射弁が複数備えられており、
    前記蓄圧室は、前記複数の燃料噴射弁のいくつか毎に割り振られた複数の蓄圧室からなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料噴射制御システム。
16. アクチュエータの操作によりノズルニードルを変位させることで噴射口を開口させ、燃料供給通路から供給される燃料を内燃機関に噴射供給する燃料噴射弁において、
    前記供給される燃料の圧力が閾値を超えることで前記ノズルニードルのリフト量を拡大する拡大手段を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
17. 前記ノズルニードルを閉弁状態に保持するための第１の弾性部材と、
    前記ノズルニードルのリフト量が規定リフト量以上へと変位しようとするとき、これを妨げるように弾性力を及ぼす第２の弾性部材とを備え、
    前記拡大手段は、前記第２の弾性部材を備えて構成されてなることを特徴とする請求項１６記載の燃料噴射弁。

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