JP2008202417A - Fuel injection control device of internal combustion engine - Google Patents

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JP2008202417A JP2007036271A JP2007036271A JP2008202417A JP 2008202417 A JP2008202417 A JP 2008202417A JP 2007036271 A JP2007036271 A JP 2007036271A JP 2007036271 A JP2007036271 A JP 2007036271A JP 2008202417 A JP2008202417 A JP 2008202417A
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Kazuhiro Omae
和広 大前
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably maintain a valve element lift amount at a first lift amount in a fuel injection control device in which the rising speed of a needle valve is changed in two steps by changing the valve element lift amount of a control valve for controlling the rear surface pressure of the needle valve from the first lift amount to a second lift amount (> first lift amount). <P>SOLUTION: When the drive force of an actuator 43b reaches a first drive force, the lift amount of a valve element 43a is changed to the first lift amount, and the valve element 43a starts to come into contact with a piston 43c at the initial position. When the drive force is equal to or less than a second drive force (> first drive force), the piston 43c is not allowed to move from the initial position by the pressing of the valve element 43a, and the valve element lift amount is maintained at the first lift amount. When the drive force is above a third drive force (> second drive force), the piston 43c is moved to a first position by the pressing of the valve element 43c, and the valve element lift amount is changed to the second lift amount. A flow passage allowing a fuel to flow from a fuel supply passage C1 into a control chamber R2 is opened when the piston 43c is at the initial position, and cut off when it is at the first position. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.

従来より、図9に示すように、内燃機関(特に、ディーゼル機関)の燃焼室に燃料を噴射する噴孔110を開閉するニードル弁120と、内部の燃料の圧力である噴射圧Pcによりニードル弁120の一端側(図9において下端側)が開弁方向(図9において上方向)の力を受けるとともにニードル弁120の開弁状態において内部の燃料が噴孔110から燃焼室に向けて噴射されるノズル室130と、内部の燃料の圧力である制御圧Pcntlによりニードル弁120の他端側(図9において上端側)が閉弁方向(図9において下方向)の力を受ける制御室140と、高圧発生部(図示しない液圧ポンプ+コモンレール)が発生する高圧燃料をノズル室130に供給する燃料供給路150と、燃料供給路150から制御室140に燃料を流入させる流入オリフィス160が介装された燃料流入路170と、制御室140から燃料を燃料タンク(図示せず)へ排出させる排出オリフィス180が介装された燃料排出路190と、燃料排出路190に介装されて燃料排出路190を連通・遮断する制御弁210とを備えた燃料噴射制御装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
特開2005−320870号公報
Conventionally, as shown in FIG. 9, a needle valve 120 that opens and closes an injection hole 110 for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine (particularly a diesel engine), and an injection valve Pc that is the pressure of the internal fuel One end side (lower end side in FIG. 9) of 120 receives a force in the valve opening direction (upward direction in FIG. 9), and the fuel inside is injected from the nozzle hole 110 toward the combustion chamber when the needle valve 120 is open. And a control chamber 140 in which the other end side (upper end side in FIG. 9) of the needle valve 120 receives a force in the valve closing direction (downward direction in FIG. 9) by the control pressure Pcntl which is the pressure of the internal fuel. , A fuel supply path 150 for supplying high-pressure fuel generated by a high-pressure generator (not shown) + a common rail to the nozzle chamber 130, and a flow for flowing the fuel from the fuel supply path 150 into the control chamber 140 A fuel inflow path 170 in which an inlet orifice 160 is interposed, a fuel discharge path 190 in which a discharge orifice 180 for discharging fuel from the control chamber 140 to a fuel tank (not shown) is interposed, and a fuel discharge path 190. 2. Description of the Related Art There is known a fuel injection control device that includes a control valve 210 that is mounted and communicates and blocks a fuel discharge path 190 (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-320870 A

この装置では、閉弁状態にあるニードル弁120を開弁させる場合(閉弁状態(リフト量=0)から開弁状態(リフト量>0)へと変更させる場合)、制御弁210が開弁させられる(閉弁状態から開弁状態へと変更される)。これにより、燃料排出路190を通して制御室140から燃料が排出されて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下し、これに伴って燃料流入路170を通して制御室140に燃料供給路150から燃料が流入する。この結果、制御圧Pcntlは、排出オリフィス180を通過する燃料の流出流量Qoutと流入オリフィス160を通過する燃料の流入流量Qinの差(=Qout−Qin)に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。   In this device, when the needle valve 120 that is in the closed state is opened (when the needle valve 120 is changed from the closed state (lift amount = 0) to the opened state (lift amount> 0)), the control valve 210 is opened. (Changed from the closed state to the open state). As a result, the fuel is discharged from the control chamber 140 through the fuel discharge passage 190 and the control pressure Pcntl is reduced from the injection pressure Pc, and accordingly, the fuel flows from the fuel supply passage 150 into the control chamber 140 through the fuel inflow passage 170. . As a result, the control pressure Pcntl decreases from the injection pressure Pc at a speed corresponding to the difference (= Qout−Qin) between the outflow flow rate Qout of the fuel passing through the discharge orifice 180 and the inflow flow rate Qin of the fuel passing through the inflow orifice 160. To go.

このように低下していく制御圧Pcntlが「ニードル弁開弁圧」(ニードル弁120が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pcntl)まで達すると、ニードル弁120が開弁し(図9において上方へ移動し)、この結果、燃料噴射が開始される。その後、ニードル弁120は、制御室140内の燃料の体積の減少速度(即ち、上記流出流量Qoutと上記流入流量Qinの差(=Qout−Qin))に応じた速度をもって上昇していく(図9において上方へ移動していく)。即ち、ニードル弁120のリフト量が増大していく。この間、燃料噴射は継続される。以下、このようにニードル弁120が上昇する際のニードル弁120の上昇速度(リフト量の増大速度)を「ニードル弁上昇速度」と称呼する。   When the control pressure Pcntl decreasing in this way reaches the “needle valve opening pressure” (the control pressure Pcntl when the needle valve 120 shifts from the closed state to the open state), the needle valve 120 opens. (Move upward in FIG. 9), and as a result, fuel injection is started. Thereafter, the needle valve 120 rises at a speed corresponding to the rate of decrease in the volume of the fuel in the control chamber 140 (that is, the difference between the outflow rate Qout and the inflow rate Qin (= Qout−Qin)) (FIG. 9 and move upward). That is, the lift amount of the needle valve 120 increases. During this time, fuel injection is continued. Hereinafter, the rising speed (the increasing speed of the lift amount) of the needle valve 120 when the needle valve 120 is lifted in this way is referred to as “needle valve rising speed”.

一方、このように上昇していく(開弁状態にある)ニードル弁120を閉弁させる場合(開弁状態から閉弁状態へと変更させる場合)、制御弁210が閉弁させられる(開弁状態から閉弁状態へと変更される)。これにより、燃料排出路190を通した制御室140からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路170を通した制御室140への燃料の流入は継続される。この結果、ニードル弁120は、制御室140内の燃料の体積の増大速度(即ち、上記流入流量Qin)に応じた速度をもって下降していく(図9において下方へ移動していく)。即ち、ニードル弁120のリフト量が減少していく。以下、このようにニードル弁120が下降する際のニードル弁120の下降速度(リフト量の減少速度)を「ニードル弁下降速度」と称呼する。そして、ニードル弁120のリフト量が「0」に達すると、ニードル弁120が閉弁し、燃料噴射が終了する。このように、制御弁210を制御して制御圧Pcntlを制御することでニードル弁120の位置(リフト量)が調整されて燃料の噴射制御が行われる。   On the other hand, when the needle valve 120 that is rising (in the open state) is closed (when the needle valve 120 is changed from the open state to the closed state), the control valve 210 is closed (opened). State is changed to a closed state). Thereby, the fuel discharge from the control chamber 140 through the fuel discharge passage 190 is stopped, while the fuel inflow into the control chamber 140 through the fuel inflow passage 170 is continued. As a result, the needle valve 120 descends at a speed corresponding to the fuel volume increase speed in the control chamber 140 (ie, the inflow flow rate Qin) (moves downward in FIG. 9). That is, the lift amount of the needle valve 120 decreases. Hereinafter, the descending speed of the needle valve 120 when the needle valve 120 descends (the rate of decrease in the lift amount) is referred to as “needle valve descending speed”. When the lift amount of the needle valve 120 reaches “0”, the needle valve 120 is closed and fuel injection is terminated. In this way, by controlling the control valve 210 and controlling the control pressure Pcntl, the position (lift amount) of the needle valve 120 is adjusted, and fuel injection control is performed.

ところで、上記ニードル弁上昇速度を2段階に切り替え可能にしたいという要求がある。この理由の一つとして以下のものが挙げられる。即ち、ディーゼル機関において、燃料噴射開始後着火開始までの期間(所謂、着火遅れ時間)内に噴射された燃料の大部分は、所謂拡散燃焼(ディーゼル燃焼)に代えて所謂予混合燃焼(燃焼室内において比較的均一に拡散した状態にて略同時に着火する燃焼)を行う傾向がある。この予混合燃焼では燃料が略同時に着火するため、燃焼室内圧力が急激に上昇して騒音が大きくなるという問題がある。この騒音を小さくするためには、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすればよい。このためには、燃料噴射開始後の極短期間だけ噴射率(単位時間当たりに噴射される燃料噴射量)を小さめに設定すればよい。ここで、噴射率は、燃料噴射開始後ニードル弁リフト量の増大に応じて増大していく。以上より、燃料噴射開始後の極短期間だけニードル弁上昇速度(従って、ニードル弁リフト量)を小さめに設定し、その後、ニードル弁上昇速度を大きい値に切り替えると(即ち、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えると)、上記予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。   By the way, there is a demand for enabling the needle valve ascending speed to be switched between two stages. One reason for this is as follows. That is, in the diesel engine, most of the fuel injected within the period from the start of fuel injection to the start of ignition (so-called ignition delay time) is replaced by so-called diffusion combustion (diesel combustion), so-called premixed combustion (combustion chamber). In this case, there is a tendency to perform combustion that ignites substantially simultaneously in a relatively uniformly diffused state. In this premixed combustion, since the fuel is ignited substantially simultaneously, there is a problem that the pressure in the combustion chamber rises rapidly and noise increases. In order to reduce this noise, the total amount of fuel injected during the ignition delay time may be reduced. For this purpose, the injection rate (fuel injection amount injected per unit time) may be set to be small only for an extremely short period after the start of fuel injection. Here, the injection rate increases as the needle valve lift amount increases after the start of fuel injection. From the above, when the needle valve ascent rate (and hence the needle valve lift amount) is set to a small value for a very short period after the start of fuel injection, and then the needle valve ascent rate is switched to a larger value (ie, the needle valve ascent rate is reduced). When switching from “small” to “large” in two stages, the noise associated with the premixed combustion can be reduced.

上述のように、ニードル弁上昇速度は上記流量差(=Qout−Qin))に基づく。従って、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えるためには、例えば、ニードル弁上昇中における所定時期にて上記流入流量Qinを小さくすればよい。このためには、例えば、図9に示した装置において制御弁210を図10に示したように構成すればよい。図10において、図9に示した部材と同じ或いは等価な部材には図9と同じ符号が付されている。   As described above, the needle valve ascending speed is based on the flow rate difference (= Qout−Qin). Therefore, in order to switch the needle valve ascent speed from “small” to “large” in two stages, for example, the inflow flow rate Qin may be reduced at a predetermined time during the needle valve ascent. For this purpose, for example, the control valve 210 in the apparatus shown in FIG. 9 may be configured as shown in FIG. 10, the same or equivalent members as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

即ち、図10に示した制御弁210では、制御室140と流路220を介して連通した弁体収容室211(内部の圧力=制御圧Pcntl)内に、弁体212が移動可能に収容されている。この弁体212は、アクチュエータ213(図10では、ピエゾ素子(圧電/電歪素子))の駆動力により開弁方向(図10において下方向)に駆動され、弁体収容室211内における弁体212の位置(弁体リフト量)は、アクチュエータ213の駆動力に応じて調整されるようになっている。   That is, in the control valve 210 shown in FIG. 10, the valve element 212 is movably accommodated in the valve element accommodating chamber 211 (internal pressure = control pressure Pcntl) communicating with the control chamber 140 via the flow path 220. ing. The valve body 212 is driven in the valve opening direction (downward in FIG. 10) by the driving force of the actuator 213 (in FIG. 10, a piezo element (piezoelectric / electrostrictive element)), and the valve body in the valve body housing chamber 211 is driven. The position 212 (valve lift amount) is adjusted according to the driving force of the actuator 213.

図10において、流路220、弁体収容室211、リターン室214、及び流路230が図9における燃料排出路190に対応し、流路240、弁体収容室211、流路220が図9における燃料流入路170に対応している。   10, the flow path 220, the valve body accommodating chamber 211, the return chamber 214, and the flow path 230 correspond to the fuel discharge path 190 in FIG. 9, and the flow path 240, the valve body accommodating chamber 211, and the flow path 220 are as shown in FIG. This corresponds to the fuel inflow passage 170 in FIG.

アクチュエータ213の駆動力がゼロ或いは小さくて、弁体212が図10に示す位置、即ち、弁体212が弁体収容室211の弁座部211aに当接するとともに弁座部211bに当接しない位置(弁体リフト量=0)にある場合、弁体収容室211とリターン室214(従って、流路230)とが遮断されるとともに弁体収容室211と流路240(従って、燃料供給路150)とが連通する。この場合、制御弁210が閉弁状態となり(燃料排出路190が遮断され)、燃料流入路170は開通する(即ち、図9に示した状態と同じ状態となる)。   The driving force of the actuator 213 is zero or small, and the valve body 212 is in the position shown in FIG. 10, that is, the position where the valve body 212 contacts the valve seat portion 211a of the valve body storage chamber 211 and does not contact the valve seat portion 211b. When the valve body lift amount is 0, the valve body storage chamber 211 and the return chamber 214 (and hence the flow path 230) are shut off, and the valve body storage chamber 211 and the flow path 240 (and thus the fuel supply path 150). ). In this case, the control valve 210 is closed (the fuel discharge path 190 is shut off), and the fuel inflow path 170 is opened (that is, the same state as shown in FIG. 9).

図10に示した状態からアクチュエータ213の駆動力が第1駆動力まで増大して、弁体212が図11に示す位置、即ち、弁体212が弁体収容室211の弁座部211aにも弁座部211bにも当接しない位置(弁体リフト量=第1リフト量)に移動すると、弁体収容室211とリターン室214とが連通する。この場合、制御弁210が開弁状態となり(燃料排出路190が開通し)、燃料流入路170は開通した状態に維持される。従って、図10の状態から図11の状態に変化すると、制御室圧Pcntlが上記流量差(=Qout−Qin)に応じた速度で減少していき、制御室圧Pcntlがニードル弁開弁圧を下回るとニードル弁120が開弁する。その後、ニードル弁120は、流量差(=Qout−Qin)に応じたニードル弁上昇速度(=第1上昇速度)で上昇していく。   The driving force of the actuator 213 increases from the state shown in FIG. 10 to the first driving force, so that the valve body 212 is located at the position shown in FIG. 11, that is, the valve body 212 is also in the valve seat portion 211a of the valve body housing chamber 211. When moved to a position that does not contact the valve seat portion 211b (valve element lift amount = first lift amount), the valve element storage chamber 211 and the return chamber 214 communicate with each other. In this case, the control valve 210 is opened (the fuel discharge passage 190 is opened), and the fuel inflow passage 170 is maintained in the opened state. Therefore, when the state shown in FIG. 10 is changed to the state shown in FIG. 11, the control chamber pressure Pcntl decreases at a speed corresponding to the flow rate difference (= Qout−Qin), and the control chamber pressure Pcntl decreases the needle valve opening pressure. If it falls below, the needle valve 120 opens. Thereafter, the needle valve 120 rises at a needle valve ascent speed (= first ascent speed) corresponding to the flow rate difference (= Qout−Qin).

図11に示す状態からアクチュエータ213の駆動力が第2駆動力(>第1駆動力)まで更に増大し、弁体212が図12に示す位置、即ち、弁体212が弁体収容室211の弁座部211bに当接する位置(弁体リフト量=第2リフト量)に移動すると、弁体収容室211と通路240とが遮断される。即ち、燃料流入路170が遮断されて流入流量Qin=0となる。従って、これ以降、ニードル弁120は、流出流量Qoutのみに応じたニードル弁上昇速度(=第2上昇速度>第1上昇速度)で上昇していく。   The driving force of the actuator 213 further increases from the state shown in FIG. 11 to the second driving force (> first driving force), and the valve body 212 is in the position shown in FIG. When moving to a position where the valve seat 211b comes into contact (valve lift amount = second lift amount), the valve body accommodating chamber 211 and the passage 240 are blocked. That is, the fuel inflow path 170 is blocked and the inflow flow rate Qin = 0. Accordingly, thereafter, the needle valve 120 rises at a needle valve ascent rate (= second ascent rate> first ascent rate) corresponding to only the outflow rate Qout.

このように、アクチュエータ213の駆動力を第1駆動力に設定して弁体リフト量を第1リフト量に調整することでニードル弁120を開弁させ、ニードル弁120の上昇中において、同駆動力を第1駆動力から第2駆動力へと更に増大させて弁体リフト量を第1リフト量から第2リフト量へ切り替えることで、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えることができる。   In this way, the needle valve 120 is opened by setting the driving force of the actuator 213 to the first driving force and adjusting the valve body lift amount to the first lift amount. By further increasing the force from the first driving force to the second driving force and switching the valve body lift amount from the first lift amount to the second lift amount, the needle valve ascent speed is changed from “small” to “large”. It can be switched to two stages.

ところで、図10に示した制御弁210の構成では、アクチュエータ213の個体間のばらつき等によりアクチュエータ213に供給される電力(電圧)と同アクチュエータ213の駆動力との関係にはばらつきが発生し得る。また、アクチュエータ213の駆動力が一定であっても、温度変化による燃料の粘度の変化等により開弁状態にある弁体212の位置(弁体リフト量)は変化し得る。   By the way, in the configuration of the control valve 210 shown in FIG. 10, variation may occur in the relationship between the power (voltage) supplied to the actuator 213 and the driving force of the actuator 213 due to variations among the individual actuators 213. . Even when the driving force of the actuator 213 is constant, the position of the valve body 212 (valve body lift amount) in the open state can be changed due to a change in the viscosity of the fuel due to a temperature change.

従って、アクチュエータに供給される電力(従って、駆動力)を調整して図11に示すように弁体リフト量を第1リフト量に安定して維持すること(即ち、弁体212が弁体収容室211の弁座部211aにも弁座部211bにも当接しない状態を安定して維持すること)は実際には非常に困難である。弁体リフト量が第1リフト量に安定して維持されないと、上記流入流量Qin、及び流出流量Qoutが変化してニードル弁上昇速度が不安定となる。従って、弁体リフト量を第1リフト量に安定して維持し得る燃料噴射制御装置の到来が望まれているところである。   Therefore, the valve body lift amount is stably maintained at the first lift amount as shown in FIG. 11 by adjusting the electric power (and hence the driving force) supplied to the actuator (that is, the valve body 212 is accommodated in the valve body). In practice, it is very difficult to stably maintain a state where neither the valve seat portion 211a nor the valve seat portion 211b of the chamber 211 abuts. If the valve lift is not stably maintained at the first lift, the inflow flow rate Qin and the outflow flow rate Qout change, and the needle valve ascent speed becomes unstable. Therefore, the arrival of a fuel injection control device that can stably maintain the valve lift amount at the first lift amount is desired.

本発明の目的は、制御弁の弁体の弁体リフト量を第1リフト量から第2リフト量へ変更することでニードル弁上昇速度を2段階に切り替え可能な燃料噴射制御装置において、弁体リフト量を第1リフト量に安定して維持し得る燃料噴射制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a valve body in a fuel injection control device capable of switching the needle valve ascent speed in two stages by changing the valve body lift amount of the valve body of the control valve from the first lift amount to the second lift amount. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device capable of stably maintaining a lift amount at a first lift amount.

本発明に係る燃料噴射制御装置は、上述した図9に示した装置と同じ基本構成を有する。本発明に係る燃料噴射制御装置では、前記制御弁が、前記燃料排出路を連通・遮断する弁体と、前記弁体を開弁方向に押圧する駆動力を発生するアクチュエータであって、同駆動力を調整することで前記弁体の開閉を制御するとともに同駆動力の増大に応じて開弁状態における前記弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量(弁体リフト量)を増大させるアクチュエータと、前記弁体リフト量がゼロよりも大きい第1リフト量未満である場合には前記弁体と接触せずにその初期位置に維持され、前記弁体リフト量が前記第1リフト量に達すると前記初期位置にて前記弁体と接触開始し、前記弁体リフト量の前記第1リフト量からの増大に応じて同弁体に押圧されて前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するピストンとを備えている。   The fuel injection control device according to the present invention has the same basic configuration as the device shown in FIG. 9 described above. In the fuel injection control device according to the present invention, the control valve includes a valve body that communicates and blocks the fuel discharge passage, and an actuator that generates a driving force that presses the valve body in a valve opening direction. The opening and closing of the valve body is controlled by adjusting the force, and the lift amount (valve body lift amount) in the valve opening direction from the closed state of the valve body in the valve open state according to the increase of the driving force is adjusted. When the lift amount of the valve body and the valve body lift amount is less than the first lift amount greater than zero, the valve body lift amount is maintained in its initial position without contacting the valve body, and the valve body lift amount is maintained at the first lift amount. When the amount reaches, the contact with the valve body starts at the initial position, and when the valve body lift amount increases from the first lift amount, the valve body is pressed to open the valve body from the initial position. And a piston moving in the valve direction.

前記アクチュエータの駆動力が第1駆動力に達すると前記弁体リフト量が前記第1リフト量に達するように構成され、前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第1駆動力よりも大きい第2駆動力以下では前記弁体の押圧により前記初期位置から移動不能であり、同駆動力の前記第2駆動力からの増大に応じて前記弁体の押圧により前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するように配置・構成されている。そして、前記燃料流入路の最小流路面積が、前記ピストンが前記初期位置にある場合よりも前記ピストンが前記初期位置より前記弁体の開弁方向側の第1位置にある場合の方が小さくなるように前記燃料流入路が構成されている。   When the driving force of the actuator reaches the first driving force, the valve body lift amount is configured to reach the first lift amount, and the piston has a first driving force that is greater than the first driving force. When the driving force is 2 or less, the valve body cannot be moved from the initial position by pressing the valve body, and the valve body is opened from the initial position by pressing the valve body in accordance with the increase of the driving force from the second driving force. Arranged and configured to move in the valve direction. The minimum flow area of the fuel inflow passage is smaller when the piston is in the first position on the valve opening direction side of the valve body than the initial position than when the piston is in the initial position. The fuel inflow path is configured as described above.

上記構成によれば、弁体リフト量が第1リフト量以上の場合に弁体がピストンに接触し、弁体の動きがピストンにより抑制される。弁体リフト量が第1リフト量である場合にはピストンは初期位置にあり、弁体リフト量が第1リフト量よりも大きい或る値(以下、「第2リフト量」と称呼する。)に達すると、ピストンは初期位置よりも弁体の開弁方向側の第1位置に移動する。加えて、燃料流入路の最小流路面積(従って、上記流入流量Qin)は、ピストンが初期位置にある場合よりもピストンが第1位置にある場合の方が小さい。従って、弁体リフト量を第1リフト量から第2リフト量へ変更することでニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えることができる。   According to the said structure, when a valve body lift amount is more than 1st lift amount, a valve body contacts a piston and the motion of a valve body is suppressed by a piston. When the valve body lift amount is the first lift amount, the piston is in the initial position, and the valve body lift amount is a certain value larger than the first lift amount (hereinafter referred to as “second lift amount”). When it reaches, the piston moves to the first position on the valve opening direction side of the valve body from the initial position. In addition, the minimum flow area of the fuel inflow passage (and thus the inflow flow rate Qin) is smaller when the piston is in the first position than when the piston is in the initial position. Therefore, by changing the valve body lift amount from the first lift amount to the second lift amount, the needle valve ascent speed can be switched in two stages from “small” to “large”.

また、ピストンは、アクチュエータの駆動力が第2駆動力以下では弁体の押圧により初期位置から移動不能であるから、アクチュエータの駆動力が第1駆動力から第2駆動力の間では、弁体リフト量は第1リフト量に維持される。従って、アクチュエータに供給される電力(電圧)を同アクチュエータの駆動力が第1駆動力と第2駆動力との間の第1所定値(例えば、中央値等)になる場合に対応する値に調整すれば、上述した「アクチュエータの個体間のばらつき」、「温度変化による燃料の粘度の変化」等が発生しても、弁体リフト量を第1リフト量に安定して維持することができる。   Further, since the piston cannot move from the initial position due to the pressure of the valve body when the driving force of the actuator is less than or equal to the second driving force, the valve body does not move when the driving force of the actuator is between the first driving force and the second driving force. The lift amount is maintained at the first lift amount. Accordingly, the power (voltage) supplied to the actuator is set to a value corresponding to the case where the driving force of the actuator becomes a first predetermined value (for example, a median value) between the first driving force and the second driving force. If adjusted, the valve lift can be stably maintained at the first lift even when the above-described "variation among actuators", "change in fuel viscosity due to temperature change", and the like occur. .

この場合、前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第2駆動力よりも大きい第3駆動力に達すると前記第1位置に達し、前記アクチュエータの駆動力が前記第3駆動力より大きい場合に前記第1位置に維持されるように配置・構成されることが好適である   In this case, the piston reaches the first position when the driving force of the actuator reaches a third driving force that is larger than the second driving force, and when the driving force of the actuator is larger than the third driving force. It is preferable to be arranged and configured to be maintained in the first position.

これによれば、アクチュエータに供給される電力(電圧)を同アクチュエータの駆動力が第3駆動力よりも大きい第2所定値になる場合に対応する値に調整すれば、弁体リフト量を、ピストンが第1位置にある場合に対応する値(即ち、上記第2リフト量)に安定して維持することができる。   According to this, if the electric power (voltage) supplied to the actuator is adjusted to a value corresponding to the case where the driving force of the actuator becomes a second predetermined value larger than the third driving force, the valve body lift amount is The value corresponding to the case where the piston is in the first position (that is, the second lift amount) can be stably maintained.

従って、係る構成において燃料噴射を行う場合において、前記アクチュエータの駆動力が、先ず前記第1所定値に調整され、その後、前記第2所定値に調整されることで、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に安定して確実に切り替えることができる。   Therefore, when fuel injection is performed in such a configuration, the driving force of the actuator is first adjusted to the first predetermined value, and then adjusted to the second predetermined value, thereby reducing the needle valve ascent speed. It is possible to switch from "" to "large" in two steps in a stable and reliable manner.

上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、具体的には、例えば、前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室とを備えていて、前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記ピストンの他端側は前記圧力室内に臨んでいて、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成され得る。この場合、前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第1連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部に対応する。   In the fuel injection control device according to the present invention, specifically, for example, the control valve includes a valve body housing chamber communicating with the control chamber and a pressure chamber communicating with the fuel supply path. The fuel discharge path is shut off in the closed state in which the valve body is movably accommodated in the valve body accommodating chamber, and the valve body is in contact with a valve seat provided in the valve body accommodating chamber. The fuel discharge passage is configured to communicate with the valve body in the open state in which the valve body is separated from the valve seat portion, and one end side of the piston faces the valve seat portion in the valve body housing chamber. The valve body may face the valve body from the side, the other end of the piston faces the pressure chamber, and the valve body may be in contact with one end of the piston. In this case, the 1st communicating path which connects the said control chamber and the said valve body storage chamber, and the said valve body storage chamber respond | correspond to a part of said fuel discharge path.

この場合、前記圧力室内において前記ピストンを前記弁体側(弁体の閉弁方向)に向けて常時付勢する弾性部材が備えられることが好ましい。この弾性部材はバネであり、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記バネが密着状態になるように構成されるとより好ましい。これにより、アクチュエータの駆動力が第3駆動力より大きい場合にピストンを第1位置に維持する構成を簡易に達成することができる。なお、この場合、ピストンの初期位置から弁体側(弁体の閉弁方向)への移動を禁止するストッパ機構が設けられ、このストッパ機構と弾性部材の付勢力との協働により、アクチュエータの駆動力が第2駆動力以下の場合においてピストンが初期位置に維持されるように構成される。   In this case, it is preferable that an elastic member that constantly urges the piston toward the valve body side (the valve closing direction of the valve body) in the pressure chamber is provided. The elastic member is a spring, and it is more preferable that the spring is in a close contact state when the piston is in the first position. Thereby, when the driving force of the actuator is larger than the third driving force, a configuration for maintaining the piston in the first position can be easily achieved. In this case, a stopper mechanism that prohibits movement of the piston from the initial position to the valve body side (the valve closing direction of the valve body) is provided, and the actuator is driven by the cooperation of the stopper mechanism and the biasing force of the elastic member. The piston is configured to be maintained at the initial position when the force is equal to or less than the second driving force.

上記のように、前記弁体が前記ピストンの一端側と接触し得るように構成される場合、前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の(側面の)外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室から遮断されるように構成されることが好ましい。具体的には、ピストンが第1位置にある場合、オリフィスの外表面側の開口がピストンを収容するボディ側のピストンとの摺動面によって塞がれる。この場合、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第1連通路が前記燃料流入路に対応する。   As described above, when the valve body is configured to be in contact with one end side of the piston, the piston has an internal space communicating with the pressure chamber and an outer surface (on the side surface) on one end side of the piston. And when the piston is in the initial position, the outer surface side of the orifice communicates with the valve body housing chamber, and when the piston is in the first position, It is preferable that the outer surface side is configured to be blocked from the valve body storage chamber. Specifically, when the piston is in the first position, the opening on the outer surface side of the orifice is blocked by the sliding surface with the piston on the body side that houses the piston. In this case, the second communication path that connects the pressure chamber and the fuel supply path, the pressure chamber, the internal space, the orifice, the valve body storage chamber, and the first communication path correspond to the fuel inflow path. To do.

これによれば、ピストンが初期位置にある場合、燃料供給路が開通するとともにピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、一方、ピストンが第1位置にある場合、燃料流入路が遮断される(即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる。)。従って、簡易な構成で、燃料流入路の最小流路面積が、ピストンが初期位置にある場合よりもピストンが第1位置にある場合の方が小さくなるように、燃料流入路を構成することができる。   According to this, when the piston is in the initial position, the fuel supply passage is opened and the flow passage area of the orifice provided in the piston itself is the minimum flow passage area of the fuel inflow passage, while the piston is in the first position. In some cases, the fuel inflow path is blocked (ie, the minimum flow area of the fuel inflow path is zero). Therefore, the fuel inflow path can be configured with a simple configuration so that the minimum flow path area of the fuel inflow path is smaller when the piston is in the first position than when the piston is in the initial position. it can.

この場合、前記燃料供給路から前記弁体収容室に燃料を流入させる、第2オリフィスが介装された第2燃料流入路が備えられてもよい。この第2燃料流入路を備えることで、燃料流入路全体としての最小流路面積は、ピストンが初期位置にある場合にはピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積と第2オリフィスの流路面積の和となり、ピストンが第1位置にある場合には第2オリフィスの流路面積となる。即ち、この第2燃料流入路が備えられない場合に対して、燃料流入路全体としての最小流路面積の変化割合を変更することができる。換言すれば、2段階に変化するニードル弁上昇速度の変化割合を変更することができる。   In this case, there may be provided a second fuel inflow passage having a second orifice through which fuel flows from the fuel supply passage into the valve body housing chamber. By providing the second fuel inflow path, the minimum flow area of the entire fuel inflow path is such that when the piston is in the initial position, the flow area of the orifice provided in the piston itself and the flow path of the second orifice When the piston is in the first position, the flow area of the second orifice is obtained. That is, when the second fuel inflow passage is not provided, the change rate of the minimum flow passage area as the entire fuel inflow passage can be changed. In other words, it is possible to change the change rate of the needle valve ascending speed that changes in two stages.

また、上記のように、前記弁体が前記ピストンの一端側と接触し得るように構成される場合、前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と(常時)連通していて、前記ピストンには、その他端側の端部における前記内部空間が前記圧力室に臨む部分において前記ピストンの一端側から他端側に向けて拡径するテーパー面が備えられ、前記圧力室内には、前記テーパー面に向けて突出する突出部が固定配置されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部から離間して前記内部空間と前記圧力室とを連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部に当接して前記内部空間と前記圧力室とを遮断するように構成されてもよい。この場合、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第1連通路が前記燃料流入路に対応する。   In addition, as described above, when the valve body is configured to be in contact with one end side of the piston, the piston has an internal space communicating with the pressure chamber and an outer surface on one end side of the piston. An orifice is provided, the outer surface side of the orifice communicates with the valve body accommodating chamber (always), and the internal space at the other end of the piston faces the pressure chamber. The portion is provided with a tapered surface that expands from one end side to the other end side of the piston, and a protruding portion that protrudes toward the tapered surface is fixedly disposed in the pressure chamber. When the taper surface is in the initial position, the tapered surface is spaced apart from the protrusion to communicate the internal space and the pressure chamber, and when the piston is in the first position, the taper surface is the protrusion. May be configured to block said pressure chamber and said internal space in contact. In this case, the second communication path that connects the pressure chamber and the fuel supply path, the pressure chamber, the internal space, the orifice, the valve body storage chamber, and the first communication path correspond to the fuel inflow path. To do.

これによっても、ピストンが初期位置にある場合に燃料流入路が開通するとともにピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、ピストンが第1位置にある場合に燃料流入路が遮断される(即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる)ように構成され得る。   This also allows the fuel inflow passage to be opened when the piston is in the initial position, the flow area of the orifice provided in the piston itself to be the minimum flow area of the fuel inflow passage, and when the piston is in the first position. The fuel inflow path may be blocked (that is, the minimum flow path area of the fuel inflow path becomes zero).

加えて、「テーパー面と突出部との当接」により燃料流入路が確実に遮断される。従って、上述した「オリフィスの外表面側の開口がボディ側のピストンとの摺動面によって塞がれること」により燃料流入路が遮断される場合に比して、燃料流入路の遮断状態をより一層確実に維持することができる。   In addition, the fuel inflow path is reliably blocked by the “contact between the tapered surface and the protruding portion”. Therefore, compared with the case where the fuel inflow path is blocked by the above-described “opening on the outer surface side of the orifice being blocked by the sliding surface with the piston on the body side”, the blocking state of the fuel inflow path is more It can be maintained more reliably.

ところで、上記のように、ピストンの一端が弁体収容室の圧力(従って、制御圧)を受け且つピストンの他端が圧力室の圧力(従って、噴射圧)を受けるように構成される場合、制御弁の開弁状態にて制御圧が噴射圧から低下していくと、この差圧に基づくピストンに働く弁体の閉弁方向の力が増大していく。従って、この差圧に基づく力(負荷)に対抗する十分なアクチュエータの駆動力を確保するため、アクチュエータを大型化する必要がある。   By the way, as described above, when one end of the piston is configured to receive the pressure of the valve body housing chamber (and therefore, the control pressure) and the other end of the piston is configured to receive the pressure of the pressure chamber (and thus the injection pressure), When the control pressure decreases from the injection pressure with the control valve open, the force in the valve closing direction of the valve element acting on the piston based on this differential pressure increases. Therefore, it is necessary to increase the size of the actuator in order to secure a sufficient driving force of the actuator against the force (load) based on the differential pressure.

この問題に対処するためには、前記ピストンの他端側が前記圧力室に代えて、その軸方向に沿って内部に貫通する第3連通路を介して前記弁体収容室と連通するように形成された背面室に望むように構成され、前記背面室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられていて、前記圧力室は、前記ピストンの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により(前記背面室と常時区画されるように)区画形成されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが遮断するように構成され、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路にはオリフィスが形成されることが好適である。この場合、前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第1連通路、及び前記弁体収容室は前記燃料排出路の一部に対応し、前記第2連通路、前記圧力室、前記弁体収容室、及び前記第1連通路は前記燃料流入路に対応する。   In order to cope with this problem, the other end side of the piston is formed so as to communicate with the valve body accommodating chamber via a third communication passage penetrating inward along the axial direction instead of the pressure chamber. An elastic member that constantly urges the piston toward the valve body in the back chamber is provided, and the pressure chamber is provided on the outer periphery of the intermediate portion in the axial direction of the piston. When the piston is in the initial position, the valve body storage chamber and the pressure chamber communicate with each other when the piston is in the initial position. Is configured to shut off the valve body housing chamber and the pressure chamber when the fuel is in the first position, and an orifice is formed in the second communication passage that connects the pressure chamber and the fuel supply passage. Is preferred. In this case, the first communication passage that communicates the control chamber and the valve body storage chamber, and the valve body storage chamber corresponds to a part of the fuel discharge passage, the second communication passage, the pressure chamber, The valve body storage chamber and the first communication passage correspond to the fuel inflow passage.

これによっても、ピストンが初期位置にある場合に燃料流入路が開通するとともに第2連通路に設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、ピストンが第1位置にある場合に燃料流入路が遮断される(即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる)ように構成され得る。   Also in this case, when the piston is in the initial position, the fuel inflow passage is opened, the flow passage area of the orifice provided in the second communication passage becomes the minimum flow passage area of the fuel inflow passage, and the piston is in the first position. In some cases, the fuel inflow path may be blocked (that is, the minimum flow area of the fuel inflow path becomes zero).

加えて、ピストンの両端側が同じ圧力(具体的には、制御圧)を受ける。従って、制御弁の開弁状態にて制御圧が噴射圧から低下していっても、上述した「差圧に基づくピストンに働く弁体の閉弁方向の力」が発生しない。従って、上述したアクチュエータの大型化を回避することができる。   In addition, both ends of the piston receive the same pressure (specifically, control pressure). Therefore, even if the control pressure is reduced from the injection pressure in the open state of the control valve, the above-mentioned “force in the valve closing direction of the valve element acting on the piston based on the differential pressure” does not occur. Therefore, the increase in size of the actuator described above can be avoided.

以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。   Embodiments of an internal combustion engine fuel injection control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態による内燃機関(ディーゼル機関)の燃料噴射制御装置10の全体の概略構成を示している。この燃料噴射制御装置10は、燃料タンクTに貯留されている燃料を吸入・吐出する燃料ポンプ20と、燃料ポンプ20により吐出された高圧燃料が供給されるコモンレール30と、コモンレール30から燃料供給路C1を通して高圧燃料が供給されて内燃機関の燃焼室(図示せず)に燃料を噴射するインジェクタ40と、燃料ポンプ20及びインジェクタ40を制御するECU50とを備える。燃料ポンプ20とコモンレール30は、前記「高圧発生部」に対応している。
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a fuel injection control device 10 for an internal combustion engine (diesel engine) according to an embodiment of the present invention. The fuel injection control device 10 includes a fuel pump 20 that sucks and discharges fuel stored in a fuel tank T, a common rail 30 to which high-pressure fuel discharged by the fuel pump 20 is supplied, and a fuel supply path from the common rail 30. An injector 40 that is supplied with high-pressure fuel through C1 and injects fuel into a combustion chamber (not shown) of the internal combustion engine, and an ECU 50 that controls the fuel pump 20 and the injector 40 are provided. The fuel pump 20 and the common rail 30 correspond to the “high pressure generator”.

なお、図1では、コモンレール30から1本の燃料供給路C1を通して高圧燃料が供給される1つのインジェクタ40が記載されているが、実際には、インジェクタ40及び燃料供給路C1は内燃機関の複数の燃焼室の各々に対してそれぞれ設けられていて、各インジェクタ40は対応する燃料供給路C1を通してコモンレール30と個別に接続されている。燃料供給路C1内の燃料の圧力(以下、「噴射圧Pc」と呼ぶ。)は、コモンレール30内の燃料の圧力(=前記高圧燃料の圧力)と略等しい。以下、説明の便宜上、各図における紙面上の上・下を単に、「上」、「下」と称呼することもある。   In FIG. 1, one injector 40 is described in which high-pressure fuel is supplied from the common rail 30 through one fuel supply path C1, but in reality, the injector 40 and the fuel supply path C1 include a plurality of internal combustion engines. The injectors 40 are individually connected to the common rail 30 through the corresponding fuel supply passages C1. The pressure of the fuel in the fuel supply path C1 (hereinafter referred to as “injection pressure Pc”) is substantially equal to the pressure of the fuel in the common rail 30 (= pressure of the high-pressure fuel). Hereinafter, for convenience of explanation, the upper and lower sides on the drawing in each drawing may be simply referred to as “upper” and “lower”.

燃料ポンプ20は、ECU50からの指示により燃料の吸入流量を調整可能に構成されている。これにより、燃料の吐出圧(従って、噴射圧Pc)が調整できるようになっている。   The fuel pump 20 is configured to be able to adjust the fuel intake flow rate according to an instruction from the ECU 50. As a result, the fuel discharge pressure (and hence the injection pressure Pc) can be adjusted.

インジェクタ40は、主として、ボディ41と、ボディ41の内部の第1所定空間においてその軸線方向に摺動可能に収容された段付円柱状のニードル弁42と、ボディ41の内部の第2所定空間に配設された制御弁43とを備えている。   The injector 40 mainly includes a body 41, a stepped columnar needle valve 42 slidably accommodated in the first predetermined space inside the body 41, and a second predetermined space inside the body 41. And a control valve 43 disposed on the surface.

ニードル弁42は、上記第1所定空間を、ノズル室R1と、制御室R2とに区画している。ノズル室R1は燃料供給路C1と連通していて、ノズル室R1内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと等しい。ノズル室R1は、ボディ41の下端部に設けられて燃焼室に臨む複数の噴孔41aとも連通している。   The needle valve 42 divides the first predetermined space into a nozzle chamber R1 and a control chamber R2. The nozzle chamber R1 communicates with the fuel supply path C1, and the fuel pressure in the nozzle chamber R1 is equal to the injection pressure Pc. The nozzle chamber R1 also communicates with a plurality of nozzle holes 41a provided at the lower end of the body 41 and facing the combustion chamber.

ニードル弁42の下端側の先端部には先端に近づくほど縮径するテーパー部(円錐形状部)42aが同軸的に形成されている。ニードル弁42が上記第1所定空間内にて下降してテーパー部42aが噴孔41a近傍に形成されたボディ41の円形弁座部41bに当接した状態(図1に示す状態)にて、噴孔41aがノズル室R1から遮断されるようになっている。この状態では、燃料が噴射されない。   A tapered portion (conical shape portion) 42a whose diameter is reduced toward the distal end is coaxially formed at the distal end portion on the lower end side of the needle valve 42. In a state where the needle valve 42 is lowered in the first predetermined space and the tapered portion 42a is in contact with the circular valve seat portion 41b of the body 41 formed in the vicinity of the injection hole 41a (the state shown in FIG. 1). The nozzle hole 41a is cut off from the nozzle chamber R1. In this state, fuel is not injected.

以下、この状態を、ニードル弁42の閉弁状態とも称呼する。また、ニードル弁42のリフト量(ニードル弁リフト量Ln)は、この状態からのニードル弁42の上方への移動量(上昇量)を意味するものとする。即ち、図1に示したニードル弁42の閉弁状態では、ニードル弁リフト量Lnは「0」である。   Hereinafter, this state is also referred to as a closed state of the needle valve 42. Further, the lift amount of the needle valve 42 (needle valve lift amount Ln) means the upward movement amount (rise amount) of the needle valve 42 from this state. That is, when the needle valve 42 shown in FIG. 1 is closed, the needle valve lift amount Ln is “0”.

一方、ニードル弁42が閉弁状態から上方へ移動(上昇)してテーパー部42aが円形弁座部41bから離間すると、噴孔41aがノズル室R1と連通するようになっている。この状態(即ち、ニードル弁リフト量Ln>0)では、燃料が噴射圧Pcをもって噴射される。以下、この状態を、ニードル弁42の開弁状態とも称呼する。また、以下において、開弁状態から閉弁状態に移行することを「閉弁」と呼び、閉弁状態から開弁状態に移行することを「開弁」と呼ぶものとする。   On the other hand, when the needle valve 42 moves (rises) upward from the closed state and the tapered portion 42a is separated from the circular valve seat portion 41b, the nozzle hole 41a communicates with the nozzle chamber R1. In this state (ie, the needle valve lift amount Ln> 0), the fuel is injected with the injection pressure Pc. Hereinafter, this state is also referred to as a valve open state of the needle valve 42. In the following, the transition from the open state to the closed state is referred to as “valve closing”, and the transition from the closed state to the open state is referred to as “valve opening”.

ニードル弁42の下端側は、ノズル室R1内の圧力(=噴射圧Pc)により開弁方向(上方向)の力F1を受ける。ここで、ニードル弁42におけるノズル室R1と制御室R2とを区画する摺動部42bの外径をD1、円形弁座部41bの弁座径(シート径)をD2とすると、ニードル弁42の閉弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積は(π/4)・(D12−D22)となる。従って、ニードル弁42の閉弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(1)式にて表すことができる。 The lower end side of the needle valve 42 receives force F1 in the valve opening direction (upward) due to the pressure in the nozzle chamber R1 (= injection pressure Pc). Here, when the outer diameter of the sliding portion 42b that partitions the nozzle chamber R1 and the control chamber R2 in the needle valve 42 is D1, and the valve seat diameter (seat diameter) of the circular valve seat portion 41b is D2, the needle valve 42 In the closed state, the pressure receiving area on the lower end side of the needle valve 42 with respect to the force F1 in the valve opening direction is (π / 4) · (D1 2 −D2 2 ). Therefore, when the needle valve 42 is closed, the force F1 in the valve opening direction can be expressed by the following equation (1).

F1=(π/4)・(D12−D22)・Pc …(1) F1 = (π / 4) ・ (D1 2 −D2 2 ) ・ Pc (1)

なお、ニードル弁42が開弁すると、テーパー部42aにおける円形弁座部41bと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされることになる。従って、ニードル弁42の開弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積が(π/4)・D22だけ増大して(π/4)・D12となる。従って、ニードル弁42の開弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(2)式にて表すことができる。 When the needle valve 42 is opened, a portion of the tapered portion 42a on the tip side of the portion that contacts the circular valve seat portion 41b is exposed to the fuel having the injection pressure Pc. Accordingly, in the open state of the needle valve 42, the pressure receiving area on the lower end side of the needle valve 42 with respect to the force F1 in the valve opening direction is increased by (π / 4) · D2 2 and (π / 4) · D1 2 It becomes. Therefore, when the needle valve 42 is in the open state, the force F1 in the valve opening direction can be expressed by the following equation (2).

F1=(π/4)・D12・Pc …(2) F1 = (π / 4) · D1 2 · Pc (2)

ニードル弁42の上端側は、制御室R2内の圧力(以下、「制御圧Pcntl」と称呼する。)により閉弁方向(下方向)の力F2を受ける。この閉弁方向の力F2についてのニードル弁42の上端側の受圧面積は(π/4)・D12である。従って、この閉弁方向の力F2は、下記(3)式にて表すことができる。 The upper end side of the needle valve 42 receives a force F2 in the valve closing direction (downward) due to the pressure in the control chamber R2 (hereinafter referred to as “control pressure Pcntl”). Pressure receiving area of the upper side of the needle valve 42 of the valve closing direction of the force F2 is (π / 4) · D1 2 . Therefore, the force F2 in the valve closing direction can be expressed by the following equation (3).

F2=(π/4)・D12・Pcntl …(3) F2 = (π / 4) ・ D1 2・ Pcntl (3)

加えて、制御室R2内には、ニードル弁42を閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング44が配設されている。このコイルスプリング44の付勢力(閉弁方向の力)をF3とすると、ニードル弁42の上端側は、全体として閉弁方向の力(F2+F3)を受ける。なお、コイルスプリング44は、燃料ポンプ20の非作動中など噴射圧Pcが低い場合等において、ニードル弁42が開弁して燃料が燃焼室へ流出する事態等の発生を防止するために設けられている。   In addition, a coil spring 44 that constantly urges the needle valve 42 in the valve closing direction is disposed in the control chamber R2. When the urging force (force in the valve closing direction) of the coil spring 44 is F3, the upper end side of the needle valve 42 receives the force in the valve closing direction (F2 + F3) as a whole. The coil spring 44 is provided to prevent the occurrence of a situation where the needle valve 42 opens and the fuel flows out to the combustion chamber when the injection pressure Pc is low, such as when the fuel pump 20 is not operating. ing.

後述するように、制御圧Pcntlは、制御弁43の開閉制御により噴射圧Pc以下の範囲内で変化し得るようになっている。制御圧Pcntlを噴射圧Pcよりも小さい或る圧力(以下、「ニードル弁開弁圧Py」と称呼する。)まで噴射圧Pcから低下させると、ニードル弁42が開弁する(閉弁状態から開弁状態へ移行する)。   As will be described later, the control pressure Pcntl can be changed within the range of the injection pressure Pc or less by the opening / closing control of the control valve 43. When the control pressure Pcntl is decreased from the injection pressure Pc to a certain pressure smaller than the injection pressure Pc (hereinafter referred to as “needle valve opening pressure Py”), the needle valve 42 opens (from the closed state). The valve is opened).

このニードル弁開弁圧Py(<Pc)は、上記(1)式、(3)式を考慮すると、下記(4)式にて表すことができる。このように、ニードル弁開弁圧Pyは噴射圧Pcに依存する。以上のように、制御圧Pcntlの制御によりニードル弁リフト量Lnが調整されて、噴孔41aが開閉されるようになっている。   This needle valve opening pressure Py (<Pc) can be expressed by the following equation (4) in consideration of the above equations (1) and (3). Thus, the needle valve opening pressure Py depends on the injection pressure Pc. As described above, the needle valve lift amount Ln is adjusted by the control of the control pressure Pcntl, and the injection hole 41a is opened and closed.

Py={1/((π/4)・D12)}・{(π/4)・(D12−D22)・Pc−F3} …(4) Py = {1 / ((π / 4) ・ D1 2 )} ・ {(π / 4) ・ (D1 2 −D2 2 ) ・ Pc−F3} (4)

以下、制御弁43の拡大図である図2をも参照しながら制御弁43について説明する。制御弁43は、上記第2所定空間を弁体収容室R3とリターン室R4とに区画する球形の弁体43aと、弁体43aを開弁方向(図2において下方向)に駆動するアクチュエータ43bと、上記第2所定空間を弁体収容室R3と圧力室R5とに区画する軸線方向に摺動可能に配置されたピストン43cとを備えている。弁体43a、アクチュエータ43b、及びピストン43cは上記第2所定空間の軸線方向に対して同軸的に配置されている。   Hereinafter, the control valve 43 will be described with reference to FIG. 2 which is an enlarged view of the control valve 43. The control valve 43 includes a spherical valve body 43a that divides the second predetermined space into a valve body accommodating chamber R3 and a return chamber R4, and an actuator 43b that drives the valve body 43a in the valve opening direction (downward in FIG. 2). And a piston 43c arranged to be slidable in the axial direction dividing the second predetermined space into a valve body accommodating chamber R3 and a pressure chamber R5. The valve body 43a, the actuator 43b, and the piston 43c are arranged coaxially with respect to the axial direction of the second predetermined space.

弁体収容室R3は流路C2を通して制御室R2と連通していて、弁体収容室R3内の燃料圧力は上記制御圧Pcntlと常時等しい。リターン室R4は排出オリフィスZ1(開口面積一定)が介装された流路C3を通して燃料タンクTと連通している。ここで、流路C2、弁体収容室R3、リターン室R4、流路C3は、制御室R2から燃料を排出させる前記「燃料排出路」に対応している。また、圧力室R5は流路C4を通して燃料供給路C1と連通していて、圧力室R5内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと常時等しい。   The valve body storage chamber R3 communicates with the control chamber R2 through the flow path C2, and the fuel pressure in the valve body storage chamber R3 is always equal to the control pressure Pcntl. The return chamber R4 communicates with the fuel tank T through a flow path C3 provided with a discharge orifice Z1 (constant opening area). Here, the flow path C2, the valve body storage chamber R3, the return chamber R4, and the flow path C3 correspond to the “fuel discharge path” that discharges fuel from the control chamber R2. The pressure chamber R5 communicates with the fuel supply path C1 through the flow path C4, and the fuel pressure in the pressure chamber R5 is always equal to the injection pressure Pc.

弁体43aは、弁体収容室R3内において移動可能に収容されていて、弁体43aの位置(上下方向の位置)は、アクチュエータ43bの駆動力に応じて調整されるようになっている。弁体43aが弁体収容室R3の上端側に形成されたボディ41の弁座部(円錐形状部)41cに当接した状態(図1,2に示す状態)にて、弁体収容室R3とリターン室R4とが遮断されて「燃料排出路」が遮断されるようになっている。この状態では、燃料が制御室R2から排出されない。   The valve element 43a is movably accommodated in the valve element accommodating chamber R3, and the position (vertical position) of the valve element 43a is adjusted according to the driving force of the actuator 43b. In the state (state shown in FIGS. 1 and 2) in which the valve body 43a is in contact with the valve seat portion (conical portion) 41c of the body 41 formed on the upper end side of the valve body storage chamber R3. The return chamber R4 is shut off and the “fuel discharge path” is shut off. In this state, fuel is not discharged from the control chamber R2.

以下、この状態を、弁体43aの閉弁状態とも称呼する。また、弁体43aのリフト量(弁体リフト量Lv)は、この状態からの弁体43aの下方への移動量(下降量)を意味するものとする。即ち、図1,2に示した弁体43aの閉弁状態では、弁体リフト量Lvは「0」である。   Hereinafter, this state is also referred to as a valve closing state of the valve body 43a. Further, the lift amount of the valve body 43a (valve body lift amount Lv) means the downward movement amount (downward amount) of the valve body 43a from this state. That is, in the closed state of the valve body 43a shown in FIGS. 1 and 2, the valve body lift amount Lv is “0”.

一方、弁体43aが閉弁状態から下方へ移動(下降)して弁座部41cから離間すると、弁体収容室R3とリターン室R4とが連通して「燃料排出路」が開通するようになっている。この状態(即ち、弁体リフト量Lv>0)では、排出オリフィスZ1の両端の差圧(即ち、制御圧Pcntlと燃料タンクT内の燃料圧力(=大気圧)の差圧)に応じて「燃料排出路」を通して制御室R2から燃料タンクTへ燃料が排出されるようになっている。以下、この状態を、弁体43aの開弁状態とも称呼し、この場合において排出オリフィスZ1を通過する流量を「流出流量Qout」と称呼する。   On the other hand, when the valve body 43a moves downward (lowers) from the closed state and is separated from the valve seat 41c, the valve body storage chamber R3 and the return chamber R4 communicate with each other so that the “fuel discharge passage” is opened. It has become. In this state (that is, the valve body lift amount Lv> 0), according to the differential pressure across the discharge orifice Z1 (that is, the differential pressure between the control pressure Pcntl and the fuel pressure (= atmospheric pressure) in the fuel tank T), The fuel is discharged from the control chamber R2 to the fuel tank T through the “fuel discharge passage”. Hereinafter, this state is also referred to as the valve opening state of the valve body 43a, and in this case, the flow rate that passes through the discharge orifice Z1 is referred to as "outflow flow rate Qout".

アクチュエータ43bは、本例では、ピエゾ素子(圧電/電歪素子)から構成されていて、ECU50からの指示により調整・供給される駆動電圧Vが大きいほどより大きい駆動力(大きい変位)を発生するようになっている。これにより、アクチュエータ43bの駆動電圧Vが大きいほど(従って、駆動力が大きいほど)、弁体リフト量Lvがより大きい値に調整され得るようになっている。この弁体リフト量Lvが値L1(図2を参照、以下、「第1リフト量L1」と称呼する。)以上では、弁体43aがピストン43cの上端部に接触するとともに同上端部を下方向に押圧するようになっている。   In this example, the actuator 43b is composed of a piezo element (piezoelectric / electrostrictive element), and generates a larger driving force (large displacement) as the driving voltage V adjusted / supplied by an instruction from the ECU 50 increases. It is like that. As a result, the valve body lift amount Lv can be adjusted to a larger value as the drive voltage V of the actuator 43b is larger (accordingly, the drive force is larger). When the valve body lift amount Lv is equal to or greater than the value L1 (see FIG. 2, hereinafter referred to as “first lift amount L1”), the valve body 43a contacts the upper end portion of the piston 43c and the upper end portion thereof is lowered below. It pushes in the direction.

ピストン43cは、その下端部においてフランジ部43c1を有する下方向に向けて開口する有底円筒状を呈している。ピストン43cの上端側は、弁体収容室R3内の圧力(=制御圧Pcntl)により下方向の力F4を受け、ピストン43cの下端側は、圧力室R5内の圧力(=噴射圧Pc)により上方向の力F5を受ける。ここで、ピストン43cの外径をD3とすると、この力F3,F4は下記(5),(6)式にてそれぞれ表すことができる。   The piston 43c has a bottomed cylindrical shape that opens downward at the lower end thereof and has a flange portion 43c1. The upper end side of the piston 43c receives a downward force F4 due to the pressure in the valve body housing chamber R3 (= control pressure Pcntl), and the lower end side of the piston 43c is caused by the pressure in the pressure chamber R5 (= injection pressure Pc). Receives upward force F5. Here, if the outer diameter of the piston 43c is D3, these forces F3 and F4 can be expressed by the following equations (5) and (6), respectively.

F4=(π/4)・D32・Pcntl …(5)
F5=(π/4)・D32・Pc …(6)
F4 = (π / 4) ・ D3 2・ Pcntl (5)
F5 = (π / 4) · D3 2 · Pc (6)

加えて、圧力室R5内には、ピストン43cを上方向へ常時付勢するコイルスプリング43dが配設されている。このコイルスプリング43dの付勢力(上方向の力)をF6とすると、ピストン43cの下端側は、全体として上方向の力(F5+F6)を受ける。ここで、Pc≧Pcntlの関係があるから、F5≧F4の関係がある。   In addition, a coil spring 43d that constantly urges the piston 43c upward is disposed in the pressure chamber R5. When the urging force (upward force) of the coil spring 43d is F6, the lower end side of the piston 43c receives an upward force (F5 + F6) as a whole. Here, since there is a relationship of Pc ≧ Pcntl, there is a relationship of F5 ≧ F4.

従って、弁体43aが接触していない場合、ピストン43cは、上方向の力(以下、「セット荷重F7」と呼ぶ。)(=F5+F6−F4)を受けてフランジ部43c1の上端面がボディ41のストッパ面41dに当接した状態(図1,2に示した状態)に維持される。この状態におけるピストン43cの位置を「初期位置」と称呼する。   Therefore, when the valve body 43a is not in contact, the piston 43c receives an upward force (hereinafter referred to as “set load F7”) (= F5 + F6−F4) and the upper end surface of the flange portion 43c1 is the body 41. It is maintained in a state of contacting the stopper surface 41d (the state shown in FIGS. 1 and 2). The position of the piston 43c in this state is referred to as “initial position”.

一方、ピストン43cが弁体43aにより下方向に押圧される場合、その押圧力により、ピストン43cは、初期位置から下方向に向かってコイルスプリング43dが密着する位置(以下、「第1位置」と称呼する。)まで下降可能となっている。   On the other hand, when the piston 43c is pressed downward by the valve body 43a, the piston 43c causes the coil spring 43d to be in close contact with the downward direction from the initial position (hereinafter referred to as “first position”). It can be lowered until it is called.

ピストン43cの内部には、圧力室R5と連通する円柱状の内部空間43c2が形成されている。ピストン43cの上端側の所定箇所には、この内部空間43c2と外表面とを連通する流入オリフィスZ2(開口面積一定)が径方向に沿って形成されている。ここで、流路C4、圧力室R5、内部空間43c2、流入オリフィスZ2、弁体収容室R3、流路C2は、制御室R2に燃料を流入させる前記「燃料流入路」に対応している。   A cylindrical inner space 43c2 communicating with the pressure chamber R5 is formed inside the piston 43c. An inflow orifice Z2 (constant opening area) that connects the internal space 43c2 and the outer surface is formed along a radial direction at a predetermined position on the upper end side of the piston 43c. Here, the flow path C4, the pressure chamber R5, the internal space 43c2, the inflow orifice Z2, the valve body storage chamber R3, and the flow path C2 correspond to the “fuel inflow path” through which fuel flows into the control chamber R2.

ピストン43cが初期位置にある場合、流入オリフィスZ2の外表面側の端部が弁体収容室R3と連通して「燃料流入路」が開通するようになっている(図1,2を参照)。この状態では、流入オリフィスZ2の両端の差圧(従って、噴射圧Pcと制御圧Pcntlとの差圧)に応じて「燃料流入路」を通して制御室R2に燃料供給路C1から燃料が流入するようになっている。以下、この場合において流入オリフィスZ2を通過する流量を「流入流量Qin」と称呼する。この場合における「燃料流入路」の最小流路面積は、流入オリフィスZ2の開口面積となる。   When the piston 43c is in the initial position, the end portion on the outer surface side of the inflow orifice Z2 communicates with the valve body housing chamber R3 so that the “fuel inflow passage” is opened (see FIGS. 1 and 2). . In this state, fuel flows from the fuel supply path C1 to the control chamber R2 through the “fuel inflow path” in accordance with the differential pressure at both ends of the inflow orifice Z2 (accordingly, the differential pressure between the injection pressure Pc and the control pressure Pcntl). It has become. Hereinafter, the flow rate passing through the inflow orifice Z2 in this case is referred to as “inflow rate Qin”. In this case, the minimum flow path area of the “fuel inflow path” is the opening area of the inflow orifice Z2.

一方、ピストン43cが第1位置にある場合、流入オリフィスZ2の外表面側の端部がボディ41のピストン43cとの摺動面41eによって塞がれて「燃料流入路」が遮断されるようになっている(後述する図4Cを参照)。この状態では、燃料が制御室R2に流入されない。この場合における「燃料流入路」の最小流路面積は「0」である。   On the other hand, when the piston 43c is in the first position, the end on the outer surface side of the inflow orifice Z2 is blocked by the sliding surface 41e with the piston 43c of the body 41 so that the “fuel inflow path” is blocked. (See FIG. 4C described later). In this state, no fuel flows into the control chamber R2. In this case, the minimum flow area of the “fuel inflow path” is “0”.

次に、図3、並びに図4A〜4Cを参照しながら、アクチュエータ43bに供給される駆動電圧Vと弁体リフト量Lvとの関係について説明する。以下、アクチュエータ43bの駆動力を単に「駆動力」と呼ぶこともある。図3に示すように、駆動電圧Vが「0」から値V0の間では、弁体リフト量Lvは「0」に維持される(即ち、弁体43aが閉弁状態に維持される。図4Aを参照。)。また、ピストン43cも初期位置に維持される。ここで、値V0は、駆動力が下記(7)式にて表される弁体43aの開弁に必要な力F8と等しい場合に対応する駆動電圧である。(7)式において、値D4は弁座部41cの弁座径(シート径)である(図2を参照)。   Next, the relationship between the drive voltage V supplied to the actuator 43b and the valve body lift amount Lv will be described with reference to FIG. 3 and FIGS. 4A to 4C. Hereinafter, the driving force of the actuator 43b may be simply referred to as “driving force”. As shown in FIG. 3, when the drive voltage V is between “0” and the value V0, the valve body lift amount Lv is maintained at “0” (that is, the valve body 43a is maintained in the closed state). See 4A). The piston 43c is also maintained at the initial position. Here, the value V0 is a driving voltage corresponding to the case where the driving force is equal to the force F8 required to open the valve body 43a represented by the following equation (7). In the equation (7), the value D4 is the valve seat diameter (seat diameter) of the valve seat portion 41c (see FIG. 2).

F8=(π/4)・D42・Pcntl …(7) F8 = (π / 4) · D4 2 · Pcntl (7)

駆動電圧Vが値V0に達すると弁体43aが開弁し、駆動電圧Vが値V0から増大するにつれて弁体リフト量Lvが「0」から第1リフト量L1に向けて増大していく。駆動電圧Vが値VAに達すると、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1に達して弁体43aがピストン43cの上端部に接触する(図4Bを参照)。この段階でもピストン43cは初期位置になお維持されている。ここで、駆動電圧V=VAに対応する駆動力が前記「第1駆動力」に対応する。   When the drive voltage V reaches the value V0, the valve body 43a is opened, and the valve body lift amount Lv increases from “0” toward the first lift amount L1 as the drive voltage V increases from the value V0. When the drive voltage V reaches the value VA, the valve body lift amount Lv reaches the first lift amount L1, and the valve body 43a contacts the upper end portion of the piston 43c (see FIG. 4B). Even at this stage, the piston 43c is still maintained at the initial position. Here, the driving force corresponding to the driving voltage V = VA corresponds to the “first driving force”.

駆動電圧Vが、値VAから増大すると、弁体43aがピストン43cを下方向へ押圧するようになる。しかしながら、駆動電圧Vが、上記セット荷重F7と等しい駆動力を発生するための値である値VBに達するまでは、駆動力がセット荷重F7以下であるから、ピストン43cが初期位置になお維持される。この結果、弁体リフト量Lvも第1リフト量L1に維持される。ここで、駆動電圧V=VBに対応する駆動力が前記「第2駆動力」に対応する。   When the drive voltage V increases from the value VA, the valve body 43a presses the piston 43c downward. However, until the driving voltage V reaches the value VB, which is a value for generating a driving force equal to the set load F7, the driving force is not more than the set load F7, so the piston 43c is still maintained at the initial position. The As a result, the valve body lift amount Lv is also maintained at the first lift amount L1. Here, the driving force corresponding to the driving voltage V = VB corresponds to the “second driving force”.

駆動電圧Vが値VBに達し、値VBから増大するにつれて弁体43aの押圧によりピストン43cが初期位置から第1位置に向けて下方向に移動していく。この結果、弁体リフト量Lvも第1リフト量L1から増大していく。駆動電圧Vが値VCに達すると、ピストン43cが第1位置に達し、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2に達する(図4Cを参照)。ここで、駆動電圧V=VCに対応する駆動力が前記「第3駆動力」に対応する。   As the drive voltage V reaches the value VB and increases from the value VB, the piston 43c moves downward from the initial position toward the first position by the pressing of the valve body 43a. As a result, the valve body lift amount Lv also increases from the first lift amount L1. When the drive voltage V reaches the value VC, the piston 43c reaches the first position, and the valve body lift amount Lv reaches the second lift amount L2 (see FIG. 4C). Here, the driving force corresponding to the driving voltage V = VC corresponds to the “third driving force”.

駆動電圧Vが値VCから増大すると、弁体43aはピストン43cを第1位置から更に下方向へ押圧しようとする。しかしながら、コイルスプリング43dの密着によりピストン43cは第1位置よりも下方向へ移動不可能である。即ち、ピストン43cが第1位置に維持される。この結果、弁体リフト量Lvも第2リフト量L2に維持される。   When the drive voltage V increases from the value VC, the valve body 43a tries to push the piston 43c further downward from the first position. However, the piston 43c cannot move downward from the first position due to the close contact of the coil spring 43d. That is, the piston 43c is maintained at the first position. As a result, the valve body lift amount Lv is also maintained at the second lift amount L2.

以上のように、駆動電圧Vを値VAから値VBの間の値に調整すれば(即ち、駆動力を第1駆動力から第2駆動力の間に調整すれば)、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1に維持され、駆動電圧Vを値VC以上に調整すれば(即ち、駆動力を第3駆動力以上に調整すれば)、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2に維持される。   As described above, if the drive voltage V is adjusted to a value between the value VA and the value VB (that is, if the drive force is adjusted between the first drive force and the second drive force), the valve body lift amount Lv. Is maintained at the first lift amount L1, and if the drive voltage V is adjusted to the value VC or more (that is, if the drive force is adjusted to the third drive force or more), the valve body lift amount Lv becomes the second lift amount L2. Maintained.

従って、駆動電圧Vを値VAのばらつき範囲RAの最大値と値VBのばらつき範囲RBの最小値の間の或る値(例えば、中央値、図3の値V1)に調整すれば、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1に安定して維持され得、駆動電圧Vを値VCのばらつき範囲RCの最大値よりも大きい値(例えば、図3の値V2)に調整すれば、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2に安定して維持され得る。   Therefore, if the drive voltage V is adjusted to a certain value (for example, the median value, the value V1 in FIG. 3) between the maximum value of the variation range RA of the value VA and the minimum value of the variation range RB of the value VB, the valve body. If the lift amount Lv can be stably maintained at the first lift amount L1, and the drive voltage V is adjusted to a value (for example, the value V2 in FIG. 3) larger than the maximum value of the variation range RC of the value VC, the valve body The lift amount Lv can be stably maintained at the second lift amount L2.

次に、図5、並びに図4A〜4Dを参照しながら、この燃料噴射制御装置10の作動の一例について説明する。時刻t1以前では、駆動電圧V=0である。これにより、図4Aに示すように、制御弁43が閉弁状態に維持されていて「燃料排出路」が遮断されている。即ち、弁体リフト量Lv=0であり、流出流量Qout=0である。一方、ピストン43cが初期位置に維持されていて「燃料流入路」が開通していることにより、制御圧Pcntlが噴射圧Pcと等しい圧力に維持されている(即ち、流入流量Qin=0)。この結果、制御圧Pcntlは上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyよりも大きい。従って、ニードル弁42は閉弁状態に維持されている。即ち、ニードル弁リフト量Ln=0であり、燃料が噴射されていない。従って、燃料の噴射率も「0」である。   Next, an example of the operation of the fuel injection control device 10 will be described with reference to FIG. 5 and FIGS. Prior to time t1, the drive voltage V = 0. As a result, as shown in FIG. 4A, the control valve 43 is maintained in the closed state, and the “fuel discharge path” is shut off. That is, the valve body lift amount Lv = 0 and the outflow flow rate Qout = 0. On the other hand, since the piston 43c is maintained at the initial position and the “fuel inflow passage” is opened, the control pressure Pcntl is maintained at a pressure equal to the injection pressure Pc (that is, the inflow flow rate Qin = 0). As a result, the control pressure Pcntl is larger than the needle valve opening pressure Py expressed by the above equation (4). Therefore, the needle valve 42 is maintained in a closed state. That is, the needle valve lift amount Ln = 0, and no fuel is injected. Accordingly, the fuel injection rate is also “0”.

時刻t1にてECU50からの指示により駆動電圧Vが「0」から上述した値V1(図3を参照)にステップ的に変更されると、時刻t1以降、上述したように、弁体43aがピストン43cに接触するもののピストン43cが初期位置になお安定して維持されて弁体リフト量Lvは安定して第1リフト量L1に維持される(図3、図4Bを参照)。即ち、時刻t1にて制御弁43が開弁して「燃料排出路」が開通し、時刻t1以降、「燃料排出路」を通して制御室R2から燃料が排出されていき(Qout>0)、制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していく。これに伴って、開通している「燃料流入路」を通して制御室R2に燃料供給路C1から燃料が流入する(Qin>0)。この結果、制御圧Pcntlは、流出流量Qoutと流入流量Qinの差(=Qout−Qin)に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。   When the driving voltage V is changed stepwise from “0” to the above-described value V1 (see FIG. 3) according to an instruction from the ECU 50 at time t1, as described above, the valve body 43a is moved to the piston after time t1. Although contacting the piston 43c, the piston 43c is still stably maintained at the initial position, and the valve body lift amount Lv is stably maintained at the first lift amount L1 (see FIGS. 3 and 4B). That is, at time t1, the control valve 43 is opened and the “fuel discharge passage” is opened. After time t1, fuel is discharged from the control chamber R2 through the “fuel discharge passage” (Qout> 0), and the control is performed. The pressure Pcntl decreases from the injection pressure Pc. Along with this, fuel flows from the fuel supply path C1 into the control chamber R2 through the opened “fuel inflow path” (Qin> 0). As a result, the control pressure Pcntl decreases from the injection pressure Pc at a speed corresponding to the difference between the outflow flow rate Qout and the inflow flow rate Qin (= Qout−Qin).

時刻t1以降において低下していく制御圧Pcntlが時刻t2にて、上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyまで達すると、ニードル弁42が開弁し(ニードル弁リフト量が「0」から増大を開始し)、この結果、燃料噴射が開始されて、噴射率が「0」から増大していく。   When the control pressure Pcntl decreasing after the time t1 reaches the needle valve opening pressure Py expressed by the above equation (4) at the time t2, the needle valve 42 is opened (the needle valve lift amount is reduced). As a result, fuel injection is started and the injection rate increases from “0”.

ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、ニードル弁42は、制御室R2内の燃料の体積の減少速度(=Qout−Qin)に応じた比較的小さいニードル弁上昇速度(以下、「第1上昇速度」と呼ぶ。)をもって上昇していく(時刻t2〜t4を参照)。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度(=第1上昇速度)が比較的小さいことからニードル弁リフト量Lnが比較的小さい値に維持されて、噴射率は、大幅に増大していかずに比較的小さい値に維持される。   After time t2 when the needle valve 42 is opened, the needle valve 42 has a relatively small needle valve ascent rate (hereinafter referred to as “first ascent”) corresponding to the rate of decrease in the volume of fuel in the control chamber R2 (= Qout−Qin). (Referred to as “speed”) (see times t2 to t4). During this time, fuel injection is continued. Since the needle valve ascent speed (= first ascent speed) is relatively small, the needle valve lift amount Ln is maintained at a relatively small value, and the injection rate is maintained at a relatively small value without significantly increasing. The

ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、噴射圧Pcは、燃料が噴射開始されたことに起因して極短期間だけ減少した後、燃料供給路C1内の圧力脈動に起因して直ちに上昇していく。   After time t2 when the needle valve 42 opens, the injection pressure Pc decreases immediately after the start of fuel injection and then immediately increases due to pressure pulsation in the fuel supply path C1. To go.

また、ニードル弁42が開弁すると、上述したように、テーパー部42aにおける円形弁座部41bと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされるから、上記開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積と上記閉弁方向の力F2についてのニードル弁42の下端側の受圧面積とが等しくなる(上記(2)式、(3)式を参照。受圧面積=(π/4)・D12)。 Further, when the needle valve 42 is opened, as described above, the tip side portion of the tapered portion 42a with respect to the portion contacting the circular valve seat portion 41b is also exposed to the fuel having the injection pressure Pc. The pressure receiving area on the lower end side of the needle valve 42 with respect to the direction force F1 is equal to the pressure receiving area on the lower end side of the needle valve 42 with respect to the force F2 in the valve closing direction (the above expressions (2) and (3) are See: Pressure-receiving area = (π / 4) · D1 2 ).

このことに起因して、ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、制御圧Pcntlは、ノズル室R1内の圧力(=噴射圧Pc)から、コイルスプリング44の付勢力F3に相当する制御室R2内の圧力分(=F3/((π/4)・D12)、以下、「バネ力相当圧力分Px」と称呼する。)を減じて得られる圧力(Pc−Px)まで迅速に上昇していき、時刻t3にて、制御圧Pcntlは、圧力(Pc−Px)に達する。時刻t3以降、制御圧Pcntlは、圧力(Pc−Px)で推移していく。なお、本例では、コイルスプリング44のスプリング定数が非常に小さいため、コイルスプリング45の付勢力F3(従って、バネ力相当圧力分Px)は、ニードル弁リフト量に依存することなく一定として扱う。 Due to this, after time t2 when the needle valve 42 is opened, the control pressure Pcntl is changed from the pressure in the nozzle chamber R1 (= injection pressure Pc) to the control chamber R2 corresponding to the urging force F3 of the coil spring 44. The pressure component (= F3 / ((π / 4) · D1 2 ), hereinafter referred to as “spring force equivalent pressure component Px”) is quickly increased to the pressure (Pc−Px) obtained. At time t3, the control pressure Pcntl reaches the pressure (Pc−Px). After time t3, the control pressure Pcntl changes with the pressure (Pc−Px). In this example, since the spring constant of the coil spring 44 is very small, the urging force F3 of the coil spring 45 (accordingly, the spring force equivalent pressure Px) is treated as being constant regardless of the needle valve lift amount.

時刻t4にてECU50からの指示により駆動電圧Vが値V1から上述した値V2(図3を参照)にステップ的に変更されると、時刻t4以降、上述したように、弁体43aによりピストン43cが押圧されてピストン43cが第1位置に安定して維持され、弁体リフト量Lvは安定して第2リフト量L2に維持される(図3、図4Cを参照)。即ち、時刻t4以降、「燃料流入路」が遮断されて流入流量Qin=0となる。一方、「燃料排出路」はなお開通している(Qout>0)。   When the drive voltage V is changed stepwise from the value V1 to the above-described value V2 (see FIG. 3) according to an instruction from the ECU 50 at time t4, as described above, the piston 43c is operated by the valve body 43a after time t4. Is pressed and the piston 43c is stably maintained at the first position, and the valve body lift amount Lv is stably maintained at the second lift amount L2 (see FIGS. 3 and 4C). That is, after time t4, the “fuel inflow path” is shut off and the inflow flow rate Qin = 0. On the other hand, the “fuel discharge path” is still open (Qout> 0).

この結果、時刻t4以降、ニードル弁42は、制御室R2内の燃料の体積の減少速度(=Qout)に応じた速度、即ち、前記第1上昇速度よりも大きいニードル弁上昇速度(以下、「第2上昇速度」と呼ぶ。)をもって上昇していく(時刻t4〜t5を参照)。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度(=第2上昇速度)が大きいことからニードル弁リフト量Lnも大幅に増大していき、噴射率は大幅に増大していく。   As a result, after time t4, the needle valve 42 moves at a speed corresponding to the rate of decrease in the volume of fuel in the control chamber R2 (= Qout), that is, a needle valve ascending speed (hereinafter, “ (Referred to as “second rising speed”) (see times t4 to t5). During this time, fuel injection is continued. Since the needle valve ascent speed (= second ascent speed) is large, the needle valve lift amount Ln also increases significantly, and the injection rate increases significantly.

時刻t5にてECU50からの指示により駆動電圧Vが値V2から「0」にステップ的に変更されると、時刻t5以降、弁体リフト量Lvは「0」に戻り、ピストン43cも初期位置に戻る(図4Dを参照)。即ち、制御弁43が閉弁状態に戻って「燃料排出路」が遮断され(Qout=0)、「燃料排出路」を通した制御室R2からの燃料の排出が中止される。一方、「燃料流入路」は再び開通し、「燃料流入路」を通した制御室R2への燃料の流入が再び開始される(Qin>0)。この結果、時刻t5以降、ニードル弁42は、制御室R2内の燃料の体積の増大速度(=Qin)に応じた速度をもって下降していく(時刻t5〜t6を参照)。この間、燃料噴射は継続される。   When the drive voltage V is changed stepwise from the value V2 to “0” according to an instruction from the ECU 50 at time t5, the valve body lift amount Lv returns to “0” after time t5, and the piston 43c is also in the initial position. Return (see FIG. 4D). That is, the control valve 43 returns to the closed state, the “fuel discharge path” is shut off (Qout = 0), and the fuel discharge from the control chamber R2 through the “fuel discharge path” is stopped. On the other hand, the “fuel inflow path” is opened again, and the inflow of fuel into the control chamber R2 through the “fuel inflow path” is started again (Qin> 0). As a result, after time t5, the needle valve 42 descends at a speed corresponding to the fuel volume increase speed (= Qin) in the control chamber R2 (see times t5 to t6). During this time, fuel injection is continued.

そして、ニードル弁リフト量Lnが「0」に達する時刻t6になると、ニードル弁42が閉弁し、燃料噴射が終了する。時刻t6以降、「燃料流入路」を通して燃料供給路C1から制御室R2内に燃料が供給されることで(Qin>0)、制御圧Pcntlは噴射圧Pcに近づく。制御圧Pcntlが噴射圧Pcに一致した後は(Qin=0)、時刻t1以前と同様、制御圧Pcntlは、噴射圧Pcと等しい圧力に維持される。   At time t6 when the needle valve lift amount Ln reaches “0”, the needle valve 42 is closed and fuel injection is terminated. After time t6, fuel is supplied from the fuel supply passage C1 into the control chamber R2 through the “fuel inflow passage” (Qin> 0), so that the control pressure Pcntl approaches the injection pressure Pc. After the control pressure Pcntl coincides with the injection pressure Pc (Qin = 0), the control pressure Pcntl is maintained at a pressure equal to the injection pressure Pc, as before time t1.

以上、説明したように、本発明による燃料噴射制御装置の実施形態によれば、コモンレール30内の高圧(噴射圧Pc)の燃料を供給する燃料供給路C1からインジェクタ40の制御室R2に燃料を流入させる流路(即ち、「燃料流入路」)が、弁体43aの弁体リフト量Lvが第1リフト量L1の場合(図4Bを参照)には開通し、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2の場合(図4Cを参照)には遮断される。これにより、弁体リフト量Lvを先ず第1リフト量L1に調整してニードル弁42を開弁させ、ニードル弁42の上昇中において、弁体リフト量Lvを第1リフト量L1から第2リフト量L2に切り替えることで、ニードル弁上昇速度を比較的小さい第1上昇速度から第2上昇速度(>第1上昇速度)へと2段階に切り替えることができる。   As described above, according to the embodiment of the fuel injection control device of the present invention, fuel is supplied from the fuel supply passage C1 for supplying high-pressure (injection pressure Pc) fuel in the common rail 30 to the control chamber R2 of the injector 40. The flow path (that is, the “fuel inflow path”) is opened when the valve body lift amount Lv of the valve body 43a is the first lift amount L1 (see FIG. 4B), and the valve body lift amount Lv is the first. In the case of the 2-lift amount L2 (see FIG. 4C), it is blocked. Accordingly, the valve body lift amount Lv is first adjusted to the first lift amount L1 to open the needle valve 42. While the needle valve 42 is being lifted, the valve body lift amount Lv is changed from the first lift amount L1 to the second lift amount. By switching to the amount L2, the needle valve ascent speed can be switched in two stages from a relatively small first ascent speed to a second ascent speed (> first ascent speed).

これにより、ニードル弁上昇速度が第1上昇速度に維持される期間を前記着火遅れ時間に合わすことにより、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすることができる。この結果、着火遅れ時間内に噴射された燃料の予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。   Accordingly, the total amount of fuel injected during the ignition delay time can be reduced by matching the period during which the needle valve ascent rate is maintained at the first ascent rate with the ignition delay time. As a result, noise associated with premixed combustion of fuel injected within the ignition delay time can be reduced.

また、図5に示した例では、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1に維持される場合、アクチュエータ43bに供給される駆動電圧Vが値VAと値VBの間の値V1に維持される(図3を参照)。また、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2に維持される場合、駆動電圧Vが値VCよりも大きい値V2に維持される(図3を参照)。従って、アクチュエータ43bの個体間のばらつき等により駆動電圧Vと駆動力との関係にばらつきが発生しても、また、温度変化による燃料の粘度の変化等が発生しても、弁体リフト量Lvが安定して第1、第2リフト量L1,L2にそれぞれ維持され得る。この結果、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1又は第2リフト量L2に維持されている間に亘って上記流入流量Qin、及び流出流量Qoutが安定し、ニードル弁上昇速度が第1上昇速度又は第2上昇速度に安定して維持され得る。   In the example shown in FIG. 5, when the valve body lift amount Lv is maintained at the first lift amount L1, the drive voltage V supplied to the actuator 43b is maintained at a value V1 between the value VA and the value VB. (See FIG. 3). Further, when the valve body lift amount Lv is maintained at the second lift amount L2, the drive voltage V is maintained at a value V2 greater than the value VC (see FIG. 3). Therefore, even if the relationship between the driving voltage V and the driving force varies due to variations among the individual actuators 43b, etc., or even if a change in the viscosity of the fuel due to a temperature change occurs, the valve lift Lv Can be stably maintained at the first and second lift amounts L1 and L2, respectively. As a result, the inflow flow rate Qin and the outflow flow rate Qout are stabilized while the valve body lift amount Lv is maintained at the first lift amount L1 or the second lift amount L2, and the needle valve ascent speed is increased by the first. It can be stably maintained at the speed or the second ascending speed.

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、図5の例に示すように、弁体リフト量Lvを先ず第1リフト量L1に調整してニードル弁42を開弁させ、ニードル弁42の上昇中において、弁体リフト量Lvを第1リフト量L1から第2リフト量L2に切り替えることで、ニードル弁上昇速度を第1上昇速度から第2上昇速度(>第1上昇速度)へと2段階に切り替えているが、弁体リフト量Lvを第1リフト量L1に調整してニードル弁42を開弁させてその後も弁体リフト量Lvを第1リフト量L1に維持することで、ニードル弁上昇速度を第1上昇速度に維持してもよい。同様に、弁体リフト量Lvを第2リフト量L2に調整してニードル弁42を開弁させてその後も弁体リフト量Lvを第2リフト量L2に維持することで、ニードル弁上昇速度を第2上昇速度に維持してもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in the example of FIG. 5, the valve body lift amount Lv is first adjusted to the first lift amount L1 to open the needle valve 42. By switching the body lift amount Lv from the first lift amount L1 to the second lift amount L2, the needle valve ascent speed is switched in two stages from the first ascent speed to the second ascent speed (> first ascent speed). However, by adjusting the valve body lift amount Lv to the first lift amount L1 and opening the needle valve 42, and maintaining the valve body lift amount Lv at the first lift amount L1 thereafter, the needle valve ascent rate is increased. You may maintain 1 ascending speed. Similarly, the valve body lift amount Lv is adjusted to the second lift amount L2, the needle valve 42 is opened, and thereafter the valve body lift amount Lv is maintained at the second lift amount L2, thereby increasing the needle valve ascent rate. The second rising speed may be maintained.

また、上記実施形態においては、弁体リフト量Lvが第1リフト量L1の場合(即ち、ピストン43cが初期位置にある場合)に「燃料流入路」の最小流路面積が流入オリフィスZ2の開口面積となり、弁体リフト量Lvが第2リフト量L2の場合(即ち、ピストン43cが第1位置にある場合)に「燃料流入路」の最小流路面積が「0」となるように構成されているが、図6に示したように、燃料供給路C1から弁体収容室R3に燃料を流入させる、第2オリフィスZ3が介装された燃料流入路C5が追加されてもよい。   Further, in the above embodiment, when the valve body lift amount Lv is the first lift amount L1 (that is, when the piston 43c is in the initial position), the minimum flow area of the “fuel inflow passage” is the opening of the inflow orifice Z2. When the valve body lift amount Lv is the second lift amount L2 (that is, when the piston 43c is in the first position), the minimum flow area of the “fuel inflow passage” is configured to be “0”. However, as shown in FIG. 6, a fuel inflow path C5 in which the second orifice Z3 is interposed for allowing the fuel to flow from the fuel supply path C1 into the valve body housing chamber R3 may be added.

この場合、「燃料流入路」全体としての最小流路面積は、ピストン43cが初期位置にある場合には流入オリフィスZ2の開口面積と第2オリフィスZ3の開口面積の和となり、ピストン43cが第1位置にある場合には第2オリフィスZ3の開口面積となる。即ち、図6に示した構成によれば、上記第1実施形態に対して、「燃料流入路」全体としての最小流路面積の変化割合を変更することができる。換言すれば、2段階に変化するニードル弁上昇速度の変化割合を変更することができる。   In this case, the minimum flow area of the “fuel inflow passage” as a whole is the sum of the opening area of the inflow orifice Z2 and the opening area of the second orifice Z3 when the piston 43c is in the initial position. When it is in the position, the opening area of the second orifice Z3 is obtained. That is, according to the configuration shown in FIG. 6, the change rate of the minimum flow path area as the whole “fuel inflow path” can be changed with respect to the first embodiment. In other words, it is possible to change the change rate of the needle valve ascending speed that changes in two stages.

また、上記実施形態においては、流入オリフィスZ2の外表面側の端部がボディ41のピストン43cとの摺動面41eによって塞がれること(所謂、摺動シール)で「燃料流入路」が遮断されるように構成されているが、図7に示した構成により「燃料流入路」を遮断してもよい。   Further, in the above-described embodiment, the “fuel inflow passage” is blocked by the end portion on the outer surface side of the inflow orifice Z2 being blocked by the sliding surface 41e with the piston 43c of the body 41 (so-called sliding seal). However, the “fuel inflow passage” may be blocked by the configuration shown in FIG. 7.

即ち、図7に示した構成では、ピストン43cには、その下端側の端部における、内部空間43c2が圧力室R5に臨む部分においてピストン43cの上端側から下端側に向けて拡径するテーパー面43c3が備えられ、圧力室R5内には、テーパー面43c3に向けて上方へ突出する突出部43d1を有する部材43dが固定配置されている。流入オリフィスZ2は、ピストン43cの位置にかかわらず常時、内部空間43c2と弁体収容室R3とを連通している。   That is, in the configuration shown in FIG. 7, the piston 43 c has a tapered surface that expands from the upper end side to the lower end side of the piston 43 c at the end of the lower end side where the internal space 43 c 2 faces the pressure chamber R 5. 43c3 is provided, and a member 43d having a protruding portion 43d1 protruding upward toward the tapered surface 43c3 is fixedly disposed in the pressure chamber R5. Regardless of the position of the piston 43c, the inflow orifice Z2 always communicates the internal space 43c2 and the valve body accommodating chamber R3.

ピストン43cが初期位置にある場合には、テーパー面43c3が突出部43d1から離間して内部空間43c2と圧力室R5とが連通し(即ち、「燃料流入路」が開通し)、ピストン43cが第1位置にある場合にはテーパー面43c3が突出部43d1に当接して内部空間43c2と圧力室R5とが遮断される(即ち、「燃料流入路」が遮断される)。このように、上記実施形態のような「摺動シール」に代えて所謂「弁体シール」により「燃料流入路」が遮断されるから、上記実施形態よりも確実且つ安定して「燃料流入路」を遮断することができる。   When the piston 43c is in the initial position, the tapered surface 43c3 is separated from the protrusion 43d1, the internal space 43c2 and the pressure chamber R5 communicate with each other (that is, the “fuel inflow passage” is opened), and the piston 43c In the case of the first position, the tapered surface 43c3 abuts against the protruding portion 43d1, and the internal space 43c2 and the pressure chamber R5 are blocked (that is, the “fuel inflow path” is blocked). Thus, since the “fuel inflow path” is blocked by a so-called “valve seal” instead of the “sliding seal” as in the above embodiment, the “fuel inflow path” is more reliable and more stable than the above embodiment. Can be blocked.

また、上記実施形態では、制御弁43が開弁して制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していくと、差圧(噴射圧Pc−制御圧Pcntl)に基づくピストン43cに働く上方向の力が増大していく。従って、この差圧に基づく力(負荷)に対抗する十分なアクチュエータ43bの駆動力を確保するため、アクチュエータ43bを大型化する必要がある。   In the above embodiment, when the control valve 43 opens and the control pressure Pcntl decreases from the injection pressure Pc, the upward force acting on the piston 43c based on the differential pressure (injection pressure Pc−control pressure Pcntl). Will increase. Therefore, it is necessary to increase the size of the actuator 43b in order to ensure a sufficient driving force of the actuator 43b to counteract the force (load) based on the differential pressure.

これに対処するためには、ピストン43cについて図8に示す構成を採用すればよい。即ち、ピストン43cの下端側が圧力室R5(内圧が噴射圧Pc)に代えて、その軸方向に沿って内部に貫通する連通路43c4を介して弁体収容室R3と連通するように形成された背面室R6(内圧が制御圧Pcntl)に望むように構成される。第3オリフィスZ4が介装された流路C4を介して燃料供給路C1と連通する圧力室R5は、ピストン43cの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により背面室R6と常時区画されるように区画形成されている。   In order to cope with this, the configuration shown in FIG. 8 may be adopted for the piston 43c. That is, the lower end side of the piston 43c is formed so as to communicate with the valve body accommodating chamber R3 via the communication passage 43c4 penetrating inside along the axial direction instead of the pressure chamber R5 (internal pressure is the injection pressure Pc). The rear chamber R6 (internal pressure is the control pressure Pcntl) is configured as desired. The pressure chamber R5 communicating with the fuel supply path C1 via the flow path C4 in which the third orifice Z4 is interposed is always partitioned from the back chamber R6 by an annular recess formed in the outer periphery of the intermediate portion in the axial direction of the piston 43c. The compartments are formed as follows.

ピストン43cが初期位置にある場合(図8に示す場合)、ピストン43cのテーパー面43c5とボディ41の角部41fとが離間することで弁体収容室R3と圧力室R5とが連通する(即ち、「燃料流入路」が開通する)。この場合、「燃料流入路」の最小流路面積は、第3オリフィスZ4の開口面積となる。一方、ピストン43cが第1位置にある場合、テーパー面43c5と角部41fとが当接することで弁体収容室R3と圧力室R5とが遮断される(即ち、「燃料流入路」が遮断される)。この場合、「燃料流入路」の最小流路面積は「0」となる。   When the piston 43c is in the initial position (in the case shown in FIG. 8), the valve body accommodating chamber R3 and the pressure chamber R5 communicate with each other by separating the tapered surface 43c5 of the piston 43c and the corner 41f of the body 41 (that is, The “fuel inflow passage” is opened). In this case, the minimum flow path area of the “fuel inflow path” is the opening area of the third orifice Z4. On the other hand, when the piston 43c is in the first position, the taper surface 43c5 and the corner portion 41f come into contact with each other so that the valve body housing chamber R3 and the pressure chamber R5 are blocked (that is, the “fuel inflow path” is blocked). ) In this case, the minimum flow path area of the “fuel inflow path” is “0”.

図8に示した構成によれば、ピストン43cの両端側が同じ圧力(具体的には、制御圧Pcntl)を受ける。従って、制御弁43の開弁状態にて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していっても、上述した「差圧に基づくピストンに働く上方向の力」が発生しない。従って、上述したアクチュエータ43bの大型化を回避することができる。   According to the configuration shown in FIG. 8, both ends of the piston 43c receive the same pressure (specifically, the control pressure Pcntl). Therefore, even if the control pressure Pcntl is reduced from the injection pressure Pc in the open state of the control valve 43, the above-described “upward force acting on the piston based on the differential pressure” does not occur. Therefore, the increase in size of the actuator 43b described above can be avoided.

本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of a fuel injection control device according to an embodiment of the present invention. 図1に示した制御弁の拡大図である。It is an enlarged view of the control valve shown in FIG. 図1に示した燃料噴射制御装置における、制御弁の弁体を駆動するアクチュエータに供給される駆動電圧と、弁体のリフト量との関係を示したグラフである。2 is a graph showing a relationship between a drive voltage supplied to an actuator that drives a valve body of a control valve and a lift amount of the valve body in the fuel injection control device shown in FIG. 1. 制御弁の閉弁状態を示した図である。It is the figure which showed the valve closing state of the control valve. 制御弁の開弁状態であって、弁体リフト量が第1リフト量である場合を示した図である。It is the figure which showed the case where it is the valve opening state of a control valve, and the valve body lift amount is 1st lift amount. 制御弁の開弁状態であって、弁体リフト量が第2リフト量である場合を示した図である。It is the figure which showed the case where it is the valve opening state of a control valve, and the valve body lift amount is the 2nd lift amount. 制御弁が開弁状態から閉弁状態に復帰した場合を示した図である。It is the figure which showed the case where a control valve returns from a valve opening state to a valve closing state. 図1に示した燃料噴射制御装置の作動中における各物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。2 is a time chart showing an example of changes in physical quantities during operation of the fuel injection control device shown in FIG. 1. 制御弁の第1変形例の拡大図である。It is an enlarged view of the 1st modification of a control valve. 制御弁の第2変形例の拡大図である。It is an enlarged view of the 2nd modification of a control valve. 制御弁の第3変形例の拡大図である。It is an enlarged view of the 3rd modification of a control valve. 従来の燃料噴射制御装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional fuel-injection control apparatus. 従来の燃料噴射制御装置における制御弁の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the control valve in the conventional fuel injection control apparatus. 図10に示した制御弁の弁体リフト量が第1リフト量である場合を示した図である。It is the figure which showed the case where the valve body lift amount of the control valve shown in FIG. 10 is 1st lift amount. 図10に示した制御弁の弁体リフト量が第2リフト量である場合を示した図である。It is the figure which showed the case where the valve body lift amount of the control valve shown in FIG. 10 is 2nd lift amount.

符号の説明Explanation of symbols

20…燃料ポンプ、30…コモンレール、40…インジェクタ、41…ボディ、41a…噴孔、41b…円形弁座部、41c…円形弁座部、42…ニードル弁、42a…テーパー部、43…制御弁、43a…弁体、43b…アクチュエータ、43c…ピストン、43c2…内部空間、43d…コイルスプリング、50…ECU、C1…燃料供給路、Z1…排出オリフィス、Z2…流入オリフィス   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel pump, 30 ... Common rail, 40 ... Injector, 41 ... Body, 41a ... Injection hole, 41b ... Circular valve seat part, 41c ... Circular valve seat part, 42 ... Needle valve, 42a ... Taper part, 43 ... Control valve 43a ... Valve body, 43b ... Actuator, 43c ... Piston, 43c2 ... Internal space, 43d ... Coil spring, 50 ... ECU, C1 ... Fuel supply path, Z1 ... Discharge orifice, Z2 ... Inflow orifice

Claims (10)

内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔を開閉するニードル弁と、
内部の燃料の圧力である噴射圧により前記ニードル弁の一端側が開弁方向の力を受けるとともに前記ニードル弁の開弁状態において内部の燃料が前記噴孔から前記燃焼室に向けて噴射されるノズル室と、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードル弁の他端側が閉弁方向の力を受ける制御室と、
高圧の燃料を発生する高圧発生部と、
前記高圧発生部が発生する前記高圧燃料を前記ノズル室に供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる燃料流入路と、
前記制御室から燃料を排出させる燃料排出路と、
前記燃料排出路に介装されて前記燃料排出路を連通・遮断する制御弁と、
を備え、前記制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記ニードル弁の位置を調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置であって、
前記制御弁は、
前記燃料排出路を連通・遮断する弁体と、
前記弁体を開弁方向に押圧する駆動力を発生するアクチュエータであって、同駆動力を調整することで前記弁体の開閉を制御するとともに同駆動力の増大に応じて開弁状態における前記弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量を増大させるアクチュエータと、
前記弁体のリフト量がゼロよりも大きい第1リフト量未満である場合には前記弁体と接触せずにその初期位置に維持され、前記弁体のリフト量が前記第1リフト量に達すると前記初期位置にて前記弁体と接触開始し、前記弁体のリフト量の前記第1リフト量からの増大に応じて同弁体に押圧されて前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するピストンと、を備え、
前記アクチュエータの駆動力が第1駆動力に達すると前記弁体のリフト量が前記第1リフト量に達するように構成され、
前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第1駆動力よりも大きい第2駆動力以下では前記弁体の押圧により前記初期位置から移動不能であり、同駆動力の前記第2駆動力からの増大に応じて前記弁体の押圧により前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するように配置・構成されていて、
前記燃料流入路の最小流路面積が、前記ピストンが前記初期位置にある場合よりも前記ピストンが前記初期位置より前記弁体の開弁方向側の第1位置にある場合の方が小さくなるように前記燃料流入路が構成された燃料噴射制御装置。
A needle valve for opening and closing a nozzle hole for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine;
A nozzle in which one end of the needle valve receives a force in the valve opening direction due to an injection pressure that is an internal fuel pressure, and in which the internal fuel is injected from the nozzle hole toward the combustion chamber when the needle valve is open. Room,
A control chamber in which the other end side of the needle valve receives a force in a valve closing direction by a control pressure that is a pressure of an internal fuel; and
A high-pressure generator that generates high-pressure fuel;
A fuel supply path for supplying the high-pressure fuel generated by the high-pressure generator to the nozzle chamber;
A fuel inflow path for allowing fuel to flow into the control chamber from the fuel supply path;
A fuel discharge passage for discharging fuel from the control chamber;
A control valve interposed in the fuel discharge path and communicating / blocking the fuel discharge path;
A fuel injection control device that adjusts the position of the needle valve by controlling the control valve and controlling the control pressure to perform fuel injection control,
The control valve is
A valve body that communicates and blocks the fuel discharge path;
An actuator that generates a driving force that presses the valve body in a valve opening direction, and controls the opening and closing of the valve body by adjusting the driving force, and the valve in an open state according to an increase in the driving force. An actuator for increasing the lift amount in the valve opening direction from the closed state of the valve body;
When the lift amount of the valve body is less than the first lift amount greater than zero, the valve body is maintained in its initial position without contacting the valve body, and the lift amount of the valve body reaches the first lift amount. Then, contact with the valve body starts at the initial position, and the valve body is pressed by the valve body in response to an increase in the lift amount of the valve body from the first lift amount, and the valve body opens from the initial position. A piston that moves to
When the driving force of the actuator reaches the first driving force, the lift amount of the valve body is configured to reach the first lift amount,
The piston cannot move from the initial position due to the pressing of the valve body when the driving force of the actuator is less than or equal to a second driving force that is greater than the first driving force, and the piston does not move from the initial driving force. It is arranged and configured to move from the initial position in the valve opening direction of the valve body by pressing the valve body according to the increase,
The minimum flow passage area of the fuel inflow passage is smaller when the piston is at the first position on the valve opening direction side of the valve body than the initial position than when the piston is at the initial position. A fuel injection control device in which the fuel inflow path is configured.
請求項1に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第2駆動力よりも大きい第3駆動力に達すると前記第1位置に達し、前記アクチュエータの駆動力が前記第3駆動力より大きい場合に前記第1位置に維持されるように配置・構成された燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 1,
The piston reaches the first position when the driving force of the actuator reaches a third driving force that is greater than the second driving force, and the first position when the driving force of the actuator is greater than the third driving force. A fuel injection control device arranged and configured to be maintained in position.
請求項2に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射を行う場合、前記アクチュエータの駆動力が、先ず前記第1駆動力と前記第2駆動力の間の第1所定値に調整され、その後、前記第3駆動力よりも大きい第2所定値に調整される燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 2,
When the fuel injection is performed, the driving force of the actuator is first adjusted to a first predetermined value between the first driving force and the second driving force, and then a second predetermined value larger than the third driving force. Fuel injection control device adjusted to the value.
請求項2又は請求項3に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室と、を備えていて、
前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、
前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記ピストンの他端側は前記圧力室内に臨んでいて、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成されていて、
前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第1連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部を構成している燃料噴射制御装置。
In the fuel injection control device according to claim 2 or 3,
The control valve includes a valve body storage chamber that communicates with the control chamber, and a pressure chamber that communicates with the fuel supply path.
The valve body is movably housed in the valve body housing chamber, the fuel discharge passage is shut off in the closed state in which the valve body is in contact with a valve seat provided in the valve body housing chamber, The valve body is configured to communicate with the fuel discharge path in the opened state in which the valve body is separated from the valve seat portion;
One end of the piston faces the valve body from the side facing the valve seat in the valve body housing chamber toward the valve body, and the other end of the piston faces the pressure chamber, The valve body is configured to be in contact with one end side of the piston,
A fuel injection control device, wherein the control chamber and the valve body storage chamber communicate with each other, and the valve body storage chamber constitutes a part of the fuel discharge passage.
請求項4に記載の燃料噴射制御装置において、
前記圧力室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられた燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 4, wherein
A fuel injection control device provided with an elastic member that constantly urges the piston toward the valve body in the pressure chamber.
請求項5に記載の燃料噴射制御装置において、
前記弾性部材はバネであり、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記バネが密着状態になるように構成された燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 5, wherein
The fuel injection control device, wherein the elastic member is a spring, and the spring is in a close contact state when the piston is in the first position.
請求項4乃至請求項6の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室から遮断されるように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第1連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to any one of claims 4 to 6,
The piston includes an orifice that communicates an internal space communicating with the pressure chamber and an outer surface on one end side of the piston, and the outer surface side of the orifice is the valve when the piston is in the initial position. Communicating with the body accommodating chamber, and configured so that the outer surface side of the orifice is blocked from the valve body accommodating chamber when the piston is in the first position;
The second communication path that connects the pressure chamber and the fuel supply path, the pressure chamber, the internal space, the orifice, the valve body storage chamber, and the first communication path constitute the fuel inflow path. Fuel injection control device.
請求項7に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料供給路から前記弁体収容室に燃料を流入させる、第2オリフィスが介装された第2燃料流入路を備えた燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 7,
A fuel injection control device comprising a second fuel inflow passage through which a second orifice is interposed, for allowing fuel to flow into the valve body housing chamber from the fuel supply passage.
請求項4又は請求項5に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通していて、
前記ピストンには、その他端側の端部における前記内部空間が前記圧力室に臨む部分において前記ピストンの一端側から他端側に向けて拡径するテーパー面が備えられ、前記圧力室内には、前記テーパー面に向けて突出する突出部が固定配置されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部から離間して前記内部空間と前記圧力室とを連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部に当接して前記内部空間と前記圧力室とを遮断するように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第1連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
The fuel injection control device according to claim 4 or 5,
The piston includes an orifice that communicates an internal space that communicates with the pressure chamber and an outer surface on one end side of the piston, and the outer surface side of the orifice communicates with the valve body storage chamber,
The piston is provided with a tapered surface whose diameter increases from one end side to the other end side of the piston at a portion where the internal space at the end portion on the other end side faces the pressure chamber. A projecting portion projecting toward the tapered surface is fixedly disposed, and when the piston is in the initial position, the tapered surface is separated from the projecting portion and communicates the internal space and the pressure chamber; When the piston is in the first position, the tapered surface is configured to abut against the projecting portion to shut off the internal space and the pressure chamber,
The second communication path that connects the pressure chamber and the fuel supply path, the pressure chamber, the internal space, the orifice, the valve body storage chamber, and the first communication path constitute the fuel inflow path. Fuel injection control device.
請求項2又は請求項3に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室と、を備えていて、
前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、
前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成されていて、
前記ピストンの他端側はその軸方向に沿って内部に貫通する第3連通路を介して前記弁体収容室と連通するように形成された背面室に望み、前記背面室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられていて、
前記圧力室は、前記ピストンの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により区画形成されていて、
前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが連通し、前記ピストンが前記第1位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが遮断するように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第2連通路にはオリフィスが形成されていて、
前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第1連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部を構成し、前記第2連通路、前記圧力室、前記弁体収容室、及び前記第1連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
In the fuel injection control device according to claim 2 or 3,
The control valve includes a valve body storage chamber that communicates with the control chamber, and a pressure chamber that communicates with the fuel supply path.
The valve body is movably housed in the valve body housing chamber, the fuel discharge passage is shut off in the closed state in which the valve body is in contact with a valve seat provided in the valve body housing chamber, The valve body is configured to communicate with the fuel discharge path in the opened state in which the valve body is separated from the valve seat portion;
One end side of the piston faces the valve body from the side facing the valve seat in the valve body housing chamber toward the valve body, and the valve body can come into contact with one end side of the piston. Configured,
The other end side of the piston is desired in a back chamber formed so as to communicate with the valve body housing chamber through a third communication passage penetrating inside along the axial direction, and the piston is placed in the back chamber. An elastic member that constantly urges toward the valve body side is provided,
The pressure chamber is defined by an annular recess formed in the outer periphery of the intermediate portion in the axial direction of the piston,
The valve body storage chamber and the pressure chamber communicate with each other when the piston is in the initial position, and the valve body storage chamber and the pressure chamber are blocked when the piston is in the first position. Configured,
An orifice is formed in the second communication path that connects the pressure chamber and the fuel supply path,
The first communication passage communicating the control chamber and the valve body storage chamber, and the valve body storage chamber constitute a part of the fuel discharge passage, the second communication passage, the pressure chamber, the valve body storage A fuel injection control device in which the chamber and the first communication passage constitute the fuel inflow passage.
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JP2011512486A (en) * 2008-02-21 2011-04-21 デルファイ・テクノロジーズ・ホールディング・エス.アー.エール.エル. Fuel injector with improved valve control
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JP2016160883A (en) * 2015-03-04 2016-09-05 株式会社デンソー Fuel injection valve
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