JP2021088959A - 燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】２つの制御弁の開閉動作により低矩形噴射と短インターバル多段噴射とを両立可能な燃料噴射システムを提供する。【解決手段】駆動制御装置は、第１制御弁又は第２制御弁の一方が開き他方が閉じた状態である１バルブモードと、第１制御弁及び第２制御弁が共に開いた状態である２バルブモードとを切り替えることで時間に対する噴射率の傾きを変更可能である。燃料噴射を開始するとき、駆動制御装置は、指令基準時ｔ０に第１制御弁及び第２制御弁に対し同時に開弁指令し、指令基準時ｔ０から所定のブースト期間τboost後に、第２制御弁（先閉じ弁）に対し閉弁指令する。ブースト期間τboostは、２バルブモードでニードルを開弁させる場合における指令基準時ｔ０からニードルの開弁時ｔａまでの遅れ期間であるニードル開弁遅れ期間τneedleよりも短く設定されている。【選択図】図７

Description

本発明は、燃料噴射装置、及びその駆動制御装置を含む燃料噴射システムに関する。

従来、主にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置（いわゆるインジェクタ）としては、ニードル直上に制御室を有し、制御弁の開閉によりこの制御室の圧力を減圧又は昇圧することでニードルを開閉する装置が知られている。

例えば特許文献１には、２つのアクチュエータ及び２つの制御弁を有する燃料噴射装置が開示されている。この燃料噴射装置は、駆動制御装置の指令により２つの制御弁の開閉状態を切り替えることでニードル開弁速度を切り替え、噴射率の傾きを可変とする。

特開２０１９−３９４２４号公報

２つの制御弁を有する燃料噴射装置において、一方の制御弁が開き他方の制御弁が閉じた状態である１バルブモードでは、ニードルが低速で開弁する。つまり、時間に対する噴射率の立ち上がりの傾きが相対的に小さいため、本明細書では１バルブモードでの噴射を「低矩形噴射」という。また、両方の制御弁が共に開いた状態である２バルブモードではニードルが高速で開弁する。つまり、時間に対する噴射率の立ち上がりの傾きが相対的に大きいため、本明細書では２バルブモードでの噴射を「高矩形噴射」という。

油圧回路により駆動される燃料噴射装置に共通の課題として、低矩形噴射を実現するため、ニードル上昇時にアウトオリフィス流量を低下させて制御室からの燃料排出速度を低下させる必要がある。しかし同時に、制御弁開弁からニードル開弁に至るまでの油圧応答時間も遅くなるため、燃料排出速度と油圧応答時間とを独立に制御することができない。その結果、油圧応答が遅い低矩形噴射の場合、噴射停止後すぐに再噴射する「多段噴射」において短インターバルでの多段噴射ができないという課題がある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、２つの制御弁の開閉動作により低矩形噴射と短インターバル多段噴射とを両立可能な燃料噴射システムを提供することにある。

本発明による燃料噴射システムは、噴孔（３４）から燃料を噴射する燃料噴射装置（１０）、及び、燃料噴射装置による時間に対する噴射率の傾きを可変とするように燃料噴射装置を駆動する駆動制御装置（９０）を含む。燃料噴射装置は、本体（２０）と、ニードル（３１）と、第１制御弁（５１）と、第２制御弁（５２）と、を備える。

本体は、外部から高圧燃料が流入する高圧通路（１３、１４）、高圧通路に接続され、噴孔から噴射される高圧燃料が供給されるノズル室（３３）、高圧通路に接続され、内部の燃料圧力が制御される制御室（３６、４６）、制御室から排出された余剰燃料が収容される低圧室（５７）、制御室と低圧室とを接続する第１通路（２５）、及び、第１通路とは異なる経路で制御室と低圧室とを接続し、第１通路の開口流量よりも開口流量が大きい第２通路（２７）、が設けられている。

ニードルは、制御室の燃料圧力に応じて軸方向に往復変位し、上昇して開弁すると噴孔を開き、下降して閉弁すると噴孔を閉じる。第１制御弁は、駆動制御装置からの指令に従い、第１通路と低圧室とを連通又は遮断する。第２制御弁は、駆動制御装置からの指令に従い、第２通路と低圧室とを連通又は遮断する。

前記駆動制御装置は、第１制御弁又は第２制御弁の一方が開き他方が閉じた状態である１バルブモードと、第１制御弁及び第２制御弁が共に開いた状態である２バルブモードとを切り替えることで時間に対する噴射率の傾きを変更可能である。

燃料噴射を開始するとき、駆動制御装置は、指令基準時（ｔ０）に第１制御弁及び第２制御弁に対し同時に開弁指令する。そして、駆動制御装置は、指令基準時から所定のブースト期間（τboost）後に、第１制御弁又は第２制御弁から選択された一方の制御弁である「先閉じ弁」に対し閉弁指令する。ブースト期間は、２バルブモードでニードルを開弁させる場合における指令基準時からニードルの開弁時（ｔａ）までの遅れ期間であるニードル開弁遅れ期間（τneedle）よりも短く設定されている。

本発明では、基本的に１バルブモードで低矩形噴射する場合において、制御室圧がニードル開弁圧まで減圧する期間のみ２バルブモードを用いることで、ニードルの開弁応答を高めることができる。つまり、ニードル開弁応答と開弁速度とを独立に制御することで、多段噴射における最小インターバルを短縮することができる。

また、先閉じ弁は、ニードルが開弁する前に閉弁するため、ニードル開弁時からニードルは１バルブモードで低速開弁する。よって、本発明の燃料噴射システムでは低矩形噴射と短インターバル多段噴射との両立が可能となる。

第１制御弁及び第２制御弁が共に閉じた状態（オフモード）の燃料噴射装置の模式断面を示す燃料噴射システムの構成図。 第１制御弁が開き第２制御弁が閉じた状態（１バルブモード）の燃料噴射装置の模式断面を示す燃料噴射システムの構成図。 第１制御弁及び第２制御弁が共に開いた状態（２バルブモード）の燃料噴射装置の模式断面を示す燃料噴射システムの構成図。 （ａ）１バルブモードでの低矩形噴射を示すタイムチャート、（ｂ）２バルブモードでの高矩形噴射を示すタイムチャート。 ニードルの低リフト領域及び高リフト領域での噴射率の変化を説明する図。 比較例による低速開弁動作を示すタイムチャート。 本実施形態による低速開弁動作を示すタイムチャート。 コモンレール圧とブースト期間との関係を規定するマップの例。 （ａ）参考比較例（高矩形噴射）、（ｂ）比較例（低矩形噴射）、（ｃ）本実施形態（低矩形噴射）による噴射率特性の差異を示すタイムチャート。

（一実施形態）
以下、本発明の燃料噴射システムの一実施形態を図面に基づいて説明する。この燃料噴射システムは、燃料噴射装置、及び、燃料噴射装置を駆動する駆動制御装置を含む。燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン等の燃料供給系において、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴孔から燃焼室に噴射する。駆動制御装置は、燃料噴射装置による燃料の噴射率の時間に対する傾きを可変とするように燃料噴射装置を駆動する。

図１〜図４を参照し、本実施形態の燃料噴射システム１００の構成について説明する。燃料噴射システム１００の基本的な構成は、特許文献１（特開２０１９−３９４２４号公報）の第１実施形態の構成と同様である。なお、特許文献１の一部の用語を本明細書では別の用語に言い換える。例えば特許文献１の「第１開閉弁５１」及び「第２開閉弁５２」を本明細書では「第１制御弁５１」及び「第２制御弁５２」という。また、特許文献１の「ＥＣＵ９０」を本明細書では「駆動制御装置９０」という。

図１〜図３には、各制御弁５１、５２の開閉モードが異なる燃料噴射装置１０の模式断面を示す。基本動作を説明するための模式断面図であるため、各部材の形状や寸法比率は実際のものとは大きく異なる。ニードル３１の先端の弁開閉部分については図５が参照される。また、スプリング３２、４５、５５、５６や絞り１４ａ、２７ａ、４２ａは記号で図示され、実際の形状や寸法比率は当該技術分野の技術常識に基づいて推定される。

図１には第１制御弁５１及び第２制御弁５２が共に閉じた状態、図２には第１制御弁が開き第２制御弁５２が閉じた状態、図３には第１制御弁５１及び第２制御弁５２が共に開いた状態が示され、それ以外の部分は共通である。そのため、各制御弁５１、５２、及び、それに追従する従動プレート４１、ニードル３１の動作に関する事項を除き、主に図１を参照する。以下、図１の上側を「上」、下側を「下」として説明する。

燃料噴射システム１００は、燃料噴射装置１０及び駆動制御装置９０を含む。燃料噴射装置１０は、ディーゼルエンジンの気筒数に応じて複数設けられる。コモンレール１１の高圧燃料は、高圧配管１２を経由して複数の燃料噴射装置１０に分配される。図１には、複数のうち１つの燃料噴射装置１０を示す。

燃料噴射装置１０は、本体２０、ニードル３１、ニードルスプリング３２、第１制御弁５１、第２制御弁５２、第１ソレノイド５３、第２ソレノイド５４、第１弁スプリング５５、第２弁スプリング５６等を備えている。本体２０は、低圧室形成部材２１、通路形成部材２２、制御室形成部材２３、ノズルボデー２４により構成されている。

低圧室形成部材２１には、高圧通路１３、低圧室５７及び低圧通路５８等が形成されている。高圧通路１３は、低圧室形成部材２１、通路形成部材２２、制御室形成部材２３を貫通してノズルボデー２４のノズル室３３に連通している。高圧通路１３には、外部のコモンレール１１から高圧配管１２を経由して高圧燃料が流入する。流入した高圧燃料の一部はノズル室３３に供給され、他の一部は、通路形成部材２２に形成された高圧流入通路１４を経由してプレート側制御室４６に供給される。

低圧室５７は、通路形成部材２２側の面が開口している。低圧室５７の内部に設けられた第１制御弁５１又は第２制御弁５２が開弁すると、制御室３６、４６から第１通路２５又は第２通路２７を経由して余剰燃料が低圧室５７に排出される。低圧室５７には制御室３６、４６から排出された余剰燃料が収容される。低圧室５７の内部の低圧燃料は、低圧通路５８を経由して燃料噴射装置１０の外部へ排出される。第１制御弁５１及び第２制御弁５２の動作について詳細は後述する。

通路形成部材２２には、高圧流入通路１４、第１通路２５及び第２通路２７等が形成されている。「通路形成部材」の「通路」は、これらの高圧流入通路１４、第１通路２５及び第２通路２７を意味する。高圧流入通路１４は、高圧通路１３から分岐し、制御室形成部材２３側の面に開口した環状室１５に連通している。高圧流入通路１４は、途中に絞り１４ａが形成されており、いわゆる「インオリフィス」として機能する。本実施形態では従動プレート４１が下降したとき、高圧流入通路１４の燃料は、環状室１５を経由してプレート側制御室４６に流入する。「高圧流入通路」の「流入」は、プレート側制御室４６への流入を意味する。

第１通路２５及び第２通路２７は、それぞれプレート側制御室４６と低圧室５７とを互いに異なる経路で接続する。本実施形態では、第１通路２５の下端、すなわち制御室形成部材２３側の開口端は、中間室２６、及び、従動プレート４１の中心軸に沿って貫通する連通路４２を経由してプレート側制御室４６と接続している。中間室２６は、環状室１５の内側で制御室形成部材２３側の面に開口する空間である。第２通路２７の下端、すなわち制御室形成部材２３側の開口端は、プレート側制御室４６に直接接続している。第１通路２５及び第２通路２７の上端、すなわち低圧室形成部材２１側の開口端は、いずれも低圧室５７に接続している。

第１通路２５に接続される従動プレート４１の連通路４２の途中には絞り４２ａが形成されている。また、第２通路２７の途中には絞り２７ａが接続されている。こうして第１通路２５及び第２通路２７は、いわゆる「アウトオリフィス」として機能する。ここで、第２通路２７の開口流量は第１通路２５の開口流量よりも大きい。つまり、第２通路２７の開口流量が第１通路２５の開口流量よりも大きくなるように、絞り４２ａ、２７ａの径や長さ等が設定されている。

制御室３６、４６は高圧流入通路１４を介して高圧通路１３に接続されている。また、制御室３６、４６は、各制御弁５１、５２及び従動プレート４１の動作により内部の燃料圧力が制御される。本実施形態の制御室３６、４６は、接続通路４７によって接続されたプレート側制御室４６及びニードル側制御室３６の２つに分かれて構成されている。

制御室形成部材２３には、プレート側制御室４６及び接続通路４７が形成されている。つまり、「制御室形成部材」の「制御室」はプレート側制御室４６を意味する。プレート側制御室４６は、通路形成部材２２側の面が開口している。その開口の周囲は、通路形成部材２２と制御室形成部材２３との間においてシールされている。プレート側制御室４６の内部には、従動プレート４１、及び、従動プレート４１を通路形成部材２２側に付勢するプレートスプリング４５が設けられている。

従動プレート４１が上昇して通路形成部材２２の下端面に当接した状態では、中間室２６は連通路４２を介してプレート側制御室４６に連通し、環状室１５の開口は従動プレート４１により塞がれる。従動プレート４１が下降して通路形成部材２２の下端面から離れた状態では、中間室２６は連通路４２を介さずプレート側制御室４６に連通する。また、環状室１５の開口は開放され、高圧流入通路１４がプレート側制御室４６に連通する。

ノズルボデー２４は、内部にノズル室３３を有し、ノズル室３３の下端部に燃料を噴射する噴孔３４が形成されている。ノズルボデー２４の内部には、上端部がシリンダ３５に内挿されたニードル３１が設けられている。ニードル３１は、金属材料により、全体として円柱形に形成され、噴孔３４側の先端は円錐形に形成されている。ニードル３１は、ノズル室３８に供給された高圧燃料から噴孔３４を開く開弁方向の力を受ける。また、ニードル３１は、ニードルスプリング３２の付勢力により、シリンダ３５に対して、噴孔３４を閉じる閉弁方向へ常に付勢されている。

制御室形成部材２３の下端面、ニードル３１の上端面、及び、シリンダ３５の内壁に囲まれた空間によりニードル側制御室３６が形成されている。ニードル３１は、シリンダ３５の内壁に案内されつつ、制御室３６、４６の燃料圧力（以下、「制御室圧」）に応じて軸方向に往復変位する。ニードル３１が閉弁した状態で安定した制御室圧を「システム圧」という。ニードル開弁圧は、システム圧より低い圧力になるように、ニードルスプリング３２の付勢力等により設定されている。

制御室圧がニードル開弁圧よりも高いとき、ニードル３１は下降して閉弁し、噴孔３４を閉じる。制御室圧がニードル開弁圧よりも低いとき、ニードル３１は上昇して開弁し、噴孔３４を開く。高圧通路１３からノズル室３３に供給された高圧燃料は、ニードル３１が開弁したとき噴孔３４から噴射される。なお、以下の文中及び図面における「リフト」は上昇と同じ意味である。また「リフト量」は、閉弁時を基準とした上昇量を意味する。

低圧室形成部材２１の低圧室５７の内部には、第１制御弁５１、第２制御弁５２、第１ソレノイド５３、第２ソレノイド５４、第１弁スプリング５５、第２弁スプリング５６が設けられている。第１制御弁５１、第１ソレノイド５３及び第１弁スプリング５５は、第１通路２５の上端（すなわち上部開口端）を開閉するためのユニットをなす。第２制御弁５２、第２ソレノイド５４及び第２弁スプリング５６は、第２通路２７の上端を開閉するためのユニットをなす。各ユニットはノーマリークローズの構成で設けられている。

第１通路２５の上端を開閉するユニットを例に説明する。第１制御弁５１が通路形成部材２２に当接し第１通路２５の上端を閉じた状態を「閉弁状態」といい、第１制御弁５１が通路形成部材２２から離間し第１通路２５の上端を開いた状態を「開弁状態」という。第１弁スプリング５５は、第１制御弁５１が第１通路２５を閉弁する方向へ付勢する。第１制御弁５１が閉弁した状態では、第１通路２５と低圧室５７とが遮断される。このとき、第１通路２５と低圧室５７との間で燃料が漏れることはない。

第１ソレノイド５３は、通電されることにより、第１弁スプリング５５の付勢力に抗して第１制御弁５１を開弁させる。第１制御弁５１が閉弁した状態では、第１通路２５と低圧室５７とが連通し、第１通路２５の燃料が低圧室５７及び低圧通路５８を経由して燃料噴射装置１０の外部へ排出される。第１通路２５の上端を開閉するユニットに関する上記の説明は、第２通路２７の上端を開閉するユニットについても同様である。

駆動制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、入出力インターフェース等を含む、いわゆる「ＥＣＵ（電子コントロールユニット）」及び「ＥＤＵ（電子ドライブユニット）」として構成されている。駆動制御装置９０は、例えば外部のエンジンＥＣＵから要求噴射量Ｑdemandが入力される。

駆動制御装置９０は、要求噴射量Ｑdemandに基づき第１ソレノイド５３及び第２ソレノイド５４への通電を個別にＯＮ／ＯＦＦすることにより、第１制御弁５１及び第２制御弁５２に対し個別に開弁又は閉弁を指令する。第１制御弁５１は、駆動制御装置９０からの指令に従い、第１通路２５と低圧室５７とを連通又は遮断する。第２制御弁５２は、駆動制御装置９０からの指令に従い、第２通路２７と低圧室５７とを連通又は遮断する。

また、本実施形態の駆動制御装置９０は、コモンレール圧、すなわちコモンレール１１に設置された圧力センサの検出値を取得する。コモンレール圧の検出値は、制御室３６、４６に供給される高圧燃料の圧力とみなされる。本実施形態の駆動制御装置９０は、コモンレール圧の検出値に基づき、予め保持したマップを用いて、後述するブースト期間τboostを決定する。

続いて図１〜図４を参照し、第１制御弁５１及び第２制御弁５２の動作について説明する。以下、２つの制御弁５１、５２が共に閉じた状態を「オフモード」、一方の制御弁が開き他方の制御弁が閉じた状態を「１バルブモード」、２つの制御弁５１、５２が共に開いた状態を「２バルブモード」という。１バルブモードについては、第１制御弁５１が開き第２制御弁５２が閉じた状態を主として説明する。

図１にはオフモード、図２には１バルブモード、図３には２バルブモードにおける燃料噴射装置１０の模式断面を示す。図４（ａ）、（ｂ）には、それぞれ１バルブモード及び２バルブモードでの開弁指令及び噴射率のタイムチャートを示す。駆動制御装置９０は、第１制御弁５１及び第２制御弁５２に対し開弁指令パルスを出力する。具体的には、開弁指令パルスがＯＮの期間中、ソレノイド５３、５４に通電され、開弁指令パルスがＯＦＦされるとソレノイド５３、５４への通電が停止される。駆動制御装置９０が開弁指令パルスをＯＮすることを「開弁指令する」といい、開弁指令パルスをＯＦＦすることを「閉弁指令する」という。

ここで、基準となる開弁指令パルスのＯＮタイミングを「指令基準時ｔ０」と定義し、指令基準時ｔ０からのパルスＯＮ期間を「指令値τ」と定義する。以下のタイムチャートにおいて、時刻（又はタイミング）に関する記号を「ｔ」で表し、指令基準時ｔ０から起算される期間に関する記号を「τ」で表す。

図４（ａ）に示すように、１バルブモードでは、指令基準時ｔ０に第１制御弁５１に対してのみ開弁指令される。つまり、第１制御弁５１に対して指令値τ（＞０）が出力され、第２制御弁５２に対する指令値τは０である。図４（ｂ）に示すように、２バルブモードでは、指令基準時ｔ０に第１制御弁５１及び第２制御弁５２に対し同時に開弁指令される。また、第１制御弁５１及び第２制御弁５２に対し等しく指令値τが出力される。

さらに噴射率のタイムチャートに関し、「噴射率の傾き」とは「時間に対する噴射率の傾き」を意味する。特に本明細書では、ニードル３１の開弁時、すなわち噴射の開始時における噴射率の立ち上がりの傾きに注目する。時間に対する噴射率の立ち上がりの傾きが相対的に大きく、タイムチャート上で直角に近い場合、噴射率の波形は矩形に近似する。本明細書では、時間に対する噴射率の立ち上がりの傾きが相対的に大きい噴射を「高矩形噴射」という。逆に、時間に対する噴射率の傾きが相対的に小さい噴射を「低矩形噴射」という。

図１に示すオフモードでは、ソレノイド５３、５４への通電がＯＦＦされており、弁スプリング５５、５６の付勢力により、各制御弁５１、５２が閉弁している。これにより、第１通路２５と低圧室５７とが遮断され、且つ、第２通路２７と低圧室５７とが遮断されている。また、制御室３６、４６、中間室２６、第１通路２５及び第２通路２７の内部の燃料圧力はいずれも高圧で釣り合っている。従動プレート４１は、プレートスプリング４５により付勢され、通路形成部材２２の下端面に当接している。ニードル３１は、ニードルスプリング３２の付勢力により閉弁している。

図２及び図４（ａ）に示す１バルブモードでは、第１通路２５と低圧室５７とが連通し、プレート側制御室４６の内部の燃料は、連通路４２、中間室２６及び第１通路２５を通る経路を経由して低圧室５７へ排出される。このとき、従動プレート４１の連通路４２における絞り４２ａの両側の燃料圧力に生じる差圧により従動プレート４１は中間室２６側に引き付けられる。制御室圧がニードル開弁圧まで低下すると、ニードル３１が上昇して開弁する。１バルブモードでは、制御室圧がニードル開弁圧まで減圧する速度が小さいため、遅いタイミングｔｃでニードル３１が開弁開始する。１バルブモードではニードル３１の開弁速度が比較的小さいため噴射率が緩やかに上昇する。よって、１バルブモードでは「低矩形噴射」が実現される。

図３及び図４（ｂ）に示す２バルブモードでは、第１通路２５と低圧室５７とが連通し、且つ第２通路２７と低圧室５７とが連通する。プレート側制御室４６の内部の燃料は、連通路４２、中間室２６及び第１通路２５を通る経路と、第２通路２７を通る経路との両方を経由して低圧室５７へ排出される。そのため、２バルブモードでは１バルブモードに比べ、制御室圧がニードル開弁圧まで速く減圧し、早いタイミングｔａでニードル３１が開弁開始する。

ニードル３１の開弁速度は、制御室３６、４６からの燃料の排出速度にほぼ等しい。つまり、ニードル３１は、ニードル側制御室３６から燃料が排出された分だけ上昇し、ニードル上昇中の制御室圧は、ほぼ一定値（すなわちニードル開弁圧）に保たれる。したがって、２バルブモードにおけるニードル３１の開弁速度は、１バルブモードにおけるニードル３１の開弁速度よりも大きくなる。すなわち、２バルブモードにおける噴射率の傾きは、１バルブモードにおける噴射率の傾きよりも大きくなる。よって、２バルブモードでは「高矩形噴射」が実現される。このように、本実施形態の駆動制御装置９０は、１バルブモードと２バルブモードとを切り替えることで時間に対する噴射率の傾きを変更可能である。

図５を参照し、ニードル３１のリフト量と燃料の流路面積との関係について補足する。図５の上側にはノズルボデー２４先端部の拡大図を示す。ニードル３１の先端部のテーパ面３１３がノズルボデー２４の内壁に形成されたシート部２４４に着座することで、ニードル３１は閉弁する。ニードル３１のテーパ面３１３がシート部２４４から離座すると、高圧燃料は、テーパ面３１３とシート部２４４との間の環状隙間を通り、サック室３３５から複数の噴孔３４に噴射される。

ここで、テーパ面３１３とシート部２４４との間の環状隙間の流路面積を「シート部流路面積」といい、複数の噴孔３４の開口面積の総和を「噴孔流路面積」という。シート部流路面積はニードル３１のリフト量に応じて増加するが、噴孔流路面積はニードル３１のリフト量に関係なく一定である。

ニードル３１の低リフト領域ではシート部流路面積が噴孔流路面積より小さく、シート部２４４に沿った環状隙間が最小絞り部となる。そのため、噴射率はニードル３１の上昇と共に増加する。一方、ニードル３１の高リフト領域ではシート部流路面積が噴孔流路面積を上回り、複数の噴孔３４が最小絞り部となる。そのため、噴射率が最大噴射率に到達する最大噴射率到達時ｔ１以後、噴射率は一定となる。

次に図６〜図９を参照し、比較例及び本実施形態によるニードル開弁動作を対比して説明する。図６、図７のタイムチャートには、駆動制御装置９０から各制御弁５１、５２に対する開弁指令パルス、各制御弁５１、５２のリフト量、制御室圧、及び、ニードル３１のリフト量を示す。

図６に示す比較例では通常の低矩形噴射を行う１バルブモードで動作する。駆動制御装置９０は、指令基準時ｔ０に第１制御弁５１のみに対して開弁指令する。応答遅れ後の時刻ｔｖに第１制御弁５１がリフト開始すると、制御室３６、４６内の燃料が低圧室５７に排出され、制御室圧がシステム圧から減圧し始める。このとき、第１通路２５のみの流量（いわゆるアウトオリフィス流量）は比較的小さく、燃料排出速度が遅いため、制御室圧がニードル開弁圧まで減圧する油圧応答時間は長くなる。そして、制御室圧がニードル開弁圧まで減圧したタイミングｔｃにニードル３１が低速開弁を開始する。このとき、第１制御弁５１の開弁に伴う水撃波により、制御室圧はニードル開弁圧付近で脈動する。

続いて図９（ａ）、（ｂ）を参照し、開弁指令をＯＮ状態から一旦ＯＦＦした後、最小指令インターバルτｉｖ−ｍｉｎ後にすぐ再ＯＮする「多段噴射」の動作を示す。最小指令インターバルτｉｖ−ｍｉｎは、駆動制御装置９０が制御可能な指令インターバル限界である。インターバル前の開弁指令パルスを一次パルスＰ１とし、インターバル後の開弁指令パルスを二次パルスＰ２とする。二次パルスＰ２のＯＮタイミングを指令基準時ｔ０とし、一次パルスのＯＮタイミングを前回指令時ｔ００とする。また、一次パルスＰ１による噴射を一次噴射ＩＪ１とし、二次パルスＰ２による噴射を二次噴射ＩＪ２とする。

図９（ａ）には、参考比較例として、２バルブモードによる多段噴射を示す。２バルブモードでは、二次噴射ＩＪ２の開始時において時間に対する噴射率の傾きが大きく、高速開弁すなわち高矩形噴射が実現される。また、開弁指令パルスのＯＮから噴射開始までの応答遅れ時間ＲＤＨが比較的短い。そのため、一次噴射ＩＪ１終了から二次噴射ＩＪ２開始までの最小インターバルＩＶｍｉｎが比較的小さく、短インターバルでの多段噴射が可能である。

図９（ｂ）には、図６に示す比較例として、１バルブモードによる低矩形噴射での多段噴射を示す。１バルブモードでは、二次噴射ＩＪ２の開始時において時間に対する噴射率の傾きが小さく、低速開弁すなわち低矩形噴射が実現される。また、開弁指令パルスのＯＮから噴射開始までの応答遅れ時間ＲＤＬが比較的長い。そのため、一次噴射ＩＪ１終了から二次噴射ＩＪ２開始までの最小インターバルＩＶｍｉｎが比較的大きく、短インターバルでの多段噴射ができない。つまり、比較例の１バルブモードでは、ニードル開弁応答と開弁速度とを独立に制御することができず、低矩形噴射（すなわちニードル低速開弁）と短インターバル多段噴射とを両立できないという課題がある。

そこで本実施形態では、二次噴射ＩＪ２における低速開弁タイミングを早めることで、最小インターバルＩＶｍｉｎを短縮し、低矩形噴射と短インターバル多段噴射との両立を図る。図７に示す本実施形態では、開口流量が相対的に大きい第２通路２７に対応する第２制御弁５２が「先閉じ弁」として選択される。

燃料噴射を開始するとき、駆動制御装置９０は、指令基準時ｔ０に、第１制御弁５１及び第２制御弁５２に対し同時に開弁指令する。そして、駆動制御装置９０は、指令基準時ｔ０から所定の「ブースト期間τboost」後に、先閉じ弁である第２制御弁５２に対し閉弁指令する。なお、指令基準時ｔ０からブースト期間τboost後の時刻をブースト終了時ｔboostとする。

指令基準時ｔ０から応答遅れ後の時刻ｔｖに第１制御弁５１及び第２制御弁５２がリフト開始すると、制御室圧は、２バルブモードによる高速開弁の減圧速度で低下する。そして、制御室圧がニードル開弁圧に到達した時刻ｔａにニードル３１が開弁開始する。このニードル開弁時ｔａは、破線で示す比較例（すなわち１バルブモード）におけるニードル開弁時ｔｃより早い。

ここで、２バルブモードでニードル３１を開弁させる場合における指令基準時ｔ０からニードル開弁時ｔａまでの遅れ期間を「ニードル開弁遅れ期間τneedle」とする。ブースト期間τboostは、ニードル開弁遅れ期間τneedleよりも短く、すなわち、下記の関係が成り立つように設定されている。
τboost＜τneedle

つまり、ニードル開弁時ｔａよりも早いブースト終了時ｔboostに、第２制御弁５２は閉弁方向に移動し始める。このように本実施形態では、ニードル３１の開弁前に２バルブモードから１バルブモードに移行する。そのため、ニードル開弁時ｔａからニードル３１は低速開弁し、低矩形噴射が実現される。

本実施形態の駆動制御装置９０は、図８に示すように、予め適合されたコモンレール圧とブースト期間τboostとの関係を規定するマップを保持している。上述の通り、コモンレール圧は、「制御室に供給される高圧燃料の圧力」とみなされる。ニードル開弁遅れ期間τneedleは、コモンレール圧が高くなるにつれ、下に凸となる曲線を描きながら減少する。コモンレール圧の低圧領域では圧力上昇に伴うニードル開弁遅れ期間τneedleの減少の変化が急であり、高圧領域では圧力上昇に伴うニードル開弁遅れ期間τneedleの減少の変化が次第に緩やかになる。

ブースト期間τboostは、ニードル開弁遅れ期間τneedleを示す実線より下の領域に設定可能である。ただし、後述する効果を有効に得るため、ブースト期間τboostは、できるだけニードル開弁遅れ期間τneedleに近く設定されることが好ましい。具体的には、ブースト終了時ｔboostからニードル開弁時ｔａまでの応答遅れ時間をニードル開弁遅れ期間τneedleから差し引いた期間が、破線で示すブースト期間τboostのマップ値として設定される。これにより、２バルブモードによる高速開弁でのニードル開弁時ｔａの直前のタイミングに低速開弁を実現することができる。

（効果）
（１）図９（ｃ）を参照し、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の駆動制御装置９０は、最小指令インターバルτｉｖ−ｍｉｎ後の二次パルスＰ２をＯＮする指令基準時ｔ０に２つの制御弁５１、５２に対し同時に開弁指令した後、ニードル３１の開弁前に、先閉じ弁である第２制御弁５２に閉弁指令する。言い換えれば、基本的に１バルブモードで低矩形噴射する場合において、制御室圧がニードル開弁圧まで減圧する期間のみ２バルブモードを用いる。

そのため本実施形態では、ニードル３１の開弁応答を高め、二次噴射ＩＪ２の噴射開始時期を早めることができる。つまり、ニードル開弁応答と開弁速度とを独立に制御することで、一次噴射ＩＪ１終了から二次噴射ＩＪ２開始までの最小インターバルＩＶｍｉｎを比較例よりも短縮することができる。また、先閉じ弁である第２制御弁５２は、ニードル３１が開弁する前に閉弁するため、ニードル開弁時からニードル３１は１バルブモードで低速開弁する。よって、本実施形態の燃料噴射システム１００では低矩形噴射と短インターバル多段噴射との両立が可能となる。

ところで、特許文献１の図２６には、第１開閉弁及び第２開閉弁を同時に開弁した後、先に第１開閉弁のみを閉弁し、噴射率の高速立上げから低速立下げに変更する動作が開示されている。しかし、第１開閉弁が閉弁する時刻ｔ２４はニードル開弁時刻ｔ２３の後である。また特許文献１には、噴射停止後にすぐ再噴射する多段噴射のインターバルに関して何ら言及されていない。

それに対し本実施形態では、先閉じ弁である第２制御弁５２はニードル開弁前に閉弁する。また、噴射率については最初から低速立上げを意図しており、高速立上げから低速立下げに変更するものではない。このように、低矩形噴射と短インターバル多段噴射とを両立させるという本実施形態の技術的思想は、特許文献１の図２６に開示された技術とは全く異なるものである。

（２）本実施形態では、開口流量が相対的に大きい第２通路２７に対応する第２制御弁５２が先閉じ弁として選択される。開口流量が相対的に小さい第１通路２５に対応する第１制御弁５１でニードル３１を開弁することにより、ニードル開弁速度をより低く抑えることができる。

（３）本実施形態の駆動制御装置９０は、コモンレール圧とブースト期間τboostとの関係を予め適合してマップに保持しているため、ニードル開弁タイミングの検出装置等が不要となり、上記の作用効果を低コストで実現することができる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、相対的に開口流量の大きい第２通路２７に対応する第２制御弁５２を先閉じ弁として動作させている。ただし、これとは逆に、第１制御弁５１を先開き弁として動作させてもよい。

（ｂ）燃料噴射システム１００がニードルリフト検出手段を備える場合、駆動制御装置９０は、ニードルリフト検出手段により検出したニードル開弁タイミングに基づくフィードバック制御により、マップを用いずにブースト期間τboostを決定してもよい。つまり駆動制御装置９０は、今回の噴射時に検出されたニードル開弁タイミングを取得し、応答遅れを考慮しつつ、コモンレール圧が変化しないことを前提として、次回噴射時におけるブースト期間τboostを決定してもよい。

（ｃ）「制御室に供給される高圧燃料の圧力」とブースト期間τboostとの関係を規定するマップにおいて、「制御室に供給される高圧燃料の圧力」はコモンレール圧の検出値に限らない。例えば、燃料噴射装置１０の内部に高圧燃料の圧力センサが設けられ、その検出値が駆動制御装置９０に取得されてもよい。

（ｄ）燃料噴射装置１０は、図１〜図３に示す従動プレート４１を備えなくてもよい。すなわち、例えば高圧流入通路１４の絞り径が第１通路２５及び第２通路２７の絞り径よりも小さく設定することで、従動プレート４１を用いずに、制御弁５１、５２の開閉に追従して制御室３６、４６の圧力を変化させることが可能である。また、従動プレート４１を用いない場合、第１通路２５の下端側に中間室２６が形成されなくてもよい。

（ｅ）本発明において制御室と低圧通路とを連通する「第１通路」及び「第２通路」は単に開口流量の大小によってのみ定義される。したがって、「第１通路」は、図１〜図３の第１通路２５のように従動プレート４１の連通路４２を介してプレート側制御室４６に接続する構成に限らない。また「第２通路」は、図１〜図３の第２通路２７のように直接プレート側制御室４６に接続する構成に限らない。各通路における絞りの数や位置等も、図１〜図３に示された構成に限らない。また、「制御室」は、２つの制御室３６、４６が接続通路４７を介して接続される構成に限らず、一体の空間として形成されてもよい。

（ｆ）制御弁５１、５２を駆動するアクチュエータ５３、５４は、ソレノイドの他、ピエゾ素子等が用いられてもよい。また、制御弁５１、５２を閉弁方向に付勢するスプリング５５、５６に代えて、他の付勢手段が用いられてもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１００・・・燃料噴射システム、
１０・・・燃料噴射装置、 １３、１４・・・高圧通路、
２０・・・本体、 ２５・・・第１通路、 ２７・・・第２通路、
３１・・・ニードル、 ３３・・・ノズル室、 ３４・・・噴孔、
３６、４６・・・制御室、
５１・・・第１制御弁、 ５２・・・第２制御弁、
９０・・・駆動制御装置。

Claims (3)

1. 噴孔（３４）から燃料を噴射する燃料噴射装置（１０）、及び、前記燃料噴射装置による時間に対する噴射率の傾きを可変とするように前記燃料噴射装置を駆動する駆動制御装置（９０）を含む燃料噴射システム（１００）であって、
   前記燃料噴射装置は、
   外部から高圧燃料が流入する高圧通路（１３、１４）、前記高圧通路に接続され、前記噴孔から噴射される高圧燃料が供給されるノズル室（３３）、前記高圧通路に接続され、内部の燃料圧力が制御される制御室（３６、４６）、前記制御室から排出された余剰燃料が収容される低圧室（５７）、前記制御室と前記低圧室とを接続する第１通路（２５）、及び、前記第１通路とは異なる経路で前記制御室と前記低圧室とを接続し、前記第１通路の開口流量よりも開口流量が大きい第２通路（２７）、が設けられた本体（２０）と、
   前記制御室の燃料圧力に応じて軸方向に往復変位し、上昇して開弁すると前記噴孔を開き、下降して閉弁すると前記噴孔を閉じるニードル（３１）と、
   前記駆動制御装置からの指令に従い、前記第１通路と前記低圧室とを連通又は遮断する第１制御弁（５１）と、
   前記駆動制御装置からの指令に従い、前記第２通路と前記低圧室とを連通又は遮断する第２制御弁（５２）と、
   を備え、
   前記駆動制御装置は、前記第１制御弁又は前記第２制御弁の一方が開き他方が閉じた状態である１バルブモードと、前記第１制御弁及び前記第２制御弁が共に開いた状態である２バルブモードとを切り替えることで時間に対する噴射率の傾きを変更可能であり、
   燃料噴射を開始するとき、前記駆動制御装置は、指令基準時（ｔ０）に前記第１制御弁及び前記第２制御弁に対し同時に開弁指令し、前記指令基準時から所定のブースト期間（τboost）後に、前記第１制御弁又は前記第２制御弁から選択された一方の制御弁である先閉じ弁に対し閉弁指令し、
   前記ブースト期間は、前記２バルブモードで前記ニードルを開弁させる場合における前記指令基準時から前記ニードルの開弁時（ｔａ）までの遅れ期間であるニードル開弁遅れ期間（τneedle）よりも短く設定されている燃料噴射システム。
2. 前記先閉じ弁は前記第２制御弁である請求項１に記載の燃料噴射システム。
3. 前記駆動制御装置は、前記制御室に供給される高圧燃料の圧力と、前記ブースト期間との関係を規定するマップを保持している請求項１または２に記載の燃料噴射システム。

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