JP5796567B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

内燃機関の燃焼に用いられる燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

この種の燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を開閉する弁体を、制御室の燃料圧力（制御室圧力）を制御することで開閉作動させる構造が一般的である。すなわち、前記制御室圧力は弁体を閉弁側へ付与しており、制御室圧力を低下させれば弁体は開弁作動し、制御室圧力を上昇させれば弁体は閉弁作動する。

この種の燃料噴射弁において、特許文献１〜３には、制御室圧力を迅速に上昇させて閉弁の応答性（噴射停止の応答性）を向上させるべく、以下に説明する固定プレートおよび可動プレートを備える構造が開示されている。固定プレートには、制御室へ燃料を供給する高圧流路、および制御室から燃料を排出する低圧流路が形成されている。

可動プレートは、移動可能な状態で制御室内に配置されている。固定プレート側から燃料により押される力（離座力）が、反対側から燃料（或いは燃料とスプリング）により押される力（着座力）よりも大きければ、可動プレートは固定プレートから遠ざかる向きに移動して高圧流路を開放する。逆に、着座力が離座力よりも大きければ、可動プレートは固定プレートに着座して高圧流路を閉鎖する。

そして、噴射を開始させる場合には、可動プレートが着座した状態で、低圧流路の流出口を開閉する制御弁を開弁作動させる。すると、高圧流路からの燃料供給が遮断された状態で制御室の燃料が低圧流路から排出されるため、制御室圧力が低下して弁体が開弁作動し、噴射を開始する。一方、噴射を停止させる場合には、可動プレートが着座した状態で制御弁を閉弁作動させる。すると、可動プレートは離座して高圧流路は開放され、高圧流路から燃料が供給されるため、制御室圧力が上昇して弁体が閉弁作動し、噴射を停止する。

ここで、可動プレートを備えていない構造の場合には、高圧流路から燃料が常時供給されることになるので、高圧流路のオリフィス径を大きくすると、制御弁を開弁させても制御室圧力が直ぐには低下せず、噴射開始の応答性が悪くなる。一方、高圧流路のオリフィス径を小さくすると、制御弁を閉弁させても制御室圧力が直ぐには上昇せず、噴射停止の応答性が悪くなる。これに対し、特許文献１〜３の如く可動プレートを備える構造の場合には、制御弁の開弁時には可動プレートが高圧流路を閉鎖する。そのため、高圧流路のオリフィス径を大きくしても、噴射開始の応答性悪化を招くことなく噴射停止の応答性を向上できるようになる。

特開２０１１−１６９２４１号公報 特開２０１１−１６９２４２号公報 特開２０１１−１２６７０号公報

さて、１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射するマルチ噴射を実施する場合において、噴射間のインターバルを短縮化する要求が近年では高まってきている。そのためには、制御弁を閉弁させることにより制御室圧力を上昇させて噴射停止させた後、直ぐに制御室圧力を低下させて次の噴射を開始させることが要求される。つまり、噴射停止に伴い上昇した制御室圧力を、開弁圧（弁体が開弁を開始する時の制御室圧力）にまで迅速に低下させることが要求される。

しかしながら、制御弁の開閉に対する制御室圧力の変化には応答遅れがあるため、噴射停止後に制御弁を開弁させてから制御室圧力が開弁圧にまで低下する時間を短縮させるには、前記応答遅れにより限界がある。

また、上記特許文献１〜３の構造では、噴射停止させるべく制御弁を閉弁させた時点では可動プレートが離座しており、この可動プレートが着座位置まで移動するのを待って、次の噴射を開始させるべく制御弁を開弁させる必要がある。そのため、このような可動プレートの移動待ち時間が、インターバル短縮の妨げとなる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、噴射間インターバルの短縮を実現可能にした燃料噴射弁を提供することにある。

開示されたひとつの発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、燃料を噴射する噴孔（３２）を開閉し、制御室（７１）の燃料圧力である制御室圧力（Ｐｃｏｎ）が閉弁側へ付与されるように配置された弁体（５０）と、前記制御室へ燃料を供給する高圧流路（２２）、および前記制御室から燃料を排出する低圧流路（２３）を形成する固定プレート（２０）と、前記固定プレートに離着座して前記高圧流路と前記制御室との連通と遮断を切り替えるとともに、前記低圧流路と前記制御室とを連通する連通路（８１）が形成されている可動プレート（８０）と、前記低圧流路の流出口（２３ｂ）を開閉する制御弁（６３）と、を備える。

さらに、前記制御室圧力を上昇させて前記弁体を閉弁させて噴射停止させるべく、前記制御弁を閉弁制御する噴射停止制御手段（Ｓ４０）と、前記制御室圧力を低下させて前記弁体を開弁させて燃料噴射させるにあたり、前記可動プレートが前記固定プレートから離座している時に前記制御弁の開弁制御を開始するインターバル短縮制御手段（Ｓ６０）と、を備える。

そして、前記低圧流路には、前記制御室からの排出流量を制限するサブアウトオリフィス（２３ａ）が形成されており、前記高圧流路には、前記制御室への供給流量を制限するインオリフィス（２２ａ）が形成されており、前記インターバル短縮制御手段により前記制御弁が開弁を開始すると前記制御室圧力が低下することとなるよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量（Ｑｓｕｂ、Ｑｉｎ）が設定されており、さらに、前記排出流量および前記供給流量が安定した定常状態時における前記制御室圧力を定常圧力と定義し、前記弁体が開弁を開始する時の前記制御室圧力を開弁圧（ＰＯ）と定義した場合において、前記定常圧力と前記開弁圧との乖離が所定範囲内となるよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量が設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、インターバル短縮制御手段による制御弁の開弁制御は、可動プレートが離座している時に開始されるので、噴射停止制御手段による閉弁制御に伴い離座した可動プレートが着座位置まで移動するのを待たずして、制御室の燃料は低圧流路から排出される。但し、この排出と同時に高圧流路から制御室への燃料供給も為されるが、このように排出と供給が同時に為される状況下で、制御室圧力が低下することとなるよう、サブアウトオリフィスおよびインオリフィスの流量が設定されている。

そのため、可動プレートが着座位置まで移動するのを待たずして、制御室圧力を予め低下させることができる。よって、次の噴射開始時期までに、開弁圧（弁体が開弁を開始する時の制御室圧力）に達しない程度に制御室圧力を低下させて、噴射開始直前の制御室圧力を開弁圧に近づけるように準備しておくことができる。そのため、制御室圧力の応答遅れや可動プレートの移動待ち時間に囚われることなく、次の噴射開始を迅速に実施できる。よって、噴射間のインターバル短縮を実現できる。

要するに本発明は、可動プレートの離座時に制御弁を開弁させると制御室圧力が低下することとなるようにサブアウトオリフィスおよびインオリフィスの流量を設定するとともに、可動プレートの着座を待たずして制御弁を開弁することにより、従来の可動プレートの移動待ち時間を制御室圧力の低下時間として利用するものである。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の断面図。 図１の拡大図。 図２の拡大図。 第１実施形態に係る燃料噴射弁の作動を説明するタイムチャート。 第１実施形態において、通常制御時における閉弁作動の説明図。 第１実施形態において、インターバル短縮制御時における閉弁作動の説明図。 第１実施形態において、オリフィス径の設定に用いられる数式の説明図。 第１実施形態に係るインターバル短縮制御手段の効果を示すシミュレーション結果。 インターバル短縮制御手段を備えない構造の燃料噴射弁における、シミュレーション結果。 第１実施形態において、燃料噴射弁の制御手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図。

以下、本発明にかかる燃料噴射弁を、車両に搭載された内燃機関に適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の各実施形態相互において、図中の同一符号を付した部分の構成は、互いに同一もしくは均等であり、その説明を援用する。なお、前記内燃機関には、圧縮時着火式のエンジン（ディーゼルエンジン）を想定している。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１は、電子制御装置（ＥＣＵ２）から出力される駆動電流により作動する。ＥＣＵ２は、エンジン負荷Ｌやエンジン回転速度ＮＥ等に基づき目標噴射量を算出し、燃料噴射弁１へ供給する高圧燃料の圧力に応じて、目標噴射量に相当する噴射期間を算出する。そして、算出した噴射期間に対し、噴射開始遅れ時間および噴射終了遅れ時間を加味して通電期間を算出し、その通電期間に、先述した駆動電流を燃料噴射弁１へ出力する。

燃料噴射弁１は、金属製のホルダ１０、固定プレート２０およびノズルボディ３０を、リテーリングナット４０で組み付けて構成されている。以下、これらの部材１０、２０、３０を纏めてボディと呼ぶ。ノズルボディ３０の内部には、ニードル５０（弁体）が摺動可能な状態で収容されている。ノズルボディ３０の先端には、高圧燃料を噴射する噴孔３２が形成されている。ノズルボディ３０に形成されたシート面３３から、ニードル５０に形成されたシート面５２が離れることにより、噴孔３２が開弁されて燃料が噴射され、シート面３３にニードル５０が着座することにより、噴孔３２が閉弁されて燃料噴射が停止される。

ボディには、外部のコモンレール（蓄圧容器）から供給される高圧燃料を、噴孔３２へ導く高圧通路１１、２１、３１、５１が形成されている。この高圧通路は、ホルダ１０、固定プレート２０、ノズルボディ３０の各々に形成されている。なお、符号５１に示す高圧通路は、ノズルボディ３０とニードル５０との間に形成された通路である。

ホルダ１０の内部には、ソレノイドコイル６１やピエゾ素子等の電気アクチュエータ６０が収容されている。図１に示す電気アクチュエータ６０は、ソレノイドコイル６１、ピストン６２、制御弁６３およびスプリングＳＰ１を有している。先述した駆動電流をソレノイドコイル６１へ流して電磁力を生じさせると、その電磁力によりピストン６２が吸引され、制御弁６３が開弁作動する（図４（ａ）（ｂ）参照）。一方、ソレノイドコイル６１への通電を停止すると、ピストン６２はスプリングＳＰ１の弾性力により押し下げられ、制御弁６３は閉弁作動する。

図２に示す如く、固定プレート２０の下端面には、円筒形状のシリンダ７０が取り付けられている。そして、ニードル５０の上端部は、シリンダ７０の内部にて摺動可能な状態で挿入されている。なお、本実施形態における「上」とは、燃料噴射弁１の長手方向（図１の上下方向）において噴孔３２の反対側（図１の上側）を意味し、「下」とは噴孔３２側（図１の下側）を意味する。

シリンダ７０の内周面、固定プレート２０の下端面およびニードル５０の上端面で囲まれた部屋は制御室７１に相当する。固定プレート２０には、制御室７１へ高圧燃料を供給する高圧流路２２と、制御室７１から燃料を排出する低圧流路２３とが形成されている。低圧流路２３の下流部分には流量を制限するオリフィス（サブアウトオリフィス２３ａ）が形成されており、低圧流路２３の流出口２３ｂは制御弁６３により開閉される。高圧流路２２は高圧通路１１、２１から分岐しており、高圧流路２２の下流部分には流量を制限するオリフィス（インオリフィス２２ａ）が形成されている。

図３に示す如く、制御室７１には、円板形状の可動プレート８０が上下方向に移動可能な状態で配置されている。可動プレート８０の上端面８０ａが固定プレート２０の下端面に当接（着座）すると、高圧流路２２の出口である高圧口２２ｂが閉鎖される。なお、図３は、固定プレート２０の下端面から可動プレート８０が離座して、高圧口２２ｂが開放された状態を示す。

可動プレート８０には、低圧流路２３の入口である低圧口２３ｃと制御室７１とを連通させる連通路８１が形成されている。連通路８１の下流部分には流量を制限するオリフィス（アウトオリフィス８１ａ）が形成されている。これにより、可動プレート８０が固定プレート２０に着座して高圧口２２ｂが閉鎖された状態であっても、制御室７１と低圧流路２３との連通状態は維持される。なお、低圧口２３ｃは、固定プレート２０の下端面の中央部分にて円形に形成されている。高圧口２２ｂは、オリフィス２２ａの下流側に位置し、固定プレート２０の下端面において、低圧口２３ｃを囲う環状に形成されている。

可動プレート８０の外周面とシリンダ７０の内周面との隙間７２は、高圧流路２２内の高圧燃料を制御室７１へ流通させる通路として機能する。したがって、可動プレート８０が下側に移動して高圧口２２ｂが開放されると、高圧流路２２内の高圧燃料が、隙間７２を通じて制御室７１へ流れ込む（図３中の矢印Ｙ参照）。ここで言う制御室７１とは、制御室７１のうち可動プレート８０に対して噴孔側の領域のことである。

なお、図３中の符号Ｐｃは高圧流路２２内の圧力を示し、該圧力は、燃料噴射弁１へ供給する燃料の圧力であり、燃料を蓄圧して複数の燃料噴射弁へ分配するコモンレール内の圧力に相当する。図３中の符号Ｐｃｏｎは制御室７１内の圧力（制御室圧力）であり、厳密には、制御室７１のうち可動プレート８０に対して噴孔側の領域の圧力を示す。図３中の符号Ｐｄｒは低圧流路２３内の圧力を示し、Ｐｃ＞Ｐｃｏｎ＞Ｐｄｒといった大小関係になっている。また、図３中の符号Ｆ１は、着座状態において可動プレート８０の上端面が低圧口２３ｃの低圧Ｐ３を受ける力を示し、符号Ｆ２は高圧口２２ｂの高圧Ｐ１を受ける力を示す。そして、符号Ｆ３は、可動プレート８０の上端面のうち固定プレート２０には着座しない部分の面が制御室圧力Ｐｃｏｎを受ける力を示し、符号Ｆ４は、可動プレート８０の下端面が制御室圧力Ｐｃｏｎを受ける力を示す。

したがって、可動プレート８０が着座した状態において、Ｆ１、Ｆ２およびＦ３の合力がＦ４よりも小さければ、可動プレート８０には上向きの力が作用し、着座状態が維持される。一方、着座状態において（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）＞Ｆ４になった時点で、可動プレート８０は固定プレート２０から離れることとなる。

要するに、ニードル５０が閉弁して可動プレート８０が着座している状態において、制御弁６３を閉弁して制御室圧力Ｐｃｏｎおよび低圧Ｐｄｒを上昇させると、（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）がＦ４よりも大きくなり、可動プレート８０は固定プレート２０から離座する。すると、開放された高圧口２２ｂから隙間７２を通じて、高圧Ｐ１の燃料が制御室７１へ流入し、制御室圧力Ｐｃｏｎが急上昇する。その結果、制御室圧力Ｐｃｏｎによりニードル５０はシート面３３に押し付けられ、ニードル５０の閉弁状態が保持されるようになる。

次に、図４および図５を参照しつつ、燃料噴射弁１がＥＣＵ２からの駆動電流に応じて燃料噴射を行う動作について説明する。なお、図５は、図１〜図３に示す燃料噴射弁１を模式的に表した断面図であり、図中の矢印は燃料の流れを示す。

ＥＣＵ２からの駆動電流をソレノイドコイル６１へ流して、制御弁６３の開弁を開始させるように開弁制御すると（図４のｔ１参照）、低圧流路２３は低圧通路１２（図２参照）と連通状態となり、制御室７１内の燃料は、低圧流路２３および低圧通路１２を通じて燃料噴射弁１の外部へ排出され始める。この燃料の排出は、まず可動プレート８０の上端面８０ａと固定プレート２０の下端面との隙間部分（つまり低圧口２３ｃ）を減圧させる。この減圧によって、可動プレート８０は、上側への変位を開始し、固定プレート２０に着座する（ｔ２参照）。つまり、可動プレート８０が高圧口２２ｂを閉鎖して、高圧流路２２と制御室７１との連通を遮断する（図５（ａ）参照）。

すると、制御室７１内では急速な減圧が生じ、ニードル５０は直ちに制御室７１側に高速で押し上げられて、変位を開始する（ｔ３参照）。尚、ニードル５０の変位している間は、制御室７１の容積が縮小することに伴い、制御室７１内の圧力はほぼ一定で推移する。

その後、ＥＣＵ２からの駆動電流を停止させることにより、制御弁６３の閉弁を開始させるように閉弁制御すると（ｔ４参照）、低圧流路２３からの燃料排出が停止される。この燃料排出の停止は、まず可動プレート８０の上端面８０ａと固定プレート２０の下端面との隙間部分（つまり低圧口２３ｃ）を昇圧させる。すると、Ｆ１が大きくなるため、可動プレート８０を押し下げる力（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）が増大する。その結果、（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）＞Ｆ４となり、着座状態にあった可動プレート８０は固定プレート２０から離座する（ｔ５参照）。つまり、可動プレート８０が高圧口２２ｂを開放して、高圧流路２２と制御室７１とを連通状態にする（図５（ｂ）参照）。すると、制御室圧力Ｐｃｏｎは直ちに上昇し、ニードル５０は高速で押し下げられてシート面３３に着座し、閉弁状態となる（ｔ６参照）。

その後、ニードル５０が着座した以降は、制御室７１の容積が増大しなくなるので、制御室圧力Ｐｃｏｎは上昇する。すると、可動プレート８０を押し上げる力であるＦ４が大きくなるため、離座状態にあった可動プレート８０は移動して固定プレート２０に着座する（ｔ５参照）。なお、図５の例では、可動プレート８０の下端面にスプリングＳＰ２が設けられており、該スプリングＳＰ２は可動プレート８０を着座させる向きに弾性力を付与する。この弾性力により、可動プレート８０は着座する向きに移動することをアシストされる。

上述した図４および図５の作動は、噴射間インターバルが十分に長い場合において、後述する通常制御を実施した場合の作動である。つまり、制御弁６３を閉弁させて噴射を終了させる図５（ｂ）の状態から、制御弁６３を開弁させて噴射を開始させる図５（ａ）の状態に至るまでの待機時間が十分に長い。そのため、その待機時間のうちに、制御室圧力Ｐｃｏｎが上昇して可動プレート８０が図５（ｃ）の如く着座位置まで移動することができる。つまり、可動プレート８０が着座して次の噴射開始の準備が整う。

これに対し、噴射間インターバルの目標時間（目標値）が、予め設定しておいた所定時間よりも短い場合には、以下に説明するインターバル短縮制御を実施する。このインターバル短縮制御では、図６（ａ）（ｂ）に示す如く噴射開始と噴射終了の作動は通常制御と同じであるが、上述した待機時間中に、噴射開始に先立ち制御弁６３を開弁させる（図６（ｃ）参照）。これによると、高圧流路２２から供給される高圧燃料は低圧流路２３へ流れる。この状態において、制御室圧力Ｐｃｏｎが低下することとなるよう、かつ、制御室圧力Ｐｃｏｎが待機時間中に開弁圧ＰＯにまで低下することのないよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａのオリフィス径が設定されている。なお、前記開弁圧ＰＯとは、弁体５０が開弁を開始する時の制御室圧力Ｐｃｏｎのことである。ちなみに、図６（ｃ）の状態では、制御室７１の燃料は、連通路８１および隙間７２を通じて低圧流路２３へ流れ込む。

前記待機時間において、サブアウトオリフィス２３ａを通じて排出される燃料の流量Ｑｓｕｂに対する、インオリフィス２２ａを通じて供給される燃料の流量Ｑｉｎの割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂが過大であると、制御室圧力Ｐｃｏｎは上昇する。一方、前記割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂが過小であると、制御室圧力Ｐｃｏｎは待機時間中に開弁圧ＰＯにまで低下する。

これらの点を鑑みて本実施形態では、サブアウトオリフィス２３ａからの排出流量およびインオリフィス２２ａからの供給流量が安定した定常状態時における制御室圧力Ｐｃｏｎ（定常圧力）が、開弁圧ＰＯと一致するように、前記割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂを設定している。

具体的には、以下の数式１〜７にしたがって前記割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂを演算すればよい。数式１〜７中の各種記号を以下に列挙する。
Ｃｉｎ：インオリフィスの流量係数
Ｓｉｎ：インオリフィスの断面積
Ｑｉｎ：インオリフィスの流量
Ｃｓｕｂ：サブアウトオリフィスの流量係数
Ｓｓｕｂ：サブアウトオリフィスの断面積
Ｑｓｕｂ：サブオリフィスの流量
Ｐｃｏｎ：制御弁６３が開弁して可動プレート８０が離座している時の制御室圧力
Ｐｃ：コモンレール内の圧力（レール圧）
ｋｐｏ：開弁圧力係数（＝ＰＯ／Ｐｃ)
Ｄｐ：ピストン径（弁体５０の直径）
Ｄｓ：シート径
Ｆｋ：スプリングＳＰ２のばね荷重（図７参照）
Ｆｐｃ：閉弁時の弁体５０が、シート面５２回りで受けるレール圧Ｐｃにより、開弁方向に付勢される力（図７参照）
Ｆｃｏｎ：制御室圧力Ｐｃｏｎにより弁体５０が閉弁方向に付勢される力（図７参照）
なお、上記ＱｉｎおよびＱｓｕｂに係る流量は、先述した定常状態時での流量のことである。具体的には、所定圧力（例えば１０ＭＰａ）で燃料をオリフィス２２ａ、２３ａに供給するといった検査を実施した場合に計測される、検査流量を用いる。

数式１は、定常状態における制御室７１への流入量と流出量が一致することに基づく連続の式を表している。つまり、数式１の左辺が流入量、右辺が流出量である。

この数式１をＰｃｏｎで整理すると、数式２になる。

制御室圧力Ｐｃｏｎが開弁圧ＰＯになるためには、数式２のＰｃｏｎをＰＯにすればよいので、ｋｐｏ（＝ＰＯ／Ｐｃ）を用いて数式２を整理すると、数式３になる。

Ｃｉｎ・ＳｉｎをＱｉｎで表し、Ｃｓｕｂ・ＳｓｕｂをＱｓｕｂで表して数式３を整理すると、数式４になる。

以上により、前記割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂを、開弁圧ＰＯとレール圧ＰＯの比であるｋｐｏで表すことができる。次に、ｋｐｏの値を数式５〜７で算出する。数式５は、開弁直前の弁体５０に付与される力の開弁力（数式５の左辺）と、閉弁力（数式５の右辺）が釣り合っていることを表す。

Ｆｐｃは、ピストン径Ｄｐの面積からシート径Ｄｓの面積を差し引いた部分の面積と、レール圧Ｐｃとの積で表される。Ｆｃｏｎは、ピストン径Ｄｐの面積と、開弁圧ＰＯ（＝Ｐｃ）との積で表される。したがって、数式５は数式６で表される。

この数式６をｋｐｏで整理すると、数式７になる。

この数式７によれば、例えば、ピストン径Ｄｐ＝３．４ｍｍ、シート径Ｄｓ＝１．７ｍｍ、セット荷重Ｆｋ＝３０Ｎ、レール圧Ｐｃ＝２５０ＭＰａ、といった仕様、条件の場合には、ｋｐｏ＝０．７３７となる。

また、Ｑｓｕｂはアクチュエータ６０の能力により決定される。すなわち、アクチュエータ６０による制御弁６３の閉弁力が大きいほど、Ｑｓｕｂを多く設定できる。つまり、アクチュエータ６０の閉弁力の範囲内で、Ｑｓｕｂはできるだけ多くなるようにサブアウトオリフィス２３ａのオリフィス径は設定される。

以上により、数式７からｋｐｏが特定され、アクチュエータ６０の能力からＱｓｕｂが設定される。よって、これらｋｐｏとＱｓｕｂの値を数式４に代入すれば、Ｑｉｎを特定できる。つまり、定常圧力が開弁圧ＰＯと一致することとなるように、Ｑｉｎを設定できる。そして、このように設定されたＱｉｎ、Ｑｓｕｂとなるように、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａのオリフィス径が設定されている。

図８は、上述した数式４および数式７に基づきＱｉｎ／Ｑｓｕｂを設定した場合において、ソレノイドコイル６１へ噴射指令信号を２回連続して出力した場合の数値解析結果を示す。一方、図９は、前記割合Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂを２．５倍にした場合、つまり図８のＱｉｎを２．５倍にした場合において、図８と同様の噴射を実施した場合の数値解析結果を示す。なお、図８、９中の複数の実線は、ソレノイドコイル６１への通電間隔（指令インターバル）を異ならせて数値解析した各々の結果を示す。要するに、図８は、定常圧力＝ＰＯとなるオリフィス径、図９は、定常圧力＞ＰＯとなるオリフィス径の場合の数値解析結果を示す。

図８（ａ）に示すように、噴射指令信号にしたがって制御弁６３は２回連続して開弁している。これに伴い、可動プレート８０は図８（ｂ）に示す如く変位する。すなわち、１回目の開弁を終了して噴射を停止させるに伴い、図４（ｄ）にて説明した通り、可動プレート８０は固定プレート２０から離座する。この状況が、図８（ｂ）の１回目の変位低下に現れている。図８（ｃ）は、制御室圧力Ｐｃｏｎの変化を示す。図示されるように、制御弁の１回目の開弁に伴いＰｃｏｎは低下する。図中の一点鎖線Ａは制御室圧力Ｐｃｏｎが開弁圧ＰＯにまで低下した状態を表しており、この時点で噴射率は上昇を開始する（図８（ｄ）参照）。

その後、制御弁６３の１回目の閉弁に伴い、可動プレート８０は固定プレート２０から離座して下降を開始し（図８（ｂ）参照）、噴射率はゼロになり噴射停止する。その後、インターバル短縮制御により、通常制御時に比べて制御弁６３を早めに開弁しており、該開弁に伴い可動プレート８０は上昇する。この時、可動プレート８０が離座した状況下で、制御室圧力Ｐｃｏｎは増圧することなく、開弁圧ＰＯ近傍で変動する（一点鎖線Ｂ参照）。その後、可動プレート８０が着座して弁体５０が開弁を開始し、噴射率が上昇を開始する（一点鎖線Ｃ参照）。

このように、数式４および数式７に基づきＱｉｎ／Ｑｓｕｂを設定した場合には、一点鎖線Ｂに示すように２回目の開弁直前における制御室圧力Ｐｃｏｎの増圧が抑制され、その結果、一点鎖線Ｃに示すように噴射指令信号によるインターバル指令値に追従して２回目の開弁時期が変化する、といった解析結果を図８は示す。

一方、Ｑｉｎを２．５倍にした図９の場合には、一点鎖線Ｄに示すように、２回目の開弁直前における制御室圧力Ｐｃｏｎは、制御弁６３が閉弁していることに起因して一時的に増圧し、その後、可動プレート８０が着座して弁体５０が開弁を開始し、噴射率が上昇を開始する（一点鎖線Ｅ参照）。指令したインターバルが短くなると、２回目の開弁時期が噴射指令信号に追従して変化しなくなる、といった解析結果を図９の一点鎖線Ｅは表している。

図１０は、ＥＣＵ２が備えるマイクロコンピュータ（マイコン）が、ソレノイドコイル６１の通電を指令する噴射指令信号を算出して、燃料噴射弁１からの燃料噴射状態を通電制御する手順を示すフローチャートである。該通電制御は、イグニッションスイッチがオンになっている時に、マイコンにより繰り返し実行される。

先ず、図１０のステップＳ１０において、エンジン負荷Ｌ、エンジン回転速度、レール圧Ｐｃ等、現時点でのエンジン運転状態を示す物理量を取得する。なお、エンジン負荷Ｌの値には、アクセルペダルの踏込量や吸気量等が用いられる。続くステップＳ２０では、ステップＳ１０で取得したＬ、ＮＥに基づき、噴射状態の目標値を算出する。具体的には、１燃焼サイクル中に同一気筒で噴射される回数（分割数）、噴射量、噴射開始時期の目標値をＬ、ＮＥに基づき算出する。

続くステップＳ３０（通常制御手段）では、ステップＳ２０で算出した目標噴射開始時期（目標値）に基づき、ソレノイドコイル６１への通電開始時期を算出する。すなわち、通電を開始してから実際に噴射を開始するまでには噴射遅れ時間が存在するので、噴射遅れ時間の分だけ目標噴射開始時期よりも早い時期を、通電開始時期として算出する。

続くステップＳ４０（噴射停止制御手段）では、ステップＳ２０で算出した目標噴射開始時期および目標噴射量（目標値）に基づき、ソレノイドコイル６１への通電開始時期を算出する。すなわち、目標噴射量に応じた通電時間を目標噴射開始時期に加算し、かつ、通電を停止してから実際に噴射が停止するまでの遅れ時間の分だけ早い時期を、通電終了時期として算出する。

続くステップＳ５０では、ステップＳ２０で算出した目標値に係るインターバルが所定の閾値ＴＨ未満であるか否かを判定する。なお、前回の噴射に係る目標噴射終了時期から、今回の噴射に係る目標噴射開始時期までの時間を、前記インターバルとして算出すればよい。算出したインターバルが閾値ＴＨ未満であれば（Ｓ５０：ＹＥＳ）、続くステップＳ６０（インターバル短縮制御手段）において、ステップＳ３０にて噴射遅れ時間を加味して算出した通電開始時期を、所定時間だけ早めるように補正する。前記所定時間は、弁体５０が閉弁作動をしている最中に制御弁６３の開弁制御を開始することとなるような値に設定されている。

続くステップＳ７０では、ステップＳ６０で補正した通電開始時期でソレノイドコイル６１への通電を開始し、ステップＳ４０で算出した通電終了時期に通電を終了させるよう、ソレノイドコイル６１への通電を制御する。

一方、インターバルが閾値ＴＨ以上であれば（Ｓ５０：ＮＯ）、ステップＳ６０での補正を実施することなくステップＳ７０に進み、ステップＳ６０で補正した通電開始時期でソレノイドコイル６１への通電を開始し、ステップＳ４０で算出した通電終了時期に通電を終了させるよう、ソレノイドコイル６１への通電を制御する。

要するに、図１０の制御では、インターバルが閾値ＴＨ以上であれば（Ｓ５０：ＮＯ）、目標噴射開始時期に応じた通電開始時期に通電を開始する、といった通常制御を実施する。この場合には、インターバルが十分に長いので、可動プレート８０が着座した後に、通電開始による制御弁６３の開弁が為されて噴射が開始することとなる。

一方、インターバルが閾値ＴＨ未満であれば（Ｓ５０：ＹＥＳ）、目標噴射開始時期に応じた通電開始時期よりも早めに通電を開始する、といったインターバル短縮制御を実施する。この場合には、インターバルが短いので、可動プレート８０が着座する間もなく、通電開始による制御弁６３の開弁が為されて噴射が開始することとなる。

以上により、本実施形態によれば、インターバル短縮制御により早めに通電を開始し、かつ、先述したオリフィス径の設定により制御室圧力Ｐｃｏｎを噴射開始前に低下させるので、実噴射開始時期を目標噴射開始時期に応じた時期に制御することが可能なインターバルの限界値を短縮できる。

さらに、以下に列挙する特徴を備えた本実施形態によれば、各々の特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
インターバル短縮制御手段（Ｓ６０）により制御弁６３が開弁を開始してから所定時間が経過するまでは、制御室圧力Ｐｃｏｎが開弁圧ＰＯにまで低下することのないよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａが設定されていることを特徴とする。

ここで、Ｑｉｎを過剰に小さく設定すると、先述した待機時間に制御弁６３を開弁して制御室圧力Ｐｃｏｎを減圧させるにあたり、過剰に減圧して開弁圧ＰＯに達することが懸念される。この場合、待機時間であるにも拘わらず噴射が開始されてしまう。つまり、目標噴射開始時期よりも早い時期に噴射を開始する。

この点を鑑みた上記特徴によれば、制御室圧力Ｐｃｏｎが開弁圧ＰＯにまで低下することのないよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａが設定されているので、上記懸念を解消できる。

＜特徴２＞
サブアウトオリフィス２３ａからの排出流量およびインオリフィス２２ａからの供給流量が安定した定常状態時における制御室圧力Ｐｃｏｎ（定常圧力）が、開弁圧ＰＯと一致するよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａが設定されている。これによれば、すなわち待機時間中にＰｃｏｎ＝ＰＯになり噴射が開始されるといった上記懸念に対し、該懸念の回避確実性を向上でき、かつ、待機時間中の制御室圧力Ｐｃｏｎの減圧量を大きくしてインターバル限界値の短縮を促進できる。

＜特徴３＞
インターバル短縮制御手段（Ｓ６０）は、弁体５０が閉弁作動をしている最中に、制御弁６３の開弁制御を開始することを特徴とする。これによれば、待機時間中に制御弁６３を開弁させる時間が長くなるので、待機時間中に制御室圧力Ｐｃｏｎを減圧させる時間を長くできる。よって、噴射直前における制御室圧力Ｐｃｏｎを十分に減圧させておくことができ、インターバル限界値の短縮をより一層促進できる。

＜特徴４＞
制御室圧力Ｐｃｏｎを低下させて弁体５０を開弁させて燃料噴射させるべく、可動プレート８０が固定プレート２０に着座している時に制御弁６３の開弁制御を開始する通常制御手段（Ｓ３０）を備え、噴射間インターバルの目標値に応じて、通常制御手段（Ｓ３０）による開弁制御とインターバル短縮制御手段（Ｓ６０）による開弁制御とを切り替えることを特徴とする。

ここで、インターバルが十分に長い場合には、インターバル短縮制御を実施しなくても、噴射を開始させるべく制御弁６３の開弁を開始させる時点で可動プレート８０は着座している。この点を鑑みた上記特徴によれば、インターバルが十分に長い場合には通常制御、インターバルが短い場合にはインターバル短縮制御に切り替えることができるので、必要な時のみインターバル短縮制御を実施するようにできる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図２に示すように、低圧流路２３の最下流位置にサブアウトオリフィス２３ａが形成されている。つまり、サブアウトオリフィス２３ａを制御弁６３が開閉する構造である。これに対し本実施形態では、図１１に示すように、低圧流路２３の流出口２３ｂの流路断面積がサブアウトオリフィス２３ａの流路断面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。つまり、サブアウトオリフィス２３ａよりも下流側に位置する流出口２３ｂを制御弁６３が開閉する構造である。

ここで、図２の構造の場合には、開弁状態にある制御弁６３とサブアウトオリフィス２３ａとの距離が異なれば、サブアウトオリフィス２３ａで絞られる流量（排出流量）は異なってくる。そのため、サブアウトオリフィス２３ａの検査流量を計測するにあたり、固定プレート２０単体では計測することができず、サブアウトオリフィス２３ａに対向する位置に制御弁６３が存在していなければ、サブアウトオリフィス２３ａの検査流量を計測できない。

この点を鑑みた本実施形態では、流出口２３ｂの流路断面積を十分に大きく設定できるので、開弁状態にある制御弁６３と流出口２３ｂとの距離に拘わらず、サブアウトオリフィス２３ａの検査流量は同じ値になる。よって、固定プレート２０単体でサブアウトオリフィス２３ａの検査流量を計測できるようになり、数式４および数式７に基づくＱｉｎ／Ｑｓｕｂとなっているかを計測して検査する作業の作業性を向上できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、定常状態時における制御室圧力Ｐｃｏｎ（定常圧力）が、開弁圧ＰＯと一致するよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａが設定されている。これに対し、本実施形態では、前記定常圧力と開弁圧ＰＯとの乖離が所定範囲内となるよう、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａが設定されていることを特徴とする。

具体的には、Ｑｉｎ／Ｑｓｕｂの値が、数式４および数式７に基づき算出した値に対してプラス・マイナス３０％の範囲内となるように、両オリフィス２３ａ、２２ａが設定されている。

また、アウトオリフィス８１ａの流量Ｑｏｕｔがサブアウトオリフィス２３ａの流量Ｑｓｕｂよりも少なくなるように、両オリフィス８１ａ、２３ａは設定されているが、より望ましくは、ＱｏｕｔがＱｓｕｂの３分の２以下となるように、サブアウトオリフィス２３ａおよびアウトオリフィス８１ａを設定することが望ましい。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

上記第１実施形態では、インターバル短縮制御を実施するにあたり、弁体５０が閉弁作動をしている最中に制御弁６３の開弁制御を開始することとなるように制御弁６３の開弁時期を所定時間だけ早めている。これに対し、弁体５０が閉弁した後に制御弁６３の開弁制御を開始することとなるように前記所定時間を設定してもよい。

図５に例示する構造では、可動プレート８０の下端面にスプリングＳＰ２を備えているが、本発明は、図２および図３に示すようにスプリングＳＰ２を備えていなくても実施できる。

上記第１実施形態では、図１０のステップＳ６０において通電開始時期を所定時間だけ早める補正を実施するにあたり、前記所定時間を固定した値に設定している。これに対し、前記所定時間を可変設定してもよい。例えば、レール圧Ｐｃに応じて所定時間を変更してもよい。

上記第１実施形態では、数式４および数式７を満たすように、サブアウトオリフィス２３ａおよびインオリフィス２２ａのオリフィス径を設定して各流量Ｑｓｕｂ、Ｑｉｎを設定している。これに対し、数式４および数式７を満たすように、これらオリフィス２３ａ、２２ａのオリフィス長さを設定して各流量Ｑｓｕｂ、Ｑｉｎを設定するようにしてもよい。

２０…固定プレート、２２…高圧流路、２２ａ…インオリフィス、２３…低圧流路、２３ａ…サブアウトオリフィス、２３ｂ…流出口、３２…噴孔、５０…弁体、６３…制御弁、７１…制御室、８０…可動プレート、８１…連通路、ＰＯ…開弁圧、Ｐｃｏｎ…制御室圧力、Ｑｉｎ…インオリフィスの流量、Ｑｓｕｂ…サブアウトオリフィスの流量、Ｓ３０…通常制御手段、Ｓ４０…噴射停止制御手段、Ｓ６０…インターバル短縮制御手段。

Claims (6)

1. 燃料を噴射する噴孔（３２）を開閉し、制御室（７１）の燃料圧力である制御室圧力（Ｐｃｏｎ）が閉弁側へ付与されるように配置された弁体（５０）と、
   前記制御室へ燃料を供給する高圧流路（２２）、および前記制御室から燃料を排出する低圧流路（２３）を形成する固定プレート（２０）と、
   前記固定プレートに離着座して前記高圧流路と前記制御室との連通と遮断を切り替えるとともに、前記低圧流路と前記制御室とを連通する連通路（８１）が形成されている可動プレート（８０）と、
   前記低圧流路の流出口（２３ｂ）を開閉する制御弁（６３）と、
   前記制御室圧力を上昇させて前記弁体を閉弁させて噴射停止させるべく、前記制御弁を閉弁制御する噴射停止制御手段（Ｓ４０）と、
   前記制御室圧力を低下させて前記弁体を開弁させて燃料噴射させるにあたり、前記可動プレートが前記固定プレートから離座している時に前記制御弁の開弁制御を開始するインターバル短縮制御手段（Ｓ６０）と、
   を備え、
   前記低圧流路には、前記制御室からの排出流量を制限するサブアウトオリフィス（２３ａ）が形成されており、前記高圧流路には、前記制御室への供給流量を制限するインオリフィス（２２ａ）が形成されており、
   前記インターバル短縮制御手段により前記制御弁が開弁を開始すると前記制御室圧力が低下することとなるよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量（Ｑｓｕｂ、Ｑｉｎ）が設定されており、
   さらに、前記排出流量および前記供給流量が安定した定常状態時における前記制御室圧力を定常圧力と定義し、前記弁体が開弁を開始する時の前記制御室圧力を開弁圧（ＰＯ）と定義した場合において、
   前記定常圧力と前記開弁圧との乖離が所定範囲内となるよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量が設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記インターバル短縮制御手段により前記制御弁が開弁を開始してから所定時間が経過するまでは、前記制御室圧力が前記開弁圧にまで低下することのないよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記定常圧力が前記開弁圧と一致するよう、前記サブアウトオリフィスおよび前記インオリフィスの流量が設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記インターバル短縮制御手段は、前記弁体が閉弁作動をしている最中に、前記制御弁の開弁制御を開始することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
5. 前記低圧流路は、該低圧流路の流出口（２３ｂ）の流路断面積が前記サブアウトオリフィスの流路断面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記制御室圧力を低下させて前記弁体を開弁させて燃料噴射させるべく、前記可動プレートが前記固定プレートに着座している時に前記制御弁の開弁制御を開始する通常制御手段（Ｓ３０）を備え、
   噴射間インターバルの目標値に応じて、前記通常制御手段による開弁制御と前記インターバル短縮制御手段による開弁制御とを切り替えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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