JP6481597B2 - 燃料噴射制御装置、燃料噴射システム及び燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に対して設けられた燃料噴射制御装置、燃料噴射システム及び燃料噴射弁に関する。

コモンレール等の蓄圧容器と燃料噴射弁とが接続通路により接続され、蓄圧容器から接続通路を通じて燃料噴射弁に供給された燃料が燃料噴射弁の噴射孔から噴射される、という蓄圧式燃料噴射装置が燃料噴射システムとして知られている。この蓄圧式燃料噴射装置においては、燃料噴射弁からの燃料の噴射に伴って、噴射孔から蓄圧容器に向かって伝搬する燃料圧力の反射波により圧力脈動が発生しやすくなっている。

これに対して、例えば特許文献１では、蓄圧容器と接続通路との接続部分に、燃料の流量を調整するオリフィスが設けられている。この構成では、接続通路の長さ寸法に依存する燃料圧力の脈動に応じて、オリフィスでの燃料の流量が調整されることで、燃料圧力の脈動が抑制される。燃料圧力の脈動が小さい場合、多段噴射等により燃料噴射が複数回行われても、これら燃料噴射が行われる各タイミングでの燃料圧力がほぼ一定に保たれるため、目標噴射量に対する実噴射量のばらつきが小さくなる。すなわち、噴射量の制御精度が高められる。

特開平９−１７０５１４号公報

しかしながら、内燃機関に設けられた複数の燃料噴射弁については、蓄圧容器との位置関係が気筒ごとに異なることに起因して、接続通路の長さ寸法が気筒ごとに異なることがある。この場合、接続通路にて生じる燃料圧力の脈動が気筒ごとに異なりやすくなるため、オリフィスでの燃料の流量を気筒ごとに個別に調整する必要が生じる。この結果、オリフィスでの流量調整を行う上での処理負担が増加することや、燃料噴射弁からの燃料噴射量の制御精度が気筒ごとにばらつくことが懸念される。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関の各気筒について燃料噴射量の制御精度がばらつくことを抑制できる燃料噴射制御装置及び燃料噴射システムを提供することにある。

以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。なお、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述の課題を解決するために開示された第１の発明は、
内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射孔（２１）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、
加圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する供給通路（７１）と、
を備え、
燃料噴射弁は、
噴射孔に加えて、
供給通路に接続され、供給通路からの燃料を噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により噴射通路に接続され、供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
背圧室での燃料の圧力に応じて噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
噴射通路において噴射孔から離間した位置に設けられ、噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いが変更可能になっている絞り部（７２）と、
を有している燃料噴射システムに適用された燃料噴射制御装置（１１）であって、
燃料噴射弁からの燃料の噴射態様を取得する噴射取得部（Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ２０２，Ｓ２０３）と、
噴射取得部の取得結果に基づいて、噴射通路において噴射通路からの分岐通路の分岐部分と噴射孔との間に設けられた絞り部の絞り度合いを調整する絞り調整部（Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ２０５，Ｓ２０９，Ｓ２１０）と、
を備えている。

第１の発明によれば、絞り部が燃料噴射弁の噴射通路に設けられているため、内燃機関の各気筒において噴射孔と絞り部との離間距離を同じにすることが容易になる。この場合、噴射孔と絞り部との間にて生じる燃料圧力の脈動が各気筒において異なりにくいため、絞り部の絞り度合いを気筒ごとに個別に調整しなくても、燃料噴射弁からの燃料噴射量の制御精度が気筒ごとに大きく異なるということを回避できる。すなわち、内燃機関の各気筒について燃料噴射量の制御精度がばらつくことを抑制できる。

ここで、絞り部の絞り度合いが大きいほど、燃料噴射に伴って噴射通路を噴射孔から供給通路に向けて進む反射波が絞り部にて減衰しやすいことに起因して、燃料噴射量の制御精度が向上する一方で、単位時間当たりの燃料噴射量が大きくなりにくい。これに対して、本発明によれば、燃料噴射弁からの燃料の噴射態様に基づいて絞り部の絞り度合いが調整されるため、都度の状況に合わせて燃料の噴射制御を行うことができる。例えば内燃機関が高負荷状態にある場合など、燃料噴射量を極力大きくしたい場合には、絞り部の絞り度合いを小さくすることで、燃料噴射量の制御精度を高めることよりも多量の燃料を噴射することを優先できる。また、例えば内燃機関がアイドリング状態にある場合など、燃料噴射量が比較的小さい場合には、絞り部の絞り度合いを大きくすることで、多量の燃料を噴射することよりも燃料噴射量の制御精度を高めることを優先できる。この場合、内燃機関の運転音や振動を高精度で管理することができる。

上述の課題を解決するために開示された第２の発明は、
内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射システムであって、
燃料を噴射孔（２１）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、
加圧された状態の燃料を燃料噴射弁に供給する供給通路（７１）と、
を備え、
燃料噴射弁は、
噴射孔に加えて、
供給通路に接続され、供給通路からの燃料を噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により噴射通路に接続され、供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
背圧室での燃料の圧力に応じて噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
噴射通路において噴射孔から上流側に離間し且つ噴射通路からの分岐通路の分岐部分と噴射孔との間に設けられ、噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いを変更する絞り部（７２）と、
を有している。

第２の発明によれば、絞り部が燃料噴射弁の噴射通路に設けられているため、内燃機関の各気筒において噴射孔と絞り部との離間距離を同じにすることが容易になる。この場合、噴射孔と絞り部との間にて生じる燃料圧力の脈動が各気筒において異なりにくいため、絞り部の絞り度合いを気筒ごとに個別に調整しなくても、燃料噴射弁からの燃料噴射量の制御精度が気筒ごとに大きく異なるということを回避できる。すなわち、内燃機関の各気筒について燃料噴射量の制御精度がばらつくことを抑制できる。

上述の課題を解決するために開示された第３の発明は、
内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射する噴射孔（２１）と、
加圧された状態の燃料を供給する供給通路（７１）に接続され、供給通路からの燃料を噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により噴射通路に接続され、供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
背圧室での燃料の圧力に応じて噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
噴射通路において噴射孔から上流側に離間し且つ噴射通路からの分岐通路の分岐部分と噴射孔との間に設けられ、噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いを変更する絞り部（７２）と、
を備えている。

第３の発明によれば、上記第２の発明と同様の効果を奏することができる。

第１実施形態における燃料噴射システムの構成を示す図。 燃料溜り部の燃料圧力の変化と高圧オリフィスの絞り度合いとの関係を示す図。 高圧オリフィスの絞り度合いと燃料噴射量と噴射安定性との関係を示す図。 噴射制御処理の手順を示すフローチャート。 高圧オリフィスの絞り度合いと目標トルクと目標噴射量との関係を示す図。 噴射信号を示す図。 高圧オリフィスの絞り度合いと燃料圧力の変化との関係を示す図。 第２実施形態における噴射制御処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１０は内燃機関の燃焼に供する燃料を噴射するものであり、電子制御ユニットとしてのＥＣＵ１１により制御されて、蓄圧容器１２から供給される高圧燃料を噴射する。図１の例では、多気筒の内燃機関を想定しており、各気筒に設けられた燃料噴射弁１０に、蓄圧容器１２から高圧燃料が分配されている。なお、ＥＣＵ１１が制御装置に相当する。また、内燃機関は、例えば、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンである。

本実施形態では、燃料噴射弁１０、ＥＣＵ１１、蓄圧容器１２及び燃料ポンプ１３を含んで燃料噴射システム１００が構築されている。燃料ポンプ１３は、燃料タンクに貯留された燃料を加圧した状態で蓄圧容器１２に供給する。この場合、燃料噴射システム１００を蓄圧式燃料噴射装置と称することができる。また、ＥＣＵ１１が燃料噴射制御装置に相当する。

燃料噴射弁１０は、以下に説明するボデー２０、ニードル３０、ピストン４０、制御弁５０、電磁コイル６０等を備えて構成されている。ボデー２０には、燃料を噴射する噴射孔としての噴孔２１と、蓄圧容器１２から供給されてくる高圧燃料を噴孔２１へ導く高圧通路２２と、ボデー２０の内部でリークする燃料を図示しない燃料タンクに排出する低圧通路２３とが形成されている。なお、高圧通路２２が噴射通路に相当する。

ニードル３０は、高圧通路２２内に摺動可能な状態で配置されている。そして、ニードル３０がリフトダウンしてボデー２０のシート面２２ａに着座すると、高圧通路２２が閉弁され、噴孔２１からの燃料噴射が停止される。一方、ニードル３０がリフトアップしてシート面２２ａから離座すると、高圧通路２２が開弁されて噴孔２１から燃料が噴射される。ニードル３０には、スプリング３１の弾性力およびピストン４０の作動力が、閉弁力として閉弁方向に付与されており、また、高圧通路２２の燃料溜り部２２ｂの燃料圧力が、開弁力として開弁方向に付与されている。なお、図１においては、閉弁方向が下向きになっており、開弁方向が上向きになっている。

高圧通路２２は、燃料溜り部２２ｂの下流側に設けられたサック室２２ｃを有している。サック室２２ｃは、シート面２２ａに沿って延びており、噴孔２１に連通している。ニードル３０により高圧通路２２が閉弁された場合、このニードル３０が燃料溜り部２２ｂとサック室２２ｃとを仕切った状態になる。

ピストン４０は、ボデー２０内部に摺動可能な状態で配置されている。ピストン４０には、ボデー２０内部に形成された背圧室２４の燃料圧力である背圧が、ニードル３０を閉弁させる向きに付与されており、この背圧力が先述したピストン４０の作動力となる。なお、背圧室２４には、流入オリフィス２４ａを通じて高圧通路２２内の高圧燃料が流入する。また、背圧室２４内の高圧燃料は、流出オリフィス２４ｂを通じて低圧通路２３へ流出する。

制御弁５０は、流出オリフィス２４ｂを開閉する弁体であり、ＥＣＵ１１が電磁コイル６０に通電させて電磁力を生じさせると、その電磁力により制御弁５０は吸引され、スプリング５１の弾性力に抗して制御弁５０は流出オリフィス２４ｂを開弁する。一方、ＥＣＵ１１が電磁コイル６０への通電をオフさせると、スプリング５１の弾性力により制御弁５０は流出オリフィス２４ｂを閉弁する。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。

ＥＣＵ１１が電磁コイル６０を通電オンさせると、制御弁５０が開弁作動して流出オリフィス２４ｂから背圧室２４の燃料が流出する。すると、背圧が徐々に低下していき、ピストン作動力が低下していく。そして、ニードル３０の閉弁力が開弁力よりも小さくなった時点で、ニードル３０はリフトアップを開始し、噴孔２１からの燃料噴射が開始される。

一方、ＥＣＵ１１が電磁コイル６０を通電オフさせると、制御弁５０が閉弁作動して流出オリフィス２４ｂからの流出が停止する。すると、背圧が徐々に上昇していき、ピストン作動力が増大していく。そして、ニードル３０の閉弁力が開弁力よりも大きくなった時点で、ニードル３０はリフトダウンを開始し、噴孔２１からの燃料噴射が停止される。

蓄圧容器１２内の燃料圧力であるレール圧は、燃料噴射弁１０へ供給される燃料の圧力であり、噴孔２１からの燃料噴射に伴い低下する。そして、噴孔２１からの燃料噴射量が多いほどレール圧の低下量も多くなる。

蓄圧容器１２は、金属製の管状部材により形成されたコモンレールであり、燃料噴射弁１０に対して燃料を供給する供給部を複数有している。複数の燃料噴射弁１０は、供給通路７１を介して蓄圧容器１２の供給部に個別に接続されている。供給通路７１は、燃料噴射弁１０の高圧通路２２に接続されており、蓄圧容器１２に蓄圧された燃料が供給通路７１を通じて高圧通路２２に供給される。供給通路７１は、配管部材等により形成されており、高圧通路２２を介して噴孔２１に接続されている。

蓄圧容器１２には、レール圧を検出するレール圧センサ１４が設けられている。レール圧センサ１４は、噴孔２１からの燃料噴射に伴うレール圧の変動を検出可能になっており、検出信号をＥＣＵ１１に対して出力する。

燃料噴射弁１０は、高圧通路２２を流れる燃料の流量を調整する高圧オリフィス７２を有している。高圧オリフィス７２は、高圧通路２２の外周面を囲んだ状態でボデー２０に取り付けられており、高圧通路２２において噴孔２１から上流側に離間した中間位置に配置されている。この場合、高圧オリフィス７２は、サック室２２ｃからも上流側に離間し、供給通路７１から下流側に離間している。

高圧通路２２での噴孔２１と高圧オリフィス７２との離間距離Ｌは、各燃料噴射弁１０において同じになっている。離間距離Ｌは、噴孔２１及び高圧オリフィス７２の各中心線の離間距離になっている。高圧オリフィス７２においては、膨出部の中心線を高圧オリフィス７２の中心線とする。なお、これら燃料噴射弁１０においては、噴孔２１と燃料溜り部２２ｂとの離間距離が同じになっており、高圧オリフィス７２と燃料溜り部２２ｂの下流端部との離間距離が同じになっている。

高圧オリフィス７２は、高圧通路２２の断面積である通路面積を変更可能になっている。高圧オリフィス７２は、高圧通路２２の内側に向けて膨出した膨出部を有しており、この膨出部の膨出寸法を変更することで通路面積を変更する。高圧オリフィス７２においては、通路面積が小さいほど燃料の流量が小さくなり、燃料が流れにくくなる。この場合、高圧オリフィス７２が高圧通路２２の流量を絞る絞り部に相当し、通路面積を小さくことが絞り度合いを大きくすることになる。また、絞り度合いを流量係数と称することもでき、絞り度合いが大きいほど流量係数は小さくなる。

高圧オリフィス７２は、所定の絞り度合いを有する小絞り状態と、小絞り状態に比べて絞り度合いが大きい大絞り状態とに移行可能になっている。高圧オリフィス７２が大絞り状態にある場合、小絞り状態にある場合に比べて、燃料が流れにくく、高圧通路２２での燃料の流量が小さくなる。高圧オリフィス７２での燃料の流量を流量係数で示すと、高圧オリフィス７２が大絞り状態にある場合は、小絞り状態にある場合に比べて流量係数が小さくなっている。また、高圧オリフィス７２の断面が円形状になっている構成では、高圧オリフィス７２の内径が小さいほど絞り度合いが大きくなる。なお、小絞り状態が第１状態に相当し、大絞り状態が第２状態に相当する。

ここで、噴孔２１から燃料が噴射された場合、高圧通路２２内の燃料が噴射分だけ減る。この場合、燃料噴射に伴って減った分の燃料が蓄圧容器１２から供給通路７１及び高圧通路２２に流れ込む際、これら通路２２，７１が細長形状になっていることに起因して、高圧通路２２、供給通路７１及び蓄圧容器１２において燃料圧力の変動が生じる。

例えば、図２に示すように、燃料を噴射させるための噴射信号がタイミングｔ１にて電
磁コイル６０に入力された後、高圧通路２２が開弁されることで燃料溜り部２２ｂからサ
ック室２２ｃに燃料が流れ込み、燃料溜り部２２ｂの燃料圧力が低下し始める。そして、
高圧通路２２が閉弁され、サック室２２ｃに流れ込んだ分の燃料が上流側から燃料溜り部
２２ｂに補充されることで、燃料溜り部２２ｂでの燃料圧力が上昇し始める。このように
して、燃料溜り部２２ｂにて燃料の圧力波が発生し、この圧力波が高圧通路２２の上流側
に向かって進む反射波になることで、高圧通路２２の燃料圧力に図２に示すような脈動が
生じる。なお、図２の縦軸は燃料溜り部２２ｂの燃料圧力であり、横軸は時間やクランク
角になっている。

これに対して、高圧オリフィス７２の絞り度合いが大きいほど、高圧通路２２を上流側に向けて進む反射波は高圧オリフィス７２にて減衰しやすくなる。反射波が高圧オリフィス７２に到達した場合には自由端反射と固定端反射の両方が生じ、この反射波は、高圧オリフィス７２を通過して蓄圧容器１２側に進む波と、高圧オリフィス７２にて反射して燃料溜り部２２ｂ側に戻る波とに分かれる。このようにして、高圧オリフィス７２の上流側及び下流側の両方において、燃料圧力の脈動が低減される。

高圧オリフィス７２においては、その絞り度合いが大きいほど、燃料圧力の脈動を低減させる効果が大きくなっている。図２では、高圧オリフィス７２の絞り度合いがＡ１〜Ａ３に移行可能な構成において、これらＡ１〜Ａ３のそれぞれについて燃料溜り部２２ｂの燃料圧力の変化を示している。絞り度合いはＡ１が最も小さく、Ａ３が最も大きくなっている。この場合、絞り度合いの最も小さいＡ１の電圧変化が最も大きく、絞り度合いの最も大きいＡ３の電圧変化が最も小さくなっている。

上述したように、高圧オリフィス７２の絞り度合いが大きいほど、高圧オリフィス７２での高圧通路２２の通路面積が小さくなる。このため、図３に示すように、高圧オリフィス７２の絞り度合いが大きいことで圧力脈動の低減効果が大きい場合、燃料が高圧オリフィス７２を流れにくく、単位時間当たりの燃料噴射量が大きくなりにくい。反対に、高圧オリフィス７２の絞り度合いが小さいことで圧力脈動の低減効果が小さい場合、燃料が高圧オリフィス７２を流れやすく、単位時間当たりの燃料噴射量が大きくなりやすい。

また、単位時間当たりの燃料噴射量を大きくするには、蓄圧容器１２や高圧通路２２の燃料圧力を大きくする必要がある。この場合、高圧オリフィス７２の絞り度合いを小さくすることで、燃料噴射量が大きくなりやすくなるが、燃料圧力の脈動も大きくなって噴射安定性が低下しやすい。噴射安定性が低下した場合、目標噴射量と実噴射量との差が大きくなることや、気筒ごとの燃料噴射弁１０において実噴射量にばらつきが生じることが懸念される。一方、単位時間当たりの燃料噴射量を大きくする必要がない場合には、燃料圧力を大きくする必要がなく、燃料圧力の脈動が大きくなりにくい。この場合、高圧オリフィス７２の絞り度合いを小さくすることで、目標噴射量と実噴射量との差が小さくなりやすくなり、実噴射量を高精度で管理することが容易になる。

図１に戻り、ＥＣＵ１１は、マイクロコンピュータとしてのマイコンや入力処理回路、出力処理回路等を有している。マイコンは、中央処理装置としてのＣＰＵやメモリを有している。ＥＣＵ１１は、メモリに記憶された所定のプログラムをＣＰＵが実行することで、電磁コイル６０や高圧オリフィス７２の制御処理を行う。ＥＣＵ１１には、クランク角を検出するクランク角センサ７５が電気的に接続されている。クランク角センサ７５は、内燃機関のシリンダブロックに取り付けられており、クランク軸やクランクシャフトの単位時間当たりの回転数に応じた検出信号を出力する。

ＥＣＵ１１は、１燃焼サイクル中に１つの燃料噴射弁１０から複数回の燃料噴射を行わせる多段噴射を実施可能になっている。多段噴射には、燃料の噴射量が最も大きく設定されたメイン噴射と、メイン噴射より前のタイミングで行われるパイロット噴射とが含まれている。また、メイン噴射やパイロット噴射は、それぞれ分割噴射として複数回行われることもある。

ＥＣＵ１１は、燃料噴射弁１０からの燃料噴射量を管理する噴射制御処理において、高圧オリフィス７２の動作制御を行う。ここでは、噴射制御処理について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。この処理は、内燃機関の運転期間中、所定周期で繰り返し実行される。なお、ＥＣＵ１１は、各ステップを処理する機能を有している。

図４において、ステップＳ１０１では、内燃機関の単位時間当たりの回転数をエンジン回転数として取得する。ここでは、クランク角センサ７５の検出信号に基づいてクランク軸の単位時間当たりの回転数を算出し、この算出結果をエンジン回転数として取得する。エンジン回転数は、内燃機関の回転速度に相当する。

ステップＳ１０２では、目標噴射率を取得する。ここでは、エンジン回転数や、アクセルペダルの踏み込み量、冷却水の温度などに基づいて目標噴射量を取得し、この目標噴射量に基づいて目標噴射率と目標噴射期間を算出する。目標噴射量は、目標噴射率と目標噴射期間との積に応じた量であり、目標噴射率は、目標噴射量及び目標噴射期間に応じて設定されるものである。なお、ステップＳ１０２は、噴射取得部及び率取得部に対応する。

ステップＳ１０３では、エンジン回転数や目標噴射期間に基づいて目標噴射間隔を取得する。噴射間隔は、多段噴射において燃料噴射が終わった後に次の燃料噴射が開始されるまでの間隔であり、噴射信号に基づいて目標噴射期間を算出する。図５に示すように電磁コイル６０を通電させるための噴射信号がパルス信号になっている場合、時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが目標噴射間隔になっている。時間Ｔａは、パイロット噴射とメイン噴射との間の目標噴射間隔であり、時間Ｔｂは、複数回に分割されたメイン噴射同士の間の目標噴射間隔であり、時間Ｔｃは、複数回に分割されたパイロット噴射同士の間の目標噴射間隔である。本ステップＳ１０３では、本処理の直前の噴射と次の噴射との間の目標噴射間隔を取得する。なお、ステップＳ１０３は、噴射取得部及び間隔取得部に対応する。

ステップＳ１０４では、エンジン回転数や目標噴射量、目標噴射間隔、アクセルペダルの操作量などに基づいて、内燃機関がアイドリング状態にあるか否かを判定する。内燃機関がアイドリング状態にない場合、ステップＳ１０５にて、内燃機関が高負荷状態にあるか否かを判定する。ここでは、目標噴射量があらかじめ定められた噴射判定値より大きいか否かの判定、目標トルクがあらかじめ定められたトルク判定値より大きいか否かの判定を行う。そして、目標噴射量が噴射判定値より大きい場合や、目標トルクがトルク判定値より大きい場合に内燃機関が高負荷状態にあるとする。なお、目標噴射量が大きいほど目標トルクが大きいことになる。

ステップＳ１０６では、内燃機関が高回転状態にあるか否かを判定する。ここでは、エンジン回転数があらかじめ定められた回転判定値より大きいか否かを判定し、エンジン回転数が回転判定値より大きい場合に、内燃機関が高回転状態にあるとする。

内燃機関の運転状態が高負荷状態又は高回転状態に該当する場合、ステップＳ１０７にて、高圧オリフィス７２を小絞り状態に移行させ、いずれにも該当しない場合、ステップＳ１０８にて、高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行させる。いずれの場合も、各燃料噴射弁１０の全てについて、高圧オリフィス７２の絞り度合いを同じにする。なお、ステップＳ１０７，Ｓ１０８が絞り調整部に対応する。また、内燃機関の運転状態が高負荷状態及び高回転状態の両方に該当する場合に、ステップＳ１０７の処理を行い、両方には該当しない場合、すなわち高負荷状態又は高回転状態に該当する場合に、ステップＳ１０８の処理を行う、という構成にしてもよい。

ここで、高圧オリフィス７２の絞り度合いが小さいほど、単位時間当たりの燃料噴射量が増加しやすい。このため、図６に示すように、目標トルクが大きいほど高圧オリフィス７２の絞り度合いを小さくすることで、燃料噴射量が大きくなって実トルクを増加させやすくなる。

また、単位時間当たりの燃料噴射量を噴射率と称すると、多段噴射においては、エンジン回転数が増加するほど１回の燃料噴射のために確保できる時間が短くなり、噴射間隔を適正に確保するには噴射率を増加させる必要が生じる。この場合、図６に示すように、エンジン回転数について、目標回転数が大きいほど高圧オリフィス７２の絞り度合いを小さくすることで、噴射率が大きくなって実燃料噴射量を減少させずに実回転数を増加させやすくなる。

エンジン回転数が増加する場合に、燃料噴射量を減少させないようにするには、エンジン回転数の増加に伴って噴射間隔である時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃを減少させる必要がある。例えば、内燃機関が高負荷且つ高回転で運転している場合、１回のメイン噴射については、高負荷に対応して噴射量を増加させるために噴射期間を長くする必要があり、その一方で、高回転に対応して噴射間隔Ｔｂを短くする必要がある。このため、図６に示すように、高圧オリフィス７２の絞り度合いが小さいほど、内燃機関を高負荷状態且つ高回転状態に移行させやすくなる。

高圧通路２２においては、高圧オリフィス７２の絞り度合いが大きいほど燃料噴射に伴う燃料圧力の脈動が生じにくくなっており、この圧力脈動に起因して噴射量の精度が低下するということが抑制される。例えば、図７に破線で示すように、高圧オリフィス７２が大絞り状態にあることで燃料噴射に伴う圧力脈動が極めて小さい場合、次の燃料噴射がいずれのタイミングで行われても燃料圧力がほぼ同じになっている。この場合、次の燃料噴射がどのタイミングで行われても、目標噴射率に対する実噴射率の「ずれ」が燃料圧力の脈動によっては生じにくくなっている。

これに対して、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあることで圧力脈動が比較的大きい場合、次の燃料噴射が行われるタイミングに応じて燃料圧力が異なる可能性が高い。例えば、図７に破線で示すように、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあることで圧力脈動が比較的大きい場合、タイミングｔ３の燃料圧力がタイミングｔ２での燃料圧力よりずれ量ΔＰだけ大きくなっている。この場合、タイミングｔ３での燃料噴射の方が、燃料圧力が大きいことに起因して燃料の噴射率が大きくなりやすく、実噴射量が目標噴射量より大きくなる可能性が高い。このように、燃料圧力の脈動が大きい場合には、燃料噴射のタイミングによって燃料噴射量の制御精度がばらつきやすい。その一方で、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあることに起因して、燃料噴射量を増加させやすい。

なお、図７においては、噴射信号としてのパルス信号の立ち上がりのタイミングがタイミングｔ２，ｔ３に一致した場合を想定している。ここで、内燃機関が高回転状態にあることなどに起因して噴射間隔としての時間Ｔａ〜Ｔｃが短縮化された場合には、燃料噴射に伴う圧力脈動が収束しないタイミングで次々に燃料噴射が行われることになる。この場合、燃料噴射量の精度のばらつきが更に生じやすくなる。

図４に戻り、ステップＳ１０４にて、内燃機関がアイドリング状態にあると判定された場合、ステップＳ１０８に進み、高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行させる。ここで、内燃機関がアイドリング状態にある場合は、目標噴射量や目標トルク、エンジン回転数が、アイドリング状態の閾値より小さく、内燃機関の運転状態が低負荷状態且つ低回転状態にある。この場合、高圧オリフィス７２が大絞り状態にあることで、低負荷及び低回転に合わせて比較的少量の燃料を燃料噴射弁１０にて精度良く噴射できる。

ここまで説明した第１実施形態の作用効果を、以下に説明する。

第１実施形態によれば、高圧オリフィス７２が燃料噴射弁１０に含まれているため、内燃機関の各気筒について同じ燃料噴射弁１０を使用するという容易なことにより、これら気筒において高圧オリフィス７２と噴孔２１との離間距離Ｌが同じになる。このため、高圧オリフィス７２の絞り度合いを気筒ごとに個別に調整しなくても、燃料噴射量の制御精度が気筒ごとに大きく異なるということを回避できる。

しかも、目標噴射量や目標噴射期間など燃料の噴射態様に合わせて高圧オリフィス７２の絞り度合いが調整されるため、内燃機関の運転状態など都度の状況に適した態様で噴射制御処理を行うことができる。

第１実施形態によれば、目標噴射量が噴射判定値より小さい場合など、内燃機関が高負荷状態にない場合に高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行可能である。このため、各気筒のそれぞれについて、燃料噴射量を増加させることよりも燃料噴射量の制御精度を高めることを優先できる。同様に、エンジン回転数が回転判定値より小さい場合など、内燃機関が高回転状態にない場合に高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行可能である。このため、各気筒のそれぞれについて、燃料噴射量を増加させることよりも燃料噴射量の制御精度を高めることを優先できる。

ここで、燃料噴射量の制御精度が高められると、気筒について筒内圧力の管理精度が高められ、筒内圧力の急激な変化を抑制できる。また、内燃機関においては、筒内圧力の変化率が大きいほど燃料の燃焼音が大きくなりやすく、筒内圧力の変化率が小さいほど燃焼音をつくり込んで適正に管理することができる。したがって、内燃機関を低負荷及び低回転させることで車両が低速走行している場合など、走行に伴う風切音よりも内燃機関の燃焼音が運転者等の乗員に聞こえやすい状況において、適正に管理された燃焼音を内燃機関から発生させることができる。しかも、高圧オリフィス７２の絞り度合いを各気筒のそれぞれについて個別に調整しなくても、各気筒から発生する燃焼音の大きさや質などを均一化することができる。また、低速走行時には、燃料噴射量を急激に増減させる必要がないため、高圧オリフィス７２が大絞り状態になっていても、燃料噴射量が不足するという事態が生じにくい。

第１実施形態によれば、高圧オリフィス７２が小絞り状態及び大絞り状態のうち一方に移行可能であるため、例えば高圧オリフィス７２の絞り度合いを連続的に調整可能な構成に比べて、絞り度合いを調整する際の処理負担を低減できる。また、絞り度合いを段階的に調整可能な構成にすることで高圧オリフィス７２の小型化や構造の簡易化を図ることが可能になる。これは、高圧オリフィス７２を燃料噴射弁１０に内蔵する上で効果的である。

第１実施形態によれば、内燃機関がアイドリング状態にある場合に、高圧オリフィス７２が大絞り状態にあるため、車両が停止して風切音が発生していない状況において、適正に管理された燃焼音を乗員に聞かせることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、高圧オリフィス７２の絞り度合いが２段階に変更可能であったが、第２実施形態では、小絞り状態及び大絞り状態に中絞り状態が加わった３段階に変更可能になっている。中絞り状態の絞り度合いは、小絞り状態より大きく且つ大絞り状態より小さくなっている。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に、噴射制御処理について図８のフローチャートを参照しつつ説明する。

図８において、ステップＳ２０１では、上記第１実施形態のステップＳ１０１と同様に、エンジン回転数を取得する。ステップＳ２０２では、多段噴射の状態を取得する。ここで、燃料噴射弁１０からの燃料の噴射態様は、エンジン回転数や、アクセルペダルの踏込量、冷却水の温度などに基づいて設定される。例えば、内燃機関が高負荷及び高回転の状態にある場合には、パイロット噴射を実施せずにメイン噴射を実施することで、極力多くの燃料を噴射して内燃機関の大出力化が図られている。また、アイドリング状態など内燃機関が低負荷及び低回転の状態にある場合には、パイロット噴射を実施することで、メイン噴射による燃料の着火性を高めるなどして燃焼の安定化が図られている。なお、ステップＳ２０２が噴射取得部に対応する。

ステップＳ２０３では、内燃機関での燃焼に用いられる燃料について、一般性状等の燃料特性を取得する。ここでは、燃料の揮発性や着火性を燃料特性として取得する。燃料特性は、燃料噴射弁１０から噴射された燃料の状態を燃料の噴射態様として示すことになり、ステップＳ２０３は噴射取得部に対応する。なお、筒内圧力等の筒内環境を取得しておき、都度の筒内環境における燃料の揮発性や着火性を取得してもよい。

ステップＳ２０４では、１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射が実施されるか否かを判定する。パイロット噴射が実施されない場合、内燃機関の運転状態が高負荷状態及び高回転状態の少なくとも一方にあるとして、ステップＳ２０５に進み、高圧オリフィス７２を小絞り状態に移行させる。

１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射が実施される場合、ステップＳ２０６に進み、燃料の揮発性が高いか否かを判定する。ここでは、燃料の揮発性を示す値があらかじめ定められた揮発判定値より大きいか否かを判定し、大きい場合に燃料の揮発性が高いとする。燃料の揮発性が高い場合、高くない場合のいずれにおいても、ステップＳ２０７，Ｓ２０８にて燃料の着火性が高いか否かを判定する。ここでは、燃料の着火性を示す値があらかじめ定められた着火判定値より大きいか否かを判定し、大きい場合に燃料の着火性が高いと判定する。

燃料について揮発性及び着火性の両方が高くない場合、ステップＳ２０５に進み、高圧オリフィス７２を小絞り状態に移行させる。ここで、燃料の揮発性及び着火性の両方が高くない場合、この燃料については、燃料噴射弁１０から噴射された後に液体から気体になる量や燃焼する量が徐々に増加する。この場合、燃料の燃焼に伴う筒内圧力の変化率が比較的小さく、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあることに起因して燃料噴射量の制御精度が比較的低かったとしても、燃焼音の大きさや質にばらつきが生じにくくなっている。このため、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあっても燃焼音を管理しやすくなっている。その一方で、高圧オリフィス７２が小絞り状態にあることに起因して多くの燃料を噴射することが可能であるため、燃料の揮発性及び着火性の両方が高くないことに起因して内燃機関の出力が増加しにくいという不都合の改善を図ることができる。

燃料について揮発性及び着火性の両方が高い場合、ステップＳ２１０に進み、高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行させる。ここで、燃料の揮発性及び着火性の両方が高い場合、この燃料については、燃料噴射弁１０から噴射された後に液体から気体になる量や燃焼する量が急激に増加する。この場合、燃料の燃焼に伴う筒内圧力の変化率が比較的大きく、燃焼量が大きくなりやすい。このため、燃焼音の大きさや質などを適正に管理するには、高圧オリフィス７２を大絞り状態に移行させて燃料噴射量の制御精度を高くする必要がある。

燃料について揮発性及び着火性のうち一方だけが高い場合、ステップＳ２０９に進み、高圧オリフィス７２を中絞り状態に移行させる。ここで、燃料の揮発性及び着火性のうち一方だけが高い場合、この燃料については、燃料噴射弁１０から噴射された後に液体から気体になる量や燃焼する量が適正に増加する。この場合、燃焼音を許容範囲内で管理でき、内燃機関の出力も許容範囲内で増加させることができる。このため、高圧オリフィス７２を中絞り状態に移行させて、燃焼音及び内燃機関の両方を許容範囲内で管理することが好ましい。

なお、第２実施形態においては、小絞り状態が第１状態に相当すると解釈した場合、中絞り状態及び大絞り状態の少なくとも一方が第２状態に相当する。また、大絞り状態が第２状態に相当すると解釈した場合、小絞り状態及び中絞り状態の少なくとも一方が第１状態に相当する。また、ステップＳ２０５，Ｓ２０８，Ｓ２０９が絞り調整部に相当する。

第２実施形態によれば、１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射を実施しないほどに多くの燃料を噴射させたい場合に、高圧オリフィス７２が小絞り状態に移行されるため、燃料噴射量を増加させることを燃料噴射量の制御精度よりも優先することができる。また、高圧オリフィス７２の絞り度合いを設定するためのパラメータとしてパイロット噴射を用いることで、高圧オリフィス７２の絞り度合いを制御する上で処理負担を低減することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

変形例１として、上記第１実施形態において、上記第２実施形態と同様に高圧オリフィス７２の絞り度合いが３段階に変更可能にされていてもよい。例えば、内燃機関が高負荷状態及び高回転状態のうち一方にある場合に、高圧オリフィス７２が中絞り状態に移行される構成とする。この場合、内燃機関の運転状態に合わせて、高圧オリフィス７２の絞り度合いを大き過ぎず小さ過ぎず適度な大きさに設定できる。また、高圧オリフィス７２の絞り度合いは４段階以上で段階的に変更可能になっていてもよい。

変形例２として、高圧オリフィス７２の絞り度合いが段階的に変更されるのではなく、連続的に変更されてもよい。例えば、エンジン回転数や内燃機関の負荷が小さいほど高圧オリフィス７２の絞り度合いが大きくされる構成とする。また、上記第１実施形態において、内燃機関がアイドリング状態にある場合には、高圧オリフィス７２が絞り度合いの最も大きい状態に移行される構成とする。さらに、上記第２実施形態において、１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射が行われない場合には、高圧オリフィス７２が絞り度合いの最も小さい状態に移行される構成とする。

変形例３として、高圧オリフィス７２の絞り度合いが１燃焼サイクルでの燃料噴射の回数に応じて調整されてもよい。例えば、燃料噴射の回数が多いほど高圧オリフィス７２の絞り度合いが小さくされる構成とする。この構成では、１回の燃料噴射のための期間が短くなっても、高圧オリフィス７２の絞り度合いが小さいことで燃料の噴射率が増加しやすいことに起因して、各燃料噴射のそれぞれについて燃料噴射量が不足するということを抑制できる。

変形例４として、高圧オリフィス７２が、高圧通路２２において燃料の流量を制限しない非制限状態と、燃料の流量を制限する制限状態とに移行可能であってもよい。この場合、非制限状態が第１状態に相当し、制限状態が第２状態に相当する。上記第１実施形態においては、小絞り状態及び大絞り状態の両方が制限状態に該当し、上記第２実施形態においては、小絞り状態、中絞り状態及び大絞り状態の全てが制限状態に該当する。

変形例５として、高圧通路２２での噴孔２１と高圧オリフィス７２との離間距離Ｌは、燃料噴射弁１０ごとに異なっていてもよい。ただし、この場合は、燃料噴射弁１０ごとに燃料圧力の脈動状態が異なると想定されるため、燃料噴射弁１０のそれぞれについて個別に高圧オリフィス７２の絞り度合いを調整することが好ましい。

変形例６として、上記第１実施形態において、高圧オリフィス７２の絞り度合いは、目標噴射率や目標噴射間隔ではなく実噴射率や実噴射間隔に基づいて調整されてもよい。例えば、噴射制御処理において、既に行われた燃料噴射を対象として実噴射率や実噴射間隔を取得し、これら実噴射率や実噴射間隔に基づいて高圧オリフィス７２を小絞り状態又は大絞り状態に移行させる。

変形例７として、高圧オリフィス７２の絞り度合いが、燃料噴射量に関係なく調整されてもよい。例えば、内燃機関が高回転状態にある場合は、目標噴射量や目標トルクに関係なく高圧オリフィス７２が小絞り状態に移行され、内燃機関が低回転状態にある場合は、目標噴射量や目標トルクに関係なく高圧オリフィス７２が大絞り状態に移行される構成とする。

変形例８として、高圧オリフィス７２の絞り度合いが、噴射間隔に関係なく調整されてもよい。例えば、内燃機関が高負荷状態にある場合は、目標噴射間隔に関係なく高圧オリフィス７２が小絞り状態に移行され、内燃機関が低負荷状態にある場合は、目標噴射間隔に関係なく高圧オリフィス７２が大絞り状態に移行される構成とする。

変形例９として、高圧オリフィス７２が高圧通路２２の中間位置ではなく、高圧通路２２の上流端部に配置されていてもよい。例えば、供給通路７１が高圧オリフィス７２に接続された構成とする。

変形例１０として、噴射制御処理においてＥＣＵ１１によって提供されていた機能は、ＥＣＵ１１とは異なるハードウェアやソフトウェア、これらハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより提供されていてもよい。例えば、燃料噴射システム１００が、燃料噴射弁１０の制御が可能な制御回路をＥＣＵ１１とは別に有しており、この制御回路が噴射制御処理の一部又は全部を実行する構成とする。

変形例１１として、燃料噴射システム１００は、船舶、鉄道車両及び航空機等に搭載されていてもよい。

１０…燃料噴射弁、１１…ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）、２１…噴射孔（噴孔）、２２…噴射通路、７１…供給通路、７２…高圧オリフィス（絞り部）、１００…燃料噴射システム。

Claims (9)

1. 内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射孔（２１）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、
   加圧された状態の前記燃料を前記燃料噴射弁に供給する供給通路（７１）と、
   を備え、
   前記燃料噴射弁は、
   前記噴射孔に加えて、
   前記供給通路に接続され、前記供給通路からの前記燃料を前記噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
   前記噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により前記噴射通路に接続され、前記供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
   前記背圧室での燃料の圧力に応じて前記噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
   前記噴射通路において前記噴射孔から離間した位置に設けられ、前記噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いが変更可能になっている絞り部（７２）と、
   を有している燃料噴射システムに適用された燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射弁（１０）からの前記燃料の噴射態様を取得する噴射取得部（Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ２０２，Ｓ２０３）と、
   前記噴射取得部（Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ２０２，Ｓ２０３）の取得結果に基づいて、前記噴射通路において前記噴射通路からの前記分岐通路の分岐部分と前記噴射孔との間に設けられた前記絞り部（７２）の絞り度合いを調整する絞り調整部（Ｓ１０７，Ｓ１０８，Ｓ２０５，Ｓ２０９，Ｓ２１０）と、
   を備えている燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射取得部として、単位時間当たりの前記燃料噴射弁からの噴射量である噴射率を取得する率取得部（Ｓ１０２）を備え、
   前記絞り調整部は、前記率取得部により取得された前記噴射率が小さいほど前記絞り部の絞り度合いを大きくするものである請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記噴射取得部として、１燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射弁からの燃料噴射が複数回行われる場合に、前後の燃料噴射の噴射間隔（Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ）を取得する間隔取得部（Ｓ１０３）を備え、
   前記絞り調整部は、前記間隔取得部により取得された前記噴射間隔が小さいほど前記絞り部の絞り度合いを大きくするものである請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記絞り部は、第１状態と、前記第１状態よりも絞り度合いが大きい第２状態と、に移行可能である請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記内燃機関の運転状態がアイドリング状態にあるか否かを判定するアイドリング判定部（Ｓ１０４）を備え、
   前記絞り調整部は、前記内燃機関がアイドリング状態にある場合に、前記絞り部を前記第２状態に移行させるものである請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. １燃焼サイクルにおいてメイン噴射の前にパイロット噴射が実施されるか否かを判定するパイロット判定部（Ｓ２０４）を備え、
   前記絞り調整部は、前記１燃焼サイクルにおいて前記メイン噴射の前に前記パイロット噴射が実施されない場合に、前記メイン噴射を対象として前記絞り部を前記第１状態に移行させるものである請求項４又は５に記載の燃料噴射制御装置。
7. 内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射システムであって、
   前記燃料を噴射孔（２１）から噴射する燃料噴射弁（１０）と、
   加圧された状態の前記燃料を前記燃料噴射弁に供給する供給通路（７１）と、
   を備え、
   前記燃料噴射弁は、
   前記噴射孔に加えて、
   前記供給通路に接続され、前記供給通路からの前記燃料を前記噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
   前記噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により前記噴射通路に接続され、前記供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
   前記背圧室での燃料の圧力に応じて前記噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
   前記噴射通路において前記噴射孔から上流側に離間し且つ前記噴射通路からの前記分岐通路の分岐部分と前記噴射孔との間に設けられ、前記噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いを変更する絞り部（７２）と、
   を有している燃料噴射システム。
8. 複数の前記燃料噴射弁のそれぞれにおいて、前記噴射通路において前記噴射孔と前記絞り部との離間距離が同じにされている請求項７に記載の燃料噴射システム。
9. 内燃機関での燃焼に用いる燃料を噴射する噴射孔（２１）と、
   加圧された状態の前記燃料を供給する供給通路（７１）に接続され、前記供給通路からの前記燃料を前記噴射孔に供給する噴射通路（２２）と、
   前記噴射通路から分岐した分岐通路（２４ａ）により前記噴射通路に接続され、前記供給通路から燃料が流入する背圧室（２４）と、
   前記背圧室での燃料の圧力に応じて前記噴射孔を開閉するニードル（３０）と、
   前記噴射通路において前記噴射孔から上流側に離間し且つ前記噴射通路からの前記分岐通路の分岐部分と前記噴射孔との間に設けられ、前記噴射通路の断面積を変更するべく絞り度合いを変更する絞り部（７２）と、
   を備えている燃料噴射弁。

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