WO2015045277A1

WO2015045277A1 - 燃料噴射システム

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Publication number: WO2015045277A1
Application number: PCT/JP2014/004467
Authority: WO
Inventors: 古川　隆
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2016-03-25
Also published as: US10030612B2; JP2015063953A; JP5949715B2; US20160237955A1

Abstract

燃料噴射システムは、第１噴射弁（３０）、第２噴射弁（４０）、連通配管（７０）およびＥＣＵ（５０）を備える。連通配管（７０）は、第２噴射弁（４０）の第２通路（４１ｂ）と第１噴射弁（３０）の背圧室（３１ｃ）とを連通させる。ＥＣＵ（５０）は、第１噴射制御と第２噴射制御とを要求噴射量に応じて切り替えるよう、第２噴射弁（４０）の電気アクチュエータを制御する。第１噴射制御では、背圧（Ｐｍ）が第１弁体（３２）を開弁させる圧力にまで低下するよう、第２弁体（４２）を所定時間以上開弁させる。第２噴射制御では、背圧（Ｐｍ）が第１弁体（３２）を開弁させる圧力にまで低下しないよう、第２弁体（４２）を所定時間未満開弁させる。

Description

燃料噴射システム

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１３年９月２５日に出願された日本出願番号２０１３－１９８６２２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、例えば内燃機関や燃料電池への燃料供給に用いられる、気体燃料用の燃料噴射システムに関する。

　燃料が気体の場合、液体の場合に比べて要求される噴射量のダイナミックレンジが大きい。そのため、気体燃料を噴射する噴射弁として、想定される要求噴射量の最大値を所定時間内に噴射可能な大型の噴射弁を用いると、要求噴射量が小さいときには噴射量を精度良く制御できなくなる。

　そこで、特許文献１記載の燃料噴射システムは、低流量タイプの小型噴射弁、および高流量タイプの大型噴射弁の２つを備えている。そして、各々の噴射弁に備えられた電気アクチュエータを次のように制御することで、大噴射量から小噴射量までの制御を可能にしている。すなわち、要求噴射量が少ない領域では、大型噴射弁を全閉にしつつ小型噴射弁による流量制御で噴射量を制御する。また、要求噴射量が多い領域では、小型噴射弁を全開にしつつ大型噴射弁による流量制御で噴射量を制御する。

　しかしながら、特許文献１記載の上記システムでは、２つの噴射弁の各々について電気アクチュエータの作動を電子制御することを要する。そのため、制御が煩雑になるとともに、制御の処理負荷増大を招く。

特開２００２－２３１２７７号公報

　本開示の目的は、噴射量のダイナミックレンジを大きくしつつも、制御を簡素にして制御の処理負荷を軽減できるようにした燃料噴射システムを提供することにある。

　本開示の燃料噴射システムは、気体燃料を噴射する第１噴孔を開閉する第１弁体、および気体燃料の圧力を閉弁力として第１弁体に作用させる背圧室を内部に形成する第１ボデーを有する第１噴射弁と、気体燃料を噴射する第２噴孔を開閉する第２弁体、第２噴孔へ気体燃料を流通させる第２通路を内部に形成する第２ボデー、および第２弁体に開弁力を作用させる電気アクチュエータを有する第２噴射弁と、第２通路と背圧室とを連通させる連通配管と、電気アクチュエータへの通電状態を制御して第２弁体の作動を制御する制御手段と、を備える。

　制御手段は、背圧室の圧力が第１弁体を開弁させる圧力にまで低下するよう、第２弁体を所定時間以上開弁させる第１噴射制御と、背圧室の圧力が第１弁体を開弁させる圧力にまで低下しないよう、第２弁体を所定時間未満開弁させる第２噴射制御と、を要求噴射量に応じて切り替える。

　これによれば、第２通路と背圧室とが連通されているので、第２弁体を開弁させると、第２噴孔から燃料が噴射されて第２通路の圧力が低下することに伴い、背圧室を圧力低下させることができる。そのため、第２弁体を開弁させて、第１弁体を開弁させる圧力にまで背圧室の圧力を低下させれば、第２弁体と第１弁体の両方を開弁させることができる。また、第２弁体の開弁時間を短くすると、背圧室の圧力は十分に低下せず、第１弁体は開弁しない。つまり、第１弁体を開弁させることなく第２弁体を開弁させることができる。

　これらの点を鑑み、第１弁体を開弁させるよう第２弁体を所定時間以上開弁させる第１噴射制御と、第１弁体を開弁させないよう第２弁体を所定時間未満開弁させる第２噴射制御とを、要求噴射量に応じて切り替える。そのため、第１噴射弁に電気アクチュエータを搭載させることなく、第２噴射弁の電気アクチュエータを制御するだけで、第２噴射弁だけから噴射させる第２噴射と、両方の噴射弁から噴射させる第１噴射とを実現できる。よって、両噴射弁から噴射させる第１噴射により最大可能噴射量を大きくしつつも、第２噴射時の噴射量精度を向上できる。

　しかも、第２噴射および第１噴射を切り替える制御と、第２噴射時および第１噴射時における噴射量の制御とを、１つの電気アクチュエータの制御だけで実現できる。よって、両噴射弁の各々に電気アクチュエータを設けた場合に比べて、制御の処理負荷を軽減できる。

第１実施形態に係る燃料噴射システムが、車両に搭載された状態を示す模式図。第１実施形態に係る燃料噴射システムが、燃料を噴射している時の作動状態を示す模式図。第１実施形態において、トータル噴射量Ｑとパルス幅Ｔｉの関係を示す特性図。第１実施形態において、小噴射（第２噴射）させる場合の一態様を示すタイムチャート。第１実施形態において、大噴射（第１噴射）させる場合の一態様を示すタイムチャート。第１実施形態において、大噴射（第１噴射）させる場合の一態様を示すタイムチャート。インテークマニホールドへの燃料流量の時間変化を示す図であって、上部は、第１実施形態の比較例としての燃料噴射システムによる図、下部は、第１実施形態に係る燃料噴射システムによる図。本発明の第２実施形態に係る燃料噴射システムが、車両に搭載された状態を示す模式図。本発明の第３実施形態に係る燃料噴射システムが、車両に搭載された状態を示す模式図。本発明の第４実施形態に係る燃料噴射システムが、車両に搭載された状態を示す模式図。

　以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

　（第１実施形態）
　図１に示すように、本実施形態に係る燃料噴射システムは、車両に搭載された内燃機関１０へ燃料を供給するものである。内燃機関１０は、図示しない点火装置により着火燃焼する点火式内燃機関であり、複数の気筒を有する。車両には、気体燃料を圧縮した状態で貯蔵する燃料タンク２０が搭載されている。気体燃料の具体例としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、水素等が挙げられる。

　燃料タンク２０内の気体燃料は、圧力調整弁２１により圧力調整された後に、分配配管２２により、各気筒に配置された第１噴射弁３０に分配供給され、さらに、第１噴射弁３０を通じて第２噴射弁４０に供給される。これらの第１噴射弁３０および第２噴射弁４０は、供給された気体燃料をインテークマニホールド１１内へ噴射する。インテークマニホールド１１は吸気配管に相当する。

　インテークマニホールド１１内の吸気流れ方向において、第２噴射弁４０は第１噴射弁３０の下流側に配置されている。詳細には、第１噴射弁３０の第１噴孔３１ａから噴射された気体燃料の下流側に、第２噴射弁４０の第２噴孔４１ａが位置するよう、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０は配置されている。

　インテークマニホールド１１は、内燃機関１０の燃焼室に設けられた吸気ポート１２に接続されており、インテークマニホールド１１の上流側に接続された吸気管１３には、空気の吸入量を調節する吸気バルブ１４が取り付けられている。吸気バルブ１４により調節された吸入空気は、インテークマニホールド１１内にて気体燃料と混合され、吸気ポート１２から燃焼室へ流入する。

　車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０は、中央処理装置５１、不揮発性メモリ５２および揮発性メモリ５３を備える。不揮発性メモリ５２に記憶されたプログラムにしたがって中央処理装置５１が演算処理することで、ＥＣＵ５０は、制御手段として機能する。ＥＣＵ５０は、車両に搭載された各種センサ５４の検出値に基づき、駆動回路５５の作動を制御する。駆動回路５５は、ＥＣＵ５０からの指令信号にしたがって、第２噴射弁４０が備える電気アクチュエータへ駆動電力を供給する。

　これにより、第２噴射弁４０による燃料噴射量と噴射タイミングが制御される。また、後に詳述するように、第２噴射弁４０による燃料噴射により、第１噴射弁３０による燃料噴射量と噴射タイミングが制御される。したがって、ＥＣＵ５０は、第２噴射弁４０の作動を制御することで、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０からの燃料噴射量と、噴射タイミングを制御している。以下、第２噴射弁４０による燃料噴射量を第２噴射量と記載し、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０からの燃料噴射量をトータル噴射量Ｑと記載する。

　ＥＣＵ５０は、先ず、車両運転者によるアクセルペダル操作量や内燃機関１０の出力軸回転速度（エンジン回転数）等の情報をセンサ５４から取得する。次に、これらの情報に基づき、内燃機関１０の１燃焼サイクル中に要求される燃料の噴射量（以下、要求噴射量Ｑｒｅｑと記載）を算出する。次に、トータル噴射量Ｑが要求噴射量Ｑｒｅｑとなるように、第２噴射弁４０へ駆動電力を供給する時間（以下、パルス幅Ｔｉと記載）を算出する。次に、算出したパルス幅Ｔｉで電力供給するよう、駆動回路５５へ指令信号を出力する。

　図２に示すように、第１噴射弁３０は、第１ボデー３１、第１弁体３２、ダイヤフラム３３および第１スプリング３４を有する。第１ボデー３１の内部には、分配配管２２から供給される燃料の流通経路が形成され、第１ボデー３１の先端には、気体燃料を噴射する第１噴孔３１ａが形成されている。第１弁体３２は、第１ボデー３１の内部に収容され、第１噴孔３１ａを開閉するように作動する。ダイヤフラム３３は、第１ボデー３１の内部に取り付けられ、上記流通経路を第１通路３１ｂと背圧室３１ｃに仕切る。第１通路３１ｂには、圧力調整弁２１で調圧された高圧燃料が分配配管２２を通じて供給される。

　第１弁体３２の背面部３２ａは、ダイヤフラム３３に取り付けられている。これにより、ダイヤフラム３３と第１弁体３２は一体となって作動する。背面部３２ａは、第１通路３１ｂと背圧室３１ｃの両方に面する。第１スプリング３４は、背圧室３１ｃに配置されており、背面部３２ａに弾性力を付与することで、第１弁体３２を閉弁側へ押し付ける。

　背面部３２ａには、第１通路３１ｂと背圧室３１ｃとを連通する内部連通路３２ｂが形成されている。内部連通路３２ｂには、第１オリフィス３２ｃが設けられている。第１オリフィス３２ｃは、第１通路３１ｂから背圧室３１ｃへ流れ込む燃料の流量を低下させるように流量制限しており、第１流量制限部に相当する。

　ダイヤフラム３３の一面には背圧室３１ｃの燃料の圧力が付与され、他面には第１通路３１ｂの燃料の圧力が付与される。つまり、第１通路３１ｂの燃圧は、開弁力として第１弁体３２に作用し、背圧室３１ｃの燃圧および第１スプリング３４の弾性力は、閉弁力として第１弁体３２に作用する。要するに、背圧室３１ｃの燃圧が低下して第１通路３１ｂと背圧室３１ｃとの差圧が大きくなり、その差圧による開弁力が第１スプリング３４による閉弁力よりも大きくなると、ダイヤフラム３３とともに第１弁体３２は開弁作動する。

　図２に示すように、第２噴射弁４０は、第２ボデー４１、第２弁体４２、電磁コイル４３、第２スプリング４４、固定コア４３ａおよび可動コア４２ａを有する。第２ボデー４１の内部には、連通配管７０から供給される燃料の流通経路である第２通路４１ｂが形成されている。第２ボデー４１の先端には、気体燃料を噴射する第２噴孔４１ａが形成されている。

　第２弁体４２は、第２ボデー４１の内部に収容され、第２噴孔４１ａを開閉するように作動する。可動コア４２ａは第２弁体４２に結合されている。電磁コイル４３、固定コア４３ａおよび可動コア４２ａは、電気アクチュエータを構成するものであり、第２ボデー４１に取り付けられて磁気回路を構成する。駆動回路５５から電磁コイル４３へ電力供給されると磁気吸引力が生じ、可動コア４２ａが固定コア４３ａに吸引される。

　つまり、磁気吸引力は、第２弁体４２を開弁させる開弁力として作用する。一方、第２スプリング４４の弾性力は、第２弁体４２を閉弁させる閉弁力として作用する。したがって、電磁コイル４３への通電オンに伴い、第２弁体４２は磁気吸引力により開弁作動し、電磁コイル４３への通電オフに伴い、第２弁体４２は弾性力により閉弁作動する。

　連通配管７０は、第２通路４１ｂと背圧室３１ｃとを連通させるよう、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０に接続されている。これにより、燃料タンク２０内の気体燃料は、分配配管２２、第１通路３１ｂ、背圧室３１ｃ、連通配管７０を順に流通して、第２噴射弁４０の第２通路４１ｂへ供給される。

　連通配管７０の内部には、第２オリフィス７１が設けられている。第２オリフィス７１は、背圧室３１ｃから第２通路４１ｂへ流れ込む燃料の流量が低下するように流量制限しており、連通流量制限部に相当する。第２オリフィス７１で絞られて流量制限される度合いは、第２噴孔４１ａで絞られて流量制限される度合いよりも大きく設定されている。つまり、第２オリフィス７１の開口面積は第２噴孔４１ａの開口面積よりも小さく設定されている。また、第１オリフィス３２ｃで絞られて流量制限される度合いは、第２オリフィス７１で絞られて流量制限される度合いよりも大きく設定されている。つまり、第１オリフィス３２ｃの開口面積は第２オリフィス７１の開口面積よりも小さく設定されている。

　これらの設定により、第１通路３１ｂ内の燃圧（以下、第１燃圧Ｐ１と記載）、背圧室３１ｃ内の燃圧（以下、背圧Ｐｍと記載）、および第２通路４１ｂ内の燃圧（以下、第２燃圧Ｐ２と記載）は、伝播遅れを伴って変化するようになる。例えば、第２噴射弁４０から燃料を噴射して第２燃圧Ｐ２が低下すると、背圧Ｐｍも低下する。このとき、第２燃圧Ｐ２の低下開始時期よりも遅れて背圧Ｐｍが低下開始するよう、第２オリフィス７１は燃圧低下の伝播を遅延させるように機能する。同様に、背圧Ｐｍの低下開始時期よりも遅れて第１燃圧Ｐ１が低下開始するよう、第１オリフィス３２ｃは燃圧低下の伝播を遅延させるように機能する。

　連通配管７０にはアキュムレータ７２が取り付けられている。アキュムレータ７２は、燃料を溜める貯留室７２ａを内部に形成する。貯留室７２ａの容積は、連通配管７０内の容積に比べて大きく設定されている。貯留室７２ａ内の燃圧は第２通路４１ｂ内の燃圧と一致する。アキュムレータ７２は、可動板７２ｂおよび弾性部材７２ｃを備える。可動板７２ｂは、貯留室７２ａの燃圧に応じて移動して貯留室７２ａの容積を変化させる。弾性部材７２ｃは、貯留室７２ａの容積を小さくする方向に弾性力を可動板７２ｂに付与する。

　したがって、第２噴射弁４０から燃料を噴射して第２通路４１ｂ内の燃圧が低下していくにつれ、可動板７２ｂが移動して貯留室７２ａの容積は小さくなっていき、貯留室７２ａ内の燃料は第２通路４１ｂへ供給されていく。そのため、アキュムレータ７２は、第２噴射弁４０による燃料噴射に伴い第２燃圧Ｐ２が低下する速度を遅くさせるように機能する。換言すれば、第２燃圧Ｐ２の低下開始時期よりも遅れて背圧Ｐｍが低下開始するよう、アキュムレータ７２は第２オリフィス７１と同様にして燃圧低下の伝播を遅延させるように機能する。

　このように、第２通路４１ｂと背圧室３１ｃとが連通されているので、第２弁体４２を開弁させると、第２噴孔４１ａから燃料が噴射されて第２燃圧Ｐ２が低下することに伴い、背圧Ｐｍを低下させることができる。そのため、第２弁体４２を開弁させて、第１弁体３２を開弁させる圧力にまで背圧Ｐｍを低下させれば、第２弁体４２と第１弁体３２の両方を開弁させることができる。また、第２弁体４２を開弁させてから短時間で閉弁させると、背圧Ｐｍは十分に低下せず、第１弁体３２は開弁しない。つまり、第１弁体３２を開弁させることなく第２弁体４２を開弁させることができる。

　要するに、パルス幅Ｔｉを所定値Ｔａ（図３参照）未満に設定して第２噴射弁４０の作動を制御すると、第１噴射弁３０からは噴射されずに第２噴射弁４０から噴射（以下、小噴射と記載）される状態になる。一方、パルス幅Ｔｉを所定値Ｔａ以上に設定して第２噴射弁４０の作動を制御すると、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０の両方から噴射（以下、大噴射と記載）される状態になる。したがって、図３の特性図において、パルス幅Ｔｉを大きくするほどトータル噴射量Ｑは増大するが、パルス幅Ｔｉが所定値Ｔａ未満の領域では、所定値Ｔａ以上の領域に比べてトータル噴射量Ｑの増加率が小さい。なお、上記大噴射は第１噴射に相当し、上記小噴射は第２噴射に相当する。

　不揮発性メモリ５２には、トータル噴射量Ｑに対するパルス幅Ｔｉの値を表したマップ（図３参照）が記憶されている。ＥＣＵ５０は、要求噴射量Ｑｒｅｑに対応するパルス幅Ｔｉを上記マップに基づき算出して指令信号を出力する。したがって、要求噴射量Ｑｒｅｑに応じて、パルス幅Ｔｉを所定値Ｔａ以上と所定値Ｔａ未満に切り替えるようＥＣＵ５０は制御していると言える。

　次に、図４～図６を用いて、各種圧力および噴射率の変化がパルス幅Ｔｉに応じて異なってくる様子を説明する。なお、上記噴射率とは、単位時間当たりに噴射される量のことであり、以下、第１噴孔３１ａからの噴射率を第１噴射率Ｒ１、第２噴孔４１ａからの噴射率を第２噴射率Ｒ２、両噴射率Ｒ１、Ｒ２の合計をトータル噴射率Ｒと記載する。

　図４は、小噴射するようにパルス幅Ｔｉが設定されている場合の一態様を示す。指令信号のパルスがｔ１０時点でオフからオンに切り替わると、電磁コイル４３による磁気吸引力が十分に上昇したｔ１１時点で、第２弁体４２が開弁作動を開始し、第２噴射率Ｒ２が上昇し始める。その後、ｔ１２時点で第２燃圧Ｐ２が低下し始め、この低下に伴い背圧Ｐｍもｔ１３時点で低下し始める。先述したように、第２オリフィス７１で絞られて流量制限される度合いは、第２噴孔４１ａで絞られて流量制限される度合いよりも大きく設定されている。そのため、ｔ１２時点以降の第２燃圧Ｐ２の低下速度より、ｔ１３時点以降の背圧Ｐｍの低下速度の方が遅い。

　その後、指令信号のパルスがｔ２０時点でオンからオフに切り替わると、ｔ２１時点で、第２弁体４２が閉弁作動を開始し、第２噴射率Ｒ２が低下し始める。すると、第２噴孔４１ａで絞られる度合いが徐々に大きくなっていき、第２噴孔４１ａでの絞り度合いが第２オリフィス７１での絞り度合いよりも大きくなったｔ２２時点で、第２燃圧Ｐ２が上昇し始める。そして、この上昇に伴い背圧Ｐｍもｔ２３時点で上昇し始める。

　このｔ２３時点での背圧Ｐｍは、第１弁体３２を開弁させるほどには十分低下していない。つまり、ｔ１０時点からｔ２０時点までのパルス幅Ｔｉは所定値Ｔａ未満である。したがって、第１噴射率Ｒ１は上昇することなく、第２噴射率Ｒ２はｔｅ時点でゼロになる。よって、トータル噴射率Ｒは第２噴射率Ｒ２と一致する。なお、トータル噴射率Ｒ表すグラフ中の斜線を付した面積はトータル噴射量Ｑに相当する。

　図５は、大噴射するようにパルス幅Ｔｉが設定されている場合の一態様を示す。指令信号のパルスがｔ１０時点でオンに切り替わると、磁気吸引力が十分に上昇したｔ１１時点で第２弁体４２が開弁作動を開始し、第２噴射率Ｒ２が上昇し始める。その後、ｔ１２時点で第２燃圧Ｐ２が低下し始め、この低下に伴い背圧Ｐｍもｔ１３時点で低下し始める。

　その後、アキュムレータ７２の可動板７２ｂが下限位置、つまり貯留室７２ａの容積を最小にする位置まで移動したｔ１４時点で、第２噴射率Ｒ２が低下し始める。そして、第１弁体３２を開弁させるほどに背圧Ｐｍが十分低下したｔ１５時点で、第１弁体３２が開弁作動を開始し、第１噴射率Ｒ１が上昇し始める。

　その後、指令信号のパルスがｔ２０時点でオフに切り替わると、第２弁体４２が閉弁作動を開始する。図４の例では、第２噴射率Ｒ２が最大値に飽和した状態でパルスオフに切り替えている。上記最大値は、第２噴孔４１ａの絞り度合いに起因した値である。これに対し、図５の例では、第２噴射率Ｒ２が低下している最中にパルスオフに切り替えている。その後、第２噴孔４１ａでの絞り度合いが第２オリフィス７１での絞り度合いよりも大きくなったｔ２２時点で、第２燃圧Ｐ２が上昇し始める。そして、この上昇に伴い背圧Ｐｍもｔ２３時点で上昇し始める。そして、第１弁体３２の開弁を維持できないほどに背圧Ｐｍが上昇したｔ２４時点で、第１弁体３２が閉弁作動を開始し、第１噴射率Ｒ１が低下し始める。

　図５におけるｔ１０時点からｔ２０時点までのパルス幅Ｔｉは所定値Ｔａ以上である。したがって、第２噴射率Ｒ２の上昇に遅れて第１噴射率Ｒ１も上昇し、第２噴射率Ｒ２の低下に遅れて第１噴射率Ｒ１も低下し、第２弁体４２が閉弁した後のｔｅ時点で第１弁体３２も閉弁する。よって、トータル噴射率Ｒの上昇開始は第２噴射率Ｒ２の上昇開始と一致し、トータル噴射率Ｒの低下開始は第１噴射率Ｒ１の低下開始と一致する。そして、第１噴射率Ｒ１がゼロになったｔｅ時点でトータル噴射率Ｒもゼロになる。なお、トータル噴射率Ｒ表すグラフ中の斜線を付した面積はトータル噴射量Ｑに相当する。

　図６は、大噴射するようにパルス幅Ｔｉが設定されている場合の一態様であって、図５の場合よりもパルス幅Ｔｉを長くした場合の一例を示す。指令信号のパルスがｔ１０時点でオンに切り替わると、磁気吸引力が十分に上昇したｔ１１時点で第２弁体４２が開弁作動を開始し、第２噴射率Ｒ２が上昇し始める。その後、ｔ１２時点で第２燃圧Ｐ２が低下し始め、この低下に伴い背圧Ｐｍもｔ１３時点で低下し始める。

　その後、アキュムレータ７２の可動板７２ｂが下限位置まで移動したｔ１４時点で、第２噴射率Ｒ２が低下し始める。そして、背圧Ｐｍが十分低下したｔ１５時点で第１弁体３２が開弁作動を開始し、第１噴射率Ｒ１が上昇し始める。

　その後、パルスオンの状態が継続されることにより、第２噴射率Ｒ２、第２燃圧Ｐ２、背圧Ｐｍおよび第１噴射率Ｒ１の各々は、一定の値に飽和した状態になる。そして、このような飽和状態になっている最中に、指令信号のパルスがｔ２０時点でオフに切り替わり、第２弁体４２が閉弁作動を開始し、第２噴射率Ｒ２が低下し始める。すると、第２噴孔４１ａで絞られる度合いが徐々に大きくなっていき、第２噴孔４１ａでの絞り度合いが第２オリフィス７１での絞り度合いよりも大きくなったｔ２２時点で、第２燃圧Ｐ２が上昇し始める。そして、この上昇に伴い背圧Ｐｍもｔ２３時点で上昇し始める。そして、第１弁体３２の開弁を維持できないほどに背圧Ｐｍが上昇したｔ２４時点で、第１弁体３２が閉弁作動を開始し、第１噴射率Ｒ１が低下し始める。

　図６の例では、第１噴射率Ｒ１が低下している最中に、次の噴射指令が為されてパルスオンに切り替わっている。そのため、パルスオンのｔ１０時点では、第２噴射率Ｒ２はゼロになっているのに対し、第１噴射率Ｒ１はゼロになっていない。よって、第２噴射弁４０からの燃料噴射はパルスオン毎に途切れるのに対し、第１噴射弁３０からは途切れることなく燃料が噴射される。

　以上に説明した本実施形態の燃料噴射システムは、以下に説明する作用効果が発揮される。

　本実施形態に係る燃料噴射システムは、背圧室３１ｃを有する第１噴射弁３０と、第２通路４１ｂおよび電気アクチュエータを有する第２噴射弁４０と、第２通路４１ｂと背圧室３１ｃとを連通させる連通配管７０と、を備える。そして、電気アクチュエータを制御するＥＣＵ５０は、大噴射制御と小噴射制御とを要求噴射量に応じて切り替える。大噴射制御とは、背圧Ｐｍが第１弁体３２を開弁させる圧力にまで低下するよう、第２弁体４２を所定時間以上開弁させる制御である。小噴射制御とは、背圧Ｐｍが第１弁体３２を開弁させる圧力にまで低下しないよう、第２弁体４２を所定時間未満開弁させる制御である。

　そのため、第１噴射弁３０に電気アクチュエータを搭載させることなく、第２噴射弁４０の電気アクチュエータを制御するだけで、第２噴射弁４０だけから噴射させる小噴射と、両方の噴射弁３０、４０から噴射させる大噴射とを実現できる。よって、ダイナミックレンジを大きくしつつも、第２噴孔４１ａ面積を第１噴孔３１ａ面積よりも小さく設定することで、小噴射時の噴射量精度向上を図ることができる。しかも、小噴射および大噴射を切り替える制御と、小噴射時および大噴射時における噴射量の制御とを、１つの電気アクチュエータの制御だけで実現できる。よって、両噴射弁３０、４０の各々に電気アクチュエータを設けた場合に比べて、ＥＣＵ５０による制御の処理負荷を軽減できる。

　ここで、本実施形態に反して１つの噴射弁で大きなダイナミックレンジを確保しようとすると、噴孔面積を大きくせざるを得なくなるので、要求噴射量Ｑｒｅｑが少ない場合にはパルス幅Ｔｉが短くなる（図７参照）。すると、噴孔の下流側にて大きな燃圧脈動が生じるようになる。

　これに対し、本実施形態によれば、トータル噴射率Ｒのダイナミックレンジを大きくできる。つまり、トータル噴射率Ｒの最大値を大きくしつつも最小値を小さくできる。よって、要求噴射量Ｑｒｅｑが少ない場合であってもパルス幅Ｔｉを長くできる（図７参照）。そのため、小噴射時に第２噴孔４１ａの下流側で生じる燃圧脈動を低減できる。

　本実施形態に係る燃料噴射システムは、連通配管７０を通じて第２噴射弁４０へ供給される気体燃料を溜めるアキュムレータ７２を備える。

　これによれば、第２弁体４２を開弁させると、アキュムレータ７２に溜められていた燃料が第２通路４１ｂへ供給されるので、第２燃圧Ｐ２の低下が抑制される。そのため、第２弁体４２の開弁に伴い生じる背圧Ｐｍの低下が抑制されるので、第１弁体３２を開弁させずに第２弁体４２を開弁させる小噴射を、確実に実現できる。

　本実施形態に係る燃料噴射システムは、連通配管７０を流通する気体燃料の流量を制限する第２オリフィス７１、つまり連通流量制限部を、備える。

　これによれば、第２弁体４２の開弁に伴い第２燃圧Ｐ２が低下しても、背圧室３１ｃから第２通路４１ｂへの燃料流れが制限されるので、背圧Ｐｍの低下が抑制される。よって、第１弁体３２を開弁させずに第２弁体４２を開弁させる小噴射を、確実に実現できる。

　本実施形態に係る燃料噴射システムでは、第２オリフィス７１での流量制限量が、第２噴孔４１ａでの流量制限量よりも大きく設定されている。

　これによれば、第２弁体４２の開弁状態において、背圧室３１ｃから第２通路４１ｂへ流れる燃料の流量が、第２噴孔４１ａから噴射される流量よりも少なくなるので、背圧Ｐｍの低下抑制を促進できる。よって、第２弁体４２の開弁時間（つまりパルス幅Ｔｉ）のうち、小噴射させるパルス幅Ｔｉの領域を十分に大きく確保できる。換言すれば、図３中の所定値Ｔａを十分に大きくできる。

　本実施形態に係る燃料噴射システムは、第１通路３１ｂから背圧室３１ｃへ流れ込む気体燃料の流量を制限する第１オリフィス３２ｃ、つまり第１流量制限手段を、備える。そして、第１オリフィス３２ｃで流量制限される度合いが、第２オリフィス７１で流量制限される度合いよりも大きく設定されている。

　これによれば、第１弁体３２の開弁状態において、第１通路３１ｂから背圧室３１ｃへ流れる燃料の流量が、背圧室３１ｃから第２通路４１ｂへ流れる流量よりも少なくなるので、背圧Ｐｍの低下状態が維持されやすくなる。よって、大噴射中に、背圧Ｐｍの低下状態が維持できなくなって第１弁体３２が閉弁してしまう虞を低減できる。

　本実施形態に係る燃料噴射システムでは、第２噴射弁４０による最大噴射率が、第１噴射弁３０による最大噴射率よりも小さく設定されている。そのため、小噴射による噴射量精度向上および圧力脈動低減の効果と、大噴射によるダイナミックレンジ増大の効果を促進できる。

　ここで、内燃機関１０の燃料が気体の場合、液体の場合に比べて吸気と燃料の混合性が悪くなる。そこで、気体燃料の場合には吸気と燃料の攪拌を促進させることが望まれている。

　この点を鑑み、本実施形態に係る燃料噴射システムでは、インテークマニホールド１１（吸気配管）の内部の吸気流れ方向において、第１噴孔３１ａの下流側に第２噴孔４１ａが位置するよう、第１噴射弁３０および第２噴射弁４０は配置されている。

　そのため、大噴射時において、第１噴孔３１ａから噴射された燃料に第２噴孔４１ａから噴射された燃料が衝突するので、燃料の流れが乱されるようになる。よって、吸気と燃料の攪拌を促進できる。

　（第２実施形態）
　図１に示す上記第１実施形態では、複数の気筒の各々に第１噴射弁３０を設けている。これに対し、図８に示す本実施形態では、複数の気筒に対して第１噴射弁３０を１つ設けている。そして、第１噴射弁３０から噴射された燃料は、分配配管２３により、インテークマニホールド１１のうち各々の気筒に対応する部分へ分配して供給される。また、１つの第１噴射弁３０の背圧室３１ｃの燃料は、連通配管７０により、複数気筒の各々に設けられた第２噴射弁４０へ分配して供給される。

　本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏されるのに加え、第１噴射弁３０の個数を削減できるといった効果も奏される。但し、複数気筒の各々に第１噴射弁３０を設ける第１実施形態によれば、大噴射時において、本実施形態に比べて各気筒に対する噴射量を高精度で制御できる。

　（第３実施形態）
　図８に示す上記第２実施形態では、複数の気筒に対して第１噴射弁３０を１つ設けている。これに対し、図９に示す本実施形態では、第１噴射弁３０を、２つ以上かつ気筒数よりも少ない数だけ設けている。そして、第１噴射弁３０から噴射された燃料は、分配配管２３により、インテークマニホールド１１のうち各々の気筒に対応する部分へ分配して供給される。また、第１噴射弁３０の背圧室３１ｃの燃料は、連通配管７０により、複数の第２噴射弁４０へ分配して供給される。以上により、本実施形態によっても、上記第２実施形態と同様の作用効果が奏される。

　（第４実施形態）
　上述した各実施形態に係る燃料噴射システムは、内燃機関１０へ気体燃料を供給するものである。これに対し、本実施形態に係る燃料噴射システムは、図１０に示すように、燃料電池１０Ａが備えるセルスタックへ気体燃料（例えば水素ガス）を供給する。具体的には、第１噴孔３１ａおよび第２噴孔４１ａには供給配管１１Ａが接続され、第１噴孔３１ａおよび第２噴孔４１ａから噴射された水素ガスは、供給配管１１Ａにより燃料電池１０Ａへ供給される。

　本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が奏される。また、燃料電池１０Ａに供給される気体燃料に大きな燃圧脈動が生じていると、燃料電池１０Ａの劣化を招く。そのため、「小噴射時に第２噴孔４１ａの下流側で生じる燃圧脈動を低減できる」といった先述の効果が、有効に発揮される。

　なお、第１実施形態における要求噴射量Ｑｒｅｑとは、内燃機関１０の１燃焼サイクル中に要求される燃料の噴射量のことであったが、本実施形態における要求噴射量Ｑｒｅｑとは、所定時間当たりに要求される噴射量のことである。

　（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。

　図２に示すアキュムレータ７２は、可動板７２ｂおよび弾性部材７２ｃを備えているが、可動板７２ｂおよび弾性部材７２ｃを備えていないアキュムレータを採用してもよい。

　アキュムレータ７２の容積が十分に大きければ、第２オリフィス７１を廃止してもよい。また、第２オリフィス７１による絞り度合いが十分に大きければ、アキュムレータ７２を廃止してもよい。

　ここで、図３に示すパルス幅Ｔｉの領域のうち、所定値Ｔａ近傍の値にパルス幅Ｔｉを設定すると、大噴射と小噴射を切り替えるように制御することの確実性が低くなる。つまり、所定値Ｔａより僅かに小さい値にパルス幅Ｔｉを設定した場合には、第１弁体３２が開弁して大噴射になってしまう懸念がある。また、所定値Ｔａより僅かに大きい値にパルス幅Ｔｉを設定した場合には、第１弁体３２が開弁せずに小噴射になってしまう懸念がある。

　そこで、所定値Ｔａを含む所定幅Ｔｂ（図３参照）の領域の値には、パルス幅Ｔｉを設定することを禁止して、意図に反した噴射状態にならないように図ってもよい。この場合、要求噴射量Ｑｒｅｑに対する過不足分は、次回噴射時の噴射量で調整すればよい。或いは、１燃焼サイクル中に複数回噴射する多段噴射を実施すればよい。

Claims

　気体燃料を噴射する第１噴孔（３１ａ）を開閉する第１弁体（３２）、および気体燃料の圧力を閉弁力として前記第１弁体に作用させる背圧室（３１ｃ）を内部に形成する第１ボデー（３１）を有する第１噴射弁（３０）と、
　気体燃料を噴射する第２噴孔（４１ａ）を開閉する第２弁体（４２）、前記第２噴孔へ気体燃料を流通させる第２通路（４１ｂ）を内部に形成する第２ボデー（４１）、および前記第２弁体に開弁力を作用させる電気アクチュエータ（４３、４３ａ、４２ａ）を有する第２噴射弁（４０）と、
　前記第２通路と前記背圧室とを連通させる連通配管（７０）と、
　前記電気アクチュエータへの通電状態を制御して前記第２弁体の作動を制御する制御部（５０）と、
を備え、
　前記制御部は、
　前記背圧室の圧力が前記第１弁体を開弁させる圧力にまで低下するよう、前記第２弁体を所定時間以上開弁させる第１噴射制御と、
　前記背圧室の圧力が前記第１弁体を開弁させる圧力にまで低下しないよう、前記第２弁体を所定時間未満開弁させる第２噴射制御と、
を要求噴射量に応じて切り替えることを特徴とする燃料噴射システム。
　前記連通配管に設けられ、前記連通配管を通じて前記第２噴射弁へ供給される気体燃料を溜めるアキュムレータ（７２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射システム。
　前記連通配管を流通する気体燃料の流量を制限する連通流量制限部（７１）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射システム。
　前記連通流量制限部で流量制限される流量が、前記第２噴孔で流量制限される流量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射システム。
　前記第１ボデーの内部には、前記第１噴孔へ気体燃料を流通させる通路であって、前記背圧室と連通されている第１通路（３１ｂ）が形成されており、
　前記第１通路から前記背圧室へ流れ込む気体燃料の流量を制限する第１流量制限手段（３２ｃ）を備え、
　前記第１流量制限手段で流量制限される流量が、前記連通流量制限手段で流量制限される流量よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射システム。
　前記第２噴射弁による最大噴射率が、前記第１噴射弁による最大噴射率よりも小さく設定されてい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システム。
　前記第１噴射弁および前記第２噴射弁は、内燃機関（１０）の燃焼室に吸気を流入させる吸気配管（１１）に取り付けられており、
　前記吸気配管の内部の吸気流れ方向において、前記第１噴孔の下流側に前記第２噴孔が位置するよう、前記第１噴射弁および前記第２噴射弁は配置されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の燃料噴射システム。