(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の駆動指令に対するノズルニードルの応答性を確保しつつ、１回の燃料噴射により燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大することができる内燃機関の噴射制御装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２０の開弁及び閉弁を行うノズルニードル３１のリフト量を変更することにより、燃料噴射弁２０による燃料噴射量を制御する。ＥＣＵ９０は、駆動信号に基づいてノズルニードル３１のリフト速度を可変に制御する駆動制御部を備える。駆動制御部は、燃料噴射弁２０の開弁指令に伴いリフト量を増大側に変更するリフト増大期間及び燃料噴射弁２０の閉弁指令に伴いリフト量を減少側に変更するリフト減少期間のうち少なくとも一方において、ノズルニードル３１がフルリフト位置に近い側の第１リフト領域にある期間では、リフト量が小さい側の第２リフト領域にある期間よりもリフト速度を低速で制御する。【選択図】図１
2020090928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁（２０）の開弁及び閉弁を行うノズルニードル（３１）のリフト量を変更することにより、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御する内燃機関（７０）の噴射制御装置であって、
駆動信号に基づいて前記ノズルニードルのリフト速度を可変に制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、前記燃料噴射弁の開弁指令に伴い前記ノズルニードルのリフト量を増大側に変更するリフト増大期間、及び前記燃料噴射弁の閉弁指令に伴い前記ノズルニードルのリフト量を減少側に変更するリフト減少期間のうち少なくとも一方において、前記ノズルニードルがフルリフト位置に近い側の第１リフト領域にある期間では、前記第１リフト領域よりリフト量が小さい側の第２リフト領域にある期間よりも、前記ノズルニードルのリフト速度を低速で制御する速度変更制御を実施する、内燃機関の噴射制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記燃料噴射弁の要求噴射量を算出する噴射量算出部と、
前記要求噴射量が所定噴射量よりも多いか否かを判定する噴射量判定部と、
を備え、
前記駆動制御部は、前記噴射量判定部により前記要求噴射量が前記所定噴射量よりも多いと判定された場合に前記速度変更制御を実施する、請求項１に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項３】
前記所定噴射量として、第１閾値と、前記第１閾値より大きい第２閾値とを有し、
前記駆動制御部は、前記噴射量判定部により前記要求噴射量が前記第１閾値よりも多くかつ前記第２閾値よりも少ないと判定された場合に、前記リフト増大期間及び前記リフト減少期間のうち前記リフト増大期間において前記速度変更制御を実施し、前記噴射量判定部により前記要求噴射量が前記第２閾値よりも多いと判定された場合に、前記リフト増大期間及び前記リフト減少期間の両方において前記速度変更制御を実施する、請求項２に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項４】
前記リフト速度に相関する相関パラメータを検出する相関検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記相関パラメータに基づいて、前記速度変更制御において前記ノズルニードルのリフト速度を変更するタイミングを可変に制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、燃料が導入される制御室（３３、３６、４６）を備え、
前記ノズルニードルは、前記制御室内の燃料の圧力を利用して前記燃料噴射弁を開弁及び閉弁させる方向に変位し、
前記相関パラメータとして、前記制御室に導入される燃料の圧力を含む、請求項４に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は、燃料が導入される制御室（３３、３６、４６）を備え、
前記ノズルニードルは、前記制御室内の燃料の圧力を利用して前記燃料噴射弁を開弁及び閉弁させる方向に変位し、
前記相関パラメータとして、前記制御室に導入される燃料の温度を含む、請求項４又は５に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の１燃焼サイクル中に前記燃料噴射弁により複数回の燃料噴射を実施し、
前記駆動制御部は、前記複数回の燃料噴射の間隔に基づいて、前記速度変更制御において前記ノズルニードルのリフト速度を変更するタイミングを可変に制御する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項８】
前記燃料噴射弁の噴射特性に関する情報である噴射特性情報を記憶する記憶部を備え、
前記駆動制御部は、前記噴射特性情報に基づいて、前記速度変更制御において前記ノズルニードルのリフト速度を変更するタイミングを可変に制御する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項９】
前記燃料噴射弁の噴射率を検出する噴射率検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記噴射率検出部により検出した噴射率に基づいて、前記速度変更制御において前記ノズルニードルのリフト速度を変更するタイミングを可変に制御する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項１０】
前記ノズルニードルのリフト量を検出するリフト量検出部を備え、
前記駆動制御部は、前記リフト量検出部により検出したリフト量に基づいて、前記速度変更制御において前記ノズルニードルのリフト速度を変更するタイミングを可変に制御する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃料噴射弁としては、ノズルニードルの上部に配置された制御室の内部の燃料圧力をオリフィスで制御することにより、ノズルニードルを燃料噴射弁の開弁方向及び閉弁方向に移動させるものが一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、アウトオリフィス流量を拡大することによりノズルニードルの開弁速度及び閉弁速度を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−５３３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノズルニードルの開弁速度及び閉弁速度を単に速くした場合、駆動指令後にノズルニードルが最大リフト位置又は閉弁位置に短時間で到達してしまう。この場合、燃料噴射弁により噴射可能な燃料量が少なくなってしまうことが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁の駆動指令に対するノズルニードルの応答性を確保しつつ、１回の燃料噴射により燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大することができる内燃機関の噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００７】
本発明は、燃料噴射弁（２０）の開弁及び閉弁を行うノズルニードル（３１）のリフト量を変更することにより、前記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する内燃機関（７０）の噴射制御装置に関する。請求項１に記載の発明は、駆動信号に基づいて前記ノズルニードルのリフト速度を可変に制御する駆動制御部を備え、前記駆動制御部は、前記燃料噴射弁の開弁指令に伴い前記ノズルニードルのリフト量を増大側に変更するリフト増大期間、及び前記燃料噴射弁の閉弁指令に伴い前記ノズルニードルのリフト量を減少側に変更するリフト減少期間のうち少なくとも一方において、前記ノズルニードルがフルリフト位置に近い側の第１リフト領域にある期間では、前記第１リフト領域よりリフト量が小さい側の第２リフト領域にある期間よりも、前記ノズルニードルのリフト速度を低速で制御する速度変更制御を実施する。
【０００８】
上記構成では、燃料噴射の噴射開始時及び噴射終了時の少なくとも一方において、ノズルニードルのリフト量が大きい期間では、リフト量が小さい期間よりもノズルニードルのリフト速度を低速で制御する。これにより、ノズルニードルが最大リフト位置又は閉弁位置に到達するタイミングを遅くすることができ、燃料噴射弁の開弁期間をできるだけ長くすることができる。よって、上記構成によれば、燃料噴射弁の駆動指令に対するノズルニードルの応答性を確保しつつ、１回の燃料噴射により燃料噴射弁から噴射される燃料量を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料噴射システムの概略構成を示す図。
【図２】燃料噴射弁の噴射率パターンの一例を示す図。
【図３】閉弁時の燃料噴射弁を表す図。
【図４】高速開弁モードの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図５】高速開弁モードから高速閉弁モードへ移行するときの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図６】高速閉弁モードの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図７】低速開弁モードの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図８】低速開弁モードから低速閉弁モードへ移行するときの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図９】低速閉弁モードの燃料噴射弁の動作を説明する図。
【図１０】第２開閉弁による減圧動作を示す図。
【図１１】噴射開始時及び噴射終了時のリフト速度制御の具体的態様を示す図。
【図１２】噴射圧に応じたリフト速度制御を説明する図。
【図１３】燃料温度に応じたリフト速度制御を説明する図。
【図１４】燃料噴射弁の個体差に応じたリフト速度制御を説明する図。
【図１５】噴射インターバルに応じたリフト速度制御を説明する図。
【図１６】リフト速度制御の処理手順を示すフローチャート。
【図１７】速度切替時間の算出処理を表す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態の相互において、互いに同一又は均等である部分には図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１１】
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒ディーゼルエンジンに適用される燃料噴射システムに具体化している。この燃料噴射システムでは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）を中枢としてエンジンの燃料噴射を制御している。図１に示すように、燃料噴射システム１０は、コモンレール１１、燃料噴射弁２０及びＥＣＵ９０を備える。
【００１２】
図１において、コモンレール１１は、図示しない高圧ポンプの下流側に接続されており、高圧ポンプで高圧化された燃料（以下「高圧燃料」という。）が供給される。コモンレール１１の内部には、高圧ポンプから圧送された高圧燃料が高圧状態で保持される。コモンレール１１には、コモンレール１１の内部の燃料圧力（以下「レール圧」という。）を検出するレール圧センサ７３が取り付けられている。レール圧センサ７３の検出信号はＥＣＵ９０に入力される。
【００１３】
コモンレール１１には、高圧配管１２を介して燃料噴射弁２０が接続されている。燃料噴射弁２０は、エンジン７０の燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴式であり、複数の気筒（本実施形態では４気筒）のそれぞれに１本ずつ取り付けられている。なお、図１には、１つの気筒の燃料噴射弁２０のみを示し、残りの気筒については燃料噴射弁２０の記載を省略している。
【００１４】
ＥＣＵ９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、駆動回路、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータである。ＥＣＵ９０には、エンジン７０の回転速度を検出するクランク角センサ、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ等の各種センサから検出信号が逐次入力される。ＥＣＵ９０は、エンジン回転速度やアクセル操作量等のエンジン運転情報に基づいて最適な燃料噴射量及び噴射時期を算出し、それに応じた通電パルス（噴射信号）を燃料噴射弁２０に出力する。これにより、各気筒において燃料噴射弁２０による燃料噴射が制御される。
【００１５】
次に、燃料噴射弁２０の構成について詳細に説明する。燃料噴射弁２０は、第１〜第４本体部２１〜２４を備え、これら第１〜第４本体部２１〜２４が一体化されることにより噴射弁本体が構成されている。第１〜第４本体部２１〜２４は、燃料噴射弁２０の軸方向にこの順に並べて配置されており、コモンレール１１から第１本体部２１に供給された燃料を、第４本体部２４に設けられた噴射孔３４から噴射する。なお、以下の説明では、燃料噴射弁２０の軸方向を「上下方向」、燃料噴射弁２０における第１本体部２１側を「上方向」、第４本体部２４側を「下方向」とする。
【００１６】
第１本体部２１には、第１高圧通路１３と、低圧室５７とが設けられている。第１高圧通路１３は、第１本体部２１、第２本体部２２及び第３本体部２３に亘って形成されており、第１〜第３本体部２１〜２３を貫通している。第１高圧通路１３は、第２本体部２２側とは反対側の端部が高圧配管１２に連通されている。これにより、コモンレール１１からの高圧燃料が高圧配管１２を介して第１高圧通路１３に供給される。第１高圧通路１３には、第１高圧通路１３内の燃料の温度を検出する燃温センサ７４、及び燃料圧力を検出する燃圧センサ７５が取り付けられている。燃温センサ７４及び燃圧センサ７５の検出信号はＥＣＵ９０に入力される。燃圧センサ７５により、燃料噴射弁２０に供給される高圧燃料の圧力（以下、「噴射圧」ともいう。）が検出される。
【００１７】
低圧室５７は、第２本体部２２を向いた面が上方向に凹むことにより、第１本体部２１において第２本体部２２との境界部に形成されている。低圧室５７には、第１高圧通路１３内の高圧燃料が第２本体部２２、第３本体部２３及び第４本体部２４を経由し、これにより低圧化された燃料が収容されている。低圧室５７は、低圧通路５８を介してリターン配管６５に接続されており、更に燃料タンク６１に接続されている。これにより、燃料噴射弁２０に供給される高圧燃料の一部は、低圧室５７からリターン配管６５を通じて燃料タンク６１に戻される。低圧室５７の内部には、燃料噴射弁２０の燃料の噴射状態を制御する開閉弁５０が設けられている。開閉弁５０は電磁駆動式であり、ＥＣＵ９０により開弁及び閉弁が制御される。
【００１８】
第２本体部２２には、第２高圧通路１４と、中間室２６と、第１通路２５と、第２通路２７とが設けられている。第２高圧通路１４は、第１高圧通路１３から分岐する分岐路であり、コモンレール１１からの高圧燃料が供給される燃料通路である。第２高圧通路１４には、昇圧オリフィス１４ａが設けられている。この昇圧オリフィス１４ａにより、第２高圧通路１４を流れる燃料の流量が制限される。第２高圧通路１４において、第１高圧通路１３とは反対側の端部には環状室１４ｂが形成されている。環状室１４ｂは、第２本体部２２において第３本体部２３との境界部に環状に形成された燃料通路部である。環状室１４ｂには、第１高圧通路１３からの高圧燃料が第２高圧通路１４を通じて導入される。
【００１９】
中間室２６は、円柱状に形成されたチャンバであり、第２本体部２２と第３本体部２３との境界部に形成されている。第１通路２５は、第２本体部２２の内部において燃料噴射弁２０の軸方向（上下方向）に延びており、第２本体部２２を貫通している。第１通路２５は、その一方の端部が低圧室５７に連通され、他方の端部が中間室２６に連通されている。これにより、中間室２６は、第１通路２５を介して低圧室５７に連通されている。
【００２０】
第２通路２７は、第２本体部２２の内部に形成されており、第１通路２５と同じ方向（上下方向）に延びている。第２通路２７は第２本体部２２を貫通しており、その一方の端部が低圧室５７に連通され、他方の端部が第３本体部２３の第１制御室４６に連通されている。第２通路２７には、第１本体部２１に近い位置に減圧オリフィス２７ａが設けられている。減圧オリフィス２７ａにより第２通路２７を流れる燃料の流量が制限される。
【００２１】
第３本体部２３には、第１制御室４６と、接続通路４７とが設けられている。第１制御室４６は、第２本体部２２を向いた面が下方向に凹むことにより噴射弁本体の内部に形成されたチャンバであり、環状室１４ｂに連通されている。第１制御室４６には、第１高圧通路１３からの高圧燃料が第２高圧通路１４を介して供給される。
【００２２】
第１制御室４６の内部には、燃料噴射弁２０の軸方向（上下方向）に変位可能な従動弁４１が配置されている。従動弁４１は円柱状であり、その中央部において軸方向に貫通する第３通路４２が形成されている。第３通路４２は、第２本体部２２側の開口部が中間室２６に開放されており、第４本体部２４側の開口部が第１制御室４６の内部に開放されている。第３通路４２には減圧オリフィス４２ａが設けられている。減圧オリフィス４２ａによって第３通路４２を流れる燃料の流量が制限される。減圧オリフィス４２ａの出口側の燃料流量よりも、第２通路２７が有する減圧オリフィス２７ａの出口側の燃料流量の方が小さく設定されている。
【００２３】
従動弁４１には、従動弁４１を第２本体部２２に向かう方向（上方向）へ付勢するスプリング４５が取り付けられている。従動弁４１は、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力により第２本体部２２の下面に当接している。この当接状態では、従動弁４１によって環状室１４ｂと第１制御室４６との連通は遮断される一方、中間室２６は第３通路４２を介して第１制御室４６に連通された状態となる。この状態では、第１制御室４６内の燃料は、第３通路４２、中間室２６及び第１通路２５を介して低圧室５７に流入可能である。
【００２４】
従動弁４１が第２本体部２２の下面に当接している状態において、第１制御室４６の内部の燃料圧力が低下して、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力が、環状室１４ｂ及び中間室２６の内部の燃料圧力による下方向の力を下回ると、従動弁４１が第２本体部２２の下面から離間する方向に変位する。これにより、中間室２６が第３通路４２を介さずに第１制御室４６に連通されるとともに、環状室１４ｂが第１制御室４６に連通される。
【００２５】
第２通路２７は、低圧室５７と第１制御室４６とを直接連通している。つまり、第１制御室４６は、従動弁４１の位置（リフト状態）に依らずに第２通路２７を介して低圧室５７に連通されている。また、第３本体部２３には、第１制御室４６から第４本体部２４へ延びる接続通路４７が形成されている。接続通路４７にはオリフィス４７ａが設けられており、オリフィス４７ａによって接続通路４７を流れる燃料の流量が制限される。
【００２６】
第４本体部２４には、シリンダ３５と、ノズルニードル３１と、高圧室３３と、第２制御室３６とが設けられている。シリンダ３５の先端部には、外部に向かって燃料が噴射される噴射孔３４が複数形成されている。ノズルニードル３１は、シリンダ３５の内部において上下方向に往復動可能に収容されている。ノズルニードル３１の上面には、ノズルニードル３１を下方向へ付勢するスプリング３２が取り付けられている。
【００２７】
高圧室３３は、第１高圧通路１３と噴射孔３４とを連通する通路の途中に設けられている。この高圧室３３の内部に、ノズルニードル３１の先端部が配置されている。第２制御室３６は、シリンダ３５の内部において噴射孔３４とは反対側（ノズルニードル３１の上方）に設けられている。第２制御室３６は、接続通路４７を介して第１制御室４６に連通されている。これにより、第１高圧通路１３からの高圧燃料が、第１制御室４６及び接続通路４７を介して第２制御室３６に供給される。第２制御室３６の内部の燃料圧力と、ノズルニードル３１に取り付けられたスプリング３２の付勢力とがノズルニードル３１に作用することによりノズルニードル３１が下方向に変位し、噴射孔３４から燃料が噴射されない状態、すなわち燃料噴射弁２０が閉弁状態となる。
【００２８】
また、高圧室３３の内部の燃料圧力が、第２制御室３６の内部の燃料圧力及びスプリング３２の付勢力の合計の力よりも大きくなると、ノズルニードル３１が上方向に変位し、燃料噴射弁２０が開弁状態となる。燃料噴射弁２０が開弁状態となることにより、高圧室３３内の高圧燃料が噴射孔３４から噴射される。
【００２９】
次に、開閉弁５０の構成について説明する。開閉弁５０は、低圧室５７の内部において、第１制御室４６と低圧室５７とを接続する燃料通路に配置されている。開閉弁５０は、ＥＣＵ９０により駆動制御により第１制御室４６から低圧室５７への燃料の流出を許容及び遮断することにより、第１制御室４６の内部の燃料圧力を調整する。
【００３０】
開閉弁５０は、第１開閉弁５１と、第２開閉弁５２とを有している。第１開閉弁５１は、第１通路２５上に配置されており、その開閉状態が制御されることにより低圧室５７と第１通路２５との連通及び遮断を切り替える。第２開閉弁５２は、第２通路２７上に配置されており、その開閉状態が制御されることにより低圧室５７と第２通路２７との連通及び遮断を切り替える。ＥＣＵ９０は、第１ソレノイド５３と第２ソレノイド５４とを互いに独立して通電することにより、第１開閉弁５１の開閉状態と第２開閉弁５２の開閉状態とを互いに独立して制御する。
【００３１】
具体的には、第１ソレノイド５３の非通電時には、第１開閉弁５１は、第１スプリング５５の付勢力により第２本体部２２に当接している。この当接状態では、第１開閉弁５１により低圧室５７と第１通路２５との連通が遮断された状態（閉弁状態）となる。また、第１開閉弁５１の閉弁状態において第１ソレノイド５３に通電すると、第１スプリング５５の付勢力に抗して第１開閉弁５１が上方向に移動し、第２本体部２２から離間する。この状態では、低圧室５７と第１通路２５とが連通された状態（開弁状態）となり、第１通路２５から低圧室５７への燃料の流入が許容される。
【００３２】
また、第２ソレノイド５４の非通電時には、第２開閉弁５２は、第２スプリング５６の付勢力により第２本体部２２に当接している。この当接状態では、第２開閉弁５２により低圧室５７と第２通路２７との連通が遮断された状態（閉弁状態）となる。また、第２開閉弁５２の閉弁状態において第２ソレノイド５４に通電すると、第２スプリング５６の付勢力に抗して第２開閉弁５２が上方向に移動し、第２本体部２２から離間する。この状態では、低圧室５７と第２通路２７とが連通された状態（開弁状態）となり、第２通路２７から低圧室５７への燃料の流入が許容される。
【００３３】
燃料噴射制御において、ＥＣＵ９０は、第１開閉弁５１の開弁及び閉弁を切り替えることにより、ノズルニードル３１を開弁位置及び閉弁位置に移動させる。これにより、燃料噴射弁２０において、噴射孔３４から燃料が噴射される噴射動作と、燃料の噴射が停止される噴射停止動作とが切り替わる。また、ＥＣＵ９０は、第１開閉弁５１の駆動制御に併せて第２開閉弁５２の開閉状態を切り替えることにより、ノズルニードル３１が軸方向に移動する速度、すなわちニードル速度を可変制御する。ＥＣＵ９０は、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２の開閉を独立して制御することにより、燃料の噴射率の傾き、より具体的には、噴射率の立ち上がり速度及び立ち下がり速度をそれぞれ制御する。
【００３４】
図２に、燃料噴射弁２０の噴射率パターンの例を示している。いずれの噴射率パターンにおいても、燃料噴射弁２０による燃料噴射の開始時には第１開閉弁５１を開弁状態とし、燃料噴射の終了時には第１開閉弁５１を閉弁状態にする。第２開閉弁５２については、噴射率の立ち上がり速度、立ち下がり速度に応じてその開閉状態が制御される。
【００３５】
具体的には、燃料噴射の開始時における噴射率の立ち上がり速度を急峻にする高速開弁モードでは第２開閉弁５２を開弁し（図２（ａ）及び（ｃ）参照）、噴射率の立ち上がり速度を緩慢にする低速開弁モードでは第２開閉弁５２を閉弁する（図２（ｂ）及び（ｄ）参照）。また、燃料噴射の終了時における噴射率の立ち下がり速度を急峻にする高速閉弁モードでは第２開閉弁５２を閉弁し（図２（ａ）及び（ｂ）参照）、噴射率の立ち下がり速度を緩慢にする低速閉弁モードでは第２開閉弁５２を開弁する（図２（ｃ）及び（ｄ）参照）。
【００３６】
第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２の開閉状態と燃料噴射弁２０の動作との関係について図３〜８を用いて説明する。噴射開始前は、第１ソレノイド５３及び第２ソレノイド５４を非通電とすることにより、図３に示すように、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２は共に閉じており、ノズルニードル３１によって高圧室３３と噴射孔３４との連通が遮断されている。
【００３７】
高速開弁モード且つ高速閉弁モードの噴射パターン（図２（ａ）参照）の場合について、図３〜６を用いて説明する。噴射開始前において、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が閉弁した状態では、第１高圧通路１３からの高圧燃料が導入されることにより、第２〜第４本体部２２〜２４に形成された燃料貯留部（環状室１４ｂ、中間室２６、第１制御室４６、第２制御室３６、高圧室３３）及び燃料通路（第１通路２５、第２通路２７、第３通路４２、接続通路４７）は、第１高圧通路１３内の燃料圧力と同等の高圧状態で保持されている（図３参照）。
【００３８】
第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が閉じられた状態において、第１ソレノイド５３及び第２ソレノイド５４への通電により第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２を共に開弁すると、図４に示すように、第１制御室４６が、第１通路２５、第３通路４２及び第２通路２７を介して低圧室５７に連通される。これにより、第１制御室４６及び第２制御室３６の内部の燃料が、第１通路２５及び第３通路４２を通過する経路と、第２通路２７を通過する経路との２つの経路を介して低圧室５７へ流入される。このため、第１制御室４６及び第２制御室３６の内部の燃料圧力が高速で低下し、ノズルニードル３１が高速で開弁方向（上方向）に変位する。これにより噴射孔３４から燃料が噴射される。この場合、図２（ａ）に示すように噴射率が高速で立ち上がる。
【００３９】
なお、減圧オリフィス４２ａの前後には差圧が生じており、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力の合計が、中間室２６及び環状室１４ｂの内部の燃料圧力による下方向の力よりも高くなっている。このため、従動弁４１は、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２を共に開いた状態において、第２本体部２２に当接している状態に維持されている（図４参照）。
【００４０】
噴射率が最大になった後、第１開閉弁５１を閉弁すると、第１制御室４６内の燃料が第３通路４２を介して中間室２６へ流入することにより、中間室２６の内部の燃料圧力が上昇する（図５参照）。また、第２開閉弁５２を閉弁することにより、低圧室５７と第１制御室４６との連通が遮断される。この場合、中間室２６及び環状室１４ｂの内部の燃料圧力による下方向の力が、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力の合計よりも大きくなることにより、従動弁４１が下方向へ移動する（図６参照）。この従動弁４１の下方向への移動により、第１高圧通路１３の高圧燃料が第１制御室４６に流入する。
【００４１】
このとき、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に閉弁しているため、第１制御室４６の内部の燃料圧力は高速で上昇する。第１制御室４６から接続通路４７を介して第２制御室３６へ燃料が流入し、第２制御室３６の内部の燃料圧力が所定圧力よりも高くなると、ノズルニードル３１が下降し始めて閉弁動作に移行する（図６参照）。この場合、図２（ａ）に示すように、噴射率が高速で立ち下がる。その後、ノズルニードル３１がシート部（図示略）に着座することにより、燃料噴射弁２０による燃料噴射が停止される。
【００４２】
次に、低速開弁モード且つ高速閉弁モードの噴射パターン（図２（ｂ）参照）の場合について説明する。噴射開始前において、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が閉じられた状態（図３参照）において、図７に示すように、第２開閉弁５２を閉じた状態で維持し、第１開閉弁５１を開くと、第１制御室４６の内部の燃料が第３通路４２及び第１通路２５を介して中間室２６に流入する。このとき、減圧オリフィス４２ａの前後には差圧が生じており、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力の合計が、中間室２６及び環状室１４ｂの内部の燃料圧力による下方向の力よりも高くなっている。このため、従動弁４１は、第２本体部２２に当接している状態に維持される。
【００４３】
第２開閉弁５２が閉じられた状態では、第２通路２７を介した燃料の流通が許容されていないため、第１制御室４６の内部の燃料圧力は低速で低下し、ノズルニードル３１は低速で開弁方向に変位する。この場合、図２（ｂ）に示すように、噴射率が低速で立ち上がる。つまり、第１開閉弁５１が開き、かつ第２開閉弁５２が閉じた状態における噴射率の上昇速度（傾き）は、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に開いた状態における噴射率の上昇速度（傾き）よりも小さくなる。噴射率が最大となった後は、図２（ａ）に示す高速立下げ時の動作と同様である。
【００４４】
次に、高速開弁モード且つ低速閉弁モードの噴射パターン（図２（ｃ）参照）の場合について説明する。まず、高速立上げ時の動作は、図２（ａ）に示す高速立上げ時の動作と同様である。噴射率が最大になった後、図８に示すように、第２開閉弁５２を開いた状態で維持し、第１開閉弁５１を閉じると、第１制御室４６内の燃料が第３通路４２を介して中間室２６へ流入し、中間室２６の内部の燃料圧力が上昇する。また、第２開閉弁５２は開いた状態であるため、第１制御室４６の内部の燃料は、第２通路２７を介して低圧室５７に流入する。中間室２６の内部の燃料圧力が上昇し、中間室２６及び環状室１４ｂの内部の燃料圧力による下方向の力が、第１制御室４６の内部の燃料圧力による上方向の力及びスプリング４５の付勢力の合計よりも大きくなると、従動弁４１が下方向へ移動する（図９参照）。この従動弁４１の下方向への移動により、第１高圧通路１３の高圧燃料が第１制御室４６に流入する。
【００４５】
このとき、第２開閉弁５２は開いた状態で維持されているため、第１制御室４６の内部の燃料圧力は低速で上昇する。第１制御室４６から接続通路４７を介して第２制御室３６に燃料が流入し、第２制御室３６の内部の燃料圧力が所定圧力よりも高くなると、ノズルニードル３１が下降し始めて閉弁動作に移行する（図９参照）。この場合、図２（ｃ）に示すように、噴射率が低速で立ち下がる。つまり、第１開閉弁５１が閉じ、かつ第２開閉弁５２が開いた状態における噴射率の低下速度（傾き）は、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に閉じた状態における噴射率の低下速度（傾き）よりも小さくなる。その後、ノズルニードル３１がシート部に着座することにより、噴射孔３４から燃料が噴射されなくなる。
【００４６】
図１０は、第２開閉弁５２により、燃料噴射弁２０から燃料を噴射させずにコモンレール１１内の燃料圧力を減圧させる減圧弁モードの動作を示す図である。
【００４７】
上述したように、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に閉じた状態では、第２制御室３６、第１制御室４６及び中間室２６の内部の燃料圧力は第１高圧通路１３の内部の燃料圧力と同等であり、従動弁４１は第２本体部２２に当接している（図３参照）。減圧動作では、この状態から第２開閉弁５２を開く。これにより、図１０に示すように、第１制御室４６内の燃料が第２通路２７を介して低圧室５７へ排出され、第１制御室４６の内部の圧力低下に伴い従動弁４１が下方向へ移動する。
【００４８】
燃料噴射弁２０では、第１開閉弁５１が閉じられ且つ第２開閉弁５２が開かれた状態において、昇圧オリフィス１４ａを介した燃料の流量が、減圧オリフィス２７ａを介した燃料の流量よりも大きく設定されている。このため、第１開閉弁５１が閉じられ且つ第２開閉弁５２が開かれた状態では、第１制御室４６の内部から第２通路２７を通じて排出される燃料の第２通路２７における圧力損失の方が、第２高圧通路１４から第１制御室４６へ流入する燃料の第２高圧通路１４における圧力損失よりも大きくなる。これにより、第１開閉弁５１が閉じられ且つ第２開閉弁５２が開かれた状態では、ノズルニードル３１により高圧室３３と噴射孔３４とが遮断された状態、つまり噴射孔３４から燃料が噴射されない状態が維持される。
【００４９】
また、コモンレール１１から第１高圧通路１３及び第２高圧通路１４を介して第１制御室４６へ燃料が流入し、その流入した燃料が第１制御室４６から低圧室５７へ排出され、燃料噴射システムの上流側（低圧側）へ戻されることにより、コモンレール１１の内部の燃料圧力が低下する。すなわち、燃料噴射弁２０から燃料を噴射させない状態で、コモンレール１１内の燃料圧力が減圧される。このため、燃料噴射弁２０は、コモンレール１１内の燃料圧力を減圧する減圧弁としての機能を有する。
【００５０】
なお、燃料噴射弁２０においては、第１開閉弁５１により第１通路２５と低圧室５７とが連通された場合に、従動弁４１により環状室１４ｂと第１制御室４６との連通が遮断されるように、減圧オリフィス４２ａの流路面積、中間室２６の第３本体部２３（第１制御室４６）側の開口面積、環状室１４ｂの第３本体部２３（第１制御室４６）側の開口面積、及びスプリング４５による付勢力が設定されている。すなわち、第１開閉弁５１により第１通路２５と低圧室５７とが連通された場合に、従動弁４１により第１制御室４６と中間室２６とを第３通路４２を介して連通した状態となることが、減圧オリフィス４２ａによる燃料流量の制限、中間室２６への従動弁４１の露出面積、第１高圧通路１３への従動弁４１の露出面積、及びスプリング４５による付勢力の設定により実現されている。
【００５１】
ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２０が搭載されるエンジン７０の運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等）やレール圧に基づいて、燃料噴射弁２０による燃料の噴射率を制御する。具体的には、ＥＣＵ９０は、噴射開始時の噴射率パターンとして高速開弁モード及び低速開弁モードの一方を選択するとともに、噴射終了時の噴射率パターンとして高速閉弁モード及び低速閉弁モードの一方を選択する（図２参照）。そして、それら選択した各モードに応じて、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２の開閉状態を制御する。あるいは、ＥＣＵ９０は、エンジン運転状態やレール圧に応じて、燃料噴射の開始時の噴射率（すなわち、噴射率の立ち上がり速度）、及び燃料噴射の終了時の噴射率（すなわち、噴射率の立ち下がり速度）の少なくとも一方を、噴射率が最大になるまでの途中で変更する噴射制御を実施する。
【００５２】
ここで、燃料噴射弁２０の駆動指令に対するノズルニードル３１の応答性を向上させるためには、噴射率波形の矩形度を高くすることが望ましい。しかしながら、噴射率波形の矩形度を高くしようとすると、燃料の噴射開始時又は噴射終了時においてノズルニードル３１を高速で移動させることになる。この場合、噴射開始時にはノズルニードル３１が早期にフルリフト限界に到達し（図１１の破線Ｒ参照）、噴射終了時では、ノズルニードル３１が早期に閉弁位置に到達する。このため、燃料噴射弁２０から１回の燃料噴射により噴射される燃料量が少なくなり、噴射の自由度が低下することが懸念される。
【００５３】
そこで本実施形態では、燃料噴射弁２０による燃料の噴射開始時及び噴射終了時の少なくとも一方において、ノズルニードル３１が閉弁位置から最大リフト位置に到達するまでの途中又は最大リフト位置から閉弁位置に到達するまでの途中でリフト速度を変更する制御（速度変更制御）を実施することとしている。具体的には、燃料噴射弁２０の開弁指令に伴いリフト量を増大側に変更するリフト増大期間、及び燃料噴射弁２０の閉弁指令に伴いリフト量を減少側に変更するリフト減少期間のうち少なくとも一方において、ノズルニードル３１のリフト量が比較的小さい期間ではニードル速度を高速で制御し、これにより駆動指令に対する応答性を確保する。また、ノズルニードル３１のリフト量が比較的大きい期間では、ニードル速度を低速で制御することにより、燃料噴射弁２０による大噴射量を実現することとしている。
【００５４】
ノズルニードル３１の速度変更制御について図１１のタイムチャートを用いて説明する。図１１中、（ａ）は燃料噴射弁２０の開弁指令及び閉弁指令（ＩＮＪ駆動指令）の推移、（ｂ）はニードル速度指令の推移、（ｃ）はノズルニードル３１のリフト量の推移、（ｄ）は噴射率の推移、（ｅ）は燃圧センサ７５の検出圧力の推移をそれぞれ示している。
【００５５】
燃料噴射弁２０の開弁指令に伴い、ＥＣＵ９０のマイコンは、噴射率モードに応じて第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２の開閉状態を制御する。ここでは、噴射率モードとして高速開弁モード及び高速閉弁モードが選択されている。したがって、ＥＣＵ９０は、燃料噴射弁２０の開弁指令に伴い、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２を共に開弁させる。第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に開弁された状態では、ノズルニードル３１は、リフト量を増大させる方向へ第１速度Ｖ１で変位する。
【００５６】
燃料噴射弁２０の開弁指令タイミング（時刻ｔ５１）から所定の遅れ時間が経過すると、ノズルニードル３１が噴射孔３４を開弁する側（すなわち、リフト量を増大させる方向）へ変位し始める。また、ノズルニードル３１の変位に伴い噴射率が徐々に大きくなる。そして、時刻ｔ５１から速度切替時間Ｔ１が経過したタイミング（時刻ｔ５２）で、第１開閉弁５１を開弁させたまま第２開閉弁５２を閉弁させる。第１開閉弁５１が開かれ、かつ第２開閉弁５２が閉じられた状態では、ノズルニードル３１は、第１速度Ｖ１よりも低速の第２速度Ｖ２で、リフト量を増大させる方向へ変位する。このため、時刻ｔ５２では、ノズルニードル３１のリフト速度が、高速の第１速度Ｖ１から低速の第２速度Ｖ２へ切り替えられる。
【００５７】
速度切替時間Ｔ１は、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２を共に開弁状態とした場合に噴射率がゼロから最大噴射率Ｄｍａｘになるまでに要する時間である。速度切替時間Ｔ１は、エンジン運転状態（具体的には、エンジン回転速度及びエンジン負荷）と噴射圧とに基づいて算出される。噴射率が最大噴射率Ｄｍａｘに到達した時点（時刻ｔ５２）では、ノズルニードル３１は、閉弁位置とフルリフト限界との間の中間位置ＬＴＨに位置している。
【００５８】
その後、時刻ｔ５１からニードル閉弁指令時間Ｔ２が経過し、燃料噴射弁２０の閉弁指令を入力すると、ＥＣＵ９０のマイコンは、噴射率モードに応じて第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２の開閉状態を制御する（時刻ｔ５３）。ここでは、燃料噴射弁２０の閉弁指令に伴い、第２開閉弁５２を開いたまま第１開閉弁５１を閉弁させる。第１開閉弁５１が閉じられ、かつ第２開閉弁５２が開かれた状態では、ノズルニードル３１は、リフト量を減少させる方向へ第３速度Ｖ３で変位する。
【００５９】
ニードル閉弁指令時間Ｔ２は、エンジン運転状態（エンジン回転速度、エンジン負荷）及びレール圧（又は噴射圧）に基づいて算出される値であり、燃料噴射弁２０から１回の燃料噴射により噴射させる燃料量の要求値（以下、「要求噴射量」ともいう。）に対応する時間である。要求噴射量が多いほど、ニードル閉弁指令時間Ｔ２としては長い時間が設定される。
【００６０】
その後、燃料噴射弁２０の開弁指令タイミング（時刻ｔ５１）から速度切替時間Ｔ３が経過した時点（時刻ｔ５３）で、第１開閉弁５１を閉弁させたまま第２開閉弁５２を閉弁させる。第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２が共に閉じられた状態では、ノズルニードル３１は、第３速度Ｖ３よりも高速の第４速度Ｖ４で、リフト量を減少させる方向へ変位する。このため、時刻ｔ５２では、ノズルニードル３１のリフト速度が、低速の第３速度Ｖ３から高速の第４速度Ｖ４へ切り替えられる。なお、第３速度Ｖ３及び第４速度Ｖ４は減速度を表し、第３速度Ｖ３は第４速度Ｖ４よりも低速側（減速度小）の値である。
【００６１】
速度切替時間Ｔ３は、燃料噴射弁２０の閉弁指令に伴い第１開閉弁５１を閉弁し、かつ第２開閉弁５２を開弁させた場合にノズルニードル３１が中間位置ＬＴＨに到達するまでに要する時間と、ニードル閉弁指令時間Ｔ２との合計の時間である。速度切替時間Ｔ３は、エンジン運転状態（具体的には、エンジン回転速度及びエンジン負荷）と噴射圧とに基づいて算出される。その後、ノズルニードル３１がシート部（閉弁位置）に戻ることにより、燃料噴射弁２０からの燃料噴射が停止される。
【００６２】
燃料噴射弁２０からの１回の燃料噴射により噴射可能な燃料量の上限を拡大することができれば、燃料噴射の自由度を向上できるといえる。そのためには、燃料噴射弁２０から燃料が噴射されている期間において、噴射率が最大噴射率Ｄｍａｘで制御されている噴孔絞り領域の期間をできるだけ長くすることが望ましい（図１１参照）。この点、燃料の噴射開始時においてリフト速度を高速から低速に切り替えるか、又は噴射終了時においてリフト速度を低速から高速に切り替える上記制御によれば、噴孔絞り領域の期間をできるだけ長くすることができる。これにより、燃料噴射弁２０からの１回の燃料噴射による噴射量の増大を図ることができる。なお、中間位置ＬＴＨよりもリフト量が大きい側の領域が「第１リフト領域」に相当し、中間位置ＬＴＨよりもリフト量が小さい側の領域が「第２リフト領域」に相当する。
【００６３】
ここで、ノズルニードル３１のリフト速度は、種々のパラメータに応じて変化する。この点を考慮し、さらに本実施形態では、ノズルニードル３１のリフト速度に相関する相関パラメータに基づいて、リフト速度を高速と低速との間で切り替える切替タイミングＴＬ（すなわち、速度切替時間Ｔ１、Ｔ３）を可変に制御している。本実施形態では、相関パラメータとして以下の要素（１）及び（２）を用いている。
（１）燃料噴射弁２０に供給される高圧燃料の圧力（噴射圧）
（２）燃料温度
【００６４】
また、さらに本実施形態では、ノズルニードル３１のリフト速度にはばらつき要因があることに着目し、以下の（３）〜（５）の各要素に基づいて切替タイミングＴＬを可変に制御している。
（３）燃料噴射弁２０の個体差による速度ばらつき
（４）噴射インターバルの相違による速度ばらつき
（５）経時劣化やエンジン運転条件による速度ばらつき
以下、各要素と切替タイミングＴＬとの関係について、燃料の噴射開始時を例に挙げて図１１〜図１５を用いて説明する。
【００６５】
（１）噴射圧
ノズルニードル３１のリフト速度は噴射圧に応じて変化する。具体的には、燃料の噴射開始時では、噴射圧が高圧であるほどリフト速度は高速になる。これは、噴射圧が高圧であるほど、コモンレール１１から高圧室３３に供給される高圧燃料によってノズルニードル３１が押し上げられる力が大きくなり、ノズルニードル３１が上方向に移動しやすくなるためである。
【００６６】
ノズルニードル３１のリフト速度を高速のままとした場合、ノズルニードル３１が早いタイミングでフルリフト限界に到達する（図１２中の破線Ｒ参照）。また、噴射圧が高圧側の値であるほどノズルニードル３１が上方向に変位しやすく、フルリフト限界に到達しやすくなる。そこで、燃料の噴射開始時では、噴射圧が高圧であるほど、リフト速度の切替タイミングＴＬを早い時期に設定する。具体的には、図１２に示すように、時刻ｔ１１で燃料噴射弁２０の開弁指令があった場合、噴射圧が比較的低圧であれば、図１２に一点鎖線で示すように、時刻ｔ１３でリフト速度を高速から低速に切り替える。これに対し、噴射圧が比較的高圧である場合には、図１２に実線で示すように、時刻ｔ１３よりも早いタイミング（時刻ｔ１２）でリフト速度を高速から低速に切り替える。なお、噴射圧については、レール圧センサ７３及び燃圧センサ７５のいずれの検出圧力を用いてもよい。
【００６７】
燃料の噴射終了時には、ノズルニードル３１が中間位置ＬＴＨに到達するタイミングでリフト速度を低速から高速に切り替える。ここで、燃料の噴射終了時には、噴射圧が高圧であるほど、コモンレール１１から高圧室３３に供給される高圧燃料によってノズルニードル３１が押し上げられる力が大きくなり、ノズルニードル３１は下方向へ移動しにくくなる。つまり、噴射圧が低圧であるほどノズルニードル３１は下方向へ移動しやすくなる。この場合、噴射圧が低圧であるほど、ノズルニードル３１は早期に中間位置ＬＴＨに到達する。そこで、燃料の噴射終了時には、噴射圧が低圧であるほど、燃料噴射弁２０の閉弁指令からより短い時間でリフト速度が切り替えられるようにリフト速度の切替タイミングＴＬを設定する。これにより、１回の燃料噴射により燃料噴射弁２０から噴射可能な燃料噴射量を増大させつつ、閉弁応答性を確保している。
【００６８】
（２）燃料温度
ノズルニードル３１のリフト速度は、燃料噴射弁２０に供給される燃料の温度に応じて変化する。具体的には、燃料の噴射開始時には、燃料温度が高温であるほど燃料の粘性が低く、リフト速度は高速になる。この点に着目し本実施形態では、燃料温度が高温であるほど、リフト速度の切替タイミングＴＬを早い時期に設定する。具体的には、図１３に示すように、時刻ｔ３１で噴射孔３４の開弁指令があった場合、燃温センサ７４により検出された燃料温度が比較的低温であるときには、図１３に一点鎖線で示すように、時刻ｔ３３でリフト速度を高速から低速に切り替える。これに対し、燃温センサ７４により検出された燃料温度が比較的高温である場合には、図１３に実線で示すように、時刻ｔ３３よりも早いタイミング（時刻ｔ３２）でリフト速度を高速から低速に切り替える。
【００６９】
燃料の噴射終了時については、燃料温度が高温であるほど、ノズルニードル３１は高速で下方向に変位する。そこで、燃料の噴射終了時には、燃料温度が高温であるほど、燃料噴射弁２０の閉弁指令からより短い時間でリフト速度が切り替えられるようにリフト速度の切替タイミングＴＬを設定する。
【００７０】
（３）燃料噴射弁２０の個体差による速度ばらつき
ノズルニードル３１のリフト速度には個体差があり、燃料噴射弁２０ごとに応じて異なる。リフト速度が遅い燃料噴射弁２０を基準にして切替タイミングＴＬを設定した場合、リフト速度が速い燃料噴射弁２０では、燃料の噴射開始時において、リフト速度を高速から低速に切り替える前にリフト位置がフルリフト限界に到達してしまうことが懸念される。そこで本実施形態では、各燃料噴射弁２０の噴射特性情報を予め記憶手段に記憶しておき、その記憶された噴射特性情報を読み出して利用することにより、各燃料噴射弁２０の個体差に応じたリフト速度のばらつき補正を行う。
【００７１】
具体的には、図１４に示すように、時刻ｔ２１で燃料噴射弁２０の開弁指令があった場合、噴射開始時のリフト速度が比較的遅い噴射特性を有する個体については、図１４に一点鎖線で示すように、時刻ｔ２３でリフト速度を高速から低速に切り替える。これに対し、リフト速度が比較的速い噴射特性を有する個体では、図１４に実線で示すように、時刻ｔ２３よりも早いタイミング（時刻ｔ２２）でリフト速度を高速から低速に切り替える。
【００７２】
燃料の噴射終了時についても同様に、各燃料噴射弁２０の噴射特性情報を読み出し、リフト速度の個体差に応じて切替タイミングＴＬを設定する。具体的には、噴射終了時のリフト速度が比較的早い噴射特性を有する個体については、リフト速度が比較的遅い噴射特性を有する個体に対し、燃料噴射弁２０の閉弁指令からより短時間でリフト速度が切り替えられるようにリフト速度の切替タイミングＴＬを設定する。
【００７３】
（４）噴射インターバルの相違による速度ばらつき
エンジン７０の１燃焼サイクル中に燃料噴射弁２０により複数回の燃料噴射を実施する場合、噴射インターバル、すなわち、多段噴射時の前段噴射の終了から後段噴射の開始までの期間が相違することにより、噴射開始時の燃料の圧力脈動の振幅が異なる。また、噴射開始時の燃圧脈動の振幅が相違することに起因して、噴射開始時におけるノズルニードル３１のリフト速度が変化する。具体的には、噴射開始時において燃圧脈動の振幅が正側に大きいほど、リフト速度は高速になる。そこで本実施形態では、噴射インターバルの相違による速度ばらつきを反映させるべく、噴射開始時のリフト速度の切替タイミングＴＬを補正している。本実施形態では、前段噴射の終了タイミングからの経過時間に応じて、噴射インターバルでの圧力脈動の振幅を算出し、その算出した振幅が正側に大きいほど、燃料の噴射開始時及び噴射終了時におけるリフト速度の切替タイミングＴＬを早い時期に設定する。
【００７４】
具体的には、図１５に示すように、時刻ｔ４１で燃料噴射弁２０の開弁指令があった場合、噴射開始時の燃圧脈動の振幅が比較的小さいときには、図１５に一点鎖線で示すように、時刻ｔ４３でリフト速度を高速から低速に切り替える。これに対し、噴射開始時の燃圧脈動の振幅が比較的大きい場合には、図１５に実線で示すように、時刻ｔ４３よりも早いタイミング（時刻ｔ４２）でリフト速度を高速から低速に切り替える。
【００７５】
（５）経時劣化、エンジン運転条件による速度ばらつき
経時劣化やエンジン運転条件によってノズルニードル３１のリフト速度のずれが生じた場合、そのずれは噴射率に現れる。具体的には、経時変化等によりリフト速度が遅くなった場合には、燃料噴射弁２０に開弁指令してから噴孔絞り領域に到達するまでの時間や、燃料噴射弁２０に閉弁指令してから噴孔絞り領域を抜けるまでの時間が長くなる。そこで本実施形態では、燃圧センサ７５の検出圧力（図１１（ｅ）参照）を用いて噴射率の推移波形を算出し、その算出した噴射率の推移波形から、燃料噴射弁２０に開弁指令してから噴孔絞り領域に到達するまでの時間、及び燃料噴射弁２０に閉弁指令してから噴孔絞り領域を抜けるまでの時間を取得する。そして、その取得した値を用いて、リフト速度の切替タイミングＴＬをフィードバック補正している。
【００７６】
次に、燃料噴射の開始時及び終了時におけるノズルニードル３１の速度変更制御の処理手順について、図１６のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ９０のマイコンにより所定周期ごと（例えば１８０℃Ａごと）に実行される。
【００７７】
図１６において、ステップＳ１０１では、エンジン運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）に基づいて、噴射率波形の矩形度を高くする高矩形要求が有るか否かを判定する。高矩形要求が有る場合にはステップＳ１０２へ進み、ニードル速度の指令値を「高速」に設定する。
【００７８】
続くステップＳ１０３では、燃料噴射弁２０の要求噴射量が第１閾値ＴＨ１よりも多いか否かを判定する。要求噴射量が第１閾値ＴＨ１よりも多い場合にはステップＳ１０４へ進み、要求噴射量が第２閾値ＴＨ２よりも多いか否かを判定する。ここで、第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも要求噴射量が多い側の値に設定されている。本実施形態では、要求噴射量が第１閾値ＴＨ１よりも多い場合には、燃料の噴射開始時において、リフト量の変化が増大側から減少側に転じるまでの途中でリフト速度を高速から低速に切り替える。また、要求噴射量が第２閾値ＴＨ２よりも多い場合には、噴射開始時だけでなく燃料の噴射終了時にも、リフト量変化の途中でリフト速度を高速から低速に切り替える。
【００７９】
要求噴射量が第２閾値ＴＨ２よりも多い場合には、ステップＳ１０４で肯定判定されてステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、要求噴射量及びレール圧に基づいてニードル閉弁指令時間Ｔ２を算出する。ニードル閉弁指令時間Ｔ２としては、要求噴射量が大きいほど長い時間が設定され、レール圧が高いほど短い時間が設定される。
【００８０】
ステップＳ１０６では、速度切替時間Ｔ１，Ｔ３を算出する。図１７に、速度切替時間Ｔ１，Ｔ３の算出処理を表す機能ブロック図を示す。ＥＣＵ９０のマイコンはまず、要求噴射量及び噴射圧に基づいて、速度切替時間Ｔ１，Ｔ３の基本量としてベース時間Ｔｂをそれぞれ算出する。ここでは、予め記憶されているベース期間設定用マップを用い、燃圧センサ７５により検出した噴射圧と要求噴射量とに対応する時間をベース期間設定用マップから読み出すことによりベース時間Ｔｂを算出する。ベース時間Ｔｂとしては、噴射開始時のベース時間Ｔｂ１と噴射終了時のベース時間Ｔｂ３とを算出する。
【００８１】
続いて、ＥＣＵ９０のマイコンは、各燃料噴射弁２０の個体差を表す噴射特性情報、燃料温度、及び噴射インターバルに基づいてベース時間Ｔｂ１、Ｔｂ３を補正する。具体的には、各燃料噴射弁２０の噴射特性情報から読み出した速度切替時間の補正値Ｋａ、燃温センサ７４により検出した燃料温度を用いて燃温補正用マップから読み出した補正値Ｋｂ、及び噴射インターバルの補正用マップから読み出した補正値Ｋｃによりベース時間Ｔｂ１、Ｔｂ３を補正する。また、ＥＣＵ９０のマイコンは、検出した噴射率波形から速度切替時間Ｔ１，Ｔ３の実際値を取得し、その取得した実際値に基づき算出したフィードバック補正値Ｋｄによりベース時間Ｔｂ１、Ｔｂ３を補正する。そして、これら各補正値による補正後の値を速度切替時間Ｔ１、Ｔ３とする。
【００８２】
図１６の説明に戻り、ステップＳ１０７では、所定の噴射開始タイミングで、燃料噴射弁２０に開弁指令を出力する。噴射開始タイミングは、都度のエンジン運転状態に基づいて算出される。この開弁指令により、第１ソレノイド５３への通電が開始されて第１開閉弁５１が開弁した状態になるとともに、第２ソレノイド５４への通電が開始されて第２開閉弁５２が開弁した状態になる。これにより、ノズルニードル３１が、噴射孔３４を開く方向に向けて第１速度Ｖ１で変位する。
【００８３】
続くステップＳ１０８では、燃料噴射弁２０の開弁指令から速度切替時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。燃料噴射弁２０の開弁指令から速度切替時間Ｔ１が経過したと判定されたことを条件にステップＳ１０９へ進み、ニードル速度の指令値を「低速」に設定する。これにより、第２開閉弁５２が閉じられた状態になり、ニードル速度が第１速度Ｖ１から第２速度Ｖ２へ切り替わる。
【００８４】
ステップＳ１１０では、燃料噴射弁２０の開弁指令からニードル閉弁指令時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、ステップＳ１１０で肯定判定されたことを条件にステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、ニードル速度の指令値を「低速」に設定し、ステップＳ１１２で燃料噴射弁２０の閉弁指令を出力する。この閉弁指令に伴い、第２ソレノイド５４への通電を継続したまま（すなわち、第２開閉弁５２を開いたまま）、第１ソレノイド５３への通電が停止されて第１開閉弁５１が閉じられる。これにより、ノズルニードル３１が、噴射孔３４を閉じる方向に向けて第３速度Ｖ３で変位する。
【００８５】
続くステップＳ１１３では、燃料噴射弁２０の開弁指令から速度切替時間Ｔ３が経過したか否かを判定する。燃料噴射弁２０の開弁指令から速度切替時間Ｔ３が経過したことを条件にステップＳ１１４へ進み、ニードル速度の指令値を「高速」に設定する。これにより、第２開閉弁５２が閉じられた状態になり、ニードル速度が第３速度Ｖ３から第４速度Ｖ４へ切り替わる。ノズルニードル３１が閉弁位置まで移動すると、燃料噴射弁２０からの燃料噴射が停止される。
【００８６】
さて、要求噴射量が第１閾値ＴＨ１よりも大きく、かつ第２閾値ＴＨ２以下である場合には、ステップＳ１０４で否定判定されてステップＳ１１５へ進む。この場合には、燃料の噴射開始時及び噴射終了時のうち燃料の噴射開始時のみ、ニードル速度を途中で高速から低速に切り替える制御を実施する。
【００８７】
すなわち、ステップＳ１１５では、要求噴射量及びレール圧に基づいてニードル閉弁指令時間Ｔ２を算出する。続くステップＳ１１６では、ステップＳ１０６の処理と同様にして速度切替時間Ｔ１を算出する。その後、ステップＳ１１７〜Ｓ１２０では、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０と同様の処理を実行する。続くステップＳ１２１では、ニードル速度の指令値を「高速」に設定し、ステップＳ１２２で燃料噴射弁２０の閉弁指令を出力する。そして本ルーチンを終了する。
【００８８】
要求噴射量が第１閾値ＴＨ１以下である場合には、ステップＳ１０３で否定判定されてステップＳ１２３へ進む。この場合には、燃料の噴射開始時及び噴射終了時では速度変更制御を実施せず、ニードル速度を高速で制御する。
【００８９】
すなわち、ステップＳ１２３では、要求噴射量及びレール圧に基づいてニードル閉弁指令時間Ｔ２を算出する。続くステップＳ１２４では、所定の噴射開始タイミングで燃料噴射弁２０に開弁指令を出力する。その後、ステップＳ１２５では、燃料噴射弁２０の開弁指令からニードル閉弁指令時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、ステップＳ１２５で肯定判定されたことを条件にステップＳ１２６へ進む。ステップＳ１２６では、ニードル速度の指令値を「高速」に設定し、所定の噴射終了タイミングとなると、ステップＳ１２７で燃料噴射弁２０の閉弁指令を出力する。これにより、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２への通電が停止される。
【００９０】
噴射率の高矩形要求がない場合には、ステップＳ１０１で否定判定されてステップＳ１２８へ進む。ステップＳ１２８では、ニードル速度の指令値を「低速」に設定する。また、ステップＳ１２９では、要求噴射量及びレール圧に基づいてニードル閉弁指令時間Ｔ２を算出し、所定の噴射開始タイミングとなると、ステップＳ１３０で燃料噴射弁２０の開弁指令を出力する。これにより、第２開閉弁５２を閉じたまま第１開閉弁５１を開く。その後のステップＳ１３１〜Ｓ１３３では、ステップＳ１２５〜Ｓ１２７と同様の処理を実行し、本ルーチンを終了する。
【００９１】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００９２】
燃料噴射の噴射開始時及び噴射終了時の少なくとも一方において、ノズルニードル３１のリフト量が大きい期間では、リフト量が小さい期間よりもノズルニードル３１のリフト速度を低速で制御する構成とした。これにより、ノズルニードル３１が最大リフト位置又は閉弁位置に到達するタイミングを遅くすることができ、燃料噴射弁２０の開弁期間をできるだけ長くすることができる。よって、上記構成によれば、燃料噴射弁２０の駆動指令に対するノズルニードル３１の応答性を確保しつつ、１回の燃料噴射により燃料噴射弁２０から噴射される燃料量を増大することができる。
【００９３】
また、上記構成によれば、燃料噴射弁２０を大型化しなくても、燃料噴射弁２０から噴射される１回の燃料噴射当たりの燃料量を増大させることができる。
【００９４】
要求噴射量に基づいて、噴射開始時及び噴射終了時のうち少なくとも一方においてリフト速度を高速から低速に切り替える速度変更制御を実施する構成とした。具体的には、要求噴射量が第１閾値ＴＨ１よりも多い場合に、噴射開始時の途中でリフト速度を高速から低速に切り替える構成とした。これにより、要求噴射量が比較的多い場合にその要求噴射量を満たすように燃料噴射制御を実施できる。一方、要求噴射量が第１閾値ＴＨ１以下である場合には、噴射開始時及び噴射終了時の途中でリフト速度を切り替える制御を実施しない構成とした。このため、要求噴射量がさほど多くなく、大噴射量とする必要がない場合にはノズルニードル３１の開弁応答性及び閉弁応答性を優先させることができる。
【００９５】
また、要求噴射量が第２閾値ＴＨ２よりも多い場合には、噴射開始時及び噴射終了時の両方において、リフト速度を途中で切り替える構成としたため、要求噴射量が比較的多い場合に、その要求噴射量を満たすように燃料噴射を実施することができる。
【００９６】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施されてもよい。
【００９７】
・上記実施形態では、燃圧センサ７５の検出圧力を用いて噴射率の推移波形を算出し、その算出した噴射率の推移波形に基づいて、リフト速度の切替タイミングＴＬをフィードバック補正する構成としたが、ノズルニードル３１のリフト量を検出するリフトセンサを取り付け、リフトセンサにより検出したリフト量から、燃料噴射弁２０に開弁指令してから実際に噴孔絞り領域に到達するまでの時間、及び燃料噴射弁２０に閉弁指令してから実際に噴孔絞り領域を抜けるまでの時間を取得し、それら取得した値を用いて、リフト速度の切替タイミングＴＬをフィードバック補正する構成としてもよい。
【００９８】
・上記実施形態では、（１）噴射圧、（２）燃料温度、（３）燃料噴射弁２０の個体差による速度ばらつき、（４）噴射インターバルの相違による速度ばらつき、及び（５）経時劣化やエンジン運転条件による速度ばらつき、に基づいて切替タイミングＴＬを可変に制御したが、これら（１）〜（５）のうち一部の要素に基づいて切替タイミングＴＬを可変に制御してもよい。
【００９９】
・燃料噴射弁２０の構成は、図１に示す構成に限定されない。例えば、図１の燃料噴射弁２０において、従動弁４１が第１高圧通路１３と第１制御室４６とを遮断した状態では、第２通路２７が、従動弁４１の内部に形成され且つ第３通路４２とは別の通路を介して第１制御室４６に連通される構成としてもよい。あるいは、第２通路２７が中間室２６に連通され、従動弁４１が第１高圧通路１３と第１制御室４６とを遮断した状態では、第２通路２７が中間室２６及び第３通路４２を介して第１制御室４６に連通される構成としてもよい。
【０１００】
また、図１の燃料噴射弁２０において、ノズルニードル３１の移動速度を調整する第２開閉弁５２として２個以上の開閉弁を設け、これら２個以上の開閉弁の開閉を個別に制御することにより、ノズルニードル３１の移動速度を更に高精度に調整するようにしてもよい。この場合、昇圧オリフィス１４ａを介した燃料の流量が、２個以上の開閉弁のそれぞれの燃料通路に設けられた減圧オリフィスを介した燃料の流量の合計よりも大きく設定する。
【０１０１】
・燃料噴射弁２０は、駆動信号に基づいてノズルニードル３１のリフト速度を可変に制御可能な燃料噴射弁であればよい。したがって、本発明を適用可能な燃料噴射システムとしては、第１制御室４６の内部の燃料圧力を調整する圧力調整弁として複数の弁（第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２）を備える燃料噴射弁２０を用いる場合に限定されない。例えば、第１開閉弁５１及び第２開閉弁５２に代えて、ピエゾアクチュエータに対する通電制御により開閉状態が制御される開閉弁を備え、ピエゾアクチュエータに対する通電制御により開閉弁のリフト量を連続的に制御することにより制御室内の燃料圧力を調整し、これによりノズルニードル３１のリフト速度を可変に制御するものとしてもよい。あるいは、ピエゾインジェクタにおいて、排出オリフィスを複数設け、これら複数の排出オリフィスを介した燃料の排出を切り替えることにより制御室内の燃料圧力を調整し、これにより、ノズルニードル３１のリフト速度を可変に制御するものとしてもよい。
【０１０２】
・本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…燃料噴射システム、１１…コモンレール、２０…燃料噴射弁、３１…ノズルニードル、３４…噴射孔、３６…第２制御室、４６…第１制御室、５１…第１開閉弁、５２…第２開閉弁、５７…低圧室、７０…エンジン（内燃機関）、７４…燃温センサ、７５…燃圧センサ、９０…ＥＣＵ（駆動制御部、噴射量算出部、噴射量判定部、相関検出部、記憶部、噴射率算出部、リフト量検出部）。
【図１】
2020090928.tif 000003
【図２】
2020090928.tif 000004
【図３】
2020090928.tif 000005
【図４】
2020090928.tif 000006
【図５】
2020090928.tif 000007
【図６】
2020090928.tif 000008
【図７】
2020090928.tif 000009
【図８】
2020090928.tif 000010
【図９】
2020090928.tif 000011
【図１０】
2020090928.tif 000012
【図１１】
2020090928.tif 000013
【図１２】
2020090928.tif 000014
【図１３】
2020090928.tif 000015
【図１４】
2020090928.tif 000016
【図１５】
2020090928.tif 000017
【図１６】
2020090928.tif 000018
【図１７】
2020090928.tif 000019