(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に設置され、ノズルボディの先端部近傍に設けられた燃料噴射孔から燃料を噴射可能な燃料噴射弁を有する燃料噴射装置であって、
前記ノズルボディ内部に摺動可能に収納されるアウタニードルと、
前記アウタニードル内部に摺動可能に収納されるインナニードルと、
前記アウタニードルおよび前記インナニードルが着離自在な弁座と、
燃料の噴射停止中に前記燃料噴射孔から前記弁座までの前記ノズルボディ内部を燃料で満たすことで、前記燃料噴射孔から前記ノズルボディ内部に向かって外部からガスが侵入することを抑制するガス侵入抑制手段と、を備え、
前記インナニードルは、前記インナニードルが前記弁座に着座しているときに前記インナニードルの基端側から先端側へ燃料を流通させる燃料流通手段を備え、
前記ガス侵入抑制手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時に前記インナニードルの前記弁座への着座時期と前記アウタニードルの前記弁座への着座時期とを変更することで前記燃料噴射孔から前記弁座までの前記ノズルボディ内部を燃料で満たすことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ガス侵入抑制手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時に前記インナニードルが前記アウタニードルよりも先に前記弁座に着座するように、前記インナニードルの前記弁座への着座時期と前記アウタニードルの前記弁座への着座時期とを変更する請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置の前記燃料噴射弁であって、
燃料の噴射停止中に前記ノズルボディ外部側から前記燃料噴射孔を閉鎖し、燃料の噴射時に前記燃料噴射孔を開放する開閉弁を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置および燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接噴射式の内燃機関に使用される燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に先端部分が露出する状態でシリンダヘッドに装着される構成が広く採用されている。このような燃料噴射弁は、燃料の噴射停止中にカーボン等の固体浮遊物を含んだ燃焼ガスが燃料噴射孔からノズルボディ内部に侵入することで、燃料噴射孔およびその周囲に固体浮遊物が付着し堆積する、すなわちデポジットが形成する。燃料噴射孔へのデポジットの形成および堆積が進行すると、燃料噴射孔の閉塞による燃料噴射量の低下や噴霧形状の変形が生じるために、内燃機関の失火やエミッションの悪化が生じてしまう。そのため、燃料噴射弁へのデポジットの形成および堆積を抑制することが要求されている。
【０００３】
燃料噴射弁へのデポジットの形成および堆積を抑制する手段としては、燃料噴射ノズルにおける内燃機関の燃焼課程で発生するガスに曝される外表面と、全ての燃料噴射孔の内面とにフッ素系樹脂または硫黄系化合物を共析させた金属から成る撥水生の皮膜層を形成することにより、燃料噴射ノズルへの固体浮遊物の付着を抑制しつつ、付着した固体浮遊物の脱落を容易にする技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、複数の噴孔の間に形成された内股部を備え、前記噴孔の流入開口の前記内股部に位置する内側辺縁の曲率半径を、内側辺縁の周囲でキャビテーションが発生する大きさとすることにより、噴孔内およびその周囲に形成・堆積するデポジットをキャビテーションを利用して剥離させる技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８２６４２号公報
【特許文献２】特開２００９−１１４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術によれば、燃料噴射弁へのデポジットの形成および堆積をある程度抑制することが可能である。しかしながら、特許文献１の技術では、撥水性の皮膜層が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されることで徐々に劣化するために、燃料噴射弁の使用を継続するとデポジット形成の抑制効果が徐々に低下してしまう、といった問題点がある。また、特許文献１の技術では、撥水性の皮膜層が形成されないノズルボディ内部にデポジットが形成し堆積することで、ノズルボディ内部が腐食し易くなる、といった問題点もある。
【０００７】
そして、特許文献２の技術は、燃料噴射孔へ形成したデポジットをキャビテーションによって剥離除去するものであるが、キャビテーションによって薄利しきれないデポジットが徐々に堆積してしまう場合がある、といった問題点がある。また、特許文献２の技術では、噴孔の流入開口の内股部に位置する内側辺縁の周囲（すなわち、キャビテーションの発生部）以外の部分やノズルボディ内部にデポジットが形成・堆積してしまう、といった問題点もある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる燃料噴射装置および燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、内燃機関に設置され、ノズルボディの先端部近傍に設けられた燃料噴射孔から燃料を噴射可能な燃料噴射弁を有する燃料噴射装置であって、前記ノズルボディ内部に摺動可能に収納されるアウタニードルと、前記アウタニードル内部に摺動可能に収納されるインナニードルと、前記アウタニードルおよび前記インナニードルが着離自在な弁座と、燃料の噴射停止中に前記燃料噴射孔から前記弁座までの前記ノズルボディ内部を燃料で満たすことで、前記燃料噴射孔から前記ノズルボディ内部に向かって外部からガスが侵入することを抑制するガス侵入抑制手段と、を備え、前記インナニードルは、前記インナニードルが前記弁座に着座しているときに前記インナニードルの基端側から先端側へ燃料を流通させる燃料流通手段を備え、前記ガス侵入抑制手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時に前記インナニードルの前記弁座への着座時期と前記アウタニードルの前記弁座への着座時期とを変更することで前記燃料噴射孔から前記弁座までの前記ノズルボディ内部を燃料で満たすことを特徴とする。
上記の構成により、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かって燃料噴射弁の外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００１０】
上記構成において前記ガス侵入抑制手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射の終了時に前記インナニードルが前記アウタニードルよりも先に前記弁座に着座するように、前記インナニードルの前記弁座への着座時期と前記アウタニードルの前記弁座への着座時期とを変更してもよい。
【００１１】
また本発明の燃料噴射弁は、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置の前記燃料噴射弁であって、燃料の噴射停止中に前記ノズルボディ外部側から前記燃料噴射孔を閉鎖し、燃料の噴射時に前記燃料噴射孔を開放する開閉弁を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の燃料噴射装置および燃料噴射弁によれば、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かって燃料噴射弁の外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。
【図２】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。
【図３】エンジンＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図４】筒内圧・燃圧とリフト時間との相関マップの一例を示している。
【図５】内燃機関の一般的な燃料噴射制御の一例を示している。
【図６】エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】エンジンＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図８】エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。
【図１０】エンジンＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図１１】エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１２】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。
【図１３】エンジンＥＣＵが実行する制御の一例を示している。
【図１４】エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。
【図１５】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。図１５（ａ）は閉弁時、図１５（ｂ）は開弁時を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。
【００２０】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。また、エンジンシステム１は、エンジン１００の燃焼室１１内へ燃料を噴射するインジェクタ２１を備えている。そして、エンジンシステム１は、燃焼室１１の筒内圧力を検出する筒内圧センサ３１、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）濃度を検出する排ガスセンサ３２、およびインジェクタ２１に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ３３を備えている。
【００２１】
エンジン１００は、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室１１を構成するピストン１２を備えている。各燃焼室１１のピストン１２は、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている（図示しない）。
吸気ポート１３から燃焼室１１内へ流入した吸入空気は、ピストン１２の上昇運動により燃焼室１１内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータからの吸入空気量、クランク角センサからのピストン１２の位置、および吸気カム角センサからのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ２１に信号を送る。インジェクタ２１は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された噴射噴射量および噴射タイミングで燃料を噴射する。インジェクタ２１より噴射された燃料は、霧化して圧縮された吸入空気と混合することで燃焼し、燃焼室１１内を膨張させてピストン１２を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。
この場合、エンジン１００は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限られず、ガソリンを燃料とするガソリンエンジン、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンのいずれでもよい。また、エンジンシステム１は、エンジン１００と複数の電動モータとを組み合わせたハイブリッドシステムであってもよい。
【００２２】
燃焼室１１を構成するピストン１２は、その頂面に凹状に形成されたキャビティを有する。キャビティは円環状であって、その底面の中央部に突起部が形成されており、突起部から連続するなだらかな曲面によってキャビティの壁面が形成されている。突起部の周囲は円環状の空間となっており、この空間内でスワール流が旋回する。キャビティの壁面は、キャビティの開口部に近づくにつれて内径側に絞られており、開口部付近には内径側に突出するリップが形成される。このように、ピストン１２はリエントラント型燃焼室を構成する。この場合、ピストン１２は、リエントラント型燃焼室に限られずに、エンジン１００の仕様に応じて任意の燃焼室形状を採用することができる。
【００２３】
各気筒の燃焼室１１には、それぞれ筒内圧センサ３１が設けられている。筒内圧センサ３１は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含んで形成されており、エンジン１００の気筒数に応じた数だけ配置されている。筒内圧センサ３１は、対応する燃焼室１１内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに設けられており、燃焼室１１内の圧力を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０へ送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいてインジェクタ２１への燃焼ガスの侵入量を算出する。
【００２４】
また、各気筒の燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する吸気ポート１３と、吸気ポート１３に連結し、吸入空気を吸気ポート１３から燃焼室１１へと導く吸気通路１４とが接続されている。更に、各気筒の燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する排気ポート１５と、燃焼室１１で発生した排ガスをエンジン１００の外部へと導く排気通路１６が接続されている。
【００２５】
排気通路１６は、図示しない排ガス導入通路によって吸気通路１４と連通している。排ガス導入通路へと分岐した排ガスは、ＥＧＲバルブにて流量を調節されつつ吸気通路１４へ進み、吸入空気とともに燃焼室１１へ導入されて噴射燃料と混合される。ＥＧＲバルブは、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気通路１４への排ガスの還流供給量を適切な量へと調節し、エンジン１００の燃焼温度を低減させる。
【００２６】
吸気通路１４には、エアフロメータ、スロットルバルブ、スロットルポジションセンサ等に加えて、排ガスセンサ３２が設けられている。排ガスセンサ３２は、排ガス導入通路との連結部の下流側に設置されて、排気通路１６から還流される排ガス中のＨＣ濃度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいてインジェクタ２１からの燃料漏れの有無を判断する。この場合、排ガスセンサ３２は吸気通路１４に限られず、排気通路１６の途中に設置してもよい。
【００２７】
エンジン１００は、インジェクタ２１、図示しないコモンレール、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。
燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレールへ高圧で吐出し蓄圧される。コモンレールは、インジェクタ２１に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、燃料配管を通じて各燃焼室１１のインジェクタ２１に供給される。また、コモンレールにはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。
【００２８】
インジェクタ２１とコモンレールとを連結する燃料配管には、燃圧センサ３３が設けられている。燃圧センサ３３は、インジェクタ２１に供給される燃料の圧力を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて、インジェクタ２１の燃料噴射孔２１２からサック部２２０に燃料が満たされているか否かを判断する。燃圧センサ３３は、燃料配管に関わらず、インジェクタ２１に供給される燃料の圧力を検出できる任意の部位に設けることができる。
【００２９】
エンジン１００の各燃焼室１１には、それぞれインジェクタ２１が装着されている。インジェクタ２１は、シリンダヘッドからノズルボディ２１１の先端部分が燃焼室１１内に突出する構成であって、先端部分の設置位置がピストン１２およびキャビティの中心軸と一致（又はほぼ一致）している。
コモンレールより高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ２１にて燃焼室１１に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータからの吸入空気量およびクランク角センサからのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ２１に信号を送る。インジェクタ２１はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室１１へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ２１のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ２１は、エンジン１００の仕様およびレイアウト要求に応じて燃焼室１１の任意の位置に装着することができる。また、エンジン１００の仕様が例えばガソリンエンジン等の火花点火式の場合には、インジェクタ２１を吸気ポート１３に設けてもよいし、燃焼室１１と吸気ポート１３との両方に設けてもよい。
なお、インジェクタ２１は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００３０】
つづいて、インジェクタ２１の内部構成について詳細に説明する。図２は、実施例のインジェクタ２１の一構成例を示した図である。なお、図２にはインジェクタ２１の一部の構成のみを示している。
インジェクタ２１は、ノズルボディ２１１、ノズルボディ２１１の先端部に形成された燃料噴射孔２１２、コモンレールから燃料配管を通じて高圧の燃料が供給される燃料通路２１３、ノズルボディ２１１内に摺動自在に配置されるニードル２１４、ニードル２１４の基端側に形成された制御室２１５、ニードル２１４を燃料噴射孔２１２が閉鎖する側へ付勢するスプリング２１６、ニードル２１４の先端部が着座する弁座２１７、制御室２１５と連通するリリーフ通路２１８、制御室２１５とリリーフ通路２１８との連通を制御するソレノイド弁２１９、および弁座２１７から燃料噴射孔２１２に中空状に形成されたサック部２２０を備えた構成となっている。
【００３１】
ノズルボディ２１１は、インジェクタ２１の先端部に設けられており、エンジン１００の燃焼室１１内に突出している。フューエルポンプより圧送されて、コモンレールから燃料配管を通じて燃料通路２１３に供給された高圧燃料は、ノズルボディ２１１内部に貯留されて、ニードル２１４の移動に従い、燃料噴射孔２１２より燃焼室１１に噴射される。
【００３２】
ニードル２１４は、ノズルボディ２１１内部にニードル軸方向に摺動自在（移動可能）に設けられている。ニードル２１４は、その先端部が鋭角な針形状の内開弁であり、制御室２１５内の燃料圧力の変化やスプリング２１６の付勢力によって、燃料噴射孔２１２の開弁方向または閉弁方向に移動する。
【００３３】
ノズルボディ２１１の先端側には、ニードル２１４の先端部（着座部）と嵌合する弁座２１７が設けられている。この弁座２１７にニードル２１４の着座部が着座することで燃料通路２１３とサック部２２０との連通が遮断され、それにより燃料噴射孔２１２からの燃料の噴射が停止する。また、弁座２１７からニードル２１４の着座部が離座することで燃料通路２１３とサック部２２０とが連通し、それにより燃料噴射孔２１２から燃料が噴射される。
【００３４】
燃料噴射孔２１２は、ノズルボディ２１１先端部の円周方向に６０°間隔で設けられた６孔の連通孔であり、ノズルボディ２１１外部とサック部２２０とを連通させている。燃料噴射孔２１２は、フューエルポンプから供給される燃料の圧力によってノズルボディ２１１内の燃料を外部へと噴射可能に構成されている。
この場合、燃料噴射孔２１２の数は６孔に限られず、任意の孔数を等間隔で設けてもよい。また、燃料噴射孔２１２より噴射される燃料は、すべて一定の噴射角度に設定されるが、各々の噴射角度を変えてもよい。更に、燃料噴射孔２１２は、サック部２２０からノズルボディ２１１の外部までの間の角度、孔径が一定であってもよいし、途中で変化させてもよい。
【００３５】
ソレノイド弁２１９は、リリーフ通路２１８の途中に設けられた電磁弁であって、エンジンＥＣＵ１０の指示に従い、リリーフ通路２１８を連通または閉鎖する。ソレノイド弁２１９がリリーフ通路２１８を閉鎖すると、燃料通路２１３から供給される燃料によって制御室２１５内の燃圧が上昇する。そして、制御室２１５内の燃圧とニードル２１４先端側の燃圧との差分がスプリング２１６の付勢力未満になると、ニードル２１４が閉弁方向（弁座２１７側）に移動する。一方、ソレノイド弁２１９がリリーフ通路２１８を連通させると、制御室２１５内の燃料がリリーフ通路２１８からリリーフ配管を通じて燃料タンクへ戻り、制御室２１５内の燃圧が低下する。そして、制御室２１５内の燃圧とニードル２１４先端側の燃圧との差分がスプリング２１６の付勢力を超えると、ニードル２１４が開弁方向（ニードル２１４基端側）に移動する。エンジンＥＣＵ１０は、ソレノイド弁２１９への電流制御値を変化させることで、ソレノイド弁２１９の開弁・閉弁や弁速度を調整し、それによってニードル２１４の開弁・閉弁や移動速度を制御する。
この場合、電磁式のソレノイド弁２１９に代えて、圧電素子を用いたピエゾ式等の他の開閉弁を適用することもできる。また、インジェクタ２１は、制御室２１５を設ける構成に限られず、ニードル２１４を電磁力等で駆動させる構成であってもよい。
【００３６】
サック部２２０は、ノズルボディ２１１内部の燃料噴射孔２１２から弁座２１７にかけて中空状に形成された燃料溜まり部である。燃料通路２１３から供給される燃料は、ニードル２１４が開弁するとサック部２２０に流入し、略均等の圧力で各燃料噴射孔２１２から噴射される。この場合、サック部２２０の形状は中空状に限られず、所定量の燃料を貯留可能な任意の形状を採用することができる。
【００３７】
エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられたクランク角センサ、エアフロメータ等の複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてスロットルバルブの動作、インジェクタ２１の動作など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
【００３８】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ２１による燃料噴射の実行後に、ニードル２１４を弁座２１７から所定の時間離座させて、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。
【００３９】
図３は、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ２１へ１回の燃料噴射を指示すると、エンジン１００の運転状態に基づいて、燃料噴射の実行後にニードル２１４を弁座２１７から離座（リフト）させる所定の時間を算出する。より具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、筒内圧センサ３１が検出する燃料室１１内の圧力に基づいてインジェクタ２１への燃焼ガスの侵入量を算出し、算出した燃焼ガスの侵入量および燃圧センサ３３が検出する燃圧に基づいてニードル２１４のリフト時間を算出する。
ここで、ニードル２１４をリフトさせる所定の時間は、燃料噴射後の燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部（すなわち、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内）を燃料で満たし、かつ燃料噴射孔２１２から燃料が漏れ出ることを抑制できる任意のリフト時間を採用する。この場合、予め台上試験等にて筒内圧・燃圧とリフト時間との相関マップを作成することで、適切なニードル２１４のリフト時間を容易に算出することができる（図４参照）。
【００４０】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ２１による１回の燃料噴射が終了（停止）すると、算出したニードル２１４のリフト時間に基づいてニードル２１４をリフトさせるよう、ソレノイド弁２１９の開閉を調整する。この場合、ニードル２１４をリフトさせるタイミングは、インジェクタ２１が燃料噴射を終了するためにニードル２１４を弁座２１７に一旦着座させた後であって、可能な限り早いタイミングを適用することができる。
【００４１】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に燃圧センサ３３が検出する燃圧の変化量から、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされたか否かを判断する。この場合、燃圧の変化量と燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内の容積との相関を予め台上試験等にて求めておくことで、燃圧の変化量に基づいて燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされたか否かを適切に判断することができる。燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされていないと判断する場合、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト時間に対する燃圧の変化量に基づいて、ニードル２１４のリフト時間の算出マップを補正する。これにより、燃料の噴射停止後の燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内をより適切に燃料で満たすことができる。
【００４２】
更に、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に排ガスセンサ３２が検出するＨＣ濃度から、リフト実行時に燃料噴射孔２１２からの燃料漏れがあるか否かを判断する。燃料漏れがあると判断する場合、エンジンＥＣＵ１０は、検出されたＨＣ濃度に基づいてニードル２１４のリフト時間の算出マップを補正する。これにより、ニードル２１４のリフト実行時の燃料漏れを適切に抑制し、エンジン１００の排気エミッション悪化を抑制することができる。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転期間中に上記の制御を繰り返し実行する。
【００４３】
図５は、内燃機関の一般的な燃料噴射制御の一例を示している。ニードルを弁座に着座させて燃料噴射孔への燃料供給を停止させることで燃料噴射が停止するが、ニードルの着座後に、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部の燃料は慣性力によって燃料噴射孔から噴射される。そのため、燃料の噴射終了後（停止中）のインジェクタは、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部が中空となり、その部分に燃焼ガスが入出を繰り返すために、燃料噴射孔およびその周囲にデポジットが形成・堆積される。
一方、本実施例の制御を実行することで、燃料噴射の実行後に燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内を燃料で満たすことができるために、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内に外部からガスが侵入することを抑制することができる（図３参照）。そのため、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００４４】
この場合、上記のエンジンＥＣＵ１０の制御は、パイロット噴射，メイン噴射，ポスト噴射等を問わず、インジェクタ２１が実行するすべての燃料噴射に対して実行するが、任意の燃料噴射（例えばポスト噴射）に対してのみ実行することもできる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明のガス侵入抑制手段の一構成例である。
【００４５】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図６は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ２１による燃料噴射の実行後にニードル２１４を弁座２１７から所定の時間離座させることで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ内部を燃料で満たす制御を実行する。
【００４６】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３の検出結果を常に受信する。
【００４７】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、インジェクタ２１へ燃料噴射を指示する際の筒内圧センサ３１および燃圧センサ３３の検出結果に基づいて、ニードル２１４のリフト時間をマップから算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１の処理を終えると、次のステップＳ２へ進む。
【００４８】
ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、算出したニードル２１４のリフト時間に基づいて、インジェクタ２１の燃料噴射終了（停止）後にニードル２１４をリフトさせる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。
【００４９】
ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に燃圧センサ３３が検出する燃圧の変化量が所定量以上であるか否かを判断する。ここで、燃圧の変化量の所定量とは、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされたと判断できる充分な燃圧の変化量を採用する。燃圧の変化量が所定量以上である場合（ステップＳ３／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされたと判断し、ステップＳ５へ進む。燃圧の変化量が所定量以上でない場合（ステップＳ３／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされていないと判断し、次のステップＳ４へ進む。
【００５０】
ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、検出したニードル２１４のリフト時間に対する燃圧の変化量に基づいて、ニードル２１４のリフト時間を算出するためのマップを補正する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。
【００５１】
ステップＳ３の判断がＹＥＳの場合、またはステップＳ４の処理の後に、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ５へ進む。ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に排ガスセンサ３２が検出するＨＣ濃度が所定濃度未満であるか否かを判断する。ここで、ＨＣ濃度の所定濃度とは、ニードル２１４のリフト実行時に燃料噴射孔２１２からの燃料漏れがあると判断できる充分なＨＣ濃度を採用する。ＨＣ濃度が所定濃度未満である場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に燃料噴射孔２１２からの燃料漏れがないと判断し、制御の処理を終了する。ＨＣ濃度が所定濃度未満でない場合（ステップＳ５／ＮＯ）は、エンジンＥＣＵ１０は、ニードル２１４のリフト実行時に燃料噴射孔２１２からの燃料漏れがあると判断し、次のステップＳ６へ進む。
【００５２】
ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１０は、検出したリフト実行時のＨＣ濃度に基づいて、ニードル２１４のリフト時間を算出するためのマップを補正し、ニードル２１４のリフト実行時における燃料噴射孔２１２からの燃料漏れを抑制する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、制御の処理を終了する。
【００５３】
この制御を実行することで、燃料噴射の実行後に燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされるために、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かってインジェクタ２１の外部からガスが侵入することを抑制することができる。そのため、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００５４】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、インジェクタによる燃料噴射の実行後にニードルを弁座から所定の時間離座させて燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部を燃料で満たすことにより、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かってインジェクタの外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【実施例２】
【００５５】
つづいて、本発明の実施例２について説明する。本実施例のエンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ２１による燃料噴射の終了時にニードル２１４が下降を開始してから弁座２１７へ着座するまでの時間を調整することで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する点でエンジンシステム１と相違している。
【００５６】
本実施例のエンジンシステム２は、実施例１と同様に、エンジンＥＣＵ１０、ソレノイド弁２１９を有するインジェクタ２１、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３を備えている。
更に、エンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ２１による燃料噴射の終了時にニードル２１４を弁座２１７に着座させる時間を調整する制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。
【００５７】
エンジンシステム２においてエンジンＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。図７は、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。なお、実施例１と同様の制御についてはその説明を省略する。
【００５８】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ２１へ１回の燃料噴射を指示すると、エンジン１００の運転状態に基づいて、燃料噴射の終了時にニードル２１４を弁座２１７に着座させる際（閉弁時）の閉弁速度を算出する。より具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、筒内圧センサ３１が検出する燃料室１１内の圧力に基づいてインジェクタ２１への燃焼ガスの侵入量を算出し、算出した燃焼ガスの侵入量および燃圧センサ３３が検出する燃圧に基づいてニードル２１４を閉弁させる際のソレノイド弁２１９への電流制御値を算出する。
ここで、燃料噴射の終了時におけるニードル２１４の閉弁速度（ソレノイド弁２１９への電流制御値）は、燃料噴射後の燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部（すなわち、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内）を燃料で満たし、かつ燃料噴射孔２１２から燃料が漏れ出ることを抑制できる任意の閉弁速度（電流制御値）を採用する。この場合、実施例１と同様に、予め台上試験等にて筒内圧・燃圧と閉弁速度（電流制御値）との相関マップを作成することで、適切なニードル２１４の閉弁速度（電流制御値）を容易に算出することができる。また、ニードル２１４の閉弁速度に代えて、ニードル２１４が閉弁に要する時間を算出してもよい。
【００５９】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ２１による１回の燃料噴射の終了時（すなわちニードル２１４の閉弁時）に、算出したソレノイド弁２１９への電流制御値に基づいてソレノイド弁２１９を閉鎖させることで、ニードル２１４の閉弁速度を小さくする方向へ調整する。
【００６０】
燃料噴射の終了時のニードル２１４閉弁速度が大きい（閉弁に要する時間が短い）と燃料の慣性力が大きくなるために、ニードルの着座後に、ノズルボディ２１１内部の燃料が外部へ噴射される。一方、燃料噴射の終了時のニードル２１４閉弁速度が小さい（閉弁に要する時間が長い）ほど燃料の慣性力が低下するために、ニードルの着座後に、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部に燃料が残留する。そのため、本実施例の制御を実行することで、燃料噴射の終了時のニードル２１４閉弁速度を調整し、すなわち、ニードル２１４の閉弁に要する時間を調整して燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内を燃料で満たすことができることから、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内に外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００６１】
また、実施例１と同様に、上記のエンジンＥＣＵ１０の制御は、インジェクタ２１が実行するすべての燃料噴射に対して実行するが、任意の燃料噴射（例えばポスト噴射）に対してのみ実行することもできる。
【００６２】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム２の動作を説明する。図８は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ３からステップＳ６の制御は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施例のエンジンシステム２は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ２１による燃料噴射の終了時にニードル２１４を弁座２１７に着座させる速度を調整することで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する。
【００６３】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３の検出結果を常に受信する。
【００６４】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ７で、インジェクタ２１へ燃料噴射を指示する際の筒内圧センサ３１および燃圧センサ３３の検出結果に基づいて、ニードル２１４を閉弁させる際のソレノイド弁２１９への電流制御値をマップから算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。
【００６５】
ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射の終了時（すなわちニードル２１４の閉弁時）に、算出したソレノイド弁２１９への電流制御値に基づいてソレノイド弁２１９を閉鎖させて、ニードル２１４の閉弁速度を調整する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ８の処理を終えると、次のステップＳ３からステップＳ６へ進む。
ここで、ステップＳ３からステップＳ６までの処理は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その説明を省略する。
【００６６】
この制御を実行することで、燃料噴射の実行後に燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされるために、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かってインジェクタ２１の外部からガスが侵入することを抑制することができる。そのため、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００６７】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの運転状態に基づいて、インジェクタによる燃料噴射の終了時にニードルが下降を開始してから弁座へ着座するまでの時間を調整することで、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部を燃料で満たすことにより、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かってインジェクタの外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【実施例３】
【００６８】
つづいて、本発明の実施例３について説明する。本実施例のエンジンシステム３は、ニードル２１４を有するインジェクタ２１に代えて、アウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂを有するインジェクタ４１を備える点でエンジンシステム１と相違している。更に、エンジンシステム３は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ４１による燃料噴射の終了時にインナニードル４１４ｂの弁座２１７への着座時期をアウタニードル４１４ａの弁座２１７への着座時期よりも遅くすることで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する点でエンジンシステム１と相違している。
【００６９】
本実施例のエンジンシステム３は、実施例１と同様に、エンジンＥＣＵ１０、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３を備えている。
更に、エンジンシステム３は、アウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂを有するインジェクタ４１を備え、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ４１による燃料噴射の終了時にインナニードル４１４ｂの弁座２１７への着座時期をアウタニードル４１４ａの弁座２１７への着座時期よりも遅くする制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。
【００７０】
エンジンシステム３について詳細に説明する。図９は実施例のインジェクタ４１の一構成例を示した図である。なお、図９にはインジェクタ４１の一部の構成のみを示しており、実施例１と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
インジェクタ４１は、ノズルボディ２１１内に摺動自在に配置されるアウタニードル４１４ａ、アウタニードル４１４ａ内に摺動自在に配置されるインナニードル４１４ｂ、アウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂの基端側にそれぞれ形成された第１制御室４１５ａおよび第２制御室４１５ｂ、アウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂをそれぞれ弁座２１７側へ付勢するアウタスプリング４１６ａおよびインナスプリング４１６ｂ、を備えている。そして、前記二つの制御室に連通する第１リリーフ通路４１８ａおよび第２リリーフ通路４１８ｂは、電磁弁で実現された第１ソレノイド弁４１９ａおよび第２ソレノイド弁４１９ｂによって連通を制御されている。
なお、インジェクタ４１は、アウタニードル４１４ａとインナニードル４１４ｂとの両方が弁座２１７から離座すると燃料噴射孔２１２からの燃料噴射が開始される構成であり、いずれか一方が弁座２１７に着座している場合は燃料噴射が停止する。
【００７２】
アウタニードル４１４ａの開閉弁制御について説明する。なお、インナニードル４１４ｂの開閉弁制御についても同様である。
第１ソレノイド弁４１９ａが第１リリーフ通路４１８ａを閉鎖すると、燃料通路２１３から供給される燃料によって第１制御室４１５ａ内の燃圧が上昇する。そして、第１制御室４１５ａ内の燃圧とアウタニードル４１４ａ先端側の燃圧との差分がアウタスプリング４１６ａの付勢力未満になると、アウタニードル４１４ａが閉弁方向（弁座２１７側）に移動する。一方、第１ソレノイド弁４１９ａが第１リリーフ通路４１８ａを連通させると、第１制御室４１５ａ内の燃料が第１リリーフ通路４１８ａからリリーフ配管を通じて燃料タンクへ戻り、第１制御室４１５ａ内の燃圧が低下する。そして、第１制御室４１５ａ内の燃圧とアウタニードル４１４ａ先端側の燃圧との差分がアウタスプリング４１６ａの付勢力を超えると、アウタニードル４１４ａが開弁方向（アウタニードル４１４ａ基端側）に移動する。エンジンＥＣＵ１０は、第１ソレノイド弁４１９ａへの電流制御値を変化させることで、第１ソレノイド弁４１９ａの開弁・閉弁や弁速度を調整し、それによってアウタニードル４１４ａの開弁・閉弁や移動速度を制御する。この場合、実施例１と同様に、電磁式の第１ソレノイド弁４１９ａおよび第２ソレノイド弁４１９ｂに代えて、圧電素子を用いたピエゾ式等の他の開閉弁を適用することもできる。また、インジェクタ４１は、上記２つの制御室を設ける構成に限られず、１の制御室で両ニードルの駆動を制御してもよいし、制御室を設けずに両ニードルを電磁力等で駆動させる構成であってもよい。
【００７３】
エンジンＥＣＵ１０が、第１ソレノイド弁４１９ａに第１リリーフ通路４１８ａを閉鎖させたまま、第２ソレノイド弁４１９ｂに第２リリーフ通路４１８ｂを連通させると、インナニードル４１４ｂのみが弁座２１７から離座（リフト）する。一方、第２ソレノイド弁４１９ｂに第２リリーフ通路４１８ｂを閉鎖させたまま、第１ソレノイド弁４１９ａに第１リリーフ通路４１８ａを連通させると、アウタニードル４１４ａのみがリフトする。このように、エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ４１の第１制御室４１５ａ、第２制御室４１５ｂ内の燃圧を調整することで、アウタニードル４１４ａ、インナニードル４１４ｂをそれぞれ独立して開閉弁させることができる。
なお、インジェクタ４１は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００７４】
エンジンシステム３においてエンジンＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。図１０は、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。なお、実施例１と同様の制御についてはその説明を省略する。
【００７５】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ４１へ１回の燃料噴射を指示すると、エンジン１００の運転状態に基づいて、燃料噴射の終了時におけるアウタニードル４１４ａの弁座２１７への着座（閉弁）タイミングに対するインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間を算出する。より具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、筒内圧センサ３１が検出する燃料室１１内の圧力に基づいてインジェクタ４１への燃焼ガスの侵入量を算出し、算出した燃焼ガスの侵入量および燃圧センサ３３が検出する燃圧に基づいてアウタニードル４１４ａ閉弁タイミングに対するインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間を算出する。
ここで、燃料噴射の終了時におけるインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間は、燃料噴射後の燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部（すなわち、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内）を燃料で満たし、かつ燃料噴射孔２１２から燃料が漏れ出ることを抑制できる任意の閉弁の遅れ時間を採用する。この場合、実施例１と同様に、予め台上試験等にて筒内圧・燃圧とインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間との相関マップを作成することで、適切なインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間を容易に算出することができる。
【００７６】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ４１による１回の燃料噴射の終了時（すなわちアウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂの閉弁時）に、算出したインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間に基づいて第２ソレノイド弁４１９ｂを閉鎖させることで、アウタニードル４１４ａの閉弁タイミングに対してインナニードル４１４ｂを遅れて閉弁させる。これによって、アウタニードル４１４ａとインナニードル４１４ｂとの間に残留する燃料をサック部２２０へ導入する。
【００７７】
アウタニードル４１４ａの閉弁タイミングに対してインナニードル４１４ｂの閉弁を遅らせると、アウタニードル４１４ａが弁座２１７へ着座した時点でインナニードル４１４ｂはリフトしており、そのリフト量に比例した燃料がアウタニードル４１４ａとインナニードル４１４ｂとの間に残留する。そのため、本実施例の制御を実行することで、燃料噴射の終了時にアウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂの閉弁タイミングを調整して燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内を燃料で満たすことができる。よって、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内に外部からガスが侵入することを抑制することができることから、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００７８】
また、実施例１と同様に、上記のエンジンＥＣＵ１０の制御は、インジェクタ４１が実行するすべての燃料噴射に対して実行するが、任意の燃料噴射（例えばポスト噴射）に対してのみ実行することもできる。
【００７９】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム３の動作を説明する。図１１は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ３からステップＳ６の制御は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施例のエンジンシステム３は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ４１による燃料噴射の終了時にインナニードル４１４ｂの弁座２１７への着座時期をアウタニードル４１４ａの弁座２１７への着座時期よりも遅くすることで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する。
【００８０】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３の検出結果を常に受信する。
【００８１】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ９で、インジェクタ４１へ燃料噴射を指示する際の筒内圧センサ３１および燃圧センサ３３の検出結果に基づいて、燃料噴射の終了時におけるアウタニードル４１４ａの閉弁タイミングに対するインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間をマップから算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ９の処理を終えると、次のステップＳ１０へ進む。
【００８２】
ステップＳ１０で、エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射の終了時（すなわちアウタニードル４１４ａおよびインナニードル４１４ｂの閉弁時）に、算出したインナニードル４１４ｂ閉弁の遅れ時間に基づいて第２ソレノイド弁４１９ｂを閉鎖させることで、アウタニードル４１４ａの閉弁タイミングに対してインナニードル４１４ｂを遅れて閉弁させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１０の処理を終えると、次のステップＳ３からステップＳ６へ進む。
ここで、ステップＳ３からステップＳ６までの処理は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その説明を省略する。
【００８３】
この制御を実行することで、燃料噴射の実行後に燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされるために、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かってインジェクタ４１の外部からガスが侵入することを抑制することができる。そのため、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００８４】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの運転状態に基づいて、インジェクタによる燃料噴射の終了時にインナニードルの弁座への着座時期をアウタニードルの弁座への着座時期よりも遅くすることで、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部を燃料で満たすことにより、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かってインジェクタの外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【実施例４】
【００８５】
つづいて、本発明の実施例４について説明する。本実施例のエンジンシステム４は、インナニードル４１４ｂに代えて、弁座２１７との着座部に燃料案内溝５１４ｃを有するインナニードル５１４ｂを備えたインジェクタ５１を有する点でエンジンシステム３と相違している。更に、エンジンシステム４は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ５１による燃料噴射の終了時に燃料案内溝５１４ｃを備えるインナニードル５１４ｂの弁座２１７への着座時期とアウタニードル４１４ａの弁座２１７への着座時期とを変更することで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する点でエンジンシステム３と相違している。
【００８６】
本実施例のエンジンシステム４は、実施例３と同様に、エンジンＥＣＵ１０、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３を備えている。
更に、エンジンシステム４は、燃料案内溝５１４ｃを備えたインナニードル５１４ｂを有するインジェクタ５１を備え、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ５１による燃料噴射の終了時に燃料案内溝５１４ｃを備えるインナニードル５１４ｂを弁座２１７に着座させた後にアウタニードル４１４ａを弁座２１７へ着座させる制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。
【００８７】
エンジンシステム４について詳細に説明する。図１２は実施例のインジェクタ５１の一構成例を示した図である。なお、図１２にはインジェクタ５１の一部の構成のみを示しており、実施例３と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８８】
インナニードル５１４ｂの先端側外周（着座部）には、燃料案内溝５１４ｃが設けられている。燃料案内溝５１４ｃは、燃料通路２１３から供給される燃料が、インナニードル５１４ｂが閉弁時に弁座２１７と嵌合（接触）する部分（着座部）をサック部２２０側に向かって流通できるように連通する溝である。すなわち、燃料案内溝５１４ｃは、インナニードル５１４ｂが弁座２１７に着座（閉弁）しているときに、燃料通路２１３側（インナニードル５１４ｂの基端側）からサック部２２０側（インナニードル５１４ｂの先端側）へ燃料を流通させる構成である。このように、インジェクタ５１は、燃料噴射時にはインナニードル５１４ｂを弁座２１７から離座させてサック部２２０へ多量の燃料を供給し、燃料の噴射停止時にはインナニードル５１４ｂを弁座２１７に着座させてサック部２２０へ少量の燃料を供給することができる。燃料案内溝５１４ｃは、インナニードル５１４ｂがアウタニードル４１４ａと摺動可能に接触する部分には設けられておらず、アウタニードル４１４ａが弁座２１７に着座することでサック部２２０への燃料の供給が停止する。
この場合、燃料案内溝５１４ｃは、サック部２２０の容積等に応じて、弁座２１７と嵌合（接触）するインナニードル５１４ｂ先端側外周（着座部）の任意の位置に１または複数形成することができる。また、本実施例の燃料案内溝５１４ｃは、燃料通路２１３からサック部２２０に向かって溝の幅および深さが等しい構成であるが、これらが変化する構成であってもよい。
なお、燃料案内溝５１４ｃは、本発明の燃料流通手段の一構成例である。また、インジェクタ５１は、本発明の燃料噴射弁の一構成例である。
【００８９】
エンジンシステム４においてエンジンＥＣＵ１０が実行する制御について説明する。図１３は、エンジンＥＣＵ１０が実行する制御の一例を示している。なお、実施例１および３と同様の制御についてはその説明を省略する。
【００９０】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ５１へ１回の燃料噴射を指示すると、エンジン１００の運転状態に基づいて、燃料噴射の終了時におけるインナニードル５１４ｂの弁座２１７への着座（閉弁）タイミングに対するアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間を算出する。より具体的には、エンジンＥＣＵ１０は、筒内圧センサ３１が検出する燃料室１１内の圧力に基づいてインジェクタ５１への燃焼ガスの侵入量を算出し、算出した燃焼ガスの侵入量および燃圧センサ３３が検出する燃圧に基づいてインナニードル５１４ｂ閉弁タイミングに対するアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間を算出する。
ここで、燃料噴射の終了時におけるアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間は、燃料噴射後の燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部（すなわち、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内）を燃料で満たし、かつ燃料噴射孔２１２から燃料が漏れ出ることを抑制できる任意の閉弁の遅れ時間を採用する。この場合、実施例１と同様に、予め台上試験等にて筒内圧・燃圧とアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間との相関マップを作成することで、適切なアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間を容易に算出することができる。
【００９１】
エンジンＥＣＵ１０は、インジェクタ５１による１回の燃料噴射の終了時（すなわちアウタニードル４１４ａおよびインナニードル５１４ｂの閉弁時）に、算出したアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間に基づいて第１ソレノイド弁４１９ａを閉鎖させることで、インナニードル５１４ｂの閉弁タイミングに対してアウタニードル４１４ａを遅れて閉弁させる。これによって、インナニードル５１４ｂが閉弁してからアウタニードル４１４ａが閉弁するまでの間に、燃料案内溝５１４ｃを通じて燃料通路２１３側の燃料をサック部２２０へ導入する。
【００９２】
インナニードル５１４ｂの閉弁タイミングに対してアウタニードル４１４ａの閉弁を遅らせると、アウタニードル４１４ａが閉弁するまでの間に、燃料案内溝５１４ｃを通じて燃料通路２１３側の燃料がサック部２２０に流入する。そのため、本実施例の制御を実行することで、燃料噴射の終了時に燃料案内溝５１４ｃを通じてサック部２２０に燃料を導入し、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内を燃料で満たすことができる。よって、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内に外部からガスが侵入することを抑制することができることから、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００９３】
この場合、実施例３と同様に、アウタニードル４１４ａを先に閉弁した後にインナニードル５１４ｂを閉弁させることで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行してもよい。また、実施例１と同様に、上記のエンジンＥＣＵ１０の制御は、インジェクタ５１が実行するすべての燃料噴射に対して実行するが、任意の燃料噴射（例えばポスト噴射）に対してのみ実行することもできる。
【００９４】
つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム４の動作を説明する。図１４は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。なお、ステップＳ３からステップＳ６の制御は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施例のエンジンシステム４は、エンジン１００の運転状態に基づいて、インジェクタ５１による燃料噴射の終了時に燃料案内溝５１４ｃを備えるインナニードル５１４ｂを弁座２１７に着座させた後にアウタニードル４１４ａを弁座２１７へ着座させることで、燃料噴射孔２１２から弁座２１７までのノズルボディ２１１内部を燃料で満たす制御を実行する。
【００９５】
エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、筒内圧センサ３１、排ガスセンサ３２および燃圧センサ３３の検出結果を常に受信する。
【００９６】
まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１１で、インジェクタ５１へ燃料噴射を指示する際の筒内圧センサ３１および燃圧センサ３３の検出結果に基づいて、燃料噴射の終了時におけるインナニードル５１４ｂの閉弁タイミングに対するアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間をマップから算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１１の処理を終えると、次のステップＳ１２へ進む。
【００９７】
ステップＳ１２で、エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射の終了時（すなわちアウタニードル４１４ａおよびインナニードル５１４ｂの閉弁時）に、算出したアウタニードル４１４ａ閉弁の遅れ時間に基づいて第１ソレノイド弁４１９ａを閉鎖させることで、インナニードル５１４ｂの閉弁タイミングに対してアウタニードル４１４ａを遅れて閉弁させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１２の処理を終えると、次のステップＳ３からステップＳ６へ進む。
ここで、ステップＳ３からステップＳ６までの処理は実施例１のエンジンシステム１の制御と同一であるため、その説明を省略する。
【００９８】
この制御を実行することで、燃料噴射の実行後に燃料噴射孔２１２およびサック部２２０内が燃料で満たされるために、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かってインジェクタ５１の外部からガスが侵入することを抑制することができる。そのため、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【００９９】
以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの運転状態に基づいて、インジェクタによる燃料噴射の終了時に燃料案内溝を備えるインナニードルの弁座への着座時期とアウタニードルの弁座への着座時期とを変更することで、燃料噴射孔から弁座までのノズルボディ内部を燃料で満たすことにより、燃料の噴射停止中に、燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かってインジェクタの外部からガスが侵入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【実施例５】
【０１００】
つづいて、本発明の実施例５について説明する。本実施例は、燃料噴射孔２１２を外部側から開閉可能な開閉弁６１２ａを備える点で実施例１のインジェクタ２１と相違するインジェクタ６１についての詳細である。
【０１０１】
本実施例のインジェクタ６１は、燃料噴射の停止中にノズルボディ外部側から燃料噴射孔２１２を閉鎖し、燃料の噴射時に燃料噴射孔２１２を開放する開閉弁６１２ａを備えたインジェクタ６１を有することで、燃料の噴射停止中に燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かって外部からガスが浸入することを抑制する。
【０１０２】
インジェクタ６１について詳細に説明する。図１５は実施例のインジェクタ６１の一構成例を示した図である。なお、図１５にはインジェクタ６１の一部の構成のみを示しており、実施例１と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１０３】
各燃料噴射孔２１２には、それぞれ開閉弁６１２ａが設けられている。開閉弁６１２ａは、燃料噴射孔２１２の噴孔形状と相似し、かつ燃料噴射孔２１２の孔径より大きい形状であって、閉弁時にノズルボディ２１１の外部側から燃料噴射孔２１２を覆うことで閉鎖する構成である。また、開閉弁６１２ａは、閉弁時にノズルボディ２１１に接する面（燃料噴射孔２１２側の面）の形状がノズルボディ２１１の形状と嵌合している。この構成によって、開閉弁６１２ａが閉弁すると、燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かって外部からガスが侵入することを抑制することができる（図１５（ａ）参照）。この場合、開閉弁６１２ａは、閉弁時に燃料噴射孔２１２を覆う面に燃料噴射孔２１２と嵌合する突起部を設ける構成であってもよい。
【０１０４】
開閉弁６１２ａは、インジェクタ６１の基端側方向に開弁可能に一端部がノズルボディ２１１に固定されており、燃料噴射孔２１２から燃料が噴射される際の圧力で充分に開弁できる付勢力で、燃料噴射孔２１２を閉鎖する方向に付勢されている。燃料噴射孔２１２を付勢する手段としては、例えば板バネを採用することができるが、これに限られずに種々の付勢手段を採用することができる。
この構成によって、燃料の噴射停止時には開閉弁６１２ａが燃料噴射孔２１２を閉鎖し、燃料の噴射時には噴射圧力によって開閉弁６１２ａが開放されるために、燃料噴射孔２１２から燃料が適切に噴射される（図１５（ｂ）参照）。この場合、開閉弁６１２ａは、アクチュエータ等の駆動力によって開閉弁される構成であってもよい。
【０１０５】
このように、燃料噴射孔２１２を外部側から閉鎖可能な開閉弁を設けることで、燃料の噴射停止中に燃料噴射孔２１２を通じてノズルボディ２１１内部にガスが侵入することを適切に抑制することができる。この場合、開閉弁６１２ａは、上記の構成に限られず、燃料噴射の停止時に燃料噴射孔２１２からノズルボディ２１１内部に向かって外部のガスが侵入するのを抑制可能に閉鎖できる任意の構成を採用することができる。
なお、開閉弁６１２ａは、本発明のガス侵入抑制手段の一構成例である。
【０１０６】
以上のように、本実施例のインジェクタは、燃料噴射の停止中にノズルボディ外部側から燃料噴射孔を閉鎖し、燃料の噴射時に燃料噴射孔を開放する開閉弁を備えることにより、燃料の噴射停止中に燃料噴射孔からノズルボディ内部に向かって外部からガスが浸入することを抑制することができる。よって、燃料噴射孔からノズルボディ内部へのデポジットの形成・堆積を抑制することができる。
【０１０７】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０８】
例えば、実施例５記載の開閉弁６１２ａを、実施例１〜４のインジェクタに組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１〜４  エンジンシステム
１０  エンジンＥＣＵ（ガス侵入抑制手段）
１１  燃焼室
２１，４１，５１，６１  インジェクタ（燃料噴射弁）
３１  筒内圧センサ
３２  排ガスセンサ
３３  燃圧センサ
１００  エンジン
２１１  ノズルボディ
２１２  燃料噴射孔
２１３  燃料通路
２１４  ニードル
２１５  制御室
２１７  弁座
２１８  リリーフ通路
２１９  ソレノイド弁
２２０  サック部
５１４ｃ  燃料案内溝（燃料流通手段）
６１２ａ  開閉弁（ガス侵入抑制手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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