(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射弁（１００）を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁は、
前記噴孔、前記燃料流路に連通する高圧燃料通路（５１ａ）、前記高圧燃料通路を通じて供給される燃料が流入する圧力制御室（５３）、前記圧力制御室の燃料が流出する燃料流出室（５４）、前記圧力制御室から前記燃料流出室に燃料を流出する流出通路（５２ｂ）、および前記燃料流出室から前記戻り流路へと燃料を排出する排出通路（５１ｂ）を形成している弁ボデー（４０）と、
前記弁ボデーに収容され、前記圧力制御室の圧力変動によって往復変位することにより、前記噴孔を開閉する弁体（６０）と、
前記燃料流出室に収容され、前記流出通路が連通した状態と前記流出通路を遮断した状態とを切替えて、前記圧力制御室の圧力を変動させる制御部材（３３）と、
前記圧力制御室に収容され、前記高圧燃料通路が連通した状態と前記高圧燃料通路が遮断した状態とを切替えるとともに、前記流出通路と前記圧力制御室とを連通する連通路
（７１）が形成されている可動プレート（７０）と、
前記制御部材を駆動する駆動部（３０）と、を含み、
前記駆動部によって前記制御部材が前記流出通路を連通した状態にすると、前記可動プレートは前記高圧燃料通路を遮断した状態で、前記連通路および前記流出通路を介して前記圧力制御室の燃料が前記流出通路から流出して、前記圧力制御室の圧力が下降して、前記弁体が変位して前記噴孔を開状態とし、
前記駆動部によって前記制御部材が前記流出通路を遮断した状態にすると、前記可動プレートは前記高圧燃料通路の圧力で前記高圧燃料通路を連通した状態となり、前記高圧燃料通路を介して前記圧力制御室に燃料が流入して、前記圧力制御室の圧力が上昇して、前記弁体が変位して前記噴孔を閉状態にするものであり、
前記高圧燃料通路に流入する燃料の燃料圧力が前記弁体を開弁する開弁圧よりも低い場合に、前記制御部材を前記流出通路が連通した状態となるように前記駆動部を制御して、少なくとも前記燃料流出室からエアを除去する除去処理を開始する開始制御部（１７）と、
前記燃料圧力が前記開弁圧に到達するよりも前に、前記制御部材が前記流出通路を遮断した状態となるように前記駆動部を制御して、前記除去処理を終了する終了制御部（１７）と、を含み、
前記開始制御部および前記終了制御部は、前記燃料圧力が前記開弁圧に到達するまで、前記除去処理中に複数回にわたって前記流出通路を連通した状態と遮断した状態とを切替える燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記流出通路が連通させてから、前記流出通路における前記圧力制御室から前記燃料流出室への燃料の流れがなくなるまでの時間を流出時間と定義し、
前記開始制御部は、
前記燃料圧力を用いて、前記流出時間を算出し、
前記流出時間以下となるように前記流出通路の連通時間を制御する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記流出通路を遮断してから、前記高圧燃料通路における前記圧力制御室への燃料の流れがなくなるまでの時間を流入時間と定義し、
前記終了制御部は、
前記燃料圧力を用いて、前記流入時間を算出し、
前記流入時間以下となるように前記流出通路の遮断時間を制御する請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁から噴射される燃料は、内燃機関の燃焼に用いられ、
前記開始制御部は、前記内燃機関の始動時に前記除去処理を開始する請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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を制御する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃料噴射に関して、燃料の噴射圧力の高圧化を図り、噴射タイミングおよび噴射量等の燃料噴射条件を最適に制御する方式として、コモンレール燃料噴射システムが知られている。コモンレール燃料噴射システムは、燃料サプライポンプによって所定圧力に加圧された燃料をコモンレール内に蓄圧状態で貯留し、燃料の圧力作用に基づいて、燃料噴射弁から最適な燃料噴射条件で燃料を燃焼室に噴射するシステムである。燃料噴射弁は、燃料供給管を通じて供給される燃料を通過または遮断する制御を行うためにニードルを備えている（たとえば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コモンレール燃料噴射システムにおいて、エンジン運転中は、燃料サプライポンプから圧送される高圧燃料によってコモンレール、およびコモンレールから燃料噴射弁に至る燃料供給経路は高圧に保たれている。しかしエンジンが停止すると、燃料供給経路内の燃料圧力が低下する。燃料圧力が低下すると燃料充填密度が低下するので、燃料内に溶けていたエアが出現すること等によりエアが混入する。このようなエアが混入した状態でエンジンの運転が再開されると、エアによってニードルを高精度に制御することができず、エアが抜け切るまで適切な燃料噴射が行われないという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、エアを簡単に除去することができる燃料噴射制御装置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】
【０００６】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明は、高圧燃料通路（５１ａ）に流入する燃料の燃料圧力が弁体（６０）を開弁する開弁圧よりも低い場合に、制御部材（３３）を流出通路（５２ｂ）が連通した状態となるように駆動部（３０）を制御して、少なくとも燃料流出室（５４）からエアを除去する除去処理を開始する開始制御部（１７）と、燃料圧力が開弁圧に到達するよりも前に、制御部材が流出通路を遮断した状態となるように駆動部を制御して、除去処理を終了する終了制御部（１７）と、を含み、開始制御部および終了制御部は、燃料圧力が開弁圧に到達するまで、除去処理中に複数回にわたって流出通路を連通した状態と遮断した状態とを切替える燃料噴射制御装置である。
【０００８】
このような本発明に従えば、燃料圧力が弁体を開弁する開弁圧よりも低い場合に、燃料流出室からエアを除去する除去処理を開始する。したがって除去処理をしている間は、燃料が噴射されない。また除去処理は、制御部材を流出通路が連通した状態に制御した後、燃料圧力が弁体が開弁する開弁圧に到達するよりも前に、流出通路を遮断した状態に制御して、除去処理を終了する。制御部材を流出通路が連通した状態に制御すると、圧力制御室の高圧燃料が燃料流出室に流れる。すると燃料流出室にあった燃料は、排出通路を介して、戻り流路に排出される。これによって少なくとも燃料流出室のエアを、燃料とともに戻り流路に排出することができる。また燃料を排出した後は、燃料圧力が開弁圧に到達するよりも前に、流出通路を遮断した状態に制御するので、エアを除去している間に燃料が噴射されることを抑制することができる。これによって燃料噴射させることなく、エアを除去することができる。
【０００９】
なお、前述の各手段の括弧内の符号は、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一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の燃料供給システムの全体構成を示す図。
【図２】燃料噴射弁を示す断面図。
【図３】燃料噴射弁の作動を説明するタイムチャート。
【図４】燃料噴射弁の作動を説明する断面図。
【図５】燃料噴射弁の作動を説明する図。
【図６】除去処理を示すフローチャート。
【図７】除去処理を説明するタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図７を用いて説明する。図１に示す燃料供給システム１０には、第１実施形態による燃料噴射弁１００が用いられている。燃料供給システム１０は、内燃機関であるディーゼル機関２０の燃焼室２２に、燃料噴射弁１００によって燃料を供給する。燃料供給システム１０は、フィードポンプ１２、高圧燃料ポンプ１３、コモンレール１４、機関制御装置１７、および複数の燃料噴射弁１００を含んで構成されている。
【００１２】
フィードポンプ１２は、燃料タンク１１内に貯留された燃料を高圧燃料ポンプ１３に圧送する電動式のポンプである。フィードポンプ１２は、燃料配管１２ａによって高圧燃料ポンプ１３と接続されている。燃料タンク１１には、軽油などの燃料が貯留されている。
【００１３】
高圧燃料ポンプ１３は、ディーゼル機関の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ１３は、燃料配管１３ａによってコモンレール１４と接続されている。高圧燃料ポンプ１３は、フィードポンプ１２によって供給された燃料をさらに昇圧し、コモンレール１４に供給する。
【００１４】
コモンレール１４は、燃料配管１４ａを介して各燃料噴射弁１００と接続されている。図１では、１つの燃料噴射弁１００を示している。燃料配管１４ａは、燃料を各燃料噴射弁１００に供給する燃料流路１５を形成している。コモンレール１４は、高圧燃料ポンプ１３から供給される高圧の燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射弁１００に分配する。コモンレール１４において余剰となった燃料は、減圧されつつ、余剰燃料配管１４ｂに排出される。余剰燃料配管１４ｂは、燃料タンク１１に余剰燃料を還流させる戻り流路１６を形成している。
【００１５】
機関制御装置１７は、燃料噴射制御装置であって、演算回路としてのプロセッサ、ＲＡＭ、および書き換え可能な不揮発性の記憶媒体を含むマイクロコンピュータ又はマイクロコントローラと、各燃料噴射弁１００を駆動する駆動回路とを含む構成である。機関制御装置１７は、ディーゼル機関２０の稼動状態に応じて各燃料噴射弁１００の作動を制御する。
【００１６】
機関制御装置１７は、各種センサからの情報を取得し、各部を制御する。機関制御装置１７は、たとえばコモンレール１４の圧力を検出する圧力センサ１４ｄから取得した燃料圧力を用いて、コモンレール１４の圧力を制御する。
【００１７】
燃料噴射弁１００には、燃料配管１４ａおよび戻り配管１４ｃが接続されている。燃料噴射弁１００は、燃焼室２２を形成するヘッド部材２１の挿入孔に挿入された状態で、当該ヘッド部材２１に取り付けられている。燃料噴射弁１００は、燃料流路１５を通じて供給される燃料を、複数の噴孔４４から燃焼室２２内に直接的に噴射する。燃料噴射弁１００は、噴孔４４からの燃料の噴射を制御する弁機構を備えている。弁機構は、機関制御装置１７からの駆動信号に基づいて作動する圧力制御弁３５（図２参照）と、噴孔４４を開閉する主弁部５０と、を含んでいる。燃料噴射弁１００は、噴孔４４を開閉するために、燃料流路１５を通じて供給される燃料の一部を使用する。噴孔４４の開閉に用いられた燃料は、減圧されつつ、戻り配管１４ｃに排出される。戻り配管１４ｃは、余剰燃料配管１４ｂと共に、燃焼に用いられなかった燃料を燃料タンク１１に還流させる戻り流路１６を形成している。
【００１８】
燃料噴射弁１００は、図２に示すように、制御ボデー４０、ノズルニードル６０、アーマチャ３３、駆動部３０、リターンスプリング６６、およびフローティングプレート７０を備えている。制御ボデー４０には、噴孔４４、高圧燃料通路５１ａ、流入通路５２ａ、流出通路５２ｂ、供給通路５２ｃ、圧力制御室５３、アーマチャ室５４、および低圧燃料通路５１ｂが形成されている。
【００１９】
噴孔４４は、図１および図２に示すように、燃焼室２２へ挿入される制御ボデー４０において、挿入方向の先端部に形成されている。先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔４４は、制御ボデー４０の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。噴孔４４を通じて、高圧の燃料が燃焼室２２内に噴射される。噴孔４４を通過することにより、燃料は気化し、空気と混合し易い状態となる。
【００２０】
高圧燃料通路５１ａは、燃料流路１５と接続されている。高圧燃料通路５１ａは、コモンレール１４から供給される高圧の燃料を、流入通路５２ａおよび供給通路５２ｃに流通させる。流入通路５２ａは、高圧燃料通路５１ａと圧力制御室５３とを連通させている。流入通路５２ａは、圧力制御室５３に高圧の燃料を流入させる。流出通路５２ｂは、圧力制御室５３とアーマチャ室５４とを連通させている。流出通路５２ｂは、圧力制御室５３内の燃料をアーマチャ室５４へ流出させる。供給通路５２ｃは、高圧燃料通路５１ａを通じて供給される高圧の燃料を、噴孔４４まで流通させる。
【００２１】
圧力制御室５３は、制御ボデー４０の内部において、ノズルニードル６０を挟んで噴孔４４の反対側に設けられている。圧力制御室５３には、燃料流路１５および流入通路５２ａを通じて供給される高圧の燃料が流入する。圧力制御室５３内の燃料の圧力は、流入通路５２ａからの高圧の燃料の流入と、流出通路５２ｂを通じたアーマチャ室５４への燃料の流出とにより、変動する。圧力制御室５３は、燃料の圧力変動を利用して、ノズルニードル６０を往復変位させる。
【００２２】
アーマチャ室５４には、流出通路５２ｂを通じて圧力制御室５３から燃料が流出する。アーマチャ室５４は、アーマチャ３３を往復変位可能に収容している。アーマチャ室５４内の燃料の圧力は、圧力制御室５３内の燃料の圧力よりも低くなっている。
【００２３】
低圧燃料通路５１ｂは、アーマチャ室５４および戻り流路１６と接続されている。低圧燃料通路５１ｂは、制御ボデー４０内において、高圧燃料通路５１ａに沿って延伸している。低圧燃料通路５１ｂは、アーマチャ室５４内の燃料を、戻り流路１６へ排出させる。
【００２４】
制御ボデー４０は、金属材料よって形成されたノズルボデー４１、シリンダ５６、オリフィスプレート４６、およびホルダ４８等によって構成されている。ノズルボデー４１、オリフィスプレート４６、およびホルダ４８は、ヘッド部材２１（図１参照）への挿入方向の先端部側から、この順序で並んでいる。
【００２５】
ノズルボデー４１は、有底円筒状の部材である。ノズルボデー４１には、噴孔４４と、供給通路５２ｃとが形成されている。ノズルボデー４１は、ノズルニードル収容室４３およびシート部４５を有している。ノズルニードル収容室４３は、円筒穴状に形成されており、ノズルニードル６０およびシリンダ５６を収容している。ノズルニードル収容室４３は、シリンダ５６と共に供給通路５２ｃを区画している。シート部４５は、先端部の内側に円錐状に形成されており、供給通路５２ｃに臨んでいる。
【００２６】
シリンダ５６は、円筒状に形成されている。シリンダ５６は、オリフィスプレート４６およびノズルニードル６０と共に圧力制御室５３を区画している。シリンダ５６は、ノズルボデー４１の内周側に、当該ノズルボデー４１と同軸となるように配置されている。
【００２７】
オリフィスプレート４６は、円盤状に形成されている。オリフィスプレート４６には、流入通路５２ａおよび流出通路５２ｂが形成されている。オリフィスプレート４６は、制御シート部４６ａを有している。制御シート部４６ａは、ホルダ４８側を向くオリフィスプレート４６の頂面のうちで、流出通路５２ｂの開口を囲むように形成されている。制御シート部４６ａは、アーマチャ３３と共に圧力制御弁３５を形成している。
【００２８】
ホルダ４８は、筒状に形成されている。ホルダ４８には、軸方向に沿って延伸する二つの縦孔が形成されている。各縦孔は、高圧燃料通路５１ａおよび低圧燃料通路５１ｂをそれぞれ形成している。ホルダ４８には、駆動部３０が収容されている。
【００２９】
ノズルニードル６０は、金属材料によって全体として円柱状に形成されている。ノズルニードル６０は、ノズルボデー４１に収容されている。ノズルニードル６０の一端は、シリンダ５６に挿入されている。ノズルニードル６０は、シリンダ５６の内周壁に形成された支持面５６ａに沿って、軸方向に往復変位可能である。
【００３０】
ノズルニードル６０は、弁受圧面６１およびフェース部６５を有している。ノズルニードル６０は、弁受圧面６１に受ける圧力制御室５３の燃料圧力の変動により、ノズルボデー４１の軸方向に沿って往復変位し、フェース部６５をシート部４５に離着座させる。フェース部６５は、噴孔４４を開閉する主弁部５０を、シート部４５と共に形成している。シート部４５からフェース部６５が離れると、噴孔４４が開弁されて燃料が噴射される。またシート部４５にフェース部６５が着座すると、噴孔４４が閉弁されて燃料噴射が停止される。
【００３１】
アーマチャ３３は、アーマチャ室５４に収容されており、アーマチャ室５４内を往復変位可能である。アーマチャ３３は、強磁性体である金属材料によって形成された二段円柱状の部材である。アーマチャ３３は、圧力制御室５３からアーマチャ室５４への燃料の流出を制御することで、圧力制御室５３の圧力を変動させる。アーマチャ３３は、吸引部３３ａおよび制御フェース部３３ｂを有している。吸引部３３ａは、円形の板状に形成されている。吸引部３３ａは、駆動部３０の発生する磁力により、駆動部３０へ向けて吸引される。制御フェース部３３ｂは、吸引部３３ａの中央から流出通路５２ｂの開口へ向けて突出する円柱状部分の先端に形成されている。制御フェース部３３ｂは、アーマチャ３３の変位によって制御シート部４６ａに押し当てられて、アーマチャ室５４に臨む流出通路５２ｂの開口を塞ぐことができる。
【００３２】
駆動部３０は、アーマチャ３３と接続されており、アーマチャ３３を駆動する。駆動部３０は、ソレノイド３１ａ、磁極面プレート３１ｂ、およびスプリング３１ｃを有している。ソレノイド３１ａは、円筒状に巻設されたコイルである。ソレノイド３１ａには、機関制御装置１７からパルス状の駆動信号が供給される。ソレノイド３１ａは、駆動信号の供給により、軸方向に沿って周回する磁界を発生させる。磁極面プレート３１ｂは、磁性体によって形成された円形の板状部材である。磁極面プレート３１ｂは、吸引部３３ａと対向している。磁極面プレート３１ｂは、ソレノイド３１ａの発生させた磁界内で帯磁し、吸引部３３ａを磁力によって吸引する。スプリング３１ｃは、金属製の線材を螺旋状に巻設したコイルスプリングである。スプリング３１ｃは、アーマチャ３３を磁極面プレート３１ｂから離間させる方向へ付勢している。
【００３３】
以上の駆動部３０は、機関制御装置１７からの電力供給が無い場合、スプリング３１ｃの付勢力により、制御フェース部３３ｂを制御シート部４６ａに着座させる。これにより、圧力制御弁３５は、圧力制御室５３と燃料流出室であるアーマチャ室５４との連通を遮断した閉弁状態となる。
【００３４】
一方、機関制御装置１７からの電力供給が有る場合、駆動部３０は、アーマチャ３３を吸引して、制御シート部４６ａから制御フェース部３３ｂを離座させる。これにより、圧力制御弁３５は、圧力制御室５３とアーマチャ室５４とを連通させた開弁状態となる。以上のように、駆動部３０は、機関制御装置１７の制御によってアーマチャ３３を往復変位させることにより、圧力制御弁３５を開閉する。その結果、圧力制御室５３からアーマチャ室５４への燃料の流出が圧力制御弁３５によって制御される。
【００３５】
リターンスプリング６６は、金属製の線材を螺旋状に巻設したコイルスプリングである。リターンスプリング６６は、ノズルニードル６０を噴孔４４に向けて付勢し、フェース部６５をシート部４５に着座させる。
【００３６】
フローティングプレート７０は、可動プレートであって、圧力制御室５３に収容され、高圧燃料通路５１ａが連通した状態と高圧燃料通路５１ａが遮断した状態とを切替える。またフローティングプレート７０は、流出通路５２ｂと圧力制御室５３とを連通する連通路であるアウトオリフィス７１が形成されている。フローティングプレート７０は、金属材料によって円盤状に形成されている。フローティングプレート７０は、ノズルボデー４１の軸方向に沿って往復変位可能な状態で、圧力制御室５３内に配置されている。フローティングプレート７０は、スプリング７２により、オリフィスプレート４６へ向けて付勢されている。フローティングプレート７０には、アウトオリフィス７１が形成されている。アウトオリフィス７１は、フローティングプレート７０を板厚方向に貫通する貫通孔である。アウトオリフィス７１の流路面積は、流出通路５２ｂの流路面積よりも狭く規定されている。アウトオリフィス７１は、フローティングプレート７０がオリフィスプレート４６に密着した状態において、圧力制御室５３から流出通路５２ｂへの燃料の流出を許容し、且つ、流出通路５２ｂに流出する燃料の流量を制限する。
【００３７】
以上の燃料噴射弁１００では、圧力制御弁３５の開弁により、圧力制御室５３内の燃料がアウトオリフィス７１および流出通路５２ｂを通じてアーマチャ室５４へ流出する。その結果、圧力制御室５３内の燃料圧力が下がり、ノズルニードル６０は、圧力制御室５３側に移動して、噴孔４４を開状態とする。そして、圧力制御弁３５の閉弁によって圧力制御室５３とアーマチャ室５４との連通が遮断されると、流入通路５２ａを通じて供給される燃料がフローティングプレート７０をスプリング７２の付勢力に抗して押し下げつつ、圧力制御室５３に流入する。その結果、圧力制御室５３の燃料圧力が回復し、ノズルニードル６０は、シート部４５側に素早く移動して、噴孔４４を閉状態とする。
【００３８】
次に、燃料噴射弁１００が機関制御装置１７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。機関制御装置１７からの駆動電流をソレノイド３１ａへ流して、圧力制御弁３５の開弁を開始させるように開弁制御すると、流出通路５２ｂはアーマチャ室５４と連通状態となる。その結果、圧力制御室５３内の燃料は、流出通路５２ｂおよび低圧燃料通路５１ｂを通じて燃料噴射弁１００の外部へ排出され始める。この燃料の排出は、まずフローティングプレート７０の上端面とオリフィスプレート４６の下端面との隙間部分を減圧させる。この減圧によって、フローティングプレート７０は、上側への変位を開始し、オリフィスプレート４６に着座する。つまり、フローティングプレート７０が流入通路５２ａの開口を閉鎖して、流入通路５２ａと圧力制御室５３との連通を遮断する。
【００３９】
すると、圧力制御室５３から燃料がアーマチャ室５４へ流出するので、圧力制御室５３の圧力が下降し、ノズルニードル６０は直ちに圧力制御室５３側に高速で押し上げられて、変位を開始する。これによってノズルニードル６０は、フェース部６５から離座して開弁する。ノズルニードル６０の変位している間は、圧力制御室５３の容積が縮小することに伴い、圧力制御室５３内の圧力はほぼ一定で推移する。
【００４０】
その後、機関制御装置１７からの駆動電流を停止させることにより、圧力制御弁３５の閉弁を開始させるように閉弁制御すると、流出通路５２ｂからの燃料排出が停止される。この燃料排出の停止は、フローティングプレート７０の上端面とオリフィスプレート４６の下端面との隙間部分を昇圧させる。すると着座状態にあったフローティングプレート７０はオリフィスプレート４６から離座する。つまり、フローティングプレート７０が流入通路５２ａの開口を開放して、流入通路５２ａと圧力制御室５３とを連通状態にする。すると、圧力制御室５３に燃料が流入して、圧力制御室５３の圧力が上昇し、ノズルニードル６０は高速で押し下げられてフェース部６５に着座し、閉弁状態となる。
【００４１】
その後、ノズルニードル６０が着座した以降は、圧力制御室５３の容積が増大しなくなるので、圧力制御室の圧力は上昇する。すると、フローティングプレート７０を押し上げる力が大きくなるため、離座状態にあったフローティングプレート７０は移動してオリフィスプレート４６に着座する。またフローティングプレート７０の下端面にスプリング７２が設けられており、スプリング７２はフローティングプレート７０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、フローティングプレート７０は着座する向きに移動することをアシストされる。
【００４２】
なお、図１中の符号Ｐｎはノズルニードル収容室４３内の圧力を示し、圧力Ｐｎは、燃料噴射弁１００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１中の符号Ｐｃは圧力制御室５３内の圧力であり、厳密には、圧力制御室５３のうちフローティングプレート７０に対して噴孔４４側の領域の圧力を示す。また図１中の符号Ｐｙは、燃料噴射中の噴孔４４内の圧力である。
【００４３】
また、図１中の符号Ｆｃは、ノズルニードル６０の弁受圧面６１が受ける力を示し、ノズルニードル６０の直径ｄｎと圧力制御室５３の圧力Ｐｃを用いて、次式（１）で示される。
Ｆｃ＝π／４×ｄｎ＾２×Ｐｃ      …（１）
【００４４】
また、図１中の符号Ｆｓは、ノズルニードル６０がリターンスプリング６６から噴孔４４に向けて受ける力を示す。
【００４５】
ノズルニードル６０の下端側は、ノズルニードル収容室４３内の圧力Ｐｎにより開弁方向の力Ｆｎを受ける。ここで、ノズルニードル６０における外径を直径ｄｎ、フェース部６５の弁座径（シート径）を直径ｄｓとする。すると、ノズルニードル６０の閉弁状態では、この開弁方向の力Ｆｎについてのノズルニードル６０の下端側の受圧面積は（π／４）×（ｄｎ＾２−ｄｓ＾２）となる。従って、ノズルニードル６０の閉弁状態では、この開弁方向の力Ｆｎは、次式（２）にて表すことができる。
Ｆｎ＝（π／４）×（ｄｎ＾２−ｄｓ＾２）×Ｐｎ      …（２）
【００４６】
なお、ノズルニードル６０が開弁すると、フェース部６５におけるシート部４５と当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Ｐｙをもった燃料にさらされることになる。したがってノズルニードル６０の開弁状態では、この開弁方向の力Ｆｙについてのノズルニードル６０の下端側の受圧面積がπ／４×ｄｓ＾２となる。従って、ノズルニードル６０の開弁状態では、この開弁方向の力Ｆｙは、次式（２）にて表すことができる。
Ｆｙ＝π／４×ｄｓ＾２×Ｐｙ      …（３）
【００４７】
ノズルニードル６０の開弁力は、開弁方向に働く力と閉弁方向に働く力の和である。開弁方向に働く力は、ノズルニードル６０の先端周りの燃料圧力から受ける力、およびノズルニードル収容室４３から受ける力である。また閉弁方向に働く力は、圧力制御室５３の燃料圧力Ｆｃおよびノズルニードル６０を押さえているリターンスプリング６６から受ける力Ｆｓである。したがって開弁力は、次式（４）によって表すことができるので、式（４）に式（１）〜（３）を代入すると、次式（５）となる。
開弁力＝（Ｆｎ＋Ｆｙ）−（Ｆｓ＋Ｆｃ）      …（４）
開弁力＝（π／４×（ｄｎ＾２-ｄｓ＾２）×Ｐｎ＋π／４×ｄｓ＾２×Ｐｙ）
−（Ｆｓ＋π／４×ｄｎ＾２×Ｐｃ）      …（５）
【００４８】
開弁力≧０のとき、ノズルニードル６０が上昇開始することから、開弁力＝０のときのＰｎが開弁圧となる。
【００４９】
次に、図３および図４を参照しつつ、燃料噴射弁１００が機関制御装置１７からの駆動電流に応じてエアを除去する除去処理について説明する。通電前は、図４に示すように、圧力制御弁３５の制御フェース部３３ｂは制御シート部４６ａに当接しているので、流出通路５２ｂは遮断している状態にある。また除去処理を行う際には、コモンレール１４の圧力は、開弁圧よりも小さいとする。
【００５０】
通電前の状態から、時刻ｔ１にて、機関制御装置１７からの駆動電流をソレノイド３１ａへ流して通電すると、圧力制御弁３５が上昇する。これによって流出通路５２ｂは連通状態となり、圧力制御室５３内の燃料は、流出通路５２ｂおよび低圧燃料通路５１ｂを通じて燃料噴射弁１００の外部へ排出され始める。これによって除去処理が開始される。したがって図３に示すように、リーク量が増加する。
【００５１】
すると、圧力制御室５３内では急速な減圧が生じるが、ノズルニードル収容室４３内の圧力Ｐｎが開弁圧に達してないので、ノズルニードル６０は変位せずに、閉弁状態を維持している。これによって圧力制御室５３内の燃料およびアーマチャ室５４の燃料は、低圧燃料通路５１ｂから流出する。しかしそれ以上は流出する燃料が存在しないので、図３に示すように、時刻ｔ２にて流出が停止する。
【００５２】
その後、時刻ｔ３にて、機関制御装置１７からの駆動電流を停止させると、圧力制御弁３５の閉弁を開始する。そして時刻ｔ４にて、制御フェース部３３ｂと制御シート部４６ａとが接触し、閉弁状態となる。これによって除去処理が終了する。すると流入通路５２ａから供給される燃料の圧力によって、着座状態にあったフローティングプレート７０はオリフィスプレート４６から下方に変位して離座し、流入通路５２ａと圧力制御室５３とを連通状態にする。すると、圧力制御室５３内に燃料が流入し、再び圧力制御室５３は燃料で満たされることになる。
【００５３】
これが２Ｗバルブ構造であると、通電時間に応じて、図３に示すようにリーク量が増加する。２Ｗバルブ構造は、圧力制御室５３から燃料が流出していても、圧力制御室５３に燃料が流入可能な構造である。したがって流出通路５２ｂが連通状態であると、つねに燃料が流れ続けることになる。
【００５４】
しかし本実施形態のように圧力制御室５３の出入り口は三方弁構造８０、すなわち３Ｗバルブになっている燃料噴射弁１００では、１度の開弁で生じるリーク量は非常に少ない。図５で簡略化して示すように、三方弁構造８０では、圧力制御室５３から燃料が流出通路５２ｂを介して流出するときは、流入通路５２ａから圧力制御室５３へは燃料が流入しない。逆に、圧力制御室５３から燃料が流入通路５２ａを介して流入するときは、圧力制御室５３から流出通路５２ｂへは燃料が流出しない。したがって１度の開弁にて、低圧燃料通路５１ｂから流出する量は、圧力制御室５３の容積程度であり、流出が停止するまでの流出時間Ｔｓｌが存在する。したがって流出時間Ｔｓｌは、流出通路５２ｂが連通させてから、流出通路５２ｂにおける圧力制御室５３内からアーマチャ室５４の燃料の流れがなくなるまでの時間と定義される。
【００５５】
同様に、１度開弁した後、高圧燃料通路５１ａから流入する量は、圧力制御室５３の容積程度であり、流入が停止するまでの流入時間Ｔｓｈが存在する。したがって流入時間Ｔｓｈは、流出通路５２ｂを遮断してから、高圧燃料通路５１ａにおける圧力制御室５３内への燃料の流れがなくなるまでの時間と定義される。このような流出時間Ｔｓｌと流入時間Ｔｓｈとを用いて、エアを除去する除去処理を実施する。
【００５６】
次に、流出時間Ｔｓｌに関して説明する。コモンレール１４の圧力センサ１４ｄの値から圧力制御室５３の圧力Ｐｃを算出し、圧力Ｐｃを用いて圧力制御室５３に燃料が入る流入時間Ｔｓｈと圧力制御室５３から燃料が抜けるのに最適な流出時間Ｔｓｌとを算出する。これらの時間の算出は、たとえば次式（６）が用いられる。
【数１】
0006623907.tif 000002
【００５７】
ここで、Ｋは、体積弾性率を示し、Ｐｌは、アーマチャ室５４の燃料圧力（個体値）を示す。またＰｈは、圧力センサ１４ｄが取得した高圧部の燃料圧力を示し、Ｖは圧力制御室５３の容積を示し、Ａは流路面積を示す。式（６）を用いて、アウトオリフィス、すなわち圧力制御室５３の出口の流量Ｑ（ｔ）と圧力制御室５３の燃料圧力Ｐ（ｔ）から、Ｑ（ｔ）＝０となる時間が流出時間Ｔｓｌとなる。
【００５８】
固体パラメータ、たとえばアーマチャ室５４と繋がる流出通路５２ｂの出口径Ａおよび圧力制御室５３の容積Ｖは既知であるので、式（６）を用いて流出時間Ｔｓｌおよび流入時間Ｔｓｈを算出することができる。流出時間Ｔｓｌおよび流入時間Ｔｓｈは、ともにコモンレール１４の圧力と相関関係があり、圧力が高くなると流出時間Ｔｓｌおよび流入時間Ｔｓｈは長くなる。
【００５９】
次に、除去処理に関して図６を用いて説明する。図６に示す除去処理は、機関制御装置１７が電源投入状態において、短時間に繰り返し実行する。ステップＳ１では、エンジン始動時であるか否かを判断し、エンジン始動時であればステップＳ２に移り、エンジン始動時でなければ本フローを終了する。エンジン始動時は、イグニッションオン時と同じ意味である。ステップＳ２では、コモンレール１４の燃料圧力、すなわちノズルニードル収容室４３内の燃料圧力Ｐｎが開弁圧Ｐｏよりも小さい否かを判断し、小さい場合は、ステップＳ３に移り、小さくない場合は本フローを終了する。このように、エンジン始動時は、コモンレール１４の燃料圧力Ｐｎが開弁圧Ｐｏよりも低い場合が多いので、エア除去処理を実施する。
【００６０】
ステップＳ３では、ソレノイド３１ａを通電し、ステップＳ４に移る。ステップＳ４では、通電時間が流出時間Ｔｓｌを経過するまで、通電を継続し、流出時間Ｔｓｌを経過すると、ステップＳ５に移る。これによってアーマチャ室５４にあった燃料を排出することができる。
【００６１】
ステップＳ５では、再び、ノズルニードル収容室４３内の燃料圧力Ｐｎが開弁圧Ｐｏよりも小さい否かを判断し、小さい場合は、ステップＳ６に移り、小さくない場合は本フローを終了する。ステップＳ６では、ソレノイド３１ａの通電を停止し、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、通電停止時間が流入時間Ｔｓｈを経過するまで、通電停止を継続し、流入時間Ｔｓｈを経過すると、ステップＳ２に戻る。
【００６２】
このようにコモンレール１４の圧力であるレール圧が開弁圧Ｐｏを超えるまでは、通電および通電停止を繰り返す。図７に示す例では、７回、ソレノイド３１ａを通電オンにしている。そして通電時間である流出時間Ｔｓｌおよび流入時間Ｔｓｈは、時間の経過にとともに長くなっている。これは、前述のようにレール圧が上昇しているからである。エンジンを起動すると、起動時に開弁圧よりも低いレール圧は、図７に示すように徐々に上昇する。レール圧は徐々に上昇するが、圧力制御室５３の圧力Ｐｃは、通電のオンオフで燃料の流入と流出とが繰り返されるので、圧力Ｐｃは増減を繰り返すことになる。
【００６３】
またソレノイド３１ａに通電停止しているときは、燃料が流入するのでインオリフィス量が増加する。またソレノイド３１ａに通電しているときは、燃料が流出するのでアウトオリフィス量が増加する。このようにレール圧が開弁圧になるまで通電のオンオフを繰り返すことによって、累積リーク量を多くすることができるので、アーマチャ室５４にあるエアをより確実に除去することができる。
【００６４】
以上説明したように本実施形態の機関制御装置１７は、コモンレール１４の燃料圧力が開弁圧Ｐｏよりも低い場合に、アーマチャ室５４からエアを除去する除去処理を開始する。したがって除去処理をしている間は、燃料が噴射されない。また除去処理は、制御部材であるアーマチャ３３を流出通路５２ｂが連通した状態に制御した後、燃料圧力が開弁圧に到達するよりも前に、流出通路５２ｂを遮断した状態にして除去処理を終了する。アーマチャ３３を流出通路５２ｂが連通した状態に制御すると、圧力制御室５３の高圧燃料がアーマチャ室５４に流れる。するとアーマチャ室５４にあった燃料は、排出通路である低圧燃料通路５１ｂを介して、戻り流路１６に排出される。これによって少なくともアーマチャ室５４内のエアを、燃料とともに戻り流路１６に排出することができる。また燃料を排出した後は、燃料圧力が開弁圧に到達するよりも前に、流出通路５２ｂを遮断した状態に制御するので、エアを除去している間に燃料が噴射されることを抑制することができる。これによって燃料噴射させることなく、エアを除去することができる。
【００６５】
また本実施形態では、開始制御部および終了制御部として機能する機関制御装置１７は、除去処理中は複数回にわたって、流出通路５２ｂを連通した状態と遮断した状態とを切替える。切り替えた回数と、戻り流路１６から流出する燃料の量は正比例する。したがって除去処理中に複数回にわたって連通と遮断を切り替えることによって、燃料噴射弁１００内から戻り流路１６に排出される燃料を増加させることができる。したがってより確実にエアを除去することができる。
【００６６】
さらに本実施形態では、燃料圧力を用いて、圧力制御室５３内の燃料がアーマチャ室５４に流出するために必要な流出時間Ｔｓｌを算出し、流出時間Ｔｓｌ以下となるように流出通路５２ｂの連通時間を制御している。これによって流出する燃料がないか少なくなっているにもかかわらず、流出通路５２ｂが連通させることを抑制することができる。したがって流出時間Ｔｓｌを必要な時間に設定することによって、他の時間を流入時間Ｔｓｈに用いることができる。
【００６７】
また本実施形態では、燃料圧力を用いて、高圧燃料通路５１ａから燃料が圧力制御室５３内を満たすまでに必要な流入時間Ｔｓｈを算出し、流入時間Ｔｓｈ以下となるように流出通路５２ｂの遮断時間を制御している。これによって圧力制御室５３が燃料で満たされている場合など、さらに燃料が流入する余地がないか少なくなっているにもかかわらず、流出通路５２ｂが遮断させることを抑制することができる。したがって流入時間Ｔｓｈを必要な時間に設定することによって、他の時間を流出時間Ｔｓｌに用いることができる。
【００６８】
さらに本実施形態では、燃料噴射弁１００が始動時に除去処理を実施するように制御される。燃料噴射弁１００が始動時には、コモンレール１４の圧力が開弁圧を下回っていることが多い。また始動時にエアがあると、高精度に燃料噴射を制御することができないおそれがある。そこで始動時にエアを除去することによって、燃料噴射を高精度に制御することができる。
【００６９】
換言すると、燃料噴射弁１００は、エアがアーマチャ室５４に混入するとアーマチャ３３がバタつき燃料噴射量の増加、および燃料噴射率σの悪化を引き起こすという問題がある。そこで本実施形態では、圧力制御室５３の出口が開いているときに圧力制御室５３の入口が閉じる、すなわち燃料の流入がないような３Ｗバルブ構造になっている燃料噴射弁１００において、エアをエンジン始動時に除去している。具体的には、圧力制御室５３の圧力、圧力制御室５３の容積とオリフィスの流量係数からアーマチャ３３の開弁時の時間当たりのリーク量が定まることに着目し、算出した流出時間Ｔｓｌを用いて、エア除去のためのソレノイド３１ａの駆動時間を制御している。
【００７０】
第１実施形態では、アーマチャ３３が「制御部材」に相当し、制御ボデー４０が「弁ボデー」に相当し、低圧燃料通路５１ｂが「排出通路」に相当し、アーマチャ室５４が「燃料流出室」に相当する。また、ノズルニードル６０が「弁体」に相当する。
【００７１】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００７２】
前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００７３】
前述の第１実施形態では、エンジンである内燃機関の始動時に除去処理を実施しているが、エンジン始動時に限るものではない。たとえば除去処理は、アイドルストップ中に行ってもよい。
【００７４】
前述の第１実施形態では、１つの燃料噴射弁１００に関しての制御であったが、複数の燃料噴射弁１００に対して除去処理を並行して実施してもよい。この場合は、各燃料噴射弁１００の駆動部３０への通電時間をずらして各燃料噴射弁１００を駆動してもよい。換言すると、１つの燃料噴射弁１００の駆動部３０をオンしている間は、他の燃料噴射弁１００の駆動部３０はオフに制御、すなわち互い違いに駆動部３０をオンオフする。これによって同じ時間帯に、複数の燃料噴射弁１００の除去処理を実施することができる。
【００７５】
前述の第１実施形態では、レール圧を用いて制御しているが、レール圧を用いた制御に限るものではない。たとえばレール圧の上昇に関連する他の値をレール圧に換えて用いてもよい。たとえばエンジンを始動してからレール圧は上昇するので、経過時間が所定時間に達したときは、レール圧が開弁圧まで上昇したと判断して除去処理を終了してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０…燃料供給システム  １２ａ…燃料配管  １４…コモンレール  
１５…燃料流路  １６…戻り流路  １７…機関制御装置（開始制御部、終了制御部）
３０…駆動部  ３３…アーマチャ（制御部材）  ３５…圧力制御弁
４０…制御ボデー（弁ボデー）  ４１…ノズルボデー  ４３…ノズルニードル収容室
４４…噴孔  ４５…シート部  ５１ａ…高圧燃料通路  ５１ｂ…低圧燃料通路（排出通路）
５２ａ…流入通路  ５２ｂ…流出通路  ５２ｃ…供給通路  ５３…圧力制御室
５４…アーマチャ室（燃料流出室）  ６０…ノズルニードル（弁体）
７０…フローティングプレート（可動プレート）  ７１…アウトオリフィス（連通路）
１００…燃料噴射弁
【図１】
0006623907.tif 000003
【図２】
0006623907.tif 000004
【図３】
0006623907.tif 000005
【図４】
0006623907.tif 000006
【図５】
0006623907.tif 000007
【図６】
0006623907.tif 000008
【図７】
0006623907.tif 000009