(57)【要約】【課題】ニードル弁の開弁時期のばらつきを小さくするとともに、ニードル弁の下降速度を大きくすることができる燃料噴射制御装置を提供すること。【解決手段】コモンレール３０内の高圧（噴射圧Pc）の燃料を供給する燃料供給路Ｃ１からニードル弁４２の背面側が臨む制御室Ｒ２に燃料を流入させる流路として、第１燃料流入路Ｃ２に加えて第２燃料流入路Ｃ４が設けられ、且つ、第２燃料流入路Ｃ４を連通・遮断するスプール弁４４が設けられる。スプール弁４４は、制御室Ｒ２内の圧力（制御圧Pcntl）がスプール弁開弁圧よりも大きいときに開弁状態に、制御圧Pcntlがスプール弁開弁圧よりも小さいときに閉弁状態になる。スプール弁開弁圧は、ニードル弁開弁圧のばらつき範囲の上限値よりも大きく、且つ、「噴射圧Pcからコイルスプリング４５の付勢力に相当する圧力分を減じた圧力」のばらつき範囲の下限値よりも小さい値に設定される。【選択図】図１
2008175178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔を開閉するニードル弁と、
内部の燃料の圧力である噴射圧により前記ニードル弁の一端側が開弁方向の力を受けるとともに前記ニードル弁の開弁状態において内部の燃料が前記噴孔から前記燃焼室に向けて噴射されるノズル室と、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードル弁の他端側が閉弁方向の力を受ける制御室と、
高圧の燃料を発生する高圧発生部と、
前記高圧発生部が発生する前記高圧燃料を前記ノズル室に供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる第１燃料流入路と、
前記制御室から燃料を排出させる燃料排出路と、
前記燃料排出路に介装されて前記燃料排出路を連通・遮断する制御弁と、
を備え、前記制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記ニードル弁の位置を調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置であって、
前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる前記第１燃料流入路とは異なる第２燃料流入路と、
前記第２燃料流入路に介装されて、前記制御圧が前記噴射圧よりも小さい所定圧力以上の場合に前記第２燃料流入路を連通するとともに前記制御圧が前記所定圧力未満の場合に前記第２燃料流入路を遮断する調整機構と、
を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定圧力は、前記ニードル弁が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での前記制御圧よりも大きい燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定圧力は、前記ニードル弁が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での前記制御圧のばらつき範囲の最大値よりも大きい燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定圧力は、開弁状態にある前記ニードル弁が閉弁方向に移動するときの前記制御圧よりも小さい燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定圧力は、開弁状態にある前記ニードル弁が閉弁方向に移動するときの前記制御圧のばらつき範囲の最小値よりも小さい燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御室内において前記ニードル弁を閉弁方向へ常時付勢する弾性部材が備えられていて、
前記開弁状態にある前記ニードル弁が閉弁方向に移動するときの前記制御圧として、前記噴射圧から前記弾性部材の付勢力に相当する前記制御室内の圧力分を減じて得られる圧力を使用するように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記調整機構は、
前記第２燃料流入路を連通・遮断するスプール弁と、
前記制御室に接続されて内部の圧力である前記制御圧により前記スプール弁の一端側が開弁方向の力を受ける第１圧力室と、前記燃料供給路に接続されて内部の圧力である前記噴射圧により前記スプール弁の他端側が閉弁方向の力を受ける第２圧力室と、
を備え、
前記スプール弁の一端側の受圧面積が前記他端側の受圧面積よりも大きい燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料噴射制御装置において、
前記スプール弁は、前記一端側から前記他端側に向けて拡径するテーパー面を軸方向中間部において一体的に備え、前記テーパー面が弁座から離間・前記弁座に当接することで前記第２燃料流入路を連通・遮断するように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記第１燃料流入路、前記第２燃料流入路、及び、前記燃料排出路にはそれぞれ、オリフィスが設けられている燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図７に示すように、内燃機関（特に、ディーゼル機関）の燃焼室に燃料を噴射する噴孔１１０を開閉するニードル弁１２０と、内部の燃料の圧力である噴射圧Pcによりニードル弁１２０の一端側（図７において下端側）が開弁方向（図７において上方向）の力を受けるとともにニードル弁１２０の開弁状態において内部の燃料が噴孔１１０から燃焼室に向けて噴射されるノズル室１３０と、内部の燃料の圧力である制御圧Pcntlによりニードル弁１２０の他端側（図７において上端側）が閉弁方向（図７において下方向）の力を受ける制御室１４０と、高圧発生部（図示しない液圧ポンプ＋コモンレール）が発生する高圧燃料をノズル室１３０に供給する燃料供給路１５０と、燃料供給路１５０から制御室１４０に燃料を流入させる流入オリフィス１６０が介装された燃料流入路１７０と、制御室１４０から燃料を燃料タンク（図示せず）へ排出させる排出オリフィス１８０が介装された燃料排出路１９０と、燃料排出路１９０に介装されて燃料排出路１９０を連通・遮断する制御弁２１０とを備えた燃料噴射制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２０８７０号公報
【０００３】
この装置では、閉弁状態にあるニードル弁１２０を開弁させる場合（閉弁状態（リフト量＝０）から開弁状態（リフト量＞０）へと変更させる場合）、制御弁２１０が開弁させられる（閉状態から開状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１９０を通して制御室１４０から燃料が排出されて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下し、これに伴って燃料流入路１７０を通して制御室１４０に燃料供給路１５０から燃料が流入する。この結果、制御圧Pcntlは、排出オリフィス１８０を通過する燃料の流出流量と流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量の差に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。以下、このように制御圧Pcntlが低下する場合における制御圧Pcntlの低下速度を「制御圧低下速度」と称呼する。
【０００４】
制御圧低下速度をもって低下していく制御圧Pcntlが「ニードル弁開弁圧」（ニードル弁１２０が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pcntl）まで達すると、ニードル弁１２０が開弁し（図７において上方へ移動し）、この結果、燃料噴射が開始される。その後、ニードル弁１２０は、制御室１４０内の燃料の体積の減少速度（即ち、排出オリフィス１８０を通過する燃料の流出流量と流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量の差）に応じた速度をもって上昇していく（図７において上方へ移動していく）。即ち、ニードル弁１２０のリフト量が増大していく。この間、燃料噴射は継続される。以下、このようにニードル弁１２０が上昇する際のニードル弁１２０の上昇速度（リフト量の増大速度）を「ニードル弁上昇速度」と称呼する。
【０００５】
一方、このように上昇していく（開弁状態にある）ニードル弁１２０を閉弁させる場合（開弁状態から閉弁状態へと変更させる場合）、制御弁２１０が閉弁させられる（開状態から閉状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１９０を通した制御室１４０からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路１７０を通した制御室１４０への燃料の流入は継続される。この結果、ニードル弁１２０は、制御室１４０内の燃料の体積の増大速度（即ち、流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量）に応じた速度をもって下降していく（図７において下方へ移動していく）。即ち、ニードル弁１２０のリフト量が減少していく。以下、このようにニードル弁１２０が下降する際のニードル弁１２０の下降速度（リフト量の減少速度）を「ニードル弁下降速度」と称呼する。そして、ニードル弁１２０のリフト量が「０」に達すると、ニードル弁１２０が閉弁し、燃料噴射が終了する。このように、制御弁２１０を制御して制御圧Pcntlを制御することでニードル弁１２０の位置（リフト量）が調整されて燃料の噴射制御が行われる。
【０００６】
ところで、図８に示すように、上記ニードル弁開弁圧には設計上のばらつき範囲が不可避的に発生する。制御弁２１０の開弁後における上記制御圧低下速度が小さいと、上記ニードル弁開弁圧のばらつき範囲に対応するニードル弁１２０の開弁時期（従って、燃料噴射開始時期）のばらつきが大きくなる。従って、ニードル弁１２０の開弁時期のばらつきを小さくするためには、上記制御圧低下速度を大きくする必要がある。このためには、例えば、流入オリフィス１６０の開口面積を小さくして流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量を小さくする必要がある。
【０００７】
一方、上記ニードル弁下降速度を大きくしたいという要求がある。これは、以下の理由に基づく。即ち、ニードル弁下降速度が大きいと、ニードル弁１２０の閉弁直前の極短期間において「リフト量が所定の微小量以下で推移する期間」が短くなる。「リフト量が所定の微小量以下で推移する期間」では、ニードル弁１２０の上記一端側（図７において下端側）と弁座部との間にて実質的なオリフィスが形成されて圧力損失が生じ、燃料の実質的な噴射圧力が低下して噴射燃料の微粒子化が阻害され易い。従って、ニードル弁下降速度が大きいと、上述した噴射圧力の低下により噴射燃料の微粒子化が阻害され得る期間を短くできる。また、ニードル弁下降速度が大きいと、制御弁２１０の開弁期間（開弁状態に維持されている期間）に対する燃料噴射量を小さくすることができ、制御弁２１０の開弁期間の調整により燃料噴射量を精度良く制御することができる。
【０００８】
しかしながら、上記ニードル弁下降速度を大きくするためには、流入オリフィス１６０の開口面積を大きくして流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量を大きくする必要がある。以上のことから、ニードル弁１２０の開弁時期のばらつきを小さくする（即ち、上記制御圧低下速度を大きくする）には制御室１４０に流入する燃料の流量を小さくする必要があり、上記ニードル弁下降速度を大きくするためには制御室１４０に流入する燃料の流量を大きくする必要があるというトレードオフが存在する。係るトレードオフを解決し得る燃料噴射制御装置の到来が望まれているところである。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の目的は、上記トレードオフを解決できる燃料噴射制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明に係る燃料噴射制御装置は、上記と同じニードル弁、ノズル室、制御室、高圧発生部、燃料供給路、燃料流入路（第１燃料流入路）、燃料排出路、及び制御弁を備え、前記制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記ニードル弁の位置（リフト量）を調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置（図７に示したものと同じ装置）において、前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる前記第１燃料流入路とは異なる第２燃料流入路と、前記第２燃料流入路に介装されて、前記制御圧が前記噴射圧よりも小さい所定圧力以上の場合に前記第２燃料流入路を連通するとともに前記制御圧が前記所定圧力未満の場合に前記第２燃料流入路を遮断する調整機構とを更に備えている。ここにおいて、前記第１燃料流入路、前記第２燃料流入路、及び、前記燃料排出路にはそれぞれ、オリフィスが設けられていることが好ましい。
【００１１】
ここで、前記所定圧力は、前記ニードル弁が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での前記制御圧（即ち、上記「ニードル弁開弁圧」）よりも大きい圧力に設定される。「ニードル弁開弁圧」のばらつきが考慮される場合、前記所定圧力は、「ニードル弁開弁圧」のばらつき範囲の最大値よりも大きい圧力に設定されることが好ましい。これによれば、制御弁開弁後において上記制御圧低下速度をもって噴射圧から低下していく制御圧がニードル弁開弁圧に達する前の或る時点で調整機構が第２燃料流入路を連通する状態（開弁状態）から遮断する状態（閉弁状態）へと移行することが保証される。換言すれば、制御室に流入する燃料の流量が小さい状態（即ち、上記制御圧低下速度が大きい状態）で制御圧が上記ニードル弁開弁圧に達することが保証される。この結果、ニードル弁の開弁時期のばらつきを小さくすることができる。
【００１２】
加えて、前記所定圧力は、「開弁状態にあるニードル弁が閉弁方向に移動（開始）するときの制御圧」（以下、「ニードル弁下降時制御圧」とも称呼する。）よりも小さい圧力に設定される。「ニードル弁下降時制御圧」のばらつきが考慮される場合、前記所定圧力は、「ニードル弁下降時制御圧」のばらつき範囲の最小値よりも小さい圧力に設定されることが好ましい。ここで、「ニードル弁下降時制御圧」は、前記噴射圧に依存する圧力であり、「噴射圧よりも所定圧力だけ低い圧力」となる。具体的には、例えば、前記制御室内において前記ニードル弁を閉弁方向へ常時付勢する弾性部材が備えられている場合、「ニードル弁下降時制御圧」は、「前記噴射圧から前記弾性部材の付勢力に相当する前記制御室内の圧力分を減じて得られる圧力」と略等しくなる（詳細は、後述する図５を参照）。
【００１３】
通常、ニードル弁の開弁後において、制御圧は、「ニードル弁開弁圧」から、上記「噴射圧よりも所定圧力だけ低い圧力」（例えば、上述のように、噴射圧から前記弾性部材の付勢力に相当する制御室内の圧力分を減じて得られる圧力）まで迅速に上昇する。制御圧が「噴射圧よりも所定圧力だけ低い圧力」に達した後はニードル弁の閉弁まで、制御圧は「噴射圧よりも所定圧力だけ低い圧力」で推移する。ここで、ニードル弁の開弁後において、噴射圧は、極短期間だけ減少した後、直ちに上昇していく。この結果、ニードル弁の開弁後において、制御圧は、「ニードル弁開弁圧」から「噴射圧よりも所定圧力だけ低い圧力」まで上昇した後においてもなお、噴射圧の上昇に伴って上昇していく。
【００１４】
以上より、上記のように、前記所定圧力を「ニードル弁下降時制御圧」よりも小さい圧力に設定すれば、ニードル弁の開弁後において、開弁状態にあるニードル弁が閉弁方向に移動開始する（即ち、下降開始する）前の或る時点で調整機構が第２燃料流入路を遮断する状態（閉弁状態）から連通する状態（開弁状態）へと移行することが保証される。換言すれば、ニードル弁が下降していく間、制御室に流入する燃料の流量が大きいことが保証される。この結果、上記ニードル弁下降速度を大きくすることができる。
【００１５】
上記本発明に係る燃料噴射制御装置において、前記調整機構は、前記第２燃料流入路を連通・遮断するスプール弁と、前記制御室に接続されて内部の圧力である前記制御圧により前記スプール弁の一端側が開弁方向の力を受ける第１圧力室と、前記燃料供給路に接続されて内部の圧力である前記噴射圧により前記スプール弁の他端側が閉弁方向の力を受ける第２圧力室とを備え、前記スプール弁の一端側の受圧面積が前記他端側の受圧面積よりも大きいことが好適である。
【００１６】
この場合、具体的には、前記スプール弁は、前記一端側から前記他端側に向けて拡径するテーパー面を軸方向中間部において一体的に備え、前記テーパー面が弁座から離間・前記弁座に当接することで前記第２燃料流入路を連通・遮断するように構成されることが好ましい。
【００１７】
上記「ニードル弁開弁圧」も、上記「ニードル弁下降時制御圧」も、噴射圧に依存する圧力である。従って、第２燃料流入路を連通・遮断するスプール弁の他端側が噴射圧を受ける上記構成によれば、簡易な構成で、前記所定圧力を、上記「ニードル弁開弁圧」よりも大きい圧力、或いは、上記「ニードル弁下降時制御圧」よりも小さい圧力に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態による内燃機関（ディーゼル機関）の燃料噴射制御装置１０の全体の概略構成を示している。この燃料噴射制御装置１０は、燃料タンクＴに貯留されている燃料を吸入・吐出する燃料ポンプ２０と、燃料ポンプ２０により吐出された高圧燃料が供給されるコモンレール３０と、コモンレール３０から燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給されて内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を噴射するインジェクタ４０と、燃料ポンプ２０及びインジェクタ４０を制御するＥＣＵ５０とを備える。燃料ポンプ２０とコモンレール３０は、前記「高圧発生部」に対応している。
【００２０】
なお、図１では、コモンレール３０から１本の燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給される１つのインジェクタ４０が記載されているが、実際には、インジェクタ４０及び燃料供給路Ｃ１は内燃機関の複数の燃焼室の各々に対してそれぞれ設けられていて、各インジェクタ４０は対応する燃料供給路Ｃ１を通してコモンレール３０と個別に接続されている。燃料供給路Ｃ１内の燃料の圧力（以下、「噴射圧Pc」と呼ぶ。）は、コモンレール３０内の燃料の圧力（＝前記高圧燃料の圧力）と略等しい。以下、説明の便宜上、各図における紙面上の上・下を単に、「上」、「下」と称呼することもある。
【００２１】
燃料ポンプ２０は、ＥＣＵ５０からの指示により燃料の吸入流量を調整可能に構成されている。これにより、燃料の吐出圧（従って、噴射圧Pc）が調整できるようになっている。
【００２２】
インジェクタ４０は、主として、ボディ４１と、ボディ４１の内部の第１所定空間においてその軸線方向に摺動可能に収容された段付円柱状のニードル弁４２と、ボディ４１内に固定配置された電磁開閉弁である制御弁４３と、ボディ４１の内部の第２所定空間においてその軸線方向に摺動可能に収容された段付円柱状のスプール弁４４とを備えている。
【００２３】
ニードル弁４２は、上記第１所定空間を、ノズル室Ｒ１と、制御室Ｒ２とに区画している。ノズル室Ｒ１は燃料供給路Ｃ１と連通していて、ノズル室Ｒ１内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと等しい。ノズル室Ｒ１は、ボディ４１の下端部に設けられて燃焼室に臨む複数の噴孔４１ａとも連通している。
【００２４】
ニードル弁４２の下端側の先端部には先端に近づくほど縮径するテーパー部（円錐形状部）４２ａが同軸的に形成されている。ニードル弁４２が上記第１所定空間内にて下降してテーパー部４２ａが噴孔４１ａ近傍に形成されたボディ４１の円形弁座部４１ｂに当接した状態（図１に示す状態）にて、噴孔４１ａがノズル室Ｒ１から遮断されるようになっている。この状態では、燃料が噴射されない。
【００２５】
以下、この状態を、ニードル弁４２の閉弁状態とも称呼する。また、ニードル弁４２のリフト量（ニードル弁リフト量）は、この状態からのニードル弁４２の上方への移動量（上昇量）を意味するものとする。即ち、図１に示したニードル弁４２の閉弁状態では、ニードル弁リフト量は「０」である。
【００２６】
一方、ニードル弁４２が閉弁状態から上方へ移動（上昇）してテーパー部４２ａが円形弁座部４１ｂから離間すると、噴孔４１ａがノズル室Ｒ１と連通するようになっている。この状態（即ち、ニードル弁リフト量＞０）では、燃料が噴射圧Pcをもって噴射される。以下、この状態を、ニードル弁４２の開弁状態とも称呼する。また、以下において、開弁状態から閉弁状態に移行することを「閉弁」と呼び、閉弁状態から開弁状態に移行することを「開弁」と呼ぶものとする。
【００２７】
ニードル弁４２の下端側は、ノズル室Ｒ１内の圧力（＝噴射圧Pc）により開弁方向（上方向）の力F1を受ける。ここで、ニードル弁４２におけるノズル室Ｒ１と制御室Ｒ２とを区画する摺動部４２ｂの外径をD1、円形弁座部４１ｂの弁座径（シート径）をD2とすると、ニードル弁４２の閉弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積は(π/4)・(D12−D22)となる。従って、ニードル弁４２の閉弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(1)式にて表すことができる。
【００２８】
F1＝(π/4)・(D12−D22)・Pc  …(1)
【００２９】
なお、ニードル弁４２が開弁すると、テーパー部４２ａにおける円形弁座部４１ｂと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされることになる。従って、ニードル弁４２の開弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積が(π/4)・D22だけ増大して(π/4)・D12となる。従って、ニードル弁４２の開弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(2)式にて表すことができる。
【００３０】
F1＝(π/4)・D12・Pc  …(2)
【００３１】
ニードル弁４２の上端側は、制御室Ｒ２内の圧力（以下、「制御圧Pcntl」と称呼する。）により閉弁方向（下方向）の力F2を受ける。この閉弁方向の力F2についてのニードル弁４２の上端側の受圧面積は(π/4)・D12である。従って、この閉弁方向の力F2は、下記(3)式にて表すことができる。
【００３２】
F2＝(π/4)・D12・Pcntl  …(3)
【００３３】
加えて、制御室Ｒ２内には、ニードル弁４２を閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング４５が配設されている。このコイルスプリング４５の付勢力（閉弁方向の力）をF3とすると、ニードル弁４２の上端側は、閉弁方向の力（F2+F3）を受ける。なお、コイルスプリング４５は、燃料ポンプ２０の非作動中など噴射圧Pcが低い場合等において、ニードル弁４２が開弁して燃料が燃焼室へ流出する事態等の発生を防止するために設けられている。
【００３４】
後述するように、制御圧Pcntlは、制御弁４３の開閉制御により噴射圧Pc以下の範囲内で変化し得るようになっている。制御圧Pcntlを噴射圧Pcよりも小さい或る圧力（以下、「ニードル弁開弁圧Py」と称呼する。）まで噴射圧Pcから低下させると、ニードル弁４２が開弁する（閉弁状態から開弁状態へ移行する）。
【００３５】
このニードル弁開弁圧Py（＜Pc）は、上記(1)式、(3)式を考慮すると、下記(4)式にて表すことができる。このように、ニードル弁開弁圧Pyは噴射圧Pcに依存する。以上のように、制御圧Pcntlの制御によりニードル弁リフト量が調整されて、噴孔４１ａが開閉されるようになっている。
【００３６】
Py＝{1/((π/4)・D12)}・{(π/4)・(D12−D22)・Pc−F3}  …(4)
【００３７】
制御室Ｒ２は、燃料供給路Ｃ１から分岐するとともに第１流入オリフィスＺ１が介装された第１燃料流入路Ｃ２を通して燃料供給路Ｃ１と連通している。これにより、噴射圧Pcと制御圧Pcntl（≦Pc）の差圧に応じて第１燃料流入路Ｃ２を通して燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２内に燃料が流入するようになっている。
【００３８】
また、制御室Ｒ２は、排出オリフィスＺ２が介装された燃料排出路Ｃ３を通して燃料タンクＴと連通している。更には、制御室Ｒ２は、燃料供給路Ｃ１から分岐するとともに第２流入オリフィスＺ３が介装された第２燃料流入路Ｃ４を通して燃料供給路Ｃ１と連通している。
【００３９】
制御弁４３は、この燃料排出路Ｃ３に介装されていて、ＥＣＵ５０からの指示により開閉制御され得るようになっている。これにより、制御弁４３が開弁状態にある場合、制御室Ｒ２が燃料タンクＴと連通し、制御圧Pcntlと燃料タンクＴ内の燃料圧力（＝大気圧）の差圧に応じて燃料排出路Ｃ３を通して制御室Ｒ２から燃料タンクＴへ燃料が排出されるようになっている。一方、制御弁４３が閉弁状態にある場合、制御室Ｒ２は、燃料タンクＴから遮断される。これにより、燃料排出路Ｃ３を通した制御室Ｒ２から燃料タンクＴへの燃料の排出が禁止される。
【００４０】
スプール弁４４は、第２燃料流入路Ｃ４に介装されている。以下、スプール弁４４の拡大図である図２をも参照しながら説明すると、スプール弁４４は、上記第２所定空間を、下側から順に、第１圧力室Ｒ３と、リターン室Ｒ４と、中間室Ｒ５と、中間室Ｒ６と、第２圧力室Ｒ７とに区画している。
【００４１】
第１圧力室Ｒ３は流路Ｃ５を通して制御室Ｒ２と連通していて、第１圧力室Ｒ３内の燃料圧力は上記制御圧Pcntlと常時等しい。リターン室Ｒ４は流路Ｃ６を通して燃料タンクＴと連通していて、リターン室Ｒ４内の燃料圧力は大気圧と常時等しい。
【００４２】
中間室Ｒ５，Ｒ６は第２燃料流入路Ｃ４の一部を兼ねていて、中間室Ｒ５は第２流入オリフィスＺ３を介して制御室Ｒ２と連通し、中間室Ｒ６は燃料供給路Ｃ１と連通している。スプール弁４４の軸方向中間部には、下側から上側に向けて拡径するテーパー部（円錐形状部）４４ａが同軸的に形成されている。
【００４３】
スプール弁４４が上記第２所定空間内にて下降してテーパー部４４ａがボディ４１の円形弁座部４１ｃに当接した状態（図２、図３に示す状態）にて、中間室Ｒ５，Ｒ６が互いに遮断されるようになっている。即ち、制御室Ｒ２が燃料供給路Ｃ１から遮断されるようになっている。この状態では、第２燃料供給路Ｃ４を通した燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２への燃料の流入が禁止される。以下、この状態を、スプール弁４４の閉弁状態とも称呼する。
【００４４】
一方、スプール弁４４が閉弁状態から上方へ移動（上昇）してテーパー部４４ａが円形弁座部４１ｃから離間すると、中間室Ｒ５，Ｒ６が互いに連通するようになっている（図４を参照）。即ち、制御室Ｒ２が燃料供給路Ｃ１と連通するようになっている。この状態では、噴射圧Pcと制御圧Pcntl（≦Pc）の差圧に応じて第２燃料流入路Ｃ４を通して燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２内に燃料が流入するようになっている。以下、この状態を、スプール弁４４の開弁状態とも称呼する。
【００４５】
第２圧力室Ｒ７は燃料供給路Ｃ１から分岐する流路Ｃ７を通して燃料供給路Ｃ１と連通していて、第２圧力室Ｒ７内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと常時等しい。
【００４６】
スプール弁４４の下端側は、第１圧力室Ｒ３内の圧力（＝制御圧Pcntl）により開弁方向（上方向）の力F4を受ける。ここで、スプール弁４４における第１圧力室Ｒ３とリターン室Ｒ４とを区画する摺動部４４ｂの外径をD3とすると、この開弁方向の力F4についてのスプール弁４４の下端側の受圧面積は(π/4)・D32となる。従って、この開弁方向の力F4は、下記(5)式にて表すことができる。
【００４７】
F4＝(π/4)・D32・Pcntl  …(5)
【００４８】
スプール弁４４の上端側は、第２圧力室Ｒ７内の圧力（＝噴射圧Pc）により閉弁方向（下方向）の力F5を受ける。ここで、スプール弁４４における第２圧力室Ｒ７と中間室Ｒ６とを区画する摺動部４４ｃの外径をD4とすると、この閉弁方向の力F5についてのスプール弁４４の上端側の受圧面積は(π/4)・D42となる。従って、この閉弁方向の力F5は、下記(6)式にて表すことができる。
【００４９】
F5＝(π/4)・D42・Pc  …(6)
【００５０】
また、スプール弁４４において、円形弁座部４１ｃの弁座径（シート径）をD5、スプール弁４４におけるリターン室Ｒ４と中間室Ｒ５とを区画する摺動部４４ｄの外径をD6とすると、下記(7)式に示した関係が成立している。
【００５１】
D4＝D5＝D6＜D3  …(7)
【００５２】
従って、スプール弁４４が開弁状態にあるか閉弁状態にあるかにかかわらず、中間室Ｒ５内の燃料圧力、及び中間室Ｒ６内の燃料圧力は、スプール弁４４を軸線方向に駆動する力として機能しない。以上より、スプール弁４４は、「開弁方向の力F4＞閉弁方向の力F5」のときに開弁状態となり、「開弁方向の力F4＜閉弁方向の力F5」のときに閉弁状態となる。
【００５３】
従って、スプール弁４４が開弁する（閉弁状態から開弁状態へ移行する）時点での制御圧Pcntl（以下、「スプール弁開弁圧Pz」と称呼する。）は、下記(8)式にて表すことができる。このように、スプール弁開弁圧Pz（＜Pc）も、ニードル弁開弁圧Pyと同様、噴射圧Pcに依存する。このスプール弁開弁圧Pzの設定（即ち、外径比(D4/D3)の設定）については後述する。
【００５４】
Pz＝(D4/D3)2・Pc  …(8)
【００５５】
以上より、制御圧Pcntlがスプール弁開弁圧Pzよりも小さい場合、スプール弁４４が閉弁状態となる。この場合、第２燃料流入路Ｃ４を通した燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２への燃料の供給が禁止されるから、第１燃料流入路Ｃ２を通した燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２への燃料の供給のみが許可される。
【００５６】
一方、制御圧Pcntlがスプール弁開弁圧Pzよりも大きい場合、スプール弁４４が開弁状態となる。この場合、第１燃料流入路Ｃ２を通した燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２への燃料の供給に加えて、第２燃料流入路Ｃ４を通した燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２への燃料の供給も許可される。以上のように、制御圧Pcntlとスプール弁開弁圧Pzとの大小関係により、スプール弁４４が開弁状態又は閉弁状態に制御されて第２燃料流入路Ｃ４が連通又は遮断されるようになっている。以上、ボディ４１の上記第２所定空間とスプール弁４４は、前記「調整機構」に対応している。
【００５７】
次に、図５を参照しながら、この燃料噴射制御装置１０の作動の一例について説明する。時刻ｔ１以前では、制御弁４３が閉弁状態に維持されていて、第１燃料流入路Ｃ２の存在により、制御圧Pcntlが噴射圧Pcと等しい圧力に維持されている。この結果、制御圧Pcntlは上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyよりも大きい。従って、ニードル弁４２は閉弁状態に維持されている。即ち、ニードル弁リフト量は「０」に維持されていて、燃料が噴射されていない。加えて、制御圧Pcntlは上記(8)式にて表されるスプール弁開弁圧Pzよりも大きい。従って、スプール弁４４は開弁状態に維持されていて、第２燃料流入路Ｃ４が連通している。
【００５８】
時刻ｔ１にてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４３が開弁すると、時刻ｔ１以降、燃料排出路Ｃ３を通して制御室Ｒ２から燃料が排出されていき、制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していく。これに伴って、第１燃料流入路Ｃ２及び第２燃料流入路Ｃ４を通して制御室Ｒ２に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。
【００５９】
この結果、制御圧Pcntlは、排出オリフィスＺ２を通過する燃料の流出流量（排出オリフィス流量Qout）と（第１流入オリフィスＺ１を通過する燃料の流入流量（第１流入オリフィス流量Qin1）＋第２流入オリフィスＺ３を通過する燃料の流入流量（第２流入オリフィス流量Qin2））の差（＝Qout−(Qin1＋Qin2)）に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。この場合、制御室Ｒ２に流入する燃料の総流量（＝Qin1＋Qin2）が大きいから、制御圧Pcntlの低下速度（制御圧低下速度）は比較的小さい。
【００６０】
時刻ｔ１以降において低下していく制御圧Pcntlが時刻ｔ３にて、上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyまで達すると、ニードル弁４２が開弁し（ニードル弁リフト量が「０」から増大を開始し）、この結果、燃料噴射が開始される。
【００６１】
ここで、図６に示すように、上記(8)式にて表されるスプール弁開弁圧Pz（＜Pc）は、上記(4)式の右辺に登場する値D1,D2,F3のばらつき等により不可避的に発生するニードル弁開弁圧Pyの（設計上の）ばらつきの範囲の最大値よりも大きい値に設定されている。従って、制御圧Pcntlがニードル弁開弁圧Pyに達する時点である時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２にて、スプール弁４４は閉弁し、第２燃料流入路Ｃ４が遮断される。
【００６２】
即ち、時刻ｔ２以降、第２オリフィス流量Qin2＝０となるから、制御圧Pcntlは、排出オリフィス流量Qoutと第１流入オリフィス流量Qin1の差（＝Qout−Qin1）に応じた速度をもって低下していく。この場合、制御室Ｒ２に流入する燃料の総流量（＝Qin1）が小さい。従って、制御圧低下速度が比較的大きくなる。換言すれば、第２燃料流入路Ｃ４が遮断した状態（即ち、制御圧低下速度が大きい状態）で時刻ｔ３にて制御圧Pcntlがニードル弁開弁圧Pyに達することが保証される。この結果、上述した図８から容易に理解できるように、ニードル弁４２の開弁時期（図５において時刻ｔ３）のばらつきを小さくすることができる。
【００６３】
ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ３以降もなお、制御室Ｒ２に流入する燃料の総流量（＝Qin1）が小さい。従って、時刻ｔ３以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の減少速度（＝Qout−Qin1）に応じた比較的速い速度をもって上昇していく。即ち、ニードル弁上昇速度（ニードル弁リフト量の増加速度）が大きくなる（時刻ｔ３〜ｔ４を参照）。この間、燃料噴射は継続される。
【００６４】
ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ３以降、噴射圧Pcは、燃料が噴射開始されたことに起因して極短期間だけ減少した後、燃料供給路Ｃ１内の圧力脈動に起因して直ちに上昇していく。
【００６５】
また、ニードル弁４２が開弁すると、上述したように、テーパー部４２ａにおける円形弁座部４１ｂと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされるから、上記開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積と上記閉弁方向の力F2についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積とが等しくなる（上記(2)式、(3)式を参照。受圧面積＝(π/4)・D12）。
【００６６】
このことに起因して、ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ３以降、制御圧Pcntlは、ノズル室Ｒ１内の圧力（＝噴射圧Pc）から、コイルスプリング４５の付勢力F3に相当する制御室Ｒ２内の圧力分（＝F3/((π/4)・D12)、以下、「バネ力相当圧力分Px」と称呼する。）を減じて得られる圧力（Pc−Px）まで迅速に上昇していき、時刻ｔ５にて、制御圧Pcntlは、圧力（Pc−Px）に達する。時刻ｔ５以降、制御圧Pcntlは、圧力（Pc−Px）で推移していく。なお、本例では、コイルスプリング４５のスプリング定数が非常に小さいため、コイルスプリング４５の付勢力F3（従って、バネ力相当圧力分Px）は、ニードル弁リフト量に依存することなく一定として扱う。
【００６７】
ここで、図６に示すように、上記(8)式にて表されるスプール弁開弁圧Pz（＜Pc）は、コイルスプリング４５の付勢力F3のばらつき等により不可避的に発生する圧力（Pc−Px）の（設計上の）ばらつきの範囲の最小値よりも小さい値に設定されている。従って、制御圧Pcntlが圧力（Pc−Px）に達する時点である時刻ｔ５よりも前の時刻ｔ４にて、スプール弁４４は開弁し、第２燃料流入路Ｃ４が再び連通される。
【００６８】
即ち、時刻ｔ４以降、第２流入オリフィス流量Qin2が「０」より大きい値となって、制御室Ｒ２に流入する燃料の総流量（＝Qin1＋Qin2）が再び大きくなる。従って、時刻ｔ４以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の減少速度（＝Qout−(Qin1＋Qin2)）に応じた比較的遅い速度をもって上昇していく。即ち、ニードル弁上昇速度が小さくなる（時刻ｔ４〜ｔ６を参照）。この間、燃料噴射は継続される。
【００６９】
時刻ｔ６にてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４３が閉弁すると、時刻ｔ６以降、燃料排出路Ｃ３を通した制御室Ｒ２からの燃料の排出が中止される一方、第１燃料流入路Ｃ２及び第２燃料流入路Ｃ４を通した制御室Ｒ２への燃料の流入は継続される。この結果、時刻ｔ６以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の増大速度に応じた速度をもって下降していく。
【００７０】
ここで、上述したように、ニードル弁４２が下降開始する時刻ｔ６より前の時刻ｔ４から既に制御室Ｒ２に流入する燃料の総流量（＝Qin1＋Qin2）が再び大きくなっている。従って、時刻ｔ６以降、制御室Ｒ２内の燃料の体積の増大速度（＝(Qin1＋Qin2)）は比較的大きい。従って、ニードル弁４２は比較的速い速度をもって下降していく。即ち、ニードル弁下降速度が大きくなる（時刻ｔ６〜ｔ７を参照）。この間、燃料噴射は継続される。
【００７１】
そして、ニードル弁リフト量が「０」に達する時刻ｔ７になると、ニードル弁４２が閉弁し、燃料噴射が終了する。時刻ｔ７以降、第１燃料流入路Ｃ２を通して燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２内に燃料が供給されることで、制御圧Pcntlは噴射圧Pcに近づく。制御圧Pcntlが噴射圧Pcに一致した後は、時刻ｔ１以前と同様、制御圧Pcntlは、噴射圧Pcと等しい圧力に維持される。
【００７２】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射制御装置の実施形態によれば、コモンレール３０内の高圧（噴射圧Pc）の燃料を供給する燃料供給路Ｃ１からインジェクタ４０の制御室Ｒ２に燃料を流入させる流路として、第１流入オリフィスＺ１が介装された第１燃料流入路Ｃ２に加えて、第２流入オリフィスＺ３が介装された第２燃料流入路Ｃ４が設けられ、且つ、第２燃料流入路Ｃ４を連通・遮断するスプール弁４４が設けられている。このスプール弁４４は、制御室Ｒ２内の圧力（制御圧Pcntl）が上記(8)式にて表されるスプール弁開弁圧Pzよりも大きいときに開弁状態となり、制御圧Pcntlがスプール弁開弁圧Pzよりも小さいときに閉弁状態となる。このスプール弁開弁圧Pzは、図６に示したように、ニードル弁開弁圧Pyのばらつき範囲の上限値よりも大きく、且つ、噴射圧Pcからバネ力相当圧力分Pxを減じて得られる圧力（Pc−Px）のばらつき範囲の下限値よりも小さい値に設定されている。
【００７３】
これにより、制御弁４３の開弁後（図５の時刻ｔ１以降）において噴射圧Pcから減少していく制御圧Pcntlがニードル弁開弁圧Pyに達する時点（図５の時刻ｔ３）の前の時点（図５の時刻ｔ２）でスプール弁４４が第２燃料流入路Ｃ４を連通する状態（開弁状態）から遮断する状態（閉弁状態）へと移行することが保証される。換言すれば、制御室Ｒ２に流入する燃料の流量が小さい状態（即ち、上記制御圧低下速度が大きい状態）で制御圧Pcntlが上記ニードル弁開弁圧Pyに達することが保証される。この結果、ニードル弁４２の開弁時期（図５の時刻ｔ３）のばらつきを小さくすることができる。
【００７４】
加えて、ニードル弁４２の開弁後（図５の時刻ｔ３以降）において、開弁状態にあるニードル弁４２が閉弁方向に移動開始する（即ち、下降開始する）時点（図５の時刻ｔ６）の前の時点（図５の時刻ｔ４）でスプール弁４４が第２燃料流入路Ｃ４を遮断する状態（閉弁状態）から連通する状態（開弁状態）へと移行することが保証される。換言すれば、ニードル弁４２が下降していく間、制御室Ｒ２に流入する燃料の流量が大きいことが保証される。この結果、上記ニードル弁下降速度を大きくすることができる（図５の時刻ｔ６〜ｔ７）。
【００７５】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、前記調整機構として、制御圧Pcntlと噴射圧Pcとの大小関係に応じて機械的に第２燃料流入路Ｃ４を連通・遮断するスプール弁４４が使用されているが、制御圧Pcntlと噴射圧Pcとを検出する圧力センサをそれぞれ設け、それぞれの圧力センサの出力に基づくＥＣＵ５０からの指示に応じて第２燃料流入路Ｃ４を連通・遮断する電磁開閉弁が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。
【図２】図１に示したスプール弁の拡大図である。
【図３】スプール弁の閉弁状態を示した図である。
【図４】スプール弁の開弁状態を示した図である。
【図５】図１に示した燃料噴射制御装置の作動中における各物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。
【図６】スプール弁の開弁圧の設定範囲を説明するための図である。
【図７】従来の燃料噴射制御装置の概略構成図である。
【図８】制御弁開弁後における制御室内の圧力の低下速度とニードル弁の開弁時期のばらつきとの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７７】
２０…燃料ポンプ、３０…コモンレール、４０…インジェクタ、４１…ボディ、４１ａ…噴孔、４１ｂ…円形弁座部、４１ｃ…円形弁座部、４２…ニードル弁、４２ａ…テーパー部、４３…制御弁、４４…スプール弁、４４ａ…テーパー部、４５…コイルスプリング、５０…ＥＣＵ、Ｃ１…燃料供給路、Ｃ２…第１燃料流入路、Ｃ３…燃料排出路、Ｃ４…第２燃料流入路、Ｚ１…第１流入オリフィス、Ｚ２…排出オリフィス、Ｚ３…第２流入オリフィス
【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】
2008175178.tif 000009
【図８】
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