(57)【要約】【課題】噴射初期の噴射率の増加速度をより精密且つ容易に制御することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】インジェクタ１は、噴孔５を開閉するニードル弁６を開駆動させる電磁吸引力を通電に応じて発生する第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２を有している。これら第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２への通電制御を行う電子制御装置１３は、噴射初期の噴射率の増加速度を最大とするときにはニードル弁６の開駆動中に第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２への通電を維持する。また、電子制御装置１３は、噴射初期の噴射率の増加速度を抑制するときにはニードル弁６の開駆動中に第２電磁ソレノイド１２への通電を維持したまま、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止する。【選択図】      図１
2005307758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁駆動式のインジェクタから燃料の噴射供給を行う内燃機関の燃料噴射装置において、
噴孔を開閉するニードル弁を開駆動させる電磁吸引力を通電に応じて発生する第１及び第２の電磁ソレノイドを有して前記インジェクタを構成するとともに、
噴射初期の噴射率の増加速度を最大とするときには前記ニードル弁の開駆動中に前記第１及び第２の電磁ソレノイドへの通電を維持し、噴射初期の噴射率の増加速度を抑制するときには前記ニードル弁の開駆動中に前記第２の電磁ソレノイドへの通電を維持したまま、前記第１の電磁ソレノイドへの通電を停止する通電制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記通電制御手段は、噴射初期の噴射率の増加速度を抑制するときの前記ニードル弁の開駆動の開始に際しては、前記第１及び第２の電磁ソレノイドの双方への通電を行う
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記通電制御手段は、前記第１の電磁ソレノイドへの通電電圧及び前記第２の電磁ソレノイドへの通電電圧をそれぞれ定電圧とするとともに、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電を停止する期間の長さを変更することで、同増加速度を調整する
請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記通電制御手段は、前記第１の電磁ソレノイドへの通電電圧及び前記第２の電磁ソレノイドへの通電電圧をそれぞれ定電圧とするとともに、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電を間欠的に停止し、且つその通電の停止回数を変更することで、同増加速度を調整する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記通電制御手段は、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電の停止態様を、内燃機関の運転状態に応じて変更する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記通電制御手段は、前記第１及び第２の電磁ソレノイドへの通電態様を変更することで最大噴射率を変更する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
当該内燃機関は、その運転状態に応じて主たる燃料噴射に先立ってパイロット噴射を行うものであり、前記通電制御手段は、前記パイロット噴射に際しては、前記通電態様の変更により小さくされた最大噴射率で燃料噴射を行う
請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記インジェクタは、前記第１の電磁ソレノイドのみの通電を継続したときと、前記第２の電磁ソレノイドのみの通電を継続したときとで、前記ニードル弁が最終的に到達するリフト量が異なるように構成されてなる
請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
当該燃料噴射装置は、前記インジェクタに供給される高圧燃料を貯留する高圧燃料配管を有するコモンレール式の燃料噴射装置として構成される
請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁駆動式のインジェクタにより、運転状態に応じて必要とされる量の燃料の噴射供給を行う内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように多くの内燃機関では、電磁駆動式のインジェクタを用いて燃料を噴射供給するようにしている。従来、そうした内燃機関の燃料噴射装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この燃料噴射装置のインジェクタは、高圧燃料がそれぞれ供給される燃料室及び背圧室、それら燃料室と背圧室との燃料差圧に応じて駆動されて噴孔を開閉するニードル弁、通電に応じて開弁されて背圧室の燃料を排出させる電磁弁を備えて構成されている。
【０００３】
こうしたインジェクタの燃料噴射は、電磁弁への通電制御を通じて行われる。すなわち、電磁弁への通電が行われて同電磁弁が開弁されると、背圧室の燃料が排出されて、その内部の燃料圧が低下される。これにより、燃料室と背圧室との燃料差圧が発生し、ニードル弁が開弁されて、燃料室内の燃料が噴孔から噴射される。そして電磁弁への通電期間の長さを調整することで燃料噴射量の制御が、また電磁弁への通電を開始する時期の調整を通じて燃料噴射時期の制御が行われる。
【０００４】
更に特許文献１の燃料噴射装置では、上記電磁弁への通電制御によって、燃料の噴射率、すなわち単位時間当りの噴射量の調整も行うようにしている。具体的には、電磁弁への通電をデューティ制御することで、開弁時の電磁弁の開度を調整して背圧室からの燃料の排出率を増減させ、それにより燃料室・背圧室間の差圧の拡大率を変化させて、ニードル弁の開弁速度（リフト速度）を増減させるようにしている。そしてこれにより、噴射期間中の燃料の噴射率を制御するようにしている。例えば噴射初期の電磁弁の開度を縮小して、噴射率の増加速度を低く抑えることで、燃焼速度を低下させて燃焼騒音の低減を図る等、単なる噴射量や噴射時期のみの制御を超えた燃料噴射制御を行うようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３５７１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の燃料噴射制御装置によれば、燃料の噴射率をある程度制御することは可能である。しかしながら、電磁弁の通電制御に基づく差圧の拡大率の調整を介して、間接的に噴射率を制御する以上、その制御精度には自ずと限界がある。また電磁弁が開弁されてから差圧の変化が生じるまでの応答遅れも、その制御精度の向上を阻む要因となっている。
【０００６】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射初期の噴射率の増加速度をより精密且つ容易に制御することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１に記載された発明は、電磁駆動式のインジェクタから燃料の噴射供給を行う内燃機関の燃料噴射装置において、噴孔を開閉するニードル弁を開駆動させる電磁吸引力を通電に応じて発生する第１及び第２の電磁ソレノイドを有して前記インジェクタを構成するとともに、噴射初期の噴射率の増加速度を最大とするときには前記ニードル弁の開駆動中に前記第１及び第２の電磁ソレノイドへの通電を維持し、噴射初期の噴射率の増加速度を抑制するときには前記ニードル弁の開駆動中に前記第２の電磁ソレノイドへの通電を維持したまま、前記第１の電磁ソレノイドへの通電を停止する通電制御手段を備えることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成では、ニードル弁を開駆動する電磁吸引力の発生源として、第１及び第２の２つの電磁ソレノイドを有してインジェクタが構成されている。ここで双方の電磁ソレノイドに対して通電を行えば、双方の発生する電磁吸引力でニードル弁を開駆動することができるため、噴射初期の噴射率の増加速度は高くなる。これに対して、第１の電磁ソレノイドへの通電を停止し、第２の電磁ソレノイドにのみ通電を行えば、ニードル弁を開駆動する電磁吸引力は小さくなり、噴射初期の噴射率の増加速度が抑えられる。したがって上記構成によれば、噴射初期の噴射率の増加速度をより精密且つ容易に制御することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記通電制御手段は、噴射初期の噴射率の増加速度を抑制するときの前記ニードル弁の開駆動の開始に際しては、前記第１及び第２の電磁ソレノイドの双方への通電を行うことをその要旨とする。
【００１０】
ニードル弁の開駆動に関しては、これが一旦開始されれば比較的小さい電磁吸引力で開駆動を継続できるものの、この開駆動を開始する際には比較的大きい電磁吸引力が必要とされる。その点、上記構成では、噴射初期の噴射率の増加速度を抑える際にも、ニードル弁の開駆動の開始に際しては、双方の電磁ソレノイドへの通電が行われる。そのため、開駆動の開始に必要な大きい電磁吸引力の確保が容易となり、燃料噴射開始の応答性が向上されるようにもなる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記通電制御手段は、前記第１の電磁ソレノイドへの通電電圧及び前記第２の電磁ソレノイドへの通電電圧をそれぞれ定電圧とするとともに、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電を停止する期間の長さを変更することで、同増加速度を調整することをその要旨とする。
【００１２】
噴射初期の噴射率の増加期間における第１の電磁ソレノイドへの通電停止期間の割合を増減すれば、噴射率が最大噴射率に達する迄の時間が増減され、ひいては噴射率の増加速度が変化するようになる。よって、噴射初期の噴射率の増加期間での第１の電磁ソレノイドへの通電を停止する期間の長さを変更することで、状況に応じて噴射率の増加速度を調整することができるようになる。ちなみに上記態様での噴射率増加速度の調整は、通電のオン／オフ制御のみで行うことができるため、通電電圧制御等で同様の調整を行う場合に比して、インジェクタ駆動回路の構成を簡素化できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記通電制御手段は、前記第１の電磁ソレノイドへの通電電圧及び前記第２の電磁ソレノイドへの通電電圧をそれぞれ定電圧とするとともに、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電を間欠的に停止し、且つその通電の停止回数を変更することで、同増加速度を調整することをその要旨とする。
【００１４】
噴射初期の噴射率の増加期間における第１の電磁ソレノイドへの通電を間欠的に停止させるとともに、その停止の回数を変更すれば、噴射率の増加期間における通電停止期間の割合が変わり、噴射率の増加速度が変化するようになる。よって、噴射初期の噴射率の増加期間での第１の電磁ソレノイドへの通電の停止回数を変更することで、状況に応じて噴射率の増加速度を調整することができるようになる。また同態様での噴射率増加速度の調整も通電のオン／オフ制御のみで行うことができるため、この場合にもインジェクタ駆動回路の構成の簡素化が可能である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記通電制御手段は、前記噴射率の増加速度を抑制するときの前記第１の電磁ソレノイドへの通電の停止態様を、内燃機関の運転状態に応じて変更することをその要旨とする。
【００１６】
上記のように噴射初期の噴射率の増加期間における第１の電磁ソレノイドへの通電の停止態様（停止期間の長さ、停止回数等）を変更すれば、噴射率の増加速度が変化されるようになる。そのため上記構成によれば、第１の電磁ソレノイドへの通電の停止態様の変更を通じて、噴射初期の噴射率の増加速度を機関運転状態に応じて最適に制御することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の前記通電制御手段は、前記第１及び第２の電磁ソレノイドへの通電態様を変更することで最大噴射率を変更することをその要旨とする。
【００１８】
第１の電磁ソレノイドのみに通電を行う、第２の電磁ソレノイドのみに通電を行う、及び第１及び第２の電磁ソレノイドの双方に通電を行うといったように、各電磁ソレノイドへの通電態様を変えることでニードル弁の最大リフト量が変化するようにインジェクタを構成すれば、通電態様の変更により最大噴射率を変更することができる。そしてそうした通電態様の変更により、噴射率の増加速度に加えて最大噴射率も制御することで、より細密な噴射率制御を状況に応じて行うことができるようになる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、当該内燃機関は、その運転状態に応じて主たる燃料噴射に先立ってパイロット噴射を行うものであり、前記通電制御手段は、前記パイロット噴射に際しては、前記通電態様の変更により小さくされた最大噴射率で燃料噴射を行うことをその要旨とする。
【００２０】
上記構成では、機関運転状態により、パイロット噴射が行われる。通常、パイロット噴射では極少量の燃料しか噴射されないため、噴射量の誤差の影響が顕著となる。その点、上記構成では、片方の電磁ソレノイドへの通電停止により、パイロット噴射時の最大噴射率が小さくされるため、パイロット噴射での噴射量の制御精度をより容易に確保することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発明において、前記インジェクタは、前記第１の電磁ソレノイドのみの通電を継続したときと、前記第２の電磁ソレノイドのみの通電を継続したときとで、前記ニードル弁が最終的に到達するリフト量が異なるように構成されてなることをその要旨とする。
【００２２】
上記構成では、いずれの電磁ソレノイドに通電するかによって、ニードル弁が最終的に到達するリフト量、すなわち最大リフト量が変わるようになる。そしてそれにより最大噴射率も変わるようになる。そのため燃料噴射率の制御をより容易かつ的確に行うことができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発明において、当該燃料噴射装置は、前記インジェクタに供給される高圧燃料を貯留する高圧燃料配管を有するコモンレール式の燃料噴射装置として構成されることをその要旨とする。
【００２４】
高圧燃料配管、すなわちコモンレールからインジェクタに高圧燃料を供給するコモンレール式の燃料噴射装置では一般に、燃料噴射圧が高くされ、高噴射率で燃料噴射が行われる。そのため、コモンレール式燃料噴射装置では、噴射率が燃料の噴射量等の制御精度に与える影響が大きくなる傾向にある。その点、上記構成では、インジェクタに設けられた２つの電磁ソレノイドへの通電制御を通じて噴射率を容易且つ細密に制御できるため、そうしたコモンレール式燃料噴射制御装置での燃料噴射制御の制御性の確保が、より容易且つ確実となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明をディーゼル機関の燃料噴射装置として具体化した一実施形態を、図１〜図９に従って説明する。なお本実施形態は、インジェクタに供給される高圧燃料を貯留する高圧燃料配管（コモンレール）を有するコモンレール式の燃料噴射装置として構成されている。
【００２６】
図１に示されるインジェクタ１には、燃料供給口３を介してコモンレール２０からの高圧燃料が、そのハウジング２の内部に供給されるようになっている。コモンレール２０の内部には、車両に搭載された高圧燃料ポンプにより、燃料タンクから吸引され、加圧吐出された高圧燃料が貯留されるようようになっている。コモンレール２０からインジェクタ１へと供給される高圧燃料の圧力は、レギュレータ等によって機関定常運転時には、ほぼ一定に保たれるようになっている。
【００２７】
インジェクタ１のハウジング２の内部には、ノズル４の噴孔５に対して接近又は離間する方向に移動可能にニードル弁６が設けられている。ニードル弁６は、噴孔５周辺の弁座への当接、及びその弁座からの離間を通じて噴孔５を開閉する。
【００２８】
ニードル弁６には、磁性体からなる第１アーマチャ７及び第２アーマチャ８が設けらてれている。第１アーマチャ７は、ニードル弁６に一体に固定され、第２アーマチャ８は、ニードル弁６に対して、噴孔５に近接及びその噴孔５から離間する方向に相対移動可能となっている。更にニードル弁６は、コイルスプリング９によって噴孔５を閉じる側に付勢されている。また第２アーマチャ８は、コイルスプリング１０によって、噴孔５から離れる方向に付勢されている。
【００２９】
更にハウジング２内部には、第１電磁ソレノイド１１及び第２電磁ソレノイド１２が設けられている。第１電磁ソレノイド１１は、その励磁によって、第１アーマチャ７を噴孔５から離間する方向に吸引する。また第２電磁ソレノイド１２は、その励磁によって、第２アーマチャ８を噴孔５から離間する方向に吸引する。ニードル弁６は、これら電磁ソレノイド１１，１２の発生する電磁吸引力によってコイルスプリング９の付勢力に抗してリフトされ、噴孔５を開いてインジェクタ１内の燃料を同噴孔５から噴射させる。また第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２双方が消磁されると、コイルスプリング９の付勢力によってニードル弁６が弁座に着座され、噴孔５からの燃料噴射が停止されるようになる。このインジェクタ１では、これら両電磁ソレノイド１１，１２双方が励磁されたとき、上記弁座に着座されたニードル弁６のリフトが開始されるようになっている。
【００３０】
なおこのインジェクタ１では、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２双方が消磁状態にあるときに、第１アーマチャ７と第１電磁ソレノイド１１との間のエアギャップＧ１が、第２アーマチャ８と第２電磁ソレノイド１２との間のエアギャップＧ２よりも大きくなるように構成されている。そしてこうしたエアギャップＧ１、Ｇ２の設定により、ニードル弁６の最大リフト量が２段階に切り替えられるようになっている。
【００３１】
即ち、このインジェクタ１では、ニードル弁６が上記弁座に着座した状態で、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２を共に励磁すると、まず第２アーマチャ８が第２電磁ソレノイド１２に当接される。そしてその後、第１電磁ソレノイド１１の電磁吸引力によってニードル弁６が更にリフトされることで、第１アーマチャ７が第１電磁ソレノイド１１に当接される。この状態で、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２双方、或いは第１電磁ソレノイド１１のみを励磁し続けることで、第１アーマチャ７が第１電磁ソレノイド１１に当接された状態が維持される。このときのニードル弁６は、第２アーマチャ８に対して噴孔５から離間する方向に相対移動した状態となり、上記エアギャップＧ１分、リフトしていることになる。従って、この場合のニードル弁６の最大リフト位置は、第１アーマチャ７が第１電磁ソレノイド１１に当接しているときの位置（高リフト位置）となる。
【００３２】
また、第２アーマチャ８が第２電磁ソレノイド１２に当接した状態において第２電磁ソレノイド１２のみが励磁されると、この第２アーマチャ８のみが第２電磁ソレノイド１２に当接した状態が維持される。このときのニードル弁６は、エアギャップＧ２分、リフトしていることになる。従って、この場合のニードル弁６の最大リフト位置は、第２アーマチャ８が第２電磁ソレノイド１２に当接しているときのニードル弁６の位置（低リフト位置）となる。
【００３３】
このようにこのインジェクタ１では、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２の励磁態様によって、ニードル弁６の最大リフト位置は上記高リフト位置及び低リフト位置のいずれかとなり、その最大リフト量が２段階に切り替えられるようになっている。なお、以下の説明では、上記２段階の最大リフト量のうち、上記高リフト位置に対応するものを第１最大リフト量Ｌｍａｘ１と記載し、上記低リフト位置に対応するものを第２最大リフト量Ｌｍａｘ２と記載する（Ｌｍａｘ１＞Ｌｍａｘ２）。
【００３４】
第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２の励磁・消磁は、内燃機関の運転制御を行う電子制御装置１３によって制御されている。電子制御装置１３は、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２に対する通電態様を制御することで、ニードル弁６のリフト期間、及び最大リフト量を調節してインジェクタ１からの燃料の噴射を制御する。すなわち、本実施形態では、この電子制御装置１３が上記通電制御手段に対応する構成となっている。なお、各電磁ソレノイド１１，１２への通電電圧は定電圧とされている。
【００３５】
以上のように構成された燃料噴射装置では、燃料噴射時の各電磁ソレノイド１１，１２への通電態様により、噴射初期の燃料噴射率の増加速度、最大噴射率等を適宜調整できるようになっている。以下、こうした本実施形態での噴射率制御の詳細を説明する。
【００３６】
図２は、噴射初期の燃料噴射率の増加速度及び最大噴射率を共に大きくするときのインジェクタ１の制御例を示している。
同図に示すように、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２双方への通電が開始されると、両電磁ソレノイド１１，１２が電磁吸引力を発生する。そして、これら双方の電磁ソレノイド１１，１２の電磁吸引力の作用により、ニードル弁６の上記弁座からのリフトが開始される。
【００３７】
このときには、同図に示されるように、ニードル弁６が十分にリフトされるまで、両電磁ソレノイド１１，１２への通電を継続するようにしている。そのため、ニードル弁６は、上述した２段階の最大リフト量のうち、より大きい第１最大リフト量Ｌｍａｘ１までリフトされる。このときリフト量が増大されている最中（以下ではこれを単に「リフト中」という）のニードル弁６には、双方の電磁ソレノイド１１，１２の電磁吸引力が作用する。そのため、このときのニードル弁６は、比較的高い速度でリフトされる。
【００３８】
ニードル弁６のリフト量が第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に達すると、第２電磁ソレノイド１２への通電が停止され、第１電磁ソレノイド１１への通電のみが維持される。上述のように、ここで第２電磁ソレノイド１２への通電が停止されても、ニードル弁６のリフト量は、上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に維持される。その後、必要とされる燃料噴射量が確保されると、第１電磁ソレノイド１１への通電も停止され、ニードル弁６が上記弁座に着座される。
【００３９】
なお上述したようにこの燃料噴射装置では、コモンレール２０からインジェクタ１へと供給される高圧燃料の圧力は、ほぼ一定に保持されており、インジェクタ１からの燃料噴射率は、ニードル弁６のリフト量にほぼ比例するようになっている。そのため、ニードル弁６のリフト速度が高くなれば、噴射初期の燃料噴射率の増加速度も高くなり、ニードル弁６の最大リフト量が大きくなれば、最大噴射量も大きくなる。したがって図２の態様で通電を行うことで、噴射初期の燃料噴射率の増加速度及び最大噴射率を双方共に大きくすることができる。
【００４０】
図３は、図２の場合に比して、噴射初期の燃料噴射率の増加速度を低くするときのインジェクタ１の制御例を示している。
このときにも噴射開始時には、両電磁ソレノイド１１，１２共に通電が行われ、それにより、ニードル弁６のリフトが開始される。ただしこのときには、その後のニードル弁６のリフト中に、第２電磁ソレノイド１２への通電はそのまま継続するものの、第１電磁ソレノイド１１への通電は間欠的に停止するようにしている。そのため、第１電磁ソレノイド１１の発生する電磁吸引力は、通電を継続した場合に比して低減されることとなり、ニードル弁６のリフト速度も低下されることとなる。したがって、このときの噴射初期の燃料噴射率の増加速度は低く抑えられるようになる。
【００４１】
なお同図３の制御例では、ニードル弁６のリフト量が上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に達した後は、図２の場合と同様に、必要な燃料噴射量が確保されるまで、第２電磁ソレノイド１２への通電を停止し、第１電磁ソレノイド１１への通電のみを維持している。よってこの場合にも、最大噴射率は、図２の場合と同様となる。
【００４２】
ちなみに、上記第１電磁ソレノイド１１への通電の間欠停止における通電停止期間の長さや停止回数を変更して、ニードル弁６のリフト期間における第１電磁ソレノイド１１への通電停止期間の割合を変えれば、噴射率が最大噴射率に達する迄の時間が増減され、ひいては噴射率の増加速度が変化するようになる。よって、噴射初期の噴射率の増加期間での第１電磁ソレノイド１１への通電を停止する期間の長さを変更したり、通電停止回数を変更したりすることで、状況に応じて燃料噴射率の増加速度を調整することが可能である。
【００４３】
図４は、図２の場合に比して、最大噴射率を小さくするときのインジェクタ１の制御例を示している。
このときにも噴射開始時には、両電磁ソレノイド１１，１２共に通電が行われ、それにより、ニードル弁６のリフトが開始される。そしてニードル弁６のリフト中、両電磁ソレノイド１１，１２への通電がそのまま継続される。
【００４４】
ただしこのときには、ニードル弁６のリフト量が上記第２最大リフト量Ｌｍａｘ２に達すると、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止し、第２電磁ソレノイド１２への通電のみを継続する。このときのニードル弁６のリフト量は、上述したように第２最大リフト量Ｌｍａｘ２に維持される。そして必要な燃料噴射量が確保された時点で、第２電磁ソレノイド１２への通電も停止される。
【００４５】
このときの最大噴射率での燃料噴射は、第２電磁ソレノイド１２のみの通電にて行われる。そして上記２段階の最大リフト量のうちのより小さい第２最大リフト量Ｌｍａｘ２で、最大噴射率での燃料噴射が行われることになる。したがって、このときの最大噴射率は小さく抑えられるようになる。
【００４６】
以上の３通りの制御例を示したように、本実施形態の燃料噴射装置では、両電磁ソレノイド１１，１２への通電態様の変更により、噴射初期の燃料噴射率の増加速度、及び最大噴射率が変えられるようになっている。なお以下の説明においては、上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に対応する最大噴射率を第１最大噴射率ｍａｘ１と記載し、上記第２最大リフト量Ｌｍａｘ２に対応する最大噴射率を第２最大噴射率ｍａｘ２と記載する（ｍａｘ１＞ｍａｘ２）。
【００４７】
以上のように構成された燃料噴射装置では、機関運転状態に応じて、噴射初期の燃料噴射率の増加速度や最大噴射量を最適化することができる。以下、こうした本実施形態の燃料噴射装置での、内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射率制御態様の一例を、図５〜図７を併せ参照して説明する。
【００４８】
図５は、そうした制御態様例での燃料噴射に係る制御領域の設定例を示す。ここでは、同図に示される制御領域Ａ１〜Ａ５のそれぞれにおける燃料噴射率の制御態様を説明する。なお同図の一点鎖線Ｃ１は、適用される内燃機関の回転速度毎のＷＯＴ（最大負荷）を示している。また同図の二点鎖線Ｃ２は、同内燃機関の低・中負荷運転域と高負荷運転域との境界を示している。
【００４９】
ここで制御領域Ａ１は、適用される内燃機関においてアイドル運転が行われるアイドリング領域とされている。また制御領域Ａ２は同内燃機関の低負荷運転域、制御領域Ａ３は同内燃機関の中負荷運転域とされている。更に制御領域Ａ４は高負荷で低回転速度の運転域、制御領域Ａ５は高負荷で高回転速度の運転域、すなわちその内燃機関の出力点における運転領域とされている。
【００５０】
図６には、上記制御領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれにおける燃料噴射に係る制御態様の例が示されている。
制御領域Ａ１、すなわちアイドリング領域では、燃焼速度の急上昇を抑制して、燃焼騒音を低減すべく、主たる燃料噴射（メイン噴射）とそれに先立ち実施されるパイロット噴射との２回に分けての燃料噴射が行われる。パイロット噴射での燃料噴射量は極少量であり、またアイドリング領域ではメイン噴射での燃料噴射量も比較的少量となっている。そのため、制御領域Ａ１では、そうした少量の燃料噴射を正確に行うため、パイロット噴射・メイン噴射の双方共に、最大噴射率を、より小さい第２最大噴射率ｍａｘ２に設定して燃料噴射を行うようにしている。またこうして燃料噴射率を低く抑えることで、燃焼速度を低下させ、燃焼騒音の低減を図るようにもしている。
【００５１】
よって制御領域Ａ１では、パイロット噴射及びメイン噴射のそれぞれにおいて、電磁ソレノイド１１，１２双方への通電によりニードル弁６をリフトさせた後、第１電磁ソレノイド１１の通電を停止して第２電磁ソレノイド１２への通電のみを継続させるように通電制御が行われる。
【００５２】
制御領域Ａ２、すなわち低負荷運転域では、やはり燃焼騒音の低減を目的に、パイロット噴射とメイン噴射との２回に分けての燃料噴射が行われる。ただしこのときのメイン噴射での燃料噴射量が十分に多くなっていることから、パイロット噴射期間中の最大噴射率のみを上記第２最大噴射率ｍａｘ２に設定し、メイン噴射期間中の最大噴射率についてはより大きい上記第１最大噴射率ｍａｘ１に設定するようにしている。また制御領域Ａ２でのメイン噴射に際しては、燃焼速度を低下させてＮＯｘ、ＨＣの排出を低減させるべく、その噴射初期での燃料噴射率の増加速度を抑えるようにしている。
【００５３】
よって制御領域Ａ２では、次のように通電制御が行われる。
まず両電磁ソレノイド１１，１２への通電によりパイロット噴射を開始した後、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止して第２電磁ソレノイド１２への通電のみでパイロット噴射を継続する。そしてパイロット噴射の完了後、両電磁ソレノイド１１，１２への通電を停止した状態を一定時間継続し、再び両電磁ソレノイド１１，１２への通電によりメイン噴射を開始する。
【００５４】
メイン噴射の開始後は、第２電磁ソレノイド１２への通電を維持したまま、第１電磁ソレノイド１１への通電を間欠的に停止して、ニードル弁６のリフト速度、すなわち噴射率の増加速度を抑制する。そして噴射率が上記第１最大噴射率ｍａｘ１に達した後は、第２電磁ソレノイド１２への通電を停止し、第１電磁ソレノイド１１への通電のみでメイン噴射を継続する。そして必要な燃料噴射量が確保されると、第１電磁ソレノイド１１への通電も停止して、メイン噴射を終了する。
【００５５】
制御領域Ａ３、すなわち中負荷運転域では、メイン噴射のみが行われる。ただしそのメイン噴射に際しては、燃焼速度を抑えて燃焼騒音やＮＯｘの排出を低減させるべく、その噴射期間前半での燃料噴射率を小さく抑えるようにしている。そのため、制御領域Ａ３での燃料噴射に際しては、噴射開始後、一旦は上記第２最大噴射率ｍａｘ２で燃料噴射を行い、その後、燃料噴射率を上記第１最大噴射率ｍａｘ１まで増加させる、２段階の燃料噴射率の引き上げが行われる。
【００５６】
こうした制御領域Ａ３での通電制御は、次の態様で行われる。
まず両電磁ソレノイド１１，１２に通電してニードル弁６のリフトを開始した後、そのリフト量が上記第２最大リフト量Ｌｍａｘ２に達すると、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止する。そして第２電磁ソレノイド１２のみに通電された状態で、すなわち上記第２最大噴射率ｍａｘ２で、一定期間燃料噴射を継続する。
【００５７】
その後、第１電磁ソレノイド１１への通電を再開し、電磁ソレノイド１１，１２双方への通電により燃料噴射率を更に増加させる。そして十分に燃料噴射率が増加された時点で第２電磁ソレノイド１２への通電を停止し、更に必要な燃料噴射量が確保された時点で第１電磁ソレノイド１１への通電を停止して燃料噴射を終了する。
【００５８】
図７には、上記制御領域Ａ４、Ａ５における燃料噴射に係る制御態様の例が示されている。
制御領域Ａ４、すなわち高負荷且つ低回転速度の運転域では、噴射初期の燃焼速度の上昇を抑えて燃焼騒音やＮＯｘの排出を低減するため、噴射初期の燃料噴射率を小さく抑えるようにしている。ただし、このときには必要な燃料噴射量が多いことから、上記制御領域Ａ３の様な２段階の燃料噴射率の立ち上げまでは行わず、燃料噴射率の増加速度を低く抑えることで対応している。
【００５９】
こうした制御領域Ａ４での通電制御は、次の態様で行われる。すなわち、まず両電磁ソレノイド１１，１２への通電により、燃料噴射を開始させた後、第２電磁ソレノイド１２への通電はそのまま継続しつつ、第１電磁ソレノイド１１への通電を間欠的に停止させるようにする。これにより、ニードル弁６のリフト速度を抑えて、噴射初期の燃料噴射率の増加速度を低く抑えるようにしている。そして燃料噴射率が上記第１最大噴射率ｍａｘ１に達すると、必要な燃料噴射量が確保されるまで、第２電磁ソレノイド１２への通電を停止し、第１電磁ソレノイド１１への通電のみを継続する。
【００６０】
制御領域Ａ５、すなわち高負荷且つ高回転速度の運転域では、短い時間の間に多量の燃料を噴射する必要がある。そのため、制御領域Ａ５では、噴射開始後、速やかに第１最大噴射率ｍａｘ１まで燃料噴射率を増大させるとともに、その第１最大噴射率ｍａｘ１での燃料噴射を継続させるように通電制御が行われる。すなわち、制御領域Ａ５では、噴射開始後、燃料噴射率が第１最大噴射率ｍａｘ１に達するまで、両電磁ソレノイド１１，１２への通電を継続する。そしてその後は、必要な燃料噴射量が確保されるまで、第２電磁ソレノイド１２への通電を停止し、第１電磁ソレノイド１１への通電のみを継続して、第１最大噴射率ｍａｘ１での燃料噴射を継続させる。
【００６１】
更に上記の如く構成された本実施形態の燃料噴射装置では、例えば以下の様な態様で、燃料噴射終了直前のニードル弁６の閉速度を抑えることもできる。こうした閉速度の抑制により、着座時のニードル弁６と上記弁座との衝撃を緩和することで、ニードル弁６及び弁座の摩耗低減や、ニードル弁６のバウンスによる二次噴射の抑制を図ることができる。なお二次噴射の抑制よれば、噴孔５におけるデポジット生成や未燃ガスの発生に伴うＨＣの発生等が抑制される。また上記摩耗の低減によっては、同摩耗に伴うニードル弁６の最大リフト量の拡大が抑制されるようになる。
【００６２】
図８に示される制御例では、燃料噴射停止時の第１電磁ソレノイド１１への通電停止に応じたニードル弁６のリフト量の減少期において、一時的に第２電磁ソレノイド１２への通電を行うようにしている。これにより、ニードル弁６が上記弁座に着座される直前の期間Ｒ１において、同ニードル弁６を上記弁座から離間させる電磁吸引力が発生され、そのリフト量の減少速度が低下されるようになる。
【００６３】
また図９に示される制御例では、ニードル弁６のリフト量を、噴射期間後半に上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１から上記第２最大リフト量Ｌｍａｘ２に低下させるようにしている。すなわち、この制御例では、第１最大リフト量Ｌｍａｘ１から上記弁座に着座されるまでのニードル弁６のリフト量の低減を２段階で行うようにしている。こうした場合、噴射停止に際してのニードル弁６の降下距離が短くなるため、着座時の衝撃が緩和されることになる。また噴射期間後半に低噴射率での燃料噴射が行われるため、拡散燃焼が促進されてＰＭの生成が抑制されるようにもなる。
【００６４】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、ニードル弁６を開駆動する電磁吸引力の発生源として、第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２を有してインジェクタ１が構成されている。ここで双方の電磁ソレノイド１１，１２に対して通電を行えば、双方の発生する電磁吸引力でニードル弁６を開駆動することができるため、噴射初期の噴射率の増加速度は高くなる。これに対して、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止し、第２電磁ソレノイド１２にのみ通電を行えば、ニードル弁６を開駆動する電磁吸引力は小さくなり、噴射初期の噴射率の増加速度が抑えられる。したがって本実施形態によれば、噴射初期の噴射率の増加速度をより精密且つ容易に制御することができる。
【００６５】
（２）ニードル弁６が上記弁座に着座した状態では、これらニードル弁６と上記弁座との当接部分よりも外側（ノズル４の外側）の領域の圧力は、当該インジェクタ１による燃料噴射の行われる気筒の内圧と略等しく、上記当接部分よりも内側（ノズル４の内側）の領域の圧力よりも低い。ところが、ニードル弁６の開駆動に伴い燃料が噴射されると、この燃料圧力によって上述のノズル４の外側領域の圧力が上昇され内側領域の圧力との差圧が小さくなるため、ニードル弁６に対し閉弁方向に働く力が小さくなる。すなわち、ニードル弁６の開駆動に関しては、これが一旦開始されれば上述の如く閉弁方向の力が小さくなるため比較的小さい電磁吸引力で開駆動を継続できるものの、この開駆動を開始する際には、上記閉弁方向の力が大きいため比較的大きい電磁吸引力が必要とされる。その点、本実施形態では、噴射初期の噴射率の増加速度を抑える際にも、ニードル弁６の開駆動の開始に際しては、双方の電磁ソレノイド１１，１２への通電が行われる。そのため、開駆動の開始に必要な大きい電磁吸引力の確保が容易となり、燃料噴射開始の応答性が向上されるようにもなる。
【００６６】
（３）本実施形態では、第１電磁ソレノイド１１への通電を停止する期間の長さを変更することで燃料噴射率の増加速度を抑制するときにおける当該増加速度を調整するようにしている。噴射初期の噴射率の増加期間における第１電磁ソレノイド１１への通電停止期間の割合を増減すれば、噴射率が最大噴射率に達する迄の時間が増減され、ひいては噴射率の増加速度が変化するようになる。よって、噴射初期の噴射率の増加期間での第１電磁ソレノイド１１への通電を停止する期間の長さを変更することで、状況に応じて噴射率の増加速度を調整することができるようになる。ちなみにこの態様での噴射率増加速度の調整は、通電のオン／オフ制御のみで行うことができるため、通電電圧制御等で同様の調整を行う場合に比して、インジェクタ駆動回路の構成を簡素化できる。
【００６７】
（４）本実施形態では、第１電磁ソレノイド１１への通電を間欠的に停止し、且つその通電の停止回数を変更することで燃料噴射率の増加速度を抑制するときにおける当該増加速度を調整するようにしている。噴射初期の噴射率の増加期間における第１電磁ソレノイド１１への通電を間欠的に停止させるとともに、その停止の回数を変更すれば、噴射率の増加期間における通電停止期間の割合が変わり、噴射率の増加速度が変化するようになる。よって、噴射初期の噴射率の増加期間での第１電磁ソレノイド１１への通電の停止回数を変更することで、状況に応じて噴射率の増加速度を調整することができるようになる。また、この態様での噴射率増加速度の調整も通電のオン／オフ制御のみで行うことができるため、この場合にもインジェクタ駆動回路の構成の簡素化が可能である。
【００６８】
（５）本実施形態のように噴射初期の噴射率の増加期間における第１電磁ソレノイド１１への通電の停止態様（停止期間の長さ、停止回数等）を変更すれば、噴射率の増加速度が変化されるようになる。そのため本実施形態によれば、第１電磁ソレノイド１１への通電の停止態様の変更を通じて、噴射初期の噴射率の増加速度を機関運転状態に応じて最適に制御することができる。
【００６９】
（６）本実施形態では、第１電磁ソレノイド１１のみに通電を行う、第２電磁ソレノイド１２のみに通電を行う、及び電磁ソレノイド１１，１２の双方に通電を行うといったように、各電磁ソレノイド１１，１２への通電態様を変えることで、噴射率の増加速度に加えて最大噴射率をも制御するようにしている。これにより細密な噴射率制御を状況に応じて行うことができるようになる。
【００７０】
（７）本実施形態では、機関運転状態により、パイロット噴射が行われる。通常、パイロット噴射では極少量の燃料しか噴射されないため、噴射量の誤差の影響が顕著となる。その点、本実施形態では、両電磁ソレノイド１１，１２の片方への通電停止により、パイロット噴射時の最大噴射率が小さくされるため、パイロット噴射での噴射量の制御精度をより容易に確保することができる。
【００７１】
（８）本実施形態では、第１電磁ソレノイド１１のみの通電を継続したときと、第２電磁ソレノイド１２のみの通電を継続したときとで、ニードル弁６が最終的に到達するリフト量すなわち最大リフト量が変わるようになっている。そしてそれにより、最大噴射率も変わるようになる。そのため、燃料噴射率の制御をより容易かつ的確に行うことができる。
【００７２】
（９）本実施形態のような、コモンレール２０からインジェクタ１に高圧燃料を供給するコモンレール式の燃料噴射装置では一般に、燃料噴射圧が高くされ、高噴射率で燃料噴射が行われる。そのため、コモンレール式燃料噴射装置では、噴射率が燃料の噴射量等の制御精度に与える影響が大きくなる傾向にある。その点、本実施形態では、インジェクタ１に設けられた２つの電磁ソレノイド１１，１２への通電制御を通じて噴射率を容易且つ細密に制御できるため、そうしたコモンレール式燃料噴射制御装置での燃料噴射制御の制御性の確保が、より容易且つ確実となる。
【００７３】
なお、本発明は、例えば以下の様態で実施してもよい。
・第１電磁ソレノイド１１への通電が継続されているときに第２電磁ソレノイド１２への通電を間欠的に停止させることで、噴射初期の燃料噴射率の増加速度を抑制することもできる。また、第１電磁ソレノイド１１のみへの通電と第２電磁ソレノイド１２のみへの通電とを交互に行うことで、噴射初期の燃料噴射率の増加速度の抑制を行うこともできる。
【００７４】
・第１及び第２電磁ソレノイド１１，１２双方への通電に応じて、ニードル弁６が上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１よりも更に大きいリフト量に保持されるようにインジェクタ１を構成する等して、３段階、或いはそれ以上に最大リフト量を変更可能とするようにしてもよい。
【００７５】
・本発明は、３つ或いはそれ以上の電磁ソレノイドを有するインジェクタを備える内燃機関の燃料噴射装置としても実現することができる。この場合にも、各電磁ソレノイドへの通電態様を上記実施形態と同様、或いはそれに準じた態様で制御することで、好適な燃料噴射率の制御を行うことができる。
【００７６】
・本発明は、コモンレール式以外の燃料噴射装置、或いはディーゼル機関以外の内燃機関の燃料噴射装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の内燃機関の燃料噴射装置を具体化した一実施形態の構成とそのインジェクタの断面構造とを併せ示す図。
【図２】同実施形態の制御態様の一例を示すタイミングチャート。
【図３】同実施形態の制御態様の一例を示すタイミングチャート。
【図４】同実施形態の制御態様の一例を示すタイミングチャート。
【図５】同実施形態の燃料噴射制御装置における制御領域の設定例を示す図。
【図６】同実施形態の各制御領域での燃料噴射に係る制御態様の例を示すタイミングチャート。
【図７】同じく各制御領域での燃料噴射に係る制御態様の例を示すタイミングチャート。
【図８】同実施形態での燃料噴射に係る別の制御例を示すタイミングチャート。
【図９】同実施形態での燃料噴射に係る更に別の制御例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００７８】
１…インジェクタ、５…噴孔、６…ニードル弁、１１…第１電磁ソレノイド、１２…第２電磁ソレノイド、１３…電子制御装置、２０…コモンレール。
【図１】
2005307758.tif 000003
【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】
2005307758.tif 000008
【図７】
2005307758.tif 000009
【図８】
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【図９】
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