(57)【要約】【課題】少量の燃料を噴射するときにおける安定性が高い燃料噴射弁及び燃料噴射システムを提供すること。【解決手段】軸方向における一端に噴孔２５が設けられたノズルボディ１５と、前記ノズルボディ１５内で前記軸方向に沿って変位することによって、前記噴孔２５を開閉するノズルニードル１７と、前記噴孔２５を開口する方向における前記ノズルニードル１７の変位限界を定める変位限界設定手段１９、２１とを備え、前記変位限界設定手段１９、２１は、前記変位限界を変更可能であることを特徴とする燃料噴射弁３。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向における一端に噴孔が設けられたノズルボディと、
前記ノズルボディ内で前記軸方向に沿って変位することによって、前記噴孔を開閉するノズルニードルと、
前記噴孔を開口する方向における前記ノズルニードルの変位限界を定める変位限界設定手段と、
を備え、
前記変位限界設定手段は、前記変位限界を変更可能であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記変位限界設定手段は、
前記ノズルニードルにおける前記噴孔とは反対側の端部と当接することにより前記変位限界を定めるストッパと、
前記ストッパを前記軸方向に沿って移動させる移動手段と、
からなることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記移動手段はピエゾ素子であることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記変位限界設定手段は、前記変位限界を、３段階以上に設定可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料噴射弁と、
前記ノズルニードル及び前記変位限界設定手段の動作を制御する制御手段と、
を備える燃料噴射システムであって、
前記制御手段は、多段噴射を行うときに、前記変位限界設定手段により、一部の噴射における前記変位限界を、他の噴射における前記変位限界と異ならせることを特徴とする燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁、及び燃料噴射システムに関し、特に、ディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁、及び燃料噴射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁は、ディーゼルエンジンなどの蓄圧（コモンレール）式燃料噴射装置に用いられ、コモンレールから供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室に噴射する。燃料噴射弁は、先端に噴射ノズルを有し、後端に電磁弁等の駆動手段を有する噴射弁本体と、高圧燃料を供給するインレットパイプと、低圧燃料をドレインに戻すアウトレットパイプから構成されるものが知られている。この噴射弁本体内には、噴孔を開閉するノズルニードルが摺動自在に配設されるとともに、このノズルニードルに作用する燃料圧を保持する背圧室を形成しており、この背圧室の圧力が電磁弁等の駆動手段によって高圧側の燃料圧と低圧側の燃料圧とに切替え制御されることによりノズルニードルの上下摺動動作、すなわち開弁、閉弁動作によって高圧燃料を墳孔から間欠的に噴射する（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３１２８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃料噴射弁としては、最大噴射率に到達後もノズルニードルが上昇を続けるフライングニードルタイプがある。このフライングニードルタイプの燃料噴射弁は、ノズルニードルのリフト量が規制されているタイプの燃料噴射弁と対比して、駆動パルスー噴射量特性にてリニアリティを有するという利点を有する。
【０００４】
しかしながら、フライングニードルタイプの燃料噴射弁は、いわゆる微小Ｑ噴射のように、少量の燃料を噴射するときにおける安定性を確保することが困難であった。その理由を図８に基づいて説明する。図８の（ａ）に示すように、フライングニードルタイプの燃料噴射弁では、燃料噴射弁の閉弁制御の時間が正確であった場合Ａに比べて、閉弁制御の時間がわずかに早かった場合Ｂ、及び閉弁制御の時間がわずかに遅れた場合Ｃでは、ノズルニードルの最大リフト量が変動するため、実際の閉弁時間が大きく変動し、その結果として、図８（ｂ）に示すように、噴射率のばらつきが大きくなってしまう。このばらつきを低減する方法として、閉弁時間の精度向上が考えられるが、技術的に困難である。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、少量の燃料を噴射するときにおける安定性が高い燃料噴射弁及び燃料噴射システム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】
本発明の燃料噴射弁は、軸方向における一端に噴孔が設けられたノズルボディと、ノズルボディ内で軸方向に沿って変位することによって、噴孔を開閉するノズルニードルとによって、エンジンの燃焼室に間欠的に燃焼を噴射することができる。
【０００７】
また、本発明の燃料噴射弁は、噴孔を開口する方向におけるノズルニードルの変位限界を変更することができる。そのため、例えば、燃料の噴射量が小、中のときは、ノズルニードルの変位限界を噴孔に近づけ、ノズルニードルの変位量を制限することができる。こうすることにより、少量の燃料を噴射するときにおける安定性（噴射量のばらつきの少なさ）を向上させることができる。
【０００８】
また、例えば、噴射量が大のときは、ノズルニードルの変位限界を噴孔から遠ざけ、フライングニードルタイプの燃料噴射弁とすることができる。こうすることにより、変位限界を設定した際に駆動パルスー噴射量特性に現れる折れ点が無くなり、駆動パルスー噴射量特性のリニアリティを維持できる点で優れる。
【０００９】
ノズルニードルの変位限界を設定する変位限界設定手段は、例えば、ノズルニードルにおける噴孔とは反対側の端部と当接することにより変位限界を定めるストッパと、ストッパを軸方向に沿って移動させる移動手段とからなるものとすることができる。そして、その移動手段は、例えば、ピエゾ素子により実現することができる。
【００１０】
本発明の燃料噴射弁は、ノズルニードルの変位限界を、３段階以上に設定可能であるものとすることができる。こうすることにより、燃料の噴射量に応じて、燃料噴射弁の動作を、一層きめ細かく設定することができる。
【００１１】
本発明の燃料噴射システムは、上述した燃料噴射弁と、ノズルニードル及び変位限界設定手段の動作を制御する制御手段とを備える。その制御手段は、多段噴射を行うときに、変位限界設定手段により、一部の噴射における変位限界を、他の噴射における変位限界と異ならせる。そのことにより、例えば、多段噴射のうち、噴射量が少ない噴射においては、変位限界を噴孔に近づけ、ノズルニードルの変位量を制限することで、噴射の安定性を向上させることができる。また、多段噴射のうち、噴射量が多い噴射においては、変位限界を噴孔から遠ざけ、フライングニードルタイプの燃料噴射弁とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
１．燃料噴射システムの構成
まず、図１に基づき、燃料噴射システム１の全体構成を説明する。
【００１３】
燃料噴射システム１は、車両に搭載され、ディーゼルエンジンの燃焼室（図示略）に燃料を噴射するものである。燃料噴射システム１は、複数の燃料噴射弁３と、燃料を蓄圧し、燃料噴射弁３へ供給するコモンレール５と、燃料タンク７と、燃料タンク７から燃料を取り出し、コモンレール５へ圧送するサプライポンプ９と、燃料噴射弁３の駆動電流を発生させ、その駆動電流を配線１２を介して燃料噴射弁３に伝えるＥＤＵ１１と、燃料の噴射タイミング及び噴射量を設定し、その設定に応じてＥＤＵ１１を含め、各部の制御を行うＥＣＵ１３と、燃料噴射弁３の低圧燃料を燃料タンク７に戻すアウトレットパイプ１４と、を備える。
【００１４】
次に、図２に基づき、燃料噴射弁３の構成を説明する。燃料噴射弁３は、ノズルボディ１５と、ノズルニードル１７と、ストッパ１９と、ピエゾ素子２１とを備える。
上記ノズルボディ１５は、棒状を呈し、その内部に、軸方向（図２における上下方向）に沿って延びるシリンダ２３を備えている。ノズルボディ１５の軸方向における一端には、シリンダ２３と外部とを連通する一対の噴孔２５が設けられている。
【００１５】
上記ノズルニードル１７は、シリンダ２３内に収容され、軸方向に沿って変位可能である。ノズルニードル１７は、噴孔２５側に変位したときは、噴孔２５を閉止する。また、噴孔２５とは反対方向に変位したときは、噴孔２５を開放する。ノズルニードル１７とノズルボディ１５との間には、コモンレール５により、高圧の燃料が供給される。そのため、噴孔２５が開放されたときは、そこから燃料が外部（ディーゼルエンジンの燃焼室）に噴射される。一方、噴孔２５が閉止されたときは、燃料の噴射が止められる。
【００１６】
ノズルニードル１７の変位は、ノズルボディ１５に設けられた、周知の燃料圧力制御手段（図示略）により制御される。そして、その燃料圧力制御手段の動作は、ＥＣＵ１３により制御される。
【００１７】
上記ストッパ１９は、ピエゾ素子２１の下側に取り付けられている。ピエゾ素子２１は、ＥＤＵ１１で発生する駆動電流に応じ、上下方向（ノズルボディ１５の軸方向）に伸縮し、ストッパ１９の位置は、ピエゾ素子２１の伸縮に応じて、上下に移動可能である。ストッパ１９の位置は、最も高い位置であるＰh、最も低い位置であるＰl、ＰhとＰlの中間であるＰmの３種類に設定可能である。ストッパ１９の位置がＰm、Ｐlの状態において、ノズルニードル１７が上昇すると、最も高い位置に達する前に、ノズルニードル１７において噴孔２５とは反対側の端部１７ａがストッパ１９に当接し、ノズルニードル１７のそれ以上の上昇が規制される。ストッパ１９の位置がＰlの状態のときは、Ｐmの状態のときよりも、ノズルニードル１７が低い位置にて、ストッパ１９とノズルニードル１７とが当接する。一方、ストッパ１９の位置がＰhの状態では、ノズルニードル１７が最も高い位置に達しても、ノズルニードル１７の端部１７ａはストッパ１９に当接しない（すなわち、フライングニードルとなる）。
【００１８】
２．燃料噴射システム１が実行する処理
燃料噴射システム１（特にＥＣＵ１３）が実行する処理を、図３のフローチャート及び図４〜図６の説明図に基づいて説明する。
【００１９】
図３の処理は、所定時間ごとに繰り返し実行される。ステップ１０では、燃料の噴射量算出タイミングであるか否かを判断する。具体的には、燃料の噴射タイミングから所定時間遡ったタイミングに達しているか否かを判断する。燃料の噴射量算出タイミングである場合はステップ２０に進み、燃料の噴射量算出タイミングでない場合は本処理を終了する。
【００２０】
ステップ２０では、運転状態とアクセル開度に基づいて、燃料の噴射量を算出する。
ステップ３０では、前記ステップ２０で算出した噴射量が「大」であるか否かを判断する。なお、燃料の噴射量は、所定の閾値により、「大」、「中」、「小」の３段階に分けられている。噴射量が「大」である場合はステップ４０に進み、「大」ではない場合はステップ６０に進む。
【００２１】
ステップ４０では、燃料噴射弁３におけるストッパ１９の位置を、３段階のうちで最も高い位置であるＰhとする。
前記ステップ３０で「大」ではないと判断された場合はステップ５０に進み、前記ステップ２０で算出した噴射量が「中」であるか否かを判断する。噴射量が「中」である場合はステップ６０に進み、「中」ではない場合はステップ７０に進む。
【００２２】
ステップ６０では、燃料噴射弁３におけるストッパ１９の位置を、３段階のうちで中間の位置であるＰmとする。ステップ７０では、燃料噴射弁３におけるストッパ１９の位置を、３段階のうちで最も低い位置であるＰlとする。
【００２３】
ステップ８０では、ノズルニードル１７を上昇させ、噴孔２５から燃料の噴射を行う。このとき、ストッパ１９の位置は、前記ステップ４０、６０、７０のいずれかにて設定された位置である。
【００２４】
ストッパ１９の位置がＰhの状態において燃料噴射弁３が燃料を噴射する動作を図４（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図４（ａ）は噴射前を表し、図４（ｂ）は噴射中を表し、図４（ｃ）は噴射終了時を表す。図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、ノズルニードル１７は、最も上昇したときでも、ストッパ１９に当接しない。
【００２５】
次に、ストッパ１９の位置がＰlの状態において燃料噴射弁３が燃料を噴射する動作を図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図５（ａ）は噴射前を表し、図５（ｂ）は噴射中を表し、図５（ｃ）は噴射終了時を表す。図５（ｂ）に示すように、ノズルニードル１７は、所定の高さまで上昇すると、ストッパ１９に当接し、それ以上の上昇が規制される。
【００２６】
ストッパ１９の位置がＰmの状態でも、ノズルニードル１７の上昇は、ストッパ１９との当接により規制されるが、上昇の上限は、ストッパ１９の位置がＰlの場合よりも高くなる。
【００２７】
次に、燃料噴射システム１が多段噴射を行うときにおける燃料噴射弁３の動作を図６に基づいて説明する。図６では、噴射量がそれぞれ、「小」、「小」、「大」、「小」である４段の噴射を行う例を示す。
【００２８】
噴射量が「小」である１番目、２番目、及び４番目の噴射では、ストッパ１９の位置をＰlとして、ノズルニードル１７の上昇を規制する。一方、噴射量が「大」である３番目の噴射では、ストッパ１９の位置をＰhとして、ノズルニードル１７の上昇を規制しない（フライングニードル化する）。
【００２９】
３．燃料噴射システム１及び燃料噴射弁３が奏する効果
(i)燃料噴射弁３は、燃料の噴射量が「小」、「中」のときは、ストッパ１９により、ノズルニードル１７の上昇量（リフト量）を規制する。ノズルニードル１７のリフト量が規制されると、図７（ａ）に示すように、ノズルニードル１７の最大リフト量は一定となる。そのことにより、燃料噴射弁３の閉弁制御の時間が正確であった場合Ａ、閉弁制御の時間がわずかに早い場合Ｂ、及び閉弁制御の時間がわずかに遅れた場合Ｃのいずれであっても、ノズルニードル１７の動作に大きな違いが生じず、その結果として、図７（ｂ）に示すように、上記Ａ〜Ｃのいずれの場合であっても、噴射率に大きな違いが生じず、噴射量が安定する。
(ii)燃料噴射弁３は、燃料の噴射量が「大」のときは、ノズルニードル１７の上昇を規制せず、フライングニードル化する。こうすることにより、変位限界を設定した際に駆動パルスー噴射量特性に現れる折れ点が無くなり、駆動パルスー噴射量特性のリニアリティを維持できる点で優れる。
(iii) 燃料噴射システム１は、多段噴射のとき、個々の噴射ごとに、その噴射量に応じて、燃料噴射弁３の状態（ノズルニードル１７の上昇を規制する状態、フライングニードル化）を設定することができる。そのことにより、個々の噴射ごとに、最適な制御を行うことができる。
【００３０】
尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、ストッパ１９の高さは、３段階ではなく、２段階、４段階、５段階・・・・の中から、噴射量に応じて設定するようにしてもよい。また、ストッパ１９の高さは、噴射量に応じて、リニアに設定するようにしてもよい。
【００３１】
また、ストッパ１９の位置がＰlのときのみ、ノズルニードル１７の上昇が規制され、ストッパ１９の位置がＰm又はＰhのときは、フライングニードル化するようにしてもよい。
【００３２】
また、ストッパ１９の位置を変更する手段としては、ピエゾ素子以外に、公知の種々のアクチュエータを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】燃料噴射システム１の構成を表す説明図である。
【図２】燃料噴射弁３の構成を表す側断面図である。
【図３】燃料噴射システム１が実行する処理を表すフローチャートである。
【図４】ストッパ１９の位置がＰhであるときにおける燃料噴射弁３の動作を表す説明図であり、（ａ）は噴射前を表し、（ｂ）は噴射中を表し、（ｃ）は噴射終了時を表す。
【図５】ストッパ１９の位置がＰlであるときにおける燃料噴射弁３の動作を表す説明図であり、（ａ）は噴射前を表し、（ｂ）は噴射中を表し、（ｃ）は噴射終了時を表す。
【図６】多段噴射における燃料噴射弁３の状態変化を表す説明図である。
【図７】（ａ）は燃料噴射弁３におけるリフト量の経時変化を表すグラフであり、（ｂ）は燃料噴射弁３における噴射率の経時変化を表すグラフである。
【図８】（ａ）は従来の燃料噴射弁におけるリフト量の経時変化を表すグラフであり、（ｂ）は従来の燃料噴射弁における噴射率の経時変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・燃料噴射システム、３・・・燃料噴射弁、５・・・コモンレール、
７・・・燃料タンク、９・・・サプライポンプ、１１・・・ＥＤＵ、１３・・・ＥＣＵ、１５・・・ノズルボディ、１７・・・ノズルニードル、１７ａ・・・端部、
１９・・・ストッパ、２１・・・ピエゾ素子、２３・・・シリンダ、２５・・・噴孔
【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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