(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料を供給可能な高圧燃料源と、
前記高圧燃料源の燃料圧よりも圧力の低い低圧燃料を供給可能な低圧燃料源と、
前記高圧燃料源及び前記低圧燃料源に燃料通路を介して接続されたインジェクタと、
前記インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁と、
前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更すべく前記高圧燃料源または前記低圧燃料源の一方を前記インジェクタに作用させるように制御する第２制御弁と、
前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更して噴射率波形形状を変更すべく前記第１制御弁及び第２制御弁を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記第２制御弁の開弁時期を前記燃料通路内の反射波の影響を受けない時期に設定することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期から前記第１制御弁の開弁時期までの所定期間（ΔＴｏ）を、前記第２制御弁の開弁時期から反射波が前記インジェクタに到達するまでの期間（ΔＴｒ）、及び前記反射波が前記インジェクタに到達した後から燃料圧力が復帰するまでの期間（ΔＴｍ）に基づき設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記高圧燃料源は、高圧燃料供給ポンプと、前記高圧燃料供給ポンプから供給された高圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された高圧コモンレールとから構成され、そして、
前記低圧燃料源は、前記第２制御弁を介して前記高圧コモンレール側から供給される燃料を貯留する低圧コモンレールと、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧燃料に調圧制御する圧力制御弁とにより構成され、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を前記低圧コモンレールの許容最大圧力となるように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記低圧燃料源は、低圧燃料供給ポンプと、前記低圧燃料供給ポンプから供給された低圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された低圧コモンレールとから構成され、そして、
前記高圧燃料源は、前記低圧コモンレールの低圧燃料を増圧する燃料増圧機構を含み、更に前記燃料増圧機構が、前記第２制御弁の開弁制御によって作動して前記インジェクタ側に高圧燃料を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
高圧燃料を供給可能な高圧燃料源と、
前記高圧燃料源の燃料圧よりも圧力の低い低圧燃料を供給可能な低圧燃料源と、
前記高圧燃料源及び前記低圧燃料源に燃料通路を介して接続されたインジェクタと、
前記インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁と、
前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更すべく前記高圧燃料源または前記低圧燃料源の一方を前記インジェクタに作用させるように制御する第２制御弁と、
前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更して噴射率波形形状を変更すべく前記第１制御弁及び第２制御弁を制御する制御手段とを有し、
前記高圧燃料源は、高圧燃料供給ポンプと、前記高圧燃料供給ポンプから供給された高圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された高圧コモンレールとから構成され、そして、
前記低圧燃料源は、前記第２制御弁を介して前記高圧コモンレール側から供給される燃料を貯留する低圧コモンレールと、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧燃料に調圧制御する圧力制御弁とにより構成され、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を前記低圧コモンレールの許容最大圧力となるように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射装置に関するものであり、噴射率波形の乱れを最小限に抑えつつ、リターン燃料やリーク燃料を減少させて燃費を向上させることができるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、コモンレール式燃料噴射装置がある。このようなコモンレール式燃料噴射装置では、噴射圧力と噴射時期を独立制御できることから、自動車用ディーゼルエンジンの噴射系として主流となりつつある。しかし、従来のコモンレール式燃料噴射装置では、単一のコモンレールを用いて噴射率波形がほぼ矩形であるため、初期噴射量が多く、ＮＯｘの低減や燃焼騒音の低減に対しては必ずしも有利ではなかった。
【０００３】
そこで近年では、噴射率波形の形状を制御することができる、次世代型のコモンレール式燃料噴射装置が開発されている。この次世代型のコモンレール式燃料噴射装置では、燃料源として高圧コモンレールと低圧コモンレールとを有しており、燃料源を噴射期間中において変更することにより、インジェクタへ供給する燃料圧力を噴射期間中において変更して、噴射率波形の形状を変化させている。
【０００４】
つまり、詳細は〔発明の実施の形態〕の欄の中でも説明するが、燃料噴射開始直後における燃料噴射率を下げて、その後に燃料噴射率を上げるには（噴射率波形の形状を所謂「ブーツ形」にするには）、燃料噴射開始直後は低圧コモンレールからインジェクタに燃料を供給して低圧での初期噴射を行い、噴射開始からある設定期間が経過した後に、高圧コモンレールからインジェクタに燃料を供給して高圧での噴射を行う。
また、噴射率波形の形状を矩形とするには、インジェクタが閉弁状態になっているときに例えば高圧コモンレールからインジェクタに向けて高圧燃料を予め供給しておき、その後にインジェクタを開弁するようにしている。
【０００５】
なお、コモンレールは１つであるが、燃料増圧機構を備えた増圧ピストン型の燃料噴射装置も開発されており、このタイプの増圧ピストン型燃料噴射装置においても、噴射率波形の形状を制御することができる（その詳細は、〔発明の実施の形態〕の欄において併せて説明する）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、噴射率波形の形状を制御することができる、２つのコモンレールを有する次世代型のコモンレール式燃料噴射装置では、高圧燃料をインジェクタに作用させようとしたタイミングにおいて、負側のパルス状の圧力波（高圧コモンレール側の圧力に対して圧力低下側にパルス状に突出する圧力波）が発生し、この圧力波が燃料供給管内において反射してインジェクタに作用すると、インジェクタから噴射される噴射率波形の形状が乱れてしまう虞があった。特に、噴射率波形が矩形の場合に、負側のパルス状の圧力波が重畳してしまうと、噴射率波形が乱れてしまい、その結果、噴射率が低下して燃料噴射量が減少することによって、所定のトルクが得られなくなる虞があった。
このような問題は、増圧ピストン型燃料噴射装置においても発生していた。
【０００７】
なお、負側のパルス状の圧力波が発生するタイミングや、噴射率波形が乱れる態様は、〔発明の実施の形態〕の欄の中において、再度説明する。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、噴射率波形の乱れを最小限に抑えることができ、併せて、リターン燃料やリーク燃料を減少させて燃費を向上させることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１の発明は、高圧燃料を供給可能な高圧燃料源と、前記高圧燃料源の燃料圧よりも圧力の低い低圧燃料を供給可能な低圧燃料源と、前記高圧燃料源及び前記低圧燃料源に燃料通路を介して接続されたインジェクタと、前記インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁と、
前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更すべく前記高圧燃料源または前記低圧燃料源の一方を前記インジェクタに作用させるように制御する第２制御弁と、前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更して噴射率波形形状を変更すべく前記第１制御弁及び第２制御弁を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記第２制御弁の開弁時期を前記燃料通路内の反射波の影響を受けない時期に設定することを特徴とする。
この発明は、特に、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定することにより、噴射率波形を矩形にする際に用いて有効である。
【００１０】
また請求項２の発明では、請求項１の燃料噴射装置において、前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期から前記第１制御弁の開弁時期までの所定期間（ΔＴｏ）を、前記第２制御弁の開弁時期から反射波が前記インジェクタに到達するまでの期間（ΔＴｒ）、及び前記反射波が前記インジェクタに到達した後から燃料圧力が復帰するまでの期間（ΔＴｍ）に基づき設定することを特徴とする。
【００１１】
また請求項３の発明では、請求項１の燃料噴射装置において、前記高圧燃料源は、高圧燃料供給ポンプと、前記高圧燃料供給ポンプから供給された高圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された高圧コモンレールとから構成され、そして、
前記低圧燃料源は、前記第２制御弁を介して前記高圧コモンレール側から供給される燃料を貯留する低圧コモンレールと、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧燃料に調圧制御する圧力制御弁とにより構成され、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を前記低圧コモンレールの許容最大圧力となるように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする。
【００１２】
また請求項４の発明では、請求項１の燃料噴射装置において、前記低圧燃料源は、低圧燃料供給ポンプと、前記低圧燃料供給ポンプから供給された低圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された低圧コモンレールとから構成され、そして、
前記高圧燃料源は、前記低圧コモンレールの低圧燃料を増圧する燃料増圧機構を含み、更に前記燃料増圧機構が、前記第２制御弁の開弁制御によって作動して前記インジェクタ側に高圧燃料を供給するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また請求項５の発明では、高圧燃料を供給可能な高圧燃料源と、前記高圧燃料源の燃料圧よりも圧力の低い低圧燃料を供給可能な低圧燃料源と、前記高圧燃料源及び前記低圧燃料源に燃料通路を介して接続されたインジェクタと、前記インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁と、前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更すべく前記高圧燃料源または前記低圧燃料源の一方を前記インジェクタに作用させるように制御する第２制御弁と、前記インジェクタへ供給する燃料圧力を変更して噴射率波形形状を変更すべく前記第１制御弁及び第２制御弁を制御する制御手段とを有し、
前記高圧燃料源は、高圧燃料供給ポンプと、前記高圧燃料供給ポンプから供給された高圧燃料を貯留すると共に前記燃料通路に接続された高圧コモンレールとから構成され、そして、
前記低圧燃料源は、前記第２制御弁を介して前記高圧コモンレール側から供給される燃料を貯留する低圧コモンレールと、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧燃料に調圧制御する圧力制御弁とにより構成され、
前記制御手段は、前記第２制御弁の開弁時期を前記第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、前記低圧コモンレール内の燃料圧力を前記低圧コモンレールの許容最大圧力となるように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態：２コモンレール型の燃料噴射装置＞
まず、高圧コモンレールと低圧コモンレールとを有している２コモンレール型の燃料噴射装置に、本発明を適用した、第１の実施の形態を説明する。図１に示すように、２コモンレール型の燃料噴射装置では、高圧燃料供給ポンプ１は、内燃機関としてのエンジンにより駆動されて燃料タンク２内から図示しないフィードポンプにより供給された燃料を加圧して、高圧の燃料を高圧コモンレール３に向けて吐出する。電子制御装置４は、エンジン回転数センサにより検出されたエンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度センサにより検出されたアクセルペダル踏込量（アクセル開度）Ａｃｃとに応じて高圧燃料供給ポンプ１を制御して圧送ストローク（燃料供給量）を可変調整し、更に、高圧コモンレール３に設けられている圧力センサ（図示省略）により検出された燃料圧力に応じて圧送ストロークをフィードバック制御することにより、エンジン運転状態に適合した高圧燃料を得るようになっている。
【００１６】
高圧燃料供給ポンプ１から吐出された高圧燃料は、高圧コモンレール３に貯留される。この高圧コモンレール３は、前記エンジンの各気筒に共通するものであり、燃料通路５を介してインジェクタ６に接続されている。インジェクタ６には、インジェクタ駆動電磁弁（第１制御弁）７が備えられており、燃料通路５の途中には圧力切換電磁弁（第２制御弁）８が介装されている。これら電磁弁７，８の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）の制御は、電子制御装置４により行われる。
【００１７】
燃料通路５のうち圧力切換電磁弁８よりも下流側（インジェクタ６側）からは、分岐燃料通路９が分岐しており、低圧コモンレール１０は分岐燃料通路９を介してインジェクタ６に接続されている。分岐燃料通路９の途中には、逆止弁１１とオリフィス１２とが並列に接続されており、逆止弁１１は低圧コモンレール１０からインジェクタ６に向かう燃料の流れを許容する。そして、燃料通路５内の燃料圧力が分岐燃料通路９内の燃料圧力よりも高い場合には、燃料通路５内の燃料が分岐燃料通路９及びオリフィス１２を通じて低圧コモンレール１０に流入する。分岐燃料通路９の低圧コモンレール１０と燃料タンク２との間には、低圧コモンレール１０の燃料圧力を調整する圧力制御弁１３が設けられている。この圧力制御弁１３による調整圧力は、電子制御装置４により調整されており、このように圧力制御弁１３の調整圧力を制御することにより、低圧コモンレール１２内の燃料圧力を予め決めた低圧に調整することができる。
【００１８】
次に、このような構成となっている２コモンレール型の燃料噴射装置の動作を説明する。電子制御装置４の制御下で、高圧コモンレール３内の燃料圧力、即ち、高圧燃料供給ポンプ１の吐出圧力がエンジン運転状態に適合するように制御され、エンジン運転状態（エンジン回転数Ｎｅ，アクセルペダル踏込量Ａｃｃ等）に応じて燃料噴射期間（燃料噴射開始・終了時期）が設定される。
また、低圧コモンレール１０，分岐燃料通路９，及び圧力切換電磁弁８よりも下流側の燃料通路５には、圧力制御弁１３により圧力が低圧に調整された燃料が蓄積されている。
【００１９】
電子制御装置４は、電磁弁７，８の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）の時期を制御して、燃料噴射率波形を次のようにして変えることができる。
【００２０】
図２（ｂ）（ｃ）に示すように、圧力切換電磁弁８が閉弁された状態でインジェクタ駆動電磁弁７を開弁すると、低圧コモンレール１０から低圧の燃料がインジェクタ６に供給されて、低圧燃料が噴射される。
インジェクタ駆動電磁弁７が開弁されてから、時間的に遅れて圧力切換電磁弁８を開弁すると、高圧コモンレール３から高圧の燃料がインジェクタ６に供給されて、高圧燃料が噴射される。
このように、噴射期間の初期において低圧燃料を噴射し、所定時間遅れて高圧燃料を噴射すると、図２（ａ）に示すように、噴射率波形はブーツ形となる。
【００２１】
図３（ｂ）（ｃ）に示すように、インジェクタ駆動電磁弁７の開弁に先立って、圧力切換電磁弁８を開弁すると、燃料通路５のうち圧力切換電磁弁８よりも下流側に、高圧の燃料が供給される。このように高圧燃料が予め供給されている状態において、インジェクタ駆動電磁弁７を開弁すると、燃料噴射開始直後から急峻に噴射量が増加し短時間に大量の燃料を噴射することができる。したがって、このときの噴射率波形は、図３（ａ）に実線で示すように、略矩形となる。
【００２２】
このように、インジェクタ駆動電磁弁７と圧力切換電磁弁８の開弁時期を調整することにより、噴射率波形の形状を変化させることができる。つまり、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射開始直後から噴射量が緩やかに増加するブーツ形の噴射率波形、或いは、燃料噴射開始直後から急峻に噴射量を増加させ短期間に大量の燃料を噴射させる矩形の噴射率波形に制御することができる。もちろん、インジェクタ駆動電磁弁７と圧力切換電磁弁８の開弁時期を、前述したのと異なる時期に調整することにより、噴射率波形の形状を更に別の形状にすることができる
【００２３】
なお、圧力切換電磁弁８を開弁している際には、高圧の燃料が分岐燃料通路９のオリフィス１２を介して低圧コモンレール１０に供給される。低圧コモンレール１０内の燃料の圧力は、圧力制御弁１３により所定の低圧に調整される。つまり、低圧コモンレール１０内の圧力が、圧力制御弁１３により調整される調整圧力よりも大きくなると、低圧コモンレール１０内の燃料が圧力調整弁１３を介して流れ出て燃料タンク２に戻る。このように低圧コモンレール１０から圧力制御弁１３を介して燃料タンク２に戻る燃料を「リターン燃料」と称している。
【００２４】
また、インジェクタ６に燃料を供給すると（特に高圧燃料を供給すると）、燃料圧力が高いため、インジェクタ６のシール部分から燃料が僅かであるが漏れ出て、燃料タンク２に戻る。このようにインジェクタ６のシール部分から漏れ出て燃料タンク２に戻る燃料を「リーク燃料」と称している。
【００２５】
ここで、圧力切換電磁弁８を開弁することにより発生する反射波について説明をしておく。圧力切換電磁弁８が閉弁状態になっているときには、燃料通路５のうち圧力切換電磁弁８よりも上流側（高圧コモンレール３側）は高圧になっているが、燃料通路５のうち圧力切換電磁弁８よりも下流側（インジェクタ７側）が低圧となっている。そこで、圧力切換電磁弁８を閉弁状態から開弁状態に切り換えると、上流側の高圧に下流側側の低圧が作用して、負側の（図６（ｂ）の破線に示すような低圧コモンレール１０内の圧力よりは高いが、高圧コモンレール３内の圧力よりも低い）パルス状の圧力波が発生する。このように圧力切換電磁弁８にて発生した、負側の圧力波は、燃料通路５を通して高圧コモンレール３側に伝播し、高圧コモンレール３の出口端にて反射して、負側のパルス状の反射波となる。この反射波は、燃料通路５を通して逆向きに伝播し、圧力切換電磁弁８を通過しインジェクタ６に到達する。
【００２６】
燃料噴射期間において、上述した負側のパルス状の反射波がインジェクタ６内に入り込むと、噴射率波形が乱れてしまう。特に、圧力切換電磁弁８の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期よりも早めに設定して、噴射率波形を例えば矩形にしようとした場合には、図３（ａ）に点線で示すように、反射波の影響により噴射率波形が途中で凹んでしまい、予定した燃料噴射量とならず、出力トルクが不足してしまう虞があった。このような事態は、圧力切換電磁弁８の開弁時期がインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期に近づくほど発生しやくすなっていた。
【００２７】
このように、燃料噴射期間において、反射波がインジェクタ６内に入り込むことを防止するためには、インジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期に対して圧力切換電磁弁８の開弁時期を、時間的に大幅に前にすればよい。このようにすれば、反射波がインジェクタ６に到達した後に、燃料噴射が開始されるので、噴射率波形は反射波の影響を受けない。しかし、このようにすると、高圧燃料がインジェクタ６に作用している時間が長くなり、インジェクタ６から漏れ出るリーク燃料が多くなると共に、圧力制御弁１３を介して燃料タンク２に戻ってくるリターン燃料が多くなる。リーク燃料やリターン燃料が増えるということは、高圧燃料供給ポンプ１の駆動仕事が多くなり、ひいてはエンジンが不要な仕事をすることになり、燃費が悪くなる。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、圧力切換電磁弁８の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期よりも早めに設定して噴射率波形を例えば矩形にしようとした場合に、噴射率波形が反射波の影響を受けることなく、しかも、リーク燃料やリターン燃料を最小限にするように、電磁弁７，８の開弁時期を次のようにして制御している。また、併せて、圧力制御弁１３による調整圧力も、次のようにして制御している。
【００２９】
電子制御装置４は、図４に示すように、噴射率波形が矩形モードになっているか、ブーツモードになっているかを判定し、矩形モードになっているとき、即ち、圧力切換電磁弁８の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期よりも早めに設定した場合には、圧力切換電磁弁８の開弁時期からインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期までの期間ΔＴｏを次式（１）により求めている。
ΔＴｏ＝−ΔＴｒ−ΔＴｍ・・・・（１）
ここにおいて、ΔＴｒは圧力切換電磁弁８が開弁した時期から反射波がインジェクタ６に到達するまでの期間であり、ΔＴｍは反射波がインジェクタ６に到達してから、燃料圧力が要求されている本来の燃料圧力に復帰するまでの期間である。また、符号「−」は、インジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期からみて時間的に前であることを示している。
【００３０】
なお、期間ΔＴｒは、図１に示すように圧力切換電磁弁８が燃料通路５の途中に介装されている構造では、次式（２）により決定される。
ΔＴｒ＝（２Ｌ1 ＋Ｌ2 ）／ａ・・・・・（２）
但し、ａは音速（ｍ／ｓ）即ち圧力波（反射波）の伝播速度であり、Ｌ1 は、圧力切換電磁弁８から高圧コモンレール３までの燃料通路５の長さ（ｍ）であり、Ｌ2 は、圧力切換電磁弁８からインジェクタ６までの燃料通路５の長さ（ｍ）である。
つまり、期間ΔＴｒは、圧力波が圧力切換電磁弁８で発生して高圧コモンレール３に向かい伝播しはじめた時から、圧力波が高圧コモンレール３にて反射して生じた反射波が圧力切換電磁弁８を通過してインジェクタ６に到達するまでの時間に相当する。
【００３１】
また、要部のみを表す図５に示すように、圧力切換電磁弁８とインジェクタ６とが一体となって構成されている場合には、期間ΔＴｒは次式（２−１）により決定される。
ΔＴｒ＝２Ｌ／ａ            ・・・・・（２−１）
但し、Ｌはインジェクタ６と一体に構成された圧力切換電磁弁８から高圧コモンレール３までの燃料通路５の長さ（ｍ）である。
つまり、期間ΔＴｒは、圧力波が圧力切換電磁弁８で発生して高圧コモンレール３に向かい伝播しはじめた時から、圧力波が高圧コモンレール３にて反射して生じた反射波がインジェクタ６に到達するまでの時間に相当する。
【００３２】
このように、本実施の形態では、図６（ａ）に実線で示すように、圧力切換電磁弁８の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期に対して、期間ΔＴｏだけ早めに設定しているため、インジェクタ６の入口圧力は、図６（ｂ）に実線で示すようになり、噴射率波形は図６（ｃ）に実線で示すように矩形となる。つまり、図６（ｂ）に実線で示すように、反射波により燃料圧力が低下する部分は、インジェクタ駆動電磁弁７が開弁する前の時間となり、しかも、反射波により圧力が低下した後に圧力が復帰してからインジェクタ駆動電磁弁７が開弁する。この結果、図６（ｃ）に実線で示すように、矩形となった噴射率波形は反射波の影響を受けることなく、波形が乱れることがない。このため、所定の駆動トルクを得ることができる。
【００３３】
また、期間ΔＴｏは、噴射率波形が反射波の影響を受けることのない最小限度の期間となっているため、高圧燃料がインジェクタ６や低圧コモンレール９側に作用する時間は最小限度の時間となり、リーク燃料やリターン燃料が少なくなり、高圧燃料供給ポンプ１の駆動仕事が不要に増大することを防止でき、ひいてはエンジンの燃費が向上する。
【００３４】
ちなみに、図６において点線で示すように、圧力切換電磁弁８の開弁時期が、インジェクタ駆動電磁弁７の開弁時期に近くなると、反射波の影響により噴射率波形が乱れてしまう。
【００３５】
リーク燃料を更に減少させて、高圧燃料供給ポンプ１の駆動仕事を更に低減するためには、噴射率波形を矩形にする矩形モードになっているときに、低圧コモンレール１０内の燃料圧力を低圧コモンレール１０の許容最大圧力にするように、電子制御装置４により圧力制御弁１３による調整圧力を制御する。このようにすると、圧力制御弁１３を介して燃料タンク２にリターンしてくる燃料量が減少し、高圧燃料供給ポンプ１の駆動仕事を低減することができる。なお、矩形モードから、他のモード（ブーツモード等）に変更する場合には、圧力制御弁１３による調整圧力を下げて、低圧コモンレール１０内の燃料圧力を低下させてから、他のモードに変更する。
【００３６】
＜第２の実施の形態：増圧ピストン型の燃料噴射装置＞
次に、燃料増圧機構を有している増圧ピストン型の燃料噴射装置に、本発明を適用した、第２の実施の形態を説明する。図７に示すように、増圧ピストン型の燃料噴射装置では、燃料供給ポンプ２１は、エンジンにより駆動されて燃料タンク２２内から図示しないフィードポンプにより供給された燃料を加圧して、低圧の燃料をコモンレール２３に向けて吐出する。電子制御装置２４は、エンジン運転状況に応じて、燃料供給ポンプ２４の圧送ストローク（燃料供給量）を可変調整している。
【００３７】
燃料供給ポンプ２１から吐出された低圧燃料は、コモンレール２３に貯留される。コモンレール２３は、エンジンの各気筒に共通するものであり、逆止弁２５を介装した燃料通路２６を介してインジェクタ２７に接続されている。インジェクタ２７には、インジェクタ駆動電磁弁（第１制御弁）２８が備えられている。
【００３８】
燃料増圧機構は増圧ピストン３０，オリフィス４１及び増圧ピストン電磁弁４３を主要部材として構成されている。このうち増圧ピストン３０は、シリンダ３１と、ピストン３２と、戻しばね３３とで構成されており、シリンダ室３４と加圧室３５を有している。そして、燃料通路２６のうち逆止弁２５よりもコモンレール２３側（上流側）の部分と、ピストン３２の背面空間（図７ではピストン３２よりも右側のシリンダ内空間）とが、通路４０にて接続されており、また、燃料通路２６のうち逆止弁２５よりも上流側の部分と、シリンダ室３４とが、オリフィス４１を介装した通路４２にて接続されている。また、シリンダ室３４と燃料タンク２２とは、増圧ピストン電磁弁（第２制御弁）４３を介装した通路４４にて接続されている。更に、燃料通路２６のうち逆止弁２５よりもインジェクタ２７側（下流側）の部分と、加圧室３５とが通路４５により接続されている。
【００３９】
電子制御装置２４は、電磁弁２８，４３の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）の時期を制御して、燃料の噴射率波形を次のようにして変えることができる。
【００４０】
図８（ｂ）（ｃ）に示すように、増圧ピストン電磁弁４３が閉弁された状態でインジェクタ駆動電磁弁２８を開弁すると、コモンレール２３から燃料通路２６及び逆止弁２５を介して低圧の燃料がインジェクタ２７に供給されて、低圧燃料が噴射される。
インジェクタ駆動電磁弁２８が開弁されてから、時間的に遅れて増圧ピストン電磁弁４３を開弁すると、シリンダ室３４内の燃料が通路４４を通って燃料タンク２２に流れ出て、シリンダ室３４内の圧力は、ピストン３２の背面の圧力よりも低くなり、ピストン３２が加圧室３５側に押されて移動し、加圧室３５内の燃料が高圧となって通路４５を介してインジェクタ２７に供給され、高圧燃料が噴射される。
このように、噴射期間の初期において低圧燃料を噴射し、所定時間遅れて高圧燃料を噴射すると、図８（ａ）に示すように、初期噴射を抑えた噴射率波形とすることができる。
【００４１】
図９（ｂ）（ｃ）に示すように、インジェクタ駆動電磁弁２８の開弁に先立って、増圧ピストン電磁弁４３を開弁すると、シリンダ室３４内の燃料が通路４４を通って燃料タンク２２に流れ出て、シリンダ室３４内の圧力は、ピストン３２の背面の圧力よりも低くなり、ピストン３２が加圧室３５側に押されて移動し、加圧室３５内の燃料が高圧となって、燃料通路２６のうち逆止弁２５よりも下流側に供給される。このようにして高圧燃料が供給されている状態において、インジェクタ駆動電磁弁２８を開弁すると、燃料噴射開始直後から急峻に噴射量が増加し短時間に大量の燃料を噴射することができる。したがって、このときの噴射率波形は、図９（ａ）に実線で示すように、略矩形となる。
【００４２】
ここで、増圧ピストン電磁弁４３を開弁してピストン３２が加圧室３５側に移動しはじめることにより発生する反射波について説明をしておく。増圧ピストン電磁弁４３を開弁してピストン３２が加圧室３５側に移動しはじめると、通路４０内の圧力が低下して、負側のパルス状の圧力波がピストン３２の背面から発生する。このようにピストン３２の背面にて発生した、負側のパルス状の圧力波は、通路４０を通してコモンレール２３側に伝播し、コモンレール２３の出口端にて反射して、負側のパルス状の反射波となる。この反射波は、通路４０を通して逆向きに伝播し、ピストン３２の背面に作用する。このため、ピストン３２は反射波が作用した期間において、移動量が若干低下し、これに伴い加圧室３５から吐出される高圧燃料の圧力が一時的に低下する。
【００４３】
燃料噴射期間において、上述した負側のパルス状の反射波がピストン３２の背面に作用すると、噴射率波形が乱れてしまう。特に、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期よりも早めに設定して、噴射率波形を例えば矩形にしようとした場合には、図９（ａ）に点線で示すように、反射波の影響により噴射率波形が途中で凹んでしまい、予定した燃料噴射量とならず、出力トルクが不足してしまう虞があった。このような事態は、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期がインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期に近づくほど発生しやくすなっていた。
【００４４】
このように、燃料噴射期間において、噴射率波形が乱れることを防止するためには、インジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期に対して増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期を、時間的に大幅に前にすればよい。このようにすれば、反射波がピストン３２の背面に到達した後に、燃料噴射が開始されるので、噴射率波形は反射波の影響を受けない。しかし、このようにすると、高圧燃料がインジェクタ２７に作用している時間が長くなり、インジェクタ２７から漏れ出るリーク燃料が多くなる。リーク燃料が増えるということは、燃料供給ポンプ２１の駆動仕事が多くなり、ひいてはエンジンが不要な仕事をすることになり、燃費が悪くなる。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期よりも早めに設定して噴射率波形を例えば矩形にしようとした場合に、噴射率波形が反射波の影響を受けることなく、しかも、リーク燃料を最小限にするように、電磁弁２８，４３の開弁時期を次のようにして制御している。
【００４６】
電子制御装置２４は、噴射率波形が矩形モードになっているとき、即ち、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期よりも早めに設定した場合には、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期からインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期までの期間ΔＴｏを次式（３）により求めている。
ΔＴｏ＝−ΔＴｒ−ΔＴｍ・・・・（３）
ここにおいて、ΔＴｒは増圧ピストン電磁弁４３が開弁してピストン３２が移動しはじめた時期から反射波がピストン３２の背面に到達するまでの期間であり、ΔＴｍは反射波が到達してから燃料圧力が復帰するまでの期間である。また、符号「−」は、インジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期からみて時間的に前であることを示している。
【００４７】
なお、期間ΔＴｒは、次式（２）により決定される。
ΔＴｒ＝２Ｌ3 ／ａ・・・・・（２）
但し、ａは音速（ｍ／ｓ）即ち圧力波（反射波）の伝播速度であり、Ｌ3 は、増圧ピストン３０からコモンレール２３までの通路４０の長さ（ｍ）である。
つまり、期間ΔＴｒは、圧力波がピストン３２の背面で発生してコモンレール２３に向かい伝播しはじめた時から、圧力波がコモンレール２３にて反射して発生した反射波がピストン３２の背面に到達するまでの時間に相当する。
【００４８】
このように、本実施の形態では、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、増圧ピストン電磁弁４３の開弁時期をインジェクタ駆動電磁弁２８の開弁時期に対して、期間ΔＴｏだけ早めに設定しているため、反射波により高圧燃料圧力が低下する期間は、インジェクタ駆動電磁弁２８が開弁する前の時間となり、しかも、反射波により圧力が低下した後に圧力が復帰してからインジェクタ駆動電磁弁２８が開弁する。この結果、図９（ａ）に実線で示すように、矩形となった噴射率波形は反射波の影響を受けることなく、波形が乱れることがない。このため、所定の駆動トルクを得ることができる。
【００４９】
また、期間ΔＴｏは、噴射率波形が反射波の影響を受けることのない最小限度の期間となっているため、高圧燃料がインジェクタ２７に作用する時間は最小限度の時間となり、リーク燃料が少なくなり、燃料供給ポンプ２１の駆動仕事が不要に増大することを防止でき、ひいてはエンジンの燃費が向上する。
【００５０】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように、請求項１の発明によれば、開弁することにより高圧燃料源をインジェクタに作用させる第２制御弁の開弁時期を、インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、第２制御弁の開弁時期を燃料通路内の反射波の影響を受けない時期に設定するようにした。このため、噴射が行われる前に反射波がインジェクタに到達し、噴射率波形の形状は反射波の影響を受けることがなくなり、所望の出力トルクを得ることができる。特に噴射率波形を矩形にした場合には、波形の乱れを防止して、確実に所望の出力トルクを得ることができる。
【００５１】
請求項２の発明によれば、第２制御弁の開弁時期から第１制御弁の開弁時期までの所定期間（ΔＴｏ）を、第２制御弁の開弁時期から反射波が前記インジェクタに到達するまでの期間（ΔＴｒ）、及び前記反射波が前記インジェクタに到達した後から燃料圧力が復帰するまでの期間（ΔＴｍ）に基づき設定している。このため、確実に反射波の影響を除去して、噴射率波形の形状を乱すことを防止できる。
【００５２】
請求項３の発明によれば、高圧コモンレールと低圧コモンレールを有する燃料噴射装置において、開弁することにより高圧燃料源をインジェクタに作用させる第２制御弁の開弁時期を、インジェクタからの燃料噴射を制御する第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、第２制御弁の開弁時期を燃料通路内の反射波の影響を受けない時期に設定するようにした。このため、噴射が行われる前に反射波がインジェクタに到達し、噴射率波形の形状は反射波の影響を受けることがなくなり、所望の出力トルクを得ることができる。また、噴射率波形の乱れを抑制しつつ高圧燃料をインジェクタや低圧コモンレールに作用させる時間を短くすることができ、インジェクタから漏れ出るリーク燃料や、低圧コモンレールから圧力制御弁を介して流出してくるリターン燃料を減少させることができ、供給ポンプの無駄な駆動を減少させて、燃費向上を図ることができる。
更に、高圧コモンレールと低圧コモンレールを有する燃料噴射装置において、第２制御弁の開弁時期を第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧コモンレールの許容最大圧力となるように圧力制御弁を制御するようにした。このため、低圧コモンレールから圧力制御弁を介して流出してくるリターン燃料を減少させることができ、供給ポンプの無駄な駆動を減少させて、燃費向上を図ることができる。
【００５３】
請求項４の発明によれば、増圧ピストン型の燃料噴射装置において、開弁することにより高圧燃料源をインジェクタに作用させる第２制御弁の開弁時期を、インジェクタからの燃料噴射を制御する第２制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、第２制御弁の開弁時期を燃料通路内の反射波の影響を受けない時期に設定するようにした。このため、噴射が行われる前に反射波がインジェクタに到達し、噴射率波形の形状は反射波の影響を受けることがなくなり、所望の出力トルクを得ることができる。特に噴射率波形を矩形にした場合には、波形の乱れを防止して、確実に所望の出力トルクを得ることができる。
また、高圧燃料をインジェクタに作用させる時間を短くすることができ、インジェクタから漏れ出るリーク燃料を減少させることができ、供給ポンプの無駄な駆動を減少させて、燃費向上を図ることができる。
【００５４】
請求項５の発明によれば、高圧コモンレールと低圧コモンレールを有する燃料噴射装置において、第２制御弁の開弁時期を第１制御弁の開弁時期よりも早めに設定する際に、低圧コモンレール内の燃料圧力を低圧コモンレールの許容最大圧力となるように圧力制御弁を制御するようにした。このため、低圧コモンレールから圧力制御弁を介して流出してくるリターン燃料を減少させることができ、供給ポンプの無駄な駆動を減少させて、燃費向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる２コモンレール型の燃料噴射装置を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態におけるブーツ形の噴射率波形及び電磁弁の駆動状態を示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態における矩形の噴射率波形及び電磁弁の駆動状態を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態における電子制御装置の動作を示すフロー図である。
【図５】インジェクタと圧力切換弁が一体となった構造を示す構成図である。
【図６】第１の実施の形態における動作状態を示すタイミング図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる増圧ピストン型の燃料噴射装置を示す構成図である。
【図８】第２の実施の形態における初期噴射を抑えた噴射率波形及び電磁弁の駆動状態を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態における矩形の噴射率波形及び電磁弁の駆動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１  高圧燃料供給ポンプ
２  燃料タンク
３  高圧コモンレール
４  電子制御装置
５  燃料通路
６  インジェクタ
７  インジェクタ駆動電磁弁
８  圧力切換電磁弁
９  分岐燃料通路
１０  低圧コモンレール
１１  逆止弁
１２  オリフィス
１３  圧力制御弁
２１  燃料供給ポンプ
２２  燃料タンク
２３  コモンレール
２４  電子制御装置
２５  逆止弁
２６  燃料通路
２７  インジェクタ
２８  インジェクタ駆動電磁弁
３０  増圧ピストン
３１  シリンダ
３２  ピストン
３３  戻しばね
３４  シリンダ室
３５  加圧室
４０  通路
４１  オリフィス
４２  通路
４３  増圧ピストン電磁弁
４４  通路
４５  通路
【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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