JP2010059860A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる噴孔を開閉する第１及び第２弁部材を有し、噴孔の開閉数を可変にするものにおいて、噴射制御性の向上が図れる内燃機関の燃料噴射装置を提供。
【解決手段】互いに異なる噴孔１４、１５を開閉する第１弁部材３０及び第２弁部材４０を有する燃料噴射弁１と、燃料噴射弁において第１弁部材及び第２弁部材を直接または間接的に噴孔の閉方向及び開方向に駆動する駆動手段５、８、９０とを備え、第１弁部材及び第２弁部材のうちのいずれか一方の弁部材３０の駆動による一方噴射と、第１弁部材及び第２弁部材の両者３０、４０の駆動による両者噴射とに切り替え可能であり、他方の弁部材４０の噴孔側とは反対の端部４２に設けられた磁石７２と、他方の弁部材に連動する磁石の移動方向に配置され、磁石に対し磁束変化を検出する検出手段７０と、を備え、駆動手段は、磁石７２に対する磁束変化を検出した直後に、他方の弁部材４０を閉方向に駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関の運転状態に応じて噴孔の開閉数を可変にする可変噴孔式の燃料噴射装置に適用して好適なものである。

従来、内燃機関の燃料噴射装置として、例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）の運転状態に応じて噴孔の開閉数を可変にする可変噴孔式の燃料噴射弁が提案されている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射装置は、噴孔の開閉数を変えることで、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射率を可変に制御するものである。

このような燃料噴射装置の一種として特許文献１に開示の装置では、互いに異なる噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材とを有する燃料噴射弁を備え、第１弁部材及び第２弁部材を駆動する駆動手段によって、第１弁部材と第２弁部材がリフトするタイミングをずらすようにしている。

この技術では、例えば第１弁部材のリフトに対し第２弁部材のリフトタイミングを、所定時間遅らせる基準時間として、内燃機関の回転に対応する回転体のカム角度、または第１弁部材のリフト量を検出し、当該カム角度またはリフト量を、基準時間信号として利用している。これにより、第１弁部材のリフトのみの第１噴孔からの一方噴射モードから両者の弁部材のリフトによる第１噴孔及び第２噴孔からの両者噴射モードに切り替えることが可能となる。
特開平１０−９０９１号公報

発明者は、エンジン運転状態に応じて噴射率をあえて低くし微粒化を高める第１噴射モードと、噴射率を高めて高出力を確保する第２噴射モードとを、噴射制御モードに設定し、エンジン燃焼の１サイクル中に、第１噴射モードと第２噴射モードを切り替える技術を検討している。この技術に、上記特許文献１による技術を適用すると、第１噴射モードと第２噴射モードを切り替えることは可能である。

しかしながら、摩耗等の経時変化や製造ばらつき等により、第１弁部材のリフトのみによる第１噴射モード中において第２弁部材がリフトするおそれがあるのだが、上記特許文献１による技術では、第２弁部材のリフトを検出するための磁石を第２弁部材に設けていないので、第２弁部材が実際にリフト開始するタイミングを検出することができず、第２弁部材のリフトを抑制することができない。第２弁部材がリフトし第２噴孔から燃料が噴射されると、微粒化を損なうおそれがあり、燃料噴射の制御性が低下するという懸念がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、互いに異なる噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材を有し、噴孔の開閉数を可変にするものにおいて、噴射制御性の向上が図れる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至６記載の発明では、複数の噴孔を有し、噴孔の開閉数を可変にする燃料噴射弁であって、互いに異なる噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材を有する燃料噴射弁と、燃料噴射弁において第１弁部材及び第２弁部材を、直接または間接的に噴孔の閉方向及び開方向に駆動する駆動手段と、を備え、第１弁部材及び第２弁部材のうちのいずれか一方の弁部材の駆動による一方噴射と、第１弁部材及び第２弁部材の両者の駆動による両者噴射とに切り替え可能な内燃機関の燃料噴射装置において、
他方の弁部材において噴孔側とは反対の端部に設けられた磁石と、他方の弁部材に連動する磁石の移動方向に配置され、移動する磁石に対し、磁束変化を検出する検出手段と、を備え、駆動手段は、磁石に対する磁束変化の状態を検出し、当該磁束変化を検出した直後に、他方の弁部材を閉方向に駆動することを特徴とする。

これによると、第１弁部材及び第２弁部材のうちのいずれか一方の弁部材の駆動による一方噴射において、他方の弁部材側に磁石を設け、かつ他方の弁部材に連動し移動する磁石に対し、磁束変化を検出する検出手段を備えているので、他方の弁部材のリフト開始もしくはリフト量というリフト状態を、検出手段で検出し、他方の弁部材のリフト状態を監視することが可能となる。こうした他方の弁部材側の磁石及び検出手段によって、他方の弁部材がリフト開始時に、弁部材の僅かな移動により磁石に対する磁束変化を見極めることができる。これにより、一方の弁部材による一方噴射から両弁部材による両者噴射に切り替わる切り替わり点を、他方の弁部材のリフト開始を実際に検出することで精度よく検出することが可能となる。

しかも、上記一方の弁部材による一方噴射において、上記磁石に対する磁束変化を検出した直後に、他方の弁部材を閉方向に駆動することができるので、摩耗等の経時変化や製造ばらつき等により、他方の弁部材がリフトするおそれがある場合であっても、他方の弁部材のリフト開始を監視し、他方の弁部材のリフト上昇を抑制することが可能となる。したがって、上記一方噴射において、好ましくない他方の弁部材による噴射を抑制することができる。

以上の請求項１に記載の発明によれば、上記一方噴射において、噴射制御性を損なう他方の弁部材による噴射を抑制することができるので、噴射制御性の向上が図れる内燃機関の燃料噴射装置を得ることができる。

また、請求項２に記載の発明では、燃料噴射弁は、一方の弁部材の噴孔側とは反対の端部に設けられた第２磁石とを有し、検出手段は、前記磁石としての第１磁石、及び第２磁石の移動方向に配置され、第１磁石及び第２磁石の各移動に対して磁束変化を検出する共通の検出手段であることを特徴とする。

これによると、検出手段は、一方噴射から両者噴射へ切り替わる前後において、一方の弁部材側の第２磁石の移動による磁束変化と、当該第２磁石の移動による磁束変化、及び他方の弁部材側の第１磁石の移動による磁束変化を合算した磁束変化とで、検出することになる。

これにより、上記切り替わり点を、第２磁石の移動のみによる磁束変化による検出特性と、両磁石による合算された磁束変化による検出特性との違いにより、速やかに判別することが可能となる。

また、請求項３に記載の発明では、第１磁石と第２磁石は、検出手段に対し、他方の弁部材に連動する第１磁石の移動による磁束変化と、一方の弁部材に連動する第２磁石の移動による磁束変化とがバイアスされる方向に配置されていることを特徴とする。

これによると、上記一方噴射から両者噴射へ切り替わり点において、切り替わり直後の、両磁石により合算される磁束変化が、バイアス方向に合算され、当該合算による検出特性の出力を高めることができる。

これにより、切り替わり直後近傍において、他方の弁部材のリフト移動に対し、出力が増大する検出特性が得られるので、他方の弁部材のリフト開始に対する分解能向上が可能となる。したがって、上記切り替わり点を見極める過程において、見極める精度を高めつつ、切り替わり点を速やかに判定することができる。

また、請求項４に記載の発明では、検出手段は、一方噴射から両者噴射へ切り替わる前後において、前記磁束変化で検出される検出特性の変曲点が形成され、変曲点に基づいて当該切り替わり点を判別することを特徴とする。

このような構成によれば、切り替わり直後の、両磁石により合算される磁束変化による検出特性において、第２磁石の移動のみによる磁束変化の出力特性と、第１磁石の移動のみによる磁束変化の出力特性の組合せが、双方の出力特性が正側の出力及び負側の出力のいずれかであるものに限らず、一方の出力特性に対し、他方の出力特性が相反する側の出力とする組合せであってもよい。

これにより、検出手段が、上記いずれの組合せによって構成される場合であったとしても、切り替わり点が変曲点で形成でき、当該変曲点で切り替わり点を素早く見極めることができる。

また、請求項５に記載の発明では、内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴射期間を設定する燃料噴射期間設定手段を備え、
駆動手段は、燃料噴射期間のうち、前記磁石に対する磁束変化を検出した直後に他方の弁部材を閉方向に駆動した以降の残り期間区分において、更に、前記磁石に対する磁束変化を検出し、当該磁束変化の検出に基づいて他方の弁部材に対し閉方向の駆動を繰り返すことを特徴とする。

このような構成によると、燃料噴射期間のうち、前記磁石に対する磁束変化を検出した直後に他方の弁部材を閉方向に駆動した以降の残り期間区分が生じる場合において、内燃機関の運転状態に最適な噴射量に対し、不足分の噴射量を補うことができる。したがって、内燃機関の運転状態に最適な噴射量を確保し、当該噴射量を確実に内燃機関に供給することができる。

また、請求項６に記載の発明では、駆動手段は、燃料噴射弁を前記一方噴射で噴射させる第１モードと、燃料噴射弁を前記両者噴射で噴射させる第２モードとを、噴射制御モードとして設定し、第１モードにおいて駆動手段は、検出手段が一方噴射から両者噴射へ切り替わる切り替わり点を検出することを条件として、他方の弁部材を閉方向に駆動する一方、一方の弁部材を開方向に保持、または閉方向に駆動することを特徴とする。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符合を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態による内燃機関の燃料噴射装置（以下、単に「燃料噴射装置」）を示している。本発明の燃料噴射装置は、例えばディーゼルエンジンまたは筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するものであり、各気筒供給の蓄圧容器としてのコモンレールから分配供給される高圧燃料を噴射する。

この燃料噴射装置は、図１に示すように、燃料を高圧状態で蓄えるコモンレール４と、燃料タンク２から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール４に圧送する燃料噴射ポンプ３と、コモンレール４より高圧配管を通じて供給される高圧燃料をエンジンの気筒内に噴射する燃料噴射弁１と、燃料噴射ポンプ３、燃料噴射弁１などを制御する制御装置９０とを備えている。コモンレール４内の燃料の圧力は、エンジンの運転状態に応じて調整される。コモンレール４内の燃料の圧力は、燃料噴射圧力相当の圧力（以下、コモンレール圧）に調整されるのである。燃料噴射ポンプ３は、図示しない入口調量弁、加圧室及び圧送プランジャなどの圧送ユニットを有し、コモンレール４内の圧力が所定のコモンレール圧に設定されるように、入口調量弁により調量された燃料を加圧室で圧送プランジャによって圧送し、コモンレール４へ吐出する。

燃料噴射弁１は、図１に示すように、複数の噴孔１４、１５を有し、噴孔１４、１５の開閉数を可変にする可変噴孔式の燃料噴射弁の一例を示すものであり、互いに異なる噴孔１４、１５を開閉する「第１弁部材」及び「第２弁部材」としての二つのニードル３０、４０を内蔵するノズル部１０と、ニードル３０、４０の反噴孔側端部３２、４２の背圧を制御する制御弁５及びアクチュエータ部８とを備えている。

このアクチュエータ部８へ通電および通電停止することにより、制御弁部５を介して間接的にニードル３０、４０を駆動し、ノズル部１０から燃料の噴射および噴射停止が行なわれる。アクチュエータ部８に通電すると、制御弁部５の圧力制御回路によりノズル部１０内に設けられる背圧室３１の燃料圧力が低下するため、各ニードル３０、４０が段階的に上昇して噴射が開始される。その後、アクチュエータ部８への通電を停止すると、制御弁部５の圧力制御回路により背圧室３１の燃料圧力が上昇するため、ニードル３０、４０が押し下げられて噴射が終了する。従って、アクチュエータ部８の通電時期により噴孔１４、１５からの噴射時期が制御され、アクチュエータ部８への通電期間により噴射量が制御される。

ノズル部１０は、第１ニードル３０及び第２ニードル４０を収容するノズルボデー１１と通路部材１２とを有する。ノズルボデー１１には、上端面が開口する軸方向孔１３が形成されている。通路部材１２は、締結部材としてのリテーニングナット９によりその開口を塞ぐようにしてノズルボデー１１に取り付けられている。

軸方向孔１３は、ノズルボデー１１の下端面付近まで延びており、ノズルボデー１１の下端面には、軸方向孔１３と外部とが連通する複数の第１噴孔１４からなる第１噴孔群と、複数の第２噴孔１５からなる第２噴孔群とが形成されている。

第１噴孔１４は、軸方向孔１３の中心軸を中心とした仮想円上に沿って複数個形成され、第２噴孔１５は、上記仮想円よりも小さい仮想円上に沿って複数個形成されている。

軸方向孔１３には、第１ニードル３０が第２ニードル４０に対し同軸的に外側に配置され、第１ニードル３０及び第２ニードル４０が収容されている。第１ニードル３０は、略円筒状に形成され、先端部が軸方向孔１３の下端面に離座及び着座することにより第１噴孔１４群を開閉する。第１ニードル３０は、軸方向孔１３の内壁に摺動可能に支持され、軸方向孔１３内を軸方向へ移動可能である。

第１ニードル３０の側壁と軸方向孔１３の内壁との間には隙間が形成されており、この隙間は、コモンレール４からの高圧燃料が供給される燃料溜まり室１６となる。燃料溜まり室１６は、第１ニードル３０が軸方向孔１３の下端面から離座することにより第１噴孔１４と連通する。

第１ニードル３０の側壁にはフランジ部３１が形成されている。フランジ部３１は燃料溜まり室１６に収容され、第１ニードル３０を閉弁方向に付勢する第１スプリング３３の一端部を支持している。第１スプリング３３の他端部は、燃料溜まり室１６の上端面に支持されている。

第２ニードル４０は、略円柱状に形成され、第１ニードル３０の内周側で同軸的に移動可能であるとともに、戦端部が軸方向孔１３の下端面に離座及び着座することにより第２噴孔１５群を開閉する。

第１ニードル３０及び第２ニードル４０が軸方向孔１３に収容され、かつ通路部材１２の収容孔１８に収容されることにより、第１ニードル３０の上端部３２、第２ニードル４０の上端部４２、収容孔１８で囲まれる空間が形成される。この空間が背圧室１７となる。この背圧室１７にコモンレール４の高圧燃料が供給されることにより、両上端部３２、４２に第１噴孔１４及び第２噴孔１５を閉弁する方向の背圧が作用する。この背圧は、第１ニードル３０及び第２ニードル４０を閉弁方向に付勢する作用力として機能する。

第２ニードル４０の上端部４２にはフランジ部４１が形成されている。フランジ部４１は背圧室１７に収容され、第２ニードル４０を閉弁方向に付勢する第２スプリング４３の一端部を支持している。第１スプリング４３の他端部は、通路部材１２の収容孔１８内の端面に支持されている。

ノズルボデー１１または通路部材１２には、コモンレール４の高圧燃料を燃料溜まり室１６に供給する高圧燃料通路２１、上記高圧燃料を制御弁部５を介して背圧室１７に供給する第１燃料通路２２、および背圧室１７の高圧燃料を制御弁部５を介して排出する排出通路２４が形成されている。

ここで、燃料溜まり室１６には、常にコモンレール４の高圧燃料が供給されている。第１ニードル３０の下端部には、当該高圧燃料が作用しており、第１噴孔１４群を開弁する方向に付勢する作用力として機能する。第１ニードル３０が軸方向孔１３の下端面から離座した場合、第２ニードル４０の下端部にも、燃料溜まり室１６の高圧燃料が作用する。このとき、当該高圧燃料が第２ニードル４０にも第２噴孔１５群を開弁方向に付勢する作用力として機能する。

また、第１ニードル３０には、第１スプリング３３による閉弁方向の付勢力が働いており、第２ニードル４０には、第２スプリング４３による閉弁方向の付勢力が働いている。

第１ニードル３０は、当該ニードルに働く閉弁方向の付勢力の合計と、開弁方向の付勢力の合計のバランスによって軸方向孔１３における位置が決定される。言い換えると、閉弁方向の付勢力の合計が開弁方向の付勢力の合計よりも勝れば、第１ニードル３０は閉弁方向に移動し、反対に、開弁方向の付勢力の合計が閉弁方向の付勢力の合計よりも勝れば、第１ニードル３０は開弁方向に移動する。

制御弁部５は、背圧室１７へコモンレール４の高圧燃料を供給する状態と、燃料タンク２へ背圧室１７の高圧燃料を排出する状態を切換える。背圧室１７へコモンレール４から高圧燃料が供給されると、第１ニードル３０に働く閉弁方向の付勢力が開弁方向の付勢力よりも勝るので、第１噴孔１４群は閉弁される。このとき、第２ニードル４０の下端部には、燃料溜まり室１６の高圧燃料が供給されないので、閉弁方向の付勢力が開弁方向の付勢力よりも勝り、第２噴孔１５群も閉弁される。

背圧室１７の高圧燃料が燃料タンク２へ排出されると、第１ニードル３０に働く開弁方向の付勢力が閉弁方向の付勢力よりも勝るようになり、第１噴孔１４群が開弁される。第１ニードル３０が所定量リフトすると、第１ニードル３０の上端部３２が第２ニードル４０のフランジ部４１に当接する。さらに、第１ニードル３０がリフトすると、第２ニードル４０は、第１ニードル３０とともにリフトし、第２噴孔１５群が開弁される。

背圧室１７に再びコモンレール４の高圧燃料が供給されると、第１ニードル３０及び第２ニードル４０に働く閉弁方向の付勢力が開弁方向の付勢力よりも勝るようになるので、第１噴孔１４群、第２噴孔１５群は閉弁される。

第１ニードル３０及び第２ニードル４０のそれぞれの上端部３２、４２およびそれぞれの下端部の面積、並びに、第１スプリング３３及び第２スプリング４３のそれぞれの付勢力は、制御弁部５が背圧室１７の圧力を制御することによって、各ニードル３０、４０の開閉動作、つまり開弁（リフト開始）タイミング、閉弁（リフト終了）タイミングを、概ね規定している。

制御弁部５は、コモンレール４の高圧燃料を背圧室１７に供給したり、背圧室１７の高圧燃料を燃料タンク２に排出したりする弁であり、アクチュエータ部８により切換駆動される。制御弁部５には、第１燃料通路２２、および排出通路２４が接続している。

アクチュエータ部８は、通電制御により伸縮し変位が発生する圧電素子８１、ピストン８２、および油密室８３とから構成される周知の構造であり、圧電素子の伸縮によりピストン８２を介して油密室８３内の容積が変化し、油密室８３内の圧力が変化する。この変化した燃料圧力は制御通路８４を介して制御弁部５に伝達し、制御弁部５を切換駆動させる。

なお、このアクチュエータ部８による制御弁部５の切換駆動方法としては、これに限らず、油密室８３をピストン８２と、反アクチュエータ部８側に設けた図示しないピストンとの間に挟み込む構成とすることで、上記ピストンの変位を伝達し、その伝達された変位で制御弁部５を駆動制御するものであってもよい。

制御弁部５は、高圧燃料通路２１と第１燃料通路２２とを接続して、コモンレール４の高圧燃料を背圧室１７に供給される第１位置と、第１燃料通路２２と排出通路２４とを接続して、背圧室１７の高圧燃料を燃料タンク２に排出する第２位置とを有し、これらの位置を適宜、切換えることにより背圧室１７の圧力を制御する。制御弁部５が第１位置の状態のときは、排出通路２４が遮断され、第２位置の状態のときは、高圧燃料通路２１が遮断される。第１位置及び第２位置の切換えはアクチュエータ部８によって行なわれる。

なお、ここで、第１ニードル３０及び第２ニードル４０は、それぞれ、請求範囲に記載の第１弁部材及び第２弁部材に相当する。制御弁部５、アクチュエータ部８、及び制御装置９０は請求範囲に記載の駆動手段に相当する。第１ニードル３０及び第２ニードル４０において第２ニードル４０に対しリフト開始（開弁）タイミングが早い第１ニードル３０は請求範囲に記載の一方の弁部材に相当し、また、当該第２ニードル４０は他方の弁部材に相当する。また、ノズルボデー１１、通路部材１２、及びリテーニングナット９は燃料噴射弁１に内蔵される構成要素を収容するハウジングであり、ハウジングは３つのハウジング区分１１、１２、５１から構成されるものに限らず、少なくとも２つ以上のハウジング区分１１、１２から構成されるものであればよい。

以上、燃料噴射装置の基本構成について説明した。以下、燃料噴射装置の特徴的構成について説明する。

（特徴的構成）
図１に示すように、燃料通路１２は、筒状のハウジング区分１２ａと、非磁性材からなる非磁性部材１２ｂとを有しており、非磁性部材１２ｂには、背圧室１７を囲む収容孔１８が形成されている。

非磁性部材１２には、磁石７１、７２の移動による磁束変化を検出する「検出手段」としての検出コイル７０が設けられている。検出コイル７０は、検出コイル７０に対し近接する磁石７１、７２が移動すること伴う電磁誘導作用により検出コイル７０に鎖交する磁束が変化し、検出コイル７０から電圧信号等の検出信号を出力する。検出コイル７０は、図示しない信号処理装置により増幅される構成であってもよい。

この検出コイル７０は、磁石７１、７２のぞれぞれの移動方向に配置され、当該磁石７１、７２に対し、それらの移動による磁束変化を検出可能とする比較的近接な位置に設置されている。そのような検出コイル７０は、磁石７１、７２の移動方向を中心軸として、両磁石７１、７２に同軸的に両磁石７１、７２の外周側に配置されている。

第２ニードル４０の上端部４２には、円柱状の磁石（以下、第１磁石）７２が固定されて設けられており、この第１磁石７２は非磁性部材１２ｂの収容孔１８内に収容され、非磁性部材１２ｂ内に内蔵されている。この第１磁石７２は、フェライト等の硬磁性材からなる永久磁石、または樹脂に磁性粉を保持させたボンド磁石で形成される。これによると、第２ニードル４０に連動する第１磁石７２の移動を検出コイル７０によって第２ニードル４０のリフト開始、並びにリフト量を検出することが可能となる。即ち、検出コイル７０で検出する検出信号は、第１磁石７２と検出コイル７０の間の相対距離の変化と、当該磁束変化との相関から、当該リフト量が検出されるからである（図４（ｂ）参照）。

これにより、第１ニードル３０及び第２ニードル４０において第１ニードル３０に対しリフト開始タイミングが遅い第１ニードル３０の場合において、第２ニードル４０のリフト開始を実際に検出することできるので、第１ニードル３０による一方噴射から両ニードル３０、４０による両者噴射に切り替わる切り替わり点を、精度よく検出することが可能となる。

第１ニードル３０の上端部３２には、円筒状の第２磁石７１が固定されて設けられている。この磁石７１も、上記永久磁石または上記ボンド磁石で形成されている。この上端部３２側の磁石７１は、非磁性部材１２ｂにおいて収容孔１８を形成する段付き円筒部１２ｃの外側に配置され、非磁性部材１２ｂより露出している。検出コイル７０で検出する検出信号は、第２磁石７１と検出コイル７０の間の相対距離の変化と、当該磁束変化との相関から、当該リフト量が検出されるのである（図４（ａ）参照）。

ここで、本実施形態では、検出コイル７０は、両磁石７１、７２の共通の検出コイルであるので、上記一方噴射から両者噴射へ切り替わり点において、切り替わり直後の、両磁石７１、７２による磁束変化が合算された磁束変化で検出する。言い換えると、上記一方噴射から両者噴射へ切り替わり前後において、切り替わり前が、第１ニードル３０側の第２磁石７１の移動による磁束変化で得られる出力特性で検出され、切り替わり後が、第２磁石７１の移動による磁束変化と、第２ニードル４０側の第１磁石７２の移動による磁束変化を合算した磁束変化で得られる出力特性で検出される。

これにより、検出コイル７０により検出する上記切り替わり点が、第１ニードル３０側の第２磁石７１のリフト移動のみによる磁束変化による出力特性と、ニードル３０、４０双方の両磁石７１、７２による合算された磁束変化による出力特性との違いにより、速やかに判別することが可能となる。

また、本実施形態では、第１磁石７２と第２磁石７１とは、図４（ａ）及び（ｂ）のように、検出コイル７０に対し、それぞれの磁石の移動即ちリフト移動による検出信号の出力特性が、互いにバイアスされる方向に配置されている。具体的には、例えば第１磁石７２と第２磁石７１との磁極が検出コイル７０に対しバイアス方向に配置され、両出力特性がリフト量に比例して正側の出力を発生するように配置されている。なお、これに限らず、両出力特性が負側の出力を発生するように配置されるものであってもよい。

これによると、両磁石７１、７２の共通の検出コイル７０は、切り替わり直後の、両磁石７１、７２により合算される磁束変化をバイアス方向に合算するので、当該合算して検出する検出コイル７０の出力特性がバイアスにより高められる。これにより、切り替わり直後近傍において、第２ニードル４０のリフト移動に対し、出力が増大する出力特性が得られるので、切り替わり点、即ち第２ニードル４０のリフト開始に対する分解能向上が可能となる。したがって、上記切り替わり点を見極める過程において、見極める精度を高めつつ、切り替わり点を速やかに判定することができる。

また、図３及び図４（ｃ）に示すように、検出コイル７０は、上記一方噴射から両者噴射へ切り替わり前後において、上記磁束変化で検出される出力特性の変曲点９１が形成され、当該変曲点９１に基づいて切り替わり点を判別する。検出コイル７０により出力特性の変曲点９１を監視することにより、切り替わり点、つまり第２ニードル４０のリフト開始を素早く見極めることができる。

次に、上述の燃料噴射装置の作動を、図２、図３、図５、及び図６に基づいて説明する。図５は、図１に示す制御装置９０のメモリ内に記憶されたプログラムを実行することで得られる制御処理を示すものである。図５及び図６において、噴射制御モードとして図５の第１噴射モードと、図６の第２噴射モードとから設定され、それぞれの噴射モードは、図２中のマップ区分Ａ、マップ区分Ｂに対応するものである。また、第１噴射モードは上記一方噴射に対応し、第２噴射モードは上記両者噴射に対応するものである。

ここで、図２は、エンジン運転状態に応じて２つの噴射制御モードで制御するために、エンジン運転領域を区分けした制御マップであり、縦軸をエンジン負荷、横軸をエンジン回転数とする模式的特性図である。マップ区分Ａは、図２に示すように、エンジン低回転領域を示すものであり、このマップ区分Ａ内では、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の噴射率ΔＱ／ΔＴは、敢えて低くし、微粒化を優先する。具体的には第１ニードル３０の駆動による一方噴射を行なうように設定される第１噴射モードに噴射制御される。また、マップ区分Ｂは、エンジン低回転領域以外の高回転領域を示すものであり、マップ区分Ａ内では、噴射率ΔＱ／ΔＴを高めて高出力を確保するようにする。具体的には第１ニードル３０及び第２ニードル４０双方の駆動による両者噴射を行なうように設定される第２噴射モードに噴射制御される。

ここで、特に本実施形態では、制御装置９０は、エンジン運転状態に応じて最適な燃料噴射期間に設定しているものとする。第１噴射モード及び第２噴射モードの各モードにおいて、所望の一方噴射並びに両者噴射となるように第１ニードル３０並びに第２ニードル４０を、上記噴射期間中駆動することで、エンジンに最適な噴射量が得られるように設定されるものである。

Ｓ（Ｓはステップ）１０１では、制御装置９０は各種センサからの検出信号よりエンジンの運転状態を検出し、検出したエンジンの運転状態を読み込む。読み込んだエンジンの運転状態が図２中のマップ区分Ａに相当する運転領域にあるとき、以下のＳ１０２〜Ｓ１０８の制御処理に進む。Ｓ１０２では、制御装置９０は、読み込んだエンジンの運転状態に最適な燃料噴射量（以下、目標噴射量）、及び当該目標噴射量を噴射する最適な燃料噴射期間（以下、目標燃料噴射期間）を演算し、燃料噴射弁１０及び燃料噴射ポンプ３を駆動制御するための目標噴射量、及び目標燃料噴射期間を設定する。

Ｓ１０３では、制御装置９０は、上記目標燃料噴射期間とに基づいて燃料噴射弁１０のアクチュエータ部８を駆動する駆動信号をＯＮにし、Ｓ１０４に移行する。Ｓ１０４では、検出コイル７０による磁石７１、７２による移動を検出し、第１ニードル３０のリフト移動、並びに第２ニードル４０のリフト移動を監視する。当該検出コイル７０によるニードル３０、４０のリフト検出信号を検出し、当該リフト検出信号において変曲点９１を検出したか否かを判定する。リフト検出信号の変曲点９１を現に検出した場合には、Ｓ１０６へ移行し、逆にリフト検出信号の変曲点９１を現に検出していない場合には、Ｓ１０５へ移行する。

Ｓ１０５では、Ｓ１０４にてリフト検出信号に変曲点９１が存在しない、つまり上記一方噴射から上記両者噴射への切り替わり点を検出していないと判定されたので、駆動信号がＯＮとなっている駆動期間のうちの残り区間、言い換えると目標燃料噴射期間に対し残り区間が有るか否かを判定する。残り区間がある場合には、Ｓ１０４で変曲点を検出するまでＳ１０３の駆動信号のＯＮ状態が継続される。一方、Ｓ１０４で変曲点を検出することなく、Ｓ１０５の判定で残り区間が無くなる場合には、目標燃料噴射期間に到達しているので、Ｓ１０８へ移行し、Ｓ１０８では、制御装置９０によって駆動信号がＯＦＦにされる。

Ｓ１０６では、Ｓ１０４にてリフト検出信号に変曲点９１を確認し、上記切り替わり点を検出したと判定されたので、駆動信号を強制的にＯＦＦにする。これにより、第２ニードル４０のリフト開始が変曲点９１により検出されたが、リフト開始以降の更なるリフト上昇を抑制することができる。言い換えると、図２中のエンジン運転領域においてマップ区分Ａにあるとき、第１ニードル３０による一方噴射をすべきところ、第２ニードル４０のリフト開始を検出直後に、駆動信号を強制的にＯＦＦにし、第２ニードル４０の開弁による第２噴孔１５からの燃料の噴射を抑制することができる。これにより、微粒化に好ましくない第２噴孔１５（本実施例では、例えば第２噴孔１５の径が第１噴孔１４の径より大きい）からの噴射を抑制することができる。

上述如くＳ１０６にて第２ニードル４０による噴射が抑制されると、Ｓ１０７では目標燃料噴射期間に対し残り区間が有るか否かを判定する。残り区間が無い場合には、駆動信号のＯＦＦを継続し、当該制御処理を終了する。一方、残り区間がある場合には、Ｓ１０３に戻って再び駆動信号をＯＮする。

例えば再び駆動信号をＯＮした後に、Ｓ１０４で変曲点９１を確認し、上記切り替わり点を検出したと判定される場合には、Ｓ１０６へ移行し駆動信号のＯＦＦを繰り返す。また、図３（ａ）に示すように、再び駆動信号をＯＮした後に、Ｓ１０４で変曲点を検出することなく、Ｓ１０５の判定で残り区間が無くなる場合には、目標燃料噴射期間に到達しているのでＳ１０８で駆動信号がＯＦＦにされる。

次に、読み込んだエンジンの運転状態が図２中のマップ区分Ｂに相当する運転領域にある場合を、図３（ｂ）及び図６に基づいて説明する。上述の読み込んだエンジンの運転状態がマップ区分Ａに相当する運転領域にある場合での説明と重複する説明は省略する。Ｓ１０３では、Ｓ１０１及びＳ１０２で得られた目標燃料噴射期間とに基づいて駆動信号がＯＮされると、Ｓ１１４にてリフト検出信号において変曲点９１を検出したか否かを判定する。ここで、Ｓ１０４におけるマップ区分Ａでの第１噴射モードでの図５の制御方法と異なるのは、変曲点９１を検出し、第２ニードル４０のリフト上昇を許容する判定方法にある。即ち、Ｓ１１４では、リフト検出信号の変曲点９１を現に検出した場合には、駆動信号を強制的にＯＦＦすることなく、駆動信号のＯＮ状態のままで、Ｓ１０５へ移行する。Ｓ１０５で目標燃料噴射期間の残り区間がなくなったと判定されるまで、Ｓ１０３及びＳ１０４の制御処理を繰り返し、目標燃料噴射期間に到達したと判断されると、Ｓ１０８で駆動信号がＯＦＦされるのである。

一方、Ｓ１１４では、リフト検出信号に変曲点９１が存在しないという状態にある場合には、駆動信号のＯＮが継続されるのである。上記マップ区分Ｂ内の負荷条件によっては経時変化等により第２ニードル４０による噴射がなくなる場合がある。この場合、結果的に制御装置９０の演算で算出された目標燃料噴射期間よりも、増加した期間に補正しないと、両者噴射する第２噴射モードにならない。これに対して本実施形態による制御方法では、第２噴射モードであるにも係わらず、リフト検出信号に変曲点９１が存在しないという状況に対し、駆動信号のＯＮを強制的に継続し、Ｓ１１４で少なくとも変曲点９１が検出されるまで、当初設定の目標燃料噴射期間を拡大する方向に補正し、経時変化により損なわれた過少な燃料噴射量を、増加方向に補正することができる。

ここで、検出コイル７０は請求範囲に記載の検出手段に相当する。

以上説明した本実施形態では、第１ニードル３０及び第２ニードル４０のうち、第１ニードル３０の駆動による一方噴射を行なう第１噴射モードにおいて、第２ニードル４０側に第１磁石７２を設け、かつ第２ニードル４０に連動し移動する第２磁石７２に対し、磁束変化を検出する検出コイル７０を備えているので、第２ニードル４０のリフト開始並びにリフト量というリフト状態を、検出コイル７０で実際に検出し、第２ニードル４０のリフト状態を監視することが可能である。こうした第２ニードル４０側の第１磁石７２及び検出コイル７０によって、第２ニードル４０のリフト開始時に、当該ニードル４０の僅かな移動により第１磁石７２に対する磁束変化を見極めることができる。

しかも、上記一方噴射において、第１磁石７２に対する磁束変化を検出した直後に、第２ニードル４０を閉弁方向に駆動することができるので、摩耗等の経時変化や製造ばらつき等により、第２ニードル４０がリフトするおそれがある場合であっても、第２ニードル４０のリフト開始を監視し、第２ニードル４０のリフト上昇を抑制することが可能となる。したがって、上記一方噴射において、好ましくない第２ニードルによる第２噴孔１５からの噴射を抑制することができる。

以上の本実施形態によれば、上記一方噴射において、噴射制御性を損なう第２ニードル４０による噴射を抑制することができるので、噴射制御性の向上が図れる燃料噴射装置を得ることができる。

また、以上説明した本実施形態では、制御装置９０並びにアクチュエータ部８及び制御弁部５から構成される駆動手段は、エンジン運転状態に応じて設定された目標燃料噴射期間に対し、上記一方噴射において、第１磁石７２に対する磁束変化を検出した直後に第２ニードル４０を閉弁方向に駆動した以降の残り期間区分（残り区間）において、更に、第１磁石７２に対する磁束変化を検出し、当該磁束変化の検出に基づいて第２ニードル４０に対し閉弁方向の駆動を繰り返す構成としている。

このような構成によると、上記設定された目標燃料噴射期間のうち、上記第１磁石７２に対する磁束変化を検出した直後に第２ニードル４０を閉弁方向に駆動した以降の残り区間において、目標燃料噴射期間に対応するエンジン運転状態に最適な噴射量に対し、不足分の噴射量を補うことができる。したがって、エンジン運転状態に最適な噴射量を確保し、当該噴射量を確実にエンジンに供給することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。

（１）以上説明した本実施形態では、第１磁石７２と第２磁石７２とを、検出コイル７０に対し、各磁石７１、７２による磁束変化がバイアスされる方向に配置したが、これに限らず、検出コイル７０の双方の磁石７１、７２による出力特性が正側の出力（図４（ａ）〜（ｃ）参照）及び負側の出力のいずれであってもよく、また、図７（ａ）並びに図７（ｂ）のように一方の出力特性に対し、他方の出力特性が相反する側の出力とする組合せであってもよい。

これによると、第１磁石７２、第２磁石７１、及び検出コイル７０が、上記いずれの組合せによって構成される場合であったとしても、切り替わり点が変曲点で形成でき、当該変曲点で切り替わり点を素早く見極めることができる。

（２）以上説明した本実施形態では、第１ニードル３０及び第２ニードル４０を駆動する方法として、通電制御により伸縮するアクチュエータ部８を用い、制御弁部５を介して間接的に駆動するものとして説明した。これに限らず、第１ニードル３０及び第２ニードル４０を駆動する方法は、第１ニードル３０及び第２ニードル４０を直接または間接的に駆動するものであればいずれであってもよい。

（３）以上説明した本実施形態では、一方噴射を、第１ニードル３０及び第２ニードル４０のうちの第１ニードル３０の駆動による一方のみの噴射で説明したが、これに限らず、一方噴射を、第２ニードル４０の駆動による一方のみの噴射としてもよい。

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す模式的断面図である。 図１の燃料噴射装置における噴射制御モードのマップを示す模式図である。 図１の燃料噴射装置の作動を説明する図であって、図３（ａ）は図２中のマップ区分Ａに対応した第１噴射モードにおけるタイムチャート、図３（ｂ）は図２中のマップ区分Ｂに対応した第２噴射モードにおけるタイムチャートである。 図２中の第１弁部材及び第２弁部材の各リフト状態を検出する検出特性を説明する模式図である。 図１中の制御装置で実行される制御方法を示す図であって、図２中のマップ区分Ａに対応した噴射制御モードにおいて実施する噴射制御処理を示すフローチャートである。 図１中の制御装置で実行される制御方法を示す図であって、図２中のマップ区分Ｂに対応した噴射制御モードにおいて実施する噴射制御処理を示すフローチャートである。 他の実施形態に係わる第１弁部材及び第２弁部材の各リフト状態を検出する検出特性を示す図であって、図７（ａ）及び（ｂ）は検出特性の各態様の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ 燃料タンク
４ コモンレール
５ 制御弁部
８ アクチュエータ部
８１ 圧電素子
８３ 油密室
１０ ノズル部
１１ ノズルボデー
１２ 通路部材
１２ｂ 非磁性部材
１２ｃ 段付き円筒部
１３ 軸方向孔
１４ 第１噴孔
１５ 第２噴孔
１６ 燃料溜り室
１７ 背圧室
１８ 収容孔
２１ 高圧燃料通路
２２ 第１燃料通路
２４ 排出通路
３０ 第１ニードル（第１弁部材）
３２ 上端部
４０ 第２ニードル（第２弁部材）
４１ フランジ部
４２ 上端部
４１ フランジ部
７０ 検出コイル
７１ 第２磁石
７２ 第１磁石
９０ 制御装置
９１ 変曲点

Claims (6)

1. 複数の噴孔を有し、前記噴孔の開閉数を可変にする燃料噴射弁であって、互いに異なる前記噴孔を開閉する第１弁部材及び第２弁部材を有する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁において前記第１弁部材及び前記第２弁部材を、直接または間接的に前記噴孔の閉方向及び開方向に駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記第１弁部材及び前記第２弁部材のうちのいずれか一方の弁部材の駆動による一方噴射と、前記第１弁部材及び前記第２弁部材の両者の駆動による両者噴射とに切り替え可能な内燃機関の燃料噴射装置において、
   他方の弁部材において前記噴孔側とは反対の端部に設けられた磁石と、
   前記他方の弁部材に連動する前記磁石の移動方向に配置され、移動する前記磁石に対し、磁束変化を検出する検出手段と、
   を備え、
   前記駆動手段は、前記磁石に対する磁束変化の状態を検出し、当該磁束変化を検出した直後に、前記他方の弁部材を前記閉方向に駆動することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記燃料噴射弁は、前記一方の弁部材の前記噴孔側とは反対の端部に設けられた第２磁石とを有し、
   前記検出手段は、
   前記磁石としての第１磁石、及び前記第２磁石の移動方向に配置され、
   前記第１磁石及び前記第２磁石の各移動に対して磁束変化を検出する共通の検出手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 前記第１磁石と前記第２磁石は、
   前記検出手段に対し、
   前記他方の弁部材に連動する前記第１磁石の移動による磁束変化と、前記一方の弁部材に連動する前記第２磁石の移動による磁束変化とがバイアスされる方向に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 前記検出手段は、
   前記一方噴射から前記両者噴射へ切り替わる前後において、前記磁束変化で検出される検出特性の変曲点が形成され、前記変曲点に基づいて当該切り替わり点を判別することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
5. 前記内燃機関の運転状態に応じて最適な燃料噴射期間を設定する燃料噴射期間設定手段を備え、
   前記駆動手段は、
   前記燃料噴射期間のうち、前記磁石に対する磁束変化を検出した直後に前記他方の弁部材を前記閉方向に駆動した以降の残り期間区分において、
   更に、前記磁石に対する磁束変化を検出し、当該磁束変化の検出に基づいて前記他方の弁部材に対し前記閉方向の駆動を繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
6. 前記駆動手段は、
   前記燃料噴射弁を前記一方噴射で噴射させる第１モードと、前記燃料噴射弁を前記両者噴射で噴射させる第２モードとを、噴射制御モードとして設定し、
   前記第１モードにおいて前記駆動手段は、前記検出手段が前記一方噴射から前記両者噴射へ切り替わる切り替わり点を検出することを条件として、前記他方の弁部材を前記閉方向に駆動する一方、前記一方の弁部材を前記開方向に保持、または前記閉方向に駆動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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