JP5910376B2 - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに関し、詳しくはガス燃料と液体燃料とを内燃機関の気筒内に噴射可能な内燃機関の燃料噴射システムに関する。

近年、エンジンの燃料としては、ガソリンに代わる代替燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ燃料）や水素燃料などのガス燃料が注目されており、ガス燃料を単独で又は液体燃料と共に使用する車両が実用化されている。また、ガス燃料と液体燃料とを使用するエンジンとしては、ガス燃料をエンジンの主燃料として使用するとともに、ディーゼル燃料（軽油燃料）を、燃焼を開始するための着火用の燃料として使用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）この特許文献１に記載のエンジンは、燃料噴射手段として、ガス燃料の噴射用のニードルバルブと、ディーゼル燃料の噴射用のニードルバルブと、が同心に配置された複式燃料噴射器を備えている。この複式燃料噴射器における２つのニードルバルブはそれぞれ電磁駆動式であり、ガス燃料用の電磁弁の通電によって作動油の流量を制御することによりガス燃料用のニードルバルブが駆動され、ディーゼル燃料用の電磁弁の通電によって作動油の流量を制御することによりディーゼル燃料用のニードルバルブが駆動される。また、上記の複式燃料噴射器には、ニードルバルブを駆動するための作動油の流通経路として、ガス燃料用の経路とディーゼル燃料用の経路との２つの経路が別々に設けられている。

特表２００４−５０１３０６号公報

しかしながら、上記特許文献１の複式燃料噴射器の場合、ガス噴射弁用の作動油の経路と液体噴射弁用の作動油の経路とが別々に２系統で構成されているため、燃料噴射手段の構造が複雑になっている。また、ガス噴射弁の駆動と液体噴射弁の駆動とをそれぞれ別個に制御する必要があり、燃料噴射制御が複雑になってしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ガス燃料と液体燃料とを噴射可能な燃料噴射システムにおいて、システムの簡素化を図ることができる内燃機関の燃料噴射システムを提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、内燃機関の気筒内にガス噴孔部からガス燃料を直接噴射するガス噴射弁と、前記気筒内に液体噴孔部から液体燃料を直接噴射する液体噴射弁と、前記ガス噴射弁に前記ガス燃料を供給するガス供給部と、前記液体燃料を高圧ポンプで高圧化し、その高圧燃料を前記液体噴射弁に供給する液体供給部と、前記液体供給部から前記液体噴射弁に供給された液体燃料を該液体噴射弁から排出させる排出通路（５１）と、前記排出通路に配置され、該排出通路内の液体燃料の流量を変更することにより前記液体噴射弁に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部（５０）と、を備える内燃機関の燃料噴射システムに関する。特に、請求項１に記載の発明は、前記ガス噴射弁は、前記ガス噴孔部を開閉する第１弁体と、流体が導入されることにより前記第１弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせる背圧室と、通電に伴い前記背圧室による閉弁方向の付勢力に抗して前記第１弁体を開側にシフトさせる通電駆動部と、を有し、前記液体噴射弁は、前記液体噴孔部を開閉する第２弁体と、前記第２弁体を閉側に付勢する付勢手段と、前記内燃機関の出力軸の回転に伴い動作し、前記気筒内の燃料の着火を行う所定回転位置で前記付勢手段による閉弁方向の付勢力に抗して前記第２弁体を開側にシフトさせる機械駆動部と、を有し、前記液体供給部は、前記高圧ポンプと前記液体噴射弁とを接続する高圧通路を有し、その高圧通路の途中に前記背圧室が配置され、該背圧室で前記高圧燃料により前記第１弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせることを特徴とする。

要するに、上記構成の燃料噴射システムでは、ガス噴射弁を、通電制御によって流体の流量を調整することにより開閉する電気駆動式としており、液体噴射弁を、内燃機関の出力軸の回転に伴い開閉する機械駆動式としている。また、液体噴射弁には、高圧ポンプで高圧化された燃料が供給されるようになっており、その高圧ポンプと液体噴射弁とを接続する高圧通路の途中において、ガス噴射弁の弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせる背圧室が配置されている。つまり、この構成では、背圧室に導入される流体として高圧の液体燃料を利用する。したがって、液体噴射弁用の高圧燃料経路を別に設ける構成とは異なり、ガス噴射弁の背圧室に流体を導入するとともにその流体を背圧室からリークさせるための専用の経路を設けなくて済む。しかも、ガス噴射弁の通電駆動部に通電するといった単一の処理によって、ガス噴射弁による燃料噴射を実施できるとともに、液体噴射弁への燃料供給を行うことができる。したがって、ガス噴射弁の駆動と液体噴射弁の駆動とを別個に制御しなくて済む。以上により、上記構成によれば、ガス燃料と液体燃料とを噴射可能な燃料噴射システムにおいて、システムの簡素化を図ることができる。

エンジンの燃料噴射システムの全体概略構成図。 ガス噴射弁の概略構成を示す図。 軽油噴射弁の概略構成を示す図。 圧力調整弁の概略構成を示す図。（ａ）は閉弁時、（ｂ）は開弁時を示す。 ガス噴射制御の処置手順を示すフローチャート。 エンジン回転速度と燃料供給圧との関係を示す図。 燃料噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、ガス燃料をエンジン出力用の燃料とするとともに、液体燃料を着火用の燃料とする２系統の燃料通路を有する内燃機関としての車載多気筒エンジン（本実施形態では４気筒エンジン）の燃料噴射システムに具体化している。

図１に示すエンジン１０において、吸気通路１１には、ＤＣモータ等によって開度調節される空気量調整手段としてのスロットルバルブ１２が設けられている。また、エンジン１０の吸気ポートには吸気バルブ１３ａが設けられており、排気ポートには排気バルブ１３ｂが設けられている。この吸気バルブ１３ａの開動作により、空気が燃焼室１５に導入され、排気バルブ１３ｂの開動作により、燃焼後の排ガスが排気通路１６に排出される。

エンジン１０は、各気筒に燃料を直接噴射して供給する燃料噴射手段として、ガス燃料を噴射するガス噴射弁１７と、液体燃料を噴射する液体噴射弁１８と、を備えている。このうち、ガス噴射弁１７にはガスタンク２１からガス燃料が供給され、液体噴射弁１８には液体タンク３２から液体燃料が供給されるようになっており、これにより二系統の燃料通路が構築されている。これら燃料噴射弁のうち、ガス噴射弁１７は、燃焼室１５においてピストン１４に対向する対向壁面の中央部よりも側方に設けられており、液体噴射弁１８は、当該対向壁面の中央部に設けられている。以下に、本システムの燃料供給系について、図１〜図４を用いて詳しく説明する。

図１において、ガスタンク２１内には、高圧状態（例えば３０ＭＰａ）のガス燃料が充填されており、本実施形態ではガス燃料としてＣＮＧ燃料が充填されている。ガスタンク２１は、ガス配管１９を介してガス噴射弁１７に接続されており、これにより、ガス配管１９内に形成されたガス燃料通路を通って、ガス噴射弁１７にガス燃料が供給されるようになっている。また、ガス配管１９には、ガス燃料の圧力を減圧調整するレギュレータ（減圧弁）２２が配置されている。本実施形態では、レギュレータ２２は機械駆動式であり、ガスタンク２１内の高圧状態のガス燃料を減圧することにより、ガス噴射弁１７に供給されるガス燃料の圧力を所定供給圧（例えば１０ＭＰａ）に調整する。なお、レギュレータ２２を、ガス噴射弁１７に供給されるガス燃料の圧力を通電制御により可変に調整可能な電磁駆動式とし、ガス噴射弁１７に供給されるガス燃料の圧力を所定の圧力範囲（例えば８〜２０ＭＰａの範囲）で可変にしてもよい。本システムでは、ガスタンク２１、ガス配管１９及びレギュレータ２２により、ガス噴射弁１７にガス燃料を供給するガス供給部が構成されている。

次に、ガス噴射弁１７の概略構成を、図２を用いて説明する。本システムのガス噴射弁１７は電磁駆動式のニードルバルブであり、ソレノイドの通電／非通電に伴い、針状の弁体（ニードル）が軸方向に往復動することにより、ガス燃料の噴射及び噴射停止が行われる。具体的には、図２のガス噴射弁１７において、本体部にはシリンダ２３が設けられており、そのシリンダ２３内に、第１弁体としてのニードル２４が軸方向に往復動自在に収容されている。また、ガス噴射弁１７の先端部には、ガス燃料を噴射する噴孔部２５が設けられており、その噴孔部２５にニードル２４の一端が配置されている。これにより、ニードル２４の往復動に伴い噴孔部２５が開閉されるようになっている。

ガス噴射弁１７の本体部には、ガス配管１９と噴孔部２５とを接続するガス通路２９が形成されており、このガス通路２９を通じて、ガスタンク２１内のガス燃料が噴孔部２５に供給される。また、本体部には、ニードル２４の両端部のうち噴孔部２５側とは異なる端部に隣接して、作動油によってニードル２４を閉側に付勢する付勢力を生じさせる背圧室２６が設けられている。背圧室２６内の圧力の調整は、作動油の流量を調節することにより行われ、作動油の流量調整は、ソレノイドの通電により開弁する電磁弁２７（通電駆動部に相当）の開閉によって行われる。具体的には、電磁弁２７のソレノイドの非通電時では、背圧室２６内に導入されている作動油の圧力によって、ニードル２４に対して作用する閉弁方向の力が開弁方向の力よりも大きくなっており、これによりニードル２４が閉弁位置で保持される。この状態において、電磁弁２７のソレノイドに通電されると、電磁弁２７が開弁して、背圧室２６内の作動油がリーク通路２８を介して背圧室２６からリークされる。これにより、背圧室２６内の圧力が小さくなり、スプリング３１の付勢力によりニードル２４が開弁位置にシフトして、ガス通路２９内のガス燃料が噴孔部２５から噴射される。また、電磁弁２７のソレノイドが非通電になると、電磁弁２７が閉弁して、背圧室２６内に作動油が導入されることにより、背圧室２６内の圧力が大きくなる。これにより、スプリング３１の付勢力に抗してニードル２４が閉弁位置にシフトして、噴孔部２５からの燃料噴射が停止される。

図１に戻り、続いて液体燃料の噴射系について説明する。液体タンク３２内には、自着火可能な液体燃料が充填されており、本実施形態では液体燃料として軽油燃料が充填されている。液体タンク３２内の軽油燃料は、低圧配管３３を介して高圧ポンプ３４に供給され、高圧ポンプ３４で高圧化される。また、高圧化された燃料は、高圧通路３６ａを介してコモンレール３５に圧送され、コモンレール３５内に高圧状態で蓄えられた後、高圧通路３６ｂを介して液体噴射弁１８に供給される。コモンレール３５内の燃料圧力であるレール圧Ｐｒは、高圧ポンプ３４からコモンレール３５への燃料吐出量を調整することにより所定範囲内（例えば２０〜１２０ＭＰａ）で可変に調整される。

また、コモンレール３５には、液体タンク３２に連通される配管３５ｂが接続されており、その配管３５ｂの途中に、レール圧Ｐｒを調整する電磁駆動式のリリーフ弁３５ａが設けられている。本システムでは、このリリーフ弁３５ａの開閉によりレール圧Ｐｒを調整可能になっている。なお、コモンレール３５には、各気筒の液体噴射弁１８が接続されているが、図１では、第１気筒（♯１）のみについて示し、他の気筒（♯２〜♯４）の燃料噴射系については、第１気筒と同じであるため省略する。

ここで、高圧燃料の経路について、特に本システムでは、高圧ポンプ３４と液体噴射弁１８とを接続する高圧通路の途中に、ガス噴射弁１７の背圧室２６が配置されており、背圧室２６に高圧の軽油燃料が導入されるようになっている。つまり、図１及び図２に示すように、高圧ポンプ３４で高圧化された軽油燃料は、高圧通路３６ａを通じてコモンレール３５に供給された後、高圧通路３６ｂを通じて背圧室２６に導入される。また、背圧室２６内に導入された高圧の軽油燃料は、ガス噴射弁１７の電磁弁２７が開弁されることにより、リーク通路２８を通じて液体噴射弁１８に供給される。本システムでは、このようにして、高圧化された軽油燃料を作動油として利用し、この高圧燃料によって、背圧室２６で、高圧燃料によりニードル２４を閉側に付勢する付勢力を生じさせることにより、ガス噴射弁１７による燃料噴射が実施されるようになっている。また、電磁弁２７の開弁に伴い、液体噴射弁１８への燃料供給も併せて実施される。つまり、本システムでは、ガス噴射弁１７への作動油の流量調整と、液体噴射弁１８への燃料供給とを、液体タンク３２→低圧配管３３→高圧ポンプ３４→高圧通路３６ａ→コモンレール３５→高圧通路３６ｂ→リーク通路２８の一系統で実施し、これにより、システムの簡素化を図っている。

なお、高圧通路３６ａ、高圧通路３６ｂ及びリーク通路２８が、高圧ポンプ３４と液体噴射弁１８とを接続する高圧通路に相当する。また、液体タンク３２、低圧配管３３、高圧ポンプ３４、コモンレール３５、高圧配管３６及びリーク通路２８により、液体噴射弁１８に液体燃料を供給する液体供給部が構成されている。

次に、液体噴射弁１８の概略構成を、図３を用いて説明する。本システムの液体噴射弁１８は機械駆動式のニードルバルブであり、エンジン１０の出力軸４１の回転に応じてニードルが軸方向に往復動することにより、軽油燃料の噴射及び噴射停止が行われる。具体的には、図３において、液体噴射弁１８の本体部にはシリンダ４３が設けられており、このシリンダ４３内に、第２弁体としてのニードル４４が軸方向に往復動自在に配置されている。また、液体噴射弁１８の先端部には、軽油燃料を吐出可能な複数の噴孔（例えば８孔）を有する噴孔部４５が設けられており、その噴孔部４５にニードル４４の一端が配置されている。これにより、ニードル４４の往復動に伴い、噴孔部４５における各噴孔が開閉されるようになっている。なお、本実施形態の液体噴射弁１８は外開き弁であり、ニードル４４の端部において液体噴射弁１８の先端部から突出する突出量が増えることにより、噴孔部４５における各噴孔が開状態となる。

液体噴射弁１８の本体部には、リーク通路２８と噴孔部４５とを接続する燃料通路４６が設けられており、この燃料通路４６を通じて、高圧ポンプ３４で高圧化された軽油燃料が噴孔部４５に供給される。また、ニードル４４の両端部のうち噴孔部４５側とは異なる端部に隣接して、１つのカム山４７ａを有するカム４７が配置されており、液体噴射弁１８では、スプリング４９の付勢力によって、ニードル４４の上端部にカム４７が当接されている。このカム４７は、エンジン出力軸４１の回転に伴い回転可能なカム軸４８に取り付けられており、本実施形態では、エンジン出力軸４１が２回転する毎に（７２０℃Ａ毎に）カム軸４８が１回転するようになっている。また、カム山４７ａは、各気筒内に噴射された燃料の着火を行うタイミングで、より具体的には、各気筒の圧縮上死点又はその付近の所定範囲で（例えば、ＢＴＤＣ１０℃Ａ〜ＡＴＤＣ１０℃Ａ内の所定範囲で）、カム山４７ａがニードル４４の上端部に当接するように配置されている。

エンジン出力軸４１の回転に伴いカム４７が回転すると、カム山４７ａがニードル４４の端部に当接して、スプリング４９の付勢力に抗してニードル４４が開弁位置にシフトする。これにより、燃料通路４６内の軽油燃料が噴孔部４５から噴射される。また、カム４７が回転してカム山４７ａとニードル４４との当接が解除されると、スプリング４９の付勢力によりニードル４４が閉側にシフトする。これにより、噴孔部４５からの軽油燃料の噴射が停止される。なお、スプリング４９が、ニードル４４を閉側に付勢する付勢手段に相当し、カム４７及びカム軸４８が、付勢手段による閉弁方向の付勢力に抗して第２弁体を開側にシフトさせる機械駆動部に相当する。

また、本システムでは、液体噴射弁１８に供給された軽油燃料の一部を、液体噴射弁１８から高圧のまま排出するとともに、その排出量を調整することにより、液体噴射弁１８に供給される軽油燃料の圧力（燃料供給圧）を調整している。具体的には、図３に示すように、リーク通路２８は、液体噴射弁１８の本体部に形成された燃料通路４６を通じて噴孔部４５に接続されており、更に燃料通路４６は、軽油燃料を液体噴射弁１８から排出する排出通路５１に接続されている。これにより、リーク通路２８を通じて液体噴射弁１８に供給された高圧状態の軽油燃料の一部が、その高圧状態を保持したまま、燃料通路４６から排出通路５１に流通されるようになっている。この構成によって、ガス噴射弁１７の下流側の燃料圧力を、ガス噴射弁１７の上流側の燃料圧力、換言すればコモンレール３５内の燃料圧力よりも低圧にすることにより、軽油燃料が液体噴射弁１８側からガス噴射弁１７側に逆流しないようにしている。

本システムには、排出通路５１の途中に、圧力調整部としての圧力調整弁５０が配置されており、この圧力調整弁５０によって、液体噴射弁１８からの液体燃料の排出量の調整が実施される。ここで、圧力調整弁５０の概略構成を、図４を用いて説明する。図４において、圧力調整弁５０の本体部には排出通路５１が貫通しており、その排出通路５１の途中に、排出通路５１の一部である弁体室５３が配置されている。弁体室５３には、軸方向に変位可能な弁体５２が収容されており、弁体５２の変位に伴って、弁座部５３ａにおける排出通路５１の開口面積が変更される。また、弁体５２には、弁体５２を開弁側に付勢する調整バネ５４が取り付けられており、この調整バネ５４の付勢力により、弁体５２に力が作用しない状態において弁体５２が開弁位置にシフトするようになっている。なお、本実施形態において、調整バネ５４は、液体噴射弁１８に供給される高圧燃料の圧力（燃料供給圧Ｐｌ）が、コモンレール３５内の高圧燃料の圧力（レール圧Ｐｒ）よりも所定圧力Ｐα（例えば１０〜２０ＭＰａ）だけ低くなるように、バネ力がＰαとなっている。これにより、液体噴射弁１８に供給される液体燃料の圧力を、コモンレール３５内の燃料圧力よりも所定値低い圧力に調整して、軽油燃料の逆流を防止するようにしている。

圧力調整弁５０の本体部には、弁体５２のシフト位置を調整する位置調整部としての圧力室５５が設けられている。圧力室５５には、圧力室５５とコモンレール３５とを連通する配管５６が接続されており、この配管５６を通じて、コモンレール３５内の高圧燃料が圧力室５５内に供給されるようになっている。これにより、弁体５２には、閉弁方向の力として圧力室５５内の燃料圧力が作用し、開弁方向の力として弁体室５３内の燃料圧力と調整バネ５４とが作用する。また、本実施形態では、弁体５２において、圧力室５５側の受圧面積がＡ０となっており、弁体室５３側の受圧面積が、Ａ０よりも小さいＡ１となっている。

弁体５２において、（閉弁方向の力）＞（開弁方向の力）となっている場合には、図４（ａ）に示すように、弁体５２が着座して閉弁位置で保持される。この場合、排出通路５１における高圧燃料の流通が遮断され、液体噴射弁１８からの高圧燃料の排出は生じない。一方、（閉弁方向の力）＜（開弁方向の力）となっている場合には、図４（ｂ）に示すように、弁体５２が弁座部５３ａから離間して開弁位置に変位する。この場合、排出通路５１への高圧燃料の流通が許容され、液体噴射弁１８から高圧燃料が排出される。また、その排出量は、弁体５２のシフト位置に応じたものとなる。こうして、液体噴射弁１８の燃料供給圧が、レール圧Ｐｒよりも常時所定圧力Ｐαだけ低くなるように圧力調整される。

次に、本システムの燃料噴射制御について説明する。本システムでは、ガス噴射弁１７によりエンジン出力用の燃料噴射が実施され、液体噴射弁１８により気筒内の燃料に対する着火用の（火種用の）燃料噴射が実施される。当該システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ６０という）を中枢として、エンジン１０やエンジン１０の燃料供給系などを制御する。

ＥＣＵ６０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという。）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実行する。具体的には、マイコンは、エンジン１０の所定クランク角毎に矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ６３、吸入空気量を検出するエアフロメータ（図示略）、コモンレール３５内の圧力であるレール圧Ｐｒを検出する燃圧センサ６４等の各種センサなどから各々検出信号を入力するとともに、それら各種検出信号に基づいて、ガス噴射弁１７の駆動を制御したり、高圧ポンプ３４の吐出量を制御したりする。

ガス噴射弁１７の燃料噴射制御（ガス噴射制御）について、図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ６０のマイコンにより所定周期毎に実行される。

図５において、ステップＳ１１では、ガス燃料の噴射量及び噴射時期を算出する算出タイミングか否かを判定する。本実施形態では、例えばエンジン１０の吸気行程内の所定回転位置を噴射量及び噴射時期の算出タイミングとして定めてあり、その算出タイミングとなった場合に肯定判定される。噴射量等の算出タイミングである場合には、ステップＳ１２へ進み、エンジン運転状態に関するパラメータ（例えば、エンジン回転速度及びエンジン負荷）を取得する。また、ステップＳ１３では、その取得したパラメータに基づいて、ガス噴射弁１７から噴射するガス噴射量Ｑｇ及び噴射時期を算出する。

ガス噴射量Ｑｇの算出に際し、本実施形態では、火種用に噴射される軽油燃料の噴射量（軽油噴射量Ｑｌ）を、エンジン運転状態に基づき算出したガス燃料量から差し引くことにより、エンジン運転状態に相応した量の燃料を燃焼室１５に供給するようにしている。軽油噴射量Ｑｌについては、燃圧センサ６４により検出されるレール圧Ｐｒと、クランク角センサ６３により検出されるエンジン回転速度とに基づいて、液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌを算出し、その算出した燃料供給圧Ｐｌに基づいて軽油噴射量Ｑｌを算出する。このとき、レール圧Ｐｒが高いほど、又はエンジン回転速度が低いほど、軽油噴射量Ｑｌとしては大きい値が算出される。一方、噴射時期について本実施形態では、エンジン１０の圧縮上死点よりも前をガス燃料の噴射時期としている。ここでは、圧縮上死点よりも前の所定回転位置に定めた噴射終了時期と、算出したガス噴射量Ｑｇとに基づいて、電磁弁２７の通電を開始する通電タイミングとしての噴射開始時期を算出する。

続くステップＳ１４では、電磁弁２７の通電開始タイミングか否か、すなわちガス燃料の噴射タイミングか否かを判定する。そしてガス燃料の噴射タイミングである場合、ステップＳ１５へ進み、電磁弁２７の通電を行う。これにより、ガス噴射弁１７から燃焼室１５内へガス燃料が噴射される。

次に、液体噴射弁１８の噴射量制御について説明する。液体噴射弁１８は、エンジン出力軸４１の回転に伴い駆動するカム駆動式であるため、液体噴射弁１８から噴射される軽油燃料の噴射量Ｑｌは、エンジン回転速度に応じて都度変化する。具体的には、エンジン回転速度が高いほど、液体噴射弁１８の噴孔部４５の開弁時間が短くなり、その結果、軽油噴射量Ｑｌが少なくなる傾向にある。かかる場合、エンジン１０の高回転領域において、火種用の燃料量が不足し、混合気の着火が行われないおそれがある。そこで、本システムでは、エンジン回転速度に応じて、コモンレール３５内の燃料圧力であるレール圧Ｐｒを変更することにより、ガス噴射弁１７の下流側の燃料圧力、すなわち液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌを可変にし、これにより液体噴射弁１８から燃焼室１５内への軽油噴射量が一定になるようにしている。具体的には、図６に示すように、エンジン回転速度が高いほど、燃料供給圧Ｐｌが高くなるように、すなわちレール圧Ｐｒが高くなるように、高圧ポンプ３４の燃料吐出量を調整するとともに、リリーフ弁３５ａの開閉によりコモンレール３５から液体タンク３２への燃料戻り量を調整している。

次に、本システムの燃料噴射制御の具体的態様について、図７のタイムチャートを用いて説明する。図７において、ガス噴射弁１７の噴射開始タイミングｔ１１になると、電磁弁２７のソレノイドに通電される。このソレノイド通電により、ガス噴射弁１７のニードル２４が開弁位置にシフトして、ガス噴射弁１７の噴射率が上昇する（ガス燃料が噴射される）。また、ガス噴射弁１７の背圧室２６を経由して、液体タンク３２から液体噴射弁１８への燃料供給が行われることにより、ガス噴射弁１７の下流側の燃料圧力、すなわち液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌが上昇する。

ガス噴射弁１７の噴射終了タイミングｔ１２になると、電磁弁２７のソレノイドの通電が停止される。このソレノイドの通電停止により、ガス噴射弁１７のニードル２４が閉弁位置にシフトして、ガス噴射弁１７の噴射率が低下する（ガス燃料の噴射が停止される）とともに、ガス噴射弁１７の背圧室２６と液体噴射弁１８との連通が遮断されることにより、液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌが一定に保持される。その後、圧縮上死点になったタイミングｔ１３で、カム４７の回転に伴い液体噴射弁１８のニードル４４が開弁位置にシフトすることにより、液体噴射弁１８から所定噴射率（例えば３ｍｍ^３／ｓｔ）で軽油燃料が噴射される。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

ガス噴射弁１７を、通電制御によって流体の流量を調整することにより開閉する電磁駆動式とし、液体噴射弁１８を、エンジン出力軸４１の回転に伴い開閉する機械駆動式とするとともに、液体噴射弁１８に対し、高圧ポンプ３４で高圧化された燃料が供給されるようになっており、その高圧ポンプ３４と液体噴射弁１８とを接続する高圧通路の途中において、ガス噴射弁１７の弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせる背圧室２６を配置する構成とした。したがって、本構成によれば、液体噴射弁１８用の高圧燃料経路を、ガス噴射弁１７の背圧室２６に流体を導入するとともにその流体を背圧室２６からリークさせる通路とすることができ、背圧室２６内の圧力を可変にするための専用の流体経路を設けなくて済み、システムの簡素化を図ることができる。

また、本実施形態の燃料噴射システムによれば、ガス噴射弁１７の電磁弁２７に通電するといった単一の処理によって、ガス噴射弁１７による燃料噴射を実施できるとともに、液体噴射弁１８への燃料供給を行うことができる。したがって、ガス噴射弁１７の駆動と液体噴射弁１８の駆動とを別個に制御しなくて済み、よってシステムの簡素化を図る上で好適である。

ガス燃料と吸気との混合気に着火する着火源として、液体噴射弁１８から噴射される自着火可能な液体燃料を使用するため、液体噴射弁１８に設けた複数の噴孔から噴射される液体燃料によって、混合気に対する着火を多点着火とすることができる。これにより、着火源として例えば点火プラグなどの点火装置を用いる場合に比べて、燃焼効率を向上させることができる。

ガス燃料の噴射後に液体燃料を噴射する構成としたため、液体燃料の噴射タイミングに合わせて、つまり圧縮上死点付近で、燃焼を行うことができ、燃焼安定性を図ることができる。

液体燃料として軽油燃料を用いる構成としたため、軽油燃料の良好な着火性によって燃焼を確実に行わせることができるとともに、軽油燃料の適度な粘性によってアクチュエータ（ガス噴射弁１７）の駆動を好適に実施することができる。

液体噴射弁１８に供給された高圧の軽油燃料を排出する燃料通路として排出通路５１を設けるとともに、その排出通路５１に圧力調整弁５０を配置し、圧力調整弁５０によって、液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌをコモンレール３５内の圧力よりも低くする構成とした。この構成によれば、液体噴射弁１８の燃料供給圧Ｐｌ、つまり、ガス噴射弁１７の下流側の燃料圧力をガス噴射弁１７の上流側の燃料圧力よりも低圧にすることができ、液体燃料が逆流するのを抑制することができる。

エンジン回転速度が高いと液体噴射弁１８から噴射される燃料量が少なくなることに着目し、エンジン回転速度が高いほど、ガス噴射弁１７の下流側の燃料圧力が高くなるようにレール圧Ｐｒを可変にする構成とした。これにより、着火用の燃料の過不足が生じるのを抑制することができ、エンジン１０の燃焼を好適に行わせることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・図５のステップＳ１３では、軽油燃料の噴射量（軽油噴射量Ｑｌ）を、エンジン運転状態に基づき算出したガス燃料量から差し引くことにより、ガス噴射弁１７から噴射するガス噴射量Ｑｇを算出した。これに対し、本実施形態では、エンジン運転状態に応じて、軽油噴射量Ｑｌを考慮してガス噴射量Ｑｇを算出するか否かを切り換える構成とする。エンジン１０の低負荷時では（例えばアイドル運転状態では）、１燃焼サイクル内での噴射量全体に対する軽油噴射量Ｑｌの占める割合が大きく、軽油噴射量Ｑｌの影響が大きいのに対し、エンジン高負荷時では、軽油噴射量Ｑｌの占める割合が小さく、軽油噴射量Ｑｌの影響を無視できる。この点を鑑み、本実施形態では、エンジン負荷が所定負荷より低い場合には、エンジン運転状態に基づき算出したガス燃料量から軽油噴射量Ｑｌを差し引くことによりガス噴射量Ｑｇを算出し、その算出したガス噴射量Ｑｇをガス噴射弁１７から噴射する。一方、エンジン負荷が所定負荷よりも高い場合には、エンジン運転状態に基づき算出したガス燃料量をガス噴射量Ｑｇとし、そのガス噴射量Ｑｇをガス噴射弁１７から噴射する。

・上記実施形態では、液体噴射弁１８を外開き弁としたが、ニードル４４が本体内部にシフトすることにより開弁する内開き弁としてもよい。内開き弁とする場合にも、上記実施形態と同様に、噴孔部において複数の噴孔を設け、燃料を放射状に噴射可能としておくとよい。これにより、液体燃料を火種とする多点着火が可能となる。また、ガス噴射弁１７についても、内開き弁に代えて外開き弁を採用してもよい。

・上記実施形態における圧力調整部としての圧力調整弁５０を、通電により開閉する電磁駆動式としてもよい。

・上記実施形態において、液体噴射弁１８の下流側に圧力調整部としての圧力調整弁５０を設けない構成としてもよい。この場合、液体噴射弁１８には、液体燃料を高圧状態で保持するとともに、液体燃料を徐々にリークさせる絞り部（オリフィス）が設けられているとよい。また、ガス噴射弁１７と液体噴射弁１８との間のリーク通路２８に逆止弁を設けて、液体噴射弁１８からガス噴射弁１７への逆流を防止するようにしておくとよい。

・上記実施形態では、燃焼室１５においてピストン１４に対向する対向壁面の中央部よりも側方にガス噴射弁１７を配置し、対向壁面の中央部に液体噴射弁１８を配置したが、ガス噴射弁１７及び液体噴射弁１８の配置はこれに限定しない。例えば、ガス噴射弁１７及び液体噴射弁１８を共に対向壁面の中央部に配置してもよい。

・上記実施形態では、液体燃料として軽油燃料を使用する場合について説明したが、ガス燃料の着火用の燃料として使用可能な燃料であればよい。例えば、高圧縮比のエンジン１０であればガソリン等の液体燃料を使用することも可能である。また、ガス燃料についても特に限定せず、ＣＮＧ燃料に代えて、例えば水素燃料、液化石油ガス（ＬＰＧ）などを使用してもよい。

１０…エンジン、１５…燃焼室、１７…ガス噴射弁、１８…液体噴射弁、１９…ガス配管、２１…ガスタンク、２２…レギュレータ、２４…ニードル（第１弁体）、２５…噴孔部（ガス噴孔部）、２６…背圧室、２７…電磁弁（通電駆動部）、２８…リーク通路（高圧通路）、３１…スプリング、３２…液体タンク、３４…高圧ポンプ、３５…コモンレール（蓄圧室）、３５ｂ…配管、３６…高圧配管、３６ａ…高圧通路、３６ｂ…高圧通路、４１…エンジン出力軸、４４…ニードル（第２弁体）、４５…噴孔部（液体噴孔部）、４６…燃料通路、４７…カム（機械駆動部）、４８…カム軸（機械駆動部）、４９…スプリング（付勢手段）、５０…圧力調整弁（圧力調整部）、５１…排出通路、６０…ＥＣＵ（噴射制御手段、圧力制御手段）。

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の気筒内にガス噴孔部（２５）からガス燃料を直接噴射するガス噴射弁（１７）と、
   前記気筒内に液体噴孔部（４５）から液体燃料を直接噴射する液体噴射弁（１８）と、
   前記ガス噴射弁に前記ガス燃料を供給するガス供給部（１９，２１，２２）と、
   前記液体燃料を高圧ポンプ（３４）で高圧化し、その高圧燃料を前記液体噴射弁に供給する液体供給部（２８，３２，３３，３５，３６ａ，３６ｂ）と、
   前記液体供給部から前記液体噴射弁に供給された液体燃料を該液体噴射弁から排出させる排出通路（５１）と、
   前記排出通路に配置され、該排出通路内の液体燃料の流量を変更することにより前記液体噴射弁に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部（５０）と、を備え、
   前記ガス噴射弁は、前記ガス噴孔部を開閉する第１弁体（２４）と、流体が導入されることにより前記第１弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせる背圧室（２６）と、通電に伴い前記背圧室による閉弁方向の付勢力に抗して前記第１弁体を開側にシフトさせる通電駆動部（２７）と、を有し、
   前記液体噴射弁は、前記液体噴孔部を開閉する第２弁体（４４）と、前記第２弁体を閉側に付勢する付勢手段（４９）と、前記内燃機関の出力軸（４１）の回転に伴い動作し、前記気筒内の燃料の着火を行う所定回転位置で前記付勢手段による閉弁方向の付勢力に抗して前記第２弁体を開側にシフトさせる機械駆動部（４７，４８）と、を有し、
   前記液体供給部は、前記高圧ポンプと前記液体噴射弁とを接続する高圧通路（３６ａ，３６ｂ，２８）を有し、その高圧通路の途中に前記背圧室が配置され、該背圧室で前記高圧燃料により前記第１弁体を閉側に付勢する付勢力を生じさせることを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記液体燃料は、自着火可能な液体燃料であり、
   前記ガス噴射弁は、前記内燃機関の圧縮上死点よりも前にガス燃料の噴射を実施し、
   前記液体噴射弁は、前記ガス噴射弁によるガス燃料の噴射後であって、かつ前記圧縮上死点又はその付近を前記所定回転位置として液体燃料を噴射する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
3. 前記液体供給部は、前記高圧ポンプと前記液体噴射弁との間において高圧燃料を蓄える蓄圧室を備え、
   前記圧力調整部は、前記液体噴射弁に供給される液体燃料の圧力を、前記蓄圧室内の圧力よりも所定値低い圧力に調整するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
4. 前記内燃機関に対する燃料噴射タイミングで、前記通電駆動部に対して通電する噴射制御手段を備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
5. 前記液体噴射弁は、前記内燃機関の圧縮上死点又はその付近を前記所定回転位置として液体燃料を噴射し、
   前記噴射制御手段は、前記液体噴射弁による液体燃料の噴射前に前記ガス噴射弁からガス燃料が噴射されるように前記通電駆動部に対して通電する請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
6. 前記液体供給部は、前記高圧ポンプと前記液体噴射弁との間において高圧燃料を蓄える蓄圧室を備え、
   前記内燃機関の機関回転速度に応じて前記蓄圧室内の燃料圧力を変更することにより、前記ガス噴射弁の下流側の液体燃料の圧力を変更する圧力制御手段を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。

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