(57)【要約】【課題】可変噴孔ノズルを有する燃料噴射弁１６にあって、インナニードル２２の閉弁に伴う燃料噴射速度の低下に起因して、不完全燃焼により生じるスモークや未燃燃料といったエミッションの増加が顕著となること。【解決手段】エンジン回転速度と燃料噴射弁１６からの総噴射量とが所定の領域内にある場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングがアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングよりも遅角側にあるか否かを判断する。そして、遅角側にあると判断された場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングまで進角させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴孔が形成された弁ボディと、前記弁ボディ内に摺動自在に収容されて且つ前記複数の噴孔のそれぞれを開閉すべく割り振られた複数の弁部材とを有する燃料噴射弁の前記複数の弁部材を開閉操作することで、前記複数の噴孔のそれぞれからの燃料噴射タイミングを調節する内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記複数の弁部材を構成する一対の弁部材のうち、閉弁操作の際に対応する噴孔から噴射される燃料噴射量であって且つ燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間における燃料噴射量が多いと想定される方の閉弁動作完了タイミングが、他方の閉弁動作完了タイミングよりも早くなるように調節する調節手段を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記調節手段は、前記内燃機関の運転状態を示すパラメータが所定の領域内にあることを条件に、前記調節を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の運転状態を示すパラメータに基づき、前記一対の弁部材の開閉タイミングを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定されるタイミングが前記調節手段の調節しようとするタイミング条件を満たすか否かを判断する判断手段とを更に備え、
前記調節手段は、前記判断手段により前記条件を満たさないと判断された場合、前記調節を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記調節手段は、前記多いと想定される方の閉弁動作完了タイミングが前記他方の閉弁動作開始タイミングよりも遅くならないように前記調節を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材のうち、開閉対象とする噴孔の１個あたりの開口面積が大きい方であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材のうち、動作速度が小さい方であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記弁ボディにはサック室が形成されており、
前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材が閉弁状態にあるにもかかわらず、前記サック室と連通している噴孔を開閉対象とするものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔と前記燃料噴射弁の燃料の供給口とは、前記多いと想定される方の開閉状態にかかわらず、前記他方の弁部材の閉弁により遮断されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の噴孔が形成された弁ボディと、前記弁ボディ内に摺動自在に収容されて且つ前記複数の噴孔のそれぞれを開閉すべく割り振られた複数の弁部材とを有する燃料噴射弁の前記複数の弁部材を開閉することで、前記複数の噴孔のそれぞれからの燃料噴射タイミングを調節する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのエミッションの低減と機関発生トルクの増大とを両立させるべく、例えば下記特許文献１に記載されているように、エンジンの運転状態に応じて噴孔面積を可変とする可変噴孔ノズルを備える燃料噴射弁が知られている。この可変噴孔ノズルは、図４に示すように、円筒状のノズルボディ１００と、ノズルボディ１００の先端部に形成された第１噴孔群１１２及び第２噴孔群１１６と、ノズルボディ１００内に収容されて且つノズルボディ１００の軸方向に動作可能な円筒状のノズルニードル（アウタニードル１０２）と、アウタニードル１０２内に収容されて且つその軸方向に動作可能なノズルニードル（インナニードル１０４）とを備えて構成される。
【０００３】
こうした構成において、アウタニードル１０２の軸方向の動作によって、アウタニードル１０２の先端側に形成されたテーパ上のシート部（シート部１０６）が、これと対向するノズルボディ１００の内壁に形成された円環状の第１シート部１１０から離座することで第１噴孔群１１２が開弁し、第１シート部１１０に着座することで第１噴孔群１１２が閉弁する。また、インナニードル１０４の軸方向の動作によって、インナニードル１０４の先端側に形成されたテーパ状のシート部（シート部１０８）が、これと対向するノズルボディ１００の内壁に形成された円環状の第２シート部１１４から離座することで第２噴孔群１１６が開弁し、第２シート部１１４に着座することで第２噴孔群１１６が閉弁する。
【０００４】
これらにより、エンジンの要求トルクが小さい場合には、小径である第１噴孔群１１２のみから燃料を噴射し、微粒化の良好な噴霧を形成することで、不完全燃焼により生じるスモークの増加を抑制することができる。また、エンジンの要求トルクが大きい場合には、第１噴孔群１１２と第２噴孔群１１６との双方から燃料を噴射し、燃料噴射率を増大させることで、エンジンの発生トルクを増大させることができる。
【特許文献１】特開２００７−１６２５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、スモークの増加を抑制したり、エンジンの発生トルクを増大させたりするためには、燃焼室での燃焼状態を良好なものとする必要がある。すなわち、燃料噴射弁から噴射される燃料を燃焼室内で十分に霧化拡散させることで、燃料と空気とを十分に混合させる必要がある。これは、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射速度を大きくすることで実現することができる。
【０００６】
しかしながら、ノズルニードルによって噴孔を開閉するノズルにあっては、一般に、燃料噴射の完了間際において、燃料噴射圧の低下により燃料の噴射速度が低下し、エミッションが増加するおそれがある。すなわち例えば、先の図４に示した可変噴孔ノズルにおいて、シート部１０６と第１シート部１１０とで形成される通路の面積が第１噴孔群１１２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも小さくなると、燃料通路より供給される燃料に圧力損失が生じることで燃料噴射圧が徐々に低下し、第１噴孔群１１２から噴射される燃料の噴射速度が徐々に低下する。また、シート部１０６と第１シート部１１０とで形成される通路の面積又はシート部１０８と第２シート部１１４とで形成される通路の面積のうちいずれか一方が、第２噴孔群１１６を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも小さくなると、第２噴孔群１１６から噴射される燃料の噴射速度が徐々に低下する。このように燃料の噴射速度が低下すると、十分に霧化拡散されないまま噴孔近傍に残留する燃料（残留燃料）が増加することで、不完全燃焼によるスモークや、未燃燃料といったエミッションが増加するおそれがある。
【０００７】
特に、先の図４に示した可変噴孔ノズルにあっては、不完全燃焼によるスモークや、未燃燃料といったエミッションの増加が顕著となり得ることが発明者らによって見出されている。この要因としては、第２噴孔群１１６から噴射される燃料の噴射速度が、シート部１０８と第２シート部１１４とで形成される通路の面積のみならず、シート部１０６と第１シート部１１０とで形成される通路の面積にも依存すること等が挙げられる。
【０００８】
こうしたエミッションの増加に対処すべく、後処理装置（酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ）による対策も考えられる。しかしこの場合には、後処理装置の容量の増大や追加によってコストが増大するおそれがある。
【０００９】
なお、このような課題は、図４に示した可変噴孔ノズルを備える燃料噴射弁に限らず、一般に、弁ボディ内に摺動自在に収容された複数の弁部材をそれぞれ操作することで複数の噴孔のそれぞれからの燃料噴射タイミングを調節可能な燃料噴射弁であれば起こりうるものである。
【００１０】
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、その目的は、弁ボディ内に摺動自在に収容された複数の弁部材をそれぞれ操作することで、複数の噴孔のそれぞれからの燃料噴射タイミングを調節するに際し、後処理装置によることなくエミッションを好適に低減することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１２】
請求項１記載の発明は、複数の噴孔が形成された弁ボディと、前記弁ボディ内に摺動自在に収容されて且つ前記複数の噴孔のそれぞれを開閉すべく割り振られた複数の弁部材とを有する燃料噴射弁の前記複数の弁部材を開閉操作することで、前記複数の噴孔のそれぞれからの燃料噴射タイミングを調節する内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記複数の弁部材を構成する一対の弁部材のうち、閉弁操作の際に対応する噴孔から噴射される燃料噴射量であって且つ燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間における燃料噴射量が多いと想定される方の閉弁動作完了タイミングが、他方の閉弁動作完了タイミングよりも早くなるように調節する調節手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
燃料の噴射速度が低下するほど、残留燃料が増加し、エミッションが増加するおそれがある。この点、上記発明では、複数の弁部材を構成する一対の弁部材のうち、閉弁操作の際に対応する噴孔から噴射される燃料噴射量であって且つ燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間における燃料噴射量が多いと想定される方の閉弁動作完了タイミングが、他方の閉弁動作完了タイミングよりも早くなるように調節する。これにより、上記他方の弁部材が開閉対象とする噴孔から噴射される燃料の噴流を利用し、構造上、残留燃料が特に顕著になりやすい噴孔である上記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔から噴射された燃料を拡散させることができる。このため、上記残留燃料を燃焼させることができ、ひいてはエミッションを好適に低減することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記調節手段は、前記内燃機関の運転状態を示すパラメータが所定の領域内にあることを条件に、前記調節を行うことを特徴とする。
【００１５】
内燃機関の運転状態によっては、燃料噴射量が増大し、燃料噴射時間が長くなることがある。この場合、内燃機関の圧縮行程終了後の燃焼室の温度が低下する状況下で燃料が噴射され、燃焼室の燃焼状態が悪化することで、エミッションが増加するおそれがある。このような状況下において、上記調節手段によって開閉タイミングの調節を行うと、上記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔の開弁時間を制限することとなり、燃焼室の温度が低下する状況下で上記他方の弁部材の開閉対象とする噴孔から噴射される燃料が増大するおそれがある。そして、これによるエミッションの増加量が、上記調節手段によるエミッションの低減量を凌ぐことで、エミッションがかえって増加するおそれがある。この点、上記発明では、エミッションの低減効果を確実に奏することができる内燃機関の運転状態において開閉タイミングの調節を行うため、上記請求項１記載の発明の作用効果を特に好適に奏することができる構成となっている。
【００１６】
なお、上記内燃機関の運転状態を示すパラメータは、内燃機関の１燃焼サイクルの時間と相関を有するパラメータと燃料噴射量と相関を有するパラメータとの少なくとも一方を含むことが望ましい。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記内燃機関の運転状態を示すパラメータに基づき、前記一対の弁部材の開閉タイミングを設定する設定手段と、前記設定手段により設定されるタイミングが前記調節手段の調節しようとするタイミング条件を満たすか否かを判断する判断手段とを更に備え、前記調節手段は、前記判断手段により前記条件を満たさないと判断された場合、前記調節を行うことを特徴とする。
【００１８】
一対の弁部材の開閉タイミングは、様々な適合要素を満たすように適合される。ここで、一対の弁部材のうち、上記調節手段によるタイミング条件を満たすとの要求要素を満たすように適合する場合、適合に際しての要求要素が増大するため、適合工数が増大するおそれがある。この点、上記発明では、判断手段を備えることで、設定手段によって基本となる一対の弁部材の開閉タイミングを適合するに際して、一対の弁部材の開閉タイミング同士の関係についての上記要求要素を満たす必要がないため、適合工数の増大を極力抑制しつつ上記調節を行うことができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記調節手段は、前記多いと想定される方の閉弁動作完了タイミングが前記他方の閉弁動作開始タイミングよりも遅くならないように前記調節を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記発明では、上記他方の閉弁動作に伴い、その開閉対象とする噴孔からの燃料噴射速度が低下する以前の燃料の噴流を利用することで、上記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔から噴射された燃料の拡散を促進させることができる。これにより、残留燃料の燃焼を促進させることができ、ひいてはエミッションをより好適に低減することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材のうち、開閉対象とする噴孔の１個あたりの開口面積が大きい方であることを特徴とする。
【００２２】
噴孔の開口面積が大きいほど、燃料噴射速度が低下し始める際の上記弁ボディと弁部材とで形成される通路の面積が大きくなる。このため、閉弁動作の開始から完了までの時間のうち、燃料噴射速度が低下した状況下における燃料噴射時間が長くなる。したがって、開閉対象とする噴孔の１個あたりの開口面積が大きいほど、閉弁操作の際の燃料噴射量であって且つ燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間における燃料噴射量が多くなると考えられる。
【００２３】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材のうち、動作速度が小さい方であることを特徴とする。
【００２４】
弁部材の動作速度が小さいほど、閉弁動作の開始から完了までに要する時間が長くなる。したがって、弁部材の動作速度が小さいほど、燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間が長くなり、この期間における燃料噴射量が多くなると考えられる。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記弁ボディにはサック室が形成されており、前記多いと想定される方の弁部材とは、前記一対の弁部材が閉弁状態にあるにもかかわらず、前記サック室と連通している噴孔を開閉対象とするものであることを特徴とする。
【００２６】
弁部材の閉弁動作が完了しても、弁ボディと弁部材とで形成される空間に残る燃料が噴孔から噴射される懸念がある。このため、弁ボディにサック室が形成されている場合は、上記空間に残る燃料量が増加し、閉弁操作に伴ってサック室と連通している噴孔からの燃料噴射量であって且つ燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した期間における燃料噴射量が多くなると考えられる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発明において、前記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔と前記燃料噴射弁の燃料の供給口とは、前記多いと想定される方の開閉状態にかかわらず、前記他方の弁部材の閉弁により遮断されることを特徴とする。
【００２８】
上記構成をとるものにあっては、上記他方の弁部材の閉弁動作に伴い、上記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔から燃料噴射弁の燃料の供給口までの通路面積が、上記多いと想定される方の弁部材と上記弁ボディとで形成される通路のみならず、上記他方の弁部材と上記弁ボディとで形成される通路によっても狭められる。これにより、上記多いと想定される方の開閉対象とする噴孔からの燃料噴射速度が低下しやすく、この噴孔からの残留燃料が特に顕著となるおそれがある。このため、上記発明では、上記調節手段を備えるメリットが特に大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を蓄圧式（コモンレール式）燃料噴射装置が備えられる圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）に適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
図１に本実施形態にかかる燃料噴射システムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク１０の燃料は、機関駆動式の燃料ポンプ１２によって汲み上げられ、コモンレール１４に加圧供給（圧送）される。コモンレール１４は、圧送された高圧燃料を蓄え、この高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁１６（ここでは、１つの気筒の燃料噴射弁のみを例示）に分配供給する。
【００３１】
燃料噴射弁１６は、その先端部がエンジンの燃焼室１８に突出して配置されており、燃焼室１８に燃料の噴射供給が可能となっている。詳しくは、燃料噴射弁１６は、アウタニードル２０と、インナニードル２２と、これらが収容される円筒状のノズルボディ２４と、アウタニードル２０及びインナニードル２２をそれぞれ独立して駆動させるアウタニードル駆動機構２６及びインナニードル駆動機構２８機構とを備えて構成されている。
【００３２】
ノズルボディ２４には、円柱状のニードル収納部３０が設けられている。ニードル収納部３０には、ノズルボディ２４の軸方向に動作可能な円筒状のアウタニードル２０が収容されている。また、アウタニードル２０内には、ノズルボディ２４の軸方向に動作可能なインナニードル２２が収容されている。
【００３３】
アウタニードル２０の先端部にはテーパ上のシート部３２が形成され、インナニードル２２の先端部にはテーパ上のシート部３４が形成されている。シート部３２及びシート部３４のそれぞれと対向するノズルボディ２４の内壁には、円環状の第１シート部３６及び第２シート部３８が形成されている。また、ノズルボディ２４において、第１シート部３６より先端側には複数の噴孔で構成された第１噴孔群４０が形成され、第１噴孔群４０よりも先端側には複数の噴孔で構成された第２噴孔群４２が形成されている。ここで、第２噴孔群４２を構成する各噴孔の開口面積は、エンジンの要求トルク増大時における燃料噴射率を増大させるため、第１噴孔群４０を構成する各噴孔の開口面積よりも大きく設定されている。
【００３４】
ノズルボディ２４の第２噴孔群４２近傍には、第２噴孔群４２と連通するサック室４４が形成されている。これは、ノズルボディ２４の製造工程で第２シート部３８を研削する砥石とノズルボディ２４の内壁の先端側との干渉を回避したり、閉弁動作の際にインナニードル２２の先端部とノズルボディ２４の内壁との干渉を回避したりするために設けられるものである。
【００３５】
アウタニードル２０及びインナニードル２２において、ノズルボディ２４の第１シート部３６及び第２シート部３８のそれぞれと対向する側の反対側（以下、背面側）は、図示しないノズルホルダ内に形成される第１背圧室４６及び第２背圧室４８のそれぞれに対向している。第１背圧室４６において、アウタニードル２０の背面側には、図示しない第１スプリングが備えられており、この第１スプリングによってアウタニードル２０は先端側へ付勢されている。また、第２背圧室４８において、インナニードル２２の背面側には、図示しない第２スプリングが備えられており、この第２スプリングによってインナニードル２２は先端側へ付勢されている。アウタニードル２０及びインナニードル２２は、第１背圧室４６及び第２背圧室４８の圧力が操作されることで、軸方向に動作する。
【００３６】
第１背圧室４６の圧力は、電磁ソレノイド５４ａに流れる駆動電流に基づいて、第１背圧室４６と燃料タンク１０に連通される低圧燃料通路５２との接続状態が第１切替部５４によって切り替えられることで操作される。電磁ソレノイド５４ａに通電することで、第１切替部５４によって第１背圧室４６と低圧燃料通路５２とが連通される。この連通によって、第１背圧室４６の高圧燃料が低圧燃料通路５２を介して燃料タンク１０へ排出され、第１背圧室４６の圧力が低下する。このため、第１背圧室４６の圧力により生じるアウタニードル２０を先端側へ付勢する力と図示しない第１スプリングによりアウタニードル２０を先端側へ付勢する力との合力が、アウタニードル２０を背面側に付勢する力よりも小さくなる。これにより、シート部３２が第１シート部３６から離座し、アウタニードル２０が背面側へ動作を開始することで（アウタニードル２０の開弁動作開始タイミング）、コモンレール１４から高圧燃料が供給される燃料通路５６と第１噴孔群４０とが連通されるため、第１噴孔群４０からの燃料噴射が開始される。そして、アウタニードル２０は、の図示しない背面側後端部が第１背圧室４６内の図示しないストッパ部に接触するまで動作する（アウタニードル２０の開弁動作完了タイミング）。
【００３７】
ここで、電磁ソレノイド５４ａの通電を停止すると、第１切替部５４によって第１背圧室４６と低圧燃料通路５２とが遮断される。この遮断によって、第１背圧室４６の圧力が上昇する。このため、第１背圧室４６の圧力により生じるアウタニードル２０を先端側へ付勢する力と図示しない第１スプリングによりアウタニードル２０を先端側へ付勢する力との合力が、アウタニードル２０を背面側に付勢する力よりも大きくなる。これにより、アウタニードル２０が先端側へ動作を開始し（アウタニードル２０の閉弁動作開始タイミング）、シート部３２が第１シート部３６に着座することで（アウタニードル２０の閉弁動作完了タイミング）、燃料通路５６と第１噴孔群４０とが遮断されるため、第１噴孔群４０からの燃料噴射が終了される。
【００３８】
第２背圧室４８の圧力は、第１背圧室４６と同様に、電磁ソレノイド５８ａに流れる駆動電流に基づいて、第２背圧室４８と低圧燃料通路５２との接続状態が第２切替部５８によって切り替えられることで操作される。電磁ソレノイド５８ａに通電することで、第２背圧室４８の高圧燃料が低圧燃料通路５２を介して燃料タンク１０へ排出され、第２背圧室４８の圧力が低下する。このため、アウタニードル２０が開弁している状況下、第２背圧室４８の圧力により生じるインナニードル２２を先端側へ付勢する力と図示しない第２スプリングによりインナニードル２２を先端側へ付勢する力との合力が、高圧燃料通路５０からの高圧燃料がインナニードル２２を背面側に付勢する力よりも小さくなる。これにより、シート部３４が第２シート部３８から離座し、インナニードル２２が背面側へ動作を開始することで（インナニードル２２の開弁動作開始タイミング）、燃料通路５６と第２噴孔群４２とが連通されるため、第２噴孔群４２からの燃料噴射が開始される。そして、インナニードル２２の先端側に形成されたストッパ部５９がアウタニードル２０の先端側に形成されたストッパ部６０に接触するまで変位する（インナニードル２２の開弁動作完了タイミング）。
【００３９】
ここで、電磁ソレノイド５８ａの通電を停止すると、第２切替部５８によって第２背圧室４８と低圧燃料通路５２とが遮断されることで、第２背圧室４８の圧力が上昇する。このため、インナニードル２２が先端側へ動作を開始し（インナニードル２２の閉弁動作開始タイミング）、シート部３４が第２シート部３８に着座することで（インナニードル２２の閉弁動作完了タイミング）、燃料通路５６と第２噴孔群４２とが遮断されるため、第２噴孔群４２からの燃料噴射が終了される。
【００４０】
エンジンには、図示しないクランク軸近傍でクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサ６２が設けられている。また、コモンレール１４には、コモンレール１４内の燃圧（実燃圧）を検出する燃圧センサ６４が設けられている。クランク角度センサ６２や、燃圧センサ６４、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ６６、更には、エンジンを冷却する冷却水の温度（水温）や燃焼室１８に供給される吸気の過給圧等を検出するセンサ等の各種センサからの出力信号は、電子制御装置（以下、ＥＣＵ７０）に入力される。
【００４１】
ＥＣＵ７０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ７０は、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、その都度のエンジンの運転状態に応じた各種制御を実施する。ＥＣＵ７０は、これらの入力信号に基づいて燃料ポンプ１２を操作することでコモンレール１４内の燃圧制御等を行うとともに、燃料噴射弁１６からの燃料噴射タイミングを制御すべく、電磁ソレノイド５４ａ、５８ａへの通電を操作する。詳しくは、エンジンの要求トルクが小さい場合には、電磁ソレノイド５４ａのみに通電し、アウタニードル２０のみを開弁操作することで、第１噴孔群４０のみから燃料を噴射し、不完全燃焼により生じるスモークの増加を抑制する。また、エンジンの要求トルクが大きい場合には、電磁ソレノイド５４ａ、５８ａの双方に通電し、アウタニードル２０とインナニードル２２との双方を開弁操作することで、第１噴孔群４０と第２噴孔群４２との双方から燃料を噴射し、エンジンの発生トルクを増大させる。
【００４２】
ところで、燃料噴射弁１６にあっては、燃料噴射の完了間際において、燃料噴射圧の低下によって燃料噴射速度が低下する。すなわち、アウタニードル２０を閉弁動作させる場合、シート部３２と第１シート部３６とで形成される通路の面積が第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも小さくなると、燃料通路５６より供給される燃料に圧力損失が生じることで燃料噴射圧が徐々に低下し、第１噴孔群４０から噴射される燃料の噴射速度が徐々に低下する。また、アウタニードル２０とインナニードル２２との双方を閉弁動作させる場合には、シート部３２と第１シート部３６とで形成される通路の面積又はシート部３４と第２シート部３８とで形成される通路の面積のうちいずれか一方が、第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも小さくなると、燃料通路５６より供給される燃料に圧力損失が生じることで燃料噴射圧が徐々に低下し、第２噴孔群４２から噴射される燃料の噴射速度が徐々に低下する。
【００４３】
このように燃料の噴射速度が低下すると、残留燃料が増加することで、不完全燃焼によるスモークや、未燃燃料といったエミッションが増加するおそれがあることについては上述したとおりである。
【００４４】
特に、本実施形態の燃料噴射弁１６においては、以下の（ア）〜（ウ）の要因により、第２噴孔群４２から噴射される燃料の噴射速度が低下した状況下における燃料噴射量が多量となることで、上記残留燃料が増加し、エミッションの増加量が顕著となりやすい。
【００４５】
（ア）第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積が第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも大きく設定されているため、閉弁動作の際の燃料噴射速度が閉弁動作開始時よりも大きく低下した状況下における燃料噴射時間が、上記大きく低下した状況下における第１噴孔群４０からの燃料噴射時間よりも長くなるとの要因。
【００４６】
（イ）インナニードル２２の閉弁動作の完了後において、第２噴孔群４２とサック室４４とが連通されているため、ノズルボディ２４の内壁とシート部３４とで形成される空間に残る燃料が低燃料噴射速度で第２噴孔群４２から噴射されるとの要因。
【００４７】
（ウ）アウタニードル２０内に収容されているインナニードル２２はアウタニードル２０よりも小さいため、インナニードル２２の強度がアウタニードル２０の強度よりも低くなる。このため、本実施形態では、インナニードル２２の動作速度がアウタニードル２０の動作速度よりも小さく設定されている。これにより、燃料噴射速度が低下した状況下における第２噴孔群４２からの燃料噴射時間が長くなるとの要因。
【００４８】
更に、本実施形態の燃料噴射弁１６においては、アウタニードル２０の閉弁動作に伴い、第２噴孔群４２から燃料通路５６までの通路面積が、シート部３４と第２シート部３８とで形成される通路のみならず、シート部３２と第１シート部３６とで形成される通路によっても狭められる。このため、第２噴孔群４２からの燃料噴射速度が低下しやすく、残留燃料が特に顕著となりやすい。
【００４９】
そこで、本実施形態では、このような事態を回避すべく、インナニードル２２の閉弁動作完了タイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングまで調節（進角）し、第１噴孔群４０から噴射される燃料の噴流を利用することで、第２噴孔群４２から噴射された残留燃料を拡散させる。
【００５０】
図２に、本実施形態にかかる燃料噴射タイミングの調節処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ７０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、クランク角度センサ６２の検出値に基づくエンジン回転速度と、アクセルセンサ６６の検出値に基づくアクセル操作量とに基づいて、燃料噴射弁１６に対する噴射量の指令値（総噴射量）を算出する。
【００５２】
続くステップＳ１２では、上記総噴射量と、エンジン回転速度とに基づいて、コモンレール１４内の目標燃圧を算出する。そして、コモンレール１４内の実燃圧が目標燃圧に一致するように燃料ポンプ１２を操作する。
【００５３】
ステップＳ１４では、第１噴孔群４０からの燃料噴射タイミングを算出する。詳しくは、エンジン回転速度と総噴射量とに基づいて、第１噴孔群４０からの燃料噴射量を算出し、この燃料噴射量や、コモンレール１４内の実燃圧、エンジン回転速度、アクセル操作量、更には水温や過給圧等に基づいて、第１噴孔群４０からの燃料噴射開始（アウタニードル２０の開弁動作開始）タイミングと燃料噴射完了（アウタニードル２０の閉弁動作完了）タイミングとを算出する。
【００５４】
ステップＳ１６では、総噴射量と第１噴孔群４０からの燃料噴射量との差分値として、第２噴孔群４２からの燃料噴射量を算出する。
【００５５】
ステップＳ１８では、第２噴孔群４２からの燃料噴射があるか否かを判断する。詳しくは、上記ステップＳ１６で算出された第２噴孔群４２からの燃料噴射量が所定値（例えば０）よりも大きい場合、燃料噴射があると判断する。ステップＳ１８で燃料噴射があると判断された場合には、ステップＳ２０に進み、第２噴孔群４２からの燃料噴射タイミングを算出する。詳しくは、第２噴孔群４２からの燃料噴射量や、コモンレール１４内の実燃圧、エンジン回転速度、アクセル操作量、更には水温や過給圧等に基づいて、第２噴孔群４２からの燃料噴射開始（インナニードル２２の開弁動作開始）タイミングと燃料噴射完了（インナニードル２２の閉弁動作完了）タイミングとを算出する。
【００５６】
ステップＳ２０の処理の完了後、ステップＳ２２では、エンジン回転速度と総噴射量とが所定の領域内にあるか否かを判断する。この処理は、第１噴孔群４０及び第２噴孔群４２のそれぞれからの燃料噴射タイミングを上述した態様にて調節することによるエミッションの低減効果を確実に奏することができる状況であるか否かを判断するために設けられるものである。ここで、所定の領域とは、エンジン回転速度が所定以上であって且つ要求トルクが所定以上である領域以外の領域のことである。すなわち、エンジン回転速度が大きくなり、所定クランク角度間隔の回転に要する時間が短くなる状況下において、エンジンの要求トルクの増大により総噴射量が増大すると、燃料噴射に要するクランク角度間隔が長くなる。このため、エンジンの圧縮行程終了後の燃焼室１８の温度が低下する状況下において燃料が噴射されることで、不完全燃焼により生じるスモークや未燃燃料が増加するおそれがある。それにもかかわらず、上記所定の領域以外の領域において、上述した態様により燃料噴射タイミングを調節するなら、第２噴孔群４２の開弁時間が制限され、燃焼室１８の温度が低下した状況下において第１噴孔群４０から噴射される燃料が増大するおそれがある。そして、これによるエミッションの増加量が、上記燃料噴射タイミングの調節によるエミッションの低減量を凌ぐことで、エミッションがかえって増加するおそれがある。
【００５７】
そこで、本実施形態では、エンジン回転速度が大きくて且つ総噴射量も大きい状況下を除く領域（上記所定の領域）において、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角する。一方、上記所定の領域以外の領域においては、上記燃料噴射タイミングの調節を行わないことで、第１噴孔群４０及び第２噴孔群４２の双方を用いて燃料の噴射を極力早期に終了させるようにする。
【００５８】
ステップＳ２２で所定の領域にあると判断された場合には、ステップＳ２４へ移行し、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了（インナニードル２２の閉弁動作完了）タイミングが、閾値としてのアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングよりも遅いタイミング（遅角側）であるか否かを判断する。この処理は、アウタニードル２０の閉弁動作によってシート部３２と第１シート部３６とで形成される通路の面積が狭められるに先立って、第２噴孔群４２からの燃料噴射が完了するか否かを判断するために設けられるものである。すなわち、上記ステップＳ１４で算出された第１噴孔群４０からの燃料噴射タイミングや上記ステップＳ２０で算出された第２噴孔群４２からの燃料噴射タイミングによって、第２噴孔群４２から噴射された残留燃料量が顕著とならないかを判断するためのものである。
【００５９】
ステップＳ２４で遅角側であると判断された場合には、ステップＳ２６へ移行し、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了（インナニードル２２の閉弁動作完了）タイミングを所定のタイミングまで進角する。ここで、本実施形態では、所定のタイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングに設定する。
【００６０】
なお、本実施形態では、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角するとともに、第２噴孔群４２からの燃料噴射開始（インナニードル２２の開弁動作開始）タイミングを、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングの進角量だけ進角する。この処理は、燃料噴射弁１６からの総噴射量がエンジンの運転状態に応じたものとなっているため、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角するだけでは、第２噴孔群４２からの燃料噴射量が減少し、エンジンの発生トルクが低下するおそれがあることに鑑みてなされるものである。
【００６１】
なお、上記ステップＳ１８、Ｓ２２、Ｓ２４で否定判断された場合や、ステップＳ２６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００６２】
図３に、上記処理による燃料噴射タイミングの調節の一例を示す。
【００６３】
図３（ａ）は、エンジン回転速度と総噴射量とが上記所定の領域内である場合を示す。図示されるように、先の図２に示したステップＳ１４の処理によって、図３（ａ）の実線に示すように、第１噴孔群４０からの燃料噴射開始タイミングである時刻ｔ１が算出され、先の図２に示したステップＳ２０の処理によって、図３（ａ）の一点鎖線で示すように、第２噴孔群４２からの燃料噴射開始タイミング及び完了タイミングである時刻ｔ２及び時刻ｔ４が算出される。そして、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングである時刻ｔ４がアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングである時刻ｔ３よりも遅角側であるため、先の図２に示したステップＳ２４で肯定判断される。これにより、図３（ａ）の太線で示すように、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングが時刻ｔ３まで進角されるとともに、第２噴孔群４２からの燃料噴射開始タイミングが上記燃料噴射完了タイミングの進角量だけ（時刻ｔ２’まで）進角される。
【００６４】
このように設定された燃料噴射タイミングに基づいて、第１噴孔群４０から噴射される燃料の噴流を利用することで、第２噴孔群４２から噴射された燃料を拡散させることができる。ここで、本実施形態では、第１噴孔群４０からの燃料噴射速度が低下する以前の燃料の噴流を利用しているため、燃料の拡散を促進させることができ、エミッションをより好適に低減することができる。
【００６５】
一方、図３（ｂ）は、エンジン回転速度と総噴射量とが上記所定の領域内でない場合を示す。この場合、太線に示すように、第２噴孔群４２からの燃料噴射タイミングの調節は行わず、第１噴孔群４０及び第２噴孔群４２の双方を用いて燃料の噴射を極力早期に終了させる。
【００６６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６７】
（１）第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングまで進角させた。これにより、第２噴孔群４２から噴射された燃料を拡散させることができ、ひいてはエミッションをより好適に低減することができる。更に、後処理装置によることなくエミッションを低減させることができるため、後処理装置の容量の増大や追加によるコストの増大を回避することもできる。
【００６８】
（２）第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させる際に、第２噴孔群４２からの燃料噴射開始タイミングを進角させた。これにより、第２噴孔群４２からの燃料噴射時間を確保し、エンジンの発生トルクの低下を極力回避することができる。
【００６９】
（３）燃料噴射弁１６において、第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積が、第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも大きい構成とした。このように、噴孔の開口面積の大きさに起因して第２噴孔群４２から噴射された残留燃料が増加しやすい構成のため、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させる処理の利用価値が特に大きい。
【００７０】
（４）燃料噴射弁１６において、インナニードル２２の動作速度がアウタニードル２０の動作速度よりも小さい構成とした。このように、動作速度に起因して第２噴孔群４２から噴射された残留燃料が増加しやすい構成のため、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させる処理の利用価値が特に大きい。
【００７１】
（５）燃料噴射弁１６において、インナニードル２２が閉弁状態であっても、ノズルボディ２４の内壁に形成されたサック室４４と第２噴孔群４２とが連通している構成とした。このように、ノズルボディ２４内壁とシート部３４とで形成される空間の増大に起因して第２噴孔群４２から噴射された残留燃料が増加しやすい構成のため、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させる処理の利用価値が特に大きい。
【００７２】
（６）燃料噴射弁１６において、インナニードル２２の開閉状態にかかわらず、アウタニードル２０の閉弁動作の完了により第２噴孔群４２と燃料通路５６とが遮断される構成とした。このような構成においては、エミッションの増加が顕著となり得るため、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させる制御の利用価値が特に大きい。
【００７３】
（７）エンジン回転速度と総噴射量とが所定の領域内にあると判断された場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させた。これにより、エミッションの低減効果を確実に奏することができる。
【００７４】
（８）エンジン回転速度と総噴射量とが所定の領域内にあって且つ第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングがアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングよりも遅角側であると判断された場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させた。これにより、燃料噴射タイミングの適合に際しての要求要素の増大を抑制することができる。
【００７５】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００７６】
・上記実施形態では、所定の領域を定めるためのエンジンの運転状態を示すパラメータとしてエンジン回転速度と総噴射量とを用いたがこれに限らない。例えばエンジン回転速度とアクセル操作量とを用いてもよい。
【００７７】
・上記実施形態では、エンジンの運転状態を示すパラメータ（エンジン回転速度、総噴射量）が所定の領域内にあると判断された場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させたがこれに限らない。例えば、所定領域内にあるか否かにかかわらず、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させてもよい。この場合であっても、上記実施形態の上記（１）〜（６）及び（８）の効果を得ることはできる。
【００７８】
・上記実施形態では、先の図２に示すステップＳ２０の処理によって第２噴孔群４２からの燃料噴射タイミングを算出したがこれに限らない。例えば、ステップＳ１６の処理において燃料噴射量とともに燃料噴射タイミングを算出してもよい。
【００７９】
・上記実施形態では、第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積が、第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも大きい構成としたがこれに限らない。例えば、第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積が第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積と同じ構成又は第２噴孔群４２を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積が第１噴孔群４０を構成する各噴孔の１個あたりの開口面積よりも小さい構成としてもよい。この場合であっても、上記実施形態の上記（１）、（２）及び（４）〜（８）の効果を得ることはできる。
【００８０】
・上記実施形態では、第１噴孔群４０や第２噴孔群４２が複数の噴孔で構成されていたがこれに限らない。例えば、第１噴孔群４０及び第２噴孔群４２のいずれか又は双方が１つの噴孔で構成されていてもよい。
【００８１】
・上記実施形態では、インナニードル２２の動作速度がアウタニードル２０の動作速度よりも小さい構成としたがこれに限らない。例えば、インナニードル２２の動作速度がアウタニードル２０の動作速度と同じ構成又はインナニードル２２の動作速度がアウタニードル２０の動作速度よりも大きい構成としてもよい。この場合であっても、上記実施形態の上記実施形態の上記（１）〜（３）及び（５）〜（８）の効果を得ることはできる。
【００８２】
・上記実施形態では、ノズルボディ２４の内壁にサック室４４が形成される構成としたがこれに限らない。ノズルボディ２４の内壁にサック室４４が形成されない構成であってもよい。この場合であっても、上記実施形態の上記（１）〜（４）及び（６）〜（８）の効果を得ることはできる。
【００８３】
・上記実施形態では、第１背圧室４６又は第２背圧室４８のそれぞれの圧力を操作することでアウタニードル２０又はインナニードル２２のそれぞれを独立して動作させる構成としたがこれに限らない。例えば、ノズルホルダ内に１つの背圧室のみを形成し、この背圧室の圧力を操作することでアウタニードル２０を動作させ、アウタニードル２０の動作に基づきインナニードル２２を動作させて且つアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングに対してインナニードル２２の閉弁動作完了タイミングを調節できる機構を備える構成であってもよい。
【００８４】
・上記実施形態では、電磁ソレノイドにより第１切替部５４及び第２切替部５８を操作することで背圧室の圧力を操作する構成としたがこれに限らない。例えば、ピエゾ素子により第１切替部５４及び第２切替部５８を操作する構成であってもよい。
【００８５】
・上記実施形態では、先の図２に示したステップＳ２６の処理において所定のタイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングとしたがこれに限らない。例えばアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングよりも進角側の任意のタイミングとしてもよい。この場合であっても、第１噴孔群４０からの燃料噴射速度が低下する以前の燃料の噴流を利用することができるため、エミッションを好適に低減させることができる。この際には、閾値を、先の図２に示したステップＳ２６の処理により進角される前のインナニードル２２の閉弁動作完了タイミングより進角側であって且つアウタニードル２０の開弁動作完了タイミングより遅角側の任意のタイミングとしてもよい。また例えば、上記所定のタイミングをアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミングよりも遅角側であって且つ第１噴孔群４０からの燃料噴射完了（アウタニードル２０の閉弁動作完了）タイミングよりも進角側の任意のタイミングとしてもよい。この場合であっても、第１噴孔群４０から噴射される燃料の噴流を利用することで、第２噴孔群４２から噴射される燃料を拡散させることができるなら、エミッションを低減させることができる。
【００８６】
・上記実施形態では、先の図２に示したステップＳ２２及びステップＳ２４の処理で肯定判断された場合、第２噴孔群４２からの燃料噴射完了タイミングを進角させたがこれに限らない。例えば、インナニードル２２の閉弁動作完了タイミングがアウタニードル２０の閉弁動作開始タイミング以前となるように、先の図２のステップＳ１６、Ｓ２０の処理において算出される燃料噴射タイミングをエンジンの運転状態毎に予め適合しておいてもよい。
【００８７】
・上記実施形態では、所定の領域を定めるためのエンジンの運転状態を示すパラメータとして、エンジン回転速度と総噴射量との双方を用いたがこれに限らない。エンジン回転速度と総噴射量との少なくとも一方であってもよい。
【００８８】
・上記実施形態では、第２噴孔群４２と燃料通路５６とは、インナニードル２２の開閉状態にかかわらず、アウタニードル２０の閉弁により遮断される構成としたがこれに限らない。例えば、インナニードル２２又はアウタニードル２０のそれぞれの開閉状態により、第２噴孔群４２と燃料通路５６又は第１噴孔群４０と燃料通路５６がそれぞれ連通又は遮断される構成であってもよい。この場合であっても、上記実施形態の上記（１）〜（５）、（７）及び（８）の効果を得ることはできる。
【００８９】
・上記実施形態では、内燃機関として圧縮着火式内燃機関を対象としたがこれに限らない。例えば筒内噴射式の火花点火式内燃機関を対象としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】一実施形態にかかる燃料噴射システムの全体構成を示す図。
【図２】同実施形態にかかる燃料噴射タイミングの調節処理の手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態にかかる燃料噴射タイミングの調節処理態様を示すタイムチャート。
【図４】従来技術の可変噴孔ノズルの断面構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１６…燃料噴射弁、２０…アウタニードル、２２…インナニードル、２４…ノズルボディ、４０…第１噴孔群、４２…第２噴孔群、４４…サック室、５６…燃料通路、６２…クランク角度センサ、７０…ＥＣＵ（内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態）
【図１】
2010106820.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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