(57)【要約】【課題】ニードル弁の背面側圧力を調整する制御弁の弁体リフト量を第１リフト量から第２リフト量（＞第１リフト量）へ変更してニードル弁上昇速度を２段階に切り替え可能な燃料噴射制御装置において、弁体リフト量を第１リフト量に安定して維持すること。【解決手段】アクチュエータ４３ｂの駆動力が第１駆動力になると弁体４３ａのリフト量が第１リフト量になり弁体４３ａが初期位置にあるピストン４３ｃと接触開始する。駆動力が第２駆動力（＞第１駆動力）以下ではピストン４３ｃが弁体４３ａの押圧により初期位置から移動不能であり弁体リフト量が第１リフト量に維持され、駆動力が第３駆動力（＞第２駆動力）以上ではピストン４３ｃが弁体４３ａの押圧により第１位置に移動して弁体リフト量が第２リフト量となる。燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２に燃料を流入させる流路は、ピストン４３ｃが初期位置にある場合に開通し第１位置にある場合に遮断される。【選択図】図２
2008202417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔を開閉するニードル弁と、
内部の燃料の圧力である噴射圧により前記ニードル弁の一端側が開弁方向の力を受けるとともに前記ニードル弁の開弁状態において内部の燃料が前記噴孔から前記燃焼室に向けて噴射されるノズル室と、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードル弁の他端側が閉弁方向の力を受ける制御室と、
高圧の燃料を発生する高圧発生部と、
前記高圧発生部が発生する前記高圧燃料を前記ノズル室に供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる燃料流入路と、
前記制御室から燃料を排出させる燃料排出路と、
前記燃料排出路に介装されて前記燃料排出路を連通・遮断する制御弁と、
を備え、前記制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記ニードル弁の位置を調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置であって、
前記制御弁は、
前記燃料排出路を連通・遮断する弁体と、
前記弁体を開弁方向に押圧する駆動力を発生するアクチュエータであって、同駆動力を調整することで前記弁体の開閉を制御するとともに同駆動力の増大に応じて開弁状態における前記弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量を増大させるアクチュエータと、
前記弁体のリフト量がゼロよりも大きい第１リフト量未満である場合には前記弁体と接触せずにその初期位置に維持され、前記弁体のリフト量が前記第１リフト量に達すると前記初期位置にて前記弁体と接触開始し、前記弁体のリフト量の前記第１リフト量からの増大に応じて同弁体に押圧されて前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するピストンと、を備え、
前記アクチュエータの駆動力が第１駆動力に達すると前記弁体のリフト量が前記第１リフト量に達するように構成され、
前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第１駆動力よりも大きい第２駆動力以下では前記弁体の押圧により前記初期位置から移動不能であり、同駆動力の前記第２駆動力からの増大に応じて前記弁体の押圧により前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するように配置・構成されていて、
前記燃料流入路の最小流路面積が、前記ピストンが前記初期位置にある場合よりも前記ピストンが前記初期位置より前記弁体の開弁方向側の第１位置にある場合の方が小さくなるように前記燃料流入路が構成された燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第２駆動力よりも大きい第３駆動力に達すると前記第１位置に達し、前記アクチュエータの駆動力が前記第３駆動力より大きい場合に前記第１位置に維持されるように配置・構成された燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射を行う場合、前記アクチュエータの駆動力が、先ず前記第１駆動力と前記第２駆動力の間の第１所定値に調整され、その後、前記第３駆動力よりも大きい第２所定値に調整される燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室と、を備えていて、
前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、
前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記ピストンの他端側は前記圧力室内に臨んでいて、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成されていて、
前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第１連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部を構成している燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、
前記圧力室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられた燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記弾性部材はバネであり、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記バネが密着状態になるように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室から遮断されるように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第１連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料供給路から前記弁体収容室に燃料を流入させる、第２オリフィスが介装された第２燃料流入路を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項４又は請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通していて、
前記ピストンには、その他端側の端部における前記内部空間が前記圧力室に臨む部分において前記ピストンの一端側から他端側に向けて拡径するテーパー面が備えられ、前記圧力室内には、前記テーパー面に向けて突出する突出部が固定配置されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部から離間して前記内部空間と前記圧力室とを連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部に当接して前記内部空間と前記圧力室とを遮断するように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第１連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
請求項２又は請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室と、を備えていて、
前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、
前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成されていて、
前記ピストンの他端側はその軸方向に沿って内部に貫通する第３連通路を介して前記弁体収容室と連通するように形成された背面室に望み、前記背面室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられていて、
前記圧力室は、前記ピストンの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により区画形成されていて、
前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが遮断するように構成され、
前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路にはオリフィスが形成されていて、
前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第１連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部を構成し、前記第２連通路、前記圧力室、前記弁体収容室、及び前記第１連通路が前記燃料流入路を構成している燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図９に示すように、内燃機関（特に、ディーゼル機関）の燃焼室に燃料を噴射する噴孔１１０を開閉するニードル弁１２０と、内部の燃料の圧力である噴射圧Pcによりニードル弁１２０の一端側（図９において下端側）が開弁方向（図９において上方向）の力を受けるとともにニードル弁１２０の開弁状態において内部の燃料が噴孔１１０から燃焼室に向けて噴射されるノズル室１３０と、内部の燃料の圧力である制御圧Pcntlによりニードル弁１２０の他端側（図９において上端側）が閉弁方向（図９において下方向）の力を受ける制御室１４０と、高圧発生部（図示しない液圧ポンプ＋コモンレール）が発生する高圧燃料をノズル室１３０に供給する燃料供給路１５０と、燃料供給路１５０から制御室１４０に燃料を流入させる流入オリフィス１６０が介装された燃料流入路１７０と、制御室１４０から燃料を燃料タンク（図示せず）へ排出させる排出オリフィス１８０が介装された燃料排出路１９０と、燃料排出路１９０に介装されて燃料排出路１９０を連通・遮断する制御弁２１０とを備えた燃料噴射制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００５−３２０８７０号公報
【０００３】
この装置では、閉弁状態にあるニードル弁１２０を開弁させる場合（閉弁状態（リフト量＝０）から開弁状態（リフト量＞０）へと変更させる場合）、制御弁２１０が開弁させられる（閉弁状態から開弁状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１９０を通して制御室１４０から燃料が排出されて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下し、これに伴って燃料流入路１７０を通して制御室１４０に燃料供給路１５０から燃料が流入する。この結果、制御圧Pcntlは、排出オリフィス１８０を通過する燃料の流出流量Qoutと流入オリフィス１６０を通過する燃料の流入流量Qinの差（＝Qout−Qin）に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。
【０００４】
このように低下していく制御圧Pcntlが「ニードル弁開弁圧」（ニードル弁１２０が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pcntl）まで達すると、ニードル弁１２０が開弁し（図９において上方へ移動し）、この結果、燃料噴射が開始される。その後、ニードル弁１２０は、制御室１４０内の燃料の体積の減少速度（即ち、上記流出流量Qoutと上記流入流量Qinの差（＝Qout−Qin））に応じた速度をもって上昇していく（図９において上方へ移動していく）。即ち、ニードル弁１２０のリフト量が増大していく。この間、燃料噴射は継続される。以下、このようにニードル弁１２０が上昇する際のニードル弁１２０の上昇速度（リフト量の増大速度）を「ニードル弁上昇速度」と称呼する。
【０００５】
一方、このように上昇していく（開弁状態にある）ニードル弁１２０を閉弁させる場合（開弁状態から閉弁状態へと変更させる場合）、制御弁２１０が閉弁させられる（開弁状態から閉弁状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１９０を通した制御室１４０からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路１７０を通した制御室１４０への燃料の流入は継続される。この結果、ニードル弁１２０は、制御室１４０内の燃料の体積の増大速度（即ち、上記流入流量Qin）に応じた速度をもって下降していく（図９において下方へ移動していく）。即ち、ニードル弁１２０のリフト量が減少していく。以下、このようにニードル弁１２０が下降する際のニードル弁１２０の下降速度（リフト量の減少速度）を「ニードル弁下降速度」と称呼する。そして、ニードル弁１２０のリフト量が「０」に達すると、ニードル弁１２０が閉弁し、燃料噴射が終了する。このように、制御弁２１０を制御して制御圧Pcntlを制御することでニードル弁１２０の位置（リフト量）が調整されて燃料の噴射制御が行われる。
【発明の開示】
【０００６】
ところで、上記ニードル弁上昇速度を２段階に切り替え可能にしたいという要求がある。この理由の一つとして以下のものが挙げられる。即ち、ディーゼル機関において、燃料噴射開始後着火開始までの期間（所謂、着火遅れ時間）内に噴射された燃料の大部分は、所謂拡散燃焼（ディーゼル燃焼）に代えて所謂予混合燃焼（燃焼室内において比較的均一に拡散した状態にて略同時に着火する燃焼）を行う傾向がある。この予混合燃焼では燃料が略同時に着火するため、燃焼室内圧力が急激に上昇して騒音が大きくなるという問題がある。この騒音を小さくするためには、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすればよい。このためには、燃料噴射開始後の極短期間だけ噴射率（単位時間当たりに噴射される燃料噴射量）を小さめに設定すればよい。ここで、噴射率は、燃料噴射開始後ニードル弁リフト量の増大に応じて増大していく。以上より、燃料噴射開始後の極短期間だけニードル弁上昇速度（従って、ニードル弁リフト量）を小さめに設定し、その後、ニードル弁上昇速度を大きい値に切り替えると（即ち、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと２段階に切り替えると）、上記予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。
【０００７】
上述のように、ニードル弁上昇速度は上記流量差（＝Qout−Qin））に基づく。従って、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと２段階に切り替えるためには、例えば、ニードル弁上昇中における所定時期にて上記流入流量Qinを小さくすればよい。このためには、例えば、図９に示した装置において制御弁２１０を図１０に示したように構成すればよい。図１０において、図９に示した部材と同じ或いは等価な部材には図９と同じ符号が付されている。
【０００８】
即ち、図１０に示した制御弁２１０では、制御室１４０と流路２２０を介して連通した弁体収容室２１１（内部の圧力＝制御圧Pcntl）内に、弁体２１２が移動可能に収容されている。この弁体２１２は、アクチュエータ２１３（図１０では、ピエゾ素子（圧電／電歪素子））の駆動力により開弁方向（図１０において下方向）に駆動され、弁体収容室２１１内における弁体２１２の位置（弁体リフト量）は、アクチュエータ２１３の駆動力に応じて調整されるようになっている。
【０００９】
図１０において、流路２２０、弁体収容室２１１、リターン室２１４、及び流路２３０が図９における燃料排出路１９０に対応し、流路２４０、弁体収容室２１１、流路２２０が図９における燃料流入路１７０に対応している。
【００１０】
アクチュエータ２１３の駆動力がゼロ或いは小さくて、弁体２１２が図１０に示す位置、即ち、弁体２１２が弁体収容室２１１の弁座部２１１ａに当接するとともに弁座部２１１ｂに当接しない位置（弁体リフト量＝０）にある場合、弁体収容室２１１とリターン室２１４（従って、流路２３０）とが遮断されるとともに弁体収容室２１１と流路２４０（従って、燃料供給路１５０）とが連通する。この場合、制御弁２１０が閉弁状態となり（燃料排出路１９０が遮断され）、燃料流入路１７０は開通する（即ち、図９に示した状態と同じ状態となる）。
【００１１】
図１０に示した状態からアクチュエータ２１３の駆動力が第１駆動力まで増大して、弁体２１２が図１１に示す位置、即ち、弁体２１２が弁体収容室２１１の弁座部２１１ａにも弁座部２１１ｂにも当接しない位置（弁体リフト量＝第１リフト量）に移動すると、弁体収容室２１１とリターン室２１４とが連通する。この場合、制御弁２１０が開弁状態となり（燃料排出路１９０が開通し）、燃料流入路１７０は開通した状態に維持される。従って、図１０の状態から図１１の状態に変化すると、制御室圧Pcntlが上記流量差（＝Qout−Qin）に応じた速度で減少していき、制御室圧Pcntlがニードル弁開弁圧を下回るとニードル弁１２０が開弁する。その後、ニードル弁１２０は、流量差（＝Qout−Qin）に応じたニードル弁上昇速度（＝第１上昇速度）で上昇していく。
【００１２】
図１１に示す状態からアクチュエータ２１３の駆動力が第２駆動力（＞第１駆動力）まで更に増大し、弁体２１２が図１２に示す位置、即ち、弁体２１２が弁体収容室２１１の弁座部２１１ｂに当接する位置（弁体リフト量＝第２リフト量）に移動すると、弁体収容室２１１と通路２４０とが遮断される。即ち、燃料流入路１７０が遮断されて流入流量Qin＝０となる。従って、これ以降、ニードル弁１２０は、流出流量Qoutのみに応じたニードル弁上昇速度（＝第２上昇速度＞第１上昇速度）で上昇していく。
【００１３】
このように、アクチュエータ２１３の駆動力を第１駆動力に設定して弁体リフト量を第１リフト量に調整することでニードル弁１２０を開弁させ、ニードル弁１２０の上昇中において、同駆動力を第１駆動力から第２駆動力へと更に増大させて弁体リフト量を第１リフト量から第２リフト量へ切り替えることで、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと２段階に切り替えることができる。
【００１４】
ところで、図１０に示した制御弁２１０の構成では、アクチュエータ２１３の個体間のばらつき等によりアクチュエータ２１３に供給される電力（電圧）と同アクチュエータ２１３の駆動力との関係にはばらつきが発生し得る。また、アクチュエータ２１３の駆動力が一定であっても、温度変化による燃料の粘度の変化等により開弁状態にある弁体２１２の位置（弁体リフト量）は変化し得る。
【００１５】
従って、アクチュエータに供給される電力（従って、駆動力）を調整して図１１に示すように弁体リフト量を第１リフト量に安定して維持すること（即ち、弁体２１２が弁体収容室２１１の弁座部２１１ａにも弁座部２１１ｂにも当接しない状態を安定して維持すること）は実際には非常に困難である。弁体リフト量が第１リフト量に安定して維持されないと、上記流入流量Qin、及び流出流量Qoutが変化してニードル弁上昇速度が不安定となる。従って、弁体リフト量を第１リフト量に安定して維持し得る燃料噴射制御装置の到来が望まれているところである。
【００１６】
本発明の目的は、制御弁の弁体の弁体リフト量を第１リフト量から第２リフト量へ変更することでニードル弁上昇速度を２段階に切り替え可能な燃料噴射制御装置において、弁体リフト量を第１リフト量に安定して維持し得る燃料噴射制御装置を提供することにある。
【００１７】
本発明に係る燃料噴射制御装置は、上述した図９に示した装置と同じ基本構成を有する。本発明に係る燃料噴射制御装置では、前記制御弁が、前記燃料排出路を連通・遮断する弁体と、前記弁体を開弁方向に押圧する駆動力を発生するアクチュエータであって、同駆動力を調整することで前記弁体の開閉を制御するとともに同駆動力の増大に応じて開弁状態における前記弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量（弁体リフト量）を増大させるアクチュエータと、前記弁体リフト量がゼロよりも大きい第１リフト量未満である場合には前記弁体と接触せずにその初期位置に維持され、前記弁体リフト量が前記第１リフト量に達すると前記初期位置にて前記弁体と接触開始し、前記弁体リフト量の前記第１リフト量からの増大に応じて同弁体に押圧されて前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するピストンとを備えている。
【００１８】
前記アクチュエータの駆動力が第１駆動力に達すると前記弁体リフト量が前記第１リフト量に達するように構成され、前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第１駆動力よりも大きい第２駆動力以下では前記弁体の押圧により前記初期位置から移動不能であり、同駆動力の前記第２駆動力からの増大に応じて前記弁体の押圧により前記初期位置から前記弁体の開弁方向へ移動するように配置・構成されている。そして、前記燃料流入路の最小流路面積が、前記ピストンが前記初期位置にある場合よりも前記ピストンが前記初期位置より前記弁体の開弁方向側の第１位置にある場合の方が小さくなるように前記燃料流入路が構成されている。
【００１９】
上記構成によれば、弁体リフト量が第１リフト量以上の場合に弁体がピストンに接触し、弁体の動きがピストンにより抑制される。弁体リフト量が第１リフト量である場合にはピストンは初期位置にあり、弁体リフト量が第１リフト量よりも大きい或る値（以下、「第２リフト量」と称呼する。）に達すると、ピストンは初期位置よりも弁体の開弁方向側の第１位置に移動する。加えて、燃料流入路の最小流路面積（従って、上記流入流量Qin）は、ピストンが初期位置にある場合よりもピストンが第１位置にある場合の方が小さい。従って、弁体リフト量を第１リフト量から第２リフト量へ変更することでニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと２段階に切り替えることができる。
【００２０】
また、ピストンは、アクチュエータの駆動力が第２駆動力以下では弁体の押圧により初期位置から移動不能であるから、アクチュエータの駆動力が第１駆動力から第２駆動力の間では、弁体リフト量は第１リフト量に維持される。従って、アクチュエータに供給される電力（電圧）を同アクチュエータの駆動力が第１駆動力と第２駆動力との間の第１所定値（例えば、中央値等）になる場合に対応する値に調整すれば、上述した「アクチュエータの個体間のばらつき」、「温度変化による燃料の粘度の変化」等が発生しても、弁体リフト量を第１リフト量に安定して維持することができる。
【００２１】
この場合、前記ピストンは、前記アクチュエータの駆動力が前記第２駆動力よりも大きい第３駆動力に達すると前記第１位置に達し、前記アクチュエータの駆動力が前記第３駆動力より大きい場合に前記第１位置に維持されるように配置・構成されることが好適である
【００２２】
これによれば、アクチュエータに供給される電力（電圧）を同アクチュエータの駆動力が第３駆動力よりも大きい第２所定値になる場合に対応する値に調整すれば、弁体リフト量を、ピストンが第１位置にある場合に対応する値（即ち、上記第２リフト量）に安定して維持することができる。
【００２３】
従って、係る構成において燃料噴射を行う場合において、前記アクチュエータの駆動力が、先ず前記第１所定値に調整され、その後、前記第２所定値に調整されることで、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと２段階に安定して確実に切り替えることができる。
【００２４】
上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、具体的には、例えば、前記制御弁は、前記制御室と連通する弁体収容室と、前記燃料供給路と連通する圧力室とを備えていて、前記弁体が前記弁体収容室内に移動可能に収容され、前記弁体が前記弁体収容室に設けられた弁座部に当接した前記閉弁状態にて前記燃料排出路が遮断され、前記弁体が前記弁座部から離間した前記開弁状態にて前記燃料排出路が連通されるように構成され、前記ピストンの一端側は前記弁体収容室内における前記弁座部と対向する側から前記弁体に向けて同弁体収容室内に臨み、前記ピストンの他端側は前記圧力室内に臨んでいて、前記弁体は前記ピストンの一端側と接触し得るように構成され得る。この場合、前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第１連通路、及び前記弁体収容室が前記燃料排出路の一部に対応する。
【００２５】
この場合、前記圧力室内において前記ピストンを前記弁体側（弁体の閉弁方向）に向けて常時付勢する弾性部材が備えられることが好ましい。この弾性部材はバネであり、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記バネが密着状態になるように構成されるとより好ましい。これにより、アクチュエータの駆動力が第３駆動力より大きい場合にピストンを第１位置に維持する構成を簡易に達成することができる。なお、この場合、ピストンの初期位置から弁体側（弁体の閉弁方向）への移動を禁止するストッパ機構が設けられ、このストッパ機構と弾性部材の付勢力との協働により、アクチュエータの駆動力が第２駆動力以下の場合においてピストンが初期位置に維持されるように構成される。
【００２６】
上記のように、前記弁体が前記ピストンの一端側と接触し得るように構成される場合、前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の（側面の）外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室から遮断されるように構成されることが好ましい。具体的には、ピストンが第１位置にある場合、オリフィスの外表面側の開口がピストンを収容するボディ側のピストンとの摺動面によって塞がれる。この場合、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第１連通路が前記燃料流入路に対応する。
【００２７】
これによれば、ピストンが初期位置にある場合、燃料供給路が開通するとともにピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、一方、ピストンが第１位置にある場合、燃料流入路が遮断される（即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる。）。従って、簡易な構成で、燃料流入路の最小流路面積が、ピストンが初期位置にある場合よりもピストンが第１位置にある場合の方が小さくなるように、燃料流入路を構成することができる。
【００２８】
この場合、前記燃料供給路から前記弁体収容室に燃料を流入させる、第２オリフィスが介装された第２燃料流入路が備えられてもよい。この第２燃料流入路を備えることで、燃料流入路全体としての最小流路面積は、ピストンが初期位置にある場合にはピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積と第２オリフィスの流路面積の和となり、ピストンが第１位置にある場合には第２オリフィスの流路面積となる。即ち、この第２燃料流入路が備えられない場合に対して、燃料流入路全体としての最小流路面積の変化割合を変更することができる。換言すれば、２段階に変化するニードル弁上昇速度の変化割合を変更することができる。
【００２９】
また、上記のように、前記弁体が前記ピストンの一端側と接触し得るように構成される場合、前記ピストンは、前記圧力室と連通する内部空間と前記ピストンの一端側の外表面とを連通するオリフィスを備えていて、前記オリフィスの前記外表面側が前記弁体収容室と（常時）連通していて、前記ピストンには、その他端側の端部における前記内部空間が前記圧力室に臨む部分において前記ピストンの一端側から他端側に向けて拡径するテーパー面が備えられ、前記圧力室内には、前記テーパー面に向けて突出する突出部が固定配置されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部から離間して前記内部空間と前記圧力室とを連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記テーパー面が前記突出部に当接して前記内部空間と前記圧力室とを遮断するように構成されてもよい。この場合、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路、前記圧力室、前記内部空間、前記オリフィス、前記弁体収容室、及び前記第１連通路が前記燃料流入路に対応する。
【００３０】
これによっても、ピストンが初期位置にある場合に燃料流入路が開通するとともにピストンそのものに設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、ピストンが第１位置にある場合に燃料流入路が遮断される（即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる）ように構成され得る。
【００３１】
加えて、「テーパー面と突出部との当接」により燃料流入路が確実に遮断される。従って、上述した「オリフィスの外表面側の開口がボディ側のピストンとの摺動面によって塞がれること」により燃料流入路が遮断される場合に比して、燃料流入路の遮断状態をより一層確実に維持することができる。
【００３２】
ところで、上記のように、ピストンの一端が弁体収容室の圧力（従って、制御圧）を受け且つピストンの他端が圧力室の圧力（従って、噴射圧）を受けるように構成される場合、制御弁の開弁状態にて制御圧が噴射圧から低下していくと、この差圧に基づくピストンに働く弁体の閉弁方向の力が増大していく。従って、この差圧に基づく力（負荷）に対抗する十分なアクチュエータの駆動力を確保するため、アクチュエータを大型化する必要がある。
【００３３】
この問題に対処するためには、前記ピストンの他端側が前記圧力室に代えて、その軸方向に沿って内部に貫通する第３連通路を介して前記弁体収容室と連通するように形成された背面室に望むように構成され、前記背面室内において前記ピストンを前記弁体側に向けて常時付勢する弾性部材が備えられていて、前記圧力室は、前記ピストンの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により（前記背面室と常時区画されるように）区画形成されていて、前記ピストンが前記初期位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが連通し、前記ピストンが前記第１位置にある場合に前記弁体収容室と前記圧力室とが遮断するように構成され、前記圧力室と前記燃料供給路とを連通する第２連通路にはオリフィスが形成されることが好適である。この場合、前記制御室と前記弁体収容室とを連通する第１連通路、及び前記弁体収容室は前記燃料排出路の一部に対応し、前記第２連通路、前記圧力室、前記弁体収容室、及び前記第１連通路は前記燃料流入路に対応する。
【００３４】
これによっても、ピストンが初期位置にある場合に燃料流入路が開通するとともに第２連通路に設けられたオリフィスの流路面積が燃料流入路の最小流路面積となり、ピストンが第１位置にある場合に燃料流入路が遮断される（即ち、燃料流入路の最小流路面積がゼロになる）ように構成され得る。
【００３５】
加えて、ピストンの両端側が同じ圧力（具体的には、制御圧）を受ける。従って、制御弁の開弁状態にて制御圧が噴射圧から低下していっても、上述した「差圧に基づくピストンに働く弁体の閉弁方向の力」が発生しない。従って、上述したアクチュエータの大型化を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３７】
図１は、本発明の実施形態による内燃機関（ディーゼル機関）の燃料噴射制御装置１０の全体の概略構成を示している。この燃料噴射制御装置１０は、燃料タンクＴに貯留されている燃料を吸入・吐出する燃料ポンプ２０と、燃料ポンプ２０により吐出された高圧燃料が供給されるコモンレール３０と、コモンレール３０から燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給されて内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を噴射するインジェクタ４０と、燃料ポンプ２０及びインジェクタ４０を制御するＥＣＵ５０とを備える。燃料ポンプ２０とコモンレール３０は、前記「高圧発生部」に対応している。
【００３８】
なお、図１では、コモンレール３０から１本の燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給される１つのインジェクタ４０が記載されているが、実際には、インジェクタ４０及び燃料供給路Ｃ１は内燃機関の複数の燃焼室の各々に対してそれぞれ設けられていて、各インジェクタ４０は対応する燃料供給路Ｃ１を通してコモンレール３０と個別に接続されている。燃料供給路Ｃ１内の燃料の圧力（以下、「噴射圧Pc」と呼ぶ。）は、コモンレール３０内の燃料の圧力（＝前記高圧燃料の圧力）と略等しい。以下、説明の便宜上、各図における紙面上の上・下を単に、「上」、「下」と称呼することもある。
【００３９】
燃料ポンプ２０は、ＥＣＵ５０からの指示により燃料の吸入流量を調整可能に構成されている。これにより、燃料の吐出圧（従って、噴射圧Pc）が調整できるようになっている。
【００４０】
インジェクタ４０は、主として、ボディ４１と、ボディ４１の内部の第１所定空間においてその軸線方向に摺動可能に収容された段付円柱状のニードル弁４２と、ボディ４１の内部の第２所定空間に配設された制御弁４３とを備えている。
【００４１】
ニードル弁４２は、上記第１所定空間を、ノズル室Ｒ１と、制御室Ｒ２とに区画している。ノズル室Ｒ１は燃料供給路Ｃ１と連通していて、ノズル室Ｒ１内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと等しい。ノズル室Ｒ１は、ボディ４１の下端部に設けられて燃焼室に臨む複数の噴孔４１ａとも連通している。
【００４２】
ニードル弁４２の下端側の先端部には先端に近づくほど縮径するテーパー部（円錐形状部）４２ａが同軸的に形成されている。ニードル弁４２が上記第１所定空間内にて下降してテーパー部４２ａが噴孔４１ａ近傍に形成されたボディ４１の円形弁座部４１ｂに当接した状態（図１に示す状態）にて、噴孔４１ａがノズル室Ｒ１から遮断されるようになっている。この状態では、燃料が噴射されない。
【００４３】
以下、この状態を、ニードル弁４２の閉弁状態とも称呼する。また、ニードル弁４２のリフト量（ニードル弁リフト量Ln）は、この状態からのニードル弁４２の上方への移動量（上昇量）を意味するものとする。即ち、図１に示したニードル弁４２の閉弁状態では、ニードル弁リフト量Lnは「０」である。
【００４４】
一方、ニードル弁４２が閉弁状態から上方へ移動（上昇）してテーパー部４２ａが円形弁座部４１ｂから離間すると、噴孔４１ａがノズル室Ｒ１と連通するようになっている。この状態（即ち、ニードル弁リフト量Ln＞０）では、燃料が噴射圧Pcをもって噴射される。以下、この状態を、ニードル弁４２の開弁状態とも称呼する。また、以下において、開弁状態から閉弁状態に移行することを「閉弁」と呼び、閉弁状態から開弁状態に移行することを「開弁」と呼ぶものとする。
【００４５】
ニードル弁４２の下端側は、ノズル室Ｒ１内の圧力（＝噴射圧Pc）により開弁方向（上方向）の力F1を受ける。ここで、ニードル弁４２におけるノズル室Ｒ１と制御室Ｒ２とを区画する摺動部４２ｂの外径をD1、円形弁座部４１ｂの弁座径（シート径）をD2とすると、ニードル弁４２の閉弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積は(π/4)・(D12−D22)となる。従って、ニードル弁４２の閉弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(1)式にて表すことができる。
【００４６】
F1＝(π/4)・(D12−D22)・Pc  …(1)
【００４７】
なお、ニードル弁４２が開弁すると、テーパー部４２ａにおける円形弁座部４１ｂと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされることになる。従って、ニードル弁４２の開弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積が(π/4)・D22だけ増大して(π/4)・D12となる。従って、ニードル弁４２の開弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(2)式にて表すことができる。
【００４８】
F1＝(π/4)・D12・Pc  …(2)
【００４９】
ニードル弁４２の上端側は、制御室Ｒ２内の圧力（以下、「制御圧Pcntl」と称呼する。）により閉弁方向（下方向）の力F2を受ける。この閉弁方向の力F2についてのニードル弁４２の上端側の受圧面積は(π/4)・D12である。従って、この閉弁方向の力F2は、下記(3)式にて表すことができる。
【００５０】
F2＝(π/4)・D12・Pcntl  …(3)
【００５１】
加えて、制御室Ｒ２内には、ニードル弁４２を閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング４４が配設されている。このコイルスプリング４４の付勢力（閉弁方向の力）をF3とすると、ニードル弁４２の上端側は、全体として閉弁方向の力（F2+F3）を受ける。なお、コイルスプリング４４は、燃料ポンプ２０の非作動中など噴射圧Pcが低い場合等において、ニードル弁４２が開弁して燃料が燃焼室へ流出する事態等の発生を防止するために設けられている。
【００５２】
後述するように、制御圧Pcntlは、制御弁４３の開閉制御により噴射圧Pc以下の範囲内で変化し得るようになっている。制御圧Pcntlを噴射圧Pcよりも小さい或る圧力（以下、「ニードル弁開弁圧Py」と称呼する。）まで噴射圧Pcから低下させると、ニードル弁４２が開弁する（閉弁状態から開弁状態へ移行する）。
【００５３】
このニードル弁開弁圧Py（＜Pc）は、上記(1)式、(3)式を考慮すると、下記(4)式にて表すことができる。このように、ニードル弁開弁圧Pyは噴射圧Pcに依存する。以上のように、制御圧Pcntlの制御によりニードル弁リフト量Lnが調整されて、噴孔４１ａが開閉されるようになっている。
【００５４】
Py＝{1/((π/4)・D12)}・{(π/4)・(D12−D22)・Pc−F3}  …(4)
【００５５】
以下、制御弁４３の拡大図である図２をも参照しながら制御弁４３について説明する。制御弁４３は、上記第２所定空間を弁体収容室Ｒ３とリターン室Ｒ４とに区画する球形の弁体４３ａと、弁体４３ａを開弁方向（図２において下方向）に駆動するアクチュエータ４３ｂと、上記第２所定空間を弁体収容室Ｒ３と圧力室Ｒ５とに区画する軸線方向に摺動可能に配置されたピストン４３ｃとを備えている。弁体４３ａ、アクチュエータ４３ｂ、及びピストン４３ｃは上記第２所定空間の軸線方向に対して同軸的に配置されている。
【００５６】
弁体収容室Ｒ３は流路Ｃ２を通して制御室Ｒ２と連通していて、弁体収容室Ｒ３内の燃料圧力は上記制御圧Pcntlと常時等しい。リターン室Ｒ４は排出オリフィスＺ１（開口面積一定）が介装された流路Ｃ３を通して燃料タンクＴと連通している。ここで、流路Ｃ２、弁体収容室Ｒ３、リターン室Ｒ４、流路Ｃ３は、制御室Ｒ２から燃料を排出させる前記「燃料排出路」に対応している。また、圧力室Ｒ５は流路Ｃ４を通して燃料供給路Ｃ１と連通していて、圧力室Ｒ５内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと常時等しい。
【００５７】
弁体４３ａは、弁体収容室Ｒ３内において移動可能に収容されていて、弁体４３ａの位置（上下方向の位置）は、アクチュエータ４３ｂの駆動力に応じて調整されるようになっている。弁体４３ａが弁体収容室Ｒ３の上端側に形成されたボディ４１の弁座部（円錐形状部）４１ｃに当接した状態（図１，２に示す状態）にて、弁体収容室Ｒ３とリターン室Ｒ４とが遮断されて「燃料排出路」が遮断されるようになっている。この状態では、燃料が制御室Ｒ２から排出されない。
【００５８】
以下、この状態を、弁体４３ａの閉弁状態とも称呼する。また、弁体４３ａのリフト量（弁体リフト量Lv）は、この状態からの弁体４３ａの下方への移動量（下降量）を意味するものとする。即ち、図１，２に示した弁体４３ａの閉弁状態では、弁体リフト量Lvは「０」である。
【００５９】
一方、弁体４３ａが閉弁状態から下方へ移動（下降）して弁座部４１ｃから離間すると、弁体収容室Ｒ３とリターン室Ｒ４とが連通して「燃料排出路」が開通するようになっている。この状態（即ち、弁体リフト量Lv＞０）では、排出オリフィスＺ１の両端の差圧（即ち、制御圧Pcntlと燃料タンクＴ内の燃料圧力（＝大気圧）の差圧）に応じて「燃料排出路」を通して制御室Ｒ２から燃料タンクＴへ燃料が排出されるようになっている。以下、この状態を、弁体４３ａの開弁状態とも称呼し、この場合において排出オリフィスＺ１を通過する流量を「流出流量Qout」と称呼する。
【００６０】
アクチュエータ４３ｂは、本例では、ピエゾ素子（圧電／電歪素子）から構成されていて、ＥＣＵ５０からの指示により調整・供給される駆動電圧Ｖが大きいほどより大きい駆動力（大きい変位）を発生するようになっている。これにより、アクチュエータ４３ｂの駆動電圧Ｖが大きいほど（従って、駆動力が大きいほど）、弁体リフト量Lvがより大きい値に調整され得るようになっている。この弁体リフト量Lvが値L1（図２を参照、以下、「第１リフト量L1」と称呼する。）以上では、弁体４３ａがピストン４３ｃの上端部に接触するとともに同上端部を下方向に押圧するようになっている。
【００６１】
ピストン４３ｃは、その下端部においてフランジ部４３ｃ１を有する下方向に向けて開口する有底円筒状を呈している。ピストン４３ｃの上端側は、弁体収容室Ｒ３内の圧力（＝制御圧Pcntl）により下方向の力F4を受け、ピストン４３ｃの下端側は、圧力室Ｒ５内の圧力（＝噴射圧Pc）により上方向の力F5を受ける。ここで、ピストン４３ｃの外径をD3とすると、この力F3,F4は下記(5),(6)式にてそれぞれ表すことができる。
【００６２】
F4＝(π/4)・D32・Pcntl  …(5)
F5＝(π/4)・D32・Pc  …(6)
【００６３】
加えて、圧力室Ｒ５内には、ピストン４３ｃを上方向へ常時付勢するコイルスプリング４３ｄが配設されている。このコイルスプリング４３ｄの付勢力（上方向の力）をF6とすると、ピストン４３ｃの下端側は、全体として上方向の力（F5+F6）を受ける。ここで、Pc≧Pcntlの関係があるから、F5≧F4の関係がある。
【００６４】
従って、弁体４３ａが接触していない場合、ピストン４３ｃは、上方向の力（以下、「セット荷重F7」と呼ぶ。）（＝F5＋F6−F4）を受けてフランジ部４３ｃ１の上端面がボディ４１のストッパ面４１ｄに当接した状態（図１，２に示した状態）に維持される。この状態におけるピストン４３ｃの位置を「初期位置」と称呼する。
【００６５】
一方、ピストン４３ｃが弁体４３ａにより下方向に押圧される場合、その押圧力により、ピストン４３ｃは、初期位置から下方向に向かってコイルスプリング４３ｄが密着する位置（以下、「第１位置」と称呼する。）まで下降可能となっている。
【００６６】
ピストン４３ｃの内部には、圧力室Ｒ５と連通する円柱状の内部空間４３ｃ２が形成されている。ピストン４３ｃの上端側の所定箇所には、この内部空間４３ｃ２と外表面とを連通する流入オリフィスＺ２（開口面積一定）が径方向に沿って形成されている。ここで、流路Ｃ４、圧力室Ｒ５、内部空間４３ｃ２、流入オリフィスＺ２、弁体収容室Ｒ３、流路Ｃ２は、制御室Ｒ２に燃料を流入させる前記「燃料流入路」に対応している。
【００６７】
ピストン４３ｃが初期位置にある場合、流入オリフィスＺ２の外表面側の端部が弁体収容室Ｒ３と連通して「燃料流入路」が開通するようになっている（図１，２を参照）。この状態では、流入オリフィスＺ２の両端の差圧（従って、噴射圧Pcと制御圧Pcntlとの差圧）に応じて「燃料流入路」を通して制御室Ｒ２に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入するようになっている。以下、この場合において流入オリフィスＺ２を通過する流量を「流入流量Qin」と称呼する。この場合における「燃料流入路」の最小流路面積は、流入オリフィスＺ２の開口面積となる。
【００６８】
一方、ピストン４３ｃが第１位置にある場合、流入オリフィスＺ２の外表面側の端部がボディ４１のピストン４３ｃとの摺動面４１ｅによって塞がれて「燃料流入路」が遮断されるようになっている（後述する図４Ｃを参照）。この状態では、燃料が制御室Ｒ２に流入されない。この場合における「燃料流入路」の最小流路面積は「０」である。
【００６９】
次に、図３、並びに図４Ａ〜４Ｃを参照しながら、アクチュエータ４３ｂに供給される駆動電圧Ｖと弁体リフト量Lvとの関係について説明する。以下、アクチュエータ４３ｂの駆動力を単に「駆動力」と呼ぶこともある。図３に示すように、駆動電圧Ｖが「０」から値V0の間では、弁体リフト量Lvは「０」に維持される（即ち、弁体４３ａが閉弁状態に維持される。図４Ａを参照。）。また、ピストン４３ｃも初期位置に維持される。ここで、値V0は、駆動力が下記(7)式にて表される弁体４３ａの開弁に必要な力F8と等しい場合に対応する駆動電圧である。(7)式において、値D4は弁座部４１ｃの弁座径（シート径）である（図２を参照）。
【００７０】
F8＝(π/4)・D42・Pcntl  …(7)
【００７１】
駆動電圧Ｖが値V0に達すると弁体４３ａが開弁し、駆動電圧Ｖが値V0から増大するにつれて弁体リフト量Lvが「０」から第１リフト量L1に向けて増大していく。駆動電圧Ｖが値VAに達すると、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1に達して弁体４３ａがピストン４３ｃの上端部に接触する（図４Ｂを参照）。この段階でもピストン４３ｃは初期位置になお維持されている。ここで、駆動電圧Ｖ＝VAに対応する駆動力が前記「第１駆動力」に対応する。
【００７２】
駆動電圧Ｖが、値VAから増大すると、弁体４３ａがピストン４３ｃを下方向へ押圧するようになる。しかしながら、駆動電圧Ｖが、上記セット荷重F7と等しい駆動力を発生するための値である値VBに達するまでは、駆動力がセット荷重F7以下であるから、ピストン４３ｃが初期位置になお維持される。この結果、弁体リフト量Lvも第１リフト量L1に維持される。ここで、駆動電圧Ｖ＝VBに対応する駆動力が前記「第２駆動力」に対応する。
【００７３】
駆動電圧Ｖが値VBに達し、値VBから増大するにつれて弁体４３ａの押圧によりピストン４３ｃが初期位置から第１位置に向けて下方向に移動していく。この結果、弁体リフト量Lvも第１リフト量L1から増大していく。駆動電圧Ｖが値VCに達すると、ピストン４３ｃが第１位置に達し、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2に達する（図４Ｃを参照）。ここで、駆動電圧Ｖ＝VCに対応する駆動力が前記「第３駆動力」に対応する。
【００７４】
駆動電圧Ｖが値VCから増大すると、弁体４３ａはピストン４３ｃを第１位置から更に下方向へ押圧しようとする。しかしながら、コイルスプリング４３ｄの密着によりピストン４３ｃは第１位置よりも下方向へ移動不可能である。即ち、ピストン４３ｃが第１位置に維持される。この結果、弁体リフト量Lvも第２リフト量L2に維持される。
【００７５】
以上のように、駆動電圧Ｖを値VAから値VBの間の値に調整すれば（即ち、駆動力を第１駆動力から第２駆動力の間に調整すれば）、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1に維持され、駆動電圧Ｖを値VC以上に調整すれば（即ち、駆動力を第３駆動力以上に調整すれば）、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2に維持される。
【００７６】
従って、駆動電圧Ｖを値VAのばらつき範囲RAの最大値と値VBのばらつき範囲RBの最小値の間の或る値（例えば、中央値、図３の値V1）に調整すれば、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1に安定して維持され得、駆動電圧Ｖを値VCのばらつき範囲RCの最大値よりも大きい値（例えば、図３の値V2）に調整すれば、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2に安定して維持され得る。
【００７７】
次に、図５、並びに図４Ａ〜４Ｄを参照しながら、この燃料噴射制御装置１０の作動の一例について説明する。時刻ｔ１以前では、駆動電圧Ｖ＝０である。これにより、図４Ａに示すように、制御弁４３が閉弁状態に維持されていて「燃料排出路」が遮断されている。即ち、弁体リフト量Lv＝０であり、流出流量Qout＝０である。一方、ピストン４３ｃが初期位置に維持されていて「燃料流入路」が開通していることにより、制御圧Pcntlが噴射圧Pcと等しい圧力に維持されている（即ち、流入流量Qin＝０）。この結果、制御圧Pcntlは上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyよりも大きい。従って、ニードル弁４２は閉弁状態に維持されている。即ち、ニードル弁リフト量Ln＝０であり、燃料が噴射されていない。従って、燃料の噴射率も「０」である。
【００７８】
時刻ｔ１にてＥＣＵ５０からの指示により駆動電圧Ｖが「０」から上述した値V1（図３を参照）にステップ的に変更されると、時刻ｔ１以降、上述したように、弁体４３ａがピストン４３ｃに接触するもののピストン４３ｃが初期位置になお安定して維持されて弁体リフト量Lvは安定して第１リフト量L1に維持される（図３、図４Ｂを参照）。即ち、時刻ｔ１にて制御弁４３が開弁して「燃料排出路」が開通し、時刻ｔ１以降、「燃料排出路」を通して制御室Ｒ２から燃料が排出されていき（Qout＞０）、制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していく。これに伴って、開通している「燃料流入路」を通して制御室Ｒ２に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する（Qin＞０）。この結果、制御圧Pcntlは、流出流量Qoutと流入流量Qinの差（＝Qout−Qin）に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。
【００７９】
時刻ｔ１以降において低下していく制御圧Pcntlが時刻ｔ２にて、上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyまで達すると、ニードル弁４２が開弁し（ニードル弁リフト量が「０」から増大を開始し）、この結果、燃料噴射が開始されて、噴射率が「０」から増大していく。
【００８０】
ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ２以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の減少速度（＝Qout−Qin）に応じた比較的小さいニードル弁上昇速度（以下、「第１上昇速度」と呼ぶ。）をもって上昇していく（時刻ｔ２〜ｔ４を参照）。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度（＝第１上昇速度）が比較的小さいことからニードル弁リフト量Lnが比較的小さい値に維持されて、噴射率は、大幅に増大していかずに比較的小さい値に維持される。
【００８１】
ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ２以降、噴射圧Pcは、燃料が噴射開始されたことに起因して極短期間だけ減少した後、燃料供給路Ｃ１内の圧力脈動に起因して直ちに上昇していく。
【００８２】
また、ニードル弁４２が開弁すると、上述したように、テーパー部４２ａにおける円形弁座部４１ｂと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされるから、上記開弁方向の力F1についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積と上記閉弁方向の力F2についてのニードル弁４２の下端側の受圧面積とが等しくなる（上記(2)式、(3)式を参照。受圧面積＝(π/4)・D12）。
【００８３】
このことに起因して、ニードル弁４２が開弁する時刻ｔ２以降、制御圧Pcntlは、ノズル室Ｒ１内の圧力（＝噴射圧Pc）から、コイルスプリング４４の付勢力F3に相当する制御室Ｒ２内の圧力分（＝F3/((π/4)・D12)、以下、「バネ力相当圧力分Px」と称呼する。）を減じて得られる圧力（Pc−Px）まで迅速に上昇していき、時刻ｔ３にて、制御圧Pcntlは、圧力（Pc−Px）に達する。時刻ｔ３以降、制御圧Pcntlは、圧力（Pc−Px）で推移していく。なお、本例では、コイルスプリング４４のスプリング定数が非常に小さいため、コイルスプリング４５の付勢力F3（従って、バネ力相当圧力分Px）は、ニードル弁リフト量に依存することなく一定として扱う。
【００８４】
時刻ｔ４にてＥＣＵ５０からの指示により駆動電圧Ｖが値V1から上述した値V2（図３を参照）にステップ的に変更されると、時刻ｔ４以降、上述したように、弁体４３ａによりピストン４３ｃが押圧されてピストン４３ｃが第１位置に安定して維持され、弁体リフト量Lvは安定して第２リフト量L2に維持される（図３、図４Ｃを参照）。即ち、時刻ｔ４以降、「燃料流入路」が遮断されて流入流量Qin＝０となる。一方、「燃料排出路」はなお開通している（Qout＞０）。
【００８５】
この結果、時刻ｔ４以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の減少速度（＝Qout）に応じた速度、即ち、前記第１上昇速度よりも大きいニードル弁上昇速度（以下、「第２上昇速度」と呼ぶ。）をもって上昇していく（時刻ｔ４〜ｔ５を参照）。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度（＝第２上昇速度）が大きいことからニードル弁リフト量Lnも大幅に増大していき、噴射率は大幅に増大していく。
【００８６】
時刻ｔ５にてＥＣＵ５０からの指示により駆動電圧Ｖが値V2から「０」にステップ的に変更されると、時刻ｔ５以降、弁体リフト量Lvは「０」に戻り、ピストン４３ｃも初期位置に戻る（図４Ｄを参照）。即ち、制御弁４３が閉弁状態に戻って「燃料排出路」が遮断され（Qout＝０）、「燃料排出路」を通した制御室Ｒ２からの燃料の排出が中止される。一方、「燃料流入路」は再び開通し、「燃料流入路」を通した制御室Ｒ２への燃料の流入が再び開始される（Qin＞０）。この結果、時刻ｔ５以降、ニードル弁４２は、制御室Ｒ２内の燃料の体積の増大速度（＝Qin）に応じた速度をもって下降していく（時刻ｔ５〜ｔ６を参照）。この間、燃料噴射は継続される。
【００８７】
そして、ニードル弁リフト量Lnが「０」に達する時刻ｔ６になると、ニードル弁４２が閉弁し、燃料噴射が終了する。時刻ｔ６以降、「燃料流入路」を通して燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２内に燃料が供給されることで（Qin＞０）、制御圧Pcntlは噴射圧Pcに近づく。制御圧Pcntlが噴射圧Pcに一致した後は（Qin＝０）、時刻ｔ１以前と同様、制御圧Pcntlは、噴射圧Pcと等しい圧力に維持される。
【００８８】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射制御装置の実施形態によれば、コモンレール３０内の高圧（噴射圧Pc）の燃料を供給する燃料供給路Ｃ１からインジェクタ４０の制御室Ｒ２に燃料を流入させる流路（即ち、「燃料流入路」）が、弁体４３ａの弁体リフト量Lvが第１リフト量L1の場合（図４Ｂを参照）には開通し、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2の場合（図４Ｃを参照）には遮断される。これにより、弁体リフト量Lvを先ず第１リフト量L1に調整してニードル弁４２を開弁させ、ニードル弁４２の上昇中において、弁体リフト量Lvを第１リフト量L1から第２リフト量L2に切り替えることで、ニードル弁上昇速度を比較的小さい第１上昇速度から第２上昇速度（＞第１上昇速度）へと２段階に切り替えることができる。
【００８９】
これにより、ニードル弁上昇速度が第１上昇速度に維持される期間を前記着火遅れ時間に合わすことにより、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすることができる。この結果、着火遅れ時間内に噴射された燃料の予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。
【００９０】
また、図５に示した例では、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1に維持される場合、アクチュエータ４３ｂに供給される駆動電圧Ｖが値VAと値VBの間の値V1に維持される（図３を参照）。また、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2に維持される場合、駆動電圧Ｖが値VCよりも大きい値V2に維持される（図３を参照）。従って、アクチュエータ４３ｂの個体間のばらつき等により駆動電圧Ｖと駆動力との関係にばらつきが発生しても、また、温度変化による燃料の粘度の変化等が発生しても、弁体リフト量Lvが安定して第１、第２リフト量L1,L2にそれぞれ維持され得る。この結果、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1又は第２リフト量L2に維持されている間に亘って上記流入流量Qin、及び流出流量Qoutが安定し、ニードル弁上昇速度が第１上昇速度又は第２上昇速度に安定して維持され得る。
【００９１】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、図５の例に示すように、弁体リフト量Lvを先ず第１リフト量L1に調整してニードル弁４２を開弁させ、ニードル弁４２の上昇中において、弁体リフト量Lvを第１リフト量L1から第２リフト量L2に切り替えることで、ニードル弁上昇速度を第１上昇速度から第２上昇速度（＞第１上昇速度）へと２段階に切り替えているが、弁体リフト量Lvを第１リフト量L1に調整してニードル弁４２を開弁させてその後も弁体リフト量Lvを第１リフト量L1に維持することで、ニードル弁上昇速度を第１上昇速度に維持してもよい。同様に、弁体リフト量Lvを第２リフト量L2に調整してニードル弁４２を開弁させてその後も弁体リフト量Lvを第２リフト量L2に維持することで、ニードル弁上昇速度を第２上昇速度に維持してもよい。
【００９２】
また、上記実施形態においては、弁体リフト量Lvが第１リフト量L1の場合（即ち、ピストン４３ｃが初期位置にある場合）に「燃料流入路」の最小流路面積が流入オリフィスＺ２の開口面積となり、弁体リフト量Lvが第２リフト量L2の場合（即ち、ピストン４３ｃが第１位置にある場合）に「燃料流入路」の最小流路面積が「０」となるように構成されているが、図６に示したように、燃料供給路Ｃ１から弁体収容室Ｒ３に燃料を流入させる、第２オリフィスＺ３が介装された燃料流入路Ｃ５が追加されてもよい。
【００９３】
この場合、「燃料流入路」全体としての最小流路面積は、ピストン４３ｃが初期位置にある場合には流入オリフィスＺ２の開口面積と第２オリフィスＺ３の開口面積の和となり、ピストン４３ｃが第１位置にある場合には第２オリフィスＺ３の開口面積となる。即ち、図６に示した構成によれば、上記第１実施形態に対して、「燃料流入路」全体としての最小流路面積の変化割合を変更することができる。換言すれば、２段階に変化するニードル弁上昇速度の変化割合を変更することができる。
【００９４】
また、上記実施形態においては、流入オリフィスＺ２の外表面側の端部がボディ４１のピストン４３ｃとの摺動面４１ｅによって塞がれること（所謂、摺動シール）で「燃料流入路」が遮断されるように構成されているが、図７に示した構成により「燃料流入路」を遮断してもよい。
【００９５】
即ち、図７に示した構成では、ピストン４３ｃには、その下端側の端部における、内部空間４３ｃ２が圧力室Ｒ５に臨む部分においてピストン４３ｃの上端側から下端側に向けて拡径するテーパー面４３ｃ３が備えられ、圧力室Ｒ５内には、テーパー面４３ｃ３に向けて上方へ突出する突出部４３ｄ１を有する部材４３ｄが固定配置されている。流入オリフィスＺ２は、ピストン４３ｃの位置にかかわらず常時、内部空間４３ｃ２と弁体収容室Ｒ３とを連通している。
【００９６】
ピストン４３ｃが初期位置にある場合には、テーパー面４３ｃ３が突出部４３ｄ１から離間して内部空間４３ｃ２と圧力室Ｒ５とが連通し（即ち、「燃料流入路」が開通し）、ピストン４３ｃが第１位置にある場合にはテーパー面４３ｃ３が突出部４３ｄ１に当接して内部空間４３ｃ２と圧力室Ｒ５とが遮断される（即ち、「燃料流入路」が遮断される）。このように、上記実施形態のような「摺動シール」に代えて所謂「弁体シール」により「燃料流入路」が遮断されるから、上記実施形態よりも確実且つ安定して「燃料流入路」を遮断することができる。
【００９７】
また、上記実施形態では、制御弁４３が開弁して制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していくと、差圧（噴射圧Pc−制御圧Pcntl）に基づくピストン４３ｃに働く上方向の力が増大していく。従って、この差圧に基づく力（負荷）に対抗する十分なアクチュエータ４３ｂの駆動力を確保するため、アクチュエータ４３ｂを大型化する必要がある。
【００９８】
これに対処するためには、ピストン４３ｃについて図８に示す構成を採用すればよい。即ち、ピストン４３ｃの下端側が圧力室Ｒ５（内圧が噴射圧Pc）に代えて、その軸方向に沿って内部に貫通する連通路４３ｃ４を介して弁体収容室Ｒ３と連通するように形成された背面室Ｒ６（内圧が制御圧Pcntl）に望むように構成される。第３オリフィスＺ４が介装された流路Ｃ４を介して燃料供給路Ｃ１と連通する圧力室Ｒ５は、ピストン４３ｃの軸方向中間部外周に形成された環状凹部により背面室Ｒ６と常時区画されるように区画形成されている。
【００９９】
ピストン４３ｃが初期位置にある場合（図８に示す場合）、ピストン４３ｃのテーパー面４３ｃ５とボディ４１の角部４１ｆとが離間することで弁体収容室Ｒ３と圧力室Ｒ５とが連通する（即ち、「燃料流入路」が開通する）。この場合、「燃料流入路」の最小流路面積は、第３オリフィスＺ４の開口面積となる。一方、ピストン４３ｃが第１位置にある場合、テーパー面４３ｃ５と角部４１ｆとが当接することで弁体収容室Ｒ３と圧力室Ｒ５とが遮断される（即ち、「燃料流入路」が遮断される）。この場合、「燃料流入路」の最小流路面積は「０」となる。
【０１００】
図８に示した構成によれば、ピストン４３ｃの両端側が同じ圧力（具体的には、制御圧Pcntl）を受ける。従って、制御弁４３の開弁状態にて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していっても、上述した「差圧に基づくピストンに働く上方向の力」が発生しない。従って、上述したアクチュエータ４３ｂの大型化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。
【図２】図１に示した制御弁の拡大図である。
【図３】図１に示した燃料噴射制御装置における、制御弁の弁体を駆動するアクチュエータに供給される駆動電圧と、弁体のリフト量との関係を示したグラフである。
【図４Ａ】制御弁の閉弁状態を示した図である。
【図４Ｂ】制御弁の開弁状態であって、弁体リフト量が第１リフト量である場合を示した図である。
【図４Ｃ】制御弁の開弁状態であって、弁体リフト量が第２リフト量である場合を示した図である。
【図４Ｄ】制御弁が開弁状態から閉弁状態に復帰した場合を示した図である。
【図５】図１に示した燃料噴射制御装置の作動中における各物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。
【図６】制御弁の第１変形例の拡大図である。
【図７】制御弁の第２変形例の拡大図である。
【図８】制御弁の第３変形例の拡大図である。
【図９】従来の燃料噴射制御装置の概略構成図である。
【図１０】従来の燃料噴射制御装置における制御弁の概略構成図である。
【図１１】図１０に示した制御弁の弁体リフト量が第１リフト量である場合を示した図である。
【図１２】図１０に示した制御弁の弁体リフト量が第２リフト量である場合を示した図である。
【符号の説明】
【０１０２】
２０…燃料ポンプ、３０…コモンレール、４０…インジェクタ、４１…ボディ、４１ａ…噴孔、４１ｂ…円形弁座部、４１ｃ…円形弁座部、４２…ニードル弁、４２ａ…テーパー部、４３…制御弁、４３ａ…弁体、４３ｂ…アクチュエータ、４３ｃ…ピストン、４３ｃ２…内部空間、４３ｄ…コイルスプリング、５０…ＥＣＵ、Ｃ１…燃料供給路、Ｚ１…排出オリフィス、Ｚ２…流入オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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