(57)【要約】【課題】  第２の噴孔群からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できる燃料噴射弁及び該燃料噴射弁を備える内燃機関で第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うこと。【解決手段】  ボディ１０５と、第１の噴孔群１０３を開閉するアウタニードル２０６と、第２の噴孔群１０４を開閉するインナニードル２０７と、第１の噴孔群１０３を閉止する方向にアウタニードル２０６を付勢するアウタニードルセットスプリング２０８と、第２の噴孔群１０４を閉止する方向にインナニードル２０７を付勢するインナニードルセットスプリング２０９とを有する燃料噴射弁２００であって、単一の背圧室１１０を有し、噴射用に供給される燃料の燃圧に応じてインナニードル２０７の開弁圧がアウタニードル２０６の開弁圧よりも高くなるように、ニードル受圧面積（Ａｕ−ｏ、Ａｂ−ｏ、Ａｕ−ｉ及びＡｂ−ｉ）と、セットスプリング力（Ｆｓ−ｏ及びＦｓ−ｉ）を設定する。【選択図】  図１
2009019615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の噴孔群が形成されたボディと、該ボディに摺動自在に収容され、前記第１の噴孔群を開閉する筒状の第１のニードルと、該第１のニードルに摺動自在に挿通され、前記第２の噴孔群を開閉する第２のニードルと、前記第１の噴孔群を閉止する方向に前記第１のニードルを付勢する第１の付勢手段と、前記第２の噴孔群を閉止する方向に前記第２のニードルを付勢する第２の付勢手段とを有して構成される可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁であって、
前記第１及び第２のニードルが、単一の背圧室の背圧により前記第１及び第２の噴孔群を閉止する方向に付勢されるとともに、噴射用に供給される燃料の燃圧により前記第１及び第２の噴孔群を開放する方向に付勢されるように構成されており、
さらに前記燃圧に応じて前記第２のニードルの開弁圧が前記第１のニードルの開弁圧よりも高くなるように、前記背圧が作用する前記第１及び第２のニードルの受圧面積、前記燃圧が作用する前記第１及び第２のニードルの受圧面積、及び前記第１及び第２の付勢手段の付勢力が設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第１の噴孔群が閉止されるとともに、前記第２の噴孔群が開放された状態で前記第２の噴孔群に燃料を供給するために、前記第１及び第２のニードル間に形成される空間に通じる連通路が前記第１のニードルに形成されているとともに、
前記連通路による絞りと、前記空間による絞りと、前記第２の噴孔群による絞りとで構成される３重絞りが、前記第２の噴孔群による絞りと同等、或いは該第２の噴孔群の絞りよりも小さくなるように、前記連通路、前記空間及び前記第２の噴孔群が形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記３重絞りが、前記第２の噴孔群による絞りの３０％乃至８５％になるように、前記連通路、前記空間及び前記第２の噴孔群が形成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第１及び第２の噴孔群が形成されたボディと、該ボディに摺動自在に収容され、前記第１の噴孔群を開閉する筒状の第１のニードルと、該第１のニードルに摺動自在に挿通され、前記第２の噴孔群を開閉する第２のニードルと、前記第１の噴孔群を閉止する方向に前記第１のニードルを付勢する第１の付勢手段と、前記第２の噴孔群を閉止する方向に前記第２のニードルを付勢する第２の付勢手段とを有して構成される可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁を備える内燃機関で燃料の噴射制御を行うための内燃機関の制御装置であって、
前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせる場合と、前記第２のニードルよりも先に前記第１のニードルをリフトさせる場合とを切り換える制御を行う切換制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記切換制御手段が、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせて前記第２の噴孔群に付着したデポジットを除去する必要があるときに、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記切換制御手段が、前記内燃機関の排気系に配設された触媒が活性化していないときに、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のニードルが、単一の背圧室の背圧により前記第１及び第２の噴孔群を閉止する方向に付勢されるとともに、供給される燃料の燃圧により前記第１及び第２の噴孔群を開放する方向に付勢されるように構成されており、
さらに前記切換制御手段が、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御として、前記内燃機関が備えるコモンレール式燃料噴射装置のレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御を行う場合に、
前記インナ先開弁レール圧が、前記第２のニードルの開弁圧が前記第１のニードルの開弁圧よりも高くなるレール圧に設定されているとともに、前記第１及び第２のニードルの開弁圧が互いに等しくなるレール圧から、レール圧が変動する範囲に含まれないように設定されていることを特徴とする請求項４から６いずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁及び内燃機関の制御装置に関し、特に可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁及び該燃料噴射弁を備える内燃機関で燃料の噴射制御を行うための内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料噴射を段階的に実行できる燃料噴射弁が知られている。係る燃料噴射弁としては、具体的には例えばノズルニードルの背圧に応じて異なる噴孔群を段階的に開放する可変ノズル式の燃料噴射弁が知られている。図９は可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁１００の要部を模式的に示す図である。燃料噴射弁１００は、第１及び第２の噴孔群１０３、１０４が形成されたボディ１０５と、ボディ１０５に摺動自在に収容され、噴孔群１０３を開閉する筒状のアウタニードル（第１のニードルに相当）１０６と、アウタニードル１０６に摺動自在に挿通され、第２の噴孔群１０４を開閉するインナニードル（第２のニードルに相当）１０７と、第１の噴孔群１０３を閉止する方向（閉孔方向）にアウタニードル１０６を付勢するアウタニードルセットスプリング（第１の付勢手段に相当）１０８と、第２の噴孔群１０４を閉止する方向にインナニードル１０７を付勢するインナニードルセットスプリング（第２の付勢手段に相当）１０９とを有して構成されている。
【０００３】
燃料噴射弁１００は単一の背圧室１１０を有しており、この背圧室１１０に連通する燃料流路は、電磁弁で実現された背圧制御手段１１１によって切り換えられる。背圧制御手段１１１が背圧室１１０と供給側流路１１３とを連通すると、高圧燃料が背圧室１１０に導入され、この結果、アウタニードル１０６及びインナニードル１０７は背圧により閉孔方向に付勢される。一方、背圧制御手段１１１が背圧室１１０と排出側流路１１２とを連通すると、背圧室１１０からの高圧燃料の排出が始まる。この結果、アウタニードル１０６及びインナニードル１０７にかかる背圧が低下し、背圧に基づく付勢力も低下する。さらにこの付勢力とアウタニードルセットスプリング１０８の弾性力（付勢力）との和が噴射用に供給される燃料の燃圧に基づく付勢力よりも小さくなると、まずアウタニードル１０６が第１の噴孔群１０３を開放する方向（開孔方向）に移動を始め、第１の噴孔群１０３からの燃料噴射が始まる。続いてアウタニードル１０６の係合部がインナニードル１０７の係合部に係合すると、インナニードル１０７が開孔方向に移動を始め、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射が始まる。
【０００４】
このように燃料噴射弁１００では、アウタニードル１０６が第１の噴孔群１０３を開放した後に、インナニードル１０７が遅れて第２の噴孔群１０４を開放することで、燃料噴射が２段階に分けて実行される。なお、この燃料噴射弁１００は特許文献１で提案されている燃料噴射弁と実質的に同一のものとなっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記構成の燃料噴射弁１００では通常、燃料噴射が第１の噴孔群１０３のみで行われ、第２の噴孔群１０４は大きな燃料噴射量を必要とする運転領域のみで使用される。このため、第２の噴孔群１０４が使用されない低負荷運転領域などでは、第２の噴孔群１０４にデポジットが堆積し易くなる。この点、第２の噴孔群１０４から適宜燃料を噴射するようにすれば、デポジットの堆積を抑制できるといえる。しかしながら燃料噴射弁１００では、インナニードル１０７がアウタニードル１０６に次いでリフトするので、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を行おうとすると、第１の噴孔群１０３からも燃料噴射が行われてしまい、この結果、燃料噴射量が増大することになる（図１０参照）。このため燃料噴射弁１００ではデポジットを除去するための燃料噴射が、燃料噴射量が増大しても特段の支障が生じないときに制限されるという不都合があった。
【０００７】
またデポジットを除去するための燃料噴射で第１の噴孔群１０３から噴射される燃料は、本来デポジットの除去には不要な燃料といえる。すなわち、燃料噴射弁１００にはデポジットを除去するための燃料噴射で必要以上の燃料が消費されてしまうという点で改良の余地があった。さらにインナニードル１０７はアウタニードル１０６よりも噴孔群を閉止するシート部の径が小さいことから、ニードル移動速度が遅く小噴射量の噴霧貫徹力が小さいため、未燃ＨＣを低減するにあたっては第２の噴孔群１０４のみで燃料を噴射したほうが有利になるといった事情も存在する。このため燃料噴射弁１００は第１の噴孔群１０３とともにではなく、第２の噴孔群１０４のみでも燃料噴射を行えることが好ましい。
【０００８】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、第２の噴孔群からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できる燃料噴射弁及び該燃料噴射弁を備える内燃機関で第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うための内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は第１及び第２の噴孔群が形成されたボディと、該ボディに摺動自在に収容され、前記第１の噴孔群を開閉する筒状の第１のニードルと、該第１のニードルに摺動自在に挿通され、前記第２の噴孔群を開閉する第２のニードルと、前記第１の噴孔群を閉止する方向に前記第１のニードルを付勢する第１の付勢手段と、前記第２の噴孔群を閉止する方向に前記第２のニードルを付勢する第２の付勢手段とを有して構成される可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁であって、前記第１及び第２のニードルが、単一の背圧室の背圧により前記第１及び第２の噴孔群を閉止する方向に付勢されるとともに、噴射用に供給される燃料の燃圧により前記第１及び第２の噴孔群を開放する方向に付勢されるように構成されており、さらに前記燃圧に応じて前記第２のニードルの開弁圧が前記第１のニードルの開弁圧よりも高くなるように、前記背圧が作用する前記第１及び第２のニードルの受圧面積、前記燃圧が作用する前記第１及び第２のニードルの受圧面積、及び前記第１及び第２の付勢手段の付勢力が設定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は単一の背圧室を有する可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁であっても、背圧及び燃圧が作用する第１及び第２のニードルの受圧面積と、第１及び第２の付勢手段の付勢力とを適切に設定することにより、噴射用に供給される燃料の燃圧に応じて少なくとも所定の燃圧以下で第２のニードルの開弁圧を第１のニードルの開弁圧よりも高くすることができることに着目してなされたものである。係る点に着目した本発明によれば、噴射用に供給される燃料の燃圧を所定の燃圧以下にして背圧を低下させることにより、第２の噴孔群から先に開放できることから、第２の噴孔群からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できる。このため本発明によれば、このようにして第２の噴孔群に付着したデポジットを除去するための燃料噴射もより少ない燃料消費量で行うことができる。
【００１１】
また本発明は前記第１の噴孔群が閉止されるとともに、前記第２の噴孔群が開放された状態で前記第２の噴孔群に燃料を供給するために、前記第１及び第２のニードル間に形成される空間に通じる連通路が前記第１のニードルに形成されているとともに、前記連通路による絞りと、前記空間による絞りと、前記第２の噴孔群による絞りとで構成される３重絞りが、前記第２の噴孔群による絞りと同等、或いは該第２の噴孔群の絞りよりも小さくなるように、前記連通路、前記空間及び前記第２の噴孔群が形成されていてもよい。
【００１２】
ここで第２の噴孔群からの燃料噴射を先に行う場合、第２の噴孔群に噴射用の燃料を供給するための経路は上記連通孔と上記空間とで実現することができる。そしてこのときには、連通孔と空間と第２の噴孔群とで３重絞りが構成されることになる。ところが、この３重絞りが第２の噴孔群の絞りよりも大きい場合には、燃料の流量が低下することから、デポジットを十分に除去できなくなる虞がある。これに対して本発明によれば、第２の噴孔群からの燃料噴射を先に行った場合でも燃料の流量を確保することができ、以って第２の噴孔群に付着したデポジットを好適に除去できる。
【００１３】
また本発明は前記３重絞りが、前記第２の噴孔群による絞りの３０％乃至８５％になるように、前記連通路、前記空間及び前記第２の噴孔群が形成されていてもよい。ここで３重絞りを第２の噴孔群の絞りと同等、或いは第２の噴孔群の絞りよりも小さくするためには、連通孔を大きく形成するとともに、空間を大きくする必要がある。しかしながら連通孔を大きく形成すれば第１のニードルの強度低下を招く虞があり、また空間を大きくすれば第２のニードルの摺動性が悪化し、この結果、噴射の安定性が損なわれる虞がある。これに対して上記のように３重絞りを設定した本発明によれば、第２の噴孔群からの燃料噴射を先に行った場合でも燃料の流量を確保できるとともに、第１のニードルの強度や噴射の安定性も確保できる。
【００１４】
また本発明は第１及び第２の噴孔群が形成されたボディと、該ボディに摺動自在に収容され、前記第１の噴孔群を開閉する筒状の第１のニードルと、該第１のニードルに摺動自在に挿通され、前記第２の噴孔群を開閉する第２のニードルと、前記第１の噴孔群を閉止する方向に前記第１のニードルを付勢する第１の付勢手段と、前記第２の噴孔群を閉止する方向に前記第２のニードルを付勢する第２の付勢手段とを有して構成される可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁を備える内燃機関で燃料の噴射制御を行うための内燃機関の制御装置であって、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせる場合と、前記第２のニードルよりも先に前記第１のニードルをリフトさせる場合とを切り換える制御を行う切換制御手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、適宜の条件に応じて切換制御手段が制御を行うことで、第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うことができる。
【００１５】
また本発明は前記切換制御手段が、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせて前記第２の噴孔群に付着したデポジットを除去する必要があるときに、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御を行ってもよい。本発明によれば、第２の噴孔群に付着したデポジットを除去できるとともに、このときの燃料噴射量を低減できる点で第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うことができる。
【００１６】
また本発明は前記切換制御手段が、前記内燃機関の排気系に配設された触媒が活性化していないときに、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御を行ってもよい。本発明によれば、触媒が活性化していないときでも未燃ＨＣの排出を低減できる点で第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うことができる。
【００１７】
また本発明は前記第１及び第２のニードルが、単一の背圧室の背圧により前記第１及び第２の噴孔群を閉止する方向に付勢されるとともに、供給される燃料の燃圧により前記第１及び第２の噴孔群を開放する方向に付勢されるように構成されており、さらに前記切換制御手段が、前記第１のニードルよりも先に前記第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御として、前記内燃機関が備えるコモンレール式燃料噴射装置のレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御を行う場合に、前記インナ先開弁レール圧が、前記第２のニードルの開弁圧が前記第１のニードルの開弁圧よりも高くなるレール圧に設定されているとともに、前記第１及び第２のニードルの開弁圧が互いに等しくなるレール圧から、レール圧が変動する範囲に含まれないように設定されていてもよい。
【００１８】
ここで、第１のニードルよりも先に第２のニードルをリフトさせる場合と、第２のニードルよりも先に第１のニードルをリフトさせる場合とは噴射用に供給される燃料の燃圧に応じて異なってくる。そしてこの燃圧はレール圧を制御することで制御できることから、本発明によれば、レール圧をインナ先開弁レール圧にする制御を行うことで、第１のニードルよりも先に第２のニードルをリフトさせるように切り換える制御を行うことができる。またインナ先開弁レール圧を第１及び第２のニードルの開弁圧が互いに等しくなるレール圧に設定した場合には、第２のニードルが先にリフトする場合と、第１のニードルが先にリフトする場合とが頻繁に切り換わり易くなる。これに対して本発明によれば、第２のニードルが先にリフトする場合と、第１のニードルが先にリフトする場合とが頻繁に切り換わることがないため、第２の噴孔群からの燃料噴射を安定して行える点で燃料噴射を好適に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第２の噴孔群からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できる燃料噴射弁及び該燃料噴射弁を備える内燃機関で第２の噴孔群からの燃料噴射を好適に行うための内燃機関の制御装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１及び図２は本実施例に係る燃料噴射弁２００の要部を模式的に示す図である。この燃料噴射弁２００は図１に示すようにアウタニードル１０６の代わりにアウタニードル２０６を、インナニードル１０７の代わりにインナニードル２０７を、アウタニードルセットスプリング１０８の代わりにアウタニードルセットスプリング２０８を、インナニードルセットスプリング１０９の代わりにインナニードルセットスプリング２０９を備えている点以外、図９に示す燃料噴射弁１００と実質的に同一のものとなっている。また燃料噴射弁２００はこれに伴いアウタニードル２０６とインナニードル２０７との間のクリアランス（空間）ＣＬの大きさが異なっている点と、図２に示すアウタニードル上部受圧面積Ａｕ−ｏ、アウタニードル下部受圧面積Ａｂ−ｏ、アウタニードルセットスプリング力（付勢力）Ｆｓ−ｏ、インナニードル上部受圧面積Ａｕ−ｉ、インナニードル下部受圧面積Ａｂ−ｉ及びインナニードルセットスプリング力（付勢力）Ｆｓ−ｉが以下に示すように設定されている点で燃料噴射弁１００と異なっている。
【００２２】
アウタニードル２０６の開弁圧は、アウタニードル２０６に作用する力がつり合っているときの背圧室１１０の背圧Ｐｃｔｒｌとして求めることができる。したがってアウタニードル２０６の開弁圧は次の数１に示す式で表される。
（数１）
Ｐｃｔｒｌ＝Ａｂ−ｏ／Ａｕ−ｏ×Ｐｎｚｌ−Ｆｓ−ｏ／Ａｕ−ｏ
なお、燃圧Ｐｎｚｌは図示しないコモンレール式燃料噴射装置のレール圧ＰＣとほぼ等しい大きさになっている。
一方、インナニードル２０７の開弁圧はインナニードル２０７に作用する力がつり合っているときの背圧室１１０の背圧Ｐｃｔｒｌとして求めることができる。したがってインナニードル２０７の開弁圧は次の数２に示す式で表される。
（数２）
Ｐｃｔｒｌ＝Ａｂ−ｉ／Ａｕ−ｉ×Ｐｎｚｌ−Ｆｓ−ｉ／Ａｕ−ｉ
【００２３】
これらアウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧と燃圧Ｐｎｚｌとの相関関係は図３に示すように互いに異なる傾きを有する直線Ｌ１及びＬ２で表される。この点、アウタニードル２０６の開弁圧を示す直線Ｌ１と、インナニードル２０７の開弁圧を示す直線Ｌ２との交点をＯ（ｘ０，ｙ０）とするとともに、ａ＝Ａｂ−ｏ／Ａｕ−ｏ，ｂ＝−Ｆｓ−ｏ／Ａｕ−ｏ，ｄ＝−Ｆｓ−ｉ／Ａｕ−ｉとした場合、交点Ｏ（ｘ０，ｙ０）のｘ０及びｙ０は次の数３及び数４に示す式で表される。
（数３）
ｘ０＝（−ｂ＋ｄ）／（ａ−ｃ）
＝（Ｆｓ−ｏ／Ａｕ−ｏ−Ｆｓ−ｉ／Ａｕ−ｉ）／（Ａｂ−ｏ／Ａｕ−ｏ−Ａｂ−ｉ／Ａｕ−ｉ）
（数４）
ｙ０＝（ａｄ−ｂｃ）／（ａ−ｃ）
＝｛Ａｂ−ｏ／Ａｕ−ｏ×（−Ｆｓ−ｉ／Ａｕ−ｉ）−Ａｂ−ｉ／Ａｕ−ｉ×（−Ｆｓ−ｏ／Ａｕ−ｏ）｝
／（Ａｂ−ｏ／Ａｕ−ｏ−Ａｂ−ｉ／Ａｕ−ｉ）
【００２４】
交点Ｏ（ｘ０，ｙ０）に対応する燃圧を切換燃圧Ｐｃｒｉとして、これら数３及び数４に対してｘ０＝Ｐｃｒｉ且つｙ０＞０となるようにニードル受圧面積（Ａｕ−ｏ、Ａｂ−ｏ、Ａｕ−ｉ及びＡｂ−ｉ）と、セットスプリング力（Ｆｓ−ｏ及びＦｓ−ｉ）とを設定すれば、直線Ｌ１及びＬ２の傾きの関係上、燃圧Ｐｎｚｌを切換燃圧Ｐｃｒｉよりも低くすることで、インナニードル２０７の開弁圧をアウタニードル２０６の開弁圧よりも高くすることができる。
【００２５】
図４は上記のようにニードル受圧面積及びセットスプリング力を設定した場合の、アウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧と燃圧Ｐｎｚｌとの相関関係を示す図である。図４から燃圧Ｐｎｚｌが切換燃圧Ｐｃｒｉよりも低い場合には、インナニードル２０７の開弁圧がアウタニードル２０６の開弁圧よりも高くなっていることがわかる。したがって背圧Ｐｃｔｒｌが低下したときには、背圧Ｐｃｔｒｌがアウタニードル２０６の開弁圧よりも先にインナニードル２０７の開弁圧を下回ることから、インナニードル２０７を先にリフトさせることができる。これにより、第２の噴孔群１０４のみで燃料噴射を行えるようになることから、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できる。したがって第２の噴孔群１０４からの燃料噴射でデポジットを除去するにあたっても燃料噴射量を低減できる。
【００２６】
次に第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を先に行う場合に、燃料の流量を確保する方法について詳述する。ここで連通孔２０６ａの流量係数をＣ１、クリアランスＣＬの流量係数をＣ２、第２の噴孔群１０４の流量係数をＣ３、連通孔２０６ａの断面積をＡ１、クリアランスＣＬの断面積Ａ２、第２の噴孔群１０４の断面積をＡ３とすると、連通孔２０６ａ、クリアランスＣＬ及び第２の噴孔群１０４による３重絞りＳは次の数５に示す式で表される。
（数５）
Ｓ＝１／√｛１／（Ｃ１Ａ１）２＋１／（Ｃ２Ａ２）２＋１／（Ｃ３Ａ３）２｝
一方、第２の噴孔群による絞りｓ２は次の数６に示す式で表される。
（数６）
ｓ２＝Ｃ３Ａ３
したがって次の数７または数８に示す式を満たすように３重絞りＳ及び第２の噴孔群１０４による絞りｓ２を設定することで、燃料の流量を確保できる。
（数７）
Ｓ≒ｓ２
（数８）
Ｓ≦ｓ２
【００２７】
また数８に示す式を満たすように３重絞りＳ及び第２の噴孔群１０４による絞りｓ２を設定する場合には、さらに次の数９に示す式を満たすように３重絞りＳ及び第２の噴孔群１０４による絞りｓ２を設定することが好ましい。
（数９）
３０≦（Ｓ／ｓ２）×１００≦８５
これにより、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を先に行った場合でも、燃料の流量を確保できるとともに、アウタニードル２０６の強度及び噴射の安定性も確保することができる。以上により、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を行う際に消費される燃料消費量を低減できるとともに、第２の噴孔群１０４に付着したデポジットを除去するための燃料噴射で消費される燃料消費量も低減できる燃料噴射弁２００を実現できる。
【実施例２】
【００２８】
本実施例では実施例１で前述した燃料噴射弁２００を備える内燃機関（図示省略）で燃料噴射を好適に行うための内燃機関の制御装置（図示省略）について詳述する。この内燃機関はディーゼルエンジンであり、コモンレール式の燃料噴射装置を備えている。また本実施例では内燃機関の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現されている。ＥＣＵ１Ａは図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有して構成されるマイクロコンピュータ（以下、単にマイコンと称す）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主として内燃機関を制御するための構成であり、ＥＣＵ１Ａには例えば燃料噴射装置が制御対象として電気的に接続されている。またＥＣＵ１Ａには内燃機関の冷却水温Ｔｗを検出するための水温センサなどが電気的に接続されている。なお、ＥＣＵ１Ａにはこのほか各種の制御対象やセンサ、スイッチ類が電気的に接続されていてよい。
【００２９】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関制御用プログラムのほか、以下に示す切換制御用プログラムなどを格納している。切換制御用プログラムは、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせる場合と、インナニードル２０７よりも先にアウタニードル２０６をリフトさせる場合とを切り換える制御を行うように作成されている。この点、切換制御用プログラムは具体的には燃料噴射装置を制御することによってレール圧を制御することで、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせる場合と、インナニードル２０７よりも先にアウタニードル２０６をリフトさせる場合とを切り換える制御を行うように作成されている。さらに切換制御用プログラムは、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせるように切り換える制御を行うにあたって、レール圧をインナ先開弁レール圧にする制御を行うように作成されている。
【００３０】
図５はアウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧とレール圧との相関関係を示す図である。図５に示すように、インナ先開弁レール圧はアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７がリフトするようになるレール圧に予め設定されている。換言すればインナ先開弁レール圧は、インナニードル２０７の開弁圧がアウタニードル２０６の開弁圧よりも大きくなるレール圧に予め設定されている。さらにこのインナ先開弁レール圧はアウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧が互いに等しくなるレール圧から、レール圧が変動する範囲（図示のレール圧変動幅）に含まれないように設定されている。これにより、インナニードル２０７が先にリフトする場合と、アウタニードル２０６が先にリフトする場合とが頻繁に切り換わることがないため、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を安定して行える点で燃料噴射を好適に行うことができる。
【００３１】
また切換制御用プログラムはアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせて第２の噴孔群１０４に付着したデポジットを除去する必要があるときに、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせるように切り換える制御（すなわちレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御）を行うように作成されている。この点、ＲＯＭは第２の噴孔群１０４に堆積したデポジットの堆積量を推定するためのデポジット堆積量推定用プログラムと、推定したデポジットの堆積量が判定値以上であるか否かを判定するためのデポジット堆積量判定用プログラムとを格納しており、デポジットを除去する必要があるか否かは、このデポジット堆積量判定用プログラムに基づき判定される。なお、デポジットを除去するにあたってアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせる必要があるか否かは、例えば内燃機関の運転状態に応じて設定することができる。
【００３２】
本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や検出手段や判定手段や算出手段などが実現されており、特にマイコンと切換制御用プログラムとで切換制御手段が実現されている。
【００３３】
次にＥＣＵ１Ａで行われる処理を図６に示すフローチャートを用いて詳述する。なお、本フローチャートに示す処理の中には周知技術であることなどから、これまでの記載で特段明示しなかったプログラムに基づいて行われる処理もあるが、本フローチャートに示す処理はすべてＲＯＭに格納されたプログラムに基づきＣＰＵが実行するものとなっている。ＣＰＵは第２の噴孔群１０４が開弁しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１）。否定判定であれば、ＣＰＵはデポジット除去モードがＯＮであるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２）。なお、デポジット除去モードは後述するステップＳ４またはステップＳ１０で肯定判定された場合にＯＮになる。否定判定であれば、ＣＰＵはデポジットの堆積量を増算する処理を実行する（ステップＳ３）。続いてＣＰＵはデポジットの堆積量が判定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ４）。否定判定であればリターンしてステップＳ１に戻る。
【００３４】
一方肯定判定であれば、ＣＰＵはデポジット除去モードをＯＮにする処理を実行する（ステップＳ５）。その後、リターンしてステップＳ１に戻り、ステップＳ１で否定判定であればステップＳ２に進む。さらにステップＳ２で肯定判定であれば、ＣＰＵはアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせて行う必要があるデポジット除去モード（インナ先開弁によるデポジット除去モード）であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ６）。肯定判定であれば、ＣＰＵはレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御を行い、インナニードル２０７を先に開弁させる（ステップＳ７）。これにより第２の噴孔群１０４に付着したデポジットを除去できるとともに、このときの燃料噴射量を低減することができる。
【００３５】
一方、ステップＳ６で否定判定であれば、ＣＰＵは必要に応じてレール圧を制御し、アウタニードル２０６を先に開弁させる（ステップＳ８）。ステップＳ７またはＳ８に続いて、ＣＰＵはデポジットの堆積量を減算する処理を実行する（ステップＳ９）。さらにＣＰＵはデポジットの堆積量が判定値よりも大きいか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１０）。肯定判定であればＣＰＵはデポジット除去モードをＯＮにする処理を実行し（ステップＳ１１）、否定判定であればＣＰＵはデポジット除去モードをＯＦＦにする処理を実行する（ステップＳ１２）。その後、リターンしてステップＳ１に戻り、第２の噴孔群１０４が開弁している場合にはステップＳ９に進み、デポジットの堆積量が減算されることになる。以上により、燃料噴射弁２００を備える内燃機関で第２の噴孔群１０４に付着したデポジットを除去できるとともに、このときの燃料噴射量を低減できる点で、また第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を安定して行える点で、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を好適に行うためのＥＣＵ１Ａを実現できる。
【実施例３】
【００３６】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｂはさらに切換制御用プログラムがさらに以下に示すように作成されている点以外、実施例１で前述したＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。本実施例では切換制御用プログラムがさらにアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせて未燃ＨＣを低減する必要があるときに、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせるように切り換える制御（すなわちレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御）を行うように作成されている。この点本実施例では、切換制御用プログラムでアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせて未燃ＨＣを低減する必要があるときが、具体的には内燃機関の排気系に配設された触媒（図示省略）が活性化していないときに設定されている。
【００３７】
またこれに伴い、ＲＯＭは触媒が活性化しているか否かを判定するための触媒活性判定用プログラムも格納しており、この触媒活性判定用プログラムは水温ｔｈｗが所定値以下である場合に、触媒が活性化していないと判定するように作成されている。但しこれに限られず、例えば内燃機関冷間始動後、所定時間が経過したか否かを判定するとともに、経過していない場合に触媒が活性化していないと判定するように触媒活性判定用プログラムを作成することなどもできる。本実施例ではマイコンとＲＯＭに格納されたプログラムとで各種の制御手段や検出手段や判定手段や算出手段などが実現されており、特にマイコンと切換制御用プログラムとで切換制御手段が実現されている。
【００３８】
次にＥＣＵ１Ｂで行われる処理を図７に示すフローチャートを用いて詳述する。ＣＰＵはアウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせて未燃ＨＣを低減する必要があるか否か（インナ先開弁ＨＣ低減条件を充足しているか否か）を判定する処理を実行する（ステップＳ２１）。本実施例では具体的には本ステップで触媒が活性化しているか否かが判定される。肯定判定であれば、ＣＰＵはインナ先開弁モードをＯＮにする処理を実行する（ステップＳ２２）。これにより、アウタニードル２０６よりも先にインナニードル２０７をリフトさせるように切り換える制御（すなわちレール圧をインナ先開弁レール圧にする制御）が行われるようになる。したがってこれにより、未燃ＨＣの排出を低く抑制することができる。一方否定判定であれば、通常開弁モードをＯＮにする処理を実行する（ステップＳ２３）。以上により、燃料噴射弁２００を備える内燃機関で、触媒が活性化していないときでも未燃ＨＣの排出を低減できる点で、第２の噴孔群１０４からの燃料噴射を好適に行うためのＥＣＵ１Ｂを実現できる。
【００３９】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えばＥＣＵ１ＡまたはＥＣＵ１Ｂは燃料噴射弁２００に限られず、例えば図８に示すような可変噴孔ノズル式の燃料噴射弁３００を備える内燃機関に適用することもできる。この燃料噴射弁３００はアウタニードル３０６、インナニードル３０７毎に背圧室３１０ａ、３１０ｂを夫々有しており、背圧室３１０ａに連通する燃料流路は電磁弁で実現されている背圧制御手段３１１ａによって、背圧室３１０ｂに連通する燃料流路は電磁弁で実現されている背圧制御手段３１１ｂによって夫々切り換えられるようになっている。また燃料流路はこれら背圧室３１０ａ、３１０ｂに接続されるアウトオリフィス３１５ａ、３１５ｂを３位置固定の背圧制御手段３１０ａ、３１０ｂで入れ替えることができるように形成されている。また背圧室３１０ａ、３１０ｂには高圧燃料を供給するための燃料流路も接続されており、このように燃料流路を構成することで、背圧制御手段３１１ａ、３１１ｂ夫々は一つの系統で燃料の噴射とオリフィスの切り換えとを制御できるようになっている。
【００４０】
燃料噴射弁３００を備えた内燃機関では、流量の大きなアウトオリフィス３１５ｂが背圧室３１０ａに接続されるように背圧制御手段３１１ａを制御するとともに、流量の小さなアウトオリフィス３１５ａが背圧室３１０ｂに接続されるように背圧制御手段３１１ｂを制御することによって、インナニードル３０７よりも先にアウタニードル３０６をリフトさせることができる。また流量の大きなアウトオリフィス３１５ｂが背圧室３１０ｂに接続されるように背圧制御手段３１１ｂを制御するとともに、流量の小さなアウトオリフィス３１５ａが背圧室３１０ａに接続されるように背圧制御手段３１１ａを制御することによって、アウタニードル３０６よりも先にインナニードル３０７をリフトさせることができる。
【００４１】
このため係る燃料噴射弁３００を備えた内燃機関では、アウタニードル３０６よりも先にインナニードル３０７をリフトさせる場合と、インナニードル３０７よりも先にアウタニードル３０６をリフトさせる場合とを切り換える制御を、具体的には上記のように背圧制御手段３１１ａ、３１１ｂを制御することで行うように切換制御用プログラムを作成することで、アウタニードル３０６よりも先にインナニードル３０７をリフトさせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】燃料噴射弁２００の要部を模式的に示す図である。
【図２】燃料噴射弁２００の要部を模式的に示すとともに、ニードル受圧面積（Ａｕ−ｏ、Ａｂ−ｏ、Ａｕ−ｉ及びＡｂ−ｉ）、セットスプリング力（Ｆｓ−ｏ及びＦｓ−ｉ）等を指し示す図である。
【図３】アウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧と燃圧Ｐｎｚｌとの相関関係の一例を示す図である。
【図４】ｘ０＝Ｐｃｒｉ且つｙ０＞０となるようにニードル受圧面積及びセットスプリング力を設定した場合の、アウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧と燃圧Ｐｎｚｌとの相関関係を示す図である。
【図５】アウタニードル２０６及びインナニードル２０７の開弁圧とレール圧との相関関係を示す図である。
【図６】ＥＣＵ１Ａで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図７】ＥＣＵ１Ｂで行われる処理をフローチャートで示す図である。
【図８】燃料噴射弁３００の要部を模式的に示す図である。
【図９】燃料噴射弁１００の要部を模式的に示す図である。
【図１０】アウタニードル１０６に次いでインナニードル１０７をリフトさせた場合と、インナニードル１０７を先にリフトする場合との燃料噴射量の違いを模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ＥＣＵ
１００、２００、３００  燃料噴射弁
１０３  第１の噴孔群
１０４  第２の噴孔群
１０５  ボディ
１０６、２０６、３０６  アウタニードル
１０７、２０７、３０７  インナニードル
１０８、２０８、３０８  アウタニードルセットスプリング
１０９、２０９、３０９  インナニードルセットスプリング
１１０、３１０  背圧室
１１１、３１１  背圧制御手段
３１５  アウトオリフィス
【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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【図１０】
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