(57)【要約】【課題】ニードル背面に作用する単一の制御室内の制御圧を用いた燃料噴射制御装置において、制御圧が或る程度変動しても任意の期間に亘って開弁位置にあるニードルを特定の位置に固定して、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めること。【解決手段】単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプにおいて、アウタニードルが開弁した後（ｔC以降）にて、制御圧Pcが「アウタ・インナ一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「アウタ単体閉弁圧P5」よりも低い「アウタニードル位置固定領域」で推移するように制御弁を任意の期間に亘って開閉制御することで、「インナニードルが閉弁位置に固定されるとともに開弁位置にあるアウタニードルの一部がインナニードルの一部に当接した状態」を任意の期間に亘って維持する。これにより、アウタニードルリフト量Ｌｏが、「噴孔絞り領域」内の値Ｌｚに任意の期間に亘って確実に固定され得る。【選択図】図６
2009174517.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と、
高圧発生部から供給されるレール圧の燃料を貯留するノズル室と、
閉弁位置にてその下端側にて前記ノズル室と前記噴孔とを遮断するとともに前記閉弁位置から上昇方向に移動した開弁位置にて前記ノズル室と前記噴孔とを連通するニードルと、
前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して所定位置に達すると前記ニードルと原位置にて当接するとともに前記ニードルと一体的に前記原位置から上昇方向に移動可能なロック部材と、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードルの上端側が下降方向の力を受ける制御室と、
前記高圧発生部と前記ノズル室とを接続する燃料供給路と、
前記燃料供給路と前記制御室とを接続する燃料流入路と、
前記制御室と燃料タンクとを接続する燃料排出路と、
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、
要求される燃料噴射量に応じた燃料噴射制御期間に亘って前記制御弁を制御して前記制御圧を調整することで燃料の噴射量の制御を行う制御部と、
を備え、
前記ニードルが前記閉弁位置にあり前記ロック部材が前記原位置にある状態にて前記制御弁の開弁により前記制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記ニードルが開弁し、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して前記所定位置に達すると前記ニードルが前記原位置にある前記ロック部材と当接して前記ニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記ニードルと前記ロック部材とが一体的に上昇していくように構成された燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記ニードルの開弁後において、前記制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記原位置にある前記ロック部材と当接している前記ニードルが下降して前記ロック部材から離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する第１噴孔、及び第２噴孔と、
高圧発生部から供給されるレール圧の燃料を貯留するノズル室と、
閉弁位置にてその下端側にて前記ノズル室と前記第１噴孔とを遮断するとともに前記閉弁位置から上昇方向に移動した開弁位置にて前記ノズル室と前記第１噴孔とを連通する筒状のアウタニードルと、
前記アウタニードルの内部空間にて前記アウタニードルと同軸的に相対移動可能であり、閉弁位置にてその下端側にて前記ノズル室と前記第２噴孔とを遮断するとともに前記閉弁位置から上昇方向に移動した開弁位置にて前記ノズル室と前記第２噴孔とを連通するインナニードルと、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記アウタ及びインナニードルのそれぞれの上端側が下降方向の力を受ける制御室と、
前記高圧発生部と前記ノズル室とを接続する燃料供給路と、
前記燃料供給路と前記制御室とを接続する燃料流入路と、
前記制御室と燃料タンクとを接続する燃料排出路と、
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、
要求される燃料噴射量に応じた燃料噴射制御期間に亘って前記制御弁を制御して前記制御圧を調整することで燃料の噴射量の制御を行う制御部と、
を備え、
前記アウタ及びインナニードルがそれぞれ対応する前記閉弁位置にある状態にて前記制御弁の開弁により前記制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記アウタ・インナニードルのうちの一方のニードルが開弁し、前記一方のニードルが前記閉弁位置から上昇して所定位置に達すると前記一方のニードルが前記閉弁位置にある前記アウタ・インナニードルのうちの他方のニードルの一部と当接して前記一方のニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記アウタ及びインナニードルが一体的に上昇していくように構成された燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記一方のニードルの開弁後において、前記制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記閉弁位置にある前記他方のニードルと当接している前記一方のニードルが下降して前記他方のニードルから離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備え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、
前記所定位置は、前記第１・第２噴孔のうち前記一方のニードルに対応する噴孔から噴射される燃料の流量が前記一方のニードルの位置によって変化しない程度に前記一方のニードルの前記閉弁位置からの移動量が大きい前記一方のニードルの位置の範囲内に設定された燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定位置は、前記一方のニードルの位置の範囲内における、前記一方のニードルの前記閉弁位置からの移動量が最も小さい位置に設定された燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記第１調整部は、
前記要求される燃料噴射量が所定量以下の場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記一方のニードルが開弁した後において、前記燃料噴射制御期間の終期まで、前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御するように構成さ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、
前記制御部は、
前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第１速度以下の場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記一方のニードルが開弁した後において、先ず、前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御し、その後、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持する第２調整部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第１速度よりも大きく前記第１速度よりも大きい第２速度以下の場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記一方のニードルが開弁した後において、先ず、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記制御弁を開状態に維持し、その後、前記制御圧が前記開弁位置にある前記アウタ及びインナニードルが一体的に下降して前記他方のニードルが前記閉弁位置に戻る圧力であって前記一体物開弁圧よりも高い一体物閉弁圧まで上昇するように前記制御弁を閉状態に維持し、その後、前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御する第３調整部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第２速度よりも大きい場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記一方のニードルが開弁した後において、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持する第４調整部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記要求される燃料噴射量が第２所定量以下の場合であって、前記第２噴孔に堆積したデポジットを除去する制御が行われる場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記一方のニードルが開弁した後において、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持するデポジット除去制御部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔と、
高圧発生部から供給されるレール圧の燃料を貯留するノズル室と、
閉弁位置にてその下端側にて前記ノズル室と前記噴孔とを遮断するとともに前記閉弁位置から上昇方向に移動した開弁位置にて前記ノズル室と前記噴孔とを連通するニードルと、
前記ニードルよりも上側にて前記ニードルと同軸的に配置され、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して所定位置に達すると前記ニードルと原位置にて当接するとともに前記ニードルと一体的に前記原位置から上昇方向に移動可能なロックピストンと、
前記ニードルと前記ロックピストンとの間に形成され、内部の燃料の圧力である第１制御圧により前記ニードルの上端側が下降方向の力を受けるとともに前記ロックピストンの下端側が上昇方向の力を受ける第１制御室と、
前記ロックピストンの上側に形成され、内部の燃料の圧力である第２制御圧により前記ロックピストンの上端側が下降方向の力を受ける第２制御室と、
前記高圧発生部と前記ノズル室とを接続する燃料供給路と、
前記燃料供給路と前記第１制御室とを接続する燃料流入路と、
前記第１制御室と燃料タンクとを接続する燃料排出路と、
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、
要求される燃料噴射量に応じた燃料噴射制御期間に亘って前記制御弁を制御して前記第１、第２制御圧を調整することで燃料の噴射量の制御を行う制御部と、
を備え、
前記ロックピストンの内部には、前記第１、第２制御室を連通する連通路が形成され、前記ロックピストンの上端側における前記第２制御圧の受圧面積が前記ロックピストンの下端側における前記第１制御圧の受圧面積よりも大きいように構成され、
前記ニードルが前記閉弁位置にあり前記ロックピストンが前記原位置にある状態にて前記制御弁の開弁により前記第１、第２制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記第１制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記ニードルが開弁し、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して前記所定位置に達すると前記ニードルが前記原位置にある前記ロックピストンと当接して前記ニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記第２制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記ニードルと前記ロックピストンとが一体的に上昇していくように構成された燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記ニードルの開弁後において、前記第１制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記原位置にある前記ロックピストンと当接している前記ニードルが下降して前記ロックピストンから離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料噴射制御装置において、
前記所定位置は、前記噴孔から噴射される燃料の流量が前記ニードルの位置によって変化する程度に前記ニードルの前記閉弁位置からの移動量が小さい前記ニードルの位置の範囲内に設定された燃料噴射制御装置。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の燃料噴射制御装置において、
前記ロックピストンの内部の連通路に代えて、前記燃料排出路における前記第１制御室と前記制御弁との間の部分と前記第２制御室とを接続する第２燃料排出路を備えた燃料噴射制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料噴射制御装置において、
前記燃料供給路と前記第２制御室とを接続する第２燃料流入路と、
前記第２燃料流入路に介装されて、前記第２燃料流入路を連通・遮断する前記レール圧により駆動される開閉弁と、
を備え、
前記開閉弁は、前記レール圧が所定圧力よりも小さいときに前記第２燃料流入路を連通し、前記レール圧が前記所定圧力以上のときに前記第２燃料流入路を遮断するように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持する第１開弁期間を開始することで前記一方のニードルが開弁した後において、前記制御弁を閉状態に切り替えて前記第１開弁期間を終了することで前記制御圧を前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように調整し、その後、前記制御弁を開状態に切り替えて前記制御弁を開状態に維持する第２開弁期間を開始することで前記制御圧を前記一体物開弁圧まで低下させて前記他方のニードルを開弁させ、その後、前記燃料噴射制御期間の終期にて前記制御弁を閉状態に切り替えて前記第２開弁期間を終了する第５調整部を備え、
前記制御部は、
前記第５調整部により前記第１、第２開弁期間を設けて前記制御圧を調整する２パルス制御状態において前記要求される燃料噴射量を増大していく場合、先ず、前記第１開弁期間の終期と前記第２開弁期間の始期との間隔をより短く且つ前記第２開弁期間の始期をより早めていくことで前記燃料噴射量を増大していき、前記第１開弁期間の終期と前記第２開弁期間の始期とが一致した時点以降、前記燃料噴射制御期間の始期から終期まで前記制御弁を開状態に維持し続ける１パルス制御状態に移行するとともに前記燃料噴射制御期間をより長くしていくことで前記燃料噴射量を増大していくように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記第１開弁期間をより短く且つ前記間隔をより短く且つ前記第２開弁期間をより長くしていくことで前記燃料噴射量を増大していくように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記燃料噴射制御期間の長さを一定に維持するように構成された燃料噴射制御装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御部は、
前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記燃料噴射制御期間の長さをより長くしていくように構成された燃料噴射制御装置。
【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３７に示す内燃機関（特に、ディーゼル機関）の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）。この装置では、ボディの内部空間において、ニードル１１０は、ノズル室１２０と内燃機関の燃焼室に臨む複数の噴孔１３０とを連通・遮断可能となっているとともに、ノズル室１２０と制御室１４０とを区画している。
【０００３】
ノズル室１２０は、燃料供給路１５０を介してレール圧Pcr（高圧）を発生する高圧発生部（図示しない液圧ポンプ＋コモンレール）と接続されている。制御室１４０は、燃料流入路１６０を介して燃料供給路１５０と接続されるとともに燃料排出路１７０を介して燃料タンク（図示せず）と接続されている。燃料排出路１７０には燃料排出路１７０を連通・遮断する制御弁（開閉電磁弁）１８０が介装されている。
【０００４】
ニードル１１０は、ノズル室１２０内の圧力（レール圧Pcr）により上昇方向（開弁方向、図３７において上方向）の力を受けるとともに、制御室１４０内の圧力（制御圧Pc）及びスプリングＳＰの付勢力により下降方向（閉弁方向、図３７において下方向）の力を受ける。以下、ニードル１１０の閉弁位置（図３７に示す位置）からの上昇方向の移動量を「ニードルリフト量Ｌ」と称呼するものとする。
【０００５】
この装置では、閉弁位置（Ｌ＝０）にあるニードル１１０を開弁させる場合（閉弁位置から開弁位置（Ｌ＞０）へと変更させる場合）、制御弁１８０が開弁させられる。これにより、燃料排出路１７０を通して制御室１４０から燃料が排出されて制御圧Pcがレール圧Pcrから低下し、これに伴って燃料流入路１６０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Pc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レール圧Pcrから低下していく。
【０００６】
このように低下していく制御圧Pcが「ニードル開弁圧」（ニードル１１０が閉弁位置から開弁位置へ移行する時点での制御圧）まで達すると、ニードル１１０が閉弁位置から上昇し（Ｌ＞０）、この結果、ノズル室１２０内の燃料が複数の噴孔１３０から燃焼室に向けて噴射開始される。その後、ニードル１１０は、制御圧Pcの低下に伴って、制御室１４０内の燃料の体積の減少速度（＝Qout−Qin）に応じた速度をもってスプリングＳＰの付勢力に対抗しながら上昇し（Ｌが増大し）、フルリフト（Ｌが最大となる位置）まで達し得る。このようにニードル１１０が開弁位置にある間、燃料噴射は継続される。
【０００７】
一方、開弁位置にあるニードル１１０を閉弁させる場合（開弁位置から閉弁位置へと変更させる場合）、制御弁１８０が閉弁させられる。これにより、燃料排出路１７０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１６０を通した制御室１４０への燃料の流入は継続される。これにより、制御圧Pcが増大を開始する。これに伴って、ニードル１１０は、制御室１４０内の燃料の体積の増大速度（＝Qin）に応じた速度をもってスプリングＳＰの付勢力に助勢されながら下降していく（Ｌが減少していく）。そして、ニードル１１０が閉弁位置（Ｌ＝０）に達すると、燃料噴射が終了する。このように、制御弁１８０を開閉制御して制御圧Pcを制御することでニードルリフト量Ｌが調整されて燃料の噴射制御が行われる。
【０００８】
上記文献に記載の装置では、制御弁１８０を連続して開状態に維持する期間（以下、「連続開弁期間」と称呼する。）を調整することで燃料の噴射量を調整できる。しかしながら、連続開弁期間の調整により燃料噴射量を調整する場合、連続開弁期間（従って、燃料噴射量）と燃料噴射パターン（噴射開始から噴射終了までの燃料流量の推移パターン）との関係が一律に決定される。ここで、燃料流量とは、単位時間あたりに噴孔から噴射される燃料の（総）噴射量であり、燃料噴射速度とも呼ばれる。
【０００９】
他方、或る燃料噴射量に対して最適となる燃料噴射パターンは、内燃機関の運転状態によって異なる（詳細は後述する）。従って、連続開弁期間の調整により燃料噴射量を調整する場合、内燃機関の運転状態によっては燃料噴射量に対して最適な燃料噴射パターンが得られないという問題が発生し得る。換言すれば、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めたいという要求がある。
【００１０】
ところで、レール圧Pcrが一定である場合、図３８に示すように、燃料流量ｄＱは、ニードルリフト量Ｌが「０」から微小値ＬｘまではＬの増大に応じて急激に増大し、Ｌが微小値Ｌｘを超えると、略一定となる傾向がある。これは、以下の理由に基づく。即ち、０≦Ｌ≦Ｌｘでは、図３９に示すように、ニードル１１０の弁部（下端部）とボディ側のシート部との間で形成される環状隙間の開口面積が噴孔１３０の総開口面積と同程度に小さい。従って、噴孔１３０による絞り（以下、「噴孔絞り」と称呼する。）に加えて上記環状隙間による絞り（以下、「シート絞り」とも称呼する。）が実質的に形成されて、所謂、「２重絞り」が形成される。この「シート絞り」による絞りの程度がニードルリフト量Ｌにより大きく変化することに起因して、０≦Ｌ≦Ｌｘでは、燃料流量ｄＱはＬの増大に応じて急激に増大する。
【００１１】
一方、Ｌｘ≦Ｌ≦フルリフトでは、図４０に示すように、上記環状隙間の開口面積が噴孔１３０の総開口面積に比して十分に大きい。従って、「シート絞り」が実質的には形成されなくなり、「噴孔絞り」のみの所謂「１重絞り」が形成される。この「噴孔絞り」の程度（開口面積）は一定であるから、Ｌｘ≦Ｌ≦フルリフトでは、燃料流量ｄＱは、ニードルリフト量Ｌに依存することなく略一定となる。以下、「０≦Ｌ≦Ｌｘ」、「Ｌｘ≦Ｌ≦フルリフト」をそれぞれ、「シート絞り領域」、「噴孔絞り領域」とも称呼する。
【００１２】
特許文献２では、上述した「シート絞り領域にて燃料流量ｄＱがニードルリフト量Ｌの増大に応じて急激に増大する」という特性を利用して、ニードルリフト量Ｌを任意の期間に亘って「シート絞り領域」内で調整することで、燃料流量（従って、燃料噴射パターン）を任意に調整する技術が記載されている。これにより、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることができると考えられる。
【００１３】
このように、「シート絞り領域」内におけるニードルリフト量Ｌの調整により燃料流量を調整する場合、ニードルリフト量Ｌを「シート絞り領域」内で固定させて燃料流量を安定させる必要がある。しかしながら、実際には、ニードルリフト量Ｌを非常に狭い「シート絞り領域」内で固定させることは非常に困難である。以下、このことについて図４１を参照しながら説明する。
【００１４】
図４１において、実線は、「シート絞り領域内におけるニードルリフト量の調整」により燃料流量を調整する場合を示し、破線は、比較として、上述した「連続開弁期間の調整」により燃料噴射量を調整する場合を示している。時刻ｔｚにてニードルが開弁した後、ニードルリフト量Ｌは制御圧Pcのみによって実質的に決定される。従って、ニードルリフト量Ｌを非常に狭い「シート絞り領域」（０≦Ｌ≦Ｌｘ）内で調整するためには制御圧Pcを「シート絞り領域」に対応する非常に狭い範囲内に調整する必要がある。
【００１５】
このためには、図４１に実線で示したように、制御弁１８０を周期的に開閉して制御圧Pcを調整する必要が不可避的に生じる。この場合、この制御弁１８０の開閉に伴って制御圧Pcが変動し、ニードルリフト量ＬもＬａ≦Ｌ≦Ｌｂの範囲内で変動する（Ｌａ，Ｌｂ＜Ｌｘ）。ここで、図３８に示すように、「シート絞り領域」では、ニードルリフト量Ｌの増加に対する燃料流量ｄＱの増加勾配が非常に大きい。従って、ニードルリフト量ＬがＬａ≦Ｌ≦Ｌｂの範囲内で変動すると、燃料流量ｄＱは比較的大きい範囲（ｄＱａ≦ｄＱ≦ｄＱｂ）で変動し得る。以上、上述のように制御弁１８０として電磁開閉弁が使用される場合、制御圧Pcを制御することでニードルリフト量Ｌを「シート絞り領域」内で固定させて燃料流量を安定させることは非常に困難である。
【００１６】
他方、制御弁１８０として開閉電磁弁に代えてリニア電磁弁等を使用すれば、制御圧Pcを「シート絞り領域」に対応する非常に狭い範囲内で固定できる可能性はある。しかしながら、この場合であっても、上述の「ニードルリフト量Ｌの増加に対する燃料流量ｄＱの増加勾配が非常に大きい」ことに起因して、制御圧Pc（従って、ニードルリフト量Ｌ）が僅かに変動するだけで燃料流量が大きく変動し得る。
【００１７】
従って、制御弁１８０としてリニア電磁弁等を使用した場合であっても、制御圧Pcを制御することでニードルリフト量Ｌを「シート絞り領域」内で固定させて燃料流量を安定させることは非常に困難である。以上より、制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置では、制御圧Pcが或る程度変動してもニードルリフト量を任意の期間に亘って「シート絞り領域」内で固定して、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることが望まれている。
【００１８】
また、制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置も知られている（例えば、特許文献３を参照）。この種の装置では、具体的には、例えば、後述する図１に示すように、筒状のアウタニードルとアウタニードル内にて摺動可能なインナニードルとが備えられ、アウタ・インナニードルがノズル室と単一の制御室とを区画する。アウタ・インナニードルがそれぞれ、第１・第２噴孔を開閉可能となっている。単一の制御弁を制御することで単一の制御室内の制御圧を調整して、アウタ・インナニードルのリフト量がそれぞれ調整されるようになっている。
【００１９】
この単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置では、制御圧を調整することで、アウタニードルのみが開弁して第１噴孔のみから燃料が噴射される状態と、アウタ・インナニードルが共に開弁して第１・第２噴孔から共に燃料が噴射される状態とが実現され得る。換言すれば、燃料が噴射される噴孔の数を変更して（総）燃料流量を変更することができる。
【００２０】
従って、任意の期間に亘ってインナニードルを閉弁位置に固定するともにアウタニードルのリフト量を上述の「噴孔絞り領域」内で固定させることができれば、第１噴孔のみから燃料が噴射される期間を任意に設定することができる。これにより、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることができる。以上より、単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置では、制御圧が或る程度変動しても任意の期間に亘ってインナニードルを閉弁位置に固定するともにアウタニードルのリフト量を「噴孔絞り領域」内で固定して、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることが望まれている。
【００２１】
以上、（単一の）制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置、並びに、単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置において、制御室の制御圧が或る程度変動しても任意の期間に亘って開弁位置にあるニードルを特定の位置に固定して、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることが望まれている。
【特許文献１】特開２００５−３２０８７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１８３２号公報
【特許文献３】特開２００６−１５２８９３号公報
【発明の開示】
【００２２】
本発明は、かかる要求に対処するためになされたものである。本発明に係る第１の燃料噴射制御装置は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する噴孔と、高圧発生部から供給されるレール圧の燃料を貯留するノズル室と、閉弁位置にてその下端側にて前記ノズル室と前記噴孔とを遮断するとともに前記閉弁位置から上昇方向に移動した開弁位置にて前記ノズル室と前記噴孔とを連通するニードルと、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して所定位置に達すると前記ニードルと原位置にて当接するとともに前記ニードルと一体的に前記原位置から上昇方向に移動可能なロック部材と、内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードルの上端側が下降方向の力を受ける制御室と、前記高圧発生部と前記ノズル室とを接続する燃料供給路と、前記燃料供給路と前記制御室とを接続する燃料流入路と、前記制御室と燃料タンクとを接続する燃料排出路と、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、要求される燃料噴射量に応じた燃料噴射制御期間に亘って前記制御弁を制御して前記制御圧を調整することで燃料の噴射量の制御を行う制御部とを備えている。ここにおいて、前記「燃料噴射制御期間」とは、１サイクルに対する燃料噴射のために制御弁が初めて開弁（或いは、開弁指示）される時点から制御弁が最後に閉弁（或いは、閉弁指示）される時点までの期間を意味する。
【００２３】
この第１の燃料噴射制御装置は、前記ニードルが前記閉弁位置にあり前記ロック部材が前記原位置にある状態にて前記制御弁の開弁により（開状態に維持することにより）前記制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記ニードルが開弁し、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して前記所定位置に達すると前記ニードルが前記原位置にある前記ロック部材と当接して前記ニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記ニードルと前記ロック部材とが一体的に上昇していくように構成されている。
【００２４】
この第１の燃料噴射制御装置の特徴は、前記制御部が、前記ニードルの開弁後において、前記制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記原位置にある前記ロック部材と当接している前記ニードルが下降して前記ロック部材から離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備えていることにある。
【００２５】
一般に、ニードルが開弁すると、閉弁位置にてボディ側のシート部と当接していたニードルの弁部にもノズル室内のレール圧が作用するようになる。換言すれば、ニードルがレール圧から受ける上昇方向の力は、ニードルが開弁位置にある場合の方が閉弁位置にある場合よりも大きい。このことに起因して、上記「ニードル閉弁圧」は上記「ニードル開弁圧」よりも高くなる。
【００２６】
上記構成では、ニードルが開弁した後では、制御圧が「ニードル開弁圧」よりも低い「一体物開弁圧」まで低下しない限りにおいてロック部材は原位置に固定される。加えて、制御圧が「ニードル閉弁圧」まで上昇しない限りにおいてニードルは原位置にあるロック部材と当接した状態で固定される。
【００２７】
従って、上記構成のように、前記第１調整部により、ニードルが開弁した後において、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い範囲内で推移するように制御弁を任意の期間に亘って開閉制御すれば、ニードルは原位置にあるロック部材と当接した状態で任意の期間に亘って固定される。
【００２８】
換言すれば、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い比較的広い範囲内で変動しても任意の期間に亘って開弁位置にあるニードルを前記所定位置に固定することができる。この結果、上述のごとく、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることができる。
【００２９】
本発明に係る第２の燃料噴射制御装置は、上述した「単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置」であって、上記第１の燃料噴射制御装置における「ニードル」及び「ロック部材」として「第１噴孔とノズル室とを連通・遮断するアウタニードル」及び「第２噴孔とノズル室とを連通・遮断するインナニードル」をそれぞれ使用したもの、或いは、「ニードル」及び「ロック部材」として「第２噴孔とノズル室とを連通・遮断するインナニードル」及び「第１噴孔とノズル室とを連通・遮断するアウタニードル」をそれぞれ使用したもの、である。以下、「ニードル」及び「ロック部材」として「アウタニードル」及び「インナニードル」がそれぞれ使用された場合についてのみ説明するが、逆の場合も同様である。
【００３０】
即ち、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記アウタ及びインナニードルがそれぞれ対応する前記閉弁位置にある状態にて前記制御弁の開弁により（開状態に維持することにより）前記制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記アウタニードルが開弁し、前記アウタニードルが前記閉弁位置から上昇して所定位置に達すると前記アウタニードル（の上端部等）が前記閉弁位置にある前記インナニードルの一部（フランジ部等）と当接して前記アウタニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記アウタ及びインナニードルが一体的に上昇していくように構成されている。
【００３１】
加えて、前記制御部は、前記アウタニードルの開弁後において、前記制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記閉弁位置にある前記インナニードルと当接している前記アウタニードルが下降して前記インナニードルから離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備えている。
【００３２】
ここにおいて、この第２の燃料噴射制御装置では、前記所定位置は、前記第１噴孔から噴射される燃料の流量が前記アウタニードルの位置によって変化しない程度に前記アウタニードルの前記閉弁位置からの移動量が大きい前記アウタニードルの位置の範囲内（即ち、上記「噴孔絞り領域」に対応する位置）に設定されることが好適である。これにより、第１噴孔から「噴孔絞り領域」での安定した噴射がなされ得る。また、通常、前記第１噴孔の開口面積は、前記第２噴孔の開口面積よりも小さい。
【００３３】
上記第２の燃料噴射制御装置によれば、アウタニードルが開弁した後では、制御圧が「ニードル開弁圧」よりも低い「一体物開弁圧」まで低下しない限りにおいてインナニードルは閉弁位置に固定される。加えて、制御圧が「ニードル閉弁圧」まで上昇しない限りにおいてアウタニードルは閉弁位置にあるインナニードルと当接した状態で固定される。
【００３４】
従って、前記第１調整部により、アウタニードルが開弁した後において、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い範囲内で推移するように制御弁を任意の期間に亘って開閉制御すれば、アウタニードルは閉弁位置にあるインナニードルと当接した状態で任意の期間に亘って固定される。
【００３５】
換言すれば、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い比較的広い範囲内で変動しても任意の期間に亘ってインナニードルを閉弁位置に維持した状態で開弁位置にあるアウタニードルを（「噴孔絞り領域」に対応する）前記所定位置に固定することができる。
【００３６】
この結果、第１噴孔のみから燃料が噴射される期間を任意に設定することができ（換言すれば、第２噴孔から燃料が噴射される期間の始期及び終期を任意に設定することができ）、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることができる。以下、第１噴孔のみから燃料が噴射される期間を「第１噴孔のみ噴射期間」と称呼し、第１噴孔に加えて第２噴孔からも燃料が噴射される期間を「第１・第２噴孔噴射期間」と称呼することもある。この第２の燃料噴射制御装置によれば、燃料が噴射される期間において「第１噴孔のみ噴射期間」と「第１・第２噴孔噴射期間」とをどのように組み合わせるかを任意に調整することができる。
【００３７】
この上記第２の燃料噴射制御装置では、前記所定位置は、上記「噴孔絞り領域」に対応する位置における前記アウタニードルの前記閉弁位置からの移動量が最も小さい位置（即ち、上記「噴孔絞り領域」と上記「シート絞り領域」との境界に対応する位置）に設定されることがより好適である。
【００３８】
これによれば、第１噴孔からの「噴孔絞り領域」での安定した噴射が確保されるように設計がなされる場合において、制御弁を開状態に維持して制御圧を低下させていくとき、アウタニードルが開弁する時点からインナニードルが開弁する時点までの時間を極力短くすることができる（詳細は後述する。）。この結果、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期の最早時期を極力早めることができる。従って、「第１噴孔のみ噴射期間」を任意に設定できることと相まって、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度をより一層高めることができる。
【００３９】
ところで、排ガス中のスモークの発生量を低減するためには、燃料噴霧の微粒子化を促進すること、並びに、燃料噴射が終了する時期を遅くしないこと（即ち、燃料が噴射される期間を長くしないこと）等が要求される。燃料噴射が終了する時期を遅くしないのは、燃料噴射が終了する時期が遅いと、膨張行程の進行により燃焼室内温度が下がってスモークの酸化速度（分解速度）が小さくなった状態でもなお燃料噴射が継続されることでスモーク排出量が増大し易いことに基づく。
【００４０】
燃料噴霧の微粒子化を促進するためには、第２噴孔よりも開口面積の小さい第１噴孔から燃料を噴射して燃料噴霧の拡散の程度を高めることが好適である。一方、燃料が噴射される期間を短くするには、第１噴孔に加えて第２噴孔からも燃料を噴射して（総）燃料流量を大きくすることが好適である。係る観点等に基づいて、この第２の燃料噴射制御装置では、燃料が噴射される期間において「第１噴孔のみ噴射期間」と「第１・第２噴孔噴射期間」とをどのように組み合わせるかが運転状態に応じて最適に調整可能とされ得る。
【００４１】
より具体的には、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記要求される燃料噴射量が所定量以下の場合（具体的には、軽負荷〜中負荷の場合）、前記第１調整部は、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記アウタニードルが開弁した後において、前記燃料噴射制御期間の終期まで、前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御するように構成され得る。
【００４２】
これにより、（運転速度にかかわらず）軽負荷〜中負荷の場合、燃料が噴射される期間が全て「第１噴孔のみ噴射期間」で構成される。これは、以下の理由に基づく。即ち、軽負荷〜中負荷の場合、要求される燃料噴射量が比較的小さいから、要求される燃料噴射量の全量を第１噴孔のみから噴射しても（即ち、燃料流量を小さい値に維持しても）燃料が噴射される期間が長くならない。従って、燃料が噴射される期間の全てを「第１噴孔のみ噴射期間」で構成して燃料噴霧の微粒子化が促進される。
【００４３】
また、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記制御部は、前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第１速度以下の場合（具体的には、低速度領域の高負荷の場合）、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記アウタニードルが開弁した後において、先ず、前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御し、その後、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持する第２調整部を備えるように構成され得る。
【００４４】
これにより、低速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間において、先ず、比較的長い期間に亘って「第１噴孔のみ噴射期間」が維持され、その後、「第１・第２噴孔噴射期間」が設けられる（より詳細には、「第１・第２噴孔噴射期間」の終了後、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」が不可避的に残存して燃料噴射が終了する）。
【００４５】
これは、以下の理由に基づく。即ち、高負荷の場合、要求される燃料噴射量が大きいから、燃料が噴射される期間を長くしないために開口面積が大きい第２噴孔からも燃料を噴射する期間を確保することが必要となる。加えて、低速度領域の場合、吸気行程での吸気流速が小さいことに起因して燃焼室内の気流が燃料噴霧に対して相対的に弱い。従って、燃料噴霧の拡散のために燃料噴射の初期にペネトレーションの強い（燃料流量の大きい）燃料噴霧を形成する必要性が小さい。加えて、燃料噴射の初期において燃料流量を小さい値に抑えると、所謂「着火遅れ期間」中の燃料噴射量を小さくできて燃焼騒音を小さくすることができる。以上より、低速度領域の高負荷の場合、燃料噴射の初期に「第１噴孔のみ噴射期間」を維持して燃料噴霧の微粒子化を促進するとともに燃焼騒音を小さく抑え、その後、「第１・第２噴孔噴射期間」を確保して燃料が噴射される期間の長期化が防止される。
【００４６】
また、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記制御部は、前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第１速度よりも大きく前記第１速度よりも大きい第２速度以下の場合（具体的には、中速度領域の高負荷の場合）、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記アウタニードルが開弁した後において、先ず、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記制御弁を開状態に維持し、その後、前記制御圧が前記開弁位置にある前記アウタ及びインナニードルが一体的に下降して前記インナニードルが前記閉弁位置に戻る圧力であって前記一体物開弁圧よりも高い一体物閉弁圧まで上昇するように前記制御弁を閉状態に維持し、その後、前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御する第３調整部を備えるように構成され得る。なお、上記「一体物閉弁圧」が上記「一体物開弁圧」よりも高いのは、上記「ニードル閉弁圧」が上記「ニードル開弁圧」よりも高いことと同様、インナニードルがレール圧を受ける受圧面積（従って、上昇方向の力）が、インナニードルが開弁位置にある場合の方が閉弁位置にある場合よりも大きいことに基づく。
【００４７】
これにより、中速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間において、先ず、（最短の「第１噴孔のみ噴射期間」が形成された後において）最早時期から「第１・第２噴孔噴射期間」が開始・維持され、その後、「第１噴孔のみ噴射期間」が設けられる。
【００４８】
これは、以下の理由に基づく。即ち、上述のように、高負荷の場合、燃料が噴射される期間を長くしないために開口面積が大きい第２噴孔からも燃料を噴射する期間を確保することが必要となる。加えて、中速度領域の場合、吸気行程での吸気流速が比較的大きいことに起因して燃焼室内の気流が燃料噴霧に対して相対的に強い。従って、燃料噴霧の拡散のために燃料噴射の初期にペネトレーションの強い（燃料流量の大きい）燃料噴霧を形成する必要性が大きい。他方、ペネトレーションの強い燃料噴霧が形成された後において、燃料が噴射される期間が長くならない限りにおいて燃料噴霧を出来るだけ長い期間に亘って形成すれば、燃焼室内温度の低下を抑制してスモークの酸化速度の低下を抑制することができる。以上より、中速度領域の高負荷の場合、燃料噴射の初期に「第１・第２噴孔噴射期間」を確保して燃料噴霧を確実に拡散するとともに、その後、「第１噴孔のみ噴射期間」を出来る限り維持してスモークの酸化速度の低下を抑制しつつ燃料噴霧の微粒子化を促進できる。
【００４９】
また、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記制御部は、前記要求される燃料噴射量が前記所定量を超える場合であって且つ前記内燃機関の運転速度が第２速度よりも大きい場合（具体的には、高速度領域の高負荷の場合）、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記アウタニードルが開弁した後において、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持する第４調整部を備えるように構成され得る。
【００５０】
これにより、高速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間において、先ず、（最短の「第１噴孔のみ噴射期間」が形成された後において）最早時期から「第１・第２噴孔噴射期間」が開始され、その後も「第１・第２噴孔噴射期間」が維持される（より詳細には、「第１・第２噴孔噴射期間」の終了後、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」が不可避的に残存して燃料噴射が終了する）。
【００５１】
これは、以下の理由に基づく。即ち、高速度領域の高負荷の場合、上述の「中速度領域の高負荷の場合」に比して燃料が噴射される期間をより一層短くする必要がある。従って、「中速度領域の高負荷の場合」のように「第１噴孔のみ噴射期間」を意図的に確保するだけの時間的な余裕がない。以上より、高速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間において「第１・第２噴孔噴射期間」が最大限確保される。
【００５２】
また、上記第２の燃料噴射制御装置では、前記制御部は、前記要求される燃料噴射量が第２所定量以下の場合であって、前記第２噴孔に堆積したデポジットを除去する制御が行われる場合、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記アウタニードルが開弁した後において、前記制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持するデポジット除去制御部を備えてもよい。
【００５３】
上述のように、「軽負荷〜中負荷の場合」において燃料が噴射される期間の全てが「第１噴孔のみ噴射期間」で構成される場合を考える。この場合、「軽負荷〜中負荷の場合」が長期間継続すると、第２噴孔から燃料が噴射されない期間が長くなり、第２噴孔内に所謂「デポジット」（炭素で構成される堆積物）が堆積し得る。
【００５４】
このデポジットを除去するため、上記構成では、「軽負荷〜中負荷の場合」において（所定のデポジット除去制御開始条件が成立した場合）、上述の「高速度領域の高負荷の場合」と同様、燃料が噴射される期間において「第１・第２噴孔噴射期間」が最大限確保される。これにより、（総）燃料噴射量を増大させることなく且つ燃料の燃焼期間中に、第２噴孔から燃料を噴射することができる。
【００５５】
従って、（総）燃料噴射量が増大することに起因する、所謂「後燃え」による触媒温度の異常上昇、シリンダ内壁へ付着した液滴燃料のオイルパンへの漏出によるオイル希釈、並びに機関の出力が変化することによるドライバビリティの悪化等を抑制できる。加えて、第２噴孔（従って、堆積しているデポジット）が高温の状態で第２噴孔から燃料を噴射できるから、デポジットの酸化速度（従って、除去速度、剥離速度）を速くすることができ、デポジット除去制御に要する時間を短くすることができる。
【００５６】
また、本発明に係る第３の燃料噴射制御装置は、上述した「単一の制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置」であって、上記第１の燃料噴射制御装置における「ニードル」及び「ロック部材」として、「ニードル」及び「ロックピストン」をそれぞれ使用したものである。
【００５７】
前記ロックピストンは、前記ニードルの上側にて前記ニードルと同軸的に配置されていて、前記制御室を第１、第２制御室に区画している。前記第１制御室は、前記ニードルと前記ロックピストンとの間に形成され、内部の燃料の圧力（第１制御圧）により前記ニードルの上端側が下降方向の力を受けるとともに前記ロックピストンの下端側が上昇方向の力を受ける。前記第２制御室は、前記ロックピストンの上側に形成され、内部の燃料の圧力（第２制御圧）により前記ロックピストンの上端側が下降方向の力を受ける。
【００５８】
前記燃料流入路及び前記燃料排出路は、前記第１、第２制御室のうち前記第１制御室にのみ接続されている。前記ロックピストンの内部には、前記第１、第２制御室を連通する連通路が形成され、前記ロックピストンの上端側における前記第２制御圧の受圧面積が前記ロックピストンの下端側における前記第１制御圧の受圧面積よりも大きいように構成されている。この連通路の作用により、第２制御圧は、第１制御圧を追随するように変化していく。前記ロックピストンの下端側における前記第１制御圧の受圧面積は、前記ニードルの上端側における前記第１制御圧の受圧面積と等しいように構成されることが好適である。
【００５９】
この第３の燃料噴射制御装置では、前記ニードルが前記閉弁位置にあり前記ロックピストンが前記原位置にある状態にて前記制御弁の開弁により（開状態に維持することにより）前記第１、第２制御圧が前記レール圧から低下していく過程において、先ず、前記第１制御圧がニードル開弁圧まで低下すると前記ニードルが開弁し、前記ニードルが前記閉弁位置から上昇して前記所定位置に達すると前記ニードル（の上端部等）が前記原位置にある前記ロックピストン（の下端部等）と当接して前記ニードルの位置が前記所定位置に固定され、その後、前記第２制御圧が前記ニードル開弁圧よりも低い一体物開弁圧まで低下すると前記ニードルと前記ロックピストンとが一体的に上昇していくように構成されている。
【００６０】
加えて、前記制御部は、前記ニードルの開弁後において、前記第１制御圧が、前記一体物開弁圧よりも高く、且つ、前記原位置にある前記ロックピストンと当接している前記ニードルが下降して前記ロックピストンから離れる圧力であって前記ニードル開弁圧よりも高いニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように、前記制御弁を開閉制御する第１調整部を備えている。
【００６１】
ここにおいて、この第３の燃料噴射制御装置では、前記所定位置は、前記噴孔から噴射される燃料の流量が前記ニードルの位置によって変化する程度に前記ニードルの前記閉弁位置からの移動量が小さい前記ニードルの位置の範囲内（即ち、上記「シート絞り領域」に対応する位置）に設定され得る。
【００６２】
上記第３の燃料噴射制御装置によれば、上記第１の燃料噴射制御装置と同様、前記第１調整部により、ニードルが開弁した後において、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い範囲内で推移するように制御弁を任意の期間に亘って開閉制御すれば、ニードルは原位置にあるロックピストンと当接した状態で任意の期間に亘って固定される。
【００６３】
換言すれば、制御圧が「一体物開弁圧」よりも高く且つ「ニードル閉弁圧」よりも低い比較的広い範囲内で変動しても任意の期間に亘って開弁位置にあるニードルを（「シート絞り領域」に対応する）前記所定位置に固定することができる。従って、燃料が噴射される期間において、「シート絞り領域」を使用して噴射される期間（以下、「シート絞り噴射期間」と称呼する。）と「噴孔絞り領域」を使用して噴射される期間（以下、「噴孔絞り噴射期間」と称呼する。）とをどのように組み合わせるかを任意に調整することができる。
【００６４】
加えて、「シート絞り噴射期間」では「噴孔絞り」と「シート絞り」との「２重絞り」が形成されるから、「噴孔絞り」の「１重絞り」が形成される「噴孔絞り噴射期間」と比較して、噴孔から噴射される燃料の圧力（噴射圧）が小さく且つ燃料流量が小さい。換言すれば、噴射圧を変更して燃料流量を変更することができる。この結果、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度を高めることができる。
【００６５】
例えば、上記第３の燃料噴射制御装置では、低速度領域且つ軽負荷の場合（運転速度が所定値以下であって前記要求される燃料噴射量が第１所定量以下の場合）、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記ニードルが開弁した後において、前記燃料噴射制御期間の終期まで、前記第１制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御するように構成され得る。これにより、燃料が噴射される期間の全てを「シート絞り噴射期間」で構成でき、小さい噴射圧で噴射されたペネトレーションが弱い燃料噴霧が形成・維持される。この結果、噴霧の過剰な拡散が抑制されて、低速度領域且つ軽負荷の場合において所謂「オーバーリーン」による未燃ＨＣの排出量の増大を抑制することができる。
【００６６】
また、上記第３の燃料噴射制御装置では、中負荷〜高負荷の場合（前記要求される燃料噴射量が第１所定量を超える場合）、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持することで前記ニードルが開弁した後において、先ず、前記第１制御圧が前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように前記制御弁を開閉制御し、その後、前記第１制御圧が前記一体物開弁圧まで低下するように前記燃料噴射制御期間の終期まで前記制御弁を開状態に維持するように構成され得る。これにより、燃料噴射の初期において任意の期間に亘って「シート絞り噴射期間」が形成され、その後、「噴孔絞り噴射期間」が形成される。この結果、中負荷〜高負荷の場合において、燃料噴射の初期において燃料流量が小さい値に抑えられて（即ち、「着火遅れ期間」中の燃料噴射量を小さくできて）、燃焼騒音を小さくすることができる。加えて、その後は、大きい噴射圧で噴射されたペネトレーションが強い燃料噴霧が形成・維持される。この結果、噴霧の微粒子化が促進されてスモーク排出量の増大を抑制することができる。
【００６７】
上記第３の燃料噴射制御装置では、前記ロックピストンの内部の連通路に代えて、前記燃料排出路における前記第１制御室と前記制御弁との間の部分と前記第２制御室とを接続する第２燃料排出路を備えてもよい。これによれば、例えば、第２燃料排出路に介装されたオリフィスの絞り径を調整することで、第２制御圧の低下速度を第１制御圧とは独立して調整可能となる。この結果、例えば、制御弁を開状態に維持して第１、第２制御圧を低下させていくとき、ニードルが開弁する時点からロックピストンが原位置から上昇開始する時点までの時間を設定する際の設計の自由度を高めることができる。
【００６８】
また、上記第３の燃料噴射制御装置では、前記燃料供給路と前記第２制御室とを接続する第２燃料流入路と、前記第２燃料流入路に介装されて、前記第２燃料流入路を連通・遮断する前記レール圧により駆動される開閉弁とを備え、前記開閉弁は、前記レール圧が所定圧力よりも小さいとき（軽負荷〜中負荷の場合）に前記第２燃料流入路を連通し、前記レール圧が前記所定圧力以上のとき（高負荷の場合）に前記第２燃料流入路を遮断するように構成されてもよい。
【００６９】
これによれば、第２制御圧の低下速度を、軽負荷〜中負荷の場合に比して高負荷の場合に速めることができ、高負荷の場合において、第２制御圧の低下速度を第１制御圧の低下速度よりも速くすることができる。従って、高負荷の場合において、制御弁を開状態に維持して第１、第２制御圧を低下させていくとき、ロックピストンが原位置から上昇開始する時点をニードルが開弁する時点よりも早めることが可能となる。この結果、開弁したニードルがロックピストンに接触することなく「噴孔絞り領域」まで直ちに上昇可能となり、燃料噴射の初期から「噴孔絞り噴射期間」が形成・維持できる。これにより、高負荷の場合において、燃料噴射の初期からペネトレーションが強い燃料噴霧が直ちに形成・維持され得るとともに、燃料が噴射される期間を短くすることができる。
【００７０】
また、上記第２の燃料噴射制御装置においては、前記制御部は、前記燃料噴射制御期間の始期から前記制御弁を開状態に維持する第１開弁期間を開始することで前記一方のニードルが開弁した後において、前記制御弁を閉状態に切り替えて前記第１開弁期間を終了することで前記制御圧を前記一体物開弁圧よりも高く且つ前記ニードル閉弁圧よりも低い範囲内で推移するように調整し、その後、前記制御弁を開状態に切り替えて前記制御弁を開状態に維持する第２開弁期間を開始することで前記制御圧を前記一体物開弁圧まで低下させて前記他方のニードルを開弁させ、その後、前記燃料噴射制御期間の終期にて前記制御弁を閉状態に切り替えて前記第２開弁期間を終了する第５調整部を備え、前記制御部は、前記第５調整部により前記第１、第２開弁期間を設けて前記制御圧を調整する２パルス制御状態において前記要求される燃料噴射量を増大していく場合、先ず、前記第１開弁期間の終期と前記第２開弁期間の始期との間隔をより短く且つ前記第２開弁期間の始期をより早めていくことで前記燃料噴射量を増大していき、前記第１開弁期間の終期と前記第２開弁期間の始期とが一致した時点以降、前記燃料噴射制御期間の始期から終期まで前記制御弁を開状態に維持し続ける１パルス制御状態に移行するとともに前記燃料噴射制御期間をより長くしていくことで前記燃料噴射量を増大していくように構成されることが好適である。
【００７１】
上述した「低速度領域の高負荷の場合」に対応する燃料噴射パターンが採用されている場合（「第１噴孔のみ噴射期間」が意図的に維持された後に「第１・第２噴孔噴射期間」が設けられる場合）において、特に、上記「２パルス制御状態」にある場合を考える。この場合において、燃料噴射量を増大していく（負荷を増大していく）ためには、上記「第１開弁期間」の始期・終期且つ上記「第２開弁期間」の始期を固定しつつ上記「第２開弁期間」の終期（＝燃料噴射制御期間の終期）を遅らせる（即ち、上記「第２開弁期間」を長くする）ことが考えられる。この場合、「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れることで燃料噴射量が増大する。
【００７２】
しかしながら、この場合、燃料噴射量の増大につれて「燃料噴射制御期間」（従って、燃料が噴射される期間）が燃料噴射量の増大分だけ長くなっていく。従って、この手法は、高速度の場合のように燃料が噴射される期間が十分に確保できない場合には不向きである。
【００７３】
これに対し、上述した「高速度領域の高負荷の場合」に対応する燃料噴射パターン（即ち、上記「１パルス制御状態」）では、燃料噴射量に対する「燃料噴射制御期間」（従って、燃料が噴射される期間）が最短となる。従って、高速度の場合のように燃料が噴射される期間が十分に長く確保できない場合、上記「２パルス制御状態」において上記「第２開弁期間の終期」を遅らせて燃料噴射量を増大していく途中で制御弁制御パターンを上記「１パルス制御状態」に切り替えればよい。
【００７４】
ところが、「２パルス制御状態」から「１パルス制御状態」に急激に制御弁制御パターンを切り替えると（即ち、燃料噴射パターンの変化が連続的でない場合）、その切替時点において内燃機関の燃焼に起因する騒音、振動等が増大し得る。以上より、「２パルス制御状態」において燃料噴射量を増大しつつ「１パルス制御状態」への切替をスムーズに行う必要がある。
【００７５】
上記構成は、係る観点に基づく。これによれば、「２パルス制御状態」において燃料噴射量を増大していく場合、「第２開弁期間」の始期がより早められていく。換言すれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期が早まることで燃料噴射量が増大する。この結果、「燃料噴射制御期間」（従って、燃料が噴射される期間）が長くなる程度を抑制しつつ（或いは、長くなることを防止しつつ）燃料噴射量を増大させることができる。
【００７６】
加えて、「２パルス制御状態」において燃料噴射量を増大していく場合、「第１開弁期間の終期と前記第２開弁期間の始期との間隔がより短縮されていく。そして、この間隔が消滅した時点で制御弁制御パターンが「２パルス制御状態」から「１パルス制御状態」へと切替わる。即ち、「２パルス制御状態」から「１パルス制御状態」への切替時点で燃料噴射パターンの変化が連続的となる。以上より、上記構成によれば、「２パルス制御状態」において燃料噴射量を増大しつつ「１パルス制御状態」への切替をスムーズに行うことができ、上記切替に起因する上述の騒音、振動等の増大を抑制することができる。
【００７７】
上記制御弁制御パターンが「２パルス制御状態」から「１パルス制御状態」へと切り替えられる場合、具体的には、前記制御部は、例えば、前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記第１開弁期間をより短く且つ前記間隔をより短く且つ前記第２開弁期間をより長くしていくことで前記燃料噴射量を増大していくように構成される。
【００７８】
この場合、前記制御部は、前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記燃料噴射制御期間の長さを一定に維持するように構成され得る。これによれば、「２パルス制御状態」において燃料が噴射される期間を一定に維持しつつ燃料噴射量を増大することができる。換言すれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期が早まることでのみ燃料噴射量が増大する。この手法は、高速度の場合のように燃料が噴射される期間が十分に長く確保できない場合に特に有効である。
【００７９】
他方、前記制御部は、前記２パルス制御状態において前記燃料噴射量を増大していく場合において前記１パルス制御状態に移行するまでの間、前記燃料噴射制御期間の長さをより長くしていくようにも構成され得る。これによれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期が早まることに加えて「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れることで燃料噴射量が増大する。この手法は、運転速度が比較的低くて燃料が噴射される期間が比較的長く確保できる場合に有効である。これによれば、上述の「燃料噴射制御期間の長さを一定に維持する」場合に比して、同じ燃料噴射量に対して「第１・第２噴孔噴射期間」の始期を遅らせることができる。換言すれば、「第１噴孔のみ噴射期間」をより長く維持して、燃料噴霧の微粒子化をより一層促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００８１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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。この第１実施形態は、上記「本発明に係る（第１及び）第２の燃料噴射制御装置」、即ち、上述した「単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置」に対応する。
【００８２】
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（レール圧Pcr）の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を通してレール圧Pcrの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。
【００８３】
なお、図１では、コモンレール３０から１本の燃料供給路Ｃ１を通してレール圧Pcの燃料が供給される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。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。
【００８４】
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、レール圧Pcrが調整できるようになっている。具体的には、レール圧Pcrは、例えば、内燃機関の負荷（トルク）が大きいほど且つエンジン回転速度が大きいほどより大きい値に調整される（後述する図２４を参照）。
【００８５】
インジェクタ４０は、燃焼室に臨む先端部に第１噴孔（群）４１ａと第２噴孔（群）４１ｂとを備えたボディ４１と、ボディ４１内に摺動可能に収容されて下端側で第１噴孔４１ａを開閉する筒状のアウタニードル４２と、アウタニードル４２の内部に摺動可能に収容されて下端側で第２噴孔４１ｂを開閉する棒状のインナニードル４３と、を備えている。このアウタ・インナニードル４２，４３は、コイルスプリング４４及びコイルスプリング４５の弾性力によりそれぞれ下降方向に常時付勢されている。第１噴孔４１ａの（総）開口面積は、第２噴孔４１ｂの（総）開口面積よりも小さい。
【００８６】
アウタ・インナニードル４２，４３は、ノズル室Ｒ１と（単一の）制御室Ｒ２とを区画している。ノズル室Ｒ１は、燃料供給路Ｃ１を介してコモンレール３０と接続されていて、内部の圧力がレール圧Pcrとなっている。制御室Ｒ２は、オリフィスＺ１が介装された燃料流入路Ｃ２を介して燃料供給路Ｃ１と接続されるとともに、オリフィスＺ２が介装された燃料排出路Ｃ３を介して燃料タンクＴと接続されている。燃料排出路Ｃ３には燃料排出路Ｃ３を連通・遮断する制御弁（周知の開閉電磁弁）４６が介装されている。
【００８７】
アウタ・インナニードル４２，４３は、それらの下端側でノズル室Ｒ１内の圧力（＝レール圧Pcr）により上昇方向の力をそれぞれ受けるとともに、それらの上端側で制御室Ｒ２内の圧力（制御圧Pc）により下降方向の力をそれぞれ受けるようになっている。以下、アウタ・インナニードル４２，４３の閉弁位置（図１に示す位置）からの上昇方向の移動量をそれぞれ、「アウタニードルリフト量Ｌｏ」、「インナニードルリフト量Ｌｉ」と称呼する。
【００８８】
アウタニードル４２の上端面とインナニードル４３のフランジ部４３ａ（の下端面）とは当接可能となっていて、アウタニードルリフト量Ｌｏが値Ｌｚに達すると、アウタニードル４２の上端面が閉弁位置（Ｌｉ＝０）にあるインナニードル４３のフランジ部４３ａ（の下端面）と当接するようになっている。この値Ｌｚは、前記「所定位置」に対応し、本例では、第１噴孔４１ａについて上述した「噴孔絞り領域」内の値であるものとする。
【００８９】
以下、上記のように構成された単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置の基本的な作動について、図２を参照しながら説明する。図２では、時刻ｔA以前において、制御弁４６が閉状態に維持されていることで、制御圧Pcがレール圧Pcrと一致していて、アウタ・インナニードルリフト量Ｌｏ，Ｌｉ＝０、燃料流量ｄＱ＝０に維持されている。
【００９０】
先ず、図２に破線で示すように、時刻ｔA〜ｔBの間制御弁４６が開状態に維持される場合を考える。この場合、時刻ｔA〜ｔBが前記「燃料噴射制御期間」に対応する。時刻ｔAにて制御弁４６が閉状態から開状態へと切り替えられると（開弁すると）、燃料排出路Ｃ３を通して制御室Ｒ２から燃料が排出され（同時に、燃料流入路Ｃ２を通して燃料供給路Ｃ１から制御室Ｒ２へ燃料が流入され）、この結果、制御圧Pcがレール圧Pcから低下していく。
【００９１】
ここで、図３に白矢印で示すように、図１に示した閉弁位置にあるアウタニードル４２は、レール圧Pcrにより上昇方向の力「Pcr・Aso」（Aso：Pcrの受圧面積（図３において太線部分を参照）を受け、制御圧Pcにより下降方向の力「Pc・Aco」（Aco：Pcの受圧面積（図３において太線部分を参照）を受け、スプリング４４により下降方向の力Fso（略一定）を受ける。なお、レール圧Pcrの受圧面積Asoは、アウタニードル４２が閉弁位置にある場合には制御圧Pcの受圧面積Acoに対して、ボディ４１側のシート部と当接するアウタニードル４２の弁部に対応する面積だけ小さい一方で、アウタニードル４２が開弁位置にある場合には上記弁部にもレール圧Pcrが作用することで制御圧Pcの受圧面積Acoと等しくなる。
【００９２】
この結果、閉弁位置にあるアウタニードル４２が受ける上昇方向の力をＦ１（図３の黒矢印を参照）とすると、Ｆ１は下記(1)式にて表すことができる。制御圧Pcが低下してＦ１＞０となったとき、アウタニードル４２は、閉弁位置から上昇する（開弁する）。このようにアウタニードル４２が開弁する際の制御圧Pcを「アウタ単体開弁圧P3」と称呼する。
【００９３】
Ｆ１＝Pcr・Aso−Pc・Aco−Fso  …(1)
【００９４】
同様に、図４に白矢印で示すように、図１に示した閉弁位置にあるインナニードル４３は、レール圧Pcrにより上昇方向の力「Pcr・Asi」（Asi：Pcrの受圧面積（図４において太線部分を参照）を受け、制御圧Pcにより下降方向の力「Pc・Aci」（Aci：Pcの受圧面積（図４において太線部分を参照）を受け、スプリング４５により下降方向の力Fsi（略一定）を受ける。なお、レール圧Pcrの受圧面積Asiは、インナニードル４３が閉弁位置にある場合には制御圧Pcの受圧面積Aciに対して、ボディ４１側のシート部と当接するインナニードル４３の弁部に対応する面積だけ小さい一方で、インナニードル４３が開弁位置にある場合には上記弁部にもレール圧Pcrが作用することで制御圧Pcの受圧面積Aciと等しくなる。
【００９５】
この結果、閉弁位置にあるインナニードル４３が受ける上昇方向の力をＦ２（図４の黒矢印を参照）とすると、Ｆ２は下記(2)式にて表すことができる。制御圧Pcがレール圧Pcrから低下してＦ２＞０となったとき、インナニードル４３は、閉弁位置から上昇する（開弁する）。このようにインナニードル４３が開弁する際の制御圧Pcを「インナ単体開弁圧P1」と称呼する。
【００９６】
Ｆ２＝Pcr・Asi−Pc・Aci−Fsi  …(2)
【００９７】
本例では、アウタ単体開弁圧P3＞インナ単体開弁圧P1となるように設計されている（図２を参照）。従って、時刻ｔAから低下していく制御圧Pcが、時刻ｔCにて、アウタ単体開弁圧P3（前記「ニードル開弁圧」に対応）まで低下すると、先ず、アウタニードル４２のみが閉弁位置から上昇を開始する（開弁する）。これにより、第１噴孔４１ａからの燃料噴射が開始される（ｄＱ＞０）。以降、アウタニードル４２の上記弁部にもレール圧Pcrが作用するようになって、上述のようにレール圧Pcrの受圧面積Aso＝制御圧Pcの受圧面積Acoとなる。
【００９８】
時刻ｔC以降、アウタニードル４２は、上昇方向の力「（Pcr−Pc）・Aco−Fso」を受けて上昇していく（Ｌｏが「０」から「シート絞り領域」内にて増大していく）。時刻ｔDにて、アウタニードルリフト量Ｌｏが「シート絞り領域」と「噴孔絞り領域」との境界点Ｌｘ（図２７を参照）を超えるまでは、Ｌｏが「シート絞り領域」内で増大していくから、燃料流量ｄＱが急激に増大していく。時刻ｔDにてＬｏが境界点Ｌｘを越えると、Ｌｏが「噴孔絞り領域」に切り換わる。従って、時刻ｔD以降、Ｌｏが「噴孔絞り領域」内で増大していくから、燃料流量ｄＱは略一定に維持される。なお、制御圧Pcが時刻ｔC以降において一時的に増大するのは、時刻ｔCにてアウタニードル４２の上昇開始により制御室Ｒ２内の体積が減少開始すること等に起因するものである。時刻ｔC以降もなお制御圧Pcがインナ単体開弁圧P1よりも高いから、インナニードル４３は閉弁位置に維持されている。
【００９９】
時刻ｔEにて、Ｌｏが値Ｌｚ（図１を参照）に達すると、アウタニードル４２の上端面が閉弁位置（Ｌｉ＝０）にあるインナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面に当接することでＬｏの増大が中断され、その後、Ｌｏが値Ｌｚに維持される（即ち、「噴孔絞り領域」に維持される。時刻ｔE〜ｔFを参照）。以降、アウタ及びインナニードル４２，４３は一体的にのみ上昇し得るようになる。即ち、Ｌｉ＝Ｌｏ−Ｌｚの関係が成立する。以下、アウタ及びインナニードル４２，４３からなる一体物を「アウタ・インナ一体物」とも称呼する。
【０１００】
ここで、このアウタ・インナ一体物（Ｌｏ＝Ｌｚ、Ｌｉ＝０）は、レール圧Pcrにより上昇方向の力「Pcr・(Aco＋Asi)」を受け（Aso＝Aco）、制御圧Pcにより下降方向の力「Pc・(Aco＋Aci)」を受け、スプリング４４，４５により下降方向の力(Fso＋Fsi)（略一定）を受ける。この結果、このアウタ・インナ一体物（Ｌｏ＝Ｌｚ、Ｌｉ＝０）が受ける上昇方向の力をＦ３とすると、Ｆ３は下記(3)式にて表すことができる。制御圧Pcが低下してＦ３＞０となったとき、アウタ・インナ一体物は上昇する（即ち、インナニードル４３が閉弁位置から上昇する（開弁する））。このようにインナニードル４３が開弁する際の制御圧Pcを「アウタ・インナ一体物開弁圧P2」と称呼する。
【０１０１】
Ｆ３＝Pcr・(Aco＋Asi)−Pc・(Aco＋Aci)−(Fso＋Fsi)  …(3)
【０１０２】
このアウタ・インナ一体物開弁圧P2は、アウタニードル４２が受ける上昇方向の力「(Pcr−Pc)・Aco−Fso」に相当する分だけインナ単体開弁圧P1よりも大きくなる（P1＜P2）。本例では、このアウタ・インナ一体物開弁圧P2は、アウタ単体開弁圧P3より小さくなるように設計されている（P1＜P2＜P3）。
【０１０３】
従って、時刻ｔC以降において一時的に増大してから低下していく制御圧Pcが、時刻ｔFにて、アウタ・インナ一体物開弁圧P2（前記「一体物開弁圧」に対応）まで低下すると、アウタ・インナ一体物が上昇を開始する（即ち、インナニードル４３が開弁する）。これにより、時刻ｔF以降、第１噴孔４１ａに加えて第２噴孔４１ｂからも燃料噴射が開始される。以降、インナニードル４３の上記弁部にもレール圧Pcrが作用するようになって、上述のようにレール圧Pcrの受圧面積Asi＝制御圧Pcの受圧面積Aciとなる。
【０１０４】
時刻ｔF以降、アウタ・インナ一体物は、上昇方向の力「（Pcr−Pc）・(Aco＋Aci)−(Fso＋Fsi)」を受けて上昇していく（ＬｏがＬｚから、Ｌｉが「０」から、それぞれ増大していく）。これにより、第２噴孔４１ｂからの噴射分の燃料流量も、第１噴孔４１ａからの噴射分が時刻ｔCから増大・推移していくのと同様に増大・推移していく。この結果、時刻ｔF以前において「噴孔絞り領域」内（Ｌｏ＞Ｌｘ）での第１噴孔４１ａからの噴射分で既に略一定に安定していた（総）燃料流量ｄＱも、時刻ｔF以降、第２噴孔４１ｂからの噴射分が加わることで増大していく。なお、制御圧Pcが時刻ｔF以降において一時的に増大するのは、時刻ｔFにてアウタ・インナ一体物の上昇開始により制御室Ｒ２内の体積が減少開始すること等に起因するものである。
【０１０５】
そして、このアウタ・インナ一体物の上昇は、アウタニードルリフト量Ｌｏがフルリフトに達した時点で終了し、以降、Ｌｏ＝フルリフトに維持される（即ち、Ｌｉ＝（フルリフト−Ｌｚ）に維持される）。このＬｉ＝（フルリフト−Ｌｚ）は、第２噴孔４１ｂについて「噴孔絞り領域」に対応している。即ち、アウタニードルリフト量Ｌｏがフルリフトに達した時点以降では、（総）燃料流量ｄＱは、「噴孔絞り領域」内での第１噴孔４１ａからの噴射分と「噴孔絞り領域」内での第２噴孔４１ｂからの噴射分の和で略一定に安定する。
【０１０６】
一方、時刻ｔBにて、制御弁４６が開状態から閉状態へと切り替えられると（閉弁すると）、燃料排出路Ｃ３を介した制御室Ｒ２からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路Ｃ２を介した制御室Ｒ２への燃料の流入は継続される。この結果、制御圧Pcがレール圧Pcrに向けて上昇していく。
【０１０７】
ここで、現時点にて、アウタ・インナ一体物（Ｌｏ＝フルリフト、Ｌｉ＝（フルリフト−Ｌｚ））が受ける上昇方向の力をＦ４とすると、Ｆ４は下記(4)式にて表すことができる。制御圧Pcが上昇してＦ４＜０となったとき、アウタ・インナ一体物は下降を開始する。このようにアウタ・インナ一体物が下降を開始する際の制御圧Pcを「アウタ・インナ一体物閉弁圧P4」と称呼する。このアウタ・インナ一体物閉弁圧P4は、インナニードル４３の上記弁部に作用するレール圧Pcrによる上昇方向の力に相当する分だけアウタ・インナ一体物開弁圧P2よりも大きい。
【０１０８】
Ｆ４＝(Pcr−Pc)・(Aco＋Aci)−(Fso＋Fsi)  …(4)
【０１０９】
従って、時刻ｔB以降増大していく制御圧Pcが、時刻ｔGにて、アウタ・インナ一体物閉弁圧P4（前記「一体物閉弁圧」に対応）まで上昇すると、アウタ・インナ一体物が下降を開始する。これにより、制御圧Pcが上昇していく時刻ｔG以降において、アウタ・インナ一体物は、下降方向の力「(Fso＋Fsi)−（Pcr−Pc）・(Aco＋Aci)」を受けて下降していき、時刻ｔHにて、Ｌｏが値Ｌｚに達すると（Ｌｉ＝０に達すると）、インナニードル４３が閉弁するとともにアウタニードル４２の下降が中断される。その後、Ｌｏが値Ｌｚに維持される。このインナニードル４３の閉弁により第２噴孔４１ｂからの燃料噴射が終了する。
【０１１０】
ここで、現時点にて、アウタニードル４２（Ｌｏ＝Ｌｚ）が受ける上昇方向の力をＦ５とすると、Ｆ５は下記(5)式にて表すことができる。制御圧Pcが更に上昇してＦ５＜０となったとき、アウタニードル４２は単独で下降を開始する。このように閉弁位置にあるインナニードル４３と当接しているアウタニードル４２が単独で下降を開始する際の制御圧Pcを「アウタ単体閉弁圧P5」と称呼する。このアウタ単体閉弁圧P5は、アウタニードル４２の上記弁部に作用するレール圧Pcrによる上昇方向の力に相当する分だけアウタ単体開弁圧P3よりも大きい。本例では、アウタ単体閉弁圧P5＞アウタ・インナ一体物閉弁圧P4となるように設計されている。
【０１１１】
Ｆ５＝(Pcr−Pc)・Aco−Fso  …(5)
【０１１２】
従って、時刻ｔG以降更に増大していく制御圧Pcが、時刻ｔIにて、アウタ単体閉弁圧P5（前記「ニードル閉弁圧」に対応）まで上昇すると、アウタニードル４２が下降を開始する。これにより、制御圧Pcが上昇していく時刻ｔI以降において、アウタニードル４２は、下降方向の力「Fso−（Pcr−Pc）・Aco」を受けて下降していき、時刻ｔJにて、Ｌｏが「０」に達すると、アウタニードル４２が閉弁する。このアウタニードル４２の閉弁により第１噴孔４１ａからの燃料噴射も終了する。即ち、今回の燃料噴射が全て終了する。
【０１１３】
以上、図２に破線で示すように、時刻ｔAから時刻ｔBまで比較的長期間に亘って制御弁４６が開状態に維持される場合（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB）の作動について説明した。この場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）において、上記「第１噴孔のみ噴射期間」は、時刻ｔC〜ｔF、ｔH〜ｔJであり、上記「第１・第２噴孔噴射期間」は、時刻ｔF〜ｔHである。
【０１１４】
次に、図２に実線で示すように、時刻ｔAから時刻ｔB’（時刻ｔCよりも若干遅い）までの比較的短期間に亘って制御弁４６が開状態に維持される場合（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB’）について説明する。
【０１１５】
この場合、アウタニードル４２が開弁する時刻ｔC以降、上述の場合と同様、アウタニードル４２は、上昇方向の力「（Pcr−Pc）・Aco−Fso」を受けて上昇していき、時刻ｔEにて、その上昇が中断され（Ｌｏ＝Ｌｚ）、その後、アウタニードルリフト量Ｌｏが値Ｌｚに維持される（時刻ｔE〜ｔI’を参照）。これにより、時刻ｔC以降、第１噴孔４１ａから燃料噴射が開始される。
【０１１６】
一方、時刻ｔB’にて制御弁４６が閉弁されるから、時刻ｔB’以降、制御圧Pcは増大する。そして、時刻ｔI’にて制御圧Pcがアウタ単体閉弁圧P5まで上昇すると、上述の時刻ｔIと同じ理由により、アウタニードル４２が下降を開始する。そして、アウタニードル４２は、下降方向の力「Fso−（Pcr−Pc）・Aco」を受けて下降していき、時刻ｔJ’にてＬｏが「０」に達すると、アウタニードル４２が閉弁する。これにより、第１噴孔４１ａからの燃料噴射が終了する。この場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ’）の全てが上記「第１噴孔のみ噴射期間」で構成されていて、上記「第１・第２噴孔噴射期間」は発生しない。
【０１１７】
以上、説明した図２に破線で示した場合と図２に実線で示した場合とを考察すると、以下のことが導き出される。即ち、アウタニードル４２が開弁した後（時刻ｔC以降）において、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下しない限り、インナニードル４３は閉弁位置（Ｌｉ＝０）に固定される。加えて、制御圧Pcがアウタ単体閉弁圧P5まで上昇しない限り、アウタニードル４２が上昇方向の力「（Pcr−Pc）・Aco−Fso」（＞０）を受け続けることでアウタニードル４２は閉弁位置にあるインナニードル４３と当接した状態（即ち、Ｌｏ＝Ｌｚ）で固定され続ける。
【０１１８】
従って、アウタニードル４２が開弁した後において、制御圧Pcが「アウタ・インナ一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「アウタ単体閉弁圧P5」よりも低い、比較的広い範囲内（以下、「アウタニードル位置固定領域」と称呼する。図２の太い黒矢印を参照）で推移するように制御弁４６を任意の期間に亘って開閉制御すれば、図５の点Ａに示すように、アウタニードルリフト量Ｌｏを、「噴孔絞り領域」内の値Ｌｚに任意の期間に亘って固定することができる。
【０１１９】
これにより、この第１実施形態では、第１噴孔４１ａのみから燃料が噴射される期間（上記「第１噴孔のみ噴射期間」）を任意に設定できる。更には、後述のように、第２噴孔４１ｂから燃料が噴射される期間（上記「第１・第２噴孔噴射期間」）の始期及び終期を任意に設定できるから、燃料が噴射される期間において「第１噴孔のみ噴射期間」と「第１・第２噴孔噴射期間」とをどのように組み合わせるかを任意に調整することができる。
【０１２０】
ところで、排ガス中のスモークの発生量を低減するためには、上述のごとく、燃料噴霧の微粒子化を促進すること、並びに、燃料噴射が終了する時期を遅くしないこと（即ち、燃料が噴射される期間を長くしないこと）等が要求される。ここで、燃料噴霧の微粒子化を促進するためには、第２噴孔４１ｂよりも開口面積の小さい第１噴孔４１ａから燃料を噴射して燃料噴霧の拡散の程度を高めることが好適である。一方、燃料が噴射される期間を短くするには、第１噴孔４１ａに加えて第２噴孔４１ｂからも燃料を噴射して（総）燃料流量ｄＱを大きくすることが好適である。係る観点等に基づいて、この第１実施形態では、燃料が噴射される期間において「第１噴孔のみ噴射期間」と「第１・第２噴孔噴射期間」とをどのように組み合わせるかを運転状態に応じて最適に調整するようになっている。
【０１２１】
以下、このことについて図６〜図９を用いて具体的に説明する。図６〜図９において、図２に示した時刻と対応する各時刻には図２で示した符号と同じ符号がそれぞれ付されている。また、図６〜図８には、比較として、図２に破線で示したパターンと同じパターンが破線で示されている。なお、「要求される燃料噴射量」は、機関の負荷の程度に基づいて、負荷の程度が大きいほどより大きい量に決定される。
【０１２２】
<軽負荷〜中負荷の場合>
図６に示した実線は、軽負荷〜中負荷の場合（後述する図１３の領域Ａを参照）における制御弁４６の制御の一例（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB）を示している。この場合、燃料噴射制御期間の始期（時刻ｔA）から制御弁４６を開状態に維持することでアウタニードル４２が開弁された後（時刻ｔC以降）において、燃料噴射制御期間の終期（時刻ｔB）まで、制御圧Pcが上記「アウタニードル位置固定領域」（P2〜P5）内で推移するように、制御弁４６が開閉制御（パルス制御）される。付与されるパルス数は、燃料噴射制御期間（時刻ｔA〜ｔB）で決定され、燃料噴射制御期間が長いほど大きくなる。
【０１２３】
これにより、（機関の運転速度にかかわらず）軽負荷〜中負荷の場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）が全て「第１噴孔のみ噴射期間」で構成される。これは、以下の理由に基づく。即ち、軽負荷〜中負荷の場合、要求される燃料噴射量が比較的小さい。従って、要求される燃料噴射量の全量を第１噴孔４１ａのみから噴射して燃料流量ｄＱを小さい値に維持しても、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）が長くならない。以上より、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）の全てを「第１噴孔のみ噴射期間」で構成することで、燃料噴霧の微粒子化が促進される。
【０１２４】
<低速度領域の高負荷の場合>
図７に示した実線は、低速度領域の高負荷の場合（後述する図１３の領域Ｂを参照）における制御弁４６の制御の一例（燃料噴射制御期間：ｔA〜ｔB）を示している。この場合、燃料噴射制御期間の始期（時刻ｔA）から制御弁４６を開状態に維持することでアウタニードル４２が開弁した後（時刻ｔC以降）において、先ず、制御圧Pcが上記「アウタニードル位置固定領域」（P2〜P5）内で推移するように制御弁４６が開閉制御（パルス制御）される。これにより、破線で示した場合に比してインナニードル４３の開弁時期（時刻ｔF）を遅延させることができる。その後、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する（時刻ｔFを参照）ように燃料噴射制御期間の終期（時刻ｔB）まで制御弁４６が開状態に維持される。
【０１２５】
これにより、低速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）において、先ず、比較的長い期間に亘って「第１噴孔のみ噴射期間」が維持され（時刻ｔC〜ｔF）、その後、「第１・第２噴孔噴射期間」が設けられる（時刻ｔF〜ｔH）。（その後、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」が不可避的に残存して（時刻ｔH〜ｔJ）、燃料噴射が終了する。）
【０１２６】
これは、以下の理由に基づく。即ち、先ず、高負荷の場合、要求される燃料噴射量が大きいから、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）を長くしないために「第１・第２噴孔噴射期間」を確保することが必要となる。加えて、低速度領域の場合、吸気行程での吸気流速が小さいことに起因して燃焼室内の気流が燃料噴霧に対して相対的に弱い。従って、燃料噴霧の拡散のために燃料噴射の初期にペネトレーションの強い（燃料流量の大きい）燃料噴霧を形成する必要性が小さい。加えて、燃料噴射の初期において燃料流量を小さい値に抑えると、所謂「着火遅れ期間」中の燃料噴射量を小さくできて燃焼騒音を小さくすることができる。以上より、低速度領域の高負荷の場合、燃料噴射の初期（図７では、時刻ｔC〜ｔF）に「第１噴孔のみ噴射期間」を維持して燃料噴霧の微粒子化を促進するとともに燃焼騒音を小さく抑え、その後、「第１・第２噴孔噴射期間」（時刻ｔF〜ｔH）を確保して燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）の長期化が防止される。
【０１２７】
<中速度領域の高負荷の場合>
図８に示した実線は、中速度領域の高負荷の場合（後述する図１３の領域Ｃを参照）における制御弁４６の制御の一例（燃料噴射制御期間：ｔA〜ｔB）を示している。この場合、燃料噴射制御期間の始期（時刻ｔA）から制御弁４６を開状態に維持することでアウタニードル４２が開弁した後（時刻ｔC以降）において、先ず、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する（時刻ｔFを参照）ように制御弁４６が開状態に継続して維持される。その後、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物閉弁圧P4まで上昇する（時刻ｔGを参照）ように制御弁４６が閉状態に維持される。その後、燃料噴射制御期間の終期（時刻ｔB）まで制御圧Pcが上記「アウタニードル位置固定領域」内で推移するように制御弁４６が開閉制御（パルス制御）される。これにより、破線で示した場合に比してインナニードル４３の閉弁時期（時刻ｔH）を早めることができる。付与されるパルス数は、燃料噴射制御期間（時刻ｔA〜ｔB）で決定され、燃料噴射制御期間が長いほど大きくなる。
【０１２８】
これにより、中速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）において、先ず、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」（時刻ｔC〜ｔF）が形成された後において最早時期（時刻ｔF）から「第１・第２噴孔噴射期間」が開始・維持され（時刻ｔF〜ｔH）、その後、「第１噴孔のみ噴射期間」が設けられる（時刻ｔH〜ｔJ）。
【０１２９】
これは、以下の理由に基づく。即ち、上述の「低速度領域の高負荷の場合」と同様、「第１・第２噴孔噴射期間」を確保することが必要となる。加えて、中速度領域の場合、吸気行程での吸気流速が比較的大きいことに起因して燃焼室内の気流が燃料噴霧に対して相対的に強い。従って、燃料噴霧の拡散のために燃料噴射の初期にペネトレーションの強い（燃料流量の大きい）燃料噴霧を形成する必要性が大きい。他方、その後において、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）が長くならない限りにおいて燃料噴霧を出来るだけ長い期間に亘って形成すれば、燃焼室内温度の低下を抑制してスモークの酸化速度の低下を抑制することができる。以上より、中速度領域の高負荷の場合、燃料噴射の初期（図７では、時刻ｔF〜ｔH）に「第１・第２噴孔噴射期間」を確保して燃料噴霧を確実に拡散するとともに、その後、「第１噴孔のみ噴射期間」（時刻ｔH〜ｔJ）を出来る限り維持してスモークの酸化速度の低下を抑制しつつ燃料噴霧の微粒子化を促進できる。
【０１３０】
<高速度領域の高負荷の場合>
図９に示した実線は、高速度領域の高負荷の場合（後述する図１３の領域Ｄを参照）における制御弁４６の制御の一例（燃料噴射制御期間：ｔA〜ｔB）を示している。この場合、燃料噴射制御期間の始期（時刻ｔA）から制御弁４６を開状態に維持することでアウタニードル４２が開弁した後（時刻ｔC以降）において、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する（時刻ｔFを参照）ように燃料噴射制御期間の終期（時刻ｔB）まで制御弁４６が開状態に継続して維持される。即ち、図２に破線で示した場合と同様、燃料噴射制御期間（時刻ｔA〜ｔB）に亘って制御弁４６が開状態に維持される。
【０１３１】
これにより、高速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）において、先ず、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」（時刻ｔC〜ｔF）が形成された後において最早時期（時刻ｔF）から「第１・第２噴孔噴射期間」が開始され、その後も「第１・第２噴孔噴射期間」が維持される（時刻ｔF〜ｔH）。（その後、最短の「第１噴孔のみ噴射期間」（時刻ｔH〜ｔJ）が不可避的に残存して燃料噴射が終了する。）
【０１３２】
これは、以下の理由に基づく。即ち、高速度領域の高負荷の場合、上述の「中速度領域の高負荷の場合」に比して膨張行程に対応する時間がより短くなる。従って、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）をより一層短くする必要がある。従って、「中速度領域の高負荷の場合」のように比較的長い「第１噴孔のみ噴射期間」を意図的に確保するだけの時間的な余裕がない。以上より、高速度領域の高負荷の場合、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）において「第１・第２噴孔噴射期間」（時刻ｔF〜ｔH）が最大限確保される。
【０１３３】
以上、説明したように、第１実施形態は、単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプの燃料噴射制御装置である。この第１実施形態では、アウタニードル４２が開弁した後において、制御圧Pcが「アウタ・インナ一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「アウタ単体閉弁圧P5」よりも低い「アウタニードル位置固定領域」で推移するように制御弁４６を任意の期間に亘って開閉制御することで、「インナニードル４３が閉弁位置に固定されるとともに開弁位置にあるアウタニードル４２の上端面がインナニードル４３のフランジ部４３ａに当接した状態」を任意の期間に亘って維持できる。換言すれば、アウタニードルリフト量Ｌｏが、「噴孔絞り領域」内の値Ｌｚに任意の期間に亘って確実に固定され得る。
【０１３４】
これにより、この第１実施形態では、第１噴孔４１ａのみから燃料が噴射される期間を任意に設定できるとともに、第２噴孔４１ｂから燃料が噴射される期間の始期及び終期を任意に設定できる。従って、単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプにおいて、燃料噴射量に対する燃料噴射パターン（噴射開始から噴射終了までの燃料流量の推移）の自由度を高めることができる。
【０１３５】
本発明は上記第１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、上記第１実施形態においては、図５に示すように、アウタニードルリフト量Ｌｏが固定される値（固定点）Ｌｚが「噴孔絞り領域」内であって上記境界点Ｌｘよりも大きい値に設定されているが、図１０に示すように、固定点Ｌｚを境界点Ｌｘと一致させてもよい。
【０１３６】
上述の図８、図９に示す例では、「第１・第２噴孔噴射期間」を最早時期から開始するため、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2に低下するまで（即ち、インナニードル４３が開弁するまで）（時刻ｔF）は、制御弁４６が少なくとも開状態に維持される。この場合、アウタニードル４２が開弁する時点（時刻ｔC）からインナニードル４３が開弁する時点（時刻ｔF）までの時間（ｔC〜ｔF、以下、「開弁インターバル」と称呼する。）をより短くできれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期をより一層早めることができる。
【０１３７】
ここで、開弁インターバルは、制御室Ｒ２の容積、オリフィスＺ１，Ｚ２の開口面積などにも影響されるが、特に、上記「固定点Ｌｚ」の値に大きく影響され、Ｌｚが小さいほど開弁インターバルが短くなる。以下、このことについて図１１を参照しながら説明する。
【０１３８】
図１１の破線は、図９に示したパターンと同じパターン、即ち、Ｌｚが図５に示した値（Ｌｘよりも大きい値）に設定された場合を示していて、図１１の実線は、図１０に示すようにＬｚがＬｘと等しい値に設定された場合を示している。
【０１３９】
図１１から理解できるように、Ｌｚが小さいと、アウタニードル４２が開弁した直後（時刻ｔCの直後）における制御圧Pcの一時的な上昇量が小さい。これは、Ｌｚが小さいと、アウタニードル４２が閉弁位置からインナニードル４３と衝突するまでに上昇する距離が小さくて、アウタニードル４２の上昇に伴う制御室Ｒ２の体積の減少量が小さいことに基づく。このように制御圧Pcの一時的な上昇量が小さいと、その後において制御圧Pcがアウタ・インナニードル一体物開弁圧P2まで低下する時期（時刻ｔF）も早くなる。以上より、Ｌｚが小さいほど、開弁インターバルが短くなる。
【０１４０】
以上より、図１０に示すように、固定点Ｌｚを境界点Ｌｘと一致させると、第１噴孔４１ａからの「噴孔絞り領域」での安定した噴射が確保できる範囲内において開弁インターバルを極力短くすることができて、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期の最早時期を極力早めることができる。この結果、「第１噴孔のみ噴射期間」を任意に設定できることと相まって、燃料噴射量に対する燃料噴射パターンの自由度をより一層高めることができる。
【０１４１】
ここで、上記境界点Ｌｘについて付言する。境界点Ｌｘは、例えば、第１噴孔４１ａについて、上述した「シート絞り」と「噴孔絞り」との「２重絞り」を通過する流量ｄＱ１が「噴孔絞り」の「１重絞り」を通過する流量ｄＱ２の９０％となる場合（ｄＱ１＝０．９・ｄＱ２）に対応する「シート絞り」を形成するために必要なアウタニードルリフト量に設定され得る。上記「９０％」は、「９５％」であっても「８５％」であってもよい。
【０１４２】
「シート絞り」と「噴孔絞り」との「２重絞り」を通過する流量ｄＱ１は、下記(6)式により表すことができる。ここで、Pcrはレール圧、ρは燃料密度、Ｎは第１噴孔４１ａの噴孔数、Ｃｈは噴孔部流量係数、Ａｈは噴孔面積（１つの噴孔の開口面積）、Ｄｓはシート径（図１２を参照）、Ｃｓはシート部流量係数、Ｌはアウタニードルリフト量、αはシート角（図１２を参照）である。
【０１４３】
【数１】
2009174517.tif 000003
【０１４４】
一方、「噴孔絞り」の「１重絞り」を通過する流量ｄＱ２は、下記(7)式により表すことができる。
【０１４５】
【数２】
2009174517.tif 000004
【０１４６】
上述した「ｄＱ１＝０．９・ｄＱ２」の関係において、上記(6)式、(7)式を代入してＬについて整理し、ＬをＬｘに置き換えると、境界点Ｌｘは、下記(8)にて求めることができる。
【０１４７】
【数３】
2009174517.tif 000005
【０１４８】
また、上記第１実施形態においては、図１３に示すように、運転領域が、軽負荷〜中負荷の場合（領域Ａ）、低速度領域の高負荷の場合（領域Ｂ）、中速度領域の高負荷の場合（領域Ｃ）、及び、高速度領域の高負荷の場合（領域Ｄ）の４つの領域に分けられて、運転領域に応じて燃料噴射パターンが図１３に示す対応するパターンに設定される。この各パターンは、図６〜図９に実線で示したパターンにそれぞれ対応している。
【０１４９】
ここで、「軽負荷〜中負荷の場合（領域Ａ）」が長期間継続する場合を考える。この場合、燃料が噴射される期間の全てが「第１噴孔のみ噴射期間」で構成されるから、第２噴孔４１ｂから燃料が噴射されない期間が長くなり、第２噴孔４１ｂ内に所謂「デポジット」（炭素で構成される堆積物）が堆積し得る。
【０１５０】
このデポジットを除去するため、「軽負荷〜中負荷の場合（領域Ａ）」が所定時間継続した場合、図１４に示すように、上述の「高速度領域の高負荷の場合（領域Ｄ）」と同様、燃料が噴射される期間において「第１・第２噴孔噴射期間」が最大限確保されるように制御弁４６が制御されてもよい。具体的には、この場合、燃料噴射制御期間の始期から制御弁４６を開状態に維持することでアウタニードル４２が開弁した後において、制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下するように燃料噴射制御期間の終期まで制御弁４６が開状態に維持される。即ち、燃料噴射制御期間に亘って制御弁４６が開状態に維持される。これにより、デポジット除去のために総燃料噴射量を増大させることなく且つ燃料の燃焼期間中に第２噴孔４１ｂから燃料を噴射することができる。
【０１５１】
この結果、先ず、総燃料噴射量が増大することに起因する、所謂「後燃え」による触媒温度の異常上昇、シリンダ内壁へ付着した液滴燃料のオイルパンへの漏出によるオイル希釈、並びに機関の出力が変化することによるドライバビリティの悪化等が抑制され得る。加えて、燃料の燃焼期間中であって第２噴孔４１ｂ（従って、堆積しているデポジット）が高温の状態で第２噴孔４１ｂから燃料が噴射されるから、デポジットの酸化速度（従って、除去速度、剥離速度）を速くすることができ、デポジット除去に要する時間を短くすることができる。
【０１５２】
また、上記第１実施形態においては、アウタ単体開弁圧P3＞インナ単体開弁圧P1（アウタニードル４２が先に開弁）となるように設計されているが（図２を参照）、アウタ単体開弁圧P3＜インナ単体開弁圧P1（インナニードル４３が先に開弁）となるように設計されてもよい。
【０１５３】
この場合、インナニードルリフト量Ｌｉが値Ｌｚに達すると、インナニードル４３の一部が閉弁位置（Ｌｏ＝０）にあるアウタニードル４２の一部と当接するように設計される必要がある。この構成では、インナニードル４３が開弁した後において、制御圧Pcが「アウタ・インナ一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「アウタ単体閉弁圧P5」に相当する「インナ単体閉弁圧（アウタニードル４２と当接しているインナニードル４３が単独で下降開始する圧力）」よりも低い領域で推移するように制御弁４６を任意の期間に亘って開閉制御することで、「アウタニードル４２が閉弁位置に固定されるとともに開弁位置にあるインナニードル４３がアウタニードル４２に当接した状態」を任意の期間に亘って維持できる。換言すれば、インナニードルリフト量Ｌｉが、「噴孔絞り領域」内の値Ｌｚに任意の期間に亘って確実に固定され得る。
【０１５４】
この結果、第２噴孔４１ｂのみから燃料が噴射される期間を任意に設定できるとともに、第１噴孔４１ａから燃料が噴射される期間の始期及び終期を任意に設定できる。従って、この構成によっても、上記第１実施形態と同様、単一の制御弁及び単一の制御室内の制御圧を用いたツインニードルタイプにおいて、燃料噴射量に対する燃料噴射パターン（噴射開始から噴射終了までの燃料流量の推移）の自由度を高めることができる。
【０１５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置について説明する。図１５は、この第２実施形態による内燃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。図１５において図１に示した構成と同じ若しくは等価な構成には図１に示した符号と同じ符号が付されている。
【０１５６】
この第２実施形態は、上記「本発明に係る（第１及び）第３の燃料噴射制御装置」、即ち、上述した「単一の制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置」に対応していて、第２実施形態における「ニードル４７」、及び「ロックピストン４８」はそれぞれ、上記第１実施形態における「アウタニードル４２」、及び「インナニードル４３」に対応している。
【０１５７】
ニードル４７は、ボディ４１内に摺動可能に収容されて下端側で噴孔（群）４１ｃを開閉可能であり、ノズル室Ｒ１と第１制御室Ｒ２１とを区画している。ロックピストン４８は、ニードル４７の上側にてニードル４７と同軸的且つ独立して摺動可能に配置されていて、上記第１実施形態における制御室Ｒ２に対応する部屋を、第１制御室Ｒ２１及び第２制御室Ｒ２２に区画している。即ち、第１制御室Ｒ２１は、ニードル４７とロックピストン４８との間に形成されていて、第２制御室Ｒ２２は、ロックピストン４８の上側に形成されている。
【０１５８】
ニードル４７、及びロックピストン４８は、コイルスプリング４４及びコイルスプリング４５の弾性力によりそれぞれ下降方向に常時付勢されている。第１制御室Ｒ２１内の圧力（第１制御圧Pc1）により、ニードル４７の上端側が下降方向の力を受けるとともにロックピストン４８の下端側が上昇方向の力を受ける。第２制御室Ｒ２２内の圧力（第２制御圧Pc2）により、ロックピストン４８の上端側が下降方向の力を受ける。
【０１５９】
燃料流入路Ｃ２及び燃料排出路Ｃ３は、第１、第２制御室Ｒ２１，Ｒ２２のうち第１制御室Ｒ２１にのみ接続されている。低圧室Ｒ３は、連通路Ｃ４を介して常時燃料タンクＴを接続されていて、低圧室Ｒ３内の圧力は、常時大気圧である。
【０１６０】
ロックピストン４８の内部には、第１、第２制御室Ｒ２１，Ｒ２２を連通する連通路４８ａが形成され、連通路４８ａにはオリフィスＺ３が介装されている。この連通路４８ａの作用により、第２制御圧Pc2は、第１制御圧Pc1を追随するように変化していく。
【０１６１】
ロックピストン４８の上端側における第２制御圧Pc2の受圧面積（後述する図１８のAlock）は、ロックピストン４８の下端側における第１制御圧Pc1の受圧面積（後述する図１８のAc）よりも大きい。また、このロックピストン４８の下端側の受圧面積（Ac）は、ニードル４７の上端側における第１制御圧Pc1の受圧面積（後述する図１７のAc）と等しい。
【０１６２】
以下、ニードル４７の閉弁位置（図１に示す位置）からの上昇方向の移動量を「ニードルリフト量Ｌｎ」と称呼し、ロックピストン４８の原位置（図１に示す位置）からの上昇方向の移動量を「ロックピストンリフト量Ｌｐ」と称呼する。
【０１６３】
ニードルリフト量Ｌｎが値Ｌｙに達すると、ニードル４７上端面が原位置（Ｌｐ＝０）にあるロックピストン４８の下端面と当接するようになっている。この値Ｌｙは、前記「所定位置」に対応し、本例では、噴孔４１ｃについて上述した「シート絞り領域」内の値であるものとする。
【０１６４】
以下、上記のように構成された単一の制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置の基本的な作動について、上記第１実施形態に関する図２に対応する図１６を参照しながら説明する。図１６において、図２に示した時刻と対応する各時刻には図２で示した符号と同じ符号がそれぞれ付されている。図２と同様、図１６では、時刻ｔA以前において、制御弁４６が閉状態に維持されていることで、第１、第２制御圧Pc1,Pc2がレール圧Pcrと一致していて、ニードルリフト量Ｌｎ＝０、ロックピストンリフト量Ｌｐ＝０、燃料流量ｄＱ＝０に維持されている。
【０１６５】
先ず、図２に破線で示す場合と同様、図１６に破線で示すように、時刻ｔA〜ｔBの間制御弁４６が開状態に維持される場合（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB）を考える。この場合、時刻ｔAにて制御弁４６が開弁すると、図２の場合と同様、第１制御圧Pc1がレール圧Pcから低下していき、これに少し遅れて追随するように第２制御圧Pc2も低下していく。
【０１６６】
ここで、図１７に白矢印で示すように、図１５に示した閉弁位置にあるニードル４７は、レール圧Pcrにより上昇方向の力「Pcr・As」（As：Pcrの受圧面積（図１７において太線部分を参照）を受け、第１制御圧Pc1により下降方向の力「Pc1・Ac」（Ac：Pc1の受圧面積（図１７において太線部分を参照）を受け、スプリング４４により下降方向の力Fs1（略一定）を受ける。なお、上記第１実施形態のアウタニードル４２と同様、レール圧Pcrの受圧面積Asは、ニードル４７が閉弁位置にある場合には第１制御圧Pc1の受圧面積Acに対して、ボディ４１側のシート部と当接するニードル４７の弁部に対応する面積だけ小さい一方で、ニードル４７が開弁位置にある場合には上記弁部にもレール圧Pcrが作用することで第１制御圧Pc1の受圧面積Acと等しくなる。
【０１６７】
この結果、閉弁位置にあるニードル４７が受ける上昇方向の力をＦ６（図１７の黒矢印を参照）とすると、Ｆ６は下記(9)式にて表すことができる。第１制御圧Pc1が低下してＦ６＞０となったとき、ニードル４７は、開弁する。このようにニードル４７が開弁する際の第１制御圧Pc1を「ニードル単体開弁圧P3」と称呼する。このニードル単体開弁圧P3は、上記第１実施形態のアウタ単体開弁圧P3に対応する。
【０１６８】
Ｆ６＝Pcr・As−Pc1・Ac−Fs1  …(9)
【０１６９】
一方、上述のように、ロックピストン４８の上端側における第２制御圧Pc2の受圧面積Alockは、下端側における第１制御圧Pc1の受圧面積Acよりも大きく、且つ、第１制御圧Pc1が低下する際には第２制御圧Pc2は少し遅れて第１制御圧Pc1よりも大きい値を採りながら低下していく。従って、時刻ｔA以降において第１制御圧Pc1が低下していく過程では、ロックピストン４８は原位置から上昇しない。
【０１７０】
従って、時刻ｔAから低下していく制御圧Pcが、時刻ｔCにて、ニードル単体開弁圧P3（前記「ニードル開弁圧」に対応）まで低下すると、先ず、ニードル４７のみが開弁する。これにより、噴孔４１ｃからの燃料噴射が開始される（ｄＱ＞０）。以降、ニードル４７の上記弁部にもレール圧Pcrが作用するようになって、上述のようにレール圧Pcrの受圧面積As＝第１制御圧Pc1の受圧面積Acとなる。
【０１７１】
時刻ｔC以降、ニードル４７は、上昇方向の力「（Pcr−Pc1）・Ac−Fs1」を受けて上昇していく（Ｌｎが「０」から「シート絞り領域」内にて増大していく）。従って、燃料流量ｄＱが急激に増大していく。なお、第１制御圧Pc1（従って、第２制御圧Pc2）が時刻ｔC以降において一時的に増大するのは、時刻ｔCにてニードル４７の上昇開始により第１制御室Ｒ２１内の体積が減少開始すること等に起因するものである。時刻ｔC以降もなお、ロックピストン４８は原位置に維持されている。
【０１７２】
時刻ｔEにて、Ｌｎが値Ｌｙ（図１５を参照）に達すると、ニードル４７の上端面が原位置（Ｌｐ＝０）にあるロックピストン４８の下端面に当接することでＬｎの増大が中断され、その後、Ｌｎが値Ｌｙに維持される（即ち、「シート絞り領域」に維持される。時刻ｔE〜ｔFを参照）。以降、ニードル４７及びロックピストン４８は一体的にのみ上昇し得るようになる。即ち、Ｌｐ＝Ｌｎ−Ｌｙの関係が成立する。以下、ニードル４７及びロックピストン４８からなる一体物を「ニードル・ピストン一体物」とも称呼する。
【０１７３】
ここで、図１８に白矢印で示すように、このニードル・ピストン一体物（Ｌｎ＝Ｌｙ、Ｌｐ＝０）は、レール圧Pcrにより上昇方向の力「Pcr・Ac」を受け（As＝Ac）、第２制御圧Pc2により下降方向の力「Pc2・Alock」を受け、スプリング４４，４５により下降方向の力(Fs1＋Fs2)（略一定）を受ける。この結果、このニードル・ピストン一体物（Ｌｎ＝Ｌｙ、Ｌｐ＝０）が受ける上昇方向の力をＦ７とすると、Ｆ７は下記(10)式にて表すことができる。第２制御圧Pc2が低下してＦ７＞０となったとき、ニードル・ピストン一体物は上昇する（即ち、ロックピストン４８が原位置から上昇する）。このようにロックピストン４８が上昇開始する際の第２制御圧Pc2を「ニードル・ピストン一体物開弁圧P2」と称呼する。このニードル・ピストン一体物開弁圧P2は、上記第１実施形態のアウタ・インナ一体物開弁圧P2に対応する。
【０１７４】
Ｆ７＝Pcr・Ac−Pc2・Alock−(Fs1＋Fs2)  …(10)
【０１７５】
従って、時刻ｔC以降において一時的に増大してから低下していく第２制御圧Pc2が、時刻ｔFにて、ニードル・ピストン一体物開弁圧P2（前記「一体物開弁圧」に対応）まで低下すると、ニードル・ピストン一体物が上昇を開始する。
【０１７６】
時刻ｔF以降、ニードル・ピストン一体物は、上昇方向の力「Pcr・Ac−Pc2・Alock−(Fs1＋Fs2)」を受けて上昇していく（ＬｎがＬｙから、Ｌｐが「０」から、それぞれ増大していく）。これにより、ニードルリフト量Ｌｎは、「シート絞り領域」内にて再び増大を開始し、時刻ｔE以降一定に維持されていた燃料流量ｄＱも再び急激に増大していく。そして、時刻ｔDにて、Ｌｎが「シート絞り領域」と「噴孔絞り領域」との境界点Ｌｘを超えると、燃料流量ｄＱの増大が終了し、その後、略一定に維持される。
【０１７７】
ニードル・ロックピストン一体物の上昇は、ニードルリフト量Ｌｎがフルリフトに達した時点で終了し、以降、Ｌｎ＝フルリフトに維持される（即ち、Ｌｐ＝（フルリフト−Ｌｙ）に維持される）。Ｌｎがフルリフトに達した時点以降も、燃料流量ｄＱは略一定に維持され続ける。
【０１７８】
一方、時刻ｔBにて、制御弁４６が開弁すると、第１制御圧Pc1がレール圧Pcrに向けて上昇していき、これに少し遅れて第２制御圧Pc2もレール圧Pcrに向けて上昇していく。
【０１７９】
ここで、現時点にて、ニードル４７が受ける上昇方向の力をＦ８とすると、Ｆ８は下記(11)式にて表すことができる。第１制御圧Pc1が上昇してＦ８＜０となったとき、ニードル４７は単独で下降を開始する。このようにニードル４７が下降を開始する際の第１制御圧Pc1を「ニードル単体閉弁圧P5」と称呼する。このニードル単体閉弁圧P5は、ニードル４７の上記弁部に作用するレール圧Pcrによる上昇方向の力に相当する分だけニードル単体開弁圧P3よりも大きい。
【０１８０】
Ｆ８＝(Pcr−Pc1)・Ac−Fs1  …(11)
【０１８１】
また、現時点にて、ロックピストン４８が受ける上昇方向の力をＦ９とすると、Ｆ９は下記(12)式にて表すことができる。第２制御圧Pc2が上昇してＦ９＜０となったとき、ロックピストン４８は単独で下降を開始する。このようにロックピストン４８が下降を開始する際の第２制御圧Pc2を「ロックピストン閉弁圧P4」と称呼する。図１６に示した例では、ニードル単体閉弁圧P5＞ロックピストン閉弁圧P4となるように設計されている。
【０１８２】
Ｆ９＝Pc1・Ac−Pc2・Alock−Fs2  …(12)
【０１８３】
図１６に示した例では、時刻ｔIにて第１制御圧Pc1がニードル単体閉弁圧P5に達した後に、時刻ｔGにて第２制御圧Pc2がロックピストン閉弁圧P4に達している。従って、時刻ｔI以降、ニードル４７は、下降方向の力「Fs1−（Pcr−Pc1）・Ac」を受けて下降していき、時刻ｔG以降、ロックピストン４８は、下降方向の力「Fs2＋Pc2・Alock−Pc1・Ac」を受けて原位置まで下降していく。そして、時刻ｔJにて、Ｌｎが「０」に達すると、ニードル４７が閉弁する。ニードル４７の閉弁により噴孔４１ｃからの燃料噴射が終了する。
【０１８４】
以上、図１６に破線で示すように、時刻ｔAから時刻ｔBまで比較的長期間に亘って制御弁４６が開状態に維持される場合（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB）の作動について説明した。次に、図１６に実線で示すように、時刻ｔAから時刻ｔB’（時刻ｔCよりも若干遅い）までの比較的短期間に亘って制御弁４６が開状態に維持される場合（燃料噴射制御期間：時刻ｔA〜ｔB’）について説明する。
【０１８５】
この場合、ニードル４７が開弁する時刻ｔC以降、上述の場合と同様、ニードル４７は、上昇方向の力「（Pcr−Pc1）・Ac−Fs1」を受けて上昇していき、時刻ｔEにて、その上昇が中断され（Ｌｎ＝Ｌｙ）、その後、ニードルリフト量Ｌｎが値Ｌｙに維持される（時刻ｔE〜ｔI’を参照）。これにより、時刻ｔC以降、噴孔４１ｃから燃料噴射が開始される。
【０１８６】
一方、時刻ｔB’にて制御弁４６が閉弁されるから、時刻ｔB’以降、第１、第２制御圧Pc1,Pc2は増大する。そして、時刻ｔI’にて第１制御圧Pc1がニードル単体閉弁圧P5まで上昇すると、上述の時刻ｔIと同じ理由により、ニードル４７が下降を開始する。そして、ニードル４７は、下降方向の力「Fs1−（Pcr−Pc1）・Ac」を受けて下降していき、Ｌｏが「０」に達すると、ニードル４７が閉弁する。これにより、噴孔４１ｃからの燃料噴射が終了する。
【０１８７】
以上、説明した図１６に破線で示した場合と図１６に実線で示した場合とを考察すると、上記第１実施形態と同様、以下のことが導き出される。即ち、ニードル４７が開弁した後（時刻ｔC以降）において、第２制御圧Pc2がニードル・ピストン一体物開弁圧P2まで低下しない限り、ロックピストン４８が原位置（Ｌｐ＝０）に固定される。加えて、第１制御圧Pc1がニードル単体閉弁圧P5まで上昇しない限り、ニードル４７が上昇方向の力「（Pcr−Pc1）・Ac−Fs1」（＞０）を受け続けることでニードル４７は原位置にあるロックピストン４８と当接した状態（即ち、Ｌｎ＝Ｌｙ）で固定され続ける。また、第２制御圧Pc2は第１制御圧Pc1に少し遅れて追随するから、第１、第２制御圧Pc1,Pc2が低下していく過程において、第１制御圧Pc1がニードル・ピストン一体物開弁圧P2まで低下しない限り、第２制御圧Pc2がニードル・ピストン一体物開弁圧P2まで低下することはない。
【０１８８】
従って、ニードル４７が開弁した後において、第１制御圧Pc1が「ニードル・ピストン一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「ニードル単体閉弁圧P5」よりも低い、比較的広い範囲内（以下、「ニードル位置固定領域」と称呼する。図１６の太い黒矢印を参照）で推移するように制御弁４６を任意の期間に亘って開閉制御すれば、図１９の点Ａに示すように、ニードルリフト量Ｌｎを、「シート絞り領域」内の値Ｌｙに任意の期間に亘って固定することができる。これにより、この第２実施形態では、ニードルリフト量Ｌｎが「シート絞り領域」内の値Ｌｙに維持される期間を任意に設定できる。
【０１８９】
ここで、「シート絞り領域」では「噴孔絞り」と「シート絞り」との「２重絞り」が形成されるから、「噴孔絞り」の「１重絞り」が形成される「噴孔絞り領域」と比較して、噴孔４１ｃから噴射される燃料の圧力（噴射圧）が小さく且つ燃料流量ｄＱが小さい（図１６において、時刻ｔE〜ｔFまでと、時刻ｔD以降を参照）。従って、第２実施形態では、ニードルリフト量ＬｎがＬｙに維持される期間を任意に調整することで、「シート絞り領域」に対応する噴射圧が低くて燃料流量ｄＱが小さい期間（以下、「低噴射圧・低流量期間」とも称呼する。）を任意に調整することができる。換言すれば、「噴孔絞り領域」に対応する噴射圧が高くて燃料流量ｄＱが大きい期間（以下、「高噴射圧・高流量期間」とも称呼する。）の始期を任意に調整することができる。
【０１９０】
例えば、図２０の実線は、燃料が噴射される期間が全て「低噴射圧・低流量期間」で構成される場合の制御の一例を示している。図２０において、図１６に示した時刻と対応する各時刻には図１６で示した符号と同じ符号がそれぞれ付されている。また、図２０には、比較として、図１６に破線で示したパターンと同じパターンが破線で示されている。
【０１９１】
この場合、図２０に実線で示すように、燃料噴射制御期間の始期（時刻ｔA）から制御弁４６を開状態に維持することでニードル４７が開弁された後（時刻ｔC以降）において、燃料噴射制御期間の終期（時刻ｔB）まで、第１制御圧Pc1が上記「ニードル位置固定領域」（P2〜P5）内で推移するように、制御弁４６が開閉制御（パルス制御）される。付与されるパルス数は、燃料噴射制御期間（時刻ｔA〜ｔB）で決定され、燃料噴射制御期間が長いほど大きくなる。これにより、燃料が噴射される期間（時刻ｔC〜ｔJ）が全て「低噴射圧・低流量期間」で構成される。
【０１９２】
この第２実施形態では、図２１に示すように、例えば、低速度領域の軽負荷の場合（領域Ｅ）、図２０に実線で示した制御を行って、燃料が噴射される期間（メイン燃料噴射期間）の全てに亘って「低噴射圧・低流量期間」が形成される。これにより、小さい噴射圧で噴射されたペネトレーションが弱い燃料噴霧が形成・維持される。この結果、噴霧の過剰な拡散が抑制されて、低速度領域且つ軽負荷の場合において、所謂「オーバーリーン」による未燃ＨＣの排出量の増大を抑制することができる。
【０１９３】
一方、図２１に示すように、中負荷〜高負荷の場合（領域Ｆ）、図２０に破線で示した制御（即ち、燃料噴射制御期間に亘って制御弁４６を開状態に維持する制御）を行って（或いは、ニードル４７の開弁後において第１制御圧Pc1が上記「ニードル位置固定領域」内で推移するように制御弁４６を開閉させる制御を一時的に行ってもよい）、燃料が噴射される期間の初期に「低噴射圧・低流量期間」が形成され、その後に「高噴射圧・高流量期間」が形成される。これにより、燃料噴射（メイン燃料噴射期間）の初期において燃料流量が小さい値に抑えられて（即ち、「着火遅れ期間」中の燃料噴射量を小さくできて）、燃焼騒音を小さくすることができる。加えて、その後は、大きい噴射圧で噴射されたペネトレーションが強い燃料噴霧が形成・維持される。この結果、噴霧の微粒子化が促進されてスモーク排出量の増大を抑制することができる。なお、図２１では、メイン燃料噴射期間の前に少量の燃料が噴射されるパイロット燃料噴射期間が設定されている場合が示されている。
【０１９４】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射制御装置の第２実施形態は、単一の制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプの燃料噴射制御装置である。この第２実施形態では、ニードル４７が開弁した後において、第１制御圧Pc1が「ニードル・ピストン一体物開弁圧P2」よりも高く且つ「ニードル単体閉弁圧P5」よりも低い「ニードル位置固定領域」で推移するように制御弁４６を任意の期間に亘って開閉制御することで、「ロックピストン４８が原位置に固定されるとともに開弁位置にあるニードル４７の上端面がロックピストン４８の下端面に当接した状態」を任意の期間に亘って維持できる。換言すれば、ニードルリフト量Ｌｎが、「シート絞り領域」内の値Ｌｙに任意の期間に亘って確実に固定され得る。
【０１９５】
これにより、この第２実施形態では、「シート絞り領域」に対応する「低噴射圧・低流量期間」を任意に設定できるとともに、「噴孔絞り領域」に対応する「高噴射圧・高流量期間」の始期を任意に設定できる。従って、単一の制御室内の制御圧を用いた単一ニードルタイプにおいて、燃料噴射量に対する燃料噴射パターン（噴射開始から噴射終了までの燃料流量の推移）の自由度を高めることができる。
【０１９６】
本発明は上記第２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、上記第２実施形態においては、ロックピストン４８の内部に連通路４８ａが設けられることで第２制御圧Pc2が第１制御圧Pc1に追随するように制御されているが、図２２に示すように、この連通路４８ａを廃止して、燃料排出路Ｃ３における第１制御室Ｒ２１と制御弁４６との間の部分と第２制御室Ｒ２２とを接続する第２燃料排出路Ｃ５を備えてもよい。この第２燃料排出路Ｃ５には、オリフィスＺ４が介装されている。
【０１９７】
この構成によれば、オリフィスＺ４の絞り径を調整することで、第２制御圧Pc2の低下速度を第１制御圧Pc1とは独立して調整可能となる。この結果、例えば、制御弁４６を開状態に維持して第１、第２制御圧Pc1,Pc2を低下させていく場合において、ニードル４６が開弁する時点からロックピストン４８が原位置から上昇開始する時点までの時間を調整・設定し易くなる。従って、係る時間を設定する際の設計の自由度を高めることができる。
【０１９８】
更には、図２３に示すように、図２２に示した構成において、燃料供給路Ｃ１と第２制御室Ｒ２２とを接続する第２燃料流入路Ｃ６と、第２燃料流入路Ｃ６に介装された開閉弁４９とが更に追加されてもよい。この第２燃料流入路Ｃ６には、オリフィスＺ５が介装されている。
【０１９９】
この開閉弁４９は、レール圧Pcrを受けて開閉駆動されるようになっている。具体的には、開閉弁４９は、レール圧Pcrが閾値Pch（図２４を参照）よりも小さいとき（即ち、軽負荷〜中負荷の場合）に第２燃料流入路Ｃ６を連通し、レール圧Pcrが閾値Pch以上のとき（高負荷の場合）に第２燃料流入路Ｃ６を遮断するように構成されている。
【０２００】
これによれば、第２制御圧Pc2の低下速度を、軽負荷〜中負荷の場合に比して高負荷の場合に速めることができる。従って、高負荷の場合において、第２制御圧Pc2の低下速度を第１制御圧Pc1の低下速度よりも速くすることができる。即ち、高負荷の場合において、制御弁４６を開状態に維持して第１、第２制御圧Pc1,Pc2を低下させていく際、ロックピストン４８が原位置から上昇開始する時点をニードル４７が開弁する時点よりも早めることが可能となる。
【０２０１】
この場合、開弁したニードル４７がロックピストン４８に接触することなく「噴孔絞り領域」まで直ちに上昇可能となり、燃料噴射の初期から「噴孔絞り領域」に対応する「高噴射圧・高流量期間」が形成・維持することができる。即ち、図２５に示したように、上述した図２１に示した領域Ｆを、閾値Pchを示す曲線で領域Ｆ（中負荷）と領域Ｇ（高負荷）とに分けた場合において、領域Ｇ（高負荷）にて、燃料噴射の初期からペネトレーションが強い燃料噴霧が直ちに形成・維持され得るとともに、燃料が噴射される期間を短くすることができる。
【０２０２】
また、上記第２実施形態においては、ロックピストン４８がニードル４７と同軸的に配置されているが、上述した「ニードルリフト量Ｌｎを任意の期間において値Ｌｙに維持する」機能が達成される範囲内であれば、ロックピストン４８がニードル４７と同軸的に配置されていなくてもよい。
【０２０３】
また、上記第２実施形態においては、ロックピストン４８の下端側における第１制御圧Pc1の受圧面積がニードル４７の上端側における第１制御圧Pc1の受圧面積と等しいが、「ニードル単体開弁圧P3＞ニードル・ピストン一体物開弁圧P2」の関係が維持される限りにおいて、ロックピストン４８の下端側における第１制御圧Pc1の受圧面積がニードル４７の上端側における第１制御圧Pc1の受圧面積と等しくなくてもよい。
【０２０４】
以下、上記第１実施形態について付言する。上記第１実施形態において、内燃機関の負荷が増大していく場合、即ち、燃料噴射量（以下、「噴射量Ｑ」と称呼する。）が増大していく場合における制御弁制御パターンの変化の一例について、図２６〜図３２を参照しながら説明する。以下、説明の便宜上、噴射量Ｑの増大過程において、レール圧Pcrが一定であるものとする。
【０２０５】
先ず、噴射量Ｑが小さい場合（軽負荷の場合）、図２６に示すように、「燃料噴射制御期間」（燃料噴射のために制御弁４６が最初に開弁（指示）される時期から最後に閉弁（指示）される時期までの期間）に亘って、制御弁４６を開状態に維持する制御（以下、「１パルス制御」と称呼する。）が実行される。以下、制御弁４６が開状態に維持される期間を「第１開弁期間」と称呼し、第１開弁期間の長さをτ１とする。
【０２０６】
図２６に示すように噴射量Ｑが小さい場合、アウタニードル４２の開弁後において制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2（図６、図３１等を参照）まで低下する前の時点で第１開弁期間が終了する。従って、図２６に示す１パルス制御状態では、「第１噴孔のみ噴射期間」のみが設けられる。この場合、噴射量Ｑの増大過程において、τ１が長くされていく（即ち、「第１開弁期間」の終期が遅らされていく）。この結果、「第１噴孔のみ噴射期間」の終期が遅れることで噴射量Ｑが増大していく（図２６の黒矢印を参照）。
【０２０７】
図２６に示す１パルス制御状態は、図３２（ａ）に示すように、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ１に達するまで、即ち、τ１がαに達するまで、継続される。ここで、Ｑ１は、第１開弁期間の終期が「制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する時点」に一致する場合の噴射量よりも小さい値である。
【０２０８】
噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ１を超えると、図２７に示すように、２パルス制御が実行される。２パルス制御では、第１開弁期間の終了後、制御弁４６が閉状態に維持される期間が設けられ、その後、制御弁４６が開状態に維持される期間（以下、「第２開弁期間」と称呼する。）が設けられる。２パルス制御は、上述のように制御圧Pcをアウタ・インナ一体物開弁圧P2よりも高く且つアウタ単体閉弁圧P5よりも低い範囲内で推移させてインナニードル４３の開弁時期（即ち、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期）を意図的に遅らせるために実行される。この結果、「第１噴孔のみ噴射期間」をより長く維持して、燃料噴霧の微粒子化をより一層促進することができる。
【０２０９】
図２７に示すように、２パルス制御において、第２開弁期間の長さをτ２とし、第１開弁期間の始期から第２開弁期間の始期までの期間の長さをτｉｎｔとし、「燃料噴射制御期間」の長さ（即ち、第１開弁期間の始期から第２開弁期間の終期までの期間の長さ）をτｔｏｔａｌとする。
【０２１０】
図２７に示す２パルス制御状態では、噴射量Ｑの増大過程において、τ１がαに固定され、τｉｎｔがβに固定されるとともに、τ２が長くされていく（即ち、「第２開弁期間の終期」が遅らされていく）。即ち、τｔｏｔａｌが長くされていく。これにより、噴射量Ｑが、第２開弁期間の終期が「制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する時点」に一致する場合の噴射量よりも小さい範囲内では、図２７の（ｂ）−１に示すように、「第１噴孔のみ噴射期間」のみが設けられる。そして、この「第１噴孔のみ噴射期間」の終期が遅れることで噴射量Ｑが増大していく（図２７の（ｂ）−１の黒矢印を参照）。
【０２１１】
噴射量Ｑの増大過程において、噴射量Ｑが、第２開弁期間の終期が「制御圧Pcがアウタ・インナ一体物開弁圧P2まで低下する時点」に一致する場合の噴射量を超えると、インナニードル４３が開弁する。この結果、図２７の（ｂ）−２に示すように、「第１噴孔のみ噴射期間」の後に「第１・第２噴孔噴射期間」が設けられる。そして、この「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れることで噴射量Ｑが増大していく（図２７の（ｂ）−２の黒矢印を参照）。なお、図２７の（ｂ）−１に示す２パルス制御状態から図２７の（ｂ）−２に示す２パルス制御状態への切替時点では、燃料噴射パターンの変化が連続的となる。従って、この切替時点では、内燃機関の燃焼に起因する騒音、振動等が増大するという問題は発生しない。
【０２１２】
このように、図２７の（ｂ）−２に示す２パルス制御状態では、噴射量Ｑの増大につれて「燃料噴射制御期間」（＝τｔｏｔａｌ）（従って、燃料が噴射される期間）が噴射量Ｑの増大分だけ長くなっていく。従って、噴射量Ｑの増大過程において、図２７の（ｂ）−２に示す２パルス制御状態を際限なく継続していく手法は、高速度の場合のように燃料が噴射される期間が十分に確保できない場合には不向きである。
【０２１３】
従って、図２７の（ｂ）−２に示す２パルス制御状態は、図３２（ｂ）に示すように、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ２に達するまで、即ち、τｔｏｔａｌがγに達するまで（従って、τ２がγ−βに達するまで）、継続される。ここで、Ｑ２は、「燃料噴射制御期間」（＝τｔｏｔａｌ）が、高速度の場合に許容され得る最大期間よりも短い期間γとなる場合に対応する噴射量である。
【０２１４】
ところで、上述の１パルス制御では、噴射量Ｑに対する「燃料噴射制御期間」（従って、燃料が噴射される期間）が最短となる。従って、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ２を超えた場合、上述の図２７の（ｂ）−２に示す２パルス制御状態から１パルス制御状態に制御弁制御パターンを切り替えればよい。
【０２１５】
ところが、噴射量ＱがＱ２を超えた時点で制御弁制御パターンを２パルス制御状態から１パルス制御状態に急激に切り替えると、燃料噴射パターンの変化が不連続となる。この結果、その切替時点において内燃機関の燃焼に起因する騒音、振動等が増大し得る。従って、噴射量Ｑを増大しつつ、２パルス制御状態から１パルス制御状態への切替をスムーズに行う必要がある。
【０２１６】
そこで、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ２を超えると、図２８に示すように、移行制御が実行される。この移行制御状態では、噴射量Ｑの増大過程において、図２８及び図３０の（ｃ）−１、（ｃ）−２、（ｃ）−３に示すように、τｔｏｔａｌがγに固定された状態（τ２の終期が固定された状態）で、τ１がαから短くされ、τｉｎｔがβから短くされていく（τ２がγ−βから長くされていく）。加えて、τ１が短くされる速度よりもτｉｎｔが短くされる速度が大きく設定される。この結果、移行制御状態では、噴射量Ｑの増大過程において、第２開弁期間の始期が早まるとともに、第１開弁期間の終期と第２開弁期間の始期との間隔（＝τｉｎｔ−τ１、以下「インターバル」と称呼する。）が短くなっていく。
【０２１７】
このように、第２開弁期間の始期が早まることで、図３１に示すように、インナニードル４３の開弁時期（従って、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期）が早まる（図３１の黒矢印を参照）。これにより、τｔｏｔａｌがγに固定されているにもかかわらず噴射量Ｑが増大していく（図２８の（ｃ）−１、（ｃ）−２、（ｃ）−３の黒矢印を参照）。即ち、「燃料噴射制御期間」（従って、燃料が噴射される期間）が長くなることを防止しつつ、噴射量Ｑを増大させることができる。
【０２１８】
この移行制御状態は、インターバルが消滅する時点、即ち、制御弁制御パターンが２パルス制御状態から１パルス制御状態へと切替わる時点まで継続される。即ち、この時点での噴射量ＱをＱ３とすると、図３２（ｃ）に示すように、移行制御状態は、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ３に達するまで継続される。
【０２１９】
ここで、２パルス制御状態から１パルス制御状態への切替時点で燃料噴射パターンの変化が連続的となる。従って、噴射量Ｑを増大しつつ、２パルス制御状態から１パルス制御状態への切替をスムーズに行うことができ、この切替に起因する上述の騒音、振動等の増大を抑制することができる。
【０２２０】
そして、噴射量Ｑの増大過程において、噴射量ＱがＱ３を超えると、図２９に示すように、１パルス制御が再び実行される。図２９に示す１パルス制御状態では、噴射量Ｑの増大過程において、τｔｏｔａｌがγから長くされていく（即ち、「燃料噴射制御期間」の終期が遅らされていく。図３２（ｄ）を参照）。この結果、「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れることで噴射量Ｑが増大していく（図２９の黒矢印を参照）。
【０２２１】
以上、図２８に示した移行制御では、２パルス制御状態において燃料が噴射される期間を一定に維持しつつ噴射量Ｑが増大する。換言すれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期が早まることでのみ噴射量Ｑが増大する。この手法は、高速度の場合のように燃料が噴射される期間が十分に長く確保できない場合に特に有効である。
【０２２２】
一方、図３３〜図３６に示すように、移行制御状態において、噴射量Ｑの増大過程において、τｔｏｔａｌがγから長くされてもよい（τ２の終期が遅らされてもよい）。これにより、２パルス制御状態において燃料が噴射される期間が長くされつつ噴射量Ｑが増大する。換言すれば、「第１・第２噴孔噴射期間」の始期が早まることに加えて「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れることで噴射量Ｑが増大する（図３３の黒矢印を参照）。
【０２２３】
この場合、τｔｏｔａｌがγで一定に維持される場合（図２８を参照）に比して、移行制御中において、同じ噴射量Ｑに対して、「第１・第２噴孔噴射期間」の終期が遅れる分だけ「第１・第２噴孔噴射期間」の始期を遅らせることができる。換言すれば、「第１噴孔のみ噴射期間」をより長く維持して、燃料噴霧の微粒子化をより一層促進することができる。この手法は、運転速度が比較的低くて燃料が噴射される期間が比較的長く確保できる場合に有効である。
【図面の簡単な説明】
【０２２４】
【図１】本発明の第１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に示した装置による燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図３】図１に示した閉弁位置にあるアウタニードルに作用する上下方向の力を説明するための図である。
【図４】図１に示した閉弁位置にあるインナニードルに作用する上下方向の力を説明するための図である。
【図５】固定点Ｌｚが境界点Ｌｘよりも大きい場合における、アウタニードルリフト量と第１噴孔からの燃料流量との関係を示したグラフである。
【図６】図１に示した装置により「軽負荷〜中負荷の場合」に行われる燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図７】図１に示した装置により「低速度領域の高負荷の場合」に行われる燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図８】図１に示した装置により「中速度領域の高負荷の場合」に行われる燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図９】図１に示した装置により「高速度領域の高負荷の場合」に行われる燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図１０】固定点Ｌｚが境界点Ｌｘと一致する場合における、アウタニードルリフト量と第１噴孔からの燃料流量との関係を示したグラフである。
【図１１】固定点Ｌｚが境界点Ｌｘよりも大きい場合と、固定点Ｌｚが境界点Ｌｘと一致する場合とで、アウタニードルが開弁する時点からインナニードルが開弁する時点までの時間が変化する様子を示したタイムチャートである。
【図１２】アウタニードルについて「シート絞り」と「噴孔絞り」との「２重絞り」が形成される場合の様子を示した第１噴孔周りの拡大図である。
【図１３】図１に示した装置により得られる燃料噴射パターンが運転領域によって変更されることを表した図である。
【図１４】図１３に示した軽負荷〜中負荷の場合（領域Ａ）において第２噴孔に堆積したデポジットを除去するための制御が行われる場合を示した図である。
【図１５】本発明の第２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１６】図１５に示した装置による燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図１７】図１５に示した閉弁位置にあるニードルに作用する上下方向の力を説明するための図である。
【図１８】図１５に示したニードルが上昇して原位置にあるロックピストンと接触して形成されるニードル・ピストン一体物に作用する上下方向の力を説明するための図である。
【図１９】固定点Ｌｙが境界点Ｌｘよりも小さい場合における、ニードルリフト量と噴孔からの燃料流量との関係を示したグラフである。
【図２０】図１５に示した装置により「低速度領域且つ軽負荷の場合」に行われる燃料噴射制御の一例を示したタイムチャートである。
【図２１】図１５に示した装置により得られる燃料噴射パターンが運転領域によって変更されることを表した図である。
【図２２】本発明の第２実施形態の変形例に係る燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。
【図２３】本発明の第２実施形態の他の変形例に係る燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。
【図２４】内燃機関の負荷とレール圧との関係を示したグラフである。
【図２５】図２３に示した装置により得られる燃料噴射パターンが運転領域によって変更されることを表した図である。
【図２６】噴射量が小さい場合における１パルス制御状態での制御弁の開閉タイミング、及び燃料噴射パターンを示した図である。
【図２７】２パルス制御状態での制御弁の開閉タイミング、及び燃料噴射パターンを示した図である。
【図２８】燃料噴射制御期間が一定に維持される移行制御状態での制御弁の開閉タイミング、及び燃料噴射パターンを示した図である。
【図２９】噴射量が大きい場合における１パルス制御状態での制御弁の開閉タイミング、及び燃料噴射パターンを示した図である。
【図３０】図２８に示した移行制御状態において燃料噴射制御期間が一定であることを示した図である。
【図３１】図２８に示した移行制御状態における、制御圧、ニードルリフト量、及び燃料流量の変化を示した図である。
【図３２】図２８に示した移行制御が行われた場合における、噴射量の増大過程における制御弁制御パターンの変化を示した図である。
【図３３】燃料噴射制御期間が長くされていく移行制御状態での制御弁の開閉タイミング、及び燃料噴射パターンを示した図である。
【図３４】図３３に示した移行制御状態において燃料噴射制御期間が長くされていくことを示した図である。
【図３５】図３３に示した移行制御状態における、制御圧、ニードルリフト量、及び燃料流量の変化を示した図である。
【図３６】図３３に示した移行制御が行われた場合における、噴射量の増大過程における制御弁制御パターンの変化を示した図である。
【図３７】従来の燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。
【図３８】図３７に示した装置において、ニードルリフト量と噴孔からの燃料流量との関係を示したグラフである。
【図３９】図３７に示したニードルについて「シート絞り」と「噴孔絞り」との「２重絞り」が形成される場合（リフト量小）の様子を示した噴孔周りの拡大図である。
【図４０】図３７に示したニードルについて「噴孔絞り」の「１重絞り」が形成される場合（リフト量大）の様子を示した噴孔周りの拡大図である。
【図４１】図３７に示した装置において、ニードルリフト量を「シート絞り領域」で制御する場合に燃料流量に変動が発生する様子を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【０２２５】
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…第１噴孔、４１ｂ…第２噴孔、４１ｃ…噴孔、４２…アウタニードル、４３…インナニードル、４３ａ…フランジ部、４４，４５…スプリング、４６…制御弁、４７…ニードル、４８…ロックピストン、４８ａ…連通路、４９…開閉弁、５０…ＥＣＵ、Ｃ１…燃料供給路、Ｃ２…燃料流入路、Ｃ３…燃料排出路、Ｃ５…第２燃料排出路、Ｃ６…第２燃料流入路、Ｒ１…ノズル室、Ｒ２…制御室、Ｒ２１…第１制御室、Ｒ２２…第２制御室
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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