JP4331225B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来より、図２８に示すように、内燃機関（特に、ディーゼル機関）の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔（群）１１１と第１噴孔１１１よりも先端側（図２８において下側）に位置する第２噴孔（群）１１２とを備えたボディ１１０と、ボディ１１０内に摺動可能に収容されて先端側（図２８において下側）で第１噴孔１１１を開閉する筒状のアウタニードル弁１２０と、アウタニードル弁１２０の内部に摺動可能に収容されて先端側（図２８において下側）で第２噴孔１１２を開閉する棒状のインナニードル弁１３０と、アウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧Pcrによりアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、アウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の開弁状態にて内部の燃料が第１及び第２噴孔１１１，１１２を介して燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室１４０と、アウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の背面側（図２８において上側）に設けられ、内部の燃料の圧力である制御圧Pcによりアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の背面側が閉弁方向の力を受ける制御室１５０と、レール圧Pcrの燃料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）とノズル室１４０とを接続する燃料供給路１６０と、燃料供給路１６０と制御室１５０とを接続する燃料流入路１７０と、制御室１５０と燃料タンク（図示せず）とを接続する燃料排出路１８０と、燃料排出路１８０に介装されて燃料排出路１８０を連通・遮断する制御弁１９０と、を備えた、所謂ツインニードルタイプの燃料噴射制御装置が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。
特開２００６−１５２８９３号公報 特開２００６−３０７８３２号公報

図２８に記載のツインニードルタイプの燃料噴射制御装置では、閉弁状態にあるアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０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１９０が開弁させられる（閉状態から開状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１８０を通して制御室１５０から燃料が排出されて制御圧Pcがレール圧Pcrから低下していく（なお、同時に、燃料流入路１７０を通して燃料供給路１６０から制御室１５０へ燃料が流入していく）。

ここで、図２８に記載のツインニードルタイプの燃料噴射制御装置では、アウタニードル弁１２０の方がインナニードル弁１３０よりも先端側のレール圧Pcrの受圧面積に対する背面側の制御圧Pcの受圧面積の比率が小さいことに起因して、「アウタニードル弁開弁圧」（アウタニードル弁１２０が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pc）の方が、「インナニードル弁開弁圧」（インナニードル弁１３０が（単独で）閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pc）よりも大きい。

従って、上述のようにレール圧Pcrから低下していく制御圧Pcが「アウタニードル弁開弁圧」まで達すると、先ず、アウタニードル弁１２０のみが開弁し（図２８において上方へ移動し）、この結果、第１噴孔（群）１１１のみを介して燃料噴射が開始・実行される。

その後、上方へ移動していくアウタニードル弁１２０は、その上端面（背面）がインナニードル弁１３０のフランジ部１３１の下面に当接し、以降、アウタ及びインナニードル弁１２０，１３０は一体的にのみ上昇し得るようになる。以下、このアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０の一体物を「一体ニードル弁」とも称呼する。

そして、低下していく制御圧Pcが更に「一体ニードル弁開弁圧」（一体ニードル弁の一部としてのインナニードル弁１３０が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pc）まで達すると、インナニードル弁１３０も開弁し（図２８において上方へ移動し）、この結果、第２噴孔（群）１１２をも介して燃料噴射が開始・実行される。

一方、このように開弁状態にあるアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０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１９０が閉弁させられる（開状態から閉状態へと変更される）。これにより、燃料排出路１８０を通した制御室１５０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１５０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とともに一体ニードル弁が下降していき（図２８において下方へ移動していき）、先ず、インナニードル弁１２０が閉弁する。これにより、第２噴孔からの燃料噴射が終了する。続いて、アウタニードル弁１２０がインナニードル弁１３０から独立して下降していき、アウタニードル弁１２０も閉弁する。これにより、第１噴孔からの燃料噴射も終了する。このように、制御弁１９０を制御して制御圧Pcを制御することでアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０のリフト量が調整されて燃料の噴射制御が行われる。

以上、図２８に記載のツインニードルタイプの燃料噴射制御装置のように、単一の制御室の圧力（制御圧Pc）が単一の開閉弁（制御弁１９０）で制御されてアウタ及びインナニードル弁１２０，１３０のリフト量が調整される場合、先にアウタニードル弁が開弁し、遅れてインナニードル弁が開弁する。従って、図２９に示すように、内燃機関の負荷が小さい低負荷時やメイン噴射に先立って行われるパイロット噴射時のように噴射量が小さい場合、第１噴孔のみが開口し、内燃機関の負荷が比較的大きい中・高負荷時のように噴射量が大きい場合、第１噴孔に続けて第２噴孔も開口する。

このことを鑑み、図２８に記載のツインニードルタイプの燃料噴射制御装置では、通常、第１噴孔径が小さめに設定され、第２噴孔径が大きめに設定される。これにより、噴射量が小さい場合、第１噴孔からの燃料噴霧の噴霧角が大きくなり、燃料噴霧の微粒子化が促進されて排ガス中のスモークの量が低減され得る。また、噴射量が大きい場合、第２噴孔から大きい噴射率（単位時間あたりの噴射量）の燃料噴射が実行され得るから、噴射率の不足を充分に補うことができる（従って、トータルの燃料噴射期間を短くすることができる）。

ところで、低負荷時では、燃焼温度が低いことに起因して、排ガス中の未燃ＨＣ（メタンを含む。以下、「ＴＨＣ」と称呼する。）の量が大きくなる傾向がある。従って、低負荷時では、スモークよりもむしろＴＨＣの排出量の低減要求が高い。ＴＨＣの排出量を低減するためには、燃焼室内における燃料噴霧の拡散を抑制することが考えられる。燃料噴霧の拡散を抑制すると、燃料噴霧が占める領域の局所的な当量比が大きくなって燃焼温度が高くなり、この結果、ＴＨＣの排出量が低減されるからである。

燃料噴霧の拡散を抑制するためには、噴孔径の大きい噴孔から燃料を噴射して燃料噴霧の噴霧角を小さくすることが考えられる。また、下側（先端側）の噴孔から燃料を噴射することが考えられる。これは、図３０に示すように、下側（先端側）の噴孔から燃料を噴射すると、燃料噴霧がピストンの下降により発生するスキッシュ流に乗り難くなり、スキッシュ流の影響で燃料噴霧が拡散されることが抑制されるからである。

即ち、図３１に示した実験結果に表されるように、低負荷時において、ＴＨＣの排出量は、燃料が噴射される噴孔の位置が下側にあるほど、且つ、同噴孔の径が大きいほどより小さくなる。このため、低負荷時では、インナニードル弁を先に開弁させたいという要求がある。

一方、中・高負荷時では、燃焼温度が高いことに起因して、排ガス中のスモークの量が大きくなる。従って、上述のとおり、スモークの排出量の低減要求が高い。スモークの排出量を低減するためには、上述のごとく燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）を促進することが考えられる。

燃料噴霧の拡散を促進するためには、噴孔径の小さい噴孔から燃料を噴射して燃料噴霧の噴霧角を大きくすることが考えられる。また、上側の噴孔から燃料を噴射することが考えられる。これは、図３０に示すように、上側の噴孔から燃料を噴射すると、燃料噴霧がピストンの下降により発生するスキッシュ流に乗り易くなり、スキッシュ流の影響で燃料噴霧の拡散が促進されるからである。即ち、図３１に示した実験結果に表されるように、中・高負荷時において、スモークの排出量は、燃料が噴射される噴孔の位置が上側にあるほど、且つ、同噴孔の径が小さいほどより小さくなる。このため、中・高負荷時では、図２８に記載の燃料噴射制御装置のように、アウタニードル弁を先に開弁させて上側の噴孔（第１噴孔１１１）を主とした燃料噴射を行いたいという要求がある。

更には、噴射量が非常に大きい最大負荷時近傍では、燃焼温度が非常に高いことに起因して排ガス中のスモークの排出量が大きくなることに加え、トータルの燃料噴射期間が長いことに起因して、噴射期間の終り頃の筒内温度が低くなる時期に燃料が噴射されるためＴＨＣの排出量が大きくなる。従って、スモークの排出量の低減要求に加え、トータルの燃料噴射期間を短縮したい（即ち、大きい噴射率を確保したい）という要求もある。このため、最大負荷時近傍では、アウタ及びインナニードル弁を同時に開弁・閉弁させたいという要求もある。

以上のように、内燃機関の運転領域によって要求される燃料噴射パターンが異なる。従って、これらの要求に十分に応じるためには、運転領域に応じた燃料噴射パターンの自由度を確保する必要がある。しかしながら、上述のように、必ずアウタニードル弁→インナニードル弁の順で開弁する図２８に記載のツインニードルタイプの燃料噴射制御装置（即ち、単一の制御室の圧力が単一の開閉弁で制御されてアウタ及びインナニードル弁のリフト量が調整される装置）の場合、燃料噴射パターンの自由度を確保することができないという問題がある。

この問題に対処するためには、制御室（ニードル弁の背面側の液圧室）をアウタニードル弁とインナニードル弁とで独立して設け（アウタ制御室＋インナ制御室）、アウタ及びインナ制御室の圧力を制御する開閉弁も独立してそれぞれ設けることが考えられる。

しかしながら、係る開閉弁（制御弁）は、一般に、電磁石、ピエゾ素子等を利用して構成されるから、その体格が比較的大きい。従って、２つの制御弁が必要となる上記構成を採用すると、装置全体の大型化という新たな問題が発生する。

以上より、本発明の目的は、単一の制御弁を利用して運転領域に応じた燃料噴射パターンの自由度を確保することが可能なツインニードルタイプの燃料噴射制御装置を提供することにある。

本発明に係る燃料噴射制御装置は、上記第１、第２噴孔を有するボディ、上記アウタ及びインナニードル弁、上記ノズル室、互いに独立した上記アウタ及びインナ制御室、上記高圧発生部、上記燃料供給路、前記燃料供給路と前記アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路、前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路、上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路、上流側端が前記インナ制御室に接続されて下流側端が前記アウタ燃料流出路の下流側端と合流するインナ燃料流出路、前記アウタ及びインナ燃料流出路の合流部と燃料タンクとを接続する燃料排出路、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（単一の）制御弁、及び、前記アウタ燃料流入路及び／又は前記インナ燃料流入路、又は、前記アウタ燃料流出路及び／又は前記インナ燃料流出路に介装されて前記レール圧に応じて燃料の流通を制御する自動弁、を備えている。

ここにおいて、前記アウタ及びインナ燃料流入路、並びに、前記アウタ及びインナ燃料流出路にはそれぞれ、オリフィスが設けられていることが好ましい。また、第１噴孔径（第１噴孔群の各孔の開口面積）は、第２噴孔径（第２噴孔群の各孔の開口面積）よりも小さいことが好ましい。また、上記「アウタニードル弁開弁圧」が上記「インナニードル弁開弁圧」よりも大きいことが好ましい。

これによれば、アウタ及びインナ燃料流出路の合流部と燃料タンクとを接続する燃料排出路に同燃料排出路を連通・遮断する（単一の）制御弁が介装されている。従って、単一の制御弁を開閉制御することで、アウタ及びインナ制御室の圧力（＝アウタ及びインナ制御圧）が制御される。

ここで、上記自動弁の作用により、アウタ及びインナ制御室に燃料を流入させる流路、又は、アウタ及びインナ制御室から燃料を流出させる流路における燃料の流通がレール圧に応じて制御される。従って、レール圧に応じてアウタ及びインナ制御圧が独立して調整され得、アウタ及びインナニードル弁のリフト量もレール圧に応じて独立して調整され得る。

即ち、レール圧が運転領域（例えば、負荷、運転速度等）に応じて変化する場合（例えば、負荷が大きいほど、且つ、運転速度が大きいほどレール圧が大きい場合）、単一の制御弁を利用して運転領域に応じた燃料噴射パターンの自由度を確保することが可能となる。また、電磁石、ピエゾ素子等を利用して構成される体格が比較的大きい制御弁が１つで済むから、簡易な構成をもって装置全体を小型化することができる。

上記本発明に係る燃料噴射制御装置の具体的な第１構成例では、上記自動弁は、前記アウタ燃料流出路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記アウタ燃料流出路を遮断するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記アウタ燃料流出路を連通するように構成される（後述する第１実施形態）。

これによれば、レール圧が第１所定値以下の場合（例えば、低負荷時）、アウタ燃料流出路が遮断されるから、アウタ制御圧がレール圧に維持されてアウタニードル弁が開弁しない。従って、インナニードル弁のみが開弁する（即ち、大径の第２噴孔のみが開口する）。即ち、低負荷時のパイロット噴射時もインナニードル弁のみが開弁する。よって、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

一方、レール圧が第１所定値よりも大きい場合（例えば、中・高負荷時）、上述した図２８に記載の装置と同様、アウタニードル弁→インナニードル弁の順で開弁する（即ち、小径の第１噴孔→大径の第２噴孔の順で開口する）。即ち、中・高負荷時のパイロット噴射時はアウタニードル弁のみが開弁する。従って、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

また、具体的な第２構成例では、上記自動弁は、前記アウタ燃料流出路に介装され、前記レール圧と前記インナ制御圧の差圧が所定値以下の場合に前記アウタ燃料流出路を遮断するとともに前記差圧が前記所定値より大きい場合に前記アウタ燃料流出路を連通するように構成される（後述する第２実施形態）。

これによれば、制御弁の開弁によりインナ制御圧がレール圧から前記差圧分だけ低下した時点からアウタ制御圧が低下を開始する。従って、噴射量が小さい場合（即ち、制御弁の開弁期間が短い場合）、アウタ制御圧が上記「アウタニードル弁開弁圧」まで低下する前に制御弁が閉弁し、この結果、アウタニードル弁が開弁しない。即ち、噴射量が小さい場合（例えば、パイロット噴射時、低負荷時等）、上記第１構成例と同様、インナニードル弁のみを開弁させる（即ち、大径の第２噴孔のみを開口させる）ことができる。

一方、噴射量が大きい場合（即ち、制御弁の開弁期間が長い場合）、アウタ制御圧が上記「アウタニードル弁開弁圧」まで低下し得る。しかしながら、上述した自動弁の作用により、アウタ制御圧の低下開始時期が遅れるからアウタニードル弁の開弁時期も遅れる。この結果、噴射量が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、上記第１構成例とは逆に、インナニードル弁→アウタニードル弁の順で開弁させる（即ち、大径の第２噴孔→小径の第１噴孔の順で開口させる）ことができる。即ち、中・高負荷時における噴射パターンを上記第１構成例のものと異なるパターンに設定することができる。

また、具体的な第３構成例では、前記アウタ燃料流出路又はインナ燃料流出路から流出する燃料を通す、第１オリフィスが介装された第１燃料流出路と、前記アウタ燃料流出路又はインナ燃料流出路から流出する燃料を通す、前記第１オリフィスよりも絞り部の開口面積が大きい第２オリフィスが介装された第２燃料流出路であってその下流側端が前記第１燃料流出路の下流側端と合流する第２燃料流出路と、が備えられ、上記自動弁は、前記アウタ及びインナ燃料流出路のそれぞれの下流側端と前記第１及び第２燃料流出路のそれぞれの上流側端とに接続されて、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第１及び第２燃料流出路とをそれぞれ接続するとともに、前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第２及び第１燃料流出路とをそれぞれ接続するように構成される。そして、（単一の）制御弁は、前記第１及び第２燃料流出路の合流部と燃料タンクとを接続する燃料排出路に介装されて前記燃料排出路を連通・遮断するように構成される（後述する第３実施形態）。

これによれば、レール圧が第１所定値以下の場合（例えば、低負荷時）、制御弁の開弁状態にて、アウタ及びインナ制御室内の燃料はそれぞれ、絞り径の小さい第１オリフィス及び絞り径の大きい第２オリフィスを介して燃料タンクに排出される。従って、インナ制御圧の方がアウタ制御圧よりも低下速度が速くなり、この結果、インナ制御圧が前記「インナニードル弁開弁圧」に達する時期が、アウタ制御圧が前記「アウタニードル弁開弁圧」に達する時期よりも早くなる。即ち、インナニードル弁→アウタニードル弁の順で開弁する（即ち、大径の第２噴孔→小径の第１噴孔の順で開口する）。即ち、低負荷時のパイロット噴射時はインナニードル弁のみが開弁する。よって、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

一方、レール圧が第１所定値よりも大きい場合（例えば、中・高負荷時）、制御弁の開弁状態にて、アウタ及びインナ制御室内の燃料はそれぞれ、絞り径の大きい第２オリフィス及び絞り径の小さい第１オリフィスを介して燃料タンクに排出される。即ち、上記とは反対に、アウタ制御圧の方がインナ制御圧よりも低下速度が速くなり、この結果、アウタニードル弁→インナニードル弁の順で開弁する（即ち、小径の第１噴孔→大径の第２噴孔の順で開口する）。即ち、中・高負荷時のパイロット噴射時はアウタニードル弁のみが開弁する。従って、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

また、具体的な第４構成例では、前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続する、前記インナ燃料流入路とは異なる第２のインナ燃料流入路が備えられ、上記自動弁は、前記第２のインナ燃料流入路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記第２のインナ燃料流入路を遮断するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記第２のインナ燃料流入路を連通するように構成される（後述する第４実施形態）。

これによれば、レール圧が第１所定値以下の場合（例えば、低負荷時）、制御弁の開弁状態にて、インナ制御室内にはインナ燃料流入路のみを介して燃料が燃料供給路から流入する。レール圧が第１所定値よりも大きい場合（例えば、中・高負荷時）、インナ制御室内にはインナ燃料流入路と第２のインナ燃料流入路とを介して燃料が燃料供給路から流入する。一方、アウタ制御室内には、レール圧に依存することなく、アウタ燃料流入路のみを介して燃料が燃料供給路から流入する。

以上より、レール圧が第１所定値以下の場合、インナ制御圧の低下速度をアウタ制御圧の低下速度よりも相対的に速くすることができる。この結果、上記第３構成例と同様、インナニードル弁→アウタニードル弁の順で開弁する（即ち、大径の第２噴孔→小径の第１噴孔の順で開口する）。よって、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

一方、レール圧が第１所定値よりも大きい場合、アウタ制御圧の低下速度をインナ制御圧の低下速度よりも相対的に速くすることができる。この結果、上記第３構成例と同様、アウタニードル弁→インナニードル弁の順で開弁する（即ち、小径の第１噴孔→大径の第２噴孔の順で開口する）。よって、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

また、具体的な第４構成例の変形例では、前記燃料供給路と前記アウタ制御室とを接続する、前記アウタ燃料流入路とは異なる第２のアウタ燃料流入路が備えられ、上記自動弁は、前記第２のアウタ燃料流入路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記第２のアウタ燃料流入路を連通するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記第２のアウタ燃料流入路を遮断するように構成される（後述する第４実施形態の変形例）。

これによれば、レール圧が第１所定値以下の場合（例えば、低負荷時）、制御弁の開弁状態にて、アウタ制御室内にはアウタ燃料流入路と第２のアウタ燃料流入路とを介して燃料が燃料供給路から流入する。レール圧が第１所定値よりも大きい場合（例えば、中・高負荷時）、アウタ制御室内にはアウタ燃料流入路のみを介して燃料が燃料供給路から流入する。一方、インナ制御室内には、レール圧に依存することなく、インナ燃料流入路のみを介して燃料が燃料供給路から流入する。

以上より、上記第４構成例と同様、レール圧が第１所定値以下の場合にインナ制御圧の低下速度をアウタ制御圧の低下速度よりも相対的に速くすることができ、レール圧が第１所定値よりも大きい場合、アウタ制御圧の低下速度をインナ制御圧の低下速度よりも相対的に速くすることができる。従って、上記第４構成例と同じ作用・効果を奏することができる。

また、具体的な第５構成例では、前記燃料供給路と前記アウタ制御室とを接続する、前記アウタ燃料流入路とは異なる第２のアウタ燃料流入路と、前記第２のアウタ燃料流入路に介装され、前記レール圧が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以下の場合に前記第２のアウタ燃料流入路を遮断するとともに前記レール圧が前記第２所定値より大きい場合に前記第２のアウタ燃料流入路を連通する第２の自動弁とが更に備えられる（後述する第５実施形態）。

これによれば、レール圧が第１所定値よりも大きい場合（例えば、中・高負荷時）において、特に、レール圧が第２所定値（＞第１所定値）よりも大きい場合（例えば、最大負荷時近傍）にのみ、上記第１構成例と異なる作用効果が奏される。

即ち、レール圧が第２所定値よりも大きい場合、制御弁の開弁中、或いは閉弁後において、アウタ制御室内には、アウタ燃料流入路に加えて第２のアウタ燃料流入路をも介して燃料が燃料供給路から流入する。即ち、上記第１構成例に比して、制御弁開弁中におけるアウタ制御圧の低下速度を小さくするとともに、制御弁閉弁後におけるアウタ制御圧の増大速度を大きくすることができる。換言すれば、上記第１構成例に比して、アウタニードル弁の開弁時期を遅らせるとともにアウタニードル弁の閉弁時期を早まらせることができる。

従って、アウタ及びインナニードル弁を略同時に開弁・閉弁させることが可能となる。よって、最大負荷時近傍において、上記第１構成例に比して、トータルの燃料噴射期間を短縮する（従って、大きい噴射率を確保する）ことができる。

以上、上述した各構成例で使用される自動弁としては、電磁石、ピエゾ素子等を利用して構成された電気信号を用いて制御される弁が採用されてもよい。しかしながら、上述のごとく係るタイプの弁は体格が大きい。従って、上述した各構成例で使用される自動弁は、電気信号を利用することなく燃料の圧力を受けて作動するスプールを利用して構成されることが好適である。これによれば、自動弁を小さい体格で構成でき、この結果、装置全体をより一層小型化することができる。

具体的には、上記第１構成例では、前記自動弁は、前記アウタ燃料流出路を連通・遮断するスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成されることが好ましい。

上記第２構成例では、前記自動弁は、前記アウタ燃料流出路を連通・遮断するスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が前記インナ制御圧及び弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記差圧に応じて前記スプールが作動するように構成されることが好ましい。

上記第３構成例では、前記自動弁は、前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第１及び第２燃料流出路との接続関係を切り替えるスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧による力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成されることが好適である。

上記第４構成例では、前記自動弁は、前記第２のインナ燃料流入路を連通・遮断するスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成されることが好適である。

上記第４構成例の変形例では、前記自動弁は、前記第２のアウタ燃料流入路を連通・遮断するスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧により閉弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により開弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成されることが好適である。

上記第５構成例では、前記自動弁は、前記アウタ燃料流出路を連通・遮断するスプールを備え、前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成され、前記第２の自動弁は、前記第２のアウタ燃料流入路を連通・遮断する第２のスプールを備え、前記第２のスプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記第２のスプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記第２のスプールが作動するように構成されることが好適である。

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。

（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（以下、「レール圧Pcr」と称呼する。）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。

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Pcr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。

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、図２に示すように、レール圧Pcrは、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。

インジェクタ４０は、主として、ボディ４１と、ボディ４１の内部の所定空間においてその軸線方向（上下方向）に摺動可能に収容された円筒状のアウタニードル弁４２と、アウタニードル弁４２の内部に同軸的且つ液密的にアウタニードル弁４２に対して相対的にその軸線方向（上下方向）に摺動可能に収容された円柱状のインナニードル弁４３と、ボディ４１内に配設された開閉弁である自動弁４４と、ボディ４１内に配設された開閉弁である制御弁４５とを備えている。

アウタ及びインナニードル弁４２，４３は、上記所定空間を、ノズル室Ｒ１と、アウタ制御室Ｒ２と、インナ制御室Ｒ３とに液密的に区画している。ノズル室Ｒ１は、アウタ及びインナニードル弁４２，４３の先端側（下端側）に設けられている。互いに独立したアウタ及びインナ制御室Ｒ２，Ｒ３は、アウタ及びインナニードル弁４２，４３の背面側（上端側）にそれぞれ設けられている。

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レール圧Pcrと等しい。ノズル室Ｒ１は、ボディ４１の先端部に設けられた燃焼室に臨む複数の第１噴孔（群）４１ａ、及び第１噴孔４１ａよりも先端側（下側）に位置する複数の第２噴孔（群）４１ｂと連通している。第１噴孔４１ａの各孔の直径は、第２噴孔４１ｂの各孔の直径よりも小さい。

アウタ及びインナニードル弁４２，４３の先端部（下端部）には、先端に近づくほど縮径する円錐状のアウタテーパー部及びインナテーパー部がそれぞれ形成されている。アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）が上記所定空間内にて下降してアウタテーパー部（インナテーパー部）がボディ４１先端部のノズル室Ｒ１に臨む円錐状の内面（弁座面）に当接した状態（図１に示す状態）にて、第１噴孔４１ａ（第２噴孔４１ｂ）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、第１噴孔４１ａ（第２噴孔４１ｂ）を介して燃料が噴射されない。

以下、この状態を、アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）の閉弁状態とも称呼する。また、アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）のリフト量であるアウタニードル弁リフト量（インナニードル弁リフト量）は、この状態からのアウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）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に示したアウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）の閉弁状態では、アウタニードル弁リフト量（インナニードル弁リフト量）は「０」である。

一方、アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）が閉弁状態から上方へ移動（上昇）してアウタテーパー部（インナテーパー部）が上記弁座面から離間すると、第１噴孔４１ａ（第２噴孔４１ｂ）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、アウタニードル弁リフト量（インナニードル弁リフト量＞０））では、燃料が第１噴孔４１ａ（第２噴孔４１ｂ）を介して噴射される。以下、この状態を、アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）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。

アウタ及びインナニードル弁４２，４３の下端側は、対応する所定の受圧面積にてノズル室Ｒ１内の圧力（＝上記レール圧Pcr）をそれぞれ受けることで開弁方向（上方向）の力をそれぞれ受ける。一方、アウタ及びインナニードル弁４２，４３の上端側は、対応する所定の受圧面積にてアウタ制御室Ｒ２内の圧力（＝アウタ制御圧Pco）及びインナ制御室Ｒ３内の圧力（＝インナ制御圧Pci）をそれぞれ受けることで閉弁方向（下方向）の力をそれぞれ受ける。

加えて、ノズル室Ｒ１及びインナ制御室Ｒ３内には、アウタ及びインナニードル弁４２，４３を閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング４６，４７がそれぞれ配設されている。なお、コイルスプリング４６，４７は、燃料ポンプ２０の非作動中などレール圧Pcrが低い場合等において、アウタ及びインナニードル弁４２，４３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。

後述するように、アウタ及びインナ制御圧Pco，Pciは、制御弁４５の開閉制御により変化し得るようになっている。このアウタ制御圧Pco（インナ制御圧Pci）をレール圧Pcrよりも小さい或る圧力（アウタニードル弁開弁圧（インナニードル弁開弁圧））まで低下させると、アウタニードル弁４２（インナニードル弁４３）が開弁する。

ここで、本例では、アウタニードル弁４２に関する下端側のレール圧Pcrの上記受圧面積に対する上端側のアウタ制御圧Pcoの上記受圧面積の比率が、インナニードル弁４３に関する下端側のレール圧Pcrの上記受圧面積に対する上端側のインナ制御圧Pciの上記受圧面積の比率よりも小さい。これにより、「アウタニードル弁開弁圧」（アウタニードル弁４２が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点でのアウタ制御圧Pco）の方が、「インナニードル弁開弁圧」（インナニードル弁４３が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点でのインナ制御圧Pci）よりも大きい。

アウタ制御室Ｒ２（インナ制御室Ｒ３）は、アウタ流入オリフィスＺ２（インナ流入オリフィスＺ３）が介装されたアウタ燃料流入路Ｃ２（インナ燃料流入路Ｃ３）を介して燃料供給路Ｃ１と接続されている。これにより、レール圧Pcrとアウタ制御圧Pco（インナ制御圧Pci）の差圧に応じてアウタ燃料流入路Ｃ２（インナ燃料流入路Ｃ３）を通して燃料供給路Ｃ１からアウタ制御室Ｒ２（インナ制御室Ｒ３）内に燃料が流入するようになっている。本例では、アウタ流入オリフィスＺ２の絞り径はインナ流入オリフィスＺ３の絞り径よりも小さい。

また、アウタ制御室Ｒ２（インナ制御室Ｒ３）は、アウタ流出オリフィスＺ４（インナ流出オリフィスＺ５）が介装されたアウタ燃料流出路Ｃ４（インナ燃料流出路Ｃ５）の上流側端に接続されている。アウタ燃料流出路Ｃ４には、アウタ燃料流出路Ｃ４を開閉可能な自動弁４４が更に介装されている。本例では、アウタ流出オリフィスＺ４の絞り径はインナ流出オリフィスＺ５の絞り径と等しい。

アウタ燃料流出路Ｃ４及びインナ燃料流出路Ｃ５の下流側端は合流部Ｙにて合流し、合流部Ｙは、燃料排出路Ｃ６を介して燃料タンクＴと接続されている。燃料排出路Ｃ６には、燃料排出路Ｃ６を開閉可能な制御弁４５が介装されている。

これにより、自動弁４４及び制御弁４５が共に開弁状態にある場合、アウタ制御室Ｒ２が燃料タンクＴと連通し、アウタ制御圧Pcoと燃料タンクＴ内の燃料圧力（＝大気圧）の差圧に応じてアウタ燃料流出路Ｃ４及び燃料排出路Ｃ６を通してアウタ制御室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。一方、自動弁４４及び制御弁４５の何れかが閉弁状態にある場合、アウタ制御室Ｒ２は、燃料タンクＴから遮断される。これにより、上述したアウタ制御室Ｒ２から燃料タンクＴへの燃料の排出が禁止される。

また、自動弁４４の開閉状態に依存することなく、制御弁４５が開弁状態にある場合、インナ制御室Ｒ３が燃料タンクＴと連通し、インナ制御圧Pciと燃料タンクＴ内の燃料圧力（＝大気圧）の差圧に応じてインナ燃料流出路Ｃ５及び燃料排出路Ｃ６を通してインナ制御室Ｒ３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。一方、自動弁４４の開閉状態に依存することなく、制御弁４５が閉弁状態にある場合、インナ制御室Ｒ３は、燃料タンクＴから遮断される。これにより、上述したインナ制御室Ｒ３から燃料タンクＴへの燃料の排出が禁止される。

自動弁４４は、２位置２ポート型の開閉弁であり、図２３に示すように、アウタ燃料流出路Ｃ４を開閉するスプール４４ａを備えている。スプール４４ａの上側面は、流路Ｃ７（図１を参照）を介して燃料供給路Ｃ１から供給されるレール圧Pcrを受けて下側方向（開弁方向）の力を受ける。一方、スプール４４ａの下側面は、コイルスプリング４４ｂの付勢力により上側方向（閉弁方向）の力を受ける。

これにより、スプール４４ａは、レール圧Pcrに応じて作動する。この結果、自動弁４４は、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1（図２を参照）以下の場合（以下、「低レール圧時」とも称呼する。）にアウタ燃料流出路Ｃ４を遮断する（図２３を参照）とともに、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1より大きい場合（以下、「中・高レール圧時」とも称呼する。）にアウタ燃料流出路Ｃ４を連通する（図２４を参照）ようになっている。

制御弁４５は、周知の構成の１つからなる２位置２ポート型の電磁開閉弁であり、ＥＣＵ５０からの指示により燃料排出路Ｃ６を開閉可能となっている。なお、上述のように、自動弁４４は、電気信号を利用することなく燃料の圧力を受けて作動するスプールを利用して構成されているから、電磁開閉弁である制御弁４５に比して、非常に小さい体格をもって構成することができる。

次に、図３、図４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。先ず、図３について説明する。

図３に示した実線は、低レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の例を示している。図３に示した例（その他の図に示した例も同様）では、レール圧Pcrは一定に維持されているものとする。

上述したように、低レール圧時では、自動弁４４は閉状態に維持されるから、アウタ燃料流出路Ｃ４が遮断され続ける。従って、この場合、アウタ制御圧Pcoがレール圧Pcrに維持されてアウタニードル弁４２は開弁しない（アウタニードル弁リフト量は「０」に維持される）。従って、第１噴孔４１ａの噴射率は「０」に維持される。

時刻ｔAにてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４５が開弁すると、時刻ｔA以降、インナ燃料流出路Ｃ５を通してインナ制御室Ｒ３から燃料が排出されていき、インナ制御圧Pciがレール圧Pcrから低下していく。これに伴って、インナ燃料流入路Ｃ３を通してインナ制御室Ｒ３に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。

この結果、インナ制御圧Pciは、インナ流出オリフィスＺ５を通過する燃料の流出流量（インナ流出オリフィス流量Qouti）と、インナ流入オリフィスＺ３を通過する燃料の流入流量（インナ流入オリフィス流量Qini）の差（＝Qouti−Qini）に応じた速度をもってレール圧Pcrから低下していく。

時刻ｔA以降において低下していくインナ制御圧Pciが時刻ｔCにて上記「インナニードル弁開弁圧」まで達すると、インナニードル弁４３が開弁し（インナニードル弁リフト量が「０」から増大を開始し）、この結果、第２噴孔４１ｂから燃料噴射が開始される。

時刻ｔC以降、インナニードル弁４３は、インナ制御室Ｒ３内の燃料の体積の減少速度（＝Qouti−Qini）に応じた速度をもって最大リフト量まで上昇し、以降、最大リフト量に維持される。この間、第２噴孔４１ｂからの燃料噴射は継続される。

また、時刻ｔC以降、インナ制御圧Pciは、インナニードル弁４３の下端側のレール圧Pcrの受圧面積が増大すること、及びインナニードル弁リフト量の増大によるインナ制御室Ｒ３の体積の減少に起因して、「インナニードル弁開弁圧」から一旦増大した後、レール圧Pcrよりも低い圧力で推移する。

時刻ｔBにてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４５が閉弁すると、時刻ｔB以降、インナ燃料流出路Ｃ５を通したインナ制御室Ｒ３からの燃料の排出が中止される一方、インナ燃料流入路Ｃ３を通したインナ制御室Ｒ３への燃料の流入は継続される。この結果、時刻ｔB以降、インナ制御圧Pciはレール圧Pcrに向けて増大していき、時刻ｔBより少し後の時刻ｔD以降、インナニードル弁４３は、インナ制御室Ｒ３内の燃料の体積の増大速度（＝Qini）に応じた速度をもって下降していく。そして、インナニードル弁リフト量が「０」になると、インナニードル弁４３が閉弁し、第２噴孔４１ｂからの燃料噴射が終了する。

このように、低レール圧時（従って、低負荷時。図２を参照）では、インナニードル弁４３のみが開弁し、第２噴孔４１ｂのみから燃料が噴射される。従って、図３の破線で示したように、低レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射も第２噴孔４１ｂから行われる。

ここで、上述したように、第２噴孔４１ｂは、噴孔位置が下側にあり且つ噴孔径も大きい。この結果、発明の開示の欄で述べたように、この第１実施形態では、低レール圧時、即ち、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

次に、図４について説明する。図４に示した実線は、中・高レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の例を示している。

上述したように、中・高レール圧時では、自動弁４４は開状態に維持されるから、アウタ燃料流出路Ｃ４が連通し続ける。従って、この場合、自動弁４４の開弁状態においてアウタ制御圧Pcoがレール圧Pcrから減少し得るから、インナニードル弁４３と同様、アウタニードル弁４２も開弁する。

以下、アウタニードル弁４２の作動について具体的に述べると、時刻ｔAにてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４５が開弁すると、時刻ｔA以降、アウタ燃料流出路Ｃ４を通してアウタ制御室Ｒ２から燃料が排出されていき、アウタ制御圧Pcoがレール圧Pcrから低下していく。これに伴って、アウタ燃料流入路Ｃ２を通してアウタ制御室Ｒ２に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。

この結果、アウタ制御圧Pcoは、アウタ流出オリフィスＺ４を通過する燃料の流出流量（アウタ流出オリフィス流量Qouto）と、アウタ流入オリフィスＺ２を通過する燃料の流入流量（アウタ流入オリフィス流量Qino）の差（＝Qouto−Qino）に応じた速度をもってレール圧Pcrから低下していく。

時刻ｔA以降において低下していくアウタ制御圧Pcoが時刻ｔEにて上記「アウタニードル弁開弁圧」まで達すると、アウタニードル弁４２が開弁し（アウタニードル弁リフト量が「０」から増大を開始し）、この結果、第１噴孔４１ａから燃料噴射が開始される。

時刻ｔE以降、アウタニードル弁４２は、アウタ制御室Ｒ２内の燃料の体積の減少速度（＝Qouto−Qino）に応じた速度をもって最大リフト量まで上昇し、以降、最大リフト量に維持される。この間、第１噴孔４１ａからの燃料噴射は継続される。

また、時刻ｔE以降、アウタ制御圧Pcoは、アウタニードル弁４２の下端側のレール圧Pcrの受圧面積が増大すること、及びアウタニードル弁リフト量の増大によるアウタ制御室Ｒ２の体積の減少に起因して、「アウタニードル弁開弁圧」から一旦増大した後、レール圧Pcrよりも低い圧力で推移する。

時刻ｔBにてＥＣＵ５０からの指示により制御弁４５が閉弁すると、時刻ｔB以降、アウタ燃料流出路Ｃ４を通したアウタ制御室Ｒ２からの燃料の排出が中止される一方、アウタ燃料流入路Ｃ２を通したアウタ制御室Ｒ２への燃料の流入は継続される。この結果、時刻ｔB以降、アウタ制御圧Pcoはレール圧Pcrに向けて増大していき、時刻ｔBより少し後の時刻ｔF以降、アウタニードル弁４２は、アウタ制御室Ｒ２内の燃料の体積の増大速度（＝Qino）に応じた速度をもって下降していく。そして、アウタニードル弁リフト量が「０」になると、アウタニードル弁４２が閉弁し、第１噴孔４１ａからの燃料噴射が終了する。

一方、インナニードル弁４３については、図３に示した例と同じように、時刻ｔCにてインナニードルリフト量が「０」から増大を開始し、時刻ｔDにてインナニードルリフト量が最大リフト量から減少を開始する。

ここで、アウタニードルリフト量が「０」から増大を開始する時刻ｔEは、インナニードルリフト量が「０」から増大を開始する時刻ｔCよりも早い。これは、「アウタニードル弁開弁圧」の方が「インナニードル弁開弁圧」よりも大きいことに基づく。また、アウタニードルリフト量が最大リフト量から減少を開始する時刻ｔFは、インナニードルリフト量が最大リフト量から減少を開始する時刻ｔDよりも遅い。これは、アウタ流入オリフィスＺ２の絞り径がインナ流入オリフィスＺ３の絞り径よりも小さいことに基づく。

このように、中・高レール圧時（従って、中・高負荷時。図２を参照）では、アウタニードル弁４２→インナニードル弁４３の順で開弁し、インナニードル弁４３→アウタニードル弁４２の順で閉弁する。即ち、第１噴孔４１ａを主とした燃料噴射が行われる。従って、図４の破線で示したように、中・高レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射も第１噴孔４１ａから行われる。

ここで、上述したように、第１噴孔４１ａは、噴孔位置が上側にあり且つ噴孔径も小さい。この結果、発明の開示の欄で述べたように、この第１実施形態では、中・高レール圧時、即ち、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

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１実施形態によれば、アウタ及びインナ燃料流出路Ｃ４，Ｃ５の合流部Ｙと燃料タンクＴとを接続する燃料排出路Ｃ６に燃料排出路Ｃ６を連通・遮断する電磁開閉弁である単一の制御弁４５が介装されている。加えて、アウタ燃料流出路Ｃ４には、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1以下の場合にアウタ燃料流出路Ｃ４を遮断するとともにレール圧Pcrが第１所定値Pcrref1より大きい場合にアウタ燃料流出路Ｃ４を連通する自動弁４４が介装されている。

この単一の制御弁４５を開閉制御すること、並びに自動弁４４の作用により、アウタ及びインナ制御室Ｒ２，Ｒ３の圧力（＝アウタ及びインナ制御圧Pco,Pci）が独立して制御されて、レール圧Pcrに応じて第１、第２噴孔４１ａ，４１ｂからの燃料噴射パターンを変更することができる。以上より、単一の制御弁４５を制御することで運転領域に応じた燃料噴射パターンの自由度を確保することが可能となる。

また、この構成では、電磁石を利用して構成される体格が比較的大きい制御弁４５が１つで済む。加えて、自動弁４４は電気信号を利用することなく燃料の圧力を受けて作動するスプール４４ａを利用して構成されているから、制御弁４５に比して、非常に小さい体格をもって構成することができる。以上より、第１実施形態によれば、簡易な構成をもって装置全体を小型化することができる。

（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１０について説明する。図５は、この第２実施形態の装置全体の概略構成を示している。この第２実施形態（その他の実施形態も同様）において、第１実施形態の構成・要素と同じ構成・要素については第１実施形態の符号と同じ符号が付されている。

この第２実施形態は、自動弁４４がレール圧Pcrとインナ制御圧Pciとの差圧ΔP（＝Pcr−Pci）に応じて作動する点でのみ、自動弁４４がレール圧Pcrそのものに応じて作動する上記第１実施形態と異なる。

具体的には、第２実施形態の自動弁４４は、図２６に示すように、スプール４４ａの下側面が、流路Ｃ９（図５を参照）を介してインナ燃料流出路Ｃ５から供給されるインナ制御圧Pciを受けて下側方向（開弁方向）の力を更に受ける点でのみ、第１実施形態の自動弁４４と異なる。

これにより、スプール４４ａは、差圧ΔP（＝Pcr−Pci）に応じて作動する。この結果、自動弁４４は、差圧ΔPが所定値ΔPref以下の場合にアウタ燃料流出路Ｃ４を遮断する（図２６を参照）とともに、差圧ΔPが所定値ΔPrefより大きい場合にアウタ燃料流出路Ｃ４を連通する（図２７を参照）ようになっている。

このように、この自動弁４４も、上記第１実施形態と同様、電気信号を利用することなく燃料の圧力を受けて作動するスプールを利用して構成されているから、電磁開閉弁である制御弁４５に比して、非常に小さい体格をもって構成することができる。

次に、図６、図７を参照しながら、この第２実施形態の作動の一例について説明する。先ず、図６について説明する。

図６に示した実線は、パイロット噴射時のように噴射量が小さい場合において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の例を示している。この第２実施形態では、インナ制御圧Pciが圧力（Pcr−ΔPref）以下となる期間である時刻ｔG〜ｔHだけ自動弁４４が開弁状態となる。

即ち、アウタ制御圧Pcoは、時刻ｔAにて制御弁４５が開弁しても、インナ制御圧Pciが圧力（Pcr−ΔPref）に達する時刻ｔGまでレール圧Pcrに維持され、時刻ｔGから低下を開始する。即ち、アウタ制御圧Pcoの低下開始時期が遅れる。従って、噴射量が小さい場合（即ち、制御弁４５の開弁期間ｔA〜ｔBが短い場合）、図６に示すように、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」まで低下する前に時刻ｔBが到来して制御弁４５が閉弁する。

この結果、アウタニードル弁４２が開弁しない。従って、噴射量が小さい場合（例えば、パイロット噴射時、低負荷時等）、上記第１実施形態と同様、インナニードル弁４３のみを開弁させる（即ち、大径の第２噴孔４１ｂのみを開口させる）ことができる。

次に、図７について説明する。図７に示した実線は、噴射量が大きい場合において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の例を示している。この場合、図６に示した場合と異なり、制御弁４５の開弁期間ｔA〜ｔBが長いから、時刻ｔBが到来する前の時刻ｔEにて、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」まで低下し、アウタニードル弁４２が開弁する。

しかしながら、上述したように、アウタ制御圧Pcoの低下開始時期が遅れるからアウタニードル弁４２の開弁時期である時刻ｔEも遅れる。この結果、噴射量が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、上記第１実施形態とは逆に、インナニードル弁→アウタニードル弁の順で開弁する。即ち、中・高負荷時における噴射パターンを上記第１実施形態のものと異なるパターンに設定することができる。

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実施形態によれば、噴射量が小さい場合（例えば、パイロット噴射時、低負荷時等）、上記第１実施形態と同様、インナニードル弁４３のみを開弁させることができ、且つ、噴射量が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、噴射パターンを上記第１実施形態のものと異なるパターンに設定することができる。

（第２実施形態の変形例）
次に、本発明の第２実施形態の変形例による内燃機関の燃料噴射制御装置１０について説明する。図８は、この第２実施形態の変形例の装置全体の概略構成を示している。この第２実施形態の変形例は、アウタ燃料流出路Ｃ４の下流側端が制御弁４５の下流側の燃料排出路Ｃ６に接続されている点においてのみ、アウタ燃料流出路Ｃ４の下流側端がインナ燃料流出路Ｃ５の下流側端と合流部Ｙにて合流している上記第２実施形態と異なる。

図９、図１０は、この第２実施形態の変形例の作動の一例を示している。図９、図１０は図６、図７にそれぞれ対応していて、図９はパイロット噴射時のように噴射量が小さい場合の例を、図１０は噴射量が大きい場合の例を示している。

この第２実施形態の変形例では、時刻ｔGにて自動弁４４が開弁した後における自動弁４４の上下流間の差圧が、上記第２実施形態に比して、制御弁４５内の圧力損失分だけ大きくなる。従って、時刻ｔG以降におけるアウタ流出オリフィス流量Qoutoが上記第２実施形態に比して大きくなるから、時刻ｔG以降におけるアウタ制御圧Pcoの低下速度が上記第２実施形態に比して速くなる。

加えて、時刻ｔBにて制御弁４５が閉弁してもなお、その後の時刻ｔHにて自動弁４４が閉弁するまでの間、アウタ制御室Ｒ２が燃料タンクＴと連通し続ける。即ち、アウタ制御圧Pcoのレール圧Pcrに向けての上昇開始時期が、上記第２実施形態では時刻ｔBであるのに対し、時刻ｔBより遅い時刻ｔHとなる。

図９では、制御弁４５の開弁期間ｔA〜ｔBが短いことに起因して、自動弁４４が開弁する時刻ｔG以降におけるアウタ制御圧Pcoの低下速度が速くなるにもかかわらず、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」まで低下する前に時刻ｔHが到来して自動弁４５が閉弁する例が示されている。

この結果、アウタニードル弁４２が開弁しない。従って、噴射量が小さい場合（例えば、パイロット噴射時、低負荷時等）、上記第２実施形態と同様、インナニードル弁４３のみを開弁させる（即ち、大径の第２噴孔４１ｂのみを開口させる）ことができる。

図１０では、制御弁４５の開弁期間ｔA〜ｔBが長いことに起因して、時刻ｔHが到来する前の時刻ｔEにて、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」まで低下し、アウタニードル弁４２が開弁する例が示されている。

ここで、上述したように、時刻ｔG以降におけるアウタ制御圧Pcoの低下速度が上記第２実施形態に比して速くなるから、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」に達する時刻ｔE（即ち、アウタニードル弁リフト量の増大開始時期）が上記第２実施形態よりも早くなる（図１０の微細なドットで示した左側の領域を参照）。

加えて、上述したように、アウタ制御圧Pcoのレール圧Pcrに向けての上昇開始時期が遅れるから、アウタニードル弁リフト量の減少開始時期である時刻ｔFが上記第２実施形態よりも遅れる（図１０の微細なドットで示した右側の領域を参照）。

以上より、噴射量が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、上記第２実施形態に比して、アウタニードル弁４２の開弁期間が長くなる。従って、第１噴孔４１ａからの噴射割合が大きくなり、上記第２実施形態に比して、より一層スモークの排出量を低減することができる。

加えて、特に、トータルの燃料噴射期間の後半における第１噴孔４１ａからの噴射量を大きくすることができるから、一旦生成されたスモークの再酸化が促され、この結果、これによっても、スモークの排出量を低減することができる。

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実施形態の変形例によれば、噴射量が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、上記第２実施形態に比して、第１噴孔４１ａからの噴射割合が大きくなること、並びに、トータルの燃料噴射期間の後半における第１噴孔４１ａからの噴射量が大きいことから、スモークの排出量をより一層低減することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置１０について説明する。図１１は、この第３実施形態の装置全体の概略構成を示している。この第３実施形態は、自動弁４４が２位置３ポート型の２つの弁４４Ａ，４４Ｂから構成される点で、自動弁４４が２位置２ポート型の１つの開閉弁からなる上記第１実施形態と異なる。

この第３実施形態の自動弁４４を構成する２つの２位置３ポート型の弁４４Ａ，４４Ｂは、レール圧Pcrに応じて一体的に作動（連動）するようになっている。この自動弁４４は、アウタ及びインナ燃料流出路Ｃ４，Ｃ５のそれぞれの下流側端と、第１及び第２燃料流出路Ｃ１１，Ｃ１２のそれぞれの上流側端とに接続されている。

第１及び第２燃料流出路Ｃ１１，Ｃ１２には、第１、第２オリフィスＺ１１，Ｚ１２がそれぞれ介装されている。第１オリフィスＺ１１の絞り径は、第２オリフィスの絞り径よりも小さい。単一の制御弁４５は、第１及び第２燃料流出路Ｃ１１，Ｃ１２の下流端側の合流部Ｘと燃料タンクＴとを接続する燃料排出路Ｃ６に介装される。

この自動弁４４は、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1以下の場合（低レール圧時）にアウタ及びインナ燃料流出路Ｃ４，Ｃ５と第１及び第２燃料流出路Ｃ１１，Ｃ１２とをそれぞれ接続するとともに（第１位置、図１１に示した位置）、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1より大きい場合（中・高レール圧時）にアウタ及びインナ燃料流出路Ｃ４，Ｃ５と第２及び第１燃料流出路Ｃ１２，Ｃ１１とをそれぞれ接続する（第２位置）。

図１２の実線は、低レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の第３実施形態の作動の一例を示している。低レール圧時、制御弁４５の開弁状態（時刻ｔA〜ｔB）にて、自動弁４４は第１位置にあるから、アウタ及びインナ制御室Ｒ２，Ｒ３内の燃料はそれぞれ、絞り径の小さい第１オリフィスＺ１１及び絞り径の大きい第２オリフィスＺ１２を介して燃料タンクＴに排出される。

従って、インナ制御圧Pciの方がアウタ制御圧Pcoよりも低下速度が速くなり、この結果、インナ制御圧Pciが「インナニードル弁開弁圧」に達する時刻ｔCが、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」に達する時刻ｔEよりも早くなる。即ち、インナニードル弁４３→アウタニードル弁４２の順で開弁する。従って、図１２の破線で示したように、低レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射は第２噴孔４１ｂから行われる。よって、低レール圧時、即ち、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

図１３の実線は、中・高レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の第３実施形態の作動の一例を示している。中・高レール圧時、制御弁４５の開弁状態（時刻ｔA〜ｔB）にて、自動弁４４は第２位置にあるから、アウタ及びインナ制御室Ｒ２，Ｒ３内の燃料はそれぞれ、絞り径の大きい第２オリフィスＺ１２及び絞り径の小さい第１オリフィスＺ１１を介して燃料タンクＴに排出される。

従って、アウタ制御圧Pcoの方がインナ制御圧Pciよりも低下速度が速くなり、この結果、アウタ制御圧Pcoが「アウタニードル弁開弁圧」に達する時刻ｔEが、インナ制御圧Pciが「インナニードル弁開弁圧」に達する時刻ｔCよりも早くなる。即ち、アウタニードル弁４２→インナニードル弁４３の順で開弁する。従って、図１３の破線で示したように、中・高レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射は第１噴孔４１ａから行われる。よって、中・高レール圧時、即ち、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

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３実施形態によれば、低レール圧時と中・高レール圧時とで、アウタ及びインナ制御圧Pco，Pciの低下速度の大小を切り替えることができる。この結果、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、第２噴孔４１ｂから主たる噴射が実行されて、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。一方、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、第１噴孔４１ａから主たる噴射が実行されて、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進され、スモークの排出量が低減され得る。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置１０について説明する。図１４は、この第４実施形態の装置全体の概略構成を示している。この第４実施形態は、インナ燃料流入路Ｃ３とは異なる、オリフィスＺ１３が介装された第２のインナ燃料流入路Ｃ１３が備えられ、自動弁４６がこの第２のインナ燃料流入路Ｃ１３に介装されている点で、自動弁４４がアウタ燃料流出路Ｃ４に介装されている上記第１実施形態と異なる。

この自動弁４６の構成は、上記第１実施形態における自動弁４４のものと同じである。即ち、自動弁４６は、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1以下の場合（低レール圧時）に第２のインナ燃料流入路Ｃ１３を遮断するとともに、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1より大きい場合（中・高レール圧時）に第２のインナ燃料流入路Ｃ１３を連通する。

図１５の実線は、低レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の第４実施形態の作動の一例を示している。図１６の実線は、中・高レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の第４実施形態の作動の一例を示している。

低レール圧時、制御弁４５の開弁状態（時刻ｔA〜ｔB）にて、自動弁４６は閉状態に維持されるから、インナ制御室Ｒ３内にはインナ燃料流入路Ｃ３のみを介して燃料が燃料供給路Ｃ１から流入する。中・高レール圧時、インナ制御室Ｒ３内にはインナ燃料流入路Ｃ３と第２のインナ燃料流入路Ｃ１３とを介して燃料が燃料供給路Ｃ１から流入する。一方、アウタ制御室Ｒ２内には、レールPcr圧に依存することなく、アウタ燃料流入路Ｃ２のみを介して燃料が燃料供給路Ｃ１から流入する。

従って、図１５に示すように、低レール圧時では、インナ制御圧Pciの低下速度をアウタ制御圧Pcoの低下速度よりも相対的に速くすることができる。この結果、上記第３実施形態と同様、インナニードル弁４３→アウタニードル弁４２の順で開弁する。従って、図１５の破線で示したように、低レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射は第２噴孔４１ｂから行われる。よって、低レール圧時、即ち、低負荷時（低負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散が抑制され得、ＴＨＣの排出量が低減され得る。

一方、図１６に示すように、中・高レール圧時、制御弁４５の開弁状態（時刻ｔA〜ｔB）にて、自動弁４６は開状態に維持されるから、アウタ制御圧Pcoの低下速度をインナ制御圧Pciの低下速度よりも相対的に速くすることができる。この結果、上記第３実施形態と同様、アウタニードル弁４２→インナニードル弁４３の順で開弁する。従って、図１６の破線で示したように、中・高レール圧時では、制御弁４５の開弁期間が短いパイロット噴射は第１噴孔４１ａから行われる。よって、中・高レール圧時、即ち、中・高負荷時（中・高負荷時のパイロット噴射時を含む）において、燃焼室内における燃料噴霧の拡散（即ち、微粒子化）が促進されて、スモークの排出量が低減され得る。

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４実施形態によれば、上記第３実施形態と同様、低レール圧時と中・高レール圧時とで、アウタ及びインナ制御圧Pco，Pciの低下速度の大小を切り替えることができ、上記第３実施形態と同じ作用・効果を奏する。

（第４実施形態の変形例）
次に、本発明の第４実施形態の変形例による内燃機関の燃料噴射制御装置１０について説明する。図１７は、この第４実施形態の変形例の装置全体の概略構成を示している。この第４実施形態の変形例は、アウタ燃料流入路Ｃ２とは異なる、オリフィスＺ１４が介装された第２のアウタ燃料流入路Ｃ１４が備えられ、自動弁４７がこの第２のアウタ燃料流入路Ｃ１４に介装されている点で、自動弁４４がアウタ燃料流出路Ｃ４に介装されている上記第１実施形態と異なる。

この自動弁４７の構成も、開閉方向が逆であることを除き、上記第１実施形態における自動弁４４のものと同じである。即ち、自動弁４７は、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1以下の場合（低レール圧時）に第２のアウタ燃料流入路Ｃ１４を連通するとともに、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1より大きい場合（中・高レール圧時）に第２のアウタ燃料流入路Ｃ１４を遮断する。

この第４実施形態の変形例では、低レール圧時、制御弁４５の開弁状態にて、自動弁４７は開状態に維持されるから、アウタ制御室Ｒ２内にはアウタ燃料流入路Ｃ２と第２のアウタ燃料流入路Ｃ１４とを介して燃料が燃料供給路から流入する。中・高レール圧時、自動弁４７は閉状態に維持されるから、アウタ制御室Ｒ２内にはアウタ燃料流入路Ｃ２のみを介して燃料が燃料供給路から流入する。一方、インナ制御室Ｒ３内には、レールPcr圧に依存することなく、インナ燃料流入路Ｃ３のみを介して燃料が燃料供給路Ｃ１から流入する。

従って、上記第４実施形態と同様、低レール圧時ではインナ制御圧Pciの低下速度をアウタ制御圧Pcoの低下速度よりも相対的に速くすることができ、中・高レール圧時ではアウタ制御圧Pcoの低下速度をインナ制御圧Pciの低下速度よりも相対的に速くすることができる。従って、上記第４実施形態と同じ作用・効果を奏することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置１０について説明する。図１８は、この第５実施形態の装置全体の概略構成を示している。この第５実施形態は、アウタ燃料流入路Ｃ２とは異なる、オリフィスＺ１５が介装された第２のアウタ燃料流入路Ｃ１５が備えられ、自動弁４４に加えて第２の自動弁４８がこの第２のアウタ燃料流入路Ｃ１５に介装されている点で、上記第１実施形態と異なる。

この自動弁４８の構成は、開弁圧が異なる点を除いて、上記第１実施形態における自動弁４４のものと同じである。即ち、この第２の自動弁４８は、レール圧Pcrが第１所定値Pcrref1よりも大きい第２所定値Pcrref2以下の場合（低・中レール圧時）に第２のアウタ燃料流入路Ｃ１５を遮断するとともに、レール圧Pcrが第２所定値Pcrref2より大きい場合（高レール圧時）に第２のアウタ燃料流入路Ｃ１５を連通する。

この第５実施形態では、レール圧Pcrが第２所定値Pcrref2よりも大きい場合（即ち、高レール圧時、従って、高負荷時）においてのみ、上記第１実施形態と異なる作用効果が奏される。

図１９〜図２１は、低レール圧時、中レール圧時（Pcrref1＜Pcr＜Pcrref2）、高レール圧時において、時刻ｔA〜ｔBの間、制御弁４５を開弁状態に維持した場合の第５実施形態の作動の一例をそれぞれ示している。図１９、図２０は、自動弁４８が閉状態に維持されることを示す図が追加されている点を除き、上記第１実施形態に対応する図３、図４とそれぞれ同じであるから、それらの説明を省略する。

高レール圧時、制御弁４５の開弁期間ｔA〜ｔB、或いは制御弁４５の閉弁後において、アウタ制御室内Ｒ２には、アウタ燃料流入路Ｃ２に加えて第２のアウタ燃料流入路Ｃ１５をも介して燃料が燃料供給路から流入する。即ち、上記第１実施形態に比して、制御弁４５の開弁中におけるアウタ制御圧Pcoの低下速度を小さくするとともに、制御弁４５の閉弁後におけるアウタ制御圧Pcoの増大速度を大きくすることができる。

即ち、図２１に示すように、高レール圧時、上記第１実施形態に比して、アウタニードル弁４２の開弁時期（アウタニードル弁リフト量の増大開始時期）を遅らせるとともにアウタニードル弁４２の閉弁時期（アウタニードル弁リフト量の減少開始時期）を早まらせることができる（図２１における微細なドットで示した領域を参照）。

従って、本発明による燃料噴射制御装置の第５実施形態によれば、高レール圧時（従って、高負荷時）、アウタ及びインナニードル弁４２，４３を略同時に開弁・閉弁させることが可能となる（時刻ｔC,ｔE、及び、時刻ｔD,ｔFを参照）。よって、最大負荷時近傍において、上記第１構成例に比して、大きいトータル噴射率を確保でき、この結果、トータルの燃料噴射期間を短縮することができる。図２２は、この第５実施形態における、燃料噴射パターンと、負荷及びエンジン回転速度との関係を示したグラフである。図２２において、微細なドットで示した領域が第２噴孔４１ｂからの燃料噴射に対応する。

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、上記第１、第４、第５実施形態においては、図２３、図２４に示された構成を有する自動弁４４、４６が使用されているが、これに代えて、図２５に示された構成を有する自動弁が採用されてもよい。

図２５に示された構成を有する自動弁は、スプール４４ａの下側面が、スプール４４ａの上側面におけるレール圧Pcrの受圧面積よりも小さい受圧面積にて流路Ｃ８（図１、図１８を参照）を介して供給されるレール圧Pcrを受けて下側方向（開弁方向）の力を更に受ける点でのみ、第１実施形態の自動弁４４と異なる。これにより、レール圧Pcrが自動弁の開弁圧と等しい場合におけるコイルスプリング４４ｂの付勢力を小さくすることができるから、コイルスプリング４４ｂの体格を小型化できる。従って、自動弁の体格を更に一層小型化できる。

また、上記第２実施形態においては、インナ燃料流出路Ｃ５に接続された流路Ｃ９（図５、図８を参照）を介して自動弁４４がインナ制御圧Pciを受ける構成となっているが、インナ制御室Ｒ３に直接接続された流路Ｃ１０（図５、図８を参照）を介して自動弁４４がインナ制御圧Pciを受ける構成としてもよい。

また、上記第１実施形態においては、自動弁４４がアウタ燃料流出路Ｃ４に介装されているが、同じ自動弁４４がアウタ燃料流出路Ｃ４に代えてインナ燃料流出路Ｃ５に介装されてもよい。

また、上記各実施形態においては、自動弁は、アウタ燃料流入路Ｃ２及び／又はインナ燃料流入路Ｃ３、又は、アウタ燃料流出路Ｃ４及び／又はインナ燃料流出路Ｃ５に介装されてもよい。

また、上記各実施形態においては、自動弁は、電気信号を利用することなく燃料の圧力を受けて作動するスプールを利用して構成されているが、電磁石、ピエゾ素子等を利用した電気信号を用いて制御される弁を利用して構成してもよい。

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。 レール圧と、エンジン回転速度及び負荷と、の関係を示したグラフである。 低レール圧時における本発明の第１実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 中・高レール圧時における本発明の第１実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 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。 噴射量が小さい場合における本発明の第２実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 噴射量が大きい場合における本発明の第２実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 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。 噴射量が小さい場合における本発明の第２実施形態の変形例の作動の一例を示したタイムチャートである。 噴射量が大きい場合における本発明の第２実施形態の変形例の作動の一例を示したタイムチャートである。 本発明の第３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。 低レール圧時における本発明の第３実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 中・高レール圧時における本発明の第３実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 本発明の第４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。 低レール圧時における本発明の第４実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 中・高レール圧時における本発明の第４実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 本発明の第４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。 本発明の第５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。 低レール圧時における本発明の第５実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 中レール圧時における本発明の第５実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 高レール圧時における本発明の第５実施形態の作動の一例を示したタイムチャートである。 燃料噴射パターンと、負荷及びエンジン回転速度との関係を示したグラフである。 本発明の第１実施形態に係る自動弁の遮断状態における主要断面図である。 本発明の第１実施形態に係る自動弁の連通状態における主要断面図である。 本発明の第１実施形態に係る自動弁の変形例の遮断状態における主要断面図である。 本発明の第２実施形態に係る自動弁の遮断状態における主要断面図である。 本発明の第２実施形態に係る自動弁の連通状態における主要断面図である。 従来の燃料噴射制御装置の全体の概略構成図である。 図２８に示した燃料噴射制御装置による燃料噴射パターンを示した図である。 噴孔位置とスキッシュ流による燃料噴霧の拡散度合いとの関係を説明するための図である。 ＴＨＣ量及びスモーク量と、噴孔位置及び噴孔径と、の関係を表す実験結果を示したグラフである。

符号の説明

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、４２…アウタニードル弁、４３…インナニードル弁、４４、４６、４７、４８…自動弁、４５…制御弁、５０…ＥＣＵ、Ｃ１…燃料供給路、Ｃ２…アウタ燃料流入路、Ｃ３…インナ燃料流入路、Ｃ４…アウタ燃料流出路、Ｃ５…インナ燃料流出路、Ｃ６…燃料排出路

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔と前記第１噴孔よりも先端側に位置する第２噴孔とを備えたボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に収容されて先端側で前記第１噴孔を開閉する筒状のアウタニードル弁と、
   前記アウタニードル弁の内部に摺動可能に収容されて先端側で前記第２噴孔を開閉する棒状のインナニードル弁と、
   前記アウタ及びインナニードル弁の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧により前記アウタ及びインナニードル弁の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、前記アウタ及びインナニードル弁の開弁状態にて内部の燃料が前記第１及び第２噴孔を介して前記燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室と、
   前記アウタニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるアウタ制御圧により前記アウタニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるインナ制御圧により前記インナニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受ける前記アウタ制御室と独立したインナ制御室と、
   前記レール圧の燃料を発生する高圧発生部と、
   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アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路と、
   上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路と、
   上流側端が前記インナ制御室に接続されて下流側端が前記アウタ燃料流出路の下流側端と合流するインナ燃料流出路と、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路の合流部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、
   前記アウタ燃料流出路に介装され、前記レール圧と前記インナ制御圧の差圧が所定値以下の場合に前記アウタ燃料流出路を遮断するとともに前記差圧が前記所定値より大きい場合に前記アウタ燃料流出路を連通する自動弁と、
   を備え、前記制御弁を制御して前記アウタ及びインナ制御圧を制御することで前記アウタ及びインナニードル弁のリフト量をそれぞれ独立に調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置。
2. 内燃機関の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔と前記第１噴孔よりも先端側に位置する第２噴孔とを備えたボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に収容されて先端側で前記第１噴孔を開閉する筒状のアウタニードル弁と、
   前記アウタニードル弁の内部に摺動可能に収容されて先端側で前記第２噴孔を開閉する棒状のインナニードル弁と、
   前記アウタ及びインナニードル弁の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧により前記アウタ及びインナニードル弁の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、前記アウタ及びインナニードル弁の開弁状態にて内部の燃料が前記第１及び第２噴孔を介して前記燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室と、
   前記アウタニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるアウタ制御圧により前記アウタニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるインナ制御圧により前記インナニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受ける前記アウタ制御室と独立したインナ制御室と、
   前記レール圧の燃料を発生する高圧発生部と、
   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アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路と、
   上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路と、
   上流側端が前記インナ制御室に接続されたインナ燃料流出路と、
   前記アウタ燃料流出路又はインナ燃料流出路から流出する燃料を通す、第１オリフィスが介装された第１燃料流出路と、
   前記アウタ燃料流出路又はインナ燃料流出路から流出する燃料を通す、前記第１オリフィスよりも絞り部の開口面積が大きい第２オリフィスが介装された第２燃料流出路であってその下流側端が前記第１燃料流出路の下流側端と合流する第２燃料流出路と、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路のそれぞれの下流側端と前記第１及び第２燃料流出路のそれぞれの上流側端とに接続されて、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第１及び第２燃料流出路とをそれぞれ接続するとともに、前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第２及び第１燃料流出路とをそれぞれ接続する自動弁と、
   前記第１及び第２燃料流出路の合流部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、
   を備え、前記制御弁を制御して前記アウタ及びインナ制御圧を制御することで前記アウタ及びインナニードル弁のリフト量をそれぞれ独立に調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔と前記第１噴孔よりも先端側に位置する第２噴孔とを備えたボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に収容されて先端側で前記第１噴孔を開閉する筒状のアウタニードル弁と、
   前記アウタニードル弁の内部に摺動可能に収容されて先端側で前記第２噴孔を開閉する棒状のインナニードル弁と、
   前記アウタ及びインナニードル弁の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧により前記アウタ及びインナニードル弁の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、前記アウタ及びインナニードル弁の開弁状態にて内部の燃料が前記第１及び第２噴孔を介して前記燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室と、
   前記アウタニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるアウタ制御圧により前記アウタニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるインナ制御圧により前記インナニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受ける前記アウタ制御室と独立したインナ制御室と、
   前記レール圧の燃料を発生する高圧発生部と、
   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アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続する、前記インナ燃料流入路とは異なる第２のインナ燃料流入路と、
   前記第２のインナ燃料流入路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記第２のインナ燃料流入路を遮断するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記第２のインナ燃料流入路を連通する自動弁と、
   上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路と、
   上流側端が前記インナ制御室に接続されて下流側端が前記アウタ燃料流出路の下流側端と合流するインナ燃料流出路と、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路の合流部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、
   を備え、前記制御弁を制御して前記アウタ及びインナ制御圧を制御することで前記アウタ及びインナニードル弁のリフト量をそれぞれ独立に調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置。
4. 内燃機関の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔と前記第１噴孔よりも先端側に位置する第２噴孔とを備えたボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に収容されて先端側で前記第１噴孔を開閉する筒状のアウタニードル弁と、
   前記アウタニードル弁の内部に摺動可能に収容されて先端側で前記第２噴孔を開閉する棒状のインナニードル弁と、
   前記アウタ及びインナニードル弁の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧により前記アウタ及びインナニードル弁の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、前記アウタ及びインナニードル弁の開弁状態にて内部の燃料が前記第１及び第２噴孔を介して前記燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室と、
   前記アウタニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるアウタ制御圧により前記アウタニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるインナ制御圧により前記インナニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受ける前記アウタ制御室と独立したインナ制御室と、
   前記レール圧の燃料を発生する高圧発生部と、
   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アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記アウタ制御室とを接続する、前記アウタ燃料流入路とは異なる第２のアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路と、
   前記第２のアウタ燃料流入路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記第２のアウタ燃料流入路を連通するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記第２のアウタ燃料流入路を遮断する自動弁と、
   上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路と、
   上流側端が前記インナ制御室に接続されて下流側端が前記アウタ燃料流出路の下流側端と合流するインナ燃料流出路と、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路の合流部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、
   を備え、前記制御弁を制御して前記アウタ及びインナ制御圧を制御することで前記アウタ及びインナニードル弁のリフト量をそれぞれ独立に調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置。
5. 内燃機関の燃焼室に臨む先端部に第１噴孔と前記第１噴孔よりも先端側に位置する第２噴孔とを備えたボディと、
   前記ボディ内に摺動可能に収容されて先端側で前記第１噴孔を開閉する筒状のアウタニードル弁と、
   前記アウタニードル弁の内部に摺動可能に収容されて先端側で前記第２噴孔を開閉する棒状のインナニードル弁と、
   前記アウタ及びインナニードル弁の先端側に設けられ、内部の燃料の圧力であるレール圧により前記アウタ及びインナニードル弁の先端側が開弁方向の力を受けるとともに、前記アウタ及びインナニードル弁の開弁状態にて内部の燃料が前記第１及び第２噴孔を介して前記燃焼室に向けてそれぞれ噴射されるノズル室と、
   前記アウタニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるアウタ制御圧により前記アウタニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードル弁の背面側に設けられ、内部の燃料の圧力であるインナ制御圧により前記インナニードル弁の背面側が閉弁方向の力を受ける前記アウタ制御室と独立したインナ制御室と、
   前記レール圧の燃料を発生する高圧発生部と、
   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アウタ制御室とを接続するアウタ燃料流入路と、
   前記燃料供給路と前記インナ制御室とを接続するインナ燃料流入路と、
   上流側端が前記アウタ制御室に接続されたアウタ燃料流出路と、
   上流側端が前記インナ制御室に接続されて下流側端が前記アウタ燃料流出路の下流側端と合流するインナ燃料流出路と、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路の合流部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、
   前記アウタ燃料流出路に介装され、前記レール圧が第１所定値以下の場合に前記アウタ燃料流出路を遮断するとともに前記レール圧が前記第１所定値より大きい場合に前記アウタ燃料流出路を連通する自動弁と、
   を備え、前記制御弁を制御して前記アウタ及びインナ制御圧を制御することで前記アウタ及びインナニードル弁のリフト量をそれぞれ独立に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、
   前記燃料供給路と前記アウタ制御室とを接続する、前記アウタ燃料流入路とは異なる第２のアウタ燃料流入路と、
   前記第２のアウタ燃料流入路に介装され、前記レール圧が前記第１所定値よりも大きい第２所定値以下の場合に前記第２のアウタ燃料流入路を遮断するとともに前記レール圧が前記第２所定値より大きい場合に前記第２のアウタ燃料流入路を連通する第２の自動弁と、
   を備えた燃料噴射制御装置。
6. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記自動弁は、
   前記アウタ燃料流出路を連通・遮断するスプールを備え、
   前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が前記インナ制御圧及び弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記差圧に応じて前記スプールが作動するように構成された燃料噴射制御装置。
7. 請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記自動弁は、
   前記アウタ及びインナ燃料流出路と前記第１及び第２燃料流出路との接続関係を切り替えるスプールを備え、
   前記スプールの一端側が前記レール圧による力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成された燃料噴射制御装置。
8. 請求項３に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記自動弁は、
   前記第２のインナ燃料流入路を連通・遮断するスプールを備え、
   前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成された燃料噴射制御装置。
9. 請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記自動弁は、
   前記第２のアウタ燃料流入路を連通・遮断するスプールを備え、
   前記スプールの一端側が前記レール圧により閉弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により開弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成された燃料噴射制御装置。
10. 請求項５に記載の燃料噴射制御装置において、
    前記自動弁は、
    前記アウタ燃料流出路を連通・遮断するスプールを備え、
    前記スプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記スプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記スプールが作動するように構成され、
    前記第２の自動弁は、
    前記第２のアウタ燃料流入路を連通・遮断する第２のスプールを備え、
    前記第２のスプールの一端側が前記レール圧により開弁方向の力を受け、前記第２のスプールの他端側が弾性部材の付勢力により閉弁方向の力を受けて、電気信号を利用することなく前記レール圧に応じて前記第２のスプールが作動するように構成された燃料噴射制御装置。

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