JP2009074442A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＭＳ型の燃料噴射制御装置において、燃料の後垂れを抑制し得るものを提供すること。
【解決手段】筒状のアウタニードル４２は、ノズル室Ｒ１とサック室Ｒ２とを連通・遮断可能、且つノズル室Ｒ１と制御室Ｒ３を区画するようボディ４１内に摺動可能に収容される。棒状のインナニードル４３は、アウタニードル４２内に同軸的に摺動可能に収容され、その先端部が最下位置にてサック室Ｒ２に侵入している。インナリフト量が小さい範囲では、サック室Ｒ２の内側側壁内周面とインナニードル４３の先端部の外側側壁外周面との間で環状すきまが形成される。燃料噴射を開始する場合、アウタ・インナリフト量が同時にゼロから増大するように、且つ、燃料噴射を終了する場合、アウタリフト量がゼロに戻った後にインナリフト量がゼロに戻るように、アウタ・インナリフト量が調整される。
【選択図】図１

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２０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とサック室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。
特開２００５−３２０８７０号公報

ノズル室１２０は、燃料供給路１５０を介してレール圧Pc（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。サック室１３０は、内燃機関の燃焼室に臨む複数の噴孔１６０と接続されている。制御室１４０は、燃料流入路１７０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１８０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１８０には燃料排出路１８０を連通・遮断する制御弁１９０が介装されている。

ニードル１１０は、ノズル室１２０内の圧力（レール圧Pc）により開弁方向（図２０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Ps）及びスプリングＳＰの付勢力により閉弁方向（図２０において下方向）の力を受ける。

この装置では、閉弁状態（図２０に示す状態、リフト量＝０）にあるニードル１１０を開弁させる場合（閉弁状態から開弁状態（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。これにより、燃料排出路１８０を通して制御室１４０から燃料が排出されて制御圧Psがレール圧Pcから低下し、これに伴って燃料流入路１７０を通して制御室１４０に燃料供給路１５０から燃料が流入する。この結果、制御圧Ps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Pcから低下していく。

このように低下していく制御圧Psが「ニードル開弁圧」（ニードル１１０が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧）まで達すると、ニードル１１０が開弁し（図２０において上方へ移動し）、この結果、ノズル室１２０内の燃料がサック室１３０を介して複数の噴孔１６０から燃焼室に向けて噴射される。その後、ニードル１１０は、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ていく（図２０において上方へ移動していく）。このようにニードル１１０が開弁状態にある間、燃料噴射は継続される。

一方、開弁状態にあるニードル１１０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。これにより、燃料排出路１８０を通した制御室１４０からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路１７０を通した制御室１４０への燃料の流入は継続される。この結果、ニードル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（図２０おいて下方へ移動していく）。そして、ニードル１１０が閉弁すると、燃料噴射が終了する。このように、制御弁１９０を制御して制御圧Psを制御することでニードル１１０のリフト量が調整されて燃料の噴射制御が行われる。

上述のように、図２０に示した装置は、ニードル１１０がノズル室１２０とサック室１３０とを連通・遮断することで複数の噴孔１６０を間接的に開閉するように構成されている。以下、この構成を「ＳＭＳ型」と称呼する。一方、図２０に対応する図２１示すように、ニードル１１０が複数の噴孔１６０を直接的に開閉するように装置が構成される場合もある。以下、この構成を「ＶＣＯ型」と称呼する。ＳＭＳ型は、ＶＣＯ型に比して、以下の２つの利点を有している。

先ず、第１に、ＶＣＯ型では、ニードルが複数の噴孔を直接的に開閉するため、ニードルが偏心している場合、特にニードルのリフト量が微小な領域において、複数の噴孔の実質的な開口面積において差が生じ得る。これにより、一部の噴孔において、燃料が通過しない、或いは、噴孔内部で燃料が旋回しながら通過して所謂ホローコーン噴霧が形成される等の現象が発生し得る。この結果、噴射された燃料が拡散し難くなって燃焼室中の酸素と出会う機会が少なくなることで、スモークの発生量が増大し、且つ機関の出力が低下するなどの問題が発生し易い。これに対し、ＳＭＳ型では、ニードルがサック室を介して複数の噴孔を間接的に開閉するため、ニードルが偏心していても、上述のような複数の噴孔の実質的な開口面積の差が生じ得ない。従って、係る実質的な開口面積に差に起因する、上述したスモークの発生量の増大及び機関の出力低下などの問題が発生しない。

第２に、ＶＣＯ型では、燃料がノズル室から噴孔に流入する際の流れ方向の変化度合いが大きいため、噴孔の入口付近で剥離領域が形成され易い。この結果、噴孔を通過する燃料の流速が小さくなり（換言すれば、噴孔の流量係数が小さくなり）、燃料噴霧のペネトレーションが弱くなる。これによっても、噴射された燃料が拡散し難くなって燃焼室中の酸素と出会う機会が少なくなることで、スモークの発生量が増大し、且つ機関の出力が低下するなどの問題が発生し易い。これに対し、ＳＭＳ型では、燃料がサック室から噴孔に流入する際の流れ方向の変化度合いが小さい。この結果、噴孔の流量係数が大きくなり、十分に微粒子化されたペネトレーションの強い燃料噴霧が形成され得る。この結果、噴射された燃料が燃焼室中の酸素と出会う機会が大きくなり、スモークの発生量の増大が抑制され得、且つ機関の出力が増大され得る。

一般に、低負荷時では、燃焼室内の温度（圧縮端温度）が低い。従って、強いペネトレーションによって燃料噴霧が過度に微粒子化されると（所謂、オーバーリーン）、不完全燃焼が発生して未燃ＨＣの排出量が増大する傾向がある。これに対し、中・高負荷時では、燃焼室内の圧縮端温度が十分に高くなっているから、ペネトレーションの強い燃料噴霧が形成されてもオーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量増大の問題が発生し難い。従って、特に、中・高負荷時では、ペネトレーションの強い燃料噴霧が形成され得るＳＭＳ型が有利となる。このように、ＳＭＳ型は、ＶＣＯ型に比して、上述の２つの利点を有している。

しかしながら、ＳＭＳ型では、ニードルが閉弁した後においてサック室内（換言すれば、デッドボリューム内）に燃料が残存し、この残存燃料が膨張行程にて噴孔を通じて燃焼室内に流出する現象（以下、「燃料の後垂れ」と称呼する。）が発生し得る、という欠点もある。燃料の後垂れの発生は、未燃ＨＣの排出量の増大に繋がる。なお、ＶＣＯ型では、ニードルが噴孔を直接塞ぐため、燃料の後垂れは発生しない。

以上より、本発明の目的は、ＳＭＳ型の燃料噴射制御装置において、燃料の後垂れを抑制し得るものを提供することにある。換言すれば、ＶＣＯ型の利点（燃料の後垂れが発生しない）を併せ持ったＳＭＳ型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ＳＭＳ型の燃料噴射制御装置の基本構成は、上述した図２０に示した装置と同様である。この装置の特徴は、以下の点にある。

先ず、ニードルが、アウタニードルとインナニードルとから構成されている。アウタニードルは、ボディの内部空間にて軸線方向に移動可能に収容された筒状のニードルである。アウタニードルは、その一端側の先端部に設けられたシート部とそのシート部と対向するようにボディに形成された弁座部とが当接する閉弁状態にてサック室をノズル室から遮断するとともに閉弁状態から他端側に移動してシート部と弁座部とが離間する開弁状態にてサック室とノズル室とを連通する。即ち、アウタニードルは、上述した図２０に示したニードル１１０と同じ機能を有する。

インナニードルは、アウタニードルの内部空間内にてアウタニードルに対して軸線方向に（液密的に）摺動可能に収容された（棒状の、中実の）ニードルである。インナニードルは、ボディに対する移動可能範囲における最も一端側の位置である最下位置において、その一端側の先端部がサック室に侵入（突出）しているように配置・構成されていても、その一端側の先端部がサック室に侵入（突出）していないように配置・構成されていてもよい。インナニードルの一端側の先端部はサック室に臨んでいる。

アウタニードルにおける閉弁状態からの他端側への移動量であるアウタリフト量は、アウタリフト量調整手段により調整される。インナニードルにおける前記最下位置からの他端側への移動量であるインナリフト量は、インナリフト量調整手段により調整される。

このアウタ・インナリフト量調整手段は、燃料噴射を開始する場合、アウタリフト量及びインナリフト量の両方が同時に、或いは一方が先に他方が後に、ゼロから増大するように、且つ、燃料噴射を終了する場合、アウタリフト量及びインナリフト量が減少するとともにアウタリフト量がゼロに戻った後にインナリフト量がゼロに戻るように、アウタリフト量及びインナリフト量を調整するよう構成される。

上記構成によれば、サック室に臨んでいるインナニードルの一端側の先端部は、サック室に臨んでいる。加えて、燃料噴射を終了する場合、アウタリフト量がゼロに戻った後にインナリフト量が減少しながらゼロに戻る（以下、「アウタニードルの先閉じ」とも称呼する。）。即ち、アウタニードルが閉弁してノズル室からサック室への燃料の供給が遮断された後に、インナニードルの下降によりサック室内の容積が減少する。

従って、アウタニードル閉弁後において、サック室内（換言すれば、デッドボリューム内）に残存した燃料がインナニードルの下降により噴孔を介して燃焼室へ直ちに押し出される。加えて、インナニードルが最下位置に達した状態においてもなおサック室内にて小さなデッドボリュームが残存する場合であっても、この小さなデッドボリューム内に残存している燃料は、インナニードルが最下位置に達するまでに既に形成されている燃料の流れの慣性を利用して、噴孔を介して燃焼室へと全て移動し得る。以上のことから、上記構成によれば、「アウタニードルの先閉じ」により、インナニードルがサック室内に残存した燃料を押し出す機能を有することで、ＳＭＳ型の燃料噴射制御装置において「燃料の後垂れ」が抑制され得る。

上述のアウタリフト量調整手段は、例えば、図２０に示した装置と同様、ノズル室内の圧力（レール圧）によりアウタニードルを他端側方向（リフト量増大方向）に駆動し、アウタニードルの他端側に設けられた制御室内の圧力（制御圧）、及びアウタニードルの他端側に設けられたアウタスプリングによりアウタニードルを一端側方向（リフト量減少方向）に駆動するように構成され得る。

上述のインナリフト量調整手段は、例えば、後述する第１係止機構によりインナニードルを他端側方向（リフト量増大方向）に駆動し、インナニードルの他端側に設けられた制御室内の圧力（制御圧）、及びインナニードルの他端側に設けられたインナスプリング（又は、後述する第２係止機構）によりインナニードルを一端側方向（リフト量減少方向）に駆動するように構成され得る。

例えば、アウタ・インナニードルの他端側にて共通の（１つの）制御室が備えられ、且つアウタ・インナスプリングが共に備えられる場合、「アウタニードルの先閉じ」を達成するためには、例えば、アウタスプリングの付勢力をインナスプリングの付勢力よりも大きくする等が考えられる。

この場合、前記アウタ・インナリフト量調整手段は、具体的には、前記アウタ及びインナニードルの他端側に設けられ、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他端側が一端側方向の力を受ける制御室と、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・遮断する制御弁とを備える。

上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、前記インナリフト量がゼロからゼロよりも大きい第１所定量までの間にある場合のみ、前記アウタニードルの前記開弁状態にて前記サック室内に形成される前記ノズル室から前記噴孔までの燃料の流通経路の一部を絞る絞り部を形成する絞り部形成手段を備え、前記アウタ・インナリフト量調整手段は、燃料噴射を開始する場合、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量の両方が同時に、或いは前記アウタリフト量が先に前記インナリフト量が後に、ゼロから増大するように、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成されることが好適である。以下、「アウタリフト量がインナリフト量よりも先に又は同時にゼロから増大する」ことを「アウタニードルの先開き」と称呼する。

上述したように、低負荷時では、燃焼室内の温度（圧縮端温度）が低いため、燃料噴霧のペネトレーションが強いと、オーバーリーンに起因して未燃ＨＣの排出量が増大し易い。従って、低負荷時では、逆に燃料噴霧のペネトレーションを弱くしてオーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制したいという要求がある。加えて、低負荷時では、アウタニードルの開弁期間（開弁状態が維持される期間）が短いから、アウタリフト量はゼロ近傍の小さい範囲内でのみ推移する。以上より、アウタニードル開弁後において、アウタリフト量が小さい範囲内では、ペネトレーションの弱い燃料噴霧を形成してオーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制し、アウタリフト量が大きくなった後では、上述のごとくペネトレーションの強い噴霧を形成してスモークの発生量の増大を抑制し且つ機関の出力を増大することが好ましい。

上記構成は、係る観点に基づくものである。即ち、これによれば、「アウタニードルの先開き」により、アウタニードル開弁後において、アウタリフト量が小さい範囲内では、インナリフト量がゼロ〜第１所定量の間にあることでサック室内に上記絞り部を形成することができる。この絞り部の形成により、サック室を通過する（従って、噴孔を通過する）燃料の流速が制限されるから、燃料噴霧のペネトレーションが弱くなる。一方、アウタリフト量が大きくなった後では、インナリフト量が第１所定量を超えることで上記絞り部が消滅する。この結果、上述したＳＭＳ型そのものが有する本来の特性が発揮されて、ペネトレーションの強い燃料噴霧が形成される。

即ち、上記構成によれば、「アウタニードルの先開き」により、アウタリフト量が小さい範囲内にある場合にのみインナニードルがサック室内に絞り部を形成する機能を有することで、低負荷時では燃料噴霧のペネトレーションを弱めてオーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制し、中・高負荷時ではペネトレーションの強い噴霧を形成してスモークの発生量の増大を抑制し且つ機関の出力を増大することができる。加えて、「アウタニードルの先閉じ」により、インナニードルがアウタニードル閉弁後においてサック室内に残存した燃料を押し出す機能を有することで、「燃料の後垂れ」が抑制されて「燃料の後垂れ」に起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制できる。

上記絞り部としては、例えば、インナリフト量がゼロから第１所定量までの間にある場合においてサック室の内側側壁の内周面に対してインナニードルの一端側の先端部の外側側壁の外周面が対向することにより形成される環状の隙間が使用され得る。

上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、前記アウタニードルの第１係止部と前記インナニードルの第１係止部とから構成されて前記アウタニードルの第１係止部と前記インナニードルの第１係止部とが接触することで前記インナリフト量が前記アウタリフト量未満となることを禁止する第１係止機構を備えることが好適である。加えて、燃料噴射を開始する場合、前記アウタリフト量のゼロからの増大に応答して前記第１係止機構の作用により前記インナリフト量も同時にゼロから増大するように前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成されることが好適である。

これによれば、第１係止機構の作用により、アウタニードルの開弁と同時にインナニードルも最下位置から移動開始すること（即ち、「アウタニードルの先開き」）が保証される。この結果、インナリフト量が第１所定量を超えることで上記絞り部が消滅する時点に対応するアウタリフト量のばらつきを小さくすることができ、アウタリフト量に対する燃料の噴射率（燃料噴射特性）を安定化することができる。

この場合、前記第１係止機構は、前記アウタニードルの第１係止部としての前記アウタニードルの内側側壁に形成された前記軸線方向と垂直の段差面と、前記インナニードルの第１係止部としての前記インナニードルの外側側壁に形成された前記軸線方向と（略）垂直の段差面と、から構成されるとより好ましい。

例えば、アウタ・インナニードルの他端側にて制御室が備えられる場合、アウタニードルの閉弁状態において、制御室内の制御圧（＝レール圧（高圧））の燃料が、アウタ・インナニードルの摺動部（アウタニードルの内側側壁とインナニードルの外側側壁とが対向する部分）のクリアランスを介してサック室へ漏出し、この結果、この漏出燃料が噴孔を介して燃焼室へと漏れ出る可能性がある。これに対し、上記構成によれば、アウタニードル閉弁状態において、インナニードルが制御圧（＝レール圧）から受ける一端側方向（リフト量減少方向）の力によりアウタ・インナニードルの段差面同士が接触・押圧される。この結果、上記段差面同士の接触部にてシール部が形成されて、上述したアウタ・インナニードルの摺動部のクリアランスを介した燃料の制御室からサック室への漏出が抑制され得る。

上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、前記アウタニードルの第２係止部と前記インナニードルの第２係止部とから構成されて前記アウタニードルの第２係止部と前記インナニードルの第２係止部とが接触することで前記インナリフト量がゼロよりも大きい第２所定量だけ前記アウタリフト量よりも大きい量よりも大きくなることを禁止する第２係止機構を備えることが好適である。加えて、燃料噴射を終了する場合、前記アウタリフト量の減少に応答して前記第２係止機構の作用により前記インナリフト量も前記アウタリフト量よりも前記第２所定量だけ大きい量を維持しながら減少していき、前記アウタリフト量がゼロに戻った後に前記インナリフト量が前記第２所定量からゼロに戻るように前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成されることが好適である。

これによれば、インナニードルを一端側方向（リフト量減少方向）に駆動する機構として第２係止機構が使用され得るから、インナスプリングを設ける必要がなくなる。アウタニードル閉弁後は、制御室内の圧力がレール圧（高圧）に維持される一方でサック室内の圧力が下がる。この差圧によりインナニードルが一端側方向に駆動されるから、インナスプリングがなくてもインナニードルリフト量は第２所定量からゼロに戻る。

上記構成によれば、第２係止機構の作用によりインナスプリングを設けることなく「アウタニードルの先閉じ」を達成することができる。この結果、「アウタニードルの先閉じ」を達成するためにアウタスプリングの付勢力を大きくする必要がなくなり、アウタスプリングを小さくすることができる。

上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、例えば、アウタ・インナニードルの他端側にて互いに独立した制御室がそれぞれ設けられてもよい。この場合、前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、前記アウタニードルの他端側に設けられ、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の他端側が一端側方向の力を受けるアウタ制御室と、前記インナニードルの他端側に設けられ、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の他端側が一端側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、を備えるように構成され得る。

このように、アウタ・インナニードルに対して制御室（アウタ・インナ制御室）を独立して個別に設けることで、アウタ制御圧とインナ制御圧とを個別に制御できる。従って、例えば、アウタ・インナ燃料流入路、並びに、アウタ・インナ燃料流出路に介装されるそれぞれのオリフィスの開口面積を調整することで、制御弁の開弁後において減少していくアウタ制御圧及びインナ制御圧をアウタ制御圧がインナ制御圧よりも小さい状態で推移させることができる。これにより、「アウタニードルの先開き」を容易に達成することができる。

加えて、アウタ・インナ燃料流入路、並びに、アウタ・インナ燃料流出路に介装されるそれぞれのオリフィスの開口面積を調整することで、制御弁の閉弁後において増大していくアウタ制御圧及びインナ制御圧をアウタ制御圧がインナ制御圧よりも大きい状態で推移させることができる。これにより、「アウタニードルの先閉じ」を容易に達成することができる。換言すれば、アウタスプリングの付勢力を小さくしても「アウタニードルの先閉じ」を達成できる。この結果、アウタスプリングを小さくすることができる。

このように、アウタ・インナニードルの他端側にて互いに独立した制御室がそれぞれ設けられる場合、前記インナ燃料流入路に、前記レール圧が所定圧力以下の場合に前記インナ燃料流入路を連通するとともに前記レール圧が前記所定圧力を超えた場合に前記インナ燃料流入路を遮断する開閉弁が介装され、前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、燃料噴射を開始する場合において前記レール圧が前記所定圧力を超えているとき、前記インナリフト量が先に前記アウタリフト量が後にゼロから増大するように、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成されてもよい。

これによれば、例えば、レール圧が内燃機関の負荷、運転速度等の運転状態により変更される場合において、レール圧が小さい場合（一般には、低負荷時）、開閉弁が開となってインナ燃料流入路が連通する。この結果、制御弁の開弁後においてインナ制御圧の減少の程度が緩やかになる。従って、アウタ・インナ燃料流入路、並びに、アウタ・インナ燃料流出路に介装されるそれぞれのオリフィスの開口面積を調整することで、アウタ制御圧をインナ制御圧よりも小さい状態で推移させることができる。これにより、「アウタニードルの先開き」を達成することができる。即ち、低負荷時では、上述のように燃料噴霧のペネトレーションを弱めてオーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制できる。

一方、レール圧が大きい場合（一般には、中・高負荷時）、開閉弁が閉となってインナ燃料流入路が遮断される。この結果、制御弁の開弁後においてインナ制御圧の減少の程度が急激になる。従って、アウタ・インナ燃料流入路、並びに、アウタ・インナ燃料流出路に介装されるそれぞれのオリフィスの開口面積を調整することで、インナ制御圧をアウタ制御圧よりも小さい状態で推移させることができる。これにより、「インナリフト量がアウタリフト量よりも先にゼロから増大する」こと（以下、「インナニードルの先開き」と称呼する。）が達成され得る。

この結果、アウタニードルの開弁前にて、インナリフト量が第１所定量を超えることで上記絞り部を消滅させることができる。従って、アウタニードルの開弁後において初めから上記絞り部がない状態を得ることができ、アウタニードルの開弁直後から、上述したＳＭＳ型そのものが有する本来の特性が発揮されてペネトレーションの強い燃料噴霧が形成され得る。即ち、中・高負荷時では、「アウタニードルの先開き」が達成される場合に比して「インナニードルの先開き」が達成されることで、より一層スモークの発生量の増大を抑制し且つ機関の出力を増大することができる。

以下、本発明による内燃機関のＳＭＳ型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燃料が供給されるコモンレール３０と、コモンレール３０から燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給されて内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を噴射するインジェクタ４０と、燃料ポンプ２０及びインジェクタ４０を制御するＥＣＵ５０とを備える。燃料ポンプ２０とコモンレール３０は、前記「高圧発生部」に対応している。

なお、図１では、コモンレール３０から１本の燃料供給路Ｃ１を通して高圧燃料が供給される１つのインジェクタ４０が記載されているが、実際には、インジェクタ４０及び燃料供給路Ｃ１は内燃機関の複数の燃焼室の各々に対してそれぞれ設けられていて、各インジェクタ４０は対応する燃料供給路Ｃ１を通してコモンレール３０と個別に接続されている。燃料供給路Ｃ１内の燃料の圧力（以下、「レール圧Pc」と呼ぶ。）は、コモンレール３０内の燃料の圧力と略等しい。以下、説明の便宜上、各図における紙面上の上・下を単に、「上」、「下」と称呼することもある。また、各図における紙面上にて、上方向（前記他端側）への移動を「上昇」、下方向（前記一端側）への移動を「下降」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、燃料の吐出圧（従って、レール圧Pc）が調整できるようになっている。このレール圧Pcは、例えば、内燃機関の負荷（出力トルク）、エンジン回転速度等に基づいて決定・調整される。

インジェクタ４０は、主として、ボディ４１と、アウタニードル４２と、インナニードル４３と、制御弁４４とを備えている。アウタニードル４２は、円筒状を呈していて、ボディ４１の内部空間においてボディ４１に対して軸線方向（上下方向）に摺動可能に収容されている。インナニードル４３は、細長円柱状（棒状）を呈していて、アウタニードル４２の内部空間（円柱状空間）においてアウタニードル４２に対して軸線方向（上下方向）に同軸的に摺動可能に収容されている。

アウタニードル４２の下側の先端部には環状のシート部４２ａが設けられていて、このシート部４２ａとボディ４１の環状の弁座部４１ａとがアウタニードル４２の上下方向位置により当接・離間可能となっている。アウタニードル４２は、シート部４２ａが弁座部４１ａと当接している状態（図１に示す状態、以下、「閉弁状態」とも称呼する。）にて、ノズル室Ｒ１とサック室Ｒ２（後述する上流・下流サック室Ｒ２１，Ｒ２２から構成される）とを遮断する。アウタニードル４２は、閉弁状態から上昇してシート部４２ａが弁座部４１ａと離間している状態（以下、「開弁状態」とも称呼する。）にて、ノズル室Ｒ１とサック室Ｒ２とを連通する。加えて、アウタ・インナニードル４２，４３は、ノズル室Ｒ１と制御室Ｒ３とを常時区画している。

ノズル室Ｒ１は、燃料供給路Ｃ１と接続されていて、レール圧Pcの燃料を貯留している。サック室Ｒ２（特に、下流サック室Ｒ２２）は、内燃機関の燃焼室に臨むボディ４１の下側の先端部に設けられた複数の噴孔４１ｂと接続されている。制御室Ｒ３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。

制御弁４４は、２ポート２位置開閉弁であり、この燃料排出路Ｃ３に介装されていて、ＥＣＵ５０からの指示により燃料排出路Ｃ３を連通・遮断するようになっている。

アウタニードル４２は、ノズル室Ｒ１内の圧力（レール圧Pc）、及びサック室Ｒ２（特に、上流サック室Ｒ２１）内の圧力（上流サック圧Psc1）により上方向の力を受けるとともに、制御室Ｒ３内の圧力（制御圧Ps）、及びノズル室Ｒ１内に配置されたスプリングＳＰ１の付勢力により下方向の力を受ける。インナニードル４３は、サック室Ｒ２（特に、下流サック室Ｒ２２）内の圧力（下流サック圧Psc2）により上方向の力を受けるとともに、制御室Ｒ３内の圧力（制御圧Ps）、及び制御室Ｒ３内に配置されたスプリングＳＰ２の付勢力により下方向の力を受ける。

インナニードル４３は、アウタニードル４２が閉弁状態にあって、且つ、インナニードル４３の上端部に形成されたリング状のフランジ部４３ａの下端面がアウタニードル４２の上端面に当接した状態（図１に示す状態）で、最下位置をとる。以下、アウタニードル４２の閉弁状態からの上方への移動量（上昇量）を「アウタリフト量」と称呼し、インナニードル４３の最下位置からの上方への移動量（上昇量）を「インナリフト量」と称呼する。即ち、図１は、アウタリフト量＝インナリフト量＝０の状態を示している。また、インナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面とアウタニードル４２の上端面との接触により、インナリフト量がアウタリフト量未満となることが防止される。

以下、サック室Ｒ２の周りについて図１の拡大図である図２を参照しながら説明する。即ち、図２も図１と同様、アウタリフト量＝インナリフト量＝０の状態を示している。図２に示すように、インナリフト量＝０の状態では、インナニードル４３の下側の円柱状の先端部４３ｂがサック室Ｒ２に侵入（突出）している。インナニードル４３の下端には、下方に向けて突出する凸部４３ｃが形成されている。従って、インナリフト量＝０の状態では、サック室Ｒ２内にはデッドボリュームが僅かに残存するのみとなっている。

インナリフト量＝０の状態において、先端部４３ｂの外側側壁の円筒外面（外周面）が、軸線方向（上下方向）において距離Ｚ（前記第１所定量に対応）に亘ってサック室Ｒ２の内側側壁４１ｃの円筒内面（内周面）と対向している。この結果、インナリフト量が０〜Ｚの範囲内でのみ、サック室Ｒ２内においてノズル室Ｒ１から噴孔４１ｂまでの燃料の流通経路の一部（途中）にて環状の隙間（環状絞り）が形成される。この環状絞りは、インナリフト量がＺを超えると消滅する。

サック室Ｒ２において、この環状絞りよりもノズル室Ｒ１側の部分（上側、上流側の部分）を特に上流サック室Ｒ２１と呼び、この環状絞りよりも噴孔４１ｂ側の部分（下側、下流側の部分）を特に下流サック室Ｒ２２と呼ぶ。上流・下流サック室Ｒ２１，Ｒ２２内の圧力をそれぞれ「上流サック圧Psc1」、「下流サック圧Psc2」と呼ぶ。

次に、上記のように構成された燃料噴射制御装置１０の作動について図３〜図５を参照しながら説明する。図１に示すアウタリフト量＝インナリフト量＝０の状態にて、ＥＣＵ５０の指示により制御弁４４が開弁されると、燃料排出路Ｃ３を介して制御室Ｒ３から燃料タンクＴへ燃料が排出されていく。

この結果、制御圧Psがレール圧Pcから低下していく。これに伴って、燃料流入路Ｃ２を通して制御室Ｒ３に燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。この結果、制御圧Psは、燃料排出路Ｃ３のオリフィスＺ２の開口面積により決定される燃料の流出流量と、燃料流入路Ｃ２のオリフィスＺ１の開口面積により決定される燃料の流入流量との差に応じた速度をもってレール圧Pcから低下していく。

このように低下していく制御圧Psが所定のアウタニードル４２の開弁圧まで達すると、図３に示すように、アウタニードル４２が開弁する（アウタリフト量が０から増大を開始する）。この結果、ノズル室Ｒ１内の燃料がサック室Ｒ２（具体的には、上流サック室Ｒ２１→下流サック室Ｒ２２）を介して噴孔４１ｂから燃焼室に向けて噴射開始される。なお、アウタニードル４２の閉弁状態では、上流・下流サック圧Psc1,Psc2はレール圧Pcに比して十分に小さく（燃焼室内の圧力に略等しい）、インナニードル４３が下流サック圧Psc2から受ける上方向の力は制御圧Psから受ける下方向の力に比して非常に小さい。従って、アウタニードル４２に先立ってインナニードル４３が上昇開始することはない（即ち、上述した「インナニードルの先開き」は発生し得ない）。

このアウタニードル４２の開弁に伴って、インナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面がアウタニードル４２の上端面から押圧されることで、インナニードル４３も同時に上昇開始する（インナリフト量が０から増大を開始する）。このように、インナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面がアウタニードル４２の上端面から押圧されることを利用して、上述した「アウタニードルの先開き」が達成されている。

アウタニードル４２の開弁以降、アウタニードル４２は、制御室Ｒ３内の燃料の体積の減少速度（＝上記流出流量−上記流入流量）に応じた速度をもってスプリングＳＰ１の付勢力に対抗しながら上昇していく。これに伴って、インナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面がアウタニードル４２の上端面から押圧され続けることで、インナニードル４３も、スプリングＳＰ２の付勢力に対抗しながらアウタニードル４２と一体的に上昇していく（アウタ・インナリフト量が同じ値をとりながら増大していく）。

ここで、図３に示すように、アウタ・インナリフト量が小さい０〜Ｚの範囲内では、サック室Ｒ３内にて上述の「環状絞り」が形成される。従って、サック室Ｒ２を通過する（従って、噴孔４１ｂを通過する）燃料の流速が制限される。この結果、図６に示すように、インナリフト量（＝アウタリフト量）がＺに達するまでの段階（即ち、燃料噴射の初期段階）では、噴射率が小さい値に制限されて、燃料噴霧のペネトレーションが弱くなる。なお、アウタ・インナリフト量が０〜Ｚの範囲内では、上流サック圧Psc1はレール圧Pc近傍まで上昇し得るが、下流サック圧Psc2は、「環状絞り」により発生する圧力低下分だけ上流サック圧Psc1よりも小さい値に維持される。

図４に示すように、その後において増大していくアウタ・インナリフト量がＺを超えると、「環状絞り」が消滅する。従って、サック室Ｒ２を通過する燃料の流速の制限が解除される。この結果、図６に示すように、ＳＭＳ型そのものが有する本来の特性が発揮されて、噴射率が大きいペネトレーションの強い燃料噴霧が形成されるようになる。なお、アウタ・インナリフト量がＺを超えると、上述した「環状絞り」による圧力低下が発生しないから、上流・下流サック圧Psc1,Psc2が共にレール圧Pcと略等しくなる。

次に、この状態にて、ＥＣＵ５０の指示により制御弁４４が閉弁された場合について説明する。この場合、燃料排出路Ｃ３が遮断されて制御室Ｒ３からの燃料の排出が中止される。一方、燃料流入路Ｃ２を通した制御室Ｒ３への燃料の流入はなおも継続される。この結果、それまで減少し続けていた制御圧Psが逆に増大していく。

加えて、スプリングＳＰ１の付勢力はスプリングＳＰ２の付勢力よりも十分に大きい値に設定されている。この結果、アウタニードル４２がインナニードル４３よりも先に下降を開始する。即ち、それまで同じ値を維持してきたアウタ・インナリフト量が、アウタリフト量がインナリフト量よりも小さい値をとりながら共に減少していく。

そして、図５に示すように、アウタニードル４２が閉弁すると（アウタリフト量＝０になると）、ノズル室Ｒ１からサック室Ｒ２への燃料の供給が遮断されて燃料噴射が終了する。この段階で、インナニードル４３は未だ最下位置（インナリフト量＝０）に達していない（図５を参照）。なお、アウタニードル４２が閉弁すると、上流・下流サック圧Psc1,Psc2は、十分に小さい値（燃焼室内の圧力に略等しい）まで再び低下する。

アウタニードル４２の閉弁後も、制御圧Ps及びスプリングＳＰ２による下方向の力によりインナニードル４３はなおも下降を続ける。この結果、インナニードル４３がサック室Ｒ２内に侵入開始し、その後、最下位置（インナリフト量＝０）に達する。このように、スプリングＳＰ１の付勢力をスプリングＳＰ２の付勢力よりも十分に大きい値に設定することで、上述した「アウタニードルの先閉じ」が達成されている。

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、アウタニードル４２の閉弁後に、インナニードル４３がサック室Ｒ２内に侵入する。換言すれば、サック室Ｒ２内の容積が減少する。従って、アウタニードル４２の閉弁後において、サック室Ｒ２内（換言すれば、デッドボリューム内）に残存した燃料がインナニードル４３のサック室Ｒ２内への侵入により噴孔４１ｂを介して燃焼室へ直ちに押し出される。また、本例では、上述のように、インナニードル４３が最下位置に達した状態においてもなおサック室Ｒ２内にて小さなデッドボリュームが残存する。しかしながら、この小さなデッドボリューム内に残存している燃料は、インナニードル４３が最下位置に達するまでに既に形成されているサック室Ｒ２内での燃料の流れの慣性を利用して、噴孔４１ｂを介して燃焼室へと全て移動し得る。以上より、「アウタニードルの先閉じ」により、インナニードル４３がサック室Ｒ２内に残存した燃料を押し出す機能を有することで、ＳＭＳ型の燃料噴射制御装置において「燃料の後垂れ」が抑制され得る。この結果、「燃料の後垂れ」に起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制できる。

また、「アウタニードルの先開き」により、アウタリフト量が小さい範囲内（０〜Ｚ）にある場合にのみ、インナニードル４３がサック室Ｒ２内に「環状絞り」を形成する機能を有する。これにより、図７に示すように、小噴射量時（即ち、低負荷時）では、噴射率が小さい値に制限されてペネトレーションの弱い燃料噴霧が形成される。従って、オーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大が抑制される。一方、大噴射量時（即ち、中・高負荷時）では、アウタリフト量がＺを超えた時点以降にて噴射率の制限が解除されるから、ペネトレーションの強い噴霧が形成される。従って、スモークの発生量の増大を抑制し且つ機関の出力を増大することができる。

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実施形態では、図１等に示すように、アウタ・インナニードル４２,４３の摺動部（アウタニードル４２の円筒内壁面とインナニードル４３の円筒外壁面とが対向する部分）には、薄肉円筒状のクリアランスが不可避的に形成される。従って、アウタニードル４２の閉弁状態において、制御室Ｒ３内の制御圧Ps（＝レール圧Pc（高圧））の燃料が、このクリアランスを介してサック室Ｒ２へ漏出する可能性がある。この結果、この漏出燃料が噴孔４１ｂを介して燃焼室へと漏れ出る可能性がある。

図８は、このような燃料の漏出を抑制するために構成された上記第１実施形態の変形例を示している。図８において前出の図にて示された部材等と同一又は等価の機能を有する部材等については、前出の図にて示された符号と同じ符号を付することでそれらの説明に代える。後出の図についても同様である。

図８に示すように、この変形例では、アウタニードル４２の円筒内壁に軸線方向と垂直の段差面（平面）４２ｂ（前記アウタニードルの第１係止部に対応）が形成され、インナニードル４３の円筒外壁に軸線方向と垂直の段差面（平面）４３ｄ（前記インナニードルの第１係止部に対応）が形成されている。

アウタニードル４２の閉弁状態では、上述のごとく、下流サック圧Psc2はレール圧Pcに比して十分に小さい。従って、インナニードル４３が制御圧Ps（＝レール圧Pc）（及びスプリングＳＰ２）から受ける下方向の力によりアウタニードル４２側の段差面４２ｂとインナニードル４３側の段差面４３ｄとが接触・押圧される。これにより、段差面４２ｂと段差面４３ｄとの接触部（接触面）にてシール部が形成される。この結果、アウタニードル４２の閉弁状態において制御室Ｒ３とサック室Ｒ２とが液密的に分離されて、上述したクリアランスを介した燃料の制御室Ｒ３からサック室Ｒ２への漏出が抑制され得る。

なお、段差面４２ｂと段差面４３ｄとの接触面の面積が大き過ぎると、所謂リンキング作用が大きくなり、接触している段差面４２ｂと段差面４３ｄとが離間し難くなる。従って、段差面４２ｂと段差面４３ｄとの接触面の面積は小さい方が好ましい。

この変形例では、このアウタニードル４２の開弁（アウタリフト量の０からの増大）に伴って、インナニードル４３の段差面４３ｄがアウタニードル４２の段差面４２ｂから押圧されることで、インナニードル４３も同時に上昇開始する（インナリフト量が０から増大を開始する）。これにより、インナリフト量がアウタリフト量未満となることが防止されて、上述した「アウタニードルの先開き」が達成される。従って、インナニードル４３のフランジ部４３ａが省略されている。また、上記第１実施形態と同様、スプリングＳＰ１の付勢力がスプリングＳＰ２の付勢力よりも十分に大きい値に設定されることで「アウタニードルの先閉じ」が達成される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御装置について説明する。上述のように、上記第１実施形態では、「アウタニードルの先閉じ」を確実に達成するため、スプリングＳＰ１の付勢力がスプリングＳＰ２の付勢力よりも十分に大きい値に設定されている。

また、図９に示すように、アウタ・インナニードル４２，４３の下降中において、アウタニードル４２の閉弁前（アウタリフト量＞０）にインナリフト量がＺ以下に達する場合を考える。この場合、上述の「環状絞り」が形成されて、下流サック圧Psc2が「環状絞り」による上述の圧力損失分だけ上流サック圧Psc1よりも小さくなる。これにより、インナニードル４３が制御圧Psから受ける下方向の力が下流サック圧Psc2から受ける上方向の力に比して十分に大きくなって、インナニードル４３の下降速度が速くなる。この結果、アウタニードル４２が閉弁する前にインナニードル４３が最下位置に達し易くなる（即ち、「アウタニードルの先閉じ」が達成されなくなる可能性がある）。

このような場合も考慮して「アウタニードルの先閉じ」を確実に達成するためには、スプリングＳＰ１の付勢力をスプリングＳＰ２の付勢力よりも遥かに大きい値に設定する必要があり、この結果、スプリングＳＰ１が非常に大きくなる。この第２実施形態は、スプリングＳＰ１を大きくしなくても「アウタニードルの先閉じ」を確実に達成するためのものである。以下、第２実施形態における上記第１実施形態との相違点についてのみ説明する。

図１０に示すように、第２実施形態では、インナニードル４３を下方向に付勢するスプリングＳＰ２が省略されている。加えて、「環状絞り」の形成に使用されるインナニードル４３の先端部４３ｂが、リング状のフランジ形状を呈している。この先端部４３ｂの上端面（前記インナニードルの第２係止部に対応）に、アウタニードル４２の下側の先端４２ｃ（前記アウタニードルの第２係止部に対応）が当接し得るようになっている。

図１０に示すように、アウタニードル４２が閉弁状態にあって且つインナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面がアウタニードル４２の上端面に当接した状態（即ち、アウタリフト量＝インナリフト量＝０の状態）において、先端部４３ｂの上端面と先端４２ｃとが軸線方向（上下方向）において距離Ｙ（前記第２所定量に対応）だけ離間している。即ち、この先端部４３ｂの上端面と先端４２ｃとの接触により、インナリフト量が「アウタリフト量よりもＹだけ大きい量」よりも大きくなること（又は、アウタリフト量が「インナリフト量よりもＹだけ小さい量」よりも小さくなること）ことが防止されるようになっている。

以下、第２実施形態の作動について図１０〜図１２を参照しながら説明する。図１に示すアウタリフト量＝インナリフト量＝０の状態にて、ＥＣＵ５０の指示により制御弁４４が開弁されると、上記第１実施形態と同様、制御圧Psの減少によりアウタニードル４２が開弁し、その後、インナニードル４３のフランジ部４３ａの下端面とアウタニードル４２の上端面との接触を維持してアウタ・インナリフト量が同じ値をとりながらアウタ・インナニードル４２，４３が上昇していく。即ち、上記第１実施形態と同様、「アウタニードルの先開き」が達成される。

その後、ＥＣＵ５０の指示により制御弁４４が閉弁されると、制御圧Psの増大に伴って、スプリングＳＰ１の付勢力によりアウタニードル４２のみが下降を開始する。そして、図１１に示すように、アウタリフト量がインナリフト量よりもＹだけ小さい量に達すると、先端部４３ｂの上端面と先端４２ｃとが接触開始する。これにより、先端部４３ｂの上端面が先端４２ｃから押圧されることで、インナニードル４３も下降を開始する。

以降、先端部４３ｂの上端面が先端４２ｃから押圧され続けることで、インナニードル４３も、アウタニードル４２と一体的に下降していく（アウタリフト量がインナリフト量よりもＹだけ小さい値をとりながら減少していく）。

そして、図１２に示すように、アウタニードル４２が閉弁すると（アウタリフト量＝０になると）、燃料噴射が終了するとともに、上流・下流サック圧Psc1,Psc2は、レール圧Pcに比して十分に小さい値（燃焼室内の圧力に略等しい）まで低下する。この結果、インナニードル４３が下流サック圧Psc2から受ける上方向の力は増大中の制御圧Psから受ける下方向の力に比して小さくなる。従って、アウタニードル４２の閉弁後において、インナニードル４３は、制御圧Psによる下方向の力によりなおも下降を続ける（インナリフト量がＹから減少していく）。この結果、インナニードル４３がサック室Ｒ２内に侵入開始し、その後、最下位置（インナリフト量＝０）に達する。

以上、説明したように、第２実施形態では、先端部４３ｂの上端面と先端４２ｃとの接触を利用して、スプリングＳＰ２を設けることなく上述した「アウタニードルの先閉じ」が達成できる。従って、「アウタニードルの先閉じ」を達成するためにスプリングＳＰ１の付勢力を大きくする必要がなくなり、スプリングＳＰ１を小さくすることができる。

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実施形態では、図１０等に示すように、インナニードル４３の上下にそれぞれ設けられたフランジ部（４３ａと４３ｂ）にアウタニードル４２の上下端がそれぞれ当接する構成を有する。従って、アウタ・インナニードル４２，４３の互いの組み付けが非常に困難となる。

図１３は、アウタ・インナニードル４２，４３の互いの組み付けを容易にするために構成された上記第２実施形態の変形例を示している。図１３に示すように、この変形例では、インナニードル４３が上方インナニードル４３Ａと下方インナニードル４３Ｂとに上下に分割されている。これにより、アウタ・インナニードル４２，４３の互いの組み付けが非常に容易となる。

以下、この変形例の作動について図１３、及び図１４を参照しながら簡単に説明する。図１３に示すように、制御弁４４の開弁に伴ってアウタニードル４２が開弁すると、上方インナニードル４３Ａのフランジ部４３ａの下端面とアウタニードル４２の上端面との接触を維持しながら、上方インナニードル４３Ａのみがアウタニードル４２と一体的に上昇していく（下方インナニードル４３Ｂは上昇しない）。

これに伴い、上方・下方インナニードル４３Ａ・４３Ｂが互いに離れていくため、両者の間に形成された空間Ｘの容積が増大していき、空間Ｘ内の圧力が低下する。この結果、下方インナニードル４３Ｂが下流サック圧Psc2から受ける上方向の力が空間Ｘ内の圧力から受ける下方向の力に比して大きくなる。これにより、下方インナニードル４３Ｂも、上方インナニードル４３Ａに追従するように上昇していく。

その後、制御弁４４の閉弁に伴ってスプリングＳＰ１の付勢力によりアウタニードル４２のみが下降を開始する。そして、図１４に示すように、下方インナニードル４３Ｂの先端部４３ｂの上端面にアウタニードル４２の先端４２ｃが接触すると、以降、先端部４３ｂの上端面が先端４２ｃから押圧されることで、下方インナニードル４３Ｂがアウタニードル４２と一体的に下降していく。また、上方インナニードル４３Ａは、制御圧Psの増大に伴って制御圧Psから受ける下方向の力により下降していく。このようにして、この変形例でも上記第２実施形態と同様の作動が達成され得る。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射制御装置について説明する。この第３実施形態は、制御室がアウタ・インナニードル４２，４３に対してそれぞれ独立して個別に設けられている点で、アウタ・インナニードル４２，４３に対して共通の単一の制御室Ｒ３が設けられている上記第１、第２実施形態と主として異なる。以下、係る相違点についてのみ図１５を参照しながら説明する。なお、図１５において、上記第１実施形態の変形例に係るアウタ・インナニードル４２，４３の構成が採用されているが、上記第１実施形態に係るアウタ・インナニードル４２，４３の構成が採用されてもよい。

図１５に示すように、この第３実施形態では、アウタ・インナニードル４２，４３に対してアウタ制御室Ｒ３ｏ、インナ制御室Ｒ３ｉがそれぞれ独立して設けられている。インナ制御室Ｒ３ｉは、オリフィスＺ１が介装された流路Ｃ２、及びオリフィスＺ２が介装された流路Ｃ４と接続されていて、アウタ制御室Ｒ３ｏは、オリフィスＺ３が介装された流路Ｃ５と接続されている。

流路Ｃ２は燃料供給路Ｃ１と接続されている。流路Ｃ４と流路Ｃ５の合流部Ｙは、流路Ｃ６を介して３ポート２位置切換弁である制御弁４４に接続されている。制御弁４４は、燃料タンクＴと接続された流路Ｃ７と、燃料供給路Ｃ１に接続された流路Ｃ８とも接続されている。

これにより、制御弁４４が図１６に示す第１位置にある状態（閉弁状態）では、インナ制御室Ｒ３ｉには、流路Ｃ２、及び流路Ｃ８，Ｃ６，Ｃ４を介して燃料供給路Ｃ１から燃料が流入するとともに、アウタ制御室Ｒ３ｏには、流路Ｃ８，Ｃ６，Ｃ５を介して燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。即ち、この場合において、流路Ｃ２、及び流路Ｃ８，Ｃ６，Ｃ４は前記インナ燃料流入路に対応し、流路Ｃ８，Ｃ６，Ｃ５は前記アウタ燃料流入路に対応する。

一方、制御弁４４が第１位置と異なる第２位置にある状態（開弁状態）では、インナ制御室Ｒ３ｉから、流路Ｃ４，Ｃ６，Ｃ７を介して燃料タンクＴへ燃料が排出されるとともに、アウタ制御室Ｒ３ｏから、流路Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７を介して燃料タンクＴへ燃料が排出される。即ち、この場合において、流路Ｃ４は前記インナ燃料流出路に対応し、流路Ｃ５は前記アウタ燃料流出路に対応し、流路Ｃ６，Ｃ７は前記燃料排出路に対応する。なお、制御弁４４が開弁状態にあっても、インナ制御室Ｒ３ｉには、流路Ｃ２を介して燃料供給路Ｃ１から燃料が流入する。

このように、アウタ・インナニードル４２，４３に対してアウタ・インナ制御室Ｒ３ｏ，Ｒ３ｉを独立して個別に設けることで、アウタ制御室Ｒ３ｏ内の圧力（アウタ制御圧Pso）とインナ制御室Ｒ３ｉ内の圧力（インナ制御圧Psi）とを個別に制御できる。

具体的には、例えば、オリフィスＺ１，Ｚ２，Ｚ３の開口面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が、Ｓ３＞（Ｓ１＋Ｓ２）となるように設定される。制御弁４４の開弁後（第１位置から第２位置への切換後）において、インナ制御室Ｒ３ｉからオリフィスＺ２を通過する流出流量とオリフィスＺ１を通過する流入流量の差と等しい流量（（Ｓ２−Ｓ１）に相当）をもって燃料が流出し、アウタ制御室Ｒ３ｏからオリフィスＺ３を通過する流出流量（Ｓ３に相当）をもって燃料が流出していく。

この過程において、Ｓ３＞（Ｓ１＋Ｓ２）となるように設定されているから、アウタ制御室Ｒ３ｏのトータル流出流量をインナ制御室Ｒ３ｉのトータル流出流量よりも大きくすることができる。従って、アウタ・インナ制御圧Pso,Psiを、Pso＜Psiの関係をもって減少させていくことができる。これにより、「アウタニードルの先開き」を容易に達成することができる。

他方、制御弁４４の閉弁後（第２位置から第１位置への切換後）において、インナ制御室Ｒ３ｉにはオリフィスＺ１を通過する流入流量とオリフィスＺ２を通過する流入流量の和と等しい流量（（Ｓ１＋Ｓ２）に相当）をもって燃料が流入し、アウタ制御室Ｒ３ｏにはオリフィスＺ３を通過する流入流量（Ｓ３に相当）をもって燃料が流入してくる。

この過程において、Ｓ３＞（Ｓ１＋Ｓ２）となるように設定されているから、アウタ制御室Ｒ３ｏのトータル流入流量をインナ制御室Ｒ３ｉのトータル流入流量よりも大きくすることができる。従って、アウタ・インナ制御圧Pso,Psiを、Pso＞Psiの関係をもって増大させていくことができる。これにより、「アウタニードルの先閉じ」を容易に達成することができる。換言すれば、スプリングＳＰ１の付勢力を小さくしても「アウタニードルの先閉じ」を達成できる。この結果、スプリングＳＰ１を小さくすることができる。

本発明は上記第３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、図１６に示すように、流路Ｃ２（前記インナ燃料流入路に対応）に２ポート２位置開閉弁である開閉弁４５を介装してもよい。この開閉弁４５は、燃料供給路Ｃ１内の圧力（レール圧Pc）が所定圧力以下の場合に流路Ｃ２を連通し、レール圧Pcが所定圧力を超えた場合に流路Ｃ２を遮断するようになっている。

図１７に示すように、一般に、内燃機関の運転領域において、エンジン回転速度及び負荷（出力トルク）が小さい領域（図中、曲線Ｌよりも左下の領域）では、燃焼室の圧縮端温度が比較的低いから未燃ＨＣを特に低減したい。一方、エンジン回転速度及び負荷（出力トルク）が大きい領域（図中、曲線Ｌよりも右上の領域）では、燃焼室の圧縮端温度が比較的高いからスモークを特に低減したい。

図１８に示すように、この変形例では、レール圧Pcが内燃機関のエンジン回転速度及び負荷（出力トルク）により変更され、エンジン回転速度及び負荷が大きいほどレール圧Pcがより大きい値に調整される。ここで、前記所定圧力は、図１８中において、曲線Ｌに対応するレール圧Pcである。

加えて、この変形例では、オリフィスＺ１，Ｚ２，Ｚ３の開口面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が、Ｓ３＞（Ｓ２−Ｓ１）、且つ、Ｓ３＜Ｓ２となるように設定される。

この場合において、レール圧Pcが所定圧力以下の場合（一般には、低負荷時）、開閉弁４５が開となって流路Ｃ２が連通する。この結果、制御弁４４の開弁後（第１位置から第２位置への切換後）において、インナ制御室Ｒ３ｉからオリフィスＺ２を通過する流出流量とオリフィスＺ１を通過する流入流量の差と等しい流量（（Ｓ２−Ｓ１）に相当）をもって燃料が流出し、アウタ制御室Ｒ３ｏからオリフィスＺ３を通過する流出流量（Ｓ３に相当）をもって燃料が流出していく。

この過程において、Ｓ３＞（Ｓ２−Ｓ１）となるように設定されているから、アウタ制御室Ｒ３ｏのトータル流出流量をインナ制御室Ｒ３ｉのトータル流出流量よりも大きくすることができる。従って、アウタ・インナ制御圧Pso,Psiを、Pso＜Psiの関係をもって減少させていくことができる。これにより、「アウタニードルの先開き」を容易に達成することができる。即ち、低負荷時では、上述のように「環状絞り」の作用により燃料噴霧のペネトレーションを弱めて、オーバーリーンに起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制できる。

一方、レール圧Pcが大きい場合（一般には、中・高負荷時）、開閉弁４５が閉となって流路Ｃ２が遮断される。この結果、制御弁４４の開弁後（第１位置から第２位置への切換後）において、インナ制御室Ｒ３ｉからオリフィスＺ２を通過する流出流量（Ｓ２に相当）をもって燃料が流出し、アウタ制御室Ｒ３ｏからオリフィスＺ３を通過する流出流量（Ｓ３に相当）をもって燃料が流出していく。

この過程において、Ｓ３＜Ｓ２となるように設定されているから、アウタ制御室Ｒ３ｏのトータル流出流量をインナ制御室Ｒ３ｉのトータル流出流量よりも小さくすることができる。従って、アウタ・インナ制御圧Pso,Psiを、Pso＞Psiの関係をもって減少させていくことができる。これにより、上述した「インナニードルの先開き」を達成することができる。

この「インナニードルの先開き」により、アウタニードル４２の開弁前にて、インナリフト量がＺを超えることで「環状絞り」を消滅させることができる。従って、アウタニードル４２の開弁後において初めから「環状絞り」がない状態を得ることができ、アウタニードル４２の開弁直後から、上述したＳＭＳ型そのものが有する本来の特性が発揮されてペネトレーションの強い燃料噴霧が形成され得る。即ち、中・高負荷時では、「アウタニードルの先開き」が達成される場合に比して「インナニードルの先開き」が達成されることで、より一層スモークの発生量の増大を抑制し且つ機関の出力を増大することができる。

また、この変形例では、スプリングＳＰ１の付勢力がスプリングＳＰ２の付勢力よりも十分に大きい値に設定されている。従って、開閉弁４５の開閉状態にかかわらず（即ち、レール圧Pcにかかわらず）、上記第１実施形態と同様、「アウタニードルの先閉じ」が確実に達成され得る。

本発明は上記各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、上記各実施形態（上記第３実施形態の変形例を除く）においては、「アウタニードルの先開き」として、アウタ・インナリフト量が同時にゼロから増大する場合が示されているが、アウタリフト量がインナリフト量よりも先にゼロから増大するように構成してもよい。

また、上記各実施形態（上記第３実施形態の変形例を除く）においては、前記絞り部としての「環状絞り」が形成され得るようになっているが、前記絞り部が形成されないように構成してもよい。この場合、「アウタニードルの先開き」を行う必要がないから、インナリフト量がアウタリフト量よりも先にゼロから増大するように構成してもよい。

加えて、このように前記絞り部が形成されない場合、図１９に示すように、インナニードル４３が最下位置（インナリフト量＝０）にある場合にインナニードル４３の下側の先端部４３ｂがサック室Ｒ２に侵入（突出）しないように配置・構成されてもよい。これによっても、「アウタニードルの先閉じ」によりインナニードル４３がサック室Ｒ２内に残存した燃料を押し出す機能を有することで、「燃料の後垂れ」が抑制され得る。この結果、「燃料の後垂れ」に起因する未燃ＨＣの排出量の増大を抑制できる。

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１に示した装置におけるサック室周りの拡大図である。 図１に示した装置における、燃料噴射開始直後におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１に示した装置における、アウタ・インナニードルが十分に上昇した後におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１に示した装置における、燃料噴射終了直前におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１に示した装置が適用された場合における、インナリフト量と噴射率との関係を示したグラフである。 図１に示した装置が適用された場合における、燃料噴射開始後における噴射率の変化の経緯を小噴射量時と大噴射量時とで比較して示したグラフである。 本発明の第１実施形態の変形例に係る燃料噴射制御装置のアウタ・インナニードル周りを示した概略構成図である。 アウタニードルの閉弁前に環状絞りが形成される状態を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御装置における、燃料噴射開始直前におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１０に示した装置における、アウタ・インナニードルが十分に上昇した後におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１０に示した装置における、燃料噴射終了直前におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 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における、燃料噴射開始直前におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 図１３に示した装置における、アウタ・インナニードルが十分に上昇した後におけるアウタ・インナニードルの状態を示した図である。 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。 本発明の第３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。 エンジン回転速度及び負荷と、未燃ＨＣを低減したい領域及びスモークを低減したい領域との関係を示したグラフである。 エンジン回転速度及び負荷と、レール圧との関係を示したグラフである。 図１に示した装置において、インナニードルが最下位置（インナリフト量＝０）にある場合にインナニードルの下側の先端部がサック室に侵入（突出）しない場合を示した燃料噴射制御装置の全体の図１に対応する概略構成図である。 従来のＳＭＳ型燃料噴射制御装置の概略構成図である。 従来のＶＣＯ型燃料噴射制御装置の概略構成図である。

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、４２…アウタニードル、４３…インナニードル、４４…制御弁、４５…開閉弁

Claims (9)

1. 内燃機関の燃焼室に臨む一端側の先端部に噴孔を備えるとともに、前記噴孔と接続するサック室と、前記サック室よりも軸線方向において他端側にて前記サック室と隣接するレール圧の燃料を貯留するノズル室と、を内部空間にて備えたボディと、
   前記ボディの内部空間にて前記軸線方向に移動可能に収容された筒状のアウタニードルであって、その一端側の先端部に設けられたシート部と前記シート部と対向するように前記ボディに形成された弁座部とが当接する閉弁状態にて前記サック室を前記ノズル室から遮断するとともに前記閉弁状態から他端側に移動して前記シート部と前記弁座部とが離間する開弁状態にて前記サック室と前記ノズル室とを連通するアウタニードルと、
   前記アウタニードルの内部空間内にて前記アウタニードルに対して前記軸線方向に摺動可能に収容されたインナニードルと、
   前記アウタニードルにおける、前記閉弁状態からの他端側への移動量であるアウタリフト量を調整するアウタリフト量調整手段と、
   前記インナニードルにおける、前記ボディに対する移動可能範囲における最も一端側の位置である最下位置からの他端側への移動量であるインナリフト量を調整するインナリフト量調整手段と、
   を備え、
   前記アウタニードルの前記開弁状態にて前記ノズル室内に貯留された燃料を前記サック室を介して前記噴孔から前記燃焼室に向けて噴射する燃料噴射制御装置であって、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   燃料噴射を開始する場合、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量の両方が同時に、或いは一方が先に他方が後に、ゼロから増大するように、且つ、
   燃料噴射を終了する場合、前記アウタリフト量がゼロに戻った後に前記インナリフト量がゼロに戻るように、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成された燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置であって、
   前記インナリフト量がゼロからゼロよりも大きい第１所定量までの間にある場合のみ、前記アウタニードルの前記開弁状態にて前記サック室内に形成される前記ノズル室から前記噴孔までの燃料の流通経路の一部を絞る絞り部を形成する絞り部形成手段を備え、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   燃料噴射を開始する場合、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量の両方が同時に、或いは前記アウタリフト量が先に前記インナリフト量が後に、ゼロから増大するように、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成された燃料噴射制御装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記絞り部形成手段は、
   前記インナリフト量がゼロから前記第１所定量までの間にある場合のみ、前記サック室の内側側壁の内周面に対して前記インナニードルの前記一端側の先端部の外側側壁の外周面が対向することで前記絞り部としての環状の隙間を形成するように構成された燃料噴射制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   前記アウタニードルの第１係止部と前記インナニードルの第１係止部とから構成されて前記アウタニードルの第１係止部と前記インナニードルの第１係止部とが接触することで前記インナリフト量が前記アウタリフト量未満となることを禁止する第１係止機構を備えた燃料噴射制御装置。
5. 請求項４に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記第１係止機構は、
   前記アウタニードルの第１係止部としての前記アウタニードルの内側側壁に形成された前記軸線方向と略垂直の段差面と、前記インナニードルの第１係止部としての前記インナニードルの外側側壁に形成された前記軸線方向と垂直の段差面と、から構成された燃料噴射制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   前記アウタニードルの第２係止部と前記インナニードルの第２係止部とから構成されて前記アウタニードルの第２係止部と前記インナニードルの第２係止部とが接触することで前記インナリフト量がゼロよりも大きい第２所定量だけ前記アウタリフト量よりも大きい量よりも大きくなることを禁止する第２係止機構を備えた燃料噴射制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   前記アウタ及びインナニードルの他端側に設けられ、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他端側が一端側方向の力を受ける制御室と、
   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、
   を備え、前記制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するように構成された燃料噴射制御装置。
8. 請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   前記アウタニードルの他端側に設けられ、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の他端側が一端側方向の力を受けるアウタ制御室と、
   前記インナニードルの他端側に設けられ、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の他端側が一端側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、
   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個別に制御することで前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するように構成された燃料噴射制御装置。
9. 請求項８に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記インナ燃料流入路に、前記レール圧が所定圧力以下の場合に前記インナ燃料流入路を連通するとともに前記レール圧が前記所定圧力を超えた場合に前記インナ燃料流入路を遮断する開閉弁が介装され、
   前記アウタリフト量調整手段及び前記インナリフト量調整手段は、
   燃料噴射を開始する場合において前記レール圧が前記所定圧力を超えているとき、前記インナリフト量が先に前記アウタリフト量が後にゼロから増大するように、前記アウタリフト量及び前記インナリフト量を調整するよう構成された燃料噴射制御装置。

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