JP6524206B2 - 燃料噴射装置、燃料噴射装置の制御装置、燃料噴射装置の制御方法、燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に使用される燃料噴射装置、燃料噴射装置の制御装置、燃料噴射装置の制御方法、燃料噴射システムに関する。

近年、排気量を減らして小型化するとともに、過給器によって出力を得るようにしたダウンサイジングエンジンが注目されている。ダウンサイジングエンジンでは、排気量を減らすことで、ポンピングロスやフリクションを低減することができるため、燃費を向上することができる。一方で、過給器を用いることで十分な出力を得ると共に、筒内直接噴射を行うことによる吸気冷却効果により、過給に伴う圧縮比の低下を抑制して、燃費を向上することができる。特に、このダウンサイジングエンジンに用いる燃料噴射装置では、低排気量化によって得る最低出力に対応した最小噴射量から、過給によって得る最高出力に対応した最大噴射量までの広範囲に亘って燃料を噴射できる必要があり、噴射量の制御範囲の拡大が求められる。また、排気規制の強化に伴い、モード走行時の未燃焼粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の総量とその個数である未燃焼粒子数（ＰＮ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ）の抑制が可能な燃料噴射装置が求められている。

本技術分野の燃料噴射装置の駆動装置の背景技術として、特許文献１がある。この公報には、「ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）は、以下の選択手段、およびポンプ制御手段を備える。選択手段は、弁体がフルリフト位置に達した後に閉弁作動を開始するフルリフト噴射、および弁体がフルリフト位置に達することなく閉弁作動を開始するパーシャル噴射のいずれで燃料を噴射させるかを選択する。ポンプ制御手段は、インジェクタへ供給される燃料の圧力が目標圧力となるよう、高圧ポンプの作動を制御する。そして、燃料噴射システムがとりうる目標圧力の最大値Ｐｍａｘでパーシャル噴射したときの最大噴射量をパーシャル最大噴射量Ｑｐｌｍａｘと呼ぶ場合において、選択手段は、要求噴射量Ｑｒｅｑがパーシャル最大噴射量Ｑｐｌｍａｘ以下である場合にパーシャル噴射を選択する。」という内容が開示されており、燃料噴射装置の駆動電流としては「電流値が設定されたＩｐに達したときにＶｂｏｏｓｔを遮断する。」という内容が開示されている（要約参照）。

また、本技術分野の燃料噴射装置の背景技術として、特許文献２がある。この公報には、「燃料噴射装置の磁気コアに吸引されて弁の開閉を行う可動子として閉弁方向に付勢する第一ばねによって付勢された第一の可動子と、開弁方向に付勢する第二ばねによって磁気コアの方向に付勢される第二の可動子とを備えるように構成する。」（要約参照）という内容が開示されている。

特開２０１４−２１８９７７号公報 特開２０１４−２５４１９号公報

一般に、燃料噴射装置の噴射量は、ＥＣＵより出力される噴射パルスのパルス幅によって制御する。噴射パルス幅を長くすると噴射量が大きく、噴射パルス幅を短くすると噴射量が小さくなり、その関係は略線形的である。しかしながら、従来技術における燃料噴射装置の駆動波形では、開弁を開始した後も最大の駆動電流Ｉｐｅａｋを流し続けるため、開弁方向への力が強くなりすぎることから、パルス幅に対する弁体の変位量の増加量が多くなりすぎる虞があるため、特に低噴射量領域における噴射量制御が難しくなる。また、噴射パルス幅が短い領域では、可動子が固定コア等に衝突した際に弁体がバウンド挙動を起こし、噴射パルスを停止してから弁体が閉弁位置に到達するまでの時間が変動してしまう。そのため、噴射パルス幅に対して噴射量が直線的に変化せず、このために燃料噴射装置の制御可能な最小噴射量が増加してしまうという問題がある。

ここで、特許文献１に開示されている燃料噴射装置の駆動電流で駆動を行った場合、噴射パルスに対する噴射量を示す波形の傾きが大きくなる虞がある。たとえば、特許文献２に記載されている予備ストローク機構を有する燃料噴射装置を使用した場合には、可動子の予備動作により、予備ストローク機構を有さない燃料噴射装置に比べて、可動子による弁体の開弁力は大きくなる。そのため、噴射パルスに対する噴射量を示す波形の傾きが大きくなると、燃料噴射装置の制御分解能の制約から、結果として燃料噴射装置の噴射量の制御精度が低下する虞がある。

そこで本発明は、特に噴射パルス幅が短い場合において、噴射パルスに対する噴射量を示す波形の傾きを抑制し、燃料噴射装置の噴射量の制御精度を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の燃料噴射装置を制御する制御装置は、
ソレノイドに最大駆動電流を流した後、弁体が開弁を開始する前に、ソレノイドに流す駆動電流を最大駆動電流から低下させ始めることにより、最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
第１駆動電流を流している間に可動子を固定コアに当接させて弁体を目標リフト位置に到達させ、
弁体が目標リフト位置に到達した後、ソレノイドに流す駆動電流を第１駆動電流から第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、第２駆動電流を保つ。

本発明によれば、特に噴射パルス幅が短い場合において、噴射パルスに対する噴射量を示す波形の傾きを抑制し、燃料噴射装置の噴射量の制御精度を向上させることができる。

本発明の第一実施例における燃料噴射装置の縦断面図と、この燃料噴射装置に接続される駆動回路及びエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成図を示す図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の閉弁状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の可動子が弁体に衝突をする状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の可動子が固定コアに衝突をする状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の可動子が閉弁運動を行っている状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置をフルリフト制御で駆動する場合の噴射パルス幅、燃料噴射装置のソレノイド１０５に印加される駆動電流、弁体１１４及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置を中間リフト制御で駆動する場合の噴射パルス幅、燃料噴射装置のソレノイド１０５に印加される駆動電流、弁体１１４及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の第一実施例における、図３のＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉとその際の燃料噴射量の関係を示した図である。 本発明の第一実施例における、図３のＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉとその際の燃料噴射量の関係を中間リフト領域のＴｉを拡大して示した図である。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の駆動装置およびＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）の詳細を示した図である。

以下に本発明の実施例について図１〜図１０を用いて説明する。

一般に、燃料噴射装置の噴射量は、ＥＣＵより出力される噴射パルスのパルス幅によって制御する。噴射パルス幅を長くすると噴射量が大きく、噴射パルス幅を短くすると噴射量が小さくなり、その関係は略線形的である。しかしながら、従来技術における燃料噴射装置の駆動波形では、開弁を開始した後も最大の駆動電流Ｉｐｅａｋを流し続けるため、開弁方向への力が強くなりすぎることから、パルス幅に対する弁体の変位量の増加量が多くなりすぎる虞があるため、特に低噴射量領域における噴射量制御が難しくなる。また、可動子が固定コア等に衝突した際に生じる弁体のバウンド挙動により、噴射パルスを停止してから可動子が閉弁位置に到達するまでの時間が変動してしまう、このため、噴射パルス幅に対して噴射量が直線的に変化しないため、燃料噴射装置の制御可能な最小噴射量が増加してしまうという問題がある。

また、前述の可動子の跳ね返り現象のために噴射量が燃料噴射装置の個体ごとに安定しない場合があり、噴射量が最も大きくなる個体を制御可能な最小噴射量として設定せざるを得ないため、最小噴射量を増大させる要因となることがあった。また、噴射パルスと噴射量の関係が直線とならない非線形領域での噴射パルスからさらに噴射パルス幅を短くすると、可動子と固定コアが衝突しない、すなわち弁体がフルリフトしない中間リフトの領域となる。この中間リフトの領域では、各気筒の燃料噴射装置に同じ噴射パルスを供給しても、燃料噴射装置の寸法公差の影響によって生じる個体差によって、燃料噴射装置のリフト量が異なるため、噴射量の個体ばらつきが大きくなり、燃焼の安定性の観点からこの中間リフト領域を使用することは困難であった。

上述したように、燃費を向上するためには、燃料噴射装置の噴射量ばらつき低減と制御可能な最小噴射量を低減する必要があり、最小噴射量の大幅な低減のためには、噴射パルスが短い領域や噴射パルスが小さく、弁体が目標リフトに到達しない中間リフトの領域での噴射量を制御することが求められている。この要求を満たすための燃料噴射装置の制御装置について、以下、図１から図１０を用いて説明する。

図１は燃料噴射装置の駆動装置における基本的な構成の一例を示したものである。燃料噴射装置及びその駆動装置の構成と基本的な動作を説明する。図１は、燃料噴射装置の縦断面図とその燃料噴射装置を駆動するための駆動回路１５１、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１５０の構成の一例を示す図である。本実施例ではＥＣＵ１５０と駆動回路１５１とは別体の装置として構成されているが、ＥＣＵ１５０と駆動回路１５１は一体の装置として構成されてもよい。なお、ＥＣＵ１５０と駆動回路１５１とで構成される装置を駆動装置と称する。ＥＣＵ１５０では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。

ＥＣＵ１５０では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１５０より出力された噴射パルスは、信号線１５３を通して燃料噴射装置の駆動回路１５１に入力される。駆動回路１５１は、ソレノイド１０５に印加する電圧を制御し、ターミナル１０９を介して電流を供給する。ＥＣＵ１５０は、通信ライン１５２を通して、駆動回路１５１と通信を行っており、燃料噴射装置に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１５１によって生成する駆動電流を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。駆動回路１５１は、ＥＣＵ１５０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形の設定値を変化させることができる。

次に、図１０を用いて、本発明の第一実施例における燃料噴射装置の駆動装置の構成について説明する。図１０は、燃料噴射装置の駆動回路１５１およびＥＣＵ１５０の詳細を示した図である。

ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１５０に内蔵され、燃料噴射装置の上流の燃料配管に取り付けられた圧力センサや、エンジンシリンダへの流入空気量を測定するＡ／Ｆセンサ、エンジンシリンダから排出された排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、クランク角センサ等のエンジンの状態を示す信号を、前述で説明した各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ＣＰＵ５０１は、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルス幅Ｔｉのパルス幅（すなわち噴射量）や噴射タイミングの演算を行い、通信ライン５０４を通して燃料噴射装置の駆動ＩＣ５０２に噴射パルス幅Ｔｉを出力する。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置５４０へ駆動電流を供給する。

スイッチング素子５０５は駆動回路に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源と燃料噴射装置５４０の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置５４０への通電・非通電を切り替えることができる。高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧Ｖｂооｓｔは例えば６０Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路５１４によって昇圧することで生成する。昇圧回路５１４は例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されるかコイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２およびコンデンサ５３３で構成する方法がある。後者の昇圧回路５１４の場合、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れるが、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して静流されコンデンサ５３３に電荷が蓄積される。昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔとなるまで、このトランジスタのＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、コンデンサ５３３の電圧を増加させる。トランジスタ５３１は、ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１と接続され、昇圧回路５１４から出力される昇圧電圧ＶｂｏｏｓｔはＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出するよう構成する。

また、ソレノイド１０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０５との間には、第二の電圧源から、ソレノイド１０５、設置電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５３５が設けられており、また、ソレノイド１０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０７との間にも、バッテリ電圧源から、ソレノイド１０５、設置電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５１１が設けられており、スイッチ素子５０５を通電している間は、接地電位５１５から、ソレノイド１０５、バッテリ電圧源および第二の電圧源へ向けては電流が流れられない構成となっている。また、ＥＣＵ１５０には、噴射パルス幅の演算等のエンジンの制御に必要な数値データを記憶させるために、レジスタおよびメモリが搭載されている。レジスタおよびメモリは駆動装置１５０もしくは駆動装置１５０内のＣＰＵ５０１に内包されている。

また、スイッチング素子５０７は、低電圧源と燃料噴射装置の高圧端子間に接続されている。低電圧源ＶＢは例えばバッテリ電圧であり、その電圧値は１２から１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置５４０の低電圧側の端子と接地電位５１５の間に接続されている。駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８、５１２、５１３により、燃料噴射装置５４０に流れている電流値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電・非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９と５１０は、燃料噴射装置のソレノイド１０５に逆電圧を印加し、ソレノイド１０５に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。ＣＰＵ５０１は駆動ＩＣ５０２と通信ライン５０３を通して、通信を行っており、燃料噴射装置５４０に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８、５１２、５１３の両端は、ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧をＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

図１に示した燃料噴射弁の断面図と図２〜５の詳細断面を用いて燃料噴射装置の構成と動作について説明する。

図２は本実施例において、閉弁状態における弁体１１４の駆動構造の拡大図を示している。ＥＣＵ１５０の制御部（５０１）は、燃料噴射装置が備えるソレノイド１０５にかける駆動電圧、又は駆動電流を制御することで弁体１１４の開閉を制御することで、燃料噴射のＯＮ・ＯＦＦを制御する。より具体的にはＥＣＵ１５０の制御部（５０１）は駆動回路１５１に送る噴射パルス幅を制御しており、この噴射パルス幅の信号を受けた駆動回路１５１は、この信号に基づいて駆動電流波形を決定し、噴射パルス幅の時間だけソレノイド１０５に駆動電流を送る。

本実施例における燃料噴射装置は固定コア１０７、可動子１０２、ノズルホルダ１０１、ハウシング１０３とで磁気回路を構成している。ノズルホルダ１０１の可動子１０２と固定コア１０７との間の隙間に対応する部分には磁気絞りが形成されている。ソレノイド１０５はボビン１０４に巻き付けられた状態でノズルホルダ１０１の外周側に取り付けられており、コネクタモールド１２１により絶縁性を保っている。弁体の上流側にはロッドヘッド１３２が弁体１１４の突起部１３１に圧入固定される。固定コア１０７の内周側には弁体１１４をロッドヘッド１３２を介して下流側に付勢する第一のばね１１０が収納されている。つまり、ロッドヘッド１３２の上流側には第一のばね１１０を受けるばね受け部が形成される。ノズルホルダ１０１の下流側先端には、弁座３９と燃料噴射孔１１９とが形成されたオリフィスカップ１１６が設けられる。オリフィスカップ１１６の内周側にはロッドガイド１１５が圧入固定されるようにして設けられている。ロッドガイド１１５はオリフィスカップ１１６と一体構造となっていても良い。

弁体１１４の上流側外周面は固定コア１０７の内周側側面により、また弁体１１４の下流側外周面はロッドガイド１１５により、軸方向の動きをガイドされている。第一のばね１１０は弁体に圧入固定されているロッドヘッド１３２の上面と調整子５４により固定されている。調整子５４の固定位置を調整することにより第一のばね１１０が弁体１１４を弁座３９に押し付ける初期の荷重を調整することができる。燃料は燃料供給口１１８から燃料噴射装置の中に流入し、燃料供給口１１８の内側にはフィルタ１１３が設けられている。燃料供給口１１８の外周側には燃料配管に接続する際に燃料配管側の接続部との間で燃密を確保するシール材１３０が設けられている。

通常状態（ソレノイド１０５に通電されていない状態）において弁体１１４は、ロッドヘッド１３２を介して、第一のばね１１０によって閉弁方向に付勢されている。この通常状態では、ロッドヘッド１３２の端部とは反対側に位置する弁体１１４のシート部はノズルホルダ下流側の弁座３９に当接しているので、燃料は封止されている。ここで弁体１１４は弁座３９が有するガイド部分と、固定コアが有するガイド部分に支持されており、可動子１０２は常に弁体１１４のみに支持されており、ノズルホルダ１０１と可動子１０２の間でノズルホルダに支持されている第二のばね１１２により開弁方向に付勢されている。

可動子の上端面１０２Ａには下端面１０２Ｂ側に向けて凹部１０２Ｃが形成されている。この凹部１０２Ｃの内側に、中間部材１３３が設けられている。中間部材１３３の下面側には上方に向けて凹部１３３Ａが形成されており、この凹部１３３Ａは弁体１１４に設けられた段付き部１２９が収まる直径（内径）と深さを有している。すなわち、凹部１３３Ａの直径（内径）は段付き部１２９の直径（外径）よりも大きく、凹部１３３Ａの深さ寸法は段付き部１２９の上端面１２９Ａと下端面１２９Ｂとの間の寸法よりも大きい。中間部材１３３とロッドヘッド１３２との間には第三のばね１３４が保持されており、中間部材１３３の上端面１３３Ｃは第三のばね１３４の一端部が当接するばね座を構成する。ここで、第三のばね１３４の付勢力は第二のばねよりも強く設定されているため、中間部材１３３は弁体１１４の段付き部分と当接し、且つ可動子と当接するため、可動子１０２を固定コア１０７側から閉弁方向に付勢し、可動子と固定コアの間にはＧ１＝Ｄ１の隙間が存在し、可動子と弁体１１４の段付き部分には空隙２０１が存在する状態で静止している。

次に図３を用いて、燃料噴射装置が通電され、可動子１０２が弁体１１４に衝突をする状態における駆動部の構造を説明する。

ソレノイド１０５に駆動電流が供給されると、磁気回路によって発生する磁界により、固定コア１０７と可動子１０２との間に磁束が通過し、可動子１０２に磁気吸引力が作用する。可動子１０２が第三ばね１３４の付勢力を超える力で吸引されることで上方へ動き始める。このとき、弁体１１４と弁座３９とは接触した状態のまま維持されるため、可動子１０２の運動は、燃料の流れが無い状態で行われることになる。この可動子１０２の運動は燃料圧力による差圧力を受けている弁体１１４とは別に行われる空走運動ということができる。

したがって、このとき可動子１０２は燃料の圧力などの影響を受けることがなく、高速に移動することが可能である。この可動子１０２の上方（上流側）への運動は可動子１０２と中間部材が当接した状態を維持しながら行われる。そして可動子１０２の変位量が空隙２０１に達すると可動子１０２と弁体１１４に設けられた段付き部分の可動子側の面１２９Ｂが当接する。その後、可動子１０２と弁体１１４の段付き部分の可動子側の面１２９Ｂとの当接面を介して磁気吸引力が弁体１１４に伝達され、弁体１１４を開弁方向に引き上げる。

このとき、可動子１０２は、空走運動を行って、運動エネルギーを有した状態で弁体１１４と衝突するため、弁体１１４は、可動子１０２の運動エネルギーを受取り、高速に開弁方向に変位を開始する。弁体１１４には燃料の圧力に伴って生じる差圧力が作用しており、弁体１１４に作用する差圧力は、弁体１１４のシート部近傍の流路断面積が小さい範囲において、弁座の燃料の流速が増加し、ベルヌーイ効果による静圧低下に伴って生じる圧力降下によって弁体１１４先端部の圧力が低下することで生じる。

弁体１１４に作用する差圧力は、シート部の流路断面積の影響を大きく受けるため、弁体１１４の変位量が小さい条件では、差圧力が大きくなり、変位量が大きい条件では、差圧力が小さくなる。弁体１１４が閉弁状態から開弁開始を始めた段階で、変位量が小さい条件となり、弁体に作用する差圧力は大きくなり、弁体の開弁方向への動作はし難くなる。一方で弁体１１４の開弁が可動子１０２の空走運動によって衝撃的に行われるため、差圧力が大きくなるタイミングでの可動子１０２の可動を容易にし、より高い燃料圧力が作用している状態でも開弁動作を行うことができるようになる。あるいは、動作できることが必要な燃料圧力範囲に対して、より強い力にスプリング１１０を設定することができる。スプリング１１０をより強い力に設定することで、閉弁動作に要する時間を短縮することができ、制御可能な最小噴射量の低減に有効である。

次に図４を用いて、弁体１１４が開弁動作を行った後、可動子１０２が固定コアに衝突する状態における駆動部の構造を説明する。このとき、可動子１０２には第二のばね１１２によって固定コア１０７の方向に力が作用しているため、跳ね返りの変位量を小さくでき、また、跳ね返りが収束するまでの時間を短縮することができる。跳ね返り動作が小さいことで、可動子１０２と固定コア１０７の間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。このようにして開弁動作を終えた可動子１０２および弁体１１４は、開弁状態で静止する。弁体１１４が開弁を開始してから開弁状態を経て閉弁に至るまでは、弁体１１４と弁座３９の間には隙間が生じており、燃料が噴射されている。燃料は固定コア１０７に設けられた中心孔と、可動子１０２に設けられた上部燃料通路孔と、可動子１０２に設けられた下部燃料通路孔を通過して下流方向へ流れてゆくようになっている。

ソレノイド１０５への通電が断たれると、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し、磁気吸引力も消滅する。可動子１０２に作用する磁気吸引力が消滅することによって、弁体１１４はスプリング１１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁座３９に接触する閉位置に押し戻され、図５に示す可動子１０２が閉弁運動を行っている状態における駆動部構造を経て弁座３９に接触する閉弁位置に至り、燃料の噴射は終了する。

なお、本実施例の燃料噴射システムは特に過給機付の直接、エンジンに噴射するタイプに適用されることが望ましい。近年のエンジンはダウンサイジング化が求められていることから過給機付であることが望ましい。直接、エンジンに噴射するいわゆる直噴型の燃料噴射装置の場合、特に高圧の環境で使用されることになる。このため、本実施例の燃料噴射装置は、弁体１１４と、弁体１１４を弁シート部から離座させる可動子部と、を備え、弁体１１４が閉弁している状態において、弁体１１４と可動子１０２とは軸方向に隙間を介して配置される。

いわゆる予備ストローク機構を採用したものであり、これにより燃料レールから供給される燃料の圧力が３０ＭＰａ以上になるなど、高圧環境においてもスムーズに開弁して燃料吐出を可能とするものである。また予備ストローク機構を採用しているので、高電圧の印加により供給されていたＩｐｅａｋが発生させる磁気吸引力は可動子１０２の空隙２０１の運動にのみ使用されることとなる。

次に図６を用いて、本実施例における電磁式燃料噴射装置を駆動する駆動装置から出力される噴射パルスと燃料噴射装置のソレノイド１０５の端子両端にかかる駆動電圧と、駆動電流（励磁電流）と燃料噴射装置の弁体１１４の変位量（弁体移動量）との関係について説明する。
また図６を用いて噴射パルスと燃料噴射量との関係については説明する。

駆動回路１５１に噴射パルスが入力されると、駆動回路はバッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧された高電圧源からソレノイド１０５に高電圧を印加し、ソレノイド１０５に電流の供給が開始される。電流値がある条件Ｉｐｅａｋに到達すると、高電圧３０１の印加を停止する。その後、印加する電圧値を０Ｖ未満（逆電圧）にし、電流３０２のように電流値を低下させる。電流値が設定された第一の保持電流３０４より小さくなると、駆動回路１５１はバッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子のスイッチングによって行い、第一の保持電流３０４が保たれるように制御する。その後、予めＥＣＵに設定されていた時間が経過すると、バッテリ電圧ＶＢの印加を０Ｖ以下（逆電圧）にし、電流３０３のように電流値を低下させる。電流値が設定された第二の保持電流３０５より小さくなると、駆動回路１５１はバッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子のスイッチングにより行い、第二の保持電流３０５が保たれるように制御する。

ここで、高電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）３０１の印加を停止するタイミングＴ６０１は弁体１１４の開弁開始タイミングＴ６０２よりも前であることが望ましい。すなわち、ソレノイド１０５に印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御するＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流した後、弁体１１４が開弁を開始する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させるように駆動電流を制御するものである。あるいは、ＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流した後、可動子１０２が弁体１１４に衝突する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させるように駆動電流を制御するようにしても良い。

換言すると本実施例の燃料噴射装置は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）が流れた後、弁体１１４が開弁を開始する前に、ソレノイド１０５に流れる駆動電流が最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下することを特徴とするものである。あるいはソレノイド１０５に最大の駆動電流を流れた後、可動子１０２が弁体１１４に衝突する前に、ソレノイド１０５に流れる駆動電流が最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下することを特徴とする。

また別の言い方をすると、弁体１１４とソレノイド１０５と弁体１１４を開弁させる可動子１０２とを有する燃料噴射装置と、燃料噴射装置を制御する制御装置（ＥＣＵ１５０）と、を備えた燃料噴射システムにおいて、制御装置（ＥＣＵ１５０）の制御部は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流した後、弁体１１４が開弁を開始する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させることを特徴とするものである。

すなわち、燃料噴射装置（弁体１１４）が開弁を開始した後も最大の駆動電流Ｉｐｅａｋを流し続けると、開弁方向への力が強くなりすぎることから、パルス幅に対する弁体の変位量の増加量が多くなりすぎる虞がある。この結果、図８の従来波形に示すように噴射パルス幅に対する噴射量の増加量が多くなるため、低噴射量領域における噴射量制御が難しくなる。

これに対して本実施例によれば上記したような燃料噴射装置の制御方法を採用しているので、弁体１１４が開弁を開始するよりも前に最大の駆動電流Ｉｐｅａｋを低下させるので、磁気吸引力を抑制し、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、低噴射量領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。

なお、その後の弁体１１４の可動は、パルス幅に対する電流変化の少ない第一の保持電流区間Ｔ６０３により制御される。すなわち、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部はソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流し、弁体１１４が開弁を開始する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させ、さらにその後に、最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）よりも低い駆動電流３０４をソレノイド１０５に流すように駆動電流を制御する。あるいはソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流し、可動子１０２が弁体１１４に衝突する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させさらにその後に、最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）よりも低い駆動電流３０４をソレノイド１０５に流すように駆動電流を制御するようにしても良い。

すなわち、本実施例では噴射量を電流変化の少ない第一の保持電流の電流領域で制御することにより、噴射パルス幅Ｔｉに対する電流値の変化が少なく、ほぼ第一の保持電流の長さを増加させていく。そのため噴射パルス幅Ｔｉの増加量に対する弁体の変位の増加量が多くなりすぎる現象を抑制する効果がある。すなわち、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、低噴射量領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。

また、Ｉｐｅａｋと第二の保持電流の電流領域との間に、第二の保持電流値よりも高い値に設定された第一の保持電流の電流領域を設けている。すなわち、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流し、弁体１１４が開弁を開始する前にソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させる。そして、その後に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）よりも低い第１駆動電流３０４をソレノイド１０５に流し、さらにその後、第１駆動電流３０４よりも低い第２駆動電流３０５をソレノイド１０５に流すように駆動電流を制御する。あるいは、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流し、可動子１０２が弁体１１４に衝突する前にソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させる。そして、その後に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）よりも低い第１駆動電流３０４をソレノイド１０５に流し、さらにその後、第１駆動電流３０４よりも低い第２駆動電流３０５をソレノイド１０５に流すように駆動電流を制御するようにしても良い。

このことにより、Ｉｐｅａｋ遮断後に可動子１０２に作用する磁気吸引力を増加させることが可能であるため、燃料圧力の増加に対しても燃料噴射装置が動作可能となる。このことは燃料噴射装置の動作可能な最大の燃料圧力、すなわち最高作動燃圧を向上させる効果がある。例えば、燃料圧力が３０ＭＰａ以上の高圧環境下においてもスムーズに開弁して燃料噴射を可能とする効果がある。

このような供給電流のプロファイルにより燃料噴射装置は駆動される。図６に示すように、高電圧の印加から可動子１０２がタイミングＴ６００で変位を開始し、弁体１１４が開弁開始するタイミングＴ６０２よりも前に電流値ＩｐｅａｋはタイミングＴ６０１で遮断される。そして可動子１０２の変位量が空隙２０１に達し、その衝撃力を利用してタイミングＴ６０２で弁体１１４は変位を開始する。その後の弁体１１４は、第一の保持電流区間Ｔ６０３においてタイミングＴ６０４で目標リフト位置に達する。

目標リフト位置到達後は可動子１０２と固定コアの衝突の影響でバウンド現象が起こったのちに第一の保持電流３０４が生成する磁気吸引力と戻しばねの開弁方向の力により目標リフト位置で静止し、安定した開弁状態となる。そして、保持電流が第二の保持電流区間Ｔ６０５へと移行し、任意のタイミングＴｉで駆動電流は遮断され、可動子１０２に作用している磁気吸引力が低下していき、磁気吸引力よりも第一のばねの閉弁方向への力が上回った段階で弁体１１４は閉弁運動を開始し、弁座３９に衝突した段階で弁体１１４の変位は終了し、燃料の噴射も終了する。

なお、図６に示すように、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、第１駆動電流３０４をソレノイド１０５に流すことで弁体１１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置まで移動するように駆動電流を制御するものである。あるいは、第１駆動電流３０４をソレノイド１０５に流すことで可動子１０２が弁体１１４に衝突する高さ位置よりも低い高さ位置まで移動するように駆動電流を制御する。すなわち、ＥＣＵ１５０の制御部は、第１駆動電流３０４の通電時間、あるいは第一の保持電流区間Ｔ６０３の噴射パルス幅を制御することにより弁体１１４を中間リフト領域において噴射量を精度良く制御することが可能である。

また本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、第２駆動電流３０５をソレノイド１０５に流すことで弁体１１４が最大高さ位置まで移動するように駆動電流を制御するものである。あるいは、第２駆動電流３０５をソレノイド１０５に流すことで可動子１０２が弁体１１４に衝突する高さ位置まで移動するように駆動電流を制御する。すなわち、ＥＣＵ１５０の制御部は、第２駆動電流３０５の通電時間、あるいは第二の保持電流区間Ｔ６０６の噴射パルス幅を制御することにより弁体１１４をフルリフト領域において噴射量を精度良く制御することが可能である。

図８において、本実施例における供給電流のプロファイルで駆動させた場合の噴射パルス幅と燃料噴射量の関係と従来波形で駆動させた場合とを比較したものを示す。図８のように噴射パルス幅に対する燃料噴射量の傾きは噴射パルス幅の全域でほぼ一定となる。したがって、従来波形と比較すると、燃料噴射量の傾きを小さくすることができる。すなわち、磁気吸引力を抑制し、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、例えば弁体１１４が固定コア１０７に衝突する前後の小パルス幅の領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。結果、最小噴射量の低減が容易に可能である。

図７では目標リフト位置よりも少ない中間リフトでの制御を行った場合の噴射パルス幅 (Ｔｉ１、Ｔｉ２)、燃料噴射装置のソレノイド１０５に印加される駆動電流、弁体１１４及び可動子１０２の変位と時間の関係を、噴射パルス幅違い(Ｔｉ１、Ｔｉ２)で示す。噴射パルスを与えると、高電圧Ｖｂｏｏｓｔが印加される。ここで、高電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）３０１の印加を停止するタイミングＴ７０１は弁体１１４の開弁開始タイミングＴ７０２よりも前であることが望ましい。すなわち、ソレノイド１０５に印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御するＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０５に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流した後、弁体１１４が開弁を開始する前に、ソレノイド１０５に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）から低下させるように駆動電流を制御するものである。また、最大駆動電流(Ｉｐｅａｋ)から第一の保持電流まで移行する区間は電流値３０２のように電流値が低下され、低下した後はパルス幅に対する電流変化の少ない第一の保持電流３０４に移行し、Ｔｉ１やＴｉ２を例とする噴射パルス幅制御により噴射量を制御する。中間リフト領域における制御では、Ｔｉ１やＴｉ２を例とする噴射パルス幅を与えられた弁体１１４は目標リフトに到達することなくＴ７０３やＴ７０４のタイミングにて閉弁を行い、燃料の噴射は終了する。

すなわち、本実施例の燃料噴射システムは前記ソレノイド１０５に最大の駆動電流を流した後に、第二の保持電流よりも高い第一の保持電流期間３０４を設け、第一の保持電流期間３０４で噴射パルスの通電時間を制御して中間リフト領域での噴射量を制御することを特徴とする。このことにより、図７の噴射パルス幅Ｔｉ１、Ｔｉ２に対する弁体及び可動子の変位に示すように、噴射パルス幅の増加量に対する弁体の変位の増加量が多くなりすぎる現象を抑制する効果がある。すなわち、磁気吸引力を抑制し、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、中間リフト領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。結果、最小噴射量の低減が容易に可能である。

よって図９のＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉとその際の燃料噴射量の関係を中間リフト領域で拡大した図に示すように、従来駆動に比べ噴射パルスに対する燃料噴射量の傾きを抑える効果がある。

３９…弁座、１０１…ノズルホルダ、１０２…可動子、１０２Ａ…可動子上端面、１０２Ｄ…可動子１０２の凹部底面、１０７…固定コア、１０７Ｂ…固定コの下端面、１０７’…固定コア、１０７Ａ’…固定コア１０７’の内周面（貫通孔）、１１０…第一のばね、１１２…第二のばね、１１４…弁体、１２１…コネクタモールド、１２９…弁体の段付き部、１２９Ａ…段付き部１２９の上端面、１２９Ｂ…段付き部１２９の下端面、１３２…ロッドヘッド、１３３…中間部材、１３３Ｄ…中間部材１３３の下端面、１３３Ｅ…中間部材１３３の凹部底面、１３３’…中間部材、１３３Ｃ’…中間部材の上端面、１３４…第三のばね、１３４’…第三のばね、１３９…筒状のばね座部材。

Claims (10)

1. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置の制御装置であって、前記ソレノイドに印加する駆動電圧又は駆動電流を制御する制御部を備えた燃料噴射装置の制御装置において、
   前記制御部は、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つように駆動電流を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
2. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置の制御装置であって、前記ソレノイドに印加する駆動電圧又は駆動電流を制御する制御部を備えた燃料噴射装置の制御装置において、
   前記制御部は、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記可動子が前記弁体に衝突する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つように駆動電流を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記燃料噴射装置から燃料が噴射されるエンジンは過給機を備え、前記燃料噴射装置は前記エンジンの燃焼室内に直接、燃料を噴射する直接噴射式燃料噴射装置であることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記制御部は、前記第１駆動電流を前記ソレノイドに流している間に前記弁体を前記目標リフト位置よりも低い中間リフト位置まで移動するように、前記第１駆動電流を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
5. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置の制御方法において、
   前記ソレノイドに印加する駆動電圧又は駆動電流を制御する制御部により、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つように駆動電流を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
6. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置の制御方法において、
   前記ソレノイドに印加する駆動電圧又は駆動電流を制御する制御部により、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記可動子が前記弁体に衝突する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つように駆動電流を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
7. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置において、
   前記ソレノイドに最大駆動電流が流れた後、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流れる駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つことを特徴とする燃料噴射装置。
8. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置において、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流れた後、前記可動子が前記弁体に衝突する前に、前記ソレノイドに流れる駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つことを特徴とする燃料噴射装置。
9. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置を制御する制御装置と、を備えた燃料噴射システムにおいて、
   前記制御装置の制御部は、
   前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
   前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
   前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つことを特徴とする燃料噴射システム。
10. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動子と前記可動子に磁気吸引力を作用させる固定コアとを有し前記弁体が閉弁している状態において前記弁体と前記可動子とが軸方向に隙間を介して配置される燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置を制御する制御装置と、を備えた燃料噴射システムにおいて、
    前記制御装置の制御部は、
    前記ソレノイドに最大駆動電流を流した後、前記可動子が前記弁体に衝突する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させ始めることにより、前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、
    前記第１駆動電流を流している間に前記可動子を前記固定コアに当接させて前記弁体を目標リフト位置に到達させ、
    前記弁体が前記目標リフト位置に到達した後、前記ソレノイドに流す駆動電流を前記第１駆動電流から前記第１駆動電流よりも低い第２駆動電流に低下させ、前記第２駆動電流を保つことを特徴とする燃料噴射システム。

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