JP2021156256A - 燃料噴射装置の制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】気筒ごとに燃料噴射装置の噴射量にばらつきがあると、燃焼変動を抑制することができなかった。【解決手段】１燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置１０１を制御する制御装置１５０は、１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出し、１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、最後の噴射よりも前に行われた噴射で燃料噴射装置１０１に供給した噴射パルスの噴射パルス幅より、最後の噴射で燃料噴射装置１０１に供給する噴射パルスの噴射パルス幅を小さくするように制御する制御部５００を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料噴射装置の制御装置、制御方法及びプログラムに関する。

近年、地球温暖化防止や、化石燃料の資源枯渇抑制の観点から、内燃機関のエンジンでは、モード走行時の二酸化炭素（ＣＯ_２）を低減することが求められる。ＣＯ_２低減のためには燃料の消費量を抑制する必要があり、燃料が空気に対して希薄な状態で燃焼されるリーン燃焼が有効な技術である。とくに、リーン燃焼では、筒内の等量比が薄い状態で混合気に着火する必要があるため、燃焼速度が緩慢となり、燃焼が不安定となりやすく、燃焼変動を抑制する技術が求められていた。

燃焼変動を抑制するための技術として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１には、各気筒の燃焼噴射装置ごとに燃料噴射装置の弁体の動作タイミングを検知し、気筒ごとに燃料の噴射量を補正することで、気筒ごとに噴射量ばらつきを抑制する方法が開示されている。

特開２０１８−１９７５４８号公報

燃焼変動には、気筒ごとの図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ：Indicated Mean Effective Pressure）のばらつきと、それぞれの気筒での１燃焼サイクルごとのＩＭＥＰのばらつきがある。１燃焼サイクルごとのＩＭＥＰのばらつき要因として、空気流動のばらつきや、燃料噴射装置の噴射量のばらつきがある。燃焼変動を抑制するために、特許文献１に記載された技術を用いて気筒ごとの噴射量のばらつきを抑制しようと試みても、燃焼噴射装置の噴射量が１燃焼サイクルごとに変動すると、燃焼変動を抑制できない場合があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、１燃焼サイクルでの燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射量のばらつきを低減することで、燃焼変動を抑制することを目的とする。

本発明に係る制御装置は、１燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する。この制御装置は、１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出し、１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、最後の噴射よりも前に行われた噴射で燃料噴射装置に供給した噴射パルスの噴射パルス幅より、最後の噴射で燃料噴射装置に供給する噴射パルスの噴射パルス幅を小さくするように制御する制御部を備える。

本発明によれば、１燃焼サイクルにおける最後の噴射よりも前に行われた噴射で燃料の噴射量のばらつきが生じても、最後の噴射で噴射量を調整できるため、１燃焼サイクル中の噴射量のばらつきを低減し、燃焼変動を抑制できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射システムの構成に例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る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に接続される駆動回路及びＥＣＵの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射装置の駆動部構造の例を示した拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射装置を駆動する一般的な噴射パルス、燃料噴射装置に供給する駆動電圧及び駆動電流、弁体及び可動子の変位量、並びに時間の関係を示したタイミングチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射装置の駆動回路及びＥＣＵの詳細な構成例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵから気筒ごとの燃料噴射装置に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、及び噴射率を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、ある気筒の噴射パルス幅、弁体の変位量、燃料噴射装置に取り付けた圧力センサから出力される燃料の圧力の時系列を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係る噴射パルス幅、端子間電圧、駆動電流、電圧の２階微分値、電流すなわち電圧の２階微分値、及び弁体の変位量と、時間との関係を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係る、ある気筒の燃料噴射装置の噴射パルス幅と、噴射量、及び噴射量のショットばらつきとの関係を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る噴射パルス、燃料噴射装置に供給される駆動電流、燃料噴射装置のスイッチング素子、ソレノイドの端子間電圧、弁体及び可動子の変位量と、時間との関係を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置が、図１０の駆動電流波形で燃料噴射装置を制御した場合の噴射パルス幅と噴射量及び噴射量のショットばらつきの標準偏差の関係を示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係るＥＣＵから気筒ごとの燃料噴射装置に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。 本発明の第３の実施の形態に係るＥＣＵから気筒ごとの燃料噴射装置に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制御方法の他の一例として、ＥＣＵから気筒ごとの燃料噴射装置に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。 本発明の第４の実施の形態に係るＥＣＵから気筒ごとの燃料噴射装置に１燃焼サイクルで供給される噴射パルス、噴射率及び点火時期を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［燃料噴射システムの構成例及び動作例］
以下、図１〜図６を用いて、本発明に係る燃料噴射装置と制御装置で構成される燃料噴射システムの基本構成例及び動作例について説明する。

最初に、図１を用いて、燃料噴射システムの構成について説明する。
図１は、燃料噴射システム１の構成例を示す図である。燃料噴射システム１は本発明を筒内直接噴射式エンジン（内燃機関の一例）に適用した例であるが、本発明はこの例に限らない。本明細書において、筒内直接噴射式エンジンを単に「エンジン」と称することがある。

燃料噴射システム１は、図１に示すように、４つの燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄ、及び制御装置１５０とで構成される。本実施形態に係る筒内直接噴射式エンジンは、４つの気筒１０８（エンジンシリンダ）を備える。制御装置１５０は、例えば燃料噴射装置１０１を制御する車両用の制御装置である。この制御装置（制御装置１５０）は、１燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）を制御する。以下の説明において、燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄを区別しない場合には、「燃料噴射装置１０１」と称する。

燃料噴射システム１の各気筒１０８には、燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄが、その噴射孔２１９（後述する図２参照）から霧状の燃料が燃焼室１０７に直接噴射されるように設置されている。燃料は、燃料ポンプ１０６によって昇圧されて燃料配管１０５に送出され、燃料配管１０５を通じて燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄに配送される。燃料配管１０５の一端部には、燃料配管１０５内の燃料圧力を測定する圧力センサ１０２が設置されている。燃料圧力は、燃料ポンプ１０６によって吐出された燃料の流量と、燃料噴射装置１０１によって各燃焼室１０７内に噴射された燃料の噴射量とのバランスによって変動する。圧力センサ１０２の測定結果（燃料圧力）に基づいて、所定の圧力を目標値として燃料ポンプ１０６から吐出される燃料の吐出量が制御される。

また、燃料配管１０５と、燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄとの間には、それぞれ圧力センサ１０９が設置される。圧力センサ１０９は、エンジンの各気筒１０８に供えられた燃料噴射装置１０１の燃料圧力を検出し、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」と呼ぶ）１０４に燃料圧力の情報を出力する。

燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄの燃料の噴射は、ＥＣＵ１０４から送出される噴射パルスのパルス幅（以下「噴射パルス幅」と称する。）によって制御されている。すなわち、燃料噴射装置１０１から噴射される燃料の噴射量は、燃料噴射装置１０１に供給される噴射パルス幅に基づいて決定される。この噴射パルス幅の指令が、燃料噴射装置１０１ごとに設けられた駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ＥＣＵ１０４からの指令に基づいて駆動電流（「電流」と略称することがある。）の波形（「駆動電流波形」と呼ぶ）を決定し、噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置１０１Ａ〜１０１Ｄに駆動電流波形を供給する。なお、駆動回路１０３は、ＥＣＵ１０４と一体の部品や基板として実装されている場合もある。駆動回路１０３とＥＣＵ１０４が一体となった装置を制御装置１５０と称する。

次に、燃料噴射装置１０１及びその制御装置１５０の構成と基本的な動作を説明する。
図２は、燃料噴射装置１０１の縦断面図と、その燃料噴射装置１０１を駆動するために接続される駆動回路１０３及びＥＣＵ１０４の構成例を示す図である。なお、図２において、図１と同等の部品には同じ記号を用いる。

ＥＣＵ１０４は、エンジンの状態を示す信号を各種センサ（図示略）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１０１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、ＥＣＵ１０４には、各種センサからの信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器とＩ／Ｏポート（いずれも不図示）が備えられている。ＥＣＵ１０４より出力された噴射パルスは、信号線１１０を通して燃料噴射装置１０１の駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ソレノイド２０５（コイルの一例）に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１０４は、通信ライン１１１を通して、駆動回路１０３と通信を行っており、燃料噴射装置１０１に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１０３によって生成する駆動電流を切替えることや、電流及び時間の設定値を変更することが可能である。

次に、図２の燃料噴射装置１０１の縦断面と、図３の可動子２０２及び弁体２１４の近傍を拡大した断面図とを用いて、燃料噴射装置１０１の構成と動作について説明する。図３は、燃料噴射装置１０１の駆動部構造の例を示した拡大断面図である。特に、可動子２０２、弁体２１４、及び固定子２０７の関係について説明する。

図２及び図３に示した燃料噴射装置１０１は、通常時閉型の電磁弁を備える電磁式燃料噴射装置である。燃料噴射装置１０１は、内部に略棒状の弁体２１４を有し、弁体２１４の先端部と対向する位置には、弁座２１８が形成されたオリフィスカップ２１６が設けられている。弁座２１８には、燃料を噴射する噴射孔２１９が形成されている。弁体２１４の上方には、弁体２１４を閉弁方向（下方向）に付勢するスプリング（以下「第１のばね」と称する。）２１０が設けられている。

ソレノイド（ソレノイド２０５）は、駆動回路１０３から駆動電流が供給されると弁座（弁座２１８）と弁体（弁体２１４）との間に燃料を導入する空間を形成するように可動子（可動子２０２）を吸引する磁気吸引力を固定子（固定子２０７）に生じさせる。固定子（固定子２０７）は、磁気吸引力により可動子（可動子２０２）を吸引する。磁気吸引力が作用した可動子（可動子２０２）は移動し、可動子２０２と連動して弁体（弁体２１４）が移動する。ソレノイド２０５が通電されていないときには、弁体２１４は第１のばね２１０によって閉弁方向に付勢され、弁体（弁体２１４）は弁座（弁座２１８）に接した状態で燃料をシールする構造（閉弁状態）となっている。

可動子２０２の上端面２０２Ａには、下端面２０２Ｂ側に向けて凹部２０２Ｃが形成されている。この凹部２０２Ｃの内側に、中間部材２２０が設けられている。中間部材２２０は、可動子２０２と固定子２０７の中間に位置する部材である。中間部材２２０の下面側には、上方に向けて凹部２２０Ａが形成されている。この凹部２２０Ａは、頭部２１４Ａの外周面に環状に形成された段付き部３２９（鍔部）が収まる直径（内径）と深さを有している。すなわち、凹部２２０Ａの直径（内径）は、段付き部３２９の直径（外径）よりも大きく、凹部２２０Ａの深さ寸法は、段付き部３２９の上端面と下端面との間の寸法よりも大きい。凹部２２０Ａの底部（底面２２０Ｅ）には、頭部２１４Ａの突起部３３１が貫通する貫通孔２２０Ｂが形成されている。

中間部材２２０とキャップ２３２との間には、スプリング（以下「第３のばね」と称する。）２３４が保持されている。中間部材２２０の上端面２２０Ｃは、第３のばね２３４の一端部が当接するばね座を構成する。第３のばね２３４は、可動子２０２を固定子２０７側から閉弁方向に付勢する。

中間部材２２０の上方には、蓋状のキャップ２３２が配置されている。キャップ２３２の上端部には、径方向に張り出した鍔部２３２Ａが形成されており、その鍔部２３２Ａの下端面に、第３のばね２３４の他端部が当接するばね座が構成されている。キャップ２３２の鍔部２３２Ａの下端面には、下方に向かって筒状部２３２Ｂが形成されており、筒状部２３２Ｂ内に、弁体２１４の上部（頭部２１４Ａ）が圧入固定されている。

このように、キャップ２３２と中間部材２２０とがそれぞれ、第３のばね２３４のばね座を構成する。そのため、中間部材２２０の貫通孔２２０Ｂの直径（内径）は、キャップ２３２の鍔部２３２Ａの直径（外径）よりも小さい。また、キャップ２３２の筒状部２３２Ｂの直径（外径）は、第３のばね２３４の内径よりも小さい。

キャップ２３２は、上方から第１のばね２１０の付勢力を受け、下方から第３のばね２３４の付勢力（セット荷重）を受ける。第１のばね２１０の付勢力は、第３のばね２３４の付勢力よりも大きく、結果的にキャップ２３２は、第１のばね２１０の付勢力と第３のばね２３４の付勢力との差分の付勢力によって弁体２１４の上部の突起部３３１に押し付けられている。キャップ２３２には、弁体２１４の突起部３３１から弁体２１４が抜ける方向（図中下方向）の力が加わらない。したがって、キャップ２３２は、突起部３３１に圧入固定するだけで十分であり、溶接する必要はない。

また、第３のばね２３４を配置するために、キャップ２３２の鍔部２３２Ａの下端面と中間部材２２０の上端面２２０Ｃとの間には、ある程度の間隔を設ける必要がある。このため、キャップ２３２の筒状部２３２Ｂの長さを確保することが容易である。

再び、中間部材２２０について説明する。図２に示した燃料噴射装置１０１の状態は、弁体２１４が第１のばね２１０による付勢力を受け、且つ可動子２０２に磁気吸引力が作用していない状態である。この状態では、弁体２１４の先端部２１４Ｂ（シート部）が弁座２１８に当接し、燃料噴射装置１０１が閉弁して安定した状態にある。

この閉弁状態では、中間部材２２０は、第３のばね２３４の付勢力を受けて、中間部材２２０に形成された凹部２２０Ａの底面２２０Ｅが、弁体２１４の段付き部３２９の上端面に当接している。すなわち、凹部２２０Ａの底面２２０Ｅと、弁体２１４の段付き部３２９の上端面との間隙Ｇ３の大きさ（寸法）がゼロである。中間部材２２０に形成された凹部２２０Ａの底面２２０Ｅと弁体２１４の段付き部３２９の上端面とはそれぞれ、中間部材２２０と弁体２１４の段付き部３２９とが当接する当接面を構成する。

可動子２０２の下端面２０２Ｂとノズルホルダ２０１（大径筒状部２４０）の内部に形成された当接面３０３との間には、ゼロスプリング（以下「第２のばね」と称す。）２１２が配置されている。可動子２０２は、第２のばね２１２の付勢力を受けて固定子２０７側に向けて付勢されるため、可動子２０２に形成された凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄが、中間部材２２０の下端面２２０Ｄに当接する。第２のばね２１２の付勢力は第３のばね２３４の付勢力より小さい。そのため、可動子２０２は、第３のばね２３４により下方向へ付勢された中間部材２２０を押し返すことはできず、中間部材２２０と第３のばね２３４とにより上方（開弁方向）への動きが止められる。

中間部材２２０の凹部２２０Ａの深さ寸法は、弁体２１４の段付き部３２９の高さ（上端面と下端面との間の寸法）よりも大きい。このため、図３に示す状態（閉弁状態）では、可動子２０２に形成された凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄと、弁体２１４の段付き部３２９の下端面とは当接しておらず、凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄと段付き部３２９の下端面との間に、大きさ（寸法）がＤ２の間隙Ｇ２が形成されている。この間隙Ｇ２の大きさＤ２は、可動子２０２の上端面２０２Ａ（固定子２０７との対向面）と固定子２０７の下端面２０７Ｂ（可動子２０２との対向面）との間隙Ｇ１の大きさ（寸法）Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。ここで説明したように、中間部材２２０は、可動子２０２と弁体２１４の段付き部３２９の下端面との間に、Ｄ２の大きさの間隙Ｇ２を形成する部材であり、間隙形成部材と呼んでもよい。

第３のばね２３４は、中間部材（間隙形成部材）２２０を閉弁方向（下方向）に付勢しており、図３の閉弁状態において中間部材２２０は、弁体２１４の段付き部３２９の上端面（基準位置）に位置づけられている。その状態で、中間部材２２０の下端面２２０Ｄが可動子２０２と当接することにより、弁体２１４の係合部である段付き部３２９の下端面と、可動子２０２の係合部である凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄとの間に、大きさＤ２の間隙Ｇ２を形成する。中間部材２２０は、その凹部２２０Ａの底面２２０Ｅが弁体２１４の段付き部３２９の上端面（基準位置）と当接することにより、段付き部３２９の上端面（基準位置）に位置づけられる。

ここで、以上説明した３つのばねの付勢力について改めて説明しておく。第１のばね２１０と第２のばね２１２と第３のばね２３４のうち、第１のばね２１０のスプリング力（付勢力）が最も大きい。次に第３のばね２３４のスプリング力（付勢力）が大きく、第２のばね２１２のスプリング力（付勢力）が最も小さい。

本実施形態では、弁体２１４の段付き部３２９の直径よりも可動子２０２に形成された貫通孔の直径の方が小さい。そのため、弁体２１４が閉弁状態から開弁状態に移行する開弁動作時、或いは開弁状態から閉弁状態に移行する閉弁動作時においては、弁体２１４の段付き部３２９の下端面が可動子２０２に形成された凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄと係合し、可動子２０２と弁体２１４とが協働して動く。しかし、弁体２１４を上方へ動かす力、或いは可動子２０２を下方へ動かす力が独立して作用した場合、弁体２１４と可動子２０２とは別々の方向に動くことができる。可動子２０２及び弁体２１４の動作については、後で詳細に説明する。

本実施形態では、可動子２０２は、その外周面がノズルホルダ２０１（ハウジング部材）の内周面と接することによって、上下方向（開弁方向及び閉弁方向）の動きを案内されている。さらに、弁体２１４は、その外周面が可動子２０２の貫通孔の内周面に接することによって、上下方向（開弁方向及び閉弁方向）の動きを案内されている。つまり、ノズルホルダ２０１の内周面は、可動子２０２が軸方向に移動するときのガイドとして機能する。また、可動子２０２の貫通孔の内周面は、弁体２１４が軸方向に移動するときのガイドとして機能する。弁体２１４の先端部２１４Ｂは、円環状のガイド部材２１５のガイド孔によってガイドされている。このように弁体２１４は、ノズルホルダ２０１の内周面と可動子２０２の貫通孔、並びにガイド部材２１５によって、軸方向に真っ直ぐに往復動するようガイドされている。

なお、本実施形態では、可動子２０２の上端面２０２Ａと、固定子２０７の下端面２０７Ｂとが当接するものとして説明しているが、この例に限られない。可動子２０２の上端面２０２Ａ又は固定子２０７の下端面２０７Ｂのいずれか一方、或いは両方に突起部が設けられ、突起部と端面とが、或いは突起部同士が当接するように構成される場合もある。この場合、上述した間隙Ｇ１は、可動子２０２側の当接部と、固定子２０７側の当接部との間の間隙になる。

再び図２に戻って説明する。ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の内周部には固定子２０７が圧入され、圧入接触位置で両部材が溶接接合されている。固定子２０７は、可動子２０２に対して磁気吸引力を作用させて、可動子２０２を開弁方向に吸引し、引きつける部品である。固定子２０７の溶接接合によりノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の内部と外気との間に形成される間隙が密閉される。固定子２０７は、その中心に中間部材２２０の直径よりわずかに大きい直径の貫通孔（中心孔）が燃料通路として設けられている。固定子２０７の貫通孔の下端部内周には、弁体２１４の頭部２１４Ａ及びキャップ２３２が非接触状態で挿通されている。

弁体２１４の頭部２１４Ａ付近に設けられた、キャップ２３２の上端面に形成されたスプリング受け面には、初期荷重設定用の第１のばね２１０の下端が当接している。第１のばね２１０の上端が固定子２０７の貫通孔の内部に圧入される調整ピン２２４（図２を参照）で受け止められることで、第１のばね２１０がキャップ２３２と調整ピン２２４の間に保持されている。調整ピン２２４の固定位置を調整することで、第１のばね２１０が弁体２１４を弁座２１８に押し付ける初期荷重を調整することができる。

第１のばね２１０の初期荷重が調整された状態で、固定子２０７の下端面２０７Ｂが可動子２０２の上端面２０２Ａに対して約４０〜１００μｍ程度の磁気吸引ギャップ（間隙Ｇ１）を隔てて対面するように構成されている。なお、図２では寸法の比率を無視して拡大して表示している。

また、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周には、カップ状のハウジング２０３が固定されている。ハウジング２０３の底部の中央には貫通孔２１３が設けられており、その貫通孔２１３にはノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０が挿通されている。ハウジング２０３の外周壁の部分は、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。ハウジング２０３と大径筒状部２４０の間に形成される環状空間内には、環状若しくは筒状のソレノイド２０５が配置されている。

ソレノイド２０５は、半径方向外側に向かって開口する、断面がＵ字状の溝を持つ環状のボビン２０４と、この溝の中に巻きつけられた銅線２０６とにより形成される。ソレノイド２０５の巻始め端部及び巻終わり端部には剛性のある導体２０９が固定されている。この導体２０９と固定子２０７、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周は、ハウジング２０３の上端開口部の内周側から絶縁樹脂を注入してモールド成形され、樹脂成形体で覆われる。ソレノイド２０５を囲むようにして、固定子２０７、可動子２０２、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０及びハウジング（外周ヨーク部）２０３の部分に、環状の磁気通路が形成される。

燃料噴射装置１０１に供給される燃料は、燃料噴射装置１０１の上流に設けられた燃料配管１０５から供給され、第１の燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端まで流れる。弁体２１４の弁座２１８側の端部に形成された先端部２１４Ｂ（シート部）と弁座２１８とで、燃料をシールしている。閉弁状態では、燃料圧力によって弁体２１４の上部と下部で差圧が生じ、燃料圧力と弁座位置におけるシート部内径（先端部２１４Ｂの内径）の受圧面に応じた力とによって、弁体２１４が閉弁方向に押されている。また、閉弁状態においては、弁体２１４と可動子２０２の互いの当接面（段付き部３２９の下端面と凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄ）の間には、中間部材２２０を介して間隙Ｇ２を有している。このように、弁体２１４が弁座２１８に着座している状態において、可動子２０２が弁体２１４と軸方向に間隙Ｇ２を介して配置されることになる。

上記のように構成された燃料噴射装置１０１の動作について説明する。ソレノイド２０５に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、固定子２０７と可動子２０２との間に磁束が通過し、可動子２０２に対して磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が、第３のばね２３４による荷重を超えるタイミングで、可動子２０２が、固定子２０７の方向に変位を開始する。このとき、弁体２１４と弁座２１８が接触しているため、可動子２０２の運動は、燃料の流れが無い状態で行われる。この可動子２０２の運動は、燃料圧力による差圧力を受けている弁体２１４とは分離して行われる空走運動であるため、可動子２０２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。

また、気筒１０８内の燃焼圧が増加した場合であっても燃料の噴射を抑制するため、第１のばね２１０による荷重を強く設定する必要がある。すなわち閉弁状態において、第１のばね２１０による荷重が弁体２１４に作用しないように構成することで、弁体２１４は高速に移動することが可能となる。

そして、可動子２０２の変位量が間隙Ｇ２の大きさに達すると、可動子２０２が凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄ、及び中間部材２２０の下端面２２０Ｄを通じて弁体２１４に力を伝達し、弁体２１４を開弁方向に引き上げる。このとき、可動子２０２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２１４と衝突する。これにより、弁体２１４は、可動子２０２の運動エネルギーを受け取り、高速に開弁方向に変位を開始する。

弁体２１４には、燃料の圧力に伴って生じる差圧力が作用している。弁体２１４に作用する差圧力は、弁体２１４の先端部２１４Ｂ（シート部）近傍の流路断面積が小さい範囲において、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２１４の先端部２１４Ｂ付近の燃料の圧力が低下することで生じる。

弁体２１４に作用する差圧力は、先端部２１４Ｂ（シート部）近傍の流路断面積の影響を大きく受ける。そのため、弁体２１４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。したがって、弁体２１４が閉弁状態から開弁開始されて変位が小さく、差圧力が大きくなる開弁動作がし難くなるタイミングで、弁体２１４の開弁が可動子２０２の空走運動によって衝撃的に行われる。それにより、燃料噴射装置１０１は、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。また、開弁動作することが必要な燃料圧力範囲に対して、第１のばね２１０の付勢力をより強い力に設定することができる。第１のばね２１０をより強い力に設定することで、後述する閉弁動作に要する時間を短縮することができ、微小噴射量の制御に有効である。

弁体２１４が開弁動作を開始した後、可動子２０２は固定子２０７に衝突する。可動子２０２が固定子２０７に衝突した時には、可動子２０２は跳ね返る動作をするが、可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２が固定子２０７に吸引され、やがて停止する。このとき、可動子２０２には第２のばね２１２によって固定子２０７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２０２と固定子２０７の間にギャップが生じる時間が短くなり、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２０２及び弁体２１４は、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体２１４と弁座２１８との間には間隙（空間の一例）が生じており、燃料が噴射孔２１９から燃焼室１０７に噴射される。燃料は、固定子２０７に設けられた中心孔（貫通孔）と、可動子２０２に設けられた燃料通路孔と、ガイド部材２１５に設けられた燃料通路孔とを通過して、下流方向（噴射孔２１９）へ流れてゆくようになっている。

その後、ソレノイド２０５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、可動子２０２に対する磁気吸引力も消滅する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が消滅することによって、弁体２１４は、第１のばね２１０による荷重と燃料圧力による力によって、弁座２１８に接触する閉位置に押し戻される。

［制御装置の駆動回路］
次に、図５を用いて、燃料噴射装置１０１の制御装置１５０の構成について説明する。図５は、燃料噴射装置１０１の駆動回路１０３及びＥＣＵ１０４の詳細な構成例を示す図である。

制御装置１５０は、駆動回路１０３及びＥＣＵ１０４を備える。例えばＥＣＵ１０４には、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０２と、演算処理装置としてＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１が内蔵されている。ＣＰＵ５０１は、圧力センサ１０２，１０９に加え、図示しないＡ／Ｆセンサ、酸素センサ、及びクランク角センサ等の各種センサが出力するエンジンの状態を示す信号を取り込む。

ＣＰＵ５０１には、燃料噴射装置１０１内の動作を検出し、又は燃料の噴射量を算出する検出部５４１が設けられる。また、駆動ＩＣ５０２には、ソレノイド２０５に供給する駆動電流を制御する電流制御部５４２が設けられる。駆動電流の制御は、例えば、ソレノイド２０５に供給する噴射パルス、駆動電圧、及び駆動電流を組み合わせて行われる。なお、ＣＰＵ５０１と駆動ＩＣ５０２を含めて、制御部５００と呼ぶ。また、ＥＣＵ１０４が駆動回路１０３を内包してもよい。また、ＣＰＵ５０１に、検出部５４１及び電流制御部５４２が構成され、駆動ＩＣ５０２は、電流制御部５４２の制御により駆動回路１０３を駆動して、燃料噴射装置１０１に駆動電流を供給してもよい。

図１に示したように、圧力センサ１０２は、燃料噴射装置１０１の上流の燃料配管１０５に取り付けられており、圧力センサ１０９は、燃料配管１０５と燃料噴射装置１０１との間に取り付けられている。Ａ／Ｆセンサは、気筒１０８（エンジンシリンダ）への流入空気量を測定する。酸素センサは、気筒１０８から排出された排気ガスの酸素濃度を検出する。ＣＰＵ５０１は、各種センサから取り込んだ信号に基づいて、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置１０１から噴射する燃料の噴射量を制御するための噴射パルスのパルス幅（図４に示す噴射パルス幅Ｔｉ）や噴射タイミングの演算を行う。

また、ＣＰＵ５０１は、通信ライン５０４を通して燃料噴射装置１０１の駆動ＩＣ５０２に噴射パルス幅Ｔｉを出力する。その後、駆動ＩＣ５０２は、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１０１（すなわちソレノイド２０５）へ駆動電流を供給する。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１０１への通電／非通電を切り替えることができる。

ＥＣＵ１０４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するレジスタ及びメモリ５０１Ｍ（記憶媒体の一例）が搭載されている。レジスタ及びメモリ５０１Ｍは、制御装置１５０もしくは制御装置１５０内のＣＰＵ５０１に内包されている。図５の例では、ＣＰＵ５０１の外部にメモリ５０１Ｍが配置されている。メモリ５０１Ｍには、ＣＰＵ５０１が燃料噴射装置１０１の駆動を制御するためのコンピュータープログラムが格納されていてもよい。この場合、ＣＰＵ５０１が、メモリ５０１Ｍに記録されたコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、燃料噴射装置１０１の駆動を制御する機能の全部又は一部が実現される。なお、ＣＰＵ５０１に代えてＭＰＵ（Micro Processing Unit）等の他の演算処理装置を用いてもよい。

そして、制御装置（制御装置１５０）は、制御部（制御部５００）を備える。制御部（制御部５００）は、１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出し、１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、最後の噴射よりも前に行われた噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給した噴射パルスの噴射パルス幅Ｔｉ（図４を参照）より、最後の噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する噴射パルスの噴射パルス幅Ｔｉを小さくするように制御する。

スイッチング素子５０５は、昇圧電圧ＶＨを供給する昇圧回路５１４（高電圧源）と、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５の高電圧側の端子（電源側端子５９０）との間に接続されている。昇圧回路５１４が出力する昇圧電圧ＶＨは、バッテリ電圧源５２０（低電圧源）が駆動回路１０３に供給するバッテリ電圧ＶＢよりも高い。例えば、昇圧回路５１４が出力する初期電圧である昇圧電圧ＶＨは６０Ｖであり、バッテリ電圧ＶＢ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を実現する方法には、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成する方法と、図５に示すようにソレノイド５３０、トランジスタ５３１、ダイオード５３２及びコンデンサ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による電流はソレノイド５３０を介して接地電位５３４側へ流れる。一方、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、ソレノイド５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して整流され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。昇圧回路５１４は、トランジスタ５３１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで、コンデンサ５３３の電圧を昇圧電圧ＶＨまで増加させることができる。トランジスタ５３１は、駆動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ＶＨが、駆動ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出できるように構成されている。

また、ソレノイド２０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０５との間には、昇圧回路５１４（高電圧源）から、ソレノイド２０５及び接地電位５１５の方向へ電流が流れるようにダイオード５３５が設けられている。また、ソレノイド２０５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５２０（低電圧源）から、ソレノイド２０５及び接地電位５１５の方向へ電流が流れるようにダイオード５１１が設けられている。スイッチング素子５０７が通電している間は、接地電位５１５から、ソレノイド２０５、バッテリ電圧源５２０及び昇圧回路５１４へ向けては電流が流れない構成となっている。

また、スイッチング素子５０７は、低電圧源であるバッテリ電圧源５２０と燃料噴射装置１０１の電源側端子５９０との間に接続されている。バッテリ電圧源５２０が出力するバッテリ電圧ＶＢの値は、例えば１２Ｖから１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置１０１の低電圧側の端子と接地電位５１５と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の各々により、燃料噴射装置１０１（駆動回路１０３の各部）に流れている電流値を検出する。駆動回路１０３は、駆動ＩＣ５０２が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５０９，５１０は、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５に逆電圧を印加し、ソレノイド２０５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、通信ライン５０３を通して、駆動ＩＣ５０２と通信を行っており、燃料噴射装置１０１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、駆動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駆動ＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

［一般的なタイミングチャート］
次に、図４を参照して、ＥＣＵ１０４から出力される噴射パルスと、燃料噴射装置１０１のソレノイド２０５の端子両端の駆動電圧と駆動電流（励磁電流）、燃料噴射装置１０１の弁体２１４の変位量（弁体挙動）との関係について説明する。図４は、燃料噴射装置１０１を駆動する一般的な噴射パルス、燃料噴射装置１０１に供給する駆動電圧及び駆動電流、弁体２１４及び可動子２０２の変位量、並びに時間の関係を示したタイミングチャートである。

駆動回路１０３に噴射パルス４０５が入力されると、駆動回路１０３は、入力された噴射パルス幅Ｔｉに応じてスイッチング素子５０５，５０６を通電する。これにより、駆動回路１０３は、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に昇圧された昇圧電圧ＶＨによりソレノイド２０５に高電圧４０１を印加し、ソレノイド２０５に駆動電流の供給を開始する。ここで、駆動回路１０３がソレノイド２０５に供給する駆動電流は、可動子（可動子２０２）を駆動させるピーク電流と、可動子（可動子２０２）をソレノイド（ソレノイド２０５）に吸引した状態で保持するためにピーク電流の最大値より低い範囲でスイッチングする保持電流とからなる。

駆動回路１０３は、ソレノイド２０５に供給する電流の電流値が予めＥＣＵ１０４に定められた最大駆動電流Ｉ_ｐｅａｋ（以降「最大電流」と称する。）に到達すると、高電圧４０１の印加を停止する。

駆動回路１０３は、最大電流Ｉ_ｐｅａｋから保持電流４０３への移行期間にスイッチング素子５０６をＯＮにし、スイッチング素子５０５，５０７を非通電にすると、ソレノイド２０５にはほぼ電圧０Ｖが印加される。ソレノイド２０５に供給される電流が燃料噴射装置１０１、スイッチング素子５０６、抵抗５０８、接地電位５１５、及び燃料噴射装置１０１の経路を流れることで、ソレノイド２０５に流れる電流は緩やかに減少する。ソレノイド２０５に流れる電流が緩やかに減少することで、ソレノイド２０５へ供給する電流を確保することができる。そのため、燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が増加した場合であっても、燃料噴射装置１０１は、可動子２０２及び弁体２１４が最大高さ位置になるまで安定的に開弁動作できる。

保持電流４０３は、可動子２０２を最大高さ位置に保持するための保持電流である。最大高さ位置は、可動子２０２が固定子２０７と接触する位置（Ｇ１＝０）である。

逆に、最大電流Ｉ_ｐｅａｋから保持電流４０３への移行期間にスイッチング素子５０５，５０６，５０７をＯＦＦにすると、燃料噴射装置１０１のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０が通電する。ダイオード５０９とダイオード５１０が通電すると、ソレノイド２０５の電流が昇圧回路５１４側へ帰還され、燃料噴射装置１０１に供給されていた電流は、電流４０２のように最大電流Ｉ_ｐｅａｋから急速に低下する。その結果、ソレノイド２０５に流れる電流が保持電流４０３のレベルに到達するまでの時間が早くなる。したがって、スイッチング素子５０５，５０６，５０７をＯＦＦにすると、ソレノイド２０５に流れる電流が保持電流４０３に到達してから一定の遅れ時間の後、磁気吸引力が一定となるまでの時間を早める効果がある。

そして、ソレノイド２０５に流れる電流が、弁体２１４を最大高さ位置に保持するために必要な電流値４０４（保持電流４０３とほぼ同じレベル）より小さくなると、駆動回路１０３は、スイッチング素子５０６を通電するとともに、スイッチング素子５０７の通電／非通電の切り替えを行う。それにより、ソレノイド２０５にバッテリ電圧ＶＢが印加され保持電流４０３のレベルが保たれる。このような所定の保持電流４０３が保たれるように制御するスイッチング期間が設けられる。

なお、図４では、最大電流Ｉ_ｐｅａｋから保持電流４０３に移行するまでの移行期間に、タイミングｔ_４６で駆動電流が保持電流４０３より大きい保持電流４１０のレベルに低下した後、保持電流４１０が保たれるように制御装置１５０が制御するスイッチング期間があることが示される。しかし、この保持電流４１０を維持するスイッチング期間はなくてもよい。

燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する流体力が増加し、流体抵抗により弁体２１４が目標開度に到達するまでの時間が長くなる。この結果、設定された最大電流Ｉ_ｐｅａｋの到達時間に対して目標開度への到達タイミングが遅れる場合がある。しかし、ソレノイド２０５の電流を急速に低減すると、可動子２０２に働く磁気吸引力も急速に低下するため、弁体２１４の挙動が不安定となり、場合によっては通電中にも関わらず閉弁を開始してしまうことがある。最大電流Ｉ_ｐｅａｋから保持電流４０３の移行中にスイッチング素子５０６を通電状態にして電流を緩やかに減少させる場合、磁気吸引力の低下を抑制でき、高燃料圧力での弁体２１４の安定性を確保できる効果がある。

このようなソレノイド２０５に供給する駆動電流のプロファイルにより、燃料噴射装置１０１は駆動される。高電圧４０１の印加を開始してからソレノイド２０５の電流が最大電流Ｉ_ｐｅａｋに達するまでの間に、可動子２０２がタイミングｔ_４１で変位を開始し、弁体２１４がタイミングｔ_４２で変位を開始する（Ｇ２＝０）。その後、可動子２０２及び弁体２１４が最大高さ位置に到達する。可動子２０２が固定子２０７と接触する変位量を最大高さ位置とする。このように可動子２０２及び弁体２１４が最大高さ位置に到達する制御を「フルリフト」と呼ぶ。なお、可動子２０２が弁体２１４に接触し、弁体２１４が変位を開始したタイミングｔ_４２で噴射パルス４０６が、一点鎖線で示すようにＯＦＦされると、可動子２０２の勢いが落ちる。この場合、可動子２０２及び弁体２１４が減速するので、可動子２０２及び弁体２１４は最大高さ位置に到達しない。このように可動子２０２及び弁体２１４が最大高さ位置に到達しない制御を「ハーフリフト」と呼ぶ。

そして、制御部（制御部５００）は、最後の噴射でソレノイド（ソレノイド２０５）に供給するピーク電流を、最後の噴射よりも前に行われた噴射でソレノイド（ソレノイド２０５）に供給するピーク電流よりも多くして、最後の噴射で弁体（弁体２１４）をフルリフトで動作させる。

可動子２０２が最大高さ位置に到達したタイミングｔ_４３で、可動子２０２が固定子２０７に衝突すると、可動子２０２が固定子２０７との間でバウンド動作を行う。弁体２１４は可動子２０２に対して相対変位が可能に構成されている。そのため、弁体２１４は可動子２０２から離間し、弁体２１４の変位は、最大高さ位置を越えてオーバーシュートする。すなわち、弁体２１４の段付き部３２９の下端面が、可動子２０２に形成された凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄから離れる。

その後、タイミングｔ_４４で、再び可動子２０２が弁体２１４と共に固定子２０７に吸引される。そして、保持電流４０３によって生成される磁気吸引力と第２のばね２１２の開弁方向の力によって、可動子２０２は所定の最大高さ位置に静止する。また、弁体２１４は可動子２０２に着座して最大高さ位置に対応する位置で静止し、開弁状態となる（タイミングｔ_４５）。

なお、弁体２１４と可動子２０２が一体となっている可動弁を持つ燃料噴射装置の場合、弁体２１４の変位量は最大高さ位置よりも大きくならず、最大高さ位置に到達後の可動子２０２と弁体２１４の変位量は同等となる。

［第１の実施の形態］
ここまで、本発明の各実施の形態に共通する構成及び動作例について説明した。ここからは、第１の実施の形態に係る制御装置及び制御方法について、図６〜図９を参照して説明する。

図６は、ＥＣＵ１０４から気筒１０８ごとの燃料噴射装置１０１に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、及び噴射率を示した図である。ここで、噴射率は、燃料噴射装置１０１から燃焼室１０７内に噴射される燃料の単位時間あたりの流量を表す値である。図６では、３気筒の構成を記載するが、本発明を用いることで、気筒数が変わっても同様の効果が得られる。また、噴射率と時間とに基づいて燃料の噴射量を算出できるので、以下の説明では噴射率のグラフを参照して噴射量に言及することがある。

図６では、３気筒のうち、第１気筒に設けられた燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を一点鎖線で表し、第２気筒に設けられた燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を実線で表す。また、第３気筒に設けられた燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を破線で表す。

第１の実施の形態に係る制御装置１５０は、１燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置１０１の噴射量を制御する。ここで、制御装置１５０は、１燃焼サイクル中で、最後の噴射よりも前に行われた噴射において、各気筒の燃料噴射装置１０１ごとに同一の噴射パルス幅とした駆動電流を供給し、燃料噴射装置１０１が噴射６０１を行ったと想定する。この場合、第１気筒の噴射率６０３、第２気筒の噴射率６０４、第３気筒の噴射率６０５に示すように、気筒１０８ごとに噴射率が変動している。このため、単位時間当たりの噴射率を時間積分した噴射量についても気筒１０８ごとにばらつく。この結果、１燃焼サイクル中の噴射量のばらつきが大きくなり、燃焼変動が大きくなってしまう。

そこで、制御装置１５０は、１燃焼サイクル中の燃料噴射による各噴射の噴射量を算出し、１燃焼サイクルの最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど最後の噴射のパルス幅を小さくするように制御する制御部５００を備える構成とした。このとき、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が適正な噴射量より多いほど、最後の噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する噴射パルス幅Ｔｉを小さくする。また、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が適正な噴射量より少ないほど、最後の噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する噴射パルス幅Ｔｉを大きくする。

具体的には、ＥＣＵ１０４が、噴射６０１で示す噴射パルス幅の噴射パルスを各気筒１０８の燃料噴射装置１０１に供給した後、検出部５４１が各気筒１０８の燃料噴射装置１０１ごとに噴射量を算出する。そして、電流制御部５４２は、１燃焼サイクル中の最後の噴射において、噴射量が少ない第１気筒の燃料噴射装置１０１に対しては、噴射パルスを噴射パルス幅６０８のように大きくし、噴射量が多い第３気筒の燃料噴射装置１０１に対しては、噴射パルス幅６０６のように小さく補正する。ただし、電流制御部５４２は、噴射量が適正である第２気筒の燃料噴射装置１０１に対しては、噴射量を補正しない。このように電流制御部５４２は、１燃焼サイクル中の最後の噴射において、気筒１０８ごとに燃料噴射装置１０１の噴射量を補正することで、１燃焼サイクル中の燃焼変動を抑制することができる。

このような制御により、各気筒１０８における１燃焼サイクル中の最後の噴射６０２では、噴射量のショットばらつきが生じる。そこで、電流制御部５４２は、１燃焼サイクル中の最後の噴射６０２の噴射パルス幅を、最後の噴射６０２よりも前に行われた噴射６０１の噴射パルス幅よりも小さくする。このような制御により、最後の噴射６０２で噴射量のショットばらつきが生じたとしても、電流制御部５４２は、１燃焼サイクル中の噴射量に与える影響を低減するので、燃焼変動を抑制できる。

第１の実施の形態に係る制御装置１５０では、１燃焼サイクル中の噴射量のショットばらつきを抑制できるため、エンジンの回転数や負荷が変化する過渡の条件であっても各気筒１０８の燃焼変動のばらつきを抑制する効果を得られる。また、噴射量のショットばらつきを抑制することで、噴射量が多い気筒１０８で生じる燃料の壁面付着量の増加を抑制できるため、エンジンから排出されるＨＣやＣＯを低減できる。

＜第１の噴射量の検出方法＞
次に、第１の実施の形態に係る制御方法及び制御装置１５０における噴射量の検出方法について説明する。始めに、第１の噴射量の検出方法について、図７を用いて説明する。
図７は、ある気筒１０８の噴射パルス幅、弁体２１４の変位量、燃料噴射装置１０１に取り付けた圧力センサ１０９から出力される燃料の圧力の時系列を示した図である。

ここで、周知のオリフィスの数式Ｑ＝ｃＡ√（２／ρ・ΔＰ）より、燃料の噴射量Ｑは、圧力降下ΔＰの平方根に比例することが示される。式中のｃは流量係数、Ａはオリフィスの面積、ρは燃料の密度、ΔＰは差圧である。このため、検出部５４１は、圧力センサ１０９が検出した燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）の燃料圧力の変化ΔＰを検出することで、噴射量を推定（算出）することができる。

図７には、弁体が開弁開始するタイミングｔ_７１から弁体２１４が閉弁するタイミングｔ_７４までの様子が示される。噴射７０１に伴う、弁体変位量と、燃料噴射装置１０１内の燃料の圧力変化について説明する。

噴射７０１にて、噴射パルスがＯＦＦからＯＮされて所定時間が経過後には、弁体２１４が移動開始し、弁体変位量が増加する。そして、図２に示した噴射孔２１９から燃料が噴射されるので、燃料噴射装置１０１内の燃料の圧力が低下する。弁体変位量が最大開度に達すると、低下した燃料の圧力はほぼ一定となる。所定の噴射量で燃料が噴射された後、弁体２１４が閉弁開始するため、弁体変位量が減少する。弁体変位量の減少に合わせて、燃料噴射装置１０１内の燃料の圧力が上昇する。弁体変位量がゼロになると、燃料噴射装置１０１内の燃料の圧力はほぼ元に戻る。ただし、後述するように燃料噴射装置１０１が噴射した燃料の分だけ圧力低下７０３が生じる。

ここで、検出部５４１は、弁体が開弁開始するタイミングｔ_７１から弁体２１４が閉弁するタイミングｔ_７４までの圧力７０２を連続的に検出し、オリフィスの数式により計算した弁体２１４の各変位量での噴射量を積分することで、噴射量を正確に算出できる。

また、検出部５４１は、圧力センサ１０９が検出した圧力を用いて噴射量を検出することで、弁体２１４の開弁開始のタイミングや閉弁完了のタイミングのばらつきに加えて、弁体２１４が偏心した場合に生じる噴射量のばらつきも検出することができる。このため、電流制御部５４２は、噴射量の補正精度を高めることができる。

なお、制御装置１５０は、弁体２１４が開弁開始してから弁体２１４が閉弁完了するまでの間に燃料ポンプ１０６からの燃料供給をしない制御を行うことで、燃料噴射装置１０１が噴射した燃料の分だけ圧力低下７０３が生じる。ただし、圧力低下７０３と各気筒１０８の燃料噴射装置１０１の噴射量には相関がある。例えば、圧力低下７０３が大きくなるほど、燃料噴射装置１０１の噴射量が少なくなる。そこで、検出部５４１が圧力低下７０３を検出すると、電流制御部５４２は、圧力低下７０３が大きくなるほど最後の噴射６０２の噴射パルス幅を小さく制御する。このように電流制御部５４２が最後の噴射６０２の噴射パルス幅を制御することで、１燃焼サイクル中の噴射量のばらつきを抑制できる。

＜第２の噴射量の検出方法＞
次に、第２の噴射量の検出方法について、図８を用いて説明する。
図８は、噴射パルス幅Ｔｉ、端子間電圧Ｖ_ｉｎｊ、駆動電流、電圧_ＶＬ１の２階微分値、電流すなわち電圧_ＶＬ２の２階微分値、及び弁体２１４の変位量と、時間との関係を示した図である。

検出部（検出部５４１）は、固定子（固定子２０７）に可動子（可動子２０２）が衝突して生じる電気的な変化により、燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）の弁体（弁体２１４）の開弁開始タイミングと、閉弁完了タイミングから求められる燃料の噴射期間を推定し、噴射期間に基づいて噴射量を算出する。例えば、電流制御部５４２は、弁体２１４が最大高さ位置に到達する前に、固定子２０７にバッテリ電圧ＶＢを印加する。ここで、噴射パルスがＯＮされてから弁体２１４が変位開始して移動中の期間を期間Ｔ_ｍ８０１とし、弁体変位量が最大高さ位置になった瞬間を含む期間を期間Ｔ_ｍ８０２とする。検出部５４１は、可動子２０２が固定子２０７に衝突することで生じる電気的な変化、具体的にはインダクタンスの変化を、期間Ｔ_ｍ８０２における電流の変曲点で検出できる。このため、検出部５４１は、電流の２階微分値が最大となるタイミングを期間Ｔ_ｍ８０２で検出することで、弁体２１４が開弁完了する開弁完了タイミングｔ_８１を検出できる。

また、電流制御部５４２が噴射パルスをＯＦＦにして弁体２１４が先端部２１４Ｂ（シート部）に接触すると、可動子２０２は弁体２１４から離間し、閉弁方向に放物運動する。このとき、可動子２０２には弁体２１４を通して作用していた第１のばね２１０の荷重と流体力が作用しなくなるため、可動子２０２の加速度が変化し、端子間電圧に変曲点８０１が生じる。ここで、噴射パルスがＯＦＦされてから弁体変位量が０になる直前までの期間を期間Ｔ_ｍ８０３とし、弁体変位量が０になった瞬間を含む期間を期間Ｔ_ｍ８０４とする。検出部５４１は、端子間の電圧_ＶＬ１の２階微分値の最小値を期間Ｔ_ｍ８０４で検出することで、弁体２１４の閉弁完了タイミングｔ_８２を検出できる。

また、弁体２１４が開弁開始してから閉弁完了するまでを燃料の噴射期間とすると、噴射期間と噴射量には正の相関がある。そして、噴射期間が長くなるほど、燃料の噴射量が増加する。

ここで、開弁開始タイミングｔ_８０の検出方法について説明する。開弁完了タイミングｔ_８１と開弁開始タイミングｔ_８０は相関が高い。このため、検出部５４１は、検出した開弁完了タイミングｔ_８１に予めＥＣＵ１０４で設定した補正定数を乗じることで、開弁開始タイミングｔ_８０を検出できる。そして、電流制御部（電流制御部５４２）は、噴射パルス幅Ｔｉを変更した噴射パルスを燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１５０で行われる制御方法によれば、電流制御部５４２が、開弁開始タイミングから閉弁完了タイミングまでの噴射期間が長い燃料噴射装置１０１ほど、最後の噴射６０２の噴射パルス幅を小さく補正し、噴射期間が短い燃料噴射装置１０１ほど最後の噴射６０２の噴射パルス幅を大きく補正する。このように電流制御部５４２が噴射パルス幅を補正することで、１燃焼サイクル中の噴射量のばらつきを抑制し、当量比のばらつきを低減するため、燃焼変動を抑制できる。

＜最後の噴射をフルリフト噴射とする制御方法＞
次に、１燃焼サイクルにおける最後の噴射６０２をフルリフト噴射とする制御方法について、図８と図９を用いて説明する。
図９は、ある気筒１０８の燃料噴射装置１０１の噴射パルス幅Ｔｉと、噴射量、及び噴射量のショットばらつきとの関係を示した図である。

ＥＣＵ１０４は、図６に示した最後の噴射６０２の噴射パルス幅を、最後よりも前に行われた噴射の噴射パルス幅よりも短く設定する。さらに、最後の噴射６０２では、図８に示すように、弁体２１４が固定子２０７に接触する、すなわち弁体２１４が最大高さ位置に到達する駆動（「フルリフト」と呼ぶ）を行うとよい。

図９に示すように、電流制御部５４２が燃料噴射装置１０１に供給する噴射パルス幅が、ある一定の噴射パルス幅９１を超えると弁体２１４が変位を開始し、燃料噴射装置１０１から燃料の噴射が開始される。さらに電流制御部５４２が噴射パルス幅を大きくすると、噴射パルス幅９３以降で可動子２０２が固定子２０７と接触し、以降は噴射パルス幅の長さに応じて噴射量が増加する。

ただし、可動子２０２が固定子２０７に衝突すると、可動子２０２がバウンドする。このため、噴射パルス幅９２〜９３の区間９０２では、噴射量のショットばらつきが大きくなる。このため、電流制御部５４２が噴射パルスを停止してから弁体２１４が閉弁するまでの時間が噴射パルスごとに変化すると、噴射量のショットばらつきが大きくなる区間９０２が生じてしまう。なお、可動子２０２と固定子２０７のバウンドが収束する噴射パルス幅９３以降の区間９０３では、噴射量のショットばらつきが小さくなる。

噴射パルス幅９２〜９３の区間９０２で噴射量のショットばらつきが大きくなるのは以下のように説明できる。例えば、噴射パルス幅９２以降の区間９０２，９０３では、弁体２１４が最大高さ位置に到達するフルリフトで駆動される。一方、噴射パルス幅９１〜９２の区間９０１は、弁体２１４が最大高さ位置に到達しないハーフリフトで駆動される。

ハーフリフトで制御される弁体２１４の変位量は、幾何学的に規制されない。しかし、弁体２１４が燃料の流体力などの外力の影響を受けると、弁体２１４の変位量ないし、弁体２１４の偏心量が大きくなるので、噴射量のショットばらつきが大きくなる。また、フルリフトであっても、上述したように噴射パルス幅９２〜９３の区間９０２では、可動子２０２と固定子２０７のバウンドが生じているので、噴射量のショットばらつきが大きくなる。

したがって、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１５０が行う制御手法では、噴射パルス幅を補正する１燃焼サイクル中の最後の噴射６０２を、噴射パルス幅９２以降のフルリフトの条件で噴射するように制御する。このような制御により、制御装置１５０は、噴射量のショットばらつきを抑制し、１燃焼サイクル中の噴射量のばらつきを低減できる。

また、区間９０３よりも区間９０２の方が噴射量のショットばらつきが大きくなる。そこで、電流制御部５４２は、噴射パルス幅９３より大きい噴射パルスを燃料噴射装置１０１に供給することで、燃料噴射装置１０１の最後の噴射６０２を制御してもよい。電流制御部５４２が噴射パルス幅９３よりも大きい噴射パルス幅を用いることで、噴射量のショットばらつきをより抑制し、燃焼変動の抑制効果を高めることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る燃料噴射装置の制御方法の例について、図５、図１０、図１１及び図１２を用いて、説明する。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る噴射パルス、燃料噴射装置１０１に供給される駆動電流、燃料噴射装置１０１のスイッチング素子５０５、５０６、５０７、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖ_ｉｎｊ、弁体２１４及び可動子２０２の変位量と、時間との関係を示した図である。

図１０では、電流制御部５４２が３種類の駆動電流１００１，１００２，１００３を用いて燃料噴射装置１０１を駆動する様子について説明する。そして、駆動電流１００１を用いた場合の駆動電流、スイッチング素子の挙動、端子間電圧、弁体変位量を太い実線で表し、駆動電流１００２を用いた場合の駆動電流、スイッチング素子の挙動、端子間電圧、弁体変位量を太い破線で表す。また、駆動電流１００３を用いた場合の駆動電流、スイッチング素子の挙動、端子間電圧、弁体変位量を細い破線で表す。

図１１は、制御装置１５０が、図１０の駆動電流波形で燃料噴射装置１０１を制御した場合の噴射パルス幅Ｔｉと噴射量及び噴射量のショットばらつきの標準偏差（σ）の関係を示した図である。なお、図１１には、ＥＣＵ１０４が、燃料噴射装置１０１を駆動電流１００１（図１０を参照）で制御した場合の噴射量特性（Ｑ_１１０１）を太線で表し、駆動電流１００２で制御した場合の噴射量特性（Ｑ_１１０２）を細線で表す。

燃料噴射装置１０１の噴射量のショットばらつきは、燃料噴射装置１０１の個体差や環境条件（温度等）で変化する。例えば、駆動電流１００１が用いられると、噴射パルス幅Ｔｉが、噴射パルス幅１１０３になるまでは噴射量が急増し、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０３〜１１０４の区間では、一点鎖線で示す基準線に対して噴射量が増減する。このため、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０３〜１１０４の区間における噴射量のショットばらつきが大きくなる。しかし、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０４以上になると、基準線に対する噴射量の増減が少なくなり、噴射量のショットばらつきも小さくなって一定値となる。このように噴射パルス幅Ｔｉが大きい条件では、電流制御部５４２が、ソレノイド２０５に逆電圧を印加することで、駆動電流１００１の電流波形を急速に低減して弁体２１４を減速させる。ここで、図１１に示す噴射量特性（Ｑ_１１０１）で表される波形をファストフォール波形と呼ぶ。

一方、駆動電流１００２が用いられると、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０３になるまでは噴射量が急増する点は、駆動電流１００１が用いられた場合と同じである。しかし、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０３〜１１０４の区間では、一点鎖線で示す基準線に対して噴射量が増減するものの、駆動電流１００１が用いられた場合より増減が少ない。このため、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０３〜１１０４の区間における噴射量のショットばらつきは、駆動電流１００１が用いられた場合より小さくなる。しかし、噴射パルス幅Ｔｉが噴射パルス幅１１０４以上になると、基準線に対する噴射量の増減が多くなるので、駆動電流１００１が用いられた場合より噴射量のショットばらつきが大きくなる。このように噴射パルス幅Ｔｉが小さい条件では、電流制御部５４２が、弁体２１４が開弁するまでに大きい駆動電流１００２をソレノイド２０５に供給することで、弁体２１４の開弁ばらつきを抑制する。ここで、図１１に示す噴射量特性（Ｑ_１１０２）で表される波形をピークホールド波形と呼ぶ。

また、駆動電流１００３は、図１０に示される最大駆動電流値Ｉ_{ｐｅａｋ２}の付近で所定期間だけ保持される。このような電流波形とした駆動電流１００３を用いても、弁体２１４が開弁するまでソレノイド２０５に所定の電流値を与えることができるので、駆動電流１００２を用いた場合と同様の効果を得られる。その後、駆動電流１００３は、駆動電流１００２と同様に、急速に減少し、電流値１０１２の付近で保持されるが、駆動電流１００１が用いられた場合より噴射量のショットばらつきが大きくなる。

このように駆動電流の大きさによって、噴射量と、噴射量のショットばらつきが変わる。このため、制御装置１５０は、１燃焼サイクル中で噴射量を補正する技術を必要とする。

最初に、制御装置１５０が、駆動電流１００２で燃料噴射装置１０１の噴射量を制御した場合の動作例について、図１０を参照して説明する。図１０に示すタイミングｔ_１０１において、ＣＰＵ５０１より噴射パルス幅Ｔｉの噴射パルスが通信ライン５０４を通して駆動ＩＣ５０２に入力されると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６がＯＮとなる。そして、バッテリ電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧ＶＨがソレノイド２０５に印加されることで、燃料噴射装置１０１に供給される駆動電流１００２が電流１０１０に示すように０Ａから急速に立ち上がる。

ソレノイド２０５に電流が供給されると、可動子２０２と固定子２０７との間に磁気吸引力が作用する。開弁方向の力である磁気吸引力と、第２のばね２１２の荷重との合力が、閉弁方向の力である第３のばね２３４の荷重を超えたタイミングで可動子２０２が変位を開始する。その後、可動子２０２が間隙Ｇ２を滑走した後、タイミングｔ_１０６の手前で可動子２０２が弁体２１４に衝突することで、弁体２１４の変位が開始され、燃料噴射装置１０１から燃料が噴射される。

駆動電流１００２がタイミングｔ_１０２で最大電流Ｉ_{ｐｅａｋ１}に達すると、スイッチング素子５０６が通電される。このとき、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０７が非通電となる。そして、接地電位５１５、スイッチング素子５０６、燃料噴射装置１０１、接地電位５１７の間で電流が回生するいわゆるフリーホイールによって、燃料噴射装置１０１の両端にはほぼ０Ｖの電圧が印加され、駆動電流１００２が電流１０１１に示すように緩やかに減少する。

その後、タイミングｔ_１０３に到達すると、制御装置１５０は、スイッチング素子５０７の通電／非通電の切替えを行い、電流値１００４或いはその近傍で電流値１０１２を保持するように駆動電流１００２を制御する。なお、制御装置１５０が駆動電流１００２を制御する期間を、第１の電流保持期間１０５５と称する。

ここで、制御装置１５０は、弁体２１４が最大高さ位置に到達するタイミングｔ_１０４までは、弁体２１４を最大高さ位置で保持可能な電流値（電流値１００４よりも高い電流値）をソレノイド２０５に供給するとよい。弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置の条件では、可動子２０２と固定子２０７との間の磁気ギャップがあるため、磁気抵抗が大きくなり、可動子２０２と固定子２０７が接触している場合と比べて、磁気吸引力が低下する。

したがって、制御装置１５０は、可動子２０２と弁体２１４が最大高さ位置に到達するまで、電流値１００４よりも高い電流値を供給することで、弁体２１４が安定して最大高さ位置まで到達可能となり、さらに弁体２１４が最大高さ位置に到達するタイミングが早くなる。そして、制御装置１５０が駆動電流１００２を用いると、最大高さ位置に到達する前の弁体２１４の挙動が安定化して、ショットごとの弁体２１４の変位量のばらつきが抑制される。このため、弁体２１４が最大高さ位置に到達した噴射パルス幅１１０３以降の噴射量のショットばらつきを小さくできる。

一方で、可動子２０２が固定子２０７に大きな速度で衝突するため、弁体２１４及び可動子２０２の変位期間１０６０に示すように可動子２０２が固定子２０７又は弁体２１４との間でバウンドする期間がある。その結果、図１１に示した噴射パルス幅１１０３以降においても噴射量のショットばらつきが小さくならないという課題があった。この課題は、図４に示した駆動電流の電流波形でも同様であり、制御装置１５０が、弁体２１４が最大高さ位置に到達するまでに高い電流波形の駆動電流をソレノイド２０５に供給する条件で同様の課題が生じることがあった。

上記の課題を解決する本発明の第２の実施の形態に係る駆動電流１００１の駆動方法及び噴射パルス幅と、噴射量及び噴射量のショットばらつきの関係について説明する。
まず、制御装置１５０により行われる、可動子２０２が固定子２０７に衝突する速度を抑制する制御について説明する。電流制御部５４２は、ソレノイド２０５に所定の噴射パルス幅からなる駆動電流１００１を供給する。電流制御部（電流制御部５４２）は、可動子（可動子２０２）が、固定子（固定子２０７）に向けて変位を開始し、可動子（可動子２０２）が所定値まで加速したタイミングでソレノイド（ソレノイド２０５）への通電をオフして、可動子（可動子２０２）が固定子（固定子２０７）に衝突する速度を減速させる。例えば、電流制御部５４２は、可動子２０２が固定子２０７の方向に変位を開始し、可動子２０２が十分に加速したタイミングｔ_１０６（図１０）でスイッチング素子５０５、５０６、５０７をＯＦＦにする。

この結果、燃料噴射装置１０１のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０が通電し、電流が昇圧回路５１４（高電圧源）側へ帰還される。そして、燃料噴射装置１０１に供給されていた電流は、図１０の電流１０５１に示すように最大駆動電流値Ｉ_{ｐｅａｋ２}から急速に低下する。制御装置１５０がソレノイド２０５に逆電圧を印加して電流を急速に低減すると、渦電流による一定の遅れの後、磁気回路に生じていた磁束が減少し、可動子２０２に作用していた磁気吸引力が小さくなる。

その後、弁体２１４及び可動子２０２の変位量に示すタイミングｔ_１０７（図１０を参照）で可動子２０２及び弁体２１４が減速し、可動子２０２が固定子２０７に衝突するときの速度が小さくなる。このため、固定子２０７に対して生じる、可動子２０２及び弁体２１４のバウンドが小さくなり、弁体２１４のバウンドが収束するタイミングが、タイミングｔ_１０８まで早くなる。その結果、弁体２１４が最大高さ位置に到達して一定の時間が経過した噴射パルス幅１１０４（図１１を参照）以降の噴射量のショットばらつきを、駆動電流１００２を用いた場合よりも小さくすることができる。

また、電流制御部５４２が駆動電流１００１を燃料噴射装置１０１に供給すれば、可動子２０２が固定子２０７に衝突するときの速度が小さくなる。このため、電流制御部５４２が駆動電流１００２を燃料噴射装置１０１に供給する場合に比べて、燃料噴射装置１０１から生じる駆動音を低減できる効果もある。

このように制御装置１５０が駆動電流１００１を用いると、弁体２１４が最大高さ位置に到達する前に、可動子２０２及び弁体２１４が減速する。このため、弁体２１４が最大高さ位置に到達するまでにおける、弁体２１４の挙動が不安定になる場合がある。また、噴射パルス幅１１０４よりも噴射パルス幅Ｔｉが小さい条件では、噴射量のショットばらつきが、駆動電流１００２を用いた場合に比べて大きくなる場合がある。

そこで、本発明の第２の実施の形態に係る制御方法の一例について、図１２を用いて説明する。
図１２は、ＥＣＵ１０４から気筒１０８ごとの燃料噴射装置１０１に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。図１２においても、図６と同様に、第１〜第３気筒に設けられた各燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を一点鎖線、実線、破線で表す。

１燃焼サイクル中で、最後の噴射よりも前に行われた噴射において、ＥＣＵ１０４が各気筒１０８の燃料噴射装置１０１ごとに同一の噴射パルス幅とした噴射１２０１を行ったと想定する。この場合、第１気筒の噴射率１２０３、第２気筒の噴射率１２０４、第３気筒の噴射率１２０５に示すように、気筒１０８ごとに噴射率が変動している。

そこで、本発明の第２の実施の形態に係る制御装置１５０は、１燃焼サイクル中の燃料噴射による各噴射の噴射量を算出する検出部５４１と、１燃焼サイクルの最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど最後の噴射の噴射パルス幅Ｔｉを小さくするように制御する電流制御部５４２を備える。この電流制御部５４２は、１燃焼サイクルにおける最後の噴射において、ＥＣＵ１０４が各気筒１０８の燃料噴射装置１０１ごとに異なる噴射パルス幅とした噴射１２０２を行う。

例えば、電流制御部５４２は、１燃焼サイクルの最後よりも前に行われた噴射１２０１における噴射パルス幅を燃料噴射装置１０１に供給する際に、噴射量が多い噴射率１２０５に対応する第３気筒に取り付けられた燃料噴射装置１０１に供給する最後の噴射１２０２の噴射パルスを噴射パルス幅１２０６のように小さく補正する。一方、電流制御部５４２は、噴射量が少ない噴射率１２０３に対応する第１気筒に取り付けられた燃料噴射装置１０１に供給する最後の噴射１２０２の噴射パルスを噴射パルス幅１２０８のように大きく補正する。なお、電流制御部５４２は、噴射量が適正な噴射率１２０４に対応する第２気筒に取り付けられた燃料噴射装置１０１に供給する最後の噴射を補正無の噴射パルス幅１２０７とする。

また、図１０に示したように、電流制御部（電流制御部５４２）は、１燃焼サイクルの最後の噴射よりも前に行われた噴射でソレノイド（ソレノイド２０５）に供給する駆動電流が最大値に達した後で、ソレノイド（ソレノイド２０５）に逆電圧を印加するように制御する。そして、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射では、１燃焼サイクルで行われる最初の噴射よりも保持電流に至るまでに大きな駆動電流をソレノイド（ソレノイド２０５）に供給するとよい。

この際、図１２に示したように、電流制御部５４２は、最後の噴射１２０２よりも前に行われた噴射１２０１（最初の噴射）では、噴射パルス幅Ｔｉが長い条件でショットばらつきの小さいファストフォール波形の駆動電流１００１を用いて制御する。その後、電流制御部５４２は、最後の噴射１２０２にて、噴射パルス幅Ｔｉが短い条件で噴射量のショットばらつきが小さいピークホールド波形の駆動電流１００２を用いて制御する。このように電流制御部５４２は、噴射のタイミングに応じて、１燃焼サイクル中で駆動電流１００１，１００２を切り替える。このように電流制御部５４２が駆動電流１００１，１００２を切り替えることで、１燃焼サイクルの噴射量のショットばらつきを抑制する効果が得られる。

また、電流制御部５４２は、最後の噴射１２０２よりも前に行われた噴射１２０１にて、ピーク電流値Ｉ_ｐｅａｋが小さい駆動電流１００１を用いることで、昇圧電圧ＶＨの低下を抑制できる。このため、最後の噴射１２０２で昇圧電圧ＶＨが、図１０に示す初期値１０７０に復帰しやすくなるので、最後の噴射１２０２における噴射量の精度を高め、１燃焼サイクル中の噴射量ばらつきを抑制できる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る燃料噴射装置の制御方法の一例について、図５、図１３及び図１４を用いて説明する。上述した第１及び第２の実施の形態では、１燃焼サイクル中に２回の噴射を行う場合における制御方法の例を示したが、第３の実施の形態では、１燃焼サイクル中に３回以上の噴射を行う場合の制御方法の例について説明する。

図１３は、ＥＣＵ１０４から気筒１０８ごとの燃料噴射装置１０１に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。図１３においても、図６と同様に、第１〜第３気筒に設けられた各燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を一点鎖線、実線、破線で表す。

第３の実施の形態に係る燃料噴射装置１０１は、１燃焼サイクル中で２回よりも多い噴射回数で燃料を噴射する。この場合、第１気筒の噴射率１３１０、第２気筒の噴射率１３１１、第３気筒の噴射率１３１２に示すように、気筒１０８ごとに噴射率が変動している。

そこで、本発明の第３の実施の形態に係る制御装置１５０は、最後よりも前に行われた噴射１３０１（「噴射１回目」と呼ぶ），噴射１３０２（「噴射２回目」と呼ぶ）による各噴射パルスを燃料噴射装置１０１に供給した場合の各気筒１０８の燃料噴射装置１０１の噴射量を算出する。例えば、検出部５４１は、弁体２１４が開弁開始してから閉弁完了するまでの燃料の噴射期間と、燃料噴射装置１０１に取り付けた圧力センサ１０９が検出した圧力とから噴射量を算出する。

そして、電流制御部（電流制御部５４２）は、１燃焼サイクルで３回以上の噴射を燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に行わせ、最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射における噴射量の和に基づいて、最後の噴射の噴射量を補正する。ここで、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射における噴射量の和が多いほど、最後の噴射における噴射量が少なくなるように噴射パルス幅Ｔｉを小さくする。例えば、電流制御部５４２は、噴射１回目の噴射率１３０１と、噴射２回目の噴射率１３０２から算出した和が大きい第３気筒の燃料噴射装置１０１に対して、小さく補正した噴射パルス幅１３０６を供給し、最後の噴射１３０３を行わせる。一方、電流制御部５４２は、噴射１回目の噴射率１３０１と、噴射２回目の噴射率１３０２から算出した和が小さい第１気筒の燃料噴射装置１０１に対して、大きく補正した噴射パルス幅１３０８を供給し、最後の噴射１３０３を行わせる。

なお、電流制御部５４２は、噴射１回目の噴射率１３０１と、噴射２回目の噴射率１３０２から算出した和が適正な第２気筒に取り付けられた燃料噴射装置１０１に対して、補正なしの噴射パルス幅１３０７を供給し、最後の噴射１３０３を行わせる。

このように電流制御部５４２は、１燃焼サイクル中の噴射回数を２回よりも多くした場合における噴射量のショットばらつきを抑制し、各気筒１０８の燃料噴射装置の噴射量ばらつきを抑制する。この結果、燃焼変動を抑制する効果が高まる。

図１４は、第３の実施の形態に係る制御方法の他の一例を示す図である。図１４は、ＥＣＵ１０４から気筒１０８ごとの燃料噴射装置１０１に１燃焼サイクルで供給される噴射パルスと駆動電流、噴射率を示した図である。図１４においても、図６と同様に、第１〜第３気筒に設けられた各燃料噴射装置１０１の噴射パルス、駆動電流及び噴射率を一点鎖線、実線、破線で表す。

図１４では、１燃焼サイクルにおける吸気工程１４２０における２回の噴射１４０１，１４０２と、圧縮工程１４２１における１回の噴射１４０３の様子が示される。図１４においても、燃料噴射装置１０１は、１燃焼サイクル中で２回よりも多い噴射回数の噴射を行う。この場合、第１気筒の噴射率１４１０、第２気筒の噴射率１４１１、第３気筒の噴射率１４１２に示すように、気筒１０８ごとに噴射率が変動している。そして、電流制御部（電流制御部５４２）は、１燃焼サイクルのうち、吸気工程１４２０で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に最後の噴射よりも前の噴射を行わせ、圧縮工程１４２１で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に最後の噴射を行わせる。

図１４を用いて説明する制御方法と、図１３を用いて説明した制御方法との違いは、最後の噴射１４０３よりも前に行われた噴射１４０２における噴射パルス幅Ｔｉを、最後の噴射１４０３における噴射パルス幅Ｔｉよりも小さくする点である。このため、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射のうち、最後の噴射の直前で行われた噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する噴射パルス幅Ｔｉを、最後の噴射で燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に供給する噴射パルス幅Ｔｉより小さくする。なお、吸気工程１４２０における最初の噴射１４０１の噴射パルス幅Ｔｉによる燃料噴射は、気筒１０８内の空気流動が強いタイミングで行われるため、制御装置１５０は、噴射量が多くなるように制御する。

そして、最初の噴射１４０１より後（吸気工程１４２０の後半）の噴射１４０２は、気筒１０８内の空気流動が弱くなるタイミングで行われる。そこで、電流制御部５４２は、燃料噴射装置１０１が噴霧した燃料を弱い空気流動に適切に乗せられるようにするため、噴射１４０２を、最初の噴射１４０１における噴射パルス幅Ｔｉよりも短い噴射パルス幅Ｔｉとした小さな噴射量で燃料を噴射する。このような制御により、吸気工程１４２０における気筒１０８内の燃料の均質性を向上することが可能となる。

なお、図１４を用いて説明した制御に際して、制御装置１５０は、最後の噴射よりも前、すなわち１回目の噴射１４０１の噴射パルス幅と、２回目の噴射１４０２の噴射パルス幅の和よりも、最後の噴射１４０３の噴射パルス幅が小さくなるように設定するとよい。制御装置１５０が、最後の噴射１４０３の噴射量よりも前に行われる噴射１４０２の噴射量を少なく制御することで、最後の噴射１４０３の噴射量がばらついても１燃焼サイクル中の噴射量への寄与度を小さくすることができる。このため、１燃焼サイクル中の噴射量のショットばらつきを低減して、燃焼変動を抑止できる。

また、第３の実施の形態に係る制御装置１５０では、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射でソレノイド（ソレノイド２０５）に供給するピーク電流を、最後より前に行われた複数回の噴射でソレノイド（ソレノイド２０５）に供給するピーク電流よりも多くする。図１４に示すように、電流制御部５４２は、３回目の噴射１４０３でソレノイド２０５に供給するピーク電流を、１回目の噴射１４０１、２回目の噴射１４０２でソレノイド２０５に供給するピーク電流より多くする。ここで、電流制御部５４２は、逆に言えば、電流制御部５４２は、２回目の噴射１４０２における噴射パルス幅に対応する電流波形のピーク電流値を、１回目の噴射１４０１、及び３回目の噴射１４０３における噴射パルス幅に対応する電流波形のピーク電流値よりも低く設定している。

そして、電流制御部（電流制御部５４２）は、最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射のうち、最後の噴射の直前で行われた噴射で弁体（弁体２１４）をハーフリフトで動作させ、最後の噴射で弁体（弁体２１４）をフルリフトで動作させる。例えば、電流制御部５４２は、２回目の噴射１４０２において、弁体２１４が最大高さ位置に到達しないハーフリフトで動作させる。このように電流制御部５４２が２回目の噴射１４０２における噴射パルス幅を小さくしてピーク電流を小さくすることで、可動子２０２に作用する磁気吸引力を抑制する。そして、電流制御部５４２は、弁体２１４をハーフリフトで動作させたときの噴射期間を安定的に制御する。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態に係る燃料噴射装置の制御方法の一例について、図１５を用いて説明する。第４の実施の形態では、制御部が点火時期を遅角する制御方法の例について説明する。

図１５は、ＥＣＵ１０４から気筒１０８ごとの燃料噴射装置１０１に１燃焼サイクルで供給される噴射パルス、噴射率及び点火時期を示した図である。図１２と同様に、図１５においても、第１〜第３気筒に設けられた各燃料噴射装置１０１の噴射パルス及び噴射率を一点鎖線、実線、破線で表す。また、第４の実施の形態係る制御を行う前の点火時期を点線で表し、第４の実施の形態に係る制御を行った後の点火時期を実線で表す。

図１５では、１燃焼サイクルにおける吸気工程１５２０における２回の噴射１５０１，１５０２と、圧縮工程１５２１における１回の噴射１５０３の様子が示される。図１５においても、燃料噴射装置１０１は、１燃焼サイクル中で２回よりも多い噴射回数の噴射を行う。この場合、第１気筒の噴射率１５１０、第２気筒の噴射率１５１１、第３気筒の噴射率１５１２に示すように、気筒１０８ごとに噴射率が変動している。

そこで、制御部（制御部５００）は、１燃焼サイクルの吸気工程及び圧縮工程で３回以上の噴射を燃料噴射装置（燃料噴射装置１０１）に行わせ、燃焼工程１５２２で点火時期を上死点（ＴＤＣ）よりリタードさせる。例えば、エンジンの始動時において、３元触媒等の温度を暖機する条件では、点火時期１５３０，１５３１に示すように、制御部５００が点火時期を上死点よりもリタードさせる。このように点火時期をリタードすることで、意図的に排気損失を大きくして、３元触媒に供給する熱量を増加させ、３元触媒の温度を向上させる制御を行うことが可能となる。３元触媒の温度を上げることで、３元触媒の浄化効率が向上するため、車両から排出される排気ガス量を抑制することができる。

ただし、点火リタードを行う条件では、最適点火時期よりも点火時期が遅角するため、燃焼速度が遅くなり、燃焼サイクルごとの燃焼変動が大きくなる課題がある。点火時期を遅角するほど、３元触媒が活性化するまでの時間が短くなるため、点火時期を遅角する条件で燃焼変動を抑制することが求められる。

第４の実施の形態に係る制御方法及び制御装置１５０では、最後の噴射１５０３よりも前に行われた噴射１５０１，１５０２にて、それぞれ所定の噴射パルス幅の噴射パルスを供給した各気筒の燃料噴射装置１０１の噴射量を、第１の実施の形態で説明した噴射期間ないし、圧力降下から算出する。そして、制御装置１５０は、噴射量が少ない第１気筒では、最後の噴射の噴射パルス幅を１５０８のように大きく補正し、噴射量が多い第３気筒では最後の噴射の噴射パルス幅を１５０６のように小さく補正する電流制御部５４２を備える。

また、エンジンの始動から電流制御部５４２が噴射パルス幅を補正した後に、制御部は、噴射パルス幅を補正する前に比べて点火時期１５３０を点火時期１５３１のように遅角化する制御を行う。１燃焼サイクル中の噴射量のショットばらつきを低減することで、点火時期を遅角しても燃焼変動を抑制でき、３元触媒の温度を向上できる。

なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…燃料噴射システム、１０１…燃料噴射装置、１０３…駆動回路、１０４…ＥＣＵ、１０６…燃料ポンプ、１０７…燃焼室、１０８…気筒、１５０…制御装置、２０２…可動子、２０７…固定子、２１４…弁体、５００…制御部、５０１…ＣＰＵ、５０２…駆動ＩＣ、５４１…検出部、５４２…電流制御部

Claims (15)

1. １燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する制御装置において、
   前記１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出し、前記１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射で前記燃料噴射装置に供給した噴射パルスの噴射パルス幅より、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する噴射パルスの噴射パルス幅を小さくするように制御する制御部を備える
   制御装置。
2. 前記燃料噴射装置は、弁座に接した状態で燃料をシールする弁体と、前記弁体を駆動させる可動子と、磁気吸引力により前記可動子を吸引する固定子と、駆動電流が供給されると前記弁座と前記弁体との間に燃料を導入する空間を形成するように前記固定子に前記磁気吸引力を生じさせるソレノイドと、を備え、
   前記駆動電流は、前記可動子を駆動させるピーク電流と、前記可動子を前記ソレノイドに吸引した状態で保持するために前記ピーク電流の最大値より低い範囲でスイッチングする保持電流とからなり、
   前記制御部は、前記最後の噴射で前記ソレノイドに供給する前記ピーク電流を、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射で前記ソレノイドに供給する前記ピーク電流よりも多くして、前記最後の噴射で前記弁体をフルリフトで動作させる
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記燃料噴射装置の燃料圧力の変化に基づいて前記噴射量を算出し、又は、前記固定子に前記可動子が衝突して生じる電気的な変化により、前記燃料噴射装置の前記弁体の開弁開始タイミングと、閉弁完了タイミングから求められる燃料の噴射期間を推定し、前記噴射期間に基づいて前記噴射量を算出する検出部と、
   前記噴射パルス幅を変更した前記噴射パルスを前記燃料噴射装置に供給する電流制御部と、を有する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記電流制御部は、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が適正な噴射量より多いほど、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する前記噴射パルス幅を小さくし、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が前記適正な噴射量より少ないほど、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する前記噴射パルス幅を大きくする
   請求項３に記載の制御装置。
5. 前記電流制御部は、前記可動子が、前記固定子に向けて変位を開始し、前記可動子が所定値まで加速したタイミングで前記ソレノイドへの通電をオフして、前記可動子が前記固定子に衝突する速度を減速させる
   請求項３に記載の制御装置。
6. 前記電流制御部は、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射にて前記ソレノイドに供給する前記駆動電流が最大値に達した後で、前記ソレノイドに逆電圧を印加するように制御し、前記最後の噴射では、前記１燃焼サイクルで行われる最初の噴射よりも前記保持電流に至るまでに大きな前記駆動電流を前記ソレノイドに供給する
   請求項５に記載の制御装置。
7. 前記電流制御部は、前記１燃焼サイクルで３回以上の噴射を前記燃料噴射装置に行わせ、前記最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射における噴射量の和に基づいて、前記最後の噴射の噴射量を補正する
   請求項３に記載の制御装置。
8. 前記電流制御部は、前記最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射における噴射量の和が多いほど、前記最後の噴射における噴射量が少なくなるように前記噴射パルス幅を小さくする
   請求項７に記載の制御装置。
9. 前記電流制御部は、前記最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射のうち、前記最後の噴射の直前で行われた噴射で前記燃料噴射装置に供給する前記噴射パルス幅を、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する前記噴射パルス幅より小さくする
   請求項８に記載の制御装置。
10. 前記電流制御部は、前記１燃焼サイクルのうち、吸気工程で前記燃料噴射装置に前記最後の噴射よりも前の噴射を行わせ、圧縮工程で前記燃料噴射装置に前記最後の噴射を行わせる
    請求項８に記載の制御装置。
11. 前記電流制御部は、前記最後の噴射で前記ソレノイドに供給する前記ピーク電流を、最後より前に行われた複数回の噴射で前記ソレノイドに供給する前記ピーク電流よりも多くする
    請求項８に記載の制御装置。
12. 前記電流制御部は、前記最後の噴射よりも前に行われた複数回の噴射のうち、前記最後の噴射の直前で行われた噴射で前記弁体をハーフリフトで動作させ、前記最後の噴射で前記弁体をフルリフトで動作させる
    請求項１１に記載の制御装置。
13. 前記制御部は、前記１燃焼サイクルの吸気工程及び圧縮工程で３回以上の噴射を前記燃料噴射装置に行わせ、燃焼工程で点火時期を上死点よりリタードさせる
    請求項２に記載の制御装置。
14. １燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する制御方法において、
    前記１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出する処理と、
    前記１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射で前記燃料噴射装置に供給した噴射パルスの噴射パルス幅より、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する噴射パルスの噴射パルス幅を小さくするように制御する処理と、を含む
    制御方法。
15. １燃焼サイクルで複数回、燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する制御装置を動作させるコンピューターに、
    前記１燃焼サイクルで行われる噴射の各回での燃料の噴射量を算出する手順と、
    前記１燃焼サイクルにおける最後の噴射の噴射量より、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射の噴射量が多いほど、前記最後の噴射よりも前に行われた噴射で前記燃料噴射装置に供給した噴射パルスの噴射パルス幅より、前記最後の噴射で前記燃料噴射装置に供給する噴射パルスの噴射パルス幅を小さくするように制御する手順と、を
    実行させるためのプログラム。

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