JP4695544B2

JP4695544B2 - 燃料噴射装置の制御方法

Info

Publication number: JP4695544B2
Application number: JP2006142370A
Authority: JP
Inventors: 忠雄土屋; 学東海林; 司永沼; 靖治蓬莱; 謙一大森; 一仁柿元; 英隆小沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Keihin Corp
Priority date: 2006-05-23
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: JP2007315179A

Description

本発明は、ソレノイドと磁歪素子を用いた燃料噴射弁の開閉動作を適切にできる燃料噴射装置の制御方法に関する。

内燃機関に用いられる電磁石式燃料噴射装置は、電磁石により駆動される燃料噴射弁を備えたインジェクタと、駆動用の電源と、電源とインジェクタとの間に設けられて、操作信号である燃料噴射指令が与えられたときに電源からインジェクタに駆動電流を供給する駆動回路とにより構成される。駆動用電源としては、一般的にはバッテリが用いられている。

電磁石式燃料噴射装置のインジェクタでは、燃料を噴射しない場合はコイルバネによりニードルバルブを噴射孔に押しつけ、燃料噴射時に電磁石を用いてニードルバルブを吸引して、噴射孔を開けることにより燃料噴射している。しかしながら、電磁石式燃料噴射装置は、操作信号に対して、実際の燃料噴射弁の開閉動作が緩慢に反応動作するという問題がある。このため、特許文献１の燃料噴射装置において、圧電式、電歪式、又は磁歪式のエレメントをインジェクタのニードルの一部に取り付け、エレメントの伸長動作により燃料噴射弁の開閉を調整することが記載されている。
特開２００４−３１６６４４号公報（段落０００５〜００２６、図２）

しかしながら、特許文献１の記載において、圧電式素子を電気的なターミナル（図示されていない）を介して付勢され、圧電式素子は、付勢に依存して伸縮する。また圧電式素子の付勢は、電磁式の操作装置の付勢とは無関係に実施されると記載されているだけで、どのような電気的な制御回路及び制御方法により、燃料噴射弁の開閉動作を適切に実現するかは開示されていない。また、燃料噴射弁の開閉動作する際の圧電素子の操作と、電磁式の操作との関係が明確でなかった。

本発明は、上記の課題を解決するための発明であって、ソレノイドと磁歪素子を用いた燃料噴射弁の開閉動作を適切にできる燃料噴射装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明による燃料噴射装置の制御方法は、ソレノイドと磁歪素子を動弁機構の駆動力として用いた燃料噴射弁を制御する燃料噴射装置の制御方法であって、ソレノイドを駆動するためのソレノイドコイルへの通電と、磁歪素子を駆動するための複数の磁歪素子駆動電源（例えば、第１の昇圧電源３２、第２の昇圧電源３３、及び１２Ｖ電源３４）のいずれかを用いて、磁歪素子の磁歪用コイルへの通電とにより、燃料噴射弁の開閉を制御することを特徴とする。

ソレノイドの変位量と磁歪素子の変位量とが略等しいことが好ましい。

燃料噴射弁が閉弁状態において、ソレノイドコイル及び磁歪用コイルの双方に電流を流し、燃料噴射弁を第１の状態に保持する第１のステップを含むことが好ましい。

第１の状態において、磁歪用コイルに流れる電流を遮断することにより、燃料噴射弁を開弁状態とするステップを含むことが好ましい。

開弁状態において、磁歪用コイルに電流を流し、燃料噴射弁を閉弁する閉弁ステップをさらに含むことが好ましい。

複数の磁歪素子駆動電源として、所定電圧より昇圧された第１の電圧を出力する第１の電源（例えば、第１の昇圧電源３２）と、所定電圧より昇圧された第１の電圧より高い第２の電圧を出力する第２の電源（例えば、第２の昇圧電源３３）とのいずれかを用いることが好ましい。

第１のステップが、ソレノイドコイルに電流を流し、かつ、第１の電源を用いて磁歪用コイルに電流を流すステップを含むことが好ましい。

閉弁ステップが、第２の電源を用いて、磁歪用コイルに電流を流し、燃料噴射弁を閉弁するステップを含むことが好ましい。

本発明によれば、複数の磁歪素子駆動電源を有し、燃料噴射弁の開弁動作と閉弁動作時において、独立して磁歪素子駆動電源を使用することができるので、燃料噴射弁の開閉動作を適切にできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
第１の実施の形態．
本発明による燃料噴射装置は、インジェクタ２００と、燃料噴射弁制御ユニット１００（図２参照）とにより構成される。

図１は、本発明の第1の実施の形態による燃料噴射装置のインジェクタを概念的に示す構成図である。インジェクタ２００は、ソレノイド１８（導電性固体であるアーマチャ１４、アーマチャ１４に吸引電磁力により吸着するための固定用コア１３、固定用コア１３とアーマチャ１４に付勢を与えるリターンスプリング１２、及び固定用コア１３に吸引電磁力を与えるための保持用コイル１１で構成される。）、磁歪素子で形成されている円柱状のバルブ２２、バルブ２２用の磁歪用コイル２１、バルブ２２下部に接合されている弁ニードル１５、シート１６、及びシートに設けられた噴射孔１７により構成されている。なお、燃料注入路、インジェクタ用外容器などは、図示していない。また、バルブ２２は、円柱状以外の形状、例えば、中空状であってもよい。

ソレノイド１８は、電気エネルギーを機械的な直線運動に変換するデバイスであり、保持用コイル１１に通電することにより、アーマチャ１４を電磁的に吸引し、通電を停止すると、アーマチャ１４を元に復帰させる。

バルブ２２には、一端にアーマチャ１４が接合され、他端には、弁ニードル１５が接合されている。図面の中心軸線に沿って、上下に稼動できようになっている。バルブ２２の磁歪素子は、磁歪用コイル２１による外部磁界で、ジュール効果により図面中心軸に沿って長さが伸縮する。

インジェクタ２００が閉弁状態の場合、弁ニードル１５のバルブ２２の反対側先端部は、シート１６の噴射孔１７に圧接している。インジェクタ２００が開弁状態の場合、弁ニードル１５のバルブ２２の反対側先端部は、シート１６から離れ、噴射孔１７から燃料が噴射される。

保持用コイル１１及び磁歪用コイル２１は、各々ソレノイド駆動回路１０及び磁歪素子駆動回路２０（図２参照）に接続され、駆動電源３０（図２参照）から電圧を印加することができる。

図２は、本発明の第１の実施の形態による燃料噴射装置の燃料噴射弁制御ユニットを示すブロック図である。燃料噴射弁制御ユニット１００は、４気筒の場合を示しており、駆動回路ＦＤ１、駆動回路ＦＤ２、駆動回路ＦＤ３、駆動回路ＦＤ４、駆動電源３０、及び制御部４０を備えている。なお、保持用コイル１１及び磁歪用コイル２１は、インジェクタ２００に設けられており、説明のために図示している。

駆動回路ＦＤ１は、ソレノイド駆動回路１０と磁歪素子駆動回路２０から構成されており、駆動回路ＦＤ２、駆動回路ＦＤ３、及び駆動回路ＦＤ４は、駆動回路ＦＤ１と同一構成である。ソレノイド駆動回路１０は、保持用コイル１１に、制御部４０からの指令信号により電圧を印加する。磁歪素子駆動回路２０は、磁歪用コイル２１に、制御部４０からの指令信号により電圧を印加する。

駆動電源３０は、ソレノイド電源３１、バッテリ電源又は磁石式発電機の出力の所定電圧から昇圧された磁歪素子用の第１の電圧を出力する第１の昇圧電源３２、バッテリ電源又は磁石式発電機の出力の所定電圧から昇圧された磁歪素子用の第２の電圧を出力する第２の昇圧電源３３、及びバッテリ電源である１２Ｖ電源３４を備えている。例えば、第１の昇圧電源３２は、４０Ｖ電源であり、第２の昇圧電源３３は、１５０Ｖ電源である。

制御部４０は、駆動電源３０の制御、燃料噴射弁の開閉を行う駆動回路ＦＤ１〜ＦＤ４の弁開閉指令を制御するものである。制御部４０は、具体的には図示しないマイクロプロセッサ、図示しない不揮発生メモリに格納されたプログラムなどにより実現される。

図３は、ソレノイド駆動回路を示す回路図である。ソレノイド駆動回路１０は、インジェクタ２００の保持用コイル１１への通電を制御するスイッチ回路である。図３に示すように、スイッチＳＷ１１、スイッチＳＷ１２、及びスイッチＳＷ１３は、スイッチング素子であり、例えば、ＦＥＴからなっている。

なお、スイッチＳＷ１１、スイッチＳＷ１２、及びスイッチＳＷ１３は、スイッチング機能を有するものであればよく、例えば、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを使用してもよい。

スイッチＳＷ１３のドレインは、ソレノイド電源３１に接続され、スイッチＳＷ１３のソースは、保持用コイル１１の一端に接続されている。スイッチＳＷ１３のゲートは、保護用の抵抗Ｒ１４を介して、高圧ＨＩドライバ端子４１に接続されている。

スイッチＳＷ１２のドレインは、１２Ｖ電源３４に接続され、スイッチＳＷ１２のソースは、ダイオードＤ１１を介して、保持用コイル１１の一端に接続されている。スイッチＳＷ１２のゲートは、保護用の抵抗Ｒ１３を介して、低圧ＨＩドライバ端子４２に接続されている。

スイッチＳＷ１１のドレインは、保持用コイル１１の他端に接続され、スイッチＳＷ１１のソースは、抵抗Ｒ１１を介して、接地されている。スイッチＳＷ１１のドレインとゲート間には、ツェナーダイオードＺＤ１１が接続されている。スイッチＳＷ１１のゲートは、保護用の抵抗Ｒ１２を介して、ＬＯドライバ端子４３に接続されている。なお、保持用コイル１１の一端には、転流ダイオードとして機能するダイオードＤ１２のカソードが接続されている。

高圧ＨＩドライバ端子４１、低圧ＨＩドライバ端子４２、及びＬＯドライバ端子４３は、制御部４０と接続されている。

保持用コイル１１に通電するには、制御部４０から、高圧ＨＩドライバ端子４１又は低圧ＨＩドライバ端子４２と、ＬＯドライバ端子４３とに、オン指令信号が与えられる。

図４は、磁歪素子駆動回路を示す回路図である。磁歪素子駆動回路２０は、インジェクタ２００の磁歪用コイル２１への通電を制御するスイッチ回路である。図４に示すように、スイッチＳＷ２１、スイッチＳＷ２２、スイッチＳＷ２３、及びスイッチＳＷ２４は、スイッチング素子であり、例えば、ＦＥＴからなっている。

なお、スイッチＳＷ２１、スイッチＳＷ２２、スイッチＳＷ２３、及びスイッチＳＷ２４は、スイッチング機能を有するものであればよく、例えば、バイポーラトンジスタ、ＩＧＢＴなどを使用してもよい。

スイッチＳＷ２４のドレインは、第1の昇圧電源３２に接続され、スイッチＳＷ２４のソースは、ダイオードＤ２４を介して磁歪用コイル２１の一端に接続されている。スイッチＳＷ２４のゲートは、保護用の抵抗Ｒ２５を介して昇圧オープンドライバ端子４４に接続されている。

スイッチＳＷ２３のドレインは、第２の昇圧電源３３に接続され、スイッチＳＷ２３のソースは、ダイオードＤ２３を介して磁歪用コイル２１の一端に接続されている。スイッチＳＷ２３のゲートは、保護用の抵抗Ｒ２４を介して昇圧クローズドライバ端子４５に接続されている。

スイッチＳＷ２２のドレインは、１２Ｖ電源３４に接続され、スイッチＳＷ２２のソースは、ダイオードＤ２２を介して、磁歪用コイル２１の一端に接続されている。スイッチＳＷ２２のゲートは、保護用の抵抗Ｒ２３を介して、１２Ｖ系ドライバ端子４６に接続されている。なお、磁歪用コイル２１の一端には、転流ダイオードとして機能するダイオードＤ２５のカソードが接続されている。

スイッチＳＷ２１のドレインは、磁歪用コイル２１の他端に接続され、また、ダイオードＤ２１を介して、第１の昇圧電源３２又は第２の昇圧電源３３に接続されている。スイッチＳＷ２１のソースは、抵抗Ｒ２１を介して接地されている。スイッチＳＷ２１のゲートは、保護用の抵抗Ｒ２２を介してローサイドドライバ端子４７に接続されている。

昇圧オープンドライバ端子４４、昇圧クローズドライバ端子４５、１２Ｖ系ドライバ端子４６、及びローサイドドライバ端子４７は、制御部４０と接続されている。

磁歪用コイル２１に通電するには、制御部４０から、昇圧オープンドライバ端子４４と、昇圧クローズドライバ端子４５と、１２Ｖ系ドライバ端子４６とのいずれかひとつ、及びローサイドドライバ端子４７にオン指令信号が与えられる。

次に動作について説明する。
図５は、本発明の第１の実施の形態による燃料噴射装置の動作原理を示す説明図である。図５（ａ）に示すように、インジェクタ２００の基本的なバルブ開閉動作は、オフモード、開弁モード、燃料の噴射モード、閉弁モード、及び戻しモードよりなる。なお、「モード」とは、バルブの開閉動作の状態を示すために用いている。図５（ｂ）には、各モードにおける保持用コイル１１の電圧・電流波形、磁歪用コイル２１の電圧・電流波形、ソレノイドリフト量、磁歪素子変位量、及びバルブ２２の全体リフト量が示されている。横軸は、時間ｔを表す。磁歪素子変位量とは、磁歪素子に印加される磁界に応じた磁歪素子の伸張量のことであり、印加磁界が無いとき零であり、印加磁界が強いほど増加する（伸びる）。

オフモードの場合（ｔ＜ｔ_１）、保持用コイル１１及び磁歪用コイル２１には通電されておらず、閉弁状態である。

開弁モードの場合、保持用コイル１１と、磁歪用コイル２１に電圧を印加し、開弁する準備の状態である。時刻ｔ_１において、保持用コイル１１に電圧が印加される。すると保持用コイル１１に、通電電流が流れる。通電電流の増大とともに、ソレノイドがリフトを開始する。時刻ｔ_２において、磁歪用コイル２１に電圧が印加される。すると、磁歪用コイル２１に通電が開始されて通電電流が流れる。電流は、磁歪用コイル２１のインダクタンスを勾配として直線的に上昇するところ、透磁率が非線形であるので、徐々に上昇する。通電電流の増大とともに、磁歪素子が伸長し、変位量が大きくなる。時刻ｔ_３において、ソレノイドのアーマチャ１４は、保持用コイル１１に吸引されて保持された状態であり、磁歪素子は、通電電流による磁界で伸長し、変位量が大きくなった状態である。ソレノイドのリフト量と磁歪素子の変位量とが相殺されるため、バルブ全体のリフト量は、零であり閉弁の状態である。なお、図５において、保持用コイル１１の印加電圧の開始は、磁歪用コイル２１の印加電圧の開始より先の状態が示されているが、磁歪用コイル２１への印加電圧を開始してから、保持用コイル１１への印加電圧を開始してもよい。

噴射モードの場合、磁歪用コイル２１の印加電圧をオフし、開弁する状態である。時刻ｔ_３で磁歪用コイル２１の印加電圧をオフすると、磁歪用コイル２１の通電電流は減衰し、磁歪素子の変位量は、小さくなり開弁状態に入る。時刻ｔ_４において、バルブ２２全体のリフト量が最大となり、開弁の状態である。

閉弁モードの場合、磁歪用コイル２１に電圧を印加し、閉弁する状態である。時刻ｔ_５において、磁歪用コイル２１に電圧を印加する。すると磁歪用コイル２１に通電電流が流れる。通電電流の増大とともに、磁歪素子が伸長し、磁歪素子の変位量が大きくなる。バルブ全体のリフト量は、小さくなる。時刻ｔ_６において閉弁状態となり、燃料の噴射が停止する。

戻しモードの場合、保持用コイル１１と、磁歪用コイル２１との双方の印加電圧をオフし、ソレノイドを元に戻し、磁歪素子の変位量を元に戻す状態である。時刻ｔ_７において、保持用コイル１１の印加電圧をオフする。すると、保持用コイル１１の通電電流の減少とともに、リターンスプリング１２の戻し力により、ソレノイドのリフト量が小さくなる。時刻ｔ_８において、磁歪用コイル２１の印加電圧をオフすると、磁歪用コイル２１の通電電流は減衰し、磁歪素子の変位量が小さくなる。時刻ｔ_９において、ソレノイドのリフト量が零となり、オフモードの状態に戻る。

図１３は、本発明の第１の実施の形態による他の開弁モードの動作原理を示す説明図である。図１３に示す説明図は、図５に示す説明図に対し、開弁モードの動作が異なる。オフモード、噴射モード、閉弁モード、及び戻しモードは、図５と同様であるので、説明は省略する。図１３に示す開弁モードの場合、時刻ｔ_２において、先に磁歪用コイル２１に電圧が印加される。すると、磁歪用コイル２１に通電が開始されて通電電流が流れる。電流は、磁歪用コイル２１のインダクタンスを勾配として直線的に上昇するところ、透磁率が非線形であるので、徐々に上昇する。通電電流の増大とともに、磁歪素子が伸長し、変位量が大きくなる。時刻ｔ_１０において、保持用コイル１１に電圧が印加される。すると保持用コイル１１に、通電電流が流れる。通電電流の増大とともに、ソレノイドがリフトを開始する。時刻ｔ_３において、ソレノイドのアーマチャ１４は、保持用コイル１１に吸引されて保持された状態であり、磁歪素子は、通電電流による磁界で伸長し、変位量が大きくなった状態である。ソレノイドのリフト量と磁歪素子の変位量とが相殺されるため、バルブ全体のリフト量は、零であり閉弁の状態である。図１３に示すように、開弁モードにおいて、磁歪用コイル２１への印加電圧による通電を開始してから、保持用コイル１１への印加電圧による通電を開始してもよい。

図６〜図９に示す駆動回路の動作を説明する上で、図５において、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３の期間を操作ＯＰ１、時刻ｔ_３から時刻ｔ_５の期間を操作ＯＰ２、時刻ｔ_５から時刻ｔ_８の期間を操作ＯＰ３とする。

図６は、開弁モード時の磁歪素子の伸長制御を示す説明図である。操作ＯＰ１において、磁歪素子の長さを伸長するには、磁歪用コイル２１に、電圧を印加し、通電電流を流す必要がある。磁歪用コイル２１への通電電源には、第1の昇圧電源３２と、第２の昇圧電源３３と、１２Ｖ電源３４がある。

磁歪用コイル２１に電圧を印加するには、スイッチＳＷ２４を昇圧オープンドライバ端子４４からのオン指令信号により、第１の昇圧電源３２の電圧を印加する。又は、スイッチＳＷ２３を昇圧クローズドライバ端子４５からのオン指令信号により、第２の昇圧電源３３の電圧を印加する。あるいは、スイッチＳＷ２２を１２Ｖ系ドライバ端子４６からのオン指令信号により、１２Ｖ電源３４の電圧を印加する。磁歪用コイル２１への電圧印加時、ローサイドドライバ端子４７からのオン指令信号により、スイッチＳＷ２１をオンすることにより、磁歪用コイル２１に通電電流が流れる。なお、磁歪素子の伸長動作の要求仕様速度及び弁のバウンス対策の仕様要求に応じて、第１の昇圧電源３２と、第２の昇圧電源３３と、１２Ｖ電源３４を制御することが好ましい。

一般に、磁歪用コイル２１に印可する電圧が高いほど磁歪素子の応答が早くなるので、例えば、最初に最も電圧の高い第２の電圧（この例では、１５０Ｖ）で駆動することにより、磁歪素子を所望の変位量まで素早く変位させてから、所望の変位量を維持するのに十分な電圧（例えば、第１の電圧又は１２Ｖ）へと駆動電圧を切り替えるようにしてもよい。これにより、消費電力を抑えながら燃料噴射弁の高速動作が可能となる。

図７は、噴射モード時の磁歪素子の収縮制御を示す説明図である。操作ＯＰ２において、磁歪素子の長さを収縮するには、磁歪用コイル２１への印加電圧をオフし、通電電流を遮断する必要がある。スイッチＳＷ２４がオンされており、第１の昇圧電源３２からの磁歪用コイル２１への通電電流を遮断する場合について説明する。昇圧オープンドライバ端子４４からのオフ指令信号により、スイッチＳＷ２４をオフする。磁歪用コイル２１へのコイル通電電流は、印加電圧をオフしても直後に零にならず、電流が流れつづけるため、磁歪用コイル２１への電圧印加のオフ時、ローサイドドライバ端子４７からのオフ指令信号により、スイッチＳＷ２１をオフする。すると、Ｒ２１に流れている通電電流が、ダイオードＤ２１側に転流することにより、通電電流を急速に減衰させて遮断することができる。

第２の昇圧電源３３からの磁歪用コイル２１への通電電流を遮断する場合にも、スイッチＳＷ２３及びスイッチＳＷ２１をオフすることにより、磁歪用コイル２１への通電電流を遮断することができる。

図８は、他の実施の形態による磁歪素子駆動回路を示す回路図である。操作ＯＰ２において、磁歪素子の長さを収縮するには、磁歪用コイル２１への印加電圧をオフし、通電電流を遮断する必要がある。磁歪用コイル２１への通電電流を遮断する他の回路構成及び動作について説明する。

図８に示す磁歪素子駆動回路２０ａは、図４に示す磁歪素子駆動回路２０に対して、ダイオードＤ２１を削除し、スイッチＳＷ２１のゲートとドレインとの間にツェナーダイオードＺＤ２１を設けたことが異なる。スイッチＳＷ２４がオンされており、第１の昇圧電源３２からの磁歪用コイル２１への通電電流を遮断する場合、スイッチＳＷ２４及びスイッチＳＷ２１をオフする。すると、ツェナーダイオードＺＤ２１とＦＥＴによるクランプ動作により、磁歪用コイル２１への電流を急速に遮断することができる。

図９は、閉弁モード時の磁歪素子の伸長制御を示す説明図である。操作ＯＰ３において、磁歪素子の長さを伸長するには、磁歪用コイル２１に、電圧を印加し、通電電流を流す必要がある。また、閉弁モードでは、短時間で閉弁することが要求される場合がある。短時間で閉弁するには、第２の昇圧電源３３を、第１の昇圧電源３２より高い電圧にしておき、急速に、磁歪用コイル２１に大電流を流すことにより実現される。スイッチＳＷ２３をオン及びスイッチＳＷ２１をオンすることにより、磁歪用コイル２１に、第２の昇圧電源３３から大電流を通電することができる。

図１０は、図２の制御部の動作を示すフローチャートである。図１０に示すように、開弁モードは、ソレノイド電源３１により、保持用コイル１１に通電し（ステップＳ１０１）、第１の昇圧電源３２により磁歪用コイル２１に通電する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０１とステップＳ１０２の通電タイミングは、弁ニードル１５の先端部がシート１６から離れないように、同時あるいは前後してもよい。また、ステップＳ１０２の磁歪用コイル２１への通電により、ソレノイドのリフト時のバウンスを低減することができる。

噴射モードは、磁歪用コイル２１への通電を遮断する（ステップＳ１０３）。弁開の高速応答のために、急速に通電電流を遮断することが好ましい。

閉弁モードは、第２の昇圧電源３３により磁歪用コイル２１に通電する（ステップＳ１０４）。第２の昇圧電源３３は、第１の昇圧電源３２よりも昇圧電源を高くしておくことが好ましい。これにより、大電流を磁歪用コイル２１に通電することができ、閉弁を高速に行うことができる。

また、第１の昇圧電源３２と第２の昇圧電源３３などにより複数の電源電圧を用いることにより、開弁モードでの磁歪用コイル２１への通電と、閉弁モードでの磁歪用コイル２１への通電を個別の電圧で通電することができる。これにより、高電圧の使用期間が短縮でき、高圧電源回路のコンデンサ充電も短時間で済むので、高速の弁開閉が可能となる。

戻しモードは、保持用コイル１１への通電を遮断し（ステップＳ１０５）、磁歪用コイル２１への通電を遮断する（ステップＳ１０６）。

図１１は、本発明の第１の実施の形態による燃料噴射弁制御方法を示すタイミングチャートである。図１１には、各部の制御信号（（ａ)〜（ｆ））、磁歪用コイル電流（ｇ）、磁歪素子変位量（ｈ）、及び弁ストローク（ｉ）の各波形を示している。図５の各モードについて、制御部４０からの指令信号に従い、弁開閉の動作について説明する。

開弁モード時、時刻ｔ_１１において、制御部４０は、上位の制御部（例えば、エンジン統合制御部）より、インジェクタ１（駆動回路ＦＤ１に対応する。）のオン指令信号を受信する。なお、インジェクタ１のオン指令信号は、ここでは、上位の制御部から受信しているが、制御部４０が、インジェクタ１のオン指令信号を出力してもよい。

すると、制御部４０は、時刻ｔ_１２において、昇圧オープンドライバ端子４４及びローサイドドライバ端子４７に、オン指令信号を出力する。磁歪用コイル２１に通電が開始され、磁歪素子の変位が開始する。制御部４０は、時刻ｔ_１３において、ソレノイドドライバにオン指令信号を出力する。

制御部４０は、時刻ｔ_１４において、１２Ｖ系ドライバ端子４６にオン指令信号を出力し、昇圧オープンドライバ端子４４にオフ指令信号を出力する。ここで、磁歪用コイル２１に印加する電源を第１の昇圧電源３２から１２Ｖ電源３４に切り替えている。すでに、磁歪素子の変位量は、大きくなっているので、通電電流を低減することにより、磁歪用コイル２１の発熱の低減を図っている。

時刻ｔ_１４から時刻ｔ_１５の期間、制御部４０は、ローサイドドライバ端子４７にＰＷＭのオン・オフ信号を出力する。これにより、磁歪用コイル２１への通電電流がオン・オフされ、過大な通電電流による発熱の低減を図っている。

噴射モード時、時刻ｔ_１５において、制御部４０は、１２Ｖ系ドライバ端子４６及びローサイドドライバ端子４７にオフ指令信号を出力する。磁歪用コイル２１の通電電流は、遮断され、磁歪素子は収縮し、磁歪素子の変位量がオフモードの初期状態に戻る。よって、バルブ２２の弁ストロークは、開弁状態になる。燃料の噴射量は、弁の開閉度と開閉時間などにより決まる。本実施の形態の場合、磁歪素子の収縮による開弁を高速にできるので、噴射量を精密に制御することができる。

閉弁モード時、時刻ｔ_１６において、制御部４０は、昇圧クローズドライバ端子４５及びローサイドドライバ端子４７に、オン指令信号を出力する。磁歪用コイル２１には、第２の昇圧電源３３から、電流が通電され、高速で磁歪素子の変位量が大きくなる。これは、第２の昇圧電源３３は、第１の昇圧電源３２より高い昇圧電源であるためである。磁歪素子の変位量が大きくなることにより、閉弁状態となる。燃料の噴射量は、弁の開閉度と開閉時間などにより決まる。本実施の形態の場合、磁歪素子の伸長による閉弁を高速にできるので、噴射量を精密に制御することができる。

制御部４０は、時刻ｔ_１７において、１２Ｖ系ドライバ端子４６にオン指令信号を出力し、昇圧クローズドライバ端子４５にオフ指令信号を出力する。ここで、磁歪用コイル２１に印加する電源を第２の昇圧電源３３から１２Ｖ電源３４に切り替えている。すでに、磁歪素子の変位量は、大きくなっているので、通電電流を低減することにより、磁歪用コイル２１の発熱の低減を図っている。

時刻ｔ_１７から時刻ｔ_１８の期間、制御部４０は、ローサイドドライバ端子４７にＰＷＭのオン・オフ信号を出力する。これにより、磁歪用コイル２１への通電電流がオン・オフされ、過大な通電電流による発熱の低減を図っている。

時刻ｔ_１８において、制御部４０は、上位の制御部（例えば、エンジン統合制御部）より、インジェクタ１（駆動回路ＦＤ１に対応する。）のオフ指令信号を受信する。

これに応じて、制御部４０は、戻しモードに入り、時刻ｔ_１８において、ソレノイドドライバ、昇圧クローズドライバ端子４５、及びローサイドドライバ端子４７にオフ指令信号を出力する。ソレノイドを元に戻し、磁歪用コイル２１への通電電流は遮断され、磁歪素子の変位量がオフモードの初期状態に戻る。

本実施の形態では、開弁モード時及び閉弁モード時の磁歪用コイル２１への通電に、異なる複数の昇圧電源（第１の昇圧電源３２と第２の昇圧電源３３）を用いている。このため、通電電流の大きさを変更することができ、磁歪素子の伸長時間を制御することができる。

また、磁歪用コイル２１への通電の繰り返し周期が短い場合（例えば、時刻ｔ_１２と時刻ｔ_１６の期間が短時間の場合）においても、複数の昇圧電源を使い分けることにより、通電することができる。

第２の実施の形態.
図１２は、本発明の第２の実施の形態による燃料噴射弁制御方法を示すタイミングチャートである。図１２には、各部の制御信号（（ａ)〜（ｆ））、磁歪用コイル電流（ｇ）、磁歪素子変位量（ｈ）、及び弁ストローク（ｉ）の各波形を示している。図１２に示す波形図は、図１１に示された波形図に対し、第２噴射モードを追加した場合である。第２噴射モードとは、噴射モードにおいて、燃料の噴射量を調整するために弁ストロークを可変にする可変ストロークモードをいう。オフモード、開弁モード、噴射モード、閉弁モード、及び戻しモードは、図１１と同様であるので、説明は省略する。

第２噴射モードの場合、制御部４０は、時刻ｔ_２１において、昇圧オープンドライバ端子４４及びローサイドドライバ端子４７に、オン指令信号を出力する。磁歪用コイル２１に通電が開始され、磁歪素子の変位が開始する。

制御部４０は、時刻ｔ_２２において、１２Ｖ系ドライバ端子４６にオン指令信号を出力し、昇圧オープンドライバ端子４４にオフ指令信号を出力する。ここで、磁歪用コイル２１に印加する電源を第１の昇圧電源３２から１２Ｖ電源３４に切り替えている。すでに、磁歪素子の変位量は、大きくなっているので、通電電流を低減することにより、磁歪用コイル２１の発熱の低減を図っている。

時刻ｔ_２２から時刻ｔ_２３の期間、制御部４０は、ローサイドドライバ端子４７にＰＷＭのオン・オフ信号を出力する。これにより、磁歪用コイル２１への通電電流のオン・オフすることにより、通電電流による発熱の低減を図っている。

時刻ｔ_２１から時刻ｔ_２３において、磁歪素子の変位量を変化させることにより、弁ストロークを変化させている。

制御部４０は、時刻ｔ_２３において、１２Ｖ系ドライバ端子４６及びローサイドドライバ端子４７にオフ指令信号を出力する。すると、弁ストロークが、噴射モードの状態に戻る。

本実施の形態の場合、可変ストロークモードにより、燃料の噴射量を調整することができる。磁歪用コイル２１に通電することによる磁歪素子の変位調整ができるためである。可変ストロークモード時における、電源としては、図１１に示す説明では、第１の昇圧電源３２を用いているが、第２の昇圧電源３３又は１２Ｖ電源３４を用いてもよい。磁歪用コイル２１のコイル抵抗に応じた電流を流し、線形的な磁歪素子の伸長動作をさせることができるものであればよい。また、可変ストロークモードにおいては、第１の昇圧電源３２、第２の昇圧電源３３、１２Ｖ電源３４の電源容量を考慮した上で、電源を使い分けるのがよい。

以上述べた実施の形態においては、駆動電源３０が、ソレノイド電源３１、第１の昇圧電源３２、第２の昇圧電源３３、１２Ｖ電源３４を備えるものとして説明した。しかし、燃料噴射弁制御ユニット１００が備える駆動電源は、必ずしもこの構成に限らず、バッテリから供給される電圧を基に、適切な仕様に調整された１２Ｖ電圧のほか、ソレノイド用の電圧、磁歪コイル用の第１の電圧及び第２の電圧を出力できるものであれば、いかなる構成のものでもよい。また、駆動回路のスイッチング素子に対する制御信号は、説明の都合上、制御部４０からそれぞれの端子を介して供給されるものとして説明したが、これらの端子は、必ずしも必要でないので省略可能である。

本発明の第１の実施の形態による燃料噴射装置のインジェクタを概念的に示す構成図である。本発明の第１の実施の形態による燃料噴射装置の燃料噴射弁制御ユニットを示すブロック図である。ソレノイド駆動回路を示す回路図である。磁歪素子駆動回路を示す回路図である。本発明の第１の実施の形態による燃料噴射装置の動作原理を示す説明図である。開弁モード時の磁歪素子の伸長制御を示す説明図である。噴射モード時の磁歪素子の収縮制御を示す説明図である。他の実施の形態による磁歪素子駆動回路を示す回路図である。閉弁モード時の磁歪素子の伸長制御を示す説明図である。図２の制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態による燃料噴射弁制御方法を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施の形態による燃料噴射弁制御方法を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施の形態による他の開弁モードの動作原理を示す説明図である。

符号の説明

１０ソレノイド駆動回路
１１保持用コイル
１２リターンスプリング
１３固定用コア
１４アーマチャ
１５弁ニードル
１６シート
１７噴射孔
１８ソレノイド
２０磁歪素子駆動回路
２１磁歪用コイル
２２バルブ
３０駆動電源
３１ソレノイド電源
３２第１の昇圧電源
３３第２の昇圧電源
３４１２Ｖ電源
４０制御部
１００燃料噴射弁制御ユニット
２００インジェクタ

Claims

磁歪素子で形成されるバルブと、バルブの先端側に接合された弁ニードルと、バルブの後端側に設けられたソレノイドのアーマチャとで構成される可動部を有し、前記ソレノイドと前記磁歪素子を動弁機構の駆動力として用いた燃料噴射弁を制御する燃料噴射装置の制御方法であって、
前記ソレノイドを駆動するためのソレノイドコイルへの通電と、前記磁歪素子を駆動するための複数の磁歪素子駆動電源のいずれかを用いて前記磁歪素子の磁歪用コイルへの通電とにより、前記燃料噴射弁の開閉を制御する際に、
前記燃料噴射弁が閉弁状態において、前記ソレノイドコイル及び前記磁歪用コイルの双方に電流を流し、前記燃料噴射弁を前記ソレノイドのリフト量と前記磁歪素子の変位量とが略等しく、かつ、ともに大きくした第１の状態に保持する第１のステップと、
前記第１の状態において、前記磁歪用コイルに流れる電流を遮断することにより、前記燃料噴射弁を開弁状態とするステップを含む
ことを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
前記開弁状態において、
前記磁歪用コイルに電流を流し、前記燃料噴射弁を閉弁する閉弁ステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置の制御方法。
前記複数の磁歪素子駆動電源として、所定電圧より昇圧された第１の電圧を出力する第１の電源と、所定電圧より昇圧された前記第１の電圧より高い第２の電圧を出力する第２の電源とのいずれかを用いる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置の制御方法。
前記第１のステップが、前記ソレノイドコイルに電流を流し、かつ、前記第１の電源を用いて前記磁歪用コイルに電流を流すステップを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置の制御方法。
前記閉弁ステップが、前記第２の電源を用いて、前記磁歪用コイルに電流を流し、前記燃料噴射弁を閉弁するステップを含む
ことを特徴とする請求項２を引用する請求項３に記載の燃料噴射装置の制御方法。