JP6194739B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動にともなって衝突部と被衝突部との衝突が生じる作動装置について、当該作動装置を制御する制御装置に関する。

例えば電磁弁など、作動にともなって部品同士の衝突が生じる作動装置では、当該衝突により発生する衝突音を低減するために、従来から様々な方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、部品同士の衝突速度を低減することによって衝突音を低減する方法が開示されている。また、特許文献２には、衝突音を低減するために、衝突部に弾性体を設けることによって作動時の衝撃を緩和する方法が開示されている。その他、衝突音を低減するために、特許文献３には、衝突部付近の構成を変更して衝突部材を軽量化する方法が開示されており、特許文献４には、衝突部の形状を特殊な形状にする方法が開示されている。

特開２０１３−３２７５０号公報 特開２０００−１７９７４７号公報 特開平０７−３０１３５６号公報 特開２０１０−１６８９０１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、作動装置である電磁弁の応答性が低下してしまい、実際の使用時に不都合が生じる恐れがある。また、特許文献２〜４では、その作動装置専用の部品を準備する必要がある。さらに、特許文献２の弾性体などの部品を追加的に設けることは、作動装置全体の体格および重量を増加させてしまう。

また、作動にともなって部品同士の衝突が生じる作動装置では、衝突音の他に振動が発生する。この振動は作動装置の性能を低下させる恐れがあり、衝突音と同様、低減することが望ましい。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、衝突音を低減するための専用の部品を必要とせず、かつ、作動装置の応答性を維持したまま、作動装置に発生する衝突音または振動を抑制可能な制御装置を提供することにある。

本発明は、周期的な作動にともなって衝突部と被衝突部との衝突が生じる作動装置について、作動周期よりも短い時間間隔で衝突部と被衝突部との同一部位に複数回の衝突を生じさせるべく動作する電磁弁について、衝突部の下げ戻し行程を含む１回の開弁動作中または閉弁動作中に、衝突部の移動速度または移動方向を変えるように電磁弁を制御する制御装置である。ここで、１回の衝突により作動装置に発生する音または振動の周波数特性について、波形にピークが出現する周波数（Ｈｚ）をＦとし、複数の衝突の各衝突間の時間間隔（ｓ）をＴとし、任意の自然数をｎとする。本発明の制御装置は、複数回の衝突の各衝突間の時間間隔Ｔを変化させ、一定の周波数Ｆに対して、以下の式（１）が成り立つように、作動装置が含む電磁弁を制御することを特徴としている。
Ｆ＝（ｎ−１／２）／Ｔ ・・・式（１）
なお、上記式（１）の数値は厳密でなくてもよく、当業者の技術常識の範囲内で誤差を許容することができる。

上記構成の作動装置では、衝突部と被衝突部とが衝突することによって起振力が発生し、これによって作動装置に振動が励起され、衝突音が発生する。以下、本発明が衝突音を低減するための原理について説明するが、振動を低減する場合についても同様の説明を適用できる。

上記構成の作動装置において、衝突部と被衝突部とを１回衝突させた場合、図１（ａ）に示すような起振力が発生する。この起振力は、図１（ｂ）に示すように、一般的に低周波から高周波までフラットな周波数特性を有する。一方、作動装置の音響感度は、その材質や構造に基づいて、図１（ｃ）に示すように、ある周波数でピークを有する。なお、音響感度とは、ある入力点に起振力（Ｎ）が加えられたときの音へのなりやすさであり、その単位は（Ｐａ／Ｎ）である。

衝突により発生する音（ここでは音圧を意味する）は、起振力と音響感度との積により求められる。例えば、衝突部と被衝突部とを１回衝突させた場合に発生する音は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に基づいて、図１（ｄ）に示すような周波数特性を示す。この場合の音の周波数特性は、音響感度のピーク周波数と同じ周波数で波形にピークを有する。このピーク周波数の音が衝突音の主な原因である。

本発明は、衝突現象を短い時間間隔で複数回発生させると、起振力の周波数特性がこの時間間隔に対応した周波数間隔でディップ（鋭い低下）を有することに着目してなされたものである。

本発明に係る制御装置は、上記式（１）の関係が成り立つように、作動周期よりも短い間隔Ｔで衝突部と被衝突部とが複数回衝突するように作動装置を制御する。例えば、衝突部と被衝突部とが時間間隔Ｔで２回衝突する場合を例にして説明する（図２（ａ）参照）。この場合の起振力の周波数特性は、図２（ｂ）に示すように、時間間隔Ｔに対応する周波数間隔で、衝突が１回の場合（点線で示す）よりも起振力が小さくなるディップを有する。また、図２（ｃ）は、図１（ｃ）と同様に作動装置の音響感度の周波数特性を示すグラフである。

ここで、上記式（１）の関係によれば、図２（ｂ）に示す起振力のディップ周波数と、図２（ｃ）に示す音響感度のピーク周波数が同じになる。この結果、衝突部と被衝突部とが２回衝突した場合に発生する音は、図２（ｄ）に示すように、衝突が１回の場合の音のピーク周波数において低減する。なお、図２（ｄ）では、衝突が１回の場合の音を点線で示している。
言い換えると、１回目の衝突により発生するピーク周波数の音の波形と、２回目の衝突により発生するピーク周波数の音の波形とは、位相が半波長ずれるため相殺される。

したがって、本発明によれば、衝突音の主な原因となるピーク周波数の音を低減できるため、作動にともなって発生する衝突音を低減することができる。

また、本発明によれば、作動装置の衝突音を低減させるために専用の部材を必要とせず、作動装置の体格や重量を増加させない。また、作動装置の応答性を低下させず衝突音を低下することができる。

また、作動装置が、車両に搭載され、エンジンに燃料を供給するための高圧ポンプやインジェクタなどである場合には、アイドリング時などのエンジンの低回転時における静粛性が保たれ、乗員の快適性を向上させることができる。

本発明の原理を説明するための図であり、（ａ）１回の衝突による起振力、（ｂ）当該起振力の周波数特性、（ｃ）作動装置の音響感度特性、および（ｄ）作動装置に発生する音の周波数特性を示している。 本発明の原理を説明するための図であり、（ａ）２回の衝突による起振力、（ｂ）当該起振力の周波数特性、（ｃ）作動装置の音響感度特性、および（ｄ）作動装置に発生する音の周波数特性を示している。 本発明の第１実施形態によるＥＣＵおよび高圧ポンプを示す概略図である。 吸入弁の閉弁状態を示す図３の要部拡大図である。 吸入弁の開弁状態を示す図３の要部拡大図である。 図３に示す高圧ポンプの従来の制御方法を示すタイムチャートである。 従来の制御方法により発生する音の騒音レベルを示すグラフである。 従来の制御方法により発生する振動の騒音レベルを示すグラフである。 本発明の第１実施形態による高圧ポンプの制御方法を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態による高圧ポンプの制御方法を示すタイムチャートである。 本発明の第３実施形態による高圧ポンプの吸入弁の閉弁状態を示す要部拡大図である。 本発明の第３実施形態による高圧ポンプの吸入弁の開弁状態を示す要部拡大図である。 本発明の第３実施形態による高圧ポンプの制御方法を示すタイムチャートである。 本発明の第４実施形態によるディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。 本発明の第４実施形態によるディーゼルエンジンの制御方法を示すタイムチャートである。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態では、本発明を、例えば車両のディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のインジェクタに燃料を供給する高圧ポンプ２について、この高圧ポンプ２を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１に適用している。

（高圧ポンプ２の構成）
作動装置としての高圧ポンプ２の全体的な構成について、図３を参照して簡単に説明する。なお、本実施形態の高圧ポンプ２としては、周知の構成を採用できる。

図１に示すように、高圧ポンプ２は、ハウジング本体１１を中心に構成されている。ハウジング本体１１の一方向（図中では上方）に、カバー１２が取り付けられている。また、カバー１２の反対側には、プランジャ部２０が構成されている。また、カバー１２とプランジャ部２０の配列方向に直交する方向には、調量弁部３０および吐出弁部５０が構成されている。

ハウジング本体１１にカバー１２が取り付けられることにより、燃料室１３が形成されている。燃料室１３には、燃料ポンプによって燃料タンクから燃料が供給される（燃料ポンプおよび燃料タンクは不図示）。燃料室１３に供給された燃料は、調量弁部３０を経由し、ハウジング本体１１の中央付近の加圧室１４を経由して、吐出弁部５０から吐出され、インジェクタに接続される燃料レール（不図示）へ圧送される。

次に、プランジャ部２０、調量弁部３０、および、吐出弁部５０の構成について、順に説明する。
プランジャ部２０は、ハウジング本体１１の内部に形成されたシリンダ１５、プランジャ２１、スプリング座２４、リフター２５、および、プランジャスプリング２６を備えている。

プランジャ２１は、シリンダ１５に対し軸方向に往復移動可能に支持されている。プランジャ２１はシリンダ１５に収容される側が大径部、ハウジング本体１１から突出する側が小径部となっている。プランジャ２１の小径部側の端部にはスプリング座２４が取り付けられている。

リフター２５は、片側が開口する円筒状であり、スプリング座２４を介してプランジャ２１と一体に構成されている。プランジャスプリング２６はリフター２５の内側に配置されており、その一端がハウジング本体１１に係止され、他端がスプリング座２４に係止されている。

リフター２５の下方にはカムシャフトに取り付けられたカム（カムシャフトおよびカムはいずれも不図示）が当接しており、カムシャフトの回転によりカムプロフィールに応じてリフター２５が軸方向に往復移動する。また、リフター２５の往復移動に伴い、プランジャ２１が軸方向に往復移動する。プランジャスプリング２６は、プランジャ２１の戻しバネであり、リフター２５をカム面に当接させるように付勢する。プランジャ２１の往復移動に伴って加圧室１４の容積が変化することで、加圧室１４に燃料が吸入され、加圧される。

次に、調量弁部３０について、図３〜５を参照して説明する。調量弁部３０は、ノーマリーオープン式であり、ニードルと吸入弁とが一体の電磁駆動型である。
図３〜５に示すように、調量弁部３０は、燃料室１３と加圧室１４とを連通する供給通路１７に設けられ、吸入弁４４の開閉を電磁駆動によって切り替えることにより、供給通路１７と加圧室１４とを連通又は遮断させる。

調量弁部３０は、上述の連通又は遮断のために、ハウジング本体１１の内部に形成された筒部１６、弁部カバー３１、弁座部材３６、吸入弁４４、弁スプリング４９等を備えている。また、調量弁部３０は、電磁駆動部として、コネクタ３３、および、コネクタハウジング３５、ニードル４３、コイル４５、ニードルスプリング４７、固定コア４６、可動コア４８等を備えている。

筒部１６は、略円筒状に形成されており、弁部カバー３１との間に形成される燃料通路３２を有している。燃料通路３２は供給通路１７と加圧室１４とを連通可能である。燃料通路３２には略円筒状の弁座部材３６が配置されており、弁座部材３６と筒部１６の内壁との間はシールされている。

弁座部材３６は、略円筒形の部材であり、弁部カバー３１側に弁座３８が形成されている。また、加圧室１４側の弁座部材３６の内壁にはスナップリング３７が取り付けられており、スナップリング３７にはストッパ３９が係止されている。

吸入弁４４は、弁座部材３６の内側に配置されており、円板状の底部４１と筒部４２とから構成されている。吸入弁４４は、弁座部材３６の弁座３８とストッパ３９との間で移動可能である。例えば、吸入弁４４が弁座部材３６の弁座３８に着座することにより、吸入弁４４は閉弁する。また、吸入弁４４が弁座３８から離座することにより、吸入弁４４は開弁する。そして、吸入弁４４は、加圧室１４側の筒部４２が、ストッパ３９に当接することで、開弁方向の移動が規制される。

吸入弁４４の円筒状の内部空間には、弁スプリング４９が収容配置されている。弁スプリング４９は、ストッパ３９に係止されており、吸入弁４４を閉弁方向へ付勢している。弁スプリング４９による閉弁方向の付勢力をＦｓｖと表す。

以下の説明で、可動コア４８、ニードル４３、吸入弁４４等が加圧室１４側、すなわち図３〜図５の右方向へ移動することを「前進」といい、加圧室１４と反対側、すなわち図３〜図５の左方向へ移動することを「後退」という。図４は、可動コア４８及びニードル４３が電磁吸引力Ｆｍによって後退し、吸入弁４４が弁座部材３６の弁座３８に当接した閉弁状態を示している。図５は、ニードル４３がニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって前進し、ニードル４３と一体に前進した吸入弁４４が弁座３８から離座した開弁状態を示している。

また、吸入弁４４が弁座３８に着座する図４の位置を閉弁位置、吸入弁４４の筒部４２がストッパ３９に当接する図５の位置を開弁位置とする。開弁位置は全開位置を意味する。ここで、吸入弁４４が閉弁位置から開弁位置に向かって前進してストッパ３９に当接するとき、衝突部としての吸入弁４４は、被衝突部としてのストッパ３９に衝突する。また、吸入弁４４が開弁位置から閉弁位置に向かって後退して弁座３８に着座するとき、衝突部としての吸入弁４４は、被衝突部としての弁座３８に衝突する。これらの衝突によって、高圧ポンプ２には振動および衝突音が発生する。

ニードル４３は、吸入弁４４の底部４１に固定されており、吸入弁４４と一体に移動可能である。ニードル４３は、弁部カバー３１を貫通し、コネクタ３３の内部まで延びている。

コネクタ３３は、コイル４５と当該コイル４５へ通電するための端子３４とを有している。コイル４５の内側には、固定コア４６、ニードルスプリング４７、可動コア４８が配置されている。

固定コア４６は、磁性体から形成され、所定位置に保持される。可動コア４８は、磁性体から形成され、ニードル４３の後端部に固定されている。本実施形態では、可動コア４８、ニードル４３、および吸入弁４４は一体的に移動可能である。また、ニードル４３の後退限において、弁座３８と吸入弁４４とが当接し、固定コア４６と可動コア４８とが当接しないように設定されている。

ニードルスプリング４７は、一端を固定コア４６に係止され、他端を可動コア４８に係止されている。ニードルスプリング４７は弁スプリング４９よりも大きな付勢力を有しており、ニードル４３を開弁方向に付勢する。ニードルスプリング４７による閉弁方向の付勢力をＦｓｎと表す。

コネクタ３３の端子３４には、高圧ポンプ２を制御するためのＥＣＵ１が接続されている。ＥＣＵ１は、マイクロコンピュータ等から構成され、コイル４５への通電制御を行う。ＥＣＵ１によって制御された電流がコネクタ３３の端子３４を通じてコイル４５に通電されると、コイル４５は磁界を発生する。

コイル４５に通電されると、固定コア４６および可動コア４８によって形成される磁気回路に磁束が流れ、電磁吸引力Ｆｍが発生する。これにより、可動コア４８がニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎに抗して固定コア４６側に磁気吸引される。その結果、ニードル４３は後退し、吸入弁４４が閉弁方向に移動する。

コイル４５に通電していないとき、可動コア４８と固定コア４６とは、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって離間している。ニードル４３は前進し、吸入弁４４が開弁方向に移動する。

次に、吐出弁部５０について説明する。
図３に示すように、吐出弁部５０は、ハウジング本体１１の内部に形成された吐出通路１８、吐出弁５１、吐出スプリング５２、係止部５３、弁座５４、および吐出口５５、を備えている。

吐出弁５１は、吐出通路１８に往復移動可能に収容されている。吐出弁５１は、弁座５４に着座することで、吐出通路１８を遮断する。吐出弁５１の吐出口５５側に設けられた係止部５３は、吐出弁５１の吐出口５５側への移動を規制する。吐出スプリング５２は、一端が係止部５３に当接し、他端が吐出弁５１に当接し、吐出弁５１を弁座５４側へ付勢している。

加圧室１４の燃料の圧力が上昇し、加圧室１４側の燃料から吐出弁５１にかかる力が吐出スプリング５２の付勢力よりも大きくなると、吐出弁５１は弁座５４から離座する。そして、吐出口５５から燃料が吐出される。
一方、加圧室１４の燃料の圧力が低下し、加圧室１４側の燃料から吐出弁５１にかかる力が吐出スプリング５２の付勢力よりも小さくなると、吐出弁５１は弁座５４に着座する。これにより、弁座５４の下流側の燃料が加圧室１４へ逆流することが防止される。

（高圧ポンプ２の作動）
次に、高圧ポンプの作動について図６を参照しつつ説明する。なお、ここでは、従来の制御方法による作動の概要を説明し、本実施形態と従来技術との差異点については後で詳しく述べる。

高圧ポンプ２は、（１）吸入行程、（２）調量行程、および（３）加圧行程を繰り返し、吸入した燃料を加圧して吐出する。

（１）吸入行程
カムシャフトの回転によりプランジャ２１が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室１４の容積が増加し、燃料が減圧される。吐出弁部５０では、吐出弁５１は弁座５４に着座し、吐出通路１８を遮断する。
一方、調量弁部３０では、コイル４５への通電が停止され、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって、ニードル４３および吸入弁４４は前進する。このとき、吸入弁４４が弁座３８から離座することにより、燃料通路３２と加圧室１４とが連通する。また、このときから加圧室１４の圧力は低下する。したがって、燃料室１３の燃料は、燃料通路３２を介して加圧室１４へ吸入される。
前進した吸入弁４４はストッパ３９に衝突して停止する。吸入弁４４がストッパ３９に衝突したとき、当該衝突による起振力によって振動および衝撃音が発生する。

（２）調量行程
カムシャフトの回転によりプランジャ２１が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室１４の容積が減少する。このとき、所定の移行点Ｔｒの手前まではコイル４５への通電が停止されているので、吸入弁４４は開弁位置に維持される。これにより、加圧室１４に吸入された低圧燃料の一部が燃料通路３２を経由して燃料室１３へ戻される。

調量行程の途中の所定の移行点Ｔｒで、コイル４５への第１駆動電流の通電が開始される。第１駆動電流とは、固定コア４６が可動コア４８を吸引するのに充分な電磁吸引力Ｆｍを発生するための大きさの電流である。第１駆動電流の通電によって、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎより大きな電磁吸引力Ｆｍが発生するため、可動コア４８、ニードル４３、及び吸入弁４４は、固定コア４６側へ後退する。これにより、吸入弁４４は、弁座３８に着座し、燃料通路３２を遮断する。この遮断によって、加圧室１４から燃料室１３への燃料の調量行程は終了する。
後退した吸入弁４４が弁座３８に着座したとき、吸入弁４４と弁座３８とが衝突し、当該衝突による起振力によって振動および衝撃音が発生する。

（３）加圧行程
吸入弁４４が弁座３８に着座した後、加圧室１４の燃料圧力はプランジャ２１の上昇と共に高くなる。加圧室１４の燃料の圧力が所定の圧力以上になると、吐出弁部５０では、吐出弁５１が開弁する。これにより、加圧室１４で加圧された高圧燃料は吐出通路１９を経由して吐出口５５から吐出される。

加圧行程の途中、調量弁部３０では、コイル４５へ通電される電流が、第１駆動電流から、第１駆動電流より小さい第２駆動電流に切り替えられる。これによって、電磁吸引力Ｆｍは、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎ以下に低下する。ただし、加圧行程中は、弁スプリング４９の付勢力Ｆｓｖ、及び、加圧室１４の高圧燃料の力が吸入弁４４を弁座３８側に押圧するため、吸入弁４４は閉弁状態を維持する。

プランジャ２１は上死点を通過すると、再び下死点に向かって下降する。そして再び吸入行程に移行する。このように、上記（１）から（３）の行程を繰り返すことにより、高圧ポンプ２は吸入した燃料を加圧して吐出する。

（ＥＣＵ１による制御）
第１実施形態の特徴は、ＥＣＵ１による高圧ポンプ２の制御にある。そこで、従来の制御方法を比較例として対比しながら、本発明の特徴について説明する。

比較例の制御方法では、ＥＣＵ１は、上述にて説明した高圧ポンプ２の作動を行うように通電を制御する（図６参照）。すなわち、高圧ポンプ２は、調量行程において吸入弁４４が閉弁動作を行い、吸入行程において吸入弁４４が開弁動作を行うように制御される。ここで、閉弁作動時には吸入弁４４と弁座３８とが１回衝突し、開弁作動時には吸入弁４４とストッパ３９とが１回衝突する。各衝突によって、高圧ポンプ２には振動および衝突音が発生する。

比較例の制御方法によれば、閉弁作動時および開弁作動時の各１回の衝突によって、高圧ポンプ２に、図７および図８に示すような周波数特性を示す振動および音が発生する。例えば、図８において、この音の周波数特性は、１７８０Ｈｚ、７６００Ｈｚ、および９６００Ｈｚにピークを有している。これらの周波数の音が、衝突音に大きく寄与している。以下、１回の衝突によって発生する音の周波数特性について、波形にピークが出現する周波数をピーク周波数と称する。なお、ピーク周波数は、いわゆる共振周波数を含むと考えてもよい。

なお、図７および図８に示すような高圧ポンプ２の周波数特性は、実際に測定して求めてもよいし、コンピュータによるシミュレーション解析により求めてもよい。また、高圧ポンプ２の周波数特性を求める際には、車両に搭載された状態の高圧ポンプ２について測定または解析することが望ましい。

第１実施形態による制御では、比較例と同様、調量行程において吸入弁４４が閉弁動作を行い、吸入行程において吸入弁４４が開弁動作を行っているが、各動作における吸入弁４４の挙動が比較例とは異なるように制御されている。

以下、第１実施形態による制御方法について図９を参照して説明する。調量行程において、まず、ＥＣＵ１は、第１駆動電流を通電させ、吸入弁４４が開弁位置から閉弁位置へ後退する。吸入弁４４が閉弁位置に到達するとき、吸入弁４４が弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ１とする。時刻ｔ１の後、ＥＣＵ１は、通電する電流値を第１駆動電流よりも下げる。これによって電磁吸引力Ｆｍは弱まるため、吸入弁４４は、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって前進する。吸入弁４４がわずかに前進した後、ＥＣＵ１は、電流値を第１駆動電流に戻す。すると、吸入弁４４は電磁吸引力Ｆｍにより後退し、再び閉弁位置に到達する。このとき、吸入弁４４は再び弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ２とする。以上によって調量行程の閉弁動作が完了する。

吸入行程では、ＥＣＵ１は、まず通電を停止する。すると、吸入弁４４は、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって閉弁位置から前進し、開弁位置に到達する。このとき、吸入弁４４はストッパ３９に衝突する。この衝突時刻をｔ３とする。その後、ＥＣＵ１は、再び通電を開始する。このとき発生する電磁吸引力Ｆｍによって吸入弁４４は開弁位置よりも後退する。吸入弁４４がわずかに後退した後、ＥＣＵ１は、再び通電を停止する。すると、吸入弁４４は、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって前進し、再び開弁位置に到達する。このとき、吸入弁４４は弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ４とする。以上によって吸入行程の開弁動作が完了する。

以上の制御方法によれば、調量行程の閉弁動作時には吸入弁４４と弁座３８とが２回衝突する。また、吸入行程の開弁動作時には吸入弁４４とストッパ３９とが２回衝突する。なお、第１実施形態では、閉弁動作の１回目と２回目の衝突時刻（すなわち時刻ｔ１と時刻ｔ２）間の時間間隔と、開弁動作の１回目と２回目の衝突時刻（すなわち時刻ｔ３と時刻ｔ４）の間の時間間隔とは等しいため、この時間間隔を共にＴとする。

ここで、高圧ポンプ２の任意のピーク周波数（Ｈｚ）をＦとし、任意の自然数をｎとするとき、ＥＣＵ１は、以下の式（２）が成り立つような時間間隔Ｔで高圧ポンプ２の制御を行う。
Ｆ＝（ｎ−１／２）／Ｔ ・・・式（２）

例えば、図８に基づいて、音を低減する対象の周波数となるＦを決定する。ここでは、例えばＦ＝７６００（Ｈｚ）とする場合を考える。また、上記の式（２）の自然数ｎを、高圧ポンプ２の作動周期に基づいて設定する。ここでは、例えばｎ＝５０に設定する。

上記の式（２）において、Ｆ＝７６００（Ｈｚ）、ｎ＝５０とすると、以下の式（３）によってＴが設定できる。
Ｔ＝（５０−１／２）／７６００
＝０．００６５１（ｓ）
＝６．５１（ｍｓ） ・・・式（３）

よって、本実施形態の制御方法では、時間間隔Ｔを６．５１ｍｓに設定することによって、各動作時に高圧ポンプ２に生じる起振力が７６００Ｈｚでディップを有する。このため、各動作時に高圧ポンプ２に発生する７６００Ｈｚの音を低減することができる。したがって、衝突音に大きく寄与するピーク周波数の音が低減されるため、結果的に、各動作時に高圧ポンプ２に発生する衝突音は低減される。なお、同時に７６００Ｈｚの振動を低減することもできる。

（効果）
本実施形態によれば、高圧ポンプ２の衝突音を低減させるために専用の部材を必要とせず、高圧ポンプ２の体格や重量を増加させない。また、高圧ポンプ２の応答性を低下させず衝突音を低下することができる。さらに、高圧ポンプ２が搭載された車両において、アイドリング時などのエンジンの低回転時に静粛性が保たれ、ユーザの快適性を向上させることができる。

（第１実施形態の他の例）
なお、上記例では高圧ポンプ２に発生する衝突音を低減することを目的とした場合を説明しているが、振動を低減することを目的とする場合についても同様の説明を適用できる。例えば、図７に基づいて低減させる対象となる周波数、すなわち１回の衝突により高圧ポンプ２に発生する振動の周波数特性について、波形にピークが出現する周波数Ｆを決定し、自然数ｎを適宜設定する。その上で、ＥＣＵ１が、上記式（２）に基づいた時間間隔Ｔで高圧ポンプ２を制御すればよい。

また、上述の説明において、閉弁動作および開弁動作の各動作時の時間間隔Ｔは同じであるが、互いに異なる時間間隔であってもよい。この場合においても、各動作時の時間間隔は、上記式（２）をそれぞれ満たすように設定されることが好ましい。

［第２実施形態］
第２実施形態は、第１実施形態とは制御方法が異なっている。ここでは、第１実施形態
と異なっている部分のみを説明し、第１実施形態と同様の説明を割愛する。また、同様の構成部分については同一の符号を付す。

以下、第２実施形態による制御方法について図１０を参照して説明する。調量行程において、まず、ＥＣＵ１は、第１駆動電流を通電させ、吸入弁４４が開弁位置から閉弁位置へ後退する。吸入弁４４が閉弁位置に到達するとき、吸入弁４４は弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ１とする。時刻ｔ１の後、ＥＣＵ１は、通電する電流値を第１駆動電流よりも下げて戻す行程を２回繰り返す。ここで、１回目の電流値の下げ戻し行程により吸入弁４４が一度前進した後、再び後退して閉弁位置に到達する。このとき吸入弁４４は弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ２とする。２回目の電流値の下げ戻し行程は、時刻ｔ２の後に開始する。２回目の電流値の下げ戻し行程によっても、１回目と同様、吸入弁４４が弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ３とする。以上によって閉弁動作が完了する。

吸入行程では、ＥＣＵ１は、まず通電を停止する。すると、吸入弁４４は、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって閉弁位置から前進し、開弁位置に到達する。吸入弁４４が開弁位置に到達するとき、吸入弁４４はストッパ３９に衝突する。この衝突時刻をｔ４とする。時刻ｔ４の後、ＥＣＵ１は、わずかの時間だけ通電を行う短時間通電行程を２回繰り返す。ここで、１回目の短時間通電行程により、吸入弁４４がわずかに後退した後、再び前進して開弁位置に到達する。このとき吸入弁４４がストッパ３９と衝突する。この衝突時刻をｔ５とする。２回目の短時間通電行程は、時刻ｔ５の後に開始する。２回目の短時間通電行程によっても、１回目と同様、吸入弁４４がストッパ３９と衝突する。この衝突時刻をｔ６とする。以上によって開弁動作が完了する。

以上の制御方法によれば、調量行程の閉弁作動時には吸入弁４４と弁座３８とが計３回衝突する。また、吸入行程の開弁作動時には吸入弁４４とストッパ３９とが計３回衝突する。

なお、第２実施形態では、閉弁動作および開弁動作の各動作における１回目の衝突時刻と２回目の衝突時刻（すなわち、時刻ｔ１と時刻ｔ２、および、時刻ｔ４と時刻ｔ５）の間の時間間隔は等しいため、この時間間隔を共にＴ１とする。また、閉弁動作および開弁動作の各動作における２回目の衝突時刻と３回目の衝突時刻（すなわち、時刻ｔ２と時刻ｔ３、および時刻ｔ５と時刻ｔ６）の間の時間間隔は等しいため、この時間間隔を共にＴ２とする。

ここで、高圧ポンプ２の任意のピーク周波数（Ｈｚ）をＦ１〜Ｆ３とし、任意の自然数をｎとするとき、ＥＣＵ１は、以下の式（３）〜（５）が成り立つような時間間隔Ｔ１、Ｔ２で高圧ポンプ２の制御を行う。
Ｆ１＝（ｎ−１／２）／Ｔ１ ・・・式（３）
Ｆ２＝（ｎ−１／２）／Ｔ２ ・・・式（４）
Ｆ３＝（ｎ−１／２）／（Ｔ１＋Ｔ２） ・・・式（５）

例えば、図８に基づいて、音を低減する対象の周波数となるＦを決定する。ここでは、例えばＦ１＝７６００（Ｈｚ）とし、Ｆ２＝９６００（Ｈｚ）とする場合について考える。また、式（３）および（４）の自然数ｎを、高圧ポンプ２の作動周期に基づいて設定する。ここでは、例えばｎ＝５０に設定する。

上記の式（３）において、Ｆ＝７６００Ｈｚ、ｎ＝５０とすると、以下の式（６）によってＴ１が設定できる。
Ｔ１＝（５０−１／２）／７６００
＝０．００６５１（ｓ）
＝６．５１（ｍｓ） ・・・式（６）

また、上記の式（４）において、Ｆ＝９６００Ｈｚ、ｎ＝５０とすると、以下の式（７）によってＴ２が設定できる。
Ｔ２＝（５０−１／２）／９６００
＝０．００５１６（ｓ）
＝５．１６（ｍｓ） ・・・式（７）

よって、上記の制御方法では、時間間隔Ｔ１を６．５１ｍｓに設定し、時間間隔Ｔ２を５．１６ｍｓに設定することで、７６００Ｈｚおよび９６００Ｈｚの音を低減できる。

また、閉弁動作および開弁動作の各動作における１回目の衝突時刻と３回目の衝突時刻をＴ３とすると、時間間隔Ｔ３＝Ｔ１＋Ｔ２＝１１．６７ｍｓである。
上記の式（５）において、Ｔ３＝１１．６７（ｍｓ）とし、ｎ＝２１とすると、以下の式（８）によって、もう１つのピーク周波数である１７８０Ｈｚの音を低減できることがわかる。
Ｆ３＝（２１−１／２）／０．０１１６７
＝１７８０ ・・・式（８）

以上により、第２実施形態では、上述のように時間間隔Ｔ１〜Ｔ３を設定することによって、７６００Ｈｚおよび９６００Ｈｚの音に加え、１７８０Ｈｚの音を低減することができる。このため、３つのピーク周波数の音を低減することができため、高圧ポンプ２に発生する衝突音がより低減される。なお、同時に、１７８０Ｈｚ、７６００Ｈｚ、および９６００Ｈｚの振動を低減することもできる。

また、第２実施形態では、図１０に示すように、閉弁動作および開弁動作の各動作における３回の衝突によって起振力が３回発生しているが、この３回の起振力は、１回目よりも２回目が、２回目よりも３回目が小さくなるように制御されている。このような制御は、例えば、衝突直前の吸入弁４４の速度をＥＣＵ１が制御することにより実現される。

このような制御によれば、起振力の発生後、時間の経過とともに減衰する振動に合わせて、次に発生する起振力を設定できる。このため、高圧ポンプ２に発生する音が、追加的に生じる２回目および３回目の衝突に起因して増加することない。よって、衝突音を効果的に低減できる。

［第３実施形態］
第１および第２実施形態の調量部３０では、ニードル４３と吸入弁４４とが一体である一体型の電磁駆動弁を構成しているが、第３実施形態の調量部６０は、可動部材であるニードル６３と吸入弁６４とが分離した分離型の電磁駆動弁を構成している。また、第３実施形態では、高圧ポンプ２の制御方法についても第１および第２実施形態と異なる。

まず、第３実施形態の調量部６０の構成について、図１１および図１３を参照して簡単に説明する。ここでは、第１実施形態と異なっている部分のみを説明し、第１実施形態と同様の構成の説明を割愛する。また、同様の構成部分については同一の符号を付す。

図１１は、可動コア４８及びニードル６３が電磁吸引力Ｆｍによって後退し、吸入弁６４が弁座３８に当接した閉弁状態を示している。図１２は、ニードル６３がニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって前進し、ニードルに押圧された吸入弁６４が弁座３８から離座した開弁状態を示している。ニードル６３は、可動コア４８に固定されているが、吸入弁６４とは当接可能な状態で分離している。

コイル４５に通電されると、固定コア４６および可動コア４８が形成する磁気回路に磁束が流れ、電磁吸引力Ｆｍが発生する。可動コア４８が電磁吸引力Ｆｍによって固定コア４６に吸引され、可動コア４８及びニードル６３が後退したとき、ニードル６３の先端が吸入弁６４の底部６１から離れる。その結果、ニードル６３による吸入弁６４の押圧力は解除されるため、弁スプリング４９が吸入弁６４を付勢することにより、吸入弁６４の底部６１は弁座部材３６の弁座３８に着座する。これにより、吸入弁６４は閉弁する。そして、後退する可動コア４８及びニードル６３は、最終的に可動コア４８が固定コア４６に当接することにより、移動が規制される。

コイル４５に通電していないとき、可動コア４８が固定コア４６に吸引されず、ニードル６３は、ニードルスプリング４７に付勢されて前進し、先端が吸入弁６４の底部６１の中央部を押圧する。その結果、固定コア４６と可動コア４８とは離間する。また、押圧された吸入弁６４は前進し、その底部６１が弁座３８から離座する。これにより、吸入弁６４は開弁する。そして、前進する吸入弁６４は、ストッパ３９に当接することにより移動が規制される。

以上の構成により、閉弁動作時には、まず、衝突部である吸入弁６４と被衝突部である弁座３８とが衝突し、次に、衝突部である可動コア４８と被衝突部である固定コア４６とが衝突する。すなわち、閉弁動作時には計２回の衝突が生じる。また、開弁動作時には、まず、衝突部であるニードル６３と、被衝突部である吸入弁６４とが衝突し、次に、衝突部である吸入弁６４と被衝突部であるストッパ３９とが衝突する。すなわち、開弁動作時にも計２回の衝突が生じる。

次に、第３実施形態における高圧ポンプ２の制御方法について説明する。
図１３に示すように、調量工程において、ＥＣＵ１は、ニードル６３を後退させるための電磁吸引力Ｆｍを発生させる第１駆動電流を通電させる。後退したニードル６３が吸入弁６４から離れると、吸入弁４４が弁スプリング４９の付勢力Ｆｓｖにより後退し、閉弁位置に到達する。このとき、吸入弁４４が弁座３８に衝突する。この衝突時刻をｔ１とする。その後、さらに後退したニードル６３は固定コア４６に衝突する。この衝突時刻をｔ２とする。

また、図１３に示すように、吸入工程において、ＥＣＵ１は、通電を停止する。すると、ニードル６３は、ニードルスプリング４７の付勢力Ｆｓｎによって前進し、吸入弁６４に衝突する。この衝突時刻をｔ３とする。その後、ニードル６３に押された吸入弁６４は、ストッパ３９に衝突して閉弁位置に到達する。この衝突時刻をｔ４とする。

以上の制御方法において、閉弁動作および開弁動作の各動作における１回目と２回目の衝突時刻（すなわち時刻ｔ１と時刻ｔ２、および時刻ｔ３と時刻ｔ４）の間の時間間隔は等しく、この時間間隔を共にＴとする。

ここで、高圧ポンプ２の任意の共振周波数（Ｈｚ）をＦとし、任意の自然数をｎとするとき、ＥＣＵ１は、以下の式（９）が成り立つような時間間隔Ｔで高圧ポンプ２の制御を行う。
Ｆ＝（ｎ−１／２）／Ｔ ・・・式（９）

例えば、図８に基づいて音を低減する対象の周波数となるＦを決定する。ここでは、例えばＦ＝７６００（Ｈｚ）とする場合を考える。また、上記の式（９）における自然数ｎを高圧ポンプ２の作動周期に基づいて設定する。ここでは、例えばｎ＝５０に設定する。

上記の式（９）において、Ｆ＝７６００（Ｈｚ）、ｎ＝５０とすると、以下の式（１０）によってＴが設定できる。
Ｔ＝（５０−１／２）／７６００
＝０．００６５１（ｓ）
＝６．５１（ｍｓ） ・・・式（１０）

以上により、第３実施形態では、時間間隔Ｔを６．５１ｍｓに設定することによって、各動作時に高圧ポンプ２に生じる起振力は７６００Ｈｚでディップを有する。このため、各動作時に高圧ポンプ２に発生する７６００Ｈｚの音を低減することができる。衝突音に大きく寄与するピーク周波数の音が低減されるため、結果的に、各動作時に高圧ポンプ２に発生する衝突音は低減される。

なお、第３実施形態では、ＥＣＵ１が、ニードルスプリング４７および弁スプリング４９の付勢力を考慮した上でコイル電流を制御することにより、ニードル６３の移動スピードを調節する等して時間間隔Ｔを設定することができる。

また、第３実施形態によれば、ＥＣＵ１による制御が第１および第２実施形態よりも簡単であるという利点がある。

なお、上述の説明では、特許請求の範囲に記載の可動部材として、同一軸方向に移動するニードル６３と吸入弁６４とを例示しているが、本発明はこれに限られない。例えば、互いに異なる方向に移動可能な可動部材が分離して構成されていてもよい。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、本発明をディーゼルエンジン３のインジェクタ７２を制御するＥＣＵ１０に適用している。

まず、ディーゼルエンジン３の概要構成について、図１４を参照して簡単に説明する。なお、本実施形態のディーゼルエンジン３としては、周知の構成を採用できる。

ディーゼルエンジン３は、車両に搭載される直列４気筒の４サイクルディーゼルエンジンであり、第１気筒（＃１）、第２気筒（＃２）、第３気筒（＃３）、第４気筒（＃４）の４個の気筒７１を備えている。

ディーゼルエンジン３は、各気筒７１に設けられた、作動装置としてのインジェクタ７２を備えている。インジェクタ７２は、気筒７１の燃焼室に直接燃料を噴射することが可能であり、弁体の昇降によって燃料の噴射と停止を行う。インジェクタ７２の構成としては周知のものを用いることができる。例えば、ノズルニードルが弁座に着座すると閉弁し、ノズルニードルが弁座から離座すると開弁する。また、ノズルニードルの昇降は、ソレノイドの励磁作用を利用するアクチュエータ、あるいはピエゾアクチュエータにより行うことができる。各インジェクタ７２は、コモンレール７３と接続され、このコモンレール７３は燃料供給管７４を介して燃料ポンプ７５と連通している。

ディーゼルエンジン３には、該ディーゼルエンジン３の運転状態を制御するための装置であるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータであり、電気配線を介してＥＤＵ７６に接続されている。ＥＤＵ７６は、高電圧を発生して各インジェクタ７２を駆動する装置であるインジェクタ駆動ユニットである。各インジェクタ７２の開弁時期や閉弁時期の制御は、ＥＣＵ１０の燃料噴射制御に基づきＥＤＵ７６を介して各インジェクタ７２に駆動電圧を加えることにより行なわれる。すなわち、ＥＣＵ１０は、ディーゼルエンジン３を目標の運転状態にすべく、燃料噴射量の演算及び燃料噴射時期の演算などを行い、燃料の噴射量および噴射時期を決定する。

次にディーゼルエンジン３の作動について図１５を参照して説明する。
ディーゼルエンジン３は、第１気筒（＃１）→第３気筒（＃３）→第２気筒（＃２）→第４気筒（＃４）の順にクランク角１８０度毎の等間隔で爆発行程を迎えるように構成されている。つまり、爆発行程がクランク回転角度１８０度の位相差で等間隔に生じる。

また、本実施形態のディーゼルエンジン３は、インジェクタ７２がマルチ噴射（多段噴射）を行うものである。例えば、インジェクタ７２は、爆発上死点近辺でメイン噴射を行った後、ポスト噴射を２回行う。その後、排気行程後期で、副次的に燃料を噴射する副噴射（いわゆるビゴム噴射）を行う。

作動装置であるインジェクタ７２では、ノズルニードルが弁座から離座することにより燃焼の噴射が開始し、その後、ノズルニードルが弁座に着座することにより、燃料の噴射が停止する。すなわち、インジェクタ７２の１回の噴射動作によってノズルニードルと弁座との衝突が１回生じる。ここで、メイン噴射による衝突と、１回目のポスト噴射による衝突との間の時間間隔をＴ１とし、１回目と２回目のポスト噴射による衝突の時間間隔をＴ２とする。

第４実施形態では、インジェクタ７２の噴射の時間間隔Ｔ１およびＴ２が固定されており、変更できない場合を考える。すなわち、第４実施形態では、時間間隔Ｔ１およびＴ２が固定である条件の下、任意の自然数をｎと、１回の衝突によりインジェクタ７２に発生する音の周波数特性について、波形にピークが出現する周波数（Ｈｚ）を設定する。特に、ここでは、インジェクタ７２の共振周波数Ｆ１、Ｆ２を設定することによって、以下の式（１１）および（１２）が成り立つようにする。
Ｆ１＝（ｎ−１／２）／Ｔ１ （ｎは自然数）・・・式（１１）
Ｆ２＝（ｎ−１／２）／Ｔ２ （ｎは自然数）・・・式（１２）

例えば、時間間隔Ｔ１が８ｍｓであり、時間間隔Ｔ２が２ｍｓである場合を考える。このとき、上記の式（１１）において、Ｔ１＝８（ｍｓ）、ｎ＝２０とすると、以下の式（１３）によって、共振周波数Ｆ１が求められる。
Ｆ１＝（２０−１／２）／０．０００８
＝２４３８（Ｈｚ） ・・・式（１３）

また、上記の式（１２）において、Ｔ２＝２（ｍｓ）、ｎ＝１０とすると、以下の式（１４）によって、共振周波数Ｆ２が求められる。
Ｆ２＝（１０−１／２）／０．０００２
＝４７５０（Ｈｚ） ・・・式（１４）

よって、インジェクタ７２の共振周波数を２４３８Ｈｚおよび４７５０Ｈｚに設定する。これによって、ＥＣＵ１０が上記の式（１１）および（１２）が成り立つようにインジェクタ７２を制御することができる。すなわち、２４３８Ｈｚおよび４７５０Ｈｚの音振動を低減することができる。

インジェクタ７２の共振周波数には、インジェクタ７２の材質および構成が関わっている。よって、インジェクタ７２の材質および構成を調整することによって、その共振周波数を２４３８Ｈｚおよび４７５０Ｈｚに設定することができる。

なお、インジェクタ７２の共振周波数を設定する際には、インジェクタ７２の周辺の取付部材等を含めた全体的な振動モードを考慮する必要がある。特に、インジェクタ７２のノズルニードルと弁座との衝突による振動がＥＤＵ７６との間に接続される駆動線のコネクタと共振することによって発生する音が、衝突音に大きく寄与している。よって、この駆動線のコネクタの剛性や長さ等を変えることによって、インジェクタ７２の共振周波数を好適に設定できる。

また、ここで言うインジェクタ７２の共振周波数とは、インジェクタ７２がディーゼルエンジン３に設けられた状態で求まる値であることが好ましい。この共振周波数特性は、実際に測定して求めてもよいし、コンピュータによるシミュレーション解析により求めてもよい。

第４実施形態によれば、例えばディーゼルエンジンのアイドリング時などに好適に振動および音を低減することができる。

［他の形態］
以上、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

例えば、上述の各実施形態では、作動装置として高圧ポンプ２またはインジェクタ７２を例として用いているが、本発明はこれに限られず、作動に伴って衝突部と被衝突部との衝突が生じる他の装置に適用することも可能である。

また、上述の各実施形態では、作動周期よりも短い時間間隔で２回または３回の衝突を生じさせる場合を例にして説明しているが、本発明の制御装置は、作動周期よりも短い時間間隔で４回以上の衝突が生じるように作動装置を制御してもよい。

また、上述の各実施形態において説明している式の数値は、厳密な値であることを必要とせず、当業者の技術常識の範囲内での誤差を含んでもよい。

１ ・・・ＥＣＵ（制御装置）
２ ・・・高圧ポンプ（作動装置）
３ ・・・ディーゼルエンジン
１０・・・ＥＣＵ（制御装置）
３８・・・弁座（被衝突部）
３９・・・ストッパ（被衝突部）
４４・・・吸入弁（衝突部、弁体）
４６・・・固定コア（被衝突部）
４８・・・可動コア（衝突部）
６３・・・ニードル（衝突部、被衝突部）
６４・・・吸入弁（衝突部、被衝突部）
７２・・・インジェクタ（作動装置）

Claims (7)

1. 周期的に作動する衝突部（４４、４８）と被衝突部（３８、３９）とを有し、前記衝突部と前記被衝突部との同一部位に複数回の衝突が生じる電磁弁について、１回の開弁動作中または閉弁動作中に、衝突部の移動速度または移動方向を変えるように前記電磁弁を制御する制御装置であって、前記１回の開弁動作または前記閉弁動作は、前記衝突部の下げ戻し行程を含み、
   １回の前記衝突により作動装置（２、７２）に発生する音または振動の周波数特性について、波形にピークが出現する周波数（Ｈｚ）をＦとし、前記複数の衝突の各衝突間の時間間隔（ｓ）をＴとし、任意の自然数をｎとするとき、
   前記複数回の前記衝突の各衝突間の時間間隔Ｔを変化させ、一定の周波数Ｆに対して、以下の式（１）が成り立つように、前記作動装置が含む前記電磁弁を制御することを特徴とする制御装置。
   Ｆ＝（ｎ−１／２）／Ｔ ・・・式（１）
2. 前記電磁弁の制御は、コイルに流れる電流変化により行うことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記衝突部の前記下げ戻し行程は通電電流により行うことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記下げ戻し行程の前記通電電流値は、前記衝突部を開弁位置から閉弁位置まで後退させる第１駆動電流値よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記下げ戻し行程の前記通電電流値は、前記衝突部が前進または後退する電流値であることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記複数の衝突により前記作動装置に生じる起振力は、複数回数が増えるにしたがって減少するように、前記電磁弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
7. 前記電磁弁は高圧燃料ポンプに内蔵されるものであり、前記周期的な作動は、吸入行程と調量行程であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。

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