JP6383760B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関に使用される燃料噴射弁の制御装置に関する。
近年、炭酸ガスの排出規制の強化や、化石燃料枯渇の懸念から、内燃機関における燃費（燃料消費率）の向上が求められている。このため、内燃機関の各種の損失を低減することで、燃費の向上を図る努力が行われている。一般に、損失を低減すると、機関の運転に必要な出力を小さくすることができるため、内燃機関の最低出力を小さくすることができる。このような内燃機関においては、最低出力に対応した少ない燃料量まで制御して供給する必要が生じる。
特許文献１には、弁体に対して、弁体の駆動方向に相対変位可能に弁体によって保持された可動子を備えることにより、弁体の衝突時のバウンドを抑制し、燃料噴射量を精密に制御可能な燃料噴射弁が開示されている。
また、近年では、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。例えば、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。
一般に、燃料噴射装置の噴射量は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）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、ＥＣＵが燃料噴射装置に駆動パルスを出力したタイミングから、燃料噴射装置が実際に開弁動作するタイミングまでは遅延があり、また燃料噴射装置毎の寸法公差や経年劣化などに起因して開弁タイミング・開弁速度にもばらつきがあることが知られている。閉弁に関しても同様に、ＥＣＵが駆動パルスを出力し終わった後から燃料噴射装置が実際に閉弁動作をするまで遅延があり、複数気筒の燃料噴射装置毎に閉弁タイミング・閉弁速度のばらつきが存在する。特に噴射パルスの幅が短い領域、つまりＥＣＵが噴射を指示する燃料量が少ない場合は、開閉弁の遅延と燃料噴射装置毎の寸法公差や経年劣化などによる弁挙動のばらつきが、実際に噴射される燃料量へ与える影響が大きくなってしまい、燃料噴射量を精度よく制御することが困難であった。
ここで、燃料噴射装置毎の噴射量ばらつきの低減とＥＣＵから制御可能な最小噴射量を低減するためには、弁動作のばらつきや噴射量のばらつきを、複数気筒の燃料噴射装置ごとにＥＣＵで検知して噴射量を補正する必要がある。特許文献２に開示された燃料噴射制御装置では、燃料噴射装置ごとに加速度センサを設けることで、開閉弁の振動を検知することが開示されている。また特許文献２では、可動子と固定コアの間のエアギャップが急速に縮小することで、磁気回路を構成する磁性材が磁気飽和し、磁気回路のインダクタンスが変化する現象に着目して、電流の２階微分値が負から正に切り替わるタイミングを検出することにより、開弁タイミングを検知している。
また一般的に、特許文献３には、ソレノイドの通電電流または電圧の一階微分値を計測して、インダクタンスの変化から可動子の挙動を検知することが開示されている。
特開２００７−２１８２０４号公報 特開２００１−２２１１２１号公報 米国特許出願公開２０１１／０１７０２２４号公報
特許文献１に開示されている技術では、燃料噴射装置毎に異なる、製造時の寸法公差等の個体差について考慮がされていない。また、特許文献１のような可動子と弁体とが別体で構成された燃料噴射装置では、弁体が開弁している状態から、ソレノイドへの電流供給を停止して閉弁動作を行って弁体が閉弁位置に到達して静止した後も、可動子が弁体から離間して閉弁方向に放物運動するために、弁体の閉弁に伴う可動子の速度および加速度変化が小さく、ソレノイドへの通電電流または電圧の一階微分値を用いた特許文献３記載の技術を用いても、弁体の閉弁の実際の挙動をインダクタンスの変化として検出することができない。また、特許文献３のように磁気吸引力を発生させて弁体を開閉弁動作させるための可動子と、燃料の通路を開閉するための弁体が一体となっている燃料噴射装置では、弁体が開弁状態から閉弁動作を行う際に、弁体が閉弁位置で静止したタイミングで可動子の動きも静止し、可動子の速度変化が大きくなるため、インダクタンスの変化を検出し易く、電圧の1階微分値を用いた方法で検出できる一方で、閉弁動作を行う際に、弁体と可動子の重量の合計が燃料をシールしている弁座に衝突するため、弁体が弁座との間でバウンドし易くなり、弁体が閉弁後に意図しない噴射を行い、すすを含む未燃焼粒子PM(Particulate Matter)やその数であるPN(Particulate Number)が増加してしまう可能性がある。
また、特許文献２に開示されている、加速度センサを用いた開閉弁タイミングの検知方法では、燃料噴射装置ごとに新たにセンサを設けることとなり、コストの増加を招いてしまう。また、特許文献２に開示されている、可動子とストッパ間のエアギャップが縮小して磁気飽和する現象に着目した開弁検知方法では、可動子がストッパと衝突するタイミングで飽和磁束密度に到達せずに、ソレノイドと磁性材である固定子、可動子等で構成される磁気回路の内部に発生する磁界と磁束密度の関係がある程度線形的な関係となる条件、例えばソレノイドに印加する電圧が低く、ソレノイドに流れる電流値が小さい条件でなければ、可動子と固定子との間のエアギャップの縮小に伴って生じる磁気抵抗の変化を電流の変化として捉える事ができない。微小な噴射量制御を行うために、高応答・高効率化が求められる燃料噴射装置において、ソレノイドに印加する電圧は高電圧であるため、そのような可動子がストッパに衝突する以前に吸引面の磁束密度が大きくなる条件での開弁検知に与える影響についての配慮が必ずしも十分でない。また、閉弁タイミングの検知方法については十分な考慮がなされていない。
本発明の目的は、コストの増加を抑えながら、可動子と弁体とが別体として構成された燃料噴射装置の個体ごとの噴射量ばらつき、あるいは経年劣化によって生じる噴射量ばらつきの要因となっていた、弁体の実際の動作タイミングを検知できる制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明の制御装置は、弁座と接することによって燃料通路を閉じ、弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体の駆動方向に相対変位可能に前記弁体に保持される可動子と、前記可動子に開弁方向の磁気吸引力を付勢するソレノイド及び磁気コアと、を備え、前記ソレノイドに電流を供給することにより前記磁気コアと前記可動子との間に前記磁気吸引力を作用させて前記弁体と前記可動子とを開弁方向に駆動させる燃料噴射弁を制御する制御装置において、
前記ソレノイドへ供給される電流の遮断により前記弁体が前記弁座と接触する時期を、前記ソレノイドの接地電位側端子と接地電位との間の電圧に基づいて検知することを特徴とする。
本発明によれば、可動子と弁体とが別体として構成された燃料噴射装置の実際の弁体の動作タイミングを検知することができるので、燃料噴射量ばらつきの要因となる、制御装置からの駆動信号の入力と実際の弁挙動とのずれを制御装置側で認識することが可能となる。
本発明の１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）の構成を示す図である。 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と駆動電流のタイミング、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 図２におけるＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量の関係を示した図である。 噴射量特性に個体ばらつきがある一般的な燃料噴射装置の噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量の関係を示した図である。 図４における各点４０１、４０２、４０３、４３１、４３２での弁挙動を示した図である。 本発明の１実施例における駆動回路及びエンジンコントロールユニットの構成を示す図である。 本発明の１実施例における噴射パルス、燃料噴射装置に供給する駆動電流、燃料噴射装置のスイッチング素子６０５、６０６、６０７、ソレノイドの端子間電圧、弁体および可動子の挙動と時間の関係を示した図である。 本発明の１実施例における寸法公差の変動の影響によって弁体挙動が変動している３つの燃料噴射装置の噴射パルスを停止後の弁体変位量、端子間電圧、端子間電圧の１階微分値、端子間電圧の２階微分値と噴射パルス停止後の時間との関係を示した図である。 本発明の１実施例における閉弁完了タイミングの検知原理である噴射パルス停止後の可動子と固定コアとの間の変位と可動子を通過する磁束と、電圧の対応関係を示した表である。 本発明の１実施例における中間リフト条件で、同一の燃料噴射装置において噴射パルス幅を変更した時の噴射パルス、駆動電流、弁体変位量、端子間電圧、端子間電圧の２階微分値と噴射パルスをＯＮにしてからの時間の関係を示した図である。 本発明の１実施例における寸法公差が異なる燃料噴射装置を駆動した場合に、弁体１１４が目標リフトに到達する閉弁完了タイミングを検知する条件でのソレノイドの端子間電圧、駆動電流、電流１階微分値、弁体変位量と噴射パルスをＯＮにしてからの時間の関係を示した図である。 一般的な磁性材料の磁化曲線（ＢＨカーブ）の初期磁化曲線と戻り曲線を示した図である。 本発明の第３実施例における燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。 本発明の第３実施例における噴射パルス幅Ｔｉ、電圧ＶL、電圧ＶLの２階微分値と噴射パルスＯＦＦ後の時間の関係について示した図である。 本発明の第４実施例における駆動装置の構成を示した図である。 本発明の第４実施例におけるアナログの微分回路１５０１の周波数ゲイン特性を示した図である。 本発明の第５実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合のうち、弁体を一定時間目標リフト位置で保持させて使用する時の燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第５実施例における制御手法によって弁体を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態における端子間電圧、駆動電流、弁体に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第５実施例における制御手法によって、図１８に示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する中間リフトでの動作する場合の噴射パルス幅Ｔｉ、駆動電流、弁体に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第５実施例における図１７〜図１９の制御方式の電流波形を使用した場合の噴射パルス幅と噴射量の関係を示した図である。 本発明の第６実施例における制御手法の中で、弁体が目標リフトに到達して駆動される場合の端子間電圧と駆動電流、弁体に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体の変位量と時間の関係を示した図である。 第６実施例における制御手法によって弁体を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態における端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第６実施例における制御手法によって、図２２に示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する中間リフトでの動作する場合の噴射パルス幅Ｔｉ、駆動電流、弁体に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第６実施例における図２１〜図２３の一連の動作をまとめて示した図である。 第６実施例における図２１〜図２３の制御方式の電流波形を使用した場合の噴射パルス幅と噴射量の関係を示した図である。 本発明における第７実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合のうち、弁体を一定時間目標リフト位置で保持させて使用する時の燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第７実施例における制御手法によって弁体を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態における端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第７実施例における制御手法によって、図２７に示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する中間リフトでの動作する場合の噴射パルス幅Ｔｉ、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 本発明の第８実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合のうち、弁体を一定時間目標リフト位置で保持させて使用する時の燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第８実施例における制御手法によって弁体を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態における端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第８実施例における制御手法によって、図３０に示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する中間リフトでの動作する場合の噴射パルス幅Ｔｉ、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第９実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合における、燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第９実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合における、噴射パルス幅Ｔｉを停止してからの時間と端子間電圧、駆動電流、可動子駆動力、可動子変位量の関係を示した図である。 第１０実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合における、燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第１１実施例における制御手法によって燃料噴射装置を駆動する場合における、燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第１２実施例における実施形態１から１１に記載した燃料噴射装置及びその制御方法を筒内直接噴射式エンジンに搭載した場合の概略図である。 第１３実施例における燃料噴射装置の断面構造を示した図である。 第１３実施例における燃料噴射装置の弁体が閉弁位置で静止している状態での駆動部構造の拡大図である。 第１３実施例における燃料噴射装置の弁体が開弁位置（目標リフト）で静止している状態での駆動部構造の拡大図である。 第１３実施例における燃料噴射装置の噴射パルス幅、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 第１４実施例における燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。 第１４実施例における駆動電流、燃料噴射装置６４０のHiサイド基準の端子間電圧ＶHL、燃料噴射装置６４０のHiサイド端子間と接地電位(GND)の間の電圧ＶHと燃料噴射装置６４０の接地電位(GND側端子と接地電位(GND)との間の電圧ＶLと噴射パルス停止後時間の関係を示した図である。 第１４実施例における駆動装置に配置したマルチプレクサの詳細を示した図である。
以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置及びその駆動装置の構成と動作について説明する。
最初に、図１を用いて、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、エンジン筒内に燃料を噴射するための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ＥＤＵ（駆動回路：エンジンドライブユニット）１２１、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０の構成の一例を示す図である。本実施の形態ではＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１とは別体の部品として構成されているが、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。また、本実施の形態では車載用エンジン、特にエンジン筒内に燃料を噴射する筒内直噴エンジンについて説明を行うが、これに限られない。
ＥＣＵ１２０では、エンジンの状態を示す信号を吸入空気量センサなどの各種センサから取り込み、エンジンの運転条件に応じて適切な噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された噴射パルスは、信号線１２３を通して燃料噴射装置の駆動回路１２１に入力される。駆動回路１２１は、ソレノイド１０５に印加する電圧を制御し、駆動電流を供給する。ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通して、駆動回路１２１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エンジンの運転条件に基づき、駆動回路１２１が生成する駆動電流を切替えることが可能である。駆動回路１２１は、ＥＣＵ１２０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が変化する。
燃料噴射装置の縦断面を用いて構成と動作について説明する。
図１に示した燃料噴射装置は通常時閉型の電磁弁（電磁式燃料噴射装置）であり、ソレノイド（コイル）１０５に通電されていない状態では、弁体１１４は第１のばねであるスプリング１１０によって弁座１１８に向けて付勢され、弁座１１８に密着して閉状態となっている。この閉状態においては、可動子１０２は第２のばねであるゼロ位置ばね１１２によって固定コア１０７側（開弁方向）に付勢されており、弁体１１４の固定コア側の端部に設けられた規制部１１４ａに密着している。この状態では、可動子１０２と固定コア１０７との間には隙間がある状態となっている。弁体１１４のロッド部１１４ｂをガイドするロッドガイド１１３は、ハウジングを成すノズルホルダ１０１に固定されている。弁体１１４と可動子１０２とは弁体１１４の可動方向（開閉弁方向）に相対変位可能に構成されており、ノズルホルダ１０１に内包されている。また、ロッドガイド１１３はゼロ位置ばね１１２のばね座を構成している。スプリング１１０による力は、固定コア１０７の内径に固定されるバネ押さえ１２４の押し込み量によって組み立て時に調整されている。なお、ゼロ位置ばね１１２の付勢力はスプリング１１０の付勢力よりも小さく設定されている。
燃料噴射装置は、固定コア１０７、可動子１０２、ヨーク１０３とで磁気回路を構成しており、可動子１０２と固定コア１０７との間に空隙を有している。ノズルホルダ１０１の可動子１０２と固定コア１０６との間の空隙に対応する部分には磁気絞り１１１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いる。
弁体１１４の規制部１１４ａとは反対側の端部の近傍にはロッドガイド１１５がノズルホルダ１０１に固定されるようにして設けられている。このロッドガイド１１５はオリフィスカップ１１６と同一の部品として構成されても良い。弁体１１４は第１のロッドガイド１１３と第２のロッドガイド１１５との２つのロッドガイドにより、弁軸方向の動きをガイドされている。
ノズルホルダ１０１の先端部には、弁座１１８と燃料噴射孔１１９とが形成されたオリフィスカップ１１６が固定され、可動子１０２と弁体１１４とが設けられた内部空間（燃料通路）を封止している。燃料噴射孔１１９は、本実施形態では複数設けられているが、一つのみ設けられていてもよい。
燃料は燃料噴射装置の紙面上方より供給され、弁体１１４の規制部１１４ａとは反対側の端部に形成されたシール部と弁座１１８とで燃料をシールしている。閉弁時には、燃料圧力によって弁座位置におけるシート内径に応じた力で弁体が閉方向に押されている。
ソレノイド１０５に電流が通電されると、可動子１０２と固定コア１０７との間に磁束が発生し、磁気吸引力が発生する。可動子１０２に作用する磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力による力の和を超えると、可動子１０２が上方へ動く。このとき可動子１０２は弁体１１４の規制部１１４ａと係合した状態で弁体１１４と一緒に上方へ移動し、可動子１０２の上端面が固定コア１０７の下面に衝突するまで移動する。
その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、供給された燃料が、複数の燃料噴射孔１１９から噴射される。
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１１８に接触する閉位置に押し戻される。
弁体１１４が目標リフト位置で静止している状態すなわち、開弁状態において、可動子１０２と固定コア１０７が相対する環状端面には、可動子１０２か固定コア１０７のどちらか一方もしくは両方に衝突部役割を果たす突起部が設けられている。また、突起部によって、開弁状態において、可動子１０２もしくは固定コア１０７の突起部以外の可動子１０２もしくは、固定コア１０７側との面との間には、空隙を有しており、開弁状態で突起の外径方向と内径方向に流体が移動可能な燃料通路が一つ以上設けられている。一般的に、磁気特性が良いマルテンサイト系もしくは、フェライト系のステンレス鋼では、材料の硬度および強度が低く、マルテンサイト系ステンレス鋼においては、硬度を大きくするために熱処理を行うと磁気特性が低下する場合がある。したがって、可動子１０２と固定コア１０７の衝突による突起部の摩耗を防ぐため、突起部を設けた端面に硬質クロムメッキなどのメッキ処理を行う場合がある。弁体１１４が閉位置に押し戻される動作では、可動子１０２は弁体１１４の規制部１１４ａと係合した状態で一緒に移動する。
本実施の形態の燃料噴射装置では、弁体１１４と可動子１０２とは、開弁時に可動子１０２が固定コア１０７と衝突した瞬間と、閉弁時に弁体１１４が弁座１１８と衝突した瞬間の非常に短い時間、相対的な変位を生じることにより、開弁時の可動子１０２の固定コア１０７に対するバウンドや、閉弁時の弁体１１４の弁座１１８に対するバウンドを抑制する効果を奏する。
ここで、スプリング１１０は磁気吸引力による駆動力の向きとは逆向きに弁体１１４を付勢しており、ゼロ位置ばね１１２はスプリング１１０の付勢力とは逆向きに可動子１０２を付勢している。
次に、燃料噴射装置を駆動する一般的な噴射パルスと駆動電圧と駆動電流（励磁電流）と弁体変位量（弁体挙動）との関係（図２）、及び噴射パルスと燃料噴射量との関係（図３）について説明する。
ＥＣＵ１２０から駆動回路１２１に噴射パルスが入力されると、駆動回路１２１はバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧ＶＨに昇圧された高電圧源からソレノイド１０５に高電圧２０１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、予め定められたピーク電流値Ｉpeakに到達すると、高電圧２０１の印加を停止する。なお、高電圧２０１の印加停止の条件は、昇圧電圧印加時間Ｔｐをあらかじめ決めておくなどして設定してもよい。その後、印加する電圧値を０Ｖ以下にし、電流２０２のように電流値を低下させる。電流値が所定の電流値２０４より小さくなると、駆動回路１２１はバッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチングによって行い、所定の電流２０３になるように制御する。なお、バッテリ電圧ＶＢの印加の条件も、経過時間などで設定してもよい。
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。高電圧２０１の印加からピーク電流値Ｉpeakもしくは、電流２０３に到達するまでの間に、弁体１１４のリフトが開始され、弁体１１４はやがて目標リフト位置に到達する。目標リフト位置到達後は、可動子１０２と固定コア１０７との衝突により、弁体１１４がスプリング１１０の付勢力と燃料圧力とに逆らってバウンド動作を行い、やがて電流２０３が生成する磁気吸引力とゼロ位置ばね１１２の開弁方向の力とつり合うことによって、弁体１１４は所定の目標リフト位置に静止し、安定した開弁状態となる。つまり、弁体１１４は可動子１０２に対して相対変位可能に構成されているため、目標リフト位置を越えて変位している。一方で、弁体１１４と可動子１０２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１１４の変位量は、目標リフト位置よりも大きくならず、目標リフト到達後の可動子１０２と弁体１１４の変位量は同等となる。可動子１０２と弁体１１４が一体の燃料噴射装置の場合、一体部品（以降、可動弁と称する）が磁気回路の構成部品となって吸引力を発生させ、弁座１１７との開・閉弁を行う２つの機能を有する。
次に、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量との関係について説明する。噴射パルス幅Ｔｉが一定の時間に達しない時には、可動子１０２に作用する磁気吸引力が、弁体１１４に作用する閉弁方向の力を上回らないため、弁体１１４は開弁せず、燃料は噴射されない。上記の閉弁方向の力とは、弁体１１４に働くスプリング１１０からの付勢力と閉弁状態での弁体１１４および弁座１１８の接触径（以降、シート径と称する）と燃料圧力の積で示される燃料圧力による力である。噴射パルス幅Ｔｉが短い、例えば３０１のような条件では、弁体１１４は弁座１１８から離間し、リフトを開始するが、弁体１１４が目標リフト位置に達する前に閉弁を開始するため、直線領域３２０から外挿される一点鎖線３３０に対して噴射量は少なくなる。また、点３０２のパルス幅では、目標リフト位置に達する直後で閉弁を開始し、弁体１１４の軌跡が放物運動となる。この条件においては、弁体１１４が有する開弁方向の運動エネルギーが大きく、また、可動子１０２に作用する磁気吸引力が大きいため、閉弁に要する時間の割合が大きくなり、一点鎖線３３０に対して噴射量が多くなる。点３０３の噴射パルス幅では、弁体１１４のバウンド量が最大となるタイミングｔ23において閉弁を開始するため、可動子１０２と固定コア１０７が衝突する際の反発力が可動子１０２に働き、噴射パルスをＯＦＦしてから閉弁するまでの閉弁遅れ時間が小さくなり、その結果噴射量は一点鎖線３３０に対して少なくなっている。点３０４は、弁体のバウンドが収束した直後のタイミングｔ24に閉弁を開始するような状態であり、点３０４より大きい噴射パルス幅Ｔｉでは、噴射パルス幅Ｔｉの増加に応じて燃料の噴射量が線形的に増加する。燃料の噴射が開始されてから、点３０４で示すパルス幅Ｔｉまでの領域では、弁体１１４が目標リフトに到達しない、もしくは、弁体１１４が目標リフトに到達したとしても弁体のバウンドが安定しないため噴射量が変動し、ＥＣＵ１２０からの出力通りに噴射量の制御を行うことができない。ＥＣＵ１２０からの制御が可能な最小噴射量を小さくするためには、噴射パルス幅Ｔｉの増加に応じて燃料の噴射量が線形的に増加する領域を増やすか、もしくは、噴射パルス幅Ｔｉが３０４より小さい噴射パルス幅Ｔｉと噴射量の関係が線形とならない非線形領域の噴射量を補正する必要がある。
図２で説明したような一般的な駆電流波形では、可動子１０２と固定コア１０７の衝突によって発生する弁体１１４のバウンドが大きく、弁体１１４のバウンド途中で閉弁を開始することにより、点３０４までの短い噴射パルス幅Ｔｉの領域に非線形性が発生し、この非線形性が最小噴射量悪化の原因の一つとなっている。従って、弁体１１４が目標リフトに到達する条件での噴射量特性の非線形性を改善するためには、目標リフト位置到達後に発生する弁体１１４のバウンドを低減する必要がある。また、寸法公差に伴う弁体１１４の挙動の変動があるため、燃料噴射装置ごとに可動子１０２と固定コア１０７が接触するタイミングが異なり、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度にばらつきが生じるため、弁体１１４のバウンドは燃料噴射装置の個体ごとにばらつき、噴射量の個体ばらつきが大きくなる。
図４〜図１２を用いて本発明における第一実施例を説明する。図４は、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射装置の部品公差によって生じる噴射量の個体ばらつきの関係を示した図である。図５は、図４における噴射量の個体ばらつきでの弁体１１４の変位量の関係、各噴射パルス幅での弁体１１４の変位量と時間の関係を示した図である。図６は、燃料噴射装置の駆動装置１２１およびＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０の詳細を示した図である。また、図７は、本発明の一実施例における噴射パルス、燃料噴射装置に供給する駆動電流、燃料噴射装置のスイッチング素子６０５、６０６、６０７、ソレノイドの端子間電圧、弁体１１４および可動子１０２の挙動と時間の関係を示した図である。図８は、本発明の一実施例における寸法公差の変動の影響によって弁体挙動が変動している３つの燃料噴射装置の噴射パルス幅Ｔｉを停止後の弁体変位量、端子間電圧、端子間電圧の１階微分値、端子間電圧の２階微分値と噴射パルス停止後の時間との関係を示した図である。図９は、本発明の一実施例における閉弁完了タイミングの検知原理である噴射パルス停止後の可動子１０２と固定コア１０７との間の変位（ギャップ）と可動子１０２と固定コア１０７との間の吸引面を通過する磁束φと、電圧Ｖの対応関係を示した表である。図１０は、本発明の一実施例における中間リフト条件で、同一の燃料噴射装置において噴射パルス幅Ｔｉを変更した時の噴射パルス、駆動電流、弁体変位量、端子間電圧、端子間電圧の２階微分値と噴射パルスをＯＮにしてからの時間の関係を示した図である。図１１は、本発明の一実施例における寸法公差が異なる燃料噴射装置を駆動した場合に、弁体１１４が目標リフトに到達する閉弁完了タイミングを検知する条件でのソレノイドの端子間電圧、駆動電流、電流１階微分値、弁体変位量と噴射パルスをＯＮにしてからの時間の関係を示した図である。図１２は、一般的な磁性材料の磁化曲線（ＢＨカーブ）の初期磁化曲線と戻り曲線を示した図である。
最初に、図４、図５を用いて、各噴射パルス幅Ｔｉでの噴射量と弁体１１４の変位量の関係および、噴射量の個体ばらつきと弁体１１４の変位量の関係について説明する。噴射量の個体ばらつきは、燃料噴射装置の部品公差の影響や、環境条件の変動すなわち、燃料噴射装置に供給される燃料圧力、駆動装置のバッテリ電圧源、昇圧電圧源の電圧値の個体ばらつきによって生じるソレノイド１０５へ供給される電流値の変動によって生じる。燃料噴射装置の噴孔１１９より噴射される燃料の噴射量は、噴孔１１９の直径によって決まる複数の噴孔の総断面積が同じであった場合、弁体１１４の変位量できまる燃料シート部の燃料が流れる流路の断面積で噴射量が決まる。図４は、燃料噴射装置に一定の燃料圧力を供給した場合の噴射パルス幅が小さい領域で噴射量が設計の中央値となる個体Ｑcに対して、噴射量が大きい個体Ｑuと噴射量が小さい個体Ｑlを記載した図である。
図４、図５を用いて、噴射量がある噴射パルス幅ｔ41の条件において、設計の中央値となる個体Ｑcの各噴射パルス幅Ｔｉでの噴射量と弁体１１４の変位量の関係について説明する。噴射パルス幅Ｔｉが小さい点４０１の条件での弁体１１４の変位量は実線５０１となり、弁体１１４が目標リフトに到達する前に、噴射パルス幅ＴｉがＯＦＦとなり、弁体１１４が閉弁し、弁体１１４は放物運動の軌跡となる。次に、噴射パルス幅Ｔｉと噴射量の関係が略線形となる直線領域から外挿される一点鎖線４３０より、噴射量が大きくなる点４０２では、実線５０１よりも弁体１１４の変位量は大きくなり、弁体１１４が目標リフト位置に到達しきらずに、一点鎖線５０２に示すように閉弁を開始し、実線５０１と同様に放物運動の軌跡となる。次に、一点鎖線４３０より、噴射量が小さくなる点４０３では、可動子１０２が固定コア１０７と衝突した後に、弁体１１４が閉弁を開始し、２点鎖線５０３に示すような軌跡となり、噴射パルス幅ＴｉをＯＦＦにしてから弁体１１４が弁座１１８と接触するまでの閉弁遅れ時間は、１点鎖線５０２の条件と比べて小さくなり、その結果、点４０２と比べて点４０３の噴射量が小さくなる。また、図のｔ41の噴射パルス幅Ｔｉでの各Ｑu、Ｑc、Ｑlの点４３２、４０１、４３１での弁体１１４の変位量を、５０６、５０５、５０４に示す。タイミングｔ41での噴射パルス幅５００を駆動回路に入力した場合、燃料噴射装置６４０の寸法公差の個体差の影響によって噴射パルス幅をＯＮにしてからの弁体１１４の開弁開始タイミングがｔ51、ｔ52、ｔ53のように変動する。気筒毎に備えられた各固体に同一の噴射パルス幅を与えた場合、開弁開始タイミングが早い個体Ｑuが、噴射パルス幅をＯＦＦにするタイミングｔ54での弁体１１４の変位量５０４が最も大きくなる。噴射パルス幅をＯＦＦにした後も、可動子１０２は運動エネルギーおよび渦電流の影響による残留磁束に伴う残留磁気吸引力によって、弁体１１４は変位を継続し、可動子１０２の運動エネルギーと磁気吸引力による開弁方向の力が、閉弁方向の力を下回ったタイミングｔ57で弁体１１４が閉弁を開始する。弁体の変位量５０４、５０５、５０６に示す通り、開弁開始タイミングが早い個体のほうが、弁体１１４のリフト量が大きく、噴射パルス幅をＯＦＦにしてから弁体１１４が閉弁完了するまでの閉弁遅れ時間が増加する。したがって、各気筒の燃料噴射装置の開弁開始タイミングもしくは、閉弁完了タイミングの個体ばらつきを駆動回路１２１やＥＣＵ１２０で検知もしくは推定できれば、中間リフトでのリフト量の制御が可能となり、噴射量の個体ばらつきを低減して、中間リフトの領域でも噴射量を安定的に制御することができる。
図６、図７、図８を用いて第一実施例における燃料噴射装置の駆動回路の構成と噴射量の個体ばらつきの要因である弁体１１４の変位量の個体ばらつきの検出方法について説明する。図６は燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。ＣＰＵ６０１は例えばＥＣＵ１２０に内蔵され、内燃機関の運転条件、例えば吸入空気量や回転数等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６０４を通して燃料噴射装置の駆動ＩＣ６０２に噴射パルス幅Ｔｉを出力する。その後駆動ＩＣ６０２によって、スイッチング素子６０５、６０６、６０７のＯＮ、ＯＦＦを切替えて、燃料噴射装置のソレノイド１０５へ駆動電流を供給する。
スイッチング素子６０５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ソレノイド１０５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６０５、６０６、６０７は、例えばＦＥＴ等のトランジスタによって構成される。高電圧源の電圧値である昇圧電圧ＶＨは例えば６０Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路６１４によって昇圧することで生成される。昇圧回路６１４は例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されるが、コイル６３０とトランジスタ６３１、ダイオード６３２およびコンデンサ６３３で構成してもよい。後者の昇圧回路の場合、トランジスタ６３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位６３４側へ流れるが、トランジスタ６３１をＯＦＦにすると、コイル６３０に発生する高い電圧がダイオード６３２を通して静流されコンデンサ６３３に電荷が蓄積される。昇圧電圧ＶＨ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６３３の電圧を増加させる。スイッチング素子６０７は、低電圧源ＶＢ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６０６は、ソレノイド１０５の低電圧側の端子と接地電位６１５の間に接続されている。駆動ＩＣ６０２は、電流検出用の抵抗６０８、６１２、６１３により、ソレノイド１０５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６０５、６０６、６０７のＯＮ、ＯＦＦを切替え、所望の駆動電流を生成している。なお、電流検出用の抵抗６０８、６１２、６１３は、電流の検出精度の向上とコストおよび信頼性の観点から、抵抗値が小さく、高精度な抵抗器であるシャント抵抗を用いると良い。特に、燃料噴射装置の場合では、ソレノイド１０５の抵抗値に比べて、抵抗６０８、６１２、６１３の抵抗値は十分に小さいため、抵抗６０８、６１２、６１３で発生する損失による影響は小さい。ダイオード６０９と６１０は電流を遮断するために備え付けられている。ＣＰＵ６０１は駆動ＩＣ６０２と通信ライン６０３を通して、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ＩＣ６０２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。
図６、図７を用いて、第一実施例における駆動回路の構成と燃料噴射装置に流れる励磁電流を生成するための、スイッチング素子の切替えタイミングおよび燃料噴射装置の端子間電圧、弁体１１４の変位量の関係について説明する。
図７は、ＣＰＵ６０１より出力される噴射パルス幅Ｔｉと駆動電流（励磁電流）、駆動回路１２１およびＥＣＵ１２０に内包されているスイッチング素子６０５、スイッチング素子６０６、スイッチング素子６０６のＯＮ、ＯＦＦのタイミングとソレノイド１０５の端子間電圧および弁体１１４の変位量を示した図である。
タイミングｔ71において、ＣＰＵ６０１より噴射パルス幅Ｔｉが通信ライン６０４を通して駆動ＩＣ６０２に入力されると、スイッチング素子６０５とスイッチング素子６０６がＯＮとなり、バッテリ電圧よりも高い昇圧電圧ＶＨを印加し、駆動電流がソレノイド１０５に供給され、電流が急速に立ち上がる。電流がピーク電流値Ｉpeakに達すると、スイッチング素子６０５とスイッチング素子６０６、スイッチング素子が共にＯＦＦになり、ソレノイド１０５のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード６０９とダイオード６１０が通電し、電流が電圧源ＶＨ側へ帰還され、ソレノイド１０５に供給されていた電流は、電流７０２のようにピーク電流値Ｉpeakから急速に低下する。なお、ピーク電流値Ｉpeakから電流７０３への移行期間にスイッチング素子６０６をＯＮにすると、逆起電力エネルギーによる電流は接地電位側に流れ、電流は緩やかに低下する。その後タイミングｔ73に到達すると、再びスイッチング素子６０６をＯＮにし、スイッチング素子６０７のＯＮ、ＯＦＦの切替えを行い、電流値７０４或いはその近傍で電流値を保持するように電流７０３を制御する。電流７０３を一定時間保持した後、噴射パルスがＯＦＦになるとスイッチング素子６０６とスイッチング素子６０７を共にＯＦＦにする。スイッチング素子６０６、６０７が共にＯＦＦになると、これまで接地電位（ＧＮＤ）側へ電流が流れられなくなるため、ソレノイド１０５のインダクタンスによる逆起電力によって、電圧源側の端子の電圧が増大し、接地電位（ＧＮＤ）側からダイオード６０９とソレノイド１０５、ダイオード６１０を介して高電圧源へ帰還され、コンデンサ６３３に電荷が蓄積される。このとき、ソレノイド１０５に供給されていた電流は、電流７０３から急速に低下するが、固定コア１０７、可動子１０２、ヨーク１０３とで構成される磁気回路の内部に発生する渦電流の影響によって、磁気回路内の磁束が消滅するまでの間、燃料噴射装置６４０には磁気吸引力が残留する。渦電流に起因する残留磁束の影響により、ソレノイド１０５の端子間電圧には、テール電圧７０５が生じ、渦電流が消滅して磁気吸引力が低下する過程をソレノイド１０５の端子間電圧Ｖinjとして測定することができる。
次に、噴射パルス幅Ｔｉの印加を停止してからの弁体１１４と可動子１０２の挙動について説明する。噴射パルス幅ＴｉがＯＦＦになると、可動子１０２に生じていた磁気吸引力が減少し、磁気吸引力が弁体１１４と可動子１０２に働く閉弁方向の力（燃料圧力による力とスプリング１１０の荷重の合力）よりも小さくなったタイミングで弁体１１４と可動子１０２は連動して閉弁を開始する。弁体１１４と可動子１０２は弁座１１８と接触するまでは同一の挙動となるが、弁体１１４が弁座１１８と接触するタイミングｔ76になると、可動子１０２は弁体１１４から離間し、閉弁方向に放物運動する。その後、可動子１０２を開弁方向に付勢しているゼロ位置ばね１１２によって、可動子１０２がタイミングｔ77に到達したときに再び弁体１１４と接触し、変位量０の位置で可動子１０２の運動が停止する。
また、弁体１１４および可動子１０２が開弁状態から閉弁する際に、ソレノイド１０５の端子間電圧ＶinjをＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２で検出するため、ソレノイド１０５の電圧源ＶＨ、ＶＢ側の端子と接地電位６１５との間の電位差を検出し、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に搭載したＡ／Ｄコンバーターを介して、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２で検知すると良い。なお、Ａ／ＤコンバーターはＩＣ６０２、ＣＰＵ６１２とは別の素子としてＥＣＵ１２０内に実装してもよい。また、端子間電圧Ｖinjはソレノイド１０５の電圧源ＶＨ、ＶＢ側の端子と接地電位６１５側の端子との間の電位差により検出してもよい。このように構成することで、弁体１１４が開弁状態から閉弁を開始し、弁座１１７と接触した瞬間に、可動子１０２が弁体１１４から離間することによる可動子１０２の加速度の変化を、端子間電圧Ｖinjに発生する誘導起電力の変化として検出し、端子間電圧ＶinjをＩＣ６０２もしくは、ＣＰＵ６１２に搭載されたＡ／Ｄコンバーターを介することで、デジタル信号として検知することができる。また、図７に示すとおり、端子間電圧Ｖinjには、最大で負の方向の昇圧電圧−ＶＨからＶＨまでの高電圧が生じ、昇圧電圧ＶＨを６０Ｖとすると１２０Ｖの電位差が発生することになる。ここで、Ａ／Ｄコンバーターには測定可能なレンジの限界があるため、ＣＰＵ６０１およびＩＣ６０２のＡ／Ｄコンバーターに入力可能な電圧値にまで電圧を小さくする必要がある。そこで、測定端子６４１および６４２との間に抵抗器を直列に２つ配置し、端子間電圧Ｖinjを分圧して、抵抗器の１つの両端電圧をＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に入力すると良い。これにより、検出電圧がＡ／Ｄコンバーターで測定可能なレンジを超えることがなく、また分解能の低いＡ／Ｄコンバーターを採用することも可能となり、コストを抑えることもできる。このとき、電圧分圧に用いた抵抗器の発熱を抑制するため、燃料噴射装置のソレノイド１０５の抵抗値に比べて、分圧に用いる抵抗器の抵抗値を十分大きくすると良い。
次に、図６、図８、図９を用いて、第一実施例における駆動回路の説明と噴射量の個体ばらつきの要因の１つである噴射パルスをＯＦＦにしてから弁体１１４が弁座１１８と接触するまでの閉弁遅れ時間の検知原理について説明する。
図８は、燃料噴射装置の寸法公差のばらつきによって閉弁挙動が異なる３つの個体１、２、３の弁体１１４の変位量と図７における端子間電圧Ｖinjの拡大図７０６と端子間電圧の１階微分値および端子間電圧Ｖinjの２階微分値の関係を示した図である。また、図９は可動子１０２と固定コア１０７間の変位（ギャップｘと称する）と可動子１０２の固定コア１０７との間の吸引面を通過する磁束φおよび電圧の対応関係を示した図である。
図８より、噴射パルス幅ＴｉがＯＦＦとなると、可動子１０２に発生していた磁気吸引力が低下し、磁気吸引力が弁体１１４と可動子１０２に作用する閉弁方向の力を下回ったタイミングで弁体１１４が閉弁を開始する。磁気回路の磁気抵抗の大きさは、各経路での断面積と透磁率に反比例し、磁束が通る磁路長さに比例する。磁性特性の良い磁性材の金属に比べて、可動子１０２と固定コア１０７との間のギャップの透磁率は真空の透磁率μ０＝４π×１０−７［Ｈ／ｍ］であり、磁性材の金属の透磁率に比べて、非常に小さいため、磁気抵抗が大きくなる。磁性材の透磁率μは、Ｂ＝μＨの関係により、磁性材のＢＨカーブ（磁化曲線）の特性によって決まり、磁気回路の内部磁場の大きさによって変化するが、一般的に低い磁場では、低い透磁率となり、磁場の増加に伴って透磁率が増加し、ある磁場を越えた時点で透磁率が減少するプロファイルとなる。弁体１１４が開弁位置から変位すると、可動子１０２と固定コア１０７の間にギャップｘが生じるため、磁気回路の磁気抵抗が増加し、磁気回路に発生可能な磁束が減少し、可動子１０２の固定コア１０７側端面の吸引面を通過する磁束も減少する。ソレノイド１０５の磁気回路内部に発生している磁束が変化すると、レンツの法則による誘導起電力が発生する。一般的に、磁気回路における誘導起電力の大きさは、磁気回路に流れる磁束の変化率（磁束の１階微分値）に比例する。ソレノイド１０５の巻き数をＮ、磁気回路に発生している磁束をφとすると、燃料噴射装置の端子間電圧Ｖは、式（１）に示すように、誘導起電力の項−Ｎｄφ／ｄｔとオームの法則によって生じるソレノイド１０５の抵抗Ｒとソレノイド１０５に流れる電流ｉの積との和で示される。
Figure 0006383760
弁体１１４が弁座１１８と接触すると、可動子１０２は弁体１１４から離間するが、これまで弁体１１４を通して可動子１０２に作用していたスプリング１１０による荷重と弁体に働く燃料圧力による力の閉弁方向の力が作用しなくなり、可動子１０２は、開弁方向の力であるゼロ位置ばね１１２の荷重を受ける。つまり、弁体１１４が弁座１１８と接触したタイミングで、可動子１０２の加速度に変化が生じる。
可動子１０２と固定コア１０７の間に生じるギャップｘと、吸引面を通過する磁束φの関係は、微小時間においては、１次近似の関係とみなすことができる。つまり、可動子１０２と固定コア１０７との間のギャップxと可動子１０２と固定コア１０７間の磁気抵抗Ｒxとの関係は、磁気回路を等価回路のモデルで表すパーミアンス法によれば、Ｒx＝ｘ/(μ0・Sx){ただし、μ0:真空の透磁率、Sx：可動子の吸引面積}の関係で表すことができるため、ギャップｘが大きくなると、可動子１０２と固定コア１０７の距離が大きくなり、磁気抵抗が増加して、可動子１０２の固定コア１０７側端面を通過可能な磁束が減少し、磁気吸引力も低下する。
可動子１０２に働く吸引力は、一般的に式（２）で導出することができる。式（２）より、可動子１０２に働く吸引力は、可動子１０２の吸引面の磁束密度Ｂの二乗に比例し、可動子１０２の吸引面積Ｓに比例する。
Figure 0006383760
式（１）と図９より、ソレノイド１０５の端子間電圧Ｖinjと可動子１０２の吸引面を通過する磁束φの１階微分値には対応関係がある。また、可動子１０２の固定コア１０７側端面と固定コア１０７の可動子１０２側端面の距離であるギャップｘが変化することで可動子１０２と固定コア１０７との間の空間の面積が増加するため、磁気回路の磁気抵抗が変化し、その結果として可動子１０２の吸引面を通過可能な磁束が変化するため、ギャップｘと磁束φが微小時間においては１次近似の関係にあると考えることができる。ギャップｘと磁束φが、微小時間において1次近似の関係となる理由は、固定コア１０７、可動子１０２、ノズルホルダ１０１、ヨーク１０３で構成される磁気回路全体の磁気抵抗をＲtotal、磁気回路全体に発生する磁束をφtotalとすると、アンペールの法則およびパーミアンス法により、φtotal＝Ｕ/Ｒtotal｛ただし、Ｕ：起磁力｝と表すことができ、磁気抵抗Ｒtotalの中に、可動子１０２と固定コア１０７との間の磁気抵抗Ｒｘが含まれるためである。また、磁気回路の全体の磁束φtotalは、可動子１０２と固定コア１０７との間を通過する磁束φとノズルホルダ１０１の磁気絞り部に漏れる磁束φmdに大別できるが、ノズルホルダ１０１に設けた磁気絞り１１１によって、ノズルホルダの断面積が制限されており、磁気絞り１１１の磁束密度が飽和し易く磁気絞り１１１を通過可能な漏れ磁束φmdが制限されるために、漏れ磁束φmdに比べてφの方が十分大きい。したがって、φtotal≒φの関係が成り立つために、微小時間においては、ギャップｘと磁束φの関係を1次近似と考えることが可能である。また、ギャップｘが小さい条件では、可動子１０２と固定コア１０７との間の空間の面積が小さいため、磁気回路の磁気抵抗が小さく、可動子１０２の吸引面を通過できる磁束が増える。一方で、ギャップｘが大きい条件では、可動子１０２と固定コア１０７との間の空間の面積が大きいため、磁気回路の磁気抵抗が大きく、可動子１０２の吸引面を通過可能な磁束が減少する。また、図９より、磁束の１階微分値は、ギャップｘの１階微分値と対応関係にある。さらに、端子間電圧の１階微分値は、磁束φの２階微分値と対応し、磁束φの２階微分値は、ギャップｘの２階微分値すなわち可動子１０２の加速度に相当する。したがって、可動子１０２の加速度の変化を検出するためには、端子間電圧の２階微分値を検出する必要がある。
図８より、噴射パルス幅Ｔｉを停止してから、弁体１１４が目標リフト位置から変位すると端子間電圧Ｖinjのプロファイルに変化が生じる。例えば、タイミングｔ81では、弁体１１４に連動して動く可動子１０２の変位量に応じて端子間電圧Ｖinjが変化し、可動子１０２と固定コア１０７ギャップｘが大きいほど端子間電圧Ｖinjは０に漸近していく。
タイミングｔ81での個体１、２、３の弁体１１４の変位量と弁体１１４が弁座１１８と接触するタイミングｔ82、ｔ83、ｔ84には、相関関係があるため、タイミングｔ81から弁体１１４が弁座１１８と接触する閉弁完了タイミングを推定し、個体１、２、３の噴射パルス幅Ｔｉを停止してから弁体１１４が弁座１１８と接触するまでの閉弁遅れ時間を検知することができ、閉弁遅れ時間の変化に伴う噴射量の個体ばらつきをＥＣＵ１２０によって推定することができる。
なお、燃料噴射装置６４０の構成が、可動子１０２と弁体１１４が一体構造で有る場合、弁体１１４が弁座１１８と接触した瞬間に可動子１０２が静止するため、端子間電圧Ｖinjに閾値を設けて弁体１１４の変位量を推定するか、もしくは、図９に示す速度の変化として電圧の１階微分値で閉弁完了タイミングを検知することができる。
また、弁体１１４が弁座１１８と接触した瞬間に可動子１０２が弁体１１４から離間することで可動子１０２に働く力の変化を加速度の変化として、端子間電圧Ｖinjの２階微分値で検出することができる。噴射パルス幅Ｔｉが停止された後、弁体１１４と連動して可動子１０２が目標リフト位置から変位し、このときの端子間電圧Ｖinjは負の値から緩やかに０に漸近していく。弁体１１４が閉弁後に、可動子１０２が弁体１１４から離間すると、これまで弁体１１４を介して可動子１０２に働いていた閉弁方向の力すなわちスプリング１１０による荷重と燃料圧力による力がなくなり、可動子１０２には、ゼロ位置ばね１１２の荷重が開弁方向の力として働く。弁体１１４が閉弁位置に到達して可動子１０２に作用する力の向きが閉弁方向から開弁方向へ変化すると、これまで緩やかに増加していた端子間電圧Ｖinjの２階微分値が減少に転ずる。この端子間電圧Ｖinjの２階微分値の最大値を駆動回路で検出することで、弁体１１４の変位量の個体ばらつきを精度よく検出することが可能である。特に、可動子１０２が開弁位置から変位することによる端子間電圧Ｖinjの値は、ソレノイド１０５の巻き線の線径および巻き数によって決まる抵抗値、磁気回路の仕様、磁性材の材質（電気低効率とＢＨカーブ）によって決まるインダクタンスや、弁体１１４の目標リフトの設定値、噴射パルス幅Ｔｉが停止されるタイミングでの電流値によって変化し、以上で説明した寸法や設定値の公差変動による影響を大きく受けるため、閉弁遅れ時間を精度良く推定するためには、予め測定誤差の影響による補正値を駆動回路１２１またはＥＣＵ１２０において設定しておくことがのぞましい。例えば、式（１）より、例えば、ソレノイド１０５の抵抗値ならびに電流値を測定するためのシャント抵抗の抵抗値の設計中央値からの乖離値を初期情報として各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに駆動装置に入力することで、電流値の変化による誤差を小さくできるため、測定誤差による端子間電圧Ｖｉｎjの変化を低減することができる。これは、電流検出用のシャント抵抗の抵抗値が変動した場合、その両端電圧もばらつきの影響を受けるため、電流制御する際の真の電流値が各気筒ごと乃至各駆動装置ごとに変動するためである。このとき、ソレノイド１０５の抵抗値を初期情報として、燃料噴射装置６４０ごとにマーキングしておき、駆動装置でその初期情報を読み込めるように構成するとよい。また、端子間電圧Ｖinjの値の検知による閉弁遅れ時間の推定方法に対して、端子間電圧Ｖinjの２階微分値による閉弁遅れ時間の検知方法では、物理量として可動子１０２の加速度の変化点を検出しているため、設計値や公差の変動および環境条件（電流値）の影響を受けず、精度良く閉弁完了タイミングおよび閉弁遅れ時間の検出が可能である。
また、噴射パルス幅Ｔｉを停止してから弁体１１４が閉弁完了するまでの閉弁遅れ時間を検知するため、ＩＣ６０２もしくは、ＣＰＵ６０１に入力された端子間電圧Ｖinjを２階微分し、２階微分値が最大となるタイミングを弁体１１４が閉弁完了するタイミングとして検知することで、正確な閉弁完了タイミングを検出することができる。また、燃料噴射装置６４０の端子間電圧Ｖinjの測定端子６４１と電圧入力端子６１２との間にオペアンプ６２０と抵抗６１９と６１８とコンデンサ６１７とで構成されるアクティブローパスフィルタを構成すると良い。可動子１０２が弁体１１４から離間することによる加速度の変化として検知する端子間電圧Ｖinjの変化は、電圧の信号に発生するノイズに比べて周波数が低い。したがって、端子間電圧Ｖinjの電圧と測定端子６４１とＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２との間にローパスフィルタを介することで、ソレノイド１０５の端子間電圧Ｖinjに発生する高周波なノイズを低減することができ、閉弁完了タイミングの検知精度を高めることができる。また、アクティブローパスフィルタのカットオフ周波数ｆcは、抵抗６１８とコンデンサ６１８を用いて下記の式（３）を用いて設定することができる。燃料噴射装置と駆動装置の構成によって、スイッチング素子６０５、６０６、６０７、６１４や第２の電圧源を構成するためのスイッチング素子６３１のスイッチングタイミングおよび第２の電圧源の値が異なり、その結果として、電圧に発生するノイズの周波数は異なる。したがって、ソレノイド１０５と駆動回路の仕様ごとに抵抗６１８とコンデンサ６１８の設計値を変更して設定すると良い。また、アナログ回路でローパスフィルタを構成した場合、ＣＰＵ６０１でデジタル的にフィルタリング処理を行う必要がないため、ＣＰＵ６０１の計算負荷を低減できる。また、端子間電圧Ｖinjの測定端子６４１、６４２からの信号をＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に直接入力し、デジタル的にフィルタリング処理しても良い。この場合、アナログのローパスフィルタの構成部品である抵抗６１８、６１９とコンデンサ６１７およびオペアンプ６２０を使用する必要がないため、駆動装置のコストを低減できる。また、以上で説明したローパスフィルタは、測定端子６４１に直列に配置する抵抗器と並列に配置するコンデンサからなる１次ローパスフィルタを用いても良い。１次ローパスフィルタを用いる場合、アクティブローパスフィルタを用いた構成に対して、抵抗とオペアンプの２つの部品を減らすことができるため、駆動装置のコストを低減することが可能である。また、１次ローパスフィルタのカットオフ周波数の算出方法は、アクティブローパスフィルタを用いた場合の式（３）で算出できる。また、ローパスフィルタの構成としては、コイルとコンデンサを用いて時数が２次以上のローパスフィルタを構成することが可能である。この場合、抵抗器なしにローパフィルタを構成できるため、アクティブローパスフィルタおよび１次ローパスフィルタを使用する場合に比べて、電力消費が少ないメリットがある。
Figure 0006383760
また、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に入力された信号は、噴射パルス幅Ｔｉをトリガーとし、噴射パルス幅Ｔｉが停止されてからから一定時間経過後に予め設定しておいた時間の間、端子間電圧Ｖinjの信号を取り込むとよい。このような構成とすることで、 ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に入力される端子間電圧Ｖinjのデータを閉弁完了タイミングの検知に必要最低限のデータ点列とすることができるため、ＣＰＵ６０１およびＩＣ６０２のメモリの記憶容量を低減できる効果がある。また、昇圧電圧ＶＨからバッテリ電圧ＶＢへ切り替えるタイミングや、スイッチング素子６０５、６０６、６０７のＯＮ、ＯＦＦを繰り返すタイミングすなわち、電圧の変化が急峻となるタイミングで電圧の微分処理を行うと、処理後のデータに高周波の信号が発生するため、弁体１１４が弁座１１８と接触する閉弁完了タイミングを電圧の２階微分値で検出する際に、閉弁完了タイミングを誤検知する可能性があるが、電圧を検出する期間をＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２で決定することで、開弁完了タイミングの誤検知を防止することができる。なお、電圧検出用の抵抗６１６は、抵抗値の精度が高いシャント抵抗を用いると良い。燃料噴射装置の駆動装置では、電流もしくは電圧を測定するため、駆動回路に設けた電圧検出用抵抗６１２、６１３、６０８、６１６の両端電圧をＩＣ６０２で診断しているが、予めＩＣ６０２に設定しておいた抵抗値に対して個体ごとに抵抗値が異なると、ＩＣ６０２で推定する電圧値に誤差が生じて、燃料噴射装置のソレノイド１０５に供給される駆動電流が各気筒の燃料噴射装置ごとに変動し、噴射量ばらつきが大きくなる。
また、弁体１１４と弁座１１８が接触する閉弁位置においてソレノイド１０５の端子間電圧Ｖinjが小さいと、可動子１０２の加速度の変化による電圧値の変化が相対的に小さくなるため、ソレノイド１０５の端子間電圧Ｖinjが高い条件で閉弁位置に到達するように、スプリング１１０の荷重を大きくして、閉弁遅れ時間を短縮する方法が有効である。また、燃料噴射装置に供給する燃料圧力が大きいほど、弁体１１４および可動子１０２に働く燃料圧力による力が増加するため、閉弁遅れ時間が小さくなる。例えば、弁体１１４が弁座１１８と接触する閉弁完了タイミングの各気筒の個体ばらつきの検知は、燃料圧力が高い条件、各気筒で燃料噴射装置に供給する燃料圧力が同じ運転条件で行うと良い。この効果によって、燃料圧力が低い条件に比べて、閉弁完了タイミングでの磁気回路に発生している残留磁束が大きくなり、また、弁体１１４が弁座１１８に衝突する際の速度が増加し、弁体１１４が弁座１１８と接触した瞬間に可動子１０２が弁体１１４から離間することによる可動子１０２の加速度の変化が増加し、誘導起電力の変化も大きくなるため、端子間電圧Ｖinjもしくは、端子間電圧Ｖinjの２階微分値で閉弁完了タイミングを検出し易くなる。また、燃料噴射装置６４０に供給される燃料圧力が高くエンジンの負荷が大きい条件では、１吸気行程中に噴射する噴射量が大きくなり、燃料噴射装置の上流に取り付けられた配管の圧力脈動の影響によって、燃料噴射装置に供給する燃料圧力が変動することがある。この場合、閉弁完了タイミングの検知は、エンジン負荷が小さく各気筒の噴射量が同じアイドル運転などの条件で行うと良い。
また、端子間電圧Ｖinjを検出してデータ処理をするためのマイコンをＣＰＵ６０１、ＩＣ６０２の他にＥＣＵ１２０内に設けてもよい。ＣＰＵ６０１で端子間電圧Ｖinjを検出してデータ処理を行う場合には、高いサンプリングレートでデータ処理を行う必要があり、他のセンサからの信号を取り込む時の割り込み処理が発生する場合やＣＰＵ６０１の計算負荷が高いような条件では、端子間電圧Ｖinjを検出することが難しい場合がある。したがって、ＣＰＵ６０１の他に設けたマイコンで端子間電圧Ｖinjを検出して、マスキング処理と微分処理を行うことで、端子間電圧Ｖinjの２階微分値を算出し、電圧の２階微分値が最大となるタイミングを閉弁完了タイミングとして検知して、記憶させる機能をマイコンに持たせることで、ＣＰＵ６０１とＩＣ６０２の計算負荷の低減と、開弁完了タイミングの確実な検知を行うことができるため、噴射量の精度を向上させることができる。このマイコンは、ＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２との相互に通信できる通信ラインを設けており、ＣＰＵ６０１で圧力センサから取り込んだ燃料圧力の情報と、マイコンから送信されてきた閉弁完了タイミングの検知情報をＣＰＵ６０１に記憶させるように構成するとよい。このような構成とすることで、閉弁完了タイミングの検知をより確実に行うことができるため、各気筒の噴射量をより正確に制御することが可能となる。
通常エンジンでは、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）からの指令値をＣＰＵ６０１で検出し、同じ運転条件においても各気筒の燃料噴射装置ごとに噴射パルス幅を微調整している。閉弁完了タイミングを検知する条件では、Ａ／Ｆセンサからの指令値に基づいた噴射パルス幅の微調整を停止し、同じ噴射パルス幅が供給される条件で、閉弁完了タイミングを検知すると良い。このようにすることで、閉弁完了タイミングを検知する際の流入空気のばらつき等、燃料噴射装置６４０の弁動作に伴う個体ばらつき以外の変動の影響小さくすることができ、燃料噴射装置６４０の閉弁完了タイミングの個体ばらつきを精度良く検知できる。
また、噴射パルス幅Ｔｉを停止し、弁体１１４が開弁状態から閉弁する際に、弁体１１４または可動子１０２が閉弁を開始してから、弁体１１４が弁座１１８と接触して、閉弁完了するまでは、駆動装置のスイッチング素子６０５、６０６、６０７のＯＮ・ＯＦＦの切替をしないように駆動装置のスイッチングを制御すると良い。以上のように構成することで、端子間電圧Ｖinjにスイッチング素子６０５、６０６、６０７をスイッチングすることによる高周波の測定ノイズが、燃料噴射装置６４０の端子間電圧Ｖinjに表れることで、開弁完了の検知の測定精度に悪影響を与える影響を小さくすることができる。
次に、図６、図７、図１１を用いて、噴射パルス幅Ｔｉを供給してから弁体１１４が目標リフトに到達するまでの開弁遅れ時間の検知方法について説明する。なお、上述した閉弁遅れ時間の検知方法と共に実施してもよいし、いずれか一方のみを実施してもよい。図１１は、開弁遅れ時間を検知するための印加電圧の制御方法を示した図であり、燃料噴射装置の公差が異なる３つの個体の端子間電圧とソレノイド１０５へ供給する駆動電流と駆動電流の１階微分値および弁体変位量の関係を示した図である。
図７より、駆動電流がピーク電流Ｉpeakに到達するまでは、昇圧電圧ＶＨが燃料噴射装置のソレノイド１０５に印加される。その後、電流７０２のように、負の方向の昇圧電圧ＶＨが供給されるか、もしくは、スイッチ６０６がＯＮとなり、０Ｖの電圧が供給されることによって、電流７０２の傾きが小さくなり、電流７０４に到達する。
駆動電流と弁体１１４および可動子１０２の弁変位を比較すると、駆動電流が電流値７０４に到達するまでに、弁体１１４が目標リフトに到達している。弁体１１４が目標リフトに到達するまでの端子間電圧Ｖinjには、正方向の昇圧電圧ＶＨ、電圧０Ｖまたは、負方向の昇圧電圧ＶＨが印加されるが、電圧値が０Ｖとなる条件では、可動子１０２と固定コア１０７のギャップが縮小することによって、磁気抵抗が変化し、インダクタンスおよび磁束の変化を電圧で検出することができない。また、正方向の昇圧電圧ＶＨが印加される条件では、昇圧電圧ＶＨを使用することによって、これまでコンデンサ６３３に蓄積した電荷が減少し、昇圧電圧ＶＨの電圧値が下がる。このとき昇圧電圧ＶＨの電圧をＥＣＵ１２０に予め設定しておいた初期の電圧値に回帰させるために、昇圧電圧ＶＨが設定電圧の閾値を下回ると、コンデンサへの電荷蓄積のため、昇圧回路のスイッチをＯＮにして、昇圧電圧ＶＨの電圧値を復帰させる動作を行う場合があるが、この電圧値の変化に対して、磁気ギャップが縮小したことによる変化が電圧値に与える影響が小さいため、弁体１１４が目標リフトに到達したことによる磁束の変化を昇圧電圧ＶＨの電圧値で検出することは難しい。また、昇圧電圧ＶＨの電圧値を復帰させるための動作を行う場合、昇圧回路のスイッチング素子６３１のＯＮ・ＯＦＦを高速な周期で繰り返す必要があるため、スイッチングによる高周波なノイズが発生して、開弁完了タイミングの検知精度に悪影響を与える場合がある。
図７、図１１より、噴射パルス幅Ｔｉを供給してから昇圧電圧ＶＨをソレノイド１０５に印加し、ピーク電流値Ｉpeakに到達後に負方向の昇圧電圧ＶＨの印加を一定時間行い、電流値を１１０１のように急峻に立ち下げた後、バッテリ電圧源からバッテリ電圧ＶＢとなる一定電圧を印加し、バッテリ電圧ＶＢから一定の電圧が供給されているタイミングで弁体１１４が目標リフトに到達する印加電圧の構成にすると良い。
バッテリ電圧ＶＢの印加を続けて一定の電圧値１１０２が供給されている条件では、ソレノイド１０５への印加電圧の変化がないため、可動子１０２が閉弁位置からリフトを開始し、可動子１０２と固定コア１０７との間のギャップの縮小に伴う磁気抵抗の変化を誘導起電力の変化として検出することができる。弁体１１４および可動子１０２がリフトを開始すると、可動子１０２と固定コア１０７との間のギャップが縮小するため、誘導起電力が大きくなり、ソレノイド１０５に供給される電流が１１０２のように緩やかに減少する。可動子１０２が固定コア１０７に到達するタイミングすなわち、弁体１１４が目標リフトに到達したタイミング（以降、開弁完了タイミングと称する）でギャップの変化に伴う誘導起電力の変化が小さくなるため、電流値は１１０４のように緩やかに増加する。誘導起電力の大きさは、ギャップの他に電流値の影響を受けるが、バッテリ電圧ＶＢのように昇圧電圧ＶＨに比べて低い電圧が印加されている条件では、電流の変化が小さいため、ギャップが変化することによる誘導起電力の変化を電流で検出し易い。以上で説明した燃料装置の各気筒の個体１、個体２、個体３について、弁体１１４が目標リフトに到達したタイミングを駆動電流が減少から増加へ転ずる点として検出するために、電流の１階微分を行い、電流の１階微分値が０となるタイミングｔ113、ｔ114、ｔ115を開弁完了のタイミングとして検知するとよい。
また、ギャップの変化によって生じる誘導起電力が小さいような磁気回路では、必ずしもギャップの変化によって、電流が減少しない場合があるが、開弁完了タイミングに到達することで、電流傾きが変化するため、駆動装置で検出した電流の１階微分値に閾値を設定できるように構成することで、電流の１階微分がその閾値を上回ったタイミングを開弁完了タイミングとして検知でき、磁気回路やインダクタンス、抵抗値、電流の制約を受けずに、開弁完了タイミングを安定して検知することができる。
また、開弁完了タイミングの検知は、弁体１１４と可動子１０２が一体となった可動弁の構成においても、弁体１１４と可動子１０２の別体構造で説明した開弁完了タイミングの検知と同様の原理で検出することができる。
ここで、一般的な磁気回路に使用される磁性材のＢＨ特性を図１２に示す。図１２より、磁性材のＢＨカーブは、入力値である磁場と磁束密度の関係は非線形であり、磁化されていない磁性材に増加していく磁場を加えると、磁性材は磁化され始めて磁束密度が飽和磁束密度Ｂｓに達するまで増加する。この過程で、磁場と磁束密度の傾きが大きい領域Ｈ１と、磁場と磁束密度の傾きが小さい領域Ｈ２が存在する。また、飽和磁束密度Ｂｓに到達してから磁場を減少させていくと、磁性材が磁化する現象が時間的に遅れることによって、初期磁化曲線と異なる曲線を描く。燃料噴射装置では、正方向の磁場を繰り返して与えることが多いため、初期磁化曲線と戻り曲線との間でヒステリシスのマイナーループを描く場合が多い。また、開弁完了タイミングを検知する条件では、ピーク電流Ｉpeakに到達するまで電流を増加させ、弁体１１４が変位するために必要な磁気吸引力を可動子１０２に発生させえた後、開弁完了タイミングの前に１１０１のように駆動電流を急速に小さくすることで、可動子１０２に働く磁気吸引力を低下させると良い。燃料噴射装置に供給される駆動電流がピーク電流値Ｉpeakのように開弁状態で弁体１１４を保持するのに必要な電流値と比べて高い条件では、ソレノイド１０５に供給される電流値が大きくなり、図１２に示す通りに、磁場と磁束密度の傾きが小さい領域Ｈ２に位置することが多い。本発明における第１実施例においては、可動子１０２に開弁に必要な磁気吸引力を発生させた後に、負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加し、１１０１に示すように急速に電流を低下させることで、開弁完了タイミングでの駆動電流を小さくし、ピーク電流値Ｉpeakの条件での磁場と磁束密度の傾きに比べて、磁場と磁束密度の傾きを大きくすることができ、弁体１１４が変位を開始し、可動子１０２と固定コア１０７のギャップの縮小に伴う磁気抵抗の変化を誘導起電力の変化として顕著に検出し易くできる効果がある。
また、開弁完了タイミングを検知するに当たり、ピーク電流値Ｉpeakに到達した時刻、もしくは、負の方向の昇圧電圧ＶＨの印加が終了した時刻から駆動装置へ与えておいた一定時間経過後からのある期間における電流値のみを検出して、電流値の１階微分処理によって行うと良い。このような構成とすることで、昇圧電圧ＶＨのＯＮ・ＯＦＦを行うタイミングにおいては、電流値が急速に変化するため、開弁完了タイミングではない時刻に駆動装置に予め与えておく閾値を電流の１階微分値が越えてしまう誤検知を抑制することができ、開弁完了タイミングの検知精度を向上させることができる。
なお、負の方向の昇圧電圧ＶＨの印加が停止するｔ112の後に、バッテリ電圧源ＶＢから一定の電圧値１１０２が供給されている期間に、ＩＣ６０２に予め設定しておく目標の電流値Ｉｈ１に到達しないようにピーク電流値Ｉpeakと負方向の昇圧電圧ＶＨを印加する期間Ｔhbを調整すると良い。この効果によって、弁体１１４が目標リフトに到達する前に駆動電流が目標の電流値Ｉｈ１に到達すると、駆動装置では、電流Ｉｈ１を一定に保つように制御されるため、電流の１階微分値が０点を繰り返し通過するため、誘導起電力の変化を駆動電流で検知できなくなる問題を解決できる。
また、一定の電圧値１１０２を印加している状態から、負方向の昇圧電圧ＶＨ印加もしくは、電圧の印加を停止（０Ｖの印加）して、電流値を図７の電流７０４に到達させ、その後バッテリ電圧ＶＢのＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことで、電流７０３となるようにスイッチング素子６０５、６０６、６０７を制御する。噴射パルス幅ＴｉをＯＮにしてから電流値Ｉｈ１に到達するまでの時間は、弁体１１４の個体差および燃料圧力の変化に伴う開弁完了タイミングのばらつきによって異なる。噴射パルス幅Ｔｉを停止した時の磁気吸引力は、噴射パルス幅ＴｉをＯＦＦにしたときの駆動電流の値に大きく依存し、駆動電流が大きいと磁気吸引力が大きくなり、閉弁遅れ時間が増加する。逆に、噴射パルス幅ＴｉをＯＦＦにした時の、駆動電流が小さいと、磁気吸引力が小さくなり、閉弁遅れ時間が減少する。以上で説明した通り、開弁完了を検知する条件において、噴射パルス幅ＴｉをＯＦＦにするタイミングでの電流値は、個体ごとに同じ電流７０３となることが望ましいため、一定の電圧値１１０２から負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加するもしくは、電圧の印加を停止するタイミングは、噴射パルス幅ＴｉをＯＮにしてからの時間もしくは、ピーク電流値Ｉpeakに到達してからの時間で制御すると良い。
噴射パルス幅Ｔｉを供給してから開弁完了するまでの時間を開弁遅れ時間として、各気筒の燃料噴射装置ごとに記憶させ、予めＣＰＵ６０１に与えておいた開弁遅れ時間の中央値からの乖離値を算出し、乖離値に応じて次回噴射以降の噴射パルス幅Ｔｉの補正値を算出して、開弁遅れ時間の検知情報に基づいて噴射パルス幅Ｔｉを各気筒の燃料噴射装置ごとに補正するとよい。開弁遅れ時間の検知情報に基づいて噴射パルス幅Ｔｉを補正することで、公差のばらつきに伴う開弁遅れ時間のばらつきによって生じる噴射量の個体ばらつきを低減することができる。
以上で説明した電圧の印加方法と開弁遅れ時間の検知については、アイドル運転時や、エンジン停止時など特定の運転負荷条件で検知モードを設けて実施するとよい。同じ運転条件で開弁完了を検知し、開弁遅れ時間を算出することで、個体ばらつきによって生じる開弁遅れ時間の変動を精度良く検出できる。なお、閉弁遅れ時間についても、同様に燃料噴射装置ごとに噴射パルス幅Ｔｉの補正を行うとよい。
ソレノイド１０５での駆動電流を停止して燃料噴射装置が閉弁するに際して、可動子１０２と固定コア１０７の対向面の間には、可動子１０２もしくは、固定コア１０７に設けた突起部によって、空隙を有する。可動子１０２が閉弁を開始すると、可動子１０２の固定コア１０７との間に介在する燃料により、可動子１０２が固定コア１０７側から離れようとする動作を妨げようとする流体抵抗力（スクイーズ効果による力）が生じる。このスクイーズ効果による力は、可動子１０２の速度に比例し、可動子１０２と固定コア１０７とのギャップの高さの３乗に比例して大きくなる。可動子１０２もしくは、固定コア１０７に設けられた突起部は、開弁に伴う衝突を繰り返すため、劣化による摩耗もしくは変形によって、突起部の高さが小さくなり、スクイーズ効果による力が増加し、開・閉弁遅れ時間が増加することがある。したがって、例えばエンジン回転数が予めＣＰＵ６０１に設定しておく一定回転数を経過するごとに開弁完了・閉弁完了タイミングの検知を再実施することによって、可動子１０２の突起部の劣化などによる開・閉弁完了タイミングの変動によって生じる噴射量ばらつきを低減することができる。
また、開弁遅れ時間の検知と閉弁遅れ時間の検知については、同時に行うことも可能である。各気筒の運転条件が同じアイドル回転などの検知モードで開弁遅れ時間と閉弁遅れ時間を同時に検知することで、検知に必要な噴射回数を半減できるため、測定誤差などによる検知精度へ与える影響を小さくすることができる。
また、燃料噴射装置に供給される燃料圧力が増加した場合、弁体１１４の上下差圧によって生じる差圧力の増加と燃料シートを流れる燃料の流速が増加することで、ベルヌーイの定理に基づく静圧低下によって生じる圧力降下による力が増加によって、開弁開始・開弁完了タイミングが遅くなり、閉弁開始・閉弁完了タイミングが早くなる。燃料圧力が変化した場合であっても、燃料噴射装置の個体ばらつきの検知方法と同様に、電流の微分値が０となるタイミングを検出することで、開弁完了タイミングが検知可能であり、端子間電圧Ｖinjの２階微分値が最大となるタイミングを検出することで、閉弁完了タイミングを検知することができる。また、噴射パルスを停止してから弁体１１４が弁座１１８と接触する瞬間での端子間電圧Ｖinjが大きい方が、閉弁完了タイミングを精度良く検知することができる。これは、噴射パルス幅をＯＦＦにしてから、渦電流の影響によって、可動子１０２の磁気吸引力を決める可動子１０２の吸引面を追加する磁束が緩やかに減少するが、閉弁完了タイミングで磁束が限りなく小さいと、可動子１０２の加速度が変化したことによって変化する誘導起電力の変化が相対的に小さくなるためである。したがって、燃料噴射装置に供給される燃料圧力が高いほど、弁体１１４がうける燃料圧力による力が増加するため、噴射パルス幅ＴｉをＯＦＦにしてから、弁体１１４が閉弁するまでの閉弁遅れ時間を短縮することができ、閉弁完了タイミングでの端子間電圧Ｖinjが大きくなり、精度良く閉弁完了タイミングを検知することができる。また、燃料噴射装置６４０の燃料圧力と閉弁遅れ時間との関係には、相関関係があるため、高い燃料圧力で検知した閉弁完了タイミングから、低い燃料圧力での閉弁完了タイミングを推定することが可能である。燃料噴射装置６４０に供給される燃料圧力が変化すると、弁体１１４に作用する差圧力が変化するが、燃料圧力の増加に伴う差圧力の変化は略線形的に変化し、閉弁完了タイミングも略線形的に変化する。一般的に弁体１１４に作用する差圧力が大きくなると閉弁方向の力が増加するため、閉弁完了タイミングが早くなり、差圧力が小さくなると閉弁完了タイミングが遅くなる。したがい、予め駆動装置に燃料圧力の変化に対応する補正係数を設定しておくことで、ある燃料圧力で検知した閉弁完了タイミングから、異なる燃料圧力での閉弁完了タイミングを推定することができるため、噴射量を補正するために必要な閉弁完了タイミングの検知の頻度を低減することが可能となり、駆動装置の処理負荷を低減できる。
また、弁体１１４が弁座１１８と接触している状態では、弁体１１４には弁体１１４と弁座１１８との接触径の断面積と燃料圧力を乗じた力が閉弁方向に弁体１１４に働く。弁体１１４に働く力は、燃料圧力の増加に伴って大きくなるため、弁体１１４が開弁開始するのに必要な可動子１０２に発生させる磁気吸引力が増加し、必要な駆動電流の値も大きくなる。ＣＰＵ６０１で検知している燃料配管に取り付けられた圧力センサからの情報を用いて、通信ライン６０３を通して、駆動ＩＣ６０２の電流値の設定を変更することで、燃料圧力の増加に応じて、ピーク電流値Ｉpeakを増加させ、弁体１１４が目標リフトするときの電流の変化を検出するために必要な一定電圧１１０２の供給期間を、燃料圧力に依存せずに設定できる。また、弁体１１４の変位量の増加に伴って誘導起電力が大きくなり、駆動電流が減少していく１１０２と弁体１１４が目標リフトに到達することで、誘導起電力が小さくなり、駆動電流が増加するときの傾きの燃料圧力による変化を小さくすることができるため、開弁完了タイミングの検知精度を向上できる。
また、燃料噴射装置では、寸法変動による噴射量の個体ばらつきを低減するため、ある燃料圧力と噴射パルスの条件で、スプリング１１０の荷重を調整することで噴射量の管理を行うことがある。この場合、同じスプリング１１０の荷重である燃料噴射装置の個体群において、噴射量が大きい個体については、スプリング１１０の荷重を大きくすることで、弁体１１４に働く閉弁方向の力を大きくすることで、閉弁遅れ時間を小さくして噴射量が小さくなるように調整すると良い。また、噴射量が小さい個体については、スプリング１１０の荷重を小さくすることで、閉弁遅れ時間を大きくし、噴射量が大きくなるように調整すると良い。セットスプリング荷重１１０を燃料噴射装置の個体ごとに調整することで、開弁開始、開弁完了、閉弁開始、閉弁完了の４つのタイミングが個体ごとに変動するが、セットスプリング荷重１１０が弁体１１４の挙動に及ぼす影響は、線形的な変化となるため、上記で説明した４つのタイミングが平行移動でずれる変動となる。従って、閉弁完了タイミングと閉弁開始タイミングには、強い相関があり、検知した閉弁完了タイミングにＥＣＵ１２０に予め設定する補正係数を乗じて、閉弁開始タイミングを算出することができる。同様に、検知した開弁完了のタイミングから補正係数を乗じて開弁開始タイミングを推定することが可能である。また、検知された閉弁完了のタイミングを用いて異なる複数の補正係数を用いて、閉弁開始、開弁完了、開弁開始を推定することができる。
次に、図１０を用いて、噴射パルス幅が小さく弁体１１４が目標リフトに到達しない中間リフトの条件での閉弁タイミングの検知方法について説明する。図１０は、中間リフトの領域で噴射パルス幅Ｔｉを変化させた場合の噴射パルス幅Ｔｉ、弁体１１４の変位量、ソレノイド１０５の端子間電圧と端子間電圧の２階微分値の関係を示した図である。図１０より、噴射パルス幅ＴｉをＴｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３のように変化させると、噴射パルス幅Ｔｉの増加に応じて、弁体１１４の変位量が増加する。噴射パルス幅Ｔｉを停止するときの電流値が高いほうが、磁気回路の内部に発生する磁界が大きくなり、電流遮断後に可動子１０２に作用する磁気吸引力が大きくなる。中間リフトでの閉弁完了の検知は、あるタイミングｔ102での端子間電圧Ｖinjを検出することで、検出した電圧値に応じてＥＣＵ１２０に予め設定しておいた補正係数を乗じて、各気筒の燃料噴射装置ごとの閉弁完了タイミングを推定し、ＥＣＵ１２０に記憶させると良い。または、中間リフトの条件であっても、弁体１１４がリフトを開始し、目標リフト方向の運動から閉弁方向の運動となるタイミング後の期間において、端子間電圧Ｖinjの２階微分値が最大となるタイミングを検知することで、閉弁タイミングを精度良く検知できる。特に、ソレノイド１０５に供給される電流値、ソレノイド１０５の抵抗、インダクタンス、昇圧電圧源ＶＨの電圧値の公差変動によって、端子間電圧Ｖinjの電圧値が影響をうけ、弁体１１４と連動して動く可動子１０２の変位量の検出精度が低下する可能性がある。閉弁完了タイミングを端子間電圧の２階微分値が最大となるタイミングとして検知することで、以上で説明した公差変動の影響を受けずに、噴射パルス幅Ｔｉ１、Ｔｉ２、Ｔｉ３での弁体１１４の閉弁完了タイミングを検知することが可能である。
最初に、弁体１１４が目標リフトに到達する条件で得られた開弁完了タイミングの個体ばらつきの情報に基づいて、開弁開始タイミングを推定し、予めＥＣＵ１２０に設定する開弁開始タイミングの中央値からの乖離値を噴射パルス幅Ｔｉの補正値として算出して、中間リフトでの噴射を行い、中間リフトの条件での閉弁完了タイミングを検知する。中間リフトで検知した閉弁完了タイミングと中間リフトでの弁体１１４の変位量の最大値には、強い相関があるため、各気筒での閉弁完了タイミングの変動量から、補正係数を乗じることで、変位量の最大値を計算して、変位量によって決まる燃料シート部の通路断面積から噴射量を算出できる。算出された噴射量とＥＣＵ１２０に設定する各噴射パルス幅Ｔｉ、燃料圧力の条件での噴射量の乖離値を計算し、次回噴射以降の噴射パルス幅Ｔｉを補正することで、噴射量の個体ばらつきを低減することができる。
また、中間リフト駆動を行う場合、弁体１１４が目標リフトに到達する条件で検知した閉弁遅れ時間の中央値乖離値からの偏差に補正係数を乗じることで、中間リフトでの閉弁完了タイミングを推定することができる。この場合、開弁完了タイミングの検知によって得られた開弁遅れ時間と推定した閉弁完了タイミングから中間リフトでの噴射パルス幅Ｔｉの条件における弁体１１４の変位量を推定することができるため、１回目の中間リフト駆動における噴射量を正確に制御することができる。
また、図７に記載の変位量において、弁体１１４が開弁状態から閉弁完了した後、可動子１０２は閉弁方向に運動を継続する。弁体１１４が開弁状態から閉弁完了するときの弁体１１４と弁座１１８と衝突速度と比べて、中間リフトの条件のように、弁体１１４の変位量が小さく、噴射パルスを停止し、弁体１１４が閉弁を開始する際の助走期間が短い方が弁体１１４と弁座１１８の衝突速度は相対的に小さくなる。たとえば、一吸排気行程中で燃料噴射装置からの燃料噴射を複数回に分割する条件で、弁体１１４が閉弁完了した後、可動子１０２が閉弁方向に運動している最中に次の噴射パルス幅Ｔｉを供給すると、可動子の位置によって、弁体１１４の開弁開始および開弁完了のタイミングが異なり、同じ噴射パルスを与えても噴射量が変動する場合がある。これは、弁体１１４が閉弁完了後に、可動子１０２が閉弁方向もしくは開弁方向に運動中に可動子１０２に磁気吸引力が発生することで、可動子１０２が弁体１１４に衝突して開弁開始してしまい、噴射パルスを供給してから開弁開始するまでのタイミングが分割噴射中の１回目の噴射時に比べて早くなることに起因している。中間リフト条件においては、目標リフトから閉弁する場合と比べて、弁体１１４と弁座１１８の衝突速度が小さいため、閉弁完了後の可動子１０２の運動エネルギーが小さくなり、閉弁完了後に可動子１０２が静止するタイミングｔ77を短縮することができる。この効果によって、分割噴射の条件で、弁体１１４が閉弁完了してから次回の噴射パルス幅Ｔｉを供給するまでの時間を短縮することができるため、分割噴射の回数を増加させることができる。特に、ダウンサイジングエンジンなどエンジンのボア径が小さい場合、噴射した燃料がピストン上部およびボア壁面に付着して気化がしにくい状態になり、ＰＭ（粒子状物質）の増加が問題となる。このような条件の場合、分割噴射を行って１回で噴射する流量を小さくし、燃料噴射装置６４０から噴射される燃料の貫徹力を低減することで、噴霧の到達距離を小さくて、燃料の壁面付着を低減する手法が有効である。
また、弁体１１４が開弁している状態での単位時間当たりの流量（以降静流と称する）は、燃料噴射孔１１９の総断面積と、弁体１１４の燃料シート部の流路断面積によって決まる。一般的に、燃料噴射孔１１９の総断面積とシート部の流路断面積が大きいほうが流路を燃料が流れる際の圧力損失が小さくなるため、静流が大きくなる。シート部の流路断面積は、幾何学上、弁体１１４の目標リフトによって決まり、式（４）で導出することができる。
Figure 0006383760
 （但し、Ｓt：目標リフト、Ｄs：弁体のシート径、θ：弁体１１４のシート角度）
式（４）より、目標リフトが変化するとシート断面積が変化するため、その結果、静流も変化し、噴射量が変化する。各気筒の燃料噴射装置ごとに行う開弁遅れ時間の検知を一定間隔に実施することで、燃料噴射装置に予め与えておく静流を補正できるように構成すると良い。劣化による開弁遅れ時間の変化は、開弁力および閉弁力の変動よりも、目標リフトの変動の影響の方が大きい。これは、可動子１０２と固定コア１０７の衝突によって、可動子１０２と固定コア１０７のメッキが摩耗するか、もしくは、衝撃力は、衝突面よりも深い箇所で最も大きくなるために、可動子１０２と固定コア１０７の磁性材料が変形し、その結果として目標リフトが変動するためである。よって、開弁遅れ時間の検知を一定期間ごとに実施して開弁遅れ時間の変動時間に駆動装置で与えておいた補正係数をかけて、静流の変化量に換算し、静流の算出式を補正することで、噴射量の精度を向上させることが可能となる。
また、弁体１１４が目標リフトに到達後に発生する弁体バウンドが収束してから閉弁開始する条件では、噴射パルス幅Ｔｉのパルス幅の増加に伴い、噴射量が増加し、噴射パルス幅Ｔｉのパルス幅を制御することで噴射量を制御する。この条件においては、弁体１１４が目標リフトの位置に静止した状態から噴射パルス幅の増加分だけ、開弁開始タイミングが増加し、開弁完了タイミングも増加する。従って、噴射量の増加分は、噴射パルス幅が異なる条件での閉弁完了タイミングの時間差分と、その条件での燃料圧力での単位時間当たりの静的流量を乗じて算出できる。例えば、弁体１１４が目標リフトに到達後に発生する弁体バウンドが小さい条件であっても、弁体１１４が開弁開始してから開弁完了するまでの期間と、開弁状態から閉弁完了するまでの期間の間は、燃料が噴射されるため、弁体１１４の目標リフトや、燃料噴射孔１１９の断面積といった燃料噴射装置６４０のノズル構造によって、制御可能な最小噴射量に制約が生じる。
一方で、中間リフトの条件においては、開・閉弁遅れ時間の検知情報を用いることで、弁体１１４のリフト量を噴射パルス幅を用いて制御することが可能であるため、燃料噴射装置の仕様によらず、最小噴射量を小さくすることができる。したがって、一吸気行程中の噴射を複数回に分割して噴射する分割噴射を行う場合、１回目の噴射量と２回目の噴射量の分割比率を変えたい場合、１回目と２回目の分割比率を例えば８：２のように大幅に変更した時、分割比率が小さい条件では、分割噴射をしない場合に必要な最小噴射量を１とすると、１／５まで最小噴射量を小さくする必要がある。中間リフトの条件においては、分割噴射間隔の低減と最小噴射量の低減の観点から分割噴射比率を自由に変更することが可能となる。したがって、燃費向上の観点から、分割噴射を行うことで、噴射した燃料と空気との接触面積を増やし、エンジンシリンダ内の空気流動を用いて噴射燃料と流入空気との混合を促進させる方法などにも分割噴射や分割噴射比率を変える手法が効果的である。
また、図１０より、中間リフトの条件においては、駆動電流がＩpeakに到達する前に、電流が打ち切られる場合が多いため、弁体１１４を目標リフトに到達させて使用する場合に比べて、第２の電圧源の昇圧電圧ＶＨが初期の駆動回路の設定値に復帰するまで時間を短縮できるため、分割噴射を行う場合に２回目の噴射における昇圧電圧ＶＨの電圧値の変動を小さくすることができるため、分割噴射時における１回目と２回目の噴射の噴射量を等しくできる効果がある。
続いて本発明の一実施の形態による効果について説明する。従来、燃料噴射パルスの幅が短い領域では、可動子が個体コアなどに衝突した際に生じる跳ね返り現象（可動子のバウンド挙動）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に時間が変動してしまい、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った。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、複数気筒の中で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。
また、可動子と弁体が一体の構成である燃料噴射装置の場合、燃料が噴射される弁体が開弁している状態からソレノイドへの電流供給を停止して弁体を閉弁動作させる際に、弁体が弁座と接触した瞬間に可動子も弁体に連動して動く。この場合、閉弁状態に到達した瞬間に弁体が弁座との間で反発するため、閉弁動作中には閉弁方向に動いていた可動子が、開弁方向の加速度および速度になる。すなわち、弁体が弁座と接触する閉弁完了タイミングで可動子の速度の向きが反転し、インダクタンスの変化が大きくなるため、誘導起電力の変化も大きくなり、可動子の速度に対応する電圧の1階微分値で閉弁完了タイミングが検出できるが、閉弁完了タイミングで弁体と可動子を合わせた質量が弁座と衝突するため、弁体と可動子が別体で構成されている燃料噴射装置に比べて、衝突エネルギーが大きくなり、弁体の閉弁完了タイミング後も弁体が弁座との間でバウンドし、意図しない燃料噴射を行う場合がある。この場合、意図しない噴射量分だけ、駆動装置で計算される目標の噴射量から乖離するため、空燃費がリッチとなるため、無駄な燃料消費が発生して燃費性能が悪化し、また、すすを含む未燃焼粒子PM（Particulate Matter）やPMの数(Paticulate Number)の発生量が大きくなることで排気性能の悪化を招く場合がある。また、本実施例のように、可動子と弁体が別部品で構成されている場合においては、弁体の閉弁完了タイミングで、可動子が弁体から離間して、閉弁方向に運動を行い、その後ゼロ位置ばねの荷重によって初期位置まで可動子が戻される。すなわち、本発明における燃料噴射装置の構成では、弁体が弁座と接触する閉弁完了タイミングにおいて、可動子１０２が静止しないため、弁体の閉弁に伴う可動子の速度および加速度の変化が小さく、その速度および加速度の変化を電流の1階微分値で検出することはできない。本発明における端子間電圧Ｖｉｎｊもしくは電圧ＶＬの2階微分値の最大値および最小値を用いた検出方法によれば、物理量として可動子の加速度の変化を検出しているため、可動子が弁体から離間することによって、これまで弁体を介して受けていた閉弁方向の力であるスプリング１１０による荷重と弁体１１４に作用する差圧力が可動子に作用しなくなり、開弁方向の力であるゼロ位置ばねの荷重が可動子に作用することで、可動子の加速度が閉弁方向から開弁方向へ変化するタイミングを検出することができるため、弁体の閉弁完了タイミングを安定的に検知することができる。また、弁体と可動子が別体で構成された燃料噴射装置の場合、弁体が閉弁状態から開弁動作を行う際に、可動子が固定コアと衝突したタイミングで弁体が可動子から離間して目標リフト位置をオーバーシュートする。すなわち、固定子に衝突する際に、弁体の質量だけ可動子が固定コアに衝突する際の衝撃力を低減することができるため、可動子が固定コアに衝突することによって生じる固定コアとの間のバウンドを低減することができ、燃料の噴射精度を高めることが可能となる。
以上説明した通り、本発明によれば、燃料噴射装置毎の実際の弁挙動をＥＣＵにより検知することができるので、ＥＣＵにより制御可能な最小噴射量を低減しつつ、燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。
図１３、図１４を用いて本発明の第２実施例における燃料噴射装置の駆動回路の構成と閉弁完了タイミングを検知するための電圧の測定方法について説明する。
最初に、図１３を用いて第二実施例における駆動回路の構成について説明する。図１３は、第２実施例における燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。なお、図１３において、第１実施例における駆動装置の図６と同様の部品については、同じ符号を用いて記載した。図１３の駆動装置において、第１実施例との差異は、閉弁完了タイミングを検知するための電圧の測定箇所を端子間電圧Ｖinjではなく、燃料噴射装置６４０の接地電位（ＧＮＤ）側の端子と接地電位６１５との間の電圧ＶLに変更した点である。このように構成することで、ＩＣ６０２もしくは、ＣＰＵ６０１のＡ／Ｄコンバーターに入力する接続端子およびＡ／Ｄコンバーターをそれぞれ１つ低減できるため、ＥＣＵ１２０のコストを低減することができる。また、燃料噴射装置６４０よりも接地電位（ＧＮＤ）側の端子６４１を用いて電圧ＶLを測定するため、昇圧回路６１４とは、ソレノイド１０５が有しているコイルを介することになり、ソレノイド１０５の電源側の電源ノイズや、昇圧回路６１４内のコンデンサ６３３に電荷を蓄積するためのスイッチング素子６３１のスイッチングノイズの影響を低減でき、閉弁完了タイミングを精度よく測定できる。
次に、図１４を用いて第２実施例における噴射パルス幅Ｔｉ、電圧ＶL、電圧ＶLの２階微分値と噴射パルスＯＦＦ後の時間の関係について説明する。電圧ＶLはソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側の端子と接地電位（ＧＮＤ）との電位差を測定するため、第一実施例における端子間電圧Ｖinjと比べて、電圧の正負が逆転する。端子間電圧Ｖinjでは、負の方向の電圧が検出されるが、電圧ＶLでは正方向の電圧が検出される。従って、個体１、２、３の閉弁完了の個体ばらつきを電圧ＶLの２階微分値で検知するためには、電圧ＶLの２階微分値が最小となる値を検出することで、閉弁完了タイミングを検知することができる。
本特許の実施例３における燃料噴射装置の駆動回路の構成と閉弁完了タイミングを検知するための電圧の測定方法について説明する。
最初に、図１５を用いて、第３実施例における駆動回路の構成について説明する。図１５は、第３実施例における燃料噴射装置を駆動する駆動装置の構成を示した図である。なお、図１５において、第２実施例における駆動装置の図１３と同様の部品については、同じ符号を用いて記載した。図１５において、第２実施例との差異は、閉弁完了タイミングを検知するため、ソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側の端子と接地電位１４１５との間の電圧ＶLと測定端子とＣＰＵ６０１との間に抵抗器Ｒ１、Ｒ２、コンデンサＣ１、Ｃ２、オペアンプ６２０で構成されるアナログの微分回路１５０１を構成している点である。電圧ＶLでは、ソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側端子と接地電位（ＧＮＤ）との間の電位差を検出しているため、電圧値の最大値は、昇圧電圧ＶＨから印加を行う場合の高い電圧値となる。電圧ＶLを検出するための測定端子６４１とオペアンプ６２０との間にコンデンサＣ１を配置することで、オペアンプ６２０に入力される電圧を小さくすることができるため、オペアンプ６２０とＣＰＵ６０１のＡ／Ｄコンバーターに必要な耐電圧を低減することができるため、オペアンプ６２０とＣＰＵ６０１のコストを低減することができる。また、アナログ回路で微分処理を行うことで、駆動装置の高周波なノイズを低減することができ、また、微分処理後の電圧値をＣＰＵ６０１に入力させることで、Ａ／Ｄコンバーターに必要な時間分解能を低減することができる。また、検出する電圧ＶLとＣＰＵ６０１に入力される電圧値Ｖ0の関係を式（５）に示す。式（５）より、アナログの微分回路１５０１では、抵抗器Ｒ１、Ｒ２とコンデンサＣ１とＣ２の値を適切に調整することで、電圧Ｖ0の値を調整することができる。
Figure 0006383760
また、図１６に本実施例３におけるアナログの微分回路１５０１の周波数ゲイン特性を示す。図１６より、アナログの微分回路１５０１では、低い周波数でのゲインが小さく、高い周波数でのゲインが小さくなるバンドパスフィルタである。アナログの微分回路では、周波数と原因の関係が正比例の関係となるため、ステップ的な高い周波数の信号が入力された場合、アナログ回路で無限に増幅され、回路が発振を起こす問題がある。したがって、閉弁完了タイミングを検知するために必要な周波数帯域を予め決めておくことで、必要な周波数の電圧のみを安定的に検出することが可能となる。周波数ωとゲインＧについては、図１６に記載した算出式を用いて設定することが可能であり、抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサＣ１、Ｃ２の値を変更することで任意に調整することが可能である。予め、噴射パルス幅Ｔｉが停止してから弁体１１４が閉弁完了するまでの電圧の周波数分析を実施し、抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサＣ１、Ｃ２を設定すると良い。
また、オペアンプ６２０と測定端子６４１との間にマルチプレクサを設け、ＣＰＵもしくは、ＩＣ６０２からの信号に基づいてマルチプレクサのＯＮ・ＯＦＦを切り替えることで、閉弁完了の検知が必要なタイミングで電圧を検知することができるため、ノイズによる影響を最小限に抑えることができ、閉弁完了タイミングの検知精度を高めることが可能である。
なお、本実施例３におけるアナログの微分回路１５０１は、他の実施例における駆動回路に設けてもよい。
本発明における第４の実施例による噴射量補正のための制御手法を図１７から図２０を用いて説明する。
図１７は、第４実施例の手法によって燃料噴射装置を駆動する場合のうち、弁体１１４を一定時間目標リフト位置で保持させて使用する時の燃料噴射装置の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。また、図中の駆動電流には、一般的に用いられていた従来の電流波形を一点鎖線で記載している。図１８は、弁体１１４を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態における端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。図１９は、図１８に示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する中間リフトでの動作する場合の噴射パルス幅Ｔｉ、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を示した図である。図２０は、図１７〜図１９の制御方式の電流波形を使用した場合の噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの関係を示した図である。
時刻Ｔ１で噴射パルス幅Ｔｉを供給し、開弁信号がＯＮになると、ソレノイド１０５に昇圧電圧ＶＨが印加される。これに伴い、ソレノイド１０５に流れる電流が徐々に上昇し、それによって可動子１０２に働く磁気吸引力が立ち上がっていく。時刻Ｔ２で磁気吸引力が閉弁力を上回ることで弁体１１４が動き始め、その動きが徐々に加速していく。次に、ソレノイド１０５に流れる電流がピーク電流値Ｉpeakに達した時点で昇圧電圧ＶＨの印加を停止し、同時に、負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加する。時刻Ｔ３に行われるこの動作のトリガーとしては、前述のようにピーク電流値Ｉpeakに達したことを利用することの他に、昇圧電圧印加時間Ｔｐをあらかじめ決めておく方法もある。回路構成によっては、昇圧電圧ＶＨがばらつくケースがある他、燃料噴射装置６４０の配線抵抗やインダクタンス等にばらつきがあるため、昇圧電圧印加時間Ｔｐを固定した場合は、ピーク電流値Ｉpeakがばらつくことになる。各気筒の燃料噴射装置の弁動作のばらつきを考慮した上で、開弁動作時に、安定した開弁力を与えるには、ピーク電流値Ｉpeakを固定する制御方法の方がよい。一方、開弁力を与える時間のばらつきを減らすには、昇圧電圧印加時間Ｔｐを固定するのがよい。時刻Ｔ３以降、ソレノイド１０５に対して逆電圧を印加している間に電流が０に達すると、電流低下によって発生する誘導起電力はなくなるが、その時点で磁気回路の内部に磁束が残っていると、磁束の消滅は続き、それによって発生する電圧分は、ソレノイド１０５に対して逆向きに電圧が印加される形になる。ソレノイド１０５に流れる電流が低下するのと同時に可動子１０２に働く磁気吸引力も低下し、時刻Ｔ４で磁気吸引力が閉弁力をクロスし、弁体１１４の動きは、リフト方向の動きを続けながらも加速度としてはマイナスに反転する。
また、一旦ピーク電流値Ｉpeakに到達後に、電流を急速に遮断し、保持電流値Ｉｈ以下まで低下させる（遮断波形と称する）ことで、弁体１１４が目標リフトに到達した時点の磁気吸引力を、図１７の駆動電流に記載した従来のピーク電流値Ｉpeakから保持電流値Ｉｈへ移行する電流波形（従来波形と称する）の場合と比べて小さくできる。また、磁気吸引力を小さくすることで、弁体１１４と固定コア１０７の衝突速度を低減できるため、図２０に示すように、遮断波形を用いた場合は、従来波形と比べて、噴射量特性に生じる非線形性を改善でき、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの関係が線形となる領域を噴射量が小さい方向へ拡大することができ、弁体１１４が目標リフトに到達する場合の制御可能な最小噴射量を従来波形の最小噴射量２００２から遮断波形の最小噴射量２００３まで低減することができる。
また、時刻Ｔ３以降の駆動方向の電圧を遮断している時間をＴｃとして設定しておくことで、その時間に達した時刻Ｔ５にバッテリ電圧ＶＢを駆動方向に印加することを始める。この電圧の印加により再びソレノイド１０５に電流が供給され、磁気吸引力も発生する。ただし、時刻Ｔ５の直後は、磁気吸引力が立ち上がっていくフェーズであるため、その力が閉弁力を上回るまでは、弁体１１４に対しては減速方向の力が作用している。時刻Ｔ６で磁気吸引力と閉弁力がクロスすることになるが、この時刻Ｔ６の前後で、弁体１１４が目標リフトに達するように設定すると、弁体１１４のオーバーシュートを低減するのに有効である。すなわち、弁体１１４がフルリフトする時刻Ｔ７と、磁気吸引力が閉弁力とクロス時刻Ｔ６が近い時刻になるように、各気筒の燃料噴射装置ごとに記憶した開弁遅れ時間を用いて、各気筒ごとにピーク電流値Ｉpeakもしくは昇圧電圧印加時間Ｔｐ、駆動電圧遮断時間Ｔｃを調整するのがよい。
また、電流遮断波形を用いた場合、駆動電圧遮断時間Ｔｃの期間において噴射パルス幅ＴｉがＯＦＦとなる場合、噴射パルス幅の大きさに関わらず常に一定の電流波形が燃料噴射装置に供給されるため、噴射パルス幅Ｔｉを増加させても燃料噴射量ｑが変化しない不感帯Ｔｎが生じる。図２０に示した遮断波形の噴射量特性において、弁体１１４が目標リフトに到達しない中間リフト領域Ｔharfと弁体１１４が目標リフトに到達して駆動される２００３以降の噴射パルス幅の領域では、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの傾きが異なるが、従来波形の噴射量特性で生じていた噴射量特性の非線形性が改善されているため、噴射パルス幅と燃料噴射量ｑの関係が常に正の関係となり、噴射パルス幅の増加に伴って燃料噴射量ｑも増加する。エンジンでは、エンジンの回転数の増加に伴って、噴射量を連続的に増加させる必要があるため、燃料噴射装置６４０では、噴射パルス幅の増加に伴って、燃料噴射量ｑが増加していく必要がある。このようなエンジンにおいて、本実施例４における制御手法を用いることで、エンジン回転数の増加に伴う要求される燃料噴射量ｑを適切に制御することができ、噴射量の制御が容易となる効果がある。従来波形を用いた場合では、要求噴射量から求めた理想直線２００１と燃料噴射量ｑの乖離値が正と負の方向に変動するため、噴射量特性が非線形となる領域においては、各噴射パルス幅と燃料噴射量の関係をＥＣＵ１２０で把握するため、各噴射パルス幅Ｔｉごとに閉弁完了タイミングの検知を実施し、閉弁遅れ時間として各気筒の燃料噴射装置毎の特性をＥＣＵ１２０に記憶させる必要があった。一方で、遮断波形を用いた方法では、中間リフト領域Ｔharfと目標リフトに到達する領域において、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの関係が線形的な関係となるため、中間リフト領域Ｔｈａｒｆと目標リフトに到達する領域それぞれで２点の閉弁タイミングの検知情報と、目標リフトに到達する領域の１点の開弁完了タイミングの検知情報に基づいて、要求噴射量からの乖離値を算出することが可能となり、弁動作を検知するために必要なＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２の計算負荷を低減することが可能になり、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に与える噴射量の個体ばらつきを補正するためのアルゴリズムを簡素化できるメリットがある。また、弁体１１４が目標リフトに到達する条件での制御可能な最小噴射量１９０３よりも小さい噴射量の要求があった場合、不感帯Ｔｎの期間よりも小さい噴射パルス幅Ｔｉを使用するように予め駆動装置に不感帯Ｔｎを設定しておくと良い。
具体的には、ピーク電流値Ｉpeakもしくは昇圧電圧印加時間Ｔｐ、駆動電圧遮断時間Ｔｃを調整するとき、各気筒の開弁完了遅れ時間Ｔａを検知することで、フィードバック的に調整可能になり、燃料噴射装置の動作特性の個体バラツキや、劣化などに対応することが可能となり、安定した動作を実現することが可能になる。燃料噴射装置６４０では、寸法公差の変動の影響により、開弁完了タイミングにばらつきが生じている。開弁完了タイミングが遅い個体と早い個体に対して、同一の遮断波形を燃料噴射装置に供給した場合、開弁完了タイミングが早い個体では、ピーク電流値Ｉpeakの遮断タイミングである昇圧電圧打切り時刻Ｔ３で電流を遮断しても、可動子１０２の減速が間に合わず、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度が大きくなり、噴射量特性に非線形性が生じる場合がある。また、開弁完了タイミングが遅い個体では、昇圧電圧打切り時刻Ｔ３で電流を遮断すると、弁体１１４が目標リフトに到達するのに必要な磁気吸引力が確保できなくなり、弁体が目標リフト位置に到達しない。したがって、駆動装置に記憶させた開弁遅れ時間の情報を用いて、各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに弁体１１４が開弁開始してからある変位量に到達した段階で昇圧電圧ＶＨが遮断され、開弁完了タイミングから見て減速を始めるタイミングが同等になるように、昇圧電圧印加時間Ｔｐと駆動電流遮断時間Ｔｃを調整すると良い。また、昇圧電圧印加時間Ｔｐを変化させることで、自動的にピーク電流値Ｉpeakの値が変化するが、ピーク電流値Ｉpeakの設定を燃料噴射装置ごとに変更し、昇圧電圧印時間Ｔｐを調整しても良い。ピーク電流値Ｉpeakを個体ごとに調整することで、昇圧電圧印加時間Ｔｐを調整する場合に比べて、駆動装置の昇圧電圧ＶＨが変動することによって生じる弁動作のばらつきを最小限に抑えることができるため、各気筒の燃料噴射装置ごとに適切な減速タイミングを調整することができる。ピーク電流値Ｉpeakと駆動電圧遮断時間Ｔｃを各気筒の燃料噴射装置ごとに適正に補正することで、可動子１０２と固定コア１０７が衝突する際の速度の個体ばらつきを低減することができるため、衝突によって生じる開弁時の駆動音を低減することができ、エンジンを静音化できる効果がある。また、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を小さくすることで、可動子１０２と固定コア１０７の衝突面に働く衝撃力を小さくすることができ、衝突面の変形や摩耗を防ぐことができるため、劣化による目標リフト量の変化を抑制することができる。また、本実施例における効果によれば、各気筒の燃料噴射装置の個体によらず可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を低減して、一定に保つことが可能となるため、衝突面の変形や摩耗を防ぐために必要な材料の硬度を小さくすることができ、可動子１０２の固定コア１０７側端面や、固定コア１０７の可動子１０２側端面に形成しているメッキ処理が不要となるため、大幅なコスト低減を図ることが可能となる。メッキ処理を行わないことで、メッキの厚さのばらつきによって生じる目標リフトばらつきに伴う単位時間当たりの流量のばらつきや、開弁状態での可動子１０２と固定コア１０７との間の流体隙間のばらつきに伴うスクイーズ力のばらつきを抑制することができるため、噴射量の精度を高めることができる。
また、弁体１１４が目標リフトに到達する時刻Ｔ７と、磁気吸引力が閉弁力とクロス時刻Ｔ６が、近い時刻になるように調整できると、弁体１１４が目標リフト位置を越えて上昇するオーバーシュートを小さくでき、オーバーシュートが小さくなると、弁体１１４のバウンドも小さくなり、時刻Ｔ７の直後に弁体１１４を静止させることが可能になる。弁体１１４が目標リフト位置で静止すると、燃料噴射装置から噴射される燃料は一定流量になり、時間に比例して噴射量を増やせる状態になり、噴射量を精度よく制御することが可能な状態になる。また、弁体１１４のオーバーシュートを低減することで、弁体１１４がオーバーシュート後に再び可動子１０２と衝突する際の衝突速度を低減でき、弁体１１４と可動子１０２に働く衝撃力を小さくすることができるため、衝突面の摩耗を防ぐことができ、劣化による目標リフトの変化を抑制することが可能である。
また、各気筒の燃料噴射装置で噴射量が同等となるようにピーク電流値Ｉpeakまたは、昇圧電圧印加時間Ｔｐのどちらか一方の値と駆動電流遮断時間Ｔｃが補正されることで、電流遮断波形を用いた場合に生じる噴射量特性の不感帯Ｔｎの値が各気筒の燃料噴射装置で異なる。検知情報を用いてピーク電流値Ｉpeakまたは、昇圧電圧印加時間Ｔｐのどちらか一方の値と駆動電流遮断時間Ｔｃが決まると、不感帯Ｔｎが決まる。したがって、不感帯Ｔｎを各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに異なる値を設定できるように、ＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２を構成することで、噴射パルス幅Ｔｉが小さく弁体１１４が目標リフトに到達しない中間リフト領域Ｔharfから弁体が目標リフトに到達した後の最小噴射量２００３以降の噴射量まで連続的に変化させて制御することが可能となるため、エンジン運転条件に合わせた噴射量制御を行うことができる。
閉弁動作は、開弁信号時間である噴射パルス幅Ｔｉが停止された時刻Ｔ９に、バッテリ電圧ＶＢの印加を遮断することで、自動的に負の方向の昇圧電圧ＶＨ印加されるようになり、それによってソレノイド１０５に流れる電流が急激に低下し、磁気吸引力が低下していく。磁気吸引力が閉弁力とクロスした時刻Ｔ１１に弁体１１４の閉弁方向の動きが始まり、時刻Ｔ１２に閉弁が完了する。この間の閉弁完了遅れ時間Ｔｂを計測し、標準の遅れ時間に対してズレがある場合には、目標リフト位置での保持電流値Ｉｈの設定を増減させ、標準の遅れ時間に合わせることが可能である。その他、閉弁完了遅れ時間のバラツキを大きく補正する場合は、噴射パルス幅Ｔｉを補正し、閉弁完了遅れ時間が大きなものはその分、噴射パルス幅Ｔｉを小さくし、閉弁完了遅れ時間が小さいものはその分、噴射パルス幅Ｔｉを大きくすることで、実際に開弁されている時間を、要求噴射量を実現するのに必要な時間に制御することも可能である。
本手法の動作手順によって、弁体１１４を目標リフトに到達させる中で、最小の噴射量を実施する時の動作状態を図１８に示す。時刻Ｔ１に開弁信号がＯＮになり、ピーク電流Ｉpeakに達した時点、もしくは設定時間Ｔｐに達した時点で、昇圧電圧ＶＨの印加を終了する。それによって自動的に負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加されるようになり、ソレノイド１０５に流れる電流が急速に低下する。これにより磁気吸引力が低下していくことで、時刻Ｔ４で開弁力に比べ、閉弁力が上回るようになり、時刻Ｔ４以降は弁体１１４の動きは、開弁方向に対してマイナスの加速度をもった動きに替わる。駆動方向の電圧を遮断する時間Ｔｃの設定時間になった後、バッテリ電圧Ｖｈを印加するタイミングで開弁信号時間である噴射パルス幅Ｔｉが来ると、その前後で目標リフト位置に達した弁体１１４は、マイナスの加速度のまま閉弁方向の動作に移行し、目標リフト位置で静止することなく、閉弁動作を行う。このフルリフトでの最小噴射量の動作を行うには、この時の動作にして、噴射パルス幅Ｔｉが増えた時に、その分だけ、弁体１１４が目標リフト位置で静止している時間が長くなる必要がある。すなわち、理想的には、最小噴射量時は、目標リフト位置での静止時間が０秒で、それより開弁信号時間すなわち噴射パルス幅Ｔｉを増加させた場合、増加した時間だけ、弁体が目標リフトの位置で静止する時間が長くなり、その静止時間の増加に応じて閉弁完了タイミングが増加して噴射量が大きくなることで、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑが線形的な関係となるようにするとよい。
また、燃料噴射装置に供給される燃料圧力が変化すると、弁体１１４が目標リフトに到達するために必要なピーク電流値Ｉpeakと、弁体１１４を開弁状態で保持可能な保持電流値Ｉｈが変わる。燃料圧力が増加すると、弁体１１４が閉弁している状態では、シート径の受圧面積と燃料圧力を乗じた力が弁体に作用するため、弁体１１４が開弁を開始するのに必要な吸引力が大きくなる。また、弁体１１４が変位を開始すると、弁体１１４の燃料シート部を流れる燃料の流速が早くなり、ベルヌーイの定理に基づく静圧降下の影響によって、圧力が急激に小さくなることで、弁体１１４の配管側と先端部の圧力差が大きくなり、弁体１１４に働く差圧力が増加する。この差圧力の増加に応じて、必要なピーク電流値Ｉpeakと駆動電圧遮断時間Ｔｃと保持電流値Ｉｈを調整すると良い。エンジンの負荷が異なる広い範囲の燃料圧力の条件において、駆動電流の保持電流値Ｉｈを一定にして使用する場合、高い燃料圧力で弁体１１４を開弁状態で保持可能なように、可動子１０２に働く磁気吸引力を発生できる高い保持電流値Ｉｈを設定する必要がある。高い保持電流値Ｉｈを用いて、低い燃料圧力で燃料噴射装置６４０を駆動した場合、噴射パルス幅Ｔｉを停止する時に、可動子１０２に発生している磁気吸引力が大きくなり、閉弁遅れ時間が増加し、噴射量も増加する。したがって、ＥＣＵ１２０から駆動回路１２１に指令信号を送る構成とし、ＥＣＵで燃料噴射装置の上流部の燃料配管に取り付けられた圧力センサからの信号を用いて、燃料圧力に応じて適切な保持電流値Ｉｈを設定すると良い。
また、各気筒での燃料噴射装置の個体ばらつきも燃料圧力の変化と同様に、スプリング１１０の荷重のばらつきによって、弁体１１４を開弁状態で保持に必要な保持電流値Ｉｈも変わる。スプリングが大きい個体では、弁体１１４を開弁状態で保持するのに必要な磁気吸引力が大きくなるため、保持電流値Ｉｈを大きく設定する必要がある。このスプリング１１０の荷重は、燃料噴射装置６４０の噴射量を調整する過程で調整される。したがって、開弁遅れ時間、閉弁遅れ時間とスプリング１１０の荷重には強い相関があるため、開・閉弁遅れ時間からスプリング１１０の荷重を推定することができる。
各気筒の燃料噴射装置６４０の個体ばらつきを低減するためのピーク電流値Ｉpeakと昇圧電圧印時間Ｔｐと駆動電圧遮断時間Ｔｃの調整に加えて、燃料圧力による電流波形の調整を行うと効果的である。燃料圧力が増加すると、弁体１１４に働く差圧力が増加するため、ピーク電流値Ｉpeakを遮断してから弁体１１４が減速するタイミングも早くなり、弁体１１４が目標リフト位置に到達してからのバウンドも小さくなる。従って、燃料圧力の増加に応じて、ピーク電流値Ｉpeakを増加させることで、弁体１１４が目標リフトに到達するのに必要なピーク電流値Ｉpeakを確保しつつ、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度も低減でき、噴射量特性の非線形性を低減することができ、噴射量ばらつきを低減できる。また、ピーク電流値Ｉpeakを増加させると、駆動電圧打切り時刻Ｔ３が遅くなり、駆動電圧遮断時間Ｔｃも連動して遅くなる。この昇圧電圧遮断時間Ｔｃは燃料圧力の増加に応じて小さくなるように構成するとよい。このような構成とすることで、燃料圧力の増加に伴って弁体１１４に働く差圧力が増加すると、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度が小さくなるため、減速に必要なタイミングも遅くなるため、適切な減速タイミングを設定することが可能である。燃料圧力と弁体に働く差圧力は、線形的な関係となるため、燃料圧力に応じて、ピーク電流値Ｉpeakと保持電流値Ｉｈを決定するための補正係数を予め、ＥＣＵもしくはＥＤＵに与えておくと良い。また、以上で説明したピーク電流値Ｉpeakと保持電流値Ｉｈを各気筒の燃料噴射装置６４０ごとおよび、燃料噴射装置６４０に供給される燃料圧力ごとに調整することで、使用する電流を小さくできるため、燃料噴射装置のソレノイド１０５の発熱とＥＣＵの発熱を低減でき、消費エネルギーを低減できる効果がある。また、昇圧電圧ＶＨを印加している時間が低減されるため、昇圧回路の負荷が低減でき、多段噴射時において次の噴射パルス幅が要求された時点での昇圧電圧ＶＨを一定に保つことができるため、噴射量を正確に制御することが可能となる。
次に、本手法の動作手順によって、弁体１１４を目標リフトに到達させない領域（中間リフト領域と称する）を使用するための動作を図１９に示す。本動作では、目標リフトに到達させる場合の最小噴射量よりもさらに小さな噴射量を実現するために、噴射量を減らす分に応じて、ピーク電流値Ｉpeakを標準の設定値より下げていくことで、噴射量を低減していく。すなわち、図１８示した動作による噴射量よりも少ない噴射量を実現する時は、開弁信号時間Ｔｉを変化させるのではなく、昇圧電圧を印加する時間を決めるピーク電流値Ｉpeakの設定値自身を変化させる。もしくは、昇圧電圧印加Ｔｐの設定値自身を変化させる。図１８に示す通り、標準のピーク電流値Ｉpeakより、小さな設定値Ｉｐ′に設定することにより、ソレノイド１０５に流れる電流がＩｐ′に達した時刻Ｔ３で、昇圧電圧ＶＨの印加を停止する。これにより、昇圧電圧ＶＨが逆向きに印加され、ソレノイド１０５に流れる電流は急速に低下し、それにより、磁気吸引力が低下する。これにより、時刻Ｔ２にリフト動作を開始した弁体１１４は時刻Ｔ４の時点でマイナス加速度に反転し、目標リフトに達しない高さまでを放物運動し、時刻Ｔ１２に閉弁する。この動作では、弁体１１４が目標リフトに到達しないため、弁体１１４の変位量が機構で規定されず、噴射量の個体ばらつきが生じやすい。したがって、閉弁完了タイミングＴ１２を計測することで、要求噴射量を実現するための閉弁完了タイミングと一致しているかどうかをＥＣＵ１２０もしくは、ＥＤＵ１２１でチェックし、ずれているようであれば、次回の噴射時は、ピーク電流の設定値Ｉｐ′を増減させて調整することで、要求噴射量に対する実噴射量の精度を高めることが可能になる。同様に、昇圧電圧印加時間を設定する方式の場合は、閉弁完了タイミングＴ１２を計測して、要求噴射量を実現するための閉弁完了タイミングに合うように、昇圧電圧印加時間を調整することで、要求噴射量に対する実噴射量の精度を高めることが可能になる。
図２１〜図２５は、本発明を利用して燃料噴射装置を制御する手法の第５の例を示すものである。
図２１は、本発明の第５実施例における手法の中で、弁体１１４が目標リフトに到達して駆動される場合の端子間電圧と駆動電流、弁体１１４に働く作用力である開弁方向の力（開弁力）と閉弁方向の力（閉弁）、弁体１１４の変位量と時間の関係を示した図である。図中に示した４つのグラフの横軸は全て時間であり、縦位置が同じ場所は同じ時刻を示している。図中の一番上の図は、燃料噴射装置のソレノイド１０５の端子間電圧、２番目の図は燃料噴射装置６５０のソレノイド１０５に流れる駆動電流である。３番目の図は、燃料噴射装置６４０の弁体１１４にかかる弁体駆動力であり、４番目の図は弁体１１４のリフト方向の変位量である。図２２は、図２１の動作の延長で噴射量を絞っていく場合の、最小量噴射の動作である端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変量の関係を示した図である。
図２１において、時刻Ｔ１に噴射パルス幅Ｔｉが供給され、開弁信号がスタートする。このタイミングで昇圧電圧ＶＨを燃料噴射装置のソレノイド１０５に印加する。この電圧の印加によってソレノイド１０５に電流が流れ始めるが、電流に伴って磁気回路の内部に磁束が発生し、その磁束の増加によって逆起電力が生じるため、ソレノイド１０５に流れる電流はステップ的に立ち上がるのではなく、時間とともに上昇する特性となる。ソレノイド１０５に電流が流れ始めると、わずかな時間遅れをもって磁束が発生し、その磁束により磁気吸引力が発生する。磁気吸引力は、弁を開く方向の力になるが、弁体１１４には弁を閉じる方向の力もかかっているため、開弁方向の力が閉弁方向の力を上回った瞬間（＝時刻Ｔ２）に弁体１１４がリフトする動作が開始する。閉弁方向の力にはバネ力と流体力がある。ここで使用するスプリング１１０は、スプリング１１０をセットする際の変形量が、弁体１１４の変位量に比べてはるかに大きいため、開弁時と閉弁時のバネ荷重がほとんど同じになる。流体力によって閉弁方向の力が生じるのは、弁体１１４が閉弁によって着座するシート部より下流側の圧力が、上流側の燃料圧力より低いことで主に発生する。弁体１１４がリフトを開始して、シート部に流れが生じると、燃料の静圧が動圧に変換されることで、一部の領域の静圧が下がり、流体力は変化する。また、弁体１１４の動作に伴い、流体が排除されたり流入されたりする空間で流れの抵抗による発生する圧力変化によっても弁体１１４に働く流体力は変化する。よって、バネ力と流体力を合計した閉弁方向の力は正確には一定にならないものの、その変化はあまり大きくないものとして、図では一定の線で示した。
ソレノイド１０５に昇圧電圧ＶＨを印加する時間は、設定した時間Ｔｐに達した時点で打ち切る方法と、ソレノイド１０５に流れる電流が予めＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に設定されたピーク電流値Ｉpeakに達した時点で打ち切る方法があり。すなわち、昇圧電圧印加時間Ｔｐを設定する場合は、ピーク電流値Ｉpeakは従属的に決まり、ピーク電流値Ｉpeakを設定する場合は、それによって昇圧電圧印加時間Ｔｐが従属的に決まる。昇圧電圧印加時間Ｔｐもしくは、ピーク電流値Ｉpeakの設定は、燃料噴射装置の特性や、燃料圧力に応じて設定することで、環境条件の変化や、燃料噴射装置の個体バラツキがあっても、燃料噴射装置の動作バラツキを減らすことが可能になる。例えば、ピーク電流値Ｉpeakの値を固定した場合、駆昇圧電圧ＶＨの個体ばらつきやソレノイド１０５の発熱等によって、電流値のプロファイルに変動が生じたとしても、弁体１１４の開弁開始タイミングと開弁完了タイミングは変動するが、この効果は弁体変位量が平行移動する変化となるため、開弁遅れ時間の情報を用いて補正することが可能である。次に、時刻Ｔ３で昇圧電圧ＶＨの印加を打ち切ると、自動的にその逆向きの電圧が印加されるようになる。ソレノイド１０５に流れる電流は、正方向の電圧の印加を終了するとともに、電流が消滅しようとするが、電流が低下すると、磁気回路の内部の磁束が減少し、磁束が減少すると、その変化を打ち消す方向に誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって、ソレノイド１０５には正方向の電流が流れるため、時刻Ｔ３の直後に電流がすぐに０になることはなく、徐々に低下していく。ソレノイド１０５に対して、逆方向の昇圧電圧が印加された状態になると、正方向の電流の低下速度が速まる。ソレノイド１０５に流れる電流が低下すると、磁束が減り、磁気吸引力が低下することで、開弁方向の力が低下していく。開弁方向の力が閉弁方向の力を上回っている時は、弁体１１４の動きはリフト方向に加速する動作をしているが、開弁力と閉弁力が釣り合った瞬間の時刻Ｔ４に弁体１１４はその時の速度で、加速度が０になる。時刻Ｔ４の後も、負の方向の昇圧電圧ＶＨの印加を続け、ソレノイド１０５に流れる電流を低下させ続けることで、磁気吸引力が低下し、閉弁力が開弁力を上回り、弁体１１４の動きは減速に転じる。弁体１１４の動きが減速しつつも、リフト方向に移動している間の時刻Ｔ５にソレノイド１０５に逆電流を印加することを終了し、同時に、ソレノイド１０５に対してバッテリ電圧ＶＢを印加する。ソレノイド１０５に逆電圧が印加されてから終了するまでの時間Ｔｃは燃料噴射装置の特性や、燃料圧力に応じて設定することで、環境条件の変化や、燃料噴射装置の個体バラツキがあっても動作バラツキを減らすことが可能になる。
時刻Ｔ５以降は昇圧電圧ＶＨよりは低い電圧であるバッテリ電圧ＶＢを印加することで、ソレノイド１０５に流れる電流が、やや緩やかに上昇する。電流が増加することで、磁気吸引力も緩やかに増加し、時刻Ｔ６で磁気吸引力が再び閉弁力を上回ることで、弁体１１４の動きが減速から加速に切り替わる。
バッテリ電圧ＶＢを印加している間は、ソレノイド１０５に流れる電流を監視し、設定した保持電流値Ｉｈになった時点で一旦電圧の印加を切り、設定した微小な時間の後、バッテリ電圧ＶＢを印加することを続ける。このような動作を続けることで、ソレノイド１０５に流れる電流値を設定した保持電流値Ｉｈの近くに維持することができ、磁気吸引力を制御することができるようになる。
また、時刻Ｔ７の時点で弁体１１４は目標リフト位置に到達する。開弁信号を開始した時刻Ｔ１から、フルリフト完了の時刻Ｔ７までの時間が開弁完了遅れ時間Ｔａとなる。燃料噴射装置の構造として、磁気吸引力を受ける部分と弁体１１４を分離し、前者を可動子１０２とし、可動子１０２は弁体１１４に開弁方向の力のみを伝える構造にし、かつ、可動子１０２の目標リフト位置に達しても弁体１１４の側はさらに移動できるような遊びがある場合、可動子１０２と弁体１１４がともに目標リフト位置に達した後、可動子１０２は固定コア１０７と衝突することで、リフト方向への運動は終了するが、弁体１１４のみは、さらに上昇が続き、弁体１１４の動きにオーバーシュートが生じる。このオーバーシュートが生じる前後では、開弁信号時間に比例した噴射量制御ができなくなるので、オーバーシュートは小さいほど良く、そのため、弁体１１４がフルリフトする時刻Ｔ７での弁体１１４の速度が極力小さくなるように、ソレノイド１０５に流れる電流を調整するのがよい。その際の調整方法として、昇圧電圧印加時間Ｔｐもしくはピーク電流Ｉpeakや、逆電圧印加時間Ｔｃ、弁体１１４リフト保持電流Ｉｈの設定値を、個々の燃料噴射装置６４０の特性や、燃料圧力に応じて変更すると良い。
オーバーシュートが落ち着いた後は、弁体１１４にかかる閉弁力より、可動子１０２にかかる磁気吸引力の方が強い状態を保つが、可動子１０２が目標リフト位置で固定コア１０７と接触していることで動きが止まり、弁体１１４も目標リフト位置で静止を続ける。
時刻Ｔ９に噴射パルス幅Ｔｉの停止時間に達することで、ソレノイド１０５にバッテリ電圧ＶＢの印加を終了すると、自動的に、昇圧電圧ＶＨが逆方向に印加されることになる。時刻Ｔ９の時点でソレノイド１０５の周りの磁気回路には磁気吸引力を発生させていた磁束が存在するため、電流の低下速度に応じて誘導起電力が生じ、時刻Ｔ９の後も緩やかにしか電流は低下していかない。電流の低下が遅いと、磁気吸引力の消滅も遅く、閉弁の動き出しも遅くなるため、バッテリ電圧ＶＢより大きい昇圧電圧ＶＨを逆方向に印加することで、電流消滅を早め、閉弁動作を早めること良い。時刻Ｔ１０でソレノイド１０５に供給される電流値が０になった後も、渦電流の影響によって、磁気回路の内部に磁束が残留しており、その磁束が消滅を続けていると、それによって誘導起電力が生じるため、ソレノイド１０５の端子間電圧も負方向の電圧となるが、磁気回路の内部の磁束が減少することによって、渦電流が小さくなり、磁束が消滅する速度も低下するため、発生する誘導起電力も徐々に低下し、ソレノイド１０５の端子間電圧も徐々に低下していく。また、電圧の測定端子をソレノイド１０５の端子間電圧ではなく、実施例２におけるソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側の端子と接地電位（ＧＮＤ）との電位差でみた場合、電圧は正の方向となり、渦電流が消滅していく過程で電圧が減少する。
ソレノイド１０５に流れる電流の低下によって、磁気吸引力が低下していき、時刻Ｔ１１で磁気吸引力が閉弁力を下回った時点で、弁体１１４の閉弁方向の動作が始まる。弁体１１４と可動子１０２の位置関係としては、リフト方向すなわち正方向の変位として、弁体１１４≧可動子１０２となり、弁体１１４の方が可動子１０２より上になることはあっても、その逆はない。同様に、可動子１０２の方が弁体１１４より下になることはあっても、弁体１１４の方が可動子１０２より下に行くことはない。よって、弁体１１４が閉弁方向に動く際は、必ず可動子１０２も閉弁方向に動く。弁体１１４が目標リフト位置に保持されている時は、可動子１０２は固定コア１０７と接触し、接触端面の吸引面に引き付けられており、可動子１０２がそこから離れる際は、可動子１０２と固定コア１０７の間の空間に燃料が流れ込む必要がある。磁気吸引面にはわずかなすき間しかないため、その空間に燃料が流れ込むには燃料の流動抵抗が大きく、可動子１０２が速く動こうとするほど、その抵抗が大きくなる。流動抵抗（スクイーズ力と称する）が大きくなると、その空間の圧力が低下し、その空間に接する面の流体力が低下することで、流体力による閉弁力が低下する。一般的に、スクイーズ力は、可動子１０２の速度に比例し、可動子１０２と固定コア１０７との距離の３乗に反比例するため、可動子１０２と固定コア１０７のギャップが拡大することで、スクイーズ力は急速に低下する。このスクイーズ力の正確な記載は図２１の弁体駆動力の図になされていないが、流体力によって閉弁動作を鈍くなる要素があるため、時刻Ｔ１１を過ぎても、弁体１１４の動きとしては、緩やかな閉弁動作にとどまる。弁体１１４が目標リフト位置から離れるほど、磁気吸引力も低下し、スクイーズ力も低下することで、閉弁力が開弁力を上回っていくことから、閉弁動作は徐々に加速していき、時刻Ｔ１２に弁体１１４が閉弁位置に到達することで、閉弁動作が完了する。よって、時刻Ｔ１２とＴ９の差が閉弁完了遅れ時間Ｔｂとなる。
燃料噴射装置の寸法公差の影響によって生じる個体ばらつきや、燃料圧力の変化、温度などの環境条件の変化、劣化等による動作特性の変化などにより、閉弁完了遅れ時間Ｔｂは変化する。この時間が変化すると、噴射量が変化するため、噴射量の精度が必要な場合、閉弁完了遅れ時間Ｔｂを計測し、標準の閉弁完了遅れ時間よりずれる分だけ、次回の噴射時に、開弁信号時間を増減させて調整すると、噴射量ばらつきを抑え、噴射量の精度を高めることが可能になる。その他、閉弁完了遅れ時間Ｔｂが大きい時には、保持電流Ｉｈを下げ、フルリフトで維持している時の磁気吸引力と下げることで、開弁力と閉弁力との差を小さくし、磁気吸引力が閉弁力とクロスするポイントである時刻Ｔ１１を早めることで、噴射量が小さくなるように調整することも可能である。逆に、標準の閉弁完了遅れ時間よりも検知した遅れ時間Ｔｂが小さい時は、保持電流Ｉｈを大きくすることで、標準の閉弁完了遅れ時間に合うように調整することもできる。
上記の手順で燃料噴射装置を動作させる場合、１回の噴射によって噴射される燃料の量を幅広く制御するには、開弁信号時間Ｔｉをそれに応じて変化させればよい。開弁信号時間Ｔｉを増やすと、それに比例して弁体１１４がフルリフトの位置で静止している時間のみが増加し、その前後の動作は同じになる。よって、フルリフトで静止している時の単位時間あたりの噴射量に、開弁時間を増加させた時間を掛ければ、増加する噴射量が決まる。この関係から、必要な噴射量を実現するために必要な開弁信号時間を逆算することができるので、開弁信号時間Ｔｉで噴射量を制御することが可能になる。
上記の動作の延長で噴射量を絞っていく場合の、最小量噴射の動作を図２２に示す。図２２を示すにあたり、図２１と同じ意味の変数は変数名を同じにした。
図２２においては、弁体１１４のフルリフトが完了した時刻Ｔ７の直後に開弁信号時間Ｔｉの終了がきて、閉弁動作が始まる。よって、開弁動作と、閉弁動作は図２０のケースとまったく同じになり、弁体１１４が目標リフト位置で静止している時間のみが最小になるように動作させる手順が図２２の動きなる。また、弁体１１４が目標リフト位置に静止している時間を最小化する上では、弁体１１４のオーバーシュートを極力小さくするのが良く、そのためには開弁完了時間Ｔａを計測し、燃料噴射装置６４０の個体ごとのこの時間のバラツキを把握した上で、昇圧電圧印加時間Ｔｐもしくはピーク電流Ｉpeakや、逆電圧印加時間Ｔｃ、保持電流Ｉｈなどの設定値を調整するのがよい。
図２２の動作により噴射される量よりもさらに少ない噴射量を実現するための動作方法を図２３に示す。図２３においては、ソレノイド１０５に昇圧電圧ＶＨを印加し、その後、負の方向に昇圧電圧ＶＨを印加する所までは、図２１、図２２と同じであり、その後のバッテリ電圧ＶＢを印加して保持電流Ｉｈを流す時間のみが短縮されている。噴射パルス幅Ｔｉが停止されて、保持電流Ｉｈが打ち切られる時刻Ｔ９の時点では弁体１１４はまだ目標リフトに到達していないため、時刻Ｔ９の後も開弁動作は続く。しかし、時刻Ｔ１０でソレノイド１０５に供給される電流がなくなることで、磁気吸引力は低下していき、それに伴って閉弁力と開弁力の差が広がり、弁体１１４を押し戻す力が強まっていく。それらのプロセスの間に、時刻Ｔ９の時点では、弁体１１４は開弁方向に動いていたのが、速度が減速し、そのまま速度がマイナスになって、閉弁方向に弁体１１４が移動するようになる。それによって時刻Ｔ１２に閉弁完了するようになり、弁体１１４の動作の中で一度も目標リフトに到達することなく動作が終了するようになる。
本手法の動作によって、ごく微小な噴射量を制御可能にすることができるのは、弁体１１４が目標リフトに到達する場合の開弁完了時刻Ｔ７より、保持電流動作に入る時刻Ｔ５が、有意な時間差でもって前にしてあることによる。すなわち、保持電流開始時刻Ｔ５と、開弁完了時刻Ｔ７の間に時間差があると、開弁完了時刻Ｔ７よりも前に、保持電流終了時刻Ｔ９をもってくることが可能になる。よって、図２２のようなフルリフトさせる場合の最小噴射量動作の噴射パルス幅Ｔｉよりもさらに短い開弁信号時間をとることが可能になり、その場合でも開弁信号時間Ｔｉの短縮に比例して、噴射量を減らすことが可能になる。その際、目標リフトに到達させる場合の開弁信号時間の増加量に対する噴射量の増加量の割合と、目標リフトに到達させない場合の開弁信号時間の増加量に対する噴射量の増加量の割合が異なる場合もあるが、その場合は、その特性に応じて開弁信号時間を逆算して、開弁信号時間を決めれば、要求通りの噴射量を制御によって実現することが可能になる。これにより、目標リフトに到達させる場合の最小噴射量よりさらに少ない噴射量を、要求通りに噴射する制御が可能になる。
弁体１１４の動きとして目標リフトに到達させない動作では、動作の前半のみに制御可能な調整パラメータが存在し、動作の後半に制御を加えることはできない。このため、各気筒の燃料噴射装置ごとの特性バラツキや、環境条件の変化、劣化などによる動作特性の変化等の影響を受け、同じ開弁信号時間であっても、噴射量がバラツキやすい。その際、開弁完了遅れ時間や、閉弁完了遅れ時間を計測しておき、特性が変化した場合に、そのことを把握できるようにしておくと、弁体動作前半の制御可能な調整パラメータを変化させることで、ごく微小な噴射量であっても、要求噴射量に対する実噴射量の精度を保つことができるようになる。
図２４に、本手法による一連の動作をまとめて示す。昇圧電圧ＶＨを印加する時間Ｔｐと負の方向に昇圧電圧ＶＨを印加する時間Ｔｃは弁体１１４の動作を計測した結果によって決めるため、要求噴射量に関わらず一定であり、その後の保持電流の維持時間のみを、要求噴射量に応じて変化させる。このため、開弁信号時間がＴｉ＿１の時は、閉弁完了時間がＴ１２＿１になり、開弁信号時間がＴｉ＿２の時は、閉弁完了時間がＴ１２＿２に、同様に変化していき、開弁信号時間がＴｉ＿４の時は、閉弁完了時間がＴ１２＿４になる。弁体１１４の変位量の時間変化によって描かれるカーブの面積に応じて、燃料噴射装置６４０から噴射される噴射量が決まるため、開弁信号時間の変化により、ごく微量の噴射量から、大量の噴射までを一律に制御できる。
次に、第６実施例の制御手法で燃料噴射装置を駆動した場合の噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの関係を図２５に示す。図２５には、第５実施例の電流波形による噴射量特性を実線で示し、第４実施例における制御手法で説明した図１７の電流遮断波形での噴射量特性を一点鎖線、従来波形での噴射量特性を破線で記載している。図２５より、第５実施例で説明した遮断波形の噴射量特性に比べて、噴射パルス幅Ｔｉが同じ条件での燃料噴射量ｑが小さくなっており、線形領域での噴射量が下側にシフトした特性となっている。また、遮断波形では、弁体１１４が目標リフトに到達する条件での最小噴射量が２５０２であるのに対して、第６実施例の波形では、最小噴射量が２５０１となり、第４施例における制御手法と比べて弁体１１４が目標リフト位置に到達する条件での最小噴射量は大きくなる。しかしながら、第５実施例による制御手法よりもピーク電流値Ｉpeakを低下させて、保持電流値Ｉｈで弁体１１４が目標リフトに到達するように制御することで、中間リフト領域での噴射パルス幅の増加に対する燃料噴射量の増加ｑと弁体１１４が目標リフトに到達して以降の領域での噴射パルス幅の増加に対する燃料噴射量ｑの増加の傾きを限りなく近づけることができるため、中間リフト領域から噴射パルス幅Ｔｉを増減させることで、燃料噴射量ｑを一律に制御することができる。このような構成とすることで、各気筒の燃料噴射装置６４０の個体ばらつきについては、ピーク電流値Ｉpeakもしくは昇圧電圧印時間Ｔｐと昇圧電圧遮断時間Ｔｃと保持電流値Ｉｈの設定値をそれぞれ開・閉弁タイミングの検知情報に基づいて補正することで、噴射量特性に生じる個体ばらつきは、噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑが略線形となる領域から引いた理想直線２５０３の切片ｑbのみのばらつきとなるため、噴射パルス幅Ｔｉを個体ごとに補正することで、ＥＣＵまたは、駆動装置で要求される噴射量を正確に制御することができる。また、電流波形の設定値を調整した後に、噴射量特性に生じる切片ｑbの補正を噴射パルス幅のみで実施することで、開・閉弁完了タイミングの検知を１吸排気行程毎に実施する必要がなくなるため、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２の計算負荷を低減でき、ＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に記憶させるデータ点数を低減することができるため、開・閉弁タイミングの検知情報を記憶されるメモリ容量を小さくすることがでる。また、第５の実施例に比べて、ピーク電流値Ｉpeakが小さく設定されるため、第５の実施例で噴射量特性に生じる不感帯Ｔｎを第５実施例における制御手法では、不感帯Ｔｎ１まで低減でき、噴射量パルス幅Ｔｉと燃料噴射量ｑの関係が線形となる領域を拡大することができるため、噴射量の制御が容易になるメリットがある。
本発明における第６の実施例における手法によって弁体１１４を動作させ場合の動きを、図２６、図２７、図２８を用いて説明する。図２６において、時刻Ｔ１に噴射パルス幅Ｔｉが印加され、開弁信号がＯＮになり、昇圧電圧ＶＨの印加を始める。これによりソレノイド１０５に流れる電流が立ち上がるが、本発明における第６実施例の手法においては、第５実施例における手法よりも低いピーク電流値Ｉpeakを設定し、その電流値に達した時点で、一旦昇圧電圧ＶＨの印加を打ち切る。本手法において、電流値がピーク電流値Ｉpeakに達して電圧の印加を切る際は、ソレノイド１０５の誘導起電力による電流を急速に消滅させないために、負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加されないようにスイッチ操作を行う。昇圧電圧ＶＨの印加を切った後は、設定時間が経過すると再び昇圧電圧ＶＨが印加されるようにスイッチングを行う。このように動作させることで、ソレノイド１０５に流れる電流を設定したピーク電流値Ｉpeakの近くで維持することが可能になる。このような操作を行うと、低めのピーク電流値Ｉpeakの設定値で電流を維持することで、磁気吸引力も、第５の実施例における手法の時よりは、低い磁気吸引力を維持することが可能になる。
この後、昇圧電圧印加時間の設定時間Ｔｐに達した時点である時刻Ｔ３に、電圧の印加を終了し、自動的に負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加されるようにスイッチを操作する。これにより磁気吸引力が低下し、時刻Ｔ４で磁気吸引力が閉弁力をクロスすることで、弁体１１４の動きにマイナスの加速度がかかるようになり、駆動電圧遮断時間Ｔｃに達した時刻Ｔ５のすぐ後で、弁体１１４がフルリフト時刻Ｔ７に来るように調整する。また、燃料噴射装置６４０の仕様によっては、時刻Ｔ４で磁気吸引力が閉弁力をクロスしない場合もあるが、高い電流値で弁体が目標リフトに到達する場合に比べて、可動子１０２と弁体１１４の加速度を小さくすることができる。
本手法では、昇圧電圧ＶＨを印加している途中に印加電圧の切断が入るように、ソレノイド１０５に流す電流の設定値を低めに設定することで、磁気吸引力を低めの力で維持することになる。これにより、昇圧電圧ＶＨの印加を打ち切った時刻Ｔ３から、磁気吸引力が閉弁力をクロスする時刻Ｔ４までの時間を短くすることができる。これにより、弁体１１４の動きが加速状態から減速状態に移行するまでの時間が短くなり、その後、弁体１１４の動きに減速をかける時間も短くて済むようになる。その場合、弁体１１４にかける減速が大きくなり過ぎたり、不足したりする量を少なくすることが可能になり、弁体１１４が目標リフト位置に到達した後に生じるオーバーシュートを極力小さくするための調整がし易くなる。
また、圧電圧ＶＨの印加を打ち切った時刻Ｔ３から、磁気吸引力が閉弁力をクロスする時刻Ｔ４までの時間を短くすることができる効果により、弁体１１４の動きが加速状態から減速状態に移行するまでの時間が短くなり、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を低減できるため、弁体１１４が目標リフトに到達した後に発生する弁体バウンド１１７を抑制することが可能となる。
時刻Ｔ５の後は、バッテリ電圧ＶＢを印加して、ソレノイド１０５に流れる電流をＩｈ付近に維持し、弁体１１４を目標リフト位置に静止させる。開弁信号時間Ｔｉに達すると、これまでの手法と同様に閉弁動作を行う。
図２７に、第６実施例における手法により、弁体１１４を目標リフトさせた上で、最小噴射量を実施する時の動作を示す。時刻Ｔ５でバッテリ電圧ＶＢを印加する時刻になると同時に開弁信号時間の噴射パルス幅Ｔｉが打ち切られて弁体１１４が閉弁動作を行う。弁体１１４が目標リフトに到達するタイミングは時刻Ｔ５のすぐ後に起きるように調整されているため、時刻Ｔ５と同時に生じる閉弁操作に応じて、閉弁動作が連続して起きるようになる。この際、昇圧電圧を印加している時の磁気吸引力が、低めに調整されていたことで、弁体１１４にかかる力が加速方向からマイナスの加速に切り替わる時間が短くなり、弁体１１４を操作する際の、時間的な精度を高めることができるようになる。この精度が高まると、弁体１１４を目標リフトに到達させた上での最小噴射量を十分に絞ることができるようになり、さらに、目標リフトに到達させない時の噴射量との間が連続的につながり、連続的な噴射量制御が可能になる。従って、目標リフトに到達させない領域から目標リフトに到達させる領域で、噴射パルス幅と噴射量の関係が常に正の相関関係となるため、要求噴射量が連続して増加していく場合の制御ロジックを簡素化できるメリットがある。
図２８に、第７実施例の手法により、フルリフトさせない場合の動作方法を示す。図２６から図２７にかけては開弁信号時間Ｔｉにより噴射量を制御するが、図２７よりさらに噴射量を絞る場合は、開弁信号時間である噴射パルス幅Ｔｉを変化させるのではなく、昇圧電圧印加時間Ｔｐを変化させる。昇圧電圧印加時間Ｔｐを変化させると、磁気吸引力で弁体１１４に開弁方向の力を付加する時間が短くなり、それに応じて、昇圧電圧ＶＨの印加を終了した後の弁体１１４の放物運動も小さくなる。よって、弁体１１４は目標リフト位置に到達しない動作を行い、時刻Ｔ１２に閉弁が完了する。これまでの手法と同様に、目標リフト位置に到達させない弁体１１４の動作は、個別の燃料噴射装置６４０ごとのバラツキが大きくなり易い。よって、各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに閉弁完了タイミングＴ１２を計測することで、要求噴射量を実現するための動作からのズレを把握し、昇圧電圧印加時間Ｔｐを調整すると、要求噴射量に対する実噴射量の精度を高めることが可能になる。
本発明における第７実施例の手法によって弁体１１４を動作させ場合の動きを、図２９、図３０、図３１を用いて説明する。図２９において、時刻Ｔ１に先立つ時刻Ｔ０にバッテリ電圧ＶＢの印加を始める。これによりソレノイド１０５に電流が流れ始めるが、電流がプリチャージ電流値Ｉｃに達するとバッテリ電圧ＶＢの印加を切り、それ以上は電流が流れないように制御する。この際、電圧の印加が打ち切られても、負の方向の電圧は印加されないようにスイッチ操作を組合せる。電流がプリチャージ電流値Ｉｃに達したことで電圧を切った後は、一定時間後に再びバッテリ電圧ＶＢを印加することを繰り返し、設定したプリチャージ電流値Ｉｃ付近の電流が維持されるように制御する。このプリチャージ電流Ｉｃを供給する時間はプリチャージ時間Ｔｄとしてあらかじめ決めておき、この時間が過ぎると、開弁信号がＯＮとなり、噴射パルス幅Ｔｉが供給されるように動作させる。また、プリチャージ電流値Ｉｃをソレノイド１０５に流すことで、磁気回路の内部に予め磁束が形成され、磁気吸引力が発生するが、この磁気吸引力は閉弁力を上回ることがないようにプリチャージ電流Ｉｃを設定するとよい。また、燃料圧力が増加すると、弁体１１４にかかる燃料圧力による閉弁力が増加し、弁体１１４が開弁開始するのに必要な磁気吸引力も増加するため、圧力センサで検出した燃料噴射装置６４０に供給される燃料圧力ごとにプリチャージ電流値Ｉｃを設定できるように構成するとよい。このような構成とすることで、燃料圧力の変化に応じて適切なプリチャージ電流値Ｉｃを設定することができる。また、燃料噴射装置６４０の寸法公差とくに、スプリング１１０の荷重の個体ばらつきによっても、弁体１１４が開弁開始するのに必要な磁気吸引力が異なる。スプリング１１０の荷重が大きいと、開弁開始に必要な磁気吸引力が大きくなるため、プリチャージ電流Ｉｃを増加させ、一方でスプリング１１０の荷重が小さいと、開弁開始に必要な磁気吸引力が小さくなるため、プリチャージ電流Ｉｃを減少させるように構成すると良い。以上の構成を用いることで、燃料噴射装置６４０に供給される燃料圧力が変化した場合でも、燃料噴射装置のスプリング１１０の荷重が異なる場合であっても適切なプリチャージ電流Ｉｃを設定することが可能になるため、噴射量を精度良く制御することが可能となる。
時刻Ｔ１に開弁信号すなわち噴射パルス幅ＴｉがＯＮになると、その後は図２１に示した第５実施例の制御手法と同じ動作手順を行う。ただし、プリチャージ電流値Ｉｃによって磁気吸引力がある程度発生した状態で昇圧電圧ＶＨの印加が始まるので、磁気吸引力が閉弁力を上回るタイミングＴ２が早くなり、昇圧電圧ＶＨの印加から開弁動作開始までの時間が短縮される。この時間が短縮されると、燃料噴射装置の個体バラツキによる開弁開始時間のバラツキを小さくすることが可能になる。一般的にソレノイド１０５に電流を供給すると、渦電流の影響によって磁気回路を構成する磁性材の磁化の進行は、ソレノイド１０５の内側近傍から外周側へ向けて磁化が進行する。一方でコイルへの電流供給を停止するとソレノイド１０５から遠い固定コア１０７の内周側から消磁されていく。プリチャージ電流Ｉｃによって予め磁気回路の内部に磁束を発生させておくことで、磁束が発生していない状態からソレノイド１０５に電流を供給する場合に比べて、渦電流によって発生する逆起電力を小さくすることができるため、ソレノイド１０５に供給される電流値の立ち上がりの傾きを大きくすることができ、磁気吸引力の立ち上がりを早めることができる。この効果によって、プリチャージ電流Ｉｃがない場合に比べて昇圧電圧ＶＨを印加してから弁体１１４が目標リフトに到達するために必要な磁気吸引力を早いタイミングで確保することができるため、ピーク電流値Ｉpeakを実施例５の場合と比べて小さく設定することができ、電流値の２乗に比例して決まる消費電力を抑制することができる。
また、時刻Ｔ２で開弁開始した後は、ソレノイド１０５に流れる電流がピーク電流Ｉpeakに達した時点Ｔ３で、昇圧電圧ＶＨの印加を打切り、それによって自動的に昇圧電圧が逆向きに印加されるようになる。逆向きの電圧の印加によりソレノイド１０５を流れる電流は急速に低下し、それに合わせて磁気吸引力も低下し、時刻Ｔ４で磁気吸引力が閉弁力をクロスすると、弁体１１４の動きはリフト方法に加速する動きからリフトを続けながらも、速度が減速する状態に変わっていく。駆動電圧を打ち切っておく時間Ｔｃはあらかじめ決めておき、その時間になった時刻Ｔ５にバッテリ電圧ＶＢの印加を始める。これにより磁気吸引力が再び増え始め、弁体１１４のリフト方向の動きが維持される。バッテリ電圧ＶＢを印加している間は、電流が保持電流Ｉｈに維持されるようにスイッチングを行う。この動作を行っていることで、時刻Ｔ７に弁体１１４が目標リフトに達し、わずかなオーバーシュートでおさめた上で、目標リフト位置で静止するようになる。噴射パルス幅Ｔｉの停止時間に達すると、負の方向に昇圧電圧ＶＨを印加し、ソレノイド１０５に流れる電流を急速に低下させ、それによって磁気吸引力が低下し、時刻Ｔ１１で磁気吸引力が閉弁力とクロスすると、閉弁動作が開始され、時刻Ｔ１２に閉弁動作が完了する。また、一般的に弁体１１４が静止している状態では、弁体１１４のシート径の面積と燃料圧力を乗じた値で閉弁力の一部である燃料圧力による力が決まる。一方で弁体１１４がリフトを開始すると、弁体１１４のシート部に燃料が流れ始めるが、弁体１１４のリフト量が小さい条件では、シート部の流路断面積が小さいため、シート部を流れる燃料の流速が増加し、ベルヌーイの定理に基づく静圧低下の影響によって、弁体１１４シート部近傍の圧力が低下する。このとき、弁体に働く差圧力は、弁体１１４の上部の圧力と弁体１１４の先端部の圧力を差分し、径方向の受圧面積で積分した値となる。したがって、弁体１１４の先端部の圧力が低いと、弁体１１４に作用する差圧力が大きくなり、閉弁している状態に比べて、弁体１１４に働く差圧力が増加する。また、弁体１１４の変位量が増加していくと、シート部の流路断面積も増加するため、シート部を流れる燃料の流速が遅くなり、静圧低下の影響が小さくなることで、弁体１１４に働く差圧力は減少していく。燃料噴射装置６４０では、弁体１１４に働く差圧力の最大値を、開弁力である磁気吸引力が素早く超えることによって、高い燃料圧力でも安定した開弁動作が可能となり、噴射量の制御も容易となる。プリチャージ電流値Ｉｃによって、磁気吸引力の立ち上がりが早くなるため、差圧力の最大値を乗り越えるタイミングを早めることができるため、ピーク電流値Ｉpeakに達してから弁体１１４が減速するまでの時間を早めることができるため、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を低減することができ、可動子１０２と固定コア１０７の衝突に伴う弁体バウンドに起因する噴射量特性の非線形性を改善することができ、弁体１１４が目標リフトに到達するタイミングでの噴射量の制御が容易になる。
本手法の特徴であるプリチャージ電流値Ｉｃの供給を行わない場合は、燃料噴射装置６４０の個体ばらつきによる開弁開始時間のバラツキがある程度存在しているが、プリチャージ電流値Ｉｃの供給行うことで、絶対的な開弁開始遅れ時間が短縮されることで、相対的に噴射量のばらつきも低下する。開弁開始遅れ時間にばらつきがある場合は、ピーク電流の設定値Ｉpeak、もしくは昇圧電圧印加時間Ｔｐをその分、調整する必要があるが、プリチャージ電流値Ｉｃの供給によってバラツキが低減されると、調整幅も小さくてすみ、それだけ制御動作の精度を高められることができ、噴射量の制御精度を向上できる。開弁開始時点での動作が各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに安定すると、弁体１１４が目標リフトに到達する時点での弁体１１４の動作が安定するようになり、それによってオーバーシュートを小さくすることが可能になって、噴射量制御の精度を高められるようになる。
図３０は、第７実施例における手法によって制御する中で、弁体１１４を目標リフトさせる中での最小噴射量の動作を示している。この動作がオーバーシュートの影響を最も受けやすく、弁体１１４が目標リフトに到達した直後の時刻Ｔ９に閉弁操作を始めた場合、オーバーシュートが大きいと、直ちには閉弁動作に切り替わることができなくなり、開弁信号時間Ｔｉに応じた噴射量にならなくなってしまう。プリチャージによってオーバーシュートが小さくなると、時刻Ｔ９で閉弁手順に入った後は、目標リフトで静止した状態から閉弁手順に入った時と同じ動作になり、開弁信号時間Ｔｉが図４−１のケースより短くなったことに比例して、噴射量が低減することになる。
図３１は、弁体１１４を目標リフトに到達させる場合の最小噴射量よりもさらに少ない噴射量を制御的に実現する動作であり、噴射量の低下に応じて開弁信号時間Ｔｉをさらに短縮した動作を示している。前半のプリチャージ電流値Ｉｃを供給する期間の動作は、図２９、図３０と同様であり、電流遮断時間Ｔｃに達した直後に噴射パルス幅Ｔｉが終了するケースがこの動作で、最も噴射量を減らす動作方法になる。時刻Ｔ９で逆向きの電圧の印加が行われ、それによって磁気吸引力が低下していくと、弁体１１４はフルリフトすることなく、放物運動を行い、時刻Ｔ１２に閉弁動作が完了する。
本実施例では、プリチャージ電流値Ｉｃを供給する場合の制御手法と、第５実施例の制御手法によって噴射量を絞るやりかたの組合せを説明したが、この他に、プリチャージ電流値Ｉｃを供給する制御手法と、第４、６の制御手法によって噴射量を絞るやりかたを組合せることも可能である。
本発明における第８の実施例による制御手法を用いて燃料噴射装置を駆動場合の端子間電圧、駆動電流、可動子に働く駆動力（可動子駆動力と称する）、弁体変位量の関係を図３２に示す。また、噴射パルス幅Ｔｉ停止後の端子間電圧、駆動電流、可動子駆動力、可動子の変位量と噴射パルス停止後時間の関係を図３３に示す。
図３２において、図２１の第４の実施例における制御手法との差異は、時刻Ｔ１３に電圧を印加する動作が加わっている。時刻Ｔ１３に昇圧電圧ＶＨの印加を開始し、その後設定時間Ｔｅに達した時点で、昇圧電圧ＶＨの印加を打ち切ると、弁体１１４に開弁方向の力が加えられることになり、それまで閉弁方向に加速していた弁体１１４の動きに減速が加えられることになる。閉弁の動きが減速されると、弁体１１４が弁座１１８と接触する瞬間の速度が低下する。弁体１１４が弁座１１８と衝突する時の速度が速過ぎると、弁体１１４がバウンドし、わずかながら弁体１１４が開弁して、それによってわずかな噴射がなされる場合がある。最小噴射量の低減を図る時は、弁体１１４のバウンドはない方がよいため、バックパルスの印加により、弁体１１４のバウンドをなくすことができる場合では、これによって最小噴射量を低減させることが可能になる。
また、バックパルスの印加は、昇圧電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢを切り替えられるように設定すると良い。バックパルスの印加にバッテリ電圧ＶＢを用いた場合、昇圧電圧ＶＨを用いた場合に比べて、弁体１１４と弁座１１８の衝突速度の低減効果は小さくなるが、昇圧電圧ＶＨを用いないため、昇圧回路のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作による負荷の低減、駆動装置の消費電力を低減とソレノイド１０５の発熱を低減できる効果がある。
バックパルスを打つ時刻は、閉弁完了時刻Ｔ１２に合わせて効果的に打つ必要があり、タイミングが早過ぎると閉弁完了時間が間延びして、噴射量が増えてしまう。バックパルスの印加タイミングが遅いと、磁気吸引力による閉弁速度の減速が間に合わず、減速する前に閉弁完了に達してしまう。よって、各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに閉弁完了タイミングを検知し、閉弁完了遅れ時間の個体バラツキを把握すると、各気筒の燃料噴射装置６４０の個体に応じた最適なタイミングでバックパルスを打つことが可能になり、弁体１１４の着座時に生じるバウンドを確実になくした上で、閉弁完了時間が増加することがない制御を実現することが可能になる。また、各気筒の開弁遅れ時間の検知情報を用いたバックパルスの印加によって、燃料噴射装置６４０の個体ごとの弁体１１４と弁座１１８が衝突する際の閉弁衝突速度を低減できるため、弁体１１４と弁座１１８の金属同士が接触することによって生じる衝突音を小さくすることができる。また、閉弁衝突速度の低減によって、弁体１１４と弁座１１７との衝突によって発生するオリフィスカップ１１６のシート部の摩耗を低減することができるため、耐久劣化でシート部が摩耗し、弁体１１４が閉弁状態の燃料の漏れ量の増加を抑制できる。耐久劣化による燃料の漏れを小さくすることで、エンジンシリンダ内で漏れた燃料が粗大液滴となり、燃料が気化されにくい状態となり、燃費性能の悪化や、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＰＭ（粒子状物質）またはＰＮ（ＰＭの粒子個数濃度）の増加による排気性能の悪化を抑制することができる。また、燃料の漏れを小さくすることで、エンジン筒内に介在している未燃焼の燃料を低減できるため、次回噴射時の噴射量ばらつきを低減でき、正確な噴射量制御を行うことができる。また、閉弁衝突速度を低減することで、弁体１１４と弁座１１８の金属同士の衝突によって生じる閉弁時の駆動音を低減することができるため、燃料噴射装置６４０で発生する駆動音を低減でき、エンジンの静音化を図ることが可能となる。なお、本実施例によれば、閉弁時の衝突音低減効果と合わせて、閉弁ピーク電流Ｉpeakに到達後に負方向の昇圧電圧ＶＨを供給することで、目標リフト位置に到達する手前で弁体１１４を急減速させる効果によって、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を低減でき、開弁時の衝突音を低減できる効果との相乗効果によって、燃料噴射装置６４０の駆動音を大幅に低減可能である。
次に、図３３を用いて、噴射パルス幅Ｔｉを停止してからの端子間電圧、駆動電流、可動子駆動力、可動子変位量と噴射パルス幅Ｔｉ停止後の時間の関係を示す。また、図３３の可動子変位量に、バックパルスの供給がない場合の可動子１０２の変位量を破線で記載する。
図３３より、可動子１０２が固定コア１０７と接触している状態から、噴射パルス幅Ｔｉを停止すると、第２の電圧源から負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加され、駆動電流が急峻に立ち下がる。その後、可動子１０２に働く開弁力が、閉弁力を下回った時刻Ｔ１１で可動子１０２が固定コア１０７から離れ、閉弁動作を開始する。その後、各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに駆動装置に記憶させておいた開弁完了タイミングの情報を用いて、弁体１１４が弁座１１８と接触するより前の時刻Ｔ１４で第２の電圧源から昇圧電圧ＶＨを印加する。このバックパルスを供給するための昇圧電圧ＶＨの印加を終了する時刻１５は、弁体１１４が弁座１１８と接触した後かつ、可動子１０２の変位量が最小となる時刻Ｔ１７の前となるように設定すると良い。このように構成することで、弁体１１４が閉弁した後も可動子１０２は運動を継続するが、弁体１１４が閉弁してから可動子１０２が下向き方向の運動中の下降運動期間Ｔｕの間に閉弁力を上回る磁気吸引力を適切に与えることができ、可動子１０２の運動が停止する時刻Ｔ１８を早めることができる。また、バックパルスを与える期間は、バックパルス印加時間Ｔｅで行う場合と、予め駆動装置に与えるバックパルス電流値Ｉｐｄに到達した時刻で、パックパルスの印加を停止する方法がある。バックパルスの停止タイミングをバックパルス電流値Ｉｐｄで決めることで、昇圧電圧ＶＨの電圧値が変動した場合であっても、可動子１０２の運動を停止するために必要なエネルギーをソレノイド１０５に供給することが可能となるため、各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに適切な電流を与えることができる。また、弁体１１４の閉弁完了時刻Ｔ１２に到達すると、これまで弁体１１４を介して可動子に働いていた閉弁力を受けなくなるため、可動子１０２に働く閉弁力が小さくなる。したがって、開弁力と閉弁力の差分を大きくすることができるため、可動子１０２のアンダーシュートを抑制することができる。開弁力が、時刻Ｔ１７を超えて可動子１０２に働く場合には、バックパルス電流値Ｉｐｄを小さくするか、バックパルス電流Ｉｐｄを小さくした上で、バックパルス電流Ｉｐｄが一定となるように、昇圧電圧ＶＨのスイッチングを行うと良い。１吸排気行程中に複数の噴射を行う多段噴射時においては、バックパルスによる可動子１０２の運動が停止する時刻Ｔ１８を早める効果により、２回目の噴射を行うまでの間隔を小さくすることができるため、多段噴射の回数を増加させることができる。また、エンジンでは、吸気行程・排気行程でのピストン位置の制約条件から、燃料を噴射できる期間が限られてくる場合があるが、本実施例における分割噴射間隔を低減できる効果により、１吸気行程中に多段噴射を行う場合において、１回目の噴射量と２回目の噴射量の分割比率を変えたい場合、１回目と２回目の分割比率を例えば８：２のように大幅に変更した時などに有利となり、複雑な噴射量の制御方法の要求に対応できる。また、図３３の可動子変位量の破線で記載した通り、バックパルスなしの条件では、弁体１１４と弁座１１８の衝突速度が大きいため、閉弁後の可動子１０２のアンダーシュートが大きくなり、本実施例９における可動子１０２の運動継続期間Ｔｄｕに比べて、バックパルスなしの運動継続期間Ｔｄｕ′のほうが大きいため、分割噴射の回数などの性能に制約が生じる。
また、各気筒の閉弁遅れ時間の検知情報に基づいて、バックパルスを印加することで、弁体１１４が閉弁する際の閉弁衝突速度を低減できるため、閉弁した瞬間の可動子１０２の運動エネルギーを小さくすることができ、閉弁後の可動子１０２が弁体１１４から離間してする時の変位量を小さくできる。この効果により、閉弁後に可動子１０２が弁体１１４から離間してから再び弁体１１４に接触するまでの時間を短縮でき、分割噴射間隔を低減することができるため、一吸排気行程中に複数階の燃料噴射を要求されるような多段噴射を行う場合に有利である。なお、バックパルスの印加は、弁体１１４が目標リフトに到達しない中間リフトの状態でも弁体１１４と弁座１１８の衝突速度を低減できる効果があり、中間リフトによる分割噴射間隔の低減効果と合わせて、多段噴射を行う場合に有利である。中間リフトで駆動する場合、目標リフト位置から閉弁する場合に比べて、弁体１１４と弁座１１８との衝突速度が小さいため、弁体１１４を減速させるために必要な磁気吸引力が小さくなるため、中間リフトの条件では、バックパルスの印加を昇圧電圧ＶＨより低いバッテリ電圧ＶＢから行い、目標リフトから閉弁する際には、バックパルスの印加を昇圧電圧ＶＨから印加できるように構成すると良い。中間リフトの条件でバックパルスの印加をバッテリ電圧ＶＢで行うことで、昇圧回路の負荷を低減することができ、次の噴射要求時の昇圧電圧ＶＨの電圧値を初期の設定値まで復帰させることができるため、ショットごとの噴射量ばらつきを低減することができる。また、弁体１１４が目標リフトに到達する各気筒の燃料噴射装置の開弁完了タイミングの検知情報を用いて、バックパルスの印加する電圧源を切り替えるように構成すると良い。この効果によって、燃料噴射装置ごとに適切なバックパルスの電圧印加を行うことができるため、分割噴射間隔の低減効果と、噴射量の精度を高めることができる。また、バックパルスを印加すると閉弁完了タイミングの検知感度が低下するので、閉弁完了遅れ時間Ｔｂを検知して、燃料噴射装置６４０の特性を把握する時は、検知モードとして運転し、バックパルスは打たない動作で噴射を行い、それで閉弁完了遅れ時間を学習した上で、バックパルスを打つ運転モードに切り替えると、より制御精度の高い運用が可能になる。
本実施例８における手法で燃料噴射装置を駆動する場合、弁体１１４が弁座１１７と接触する際の衝突速度を低減することができるため、弁体１１４と可動子１０２が一体となった可動弁の構造を用いる場合に有利である。可動弁を用いた構造では、可動弁が弁座１１７と接触する際に、可動子１０２と弁体１１４が別体の構造と比べて可動子１０２の質量分大きくなるため、衝突によって可動弁がバウンドしてしまい、意図しない噴射を行う場合があり、このような条件においては、噴射した燃料の粒子形状が大きいために、燃料が気化しにくく排気性能を悪化させる要因となっていた。本実施例８の制御手法を用いることで、可動弁を用いた場合であっても、衝突速度を低減する効果によって、意図せぬ燃料の噴射を抑制することができる。可動弁を用いることで、部品点数を低減することができ、燃料噴射装置の構造の簡素化やコスト低減を図ることが可能である。
第８実施例の手法によって、噴射量を絞っていくやり方は、第５実施例の制御手法と同じになるが、第４実施例による制御手法や、第６、第７実施例における制御手法とバックパルスを打つ第８実施例の制御手法を組合せても良い。制御手法を組み合わせる効果により、バックパルスによる閉弁時の駆動音低減と、電流遮断による開弁時の駆動音低減の相乗効果を得ることができる。したがって、燃料噴射装置６４０の静音化を図ることができ、エンジンの静音性能を向上させることができるため、エンジンに不必要な遮音材や防音材を使用する必要がなくなるため、エンジンのコストを低減することができる。
本発明における第９の実施例における制御手法ついて、図３４を用いて説明する。の手法による制御手法であり、図１７から図２１の第４実施例における制御手法との違いで述べると、時刻Ｔ５のタイミングでソレノイド１０５に昇圧電圧ＶＨを印加する際、時間Ｔｆの間だけ、昇圧電圧ＶＨを印加することである。時刻Ｔ５に至る前までは、ソレノイド１０５に対する駆動電圧の印加が打ち切られており、それによって磁気吸引力が低下し、閉弁力が磁気吸引力を上回って弁体１１４が減速状態にあるか、閉弁力と開弁力の差分が小さくなり、弁体１１４の挙動が不安定な状態になる場合がある。弁体１１４が目標リフトに到達した時点で弁体１１４の速度が０でかつ、減速がかかっていると、弁体１１４は閉弁方向に移動することになるため、弁体１１４のリフト量が不安定になる可能性がある。よって、弁体１１４が目標リフトに到達するタイミングでは磁気吸引力と閉弁力はある程度近い状態もしくは磁気吸引力が閉弁力を上回っている状態になっている必要があり、そのためにバッテリ電圧ＶＢを印加して磁気吸引力を発生させる場合に比べ、昇圧電圧ＶＨを印加して磁気吸引力を発生させると、磁気吸引力の立ち上がりが早まり、その分、電圧の印加タイミングが遅くて済み、弁体１１４が目標リフトに達するタイミングに近付く。これにより、弁体１１４を目標リフトの状態に滑らかに着地してオーバーシュートを小さくする制御の時間精度が高まり、オーバーシュートをより小さくすることが可能になり、また、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度の低減と開弁後の弁体１１４の安定性向上を両立させることが可能となる。
第９実施例における手法は第５の制御手法と組合せて使える他、第６、第７、第８の制御手法と組合せて使うことも可能である。
本発明における第１０の実施例の制御手法によって燃料噴射装置６４０を駆動した場合の端子間電圧、駆動電流、弁体駆動力、弁体変位量と時間の関係を図３５に示す。図３５において、第４の制御手法との差異は、昇圧電圧ＶＨの印加を打ち切った時刻Ｔ３で同時に逆向きの電圧が印加されるようにスイッチ操作をするのではなく、一旦印加電圧が０になるよう時間Ｔｇを設ける。この設定時間Ｔｇが過ぎた後で、負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加されることを特徴とする。駆動方向に昇圧電圧ＶＨを印加することは弁体１１４の動きを加速する操作であり、逆向きに電圧を印加することは弁体１１４の動きを減速させるための操作である。その間に、印加電圧を０にする時間帯を設けることは、弁体１１４を等速運動させるための操作に近く、一定速度で弁体１１４をリフトさせるのに効果的である。この操作によって弁体１１４の動きが安定すると、弁体１１４が目標リフトに達する時に生じるオーバーシュートを低減するための制御がやり易くなる。本発明の第１１実施例における制御手法は第４の制御手法と組合せて使える他、第実施例４から９の制御手法と組合せて使うことも可能である。
本発明における第１１の実施例は、実施形態１乃至１０に記載した燃料噴射装置及びその制御方法をエンジンに搭載した例を示す実施形態である。
図３６は、筒内直接噴射式のガソリンエンジンであり、燃料噴射装置Ａ０１Ａ乃至Ａ０１Ｄはその噴射孔からの燃料噴霧が燃焼室Ａ０２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Ａ０３によって昇圧されて燃料配管Ａ０７に送出され、燃料噴射装置Ａ０１に配送される。燃料圧力は燃料ポンプＡ０３によって吐出された燃料量と、エンジンの各気筒に供えられた燃料噴射装置によって各燃焼室内に噴射された燃料量のバランスによって変動するが、圧力センサＡ０４による情報に基づいて所定の圧力を目標値として、燃料ポンプＡ０３からの吐出量が制御されるようになっている。
燃料の噴射はＥＣＵエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）Ａ０５から送出される噴射パルス幅によって制御されており、この噴射パルスは燃料噴射装置の駆動回路Ａ０６に入力され、駆動回路Ａ０６はＥＣＵＡ０５からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、前記噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置Ａ０１に前記駆動電流波形を供給するようになっている。
なお、駆動回路Ａ０６は、ＥＣＵＡ０５と一体の部品や基板として実装される場合もある。
ＥＣＵＡ０５および駆動回路Ａ０６は、燃料圧力や運転条件によって駆動電流波形を変更できる能力を備えている。
このようなエンジンにおいて、ＥＣＵＡ０５が実施例１乃至９記載のように、燃料噴射装置Ａ０１の開弁および閉弁の動作を検知する能力を有する場合に、エンジンの制御を容易に行ったり、燃費や排気を低減したり、あるいは気筒間の燃焼圧のばらつきを低減してエンジンの振動を抑えたりする方法について述べる。
図３６に記載したエンジンに用いるＥＣＵＡ０５では、燃料噴射装置Ａ０１Ａ乃至Ａ０１Ｄから噴射される燃料量が、ＥＣＵＡ０５が要求する値に近づくように、燃料噴射装置Ａ０１の噴射パルス幅が補正されるようになっている。すなわち、多気筒エンジンにおいては、気筒毎にそれぞれ補正された異なる幅の駆動パルスが、それぞれの燃料噴射装置に与えられる。
例えば、同じ指令パルス幅を与えた時に燃料を多く噴いてしまう燃料噴射装置に対しては短いパルス幅を与えて駆動し、同じパルス幅を与えた時に燃料を少なめに噴射する燃料噴射装置に対しては長いパルス幅で駆動する。このような補正を、各気筒毎に行う運転モードを持つことによって、気筒間の燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。
更に、図３５に記載したＥＣＵＡ０５では、各気筒の燃料噴射装置Ａ０１Ａ乃至Ａ０１Ｄに供給される駆動電流は、各燃料噴射装置ごとに調整された波形として供給されるようになっている。
それぞれの電流波形は、それぞれの燃料噴射装置Ａ０１Ａ乃至Ａ０１Ｄの弁の挙動が、開弁時の跳ね返り挙動が減殺されるように設定されており、この結果、噴射パルス幅と噴射量の関係が直線に近づくパルス幅の範囲が広くなるように設定できる。
例えば、開弁時の跳ね返り挙動の減殺のために、駆動波形のうち昇圧電圧源から通電される時間を、それぞれの燃料噴射装置の開弁タイミングに合わせて調整し、開弁の途中で昇圧電源からの通電が打ち切られ、弁が減速するように設定する。例えば、ある電流波形を与えた時に早く開弁する燃料噴射装置に対しては昇圧電源からの通電打ち切りタイミングを早めて、遅く開弁する燃料噴射装置６４０に対しては昇圧電源からの通電打ち切りタイミングを遅く設定する。
このように、昇圧電源からの通電を打ち切って開弁動作を減速させるような駆動波形を用いることで、微小噴射量の領域での噴射パルス幅Ｔｉの変化に対する噴射量の変化を小さくすることができ、噴射パルス幅Ｔｉによる噴射量の補正を行い易くなる効果もある。
このように弁体１１４が減速する駆動電流波形を、気筒の燃料噴射装置の開弁タイミングの変動に合わせて与えることで、各気筒の燃料噴射装置に適する電流波形を与えられるようになり、噴射パルスと噴射量の関係が直線的になる範囲を増大させることができる。
また、駆動波形のうち開弁状態を保持するための通電電流値（保持電流値）を各燃料噴射装置の閉弁タイミングに応じて調整するとよい。燃料噴射装置をある駆動電流波形で駆動した場合に得られる閉弁タイミングが遅い場合には、前記保持電流値を小さく設定し、閉弁タイミングが早い場合には前記保持電流値を相対的に大きく設定する。このように、駆動電流波形のうち保持電流値を燃料噴射装置の状態に合わせて設定することで、余剰な電流値を与えることを防ぐことができる。余剰な電流値を与えないようにすることで、噴射パルス幅が小さい時に閉弁の応答遅れ時間を小さくすることができ、噴射パルス幅と噴射量の関係が直線となる噴射量の範囲を、小さい側に拡大することができる。
このように、ＥＣＵによって駆動電流波形や駆動パルス幅を各燃料噴射装置に対して調整して与えるようなエンジンにおいては、各燃料噴射装置の製造ばらつきや状態に応じて駆動電流波形や駆動パルスを与える必要があり、そのために各燃料噴射装置の状態として、開弁および閉弁のタイミングをＥＣＵ０５Ａが読み取る。
各燃料噴射装置の開弁および閉弁のタイミングを読み取る場合には、開閉弁のタイミングを検知し易い駆動電流波形で各燃料噴射装置を運転すると良い。しかしながら、検知を行い易い駆動電流波形では、噴射パルス幅と噴射量の直線的な関係を、必ずしも広くすることができない場合がある。
このため、燃料噴射装置の状態を読み取るための駆動電流波形を設定する動力を、ＥＣＵ０５Ａが有しているとよい。例えば、エンジンが始動後の暖気中など、噴射量が必ずしも最小でなくてもよいシチュエーションで、弁体１１４の挙動を読み取るための駆動電流波形を用いて、接続されている各気筒の燃料噴射装置の開・閉弁完了タイミングを検知し、ＥＣＵ０５Ａ内のメモリに記録しておく。
この記録情報に基づいて、ＥＣＵ０５Ａは各気筒に与える駆動電流波形や駆動パルス幅を調整することで、より少ない噴射量まで制御して噴射することが可能になる。
このように、燃料噴射装置の状態を読み取るための駆動波形を設定し、特定のエンジン運転状態で燃料噴射装置の状態を記録しておくことで、噴射量の補正を可能にして、制御可能な最小噴射量を低減することができる。また、このような学習を行う方法では、燃料噴射装置の経時劣化の状態もモニタすることができるようになり、したがって燃料噴射装置の動作が経時劣化によって変化したとしても、制御可能な噴射量の最小値を小さく保つことができるようになる。
なお、特定のエンジン運転状態としては、エンジン始動後の暖気中の他に、アイドリング中、エンジン始動プロセスの間や、エンジンキーオフ後の数サイクルなど、ＥＣＵ０５Ａからの指令で回転数や負荷を調節でき、噴射量が著しく小さくない状態が、実施容易な期間である。
また、このように燃料噴射装置の開弁および閉弁のタイミングをＥＣＵ内のメモリに記録して、噴射パルス幅や駆動電流波形の補正を各気筒の燃料噴射装置ごとに行う方式の場合であっても、更に各噴射毎に弁動作のタイミングを検知して、ＥＣＵからのパルス幅指令値に反映させるとよい。特に、閉弁動作である閉弁完了タイミングの検知を燃料噴射装置のソレノイド１０５の端子間電圧や、ソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側端子と接地電位との電位差を検出して行う場合には、検知専用の波形を用いなくともこれを検知することができるので、毎回の燃料噴射ごとに閉弁完了タイミングの検知を行うことができる。この検知結果を次回の噴射時の噴射パルス幅Ｔｉにフィードバックすることにより、燃料噴射量の制御精度をより向上させることができるとともに、エンジンの温度や振動などによる燃料噴射装置の動作の変化を補正できるようになる。
このようにして、より小さい噴射量まで制御して内燃機関で用いることができるようになる結果、より小さい噴射量まで制御して燃料噴射を行わせることができるようになり、例えば、アイドルストップなどの燃料カットからのリカバリなどの低負荷時における燃焼を可能にして、エンジンとしては低燃費にし易くなる。また、Ａ／Ｆを目標値に近づけられるようになるので、排気中に含まれるＨＣやＮＯｘなどのガスを抑制することができる。更に、燃料噴射量が小さくなることで、低負荷域において、エンジンの１行程中に噴射する燃料を、複数回に分割して噴射することができるようになり、この結果噴霧の貫徹力を減殺したり、混合気を形成する制御を行い易くして、燃焼室壁面に付着する燃料が抑制され、ＰＭ（粒子状物質）やＰＮ（ＰＭの粒子個数濃度）の一部であるすすの排出低減に繋げることができる。
本発明における第１２の実施例について説明する。本実施例における手法においては、燃料噴射装置の出荷段階で、２次元バーコードまたは記憶メモリを持ったチップに燃料噴射装置６４０の個体情報を初期情報として与え、駆動装置で燃料噴射装置ごとの個体情報を読み取り、要求噴射量に対する噴射量の乖離値を算出式し、駆動電流と噴射パルス幅を各気筒の燃料噴射装置ごとに補正することで、噴射量の個体ばらつきを低減することができる。
本発明における実施例１２において、燃料噴射装置６４０の初期情報としては、燃料噴射装置６４０を製造するための量産ラインで測定した開・閉弁完了のタイミングおよび、弁体１１４の変位量とオリフィスカップ１１６の部品単体で測定した単位時間当たりの流量と燃料噴射装置６４０を組み立てた段階での単位時間当たりの流量を与えると良い。
駆動装置で読み取った開弁完了タイミングの情報を用いて、ピーク電流値Ｉpeakと、電流遮断期間Ｔ２を調整する。開弁完了タイミングは、燃料噴射装置の個体ごとに異なるが、開弁完了タイミングから予め駆動装置に設定する電流遮断タイミングの時間が一定となるように、各気筒の燃料噴射装置ごとにピーク電流値Ｉpeakを設定すると良い。また、本実施例１２における手法は、実施例４から１０における手法と組み合わせて用いることができる。初期情報として燃料噴射装置の個体情報を把握しておくことで、初期の検知を行う必要がなく、燃料噴射装置の個体ごとに適切な電流波形と噴射パルス幅を与えることができ、劣化による弁動作の変化を開・閉弁完了タイミングの検知情報を利用して補正することで、噴射量の時系列変化を抑制することができる。また、中間リフトでは、開弁完了タイミングの検知を実施して、次の噴射以降の噴射パルス幅もしくは、ピーク電流値Ｉpeakを補正することで、精度良く噴射量を制御することができる。
また、初期情報を利用する場合に当たっては、セットスプリング１１０の荷重の調整による噴射量の補正は行わない場合もある。セットスプリング荷重１１０によって噴射量の補正を行わないことで、スプリング１１０の荷重が一定となり、弁体１１４の開弁開始タイミングの個体ばらつきは小さくなる。一方で、可動子１０２に設けた突起の高さの寸法公差の変動によって、弁体１１４が目標リフト位置から閉弁する際のスクイーズ力が燃料噴射装置６４０の個体ごとにばらつき、噴射パルス幅Ｔｉを停止してから弁体１１４が閉弁するまでの閉弁完了タイミングが大きく変動する。このような構成とすることで、弁体１１４を中間リフトの条件で駆動する際の開弁開始タイミングの変動を抑制することができるため、各気筒の燃料噴射装置ごとの燃料が噴射開始されて噴射が完了するまでのタイミングのずれを小さくすることができるため、燃焼安定性や、噴霧の到達距離が関係するような多段噴射時における排気性能を向上させることができる。一方で、弁体１１４が目標リフトに静止状態から噴射パルス幅Ｔｉを停止して、弁体１１４を閉弁する際の閉弁完了タイミングは、大きくことなるため、初期情報として与えておいた閉弁完了タイミングの情報を用いて、ピーク電流値Ｉpeak、駆動電圧遮断時間Ｔｃ、保持電流Ｉｈを個体ごとに調整すると良い。保持電流Ｉｈで弁体１１４が目標リフトに到達する条件では、保持電流Ｉｈを増加させると磁気吸引力が大きくなるため、閉弁に要する時間が増加し、閉弁完了タイミングが遅くなって、閉弁遅れ時間を増加させることができる。また、保持電流Ｉｈを減少させると磁気吸引力が小さくなるため、閉弁に要する時間が減少し、閉弁完了タイミングが早くなって、閉弁遅れ時間を減少させることができる。
本実施例１３は、実施例１から１１に記載した制御方法を、図３７に示すように、燃料噴射装置の弁体３７０１と磁気吸引力によって作動する可動子３７０５および３７０４が分離している燃料噴射装置に適用した場合を示す実施例である。図３７に示す燃料噴射装置において、可動子３７０５および３７０４と弁体３７０１がともに静止している閉弁状態での駆動部の拡大図を図３８に示し、可動子３７０５および３７０４と弁体３７０１が目標リフト位置で静止している開弁状態での駆動部の拡大図を図３９に示す。図３８、図３９において、図３７と同様の部品については、図３７と同じ記号で記載する。また、実施例１に記載の一般的な燃料噴射装置を用いた場合の弁体変位量と本実施例１３の燃料噴射装置を用いた場合の弁体変位量と時間の関係を図４０に示す。図４０の弁体変位量には、実施例１の燃料噴射装置の弁体変位量を点線で示し、本実施例１３における燃料噴射装置の弁体変位量を実線で示している。
図３７に示した燃料噴射装置では、弁体３７０１が閉弁状態から開動作を開始するより前のタイミングで、可動子３７０５が開弁方向の運動を予備的に行い、また弁体３７０１が開弁状態から閉じ動作を開始するより前のタイミングで、可動子３７０４が閉弁方向の運動を予備的に行えるようになっている。
すなわち、閉弁状態においては、可動子３７０４はばね３７０６によって閉弁方向に付勢されており、この可動子３７０４が弁体３７０１と可動子３７０５を閉弁方向に付勢して静止している。ここで、可動子３７０４は第二のばね３７１２によって開弁方向に付勢されており、弁体３７０１と可動子３７０４は離間した状態で静止している。このため、ソレノイド１０５に電流が供給され、可動子３７０４が磁気吸引力によって運動を開始しても、弁体３７０１は静止したままである。弁体３７０１は、可動子３７０４と接触した後に、開動作を開始する。
また、図３９に示した開弁状態においては、可動子３７０４と可動子３７０５の双方が固定コア１０７に吸引された状態にあり、弁体３７０１は可動子３７０４との接触によって開弁状態を維持するようになっているが、可動子３７０４と可動子３７０５は離間した状態にあり、隙間３９０１を有している。この状態でソレノイド１０５への電流の供給が打ち切られると、磁気吸引力が減少することによって可動子３７０５が閉弁方向に運動を開始する。しかし、より広い面積で固定コア１０７と対面している可動子３７０４は、残留する磁気吸引力やスクイーズ効果などの流体抵抗力によって、即座には閉弁動作を行うことができない。また、スプリング１１０による荷重は、開弁状態においては、可動子３７０５のみに働くため、可動子３７０４よりも先に可動子３７０５が閉弁動作を開始する。可動子３７０５が予備的に先行して閉弁方向の運動を開始し、可動子３７０４に衝突することによって、可動子３７０４は素早く閉弁を行えるようになる。
このような機構を有する燃料噴射弁において、実施例１乃至１１に記載の駆動装置および制御方法によって、弁体３７０１の動作を駆動電流波形やソレノイド１０５の端子間電圧もしくは、ソレノイド１０５の接地電位（ＧＮＤ）側端子と接地電位（ＧＮＤ）との間の電位差より検出する閉弁完了タイミングの検知情報を用いて行うと、より精密な噴射量の制御が可能になる。
可動子３７０４が開弁時に予備的動作を行うことによって、弁体３７０１が実際に動き始める前に可動子３７０４が速度を有することができ、したがって弁体３７０１と可動子３７０４が開弁動作時に衝突すると、可動子３７０４の動作は急激に減速し、加速度が変化する。この加速度の変化は、ソレノイド１０５に供給される電流の変化として読み取ることができ、燃料噴射装置に接続されるＥＣＵは、弁動作の開始時期を検知することができるようになる。このように、開弁動作時に可動子が予備的動作を行える燃料噴射装置では、弁動作の開始時期を検知できるため、１回の噴射行程の中で検知した弁動作の開始時期の情報をフィードバックして弁動作を制御できるようになる。このようにして制御した燃料噴射装置では、燃料圧力や噴射量などの条件が変わった場合や、その過渡的な状態の中にあって、弁動作に機械的にばらつきを有している燃料噴射弁を用いた場合においても、所望の開・閉弁遅れ時間で動作させることができる。
また、図４０より、可動子３７０４が開弁時に予備的動作を行うことによって、弁体３７０１が可動子３７０４の運動エネルギーを受けて、４００３に示すように急峻に開弁することで、可動子３６０４と固定コア１０７の間のギャップが急峻に変化し、磁気回路に発生する誘導起電力も大きく変化する。したがって、実施例１、２、３に記載の燃料噴射装置の開弁完了タイミングの検知時において、開弁完了したときの電流の変化が顕著となるため、開弁完了タイミングも検知し易い。
また、閉弁動作時においても、弁体３６０１が閉弁動作を開始する前に可動子３６０４が予備的に動作を開始し、可動子３６０５は可動子３６０４の衝突によって閉弁動作を開始するため、その瞬間の加速度が大きい。このため、可動子３６０４の動作開始の瞬間は、燃料噴射弁のソレノイド１０５の端子間の電圧か、もしくはグラウンドを基準とした端子のいずれかの電位の変化として読み取ることができる。また、実施例１の燃料噴射装置に比べて、可動子３６０５が可動子３６０４の衝突によって閉弁動作を開始するため、閉弁完了タイミングも相対的に早くなる。したがって、実施例１の燃料噴射装置に比べて、開弁完了タイミングでの磁気回路の内部に残留している磁気吸引力が大きくなり、その結果として端子間電圧に発生する誘導起電力も大きくなるため、可動子３７０４が可動子３７０５から離間することによる可動子３７０４の加速度の変化を端子間電圧の２階微分値の最大値もしくは、電圧ＶLの２階微分値の最小値で検知しやすくなり、検知誤差が相対的に小さくなるため、精度良く噴射量を制御することが可能となる。
このように、本実施例１３における予備的動作を行う可動子の構成の燃料噴射装置に、実施例１、２、３の駆動装と制御方法および、実施例４から１１の制御方法を用いることで、弁体３７０１の開閉弁動作の開始タイミングを検知し易くなる。これらの、動作の開始タイミングをフィードバックすることで、よりばらつきを抑えた弁動作を行わせることができるようになり、また１回の噴射の中でのフィードバックを行わせることもできるようになる。
本発明における第１４の実施例について、図４１から図４３を用いて説明する。図４１は、第１４実施例における駆動装置の構成を示した図である。図１４において、図６および図１５と同じ部品については同様の記号を用いる。また、図４２は、噴射パルスをOFFしてからの駆動電流、弁体変位量、燃料噴射装置６４０のHiサイド基準の端子間電圧ＶHL、燃料噴射装置６４０のHiサイド端子間と接地電位(GND)の間の電圧ＶHと燃料噴射装置６４０の接地電位(GND側端子と接地電位(GND)との間の電圧ＶLと時間の関係を示した図である。図４２のＶHL、ＶH、ＶLには、コンデンサ４１５０、４１５１の容量を現大きくしたときの電圧を破線で示す。また、図４３は、図４１の駆動装置のマルチプレクサ４１０１の詳細を示した図である。第１４の実施例における図１４の駆動装置と第３実施例との差異は、燃料噴射装置６４０のＨｉサイド側(電圧側)、接地電位(GND)側にそれぞれ入力電圧および出力電圧の信号を、サージ電圧や、ノイズから保護するためのコンデンサ４１５０、４１５１を設け、燃料噴射装置６４０の下流にコンデンサ４１５０と並列に抵抗器４１５２を設け、燃料噴射装置６４０の接地電位(ＧＮＤ)側の端子とアナログの微分回路１５０１との間にマルチプレクサ４１０１を設ける点である。
最初に、図４１を用いて第１４実施例における駆動装置の構成について説明する。第１４実施例における方法では、燃料噴射装置６４０のＨｉサイド側(電圧源側)、接地電位(GND)側それぞれにコンデンサ４１５０、４１５１を設けることで、燃料噴射装置６４０のソレノイド１０５の入力電圧および出力電圧の信号に、サージ電圧に伴う電流やノイズが発生した場合、ソレノイド１０５ではなく、コンデンサ４１５０、４１５１に電荷が蓄積されるため、サージ電圧に伴うサージ電流やノイズの影響からソレノイド１０５を保護することが可能となる。また、抵抗器４１５２をコンデンサ４１５０と並列に配置することで、噴射パルスＴｉをＯＦＦにして、電流が０Ａとなった後に、燃料噴射装置６４０の接地電位(GND)側の経路で、抵抗４１５２にリーク電流が流れることができるため、弁体１１４が弁座１１８と接触した瞬間に、可動子１０２が弁体１１４から離間することによる可動子１０２の加速度の変化を、電圧ＶLで安定して検出することができ、閉弁完了タイミングの検知精度を向上させて、噴射量の精度を向上させることが可能である。
次に、図４２を用いて、第１４実施例における駆動電流、弁体変位量、電圧ＶHL、電圧ＶH、電圧ＶHと噴射パルス停止後の時間の関係について説明する。噴射パルスがＯＦＦになると、燃料噴射装置６４０のソレノイド１０５に誘導起電力が発生し、負の方向の昇圧電圧ＶＨまで、燃料噴射装置６４０のＨｉサイド基準の端子間電圧ＶHLの電圧値が急激に立ち上がり、この電圧は、コンデンサ４１５２に蓄積される。ソレノイド１０５に供給される駆動電流の電流値が０となるタイミングｔ421以降に、コンデンサ４１５１、４１５２に蓄積された電荷が放電され、電圧ＶHにわずかに電圧４２０１が生じ、電圧ＶLは、４２０２に示すように急峻に立ち下がる。その後、電圧ＶHLが０となるタイミングｔ422に到達すると、それ以降は、電圧ＶHL、電圧ＶLともに緩やかに減少し、弁体１１４が弁座１１８に衝突して可動子１０２が弁体１１４から離間する閉弁完了タイミングｔ423で電圧ＶHL、電圧ＶLのそれぞれに可動子１０２の加速度の変化に伴う折れ曲がり４２０３、４２０４が生じる。以上で説明した条件においては、電圧ＶHL、電圧ＶLで閉弁完了タイミングを検知することが可能である。一方で、図中に破線で示したように、コンデンサ４１５０、コンデンサ４１５１の容量が大幅に大きいと、閉弁完了タイミングｔ423で電圧ＶHが残留しているために、電圧ＶLで閉弁完了タイミングを検知することはできないが、その一方で弁体１１４が弁座１１７と接触して可動子１０２が弁体１１４から離間したときの可動子１０２の加速度の変化を電圧ＶHの折れ曲がり４２０５を検出することで、閉弁完了タイミングｔ423として検知できる。また、電圧ＶHと電圧ＶLの和が電圧ＶHLとなるため、ソレノイド１０５の両端電圧である電圧ＶHLを検出していれば、コンデンサ４１５０、４１５１の容量に依存せずに閉弁完了タイミングの検知ができるため、回路の設計が容易になるメリットがある。
また、電圧４２０１のプロファイルは、コンデンサ４５０１からのリーク電流とソレノイド１０５の誘導起電力の大小関係によって決まる。誘導起電力の大きさは、磁気回路のインダクタンス、抵抗や、磁気ギャップの変化の仕方によっても変化するため、燃料噴射装置６４０の仕様ごとに、コンデンサ４１５０、４１５１、抵抗４１５２の値を調整することで、開・閉弁完了タイミングの検知精度を向上させることができ、噴射量の正確な制御が可能となる。
噴射パルスＴｉをＯＦＦしてからソレノイド１０５に流れる駆動電流の電流値が０Aとなるタイミングｔ421までの時間Ｔ４２１と、噴射パルスＴｉをＯＦＦしてから電圧ＶHLが０となるタイミングｔ422までの時間Ｔ422の２つのパラメータによって、回路の磁定数t(T421-T422)=C・Rが決まる。閉弁完了タイミングをＶL電圧で検知するため、回路の磁定数ｔが、噴射パルスＴｉをＯＦＦにしてから閉弁完了タイミングｔ４２３までの時間Ｔ４２３よりも小さくなるように、コンデンサ４１５０、４１５１の容量と抵抗４１５２の値を調整すると良い。
次に、本発明の第１４実施例における開弁完了タイミングの検出方法について説明する。開弁完了タイミングでは、駆動装置のスイッチ６０７およびスイッチ６０６がＯＮとなり、スイッチ６０５がＯＦＦとなっているため、電流検出用に設けた抵抗６１３および抵抗６０８の両端の電圧をＩＣ６０２で検出することができる。
また、開弁完了タイミングを検知するための電圧の検出をアナログ回路で行う場合には、燃料噴射装置６４０の接地電位(ＧＮＤ)側の端子とアナログの微分回路１５０１との間にマルチプレクサ４１０１を設けるとよい。マルチプレクサ４１０１は、ＣＰＵ６０１の端子Ａ0、Ａ1、Ａ2、ＥＮに接続されており、ＣＰＵ６０１からの信号で入力Ｘ1とＸ2を切り替えることが可能である。開弁完了タイミングを検知する際には、抵抗６０８の両端電圧を測定する必要があるため、ＣＰＵ６０１からの信号Ａ0、Ａ1、Ａ2を用いて、マルチプレクサ４１０１の入力Ｘ1をＯＦＦとし、入力Ｘ2をＯＮにする。また、閉弁完了タイミングを検知する場合には、スイッチ６０６がＯＦＦとなっているため、燃料噴射装置６４０の接地電位(ＧＮＤ)側端子と接地電位(ＧＮＤ)との電位差を見る必要があり、ＣＰＵ６０１からの信号Ａ0、Ａ1、Ａ2を用いて、マルチプレクサ４１０１の入力Ｘ2をＯＦＦとし、入力Ｘ1をＯＮにする。マルチプレクサ４１０１を用いることで、１つのアナログの微分回路１５０１で開・閉弁完了タイミングを検知することができ、燃料噴射装置のコストを低減し、回路の大きさをコンパクトにすることが可能となる。
次に、図４３を用いて図４１の駆動装置におけるマルチプレクサ４１０１の詳細について説明する。４気筒エンジンの場合、マルチプレクサ４１０１には、開・閉弁完了タイミングを検知するためのＸ1、Ｘ2が各気筒の燃料噴射装置６４０ごとに入力される８入力１出力の構成となる。マルチプレクサ４１０１では、ＣＰＵ６０１の端子ＥＮからの信号によって、マルチプレクサ４１０１をイネーブルまたはディスエーブルにすることができ、ディスエーブルの状態では、すべての入力チャンネルがＯＦＦに切り替わる構成とするとよい。ＣＰＵ６０１に端子ＥＮを設けることで、開・閉弁完了タイミングを検知しない条件においては、マルチプレクサ４１０１を使用する必要がないため、ＣＰＵ６０１のＥＮ端子をディスエーブルにして回路の消費電力を低減することが可能となる。
また、マルチプレクサ４１０１には、マルチプレクサ４１０１の各スイッチを制御するためのＡ0、Ａ1、Ａ2の３ビットの２進数のデータを、各スイッチＳ１からＳ８を選択するための１０進数の信号に変換するＤＥＣＯＲＤＥＲを設けると良い。マルチプレクサ４１０１を制御するための信号Ａ0、Ａ1、Ａ2の３ビットの信号では、８つのデータパターンを構築することができ、例えば、４気筒エンジンにおいては、第１気筒から第４気筒の燃料噴射装置６４０の噴射タイミングが重ならないために、第１気筒から第４気筒の燃料噴射装置６４０の開・閉弁完了タイミングが異なることで、入力Ｘ１、Ｘ２それぞれを１つのマルチプレクサ４１０１でデータ処理することが可能である。本実施例における方法によれば、１つのマルチプレクサ４１０１と１つのアナログの微分回路１５０１で各気筒の開・閉弁完了タイミングを検知することができるため、駆動装置のコストの低減と回路の大きさをコンパクトにできるメリットがある。
また、マルチプレクサ４１０１からの出力信号は、アナログの微分回路１５０１を２つとコンパレータを通して、ＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２のＩ／Ｏポートに入力すると良い。コンパレータを介してＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２に入力された電圧は、噴射パルス幅のＯＮ、ＯＦＦをトリガーとしてある一定期間の信号のみを開・閉弁完了タイミングの判定に使用すると良い。このような構成とすることで、スイッチＳ１からＳ８がＯＮになった瞬間に電圧の微分値が大きくなり、開・閉弁完了タイミングを誤検知してしまう可能性を低減することができ、開・閉弁完了タイミングをより正確に検知し、検知のロバスト性を向上させることができ、噴射量の正確な制御が可能となる。
また、弁体１１４が弁座１１７と接触し、可動子１０２が弁体１１４から離間するときの可動子１０２の加速度の変化を検知するために、端子間電圧Ｖinjの２階微分値が最大値もしくは燃料噴射装置６４０の接地電位（ＧＮＤ）側の端子と接地電位（ＧＮD）との間の電圧ＶLの２階微分値が最小値となる時間を検知する必要がある。端子間電圧Ｖinjの２階微分値の最大値もしくは、電圧ＶＬの２階微分値の最小値は、３階微分が０を超えるもしくは０を下回るタイミングと一致するため、開弁完了タイミングを検知するための電圧の３階微分値と微分の階数が一致する。このような構成においては、開・閉弁完了タイミングを検知するために必要なアナログの微分回路１５０１を同様の構成で使用することができ、駆動装置のコストを低減することが可能である。
また、開弁完了タイミングと閉弁完了タイミングを検知するための電圧の微分の階数が異なる場合には、開弁完了タイミングと閉弁完了タイミングを検知するためにそれぞれ２つのマルチプレクサを設け、微分の階数が同一の部分を併用して使用することで、部品点数の増加を最小限に抑制することが可能となる。なお、電圧の微分の階数がことなる場合であっても、電圧の１階微分処理を行うアナログの微分回路１５０１は共通に使用することができる。
また、可動子１０２の変位に伴う誘導起電力の大きさや、ソレノイド１０５の仕様、磁気回路の寸法によって、一定電圧を供給する区間における電流のプロファイルが変化し、可動子１０２のギャップ縮小に伴って電流は減少するが、可動子１０２がフルリフト後の電流の増加が小さいために、電流の1回微分値が０を超える閾値で判定することが難しい場合がある。この場合、アナログの微分回路１５０１の出力端子とＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２との間に、アナログの微分回路１５０１の構成の微分器を２つ配置し、この出力電圧とＣＰＵ６０１もしくはＩＣ６０２との間にコンパレータを設けて、電流の３階微分がコンパレータの参照電圧を越えたタイミングを開弁完了タイミングとして判定することで、燃料噴射装置６４０の構成や仕様によらず、安定して開弁完了タイミングを検知することができ、噴射量の制御がより容易になる。
また、ＣＰＵ６０１、ＩＣ６０２には、センサー信号からの電圧を入力するためのＡ／ＤコンバータとI/Ｏポート(インターフェース)を複数有している。一般的に、Ａ／Ｄコンバーターに比べて、電圧を0か5Vかを判別し、その状態を読み取るI/Oポートの方が原理的に時間分解能が高い。したがって、本発明における第１４実施例における駆動装置において、コンパレータから出力された信号が０Ｖか５ＶかをＩＣ６０２もしくは、ＣＰＵ６０１で検出することで、精度良く開・閉弁完了タイミングを検知することができ、噴射量の正確な制御がより容易になる。また、検出した電圧信号をアナログの微分回路１５０１を介することで、アナログの微分回路１５０１の入力信号に対する出力信号は、アナログの微分回路の時定数τ1だけ時間遅れが発生する。時定数τ1は、アナログの微分回路１５０１の回路定数によって決まり、コンデンサＣ１、Ｃ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２の値を変更して調整することができる。したがって、アナログ回路１５０１のコンデンサＣ１、Ｃ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２の値がきまった段階で、時定数τ1を予めＣＰＵ６０１もしくは、ＩＣ６０２に与いて、検出電圧によって検知した開・閉弁完了タイミングを時定数τ1による遅れ分だけ補正することで、開・閉弁完了タイミングの検出精度を高めることができる。
また、検知した開弁完了タイミングに基づいて各気筒の燃料噴射装置６４０ごとにピーク電流値Ｉpeakや駆動電圧遮断時間Ｔｃを決めることで、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を大幅に抑制することができる。また、可動子１０２が目標リフトに達するタイミングと、可動子１０２が減速するタイミングとの間の期間を一定に保つことができ、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度の個体ばらつきを低減することができるため、可動子１０２と固定コア１０７の衝突部にかかる応力の変動幅を低減できる。その結果、耐久劣化による可動子１０２と固定コア１０７の衝突面に設けることがあるクロムメッキの摩耗や、磁性材の変形を抑制することができ、目標リフトの耐久変化や、開弁状態での可動子１０２と固定コア１０７の流体隙間の変化に伴うスクイーズ力の耐久変化を最小限に抑えることができるため、噴射量の劣化によるばらつきを低減でき、噴射量の精度を高めることが可能である。また、可動子１０２と固定コア１０７の衝突による応力は、衝突面ではなく、衝突面から拡散した応力波が集中する金属の内部で最大値となるため、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度が大きいと、メッキ層ではなく、メッキ層と母材の境界面が剥がれる場合や、可動子１０２と固定コア１０７の母材が変形する場合がある。本第１４実施例における手法によれば、メッキ層と母材の境界面の剥がれや母材の変形、摩耗を低減することができるため、燃料噴射装置６４０の信頼性を高めることができる。
また、可動子１０２と固定コア１０７の衝突面の摩耗および変形を抑制することで、耐久劣化による開・閉弁完了タイミングの変化が小さくなるため、開・閉弁完了タイミングを検知する頻度を少なくでき、駆動装置の計算負荷を低減することができる。また本実施例によれば、可動子１０２と固定コア１０７の衝突速度を実質的にかぎりなく0m/sに近い値まで抑制できるため、衝突の際の衝撃力が減少し、衝突部にかかる応力が大幅に低減できる。この効果によれば、可動子１０２と固定コア１０７の衝突面に処理することがあるメッキの形成をする必要がないため、燃料噴射装置６４０のコストの低減を図ることができる。また、メッキ処理では、メッキを形成したい面に電極を用いて正電し、メッキの層を形成する場合が多く、可動子１０２の衝突面に設けることのある突起や、可動子１０２の外径などの鋭い角部には、メッキの膜が厚くなり、バリが出やすい。従って、可動子１０２の上部に突起を設けるような複雑な形状では、メッキの膜厚がばらつき易く、可動子１０２と固定コア１０７の流体隙間の管理が困難になる場合がある。本発明の第１４実施例における方法によれば、可動子１０２と固定コア１０７に設けることがあるメッキ処理を無くすことができ、流体隙間の公差幅を小さくすることが可能となるため、噴射量の精度を高めることが可能になる。
衝突面に施すことが多い硬質クロムメッキでは、磁気を帯びないため、透磁率は真空の透磁率4π×10-7[H/m]に近い値となり、クロムメッキの厚さだけ磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、磁気回路に発生可能な磁束数が減少し、その結果、磁気吸引力が減少する。したがって、クロムメッキを無くすことにより、メッキの厚さ分だけ可動子１０２の磁性材と固定子１０７の磁性材の間の距離を縮小することができ、磁気吸引力を高めることが可能となり、燃料噴射装置６４０の駆動可能な燃料圧力を向上させることができる。また、この効果によって、ソレノイド１０７に電流を供給してから可動子１０２に磁気吸引力が作用して、可動子１０２と共動する弁体１１４が目標リフトに到達するまでの時間が短縮でき、目標リフトに到達するまでに噴射する燃料の噴射量を低減することができるため、制御可能な最小噴射量を小さくすることができる。
また、１回の噴射量を複数回に分割する分割噴射では、エンジンの回転数によって決まるある一定の時間内に複数回の噴射を行う必要性がある。磁気吸引力が大きくなる効果によって、開弁開始タイミングが早くなり、分割噴射間隔を低減でき、分割噴射の回数を増やすことができるため、噴射燃料と空気との均質度向上と燃料のピストン壁面への付着を抑制し、ＰＭおよびＰＮを低減することが可能となる。とくに本実施例１４における手法は、実施例１３の燃料噴射装置と組み合わせる相乗効果ことによって、分割噴射間隔の低減および、分割噴射回数を増加効果が高まる。
また、本発明における第１４実施例における手法によれば、各気筒の燃料噴射装置６４０もしくは図３７における燃料噴射装置の開弁完了タイミングの検知情報を用いて、各気筒の燃料噴射装置ごとに適切な減速タイミングを制御することが可能となり、その結果として、可動子１０２が固定コア１０７に衝突する際の速度の絶対値とその変動を小さくすることができるため、衝突によって生じる燃料噴射装置６４０の駆動音と駆動音の変動幅を抑制することができ、燃料噴射装置６４０の静音性を高めることができる。また、可動子１０２と固定コア１０７の衝突によって発生する駆動音は周波数帯が高いため、Weber-Fechnerの法則により聴感で大きく聞こえやすい。一般的に可動子１０２が固定コア１０７に衝突する際の速度が大きい場合には、駆動音が大きく、音の周波数帯域が高い。本実施例１４における手法によれば、 可動子１０２が固定コア１０７に衝突する際の速度を低減する効果によって、駆動音の低減と周波数帯の低減の効果が得られるため、聴感での静音性を高めることができる。また、燃料噴射装置６４０の聴感での静音性を高めることによって、エンジンの防音材(静音材)を低減でき、エンジンシステムとしてのコストを低減することが可能である。
なお、本発明の第１４実施例における駆動装置は、第５実施例の制御手法、第４実施例による制御手法や、第６、第７実施例における制御手法とバックパルスを打つ第８実施例の制御手法を組合せても良い。第１４実施例における駆動装置と制御手法を組み合わせる効果により、閉弁完了タイミングの検知精度を高めることができ、噴射量の精度を向上させることが可能である。
以上の実施の形態で述べたように、本発明は、弁体を駆動して開弁状態と閉弁状態とを切替える燃料噴射装置に弁体の駆動電流を供給する制御装置であって、該燃料噴射装置の制御装置は、燃料噴射装置に対する第１の電圧源と第１の電圧源よりも高い電圧を生じる第２の電圧源との電気的な接続をオンオフする手段を備え、閉弁状態から開弁状態に弁体を動作させる開弁時に第２の電圧源の電圧を燃料噴射装置に印加して弁体の駆動電流を第２の電圧源から供給し、その後、第２の電圧源の電圧の印加を停止して第１の電圧源の電圧を燃料噴射装置に印加することにより弁体を開弁状態に保持する保持電流を第１の電圧源から供給する機能を備え、第１の電圧源をスイッチングすることによって、前記保持を供給する開弁状態からソレノイドへの電流供給を遮断し、弁体が弁座に到達する閉弁完了タイミングの後に、可動子が弁体から離間し、これまで弁体を介して可動子が受けていた閉弁方向の力がなくなることで可動子の加速度が変化するタイミングすなわち、可動子に働く力の向きが反転するタイミングをソレノイドの両端電圧もしくは、ソレノイドの接地電位側の端子と接地電位との電位差を制御装置で検出することで、制御装置で検出した電圧値を２階微分することで、電圧の２階微分値が最大となるタイミングを閉弁完了タイミングとして検知し、噴射パルスを停止してから電圧の２階微分値が最大なるまでの閉弁遅れ時間を制御装置に記憶させる。
また、閉弁状態から第２の電圧源を用いてソレノイドへの電流供給を行い、電流値が目標値になった後に、第２の電圧源の印加を停止し、一定時間経過後に第１の電圧源から一定の電圧を供給して電圧の変化がない期間を設け、この期間で弁体を可動子と磁気コアが衝突する目標リフトに到達させることで、可動子と固定子との間のギャップが縮小することによる磁気抵抗の変化を、誘導起電力の変化として電流値で検出する。
前記第１の電圧源を供給する区間において、可動子が変位して可動子と固定子の間の磁気ギャップが変化すると、誘導起電力が発生するため、電流値は減少していくが、可動子が目標リフトに到達すると、可動子と固定子の間のギャップが変化しなくなるため、電流値が減少から増加に転ずる。電流値が減少から増加に転ずるタイミングを電流の微分値が０となるタイミングとして検出することで、各気筒の前記弁体が目標リフトに到達するタイミングを検知することができる。
また、噴射パルスを供給してから電流の微分値が０となるまでの時間である開弁遅れ時間を制御装置に記憶させる。制御装置に記憶させた、開弁遅れ時間と閉弁遅れ時間の情報から予め制御装置に与えておいた開弁遅れ時間と閉弁遅れ時間の中央値からの乖離値を各気筒で算出し、予め制御装置に与えておく弁体が目標リフトに位置するときの各燃料圧力での単位時間当たりの静的流量を乗じて各気筒の噴射量を推定し、次回噴射以降の噴射パルス幅を補正することで各気筒の噴射量ばらつきを低減する。
また、噴射パルスを印加してから電流が目標値に到達し、その後、第２の電圧源から負の方向の電圧を供給することで、電流を急速に低下させ、可動子に働く磁気吸引力を小さくすることで、弁体が目標リフトに到達する前に、弁体を急減速させ、減速による開弁遅れ時間の増加を最小限に抑制しつつ、目標リフト到達後の弁体バウンドを低減できるため、噴射量特性に生じる非線形性を改善することができ、噴射量の微小な制御が可能となる。また、可動子と固定コアが衝突することによって生じる弁体が目標リフトに到達した後の弁体のバウンド量は、燃料噴射装置の寸法公差の変動よって燃料噴射装置ごとに異なり、噴射量に生じる非線形性も個体ごとに異なる。噴射パルスを供給してから弁体が開弁開始するタイミングと目標リフトに到達する開弁完了タイミングが早い個体と遅い個体に対して同一の電流波形を与えた場合、開弁完了タイミングが早い個体では、電流を急速に低下させることによる弁体の減速が間に合わず、可動子と固定コアが早い速度で衝突し、目標リフトへ到達後の弁体バウンドが大きくなる。したがって、各気筒の燃料噴射装置で検知した開弁遅れ時間に基づいて、第２の電圧源の印加を停止し、燃料噴射装置のソレノイドの両端に負の方向の電圧を供給して電流を急速に遮断させるタイミングを補正することで、各気筒の燃料噴射装置で適切な電流波形を供給することができ、目標リフト到達後の弁体バウンドを抑制できるため、噴射量特性の非線形性を改善することができる。
具体的には、以下のように構成すると良い。
弁体を駆動して開弁状態と閉弁状態とを切替える燃料噴射装置に弁体の駆動電流を供給する制御装置であって、ソレノイドへの電流供給を行うための指令噴射パルスを停止して後に、弁体と弁座が接触し、可動子が弁体から離間もしくは、停止することによる可動子に働く力の方向の変化を、加速度の変化として電圧で検出する。
このとき、指令噴射パルスを停止してから電圧の２階微分値が最大となるまでの時間を検知すると良い。
１０１ ノズルホルダ
１０２ 可動子
１０３ ヨーク
１０４ ボビン
１０５ ソレノイド
１０７ 固定コア
１１０ スプリング
１１１ 磁気絞り
１１２ ゼロ位置ばね
１１３、１１５ ロッドガイド
１１４ 弁体
１１４ａ 規制部
１１４ｂ ロッド部
１１７ 固定コア
１１６ オリフィスカップ
１１８ 弁座
１１９ 燃料噴射孔
１２０ ＥＣＵ
１２１ 駆動回路
１２４ バネ押さえ
６４０ 燃料噴射装置
６０１ ＣＰＵ
６０２ ＩＣ
６０９、６１０、６１１、６３２、６３５ ダイオード
６０８、６１２、６１３ 電流、電圧検出用の抵抗
６１５ 接地電位（ＧＮＤ）
６２０ オペアンプ
６４１ ソレノイドの接地電位（ＧＮＤ）側の端子
１５０１ アナログの微分回路
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗器
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ
Ｔ１ 開弁信号開始時刻
Ｔ２ 弁体移動開始時刻
Ｔ３ 昇圧電圧打切り時刻
Ｔ４ 弁体加速終了時刻
Ｔ５ 保持電流開始時刻
Ｔ６ 弁体減速終了時刻
Ｔ７ 弁体リフト位置到達時刻
Ｔ９ 開弁信号終了時刻
Ｔ１０ 電流消滅時刻
Ｔ１１ 閉弁移動開始時刻
Ｔ１２ 閉弁完了時刻
Ｔ１３ バックパルス印加時刻
Ｔｉ 開弁信号時間（Ｔｉ＝Ｔ９−Ｔ１）
Ｔａ 開弁完了遅れ時間（Ｔａ＝Ｔ７−Ｔ１）
Ｔｂ 閉弁完了遅れ時間（Ｔｂ＝Ｔ１２−Ｔ９）
Ｔｐ 昇圧電圧印加時間（Ｔｐ＝Ｔ３−Ｔ１）
Ｔｃ 駆動電圧遮断時間（Ｔｃ＝Ｔ５−Ｔ３）
Ｔｄ プリチャージ時間
Ｔｅ バックパルス印加時間
Ｔｆ 保持電流急速立ち上げ用パルス印加時間
Ｔｇ 逆電圧印加待ち時間
Ｖｈ 昇圧電圧
Ｖｂ バッテリ電圧
Ｉｐ ピーク電流値
Ｉｈ 保持電流
Ｉｃ プリチャージ電流
Ｔｎ 不感帯
Ｔｕ 下降運動期間
Ｔｄｕ 本実施例９における可動子１０２の運動継続期間
Ｔｄｕ′バックパルスなしの運動継続期間
Ｉｐｄ バックパルス電流

Claims (3)

  1. 弁座と接することによって燃料通路を閉じ、弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体の駆動方向に相対変位可能に前記弁体に保持される可動子と、前記可動子に開弁方向の磁気吸引力を付勢するソレノイド及び磁気コアと、を備え、前記ソレノイドに電流を供給することにより前記磁気コアと前記可動子との間に前記磁気吸引力を作用させて前記弁体と前記可動子とを開弁方向に駆動させる燃料噴射弁を制御する制御装置において、
    当該制御装置は、
    スイッチング素子を有する昇圧回路によって昇圧された電圧を前記ソレノイドに印加し、昇圧回路とソレノイドの高圧側との間に配置される第一スイッチング素子と、
    前記昇圧された電圧よりも低い電圧を出力する電源と前記ソレノイドの高圧側との間に配置される第二スイッチング素子と、
    前記ソレノイドの接地電位側端子に接続され、当該ソレノイドとグランドとの間に配置される第三スイッチング素子と、
    一端が前記第三スイッチング素子とグランドとの間に接続され、他端が前記ソレノイドの高電位側と接続され、前記ソレノイドの高電位側に電流を通過させる素子と、を備え、
    前記ソレノイドの接地電位側端子と接地電位との間の電圧変化を表す特性曲線が折れ曲がる点を検出して、前記ソレノイドへ供給される電流の遮断により前記弁体が前記弁座と接触するタイミングを検知することを特徴とする制御装置。
  2. 請求項１に記載の制御装置において、
    さらに前記ソレノイドのＨｉ側端子と接地電位との間の電圧変化を表す特性曲線が折れ曲がる点を検出して、前記ソレノイドへ供給される電流の遮断により前記弁体が前記弁座と接触するタイミングを検知することを特徴とする制御装置。
  3. 請求項１または２に記載の制御装置において、
    前記ソレノイドの接地電位側端子と接地電位との間の電圧変化を表す特性曲線が折れ曲がる点は、当該ソレノイドの接地電位側端子と接地電位との間の電圧の二階微分値が最小となる点であることを特徴とする制御装置。
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