JP6708741B2 - 燃料噴射装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に使用される燃料噴射装置の制御装置に関する。

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

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

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

また、本技術分野の燃料噴射装置の背景技術として、特許文献３がある。この公報には、「弁体が開弁開始するより前に、バッテリ電圧源から一定電圧が供給されるタイミングとなるようにピーク電流Ｉｐｅａｋもしくは、昇圧電圧印加時間Ｔｐと、電圧遮断期間Ｔ２を調整するとよい。」（要約参照）という内容が開示されている。

特開２０１４−２１８９７７号公報 特開２０１４−２５４１９号公報 ＷＯ２０１５／０１５５４１Ａｌ

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

この問題は最小噴射量の低減を狙って従来よりも弁体のリフト量を小さくした燃料噴射弁とその制御装置においては特に顕著となる。

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

そこで本発明は、特に噴射パルス幅が短い場合において、噴射パルスに対する噴射量を示す波形の傾きを抑制し、燃料噴射装置の噴射量の制御精度を向上させることを目的とする。さらに最小噴射量の低減を狙って従来よりも弁体のリフト量を小さくした燃料噴射弁とその制御装置に適用することも目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、「弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動コアと前記可動コアを吸引する固定鉄心と、を備えた燃料噴射装置を制御する制御装置において、
前記可動コアは、前記固定鉄心に対向する第１対向面を有し当該第１対向面が前記固定鉄心に吸引される第１可動コアと、前記第１可動コアと別体で構成され、前記固定鉄心に対向する第２対向面を有し当該第２対向面が前記固定鉄心に吸引される第２可動コアと、で構成され、
前記ソレノイドに印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御する制御部は、
前記第２可動コアのみを前記固定鉄心に接触させる場合に、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を最大駆動電流から低下させ、その後、前記弁体が開弁を開始する前に駆動電流を前記最大駆動電流よりも小さい第１の保持電流に下げ、さらにその後、前記弁体が最大ストロークに至る前に駆動電流を前記第１の保持電流よりも小さい第２の保持電流に下げるように駆動電流を制御し、
第２可動コア及び第１可動コアを前記固定鉄心に接触させる場合に、前記弁体が開弁を開始した後まで前記ソレノイドに最大駆動電流を流し、その後に前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させるように駆動電流を制御すること」を特徴としたものである。

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

本発明の実施例における燃料噴射装置の縦断面図と、この燃料噴射装置に接続される駆動回路及びエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成図を示す図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置の閉弁状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置の可動子が弁体に衝突をする状態における駆動部構造の拡大図を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、可動子に発生する磁気吸引力、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、可動子に発生する磁気吸引力、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、可動子に発生する磁気吸引力、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における、図１のＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉとその際の燃料噴射量の関係を示した図である。 本発明の実施例における、図１のＥＣＵから出力される噴射パルス幅Ｔｉとその際の燃料噴射量の関係を中間リフト領域のＴｉを拡大して示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置の駆動装置およびＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）の詳細を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の噴射パルスと駆動電圧、燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の噴射パルスと駆動電圧、燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。 本発明の実施例における燃料噴射装置を駆動する場合の燃料噴射装置のソレノイド１０８に印加される駆動電流、可動子に発生する磁気吸引力、弁体１０１及び可動子の変位と時間の関係を示した図である。

以下に本発明の実施例について図１〜図１３を用いて説明する。

一般に、燃料噴射装置の噴射量は、ＥＣＵより出力される噴射パルスのパルス幅によって制御する。噴射パルス幅を長くすると噴射量が大きく、噴射パルス幅を短くすると噴射量が小さくなり、その関係は略線形的である。しかしながら、燃料噴射装置の駆動波形において、開弁を開始した後も最大の駆動電流Ｉｐｅａｋを流し続けると、開弁方向への力が強くなりすぎることから、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った。また、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。

さらに、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、可動子と固定鉄心が衝突しない、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や開弁開始、閉弁終了のタイミングが異なる。そのため、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。

燃費を向上するためには、燃料噴射装置の噴射量ばらつき低減と制御可能な最小噴射量を低減する必要があり、最小噴射量の大幅な低減のためには、噴射パルスが短い領域や噴射パルスが小さく、弁体が目標リフトに到達しない中間リフトの領域での噴射量を制御することが求められる。あるいは、ひとつの燃料噴射弁で異なるリフト量を選択できる機構を搭載し、小さいリフト量を駆動し噴射量を制御することが求められている。この要求を満たすための燃料噴射装置の制御装置について、以下、図１から図１３を用いて説明する。なお全ての図は模式的に示したものであり、理解を助けるために相対的な大小関係が実際と異なっていたり、細かな部位は省略されている。

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

ＥＣＵ１５０より出力された噴射パルスは、信号線１５３を通して燃料噴射装置の駆動回路１５１に入力される。駆動回路１５１は、ソレノイド１０８に印加する電圧を制御し、ターミナル１１１を介して電流を供給する。ＥＣＵ１５０は、通信ライン１５２を通して、駆動回路１５１と通信を行っており、燃料噴射装置に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１５１によって生成する駆動電流を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。駆動回路１５１は、ＥＣＵ１５０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形の設定値を変化させることができる。
図２は本実施例に係る固定鉄心部の拡大断面図である。図３は本発明の実施形態に係る、駆動時の動作を説明した図である。図４はそれぞれ、本発明の実施形態に係る、大ストローおよび小ストロークをするときの弁体の変位と駆動電流波形を示した図である。

図１を用いて燃料噴射弁における全体構成と燃料の流れについて説明する。燃料噴射弁に供給される燃料は燃料供給口１１２から供給され、燃料噴射弁１００の内部に供給される。なお燃料供給口１１２には一般に燃料中の異物を除去するフィルタが取り付けられているが図示は省略している。燃料噴射弁１００は、内部に弁体１０１を有し、弁体１０１の対向する位置には、弁座部材１０２が設けられている。弁座部材１０２には、燃料噴射孔１１６を有している。また弁体１０１は、上流側に外径側に凸となる凸部（つば部１１３）が取り付けられている。本実施例ではつば部１１３と弁体１０１とが別体で構成されているが、一体で構成しても良い。つば部１１３の上面に接するようにスプリング１１０が設けられ、弁体１０１はつば部１１３を介して、スプリング１１０により閉弁方向（図１の下方向）に付勢されている。

弁体１０１は、弁座部材１０２と接触してシール座を形成するシート部１１５を有しており、ソレノイド１０８に通電がないときには、弁体１０１はスプリング１１０によって弁座部材１０２に押し付けられ、弁体先端側の弁体シート部がシート部１１５に接触することで燃料をシールする構造となっている。ノズルホルダ２１０は弁体１０１の外径側に配置され、下流側先端に弁座部材１０２が圧入される。外径側可動子２０１および内径側可動子２０２は、ノズルホルダ２１０に内包されている。

図２を用いて本実施例の燃料噴射弁における構成の詳細を説明する。内径側可動子２０２と弁体１０１のつば部１１３の間には、中間スプリング２０３が設けられる。中間スプリング２０３は弁体１０１のつば部１１３の下面に接触するように設けられ、内径側可動子２０２の上面を付勢する。これにより中間スプリング２０３は、内径側可動子２０２を弁体１０１のつば部１１３から引き離す方向（下流方向）に付勢するように作用している。

ここでノズルホルダ２１０の大径部には、外径側可動子２０１よりも下流側に弁体１０１をガイドするロッドガイド２１１が圧入される。また外径側可動子２０１とロッドガイド２１１の間には、ゼロスプリング２０４が設けられる。ゼロスプリング２０４は外径側可動子２０１をロッドガイド２１１から引き離す方向（上流方向）に付勢するように作用している。ゼロスプリング２０４による付勢力Ｆｚと中間スプリング２０３の付勢力Ｆｍの絶対値は、中間スプリング２０３の方が大きくなるように設定されている。

そのため、ソレノイド１０８に通電がされていない状態、すなわち弁体１０１と弁座部材１０２が接触している閉弁状態において、内径側可動子２０２は、中間スプリング２０３によって下流側に付勢される。そして、内径側可動子２０２の下流面と外径側可動子２０１の上流面との間に設けられた接触面２０６を介して、静止している。このとき外径側可動子２０１は、ゼロスプリング２０４によって、上流側に付勢されており、同様に上記した接触面２０６を介して、静止状態が維持される。

この静止状態において、内径側可動子２０２の上流面と弁体のつば部１１３の下流面との間には、空隙ｇ１が設けられている。内径側可動子２０２の外径Ｄｉは、固定鉄心１０７の内径Ｄｃよりも大きく設定されている。その結果、ソレノイド１０８へ通電されると、外径側可動子２０１と固定鉄心１０７および内径側可動子２０２と固定鉄心１０７の空隙に磁束が発生し、磁気吸引力が生ずる構成となっている。

次に図３を用いて、燃料噴射弁１００の動作について説明する。図３は理解し易くするために模式的な図面を示している。図３（ａ）はソレノイド１０８への通電がなく、弁体１０１と弁座部材１０２が接触している状態（以降、閉弁状態）を示している。図３（ａ）の状態から、図４（ａ）の上図に示す小ストローク時の電流をソレノイド１０８に通電する。具体的には、図４（ａ）の上図の最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓをソレノイド１０８に流すことで、電磁弁の磁気回路を構成する固定鉄心１０７、ハウジング１０９、内径側可動子２０２と外径側可動子２０１に磁束が生じ、固定鉄心１０７と外径側可動子２０１および固定鉄心１０７と内径側可動子２０２間に磁気吸引力が発生する。

式（１）に示すように、内径側可動子２０２と固定鉄心１０７の間に作用する磁気吸引力Ｆｉと外径側可動子２０１と固定鉄心１０７の間に作用する磁気吸引力Ｆｏの和が、中間スプリング２０３の付勢力Ｆｍとゼロスプリング２０４の付勢力Ｆｚの差よりも大きくなると、内径側可動子２０２と外径側可動子２０１は、固定鉄心１０７側に吸引され、運動を開始する。
Ｆｏ＋Ｆｉ＞Ｆｍ−Ｆｚ 式（１）

図３（ｂ）に示すように、弁体のつば部１１３と内径側可動子２０２との間に予め設けられた空隙ｇ１分だけ、内径側可動子２０２が変位すると、内径側可動子２０２は、弁体のつば部１１３に衝突する。

この時、内径側可動子２０２ならびに外径側可動子２０１に蓄えられた運動エネルギが、弁体１０１の開弁動作に使用されるため、運動エネルギを利用した分、開弁動作の応答性を向上するもしくは、高い燃料圧力下でも開弁することが可能となる。空隙ｇ１のことを予備ストロークと呼び、この空隙ｇ１により弁体１０１が動きだす前のいわば助走期間を得ることができる。

図３（ｂ）の状態からソレノイド１０８への通電を継続すると、外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２とは更に上流側への移動を継続する。そして、外径側可動子２０１と固定鉄心１０７の間に予め設けられた空隙ｇ２だけ外径側可動子２０１が変位すると、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７の下流面に衝突することで、外径側可動子２０１の運動が規制される。

このときの状態を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）のように、ソレノイド１０８への通電する電流が以下の式（２）および式（３）の力の関係を満たすことで、弁体１０１はショートストロークとなるように制御される。このショートストロークは図４（ａ）の下図のリフト量Ｌｉｆｔ Ｓの最大となるリフト量で示されている。その後、ソレノイド１０８に対しては、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓよりも小さい保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓが流れるように制御されることで、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７の下流面と接触した状態が維持されるので、図３（ｃ）の状態が維持される。

式（２）は外径側可動子２０１の磁気吸引力Ｆｏと内径側可動子２０２の磁気吸引力Ｆｉの和が、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐとスプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも大きくなる条件である。式（３）は内径側可動子２０２の磁気吸引力Ｆｉが、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐとスプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも小さくなる条件である。

Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＜ Ｆｉ ＋ Ｆｏ 式（２）Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＞ Ｆｉ 式（３）

つまり、式（２）を満たすことにより外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２は移動を開始するものの、式（３）を満たすことにより外径側可動子２０１の移動が規制された後は、内径側可動子２０２のみで弁体１０１を移動させることができず、図３（ｃ）の状態で外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２の移動が終了する。このストロークのことを本実施例では、ショートストロークと呼び、また図３（ｃ）の状態をショートストローク状態と呼ぶ。

ショートストローク状態では弁体１０１のストローク量は隙間ｇ２−ｇ１となる。ショートストローク状態より、ソレノイド１０８への電流が遮断されると、内径側可動子２０２と外径側可動子２０１の間に生じている磁束が消失していく。そして、磁気吸引力がスプリングの付勢力Ｆｓと弁体１０１に作用する流体力Ｆｐよりも小さくなると、内径側可動子２０２ならびに外径側可動子２０１は下流方向への変位を開始する。これに伴って弁体１０１は閉弁動作を開始し、やがて弁座部材１０２と衝突し、閉弁が完了する。一連のショートストロークにおける弁体１０１の挙動は図４（ａ）下に模式的に示される。

一方、図３（ｄ）に示すように、ソレノイド１０８への通電する電流値を図４（ｂ）の上図に示す大ストローク時の電流とすることで、式（４）の条件を満たすように制御される。具体的には、図４（ｂ）の上図の最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌをソレノイド１０８に流すことで、図３（ｃ）の状態から、さらに内径側可動子２０２が上流方向に移動することで、弁体１０１を上流方向（開弁方向）に移動させる、ロングストロークとなるように制御される。なお、ロングストロークの場合の最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌはショートストロークの場合の最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓよりも大きくなるように設定されている。

式（４）は内径側可動子２０２の磁気吸引力Ｆｉが、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐとスプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも大きくなるような条件を示す。この式（４）の条件を満たすことにより、弁体１０１は、ロングストロークとなるように制御される。

Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＞ Ｆｉ 式（４）

図３（ｄ）の状態をロングストローク状態と呼ぶ。図４（ｂ）の上図の最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌをソレノイド１０８に流した後に、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌよりも低い保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｌをソレノイド１０８に流すことで、図３（ｄ）のロングストローク状態が維持される。なお、このロングストロークは、図４（ｂ）下図のリフト量Ｌｉｆｔ Ｌの最大リフト量が対応している。

ロングストロークでは弁体１０１のストローク量（リフト量Ｌｉｆｔ Ｌの最大リフト量）は隙間ｇ２−ｇ１＋ｇ３となる。図３（ｄ）のロングストローク状態より、図４（ｂ）上図に示すように、ソレノイド１０８への電流が遮断されると、内径側可動子２０２に生じている磁束が消失する。そして、磁気吸引力Ｆｉがスプリング１１０の付勢力Ｆｓと弁体１０１に作用する流体力Ｆｐよりも小さくなると、内径側可動子２０２は下流方向（閉弁方向）へ変位する。磁束は内径側より消失を開始するのに加え、流体力とスプリング１１０による付勢力により、内径側可動子２０２の方が外径側可動子２０１に比べて早く閉弁動作に移行する。その結果、内径側可動子２０２は、外径側可動子２０１との空隙ｇ３だけ、下流側へ運動すると、外径側可動子２０１と衝突する。この衝突により内径側可動子２０２は外径側可動子２０１を勢いよく下流方向（閉弁方向）に変位させる。
この運動に伴って、弁体１０１は閉弁動作を開始し、やがて弁座部材１０２と衝突し、閉弁が完了する。一連のロングストローク状態における弁体１０１の挙動は図４（ｂ）下に模式的に示される。以上が、燃料噴射弁１００の開弁と閉弁動作についての説明である。

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

ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１５０に内蔵され、燃料噴射装置の上流の燃料配管に取り付けられた圧力センサや、エンジンシリンダへの流入空気量を測定するＡ／Ｆセンサ、エンジンシリンダから排出された排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、クランク角センサ等のエンジンの状態を示す信号を、前述で説明した各種センサから取り込む。ＣＰＵ５０１はこれらの信号に応じて、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ＣＰＵ５０１は、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルス幅Ｔｉのパルス幅や噴射タイミングの演算を行い、信号線１５３を通して燃料噴射装置の駆動ＩＣ５０２に噴射パルス幅Ｔｉを出力する。なお、噴射パルス幅Ｔｉのパルス幅の大小によって、噴射量の大小が決まる。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置のソレノイド５４０へ駆動電流を供給する。

スイッチング素子５０５は駆動回路に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源と燃料噴射装置のソレノイド５４０の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置のソレノイド５４０への通電・非通電を切り替えることができる。高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔは例えば６５Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路５１４によって昇圧することで生成する。昇圧回路５１４は例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されるかコイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２およびコンデンサ５３３で構成する方法がある。後者の昇圧回路５１４の場合、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れるが、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して静流されコンデンサ５３３に電荷が蓄積される。昇圧電圧Ｖｂｏｏｓｔとなるまで、このトランジスタのＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、コンデンサ５３３の電圧を増加させる。トランジスタ５３１は、ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１と接続され、昇圧回路５１４から出力される昇圧電圧ＶｂｏｏｓｔはＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出するよう構成する。

また、スイッチング素子５０７は、低電圧源と燃料噴射装置の高圧端子間に接続されている。低電圧源ＶＢは例えばバッテリ電圧であり、その電圧値は１２から１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置のソレノイド５４０の低電圧側の端子と接地電位５１５の間に接続されている。駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８、５１２、５１３により、燃料噴射装置のソレノイド５４０に流れている電流値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電・非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９と５１０は、燃料噴射装置のソレノイド５４０に逆電圧を印加し、ソレノイド５４０に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。ＣＰＵ５０１は駆動ＩＣ５０２と通信ライン１５２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ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８、５１２、５１３の両端は、ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧をＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

次に図１１、１２を用いて、本実施例における、電磁式燃料噴射装置を駆動する駆動装置から出力される噴射パルスと燃料噴射装置のソレノイド１０８の端子両端にかかる駆動電圧、駆動電流（励磁電流）と燃料噴射装置の弁体１０１の変位量（弁体移動量）との関係について説明する。ここでは、図４（ａ）のショートストローク（小ストローク）における電流制御について説明する。したがって、本実施例では、図４（ａ）上図に対応する電流制御について説明するものである。

駆動回路１５１に噴射パルスが入力されると、駆動回路１５１はバッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧された高電圧源からソレノイド１０８に高電圧を印加し、ソレノイド１０８に電流の供給が開始される。電流値がある値Ｉｐｅａｋ Ｓに到達すると、高電圧３０１の印加を停止する。その後、印加する電圧値を０Ｖ、あるいは０Ｖ未満（逆電圧）にし、電流３０２のように電流値を低下させる。電流値が設定された第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ
Ｓ１より小さくなると、駆動回路１５１はバッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子のスイッチングによって行い、第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１が保たれるように制御する。なお、この第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１は、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓより小さく、かつ０より大きい電流値であり、可動子を固定鉄心１０７に吸引したまま保持可能な程度の大きさとなるように設定される。

その後、予めＥＣＵに設定されていた時間が経過すると、バッテリ電圧ＶＢの印加を０Ｖ、あるいは０Ｖ未満（逆電圧）にし、電流３０３のように電流値を低下させる。電流値が設定された第二の保持電流３０５より小さくなると、駆動回路１５１はバッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子のスイッチングにより行い、第二の保持電流３０５が保たれるように制御する。なお、この第二の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２は、第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１より小さく、かつ０より大きい電流値であり、可動子を固定鉄心１０７に吸引したまま保持可能な程度の大きさとなるように設定される。

このとき燃料噴射装置の弁体１０１の変位量は図１１のＬｉｆｔ Ｓのような挙動を示す。 高電圧の印加から可動子がタイミングＴ６００で変位を開始し、弁体１０１が開弁開始するタイミングＴ６０２よりも前のタイミングＴ６０１で駆動電流は最大電流値Ｉｐｅａｋ Ｓから第一保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１に下がるように、あるいは遮断するように制御される。

そして外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２の変位量が空隙ｇ１に達し、その衝撃力を利用してタイミングＴ６０２で弁体１０１は変位を開始する。その後の弁体１０１は、第一の保持電流区間Ｔ６０３においてタイミングＴ６０４で目標リフト位置に達する。本実施例において弁体１０１の目標リフト位置は、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７と衝突した時点における弁体１０１のリフト量と定義される。

弁体１０１が目標リフト位置に到達した後は外径側可動子２０１と固定鉄心１０７との衝突の影響で内径側可動子２０２及び弁体１０１はさらに上流方向にバウンドする。このバウンド現象が起こったのちに第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１が生成する磁気吸引力と戻しばねの開弁方向の力により目標リフト位置で静止し、安定した開弁状態となる。そして、保持電流が第二保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２となって第二の保持電流区間Ｔ６０５へと移行し、任意のタイミングＴｉで駆動電流は遮断され、外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２に作用している磁気吸引力が低下していく。そして、磁気吸引力よりもスプリング１１０の閉弁方向への力が上回った段階で弁体１０１は閉弁運動を開始し、シート部１１５に衝突した段階で弁体１０１の変位は終了し、燃料の噴射も終了する。

なお、図１１に示すように、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、第１駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）をソレノイド１０８に流すことで弁体１０１が最大高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｌの最大高さ位置）よりも低い高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｓの最大高さ位置）まで移動するように駆動電流を制御するものである。あるいは、第１駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）をソレノイド１０８に流すことで内径側可動子２０２が固定鉄心１０７に衝突する高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｌの最大高さ位置）よりも低い高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｓの最大高さ位置）まで移動するように駆動電流を制御する。

すなわち、ＥＣＵ１５０の制御部は、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓを流した後のＩｈｏｌｄ Ｓ１の第一の保持電流区間Ｔ６０３の噴射パルス幅、Ｉｈｏｌｄ Ｓ２の第二の保持電流区間Ｔ６０５の噴射パルス幅を制御することにより弁体１０１を中間リフト領域において噴射量を精度良く制御することが可能である。

また本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、後で説明する第２駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）をソレノイド１０８に流すことで弁体１０１が最大高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｌの最大高さ位置）まで移動するように駆動電流を制御するものである。あるいは、第２駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）をソレノイド１０８に流すことで内径側可動子２０２が固定鉄心１０７に衝突する高さ位置（Ｌｉｆｔ Ｌの最大高さ位置）まで移動するように駆動電流を制御する。

すなわち、ＥＣＵ１５０の制御部は、第２駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）を流した後の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｌを流す区間（第二の保持電流区間Ｔ６０５）の噴射パルス幅を制御することにより弁体１０１をフルリフト領域において噴射量を精度良く制御することが可能である。

次に図５を用いて本実施例の特徴である電流波形の切り替えと弁体のリフト量について説明する。リフト量を切り替える燃料噴射弁において、特に小リフト時は弁体１０１のリフト開始前に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）から保持電流（Ｉｈｏｌｄ Ｓ２）に移行させることを特徴とする。以下、小リフト時の電流波形と弁体１０１の動作の詳細について説明する。

高電圧（Ｖｂｏｏｓｔ、図１１の３０１）の印加を停止し、最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）とするタイミングＴ５０１は弁体１０１が開弁を開始するタイミングＴ５０２よりも前とする。すなわち、ソレノイド１０８に印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御するＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０８に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）を流した後、弁体１０１が開弁を開始するタイミングＴ５０２よりも前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）から低下させるように駆動電流を制御するものである。

その後の弁体１０１が固定鉄心１０７に衝突する時刻Ｔ５０３よりも前にパルス幅に対する電流変化の少ない第二の保持電流（Ｉｈｏｌｄ Ｓ２）により開弁を保持される。すなわち、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部はソレノイド１０８に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流し、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）を打ち切り、弁体１０１が固定鉄心１０７に衝突するよりも前に保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２に低下させるように駆動電流を制御する。

これにより、上記したように外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２を図３（ｃ）に示す状態とすることができ、弁体１０１をショートストロークにて変位させることが可能となる。

換言すると本実施例の燃料噴射装置は、弁体１０１とソレノイド１０８と弁体１０１を開弁させる内径側可動子２０２と外径側可動子２０１を有する。そして本実施例の燃料噴射システムは、この燃料噴射装置と、燃料噴射装置を制御する制御装置（ＥＣＵ１５０）と、を備え、制御装置（ＥＣＵ１５０）の制御部が、ソレノイド１０８に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）を流した後、内径側可動子２０２が、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）から低下させるように制御する。

燃料噴射装置（弁体１０１）が開弁を開始した後も最大の駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓを流し続けると、開弁方向への磁気吸引力が強くなりすぎることから、パルス幅に対する弁体１０１の変位量や弁体１０１移動速度が大きくなりすぎる虞がある。この結果、図８の本実施例未適用の例に示すように噴射パルス幅に対する噴射量の増加量が多くなるため、低噴射量領域における噴射量制御が難しくなる。

これに対して本実施例によれば前述したような燃料噴射装置の制御方法を採用しており、弁体１０１が開弁を開始するよりも前に駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓを低下させる。したがって、磁気吸引力を抑制し、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、低噴射量領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。つまり、ショートストロークにて弁体１０１を制御する場合において、噴射量制御を容易に行うことが可能となる。
また、本実施例では小リフト（ショートストローク）をする場合において、フルリフト前に閉弁に必要な磁気吸引力が発生するような電磁気特性を採用したものである。つまり、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突する前に、上述した式（２）を満たすように外径側可動子２０１の磁気吸引力Ｆｏと内径側可動子２０２の磁気吸引力Ｆｉが生じる。
また小リフト（ショートストローク）のフルリフト前に保持電流に移行できる電磁気特性を採用した。つまり、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突する前にソレノイド１０８に対して、駆動電流が最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下するように電流が流れる。

弁体１０１、あるいは外径側可動子２０１がフルリフトした後、保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２を印加中は磁気吸引力が過渡に増加しない。したがって、小リフトのフルリフト中はいつ電流を遮断しても、磁気吸引力一定のため、閉弁遅れも一定になる。これにより、駆動パルス終了時に余分な磁気吸引力の発生を抑制し閉弁遅れを短縮することが可能となる。

小リフト（ショートストローク）で弁体１０１を開弁する際に噴射される少量の噴射量を電流変化の少ない第二の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２の電流領域で制御することにより、噴射パルス幅Ｔｉに対する電流値の変化が少ない。この場合、ほぼ第二の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２の長さを増加させていく。そのため噴射パルス幅Ｔｉの増加量に対する弁体の変位の増加量が多くなりすぎる現象を抑制する効果がある。すなわち、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、低噴射量領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。

以上より磁気吸引力の過渡な成長を抑制でき、低リフトでも弁体のオーバーシュートを抑制できる。よって低リフト、低パルスでの噴射量を低減できる。

一方、大リフト（ロングストローク）をする場合には開弁開始以降にピーク電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）を印加する。つまり、本実施例では上記したように外径側可動子２０１が固定鉄心１０７と衝突して図３（ｃ）の状態となった後、さらに内径側可動子２０２が上流側に移動し、固定鉄心１０７と衝突させるものである。

この場合、外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２に作用する磁気吸引力を増加させることが可能であるため、燃料圧力の増加に対しても燃料噴射装置が動作可能となる。
このことは燃料噴射装置の動作可能な最大の燃料圧力、すなわち最高作動燃圧を向上させる効果がある。例えば、燃料圧力が３０ＭＰａ以上の高圧環境下においてもスムーズに開弁して燃料噴射を可能とする効果がある。

なお、上記においては、図２、３で示したように外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２とすることで、大リフト（ロングストローク）と小リフト（ショートストローク）とを実現可能としたが、本実施例はこれに限らない。すなわち、単一の可動子で構成された場合において、可動子が固定鉄心１０７に衝突する場合を大リフト（ロングストローク）とし、一方で、可動子が固定鉄心１０７に衝突しないように制御する場合を小リフト（ショートストローク）とした場合においても適用が可能である。この小リフト（ショートストローク）のことを中間ストロークと呼んでも良い。

この場合、本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は、弁体１０１を最大ストロークＬｉｆｔ Ｌより小さい中間ストロークＬｉｆｔ Ｓで駆動させる場合に、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下させるように駆動電流を制御する。一方で、ＥＣＵ１５０の制御部は、弁体１０１を最大ストロークＬｉｆｔ Ｌで駆動させる場合に、弁体１０１が開弁を開始した後までソレノイドに最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌを流し、その後にソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌから低下させるように駆動電流を制御する。

図２、３の構造で説明すると、本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は大リフト（ロングストローク）で弁体１０１を駆動する場合に、ソレノイド１０８に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ）を流した後、内径側可動子２０２が固定鉄心１０７に衝突する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）から保持電流（Ｉｈｏｌｄ Ｌ２）に低下させるように駆動電流を制御するようにしても良い。

ここで本実施例において、可動子は、固定鉄心１０７（磁気コア）に対向する第１対向面を有し当該第１対向面が固定鉄心１０７に吸引される第１可動コア（内径側可動子２０２）と、第１可動コア（内径側可動子２０２）と別体で構成され、磁気コアに対向する第２対向面を有し当該第２対向面が前記磁気コアに吸引される第２可動コア（外径側可動子２０１）と、で構成される。

そしてソレノイド１０８に印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御する制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみを固定鉄心１０７に接触させる場合に、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下させるように駆動電流を制御する。

一方で、第２可動コア（外径側可動子２０１）及び第１可動コア（内径側可動子２０２）を固定鉄心１０７に接触させる場合に、弁体１０１が開弁を開始した後までソレノイド１０８に最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌを流し、その後にソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌから低下させるように駆動電流を制御する。

また、上記において図３を用いて説明したように燃料噴射装置は閉弁状態（図３（ａ））において、第１可動コア（内径側可動子２０２）の第１対向面と固定鉄心１０７との第１隙間（ｇ２＋ｇ３）に対して、第２可動コア（外径側可動子２０１）の第２対向面と固定鉄心１０７との第２隙間ｇ２が小さくなるように構成された。また本実施例の燃料噴射装置（燃料噴射弁１００）は、閉弁状態において第１可動コア（内径側可動子２０２）と弁体（つば部１１３）との間には隙間ｇ１が形成され、第１可動コア（内径側可動子２０２）は閉弁状態から移動を開始した場合に隙間ｇ１の分だけ移動したときに弁体（つば部１１３）と係合するように構成されている。

また燃料噴射弁１００は閉弁状態（図３（ａ））において、第１可動コア（内径側可動子２０２）の第１対向面と固定鉄心１０７との第１隙間（ｇ２＋ｇ３）に対して、第２可動コア（外径側可動子２０１）の第２対向面と固定鉄心１０７との第２隙間ｇ２が小さくなるように構成されるとともに、第２可動コア（外径側可動子２０１）の凹み部の上面と弁体（つば部１１３）との間に形成される隙間に対して、第２隙間ｇ２が小さくなるように構成されたている。また燃料噴射弁１００は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のの凹み部の上面と弁体（つば部１１３）との間に形成される隙間に対して、第２隙間ｇ２が半分以下となるように構成されている。

本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみが固定鉄心１０７に接触したタイミングにおける（図３（ｃ））、弁体１０１が移動するリフト量ｇ２に対して、第２可動コア（外径側可動子２０１）及び第１可動コア（内径側可動子２０２）が固定鉄心１０７に接触したタイミングにおける弁体１０１が移動するリフト量ｇ２−ｇ１＋ｇ３が大きくなるようにソレノイド１０８に流す駆動電流を制御する。

本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみを固定鉄心１０７に接触させる場合に、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下させ、さらにその後に弁体１０１が最大ストロークＬｉｆｔ Ｓに至る前に駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓよりも小さい保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓに下げるように制御する。

また、本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみを固定鉄心１０７に接触させる場合に、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下させ、さらにその後に弁体１０１が開弁を開始する前に駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓよりも小さい保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓに下げるように制御する。

また、本実施例においてＥＣＵ１５０の制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみを固定鉄心１０７に接触させる場合に、弁体１０１が開弁を開始する前に、ソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから低下させ、さらにその後に弁体１０１が開弁を開始する前に駆動電流を最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓよりも小さい第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１に下げるように制御する。そして、さらにその後に弁体１０１が最大ストロークＬｉｆｔ Ｓに至る前に駆動電流を第１の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１よりも小さい第２の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２に下げるように制御する。

図７を用いて本実施例の特徴である小リフト（ショートストローク）、かつ燃料噴射弁への駆動パルスが小さい場合の弁体の挙動について説明する。電流波形５１１は図５と同様の波形であり、弁体１０１のリフトが開始する時刻Ｔ７０２より前の時刻Ｔ７０１でピーク電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）を遮断し、弁体１０１が小リフトに到達する時刻Ｔ７０３よりも前に第１の保持電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ２）に移行させる。時刻Ｔ７０４で通電パルスを遮断すると磁気吸引力が遅れて低下し、時刻Ｔ７０５で弁体１０１に作用する閉弁方向のスプリング力と流体力を下回ると、弁体１０１は閉弁を開始し、時刻Ｔ７０６に弁体１０１の弁体シート部がシート部１１５に着座し、燃料の噴射が遮断される。

次に本実施例を適用しない場合の電流波形７１２を印加した時の可動子に発生する磁気吸引力と弁体１０１の挙動を破線で示す。弁体１０１が開弁を開始する時刻Ｔ７０２以降にピーク電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ２）を印加するため、磁気吸引力が過大に発生し、内径側可動子２０２が固定鉄心１０７に衝突する小リフトのフルリフト完了時に、弁体１０１は慣性力で振動を繰り返し、噴射量が安定しない。時刻Ｔ７０４で通電パルスを遮断すると磁気吸引力が遅れて低下し、時刻Ｔ７０５よりも大きい時刻Ｔ７０７で弁体１０１に作用する閉弁方向のスプリング力と流体力を下回ると、弁体１０１は閉弁を開始し、時刻Ｔ７０８に弁体１０１の弁体シート部がシート部１１５に着座し、燃料の噴射が遮断される。

弁体１０１の動きを、本実施例を適用した実線７１３と本実施例を適用した破線７１４で比較すると、同じ駆動パルス時間Ｔ７０４を与えた場合でも、実際に弁体１０１の弁体シート部がシート部１１５に着座し、燃料の噴射が遮断されるタイミングはＴ７０６、Ｔ７０８のように大きく差がある。つまり本実施例の電流波形を５１１を適用することで、小リフトのフルリフト前に開弁に必要な磁気吸引力が発生させる。そして、小リフトのフルリフト前に第２の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２に移行させるので、フルリフト後、第２の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２の印加中は磁気吸引力が過渡に増加しない。したがって、小リフトのフルリフト中はいつ電流を遮断しても、磁気吸引力一定のため、閉弁遅れも一定になる。小パルス時には本実施例を適用しない場合に比べて閉弁遅れを短縮できるため、燃料噴射量を低減することができる。

図６を用いて別の実施例として、燃料噴射弁のコイル抵抗、インダクタンスが小さく電流の応答性が高い場合の電流波形の切り替えについて説明する。

リフト量を切り替える燃料噴射弁において、小リフト時、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓと第二の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２の電流領域との間に、第二の保持電流値よりも高い値に設定された第一の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１の電流領域を設けている。すなわち、本実施例のＥＣＵ１５０の制御部は、ソレノイド１０８に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）を流し、弁体１０１が開弁を開始する時刻Ｔ６０２より前にソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）から低下させる。そして、弁体１０１が開弁を開始する時刻Ｔ６０２より前の時刻Ｔ６０１に最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｓ）よりも低い第１保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１をソレノイド１０８に流すように制御される。さらにその後、弁体１０１が固定鉄心１０７に衝突する時刻Ｔ６０３よりも前に第１駆動電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１よりも低い第２保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２をソレノイド１０８に流すように駆動電流が制御される。

以上のようにリフト開始前に最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｓから第１の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１に移行させる。また、小リフトのフルリフト前に開弁に必要な磁気吸引力が発生する電磁気特性とする。つまり、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突する前に、上述した式（２）を満たすように外径側可動子２０１の磁気吸引力Ｆｏと内径側可動子２０２の磁気吸引力Ｆｉが生じるように駆動電流が制御される。

また上記したように小リフトのフルリフト前に第１の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ１より小さい第２の保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｓ２に移行できる電磁気特性とする。フルリフト後、保持電流印加中は磁気吸引力が過渡に増加しないため、小リフトのフルリフト中はいつ電流を遮断しても、磁気吸引力一定のため、閉弁遅れも一定になる。以上より駆動パルス終了時に余分な磁気吸引力の発生を抑制し閉弁遅れを短縮できる。

一方、大リフト時には開弁開始以降もピーク電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）を保持し、ソレノイド１０８に供給し続けるように駆動電流が制御される。そして、外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突して（図３（ｃ））、さらにその後、内径側可動子２０２が固定鉄心１０７が固定鉄心１０７に衝突する時刻６０４（図３（ｄ））より前にソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）から保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｌ２低下させる。これにより外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２に作用する磁気吸引力を増加させることが可能であるため、燃料圧力の増加に対しても燃料噴射装置が動作可能となる。このことは燃料噴射装置の動作可能な最大の燃料圧力、すなわち最高作動燃圧を向上させる効果がある。例えば、燃料圧力が３０ＭＰａ以上の高圧環境下においてもスムーズに開弁して燃料噴射を可能とする効果がある。

図１３を用いて上記とは別の電流波形の切り替えについて説明する。リフト量を切り替える燃料噴射弁において、小リフト時、最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌを印加せず、第２保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｌ２をソレノイド１０８に流すように駆動電流を制御する。すなわち、本実施例のＥＣＵの制御部は、第２可動コア（外径側可動子２０１）のみを固定鉄心１０７に接触させる場合に、保持電流のみを印加する。

以上のようにリフト開始前に最大駆動電流Ｉｐｅａｋ Ｌを印加しないことで、磁気吸引力が過渡に増加しないため、小リフトのフルリフト中はいつ電流を遮断しても、磁気吸引力一定のため、閉弁遅れも一定になる。以上より駆動パルス終了時に余分な磁気吸引力の発生を抑制し閉弁遅れを短縮できる。

一方、大リフト時には開弁開始以降もピーク電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）を保持し、ソレノイド１０８に供給しし続ける。そして外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突して（図３（ｃ））、さらにその後、内径側可動子２０２が固定鉄心１０７に衝突する時刻６０４より前にソレノイド１０８に流す駆動電流を最大駆動電流（Ｉｐｅａｋ Ｌ）から保持電流Ｉｈｏｌｄ Ｌ２に低下させる。外径側可動子２０１及び内径側可動子２０２に作用する磁気吸引力を増加させることが可能であるため、燃料圧力の増加に対しても燃料噴射装置が動作可能となる。このことは燃料噴射装置の動作可能な最大の燃料圧力、すなわち最高作動燃圧を向上させる効果がある。例えば、燃料圧力が３０ＭＰａ以上の高圧環境下においてもスムーズに開弁して燃料噴射を可能とする効果がある。

図８において、本実施例における供給電流のプロファイルで駆動させた場合の噴射パルス幅と燃料噴射量の関係と本実施例未適用の電流波形で駆動させた場合とを比較したものを示す。図８のように噴射パルス幅に対する燃料噴射量の傾きは噴射パルス幅の全域でほぼ一定となる。したがって、本実施例未適用の電流波形と比較すると、燃料噴射量の傾きを小さくすることができる。すなわち、磁気吸引力を抑制し、噴射パルス幅に対する噴射量の増大を抑えられるので、例えば外径側可動子２０１が固定鉄心１０７に衝突する前後の小パルス幅の領域における噴射量制御を容易に行うことが可能となる。結果、最小噴射量の低減が容易に可能である。

以上の実施例によれば、特に最小噴射量の低減を狙って従来よりも弁体のリフト量を小さくした燃料噴射弁とその制御装置において噴射量の制御精度を向上させることができる。

１０１・・・弁体
１０２・・・弁座部材
１０７・・・固定鉄心
１０８・・・ソレノイド
１０９・・・ハウジング
１１０・・・スプリング
１１１・・・ターミナル
１１２・・・燃料供給口
１１３・・・つば部
１１５・・・シート部
１５０・・・ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１５１・・・駆動回路
１５２・・・通信ライン
１５３・・・信号線
２０１・・・外径側可動子
２０２・・・内径側可動子
２１０・・・ノズルホルダ
２０３・・・中間スプリング
２０４・・・ゼロスプリング
３０１・・・高電圧
３０２、３０３・・・電流
３０４・・・第一の保持電流
３０５・・・第二の保持電流
５０１・・・ＣＰＵ
５０２・・・駆動ＩＣ
５０５、５０６、５０７・・・スイッチング素子
５０８、５１２、５１３・・・抵抗
５１４・・・昇圧回路
５３０・・・コイル
５３１・・・トランジスタ
５３２・・・ダイオード
５３３・・・コンデンサ

Claims (6)

1. 弁体とソレノイドと前記弁体を開弁させる可動コアと前記可動コアを吸引する固定鉄心と、を備えた燃料噴射装置を制御する制御装置において、
   前記可動コアは、前記固定鉄心に対向する第１対向面を有し当該第１対向面が前記固定鉄心に吸引される第１可動コアと、前記第１可動コアと別体で構成され、前記固定鉄心に対向する第２対向面を有し当該第２対向面が前記固定鉄心に吸引される第２可動コアと、で構成され、
   前記ソレノイドに印加する駆動電圧、又は駆動電流を制御する制御部は、
   前記第２可動コアのみを前記固定鉄心に接触させる場合に、前記弁体が開弁を開始する前に、前記ソレノイドに流す駆動電流を最大駆動電流から低下させ、その後、前記弁体が開弁を開始する前に駆動電流を前記最大駆動電流よりも小さい第１の保持電流に下げ、さらにその後、前記弁体が最大ストロークに至る前に駆動電流を前記第１の保持電流よりも小さい第２の保持電流に下げるように駆動電流を制御し、
   前記第２可動コア及び前記第１可動コアを前記固定鉄心に接触させる場合に、前記弁体が開弁を開始した後まで前記ソレノイドに最大駆動電流を流し、その後に前記ソレノイドに流す駆動電流を前記最大駆動電流から低下させるように駆動電流を制御する燃料噴射装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記燃料噴射装置は閉弁状態において、前記第１可動コアの前記第１対向面と前記固定鉄心との第１隙間に対して、前記第２可動コアの前記第２対向面と前記固定鉄心との第２隙間が小さくなるように構成された燃料噴射装置の制御装置。
3. 請求項１に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記燃料噴射装置は閉弁状態において、前記第１可動コアと前記弁体との間には隙間が形成され、前記第１可動コアは閉弁状態から移動を開始した場合に前記隙間の分だけ移動したときに前記弁体と係合するように構成された燃料噴射装置の制御装置。
4. 請求項１に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記燃料噴射装置は閉弁状態において、前記第１可動コアの前記第１対向面と前記固定鉄心との第１隙間に対して、前記第２可動コアの前記第２対向面と前記固定鉄心との第２隙間が小さくなるように構成されるとともに、前記第２可動コアの凹み部の上面と前記弁体との間に形成される隙間に対して、前記第２隙間が小さくなるように構成された燃料噴射装置の制御装置。
5. 請求項４に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記燃料噴射装置は、前記第２可動コアの凹み部の上面と前記弁体との間に形成される隙間に対して、前記第２隙間が半分以下となるように構成された燃料噴射装置の制御装置。
6. 請求項１に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
   前記制御部は、
   前記第２可動コアのみが前記固定鉄心に接触したタイミングにおける前記弁体が移動するリフト量に対して、前記第２可動コア及び前記第１可動コアが前記固定鉄心に接触したタイミングにおける前記弁体が移動するリフト量が大きくなるように前記ソレノイドに流す駆動電流を制御する燃料噴射装置の制御装置。

Images