JP7109145B2 - 燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料噴射を行うための燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置に関する。特に、燃料噴射弁のソレノイドバルブの閉弁タイミングに基づき、燃料噴射タイミング、および燃料噴射量を補正する、燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関に燃料を供給する装置として、蓄圧式燃料噴射制御装置が知られている。蓄圧式燃料噴射制御装置は、低圧ポンプ、高圧ポンプ、コモンレール、燃料噴射弁、制御装置（ＥＣＵ）等を主たる要素として備えており、燃料タンク内の燃料が低圧ポンプによって高圧ポンプに送られるとともに高圧ポンプによって加圧されてコモンレールに圧送され、コモンレールから燃料噴射弁に高圧燃料が供給される。そして、この状態で燃料噴射弁への通電制御によって燃料噴射弁の開弁時期および閉弁時期が制御されることで、エンジンへの様々な燃料噴射パターンが実現可能となっている。

蓄圧式燃料噴射制御装置に用いられる燃料噴射弁においては、噴射孔を開閉するノズルニードルの後端側が臨む背圧制御室にも高圧燃料が供給されてノズルニードルに背圧が負荷されることで噴射孔が閉じられる。一方、背圧制御室から高圧燃料を逃す制御が行われることで背圧が低下させられ、ノズルニードルが上昇して噴射孔が開かれることで、燃料の噴射が行われる。代表的なものとして、ソレノイドバルブへの通電制御によって、背圧制御室を閉鎖しているアーマチュアを上昇させて背圧を逃すことにより、ノズルニードルを上昇させるマグネット式の燃料噴射弁が挙げられる。

マグネット式の燃料噴射弁においては、長期間の使用により、ソレノイドバルブのシート部が摩耗し、ソレノイドバルブへの通電時におけるアーマチュアのリフト量が、若干ではあるが新品時に比べ増加することがある。アーマチュアのリフト量が増加すると、ソレノイドバルブへの通電が停止された後、背圧制御室が閉鎖されるまでの時間が増加する。その結果、ソレノイドバルブへの通電時間が同じであっても、新品時に比べ燃料噴射量が増加してしまう。

一方、蓄圧式燃料噴射制御装置においては、運転中に燃料噴射弁の内部が高温になりやすい。これは、燃料の噴射圧力が１８０ＭＰａ程度と高いことと、燃料噴射弁がエンジンから近い場所に搭載されることが主な要因である。内部が高温となった状態で燃料噴射弁を長期間使用すると、燃料中の不純物等がアーマチュア表面に付着し、ソレノイドバルブへの通電時におけるアーマチュアのリフト量が、若干ではあるが新品時に比べ減少することがある。アーマチュアのリフト量が減少すると、ソレノイドバルブへの通電が停止された後、背圧制御室が閉鎖されるまでの時間が減少する。その結果、ソレノイドバルブへの通電時間が同じであっても、新品時に比べ燃料噴射量が減少してしまう。

さらに、燃料噴射弁の製造時に、アーマチュアのリフト量がある程度ばらつくことは避けられない。よって、新品の燃料噴射弁であっても、アーマチュアのリフト量がばらつきの中央値よりも大きい燃料噴射弁は、ソレノイドバルブへの通電が停止された後、背圧制御室が閉鎖されるまでの時間が長いため、ソレノイドバルブへの通電時間が同じであっても、アーマチュアのリフト量がばらつきの中央値である燃料噴射弁よりも燃料噴射量が多くなる。また、アーマチュアのリフト量がばらつきの中央値よりも小さい燃料噴射弁は、ソレノイドバルブへの通電が停止された後、背圧制御室が閉鎖されるまでの時間が短いため、ソレノイドバルブへの通電時間が同じであっても、アーマチュアのリフト量がばらつきの中央値である燃料噴射弁よりも燃料噴射量が少なくなる。

この様に、燃料噴射弁のアーマチュアのリフト量は、新品時の製造ばらつき、あるいは長期間の使用による劣化に起因して、本来の狙い値からずれることが起こり得る。その結果、上述の様に、燃料噴射量が狙い値からずれることがある。また、パイロット噴射等の多段噴射を行う場合にあっては、先行する噴射と、後に続く噴射との間隔が変化してしまうことがある。

この様な問題に対して、以下の様な技術が提案されている。すなわち、ソレノイドバルブへの通電が停止された後、アーマチュア下降時に、ソレノイドバルブのインダクタンス成分により生ずる逆起電力に起因する逆起電流が生じる。そして、その逆起電流のピークは、ソレノイドバルブの閉弁のタイミングに対応することが知られている。この特性を利用し、パイロット噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御において、ソレノイドバルブに対する通電タイミングを調整することによりパイロット噴射量のずれを補正し、かつ、パイロット噴射とパイロット噴射後に行われる主噴射との間隔を一定に保つ技術が提案されている。（特許文献１参照）。

特開２０１５－０５９４２７号公報

ところで、燃料噴射弁におけるソレノイドバルブに使用されるアーマチュアには、１パートアーマチュアと呼ばれるタイプと、２パートアーマチュアと呼ばれるタイプがある。

１パートアーマチュアと呼ばれるタイプのアーマチュアは、背圧制御室を閉鎖する部分と、ソレノイドバルブのマグネットに吸引される部分とが一体となっているため、上述した様に、逆起電流のピークを利用してソレノイドバルブの閉弁タイミングを把握することができる。

一方、２パートアーマチュアと呼ばれるタイプのアーマチュアは、背圧制御室を閉鎖する部材と、ソレノイドバルブに通電した際に、ソレノイドバルブのマグネットに吸引される部材とが別体として構成されている。

２パートアーマチュアの場合、ソレノイドバルブの閉弁時にアーマチュアが下降する際、背圧制御室が閉鎖された後も、マグネットに吸引されていた部材が単独で下降を続ける。この様な構成とすることにより、背圧制御室を閉鎖する部材の質量が小さくなるため、ソレノイドバルブのシート部が摩耗しにくいという利点がある。

しかしながら、２パートアーマチュアの場合、背圧制御室が閉鎖された後も、マグネットに吸引されていた部材が単独で下降を続けるため、背圧制御室が閉鎖されるタイミングが、逆起電流のピークと一致しない。よって、２パートアーマチュアの場合、背圧制御室が閉鎖されるタイミングを、逆起電流のピークにより把握することができない

上述した様に、２パートアーマチュアはバルブシート部の摩耗に対しては１パートアーマチュアよりも有利であるが、摩耗が全く生じないとは言い切れない。よって、２パートアーマチュアを備える燃料噴射弁においても、バルブシート部の摩耗による燃料噴射量や噴射タイミングの変化は起こり得る。

また、２パートアーマチュアにおいても、１パートアーマチュア同様に、新品時であっても製造ばらつきにより、アーマチュアのリフト量の狙い値からのずれが起こり得る。その結果、標準的な特性を有する燃料噴射弁に対し、燃料噴射量や噴射タイミングのずれが起こり得る。

しかしながら、２パートアーマチュアの燃料噴射弁においては、逆起電流のピークを利用した通電タイミングの調整ができないという課題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、２パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁においても、ソレノイドの逆起電流を利用して、燃料噴射弁の噴射タイミングの補正を可能とするものである。また、噴射タイミングを補正することにより、燃料噴射量の補正も可能である。尚、本説明における噴射タイミングとは、燃料噴射開始のタイミング及び燃料噴射終了のタイミングの双方を含むものとする。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射制御方法は、
複数の部材からなるアーマチュアを有するソレノイドバルブを備える燃料噴射弁の噴射タイミングを補正する方法であって、
前記ソレノイドバルブへの通電終了後に生ずる逆起電流が最大となった時点と、前記逆起電流が最大となった後、前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点とに基づき、前記燃料噴射弁の噴射タイミングを補正可能としてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射制御装置は、
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁は、複数の部材からなるアーマチュアを有するソレノイドバルブを備え、
前記ソレノイドバルブへの通電終了後に生ずる逆起電流が最大となった時点と、前記逆起電流が最大となった後、前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点とに基づき、前記燃料噴射弁の噴射タイミングを補正するよう構成されてなるものである。

本発明によれば、２パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁であっても、ソレノイドバルブの閉弁タイミングを把握することができ、これを利用して噴射タイミングを補正することが可能となる。また、噴射タイミングを補正することにより、燃料噴射量の補正も可能となる。

蓄圧式燃料噴射制御装置の構成例を示す全体図である。 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁の全体構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁のアーマチュア部の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁の通電波形、およびアーマチュアの挙動を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における燃料噴射弁のアーマチュア部の構造を示す断面図である。 １パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁の全体構造を示す断面図である １パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁の通電波形を示す図である。

以下、適宜図面を参照して、本発明の第１の実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施形態は本発明の一態様を示すものであって本発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

図１は、本発明の実施の形態に係る蓄圧式燃料噴射制御装置１０の全体構成を示している。この蓄圧式燃料噴射制御装置１０は、車両に搭載された図示されない内燃機関の気筒内に燃料を噴射するための装置であって、燃料タンク１と、低圧ポンプ１１と、燃料フィルタ１２と、高圧ポンプ１３と、流量制御弁１９と、コモンレール１５と、圧力制御弁２３と、燃料噴射弁１７（１７Ａ、１７Ｂ）と、制御装置５０（ＥＣＵ）等を主たる要素として備えている。

低圧ポンプ１１と高圧ポンプ１３とは低圧燃料通路３１で接続され、高圧ポンプ１３とコモンレール１５、およびコモンレール１５と燃料噴射弁１７はそれぞれ高圧燃料通路３３、３５で接続されている。また、高圧ポンプ１３、コモンレール１５、燃料噴射弁１７には、燃料噴射弁１７から噴射されない余剰燃料を燃料タンク１に戻すためのリターン通路３７、３８、３９がそれぞれ接続されている。

高圧ポンプ１３における、低圧燃料の入り口部分には、高圧ポンプの吐出量を調節するための流量制御弁１９が備えられている。流量制御弁１９には、例えば供給電流値によって弁部材のストローク量が可変とされ、燃料通過路の面積が調節可能な電磁比例式の流量制御弁が用いられる。

低圧ポンプ１１は、燃料タンク１内の燃料を吸い上げて圧送し、低圧燃料通路３１を介して高圧ポンプ１３に燃料を供給する。この低圧ポンプ１１は燃料タンク１内に備えられたインタンク式の電動ポンプであって、バッテリから供給される電流によって駆動させられる。ただし、低圧ポンプ１１は、燃料タンク１の外部に設けられるものであってもよく、また、高圧ポンプ１３と一体に設けられるものであってもよい。

高圧ポンプ１３は、低圧ポンプ１１によって、流量制御弁１９を介して導入される燃料を加圧し、高圧燃料通路３３を介してコモンレール１５に圧送する。

コモンレール１５は、高圧ポンプ１３によって加圧された高圧状態の燃料を蓄積し、高圧燃料通路３５を介して接続された各燃料噴射弁１７に燃料を供給する。このコモンレール１５にはレール圧センサ２５及び圧力制御弁２３が取り付けられている。レール圧センサ２５のセンサ信号は制御装置５０に送られる。

圧力制御弁２３は、コモンレール１５から燃料タンク１へと戻す高圧の燃料の流量を調節することにより、コモンレール１５内の圧力（レール圧）を調節するために用いられる。圧力制御弁２３は、燃料の通路を開閉するための弁部材のストローク量が供給電流値によって可変とされ、燃料通過路の面積が調節可能な電磁比例式の制御弁が用いられる。また、圧力制御弁２３の代わりに、所定の圧力に達すると開弁する、機械式の安全弁を用いてもよい。

燃料噴射弁１７は、本発明の第１の実施の形態においては２パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７Ａであり、構造、作動等の詳細は後述する。

制御装置５０は、公知の構成のマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子を有し、燃料噴射弁１７を駆動するための駆動回路や、流量制御弁１９や圧力制御弁２３への通電を行うための通電回路を備える。また制御装置５０には、レール圧センサ２５の検出信号が入力される他、内燃機関の回転数やアクセル開度、燃料温度などの各種の検出信号が、内燃機関の動作制御や燃料噴射制御に供するために入力されるようになっている。

次に、本発明の第１の実施の形態における、燃料噴射弁１７Ａの構造、作動について、図２および図３を参照しつつ説明する。

図２は、燃料噴射弁１７Ａ全体の断面図である。燃料噴射弁１７Ａは、２パートアーマチュアを備える。燃料噴射弁１７Ａは、インジェクタハウジング１０２と、ノズルボディ１０３と、ノズルニードル１０４と、バルブピストン１０５と、バルブボディ１０６と、背圧制御部１０７と、インレットコネクタ１０８とを主たる構成要素として備えている。

尚、本説明における燃料噴射弁においては、ノズルボディ１０３側を下側とし、その反対側、すなわち背圧制御部１０７側を上側とする。

インジェクタハウジング１０２には、インレットコネクタ１０８から導入される高圧燃料をノズルボディ１０３側へ送る第１の燃料通路１１３が形成されている。

ノズルボディ１０３には、ノズルニードル１０４の受圧部１０４Ａに対向する部位に燃料溜まり室１１４が形成されている。また、ノズルボディ１０３には、インジェクタハウジング１０２の第１の燃料通路１１３に連通し、燃料溜まり室１１４に高圧燃料を導くための第２の燃料通路１１１が形成されている。このノズルボディ１０３の先端部には噴射孔１１６が穿設されており、この噴射孔１１６につながるシート部１１７にノズルニードル１０４の先端部が着座（シート）することにより噴射孔１１６が閉鎖される。一方、ノズルニードル１０４がシート部１１７から上昇（リフト）することにより噴射孔１１６が開放される。このような構成により、燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

ノズルボディ１０３に接続されるインジェクタハウジング１０２内には、その中心軸を中心としたスプリング室１２２が形成されており、ノズルニードル１０４をシート部１１７の方向へ付勢するためのノズルスプリング１１８が配設されている。インジェクタハウジング１０２に形成された孔１０２Ａ内にはバルブピストン１０５が挿入されている。バルブピストン１０５は、その上側端面１０５Ａがバルブボディ１０６に形成された摺動孔１０６Ａ内に摺動可能に挿入され、ノズルニードル１０４の上方部に位置するように配設されている。バルブボディ１０６は、バルブナット１３４により、インジェクタハウジング１０２に固定されている。

バルブボディ１０６における、バルブピストン１０５の上側端面１０５Ａが位置する部位に背圧制御室１１９が形成されており、バルブピストン１０５の上側端面１０５Ａが下側から臨むようになっている。背圧制御室１１９は、バルブボディ１０６に形成された導入側オリフィス１２０に連通している。この導入側オリフィス１２０は、バルブボディ１０６とインジェクタハウジング１０２との間にバルブボディ１０６の周方向で環状に形成された圧力導入室１２１を介してインレットコネクタ１０８内の高圧油路に連通されている。これによって、コモンレールからの導入圧力が背圧制御室１１９へ供給されるようになっている。

背圧制御室１１９は開閉用オリフィス１２３にも連通しており、開閉用オリフィス１２３は後述する背圧制御部１０７のバルブボール１２４によって開閉可能となっている。なお、背圧制御室１１９におけるバルブピストン１０５の上側端面１０５Ａの受圧面積は、ノズルニードル１０４の受圧部１０４Ａの受圧面積よりも大きく設定されている。

背圧制御部１０７は、ソレノイドバルブ１０９と、背圧制御室１１９と、バルブボール１２４とを主たる要素として備え、ソレノイドバルブ１０９は、マグネット１２５と、バルブスリーブ１２７と、バルブスプリング１２６と、アーマチュアプレート１３０と、アーマチュアボルト１３１と、アーマチュアガイド１３２と、アーマチュアスプリング１３３とを主たる要素として備えている。

次に、燃料噴射弁１７Ａにおける２パートアーマチュアの詳細について、図３を参照しつつ説明する。

２パートアーマチュアにおいては、アーマチュアプレート１３０およびアーマチュアガイド１３２が、それぞれ中央部に貫通穴１３０ａおよび１３２ａを有し、アーマチュアボルト１３１を保持する。特にアーマチュアガイド１３２は、その外周付近がインジェクタハウジング１０２とソレノイドバルブ１０９とに挟まれることで固定されているため、アーマチュアガイド１３２の貫通穴１３２ａはアーマチュアボルト１３１をガイドする機能を持つ。

アーマチュアボルト１３１は、バルブボール１２４の上部に位置する円柱状の部材であり、その上端部に拡径部１３１ａを有する。拡径部１３１ａは、その上側端面でバルブスプリング１２６から下向きの付勢力を受ける。この付勢力により、バルブボール１２４は開閉用オリフィス１２３を閉鎖している。

アーマチュアプレート１３０は、貫通穴１３０ａの上部付近に、貫通穴１３０ａよりも大きな直径を有する凹部１３０ｂを有し、凹部１３０ｂにおいて、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａを収容する。

アーマチュアスプリング１３３は、バルブスプリング１２６に比べ、低いバネ定数を有するバネであり、アーマチュアプレート１３０とアーマチュアガイド１３２との間に配置され、アーマチュアプレート１３０を上側に付勢する。この付勢力により、アーマチュアプレート１３０の凹部１３０ｂの底部が、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの下側端面に当接する。その結果、アーマチュアプレート１３０の下側端面と、アーマチュアガイド１３２の上側端面との間には隙間が生じるようになっている。

ソレノイドバルブ１０９への通電がなされると、アーマチュアプレート１３０が、マグネット１２５に吸引され上昇する。その際、アーマチュアプレート１３０の凹部１３０ｂの底面がアーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの下側端面を引き上げることにより、アーマチュアボルト１３１も、アーマチュアプレート１３０と共に上昇する。その結果、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を開放し、背圧制御室１１９の燃料が流出することで背圧制御室１１９の圧力が低下し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が上昇し、燃料噴射が開始される。尚、背圧制御室１１９から流出した燃料は、ソレノイドバルブ１０９内部を通過し、燃料還流路１１５を経由し、リターン通路３９を介して燃料タンクに戻される。

尚、本実施形態の２パートアーマチュアにおいては、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの上側端面がバルブスリーブ１２７の下側端面に当接することにより、アーマチュアボルト１３１及びアーマチュアプレート１３０の上昇が終了する。その際、アーマチュアプレート１３０のフルリフト時においても、アーマチュアプレート１３０の上側端面がマグネット１２５に衝突することがない様に、各部の寸法が設定されている。

ソレノイドバルブ１０９への通電が停止されると、アーマチュアプレート１３０に対するマグネット１２５の吸引力がなくなるため、アーマチュアボルト１３１が、バルブスプリング１２６の付勢力により下降する。その結果、アーマチュアボルト１３１の下のバルブボール１２４が、開閉用オリフィス１２３上部のバルブシート部１２８に押圧されることとなり、開閉用オリフィス１２３が閉鎖される。すると、背圧制御室１１９内の燃料圧力が上昇し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が下降し、燃料噴射が終了する。また、アーマチュアボルト１３１の下降時に、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの下側端面が、アーマチュアプレート１３０の凹部１３０ｂの底面を下側に押圧するため、アーマチュアプレート１３０もアーマチュアボルト１３１と共に下降する。

ここで、本実施形態の２パートアーマチュアにおいては、上述の様に、バルブボール１２４がバルブシート部１２８に着座した状態において、アーマチュアプレート１３０の下側端面とアーマチュアガイド１３２の上側端面との間に隙間がある。よって、燃料噴射の終了時に、ソレノイドバルブ１０９が閉弁、すなわち開閉用オリフィス１２３が閉鎖された時点で、アーマチュアボルト１３１の下降は終了するが、その後もアーマチュアプレート１３０が単独で下降し続ける。その後、アーマチュアプレート１３０は、アーマチュアスプリング１３３の付勢力により上昇に転じる（詳細は後述）。尚、アーマチュアプレート１３０が最下点となった時でも、アーマチュアプレート１３０の下側端面とアーマチュアガイド１３２の上側端面との間には隙間が残る様に各部の寸法及びアーマチュアスプリング１３３のバネ定数が設定されている。

この様な構成とすることにより、ソレノイドバルブ１０９が閉弁する際に、アーマチュアボルト１３１とバルブボール１２４の質量のみがバルブシート部１２８作用することとなり、アーマチュアプレート１３０の質量はバルブシート部１２８に作用しない。

ここで比較例として、１パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７の構造、作動、および、ソレノイドバルブの逆起電流について、図６および図７を参照しつつ説明する。図６に示す燃料噴射弁１７は、アーマチュア構造が１パートアーマチュアであること以外は、前述の２パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７Ａと同様であるので、アーマチュア周辺部以外については説明を省略する。

１パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７は、アーマチュア６３０を備える。アーマチュア６３０は、前述の２パートアーマチュアにおける、アーマチュアプレート１３０およびアーマチュアボルト１３１が一体に形成されたものである。

ソレノイドバルブ１０９への通電がなされると、アーマチュアプレート６３０が、マグネット１２５に吸引され上昇する。その結果、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を開放し、背圧制御室１１９の燃料が流出することで背圧制御室１１９の圧力が低下し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が上昇し、燃料噴射が開始される。尚、背圧制御室１１９から流出した燃料は、ソレノイドバルブ１０９内部を通過し、燃料還流路１１５を経由し、リターン通路３９を介して燃料タンクに戻される。

尚、１パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７においては、アーマチュア６３０の上側端面がバルブスリーブ１２７の下側端面に当接することにより、アーマチュア６３０の上昇が終了する。その際、アーマチュア６３０のフルリフト時においても、アーマチュア６３０の上側端面がマグネット１２５に衝突することがない様に、各部の寸法が設定されている。

ソレノイドバルブ１０９への通電が停止されると、アーマチュア６３０に対するマグネット１２５の吸引力がなくなるため、アーマチュア６３０がバルブスプリング１２６の付勢力により下降する。その結果、アーマチュア６３０の下のバルブボール１２４が、開閉用オリフィス１２３上部のバルブシート部１２８に押圧されることとなり、開閉用オリフィス１２３が閉鎖される。すると、背圧制御室１１９内の燃料圧力が上昇し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が下降し、燃料噴射が終了する。

図７は、１パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７における、燃料噴射時の、ソレノイドバルブ１０９の通電波形を示す。図７において、縦軸が電流値、横軸が時間を示す。電流値は、時刻Ｔａ１の通電開始から時間の経過と共に急速に上昇し、一旦あるピーク値に達した後若干減少し、その後、通電終了までほぼ一定電流となり、時刻Ｔａ２の通電終了時から時間の経過と共に零に向かって減少する。そして、時刻Ｔａ３で電流値が一旦零に達した後、若干の時間経過後に、比較的短時間でピークとなり、その後、比較的短時間で零となる電流波形が出現するが、この電流波形が逆起電流であり、図７においては、そのピークは時刻Ｔａ４となっている。

１パートアーマチュアにおいては、時刻Ｔａ４が、ソレノイドバルブ１０９の閉弁タイミングとなる。ソレノイドバルブ１０９が閉弁した後、ノズルニードル１０４がシート部１１７に着座するまでの時間は、試験やシミュレーションにより把握することができる。よって、ソレノイドバルブ１０９の閉弁タイミングを把握することにより、燃料噴射弁の噴射終了のタイミングを把握することができる。

この特性を利用し、例えば劣化によりアーマチュアリフトが増加した場合であっても、時刻Ｔａ４のずれを補正するべく、時刻Ｔａ２を調節することにより、燃料噴射終了のタイミング、換言すれば、燃料噴射量のずれを補正することができる。

２パートアーマチュアタイプの燃料噴射弁１７Ａの説明に戻る。２パートアーマチュアにおいては、前述の様に、ソレノイドバルブ１０９への通電停止後、ソレノイドバルブ１０９が閉弁したところで、アーマチュアボルト１３１の下降は終了するが、その後もアーマチュアプレート１３０は単独で下降し続ける。よって、逆起電流のピークによりソレノイドバルブ１０９の閉弁タイミングを把握することができない。

これを、図４を参照しつつ説明する。図４（ａ）は本実施形態のソレノイドバルブ１０９の通電波形であり、縦軸に電流値、横軸に時間を示す。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）に対応するアーマチュアプレート１３０の挙動を示し、縦軸にリフト量、横軸に時間を示す。尚、理解を容易とするため、図４において、逆起電流および逆起電流が生じている時のアーマチュアリフトの挙動を誇張して表現している。

図４（ａ）によれば、電流値は、時刻Ｔｂ１の通電開始から時間の経過と共に急速に上昇し、一旦ピーク値に達した後若干減少し、その後、通電終了までほぼ一定となる。そして時刻Ｔｂ４において通電終了となり、その後電流値は時間の経過と共に零に向かって減少し、時刻Ｔｂ５で一旦零となる。

一方、アーマチュアプレート１３０は、時刻Ｔｂ１の通電開始からやや遅れたタイミングである時刻Ｔｂ２から上昇を開始し、その後時刻Ｔｂ３にてフルリフトとなる。その後時刻Ｔｂ４で通電終了となるが、アーマチュアプレート１３０は、時刻Ｔｂ４からやや遅れたタイミングの時刻Ｔｂ６から下降を開始する。

アーマチュアプレート１３０が下降を開始すると、ソレノイドバルブ１０９には逆起電力が発生し、逆起電流が計測される（時刻Ｔｂ７）。その後、アーマチュアボルト１３１の下側に位置するバルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖し、ソレノイドバルブ１０９は閉弁する（時刻Ｔｂ８）。

ここまでアーマチュアプレート１３０はアーマチュアボルト１３１と共に下降するが、ソレノイドバルブ１０９の閉弁後（時刻Ｔｂ８の後）、アーマチュアプレート１３０が単独で、アーマチュアスプリング１３３を圧縮しながら下降を続ける。そして時刻Ｔｂ９で最下点となり、アーマチュアスプリング１３３の付勢力により上昇に転じる。尚、上述した様に、アーマチュアプレート１３０が最下点となった時でも、アーマチュアプレート１３０の下側端面とアーマチュアガイド１３２上側端面との間には隙間が残る様に各部の寸法及びアーマチュアスプリング１３３のバネ定数が設定されている。

１パートアーマチュアの場合、ソレノイドバルブ１０９の閉弁タイミングがアーマチュア６３０最下点に一致するため、ソレノイドバルブ１０９の閉弁タイミングが逆起電流のピークとなったが、２パートアーマチュアの場合、アーマチュアプレート１３０の最下点、すなわち時刻Ｔｂ９が逆起電流のピークとなる。

時刻Ｔｂ９の後、アーマチュアプレート１３０は上昇に転じ、また、逆起電流は減少に転じる。そして時刻Ｔｂ１０において、アーマチュアプレート１３０が初期位置となる。すなわち、アーマチュアプレート１３０の凹部１３０ｂの底面が、ソレノイドバルブ１０９の閉弁状態における、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの下側端面に当接する。

ここで、図４（ｂ）に示される様、時刻Ｔｂ１０の後、アーマチュアプレート１３０が僅かに上昇している。これは、時刻Ｔｂ９の後、アーマチュアプレート１３０がアーマチュアスプリング１３３の付勢力により上昇するため、アーマチュアプレート１３０の凹部１３０ｂの底面が、アーマチュアボルト１３１の拡径部１３１ａの下側端面に当接した後、アーマチュアプレート１３０がアーマチュアボルト１３１を押し上げることを示している。

しかしながら、前述の様に、アーマチュアスプリング１３３は、バルブスプリング１２６に比べ、低いバネ定数であるため、アーマチュアボルト１３１は、再び上昇した後、バルブスプリング１２６の付勢力により、すぐに下降する。よって、この間に、バルブボール１２４がアーマチュアボルト１３１と共に上昇し、背圧制御室１１９の圧力が若干低下するが、バルブピストン１０５及びノズルニードル１０４が上昇するには至らず、よって燃料は噴射されない。

また、図４（ｂ）に示される様、時刻Ｔｂ１０の前後でのアーマチュアプレート１３０の挙動は、一貫して上昇を続けてはいるものの、時刻Ｔｂ１０を境に、上昇速度が遅くなっている。これは、時刻Ｔｂ１０の前は、アーマチュアプレート１３０が単独で上昇しているのに対し、時刻Ｔｂ１０の後は、アーマチュアプレート１３０のみならず、アーマチュアボルト１３１も共に上昇するため、上昇する部材の質量が大きく、またその上昇は、バルブスプリング１２６の付勢力に逆らっていることに起因している。

ここで、本発明の発明者らは鋭意努力し、時刻Ｔｂ１０を境にアーマチュアプレート１３０の上昇速度が遅くなることに伴い、時刻Ｔｂ１０において、ソレノイドバルブ１０９の逆起電流の傾きが変化すること（図４（ａ）参照）、および、この傾きが変化する点を用いて、ソレノイドバルブ１０９の通電停止後の最初にバルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖するタイミング（時刻Ｔｂ８）を把握できることを見出した。

詳述すると、時刻Ｔｂ１０においてアーマチュアプレート１３０の上昇スピードが遅くなることにより、図４（ａ）に示される様、逆起電流の右下がりの傾きが小さくなる。逆起電流の変化は、制御装置５０（ＥＣＵ）でモニタリングすることが可能である。よって制御装置５０は、逆起電流の微分値が不連続に変化する点として、時刻Ｔｂ１０を認識することができる。

また、制御装置５０は、アーマチュアプレート１３０が最下点となるタイミング（時刻Ｔｂ９）も、逆起電流のピークをモニタリングすることにより、認識可能である。

そして、時刻Ｔｂ９から時刻Ｔｂ１０までの時間を、時刻Ｔｂ９から減算することにより、ソレノイドバルブ１０９の通電停止後の最初にバルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖するタイミング（時刻Ｔｂ８）を計算することができる。また、制御装置５０は、ソレノイドバルブ１０９の通電停止のタイミング（時刻Ｔｂ４）を認識できるので、これらを利用して、ソレノイドバルブ１０９への通電停止時刻（時刻Ｔｂ４）から、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖するタイミングである時刻Ｔｂ８までの時間を計算することが可能となる。

これにより、仮に燃料噴射弁１７Ａの長期間の使用によりバルブシート部が摩耗し、アーマチュアのリフト量が増大しても、ソレノイドバルブ１０９への通電停止のタイミング（時刻Ｔｂ４）を調節することにより、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖するタイミング（時刻Ｔｂ８）のずれを抑圧することが可能となる。

これをパイロット噴射に適用した場合、パイロット噴射の終了とメイン噴射の開始との間隔を適正に維持し続けることが可能となる。また、パイロット噴射において、ソレノイドバルブ１０９への通電停止のタイミングを調節した場合、その調節分を通電開始タイミングに反映させることにより、パイロット噴射量の変化も抑圧することができる。

また、パイロット噴射以外の噴射に対しても同様に、ソレノイドバルブ１０９への通電開始及び通電停止のタイミングを調節することにより、噴射タイミングおよび燃料噴射量の変化を抑圧することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施形態における燃料噴射弁１７Ｂも、２パートアーマチュアタイプであるが、アーマチュア周辺部の構造が第１の実施の形態とは異なっている。以下、図５を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態について説明する。アーマチュア周辺部以外の部分については第１の実施の形態と同一であるため、ここでの説明は省略する。

本実施形態における燃料噴射弁１７Ｂのアーマチュア周辺部には、アーマチュアプレート２３０、アーマチュアボルト２３１、アーマチュアガイド２３２、アーマチュアスプリング２３３が備えられている。

本実施形態の２パートアーマチュアでは、アーマチュアプレート２３０およびアーマチュアガイド２３２が、それぞれ中央部に貫通穴２３０ａ及び２３２ａを有し、アーマチュアボルト２３１を保持する。特にアーマチュアガイド２３２は、下端部に拡径部２３２ｃを有し、その拡径部２３２ｃがバルブナット２３４によりインジェクタハウジング１０２に固定されているため、アーマチュアガイド２３２の貫通穴２３２ａはアーマチュアボルト２３１をガイドする機能を持つ。

アーマチュアボルト２３１は、バルブボール１２４の上部に位置する円柱状の部材であり、その下側端面に拡径部２３１ａを有する。当該拡径部２３１ａは、アーマチュアガイド２３２の下端部の拡径部２３２ｃの下側に位置する。また、アーマチュアボルト２３１は、その上部でバルブスプリング１２６から下向きの付勢力を受ける。この付勢力により、バルブボール１２４は開閉用オリフィス１２３を閉鎖している。この時、アーマチュアボルト２３１の拡径部２３１ａの上側端面と、アーマチュアガイド２３２の下端部の拡径部２３２ｃの下側端面との間には隙間が生じるようになっている。

アーマチュアスプリング２３３は、バルブスプリング１２６に比べ、低いバネ定数を有するバネであり、アーマチュアガイド２３２の下端部の拡径部２３２ｃとアーマチュアプレート２３０との間に配置され、アーマチュアプレート２３０を上側に付勢する。この付勢力により、アーマチュアプレート２３０の上側端面が、アーマチュアボルト２３１の上部に装着された、アーマチュアボルト２３１よりも大きな直径を持つリング２３５の下側端面に当接する。その結果、アーマチュアプレート２３０の下側端面とアーマチュアガイド２３２の上側端面との間には隙間が生じるようになっている。

ソレノイドバルブ１０９への通電がなされると、アーマチュアプレート２３０が、マグネット１２５に吸引され上昇する。その際、アーマチュアプレート２３０の上側端面がリング２３５の下側端面を引き上げることにより、アーマチュアボルト２３１も、アーマチュアプレート２３０と共に上昇する。その結果、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を開放し、背圧制御室１１９の燃料が流出することで背圧制御室１１９の圧力が低下し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が上昇し、燃料噴射が開始される。尚、背圧制御室１１９から流出した燃料は、ソレノイドバルブ１０９内部を通過し、燃料還流路１１５を経由し、リターン通路３９を介して燃料タンクに戻される。

尚、本実施形態の２パートアーマチュアにおいては、アーマチュアボルト２３１の拡径部２３１ａの上側端面がアーマチュアガイド２３２の下側端面に当接することにより、アーマチュアボルト２３１及びアーマチュアプレート２３０の上昇が終了する。その際、アーマチュアプレート２３０のフルリフト時においても、アーマチュアプレート２３０の上側端面がマグネット１２５に衝突することがない様に、各部の寸法が設定されている。

ソレノイドバルブ１０９への通電が停止されると、アーマチュアプレート２３０に対するマグネット１２５の吸引力がなくなるため、アーマチュアボルト２３１が、バルブスプリング１２６の付勢力により下降する。その結果、アーマチュアボルト２３１の下のバルブボール１２４が、開閉用オリフィス１２３上部のバルブシート部１２８に押圧されることとなり、開閉用オリフィス１２３が閉鎖される。すると、背圧制御室１１９内の燃料圧力が上昇し、バルブピストン１０５およびノズルニードル１０４が下降し、燃料噴射が終了する。また、アーマチュアボルト２３１の下降時に、リング２３５の下側端面がアーマチュアプレート２３０上側端面を下側に押圧するため、アーマチュアプレート２３０もアーマチュアボルト２３１と共に下降する。

ここで、本実施形態の２パートアーマチュアにおいては、上述の様に、バルブボール１２４がバルブシート部１２８に着座した状態において、アーマチュアプレート２３０の下側端面とアーマチュアガイド２３２の上側端面との間に隙間がある。よって、燃料噴射の終了時に、ソレノイドバルブ１０９が閉弁、すなわち開閉用オリフィス１２３が閉鎖された時点で、アーマチュアボルト２３１の下降は終了するが、その後もアーマチュアプレート２３０が単独で下降し続ける。その後、アーマチュアプレート２３０は、アーマチュアスプリング２３３の付勢力により上昇に転じる。尚、アーマチュアプレート２３０が最下点となった時でも、アーマチュアプレート２３０の下側端面とアーマチュアガイド２３２の上側端面との間には隙間が残る様に各部の寸法及びアーマチュアスプリング２３３のバネ定数が設定されている。

この様な構成とすることにより、本実施形態においても、ソレノイドバルブ１０９が閉弁する際に、アーマチュアボルト２３１とバルブボール１２４の質量のみがバルブシート部１２８作用することとなり、アーマチュアプレート２３０の質量はバルブシート部１２８に作用しない。

本実施形態においても、第１の実施の形態と同様の手法により、バルブボール１２４が開閉用オリフィス１２３を閉鎖するタイミング（図４の時刻Ｔｂ８）を計算することができる。よって、本実施形態においても、第１の実施の形態同様、ソレノイドバルブ１０９への通電開始及び通電停止のタイミングを調節することにより、噴射タイミングを調節することができる。また、噴射タイミングを調節することにより、燃料噴射量の変化も抑圧することができる。

また、上記第１および第２の実施形態においては、開閉用オリフィス１２３を開閉する部材として、バルブボール１２４を使用したが、バルブボール１２４を使用せず、アーマチュアボルトで直接開閉用オリフィス１２３を開閉する構造とすることもできる。

また、本発明によれば、ソレノイドバルブ１０９への通電停止から開閉用オリフィス１２３の閉鎖までのタイミングが算出可能であることから、バルブシート部１２８の摩耗に起因する場合のみならず、燃料噴射弁１７の製造ばらつきに起因する燃料噴射量や噴射タイミングのずれも抑圧することができる。

また、本発明による燃料噴射量や噴射タイミングの補正は、パイロット噴射以外の噴射に対しても実行可能である。

また、本発明による燃料噴射量や噴射タイミングの補正は、例えばエンジン始動時に毎回行ってもよいし、所定運転時間毎に行ってもよい。また、所定走行距離毎など、様々な頻度で実行可能である。

１７（１７Ａ、１７Ｂ）：燃料噴射弁、５０：制御装置（ＥＣＵ）、１０４：ノズルニードル、１０９：ソレノイドバルブ、１１９：背圧制御室、１２３：開閉用オリフィス、１３０：アーマチュアプレート、１３１：アーマチュアボルト、１３３：アーマチュアスプリング、２３０：アーマチュアプレート、２３１：アーマチュアボルト、２３３：アーマチュアスプリング

Claims (6)

1. 複数の部材からなるアーマチュアを有するソレノイドバルブを備える燃料噴射弁の噴射タイミングを補正する方法であって、
   前記ソレノイドバルブへの通電終了後に生ずる逆起電流が最大となった時点と、前記逆起電流が最大となった後、前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点とに基づき、前記燃料噴射弁の噴射タイミングを補正することを特徴とする燃料噴射制御方法。
2. 前記ソレノイドバルブへの通電終了後に生ずる逆起電流が最大となった時点よりも、前記逆起電流が最大値となった時点と前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点との間隔だけ前の時点を、前記ソレノイドバルブの閉弁タイミングとして算出し、当該閉弁タイミングに基づき噴射タイミングを補正することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射制御方法。
3. 前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点において、当該微分値は、第１微分値から第２微分値に変化するものであり、前記第１微分値及び第２微分値は共に負の数であることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射制御方法
4. 前記第１微分値は前記第２微分値よりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載の燃料噴射制御方法。
5. 前記ソレノイドバルブは、ノズルニードルの後端側の背圧制御室の開閉用オリフィスを開閉するアーマチュアボルトと、通電時にソレノイドに吸引され、前記アーマチュアボルトを上昇させるアーマチュアプレートと、前記アーマチュアプレートを上方に付勢するアーマチュアスプリングとを備え、
   前記アーマチュアプレートは、通電終了後に、前記アーマチュアボルトが前記開閉用オリフィスを閉鎖した後も下降を続け、その後前記アーマチュアスプリングの付勢力により初期位置に復帰するものであり、
   前記逆起電流が最大値となる時点を、前記アーマチュアプレートが最下点となる時点として計測し、前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点を、前記アーマチュアプレートが最下点から上昇に転じた後最初に初期位置に復帰した時点として計測することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射制御方法
6. 内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁は、複数の部材からなるアーマチュアを有するソレノイドバルブを備え、
   前記ソレノイドバルブへの通電終了後に生ずる逆起電流が最大となった時点と、前記逆起電流が最大となった後、前記逆起電流の微分値が不連続に変化する時点とに基づき、前記燃料噴射弁の噴射タイミングを補正することを特徴とする燃料噴射制御装置。
   

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