JP7306830B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、燃料噴射弁の動作を制御する制御装置に関する。

内燃機関に設けられる燃料噴射弁として、コイルで生じた電磁力で内部のニードルを動作させることにより、燃料の出口である噴孔の開閉を切り換える構成のものが知られている。

例えば下記特許文献１に記載の燃料噴射弁は、ハウジングの内部に固定された固定コアと、ハウジングの内部において移動可能な状態で配置された可動コアと、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイルと、を備えている。燃料噴射弁から燃料が噴射される際には、コイルに電流が供給される。そのとき発生した電磁力によって、可動コアがニードルと共に固定コア側に移動し、噴孔が開かれた状態となる。

特許第５９６５２５３号公報

上記のような構成の燃料噴射弁では、内部で動作する部材、すなわち可動コアやニードルが、開弁時において他の部材と衝突する。衝突の衝撃が大きいと、一部の部材が破損又は摩耗することで、正常な燃料噴射を行えない状態になってしまうことがある。

そこで、本発明者らは上記の問題を解決するために、開弁時において、コイルに対する駆動電流の供給を一時的に停止させることを検討している。駆動電流の供給を一時的に停止させれば、開弁方向に移動するニードルや可動コアの動作速度が低下するので、衝突のエネルギーを低減することが可能となる。駆動電流の供給を停止させる期間が長いほど、衝突のエネルギーは小さくなる。

しかしながら、駆動電流の供給を停止させる期間を長くし過ぎると、開弁時であるにも拘らずニードルが閉弁方向に動作してしまう可能性がある。この場合、燃料の噴射量が要求噴射量に比べて小さくなるので、やはり正常な燃料噴射を行うことができない。

本開示は、開弁時における衝突エネルギーを低減しながらも、燃料噴射弁に正常な燃料噴射を行わせることのできる制御装置、を提供することを目的とする。

本開示に係る制御装置は、燃料噴射弁（１０）の動作を制御する制御装置（２０）である。制御対象である燃料噴射弁は、燃料を噴射するための噴孔（５１１）が形成されたハウジング（１００）と、ハウジングの内部において移動することにより噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、ニードルを動作させるための電磁力を発生させるコイル（６００）と、を有するものである。この制御装置は、コイルに供給される駆動電流を調整する電流調整部（２１）と、ニードルの動作を検知する動作検知部（２３）と、を備える。電流調整部は、開弁時において、コイルに対する駆動電流の供給を、予め設定された停止期間だけ一時的に停止させる制御を行うように構成されている。制御装置は、開弁時においてニードルが閉弁方向に動作してしまうことの無いよう、停止期間の長さを調整する時間調整部（２２）を更に備えている。

このような制御装置では、電流調整部が、コイルに対する駆動電流の供給を、予め設定された停止期間だけ一時的に停止させる制御を行う。これにより、開弁時における衝突エネルギーを低減することができる。上記の停止期間は、開弁時においてニードルが閉弁方向に動作してしまうことの無いように、時間調整部によってその長さが調整される。停止期間が長くなり過ぎて、ニードルが閉弁方向に動作してしまうようなことが防止されるので、燃料噴射弁に正常な燃料噴射を行わせることができる。

本開示によれば、開弁時における衝突エネルギーを低減しながらも、燃料噴射弁に正常な燃料噴射を行わせることのできる制御装置、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る制御装置、及びその制御対象である燃料噴射弁の構成を示す図である。 図２は、ニードルの動作と駆動信号との関係について説明するための図である。 図３は、ニードルの動作と駆動信号との関係について説明するための図である。 図４は、ニードルの動作と駆動電流との関係について説明するための図である。 図５は、ニードルの動作と駆動電流との関係について説明するための図である。 図６は、第１実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態に係る制御装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態について説明する。本実施形態に係る制御装置２０は、燃料噴射弁１０の動作を制御するための装置として構成されている。制御装置２０の説明に先立ち、制御対象である燃料噴射弁１０の構成について図１を参照しながら説明する。

燃料噴射弁１０は、不図示の内燃機関に設けられ、当該内燃機関に燃料を噴射し供給するための装置である。本実施形態では、上記の燃料として気体燃料、具体的には天然ガスや水素ガスが用いられる。燃料噴射弁１０は、ハウジング１００と、ニードル２００と、可動コア３００と、固定コア４００と、コイル６００と、を備えている。

ハウジング１００は、その全体が概ね筒状の容器として形成された部材である。後述のニードル２００、可動コア３００、及び固定コア４００は、いずれもハウジング１００の内部に収容されている。図１では、ハウジング１００がその長手方向を上下方向に沿わせた状態が描かれている。後に説明するように、燃料噴射弁１０では、ハウジング１００の長手方向に沿ってニードル２００が移動することにより、燃料の出口である噴孔５１１の開閉が切り換えられる。

具体的には、ニードル２００が図１における上方向、すなわち噴孔５１１から導入口１４３に向かう方向に移動すると、噴孔５１１が開かれて燃料の噴射が開始される。このため、当該方向のことを以下では「開弁方向」とも称する。

噴孔５１１から燃料が噴射されている状態から、ニードル２００が図１における下方向、すなわち導入口１４３から噴孔５１１に向かう方向に移動すると、噴孔５１１が閉じられて燃料の噴射が停止される。このため、当該方向のことを以下では「閉弁方向」とも称する。

ハウジング１００は、第１筒状部材１１０と、第２筒状部材１２０と、第３筒状部材１３０と、第４筒状部材１４０と、を有している。これらはいずれも略円筒状の部材として形成されており、それぞれの中心軸を互いに一致させた状態で配置されている。

第１筒状部材１１０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も下流側となる位置に配置された部材である。第１筒状部材１１０は磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されており、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。第１筒状部材１１０の内部には空間１１１が形成されており、この空間１１１に後述のニードル２００が収容されている。

第１筒状部材１１０のうち最も閉弁方向側の端部には、噴射ノズル５００が内側に圧入され溶接されている。噴射ノズル５００はハウジング１００の一部をなすものであって、円筒部５２０と閉塞部５１０とを有している。円筒部５２０は円筒状に形成された部分である。円筒部５２０は、その中心軸を第１筒状部材１１０の中心軸と一致させた状態で、第１筒状部材１１０の内側に嵌め込まれている。円筒部５２０の内周面５２１は、ニードル２００の摺接部２２２が当接した状態で摺動する面となっている。

閉塞部５１０は、円筒部５２０のうち閉弁方向側の端部を塞ぐように形成された部分である。閉塞部５１０には噴孔５１１が形成されている。噴孔５１１は、第１筒状部材１１０の中心軸に沿って閉塞部５１０を貫くように形成された貫通穴である。噴孔５１１によって、第１筒状部材１１０の内部の空間１１１と外部空間とが連通されている。噴孔５１１は、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の出口として形成されている。このように、燃料噴射弁１０では、燃料を噴射するための噴孔５１１が、ハウジング１００の長手方向における一端に形成されている。

閉塞部５１０の内面には、噴孔５１１の周囲を囲むように弁座５１２が形成されている。弁座５１２は、噴孔５１１を塞ぐために、ニードル２００のシール部２２１が当接する部分である。

噴射ノズル５００は、その全体がマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。また、噴射ノズル５００のうちニードル２００が当接する部分、すなわち弁座５１２と内周面５２１とには、窒化処理が施されている。内周面５２１には、摩擦力を低下させるためのＤＬＣコートが更に施されていてもよい。

第１筒状部材１１０のうち噴射ノズル５００とは反対側の部分、つまり開弁方向側の部分は拡径されており、当該部分から更に開弁方向側に向かって伸びるように拡径円筒部１１２が形成されている。拡径円筒部１１２の内周面は、後に説明するように可動コア３００の一部が当接した状態で摺動する部分となっている。このため、拡径円筒部１１２には窒化処理が施されている。拡径円筒部１１２のうち開弁方向側の端部には、第２筒状部材１２０のうち閉弁方向側の端部が接続されている。

第２筒状部材１２０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第１筒状部材１１０よりも上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第２筒状部材１２０の内径及び外径は、拡径円筒部１１２の内径及び外径とそれぞれ等しい。第２筒状部材１２０は、非磁性体であるオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第２筒状部材１２０のうち開弁方向側の端部には、第３筒状部材１３０のうち閉弁方向側の端部が接続されている。

第３筒状部材１３０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第２筒状部材１２０よりも上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第３筒状部材１３０の内径及び外径は、第２筒状部材１２０の内径及び外径とそれぞれ等しい。第３筒状部材１３０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。第３筒状部材１３０のうち開弁方向側の部分には、第４筒状部材１４０のうち閉弁方向側の部分が内側に圧入され溶接されている。

第４筒状部材１４０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も上流側となる位置に配置された略円筒形状の部材である。第４筒状部材１４０はオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第４筒状部材１４０のうち最も開弁方向側の端部には導入口１４３が形成されている。導入口１４３は、外部から導入される燃料の入口として形成された開口である。

第４筒状部材１４０の内部に形成された空間１４１のうち、導入口１４３の近傍となる位置には、フィルタ１４２が設けられている。フィルタ１４２は、導入口１４３から導入された燃料に含まれる異物を捕集するためのものである。

ニードル２００は、ハウジング１００の内部に配置された棒状の部材である。ニードル２００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の長手方向に沿って移動可能な状態で配置されている。ニードル２００はマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。ニードル２００のうち噴射ノズル５００側の端部には、シール部２２１が形成されている。

ニードル２００が可動範囲のうち最も閉弁方向側まで移動すると、図１に示されるようにシール部２２１が弁座５１２に当接し、噴孔５１１が閉じられた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止される。ニードル２００が開弁方向側に移動し、シール部２２１が弁座５１２から離れると、噴孔５１１が開かれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が行われる。このように、ニードル２００は、ハウジング１００の内部において長手方向に沿って移動することにより、噴孔５１１の開閉を切り換えるための部材として設けられている。

ニードル２００の側面のうち、シール部２２１よりも僅かに開弁方向側となる位置には、外方に向けて突出する摺接部２２２が複数形成されている。摺接部２２２は、その先端を円筒部５２０の内周面５２１に当接させた状態で摺動する部分である。複数の摺接部２２２は、ニードル２００の周方向に沿って並ぶように形成されている。互いに隣り合う摺接部２２２同士の間には、燃料が通るための経路として凹部２２３が形成されている。ニードル２００のうちシール部２２１及び摺接部２２２には、窒化処理が施されている。摺接部２２２には更にＤＬＣコートが施されている。これにより、摺接部２２２と内周面５２１との間における摩擦抵抗が低下している。

ニードル２００は、後に説明する可動コア３００を、図１の上下方向に沿って貫いた状態で配置されている。ニードル２００の開弁方向側端部は、可動コア３００の開弁方向側端部よりも、更に開弁方向側に配置されている。ニードル２００の開弁方向側部分における側面には、外方に向けて突出するように大径部２１０が形成されている。大径部２１０のうち可動コア３００側、つまり閉弁方向側の面は、可動コア３００のうち開弁方向側の端面に当接している。

ニードル２００には、その開弁方向側の端部から、閉弁方向に向かって後退するように凹部２０１が形成されている。凹部２０１は、ニードル２００のうち大径部２１０の開弁方向側端部から、可動コア３００よりも閉弁方向側となる位置まで伸びるように形成された凹状の空間である。ニードル２００のうち開弁方向側の端部では、凹部２０１が外部に開放されている。凹部２０１のうち可動コア３００よりも閉弁方向側となる位置では、ニードル２００に貫通穴２０２が形成されている。この貫通穴２０２により、凹部２０１と空間１１１とが連通されている。

可動コア３００は、その全体が略円柱形状に形成された部材である。可動コア３００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ニードル２００と共にハウジング１００の長手方向に沿って移動可能な状態で配置されている。先に述べた「開弁方向」は、可動コア３００及びニードル２００が噴孔５１１から遠ざかる方向、ということもできる。また、「閉弁方向」は、可動コア３００及びニードル２００が噴孔５１１に近づく方向、ということもできる。

可動コア３００は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。可動コア３００の中央には、これをハウジング１００の中心軸に沿って貫くように貫通穴３１３が形成されている。先に説明したニードル２００は、この貫通穴３１３に挿通されている。

可動コア３００のうち開弁方向側の端面には、ニードル２００の大径部２１０が当接している。尚、可動コア３００の開弁方向側の端面の一部は、後に説明するように、開弁時において固定コア４００に当たる部分となっている。可動コア３００の開弁方向側の端面では、ニードル２００の大径部２１０が当接する部分と、固定コア４００に当たる部分と、のそれぞれに対して窒化処理が施されている。また、大径部２１０のうち閉弁方向側の端面にも窒化処理が施されている。

可動コア３００のうち閉弁方向側の部分は拡径されており、側方に向けて突出する拡径部３１１が形成されている。拡径部３１１の外周面３１２は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２の内周面に当接している。可動コア３００が移動する際には、拡径部３１１の外周面３１２が拡径円筒部１１２の内周面に当接した状態で摺動する。外周面３１２には窒化処理が施されており、更にＤＬＣコートが施されている。

固定コア４００は、可動コア３００と同様に、その全体が略円柱形状に形成された部材である。固定コア４００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の内部に固定されている。固定コア４００が設けられている位置は、開弁方向側において可動コア３００と隣り合う位置である。図１のようにニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接しているときにおいては、固定コア４００と可動コア３００との間には隙間が形成されている。

固定コア４００は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。固定コア４００のうち可動コア３００側の端面は、可動コア３００が当たる部分となっている。このため、当該端面には窒化処理が施されている。

固定コア４００の中央には、これをハウジング１００の中心軸に沿って貫くように貫通穴４０１が形成されている。先に説明したニードル２００の凹部２０１は、この貫通穴４０１によって第４筒状部材１４０の空間１４１に連通されている。

貫通穴４０１のうち可動コア３００側の部分には、ニードル２００の大径部２１０が挿通されている。大径部２１０の外周面は、貫通穴４０１の内周面に当接している。

ハウジング１００の内部において固定コア４００が配置されている位置は、第３筒状部材１３０と概ね対向する位置となっている。固定コア４００の外側面は、第３筒状部材１３０の内周面に対して溶接によって固定されている。

コイル６００は、駆動電流の供給を受けて、ニードル２００を動作させるための電磁力を生じさせるものである。コイル６００はボビン６１０に巻かれた状態で、ハウジング１００のうち第２筒状部材１２０の全体と、第３筒状部材１３０の一部とを外側から覆うように配置されている。コイル６００に駆動電流が供給されると、固定コア４００、可動コア３００、拡径円筒部１１２、及び第３筒状部材１３０等を磁束が通るように磁気回路が形成される。その結果として、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、可動コア３００は、ニードル２００と共に開弁方向側に移動する。コイル６００に対する駆動電流の供給が停止すると、上記の磁気吸引力は０となる。その際、可動コア３００は、後述の付勢部材８２０の付勢力によって、ニードル２００と共に閉弁方向側に移動する。

燃料噴射弁１０のその他の構成について説明する。固定コア４００に形成された貫通穴４０１のうち、開弁方向側の部分には、アジャスティングパイプ４３０が圧入され固定されている。アジャスティングパイプ４３０は円筒形状の部材であって、その内側には、ハウジング１００の長手方向に沿って貫くように貫通穴４３１が形成されている。

貫通穴４０１のうちアジャスティングパイプ４３０よりも閉弁方向側の部分には、付勢部材８２０が配置されている。付勢部材８２０は、その伸縮方向がハウジング１００の長手方向に沿っている弾性部材であって、具体的にはコイルばねである。付勢部材８２０の一端は、アジャスティングパイプ４３０の閉弁方向側端部に当接している。付勢部材８２０の他端は、ニードル２００の開弁方向側端部に当接している。

付勢部材８２０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、ニードル２００は、付勢部材８２０によって閉弁方向側に付勢されている。

可動コア３００の閉弁方向側には、付勢部材８１０が配置されている。付勢部材８１０は、その伸縮方向がハウジング１００の長手方向に沿っている弾性部材であって、具体的にはコイルばねである。付勢部材８１０の一端は、可動コア３００の閉弁方向側の端面に当接している。付勢部材８１０の他端は、第１筒状部材１１０のうち開弁方向側の端部近傍に形成された段差部分に当接している。

付勢部材８１０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、可動コア３００は、付勢部材８１０からの力によってニードル２００の大径部２１０に対して押し付けられている。その結果、ニードル２００と可動コア３００との両方が、付勢部材８１０によって開弁方向側に付勢されている。付勢部材８１０と付勢部材８２０とが設けられていることにより、大径部２１０と可動コア３００とが互いに当接している状態が維持されている。

本実施形態では、付勢部材８２０の付勢力が、付勢部材８１０の付勢力よりも大きくなっている。このため、コイル６００に対する駆動電流の供給が停止しており、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生していないときには、ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態となる。

コイル６００、第３筒状部材１３０、及び第４筒状部材１４０の一部は、樹脂９００によって外側からモールドされている。この樹脂９００の一部は外側に向かって突出しており、突出した部分がコネクタ９１０として形成されている。コネクタ９１０は、コイル６００に対して駆動電流を供給するための線が接続される部分である。コネクタ９１０の内側には給電端子９２０が配置されている。給電端子９２０は、コイル６００に繋がる給電線の一端に設けられた端子である。コイル６００への駆動電流の供給はこの給電端子９２０から行われる。

樹脂９００のうち、第３筒状部材１３０をモールドしている部分の更に外側には、ホルダ７００が配置されている。ホルダ７００は磁性体からなる筒状の部材であって、拡径円筒部１１２の外側となる位置から、コイル６００の開弁方向側端部よりも更に開弁方向側となる位置まで伸びるように形成されている。ホルダ７００の内側であって、且つコイル６００よりも開弁方向側となる位置にはカバー７１０が配置されている。カバー７１０は、磁性体からなる略円管状の部材であって、第３筒状部材１３０を外側から囲むように配置されている。カバー７１０のうちコネクタ９１０の近傍となる部分は、コネクタ９１０との干渉を避けるために切り欠かれている。このため、図１においては、第３筒状部材１３０の右側となる位置においてのみカバー７１０の断面が表れている。ホルダ７００及びカバー７１０は、コイル６００で発生した磁束が通る磁気回路の一部を成すものである。

燃料噴射弁１０の動作について説明する。第４筒状部材１４０には、導入口１４３から燃料が供給されている。コイル６００への駆動電流の供給が行われていないときには、既に述べたように噴孔５１１はニードル２００によって閉じられている。このため、燃料噴射弁１０の内部は燃料によって加圧された状態となっている。

コイル６００への駆動電流の供給が開始されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生し、可動コア３００は開弁方向側に移動する。その際、ニードル２００の大径部２１０は可動コア３００の端面に当接しているので、可動コア３００と共にニードル２００も開弁方向側に移動する。ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２から離れて、噴孔５１１が開かれた状態になるので、噴孔５１１からの燃料の噴射が開始される。開弁方向側に移動し始めた可動コア３００はその後、固定コア４００に当たって止まる。

燃料は、導入口１４３から空間１４１に流入した後、貫通穴４３１、貫通穴４０１、凹部２０１、貫通穴２０２、及び空間１１１を順に通り、噴孔５１１から外部へと噴射される。

噴孔５１１が開かれている状態で、コイル６００への駆動電流の供給が停止されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が働かなくなる。可動コア３００及びニードル２００は、付勢部材８２０の付勢力によって閉弁方向側に移動し、最終的にはシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止する。

引き続き図１を参照しながら、本実施形態に係る制御装置２０について説明する。先に述べたように、制御装置２０は、燃料噴射弁１０の動作を制御するための装置である。制御装置２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するコンピュータシステムとして構成されている。

制御装置２０は、燃料噴射弁１０の動作を制御するための専用の装置として構成されていてもよいのであるが、他の制御装置の一部として構成されていてもよい。例えば、内燃機関の動作全体を制御するエンジンＥＣＵの一部として、制御装置２０が構成されているような態様であってもよい。

制御装置２０は、機能的な制御ブロックとして、電流調整部２１と、時間調整部２２と、動作検知部２３と、を備えている。電流調整部２１は、コイル６００に供給される駆動電流を調整する処理を行う部分である。電流調整部２１は、コイル６００に対する駆動電流の供給や停止を行うタイミングを適宜調整することで、燃料噴射弁１０の開閉動作を制御する。

電流調整部２１は、不図示の電流回路に駆動信号を送信することで、コイル６００に供給される駆動電流の調整を行う。電流回路とは、不図示の車載バッテリからコイル６００に駆動電流の供給を行うための回路である。このような電流回路は、制御装置２０の外部に設けられていてもよく、制御装置２０の内部に設けられていてもよい。

電流調整部２１によって上記の駆動信号がＯＮとされると、電流回路からコイル６００に駆動電流が供給される。電流調整部２１によって駆動信号がＯＦＦとされると、コイル６００への駆動電流の供給が停止される。電流調整部２１によって行われる具体的な処理の内容については後に説明する。尚、時間調整部２２及び動作検知部２３のそれぞれの機能については、上記処理の説明において合わせて説明することとする。

図２及び図３を参照しながら、制御装置２０によって実行される処理の概要について説明する。図２（Ａ）に示されるのは、燃料噴射弁１０による燃料の噴射が行われる際における、駆動信号の時間変化の例である。図２（Ｂ）に示されるのは、図２（Ａ）のように駆動信号が変化した場合における、ニードル２００のリフト量の時間変化の例である。ここでいう「リフト量」とは、ハウジング１００の長手方向に沿ったニードル２００の位置のことである。図２（Ｂ）では、ニードル２００が開弁方向に移動するほど、リフト量の値が大きくなるように描かれている。

図２の例では、時刻ｔ０において駆動信号がＯＮとされ、その後の時刻ｔ１０において駆動信号がＯＦＦとされている。時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間の長さ、すなわち駆動信号がＯＮとされる期間の長さは、燃料噴射量の目標値である目標噴射量に応じて予め設定された長さとなっている。

このように、駆動信号が連続的にＯＮとされた場合には、可動コア３００に働く磁気吸引力が比較的大きなものとなる。このため、図２（Ｂ）の例では、可動コア３００が速い速度のまま固定コア４００に衝突しており、その勢いで、衝突後においてニードル２００が更に開弁方向側へと移動している。その後、ニードル２００は閉弁方向側へと移動し、大径部２１０が可動コア３００に当接した状態となる。図２（Ｂ）では、ニードル２００が最も開弁方向側まで移動した時刻が時刻ｔ１として示されている。

開弁時において、可動コア３００やニードル２００が上記のように動作した場合には、衝突に伴って大きな音が発生したり、可動コア３００が破損又は摩耗したりしてしまうことが懸念される。また、ニードル２００は、最も開弁方向側まで移動した後に再び閉弁方向へ移動し、大径部２１０が可動コア３００に衝突する。このため、当該衝突に伴っても可動コア３００等が破損又は摩耗してしまう可能性がある。

そこで、本実施形態に係る制御装置２０の電流調整部２１は、開弁時の途中において駆動電流の供給を一時的に停止させることで、上記のような衝突のエネルギーを低減することとしている。

図３には、その具体的な例が示されている。図３（Ａ）では、駆動信号の時間変化の例が図２（Ａ）と同様の方法で示されている。図３（Ｂ）では、ニードル２００のリフト量の時間変化の例が図２（Ｂ）と同様の方法で示されている。

図３の例では、図２の例と同様に、時刻ｔ０において駆動信号がＯＮとされている。ただし、時刻ｔ０よりも後の時刻ｔ２において、駆動信号が一旦ＯＦＦとされている。更にその後の時刻ｔ３において、駆動信号は再びＯＮとされており、当該状態は時刻ｔ１０まで継続されている。

図３（Ａ）においては、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの期間が、期間ＴＭ１として示されている。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間が、期間ＴＭ２として示されている。更に、時刻ｔ３から時刻ｔ１０までの期間が、期間ＴＭ３として示されている。時刻ｔ０から時刻ｔ１０までの期間、すなわち、上記の期間ＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３の全体の期間が、図３（Ａ）においては期間ＴＭ０として示されている。期間ＴＭ０の長さは、先に述べたように目標噴射量に応じて予め設定された長さとなっている。

本実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間ＴＭ２において、コイル６００に対する駆動電流の供給が一時的に停止された状態となる。このように、電流調整部２１は、燃料噴射弁１０の開弁時において、コイル６００に対する駆動電流の供給を、予め設定された期間ＴＭ２の間だけ一時的に停止させる制御を行うように構成されている。期間ＴＭ２は、本実施形態における「停止期間」に該当する。

上記のように、コイル６００に対する駆動電流の供給が停止期間において一時的に停止されると、開弁方向に移動する可動コア３００やニードル２００の速度は抑制される。図３（Ｂ）に示される例では、衝突直前におけるニードル２００等の移動速度が、図２（Ｂ）の場合に比べて小さくなっている。このため、衝突後におけるニードル２００の更なる移動はほとんど生じておらず、可動コア３００及びニードル２００はほぼ同じタイミングで動作を停止している。

図４（Ａ）に示されるのは、停止期間において上記のように駆動信号が一時的にＯＦＦとされた場合における、駆動電流の時間変化の例を示すグラフである。図４（Ａ）の例では、停止期間において駆動信号が一旦ＯＦＦとされたことに伴って、時刻ｔ４から駆動電流が急激に小さくなっている。その後の時刻ｔ５までの期間においては、駆動電流は概ね０となっている。その後、停止期間が終了し駆動信号が再びＯＮとされたことに伴って、時刻ｔ５以降においては駆動電流が次第に増加している。尚、時刻ｔ８において駆動電流が低下しているのは、燃料噴射弁１０による燃料の噴射が停止されたことに伴うものである。

図４（Ｂ）に示されるのは、図４（Ａ）のように駆動電流が変化した場合における、ニードル２００のリフト量の時間変化の例である。図４（Ｂ）に示される例では、図３（Ｂ）に示される例と同様に、衝突直前におけるニードル２００等の移動速度が比較的小さくなっており、衝突のエネルギーが適切に低減されている。

ところで、開弁時において可動コア３００と固定コア４００等との衝突エネルギーを低減する、という観点の下では、停止期間の長さ、すなわち図３（Ａ）の期間ＴＭ２の長さは可能な限り長くすることが好ましい。しかしながら、停止期間を長くし過ぎてしまうと、ニードル２００を開弁方向に移動させるためのエネルギーが不足してしまうこととなる。その結果、開弁時であるにも拘らず、ニードル２００が閉弁方向に移動してしまうようなことが起こり得る。尚、設定された停止期間の長さが当初は適切であったとしても、燃料噴射弁１０の経時変化に伴い、当該停止期間が長すぎる状態となってしまう場合も生じ得る。

このような例について、図５を参照しながら説明する。図５（Ａ）では、駆動電流の時間変化の例が図４（Ａ）と同様の方法で示されている。図５（Ｂ）では、ニードル２００のリフト量の時間変化の例が図４（Ｂ）と同様の方法で示されている。

図５（Ａ）の例では、停止期間において駆動信号が一旦ＯＦＦとされたことに伴って、時刻ｔ４から駆動電流が急激に小さくなっている。その後の時刻ｔ６までの期間においては、駆動電流は概ね０となっている。その後、停止期間が終了し駆動信号が再びＯＮとされたことに伴って、時刻ｔ６以降においては駆動電流が次第に増加している。

図５（Ａ）の例では、図４（Ａ）の例に比べて停止期間が長く設定されている。このため、時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間の長さは、図４（Ａ）における時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間の長さに比べて長くなっている。

停止期間が長く設定されたことに起因して、図５の例では、ニードル２００を開弁方向に移動させるためのエネルギーが不足している。このため、図５（Ｂ）に示されるように、開弁が行われる途中の期間ＴＭ１０において、ニードル２００のリフト量が一時的に減少している。つまり、ニードル２００が閉弁方向に移動してしまっている。この場合、燃料噴射弁１０からの燃料の噴射量が要求噴射量に比べて小さくなるので、正常な燃料噴射を行うことができなくなってしまう。尚、ニードル２００の閉弁方向への動作は、開弁の途中において生じることもあれば、開弁が一旦完了した後に生じることもある。

そこで、本実施形態に係る制御装置２０では、停止期間の長さを常に一定とするのではなく、ニードル２００が閉弁方向に動作してしまうことの無いように適宜調整することとしている。制御装置２０が備える時間調整部２２は、このように停止期間の長さを調整する処理を行う部分として設けられている。例えば、ニードル２００が閉弁方向に動作したことが検知された場合には、時間調整部２２は、停止期間の長さをそれまでよりも短くする処理を行う。これにより、停止期間の長さを適切な長さに調整することができる。その結果、開弁時における衝突エネルギーを低減しながらも、燃料噴射弁１０に正常な燃料噴射を行わせることが可能となる。

開弁時において、ニードル２００が閉弁方向に動作したことを検知するために、専用のセンサを燃料噴射弁１０に設けることも考えられる。しかしながら、そのようなセンサを設けた場合には、燃料噴射弁１０のコストが上昇してしまう。そこで、本実施形態に係る制御装置２０は、上記のようなセンサを設けることなく、駆動電流の時間変化に基づいてニードル２００の動作を検知することとしている。制御装置２０が備える動作検知部２３は、ニードル２００の動作をこのように検知する処理を行う部分として設けられている。

図５（Ａ）に示されるように、開弁時においてニードル２００が閉弁方向に動作すると、時刻ｔ６よりも後の時刻ｔ７において、駆動電流の変化を示すグラフに変曲点が生じる。動作検知部２３は、コイル６００を流れる駆動電流に基づいてニードル２００の動作を検知する。具体的には、駆動電流の時間変化において変曲点が生じたか否かに基づいて、ニードル２００が閉弁方向に動作したことを検知する。

上記のような検知を可能とするために、駆動電流の大きさは、例えば電流回路に設けられた電流センサによって常に測定されており、その測定値が制御装置２０へと入力されている。

制御装置２０によって行われる処理の具体的な流れについて、図６を参照しながら説明する。図６に示される一連の処理は、燃料噴射弁１０による燃料の噴射が行われるごとに、制御装置２０によって繰り返し実行されるものである。

当該処理の最初のステップＳ０１では、駆動信号をＯＮとする処理が電流調整部２１によって行われる。駆動信号は、予め設定された所定期間の間だけＯＮとされる。この所定期間は、図３（Ａ）に示される期間ＴＭ１である。本実施形態では、駆動信号がＯＮとされる期間ＴＭ１の長さが固定されている。このような態様に換えて、期間ＴＭ１の長さが車両の走行状況等によって変更されることとしてもよい。

ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、駆動信号をＯＦＦとする処理が電流調整部２１によって行われる。駆動信号は、予め設定された停止期間の間だけＯＦＦとされる。この停止期間は、図３（Ａ）に示される期間ＴＭ２である。

ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、駆動信号を再びＯＮとする処理が電流調整部２１によって行われる。駆動信号は、予め設定された所定期間の間だけＯＮとされる。この所定期間は、図３（Ａ）に示される期間ＴＭ３である。

先に述べたように、図３（Ａ）に示される期間ＴＭ０の長さは、目標噴射量に応じて予め設定された長さとなっている。ステップＳ０３では、この期間ＴＭ０の長さから、期間ＴＭ１及び期間ＴＭ２のそれぞれの長さを差し引くことにより期間ＴＭ３が設定され、当該期間ＴＭ３の間だけ駆動信号がＯＮとされる。

ステップＳ０１乃至ステップＳ０３の処理が行われると、その後又はその途中のタイミングにおいてニードル２００が開弁方向に動作し始める。動作検知部２３は、コイル６００に供給される駆動電流の大きさを常に監視しており、これに基づいてニードル２００の動作を監視している。ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、ニードル２００の閉弁方向への動作を検知する処理が動作検知部２３によって行われる。図４（Ｂ）を参照しながら説明したように、再び増加を開始した後の駆動電流の変化において変曲点が存在した場合には、動作検知部２３は、ニードル２００が閉弁方向に動作したことを検知する。

ニードル２００の閉弁方向への動作が検知されなかった場合には、期間ＴＭ２の長さの調整を行うことなく、図６に示される一連の処理を終了する。ニードル２００の閉弁方向への動作が検知された場合にはステップＳ０５に移行する。

ステップＳ０５では、現時点において設定されている期間ＴＭ２の長さから、予め設定された一定時間Δｔを差し引いて、得られた値を新たな期間ＴＭ２、すなわち停止期間として設定する処理が行われる。当該処理は時間調整部２２によって行われる。一定時間Δｔは、停止期間を調整する際における変化量として予め設定された微小時間である。

次回の燃料噴射時において、図６に示される一連の処理が実行される際には、ステップＳ０２において、上記のように短く変更された期間ＴＭ２が停止期間として用いられる。停止期間を前回よりも短くすることで、開弁時においてニードル２００が閉弁方向に動作してしまうことが防止される。尚、次回の燃料噴射時においてもニードル２００の閉弁方向への動作が検知された場合には、ステップＳ０５において、停止期間が更に短く変更されることとなる。

以上のように、開弁時においてニードル２００が閉弁方向に動作したことが、動作検知部２３によって検知された場合には、時間調整部２２は、停止期間の長さをそれまでよりも短くする処理を行う。これにより、停止期間が長すぎることに伴うニードル２００の閉弁方向への動作の発生を、可能な限り抑制することができる。また、燃料噴射弁１０の経時変化に伴って、当初は適切だった停止期間が長すぎる状態となってしまった場合でも、状況に応じて停止期間を適切な長さに変更することができる。これにより、燃料噴射弁１０に正常な燃料噴射を行わせることができる。

本実施形態では、燃料噴射弁１０によって噴射される燃料が気体燃料となっている。この場合、可動コア３００やニードル２００が動作時に受ける抵抗が、液体燃料の場合に比べて小さくなり、開弁時の衝突エネルギーが大きくなる傾向がある。このため、以上に説明したような制御を実行することの効果が大きい。しかしながら、制御装置２０による上記制御は、液体燃料を噴射する燃料噴射弁１０に対して実行されてもよい。

尚、図６に示される一連の処理のうち、ステップＳ０４及びステップＳ０５の処理、即ち停止期間の長さを調整する処理は、本実施形態のように燃料噴射の度に毎回行われてもよいのであるが、複数回に１回ずつ行われてもよい。

第２実施形態について説明する。本実施形態では、制御装置２０によって実行される処理の態様において第１実施形態と異なっている。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図７に示される一連の処理は、本実施形態に係る制御装置２０によって実行されるものであり、図６に示される一連の処理に換えて実行されるものである。図７に示される一連の処理のうち、ステップＳ０１からステップＳ０３までの処理は、図６におけるステップＳ０１からステップＳ０３までと同じである。

ステップＳ０３の処理が行われた後は、本実施形態ではステップＳ１１に移行する。ステップＳ１１では、実行条件が成立したか否かを判定する処理が行われる。「実行条件」とは、時間調整部２２による停止期間の長さの調整が実行されるために必要な条件として、予め設定された条件である。つまり、時間調整部２２による停止期間の長さの調整が、本実施形態では実行条件が成立した際に行われる。

本実施形態では、車両において内燃機関が始動された後に、当該内燃機関の回転数が一定となったこと、が上記の実行条件として設定されている。ここでいう「回転数が一定となった」とは、内燃機関の回転数が始動後において安定し、その回転数の変化が所定範囲に収まる状態となったことを意味する。本実施形態では、内燃機関の回転数が一定となってから停止期間の長さを調整するので、当該調整を常に適切に行うことができる。

本実施形態では、ステップＳ１１において実行条件が成立したと判定されるのは、内燃機関が動作している期間において１回のみとなっている。このため、時間調整部２２による停止期間の長さの調整は、内燃機関が始動された後の１回だけ行われることとなる。次回の調整は、内燃機関が一旦停止した後、その後において再び始動された後に行われる。

ステップＳ１１において実行条件が成立していた場合には、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２では、図６のステップＳ０４と同様に、ニードル２００の閉弁方向への動作を検知する処理が動作検知部２３によって行われる。

尚、停止期間は予め適切な長さに設定されているので、多くの場合、ニードル２００の閉弁方向への動作は検知されない。ニードル２００の閉弁方向への動作が検知されなかった場合には、ステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３に移行した場合には、停止期間は十分に短くなっていると考えられる。しかしながら、停止期間が短すぎると、図２（Ｂ）に示される例のように、可動コア３００と固定コア４００等との間の衝突のエネルギーが大きくなり過ぎてしまう。停止期間は、ニードル２００の閉弁方向への動作が生じない範囲において、可能な限り長くすることが好ましい。

そこで、ステップＳ１３では、現時点において設定されている期間ＴＭ２の長さに、予め設定された一定時間Δｔを加算して、得られた値を新たな期間ＴＭ２、すなわち停止期間として設定する処理が行われる。当該処理は時間調整部２２によって行われる。この一定時間Δｔは、図６のステップＳ０５で用いられる一定時間Δｔと同じものである。

ステップＳ１３に続くステップＳ１４では、動作フラグＦＬの値として１が設定される。「動作フラグＦＬ」とは、停止期間の調整が行われている期間の間だけ１が設定され、それ以外の期間においては０が設定される変数である。

その後、図７に示される一連の処理が再び実行される際には、ステップＳ１１では実行条件が成立してないと判定され、ステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５では、動作フラグＦＬの値が１であるか否かが判定される。動作フラグＦＬの値が１であった場合には、再びステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２において、ニードル２００の閉弁方向への動作が検知されなかった場合には、再びステップＳ１３に移行し、停止期間が更に一定時間Δｔだけ長くされる。つまり、ニードル２００の閉弁方向への動作が検知されるまで、燃料噴射が行われる度に停止期間は一定時間Δｔずつ長くされていく。

ステップＳ１２においてニードル２００の閉弁方向への動作が検知されると、ステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６に移行したということは、ステップＳ１３においてこれまで繰り返し長めに変更されてきた停止期間が、適切な長さを初めて超えたということである。そこで、ステップＳ１６では、現時点において設定されている期間ＴＭ２の長さから、一定時間Δｔを差し引いて、得られた値を新たな期間ＴＭ２、すなわち停止期間として設定する処理が行われる。つまり、停止期間の長さを、前回の噴射時における長さに戻す処理が行われる。前回の噴射時においては、ニードル２００の閉弁方向への動作が検知されなかったのであるから、ここで設定される停止期間は、ニードル２００の閉弁方向への動作が生じない範囲において最も長い期間となる。

ステップＳ１６に続くステップＳ１７では、動作フラグＦＬの値を０に戻す処理が行われる。これにより、その後の燃料噴射時においては、ステップＳ１１からステップＳ１５に移行した後、停止期間の長さの調整を行うことなく、図７に示される一連の処理が終了することとなる。

以上のように、本実施形態に係る時間調整部２２は、燃料噴射弁１０による燃料の噴射が行われるごとに、停止期間を一定時間Δｔずつ長くして行き、開弁時においてニードル２００が閉弁方向に動作したことが、動作検知部２３によって検知された場合には、時間調整部２２は、停止期間を一定時間Δｔだけ短くする。これにより、停止期間の長さを、ニードル２００の閉弁方向への動作が生じない範囲において可能な限り長く設定することができる。開弁時における衝突エネルギーを低減しながらも、燃料噴射弁１０に正常な燃料噴射を行わせることができる。

ステップＳ１１の判定に用いられる実行条件としては、本実施形態とは別の条件が設定されてもよい。例えば、停止期間の長さの調整が前回実行されてから、燃料噴射弁１０による燃料の噴射回数が所定回数に達した場合に成立するものとして、実行条件が設定されてもよい。この場合、停止期間の長さの調整は、車両の走行中において繰り返し実行されることとなる。

また、第１実施形態における停止期間の長さの調整、すなわち、図６のうちステップＳ０４及びステップＳ０５の処理が、本実施形態と同様の実行条件が成立した場合にのみ行われることとしてもよい。

更に、図６に示される一連の処理と、図７に示される一連の処理のうちステップＳ１１以降の処理とが、並行して実行されることとしてもよい。この場合、動作フラグＦＬの値が１になっている期間においては、図６のステップＳ０４及びステップＳ０５の処理が一時的に中断されることとすればよい。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、１つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと１つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された１つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。

１０：燃料噴射弁
１００：ハウジング
２００：ニードル
５１１：噴孔
６００：コイル
２０：制御装置
２１：電流調整部
２２：時間調整部
２３：動作検知部

Claims (7)

1. 燃料噴射弁（１０）の動作を制御する制御装置（２０）であって、
   前記燃料噴射弁は、
   燃料を噴射するための噴孔（５１１）が形成されたハウジング（１００）と、前記ハウジングの内部において移動することにより前記噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、前記ニードルを動作させるための電磁力を固定コア（４００）及び可動コア（３００）に発生させるコイル（６００）と、前記ニードルが前記噴孔を閉じる方向に前記可動コアを付勢する付勢部材（８２０）と、を有するものであり、
   前記コイルに供給される駆動電流を調整する電流調整部（２１）と、
   前記ニードルの動作を検知する動作検知部（２３）と、を備え、
   前記電流調整部は、開弁時において、前記コイルに対する前記駆動電流の供給を、予め設定された停止期間だけ一時的に停止させる制御を行うように構成されており、
   開弁時において前記ニードルが前記付勢部材による付勢により閉弁方向に動作してしまうことの無いよう、前記停止期間の長さを調整する時間調整部（２２）を更に備える制御装置。
2. 開弁時において前記ニードルが前記付勢部材による付勢により閉弁方向に動作したことが、前記動作検知部によって検知された場合には、
   前記時間調整部は、前記停止期間の長さをそれまでよりも短くする、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記時間調整部は、前記燃料噴射弁による燃料の噴射が行われるごとに、前記停止期間を一定時間ずつ長くして行き、
   開弁時において前記ニードルが前記付勢部材による付勢により閉弁方向に動作したことが、前記動作検知部によって検知された場合には、
   前記時間調整部は、前記停止期間を前記一定時間だけ短くする、請求項１に記載の制御装置。
4. 前記動作検知部は、前記コイルを流れる前記駆動電流に基づいて前記ニードルの動作を検知する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 前記動作検知部は、前記駆動電流の時間変化において変曲点が生じたか否かに基づいて、前記ニードルが閉弁方向に動作したことを検知する、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記時間調整部による前記停止期間の長さの調整は、所定の実行条件が成立した際に行われる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記実行条件とは、車両において内燃機関が始動された後に、当該内燃機関の回転数が一定となったことである、請求項６に記載の制御装置。

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