JPWO2016136394A1 - 燃料噴射装置の駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、弁体が前記最大高さ位置よりも低い高さ位置まで到達する条件での２１４の挙動を安定化させて噴射パルス幅と噴射量の傾きを小さくすることで噴射量の精度を向上する駆動装置を提供することである。本発明は、内燃機関に使用される燃料噴射装置の駆動装置であって、燃料噴射装置は燃料通路を開閉可能な２１４と、２１４との間で力を伝達して開閉弁動作を行わせる可動子２０２と、可動子２０２の駆動手段として設けられたソレノイド２０５及び固定コア２０７と可動子２０２の外周側に設置された筒状のノズルホルダ２０１とで構成される電磁石を備え、駆動装置１５０は、２１４が最大高さ位置に到達する前にコイルに流す駆動電流を最大電流から最大電流よりも低い第１駆動電流６１０に低下させ、２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置まで到達するように制御する。

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置を駆動する駆動装置に関する。

一般的に、電磁式燃料噴射装置の駆動回路は、閉弁状態から素早く開弁状態へ移行させるために、噴射パルスが出力されると最初に高電圧源から高電圧をコイルに印加して、コイルの電流を急速に立ち上げる制御を行う。その後、可動子が弁座と離間し、固定コアの方向へ移動した後、電圧の印加を低電圧に切替えてコイルに一定の電流が供給されるように制御する。可動子がコアと衝突してからコイルへの電流供給を停止する場合、可動子の開弁遅れが生じるために、制御できる噴射量に制約が生じる。したがって、可動子が固定コアと衝突する前にコイルへの電流供給を停止し、可動子および弁体が放物運動するいわゆるハーフリフトの条件で弁体を制御することが求められる。

上述のような弁体がハーフリフトで駆動される条件での制御方法として、特許文献１に開示されている方法がある。特許文献１では、燃料噴射弁の駆動コイルに流れる駆動電流の積分値を算出し、この積分値に基づいて駆動コイルの直流重畳特性を考慮して駆動コイルのインダクタンスを算出することでインダクタンスを精度良く算出し、このインダクタンスに基づいて弁体のリフト量を推定することでリフト量を精度良く推定する方法が開示されている。

特開２０１３−１０８４２２

燃料噴射装置の駆動装置は、噴射パルスが入力されると、最初に高電圧源の電圧をコイルに印加して電流を素早く立上げて、急速に磁気回路に磁束を発生させる。弁体が固定コアに到達するまで昇圧電圧ＶＨを印加すると、可動子に作用する磁気吸引力が大きくなり、弁体の変位量の傾きが大きくなる。その結果、弁体が固定コアと接触しない動作であるハーフリフトの条件において、噴射パルス幅と噴射量の傾きが大きくなり、噴射パルス幅の変化に対して噴射量の変化量が増加し、駆動装置の制御分解能の制約から噴射量の精度が低下する場合がある。また、可動子に作用する磁気吸引力が大きいと、弁体の速度が大きい条件で可動子が固定コアに衝突するため、可動子が衝突することで生じる反発力によって、可動子がバウンドし、弁体もバウンドする。結果、弁体がバウンドする範囲では、噴射パルスと噴射量の関係が非線形となり、噴射量の制御精度が低下し、ＰＮ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ）が増加する場合がある。

本発明の目的は、ハーフリフトでの弁体の挙動を安定化させて噴射パルス幅と噴射量の傾きを小さくすることでハーフリフトでの噴射量精度を向上し、可動子が固定コアに衝突することで生じる弁体のバウンドを低減することで、ハーフリフトから可動子が固定コアに衝突した以降の範囲までの噴射量の連続性を確保することである。

上記課題を解決するため本発明の駆動装置は、弁体が最大高さ位置に到達する前にコイルに流す駆動電流を最大電流から最大電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、弁体が最大高さ位置よりも低い高さ位置まで到達するように制御することを特徴とする機能を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、弁体が最大高さ位置よりも低い位置で制御する場合であっても弁体の挙動を安定化させ、噴射パルス幅と噴射量の傾きを小さくすることで、制御可能な最小噴射量を低減できる駆動装置を提供できる。

実施例１に記載した燃料噴射装置、圧力センサ、駆動装置とＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）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。 本発明の第一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。 本発明の第一実施例における燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。 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、弁体変位量と時間の関係を示した図である。 本発明の第一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。 本発明の第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のタイミング、コイルの端子間の電圧、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。 第一実施例における噴射パルスと噴射量の関係を示した図である。 第二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のタイミング、コイルの端子間の電圧、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。 本発明の第三実施例における燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。 本発明の第三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のタイミング、コイルの端子間の電圧、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。 本発明の第四実施例における燃料噴射装置の駆動部構造の断面拡大図を示した図である。 本発明の第四実施例における弁体が最大開度に到達する条件で、開弁開始および開弁完了タイミングが異なる３つの燃料噴射装置での端子間の電圧、駆動電流、電流の１階微分値、電流の２階微分値、弁体変位量および時間の関係を示した図である。 本発明の第五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のタイミング、コイルの端子間の電圧、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。 本発明の第六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、コイルの端子間の電圧、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。

以下、図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

以下、図１〜図７を用いて、本発明に係る燃料噴射装置と駆動装置とで構成される燃料噴射システムについて説明する。

最初に、図１を用いて、燃料噴射システムの構成について説明する。燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄはその噴射孔からの燃料噴霧が燃焼室１０７に直接噴射されるように各気筒に設置されている。燃料は燃料ポンプ１０６によって昇圧されて燃料配管１０５に送出され、燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄに配送される。燃料圧力は圧力センサ１０２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１０６からの吐出量が制御される。

燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄの燃料の噴射はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０４から送出される噴射パルス幅によって制御される。噴射パルスは燃料噴射装置の駆動回路１０３に入力され、駆動回路１０３はＥＣＵ１０４からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置１０１Ａ乃至１０１Ｄに駆動電流波形を供給する。なお、駆動回路１０３は、ＥＣＵ１０４と一体の部品や基板として実装され、これらが一体となった装置を駆動装置１５０と称する。

図２は、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１０３、ＥＣＵ１０４の構成の一例を示す図である。なお、図２において、図１と同じ部品には同じ記号を用いており説明は省略する。ＥＣＵ１０４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。ＥＣＵ１０４より出力された噴射パルスは、信号線１１０を通して燃料噴射装置の駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ソレノイド２０５に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１０４は、通信ライン１１１を通して、駆動回路１０３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１０３によって生成する駆動電流や駆動時間の設定値を変更することが可能である。
次に、図２の燃料噴射装置の縦断面と図３の可動子２０２および弁体２１４の近傍を拡大した断面図を用いて、燃料噴射装置の構成と動作について説明する。図２および図３に示した燃料噴射装置は通常時閉型の電磁式燃料噴射装置であり、ソレノイド（コイル）２０５に通電されていない状態では、第１のばね２１０によって弁体２１４が閉弁方向に付勢され、弁体２１４は弁座２１８と接触して閉弁している。
可動子２０２の上端面３０２Ａには下端面３０２Ｂ側に向けて凹部３０２Ｃが形成されている。この凹部３０２Ｃの内側に設けられた中間部材２２０の下面側には上方に向けて凹部３３３Ａが形成される。凹部３３３Ａは頭部２１４Ａの段付き部３２９が収まる直径（内径）と深さを有している。すなわち、凹部３３３Ａの直径（内径）は段付き部３２９の直径（外径）よりも大きく、凹部３３３Ａの深さ寸法は段付き部３２９の上端面と下端面との間の寸法よりも大きい。凹部３３３Ａの底部には頭部２１４Ａの突起部１３１が貫通する貫通孔３３３Ｂが形成されている。中間部材２２０とキャップ２３２との間には第３のばね２３４が保持されており、中間部材２２０の上端面３２０Ｃは第３のばね２３４の一端部が当接するばね座を構成する。第３のばね２３４は、可動子２０２を固定コア２０７側から閉弁方向に付勢する。
中間部材２２０の上方に位置するキャップ２３２の上端部には径方向に張り出した鍔部３３２Ａが形成されており、鍔部３３２Ａの下端面に第３のばね２３４の他端部が当接するばね座が構成されている。キャップ２３２の鍔部３３２Ａの下端面から下方に筒状部３３２Ｃが形成されており、筒状部３３２Ｃに弁体２１４の上部が圧入固定されている。

キャップ２３２と中間部材２２０とがそれぞれ第３のばね２３４のばね座を構成するため、中間部材２２０の貫通孔３３３Ｂの直径（内径）はキャップ２３２の鍔部３３２Ａの直径（外径）よりも小さい。

キャップ２３２は上方から第１のばね２１０の付勢力を受け、下方から第３のばね２３４の付勢力（セット荷重）を受ける。第１のばね２１０の付勢力は第３のばね２３４の付勢力よりも大きく、結果的に、キャップ２３２は第１のばね２１０の付勢力と第３のばね２３４の付勢力との差分の付勢力によって弁体２１４の突起部３３１に押し付けられている。キャップ２３２には突起部３３１から抜ける方向の力が加わらないので、キャップ２３２は突起部３３１に圧入固定するだけで十分であり、溶接する必要はない。

図２に示す状態は、弁体２１４が第１のばね２１０による付勢力を受け、なお且つ可動子２０２に磁気吸引力は作用していない状態である。この状態では、中間部材２２０は第３のばね２３４の付勢力を受けて、凹部３３３Ａの底面３３３Ｅが弁体２１４の段付き部３２９の上端面に当接している。すなわち、凹部３３３Ａの底面３３３Ｅと段付き部３２９の上端面との間隙Ｇ３の大きさ（寸法）がゼロである。

一方、可動子２０２はゼロスプリング（第２のばね）２１２の付勢力を受けて固定コア２０７側に向けて付勢される。このため、可動子２０２が中間部材２２０の下端面に当接する。第２のばね２１２の付勢力は第３のばね２３４の付勢力より小さいため、可動子２０２は第３のばね２３４により付勢された中間部材２２０を押し返すことはできず、中間部材２２０と第３のばね２３４とにより上方（開弁方向）への動きを止められる。

中間部材２２０の凹部３３３Ａの深さ寸法は段付き部３２９の上端面と下端面との間の寸法よりも大きいため、図３に示す状態では、可動子２０２と弁体２１４の段付き部の下端面とは当接しておらず、可動子２０２と弁体２１４の段付き部の下端面との間隙Ｇ２はＤ２の大きさ（寸法）を有している。この隙間Ｇ２は、可動子２０２の上端面（固定コア１０７との対向面）２０２Ａと固定コア１０７の下端面（可動子２０２との対向面）２０７Ｂとの隙間Ｇ１の大きさ（寸法）Ｄ１よりも小さい（Ｄ２＜Ｄ１）。ここで説明したように、中間部材２２０は、可動子２０２と段付き部３２９の下端面との間に、Ｄ２の大きさの間隙Ｇ２を形成する部材である。

中間部材（間隙形成部材）２２０は、弁体２１４の段付き部３２９の上端面（基準位置）に位置づけられた状態で下端面が可動子２０２と当接することにより、弁体２１４の係合部の段付き部３２９の下端面と可動子２０２の係合部である凹部の底面３０２Ｄとの間に間隙Ｄ２を形成する。第３のばね２３４は中間部材２３３を段付き部３２９の上端面（基準位置）に位置づけるように閉弁方向に付勢している。中間部材２３３は、凹部底面部３３３Ｅが段付き部３２９の上端面（基準位置）と当接することにより、段付き部３２９の上端面（基準位置）に位置づけられる。なお、第１のばね２１０と第２のばね２１２と第３のばね２３４とのうち、第１のばね２１０のスプリング力（付勢力）が最も大きく、次に第３のばね２３４のスプリング力（付勢力）が大きく、第２のばね２１２のスプリング力（付勢力）が最も小さい。

弁体２１４は、段付き部３２９の直径より可動子２０２に形成された貫通孔１２８の直径の方が小さいので、閉弁状態から開弁状態に移行する開弁動作時或いは開弁状態から閉弁状態に移行する閉弁動作時においては、弁体２１４の段付き部３２９の下端面が可動子２０２と係合し、可動子２０２と弁体１１４とが協働して動く。しかし、弁体１１４を上方へ動かす力、あるいは可動子２０２を下方へ動かす力が独立して作用した場合、弁体１１４と可動子２０２とは別々の方向に動くことができる。可動子２０２および弁体２１４の動作については、後で詳細に説明する。

本実施例では、可動子２０２は、その外周面がノズルホルダ２０１の内周面と接することによって、上下方向（開閉弁方向）の動きを案内されている。さらに、弁体２１４は、その外周面が可動子２０２の貫通孔の内周面に接することによって、上下方向（開閉弁方向）の動きを案内されている。弁体２１４の先端部はガイド部材２１５のガイド孔によってガイドされており、ガイド部材２１５とノズルホルダ２０１及び可動子２０２の貫通孔とによってまっすぐに往復動するようガイドされている。

なお、本実施例では、可動子２０２の上端面３０２Ａと固定コア２０７の下端面３０７Ｂとが当接するものとして説明しているが、可動子２０２の上端面３０２Ａ又は固定コア２０７の下端面３０７Ｂのいずれか一方、或いは可動子２０２の上端面３０２Ａ又は固定コア２０７の下端面３０７Ｂの両方に突起部が設けられ、突起部と端面とが、或いは突起部同士が当接するように構成される場合もある。この場合、上述した隙間Ｇ１は、可動子２０２側の当接部と固定コア２０７側の当接部との間の間隙になる。

図２においてノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の内周部には固定コア２０７が圧入され、圧入接触位置で溶接接合されている。固定コア２０７は、可動子２０２に対して磁気吸引力を作用させて、可動子２０２を開弁方向に吸引する部品である。固定コア２０７の溶接接合によりノズルホルダ２０１の大径筒状部２３の内部と外気との間に形成される隙間が密閉される。固定コア２０７は中心に中間部材２３３の直径よりわずかに大きい直径の貫通孔が燃料通路として設けられている。貫通孔の下端部内周には弁体２１４の頭部及びキャップ２３２が非接触状態で挿通されている。

弁体２１４の頭部２４１に設けられたキャップ２３２の上端面に形成されたスプリング受け面には初期荷重設定用のスプリング２１０の下端が当接しており、スプリング２１０の他端が固定コア２０７の貫通孔の内部に圧入される調整ピン２２４で受け止められることで、スプリング２１０がキャップ２３２と調整ピン２２４の間に固定されている。調整ピン２２４の固定位置を調整することでスプリング２１０が弁体２１４を弁座２１８に押付ける初期荷重を調整することができる。
スプリング２１０の初期荷重が調整された状態で、固定コア２０７の下端面が可動子２０２の上端面に対して約４０乃至１００ミクロン程度の磁気吸引ギャップＧ１を隔てて対面するように構成されている。なお図中では寸法の比率を無視して拡大して表示している。

ハウジング２０３の底部の中央に設けられた貫通孔にはノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０が挿通されている。ハウジング２０３の外周壁の部分はノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。コイル２０５は半径方向外側に向かって開口する断面がＵ字状の溝を持つ環状のボビン２０４と、この溝の中に巻きつけられた銅線で形成される。コイル２０５の巻始め、巻終わり端部には剛性のある導体２０９が固定されている。コイル２０５を囲むようにして、固定コア２０７、可動子２０２、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０及びハウジング（外周ヨーク部）２０３の部分に環状の磁気通路が形成される。

燃料は、燃料噴射装置の上流に設けられた燃料配管から供給され、第一の燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端まで流れる。弁体２１４の弁座２１８側の端部に形成されたシート部と弁座２１８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体２１４の上部と下部の差圧が生じ、燃料圧力と弁座位置におけるシート内径の受圧面の乗じた力で弁体２１４が閉弁方向に押されている。閉弁状態においては、弁体２１４の可動子２０２との当接面と可動子２０２との間には、中間部材２２０を介して隙間Ｇ２を有している。隙間Ｇ２を有することで、弁体２１４が弁座２１８に着座している状態において、可動子２０２が弁体２１４と軸方向に隙間を介して配置されることになる。
ソレノイド２０５に電流が供給されると、磁気回路によって発生する磁界により、固定コア２０７と可動子２０２との間に磁束が通過し、可動子２０２に磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が、第３のばね２３４による荷重を越えるタイミングで、可動子２０２は、固定コア２０７の方向に変位を開始する。このとき、弁体２１４と弁座２１８が接触しているため、可動子２０２の運動は、燃料の流れが無い状態で行われ、燃料圧力による差圧力を受けている弁体２１４とは分離して行われる空走運動であるため、燃料の圧力などの影響を受けることがなく、高速に移動することが可能である。
また、第一のばね２１４の荷重は、エンジン筒内の燃焼圧が増加した場合であっても燃料の噴射を抑制するため、ばね荷重を強く設定する必要がある。すなわち閉弁状態において、第一のばね２１４の荷重が弁体２１４に作用しないことで、弁体２１４は高速に移動することが可能となる。

可動子２０２の変位量が、隙間Ｇ２の大きさに達すると、可動子２０２が弁体２１４に当接面３０２Ｅを通じて力を伝達し、弁体２１４を開弁方向に引き上げる。このとき、可動子２０２は、空走運動を行って、運動エネルギーを有した状態で弁体２１４と衝突するため、弁体２１４は、可動子２０２の運動エネルギーを受取り、高速に開弁方向に変位を開始する。弁体２１４には燃料の圧力に伴って生じる差圧力が作用しており、弁体２１４に作用する差圧力は、弁体２１４のシート部近傍の流路断面積が小さい範囲において、シート部の燃料の流速が増加し、ベルヌーイ効果による静圧低下に伴って生じる圧力降下によって弁体２１４先端部の圧力が低下することで生じる。この差圧力は、シート部の流路断面積の影響を大きく受けるため、弁体２１４の変位量が小さい条件では、差圧力が大きくなり、変位量が大きい条件では、差圧力が小さくなる。
したがって、弁体２１４が閉弁状態から開弁開始されて変位が小さく、差圧力が大きくなる開弁動作がし難くなるタイミングで、弁体２１４の開弁が可動子２０２の空走運動によって衝撃的に行われるため、より高い燃料圧力が作用している状態でも開弁動作を行うことができる。あるいは、動作できることが必要な燃料圧力範囲に対して、より強い力に第１のばね２１０を設定することができる。第１のばね２１０をより強い力に設定することで、後述する閉弁動作に要する時間を短縮することができ、微小噴射量の制御に有効である。

弁体２１４が開弁動作を開始した後、可動子２０２は固定コア２０７に衝突する。この可動子２０２が固定コア２０７に衝突する時には、可動子２０２は跳ね返る動作をするが、可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２は固定コア２０７に吸引され、やがて停止する。このとき、可動子２０２には第１のばね２１２によって固定コア２０７の方向に力が作用しているため、跳ね返りの変位量を小さくでき、また、跳ね返りが収束するまでの時間を短縮することができる。跳ね返り動作が小さいことで、可動子２０２と固定コア２０７の間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

このようにして開弁動作を終えた可動子２０２および弁体２１４は、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体２１４と弁座２１８との間には隙間が生じており、燃料が噴射されている。燃料は固定コア２０７に設けられた中心孔と、可動子２０２に設けられた燃料通路孔と、ガイド２１５に設けられた燃料通路孔を通過して下流方向へ流れてゆくようになっている。ソレノイド２０５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２０２に作用する磁気吸引力が消滅することによって、弁体２１４は第１のばね２１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁座２１８に接触する閉位置に押し戻される。

次に、図５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５は、燃料噴射装置の駆動回路１０３およびＥＣＵ１０４の詳細を示した図である。

ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１０４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。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（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５０４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。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５４０へ駆動電流を供給する。

スイッチング素子８０５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ＶＨは例えば６０Ｖ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ＶＨはＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出するよう構成する。

また、ソレノイド２０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０５との間には、第二の電圧源から、ソレノイド２０５、設置電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５３５が設けられており、また、ソレノイド２０５の電源側端子５９０とスイッチング素子５０７との間にも、バッテリ電圧源から、ソレノイド２０５、設置電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５１１が設けられており、スイッチ素子５０８を通電している間は、接地電位５１５から、ソレノイド２０５、バッテリ電圧源および第二の電圧源へ向けては電流が流れられない構成となっている。また、ＥＣＵ１０４には、噴射パルス幅の演算等のエンジンの制御に必要な数値データを記憶させるために、レジスタおよびメモリが搭載されている。

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２０５に逆電圧を印加し、ソレノイド２０５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５０３を通して、通信を行っており、燃料噴射装置５４０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、本実施例におけるＥＣＵ１０４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２０５の端子両端の駆動電圧と、駆動電流（励磁電流）と燃料噴射装置の弁体２１４の変位量（弁体挙動）との関係（図４）、及び噴射パルスと燃料噴射量との関係（図７）について説明する。

駆動回路１０３に噴射パルスが入力されると、駆動回路１０３はスイッチング素子５０５、５０６を通電して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２０５に高電圧４０１を印加し、ソレノイド２０５に電流の供給を開始する。電流値が予めＥＣＵ１０４に定められた最大駆動電流Ｉｐｅａｋ（以降、ピーク電流値と称する。
）に到達すると、高電圧４０１の印加を停止する。

ピーク電流値Ｉｐｅａｋから電流４０３への移行期間にスイッチング素子５０６をＯＮにし、スイッチング素子５０５、５０７を非通電にすると、ソレノイド２０５には電圧０Ｖが印加され、電流が燃料噴射装置５４０、スイッチング素子５０６、抵抗５０８、接地電位５１５、燃料噴射装置５４０の経路を流れて、電流は緩やかに減少する。電流を緩やかに減少ずることで、ソレノイド２０５へ供給する電流を確保し、燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が増加した場合であっても、可動子２０２および弁体２１４が安定的に開弁動作できる。なお、ピーク電流値Ｉｐｅａｋから電流４０３への移行期間にスイッチング素子５０５、５０６、５０７をＯＦＦにすると、燃料噴射装置５４０のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０が通電し、電流が電圧源ＶＨ側へ帰還され、燃料噴射装置５４０に供給されていた電流は、電流４０２のようにピーク電流値Ｉｐｅａｋから急速に低下する。結果、電流４０３に到達するまでの時間が早くなり、電流４０３に到達してから一定の遅れ時間の後、磁気吸引力が一定となるまでの時間を早める効果がある。電流値が所定の電流値４０４より小さくなると、駆動回路１０３はスイッチング素子５０６を通電し、バッテリ電圧ＶＢの印加をスイッチング素子５０７の通電・非通電によって行い、所定の電流４０３が保たれるように制御するスイッチング期間を設ける。

燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する流体力が増加し、弁体２１４が目標開度に到達するまでの時間が長くなる。この結果、ピーク電流Ｉｐｅａｋの到達時間に対して目標開度への到達タイミングが遅れる場合がある。駆動電流を急速に低減すると、可動子２０２に働く磁気吸引力も急速に低下するため、弁体２１４の挙動が不安定となり場合によっては通電中にも関わらず閉弁を開始してしまう場合がある。ピーク電流Ｉｐｅａｋから電流４０３の移行中にスイッチング素子５０６を通電にして電流を緩やかに減少させる場合、磁気吸引力の低下を抑制でき高燃料圧力での弁体２１４の安定性を確保でき、噴射量ばらつきを抑制できる。

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５４０は駆動される。高電圧４０１の印加からピーク電流値Ｉｐｅａｋに達するまでの間に、可動子２０２がタイミングｔ４１で変位を開始し、弁体２１４がタイミングｔ４２で変位を開始する。その後、可動子２０２および弁体２１４が最大開度（最大高さ位置）に到達する。なお、本実施例では可動子２０２が固定コア１０７と接触する変位量を可動子の最大高さ位置としているが、実際に燃料噴射装置がエンジンに取り付けられた状態で弁体２１４が上下方向に動くことに本発明は限定されない。したがって、可動子２０２の最大高さ位置を可動子２０２の最大変位位置と呼んでもよい。

可動子２０２が最大高さ位置に到達したタイミングｔ₄₃で、可動子２０２が固定コア２０７に衝突し、可動子２０２が個体コア２０７との間でバウンド動作を行う。弁体２１４は可動子２０２に対して相対変位が可能に構成されているため、弁体２１４は可動子２０２から離間し、弁体２１４の変位は、最大高さ位置を越えてオーバーシュートする。その後、保持電流４０３によって生成される磁気吸引力と第２のばね２１２の開弁方向の力によって、可動子２０２は、所定の最大高さ位置の位置に静止し、また、弁体２１４は可動子２０２に着座して最大高さ位置の位置で静止し、開弁状態となる。

弁体２１４と可動子２０２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２１４の変位量は、最大高さ位置よりも大きくならず、最大高さ位置に到達後の可動子２０２と弁体２１４の変位量は同等となる。

次に、図７を用いて図４に示す電流波形を用いた場合の噴射量特性Ｑ７０１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２０２に作用する磁気吸引力および第２のばね２１４の合力の開弁方向の力が、第３のばね２３４の荷重である閉弁方向の力を上回らないか、または可動子２０２が変位を開始したとしても隙間Ｇ３を滑走するのに必要な磁気吸引力が確保できず、可動子２０２が弁体２１４に接触しない条件では、弁体２１４は開弁せず、燃料は噴射されない。

また、噴射パルス幅Ｔｉが短い、例えば７０１のような条件では、可動子２０２が弁体２１４に衝突して、弁体２１４は弁座２１８から離間し、リフトを開始するが、弁体２１４が目標リフト位置に達する前に閉弁を開始するため、噴射パルス幅と噴射量の関係が直線となる直線領域７３０から外挿される一点鎖線７２０に対して噴射量は少なくなる。

また、点７０２のパルス幅では、弁体２１４が最大高さ位置に達する直後で閉弁を開始し、弁体２１４の軌跡が放物運動となる。この条件においては、弁体２１４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２０２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７２０に対して噴射量が多くなる。弁体２１４が固定コア２０７と接触せず、弁体２１４の軌跡が放物運動となる領域８４０をハーフリフト領域と称し、弁体２１４が固定子２０７と接触する領域８４１をフルリフト領域と称する。

点７０３の噴射パルス幅では、可動子２０２が固定コア２０７に衝突することで生じる弁体２１４のバウンド量が最大となるタイミングにおいて閉弁を開始するため、可動子２０２と固定コア２０７が衝突する際の反発力が可動子２０２に働き、噴射パルスをＯＦＦにしてから弁体２１４が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７２０に対して少なくなる。点７０４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７０４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略線形的に増加する。燃料の噴射が開始されてから、点７０４で示すパルス幅Ｔｉまでの領域では、弁体２１４が最大高さ位置に到達しないかもしくは、弁体２１４が最大高さ位置に到達したとしても弁体２１４のバウンドが安定しないため、噴射量が変動する。制御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７０４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ばらつきを抑制する必要がある。

図４で説明したような駆動電流波形では、可動子２０２と固定コア２０７の衝突によって発生する弁体２１４のバウンドが大きく、弁体２１４のバウンド途中で閉弁を開始する。そのため、点７０４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となっている。従って、弁体２１４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、最大高さ位置に到達後に生じる弁体２１４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。

一方で、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置まで到達する駆動（以降、ハーフリフトと称する）を行う領域では、弁体２１４がストッパである固定コア２０７に接触しない不安定な挙動であることから、噴射量を正確に制御するためには、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の速度を決める可動子２０２に作用する磁気吸引力と、弁体２１４が開弁開始した後に、可動子２０２に作用する磁気吸引力を正確に制御する必要がある。

次に、図６、７を用いて本実施例における燃料噴射装置の制御方法について説明する。図６は、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５０５、５０６、５０７、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。なお、図中に図４の電流波形を用いた場合の駆動電流７２１、弁体２１４の変位量７２２を破線で記載する。図７は、図６の駆動電流波形で燃料噴射装置５４０を制御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。なお、図７には、駆動電流６１０で燃料噴射装置５４０を制御した場合の噴射量特性を噴射量Ｑ７０２に示す。

最初に、タイミングｔ₆₁において、ＣＰＵ５０１より噴射パルス幅Ｔｉが通信ライン５０４を通して駆動ＩＣ５０２に入力されると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６がＯＮとなり、バッテリ電圧ＶＨよりも高い昇圧電圧ＶＨをソレノイド２０５に印加し、駆動電流が燃料噴射装置５４０に供給され、電流が急速に立ち上がる。ソレノイド２０５に電流が供給されると可動子２０２と固定コア２０７との間に磁気吸引力が作用する。開弁方向の力である磁気吸引力と第２のばね２１２の荷重との合力が閉弁方向の力である第３のばね２３４の荷重を超えたタイミングで可動子２０２が変位を開始する。その後、可動子２０２が隙間Ｇ２を滑走した後、可動子２０２が弁体２１４に衝突することで、弁体２１４の変位が開始され、燃料噴射装置５４０から燃料が噴射される。

電流がピーク電流値Ｉ_peakに達すると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６、スイッチング素子５０７が共に非通電となり、燃料噴射装置５４０のインダクタンスによる逆起電力によって、ダイオード５０９とダイオード５１０が通電し、電流が電圧源ＶＨ側へ帰還され、燃料噴射装置５４０に供給されていた電流は、電流６０２のようにピーク電流値Ｉ_peakから急速に低下する。なお、ピーク電流値Ｉ_peakから第１駆動電流６１０への移行期間にスイッチング素子５０６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ｔ₆₃に到達すると、再びスイッチング素子５０６を通電し、スイッチング素子５０７の通電・非通電の切替えを行い、電流値６０４或いはその近傍で電流値を保持するように第１駆動電流６１０を制御する。なお、第１駆動電流６１０を制御する期間を第１の電流保持期間と称する。

また、第１駆動電流６１０を一定時間保持した後、弁体２１４の変位量が最大高さ位置に到達した直後もしくは、到達する前のタイミングｔ₆₄でスイッチング素子５０５、スイッチング素子５０７を非通電、スイッチング素子５０６を通電し、電流を６０３のように緩やかに減少させ、第１駆動電流６１０よりも電流値が小さい電流６０５に到達したタイミングｔ₆₅で再びスイッチング素子５０７の通電・非通電の切替えを行い、電流値６０５或いはその近傍で電流値を保持するように第２駆動電流６１１を制御する。なお、第２駆動電流６１１を制御する期間を第２の電流保持期間と称する。

次に、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０で駆動されるハーフリフトの条件での電流波形６５１と弁体２１４の関係について説明する。なお、電流波形６５１を用いた場合の弁体２１４の変位を図中の一点鎖線（変位６５２）で示す。

弁体２１４が開弁を開始した後、第１駆動電流６１０のタイミングｔ６９で噴射パルスＴｉを停止すると、ソレノイド２０５には負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加され、電流が低下し、０Ａに到達する。電流の供給を停止すると、可動子２０２に作用する磁気吸引力が低下して、磁気吸引力、第２のばね２１２、可動子２０２の慣性力の合力である開弁方向の力が、第１のばね２１０と弁体２１４に作用する差圧力の閉弁方向の力を下回ったタイミングで弁体２１４は最大高さ位置よりも低い位高さ位置６５０から、閉弁を開始し、タイミングｔ₆₇で弁座２１８と接触し、燃料の噴射を停止する。

本実施例における電流波形６１０では、可動子２０２が開弁方向に滑走して、開弁動作に必要な運動エネルギーを確保した後、ピーク電流Ｉ_Peakを早いタイミングで停止することで、弁体２１４の開弁開始から最大高さ位置に到達するまでの弁２１４の変位量の傾きを小さくできる。つまり本実施例のＥＣＵ１０４のＣＰＵ５０１は、弁体２１４が最大高さ位置に到達する前にソレノイド２０５に流す駆動電流をＩ_PeakからＩ_Peakよりも低い第１駆動電流６１０に低下させ、第１駆動電流６１０の通電時間を変えることで、最大高さ位置よりも低い高さ位置領域（ハーフリフト領域）における弁体２１４の高さ位置を制御する。つまり、第１駆動電流６１０を流す通電時間を長くするほど、ハーフリフト領域において、弁体２１４の高さ位置が高くなるように制御する。

あるいはＣＰＵ５０１は、可動子２０２が固定子１０７にぶつかる前にソレノイド２０５に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉ_Peakから第１駆動電流６１０に低下させ、可動子２０２が固定子１０７の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御する。そして、第１駆動電流６１０を流す通電時間を変えることで、固定子１０７の対向面よりも低い高さ位置領域における可動子２０２の高さ位置を制御してもよい。またＣＰＵ５０１は、第１駆動電流６１０よりもさらに低い第２駆動電流６１１に低下させることで可動子２０２が固定子１０７にぶつかるように制御する。また第２駆動電流６１１を流す通電時間を変えることで、可動子２０２が固定子１０７に接触する時間を制御する。また、第１駆動電流６１０に低下させた後、遮断することで可動子２０２が固定子６１１の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御する。

換言すると、本実施例のＣＰＵ５０１は、第１噴射量域において燃料を噴射する場合に、可動子２０２が固定子６１１にぶつかる前にソレノイド２０５に流す駆動電流を最大駆動電流Ｉ_Peakから第１駆動電流６１０に低下させ、可動子２０２が固定子６１１の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御するものである。

結果、ハーフリフトの領域７４２での噴射パルスＴｉと弁体２１４の開弁期間の傾きを小さくできる。これは、噴射パルスＴｉを変化させた場合の噴射量の変化量を小さくすることに相当する。ＥＣＵ１０４で制御できる噴射パルス幅の分解能には制約があるため、噴射パルス幅Ｔｉが変化した場合の噴射量の変化量を小さくすることで、噴射量の制御分解能を高めることができ、噴射量の精度を向上できる。噴射量の精度向上により、ＰＮ抑制効果が高まるとともに、エンジン回転数に応じて適切な燃料を噴射することができ、ドライバビリティが向上する効果が得られる。

可動子２０２が滑走して弁体２１４に衝突して開弁する機構を有する燃料噴射装置５４０の場合、可動子２０２が加速して、開弁するのに十分な運動エネルギーを確保できる条件では、ピーク電流Ｉ_Peakの遮断タイミングは弁体２１４が開弁開始する前に設定すると良い。結果、第１の保持電流期間に移行するタイミングを早めることができ、ハーフリフトの領域７４２のより小さい噴射量を制御し易くなる。効果の詳細な説明については後述する。

また、ピーク電流Ｉ_Peakを停止するタイミングを弁体２１４が開弁開始した直後に設定する場合、弁体２１４が開弁開始するまでにソレノイド２０５に供給するエネルギー（電流波形の積分値）が大きいため、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の運動エネルギーを確保し易い。結果、燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が大きい場合であっても弁体２１４を安定的に開弁状態まで制御可能である。

また、冷機始動の条件や、エンジン筒内の火炎が伝播中に未燃焼ガスが高温／高圧化することにより自着火に至ることで生じるノックが発生し易い高回転／高負荷で条件では、多段噴射の必要性が高く、より微小な噴射量が要求される。したがって、上記の運転条件では、本実施例１における電流波形６１０を用いて、ハーフリフトの領域７４２の噴射量が要求されない条件では、電流波形６２１を用いるようにＥＣＵ１０４で切替制御を行うと良い。燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が増加した場合、可動子２０２が弁体２１４に衝突するまでの可動子２０２の変位量は変化しないが、弁体２１４に作用する差圧力が増加するため、可動子２０２が同じ速度で弁体２１４に衝突したとしても弁体２１４の変位量の傾きが小さくなる。

したがって、開弁動作に必要な磁気吸引力が増加するため、燃料圧力の増加に応じて、ピーク電流値Ｉ_Peak を大きくするか、第１の保持電流期間の電流値６１０を大きくするか、またはその両方を補正するように電流波形の切替制御を行うと良い。この切替制御によって、燃料圧力が変化した場合であっても最大高さ位置に至るまでの弁体２１４の変位の軌跡の変化を抑制することができ、安定的に弁体２１４の変位量を制御することができる。その結果、噴射量の精度を向上できるため、ＰＮ抑制効果が高まる。また、多段噴射が求められるエンジン条件でハーフリフトの領域７４２の燃料噴射の回数が多い場合には、噴射量の精度を向上したことによるＰＮ抑制効果が得やすい。この効果により、ハーフリフトの領域７４２での噴射パルスと噴射量の傾きを小さくできる。噴射パルス幅の変化に対して、噴射量の感度を小さくすることで、ＥＣＵ１０４で生成する噴射パルスの制御分解能が大きい場合であっても噴射量を精度良く制御することが可能となる。噴射量の傾きを小さくすることで、従来の電流波形６２１を用いた場合のハーフリフトの領域７４０は、ハーフリフトの領域７４２となる。

前述したとおり、弁体２１４に作用する差圧力は、シート部の流路断面積の影響を大きく受けるため、弁体２１４の変位量が小さい条件では、差圧力が大きくなり、変位量が大きい条件では、差圧力が小さくなる。したがって、弁体２１４が閉弁状態から開弁開始されて変位が小さく、差圧力が大きくなる開弁動作がし難くなるタイミングで、弁体２１４の開弁が可動子２０２の空走運動によって衝撃的に行われるため、より高い燃料圧力が作用している状態でも開弁動作を行うことができる。

電流波形６２１において、ハーフリフトの領域７４０からフルリフト領域７４１移行後に噴射量特性に生じるうねりは、可動子２０２が固定コア２０７に衝突することで生じる。したがって、弁体２１４が最大高さ位置に到達する前に第１の保持電流期間を停止し、電流６０３のように電流値を低下させると良い。電流値を低下させることで、可動子２０２の速度を低減または、加速を抑制することができ、可動子２０２が固定コア２０７に衝突するタイミングでの可動子２０２の衝突速度が低減できる。可動子２０２のバウンドを抑制に伴って、弁体２１４のバウンドを低減できる。結果、ハーフリフトの領域７４２からフルリフトの領域７４３に到達した後に生じる噴射量特性に生じるうねりを抑制でき、噴射量を正確に制御することができる。

電流が第２駆動電流６１１となる第２の電流保持期間において、噴射パルスＴｉを変えることで、弁体２１４が最大高さ位置に位置する時間を変えることができる。つまり、本実施例のＣＰＵ５０１は、前記した第１噴射量域よりも噴射量の多い第２噴射量域において燃料を噴射する場合に、可動子２０２が固定子１０７にぶつかる前にソレノイドに流す駆動電流を最大駆動電流Ｉ_Peakから第１駆動電流６１０に低下させ後、第２駆動電流６１１に低下させることで可動子２０２が固定子１０７にぶつかるように制御する。噴射パルスＴｉを長くすると、最大高さ位置に位置する時間が長くなり、噴射パルスＴｉを停止してから弁体２１４が弁座２１８と接触するまでの時間（閉弁遅れ時間と称する）が変化する。フルリフト領域においては、弁体２１４のバウンドが生じる範囲を除いて噴射量は閉弁遅れ時間に同期して決まり、閉弁遅れ時間が長くなると噴射量が増加する。したがって、第２駆動電流６１１を流す通電時間を変えることで、弁体２１４が最大高さ位置に位置する時間を制御することで、噴射量を精密に制御することができる。結果、ＰＮの抑制効果を高められる。

また、第２の電流保持期間の電流値６１１よりも第１の電流保持期間の電流値６１０を大きくすると良い。弁体２１４が開弁して最大高さ位置で静止している開弁状態では、弁体２１４が弁座２１８と接触している閉弁状態に比べて、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップ（磁気ギャップ）が小さいために磁気吸引力を確保し易く、弁体２１４のシート部断面積が大きいことから弁体２１４に作用する差圧力も小さくなる。したがって、弁体２１４を開弁状態で保持できる最低限の電流値６０６以上の電流をソレノイド２０５に供給すればよい。一方で、第１の電流保持期間６１０では、可動子２０２および弁体２１４が変位している状態にある。

したがって、開弁状態に比べて、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップ（磁気ギャップ）が大きいために磁気吸引力を確保しにくく、弁体２１４のシート部断面積が小さいことから弁体２１４に作用する差圧力も大きくなる。したがって、開弁状態に比べて開弁に必要な磁気吸引力が大きくなることから、ハーフリフトの領域での弁体２１４の安定性を確保するためには、第２の電流保持期間の電流値６１１よりも第１の電流保持期間の電流値６１０を大きくする必要がある。ハーフリフトの領域では、可動子２０２が弁体２１４に衝突することによる運動エネルギーと第１の保持電流期間における電流値６１０が生成する磁気吸引力によってハーフリフトの領域７４２での弁体２１４の変位量および弁体２１４が開弁開始してから閉弁終了するまでの開弁期間を精密に決定することができ、微少な噴射量を正確に制御できる。

ピーク電流値Ｉ_peakから第１の保持電流期間の電流値６１０への移行において、ソレノイド２０５に負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加して、電流６０２のようにピーク電流値Ｉ_peakから電流を急速に低下させる場合、可動子２０２が弁体２１４に衝突するタイミングである開弁開始ぎりぎりまで開弁開始に必要な磁気吸引力を増加させて、運動エネルギーを確保しつつ、素早く第１の保持電流期間に移行することで、弁体２１４の変位量が小さい条件で第１の保持電流期間に到達することが可能となる。これにより、第１駆動電流６１０での弁体２１４の変位量の制御する範囲を変位量の小さい側に拡大できる。結果、ハーフリフト領域７４２で第１の保持電流期間で制御可能な噴射量の範囲が小さい側に拡大でき、より微少な噴射量まで制御できる効果がある。

なお、ピーク電流値Ｉ_peakから第１駆動電流６１０への移行期間にスイッチング素子５０６を通電し、スイッチング素子５０５、５０７をＯＦＦにすると、ソレノイド２０５にはほぼ０Ｖの電圧が印加され、電流は緩やかに低下する。この場合、ソレノイド２０５に供給される電流値が増加するため、弁体２１４の変位量が小さいタイミングでの磁気吸引力が増加して、弁体２１４が安定的に開弁動作を行える効果がある。とくに燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が大きい場合、弁体２１４に作用する差圧力が増加するため、ソレノイド２０５に０Ｖの電圧を印加する電流波形を用いると良い。また、燃料噴射装置５４０のインダクタンスが小さい場合は、ソレノイド２０５への印加電圧が０Ｖであっても電流が素早く低下するため、０Ｖの電圧印加を用いて電流制御を行ってもよい。

ピーク電流値Ｉ_peakから第１駆動電流６１０への移行期間する際の印加電圧は、燃料噴射装置５４０の仕様もしくは、燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力に応じて切替える制御を行うと良い。

また、第１の保持電流期間から第２の保持電流期間への移行は、ソレノイド２０５に０Ｖ以下の電圧を印加して、電流値を急速に低減しても良い。スイッチング素子５０５、５０６、５０７を非通電とすることで、ソレノイド２０５に負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加することで、電流６０３の低下速度を高めることができる。可動子２０２の減速効果を高めることで、弁体２１４のバウンドに伴う噴射量特性のうねりを低減でき、噴射量の噴射精度を高める効果がある。

第１の電流保持期間から第２の電流保持期間への移行期間６３０において、噴射パルスＴｉが停止された場合には、噴射パルスＴｉが変化したとしてもソレノイド２０５に供給される電流波形は変化しない。したがって、噴射パルスＴｉを変化させた場合であっても噴射量が変化しない不感帯が生じる場合がある。この場合、移行期間６３０の開始すなわち第１の電流保持期間が終了するタイミングで噴射パルスが停止される条件と、移行期間６３０の終了すなわち、第２の電流保持期間が開始されるタイミングで噴射パルスが停止される条件での噴射量が等しくなる。したがって、第１の電流保持期間が終了するタイミングでの噴射量より大きな噴射量を噴射する場合、この不感帯を飛ばして噴射パルス幅を設定することで、噴射量を連続的に制御することができる。

また、スイッチング素子５０５、５０７を非通電とし、スイッチング素子５０６を通電させてソレノイド２０５にほぼ０Ｖの電圧を印加する場合、移行期間６３０において、噴射パルスＴｉが停止した場合であっても噴射パルスＴｉの停止後に、ソレノイド２０５には負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加される。したがって、移行期間６３０に噴射パルスＴｉの通電パルスを停止したとしても電流波形の通電時間の幅を制御でき、噴射パルスＴｉが変化したとしても噴射量が変化しない不感帯を低減することができ、噴射量の連続性を確保できる。その結果、運転条件の回転数に応じて噴射量を適切に変化させることができ、ドバイバビリティが向上する。

また、エンジンが冷却された状態では、ピストン壁面およびシリンダ壁面に付着した燃料が気化しにくいため、冷気始動の条件で、未燃焼粒子が増加する傾向にある。冷気始動時の未燃焼発生を抑制する手段として、エンジンの冷気始動時において、エンジン回転数が一定するファストアイドルに到達するまで、燃料噴射を分割することで、ピストンやシリンダ壁への燃料付着による始動の低排気と触媒の早期活性化を同時に図る方法が有効である。この場合、従来の電流波形６２１のようにハーフリフト域７４０からフルリフト域７４１に到達した後に噴射量特性うねりが生じると、噴射量を連続的に制御できず、燃料を噴射できない範囲が発生する。噴射量うねりが生じる範囲の流量を噴射したい場合、１吸排気工程中の燃料の分割噴射回数を変えて、燃料を噴射する方法も考えられる。しかしながら、冷機始動中に分割噴射の回数を増やすと、分割噴射回数を切り替えるタイミングでＥＣＵ１０４で演算している目標の噴射量と、実際に噴射される燃料との間に誤差が生じ、燃焼が不安定になり、ＰＮが増加する場合がある。

本発明の実施例１電流波形６１０を用いることで、ハーフリフトの領域７４２からフルリフト領域７４３以降に至るまでの噴射量の連続性を確保でき、噴射量の精度が要求される条件で、分割噴射の回数切替えを抑制でき、燃焼の安定性を向上させることができ、ＰＮを抑制できる。

また、ピーク電流Ｉ_peakの遮断タイミングを弁体２１４の開弁開始よりも早めた場合、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の衝突速度を制御することができ、可動子２０２から弁体２１４に受け渡す運動エネルギーを制御できる。結果として、ピーク電流Ｉ_peakを遮断するタイミングｔ６２を変えて、弁体２１４が開弁開始した後の弁変位量の傾きを制御できる。具体的には、ピーク電流Ｉ_peakを遮断するタイミングｔ６２を早くすると、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の速度が低下し、弁体２１４に受け渡される運動エネルギーが小さくなるため、弁変位量の傾きが小さくなり、ハーフリフトの領域での噴射量特性の傾きが小さくなる。その結果、噴射量を精密に制御できるため、ＰＮ抑制効果が高まる。

また、燃料噴射装置５４０に供給される燃料圧力が大きいと、弁体２１４に作用する差圧力が大きくなるため、弁体２１４が開弁開始してからの弁体２１４の変位量の傾きが小さくなる。したがって、燃料圧力が大きくなった場合、弁体２１４を最大高さ位置に到達させるまでに必要な磁気吸引力が大きくなり、燃料圧力が小さくなると、弁体２１４を最大高さ位置に到達させるまでに必要な磁気吸引力が小さくなる。したがって、燃料圧力に応じて、第１駆動電流６１０を決定するとよい。

燃料圧力が増加して設定値以上となった場合、第１駆動電流６１０を大きくする、又は通電時間を長くすることで、開弁に必要な磁気吸引力を確保し、弁体２１４挙動の安定性を高められる。結果として、最大位置高さおよび弁体２１４の開弁している開弁期間を正確に制御することができ、噴射量の精度を高められる。燃料圧力が低下し設定値以下となった場合、第１駆動電流６１０を小さく補正する、あるいは通電時間を短くすることで、上述した噴射量の精度を高める効果がある。

これによりハーフリフト領域において、燃料圧力が変化した場合であっても開弁開始から弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置に到達するまでの弁体変位量の傾きの変化を抑制でき、弁体２１４挙動の安定性を高められる。

燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する差圧力が増加するため、噴射パルスＴｉを停止してから弁体２１４が閉弁するまでの閉弁遅れ時間が短くなる。差圧力は、弁体２１４が開弁開始してから影響を受けるため、最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０に到達した後の方が弁体２１４の挙動に与える影響が大きい。燃料圧力が大きくなった場合、第１駆動電流６１０を大きくすることで、閉弁遅れ時間を大きくすることができ、燃料圧力が増加したことによる差圧力の増加が弁体２１４に与える影響と相殺できる。結果、燃料圧力の増加による弁体２１４の開弁時間および最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０の変化を抑制でき、燃料圧力の変化に対して安定した動作が可能となる。

燃料圧力が増加する条件において、第１駆動電流の補正を実施した場合の噴射量特性を図７のＱ７１０に示す。弁体２１４の開弁期間と最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０が同等である場合であっても、燃料圧力が変化すると、噴孔２１９を流れる燃料の流速が増加するため、噴射量が増加する。一般的に噴孔２１９のようなオリフィスでは、噴射量は燃圧の√に比例することが知られている。燃料圧力が増加した場合に、弁体２１４の開弁期間の変化を抑制することで、ＥＣＵ１０４で噴射量の変化を正確に演算することができ、噴射量の精度を高められる。結果、微少な噴射量を制御できることができ、多段噴射回数を増加させてＰＮ抑制が可能となる。

また、燃料圧力が増加した場合、弁体２１４に働く差圧力が増加するため、弁体２１４を開弁状態で保持するのに必要な磁気吸引力が変化する。したがって、燃料圧力に応じて、第２駆動電流６１１を決定すると良い。具体的には、燃料圧力が増加すると、第２駆動電流６１１を増やして磁気吸引力を増加させると良い。

また、弁体２１４に作用する差圧力が増加することで、閉弁遅れ時間が短くなる。第２駆動電流６１１を増加させることで、閉弁遅れ時間が長くなるため、差圧力の増加による閉弁遅れ時間が短くなる影響を抑制する効果が得られる。結果、燃料圧力増加に伴う弁体２１４の閉弁遅れ時間と開弁期間の変化を抑制でき、噴射量の変化を抑制できるため、ＰＮ抑制効果を高められる。なお、第１駆動電流と第２駆動電流の補正はハーフリフト領域とフルリフト領域の流量精度をそれぞれ高められるため、単独で補正しても対象とする領域において噴射量の精度を高める効果が得られる。

また、燃料圧力が増加した場合の弁体２１４に作用する差圧力は、弁体２１４が最大高さ位置に到達して駆動する場合に比べて、弁体２１４が最大高さ位置に到達しないハーフリフトの条件の方が大きくなる。これは、差圧力が弁体２１４の変位量が小さい方がシート部断面積が小さくなり、シート部を流れる燃料の流速が増加することで、静圧低下の影響が大きくなるためである。したがって、燃料圧力が増加した場合に、第１駆動電流６１０と第２駆動電流６１１を補正する場合、第２駆動電流６１１の電流の増加に比べて、第１駆動電流６１０の電流の増加が大きくなるように補正すると良い。第２駆動電流６１１の電流値６１１を第１駆動電流６１０よりも小さくすることで、ソレノイド２０５に供給される電流を抑制でき、消費電力を抑制するメリットがある。

また、電流値の低下に伴いソレノイド２０５の発熱を抑制できるため、ソレノイド２０５の発熱に伴う温度変化を抑制でき、ソレノイド２０５の抵抗値の変化を抑制できる。ソレノイド２０５に供給される電流は、オームの法則より、ソレノイド２０５の抵抗値に依存するため、抵抗値の変化を抑制することで、電流の変化を抑制でき、噴射量の精度を向上する効果が高まる。なお、燃料圧力は、燃料配管１０５に取り付けた圧力センサ１０２の信号をＥＣＵ１０４で検出できる。

また、各気筒ごとの空燃比ばらつきを抑制するために、Ａ／Ｆセンサによって各気筒ごとに噴射パルスを補正する場合がある。噴射パルスの噴射量に与える感度を小さくすることで、Ａ／Ｆセンサで計算した補正に対して、誤補正を防ぐ効果が得られ、噴射量の正確な制御が可能となる。

また、弁体２１４をハーフリフトで駆動する条件においては、第１の保持電流期間で噴射パルスの幅を制御して、噴射量を制御すると良い。第一の保持電流期間６１０では、電流値が一定に保持されているため、バッテリ電圧ＶＢが変動の影響を受けず、磁気吸引力を正確に制御することができる。

また、弁体２１４が最大高さ位置に到達する前に、第１駆動電流６１０を停止すると良い。第１駆動電流６１０を停止することで、可動子２０２に作用する磁気吸引力が減少し、減速効果を得られる。この効果によって、弁体２１４が最大高さ位置に到達する直前で減速し、可動子２０２が固定コア２０７と衝突することで生じる弁体２１４のバウンドを低減できる。結果、ハーフリフトの領域からフルリフト領域に至るまでの流量の連続性を確保できる。ハーフリフトからフルリフトに移行する区間に弁体２１４のバウンドに伴う噴射量のうねりが生じると、エンジンの燃焼が不安定になる場合がある。第一実施例における制御方法を用いることで、微少流量から大流量に至るまでの噴射量を正確に制御でき、エンジンの燃焼ロバスト性を高める効果が得られる。

電流波形６２１では、１吸排気行程中の燃料を分割して噴射する場合（分割噴射）、分割噴射の回数が多く、噴射と噴射のインターバルが小さい場合に昇圧電圧ＶＨが初期値に復帰せず、昇圧電圧ＶＨが小さい条件で、噴射する場合がある。本実施例の電流波形６１０では、昇圧電圧ＶＨを印加している期間が、電流波形６２１に対して短いため、昇圧電圧ＶＨの低下を抑制できる効果がある。この効果により、弁体２１４の変位量を正確に制御することができ、分割噴射における噴射量の精度を高められる。結果、１噴射ごとの混合気の均質度を向上でき、ＰＮを抑制することができる。また、昇圧電圧ＶＨの印加時間を短くすることで、昇圧回路５１４の発熱とＥＣＵ１０４の消費電力を抑制でき、コイル２０５の発熱を抑制できる。

次に、第２駆動電流６１１において、噴射パルスがＯＦＦになるとスイッチング素子５０５、５０６、５０７を非通電にする。スイッチング素子５０６、５０７が共に非通電となると、接地電位（ＧＮＤ）側へ電流が流れられなくなるため、燃料噴射装置５４０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５０９と燃料噴射装置５４０、ダイオード５１０を介して高電圧源へ帰還され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。

以下、図８を用いて、実施例２における燃料噴射装置の電流制御方法について説明する。図８は、本発明の第２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５４０のスイッチング素子５０５、５０６、５０７、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。図中に図６の電流波形を用いた場合の駆動第１駆動電流６１０を点線で記載する。なお、図６と同等の記号については同じ記号を用いる。また、実施例２における駆動装置は実施例１と同等とする。実施例１の電流波形との差異は、第１の保持電流期間の電流値７０１が電流値６０４よりも高く、ピーク電流Ｉ_peakを停止した後、ソレノイド２０５に昇圧電圧ＶＨを印加して電流７０１に到達させ、さらに第１の保持電流期間から第２の保持電流期間への移行中に、ソレノイド２０５に負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加する点である。

第２実施例における電流波形７１０ではピーク電流Ｉ_peak到達後に、スイッチング素子５０５、５０６、５０７を共に非通電とし、ソレノイド２０５に負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加して電流値を電流８０２のように急速に低減する。なお、負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加する期間８３０についてはＣＰＵ５０１もしくはＩＣ５０１に予め時間として設定するか、電流値が敷居値を下回るタイミングとして設定すると良い。負の方向の昇圧電圧ＶＨを時間で設定した場合、電流値に比べて時間分解能が高く、昇圧電圧ＶＨの印加時間を正確に制御でき、第１駆動電流に到達する時間の精度が向上する。結果、ハーフリフトで噴射量を制御できる最小範囲を正確に決定できる。また、負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加する時間を、ピーク電流値Ｉ_peakに到達してから電流値が敷居値を下回ったタイミングとする場合、ソレノイド２０５の抵抗値の変化や、昇圧電圧ＶＨの電圧値が変化した場合であってもタイミングｔ₈₃での電流値を一定に保つことができ、電流値が減少することで生じる磁気吸引力の低下を抑制することが可能となる。なお、負の方向の昇圧電圧ＶＨの印加時間は、以上で述べた時間で設定する方法と、電流の閾値で設定する方法を組合せてもよい。具体的には、電流がピーク電流値Ｉ_peakに到達してから負の方向の昇圧電圧ＶＨが印加される期間８３０を時間で設定した後、その期間８３０が経過後に電流が予めＣＰＵ５０１乃至ＩＣ５０２に設定した閾値を下回ったタイミングで昇圧電圧ＶＨを印加して電流値を電流８０１に到達させると良い。結果、時間分解能を細かく設定できかつバッテリ電圧ＶＢやソレノイド２０５の抵抗値の変化に対しても電流値を保つことができるため、噴射量の精度が向上できる。

期間８３０が終了するタイミングｔ₈₃で、スイッチング素子５０５、５０６を通電させて、ソレノイド２０５に昇圧電圧ＶＨを印加させて電流を８０１にまで到達させる。昇圧電圧ＶＨを印加して、電流８０１まで到達させることで、バッテリ電圧ＶＢの変動を受けず、確実に電流８０１に到達させることができる。また、オームの法則により、バッテリ電圧ＶＢに比べて、昇圧電圧ＶＨの方がソレノイド２０５に供給できる電流値が大きいことから、タイミングｔ₈₃から第１駆動電流８０１に到達するまでの時間を短くでき、弁体２１４の変位量が小さい方向に制御範囲を拡大できる。したがって、微小な噴射量を制御することが可能となる。その結果、多段噴射の条件において、吸気行程と圧縮行程とで噴射量の分割比が９：１のように、圧縮行程で極端に分割比の小さい噴射が要求される場合であっても要求噴射量を実現できるため、均質度の向上や、点火プラグ周りに希薄な混合気を局所的に形成するような弱成層燃焼を実現でき、低燃費とＰＮ抑制を両立できる。

電流値が電流８０１に到達すると、スイッチング素子５０５を非通電にして、スイッチング素子５０６、５０７を通電させて、ソレノイド２０５にバッテリ電圧ＶＢを印加する。一般的に、ソレノイド２０５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５４０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２０５の抵抗Ｒとソレノイド２０５に流れる電流ｉの積との和で示される。

第１の保持電流期間の電流値８０１が電流値６０４よりも大きい場合、または、可動子２０２の開弁動作に伴って磁束の変化が大きくなり、誘導起電力が大きくなる条件では、第１の保持電流期間に到達した後にソレノイド２０５にバッテリ電圧ＶＢを印加したとしてもソレノイド２０５に流れられる電流が小さくなり、電流８０１に到達しない場合がある。この場合、第１の保持電流期間において、電流のスイッチング制御すなわちスイッチング素子５０７の通電・非通電が行われなくなり、ソレノイド２０５にはバッテリ電圧ＶＢが印加されつづける。可動子２０２が最大高さ位置に到達すると、可動子２０２の開弁方向への移動に伴う誘導起電力の変化がなくなるため、電流８０４のように電流値の傾きが変化する。電流波形８１０のように、バッテリ電圧ＶＢが印加されつづける条件でハーフリフトの領域７４２での噴射量を制御する場合、バッテリ電圧ＶＢの変化に伴ってソレノイド２０５に供給される電流値が変化するため、可動子２０２に作用する磁気吸引力が変動する。例えば、第１の保持電流期間において、バッテリ電圧ＶＢに接続されている車載機器が通電された場合、バッテリ電圧ＶＢの電圧値が低下し、ソレノイド２０５に供給される電流値が減少して、磁気吸引力が低下する。結果、第１の保持電流期間で噴射パルス幅が停止された場合に、弁体２１４の最大変位および開弁期間が小さくなり、噴射量が小さくなる。

タイミングｔ₈₃以降のバッテリ電圧ＶＢの印加されている時間もしくは、スイッチング素子５０７の通電・非通電の状態をＣＰＵ５０１もしくはＩＣ５０２で検出し、バッテリ電圧ＶＢが印加され続ける場合には、第１の保持電流期間における目標の電流値８０１を小さくすると良い。バッテリ電圧ＶＢの低下によって第一の保持電流期間での電流のスイッチング制御が行われなくなった状態を検出し、電流のスイッチング制御を行えるように目標の電流値８０１を変化させることで、バッテリ電圧ＶＢの通電／非通電が正常に行えるようにすると良い。結果、バッテリ電圧ＶＢが変動した場合であっても可動子２０２に作用する磁気吸引力を保つことができ、ハーフリフトの領域７４２での弁体２１４の変位量を正確に制御できる。結果、ハーフリフトの領域７４２での微小な噴射量を精密に制御することができ、混合気の均質度を向上し、ＰＮを抑制できる。具体的には、バッテリ電圧ＶＢが印加され続ける場合、目標の電流値８０１を下げるように制御すると良い。

また、タイミングｔ₈₃後、電流が電流８０１に到達してからバッテリ電圧ＶＢが印加され続ける場合には、スイッチング素子５０７を非通電、スイッチング素子５０６を通電にして、スイッチング素子５０５を通電・非通電することで、昇圧電圧ＶＨの印加・停止を繰返すように制御しても良い。昇圧電圧ＶＨはバッテリ電圧ＶＢの変動の影響を受けにくいため、電流８０１を維持しようとする第１の保持電流期間において、電流値のスイッチング制御を確実に行うことができるため、ハーフリフトの条件での弁体２１４を安定的に動作させることができる。また、式（１）より、ソレノイド２０５に流れられる電流ｉは、印加電圧Ｖに依存するため、第１駆動電流を生成するためにバッテリ電圧ＶＢよりも電圧値が高い昇圧電圧ＶＨを用いることで、電流値８０１が高い条件や可動子２０２の移動に伴う誘導起電力が大きい条件であっても第１駆動電流の電流値を保持することができ、開弁に必要な磁気吸引力を大きくできる。結果、ハーフリフトの条件での弁体２１４の安定性を確保できるため、噴射量の精度が向上することで混合気の均質度が向上し、ＰＮを低減できる。また、燃料圧力が高い条件で第１駆動電流の生成に昇圧電圧ＶＨを用いると良い。燃料圧力が高い条件では、弁体２１４に作用する流体力が増加するため、可動子２０２および弁体２１４を最大開度まで到達させることができ、噴射量の精度を高められる。一方で、バッテリ電圧ＶＢでは、昇圧電圧ＶＨに比べて、電流をスイッチング制御する際の通電／非通電の時間幅が小さく、第一駆動電流の電流値８０１と電流値の下限の差分が小さい。したがって、電流のスイッチングに伴う磁気吸引力の変動が小さくなるため、可動子２０２に作用する磁気吸引力の精度を高められる。結果、噴射量の精度が高まり、混合気の均質度が向上してＰＮを低減できる。

また、目標電流８０１を小さくしてもバッテリ電圧ＶＢが印加されつづける場合には、昇圧電圧ＶＨを通電・非通電する制御に切り替えを行うとよい。この結果、通常の駆動の場合は、昇圧電圧ＶＨを使用する頻度を小さくして消費電力や昇圧回路５１４の発熱を抑制し、突発的にバッテリ電圧ＶＢが大幅に低下した場合には、昇圧電圧ＶＨで確実に弁体２１４の変位および開弁期間を制御することで、消費電力、発熱抑制と、ロバスト性を両立することができる。

また、第一駆動電流の生成には、昇圧電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢを組合わせてもよい。具体的には、タイミングｔ８３以降に電流値が電流８０１に到達すると、バッテリ電圧ＶＶＢを印加して電流を緩やかに低下させ、電流値が予め設定した敷居値を下回るか、一定時間経過した後に昇圧電圧ＶＨを印加して電流値を再び電流８０１に到達させるように電流制御を行う。バッテリ電圧ＶＨを用いて電流値を確実に電流８０１に到達せて、バッテリ電圧ＶＢの印加で電流を緩やかに低下させることで、第１駆動電流における電流のスイッチング幅を大きくして、電圧のスイッチング回数を低減することができる。結果、磁気吸引力の変動を小さくすることができ、噴射量の精度が向上する。

また、可動子２０２および弁体２１４が最大開度に到達する全後で第１駆動電流から第２駆動電流に以降させた後は、バッテリ電圧ＶＢの通電・非通電を行って第２駆動電流を生成すると良い。可動子２０２が最大開度に到達した後は、ハーフリフトの条件に比べて弁体２１４に作用する差圧力が低下するため、昇圧電圧ＶＨの印加からバッテリ電圧ＶＢに切替えたとしても可動子２０２および弁体２１４を開弁状態で保持することができる。また、第１駆動電流に昇圧電圧ＶＨを用いる場合であっても、第２駆動電流にバッテリ電圧ＶＢを用いることで、昇圧電圧ＶＨを使用する範囲を小さくでき、昇圧電圧ＶＨの低下を抑制することができる。結果、多段噴射の条件において、次の噴射を行う場合に昇圧電圧ＶＨの低下幅を抑制できるため、１回目の噴射と２回目の噴射の噴射量の変化を抑制でき、混合気の均質度を向上させてＰＮ抑制が可能となる。

以下、図９、１０を用いて、実施例３における燃料噴射装置の構成および動作と燃料噴射装置の制御方法について説明する。図９は、実施例３における燃料噴射装置の可動子２０２および弁体２１４の近傍を拡大した断面図である。なお、図９において、図２および図３と同等の部品については同じ記号を用いる。図１０は、本発明の３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５０５、５０６、５０７、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。なお、図１０において、図６と同等の構成については同じ記号を用いる。

実施例３における実施例１の燃料噴射装置との差異は、第３のばね２３４および中間部材２２０がなく、弁体２１４と弁座２１８と接触している状態で可動子２０２側の当接部と弁体２１４の当接部との間の隙間が０となる点である。

図９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２０５に通電されていない状態では、第１のばねであるスプリング９０１によって弁体２１４が閉弁方向に付勢され、弁体２１４は弁座２１８に密着して閉弁状態となっている。閉弁状態においては、可動子２０２には、開弁方向にかかる第２のばねの戻しばね２１２による力が作用する。このとき、弁体２１４に作用するスプリング９１０による力のほうが、戻しばね２１２による力に比べて大きいため、可動子２０２の端面３０２Ｅが弁体２１４に接触し、可動子２０２は静止している。また、弁体２１４と可動子２０２とは相対変位可能に構成されており、ノズルホルダ２０１に内包されている。また、ノズルホルダ２０１は、第２のばね２１２のばね座となる端面３０３を有している。スプリング９１０による力は、固定コア２０７の内径に固定されるバネ押さえ２２４の押し込み量によって組み立て時に調整されている。

弁体２１４が閉弁時には、燃料圧力によって弁体２１４の上部と下部の差圧が生じ、燃料圧力と弁座位置におけるシート内径の受圧面積とを乗じて求まる差圧力およびスプリング２１０の荷重によって弁体２１４が閉弁方向に押されている。閉弁状態からソレノイド２０５に電流が供給されると、磁気回路に磁界が生じ、固定コア２０７と可動子２０２との間に磁束が通過して、可動子２０２に磁気吸引力が作用する。可動子２０２に作用する磁気吸引力が、差圧力とセットスプリング２１０による荷重を越えるタイミングで、弁体２１４は可動子２０２とともに固定コア２０７の方向に変位を開始する。

弁体２１４が開弁動作を開始した後、可動子２０２は固定コア２０７の位置まで移動し、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する。この可動子２０２が固定コア２０７に衝突した後には、可動子２０２は固定コア２０７からの反力を受けて跳ね返る動作をするが、可動子２０２に作用する磁気吸引力によって可動子２０２は固定コア２０７に吸引され、やがて停止する。このとき、可動子２０２には第２のばね２１２によって固定コア２０７の方向に力が作用しているため、跳ね返りが収束するまでの時間を短縮できる。跳ね返り動作が小さいことで、可動子２０２と固定コア２０７の間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

このようにして開弁動作を終えた可動子２０２および弁体２０２は、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体２０２と弁座２１８の間には隙間が生じており、噴孔２１９より燃料が噴射されている。燃料は固定コア２０７に設けられた中心孔と、可動子２０２に設けられた燃料通路孔を通過して下流方向へ流れるようになっている。

ソレノイド２０５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２０２に作用する磁気吸引力が消滅することによって、可動子２０２および弁体２１４はスプリング９１０の荷重と、差圧力によって、弁座２１８に接触する閉弁位置に押し戻される。

また、弁体２１４が開弁状態から閉弁する際に、弁体２１４が弁座２１８と接触した後、可動子２０２が弁体２１４、可動子２０２から分離して閉弁方向に移動して、一定時間運動した後に、戻しばね２１２によって、閉弁状態の初期位置まで戻される。弁体２１４が開弁完了する瞬間に可動子２０２が、弁体２１４から離間することで、弁体２１４が弁座２１８と衝突する瞬間の可動部材の質量を可動子２０２の質量分だけ低減することができるため、弁座２１８と衝突する際の衝突エネルギーを小さくすことができ、弁体２１４が弁座２１８に衝突することによって生じる弁体２１４のバウンドを抑制できる。

本実施例の燃料噴射装置では、弁体２１４と可動子２０２とは、開弁時に可動子２０２が固定コア２０７と衝突した瞬間と、閉弁時に弁体２１４が弁座２１８と衝突した瞬間の短い時間、相対的な変位を生じることにより、可動子２０２の固定コア２０７に対するバウンドや弁体２１４の弁座２１８に対するバウンドを抑制する効果を奏する。

次に図１０を用いて第３実施例における燃料噴射装置の駆動方法について説明する。図１０は、本発明の第３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５０５、５０６、５０７、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。なお、図１０において、図６と同等の部品については同じ記号を用いる。図１０における図６との差異は弁体２１４が開弁を開始した後に、ピーク電流Ｉ_peakを停止して第１の保持電流期間に移行する点である。

次に、本発明における弁体２１４の駆動方法について説明する。最初に、タイミングｔ₁₁において、ＣＰＵ５０１より噴射パルス幅Ｔｉが通信ライン５０４を通して駆動ＩＣ５０２に入力されると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６がＯＮとなり、バッテリ電圧ＶＨよりも高い昇圧電圧ＶＨをソレノイド２０５に印加し、駆動電流が燃料噴射装置に供給され、電流が急速に立ち上がる。ソレノイド２０５に電流が供給されると可動子２０２と固定コア２０７との間に磁気吸引力が作用する。開弁方向の力である磁気吸引力と第２のばね２１２の荷重との合力が閉弁方向の力である第１のばねであるスプリング９１０の荷重を超えたタイミングで可動子２０２および弁体２１４が変位を開始し、燃料噴射装置から燃料が噴射される。

弁体２１４には燃料の圧力に伴って生じる差圧力が作用しており、弁体２１４に作用する差圧力は、弁体２１４のシート部近傍の流路断面積が小さい範囲において、シート部の燃料の流速が増加し、ベルヌーイ効果による静圧低下に伴って生じる圧力降下によって弁体２１４先端部の圧力が低下することで生じる。この差圧力は、シート部の流路断面積の影響を大きく受けるため、弁体２１４の変位量が小さい条件では、差圧力が大きくなり、変位量が大きい条件では、差圧力が小さくなる。したがって、可動子２０２が弁体２１４に衝突しない実施例３の燃料噴射装置の構成では、弁体２１４が閉弁状態から開弁開始されて変位が小さく、差圧力が大きくなる開弁動作がし難くなるタイミングで磁気吸引力を大きくする必要性がある。ピーク電流値Ｉ_peak停止のタイミングｔ₁₃を弁体２１４が開弁開始するタイミングｔ１２よりも遅くすることで、差圧力が大きくなるタイミングでの磁気吸引力を確保でき、開弁時の安定性を向上できる。結果、ハーフリフトの領域の弁体２１４の変位量および噴射期間を正確に制御することができ、噴射量の精度が高まるため、ＰＮ抑制の効果が大きくなる。

電流がピーク電流値Ｉ_peakに達すると、スイッチング素子５０５、５０７を非通電とし、スイッチング素子５０６を通電することで、ソレノイド２０５には実質的に０Ｖが印加され、電流は電流１００２のようにピーク電流値Ｉ_peakから緩やかに低下する。本実施例の電流波形１００１では、弁体２１４および可動子２０２が開弁方向に変位して、必要な磁気吸引力を確保した後、ピーク電流Ｉ_Peakを早いタイミングで停止することで、開弁の安定性を確保し、弁体２１４の変位量の傾きを小さくできる。また、ピーク電流Ｉ_Peakを停止するタイミングｔ１３を弁体２１４が開弁開始した後に設定することで、可動子２０２に発生する磁気吸引力が大きくなり、燃料圧力が大きい場合であっても弁体２１４を安定的に開弁状態まで制御可能である。結果として、弁体２１４の変位量が安定した状態でハーフリフトの領域での弁変位を制御でき、噴射量の精度を高められる。

実施例３における燃料噴射装置では、弁体２１４の開弁開始タイミングが燃料噴射装置に供給される燃料圧力に大きく依存する。燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する差圧力が増加するため開弁開始タイミングが遅くなる。したがって、燃料圧力が弁体２１４の変位量に与える影響が大きいことから、実施例１、２で説明した制御方法を実施例３の燃料噴射装置に適用することで、噴射量の精度向上の効果が高まり、ＰＮ抑制が可能となる。

以下、図１１を用いて、実施例４における燃料噴射装置の構成および動作について説明する。図１１は、実施例４における燃料噴射装置の可動子２０２および弁体１１４の近傍を拡大した断面図である。なお、図１１において、図２および図３と同等の部品については同じ記号を用いる。

図１１における第１実施例の燃料噴射装置との差異は、第３のばね２３４および中間部材３２０がなく、ストッパ部材１１５１および薄板部材１１５２を有する点である。

弁体２１４には、ストッパ部材１１５１が圧入または溶接によって固定されている。また、可動子２０２には、薄板部材１１５１が可動子２０２の下端面１１５３で溶接によって固定されている。第２のばね１１５０は、ストッパ部材と薄板部材１１５２との間に配置され、可動子２０２を閉弁方向に付勢している。弁体２１４と可動子２０２との間には、隙間Ｇ５が設けられており、可動子２０２と固定コア２０７との間の隙間Ｇ６から隙間Ｇ５を差分した値が弁体２１４の最大位置高さとなる。なお、薄板部材１１５２には燃料通路孔１１５６が円周方向に複数設けられており、燃料噴射装置の上流から流れてきた燃料は、可動子２０２の燃料通路孔１１５５、燃料通路孔１１５６を通って下流に流れる。

次に燃料噴射装置の動作について説明する。なお、駆動回路の構成および電流を生成する手段については実施例１と同等とする。ソレノイド２０５に電流が供給されると、可動子２０２に磁気吸引力が作用する。磁気吸引力が第２のばね１１５０の荷重を超えたタイミングで可動子２０２は開弁方向に変位を開始する。可動子２０２が隙間Ｇ５を変位すると、可動子２０２が弁体２１４のつば部１１５４の下側端面に衝突し、弁体２１４が開弁を開始して、噴孔２１９より燃料が噴射される。可動子２０２が隙間Ｇ６を変位すると、可動子２０２が固定コア２０７に衝突し、可動子２０２と弁体２１４は最大高さ位置に到達する。可動子２０２が弁体２１４に衝突して開弁する効果は、実施例１で説明した通りであるが、実施例４に示す構成では、第３のばね２３４と中間部材３２０の部品がないため、部品点数が少なく、コストを低減できる効果がある。しかしながら、可動子２０２が固定子２０７と衝突した際には、第２のばね１１５０が可動子２０２のバウンドを抑制する開弁方向に作用せず、可動子２０２を閉弁方向に付勢するため、弁体２１４との間でバウンドが収束しにくい。したがって、可動子２０２が開弁位置に到達した後のフルリフトの領域において、噴射量と噴射パルスの関係が非線形となり、噴射量ばらつきが生じる場合がある。図１１における燃料噴射装置では、ソレノイド２０５に電流を供給して、第１駆動電流に到達した後、可動子２０２が最大高さ位置に到達するよりも前に、ソレノイド２０５に負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加すると良い。結果、可動子２０２に働く磁気吸引力が急速に低下し、第１のばね２１０と、弁体２１４に作用する差圧力によって可動子２０２を減速させることで、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する際の速度を低減し、可動子２０２のバウンドを抑制できる。その結果、弁体２１４のバウンドを低減し、弁体２１４が最大高さ位置に到達した後の噴射量の精度を向上できる。また、可動子２０２の固定コア２０７と対向する面がほぼ平坦である場合、可動子２０２の燃料通路孔１１５５が固定コア２０７で遮られて、かつ弁体２１４のつば部１１５４と固定コア２０７の内径との隙間が小さくなるため、有効な燃料通路の断面積を確保しにくい。この場合、コア２０７の内径にテーパ面１１６０を設けて、固定コア２０７と弁体２１４との間の燃料通路を確保すると良い。また、可動子２０２の燃料通路の径方向の位置は、弁体２１４のつば部１１５４の外径よりも外径側にあるとよい。この効果によって、可動子２０２の燃料通路の断面積がつば部１１５４によって縮小するのを抑制できる。また、弁体２１４と可動子２０２の接触面積を増やせるため、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の衝突荷重を低減する効果が得られる。結果、弁体２１４および可動子２０２の衝突面の摩耗を抑制し、噴射量変化を抑制でき、噴射量の精度を高められる。また、固定コア２０７の可動子と対向する面におけるテーパ面１１６０の終端部１１６１が可動子２０２の燃料通路孔１１５５の外径よりも内径側に位置すると良い。可動子２０２と固定コア２０７との間の隙間が小さくなると、スクイーズ効果によって、可動子２０２と固定コア２０７間の燃料の圧力が上昇し、可動子２０２の運動を妨げる方向に差圧力が生じる。可動子２０２の燃料通路孔１１５５の外径が、テーパ面１１６０の終端部１１６１よりも外径に位置することで、可動子２０２の移動に伴う可動子２０２と固定コア２０７との間の排除流量が燃料通路断面積が拡大する燃料通路孔１１５５側に流れやすくなり、可動子２０２に作用する差圧力を低減する効果がある。また、弁体２１４と固定コア２０７との間および可動子２０２の燃料通路の断面積を大きくすることで、燃料が燃料通路を通過したことによる圧力損失を抑制でき、弁体２１４および可動子２０２の上下差圧を小さくすることができ、弁体２１４および可動子２０２に作用する差圧力を小さくできる。結果、可動子２０２に作用する非線形な差圧力の影響を抑制することで、可動子２０２および弁体２１４の挙動の安定性が高まり、噴射量の精度を向上できる。また、燃料圧力の増加にともなって、可動子２０２および弁体２１４に作用する差圧力が大きくなるため、差圧力を低減することで、高い燃料圧力の条件でも可動子２０２および弁体２１４を動作させることができる。燃料圧力が増加することで、噴孔２１９より噴射される燃料の粒子径を小さくできるため、混合気の均質度が向上し、ＰＮを抑制できる。

また、実施例４で説明した燃料噴射装置は、実施例１、２、３で説明した電流波形の制御方法を用いて制御しても良い。

以下、図１２、１３を用いて、実施例５における各気筒の燃料噴射装置の弁体２１４の弁動作ばらつきの検出方法と制御方法について説明する。図１２は、本発明の一実施例における弁体２１４が最大開度に到達する条件で、開弁開始および開弁完了タイミングが異なる３つの燃料噴射装置での端子間電圧Ｖ_inj、駆動電流、電流の１階微分値、電流の２階微分値、弁体変位量および時間の関係を示した図である。図１３は、本発明の５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、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。なお、図１３において図６と同等の値については、同じ記号を用いる。なお、図中に弁体２１４に作用する閉弁方向の力が異なる３つの燃料噴射装置の弁変位を破線、実線、一点鎖線で記載する。

最初に図１２を用いて弁体２１４が最大位置高さ（最大開度）に到達するタイミングである開弁完了タイミングの検出方法について説明する。図１２は、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、駆動電流、電流の１階微分値、電流の２階微分値、弁体２１４の変位量と噴射パルスＯＮ後の時間の関係を示した図である。なお、図１２の駆動電流、電流の１階微分値、電流の２階微分値および弁体２１４の変位量には、寸法公差によって生じる可動子２０２と弁体１１４に作用する力の変動によって、弁体の動作タイミングが異なる燃料噴射装置の各個体３つのプロファイルを記載している。図１２より、最初に、ソレノイド２０５に昇圧電圧ＶＨを印加し、急速に電流を増加させて、可動子２０２に作用する磁気吸引力を増加させる。その後、可動子２０２が弁体２１４に衝突して弁体２１４が開弁を開始する。駆動電流がピーク電流値Ｉ_peakに到達し、電圧遮断期間Ｔ２が終了するタイミングｔ₁₂₃までに、各気筒の燃料噴射装置の個体１、個体２、個体３の弁体２１４の開弁開始タイミングがくるように、ピーク電流値Ｉ_peak、もしくはピーク電流の到達時間Ｔｐと電圧遮断期間Ｔ２を設定するとよい。なお、電圧遮断期間Ｔ２とは、ピーク電流Ｉ_peakが終了してから負の方向の逆電圧ＶＨを印加する時間である。バッテリ電圧ＶＢの印加を続けて一定の電圧値１２０１が供給されている条件では、ソレノイド２０５への印加電圧の変化が小さいため、可動子２０２が閉弁位置から変位を開始し、可動子２０２と固定コア２０７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２１４および可動子２０２が変位を開始すると、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップが縮小するため、可動子２０２と固定コア２０７との間を通過できる磁束数が増加して誘導起電力が大きくなり、ソレノイド２０５に供給される電流が１２０３のように緩やかに減少する。可動子２０２が固定コア２０７に到達するタイミングすなわち、弁体２１４が最大開度に到達したタイミング（開弁完了タイミング）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１２０４のように緩やかに増加に転ずる。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噴射装置の各気筒の個体１、個体２、個体３について、弁体２１４が最大開度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駆動部および磁気回路の構成では、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、電流の傾きすなわち電流の微分値が変化するため、駆動装置で検出した電流の２階微分値の最大値を検出することで、開弁完了タイミングを検知でき、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できる。

また、開弁完了タイミングの検知は、弁体２１４と可動子２０２が一体となった可動弁の構成においても、弁体２１４と可動子２０２の別体構造で説明した開弁完了タイミングの検知を同様の原理で検出することができる。

なお、負方向の昇圧電圧ＶＨの印加が停止した後に、バッテリ電圧源ＶＢから電圧値１２０１が供給されている期間に、ＩＣ５０２に予め設定しておく目標の電流値１２１０に到達しないようにピーク電流値Ｉ_peakと電流遮断期間Ｔ２を調整すると良い。この効果によって、弁体２１４が最大開度に到達する前に駆動電流が目標の電流値１２１０に到達すると、駆動装置では、電流１２１０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の微分値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１２０２を印加している状態から、負方向の昇圧電圧ＶＨ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の通電・非通電を繰り返すことで、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１２１０に到達するまでの時間は、弁体２１４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、時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Ｉ_peakに到達してからの時間で制御すると良い。

各気筒の燃料噴射装置の開弁完了タイミングを検知した後は、第一保持電流期間でバッテリ電圧ＶＢの通電・非通電が繰り返されるように目標の電流値１２１０の値を小さく設定するように電流波形の切換えを行うと良い。また、本発明の実施例５の図１２における電流波形では、タイミングｔ₁₂₃における電流値を大きくするために、ピーク電流値Ｉ_Peakを大きくするか、電圧遮断時間Ｔ２を短くするかまたはその両方の補正を行うと良い。
車載機器の通電などにより、バッテリ電圧ＶＢが低下することによって可動子２０２に作用する磁気吸引力が低下し、可動子２０２および弁体２１４の変位が不安定になる場合がある。ピーク電流Ｉ_peakを大きく設定することで、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の運動エネルギーを大きくでき、弁体２１４が開弁開始してからの可動子２０２に作用する磁気吸引力を増加することができ、弁体２１４の変位の安定性が向上し、噴射量の精度を高められる。タイミングｔ₁₂₃の電流値を大きくすることで、可動子２０２に作用する磁気吸引力を高く保つことができるため、弁体２１４の安定性がさらに向上する。

次に、図１３を用いて開弁完了タイミングの検知情報から第２駆動電流を補正する方法について説明する。なお、変位量には、弁体２１４に作用する閉弁方向の力が大きい順に、弁体２１４の変位を変位１３１０、変位１３１１、変位１３１２として記載する。弁体２１４の閉弁方向の力は、第１のばね２１０と弁体２１４に作用する差圧力の合力である。各気筒の燃料噴射装置に同じ電流波形１３２０を供給する条件では、閉弁方向の力が大きい方が、弁体２１４が開弁開始してからの弁変位の傾きが小さくなり、弁体２１４が最大開度に到達するタイミングが遅くなる。変位１３１２では、開弁完了タイミングに対して、第１駆動電流を停止するタイミングが遅いため、可動子２０２および弁体２１４の減速が間に合わず、弁体２１４のバウンドが大きくなる。その結果、フルリフト後の噴射パルスと噴射量の関係が非線形なり、噴射量を連続的に制御できない場合がある。また、変位１３１０では、開弁完了タイミングに対して、第１駆動電流を停止するタイミングが早いため、可動子２０２に作用する磁気吸引力が減少し、可動子２０２および弁体２１４の速度が大きく低下する。その結果、開弁に必要な磁気吸引力を確保できなくなり、開弁完了タイミンが遅くなることで、弁体２１４の挙動が不安定となる場合がある。

燃料噴射装置ごとに開弁完了タイミングが異なる場合、各気筒の燃料噴射装置ごとに検知した開弁完了タイミングの情報を用いて、第１駆動電流を停止するタイミングを決定することで、各個体のハーフリフトの挙動安定性を確保し、噴射量の精度を向上させて、混合気の均質度が向上し、ＰＮ抑制が可能となる。また、ハーフリフトからフルリフトに至るまでの流量の連続性を確保することで、エンジン回転数の変化に対して適切な噴射量調整が可能となるため、ドライバビリティを向上できる。具体的には、開弁完了タイミングが遅い個体１３１０に対しては、第１駆動電流を停止するタイミングｔ₁₃₄を早め、開弁完了タイミングが早い個体１３１２に対しては、第１駆動電流を停止するタイミングｔ１３４を遅くするように電流波形を決定すると良い。なお、図１３は、第１駆動電流から第２駆動電流の移行にソレノイド２０５にほぼ０Ｖの電圧を印加して電流を電流１３０３のように緩やかに減少させているが、負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加して電流を素早く第２駆動電流６１１に移行させても良い。第１駆動電流から第２駆動電流の移行に、負の方向の昇圧電圧ＶＨを用いることで、開弁完了タイミングに到達する直前まで可動子２０２に大きな磁気吸引力を作用させて弁体２１４の安定性を確保し、開弁完了タイミングの直前で磁気吸引力を減少して可動子２０２を減速させることで、弁体２１４のバウンドを低減できる。結果、ハーフリフトでの噴射量精度の向上によるＰＮ低減と、フルリフト以降の流量連続性の確保によるドライバビリティの向上を両立できる。

また、第１駆動電流から第２駆動電流の移行の際にソレノイド２０５に印加する電圧は、燃料圧力が低い条件だと負の方向の昇圧電圧ＶＨを印加し、燃料圧力が高い条件だとほぼ０Ｖの電圧を印加するよう電流波形の設定を切り替えてもよい。燃料圧力が低い条件では、弁体２１４に作用する差圧力が小さいため、第１駆動電流を停止してから磁気吸引力が減少して可動子２０２および弁体２１４が減速するまでの時間が長く、燃料圧力が高い条件では、弁体２１４に作用する差圧力が小さいため、第１駆動電流を停止してから磁気吸引力が減少して可動子２０２および弁体２１４が減速するまでの時間が短い。したがって、燃料圧力に応じて、第１駆動電流を停止する際の印加電圧を切り替えることで、可動子２０２を適切なタイミングで減速させることができ、弁体２１４が最大開度に到達後に生じる弁体バウンドを低減できる。その結果、噴射量を連続的に制御でき、ドライバビリティが向上する。

また、燃料圧力が大きくなると、弁体２１４に作用する差圧力が増加するため、開弁完了タイミングが遅くなる。各燃料噴射装置において、各燃料圧力ごとの開弁完了タイミングをＥＣＵ１０４で検出し、ＣＰＵ５０１に予め設定しておくと良い。なお、開弁完了タイミングは、圧力が異なる少なくとも２点以上で取得すると良い。複数点の開弁完了タイミングの検知情報から近似式を求めて補間することで、燃料圧力が変わった場合であっても開弁完了タイミングの変化を正確に算出できる。具体的には、燃料圧力が大きくなるほど第１駆動電流を停止するタイミングが遅くなるよう設定すると良い。開弁完了タイミングは、弁体２１４の開弁開始タイミングを決定する可動子２０２変量のプロファイルおよび可動子２０２および弁体２１４に作用する差圧力に依存して決まる。各燃料噴射装置の寸法公差の影響により、燃料圧力と開弁完了タイミングの感度は、燃料噴射装置ごとに異なる。本発明の第５実施例における制御方法では、燃料圧力と開弁完了タイミングの関係を各気筒の燃料噴射装置ごとに検知し、検知情報に基づいて第１駆動電流の停止タイミングを決定すると良い。この結果、ハーフリフトでの弁体２１４の安定性して噴射量精度を向上でき、フルリフトで生じる弁体２１４のバウンドを低減できることから、流量の連続性を確保してドライバビリティを向上できる。

図１４を用いて本発明の第６実施例における分割噴射での噴射制御方法について説明する。図１４は、本発明の６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、ソレノイド２０５の端子間電圧Ｖｉｎｊ、弁体２１４および可動子２０２の挙動と時間の関係を示した図である。なお、図１４において図６と同等の値については、同じ記号を用いる。なお、図中の弁変位量には第１駆動電流で噴射パルスを停止してハーフリフトの条件で弁体２１４を駆動する場合の弁体２１４の変位量を一点鎖線で、可動子２０２の変位量を破線で記載し、フルリフトの条件で駆動される弁体２１４の変位量を実線で、可動子２０２の変位量を点線で記載する。なお、実施例６において燃料噴射装置および駆動装置の構成は、実施例１から５と同等とする。

図１４より、ハーフリフトの条件である第１駆動電流で噴射パルスが停止される電流１４５１では、フルリフトの条件に比べて弁体２１４の最大高さ位置１４５０が小さいため、噴射パルスを停止してから弁体２１４が閉弁するまでの弁体２１４の変位量が小さい。弁体２１４の変位量が小さいと、弁体２１４が最大高さ位置１４５０に到達して弁体２１４の速度が０となってから再び閉弁方向に加速する期間１４２２が小さいことから、弁体２１４が弁座２１８と接触する際の速度が小さい。弁体２１４が閉弁後に可動子２０２が弁体２１４から離間して初期位置に復帰するまでの時間は、弁体２１４の閉弁速度の影響を受け、弁体２１４の閉弁速度が大きい方が、可動子２０２が初期位置に復帰するまでの時間が長くなる。したがって、フルリフトの条件に比べて、最大高さ位置を小さくするハーフリフト条件の方が、可動子２０２が初期位置に復帰するまでの時間である期間１４２２が短く、分割噴射の噴射間隔を低減できる。

本発明の実施例６における制御方法では、ハーフリフトの条件では、フルリフトの条件で燃料を噴射する場合に比べて、分割噴射の条件での１噴射目と２回目の噴射以降の噴射パルスの間隔を小さくすると良い。ハーフリフトの条件で噴射パルスの間隔を小さくすることで、燃料の噴射で混合気の形成制御が容易となり、点火プラグ近傍に局所的に均質度の高い混合気を形成することで、弱成層燃焼による燃費低減とＰＮ抑制を両立できる。また、ＣＰＵ５０１で噴射量の演算を行う際に、噴射量がフルリフトの条件か、ハーフリフトの条件になるかを判定して、分割噴射間隔を決定すると良い。この結果、分割噴射間隔を適切に決定することができ、ＰＮ抑制効果を高められる。

冷気始動や高回転／高負荷で条件では、多段噴射の必要性が高く、より微小な噴射量が要求される。高回転／高負荷では、エンジン筒内の火炎が伝播中に未燃焼ガスが高温／高圧化することにより、筒内に取り付けられた点火プラグで点火する前に自着火に至ることで生じるノックが発生し易いため、多段噴射の必要性が高く、より微小な噴射量が要求される。ノックを抑制するため、ピストンの圧縮行程で多段噴射を行う場合、ハーフリフトの条件で燃料噴射を行うことで、分割噴射間隔を低減でき、適切なタイミングで燃料噴射による吸気冷却効果によって高温の混合気が冷却されノック抑制効果が高まる。

また、吸気行程でフルリフトの条件で燃料噴射を行って燃焼に必要な噴射量を確保しつつ、圧縮行程で、ハーフリフトの条件で燃料を複数回に分けて噴射するとよい。吸入行程では、流入空気の流動が大きいことから、燃料を多く噴射して均質な混合気を形成できる。また、フルリフトの条件での燃料噴射で１燃焼サイクルに必要な噴射量を稼ぐことで、圧縮行程でハーフリフトでの燃料噴射が行えるように、フルリフトの条件での噴射パルスを調整すると良い。この結果、圧縮行程で、ハーフリフトの条件で燃料の噴射を確実に行うことが可能となり、ノック抑制効果を高められる。また、圧縮行程でハーフリフトの条件で微小な噴射を行って点火プラグの近傍にのみリッチな混合気を形成することで、弱成層燃焼を実現させて燃費とＰＮ低減を両立できる効果が得られる。

また、ハーフリフトの条件では、燃料の噴射量が小さいことからフルリフトの条件に比べて噴孔２１９より噴射する燃料の流速が遅く、燃料噴霧の到達距離が小さい。噴射する燃料の流速は、弁体２１４と弁座２１８のシートの流路断面積に依存し、弁体２１４の最大高さ位置が小さくなるほど、燃料の流速が小さくなる。圧縮行程においては、ピストンが上支点に移動途中であるため、圧縮行程の後期になるほど、燃料噴射装置の噴孔２１９とピストン上面の距離が短くなり、噴射した燃料がピストンに付着し易く、ＰＮが発生する場合がある。圧縮行程の後期になるほどハーフリフトでの噴射量を小さくするすなわち、第１駆動電流の通電時間を短くすることで、ノック抑制とＰＮ抑制が両立できる。

１０１Ａ〜１０１Ｄ、５４０…燃料噴射装置、１０３…駆動回路、１０４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１５０…駆動装置、２０２…可動子、２０５…ソレノイド、２０７…固定コア、２１０…第１のばね、２１２…ゼロスプリング（第２のばね）、２３４…第３のばね、２１４…弁体、２１８…弁座、２２０…中間部材、２３２…キャップ、５０１…ＣＰＵ５０１

Claims (19)

1. 弁体と、前記弁体が着座する座面を有する弁座部と、前記弁体を駆動させる可動子と、
   駆動電流が流れることで前記可動子を駆動するコイルと、を備えた燃料噴射装置を制御する燃料噴射装置の駆動装置において、
   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を備え、
   前記制御部は、前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、前記第１駆動電流の通電時間を変えることで、前記最大高さ位置よりも低い高さ位置領域における前記弁体の高さ位置を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記コイルに流す駆動電流を前記最大駆動電流から前記第１駆動電流に低下させた後、前記第１駆動電流よりもさらに低い第２駆動電流に低下させることで前記弁体が前記最大高さ位置まで到達するように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
3. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記第１駆動電流を流す通電時間を長くするほど、前記最大高さ位置よりも低い高さ位置領域において、前記弁体の高さ位置が高くなるように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
4. 請求項２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記第２駆動電流を流す通電時間を変えることで、前記弁体が前記最大高さ位置に位置する時間を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
5. 請求項１又は２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記可動子は、前記弁体が前記座面に着座している状態において前記弁体と軸方向に隙間を介して配置され、前記弁体が前記弁シート部と反対側に押し上げられた状態において前記隙間が無くなり前記弁体と軸方向に接触するように構成された燃料噴射装置を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
6. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させた後、遮断することで前記弁体が前記最大高さ位置よりも低い高さ位置まで到達するように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
7. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記コイルにかける電圧の印加および停止を繰り返すことで前記第１駆動電流の通電時間を制御し、これにより前記最大高さ位置よりも低い高さ位置領域における前記弁体の高さ位置を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
8. 請求項２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記コイルにかける電圧の印加および停止を繰り返すことで前記第２駆動電流の通電時間を制御し、これにより前記弁体が前記最大高さ位置に位置する時間を特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
9. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
   前記制御部は、前記燃料噴射装置の上流側に配置されるレールの圧力が設定値以下の場合は、前記第１駆動電流の通電時間を短くするように制御し、前記レールの圧力が設定値以上の場合は、前記第１駆動電流の通電時間を長くするように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
10. 請求項１に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記制御部は、バッテリ電圧が設定時間、印加され続ける場合、又は前記バッテリ電圧の印加、停止のオン・オフを行うスイッチング素子のスイッチングが設定時間、行われない場合、前記第１駆動電流の目標値を下げることを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
11. 請求項１又は２に記載の駆動装置において、
    前記制御部は、前記燃料噴射装置の上流側に配置される燃料配管の圧力が設定値以上の場合に前記第１駆動電流の目標値を上げるように制御することを特徴する燃料噴射装置の駆動装置。
12. 弁体と、前記弁体が着座する座面を有する弁座部と、前記弁体を駆動させる可動子と、
    前記可動子と対向して配置される固定子と、駆動電流が流れることで前記可動子を駆動するコイルと、を備えた燃料噴射装置を制御する燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、前記可動子が前記固定子の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御する制御部を備えたことを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
13. 請求項１２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記制御部は、前記可動子が前記固定子にぶつかる前に前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記第１駆動電流に低下させた後、前記第１駆動電流よりもさらに低い第２駆動電流に低下させることで前記可動子が前記固定子にぶつかるように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
14. 請求項１２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記制御部は、前記第１駆動電流を流す通電時間を変えることで、前記固定子の対向面よりも低い高さ位置領域における前記可動子の高さ位置を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
15. 請求項１３に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記制御部は、前記第２駆動電流を流す通電時間を変えることで、前記可動子が前記固定子に接触する時間を制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
16. 請求項１２に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記制御部は、前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させた後、遮断することで前記可動子が前記固定子の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
17. 弁体と、前記弁体が着座する座面を有する弁座部と、前記弁体を駆動させる可動子と、
    前記可動子と対向して配置される固定子と、駆動電流が流れることで前記可動子を駆動するコイルと、を備えた燃料噴射装置の噴射量を制御する燃料噴射装置の駆動装置において、
    第１噴射量域において燃料を噴射する場合に、前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ、前記可動子が前記固定子の対向面よりも低い高さ位置まで到達するように制御する制御部を備えたことを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
18. 請求項１７に記載の燃料噴射装置の駆動装置において、
    前記第１噴射量域よりも噴射量の多い第２噴射量域において燃料を噴射する場合に、前記可動子が前記固定子にぶつかる前に前記コイルに流す駆動電流を最大駆動電流から前記最大駆動電流よりも低い第１駆動電流に低下させ後、前記第１駆動電流よりもさらに低い第２駆動電流に低下させることで前記可動子が前記固定子にぶつかるように制御することを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。
19. 請求項１又は２に記載の駆動装置において、１燃焼サイクルの燃料の噴射を分割し、圧縮行程の後期になるほど前記第１駆動電流の通電時間を短くすることを特徴とする燃料噴射装置の駆動装置。

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