燃料噴射弁の制御装置
【課題】弁体に作用する力を考慮して、弁体又は弁座の磨耗発生を抑制し燃料噴射弁の生涯使用回数を増加させる。
【解決手段】ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号４２１を出力すると共に、第３のパルス４２１によってソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御する。
【解決手段】ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号４２１を出力すると共に、第３のパルス４２１によってソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係わり、特に燃料噴射弁の弁体の動きの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁体が弁座に着座する際の弁座に対する弁体の衝突力を低減する方法として、ソレノイドへの通電が終了して弁体が閉弁方向に移動している際に微小な再通電を行い、弁体の移動速度（閉弁速度）を緩やかにする方法が知られている（例えば特開２００３−１２０８４８号公報）。
【０００３】
また、余剰な電力を消費しないことや、閉弁速度を適切に維持するために、それぞれの運転状況に応じてソレノイドへの再通電を制御する技術が知られている（特表２００１−５１０５２８号公報、特開２０００−２０５０７６号公報及び特開平４−１５３５４２号公報）。これらの技術では、アイドル状態時には、閉弁速度を緩やかにするために行う再通電の最大値を、通常運転時よりも低くすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０８４８号公報
【特許文献２】特表２００１−５１０５２８号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５０７６号公報
【特許文献４】特開平４−１５３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記後者の従来技術では、エンジンの運転状況に応じてソレノイドへの再通電を制御している。一方、閉弁時に弁体が弁座に着座することによって弁体と弁座との間のシート部に加わる力は、燃料圧力の影響を大きく受ける。運転状況としてはエンジン負荷が考慮されるが、燃料圧力はエンジン負荷と必ずしも比例関係にあるわけではない。例えば、燃料圧力を増加させることで燃料を微粒化することができ、燃料と空気との混合を促進することができ、良好な燃焼状態を実現できる。このため、燃料圧力を、エンジン負荷に応じた噴射量だけでなく、混合の促進や低エミッションの観点から高圧化することが考えられる。
【０００６】
上述したように、弁体が着座するときに弁体と弁座との間のシート部に加わる力は、必ずしもエンジンの運転状況に依存するわけではなく、燃料圧力に依存するところが大きいため、弁体又は弁座の磨耗を低減するためには燃料圧力に応じた開閉弁の制御が必要となってくる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、弁体又は弁座に作用する力を考慮して、弁体又は弁座の磨耗発生を抑制し燃料噴射弁の生涯使用回数を増加させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために、本発明の燃料噴射弁の制御装置は、ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために前記第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、前記ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号を出力すると共に、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御する。この場合、燃料噴射弁の制御装置とは、一般的にエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる回路装置や、この回路装置と一体に構成されたり、またあるときは別体に構成されて燃料噴射弁に駆動電流を供給する駆動回路の両方又はいずれか一方に限定されるものではない。
【０００９】
上記燃料噴射弁の制御装置において、燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の最大値又は前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の有無のうち少なくともいずれか一方を制御するようにするとよい。この場合、第３のパルスは燃料を噴射するための噴射パルスと同じ信号線に出力されるのが通常であり、第３の噴射パルス信号と呼んでもよいが、燃料の噴射を目的とするものではないので、敢えて「噴射」を付けていない。
【００１０】
また、燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスのパルス幅を変更するようにするとよい。
【００１１】
また、燃料圧力の実測値もしくは予測値のほか、開閉弁のための駆動電流波形、エンジン回転数及び噴射回数に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の投入タイミングを制御するようにするとよい。
【００１２】
また、エンジン回転数および燃料圧力が高くなる第１の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御するとよい。
【００１３】
また、前記第１の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、燃料圧力が小さい第２の運転領域においては、前記第３のパルスを出力して前記ソレノイドに駆動電流を流すように制御するとよい。
【００１４】
また、前記第１の運転領域及び前記第２の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、前記第２の運転領域よりもさらに燃料圧力が小さい第３の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御するとよい。
【００１５】
また、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに駆動電流を通電する制御を場合に、前記制御を行わない場合に比べて前記第１の噴射パルスのパルス幅を短くするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料圧力に基づいて弁体の閉弁速度を制御するので、弁体又は弁座に作用する力に配慮した閉弁速度の制御を行うことができ、弁体又は弁座の磨耗発生を抑制して、燃料噴射弁の生涯使用回数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】エンジンシステムの構成図。
【図２】燃料噴射弁の構成図。
【図３】燃燃料噴射弁を駆動する回路構成図。
【図４】噴射信号と駆動電流波形と磁気力と弁変位の時系列グラフ。
【図５】磁気力と閉弁速度の通電時間との関係図。
【図６】実施例１におけるフローチャート。
【図７】実施例２における燃圧と駆動波形の関係を示す図。
【図８】実施例２におけるフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に関する燃料噴射弁の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１は本実施例のエンジンシステムの構成を示す図である。本実施例では１気筒以上のエンジンを想定しているが、説明上図示する気筒は１気筒に限定する。
【００２０】
まず、エンジン１の基本動作について説明する。エンジン１に吸入される空気はエアクリーナ２を通り、吸気ダクトに取付けられたエアフロセンサ３により吸入空気量が計測される。エンジン１に吸入される空気量はスロットル弁４で制御される。吸気コレクタ５は図示しない他気筒へ空気を分配するためのもので、吸気コレクタ５で各気筒の吸気管に空気が分配され、吸気弁２５を通じて燃焼室２２に空気が吸入される。吸気管６の途中には、空気流に指向性を持たせるための図示しない空気流動制御弁を用いても良い。燃料の通路としては、燃料タンク７から燃料配管を図示しない低圧の燃料ポンプの吐出によって加圧輸送された燃料がコモンレール８に輸送される。それに伴い吸気カムシャフト９に取り付けられた高圧燃料ポンプ１０によってさらに加圧、蓄圧される。エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）１１はエンジン１に取付けられた各種センサからの信号を基に、ＥＣＵ１１内部でエンジン１の運転状況を判定し、その運転状況に相応しい指令値を各種アクチュエータに出力する。
【００２１】
ここで各種センサの例としては、エアフロセンサ３、コモンレール８に設定された燃料の圧力を検出する燃圧センサ１２、吸気カム９の位相を検出するフェーズセンサ１３、排気カム１４の位相を検出するフェーズセンサ１５、クランク軸１６の回転数を検出するクランク角センサ１７、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１８、ノッキングを検出するノックセンサ（図示しない）、排気管１９内の排気ガス濃度を検出する排ガスセンサ（排気Ａ／Ｆセンサ２０、排気Ｏ2センサ２１）などである。
【００２２】
また、各種アクチュエータの例としては、燃料噴射弁２３、高圧燃料ポンプ１０、スロットル弁４、空気流動制御弁（図示しない）、吸気および排気のカム位相を制御する位相制御弁（図示しない）、点火コイル２０などである。
【００２３】
ここで、エンジン１の作動構成を考えると、エアフロセンサ３により計測された空気量、および排気Ａ／Ｆセンサ２０および排気Ｏ2センサ２１の信号を取り込み、ＥＣＵ１１は燃料噴射量を算出し、高圧ポンプ１０によって加圧された燃料の燃圧を燃圧センサ１２によって検出することで、噴射期間を決定し、ＥＣＵ１１から燃料噴射弁の駆動回路３０に噴射信号が送られ、燃料噴射弁の駆動回路３０から燃料噴射弁２３に駆動信号を出力することで燃料を噴射する。噴射信号は主に噴射時期、噴射回数、噴射期間で構成される。噴射信号については、後述の本発明の制御方法の最良の形態で説明する。尚、駆動回路３０はＥＣＵ１１の内部に設けられる構成としても良い。
【００２４】
燃焼室２２に供給された空気と燃料は、ピストン２４の上下動に伴い、燃焼室２２内で気化、混合されて混合気が形成される。その後ピストン２４の圧縮動作により、温度と圧力が上昇する。ＥＣＵ１１はエンジン回転数、燃料噴射量などの情報から点火時期を算出し、点火コイル２７に点火信号を出力する。点火信号は主に点火コイル２７への通電開始時期、通電終了時期で構成されている。これにより、ピストン２４の圧縮上死点の少し手前のタイミングで点火プラグ２８により点火が行われ、燃焼室２２内の混合気に着火し燃焼が起こる。点火のタイミングは、運転状態によって異なるため、圧縮上死点後の場合もある。燃焼により高まった圧力により、ピストン２４を下方向に押し返す力が働き、膨張行程でエンジントルクとしてクランク軸１６に伝達され、エンジン動力となる。燃焼終了後、燃焼室２２に残留したガスは、排気弁２６を通り排気管１９に排出される。排気ガスは排気管１９の途中に配置された触媒２９を通して大気中に排出される。
【００２５】
次に、図１における燃料噴射弁２３の制御の内容について、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。
【００２６】
まず本実施例に用いる燃料噴射弁（図１中燃料噴射弁２３）の構成について、図２を用いて説明する。図２に示す燃料噴射弁２０１において、本体２０２はコア２０３とノズルホルダ２０４とハウジング２０５とから構成され、図１における高圧燃料ポンプ１０からの燃料を燃料通路２０６を介して、複数の燃料噴射孔２０７に導いている。弁体２０８は、上端部にアンカー２０９を有し、ガイド部材２１４，２１５によって弁体２０８の軸方向（燃料噴射弁２０１の中心軸方向）に摺動可能に案内されるようにして、ノズルホルダ２０３内に収納されている。本実施例では、弁体２０８とアンカー２０９とは弁体２０８の軸方向に相対変位可能に構成されており、アンカー２０９をスプリング２１６によって開弁方向に付勢しているが、アンカー２０９を弁体２０８に固定したものであってもよい。アンカー２０９を弁体２０８に固定した場合には、スプリング２１６は不要である。
【００２７】
スプリング２１０は、弁体２０８とアジャスタピン２１１との間に配置され、アジャスタピン２１１によってスプリング２１０の上端部の位置が拘束され、スプリング２１０が弁体２０８をシート部材２１２のシート部２１３に押し付けることによって燃料噴射孔２０７は閉弁している。ソレノイド２１４は、駆動回路３０からの駆動電流を受けて、コア２０３とアンカー２０９とを含む磁気回路を励磁し、コア２０３とアンカー２０９との間に磁気吸引力を発生させ、アンカー２０９をコア２０３に向かって軸方向に引き上げる。それに伴い、弁体２０８がアンカー２０９によって軸方向に引き上げられ、弁体２０８が弁座のシート部２１３から離れ、複数の燃料噴射孔２０７が開く。これにより、図１における高圧燃料ポンプ１０によって加圧、圧送された燃料が燃料通路２０６を通って燃料噴射孔２０７から噴射される。
【００２８】
ここで、図３を用いて駆動回路の構成について説明する。図３は燃燃料噴射弁２０１を駆動する回路構成を示した図である。
【００２９】
ＣＰＵ３０１は例えばＥＣＵ１１に設けられ、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルスＴｉや噴射タイミングの演算を行い、通信ライン３０４を通して燃料噴射弁２０１の駆動ＩＣ３０２に噴射信号として噴射パルスＴｉを出力する。その後駆動ＩＣ３０２によって、スイッチング素子３０５、３０６、３０７のＯＮ、ＯＦＦを切替えて、燃料噴射弁３０７（図１の燃料噴射弁２３、図２の燃料噴射弁２０１）へ駆動電流を供給する。
【００３０】
スイッチング素子３０５は駆動回路３０に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源ＶＨと燃料噴射弁３０７の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成される。高電圧源ＶＨは例えば、６０Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路３１４によって昇圧することで生成される。昇圧回路は例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成される。スイッチング素子３０８は、低電圧源ＶＢと燃料噴射弁３０７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１２Ｖである。
【００３１】
スイッチング素子３０６は、燃料噴射弁３０７の低電圧側の端子と接地電位の間に接続されている。駆動ＩＣ３０２は、電流検出用の抵抗３１５、３１２、３１３により、燃料噴射弁３０７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３０５、３０６、３０８のＯＮ、ＯＦＦを切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード３０９と３１０は電流を遮断するために備え付けられている。ＣＰＵ３０１は駆動ＩＣ３０２と通信ライン３０３を通して通信を行っており、燃料噴射弁３０７に供給する燃料の圧力や運転条件によって、駆動ＩＣ３０２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。
【００３２】
また、図示しないコンデンサをソレノイドに接続することで、ソレノイドの余剰な電流値をコンデンサに通電して、一定値に保つ構造とすることができる。ここで、余剰な電流値を放電させる方法は、弁体２０８の駆動の妨げにならなければ、コンデンサを接続しなくても良い。
【００３３】
次に図４は燃料噴射弁（図１中燃料噴射弁２３、図２中燃料噴射弁２０１）の制御信号に関して、上から噴射信号４０１、駆動電流４０２、図２における燃料噴射弁のソレノイド２１４への通電によって発生する磁気力４０３、燃料噴射弁の弁体の変位４０４を示している。
【００３４】
図１におけるＥＣＵ１１において各種センサから受けた運転状態の検出結果から要求噴射量を検知し、図４における噴射信号４０１を決定する。尚、駆動波形判定までの流れは後述の図６のステップ図を用いて説明する。噴射信号４０１が図１におけるＥＣＵ１１から出力され、燃料噴射弁の駆動回路３０から駆動電流４０２が出力されることで、図２における燃料噴射弁２０１（図１における燃料噴射弁２３）のソレノイド２１４に通電され、磁気力４０３が発生する。これにより、弁体２０８を引き上げることで燃料を噴射する。詳細に各信号について説明すると、噴射信号４０１が駆動回路３０に入力され、駆動回路３０から駆動電流波形４０２が出力される。駆動電流波形４０２は、駆動電流の最大値Ｉｐに到達するまで電流値を増加させる。これにより、磁気力４０３は弁体２０８を開弁させるのに十分な磁気力を発生させる。これにより、弁体２０８は、弁変位４０４のように磁気力から一定の遅れを持って動作する。続いて駆動電流４０２は開弁を保持するため電流値Ｉｈ１、Ｉｈ２を保持する。これによって磁気力４０３は、開弁に十分な磁気力を保持し続ける。このとき、図２のソレノイド２１４は弁体２０８の閉弁力の固体バラつきや、磁気力のバラつきを考慮して、開弁するに十分な磁気力に対して余剰な磁気力を有している。続いて噴射信号４０１が終了するにしたがって、駆動電流波形４０２の電流値も０になる。これにより、磁気力４０３も駆動電流波形４０２に一定の遅れを持って０になる。このとき、本実施例の制御を行わない場合においては、磁気力４０３は閉弁時に４１１の磁気力を有して０に向かうため弁変位４０４は弁変位４１２のように変化する。弁変位４１２は、閉弁時に磁気力が急激に小さくなり、燃圧およびスプリングの合力である閉弁力が強いことで、急激に閉弁される。これにより、図２における弁体２０８と弁座のシート部２１３に磨耗が発生する可能性がある。また、閉弁時に閉弁力が強いことで弁体２０８が符号４２５で示すようにバウンドする可能性も有している。
【００３５】
弁体２０８の閉弁速度を緩やかにする制御を行うために、噴射信号４０１は噴射期間Ｔｉの間連続してＯＮ状態となる噴射パルスを終了（ＯＦＦ）した後に、閉弁速度（閉弁力）を制御するためのパルス信号４２１を追加する。このとき駆動電流波形４０２は、弁体２０８を開弁方向に駆動するための電流値、或いは開弁状態を維持するための保持電流値から、閉弁させるために開弁状態を維持できない電流値まで、基本的には電流値がゼロとなるように減少させられる。そして、弁体２０８が着座する前にパルス４２１による駆動電流４２２がソレノイド２１４に流される。これによって、ソレノイド２１４は、開弁を再開できる力には到達せず、閉弁速度を揺やかにするだけの磁気力を発生させ、図４の符号４２３に示すように磁気力が変化する。磁気力４２３によって、弁変位４０４は符号４２４で示すように変化して弁体２０８は着座（閉弁）する。
【００３６】
次に、駆動電流波形４０２、４２２について詳細に説明する。駆動電流波形４２２の電流の最大値をＩｐ２とし、この電流値Ｉｐ２を実現するための噴射パルス４２１の期間（パルス幅）をＴｉ２とする。また、噴射期間Ｔｉの終了時刻からＴｉ２が始まる時刻までの期間をＴｃと定める。
【００３７】
まず、Ｉｐ２およびＴｉ２の設定方法に関して説明する。Ｉｐ２およびＴｉ２は閉弁力を決定するための磁気力を設定するものであり、閉弁力を左右する力によって変更される。つまり燃料噴射弁の閉弁力を左右する力は、燃料圧力によって左右されるため、燃料圧力によってＩｐ２およびＴｉ２を変更し、ソレノイド２１４に再通電することで生じる、閉弁速度を緩やかにするための磁気力４２３を燃料圧力に応じて変更する。この時Ｉｐ２は燃料圧力が高くなった場合は増加させ、燃料圧力が低くなった場合は低下させる。また、Ｔｉ２も同様に燃料圧力が高い場合に長期化させ、低い場合には短期化させることで、閉弁力を左右する磁気力３２３の発生を調整する。Ｉｐ２およびＴｉ２の上限値は、開弁作動に至らないことと閉弁に至るために十分な速度を維持できる範囲で決められる。
【００３８】
ここで、燃料圧力をＰｆ、燃料噴射弁を構成するスプリング力をＰｓｐ、閉弁力を制御する電流３２２をソレノイドに通電することで発生する磁気力をＰｉとすると、閉弁力は燃料圧力Ｐｆとスプリング力Ｐｓｐとの和に等しく、磁気力Ｐｉは閉弁力よりも小さくなければならない。すなわち、数１の関係が満たされなければならない。
Ｐｉ＜Ｐｆ＋Ｐｓｐ …（数１）
【００３９】
また、Ｔｉ２については、エンジンの回転数と噴射回数とによって時間の制約を受ける。したがって、閉弁速度を緩やかにするための磁気力を決定するＩｐ２とＴｉ２は、燃料の圧力、エンジン回転数、噴射回数によって決定される。
【００４０】
次にＴｃの設定について説明する。Ｔｃは閉弁速度を緩やかにするための制御時期を決定するためのもので、弁体が開弁してから閉弁する前に設定される。そのため、エンジン回転数と噴射期間Ｔｉとに基づいて設定する。
【００４１】
燃料噴射弁の閉弁速度を緩やかにするための駆動電流４２２を投入するかの判定をする際に考慮しなければならない磁気力、閉弁速度及びソレノイド２１４に通電する通電時間との関係を図５に示す。閉弁速度を緩やかにするための制御を行うためのソレノイド２１４の通電時間に関して、図５に示すように通電時間が長くなるに従い、磁気力が増加し閉弁速度を緩やかにすることができる。駆動電流４２２の通電時間は、弁体を開弁させることがなく、且つ閉弁速度が０にならない通電時間であることが必要であり、さらにはエンジンの回転数および１行程中の噴射回数（分割噴射回数）によって決定され、噴射から噴射までの間隔に依存する。つまりは、回転数が高く燃料の分割噴射を行う際に制御期間が極わずかしか存在しない場合においては、閉弁速度（閉弁力）を制御するための制御パルス（図４の４２１）よりも燃料を噴射するためのパルスを優先させる。
【００４２】
次に図６の制御のフローを用いて燃料噴射弁の弁体の閉弁速度を緩やかにするための制御を用いる場合の制御方法について説明する。
【００４３】
図６におけるＳ６０１において、図１において説明した各種センサからの出力を受けて運転状態を判別する。次に、Ｓ６０２において、検出された運転状態から要求される出力を決定する。Ｓ６０３において、要求される出力からＥＣＵ１１で噴射量を演算し、Ｓ６０４において、ＥＣＵ１１に取り込まれている燃圧センサからの出力を基に燃料圧力（燃圧）を判定する。
【００４４】
また、燃料圧力の値は、圧力センサ１２の出力値を用いても良いが、エンジン回転数と出力から決定される燃圧の予測値を用いても良い。つまり、駆動波形の切り替えの判定値には燃料の圧力の値か、それに準ずる予測値を用いても良い。
【００４５】
次に、Ｓ６０５において駆動電流波形の変更が不要「否」と判定された場合、つまりは燃料圧力が低い場合には駆動電流波形に駆動電流４２２を追加する制御を行わない。この時、燃料圧力の大小の判定には、予め実験等で決められた値を設定して判定値を設定しておけば良い。燃料噴射弁２０１のシート部２１３の硬度と針弁２０８の硬度と閉弁速度に基づく閉弁力との関係を事前に入手しておくことにより、燃料圧力による閉弁速度（閉弁力）の変化によって駆動電流波形に駆動電流４２２を入れるための燃料圧力の基準値を設けることができる。ここで、燃料圧力の判定値は、あくまで制御の基準として設定するものであり、基準値を別の方法から求めても良い。
【００４６】
次に、駆動電流４２２を追加せず駆動電流波形の変更がない場合においては、Ｓ６０６のフローに従い、１行程中に噴く燃料の噴射回数と噴射時期を決定し、Ｓ６０８において噴射量要求、エンジン回転数、駆動波形、噴射回数、噴射時期によって噴射パルス幅Ｔｉを算出し、駆動回路３０に噴射信号を出力する。
【００４７】
次に、Ｓ６０５において駆動電流４２２の追加が必要と判定した場合のフローについて説明する。Ｓ６０４の燃圧値（燃料圧力の値）もしくは燃圧の予測値に基づいて、Ｓ６０５で駆動電流波形に駆動電流４２２を追加する、閉弁速度制御の入力を選択する。このとき、前述の燃圧の判定値に基づいて、駆動電流波形を変更する。次に、Ｓ６０９において、駆動電流波形を変更する前の状態において噴射回数を決定する。続いて、Ｓ６１０において、噴射時期を決める。続いてＳ６１１において、噴射パルスのパルス幅Ｔｉ１を決定する。続いてＳ６１２において、Ｓ６０９で決定した噴射回数、Ｓ６１０で決めた噴射時期、Ｓ６１１で決定したパルス幅Ｔｉ１に基づいて、閉弁速度制御用駆動電流の最大値Ｉｐ２と駆動電流値Ｉｐ２を発生させるパルス４２１の期間（パルス幅）Ｔｉ２を決定する。続いてＳ６１３において、Ｓ６１１にて演算された噴射パルス幅Ｔｉを参考値として閉弁速度を制御する制御パルス４２１を投入する時期Ｔｃを規定する。続いてＳ６１３にて規定された追加制御パルスＴｉ２の分の開弁時間の延長分を考慮するため、Ｓ６０８において噴射パルス幅Ｔｉを決定する。このとき、噴射パルス幅Ｔｉを短くする期間の設定は予め記憶している値もしくは排気Ａ／Ｆセンサからの出力を参考に決定しても良い。
【００４８】
次に、図７及び図８を用いて本発明に係る実施例２について説明する。図７は実施例２における制御の判定方法を説明するための図である。基本的なシステム構造や燃料噴射弁の構造は、図１と同様である。実施例１では、燃圧センサからの出力によって制御判定をすることで駆動電流波形を変更した。しかし本実施例２では、図７に示すように、燃料圧力とエンジン回転数とから予めＥＣＵ１１に記憶したＭＡＰを用いることで、燃料圧力の推定値を用いて制御可能な領域を特定し、図４に示した制御を行う。これによって、燃圧センサが存在しない場合においても制御を行うことが可能となる。また、予め燃料圧力の値を記憶しておくためのＭＡＰは、エンジン回転数の他にアクセル開度や水温等の運転状況に関する内容を用いても良い。
【００４９】
図７について詳細に説明する。領域７０１は燃料圧力が低いために本制御を必要としない領域である。また、駆動電流４２２を追加する制御が不要な燃料圧力の判定は、予め実験によって磨耗や破損が発生しない燃料圧力の領域を設定しておくことにより、行えば良い。また燃料圧力の判定は、燃料噴射弁の弁体２０８と弁座のシート部２１３とを構成する各構成材料によって変化するため、燃料圧力の閾値は規定しない。
【００５０】
次に領域７０２について説明する。燃料圧力が閾値よりも高く、エンジン回転数が低い状態においては、図４におけるＩｐ２を領域７０３、７０４、７０５よりも小さく設定する。また、エンジンの１サイクルあたりの時間が長いため、駆動電流４２２を発生させるパルス４２１のパルス幅Ｔｉ２の設定自由度が高い。そこで、パルス幅Ｔｉ２を領域７０３、７０４、７０５よりも長く設定する。
【００５１】
それに対して、領域７０３においてはエンジン回転数が高いため、閉弁速度を制御するための時間を確保するのが非常に難しく、閉弁速度を制御するための磁気力を発生させる時間が限られるため、駆動電流の最大値Ｉｐ２の値は、領域７０２に比べて大きく設定される。また、時間Ｔｉ２は、次の噴射までの時間が短くなるため、領域７０２に比べて短く設定される。
【００５２】
次に、領域７０４について説明する。燃料圧力が高く、エンジン回転数が低い領域では、閉弁速度の制御に必要とする時間が確保できるため、閉弁速度（閉弁力）に対してＩｐ２の値を規定することができる。また、Ｔｉ２の値は、時間の確保が容易なため、領域７０２に比べて長く設定する。
【００５３】
次に、領域７０５について説明する。領域７０５は燃圧が高くかつエンジン回転数が速いため、閉弁速度を制御するのに十分な時間を確保するのが困難である。そのため、Ｉｐ２とＴｉ２の上限値を十分な大きさで規定することができない。したがって、Ｔｉ２は、次の噴射までの時間と、駆動電流４２２によって発生した磁気力が次の噴射に影響を及ぼさない範囲とで設定する。同時にＩｐ２は閉弁可能な範囲で設定する。
【００５４】
次に領域７０６について説明する。領域７０６ではエンジン回転数が速いために、閉弁速度の制御を行うための時間を僅かしか確保できない。その時間は領域７０５よりも更に短い。つまり噴射時間が短いために、閉弁動作開始からシート部２１３に弁体２０８が着座するまでの時間が短いため、閉弁速度の制御を行う時間を確保できない領域が存在する。このため、領域７０６においては、駆動電流４２２をソレノイド２１４に流さず、閉弁速度を緩やかにする制御を行わない。
【００５５】
また、図７における燃料圧力とエンジン回転数の関係は、１行程中に１回の噴射を想定しており、分割噴射を行って噴射回数が増加する場合には制御可能な領域がさらに限定される。つまりは、噴射から噴射までの時間が僅かしか確保できない場合においては、制御時間が確保できる領域でのみ制御を行う。
【００５６】
次に図８を用いて実施例２における制御のフローを説明する。Ｓ８０１において、ＥＣＵ１１に各種センサから出力を取り込み、運転状態の検出を行う。それに伴い、ＥＣＵ１１においてＳ８０２で目標出力を決定し、Ｓ８０３で要求噴射量を算出する。続いてＳ８０４において、検出した各種センサからの出力を用いて、例えばクランク角センサやスロットル開度、水温センサからの出力によって、図７のような燃料圧力のＭＡＰにおける領域を判定する。次に、閉弁速度の制御が不要な領域７０１や制御が不可能な領域７０６となる場合には、噴射回数、噴射時期、噴射パルスをＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０７に従って演算する。次に、Ｓ８０４にて、閉弁速度の制御を行う燃料圧力の領域の場合においては、Ｓ８０８において追加する制御内容を決定し（具体的には、図４におけるＩｐ２、Ｔｉ２、Ｔｃ）を決定して駆動電流波形に追加する。変更した駆動電流波形に従い、噴射回数、噴射時期、噴射パルスをＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０７にて演算する。
【符号の説明】
【００５７】
１１ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２ 燃圧センサ
２０１ 燃料噴射弁
２０２ 弁本体
２０８ 針弁
２１０ スプリング
２１２ シート部材
２１３ シート部
２１４ ソレノイド
４０１ 噴射信号
４０２ 駆動電流
４０３ 磁気力
４０４ 弁変位
４２１ 閉弁力を制御するための信号
４２２ 閉弁力を制御するため駆動電流
４２３ 閉弁力を制御するため磁気力
４２４ 閉弁力を制御した際の弁変位
Ｓ６０４ 燃圧値、燃圧予測値検出工程
Ｓ６０５ 駆動電流波形変更要否判断工程
Ｓ６１２ 閉弁速度制御用駆動電流最大値Ｉｐ２、閉弁速度制御用パルスのパルス幅Ｔｉ２演算工程
Ｓ６１３ 閉弁速度制御投入時期Ｔｃ演算工程
７０１〜７０６ 制御領域１
Ｓ８０４ 燃圧領域演算工程
Ｓ８０８ 駆動波形制御追加工程
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係わり、特に燃料噴射弁の弁体の動きの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁体が弁座に着座する際の弁座に対する弁体の衝突力を低減する方法として、ソレノイドへの通電が終了して弁体が閉弁方向に移動している際に微小な再通電を行い、弁体の移動速度（閉弁速度）を緩やかにする方法が知られている（例えば特開２００３−１２０８４８号公報）。
【０００３】
また、余剰な電力を消費しないことや、閉弁速度を適切に維持するために、それぞれの運転状況に応じてソレノイドへの再通電を制御する技術が知られている（特表２００１−５１０５２８号公報、特開２０００−２０５０７６号公報及び特開平４−１５３５４２号公報）。これらの技術では、アイドル状態時には、閉弁速度を緩やかにするために行う再通電の最大値を、通常運転時よりも低くすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０８４８号公報
【特許文献２】特表２００１−５１０５２８号公報
【特許文献３】特開２０００−２０５０７６号公報
【特許文献４】特開平４−１５３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記後者の従来技術では、エンジンの運転状況に応じてソレノイドへの再通電を制御している。一方、閉弁時に弁体が弁座に着座することによって弁体と弁座との間のシート部に加わる力は、燃料圧力の影響を大きく受ける。運転状況としてはエンジン負荷が考慮されるが、燃料圧力はエンジン負荷と必ずしも比例関係にあるわけではない。例えば、燃料圧力を増加させることで燃料を微粒化することができ、燃料と空気との混合を促進することができ、良好な燃焼状態を実現できる。このため、燃料圧力を、エンジン負荷に応じた噴射量だけでなく、混合の促進や低エミッションの観点から高圧化することが考えられる。
【０００６】
上述したように、弁体が着座するときに弁体と弁座との間のシート部に加わる力は、必ずしもエンジンの運転状況に依存するわけではなく、燃料圧力に依存するところが大きいため、弁体又は弁座の磨耗を低減するためには燃料圧力に応じた開閉弁の制御が必要となってくる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、弁体又は弁座に作用する力を考慮して、弁体又は弁座の磨耗発生を抑制し燃料噴射弁の生涯使用回数を増加させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するために、本発明の燃料噴射弁の制御装置は、ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために前記第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、前記ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号を出力すると共に、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御する。この場合、燃料噴射弁の制御装置とは、一般的にエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる回路装置や、この回路装置と一体に構成されたり、またあるときは別体に構成されて燃料噴射弁に駆動電流を供給する駆動回路の両方又はいずれか一方に限定されるものではない。
【０００９】
上記燃料噴射弁の制御装置において、燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の最大値又は前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の有無のうち少なくともいずれか一方を制御するようにするとよい。この場合、第３のパルスは燃料を噴射するための噴射パルスと同じ信号線に出力されるのが通常であり、第３の噴射パルス信号と呼んでもよいが、燃料の噴射を目的とするものではないので、敢えて「噴射」を付けていない。
【００１０】
また、燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスのパルス幅を変更するようにするとよい。
【００１１】
また、燃料圧力の実測値もしくは予測値のほか、開閉弁のための駆動電流波形、エンジン回転数及び噴射回数に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の投入タイミングを制御するようにするとよい。
【００１２】
また、エンジン回転数および燃料圧力が高くなる第１の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御するとよい。
【００１３】
また、前記第１の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、燃料圧力が小さい第２の運転領域においては、前記第３のパルスを出力して前記ソレノイドに駆動電流を流すように制御するとよい。
【００１４】
また、前記第１の運転領域及び前記第２の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、前記第２の運転領域よりもさらに燃料圧力が小さい第３の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御するとよい。
【００１５】
また、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに駆動電流を通電する制御を場合に、前記制御を行わない場合に比べて前記第１の噴射パルスのパルス幅を短くするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料圧力に基づいて弁体の閉弁速度を制御するので、弁体又は弁座に作用する力に配慮した閉弁速度の制御を行うことができ、弁体又は弁座の磨耗発生を抑制して、燃料噴射弁の生涯使用回数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】エンジンシステムの構成図。
【図２】燃料噴射弁の構成図。
【図３】燃燃料噴射弁を駆動する回路構成図。
【図４】噴射信号と駆動電流波形と磁気力と弁変位の時系列グラフ。
【図５】磁気力と閉弁速度の通電時間との関係図。
【図６】実施例１におけるフローチャート。
【図７】実施例２における燃圧と駆動波形の関係を示す図。
【図８】実施例２におけるフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に関する燃料噴射弁の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１は本実施例のエンジンシステムの構成を示す図である。本実施例では１気筒以上のエンジンを想定しているが、説明上図示する気筒は１気筒に限定する。
【００２０】
まず、エンジン１の基本動作について説明する。エンジン１に吸入される空気はエアクリーナ２を通り、吸気ダクトに取付けられたエアフロセンサ３により吸入空気量が計測される。エンジン１に吸入される空気量はスロットル弁４で制御される。吸気コレクタ５は図示しない他気筒へ空気を分配するためのもので、吸気コレクタ５で各気筒の吸気管に空気が分配され、吸気弁２５を通じて燃焼室２２に空気が吸入される。吸気管６の途中には、空気流に指向性を持たせるための図示しない空気流動制御弁を用いても良い。燃料の通路としては、燃料タンク７から燃料配管を図示しない低圧の燃料ポンプの吐出によって加圧輸送された燃料がコモンレール８に輸送される。それに伴い吸気カムシャフト９に取り付けられた高圧燃料ポンプ１０によってさらに加圧、蓄圧される。エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）１１はエンジン１に取付けられた各種センサからの信号を基に、ＥＣＵ１１内部でエンジン１の運転状況を判定し、その運転状況に相応しい指令値を各種アクチュエータに出力する。
【００２１】
ここで各種センサの例としては、エアフロセンサ３、コモンレール８に設定された燃料の圧力を検出する燃圧センサ１２、吸気カム９の位相を検出するフェーズセンサ１３、排気カム１４の位相を検出するフェーズセンサ１５、クランク軸１６の回転数を検出するクランク角センサ１７、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１８、ノッキングを検出するノックセンサ（図示しない）、排気管１９内の排気ガス濃度を検出する排ガスセンサ（排気Ａ／Ｆセンサ２０、排気Ｏ2センサ２１）などである。
【００２２】
また、各種アクチュエータの例としては、燃料噴射弁２３、高圧燃料ポンプ１０、スロットル弁４、空気流動制御弁（図示しない）、吸気および排気のカム位相を制御する位相制御弁（図示しない）、点火コイル２０などである。
【００２３】
ここで、エンジン１の作動構成を考えると、エアフロセンサ３により計測された空気量、および排気Ａ／Ｆセンサ２０および排気Ｏ2センサ２１の信号を取り込み、ＥＣＵ１１は燃料噴射量を算出し、高圧ポンプ１０によって加圧された燃料の燃圧を燃圧センサ１２によって検出することで、噴射期間を決定し、ＥＣＵ１１から燃料噴射弁の駆動回路３０に噴射信号が送られ、燃料噴射弁の駆動回路３０から燃料噴射弁２３に駆動信号を出力することで燃料を噴射する。噴射信号は主に噴射時期、噴射回数、噴射期間で構成される。噴射信号については、後述の本発明の制御方法の最良の形態で説明する。尚、駆動回路３０はＥＣＵ１１の内部に設けられる構成としても良い。
【００２４】
燃焼室２２に供給された空気と燃料は、ピストン２４の上下動に伴い、燃焼室２２内で気化、混合されて混合気が形成される。その後ピストン２４の圧縮動作により、温度と圧力が上昇する。ＥＣＵ１１はエンジン回転数、燃料噴射量などの情報から点火時期を算出し、点火コイル２７に点火信号を出力する。点火信号は主に点火コイル２７への通電開始時期、通電終了時期で構成されている。これにより、ピストン２４の圧縮上死点の少し手前のタイミングで点火プラグ２８により点火が行われ、燃焼室２２内の混合気に着火し燃焼が起こる。点火のタイミングは、運転状態によって異なるため、圧縮上死点後の場合もある。燃焼により高まった圧力により、ピストン２４を下方向に押し返す力が働き、膨張行程でエンジントルクとしてクランク軸１６に伝達され、エンジン動力となる。燃焼終了後、燃焼室２２に残留したガスは、排気弁２６を通り排気管１９に排出される。排気ガスは排気管１９の途中に配置された触媒２９を通して大気中に排出される。
【００２５】
次に、図１における燃料噴射弁２３の制御の内容について、図１、図２、図３及び図４を用いて説明する。
【００２６】
まず本実施例に用いる燃料噴射弁（図１中燃料噴射弁２３）の構成について、図２を用いて説明する。図２に示す燃料噴射弁２０１において、本体２０２はコア２０３とノズルホルダ２０４とハウジング２０５とから構成され、図１における高圧燃料ポンプ１０からの燃料を燃料通路２０６を介して、複数の燃料噴射孔２０７に導いている。弁体２０８は、上端部にアンカー２０９を有し、ガイド部材２１４，２１５によって弁体２０８の軸方向（燃料噴射弁２０１の中心軸方向）に摺動可能に案内されるようにして、ノズルホルダ２０３内に収納されている。本実施例では、弁体２０８とアンカー２０９とは弁体２０８の軸方向に相対変位可能に構成されており、アンカー２０９をスプリング２１６によって開弁方向に付勢しているが、アンカー２０９を弁体２０８に固定したものであってもよい。アンカー２０９を弁体２０８に固定した場合には、スプリング２１６は不要である。
【００２７】
スプリング２１０は、弁体２０８とアジャスタピン２１１との間に配置され、アジャスタピン２１１によってスプリング２１０の上端部の位置が拘束され、スプリング２１０が弁体２０８をシート部材２１２のシート部２１３に押し付けることによって燃料噴射孔２０７は閉弁している。ソレノイド２１４は、駆動回路３０からの駆動電流を受けて、コア２０３とアンカー２０９とを含む磁気回路を励磁し、コア２０３とアンカー２０９との間に磁気吸引力を発生させ、アンカー２０９をコア２０３に向かって軸方向に引き上げる。それに伴い、弁体２０８がアンカー２０９によって軸方向に引き上げられ、弁体２０８が弁座のシート部２１３から離れ、複数の燃料噴射孔２０７が開く。これにより、図１における高圧燃料ポンプ１０によって加圧、圧送された燃料が燃料通路２０６を通って燃料噴射孔２０７から噴射される。
【００２８】
ここで、図３を用いて駆動回路の構成について説明する。図３は燃燃料噴射弁２０１を駆動する回路構成を示した図である。
【００２９】
ＣＰＵ３０１は例えばＥＣＵ１１に設けられ、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルスＴｉや噴射タイミングの演算を行い、通信ライン３０４を通して燃料噴射弁２０１の駆動ＩＣ３０２に噴射信号として噴射パルスＴｉを出力する。その後駆動ＩＣ３０２によって、スイッチング素子３０５、３０６、３０７のＯＮ、ＯＦＦを切替えて、燃料噴射弁３０７（図１の燃料噴射弁２３、図２の燃料噴射弁２０１）へ駆動電流を供給する。
【００３０】
スイッチング素子３０５は駆動回路３０に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源ＶＨと燃料噴射弁３０７の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成される。高電圧源ＶＨは例えば、６０Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路３１４によって昇圧することで生成される。昇圧回路は例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成される。スイッチング素子３０８は、低電圧源ＶＢと燃料噴射弁３０７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１２Ｖである。
【００３１】
スイッチング素子３０６は、燃料噴射弁３０７の低電圧側の端子と接地電位の間に接続されている。駆動ＩＣ３０２は、電流検出用の抵抗３１５、３１２、３１３により、燃料噴射弁３０７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３０５、３０６、３０８のＯＮ、ＯＦＦを切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード３０９と３１０は電流を遮断するために備え付けられている。ＣＰＵ３０１は駆動ＩＣ３０２と通信ライン３０３を通して通信を行っており、燃料噴射弁３０７に供給する燃料の圧力や運転条件によって、駆動ＩＣ３０２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。
【００３２】
また、図示しないコンデンサをソレノイドに接続することで、ソレノイドの余剰な電流値をコンデンサに通電して、一定値に保つ構造とすることができる。ここで、余剰な電流値を放電させる方法は、弁体２０８の駆動の妨げにならなければ、コンデンサを接続しなくても良い。
【００３３】
次に図４は燃料噴射弁（図１中燃料噴射弁２３、図２中燃料噴射弁２０１）の制御信号に関して、上から噴射信号４０１、駆動電流４０２、図２における燃料噴射弁のソレノイド２１４への通電によって発生する磁気力４０３、燃料噴射弁の弁体の変位４０４を示している。
【００３４】
図１におけるＥＣＵ１１において各種センサから受けた運転状態の検出結果から要求噴射量を検知し、図４における噴射信号４０１を決定する。尚、駆動波形判定までの流れは後述の図６のステップ図を用いて説明する。噴射信号４０１が図１におけるＥＣＵ１１から出力され、燃料噴射弁の駆動回路３０から駆動電流４０２が出力されることで、図２における燃料噴射弁２０１（図１における燃料噴射弁２３）のソレノイド２１４に通電され、磁気力４０３が発生する。これにより、弁体２０８を引き上げることで燃料を噴射する。詳細に各信号について説明すると、噴射信号４０１が駆動回路３０に入力され、駆動回路３０から駆動電流波形４０２が出力される。駆動電流波形４０２は、駆動電流の最大値Ｉｐに到達するまで電流値を増加させる。これにより、磁気力４０３は弁体２０８を開弁させるのに十分な磁気力を発生させる。これにより、弁体２０８は、弁変位４０４のように磁気力から一定の遅れを持って動作する。続いて駆動電流４０２は開弁を保持するため電流値Ｉｈ１、Ｉｈ２を保持する。これによって磁気力４０３は、開弁に十分な磁気力を保持し続ける。このとき、図２のソレノイド２１４は弁体２０８の閉弁力の固体バラつきや、磁気力のバラつきを考慮して、開弁するに十分な磁気力に対して余剰な磁気力を有している。続いて噴射信号４０１が終了するにしたがって、駆動電流波形４０２の電流値も０になる。これにより、磁気力４０３も駆動電流波形４０２に一定の遅れを持って０になる。このとき、本実施例の制御を行わない場合においては、磁気力４０３は閉弁時に４１１の磁気力を有して０に向かうため弁変位４０４は弁変位４１２のように変化する。弁変位４１２は、閉弁時に磁気力が急激に小さくなり、燃圧およびスプリングの合力である閉弁力が強いことで、急激に閉弁される。これにより、図２における弁体２０８と弁座のシート部２１３に磨耗が発生する可能性がある。また、閉弁時に閉弁力が強いことで弁体２０８が符号４２５で示すようにバウンドする可能性も有している。
【００３５】
弁体２０８の閉弁速度を緩やかにする制御を行うために、噴射信号４０１は噴射期間Ｔｉの間連続してＯＮ状態となる噴射パルスを終了（ＯＦＦ）した後に、閉弁速度（閉弁力）を制御するためのパルス信号４２１を追加する。このとき駆動電流波形４０２は、弁体２０８を開弁方向に駆動するための電流値、或いは開弁状態を維持するための保持電流値から、閉弁させるために開弁状態を維持できない電流値まで、基本的には電流値がゼロとなるように減少させられる。そして、弁体２０８が着座する前にパルス４２１による駆動電流４２２がソレノイド２１４に流される。これによって、ソレノイド２１４は、開弁を再開できる力には到達せず、閉弁速度を揺やかにするだけの磁気力を発生させ、図４の符号４２３に示すように磁気力が変化する。磁気力４２３によって、弁変位４０４は符号４２４で示すように変化して弁体２０８は着座（閉弁）する。
【００３６】
次に、駆動電流波形４０２、４２２について詳細に説明する。駆動電流波形４２２の電流の最大値をＩｐ２とし、この電流値Ｉｐ２を実現するための噴射パルス４２１の期間（パルス幅）をＴｉ２とする。また、噴射期間Ｔｉの終了時刻からＴｉ２が始まる時刻までの期間をＴｃと定める。
【００３７】
まず、Ｉｐ２およびＴｉ２の設定方法に関して説明する。Ｉｐ２およびＴｉ２は閉弁力を決定するための磁気力を設定するものであり、閉弁力を左右する力によって変更される。つまり燃料噴射弁の閉弁力を左右する力は、燃料圧力によって左右されるため、燃料圧力によってＩｐ２およびＴｉ２を変更し、ソレノイド２１４に再通電することで生じる、閉弁速度を緩やかにするための磁気力４２３を燃料圧力に応じて変更する。この時Ｉｐ２は燃料圧力が高くなった場合は増加させ、燃料圧力が低くなった場合は低下させる。また、Ｔｉ２も同様に燃料圧力が高い場合に長期化させ、低い場合には短期化させることで、閉弁力を左右する磁気力３２３の発生を調整する。Ｉｐ２およびＴｉ２の上限値は、開弁作動に至らないことと閉弁に至るために十分な速度を維持できる範囲で決められる。
【００３８】
ここで、燃料圧力をＰｆ、燃料噴射弁を構成するスプリング力をＰｓｐ、閉弁力を制御する電流３２２をソレノイドに通電することで発生する磁気力をＰｉとすると、閉弁力は燃料圧力Ｐｆとスプリング力Ｐｓｐとの和に等しく、磁気力Ｐｉは閉弁力よりも小さくなければならない。すなわち、数１の関係が満たされなければならない。
Ｐｉ＜Ｐｆ＋Ｐｓｐ …（数１）
【００３９】
また、Ｔｉ２については、エンジンの回転数と噴射回数とによって時間の制約を受ける。したがって、閉弁速度を緩やかにするための磁気力を決定するＩｐ２とＴｉ２は、燃料の圧力、エンジン回転数、噴射回数によって決定される。
【００４０】
次にＴｃの設定について説明する。Ｔｃは閉弁速度を緩やかにするための制御時期を決定するためのもので、弁体が開弁してから閉弁する前に設定される。そのため、エンジン回転数と噴射期間Ｔｉとに基づいて設定する。
【００４１】
燃料噴射弁の閉弁速度を緩やかにするための駆動電流４２２を投入するかの判定をする際に考慮しなければならない磁気力、閉弁速度及びソレノイド２１４に通電する通電時間との関係を図５に示す。閉弁速度を緩やかにするための制御を行うためのソレノイド２１４の通電時間に関して、図５に示すように通電時間が長くなるに従い、磁気力が増加し閉弁速度を緩やかにすることができる。駆動電流４２２の通電時間は、弁体を開弁させることがなく、且つ閉弁速度が０にならない通電時間であることが必要であり、さらにはエンジンの回転数および１行程中の噴射回数（分割噴射回数）によって決定され、噴射から噴射までの間隔に依存する。つまりは、回転数が高く燃料の分割噴射を行う際に制御期間が極わずかしか存在しない場合においては、閉弁速度（閉弁力）を制御するための制御パルス（図４の４２１）よりも燃料を噴射するためのパルスを優先させる。
【００４２】
次に図６の制御のフローを用いて燃料噴射弁の弁体の閉弁速度を緩やかにするための制御を用いる場合の制御方法について説明する。
【００４３】
図６におけるＳ６０１において、図１において説明した各種センサからの出力を受けて運転状態を判別する。次に、Ｓ６０２において、検出された運転状態から要求される出力を決定する。Ｓ６０３において、要求される出力からＥＣＵ１１で噴射量を演算し、Ｓ６０４において、ＥＣＵ１１に取り込まれている燃圧センサからの出力を基に燃料圧力（燃圧）を判定する。
【００４４】
また、燃料圧力の値は、圧力センサ１２の出力値を用いても良いが、エンジン回転数と出力から決定される燃圧の予測値を用いても良い。つまり、駆動波形の切り替えの判定値には燃料の圧力の値か、それに準ずる予測値を用いても良い。
【００４５】
次に、Ｓ６０５において駆動電流波形の変更が不要「否」と判定された場合、つまりは燃料圧力が低い場合には駆動電流波形に駆動電流４２２を追加する制御を行わない。この時、燃料圧力の大小の判定には、予め実験等で決められた値を設定して判定値を設定しておけば良い。燃料噴射弁２０１のシート部２１３の硬度と針弁２０８の硬度と閉弁速度に基づく閉弁力との関係を事前に入手しておくことにより、燃料圧力による閉弁速度（閉弁力）の変化によって駆動電流波形に駆動電流４２２を入れるための燃料圧力の基準値を設けることができる。ここで、燃料圧力の判定値は、あくまで制御の基準として設定するものであり、基準値を別の方法から求めても良い。
【００４６】
次に、駆動電流４２２を追加せず駆動電流波形の変更がない場合においては、Ｓ６０６のフローに従い、１行程中に噴く燃料の噴射回数と噴射時期を決定し、Ｓ６０８において噴射量要求、エンジン回転数、駆動波形、噴射回数、噴射時期によって噴射パルス幅Ｔｉを算出し、駆動回路３０に噴射信号を出力する。
【００４７】
次に、Ｓ６０５において駆動電流４２２の追加が必要と判定した場合のフローについて説明する。Ｓ６０４の燃圧値（燃料圧力の値）もしくは燃圧の予測値に基づいて、Ｓ６０５で駆動電流波形に駆動電流４２２を追加する、閉弁速度制御の入力を選択する。このとき、前述の燃圧の判定値に基づいて、駆動電流波形を変更する。次に、Ｓ６０９において、駆動電流波形を変更する前の状態において噴射回数を決定する。続いて、Ｓ６１０において、噴射時期を決める。続いてＳ６１１において、噴射パルスのパルス幅Ｔｉ１を決定する。続いてＳ６１２において、Ｓ６０９で決定した噴射回数、Ｓ６１０で決めた噴射時期、Ｓ６１１で決定したパルス幅Ｔｉ１に基づいて、閉弁速度制御用駆動電流の最大値Ｉｐ２と駆動電流値Ｉｐ２を発生させるパルス４２１の期間（パルス幅）Ｔｉ２を決定する。続いてＳ６１３において、Ｓ６１１にて演算された噴射パルス幅Ｔｉを参考値として閉弁速度を制御する制御パルス４２１を投入する時期Ｔｃを規定する。続いてＳ６１３にて規定された追加制御パルスＴｉ２の分の開弁時間の延長分を考慮するため、Ｓ６０８において噴射パルス幅Ｔｉを決定する。このとき、噴射パルス幅Ｔｉを短くする期間の設定は予め記憶している値もしくは排気Ａ／Ｆセンサからの出力を参考に決定しても良い。
【００４８】
次に、図７及び図８を用いて本発明に係る実施例２について説明する。図７は実施例２における制御の判定方法を説明するための図である。基本的なシステム構造や燃料噴射弁の構造は、図１と同様である。実施例１では、燃圧センサからの出力によって制御判定をすることで駆動電流波形を変更した。しかし本実施例２では、図７に示すように、燃料圧力とエンジン回転数とから予めＥＣＵ１１に記憶したＭＡＰを用いることで、燃料圧力の推定値を用いて制御可能な領域を特定し、図４に示した制御を行う。これによって、燃圧センサが存在しない場合においても制御を行うことが可能となる。また、予め燃料圧力の値を記憶しておくためのＭＡＰは、エンジン回転数の他にアクセル開度や水温等の運転状況に関する内容を用いても良い。
【００４９】
図７について詳細に説明する。領域７０１は燃料圧力が低いために本制御を必要としない領域である。また、駆動電流４２２を追加する制御が不要な燃料圧力の判定は、予め実験によって磨耗や破損が発生しない燃料圧力の領域を設定しておくことにより、行えば良い。また燃料圧力の判定は、燃料噴射弁の弁体２０８と弁座のシート部２１３とを構成する各構成材料によって変化するため、燃料圧力の閾値は規定しない。
【００５０】
次に領域７０２について説明する。燃料圧力が閾値よりも高く、エンジン回転数が低い状態においては、図４におけるＩｐ２を領域７０３、７０４、７０５よりも小さく設定する。また、エンジンの１サイクルあたりの時間が長いため、駆動電流４２２を発生させるパルス４２１のパルス幅Ｔｉ２の設定自由度が高い。そこで、パルス幅Ｔｉ２を領域７０３、７０４、７０５よりも長く設定する。
【００５１】
それに対して、領域７０３においてはエンジン回転数が高いため、閉弁速度を制御するための時間を確保するのが非常に難しく、閉弁速度を制御するための磁気力を発生させる時間が限られるため、駆動電流の最大値Ｉｐ２の値は、領域７０２に比べて大きく設定される。また、時間Ｔｉ２は、次の噴射までの時間が短くなるため、領域７０２に比べて短く設定される。
【００５２】
次に、領域７０４について説明する。燃料圧力が高く、エンジン回転数が低い領域では、閉弁速度の制御に必要とする時間が確保できるため、閉弁速度（閉弁力）に対してＩｐ２の値を規定することができる。また、Ｔｉ２の値は、時間の確保が容易なため、領域７０２に比べて長く設定する。
【００５３】
次に、領域７０５について説明する。領域７０５は燃圧が高くかつエンジン回転数が速いため、閉弁速度を制御するのに十分な時間を確保するのが困難である。そのため、Ｉｐ２とＴｉ２の上限値を十分な大きさで規定することができない。したがって、Ｔｉ２は、次の噴射までの時間と、駆動電流４２２によって発生した磁気力が次の噴射に影響を及ぼさない範囲とで設定する。同時にＩｐ２は閉弁可能な範囲で設定する。
【００５４】
次に領域７０６について説明する。領域７０６ではエンジン回転数が速いために、閉弁速度の制御を行うための時間を僅かしか確保できない。その時間は領域７０５よりも更に短い。つまり噴射時間が短いために、閉弁動作開始からシート部２１３に弁体２０８が着座するまでの時間が短いため、閉弁速度の制御を行う時間を確保できない領域が存在する。このため、領域７０６においては、駆動電流４２２をソレノイド２１４に流さず、閉弁速度を緩やかにする制御を行わない。
【００５５】
また、図７における燃料圧力とエンジン回転数の関係は、１行程中に１回の噴射を想定しており、分割噴射を行って噴射回数が増加する場合には制御可能な領域がさらに限定される。つまりは、噴射から噴射までの時間が僅かしか確保できない場合においては、制御時間が確保できる領域でのみ制御を行う。
【００５６】
次に図８を用いて実施例２における制御のフローを説明する。Ｓ８０１において、ＥＣＵ１１に各種センサから出力を取り込み、運転状態の検出を行う。それに伴い、ＥＣＵ１１においてＳ８０２で目標出力を決定し、Ｓ８０３で要求噴射量を算出する。続いてＳ８０４において、検出した各種センサからの出力を用いて、例えばクランク角センサやスロットル開度、水温センサからの出力によって、図７のような燃料圧力のＭＡＰにおける領域を判定する。次に、閉弁速度の制御が不要な領域７０１や制御が不可能な領域７０６となる場合には、噴射回数、噴射時期、噴射パルスをＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０７に従って演算する。次に、Ｓ８０４にて、閉弁速度の制御を行う燃料圧力の領域の場合においては、Ｓ８０８において追加する制御内容を決定し（具体的には、図４におけるＩｐ２、Ｔｉ２、Ｔｃ）を決定して駆動電流波形に追加する。変更した駆動電流波形に従い、噴射回数、噴射時期、噴射パルスをＳ８０５、Ｓ８０６、Ｓ８０７にて演算する。
【符号の説明】
【００５７】
１１ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２ 燃圧センサ
２０１ 燃料噴射弁
２０２ 弁本体
２０８ 針弁
２１０ スプリング
２１２ シート部材
２１３ シート部
２１４ ソレノイド
４０１ 噴射信号
４０２ 駆動電流
４０３ 磁気力
４０４ 弁変位
４２１ 閉弁力を制御するための信号
４２２ 閉弁力を制御するため駆動電流
４２３ 閉弁力を制御するため磁気力
４２４ 閉弁力を制御した際の弁変位
Ｓ６０４ 燃圧値、燃圧予測値検出工程
Ｓ６０５ 駆動電流波形変更要否判断工程
Ｓ６１２ 閉弁速度制御用駆動電流最大値Ｉｐ２、閉弁速度制御用パルスのパルス幅Ｔｉ２演算工程
Ｓ６１３ 閉弁速度制御投入時期Ｔｃ演算工程
７０１〜７０６ 制御領域１
Ｓ８０４ 燃圧領域演算工程
Ｓ８０８ 駆動波形制御追加工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、
燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために前記第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、前記ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号を出力すると共に、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の最大値又は前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の有無のうち少なくともいずれか一方を制御するようにしたことを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスのパルス幅を変更することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値もしくは予測値のほか、開閉弁のための駆動電流波形、エンジン回転数及び噴射回数に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の投入タイミングを制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の制御装置において、エンジン回転数および燃料圧力が高くなる第１の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第１の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、燃料圧力が小さい第２の運転領域においては、前記第３のパルスを出力して前記ソレノイドに駆動電流を流すように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第１の運転領域及び前記第２の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、前記第２の運転領域よりもさらに燃料圧力が小さい第３の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第３のパルスによって前記ソレノイドに駆動電流を通電する制御を場合に、前記制御を行わない場合に比べて前記第１の噴射パルスのパルス幅を短くすることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項１】
ソレノイドを有する燃料噴射弁に通電される駆動電流を制御する制御装置において、
燃料を噴射するための第１の噴射パルス信号が終了した後であって、燃料を噴射するために前記第１の噴射パルス信号に続いて出力される第２の噴射パルス信号の開始前に、前記ソレノイドに駆動電流を通電するための第３のパルス信号を出力すると共に、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の最大値又は前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の有無のうち少なくともいずれか一方を制御するようにしたことを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値又は予測値に基づいて、前記第３のパルスのパルス幅を変更することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
燃料圧力の実測値もしくは予測値のほか、開閉弁のための駆動電流波形、エンジン回転数及び噴射回数に基づいて、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流の投入タイミングを制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の制御装置において、エンジン回転数および燃料圧力が高くなる第１の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第１の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、燃料圧力が小さい第２の運転領域においては、前記第３のパルスを出力して前記ソレノイドに駆動電流を流すように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第１の運転領域及び前記第２の運転領域に対して、エンジン回転数が同等で、前記第２の運転領域よりもさらに燃料圧力が小さい第３の運転領域においては、前記第３のパルスを出力せず、前記第３のパルスによって前記ソレノイドに流れる駆動電流を流さないように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
前記第３のパルスによって前記ソレノイドに駆動電流を通電する制御を場合に、前記制御を行わない場合に比べて前記第１の噴射パルスのパルス幅を短くすることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５００６５（Ｐ２０１３−５００６５Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８１５９（Ｐ２０１１−１８８１５９）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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