電磁式燃料噴射弁の駆動装置
【課題】本発明の目的は、第１の燃料噴射期間とこの第１の燃料噴射期間に引き続いて行われる第２の燃料噴射期間の間隔を短くすることができる燃料噴射装置の駆動装置を提供することにある。
【解決手段】先の燃料噴射（第１の燃料噴射）４０８と後の燃料噴射（第２の燃料噴射）４１０との間に、開弁しない程度の電圧印加４０９を行って中間電流４０７を流す。この中間電流４０７を流すための電圧印加４０９は、先の燃料噴射４０８で弁体が閉弁する前ｔ31に開始し、先の燃料噴射４０８で弁体が閉弁した第１の時点ｔ32から後の燃料噴射４１０で電流供給を開始する第２の時点ｔ35までの間の時間の半分の時間（Ｔd／２）が第１の時点ｔ32から経過する前に打ち切る。
【解決手段】先の燃料噴射（第１の燃料噴射）４０８と後の燃料噴射（第２の燃料噴射）４１０との間に、開弁しない程度の電圧印加４０９を行って中間電流４０７を流す。この中間電流４０７を流すための電圧印加４０９は、先の燃料噴射４０８で弁体が閉弁する前ｔ31に開始し、先の燃料噴射４０８で弁体が閉弁した第１の時点ｔ32から後の燃料噴射４１０で電流供給を開始する第２の時点ｔ35までの間の時間の半分の時間（Ｔd／２）が第１の時点ｔ32から経過する前に打ち切る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関に使用される電磁式燃料噴射弁の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常閉弁型の電磁式燃料噴射弁では、閉弁方向に力を発生される付勢手段を有し、駆動部はコイルとコアと可動子で構成され、コイルに電流を供給することによって、コアと可動子との間に吸引力が発生し、吸引力が閉弁方向の力を超えた時点で弁体が弁座から離脱し開弁を開始する。続いてコイルへの電流供給を停止することによって、コアと可動子間に発生していた吸引力が下がり、閉弁方向の力よりも小さくなった時点で閉弁を開始する。
【０００３】
上記のような電磁式燃料噴射装置にあって、特許文献１では、コイルへの電流供給を停止した後に電流を再供給することにより、弁体の閉弁速度を抑制し、閉弁時に弁体が弁座と衝突する際の衝撃力を緩和することによって、閉弁後に発生する弁体のバウンドを低減するようにしたものである。
【０００４】
また、特許文献２では、可動子を開弁動作開始時の初期位置に素早く復帰させるため、開弁状態から閉弁状態への閉弁動作時に、弁体が弁座に衝突した後にコイルへの通電を行い、可動子に対して閉弁動作の向きとは反対向きの力を作用させることにより、弁体が弁座と接触した後の可動子の運動を抑制し、可動子を開弁動作開始時の初期位置に素早く復帰させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１５５９１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、内燃機関の燃料消費を低減する手法として、排気量を減らして小型化するとともに、過給器によって出力を得るダウンサイジングエンジンがある。ダウンサイジングエンジンでは、排気量を減らすことで、ポンピングロスやフリクションを低減することができるため、燃費を低減することができる。一方で、過給器を用いることで十分な出力を得ると共に、筒内直接噴射を行うことによる吸気冷却効果により、過給に伴う圧縮比の低下を抑制し、低燃費を実現できる。このダウンサイジングエンジンにおいては、エンジン筒内のシリンダ径が縮小傾向にあり、噴射した燃料がシリンダ壁面に到達することが懸念される。噴射した燃料がシリンダ壁面に到達しないようにする方法として、一回の噴射行程中に必要な量の燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射を行う方法がある。
【０００７】
このような分割噴射を行うに際し、従来技術である特許文献１においては、弁体が弁座に衝突するまでの弁体の駆動方法に関する内容を記載したものであり、弁体が弁座に衝突してからの弁体及び可動子の挙動については配慮されていない。弁体が弁座に衝突した後も、弁体及び可動子は振動的な運動を継続する。
【０００８】
特に、可動子が弁体に対して相対運動可能な構成においては、弁体が弁座に衝突した後、可動子が弁体に対して相対運動を継続する。このため、可動子が静止するまでには時間を要し、次の噴射を行うには噴射間隔を十分に確保する必要があった。また、弁体が弁座に衝突した後、可動子は弁体から離脱し、一定の時間後に可動子を開弁方向に付勢する付勢手段の力に応じて弁体と接触するが、可動子の質量，衝突速度が大きいと可動子が弁体を押し上げてしまい、開弁する可能性がある。
【０００９】
このような分割噴射間隔の低減方法として、例えば特開２００８−２８０８７６号公報には、可動子が弁座と接触した後に中間電流の供給を行い、可動子の静止時間を低減する方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、これからの特許文献に開示されている方法では、中間電流を供給するタイミングや中間電流の打ち切りタイミングについて十分な配慮がなされていない。
【００１１】
本発明の目的は、第１の燃料噴射期間とこの第１の燃料噴射期間に引き続いて行われる第２の燃料噴射期間の間隔を短くすることができる燃料噴射装置の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、先の燃料噴射（第１の燃料噴射）と後の燃料噴射（第２の燃料噴射）との間に、開弁しない程度の電圧印加を行って中間電流を流す。この中間電流を流すための電圧印加は、先の燃料噴射で弁体が閉弁する前に開始し、先の燃料噴射で弁体が閉弁した第１の時点から後の燃料噴射で電流供給を開始する第２の時点までの間の時間の半分の時間が第１の時点から経過する前に打ち切る。
【００１３】
具体的には、以下のように構成するとよい。
（１）コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う電圧印加の終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う電圧印加の開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を供給する電圧印加を行い、
前記中間電流を供給する電圧印加を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了する。
（２）（１）において、前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とを、一回の噴射行程中（一回の燃焼行程に対する吸気行程（場合によっては前回の排気行程に重なる）から圧縮行程）に噴射する量の燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射に対して設定する。
（３）（２）において、接続される電源電圧をより高い電圧に昇圧する昇圧回路を有し、前記中間電流を供給するための電圧印加を、前記昇圧回路で昇圧した電圧を印加する。
（４）（３）において、前記中間電流を供給するための電圧印加は、前記中間電流の大きさが弁座に着座した弁体を弁座から離間させるのに必要な大きさになる前に終了する。
（５）（４）において、前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、前記昇圧回路で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間と前記昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間とを有し、前記中間電流の最大値は前記電源電圧スイッチング期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも大きく、前記昇圧電圧印加期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも小さい。
（６）（１）において、前記中間電流を供給するための電圧印加をエンジンコントロールユニットからの噴射パルス幅の入力によって行う。
（７）（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、前記電磁式燃料噴射弁は可動子を開弁方向に付勢する付勢手段を有するものであって、前記中間電流のための電圧印加を打ち切るタイミングは、弁体と弁座との衝突速度と可動子の質量との積を前記付勢手段の力で除した値である。
（８）コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う通電終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う通電開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を通電し、
前記中間電流の通電を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の燃料噴射期間とこの第１の燃料噴射期間に引き続いて行われる第２の燃料噴射期間の間隔を短くすることができる。この技術を分割噴射に適用することにより、分割噴射間隔を低減した燃料噴射装置の駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における燃料噴射装置の縦断面図である。
【図２】燃料噴射装置を駆動する一般的な噴射パルスと弁体、可動子の挙動の関係を示した図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置の可動子と弁体との衝突面近傍を拡大した断面図である。
【図４】本発明の第一の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【図５】本発明の実施形態における燃料噴射装置を駆動するための駆動回路の構成図である。
【図６】本発明の実施形態の燃料噴射装置を駆動するための駆動回路におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと励磁電流のタイミング，スイッチング素子の切替えタイミングを示した図である。
【図７】本発明の第二の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【図８】本発明の第三の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図１〜図３を用いて、本発明の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。
【００１７】
最初に、図１を用いて、本発明の実施形態による燃料噴射装置の構成と基本的な動作を説明する。図１は本発明の実施形態における燃料噴射装置の縦断面図とその燃料噴射装置を駆動するための、ＥＤＵ（駆動回路）１２１，ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０の構成の一例を示す図である。なお、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。少なくとも燃料噴射装置（電磁式燃料噴射弁）の駆動装置は、燃料噴射装置の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵとＥＤＵとが一体となったものであってもよいし、ＥＤＵ単体であってもよい。
【００１８】
ＥＣＵ１２０では、エンジンの状態を示す信号を各種センサーから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された噴射パルスは、信号線１２３を通して燃料噴射装置のＥＤＵ１２１に入力される。ＥＤＵ１２１は、コイル１０５に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通して、ＥＤＵ１２１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ＥＤＵ１２１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。ＥＤＵ１２１は、ＥＣＵ１２０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。本発明における分割噴射を行う際、分割噴射を行うための制御方法として、ＥＣＵ１２０から分割噴射を行う際の中間電流を行うための電圧印加の指令パルスを出力する場合と、ＥＣＵ１２０側から制御定数をＥＤＵ１２１に送信し、ＥＤＵ１２１から中間電流を直接供給する場合がある。
【００１９】
続いて、図１の燃料噴射装置の縦断面と図２の噴射パルスと弁体１１４及び可動子１０２の変位の関係を用いて燃料噴射装置構成と動作について説明する。図２は、ＥＣＵから出力される噴射パルスと弁体１１４，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００２０】
図１における燃料噴射装置は、通常閉弁型の電磁式燃料噴射装置であり、コイル１０５に通電されていない状態では、弁体１１４はスプリング（第１のばね）１１０により閉弁方向に付勢され、弁座１１８に密着し閉状態となっている。この閉状態においては、可動子（アンカ又は可動コアとも言う）１０２は、ゼロスプリング（第２のばね）１１２によって開弁方向に付勢され、衝突面３０１が弁体１１４の衝突面３０２に密着している。この状態では、可動子１０２と磁気コア（固定コアとも言う）１０７との間に空隙を有している。燃料は燃料噴射装置の上部より供給され、弁座１１８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座位置におけるシート内径に応じた力で弁体１１４が閉方向に押されている。
【００２１】
燃料噴射装置は、磁気コア１０７，可動子１０２，ヨーク１０３とで磁気回路を構成しており、噴射パルスが入力されると、コイル１０５に電流が供給され、磁気回路中に磁束が発生し、可動部品である可動子１０２と磁気コア１０７との間に磁気吸引力が発生する。可動子１０２に作用する磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力による力の和を超えるタイミングｔ21で可動子１０２が上方（磁気コア１０７の側）へ動く。可動子１０２が変位する際には、可動子１０２側の衝突面３０１と弁体１１４側の衝突面３０２とが接触（係合）することにより、衝突面３０１と衝突面３０２との間で力を伝達する。このとき可動子１０２は弁体１１４と結合して一緒に上方（磁気コア１０７の側）へ移動し、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下面に衝突して開弁状態に至る。
【００２２】
その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、供給された燃料が複数の噴射口１１９から噴射される。
【００２３】
続いて、噴射パルスがｔ23のタイミングでＯＦＦになると、コイル１０５への電流供給が断たれ、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。
【００２４】
その結果、磁気吸引力を失った可動子１０２はスプリング１１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体１１４が弁座１１８に接触する閉位置に押し戻される。このとき、弁体１１４にはたらくスプリング１１０による力は弁体１１４側の衝突面３０２及び可動子１０２側の衝突面３０１を介して可動子１０２に伝達される。タイミングｔ24で弁体１１４が弁座１１８と接触した後、可動子１０２の衝突面３０１は弁体１１４の衝突面３０２から離脱し、下向き方向（閉弁方向）に運動を継続する。その後可動子１０２はゼロスプリング１１２によって押し戻されて、タイミングｔ25で衝突面３０１が弁体１１４の衝突面３０２に接触するが、この時点で可動子１０２に働く上向き方向（開弁方向）の力が弁体１１４に働く下向き方向の力よりも大きいと２０１のように弁体１１４を押し上げて余分な噴射を行う可能性がある。このように、弁体１１４が弁座１１８に衝突後に可動子１０２が運動を継続するため、可動子１０２が静止するまでに次の分割噴射を行うと、可動子の位置，速度のばらつきに応じて噴射量がばらつくという問題がある。従って、分割噴射間隔の低減を行うためには、閉弁後の可動子１０２の運動を素早く静止させ、余分な噴射を抑えるために、可動子１０２が弁体１１４と衝突する際の運動エネルギーを小さくする必要がある。
【実施例１】
【００２５】
図４を用いて本発明における第一の実施例を説明する。図４はＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流（励磁電流）のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００２６】
噴射パルス４０８が入力されると、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に昇圧された高電圧源から高電圧４０１が印加され、コイル１０５に電流の供給が開始される。電流値が予め定められたピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、高電圧の印加を停止して、印加する電圧を０Ｖ以下にし、電流４０４のように電流値を低下させる。
【００２７】
続いて、ある一定の時間後もしくは、駆動電流が開弁を保持可能な電流値４０６以下になった時点で駆動回路１２１はバッテリ電圧の印加を４０２に示すようにスイッチングにて行い、所定の電流値４０５になるように制御する。続いて噴射パルスがＯＦＦになると印加する電圧を０Ｖ以下にし、電流を低下させ、閉弁方向の力であるスプリング１１０による荷重と燃料圧力による力の和が開弁方向の力を超えた時点で、可動子１０２は閉弁を開始する。その後、可動子１０２の変位量が０以下となる前（弁体１１４が弁座１１８に着座するタイミング以前、すなわち、可動子１０２の衝突面３０１と弁体１１４の衝突面３０２との係合が解除されて可動子１０２が弁体１１４に対して閉弁方向に相対変位を開始するタイミング以前）に、噴射パルス４０９をＯＮにし、高電圧源から高電圧４０３を印加し、コイル１０５に中間電流４０７を供給する。駆動電圧を印加してから磁気コア１０７と可動子１０２の間に磁気吸引力が発生するまでには磁気的な遅れ時間が存在するため、可動子１０２の変位量が０以下となる前に予め印加電圧を供給することにより、タイミングｔ32以降の可動子１０２の運動を素早く減衰させ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒを短縮することが可能となる。中間電流４０７に関しては、タイミングｔ32以降の可動子１０２の運動を素早く減衰させる目的で用いるが、タイミングｔ31よりも早い段階で中間電流３０７を供給すると、弁体１１４の閉弁速度が低減され、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際に発生する駆動音を低減する効果と弁座部の磨耗低減の効果を得ることができる。また、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際の衝突速度を低減することが可能となるため、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒのさらなる短縮が可能となる。
【００２８】
その後一定時間の間、中間電流を供給した後、噴射パルスをＯＦＦにし、駆動電圧ならびにコイル１０５への中間電流４０７の供給を停止する。この中間電流４０７を打ち切るタイミングは、可動子１０２の変位量が０となる、もしくは、弁体１１４が弁座１１８と接触するタイミングＴ32から、次の分割噴射を行うための駆動電圧を供給するタイミングｔ35の間の時間であるＴdの半分以下である必要がある。以上のように中間電流４０７の打ち切りタイミングを設定することによって、タイミングｔ34以降に可動子１０２が再び加速して、弁体１１４に衝突し、弁体１１４を押し上げることにより発生する余分な噴射を抑制することが可能となる。
【００２９】
本実施例では、中間電流４０７を供給するための電圧印加４０３は、中間電流４０７の大きさが弁座１１８に着座した弁体１１４を弁座１１８から離間させるのに必要な大きさになる前に終了している。
【００３０】
また、噴射パルス４０８と噴射パルス４０９とは、昇圧回路５１４（図５参照）で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間（４０１を印加している期間）と昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間（４０２を印加している期間）とを有し、中間電流４０７の最大値は電源電圧スイッチング期間に印加した電圧４０２により流れる電流の最大値よりも大きく、昇圧電圧印加期間に印加した電圧４０１により流れる電流の最大値よりも小さい。
【００３１】
噴射パルス４０８は第１の燃料噴射期間のためのパルスであり、噴射パルス４１０は第２の燃料噴射期間のためのパルスである。噴射パルス４０９は第１の燃料噴射期間と第２の燃料噴射期間との間に流す中間電流のための噴射パルスであるが、この噴射パルス４０９によって、弁体１１４が開弁動作することはない。また、第１の燃料噴射期間のための噴射パルス４０８が終了しても、弁体１１４は閉弁位置に戻りきらず、燃料噴射自体は噴射パルス４０８の終了から少し遅れて終了することになる。第２の燃料噴射期間についても同様である。
【００３２】
また、第１の燃料噴射期間のパルス４０８と第２の燃料噴射期間のパルス４１０とは、一回の噴射行程中に出力されるものである。すなわち、本実施例では、一回の噴射行程中に噴射する量の燃料を、少なくとも噴射パルス４０８，４０９を含む複数回に分割して噴射している。尚、「一回の噴射行程」とは、一回の燃焼サイクル（４サイクルでは吸気，圧縮，爆発，排気の各行程からなる）を意味するものである。
【００３３】
図５を用いて本発明の第一の実施例における燃料噴射装置の駆動回路１２１の構成について説明する。図５は燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１２０に内包され、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルス幅Ｔｉ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ＯＮ，ＯＦＦを切替えて、燃料噴射装置５１５へ駆動電流を供給する。
【００３４】
スイッチング素子５０５は駆動回路１２１に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源ＶＨと燃料噴射装置５１５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５１４によって昇圧することで生成される。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。スイッチング素子５０７は、低電圧源ＶＢと燃料噴射装置５１５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。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置５１５の低電圧側の端子と設置電位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５１５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５０９と５１０は電流を遮断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５１５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。
【００３５】
次に、図５と図６を用いて、本発明の第一の実施形態における燃料噴射装置に流れる駆動電流を生成するための、スイッチング素子の切替えタイミングについて説明する。
【００３６】
図６は、ＣＰＵ５０１より出力される噴射パルスと駆動電流，スイッチング素子（ＳＷ）５０５，スイッチング素子（ＳＷ）５０６，スイッチング素子（ＳＷ）５０６のＯＮ，ＯＦＦのタイミングを示した図である。
【００３７】
タイミングｔ61において、ＣＰＵ５０１より噴射パルスＴｉ６０４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、バッテリ電圧よりも高い高電圧源ＶＨから電流が燃料噴射装置５１５に供給され、電流が急速に立ち上がる。電流がピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６が共にＯＦＦになり、燃料噴射装置５１５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５１５に供給されていた電流は、電流６０１のようにピーク電流値Ｉｐｅａｋから急速に低下する。なお、ピーク電流値Ｉｐｅａｋから保持電流６０２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ｔ62に到達すると、スイッチング素子５０６をＯＮにし、スイッチング素子５０７のＯＮ，ＯＦＦの切替えを行い、保持電流６０２を保持する。その後、噴射パルスがＯＦＦになるとスイッチング素子５０６とスイッチング素子５０７が共にＯＦＦとなり電流が低下する。一定の時間後に、再び噴射パルス６０５が入力されると、スイッチング素子５０５，５０６が共にＯＮとなり、高電圧源ＶＨから中間電流６０３が燃料噴射装置５１５に供給される。その後、一定の時間中間電流６０３の供給を行った後、所定のタイミングｔ64で噴射パルス幅がＯＦＦとなると、スイッチング素子５０５，５０６が共にＯＦＦとなり、中間電流６０３は速やかに低下する。
【実施例２】
【００３８】
図１と図７を用いて本発明における第二の実施例を説明する。図７はＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００３９】
本実施例のうち、第一の実施例と異なる点は、中間電流４０７を流すための高電圧７０３の電圧印加をＥＣＵ１２０からの噴射パルス幅ではなく、駆動回路１２１で行う点である。高電圧４０３の電圧印加のタイミングｔ41に関しては、噴射パルスが入力されてからの時間Ｔi1もしくは、噴射パルスを打ち切ってからの時間Ｔi2でタイミングの制御を行うことにより、実施例１における中間電流４０７を噴射パルスで制御する場合と同等の効果が得られる。
【実施例３】
【００４０】
図１，図４，図８を用いて本発明における第三の実施例を説明する。図８は第三実施例におけるＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流（励磁電流）のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。なお、図８において、図４と同一の構成部品には同一符号を付す。また、第一実施例との差異を明確にするため，図８に図４における駆動電流と可動子の変位量を点線で記載する。
【００４１】
図８に示した例では、第一の実施例と異なる点は、図４における電流再供給のタイミングｔ31よりも早いタイミングで、噴射パルス８０１をＯＮにし、電圧源からバッテリ電圧ＶＢを印加し、コイル１０５に中間電流８０３を供給することである。この効果により、噴射パルス８０１をＯＦＦにしてから磁気回路中の磁束が消滅しきる前に再び磁気吸引力を発生させることができ、中間電流８０３を供給してから磁気吸引力が発生するまでの磁気的な遅れ時間を短縮することが可能となる。また、弁体１１４が弁座１１８と衝突する際の衝突速度を低減することが可能となるため、閉弁後の可動子１０２の運動エネルギーを低減することができ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒの低減が可能となる。また、タイミングｔ31よりも早い段階で中間電流８０３を供給すると、弁体１１４の閉弁速度が低減され、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際に発生する駆動音を低減する効果と弁座部の磨耗低減の効果を得ることができる。
【００４２】
また、中間電流８０３を供給するタイミングｔ81後に中間電流８０３がある一定の電流値に達すると駆動回路１２１はバッテリ電圧の印加を８０２に示すようにスイッチングにて行い、所定の電流値８０４になるように制御する。中間電流８０３に一定の電流値８０４が保持される期間を有することで、磁気コア１０７と可動子１０２との間に発生する磁気吸引力を一定に保持することができ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒを正確に制御することが可能となる。また、駆動回路１２１の消費電力はコイル１０５へ供給する電流値の二乗に比例することから、中間電流８０３の電流供給をバッテリ電圧ＶＢの印加により行うことで、消費電流を抑制することができる。また、高電圧源ＶＨがコンデンサに電荷を蓄積しバッテリ電圧ＶＢを昇圧するように構成されている場合、高電圧源ＶＨからコイル１０５に電流供給すると、高電圧源ＶＨの電圧値が時間とともに低下する。高電圧源ＶＨからの電圧印加を停止すると一定時間後、高電圧源ＶＨの電圧値は復帰するが、高電圧源ＶＨの電圧値が復帰する前に高電圧源ＶＨの印加を行うと、電流の立ち上がり時間が遅くなる可能性がある。したがって、バッテリ電圧ＶＢの印加により、コイル１０５へ中間電流８０３を供給することで、次の分割噴射を行うための駆動電圧を供給するタイミングｔ85で高電圧源の電圧値を復帰させ易くなり、コイル１０５への安定した電流供給が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１ ノズルホルダ
１０２ 可動子
１０３ ヨーク
１０５ コイル
１０７ 磁気コア
１１０ スプリング
１１２ ゼロスプリング
１１３，１１５ ロッドガイド
１１４ 弁体
１１６ オリフィスカップ
１１８ 弁座
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関に使用される電磁式燃料噴射弁の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常閉弁型の電磁式燃料噴射弁では、閉弁方向に力を発生される付勢手段を有し、駆動部はコイルとコアと可動子で構成され、コイルに電流を供給することによって、コアと可動子との間に吸引力が発生し、吸引力が閉弁方向の力を超えた時点で弁体が弁座から離脱し開弁を開始する。続いてコイルへの電流供給を停止することによって、コアと可動子間に発生していた吸引力が下がり、閉弁方向の力よりも小さくなった時点で閉弁を開始する。
【０００３】
上記のような電磁式燃料噴射装置にあって、特許文献１では、コイルへの電流供給を停止した後に電流を再供給することにより、弁体の閉弁速度を抑制し、閉弁時に弁体が弁座と衝突する際の衝撃力を緩和することによって、閉弁後に発生する弁体のバウンドを低減するようにしたものである。
【０００４】
また、特許文献２では、可動子を開弁動作開始時の初期位置に素早く復帰させるため、開弁状態から閉弁状態への閉弁動作時に、弁体が弁座に衝突した後にコイルへの通電を行い、可動子に対して閉弁動作の向きとは反対向きの力を作用させることにより、弁体が弁座と接触した後の可動子の運動を抑制し、可動子を開弁動作開始時の初期位置に素早く復帰させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１５５９１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８０８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、内燃機関の燃料消費を低減する手法として、排気量を減らして小型化するとともに、過給器によって出力を得るダウンサイジングエンジンがある。ダウンサイジングエンジンでは、排気量を減らすことで、ポンピングロスやフリクションを低減することができるため、燃費を低減することができる。一方で、過給器を用いることで十分な出力を得ると共に、筒内直接噴射を行うことによる吸気冷却効果により、過給に伴う圧縮比の低下を抑制し、低燃費を実現できる。このダウンサイジングエンジンにおいては、エンジン筒内のシリンダ径が縮小傾向にあり、噴射した燃料がシリンダ壁面に到達することが懸念される。噴射した燃料がシリンダ壁面に到達しないようにする方法として、一回の噴射行程中に必要な量の燃料を複数回に分けて噴射する分割噴射を行う方法がある。
【０００７】
このような分割噴射を行うに際し、従来技術である特許文献１においては、弁体が弁座に衝突するまでの弁体の駆動方法に関する内容を記載したものであり、弁体が弁座に衝突してからの弁体及び可動子の挙動については配慮されていない。弁体が弁座に衝突した後も、弁体及び可動子は振動的な運動を継続する。
【０００８】
特に、可動子が弁体に対して相対運動可能な構成においては、弁体が弁座に衝突した後、可動子が弁体に対して相対運動を継続する。このため、可動子が静止するまでには時間を要し、次の噴射を行うには噴射間隔を十分に確保する必要があった。また、弁体が弁座に衝突した後、可動子は弁体から離脱し、一定の時間後に可動子を開弁方向に付勢する付勢手段の力に応じて弁体と接触するが、可動子の質量，衝突速度が大きいと可動子が弁体を押し上げてしまい、開弁する可能性がある。
【０００９】
このような分割噴射間隔の低減方法として、例えば特開２００８−２８０８７６号公報には、可動子が弁座と接触した後に中間電流の供給を行い、可動子の静止時間を低減する方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、これからの特許文献に開示されている方法では、中間電流を供給するタイミングや中間電流の打ち切りタイミングについて十分な配慮がなされていない。
【００１１】
本発明の目的は、第１の燃料噴射期間とこの第１の燃料噴射期間に引き続いて行われる第２の燃料噴射期間の間隔を短くすることができる燃料噴射装置の駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、先の燃料噴射（第１の燃料噴射）と後の燃料噴射（第２の燃料噴射）との間に、開弁しない程度の電圧印加を行って中間電流を流す。この中間電流を流すための電圧印加は、先の燃料噴射で弁体が閉弁する前に開始し、先の燃料噴射で弁体が閉弁した第１の時点から後の燃料噴射で電流供給を開始する第２の時点までの間の時間の半分の時間が第１の時点から経過する前に打ち切る。
【００１３】
具体的には、以下のように構成するとよい。
（１）コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う電圧印加の終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う電圧印加の開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を供給する電圧印加を行い、
前記中間電流を供給する電圧印加を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了する。
（２）（１）において、前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とを、一回の噴射行程中（一回の燃焼行程に対する吸気行程（場合によっては前回の排気行程に重なる）から圧縮行程）に噴射する量の燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射に対して設定する。
（３）（２）において、接続される電源電圧をより高い電圧に昇圧する昇圧回路を有し、前記中間電流を供給するための電圧印加を、前記昇圧回路で昇圧した電圧を印加する。
（４）（３）において、前記中間電流を供給するための電圧印加は、前記中間電流の大きさが弁座に着座した弁体を弁座から離間させるのに必要な大きさになる前に終了する。
（５）（４）において、前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、前記昇圧回路で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間と前記昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間とを有し、前記中間電流の最大値は前記電源電圧スイッチング期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも大きく、前記昇圧電圧印加期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも小さい。
（６）（１）において、前記中間電流を供給するための電圧印加をエンジンコントロールユニットからの噴射パルス幅の入力によって行う。
（７）（１）乃至（６）のいずれか１項に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、前記電磁式燃料噴射弁は可動子を開弁方向に付勢する付勢手段を有するものであって、前記中間電流のための電圧印加を打ち切るタイミングは、弁体と弁座との衝突速度と可動子の質量との積を前記付勢手段の力で除した値である。
（８）コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う通電終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う通電開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を通電し、
前記中間電流の通電を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、第１の燃料噴射期間とこの第１の燃料噴射期間に引き続いて行われる第２の燃料噴射期間の間隔を短くすることができる。この技術を分割噴射に適用することにより、分割噴射間隔を低減した燃料噴射装置の駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における燃料噴射装置の縦断面図である。
【図２】燃料噴射装置を駆動する一般的な噴射パルスと弁体、可動子の挙動の関係を示した図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置の可動子と弁体との衝突面近傍を拡大した断面図である。
【図４】本発明の第一の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【図５】本発明の実施形態における燃料噴射装置を駆動するための駆動回路の構成図である。
【図６】本発明の実施形態の燃料噴射装置を駆動するための駆動回路におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと励磁電流のタイミング，スイッチング素子の切替えタイミングを示した図である。
【図７】本発明の第二の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【図８】本発明の第三の実施形態におけるＥＣＵから出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する電圧と励磁電流のタイミング，可動子の挙動の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図１〜図３を用いて、本発明の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。
【００１７】
最初に、図１を用いて、本発明の実施形態による燃料噴射装置の構成と基本的な動作を説明する。図１は本発明の実施形態における燃料噴射装置の縦断面図とその燃料噴射装置を駆動するための、ＥＤＵ（駆動回路）１２１，ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０の構成の一例を示す図である。なお、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。少なくとも燃料噴射装置（電磁式燃料噴射弁）の駆動装置は、燃料噴射装置の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵとＥＤＵとが一体となったものであってもよいし、ＥＤＵ単体であってもよい。
【００１８】
ＥＣＵ１２０では、エンジンの状態を示す信号を各種センサーから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された噴射パルスは、信号線１２３を通して燃料噴射装置のＥＤＵ１２１に入力される。ＥＤＵ１２１は、コイル１０５に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通して、ＥＤＵ１２１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ＥＤＵ１２１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。ＥＤＵ１２１は、ＥＣＵ１２０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。本発明における分割噴射を行う際、分割噴射を行うための制御方法として、ＥＣＵ１２０から分割噴射を行う際の中間電流を行うための電圧印加の指令パルスを出力する場合と、ＥＣＵ１２０側から制御定数をＥＤＵ１２１に送信し、ＥＤＵ１２１から中間電流を直接供給する場合がある。
【００１９】
続いて、図１の燃料噴射装置の縦断面と図２の噴射パルスと弁体１１４及び可動子１０２の変位の関係を用いて燃料噴射装置構成と動作について説明する。図２は、ＥＣＵから出力される噴射パルスと弁体１１４，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００２０】
図１における燃料噴射装置は、通常閉弁型の電磁式燃料噴射装置であり、コイル１０５に通電されていない状態では、弁体１１４はスプリング（第１のばね）１１０により閉弁方向に付勢され、弁座１１８に密着し閉状態となっている。この閉状態においては、可動子（アンカ又は可動コアとも言う）１０２は、ゼロスプリング（第２のばね）１１２によって開弁方向に付勢され、衝突面３０１が弁体１１４の衝突面３０２に密着している。この状態では、可動子１０２と磁気コア（固定コアとも言う）１０７との間に空隙を有している。燃料は燃料噴射装置の上部より供給され、弁座１１８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座位置におけるシート内径に応じた力で弁体１１４が閉方向に押されている。
【００２１】
燃料噴射装置は、磁気コア１０７，可動子１０２，ヨーク１０３とで磁気回路を構成しており、噴射パルスが入力されると、コイル１０５に電流が供給され、磁気回路中に磁束が発生し、可動部品である可動子１０２と磁気コア１０７との間に磁気吸引力が発生する。可動子１０２に作用する磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力による力の和を超えるタイミングｔ21で可動子１０２が上方（磁気コア１０７の側）へ動く。可動子１０２が変位する際には、可動子１０２側の衝突面３０１と弁体１１４側の衝突面３０２とが接触（係合）することにより、衝突面３０１と衝突面３０２との間で力を伝達する。このとき可動子１０２は弁体１１４と結合して一緒に上方（磁気コア１０７の側）へ移動し、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下面に衝突して開弁状態に至る。
【００２２】
その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、供給された燃料が複数の噴射口１１９から噴射される。
【００２３】
続いて、噴射パルスがｔ23のタイミングでＯＦＦになると、コイル１０５への電流供給が断たれ、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。
【００２４】
その結果、磁気吸引力を失った可動子１０２はスプリング１１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体１１４が弁座１１８に接触する閉位置に押し戻される。このとき、弁体１１４にはたらくスプリング１１０による力は弁体１１４側の衝突面３０２及び可動子１０２側の衝突面３０１を介して可動子１０２に伝達される。タイミングｔ24で弁体１１４が弁座１１８と接触した後、可動子１０２の衝突面３０１は弁体１１４の衝突面３０２から離脱し、下向き方向（閉弁方向）に運動を継続する。その後可動子１０２はゼロスプリング１１２によって押し戻されて、タイミングｔ25で衝突面３０１が弁体１１４の衝突面３０２に接触するが、この時点で可動子１０２に働く上向き方向（開弁方向）の力が弁体１１４に働く下向き方向の力よりも大きいと２０１のように弁体１１４を押し上げて余分な噴射を行う可能性がある。このように、弁体１１４が弁座１１８に衝突後に可動子１０２が運動を継続するため、可動子１０２が静止するまでに次の分割噴射を行うと、可動子の位置，速度のばらつきに応じて噴射量がばらつくという問題がある。従って、分割噴射間隔の低減を行うためには、閉弁後の可動子１０２の運動を素早く静止させ、余分な噴射を抑えるために、可動子１０２が弁体１１４と衝突する際の運動エネルギーを小さくする必要がある。
【実施例１】
【００２５】
図４を用いて本発明における第一の実施例を説明する。図４はＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流（励磁電流）のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００２６】
噴射パルス４０８が入力されると、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に昇圧された高電圧源から高電圧４０１が印加され、コイル１０５に電流の供給が開始される。電流値が予め定められたピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、高電圧の印加を停止して、印加する電圧を０Ｖ以下にし、電流４０４のように電流値を低下させる。
【００２７】
続いて、ある一定の時間後もしくは、駆動電流が開弁を保持可能な電流値４０６以下になった時点で駆動回路１２１はバッテリ電圧の印加を４０２に示すようにスイッチングにて行い、所定の電流値４０５になるように制御する。続いて噴射パルスがＯＦＦになると印加する電圧を０Ｖ以下にし、電流を低下させ、閉弁方向の力であるスプリング１１０による荷重と燃料圧力による力の和が開弁方向の力を超えた時点で、可動子１０２は閉弁を開始する。その後、可動子１０２の変位量が０以下となる前（弁体１１４が弁座１１８に着座するタイミング以前、すなわち、可動子１０２の衝突面３０１と弁体１１４の衝突面３０２との係合が解除されて可動子１０２が弁体１１４に対して閉弁方向に相対変位を開始するタイミング以前）に、噴射パルス４０９をＯＮにし、高電圧源から高電圧４０３を印加し、コイル１０５に中間電流４０７を供給する。駆動電圧を印加してから磁気コア１０７と可動子１０２の間に磁気吸引力が発生するまでには磁気的な遅れ時間が存在するため、可動子１０２の変位量が０以下となる前に予め印加電圧を供給することにより、タイミングｔ32以降の可動子１０２の運動を素早く減衰させ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒを短縮することが可能となる。中間電流４０７に関しては、タイミングｔ32以降の可動子１０２の運動を素早く減衰させる目的で用いるが、タイミングｔ31よりも早い段階で中間電流３０７を供給すると、弁体１１４の閉弁速度が低減され、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際に発生する駆動音を低減する効果と弁座部の磨耗低減の効果を得ることができる。また、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際の衝突速度を低減することが可能となるため、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒのさらなる短縮が可能となる。
【００２８】
その後一定時間の間、中間電流を供給した後、噴射パルスをＯＦＦにし、駆動電圧ならびにコイル１０５への中間電流４０７の供給を停止する。この中間電流４０７を打ち切るタイミングは、可動子１０２の変位量が０となる、もしくは、弁体１１４が弁座１１８と接触するタイミングＴ32から、次の分割噴射を行うための駆動電圧を供給するタイミングｔ35の間の時間であるＴdの半分以下である必要がある。以上のように中間電流４０７の打ち切りタイミングを設定することによって、タイミングｔ34以降に可動子１０２が再び加速して、弁体１１４に衝突し、弁体１１４を押し上げることにより発生する余分な噴射を抑制することが可能となる。
【００２９】
本実施例では、中間電流４０７を供給するための電圧印加４０３は、中間電流４０７の大きさが弁座１１８に着座した弁体１１４を弁座１１８から離間させるのに必要な大きさになる前に終了している。
【００３０】
また、噴射パルス４０８と噴射パルス４０９とは、昇圧回路５１４（図５参照）で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間（４０１を印加している期間）と昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間（４０２を印加している期間）とを有し、中間電流４０７の最大値は電源電圧スイッチング期間に印加した電圧４０２により流れる電流の最大値よりも大きく、昇圧電圧印加期間に印加した電圧４０１により流れる電流の最大値よりも小さい。
【００３１】
噴射パルス４０８は第１の燃料噴射期間のためのパルスであり、噴射パルス４１０は第２の燃料噴射期間のためのパルスである。噴射パルス４０９は第１の燃料噴射期間と第２の燃料噴射期間との間に流す中間電流のための噴射パルスであるが、この噴射パルス４０９によって、弁体１１４が開弁動作することはない。また、第１の燃料噴射期間のための噴射パルス４０８が終了しても、弁体１１４は閉弁位置に戻りきらず、燃料噴射自体は噴射パルス４０８の終了から少し遅れて終了することになる。第２の燃料噴射期間についても同様である。
【００３２】
また、第１の燃料噴射期間のパルス４０８と第２の燃料噴射期間のパルス４１０とは、一回の噴射行程中に出力されるものである。すなわち、本実施例では、一回の噴射行程中に噴射する量の燃料を、少なくとも噴射パルス４０８，４０９を含む複数回に分割して噴射している。尚、「一回の噴射行程」とは、一回の燃焼サイクル（４サイクルでは吸気，圧縮，爆発，排気の各行程からなる）を意味するものである。
【００３３】
図５を用いて本発明の第一の実施例における燃料噴射装置の駆動回路１２１の構成について説明する。図５は燃料噴射装置を駆動する回路構成を示した図である。ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１２０に内包され、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルス幅Ｔｉ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ＯＮ，ＯＦＦを切替えて、燃料噴射装置５１５へ駆動電流を供給する。
【００３４】
スイッチング素子５０５は駆動回路１２１に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源ＶＨと燃料噴射装置５１５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５１４によって昇圧することで生成される。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。スイッチング素子５０７は、低電圧源ＶＢと燃料噴射装置５１５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。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置５１５の低電圧側の端子と設置電位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５１５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５０９と５１０は電流を遮断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５１５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。
【００３５】
次に、図５と図６を用いて、本発明の第一の実施形態における燃料噴射装置に流れる駆動電流を生成するための、スイッチング素子の切替えタイミングについて説明する。
【００３６】
図６は、ＣＰＵ５０１より出力される噴射パルスと駆動電流，スイッチング素子（ＳＷ）５０５，スイッチング素子（ＳＷ）５０６，スイッチング素子（ＳＷ）５０６のＯＮ，ＯＦＦのタイミングを示した図である。
【００３７】
タイミングｔ61において、ＣＰＵ５０１より噴射パルスＴｉ６０４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、バッテリ電圧よりも高い高電圧源ＶＨから電流が燃料噴射装置５１５に供給され、電流が急速に立ち上がる。電流がピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、スイッチング素子５０５とスイッチング素子５０６が共にＯＦＦになり、燃料噴射装置５１５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５１５に供給されていた電流は、電流６０１のようにピーク電流値Ｉｐｅａｋから急速に低下する。なお、ピーク電流値Ｉｐｅａｋから保持電流６０２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ｔ62に到達すると、スイッチング素子５０６をＯＮにし、スイッチング素子５０７のＯＮ，ＯＦＦの切替えを行い、保持電流６０２を保持する。その後、噴射パルスがＯＦＦになるとスイッチング素子５０６とスイッチング素子５０７が共にＯＦＦとなり電流が低下する。一定の時間後に、再び噴射パルス６０５が入力されると、スイッチング素子５０５，５０６が共にＯＮとなり、高電圧源ＶＨから中間電流６０３が燃料噴射装置５１５に供給される。その後、一定の時間中間電流６０３の供給を行った後、所定のタイミングｔ64で噴射パルス幅がＯＦＦとなると、スイッチング素子５０５，５０６が共にＯＦＦとなり、中間電流６０３は速やかに低下する。
【実施例２】
【００３８】
図１と図７を用いて本発明における第二の実施例を説明する。図７はＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。
【００３９】
本実施例のうち、第一の実施例と異なる点は、中間電流４０７を流すための高電圧７０３の電圧印加をＥＣＵ１２０からの噴射パルス幅ではなく、駆動回路１２１で行う点である。高電圧４０３の電圧印加のタイミングｔ41に関しては、噴射パルスが入力されてからの時間Ｔi1もしくは、噴射パルスを打ち切ってからの時間Ｔi2でタイミングの制御を行うことにより、実施例１における中間電流４０７を噴射パルスで制御する場合と同等の効果が得られる。
【実施例３】
【００４０】
図１，図４，図８を用いて本発明における第三の実施例を説明する。図８は第三実施例におけるＥＣＵ１２０から出力される噴射パルスと燃料噴射装置に供給する駆動電圧と駆動電流（励磁電流）のタイミング，可動子１０２の挙動の関係を示した図である。なお、図８において、図４と同一の構成部品には同一符号を付す。また、第一実施例との差異を明確にするため，図８に図４における駆動電流と可動子の変位量を点線で記載する。
【００４１】
図８に示した例では、第一の実施例と異なる点は、図４における電流再供給のタイミングｔ31よりも早いタイミングで、噴射パルス８０１をＯＮにし、電圧源からバッテリ電圧ＶＢを印加し、コイル１０５に中間電流８０３を供給することである。この効果により、噴射パルス８０１をＯＦＦにしてから磁気回路中の磁束が消滅しきる前に再び磁気吸引力を発生させることができ、中間電流８０３を供給してから磁気吸引力が発生するまでの磁気的な遅れ時間を短縮することが可能となる。また、弁体１１４が弁座１１８と衝突する際の衝突速度を低減することが可能となるため、閉弁後の可動子１０２の運動エネルギーを低減することができ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒの低減が可能となる。また、タイミングｔ31よりも早い段階で中間電流８０３を供給すると、弁体１１４の閉弁速度が低減され、弁体１１４と弁座１１８が衝突する際に発生する駆動音を低減する効果と弁座部の磨耗低減の効果を得ることができる。
【００４２】
また、中間電流８０３を供給するタイミングｔ81後に中間電流８０３がある一定の電流値に達すると駆動回路１２１はバッテリ電圧の印加を８０２に示すようにスイッチングにて行い、所定の電流値８０４になるように制御する。中間電流８０３に一定の電流値８０４が保持される期間を有することで、磁気コア１０７と可動子１０２との間に発生する磁気吸引力を一定に保持することができ、可動子１０２が静止するまでの時間Ｔｒを正確に制御することが可能となる。また、駆動回路１２１の消費電力はコイル１０５へ供給する電流値の二乗に比例することから、中間電流８０３の電流供給をバッテリ電圧ＶＢの印加により行うことで、消費電流を抑制することができる。また、高電圧源ＶＨがコンデンサに電荷を蓄積しバッテリ電圧ＶＢを昇圧するように構成されている場合、高電圧源ＶＨからコイル１０５に電流供給すると、高電圧源ＶＨの電圧値が時間とともに低下する。高電圧源ＶＨからの電圧印加を停止すると一定時間後、高電圧源ＶＨの電圧値は復帰するが、高電圧源ＶＨの電圧値が復帰する前に高電圧源ＶＨの印加を行うと、電流の立ち上がり時間が遅くなる可能性がある。したがって、バッテリ電圧ＶＢの印加により、コイル１０５へ中間電流８０３を供給することで、次の分割噴射を行うための駆動電圧を供給するタイミングｔ85で高電圧源の電圧値を復帰させ易くなり、コイル１０５への安定した電流供給が可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０１ ノズルホルダ
１０２ 可動子
１０３ ヨーク
１０５ コイル
１０７ 磁気コア
１１０ スプリング
１１２ ゼロスプリング
１１３，１１５ ロッドガイド
１１４ 弁体
１１６ オリフィスカップ
１１８ 弁座
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う電圧印加の終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う電圧印加の開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を供給する電圧印加を行い、
前記中間電流を供給する電圧印加を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、一回の噴射行程中に噴射する量の燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射に対して設定されることを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
接続される電源電圧をより高い電圧に昇圧する昇圧回路を有し、前記中間電流を供給するための電圧印加を、前記昇圧回路で昇圧した電圧を印加することにより行うことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記中間電流を供給するための電圧印加は、前記中間電流の大きさが弁座に着座した弁体を弁座から離間させるのに必要な大きさになる前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、前記昇圧回路で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間と前記昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間とを有し、
前記中間電流の最大値は前記電源電圧スイッチング期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも大きく、前記昇圧電圧印加期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも小さいことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記中間電流を供給するための電圧印加をエンジンコントロールユニットからの噴射パルス幅の入力によって行うことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記電磁式燃料噴射弁は可動子を開弁方向に付勢する付勢手段を有するものであって、
前記中間電流のための電圧印加を打ち切るタイミングは、弁体と弁座との衝突速度と可動子の質量との積を前記付勢手段の力で除した値であることを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項８】
コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う通電終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う通電開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を通電し、
前記中間電流の通電を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項１】
コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う電圧印加の終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う電圧印加の開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を供給する電圧印加を行い、
前記中間電流を供給する電圧印加を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、一回の噴射行程中に噴射する量の燃料を複数回に分割して噴射する分割噴射に対して設定されることを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
接続される電源電圧をより高い電圧に昇圧する昇圧回路を有し、前記中間電流を供給するための電圧印加を、前記昇圧回路で昇圧した電圧を印加することにより行うことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記中間電流を供給するための電圧印加は、前記中間電流の大きさが弁座に着座した弁体を弁座から離間させるのに必要な大きさになる前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記第１の燃料噴射期間と前記第２の燃料噴射期間とは、前記昇圧回路で昇圧された電圧を印加する昇圧電圧印加期間と前記昇圧電圧印加期間の後に電源電圧をスイッチングにより印加する電源電圧スイッチング期間とを有し、
前記中間電流の最大値は前記電源電圧スイッチング期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも大きく、前記昇圧電圧印加期間に印加した電圧により流れる電流の最大値よりも小さいことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記中間電流を供給するための電圧印加をエンジンコントロールユニットからの噴射パルス幅の入力によって行うことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電磁式燃料噴射弁の駆動装置において、
前記電磁式燃料噴射弁は可動子を開弁方向に付勢する付勢手段を有するものであって、
前記中間電流のための電圧印加を打ち切るタイミングは、弁体と弁座との衝突速度と可動子の質量との積を前記付勢手段の力で除した値であることを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項８】
コイルと磁気コアとで構成される電磁石によって可動子に組み付けられた弁体を駆動して燃料噴射口の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に対して用いられ、電磁式燃料噴射弁のコイルに電流を供給するための印加電圧を制御する駆動装置において、
第１の燃料噴射期間の終了に伴う通電終了後、前記第１の燃料噴射期間に引き続く第２の燃料噴射期間の開始に伴う通電開始前に、前記弁体を開弁動作させる場合と同じ向きの中間電流を通電し、
前記中間電流の通電を、弁体が弁座に着座する第１の時点の前に開始し、前記第１の時点と前記第２の燃料噴射期間に対する前記電圧印加を開始する第２の時点との間の時間の半分の時間が前記第１の時点から経過する前に終了することを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動装置。
【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２０１２−１７７３０３（Ｐ２０１２−１７７３０３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９１８０（Ｐ２０１１−３９１８０）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【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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