[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6751654B2 - 燃料噴射装置の制御装置 - Google Patents

燃料噴射装置の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6751654B2
JP6751654B2 JP2016221164A JP2016221164A JP6751654B2 JP 6751654 B2 JP6751654 B2 JP 6751654B2 JP 2016221164 A JP2016221164 A JP 2016221164A JP 2016221164 A JP2016221164 A JP 2016221164A JP 6751654 B2 JP6751654 B2 JP 6751654B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve body
fuel injection
coil
current
injection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016221164A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018080582A (ja
Inventor
亮 草壁
亮 草壁
猿渡　匡行
匡行 猿渡
前川　典幸
典幸 前川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority to JP2016221164A priority Critical patent/JP6751654B2/ja
Priority to US16/343,632 priority patent/US10731594B2/en
Priority to PCT/JP2017/039481 priority patent/WO2018088287A1/ja
Priority to CN201780062623.3A priority patent/CN109952421B/zh
Publication of JP2018080582A publication Critical patent/JP2018080582A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6751654B2 publication Critical patent/JP6751654B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/30—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages
    • B05B1/3033—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head
    • B05B1/304—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages the control being effected by relative coaxial longitudinal movement of the controlling element and the spray head the controlling element being a lift valve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B12/00—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area
    • B05B12/08—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means
    • B05B12/085—Arrangements for controlling delivery; Arrangements for controlling the spray area responsive to condition of liquid or other fluent material to be discharged, of ambient medium or of target ; responsive to condition of spray devices or of supply means, e.g. pipes, pumps or their drive means responsive to flow or pressure of liquid or other fluent material to be discharged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0635—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding
    • F02M51/066—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a plate-shaped or undulated armature not entering the winding the armature and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
    • F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
    • F02M51/0685—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature and the valve being allowed to move relatively to each other or not being attached to each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • F02D2041/2013—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening by using a boost voltage source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2037—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit for preventing bouncing of the valve needle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2051—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit using voltage control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
    • F02M61/10—Other injectors with elongated valve bodies, i.e. of needle-valve type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置を制御する制御装置に関する。
近年、排気規制の強化に伴い、エンジンでは、モード走行時の未燃焼粒子（ＰＭ：Particulate Matter）の総量とその個数である未燃焼粒子数（ＰＮ：Particulate Number）の抑制が求められており、微小量の噴射量を制御できる燃料噴射装置が求められる。未燃焼粒子発生を抑制するための手段として、１燃焼行程中の噴霧を複数回に分割して噴射する（以降、分割噴射と称する）ことが有効である。分割噴射を行うことで、燃料のピストンおよびシリンダ壁面への付着を抑制できるため、噴射した燃料が気化し易くなり、未燃焼粒子の総量とその個数である未燃焼粒子数を抑制することが可能となる。分割噴射を行うエンジンでは、これまで１回で噴射していた燃料を複数回に分割して噴射する必要があるため、燃料噴射装置では、従来に比べて微小な噴射量を制御する必要がある。また、多段噴射においては、噴射回数を増やすことで未燃焼粒子数を抑制する効果が得やすいことから、燃料噴射装置の応答性向上や燃焼行程中の燃料噴射の間隔低減が求められる。
一般に、燃料噴射装置の噴射量は、エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)より出力される噴射パルスのパルス幅によって制御する。通常閉弁型の電磁式燃料噴射装置では、閉弁方向に力を発生される付勢手段を有し、駆動部はコイルと固定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、固定コアと可動子との間に磁気吸引力が発生し、磁気吸引力が閉弁方向の力を超えた時点で可動子が開弁方向に移動して、可動子が弁体に衝突したタイミングで、弁体が弁座から離脱し開弁を開始する。開弁後、コイルへの電流供給を停止することによって、固定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。
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、可動子が弁座から離間し、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スイッチング制御する。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。
また、ハーフリフトの条件では、固定コアに可動子の変位が制約されない不安定な動作であることから、コイルの印加電圧等の環境条件の変化に対する影響を受け易い。
たとえば、環境条件の変化に対する制御方法として、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、燃料噴射装置の駆動コイルに流れる駆動電流の最大電流の値を運転条件に応じて変えることで、可動子の安定性を確保し、噴射量ばらつきを低減する方法が開示されている。
特開２０１４-０９２０８０
しかし、燃料噴射装置のコイルへ印加する電圧源は、電圧源に接続される機器の通電・非通電によって電圧値が変動するため、コイルに供給される電流がばらつく場合がある。
本発明の目的は、電圧源の電圧が変動したとしても弁体の挙動を安定化させ、噴射量ばらつきを低減することが可能な燃料噴射装置の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明の燃料噴射装置の制御装置は、弁体と、前記弁体を駆動する可動部を吸引する磁気吸引力を生じさせるコイルと、を備える燃料噴射装置の制御装置であって、噴射パルスに基づき前記コイルに所定の電圧を印加し最大電流になるまで前記コイルに駆動電流を流して、前記可動部を吸引して前記弁体を駆動させ燃料を噴射させる燃料噴射装置の制御装置において、前記弁体が、所望の最大リフト位置に到達する前に前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達するまで、前記コイルに前記所定の電圧よりも低い一定値又は０Ｖの電圧を印加し続ける。
本発明によれば、電圧源の電圧が変動したとしても弁体の挙動を安定化させ、噴射量ばらつきを低減できる燃料噴射装置の制御装置を提供できる。
燃料噴射装置と圧力センサと制御装置とで構成される燃料噴射システムの概略図を示す。 燃料噴射装置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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成の一例を示す図である。 燃料噴射装置の一部拡大断面図を示す。 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。 燃料噴射装置の駆動回路およびＥＣＵの構成図を示す。 第１の実施形態に係る噴射パルス、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、ソレノイドの端子間電圧、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。 噴射パルスと噴射量の関係を示した図である。 第２の実施形態に係る噴射パルス、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、ソレノイドの端子間電圧、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２の実施形態に係る噴射パルス、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、コイルの端子間電圧、弁体および可動子の挙動と時間の関係の変形例を示した図である。 第３の実施形態に係る噴射パルス、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４の実施形態に係る第１から第４気筒の燃料噴射タイミングおよび噴射期間と時間の関係を示した図である。
以下、本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射装置１０１の制御装置１５０について図面を参照して説明する。
はじめに、本実施形態に係る燃料噴射装置１０１と圧力センサ１０２と制御装置１５０とで構成される燃料噴射システムについて図１を参照して説明する。
燃料噴射装置１０１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１０８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１０１に配送される。燃料圧力は、燃料ポンプ１０６によって吐出された燃料の流量と、エンジンの各気筒１０８に対して設けられた燃料噴射装置によって各燃焼室１０７内に噴射された燃料の噴射量のバランスによって変動する。しかし、圧力センサ１０２による情報に基づいて、燃料配管１０５内の圧力が所定の圧力となるように、燃料ポンプ１０６からの燃料の吐出量が制御されるようになっている。
燃料噴射装置１０１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。この噴射パルスは、ＥＣＵ１０４からの駆動回路１０３に入力され、駆動回路１０３はＥＣＵ１０４からの噴射パルスに基づいて駆動電流波形を決定し、入力された噴射パルスに基づく時間だけ各燃料噴射装置１０１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てもよい。駆動回路１０３とＥＣＵ１０４が一体となった装置を制御装置１５０と称する。
次に、燃料噴射装置１０１及びその制御装置１０５の構成と基本的な動作を説明する。
図２は、燃料噴射装置１０１の縦断面図とその燃料噴射装置１０１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。図２において、図１と同等の部品には同じ参照番号を用いる。
図３は、燃料噴射装置１０１の一部拡大断面図を示している。
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１０１から噴射する燃料の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、ＥＣＵ１０４には、各種センサからの信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器とＩ／Ｏポートが備えられている。ＥＣＵ１０４より出力された噴射パルスは、信号線１１０を通して駆動回路１０３に入力される。駆動回路１０３は、ソレノイド（コイル）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１０１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を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。
図２および図３に示した燃料噴射装置１０１は、通常時閉型の電磁弁（電磁式燃料噴射装置）であり、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。
燃料噴射装置１０１は、ノズル部１０１Ａと、電磁駆動部１０１Ｂとを備える。
ノズル部１０１Ａは、ノズルホルダ２０１と、弁体２１４と、ガイド部材２１５と、オリフィスカップ２１６と、を備える。
ノズルホルダ２０１は、円筒状をなし、その下端を塞ぐように、円環状のガイド部材２１５と、オリフィスカップ２１６とが設けられている。弁体２１４は、棒状をなしており、その下端がオリフィスカップ２１６の弁座２１８に当接・離間して、燃料噴射装置１０１を開状態、閉状態にする。弁体２１４の上端部２１４Ａには、径方向の外方に突出して鍔状をなす段付き部２１４Ｂが設けられている。
電磁駆動部１０１Ｂは、ハウジング２０３と、コネクタ２０６と、固定コア２０７と、コイル（ソレノイド）２０５と、可動子２０２と、中間部材２２０と、キャップ２３２と、第１のばね２１０と、第２のばね２１２と、第３のばね２３４とを備える。
ハウジング２０３は、筒状をなし、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周に固定されている。ハウジング２０３は、電磁駆動部１０１Ｂの外周ヨーク部を構成している。
コネクタ２０６は、ハウジング２０３の内周に固定され、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０の外周を覆っている。コネクタ２０６には、剛性を有する導体２０９が設けられている。
コイル２０５は、環状若しくは筒状をなし、ハウジング２０３の内周と大径筒状部２４０の外周とにより形成される筒状空間に配置されている。コイル２０５は、環状の溝を有する筒状のボビンと、当該溝に巻回された銅線とにより構成される。コイル２０５の巻始め、巻終わり端部には導体２０９が固定されている。導体２０９、固定コア２０７、ノズルホルダ２０１の大径筒部２４０の外周は、ハウジング２０３の上端から絶縁樹脂を注入して、モールド成形され、樹脂成形体で覆われる。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２０３に環状の磁気通路が形成される。
固定コア２０７は、筒状をなし、ノズルホルダ２０１の大径筒部２４０内に圧入され、圧入接触位置で溶接接合されている。固定コア２０７の溶接接合により、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０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、その中心に中間部材２３２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。固定コア２０７の貫通孔は、燃料通路孔２３１に連通している。なお、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。
可動子２０２は、固定コア２０７の下側に配置され、上端面２０２Ａおよび下端面２０２Ｂを有し、上端面２０２Ａには下端面２０２Ｂ側に向かって窪む凹部２０２Ｃが形成されている。また、可動子２０２は、凹部２０２Ｃの底面２０２Ｄを有する。可動子２０２には貫通孔２０２Ｅが形成されている。
中間部材２２０は、可動子２０２の凹部２０２Ｃ内に配置されている。中間部材２２０の下面側には上方に向かって窪む凹部２２０Ａが形成されている。凹部２２０Ａは上端部２１４Ａの段付き部２１４Ｂが収まる直径（内径）と深さを有している。すなわち、凹部２２０Ａの直径（内径）は段付き部２１４Ｂの直径（外径）よりも大きく、凹部２２０Ａの深さ寸法は段付き部２１４Ｂの上端面と下端面との間の寸法よりも大きい。凹部２２０Ａの底部には上端部２１４Ａが貫通する貫通孔２２０Ｂが形成されている。中間部材２２０の上端面２２０Ｃは、第３のばね２３４の一端部が当接するばね座を構成する。
キャップ２３２は、固定コア２０７内であって中間部材２２０の上方に位置し、鍔部２３２Ａと、筒状部２３２Ｃとを有する。筒状部２３２Ｃには、弁体２１４の上端部２１４Ａが圧入されている。鍔部２３２Ａは、筒状部２３２Ｃの上端から径方向外方に張り出すように形成されている。鍔部２３２Ａの下面は、第３のばね２３４の他端部が当接するばね座を構成する。キャップ２３２の鍔部２３２Ａが、固定コア２０７の貫通孔の内周に隙間を有した状態で、キャップ２３２は固定コア２０７の貫通孔に挿入されている。
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２２０Ｂの直径（内径）はキャップ２３２の鍔部２３２Ａの直径（外径）よりも小さく構成されている。
第１のばね２１０は、初期荷重設定用のばねであり、固定コア２０７内であってキャップ２３２の上方に配置されている。第１のばね２１０の下端は、キャップ２３２に当接してキャップ２３２を下側に向かって付勢する。第１のばね２１０の上側には、固定コア２０７の貫通孔に圧入される調整ピン２２４が設けられている。よって、第１のばね２１０は、キャップ２３２と調整ピン２２４との間に配置されている。第１のばね２１０の上端は、調整ピン２２４に当接する。調整ピン２２４の固定位置を調整することにより、第１のばね２１０による弁体２１４を弁座２１８に押し付ける初期荷重を調整することができる。
第２のばね２１２は、可動子２０２の下側に設けられ、可動子２０２を固定コア２０７側に向けて付勢する。
第３のばね２３４は、中間部材２２０とキャップ２３２との間に配置されている。第３のばね２３４は、可動子２０２を固定コア２０７側から閉弁方向（下方）に付勢する。
また、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）が最も小さく構成されている。
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いので、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の上端部２１４Ａに押し付けられている。キャップ２３２には、上端部２１４Ａから抜ける方向の力が加わらないので、キャップ２３２は上端部２１４Ａに圧入固定するだけで十分であり、溶接する必要はない。
また、第３のばね２３４を配置するために、キャップ２３２の下端面と中間部材２２０の上端面３２０Ｃとの間には、ある程度の間隔を設ける必要がある。このため、キャップ２３２の筒状部２３２Ｃの長さを確保することが容易である。
図２、３に示した燃料噴射装置１０１の状態は、弁体２１４が第１のばね２１０による付勢力を受け、且つ可動子２０２に磁気吸引力は作用していない状態であり、弁体２１４が弁座２１８に当接して燃料噴射装置１０１が閉弁して安定した状態にある。
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２２０Ａの底面２２０Ｅが弁体２１４の段付き部２１４Ｂの上端面に当接している。すなわち、凹部２２０Ａの底面２２０Ｅと段付き部２１４Ｂの上端面との間隙Ｇ３の大きさ（寸法）がゼロである。中間部材２２０の底面２２０Ｅと段付き部２１４Ｂの上端面とはそれぞれ中間部材２２０と弁体２１４の段付き部２１４Ｂとが当接する当接面を構成する。
また、可動子２０２は、第２のばね２１２により固定コア２０７側に向かって付勢されているので、底面２０２Ｄ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２２０Ａの深さ寸法は、段付き部２１４Ｂ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の底面２０２Ｄと弁体２１４の段付き部２１４Ｂの下端面とは当接しておらず、可動子２０２の底面２０２Ｄ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２１４Ｂ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り、間隙形成部材と呼んでもよい。
中間部材２２０は、弁体２１４の段付き部２１４Ｂの上端面（基準位置）に位置づけられた状態で、中間部材２２０下端面が可動子２０２の底面２０２Ｄと当接することにより、弁体２１４の段付き部２１４Ｂの下端面と可動子２０２の底面２０２Ｄとの間に間隙Ｄ２を形成する。第３のばね２３４は、中間部材２２０を段付き部２１４Ｂ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２２０は、凹部２２０Ａの底面２２０Ｅが段付き部２１４Ｂの上端面（基準位置）と当接することにより、段付き部２１４Ｂの上端面（基準位置）に位置づけられる。
また、弁体２１４では、段付き部２１４Ｂの直径より可動子２０２に形成された貫通孔２０２Ｅ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２１４Ｂ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。
また、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）の動きを案内される。さらに、弁体２１４は、その外周面が可動子２０２の貫通孔２０２Ｅの内周面に接することによって、上下方向（開閉弁方向）の動きを案内される。つまり、ノズルホルダ２０１の内周面は可動子２０２が軸方向に移動するときのガイドとして機能し、可動子２０２の貫通孔の内周面は弁体２１４が軸方向に移動するときのガイドとして機能している。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。
また、可動子２０２の上端面２０２Ａと固定コア２０７の下端面２０７Ｂ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２０２Ａ又は固定コア２０７の下端面２０７Ｂのいずれか一方、或いは可動子２０２の上端面２０２Ａ又は固定コア２０７の下端面２０７Ｂ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。
また、可動子２０２のストローク調整は、可動子２０２をノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０内にセットし、ノズルホルダ２０１の大径筒状部２４０外周にボビン２０４に巻回されたソレノイド２０５（コイル）及びハウジング２０３を装着した後、キャップ２３２、中間部材２２０及び第３のばね２３４を組み付けた弁体２１４を固定コア２０７の貫通孔を通して可動子２０２に挿通する。この状態で、治具により弁体２１４を閉弁位置に押下し、コイル２０５へ通電したときの弁体２１４のストロークを検出しながら、オリフィスカップ２１６の圧入位置を決定することで弁体２１４のストロークを任意の位置に調整する。
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２０７Ｂが可動子２０２の上端面２０２Ａ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。
また、燃料噴射装置１０１に供給される燃料は、燃料噴射装置１０１の上流に設けられた燃料配管１０５から供給され、燃料通路孔２３１を通って弁体２１４の先端まで流れ、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に対する当接面と可動子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１のばね２１０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１のばね２１０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に底面２０２Ｄを介して力を伝達し、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、跳ね返りの変位量を小さくでき、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の付勢力と、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、本実施形態における燃料噴射装置１０１の制御装置１５０の構成について説明する。
図５は、燃料噴射装置１０１の駆動回路１０３およびＥＣＵ１０４の構成図を示している。
ＣＰＵ５０１は、例えばＥＣＵ１０４に内蔵され、燃料噴射装置１０１の上流の燃料配管に取り付けられた圧力センサ１０２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、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１０１へ駆動電流を供給する。
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。レジスタおよびメモリは制御装置１５０もしくは制御装置１５０内のＣＰＵ５０１に内包されている。
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１０１への通電・非通電を切り替えることができる。
スイッチング素子５０５は、駆動回路に入力された電圧源ＶＢ（低電圧源と称する）よりも高い高電圧源と燃料噴射装置１０１の高電圧側の端子間に接続されている。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、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を通して整流されコンデンサ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。
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（高電圧源）から、ソレノイド２０５、接地電位５１５の方向に電流が流れるようにダイオード５３５が設けられている。さらに、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、接地電位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５０５、５０７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（高電圧源）へ向けては電流が流れられない構成となっている。
また、スイッチング素子５０７は、低電圧源（電圧源ＶＢ）と燃料噴射装置１０１の電源側端子５９０間に接続されている。低電圧源は例えばバッテリ電圧であり、その電圧値は１２〜１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置１０１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１０１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１０１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１０１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、本実施形態におけるＥＣＵ１０４から出力される噴射パルスと燃料噴射装置１０１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１０１の弁体２１４の変位量（弁体挙動）との関係、及び、噴射パルスと燃料噴射量との関係について、図４、７を参照して説明する。
図４は、燃料噴射装置１０１を駆動する一般的な噴射パルス、燃料噴射装置１０１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。
図７は、噴射パルスと噴射量の関係を示した図である。
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（昇圧回路５１４）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、最大電流と称する。）に到達すると、高電圧４０１の印加を停止する。
最大電流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１０１、スイッチング素子５０６、抵抗５０８、接地電位５１５、燃料噴射装置１０１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１０１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。
また、最大電流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１０１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１０１に供給されていた電流は、電流４０２のように最大電流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。図４には、駆動電流が、最大電流Ｉｐｅａｋに到達した後に、電流が緩やかに減少する場合のプロファイルを示している。
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、駆動電流が所定範囲に保つ電流４０３が所定範囲に保たれるように制御するスイッチング期間を設ける。これにより、弁体２１４を最大高さ位置に保持している。また、可動子２０２が動き出した時点（タイミングｔ４１直後）では、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップ（空気層）が大きく、磁束ができにくい。そこで、電流４１０で示すように、駆動電流を電流４１１を上限とする所定の範囲に保つようにして、電流４０３よりも大きい電流を流して、可動子２０２に大きな磁気吸引力を与えるようにしている。
また、燃料噴射装置１０１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、最大電流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が、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。最大電流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、噴射量のばらつきを抑制できる。
このような駆動電流のプロファイルにより、燃料噴射装置１０１は駆動される。高電圧４０１の印加から最大電流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が最大高さ位置（最大リフト位置）に到達する。なお、可動子２０２が固定コア２０７と接触する変位量を最大高さ位置とする。
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が固定コア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、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に示す従来の電流波形を用いた場合の噴射パルス幅と噴射量の関係について説明する。図７では、図４の駆動電流波形で燃料噴射装置１０１を制御した場合の噴射パルス幅と噴射量の関係（噴射量特性Ｑ７１１、Ｑ７１２）を示している。図７において、図４の噴射パルスが短い４０６の条件での噴射パルス幅を噴射パルス幅７５１とする。また、コイル２０５に印加する低電圧源の電圧値が高い場合の噴射量特性をＱ７１１とし、低電圧源の電圧が低い場合の噴射量特性をＱ７１２とする。
最初に噴射量特性Ｑ７１１を用いて噴射パルスと噴射量の関係について説明する。噴射パルス幅Ｔｉが一定の時間に達しない時、すなわち噴射パルス幅が噴射パルス幅７６０よりも小さい条件では、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Ｇ２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、例えば点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。可動子２０２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７４０をハーフリフト領域と称し、可動子２０２が固定コア２０７と接触する領域７４１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。このため、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ｔ４５に閉弁を開始するような状態である。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。
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を行うハーフリフト領域７４０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。
可動子２０２に作用する磁気吸引力は、可動子２０２の動きによって生じる逆起電圧や、コイルに印加する電圧値の影響を受ける。コイル２０５に印加する電圧Ｖとコイル２０５の抵抗値Ｒおよびコイル２０５に流れる電流Ｉおよび逆起電圧Ｌ・ｄｉ／ｄｔの関係を（１）に示す。なお逆起電圧の項のＬは燃料噴射装置のインダクタンス、ｄｉ／ｄｔはコイル２０５に流れる電流の時間微分値である。
Ｖ＝Ｒ・Ｉ−Ｌ＊ｄｉ／ｄｔ・・・（１）
弁体２１４が最大リフトよりも小さい中間開度の条件では、可動子２０２の移動に伴うインダクタンスＬおよび電流の時間変化が大きいため、逆起電圧が大きくなり、コイル２０５に電流が流れにくい。
中間開度の条件において、コイル２０５に印加する低電圧源の電圧値が低い場合は、電流がタイミングｔ４６に到達した後、コイル２０５に流れられる電流が小さくなることで、結果、オームの法則の電圧Ｒ・Ｉよりも逆起電圧Ｌ・ｄｉ／ｄｔの方が大きくなり、電流を増加させることができず、電流４０５のように低下する場合がある。この場合、噴射パルス４０６すなわち図７の噴射パルス幅７５１のように噴射パルスが短い条件では、噴射パルス４０６を停止したタイミングでの電流値４０９がコイル２０５に印加する低電圧源の電圧値が高い場合の電流値４１０に比べて小さくなる。電流値が低いことで、可動子２０２に作用する磁気吸引力が低下するため、弁体２１４の変位４０８が変位４０７に比べて小さくなり、結果として弁体２１４が開弁を開始してから閉弁するまでの時間（以降、開弁期間と称する）が小さくなる。開弁期間の積分値で噴射量が決まるため、開弁期間が小さくなることで噴射量が噴射量７５２から噴射量７５３まで小さくなる。
低電圧源を例えばバッテリ電圧ＶＢで構成する場合、バッテリ電圧ＶＢに接続する車載機器の電源を通電した瞬間には、スパイクノイズが発生し、瞬間的に燃料噴射装置に印加される電圧値が低下する。車載機器とは、例えば、ヘッドライト等の光源や、スターター
である。また、コイル２０５の発熱によって抵抗値が大きくなった場合についても、式（１）より、コイル２０５に流れられる電流が小さくなり、電流４０５のように電流が減少する場合がある。
次に、図６、７を用いて第１の実施形態における燃料噴射装置１０１の制御方法について説明する。
図６は、第１の実施形態における噴射パルス、燃料噴射装置１０１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。図７では、図６の駆動電流波形で燃料噴射装置１０１を制御した場合の噴射パルス幅と噴射量の関係を示している。なお、図７には、駆動電流６０１で燃料噴射装置１０１を制御した場合の噴射量特性を一点鎖線で噴射量Ｑ７１３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ＶＢよりも高い昇圧電圧（所定の電圧）ＶＨをソレノイド２０５に印加し、駆動電流が燃料噴射装置１０１に供給され、電流が電流６０１のように急速に立ち上がる。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１０１から燃料が噴射される。
電流がタイミングｔ６２で最大電流Ｉｐｅａｋに達すると、スイッチング素子５０６は通電し、スイッチング素子５０５とスイッチング素子７が非通電となり、設置電位５１５、スイッチング素子５０６、燃料噴射装置１０１、設置電位５１６の間で電流が回生するいわゆるフリーホイールによって、燃料噴射装置１０１の両端にはほぼ０Ｖの電圧が印加され、電流が電流６１１のように緩やかに減少する。そして、弁体２１４が最大高さ位置（フルリフト位置）に到達するタイミングｔ６４まで、燃料噴射装置１０１の両端にほぼ０Ｖの電圧（または昇圧電圧ＶＨよりも低い電圧値）が印加し続けられる。その後、タイミングｔ６５に到達すると、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一駆動電流６１０を制御する。なお、第一駆動電流６１０を制御する期間を第一電流保持期間６５５と称する。
弁体２１４が最大高さ位置に到達するタイミングｔ６４までは、弁体２１４を最大高さ位置で保持可能な電流値６０４よりも高い電流値をソレノイド２０５に供給するとよい。弁体２１４が最大高さ位置よりも低い位置にある状態では、可動子２０２と固定コア２０７との間のギャップ（以降、磁気ギャップと称する）があるため、磁気抵抗が大きくなり、可動子２０２と固定コア２０７が接触している場合と比べて、磁気吸引力が低下する。したがって、可動子２０２乃至弁体２１４が最大高さ位置に到達するまで、電流６０４よりも高い電流値を供給することで、弁体２１４が安定して最大高さ位置まで到達可能となり、最大高さに到達するタイミングは、従来の噴射パルス幅７５５から噴射パルス幅７５４まで早くなる。開弁遅れ時間が短くなることで、噴射パルスを供給してから弁体２１４が最大高さ位置に到達するまでの開弁遅れ時間６５６の変動が抑制されるため、弁体２１４を最大高さ位置に到達させる場合の噴射量ばらつきを抑制し、ＰＮを低減できる。また、開弁遅れ時間６５６の変動を抑制することで、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する際の衝突速度のばらつきを抑制でき、噴射パルス幅の範囲７５６における噴射量の変動を抑制できる効果がある。
また、弁体２１４が最大高さ位置に到達してからは、第１電流保持期間６５５に移行することで、ソレノイド２０５に供給する電流を抑制し、燃料噴射装置５０４の消費電力を抑制でき、燃費向上の効果が得られる。
次に、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い第１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。可動子２０２が開弁の方向に運動を開始し、加速した後、電流がタイミングｔ６２で最大電流Ｉｐｅａｋに達すると、スイッチング素子５０６は通電し、スイッチング素子５０５とスイッチング素子７が非通電となり、設置電位５１５、スイッチング素子５０６、燃料噴射装置１０１、設置電位５１６の間で電流が回生するいわゆるフリーホイールによって、燃料噴射装置１０１の両端にはほぼ０Ｖの電圧が印加され、電流が電流６５１のように減少する。
そして、タイミングｔ６３で噴射パルスＴｉを停止すると、スイッチング素子５０５、５０６、５０７が全て非通電となり、燃料噴射装置１０１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１０１に供給されていた電流は、噴射パルスＴｉを遮断しない場合の電流６１１よりも、電流６５３のように急速に低下し、０Ａに到達する。電流の供給を停止すると、可動子２０２に作用していた磁気吸引力が低下し、磁気吸引力と第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高さ位置６５０から、閉弁を開始し、タイミングｔ６４で弁座２１８と接触し、燃料の噴射を停止する。このように、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０に到達するタイミングまで、燃料噴射装置１０１の両端にほぼ０Ｖの電圧が印加し続けられる。
また、噴射パルスＴｉを停止するタイミングｔ６３を前後させ、燃料噴射装置１０１に供給する電流の低下のタイミングを制御して、可動子２０２に作用している磁気吸引力を制御することにより、弁体２１４の開弁期間を制御してもよい。
第一の実施形態における電流制御では、弁体２１４を最大高さ位置に駆動する場合には、最大電流Ｉｐｅａｋを停止するタイミングｔ６２から第一保持電流期間６５５に移行するタイミングｔ６５までの期間（以降、第一移行期間６５４と称する）に噴射パルスを停止し、最大高さ位置よりも低い高さ位置における弁変２１４の変位を制御するとよい。最大電流Ｉｐｅａｋを停止した後に電流をフリーホイールさせて燃料噴射装置１０１の両端に０Ｖの電圧を印加することで、上述した理由によってバッテリ電圧が瞬間的に変動した場合であっても燃料噴射装置１０１に印加される電圧が変動せず、電流値も変化しない。したがって、バッテリ電圧ＶＢの変動に伴う噴射量の変化を抑制し、精度よく噴射量を制御できる。結果、燃料と空気で構成される混合気の変動を抑制できるため、混合気の均質度の変動を抑制でき、ＰＮを抑制できる。
また、第一移行期間６５４における電圧の印加は、０Ｖではなく、一定電圧を印加してもよい。例えば、昇圧電圧ＶＨに電圧を整流する回路を設けて、昇圧電圧ＶＨよりも低い一定電圧が出力される回路を構成するとよい。第一移行期間において、一定電圧を燃料噴射装置に印加することで、バッテリ電圧ＶＢの変動に伴う電流の変化を抑制し、噴射量のばらつきを抑制できる。また、最大電流Ｉｐｅａｋが停止した後に、０Ｖ以上の電圧をソレノイド２０５に印加する場合は、電流６１２に示すように電流は緩やかに減少する。電圧が高すぎると、弁体２１４が最大高さ位置に到達した後に第一電流保持期間６５５に到達するまでの時間が長くなりすぎて、電流の面積が大きくなり、燃料噴射装置５０４の消費電力が増加して燃費が悪化する場合がある。したがって、一定電圧は、例えばバッテリ電圧ＶＢまたはバッテリ電圧ＶＢに接続される発電機の上限である１４．５Ｖ以下であることが望ましい。電圧を一定かつ小さく構成することで、流量ばらつき抑制によるＰＮ低減と消費電力抑制が可能となる。また、噴射パルスＴｉを遮断することにより、第一電流保持期間６５５は終了するので、噴射パルスＴｉを遮断するタイミングを制御することにより、第一電流保持期間６５５の長さを変化させることができ、弁体２１４の開弁期間を制御することができる。
また、第一の実施形態における電流制御では、弁体２１４を最大高さ位置よりも低い高さ位置に駆動する場合には、弁体２１４が最大高さ位置よりも低い高さ位置６５０に到達するタイミングまで、燃料噴射装置１０１の両端にほぼ０Ｖの電圧が印加し続けられる。バッテリ電圧が瞬間的に変動した場合であっても燃料噴射装置１０１に印加される電圧が変動せず、電流値も変化しない。したがって、バッテリ電圧ＶＢの変動に伴う噴射量の変化を抑制し、精度よく噴射量を制御できる。
次に、第２の実施形態に係る燃料噴射装置１０１の制御装置１５０について、図８、９を参照して説明する。
図８は、第２の実施形態における噴射パルス、燃料噴射装置１０１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８において、図６と同等の構成については同じ記号を用いている。図中の駆動電流に実施例１の図６の実線の駆動電流６０１を点線で駆動電流８０５として示し、第２の実施形態の燃料噴射装置１０１に第１の実施形態の図６の実線の駆動電流６０１を適用した場合の駆動電流８０４を一点鎖線で記載する。
図９は、第２の実施形態における噴射パルス、燃料噴射装置１０１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、コイル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の変形例を示した図である。なお、図９において、図６、８と同等の構成については同じ記号を用いる。図中の駆動電流に図８の実線の駆動電流８０２を点線で記載する。
本実施形態の燃料噴射装置１０１では、燃費を向上させるための消費電力低減の観点からコイル２０５の抵抗値を小さくし、開弁遅れ時間の低減の観点から可動子２０２の応答性を向上させるために磁気回路を効率化している。このため、コイル２０５のインダクタンスが小さくなり、駆動電流８０４のように、第１の実施形態の駆動電流８０５と比べて電流の立ち上がりが早くなる。
そして、本実施形態における燃料噴射装置１０１に供給する駆動電流８０２と、第１の実施形態の燃料噴射装置１０１に供給する駆動電流８０４との違いは、駆動電流８０２が、最大電流Ｉｐｅａｋに到達後、駆動電流８０２を最大電流Ｉｐｅａｋを上限とする所定の範囲に保持する最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間８０１を有する点である。
本実施形態における燃料噴射装置１０１では、タイミングｔ８２で電流が最大電流Ｉｐｅａｋに到達すると、スイッチング素子５０５を通電、非通電にして、コイル２０５に昇圧電圧ＶＨを印加、停止を繰り返して駆動電流が最大電流Ｉｐｅａｋを上限とする所定の範囲に保持されるようにスイッチング制御を行う。コイル２０５の発熱は電流の２乗で寄与するため、最大電流Ｉｐｅａｋを高くすると、コイル２０５の発熱が大きくなるため、コイル２０５の抵抗値が大きくなり、オームの法則により、投入可能な駆動電流が小さくなり、噴射量が低下する場合があるため、設定できる最大電流Ｉｐｅａｋには上限の制約が生じる。
本実施形態のように最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間８０１を設けない駆動電流８０４の場合を用いた場合、可動子２０２の変位量８０３に示す通りに、可動子２０２が弁体２１４に衝突するタイミングｔ８３で電流が弁体２１４を最大高さ位置で保持可能な電流値６０４最大電流Ｉｐｅａｋから電流が低下しており、可動子２０２を十分に加速させるための磁気吸引力を確保できない場合があった。
本実施形態のように最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間８０１を設ける構成によれば、可動子２０２が加速するのに必要な電流の通電期間を確保し、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の衝突速度を確保することで、弁体２１４を安定的に最大高さ位置まで到達できる。結果、燃料噴射装置１０１に供給される燃料の燃料圧力が高くなった場合であっても、弁体２１４の動作を補償できるため、高い燃料圧力における噴射量のばらつきを抑制でき、ＰＮを低減する効果が得られる。また、本実施形態によれば、可動子２０２が弁体２１４に衝突する際の衝突速度のばらつきを抑制できるため、弁体２１４が可動子２０２から受け取る運動エネルギーのばらつきを小さくでき、噴射パルスが停止してから弁体２１４が弁座２１８と接触して閉弁するまでの閉弁遅れ時間を一定に保つことができる。結果、噴射量のばらつきを抑制し、ＰＮ低減効果が得られる。
また、図９に示すように、最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間８０１では、昇圧電圧ＶＨと、バッテリ電圧ＶＢの印加または一定電圧との印加を繰り返すように制御してもよい。
最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間８０１において、昇圧電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢとの印加を繰り返し行う場合には、昇圧電圧ＶＨを印加するためにスイッチング素子５０５を通電にした後、駆動電流が最大電流Ｉｐｅａｋに到達するタイミングｔ９２でスイッチング素子５０５を非通電にしてスイッチング素子５０７を通電することで、バッテリ電圧ＶＢを印加して、昇圧電圧ＶＨとバッテリ電圧ＶＢとのスイッチングを繰り返すとよい。保持期間８０１にバッテリ電圧ＶＢまたは一定電圧を用いることで、保持期間８０１における電流の低下が電流９０１に示すように緩やかに減少し、結果、保持期間８０１におけるスイッチング素子５０５の通電・非通電の回数が少なくなる。スイッチング素子５０５の通電・非通電を繰り返して、高電圧源から昇圧電圧ＶＨをコイル２０５に印加すると、昇圧回路５１４乃至ＥＣＵ１０４の発熱が大きくなるため、コイル２０５に供給できる電流値に制約が生じる場合があった。しかし、本実施形態における制御方法によれば、保持期間８０１におけるスイッチング素子５０５の通電、非通電の回数を小さくことができるので、ＥＣＵ１０４の発熱を抑制し、安定して駆動電流をコイル２０５に供給するができ、噴射量ばらつきを抑制できる。
とくにＥＣＵ１０４の発熱は、車速が低く、ＥＣＵ１０４に風が当りにくい条件や、エンジン回転数が高く、燃料噴射装置２０５の駆動周期が速くなり、コイル２０５に供給する駆動電流のエネルギーが増加する条件に課題となる。したがって、上記のようにＥＣＵ１０４の発熱が問題となる条件において、保持期間８０１は昇圧電圧ＶＨと、バッテリ電圧ＶＢの印加または、一定電圧の印加を繰り返すような制御を行うように駆動電流を切替するとよい。
次に、第３の実施形態に係る燃料噴射装置１０１の制御装置１５０について、図１０を参照して説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る噴射パルス、燃料噴射装置１０１に供給する駆動電流、コイル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８、９と同等の構成については同じ記号を用いる。図中の駆動電流に、最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設ける場合の駆動電流１００１を実線で示し、最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設けない場合の駆動電流１００２を破線で示し、駆動電流１００１を用いた場合に、燃料噴射装置１０１における燃料の供給圧力が高い場合の弁体２１４の変位量を変位１００３として実線で示し、燃料の供給圧力が低い場合の弁体２１４の変位量を変位１００４として破線で示す。
本実施形態の燃料噴射装置１０１の制御装置１５０と、第１、２実施形態の燃料噴射装置１０１の制御装置１５０との差異は、図１に示す燃料配管１０５に取り付けた圧力センサ１０２の信号をＥＣＵ１０４で検出する圧力検出部を備え、圧力検出部で検出した圧力が予め設定した所定の圧力より高い場合には、駆動電流１００１のように最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設け、圧力が所定の圧力より低い場合には、駆動電流１００２のように、最大電流Ｉｐｅａｋを上限とする所定の範囲に駆動電流１００２を保持する最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設けず、駆動電流が最大電流Ｉｐｅａｋに到達すると、電流を減少させるように制御する点である。
最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設ける駆動電流１００１を用いた場合、圧力検出部で検出した圧力が所定の圧力より高い場合には、弁体２１４に作用する燃料圧力による力が大きくなるため、開弁遅れ時間９０５が長くなる。一方で、検出した圧力が所定の圧力より低い場合には、弁体２１４に作用する燃料圧力による力が小さくなるため、開弁遅れ時間９０５が長くなる。開弁遅れ時間が長くなるほど、可動子２０２および弁体２１４を最大高さ位置まで到達させるのに必要な磁気吸引力が大きくなる。圧力が小さい条件で、駆動電流１００１を用いた場合には、変位１００４のように弁体２１４の変位の立ち上がりが急峻となり、可動子２０２が固定コア２０７に衝突する際の速度が大きくなることで、可動子２０２が固定コア２０７との間でバウンドして、弁体２１４の変位にアンダーシュート１００６が生じる場合がある。弁体２１４のアンダーシュートが大きいと、第１の実施形態の図７で説明した通り、弁体２１４が最大高さ位置に到達してから噴射量が減少する非線形性が生じるため、噴射パルス幅に応じて噴射量が線形的に増加せず、噴射量のばらつきが生じてＰＮが増加する場合があった。
本実施形態の燃料噴射装置１０１の制御装置１５０によれば、圧力が低い場合には、駆動電流１００２のように駆動電流が最大電流Ｉｐｅａｋに到達すると、電流を最大電流Ｉｐｅａｋから減少させ、圧力が高い場合には、最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を設ける駆動電流１００１を用いる切替制御を行うことで、燃料圧力が変化したとしても弁体２１４を最大高さ位置まで安定的に到達させ、かつ弁体２１４が最大高さ位置に到達した後の噴射量の非線形性の抑制が可能となり、弁体２１４の変位のロバスト性と噴射量ばらつき低減が両立できる。
また、駆動電流１００１における最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５は圧力が高いほど長く、圧力が低いほど短くなるように制御してもよい。圧力が高くなるほど、開弁遅れ時間が増加するため、保持期間１００５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を安定的に最大高さ位置まで到達できる。なお、圧力値と保持期間１００５の長さの関係は、適宜設定可能である。
また、駆動電流１００１、１００２における最大電流Ｉｐｅａｋの電流値は圧力が高いほど大きく、圧力が低いほど小さくなるように制御してもよい。圧力が高くなるほど、弁体２１４に作用する流体力が大きくなり、開弁遅れ時間が増加するため、最大電流Ｉｐｅａｋの電流値を大きくすることで、開弁に必要な磁気吸引力を確保し、弁体２１４を安定的に最大高さ位置まで到達できる。
圧力に応じて最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間１００５を変える場合、保持期間１００５の長さは駆動ＩＣ５０２で算出した時間に応じて設定するため、駆動ＩＣ５０２の駆動周期に応じて時間分解能を細かく設定できる。このため、圧力に応じて微調整が可能となり、噴射量ばらつきの低減効果が高まる。また、圧力に応じて最大電流Ｉｐｅａｋの電流値を変える場合、コイル２０５の発熱によってコイル２０５の抵抗値が小さくなった場合であっても電流値を確保することで開弁に必要な電流の面積を確保できるため、環境条件の変化に対してロバストな噴射量制御が可能となる。
次に、第４の実施形態に係る燃料噴射装置１０１の制御装置１５０について、図１１を参照して説明する。
図１１は、燃焼サイクル中の吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程において１燃焼サイクル中に吸気行程に３回、圧縮行程に２回の複数回の燃料噴射を行う多段噴射の条件での第１から第４気筒の燃料噴射タイミングおよび噴射期間と時間の関係を示した図である。なお、図１１は前気筒から第１、第２、第３、第４気筒と定義した場合、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に点火する一般的な直列４気筒のエンジンとする。
最初に気筒間で噴射タイミングが重なる条件について説明する。直噴エンジンでは、吸気行程で燃料噴射を行って均質な混合気をシリンダ内に形成した後に、圧縮行程で燃料噴射を行い点火プラグ近傍に局所的なリッチな混合気を形成することで、弱成層燃焼を行ってＰＮ抑制による排気と燃費を両立させる燃焼制御を行う場合がある。この場合、タイミング１１０１において第３気筒の圧縮行程での噴射と、第４気筒での吸気行程での噴射が重なり、タイミング１１０２で第二気筒の吸気行程噴射と第４気筒の圧縮行程での噴射、タイミング１１０３では第１気筒の吸気行程での噴射、第２気筒の圧縮行程での噴射、タイミング１１０４では第１気筒の圧縮行程での噴射と第３気筒の吸気行程での噴射タイミングまたは燃料の噴射期間がそれぞれ重なる場合がある。
昇圧回路５１４を各気筒にそれぞれ１つずつ配置する場合、1気筒内での噴射間隔が確保されていれば、気筒間で吸気行程と圧縮行程での燃料噴射が重なった場合に高電圧源の電圧値が低下した状態で次の再噴射が要求される可能性は小さい。しかしながら、昇圧回路５１４のコンデンサ５３３に蓄積した電荷は一定時間が経過すると放電するため、昇圧回路５１４の駆動周期が遅い場合、高電圧源の電圧値が低下する場合がある。また、ＥＣＵ１０４の発熱とコストを低減するために、４気筒エンジンにおいては、昇圧回路５１４を１、３の奇数気筒と２、４の偶数気筒それぞれに１個配置する場合や、４気筒で１つの昇圧回路５１４を共有で使用する場合がある。昇圧回路５１４の個数を減らすことで、耐電圧を確保したトランジスタ、スイッチング素子と、高電圧を逐電できるコンデンサの数を減らせるため、ＥＣＵ１０４のコストを低減できる。
また、昇圧回路５１４では、電荷をコンデンサ５３３に逐電するために、スイッチング素子５３１を高周波でＯＮ／ＯＦＦを繰り返す制御を行う。この場合、昇圧回路５１４が発熱してコイル２０５への昇圧電圧の印加の時間またはコイル２０５に流せる電流値が制約を受けることがある。昇圧回路５１４の個数を減らすことで、ＥＣＵ１０４の発熱を抑制でき、とくに燃料噴射装置１０１に供給される燃料圧力が高くなった場合であっても電流の制約を受けず燃料噴射装置１０１の電流制御を行うことができる。この結果、高い燃料圧力で安定動作させることができ、高燃料圧力の範囲での噴射量の精度を高められる。
他の気筒と噴射タイミングが重なる（オーバーラップ）する条件では、最大電流Ｉｐｅａｋの保持期間を設ける電流制御を用いるように制御する機能を設けるとよい。本実施例４における構成によれば、高電圧源の昇圧電圧ＶＨが低下したとしても電流保持期間によって開弁に必要な磁気吸引力が確保でき、昇圧電圧ＶＨが低下した場合の噴射量のばらつきを抑制できる。
なお、本実施形態の制御装置１５０の制御方法は、上述した説明の通り、第２、３の実施形態の制御装置１５０と組み合わせて用いても噴射量ばらつき低減の効果が得られる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
１０１：燃料噴射装置、１０４：ＥＣＵ、１５０：制御装置、２０２：可動子、２０５：コイル、２１４：弁体、５０５：スイッチング素子、５０７：スイッチング素子、５１４：昇圧回路、ＶＢ：バッテリ電圧、ＶＨ：昇圧電圧

Claims (9)

  1. 弁体と、前記弁体を駆動する可動部を吸引する磁気吸引力を生じさせるコイルと、を備える燃料噴射装置の制御装置であって、噴射パルスに基づき前記コイルに所定の電圧を印加し最大電流になるまで前記コイルに駆動電流を流して、前記可動部を吸引して前記弁体を駆動させ燃料を噴射させる燃料噴射装置の制御装置において、
    前記弁体が、所望の最大リフト位置に到達する前に前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達するまで、前記コイルに前記所定の電圧よりも低い一定値又は０Ｖの電圧を印加し続け、
    前記所望の最大リフト位置が、前記弁体が最も移動した位置である最大高さ位置よりも低い位置である場合に、
    前記コイルに、前記一定値又は０Ｖの電圧を印加する区間において、前記噴射パルスを遮断して、前記噴射パルスを遮断しない場合よりも、前記コイルに流す駆動電流をより低下させて、前記弁体を前記最大高さ位置よりも低い位置まで開弁させる前記弁体の開弁期間を制御する燃料噴射装置の制御装置。
  2. 弁体と、前記弁体を駆動する可動部を吸引する磁気吸引力を生じさせるコイルと、を備える燃料噴射装置の制御装置であって、噴射パルスに基づき前記コイルに所定の電圧を印加し最大電流になるまで前記コイルに駆動電流を流して、前記可動部を吸引して前記弁体を駆動させ燃料を噴射させる燃料噴射装置の制御装置において、
    前記弁体が、所望の最大リフト位置に到達する前に前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達するまで、前記コイルに前記所定の電圧よりも低い一定値又は０Ｖの電圧を印加し続け、
    前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達した後に、前記コイルに流す駆動電流を、前記最大電流よりも低い範囲に保持する燃料噴射装置の制御装置。
  3. 請求項２に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
    前記駆動電流を前記最大電流よりも低い範囲に保持した後に、前記噴射パルスを遮断し、前記コイルに流す駆動電流を０にして、前記所望の最大リフト位置に到達した後の前記弁体の開弁期間を制御することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  4. 弁体と、前記弁体を駆動する可動部を吸引する磁気吸引力を生じさせるコイルと、を備える燃料噴射装置の制御装置であって、噴射パルスに基づき前記コイルに所定の電圧を印加し最大電流になるまで前記コイルに駆動電流を流して、前記可動部を吸引して前記弁体を駆動させ燃料を噴射させる燃料噴射装置の制御装置において、
    前記弁体が、所望の最大リフト位置に到達する前に前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達するまで、前記コイルに前記所定の電圧よりも低い一定値又は０Ｖの電圧を印加し続け、
    前記コイルに流す駆動電流が前記最大電流に到達すると前記コイルに印加する前記電圧を変動させて、前記駆動電流を前記最大電流を上限とする所定の範囲に保つ保持期間を設けることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  5. 請求項４に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
    前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力を検出する圧力検出部を備え、
    前記圧力検出部により検出した前記圧力が所定の値より高い場合には、前記駆動電流の前記保持期間を設け、前記圧力が前記所定の値より低い場合には前記駆動電流の前記保持期間を設けずに前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  6. 請求項４に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
    複数の燃料噴射装置がそれぞれ、吸気工程、圧縮工程、膨張行程、排気工程を含む燃焼サイクルを行う気筒に設けられ、
    一の気筒と他の気筒とで、燃料の噴射タイミングが重なる場合には、前記一の気筒と前記他の気筒とに対応する燃料噴射装置について、前記駆動電流を前記最大電流を上限とする所定の範囲に保つ前記保持期間を設けることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  7. 請求項４に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
    低電圧源と、前記低電圧源よりも電圧値が高い高電圧源を備え、
    前記最大電流に到達するまで、前記高電圧源から前記コイルに電圧を印加し、
    前記コイルに印加する前記電圧を変動させる場合には、前記コイルに対して、前記高電圧源から電圧の印加と、前記低電圧源からの電圧の印加を交互に行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  8. 請求項１乃至７に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
    前記燃料噴射装置と設置電位との間に第一のスイッチング素子と、前記燃料噴射装置と低電圧源の間に第二のスイッチング素子とを設け、
    前記コイルに流す駆動電流を最大電流から低下させる際には、前記第一および第二のスイッチング素子を遮断することを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
  9. 弁体と、前記弁体を駆動する可動部を吸引する磁気吸引力を生じさせるコイルと、を備える燃料噴射装置の制御装置であって、噴射パルスに基づき前記コイルに所定の電圧を印加し最大電流になるまで前記コイルに駆動電流を流して、前記可動部を吸引して前記弁体を駆動させ燃料を噴射させる燃料噴射装置の制御装置において、
    前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力を検出する圧力検出部を備え、
    前記弁体が、所望の最大リフト位置に到達する前に前記コイルに流す駆動電流を前記最大電流から低下させ、前記弁体が前記所望の最大リフト位置に到達するまで、前記コイルに前記所定の電圧よりも低い一定値又は０Ｖの電圧を印加し続け、
    前記圧力検出部により検出した圧力が、所定の値より高い場合には、前記最大電流の電流値を大きくする、又は、前記駆動電流を前記最大電流を上限とする所定の範囲に保つ保持期間の時間を長くすることを特徴とする燃料噴射装置の制御装置。
JP2016221164A 2016-11-14 2016-11-14 燃料噴射装置の制御装置 Active JP6751654B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016221164A JP6751654B2 (ja) 2016-11-14 2016-11-14 燃料噴射装置の制御装置
US16/343,632 US10731594B2 (en) 2016-11-14 2017-11-01 Control device for fuel injection device
PCT/JP2017/039481 WO2018088287A1 (ja) 2016-11-14 2017-11-01 燃料噴射装置の制御装置
CN201780062623.3A CN109952421B (zh) 2016-11-14 2017-11-01 燃料喷射装置的控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016221164A JP6751654B2 (ja) 2016-11-14 2016-11-14 燃料噴射装置の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018080582A JP2018080582A (ja) 2018-05-24
JP6751654B2 true JP6751654B2 (ja) 2020-09-09

Family

ID=62109538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016221164A Active JP6751654B2 (ja) 2016-11-14 2016-11-14 燃料噴射装置の制御装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10731594B2 (ja)
JP (1) JP6751654B2 (ja)
CN (1) CN109952421B (ja)
WO (1) WO2018088287A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230038583A (ko) * 2020-07-28 2023-03-20 신젠타 크롭 프로텍션 아게 식물 주입 장치 및 방법

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7273038B2 (en) * 2002-12-10 2007-09-25 Mikuni Corporation Fuel injection control method and fuel-injection control device
KR20050097519A (ko) * 2003-02-03 2005-10-07 가부시키가이샤 미쿠니 연료분사제어방법 및 제어장치
JP2009002187A (ja) * 2007-06-20 2009-01-08 Mikuni Corp 燃料噴射ポンプの駆動方法及び燃料噴射装置
DE102009003977B3 (de) * 2009-01-07 2010-07-29 Continental Automotive Gmbh Steuern des Stromflusses durch einen Spulenantrieb eines Ventils unter Verwendung eines Stromintegrals
JP5260597B2 (ja) * 2010-05-27 2013-08-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の燃料噴射装置及び制御方法
JP5698938B2 (ja) * 2010-08-31 2015-04-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射装置の駆動装置及び燃料噴射システム
JP5358621B2 (ja) * 2011-06-20 2013-12-04 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射装置
JP5838074B2 (ja) * 2011-11-08 2015-12-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP5874607B2 (ja) * 2012-11-05 2016-03-02 株式会社デンソー 燃料噴射制御装置および燃料噴射システム
JP5768800B2 (ja) * 2012-11-05 2015-08-26 株式会社デンソー 燃料噴射装置
JP2014092080A (ja) 2012-11-05 2014-05-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の油圧装置
JP2014098375A (ja) * 2012-11-16 2014-05-29 Hitachi Automotive Systems Ltd 燃料噴射弁
JP5849975B2 (ja) * 2013-02-25 2016-02-03 株式会社デンソー 燃料噴射制御装置および燃料噴射システム
JP5462387B1 (ja) * 2013-04-18 2014-04-02 三菱電機株式会社 車載エンジン制御装置及びその制御方法
DE102013207842B4 (de) * 2013-04-29 2015-04-09 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Referenz-Stromverlaufs für einen Kraftstoffinjektor zur Ermittlung des Zeitpunkts eines vorbestimmten Öffnungszustandes des Kraftstoffinjektors
DE112014002349B4 (de) * 2013-05-10 2019-12-05 Denso Corporation Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsystem
EP3597899A1 (en) * 2013-07-29 2020-01-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Drive device for fuel injection device, and fuel injection system
JP6381970B2 (ja) * 2014-05-30 2018-08-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射装置の駆動装置
WO2016136392A1 (ja) * 2015-02-27 2016-09-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射装置、燃料噴射装置の制御装置、燃料噴射装置の制御方法、燃料噴射システム
EP3263872A4 (en) * 2015-02-27 2018-10-24 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Drive device for fuel injection device
JP6453169B2 (ja) * 2015-06-19 2019-01-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 燃料噴射制御装置
JP6186402B2 (ja) * 2015-08-19 2017-08-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電磁弁装置の駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10731594B2 (en) 2020-08-04
JP2018080582A (ja) 2018-05-24
CN109952421A (zh) 2019-06-28
CN109952421B (zh) 2021-10-08
WO2018088287A1 (ja) 2018-05-17
US20190331055A1 (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6400825B2 (ja) 燃料噴射装置の駆動装置
JP6677792B2 (ja) 燃料噴射装置の駆動装置
JP6856387B2 (ja) 燃料噴射装置の駆動装置
JP5358621B2 (ja) 燃料噴射装置
JP6457908B2 (ja) 制御装置及び燃料噴射システム
JP2012177303A (ja) 電磁式燃料噴射弁の駆動装置
JP5875559B2 (ja) 燃料噴射装置の駆動回路
JP6751654B2 (ja) 燃料噴射装置の制御装置
JP6524206B2 (ja) 燃料噴射装置、燃料噴射装置の制御装置、燃料噴射装置の制御方法、燃料噴射システム
JP7177458B2 (ja) 燃料噴射装置を制御する制御装置
WO2021199577A1 (ja) 燃料噴射装置の制御装置、制御方法及びプログラム
JP7235477B2 (ja) 車両用の制御装置、車両用の燃料噴射制御方法及び車両用の燃料噴射制御プログラム
WO2021131777A1 (ja) 燃料噴射制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200709

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200721

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200817

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6751654

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250