燃料喷射装置的控制装置的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的燃料喷射装置的控制装置。

背景技术：

近年来，减少排气量而小型化而且通过增压器来获得输出的小型化发动机受到关注。在小型化发动机中，通过减少排气量，能够降低泵送损失和摩擦，因此能够提高燃油效率。另一方面，通过使用增压器来获得充分的输出，而且通过进行缸内直喷带来的进气冷却效果来抑制伴随增压而来的压缩比的降低，从而能够提高燃油效率。尤其是用于该小型化发动机的燃料喷射装置，须能够跨及从与通过低排气量化获得的最低输出相对应的最小喷射量到与通过增压获得的最高输出相对应的最大喷射量这一宽广范围而喷射燃料，从而需要扩大喷射量的控制范围。此外，随着排气控制的强化，需要能够抑制工况运行时的未燃烧粒子(pm：particulatematter)的总量及其个数即未燃烧粒子数(pn：particulatenumber)的燃料喷射装置。

作为本技术领域的燃料喷射装置的驱动装置的背景技术，有专利文献1。该公报揭示了“ecu(燃料喷射控制装置)具备以下的选择单元及泵控制单元。选择单元选择通过阀芯在到达全升程位置后开始闭阀工作的全升程喷射以及阀芯在不到达全升程位置的情况下开始闭阀工作的不完全喷射中的哪一种来喷射燃料。泵控制单元以供给至喷射器的燃料的压力达到目标压力的方式控制高压泵的工作。并且，在将燃料喷射系统以可取的目标压力的最大值pmax进行不完全喷射时的最大喷射量称为不完全最大喷射量qplmax的情况下，选择单元在要求喷射量qreq为不完全最大喷射量qplmax以下时选择不完全喷射”这一内容，作为燃料喷射装置的驱动电流，揭示了“在电流值达到设定的ip时切断vboost”这一内容(参考摘要)。

此外，作为本技术领域的燃料喷射装置的背景技术，有专利文献2。该公报揭示了“构成为具备被朝闭阀方向施力的第一弹簧施力的第一可动件和被朝开阀方向施力的第二弹簧朝磁芯的方向施力的第二可动件作为被燃料喷射装置的磁芯吸引而进行阀的开闭的可动件”(参考摘要)这一内容。

此外，作为本技术领域的燃料喷射装置的背景技术，有专利文献3。该公报揭示了“在阀芯开始开阀之前，宜以变为从电池电压源供给固定电压的时刻的方式调整峰值电流ipeak或升压电压施加时间tp和电压切断期间t2”(参考摘要)这一内容。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2014-218977号公报

专利文献2：日本专利特开2014-25419号公报

专利文献3：wo2015/015541al

技术实现要素：

发明要解决的问题

通常，燃料喷射装置的喷射量由从ecu输出的喷射脉冲的脉宽来控制。当加长喷射脉宽时，喷射量增大，当缩短喷射脉宽时，喷射量减小，该关系是大致线性的。然而，在现有技术中的燃料喷射装置的驱动波形中，开始开阀后也会继续流通最大驱动电流ipeak，因此，朝开阀方向的力变得过强，所以有相对于脉宽的阀芯的位移量的增加量变得过多之虞，因此，尤其是低喷射量区域内的喷射量控制变得困难。此外，在喷射脉宽较短的区域内，在可动件碰撞到固定铁心等时阀芯会发生弹跳行为，导致从停止喷射脉冲起到阀芯到达闭阀位置为止的时间发生变动。因此，喷射量相对于喷射脉宽而言不是线性地变化，因此存在燃料喷射装置能够控制的最小喷射量增加这一问题。

该问题在为了降低最小喷射量而相较于以往而言减小了阀芯的升程量的燃料喷射阀及其控制装置中尤为明显。

此处，在以专利文献1中揭示的燃料喷射装置的驱动电流进行驱动的情况下，有表示对应于喷射脉冲的喷射量的波形的斜率增大之虞。例如，在使用专利文献2中记载的具有预备行程机构的燃料喷射装置的情况下，通过可动件的预备动作，与没有预备行程机构的燃料喷射装置相比，可动件产生的阀芯的开阀力变大。因此，当表示对应于喷射脉冲的喷射量的波形的斜率增大时，由于燃料喷射装置的控制分辨率的制约，结果便有燃料喷射装置的喷射量的控制精度降低之虞。

因此，本发明的目的在于，尤其是在喷射脉宽较短的情况下抑制表示对应于喷射脉冲的喷射量的波形的斜率、提高燃料喷射装置的喷射量的控制精度。进而，本发明的目的还在于，运用于为了降低最小喷射量而相较于以往而言减小了阀芯的升程量的燃料喷射阀及其控制装置。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明为“一种控制装置，其控制具有阀芯、螺线管以及使所述阀芯开阀的可动件的燃料喷射装置，该控制装置的特征在于，

具备对施加至所述螺线管的驱动电压或驱动电流进行控制的控制部，

所述控制部以如下方式控制驱动电流：在对所述螺线管流通最大驱动电流之后、在所述阀芯开始开阀之前，使流至所述螺线管的驱动电流从所述最大驱动电流起降低，在阀芯完全开阀之前过渡至比最大驱动电流小的保持电流”。

发明的效果

根据本发明，尤其是在喷射脉宽较短的情况下，能够抑制表示对应于喷射脉冲的喷射量的波形的斜率，提高燃料喷射装置的喷射量的控制精度。

附图说明

图1为表示本发明的实施例中的燃料喷射装置的纵向截面图和连接至该燃料喷射装置的驱动电路及发动机控制单元(ecu)的构成图的图。

图2为表示本发明的实施例中的燃料喷射装置的闭阀状态下的驱动部结构的放大图的图。

图3为表示本发明的实施例中的燃料喷射装置的可动件对阀芯进行碰撞的状态下的驱动部结构的放大图的图。

图4为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图5为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、可动件中产生的磁吸引力、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图6为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、可动件中产生的磁吸引力、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图7为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、可动件中产生的磁吸引力、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图8为表示本发明的实施例中的、从图1的ecu输出的喷射脉宽ti与此时的燃料喷射量的关系的图。

图9为以放大中间升程区域的ti的方式表示本发明的实施例中的、从图1的ecu输出的喷射脉宽ti与此时的燃料喷射量的关系的图。

图10为表示本发明的实施例中的燃料喷射装置的驱动装置及ecu(发动机控制单元)的详情的图。

图11为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的喷射脉冲、驱动电压、施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图12为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的喷射脉冲、驱动电压、施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

图13为表示本发明的实施例中的驱动燃料喷射装置的情况下的施加至燃料喷射装置的螺线管108的驱动电流、可动件中产生的磁吸引力、阀芯101及可动件的位移与时间的关系的图。

具体实施方式

下面，使用图1～图13，对本发明的实施例进行说明。

实施例

通常，燃料喷射装置的喷射量是由从ecu输出的喷射脉冲的脉宽控制。当加长喷射脉宽时，喷射量增大，当缩短喷射脉宽时，喷射量减小，该关系是大致线性的。然而，在燃料喷射装置的驱动波形中，若开始开阀后也继续流通最大驱动电流ipeak，则朝开阀方向的力变得过强，因此，存在因可动件的返跳现象而导致喷射量在燃料喷射装置的每一个体中不稳定的情况。此外，由于不得不将喷射量变得最大的个体设定为能够控制的最小喷射量，因此存在导致最小喷射量增大的情况。

进而，若从喷射脉冲与喷射量的关系不为直线的非线性区域内的喷射脉冲进一步缩短喷射脉宽，则成为可动件与固定铁心不碰撞、也就是阀芯不会完全上升的中间升程的区域。在该中间升程的区域内，即便对各汽缸的燃料喷射装置供给相同喷射脉冲，因燃料喷射装置的尺寸公差的影响而产生的个体差异也会导致燃料喷射装置的升程量、开阀开始、闭阀结束的时刻不一样。因此，喷射量的个体偏差增大，就燃烧的稳定性的观点而言，使用该中间升程区域是比较困难。

为了提高燃油效率，须降低燃料喷射装置的喷射量偏差和能够控制的最小喷射量，要大幅降低最小喷射量，需要控制喷射脉冲较短的区域或者喷射脉冲小、阀芯不达到目标升程的中间升程的区域内的喷射量。或者，需要在一个燃料喷射阀中搭载能够选择不同升程量的机构，驱动较小的升程量而控制喷射量。下面，使用图1至图13，对用以满足该要求的燃料喷射装置的控制装置进行说明。再者，所有图都是示意性的，为了帮助理解，相对的大小关系与实际不一样，或者省略了细小部位。

图1展示了本实施例的燃料喷射装置及其驱动装置的基本构成的一例。展示了燃料喷射装置的纵向截面图和用以驱动该燃料喷射装置的驱动电路151、ecu(发动机控制单元)150的构成的一例。在本实施例中，ecu150和驱动电路151作为分开设置的装置而构成，但ecu150和驱动电路151也可作为一体的装置而构成。再者，将由ecu150和驱动电路151构成的装置称为驱动装置。在ecu150中，从各种传感器导入表示发动机的状态的信号，根据内燃机的运转条件来进行用以控制从燃料喷射装置喷射的喷射量的喷射脉冲的宽度、喷射正时的运算。

从ecu150输出的喷射脉冲通过信号线153输入至燃料喷射装置的驱动电路151。驱动电路151对施加至螺线管108的电压进行控制，经由端子111供给电流。ecu150通过通信线152与驱动电路151进行通信，可以根据供给至燃料喷射装置的燃料的压力、运转条件来切换由驱动电路151生成的驱动电流，或者变更电流及时间的设定值。驱动电路151可以通过与ecu150的通信来改变控制常数，从而可以根据控制常数来改变电流波形的设定值。

图2为本实施例的固定铁心部的放大截面图。图3为说明本发明的实施方式的驱动时的动作的图。图4为分别表示本发明的实施方式的、进行大行程及小行程时的阀芯的位移和驱动电流波形的图。

使用图1，对燃料喷射阀中的整体构成和燃料的流动进行说明。供给至燃料喷射阀的燃料从燃料供给口112加以供给，被供给至燃料喷射阀100的内部。再者，燃料供给口112通常安装有去除燃料中的异物的过滤器，但省略了图示。燃料喷射阀100在内部具有阀芯101，在阀芯101的相对的位置设置有阀座构件102。阀座构件102上有燃料喷射孔116。此外，阀芯101在上游侧安装有朝外径侧凸出的凸部(凸缘部113)。在本实施例中，凸缘部113与阀芯101是分体构成，但也能以一体构成。以接触凸缘部113的上表面的方式设置有弹簧110，阀芯101经由凸缘部113被弹簧110朝闭阀方向(图1的下方)施力。

阀芯101具有与阀座构件102接触而形成密封座的座部115，在未对螺线管108通电时，阀芯101被弹簧110压在阀座构件102上，阀芯顶端侧的阀芯座部与座部115接触，由此成为将燃料密封的结构。喷嘴架210配置在阀芯101的外径侧，在下游侧顶端压入阀座构件102。外径侧可动件201及内径侧可动件202内包在喷嘴架210中。

使用图2，对本实施例的燃料喷射阀中的构成的详情进行说明。在内径侧可动件202与阀芯101的凸缘部113之间设置有中间弹簧203。中间弹簧203设置成与阀芯101的凸缘部113的下表面接触，对内径侧可动件202的上表面施力。由此，中间弹簧203以朝从阀芯101的凸缘部113拉开的方向(下游方向)对内径侧可动件202施力的方式起作用。

此处，在喷嘴架201的大径部中，在外径侧可动件201的下游侧压入有引导阀芯101的杆导承210。此外，在外径侧可动件201与杆导承210之间设置有调零弹簧204。调零弹簧204以对外径侧可动件201朝从杆导承210拉开的方向(上游方向)施力的方式起作用。调零弹簧204的作用力fz和中间弹簧203的作用力fm的绝对值设定成中间弹簧203一方较大。

因此，在对螺线管108未通电的状态也就是阀芯101与阀座构件102相接触的闭阀状态下，内径侧可动件202被中间弹簧203朝下游侧施力。并且，经由设置在内径侧可动件202的下游面与外径侧可动件201的上游面之间的接触面206而静止。此时，外径侧可动件201被调零弹簧204朝上游侧施力，同样经由上述接触面206而维持静止状态。

在该静止状态下，在内径侧可动件202的上游面与阀芯的凸缘部113的下游面之间设置有空隙g1。内径侧可动件202的外径di设定成比固定铁心107的内径dc大。结果，成为如下构成：当对螺线管108通电时，在外径侧可动件201与固定铁心107以及内径侧可动件202与固定铁心107的空隙中产生磁通，从而产生磁吸引力。

接着，使用图3，对燃料喷射阀100的动作进行说明。为了易于理解，图3展示的是示意性的附图。图3的(a)展示的是没有对螺线管108的通电、阀芯101与阀座构件102相接触的状态(后面记作闭阀状态)。从图3的(a)的状态起对螺线管108接通图4的(a)的上图所示的小行程时的电流。具体而言，通过将图4的(a)的上图的最大驱动电流ipeaks流至螺线管108，在构成电磁阀的磁路的固定铁心107、壳体109、内径侧可动件202和外径侧可动件201中产生磁通，从而在固定铁心107与外径侧可动件201以及固定铁心107与内径侧可动件202之间产生磁吸引力。

如式(1)所示，当作用于内径侧可动件202与固定铁心107之间的磁吸引力fi与作用于外径侧可动件201与固定铁心107之间的磁吸引力fo的和变得比中间弹簧203的作用力fm与调零弹簧204的作用力fz的差大时，内径侧可动件201和外径侧可动件202朝固定铁心107侧被吸引而开始运动。

fo+fi＞fm－fz式(1)

如图3的(b)所示，当内径侧可动件202发生预先设置在阀芯的凸缘部113与内径侧可动件202之间的空隙g1程度的位移时，内径侧可动件202碰撞至阀芯的凸缘部113。

此时，内径侧可动件202及外径侧可动件201中积蓄的动能被用于阀芯101的开阀动作，因此，与动能的利用相应地，能够提高开阀动作的响应性或者即便在高燃料压力下也能开阀。将空隙g1称为预备行程，通过该空隙g1，可以说能够获得阀芯101开始运动之前的助跑期间。

当从图3的(b)的状态继续对螺线管108的通电时，外径侧可动件201及内径侧可动件202进一步继续朝上游侧的移动。继而，当外径侧可动件201发生预先设置在外径侧可动件201与固定铁心117之间的空隙g2程度的位移时，外径侧可动件201碰撞至固定铁心107的下游面，外径侧可动件201的运动受到限制。

将此时的状态示于图3的(c)。如图3的(c)所示，通过对螺线管108通电的电流满足以下式(2)及式(3)的力的关系，阀芯101被控制为成为短行程。该短行程以图4的(a)的下图的升程量lifts的达到最大的升程量表示。其后，以对螺线管108流通比最大驱动电流ipeaks小的保持电流iholds的方式进行控制，由此，维持外径侧可动件201与固定铁心107的下游面相接触的状态，因此图3的(c)的状态得以维持。

式(2)是外径侧可动件201的磁吸引力fo与内径侧可动件202的磁吸引力fi的和变得比作用于阀芯101的流体产生的差压力fp与弹簧110的作用力fs的和大的条件。式(3)是内径侧可动件202的磁吸引力fi变得比作用于阀芯101的流体产生的差压力fp与弹簧110的作用力fs的和小的条件。

fs+fp＜fi+fo式(2)

fs+fp＞fi式(3)

也就是说，通过满足式(2)，外径侧可动件201及内径侧可动件202开始移动，而通过满足式(3)，在外径侧可动件201的移动受到限制后，仅靠内径侧可动件202无法使阀芯101移动，外径侧可动件201及内径侧可动件202的移动以图3的(c)的状态结束。在本实施例中，将该行程称为短行程，此外，将图3的(c)的状态称为短行程状态。

在短行程状态下，阀芯101的行程量为间隙g2－g1。若从短行程状态起切断对螺线管108的电流，则内径侧可动件201与外径侧可动件202之间产生的磁通消失。于是，当磁吸引力变得比弹簧的作用力fs和作用于阀芯101的流体力fp小时，内径侧可动件202及外径侧可动件201开始朝下游方向的位移。伴随于此，阀芯101开始闭阀动作，不久与阀座构件102碰撞，闭阀完成。一系列短行程中的阀芯101的行为示意性地展示在图4的(a)下方。

另一方面，如图3的(d)所示，通过将对螺线管108通电的电流值设为图4的(b)的上图所示的大行程时的电流，以满足式(4)的条件的方式进行控制。具体而言，通过将图4的(b)的上图的最大驱动电流ipeakl流至螺线管108，内径侧可动件202从图3的(c)的状态进一步朝上游方向移动，由此，以成为使阀芯101朝上游方向(开阀方向)移动的长行程的方式进行控制。再者，长行程的情况下的最大驱动电流ipeakl设定成比短行程的情况下的最大驱动电流ipeaks大。

式(4)表示内径侧可动件202的磁吸引力fi变得比作用于阀芯101的流体产生的差压力fp与弹簧110的作用力fs的和大这样的条件。通过满足该式(4)的条件，阀芯101被控制为成为长行程。

fs+fp＞fi式(4)

将图3的(d)的状态称为长行程状态。在将图4的(b)的上图的最大驱动电流ipeakl流至螺线管108之后，将比最大驱动电流ipeakl低的保持电流iholdl流至螺线管108，由此，图3的(d)的长行程状态得以维持。再者，该长行程对应的是图4的(b)下图的升程量liftl的最大升程量。

在长行程下，阀芯101的行程量(升程量liftl的最大升程量)为间隙g2－g1+g3。若从图3的(d)的长行程状态起像图4的(b)上图所示那样切断去往螺线管108的电流，则内径侧可动件202中产生的磁通消失。于是，当磁吸引力fi变得比弹簧110的作用力fs和作用于阀芯101的流体力fp小时，内径侧可动件202朝下游方向(闭阀方向)位移。由于磁通是从内径侧开始消失，除此以外还有流体力和弹簧110的作用力，因此，内径侧可动件202比外径侧可动件201早向闭阀动作转移。结果，当内径侧可动件202朝下游侧发生与外径侧可动件201的空隙g3程度的运动时，与外径侧可动件201发生碰撞。通过该碰撞，内径侧可动件202使得外径侧可动件201有力地朝下游方向(闭阀方向)位移。

伴随该运动，阀芯101开始闭阀动作，不久与阀座构件102碰撞，闭阀完成。一系列长行程状态下的阀芯101的行为示意性地展示在图4(b)下方。以上是对燃料喷射阀100的开阀和闭阀动作的说明。

接着，使用图10，对实施例中的燃料喷射装置的驱动装置的构成进行说明。图10为表示燃料喷射装置的驱动电路151及ecu150的详情的图。

cpu501例如内置于ecu150中，将燃料喷射装置的上游的燃料管道上安装的压力传感器、测定去往发动机汽缸的流入空气量的a/f传感器、用以检测从发动机汽缸排出的废气的氧浓度的氧传感器、曲轴角传感器等的表示发动机的状态的信号从前文中说明过的各种传感器导入。

cpu501根据这些信号、根据内燃机的运转条件来进行用以控制从燃料喷射装置喷射的喷射量的喷射脉冲的宽度、喷射正时的运算。此外，cpu501根据内燃机的运转条件来进行恰当的喷射脉宽ti的脉宽、喷射正时的运算，并通过信号线153对燃料喷射装置的驱动ic502输出喷射脉宽ti。再者，通过喷射脉宽ti的脉宽的大小来决定喷射量的大小。其后，通过驱动ic502来切换开关元件505、506、507的通电、不通电而对燃料喷射装置540供给驱动电流。

开关元件505连接在比输入到驱动电路的电压源vb高的高电压源与燃料喷射装置540的高电压侧的端子之间。开关元件505、506、507例如由fet或晶体管等构成，能够切换对燃料喷射装置540的通电/不通电。高电压源的初始电压值即升压电压vboost例如为65v，是通过利用升压电路514对电池电压进行升压而生成。升压电路514例如有由dc/dc变换器等构成或者由线圈530、晶体管531、二极管532及电容器533构成的方法。在后一种升压电路514的情况下，当将晶体管531设为on时，电池电压vb流至接地电位534侧，而当将晶体管531设为off时，线圈530中产生的高电压通过二极管532而得到整流，电荷积蓄在电容器533中。在达到升压电压vboost之前，反复进行该晶体管的on/off而使电容器533的电压增加。晶体管531与ic502或cpu501连接，构成为从升压电路514输出的升压电压vboost在ic502或cpu501中进行检测。

此外，开关元件507连接在低电压源与燃料喷射装置的高压端子之间。低电压源vb例如为电池电压，其电压值为12至14v左右。开关元件506连接在燃料喷射装置540的低电压侧的端子与接地电位515之间。驱动ic502通过电流检测用的电阻508、512、513来检测流到燃料喷射装置540的电流值，根据检测到的电流值来切换开关元件505、506、507的通电/不通电，生成所期望的驱动电流。二极管509和510对燃料喷射装置的螺线管540施加逆电压，是为了急速降低供给到螺线管540的电流而配备。cpu501通过通信线152与驱动ic502进行通信，可以根据供给至燃料喷射装置540的燃料的压力、运转条件来切换由驱动ic502生成的驱动电流。此外，电阻508、512、513的两端连接到ic502的a/d变换端口，构成为能够利用ic502来检测施加至电阻508、512、513的两端的电压。

接着，使用图11、12，对本实施例中的、从驱动电磁式燃料喷射装置的驱动装置输出的喷射脉冲、施加至燃料喷射装置的螺线管108的端子两端的驱动电压、驱动电流(励磁电流)以及燃料喷射装置的阀芯101的位移量(阀芯移动量)的关系进行说明。此处，对图4的(a)的短行程(小行程)中的电流控制进行说明。因而，本实施例是对与图4的(a)上图相对应的电流控制进行说明。

当对驱动电路151输入喷射脉冲时，驱动电路151从已升压到比电池电压高的电压的高电压源对螺线管108施加高电压，开始对螺线管108供给电流。当电流值达到某一值ipeaks时，停止高电压301的施加。其后，将施加的电压值设为0v或者不到0v(逆电压)，像电流302那样使电流值降低。当电流值变得比设定的第一保持电流iholds1小时，驱动电路151通过开关元件的开关来进行电池电压vb的施加，以保持第一保持电流iholds1的方式进行控制。再者，该第一保持电流iholds1是比最大驱动电流ipeaks小而且比0大的电流值，被设定为成为能在将可动件吸引在固定铁心107上的状态下加以保持的程度的大小。

其后，当经过预先设定在ecu中的时间时，将电池电压vb的施加设为0v或者不到0v(逆电压)，像电流303那样使电流值降低。当电流值变得比设定的第二保持电流305小时，驱动电路151通过开关元件的开关来进行电池电压vb的施加，以保持第二保持电流305的方式进行控制。再者，该第二保持电流iholds2是比第一保持电流iholds1小而且比0大的电流值，被设定为成为能在将可动件吸引在固定铁心107上的状态下加以保持的程度的大小。

此时，燃料喷射装置的阀芯101的位移量表现出图11的lifts那样的行为。由于高电压的施加，可动件在时刻t600开始位移，以驱动电流在阀芯101开始开阀的时刻t602之前的时刻t601从最大电流值ipeaks向第一保持电流iholds1下降的方式或者切断的方式加以控制。

继而，外径侧可动件201及内径侧可动件202的位移量达到空隙g1，阀芯101利用该冲击力而在时刻t602开始位移。其后的阀芯101在第一保持电流区间t603内于时刻t604到达目标升程位置。在本实施例中，阀芯101的目标升程位置被定义为外径侧可动件201与固定铁心107发生碰撞的时间点上的阀芯101的升程量。

阀芯101到达目标升程位置后，外径侧可动件201与固定铁心107的碰撞的影响使得内径侧可动件202及阀芯101进一步朝上游方向弹跳。发生该弹跳现象后，因第一保持电流iholds1所生成的磁吸引力和复位弹簧的开阀方向的力而静止在目标升程位置，成为稳定的开阀状态。继而，保持电流变为第二保持电流iholds2而向第二保持电流区间t605转移，在任意时刻ti切断驱动电流，作用于外径侧可动件201及内径侧可动件202的磁吸引力不断降低。继而，在弹簧110的朝闭阀方向的力超过了磁吸引力的阶段，阀芯101开始闭阀运动，在碰撞到座部115的阶段，阀芯101的位移结束，燃料的喷射也结束。

再者，如图11所示，本实施例的ecu150的控制部以通过将第1驱动电流(ipeaks)流至螺线管108而使得阀芯101移动至比最大高度位置(liftl的最大高度位置)低的高度位置(lifts的最大高度位置)的方式控制驱动电流。或者，以通过将第1驱动电流(ipeaks)流至螺线管108而使得内径侧可动件202移动至比碰撞至固定铁心107的高度位置(liftl的最大高度位置)低的高度位置(lifts的最大高度位置)的方式控制驱动电流。

即，ecu150的控制部可以通过控制流通最大驱动电流ipeaks后的iholds1的第一保持电流区间t603的喷射脉宽、iholds2的第二保持电流区间t605的喷射脉宽而在中间升程区域内高精度地控制阀芯101即喷射量。

此外，本实施例的ecu150的控制部以通过将后面说明的第2驱动电流(ipeakl)流至螺线管108而使得阀芯101移动至最大高度位置(liftl的最大高度位置)的方式控制驱动电流。或者，以通过将第2驱动电流(ipeakl)流至螺线管108而使得内径侧可动件202移动至碰撞至固定铁心107的高度位置(liftl的最大高度位置)的方式控制驱动电流。

即，ecu150的控制部可以通过控制流通第2驱动电流(ipeakl)后的流通保持电流iholdl的区间(第二保持电流区间t606)的喷射脉宽而在全升程区域内高精度地控制阀芯101即喷射量。

接着，使用图5，对作为本实施例的特征的电流波形的切换和阀芯的升程量进行说明。在切换升程量的燃料喷射阀中，其特征在于，尤其是小升程时，在阀芯101的升程开始前从最大驱动电流(ipeaks)向保持电流(iholds2)转过渡。下面，对小升程时的电流波形和阀芯101的动作的详情进行说明。

停止高电压(vboost，图11的301)的施加而形成最大驱动电流(ipeaks)的时刻t501在阀芯101开始开阀的时刻t502之前。即，对施加至螺线管108的驱动电压或驱动电流进行控制的ecu150的控制部以在对螺线管108流通最大驱动电流(ipeaks)之后、在阀芯101开始开阀的时刻t502之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeaks)起降低的方式控制驱动电流。

在其后的阀芯101碰撞至固定铁心107的时刻t503之前，通过相对于脉宽而言电流变化较少的第二保持电流(iholds2)来保持开阀。即，本实施例的ecu150的控制部以如下方式控制驱动电流：对螺线管108流通最大驱动电流(ipeak)，在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流停止最大驱动电流(ipeaks)，在阀芯101碰撞至固定铁心107之前降低至保持电流iholds2。

由此，可以像上述那样将外径侧可动件201及内径侧可动件202设为图3的(c)所示的状态，能使阀芯101以短行程位移。

换句话说，本实施例的燃料喷射装置具有阀芯101、螺线管108以及使阀芯101开阀的内径侧可动件202和外径侧可动件201。并且，本实施例的燃料喷射系统具备该燃料喷射装置和控制燃料喷射装置的控制装置(ecu150)，控制装置(ecu150)的控制部以在对螺线管108流通最大驱动电流(ipeaks)之后、在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeaks)起降低的方式进行控制。

若燃料喷射装置(阀芯101)在开始开阀后也继续流通最大驱动电流ipeaks，则朝开阀方向的磁吸引力变得过强，因此有相对于脉宽的阀芯101的位移量、阀芯101移动速度变得过大之虞。结果，像图8的未运用本实施例的例子所示那样，喷射量相对于喷射脉宽的增加量增多，因此低喷射量区域内的喷射量控制变得困难。

相对于此，根据本实施例，采用了前文所述那样的燃料喷射装置的控制方法，在阀芯101开始开阀之前使驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低。因而，能够抑制磁吸引力、抑制喷射量相对于喷射脉宽的增大，所以能够容易地进行低喷射量区域内的喷射量控制。也就是说，在以短行程控制阀芯101的情况下，能够容易地进行喷射量控制。

此外，在本实施例中，在进行小升程(短行程)的情况下，采用了在完全上升前产生闭阀所需的磁吸引力这样的电磁特性。也就是说，在外径侧可动件201碰撞至固定铁心107之前，以满足上述式(2)的方式产生外径侧可动件201的磁吸引力fo和内径侧可动件202的磁吸引力fi。

此外，采用了能在小升程(短行程)的完全上升前过渡至保持电流的电磁特性。也就是说，在外径侧可动件201碰撞至固定铁心107之前，以驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低的方式对螺线管108流通电流。

在阀芯101或外径侧可动件201完全上升后，在施加保持电流iholds2时，磁吸引力不会过度增加。因而，在小升程的完全上升状态下不论何时切断电流，磁吸引力都是固定的，所以闭阀延迟也是固定的。由此，驱动脉冲结束时，能够抑制多余的磁吸引力的产生、缩短闭阀延迟。

在小升程(短行程)下，通过在电流变化较少的第二保持电流iholds2的电流区域内控制使阀芯101开阀时喷射的少量的喷射量，使得电流值相对于喷射脉宽ti的变化较少。在该情况下，大体上增加第二保持电流iholds2的长度。因此，有抑制相对于喷射脉宽ti的增加量的阀芯的位移的增加量变得过多的现象的效果。即，能够抑制喷射量相对于喷射脉宽的增大，因此，能够容易地进行低喷射量区域内的喷射量控制。

由此，能够抑制磁吸引力的过度增长，即便是低升程也能抑制阀芯的过冲。因此，能够减少低升程、低脉冲下的喷射量。

另一方面，在进行大升程(长行程)的情况下，在开阀开始之后施加峰值电流(ipeakl)。也就是说，在本实施例中，如上所述，在外径侧可动件201与固定铁心107碰撞而成为图3的(c)的状态之后，内径侧可动件202进一步朝上游侧移动而与固定铁心107碰撞。

在该情况下，能够增加作用于外径侧可动件201及内径侧可动件202的磁吸引力，因此，即便对于燃料压力的增加，燃料喷射装置也能进行动作。

这有提高燃料喷射装置的能够动作的最大燃料压力即最高工作燃料压力的效果。例如，有即便在燃料压力为30mpa以上的高压环境下也能顺畅地开阀进行燃料喷射的效果。

再者，上文中，如图2、3所示，可以通过设置外径侧可动件201及内径侧可动件202来实现大升程(长行程)和小升程(短行程)，但本实施例并不限于此。即，在由单一可动件构成的情况下，在将可动件碰撞至固定铁心107的情况设为大升程(长行程)、另一方面将以可动件不碰撞至固定铁心107的方式进行控制的情况设为小升程(短行程)的情况下也能加以运用。也可将该小升程(短行程)称为中间行程。

在该情况下，在本实施例中，ecu150的控制部在以比最大行程liftl小的中间行程lifts驱动阀芯101的情况下，以在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低的方式控制驱动电流。另一方面，ecu150的控制部在以最大行程liftl驱动阀芯101的情况下，以对螺线管流通最大驱动电流ipeakl直至阀芯101开始开阀后为止、其后使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeakl起降低的方式控制驱动电流。

以图2、3的结构进行说明，在本实施例中，ecu150的控制部在以大升程(长行程)驱动阀芯101的情况下，也能以在对螺线管108流通最大驱动电流(ipeak)之后、在内径侧可动件202碰撞至固定铁心107之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeakl)向保持电流(iholdl2)降低的方式控制驱动电流。

此处，在本实施例中，可动件由第1可动铁心(内径侧可动件202)和第2可动铁心(外径侧可动件201)构成，所述第1可动铁心(内径侧可动件202)具有与固定铁心107(磁芯)相对的第1相对面，该第1相对面被固定铁心107吸引，所述第2可动铁心(外径侧可动件201)与第1可动铁心(内径侧可动件202)分体构成，具有与磁芯相对的第2相对面，该第2相对面被所述磁芯吸引。

并且，对施加至螺线管108的驱动电压或驱动电流进行控制的控制部在仅使第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107的情况下，以在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低的方式控制驱动电流。

另一方面，在使第2可动铁心(外径侧可动件201)及第1可动铁心(内径侧可动件202)接触固定铁心107的情况下，以对螺线管108流通最大驱动电流ipeakl直至阀芯101开始开阀后为止、其后使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeakl起降低的方式控制驱动电流。

此外，上文中，像使用图3说明过的那样，燃料喷射装置构成为，在闭阀状态(图3的(a))下，相对于第1可动铁心(内径侧可动件202)的第1相对面与固定铁心107的第1间隙(g2+g3)而言，第2可动铁心(外径侧可动件201)的第2相对面与固定铁心107的第2间隙g2较小。此外，本实施例的燃料喷射装置(燃料喷射阀100)构成为，在闭阀状态下，在第2可动铁心(外径侧可动件201)与阀芯(凸缘部113)之间形成间隙g1，第2可动铁心(外径侧可动件201)在从闭阀状态起开始移动的情况下，在移动了间隙g1的程度时与阀芯(凸缘部113)卡合。

此外，燃料喷射阀100构成为，在闭阀状态(图3的(a))下，相对于第1可动铁心(内径侧可动件202)的第1相对面与固定铁心107的第1间隙(g2+g3)而言，第2可动铁心(外径侧可动件201)的第2相对面与固定铁心107的第2间隙g2较小，而且，构成为，相对于第2可动铁心(外径侧可动件201)的凹部的上表面与阀芯(凸缘部113)之间形成的间隙而言，第2间隙g2较小。此外，燃料喷射阀100构成为，相对于第2可动铁心(外径侧可动件201)的凹部的上表面与阀芯(凸缘部113)之间形成的间隙而言，第2间隙g2为一半以下。

在本实施例中，ecu150的控制部以如下方式控制流至螺线管108的驱动电流：相对于仅第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107时(图3的(c))的阀芯101移动的升程量g2而言，第2可动铁心(外径侧可动件201)及第1可动铁心(内径侧可动件202)接触固定铁心107时的阀芯101移动的升程量g2－g1+g3较大。

在本实施例中，ecu150的控制部在仅使第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107的情况下，以如下方式进行控制：在阀芯108开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低，进而其后在阀芯101达到最大行程lifts之前使驱动电流下降至比最大驱动电流ipeaks小的保持电流iholds。

此外，在本实施例中，ecu150的控制部在仅使第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107的情况下，以如下方式进行控制：在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低，进而其后在阀芯101开始开阀之前使驱动电流下降至比最大驱动电流ipeaks小的保持电流iholds。

此外，在本实施例中，ecu150的控制部在仅使第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107的情况下，以如下方式进行控制：在阀芯101开始开阀之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流ipeaks起降低，进而其后在阀芯101开始开阀之前使驱动电流下降至比最大驱动电流ipeaks小的第一保持电流iholds1。并且，进而其后以在阀芯101达到最大行程lifts之前使驱动电流下降至比第1保持电流iholds1小的第2保持电流iholds2的方式进行控制。

使用图7，对作为本实施例的特征的小升程(短行程)而且对燃料喷射阀的驱动脉冲较小的情况下的阀芯的行为进行说明。电流波形511是与图5同样的波形，在阀芯101的升程开始的时刻t702之前的时刻t701切断峰值电流(ipeaks)，在阀芯101达到小升程的时刻t703之前过渡至第1保持电流(ipeaks2)。当在时刻t704切断通电脉冲时，磁吸引力延迟地降低，当在时刻t705低于作用于阀芯101的闭阀方向的弹簧力和流体力时，阀芯101开始闭阀，在时刻t706阀芯101的阀芯座部落座于座部115，燃料的喷射被切断。

接着，以虚线表示施加不运用本实施例的情况下的电流波形712时的可动件中产生的磁吸引力和阀芯101的行为。由于在阀芯101开始开阀的时刻t702之后施加峰值电流(ipeaks2)，因此过大地产生磁吸引力，在内径侧可动件201碰撞至固定铁心107的小升程的完全上升完成时，阀芯101因惯性力而反复振动，导致喷射量不稳定。当在时刻t704切断通电脉冲时，磁吸引力延迟地降低，当在比时刻t705大的时刻t707低于作用于阀芯101的闭阀方向的弹簧力和流体力时，阀芯101开始闭阀，在时刻t708阀芯101的阀芯座部落座于座部115，燃料的喷射被切断。

利用运用了本实施例的实线713和运用了本实施例的虚线714来比较阀芯101的运动，即便在给予相同驱动脉冲时间t704的情况下，阀芯101的阀芯座部实际落座于座部115而切断燃料的喷射的时刻也像t706、t708那样存在较大差异。也就是说，通过运用本实施例的电流波形511，在小升程的完全上升前产生开阀所需的磁吸引力。继而，在小升程的完全上升前过渡至第2保持电流iholds2，因此，完全上升后，施加第2保持电流iholds2时磁吸引力不会过度增加。因而，在小升程的完全上升状态下不论何时切断电流，磁吸引力都是固定的，所以闭阀延迟也是固定的。在小脉冲时，与不运用本实施例的情况相比，能够缩短闭阀延迟，因此能够减少燃料喷射量。

使用图6，对燃料喷射阀的线圈电阻、电感较小而电流的响应性较高的情况下的电流波形的切换进行说明作为另一实施例。

在切换升程量的燃料喷射阀中，在小升程时，在最大驱动电流ipeaks与第二保持电流iholds2的电流区域之间设置有被设定为比第二保持电流值高的值的第一保持电流iholds1的电流区域。即，本实施例的ecu150的控制部以如下方式控制驱动电流，即，对螺线管108流通最大驱动电流(ipeaks)，在阀芯101开始开阀的时刻t602之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeaks)起降低。继而，在阀芯101开始开阀的时刻t602之前的时刻t601将比最大驱动电流(ipeaks)低的第1保持电流iholds1流至螺线管108。进而其后，在阀芯101碰撞至固定铁心107的时刻t603之前将比第1驱动电流iholds1低的第2保持电流iholds2流至螺线管108。

如上所述，设为如下电磁特性，即，在升程开始前从最大驱动电流ipeaks过渡至第1保持电流iholds1。此外，在小升程的完全上升前产生开阀所需的磁吸引力。也就是说，以如下方式控制驱动电流：在外径侧可动件201碰撞至固定铁心107之前，以满足上述式(2)的方式产生外径侧可动件201的磁吸引力fo和内径侧可动件202的磁吸引力fi。

此外，如上所述，设为能在小升程的完全上升前过渡至比第1保持电流iholds1小的第2保持电流iholds2的电磁特性。完全上升后，施加保持电流时磁吸引力不会过度增加，因此，在小升程的完全上升状态下不论何时切断电流，磁吸引力都是固定的，所以闭阀延迟也是固定的。由此，驱动脉冲结束时，能够抑制多余的磁吸引力的产生、缩短闭阀延迟。

另一方面，在大升程时，以开阀开始之后也保持峰值电流(ipeakl)并继续供给至螺线管108的方式控制驱动电流。继而，外径侧可动件201碰撞至固定铁心107(图3的(c))，进而其后，在内径侧可动件202碰撞至固定铁心107的时刻604(图3的(d))之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeakl)向保持电流iholdl2降低。由此，能够增加作用于外径侧可动件201及内径侧可动件202的磁吸引力，因此，即便对于燃料压力的增加，燃料喷射装置也能进行动作。这有提高燃料喷射装置的能够动作的最大燃料压力即最高工作燃料压力的效果。例如，有即便在燃料压力为30mpa以上的高压环境下也能顺畅地开阀进行燃料喷射的效果。

使用图13，对不同于上述的另一电流波形的切换进行说明。在切换升程量的燃料喷射阀中，在小升程时，以不施加最大驱动电流ipeakl而是将第2保持电流iholdl2流至螺线管108的方式控制驱动电流。即，本实施例的ecu的控制部在仅使第2可动铁心(外径侧可动件201)接触固定铁心107的情况下，仅施加保持电流。

通过像以上那样在升程开始前不施加最大驱动电流ipeakl，磁吸引力不会过度增加，因此，在小升程的完全上升状态下不论何时切断电流，磁吸引力都是固定的，所以闭阀延迟也是固定的。由此，驱动脉冲结束时，能够抑制多余的磁吸引力的产生、缩短闭阀延迟。

另一方面，在大升程时，在开阀开始之后也保持峰值电流(ipeakl)并继续供给至螺线管108。继而，外径侧可动件201碰撞至固定铁心107(图3的(c))，进而其后，在内径侧可动件202碰撞至固定铁心107的时刻604之前使流至螺线管108的驱动电流从最大驱动电流(ipeakl)向保持电流iholdl2降低。由于能够增加作用于外径侧可动件201及内径侧可动件202的磁吸引力，因此，即便对于燃料压力的增加，燃料喷射装置也能进行动作。这有提高燃料喷射装置的能够动作的最大燃料压力即最高工作燃料压力的效果。例如，有即便在燃料压力为30mpa以上的高压环境下也能顺畅地开阀进行燃料喷射的效果。

图8中，对以本实施例中的供给电流的曲线进行驱动的情况下的喷射脉宽与燃料喷射量的关系与以未运用本实施例的电流波形进行驱动的情况进行了比较。如图8所示，燃料喷射量相对于喷射脉宽的斜率在喷射脉宽的整个区域内大致固定。因而，与未运用本实施例的电流波形相比，能够减小燃料喷射量的斜率。即，能够抑制磁吸引力、抑制喷射量相对于喷射脉宽的增大，因此，能够容易地进行例如外径侧可动件201碰撞至固定铁心107前后的小脉宽的区域内的喷射量控制。结果，能够容易地降低最小喷射量。

根据以上实施例，尤其是在为了降低最小喷射量而相较于以往而言减小了阀芯的升程量的燃料喷射阀及其控制装置中，能够提高喷射量的控制精度。

符号说明

101阀芯

102阀座构件

107固定铁心

108螺线管

109壳体

110弹簧

111端子

112燃料供给口

113凸缘部

115座部

150ecu(发动机控制单元)

151驱动电路

152通信线

153信号线

201外径侧可动件

202内径侧可动件

210喷嘴架

203中间弹簧

204调零弹簧

301高电压

302、303电流

304第一保持电流

305第二保持电流

501cpu

502驱动ic

505、506、507开关元件

508、512、513电阻

514升压电路

530线圈

531晶体管

532二极管

533电容器。