(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴孔を有するボディと、前記ボディ内に往復動自在に収容され、往復動することにより前記噴孔からの燃料噴射および非噴射を制御するニードル弁とを有する内燃機関用の燃料噴射弁に、前記ニードル弁とともに前記ボディ内を移動する永久磁石と、前記永久磁石が往復動することにより鎖交磁束数が変化し、その変化に応じた電圧を発生するコイルとを設け、前記コイルに発生する前記電圧から前記ニードル弁の動作状態を検出する燃料噴射弁の動作検出装置であって、
前記永久磁石の温度に相関する磁石温度相関値を検出する磁石温度検出手段と、
前記永久磁石の温度変化することにより変化した前記コイルに発生した前記電圧を、前記磁石温度検出手段にて検出された前記磁石温度相関値に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記電圧から前記ニードル弁の動作状態を検出する動作状態検出手段と、を備え、
前記ニードル弁が動作することにより前記コイルに発生する前記電圧は、前記永久磁石の温度上昇に応じて低下し、
前記補正手段は、前記永久磁石の温度上昇に応じて低下した前記電圧の低下分を前記コイルに発生した前記電圧に加えるように補正し、更に、前記コイルに発生した前記電圧を増幅して前記動作状態検出手段に向けて出力する増幅回路と、前記増幅回路の増幅率を調整する調整部とを含んでなり、
前記調整部は、前記磁石温度検出手段にて検出された前記磁石温度相関値に基づいて、前記永久磁石の温度上昇に応じて低下した前記電圧の低下分が前記コイルに発生した前記電圧に加わるように前記増幅率を上げることを特徴とする燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項２】
前記磁石温度検出手段は、前記コイルに一定電圧を印加することにより得られる前記コイルの電圧降下に応じた電圧を、前記磁石温度相関値として前記補正手段に出力するコイル電圧検出回路であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項３】
前記コイル電圧検出回路は、前記一定電圧を前記コイルに印加すべく、前記一定電圧の電源と前記コイルとを電気的に接続する第一位置と、前記電源から前記コイルを電気的に切り離し、前記コイルと前記補正手段とを電気的に接続する第二位置とを有するスイッチを操作する切替器を含んでおり、
前記切替器は、少なくとも前記ニードル弁が動作しているときは、前記スイッチを前記
第二位置に切替え、前記ニードル弁が前記ボディに対して静止している期間の少なくとも一部で、前記スイッチを前記第一位置に切替えることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射弁の外部に設けられた制御装置からの指令信号に基づいて前記ニードル弁が動作する燃料噴射弁であって、
前記切替器は、前記指令信号に基づいて、前記ニードル弁が前記ボディに対して静止している期間を判断し、前記スイッチを前記第二位置から前記第一位置に切替えることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項５】
前記コイル電圧検出回路は、前記スイッチの前記第一位置での前記コイルにおける前記電圧降下に応じた電圧を前記磁石温度相関値としてサンプリングし、前記スイッチが前記第二位置に切替えられ、前記補正手段に入力される前記コイルに発生した前記電圧を前記補正手段が補正する際に、前記サンプリングした前記電圧が前記補正手段に入力されるように出力する出力回路を含んでいることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項６】
前記磁石温度検出手段は、熱電対であり、前記熱電対にて発生した電圧を前記磁石温度相関値として前記補正手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項７】
前記磁石温度検出手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記磁石温度相関値を推定する推定装置であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の動作検出装置。
【請求項８】
燃料を噴射する噴孔を有するボディと、前記ボディ内に往復動自在に収容され、往復動することにより前記噴孔からの燃料噴射および非噴射を制御するニードル弁とを有する内燃機関用の燃料噴射弁に、前記ニードル弁とともに前記ボディ内を移動する永久磁石と、前記永久磁石が往復動することにより鎖交磁束数が変化し、その変化に応じた電圧を発生するコイルとを設け、前記コイルに発生する前記電圧から前記ニードル弁の動作状態を検出する燃料噴射弁の動作検出装置であって、
前記永久磁石の温度に相関する磁石温度相関値を検出する磁石温度検出手段と、
前記永久磁石の温度変化することにより変化した前記コイルに発生した前記電圧を、前記磁石温度検出手段にて検出された前記磁石温度相関値に基づいて補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記電圧から前記ニードル弁の動作状態を検出する動作状態検出手段と、を備え、
前記磁石温度検出手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記磁石温度相関値を推定する推定装置であることを特徴とする燃料噴射弁の動作検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射弁におけるニードル弁の動作を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に高圧燃料を噴射する噴射システム、例えばディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射システムでは、各気筒に共通のコモンレールに高圧燃料を蓄圧し、当該機関の運転状態に応じたタイミングで燃料噴射弁のニードル弁を移動させて、高圧燃料を噴射している。
【０００３】
燃料噴射弁は、噴孔に対して往復動することにより、噴孔を開閉し、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するニードル弁、および燃料を導入することにより、噴孔を閉弁する方向にニードル弁を付勢する制御室を有し、電気駆動式の弁部材を作動させることで制御室内の圧力が増減され、その制御室内の圧力の変動により、ニードル弁の移動が制御される構成となっている。電気駆動式制御弁を駆動する制御部は、エンジンの回転速度やアクセル開度などに基づいて、最適な燃料噴射量を算出し、所定の燃料噴射タイミングで所定の時間だけ燃料噴射弁が開弁するように、当該制御弁に指令信号を出力する。
【０００４】
このように、燃料噴射弁では、ニードル弁の動作は電気駆動式制御弁の動作に依存している。ニードル弁の動作を把握し、その結果に応じて電気駆動式制御弁の制御を最適なものとすることにより、燃料噴射量や燃料噴射のタイミングの精度を向上させることができる。
【０００５】
ニードル弁の動作を検出する一つの例として、電磁誘導の原理を利用した燃料噴射弁が知られている（特許文献１を参照）。
【０００６】
この特許文献１では、ニードル弁に永久磁石を設け、ボディにコイルを設けている。コイルは、ニードル弁の往復動に応じてコイルを鎖交する磁束数が変化する位置に設けられている。このような位置関係で永久磁石とコイルとが燃料噴射弁に設けられていると、コイルにニードル弁の動作に応じた電圧を発生させることができ、このコイルに発生した電圧からニードル弁の動作を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３５２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、燃料噴射弁は、内燃機関に搭載されるため、内燃機関からの熱の影響を受けやすい。燃料噴射弁の温度は、内燃機関の状態（冷間時、温間時）で大きく異なる。
【０００９】
ここで、永久磁石には、温度依存性があり、温度が上昇すると発生磁束数が減少する。このように温度変化によって永久磁石の発生磁束数が変化すると、コイルの鎖交磁束数の変化量も変化してしまい、コイルに発生した電圧が永久磁石の温度変化の影響を受けてしまう。
【００１０】
このため、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁のように、永久磁石とコイルとからなる検出手段を用いると、ニードル弁の動作が同じであっても、内燃機関の状態により、コイルに発生した電圧が異なってしまう。これでは、ニードル弁の動作を正確に把握できない。したがって、燃料噴射弁の燃料噴射量や燃料噴射タイミングの制御精度を向上させることが困難となる。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ニードル弁の動作状態の検出精度を高めることができる燃料噴射弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、燃料を噴射する噴孔を有するボディと、ボディ内に往復動自在に収容され、往復動することにより噴孔からの燃料噴射および非噴射を制御するニードル弁とを有する内燃機関用の燃料噴射弁に、ニードル弁とともにボディ内を移動する永久磁石と、永久磁石が往復動することにより鎖交磁束数が変化し、その変化に応じた電圧を発生するコイルとを設け、コイルに発生した電圧からニードル弁の動作状態を検出する燃料噴射弁の動作検出装置であって、
永久磁石の温度に相関する磁石温度相関値を検出する磁石温度検出手段と、永久磁石の温度変化することにより変化したコイルに発生した電圧を、磁石温度検出手段にて検出された磁石温度相関値に基づいて補正する補正手段と、補正手段によって補正された電圧からニードル弁の動作状態を検出する動作状態検出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
永久磁石の温度が変化すると永久磁石から発生する磁束の数が変化してしまうため、コイルを鎖交する磁束数の変化し、コイルに発生する電圧が変化してしまう。このため、ニードル弁の動作状態の検出精度が低下する。
【００１４】
これに対し、本発明は、永久磁石の温度変化することにより変化したコイルに発生した電圧を、磁石温度検出手段にて検出された磁石温度相関値に基づいて補正する補正手段を備えている。この補正手段を備えることによれば、永久磁石の温度変化がコイルに発生する電圧に与える影響を極力低減させることができる。そして、本発明では、動作状態検出手段が補正手段にて永久磁石の温度変化の影響を低減させた電圧からニードル弁の動作状態を検出しているので、動作状態検出手段により得られるニードル弁の動作状態は非常に精度の高いものとなる。
【００１５】
請求項２に記載されているように、具体的には、補正手段は、永久磁石の温度上昇に応じて低下した電圧の低下分をコイルに発生した電圧に加えるようにして補正している。このため、この補正手段にて得られる電圧は、永久磁石の温度変化の影響が低減された電圧となる。よって、この電圧から得られるニードル弁の動作状態は、精度の高いものとなる。
【００１６】
請求項３に記載されているように、補正手段を、コイルに発生した電圧を増幅して動作状態検出手段に向けて出力する増幅回路と、増幅回路の増幅率を調整する調整部とを含んでなるものとすることができる。このように補正手段を構成することにより、増幅回路の増幅率を永久磁石の温度上昇に応じて上げるという簡単な操作で、永久磁石の温度上昇に応じて低下した電圧の低下分をコイルに発生した電圧に加えることができる。
【００１７】
請求項４に記載されているように、具体的には、磁石温度検出手段は、コイルに一定電圧を印加することにより得られるコイルの電圧降下に応じた電圧を、磁石温度相関値として補正手段に出力するコイル電圧検出回路となっている。
【００１８】
ここで、コイルと永久磁石は燃料噴射弁に設けられているため、内燃機関からの熱の影響を受けやすい。すなわち、永久磁石の温度が上昇すると、コイルの温度もまた上昇することとなる。また、コイルの抵抗値は、コイルの温度に依存しており、コイルの温度が上昇すると抵抗値も上昇する。これらのことによれば、永久磁石の温度が上昇することにより、コイルの抵抗値も上昇するといえる。したがって、コイルに一定電圧を印加することにより得られるコイルの電圧降下に応じた電圧は、コイルの抵抗値を反映したものとなる。よって、このコイルの電圧降下に応じた電圧は、永久磁石の温度を反映したものとなる。したがって、コイルの電圧降下に応じた電圧を磁石温度相関値として利用ができる。また、この電圧は、コイルに一定電圧を印加するという非常に簡単な方法により得ることができる。
【００１９】
永久磁石の温度相関値を検出すべく、無秩序に一定電圧をコイルに印加すると、ニードル弁の動作によりコイルに発生した電圧に、一定電圧をコイルに印加することにより得られる電圧降下分の電圧が重畳してしまい、ニードル弁の動作状態の検出精度が低下するおそれがある。
【００２０】
請求項５に記載されているように、切替器は、少なくともニードル弁が動作しているときは、スイッチを第二位置に切替え、ニードル弁がボディに対して静止している期間の少なくとも一部で、スイッチを第一位置に切替えているので、ニードル弁が動作に応じてコイルに発生する電圧と、上記電圧降下に応じた電圧とを確実に分けることができる。よって、ニードル弁の動作に応じてコイルに発生する電圧に、上記電圧降下分の電圧が重畳するのを抑制でき、ニードル弁の動作状態の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２１】
また、コイル電圧検出回路が切替器によって操作されるスイッチを有していると、コイルを永久磁石の温度検出素子として利用することが可能となる。このことによれば、永久磁石の温度相関値を検出する素子を別途用意する必要がなくなるため、動作検出装置の構造が簡単となる。
【００２２】
請求項６に記載されているように、切替器は、ニードル弁の動作を制御する指令信号に基づいて、ニードル弁がボディに対して静止している期間を判断して、スイッチを第二位置から第一位置に切替えるので、確実に、ニードル弁がボディに対して静止しているときにコイルに上記一定電圧を印加させることができる。
【００２３】
ところが、コイル電圧検出回路に第一、第二位置に切替えられるスイッチが含まれていると、スイッチが第一位置から第二位置に切替わると、第一位置となっているときに得られていた磁石温度相関値としてのコイルの電圧降下に応じた電圧が消滅する。これでは、スイッチが第二位置に切替えられ、その状態で得られていたコイルに発生した電圧を補正手段にて補正する際、補正手段への磁石温度相関値としてのコイル電圧検出回路からの電圧の入力が途絶えてしまう。このため、磁石温度相関値に基づいたコイルに発生した電圧の補正が行えない。
【００２４】
請求項７に記載されているように、コイル電圧検出回路は、スイッチの第一位置でのコイルにおける電圧降下に応じた電圧を磁石温度相関値としてサンプリングする出力回路を含んでいるので、スイッチが第二位置に切替ったとしても上記電圧降下に応じた電圧を保持しておくことができる。そして、この出力回路は、スイッチが第二位置に切替えられ、補正手段にコイルに発生した電圧が入力され、その電圧を補正手段が補正する際に、出力回路にてサンプリングした電圧が補正手段に入力されるように出力するようになっている。このことによれば、スイッチが第二位置に切替り、コイルにおける電圧降下に応じた電圧が得られなくなったとしても、この出力回路に保持されているサンプリングした電圧に基づいて、補正手段は、ニードル弁が動作することによりコイルに発生した電圧を磁石温度相関値に基づいて補正することができるのである。
【００２５】
請求項８に記載されているように、磁石温度検出手段は熱電対であっても良い。熱電対は、二種類の金属から構成される非常に構造が簡単な温度検出素子である。したがって、動作検出装置の構造が簡単となる。
【００２６】
請求項９に記載されているように、永久磁石の温度相関値を、内燃機関の運転状態に基づいて推定するようにしても良い。このようにすれば、燃料噴射弁内に永久磁石の温度相関値を検出する素子を設ける必要がなくなるので、燃料噴射弁の構造、および動作検出装置の構造が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の概略構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す処理回路の構成を示す回路図である。
【図３】燃料噴射弁のニードル弁の動作および処理回路での信号波形の様子を示すタイムチャートである。
【図４】処理回路での信号波形の様子を示すタイムチャートである。
【図５】磁石の温度特性表である。
【図６】本発明の第２実施形態による処理回路の構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第３実施形態による処理回路の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第４実施形態による燃料噴射弁の概略構成を示す概略構成図である。
【図９】図８に示す燃料噴射弁において、制御装置にて実行される演算フローである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００２９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射弁１の概略を示す図であり、縦断面を示している。燃料噴射弁１は、燃料供給源としてのコモンレール（図示しない）に蓄圧された高圧燃料をディーゼル機関（図示しない）の燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射システムに組み込まれているものである。
【００３０】
燃料噴射弁１は、ボディ２、電気駆動式制御弁２３、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７、スプリング３８などから構成されている。ボディ２は、金属材料より筒状に形成されている。ボディ２は、ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５、コイルホルダ６、およびノズルボディ７などから構成されている。ボディ２を構成するこれらの部材３、４、５、６および７は、図１に示すように上方から下方に向けて積層され、外周に設けられるリテーナ８などの締結部材により互いに油密に固定される。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１の上方を図１に図示する上向きの矢印が指し示す方向とし、燃料噴射弁１の下方を図１に図示する下向きの矢印が指し示す方向とする。
【００３１】
ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５およびノズルボディ７は、強磁性体材料からなっている。本実施形態では、部材３、４、５および７は、機械的強度の比較的高い鉄系の金属材料からなっている。コイルホルダ６のみ、強磁性体材料よりも透磁率の低い非磁性材料または弱磁性材料からなっている。本実施形態では、コイルホルダ６はステンレス鋼からなっているが、コイルホルダ６は他の材料であっても良い。
【００３２】
ハウジング３の上方の端面には、コモンレールに連通する高圧燃料入口９および燃料タンク（図示せず）に連通する低圧燃料出口１０が開口している。また、ノズルボディ７の下方の端面には、高圧燃料入口９から導入したコモンレール内の高圧燃料を燃焼室に向って噴射する噴孔１１が形成されている。本実施形態では、四つの噴孔１１が形成されている。
【００３３】
ボディ２は、ニードル収容部１２、および高圧燃料通路１３を有する。ニードル収容部１２は、噴孔１１と連通しており、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７およびスプリング３８を収容する。高圧燃料通路１３は、高圧燃料入口９とニードル収容部１２とを連通する。
【００３４】
ボディ２は、高圧燃料通路１３とは別に、分岐通路１４を有する。分岐通路１４は、高圧燃料通路１３から分岐し、後述する制御室２１に高圧燃料通路１３内の高圧燃料を導入する。分岐通路１４は、電気駆動式制御弁２３の弁部材２４を収容する弁室１６を有する。また、ボディ２は、電気駆動式制御弁２３の駆動部２６を収容する収容部１８および連通路１９を有する。収容部１８、連通路１９および弁室１６は同軸上に配置されている。さらに、ボディ２は、連通路１９および収容部１８と、低圧燃料出口１０とを連通する低圧燃料通路２０を有する。
【００３５】
高圧燃料通路１３は、ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５、コイルホルダ６のそれぞれを軸方向に貫くように形成されている。また、制御室２１は、ニードル弁３６にノズルシリンダ３７およびスプリング３８を組み付けたものをニードル収容部１２に収容させることにより筒孔状に形成される。制御室２１は、高圧燃料通路１３と分岐通路１４を介して通じており、高圧燃料通路１３内の高圧燃料を導入することにより、噴孔１１を閉塞する方向にニードル弁３６を付勢する。
【００３６】
ニードル弁３６は強磁性材料より円柱状に形成されている。ニードル弁３６の下方の端面は、先端に向かうほど外径が小さくなるような円錐状に形成されている。この円錐状の部分には、弁座２２に着座する当接部３６ａが形成されている。弁座２２は、ニードル収容部１２の壁面において、噴孔１１よりも上方に形成されている。また、当接部３６ａとは反対側の端部、つまりニードル弁３６の上方の端部における外周壁には、摺動部３６ｂが形成されている。摺動部３６ｂには、円筒状に形成されたノズルシリンダ３７が挿入される。ノズルシリンダ３７は摺動部３６ｂに接しながら軸方向に移動可能である。当接部３６ａと摺動部３６ｂとの間には、スプリング座３６ｃが形成されている。スプリング３８はノズルシリンダ３７の下端面とスプリング座３６ｃとの間に配置され、ノズルシリンダ３７に対して上方への付勢力を付与する。
【００３７】
コイルホルダ６の下端面にノズルシリンダ３７の上端面を当接させ、当接部３６ａを弁座２２に当接させるように、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７、およびスプリング３８をニードル収容部１２に収容することにより、ノズルシリンダ３７の内周壁、ニードル弁３６の上端面、およびコイルホルダ６の下端面にて制御室２１が形成される。本実施形態では、コイルホルダ６の下端面のうち、制御室２１を形成する部分に、下方に向って開口する凹部６ａが形成されている。
【００３８】
ニードル弁３６は、制御室２１内の燃料圧力とニードル収容部１２内の燃料圧力との圧力差に応じてニードル収容部１２内を上下方向に往復動する。ニードル弁３６の上端面には制御室２１内の燃料圧力が作用し、円錐状の部分にはニードル収容部１２内の燃料圧力が作用する。ニードル弁３６には、制御室２１内の燃料圧力が上端面に作用することにより発生する下向きの力（閉弁方向の力）と、ニードル収容部１２内の燃料圧力が円錐状部分に作用することにより発生する上向きの力（開弁方向の力）と、ニードル弁３６を下向きに付勢するスプリング３８の付勢力に応じた推力が発生する。
【００３９】
制御室２１およびニードル収容部１２内の燃料圧力が同じである場合、ニードル弁３６には下向きの推力が発生する。このため、当接部３６ａが弁座２２に着座する状態が維持される。この状態から、制御室２１内の燃料圧力が減少すると、ニードル弁３６に作用する下向きの力が減少する。下向きの力が上向きの力よりも小さくなると、ニードル弁３６に上向きの推力が発生する。これにより、当接部３６ａは弁座２２から離座し、ニードル収容部１２内の燃料が噴孔１１に供給され、噴孔１１から燃料が噴射される。ニードル弁３６は、上端面の外周縁がコイルホルダ６の凹部６ａの周りの部分に突き当たるまで上方に移動する。
【００４０】
さらに、制御室２１内の燃料圧力が回復すると、ニードル弁３６に作用する下向きの力も回復する。そして、下向きの力が上向きの力よりも大きくなると、ニードル弁３６に下向きの推力が発生する。これにより、当接部３６ａが再び弁座２２に着座する。このため、噴孔１１への燃料の供給が断たれ、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。
【００４１】
分岐通路１４は、バルブホルダ４、プレート５およびコイルホルダ６に形成されている。分岐通路１４は、分岐部１５、弁室１６および連通部１７から構成されている。分岐部１５は、プレート５の下端面に形成され、高圧燃料通路１３と連通している環状溝と、環状溝の底部と弁室１６とを連通するようにプレート５を貫通する通路とから構成されている。
【００４２】
弁室１６は、下方に向って開口するようにバルブホルダ４の下端面に形成されている凹部４ａ、およびプレート５の上端面にて形成されている。プレート５の上端面のうち、弁室１６を形成する部分、つまり弁室１６の下端面には、分岐部１５の上端が開口している。連通部１７は弁室１６と制御室２１とを連通する。連通部１７の上端は、弁室１６の下端面に開口し、連通部１７の下端は、凹部４ａの底部に開口している。連通部１７は、プレート５およびコイルホルダ６のそれぞれを軸方向に貫くように形成されている。弁室１６の上端面には、連通路１９が開口している。
【００４３】
弁室１６の下端面には、連通部１７の開口部の周囲に下方弁座が形成され、上端面には、連通路１９の開口部の周囲に上方弁座が形成されている。両弁座は、同軸上に配置されるように形成されている。
【００４４】
弁室１６には、上下方向に往復動する弁部材２４および弁部材２４を上方に付勢するスプリング２５が収容されている。弁部材２４の下端面には、下方弁座に着座する下方当接部が形成され、上端面には、上方弁座に着座する上方当接部が形成されている。
【００４５】
下方当接部が下方弁座に着座しているときは、上方当接部は上方弁座より離座する。このとき、弁室１６と高圧燃料通路１３との連通が遮断し、弁室１６と低圧燃料通路２０とが連通する。これにより、制御室２１内の燃料が連通部１７、弁室１６、連通路１９、低圧燃料通路２０を経由して、低圧燃料出口１０より燃料噴射弁１の外部に放出される。
【００４６】
下方当接部が下方弁座より離座しているときは、上方当接部は上方弁座に着座する。このとき、弁室１６と高圧燃料通路１３とが連通し、弁室１６と低圧燃料通路２０との連通が遮断する。これにより、高圧燃料通路１３内の燃料が分岐通路１４を経由して制御室２１に流入する。
【００４７】
低圧燃料通路２０は、ハウジング３およびバルブホルダ４に形成されている。収容部１８は、ハウジング３の下端面に開口するように凹状にハウジング３に形成されている。
【００４８】
駆動部２６は、通電することにより弁部材２４を上下方向に往復動させるアクチュエータである。駆動部２６は、ピエゾスタック２７および駆動力伝達部２８から構成されている。
【００４９】
ピエゾスタック２７は、例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したコンデンサ構造を有する一般的なもので、充放電されることにより、図１の上下方向に伸縮する。本実施形態では、充電されることにより、ピエゾスタック２７は伸長し、放電されることにより収縮する。ピエゾスタック２７は収容部１８の上方に配置されている。
【００５０】
駆動力伝達部２８は、ピエゾスタック２７が伸縮する際の変位を弁部材２４に伝達するものである。駆動力伝達部２８は、ピエゾピストン２９、油圧ピストン３０、油圧シリンダ３１、第一スプリング３２、第二スプリング３３、およびバルブニードル３４から構成されている。
【００５１】
ピエゾピストン２９および油圧ピストン３０は、内部を上下方向に移動可能に油圧シリンダ３１に挿入されている。油圧シリンダ３１の下端面は、バルブホルダ４の上端面に当接している。ピエゾピストン２９はピエゾスタック２７の下側に配置されており、第一スプリング３２にて常にピエゾスタック２７に押し付けられている。ピエゾピストン２９と油圧ピストン３０との間には、両ピストン２９、３０、シリンダ３１の内周壁によって、油密室３５が形成されている。油密室３５内には、両ピストン２９、３０を上下方向に引き離すような付勢力を付与する第二スプリング３３が収容されている。油圧ピストン３０の下端には、油圧ピストン３０と弁部材２４とを連接するバルブニードル３４が設けられている。
【００５２】
ピエゾスタック２７が充電され、ピエゾピストン２９が下方に移動すると、油密室３５内の燃料圧力が上昇する。そして、その上昇した燃料圧力が油圧ピストン３０に作用する。油圧ピストン３０は、上昇した燃料圧力を受けて下方に移動する。この油圧ピストン３０の下方への移動により、バルブニードル３４が下方へ移動する。このバルブニードル３４と連動して、弁部材２４も下方に移動する。このようにして、ピエゾスタック２７の変位が弁部材２４に伝達される。再び、ピエゾスタック２７が放電されると、第一スプリング３２の付勢力と、弁室１６に導入される高圧燃料通路１３内の高圧燃料の燃料圧力が弁部材２４に作用することにより発生する上方に向う推力により、ピエゾピストン２９および油圧ピストン３０が上方に移動する。これら両ピストン２９、３０の上方への移動に伴い弁部材２４も上方に移動する。
【００５３】
ニードル弁３６の上端面には磁石４０がニードル弁３６と同軸上に設けられている。磁石４０は当該上端面に形成された凹部に一部が差し込まれるようにして設けられている。ニードル弁３６と磁石４０は接着剤にて固定されている。このため、磁石４０は、ニードル弁３６の往復動と連動して、上下方向に往復動する。
【００５４】
磁石４０は、磁極がニードル弁３６の軸線上に位置するように制御室２１に配置される。磁石４０は、一方の磁極より他方の磁極に向って磁力線を発している。なお、本実施形態の磁石４０は、ネオジウム磁石よりなっている。ネオジム磁石は、ネオジウム、鉄、ホウ素などを微粉末にし、これらの原料を焼き固めることで製造される焼結磁石の一種である。
【００５５】
磁石４０の外径は、コイルホルダ６の凹部６ａの内径よりも小さい。噴孔１１が閉弁されている状態において、磁石４０の上端部は、凹部６ａ内に収容されている。また、磁石４０は、ニードル弁３６が最も上方に移動し、全開位置に達したとき、凹部６ａの底部に接触しないようになっている。このときに凹部６ａの底部に磁石４０が接触しないため、連通部１７は磁石４０により塞がれない。
【００５６】
図１に示すように、コイルホルダ６には、コイル４１が設けられている。コイル４１は、磁石４０の往復動方向に制御室２１と同軸上に配置されている。磁石４０がニードル弁３６と連動して、上下方向に移動することにより内周側を通過する鎖交磁束数が変化し、その磁束数の変化に応じたコイル４１に起電力（電圧）が発生する。
【００５７】
コイル４１は、樹脂などの材料より円筒状に形成されたボビン４２と、ボビン４２の軸線を囲むようにボビン４２に巻かれた線材４３から構成されている。コイル４１は、制御室２１に対して、磁石４０の往復動方向に同軸上に並んで配置されている。コイル４１は、磁石４０の上方に、かつ磁石４０が発する磁力線がコイル４１の内周側を通過する位置に配置されている。
【００５８】
また、ニードル弁３６が上方に移動し、上端面がコイルホルダ６の下端面に当接したとき、磁石４０の上端側の磁極がコイル４１の下方の端面、つまり磁石４０側端面よりも下方に位置するように、コイル４１はコイルホルダ６に収容されている。つまり、コイル４１は、磁石４０が最接近したとき、磁石４０の上端側の磁極がコイル４１の内周側に突入しない位置に収容されている。
【００５９】
ボビン４２の内径は、制御室２１における磁石４０の移動方向と交差する方向の内径よりも大きく、内周側に高圧燃料通路１３および分岐通路１４の連通部１７を配置させることが可能となる大きさに設定されている。コイルホルダ６の径方向外側の壁面には、中心軸に向かって凹む凹部６ｂが設けられている。この凹部６ｂにコイル４１が収容される。
【００６０】
コイル４１は、コイル４１と制御室２１との間の隔壁（コイルホルダ６の一部）の肉厚が、制御室２１の形状を維持するために制御室２１が必要とする肉厚以上となる位置に収容されている。このように、コイル４１はコイルホルダ６に収容されているので、制御室２１に高圧燃料通路１３、分岐通路１４を通じて、コモンレールに蓄圧された高圧燃料が導入されても、制御室２１の形状を維持することができる。
【００６１】
本実施形態の燃料噴射弁１では、ボディ２の中心軸付近に電気駆動式制御弁２３、ニードル弁３６、ニードル収容部１２などが配置されているため、高圧燃料通路１３はボディ２の外周壁に近い部分に形成されている。本実施形態では、コイル４１の内周側に高圧燃料通路１３を配置させるような構成を採用しているため、高圧燃料通路１３は、図１に示すようにコイルホルダ６部分にてコイル４１を避けるように形成されている。この部分における高圧燃料通路１３は、ボディ２の軸線に対して傾斜している。
【００６２】
線材４３の両端は、電気配線を通じて燃料噴射弁１の外部に設けられている処理回路５０と電気的に接続されている。この処理回路５０は、コイル４１に発生した電圧を検出し、ニードル弁３６の移動量に応じた電圧を出力する。処理回路５０は、制御装置６６に接続されている。
【００６３】
制御装置６６は、ディーゼル機関の各種制御を行う制御回路が設けられている。制御回路は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されていたプログラムにしたがって各種演算などの処理を実行する。制御装置６６には、上述の処理回路５０からのニードル弁３６の動作に係る電圧、空気流量センサからの検出信号、エンジン冷却水温度センサからの検出信号、エンジン回転速度センサからの検出信号などのディーゼル機関の運転状態に係る検出信号やアクセル開度センサからの検出信号などのユーザーの要求に係る検出信号が入力される。制御装置６６は、その時々の状況に応じた最適な態様でディーゼル機関の運転が可能となるように、入力される各種信号に基づき、ディーゼル機関に係る各種アクチュエータに指令信号を生成し、各種アクチュエータを制御する。
【００６４】
本実施形態では、制御装置６６が燃料噴射弁１のニードル弁３６の動作を制御する例のみを示している。制御装置６６は、ニードル弁３６の動作精度を高めるべく、処理回路５０からのニードル弁３６の移動量に関する電圧に基づき、電気駆動式制御弁２３に出力する指令信号を補正する。このように、ニードル弁３６の動作に応じて、指令信号を補正するので、ニードル弁３６の動作精度が向上する。これにより、燃料噴射量や燃料噴射のタイミングの精度が向上する。
【００６５】
次に、処理回路５０について詳細に説明する。図２は、本実施形態で使用する処理回路５０の回路図である。処理回路５０は、増幅回路５１、積分回路５５、フィルタ回路５８、コイル電圧検出回路５９、オフセット調整回路６１および補正回路６３から構成されている。
【００６６】
増幅回路５１は、反転増幅器５２、サンプルホールド回路５３およびバッファー回路５４から構成されている。これらの要素５２、５３、５４は、この順序で直列に接続されており、バッファー回路５４から出力される電圧が後述する補正回路６３に入力される。反転増幅器５２はオペアンプＡ１を含んでなり、オペアンプＡ１の反転入力端子（マイナス端子）は、スイッチＳＷを介してコイル４１のＨｉ端子が接続されており、非反転入力端子（プラス端子）は、スイッチＳＷを介してコイル４１のＬｏ端子が接続されている。スイッチＳＷが第二位置に切替えられているとき、磁石４０の動作に応じてコイル４１に発生した電圧がそれぞれの端子に入力される。反転増幅器５２は、反転入力端子および非反転入力端子に入力されるコイル４１に発生した電圧を所定の増幅率で反転し増幅した電圧を出力する。
【００６７】
反転増幅器５２にて増幅された電圧は、サンプルホールド回路５３に入力される。サンプルホールド回路５３は、スイッチＳＷが第二位置から第一位置に切替えられるときの電圧をサンプリングし、そのサンプリングした電圧をスイッチＳＷが再び第二位置に切替えられるまで後段のバッファー回路５４に出力し続ける。バッファー回路５４は、オペアンプからなっており、前段の回路（増幅回路５１）の影響を後段の回路（補正回路６３）に与え難くする緩衝回路であって、反転増幅器５２にて増幅された電圧をそのまま補正回路６３に出力する。
【００６８】
積分回路５５は、磁石４０の動作に応じた電圧を生成する回路であり、補正回路６３にて補正された電圧を積分する。積分回路５５は、積分器５６、とバッファー回路５７とから構成されている。積分器５６およびバッファー回路５７は、直列に接続されており、バッファー回路５７から出力される電圧がフィルタ回路５８に入力される。積分器５６は、オペアンプＡ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２およびコンデンサＣ１を含んでなり、オペアンプＡ２の反転入力端子（マイナス端子）は、抵抗Ｒ１を介して補正回路６３に接続され、補正回路６３からの電圧が入力される。そして、オペアンプＡ２の非反転入力端子（プラス端子）は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。オペアンプＡ２の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１とが並列接続されてなる回路が設けられている。
【００６９】
このように構成された積分器５６では、オペアンプＡ２の反転入力端子に入力された電圧を積分した信号を出力する。積分器５６から出力された電圧は、バッファー回路５７に入力される。バッファー回路５７は、オペアンプからなっており、増幅回路５１のバッファー回路５４と同じ役割を担う回路であって、積分器５６から出力された電圧をそのままフィルタ回路５８に出力する。
【００７０】
フィルタ回路５８は、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２とが直列接続されてなる回路であって、コンデンサＣ２の両端から電圧を出力させる構成となっている。このフィルタ回路５８はローパスフィルタであって、抵抗Ｒ３を介して入力される電圧に含まれるノイズを低減する回路である。このフィルタ回路５８から出力される電圧は、制御装置６６に入力される。
【００７１】
コイル電圧検出回路５９は、磁石４０の温度に相関する値（磁石温度相関値）を検出するための回路である。本実施形態では、コイル４１に一定電圧を印加することにより得られるコイル４１の電圧降下に応じた電圧をコイル電圧検出回路５９にて検出し、その検出した電圧を上記磁石４０の温度に相関する値としている。この検出回路５９にて検出された電圧は補正回路６３に出力される。コイル電圧検出回路５９は、ツェナーダイオードＤ１、スイッチＳＷ、切替器５９ａ、コイル４１、抵抗Ｒ４、オペアンプＡ３およびサンプルホールド回路６０から構成されている。
【００７２】
コイル４１と抵抗Ｒ４とを直列接続してなる回路は、ツェナーダイオードＤ１にて定電圧化された一定電圧を分圧してコイル４１と抵抗Ｒ４との間より出力する。この回路から出力された電圧は、コイル４１の電圧降下に応じた電圧であり、オペアンプＡ３の反転入力端子（マイナス端子）に入力される。オペアンプＡ３の非反転入力端子（プラス端子）は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。オペアンプＡ３は、反転増幅機能を有しており、反転入力端子に入力された電圧を反転し、その反転した信号をサンプルホールド回路６０に入力させる。
【００７３】
コイル４１のＨｉ端子と処理回路５０との間、およびコイル４１のＬｏ端子と処理回路５０との間には、それぞれスイッチＳＷが設けられている。これらのスイッチＳＷは、第一位置に切替えられることにより、コイル電圧検出回路５９とコイル４１とを電気的に接続するとともに、増幅回路５１とコイル４１とを電気的に切り離し、第二位置に切替えられることにより、コイル電圧検出回路５９とコイル４１とを電気的に切り離すとともに、増幅回路５１とコイル４１とを電気的に接続するように構成されている。
【００７４】
これらのスイッチＳＷが第一位置に切替えられると、電源Ｂとコイル４１のＨｉ端子とが接続され、抵抗Ｒ４とコイル４１のＬｏ端子とが接続される状態となる。そして、これらのスイッチＳＷが第二位置に切替えられると、オペアンプＡ３の反転入力端子とコイル４１のＨｉ端子とが接続され、オペアンプＡ３の非反転入力端子とコイル４１のＬｏ端子とが接続される状態となる。これらのスイッチＳＷは、切替器５９ａにより切替えられる。切替器５９ａは、制御装置６６と接続されており、制御装置６６からの指示に基づいてスイッチＳＷを切替える。
【００７５】
サンプルホールド回路６０は、スイッチＳＷが第一位置から第二位置に切替えられるときの電圧をサンプリングし、サンプリングした信号をスイッチＳＷが再び第一位置に切替えられるまで補正回路６３の調整部６４ａに出力し続ける。
【００７６】
コイル４１は上述したようにディーゼル機関に搭載される燃料噴射弁１に設けられているため、ディーゼル機関からの熱の影響を受けやすい。すなわち、磁石４０の温度が上昇すると、コイル４１の温度もまた上昇することとなる。また、コイル４１の抵抗値は、コイル４１の温度に依存しており、コイル４１の温度が上昇するとコイル４１の抵抗値もまた上昇する。このため、一定電圧をコイル４１および抵抗Ｒ４に印加したときのコイル４１の電圧降下は温度が上昇すればするほど大きくなる。上述したように磁石４０の温度はコイル４１の温度に依存しているといえるので、上述したコイル４１の電圧降下は磁石４０の温度を反映したものとなる。このため、オペアンプＡ３の出力端子から出力されるコイル４１の電圧降下に応じた電圧は、磁石４０の温度に相関した値となっている。
【００７７】
オフセット調整回路６１は、磁石４０がボディ２に対して静止しているときに増幅回路５１から補正回路６３に入力される電圧としての基準電圧がゼロとなるように、電圧をオフセットさせる回路であり、抵抗Ｒ５〜Ｒ７、ツェナーダイオードＤ２、Ｄ３、コンデンサＣ３およびバッファー回路６２から構成されている。
【００７８】
直列接続されてなる三つの抵抗Ｒ５〜Ｒ７を有する回路と、直列接続されてなる二つのツェナーダイオードＤ２、Ｄ３を有する回路とが並列に接続され、これらの回路の両端には、プラス側の電源電圧とマイナス側の電源電圧が印加されている。抵抗Ｒ６は可変抵抗であり、その中間点は、バッファー回路６２としてのオペアンプＡ４の非反転入力端子に接続されている。オペアンプＡ４の非反転入力端子は、コンデンサＣ３を介してグランド（ＧＮＤ）にも接続されている。オペアンプＡ４の出力端子から出力される電圧は、補正回路６３に入力される。増幅回路５１から補正回路６３に入力される基準電圧に、オフセット調整回路から出力される電圧が加算されたときにゼロとなるように、抵抗Ｒ６の抵抗値が調整される。
【００７９】
補正回路６３は、増幅率を可変自在の第一反転増幅器６４と、第二反転増幅器６５とから構成されている。これらの反転増幅器６４、６５は直列接続されており、第一反転増幅器６４には、増幅回路５１、コイル電圧検出回路５９およびオフセット調整回路６１からの電圧が入力される。第一反転増幅器６４は、設定された増幅率にて、入力される電圧を反転し、増幅する。第二反転増幅器６５は、第一反転増幅器６４から入力される電圧を反転し、増幅する。第二反転増幅器６５の増幅率は予め定められた値となっている。
【００８０】
第一反転増幅器６４は、オペアンプＡ５、抵抗Ｒ８、Ｒ９、帰還抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１１、調整部６４ａから構成されている。オペアンプＡ５の反転入力端子（マイナス端子）には、増幅回路５１のバッファー回路５４から出力された電圧が、抵抗Ｒ８を介して入力されるとともに、オフセット調整回路６１から出力される電圧が、抵抗Ｒ９を介して入力される。オペアンプＡ５の非反転入力端子（プラス端子）は、抵抗Ｒ１１を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。オペアンプＡ５の出力端子と反転入力端子との間の負帰還回路には、調整部６４ａにて抵抗値を制御される帰還抵抗Ｒ１０が設けられている。調整部６４ａには、コイル電圧検出回路５９から出力された電圧が入力される。調整部６４ａは、入力される電圧に基づき、帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値を調整する。帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値が調整されることにより、第一反転増幅器６４の増幅率が調整される。
【００８１】
第一反転増幅器６４にて反転され増幅された電圧は、第二反転増幅器６５に入力される。第二反転増幅器６５は、オペアンプＡ６、抵抗Ｒ１２、Ｒ１３および帰還抵抗Ｒ１４から構成されている。オペアンプＡ６の反転入力端子（マイナス端子）には、第一反転増幅器６４にて増幅された電圧が抵抗Ｒ１２を介して入力される。オペアンプＡ６の非反転入力端子（プラス端子）は、抵抗Ｒ１３を介してグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そして、オペアンプＡ６の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗Ｒ１４が設けられている。この帰還抵抗Ｒ１４は、第一反転増幅器６４の帰還抵抗Ｒ１０と異なり、抵抗値が固定されている。第二反転増幅器６５にて増幅された電圧は、積分回路５５に入力される。
【００８２】
次に、上記構成を有する燃料噴射弁１の作動、および処理回路５０の作動を図１、図２に加え図３、図４を参照しながら説明する。図３は、制御装置６６からの指令信号、ニードル弁３６の動作、コイル電圧検出回路５９のスイッチＳＷの状態、コイル４１に発生した電圧、コイル電圧検出回路５９の電圧、増幅回路５１の電圧を示すタイムチャートであり、図４は、補正回路６３における第一反転増幅器６４の電圧、第二反転増幅器６５の電圧、フィルタ回路５８の電圧を示すタイムチャートである。これら図３、図４のそれぞれに図示する前半部分（左側）の波形は、ディーゼル機関の温度が比較的低い状態のときの波形であり、後半部分（右側）の波形は、ディーゼル機関の温度が比較的高い状態のときの波形である。
【００８３】
ニードル弁３６をリフトさせる制御装置６６からの指令信号がピエゾスタック２７に入力されるまでに、制御装置６６は、時刻ｔ１〜ｔ２の間だけ、スイッチＳＷが第一位置となるようにスイッチＳＷを切替器５９ａに制御させる。切替器５９ａは、制御装置６６から送られてくる上記指令信号に基づいて、ニードル弁３６がボディ２に対して静止している期間を判断し、その判断に応じてスイッチＳＷは第二位置から第一位置に切替える。
【００８４】
図３に示すように、コイル電圧検出回路５９のサンプルホールド回路６０は、スイッチＳＷが第一位置に切替えられている状態のときのオペアンプＡ３から出力される電圧をサンプリングし、次にスイッチＳＷが第一位置に切替えられるまで、サンプリングした電圧を磁石４０の温度相関値として第一反転増幅器６４の調整部６４ａに向けて出力し続ける。サンプルホールド回路６０は、スイッチＳＷが第二位置に切替えられ、第一反転増幅器６４にニードル弁３６が動作することによりコイル４１に発生した電圧が入力され、第一反転増幅器６４にて入力された当該電圧が増幅される際に、上記サンプリングされた電圧が調整部６４ａに入力されるようになっていれば良い。例えば、第一反転増幅器６４が入力された電圧を増幅する際にだけ、サンプリングされた電圧を調整部６４ａに出力するようにサンプルホールド回路６０を構成しても良い。
【００８５】
図１に示す状態から、ピエゾスタック２７に制御装置６６からの指令信号が入力され、充電されるとピエゾスタック２７が変位（伸長）し、その変位がピエゾピストン２９から油密室３５内の燃料を介して油圧ピストン３０に伝達される（図３中の時刻３を参照）。油圧ピストン３０に伝達された変位は、バルブニードル３４を介して弁部材２４に伝達される。これにより、弁部材２４は下方に移動し、下方当接部が下方弁座に着座する。すると、制御室２１内の高圧燃料が、連通部１７、弁室１６、連通路１９、低圧燃料通路２０を介して低圧燃料出口１０より外部に放出され、制御室２１内の燃料圧力が低下する。これに伴い、ニードル弁３６に発生する下向きの力が低下する。当該下向きの力が低下し、上向きの力を下回ると、ニードル弁３６が上方に移動し始める。これにより、ニードル弁３６の当接部３６ａが弁座２２より離座し、噴孔１１より燃料が噴射される。
【００８６】
ニードル弁３６が上方に移動するとともに、磁石４０もコイル４１に向って移動する。これにより、コイル４１の内周側を通過する磁力線が多くなり、鎖交磁束数が増加する方向に変化する。このため、コイル４１には、図３中の時刻ｔ３〜ｔ４に図示すように、当該鎖交磁束数の変化量に応じた電圧が発生する。この電圧は、ニードル弁３６が最大リフト位置に達するまで発生する。この電圧は、ニードル弁３６の移動速度に比例している。電圧の勾配は、ニードル弁３６の加速度を表す。
【００８７】
ニードル弁３６が最大リフト位置まで上昇してから所定時間が経過し、ピエゾスタック２７への指令信号が停止すると、ピエゾスタック２７の電荷が放出されて、ピエゾスタック２７が収縮する（図３中の時刻ｔ５〜ｔ６）。このため、駆動力伝達部２８を介して弁部材２４に作用していた力が解除される。これにより、スプリング３８の付勢力と分岐部１５を介して弁室１６に導入される高圧燃料の燃料圧力により、弁部材２４が上方に移動する。すると、制御室２１に高圧燃料通路１３からの高圧燃料が再び導入され、制御室２１内の燃料圧力が回復する。制御室２１内の燃料圧力が回復すると、ニードル弁３６に発生する下向きの力が回復する。当該下向きの力が上昇し、上向きの力を上回ると、ニードル弁３６が下方に移動し始める。その後、当接部３６ａが弁座２２に着座し、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。
【００８８】
図３中の時刻ｔ５〜ｔ６に示すように、ニードル弁３６が上記最大リフト位置から噴孔１１に向うと、開弁時とは反対向きの電圧が発生する。この電圧は、ニードル弁３６が弁座２２に着座する閉弁位置まで発生する。
【００８９】
ニードル弁３６が非噴射位置から最大リフト位置まで移動し、再び非噴射位置まで移動するときに得られたコイル４１の電圧は、スイッチＳＷを介して増幅回路５１に入力される。増幅回路５１では、図３に示すように、コイル４１の電圧を反転して、増幅する。増幅された電圧は、補正回路６３に入力される。このとき、スイッチＳＷは第二位置にあり、コイル電圧検出回路５９のオペアンプＡ３からは電圧が出力されないが、補正回路６３には、コイル電圧検出回路５９のサンプルホールド回路６０の作動により、この回路６０にてサンプリングされた電圧が入力される。
【００９０】
コイル電圧検出回路５９からの磁石４０の温度に相関する電圧が調整部６４ａに入力されると、調整部６４ａは、その電圧に応じて第一反転増幅器６４の帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値を調整する。これにより、第一反転増幅器６４の増幅率が設定され、第一反転増幅器６４に入力される反転増幅器５２からの電圧をその増幅率で増幅する（図４中の時刻ｔ７〜ｔ１０を参照）。第二反転増幅器６５では、第一反転増幅器６４にて増幅された電圧を更に反転し、増幅する（図４中の時刻ｔ７〜ｔ１０）。第二反転増幅器６５にて増幅された電圧は、積分回路５５にて積分され、フィルタ回路５８を介して処理回路５０から出力される。フィルタ回路５８から出力される電圧は、図４中の時刻ｔ７〜ｔ１０に図示するように、ニードル弁３６の動作に沿ったものとなる。制御装置６６は、この信号に基づきニードル弁３６の移動量などを算出し、ニードル弁３６の動作を最適にすべく、ピエゾスタック２７へ供給する電力の調整を行う。
【００９１】
ところが、磁石４０およびコイル４１は、既に説明したように燃料噴射弁１に内蔵されている。このため、これら磁石４０およびコイル４１は、ディーゼル機関から発せられる熱の影響を受けやすい。図５に図示するように、磁石４０の温度が変化すると、磁束密度が変化する。例えば、磁石４０としてネオジウム磁石を使用した場合、温度が１℃上昇するごとに、磁束密度が０．１２％減少する。磁石４０にフェライト磁石を使用した場合などは、温度が１℃上昇するごとに磁束密度が０．１８％も減少する。すなわち、温度が上昇することにより、コイル４１を鎖交する磁束数が減少してしまう。
【００９２】
これでは、例え磁石４０がコイル４１に対して同じように相対運動しても、コイル４１にて発生した電圧が変化してしまう。具体的には、図３中のコイル出力および増幅回路出力の後半部分の波形に示すように、磁石４０の温度が上昇すると、コイル４１を鎖交する磁束数が減少するため、コイル４１に発生する電圧が磁石４０の温度の上昇に応じて低下する。なお、ここでいう電圧の低下とは、ニードル弁３６がボディ２に対して静止しているときにコイル４１に発生する電圧（基準電圧）と、ニードル弁３６が動作しているときにコイル４１に発生する電圧との差分が減少することをいう。
【００９３】
このため、第一反転増幅器６４から出力される電圧も、磁石４０の温度上昇に応じて低下する（図４中の第一反転増幅器出力の後半部分の一点鎖線で示す波形を参照）。よって、フィルタ回路５８から出力される破線で示す電圧も低下し、検出されるニードル弁３６のリフト量が本来のリフト量よりも少なくなってしまう。これでは、制御装置６６は、ニードル弁３６の動作を最適なものとすることができない。
【００９４】
これに対し、本実施形態では、磁石４０の温度変化によって変化するコイル４１に発生した電圧を、磁石４０の温度に相関する値（コイル電圧検出回路５９から出力される電圧）に基づいて補正する補正回路６３を処理回路５０に追加している。以下、この補正回路６３の作動を中心に説明する。
【００９５】
本実施形態では、図３中の時刻ｔ１〜ｔ２と同じように、切替器５９ａは、図３中の時刻ｔ１１〜ｔ１２の間、スイッチＳＷを第一位置に切替える。ここでは、上述した状態からディーゼル機関の温度が上昇しているため、コイル電圧検出回路５９から出力される電圧は、図３中の時刻ｔ１１〜ｔ１２に示すように前半部分の波形よりも上昇する。この電圧は、サンプルホールド回路６０を介して補正回路６３の調整部６４ａに入力される。
【００９６】
コイル電圧検出回路５９からの電圧が調整部６４ａに入力されることにより、その電圧に応じて第一反転増幅器６４の帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値が調整され、第一反転増幅器６４の増幅率が変更される。本実施形態では、この増幅率は、磁石４０の温度の上昇に応じて低下した電圧の低下分がコイル４１に発生した電圧に加わえられるように設定される。
【００９７】
このように増幅率が設定された第一反転増幅器６４によれば、図４の時刻ｔ１７〜ｔ１８および時刻ｔ１９〜ｔ２０において実線で示すように、増幅回路５１からの電圧が補正される。このため、図４中の時刻ｔ１７〜ｔ２０において実線で図示するように、フィルタ回路５８から出力される電圧を本来のニードル弁３６の動作に応じたものとすることができる。以上、これまで説明してきたように、第一反転増幅器６４の増幅率を磁石４０の温度に相関して調整し、コイル４１に発生した電圧を調整された増幅率で増幅することにより、磁石４０の温度変化の影響を低減させた電圧を生成することができる。そして、本実施形態では、積分回路５５はこの磁石４０の温度変化の影響を低減させた電圧からニードル弁３６の動作状態を検出しているので、この積分回路５５にて得られるニードル弁３６の動作状態は磁石４０の温度変化の影響が低減された非常に精度の高いものとなる。
【００９８】
また、本実施形態では、上述したようにコイル４１に発生した電圧を補正するのに、第一反転増幅器６４と第一反転増幅器６４の増幅率を調整する調整部６４ａとを用いている。このため、第一反転増幅器６４の増幅率を磁石４０の温度相関値であるコイル電圧検出回路５９からの電圧によって上げるという簡単な操作で、磁石４０の温度上昇に応じて低下した電圧の低下分を、ニードル弁３６が動作することによりコイル４１に発生した電圧に加えることができる。
【００９９】
加えて、本実施形態では、上述したように、磁石４０の温度相関値として、一定電圧をコイル４１に印加することにより得られるコイル４１の電圧降下に応じた電圧を利用している。このことによれば、往復動する磁石４０の温度を直接検出しなくとも、磁石４０の温度に相関する値を得ることができる。
【０１００】
本実施形態では、コイル４１に一定電圧を印加することにより得られる電圧を磁石４０の温度相関値として利用しているが、無秩序に一定電圧をコイル４１に印加すると、ニードル弁３６の動作によりコイル４１に発生した電圧に、コイル４１に一定電圧を印加することにより得られるコイル４１の電圧降下分の電圧が重畳してしまい、ニードル弁３６の動作の検出精度が低下するおそれがある。
【０１０１】
本実施形態では、このような問題を解消すべく、切替器５９ａは、少なくともニードル弁３６が動作しているときは、スイッチＳＷを第二位置に切替え、ニードル弁３６がボディ２に対して静止している期間の少なくとも一部で、スイッチＳＷを第一位置に切替えている。このことによれば、ニードル弁３６の動作に応じてコイル４１に発生する電圧と、磁石４０の温度相関値として、一定電圧を印加することにより得られるコイル４１の電圧降下に応じた電圧とを確実に分けることができる。よって、ニードル弁３６の動作に応じてコイル４１に発生する電圧に、上記コイル４１の電圧降下分の電圧が重畳するのを抑制でき、ニードル弁３６の動作状態の検出精度の低下を抑制することができる。
【０１０２】
また、本実施形態の処理回路５０は、上述したような切替器５９ａによって操作されるスイッチＳＷを備えているため、コイル４１を磁石４０の温度に相関する値を検出する素子として利用することが可能となる。このことによれば、磁石４０の温度相関値を検出する素子を別途用意する必要がなくなるため、ニードル弁３６の動作を検出する装置の構造が簡単となる。
【０１０３】
本実施形態では、切替器５９ａはこの指令信号に基づいてニードル弁３６の静止を判断し、その判断に基づいてスイッチＳＷを操作している。上述したように燃料噴射弁１は、制御装置６６から出力される指令信号に基づいてニードル弁３６が動作するように構成されている。したがって、指令信号の状態により、ニードル弁３６が静止しているか動作しているかを推定することは可能である。本実施形態では、切替器５９ａは、この指令信号に基づきニードル弁３６の静止期間を判断して、スイッチＳＷを操作しているので、確実に、ニードル弁３６が静止しているときに、磁石４０の温度に相関する値を得るべく、コイル４１へ一定電圧を印加させることができる。
【０１０４】
ところが、コイル４１と処理回路５０との間にスイッチＳＷが設けられていると、スイッチＳＷが第一位置から第二位置に切替わると、第一位置となっているときに得られていたコイル電圧検出回路５９から出力される電圧が消滅する。これでは、スイッチＳＷが第二位置に切替えられ、その状態で得られていたコイル４１に発生した電圧を第一反転増幅器６４にて補正する際、調整部６４ａへのコイル電圧検出回路５９からの電圧の入力が途絶えてしまう。このため、第一反転増幅器６４の増幅率の調整が不能となり、磁石４０の温度変化に基づいたコイル４１に発生した電圧の補正が行えない。
【０１０５】
そこで、本実施形態では、コイル電圧検出回路５９にサンプルホールド回路６０を設けている。この構成によれば、スイッチＳＷが第二位置に切替えられているときであっても第一位置で得られた電圧を調整部６４ａに出力し続けることができる。すなわち、このサンプルホールド回路６０によれば、スイッチＳＷが第二位置に切替えられ、第一反転増幅器６４にコイル４１に発生した電圧が入力され、当該増幅器６４がその電圧を補正すべく増幅する際に、サンプルホールド回路６０にてサンプリングされた電圧が調整部６４ａに入力されるようになっている。このことによれば、スイッチＳＷが第二位置に切替り、コイル電圧検出回路５９からコイル４１の電圧降下に応じた電圧が出力されなくなる状態となっても、コイル４１に発生した電圧を磁石４０の温度に基づいて補正することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、コイル電圧検出回路５９が特許請求の範囲に記載の磁石温度検出手段に相当し、第一反転増幅器６４が特許請求の範囲に記載の補正手段に相当する。また、積分器５６が特許請求の範囲に記載の動作状態検出手段に相当する。また、サンプルホールド回路６０が特許請求の範囲に記載の出力回路に相当する。
【０１０７】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。第２実施形態では、第１実施形態のコイル電圧検出回路５９に代えて、熱電対１５９を利用することにより磁石４０の温度相関値を検出する。ここでは、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。したがって、ここで説明を省略した部分は、第１実施形態のものと同じ構成のものとする。
【０１０８】
本実施形態の熱電対１５９では、アルメルとクロメルとが使用されている。熱電対１５９は、例えば、低圧燃料通路２０内に設けられ、その通路２０を流れる燃料の温度に応じた電圧を発生する。
【０１０９】
図１に示すように、この通路２０は、磁石４０を収容する制御室２１を経由した燃料が流れるようになっている。したがって、この通路２０を流れる燃料の温度は、磁石４０の温度と相関しているといえる。よって、熱電対１５９に発生する電圧は、磁石４０の温度に相関する値といえる。熱電対１５９を使用することにより、比較的簡単に磁石４０の温度に相関する値を検出することができる。
【０１１０】
熱電対１５９に発生した電圧は、図６に示すように、第一反転増幅器６４の調整部６４ａに入力される。調整部６４ａは、入力された電圧に基づいて、帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値を調整し、第一反転増幅器６４の増幅率を調整する。これにより、増幅率を磁石４０の温度変化に応じたものとすることができる。
【０１１１】
熱電対１５９の設置位置は、低圧燃料通路２０内に限らない。例えば、ボディ２の側面に設置しても良いし、コイル４１を保持するコイルホルダ６であっても良い。熱電対１５９の設置位置は、磁石４０に近ければ近いほど良い。そうすれば、磁石４０の温度に相関する値の検出精度を高めることができる。
【０１１２】
本実施形態では、第１実施形態とは異なり、コイル４１を磁石４０の温度に相関する値を検出するための素子として利用していない。したがって、スイッチＳＷやスイッチＳＷを操作する切替器５９ａが必要ない。このため、サンプルホールド回路５３、６０も必要なくなる。したがって、第１実施形態のものに比べ、処理回路５０内の構成が簡単になる。なお、本実施形態では、熱電対１５９が特許請求の範囲に記載の磁石温度検出手段に相当する。
【０１１３】
（第３実施形態）
第３実施形態は、第１、第２実施形態の変形例である。第３実施形態では、磁石４０の温度に相関する値を検出する手段が第１、第２実施形態と全く異なっている。本実施形態では、コイル電圧検出回路５９や熱電対１５９を使用せずに、ディーゼル機関の運転状態に基づいて磁石４０の温度に相関する値を検出している。
【０１１４】
具体的には、図７に示すように、制御装置６６は、制御装置６６に入力される各種センサ（例えば、エンジン冷却水温度センサ、エンジン回転速度センサなど）からの検出信号に基づき、磁石４０の温度に相関する値を推定する。そして、制御装置６６は、この推定した値に基づき、処理回路５０内の調整部６４ａを制御して、帰還抵抗Ｒ１０の抵抗値を調整部６４ａに調整させる。これによれば、磁石４０の温度に相関する値を検出するための装置を燃料噴射弁１内に設ける必要がなくなるので、燃料噴射弁１の構造、およびニードル弁３６の動作状態を検出するための構造が簡単となる。なお、本実施形態の場合、制御装置６６が特許請求の範囲に記載の推定装置に相当することとなる。
【０１１５】
（第４実施形態）
第４実施形態は、第１〜第３実施形態の変形例である。第１〜第３実施形態では、コイル４１に発生した電圧を、オペアンプや抵抗素子などの電気素子にて信号処理することにより、補正していた。これに対し、第４実施形態では、制御装置６６に内蔵されているマイクロコンピュータにてプログラムを実行することにより、コイル４１に発生した電圧を演算処理して補正する。
【０１１６】
図８は、本実施形態の燃料噴射弁の概略構成を示す。本実施形態では、第１〜第３実施形態とは異なり、制御装置６６には、増幅回路５１およびコイル電圧検出回路５９を介してコイル４１が接続されている。増幅回路５１およびコイル電圧検出回路５９は第１実施形態のものと同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。なお、コイル電圧検出回路５９のスイッチＳＷは、第１実施形態で説明したような態様で切替え制御される。
【０１１７】
制御装置６６に入力される増幅回路５１からの電圧およびコイル電圧検出回路５９からの電圧は、内蔵されているＡ／Ｄ変換器（図示しない）にてデジタル信号に変換され、マイクロコンピュータに送られる。マイクロコンピュータでは、図９に示す演算フローにしたがい、コイル４１に発生した電圧をコイル電圧検出回路５９にて得られた電圧に基づいて補正し、ニードル弁３６の動作状態を検出する。
【０１１８】
この演算フローは、ディーゼル機関が始動すると開始する。ステップＳ１０では、増幅回路５１にて増幅されたコイル４１に発生した電圧を検出する。そして、ステップＳ２０では、コイル電圧検出回路５９の電圧を検出する。
【０１１９】
次に、ステップＳ３０では、ステップＳ２０にて検出したコイル電圧検出回路５９の電圧に基づき、温度補正量を算出する。続いて、ステップＳ４０では、ステップＳ３０にて算出された温度補正量に基づいてステップＳ１０にて検出した増幅されたコイル４１に発生した電圧を補正する。このステップＳ４０の処理を経ることにより、磁石４０の温度変化の影響を低減させた値を得ることができる。
【０１２０】
ステップＳ５０では、このようにして磁石４０の温度変化の影響を低減させた値に基づき、ニードル弁３６の移動量（動作状態）を算出する。ニードル弁３６の移動量は、例えば積分などの処理を実行することにより得られる。なお、本実施形態では、演算フローでのステップＳ４０での処理が、特許請求の範囲に記載の補正手段に相当し、ステップＳ５０での処理が、特許請求の範囲に記載の動作状態検出手段に相当する。
【０１２１】
（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【０１２２】
例えば、第４実施形態では、磁石４０の温度に相関する値をコイル電圧検出回路５９を用いて検出しているが、これに代えて、第２実施形態のように熱電対１５９を利用しても良いし、第３実施形態のように制御装置６６に入力される各種センサからの信号に基づき推定しても良い。
【０１２３】
なお、磁石４０は、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどを原料として鋳造されたアルニコ磁石を使用しても良い。また、第１実施形態の燃料噴射弁１は、ディーゼル機関が備えるコモンレール式燃料噴射システムに適用したものであるが、ガソリン機関の燃料噴射システムに適用しても良い。
【０１２４】
加えて、燃料噴射弁１に設けられている電気駆動式制御弁２３はピエゾスタック２７ではなく電磁コイルを利用するものであっても良い。
【符号の説明】
【０１２５】
１  燃料噴射弁、２  ボディ、３  ハウジング、４  バルブホルダ、５  プレート、６  コイルホルダ、７  ノズルボディ、８  リテーナ、９  高圧燃料入口、１０  低圧燃料出口、１１  噴孔、１２  ニードル収容部、１３  高圧燃料通路、２０  低圧燃料通路、２１  制御室、２２  弁座、２３  電気駆動式制御弁、３６  ニードル弁、３７  ノズルシリンダ、３８  スプリング、４０  磁石、４１  コイル、５０  処理回路、５１  増幅回路、５２  反転増幅器、５３  サンプルホールド回路、５４  バッファー回路、５５  積分回路、５６  積分器（動作状態検出手段）、５７  バッファー回路、５８  フィルタ回路、５９  コイル電圧検出回路、５９ａ  切替器、６０  サンプルホールド回路、６１  オフセット調整回路、６２  バッファー回路、６３  補正回路、６４  第一反転増幅器（補正手段）、６４ａ  調整部、６５  第二反転増幅器、６６  制御装置、Ａ１〜Ａ６  オペアンプ、Ｒ１〜Ｒ９、Ｒ１１〜１３  抵抗、Ｒ１０、Ｒ１４  帰還抵抗、Ｃ１〜Ｃ３  コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ３  ツェナーダイオード、ＳＷ  スイッチ、Ｂ  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005617328.tif 000008
【図８】
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【図９】
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