(57)【要約】【課題】  燃料噴射弁である電磁弁の閉弁時の動作時間とバウンス時間とを短縮して、燃料噴射量の制御性を向上すること。【解決手段】  弁体２１２に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成された電磁弁１７０を制御する電磁弁制御装置１００であって、前記弁体を開弁位置から閉弁位置へ移動させる際の前記電磁弁への通電を制御する通電制御回路１５８を備え、前記通電制御回路は、電圧又は電流についての所定の時間変化パターンに従って、前記電磁弁への印加電圧又は通電電流を制御し、前記所定の時間変化パターンは、前記弁体に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように、前記電磁弁に第１の電圧を印加すること又は前記電磁弁に第１の電流を通電することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成された電磁弁を制御する電磁弁制御装置であって、
前記弁体を開弁位置から閉弁位置へ移動させる際の前記電磁弁への通電を制御する通電制御回路を備え、
前記通電制御回路は、電圧又は電流についての所定の時間変化パターンに従って、前記電磁弁への印加電圧又は通電電流を制御し、
前記所定の時間変化パターンは、前記弁体に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように、前記電磁弁に第１の電圧を印加すること又は前記電磁弁に第１の電流を通電することを含む、
電磁弁制御装置。
【請求項２】
前記所定の時間変化パターンは、前記弁体が前記閉弁位置に達する前に当該弁体の移動加速度又は移動速度が減少するように、前記電磁弁に第２の電圧又は第２の電流を通電することを含み、
前記第２の電圧は、前記第１の電圧より絶対値が小さいか又は前記第１の電圧に対し極性が反転した電圧であり、
前記第２の電流は、前記第１の電流より絶対値が小さいか又は前記第１の電流に対し通電方向が反転した電流である、
請求項１に記載の電磁弁制御装置。
【請求項３】
前記所定の時間変化パターンは、更に、前記第２の電圧又は前記第２の電流を、所定の変化ラインに沿ってゼロまで徐々に変化させることを含む、
請求項２に記載の電磁弁制御装置。
【請求項４】
前記電磁弁は、内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射弁である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電磁弁制御装置。
【請求項５】
少なくとも一つの中空のコイルと、
前記コイルの中空部分に移動可能に配されたプランジャと、
前記プランジャに接続された弁体と、
を備え、
前記プランジャは移動可能方向に磁化された磁石であり、
少なくとも一つの前記コイルへの通電により、弁体に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成されている、
電磁式燃料噴射弁。
【請求項６】
内燃機関に設けられ、当該内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射弁である、
請求項５に記載の電磁式燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において気筒への燃料噴射を制御する電磁弁の動作を制御する電磁弁制御装置、及び当該装置により制御される電磁弁である電磁式燃料噴射弁に関し、特に、閉弁動作における弁体の動きを適切に制御して開弁から閉弁までの燃料噴射量を精度良く制御することのできる電磁弁制御装置、及び当該装置により制御される電磁弁である電磁式燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動作を制御するためには、当該内燃機関における燃料噴射量を精度よく制御することが必要となる。このような燃料噴射量の制御は、従来、燃料噴射弁である電磁弁への電圧印加時間を制御することにより行われている。この場合、電磁弁を開弁状態から閉弁状態へ移行する閉弁動作においては、電圧印加の終了後に電磁弁の通電電流が下降して当該電磁弁の弁体が開弁位置から閉弁位置に達するまでの弁体移動時間と、弁体が当該閉弁位置を規定する座（又はストッパ部）に衝突してバウンドを繰り返す期間（バウンス期間）と、により、実際の燃料噴射量は電圧印加時間から計算される噴射量よりも多くなり得る。
【０００３】
図７は、従来技術に従う電磁弁制御における電磁弁の動作の一例を示した図である。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、電磁弁への印加電圧の時間変化（ライン７００で示されている）、電磁弁に流れる電流（通電電流）の時間変化（ライン７０２で示されている）、及び電磁弁の弁体のリフト量（すなわち、閉弁位置から開弁位置への移動量）の時間変化（ライン７０４で示されている）、を示す図であり、各図において横軸は時間を示している。
【０００４】
時刻tm1に、電磁弁に電圧VUを印加すると（図７（ａ））、電磁弁に流れる電流が弁体移動に必要な電流に達するまでの時間が経過したtm2において当該電磁弁の弁体が閉弁位置から開弁位置へ向かって移動を開始する（図７（ｃ））。その後、弁体が開弁位置に達するのに十分な時間が経過した時刻tm3に電圧VUより小さい電圧VBが電磁弁に印加されると（図７（ａ））、電磁弁の通電電流は開弁状態を維持するのに十分な電流値まで下降し（図７（ｂ））、弁体は開弁位置に維持される（図７（ｃ））。そして、所定量の燃料噴射が完了する時刻tm4に電磁弁への電圧印加が停止されると（図７（ａ））、通電電流はゼロへ向かって下降し始める（図７（ｂ））。
【０００５】
このとき、電磁弁のコイルに発生する逆起電力等により、通電電流は即座にゼロにはならず、当該コイルのインダクタンスや巻線抵抗等で定まる時定数をもって減少する。このため、電磁弁のコイルに発生していた磁界も時定数をもって減少することとなり、電圧印加が停止された時刻tm4から弁体が閉弁位置に到達する時刻tm5までに相応の時間（弁体移動時間）が発生する（図７（ｃ））。
【０００６】
また、弁体が閉弁位置に到達した時刻tm5の後は、弁体は当該閉弁位置を規定する座（又はストッパ部）に衝突してバウンドを繰り返す場合があり、当該バウンドの期間（バウンス期間）が終了した時刻tm6において、弁体はようやく閉弁位置に安定に停止する。その結果、上述したように、tm4〜tm5の弁体移動時間と、tm5〜tm6のバウンス期間により、実際の燃料噴射量は電圧印加時間から計算される噴射量よりも多くなり得る。
【０００７】
従来、電磁式燃料噴射弁（以下、燃料噴射弁ともいう）において開弁電流遮断から閉弁状態に到達するまでの遅れ時間を短縮する技術として、開弁用コイルと、開弁保持用コイルと、閉弁用コイルと、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、により燃料噴射弁を構成し、閉弁時には、閉弁用コイルに通電して上記開弁保持用コイルに発生した磁束を素早く打ち消すことにより弁体を開弁位置に保持しようとする電磁力を速やかに低下させて閉弁遅れ時間を短縮する電磁式燃料噴射装置が知られている（特許文献１）。
【０００８】
また、燃料噴射弁の閉弁時の弁体移動時間を短縮する他の技術として、Ｈブリッジ回路を用いて、閉弁時に電磁弁に流す電流を逆転させて逆励磁させることにより、当該燃料噴射弁の閉弁時の応答性を向上して閉弁遅れ時間を短縮するインジェクタ駆動回路が知られている（特許文献２）
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術は、いずれも、開弁維持のための通電を終了してから磁界消滅までの時間を短縮して弁体移動時間を短縮するものであり、当該弁体移動時間の短縮には限界がある。すなわち、上記従来の技術では、電磁弁内において弁体を閉弁位置へ付勢しているスプリングの強度で定まる限界時間以上に弁体移動時間を短縮することはできない。この限界時間は、例えば、上記スプリングの強度を強めることで短縮し得るが、スプリング強度の増加と共に開弁に必要な電圧も増加することとなり、得策ではない。
【００１０】
また、上記従来の技術では、バウンス期間は専ら電磁弁の機械設計（スプリング強度や、弁体と座との間の弾性係数等）によって定まり、電磁弁への通電制御によってバウンス期間の短縮を図ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２６５９２０号公報
【特許文献２】特開２００８−６９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記背景より、燃料噴射弁である電磁弁の制御において、当該電磁弁の閉弁時の動作における弁体移動時間（又は弁体移動期間）とバウンス時間とを短縮して、燃料噴射量の制御精度を向上することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の態様は、弁体に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成された電磁弁を制御する電磁弁制御装置である。当該電磁弁制御装置は、前記弁体を開弁位置から閉弁位置へ移動させる際の前記電磁弁への通電を制御する通電制御回路を備え、前記通電制御回路は、電圧又は電流についての所定の時間変化パターンに従って、前記電磁弁への印加電圧又は通電電流を制御し、前記所定の時間変化パターンは、前記弁体に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように、前記電磁弁に第１の電圧を印加すること又は前記電磁弁に第１の電流を通電することを含む。
本発明の他の態様によると、前記所定の時間変化パターンは、前記弁体が前記閉弁位置に達する前に当該弁体の移動加速度又は移動速度が減少するように、前記電磁弁に第２の電圧又は第２の電流を通電することを含み、前記第２の電圧は、前記第１の電圧より絶対値が小さいか又は前記第１の電圧に対し極性が反転した電圧であり、前記第２の電流は、前記第１の電流より絶対値が小さいか又は前記第１の電流に対し通電方向が反転した電流である。
本発明の他の態様によると、前記所定の時間変化パターンは、更に、前記第２の電圧又は前記第２の電流を、所定の変化ラインに沿ってゼロまで徐々に変化させることを含む。
本発明の他の態様によると、前記電磁弁は、内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射弁である。
本発明の他の態様は、電磁式燃料噴射弁であり、当該電磁式燃料噴射弁は、少なくとも一つの中空のコイルと、前記コイルの中空部分に移動可能に配されたプランジャと、前記プランジャに接続された弁体と、を備え、前記プランジャは移動可能方向に磁化された磁石であり、少なくとも一つの前記コイルへの通電により、弁体に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記電磁式燃料噴射弁は、内燃機関に設けられ、当該内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射弁である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電磁弁制御装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示す電磁弁制御装置により制御される電磁弁である電磁式燃料噴射弁の構成の一例を示す図である。
【図３】図１に示す電磁弁制御装置が閉弁動作を制御する際に用いる所定の電圧パターンの一例を示す図である。
【図４】図１に示す電磁弁制御装置により制御される電磁弁の閉弁時の動作を説明するための図である。
【図５】図１に示す電磁弁制御装置が用いる所定の電圧パターンの他の例を示す図である。
【図６】電磁弁の駆動回路の他の例を示す図である。
【図７】従来技術に従う電磁弁制御における電磁弁の動作の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る電磁弁制御装置は、車両（以下、自車両という）に搭載され、例えば、自車両の動作を制御する電子制御装置（ＥＣＵ、Electronic Control Unit）として構成され得る。なお、本実施形態では単独の装置として電磁弁制御装置が構成されるものとしたが、これに限らず、他の装置の一部（例えば、内燃機関の動作を制御するＥＣＵの一部）として構成されるものとすることもできる。また、本実施形態に係る電磁弁制御装置は、自車両の内燃機関の気筒への燃料噴射を制御する電磁弁である電磁式燃料噴射弁の動作を制御するものであるが、本発明はこれに限らず、広く一般の電磁弁（又は、ソレノイド弁、ソレノイドバルブ）の動作を制御する電磁弁制御装置にも適用することができる。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る電磁弁制御装置の構成を示す図である。
本電磁弁制御装置１００は、電磁式燃料噴射弁１７０（以下、電磁弁１７０という）の動作を制御して内燃機関の気筒（不図示）への燃料噴射を制御する。特に、本電磁弁制御装置１００で制御される電磁弁１７０は、弁体に対し相対向する２つの方向（より具体的には、閉弁位置から開弁位置へ向かう方向と、開弁位置から閉弁位置へ向かう方向）に選択的に電磁力を発生するよう構成されている。
【００１７】
図２は、電磁弁１７０の構成の一例を示す断面図である。電磁弁１７０は、略円筒状の筐体２００と、筐体２００の図示上部に配されたキャップ２０２と、を有する。キャップ２０２には燃料供給開口２０４が設けられており、筐体２００の図示下端には燃料噴射開口２０６が設けられている。この燃料噴射開口２０６の内底面（筐体２００の内部底面の燃料噴射開口２０６の部分）は、後述する弁体２１２の閉弁位置を規定する座（又はストッパ部）２１４を構成している。
【００１８】
また、筐体２００には、当該筐体２００の軸方向（図示上下方向）に沿ってキャビティ２０８が設けられており、キャビティ２０８内部には、プランジャ２１０が、当該キャビティ２０８内を図示上下方向に沿って移動可能に配されている。
【００１９】
プランジャ２１０は、例えば図示上端及び下端がそれぞれＮ極及びＳ極に磁化された磁石であり、プランジャ２１０の図示下端には、例えば非磁性体の弁体２１２が接続固定されている。プランジャ２１０と弁体２１２との接続は、例えばプランジャ２１０の図示下端部分に設けられた穴に、弁体２１２の図示上端部分に設けられた突起部が挿入され固定されることで行われるものとすることができる。
【００２０】
電磁弁１７０は、また、筐体２００の外周に配されたコイルＬ１７２と、当該コイルＬ１７２を覆うカバー２１６と、プランジャ２１０と一体を為す弁体２１２を閉弁位置（すなわち、燃料噴射開口２０６の内底面である座２１４）に向かって付勢するスプリング２１８と、を有する。これにより、弁体２１２は、コイルＬ１７２に通電されていないときには、燃料噴射開口２０６の内底面に突き当たって当該燃料噴射開口２０６を塞ぎ、燃料噴射を停止させる。
【００２１】
プランジャ２１０と一体を為す弁体２１２は、コイルＬ１７２に対し所定の一方向（以下、「正方向」と称する）に向かって所定の大きさ以上の電流を通電することにより、スプリング２１８による図示下方向への付勢に打ち勝つ図示上方向に向かう電磁力（すなわち、閉弁位置から開弁位置へ向かう電磁力）が付勢される。これにより、弁体２１２は図示上方向へ移動し、燃料噴射開口２０６が開放されて、燃料供給開口２０４から供給された高圧の燃料気体が燃料噴射開口２０６から気筒（不図示）内部へ噴射される。
【００２２】
また、弁体２１２を図示上方向へ移動させた後にコイルＬ１７２に対して上記正方向とは逆の方向（以下、「負方向」と称する）に流れる電流を通電すれば、弁体２１２にはスプリング２１８による付勢に加えて図示下方へ向かう電磁力（すなわち、開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力）が付勢され、弁体２１２は、閉弁位置を規定する座２１４に向かって素早く移動し、燃料噴射開口２０６を塞いで燃料気体の噴射を停止する。この閉弁状態は、コイルＬ１７２への通電を終了した後も、スプリング２１８による付勢により維持される。
【００２３】
図１に戻り、電磁弁制御装置１００は、コントローラ１０２と、昇圧回路１０４と、トランジスタＴｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１２６と、ダイオードＤ１２８と、を備える。ここで、トランジスタＴｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１２６はスイッチとして動作し、それらのオン／オフ状態の切り替えは、後述する処理装置１４４により制御される。なお、トランジスタＴｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１２６は、図１にはMOS-FETであるものとして記載されているが、他のタイプのFETや、バイポーラト・ランジスタ等の他のタイプのトランジスタであるものとすることもできる。また、トランジスタＴｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１２６に代えて、スイッチング機能を有する他の回路部品や回路ブロックに置き換えることができる。
【００２４】
ここで、図１において、電磁弁１７０のコイル１７２の図示上側の端子から図示した側の端子へ向かう電流方向が、上述した正方向（すなわち、弁体２１２に閉弁位置から開弁位置へ向かう電磁力を付勢する電流方向）であるものとし、その逆の方向が、上述した負方向であるものとする。すなわち、電磁弁１７０の弁体２１２は、図示下側の端子の電位に対する正電圧が図示上側の端子に印加されたときに開弁方向へ付勢され、図示下側の端子の電位に対する負正電圧が図示上側の端子に印加されたときに閉弁方向へ付勢されるものとする。
【００２５】
コントローラ１０２は、通信インタフェース（ＩＮＦ）１４０と、入出力インタフェース（ＩＮＦ）１４２と、処理装置１４４と、を備える。通信ＩＮＦ１４０は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）規格に準拠したバス通信を行って、電磁弁１７０が設けられた内燃機関を備える自車両の動作を制御する他のＥＣＵ（不図示）との間で、データ授受を行う送受信機であるものとすることができる。
【００２６】
入出力ＩＮＦ１４２は、処理装置１４４が出力する負荷駆動や情報通信のための電圧信号及び又は電流信号を中継して外部へ出力し、及び又は外部から受信した信号を中継して処理装置へ入力するためのインタフェースである。
【００２７】
処理装置１４４は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたＲＯＭ、データの一時記憶のためのＲＡＭ等を有するコンピュータであり、昇圧制御ユニット１５０と、タイミング決定ユニット１５２と、開弁制御ユニット１５４と、開弁維持制御ユニット１５６と、閉弁制御ユニット１５８と、を有している。処理装置１４４が有する上記各ユニットは、例えばコンピュータである処理装置１４４がコンピュータ・プログラムを実行することにより実現される。当該コンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。これに代えて又はこれに加えて、上記各ユニットの全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェア（例えばＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路、Application Specific Integrated Circuit、））により構成することもできる。
【００２８】
昇圧制御ユニット１５０は、外部から供給されるバッテリ電圧VBを昇圧して昇圧電圧VUを出力するよう昇圧回路１０４を制御する。
【００２９】
タイミング決定ユニット１５２は、例えば、通信ＩＮＦ１４０を介して他のＥＣＵから、電磁弁１７０が設けられている内燃機関（不図示）についての現在のスロットル開度と現在のクランク角とを取得し、当該取得した現在のスロットル開度に基づいて、目標燃料噴射量を決定すると共に、当該決定した目標燃料噴射量を実現するための開弁時間を算出して開弁維持制御ユニット１５６に通知する。また、タイミング決定ユニット１５２は、上記取得した現在のスロットル開度に基づいて開弁タイミング（開弁を開始すべきクランク角の値（開弁開始クランク角））を決定し、現在のクランク角が当該決定した開弁開始クランク角に達したときに、開弁トリガ信号を開弁制御ユニット１５４と開弁維持制御ユニット１５６と閉弁制御ユニット１５８とへ送る。
【００３０】
開弁制御ユニット１５４は、トランジスタＴｒ１２０のゲート電圧ＶＧ１と、トランジスタＴｒ１２２のゲート電圧ＶＧ２と、トランジスタＴｒ１２４及びＴｒ１２６のゲート電圧ＶＧ３と、を制御して、電磁弁１７０の開弁動作を制御する。より具体的には、開弁制御ユニット１５４は、コントローラ１０２の電源がオンされたときに、まず、ＶＧ１〜ＶＧ３を制御して、Ｔｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２６をオフに初期化すると共に、Ｔｒ１２４をオンに初期化して、開弁動作の準備を行う。
【００３１】
また、開弁制御ユニット１５４は、タイミング決定ユニット１５２から開弁トリガ信号を受信したことに応じて、トランジスタＴｒ１２０をオンに設定し、昇圧回路１０４からの昇圧電圧VUをトランジスタＴｒ１２４を介して電磁弁１７０に（具体的には、電磁弁１７０のコイルＬ１７２に）印加する（以下において、「電磁弁１７０に電圧を印加する」及び「電磁弁１７０に電流を通電する」などというときは、それぞれ、「電磁弁１７０のコイルＬ１７２に電圧を印加する」及び「電磁弁１７０のコイルＬ１７２に電流を通電する」ことを意味するものとする）。
【００３２】
これにより、電磁弁１７０の弁体２１２は閉弁位置から開弁位置へ素早く移動し、電磁弁１７０が開弁される。さらに、開弁制御ユニット１５４は、上記トランジスタＴｒ１２０のオンから、電磁弁１７０の弁体２１２が開弁位置へ移動するのに十分な時間の経過後に、開弁動作が完了したことを示す開弁完了信号を開弁維持制御ユニット１５６へ送信する。なお、ダイオード１２８は、オン状態となったトランジスタＴｒ１２０を介して昇圧回路１０４からトランジスタＴｒ１２２へ向かって電流が流れ込むのを阻止するための保護ダイオードである。
【００３３】
開弁維持制御ユニット１５６は、ゲート電圧ＶＧ１、ＶＧ２と、トランジスタＴｒ１２２のソース電圧Ｖ１と、を制御して、電磁弁１７０の開弁状態を制御する。すなわち、開弁維持制御ユニット１５６は、タイミング決定ユニット１５２から開弁トリガ信号を受信したことに応じて、トランジスタＴｒ１２２のソース電圧Ｖ１に電磁弁１７０の開弁状態を維持するのに必要な電圧（開弁維持電圧）Vmを設定する（例えば、開弁維持電圧Vmには、外部から供給されるバッテリ電圧VBが用いられる）。その後、開弁維持制御ユニット１５６は、開弁制御ユニット１５４から開弁完了信号を受信したことに応じて、トランジスタＴｒ１２２をオンにすると共にトランジスタＴｒ１２０をオフにして、ソース電圧Ｖ１に設定した開弁維持電圧Vmを、トランジスタＴｒ１２４を介して電磁弁１７０に印加する。これにより、電磁弁１７０の弁体２１２は開弁位置に安定に保たれ、電磁弁１７０の開弁状態が維持される。
【００３４】
また、開弁維持制御ユニット１５６は、タイミング決定ユニット１５２から受信した上記開弁時間に基づき、開弁トリガ信号の受信からの経過時間が当該開弁時間に達したときに、トランジスタＴｒ１２２をオフにして、電磁弁１７０への開弁維持電圧Vmの印加を停止すると共に、開弁維持終了信号を閉弁制御ユニット１５８へ送る。
【００３５】
なお、開弁維持制御ユニット１５６は、開弁維持電圧Vmを電磁弁１７０へ印加するに際し、公知技術に従いトランジスタＴｒ１２２をオンオフして電磁弁１７０をパルス駆動することで、コイルＬ１７２への通電電流の実効値を下げて消費電力を低減することができる。
【００３６】
閉弁制御ユニット１５８は、電磁弁１７０の弁体２１２を開弁位置から閉弁位置へ移動させる閉弁動作時に、電圧についての予め定められた所定の時間変化パターン（以下、「電圧パターン」ともいう）に従い、電磁弁１７０へ印加する電圧を制御する。より具体的には、閉弁制御ユニット１５８は、トランジスタＴｒ１２６のソース電圧Ｖ２及びトランジスタＴｒ１２４、Ｔｒ１２６のゲート電圧ＶＧ３を制御して、又は当該ソース電圧Ｖ２及びゲート電圧ＶＧ３並びにソース電圧Ｖ１及びゲート電圧ＶＧ２を制御して、上記所定の電圧パターンと一致するように電磁弁１７０に印加する電圧を変化させる。
【００３７】
この所定の電圧パターンには、少なくとも、電磁弁１７０の弁体２１２に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように当該電磁弁１７０に第１の電圧を印加することが含まれる。これにより、スプリング２１８の付勢のみで閉弁動作を行う場合に比べて、電磁弁１７０の弁体２１２を開弁位置から閉弁位置へより素早く移動させて、弁体移動時間を短縮することができる。
【００３８】
また、上記所定の電圧パターンには、弁体２１２が閉弁位置に達する前に当該弁体２１２の移動加速度又は移動速度が減少するように、電磁弁１７０に第２の電圧を印加することを含ませることができる。これにより、閉弁位置を規定する座２１４に弁体２１２が衝突した後の、当該座２１４に対する当該弁体２１２のバウンドを抑制してバウンス期間を短縮することができる。上記第２の電圧は、例えば、上記第１の電圧と同じ極性であって当該第１の電圧より絶対値の小さな電圧、又は上記第１の電圧に対し極性が反転した電圧、とすることができる。
【００３９】
さらに、上記所定の電圧パターンには、上記第２の電圧を印加した後に、電磁弁１７０への印加電圧を、所定の変化ラインに沿って第２の電圧からゼロまで徐々に変化させることを含ませることができる。これにより、上記第２の電圧の印加と相まって、弁体２１２を閉弁位置に安定に停止させることができる。ここで、上記第２の電圧の値及び又は上記所定の変化ラインは、上記第１の電圧との関連において上記バウンス期間を効果的に抑制する観点から、例えば実験により定めて上記所定の電圧パターンに含ませることができる。
【００４０】
図３は、上記所定の電圧パターンの一例を示す図である。図３の縦軸は、図１における電磁弁１７０のコイルＬ１７２の、図示下側の端子の電位（図１においてはグランド電位）に対する図示上側の端子の電圧を示しており（従って、負電圧では弁体２１２は閉弁方向へ付勢される）、横軸は、閉弁制御ユニット１５８が閉弁動作を開始した後の経過時間（従って、時間ゼロの原点が、閉弁動作開始の時刻に対応する）を示している。以下、「電磁弁１７０への印加電圧」というときは、図１における電磁弁１７０における、図示下側の端子の電位を基準とする、図示上側の端子に印加された電圧をいうものとする。
【００４１】
図３の電圧パターンでは、閉弁動作の開始時に電磁弁１７０に負電圧-Vo1を印加し、閉弁動作の開始から時間tg1の経過後に正電圧+Vo2を印加し、続いて閉弁動作の開始から時間tg2の経過後に電圧の減少を開始し、閉弁動作の開始から時間tg3の経過後に印加電圧をゼロにすることが示されている。ここで、負電圧-Vo1の印加は、上記“電磁弁１７０の弁体２１２に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように当該電磁弁１７０に第１の電圧を印加すること”に対応し、正電圧+Vo2の印加は、上記“弁体２１２が閉弁位置に達する前に当該弁体２１２の移動速度が減少するように、電磁弁１７０に第２の電圧を印加すること”に対応し、tg2〜tg3における正電圧+Vo2からの印加電圧の減少は、上記“電磁弁１７０への印加電圧を、所定の変化ラインに沿って第２の電圧からゼロまで徐々に変化させること”に対応している。
【００４２】
閉弁制御ユニット１５８は、例えば図３に示すような電圧パターン（すなわち、電圧についての所定の時間変化パターン）に従って、電磁弁１７０への印加電圧を、例えば次のように制御する。
【００４３】
閉弁制御ユニット１５８は、まず、タイミング決定ユニット１５２から開弁トリガ信号を受信したことに応じて、図３に示す電圧パターンにおいて時刻ゼロに印加すべき電圧として示された、第１の電圧に対応する電圧-Vo1を、トランジスタＴｒ１２２のソース電圧Ｖ１に設定する。タイミング決定ユニット１５２から開弁トリガ信号を受信したこの時点では、開弁制御１５４によりトランジスタＴｒ１２６はオフ、Ｔｒ１２４はオンに設定されているので、ソース電圧Ｖ２に設定された電圧-Vo1は電磁弁１７０のコイルＬ１７２には印加されない。
【００４４】
なお、処理装置１４４は、例えば、外部から供給されるバッテリ電圧VBから負電圧を生成する直流電源回路（不図示）（例えば、チャージポンプ回路）を備えるか、又は外部から負電圧を供給する電源ライン（不図示）が接続されているものとし、閉弁制御ユニット１５８は、当該直流電源回路又は当該外部から供給される負電圧を用いて、閉弁制御に必要な負電圧をソース電圧Ｖ１及び又はＶ２に設定するものとする。
【００４５】
閉弁制御ユニット１５８は、その後、開弁維持制御ユニット１５６から開弁維持終了信号を受信したことに応じて、ＶＧ３を制御してトランジスタＴｒ１２４をオフ、Ｔｒ１２６をオンにし、ソース電圧Ｖ２に設定された電圧-Vo1を電磁弁１７０のコイルＬ１７２に印加して、閉弁動作を開始する。同時に、閉弁制御ユニット１５８は、図３に示す電圧パターンにおいて時間tg1の経過後に印加すべき電圧として示された、第２の電圧に対応する+Vo2を、トランジスタＴｒ１２２のソース電圧Ｖ１に設定すると共に、ＶＧ２を制御してトランジスタＴｒ１２２をオンにする。この時点では、上記のようにトランジスタＴｒ１２４はオフに設定されているので、ソース電圧Ｖ１の電圧+Vo2は電磁弁１７０のコイルＬ１７２には印加されない。
【００４６】
続いて、閉弁制御ユニット１５８は、開弁維持終了信号を受信してから時間tg1の経過後に、ゲート電圧ＶＧ３を制御して、トランジスタＴｒ１２４をオン、Ｔｒ１２６をオフにする。これにより、ソース電圧Ｖ１の電圧+Vo2がコイルＬ１７２に印加される。
【００４７】
さらに、閉弁制御ユニット１５８は、開弁維持終了信号を受信してから時間tg2の経過後に、図３に示す電圧パターンに従い、ソース電圧Ｖ１を電圧+Vo2からゼロまで徐々に減少させ、電磁弁１７０に印加する電圧を電圧+Vo2からゼロまで徐々に減少させる。
【００４８】
以上のようにして、閉弁制御ユニット１５８は、例えば図３に示す電圧パターン（すなわち、電圧についての所定の時間変化パターン）に従って、電磁弁１７０への印加電圧を制御することができる。
【００４９】
上記の構成を有する電磁弁制御装置１００は、電圧についての予め定められた所定の時間変化パターン（所定の電圧パターン）に従って、電磁弁１７０への印加電圧を制御し、電磁弁１７０の弁体２１２に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように電磁弁１７０に第１の電圧を印加するので、電磁弁１７０の弁体２１２を開弁位置から閉弁位置へ素早く移動させて、閉弁動作の弁体移動時間を短縮することができる。
【００５０】
また、電磁弁制御装置１００では、上記所定の電圧パターンに、弁体２１２が閉弁位置に達する前に当該弁体２１２の移動加速度又は移動速度を減少させるように、電磁弁１７０に第２の電圧を印加することを含ませることで、閉弁位置を規定する座２１４に弁体２１２が衝突した後の、当該座２１４に対する当該弁体２１２のバウンドを抑制してバウンス期間を短縮することができる。
【００５１】
なお、上述した開弁制御ユニット１５４、開弁維持制御ユニット１５６、及び閉弁制御ユニット１５８における、各制御のタイミング決定に必要な時間計測は、例えば処理装置１４４が備えるクロック回路（不図示）からのクロックパルスのカウントにより、又は処理装置１４４が備えるタイマ（不図示）により、行うものとすることができる。
【００５２】
図４は、電磁弁制御装置１００が図３に示す所定の電圧パターンに沿って電磁弁１７０の閉弁動作を制御した場合の、電磁弁１７０の動作の一例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、電磁弁１７０への印加電圧の時間変化（ライン４００で示されている）、電磁弁１７０に流れる電流（通電電流）の時間変化（ライン４０２で示されている）、電磁弁１７０の弁体２１２のリフト量（すなわち、閉弁位置から開弁位置への移動量）の時間変化（ライン４０４で示されている）、を示す図であり、各図において横軸は時間を示している。
【００５３】
時刻to1に、タイミング決定ユニット１５２からの開弁トリガ信号に応じて開弁制御ユニット１５４が電圧VUを電磁弁１７０に印加すると（図４（ａ））、電磁弁１７０の弁体２１２は、当該電磁弁１７０の通電電流が弁体移動に必要な電流に達する時刻to2に、閉弁位置から開弁位置へ向かって移動を開始する（図４（ｃ））。その後、弁体２１２が開弁位置に達するのに十分な時間が経過した時刻to3に、開弁制御ユニット１５４は、開弁動作が完了したことを示す開弁完了信号を開弁維持制御ユニット１５６へ送信し、開弁維持制御ユニット１５６は、開弁維持電圧Vm（例えば、バッテリ電圧VBに等しい）を電磁弁１７０に印加する（図４（ａ））。これにより、電磁弁１７０の通電電流は開弁状態を維持するのに十分な電流値まで下降し（図４（ｂ））、弁体２１２は開弁位置に維持される（図４（ｃ））。
【００５４】
そして、タイミング決定ユニット１５２の算出した開弁時間が経過した時刻to4に、開弁維持制御ユニット１５６が開弁維持終了信号を閉弁制御ユニット１５８へ送ると、閉弁制御ユニット１５８は、図３に示す所定の電圧パターンに従い、閉弁動作開始時に電磁弁１７０に電圧-Vo1を印加して、電磁弁１７０の弁体２１２の閉弁位置への移動を加速させる（図４（ａ））。続いて、閉弁制御ユニット１５８は、図３に示す所定の電圧パターンに従い、時刻to4から時間tg1及びtg2が経過する時刻to5及び時刻to6の間の期間にわたり、電圧+Vo2を電磁弁１７０に印加し、弁体２１２の閉弁位置への移動速度を減少させる。さらに、閉弁制御ユニット１５８は、図３に示す所定の電圧パターンに従い、時刻to6から徐々に印加電圧を下げて、時刻to4から時間tg3が経過する時刻to7に、印加電圧をゼロにする（図４（ａ））。
【００５５】
これにより、時刻to4以降の閉弁動作時においては、電圧-Vo1の印加により付勢された電磁力が、スプリング２１８による付勢に加わって弁体２１２を素早く閉弁位置へ向かわせるので、弁体移動時間が効果的に短縮される。また、その後の電圧+Vo2の印加による弁体２１２の移動速度の減少と、所定の変化ラインに沿った電圧印加の終了とにより、弁体２１２が閉弁位置に達した後のバウンス期間が短縮又は解消される（図４（ｃ））。
【００５６】
なお、上述の動作例では電圧+Vo2の印加により弁体２１２の移動速度を減少させるものとしたが、これに限らず、弁体２１２の移動加速度を、閉弁位置への到達前に減少させるものとしてもよい。例えば、弁体２１２と座２１４との間の弾性係数が小さい場合には、閉弁位置に近づくほど電磁力を小さくして（すなわち、弁体２１２の移動加速度を小さくして）、例えば座２１４に衝突する際の弁体２１２の移動速度を所定の速度の範囲に制限することで、バウンス期間を短縮することができる。
【００５７】
すなわち、上記所定の電圧パターンは、図３に示すパターンに限らず、弁体２１２を閉弁位置方向へ加速することと、閉弁位置に達する前に当該弁体２１２の移動速度又は移動加速度を減少させることと、が含まれている範囲内において、種々のパターンとすることができる。
【００５８】
図５は、上記所定の電圧パターンについての他の種々の例を示す図である。図５の各図において、縦軸は電磁弁１７０への印加電圧、横軸は閉弁動作の開始からの経過時間である。
【００５９】
図５（ａ）は、0〜th1の期間に電圧-Vh1を印加して弁体２１２を加速した後、th1で電圧+Vh2を印加して弁体２１２の速度を減速し、その後は+Vh2の電圧を維持することなく徐々に電圧を下げて、th2において印加電圧をゼロにすることを示している。なお、図３及び図５（ａ）、並びに後述する図５（ｃ）（ｆ）（ｇ）及び（ｊ）においては、印加電圧を、それぞれ対応する第２の電圧からゼロまで変化させる際の所定の変化ラインが直線的に描かれているが、当該所定の変化ラインは、これに限らず、曲線を含む任意の形状のラインとして定めることができる。
【００６０】
図５（ｂ）では、0〜th3の期間に電圧-Vh3を印加して弁体２１２を加速した後、th3で電圧+Vh4を印加して弁体２１２の速度を減速し、その後は+Vh4をth4まで維持してから電圧印加を断にしている。図５（ｃ）では、時刻0において電圧-Vh5を印加して弁体２１２の加速を開始した後、電圧+Vh6に向かって時刻th6まで徐々に電圧を上げ、その後は、時刻th7に向かって徐々に電圧をゼロまで低下させている。この電圧パターンにおいては、弁体２１２は時刻０で最大の加速度を得て閉弁位置へ移動を開始した後、徐々に加速度を下げ、印加電圧の極性が逆転する時刻th5以降は加速度が反転して減速度となることから、移動速度が減少する。
【００６１】
図５（ｄ）では、時刻0において電圧-Vh8を印加して弁体２１２の加速を開始した後、期間th8〜th9において電圧+Vh9を振幅とする電圧パルスを印加して弁体２１２を減速している。また、図５（ｅ）では、時刻0において電圧-Vh10を印加して弁体２１２の加速を開始した後、期間th10〜th11において、電圧+Vh11を振幅とする電圧パルスを、デューティ比を下げながら印加して、弁体２１２への減速度を低下させつつ当該弁体２１２を減速させている。
【００６２】
図５（ｆ）〜（ｊ）は、弁体２１２を加速した後に、弁体２１２に作用する加速度を減少させている（減速は行っていない）。すなわち、図５（ｆ）では、0〜th12の期間に電圧-Vh12を印加して弁体２１２を加速した後、電圧-Vh12より絶対値の小さい電圧-Vh13をth12に印加して弁体２１２の加速度を減少させ、電圧-Vh13を時刻th13まで維持した後、時刻th14に向かって印加電圧を電圧-Vh13からゼロまで徐々に変化させている。図５（ｇ）では、0〜th15の期間に電圧-Vh14を印加して弁体２１２を加速した後、電圧-Vh14より絶対値の小さい電圧-Vh15をth15に印加して弁体２１２の加速度を減少させ、その後は-Vh15の電圧を維持することなく、時刻th16に向かって印加電圧をゼロまで徐々に変化させている。
【００６３】
図５（ｈ）では、0〜th17の期間に電圧-Vh16を印加して弁体２１２を加速した後、電圧-Vh16より絶対値の小さい電圧-Vh17をth17に印加して弁体２１２の加速度を減少させ、電圧-Vh17をth18まで維持してから当該電圧印加を断にしている。図５（ｊ）では、時刻0において電圧-Vh18を印加して弁体２１２の加速を開始した後、時刻th19まで電圧-Vh19に向かって印加電圧の絶対値を徐々に減少させ、その後は、時刻th20まで印加電圧をゼロに向かって徐々に低下させている。この電圧パターンにおいては、弁体２１２は時刻０で最大の加速度を得て閉弁位置へ移動を開始した後、0〜th19の期間とth19〜th20の期間とで異なるレートでその加速度が減少する。
【００６４】
図５（ｋ）では、0〜th20の期間に電圧-Vh20を印加して弁体２１２を加速した後、th20〜th21の期間において電圧-Vh20より絶対値の小さい電圧-Vh21を振幅とする電圧パルスを印加して弁体２１２の加速度を減少させている。なお、図５には示していないが、th20〜th21の期間において電圧-Vh20より絶対値の小さい電圧-Vh21を振幅とする電圧パルスを、デューティ比を下げながら印加して、弁体２１２の加速度を徐々にゼロまで低下させてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態では、閉弁制御ユニット１５８は、閉弁動作時において電磁弁１７０に印加する電圧を所定の電圧パターンに従って制御するものとしたが、これに限らず、当該所定の電圧パターンと同様な所定の電流パターンを用い、当該所定の電流パターンに従って電磁弁１７０に通電する電流を制御するものとしてもよい。
【００６６】
また、本実施形態では、図１に示すように、電磁弁１７０の駆動回路としてトランジスタＴｒ１２４及びＴｒ１２６を用い、コントローラ１０２により制御される電圧Ｖ２をトランジスタＴｒ１２６のソース電圧として用いたが、電磁弁１７０の駆動回路は、これに限らず、所定の電圧パターンに従って電磁弁１７０への印加電圧を制御できる範囲において、任意の回路とすることができる。
【００６７】
例えば、図６に示すように、図１に示すトランジスタＴｒ１２４及びＴｒ１２６に代えて、電磁弁１７０の駆動回路をトランジスタＴｒ６００、Ｔｒ６０２、Ｔｒ６０４、Ｔｒ６０６により構成し、コントローラ１０２と同様のコントローラにより、電圧Ｖ１及びＶ２、並びにトランジスタＴｒ６００、Ｔｒ６０２、Ｔｒ６０４、及びＴｒ６０６のゲート電圧ＶＧ４１、ＶＧ４２、ＶＧ４３、及びＶＧ４４を制御して、電磁弁１７０に対し正方向に電圧VU及び電圧Ｖ１を印加し（例えば、Ｔｒ６００とＴｒ６０６をオンにし、Ｔｒ６０２とＴｒ６０４をオフにして印加する）、負方向に電圧Ｖ２を印加する（例えば、Ｔｒ６００とＴｒ６０６をオフにし、Ｔｒ６０２とＴｒ６０４をオンにして印加する）ものとすることができる。図６の構成では、電圧Ｖ２を負電圧に設定する必要はないので（すなわち、図１を用いた上述の説明において電圧Ｖ２に設定するものとした負電圧と絶対値が同じ正電圧を、図６における構成のＶ２に設定すればよいので）、負電圧を生成する電源回路や負電圧供給ラインは不要となり、上記コントローラの構成が簡単化され得る。
【００６８】
また、本実施形態では、電磁弁制御装置１００が制御する電磁弁１７０は、一つのコイルＬ１７２を備え、コイルＬ１７２への印加電圧の極性が変わることで（すなわち、コイルＬ１７２に通電される電流の方向が変わることで）、弁体２１２に付勢される電磁力の方向が変わるよう構成されているものとしたが、これに限らず、本発明に係る電磁弁制御装置により制御される電磁弁は、弁体に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力が発生するように構成されている範囲内において、任意の構成を有するものとすることができる。
【００６９】
例えば、図２に示す電磁弁１７０の構成において、コイルＬ１７２に加えて追加のコイルを設けるものとし、コイルＬ１７２に通電したときには弁体２１２に閉弁位置から開弁位置へ向かう電磁力が作用し、追加コイルに通電したときには弁体２１２に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力が作用するものとして、コイルＬ１７２又は追加コイルに選択的に通電することにより、弁体に対し相対向する２つの方向への電磁力が選択的に発生するものとしてもよい。
【００７０】
この場合には、電圧についての所定の時間変化パターン（所定の電圧パターン）としてコイルＬ１７２についての所定の電圧パターンと追加コイルについての所定の電圧パターンとを予め定めておき、電磁弁制御装置１００の閉弁制御ユニット１５８は、それぞれ対応する所定の電圧パターンに従い、追加コイルへの印加電圧を制御することで開弁位置から閉弁位置へ向かう弁体２１２の加速度を制御し、コイルＬ１７２への印加電圧を制御することで開弁位置から閉弁位置へ向かう弁体２１２の移動速度の減速制御を行うものとすることができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁制御装置１００は、弁体２１２に対し相対向する２つの方向へ選択的に電磁力を発生するよう構成された電磁弁１７０を制御し、当該電磁弁１７０の制御に際して、電圧又は電流についての所定の時間変化パターンに従って、電磁弁１７０への印加電圧又は通電電流を制御する。そして、上記所定の時間変化パターンは、弁体２１２に開弁位置から閉弁位置へ向かう電磁力を付勢するように、電磁弁１７０に第１の電圧を印加すること又は電磁弁１７０に第１の電流を通電することを含む。これにより、本電磁弁制御装置１００は、第１の電圧又は第１の電流の大きさにより弁体移動時間を効果的に短縮することができる。
【００７２】
また、上記所定の時間変化パターンは、弁体２１２が閉弁位置に達する前に当該弁体２１２の移動加速度又は移動速度が減少するように、電磁弁１７０に第２の電圧を印加すること又は第２の電流を通電すること、を含むものとすることができる。これにより、閉弁位置に達する前に弁体２１２の加速度を減少させ又は移動速度を減少させて、閉弁動作時のバウンス期間を短縮又は解消して、迅速に電磁弁を安定な閉弁状態に至らせることができる。
【符号の説明】
【００７３】
１００・・・電磁弁制御装置、１０２・・・コントローラ、１０４・・・昇圧回路、Ｔｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１２６、Ｔｒ６００、Ｔｒ６０２、Ｔｒ６０４、Ｔｒ６０６・・・トランジスタ、Ｄ１２８・・・ダイオード、１４０・・・通信インタフェース、１４２・・・入出力インタフェース、１４４・・・処理装置、１５０・・・昇圧制御ユニット、１５２・・・タイミング決定ユニット、１５４・・・開弁制御ユニット、１５６・・・開弁維持制御ユニット、１５８・・・閉弁制御ユニット、１７０・・・電磁弁、Ｌ１７２・・・コイル、２００・・・筐体、２０２・・・キャップ、２０４・・・燃料供給開口、２０６・・・燃料噴射開口、２０８・・・キャビティ、２１０・・・プランジャ、２１２・・・弁体、２１４・・・座、２１６・・・カバー、２１８・・・スプリング。
【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】
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