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CN102840073A - 燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用于内燃机的燃料喷射装置，具备：能够对燃料通路进行开关的阀体(114)；在与阀体(114)之间传递力使之进行开关阀动作的可动元件(102)；以及由作为可动元件(102)的驱动单元而设置的线圈(105)及磁芯(107)、和在磁芯(107)以及可动元件(102)的外周侧设置的筒状的喷嘴支架(101)构成的电磁体，该燃料喷射装置具有通过对线圈(105)供给电流，从而使磁芯(107)与可动元件(102)之间作用磁吸引力，来使阀体(114)开阀的功能。在阀体(114)的关阀位置与最大提升位置之间的中间位置使之开始关阀动作，对阀体(114)在关阀方向作用的流体力增加至开始关阀动作的提升位置为止。从而，本发明提供一种能够控制微量喷射量的燃料喷射装置的控制方法。

Description

燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及一种在内燃机中使用的燃料喷射装置、其驱动方法及驱动电路。
背景技术
近年来，由于对二氧化碳气体的排放限制的强化、和对矿物燃料的枯竭的担忧，因而要求降低内燃机的燃料消耗率。因此，通过降低内燃机的各种损耗，来努力实现燃料消耗率降低。一般而言，若降低损耗，则由于发动机的运转所需要的输出降低，因而内燃机的最低输出也会降低。
在这样的内燃机中，需要控制到与最低输出对应的少量的燃料量来进行供给。近年来，作为降低内燃机的燃料消耗率的方法，有一种减少排气量来进行小型化，并且通过增压器来获得输出的小型化发动机(downsizingengine)。小型化发动机中，通过减少排气量，从而由于能够降低泵损耗和摩擦力，故而能够降低燃料消耗率。另一方面，通过采用增压器，从而得到足够的输出，并且根据进行筒内直接喷射而产生的吸气冷却效果，能够抑制伴随增压而产生的压缩比的降低，能够实现低燃料消耗率。尤其，该小型化发动机中采用的燃料喷射装置，需要能够跨越从通过低排气量化而得到的最低输出所对应的最小喷射量、至通过增压而得到的最高输出所对应的最大喷射量为止的宽范围来进行燃料喷射。因此，为了实现低燃料消耗率化，需要降低燃料喷射装置能够控制的最小喷射量。为了使之进行微量的喷射，存在一种将阀的提升量控制在比全开位置更低的位置的方法。例如，日本特开2000-27725号公报所记载的燃料喷射装置那样，公开了如下方法：即由在针形阀的上游部设置的开关阀的提升量决定来自压力控制室的高压燃料的泄露量，根据压力控制室的压降，对针形阀的提升、即燃料喷射率进行控制，进行微量的喷射。
另外，如日本特开2002-70682号公报记载的燃料喷射装置那样，公开了如下方法：即压力控制室内的压力被压力控制阀控制，压力控制室通过压力控制阀而被密闭，通过该密闭的压力控制室从而针形阀停止在全开位置和全闭位置之间的任意提升位置。
专利文献
专利文献1：日本特开2000-27725号公报
专利文献2：日本特开2002-70682号公报
一般而言，通过电磁力使阀进行直接操作的燃料喷射装置的喷射量，是通过根据由ECU(发动机控制单元)输出的驱动脉冲的脉冲宽度来改变阀打开的时间从而进行控制的。若使脉冲变长，则喷射量变大，若使脉冲变短，则喷射量变小，其大约呈线性关系。然而，在驱动脉冲短的区域，阀体未到达最大提升位置，在关阀位置与全开位置之间的所谓中间提升位置，阀体产生运动，其行迹变得不稳定。阀体在中间提升位置的提升量容易受到燃料压力等变动的影响，在这样的条件下，所喷射的流量的每次射出的偏差或个体差的偏差变大，有可能引起失火。针对这样的问题的解决方案，专利文献1以及专利文献2中都没有记载。
在专利文献1以及专利文献2中，所公开的方法是一种适于通过燃料喷射装置内的油压来驱动阀的喷射阀的技术，主要用于柴油发动机。为了将这样的方法用于廉价的电磁阀，需要用于控制阀体的提升量的压力传感器，从成本方面来看，存在很难使用于汽油用内燃机中的问题。另外，与针形阀配合，需要有用于对针形阀进行控制的压力控制室、和用于对压力控制室内的压力进行调整的调整阀、以及用于对调整阀进行驱动的驱动部，存在燃料喷射装置的构成变复杂且变大的问题。
发明内容
本发明中，在阀体的关阀位置与最大提升位置之间的中间位置开始执行关阀动作，使对阀体在关阀方向所作用的流体力增加至使阀体成为开始关阀动作的提升位置为止。
发明效果
根据本发明，能进行低成本且降低了能够控制的喷射量的燃料喷射装置的驱动。
附图说明
图1是本发明的实施方式中的燃料喷射装置的纵向剖面图。
图2是表示本发明的实施方式中的从ECU输出的喷射脉冲与对燃料喷射装置提供的电压与励磁电流的定时、阀体的提升量之间的关系的图。
图3是表示图2中的从ECU输出的喷射脉冲的脉冲宽度Ti与燃料喷射量之间的关系的图。
图4是表示本发明的第一实施方式中的阀体的提升量与作用于阀体的关阀方向的力、与作用于可动元件102的开阀方向的力之间的关系的图
图5是本发明的第一实施方式中的燃料喷射装置的阀体顶端部的剖面放大图。
图6是本发明的第一实施方式中的用于对燃料喷射装置进行驱动的驱动电路的构成图。
图7是本发明的第二实施方式中的燃料喷射装置的阀体顶端部的剖面放大图。
图8是本发明的第三实施方式中的燃料喷射装置的阀体顶端部的剖面放大图。
图9是本发明的第四实施方式中的燃料喷射装置的阀体顶端部的剖面放大图。
图10是表示本发明的第五实施例中的从ECU输出的喷射脉冲宽度、与从比较器输出的开阀探测信号、励磁电流的微分值、励磁电流的定时、阀体的提升量之间的关系的图。
图11是表示本发明的第六实施例中的从ECU输出的喷射脉冲宽度与燃料喷射量的关系的图。
符号说明
101喷嘴支架
102可动元件
103壳体
104线圈架
105螺线管(线圈)
107磁芯
110弹簧
112调零弹簧
113导棒
114阀体
115PR导架
116喷孔座
118阀座
119喷射口
120ECU(发动机控制单元)
121EDU(发动机驱动单元)
501底座面
601CPU
602驱动IC
615微分器
616比较器
617燃料喷射装置
804平面部
具体实施方式
首先，采用图1对燃料喷射装置及其驱动装置的构成与基本动作进行说明。图1是表示燃料喷射装置的纵向剖面图、与用于对该燃料喷射装置进行驱动的EDU(驱动电路：发动机驱动单元)121、ECU(发动机控制单元)120的构成的一例的图。在本实施例中，ECU120与EDU121，作为分体的部件而构成，不过ECU120与EDU121也可以作为一体的部件而构成。
ECU120，从各种传感器中取入表示发动机的状态的信号，并根据内燃机的运转条件，进行适当的喷射脉冲的宽度或喷射定时的运算。从ECU120输出的喷射脉冲通过信号线123而被输入到燃料喷射装置的EDU121。EDU121对施加给螺线管(线圈)105的电压进行控制，并供给电流。ECU120通过通信线路122与EDU121之间进行通信，能够根据对燃料喷射装置供给的燃料的压力或运转条件对通过EDU121生成的驱动电流进行切换。EDU121通过与ECU120之间的通信能够对控制常数进行改变，电流波形根据控制常数而改变。
采用燃料喷射装置的纵向剖面，针对构成和动作进行说明。图1所示的燃料喷射装置是常态时关闭型的电磁阀(电磁式燃料喷射阀)，在未对螺线管105通电的状态下，阀体114通过弹簧110而被施力，与阀座118密接，成为关闭状态。在该关闭状态下，可动元件102通过调零弹簧(zerospring)112而与阀体114密接，在阀体114关闭的状态下在可动元件102与磁芯107之间具有空隙。燃料从燃料喷射装置的上部进行供给，通过阀座118对燃料进行密封。关阀时，因弹簧110而产生的力以及因燃料压力而产生的力作用于阀体，向关闭方向推压。
产生用于开关阀的电磁力的磁路由在磁芯107与可动元件102的外周侧配置的筒状部材即喷嘴支架(nozzle holder)101、与磁芯107、可动元件102、壳体103构成。当对螺线管105供给电流时，在磁路中产生磁通量，在作为可动部件的可动元件102与磁芯107之间产生磁吸引力。当作用于可动元件102的磁吸引力超过弹簧110的载重、与通过燃料压力对阀体作用的力之和时，可动元件102向上方活动。这时，阀体114与可动元件102一起向上方移动，可动元件102的上端面移动至与磁芯107的下表面碰撞为止。其结果，阀体114从阀座118离开，被供给的燃料从多个喷射口119喷出。另外，喷射口119的孔数也可以是单孔。接着，在可动元件102的上端面与磁芯107的下表面碰撞之后，阀体114从可动元件脱离并超程(overshoot)，但在一定时间之后阀体114在可动元件102上会静止。当切断电流向螺线管10的供给时，磁路中产生的磁通量减少，磁吸引力降低。当磁吸引力比将弹簧110的载重、和因燃料压力而使阀体114以及可动元件102所受到的流体力相加所得的力更小时，可动元件102以及阀体114向下方活动，在阀体114与阀座118碰撞的时间点，可动元件102从阀体114脱离。另一方面，阀体114在与阀座118碰撞之后静止，燃料停止喷射。另外，可动元件102与阀体114可以作为相同的部件而一体式成形，也可以由其他部件构成，通过焊接或压入等方法而接合。在可动元件102与阀体为相同部件的情况下，即使在构成上没有调零弹簧112，本发明的效果也不会改变。
接着，对驱动燃料喷射装置的一般的喷射脉冲与驱动电压、驱动电流(励磁电流)、阀体移位量(阀体行迹)之间的关系(图2)、及喷射脉冲与燃料喷射量之间的关系(图3)进行说明。
当对EDU121输入喷射脉冲时，EDU121从被升压至比蓄电池电压高的电压的高电压源向螺线管105施加高电压201，开始对螺线管105进行电流供给。当电流值达到预先规定的峰值电流值Ipeak时，停止高电压201的施加。之后，将所施加的电压设为0V以下，如电流202那样使电流值降低。当电流值变得比规定的电流值204小时，EDU121通过切换进行蓄电池电压的施加，按照成为规定的电流203的方式进行控制。
根据这样的供给电流分布图来驱动燃料喷射装置。在从施加高电压201至到达峰值电流为止的期间，开始提升阀体114，阀体114不久后到达目标提升位置。在到达目标提升位置之后，因可动元件102与磁芯107之间的碰撞，阀体114进行回弹动作，很快因基于规定的电流203的保持电流所生成的磁吸引力，阀体114静止于规定的位置(以后称作目标提升位置)，成为稳定的开阀状态。另外，由于阀体114构成为能相对于可动元件102进行相对位移，因此超过目标提升位置来进行位移。
接着，针对喷射脉冲宽度Ti与燃料喷射量之间的关系进行说明。图3是表示由ECU输出的喷射脉冲宽度与由燃料喷射装置喷射的燃料喷射量之间的关系的图。在喷射脉冲宽度比一定的时间短的情况下，由于阀体114不开阀，因此燃料不喷射。在喷射脉冲宽度短、例如点301这样的条件下，阀体114开始提升，但由于对螺线管105通电的时间短，因此在阀体114到达目标提升位置之前开始关阀，故而成为小的提升量下的喷射，相对于在喷射脉冲宽度大的区域从喷射脉冲宽度与燃料喷射量之间的关系为线性的直线区域320进行外延的虚线330而言，喷射量变少。在点302的脉冲宽度下，在阀体114刚刚到达了目标提升位置之后，即，可动元件102与磁芯(固定磁芯)107刚刚接触之后，立刻开始关阀。在点303的喷射脉冲宽度下，在阀体114的回弹量成为最大的定时t23开始关阀，因此从喷射脉冲非有效至阀体114与阀座118接触为止的时间(以后称作关闭延迟时间)变小，其结果，喷射量相对于虚线330变少。点304为在阀体114的回弹刚刚收敛之后的定时t24开始关阀的状态，在比点304大的喷射脉冲宽度下，燃料的喷射量根据喷射脉冲宽度的增加而线性增加。关于在喷射脉冲宽度比点304小的区域的阀体114的提升量，由于阀体114未稳定保持在目标提升位置，因而随着燃料压力等环境条件的变化，阀体114的提升量容易变得不稳定，故而难以使喷射量稳定。
【实施例1】
接着，采用图4、图5针对本发明的第一实施例的构成和动作进行说明。图4是表示本发明中的阀体114的提升量和作用于阀体114的关阀方向的力、与作用于可动元件102的开阀方向的力之间的关系的图。图中的实线410是作用于阀体114的关阀方向的力的绝对值，虚线411是作用于可动元件102的开阀方向的力的绝对值。
在未对螺线管105供给电流的状态点401，阀体114因基于弹簧110的载重与基于燃料压力的力(以后称作流体力)而向关阀方向施力。当对螺线管105供给电流时，在可动元件102与磁芯107之间产生开阀方向的力即吸引力，在吸引力超过了由作用于阀体114的基于弹簧110的载重与基于流体力的力之和所表征的关阀方向的力的状态点402，阀体114开始提升。基于弹簧110的载重，由弹簧110的弹簧常数和从弹簧110的自然长度开始的压入量决定，故而阀体114的提升量与基于弹簧110的载重呈线性关系。当阀体114的提升量为零时，因基于弹簧110的载重与燃料压力以及受压面积(阀座118与阀体114之间的接触部的面积)之积的力，从而阀体114向关阀方向施力。当阀体114从阀座118离开而阀体114的提升量小时，由于阀体114与阀座118之间的通路剖面积小，因而在阀体114与阀座118之间的间隙流动的燃料的流速增加，因阀体114与阀座118之间的压力损耗的增加和基于伯努利定律的静压的降低，从而作用于阀体114的流体力变大。当阀体114的提升量变大时，由于阀体114与阀座118之间的通路剖面积变大，故而在阀体114与阀座118之间流动的燃料的流速降低，作用于阀体114的流体力变小。因以上理由，作用于阀体114的流体力的大小由阀体114的提升量决定，阀体114的提升量与作用于阀体114的流体力的关系，在阀体114到达目标提升为止期间，处于正相关的范围，当超过某个提升量时，处于负相关的范围。在作用于阀体114的流体力以及基于弹簧110的载重之和与阀体114的提升量的关系为正的相关的范围内，将吸引力控制在规定的大小，根据阀体114的提升量，使流体力胜过磁吸引力，从而能够根据规定的提升量，使阀体114开始关阀。这样，通过在根据阀体114的提升量的增加而流体力增加的范围内使阀体114开始关阀，从而不管向螺线管105供给的电流的截止定时如何，都能在使阀体114在关阀位置与目标提升位置之间的中间提升状态下正确地控制阀体114的提升量，能够进行喷射量的正确控制。另外，在阀体114成为中间提升的状态下，通过对吸引力的大小进行控制，从而能够对阀体114的提升量进行控制，对喷射量进行控制。另外，在汽油用内燃机的燃料喷射装置中，喷射量由阀体114的提升量的累计值决定，通过对基于弹簧110的载重进行调整，从而调整在使喷射脉冲为有效之后至阀体114到达目标提升为止的时间、和在使喷射脉冲为非有效之后至阀体114到达阀座118为止的时间，有些情况下按照动态流量的个体差控制在一定范围内的方式进行流量调整。在这样的燃料喷射装置中，基于弹簧110的载重按每个燃料喷射装置个体而产生变动，即使因相同的燃料压力等的条件变化，从向螺线管105供给电流后至阀体114从阀座118脱离为止的开阀定时也会产生变动。作用于阀体114的流体力在相对于提升量成为正的相关的提升量的范围内使用，通过将开阀后的吸引力控制为恒定，从而不管开阀定时的个体差的变动如何，在规定的提升量下游体力都胜过吸引力，由于阀体114的关阀定时被决定，因此能够对阀体114的提升量进行正确控制，能够降低喷射量的个体差的偏差。
接着，作为使本发明进行图4这样的动作的方法之一，采用图1、图5针对本发明的第一实施方式中的燃料喷射装置的结构进行说明。图5是燃料喷射装置的阀体114顶端部的剖面放大图。在阀体114与阀座118接触的关阀状态下，因成为阀体114与阀座118的接触位置的底座直径ds的面积与燃料压力之积的流体力与基于弹簧110的载重之和，从而阀体114被向关阀方向施力。当阀体114从关阀状态起从阀座118脱离而开始提升时，燃料在阀体114与阀座118之间的燃料通路502流动。在燃料通路502中流动的流量由阀体114与阀座118的间隙为最小的燃料通路502的剖面积(以后称作燃料通路剖面积As)而决定，燃料通路剖面积AS能够由底座面501的角度与阀体114的提升量以及底座直径ds导出，其关系成为式(1)。
As＝stdsπsin(θ/2)        …(1)
(其中，st：阀体114的提升量、θ：底座面501的角度、ds：底座直径)
在阀体114的提升量小的情况下，由于燃料通路剖面积As小，故而在底座直径ds附近流动的燃料的流速增加，会在燃料通路502产生压力损耗。一般而言，压力损耗与动压(ρv2)/2(其中ρ为流体的密度，v为流速)成正比地变大，故而当流速变大时，压力损耗变大。另外，当流速变大时，基于伯努利定律的静压的降低变大，故而底座直径ds附近的压力降低。因在底座直径ds附近的静压的降低和压力损耗，导致阀体114的顶端部的压力降低。作用于阀体114的流体力成为阀体114的上游侧(例如与弹簧110之间的接触位置)的压力与顶端部的压力之差压和受压面积(例如，阀体顶端部外径的面积)之积，故而当阀体114的顶端部的压力降低时，作用于阀体114的流体力变大。另外，当阀体114的提升量小时，由于在底座直径ds附近流动的燃料的流速变快，故而因基于伯努利定律的静压的降低，从而比底座直径ds更下游侧的压力无法上升，阀体114的上游侧与顶端部的差压变大，作用于阀体114的流体力变大。当提升量变大时，由于阀体114与阀座118之间的燃料通路剖面积As变大，故而在底座直径ds处的流速降低。当在底座直径ds附近的流速降低时，由于基于伯努利效应的静压的降低被抑制，故而位于比底座直径ds附近以及比底座直径ds更下游侧的阀体114的顶端部的压力上升，阀体114的上游侧与顶端部的差压变小，作用于阀体114的流体力降低。通过使关阀时作用于阀体114的流体力、与开阀后作用于阀体114的流体力的最大值之间的差值变大，从而能够扩大对阀体114起作用的流体力与阀体114的提升量之间的关系成为正的相关的范围，能够扩大使阀体114在处于关阀位置与目标提升位置之间的中间提升的状态下变稳定的提升量的范围。另外，关于阀体114的顶端部的形状，优选其构成为，相对于阀体114与阀座118接触着的关阀时的底座直径ds的面积，在阀体114开阀时产生压力降低的阀体114的顶端部外径dp的面积变得更大。根据该效果，由于能够使基于伯努利定律的静压的发生降低的范围在阀体114开阀时变大，因此与关阀时作用于阀体114的流体力相比，能够使开阀时作用于阀体114的流体力变大。另外，优选阀体114的顶端部形状由球面R构成。通过这样的构成，由于能够使开阀的状态下阀体114与阀座118的燃料通路成为微小间隙的范围变大，因此能够扩大阀体114承受压力降低的面积，能够使作用于阀体114的流体力变大。根据该效果，能够扩大使阀体114在中间提升的状态下使之稳定的提升量的范围。另外，通过使弹簧110的弹簧常数变大，从而与阀体114与阀座118相接触的关阀状态相比，可动元件102与磁芯107相接触的开阀状态下，弹簧110的变形量更大，故而弹簧110的载重变大。根据该效果，能够扩大作用于阀体114的关阀方向的力相对于提升量成为正的相关的提升量的范围。
采用图6针对本发明的第一实施方式中的燃料喷射装置的驱动电路与用于对规定的吸引力进行控制的电路构成进行说明。图6是表示对燃料喷射装置617进行驱动的电路构成的图。CPU601内含于例如ECU中，根据内燃机的运转条件进行适当的喷射脉冲宽度Ti或喷射定时的运算，通过通信线路604对燃料喷射装置的驱动IC602输出喷射脉冲Ti。之后，通过驱动IC602，对开关元件605，606，607的导通、截止进行切换，并向燃料喷射装置607供给驱动电流。
开关元件605被连接在比对驱动电路输入的电压源VB更高的高电压源VH与燃料喷射装置607的高电压侧的端子之间。开关元件由例如FET或晶体管等构成。高电压源VH是例如60V，通过升压电路614对蓄电池电压进行升压从而生成该高电压源。升压电路由例如DC/DC转换器等构成。开关元件607被连接在低电压源VB与燃料喷射装置的高压端子之间。低电压源VB是例如蓄电池电压，为12V。开关元件606被连接在燃料喷射装置的低电压侧的端子与设置电位之间。驱动IC602，通过电流检测用的电阻608、612、613，对在燃料喷射装置607中流动的电流值进行检测，根据所检测的电流值，对开关元件605、606、607的导通、截止进行切换，生成所希望的一个驱动电流。二极管609和610是使为了对电流进行截断而备设的。CPU601通过驱动IC602和通信线路603来进行通信，能够根据对燃料喷射装置供给的燃料的压力或运转条件来对通过驱动IC602所生成的驱动电流进行切换。在电流检测用的电阻608上连接微分器615，该微分器615通过比较器616与CPU601进行连接。在螺线管105两端的电压，成为螺线管105的电阻与电流值之积即基于欧姆法则的电压降、加上螺线管105的电感与在螺线管105中流动的电流的时间积分之积即基于自感应的反电动势(逆起電圧)的所得和。当对螺线管105供给电流时，会在螺线管105产生反电动势。当反电动势变大时，基于欧姆法则的电压降变小，因而即使从恒定电压源将电流提供给螺线管105，电流的供给时间与在螺线管105中流动的电流的关系也不会成为线性，一般而言会成为一阶延迟的关系。另外，当从恒定电压源向螺线管105供给电流时，随着时间的经过，在螺线管105中流动的电流与电感之积即在磁路中产生的磁通量增加，在作用于可动元件102的吸引力超过作用于阀体114的关阀方向的力的定时，阀体114从阀座118脱离，并开始提升。当阀体114开始提升时，可动元件102与磁芯107之间的间隙变小，由于磁路的磁阻变小，因而在可动元件102与磁芯107之间能够产生的磁通量增加。由于电流的时间微分值处于与磁通量成反比例的关系，故而磁间隙变小，当磁通量急剧增加时，电流的时间微分值急剧变小。电流的时间微分急剧变小的定时，例如通过与电流检测用的电阻608连接的微分器615能够检测到，比由比较器616预先设定的阈值电压降低的定时能够由CPU601探测到。另外，在电流检测用的电阻608串联连接两个微分器，还能够将通过CPU601检测到伴随磁通量的增加而产生的电感的变化作为电流微分值的斜率变化。通过以上方法，能够由CPU601探测到阀体114从阀座118离开而开始提升时的开阀定时。在从CPU601所探测到的开阀定时起经过规定的时间之后，停止对螺线管105的电流供给，从而能够对规定的吸引力进行控制。通过这样的构成，从而即使在开阀定时因燃料喷射装置的每个个体而产生了变动的情况下，也能够对吸引力进行控制，能够在阀体114在中间提升的状态下对提升量进行正确控制。在使对螺线管105供给的电流值为固定的情况下，吸引力依赖于可动元件102与磁芯17之间的间隙的高度(以后称作磁间隙)而产生变化。当磁间隙大时，可动元件102与磁芯107之间的磁阻变大，能够通过吸引面的磁通量数量减少，吸引力变小。另外，当阀体114开阀使磁间隙变小时，由于在磁路内涡电流在抵消磁通量的方向产生作用，故而在伴随一定的延迟时间之后，吸引力产生变化。因此，通过对开阀定时与可动元件102和磁芯107碰撞的定时(以后，称作目标提升到达定时)进行探测，从而能够间接推测阀体114的提升量。这样，由于能够进行将伴随磁间隙的变化而产生的磁通量的变化考虑在内的吸引力的控制，因此能够在中间提升的状态下提高开始关阀时的提升量的精度。另外，若基于对螺线管105供给的电流而产生的吸引力变化急剧，则在阀体114开始提升之后的提升量的变化也变得急剧，从而使电流的供给停止的定时的控制变得困难，优选对螺线管105进行的电流施加，由蓄电池电源、或者比高电压电源VH小的电压源来进行。另外，在微分器615与比较器616之间，优选配置用于除噪的低通滤波器。通过低通滤波器将作为高周波分量的噪声去除，能够由CPU601稳定地检测阀体114的开阀定时。另外，电流检测用的电阻608、微分器615、比较器616，在电路的构成上也可以内含于驱动IC602中。这种情况下，来自微分器615的信号，可以不输入CPU601，而是输入到驱动IC602。在这样的构成下，以来自微分器615的信号为输入触发，从驱动IC602对开关元件605、606、607进行直接驱动，能够控制开阀后停止对螺线管105的电流供给的定时。
【实施例2】
采用图7对本发明涉及的第二实施例进行说明。图7是第二实施例中的燃料喷射装置的阀体顶端部的放大剖面图。另外，在图7中，针对与图1、图5相同的构成部件，附加相同的符号。
在图7所示的例子中，在第一实施例的基础上，对阀体114的底座直径ds1进行缩小，在底座直径ds1的上游部设置锥形面701。在关阀时对阀体114作用的流体力，是底座直径ds1的面积与燃料压力之积，因而通过使底座直径ds1变小，从而能够使在关阀时作用于阀体114的关阀方向的力变小。另外，通过在底座直径ds1的上游部设置锥形面701，从而与使阀体114的底座直径ds1上游由与底座直径ds1部同等的球面R构成的情况相比，能够使阀座118的底座面501与阀体114顶端部的燃料通路702的间隙Hg变小，由于能够使阀体114在开阀后产生基于伯努利定律的静压的降低的范围的面积变大，因此能够使作用于阀体114的流体力变大。另外，锥形701的角度，优选与阀座118的底座面501的角度等同。这样，由于能够正确地决定阀体114与阀座118之间的间隙，因而会降低在开阀后作用于阀体114的流体力的个体差偏差，使管理变得容易。根据以上效果，能够使关阀时作用于阀体114的流体力与开阀后作用于阀体的流体力的最大值之差变大，能够使阀体114的提升量与流体力成为正的相关的提升量的范围变大。这样，使阀体114在关阀位置与目标提升位置之间的中间提升状态下稳定的提升量的范围变大，提高了能够控制的喷射量的范围。
【实施例3】
采用图1、图8针对本发明涉及的第三实施例进行说明。图8是第三实施例中的燃料喷射装置的阀体顶端剖面的放大图。另外，在图8中，对与图1、图5相同的构成部件附加相同的符号。
在图8所示的示例中，在第一实施例的基础上，缩小阀体114的底座直径ds2，在底座直径ds2的上游设置锥形801，在喷孔座(orifice cup)116设置倾斜部803。通过设置成这样的构成，从而能够在锥形801与倾斜部803之间设置微小间隙hg1，除了阀体114的底座直径ds1附近之外，还能在锥形面801设置产生基于够伯努利定律的静压的降低的范围。另外，倾斜部803，即使不是与喷孔座116一体，而是与PR导架115一体的构成，也能够得到与上述同等的效果。
另外，优选其构成为，在喷孔座116设置平面部804，当阀体114位于目标提升时，优选关阀时的底座直径ds2在高度方向的位置来到比平面部804更上游的位置。一般而言，从燃料喷射装置喷射的每单位时间的流量(以后称作静流)，在燃料压力为固定的情况下，由阀体114的燃料通路剖面积与喷射口119的总剖面积决定，当缩小了底座直径时，由于燃料通路剖面积变小，故而在目标提升位置的静态流量变小。通过按照在目标提升位置时，底座直径ds在高度方向的位置处于比平面部803更上游的位置的方式构成，从而由于在已到达目标提升的位置，阀体114与喷孔座116之间的最小间隙变得不依赖于底座直径ds2，故而能够保持使底座直径ds2很小，使在阀体114成为目标提升位置时的静流变大。因此，由于能够既使为了使阀体114在中间提升的状态下稳定而需要的流体力变大，又使静流变大，因此燃料喷射装置的设计变得容易。另外，与阀体114位于目标提升时的静流值相比，由于能够使中间提升时的静流值变小，故而能够使阀体114在中间提升的状态下的流量变小。
【实施例4】
采用图1、图9针对本发明所涉及的第四实施例进行说明。图9是第四实施例中的燃料喷射装置的阀体114顶端部剖面的放大图。另外，在图9中，对于与图1、图5相同的构成部件附加相同的符号。
在图9的示例中，在第一实施例的基础上，对阀体114与阀座118接触的底座直径ds3进行缩小，在阀体114的底座直径ds3的上游设置平面部902，在喷孔座116设置平面部901。
通过采用这样的构成，从而能够在喷孔座116的平面部901与阀体114的平面部902之间设置微小间隙hg2，除了阀体114的底座直径ds3附近之外，还能够在平面部902设置产生基于伯努利定律的静压的降低的范围，作用于阀体114的流体力变大，能够使流体力与提升量成为正的相关的范围变大。另外，通过对平面部902的外径dp的直径进行变更，从而能够对产生基于伯努利定律的静压的降低的范围(以后称作受压部)进行变更，故而能够按照受压部的面积来设计作用于阀体114的流体力，燃料喷射装置的设计变得容易。
【实施例5】
第5实施方式中，如图5所示那样构成图1所示的燃料喷射装置的阀体114的底座部分，在采用图6那样的驱动电路进行其驱动的情况下的控制方法如图10所示。
图10是表示第五实施例中的从ECU(发动机控制单元)输出的喷射脉冲宽度、与从比较器616输出的开阀定时的探测信号(以后称作开阀探测信号)、驱动电流的微分值、驱动电流的定时、阀体114的提升量之间的关系的图。图10中，以实线133示出按照阀体114未到达目标提升的方式进行了控制的中间提升状态下的阀体114的行迹133，以虚线130记载在按照阀体114到达目标提升的方式进行了控制的情况下的喷射脉冲、阀体114的行迹。
当输入喷射脉冲时，从蓄电池电压VB施加电压，开始对螺线管105进行电流供给。当阀体114开始提升时，可动元件102与磁芯107之间的间隙变小，磁路内的磁阻变小，故而能够在可动元件102与磁芯107之间产生的磁通量增加。由于电流的时间微分值处于与磁通量成反比例的关系，故而磁间隙变小，当磁通量急剧增加时，电流的时间微分值急剧变小。在超过被赋予了与电流的时间微分值相应的参照电压的比较器616的阈值131的定时t101，开阀探测信号变成有效。开阀探测信号，是指根据对螺线管105的通电，磁吸引力达到了一定的值。从定时t101起的时间ΔT，采用计时器或计数器来进行计算，在经过ΔT之后，通过使喷射脉冲成为非有效，从而能够稳定地控制作用于可动元件102的磁吸引力。当按照这样将磁吸引力控制在规定值时，在阀体114达到了某个提升量的时刻，作用于阀体114的流体力胜于磁吸引力，开始关阀。通过对磁吸引力的大小进行控制，从而能够对图4中的关阀開始点403的提升量进行正确控制。通过提升量的正确控制，从而还能够正确进行喷射量的控制。这时的阀体114的提升量，处于所谓的中间提升的状态，故而与阀体114已达到目标提升的情况相比，提升量更小，从而能得到微量的喷射量。另外，在将开阀探测信号不是输入到CPU601，而是直接输入到驱动IC602的情况下，还能够使驱动IC602具有计时功能，通过驱动IC602对ΔT的时间进行控制。即使在这种情况下，也不改变本发明的效果。
在按照这样进行控制的情况下，关于在使喷射脉冲为非有效之后至阀体114与阀座118接触为止的时间(以后称作关闭延迟时间)，在燃料喷射装置的结构与燃料压力等的环境条件相同的情况下，依赖于开始关阀时的阀体114的提升量而决定。阀体114的移动距離与时间的关系，由作用于阀体114和可动元件102的磁吸引力、流体力、基于弹簧的载重等力的时间累计值而决定，故而在所作用的力相同的情况下，提升量越大，至关阀为止所需要的时间越增加。因此，与在按照阀体114达到目标提升的方式进行控制的情况下的阀行迹130中的关闭延迟时间Td2相比，能够使在中间提升位置开始关阀的中间提升状态的阀行迹133的关闭延迟时间Td1更小。另外，在从中间提升的状态起阀体114开始关阀时，与从目标提升位置起开始关阀时相比，由于在开始关阀的定时可动元件102与磁芯107之间的间隙变大，故而磁路中能够产生的磁通量变小，磁吸引力小。在开始关阀的定时下的吸引力，会影响在停止对螺线管105的电流供给之后，至磁路中的磁通量消失、磁吸引力降低为止的时间。因此，在开始关阀的定时下的吸引力小的中间提升状态下，能够使关闭延迟时间变小。由于喷射量依赖于阀体114的提升量的时间积分值，故而因关闭延迟时间的降低，能够使能控制的喷射量变小。
另外，如图1所示，可动元件102与阀体114成为分体结构的燃料喷射装置中，在关阀时，当阀体114与阀座118碰撞时，可动元件102从阀体114分开，并继续运动。可动元件102继续运动的时间，依赖于阀体114与阀座118碰撞时的可动元件102所具有的动能。动能由可动元件102和阀体114的质量以及阀体114与阀座118碰撞时的速度(以后称作碰撞速度)决定。当阀体114的提升量变大时，由于至阀体114与可动元件102关阀为止能够加速的时间增加，故而碰撞速度变大，在阀体114与阀座118碰撞时可动元件102所具备的动能也变大。因此，与在目标提升下开始关阀的情况相比，在从中间提升的状态起开始关阀之际，能够使阀体114与阀座118碰撞时的动能更小。因此，能够缩短在关阀后至可动元件102静止为止的时间。当在阀体114关阀后可动元件102继续运动的中途进行下一次喷射时，由于有时重新喷射时的喷射量难以变得安定，故而通过缩短至可动元件102静止为止的时间，从而能够使在1次行程中结束第一次喷射之后，进行下一次的重新喷射的间隔变小，能够使在1次行程中能够喷射的喷射次数增加。另外，在中间提升的状况下，由于阀体114的关阀速度被降低，故而存在降低在阀体114与阀座118碰撞时所发生的驱动音的效果。
例如，在使发动机进行空转时，由于燃料喷射装置的运转声音相对较大，容易听见，所需要的喷射量也小，故而若采用在中间提升时开始关阀的驱动，则容易进行噪声降低。另外，通过减少阀体114与阀座118的碰撞速度，从而能够得到阀座118或阀体114的磨耗降低的效果，例如，容易在高燃料压力下进行使用等。
【实施例6】
采用图1、图11，对本发明涉及的第六实施例进行说明。图11是表示第六实施例中的从ECU(发动机控制单元)输出的喷射脉冲宽度与燃料喷射量的关系的图。
喷射脉冲宽度与燃料喷射量的关系，存在喷射脉冲宽度小时的非线性区域(以下称作非线性区域)141、与喷射脉冲宽度大时的线性区域(以下称作线性区域)142。在线性区域142，通过对喷射脉冲宽度进行变更，从而能够得到所希望的燃料喷射量。在非线性区域141，由于喷射脉冲宽度与燃料喷射量的关系不是线性的，故而无法以喷射脉冲宽度对燃料喷射量进行控制。为了对非线性区域141的燃料喷射量进行控制，故而采用在中间提升时开始关阀的驱动。
在用于对非线性区域141的燃料喷射量进行控制的采用中间提升的驱动中，通过将磁吸引力控制在规定值，从而在阀体114达到了某个提升量的时刻，作用于阀体114的流体力胜于磁吸引力，开始关阀。通过对磁吸引力的大小进行控制，从而对关阀开始定时的提升量进行正确控制，由于燃料喷射量与燃料压力的平方根成正比，故而能够使对燃料喷射装置供给的燃料的压力增减，从而能够控制燃料喷射量。另外，在采用了中间提升的驱动中通过对在1次行程中喷射的次数进行变更，从而能够对所希望的燃料喷射量进行控制。通过对阀体114的提升量、燃料压力、喷射次数进行调整，从而能够得到所希望的燃料喷射量。

Claims (4)

1.一种电磁式燃料喷射装置，其特征在于，具备：
阀体，其通过与阀座相接从而关闭燃料通路，通过从所述阀座分离从而打开燃料通路；
可动元件，其与所述阀体合作来执行开关阀动作；
电磁体，其由作为所述可动元件的驱动单元而设置的线圈及磁芯、和在所述磁芯以及所述可动元件的外周侧设置的筒状的喷嘴支架构成；以及
施力单元，其在与基于所述驱动单元的驱动力的方向相反的方向上对所述阀体进行施力，
所述燃料喷射装置具有通过对所述线圈供给电流，从而使所述磁芯与所述可动元件之间作用磁吸引力，并使所述阀体开阀的功能，
在所述阀体与所述阀座接触的关阀位置和所述阀体的最大提升量之间的中间位置，使所述阀体开始关阀动作，对所述阀体和所述可动元件在关阀方向作用的流体力至少增加至使所述阀体成为开始所述关阀动作的提升位置。
2.一种燃料喷射装置的驱动电路，是用于对权利要求1所述的燃料喷射装置进行驱动的驱动电路，该驱动电路的特征在于，
检测对于因向所述线圈通电时产生的反电动势的变化而引起的电感的变化作为在所述线圈中流动的电流的时间微分值，从而探测所述阀体从所述阀座脱离的定时，并通过反馈给驱动电路的运算装置乃至计时器，从而对所述磁吸引力进行控制。
3.一种燃料喷射装置的驱动方法，其特征在于，
在权利要求1或2所述的燃料喷射装置或燃料喷射装置的驱动电路中，对燃料喷射装置供给电流的驱动电路，具有与电源连接且升压至比被输入的电源电压高的电压的升压电路，从而具有高电压源和低电压源，当在所述中间位置使所述阀体开始所述关阀动作时，从所述低电压源向燃料喷射装置供给电流。
4.一种燃料喷射装置的驱动电路，该燃料喷射装置由权利要求3所述的驱动方法进行驱动，该燃料喷射装置的驱动电路的特征在于，从所述阀体与所述阀座接触的状态起，在所述阀体开阀时，能够对在所述驱动电路中设置的所述高电压源和低电压源进行切换。
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