CN110475959B - 燃料喷射阀的控制装置 - Google Patents

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Abstract

在具有2级以上的可变升程机构的燃料喷射阀中，在以与指令不一样的升程进行了燃料喷射的情况下，有可能引起废气排放劣化或扭矩变动。本发明为一种燃料喷射阀的控制装置，所述燃料喷射阀具有2级以上的可变升程机构，该燃料喷射阀的控制装置根据开阀动作中的驱动电流或者闭阀动作中的驱动电压的拐点来检测该燃料喷射阀的驱动升程，在检测到的驱动升程与指令驱动升程不一样的情况下，限制指令驱动升程。

Description

燃料喷射阀的控制装置
技术领域
本发明涉及对内燃机喷射供给燃料的燃料喷射阀的控制装置。
背景技术
近年来，由于车辆油耗、排放控制的强化，要求同时达成内燃机的低油耗化和高功率化并适应内燃机的广阔运转区域。其达成手段之一是要求扩大燃料喷射阀的动态范围。
要扩大燃料喷射阀的动态范围，就需要在确保以往的静态流量特性的情况下改善动态流量特性。作为该动态流量特性的改善方法，已知有通过半升程控制来减少最小喷射量。
该半升程控制在燃料喷射阀中配备的阀芯完全到达开阀位置(以下称为全升程)之前的状态(以下称为半升程区域)下进行高精度的控制，但我们知道，所述半升程区域的喷射量偏差会因燃料喷射阀的个体差异而增大。因此，提出有检测每一燃料喷射阀产生的个体差异的各种技术。例如，专利文献1揭示了一种根据电特性来间接地检测与燃料喷射阀的开阀动作(详细而言，是阀芯变成开阀状态的时刻)相关的个体差异的技术。同样地，也有根据电特性来检测燃料喷射阀的闭阀动作的现有技术。
此外，作为扩大燃料喷射阀的动态范围的技术，专利文献2揭示了一种利用2个可动铁心来改变阀芯的升程量从而改变每单位时间的喷射量(喷射率)的燃料喷射阀。该燃料喷射阀能以全升程进行以往的半升程区域的燃料喷射，因此可以提高少量喷射时的喷射量精度。此外，作为其控制方法，还揭示了通过流至燃料喷射阀的驱动电流的大小使升程量可变这一内容。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2014-152697号公报
专利文献2：日本专利特开2006-132412号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，用于控制燃料喷射阀的升程量的电流值会因燃料喷射阀、控制该燃料喷射阀的燃料喷射控制装置内的设备差异偏差的影响而相对于所指令的电流值发生偏差。此外，燃料喷射阀的开阀动作受燃料压力的影响，因此，要控制升程量，就需要根据燃料压力值来改变电流值。该燃料压力值通常使用燃料压力传感器进行测量，但由于安装有燃料压力传感器的共轨内会产生脉动，因此难以测量燃料喷射时的准确的燃料压力值。
因此，有可能因上述的设备差异偏差或燃料压力变动等而使得流至燃料喷射阀的电流值发生变动、导致燃料喷射阀以与所计划的升程量(即，根据内燃机的运转状态等对燃料喷射阀指示的指令驱动升程)不一样的升程量进行动作而喷射燃料。
本发明是鉴于所述缘由而成，其目的在于提供一种可以准确地监视前文所述的具有可变升程机构的燃料喷射阀的升程量(实际的升程量)、抑制该升程量与所计划的升程量的背离造成的废气排放的劣化或者意外的扭矩变动的燃料喷射阀的控制装置。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的燃料喷射阀的控制装置对具有能以2级以上的驱动升程改变阀芯的升程的可变升程机构的燃料喷射阀进行控制，该燃料喷射阀的控制装置的特征在于，根据利用使所述燃料喷射阀开阀时的驱动电流以及闭阀时的驱动电压中的至少一方检测到的拐点，来检测所述燃料喷射阀的驱动升程。
此外，本发明的燃料喷射阀的控制装置对具有能以2级以上的驱动升程改变阀芯的升程的可变升程机构的燃料喷射阀进行控制，该燃料喷射阀的控制装置的特征在于，具备：拐点检测部，其利用使所述燃料喷射阀开阀时的驱动电流以及闭阀时的驱动电压中的至少一方来检测拐点；以及驱动检测部，其根据所述拐点检测部检测到的拐点来检测所述燃料喷射阀的驱动升程。
发明的效果
根据本发明的燃料喷射阀的控制装置，在具有能以多级驱动升程改变升程的可变升程机构的燃料喷射阀中，可以准确地检测该燃料喷射阀的升程(实际驱动升程)，因此，即便在因燃料喷射阀的误动作等而导致以与计划的升程(指令驱动升程)不一样的升程进行了驱动的情况下，也能避免废气排放的明显的劣化或者意外的扭矩变动。
上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。
附图说明
图1为表示搭载有本发明的燃料喷射阀的控制装置(燃料喷射控制装置)的内燃机的基本构成例的整体构成图。
图2为图1所示的燃料喷射控制装置的基本构成图。
图3为表示图1所示的燃料喷射阀的结构例及动作例的要部概略图。
图4为说明燃料喷射阀的基本动作(小升程)的图。
图5为说明燃料喷射阀的基本动作(大升程)的图。
图6为表示燃料喷射阀的Ti-Q特性的图。
图7为说明指令驱动电流与实际驱动电流的关系的图。
图8为说明小升程驱动时的拐点的图。
图9为说明大升程驱动时的拐点的图。
图10为说明图1所示的燃料喷射控制装置所进行的实际驱动升程检测和驱动升程限制的控制流程的流程图。
图11为表示大升程驱动时的闭阀动作中的驱动电压及其二阶微分值的时间序列数据的一例的图。
图12为表示小升程驱动时的闭阀动作中的驱动电压及其二阶微分值的时间序列数据的一例的图。
图13为表示大升程驱动时的开阀动作中的驱动电流及其二阶微分值的时间序列数据的一例的图。
图14为表示小升程驱动时的开阀动作中的驱动电流及其二阶微分值的时间序列数据的一例的图。
图15为说明基于拐点数的实际驱动升程检测的图。
图16为说明基于到拐点的时间的实际驱动升程检测的图。
图17为说明基于拐点中的极值的大小的实际驱动升程检测的图。
图18为说明基于拐点的模式的实际驱动升程检测的图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明的燃料喷射阀的控制装置(燃料喷射控制装置)的实施方式进行说明。
再者，本实施方式是对燃料喷射阀为对内燃机的燃烧室内喷射燃料的电磁式燃料喷射阀、采用具有能以2级驱动升程(大升程、小升程)改变阀芯的升程量的可变升程机构的燃料喷射阀、燃料喷射控制装置用作内燃机的控制装置的形态进行说明，但作为所述燃料喷射阀，当然可以采用由电磁驱动、具有能以多级(例如3级以上的)驱动升程改变阀芯的升程量的可变升程机构的适当的阀。
图1展示了搭载有本发明的燃料喷射阀的控制装置(燃料喷射控制装置)的内燃机的基本构成例。
图1中，吸入至内燃机(101)的空气(吸入空气)通过空气流量计(120)而依序被吸入至节气门(119)、集气箱(115)，其后，经由各汽缸上配备的进气管(110)、进气门(103)被供给至燃烧室(121)。
另一方面，燃料从燃料箱(123)被低压燃料泵(124)送至内燃机(101)上配备的高压燃料泵(125)，高压燃料泵(125)借助自排气凸轮(128)所配备的排气凸轮轴(未图示)传递的动力使配备于高压燃料泵(125)内的柱塞可以上下运动，从而对高压燃料泵(125)内的燃料进行加压(升压)。根据来自ECU(109)的控制指令值、以从高压燃料泵(125)排出的燃料的压力(燃料压力)变为所期望的压力的方式通过螺线管来控制其吸入口处配备的开闭阀。
由此，高压化的燃料经由高压燃料管道(129)被送至燃料喷射阀(105)，燃料喷射阀(105)根据ECU(109)内配备的燃料喷射控制装置(127)的指令将燃料直接喷射至燃烧室(121)。
再者，为了控制高压燃料泵(125)，内燃机(101)上通常配备有测量高压燃料管道(129)内的压力的燃料压力传感器(126)，ECU(109)根据该传感器值、以高压燃料管道(129)内的燃料压力变为所期望的压力的方式进行所谓的反馈控制。进一步地，内燃机(101)中，针对每一燃烧室(121)配备有点火线圈(107)、火花塞(106)，成为通过ECU(109)在所期望的时刻进行对点火线圈(107)的通电控制和火花塞(106)的点火控制的构造。
由此，吸入空气与燃料在燃烧室(121)内混合而成的混合气借助从火花塞(106)放出的火花而燃烧，通过该压力将活塞(102)下压。因燃烧而产生的废气经由排气门(104)被排出至排气管(111)，排气管(111)上配备有用于净化该废气的三元催化剂(112)。
ECU(109)中内置前文所述的燃料喷射控制装置(127)，输入测量内燃机(101)的曲轴(未图示)角度的曲轴角度传感器(116)、表示吸入空气量的所述空气流量计(120)、检测废气中的氧浓度的氧传感器(113)、表示驾驶员操作的加速踏板的开度的加速踏板开度传感器(122)、所述燃料压力传感器(126)等的信号。
进一步叙述从各传感器输入的信号，ECU(109)根据加速踏板开度传感器(122)的信号来算出内燃机(101)的要求扭矩，而且进行是否为怠速状态的判定等。此外，ECU(109)中配备有根据曲轴角度传感器(116)的信号来运算内燃机(101)的转速(以下称为发动机转速)的转速检测单元和根据从水温传感器(108)获得的内燃机(101)的冷却水温度和内燃机(101)的起动后的经过时间等来判断三元催化剂(112)是否为已预热的状态的单元等。
此外，ECU(109)根据前文所述的内燃机(101)的要求扭矩等来算出内燃机(101)所需的吸入空气量并将与其相符的开度信号输出至节气门(119)，而且，燃料喷射控制装置(127)算出与吸入空气量相应的燃料量并将与其相应的燃料喷射信号输出至燃料喷射阀(105)，还对点火线圈(107)输出点火信号。
接着，使用图2，对图1所示的ECU(109)的燃料喷射控制装置(127)和燃料喷射阀(105)进行说明。
基本而言，燃料喷射控制装置(127)具备作为燃料喷射控制部的燃料喷射脉冲信号运算部(201)及燃料喷射驱动波形指令部(电流波形修正部)(202)、发动机状态检测部(203)、驱动检测部(212)、拐点检测部(211)、驱动IC(208)、高电压生成部(升压装置)(206)、以及燃料喷射驱动部(开关)(207a、207b)。
发动机状态检测部(203)汇集并提供前文所述的发动机转速、吸入空气量、冷却水温度、燃料温度、内燃机(发动机)的故障状态等各种信息，根据从发动机状态检测部(203)获得的各种信息，燃料喷射脉冲信号运算部(201)运算规定燃料喷射阀(105)的燃料喷射期间的喷射脉冲(宽度)并输出至驱动IC(208)，燃料喷射驱动波形指令部(202)算出为进行燃料喷射阀(105)的开阀/开阀维持而供给的驱动电流的指令值并输出至驱动IC(208)。
高电压生成部(206)根据经由保险丝(204)和继电器(205)供给的电池电压(209)来生成电磁螺线管式燃料喷射阀(105)开阀时所需的高电源电压(以下称为高电压)(210)。此外，高电压生成部(206)根据来自驱动IC(208)的指令以达到所期望的目标高电压的方式对电池电压(209)进行升压。由此，配备以阀芯的开阀力确保为目的的高电压(210)和以开阀后阀芯不闭阀的方式进行开阀保持的电池电压(209)这2个系统作为燃料喷射阀(105)的电源。
在燃料喷射阀(105)的上游侧和下游侧配备有2个燃料喷射驱动部(207a、207b)，对燃料喷射阀(105)进行驱动电流的供给。驱动IC(208)根据燃料喷射脉冲信号运算部(201)中运算出的喷射脉冲(宽度)和燃料喷射驱动波形指令部(202)中运算出的驱动电流波形来切换作为开关的燃料喷射驱动部(207a、207b)，由此控制被施加至燃料喷射阀(105)的高电压(210)或电池电压(209)，从而控制供给至燃料喷射阀(105)的驱动电流。
参考图3、图4、图5，对从燃料喷射脉冲信号运算部(201)输出的喷射脉冲、燃料喷射驱动波形指令部(202)中运算并施加至燃料喷射阀(105)的驱动电压和驱动电流、燃料喷射阀(105)的阀芯(303)的位移量进行说明。
图3展示了具有2级可变升程机构的燃料喷射阀的构成例及动作例，图3的左图展示的是闭阀时，图3的中央图展示的是阀芯(303)的顶端从阀座(306)离开St1程度而形成有燃料通道的情况(以下称为小升程)，图3的右图展示的是阀芯(303)的顶端从阀座(306)离开St1+St2程度而形成有燃料通道的情况(以下称为大升程)。
图4、图5以时间序列展示了从燃料喷射阀(105)喷射燃料时的喷射脉冲、驱动电压、驱动电流、阀芯(303)的位移量(阀位移)的一例，图4展示的是以小升程进行驱动的情况，图5展示的是以大升程进行驱动的情况。
首先，参考图3的左图及中央图和图4，对小升程的驱动(小升程驱动)进行说明。
在时间T0～T1内，从燃料喷射脉冲信号运算部(201)输出的喷射脉冲为断开状态，因此燃料喷射驱动部(207a、207b)变为断开状态，对燃料喷射阀(105)不供给驱动电流。因而，如图3的左图所示，燃料喷射阀(105)的压簧(308)的作用力使得阀芯(303)朝阀座(306)的闭阀方向被施力，阀芯(303)的下端与阀座(306)保持抵接(阀孔(307)保持关闭)，不喷射燃料。
然后，在时间T1，喷射脉冲变为导通状态，燃料喷射驱动部(Hi)(207a)和燃料喷射驱动部(Lo)(207b)变为导通状态，高电压(210)～燃料喷射阀(105)～接地电压之间得以导通(施加至螺线管(305)的驱动电压为高电压(210))，驱动电流被供给至螺线管(305)时，在固定铁心(304)与可动铁心1(301)之间产生磁通而对可动铁心1(301)作用磁吸引力。当被供给至螺线管(305)的驱动电流增加、作用于可动铁心1(301)的磁吸引力超过调零弹簧(309)的作用力时，可动铁心1、2(301、302)开始朝固定铁心(304)的方向被吸引而移动(时间T1～T2)。
当可动铁心1(301)和可动铁心2(302)移动规定长度程度时，可动铁心2(302)与阀芯(303)卡合，可动铁心1、2(301、302)与阀芯(303)开始成一体移动(可动铁心2(302)上推阀芯(303))(时间T2)，阀芯(303)离开阀座(306)而开阀来喷射燃料。
可动铁心1、2(301、302)与阀芯(303)成一体移动直至可动铁心1(301)碰撞至固定铁心(304)为止，但若可动铁心1(301)与固定铁心(304)猛烈碰撞，则可动铁心1(301)会在固定铁心(304)上弹回而导致从阀孔(307)喷射的燃料的流量发生紊乱。因此，在可动铁心1(301)碰撞至固定铁心(304)之前(时间T3)也就是驱动电流达到峰值电流Ip1时将燃料喷射驱动部(207a、207b)设为断开状态、减少施加至螺线管(305)的驱动电压而减少驱动电流，由此降低可动铁心1(301)及阀芯(303)的势头。
在从时间T4到喷射脉冲下降的时间T6之间，为了仅供给足够将可动铁心1(301)吸引至固定铁心(304)的磁吸引力，以如下方式进行控制：在将燃料喷射驱动部(Lo)(207b)维持在导通状态的状态下，将燃料喷射驱动部(Hi)(207a)间歇性地设为导通状态(对燃料喷射驱动部(Hi)(207a)进行PMW控制)而将施加至螺线管(305)的驱动电压间歇性地设为电池电压(209)，使得流至螺线管(305)的驱动电流处于规定范围内。
另外，在时间T6之前的时间T5，可动铁心1(301)与固定铁心(304)发生碰撞，阀芯(303)位移到了升程量St1。
在时间T6，喷射脉冲变为断开状态，由此使得燃料喷射驱动部(207a、207b)全部变为断开状态，施加至螺线管(305)的驱动电压减少，流至螺线管(305)的驱动电流减少时，固定铁心(304)与可动铁心1(301)之间产生的磁通逐渐消失，作用于可动铁心1(301)的磁吸引力消失。因此，阀芯(303)由于压簧(308)的作用力和燃料压力带来的挤压力以具有规定时延的方式朝阀座(306)的闭阀方向被回推。继而，在时间T7，阀芯(303)被送回到原位置，阀芯(303)的下端抵接至阀座(306)而闭阀，不再喷射燃料。
再者，从喷射脉冲变成断开状态的时间T6起，朝与驱动燃料喷射阀(105)时相反的方向供给高电压(210)，以迅速清除燃料喷射阀(105)内的残留磁力而使阀芯(303)及早闭阀。
接着，使用图3的左图及右图和图5，对大升程的驱动(大升程驱动)进行说明。另外，与前文叙述过的小升程的情况重复的说明省略。
在时间T1，喷射脉冲变为导通状态，由此，高电压(210)～燃料喷射阀(105)～接地电压之间得以导通(施加至螺线管(305)的驱动电压为高电压(210))，磁吸引力作用于可动铁心1(301)和可动铁心2(302)，可动铁心1(301)和可动铁心2(302)开始朝固定铁心(304)的方向被吸引而移动(时间T1～T2)。
当可动铁心1(301)和可动铁心2(302)移动规定长度程度时，可动铁心2(302)与阀芯(303)卡合，可动铁心1(301)、可动铁心2(302)及阀芯(303)开始成一体移动(时间T2)，其后，与固定铁心(304)的距离较短的可动铁心1(301)碰撞至固定铁心(304)。其后，可动铁心2(302)与阀芯(303)仍然成一体移动直至可动铁心2(302)碰撞至固定铁心(304)为止(可动铁心2(302)上推阀芯(303))，当阀芯(303)从阀座(306)位移了升程量St1+St2程度时，可动铁心2(302)碰撞至固定铁心(304)。
在可动铁心2(302)碰撞至固定铁心(304)之前(时间T3)也就是驱动电流达到峰值电流Ip2(Ip2＞Ip1)时，减少施加至螺线管(305)的驱动电压而减少驱动电流，由此降低可动铁心2(302)及阀芯(303)的势头。
在时间T4到喷射脉冲下降的时间T6之间，与小升程的情况一样，以如下方式进行控制：为了维持开阀状态，将驱动电压间歇性地设为电池电压(209)，使得流至螺线管(305)的驱动电流处于规定范围内。
在时间T6，喷射脉冲变为断开状态，由此使得作用于可动铁心1(301)和可动铁心2(302)的磁吸引力消失，从而将阀芯(303)下压至阀座(306)，由此来闭阀。
图6为表示以大升程、小升程驱动燃料喷射阀(105)的情况下的喷射量特性(Ti-Q特性)的图。
如前文所述，小升程下阀芯(303)的位移量为St1，因此变为图6所示的Ti-Q特性1(601)的样子，在少量喷射区域内可以确保喷射量相对于喷射脉宽的线性。另一方面，大升程下，阀芯(303)的位移量是位移到St1+St2。由此，大升程下变为图6所示的Ti-Q特性2(602)的样子，在同一喷射脉宽下可以喷射相对多于小升程的燃料。
Ti-Q特性可以通过实验加以测量并预先存储在图谱中，由此算出对应于要求喷射量的喷射脉宽。再者，Ti-Q特性也会根据燃料压力发生变化。燃料压力越大，相对于开阀时间而言喷射量便越多，当燃料压力减小时，喷射量减少。因而，须根据燃料压力传感器(126)(参考图1)测量出的燃料压力值来修正Ti-Q特性。所述修正值宜预先通过实验等测量出来，通过对由要求喷射量决定的喷射脉宽乘以修正值来算出喷射脉冲。
如上所述，在要求喷射量较少、需要较高精度时，通过将图4所示的峰值电流Ip1流至螺线管(305)来驱动燃料喷射阀(105)。另一方面，在需要于短时间内喷射大量燃料的情况下，可以通过将图5所示的峰值电流Ip2(Ip1＜Ip2)流至螺线管(305)来恰当地控制燃料喷射阀(105)的升程量。
然而，如图7所示，关于燃料喷射驱动波形指令部(202)中运算的指令驱动电流值(701)，由于燃料喷射控制装置(127)的设备差异偏差等的影响，在实际流至螺线管(305)时会相对于燃料喷射驱动波形指令部(202)中运算的驱动电流值产生误差。此外，由于燃料喷射阀(105)的设备差异偏差，驱动电流值中存在不会唯一地确定变为大升程驱动、小升程驱动中的哪一方的区域(703)，在实际流至螺线管(305)的实际驱动电流(702)变成区域(703)的值的情况下，有时会以实际驱动升程(实际的驱动升程)与指令驱动升程(根据内燃机(101)的运转状态等从发动机状态检测部(203)指示的驱动升程)不一样的升程量被驱动。在燃料喷射阀(105)以与指令驱动升程不一样的升程量被驱动的情况下，相对于所需燃料喷射量而言会变得过少或过多，有可能引起废气排放的劣化或者内燃机(101)的转速变动。因此，须检测、监视前文所述的实际驱动升程，在实际驱动升程与指令驱动升程不一样的情况下恰当地控制燃料喷射阀(105)。
关于前文所述的正以燃料喷射阀(105)的大升程、小升程中的哪一升程进行驱动的检测，可以通过检测燃料喷射阀(105)的开阀动作中的驱动电流中出现的拐点或者闭阀动作中的驱动电压中出现的拐点来实现。
因此，如图2所示，燃料喷射控制装置(127)的拐点检测部(211)根据燃料喷射阀(105)的开阀动作中的驱动电流或者闭阀动作中的驱动电压来检测拐点，驱动检测部(212)根据拐点检测部(211)的检测结果来检测燃料喷射阀(105)的驱动升程(升程量)，并输出至发动机状态检测部(203)。
首先，对因燃料喷射阀(105)的开阀动作而在驱动电流中出现的拐点、因闭阀动作而在驱动电压中出现的拐点进行概述。
如前文所述，在使燃料喷射阀(105)的阀芯(303)开阀时，对螺线管(305)施加高电压(210)，流通相对较大的驱动电流，可动铁心1、2(301、302)和阀芯(303)得以加速。然后，切断施加至螺线管(305)的高电压(210)，在流至螺线管(305)的驱动电流减少到规定值后，对螺线管(305)施加电池电压(209)，这时，可动铁心1、2(301、302)在流至螺线管(305)的驱动电流已稳定的状态下碰撞至固定铁心(304)。当可动铁心1、2(301、302)与固定铁心(304)相碰撞时，可动铁心1、2(301、302)的加速度发生变化，使得螺线管(305)的电感发生变化。
此处，虽然认为螺线管(305)的电感的变化会以拐点的形式出现于流至螺线管(305)的驱动电流或者施加至螺线管(305)的驱动电压中，但在开阀时，由于驱动电压大致维持固定，因此拐点不会出现在驱动电压中而是出现在驱动电流中。
另一方面，在使燃料喷射阀(105)的阀芯(303)闭阀时，阀芯(303)与阀座(306)相碰撞时，调零弹簧(309)从伸长转为压缩，可动铁心1、2(301、302)的运动方向逆转使得加速度发生变化，从而使得螺线管(305)的电感发生变化。闭阀时，流至螺线管(305)的驱动电流被切断、反电动势被施加至螺线管(305)，当驱动电流收敛时，反电动势也逐渐减少，因此，反电动势减少时电感发生变化，由此在驱动电压中产生拐点。
即，在本说明书中，成为燃料喷射阀(105)的驱动升程(实际驱动升程)的检测基准的、流至螺线管(305)的驱动电流或者施加至螺线管(305)的驱动电压中出现的所谓的拐点，是螺线管(305)的电感的时间变化达到规定阈值以上的点。
接着，使用图8和图9，对驱动升程所引起的图3所示的燃料喷射阀(105)的拐点的产生的差异进行说明。
图8为以峰值电流Ip1对螺线管(305)流通驱动电流、以小升程进行驱动的情况的图。
像根据图4说明过的那样，在使燃料喷射阀(105)开阀时，对螺线管(305)施加高电压(210)而流通电流直至驱动电流达到峰值电流Ip1为止。在驱动电流达到峰值电流Ip1的时间点，切断施加至螺线管(305)的高电压(210)并施加电池电压(209)。可动铁心1(301)在流至螺线管(305)的驱动电流已稳定的状态下碰撞至固定铁心(304)，由此使得可动铁心1(301)的运动方向发生逆转，因此可动铁心1(301)的加速度急剧变化，使得螺线管(305)的电感发生变化，在驱动电流中产生1个拐点(401)。
另一方面，在使燃料喷射阀(105)闭阀时，在喷射脉冲变成断开状态后，磁吸引力减少，可动铁心1(301)离开固定铁心(304)，可动铁心1(301)和阀芯(303)朝阀座(306)方向移动。在阀芯(303)与阀座(306)抵接时，调零弹簧(309)逐渐被压缩，但在落座时转为伸展，可动铁心1(301)的运动方向逆转，使得可动铁心1(301)的加速度急剧变化。该可动铁心1(301)的加速度的变化使得螺线管(305)的电感发生变化，从而使得反电动势发生变化，因此在驱动电压中产生1个拐点(402)。
图9为以峰值电流Ip2对螺线管(305)流通驱动电流、以大升程进行驱动的情况的图。
像根据图5说明过的那样，在使燃料喷射阀(105)开阀时，对螺线管(305)施加高电压(210)，由此流通电流直至驱动电流达到峰值电流Ip2为止。于是，在可动铁心1(301)与固定铁心(304)之间产生磁吸引力，可动铁心1(301)和可动铁心2(302)加速。在驱动电流达到峰值电流Ip2的时间点，切断施加至螺线管(305)的高电压(210)，在流通的驱动电流减少到规定值后，对螺线管(305)施加电池电压(209)。与固定铁心(304)的距离相对较短的可动铁心1(301)在流至螺线管(305)的驱动电流已稳定的状态下碰撞至固定铁心(304)，之后与固定铁心(304)的距离相对较长的可动铁心2(302)碰撞至固定铁心(304)。如此，在可动铁心1(301)和可动铁心2(302)各自依序碰撞至固定铁心(304)时，加速度发生急剧变化，因此螺线管(305)的电感发生变化，从而在驱动电流中产生2个相对较大的拐点(501、502)。
另一方面，在使燃料喷射阀(105)闭阀时，在喷射脉冲变成断开状态后，磁吸引力减少，可动铁心1(301)和可动铁心2(302)离开固定铁心(304)。残留磁力小于可动铁心1(301)的可动铁心2(302)朝阀座(306)方向的移动较早，因此，首先是可动铁心2(302)碰撞至可动铁心1(301)，使得可动铁心1(301)的加速度急剧变化。其后，可动铁心1(301)和可动铁心2(302)同时(成一体)开始移动，不久，阀芯(303)便抵接至阀座(306)而闭阀。这时，调零弹簧(309)逐渐被压缩，但在落座时转为伸展，使得可动铁心1(301)和可动铁心2(302)的加速度急剧变化。这使得螺线管(305)的电感发生变化而成为反电动势的变化表现出来，因此在驱动电压中产生相对较大的拐点(504)。即，此处在驱动电压中会产生因可动铁心2(302)与可动铁心1(301)的碰撞而产生的拐点(503)和因落座而产生的拐点(504)这2个。
如上文中所说明，在具有使多个可动铁心1、2(301、302)与固定铁心(304)或阀芯(303)相对地作连动移动、可使阀芯(303)阶段性地运动而调整升程量的可变升程机构的燃料喷射阀(105)中，在小升程驱动时，基于开阀动作的驱动电流中出现的拐点和基于闭阀动作的驱动电压中出现的拐点的数量均为1个，而在大升程驱动时，基于开阀动作的驱动电流中出现的拐点和基于闭阀动作的驱动电压中出现的拐点的数量均为2个。
因此，燃料喷射控制装置(127)的驱动检测部(212)可以根据拐点检测部(211)检测到的拐点的数量、该拐点的出现方式等来检测、监视燃料喷射阀(105)的实际的驱动升程(实际驱动升程)。
接着，使用图10的流程图，对图1所示的燃料喷射控制装置(127)所进行的燃料喷射阀(105)的实际驱动升程检测和与基于该实际驱动升程检测的喷射量控制相关连的驱动升程限制进行说明。
如图10所示，首先，在步骤S901中根据燃料喷射阀(105)的开阀动作时的驱动电流或者闭阀动作时的驱动电压的时间序列数据来进行拐点的检测。接着，在步骤S902中进行燃料喷射阀(105)的实际驱动升程的检测。实际驱动升程可以通过根据步骤S901中检测到的拐点确定大升程、小升程的动作特性来进行检测。接着，在步骤S903中进行实际驱动升程的判定。判定S902中确定的实际驱动升程与燃料喷射驱动波形指令部(202)指示的升程(指令驱动升程)是否一致。在S903中指令驱动升程与实际驱动升程一致的情况下，结束本例程。另一方面，在指令驱动升程与实际驱动升程不一致的情况下，转移至步骤S904而实施驱动升程(指令驱动升程)限制。
[拐点检测]
对前文所述的步骤S901的拐点检测部(211)的拐点检测进行说明。
当对流至螺线管(305)的驱动电流或者施加至螺线管(305)的驱动电压的时间序列数据进行二阶微分时，前文所述的拐点会以极值(极大值或极小值)的形式显现出来。因此，可以通过检测这些时间序列数据的极值来确定前文所述的拐点。
图11为大升程驱动时的闭阀动作中的驱动电压及其二阶微分值的时间序列数据，图12为小升程驱动时的闭阀动作中的驱动电压及其二阶微分值的时间序列数据，图13为大升程驱动时的开阀动作中的驱动电流及其二阶微分值的时间序列数据，图14为小升程驱动时的开阀动作中的驱动电流及其二阶微分值的时间序列数据。
再者，在所测量的驱动电流或驱动电压的S/N比较低、其噪声电平较大的情况下，根据驱动电流或驱动电压的时间序列数据的二阶微分的结果来检测极值变得困难。因此，可以通过对驱动电流或驱动电压实施低通滤波等并对平滑化之后的时间序列数据进行二阶微分来检测所期望的极值。图11～14所示的驱动电压的二阶微分值和驱动电流的二阶微分值是对驱动电压和驱动电流实施滤波并对平滑化之后的数据进行二阶微分得到的。
此外，当对喷射脉冲变成导通的时间点起的驱动电流的时间序列数据或者喷射脉冲变成断开的时间点起的驱动电压的时间序列数据实施二阶微分时，电压的切换时(例如高电压(210)到电池电压(209)、驱动电压断开后的反电动势施加)等有可能以极值的形式显现出来，因此，无法准确地确定因可动铁心1、2(301、302)的加速度变化而产生的拐点。因此，实施二阶微分的时间序列数据较理想采用喷射脉冲变为导通状态(换句话说就是从驱动电压或驱动电流导通)而经过一定时间后的驱动电流的时间序列数据、或者喷射脉冲变为断开状态(换句话说就是从驱动电压或驱动电流断开)而经过一定时间后的驱动电压的时间序列数据。
[实际驱动升程检测]
接着，一边参考图15～图18，一边对前文所述的步骤S902的驱动检测部(212)的实际驱动升程检测进行详细叙述。在该步骤S902中，使用步骤S901中检测到的极值来检测实际驱动升程。
{实际驱动升程的检测方法(其1)}
图15展示了对闭阀动作中的驱动电压实施二阶微分的例子。像已说明过的那样，小升程驱动和大升程驱动中拐点数(拐点的数量)存在差异。当以大升程进行驱动时，检测到的拐点数为2个，相对于此，当以小升程进行驱动时，拐点数为1个。由于拐点会以极值的形式显现出来，因此，可以通过根据二阶微分值对极值的数量进行计数来确定拐点数。也就是说，极值的数量为2个(1501、1502)的情况下的实际驱动升程可以判断为大升程(图15左)，极值的数量为1个(1505)的情况下的实际驱动升程可以判断为小升程(图15右)。图15所示的例子是以每计数到一个极值(也就是每检测到一个拐点)、实际驱动升程便依序增大的方式进行判断。再者，在对极值进行计数时，也可使用二阶微分值的绝对值。此外，为了防止极值的误检测，也可设定规定阈值(1503、1504)而仅在二阶微分值为该规定阈值以上或该规定阈值以下的情况下判定为极值。该规定阈值可以预先通过实验来决定，也可以根据燃料压力值、施加至螺线管(305)的反电动势而使其可变。
图15展示的是闭阀动作中的驱动电压的例子，而开阀动作中的驱动电流也是一样的。
{实际驱动升程的检测方法(其2)}
此外，参考图16，对与前文所述的方法不一样的实际驱动升程的检测方法进行说明。
小升程驱动和大升程驱动中的升程量是不一样的，因此，从喷射脉冲变为导通状态起到开阀完成为止的时间和从喷射脉冲变为断开状态起到闭阀完成为止的时间在小升程和大升程下存在相对差异。在升程量相对较短的小升程驱动中，从喷射脉冲变为导通状态起到开阀完成时产生的拐点产生为止的时间、或者从喷射脉冲变为断开状态起到闭阀完成时产生的拐点产生为止的时间比大升程驱动时短。因此，在从喷射脉冲变为导通状态起到极值为止的时间短于规定值的情况、或者从喷射脉冲变为断开状态起到极值为止的时间短于规定值(1602)的情况下，可以判断实际驱动升程为小升程(图16右)，在从喷射脉冲变为导通状态起到极值为止的时间长于规定值的情况、或者从喷射脉冲变为断开状态起到极值为止的时间长于规定值(1602)的情况下，可以判断实际驱动升程为大升程(图16左)。该规定值(1602)可以预先通过实验来决定，也可以根据燃料压力值或者施加至螺线管(305)的反电动势而使其可变。此外，为了避免喷射脉冲断开后的反电动势施加时等所引起的拐点的误检测，设置屏蔽时间(1601)而对经过屏蔽时间(1601)后的时间序列数据实施二阶微分。
再者，极值的检测也可使用二阶微分值的绝对值。此外，为了防止极值的误检测，也可设定规定阈值(1603、1604)而仅在二阶微分值为该规定阈值以上或该规定阈值以下的情况下判定为极值。该规定阈值可以预先通过实验来决定，也可以根据燃料压力值或者施加至螺线管(305)的反电动势而使其可变。
图16展示的是闭阀动作中的驱动电压的例子，而开阀动作中的驱动电流也是一样的。
{实际驱动升程的检测方法(其3)}
此外，使用图17，对与前文所述的方法不一样的实际驱动升程的检测方法进行说明。
小升程驱动和大升程驱动中的升程量存在相对差异，因此，燃料喷射阀(105)的可动铁心1、2(301、302)的加速度也根据驱动升程而不同。升程量相对较大的一方(大升程驱动时)的可动铁心的加速度也相对变大，进行二阶微分得到的极值的绝对值也相对大于小升程驱动时的极值。因此，可以根据极值的绝对值的大小来推断实际驱动升程。也就是说，极值(1701、1702)的绝对值大于规定阈值1(1704)的情况下的实际驱动升程可以判断为大升程(图17左)，极值(1705)的绝对值小于规定阈值1(1704)的情况下的实际驱动升程可以判断为小升程(图17右)。
此外，为了防止极值的误检测，也可设定规定阈值2(1703)而仅在二阶微分值(的绝对值)为该规定阈值2(1703)以上的情况下判定为极值。该规定阈值2或者前文所述的规定阈值1可以预先通过实验来决定，也可以根据燃料压力值或者施加至螺线管(305)的反电动势而使其可变。
图17展示的是闭阀动作中的驱动电压的例子，而开阀动作中的驱动电流也是一样的。
再者，在图17所示的例子中，是根据极值的大小来进行判断，更详细而言，极值的绝对值越大，便判断实际驱动升程越大，但如前文所述，升程量越大，可动铁心的加速度变化也越大，因此，也可以假设拐点产生时的设想驱动电压(设想可动铁心的碰撞所引起的急剧的加速度的变化没有或较少时的驱动电压)或设想驱动电流(设想可动铁心的碰撞所引起的急剧的加速度的变化没有或较少时的驱动电流)，算出实际的驱动电压或驱动电流相对于拐点产生时的设想驱动电压或设想驱动电流的变化量(差分)，在该变化量相对较大的情况下判断实际驱动升程为大升程，在该变化量相对较小的情况下判断实际驱动升程为小升程。
{实际驱动升程检测方法(其4)}
此外，使用图18，对与前文所述的方法不一样的实际驱动升程的检测方法进行说明。
小升程驱动和大升程驱动中，拐点产生时的可动铁心1、2(301、302)的加速度的变化的方向不一样，因此极值的方向(朝向)也不一样。
在大升程驱动的情况下，在闭阀动作中产生的拐点处，喷射脉冲变成断开状态后，磁吸引力减少，因此可动铁心2(302)朝阀座(306)的方向移动，与可动铁心1(301)发生碰撞。在该情况下，可动铁心2(302)的碰撞使得力在可动铁心1(301)的运动方向上增长，从而使得可动铁心1(301)的加速度增加。另一方面，闭阀时，调零弹簧(309)使得可动铁心1(301)及可动铁心2(302)的运动方向逆转。
另一方面，在小升程驱动的情况下，在闭阀动作中产生的拐点处，喷射脉冲变成断开状态后，磁吸引力减少，因此可动铁心1(301)朝阀座(306)的方向移动，闭阀时，调零弹簧(309)使得可动铁心1(301)的运动方向逆转。
也就是说，大升程驱动时的闭阀动作中产生的2个拐点源于运动方向上的加速度变化和与运动方向相反的方向上的加速度变化，小升程驱动时的闭阀动作中产生的1个拐点仅源于与运动方向相反的方向上的加速度变化。
如图18所示，大升程驱动时的源于运动方向上的加速度变化的拐点成为极小值(1801)，源于与运动方向相反的方向上的加速度变化的拐点成为极大值(1802)。此外，在小升程驱动中，由于拐点源于与运动方向相反的方向上的加速度变化，因此只有极大值(1805)。通过检测该差异，可以推断实际驱动升程，若最初检测到的极值为极小值(1801)，则可以判断实际驱动升程为大升程，若为极大值(1802)，则可以判断实际驱动升程为小升程。
再者，在上述驱动检测部(212)的各种检测方法中，在根据拐点(此处为极值)的数量来检测实际驱动升程的情况下，不易受燃料喷射阀(105)的结构、控制内容等的影响，有容易确保检测精度这一优点。
[实际驱动升程判定]
接着，对图10的步骤S903的实际驱动升程判定进行说明。
像已说明过的那样，在步骤S903中，判定前文所述的步骤S902中检测到的实际驱动升程与燃料喷射驱动波形指令部(202)所指令的指令驱动升程是否一致。在实际驱动升程与指令驱动升程一致的情况下，结束本例程。
另一方面，在不一致的情况下，转移至步骤S904，以进行喷射量控制。再者，实际驱动升程与指令驱动升程的一致判定可进行1次，也可在实际驱动升程与指令驱动升程多次不一致的情况下转移至步骤S904。
[驱动升程限制]
接着，对图10的步骤S904的燃料喷射驱动波形指令部(202)进行的驱动升程限制进行详细叙述。在前文所述的指令驱动升程与实际驱动升程不一致的情况下，在该步骤S904中限制燃料喷射驱动波形指令部(202)所指令的指令驱动升程。
更详细而言，在指令驱动升程为小升程、实际驱动升程为大升程的情况下，以从下一次燃料喷射起始终变为大升程的方式增大驱动电流。具体而言，以指令驱动电流的峰值电流Ip1变为Ip2的方式施加驱动电压。这时，分割喷射也进行限制，以能以大升程中的最小喷射量进行燃料喷射的方式进行限制。通过限制分割喷射(例如禁止分割喷射、限制分割数)、始终设为大升程驱动，例如能始终满足要求燃料喷射量，从而能实现与目标喷射量一致的燃料喷射。
此外，在指令驱动升程为大升程、实际驱动升程为小升程的情况下，以从下一次燃料喷射起始终变为大升程的方式增大驱动电流。具体而言，以峰值电流达到最大值(＞Ip2)的方式增大驱动电流，做到能可靠地以大升程进行驱动。通过始终设为大升程驱动，例如能始终满足要求燃料喷射量，从而能实现与目标喷射量一致的燃料喷射。
此外，在指令驱动升程为大升程、实际驱动升程为小升程的情况下，也可以从下一次燃料喷射起将驱动电流最大值设为峰值电流Ip1而限制为仅小升程的驱动。
像以上说明过的那样，可动铁心的加速度的变化会使得燃料喷射阀(105)的开阀动作中的驱动电流、闭阀动作中的驱动电压中产生拐点，而在具有可以改变升程量的可变升程机构的燃料喷射阀(105)中，由于配备有多个可动铁心，因此会根据可动铁心的动作而产生多个拐点。这些拐点取决于升程量，因此，可以通过检测该拐点来检测实际驱动升程(实际进行了驱动的升程)。于是，在检测到的实际驱动升程与指令驱动升程(指令的驱动升程)不一样的情况下，可以限制升程(指令驱动升程)来实施燃料喷射。
如此，根据本实施方式的燃料喷射控制装置(127)，在具有能以多级驱动升程改变升程量的可变升程机构的燃料喷射阀(105)中能够准确地检测该燃料喷射阀(105)的升程量(实际驱动升程)，因此，即便在因燃料喷射阀(105)的误动作等而以与计划的升程(指令驱动升程)不一样的升程进行了驱动的情况下，也能避免废气排放的明显的劣化或者意外的扭矩变动。
再者，本发明包含各种变形形态，并不限定于上述实施方式。例如，上述实施方式是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，也能运用于能以3级以上的方式改变升程量的燃料喷射阀、可动铁心等的构成不同的燃料喷射阀，由于拐点的产生方式根据可动铁心的构成等而不同，因此并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，可以将某一实施方式的构成的一部分替换为其他实施方式的构成，此外，也可以对某一实施方式的构成加入其他实施方式的构成。此外，可以对各实施方式的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
此外，上述的各构成、功能、处理部、处理手段等例如可通过利用集成电路进行设计等而以硬件来实现它们的一部分或全部。此外，上述的各构成、功能等也可通过由处理器解释并执行实现各功能的程序而以软件来实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息可以放在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive)等存储装置或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
此外，控制线、信息线展示的是认为说明上需要的部分，在产品上未必展示了所有控制线、信息线。实际上，可认为几乎所有构成都相互连接在一起。
符号说明
101 内燃机
105 燃料喷射阀
109 ECU
127 燃料喷射控制装置(燃料喷射阀的控制装置)
201 燃料喷射脉冲信号运算部
202 燃料喷射驱动波形指令部(电流波形修正部)
203 发动机状态检测部
206 高电压生成部(升压装置)
207a 燃料喷射驱动部(Hi)(开关)
207b 燃料喷射驱动部(Lo)(开关)
208 驱动IC
211 拐点检测部
212 驱动检测部
301 可动铁心1
302 可动铁心2
303 阀芯
304 固定铁心
305 螺线管
306 阀座
307 阀孔。

Claims (5)

1.一种燃料喷射阀的控制装置，其对具有可变升程机构的燃料喷射阀进行控制，所述可变升程机构能以2级以上的驱动升程改变阀芯的升程量，该燃料喷射阀的控制装置的特征在于，
根据所述燃料喷射阀的闭阀动作中的驱动电压或者开阀动作中的驱动电流来检测拐点，根据所述拐点产生时间点的驱动电压或驱动电流二阶微分的极值的朝向来检测所述驱动升程，若最初检测到的所述极值为极小值，则可以判断实际所述驱动升程为大升程，若最初检测到的所述极值为极大值，则可以判断实际所述驱动升程为小升程。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射阀的控制装置，其特征在于，
根据从所述燃料喷射阀的驱动电压或驱动电流断开起经过规定时间后的驱动电压或者从所述燃料喷射阀的驱动电压或驱动电流导通起经过规定时间后的驱动电流来检测所述拐点。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射阀的控制装置，其特征在于，
在所述检测到的驱动升程与对所述燃料喷射阀指令的指令驱动升程不一样的情况下，限制所述指令驱动升程。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射阀的控制装置，其特征在于，
在尽管已指令驱动升程变为相对较小的升程量、但所述燃料喷射阀仍以相对较大的升程量被驱动的情况下，以所述燃料喷射阀的升程量始终变为相对较大的升程量的方式限制所述指令驱动升程，同时分割喷射也进行限制、以能以大升程中最小喷射量进行燃料喷射的方式进行限制。
5.根据权利要求3所述的燃料喷射阀的控制装置，其特征在于，
在尽管已指令驱动升程变为相对较大的升程量、但所述燃料喷射阀仍以相对较小的升程量被驱动的情况下，以所述燃料喷射阀的升程量始终变为相对较大的升程量的方式限制所述指令驱动升程。
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