JP2011094562A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射量をこれまでに比べ減少させた場合であっても、燃料噴射弁に精度良く燃料噴射量を噴射させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供すること。
【解決手段】電磁コイルへ駆動電流の電流プロフィールを複数有し、運転状態及び燃料圧力に基づいて、電流プロフィールを変更する電流プロフィール変更手段１００と、燃料噴射弁を開弁駆動するための有効パルス幅を演算する有効パルス幅演算手段７０１と、無効パルス幅を演算する無効パルス幅演算手段１０３と、有効パルス幅と無効パルス幅とに基づいて、燃料噴射パルス幅を演算し、燃料噴射パルス幅に基づいて、燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、を備え、無効パルス幅演算手段１０３は、電流プロフィールが変更される前に、変更される電流プロフィールに応じた無効パルス幅を演算する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射に好適な燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関には、燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置が設けられている。この燃料噴射制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて適切な燃料噴射量の演算を行い、燃料を供給する燃料噴射弁を駆動制御する。燃料噴射弁は、電磁式のものであり、内蔵されている電磁コイル（ソレノイド）に、噴射弁の開弁及び開弁状態の保持を行うために、電流を流す。これにより、磁気力が発生し、この磁気力によって燃料噴射弁を構成している弁体の開閉動作を行い、開弁期間に応じた燃料量の噴射を行う。

噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁の噴口部の雰囲気圧力との差圧、弁体を開状態に維持して、燃料が噴射されている時間により決定される。

従って適切な量の燃料噴射を行うには、燃料圧力に応じて燃料噴射弁の開弁を維持する時間を設定すると共に、弁体の開閉動作を迅速かつ精度良く行う必要がある。

しかしながら、燃料噴射弁へ通電を終了してから実際に弁体が閉弁するまでには、電流回路の応答遅れなどにより、弁体の閉動作には遅れが伴う。従来、これらの応答遅れを考慮して燃料噴射弁への通電時間の設定（無効パルス幅として、予め噴射パルス演算に補正を加えること）を行うことが一般的に行われている。

あるいは、燃料噴射弁を開弁動作させるための高い電流（以下、開弁電流と称す）から、開弁状態を保持するための低い電流（以下、保持電流と称す）に、電磁コイルへの供給電流を切替える際に、開弁電流を急速放電することで電流回路の応答遅れを最小限に抑制させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料圧力に応じて燃料噴射弁の開弁力を強化するために、開弁電流がピークに到達したときに、ピーク電流を供給する時間を可変設定する燃料噴射制御装置が提案されている。この燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁のパルス幅が短い場合には、開弁電流のピーク電流保持時間を短くする。そして、燃料噴射弁へ通電を終了する際に、燃料噴射弁への通電電流を保持電流となるようにすることで電流回路の応答遅れを安定させている（例えば、特許文献２、３参照）。

この他にも、燃料圧力に基づいて、無駄時間補正テープルを検索し、この検索結果に基づいて、無効パルス幅を補正する燃料噴射制御装置も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特許第３５６２１２５号公報 特開２００３−６５１２９号公報 特許第３７６８７２３号公報 特開２００１−１６４９６１号公報

ところで、近年、燃料消費率低減の観点から、内燃機関のアイドル回転数の低下が求められており、このことに応じて、燃料噴射弁が噴射可能な燃料量の最小化に対する要求が高くなる傾向にある。同じく、燃料消費量低減のため、内燃機関の出力が不要な場合に燃料の噴射を行わない燃料カットを行う機会が増加し、併せて燃料の噴射を再開する頻度も増加している。燃料噴射を再開する際には無負荷相当の少ない燃料量を噴射する必要がある。また、出力の増加や排気性能の向上を目的として、近年、分割噴射が行われている。これは、本来１回の噴射に必要な燃料を複数回に分割して、適切な時期に噴射することで内燃機関の性能を向上させようとするもので、１回当たりの燃料噴射量を少なくすることが求められる。

このように内燃機関の性能向上の要求に伴い、少量の燃料を噴射することができる燃料噴射制御装置が求められている。ここで、少量の燃料噴射を行う場合、燃料噴射弁の開弁を維持する時間（有効時間（有効パルス幅））を小さくする必要があり、その際には、燃料噴射弁の開弁維持時間に対して、弁体が閉弁状態から開弁状態に至るまでの開弁の遅れ時間及び開弁状態から閉弁状態に至るまでの閉弁の遅れ時間（無効時間（無効パルス幅）と呼ぶ）の占める割合が大きくなる。よって、この無効時間の誤差は噴射量の精度に直接大きな影響を与えることになる。

しかしながら、特許文献１〜４の装置で、燃料噴射制御を行ったとしても、燃料噴射弁に駆動電流を供給する電流回路の応答遅れによって、燃料噴射量が変化することの影響を考慮していないため、この応答遅れにより、燃料噴射量にばらつきが生ずることがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射量をこれまでに比べ減少させた場合であっても、燃料噴射弁に精度良く燃料噴射量を噴射させることができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

前記課題を鑑みて発明者らが鋭意検討を重ねた結果、電磁コイルへの駆動電流のプロフィール（波形）の変化が、燃料噴射弁の無効時間（無効パルス幅）のばらつき要因となり、このばらつきにより、燃料噴射量の精度を損ない、この結果、内燃機関の空燃比制御の性能向上を妨げることになっているとの新たな知見を得た。

本発明は、この発明者らの新たな知見に基づくものであり、本発明に係る燃料噴射制御装置は、電磁コイルへの駆動電流の通電による燃料の噴射を行う燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサと、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、該燃料噴射制御装置は、前記駆動電流の電流プロフィールを複数有し、前記運転状態及び前記燃料圧力に基づいて、前記電流プロフィールを変更する電流プロフィール変更手段と、前記運転状態及び前記燃料圧力に基づいて、燃料噴射量に相当する、前記燃料噴射弁を開弁駆動するための有効パルス幅を演算する有効パルス幅演算手段と、前記燃料圧力に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁遅れと閉弁遅れに相当する、無効パルス幅を演算する無効パルス幅演算手段と、前記有効パルス幅と前記無効パルス幅に基づいて、燃料噴射パルス幅と演算し、該燃料噴射パルス幅に応じて前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段とを備え、前記無効パルス幅演算手段は、前記電流プロフィールが変更される前に、少なくとも前記変更される電流プロフィールに応じた無効パルス幅を演算することを特徴とする。

本発明によれば、燃料噴射弁へ供給する駆動電流の電流波形や電流値、すなわち電流プロフィールを変更した場合であっても、適切な燃料噴射パルス幅で燃料噴射を行うので、燃料噴射量の精度を維持あるいは向上させることができる。

実施形態による燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図。 本実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成図。 図２で示した燃料噴射弁の駆動回路の一例を示した図。 本実施形態に係る燃料噴射パルス幅と燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールと燃料噴射弁内の弁体の開閉位置を示した図。 図４に示す燃料噴射弁の開弁特性の一例を示した図。 図４に示す燃料噴射弁の閉弁特性の一例を示した図。 本実施形態に係る燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅と、燃料噴射量との関係を示した図。 これまでの燃料噴射制御装置による、燃料噴射弁の制御ブロック図。 図８に示す従来の燃料噴射制御装置を用いて、燃料噴射弁に供給する駆動電流を変更する際のタイムチャート。 本実施形態に係る燃料噴射弁の制御ブロック図の一例を示した図。 本実施形態に係る燃料噴射弁の制御タイムチャートの一例を示した図。 本実施形態に係る燃料噴射弁制御のフローチャートの一例を示した図。 本実施形態に係る燃料噴射制御装置による燃料噴射時のタイムチャートの一例を示した図。

以下、図１〜図１３を用いて、本発明の実施形態による筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置の構成及び動作について説明する。

まず、本実施形態による燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。図１は、実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。

内燃機関（エンジン）１は、ピストン２、吸気弁３、排気弁４を備えている。内燃機関１への吸気（吸入空気）は、空気流量計（ＡＦＭ）２０を通過してスロットル弁１９により流量を調整されて、分岐部であるコレクタ１５より吸気管１０、吸気弁３を介してエンジン１の燃焼室２１に供給される。

燃料は、燃料タンク２３から低圧燃料ポンプ２４によって高圧燃料ポンプ２５へ供給され、高圧燃料ポンプ２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。そして、高圧燃料ポンプ２５によって昇圧された燃料は、燃料噴射弁５から、エンジン１の燃焼室２１に直接噴射供給され、点火コイル７及び点火プラグ６を用いて点火される。燃料噴射弁５に供給される燃料の圧力は、燃料圧力センサ（燃圧センサ）２６によって計測される。また、燃料噴射弁５は、後述する電磁コイルに駆動電流が供給（通電）されることにより、弁体を動作させて、燃料噴射を行う電磁式の燃料噴射弁である。

燃焼後の排気ガスは、排気弁４を介して排気管１１に排出される。排気管１１には、排気ガスを浄化するための三元触媒１２が備えられている。排気管１１とコレクタ１５とは、ＥＧＲ通路１８により接続されている。ＥＧＲ通路１８の途中にはＥＧＲ弁１４が設けられている。ＥＧＲ弁１４の開度は、ＥＣＵ９によって制御され、必要に応じて排気管１１の中の排気ガスが吸気管１０に還流される。

ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、燃料噴射制御装置２７を含んでいる。エンジン１のクランク角度センサ１６のクランク角度信号、ＡＦＭ２０の吸入空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１３の酸素濃度信号、アクセル開度センサ２２のアクセル開度信号、及び、燃料圧力センサ２６の燃料圧力信号が入力される。また、ＥＣＵ９は、アクセル開度センサ２２の信号からエンジンへの要求トルクを算出するとともに、アイドル状態の判定等を行う。

ＥＣＵ９は、クランク角度センサ１６のクランク角度信号からエンジン回転数を演算する回転数検出手段を有している。さらに、水温センサ８から得られる内燃機関の水温とエンジン始動後の経過時間等から三元触媒１２が暖機されて状態であるかを判断する手段が備えられている。

また、ＥＣＵ９は、エンジン１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合ったスロットル開度信号をスロットル弁１９に出力し、燃料噴射制御装置２７は、吸入空気量に応じた燃料噴射量を算出し、算出した燃料噴射量に基づいて、燃料噴射弁５に燃料噴射信号（燃料噴射パルス幅に相当する信号）を出力し、点火プラグ６に点火信号を出力する。

図２は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置２７の構成図であり、燃料噴射制御装置は、図１に示すようにＥＣＵ９に内蔵されている。

燃料噴射制御装置は、エンジン１の運転状態に応じて適切な通電時間、噴射開始タイミングの演算を行い、駆動ＩＣ２７ｄを用いて、燃料噴射弁駆動回路（Ｈｉ）２７ｂ、燃料噴射弁駆動回路（Ｌｏ）２７ｃを切り替えて、燃料噴射弁５の電磁コイル（開弁駆動の電磁ソレノイド）５３へ、駆動電流（励磁電流）を通電するものである。

高電圧生成回路２７ａは、内燃機関のバッテリの電源を元に、燃料噴射弁の開弁に必要な高電源電圧を生成する。高電源電圧は、駆動ＩＣ２７ｄからの高電源電圧を生成するための指令により、所望の電源電圧を生成する。

燃料噴射弁駆動回路２７ｂは、スイッチング素子を含み、高電圧生成回路２７ａと、電磁コイル５３との間、かつ、バッテリ電源と、電磁コイル５３との間、に接続されている。燃料噴射弁駆動回路２７ｂは、燃料噴射弁５に対し、高電圧生成回路２７ａで生成された高電源電圧と、バッテリ電源である低電源電圧の何れかを選択し、燃料噴射弁５の電磁コイル５３に、選択した電源電圧を供給する。燃料噴射弁５の閉弁から開弁する際には、高電源電圧を選択して供給することで、開弁に必要な開弁電流（駆動電流）を燃料噴射弁５の電磁コイル５３に通電する。燃料噴射弁５の開弁状態を維持する場合には、電源電圧をバッテリ電圧（低電源電圧）に切替えて、燃料噴射弁５の電磁コイルに保持電流（駆動電流）を流す。

燃料噴射弁駆動回路（Ｌｏ）２７ｃは、燃料噴射弁駆動回路（Ｈｉ）２７ｂ同様に燃料噴射弁５に駆動電流を流す（供給する）ための燃料噴射弁の下流に設けた駆動回路である。

駆動ＩＣ２７ｄによる燃料噴射弁５の駆動期間（燃料噴射弁への通電時間）及び駆動電源電圧値、駆動電流値は、燃料噴射弁パルス幅演算手段９ａ及び燃料噴射弁駆動波形選択手段９ｂで、算出された指令により制御される。具体的には、燃料噴射弁パルス幅演算手段９ａは、燃料噴射弁５を駆動するための燃料噴射パルス幅を演算し、駆動ＩＣ２７ｄに出力する。一方、燃料噴射弁駆動波形指令手段９ｂは、燃料噴射弁パルス幅演算手段９ａの演算結果と、内燃機関の運転状態に基づいて、燃料噴射弁５の電磁コイル５３に供給する駆動電流の波形（電流プロフィール）を選択し、駆動ＩＣ２７ｄに出力する。

駆動ＩＣ２７ｄは、これらの回路２７ａ〜２７ｃに駆動信号を出力し、これらの回路２７ａ〜２７ｃを駆動制御することにより、燃料噴射弁５の電磁コイル５３に所望の駆動電流を供給し、燃料噴射弁５の燃料噴射の制御を行う。このようにして、燃料噴射弁の駆動制御を行うことにより、内燃機関の燃焼に必要な燃料噴射量を最適に制御する。

図３は、図２で示した燃料噴射弁の駆動回路の一例を示した図である。図２で説明したように燃料噴射弁５の上流には、燃料噴射弁を開弁させる為に必要な高い電流（前記開弁電流）を流す為の高電圧を図中の高電圧生成回路２７ａから、電流逆流防止の為のダイオードを介し、燃料噴射弁駆動回路（Ｈｉ）のＴＲ＿Ｈｉｖｂｏｏｓｔの回路を用いて、燃料噴射弁５に電源（駆動電流）を供給する。

一方、燃料噴射弁５を開弁駆動させた後には、燃料噴射弁５の開弁状態を維持（保持）するために必要な低電流（保持電流）を流す。具体的には、バッテリ電源に接続された低電圧電源供給回路から、高電圧同様に、電流逆流防止の為のダイオードを介し、燃料噴射弁駆動回路（Ｈｉ）２７ｂのＴＲ＿Ｈｉｖｂの回路を用いて、燃料噴射弁５に電源（駆動電流）を供給する。ここで、高電圧生成回路２７ａは、一般に知られているＤＣ−ＤＣコンバータ等の構成で良く、その構成は本発明に直接関係ない為に、詳細の説明は必要としない。同様に低電圧は、内燃機関のバッテリ電源そのもので良く同様に詳細の説明は必要としない。

次に、燃料噴射弁５の下流には、駆動回路ＴＲ＿ＬｏｗをＯＮすることで、前記上流で供給された駆動電流を燃料噴射弁に流し、その下流にあるシャント抵抗により、燃料噴射弁５に流れている電流を検出することで、後述する所望の燃料噴射弁電流制御を行うものである。

図４は、本実施形態に係る燃料噴射パルス幅Ｔｉと燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールと燃料噴射弁内の弁体の開閉位置を示した図である。

ここで、図中の上段の図は、燃料噴射弁駆動パルス信号を示しており、図２の燃料噴射弁パルス幅演算手段９ａにより演算された演算値（燃料噴射パルス幅Ｔｉ）に基づいて発生するパルス信号である。図中の中段の図は、燃料噴射弁駆動パルス信号により、前記図２及び図３で示した燃料噴射弁駆動回路を用いて燃料噴射弁５の電磁コイル５３に流れる駆動電流を示している。図中の下段は、この駆動電流により駆動する燃料噴射弁５の弁体の開閉位置を示している。なお、この中段及び下段の図は、燃料噴射弁５の２つの電流プロフィールについて示しており、それぞれ実線と点線（実線は図中の番号末尾に−ａ、点線は図中の番号末尾に−ｂとして表記する）は、それぞれの図に対応している。

まず、実線で示した（図中の番号末尾に−ａ表記）燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィール及び燃料噴射弁体の開閉位置について説明する。図４の上段の図に示すように燃料噴射パルス幅（駆動パルス）ＴＩの信号を駆動ＩＣ２７ｄが受け取ると、駆動ＩＣ２７ｄは、燃料噴射パルスＴｉの信号の立ち上がり時に、図３に示した駆動回路ＴＲ＿Ｈｉｖｂｏｏｓｔ、ＴＲ＿Ｌｏｗを同時にＯＮして、図４の中段の図に示すように、燃料噴射弁５の迅速な開弁に必要な開弁電流Ｉｐ−ａを供給する。燃料噴射弁には、図３で示したように高電圧電源生成回路からの高電圧が印加され、開弁電流（駆動電流）が供給される。

燃料噴射弁に流れる電流値が図４に示すピーク値Ｉｐ−ａに到達すると、駆動ＩＣ２７ｄは駆動回路ＴＲ＿ＨｉｖｂｏｏｓｔをＯＦＦにする。ここで、開弁電流Ｉｐ−ａは、例えば、１１Ａである。

駆動電流が、開弁電流Ｉｐ−ａに到達した後、駆動回路ＴＲ＿ＨｉｖｂｏｏｓｔをＯＦＦすることにより、燃料噴射弁５に流れる駆動電流の値が燃料噴射弁５の開弁を維持できる第１の目標値Ｉｈ１−ａに近づくと、駆動ＩＣ２７ｄは、駆動回路ＴＲ＿ＨｉｖｂをＯＮとし、低電圧源から燃料噴射弁５に駆動電流を供給する。ここで、駆動電流の電流値を、燃料噴射弁５の開弁を維持できる程度の第１の目標値Ｉｈ１−ａに保つように、駆動回路ＴＲ＿ＨｉｖｂをＯＮ，ＯＦＦする。例えば、第１の目標値Ｉｈ１−ａは５Ａである。

前記ＴＩ信号を受け取った後、所定時間経過した時には、駆動電流の電流値を、燃料噴射弁５の開弁を維持できる程度の第２の目標値Ｉｈ２−ａに保つように、駆動回路ＴＲ＿ＨｉｖｂをＯＮ，ＯＦＦする。例えば、第２の目標値Ｉｈ２−ａは３Ａである。その後、駆動パルスＴｉの信号の立ち下がりと同時に、駆動回路ＴＲ＿Ｈｉｖｂｏｏｓｔ、ＴＲ＿Ｈｉｖｂ、ＴＲ＿Ｌｏｗの全てをＯＦＦし、燃料噴射弁５（電磁コイル５３）への電流の供給は停止される。

燃料噴射弁５の開、閉弁は、燃料噴射制御装置２７内部の回路や、燃料噴射弁５までのハーネスに起因する電流の応答遅れ、発生する磁力や弁体の応答遅れによって、燃料噴射制御装置が、真に開弁、閉弁させたい時点よりも遅れる。すなわち、図４に示すように、燃料噴射パルスの信号が出力されてから、応答遅れ時間Ｔｄ＿ＯＰ−ａ後に、燃料噴射弁５の弁体が完全に開弁位置に移動し、燃料噴射パルス幅の信号の出力が停止してから、応答遅れ時間Ｔｄ＿ＣＬ−ａ後に、燃料噴射弁５の弁体が完全に閉弁位置に移動する。

次に、点線で示した（図中の番号末尾に−ｂ表記）燃料噴射弁への駆動電流の電流プロフィール及び燃料噴射弁体の開閉位置について説明する。図４の中段の図に示した燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールは、前記実線で示した駆動電流の値（Ｉｐ−ａ、Ｉｈ１−ａ、Ｉｈ２−ａ）に対し、低い電流プロフィールのものである。

点線で示した駆動電流により燃料噴射弁５を駆動した場合の燃料噴射弁体の位置を、図４の下段の図に示す。なお、点線で示した電流プロフィールと燃料噴射弁体の位置との関係は、前記実線で説明した内容と同じであり、ここでの説明は必要としない為、割愛する。

実線で示したものに対し、点線で示した燃料噴射弁５の弁体の閉弁から完全に開弁位置に移動するまでの時間は相対的に長く（Ｔｄ＿ＯＰ−ａ ＜ Ｔｄ＿ＯＰ−ｂ）なる。これは、図中で示しているように、燃料噴射弁の駆動電流のピーク値（Ｉｐ−ｂ＜Ｉｐ−ａ）が小さいことにより起るものである。一方、実線で示したものに対し、点線で示した燃料噴射弁体の開弁位置から完全に閉弁位置に移動するまでの時間は、相対的に短く（Ｔｄ＿ＣＬ−ｂ＜Ｔｄ＿ＣＬ−ａ）なる。これは、図中で示しているように燃料噴射弁の駆動電流の値が小さいことにより起るものである。

図５は、図４に示す燃料噴射弁５の開弁特性の一例を示した図である。図５に示すように、燃料噴射駆動パルスＴＩのＯＮタイミング（出力タイミング）に合わせて、電磁コイル５３への燃料噴射弁５への駆動電流を供給開始する。この時点から、所定の時間を要して、燃料噴射弁５（弁体）は閉弁状態から開弁状態に動作を始める。その後、所定時間を要して開弁状態に到達し、燃料噴射弁５は、開弁状態を維持する。

この燃料噴射弁の動作は、燃料噴射弁５内に設けられているリターンスプリングの力と、燃料圧力に影響される。具体的には、燃料噴射弁５を閉弁するように作用するリターンスプリング力と、燃料噴射弁に作用する燃料圧力に起因した閉弁力と、の合力に対して、駆動電流（励磁電流）による燃料噴射弁の開弁力が上回った（強くなった）時点から、燃料噴射弁の開弁動作が開始される。燃料噴射弁５が、駆動パルス（燃料噴射パルス）がＯＮとなってから開弁に至るまでの経過時間（すなわち開弁遅れ）は、駆動電流の電流プロフィールにより燃料噴射弁の開弁力が異なることから、したがって、開弁遅れは、Ｔｄ＿ＯＰ−ａとＴｄ＿ＯＰ−ｂで示すようになる（ここで、図中のＴｄ＿ＯＰ−ａとＴｄ＿ＯＰ−ｂは図４で説明したものと同じである。）。

図６は、図４に示す燃料噴射弁５の閉弁特性の一例を示した図である。図６に示すように、燃料噴射駆動パルスＴＩのＯＦＦタイミング（出力停止のタイミング）に合わせて、電磁コイル５３への駆動電流を供給停止する。この時点から、所定の時間を要して、燃料噴射弁５（弁体）は開弁状態から閉弁状態に動作を始める。その後、所定時間を要して閉弁状態に到達し、燃料噴射弁５は、閉弁状態を維持する。

この燃料噴射弁の動作は、図５において説明した内容とは、逆に、駆動電流（励磁電流）による燃料噴射弁の開弁力に対して、燃料噴射弁５を閉弁するように作用するリターンスプリング力と、燃料噴射弁に作用する燃料圧力に起因した閉弁力と、の合力が、上回った（強くなった）時点から、燃料噴射弁の閉弁が開始される。燃料噴射弁５が、燃料噴射弁５の駆動パルス（燃料噴射パルス）がＯＦＦとなってから閉弁に至るまでの経過時間（すなわち閉弁遅れ）は、駆動電流の電流プロフィール（ＯＦＦ直前の電流値及びこの電流値の減衰速度）により燃料噴射弁の閉弁力が異なる。したがって、閉弁遅れは、図４のＴｄ＿ＣＬ−ａとＴｄ＿ＣＬ−ｂで示すようになる（ここで、図中のＴｄ＿ＣＬ−ａとＴｄ＿ＣＬ−ｂは、図４で説明したものと同じである。）。

図７は、本実施形態に係る燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅と、燃料噴射量との関係を示した図である。図７に示すように、燃料噴射弁の燃料駆動パルスに従って、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量は変化する事は既知である。図７の実線と点線で示した２つの線図は、同一の燃料噴射弁に対し、例えば図４で示したように、異なる２つの電流プロフィールで駆動電流を供給したときの燃料噴射量の特性を示したものである。実線と点線で示した燃料噴射弁の燃料噴射量特性に違いは、燃料噴射が実行されるまでのパルス幅（＝無効パルス幅）の違いであり、その原因は図５及び図６で説明した通りである。

また、図中に示すように、最小噴射量改善とは、燃料噴射弁が、燃料噴射パルス幅に対し（図中の横軸）、直線的な安定した燃料噴射量特性にある範囲が拡大していることである。以上の説明から、燃料噴射弁の電流プロフィールを変更することにより、燃料噴射弁の流量立上り位置（無効パルス幅）が変化すると共に、燃料噴射量特性が安定している最小噴射が異なることがわかる。

このように、内燃機関の運転状態や燃料噴射の複数回実行により、要求される微少の燃料噴射弁量特性は、駆動電流の電流プロフィールを変更することで、燃料噴射弁を使い分けすること無く実現することが可能となる。

図８は、これまでの燃料噴射制御装置による、燃料噴射弁の制御ブロック図を示している。燃料噴射制御装置は、有効パルス幅演算手段７０１と、無効パルス幅演算手段７０２と、インジェクタ駆動回路である燃料噴射弁制御手段（駆動ＩＣ）２７ｄと、を備えている。

図８に示すように、有効パルス幅演算手段７０１は、要求される燃料噴射量（パルス幅に言い換えると有効パルス幅）を演算する。具体的には、有効パルス幅演算手段７０１は、燃料噴射量を、図中で示した内燃機関の吸入空気量や空燃比フィードバック、冷却水温度などの内燃機関の運転状態と、燃料圧力と、に基づいて演算する。一方、無効パルス幅演算手段７０２は、燃料噴射弁が噴射開始するまでの開弁遅れ、及び、燃料噴射弁が終了するまでの閉弁遅れを含む無効パルス幅を演算する。ここで、直接燃料をシリンダ内に噴射する内燃機関では、燃料噴射弁の無効パルス幅は、少なくとも内燃機関の燃料圧力に基づいて演算される。

そして、有効パルス幅演算手段７０１で演算された有効パルス幅と無効パルス幅演算手段７０２で演算された無効パルス幅とを加算した燃料噴射パルス幅を駆動回路２７ｄに入力し、燃料噴射弁の噴射に必要な駆動電流を供給して実際の所望の燃料噴射量を燃料噴射弁から内燃機関内のシリンダに直接燃料噴射を行う。なお、ここで、基本的には、無効パルス幅のうち開弁遅れ分は、有効パルス幅に加算され、無効パルス幅のうち閉弁遅れ分は、有効パルス幅から減算されて、燃料噴射パルス幅が演算される。

図９は、図８に示す従来の燃料噴射制御装置を用いて、燃料噴射弁に供給する駆動電流を変更する際のタイムチャートを示したものである。

ここで、燃料噴射制御装置は、図９の上段の図に示すように、クランク角度センサからの角度基準信号により、噴射タイミングの制御を行うものであり、この燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅の演算は、燃料噴射弁駆動演算（有効パルス幅演算手段及び無効パルス幅演算手段）により、例えば１０ｍｓ毎に行われている。そして、中段の図に示すように、燃料噴射制御装置は、直前に演算された燃料噴射パルス幅に応じた値を、＃ｎ及び＃ｎ＋１の燃料噴射パルス信号（図中の＃ｎ＿ＩＮＪ、＃ｎ＋１＿ＩＮＪにおける信号）として、燃料噴射弁に出力する。

このようにして、噴射タイミングの時点において、最新の演算された燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅が出力される。ここで、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールを変更する場合には、＃ｎ気筒の燃料噴射弁には、電流プロフィール（駆動パターン）ａを実行し、＃ｎ＋１気筒の燃料噴射弁には、燃料噴射弁の電流プロフィール（駆動パターン）ｂを実行する。この場合、図４から図８で説明したように燃料噴射弁の電流プロフィールと燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅（駆動パルス幅）が合致していないと燃料噴射量制御を的確に行うことができず、図下段で示した内燃機関の空燃比が変動することになる。これにより、排気エミッションや運転性を損なうという問題が生じることになる。

以上の説明では、便宜上、燃料噴射弁の電流プロフィールの変更方法について、２種類の電流プロフィールの変更方法について、を例示したが、このような問題は、電流プロフィールの数に限定されるものではない。

図１０は、本実施形態に係る燃料噴射弁の制御ブロック図の一例を示したものである。図１０は、図９での示した燃料噴射弁の駆動電流プロフィールを変更する場合において、燃料噴射弁の異なる電流プロフィールに切替え（変更）を行った場合であっても、空燃比に変動をもたらすこと無く、安定した燃料噴射量制御を実現できる１例を示したものである。

本実施形態に係る燃料噴射制御装置２７は、駆動電流の電流プロフィールを複数有し、内燃機関の負荷及び回転数Ｎｅなどの内燃機関の運転状態及び燃料圧力に基づいて、電流プロフィールを変更する電流プロフィール変更手段１００を備えており、電流プロフィール変更手段１００は、駆動電流切替え判定手段１０１と駆動電流切替え実行手段１０２とを備えている。

駆動電流切替え判定手段１０１は、駆動電流の電流プロフィールを複数有し、内燃機関の負荷、回転数Ｎｅなどの内燃機関の運転状態及び燃料圧力に基づいて、次に燃料噴射を行う気筒の燃料噴射弁の電流プロフィールを変更するか否かの条件が成立したかを判定する。例えば、駆動電流切替え判定手段１０１は、燃料噴射弁に要求される燃料噴射量が少ない場合には、図７で説明した様に最小噴射量が小さくなる燃料噴射弁の電流プロフィールの選択を行う。

次に、駆動電流切替え実行手段１０２は、実際に燃料噴射弁の電流プロフィールの変更処理を実行するかそのタイミングの成立についての判定を行い、成立すれば変更処理を実行する。実行処理は、実際に燃料噴射弁が駆動していない時に行うようにする（このようなタイミングの条件が成立することで）。すなわち、燃料噴射弁が駆動中の駆動期間において、駆動電流切替え実行手段１０２は、駆動電流プロフィールが変更されないように所望の駆動電流プロフィールを維持するものである。例えば、駆動電流切替え実行手段１０２は、燃料噴射終了の割り込み信号に基づいて、燃料噴射弁の噴射終了に同期して、電流プロフィールの変更を行う。

また、別の態様としては、駆動電流切替え実行手段１０２は、燃料噴射弁を噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間において、電流プロフィールの変更を行ってもよい。この場合、駆動電流切替え実行手段１０２は、燃料噴射弁が噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間の変更を、燃料噴射終了してから所定の時間が経過したタイミング（燃料噴射が行われないタイミング）において、行ってもよく、前記燃料噴射弁を噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間の変更を、前記燃料噴射が行われていないクランク角度において、行ってもよい。

有効パルス幅演算手段７０１は、燃料噴射駆動電流プロフィールに関係しないことから、図８で説明した通りの演算を行う。具体的には、有効パルス幅演算手段７０１は、吸入空気量、空燃比等の内燃機関の運転状態及び燃料圧力に基づいて、燃料噴射量に相当する、前記燃料噴射弁を開弁駆動する有効パルス幅を演算する。

無効パルス幅演算手段１０３は、燃料圧力に基づいて、燃料噴射弁の開弁遅れと閉弁遅れに相当する、無効パルス幅を演算する。ここで、無効パルス幅演算手段１０３は、電流プロフィールが変更される前に、少なくとも変更される電流プロフィールに応じた無効パルス幅を演算する。より好ましくは、駆動電流切替え判定手段１０１が有する複数の電流プロフィールのすべてのパターンに応じた無効パルス幅を演算する。そして、選択手段１０４において、駆動電流切替え実行手段１０２における電流プロフィールの変更に合わせて（具体的には、電流プロフィールの変更後、かつ、燃料噴射の終了後のタイミングに合わせて）、変更された電流プロフィールに応じた無効パルス幅を選択し、選択した無効パルス幅と、有効パルス幅演算手段７０１で演算された有効パルス幅とに基づいて、上述した駆動回路で、燃料噴射弁の制御を行う。

このようにして、駆動電流切替え実行手段１０２で、実際に燃料噴射弁の電流プロフィールの変更が実施された場合においても、当該電流プロフィールに適した燃料噴射弁駆動パルス幅の演算遅れを招くこと無く、最適な燃料噴射パルス幅で燃料噴射制御を行うことができる。

別の態様としては、無効パルス幅演算手段１０３は、燃料噴射弁の駆動電流プロフィール変更の順序が予め決まっている場合には、全ての無効パルス幅を演算する必要はなく、必要最低限の実行中の駆動電流プロフィールと変更順序に基づいて、次回変更時の駆動電流プロフィールに限定して演算しても良い。すなわち、無効パルス幅演算手段１０３は、少なくとも、変更前の電流プロフィールに応じた無効パルス幅と、前記変更後の電流プロフィールに応じた無効パルス幅とを必要最低限の演算として実行すればよい。

このように、駆動電流切替え実行手段１０２が実際の燃料噴射弁の電流プロフィールを変更するタイミングに合わせて、変更された電流プロフィールに合致した無効パルス幅を選択することができるので、電流プロフィールに変更があっても、燃料噴射量制御を的確に行い、内燃機関の空燃比が変動を抑制することができる。

図１１は、本実施形態に係る燃料噴射弁の制御タイムチャートの一例を示したものである。図１１の上段の図の角度基準信号及び燃料噴射弁駆動演算については、図９で既に説明した通りであり、ここでの説明は割愛する。

図中の駆動電流変更条件判定は、図１０に示す駆動電流切替え判定手段１０１が、電流プロフィールを変更するか否かの条件が成立したかの判定結果を示すものであり、駆動変更実行判定は、図１０に示す駆動電流切替え実行手段１０２が、電流プロフィールの変更をしてもよいタイミングであるか、その実行のタイミングの判定結果を示したものである。

まず、駆動電流切替え判定手段１０１が、内燃機関の運転状態により、駆動変更条件がＬｏ→Ｈｉになり駆動変更を許可する。この際に、燃料噴射弁が駆動していた場合、及び、燃料噴射弁が駆動する前であった場合には、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールが変更されてしまい、駆動電流プロフィールと燃料噴射パルス幅を合致させることができないために、当該駆動条件判定が成立した場合であっても、直ぐには燃焼噴射弁の駆動電流プロフィールは変更せず、その実行のタイミングの判定を、駆動電流切替え実行手段１０２で行う。

図中に示すように、＃ｎの気筒の＃ｎ＿ＩＮＪの燃料噴射弁では、駆動条件判定が成立し、駆動パターン（電流プロフィール）：ａ 燃料噴射パルス幅：Ｔａとしているが、ここで、駆動電流切替え判定手段１０１が、駆動変更条件が成立したと判定した場合（Ｈｉとなった場合）であっても、駆動パターン（電流プロフィール）：ｂ 燃料噴射パルス幅：Ｔｂとせずに、変更前の駆動パターン：ａ 燃料噴射パルス幅：ｔｂで燃料噴射の制御を維持する。

次に、前記＃ｎ＿ＩＮＪの燃料噴射駆動の電流プロフィール及び燃料噴射パルス幅が駆動パターン：ａ 燃料パルス幅：Ｔａを実行した以降で、例えば＃ｎ＿ＩＮＪ燃料噴射が終了した時点を判定して（図に示す場合は、燃料噴射弁の噴射終了に同期して）、実際の燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールを変更実行する駆動変更実行判定を実施する（図中では、Ｌｏ→Ｈｉ）。

駆動変更実行判定の結果（Ｌｏ→Ｈｉ）により、実際に燃料噴射弁の電流プロフィールを変更すると共に、予め演算された燃料噴射弁の燃料噴射パルス幅の複数の無効パルス幅から、変更された電流プロフィールに応じた無効パルス幅を選択する。これにより、＃ｎ＿ＩＮＪの燃料噴射を終え、次の気筒の＃ｎ＋１の気筒の＃ｎ＋１＿ＩＮＪの燃料噴射弁では駆動パターン：ｂ 燃料パルス幅：Ｔｂとして燃料噴射弁制御を行う。

このように、燃料噴射弁の電流プロフィールを切替える場合において、燃料噴射弁の駆動電流プロフィールと燃料噴射パルス幅（駆動パルス幅）を合致させることにより、適切な燃料噴射量制御を実現でき、その結果、図中で示しているように内燃機関の空燃比は変化すること無く、安定した内燃機関の排気エミッション及び運転性を提供できる。

図１２は、本実施形態に係る燃料噴射弁制御のフローチャートの一例を示したものである。
まず、ステップ１２０１で、内燃機関の運転状態を検出する。次に、ステップ１２０２で、内燃機関の燃料噴射弁に供給される燃料圧力の値を演算する。ステップ１２０３では、内燃機関の運転状態及び内燃機関の燃料圧力に基づいて、燃料噴射パルス幅を演算する。具体的には、ステップ１２０３で、図１０で示したように、燃料噴射弁の有効パルス幅と前記燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールの全てのパターンに対して燃料噴射弁の無効パルス幅を演算する。

ステップ１２０４で、内燃機関の運転状態または内燃機関の燃料圧力の少なくても何れか１つ以上の条件により燃料噴射弁の駆動電流切替え判定を行い、これにより切替え成立（Ｙ）となった場合には、ステップ１２０５で、複数の燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールの中から選択する。ステップ１２０６で、実際に燃料噴射弁の噴射終了の割込みが発生したか否かを判定し、燃料噴射終了割込みが発生した場合には、ステップ１２０７に進み、実際に燃料噴射弁の駆動電流をステップ１２０５により選択された燃料噴射弁駆動電流プロフィールとなるように変更を実行する。ここで、実際に燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールの切替え（変更）の実行タイミングを燃料噴射弁の噴射終了割込みを例にしたが、燃料噴射と燃料噴射の間（燃料噴射を行っていない間）で実行すれば良いことから、燃料噴射を行っていない内燃機関のクランク角度の情報、または、燃料噴射からの時間経過に基づいて、判定してもよく、直接燃料噴射を実行しているか否かを検出して、判定するようにしても良い。

ステップ１２０８では、ステップ１２０３で演算された複数の燃料噴射弁の無効パルス幅演算値の中から、前記ステップ１２０５で選択された燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールに合った無効パルス幅を選択する。ステップ１２０９では、燃料噴射弁の噴射実行タイミングにより、前記ステップ１２０３で演算された燃料噴射弁の有効パルス幅と前記ステップ１２０８で演算された無効パルス幅を加算した燃料噴射パルス幅を出力し、燃料噴射弁を制御する。

図１３は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置による燃料噴射時のタイムチャートの一例を示したものである。図中の上段の図は、内燃機関の回転数Ｎｅと燃料圧力（燃圧）を示したものである。図中の縦に点線で２箇所に示した位置が、前記燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールを変更した位置として表したものである。

また、図中の中段の図は、燃料噴射弁からの燃料噴射量と燃料噴射パルス幅を示したものであり、実線で示したものが本実施形態の燃料噴射制御装置による動作で、点線で示したものが本実施形態の燃料噴射制御装置を適用していない場合である。図中の下段の図は、燃料噴射弁からの燃料噴射量による内燃機関の空燃比の挙動を示したものであり、同様に実線で示したものが本発明による動作で、点線で示したものが本発明を適用していない場合である。

先ず、図中の左側の燃料噴射弁駆動電流切替え（電流プロフィールの変更時）において、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィール（燃料噴射弁駆動パターン）をａ→ｂに切替える。これにより、燃料噴射パルス幅は、電流プロフィール切替えに合わせて、図中に段差として示した様に、変更した電流プロフィールに応じて演算された燃料噴射パルス幅の無効パルス幅に変更する。

これにより、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィール切替え時点及び切替え後においても燃料噴射量は、内燃機関の運転状態及び燃料圧力変化に準じて円滑に変化することになり、その結果、空燃比も安定して制御することが可能となる。

続いて、図中の左側の燃料噴射弁駆動電流切替え（電流プロフィールの変更時）において、燃料噴射弁駆動電流プロフィール（燃料噴射弁駆動パターン）をｂ→ａに切替える。ここにおいても、前記同様に燃料噴射弁駆動パルス幅を変更することにより、その結果、空燃比も安定して制御することが可能となる。

一方、本実施形態に係る燃料噴射制御を適用していない場合、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールをａ→ｂまたは、ｂ→ａの何れかに切替えた（変更した）際に、燃料噴射パルス幅において、これらの電流プロフィールは円滑に出力されるものの、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールと、無効パルス幅とが、合致しない為に、図中の点線で示したような空燃比の変動が生じてしまう。このことは、図９及び図１１を用いて、説明した通りである。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本実施形態によれば、分割噴射など燃料噴射量をこれまでに比べ減少させた場合であっても、内燃機関の運転状態に応じて、燃料噴射弁の駆動電流の電流プロフィールを変更する際、及び変更以降においても、燃料噴射量を精度良く制御することが可能となり、その結果、内燃機関の安定した空燃比制御を提供することができ、これにより内燃機関の排気エミッション及び運転性悪化を回避することができる。

１ エンジン
２ ピストン
３ 吸気弁
４ 排気弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 点火コイル
８ 水温センサ
９ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
９ａ 燃料噴射弁パルス幅演算手段
９ｂ 燃料噴射弁駆動波形選択手段
１０ 吸気管
１１ 排気管
１２ 三元触媒
１３ 酸素センサ
１４ ＥＧＲ弁
１５ コレクタ
１６ クランク角度センサ
１８ ＥＧＲ通路
１９ スロットル弁
２０ ＡＦＭ
２１ 燃焼室
２２ アクセル開度センサ
２３ 燃料タンク
２４ 低圧燃料ポンプ
２５ 高圧燃料ポンプ
２６ 燃料圧力センサ
２７ 燃料噴射制御装置
２７ａ 高電圧生成回路
２７ｂ 燃料噴射弁駆動回路（Ｈｉ）
２７ｃ 燃料噴射弁駆動回路（Ｌｏ）
２７ｄ 駆動ＩＣ（インジェクタ駆動回路）
５３ 電磁コイル
１００ 電流プロフィール変更手段
１０１ 駆動電流切替え判定手段
１０２ 駆動電流切替え実行手段
１０３ 無効パルス幅演算手段
１０４ 選択手段
７０１ 有効パルス幅演算手段

Claims (8)

1. 電磁コイルへ駆動電流を通電することにより燃料の噴射を行う燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサと、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、を備えた筒内噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   該燃料噴射制御装置は、
   前記駆動電流の電流プロフィールを複数有し、前記運転状態及び前記燃料圧力に基づいて、前記電流プロフィールを変更する電流プロフィール変更手段と、
   前記運転状態及び前記燃料圧力に基づいて、燃料噴射量に相当する、前記燃料噴射弁を開弁駆動するための有効パルス幅を演算する有効パルス幅演算手段と、
   前記燃料圧力に基づいて、前記燃料噴射弁の開弁遅れと閉弁遅れに相当する、無効パルス幅を演算する無効パルス幅演算手段と、
   前記有効パルス幅と前記無効パルス幅とに基づいて、燃料噴射パルス幅を演算し、該燃料噴射パルス幅に基づいて、前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、を備え、
   前記無効パルス幅演算手段は、前記電流プロフィールが変更される前に、前記変更される電流プロフィールに応じた無効パルス幅を演算することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記無効パルス幅演算手段は、前記複数の電流プロフィールに応じた無効パルス幅を演算し、
   前記燃料噴射弁制御手段は、前記電流プロフィールの変更に合わせて、変更された電流プロフィールに応じた無効パルス幅を選択し、該選択した無効パルス幅に基づいて前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記無効パルス幅演算手段は、前記変更前の電流プロフィールに応じた無効パルス幅と、前記変更後の電流プロフィールに応じた無効パルス幅とを演算し、
   前記燃料噴射弁制御手段は、前記電流プロフィールの変更に合わせて、前記変更後の電流プロフィールに応じた無効パルス幅に基づいて、前記燃料噴射弁の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記電流プロフィール変更手段は、前記燃料噴射弁の噴射終了に同期して、前記電流プロフィールの変更を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記電流プロフィール変更手段は、前記燃料噴射弁を噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間において、前記電流プロフィールの変更を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記電流プロフィール変更手段は、前記燃料噴射弁が噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間の変更を、燃料噴射終了してから所定の時間が経過したタイミングにおいて、行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記電流プロフィール変更手段は、前記燃料噴射弁が噴射終了してから、次の燃料噴射を開始するまでの間の変更を、前記燃料噴射が行われていないクランク角度において、行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 前記電流プロフィールの変更後、かつ、燃料噴射の終了後、前記無効パルス幅の選択を行うこと請求項２に記載に内燃機関の燃料噴射制御装置。

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