JP2014095325A - 噴射遅れ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な手法で噴射遅れ時間を検出可能にした噴射遅れ検出装置を提供する。
【解決手段】噴射遅れ検出装置は、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧を生成する生成手段と、コイルに流れる電流に比例して変化するコイル電圧と比較電圧とを大小比較する比較手段と、比較手段による比較結果に基づいてコイル電圧が比較電圧よりも大きい状態から小さい状態に変化した変化時期ｔ１２を検出する検出手段と、検出手段により検出された変化時期ｔ１２に基づき、コイルへの通電開始から開弁作動が開始されるまでの遅れ時間Ｔｄを算出する算出手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルへの通電開始から燃料噴射開始に至るまでの遅れ時間を検出する、噴射遅れ検出装置に関する。

コイルへ通電して生じた電磁吸引力により、弁体を開弁作動させて燃料を噴射させる燃料噴射弁の場合、通電を開始してから弁体が開弁作動を開始（リフトアップ開始）するまでの遅れ時間が生じる。そのため、予め実施した試験等に基づき遅れ時間を設定しておき、設定した遅れ時間を加味して通電期間を制御することで、噴射量を高精度で制御することが要求される。

しかし、この種の遅れ時間は使用環境や経年劣化に伴い変化する。例えば、コイル温度が低い場合には電気抵抗が小さくなるので、通電開始に伴い上昇する電磁吸引力の上昇速度が速くなる。すると、リフトアップ開始時期が早くなり、遅れ時間が短くなる。また、経年劣化により弁体の摺動抵抗が大きくなると、リフトアップ開始時期が遅くなり、遅れ時間は長くなる。そして、このように遅れ時間が変化すると、設定した遅れ時間が実際の遅れ時間に対して大きくずれてしまい、所望する噴射量に対する実噴射量のずれが大きくなることが懸念される。この場合、排気エミッションの悪化や燃費の悪化、ドライバビリティの悪化等を招くこととなる。

この問題に対し、特許文献１には、内燃機関の運転中にオンボードで遅れ時間を検出する装置が提案されている。この検出装置は、コイルを流れる電流（コイル電流）の波形中に、リフトアップ開始のタイミングで変曲点が現れることに着目したものである。すなわち、コイル電流をサンプリングしてコイル電流の波形を取得し、取得した電流波形を微分演算して変曲点を検出し、その変曲点が現れた時期をリフトアップ開始時期とみなして遅れ時間を算出する。

特開２００１−２８０１８９号公報

しかしながら、上述した遅れ時間の算出手法では、極めて短い周期（例えば数μＳ）でコイル電流をサンプリングしなければ、リフトアップ開始時期と同期した変曲点が電流波形に現れなくなる。よって、特許文献１記載の噴射遅れ検出装置は、ＡＤサンプリングに要する処理負荷等を考慮すると、現実的なものはなく実現が困難である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な手法で噴射遅れ時間を検出可能にした噴射遅れ検出装置を提供することにある。

開示されたひとつの発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、コイルへ通電して生じた電磁吸引力により、弁体を開弁作動させて燃料を噴射させる燃料噴射弁に適用され、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧を生成する生成手段と、前記コイルに流れる電流に比例して変化するコイル電圧と、前記比較電圧とを大小比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記コイル電圧が前記比較電圧よりも大きい状態から小さい状態に変化した変化時期を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記変化時期に基づき、前記コイルへの通電開始から前記開弁作動が開始されるまでの遅れ時間を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、弁体が開弁作動を開始するタイミング（リフトアップ開始時期）で、コイルを流れる電流（コイル電流）の波形に変曲点が現れることは先述した通りである。この現象について本発明者がさらに詳細に分析したところ、以下の知見を得た。

すなわち、コイル電流が上昇して一定値に達すると、弁体がリフトアップを開始するが、弁体が移動（リフトアップ）することによりコイルの磁性体変化が起こり、インダクタンスが増大する。その結果、コイル電流の上昇速度がリフトアップ開始直前よりも緩やかになる（図２中の符号Ｗ２参照）。しかしその後、コイル電流が継続して流れることによる直流電流重畳特性の影響で、増大していたインダクタンスは減少に転じる。その結果、コイル電流の上昇速度がリフトアップ開始直後よりも急峻になる（図２中の符号Ｗ３参照）。

要するに、通電開始から上昇していくコイル電流の波形には、リフトアップ開始直後に緩やかに上昇する部分（緩慢部Ｗ２）と、その後急峻に上昇する部分（急峻部Ｗ３）とが現れると言える。つまり、リフトアップ開始をトリガとして逆Ｓ字の波形が現れる、との知見を本発明者は得た。

そして、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧と、コイル電流に比例して変化するコイル電圧とを重ね合わせて得られる、コイル電圧波形と比較電圧波形とのクロスポイントが、先述した緩慢部と急峻部との境界（変曲点）に相当する。そして、この変曲点の出現時期とリフトアップ開始時期とは相関性が高いので、変曲点の出現時期を検出すれば、その検出時期に基づきリフトアップ開始時期を高精度で算出できることを、本発明者は見出した。

以上の点を鑑みて、本発明では、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧を生成し、生成した比較電圧と、コイル電流に比例して変化するコイル電圧とを大小比較する。そして、コイル電圧が比較電圧よりも大きい状態から小さい状態に変化した変化時期を検出する。この変化時期が、先述したクロスポイントの出現時期に相当する。そして、このように検出された変化時期に基づき噴射遅れ時間を算出する。

したがって、本発明によれば、コイル電流の波形を微分演算して変曲点を検出するといった特許文献１に記載の処理を要することなく、噴射遅れ時間を検出できる。よって、簡易な手法で噴射遅れ時間の検出が可能となる。

本発明の第１実施形態において、燃料噴射弁の制御装置を示すブロック図。 図１に示す制御装置にて出力される各種信号の時間変化と、燃料噴射弁のコイルに流れる電流の時間変化を表す図。 第１実施形態にかかる噴射遅れ検出装置を表すブロック図。 図３に示す各種信号の時間変化を表す図。 図３に示すマイコンが実行する、基本制御の手順を表すフローチャート。 図３に示すマイコンが実行する、遅れ時間検出の手順を表すフローチャート。 本発明の第２実施形態にかかる噴射遅れ検出装置を示すブロック図。 図７に示すマイコンが実行する、遅れ時間検出の手順を表すフローチャート。

以下、本発明の各実施形態による噴射遅れ検出装置について、図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、図中の同一符号を付した部分の構成は、互いに同一もしくは均等であり、その説明を援用する。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１０は、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に搭載されており、内燃機関の燃焼室へ直接燃料を噴射するものである。燃料噴射弁１０は、燃料通路を内部に有するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ａを有するボデー１１を備える。ボデー１１内には、弁体１２、可動コア（図示せず）および固定コア１３等が収容されている。弁体１２は、ボデー１１の着座面１１ｂに離着座するシート面１２ａを有する。シート面１２ａを着座面１１ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、噴孔１１ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを着座面１１ｂから離座させるよう弁体１２を開弁作動（リフトアップ）させると、噴孔１１ａから燃料が噴射される。

固定コア１３は、鉄心にコイル１４を巻き回して構成され、コイル１４に通電すると固定コア１３は磁気吸引力を生じさせ、この磁気吸引力により可動コアが固定コア１３に引き寄せられてリフトアップする。可動コアに結合された弁体１２は、可動コアとともにリフトアップ（開弁作動）する。一方、コイル１４への通電を停止させると、スプリング（図示せず）の弾性力により、弁体１２は可動コアとともに閉弁作動する。

電子制御装置（ＥＣＵ２０）は、マイクロコンピュータ（マイコン２１）、集積ＩＣ２２、昇圧回路２３、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４等を備える。マイコン２１は、中央演算装置、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）および揮発性メモリ（ＲＡＭ）等を有して構成され、内燃機関の負荷および機関回転速度に基づき、燃料の目標噴射量および目標噴射開始時期を算出する。なお、コイル１４への通電時間ＴＱ（図２（ａ）参照）を制御することで噴射量を制御する。

集積ＩＣ２２は、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の作動を制御する噴射駆動回路２２ａ、および昇圧回路２３の作動を制御する充電回路２２ｂを有する。これらの回路２２ａ、２２ｂは、マイコン２１から出力された噴射指令信号に基づき作動する。噴射指令信号は、燃料噴射弁１０のコイル１４への通電状態を指令する信号であり、先述した目標噴射量および目標噴射開始時期と、後述するコイル電流検出値とに基づき、マイコン２１により設定される。噴射指令信号には、後述する駆動信号、開弁信号およびホールド信号が含まれている。

昇圧回路２３は、コイル２３ａ、充電用コンデンサ２３ｂ、ダイオード２３ｃおよびスイッチング素子ＳＷ１を有する。スイッチング素子ＳＷ１がオン作動とオフ作動を繰り返すように充電回路２２ｂがスイッチング素子ＳＷ１を制御すると、バッテリ端子Ｂａｔｔから印加されるバッテリ電圧がコイル２３ａにより昇圧されて、充電用コンデンサ２３ｂに蓄電される
そして、噴射駆動回路２２ａがスイッチング素子ＳＷ２（高電位側スイッチング素子）、ＳＷ４（グランド側スイッチング素子）をともにオン作動させると、昇圧回路２３で昇圧されたブースト電圧が、燃料噴射弁１０のコイル１４へ印加される。一方、スイッチング素子ＳＷ２をオフ作動させてスイッチング素子ＳＷ３をオン作動させるように切り替えると、燃料噴射弁１０のコイル１４へバッテリ電圧が印加される。なお、コイル１４への電圧印加を停止させる場合には、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をオフ作動させる。ちなみに、ダイオード２４は、スイッチング素子ＳＷ２のオン作動時に、ブースト電圧がスイッチング素子ＳＷ３に印加されることを防止するためのものである。

シャント抵抗Ｒ１は、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流、つまりコイル１４を流れる電流（コイル電流）を検出するためのものであり、マイコン２１は、シャント抵抗Ｒ１で生じた電圧降下量に基づき、先述したコイル電流検出値を検出する。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）の各々は、燃料噴射を１回実施する場合における、駆動信号、開弁信号、ホールド信号の時間変化を示す。駆動信号のオン期間（通電時間ＴＱ）にはスイッチング素子ＳＷ４がオン作動する。これにより、コイル１４への通電が可能な状態になる。開弁信号のオン期間（ｔ１０〜ｔ２０）にはスイッチング素子ＳＷ２がオン作動して、ブースト電圧がコイル１４へ印加される。また、ホールド信号のオン期間にはスイッチング素子ＳＷ３がオン作動して、バッテリ電圧がコイル１４へ印加される。

マイコン２１は、駆動信号のオン時期ｔ１０に開弁信号をオンさせ、コイル電流検出値がピーク閾値ＴＨ１に達した時期ｔ２０に開弁信号をオフさせる。そのため、駆動信号が通電開始を指令した時期に、ブースト電圧の印加によりコイル電流は上昇を開始する。その後、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達した時点で通電オフされ、コイル電流は下降しはじめる。

さらにマイコン２１は、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達した後、コイル電流検出値が下限閾値ＴＨ２に達したｔ３０時点で、ホールド信号をオンさせる。その後、コイル電流検出値が上限閾値ＴＨ３に達した時点で、マイコン２１はホールド信号をオフさせ、下限閾値ＴＨ２と上限閾値ＴＨ３の間にコイル電流を保持させるようにオンオフを切り替える。そのため、バッテリ電圧によりコイル電流が所定のホールド値に保持されるようフィードバック制御される。その後、駆動信号のオフ時期ｔ４０にマイコン２１はホールド信号をオフさせる。

開弁信号による開弁制御期間中は、昇圧回路２３にて充電用コンデンサ２３ｂに蓄積された電荷を使用するため、ブースト電圧である充電コンデンサ２３ｂの端子間電圧(Ｖ＝Ｑo／Ｃ)は徐々に低下してくる。また、開弁制御中にコイル１４に供給される電荷量（消費電荷量：Ｑｏｕｔ）は、ピーク閾値ＴＨ１に達した時のピーク電流と開弁制御期間（ｔ１０〜ｔ２０）によって決まる。

昇圧回路２３については、ブースト電圧が一定値以下になると充電を開始する機能があり、昇圧電圧の低下は軽減される。開弁制御時には燃料圧力に打ち勝つためのエネルギーをコイル１４に印加する必要があり、そのエネルギーはピーク電流によって生成される。つまり燃料圧力が高くなると電磁吸引力を発揮させるエネルギーはより必要となるため、ピーク閾値ＴＨ１の上昇が必要となる。すると、昇圧回路２３やコイル１４に高電流を流すこととなり、その背反として発熱が大きくなる。

また、開弁制御にかかる通電時間は、電流がピーク閾値ＴＨ１に達するまでの時間となる為、コイル１４のインダクタンスやコイル抵抗を含めた全体インピーダンスによって変わる、コイル電流の上昇傾きに依存する。

図２（ｄ）中の実線はコイル電流の時間変化を示し、図２（ｅ）は弁体１２のリフト量の時間変化を示す。コイル電流は、開弁信号のオン指令期間ｔ１０〜ｔ２０に、ピーク閾値ＴＨ１にまで上昇する。その後、ホールド信号のオン指令期間ｔ３０〜ｔ４０に、コイル電流はホールド値に保持される。

一方、コイル１４への通電により生じる電磁吸引力は、コイル電流の上昇とともに徐々に上昇していく。そして、磁気吸引力が開弁に要する吸引力（必要開弁力）に達したｔ１１時点で、弁体１２はリフトアップを開始する。したがって、通電開始時期ｔ１０から開弁開始時期ｔ１１までには遅れ時間Ｔｄが生じる。その後、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達するまでの間に、弁体１２は最大位置までリフトアップする。

ここで、コイル温度が高いほど電気抵抗が大きくなるので、電磁吸引力の上昇速度が遅くなる。また、燃料噴射弁１０に供給される燃料の圧力が高いほど、弁体１２のリフトアップ速度が遅くなる。これらの各種環境が最も悪くなっている場合を想定して、開弁信号によるブースト電圧の印加期間中に弁体１２が最大位置に達することとなるよう、ピーク閾値ＴＨ１の値は設定されている。また、弁体１２を最大位置に保持するのに必要なコイル電流はピーク閾値ＴＨ１よりも低い。そのため、ピーク閾値ＴＨ１よりも低い値に設定したホールド値を保持するよう、下限閾値ＴＨ２と上限閾値ＴＨ３の値は設定されている。

ここで、弁体１２がリフトアップを開始するとコイル１４の磁性体変化が起こり、インダクタンスが増大する。その結果、リフトアップ開始直前のコイル電流の上昇速度（Ｗ１の傾き）に比べ、リフトアップ開始直後の上昇速度（Ｗ２の傾き）の方が緩やかになる。その後、コイル電流が継続して流れることによる直流電流重畳特性の影響で、増大していたインダクタンスは減少に転じる。その結果、上昇速度が急峻になり（Ｗ３参照）、その後、リフトアップ開始直前の上昇速度に戻る（Ｗ４参照）。

要するに、通電開始から上昇していくコイル電流の波形には、リフトアップ開始直後に緩やかに上昇する部分（緩慢部Ｗ２）と、その後急峻に上昇する部分（急峻部Ｗ３）とが現れると言える。つまり、リフトアップ開始をトリガとして逆Ｓ字の波形が現れる、との知見を本発明者は得た。

そして、経過時間に比例して直線的に上昇していく仮想線Ｉｃｍｐと、コイル電流の波形とが交差する点（クロスポイントＰｉ）が、先述した緩慢部Ｗ２と急峻部Ｗ３との境界（変曲点Ｐｉ）に相当する。そして、この変曲点Ｐｉの出現時期ｔ１２とリフトアップ開始時期ｔ１１とは相関性が高いので、この出現時期ｔ１２を検出すればリフトアップ開始時期ｔ１１を高精度で算出でき、ひいては遅れ時間Ｔｄを高精度で検出できる。

ちなみに、図２の例では、変曲点Ｐｉの出現時期ｔ１２（変化時期）と弁体１２が最大位置に達した時期ｔ１２とが略同一である。そして、最大位置到達時期ｔ１２と変曲点Ｐｉの出現時期ｔ１２も相関性が高いと言える。

このように遅れ時間Ｔｄを検出するための回路が、ＥＣＵ２０に備えられた増幅回路２６、比較電圧生成回路２７（生成手段）および比較器２８（比較手段）である（図１参照）。増幅回路２６は、シャント抵抗Ｒ１間の電位差を増幅する回路であり、コイル電流に比例して変化するコイル電圧を所定ゲインＧで増幅する。

比較電圧生成回路２７は、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧Ｖｃｍｐを生成する。比較電圧Ｖｃｍｐの上昇開始は、コイル１４への通電開始を指令する信号と同期させている。図１の例では、コイル１４のグランド側に接続されたスイッチング素子ＳＷ４（グランド側スイッチング素子）へ、噴射駆動回路２２ａから出力された指令信号（駆動信号）と同期させており、該駆動信号のパルスオン開始時期ｔ１０に、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇を開始させている。この比較電圧Ｖｃｍｐは、図４（ｆ）中の一点鎖線に示すように、所定の時定数Ｔａで設定電圧Ｖｉまで上昇する。時定数Ｔａは、開弁信号のオン期間（ｔ１０〜ｔ２０）と同じ長さに設定されている。設定電圧Ｖｉは、ピーク閾値ＴＨ１に対応するコイル電圧と同じ値に設定されている。

比較器２８は、増幅回路２６から出力されるコイル電圧Ｖｉｎｊと、比較電圧生成回路２７から出力される比較電圧Ｖｃｍｐとを大小比較する回路であり、図１の例では、オペアンプを用いて比較器２８の回路を構成している。図４（ｇ）に示すように、比較器２８の出力（比較出力Ｖｏｕｔ）は、Ｖｉｎｊ＞Ｖｃｍｐの場合にはオン電圧に、Ｖｉｎｊ＜Ｖｃｍｐの場合にはオフ電圧に切り替わる。

図３は、増幅回路２６および比較電圧生成回路２７の詳細を示す回路図である。増幅回路２６は、非反転増幅回路として機能するオペアンプ２６ａと、オペアンプ２６ａによる電圧の増幅率（ゲインＧ）を設定する抵抗Ｒ２、Ｒ３と、を備える。これにより、シャント抵抗Ｒ１の端子間にて変化する電圧が、ゲインＧで増幅されてオペアンプ２６ａから出力される。つまり、シャント抵抗Ｒ１を流れる電流（コイル電流）をＩｉｎｊ、シャント抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ１、増幅回路２６のゲインをＧ、増幅回路２６から出力される電圧（コイル電圧）をＶｉｎｊとした場合、Ｖｉｎｊ＝Ｉｉｎｊ×Ｒ１×Ｇで表される。

比較電圧生成回路２７は、積分回路として機能するオペアンプ２７ａと、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７と、コンデンサＣ１と、を備える。先述した設定電圧Ｖｉの値は、抵抗Ｒ４、Ｒ５の抵抗値により設定される。先述した時定数Ｔａの値は、抵抗Ｒ６、Ｒ７の抵抗値およびコンデンサＣ１の容量により設定される。また、オペアンプ２７ａの正側入力端子は、スイッチング素子ＳＷ４のゲート端子と抵抗Ｒ４を介して接続されている。したがって、ＩＣ２２またはマイコン２１からスイッチング素子ＳＷ４へ出力される指令信号（ゲート信号Ｖｇａｔｅ）がオフ電圧からオン電圧に切り替わったタイミングで、オペアンプ２７ａから出力される比較電圧Ｖｃｍｐの電圧上昇が開始する。この電圧上昇は、時定数Ｔａに対応する時間をかけて設定電圧Ｖｉにまで上昇する。

以上により、図４（ａ）に示す如くゲート信号Ｖｇａｔｅがパルスオンに切り替わったｔ１０時点で、コイル電流が上昇を開始することに伴い、図４（ｂ）（ｃ）に示す如くシャント抵抗Ｒ１の電圧（Ｉｉｎｊ×Ｒ１）およびコイル電圧（ＶｉｎｊＩｉｎｊ×Ｒ１×Ｇ）が上昇を開始する。また、ゲート信号Ｖｇａｔｅがパルスオンに切り替わったｔ１０時点で、オペアンプ２７ａの正側入力端子の電圧が設定電圧Ｖｉにまで上昇することに伴い（図４（ｄ）参照）、オペアンプ２７ａから出力される比較電圧Ｖｃｍｐは上昇を開始する（図４（ｅ）参照）。そして、時定数Ｔａに対応する時間が経過したｔ２０時点で、上昇する比較電圧Ｖｃｍｐは設定電圧Ｖｉに達する。

図４（ｆ）中の実線は、燃料噴射弁１０が正常に作動している場合におけるコイル電圧Ｖｉｎｊを示し、一点鎖線は比較電圧Ｖｃｍｐを示す。図示されるように、直線的に上昇していく比較電圧Ｖｃｍｐの波形（三角波）と、コイル電圧Ｖｉｎｊの波形とが交差する点（クロスポイントＰｖ）が、先述した緩慢部Ｗ２と急峻部Ｗ３との境界（変曲点Ｐｉ）に相当する。図示されるように、通電開始時期ｔ１０からクロスポイントＰｖ出現時期までは、コイル電圧Ｖｉｎｊが比較電圧Ｖｃｍｐよりも大きい状態となる。そして、クロスポイントＰｖ出現以降は、コイル電圧Ｖｉｎｊが比較電圧Ｖｃｍｐよりも小さい状態となる。

したがって、比較器２８から出力される比較出力Ｖｏｕｔは、クロスポイントＰｖ出現まではオン電圧であり、クロスポイントＰｖ出現以降はオフ電圧となる。そして、「検出手段」に相当するマイコン２１またはＩＣ２２は、比較出力Ｖｏｕｔがオン電圧になっている時間Ｔｄ１をタイマーで計測する。これにより、通電開始時期ｔ１０からクロスポイントＰｖ出現までの時間Ｔｄ１が計測される。

図４に示すクロスポイントＰｖ出現時期と図２に示すクロスポイントＰｉ出現時期とは一致する。そして、開弁開始時期ｔ１１とクロスポイントＰｉ出現時期とは相関性が高いことは先述した通りである。したがって、計測時間Ｔｄ１と遅れ時間Ｔｄとは相関性が高いので、計測時間Ｔｄ１に基づけば遅れ時間Ｔｄを高精度で算出できる。例えば、計測時間Ｔｄ１に所定の係数を乗算して遅れ時間Ｔｄを算出したり、計測時間Ｔｄ１から所定の定数を減算して遅れ時間Ｔｄを算出したりすればよい。

図５は、マイコン２１が、コイル１４への通電時間ＴＱおよび通電開始時期を制御する処理の手順を示すフローチャートである。

先ず、図５のステップＳ１０では、内燃機関の回転速度ＮＥおよび吸気量等の機関負荷を取得する。続くステップＳ１１では、取得したＮＥおよび負荷に基づき、目標噴射量および目標噴射開始時期を算出する。そして、目標噴射量に基づき基本噴射パルス幅ＴＱ（基本噴射量）を算出する。この基本噴射量は、なお、ＮＥおよび負荷に対応する最適値を予めマップに記憶させておき、取得したＮＥおよび負荷に該当するマップ中の最適値を、基本噴射量として算出すればよい。

続くステップＳ１２では遅れ時間Ｔｄを設定する。計測時間Ｔｄ１が計測済みであれば、その計測時間Ｔｄ１から算出された遅れ時間Ｔｄを設定値として用い、未計測であれば、予め記憶させておいた初期値を遅れ時間Ｔｄの設定値として用いる。続くステップＳ１３では、遅れ時間Ｔｄの設定値に基づき、ステップＳ１１で算出した基本噴射パルス幅ＴＱを補正する。具体的には、遅れ時間Ｔｄが長いほどパルス幅ＴＱを長くするよう補正する。

続くステップＳ１４では、駆動信号のパルス幅ＴＱを、ステップＳ１３で補正した値に設定する。また、駆動信号のパルスオン開始時期ｔ１０を、遅れ時間Ｔｄの設定値およびステップＳ１１で算出した目標噴射開始時期に基づき設定する。具体的には、目標噴射開始時期から遅れ時間Ｔｄだけ早めた時期をパルスオン開始時期ｔ１０に設定する。そして、このように設定した駆動信号をＩＣ２２へ出力して、コイル１４への電圧印加状態を指令する。

図６は、マイコン２１が、計測時間Ｔｄ１を検出して遅れ時間Ｔｄを算出する処理の手順を示すフローチャートである。

先ず、図６のステップＳ２０では、通電開始から変曲点Ｐｖ出現までの時間Ｔｄ１を、比較出力Ｖｏｕｔの信号に基づき計測する（図４（ｇ）参照）。続くステップＳ２１では、計測時間Ｔｄ１が、時定数で設定される時間Ｔａより短いか否かを判定する。Ｔｄ１＜Ｔａと判定されれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、続くステップＳ２２（算出手段）において、計測時間Ｔｄ１に基づき遅れ時間Ｔｄを算出する。一方、Ｔｄ１＜Ｔａでないと判定されれば（Ｓ２１：ＮＯ）、時定数の時間Ｔａが経過しても変曲点Ｐｖが出現せず計測時間Ｔｄ１が計測されなかったとみなし、次のステップＳ２３（異常判定手段）において、弁体１２が正常に作動していない異常状態であると判定する。

例えば、ボデー１１と弁体１２との間に異物が介在して弁体１２が摺動不良の状態になると、コイル１４に通電しても弁体１２が開弁作動しなくなる異常に陥る場合がある。この場合、コイル１４に通電を開始しても、逆Ｓ字の波形がコイル電圧Ｖｉｎｊに現れなくなり、変曲点Ｐｖが出現しなくなる（図４（ｆ）中の点線参照）。この場合、図４（ｈ）に示すように比較出力Ｖｏｕｔが変化しなくなり、ステップＳ２３にて異常と判定されることとなる。

以上により、本実施形態によれば、経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧Ｖｃｍｐを生成し、生成した比較電圧Ｖｃｍｐとコイル電圧Ｖｉｎｊとを大小比較する。そして、コイル電圧Ｖｉｎｊが比較電圧Ｖｃｍｐよりも大きい状態から小さい状態に変化した変化時期（クロスポイントＰｖ出現時期）を検出することで、通電開始時期ｔ１０からクロスポイントＰｖ出現時期までの時間Ｔｄ１を計測する。そして、この計測時間Ｔｄ１に基づき噴射遅れ時間Ｔｄを算出する。したがって、コイル電流の波形を微分演算して変曲点を検出するといった特許文献１に記載の処理を要することなく、噴射遅れ時間Ｔｄを検出できる。よって、簡易な手法で噴射遅れ時間Ｔｄの検出が可能となる。

さらに、以下に列挙する特徴を備えた本実施形態によれば、各々の特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
比較電圧生成回路２７（生成手段）は、コイル１４への通電開始を指令する信号（駆動信号または開弁信号）に基づき、比較電圧Ｖｃｍｐの生成を開始させることを特徴とする。これによれば、比較電圧Ｖｃｍｐの生成開始時期ｔ１０とコイル１４への通電開始時期ｔ１０とを、高精度で同期させることを容易に実現できる。

＜特徴２＞
コイル１４への通電開始は、コイル１４の高電位側に接続された高電位側スイッチング素子ＳＷ２、およびコイル１４のグランド側に接続されたグランド側スイッチング素子ＳＷ４により制御されており、比較電圧生成回路２７は、グランド側スイッチング素子ＳＷ４に対して出力された信号に基づき、比較電圧Ｖｃｍｐの生成を開始させる。これによれば、比較電圧Ｖｃｍｐの生成開始時の電圧、およびコイル電圧Ｖｉｎｊの噴射指令開始時点ｔ１０での電圧がグランド電圧（ゼロＶ）に揃うこととなる。よって、両電圧Ｖｃｍｐ、Ｖｉｎｊの基準値（初期値）を揃えることを容易に実現できるので、通電開始から変曲点Ｐｖ出現までの時間Ｔｄ１を精度よく検出でき、ひいては遅れ時間Ｔｄを高精度で算出できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態にかかる比較電圧生成回路２７は、時定数Ｔａおよび設定電圧Ｖｉを一定の値に固定して比較電圧Ｖｃｍｐを生成している。したがって、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きは一定の値に固定される。これに対し、図７に示す本実施形態の比較電圧生成回路２７は、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを変更可能に構成されている。

具体的には、時定数Ｔａの値を設定する抵抗Ｒ７と並列して、抵抗Ｒ７ａ（変更手段）が接続されている。そして、スイッチング素子ＳＷ５（変更手段）により、抵抗Ｒ７ａとオペアンプ２７ａとの接続状態が制御される。したがって、マイコン２１によりスイッチング素子ＳＷ５をオン作動させた時とオフ作動させた時とで、時定数Ｔａが異なる値となる。

また、設定電圧Ｖｉの値を設定する抵抗Ｒ５と並列して、抵抗Ｒ５ａ（変更手段）が接続されている。そして、スイッチング素子ＳＷ６（変更手段）により、抵抗Ｒ５ａとオペアンプ２７ａとの接続状態が制御される。したがって、マイコン２１によりスイッチング素子ＳＷ６をオン作動させた時とオフ作動させた時とで、設定電圧Ｖｉが異なる値となる。

図８は、マイコン２１が、計測時間Ｔｄ１を検出して遅れ時間Ｔｄを算出する処理の手順を示すフローチャートである。先ず、図８のステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２において、図６と同様にして、比較出力Ｖｏｕｔの信号に基づき時間Ｔｄ１を計測し、Ｔｄ１＜Ｔａと判定されれば（Ｓ２１：ＹＥＳ）、計測時間Ｔｄ１に基づき遅れ時間Ｔｄを算出する。

一方、Ｔｄ１＜Ｔａでないと判定されれば（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２１ａに進み、次のステップＳ２１ｂ（変更手段）による設定電圧Ｖｉおよび時定数Ｔａの切り替えを実行するか否かを判定する。該切り替えが既に実行済みであれば（Ｓ２１ａ：ＹＥＳ）、ステップＳ２３において、弁体１２が正常に作動していない異常状態であると判定する。切り替え済みでなければ（Ｓ２１ａ：ＮＯ）、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６のオンオフを切り替えるように制御する。

なお、ステップＳ２１ｂでの切り替えを実行するにあたり、時定数Ｔａの値を短くするように切り替えて比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを急峻に変更する場合には、設定電圧Ｖｉを高い値に切り替えることが望ましい。一方、時定数Ｔａの値を長くするように切り替えて比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを緩慢に変更する場合には、設定電圧Ｖｉを低い値に切り替えることが望ましい。

ここで、コイル電流の上昇傾きは、コイル１４の温度に依存して変化するコイル抵抗値等の環境に応じて変化する。そのため、本実施形態に反して、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを一定の値に固定すると、コイル電圧Ｖｉｎｊの波形に対して比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きが過剰に大きい場合や過剰に小さい場合が生じる。すると、実際には正常に逆Ｓ字の波形がコイル電圧Ｖｉｎｊに現れていたとしても、比較電圧Ｖｃｍｐの波形とコイル電圧Ｖｉｎｊの波形とが交差しなくなり、変曲点Ｐｖが出現しなくなる。つまり、比較器２８による比較出力Ｖｏｕｔが変化しなくなり、異常と誤判定することが懸念されるようになる。

これに対し本実施形態にかかる比較電圧生成回路２７（生成手段）は、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを変更させる変更手段（ＳＷ５、Ｒ７ａ、ＳＷ６、Ｒ５ａ、Ｓ２１ｂ）を有する。そのため、上述のごとく変曲点Ｐｖが出現しなくなるおそれを抑制でき、異常と誤判定する懸念を抑制できる。

さらに、本実施形態では、設定電圧Ｖｉおよび時定数Ｔａの両方を変更可能に構成している。これによれば、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きの変更に応じて、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇期間を開弁制御期間（ｔ１０〜ｔ２０）に一致させるように変更できる。よって、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇期間にクロスポイント（変曲点Ｐｖ）が出現することの確実性を向上できる。

さらに、本実施形態では、マイコン２１（検出手段）により変曲点Ｐｖ（変化時期）が検出されなかったことを条件として（Ｓ２１：ＮＯ）、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きの変更を実施する（Ｓ２１ｂ）。これによれば、正常に逆Ｓ字の波形がコイル電圧Ｖｉｎｊに現れているにも拘わらず、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きが過大または過小であったことが原因で変曲点Ｐｖが検出されなかった場合に、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きが変更されることとなる。よって、逆Ｓ字の波形がコイル電圧Ｖｉｎｊに現れていないとみなして異常と誤判定する懸念を抑制できる。

さらに、本実施形態では、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きを変更させたにも拘わらず（Ｓ２１ａ：ＹＥＳ）、マイコン２１（検出手段）により変曲点Ｐｖ（変化時期）が検出されなかったことを条件として（Ｓ２１：ＮＯ）、弁体１２が正常に作動していない異常状態であると判定する。この条件の場合、「正常に逆Ｓ字の波形がコイル電圧Ｖｉｎｊに現れているにも拘わらず、比較電圧Ｖｃｍｐの上昇傾きが過大または過小であったことが原因で変曲点Ｐｖが検出されなかった」という状況にある蓋然性は低い。よって、前記条件の場合には異常と判定するので、精度良く異常判定できるようになる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記第２実施形態では、図８のステップＳ２１において、通電開始から変曲点Ｐｖ出現までの計測時間Ｔｄ１が、時定数で設定される時間Ｔａより長い場合に、ステップＳ２１ｂにて比較波形の傾きを変更させている。これに対し、通電開始からコイル電流がピークに達するまでの時間Ｔａを計測し、その計測時間Ｔａからコイル電流の傾きを算出し、その算出結果に基づき比較波形の傾きを変更させるようにしてもよい。

・上記各実施形態に係る比較電圧生成回路２７は、図１に示すように、ＩＣ２２またはマイコン２１からグランド側スイッチング素子ＳＷ４へ出力された信号に基づき、比較電圧Ｖｃｍｐの生成を開始させる。これに対し、高電位側スイッチング素子ＳＷ２へ出力された信号に基づき、比較電圧Ｖｃｍｐの生成を開始させるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、比較器２８から出力される比較出力Ｖｏｕｔに基づき変化時期ｔ１２を算出する処理を、マイコン２１で実施しているが、ＩＣ２２で実施するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、点火式の内燃機関に搭載された燃料噴射弁１０に、噴射遅れ検出装置を適用させているが、圧縮時着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）に搭載された燃料噴射弁１０に適用させてもよい。

１０…燃料噴射弁、１２…弁体、１４…コイル、２１…マイコン（検出手段）、２７…比較電圧生成回路（生成手段）、２８…比較器（比較手段）、ｔ１２…変化時期、Ｔｄ…遅れ時間、Ｓ２２…算出手段、Ｖｃｍｐ…比較電圧。

Claims (8)

1. コイル（１４）へ通電して生じた電磁吸引力により、弁体（１２）を開弁作動させて燃料を噴射させる燃料噴射弁（１０）に適用され、
   経過時間に比例して直線的に上昇していく比較電圧（Ｖｃｍｐ）を生成する生成手段（２７）と、
   前記コイルに流れる電流に比例して変化するコイル電圧（Ｖｉｎｊ）と、前記比較電圧とを大小比較する比較手段（２８）と、
   前記比較手段による比較結果に基づいて、前記コイル電圧が前記比較電圧よりも大きい状態から小さい状態に変化した変化時期（ｔ１２）を検出する検出手段（２１）と、
   前記検出手段により検出された前記変化時期に基づき、前記コイルへの通電開始から前記開弁作動が開始されるまでの遅れ時間（Ｔｄ）を算出する算出手段（Ｓ２２）と、
   を備えることを特徴とする噴射遅れ検出装置。
2. 前記生成手段は、前記コイルへの通電開始を指令する信号に基づき、前記比較電圧の生成を開始させることを特徴とする請求項１に記載の噴射遅れ検出装置。
3. 前記コイルへの通電開始は、前記コイルの高電位側に接続された高電位側スイッチング素子、および前記コイルのグランド側に接続されたグランド側スイッチング素子により制御されており、
   前記生成手段は、前記グランド側スイッチング素子に対して出力された信号に基づき、前記比較電圧の生成を開始させることを特徴とする請求項２に記載の噴射遅れ検出装置。
4. 前記生成手段は、前記比較電圧の上昇傾きを変更させる変更手段（ＳＷ５、Ｒ７ａ、ＳＷ６、Ｒ５ａ、Ｓ２１ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の噴射遅れ検出装置。
5. 前記生成手段は、所定の時定数（Ｔａ）で設定電圧（Ｖｉ）まで電圧上昇させる回路を有して構成され、
   前記変更手段は、前記設定電圧および前記時定数の少なくとも一方を変更させる回路を有して構成されていることを特徴とする請求項４に記載の噴射遅れ検出装置。
6. 前記変更手段は、前記検出手段により前記変化時期が検出されなかったことを条件として、前記上昇傾きの変更を実施することを特徴とする請求項４または５に記載の噴射遅れ検出装置。
7. 前記変更手段により前記上昇傾きを変更させたにも拘わらず、前記検出手段により前記変化時期が検出されなかったことを条件として、前記弁体が正常に作動していない異常状態であると判定する異常判定手段（Ｓ２３）を備えることを特徴とする請求項６に記載の噴射遅れ検出装置。
8. 前記検出手段により前記変化時期が検出されなかったことを条件として、前記弁体が正常に作動していない異常状態であると判定する異常判定手段（Ｓ２３）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の噴射遅れ検出装置。

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