JP2017133454A

JP2017133454A - 燃料噴射弁制御装置

Info

Publication number: JP2017133454A
Application number: JP2016015389A
Authority: JP
Inventors: 弘智氏家; Hirotomo Ujiie; 淳史倉内; Junji Kurauchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】電磁弁（燃料噴射弁）が閉弁状態から開弁状態へ移行する際における燃料噴射量の時間変化を細かく制御すること。【解決手段】燃料噴射弁である電磁弁（１５０）に印加する電圧パルスを生成するためのパルス発生部（１０２）と、前記電圧パルスのデューティ比を設定するデューティ比設定部（１３２）と、前記電磁弁に印加する前記電圧パルスの電圧振幅を制御する電圧振幅制御部（１２０、１３４）と、を備え、前記電磁弁を閉弁状態から開弁状態に遷移させる際に、電気電磁弁に印加する電圧パルスのデューティ比及び又は電圧振幅値を、予め定めた態様で変化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関の、燃料噴射弁の開閉を制御する燃料噴射弁制御装置に関し、特に、閉弁状態から開弁状態へ移行する際における燃料噴射量を高精度に制御することのできる燃料噴射弁制御装置に関する。

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、一般に、燃料噴射弁が開弁した後のバルブリフト量（すなわち、燃料通過部の開口面積）を制御することで行われる。

開弁後におけるバルブリフト量を精度よく制御する技術としては、従来、電磁弁を開弁した後に当該電磁弁のソレノイドに電圧パルスを通電し、当該電圧パルスのデューティ制御を行うことで開弁後の燃料噴射弁の開口面積を制御して、燃料噴射量を高精度に制御することが知られている（特許文献１）。

一方で、内燃機関の動作を更に高精度に制御するためには、閉弁状態から開弁状態へ遷移する際（以下、「開弁動作時」ともいう）における燃料噴射量の時間変化を細かく制御することが望まれる。燃料噴射弁である電磁弁（以下、単に「電磁弁」という）の開弁動作においては、ソレノイドへの電圧印加の開始から当該ソレノイドの通電電流が所定値まで立ち上がるまでの遅れ時間、その後に当該電磁弁の弁体が移動を始めるまでの遅れ時間、及び又は移動を開始した後の弁体の移動速度等、開弁後の定常状態とは異なる様々な事象を考慮した制御が必要となる。このため電磁弁の開弁動作時の制御に上記従来の技術を転用しても、開弁動作時における燃料噴射量を精度良く制御することはできない。

開弁動作時における電磁弁の動作を制御する技術として、従来、通電開始から全開になるまでの時間ばらつきを低減することを目的として、開弁前にまず予備電流を通電し、その後、第１電源電圧を印加した後、通電電流が所定値を超えたときに第２電源電圧を印加して開弁を行う構成とし、第１電源電圧の印加時間が所定の時間となるように予備電流の通電時間又は電流値を制御すること（内燃機関用電磁弁の駆動装置）が知られている（特許文献２）。

また、開弁動作時における燃料噴射弁の開弁時刻を精度よく検出する技術として、電磁弁の弁体が動く際に当該電磁弁のソレノイドのインダクタンスが変化することに着目して、開弁時の通電電流の時間変化を観測し、当該通電電流の時間変化に変曲点が発生する時刻を開弁開始時刻として特定することが知られている（特許文献３）。

しかしながら、特許文献２及び３に記載の技術は、それぞれ、通電開始から全開になるまでの時間ばらつきを低減、及び開弁開始時刻の検出を目的とするものであり、開弁動作時の燃料噴射量の時間変化を制御するものではない。

特開平１１−２９４２４４号公報特開２００４−２７８４１１号公報特開２０１４−３１７９０号公報

上記背景より、燃料噴射弁である電磁弁が閉弁状態から開弁状態へ移行する際における燃料噴射量の時間変化を細かく制御することのできる燃料噴射弁制御装置の実現が望まれている。

本発明の一の態様は、燃料噴射弁である電磁弁に印加する電圧パルスを生成するためのパルス発生器と、前記電圧パルスのデューティ比を設定するデューティ比設定部と、前記電磁弁に印加する前記電圧パルスの電圧振幅を制御する電圧振幅制御部と、を備え、前記電磁弁を閉弁状態から開弁状態に遷移させる際に、電気電磁弁に印加する電圧パルスのデューティ比及び又は電圧振幅値を、予め定めた態様で変化させる、燃料噴射弁制御装置である。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す燃料噴射弁制御装置が電磁弁に出力する駆動電圧パルスの例を示す図である

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態の燃料噴射弁制御装置は、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燃料噴射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。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁制御装置の構成を示す図である。本燃料噴射弁制御装置１００は、パルス発生部１０２と、電圧振幅制御部１０４と、電流検出部１０６と、通信インタフェース（通信ＩＮＦ）１０８と、記憶部１１０と、処理装置１１２と、を有する。

パルス発生部１０２は、所定の周波数の電圧パルスを発生するパルス発生器であって、後述する処理装置１１２からの指示に従い、発生するパルスのデューティ比を変化させて出力する。

電圧振幅制御部１０４は、外部から供給されるバッテリ電圧Ｖ_Ｂを昇圧して所定の昇圧電圧Ｖ_Ｕを出力する昇圧回路１２０と、外部から供給されるバッテリ電圧Ｖ_Ｂ又は昇圧回路１２０の昇圧電圧Ｖ_Ｕを切り替えてその一方を出力するスイッチ回路１２２と、スイッチ回路１２２からの電圧出力をパルス発生部１０２からの電圧パルスによりオンオフして、燃料噴射弁である電磁弁１５０を駆動する駆動電圧パルスを生成するゲート回路１２４と、を有する。スイッチ回路１２２は、後述する処理装置１１２の指示に従って動作し、これにより、当該処理装置１１２が指示した電圧振幅（バッテリ電圧Ｖ_Ｂ又は昇圧電圧Ｖ_Ｕ）を持つ駆動電圧パルスが内燃機関（不図示）に設けられた燃料噴射弁である電磁弁１５０（より正確には、電磁弁１５０のソレノイド）に印加される。

電流検出部１０６は、例えば、電磁弁１５０とグランドとの間に設けられた抵抗器であり、電磁弁１５０に流れる電流に応じた電圧を処理装置１１２へ出力する。

通信ＩＮＦ１０８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１５０が設けられた内燃機関を備える車両（不図示）の動作を制御する他のＥＣＵ（Electronic Control Unit）との間での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。

記憶部１１０は、揮発性及び又は不揮発性のメモリ（例えば、半導体メモリ）や、ハードディスク等で構成される記憶装置であるものとすることができる。記憶部１１０には、電磁弁１５０の開弁動作時に当該電磁弁１５０に印加すべき電圧パルスパターンの種々のパラメータセットの値が記憶されている。当該電圧パルスパターンの各パラメータセットには、例えば、電圧パルス印加開始後に電磁弁１５０に印加すべき電圧パルスのデューティ比と電圧振幅値とが含まれており、電圧パルス印加開始後に当該デューティ比及び電圧振幅値を変化させる場合には、当該変化のタイミングについての情報と変化後のデューティ比及び電圧振幅値も含まれている。

処理装置１１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Read Only Memory）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Random Access Memory）等を有するコンピュータであり、制御決定ユニット１３０と、デューティ比設定１３２と、振幅設定ユニット１３４と、を有する。

処理装置１１２が備える上記各ユニットは、コンピュータである処理装置１１２がプログラムを実行することにより実現され、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により構成することもできる。

制御決定ユニット１３０は、通信ＩＮＦ１０８を介して受信される他のＥＣＵからの情報（例えば、内燃機関のスロットル開度など）に基づいて、電磁弁１５０の開弁動作時における電磁弁１５０への印加電圧パルスのパターン（当該電圧パルスのデューティ比及び振幅電圧の時間変化）を決定し、当該パターンを表すパターン情報（例えば、予め定められてそれぞれ識別ＩＤが付された複数の電圧パルスパターンのうちの一の識別ＩＤ）を、デューティ比設定１３２及び振幅設定ユニット１３４へ出力する。

デューティ比設定ユニット１３２は、制御決定ユニット１３０から受信したパターン情報に従い、記憶部１１０が記憶する種々の電圧パルスパターンのパラメータセットのうちから、上記受信したパターン情報が示す電圧パルスパターンのパラメータセットを参照する。そして、クランク角センサ１５２から取得した現在のクランク角が開弁タイミングを示す所定の角度値となったときに、上記参照したパラメータセットが示すデューティ比の設定情報に従ってパルス発生部１０２にデューティ設定情報を出力する。

振幅設定ユニット１３４は、制御決定ユニット１３０から受信したパターン情報に従い、記憶部１１０が記憶する種々の電圧パルスパターンのパラメータセットのうちから、上記受信したパターン情報が示す電圧パルスパターンのパラメータセットを参照する。そして、クランク角センサ１５２から取得した現在のクランク角が開弁タイミングを示す所定の角度値となったときに、上記参照したパラメータセットが示すデューティ比の設定情報に従って電圧振幅制御部１０４に振幅設定情報（例えば、電圧振幅制御部１０４のスイッチ回路１２２の駆動信号）を出力する。

これにより、燃料噴射弁制御装置１００では、記憶部１１０に記憶された電圧パルスパターンのパラメータセット（例えば、パラメータ値のセット）に従い、電磁弁１５０に印加する駆動電圧パルスのデューティ比及び又は電圧振幅値を設定し、又は当該電圧パルスパターンのパラメータセットにより予め定められた態様で、当該駆動電圧パルスのデューティ比及び又は電圧振幅値を変化させることができる。

図２は、処理装置１１２によって制御されたパルス発生部１０２及び電圧振幅制御部１０４により生成される開弁動作時の駆動電圧パルスの例を示す図である。図２（ａ）〜（ｑ）のそれぞれが駆動電圧パルスの異なる例を示している。図２（ａ）〜（ｑ）の各図において、横軸に時間、縦軸は電圧を示しており、横軸に目盛られた時刻t_p、t_s、t_eにより、開弁動作時における電圧パルスの印加期間が２つの時間期間に分けられており、図２（ａ）（ｍ）（ｑ）以外のパターンにおいては、２つの期間t_p〜t_s及びt_s〜t_eとで異なるデューティ比及び又は電圧振幅値でパルスパターン形成されている。

図２（ａ）〜（ｑ）に示す例では、図２（ａ）から図２（ｑ）に向かうほど、電磁弁１５０に通電される実効電流値は大きくなり、時刻t_pの後により素早く開弁動作が行われる。逆に、図２（ｑ）から図２（ａ）に向かうほど、電磁弁１５０の通電電流の実効値は細かく（多段階及び又は小さな値で）制御されており、開弁動作時における燃料噴射量が細かく制御される。

すなわち、上記の構成を有する燃料噴射弁制御装置１００では、開弁動作時における電磁弁１５０への印加電圧を電圧パルスとし、当該電圧パルスのデューティ比及び振幅電圧値を制御し得るので、当該開弁動作時における電磁弁１５０による燃料噴射量の時間変化を細かく制御することができる。

また、例えば図２（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｈ）等のパターンにおいて、期間t_p〜t_sの期間の電磁弁１５０の電流実効値が、当該電磁弁１５０の弁体が動き始める直前の値となるように、期間t_p〜t_sのデューティ比及び又は電圧振幅値を設定すれば、時刻t_sにおいて素早く開弁を行わせることができる。また、期間t_p〜t_sでの電磁弁１５０の電流実効値が、当該電磁弁１５０に磁気飽和を起こさせない程度の値となるように期間t_p〜t_sのデューティ比及び又は電圧振幅値を設定すれば、例えば、処理装置１１２は、特許文献３の技術を用いて、電流検出部１０６により検出される電磁弁１５０の実効電流値の時間変化の変曲点から、開弁時刻を精度良く検出することもできる。

なお、図２には、期間t_p〜t_eに亘ってデューティ比及び電圧振幅値が一定であるか、又はデューティ比及び又は電圧振幅値が２段階に変化する例が示されているが、これに限らず、デューティ比及び又は電圧振幅値を３段階以上の段階に分けて、又は時間に対し線形若しくは非線形に連続的に、変化させるものとしても良い。例えば、電圧振幅制御部１０４を、可変電圧減衰器や可変利得増幅器を用いて構成することにより、上記電圧振幅値を連続的に変化させることができる。

また、本実施形態については開弁動作時における動作についてのみ説明したが、開弁後の開弁状態の制御についても同様に、例えば処理装置１１２を用いて、開弁後に電磁弁１５０に通電する電圧パルスのデューティ比及び電圧振幅値を所定の値に設定して（又は所定の変化態様で変化させて）当該開弁状態における燃料噴射量を制御することができる。

１００・・・燃料噴射弁制御装置、１０２・・・パルス発生部、１０４・・・電圧振幅制御部、１０６・・・電流検出部、１０８・・・通信インタフェース、１１０・・・記憶部、１１２・・・処理装置、１２０・・・昇圧回路、１２２・・・スイッチ回路、１２４・・・ゲート回路、１３０・・・制御決定ユニット、１３２・・・デューティ比設定ユニット、１３４・・・振幅設定ユニット、１５０・・・電磁弁、１５２・・・クランク角センサ。

Claims

燃料噴射弁である電磁弁に印加する電圧パルスを生成するためのパルス発生器と、
前記電圧パルスのデューティ比を設定するデューティ比設定部と、
前記電磁弁に印加する前記電圧パルスの電圧振幅を制御する電圧振幅制御部と、
を備え、
前記電磁弁を閉弁状態から開弁状態に遷移させる際に、電気電磁弁に印加する電圧パルスのデューティ比及び又は電圧振幅値を、予め定めた態様で変化させる、
燃料噴射弁制御装置。