JP2017201155A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の大型化を抑制しつつ、検出精度と検出範囲を両立することができる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射制御装置２０は、閉弁検出部５４が誘導起電力量検出方式とタイミング検出方式のいずれかを実施可能である。これによって閉弁検出部５４は、両方の方式を同時実施する構成よりも小型化することができる。また制御回路２１は、要求噴射量の割合が基準割合以上の場合にはタイミング検出方式を選択し、基準割合未満の場合には起電力量検出方式を選択する。タイミング検出方式にて検出できる検出範囲である基準割合以上の場合に、タイミング検出方式を選択して、タイミング検出方式を好適に用いることができる。またタイミング検出方式では検出できない検出範囲である基準割合未満の場合に、起電力量検出方式を選択する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電磁駆動式の燃料噴射弁を備えた燃料噴射制御装置に関する。

燃料噴射制御装置は、内燃機関が備える電磁駆動式の燃料噴射弁における噴射を制御する。具体的には、燃料噴射制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて要求噴射量を算出し、この要求噴射量に相当するパルス幅の噴射指令パルスでコイルに通電する。これによってコイルに磁気吸引力が発生し、燃料噴射弁の弁体が開弁駆動して要求噴射量分の燃料を噴射するよう制御している。

しかし、高圧の燃料を筒内に直接噴射する直噴式の燃料噴射弁は、噴射指令パルスのパルス幅に対する実噴射量の変化特性のリニアリティ（直線性）がパーシャルリフト領域で悪化する傾向がある。パーシャルリフト領域とは、噴射指令パルス幅が短くて弁体のリフト量がフルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態となる領域である。このパーシャルリフト領域では、弁体のリフト量のばらつきが大きくなって噴射量ばらつきが大きくなる傾向がある。噴射量ばらつきが大きくなると、排気エミッションやドライバビリティが悪化するおそれがある。

パーシャルリフト領域では、弁体のリフト量のばらつきが大きいので、閉弁を開始してから閉弁を完了するまでの時間もばらつきが大きい。しかしパーシャルリフト領域で、弁体が閉弁するタイミングを検出できれば、燃料噴射制御装置からの噴射指令パルスと実際の弁挙動とのずれを燃料噴射制御装置で認識することができる。これによってずれに基づいて噴射指令パルスを補正して、噴射量を制御することができる。そこで閉弁するタイミングを検出する技術が開示されている。

燃料噴射弁は、噴射指令パルスのオフ後に弁体の変位によって、コイルに誘導起電力が生じる。したがって発生した誘導起電力によって燃料噴射弁の端子電圧が変化するので、誘導起電力を検出することができる。このようなコイルに発生する誘導起電力を用いて、閉弁するタイミングを検出する方法が２つ開示されている。特許文献１では、誘導起電力量検出として、リフト量差による閉弁時に発生する誘導起電力量の違いを検出してる。特許文献２では、タイミング検出として、端子電圧を用いて、弁体が着座後の可動コアの駆動変化に応じた誘導起電力の変曲点を検出している。

特開２０１５−９６７２０号公報 国際公開第２０１３／１９１２６７号

誘導起電力量検出とタイミング検出とを比較すると、検出範囲においては誘導起電力量検出の方が広い。タイミング検出では、変曲点が発生するためにある程度のリフト量が必要なので、リフト量が小さい場合にはタイミング検出では閉弁タイミングを検出することができない。

また誘導起電力量検出とタイミング検出とを比較すると、検出精度においてはタイミング検出の方が優れる。誘導起電力量検出では、起電力量は外乱によって影響を受けやすいので、検出精度が低下するおそれがある。タイミング検出では、変曲点を検出するので検出精度が優れる。

このように誘導起電力量検出とタイミング検出とを比較すると、一長一短があるので、両方の検出方式で閉弁タイミングを検出することが望ましい。しかし両方の検出方式を実施するためには、処理能力を高める必要があり、制御装置の実装規模が大型化するという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、制御装置の大型化を抑制しつつ、検出精度と検出範囲を両立することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、起電力量検出方式および電タイミング検出方式のいずれか一方の検出方式を用いて閉弁タイミングを検出する閉弁検出部と、起電力量検出方式およびタイミング検出方式のいずれを用いて閉弁タイミングを検出するか選択する選択部と、を含み、選択部は、要求噴射量がパーシャルリフト噴射の所定の基準噴射量よりも大きい場合には、タイミング検出方式を選択し、要求噴射量が基準噴射量よりも小さい場合には、起電力量検出方式を選択する燃料噴射制御装置である。

このような本発明に従えば、閉弁検出部は、誘導起電力量検出方式とタイミング検出方式のいずれかを実施可能である。これによって閉弁検出部は、両方の方式を同時実施する構成よりも小型化することができる。また選択部は、要求噴射量が基準噴射量よりも大きい場合にはタイミング検出方式を選択し、要求噴射量が基準噴射量よりも小さい場合には起電力量検出方式を選択する。タイミング検出方式は、起電力量検出方式よりも検出精度に優れるが、起電力量検出方式よりも検出範囲が狭い。そこでタイミング検出方式にて検出できる検出範囲である基準噴射量よりも大きい場合に、タイミング検出方式を選択して、タイミング検出方式を好適に用いることができる。またタイミング検出方式では検出できない検出範囲である基準噴射量よりも小さい場合に、起電力量検出方式を選択する。これによってタイミング検出方式の狭い検出範囲を、起電力量検出方式によって補うことができる。これによって閉弁タイミングの検出精度と検出範囲を両立することができる燃料噴射制御装置を実現することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、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一例である。

第１実施形態の燃料噴射システムを示す図。 燃料噴射弁を示す断面図 通電時間と噴射量との関係を示すグラフ。 弁体の挙動を示すグラフ。 電圧と差分との関係を示すグラフ。 選択処理を示すフローチャート。 検出範囲を説明するためのグラフ。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図７を用いて説明する。図１に示す燃料噴射システム１００は、複数の燃料噴射弁１０および燃料噴射制御装置２０を含んで構成される。燃料噴射制御装置２０は、複数の燃料噴射弁１０の開閉を制御し、内燃機関Ｅの燃焼室２への燃料噴射を制御する。燃料噴射弁１０は、点火式の内燃機関Ｅ、たとえばガソリンエンジンに複数搭載されており、内燃機関Ｅの複数の燃焼室２のそれぞれに直接燃料を噴射する。燃焼室２を形成するシリンダヘッド３には、シリンダの軸線Ｃと同軸の貫通する取付け穴４が形成されている。燃料噴射弁１０は、先端が燃焼室２に露出するように取付け穴４に挿入されて固定されている。

燃料噴射弁１０へ供給される燃料は、図示しない燃料タンクに貯蔵されている。燃料タンク内の燃料は、低圧ポンプ４１によりくみ上げられ、高圧ポンプ４０により燃圧が高められてデリバリパイプ３０へ送られる。デリバリパイプ３０内の高圧燃料は、各気筒の燃料噴射弁１０へ分配して供給される。シリンダヘッド３うち、燃焼室２に臨む位置に点火プラグ６が取り付けられている。また点火プラグ６は、燃料噴射弁１０の先端の近傍に配置されている。

次に、燃料噴射弁１０の構成に関して、図２を用いて説明する。図２に示すように、燃料噴射弁１０は、ボデー１１、弁体１２、駆動コイル１３、固定コア１４、可動コア１５、およびハウジング１６を含んで構成される。ボデー１１は、磁性材料で形成されている。ボデー１１の内部には、燃料通路１１ａが形成されている。

またボデー１１の内部には、弁体１２が収容されている。弁体１２は、金属材料によって全体として円柱状に形成されている。弁体１２は、ボデー１１の内部で軸方向に往復変位可能である。ボデー１１は、先端部に弁体１２が着座する弁座１７ｂ、および燃料を噴射する噴孔１７ａが形成された噴孔体１７を有して構成されている。

噴孔１７ａは、燃焼室２へ挿入されるボデー１１において、挿入方向の先端部に形成されている。先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔１７ａは、ボデー１１の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。噴孔１７ａを通じて、高圧の燃料が燃焼室２内に噴射される。噴孔１７ａを通過することにより、燃料は気化し、空気と混合し易い状態となる。

弁体１２の本体部は、円柱形状である。弁体１２の先端部は、本体部の噴孔１７ａ側先端から噴孔１７ａに向けて延びる円錐形状である。弁体１２のうち弁座１７ｂに着座する部分がシート面１２ａである。シート面１２ａは、弁体１２の先端部に形成されている。

シート面１２ａを弁座１７ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、噴孔１７ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを弁座１７ｂから離座させるよう弁体１２を開弁作動させると、噴孔１７ａから燃料が噴射される。

駆動コイル１３は、駆動部であって、可動コア１５に開弁方向の磁気吸引力を付勢する。駆動コイル１３は、樹脂製のボビン１３ａに巻き回して構成され、ボビン１３ａと樹脂材１３ｂにより封止されている。つまり、駆動コイル１３とボビン１３ａの樹脂材１３ｂにより、円筒形状のコイル体が構成されている。ボビン１３ａは、ボデー１１の外周面に挿入される。

固定コア１４は、固定子であって、ボデー１１に固定されている。固定コア１４は、磁性材料にて円筒形状に形成されている。固定コア１４の円筒内部には、燃料通路１４ａが形成されている。ボデー１１の内周面でボビン１３ａに対向する位置は、固定コア１４が挿入される。

さらに、駆動コイル１３を封止する樹脂材１３ｂの外周面は、ハウジング１６により覆われている。ハウジング１６は、金属製の磁性材料にて円筒形状に形成されている。ハウジング１６の開口端部には、金属製の磁性材料にて形成される蓋部材１８が取り付けられている。これにより、コイル体は、ボデー１１、ハウジング１６および蓋部材１８により取り囲まれることとなる。

可動コア１５は、可動子であって、弁体１２の駆動方向に相対変位可能に弁体１２に保持される。可動コア１５は、金属製の磁性材料にて円盤形状に形成され、ボデー１１の内周面に挿入されている。ボデー１１、弁体１２、コイル体、固定コア１４、可動コア１５およびハウジング１６は、各々の中心線が一致するように配置されている。そして、可動コア１５は、固定コア１４に対して噴孔１７ａの側に配置されており、駆動コイル１３への非通電時には固定コア１４と所定のギャップを有するよう、固定コア１４に対向配置されている。

前述のように、コイル体を取り囲むボデー１１、ハウジング１６、蓋部材１８および固定コア１４は、磁性材料により形成されるため、駆動コイル１３への通電により生じた磁束の通路となる磁気回路を形成することとなる。

図１に示すように、ボデー１１のうちハウジング１６よりも噴孔１７ａ側に位置する部分の外周面は、取付け穴４の下方側内周面４ｂに接触している。またハウジング１６の外周面は、取付け穴４の上方側内周面４ａとの間に隙間を形成している。

可動コア１５には貫通孔１５ａが形成されており、この貫通孔１５ａに弁体１２が挿入配置されることで、弁体１２は可動コア１５に対して摺動して相対移動可能に組み付けられている。弁体１２の図２の上方側である反噴孔側端部には、本体部から拡径した係止部１２ｄが形成されている。可動コア１５が固定コア１４に吸引されて上方側に移動する際には、係止部１２ｄが可動コア１５に係止された状態で移動するので、可動コア１５の上方への移動に伴い弁体１２も移動する。可動コア１５が固定コア１４に接触した状態であっても、弁体１２は可動コア１５に対して相対移動してリフトアップすることが可能である。

弁体１２の反噴孔側にはメインスプリングＳＰ１が配置され、可動コア１５の噴孔１７ａ側にはサブスプリングＳＰ２が配置されている。メインスプリングＳＰ１およびサブスプリングＳＰ２は、コイル状であり、軸線方向に変形して弾性変形する。メインスプリングＳＰ１の弾性力は、調整パイプ１０１からの反力として弁体１２へ図２の下方側である閉弁方向に付与される。サブスプリングＳＰ２の弾性力は、ボデー１１の凹部１１ｂからの反力として可動コア１５へ吸引方向に付与される。

要するに、弁体１２は、メインスプリングＳＰ１と弁座１７ｂとの間に挟まれており、可動コア１５は、サブスプリングＳＰ２と係止部１２ｄとの間に挟まれている。そして、サブスプリングＳＰ２の弾性力は、可動コア１５を介して係止部１２ｄに伝達され、弁体１２へ開弁方向に付与されることとなる。したがって、メイン弾性力からサブ弾性力を差し引いた弾性力が、弁体１２へ閉弁方向に付与されているとも言える。

ここで、燃料通路１１ａ内の燃料の圧力は弁体１２の表面全体にかかっているが、閉弁側に弁体１２を押す力の方が、開弁側に弁体１２を押す力よりも大きい。よって、燃圧により弁体１２は閉弁方向へ押し付けられる。閉弁時には、弁体１２のうちシート面１２ａよりも下流側部分の面については、閉弁時には燃圧がかからない。そして、開弁とともに、先端部に流れ込む燃料の圧力が徐々に上昇して、先端部を開弁側に押す力が増大する。したがって、開弁とともに先端部近傍の燃圧が上昇し、その結果、燃圧閉弁力が低下していく。以上の理由により、燃圧閉弁力の大きさは、閉弁時が最大であり、弁体１２の開弁移動量が大きくなるに連れて徐々に小さくなっていく。

次に駆動コイル１３への通電による挙動に関して説明する。駆動コイル１３へ通電して固定コア１４に電磁吸引力を生じさせると、この電磁吸引力により可動コア１５が固定コア１４に引き寄せられる。電磁吸引力は、電磁力ともいう。その結果、可動コア１５に連結されている弁体１２は、メインスプリングＳＰ１の弾性力および燃圧閉弁力に抗して開弁作動する。一方、駆動コイル１３への通電を停止させると、メインスプリングＳＰ１の弾性力により、弁体１２は可動コア１５とともに閉弁作動する。

次に、燃料噴射制御装置２０の構成に関して説明する。燃料噴射制御装置２０は、電子制御装置（略称ＥＣＵ）によって実現される。燃料噴射制御装置２０は、制御回路２１、昇圧回路２２、電圧検出部２３、電流検出部２４およびスイッチ部２５を含んで構成される。制御回路２１は、マイクロコンピュータとも呼ばれる。燃料噴射制御装置２０は、各種のセンサからの情報を取得する。たとえば燃料噴射弁１０への供給燃圧は、図１に示すように、デリバリパイプ３０に取り付けられた燃圧センサ３１により検出され、燃料噴射制御装置２０に検出結果が与えられる。燃料噴射制御装置２０は、燃圧センサ３１の検出結果に基いて、高圧ポンプ４０を駆動を制御する。

制御回路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Ｅの負荷および機関回転速度に基づき、燃料の要求噴射量および要求噴射開始時期を算出する。ＲＯＭおよびＲＡＭなどの記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムおよびデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記憶媒体である。制御回路２１は、噴射制御部として機能し、通電時間Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を示す噴射特性を予め試験してＲＯＭに記憶しておき、その噴射特性にしたがって駆動コイル１３への通電時間Ｔｉを制御することで、噴射量Ｑを制御する。駆動コイル１３への通電時間Ｔｉは、噴射指令パルスのパルス幅であり、噴射指令パルス幅Ｔｉとも呼ぶ。

電圧検出部２３および電流検出部２４は、駆動コイル１３に印加された電圧および電流を検出し、検出結果を制御回路２１に与える。電圧検出部２３は、駆動コイル１３のマイナス端子電圧を検出する。電圧検出部２３は、駆動コイル１３に供給される電流を遮断して弁体１２および可動コア１５が閉弁方向に変位することによる誘導起電力の変化を電圧値として検出する。さらに電圧検出部２３は、弁座１７ｂと弁体１２とが接触してから可動コア１５が弁体１２に対して相対変位することによる誘導起電力の変化を電圧値として検出する。閉弁検出部５４は、検出された電圧を用いて、弁体１２が閉弁する閉弁タイミングを検出する。

制御回路２１は、充電制御部５１、放電制御部５２、電流制御部５３および閉弁検出部５４を有する。これらの回路は、制御回路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の駆動コイル１３への通電状態を指令する信号であり、要求噴射量および要求噴射開始時期を用いて設定される。噴射指令信号には、噴射信号およびブースト信号が含まれている。

昇圧回路２２は、昇圧したブースト電圧を駆動コイル１３に印加する。昇圧回路２２は、コンデンサおよびスイッチング素子を備え、バッテリ１０２のバッテリ端子から印加されるバッテリ電圧が駆動コイル１３により昇圧（ブースト）されて、コンデンサに蓄電される。昇圧回路２２は、充電制御部５１によって昇圧するタイミングが制御される。また昇圧回路２２は、放電制御部５２によって放電するタイミングが制御される。このように昇圧されて蓄電された電力の電圧がブースト電圧に相当する。

放電制御部５２は、昇圧回路２２が放電するように所定のスイッチング素子をオン作動させると、燃料噴射弁１０の駆動コイル１３へブースト電圧が印加される。放電制御部５２は、駆動コイル１３への電圧印加を停止させる場合には、昇圧回路２２の所定のスイッチング素子をオフ作動させる。

電流制御部５３は、電流検出部２４の検出結果を用いて、スイッチ部２５のオンオフを制御して、駆動コイル１３に流れる電流を制御する。スイッチ部２５は、オン状態になるとバッテリ電圧または昇圧回路２２からのブースト電圧を駆動コイル１３に印加し、オフ状態になると印加を停止する。電流制御部５３は、たとえば噴射指令信号により指令される電圧印加開始時期に、スイッチ部２５をオンにしてブースト電圧を印加して通電を開始する。すると、通電開始に伴いコイル電流が上昇する。そして電流制御部５３は、コイル電流検出値が電流検出部２４の検出結果に基づいて、目標値に達すると、通電をオフさせている。要するに、初回の通電によるブースト電圧印加により、目標値までコイル電流を上昇させるように制御する。また電流制御部５３は、ブースト電圧を印加後は目標値よりも低い値に設定された値にコイル電流が維持されるように、バッテリ電圧による通電を制御する。

図３に示すように、噴射指令パルス幅が比較的長くなるフルリフト領域では、弁体１２のリフト量がフルリフト位置、すなわち可動コア１５が係止部１２ｄに突き当たる位置に到達する。しかし噴射指令パルス幅が比較的短くなるパーシャルリフト領域では、弁体１２のリフト量がフルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態、すなわち可動コア１５が係止部１２ｄに突き当たる手前の状態となる。

燃料噴射制御装置２０は、フルリフト領域では弁体１２のリフト量がフルリフト位置に到達する噴射指令パルスで燃料噴射弁１０を開弁駆動するフルリフト噴射を実行する。また燃料噴射制御装置２０は、パーシャルリフト領域では弁体１２のリフト量がフルリフト位置に到達しないパーシャルリフト状態となる噴射指令パルスで燃料噴射弁１０を開弁駆動するパーシャルリフト噴射を実行する。

次に、閉弁検出部５４の検出方式に関して、図４を用いて説明する。図４の上のグラフでは、通電をオンからオフにした後の駆動コイル１３のマイナス端子電圧の波形を示しており、通電をオフにしたときのフライバック電圧の波形を拡大して示している。フライバック電圧は、負の値であるので、図４では上下を反転して示している。換言すると、図４では電圧の正負を逆転した波形を示している。

閉弁検出部５４は、起電力量検出方式とタイミング検出方式を実施することができ、いずれか一方の検出方式を用いて弁体１２が閉弁した閉弁タイミングを検出する。起電力量検出方式は、パーシャルリフト噴射において閉弁タイミングを検出するため、電圧検出部２３が検出した電圧値の積算量の量と所定の基準量とを比較して閉弁タイミングを検出する。タイミング検出方式は、電圧検出部２３が検出した電圧値の変曲点を閉弁タイミングとして検出する。

まず、起電力量検出方式に関して説明する。燃料噴射弁１０は、図４に示すように、噴射指令パルスのオフした時刻ｔ１後に誘導起電力によってマイナス端子電圧が変化する。検出した電力の波形と、誘導起電力がない場合の波形とを比べると、検出した電力値の波形は誘導起電力の分、図４で斜線で示すように、電圧が増加していることがわかる。誘導起電力は、閉弁を開始してから閉弁を完了するまでの間に、可動コア１５が磁界を通過するときに発生する。弁体１２の閉弁タイミングで、弁体１２の変化速度および可動コア１５の変化速度が比較的大きく変化して、マイナス端子電圧の変化特性が変化するので、閉弁タイミング付近でマイナス端子電圧の変化特性が変化する電圧変曲点となる。

このような特性に着目して、閉弁検出部５４は、閉弁タイミングに関連する情報として電圧変曲点時間を次のようにして検出する。以下に示す閉弁タイミングの検出については、各気筒毎に実施する。閉弁検出部５４は、パーシャルリフト噴射の実行中、少なくともパーシャルリフト噴射の噴射指令パルスのオフ後に、燃料噴射弁１０のマイナス端子電圧Ｖｍを第１のローパスフィルタでフィルタ処理（なまし処理）した第１のフィルタ電圧Ｖｓｍ１を算出する。第１のローパスフィルタは、ノイズ成分の周波数よりも低い第１の周波数をカットオフ周波数とする。さらに閉弁検出部５４は、燃料噴射弁１０のマイナス端子電圧Ｖｍを第１の周波数よりも低い第２の周波数をカットオフ周波数とする第２のローパスフィルタでフィルタ処理（なまし処理）した第２のフィルタ電圧Ｖｓｍ２を算出する。これにより、マイナス端子電圧Ｖｍからノイズ成分を除去した第１のフィルタ電圧Ｖｓｍ１と電圧変曲点検出用の第２のフィルタ電圧Ｖｓｍ２を算出することができる。

さらに、閉弁検出部５４は、第１のフィルタ電圧Ｖｓｍ１と第２のフィルタ電圧Ｖｓｍ２との差分Ｖｄｉｆｆ（＝Ｖｓｍ１−Ｖｓｍ２）を算出する。さらに閉弁検出部５４は、所定の基準タイミングから差分Ｖｄｉｆｆが変曲点となるタイミングまでの時間を電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆとして算出する。この際、図５に示すように、差分Ｖｄｉｆｆが所定の閾値Ｖｔを越えるタイミングを、差分Ｖｄｉｆｆが変曲点となるタイミングとして電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆを算出する。つまり、所定の基準タイミングから差分Ｖｄｉｆｆが所定の閾値Ｖｔを越えるタイミングまでの時間を電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆとして算出する。差分Ｖｄｉｆｆは、誘導起電力の積算値に相当し、閾値Ｖｔが所定の基準量に相当する。これにより、燃料噴射弁１０の閉弁タイミングに応じて変化する電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆを精度良く算出することができる。本実施形態では、基準タイミングは、差分が発生した時刻ｔ２として電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆを算出する。閾値Ｖｔは、固定値であるか、燃圧や燃温等に応じて制御回路２１が算出した値である。

燃料噴射弁１０のパーシャルリフト領域では、燃料噴射弁１０のリフト量のばらつきによって噴射量が変動すると共に閉弁タイミングが変動するため、燃料噴射弁１０の噴射量と閉弁タイミングとの間には相関関係がある。さらに、燃料噴射弁１０の閉弁タイミングに応じて電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆが変化するため、電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆと噴射量との間には相関関係がある。このような関係に着目して、燃料噴射制御装置２０により噴射指令パルス補正ルーチンを実行することで、電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆに基づいてパーシャルリフト噴射の噴射指令パルスを補正する。

燃料噴射制御装置２０は、制御回路２１に、パーシャルリフト噴射となる複数の噴射指令パルス幅Ｔｉ毎に電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆと噴射量Ｑとの関係を予め記憶しておく。そして、制御回路２１は、ＲＯＭに予め記憶された噴射指令パルス幅Ｔｉ毎の電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆと噴射量Ｑとの関係を用いて、算出した電圧変曲点時間Ｔｄｉｆｆに対応する噴射量Ｑを噴射指令パルス幅Ｔｉ毎に推定する。

さらに、その推定結果に基づいて、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を設定する。これにより、燃料噴射弁１０の現在の噴射特性に対応した噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を設定することができ、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を修正することができる。この後、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を規定するマップを用いて、要求噴射量Ｑｒｅｑに応じた要求噴射指令パルス幅Ｔｉｒｅｑを算出する。

次に、タイミング検出方式に関して説明する。弁体１２が開弁状態から閉弁を開始し、弁座１７ｂと接触した瞬間に、可動コア１５が弁体１２から離間するので、弁座１７ｂに接触した瞬間に可動コア１５の加速度が変化する。タイミング検出方式では、可動コア１５の加速度の変化を、駆動コイル１３に発生する誘導起電力の変化として検出することによって、閉弁タイミングを検出する。可動コア１５の加速度の変化は、電圧検出部２３が検出した電圧の２階微分値で検出することができる。

具体的には、図４に示すように、時刻ｔ１にて駆動コイル１３への通電が停止された後、弁体１２と連動して可動コア１５が上方への変位から下方の変位に切り替わる。そして弁体１２が閉弁後に、可動コア１５が弁体１２から離間すると、これまで弁体１２を介して可動コア１５に働いていた閉弁方向の力すなわちメインスプリングＳＰ１による荷重と燃料圧力による力がなくなる。したがって可動コア１５には、サブスプリングＳＰ２の荷重が開弁方向の力として働く。弁体１２が閉弁位置に到達して可動コア１５に作用する力の向きが閉弁方向から開弁方向へ変化すると、これまで緩やかに増加していた誘導起電力の増加が減少し、閉弁した時刻ｔ３で電圧の２階微分値が減少に転ずる。このマイナス端子電圧の２階微分値の最大値を閉弁検出部５４が検出することで、弁体１２の閉弁タイミングを精度よく検出することが可能である。

起電力量検出方式と同様に、通電オフから閉弁タイミングまでの閉弁時間と噴射量との間には相関関係がある。このような関係に着目して、燃料噴射制御装置２０により噴射指令パルス補正ルーチンを実行することで、閉弁時間に基づいてパーシャルリフト噴射の噴射指令パルスを補正する。

燃料噴射制御装置２０は、制御回路２１に、パーシャルリフト噴射となる複数の噴射指令パルス幅Ｔｉ毎にタイミング検出方式によって検出された閉弁時間と噴射量Ｑとの関係を予め記憶しておく。そして、制御回路２１は、ＲＯＭに予め記憶された噴射指令パルス幅Ｔｉ毎の閉弁時間と噴射量Ｑとの関係を用いて、算出した閉弁時間に対応する噴射量Ｑを噴射指令パルス幅Ｔｉ毎に推定する。

さらに、前述の起電力量検出方式と同様に、推定結果に基づいて、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を設定する。これにより、起電力量検出方式と同様に、燃料噴射弁１０の現在の噴射特性に対応した噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を設定することができ、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を修正することができる。この後、噴射指令パルス幅Ｔｉと噴射量Ｑとの関係を規定するマップを用いて、要求噴射量Ｑｒｅｑに応じた要求噴射指令パルス幅Ｔｉｒｅｑを算出する。

次に、検出方式を選択する選択処理に関して説明する。選択処理は、制御回路２１が電源投入状態において短時間に繰り返し実施される。

ステップＳ１では、内燃機関Ｅの負荷および機関回転速度に基づき、燃料の要求噴射量を算出し、ステップＳ２に移る。ステップＳ２では、パーシャル噴射量の最大噴射量と最小噴射量を算出し、ステップＳ３に移る。パーシャル噴射量は、パーシャルリフト領域における噴射量である。パーシャル噴射量は、燃料噴射弁１０の劣化などによって変化する。そこで基準となる最大噴射量および最小噴射量、すなわちノミナル特性に対して、補正比率を反映することで、燃料噴射弁１０の劣化などに対応する。具体的には、ステップＳ２で、パーシャルリフト噴射の最大噴射量と最小噴射量を、前述の閉弁タイミングを用いて補正する。

ステップＳ３では、パーシャル噴射量域に対して、要求噴射量の噴射割合を算出し、ステップＳ４に移る。パーシャル噴射量域は、パーシャルリフト噴射の最大噴射量と最小噴射量との間の噴射範囲である。ステップＳ２で最大噴射量および最小噴射量は、補正した補正後の値なので、高精度にパーシャル噴射量域が設定される。

ステップＳ４では、算出した噴射割合と所定の基準割合とを比較し、基準割合以上の場合には、ステップＳ５に移り、基準割合以上でない場合には、ステップＳ６に移る。基準割合は、好ましくは、第１の閾値と、第１の閾値よりも小さい第２の閾値とを用いたヒステリシスを有して定められている。したがってステップＳ４で用いられる基準割合は、現在の検出方式によって値が異なる。具体的には、起電力量検出方式を選択している場合において、基準割合を第１の閾値とする。またタイミング検出方式を選択している場合において、基準割合を第２の閾値とする。

ステップＳ５では、基準割合以上であるので、検出方式としてタイミング検出方式を選択し、ステップＳ７に移る。ステップＳ６では、基準割合未満であるので、検出方式として起電力量検出方式を選択し、ステップＳ７に移る。

ステップＳ７では、選択した検出方式が前回の検出方式と変化しているか否かを判断し、変化している場合には、ステップＳ８に移り、変化していない場合には、ステップＳ８に移る。ステップＳ８では、検出方式が変化したので、所定期間、たとえば１サイクルにわたって新しい検出方式で検出せずに待機して、本フローを終了する。このように検出方式を切替えた場合、新たに選択した検出方式が実施可能になるまで、切替前の前回の検出方式を維持する。換言すると、検出方式が変化した場合には、直ちに切り替えず所定時間は切替を禁止して、所定時間経過後に切替後の検出方式に切り替える。

図７に示すように、要求噴射量によって噴射時間が異なる。そしてパーシャルリフト領域において、起電力量検出方式の検出範囲とタイミング検出方式の検出範囲とは異なる。具体的には、タイミング検出方式の検出範囲は、パーシャルリフト領域において、要求噴射量が基準割合よりも大きい側となる。起電力量検出方式は、最小噴射量τｍｉｎから最大噴射量τｍａｘの近傍の値までである。したがって起電力量検出方式の検出範囲は、タイミング検出方式の検出範囲を含み、タイミング検出方式の検出範囲よりも広い。しかし閉弁タイミングの検出精度は、タイミング検出方式の方が優れる。したがって前述の図６において説明したように、要求噴射量に基づいて、検出方式を切り替えている。

以上説明したように本実施形態の燃料噴射制御装置２０は、閉弁検出部５４が誘導起電力量検出方式とタイミング検出方式のいずれかを実施可能である。これによって閉弁検出部５４は、両方の方式を同時実施する構成よりも小型化することができる。また選択部として機能する制御回路２１は、要求噴射量の割合が基準割合以上の場合にはタイミング検出方式を選択し、基準割合未満の場合には起電力量検出方式を選択する。タイミング検出方式は、起電力量検出方式よりも検出精度に優れるが、起電力量検出方式よりも検出範囲が狭い。そこでタイミング検出方式にて検出できる検出範囲である基準割合以上の場合に、タイミング検出方式を選択して、タイミング検出方式を好適に用いることができる。またタイミング検出方式では検出できない検出範囲である基準割合未満の場合に、起電力量検出方式を選択する。これによってタイミング検出方式の狭い検出範囲を、起電力量検出方式によって補うことができる。これによって閉弁タイミングの検出精度と検出範囲を両立することができる燃料噴射装置を実現することができる。

また本実施形態では、パーシャル噴射量域に対する要求噴射量の割合と所定の基準割合と比較しており、単純に要求噴射量と基準噴射量を比較していない。パーシャル噴射量域は、燃料噴射弁１０の経年劣化などによって変化する。したがって固定値を用いることなく、基準割合を用いることによって、パーシャル噴射量域が変化した場合であっても、検出方式を適切に選択することができる。

さらに本実施形態では、パーシャルリフト噴射の最大噴射量と最小噴射量は、閉弁タイミングを用いて補正された補正後の値である。これによって最大噴射量および最小噴射量は補正されているので、パーシャル噴射量域を高精度に設定することができる。これによって適切な範囲で、タイミング検出方式を選択することができる。

また本実施形態では、基準割合は、第１の閾値と第２の閾値とを用いたヒステリシスを有して定められている。そして起電力量検出方式を選択している場合において、要求噴射量の割合が、第１の閾値よりも大きい場合には、タイミング検出方式を選択する。またタイミング検出方式を選択している場合において、要求噴射量の割合が、第２の閾値よりも小さい場合には、起電力量検出を選択する。基準割合が１つの割合の場合は、基準割合の付近の値が頻出すると、検出方式が頻繁に切り替わるチャタリングが発生する。そこでヒステリシスを有するように基準割合を設定することによって、チャタリングを防止することができる。

さらに本実施形態では、閉弁検出部５４は、検出方式を切替えた場合、新たに選択した検出方式が実施可能になるまで、前回の検出方式を維持する。検出方式を直ちに切り替えると、検出途中などで検出方式が切り替わるおそれがある。そこで検出方式の途中での切替えを防止するため、新たな検出方式が実施可能となるまで待機する。これによって検出方式の切替を円滑に行うことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、要求噴射量の割合と基準割合を用いて、検出方式を切り替えているが、基準割合を用いる構成に限るものではない。たとえば所定の基準値を用いて、検出方式を切り替えてもよい。具体的には、要求噴射量がパーシャルリフト噴射の所定の基準噴射量よりも大きい場合には、タイミング検出方式を選択し、要求噴射量が基準噴射量よりも小さい場合には、起電力量検出方式を選択するように制御してもよい。これによって割合を算出する工程が不要となるで、制御回路２１の演算負荷を低減することができる。

前述の第１実施形態では、燃料噴射弁１０は弁体１２と可動コア１５とが別体の構成であったが、弁体１２と可動コア１５とが一体に構成であってもよい。一体であると、可動コア１５が吸引されると、弁体１２も可動コア１５と一緒に開弁方向に変位して開弁する。

前述の第１実施形態では、燃料噴射弁１０は、可動コア１５の移動開始と同時に弁体１２も移動を開始するように構成されているがこのような構成に限るものではない。たとえば可動コア１５の移動を開始しても弁体１２は開弁を開始せず、可動コア１５が所定量移動した時点で可動コア１５が弁体１２に係合して開弁を開始する構成であってもよい。

前述の第１実施形態において、燃料噴射制御装置２０によって実現されていた機能は、前述のものとは異なるハードウェアおよびソフトウェア、またはこれらの組み合わせによって実現してもよい。制御装置は、たとえば他の制御装置と通信し、他の制御装置が処理の一部または全部を実行してもよい。制御装置が電子回路によって実現される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって実現することができる。

２…燃焼室 １０…燃料噴射弁 １１…ボデー １１ａ…燃料通路 １２…弁体
１２ａ…シート面 １２ｄ…係止部 １３…駆動コイル １４…固定コア
１４ａ…燃料通路 １５…可動コア（可動子） １６…ハウジング １７ａ…噴孔
１７ｂ…弁座 ２０…燃料噴射制御装置 ２１…制御回路（噴射制御部，選択部）
２２…昇圧回路 ２３…電圧検出部 ２４…電流検出部 ２５…スイッチ部
５１…充電制御部 ５２…放電制御部 ５３…電流制御部 ５４…閉弁検出部
１００…燃料噴射システム Ｅ…内燃機関

Claims (5)

1. 通電することによって磁気吸引力を発生する駆動コイル（１３）と、
   前記駆動コイルの磁気吸引力により吸引される可動コア（１５）と、
   弁座（１７ｂ）と接することによって燃料通路（１１ａ，１４ａ）を閉じている状態から、前記可動コア（１５）が吸引されることによって前記弁座から離れて前記燃料通路を開く弁体（１２）と、を備える燃料噴射弁（１０）を制御する燃料噴射制御装置（２０）において、
   前記弁体のリフト量がフルリフト位置に到達する噴射指令パルスで前記駆動コイルを制御するフルリフト噴射と、前記弁体のリフト量が前記フルリフト位置に到達しない噴射指令パルスで前記駆動コイルを制御するパーシャルリフト噴射とを実行する噴射制御部（２１）と、
   前記駆動コイルに供給される電流を遮断して前記弁体が閉弁する方向に変位することによって前記駆動コイルに発生する誘導起電力の変化を電圧値として検出する電圧検出部（２３）と、
   前記パーシャルリフト噴射において前記弁体が閉弁した閉弁タイミングを検出するため、前記電圧検出部が検出した電圧値の積算量と所定の基準量とを比較して前記閉弁タイミングを検出する起電力量検出方式、および前記電圧検出部が検出した電圧値の変曲点を前記閉弁タイミングとして検出するタイミング検出方式のいずれか一方の検出方式を用いて前記閉弁タイミングを検出する閉弁検出部（５４）と、
   前記起電力量検出方式および前記タイミング検出方式のいずれを用いて前記閉弁タイミングを検出するか選択する選択部（２１）と、を含み、
   前記選択部は、
   要求噴射量が前記パーシャルリフト噴射の所定の基準噴射量よりも大きい場合には、前記タイミング検出方式を選択し、
   前記要求噴射量が前記基準噴射量よりも小さい場合には、前記起電力量検出方式を選択する燃料噴射制御装置。
2. 前記パーシャルリフト噴射において基準となる最大噴射量および最小噴射量が予め設定されており、
   前記選択部は、
   前記パーシャルリフト噴射の前記最大噴射量と前記最小噴射量との間の噴射範囲に対する前記要求噴射量の割合と所定の基準割合と比較し、
   前記要求噴射量の割合が前記基準割合よりも大きい場合には、前記タイミング検出方式を選択し、
   前記要求噴射量の割合が前記基準割合よりも小さい場合には、前記起電力量検出方式を選択する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記パーシャルリフト噴射の前記最大噴射量と前記最小噴射量は、前記閉弁タイミングを用いて補正された補正後の値である請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記基準割合は、第１の閾値と、前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値とを用いたヒステリシスを有して定められ、
   前記選択部は、
   前記起電力量検出方式を選択している場合において、前記要求噴射量の割合が、前記第１の閾値よりも大きい場合には、前記タイミング検出方式を選択し、
   前記タイミング検出方式を選択している場合において、前記要求噴射量の割合が、前記第２の閾値よりも小さい場合には、前記起電力量検出方式を選択する請求項２または３に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記閉弁検出部は、前記選択部が検出方式を切替える場合、所定時間を経過するまで切替前の検出方式で前記閉弁タイミングを検出し、前記所定時間を経過後に切替後の検出方式で前記閉弁タイミングを検出する請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

Images