JP2018066335A - インジェクタ制御装置及びインジェクタ制御方法 - Google Patents

インジェクタ制御装置及びインジェクタ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】インジェクタの個体ばらつきによる燃料噴射量のばらつきを低減させる。【解決手段】目標噴射量から目標インジェクタ開弁時間を算出し、目標インジェクタ開弁時間から求めたインジェクタ駆動時間により、通電制御部51がインジェクタ2を制御する。そのときのインジェクタ2の駆動波形から実閉弁遅れ時間を算出し、実閉弁期間と目標インジェクタ開弁時間から算出した閉弁遅れ時間との偏差を学習し、当該学習結果を用いたフィードバック制御で、インジェクタ駆動時間を補正する。【選択図】図2

Description

本発明は、インジェクタ制御装置及びインジェクタ制御方法に関するものである。
近年、排気ガスに含まれるスス微粒子についての規制が強化されつつある。ガソリンを筒内噴射する内燃機関は、スス微粒子の生成が比較的多い。そのため、ガソリンの1回の噴射量を減らす代わりに、複数回に分けて噴射することで、スス微粒子に対する規制に対応する方法が提案されている。
1回の噴射量を減らすためには、インジェクタの駆動時間を短くすればよいが、特許文献1に示されているように、少ない噴射量を精度よく制御することは容易ではない。この課題の解決のため、特許文献1の制御装置では、通電終了後のインジェクタのソレノイド端子電圧の2階微分値を算出して、当該2階微分値の極大値を検出することにより、実際の閉弁時期を検出することが提案されている。
また、特許文献2には、インジェクタの閉弁時期を検出して学習することで、インジェクタのコイルへの通電時間を補正する制御方法が記載されている。インジェクタのコイルの温度が変化すると、当該変化に応じて、コイルの電気抵抗も変化する。その結果、コイルへの通電時間Tiとインジェクタの噴射量qとの関係を示すTi−q特性には、コイルの温度に起因するばらつきが生じる。特許文献2では、当該ばらつきを考慮して、インジェクタの実噴射量を検出して学習し、過去の検出値に基づいてインジェクタのコイルへの通電時間を補正している。
国際公開第2013/191267号 特開2015−151871号公報
目標燃料噴射量から演算したソレノイドの通電時間でインジェクタを制御すると、インジェクタの個体差により噴射量にばらつきが生じる。
しかしながら、特許文献1においては、閉弁時期の検出方法については記載されているが、インジェクタのソレノイドに対する通電時間の補正方法については具体的に記載されていない。
また、特許文献2で説明されている制御方法は、インジェクタのコイルの温度変化による動作ばらつきを想定したものであり、使用しているインジェクタのコイルの温度変化による動作ばらつきによるリピータビリティ悪化を補正するものである。従って、特許文献2の制御方法は、基準特性となる目標燃料噴射量に対応した開弁時間になるようにコイルの通電時間を補正するものではない。更に、特許文献2では、インジェクタのバネ、コイル、ニードルの重さ及びクリアランスといったインジェクタの生産ばらつきによる個体ばらつきは想定されていないため、特許文献2の制御方法では、インジェクタの個体ばらつきによる燃料噴射量のばらつきを補正することはできない。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、インジェクタの個体ばらつきによる燃料噴射量のばらつきを低減させることが可能なインジェクタ制御装置及びインジェクタ制御方法を得る。
本発明は、インジェクタを制御するインジェクタ制御装置であって、前記インジェクタは、内燃機関に供給される燃料を通過させる燃料通路と、前記燃料通路の燃料噴射口に設けられた弁座から離間することで前記燃料通路を開き、前記弁座と当接することで前記燃料通路を閉じるニードル弁と、通電されることにより前記ニードル弁を開弁方向に吸引するソレノイドとを備え、前記インジェクタ制御装置は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記インジェクタが噴射する前記燃料の目標噴射量を算出する目標噴射量算出部と、前記目標噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間を、燃料噴射量に対するインジェクタ開弁時間の特性データに従って、前記目標噴射量に基づいて、算出する、目標インジェクタ開弁時間算出部と、前記ソレノイドの通電開始時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが離間する開弁時期までの開弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間に対する開弁遅れ時間の特性データに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、インジェクタ開弁遅れ時間算出部と、前記ソレノイドの通電終了時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが当接する閉弁時期までの閉弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間を少なくとも1つの軸とする閉弁遅れ時間の学習値を記憶した学習マップに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部と、前記目標インジェクタ開弁時間と前記開弁遅れ時間と前記閉弁遅れ時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電時間を算出するインジェクタ駆動時間算出部と、前記ソレノイドの通電時間に従って前記インジェクタの前記ソレノイドを通電させて前記インジェクタを駆動する通電制御部と、前記通電制御部が前記ソレノイドの通電時間に基づいて前記インジェクタを駆動したときの前記ソレノイドの駆動電圧波形から、前記弁座と前記ニードル弁とが実際に当接した実閉弁時期を検出するインジェクタ閉弁時期算出部と、前記実閉弁時期と前記ソレノイドの実通電開始時期と前記ソレノイドの実通電時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電終了時期から前記実閉弁時期までの実閉弁遅れ時間を算出するインジェクタ実閉弁遅れ時間算出部と、前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部で算出した前記閉弁遅れ時間と前記インジェクタ閉弁時期算出部で算出した前記実閉弁遅れ時間との偏差である閉弁遅れ時間偏差を算出するインジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部と、前記閉弁遅れ時間偏差に基づいて、前記学習マップにおける前記閉弁遅れ時間の学習値を更新するインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部とを備え、前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部は、次の演算タイミングにおいて、前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部によって更新された前記閉弁遅れ時間の学習値が記憶された前記学習マップを用いて、前記閉弁遅れ時間を算出する、インジェクタ制御装置である。
本発明に係るインジェクタ制御装置によれば、インジェクタの閉弁遅れ時間の特性を学習し、当該学習結果を用いて目標燃料噴射量に対応させたインジェクタの駆動時間を制御することで、インジェクタの個体ばらつきによる燃料噴射量のばらつきを低減させることができる。
本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置の制御対象となるインジェクタの構成を示した概略断面図である。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置の内部構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置のハードウェア構成を示したハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置におけるインジェクタ閉弁遅れ時間学習値算出処理の流れを示したフローチャートである。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置で用いられるインジェクタ閉弁遅れ時間学習値の学習マップを示した図である。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置におけるインジェクタ駆動時間とインジェクタ開弁時間との関係を示したタイムチャートである。 本発明の実施の形態1に係るインジェクタ制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る、インジェクタ制御装置(以下、単に制御装置50と称す)について図面を参照して説明する。本実施の形態1では、制御装置50は、内燃機関の制御装置の一部を構成しており、インジェクタ2の駆動回路は制御装置50に内蔵されている。なお、インジェクタ2の駆動回路が、制御装置50と別体構成とされてもよい。本実施の形態1においては、制御装置50は、車両の内燃機関に具備されたインジェクタ2を制御する。
まず、インジェクタ2の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係るインジェクタ2の構造を模式的に表した断面図である。図1に示すように、インジェクタ2は、燃料通路の噴射口に設けられた弁座10と、燃料通路を開閉するニードル弁11と、ニードル弁11を開閉駆動するソレノイド12とを備えている。ニードル弁11は、閉弁方向X1に移動して、弁座10と当接することで、燃料通路を閉状態にする。また、ニードル弁11は、開弁方向X2に移動して、弁座10と離間することで、燃料通路を開状態にする。
インジェクタ2は、さらに、可動子14と、ゼロ位置スプリング15と、主スプリング13とを備えている。可動子14は磁性体から構成され、ソレノイド12が通電しているときは、当該通電により生じる磁力により、開弁方向X2に吸引される。ゼロ位置スプリング15は、可動子14に対して、閉弁方向X1側に設けられている。ゼロ位置スプリング15は、開弁方向X2に、可動子14を付勢する。ニードル弁11は、フランジ18を有している。フランジ18は、ニードル弁11の軸方向の中心よりも上端側に設けられている。フランジ18はニードル弁11の開弁方向X2の先端に設けられていてもよい。主スプリング13は、フランジ18に対して、開弁方向X2側に配置されている。主スプリング13は、ニードル弁11を、閉弁方向X1に付勢する。主スプリング13の付勢力は、ゼロ位置スプリング15の不勢力よりも強い。
ニードル弁11は、棒状の部材から構成されている。ニードル弁11の下端、すなわち、閉弁方向X1の先端は、尖っている。ソレノイド12が非通電のときは、ニードル弁11は、主スプリング13の付勢力及び燃料圧力により閉弁方向X1に向かって移動し、ニードル弁11の先端が弁座10に設けられた噴射口に当接すると、ニードル弁11の先端が噴射口を塞ぎ、燃料通路が閉弁状態となる。
インジェクタ2は、磁気コア16とケース17とを備えている。ケース17は、筒状に形成され、インジェクタ2の各構成部品を内部に収容している。ソレノイド12は、ボビンに巻回された円筒状のコイルから構成されている。磁気コア16は、ソレノイド12と主スプリング13との間に配置されている。
可動子14は、内部が空洞の円筒状に形成された磁性体から構成されている。可動子14の上端と下端とは共に開口している。可動子14の空洞内を、ニードル弁11が貫通するように配置されている。可動子14は、フランジ18に対して、閉弁方向X1側に配置されている。可動子14とニードル弁11とは相対移動可能である。ゼロ位置スプリング15は、可動子14に対して閉弁方向X1側に配置され、可動子14をケース17に対して開弁方向X2に付勢する。また、可動子14は、磁気コア16の閉弁方向X1側に配置されている。制御装置50の制御によりソレノイド12が通電されると、磁気コア16に発生した磁力により、可動子14が開弁方向X2側に吸引される。このように、ソレノイド12の通電時には、可動子14は、ゼロ位置スプリング15の不勢力及びソレノイド12の通電により磁気コア16に発生する磁力により開弁方向X2に向かって移動する。このとき、可動子14がニードル弁11のフランジ18に当接し、フランジ18を開弁方向X2に押し上げる。これにより、可動子14とニードル弁11とが一体的に開弁方向X2に移動する。こうして、ニードル弁11の先端が、弁座10から離間すると、噴射口が開き、燃料通路が開弁状態となる。
制御装置50の制御により、ソレノイド12が通電状態から非通電に移行すると、磁気コア16の磁力による可動子14の開弁方向X2側の吸引力がなくなり、主スプリング13の閉弁方向X1の付勢力により、ニードル弁11が閉弁方向X1に向かって移動する。この時、ニードル弁11のフランジ18が、可動子14を閉弁方向X1に向かって押し下げ、ニードル弁11と可動子14とは一体的に閉弁方向X1に向かって移動する。こうして、ニードル弁11の先端が弁座10に衝突すると、ニードル弁11の移動は停止するが、可動子14は、フランジ18から離れ、閉弁方向X1に移動し続ける。その後、可動子14は、ゼロ位置スプリング15による開弁方向X2の付勢力により、減速した後、開弁方向X2に移動し、再びフランジ18に当接し停止する。
次に、制御装置50について説明する。図2は、制御装置50の構成を示したブロック図である。図2に示すように、制御装置50は、通電制御部51、目標噴射量算出部52、目標インジェクタ開弁時間算出部53、インジェクタ開弁遅れ時間算出部54、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55、インジェクタ閉弁時期算出部56、インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58、インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59、及び、インジェクタ駆動時間算出部60を備えている。
制御装置50の各部51〜60は、制御装置50が備えたハードウェア回路により実現される。具体的には、制御装置50は、図3に示すように、ハードウェア回路として、CPU(Central Processing Unit)から構成された演算処理装置90、演算処理装置90とデータのやり取りをする記憶装置91、演算処理装置90に外部からの信号を入力する入力回路92、及び、演算処理装置90から外部に信号を出力する出力回路93を備えている。記憶装置91は、演算処理装置90からのデータの読み出し及び書き込みが可能なように構成されたRAM(Random Access Memory)と、演算処理装置90からデータを読み出し可能に構成されたROM(Read Only Memory)とを備えている。入力回路92は、各種のセンサ及びスイッチが接続されて、これらのセンサ及びスイッチからの出力信号を、デジタル信号に変換して、演算処理装置90に入力するためのA/D変換器を備えている。出力回路93は、電気負荷が接続されて、これら電気負荷に演算処理装置90からの制御信号を出力するための駆動回路を備えている。
図2の制御装置50が備える各部51〜60の各機能は、演算処理装置90が記憶装置91のROMに記憶されたソフトウェア即ちプログラムを実行し、記憶装置91、入力回路92、出力回路93、および、図示しない制御装置50の他のハードウェアと協働することにより、実現される。また、複数のCPU及び複数のメモリが連携して、制御装置50の各部51〜60の上記機能を実行してもよい。
本実施の形態では、入力回路92は、インジェクタ2のソレノイド12の正極端子及び負極端子に接続されて、ソレノイド12の正極端子と負極端子との間の端子電圧に比例した出力信号を出力する端子電圧検出回路を備えている。端子電圧検出回路からの出力信号は、A/D変換器を介して、演算処理装置90に入力される。端子電圧検出回路は、抵抗またはコンパレータにより構成されている。また、入力回路92には、内燃機関の運転状態を検出するためのエアフローセンサ、スロットル開度センサ、及び、クランク角センサ等の各種センサ(図示なし)が接続されている。
出力回路93は、インジェクタ2のソレノイド12の正極端子及び負極端子に接続されて、インジェクタ2のソレノイド12への通電を制御するインジェクタ駆動回路を備えている。インジェクタ駆動回路は、ソレノイド12への通電をオンオフするスイッチング素子により構成されている。なお、図示はしないが、出力回路93には、内燃機関を制御するためのスロットルバルブの駆動モータ、及び、点火コイル等の各種アクチュエータが接続されている。本実施の形態では、複数のインジェクタ2が内燃機関に備えられており、各インジェクタ2のそれぞれに対して、端子電圧検出回路、及び、インジェクタ駆動回路が備えられている。以下では、説明の簡略化のために、インジェクタ2が1本の場合について説明する。インジェクタ2を複数本備える場合においても、1本の場合と同様の動作となるため、ここでは、その説明は省略する。
制御装置50は、基本的な制御として、入力された各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射量及び点火時期を算出し、インジェクタ2及び点火コイルを駆動制御する。また、制御装置50は、エアフローセンサを含む各種センサからの出力信号に基づいて内燃機関の吸入空気量を検出し、クランク角センサの出力信号に基づいて内燃機関のクランク角速度及びクランク角度を検出する。
次に、図2に示す制御装置50が備える各部51〜60について説明する。
<通電制御部51>
通電制御部51は、インジェクタ2のソレノイド12に通電させる。通電制御部51は、インジェクタ駆動時間算出部60で算出したインジェクタ2の駆動時間Td_on、すなわち、噴射パルス幅を、インジェクタ2に指示する。駆動時間Td_on、すなわち、噴射パルス幅は、ソレノイド12の通電時間を意味する。なお、噴射パルス幅は、複数に分割されたひとつでもよい。こうして、通電制御部51は、予め設定されたクランク角度に設定された噴射タイミングで、噴射パルス幅の間、インジェクタ駆動回路に駆動を指令する噴射パルス信号をオンにし、ソレノイド12に通電させる。インジェクタ駆動回路は、噴射パルス信号に基づいて、単数又は複数のスイッチング素子をオンオフする。通電制御部51は、記憶装置91のRAM内に、実際の通電開始時期Tstartと駆動時間Td_onとを記憶する。
<目標噴射量算出部52>
目標噴射量算出部52は、内燃機関の運転状態に応じて、予め設定された目標空燃比を実現するための、インジェクタ2の目標燃料噴射量を算出する。なお、内燃機関の運転状態には、例えば、エアフローセンサで検出された吸入空気量が含まれる。また、内燃機関の運転状態としては、吸入空気量の他に、例えば、スロットル開度センサで検出されたスロットル開度、または、クランク角センサで検出されたクランク角等が挙げられ、これらのパラメータを用いるようにしてもよい。
<目標インジェクタ開弁時間算出部53>
目標インジェクタ開弁時間算出部53は、記憶装置91のROMに予め記憶しておいた目標燃料噴射量に対するインジェクタ開弁時間の特性データを用いて、目標噴射量算出部52で算出した目標燃料噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間Ttgtを算出する。すなわち、記憶装置91のROM内に、例えば、目標燃料噴射量と目標インジェクタ開弁時間との対応関係が予め定められたルックアップテーブルまたは特性マップを予め格納しておき、目標インジェクタ開弁時間算出部53が、当該ルックアップテーブルまたは特性マップに従って、目標噴射量算出部52で算出した目標燃料噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間を求める。ここで、目標インジェクタ開弁時間とは、インジェクタ2の弁座10とニードル弁11とが離間する開弁時期のタイミングから、インジェクタ2の弁座10とニードル弁11とが当接する閉弁時期のタイミングまでの時間の目標値を意味する。なお、特性データを記憶装置91のROMに予め記憶すると説明したが、記憶装置91のRAMに記憶してもよい。
<インジェクタ開弁遅れ時間算出部54>
インジェクタ開弁遅れ時間算出部54は、記憶装置91のROMに予め記憶しておいた目標インジェクタ開弁時間に対するインジェクタ開弁遅れ時間の特性データを用いて、目標インジェクタ開弁時間算出部53で算出した目標インジェクタ開弁時間Ttgtに対するインジェクタ開弁遅れ時間Tonを算出する。すなわち、記憶装置91内に、例えば、目標インジェクタ開弁時間とインジェクタ開弁遅れ時間との対応関係が予め定められたルックアップテーブルまたは特性マップを予め格納しておき、インジェクタ開弁遅れ時間算出部54が、当該ルックアップテーブルまたは特性マップに従って、目標インジェクタ開弁時間算出部53で算出した目標インジェクタ開弁時間Ttgtに対するインジェクタ開弁遅れ時間Tonを求める。ここで、開弁遅れ時間Tonとは、ソレノイド12の通電開始時期Tstartのタイミングから、インジェクタ2の弁座10とニードル弁11とが離間する開弁時期のタイミングまでの時間である。なお、特性データを記憶装置91のROMに予め記憶すると説明したが、RAMに記憶してもよい。
<学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55>
学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55は、目標インジェクタ開弁時間算出部53で算出した目標インジェクタ開弁時間Ttgtを基に、記憶装置91のRAMに記憶されている学習マップのインジェクタ開弁時間に対する学習後インジェクタ閉弁遅れ時間を用いて、目標インジェクタ開弁時間Ttgtに対する学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjを求める。なお、記憶装置91のRAMに記憶されている学習マップの学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとは、後述するインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59で算出されるインジェクタ閉弁遅れ時間Tadjであり、学習マップに記憶されている学習値のことである。なお、ここで、閉弁遅れ時間Tadjとは、ソレノイド12の通電終了時期のタイミングから、インジェクタ2の弁座10とニードル弁11とが当接する閉弁時期のタイミングまでの時間である。このとき、インジェクタ2の個体ばらつきが無ければ、閉弁遅れ時間Tadjは、ソレノイド12の通電終了時期のタイミングから、目標インジェクタ開弁時間Ttgtの終了時期のタイミングまでの時間と一致する。しかしながら、インジェクタ2の生産ばらつき、または、経年変化により、インジェクタ2の閉弁特性にばらつきが生じている場合には、一致せずに、後述するインジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifが発生する。
<インジェクタ閉弁時期算出部56>
インジェクタ閉弁時期算出部56では、インジェクタ2における実閉弁時期Tcloseを算出する。算出方法としては、例えば、インジェクタ駆動時間算出部60で算出したインジェクタ2の駆動時間Td_onでソレノイド12を駆動した時のソレノイド12の駆動電圧波形を検出し、当該駆動電圧波形から、ニードル弁11の先端が弁座10に設けられた噴射口に実際に当接した時期を、実閉弁時期Tcloseとして求める。あるいは、別の算出方法としては、例えば、特許文献1に記載の方法のように、ニードル弁11が弁座10に衝突した時の可動子14の加速度の変化を考慮し、加速度の変化による誘導起電力の変化をソレノイド12の端子間電圧の2階微分値が最大となるタイミングとして、ニードル弁11の実閉弁時期Tcloseを判定する方法が考えられる。もちろん他の方法でも構わない。
<インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57>
インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57では、インジェクタ閉弁時期算出部56で算出した実閉弁時期Tcloseと、記憶装置91に別途記憶しておいた通電開始時期Tstart及び駆動時間Td_onとから、インジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realを算出する。具体的には、下式により、求められる。
Tadj_real=(Tclose−Tstart)−Td_on
<インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58>
インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58では、インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57で算出したインジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realと、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55で算出した学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとの偏差Tdifを算出する。
<インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59>
インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59では、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58で算出した偏差Tdifを用いて、記憶装置91のRAMに記憶されている学習マップのインジェクタ閉弁遅れ時間Tadjの学習値を更新する。当該学習マップにおいては、インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjの学習値が、目標インジェクタ開弁時間を少なくとも1つの学習軸として、記憶されている。学習軸は、1つであっても、複数であってもよい。学習軸を、目標インジェクタ開弁時間Ttgtとバッテリ電圧Vbとの2軸としてもよい。あるいは、3軸以上にしてもよい。他の学習軸の例については、後述する。インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59では、学習マップにおいて学習値を更新する際には、今回の学習において使用した運転条件に対応する学習値を更新する。すなわち、ここでは、目標インジェクタ開弁時間を学習軸としたため、学習値の更新の際には、学習マップにおいて、今回の学習において使用された目標インジェクタ開弁時間に対する学習値の更新を行う。このように、学習マップにおいては、学習に使用される運転条件が学習軸として設定され、当該学習軸に対応させて学習値が記憶されている。当該学習値は、次の演算タイミングでのインジェクタ閉弁遅れ時間として、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55で用いられる。なお、学習が1回も行われていない初回の演算タイミングにおいては、学習値が無いため、インジェクタ閉弁遅れ時間の初期値を予め記憶装置91のROMに記憶しておき、それを使用する。なお、以下では、学習マップに記憶されている学習値を、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjと呼ぶこととする。なお、バッテリとは、通常、制御装置50の近傍に配備され、例えば、制御装置50の電源やインジェクタの駆動電源として使用される。
図4のフローチャートに、インジェクタ閉弁時期算出部56、インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58、および、インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59の処理の流れを示す。インジェクタ2の噴射が行われると、図4のフローチャートの処理が開始される。
まず、ステップS01で、インジェクタ閉弁時期算出部56において、インジェクタ閉弁時期算出処理が行われ、インジェクタ2における実閉弁時期Tcloseが求められる。実閉弁時期Tcloseの算出方法としては、上述したいずれかの方法で行う。
次に、ステップS02で、インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57において、ステップS01で求めたインジェクタ閉弁時期Tcloseと、記憶装置91に別途記憶しておいた実際の通電開始時期Tstart及び駆動時間Td_onとから、インジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realを算出する。
次に、ステップS03で、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58は、ステップS02で求めたインジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realと、目標インジェクタ開弁時間Ttgtに基づいて学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55で算出した学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとに基づいて、インジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realと学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとの偏差であるインジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifを算出する。
次に、ステップS04で、インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59において、インジェクタ閉弁遅れ時間時期Tdifが、記憶装置91に予め記憶しておいた学習範囲Trange内であるかを判定する。具体的には、インジェクタ閉弁遅れ時間時期Tdifの絶対値が、閾値T_range以下であるか否かを判定する。すなわち、学習範囲Trangeは、−T_range以上、T_range以下の範囲である。インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifが学習範囲Trange内であると判定した場合、すなわち、ステップS04の「Yes」の場合は、ステップS05に進む。
ステップS05では、インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59において、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifをインジェクタ閉弁遅れ時間学習マップに反映する処理を行う。図5においては、例えば、インジェクタ閉弁遅れ時間の学習マップの学習軸を、目標インジェクタ開弁時間Ttgt及びバッテリ電圧Vbの軸であるとし、学習値への反映係数をKlrnとした場合の学習マップの例を示しており、それぞれの要素の計算は、以下の数式の通りとなる。なお、反映係数は、通常、1未満の値であって、0.5程度が望ましい。例えば、反映係数を0.5にした場合、現在の数値に対して、偏差の半分を学習値に反映することになる。このように、偏差に反映係数を乗算することで、偏差が急変した場合においても、反映係数によって学習値の急変を抑えることができるので、学習値の急変による運転状態の変動を抑えることが可能となる。
Figure 2018066335
Table_off_d[V][T]は各マップ点の学習後の値である。ここで、[V]はバッテリ電圧Vbの軸点を示し、[T]は目標インジェクタ開弁時間Ttgtの軸点を示す。また、T_adjrvは、学習に使用する運転条件におけるバッテリ電圧Vbと学習マップの軸点との差である。T_adjrtは、学習に使用する運転条件における目標インジェクタ開弁時間Ttgtと学習マップ軸点との差である。
インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59において、上記を算出して学習マップを更新した後、処理終了となる。
一方、ステップS04の判定で、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifが学習範囲Trange外であると判定した場合、すなわち、ステップS04の「No」の場合は、そのまま処理終了となる。
上述したように、ここでは、図5に示すように、目標インジェクタ開弁時間Ttgtとバッテリ電圧Vbとの2軸で学習マップを作成した。これはインジェクタ2の動作がバッテリ電圧Vbの影響で変化するためである。インジェクタ2の開弁時間は様々な要因で変化することが想定されるため、学習軸を多軸として学習することもできる。上記の軸と共に、燃圧Fpと気筒内圧力Pcylとの差圧Pdifを、更なる学習軸として合わせて使用してもよい。なお、ここで、燃圧Fpとは、インジェクタ2に供給される燃料の圧力を意味する。燃圧Fpは、インジェクタ2に設けられた燃圧センサにより計測される。また、気筒内圧力Pcylとは、内燃機関の気筒内の圧力を意味する。気筒内圧力Pcylは、気筒に設けた気筒内圧力センサで直接計測してもよいし、吸気管に設けた吸気圧センサから得られる吸気管圧力などから推定してもよい。このように、燃圧Fpと気筒内圧力Pcylとの差圧Pdifを軸として使用した場合には、燃料噴射時にインジェクタの動作に影響を及ぼす因子である、インジェクタ内部の圧力、すなわち、インジェクタ2に供給される燃料の燃圧と、インジェクタ外部の圧力、すなわち、内燃機関の気筒内の圧力とにより、インジェクタ2の開弁時間が変化することに対応した学習が可能となる。
学習マップに反映する学習値については、上述したように、予め設定した学習範囲Trange内の値のみを学習に使用することで、閉弁時期の検出に誤りがあった場合にも、当該誤りが学習値へ与える影響を小さくすることができる。また、学習値に反映する際に反映係数を使用するようにしてもよい。反映係数を使用することで、学習値の急変による運転変動の発生を抑制することができる。また、学習マップは、多気筒エンジンのように複数本のインジェクタを備えたエンジンにおいては、インジェクタ毎に記憶装置91に記憶されることで、インジェクタ毎に閉弁遅れ時間の特性が学習できる。また、当然ながら、インジェクタ毎に学習マップを設けずに、1つの学習マップを多数のインジェクタで共通に用いて動作することも可能である。
このように、学習マップの学習軸は、多軸とした方が種々の変化に対応した学習を可能にする。しかしながら、記憶装置91の容量の限界もあるため、学習軸の個数は、適宜、決定すればよい。本実施の形態では、目標インジェクタ開弁時間を少なくとも1つの学習軸とし、1軸でも、多軸でも、いずれでもよいこととする。
<インジェクタ駆動時間算出部60>
インジェクタ駆動時間算出部60は、目標インジェクタ開弁時間算出部53で求めた目標インジェクタ開弁時間Ttgtと、インジェクタ開弁遅れ時間算出部54で求めたインジェクタ開弁遅れ時間Tonと、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55で求めた学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとに基づいて、通電制御部51におけるソレノイド12への通電時間、すなわち、インジェクタ駆動時間Td_onを算出する。インジェクタ駆動時間Td_on、インジェクタ開弁時間Ttgt、インジェクタ開弁遅れ時間Ton、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadj、実インジェクタ閉弁遅れ時期Tclose、インジェクタ閉弁時期偏差Tdif、および、インジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realの関係は、図6のようになる。
この構成によれば、インジェクタ2の生産ばらつき、または、経年変化により、インジェクタ2の閉弁特性にばらつきが生じた場合でも、検出したインジェクタ閉弁時期Tcloseに基づいてインジェクタ閉弁遅れ時間Tadjを学習して、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjによりソレノイド12への通電時間を算出することで、燃料噴射量の変動を抑制できる。また、目標インジェクタ開弁時間Ttgtおよびバッテリ電圧Vbに対応した学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjの学習マップを持つことで、インジェクタ2の開弁時間が変化した場合においても、燃料噴射量の変動を抑制することが可能となる。
次に、図7に示すフローチャートに基づいて、本実施の形態に係る制御装置50の概略的な処理の手順、すなわち、制御装置50による内燃機関の制御方法について説明する。図7のフローチャートの処理は、演算処理装置90が記憶装置91に記憶されたソフトウェア即ちプログラムを実行することにより、予め設定された演算タイミングで繰り返し実行される。
ステップS201の通電制御ステップでは、通電制御部51が、上記のように、インジェクタ駆動時間算出部60で算出したインジェクタ2の駆動時間Td_onに従って、インジェクタ2のソレノイド12に通電させる通電制御処理を実行する。
次に、ステップS202のインジェクタ閉弁時期算出ステップでは、インジェクタ閉弁時期算出部56が、上記のようにインジェクタ2におけるインジェクタ閉弁時期Tcloseを算出する処理を実行する。
ステップS203のインジェクタ実閉弁遅れ時間算出ステップでは、インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部57が、ステップS202で求めたインジェクタ閉弁時期Tcloseと別途記憶しておいた通電開始時期Tstart及び駆動時間Td_onとから、インジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realを算出する処理を実行する。
ステップS204のインジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出ステップでは、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部58が、上記のように、検出したインジェクタ実閉弁遅れ時間Tadj_realと学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとに基づいて、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifを算出する処理を実行する。
ステップS205のインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算ステップでは、インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59が、上記のように、インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifが学習範囲Trange内であった場合に、インジェクタ閉弁遅れ時間の学習マップに対して、当該インジェクタ閉弁遅れ時間偏差Tdifを反映させる処理を実行する。
ステップS202〜ステップS205の処理については、本フローチャートの実行毎に毎回実施せずに、間引き処理を実施しても構わない。例えば、通常各気筒での燃料噴射処理毎に本フローチャートは実施される。しかし、ステップS202〜ステップS205の各処理に関しては、常時実施する必要はない。すなわち、本フローチャートの実行2回に対して、ステップS202〜ステップS205の処理を1回実施する、あるいは、1サイクル中に対象気筒のみ実施する、あるいは、走行中に学習が完了したと判断すれば、エンジンが停止するまでステップS202〜ステップS205の処理を実施しない、などのように、ステップS201及びステップ206〜ステップS210の処理を複数回行った場合に、ステップS202〜ステップS205の処理を1回行うというように、ステップS202〜ステップS205の処理を行う頻度の割合を予め設定しておいてもよい。以上の間引き処理を行った場合には、演算負荷が低減可能となり、エンジンの回転数が高くなった場合でも、負荷の増加を抑えた状態で制御を継続でき、演算性能が低いCPUを使用している場合でも効果的にインジェクタの個体ばらつきを学習することができる。
ステップS206の目標噴射量算出ステップでは、目標噴射量算出部52が、内燃機関の運転状態に基づいて、予め設定された目標空燃比を実現するための目標燃料噴射量を算出する処理を実行する。
ステップS207の目標インジェクタ開弁時間算出ステップでは、目標インジェクタ開弁時間算出部53が、上記のように目標噴射量算出部52で算出した燃料噴射量に基づいて、記憶装置91のROMに予め記憶しておいた目標燃料噴射量に対するインジェクタ開弁時間の特性データを用いて、目標インジェクタ開弁時間Ttgtを算出する処理を実行する。
ステップS208のインジェクタ開弁遅れ時間算出ステップでは、インジェクタ開弁遅れ時間算出部54が、上記のように、記憶装置91のROMに予め記憶しておいたインジェクタ開弁時間に対するインジェクタ開弁遅れ時間の特性データを用いて、インジェクタ開弁遅れ時間Tonを算出する処理を実行する。
ステップS209の学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出ステップでは、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部55が、上記のように、目標インジェクタ開弁時間Ttgtを基に、記憶装置91のRAMの学習マップに記憶されているインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部59の学習結果が反映されたインジェクタ開弁時間に対するインジェクタ開弁遅れ時間の学習値の結果から、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjを算出する処理を実行する。
ステップS210のインジェクタ駆動時間算出ステップでは、インジェクタ駆動時間算出部60が、ソレノイド12への通電時間、すなわち、インジェクタ2の駆動時間である目標インジェクタ開弁時間Ttgtと、インジェクタ開弁遅れ時間Tonと、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間Tadjとに基づいて、通電制御部51におけるソレノイド12の通電時間、すなわち、インジェクタ2の駆動時間を算出する処理を実行する。
以上の処理を行うことで、ソレノイド12の通電時間を補正し、インジェクタ2の個体ばらつきによる燃料噴射量ばらつきを減少することができる。
以上のように、本実施の形態に係る制御装置50によれば、インジェクタ2の目標噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間特性、および、目標インジェクタ開弁時間に対するインジェクタ閉弁遅れ時間特性に従って、目標インジェクタ開弁時間から算出したインジェクタ閉弁遅れ時間と、検出した実インジェクタ閉弁遅れ時間との偏差を、目標インジェクタ開弁時間に対するインジェクタ閉弁遅れ時間特性として学習し、実際に動作させるソレノイド通電時間、すなわち、噴射パルス幅を補正することで、実インジェクタ開弁時間が目標インジェクタ開弁時間となるようフィードバック制御を行い、インジェクタ2のバネ、コイル、ニードルの重さ、および、クリアランスといったインジェクタ2の個体ばらつきおよび経年変化によるインジェクタ2の個体ばらつきによる燃料噴射量のばらつきが減少し、燃料噴射量の制御精度を向上させることが可能になる。
2 インジェクタ、10 弁座、11 ニードル弁、12 ソレノイド、50 制御装置、51 通電制御部、52 目標噴射量算出部、53 目標インジェクタ開弁時間算出部、54 インジェクタ開弁遅れ時間算出部、55 学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部、56 インジェクタ閉弁時期算出部、57 インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部、58 インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部、59 インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部、60 インジェクタ駆動時間算出部、Td_on インジェクタ駆動時間(ソレノイド通電時間)、Ttgt 目標インジェクタ開弁時間、Ton インジェクタ開弁遅れ時間、Tadj 学習後インジェクタ閉弁遅れ時間、Tadj_real インジェクタ実閉弁遅れ時間、Tdif インジェクタ遅れ時間偏差、Tclose インジェクタ閉弁時期、Tstart 通電開始時期、Trange 学習範囲、Vb バッテリ電圧、Fp 燃圧、Pcyl 気筒内圧力、Pdif 燃圧と気筒内圧力の差圧、Klrn 学習値反映係数。

Claims (8)

  1. インジェクタを制御するインジェクタ制御装置であって、
    前記インジェクタは、
    内燃機関に噴射する燃料を通過させる燃料通路と、
    前記燃料通路の燃料噴射口に設けられた弁座から離間することで前記燃料通路を開き、前記弁座と当接することで前記燃料通路を閉じるニードル弁と、
    通電されることにより前記ニードル弁を開弁方向に吸引するソレノイドと
    を備え、
    前記インジェクタ制御装置は、
    前記内燃機関の運転状態に応じて、前記インジェクタが噴射する前記燃料の目標噴射量を算出する目標噴射量算出部と、
    前記目標噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間を、燃料噴射量に対するインジェクタ開弁時間の特性データに従って、前記目標噴射量に基づいて、算出する、目標インジェクタ開弁時間算出部と、
    前記ソレノイドの通電開始時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが離間する開弁時期までの開弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間に対する開弁遅れ時間の特性データに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、インジェクタ開弁遅れ時間算出部と、
    前記ソレノイドの通電終了時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが当接する閉弁時期までの閉弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間を少なくとも1つの軸とする閉弁遅れ時間の学習値を記憶した学習マップに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部と、
    前記目標インジェクタ開弁時間と前記開弁遅れ時間と前記閉弁遅れ時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電時間を算出するインジェクタ駆動時間算出部と、
    前記ソレノイドの通電時間に従って前記インジェクタの前記ソレノイドを通電させて前記インジェクタを駆動する通電制御部と、
    前記通電制御部が前記ソレノイドの通電時間に基づいて前記インジェクタを駆動したときの前記ソレノイドの駆動電圧波形から、前記弁座と前記ニードル弁とが実際に当接した実閉弁時期を検出するインジェクタ閉弁時期算出部と、
    前記実閉弁時期と前記ソレノイドの実通電開始時期と前記ソレノイドの実通電時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電終了時期から前記実閉弁時期までの実閉弁遅れ時間を算出するインジェクタ実閉弁遅れ時間算出部と、
    前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部で算出した前記閉弁遅れ時間と前記インジェクタ閉弁時期算出部で算出した前記実閉弁遅れ時間との偏差である閉弁遅れ時間偏差を算出するインジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部と、
    前記閉弁遅れ時間偏差に基づいて、前記学習マップにおける前記閉弁遅れ時間の学習値を更新するインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部と
    を備え、
    前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出部は、次の演算タイミングにおいて、前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部によって更新された前記閉弁遅れ時間の学習値が記憶された前記学習マップを用いて、前記閉弁遅れ時間を算出する、
    インジェクタ制御装置。
  2. 前記インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部で算出された前記閉弁遅れ時間偏差が、予め設定した範囲内にあるとき、前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部は、前記学習値を更新させる、
    請求項1に記載のインジェクタ制御装置。
  3. 前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部は、前記学習マップの前記学習値を更新するときに、予め設定された反映係数を用いて前記学習値を更新する、
    請求項1または2に記載のインジェクタ制御装置。
  4. 前記インジェクタは複数本設けられており、
    前記学習マップは、前記インジェクタ毎に設けられている、
    請求項1から3までのいずれか1項に記載のインジェクタ制御装置。
  5. 前記内燃機関のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部をさらに備え、
    前記学習マップは、前記インジェクタ開弁時間と前記バッテリ電圧とを軸として前記学習値を記憶する、
    請求項1から4までのいずれか1項に記載のインジェクタ制御装置。
  6. 前記インジェクタに供給される前記燃料の圧力を検出または算出する燃料圧力算出部と、
    前記燃料を噴射する前記内燃機関の気筒内の圧力を検出または算出する気筒内圧力算出部と
    を備え、
    前記学習マップは、前記燃料圧力算出部からの前記燃料の圧力と前記気筒内圧力算出部からの前記気筒内の圧力との差圧をさらなる軸として前記学習値を記憶する、
    請求項1から5までのいずれか1項に記載のインジェクタ制御装置。
  7. 前記インジェクタ閉弁時期算出部、前記インジェクタ実閉弁遅れ時間算出部、前記インジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出部、および、前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算部の各処理が実施される回数は、前記通電制御部の処理が実施される回数に対して、複数回に1回の割合に予め設定される、
    請求項1から6までのいずれか1項に記載のインジェクタ制御装置。
  8. インジェクタを制御するインジェクタ制御方法であって、
    前記インジェクタは、
    内燃機関に噴射する燃料を通過させる燃料通路と、
    前記燃料通路の燃料噴射口に設けられた弁座から離間することで前記燃料通路を開き、前記弁座と当接することで前記燃料通路を閉じるニードル弁と、
    通電されることにより前記ニードル弁を開弁方向に吸引するソレノイドと
    を備え、
    前記インジェクタ制御方法は、
    前記内燃機関の運転状態に応じて、前記インジェクタが噴射する燃料の目標噴射量を算出する目標噴射量算出ステップと、
    前記目標噴射量に対する目標インジェクタ開弁時間を、燃料噴射量に対するインジェクタ開弁時間の特性データに従って、前記目標噴射量に基づいて、算出する、目標インジェクタ開弁時間算出ステップと、
    前記ソレノイドの通電開始時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが離間する開弁時期までの開弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間に対する開弁遅れ時間の特性データに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、インジェクタ開弁遅れ時間算出ステップと、
    前記ソレノイドの通電終了時期から前記インジェクタの前記弁座と前記ニードル弁とが当接する閉弁時期までの閉弁遅れ時間を、インジェクタ開弁時間を少なくとも1つの軸とする閉弁遅れ時間の学習値を記憶した学習マップに従って、前記目標インジェクタ開弁時間に基づいて、算出する、学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出ステップと、
    前記目標インジェクタ開弁時間と前記開弁遅れ時間と前記閉弁遅れ時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電時間を算出するインジェクタ駆動時間算出ステップと、
    前記ソレノイドの通電時間に従って前記インジェクタの前記ソレノイドを通電させて前記インジェクタを駆動する通電制御ステップと、
    前記通電制御ステップで前記ソレノイドの通電時間に基づいて前記インジェクタを駆動したときの前記ソレノイドの駆動電圧波形から、前記弁座と前記ニードル弁とが実際に当接した実閉弁時期を検出するインジェクタ閉弁時期算出ステップと、
    前記実閉弁時期と前記ソレノイドの実通電開始時期と前記ソレノイドの実通電時間とに基づいて、前記ソレノイドの通電終了時期から前記実閉弁時期までの実閉弁遅れ時間を算出するインジェクタ実閉弁遅れ時間算出ステップと、
    前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出ステップで算出した前記閉弁遅れ時間と前記インジェクタ閉弁時期算出ステップで算出した前記実閉弁遅れ時間との偏差である閉弁遅れ時間偏差を算出するインジェクタ閉弁遅れ時間偏差算出ステップと、
    前記閉弁遅れ時間偏差に基づいて、前記学習マップにおける前記閉弁遅れ時間の学習値を更新するインジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算ステップと
    を備え、
    前記学習後インジェクタ閉弁遅れ時間算出ステップは、前記インジェクタ閉弁遅れ時間学習値演算ステップによって更新された前記閉弁遅れ時間の学習値が記憶された前記学習マップを、次の演算タイミングで用いて、前記閉弁遅れ時間を算出する、
    インジェクタ制御方法。
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