JP2018071361A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】廉価なマイクロコントローラを用いてインジェクタの抵抗値から内燃機関の温度を算出することができる内燃機関制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関制御装置１は、インジェクタ７の駆動時にコイル７ａに流れる電流に対応する電圧Ｖ２を、インジェクタ７の駆動が終了するタイミングでホールドするサンプルホールド回路１１３と、インジェクタ７の駆動時間の経過後の所定のタイミングにおいて、サンプルホールド回路１１３によりホールドした電圧Ｖ２とインジェクタ７に印加される電圧Ｖ１とに基づいてコイル７ａのコイル抵抗値に相関するインジェクタ７の温度を求め、インジェクタ７の温度を内燃機関の温度と推定するＣＰＵ２１と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機等の汎用機や自動二輪車等の車両に適用される内燃機関制御装置に関する。

近年、発電機等の汎用機や小型自動二輪車等の車両においては、キャブレタシステムでは今後より厳しくなる排気ガス規制に対応することが困難になるため、排気ガスの低減を目的として燃料噴射システムの採用が推進されている。しかしながら、発電機等の汎用機や小型自動二輪車等の車両の販売価格は大型自動二輪車や四輪自動車等の車両の販売価格と比較して安価であるために、このような販売価格を考えた場合、キャブレタシステムと比較して高コストな燃料噴射システムをそのまま発電機等の汎用機や小型自動二輪車等の車両に採用することは困難である。このため、発電機等の汎用機や小型自動二輪車等の車両においては、燃料噴射システムに関する部品、特にセンサ類については、コストの低減が求められている。

ここで、例えば燃料噴射システムにおける温度センサは、内燃機関の暖機運転状態の演算に用いられることが一般的である。具体的には、燃料噴射システムは、温度センサの出力に基づいて内燃機関の温度を算出し、このように算出した内燃機関の温度に基づいて内燃機関の暖機運転状態を検出して、点火時期及び燃料噴射の制御を行っている。このため、燃料噴射システムを採用する場合には、内燃機関に温度センサを装着する必要がある。更に、内燃機関に温度センサを設置する際には、配線用のワイヤやカプラを設置する必要がある上に、温度センサを設置する内燃機関の部位を加工する必要がある。この結果、販売価格における燃料噴射システムのコストの割合はキャブレタシステムのものと比較して高くなる。このため、特に発電機等の汎用機や小型自動二輪車等の車両において燃料噴射システムを制御する内燃機関制御装置においては、コストダウンを目的として燃料噴射システムから温度センサを省略することが求められている。

かかる状況下で、特許文献１は、内燃機関の制御装置に関し、燃料噴射弁１５のコイル（インジェクタコイル）の抵抗値を検出し、検出した抵抗値に基づいて、内燃機関の温度を算出する構成を開示する。

特開２０１６−９８６６５号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成のようにインジェクタのコイルの抵抗値から内燃機関の温度を算出する場合に、インジェクタの噴射中に内燃機関の温度を算出すると、インジェクタの駆動時間を計測するタイマと、内燃機関の温度を算出する際にインジェクタに流れる電流を検出するタイミングを計測するタイマと、を別々に設ける必要があり、使用するタイマが多くなるため、使用可能なタイマが制限される廉価なマイクロコントローラではこれらの計測を同時に行なうことができない。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、廉価なマイクロコントローラを用いてインジェクタの抵抗値から内燃機関の温度を算出することができる内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、内燃機関の温度を推定して前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、インジェクタの駆動時間を算出する制御部と、前記インジェクタの駆動時に前記インジェクタのコイルに流れる電流に対応する第１電圧を、前記インジェクタの駆動が終了するタイミングでホールドする第１サンプルホールド回路と、を有し、前記制御部は、前記駆動時間の経過後の所定のタイミングにおいて、前記第１サンプルホールド回路によりホールドした前記第１電圧と前記インジェクタに印加される第２電圧とに基づいて前記コイルのコイル抵抗値に相関する前記インジェクタの温度を求め、前記インジェクタの温度を前記内燃機関の温度と推定する内燃機関制御装置である。

本発明は、第１の局面に加えて、前記第１サンプルホールド回路が前記第１電圧をホールドするタイミングで前記第２電圧をホールドする第２サンプルホールド回路を更に有することを第２の局面とする。

本発明は、第２の局面に加えて、前記第２サンプルホールド回路の入力側に設けられ、前記インジェクタの特性に対応する前記第２電圧を前記第２サンプルホールド回路でホールド可能にするフィルタ回路を更に有することを第３の局面とする。

本発明は、第１から第３の局面のいずれかに加えて、前記第１サンプルホールド回路により前記第１電圧をホールドする際に前記コイルからの電力を蓄積するコンデンサと、前記制御部により前記コイル抵抗値を算出した後に前記コンデンサを放電させる放電回路と、を更に有することを第４の局面とする。

本発明は、第１から第４の局面のいずれかに加えて、前記第１サンプルホールド回路の入力側に設けられて前記第１電圧を検出する差動増幅器と、前記コイルとアースとの間に挿入されたシャント抵抗と、前記シャント抵抗の一端と前記差動増幅器の非反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第１抵抗と、前記シャント抵抗の他端と前記差動増幅器の反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第２抵抗と、を更に有することを第５の局面とする。

本発明の第１の局面にかかる内燃機関制御装置においては、内燃機関の温度を推定して内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、インジェクタの駆動時間を算出する制御部と、インジェクタの駆動時にインジェクタのコイルに流れる電流に対応する第１電圧を、インジェクタの駆動が終了するタイミングでホールドする第１サンプルホールド回路と、を有し、制御部は、駆動時間の経過後の所定のタイミングにおいて、第１サンプルホールド回路によりホールドした第１電圧とインジェクタに印加される第２電圧とに基づいてコイルのコイル抵抗値に相関するインジェクタの温度を求め、インジェクタの温度を内燃機関の温度と推定するものであるため、廉価なマイクロコントローラを用いてインジェクタの抵抗値から内燃機関の温度を算出することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、第１サンプルホールド回路が第１電圧をホールドするタイミングで第２電圧をホールドする第２サンプルホールド回路を更に有するものであるため、インジェクタのコイル抵抗値を精度よく求めることができ、ひいては内燃機関の温度を精度よく求めることができる。

また、本発明の第３の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、第２サンプルホールド回路の入力側に設けられ、インジェクタの特性に対応する第２電圧を第２サンプルホールド回路でホールド可能にするフィルタ回路を更に有するものであるため、第２電圧を検出する際に高周波ノイズを除去することができる。

また、本発明の第４の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、第１サンプルホールド回路により第１電圧をホールドする際にコイルからの電力を蓄積するコンデンサと、制御部によりコイル抵抗値を算出した後にコンデンサを放電させる放電回路と、を更に有するものであるため、内燃機関の温度を算出する際に、前回に内燃機関の温度を算出した際にコンデンサに蓄積させた電荷を放電させてリセットすることができる。

また、本発明の第５の局面にかかる内燃機関制御装置によれば、第１サンプルホールド回路の入力側に設けられて第１電圧を検出する差動増幅器と、コイルとアースとの間に挿入されたシャント抵抗と、シャント抵抗の一端と差動増幅器の非反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第１抵抗と、シャント抵抗の他端と差動増幅器の反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第２抵抗と、を更に有するものであるため、第１抵抗、第２抵抗及びシャント抵抗により第１サンプルホールド回路を保護することができる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態における内燃機関制御装置の構成を示す模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のインジェクタの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の実施形態における電圧値検出回路の構成を示す図である。 図３は、本発明の実施形態におけるバッテリからインジェクタに供給される電圧及びインジェクタ電流に対応する電圧をホールドするタイミングを示すタイミングチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における内燃機関制御装置につき、詳細に説明する。

＜内燃機関制御装置の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態における内燃機関制御装置の構成について説明する。本実施形態における内燃機関制御装置は、典型的には、発電機等の汎用機や自動二輪車等の車両といった内燃機関搭載体に好適に搭載されるものであるが、以下、説明の便宜上、かかる内燃機関制御装置は、自動二輪車等の車両に搭載されるものとして説明する。

図１（ａ）は、本実施形態における内燃機関制御装置の構成を示す模式図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のインジェクタの構成を示す模式図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態における内燃機関制御装置１は、いずれも図示を省略する車両に搭載されたガソリンエンジン等の内燃機関であるエンジンの機能部品の温度に基づいてエンジンの運転状態を制御するものであり、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１０を備えている。

ＥＣＵ１０は、車両に搭載されたバッテリＢからの電力を利用して動作するものであり、波形整形回路１１、サーミスタ素子１２、Ａ／Ｄ変換器１３、点火回路１４、駆動回路１５、電圧値検出回路１６、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１７、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１８、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１９、タイマ２０、及び中央処理ユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）２１を備えている。Ａ／Ｄ変換器１３、ＲＯＭ１８、ＲＡＭ１９、タイマ２０及びＣＰＵ２１は、一つのマイクロコントローラに組み込まれている。かかるＥＣＵ１０の各構成要素は、ＥＣＵ１０の筐体１０ａ内に収容される。また、典型的には、ＥＣＵ１０及びエンジンは、それらの周囲が外気に触れており、かつ、ＥＣＵ１０は、エンジンの放射熱及びエンジンからの伝熱の影響を受けないようにそれから離間して配置されるものである。

波形整形回路１１は、クランク角センサ２から出力されたエンジンのクランクシャフト３の回転角に対応するクランクパルス信号を整形してデジタルパルス信号を生成する。波形整形回路１１は、このように生成したデジタルパルス信号をＣＰＵ２１に出力する。

サーミスタ素子１２は、ＥＣＵ１０の筐体１０ａ内において、典型的には発熱素子である点火回路１４から離間してＥＣＵ１０の雰囲気側の位置（例えば、筐体１０ａへの距離が数ミリメータ程度である筐体１０ａに近接した位置）に配置されたチップサーミスタであり、ＥＣＵ１０の筐体１０ａ外の周囲の大気温度である雰囲気温度（外気温度）を検出する。ここで、サーミスタ素子１２が検出する温度は、エンジンの周囲の大気温度である雰囲気温度（外気温度）に等しいものである。具体的には、サーミスタ素子１２は、その雰囲気温度に対応した電気抵抗値を呈して、その電気抵抗値に応じた電圧を示す電気信号をＡ／Ｄ変換器１３に出力する。サーミスタ素子１２はＥＣＵ１０の他の構成要素と同様に図示しない回路基板に配置されるため、別途配線を設けて、これを介してサーミスタ素子１２を電気的に接続する必要がない。なお、かかる電気信号を出力可能なものであれば、サーミスタ素子１２を熱電対等の他の温度センサに代替してもよい。

Ａ／Ｄ変換器１３は、スロットル開度センサ４から出力されたエンジンのスロットルバルブの開度を示す電気信号、酸素センサ５から出力されたエンジンに吸気される大気中の酸素濃度を示す電気信号、及びサーミスタ素子１２から出力された雰囲気温度を示す電気信号を、アナログ形態からデジタル形態に各々変換する。Ａ／Ｄ変換器１３は、このようにデジタル形態に変換したこれらの電気信号をＣＰＵ２１に出力する。

点火回路１４は、ＣＰＵ２１からの制御信号に従ってオン／オフ制御されるトランジスタ等のスイッチング素子を備え、このスイッチング素子がオン／オフ動作することによって、図示を省略する点火プラグを介してエンジン内の燃料及び空気の混合気に点火するための２次電圧を発生する点火コイル６の動作を制御する。また、点火回路１４は、典型的には半導体素子であるドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり、筐体１０ａ内で発熱量が最も大きい構成要素である。

駆動回路１５は、ＣＰＵ２１からの制御信号に従ってオン／オフ制御されるトランジスタ等のスイッチング素子を備え、このスイッチング素子がオン／オフ動作することによって、エンジンに燃料を供給するインジェクタ７のコイル７ａの通電／非通電状態を切り換える。ここで、インジェクタ７は、エンジンの図示を省略する吸気管やシリンダヘッドに装着され、エンジンから生じる熱が伝熱される。また、特に図１（ｂ）に示すように、インジェクタ７のコイル７ａの等価回路７ｂは、インダクタンス成分Ｌと電気抵抗成分Ｒとから成る直列回路で表される。かかるコイル７ａは、インジェクタ７のソレノイド７ｃを電気的に駆動するための構成部品であり、インジェクタ７の駆動時間において通電状態となり、コイル７ａの通電状態においてソレノイド７ｃが動作することにより、インジェクタ７から燃料が噴射されるものである。

電圧値検出回路１６は、インジェクタ７の駆動時にコイル７ａに流れる電流に対応する電圧及びバッテリＢからインジェクタ７に印加される電圧を検出し、このように検出した電圧を示す電気信号をＣＰＵ２１に出力する。なお、電圧値検出回路１６の構成の詳細については後述する。

ＥＥＰＲＯＭ１７は、燃料噴射量学習値やスロットル基準位置学習値といった各種学習値に関するデータ等を記憶する。なお、このような各種学習値に関するデータ等を記憶可能なものであれば、ＥＥＰＲＯＭ１７をデータフラッシュ等の他の記憶媒体に代替してもよい。

ＲＯＭ１８は、不揮発性の記憶装置によって構成され、後述するエンジン温度算出処理用の制御プログラム、及びエンジン温度算出処理で用いられるインジェクタ温度テーブルに関するデータ等の各種制御データを格納している。

ＲＡＭ１９は、揮発性の記憶装置によって構成され、ＣＰＵ２１のワーキングエリアとして機能する。

タイマ２０は、ＣＰＵ２１からの制御信号に従って計時処理を実行する。

制御部としてのＣＰＵ２１は、ＥＣＵ１０全体の動作を制御する。ＣＰＵ２１は、波形整形回路１１から入力するデジタルパルス信号、及びＡ／Ｄ変換器１３から入力する電気信号に基づいて、インジェクタ７の駆動時間を算出する算出処理を実行する。

更に、本実施形態では、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ１８内に格納されているエンジン温度算出処理用の制御プログラムを実行することにより、インジェクタ７のコイル７ａの抵抗値（インジェクタ７の抵抗値）に対応するインジェクタ温度を内燃機関の温度（エンジン温度）として算出し、このように算出したエンジン温度に基づいてエンジンの運転状態を制御する。

具体的には、ＣＰＵ２１は、タイマ２０で計測するインジェクタ７の駆動時間においてインジェクタ噴射信号を電圧値検出回路１６に出力し、インジェクタ７の駆動時間の経過時においてインジェクタ噴射信号の電圧値検出回路１６に対する出力を停止する。ＣＰＵ２１は、インジェクタ７の駆動時間の経過後において、電圧値検出回路１６から入力する電気信号の示す電圧に基づいてインジェクタ７のコイル７ａの電気抵抗成分に依存して変動する物理量である電気抵抗値を算出する。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ１８内に格納されているインジェクタ温度テーブルを参照しながら、算出した抵抗値に対応するインジェクタ温度をエンジン温度として算出し、このように算出したエンジン温度に基づいて点火回路１４及び駆動回路１５を制御することによって、エンジンの運転状態を制御する。ＣＰＵ２１は、コイル７ａの抵抗値を算出した後に、ホールド解除信号を電圧値検出回路１６に出力して電圧値検出回路１６をリセットする。

ここで、本発明者は、エンジンの機能部品であるインジェクタ７の温度（インジェクタ温度）の値とインジェクタ７が装着されたエンジンの温度（エンジン温度）の値との関係を規定する複数の相関特性曲線を計測してそれらの間の関係について検討したところ、以下の知見を得た。なお、かかる複数の相関特性曲線は、エンジンの作動開始時点の雰囲気温度が異なる環境にて、エンジンの同一の運転条件で計測されたものである。また、かかる複数の相関特性曲線は、エンジンの運転状態を異ならせても同様に得られるものであった。

つまり、本発明者の検討によれば、各々の相関特性曲線において、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの初期値（エンジンの作動開始時点のインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値）とエンジン温度Ｔｅｎｇの初期値（エンジンの作動開始時点のエンジン温度Ｔｅｎｇの値）とは等しく、これらはインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値及びエンジン温度Ｔｅｎｇの値が各々最も小さな値を示す初期座標点（エンジンの作動開始時点の座標点）を規定しており、かつ、エンジンが作動してその運転状態が継続することに伴って、各々の相関特性曲線は、それらの初期座標点からインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値が増加していくことに伴いエンジン温度Ｔｅｎｇの値が共に非線形に増加していくプロファイルが互いに同一である相関特性を呈することが判明した。なお、各々の相関特性曲線のプロファイルが互いに同一であるという意味は、エンジンが作動してその運転状態が継続する際に、これらが実用上同一（実質同一）なものとして取り扱えるという意味である。

各々の相関特性曲線の初期座標点で、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの初期値とエンジン温度Ｔｅｎｇの初期値とが等しくなる理由は、エンジンの作動開始時点においてはエンジンの燃焼が開始する時点であり、その発熱によるエンジン及びインジェクタの温度上昇が生じていないため、これらの初期値が共にエンジンの作動開始時点のその雰囲気温度に等しくなるためである。また、各々の相関特性曲線の初期座標点では、サーミスタ素子１２が検出する検出温度（サーミスタ温度Ｔｔｈｒ）が、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの初期値及びエンジン温度Ｔｅｎｇの初期値と等しくなり、これらはその際のエンジンの雰囲気温度に等しいものである。つまり、各々の相関特性曲線において、インジェクタ温度Ｔｉｎｊの初期値は、サーミスタ温度Ｔｔｈｒの初期値に等しい値であって、このようにサーミスタ温度Ｔｔｈｒの初期値に等しいインジェクタ温度Ｔｉｎｊの初期値とエンジン温度Ｔｅｎｇの初期値とが、それらの初期座標点を成すことになる。

更に、エンジンの作動が開始されると、エンジンの発熱によりエンジン温度Ｔｅｎｇが上昇すると共に、エンジンの発した熱がエンジンの金属製等の構成要素を介し伝熱してインジェクタ温度Ｔｉｎｊが上昇する。ここで、各々の相関特性曲線において、エンジンが作動してその運転状態が継続することに伴って、それらの初期座標点からインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値及びエンジン温度Ｔｅｎｇの値が共に増加していくプロファイルが、エンジンの運転条件によらず、互いに同一である相関特性を呈する理由は、エンジンの運転条件が互いに異なることに起因してエンジンの発熱状態が異なったとしても、エンジンの発熱によりエンジン温度Ｔｅｎｇが上昇する経時変化の状態と、エンジンの発した熱が伝熱してインジェクタ温度Ｔｉｎｊが上昇する経時変化の状態と、の間の関係が、互いに等しくなるためである。

以上の本発明者による検討結果から、複数の相関特性曲線においては、各々の初期座標点が相違するのみで各々のプロファイルは実質同一なものであることが判明したので、エンジン温度算出処理においては、複数の相関特性曲線を取り扱うことなく、エンジンの作動開始時点のその雰囲気温度の相違を考慮しながら、所定の基準雰囲気温度を初期座標点とする代表的な相関特性曲線を単一の基準相関特性曲線として用いれば足りることが分かる。従って、上記の通り、インジェクタ温度をエンジン温度と推定することができる。

なお、エンジンの機能部品の温度としては、その測定の簡便性等の観点からインジェクタ温度が好適な例として挙げられるが、エンジンの機能部品としては、エンジン温度に対応した抵抗値が測定できるものであればその他の機能備品を用いることができ、その機能備品の温度を、エンジンの機能部品の温度として用いてもよい。また、インジェクタ温度が相関を有するエンジン温度を取得する際には、エンジンの点火プラグ座の温度が実際のエンジン内部の温度に近いことを考慮して、エンジンの点火プラグ座の温度を実測し、これをエンジン温度とし取得することが簡便である。

＜電圧値検出回路の構成＞
次に、図２を参照して、本実施形態における電圧値検出回路の構成について説明する。

図２は、本発明の実施形態における電圧値検出回路の構成を示す模式図である。

電圧値検出回路１６は、車両に搭載されたバッテリＢからの電力を利用して動作するものであり、抵抗１００、抵抗１０１、コンデンサ１０２、シャント抵抗１０３、抵抗１０４、抵抗１０５、抵抗１０６、抵抗１０７、抵抗１０８、抵抗１０９、差動増幅器１１０、ＭＯＳトランジスタ１１１、サンプルホールド回路１１２、サンプルホールド回路１１３、コンデンサ１１４、放電回路１１５、コンデンサ１１６、及び放電回路１１７を備えている。

抵抗１００は、高電位側の一方の端部がインジェクタ７及びバッテリＢに接続され、低電位側の他方の端部がサンプルホールド回路１１２に接続されている。抵抗１００の抵抗値Ｒ１は、既知である。なお、バッテリＢは、インジェクタ７と抵抗１００の一方の端部とを接続する接続線Ｌ１に接続されている。

抵抗１０１は、高電位側の一方の端部が抵抗１００の他方の端部とサンプルホールド回路１１２とを接続する接続線Ｌ２に接続され、低電位側の他方の端部が接地されている。抵抗１０１の抵抗値Ｒ２は、既知である。

コンデンサ１０２は、所定の容量値を有する容量素子によって構成されている。コンデンサ１０２は、高電位側の一方の端部が接続線Ｌ２に接続され、低電位側の他方の端部が接地されている。コンデンサ１０２は、サンプルホールド回路１１２の入力側に設けられ、インジェクタ７の特性に対応する電圧をサンプルホールド回路１１２でホールド可能にするフィルタ回路を構成している。

シャント抵抗１０３は、高電位側の一方の端部がインジェクタ７に接続され、低電位側の他方の端部がＭＯＳトランジスタ１１１のドレイン端子に接続されており、インジェクタ７のコイル７ａと、ＭＯＳトランジスタ１１１を介してグランドと、の間に挿入されている。シャント抵抗１０３は、インジェクタ７のコイル７ａに流れるインジェクタ電流を検出するための抵抗素子である。シャント抵抗１０３の抵抗値Ｒ４は、既知である。

抵抗１０４は、高電位側の一方の端部がインジェクタ７とシャント抵抗１０３とを接続する接続線Ｌ３に接続され、低電位側の他方の端部が差動増幅器１１０の非反転入力端子ｃに接続されている。

抵抗１０５は、高電位側の一方の端部が抵抗１０４の他方の端部と差動増幅器１１０の非反転入力端子ｃとを接続する接続線Ｌ５に接続され、低電位側の他方の端部が接地されている。

第１抵抗としての抵抗１０６は、高電位側の一方の端部が接続線Ｌ５に接続され、低電位側の他方の端部が接地されている。

抵抗１０７は、高電位側の一方の端部がシャント抵抗１０３の他方の端部とＭＯＳトランジスタ１１１のドレイン端子とを接続する接続線Ｌ４に接続され、低電位側の他方の端部が差動増幅器１１０の反転入力端子ｄに接続されている。抵抗１０７の抵抗値Ｒ８は、既知である。

第２抵抗としての抵抗１０８は、高電位側の一方の端部が抵抗１０７の他方の端部と差動増幅器１１０の反転入力端子ｄとを接続する接続線Ｌ６に接続され、低電位側の他方の端部が接地されている。

抵抗１０９は、高電位側の一方の端部が接続線Ｌ６に接続され、低電位側の他方の端部が差動増幅器１１０とサンプルホールド回路１１３とを接続する接続線Ｌ７に接続されている。抵抗１０９の抵抗値Ｒ１０は、既知である。

差動増幅器１１０は、非反転入力端子（＋）ｃが抵抗１０４の他方の端部に接続され、反転入力端子（−）ｄが抵抗１０７の他方の端部に接続されている。差動増幅器１１０は、シャント抵抗１０３を流れるインジェクタ電流に対応する電圧を検出し、検出した電圧を示す電気信号をサンプルホールド回路１１３に出力する。

ＭＯＳトランジスタ１１１は、ドレイン端子がシャント抵抗１０３の他方の端部に接続され、ソース端子が接地されている。ＭＯＳトランジスタ１１１は、ゲート端子にインジェクタ噴射信号が入力した際にオン状態になる。ＭＯＳトランジスタ１１１のオン抵抗値Ｒｏｎは、既知である。

第２サンプルホールド回路としてのサンプルホールド回路１１２は、インジェクタ７の駆動時間が経過した際の燃料噴射停止時に、ＣＰＵ２１からインジェクタ噴射信号の入力が停止することにより、バッテリＢからインジェクタ７に印加される電圧Ｖ１（第２電圧）をホールドする。サンプルホールド回路１１２は、ホールドした電圧Ｖ１を示す電気信号をＣＰＵ２１に出力する。

第１サンプルホールド回路としてのサンプルホールド回路１１３は、インジェクタ７の駆動時間が経過した際の燃料噴射停止時に、ＣＰＵ２１からインジェクタ噴射信号の入力が停止することにより、差動増幅器１１０から入力する電気信号の示す電圧Ｖ２（第１電圧）をホールドする。サンプルホールド回路１１２は、ホールドした電圧Ｖ２を示す電気信号をＣＰＵ２１に出力する。

コンデンサ１１４は、所定の容量値を有する容量素子によって構成されている。コンデンサ１１４は、高電位側の一方の端部がサンプルホールド回路１１２とＣＰＵ２１とを接続する接続線Ｌ８に接続し、低電位側の他方の端部が接地されている。

放電回路１１５は、ＣＰＵ２１からホールド解除信号が入力した際に、コンデンサ１１４に蓄積されている電荷を放電する。

コンデンサ１１６は、所定の容量値を有する容量素子によって構成されている。コンデンサ１１６は、高電位側の一方の端部がサンプルホールド回路１１３とＣＰＵ２１とを接続する接続線Ｌ９に接続し、低電位側の他方の端部が接地されている。

放電回路１１７は、ＣＰＵ２１からホールド解除信号が入力した際に、コンデンサ１１６に蓄積されている電荷を放電する。

このような構成を有する内燃機関制御装置１は、以下に示すインジェクタ温度算出処理を実行することによって、インジェクタ７の温度を内燃機関の温度として算出する。以下、本実施形態におけるインジェクタ温度算出処理について、より具体的に説明する。

＜インジェクタ温度算出処理＞
図３を参照して、本実施形態におけるインジェクタ温度算出処理の具体的な流れについて詳しく説明する。

図３は、本発明の実施形態におけるバッテリＢからインジェクタ７に供給される電圧及びインジェクタ電流に対応する電圧をホールドするタイミングを示すタイミングチャートである。図３において、図３（ａ）はバッテリＢからインジェクタ７に印加される電圧（ＩＧＰ電圧）の推移を示し、図３（ｂ）はインジェクタ７のコイル７ａに流れるインジェクタ電流の推移を示し、図３（ｃ）はサンプルホールド回路１１３でホールドする電圧Ｖ２を示し、図３（ｄ）はサンプルホールド回路１１２でホールドする電圧Ｖ１を示し、図３（ｅ）はタイマ２０の推移を示す。

インジェクタ温度算出処理は、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられてＣＰＵ２１が稼働したタイミングで開始となる。なお、ＣＰＵ２１は、インジェクタ７における燃料噴射開始前に、インジェクタ７の駆動時間（図３ではｔ１からｔ２まで）を算出する算出処理を実行する。

時刻ｔ＝ｔ１においてＭＯＳトランジスタ１１１のゲート端子にＣＰＵ２１からインジェクタ噴射信号が入力することにより、ＭＯＳトランジスタ１１１がオン状態となり、バッテリＢからインジェクタ７に電力が供給される。これにより、インジェクタ７は、燃料噴射を開始する。また、時刻ｔ＝ｔ１において、タイマ２０はインジェクタ７の駆動時間を計測する。

バッテリＢからインジェクタ７に電力が供給されることでシャント抵抗１０３にインジェクタ電流Ｉが流れる。

タイマ２０で計測するインジェクタ７の駆動時間の経過時である（インジェクタ７の駆動を停止する）時刻ｔ＝ｔ２において、電圧値検出回路１６のサンプルホールド回路１１３は、ＣＰＵ２１からのインジェクタ噴射信号の入力が停止することにより電圧Ｖ２をホールドし、ホールドした電圧Ｖ２を示す電気信号をＣＰＵ２１に出力する。このホールドされる電圧Ｖ２は、インジェクタ７の駆動時にインジェクタ７のコイル７ａに流れる電流に対応する電圧である。

また、電圧値検出回路１６のサンプルホールド回路１１２は、サンプルホールド回路１１３におけるホールドのタイミングと同一の燃料噴射終了時の時刻ｔ＝ｔ２において電圧Ｖ１をホールドし、ホールドした電圧Ｖ１をＣＰＵ２１に出力する。このホールドされる電圧Ｖ１は、インジェクタ７に印加される電圧である。

電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を同一のタイミングでホールドすることにより、インジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲの算出精度を向上させることができる。

因みに、ピークホールド回路を用いて電圧１及び電圧Ｖ２を算出する場合には、電源電圧の変動時に異なるタイミングで電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を取得するため、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２の算出誤差が大きくなる。

ＣＰＵ２１は、インジェクタ７の駆動時間経過後（燃料噴射終了後）の所定のタイミングである時刻ｔ＝ｔ３において、電圧値検出回路１６から入力した電気信号の示す電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を読み込んでインジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲを求める。

ＣＰＵ２１は、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を読み込んだ後の所定のタイミングである時刻ｔ＝ｔ４においてホールド解除信号を電圧値検出回路１６に出力する。これにより、電圧値検出回路１６は、放電回路１１５においてコンデンサ１１４に蓄積されている電荷を放電すると共に放電回路１１７に蓄積されている電荷を放電してリセットする。また、電圧値検出回路１６から出力される電圧１及び電圧Ｖ２は、図３に示すようにローレベルとなる。

ＣＰＵ２１は、インジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲとインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値とを対応付けたＲＯＭ１８に格納されているインジェクタ温度テーブルにおいて、求めたインジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲに対応するインジェクタ温度Ｔｉｎｊの値を検索して求める。

ここで、インジェクタ７の駆動時間を計測するタイマ２０で時刻ｔ＝ｔ３経過時及び時刻ｔ＝ｔ４経過時を計測してもよいし、ソフトタイマで時刻ｔ＝ｔ３経過時及び時刻ｔ＝ｔ４経過時を計測してもよい。時刻ｔ＝ｔ３経過時及び時刻ｔ＝ｔ４経過時をソフトタイマで計測する場合には、時刻ｔ＝ｔ２以降においてタイマ２０を他の用途に使用することができ、タイマのリソースを十分に確保することができる。

次に、電圧１及び電圧Ｖ２を用いてインジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲを求める方法について、更に詳細に説明する。

シャント抵抗１０３にインジェクタ電流Ｉが流れることにより、シャント抵抗１０３の両端の電圧Ｖ０は、シャント抵抗１０３の抵抗値をＲ４とした場合に、（１）式より求めることができる。

Ｖ０＝Ｉ×Ｒ４ （１）

抵抗１０４の抵抗値Ｒ５、抵抗１０５の抵抗値Ｒ６、抵抗１０７の抵抗値Ｒ８及び抵抗１０８の抵抗値Ｒ９が全て等しく、抵抗１０６の抵抗値Ｒ７と抵抗１０９の抵抗値Ｒ１０とが等しい場合に、サンプルホールド回路１１３でホールドする電圧Ｖ２は、（２）式より求めることができる。

Ｖ２＝Ｖ０×（Ｒ１０／Ｒ８） （２）

（１）式及び（２）式より、（３）式を導くことができる。

Ｉ＝（Ｖ２／Ｒ４）×（Ｒ８／Ｒ１０） （３）

バッテリＢの電源電圧をＩＧＰとした場合に、サンプルホールド回路１１２でホールドする電圧Ｖ１は、（４）式より求めることができる。

Ｖ１＝ＩＧＰ×（Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）） （４）

（４）式を変形して（５）式を得ることができる。

ＩＧＰ＝Ｖ１×（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２） （５）

また、インジェクタ７のコイル７ａの抵抗をＩＮＪＲ及びＭＯＳトランジスタ１１１のＯＮ抵抗をＲｏｎとした場合に、インジェクタ電流Ｉは（６）式より求めることができる。

Ｉ＝ＩＧＰ／（ＩＮＪＲ＋Ｒ４＋Ｒｏｎ） （６）

（６）式を変形して（７）式を得ることができる。

ＩＮＪＲ＝（ＩＧＰ／Ｉ）−Ｒ４−Ｒｏｎ （７）

（３）式及び（５）式を（７）式に代入して（８）式を得ることができる。

ＩＮＪＲ＝（（Ｖ１×（（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２））／（（Ｖ２／Ｒ４）×（Ｒ８／Ｒ１０）））−Ｒ４−Ｒｏｎ （８）

（８）式において、抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ８、Ｒ１０及びＲｏｎは既知であるため、ＣＰＵ２１は、電圧値検出回路１６から入力した電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２を用いて（８）式よりインジェクタ７の抵抗値ＩＮＪＲを求めることができる。

上記のインジェクタ温度算出処理において、電圧値検出回路１６は、差動増幅器１１０の非反転入力端子ｃに印加される入力電圧を（Ｒ５×（Ｒ６＋Ｒ７）／（Ｒ６×Ｒ７））倍に減衰する。また、電圧値検出回路１６は、差動増幅器１１０の反転入力端子ｄに印加される入力電圧を（Ｒ８／（Ｒ８×Ｒ９））倍に減衰する。これにより、差動増幅器１１０を保護することができる。

このように、本実施形態では、インジェクタの駆動時間を計測するタイマ２０を用いて、インジェクタ７の駆動が終了するタイミングで電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２をホールドすることにより、インジェクタ７に流れる電流を検出するタイミングを計測するための専用のタイマを用意する必要がないため、廉化なマイクロコントローラを使用することができ、内燃機関制御装置を安価に提供することができる。

以上の本実施形態における内燃機関制御装置は、サンプルホールド回路１１３がインジェクタ７の駆動時にインジェクタ７のコイル７ａに流れる電流に対応する電圧Ｖ２を、インジェクタ７の駆動が終了するタイミングでホールドし、ＣＰＵ２１がインジェクタ７の駆動時間の経過後の所定のタイミングにおいて、インジェクタ７の駆動時にサンプルホールド回路１１３によりホールドした電圧Ｖ２と、インジェクタ７に印加される電圧Ｖ１と、に基づいてコイル７ａのコイル抵抗値に相関するインジェクタ７の温度を求め、インジェクタ７の温度を内燃機関の温度と推定するものであるため、廉価なマイクロコントローラを用いてインジェクタの抵抗値から内燃機関の温度を算出することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置では、サンプルホールド回路１１３が電圧Ｖ２をホールドするタイミングで電圧Ｖ１をホールドするサンプルホールド回路１１２を更に有するものであるため、インジェクタのコイル抵抗値を精度よく求めることができ、ひいては内燃機関の温度を精度よく求めることができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置では、サンプルホールド回路１１２の入力側に設けられ、インジェクタ７の特性に対応する電圧Ｖ１をサンプルホールド回路１１２でホールド可能にするフィルタ回路を更に有するものであるため、電圧Ｖ１を測定する際に高周波ノイズを除去することができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置では、サンプルホールド回路１１３により電圧Ｖ２をホールドする際にコイル７ａからの電力を蓄積するコンデンサ１１６と、ＣＰＵ２１によりコイル抵抗値を算出した後にコンデンサ１１６を放電させる放電回路１１７と、を更に有するものであるため、内燃機関の温度を再度算出する際に、前回に内燃機関の温度を算出した際にコンデンサに蓄積させた電荷を放電させてリセットすることができる。

また、本実施形態における内燃機関制御装置では、サンプルホールド回路１１３の入力側に設けられて電圧Ｖ２を検出する差動増幅器１１０と、コイル７ａとアースとの間に挿入されたシャント抵抗１０３と、シャント抵抗１０３の一端と差動増幅器１１０の非反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された抵抗１０６と、シャント抵抗１０３の他端と差動増幅器１１０の反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された抵抗１０８と、を更に有するものであるため、抵抗１０６、抵抗１０８及びシャント抵抗１０３によりサンプルホールド回路１１３等の集積回路を保護することができる。

本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

具体的には、上記実施形態において、単気筒エンジンのみならず多気筒エンジンに用いてもよい。その場合には、多気筒エンジンの各気筒のインジェクタのコイル抵抗値からその気筒の温度を推定し、各気筒の温度に合わせてその気筒の燃料噴射量等を制御することができる。

また、上記実施形態において、バッテリＢからインジェクタ７に印加された電圧Ｖ１をサンプルホールド回路１１２でホールドしたが、バッテリＢからインジェクタ７に印加された電圧Ｖ１をホールドしなくてもよい。これにより、バッテリＢからインジェクタ７に印加された電圧Ｖ１をホールドするための回路構成を不要にできるので、小型化できると共に安価にすることができる。

以上のように、本発明においては、廉価なマイクロコントローラを用いてインジェクタの抵抗値から内燃機関の温度を算出することができる内燃機関制御装置を提供することができ、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の内燃機関制御装置に広範に適用され得るものと期待される。

１…内燃機関制御装置
２…クランク角センサ
３…クランクシャフト
４…スロットル開度センサ
５…酸素センサ
６…点火コイル
７…インジェクタ
７ａ…コイル
７ｂ…コイルの等価回路
７ｃ…ソレノイド
１０…ＥＣＵ
１０ａ…筐体
１１…波形整形回路
１２…サーミスタ素子
１３…Ａ／Ｄ変換器
１４…点火回路
１５…駆動回路
１６…電圧値検出回路
１７…ＥＥＰＲＯＭ
１８…ＲＯＭ
１９…ＲＡＭ
２０…タイマ
２１…ＣＰＵ
１００…抵抗
１０１…抵抗
１０２…コンデンサ
１０３…シャント抵抗
１０４…抵抗
１０５…抵抗
１０６…抵抗
１０７…抵抗
１０８…抵抗
１０９…抵抗
１１０…差動増幅器
１１１…ＭＯＳトランジスタ
１１２…サンプルホールド回路
１１３…サンプルホールド回路
１１４…コンデンサ
１１５…放電回路
１１６…コンデンサ
１１７…放電回路
Ｂ…バッテリ
Ｌ１…接続線
Ｌ２…接続線
Ｌ３…接続線
Ｌ４…接続線
Ｌ５…接続線
Ｌ６…接続線
Ｌ７…接続線
Ｌ８…接続線
Ｌ９…接続線

Claims (5)

1. 内燃機関の温度を推定して前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置であって、
   インジェクタの駆動時間を算出する制御部と、
   前記インジェクタの駆動時に前記インジェクタのコイルに流れる電流に対応する第１電圧を、前記インジェクタの駆動が終了するタイミングでホールドする第１サンプルホールド回路と、
   を有し、
   前記制御部は、
   前記駆動時間の経過後の所定のタイミングにおいて、前記第１サンプルホールド回路によりホールドした前記第１電圧と前記インジェクタに印加される第２電圧とに基づいて前記コイルのコイル抵抗値に相関する前記インジェクタの温度を求め、前記インジェクタの温度を前記内燃機関の温度と推定する、
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記第１サンプルホールド回路が前記第１電圧をホールドするタイミングで前記第２電圧をホールドする第２サンプルホールド回路を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関制御装置。
3. 前記第２サンプルホールド回路の入力側に設けられ、前記インジェクタの特性に対応する前記第２電圧を前記第２サンプルホールド回路でホールド可能にするフィルタ回路を更に有する、
   ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関制御装置。
4. 前記第１サンプルホールド回路により前記第１電圧をホールドする際に前記コイルからの電力を蓄積するコンデンサと、
   前記制御部により前記コイル抵抗値を算出した後に前記コンデンサを放電させる放電回路と、
   を更に有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の内燃機関制御装置。
5. 前記第１サンプルホールド回路の入力側に設けられて前記第１電圧を検出する差動増幅器と、
   前記コイルとグランドとの間に挿入されたシャント抵抗と、
   前記シャント抵抗の一端と前記差動増幅器の非反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第１抵抗と、
   前記シャント抵抗の他端と前記差動増幅器の反転入力端子とを接続する接続線に一端が接続されると共に他端が接地された第２抵抗と、
   を更に有することを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の内燃機関制御装置。