JP2020204268A - 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】多量の燃料を噴射する際の応答性を確保すると共に、少量の燃料の噴射量精度を向上させるようにする。【解決手段】燃料を噴射する噴孔を開弁する弁体303のストローク量を変更可能な燃料噴射弁105を制御する燃料噴射制御装置127であって、燃料噴射弁は、最大ストローク量が第1量となる第1ストロークと、最大ストローク量が第1量よりも大きい第2量となる第2ストロークとで弁体をストローク移動可能であり、第1ストロークで弁体をストローク移動させる場合、第1量まで弁体をストローク移動させる第1ピーク電流を供給する前に第1ピーク電流よりも小さい電流を所定時間維持して燃料噴射弁に供給し、第2ストロークで弁体をストローク移動させる場合、第2量まで弁体をストローク移動させる第2ピーク電流に向けて増加する電流を燃料噴射弁に供給する制御部202を備える。【選択図】図11
Description
本発明は、燃料を噴射する噴孔を開弁する弁体のストローク量を変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置等に関する。
内燃機関の燃料噴射制御装置は、運転状態に応じて適切な燃料噴射量を演算すると共に、演算した量の燃料を噴射するように燃料噴射弁を駆動する。燃料噴射弁は、弁体を備え、内部にコイルが内蔵されている。燃料噴射弁は、コイルに電流を流したときに発生する磁気力によって弁体を開閉し、開弁期間に応じた量の燃料を噴射する。燃料噴射量は、主に、燃料の圧力と燃料噴射弁の噴孔の雰囲気圧力との差圧と、弁体の開状態を維持して燃料が噴射されている時間とによって決定される。従って、適切な量の燃料を噴射するためには、燃料の圧力に応じて弁体の開状態を維持する時間を設定すると共に、弁体を迅速かつ精度良く開閉動作させる必要がある。
しかしながら、少量の燃料を噴射する場合、燃料噴射弁へ通電を開始してから実際に開弁して燃料を噴射するまでに、燃料の圧力、弁体の動作、及び構成部品のばらつき等の様々な要因が燃料噴射に影響する。特に、微小噴射パルス幅で燃料を噴射すると、燃料噴射量の精度が悪くなることがある。それに対して、燃料噴射弁を安定して動作させる駆動制御方法として、プリチャージが知られている(特許文献1)。
更に、プリチャージするときに、燃料噴射弁の機差ばらつきが存在することがある。このため、燃料噴射弁へ供給される駆動電流を検出し、検出した駆動電流の機差ばらつき量を予め記憶部に記憶させておき、その機差ばらつき量に基づいて目標駆動電流を補正する方法が知られている(特許文献2)。
近年、燃料消費率を低減する観点から、内燃機関のアイドル回転数の低下が要求され、燃料噴射弁から噴射可能な燃料の最小量に対する要求が増大している。同じく燃料消費率を低減する観点から、内燃機関の出力が不要な場合、燃料を噴射しない燃料カットをする機会が増加している。このように燃料カットを行うと、その後の燃料噴射を再開する頻度が増加することとなる。燃料噴射を再開する際には、無負荷相当の少量の燃料を噴射する必要がある。更に、排気性能を向上する観点から、分割噴射することがある。分割噴射は、本来1回で噴射する燃料を複数回に分割し、分割した燃料を適切な時期に噴射することによって、内燃機関の性能を向上させようとするものである。分割噴射の場合、1回当たりの燃料噴射量は、少なくなる。一方、内燃機関の出力の増加に伴い、高負荷運転領域での燃料噴射量を多くすることが要求されるようになっている。
このように内燃機関の性能向上の要求に伴い、多量の燃料を応答性を確保しながら噴射可能であり、且つ少量の燃料噴射が可能な、相反する性能要求が、燃料噴射弁や燃料噴射制御装置には求められている。特許文献1及び特許文献2の技術では、多量の燃料を噴射する際の応答性に対応できないという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、多量の燃料を噴射する際の応答性を確保すると共に、少量の燃料の噴射量精度を向上させる技術を提供することにある。
上記目的を達成するために、一の観点に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料を噴射する噴孔を開弁する弁体のストローク量を変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁は、最大ストローク量が第1量となる第1ストロークと、最大ストローク量が前記第1量よりも大きい第2量となる第2ストロークとで前記弁体をストローク移動可能であり、前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第1量まで前記弁体をストローク移動させる第1ピーク電流を供給する前に当該第1ピーク電流よりも小さい電流を所定時間維持して前記燃料噴射弁に供給しし、前記第2ストロークでストローク移動させる場合、前記第2量まで前記弁体をストローク移動させる第2ピーク電流に向けて増加する電流を前記燃料噴射弁に供給する制御部を備える。
本発明によれば、多量の燃料を噴射する際の応答性を確保すると共に、少量の燃料の噴射量精度を向上することができる。
図面を参照して実施形態を説明する。
図1は、一実施形態に係る内燃機関システムの全体構成図である。なお、図1においては、エンジン101の複数の気筒のうちの一つの気筒のみについて示している。
内燃機関システム100は、「内燃機関」の一例としてのエンジン101と、ECU(Engine Control Unit)109とを備える。エンジン101は、例えば、直列4気筒のガソリンエンジンである。
図示しない吸気口からエンジン101に吸入される空気は、空気流量計(AFM:Air Flow Meter)120、及びスロットル弁119を介して、コレクタ115に流れる。空気流量計120は、吸入された空気量(吸入空気量)を計測する。コレクタ115に流入した空気は、エンジン101の各気筒に接続された吸気管110、吸気弁103を介して燃焼室121内に供給される。
一方、燃料タンク123に貯留された燃料は、低圧燃料ポンプ124により吸引され、エンジン101に備えられている高圧燃料ポンプ125に供給される。高圧燃料ポンプ125は、排気カム128が備えられた図示しない排気カム軸から伝達される動力によって、内部のプランジャーが上下に可動され、供給された燃料を高圧化する。高圧燃料ポンプ125は、ECU109の燃料噴射制御装置127からの制御指令値に基づいて、吐出する燃料が所定の圧力になるように図示しない吸入口の開閉バルブのソレノイドを制御する。高圧燃料ポンプ125から吐出された燃料は、高圧燃料配管129を介して燃料噴射弁105に供給される。燃料噴射弁105は、ECU109の燃料噴射制御装置127の指令に基づいて、燃料を燃焼室121内へ噴射する。
エンジン101には、高圧燃料配管129内の燃料の圧力(燃圧)を計測する燃料圧力センサ126が設けられている。ECU109は、燃料圧力センサ126による測定結果(センサ値)に基づいて、フィードバック制御を行う、即ち、高圧燃料配管129内の燃料圧力が所定の圧力となるように、高圧燃料ポンプ125に対して制御指令を送信する。
エンジン101は、更に、燃焼室121毎に、燃焼室121内に火花を放出するための点火プラグ106と、点火プラグ106に電力を供給する点火コイル107とを備える。ECU109は、所定のタイミングで点火プラグ106から火花が放出されるように点火コイル107への通電を制御する。
燃焼室121内に供給された空気と燃料との混合気は、点火プラグ106から放たれる火花により燃焼する。混合気が燃焼することにより発生する圧力によってピストン102が押し下げられる。燃焼により生じた排気ガスは、排気弁104、排気管111を介して三元触媒112に導かれる。三元触媒112は、排気ガスを浄化する排気浄化処理を行う。三元触媒112により浄化された排気ガスは、下流へと流れて、最終的には大気へ放出される。
内燃機関システム100には、エンジン101を冷却する冷却水の温度を測定水温センサ108と、エンジン101の図示しないクランク軸の角度を計測するクランク角度センサ116と、吸入空気量を計測するAFM120と、排気管111内の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ113と、運転者が操作するアクセルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ122と、高圧燃料配管129内の燃料の圧力を計測する燃料圧力センサ126とが備えられている。
ECU109には、水温センサ108、クランク角度センサ116、AFM120、酸素センサ113、アクセル開度センサ122、燃料圧力センサ126等のセンサによる計測結果の信号が入力される。
ECU109は、入力された各種信号に基づいて、各種処理を実行する。例えば、ECU109は、アクセル開度センサ122から入力された信号に基づいて、エンジン101の要求トルクを算出する処理を行うとともに、エンジン101がアイドル状態であるか否かの判定処理等を行う。更に、ECU109は、クランク角度センサ116から入力された信号に基づいて、エンジン101の回転速度(エンジン回転速度)を演算する処理を行う。更に、ECU109は、水温センサ108から入力された冷却水温、エンジン始動後の経過時間等から三元触媒112が暖機された状態であるか否かを判断する処理を行う。
更に、ECU109は、算出した要求トルク等から、エンジン101に必要な吸入空気量を算出し、算出した吸入空気量に見合った開度とするための信号をスロットル弁119に出力する。ECU109は、燃料噴射制御装置127を内蔵している。ECU109の燃料噴射制御装置127は、吸入空気量に応じた燃料量(要求噴射量)を算出して燃料噴射弁105に燃料噴射信号を出力し、更に点火コイル107に点火信号を出力する。
次に、燃料噴射制御装置127と、燃料噴射制御装置127に関連する部位とについて詳細に説明する。
図2は、燃料噴射制御装置及び関連部位についての構成図である。
ECU109の燃料噴射制御装置127は、制御部202と、駆動IC(Integrated Circuit)205と、高電圧生成部206と、燃料噴射弁駆動部207a,207bとを備える。高電圧生成部206と、燃料噴射弁駆動部207aとには、図示しないバッテリから供給されるバッテリ電圧209が、ヒューズ203、リレー204を介して供給されている。
制御部202は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、メモリ(記憶装置)、I/Oポートなどを備えるマイクロコンピュータ(マイコン)によって構成されている。制御部202は、パルス信号演算部202aと、駆動波形指令部202bと、パラメータ入力部202cと、ストローク選択部202dとを有する。
パラメータ入力部202cは、処理に使用するパラメータ(例えば、センサ等からのセンサ値)を入力し、駆動波形指令部202bと、ストローク選択部202dとに渡す。入力するパラメータは、例えば、燃料温度、冷却水温、潤滑油温、燃料圧力等がある。
ストローク選択部202dは、パラメータ入力部202cから入力されたパラメータ等に基づいて、燃料噴射弁105の弁体303(図3参照)を移動させる際のストロークとして、最大ストローク量が第1量となる小ストローク(第1ストローク)と、最大ストローク量が第1量よりも大きい第2量となる大ストローク(第2ストローク)との何れかを選択し、選択結果をパルス信号演算部202aと、駆動波形指令部202bとに通知する。なお、ストローク選択部202dの具体的な処理については後述する。
パルス信号演算部202aは、ストローク選択部202dにより選択されたストロークにより燃料噴射弁105を駆動させるための燃料噴射パルス信号の幅(通電時間Ti)を決定し、駆動IC205に出力する。
駆動波形指令部202bは、パラメータ入力部202cにより入力されたパラメータに基づいて、ストローク選択部202dにより選択されたストロークにより燃料噴射弁105を駆動させるための電流の駆動波形を決定し、駆動IC205に指令として出力する。
駆動IC205は、パルス信号演算部202aからの指令と、駆動波形指令部202bからの指令とに基づいて、燃料噴射弁105の駆動時間(燃料噴射弁105の通電時間)、駆動電圧の選択(高電圧210とバッテリ電圧209とのうちの何れとするかの選択)、及び駆動電流の設定値を決定し、この決定に従って、高電圧生成部206及び燃料噴射弁駆動部207a,207bを制御する。
高電圧生成部206は、バッテリ電圧209から、電磁ソレノイド式の燃料噴射弁105内に備わる弁体303を開弁する際に燃料噴射弁105に供給する高い電源電圧(高電圧210)を生成し、燃料噴射弁駆動部207aに供給する。具体的には、高電圧生成部206は、駆動IC205からの指令に基づき、所定の目標高電圧に至るようにバッテリから供給されるバッテリ電圧209を昇圧し、バッテリ電圧209より高い高電圧210を生成する。これにより、燃料噴射弁105に対して電圧を供給する電源として、弁体303の開弁力確保を目的とした高電圧210と、開弁した後に弁体303が閉弁しないように開弁保持をさせるバッテリ電圧209との2系統の電圧が備わることになる。
燃料噴射駆動部207aは、燃料噴射弁105のコイル305(図3参照)の上流側に電気的に接続され、駆動IC205による制御に基づいて、燃料噴射弁105への電圧の供給の制御、及び供給する電圧(高電圧生成部206により生成された高電圧210、又は、バッテリ電圧209)を選択する。
燃料噴射駆動部207bは、燃料噴射弁105のコイル305の下流側に電気的に接続され、駆動IC205による制御に基づいて、燃料噴射弁105を接地するか否か切換える。
次に、燃料噴射弁105の構成及び基本動作について詳細に説明する。
図3は、燃料噴射弁の一部拡大構成図である。図3(a)は、燃料噴射弁105のコイル305が通電されていない状態を示す。図3(b)は、駆動電流をコイル305に供給した直後の状態を示す。図3(c)は、小ストロークの最大ストローク量の状態を示す。図3(d)は、大ストロークの最大ストローク量の状態を示す。
燃料噴射弁105は、第一可動コア301と、第二可動コア302と、固定コア304と、固定コア304に巻回されたコイル305と、燃料を噴射する噴孔が形成された弁座306と、スプリング308とを有する。第一可動コア301は、「第1アンカ」の一例に相当し、第二可動コア302は、「第2アンカ」の一例に相当する。
図3(a)に示すように、コイル305が通電されていない初期状態では、コイル305による磁束が発生していないので、第一可動コア301及び第二可動コア302に対する磁気吸引力はゼロである。このため、第一可動コア301及び第二可動コア302は、固定コア304側に吸引されず、弁体303は、スプリング308によって弁座306側に付勢されて、下流端が弁座306に当接した閉弁状態となっている。このため、弁座306の噴孔が開放されておらず、燃料は噴射されない。
図3(b)に示すように、燃料噴射弁105のコイル305に駆動電流が供給されると、発生する磁気吸引力により第一可動コア301及び第二可動コア302が固定コア304側に吸引される。これにより、弁体303の上流側に設けられたフランジと、第二可動コア302との間の間隔St0(予備ストローク。図3(a)参照)がゼロになる。この状態では、弁体303は閉弁状態を維持しており、燃料は噴射されない。
図3(c)に示すように、図3(b)に供給された駆動電流よりも大きい駆動電流(小ストローク用の駆動電流)がコイル305に供給されると、図3(b)の状態よりも更に第一可動コア301及び第二可動コア302が磁気吸引力によって固定コア304側に吸引される。これにより、第一可動コア301は、固定コア304に当接する。このとき、第2可動コア302は、下流端が第一可動コア301と接触した状態が維持されている。この場合には、弁体303のフランジが、第二可動コア302の上流端の内周面によって、上流端の外周面が固定コア304に当接する手前の位置まで押し上げられる。これにより、弁体303の下流端が弁座306から離れて、弁座406の噴孔への燃料流路が形成され、開弁状態となる。ここで、コイル305に供給する駆動電流を適切に制御することにより、図3(c)に示すように、第二可動コア302の下流端が第一可動コア301と接触した状態で、第一可動コア301を固定コア304に当接した状態で維持させることができる。即ち、弁体303のストローク量をSt1(第1量)で安定させることができる。本実施形態では、図3(c)に示すように、最大ストローク量がSt1となるストロークが小ストロークであり、このときにコイル305に供給される電流が小ストローク用の電流となる。
図3(d)に示すように、図3(c)に供給された駆動電流よりも大きい駆動電流(大ストローク用の駆動電流)がコイル305に供給されると、図3(c)の状態よりも更に第二可動コア302が磁気吸引力によって固定コア304に吸引される。この結果、第二可動コア302が、第一可動コア301から離れて上昇し、弁体303のフランジを押し上げながら固定コア304に当接した状態で維持させることができる。これにより、弁体303が更に弁座306から離れ、図3(c)に示す状態よりも更に開弁した状態となる。このときに、弁体303のストローク量は、St1+St2(第2量)となる。本実施形態では、図3(d)に示すように、最大ストローク量がSt1+St2となるストロークが大ストロークであり、このときにコイル305に供給される電流が大ストローク用の電流となる。
次に、小ストロークと、大ストロークとによる燃料噴射弁105の動作の一例について説明する。
図4は、燃料噴射弁のパルス信号、駆動電流及び弁変位の一例を示す図である。図4の(a)〜(d)の状態は、図3の(a)〜(d)の状態に相当する。
小ストローク時、例えば、駆動波形401における電流は、0からIp1まで上昇し、その後にIhfまで下がって維持された後、更にIhbまで下がり、Ihbで通電時間(パルス信号幅)Tiが経過するまで維持される。
駆動電流が0からIp1まで立ち上げられると、閉弁状態(a)の弁体303は、弁変位403に示すように、開弁を開始してから(b)の状態を通過して最大ストローク量がSt1となる位置(小ストロークにおける最大ストローク位置:(c)の状態)まで移動する。そして、電流がIhfで維持された後、更にIhbまで下げられて維持されると、弁体303は、通電時間Tiが経過するまで最大ストローク位置で維持される。
大ストローク時、例えば、電流波形402における電流は、0からIp2(>Ip1)まで上昇し、その後にIhfまで下がって維持された後、更にIhbまで下がり、Ihbで通電時間Tiが経過するまで維持させる。
駆動電流が0からIp1まで立ち上げられると、閉弁状態(a)の弁体303は、弁変位404に示すように、開弁を開始してから(b)の状態を通過して最大ストローク量がSt1+St2となる位置(大ストロークにおける最大ストローク位置:(d)の状態)まで移動する。そして、電流がIhfで維持された後に更にIhbまで下げられて維持されると、弁体303は、通電時間Tiが経過するまで最大ストローク位置で維持される。
次に、小ストロークと、大ストロークとの噴射量特性(Ti−Q特性)について説明する。
図5は、燃料噴射弁の噴射量特性の一例を示す図である。図5は、図4に示した駆動波形を燃料噴射弁に供給した際の噴射量特性を示す。
大ストロークでは、特性502のように、弁体303が大ストロークの最大ストローク量St1+St2に到達する時点P21から時点P22までの通電時間の場合、燃料噴射量は、弁体303のバウジング動作の影響を受ける。このため、燃料噴射量は、時点P22までは時点P21よりも少ない量になる。時点P22以上の通電時間の場合、燃料噴射量は、通電時間に応じて徐々に増加する。
小ストロークでは、特性501のように、弁体303が小ストロークの最大ストローク量St1に到達する時点P11から時点P12までの通電時間の場合、燃料噴射量は、弁体303のバウジング動作の影響を受ける。このため、燃料噴射量は、時点P12までは、時点P11よりも少ない量になる。時点P12以上の通電時間の場合、燃料噴射量は、通電時間に応じて徐々に増加する。
次に、燃料噴射弁105の弁体303のストローク位置毎の噴射状態について説明する。
図6は、燃料噴射弁の燃料圧力と駆動電流とに対応する噴射状態を示す図である。
この例では、燃料噴射弁105内の燃料圧力(図中の横軸)と、駆動電流(図中の縦軸)とに対する噴射状態を示す領域が、A〜Dに分類できる。ここで、領域Aは、領域A〜Dのうちで比較的燃料圧力が低く且つ駆動電流が最も大きい領域であり、領域Aに属する燃料噴射弁105は、図3(d)の大ストロークの状態にある。領域Cは、領域Aよりも同一の燃料圧力に対して駆動電流が小さい領域であり、領域Cに属する燃料噴射弁105は、図3(c)の小ストロークの状態にある。これら領域Aと領域Cとの間の領域Bは、例えば、燃料噴射弁105に機差ばらつきが生じたときに、燃料噴射弁105が大ストローク又は小ストロークの何れの状態にあるかを特定できない不安定な領域である。更に、領域Dは、領域A〜Dのうちで駆動電流が最も小さい領域であり、燃料噴射弁105が閉弁状態又は開弁状態を維持できないNG領域である。従って、本実施形態における大ストロークと小ストロークとを使い分けるためには、領域Aと領域Cとを使い分けつつ、領域Bと領域Dとの状態を回避する必要がある。上記燃料噴射弁105の機差ばらつきの他に、燃料噴射制御装置127の状態、エンジン101の運転条件、及び運転環境の変化に応じて、図6に示す領域Aと領域Cとを選定することが必要になる。燃料噴射制御の意図とは異なるストロークとなった場合、エンジン101の運転性や排気エミッションは悪化する。
次に、大ストロークによる燃料噴射弁105の駆動方法について説明する。
図7は、大ストロークによる燃料噴射弁の駆動方法の一例を説明する図である。
図7上段は、大ストローク時に燃料噴射弁105に供給される駆動波形(図4の駆動波形402)である。図7下段は、燃料噴射弁105内の第二可動コア302の動作を示したものである。図7上段に示す駆動波形が供給されることによって、第一可動コア301及び第二可動コア302が、動作を開始して、図7下段に点線で示した予備ストロークだけ移動した後、第一可動コア301が固定コア304に接触し、更に第二可動コア302が第一可動コア301から離間して固定コア304に接触して安定する。これにより、弁体303は、開弁する方向に大ストロークの最大ストローク量に到達する(図4(d))。図7上段の駆動波形を供給したとき、燃料噴射弁105の噴射状態は、図6で示した領域Aに属する。その後、図中の第2保持電流を遮断することにより、燃料噴射弁105内の第一可動コア301及び第二可動コア302は、開弁時とは逆向きに移動する。
図8は、プリチャージする場合の小ストロークによる燃料噴射弁の駆動方法の一例を説明する図である。
図8上段に小ストローク時に燃料噴射弁105に供給される駆動波形(図4の駆動波形401)を示し、図8下段に燃料噴射弁105内の第一可動コア301及び第二可動コア302の動作を示したものである。まず、図8上段の駆動波形は、第1ピーク電流の前に、プリチャージと称する比較的値が小さい電流(以下、設定低電流)を所定の期間に亘って維持している。設定低電流は、第1ピーク電流の後の第2保持電流よりも小さい。したがって、プリチャージは、燃料噴射弁105内の第一可動コア301及び第二可動コア302を動作させる力が弱く、弱い力で予備ストロークSt0を小さくする。プリチャージした後、第1ピーク電流を供給されると、燃料噴射弁105内の第一可動コア301及び第二可動コア302が吸引される。このとき、第一可動コア301及び第二可動コア302が、図8下段に点線で示した予備ストロークだけ移動した後、第一可動コア301が固定コア304に接触して安定する。これにより、弁体303は、開弁する方向に小ストロークの最大ストロークに到達する(図4(c))。図8上段の駆動波形を供給したとき、燃料噴射弁105の噴射状態は、図6で示した領域Cに属する。
ここで、大ストローク(図7参照)とは異なり、小ストローク(図8参照)では、プリチャージする。従って、第1ピーク電流を供給する前に予備ストロークが小さくなる。これにより、第一可動コア301及び第二可動コア302の助走期間が減少し、第1ピーク電流による第一可動コア301及び第二可動コア302の移動速度が低下する。例えば、小ストロークにおける第1保持電流及び第2保持電流は、大ストロークにおける第1保持電流及び第2保持電流に比べて小さい値にしても良い。
次に、プリチャージする場合の小ストロークと、プリチャージしない場合の大ストロークとによる燃料噴射弁105の噴射量特性(Ti−Q特性)について説明する。
図9は、プリチャージする場合の小ストロークと、プリチャージしない場合の大ストロークとによる燃料噴射弁の噴射量特性を示す図である。
大ストロークの場合、プリチャージしないため、噴射量特性は、特性502のように、応答性が高い。小ストロークの場合、特性901のように、図5に示す特性501に比べて、通電を開始してから開弁するまでの通電時間Tiが長くなる。これは、図8で示したプリチャージによって第一可動コア301及び第二可動コア302が予備ストロークを移動するまでの期間の延長による。更に、時点P11から時点P12までの通電時間の場合、図5に示す特性501に比べて弁体303のバウジング動作が安定し、噴射量特性の変動量を抑えられる。
以上説明した小ストロークの場合プリチャージを与えることと、その後のピーク電流及び保持電流の値を含めた駆動波形における電流の変化とによって、大ストロークでは、小ストロークに比べて弁体303のバウジング動作の影響が少なく、多量の燃料を噴射する際の応答性を確保できる。小ストロークでは、第一可動コア301及び第二可動コア302の助走期間が減少し、第一可動コア301及び第二可動コア302の移動速度が低下するため、第一可動コア301が固定コア304に激しく衝突することが無い。これにより、弁体303のバウジング動作が抑えられ、少量の燃料の噴射量精度を向上することができる。
次に、燃料噴射弁105に供給される駆動電流のパターンを説明する。
図10は、燃料噴射弁に供給される駆動電流のパターンの例を説明する図である。
図10上段は、エンジン101の同一燃焼サイクルに複数回(たとえば、3回)燃料を噴射する多段噴射を行う際のパルス信号である。以下、多段噴射における複数の駆動信号について、パターンAからCまでの3つの例を説明する。パターンAでは、3段噴射の全ての燃料噴射を大ストロークとする例を示しており、駆動波形指令部202は、それぞれのパルス信号に応じて、図7に示す大ストロークでの駆動波形を燃料噴射弁105に与える。パターンBの例では、3段噴射の全ての燃料噴射を小ストロークとする例を示しており、駆動波形指令部202は、それぞれのパルス信号に応じて、図8で示すプリチャージを含む駆動波形を燃料噴射弁105に与える。パターンCの例では、3段噴射に大ストロークと小ストロークとを混在させた例を示しており、駆動波形指令部202は、それぞれのパルス信号に応じて、それぞれのストロークでの駆動波形を使い分けて与える。
このように、それぞれのパルス信号に応じて、それぞれのストロークでの駆動波形を与えることによって、燃料噴射弁105の所定のストロークを正確に使い分けることができる。尚、本実施形態では、3段噴射における3つのパターンを例に示したが、噴射回数や駆動波形の組合せは、自由に選択し、設定すれば良く、本例のパターンに限定されるものではない。例えば、多段噴射で複数回小ストロークでの噴射を行なう場合に、そのうちの少なくとも1回において、プリチャージを含む駆動波形を与えるようにしても良い。これにより、多段噴射のときに、適切な噴射量で燃料を噴射することができる。
図11は、燃料噴射制御のフローチャートである。
制御部202は、エンジン101の運転条件等に基づいて、燃料噴射弁105から噴射する燃料噴射量などの燃料噴射制御に関わる演算を行う(S1101)。次に、制御部202は、燃料噴射弁105を大ストロークとして制御すべきか否かを判定する(S1102)。例えば、制御部202は、S1101の演算結果が所定値以上の燃料噴射量となったか否かを判定する。S1102の判定結果が真の場合(S1102:YES)、制御部202は、駆動IC205に対して大ストローク用の第2ピーク電流の指令を出す(S1103)この結果、駆動IC205は、それに応じた電流を燃料噴射弁105に供給することとなり、燃料噴射弁105は、図3(d)に示す状態となる。次いで、制御部202は、駆動IC205に対して第1保持電流及び第2保持電流の指令を出す(S1104)。この結果、駆動IC205は、それに応じた電流を燃料噴射弁105に供給することとなり、燃料噴射弁は、図3(d)の状態が維持される。
S1102の判定結果が偽の場合(S1102:NO)、制御部202は、駆動IC205に対してプリチャージを実行する指令を出す(S1105)。この結果、駆動IC205は、それに応じた電流を燃料噴射弁105に供給することとなり、燃料噴射弁105は、図3(b)に示す状態となる。このとき、第一可動コア301及び第二可動コア302が図3(a)に示す初期状態から予備ストロークがゼロになるまで移動する際に、固定コア304とは激しく衝突しない。次いで、制御部202は、駆動IC205に対して小ストローク用の第1ピーク電流の指令を出す(S1106)。この結果、駆動IC205は、それに応じた電流を燃料噴射弁105に供給することとなり、燃料噴射弁は、図3(c)の状態が維持される。次いで、制御部202は、駆動IC205に対して第1保持電流及び第2保持電流の指令を出す,S1107)。この結果、駆動IC205は、それに応じた電流を燃料噴射弁105に供給することとなり、燃料噴射弁は、図3(c)の状態が維持される。ここで、S1106の小ストローク用の第1ピーク電流は、S1103の大ストローク用の第2ピーク電流未満に設定されている。
以上、本実施形態によれば、大ストロークのときは駆動波形にプリチャージを含まないので、小ストロークに比べて弁体303のバウジング動作の影響が少なく、多量の燃料を噴射のする際の応答性を確保することができる。小ストロークのときは駆動波形にプリチャージを含むので、第一可動コア301及び第二可動コア302の助走期間が減少し、第一可動コア301及び第二可動コア302の移動速度が低下するため、第一可動コア301が固定コア304に激しく衝突することが無い。これにより、弁体303のバウジング動作が抑えられるため、少量の燃料の噴射量精度を向上させることができると共に、第一可動コア301と固定コア304との衝突音を低減し、耐久性を向上することができる。
さらに、燃料噴射弁105は、最大ストローク量St1まで弁体303をストローク移動可能な第一可動コア301と、最大ストローク量St1から最大ストローク量St1+St2までの範囲で弁体303をストローク移動可能な第二可動コア302と、を備え、燃料噴射弁105の初期状態では、第二可動コア302と、弁体303との間に予備ストロークSt0が形成されており、制御部202は、設定低電流を燃料噴射弁105に供給し、第二可動コア302と弁体303とが接触しない程度に予備ストロークSt0を減少させる。これにより、小ストロークのときに、予備ストロークSt0を予め減少させることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
例えば、上記実施形態の燃料噴射弁108は、図3(c),(d)に示したように、弁体303のストローク量を、小ストロークの最大ストローク量St1と、大ストロークの最大ストローク量St1+St2との2段階に安定させることができる。これに限らず、燃料噴射弁108は、弁体303のストローク量を、3段階以上に安定させても良い。
また、小ストロークで弁体303をストローク移動させる場合、第一可動コア301及び第二可動コア302が磁気吸引力によって一体にストローク移動する例を用いて説明したが、燃料噴射弁105の機構に限定されない。小ストロークで弁体303をストローク移動させる場合、第一可動コアと第二可動コアとが離れてストローク移動する機構でも良い。
また、上記実施形態において、制御部202が行っていた処理の一部又は全部を、駆動IC205が行うようにしても良い。
また、多段噴射のうちの、複数の小ストロークの一つについて、プリチャージしても良い。
101…エンジン、105…燃料噴射弁、109…ECU、127…燃料噴射制御装置、202…制御部、301…第1可動コア、302…第2可動コア、303…弁体
Claims (10)
- 燃料を噴射する噴孔を開弁する弁体のストローク量を変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁は、最大ストローク量が第1量となる第1ストロークと、最大ストローク量が前記第1量よりも大きい第2量となる第2ストロークとで前記弁体をストローク移動可能であり、
前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第1量まで前記弁体をストローク移動させる第1ピーク電流を供給する前に当該第1ピーク電流よりも小さい電流を所定時間維持して前記燃料噴射弁に供給し、
前記第2ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第2量まで前記弁体をストローク移動させる第2ピーク電流に向けて増加する電流を前記燃料噴射弁に供給する制御部を備える燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁は、
前記第1量までで前記弁体をストローク移動可能な第1アンカと、
前記第1量から前記第2量での範囲で前記弁体をストローク移動可能な第2アンカと、
を備え、
前記燃料噴射弁の初期状態では、前記第2アンカと、前記弁体との間に予備ストロークが形成されており、
前記制御部は、前記第1ピーク電流よりも小さい電流を前記燃料噴射弁に供給し、前記第2アンカと前記弁体とが接触しない程度に前記予備ストロークを減少させる、
請求項1に記載の燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁の閉弁状態では、前記第1アンカ及び前記第2アンカは、接触した状態となっており、
前記制御部は、前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第1アンカ及び前記第2アンカを一体でストローク移動させ、
前記第2ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第2アンカを前記第1アンカから離間させてストローク移動させる、
請求項2に記載の燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁は、内燃機関に設けられており、
前記内燃機関の同一燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射させるために、前記弁体をストローク移動させる、
請求項1に記載の燃料噴射制御装置。 - 前記制御部は、前記内燃機関の同一燃焼サイクル中に複数回前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合において、少なくとも1回以上前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる際に、前記第1ピーク電流よりも小さい電流を前記燃料噴射弁に供給するように制御する、
請求項4に記載の燃料噴射制御装置。 - 燃料を噴射する噴孔を開弁する弁体のストローク量を変更可能な燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御装置による燃料噴射制御方法であって、
前記燃料噴射弁は、最大ストローク量が第1量となる第1ストロークと、最大ストローク量が前記第1量よりも大きい第2量となる第2ストロークとで前記弁体をストローク移動可能であり、
前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第1量まで前記弁体をストローク移動させる第1ピーク電流を供給する前に当該第1ピーク電流よりも小さい電流を所定時間維持して前記燃料噴射弁に供給し、
前記第2ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第2量まで前記弁体をストローク移動させる第2ピーク電流に向けて増加する電流を前記燃料噴射弁に供給する、
燃料噴射制御方法。 - 前記燃料噴射弁は、
前記第1量まで前記弁体をストローク移動可能な第1アンカと、
前記第1量から前記第2量までの範囲で前記弁体をストローク移動可能な第2アンカと、
を備え、
前記燃料噴射弁の初期状態では、前記第2アンカと、前記弁体との間に予備ストロークが形成されており、
前記第1ピーク電流よりも小さい電流を燃料噴射弁に供給し、前記第2アンカと前記弁体とが接触しない程度に前記予備ストロークを減少させる、
請求項6に記載の燃料噴射制御方法。 - 前記燃料噴射弁の閉弁状態では、前記第1アンカ及び前記第2アンカは、接触した状態となっており、
前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第1アンカ及び前記第2アンカを一体でストローク移動させ、
前記第2ストロークで前記弁体をストローク移動させる場合、前記第2アンカを前記第1アンカから離間させてストローク移動させる、
請求項7に記載の燃料噴射制御方法。 - 前記燃料噴射弁は、内燃機関に設けられており、
前記内燃機関の同一燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射させるために、前記弁体をストローク移動させる、
請求項6に記載の燃料噴射制御方法。 - 前記制御部は、前記内燃機関の同一燃焼サイクル中に複数回前記第1ストロークで前記弁体をストライプ移動させる場合において、少なくとも1回以上前記第1ストロークで前記弁体をストローク移動させる際に、前記第1ピーク電流よりも小さい電流を前記燃料噴射弁に供給するように制御する、
請求項9に記載の燃料噴射制御方法。
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