JP4929250B2 - 内燃機関の燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに係り、例えば、燃料噴射弁に供給する励磁電流の大きさないし波形を変更することによって燃料噴射弁の噴射流量特性、特に、最小燃料噴射量を改善できるようにした内燃機関の燃料噴射システムに関する。

一般に、内燃機関には、運転状態に応じた適切な燃料量の演算を行い、燃料を噴射する燃料噴射弁を駆動させる燃料噴射制御手段が備えられている。燃料噴射弁は、ソレノイドに流れる電流によって発生する磁気力により、燃料噴射弁を構成している弁体を開閉させ、燃料の噴射を行う。噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁の噴口部の雰囲気圧力との差圧、並びに弁体を開いた状態に維持し、燃料が噴射されている時間により決定される。

適切な量の燃料噴射行うためには、燃料の圧力に応じて燃料噴射弁の開弁を維持する時間、すなわち通電時間を適切に設定するとともに、燃料噴射弁の弁体の開閉動作を迅速かつ精度良く行う必要がある。

上記燃料噴射弁の開閉動作は、燃料噴射弁を構成している種々の部品にばらつき（個体差）があるため、燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量にもばらつきが生じる。内燃機関の機能、性能要求から、燃料噴射弁に要求される噴射流量特性のばらつきは、ある規定値以内に収めることが求められる。そのため、燃料噴射弁製造時に噴射流量特性を取得し、規定値を満たす燃料噴射弁のみを内燃機関に組み付ける。

従来、多気筒内燃機関における燃料噴射弁の選別組み付けにあたり、燃料流量値が所定の許容誤差範囲内にある複数の燃料噴射弁の燃料流量値を、小流量時と大流量時の少なくとも２点で測定し、該測定した燃料流量値により前記燃料噴射弁を複数のグループに分類するとともに、該分類が同一のグループに属する燃料噴射弁に同一の識別記号を付与し、同一識別記号が付与された燃料噴射弁のみを１つの排気濃度検出手段（O2センサ）に対応する気筒（同一燃料噴射制御系の気筒）に組み付け、噴射弁の良・否の判定を従来通り行なって使用可能な噴射弁の数を従来通り確保するようにされ、１つのO2センサがセンシングする複数気筒に同一識別記号を付与したもののみを装着することによって、空燃比制御精度をより一層向上させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料噴射弁個々の噴射特性に対応して予め定められた識別情報を記憶した情報記憶媒体を備え、制御手段には、一つの識別情報から燃料噴射弁個々の噴射特性を特定する複数の補正量を１組選択可能な補正パラメータマップを備え、上記情報記憶媒体から読みだした識別情報に対応する補正量を選択し、上記開弁期間を補正するようにし、設備等への投資の増大や生産工程における噴射量調整時間の増加を伴わず、燃料噴射弁の製造コスト上昇を抑えて高い調量精度を実現する燃料噴射システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第２５８５７１９号公報 特許第３４８７２０７号公報

近年、燃費向上という観点から内燃機関のアイドル回転数の低下が求められているため、燃料噴射弁が噴射可能な最小燃料量に対する要求が厳しくなる傾向にある。同じく、燃費向上のため、車両走行中に内燃機関の出力が不要な場合、特に車両減速時に燃料の噴射を行わない燃料カットを行う機会が増加している。このため、燃料の噴射を再開する頻度も増加している。燃料噴射を再開する際には無負荷相当の少ない燃料量を噴射する必要がある。また、出力の増加や排気性能の向上を目的として、分割噴射が行われている。これは本来１回の噴射に必要な燃料を複数回に分割して、適切な時期に噴射することで内燃機関の性能を向上させようとするもので、１回当たりの燃料噴射量を少なくする、つまり最小噴射量を小さくすることが求められている。

また、内燃機関においては、ダウンサイジングにより車両搭載時の燃料消費率を向上させる試みが実施されている。この場合は比出力の向上が求められるため、前述の最小噴射量の低下と共に最大噴射量の増加も求められている。よって、燃料噴射弁に求められるダイナミックレンジ（最大噴射量を最小噴射量で除算した値）は増加する傾向にある。このように内燃機関の性能向上の要求に伴い、最大噴射量を低減することなく、小量の燃料噴射が可能な燃料噴射弁が求められている。

一般に、燃料噴射弁の噴射流量特性を向上させるには、構成している種々の部品の構造や特性を改善し、最適化する必要がある。併せて燃料噴射弁を駆動させるための電流の大きさないし波形も最適化し、所望の噴射流量特性を実現させる。しかしながら、燃料噴射弁にかかわらず、工業製品には加工、組み立て時における構成部品の寸法に必ずばらつきが存在する。そのため、完成した燃料噴射弁においても内部寸法等に微小なばらつきが生じるため、最適化された励磁電流によって動作させた場合でも、噴射流量特性が規定値から外れる燃料噴射弁が存在することになり、歩留まりの低下が問題となる。あるいは規定の噴射流量特性の範囲内で存在する場合でも、噴射流量特性はばらつきを持つことになる。

燃料噴射弁の閉弁時には、電流回路や燃料噴射弁内部の可動部の応答遅れによって、燃料噴射制御手段が真に閉弁させたい閉弁時期よりも遅れて、弁の閉弁動作が完了する。この閉弁遅れに対して、内燃機関への燃料噴射量が大きい場合、すなわち、燃料噴射弁への噴射パルス（のパルス幅）Ｔｉが長い場合には、予め閉弁遅れ時間を差し引いた通電時間を設定することで噴射量が所望の値からずれることを回避できる。しかしながら、燃料噴射量が小さい場合、すなわち、燃料噴射弁に対する通電時間（噴射パルス）が短い場合には、予め閉弁遅れ時間を差し引いた通電時間とすると、燃料噴射弁の弁体が十分に開弁しないうちに閉弁を迎えることになり、要求される少量の噴射量を精度良く噴射することができない。

このように、前記した特許文献１，２に記載の方策のみでは、燃料噴射弁に求められる公差を従来と同等、あるいは拡大しつつ、最小燃料噴射量を低減できる燃料噴射弁を製造、制御することには十分には対応できないという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃料噴射弁に求められる公差や製造ばらつき（許容個体差）を必要以上に狭めることなく、最小燃料噴射量を低減できる燃料噴射制御システムを提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムは、噴射流量特性に基づいて分類付けされた燃料噴射弁と、該燃料噴射弁を開閉駆動すべく励磁電流を供給する燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の大きさないし波形を変更することを特徴としている。

好ましい態様では、小噴射量時の噴射流量特性に基づいて分類付けされた、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁を開閉駆動すべく励磁電流を供給する燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の小噴射量時における噴射流量特性に合わせて、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の大きさないし波形を変更するようにされる。

前記燃料噴射制御手段は、好ましくは、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の電流値を、まず最初に、開弁させ得る電流値とし、次いで、開弁状態を保持できない第１の電流値まで低下させた後、該第１の電流値を所定時間保持し、その後、開弁状態を保持できる第２の電流値とするようにされ、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記第１の電流値を変更するようにされる。

前記燃料噴射制御手段は、好ましくは、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の電源として、前記第１の電流値を所定時間保持するまでは高電圧電源を用い、その後、前記第２の電流値で開弁状態を保持するときは低電圧電源を用いるようにされる。

他の好ましい態様では、前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁が開弁するに要する電流値より大なる電流値の励磁電流を供給する前に、前記燃料噴射弁が開弁するに要する電流値より小なる電流値のプリチャージ電流を供給するようにされ、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記プリチャージ電流の大きさを変更するようにされる。

別の好ましい態様では、前記燃料制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記高電圧電源から供給する電流の電流値を変更するようにされる。

他の好ましい態様では、前記燃料制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記第２の電流値を変更するようにされる。

他の好ましい態様では、噴射流量特性が同じ分類に属する複数の燃料噴射弁を備えていることを特徴としている。

別の好ましい態様では、備えられた全ての燃料噴射弁の噴射流量特性が同じ分類に属していることを特徴としている。

さらに別の好ましい態様では、複数の燃料噴射制御系を持ち、各燃料噴射制御系毎に、噴射流量特性が同じ分類に属する燃料噴射弁が組み付けられていることを特徴としている。

本発明の内燃機関の燃料噴射システムでは、予め燃料噴射弁に噴射流量特性に基づいて分類付けがなされ、この燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、該燃料噴射弁に供給する励磁電流の大きさないし波形を変更するようにされるので、燃料噴射弁に求められる公差、製造ばらつきを必要以上に狭めること無く、小量の燃料でも精度良く噴射することが可能となる。

以下、本発明の内燃機関の燃料噴射システムの実施の形態を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る燃料噴射システムの一実施形態をそれが適用された車載用筒内噴射型内燃機関と共に示す概略構成図である。

図１において、内燃機関１には、ピストン２、吸気弁３、排気弁４が備えられる。吸入空気は、空気流量計（ＡＦＭ）２０を通過してスロットル弁１９に入り、分岐部であるコレクタ１５より吸気管１０、吸気弁３を介して内燃機関１の燃焼室２１に供給される。燃料は、燃料タンク２３から低圧燃料ポンプ２４によって内燃機関１へと供給され、さらに高圧燃料ポンプ２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。高圧燃料ポンプ２５によって昇圧された燃料は、燃料噴射弁５から、内燃機関１の燃焼室２１に噴射供給され、点火コイル７、点火プラグ６で点火される。燃料の圧力は、燃料圧力センサ２６によって計測される。燃焼後の排気ガスは、排気弁４を介して排気管１１に排出される。排気管１１には、排気ガス浄化のための三元触媒１２が備えられている。

また、本燃料噴射システムの主要部を構成するＥＣＵ（Engine Control Unit）９には、燃料噴射制御手段（機能）２７が内蔵され、内燃機関１のクランク角度センサ１６の信号、ＡＦＭ２０の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１３の信号、アクセル開度センサ２２の信号、燃料圧力センサ２６等の信号が入力される。ＥＣＵ９は、アクセル開度センサ２２の信号から機関への要求トルクを算出するとともに、アイドル状態の判定等を行う。ＥＣＵ９には、クランク角度センサ１６の信号から機関回転数を演算する回転数検出手段（機能）と、水温センサ８から得られる内燃機関の水温と機関始動後の経過時間等から三元触媒１２が暖機された状態であるかを判断する暖気判定手段（機能）等が備えられている。

また、ＥＣＵ９は、内燃機関１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号をスロットル弁１９に出力する。また、ＥＣＵ９の燃料噴射制御手段２７は吸入空気量に応じた燃料量を算出して、燃料噴射弁５に燃料噴射信号（駆動パルス＝励磁電流）を出力し、点火プラグ６に点火信号を出力する。

排気管１１とコレクタ１５との間は、ＥＧＲ通路１８により接続されている。ＥＧＲ通路１８の途中には、ＥＧＲ弁１４が備えられている。ＥＧＲ弁１４の開度は、ＥＣＵ９によって制御され、必要に応じて、排気管１１の中の排気ガスが、吸気管１０に還流される。

次に、図２を用いて、本実施形態のＥＣＵ９及び燃料噴射制御手段２７の構成・処理内容について説明する。マイコン（ＣＰＵ）５７は、内燃機関の運転状態に応じて適切な燃料噴射パルス幅、噴射開始タイミングの演算を行い、信号送信線５５を通じて燃料噴射弁駆動ＩＣ５６に噴射パルスTiを送信する。噴射パルスTiを受信した燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、スイッチング素子５０，５１，５２のON、OFFを切り換えて、燃料噴射弁５のソレノイド５３（以下、燃料噴射弁５３とする）へ励磁電流を供給する。

スイッチング素子５０は、高電圧源ＶＨと燃料噴射弁５３の高圧側端子の間に接続されている。高電圧源ＶＨは、例えば、６０Ｖであり、バッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ等により昇圧することで生成される。スイッチング素子５１は、低電圧源ＶＬと燃料噴射弁５３の高圧側端子の間に接続されている。低電圧源ＶＬは、例えば、１２Ｖである。スイッチング素子５２は、燃料噴射弁５３の低圧側端子と接地電位の間に接続されている。

燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、電流検出抵抗６０により燃料噴射弁５３に流れている電流値を検出しており、スイッチング素子５０，５１，５２のON，OFFを切り換えることで目標とする電流値を保持し、通電することができる。ダイオード５８，５９は、燃料噴射弁５３に流れた電流を放電するために備えられている。スイッチング素子５１とスイッチング素子５２が共にオフの際には、ダイオード５８，５９により急速に放電される。

また、燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、マイコン５７と通信線５４を通じてデータの送受信を行っている。よって、マイコン５７は、内燃機関の運転状態に合わせて燃料噴射弁５３に通電する電流値の変更や電流波形を変化させることができる。

次に、図３を用いて、本実施形態による燃料噴射制御手段２７によって、燃料噴射弁に流される励磁電流について説明する。図３は、燃料噴射制御手段２７によって、燃料噴射弁に流される励磁電流を示すタイミングチャートである。

図３において、横軸は時間ｔを示している。図３（Ａ）の縦軸は、燃料噴射弁５３に流れる励磁電流Ｉｅｘを示している。図３（Ｂ）の縦軸は、マイコン５７から燃料噴射弁駆動ＩＣ５６に供給される噴射パルスTiを示している。図３（Ｃ）の縦軸は、スイッチング素子５０のオンオフ状態を示している。図３（Ｄ）の縦軸は、スイッチング素子５１のオンオフ状態を示している。図３（Ｅ）の縦軸は、スイッチング素子５２のオンオフ状態を示している。

時点ｔ０（噴射パルスTiがHiになった時点）より前の期間（時点ｔｐから時点ｔ０までの間の期間）は、燃料噴射弁５３にプリチャージ電流Ipreを一定時間通電させる場合には、燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、図３（Ｄ），（Ｅ）に示されるように、スイッチング素子５１，５２をONする。このとき、燃料噴射弁５３には、低電圧源ＶＬから電圧が印加され、スイッチング素子５１をON・OFFすることで、目標となる電流値Ipreを保持し、通電させる。プリチャージ電流Ipreは、例えば、１．５Ａ程度である。

プリチャージ電流Ipreは、予め燃料噴射弁５３（の弁体）が開弁しない程度の電流値、時間の範囲内であるため、プリチャージ電流Ipreを通電しておくことで、噴射パルスTiの立ち上がりから開弁電流Ipeakまでの到達時間t_pを小さくすることができる。これにより、燃料噴射弁５３の開弁遅れを小さくすることができる。

時点ｔ０、すなわちマイコン５７により演算された燃料噴射開始タイミングになると、図３（Ｂ）に示されるように、燃料噴射弁駆動ＩＣ５６へ噴射パルスTiが送信される。燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、噴射パルスTiの信号の立ち上がり時に、図３（Ｃ），（Ｅ）に示されるように、スイッチング素子５０、５２を同時にONして、燃料噴射弁５３の迅速な開弁に必要な開弁電流を供給する。燃料噴射弁５３には、高電圧電源ＶＨから高電圧が印加され、図３（Ａ）に示されるように、開弁電流が供給される。

時点ｔ１において、図３（Ａ）に示されるように、電流が目標値Ipeakに到達すると、燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、図３（Ｃ）に示されるように、スイッチング素子５０をOFFにする。ピーク電流Ipeakは、例えば、１１Ａである。このとき燃料噴射弁５３に印加されていた電荷はダイオード５９、燃料噴射弁５３を循環し、熱としてエネルギーが散逸される。また、このとき、図３（Ｅ）に示されるように、スイッチング素子５２も同時にOFFすることで、印加されていた電荷はダイオード５８を経由して高電圧電源ＶＨに回生され、急速に低下する。

時点ｔ２において、図３（Ａ）に示されるように、電流値が燃料噴射弁５３の開弁を維持することができないな電流値Ihold１に近づくと、燃料噴射弁駆動ＩＣ５６は、図３（Ｄ），（Ｅ）に示されるように、スイッチング素子５１，５２をONとし、低電圧源ＶＬから燃料噴射弁５３に通電する。電流を開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１に保つように、スイッチング素子５１をON，OFFする。第１の目標値Ihold１に保つ時間は、予め設定された時間t_h1としている。例えば、第１の目標値Ihold１は１Ａであり、設定された時間t_h1は０．２ｍｓである。

なお、第１の目標値Ihold１及び設定された時間t_h1は、内燃機関の運転状態（例えば、機関回転数、噴射パルスTiの長さ）により、変えるようにしてもよいものである。また、第１の目標値Ihold１は、燃料の圧力により、変えるようにしてもよいものである。その場合、燃料の圧力が増加すると、第１の電流値Ihold１を大きくし、圧力が減少すると、第１の電流値Ihold１を小さくする。また、設定された時間t_h1は、燃料の温度により、変えるようにしてもよいものである。また、第１の目標値Ihold１及び設定された時間t_h1は、燃料のアルコール濃度や、燃料の温度により、変えるようにしてもよいものである。また、設定された時間t_h1については、上限を設けるようにする。これは、あまり長い時間の間、第１の電流値Ihold１を保持すると、閉弁する恐れがあるので、それを避けるためである。

設定された時間t_h1の経過後、時点ｔ３において、電流を燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２に変更し、同様にスイッチング素子５１をON，OFFして、図３（Ａ）に示されるように、通電を保持する。第２の目標値Ihold２は、例えば３Ａである。開弁電流を電流値Ihold1に維持しつづけると、燃料噴射弁が開弁を維持できず、閉弁する。そこで、所定時間t_h1の経過後には、燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２に変更する。

第１の目標値Ihold1は、燃料噴射弁の開弁を維持するのに必要十分な第２の目標値Ihold2よりも十分小さく、当該第１の目標値Ihold1で通電しつづけると燃料噴射弁５３が閉弁する電流値である。また、第１の目標値Ihold1と第２の目標値Ihold2の絶対値の差は、電流を保持する際に見られる電流値の変動（例えば、図３に示される電流変動w）よりも十分大きくしている。

時点ｔ４において、マイコン５７により演算された噴射パルス幅に相当する時間の終了と共に、図３（Ｂ）に示されるように、噴射パルスTiはLowレベルとなり、スイッチング素子５０，５１，５２は全てOFFされ、燃料噴射弁５３への通電は終了する。

図示例では、噴射パルスのパルスTiは、例えば、１．０ｍｓ付近の場合である。そして、時点ｔ２が時点ｔ０から０．４ｍｓ後付近であり、時点ｔ３が時点ｔ０から０．６ｍｓ付近である。

例えば、噴射パルスTiが破線で示されるように、時点ｔｘ付近でLOWレベルとなる場合は、その時点で速やかに閉弁する。

このように、第２の目標値Ihold２に保持する前に、第２の目標値Ihold２よりも小さく、開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１に保つことで、燃料噴射弁５３の内部の電流を一旦小さくできる。従って、時点ｔｘにおいて、燃料噴射弁５３への通電を終了した際に、燃料噴射弁５３は速やかに閉弁し、噴射パルスTiが短い場合でも、閉弁遅れを小さくできる。

図４は、燃料噴射弁５３への噴射パルスTiが小さい場合の燃料噴射弁５３に流れる励磁電流と弁体位置（リフト量）を示している。図４の横軸は時間を示している。図４（Ａ）の縦軸は、噴射パルスTiを示している。図４（Ｂ）の縦軸は、励磁電流Ｉｅｘを示している。図４（Ｃ）の縦軸は、従来例Ａの燃料噴射弁の駆動時の弁体位置Ｐｖを示している。図４（Ｄ）の縦軸は、従来例Ｂの燃料噴射弁の駆動時の弁体位置Ｐｖを示している。図４（Ｅ）の縦軸は、本実施形態による燃料噴射弁の駆動時の弁体位置Ｐｖを示している。

燃料噴射弁への噴射パルス（幅）Tiが小さく、HiからLowへの立下りが図３のt_h1の区間にある場合、電流値が第１の目標値Ihold1にあるときに燃料噴射弁への通電を停止することになる。本実施形態では、開弁電流Ipeakの後、急速に電流を低下させ開弁を保持できない第１の目標値Ihold1近傍まで低下しているため、燃料噴射弁への通電を停止後、電流が0に消失するまでの遅れを非常に小さくすることができる。よって、図４の（E）に示されるように、閉弁遅れTd_cl_Cを従来より小さくすることができる。

このように、燃料噴射弁への通電終了時の電流値を大幅に低減することで、回路に残存する電荷を少なくし、弁体の閉弁遅れが小さくなることで、閉弁遅れに起因する最小噴射量の増加を防止することができる。したがって、最大噴射量を低減することなく、閉弁遅れを最小にして少量の燃料噴射を精度良く噴射することができる。

図５は、燃料噴射弁の噴射流量特性を示す。横軸は燃料噴射弁５３に与えられる噴射パルスTi（のパルス幅）、縦軸はその時の噴射量Ｑを示している。一般に、燃料噴射量の制御性の観点から、図５に示されるように、噴射パルスTiに比例する噴射量が噴射されることが望ましい。燃料噴射弁の製造にあたっては、前述の噴射流量特性を保証するために、製造後の燃料噴射弁について噴射量の計測を行う。具体的には、例えば、最小噴射量付近のパルス幅Ti_mi、最大噴射量付近のパルス幅Ti_mxにおける燃料噴射量を測定し、目標流量Qmi、Qmxから規定の範囲内にあるものを合格品とする、といった計測試験を行う。

近年の内燃機関、ひいては燃料噴射弁へ求められる要求性能の高まりから、最小噴射量Qmiの目標値、パルス幅Ti_miはより小さくなる傾向にある。しかしながら、前述したように、燃料噴射弁を構成する種々の部品のばらつきや製造ばらつき（加工誤差）により、最小流量近傍のパルス幅Ti_miにおける噴射量Qmiがばらつくことは免れ得ない。

図６は、横軸が最小流量近傍のパルス幅Ti_miにおける噴射量Qmi_t、縦軸に燃料噴射弁の数Ｎを示す。一般に、期待値Qmi_tに対し、噴射量Qmiはある分布を持っている。従来、燃料噴射制御手段からある定められた電流波形を燃料噴射弁に通電する場合、内燃機関に求められる性能要求から、噴射量Qmi_tを中心に、例えばC_aの範囲にある燃料噴射弁のみを内燃機関に組み付けて使用していた。

つまりC_aの範囲外にある燃料噴射弁は規格外品であり、製造過程における歩留まりの低下の大きな要因となる。

本実施形態における燃料噴射弁は製造後、内燃機関組み付け前に燃料噴射流量特性が取得されている。例えば噴射パルス幅Ti_miにおける噴射量Qmiに基づいて、図６に示されるように、分類（ランク）R1、分類（ランク）R2、分類（ランク）R3、分類（ランク）R4の４段階に分類（ランク）付けする。但し分類の数についてはこの限りではなく、さらに細かくすることも可能である。

本実施形態の燃料噴射制御手段２７では、図３、４に示されるような電流波形を燃料噴射弁に通電することができる。また、以下で説明する実施例では図５に示される噴射パルス幅Ti_miの終了が図３に示されるt2からt3の間の長さに相当し、噴射パルス幅に相当する時間終了時には燃料噴射弁へ通電されている電流値が第１の目標値Ihold1にあることを前提とする。

［実施例１］
かかる前提を基に、燃料噴射制御（燃料噴射弁に供給する励磁電流の制御）の実施例１を以下に説明する。

例えば、図６の分類R4のような噴射流量特性を持つ燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁閉弁時の弁体の応答が遅い。このような燃料噴射弁に対しては図3に示される第１の目標値Ihold1を設定値より小さくすることで、閉弁時に弁体を吸引する磁気力を低減し、弁体が閉弁へと向かう応答を速めることができる。よって噴射パルス幅Ti_miにおいて、噴射量を許容値の中央Qmi_tに近づけることができる。

また逆に、図６の分類R1のような噴射流量特性を持つ燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁閉弁時の弁体の応答が速い。このような燃料噴射弁に対しては、図3に示される第１の目標値Ihold1を設定値より大きくすることで、閉弁時に弁体を吸引する磁気力を増大し、弁体が閉弁へと向かう応答を遅くすることができる。よって噴射パルス幅Ti_miにおいて、噴射量を許容値の中央となるQmi_tに近づけることができる。

分類R2及び分類R3のような噴射流量特性を持つ燃料噴射弁に対しても同様に電流値Ihold1を変更することで、噴射量を許容値の中央となるQmi_t に近づけることができる。

このように個々の燃料噴射弁の噴射流量特性に応じて、供給する励磁電流の電流波形を変更することで、噴射パルス幅を補正することなく、最小噴射パルス幅近傍における噴射流量特性を均一化することができる。

［実施例２］
次に、燃料噴射制御（燃料噴射弁に供給する励磁電流の制御）の実施例２を以下に説明する。

図６の分類R4のような噴射流量特性を持つ燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁開弁時の弁体の応答が速い。このような燃料噴射弁に対しては図3に示されるプリチャージ電流Ipre、または開弁電流Ipeakの電流値を小さくすることで、開弁時に弁体を吸引する磁気力を低減し、弁体が開弁へと向かう応答を遅くすることができる。よって噴射パルス幅Ti_miにおいて、噴射量を許容値の中央Qmi_tに近づけることができる。

また逆に図６のランクR1のような噴射流量特性を示される燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁開弁時の弁体の応答が遅い。このような燃料噴射弁に対しては図3に示されるプリチャージ電流Ipre、または開弁電流Ipeakの電流値を大きくすることで、開弁時に弁体を吸引する磁気力を増大し、弁体が開弁へと向かう応答を速くすることができる。よって噴射パルス幅Ti_miにおいて、噴射量を許容値の中央となるQmi_t に近づけることができる。

なお、上記プリチャージ電流Ipreと開弁電流Ipeakの変更はどちらか一方、あるいは両方同時に行っても良い。

［実施例３］
以下に説明する実施例３では、図５に示される噴射パルス幅Ti_miが図３に示されるt3以上の長さに相当し、噴射パルス幅Tiに相当する時間終了時には燃料噴射弁へ通電されている電流値が第２の目標値Ihold2にあることを前提とする。

図６の分類R4のような噴射流量特性をを持つ燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁の開弁保持力が大きい。このような燃料噴射弁に対しては図3に示される第２の目標値Ihold2をより小さくすることで、閉弁時に弁体を吸引する磁気力を低減し、弁体が閉弁へと向かう応答を速めることができる。よって噴射パルス幅Tiにおいて、噴射量を許容値の中央に近づけることができる。

また逆に、図６の分類R1のような噴射流量特性を持つ燃料噴射弁は、構成する部品の特性により燃料噴射弁の開弁保持力が小さい。このような燃料噴射弁に対しては図3に示される第２の目標値Ihold2をより大きくすることで、閉弁時に弁体を吸引する磁気力を増大し、弁体が閉弁へと向かう応答を遅くすることができる。よって噴射パルス幅Tiにおいて、噴射量を許容値の中央に近づけることができる。

このように個々の燃料噴射弁の噴射流量特性（の分類）に応じて励磁電流の大きさ（電流値）ないし波形を変更することで、噴射パルス幅を補正することなく、ある噴射パルス幅における噴射流量特性を均一化することができる。

以上より、本発明の実施形態においては、図６に示される、噴射量Qmi_tを中心にC_bの範囲（従来の範囲C_aより広い）にある燃料噴射弁を使用することができるので、燃料噴射弁の製造コストを上げることなく、歩留まりを向上させることができる。

自動車用の内燃機関は、一般に多気筒で構成され、複数の燃料噴射弁を組み付ける。本実施形態においては、同一の分類（ランク）に属する燃料噴射弁を内燃機関に組み付け、その組み付けられた燃料噴射弁の分類に対応した電流波形の励磁電流を出力するＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）を組み合わせる。

燃料噴射弁の製造後、噴射流量計測試験を実施し、その噴射流量特性に基づいて、R1からRnに分類（ランク）付けする。燃料噴射弁の分類（ランク）識別方法は、燃料噴射弁本体に1次元コード、2次元コード、アルファベット、数字等のコードを印字して識別する方法や、ランク情報を記憶した微小なメモリ、超小型無線自動認識ICチップ等を燃料噴射弁に取り付ける等、様々な方法が考えられる。本実施形態においてはそれらのどの方法を用いても、効果を妨げられることはない。

内燃機関組み立て工場において、内燃機関に燃料噴射弁が組み付けられ、同時に、ＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）が取り付けられる。あるいは、内燃機関組み立て工場にて燃料噴射弁が組みつけられた内燃機関は、車両組み立て工場において車体に取り付けられ、同時にＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）が取り付けられる。

いずれの場合の組み付けにおいても、内燃機関に取り付けられた燃料噴射弁の分類（ランク）に対応した、ＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）を取り付けることが可能である。

最も簡便な方法は、内燃機関組み立て工場において、同一分類（ランク）の燃料噴射弁とそれに対応したＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）を予めセットにしておき、内燃機関に同時に組み付けるようにする。あるいは燃料噴射弁に印字されている分類（ランク）を表すコードを読み取り、対応するＥＣＵ（燃料噴射制御手段）を組み付けることである。

内燃機関に組みつけられた状態で燃料噴射弁の分類（ランク）を表すコードが読み取れない場合は、どの分類（ランク）の燃料噴射弁が内燃機関に組みつけられたか内燃機関の製造番号と対応付けるデータベース等を用いて管理し、内燃機関組立工場の後行程、あるいは車両組み立て工場において、製造番号に対応するＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）を組み付ければ良い。

あるいは、燃料噴射弁に取り付けられた超小型無線自動認識ICチップを専用の読み取り機によって読み取り、燃料噴射弁の分類（ランク）を判別後、対応する燃料噴射制御手段２７を組み付ければ良い。あるいは、燃料噴射弁の分類（ランク）判別後、対応するソフトウエアをＥＣＵ９（燃料噴射制御手段２７）に書き込み、組み付けても良い。

多気筒の内燃機関においては、複数の燃料噴射制御系を持つ場合（例えば一つの空燃比センサから得られる信号に基づいて燃料噴射量の制御を行う気筒グループが複数存在する場合等）がある、その場合には、全ての燃料噴射弁の分類（ランク）を同一にする必要は無く、同じ燃料噴射制御系に属する燃料噴射弁の分類（ランク）を同一にしさえすれば、各々の分類（ランク）に対応する励磁電流を出力する燃料噴射制御手段を組み合わせれば良い。つまり、二つ以上の異なる分類（ランク）の燃料噴射弁のグループを一つの内燃機関に組み付けることもできる。

以上より、燃料噴射弁の分類（ランク）に応じて励磁電流を制御することで、燃料噴射弁にばらつき（個体差）があっても、最小噴射量を規定値にすることが可能である。これにより、燃料噴射弁の歩留まりを低下させること無く、小さな最小噴射量が要求される内燃機関に燃料噴射弁、燃料噴射制御手段を提供することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

本発明に係る燃料噴射システムの一実施形態をそれが適用された車載用筒内噴射型内燃機関と共に示す概略構成図。 ＥＣＵ及び燃料噴射制御手段の構成・処理内容の説明に供される図。 実施形態の燃料噴射弁に流される励磁電流の説明に供されるタイミングチャート。 燃料噴射弁への噴射パルス幅が小さい場合の燃料噴射弁に流れる励磁電流と弁体位置の説明に供されるタイミングチャート。 噴射パルス幅と噴射量の関係を示すグラフ。 燃料噴射弁の分類付けの説明に供される図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ ピストン
３ 吸気弁
４ 排気弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 点火コイル
８ 水温センサ
９ ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１２ 三元触媒
１３ 酸素センサ
１６ クランク角センサ
１９ スロットル弁
２０ ＡＦＭ
２１ 燃焼室
２２ アクセル開度センサ
２７ 燃料噴射制御手段
５０ スイッチング素子
５１ スイッチング素子
５２ スイッチング素子
５６ 燃料噴射弁駆動ＩＣ
５７ ＣＰＵ（マイコン）

Claims (9)

1. 噴射流量特性に基づいて分類付けされた燃料噴射弁と、該燃料噴射弁を開閉駆動すべく励磁電流を供給する燃料噴射制御手段とを備えた内燃機関の燃料噴射システムであって、
   前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の電流値を、まず最初に、開弁させ得る電流値とし、次いで、開弁状態を保持できない第１の電流値まで低下させた後、該第１の電流値を所定時間保持し、その後、開弁状態を保持できる第２の電流値とするようにされ、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記第１の電流値を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。
2. 前記燃料噴射弁は、小噴射量時の噴射流量特性に基づいて分類付けされており、燃焼室に燃料を直接噴射するものであり、
   前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の小噴射量時における噴射流量特性に合わせて、前記第１の電流値を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
3. 前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に供給する励磁電流の電源として、前記第１の電流値を所定時間保持するまでは高電圧電源を用い、その後、前記第２の電流値で開弁状態を保持するときは低電圧電源を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
4. 前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁が開弁するに要する電流値より大なる電流値の励磁電流を供給する前に、前記燃料噴射弁が開弁するに要する電流値より小なる電流値のプリチャージ電流を供給するようにされ、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記プリチャージ電流の大きさを変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
5. 前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記高電圧電源から供給する電流の電流値を変更することを特徴とする請求項３又は請求項３に従属する場合の請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
6. 前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射弁に付けられた分類の噴射流量特性に合わせて、前記第２の電流値を変更することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
7. 噴射流量特性が同じ分類に属する複数の燃料噴射弁を備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
8. 備えられた全ての燃料噴射弁の噴射流量特性が同じ分類に属していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。
9. 複数の燃料噴射制御系を持ち、各燃料噴射制御系毎に、噴射流量特性が同じ分類に属する燃料噴射弁が組み付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射システム。

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