JP5123251B2

JP5123251B2 - アクチュエータ制御装置

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Publication number: JP5123251B2
Application number: JP2009124374A
Authority: JP
Inventors: 芳国倉島; 堀　　俊雄; 文明那須
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: JP2010270713A

Description

本発明は、アクチュエータ制御装置に係り、特に、燃料噴射弁のアクチュエータの駆動中の電流状態を制御する制御装置に関する。

オン・オフ駆動のアクチュエータとして、例えば、内燃機関（エンジン）に配置する燃料噴射弁（インジェクタ）がある。燃料噴射弁は、オン駆動中に燃料を噴射するため、オン駆動時間を制御することにより、エンジンに供給する燃料の量を制御するようにしている。エンジンへの燃料供給の要求量は、少量から多量まで、正確な量で供給したい要求がある。

そこで、燃料噴射弁の上流の燃料圧力、燃料噴射弁の下流の雰囲気圧力に応じて、燃料噴射弁駆動初期の電流値と、その後の電流値を定めることにより、燃料圧力が高いときにも正確な量の燃料を供給でき、かつ燃料圧力が低いときには必要以上の電流を供給せず、燃料噴射弁の作動劣化を防止するようにしている（例えば、特許文献１）。

すなわち、広くは、燃料噴射弁とその周囲の環境によらず、エンジンへの燃料供給の要求量は、少量から多量まで、正確な量で供給したい要求があり、同様にその要求は、燃料噴射弁駆動中の電流状態を条件に応じて制御することで実現できることが理解される。

特開平６−２４１１３７号公報

しかしながら、上述のごとき先行技術では、電流値を定めるタイミングと、燃料噴射弁を駆動するタイミングの関係について定義されていない。一方、燃料噴射弁の駆動中に電流状態を定め直すと、駆動中の電流状態全体は、定め直す前のものでも、定め直した後のものでもなく、燃料噴射量が意図する量と異なることになる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アクチュエータ駆動中の電流状態を条件に応じて変更する制御装置において、電流状態の変更に伴うアクチュエータの性能変化を防止するアクチュエータ制御装置を提供することである。

前記目的を達成すべく、本発明に係るアクチュエータ制御装置は、電気信号をオン・オフして駆動するアクチュエータのオン駆動中の電流状態を目標状態に制御する制御回路と、前記制御回路に目標の電流状態を指示する電流状態指示手段とを有するアクチュエータ制御装置であって、前記電流状態指示手段は目標の電流状態の指示をアクチュエータ駆動のタイミングと同期して行う。

本発明に係るアクチュエータ制御装置は、好ましくは、前記電流状態指示手段は、前記目標の電流状態の指示を、アクチュエータ駆動のオフを起点とするタイミング、あるいはアクチュエータ駆動のオンを起点とするタイミングで行う。

本発明に係るアクチュエータ制御装置は、好ましくは、更に、前記目標の電流状態の指示が前記制御回路において実行されるタイミングが、前記アクチュエータのオン駆動中の少なくとも所定タイミングであるか否かを判定する判定手段を有する。

本発明に係るアクチュエータ制御装置では、好ましくは、前記判定手段は、前記アクチュエータのオン駆動中の少なくとも所定タイミングであるとき、前記電流状態指示手段において目標の電流状態の更新を禁止する。また、更に、前記判定手段による判定結果をもって前記アクチュエータのオン駆動時間を補正する駆動時間補正手段を有する。

本発明に係るアクチュエータ制御装置は、一つの実施例として、前記アクチュエータが内燃機関に燃料を噴射供給する電磁式の燃料噴射弁である。

以上の説明から理解されるように、本発明に係るアクチュエータ制御装置は、アクチュエータの目標電流状態の指示が、アクチュエータの駆動中に発生することを少なくできるので、電流状態の変更に伴うアクチュエータの性能変化を防止することができる。

本発明によるアクチュエータ制御装置が適用されるエンジンの全体構成図。エンジンの燃料系を示す構成図。インジェクタの一つの実施例を示す縦断面図。インジェクタの駆動波形および駆動電流特性を示すグラフ。インジェクタ駆動制御を行うコントロールユニットの一つの実施例を示す構成図。コントロールユニットの内部構成を示すブロック図。インジェクタ特性を示すグラフ。インジェクタの駆動電流の変化を示すタイムチャート。インジェクタの駆動電流の変化を示すもう一つのグラフタイムチャート。インジェクタ駆動と通信のタイミングを示すタイムチャート。インジェクタ駆動と通信のタイミングを示すもう一つのタイムチャート。（ａ）〜（ｄ）は各々インジェクタの駆動電流の変化を示すタイムチャート。エンジン（４気筒）の燃料噴射タイミングを説明した図。エンジン（４気筒）の燃料噴射タイミング（インジェクタの駆動パルス幅が長い）を説明した図。エンジン（４気筒）の燃料噴射タイミング（噴射回数の相違）を説明した図。本発明のアクチュエータ制御装置制御装置の一実施例を示した図。本発明のアクチュエータ制御装置制御装置の燃料噴射特性が予め予想できる場合の実施例を示した図。エンジン（６気筒）の燃料噴射タイミングを説明した図。エンジクタの駆動回路を説明した図。

以下、本発明による内燃機関の燃料供給制御装置の一つの実施例を、図１〜図１９を参照して説明する。

まず、図１を参照して本実施例による燃料供給制御装置を適用される筒内噴射式内燃機関（エンジン）の全体構成について説明する。

エンジン１０は、シリンダブロック１２とピストン１４によって複数個の燃焼室１６を画定している。エンジン１０は、たとえば、４個の燃焼室１６を有する４気筒エンジンである。

エンジン１０の燃焼室１６に導入される吸入空気は、エアクリーナ１８から取り入れられ、空気流量計（エアフロセンサ）２０を通り、吸気流量を制御する電制スロットル弁２２を収容されたスロットルボディ２４を通ってコレクタ２６に入る。電制スロットル弁２２は、電動モータ２８によって駆動され、モータ駆動でスロットル開度を定量的に設定される。

エアフロセンサ２０は、吸気流量を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。スロットルボディ２４には、電制スロットル弁２２の開度（スロットル開度）を検出するスロットルセンサ３０が取り付けられている。スロットルセンサ３０は、電制スロットル弁２２のスロットル開度を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。

コレクタ２６に吸入された空気は、シリンダブロック１２に接続されている吸気管３２によって各燃焼室１６に分配供給される。

ガソリン等の燃料は、燃料タンク５０から燃料ポンプ５２により一次加圧されてプレッシャレギュレータ５４により一定の圧力に調圧され、高圧燃料ポンプ５６によって高い圧力に二次加圧されてコモンレール５８へ圧送される。コモンレール５８の高圧燃料は、各燃焼室１６毎に設けられている燃料噴射弁（インジェクタ）６０によって燃焼室１６内に直接噴射される。コモンレール５８には高圧燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ６２が取り付けられている。燃料圧力センサ６２は高圧燃料の圧力を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。

シリンダブロック１２には各燃焼室１６毎に点火プラグ６４が取り付けられている。燃焼室１６に噴射された燃料は、点火コイル６６によって高電圧化された点火信号により点火プラグ６４によって着火される。

エンジン１０のクランク軸６８にはクランク角センサ（以下、ポジションセンサと呼ぶ）７０が取り付けられている。ポジションセンサ７０は、クランク軸６８の回転位置を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。また、排気弁７２の開閉タイミングを可変にする機構を備えたカム軸７４に取り付けられたクランク角センサ(以下、フェーズセンサと呼ぶ)７６は、カム軸７４の回転位置を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。なお、フェーズセンサ７６は、吸気弁７８側のカム軸８０に取り付けられてもよい。

排気管８２には三元触媒８９が設けられている。三元触媒８９の上流側にはリニア空燃比センサ８６が取り付けられている。リニア空燃比センサ８６は、排気ガス中の酸素を定量的に検出し、その検出信号をコントロールユニット２００に出力する。

シリンダブロック１２にはエンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ８８が取り付けられている。水温センサ８８は冷却水温度を表すセンサ信号をコントロールユニット２００に出力する。

図２は、高圧燃料ポンプ５６を備えた筒内筒内噴射用の燃料供給システムの全体構成図を示している。

高圧燃料ポンプ５６は、燃料タンク５０からの燃料を加圧してコモンレール５８に高圧の燃料を圧送するものであり、燃料吸入通路９１、燃料吐出通路９２、加圧室９３を有する。加圧室９３には加圧部材であるプランジャ９３が往復動可能に設けられている。プランジャ９３はカム軸７４に設けられたカム９４によって駆動される。燃料吐出通路９２には高圧燃料を加圧室９３に逆流させないための逆止弁９５が設けられている。

燃料吸入通路９１には燃料吸入を制御する電磁弁９６が設けられている。電磁弁９６は、ノーマルクローズ型の電磁弁であり、非通電時に閉弁し、通電時には開弁する。

燃料は、燃料タンク５０から低圧ポンプ５２によって汲み上げられてプレッシャレギュレータ５４によって一定の圧力に調圧（一次加圧）され、高圧燃料ポンプ５６の燃料吸入通路９１へ送られる。一次加圧された燃料は、高圧燃料ポンプ５６によって二次加圧されて燃料吐出通路９２よりコモンレール５８に圧送される。コモンレール５８には圧力調整弁（リリーフ弁）６３が取り付けられている。リリーフ弁６３は、コモンレール５８内の燃料圧力が所定値を超えた際に開弁し、高圧配管系の破損を防止する。

インジェクタ６０はエンジン１０の気筒数に合わせた個数だけコモンレール５８に装着されている。インジェクタ６０は、図３に示されているように、筒状のケーシング１０１に取り付けられた弁座部材１０２と、ケーシング１０１内に設けられたニードル弁１０３と、電磁コイル１０４と、閉弁ばね１０５とを有する。弁座部材１０２には噴孔１０６とシート面（弁座面）１０７とが形成されている。

ニードル弁１０３は、閉弁ばね１０５のばね力によってシート面１０７に着座する方向に付勢されており、シート面１０７に着座することにより噴孔１０６を閉じ、閉弁ばね１０４のばね力に抗して弁座面１０５より離間することによりケーシング１０１内燃機関に導かれている高圧燃料を噴孔１０６より外部へ噴射する。電磁コイル１０４は、駆動電流を通電されることによりニードル弁１０３を閉弁ばね１０５のばね力に抗してシート面１０７より引き離す方向、つまり開弁方向に駆動する。

噴孔１０６は燃料の流量を計量する絞り部として機能する。よつて、ニードル弁１０３の開弁時間に比例した量の燃料がエンジン１００の燃焼室１６に噴射供給される。

インジェクタ６０の基本機能は、目標の燃料量を正確に供給することであり、目標燃料量は少量から多量まで幅広いレンジを要求される。これは、インジェクタ６０にとって、様々な環境下において、所定のシート面開口状態を、短い時間から長い時間まで、駆動信号（駆動電流）に応じて正確に実現できることを要求されることになる。

前述のとおり、シート面１０７の開口状態は、ニードル弁１０３の運動状態によって定まり、ニードル弁１０３の運動状態は、電磁コイル１０４が発生する電磁力により定まり、電磁コイル１０４が発生する電磁力は電磁コイル１０４を流れる電流により定まる。よって、電磁コイル１０４の電流状態を緻密に制御することによって、正確な量の燃料を広レンジをもって供給することができる。

コントロールユニット２００は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、各種センサから得られるエンジン状態量（例えば、クランク回転角、スロットル開度、エンジン回転数、燃料圧力等）に基づいて適切な噴射燃料量、燃料圧力等を演算し、高圧燃料ポンプ５６にソレノイド駆動信号を出力すると共に、インジェクタ６０の駆動電流を制御する。

インジェクタ６０の駆動電流波形の一例を図４に示す。図４に示されているように、駆動パルス信号Ｔｉを所定の時間オンし、駆動オンの初期段階で、高電圧を印加し、高い目標電流値Ｉｐを早く得るようにする。これにより、高圧燃料の圧力による閉弁方向の付勢に打ち勝ってニードル弁１０３を強い電磁力で開弁状態に引き上げて、シート面１０７（噴孔１０６）の完全開口状態を可能な限り早期に実現するようにしている。

シート面１０７が開口状態になれば、ニードル弁１０３を開口位置に保持すればよく、ニードル弁１０３に高圧燃料の圧力が閉弁方向に作用しないので、もはや、高い目標電流値Ｉｐを維持する必要はなく、閉弁ばね１０５に逆らってニードル弁１０３を開弁保持するに必要なだけの電流値とすればよい。よって、高電圧を印加する必要はなく、低い電圧を供給し、低い電流値Ｉｈを与えるようにする。ここで、電流値が細かく増減しているのは、目標の電流値Ｉｈを得るために、電流供給をスイッチング制御しているためである。

このようなインジェクタ駆動の電流制御を行う電気回路の一実施例を、図５を参照して説明する。

コントロールユニット２００のマイクロコンピュータ２０１は、エンジン１０の運転状態に応じて適切な通電時間、噴射開始タイミングの演算を行い、通信線２０２を通じてインジェクタ駆動ＩＣ（制御回路）２０３に通電時間に相当する駆動パルス信号Ｔｉを送信する。駆動パルス信号Ｔｉを受信したインジェクタ駆動ＩＣ２０３は、高圧側スイッチング素子２０４、低圧側スイッチング素子２０５、接地側スイッチング素子２０６のオン・オフを切り替えて燃料噴射弁６０の電磁コイル１０４へ励磁電流の供給を制御する。

高圧側スイッチング素子２０４は、高電圧源ＶＨと電磁コイル１０４の高電圧側端子の間に接続されている。高電圧源ＶＨの電圧は、例えば、６０Ｖであり、車載のバッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ等により昇圧することで生成される。

低圧側スイッチング素子２０５は、低電圧源ＶＬと電磁コイル１０４の高電圧側端子の間に接続されている。低電圧源ＶＬは、例えば、車載のバッテリ電圧に相当する１２Ｖである。

接地側スイッチング素子２０６は、電磁コイル１０４の低電圧側端子と接地電位の間に接続されている。

インジェクタ駆動ＩＣ２０３は、電流検出抵抗素子２０７により電磁コイル１０４に流れている電流値Ｉｉｎｊを検出しており、高圧側スイッチング素子２０４、低圧側スイッチング素子２０５、接地側スイッチング素子２０６のオン・オフを切り替えることにより、目標とする電流値を保持して電磁コイル１０４に通電することができる。

図４に示されているように、駆動パルス信号Ｔｉがオフからオンに変化し、インジェクタ駆動の初期に高電圧源ＶＨから電流供給するときは、高圧側スイッチング素子２０４と接地側スイッチング素子２０６とをオンする。これにより電磁コイル１０４に、高電圧源ＶＨからグランドに向けて電流が流れる。その挙動は、図４に示されているように、電磁コイル１０４のインダクタンスにより定常値へ向け遅れながら立ち上がる。

電磁コイル１０４を流れる電流値Ｉｉｎｊは、電流検出抵抗素子２０７の上下流に生じる電位差としてインジェクタ駆動ＩＣ２０３に取り入れられ、インジェクタ駆動ＩＣ２０３で認識することが行われる。これにより、インジェクタ駆動ＩＣ２０３は、電磁コイル１０４を流れる電流値が開弁目標電流値Ｉｐに達したかを認識することができ、電流値Ｉｉｎｊが開弁目標電流値Ｉｐに到達した時点で高圧側スイッチング素子２０４をオフとする。

これにより、電流値Ｉｉｎｊは、図４に示されているように、電磁コイル１０４のインダクタンスに応じて遅れながら低下し、ニードル弁１０３を開状態で保持するのに必要な電流値の保持目標電流値Ｉｈに至る。

インジェクタ駆動ＩＣ２０３は電流値Ｉｉｎｊを認識することができるから、電流値Ｉｉｎｊが保持目標電流値Ｉｈにまで低下した時点で低圧側スイッチング素子２０５をオンする。すると、電磁コイル１０４に低電圧源ＶＬの電圧が印加されるから、電流値Ｉｉｎｊが増加に動き、保持目標電流値Ｉｈを超える。よって低圧側スイッチング素子２０５をオフする。以降、この動作を繰り返す。このスイッチング動作により、平均の電流値を保持目標電流値Ｉｈに極めて近い値に制御することができる。

駆動パルス信号Ｔｉがオンからオフに変化した時点では、インジェクタ駆動を停止（閉弁）すべく、全てのスイッチング素子２０４、２０５、２０６をオフする。

以上の説明では、インジェクタ６０の各駆動フェーズでの目標電流値Ｉｐ、Ｉｈは予め定められているごとくであったが、望ましい電流状態は、インジェクタ６０の状態や、周辺の環境により異なることが種々考えられ、インジェクタ上流の燃料圧力によりニードル弁１０３の引き上げに必要な力が異なることから、その対応として必要な電磁力が得られるように目標電流値Ｉｐ、Ｉｈが定められてよい。かかる対応は、具体的には、図４に、符号ａ、ｂ、ｃにより示されているように、開弁目標電流値Ｉｐを各種条件に応じて使い分ければよい。これは、制御処理ではインジェクタ駆動ＩＣ２０３における駆動初期の開弁目標電流値Ｉｐを各種条件に応じて使い分けることで実現できる。

マイクロコンピュータ２０１は、エンジン１０を所望の状態で運転するように種々の演算判定処理をソフトウェアにより実行するものであり、インジェクタ駆動ＩＣ２０３と種々の通信手段によって通信可能に接続されている。マイクロコンピュータ２０１は、一般に、エンジン１０の運転状態やその周囲の環境条件、例えば、エンジン回転数や外気温度、外気の気圧、インジェクタ上流の燃料圧力、インジェクタ下流の圧力などの状態を把握している。よって、前述のインジェクタ６０の目標電流値Ｉｐ、Ｉｈの演算は、マイクロコンピュータ２０１によって行うことが好適である。

スイッチング素子２０４、２０５、２０６のスイッチング操作は、判定処理の規模は小さいが、判定処理の速度は速く、応答時間ばらつきが小さい応答が求められる。かかる処理は、規模が大きい処理が必要なマイクロコンピュータ２０１には向いておらず、比較的小規模の論理回路群による制御回路、例えば、インジェクタ駆動ＩＣ２０３により実現するのが好適である。

このことにより、マイクロコンピュータ２０１が演算した目標電流値Ｉｐ、Ｉｈ、一般的には目標電流状態を、通信線２０２によってインジェクタ駆動ＩＣ２０３に伝達し、インジェクタ駆動ＩＣは受領した目標電流状態となるように、スイッチング素子２０４、２０５、２０６をオン・オフ制御するように構成するのがよい。

マイクロコンピュータ２０１とインジェクタ駆動ＩＣ２０３との間の通信形態は、通信情報量、速度、情報の種類により適宜選定すればよく、電流状態の各目標電流値などはシリアル通信やＣＡＮによる通信が好適であろうし、アクチュエータであるインジェクタ６０のオン・オフ駆動信号は、オン時間、オン・オフのタイミングが重要である場合にはシリアル通信やＣＡＮ通信よりＨＩＬＯの信号が好適であろう。

さらに詳細な構成の一例として、図６に示されているようなコントロールユニットがある。なお、図６においては、図５に示されているスイッチング素子２０４、２０５、２０６を含むスイッチング回路を符号２１０によって総括的に示している。

マイクロコンピュータ２０１は、目標電流値演算部２１１においてインジェクタ６０を駆動する目標の電流値を演算し、指令値としてＳＰＩ通信部２１５に引き渡す。ＳＰＩ通信部２１５は、インジェクタ駆動ＩＣ２０３のＳＰＩ通信部２２１との通信により、前記指令値をインジェクタ駆動ＩＣ２０３に引き渡す。

インジェクタ駆動ＩＣ２０３に構成されている処理ロジック部２２２は、ＳＰＩ通信部２２１から前記指令値を所定の時間を要しつつ引取り、もって当該指令値による制御を実行するように、前述のスイッチング操作によってインジェクタ６０の電磁コイル１０４に対する通電を制御する。

マイクロコンピュータ２０１の噴射パルス幅演算部２１２は、要求燃料量に対応するインジェクタ６０の噴射パルス幅を物理量として演算し、噴射パルス出力部２１３によりオン・オフの駆動信号として出力する。

ここで、本実施例では、エンジン１０の各気筒毎に独立したオン・オフ駆動信号を出力するようにし、さらに各気筒毎に、１回の駆動中の目標電流値の切替タイミングも、駆動オン・オフ信号とは別にオン・オフ信号として出力するようにしている。かかる制御は、目標電流値の要求切替タイミングが運転条件によって無段階的に算出され、マイクロコンピュータ２０１がその算出場所として適している場合などに有効である。

さらに通信においては、ＳＰＩ通信部２２１はインジェクタ駆動ＩＣ２０３が有するインジェクタ駆動の自己診断結果をＳＰＩ通信部２１５へ送信する。例えば、所定時間内に目標電流値へ実電流値を制御できないなどの診断結果である。ＳＰＩ通信部２１５が受信した診断結果は、自己診断部２１４において、自己診断の最終的な故障判定結果として判定され、運転者への故障警告の通知、しかるべきフェイルセーフ処理の起動などを行う。かかるフィルセーフ処理には、例えば、高圧電源系の故障なども含まれ、その場合には高圧電圧の付加禁止というフェイルセーフを施す場合がある。具体的には、前述の噴射パルス出力部２１３において、高電圧を付加しないような目標電流値の切替信号指令とする。

もちろん、以上説明したような構成は一例であり、本構成のみに本発明が限定されるものではない。

以上説明したように、図５、図６に示されているインジェクタ駆動回路を用いれば、インジェクタ６０をオン駆動中に高い自由度で電流状態を制御することができる。これによにより、インジェクタ６０の性能、例えば、シート面１０７の開口状態を種々の環境条件に応じて正確に制御することが可能になり、正確な量の燃料を供給できると云った性能を確保することができる。

インジェクタ６０は、基本的には電磁コイル１０４のオン駆動時間を指示する噴射パルス幅に対応した燃料量を噴射する機能を有する。図７は、横軸に噴射パルス幅を、縦軸に燃料噴射量をとって、インジェクタ６０の特性を示したものである。特性Ａにおいて、図中の左端付近の小さい噴射パルス幅のときは、ニードル弁１０３が変位せず、よって燃料噴射量が０となる。そこから徐々に噴射パルス幅が大きくなると、ニードル弁１０３が変位を開始する領域となる。しかし、変位開始から安定した開位置に到達する前に駆動を終了すると、不安定な変位状態での駆動となるため、不規則な噴射量特性を示す。よって、かかる領域で燃料供給を意図しても、正確な燃料量の供給は期し得えい。このため、かかる領域でのインジェクタ駆動は行わないようにしている。

かかる領域より大きい噴射パルス幅のときは、ニードル弁１０３が開位置に安定して静定する領域となり、噴射パルス幅と燃料噴射量は、所定の傾きと切片を有する比例関係の領域となる。インジェクタ６０は、かかる領域を用いて駆動される。

かかる特性のインジェクタ６０において、図４の各特性ａ、ｂ、ｃの初期電流を与えたときの特性は、それぞれ図７のＡ、Ｂ、Ｃとなる。すなわち、駆動初期に与える電流値を大きくすると、より強くニードル弁１０３を吸引するため短い噴射パルス幅から燃料供給が可能となり、逆に駆動初期に与える電流値を小さくすると、より弱くニードル弁１０３を吸引するため長い噴射パルス幅により燃料供給が可能となる。

以上説明した特性から理解されるように、所定の燃料量を噴射するに必要な噴射パルス幅は、インジェクタ駆動の電流状態により異なる。よって要求する燃料噴射量を実現するには、所定の駆動電流状態を前提として噴射パルス幅を求める必要がある。

前述の制御装置では、噴射パルス幅の演算、出力と目標電流値の演算と指示はマイクロコンピュータ２０１により行い、インジェクタ６０の駆動電流制御はインジェクタ駆動ＩＣ２０３により行うものであるから、インジェクタ６０をオン駆動する際に、マイクロコンピュータ６０が指示した目標電流値と、インジェクタ駆動ＩＣ２０３が制御する電流値が一致している必要がある。

インジェクタ駆動ＩＣ２０３に与えられる目標電流値が、インジェクタ駆動中に変化した場合の現象を、図８、図９を参照して説明する。

図８は、タイミングt１において、駆動初期の開弁目標電流値がＴｐ１からＴｐ２に変化した場合を示している。インジェクタ駆動ＩＣ２０３は、タイミングｔ１において、目標電流値が低くなった瞬間に、目標電流値Ｔｐ２に至ったと判定するために高電圧供給を停止し、もって電流状態は符号ｄにより示されている状態となる。かかる場合の燃料噴射特性は、図７のＢでもＣでもない。よって所定の噴射パルス幅における燃料噴射量をマイクロコンピュータ２０１は認識できない。

図９は、タイミングｔ２において、ニードル弁保持の目標電流値がＴｈ１からＴｈ２に変化した場合を示している。インジェクタ駆動ＩＣ２０３は、タイミングｔ２から変化した高い目標電流値Ｔｈ２への制御を開始する。これにより、電流値Ｉｉｎｊは符号ｅに示す状態となる。符号ｅで示す連流状態は目標電流値が変化しなかった場合の挙動であり、電流状態ｅと比較すると、電流状態ｅのほうが電流値が０となるタイミングが遅く、ニードル弁１０３が閉位置に到達する時刻が遅くなる。これは、インジェクタ６０がより長い開弁時間となることを意味し、燃料噴射量を増大することになる。この場合も、所定の噴射パルス幅における燃料噴射量をマイクロコンピュータ２０１は認識できない。

上述した噴射パルス幅に対応する燃料噴射量が得られない状態を回避する制御方法の一実施例を、図１０を参照して説明する。本実施例の前提は、マイクロコンピュータ２０１からインジェクタ駆動ＩＣ２０３への目標電流値の指示をシリアル通信で行う場合である。図１０の上段にはインジェクタ６０の駆動パルス信号を示している。インジェクタ６０の燃料噴射は、エンジン１０のクランク軸回転に同期して所定のクランク角位相からオン駆動を開始するのが一般的である。よって本図のごとく、所定の周期でオン・オフを連続するように駆動している。

図１０の下段は、シリアル通信の状態を示している。本実施例においては、マイクロコンピュータ２０１を通信の起動タイミング規定側としており、マイクロコンピュータ２０１が通信開始をインジェクタ駆動ＩＣ２０３に要求すると、インジェクタ駆動ＩＣ２０３がこれに応答して所定プロトコルでの通信を開始する。そして、規定の内容の通信を送受信終了すると、通信を終了するようにしている。

インジェクタ駆動ＩＣ２０３では、受信した目標電流値の情報に基づいて自己の回路内の電流制御機能部分に目標電流値をセットする。図１０では、タイミングｔ３が以上述べたインジェクタ駆動ＩＣ２０３における目標電流値セット終了を示している。

この通信は、異なる２つの電子回路間での動作であるため、その所要時間が正確には規定し難い。例えば、電気的ノイズにより通信内容が本来の送受信内容から変化した場合、それを検出し、再度通信を試みる機能を有する場合が多く、かかる場合には、通信の所要時間は再度通信試行の回数によって変わる。

すなわち、マイクロコンピュータ２０１が目標電流値の指示を開始してからインジェクタ駆動ＩＣ２０３が指示に基づく制御が可能となるまでには不定の時間が必要であり、タイミングｔ３以降では、通信により指示した目標電流値でのインジェクタ駆動が可能である。

よってインジェクタ駆動開始、終了のタイミング、通信の開始、終了タイミングの関係から理解されるとおり、インジェクタ６０の駆動開始に先立って目標の電流値を指示するに最も時間的に有利なのは、図１０に示すような前回のインジェクタ駆動終了のタイミングにおける通信の開始である。

インジェクタ６０の駆動周期は前述のとおりエンジン回転数依存であるから、インジェクタ６０の駆動間隔はエンジン回転数が高いと短くなる。このため、目標電流の指示は、可能な限り早く行うことが望ましく、インジェクタ６０の駆動終了タイミングｔ４を起点として行うのがよい。

最も理想的にはインジェクタ６０の駆動終了と当時に通信を開始するとよいが、マイクロコンピュータ６０の処理優先順位などの制約条件により、適宜インジェクタ６０の駆動終了からの所定時間遅れを有しても本思想は適用できる。

図９で説明したような、ニードル弁１０３の保持時の目標電流値が切り替わるようなケースにおいて、燃料噴射量への影響が無視できるようなインジェクタ特性である場合には、より早いタイミングでの目標電流値指示が可能である。その場合のタイミングを図１１に示す。図１１における時間間隔ｔ５の間は、ニードル弁１０３を開弁させる高電流値での駆動が支配的な領域である。よって時間間隔ｔ５の間に目標電流値を切り替えると、燃料噴射量への無視できない影響が生じる。このようなことから、時間間隔ｔの間に目標電圧の切替を生じさせることは避けたい。

このことに対して、時間間隔ｔ５後のタイミングｔ６から通信を開始するのがよい。時間間隔ｔ５が予め十分な精度で認識できている場合には、かかる操作は、インジェクタ６０の駆動開始を起点として、所定の時間経過後に通信を開始するようにするのがよい。

図１０に示されている場合と、図１１に示されている場合とも、広くは、目標の電流状態の指示を、インジェクタ駆動のタイミングと同期して行うことと云える。

以上の説明では、インジェクタ６０を例として用いたが、高圧燃料ポンプ５６の電磁弁９６等のアクチュエータにおいても現象は同一であり、電気信号をオン・オフして駆動するアクチュエータ、前記アクチュエータのオン駆動中の電流状態を目標状態へと制御する制御回路、前記制御回路に目標の電流状態を指示する手段を有する自動車用のアクチュエータ制御装置において、前記目標の電流状態の指示をインジェクタ駆動のタイミングと同期して行うことにより、電流状態の変更に伴うアクチュエータの性能変化を防止することができると云える。

以上の説明では、駆動中の電流状態を一例での説明であったが、他の電流状態の例を図１２に示す。インジェクタ６０においても、装備する電磁コイル１０４の仕様、磁路とニードル弁１０３の関係、ストロークの大小など無数とも云える特性に対する影響因子があるため、望ましい電流パターンは様々であり、またそれぞれの電流状態が燃料噴射量特性に与える影響の大きさ、傾向も様々である。

このため、図１２（ａ）〜（ｄ）に図示するように、維持したい電流値、その長さ、その順序、異なる電流値に移行するときの電流の変化速度などが、まちまちの要求となる。したがって、通信開始のタイミングは、各特性に応じて最適に定めればよい。

図１３は、４ストローク４気筒エンジンにおける各気筒の行程と、筒内燃料噴射の噴射実施のタイミングの一例を示しており、各気筒とも吸気行程において１回の燃料噴射Ｆを図示の長さで行っている。

かかる場合においては、或る気筒の噴射終了から次の気筒の噴射開始までは比較的長い時間が確保できている。

図１４は、図１３に示されている状態に対し、インジェクタ６０の駆動パルス幅が長くなっている状態を表している。かかる現状の原因は、エンジンの吸入空気量が増加し、必要な燃料供給量が増加した、前述のインジェクタ上流の燃料圧力が低下し、同一の燃料量を供給するのに必要な噴射パルス幅が長くなったなどが考えられる。

かかる場合には、或る気筒の噴射終了から、次の気筒の噴射開始までの時間が短くなっていることが分る。よって、かかる場合には、或る気筒の噴射終了から目標電流値の指示のための通信を開始しても、インジェクタ駆動ＩＣ２０３による目標電流値の指示に応じた電流制御が行われない可能性がある。

図１５は、１燃焼あたりに必要な燃料を圧縮行程、膨張行程それぞれに１回づつ、計２回の燃料噴射を行っている状態から、吸気行程１回の燃料噴射を行う状態へと遷移した例を示している。

かかる場合においては、まず２回の燃料噴射を行う状態において、或る気筒の噴射終了から目標電流値の指示のための通信を開始しても、インジェクタ駆動ＩＣ２０３による目標電流値の指示に応じた電流制御が行われない可能性が１回の燃料噴射を行う場合より高くなっていることが理解できる。さらに、２回の燃料噴射から１回の燃料噴射に移行するタイミングにおいては、或る気筒の噴射終了から目標電流値の指示のための通信を開始しても、インジェクタ駆動ＩＣ２０３による目標電流値の指示に応じた電流制御が行われない可能性が高くなっていることが理解できる。

また、図示していないが、エンジン回転数が高くなると、燃料噴射の間隔が小さくなり、或る気筒の噴射終了から目標電流値の指示のための通信を開始しても、インジェクタ駆動ＩＣ２０３による目標電流値の指示に応じた電流制御が行われない可能性が高くなることは容易に理解される。

このことに対してマイクロコンピュータ２０１は、かかる状態が発生するか否かを所定の確率で推定することは可能である。すなわち、図１０または図１１の状態を時間軸での大小関係で判定することは可能である。インジェクタ６０の駆動周期はエンジン回転数から定まり、駆動パルス幅はインジェクタ６０の状態および要求燃料噴射量で定まり、通信の所要時間は、前述のとおり正確には推定不可能であるが、予測最大値を予め規定することは可能であり、上の状態数はマイクロコンピュータ２０１により認識可能である。

したがって、マイクロコンピュータ２０１で、それぞれ認識した状態数を演算し、目標電流値の指示に応じた電流制御が行われるか否かを推定することは可能である。

このことを実施する制御装置の一実施例を、図１６を参照して説明する。燃料噴射量演算部３０１は、エンジン１０の種々の運転条件から燃料噴射量を演算し、燃料噴射量を表す情報を噴射信号時間演算部３０３に引き渡す。目標電流仕様演算部３０２は、インジェクタ６０およびその周辺環境に基づいて目標の電流仕様、例えば高電圧系の目標電流値（開弁目標電流値Ｉｐ）と保持用低電圧系の目標電流値（保持目標電流値Ｉｈ）などを算出するものである。噴射信号時間演算部３０３は、燃料噴射量、目標電流仕様、インジェクタ上流の実燃圧などから、インジェクタ６０の噴射信号時間、すなわち駆動パルス幅を演算する。具体的な内容は、例えば、図７に示されているような噴射量特性を、電流仕様とインジェクタ上流の実燃圧に応じて適宜選定、補正するものである。

インジェクタ駆動に関しては、このようにして求められた駆動パルス幅と、噴射開始時期演算部３０５で求められた燃料の噴射開始時期演算結果から、いずれの行程タイミングで、どれだけの時間、インジェクタ６０を駆動するかの情報を取得し、噴射パルスセット部３０６において、各値に基づいて噴射パルスをセットし、インジェクタ６０を駆動するオン・オフ信号（駆動パルス信号Ｔｉ）を出力する。

目標電流仕様指示部３０７は、目標電流仕様指示の通信機能を担うものであり、噴射パルスセット部３０６よりの起動タイミングトリガを受け、目標電流仕様演算部３０２で求められた目標電流仕様を通信によってインジェクタ駆動ＩＣ２０３へ送信する。
る。

噴射パルスセット部３０６からの起動タイミングトリガは、図１０に示す噴射駆動の終了の時点ｔ４のタイミングによるもの、あるいは図１１を用いて説明した通り、インジェクタ駆動開始から所定時間ｔ５が経過した時点ｔ５のタイミングによるものであってよい。

切替完了可否判定部３０４は、上述したインジェクタ駆動および目標電流仕様指示の中の駆動パルス幅、予め規定した通信、制御回路による目標電流値の認識終了の所要時間最大値、エンジン回転数から、前述の目標電流仕様切替完了の可否を判定するものである。

この可否判定は、エンジン回転数から求めたインジェクタの駆動周期と、噴射パルス幅、通信制御回路による目標電流値認識終了の所要時間最大値の和との大小関係の判定であり、インジェクタ６０の駆動周期が大であれば、切替完了は可、インジェクタ６０の駆動周期が小であれば、切替完了は不可と判定する。

この処理により、目標の電流状態の指示がインジェクタ駆動ＩＣ２０３において実行されるタイミングが、インジェクタ６０のオン駆動中であるか、さらには、例えば駆動初期の所定タイミングであるか否かを判定することができる。

切替完了は不可と判定した場合に、電流仕様の指示の通信が行われると、インジェクタ駆動ＩＣ２０３の電流仕様実行が間に合わない可能性があることを示しているため、本実施例では、目標電流仕様演算部３０２に、前回の前記判定結果を入力し、切替完了は不可と判定した場合には、目標の電流仕様の変更を禁止し、前回と同じ目標の電流仕様を出力する。

この処理により、例えば、エンジン回転数が高くなったり、噴射パルス幅が長くなったりといった、目標電流仕様切替に不利な状況となったときに、目標電流仕様の更新を禁止することができる。

よって、かかる処理により、例えば、エンジン１０の吸入空気量が増加して必要な燃料供給量が増加したり、前述のインジェクタ上流の燃料圧力が低下して同一の燃料量を供給するのに必要な噴射パルス幅が長くなったり、エンジン回転数が高くなったなどの状態において、目標電流値の切替を至急実行する必要がない場合に、目標電流仕様切替による燃料噴射量の変化が生じない運転状態まで、目標電流仕様切替を行わないようにでき、目標電流仕様切替による燃料噴射量の変化を防止することができる。

次に、インジェクタ駆動中に目標の電流仕様を切り替えた場合に、そのときの燃料噴射量特性が予め予想できる場合の実施例を、図１７を参照して説明する。なお、図１７において、図１６に対応する部分は、図１６に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本実施例では、インジェクタ駆動中に目標の電流仕様を切り替えた場合に、そのときの燃料噴射量特性が予め予想できるため、切替完了可否判定部３０４の判定結果をもって、所望の燃料噴射量を得るための駆動パルス幅を求めることができ、その処理を噴射信号時間補正演算部３１２が行う。

このようにして求められた修正駆動パルス幅と、噴射開始時期演算部３０５による噴射開始時期を、噴射パルスとして噴射パルスセット部３０６においてセットし、インジェクタ６０を駆動するオン・オフ信号を出力する。目標電流仕様指示の通信については、図示していないが、図１６と同様の手法である。

この処理により、例えば、エンジン１０の吸入空気量が増加し、必要な燃料供給量が増加した、前述のインジェクタ上流の燃料圧力が低下し、同一の燃料量を供給するのに必要な噴射パルス幅が長くなったり、エンジン回転数が高くなったなどの状態において、目標の電流仕様をインジェクタ駆動の最中に切り替えた場合にも、その電流仕様に応じて目標燃料噴射量に応じた駆動パルス幅でインジェクタ６０を駆動でき、目標電流仕様切替による燃料噴射量の変化を防止することができる。

図１８は６気筒エンジンでの燃料噴射パターンを示している。６気筒エンジンは、単位クランク角回転あたりに作動する気筒数が４気筒エンジンより多いから、当然、燃料噴射の間隔は狭くなり、４気筒エンジンより目標電流切替指示実行が駆動パルス駆動中と重なり易くなる。

かかる場合の対応として、図１９に示されているように、インジェクタ駆動ＩＣを２０３Ａ、２０３Ｂと云うように、２系統独立に設ける方法が考えられる。本図は、図５のインジェクタ駆動ＩＣ以下の１系統の部分を２系統化したものである。マイクロコンピュータ２０１は、個別の通信線２０２Ａ、２０２Ｂをもってインジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａと２０３Ｂと個別に通信を行う。

インジェクタ６０は、記述上、インジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａと２０３Ｂの各々に対して１個だけ記述されているが、実際には、６気筒エンジンの場合には、インジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａと２０３Ｂの各々に対して３個のインジェクタ６０が接続される。そして、インジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａと２０３Ｂは、行程順序が互い違いとなる気筒を担当するように配置するのがよい。

これにより、一つのインジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａ、２０３Ｂにとって、インジェクタ６０の駆動周期が２倍になり、目標電流切替指示実行が駆動パルス駆動中と重なり易くなることを回避できる。インジェクタ駆動ＩＣ２０３Ａ、２０３Ｂは集積化してチップとし、可能な限り広い仕様で共用したいから、前述の例で、４気筒用の制御回路を作成すれば、６気筒エンジンに適用するときには、図１９のような構成とし、一つのインジェクタ駆動ＩＣが３個の気筒を担当するように配置すればよい。

これにより、１仕様の制御回路（インジェクタ駆動ＩＣ）によって、４気筒エンジンで１個制御回路適用、６気筒エンジンおよび８気筒エンジンで２個制御回路適用することにより１仕様の制御回路で４、６、８気筒エンジンに対応できる。

以上の説明では、アクチュエータがインジェクタ６０である場合の例で説明したが、本発明は、オン・オフ駆動で、駆動中の電流状態を制御するアクチュエータであれば、適用が可能である。

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く、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく設計において種々の変更ができるものである。

１０エンジン
５６高圧燃料ポンプ
６０インジェクタ
１０３ニードル弁
１０４電磁コイル
２００コントロールユニット
２０１マイクロコンピュータ
２０３インジェクタ駆動ＩＣ
２１０スイッチング回路
３０１燃料量演算部
３０２目標電流仕様演算部
３０３噴射信号時間演算部
３０４切替完了可否判定部
３０５噴射開始時期演算部
３０６噴射パルスセット部
３０７目標電流仕様指示部
３１２噴射信号時間補正演算部

Claims

電気信号をオン・オフして駆動するアクチュエータのオン駆動中の電流状態を目標状態に制御する制御回路と、前記制御回路に目標電流値を指示する電流状態指示手段とを有するアクチュエータ制御装置であって、
前記電流状態指示手段は目標電流値の指示をアクチュエータ駆動のタイミングと同期してシリアル通信で行うことを特徴とするアクチュエータ制御装置。
前記電流状態指示手段は、前記目標電流値の指示をアクチュエータ駆動のオフを起点とするタイミングで行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
前記電流状態指示手段は、前記目標電流値の指示をアクチュエータ駆動のオンを起点とするタイミングで行うことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
前記目標電流値の指示が前記制御回路において実行されるタイミングが、前記アクチュエータのオン駆動中の少なくとも所定タイミングであるか否かを判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアクチュエータ制御装置。
前記判定手段は、前記アクチュエータのオン駆動中の少なくとも所定タイミングであるとき、前記電流状態指示手段において目標電流値の更新を禁止することを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ制御装置。
前記判定手段による判定結果をもって前記アクチュエータのオン駆動時間を補正する駆動時間補正手段を有することを特徴とする請求項４または５に記載のアクチュエータ制御装置。
前記アクチュエータが内燃機関に燃料を噴射供給する電磁式の燃料噴射弁であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のアクチュエータ制御装置。