JP5885703B2 - 電磁弁の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁の駆動制御装置に関し、特に内燃機関に装着される燃料噴射弁や排気還流制御弁などのように流体の流量を制御する電磁弁の開閉制御を行う装置に関する。

特許文献１には、電磁弁の駆動電流波形に基づいて電磁弁の実開弁時期を検出するとともに、駆動電圧波形に基づいて電磁弁の実閉弁時期を検出する電磁弁制御装置が示されている。この装置によれば、電流波形の変曲点が実開弁時期として検出され、電圧波形の変曲点が実閉弁時期として検出され、検出された実開弁時期及び実閉弁時期に応じて電磁弁の駆動信号が補正される。

特開平６−１７４１３９号公報

特許文献１に示された装置では、実開弁時期の検出は電流波形の変曲点を取得することにより行われる一方、実閉弁時期の検出は電圧波形の変曲点を取得することにより行われ、そのようにして検出された実開弁時期及び実閉弁時期に応じて駆動信号の補正が行われる。そのため、制御装置における実開閉弁時期を検出し、駆動信号を補正するための演算処理負荷が大きくなるという課題がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、電磁弁の実開閉弁時期に対応した駆動信号の補正を、比較的少ない演算処理負荷で行うことができる電磁弁の駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、流体の流量を制御する電磁弁（２）の駆動制御装置において、前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点（ｔＩＳ）から前記駆動電流が最大となる時点（ｔＳＷ）までの電流増加期間中における所定のタイミング（ｔＳ１〜ｔＳ４）で前記駆動電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によるサンプリング値（ＩＤ１〜ＩＤ４）に基づいて、前記電流増加期間中において前記電磁弁の弁体（３２）が弁座（３７）から離れることによって現れる、前記駆動電流の変化特性における変曲点（ＰＸ）に対応する時点（ｔＰＸ）を取得する変曲点取得手段と、前記駆動電流の供給開始時点（ｔＩＳ）から前記変曲点に対応する時点（ｔＰＸ）までの遅れ時間（ＴＩＤＬＹ）を計測する計測手段と、計測される遅れ時間（ＴＩＤＬＹ）に応じて、前記弁体（３２）の前記弁座（３７）方向への移動を開始させる戻しタイミング（ｔＩＥ）を補正する補正手段とを備え、前記サンプリング手段は、前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点から第１時間（ＴＳ１）経過した第１時点（ｔＳ１）、該第１時点から第２時間（ＴＳ２）経過した第２時点（ｔＳ２）、該第２時点から第３時間（ＴＳ３）経過した第３時点（ｔＳ３）、及び該第３時点から第４時間（ＴＳ４）経過した第４時点（ｔＳ４）において、前記駆動電流の値をサンプリングし、前記変曲点取得手段は、前記第１及び第２時点においてサンプリングされた第１及び第２電流値（ＩＤ１，ＩＤ２）を用いて、前記第１時点から第２時点までの電流変化特性を近似する第１近似直線（ＬＡ１）を求めるとともに、前記第３及び第４時点においてサンプリングされた第３及び第４電流値（ＩＤ３，ＩＤ４）を用いて、前記第３時点から第４時点までの電流変化特性を近似する第２近似直線（ＬＡ２）を求め、前記第１近似直線（ＬＡ１）と前記第２近似直線（ＬＡ２）の交点に対応する時点（ｔＰＸ）を前記変曲点（ＰＸ）に対応する時点として算出し、前記第２時点（ｔＳ２）は、前記電磁弁の通常の変曲点対応時刻範囲より前の時点に設定され、前記第３時点（ｔＳ３）は前記通常の変曲点対応時刻範囲より後の時点に設定され、前記第４時点（ｔＳ４）は前記駆動電流が最大となる時点より前の時点に設定されることを特徴とする。

この構成によれば、電磁弁の駆動電流の供給開始時点から最大となる時点までの電流増加期間中における所定のタイミングで駆動電流の値がサンプリングされ、そのサンプリング値に基づいて、電流増加期間中において電磁弁の弁体が弁座から離れることによって現れる、駆動電流の変化特性における変曲点に対応する時点が取得され、駆動電流の供給開始時点から変曲点に対応する時点までの遅れ時間が計測され、計測される遅れ時間に応じて、弁体を弁座方向へ付勢する戻しタイミングが補正される。弁体が弁座から離れる方向へ作動するときは、弁体を弁座方向へ付勢するスプリングの付勢力が弁体の移動方向に対して逆方向に作用するため、スプリングの付勢力が大きいほど遅れ時間は長くなる傾向がある。すなわち、スプリングの付勢力が遅れ時間に反映される。一方、弁体が弁座方向へ移動する際には、スプリングの付勢力が弁体の移動方向に対して順方向に作用するため、遅れ時間が長いほど弁体の移動速度が速まる。したがって、遅れ時間に応じて戻しタイミングを補正することにより、比較的少ない演算処理負荷で、スプリングの付勢力のばらつきや経時変化の影響を排除し、電磁弁の実開弁時間を所望値に正確に制御することができる。また４つのサンプリングデータを用いた近似的な演算によって変曲点対応時刻が得られるので、高価な高速サンプリング回路が不要となり、コストを低減するとともに演算装置の演算負荷を軽減することができる。

請求項２に記載の発明は、流体の流量を制御する電磁弁（２）の駆動制御装置において、前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点（ｔＩＳ）から前記駆動電流が最大となる時点（ｔＳＷ）までの電流増加期間中における所定のタイミング（ｔＳ１〜ｔＳ４）で前記駆動電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段によるサンプリング値（ＩＤ１〜ＩＤ４）に基づいて、前記電流増加期間中において前記電磁弁の弁体（３２）が弁座（３７）から離れることによって現れる、前記駆動電流の変化特性における変曲点（ＰＸ）に対応する時点（ｔＰＸ）を取得する変曲点取得手段と、前記駆動電流の供給開始時点（ｔＩＳ）から前記変曲点に対応する時点（ｔＰＸ）までの遅れ時間（ＴＩＤＬＹ）を計測する計測手段と、計測される遅れ時間（ＴＩＤＬＹ）に応じて、前記弁体（３２）の前記弁座（３７）方向への移動を開始させる戻しタイミング（ｔＩＥ）を補正する補正手段とを備え、前記変曲点取得手段は、前記サンプリング値の一定時間毎の変化量（ＤＩＤ(k)）を算出し、前記サンプリング値の変化量（ＤＩＤ(k)）が判定閾値（ＤＩＤＴＨ）以上と判定された時点から前記変曲点に対応する時点を特定することを特徴とする。
この構成によれば、比較的簡単な演算で変曲点対応時刻を特定することが可能となる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電磁弁の駆動制御装置において、前記補正手段は、前記遅れ時間（ＴＩＤＬＹ）が長いほど前記戻しタイミング（ｔＩＥ）が遅くなるように補正することを特徴とする。

この構成によれば、遅れ時間が長いほど戻しタイミングが遅くなるように補正される。遅れ時間が長い、すなわちスプリング付勢力が大きいほど、弁体の移動速度が速まるので、戻しタイミングを遅くすることによって、実開弁時間を所望値に一致させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の電磁弁の駆動制御装置において、前記電磁弁は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（２）であることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射弁の実開弁時間を所望値に制御できるので、燃料噴射量の制御精度を高めることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃料噴射装置を示す図である。 図１に示す燃料噴射弁の要部の構成を説明するための断面図である。 図１に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ５）に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図である。 燃料噴射弁を開弁するときに燃料噴射弁のソレノイドに印加される駆動電圧（ＶＤ）及び供給される駆動電流（ＩＤ）の波形を示す図である。 駆動電流変化特性の変曲点に対応する時点（ｔＰＸ）を算出する手法を説明するための図である。 燃料噴射制御を行う燃料噴射制御処理を説明するためのフローチャート（第１の実施形態）である。 図６の処理で実行されるサブルーチンのフローチャートである。 図７の処理で参照されるテーブルを示す図である。 駆動電流変化特性の変曲点に対応する時点（ｔＰＸ）を算出する手法を説明するためのタイムチャートである（第２の実施形態）。 燃料噴射制御処理を説明するためのフローチャートである（第２の実施形態）。 図１０に示す処理の変形例のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその燃料噴射装置を示しており、４気筒のエンジン１は各気筒に対応して４つの燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射する。

スタータモータ４がエンジン１のクランク軸３を駆動可能に設けられており、スタータモータ４はスイッチ回路７を介してバッテリ６に接続されている。バッテリ６からスタータモータ４へ駆動電力が供給される。スイッチ回路７は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に接続されており、ＥＣＵ５によってオンオフ制御が行われる。

４つの燃料噴射弁２はそれぞれＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によって、その作動が制御される。ＥＣＵ５には、バッテリ６が接続されており、バッテリ６からＥＣＵ５が動作するための電力及び燃料噴射弁２を駆動するための電力が供給される。

図２は燃料噴射弁２の要部の構成を説明するための断面図であり、燃料噴射弁２は、弁軸３１と、弁軸３１の先端に固定された弁体３２と、弁軸３１に固定されたフランジ３３，３４と、電磁力が作用するコア３５と、コア３５とフランジ３４との間に設けられた第１スプリング３６と、弁座３７と、スリーブ３８と、ソレノイド３９と、フランジ３４を閉弁方向（図の下方向）に付勢する第２スプリング４０と、燃料通路として機能する中空部を有するインナカラー４１とを備えている。

ソレノイド３９に駆動電流が供給されると、コア３５が図の上方向に移動し、弁軸３１及び弁体３２が同様に上方向に移動して、燃料噴射弁２が開弁作動する。弁体３２には、図の上方向から供給される燃料の圧力及び第２スプリング４０の付勢力が印加される。したがって、これらの閉弁方向の付勢力より大きな開弁方向の付勢力が、ソレノイド３９に供給される駆動電流によって弁体３２に作用し、燃料噴射弁２が開弁作動する。

ＥＣＵ５には、エンジン１の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ２１、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２２、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２３、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２４などのエンジン運転状態を検出する各種センサが接続されており、それらのセンサの検出信号はＥＣＵ５に供給される。

燃料噴射弁２は、燃料通路８を介してデリバリパイプ９に接続されており、デリバリパイプ９には、高圧ポンプ１６によって加圧された燃料が通路１７を介して供給される。通路１７の途中には、燃圧調整機構１５が設けられており、燃圧調整機構１５の作動はＥＣＵ５によって制御される。ＥＣＵ５は、上述したセンサ及び図示しない他のセンサの検出信号に応じて燃圧調整機構１５を介してデリバリパイプ９における燃料圧ＰＦを調整する。

図３はＥＣＵ５に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図であり、１つの気筒の燃料噴射弁２を駆動するソレノイド３９に駆動電流を供給する回路構成が示されている。他の気筒の燃料噴射弁を駆動する回路も同様に構成されている。

図３に示す燃料噴射弁駆動部は、ソレノイド３９の一端に供給する電源電圧を切り換えるためのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）Ｑ１，Ｑ２と、ソレノイド３９の他端とアースとの接続／非接続を切り換えるためのスイッチング素子としてのＦＥＴＱ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、抵抗Ｒ１と、昇圧回路１０と、ＣＰＵ１１と、駆動回路１２と、電源回路１３と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２とを備えており、ＣＰＵ１１からＦＥＴＱ１〜Ｑ３及び昇圧回路１０に制御信号が供給される。

昇圧回路１０は、バッテリ６の出力電圧ＶＢ（例えば１３Ｖ）を昇圧して第１電源電圧ＶＳ１（例えば４０Ｖ）を出力する回路であり、コイルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路，コンデンサＣ１１，抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，ＦＥＴＱ１１，及び駆動回路１４を備えている。

ＣＰＵ１１は、入力端子ＶＩＮに入力されるフィードバック電圧ＶＦＢに応じて出力端子ＤＣＳＷから出力するＦＥＴＱ１１のオンオフ切換信号ＳＳＷのデューティ比ＤＴＹを制御する。具体的には、フィードバック電圧ＶＦＢが目標電圧ＶＦＢＸと一致するようにデューティ比ＤＴＹを制御し、目標電圧ＶＦＢＸは例えば第１電源電圧ＶＳ１が４０Ｖである状態に対応する値に設定される。

電源回路１３は、バッテリ出力電圧ＶＢを安定化して第２電源電圧ＶＳ２（例えば６Ｖ）を出力し、ＣＰＵ１１に電源電圧として供給する。コンデンサＣ２１及びＣ２２は、特にスタータモータ４を作動させるエンジン始動時において、第２電源電圧ＶＳ２が一時的に低下することを防止するために設けられている。

バッテリ出力電圧ＶＢは、ＦＥＴＱ２及びダイオードＤ１を介してソレノイド３９の一端に供給され、第１電源電圧ＶＳ１は、ＦＥＴＱ１を介してソレノイド３９の一端に供給される。ソレノイド３９の他端は、ＦＥＴＱ３及び抵抗Ｒ１を介してアースに接続され、ダイオードＤ３は、ソレノイド３９の他端と、昇圧回路１０の出力との間に配置されている。

ＣＰＵ１１の出力端子ＨＳＷ１及びＨＳＷ２から出力される第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１及び第２電圧制御信号ＳＤＶＳ２は、駆動回路１２を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートに供給され、ＣＰＵ１１の出力端子ＬＳＷから出力されるロー側制御信号ＳＤＬは、駆動回路１２を介してＦＥＴＱ３のゲートに供給される。ＣＰＵ１１は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のオンオフ制御を行うことにより、ソレノイド３９に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁２を開閉する。

抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ３との接続点が、ＣＰＵ１１の電流検出端子ＶＩＤＩＮに接続されている。電流検出端子ＶＩＤＩＮの入力電圧は、ソレノイド３９を流れる駆動電流ＩＤに比例するので、駆動電流ＩＤを検出することができる。また本実施形態では、バッテリ出力電圧ＶＢに応じた燃料噴射時間の補正を行うため、ＣＰＵ１１のバッテリ電圧入力端子ＶＢＩＮがバッテリ６の出力端子に接続されている。

図４（ａ）は、燃料噴射弁２のリフト量ＬＦＴ（開弁作動特性）の推移を示し、図４（ｂ）及び（ｃ）は、同図（ａ）の開弁作動特性に対応する、ソレノイド３９に印加される駆動電圧ＶＤ及びソレノイド３９に供給される駆動電流ＩＤの波形を示す図であり、図４（ｄ）は、開弁指令信号ＳＣＴＬを示す。開弁指令信号ＳＣＴＬは、時刻ｔＩＳからｔＩＥまでの期間において供給され、時刻ｔＩＳからｔＳＷまでの期間ＴＶＳ１においては、ＦＥＴＱ１がオンされて第１電源電圧ＶＳ１が供給される。時刻ｔＳＷからｔＩＥまでの期間ＴＶＢにおいては、ＦＥＴＱ１がオフされ、燃料噴射弁２の開弁状態を保持するための保持電流ＩＨＬＤが目標電流ＩＣＭＤと一致するように、ＦＥＴＱ２がオンオフデューティ制御される。

燃料噴射弁２が実際に開弁作動を開始する実開弁時期ｔＯＰは、図４（ｃ）に示す駆動電流変化曲線ＬＩＤが最大値に向かって上昇する過程の変曲点ＰＸに対応する時刻（以下「変曲点対応時刻」という）ｔＰＸとほぼ一致することが確認されている。また、実閉弁時期ｔＣＬは、時刻ｔＩＥから無効時間ＴＤＥＡＤ及び閉弁移動時間ＴＣＬＳが経過した後の時点であり、閉弁移動時間ＴＣＬＳは主として第２スプリング４０の付勢力に依存して変化する。

無効時間ＴＤＥＡＤは、燃料噴射弁２を構成する部品の仕様によって決まるものであり、そのばらつきは第２スプリング４０の付勢力のばらつきと比較して無視できる程度であって予め計測しておくことができる。よって、本実施形態では、時刻ｔＩＳから変曲点対応時刻ｔＰＸまでの噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹに応じてスプリング付勢力ＦＳＰＧを算出し、スプリング付勢力ＦＳＰＧに応じて閉弁移動時間ＴＣＬＳを算出するようにしている。

閉弁移動時間ＴＣＬＳを用いることにより、実閉弁時期ｔＣＬさらに実開弁時間ＴＯＰＮＡを算出することができる。よって本実施形態では、閉弁移動時間ＴＣＬＳを用いて開弁指令信号ＳＣＴＬの終期（以下「閉弁指令時期」という）ｔＩＥを補正することにより、実燃料噴射時間ＴＩＮＪＡを、エンジン１の要求燃料量に対応する燃料噴射時間ＴＩＮＪと一致させる制御を行う。

図５は、変曲点対応時刻ｔＰＸを算出する手法を説明するための図であり、図４（ｃ）における変曲点ＰＸ付近を拡大したものである。本実施形態では、以下の手順で変曲点対応時刻ｔＰＸを算出する。

１）駆動電流ＩＤの供給開始時点（時刻ｔＩＳ）から第１時間ＴＳ１経過後の第１時点ｔＳ１における第１電流値ＩＤ１（第１サンプル点ＰＳ１）と、第１時点ｔＳ１から第２時間ＴＳ２経過後の第２時点ｔＳ２における第２電流値ＩＤ２（第２サンプル点ＰＳ２）とを用いて、第１及び第２サンプル点ＰＳ１，ＰＳ２を通る第１近似直線ＬＡ１を求める。具体的には、下記式（１）の係数ａ１，ｂ１を下記式（２），（３）により算出する。
ＩＤ＝ａ１×ｔ＋ｂ１ （１）
ａ１＝（ＩＤ２−ＩＤ１）／（ｔＳ２−ｔＳ１） （２）
ｂ１＝（ＩＤ１×ｔＳ２−ＩＤ２×ｔＳ１）／（ｔＳ２−ｔＳ１） （３）

２）第２時点ｔＳ２から第３時間ＴＳ３経過後の第３時点ｔＳ３における第３電流値ＩＤ３（第３サンプル点ＰＳ３）と、第３時間ＴＳ３から第４時間ＴＳ４経過後の第４時点ｔＳ４における第４電流値ＩＤ４（第４サンプル点ＰＳ４）とを用いて、第３及び第４サンプル点ＰＳ３，ＰＳ４を通る第２近似直線ＬＡ２を求める。具体的には、下記式（４）の係数ａ２，ｂ２を下記式（５），（６）により算出する。
ＩＤ＝ａ２×ｔ＋ｂ２ （４）
ａ２＝（ＩＤ４−ＩＤ３）／（ｔＳ４−ｔＳ３） （５）
ｂ２＝（ＩＤ３×ｔＳ４−ＩＤ４×ｔＳ３）／（ｔＳ４−ｔＳ３） （６）

３）近似直線ＬＡ１とＬＡ２の交点に対応する時点を変曲点対応時刻ｔＰＸとする。具体的には下記式（７）により変曲点対応時刻ｔＰＸを算出する。
ｔＰＸ＝（ｂ１−ｂ２）／（ａ２−ａ１） （７）

このようにして４つのサンプル点ＰＳ１〜ＰＳ４を用いた近似的な演算によって変曲点対応時刻ｔＰＸが得られるので、高価な高速サンプリング回路が不要となり、コストを低減するとともにＣＰＵ１１の演算負荷を軽減することができる。

なお、図４（ｃ）に示す駆動電流波形の立ち上り部分は、燃料噴射量に関わらずほぼ同一の波形となるので、第１〜第４時間ＴＳ１〜ＴＳ４は予め実験的に求めた時間を用いる。ただし、第２時点ｔＳ２は通常の変曲点対応時刻範囲より前の時点に設定し、第３時点ｔＳ３は、通常の変曲点対応時刻範囲より後の時点に設定し、第４時点ｔＳ４は駆動電流ＩＤが最大となる時点ｔＳＷより前の時点に設定する。

図６は上述した手法により変曲点対応時刻ｔＰＸを算出し、燃料噴射制御を行う処理を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１１では、算出されている燃料噴射指令時間ＴＩＮＪＣＭＤ及び燃料噴射開始指令時間ＴＩＳＣＭＤに基づいて、燃料噴射実行用のタイマの設定を行い、燃料噴射開始時期において燃料噴射弁２（ソレノイド３９）への駆動電流ＩＤの供給を開始する（ステップＳ１２，図４の時刻ｔＩＳ）。燃料噴射開始指令時間ＴＩＳＣＭＤは、燃料噴射を実行すべきクランク角度期間の開始時点から開弁指令信号出力開始時点（ｔＩＳ）までの待機時間に相当する。

ステップＳ１３では時刻ｔＩＳから第１時間ＴＳ１が経過したか否かを判別し、経過するまで待機する。ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）となったとき、すなわち第１時点ｔＳ１において第１電流値ＩＤ１のサンプリングを行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１５では第１時点ｔＳ１から第２時間ＴＳ２が経過したか否かを判別し、経過するまで待機する。ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）となったとき、すなわち第２時点ｔＳ２において第２電流値ＩＤ２のサンプリングを行う（ステップＳ１６）。

ステップＳ１８では第２時点ｔＳ２から第３時間ＴＳ３が経過したか否かを判別し、経過するまで待機する。ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）となったとき、すなわち第３時点ｔＳ３において第３電流値ＩＤ３のサンプリングを行う（ステップＳ１９）。ステップＳ２０では第３時点ｔＳ３から第４時間ＴＳ４が経過したか否かを判別し、経過するまで待機する。ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）となったとき、すなわち第４時点ｔＳ４において第４電流値ＩＤ４のサンプリングを行う（ステップＳ２１）。

ステップＳ１８〜Ｓ２１の処理と並行してステップＳ１７を実行し、上記式（２）及び（３）による係数ａ１，ｂ１の算出を行う。またステップＳ２１実行後は、ステップＳ２２において、上記式（５）及び（６）による係数ａ２，ｂ２の算出を行う。

ステップＳ２３では、上記式（７）により変曲点対応時刻ｔＰＸを算出する。ステップＳ２４では、図７に示すＴＩＮＪＣＭＤ算出処理を実行する。

図７のステップＳ３１では、変曲点対応時刻ｔＰＸ及び駆動電流供給開始時期ｔＩＳを下記式（８）に適用し、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹを算出する。
ＴＩＤＬＹ＝ｔＰＸ−ｔＩＳ （８）
ステップＳ３２では、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹに応じて図８（ａ）に示すＦＳＰＧテーブルを検索し、スプリング付勢力ＦＳＰＧを算出する。スプリング付勢力ＦＳＰＧは、第２スプリング４０の収縮状態に応じて変化するが、ここで算出するスプリング付勢力ＦＳＰＧは平均値である。スプリング付勢力ＦＳＰＧが大きいほど、弁体３２の作動開始時期は遅れるため、ＦＳＰＧテーブルは、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹが長くなるほどスプリング付勢力ＦＳＰＧが増加するように設定されている。

ステップＳ３３では、スプリング付勢力ＦＳＰＧに応じて図８（ｂ）に示すＴＣＬＳテーブルを検索し、閉弁移動時間ＴＣＬＳを算出する。スプリング付勢力ＦＳＰＧが大きくなるほど閉弁移動時間ＴＣＬＳは短くなるため、ＴＣＬＳテーブルは閉弁移動時間ＴＣＬＳが長くなるほどスプリング付勢力ＦＳＰＧが減少するように設定されている。

ステップＳ３４では、下記式（９）及び（１０）によって実開弁時期ｔＯＰ及び実閉弁時期ｔＣＬを算出し、さらに下記式（１１）に実開弁時期ｔＯＰ及び実閉弁時期ｔＣＬを適用して、実燃料噴射時間ＴＩＮＪＡを算出する。
ｔＯＰ＝ｔＰＸ （９）
ｔＣＬ＝ｔＩＥ＋ＴＤＥＡＤ＋ＴＣＬＳ （１０）
ＴＩＮＪＡ＝ｔＣＬ−ｔＯＰ （１１）

ステップＳ３５では、エンジン運転状態（例えばエンジン回転数ＮＥ、吸入空気流量ＧＡＩＲ、吸気温ＴＡなど）に応じて理論噴射時間ＴＩＮＪＴＨを算出し、理論噴射時間ＴＩＮＪＴＨを下記式（１２）に適用して、燃料噴射時間ＴＩＮＪを算出する。理論噴射時間ＴＩＮＪＴＨは、検出されたエンジン運転状態において必要な燃料噴射量に対応する燃料噴射時間である。
ＴＩＮＪ＝ＫＶＢ×ＴＩＮＪＴＨ （１２）

式（１２）のＫＶＢは、検出されるバッテリ出力電圧ＶＢに応じて、図８（ｃ）に示すＫＶＢテーブルを検索することにより算出される補正係数である。ＫＶＢテーブルは、バッテリ出力電圧ＶＢが低下するほど、補正係数ＫＶＢが減少するように設定されている。開弁指令時間が同一であっても、バッテリ出力電圧ＶＢが低下するほど燃料噴射弁２の実開弁時間が短くなることに対応させたものである。

ステップＳ３６では、下記式（１３）に燃料噴射時間ＴＩＮＪ及び実燃料噴射時間ＴＩＮＪＡを適用して、噴射時間偏差ＤＴＩＮＪを算出する。
ＤＴＩＮＪ＝ＴＩＮＪ−ＴＩＮＪＡ （１３）

ステップＳ３７では、下記式（１４）により、閉弁指令時期ｔＩＥを補正する。式（１４）により、噴射時間偏差ＤＴＩＮＪが正の値であるときは、噴射時間が不足することから閉弁指令時期ｔＩＥを噴射時間偏差ＤＴＩＮＪだけ遅らせる一方、噴射時間偏差ＤＴＩＮＪが負の値であるときは、噴射時間が過剰となることから閉弁指令時期ｔＩＥを噴射時間偏差ＤＩＮＪだけ早める補正が行われる。
ｔＩＥ＝ｔＩＥ＋ＤＴＩＮＪ （１４）

ステップＳ３８では、下記式（１５）に噴射時間偏差ＤＴＩＮＪを適用して、燃料噴射指令時間ＴＩＮＪＣＭＤを補正する。
ＴＩＮＪＣＭＤ＝ＴＩＮＪＣＭＤ＋ＤＴＩＮＪ （１５）

ステップＳ３８で算出される燃料噴射指令時間ＴＩＮＪＣＭＤに基づいて、次の燃料噴射が実行される。実行中の燃料噴射の閉弁指令時期より前に、ステップＳ３７における閉弁指令時期ｔＩＥの変更を行うことができるときは、燃料噴射実行タイマの設定時間を変更することによって、直ちに閉弁指令時期ｔＩＥの補正を行う。実行中の燃料噴射の閉弁指令時期より前に閉弁指令時期ｔＩＥの変更ができないときは、次回の燃料噴射指令時間ＴＩＮＪＣＭＤの補正によって閉弁指令時期ｔＩＥの補正を行う。

以上のように本実施形態では、燃料噴射弁２の駆動電流の供給開始時点ｔＩＳから最大となる時点ｔＳＷまでの電流増加期間中における第１〜第４時点ｔＳ１〜ｔＳ４で駆動電流の値ＩＤがサンプリングされ、そのサンプリング値ＩＤ１〜ＩＤ４に基づいて、電流増加期間中において燃料噴射弁２の弁体３２が弁座３７から離れることによって現れる、駆動電流の変化特性における変曲点ＰＸに対応する変曲点対応時刻ｔＰＸが取得され、駆動電流の供給開始時点ｔＩＳから変曲点対応時刻ｔＰＸまでの噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹが算出され、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹに応じて、弁体３２を弁座方向へ付勢する戻しタイミングである閉弁指令時期ｔＩＥが補正される。弁体３２を弁座方向へ付勢する第２スプリング４０の付勢力ＦＳＰＧが大きいほど噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹは長くなる一方、弁体３２の閉弁作動時は、付勢力ＦＳＰＧは弁体３２の移動方向に対して順方向に作用するため、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹが長いほど、すなわち付勢力ＦＳＰＧが大きいほど弁体３２の移動速度が速まる。したがって、噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹに応じて閉弁指令時期ｔＩＥを補正することにより、比較的少ない演算処理負荷で、第２スプリング４０の付勢力ＦＳＰＧのばらつきや経時変化の影響を排除し、燃料噴射弁２による実燃料噴射時間ＴＩＮＪＡを、目標値に相当する燃料噴射時間ＴＩＮＪに正確に制御し、燃料噴射量の制御精度を高めることができる。

また噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹが長いほど閉弁指令時期ｔＩＥが遅くなるように補正される。噴射遅れ時間ＴＩＤＬＹが長い、すなわちスプリング付勢力ＦＳＰＧが大きいほど、閉弁方向への弁体３２の移動速度が速まるので、閉弁指令時期ｔＩＥを遅くすることによって、実燃料噴射時間ＴＩＮＪＡを燃料噴射時間ＴＩＮＪに正確に一致させることができる。

本実施形態では、ＥＣＵ５のＣＰＵ１１が、サンプリング手段、変曲点取得手段、計測手段、及び補正手段を構成する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、変曲点ＰＸに対応する時点を第１の実施形態とは異なる手法で特定するようにしたものであり、以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。

図９は、本実施形態における変曲点対応時点（ｔＰＸ）の特定手法を説明するためのタイムチャートであり、駆動電流ＩＤの変化を模式的に示す。駆動電流ＩＤの変化特性を近似する直線の傾きが、変曲点ＰＸを過ぎると増加する点に着目し、以下のように特定する。すなわち、所定サンプリング周期ＤＴＳ毎にサンプリングされる駆動電流値ＩＤ(k)と、所定サンプリング周期ＤＴＳとの積（図９に示す矩形の面積値）を積算することにより、積算値ＳＡＩＤ(k)を算出し、その積算値ＳＡＩＤ(k)の変化量ＤＳＡＩＤ(k)が判定閾値ＤＳＡＩＤＴＨを超えた時点ｔＰＸＰの１サンプリング周期前の時点を、変曲点対応時点として特定する。ｋは、所定サンプリング周期ＤＴＳで離散化した離散化時刻である。

図１０は本実施形態における燃料噴射制御を説明するためのフローチャートであり、図図６のステップＳ１４〜Ｓ２３をステップＳ５１〜Ｓ５８に変更し、ステップＳ５８実行後にステップＳ２４に進むようにしたものである。

ステップＳ５１では、所定サンプリング周期ＤＴＳの経過を待ち、経過すると駆動電流値ＩＤ(k)のサンプリングを行う（ステップＳ５２）。離散化時刻ｋは、本処理の開始時点で「１」に初期化されている。ステップＳ５３では、下記式（２１）により積算値ＳＡＩＤ(k)を算出する。なお、ＳＡＩＤ(0)は「０」に初期化されている。
ＳＡＩＤ(k)＝ＳＡＩＤ(k-1)＋ＩＤ(k)×ＤＴＳ （２１）

ステップＳ５４では、下記式（２２）により積算値変化量ＤＳＡＩＤ(k)を算出し、ステップＳ５５で積算値変化量ＤＳＡＩＤ(k)が判定閾値ＤＳＡＩＤＴＨ以上であるか否かを判別する。
ＤＳＡＩＤ(k)＝ＳＡＩＤ(k)−ＳＡＩＤ(k-1) （２２）

ステップＳ５５の答が否定（ＮＯ）である間は、離散化時刻ｋを「１」だけ増加させて（ステップＳ５６）、ステップＳ５１に戻る。積算値変化量ＤＳＡＩＤ(k)が判定閾値ＤＳＡＩＤＴＨ以上となると、ステップＳ５７に進んで、その時点の離散化時刻ｋから「１」を減算した値を、離散化変曲点対応時刻ｋＰＸとして記憶する。ステップＳ５８では、下記式（２３）により、変曲点対応時刻ｔＰＸを算出する。
ｔＰＸ＝ｔＳ１＋ＤＴＳ×ｋＰＸ （２３）

本実施形態では、サンプリングされる駆動電流値ＩＤ(k)の積算値ＳＡＩＤ(k)が算出され、さらにこの積算値の変化量ＤＳＡＩＤ(k)が算出され、積算値変化量ＤＳＡＩＤ(k)が判定閾値ＤＳＡＩＤＴＨ以上と判定された時点の１サンプリング周期前の時点が、変曲点対応時刻ｔＰＸと判定されるので、比較的簡単な演算で変曲点対応時刻ｔＰＸを特定することができる。

［変形例］
図１０に示す処理は、図１１に示すように変形してもよい。図１１に示す処理は、図１０のステップＳ５３を削除し、ステップＳ５４及びＳ５５をそれぞれステップＳ５４ａ及びＳ５５ａに代えたものである。

ステップＳ５４ａでは、下記式（２４）により駆動電流変化量ＤＩＤ(k)を算出する。
ＤＩＤ(k)＝ＩＤ(k)−ＩＤ(k-1) （２４）
ステップＳ５５ａでは、駆動電流変化量ＤＩＤ(k)が判定閾値ＤＩＤＴＨ以上であるか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）である間はステップＳ５６に進み、肯定（ＹＥＳ）となるとステップＳ５７に進む。

図９から明らかなように、変曲点ＰＸの前後で駆動電流値ＩＤ(k)の変化量が変化するので、駆動電流変化量ＤＩＤ(k)が判定閾値ＤＩＤＴＨ以上となった時点の１サンプリング周期前の時点を、変曲点ＰＸに対応する時点として特定することができる。したがって、比較的簡単な演算で変曲点対応時刻ｔＰＸを特定することが可能となる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、内燃機関に装着される燃料噴射弁の駆動制御装置に本発明を適用した例を示したが、流体の流量を制御するための一般的な電磁弁の駆動制御装置にも適用可能である。

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
１１ ＣＰＵ（サンプリング手段、変曲点取得手段、計測手段、補正手段）

Claims (4)

1. 流体の流量を制御する電磁弁の駆動制御装置において、
   前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点から前記駆動電流が最大となる時点までの電流増加期間中における所定のタイミングで前記駆動電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段によるサンプリング値に基づいて、前記電流増加期間中において前記電磁弁の弁体が弁座から離れることによって現れる、前記駆動電流の変化特性における変曲点に対応する時点を取得する変曲点取得手段と、
   前記駆動電流の供給開始時点から前記変曲点に対応する時点までの遅れ時間を計測する計測手段と、
   計測される遅れ時間に応じて、前記弁体を前記弁座方向へ付勢する戻しタイミングを補正する補正手段とを備え、
   前記サンプリング手段は、前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点から第１時間経過した第１時点、該第１時点から第２時間経過した第２時点、該第２時点から第３時間経過した第３時点、及び該第３時点から第４時間経過した第４時点において、前記駆動電流の値をサンプリングし、
   前記変曲点取得手段は、
   前記第１及び第２時点においてサンプリングされた第１及び第２電流値を用いて、前記第１時点から第２時点までの電流変化特性を近似する第１近似直線を求めるとともに、
   前記第３及び第４時点においてサンプリングされた第３及び第４電流値を用いて、前記第３時点から第４時点までの電流変化特性を近似する第２近似直線を求め、
   前記第１近似直線と前記第２近似直線の交点に対応する時点を前記変曲点に対応する時点として算出し、
   前記第２時点は、前記電磁弁の通常の変曲点対応時刻範囲より前の時点に設定され、前記第３時点は前記通常の変曲点対応時刻範囲より後の時点に設定され、前記第４時点は前記駆動電流が最大となる時点より前の時点に設定されることを特徴とする電磁弁の駆動制御装置。
2. 流体の流量を制御する電磁弁の駆動制御装置において、
   前記電磁弁の駆動電流の供給開始時点から前記駆動電流が最大となる時点までの電流増加期間中における所定のタイミングで前記駆動電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段によるサンプリング値に基づいて、前記電流増加期間中において前記電磁弁の弁体が弁座から離れることによって現れる、前記駆動電流の変化特性における変曲点に対応する時点を取得する変曲点取得手段と、
   前記駆動電流の供給開始時点から前記変曲点に対応する時点までの遅れ時間を計測する計測手段と、
   計測される遅れ時間に応じて、前記弁体を前記弁座方向へ付勢する戻しタイミングを補正する補正手段とを備え、
   前記変曲点取得手段は、
   前記サンプリング値の一定時間毎の変化量を算出し、
   前記サンプリング値の変化量が判定閾値以上と判定された時点から前記変曲点に対応する時点を特定することを特徴とする電磁弁の駆動制御装置。
3. 前記補正手段は、前記遅れ時間が長いほど前記戻しタイミングが遅くなるように補正することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁の駆動制御装置。
4. 前記電磁弁は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電磁弁の駆動制御装置。

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