JP6107913B2 - 燃料噴射制御装置および燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁のコイルへの通電を制御することで、燃料の噴射開始時期や噴射量等の噴射状態を制御する、燃料噴射制御装置および燃料噴射システムに関する。

コイルへ通電して生じた電磁吸引力により弁体をリフトアップ（開弁作動）させて燃料を噴射させる構造の燃料噴射弁に関し、特許文献１に記載の制御装置は、コイルへの通電開始時期やその通電時間を制御することにより、弁体の開弁時期および開弁期間を制御して、燃料の噴射開始時期や噴射量を制御する。

この制御装置では、図７に示すように、コイルへの通電を開始した後、コイル電流が目標ピーク値Ｉｐｅａｋに達するまでは、コイルへの電圧印加を継続させてコイル電流を上昇させる。目標ピーク値は、弁体が最大リフト位置に達するのに必要な値に設定されている。

ここで、最大リフト位置に達した弁体をその位置に保持させるのに要する電流は、目標ピーク値よりも少なくて済む。その理由の一つとして、吸引力を上昇させる時には、磁界変化が大きいためインダクタンスの影響を大きく受けるが、吸引力を一定の値に保持させる時にはインダクタンスの影響が殆ど無いことが挙げられる。

そこで、上記制御装置では、コイル電流が上昇して目標ピーク値に達した時点で、コイル電流を降下させ、目標ピーク値よりも低い値に設定された保持値Ｉｈｏｌｄとなるよう、コイルへの電圧印加をデューティ制御している。

特開２０１２−１７７３０３号公報

ここで、コイルが高温になるとコイルの電気抵抗が大きくなる。すると、図７（ａ）（ｂ）中の点線に示すように、電圧印加開始からコイル電流が目標ピーク値Ｉｐｅａｋに達するまでに要する時間ｔ１０〜ｔ２０が長くなる。その結果、吸引力の上昇傾きΔＦが緩やかになるので（図７（ｃ）中の点線参照）、開弁開始時期ｔａが遅くなるとともに開弁期間Ｔａｃｔが短くなる。

要するに、コイル電流の温度特性に起因して電流上昇の傾きΔＩは変化するものであり、その結果、吸引力の上昇傾きΔＦが変化して、開弁開始時期ｔａおよび開弁期間Ｔａｃｔ（噴射量）が変化する。つまり、噴射開始時期ｔａおよび噴射量が温度特性の影響を受けることが原因で、通電開始時期ｔ１０および通電期間Ｔｉに対する噴射状態の精度悪化を招いている。

特に、１燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射する多段噴射を実施する場合には、微小量の燃料を高精度で噴射することが要求され、このような微小噴射時には、噴射開始時期ｔａのずれが噴射量のずれに与える影響が大きくなるので、温度特性に起因した噴射量精度悪化が顕著となる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、噴射状態を制御するにあたり、温度特性に対する制御のロバスト性向上を図った、燃料噴射制御装置および燃料噴射システムを提供することにある。

開示されたひとつの発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、コイル（１４）へ通電して生じた電磁吸引力により弁体（１２）を開弁作動させて燃料を噴射させる燃料噴射弁（１０）に適用され、コイルに流れるコイル電流を制御することにより、燃料噴射弁からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置であることを前提とする。

そして、コイル電流が第１目標値（Ｉｈｏｌｄ１）まで上昇するよう、コイルへ電圧印加させる上昇制御手段（Ｓ１１、Ｓ１４）と、上昇制御手段により上昇されたコイル電流が第１目標値に保持されるよう、コイルへ電圧印加させるホールド制御手段（Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１７）と、バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路（２３）と、ホールド制御手段による制御を実施した後、コイル電流が第２目標値（Ｉｈｏｌｄ２）に保持されるよう、バッテリ電圧をコイルへ印加させるバッテリホールド制御手段（Ｓ２２、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２８）と、を備える。

さらに、弁体が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力を必要開弁力（Ｆａ）と呼び、第１目標値のコイル電流を流し続けることにより飽和した電磁吸引力を静的吸引力（Ｆｂ）と呼ぶ場合において、第１目標値は、静的吸引力が必要開弁力以上となるような値に設定されており、上昇制御手段およびホールド制御手段は、昇圧回路で昇圧させたブースト電圧をコイルへ印加させるとともに、コイル電流を第１目標値に保持させている期間中に弁体が開弁作動を開始することとなるよう、コイルへの電圧印加を制御し、
ホールド制御手段は、第１目標値よりも高い値に設定された第１上限値（ＩＨ１）にコイル電流が達した場合に通電をオフさせ、第１目標値よりも低い値に設定された第１下限値（ＩＬ１）にコイル電流が達した場合に通電をオンさせることで、変動するコイル電流の平均値が第１目標値となるよう制御しており、
バッテリホールド制御手段は、第２目標値よりも高い値に設定された第２上限値（ＩＨ２）にコイル電流が達した場合に通電をオフさせ、第２目標値よりも低い値に設定された第２下限値（ＩＬ２）にコイル電流が達した場合に通電をオンさせることで、変動するコイル電流の平均値が第２目標値となるよう制御しており、
ホールド制御手段による制御期間中におけるコイル電流の変動周波数が、バッテリホールド制御手段による制御期間中におけるコイル電流の変動周波数よりも大きくなるよう、第１上限値、第１下限値、第２上限値および第２下限値が設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、図５に例示されるように、上昇制御手段により第１目標値Ｉｈｏｌｄ１までコイル電流を上昇させる上昇期間ｔ１０〜ｔ１１と、その後、ホールド制御手段により第１目標値Ｉｈｏｌｄ１に保持させるホールド期間ｔ１１〜ｔ１３との両期間ｔ１０〜ｔ１３をかけて、電磁吸引力を静的吸引力Ｆｂにまで上昇させるようにできる。すると、通電開始から電磁吸引力が必要開弁力Ｆａに達するまでの期間（吸引力上昇期間ｔ１０〜ｔａ）に占める上記上昇期間ｔ１０〜ｔ１１の割合を小さくできる。

ここで、電流上昇の傾きΔＩが温度特性に起因して変化するものであることは先述した通りであり、それ故、上昇期間ｔ１０〜ｔ１１は、吸引力の上昇傾きΔＦが温度特性の影響を大きく受ける期間であると言える。一方、上記ホールド期間ｔ１１〜ｔ１３ではコイル電流が第１目標値に保持されるので、ホールド期間ｔ１１〜ｔ１３は、吸引力の上昇傾きΔＦが温度特性の影響を殆ど受けない期間であると言える。

これに対し、本発明によれば、先述したように吸引力上昇期間ｔ１０〜ｔａに占める上昇期間ｔ１０〜ｔ１１の割合を小さくできるので、吸引力の上昇傾きΔＦが温度特性の影響を受ける度合いを小さくできる（図５（ｃ）中の点線参照）。なお、図７に示す従来の制御装置では、コイル電流が目標ピーク値Ｉｐｅａｋに達した時点で保持値Ｉｈｏｌｄに低下させるので、図７に示すように、電流上昇期間ｔ１０〜ｔ２０と吸引力上昇期間ｔ１０〜ｔ２０とは一致する（上記割合＝１００％）。そのため、吸引力の上昇傾きΔＦが温度特性の影響を受ける度合いが大きくなる（図７（ｃ）中の点線参照）。

したがって、本発明によれば、温度特性による吸引力上昇傾きΔＦの変化を低減できるので、開弁開始時期ｔａおよび開弁期間Ｔａｃｔ（噴射量）が温度特性に依拠して変化することを抑制できる（図５（ｄ）中の点線参照）。よって、通電開始時期ｔ１および通電期間Ｔｉに対する噴射状態の精度悪化を抑制でき、温度特性に対する制御のロバスト性を向上できる。

本発明の一実施形態にかかる燃料噴射制御装置を示すブロック図。 通電期間Ｔｉと噴射量ｑとの関係を表した噴射特性を示す図。 アンペアターンＡＴと電磁吸引力Ｆとの関係を表した磁気回路特性を示す図。 電磁吸引力が時間経過とともに上昇し、飽和して静的吸引力になる様子を示す図。 図１に示す燃料噴射制御装置による噴射制御を実施した場合における、コイルへの印加電圧、コイル電流、電磁吸引力およびリフト量の、時間経過に伴い生じる変化を示す図。 図１に示す燃料噴射制御装置のマイコンにより実施される、噴射制御の手順を示すフローチャート。 従来の制御装置による電圧、電流、吸引力およびリフト量の、時間経過に伴い生じる変化を示す図。

以下、本発明にかかる燃料噴射制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示す燃料噴射弁１０は、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に搭載されており、内燃機関の燃焼室へ直接燃料を噴射するものである。燃料噴射弁１０は、燃料通路を内部に有するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ａを有するボデー１１を備える。ボデー１１内には、弁体１２、可動コア（図示せず）および固定コア１３等が収容されている。弁体１２は、ボデー１１の着座面１１ｂに離着座するシート面１２ａを有する。シート面１２ａを着座面１１ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、噴孔１１ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを着座面１１ｂから離座させるよう弁体１２を開弁作動（リフトアップ）させると、噴孔１１ａから燃料が噴射される。

固定コア１３は、鉄心にコイル１４を巻き回して構成され、コイル１４に通電すると固定コア１３は磁気吸引力を生じさせ、この磁気吸引力により可動コアが固定コア１３に引き寄せられてリフトアップする。可動コアに結合された弁体１２は、可動コアとともにリフトアップ（開弁作動）する。一方、コイル１４への通電を停止させると、スプリング（図示せず）の弾性力により、弁体１２は可動コアとともに閉弁作動する。

電子制御装置（ＥＣＵ２０）は、マイクロコンピュータ（マイコン２１）、集積ＩＣ２２、昇圧回路２３、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４等を備える。ＥＣＵ２０は燃料噴射制御装置に相当し、燃料噴射システムは燃料噴射弁１０およびＥＣＵ２０を備える。マイコン２１は、中央演算装置、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）および揮発性メモリ（ＲＡＭ）等を有して構成され、内燃機関の負荷および機関回転速度に基づき、燃料の目標噴射量および目標噴射開始時期を算出する。なお、図２に示す噴射特性にしたがってコイル１４への通電時間Ｔｉを制御することで、噴射量ｑを制御する。図中の符号ｔ１０は通電開始時期を示す。また、図中の符号ｔ１０ｂは、噴孔１１ａの開度が最大になった時期を示しており、この時期は、可動コアが固定コア１３に当接して弁体１２のリフト量が最大になった時期付近となる。

集積ＩＣ２２は、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の作動を制御する噴射駆動回路２２ａ、および昇圧回路２３の作動を制御する充電回路２２ｂを有する。これらの回路２２ａ、２２ｂは、マイコン２１から出力された噴射指令信号に基づき作動する。噴射指令信号は、燃料噴射弁１０のコイル１４への通電状態を指令する信号であり、先述した目標噴射量および目標噴射開始時期と、後述するコイル電流検出値Ｉとに基づき、マイコン２１により設定される。噴射指令信号には、後述する噴射信号、ブースト信号およびバッテリ信号が含まれている。

昇圧回路２３は、コイル２３ａ、コンデンサ２３ｂ、ダイオード２３ｃおよびスイッチング素子ＳＷ１を有する。スイッチング素子ＳＷ１がオン作動とオフ作動を繰り返すように充電回路２２ｂがスイッチング素子ＳＷ１を制御すると、バッテリ端子Ｂａｔｔから印加されるバッテリ電圧がコイル２３ａにより昇圧（ブースト）されて、コンデンサ２３ｂに蓄電される。このように昇圧されて蓄電された電力の電圧が「ブースト電圧」に相当する。

そして、噴射駆動回路２２ａがスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４をともにオン作動させると、燃料噴射弁１０のコイル１４へブースト電圧が印加される。一方、スイッチング素子ＳＷ２をオフ作動させてスイッチング素子ＳＷ３をオン作動させるように切り替えると、燃料噴射弁１０のコイル１４へバッテリ電圧が印加される。なお、コイル１４への電圧印加を停止させる場合には、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４をオフ作動させる。ダイオード２４は、スイッチング素子ＳＷ２のオン作動時に、ブースト電圧がスイッチング素子ＳＷ３に印加されることを防止するためのものである。

シャント抵抗２５は、スイッチング素子ＳＷ４を流れる電流、つまりコイル１４を流れる電流（コイル電流）を検出するためのものであり、マイコン２１は、シャント抵抗２５で生じた電圧降下量に基づき、先述したコイル電流検出値Ｉを検出する。

次に、コイル電流を流すことにより可動コアが吸引される力（電磁吸引力Ｆ）について、詳細に説明する。図３に示すように、固定コア１３で生じさせる起磁力（アンペアターンＡＴ）が大きいほど、吸引力Ｆは大きくなる。つまり、コイル１４の巻き数が同じであれば、コイル電流を多くしてアンペアターンＡＴを大きくするほど（ＡＴ２＞ＡＴ１）、吸引力Ｆは大きくなる（Ｆ２＞Ｆ１）。但し、通電を開始してから吸引力Ｆが飽和して最大値になるまでには、図４に示すように時間がかかる。本実施形態では、このように飽和して最大値になった時の吸引力Ｆを、静的吸引力Ｆｂと呼ぶ。

また、弁体１２が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力Ｆを、必要開弁力と呼ぶ。なお、燃料噴射弁１０に供給される燃料の圧力が高いほど、弁体１２が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力（必要開弁力）は大きくなる。また、燃料の粘性が大きい場合等、各種状況に応じて必要開弁力は大きくなる。そこで、必要開弁力が最も大きくなる状況を想定した場合の必要開弁力の最大値を、必要開弁力Ｆａと定義する。

図５（ａ）は、燃料噴射を１回実施する場合における、コイル１４への印加電圧波形を示す。図示されるように、噴射指令信号により指令される電圧印加開始時期ｔ１０に、ブースト電圧を印加して通電を開始させている。すると、通電開始に伴いコイル電流が第１目標値Ｉｈｏｌｄ１まで上昇する（図５（ｂ）参照）。その後、第１目標値よりも高い値に設定された第１上限値ＩＨ１にコイル電流が達したｔ１１時点で、通電をオフさせている。

要するに、ステップＳ１１、Ｓ１４（上昇制御手段）による、初回の通電によるブースト電圧印加により、第１目標値Ｉｈｏｌｄ１までコイル電流を上昇させるように制御（上昇制御）する。この上昇制御による初回通電期間を上昇期間ｔ１０〜ｔ１１と呼ぶ。そして、第１目標値Ｉｈｏｌｄ１は、静的吸引力Ｆｂが必要開弁力Ｆａ以上となるような値に設定されている。

その後、第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも低い値に設定された第１下限値ＩＬ１にコイル電流が達したｔ１２時点で、再びブースト電圧を印加して通電オンさせている。以降、コイル電流が第１上限値ＩＨ１まで上昇した時点で通電オフし、第１下限値ＩＬ１まで下降した時点で通電オンする。

要するに、ステップＳ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１７（ホールド制御手段）による、２回目以降のブースト電圧による通電オンオフの繰り返しにより、変動するコイル電流の平均値が第１目標値Ｉｈｏｌｄ１に保持されるようにデューティ制御（ホールド制御）する。このホールド制御は、通電開始からの経過時間Ｔｂｏｏｓｔが所定時間Ｔ１に達したｔ１３時点で終了する。このホールド制御による通電オンオフ期間をホールド期間ｔ１１〜ｔ１３と呼ぶ。

その後、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２よりも低い値に設定された第２下限値ＩＬ２にコイル電流が達したｔ１４時点で、バッテリ電圧を印加して通電オンさせている。以降、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２よりも高い値に設定された第２上限値ＩＨ２までコイル電流が上昇した時点で通電オフし、第２下限値ＩＬ２まで下降した時点で通電オンする。

要するに、Ｓ２２、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２８（バッテリホールド制御手段）による、バッテリ電圧による通電オンオフの繰り返しにより、変動するコイル電流の平均値が第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持されるようにデューティ制御（バッテリホールド制御）する。このバッテリホールド制御は、通電開始からの経過時間Ｔｐｉｃｋｕｐが所定時間Ｔ２に達したｔ２０時点で終了する。このバッテリホールド制御による通電オンオフ期間をバッテリホールド期間ｔ１４〜ｔ２０と呼ぶ。そして、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２は、上記上昇制御およびホールド制御により上昇された電磁吸引力が維持されることとなる値に設定されている。

なお、図５の例では第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも低い値に設定しているが、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１と同じ値に設定してもよい。

また、第１上限値ＩＨ１、第１下限値ＩＬ１、第２上限値ＩＨ２、および第２下限値ＩＬ２の値を、ホールド期間中におけるコイル電流の変動周波数が、バッテリホールド期間中におけるコイル電流の変動周波数よりも大きくなるように設定している。

ここで、ブースト電圧印加時におけるコイル電流の上昇傾きは、バッテリ電圧印加時におけるコイル電流の上昇傾きに比べて大きい。そのため、図５に示すように、第１上限値ＩＨ１と第１下限値ＩＬ１の幅ΔＩ１と、第２上限値ＩＨ２と第２下限値ＩＬ２の幅ΔＩ２とが同じ値になるように、各々の閾値ＩＨ１、ＩＬ１、ＩＨ２、ＩＬ２を設定すれば、ホールド期間における変動周波数はバッテリホールド期間における変動周波数よりも大きくなる。したがって、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１と同じ値に設定した場合には、ＩＨ１＝ＩＨ２、ＩＬ１＝ＩＬ２に設定すればΔＩ１＝ΔＩ２となる。

バッテリホールド期間ｔ１４〜ｔ２０が終了した後、第３目標値Ｉｈｏｌｄ３よりも低い値に設定された第３下限値ＩＬ３にコイル電流が達したｔ３０時点で、再びバッテリ電圧を印加して通電オンさせている。以降、第３目標値Ｉｈｏｌｄ３よりも高い値に設定された第３上限値ＩＨ３までコイル電流が上昇した時点で通電オフし、第３下限値ＩＬ３まで下降した時点で通電オンする。

要するに、バッテリ電圧による通電オンオフの繰り返しにより、変動するコイル電流の平均値が第３目標値Ｉｈｏｌｄ３に保持されるようにデューティ制御（リフト維持制御）する。このリフト維持制御は、噴射指令信号により指令される電圧印加終了時期ｔ４０に、通電をオフさせて終了する。

噴射指令信号に含まれる噴射信号は、通電時間Ｔｉを指令するパルス信号であり、目標噴射開始時期よりも所定の噴射遅れ時間ｔ１０〜ｔａだけ早い時期ｔ１０にパルスオン時期が設定されている。そして、パルスオンしてから、通電時間Ｔｉに応じた時間が経過した時期ｔ４０にパルスオフ時期が設定されている。この噴射信号にしたがってスイッチング素子ＳＷ４は作動する。

噴射指令信号に含まれるブースト信号は、ブースト電圧による通電オンオフを指令するパルス信号であり、噴射信号のパルスオンと同時にパルスオンする。その後、通電開始からの経過時間Ｔｂｏｏｓｔが所定時間Ｔ１に達するまでの期間、コイル電流検出値Ｉが第１目標値Ｉｈｏｌｄ１に保持されるようにフィードバック制御するよう、ブースト信号はオンオフを繰り返す。このブースト信号にしたがってスイッチング素子ＳＷ２は作動する。

噴射指令信号に含まれるバッテリ信号は、経過時間Ｔｂｏｏｓｔが所定時間Ｔ１に達した時点でパルスオンする。その後、通電開始からの経過時間Ｔｐｉｃｋｕｐが所定時間Ｔ２に達するまでの期間、コイル電流検出値Ｉが第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持されるようにフィードバック制御するよう、バッテリ信号はオンオフを繰り返す。さらにその後、噴射信号のパルスオフまでの期間、コイル電流検出値Ｉが第３目標値Ｉｈｏｌｄ３に保持されるようにフィードバック制御するよう、バッテリ信号はオンオフを繰り返す。このバッテリ信号にしたがってスイッチング素子ＳＷ３は作動する。

以上に説明したブースト信号およびバッテリ信号は、図６の手順にしたがってマイコン２１が出力する。なお、図６の処理は、噴射信号により噴射開始が指令されたことをトリガとして、所定周期で繰り返し実行される。そして、図６中の一点鎖線に示すステップＳ１０の処理により、先述した上昇制御およびホールド制御が実現され、一点鎖線に示すステップＳ２０の処理により、先述したバッテリホールド制御が実現され、ステップＳ３０の処理により、先述したリフト維持制御が実現される。

先ず図６のステップＳ１１において、ブースト信号のパルスをオンさせてブースト電圧Ｕｂｏｏｓｔによる印加を開始させる。その後、コイル電流検出値Ｉが第１上限値ＩＨ１に達したと判定（Ｓ１４：ＮＯ）されるまで、ブースト信号のパルスオンを継続させてブースト電圧Ｕｂｏｏｓｔの印加を継続させる。第１上限値ＩＨ１は第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも所定量だけ大きい値に設定されている。したがって、初回のブースト電圧印加で第１目標値Ｉｈｏｌｄ１までコイル電流が上昇し、先述した上昇制御が実現される。

なお、何らかの異常が原因で、コイル電流検出値Ｉが第１上限値ＩＨ１に達する前に、印加開始からの経過時間Ｔｂｏｏｓｔが所定時間Ｔ１に達した場合（Ｓ１２：ＮＯ）には、ブースト信号のパルスをオフさせてブースト電圧Ｕｂｏｏｓｔの印加を停止させる。そして、上昇制御中にＩ≧ＩＨ１に達したと判定（Ｓ１４：ＮＯ）されると、続くステップＳ１５において、ブースト電圧Ｕｂｏｏｓｔの印加を停止させる。これにより、上昇制御が終了する。

次に、Ｔｂｏｏｓｔ＜Ｔ１（Ｓ１６：ＹＥＳ）であることを条件として、コイル電流検出値Ｉが第１下限値ＩＬ１にまで下降したと判定（Ｓ１７：ＮＯ）されるまで、ブースト信号のパルスオフを継続させて印加停止を継続させる。第１下限値ＩＬ１は第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも所定量だけ小さい値に設定されている。

その後、Ｉ≦ＩＬ１と判定（Ｓ１７：ＮＯ）されると、ステップＳ１１に進み、ブースト信号のパルスをオンさせてブースト電圧Ｕｂｏｏｓｔによる印加を再開させる。したがって、上昇制御が終了してから、Ｔｂｏｏｓｔ≧Ｔ１（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＮＯ）と判定されるまでの期間は、第１上限値ＩＨ１および第１下限値ＩＬ１を閾値としてブースト信号のオンオフが切り替えられる。これにより、コイル電流の平均値が第１目標値Ｉｈｏｌｄ１に保持され、先述したホールド制御が実現される。

次に、Ｔｂｏｏｓｔ≧Ｔ１（Ｓ１２：ＮＯ、Ｓ１６：ＮＯ）と判定されると、コイル電流検出値Ｉが第２下限値ＩＬ２にまで下降したと判定（Ｓ２１：ＮＯ）されるまで、電圧印加停止を継続させる。第２下限値ＩＬ２は第２目標値Ｉｈｏｌｄ２よりも所定量だけ小さい値に設定されている。なお、図５に示す例では、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２は第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも小さい値に設定されているが、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１と同じ値に設定してもよい。

そして、Ｉ≦ＩＬ２と判定（Ｓ２１：ＮＯ）されると、ステップＳ２２に進み、バッテリ信号のパルスをオンさせてバッテリ電圧Ｕｂａｔｔによる印加を開始させる。その後、コイル電流検出値Ｉが第２上限値ＩＨ２に達したと判定（Ｓ２５：ＮＯ）されるまで、バッテリ信号のパルスをオンさせてバッテリ電圧Ｕｂａｔｔを印加させる。第２上限値ＩＨ２は第２目標値Ｉｈｏｌｄ２よりも所定量だけ大きい値に設定されている。

その後、バッテリ電圧印加中にＩ≧ＩＨ２に達したと判定（Ｓ２５：ＮＯ）されると、続くステップＳ２６において、バッテリ信号のパルスをオフさせてバッテリ電圧Ｕｂａｔｔの印加を停止させる。その後、Ｉ≦ＩＬ２と判定（Ｓ２８：ＮＯ）されると、ステップＳ２２に進み、バッテリ信号のパルスをオンさせてバッテリ電圧Ｕｂａｔｔによる印加を再開させる。したがって、ホールド制御が終了してから、通電開始からの経過時間Ｔｐｉｃｋｕｐが所定時間Ｔ２に達したと判定（Ｓ２３：ＮＯ、Ｓ２７：ＮＯ）されるまでの期間は、第２上限値ＩＨ２および第２下限値ＩＬ２を閾値としてバッテリ信号のオンオフが切り替えられる。これにより、コイル電流の平均値が第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持され、先述したバッテリホールド制御が実現される。

次に、Ｔｐｉｃｋｕｐ≧Ｔ２（Ｓ２３：ＮＯ、Ｓ２７：ＮＯ）と判定されると、バッテリホールド制御を終了させ、ステップＳ２４、Ｓ２６にてバッテリ信号のパルスをオフさせた状態で、次のステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、第３上限値ＩＨ３および第３下限値ＩＬ３を閾値としてバッテリ信号のオンオフを切り替える。これにより、コイル電流の平均値が第３目標値Ｉｈｏｌｄ３に保持され、先述したリフト維持制御が実現される。

なお、第３上限値ＩＨ３は第３目標値Ｉｈｏｌｄ３よりも所定量だけ大きい値に設定され、第３下限値ＩＬ３は第３目標値Ｉｈｏｌｄ３よりも所定量だけ小さい値に設定されている。また、第３目標値Ｉｈｏｌｄ３は第２目標値Ｉｈｏｌｄ２よりも小さい値に設定されている。

次に、上述した各種制御を実施したことによる燃料噴射弁１０の作動について、図５（ｃ）（ｄ）を用いて説明する。図５（ｃ）は電磁吸引力Ｆの時間変化を示し、図５（ｄ）は弁体１２のリフト量の時間変化を示す。

図５（ｃ）に示すように、上昇制御の実施開始とともに電磁吸引力Ｆは上昇を開始する。そして、上昇制御が終了した後も電磁吸引力Ｆは上昇を続け、ホールド制御が実施されるホールド期間ｔ１１〜ｔ１３中に、電磁吸引力Ｆは必要開弁力Ｆａに達する。そして、このようにＦ＝Ｆａとなったｔａ時点で、弁体１２のシート面１２ａが着座面１１ｂから離座して開弁作動（リフトアップ）を開始する（図５（ｄ）参照）。

その後、ホールド制御によりコイル電流が第１目標値Ｉｈｏｌｄ１に保持されると、電磁吸引力Ｆは静的吸引力Ｆｂまで上昇する。つまり、ホールド期間ｔ１１〜ｔ１３中に電磁吸引力Ｆが静的吸引力Ｆｂになるよう、Ｔｂｏｏｓｔに係る所定時間Ｔ１が設定されている。この第１目標値Ｉｈｏｌｄ１は、静的吸引力Ｆｂが必要開弁力Ｆａ以上となるような値に設定されているため、電磁吸引力Ｆが静的吸引力Ｆｂまで上昇して飽和するまでの期間に、電磁吸引力Ｆは必要開弁力Ｆａに達することとなる。

その後、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えたｔ１４以降、バッテリホールド制御によりコイル電流が第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持される。この第２目標値Ｉｈｏｌｄ２は、上昇制御およびホールド制御により上昇された電磁吸引力（つまり静的吸引力Ｆｂ）が維持されることとなる値に設定されている。そのため、バッテリホールド期間ｔ１４〜ｔ２０では、電磁吸引力Ｆは静的吸引力Ｆｂに保持される。そして、このバッテリホールド期間ｔ１４〜ｔ２０中にリフト量が最大値Ｌｍａｘになるよう、Ｔｐｉｃｋｕｐに係る所定時間Ｔ２が設定されている。

その後、電磁吸引力Ｆは、バッテリホールド制御の終了時点ｔ２０からリフト維持制御の開始時点ｔ３０までの期間に所定値まで低下し、その後、リフト維持制御により上記所定値に維持される。そして、バッテリホールド制御の終了時点ｔ２０からリフト維持制御の終了時点ｔ４０までの期間、リフト位置は最大値Ｌｍａｘに維持される。

その後、リフト維持制御が終了すると、電磁吸引力Ｆが低下を開始することに伴い、弁体１２が閉弁作動を開始してリフト量が低下する。そして、リフト量がゼロになるｔｄ時点で、弁体１２のシート面１２ａが着座面１１ｂに着座して閉弁する。なお、通電終了のｔ４０時点からｔ４１時点までは、コイル１４に逆位相の電圧を印加することで、電流の立下りを早期化し、弁体１２の閉弁応答性を向上させている。

以上により、本実施形態によれば、上昇期間ｔ１０〜ｔ１１とホールド期間ｔ１１〜ｔ１３との両期間ｔ１０〜ｔ１３をかけて、電磁吸引力を静的吸引力Ｆｂにまで上昇させる。そのため、通電開始から電磁吸引力が必要開弁力Ｆａに達するまでの期間（吸引力上昇期間ｔ１０〜ｔａ）に占める上昇期間ｔ１０〜ｔ１１の割合が小さくなる。したがって、吸引力の上昇傾きΔＦが温度特性の影響を受け難くなるので（図５（ｃ）中の点線参照）、開弁開始時期ｔａおよび開弁期間Ｔａｃｔ（噴射量）が温度特性に依拠して変化することを抑制できる（図５（ｄ）中の点線参照）。よって、通電開始時期ｔ１および通電期間Ｔｉに対する噴射状態の精度悪化を抑制でき、温度特性に対する制御のロバスト性を向上できる。

さらに、本実施形態によれば、上昇制御の後にホールド制御を実施することで電磁吸引力を静的吸引力Ｆｂにまで上昇させるので、ホールド制御を実施せずに電磁吸引力を必要開弁力Ｆａ以上に上昇させる従来制御の場合に比べ、コイル電流の最大値を小さくできる。よって、燃料噴射に要するエネルギの低減を図ることができる。

さらに、以下に列挙する特徴を備えた本実施形態によれば、各々の特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
上昇制御およびホールド制御では、コイル電流を第１目標値に保持させている期間中に開弁開始することとなるよう、コイル１４への電圧印加を制御している。換言すれば、上昇制御中に開弁開始することのないように、上昇制御時の電圧および電圧印加時間を制御する。そして、ホールド制御中に開弁開始するように、ホールド制御時のデューティ比およびホールド制御時間を制御する。

そのため、上昇制御中に開弁開始してしまうことを回避でき、「吸引力上昇期間ｔ１０〜ｔａに占める上昇期間ｔ１０〜ｔ１１の割合が小さくなる」といった先述の効果が確実に発揮されるようになる。

＜特徴２＞
上昇制御およびホールド制御では、昇圧回路２３で昇圧させたブースト電圧をコイル１４へ印加させ、ホールド制御を実施した後、コイル電流が第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持されるよう、バッテリ電圧をコイル１４へ印加させるバッテリホールド制御を実施する。そして、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２は、上昇制御およびホールド制御により上昇された電磁吸引力（静的吸引力Ｆｂ）が維持されることとなる値に設定されていることを特徴とする。

ここで、ホールド制御の実施期間を必要以上に長くすると、ブースト電圧を用いた期間（上昇期間＋ホールド期間）が長くなるので、１回の噴射で必要となる消費エネルギの増大が懸念されるようになる。つまり、コンデンサ２３ｂの容量を大きくする必要が生じる。

この点を鑑みた本実施形態では、ホールド制御後にはバッテリホールド制御に切り替える。すなわち、コイル電流が第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に到達した以降は、バッテリ電圧でも第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持させることが可能である点に着目し、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えて、ホールド制御で上昇させた電磁吸引力（静的吸引力Ｆｂ）を維持させるように、コイル電流を第２目標値Ｉｈｏｌｄ２に保持させる。したがって、本実施形態によれば消費エネルギの増大を抑制でき、コンデンサ２３ｂの小容量化を図ることができる。

＜特徴３＞
ホールド期間中におけるコイル電流の変動周波数（第１周波数）が、バッテリホールド期間中におけるコイル電流の変動周波数（第２周波数）よりも大きくなるよう、第１上限値ＩＨ１、第１下限値ＩＬ１、第２上限値ＩＨ２、および第２下限値ＩＬ２が設定されていることを特徴とする。

ここで、本実施形態に反して第１周波数を第２周波数と同じにすると、ブースト電圧印加時の電流上昇傾きがバッテリ電圧印加時に比べて大きいことに起因して、ホールド期間中におけるコイル電流の変動幅が大きくなり、エネルギ効率が悪くなる。これに対し本実施形態では、第１周波数が第２周波数より大きくなるように各々の閾値ＩＨ１、ＩＬ１、ＩＨ２、ＩＬ２を設定しているので、ホールド期間中におけるコイル電流の変動幅を低減でき、エネルギ効率の悪化を抑制できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、ホールド制御を実施した後にバッテリホールド制御を実施しており、バッテリホールド制御により静的吸引力Ｆｂを維持させている。これに対し、バッテリホールド制御を廃止して、吸引力が静的吸引力Ｆｂに達した以降も、ホールド制御によるブースト電圧印加を継続させて、静的吸引力Ｆｂを維持させるようにしてもよい。

・上記実施形態では、バッテリホールド制御に用いる第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１よりも小さい値に設定しているが、第２目標値Ｉｈｏｌｄ２を第１目標値Ｉｈｏｌｄ１と同じ値に設定してもよい。

・上記実施形態では、第１目標値Ｉｈｏｌｄ１の保持に用いる第１上限値ＩＨ１と第１下限値ＩＬ１の幅を、第２上限値ＩＨ２と第２下限値ＩＬ２の幅と同じに設定しているが、異なる幅に設定してもよい。

・上記実施形態では、点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に搭載された燃料噴射弁１０を、燃料噴射制御装置の制御対象としているが、圧縮自着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）に搭載された燃料噴射弁を制御対象としてもよい。さらに、上記実施形態では、燃焼室へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を制御対象としているが、吸気管へ燃料を噴射する燃料噴射弁を制御対象としてもよい。

１０…燃料噴射弁、１２…弁体、１４…コイル、２３…昇圧回路、Ｉｈｏｌｄ１…第１目標値、Ｉｈｏｌｄ２…第２目標値、Ｓ１１、Ｓ１４…上昇制御手段、Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１７…ホールド制御手段、Ｓ２２、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２８…バッテリホールド制御手段、Ｆａ…必要開弁力、Ｆｂ…静的吸引力。

Claims (5)

1. コイル（１４）へ通電して生じた電磁吸引力により弁体（１２）を開弁作動させて燃料を噴射させる燃料噴射弁（１０）に適用され、前記コイルに流れるコイル電流を制御することにより、前記燃料噴射弁からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記コイル電流が第１目標値（Ｉｈｏｌｄ１）まで上昇するよう、前記コイルへ電圧印加させる上昇制御手段（Ｓ１１、Ｓ１４）と、
   前記上昇制御手段により上昇された前記コイル電流が前記第１目標値に保持されるよう、前記コイルへ電圧印加させるホールド制御手段（Ｓ１１、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１７）と、
   バッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路（２３）と、
   前記ホールド制御手段による制御を実施した後、前記コイル電流が第２目標値（Ｉｈｏｌｄ２）に保持されるよう、前記バッテリ電圧を前記コイルへ印加させるバッテリホールド制御手段（Ｓ２２、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２８）と、
   を備え、
   前記弁体が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力の最大値を必要開弁力（Ｆａ）と呼び、前記第１目標値のコイル電流を流し続けることにより飽和した電磁吸引力を静的吸引力（Ｆｂ）と呼ぶ場合において、
   前記第１目標値は、前記静的吸引力が前記必要開弁力以上となるような値に設定されており、
   前記上昇制御手段および前記ホールド制御手段は、前記昇圧回路で昇圧させたブースト電圧を前記コイルへ印加させるとともに、前記コイル電流を前記第１目標値に保持させている期間中に前記弁体が開弁作動を開始することとなるよう、前記コイルへの電圧印加を制御し、
   前記ホールド制御手段は、前記第１目標値よりも高い値に設定された第１上限値（ＩＨ１）にコイル電流が達した場合に通電をオフさせ、前記第１目標値よりも低い値に設定された第１下限値（ＩＬ１）にコイル電流が達した場合に通電をオンさせることで、変動するコイル電流の平均値が前記第１目標値となるよう制御しており、
   前記バッテリホールド制御手段は、前記第２目標値よりも高い値に設定された第２上限値（ＩＨ２）にコイル電流が達した場合に通電をオフさせ、前記第２目標値よりも低い値に設定された第２下限値（ＩＬ２）にコイル電流が達した場合に通電をオンさせることで、変動するコイル電流の平均値が前記第２目標値となるよう制御しており、
   前記ホールド制御手段による制御期間中における前記コイル電流の変動周波数が、前記バッテリホールド制御手段による制御期間中における前記コイル電流の変動周波数よりも大きくなるよう、前記第１上限値、前記第１下限値、前記第２上限値および前記第２下限値が設定されていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記第２目標値は、前記上昇制御手段および前記ホールド制御手段により上昇された電磁吸引力が維持されることとなる値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室へ直接燃料を噴射する前記燃料噴射弁に適用される請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. １燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射する前記燃料噴射弁に適用される請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置と、
   前記燃料噴射弁と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射システム。

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