JP6157889B2 - 燃料噴射弁の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式内燃機関の燃料噴射弁制御装置に関する。

従来から、直噴式内燃機関の燃料噴射弁を駆動方法として、予め設定した駆動電流プロフィールと燃料噴射弁の駆動指令時間（以下、パルス幅）とに基づき、内燃機関から要求される噴射量を燃料噴射弁から噴射させる制御が知られている。

また、複数の燃料噴射弁を備える内燃機関の場合、それぞれの燃料噴射弁からの噴射量特性ばらつきや噴射タイミングのばらつきを低減する技術も考案されている。例えば、特許文献1では、それぞれの燃料噴射弁における通電開始タイミングから弁体が開弁するまでの噴射遅れ時間のばらつきに関する情報に基づき、弁体が開弁するまでの駆動電流値、または燃料噴射弁の流通電初期における電流勾配の変更を通電開始タイミングから開始することにより、噴射開始時期を規格内の噴射開始時期に補正する技術が挙げられる。

ところで、燃料噴射弁の性能を示す指標として、最大噴射量と最低噴射量が定義されている。最大噴射量は、所定期間（例えば、1秒）の間において燃料噴射弁の開弁を維持させ、燃料噴射弁が噴射でき得る燃料量を最大噴射量としており、最大噴射量の要求はより多くの噴射量が確保できることが望ましく、これを決定する因子として、燃料噴射弁内の弁体リフト量や燃料噴射弁先端に備わる噴口径などに代表される部分の設計値を大きくすることで対応することができる。

一方、最低噴射量は、ある特定の燃料噴射弁が安定的に噴射でき得る最も少ない噴射量を指し、要求としては、少ない噴射量であることが望まれる。ちなみに、安定的に噴射でき得る噴射量とは、燃料噴射弁に対する開弁指令時間を短くすると、必然的に噴射量は少なくできるが、同一仕様の燃料噴射弁毎で、同じ駆動指令時間でもその噴射量にばらつきが発生するため、この噴射量ばらつきが所定範囲内であることを条件としている。

また、最大噴射量と最低噴射量は、どちら一方を改善しようとした場合、もう一方が悪化するという所謂、トレードオフの関係にあることが一般的である。

特許4784592 号公報

しかしながら、内燃機関では、排気性能向上などの観点から、１燃焼サイクル内に複数回の噴射を行う所謂、多段噴射などが考案されており、これを行う場合、単純に計算しても、従来制御にて燃料噴射弁を１回駆動する際の噴射量相当分を噴射回数で割った程度まで、最低噴射量を下げる必要がある。当然のことながら、該述の最低噴射量に指向した燃料噴射弁では、従来同様の最大噴射量を確保することが難しく、最大噴射量と最低噴射量の幅である有効領域（以下、ダイナミックレンジ）を拡大させる必要があり、従来からの噴射量特性から改善すべき課題が存在する。

更に、排気管上に設けられた空燃比センサの情報に基づき、燃料噴射量の増減を行うフィードバック制御が一般的であるため、パルス幅に対する燃料噴射量は、直線上になることが望ましいが、最低噴射量を少なくすると、この直進性が保てなく課題がある。

特許文献１記載の技術では、噴射遅れ時間のばらつき以外の噴射量特性について格別な考慮がなされておらず、燃料噴射弁のパルス幅に対する燃料噴射量特性の直線性を保つことができなかった。

この様な課題から、本発明は、燃料噴射弁毎の噴射量ばらつきを低減し、最低噴射量を低減しつつ、噴射量特性の直進性を確保することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、以下のような手段を有する。内燃機関の燃焼室へ気筒毎に直接燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を通電制御する燃料噴射制御手段と、前記複数の燃料噴射弁各々の噴射量特性情報を検知または記憶媒体から取得する噴射量特性取得手段と、前記燃料噴射制御手段が燃料噴射弁を通電制御するときの駆動電流プロフィールを可変する電流プロフィール設定手段と、を備え、前記電流プロフィール設定手段は、前記噴射量特性情報に基づき、前記燃料噴射弁毎の駆動電流プロフィールを個別に設定する。

本発明により、燃料噴射弁毎に最適な駆動波形を供給することができ、パルス幅に対する燃料噴射量特性の直線性を保つことができるので、燃料噴射弁毎に存在する特性違いや機差ばらつきに起因する噴射量特性のばらつき低減を図りつつ、最低噴射量の低減を図ることができる。

本発明の全体構成図である。 実施例1における燃料噴射弁制御装置の構成図である。 燃料噴射弁駆動手段の構成図である。 従来の駆動電流プロフィールの1例を示す図である。 燃料噴射弁の噴射量特性の一例を示す図である。 本発明の駆動電流プロフィールの1例を示す図である。 燃料噴射弁の噴射量特性の一例を示す図でる。 燃料噴射弁の噴射量特性の一例を示す図である。 実施例2における燃料噴射弁制御装置の構成図を示す図である。

以下、本発明に係る内燃機関と燃料噴射制御装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関とその燃料噴射制御装置の基本構成を示している。
図1において、内燃機関101に吸入される空気は、空気流量計〔 AFM : Air Flow Meter 〕120を通過し、スロットル弁119、コレクタ115の順に吸入にされ、その後、各気筒に備わる吸気管110、吸気弁103を介して燃焼室121に供給される。

一方、燃料は、燃料タンク123から低圧燃料ポンプ124により、内燃機関101に備わる高圧燃料ポンプ125へ送られ、高圧燃料ポンプ125は、ECU〔 Engine Control Unit 〕109からの制御指令値に基づき、燃料圧を所望の圧力になる様に制御する。これにより高圧化された燃料は、高圧燃料配管128を介して、燃料噴射弁105へ送られ、燃料噴射弁105は、ECU109内に備わる燃料噴射弁制御装置127の指令に基づき、燃料を燃焼室121へ噴射する。

尚、内燃機関101には、高圧燃料ポンプ125を制御するため、高圧燃料配管128内の圧力を計測する燃料圧力センサ126が備わっており、ECU109は、このセンサ値に基づき、高圧燃料配管内128の燃料圧を所望の圧力になる様、所謂フィードバック制御を行うことが一般的である。更に内燃機関101には、燃焼室121毎に点火コイル107、点火プラグ106が備わり、ECU109により、所望のタイミングで点火コイル107への通電制御と点火プラグ106による点火制御が行われる仕組みとなっている。

これにより、燃焼室121内で吸入空気と燃料が混ざった混合気は、点火プラグ106から放たれる火花により燃焼する。燃焼により生じた排気ガスは、排気弁104を介して、排気管111に排出され、排気管111上には、この排気ガスを浄化するための三元触媒112が備えられている。ECU109には、該述の燃料噴射制御装置127が内蔵され、内燃機関101のクランク軸（図示せず）角度を計測するクランク角度センサ116、吸入空気量を示す前記AFM120、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ113、運転者が操作するアクセルの開度を示すアクセル開度センサ122、燃料圧力センサ126等の信号が入力される。

各センサから入力された信号について更に述べると、ECU109は、アクセル開度センサ122信号から、内燃機関101の要求トルクを算出するとともに、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、クランク角度センサ116の信号から、内燃機関の回転速度（以下、エンジン回転数）を演算する回転数検出手段と、水温センサ108から得られる内燃機関101の冷却水温と内燃機関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手段などが備えられている。

また、ECU109は、該述の要求トルクなどから、内燃機関101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119に出力し、燃料噴射制御装置127は吸入空気量に応じた燃料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。

図2に本発明に係わる燃料噴射制御装置の基本構成について１例を示す。本図において、バッテリから供給されるバッテリ電圧は、ヒューズ201とリレー202を介して、ECU109内に備わる燃料噴射弁制御装置127へ供給される。

燃料噴射弁制御装置127内の構成について述べると、バッテリ(図示せず)から供給される前記バッテリ電圧を元に、燃料噴射弁106内に備わる弁体が開弁する際に必要となる高い電源電圧（以下、高電圧）を生成する高電圧生成手段204を備え、高電圧生成手段204は、駆動IC206からの指令に基づき、所望の目標電圧まで昇圧を行う。これにより、燃料噴射弁の電源は、前記高電圧とバッテリ電圧の２系統が備わることになる。

また、燃料噴射弁106の上流側と下流側に駆動手段205a,205bが備わり、燃料噴射弁106に対し駆動電流の供給を行うが、詳細は後述するため、ここでの説明は省略する。

高電圧生成手段204及び燃料噴射弁駆動手段205a,205bは、駆動IC206により制御されて、燃料噴射弁106に所望の駆動電流を印加する。また、駆動IC206内では、燃料噴射弁106の駆動期間（ 燃料噴射弁106の通電時間 ）、及び駆動電圧値、駆動電流値は、ECU203内ブロック207に備わる燃料噴射弁パルス幅演算ブロック207aと、燃料噴射弁駆動波形指令ブロック207bにて算出された指令値に基づき、制御されるものである。

更に本発明の特徴として、駆動IC206内には、燃料噴射弁駆動波形指令207bに基づき、気筒毎に駆動電流を設定できる気筒別電流設定手段206aが備わることを特徴としている。従来技術から、燃料噴射弁駆動波形指令207bに基づき、駆動電流の設定を行う設定手段を駆動IC内に備えているが、全ての気筒に対して共通の駆動波形で制御することが前提であったため、燃料噴射弁106の特性毎に最適な駆動電流設定ができない課題があったが、これにより、各燃料噴射弁106毎に適した駆動電流設定が可能となる。
以上から、内燃機関101の燃焼に必要な、燃料噴射弁106の駆動制御及び燃料噴射量を最適に制御する。

図3にて、図2で示した燃料噴射弁106の駆動手段の説明を行う。

図2で説明した様に、燃料噴射弁106の上流の駆動手段205aは、燃料噴射弁106を開弁させる為に必要となる電流を供給するため、前記高電圧を図中の高電圧生成手段204から、電流逆流防止の為に備わるダイオード301を介し、図中のTR_Hivboost303の回路を用いて、燃料噴射弁106に電源を供給する。一方、燃料噴射弁106を開弁させた後は、燃料噴射弁106の開弁状態を保持する為に必要となる電流を印加する目的でバッテリ電圧304を前記高電圧同様に、電流逆流防止の為のダイオード302を介し、図中のTR_Hivb304の回路を用いて、燃料噴射弁106に電源を供給する。

次に、燃料噴射弁106の下流の燃料噴射弁駆動手段205bには、TR_Low305が備わっており、この駆動回路TR_LowをONにする事で、上流側の燃料噴射弁駆動手段205aから供給された電源を燃料噴射弁106に印加することができ、また、シャント抵抗306によって、燃料噴射弁106にて消費した電流を検出する事で燃料噴射弁に通電した電流値を検出してフィードバックし、後述する所望の燃料噴射弁106の電流制御を行うものである。尚、本説明は燃料噴射弁106の駆動方法について1例を示したものであり、例えば、燃料圧力が比較的低い場合などにおいて、燃料噴射弁106の開弁時に前記高電圧ではなくバッテリ電圧を用いても良い。

次に図4と図5を用いて従来技術における燃料噴射弁106の電流制御について説明を行う。一般的に直噴式内燃機関の燃料噴射弁106を駆動する場合、燃料噴射弁(106)の特性に基づき、電流プロフィール402を予め設定し、この電流プロフィール402による燃料噴射弁106の噴射量特性をECU109内に記録する。燃料噴射弁制御装置127は、内燃機関101の運転状態（吸入空気量）と、燃料噴射弁106の噴射量特性から、燃料噴射弁106の駆動指令時間（以下、パルス幅）を算出する。

図4は、この制御方法の一例を示したもので、パルス幅401は、所望の噴射タイミングT403からONとなり、予め設定された駆動電流プロフィール402に基づき、燃料噴射弁106の電流制御が行われる。

図4の例における駆動電流プロフィール402は、燃料噴射弁106の開弁を行う開弁ピーク電流402a、開弁保持を行う第1保持電流402bと第2保持電流402cなどの複数の目標電流値等が挙げられる。例えば、ピーク電流402aはTR_Hivboost303をオンして高電圧生成手段204による高電圧印加により生成し、第1保持電流402bはTR_Hivboost303をオフかつTR_Hivb304の回路をオンして燃料噴射弁106を開弁するのに十分な電流値を生成する。第2保持電流402cは、TR_Hivboost303をオフかつTR_Hivb304の回路を第1保持電流402b生成時よりも低いデューディー比（オンとオフの時間比）でオンし、燃料噴射弁106の開弁を維持可能な電流値にフィードバック制御される。燃料噴射弁制御装置127は、予め設定された制御シーケンスに基づき、それぞれの目標電流値を切り替えることで、燃料噴射弁106の動作を行い、パルス幅401がOFFとなるT404まで燃料噴射弁106に対し、駆動電流を印加し続ける。

尚、T404は、該述の如く、内燃機関101の運転状態（吸入空気量）と、燃料噴射弁106の噴射量特性から決定されるため、要求噴射量が多くなれば、T404は長くなり、また、要求噴射量が少なくパルス幅401が短い場合、例えば、T405のタイミングで燃料噴射弁106の駆動を停止する場合、406の一点鎖線に示した通り、燃料噴射弁106に印加される電流が停止するため、当然のことながら、第2保持電流402cに移行することはない。

次に燃料噴射弁106の噴射量特性について図5を用いて述べる。該述の通り燃料噴射量は、駆動電流プロフィール402と、パルス幅401から決定されることを説明したが、このパルス幅401の長さ、言い換えると燃料噴射弁106の駆動時間を横軸とし、それぞれのパルス幅401による燃料噴射量を縦軸とした場合、図5の様な特性となる。

これを詳しく述べると、図5内には、同一仕様の燃料噴射弁106にて、同一の駆動電流プロフィール402による噴射量特性を示したものである。この中で、501の実線で示した様な特性となることが理想であるが、実際は、燃料噴射弁106の機差ばらつきなどにより、502や503の様な特性となる。ちなみに501が理想と言う背景として、酸素センサ113や空燃比センサ(図示せず)などにより、燃料噴射量の増減補正を行うことが一般的である。これは、気筒間の空気分配による噴射量誤差や、バッテリ状態の変化に伴う燃料噴射弁106の動作ばらつき、燃料圧力センサ126や前記AFM120などの検知誤差、更に内燃機関101の燃焼状態などから、演算した燃料噴射量が内燃機関の要求する真の要求値から乖離することを補正することを目的としている。また、この際の補正に伴う燃料噴射量の増減は、パルス幅401を長く又は短くすることで燃料噴射量の補正を行うことが容易であるため、パルス幅401に対し、直線的な特性となるが理想とされる。

しかし、実際は燃料噴射弁内の弁体リフト量や燃料噴射弁先端に備わる噴口径などの機差ばらつきが存在し、結果的に同一仕様の燃料噴射弁106毎に最大燃料噴射量にもばらつきを生じさせる。このため、少なくとも1点以上の特定パルス幅時点で、燃料噴射弁106毎の噴射量が所定範囲に収まる様に、燃料噴射弁106内のスプリングを調整する。

例えば基準値より多くの噴射量となる燃料噴射弁106は、スプリングのばね定数を高く設定し、逆に基準値より多くの噴射量となる燃料噴射弁106は、ばね定数を低く設定する。

この調整により特定のパルス幅201上の噴射量は管理できるが、燃料噴射弁の開弁開始タイミングにばらつきが生じるため、噴射量が発生するタイミングにばらつきが生じる。

また、燃料噴射弁106毎で電気的特性（抵抗値やインダクタンス）にもばらつきがあるため、結果的に同一仕様の燃料噴射弁106を同一の駆動電流プロフィール402で駆動しても、その動作挙動にばらつきが存在し、例えば、502や503の様に噴射量が出た時点から暫くの間、噴射量特性にバウンシングが発生し、その後、このバウンシングは収束する挙動となる。

ちなみにこのバウンシングは、燃料噴射弁106が開弁する際に、弁体がバウンシングすることに起因しており、前記ピーク電流を高くするほど、激しくバウンシングし、且つ、バウンシングが収束する期間も長くなる特性を持つ。

これらの背景から、本発明は、内燃機関101に複数備わる燃料噴射弁106毎に、駆動電流プロフィール402を設定でき、燃料噴射弁106毎の識別情報に基づき、それぞれの燃料噴射弁106に適した駆動電流プロフィールにできることを特徴の１つとしている。

次に本発明に係る駆動電流プロフィールについて図6と図7を用いて説明を行う。

図6は、本発明の制御装置における代表的な駆動電流プロフィールを示したものである。

図6内のパルス幅601は、図4内の401と同じものであるため、説明を省略するが、駆動電流プロフィール602は、図4と異なる形態であることを特徴としている。なお、図４の第1保持電流402bと第2保持電流402cのように、保持電流を二段階で生成してもよいが、図６の例では一段階の例を説明する。

まず、所定のタイミングにおいて、燃料噴射弁106の駆動を開始した時点T603から、第１の所定時間までをピーク電流到達時間607として、ピーク電流到達時間までの間、高電圧生成手段204から、前記高電圧を燃料噴射弁106に対し印加する構成としている。

これは、図4で示した1例の様に、開弁ピーク電流402aにて制御しても良いが、特に噴射量が相当低い低パルス幅領域においては、この駆動電流ばらつきによる影響が相当大きく、燃料噴射弁106を開弁ピーク電流402aにて制御する場合、このシャント抵抗306の機差ばらつきを低減しないと、フィードバック制御に必要な電流検出値にばらつきが生じ、本発明にて得る効果を最大源得ることができない。

逆に言うと、本発明の効果を最大源に得ようとした場合、高精度のシャント抵抗306を用いる必要があるため、コスト増加を招く課題が発生するため、本発明では、燃料噴射弁106毎の駆動電流プロフィールを時間制御することで解決することを特徴としている。

次にピーク電流到達時間607となった時点T604から、第２の所定時間までを駆動電流停止時間608として、燃料噴射弁106に対する駆動電流を一旦停止する。また、別の形態として、ピーク電流到達時間607から、少なくとも、ピーク電流到達時間時点の電流値より低く設定された目標停止電流609となるまで、燃料噴射弁106に対する駆動電流を一旦停止する。

これは、図5の噴射量特性にて説明したバウンシングを低減する効果があるが、詳しくは後述するが、駆動電流停止時間688又は、目標停止電流609のどちらを用いても、得る効果に大差はない。また、上述のシャント抵抗306に関する課題がない場合、ピーク電流到達時間607となった時点T604を、開弁ピーク電流402aとなった時点としても良い。

その後、T605となって時点もしくは、駆動電流が609に到達した時点から、燃料噴射弁106が開弁を保持できる電流である開弁保持電流610となるまでの間、前記高電圧もしくは前記バッテリ電圧のいずれか一方を燃料噴射弁106に印加した後、開弁保持電流610に達した時点T606から、燃料噴射弁106の駆動を停止する時点T606までの間、前記バッテリ電圧を燃料噴射弁106に供給することを特徴とする。

図7は、図6に示した駆動電流プロフィール602を用いて、燃料噴射弁106を制御した際の噴射量特性を模式的に示した1例である。

図6の駆動電流プロフィール602にて燃料噴射弁106を駆動した場合、710の実線で示した様な傾向となる。詳しく説明すると、燃料噴射弁106の駆動を開始した時点T603から、第１の所定時間であるピーク電流到達時間607に基づき、特定領域704の噴射量701aが決定される。何故ならば、燃料噴射弁106を駆動時間はパルス幅601にて決定されるため、T603からT604までの駆動電流の勾配により、燃料噴射弁の弁体リフト量が決まる。

よって、T603からT604の間では、パルス幅601がOFFとなる時点の駆動電流に応じた噴射量がT707からT708までの勾配として表れる。

また、ピーク電流到達時間607に達したT604から、駆動電流停止時間608となるT605までの間は、燃料噴射弁106への電流印加は行われないことから、この間においてパルス幅601がどのタイミングでOFFとなっても、駆動電流プロフィールに変化はないため、これに伴いT708からT709間の噴射量は、ほぼ横ばいの傾向となる。このため、704の領域は、ピーク電流到達時間607の設定値に依存した噴射量を得ることができる。

これを利用し、燃料噴射弁106毎に、例えば、事前に設定した基準となるピーク電流到達時間607となるT708から、駆動電流停止時間608となるT709までの間となる704の範囲に設定した少なくとも１つ以上の第１所定パルス幅における燃料噴射弁106からの噴射量701aが、第１所定範囲内711となるピーク電流到達時間607を予め計測し、これを燃料噴射弁識別情報203の１つとして扱うことを本発明は特徴としている。

ちなみに、該述の噴射量が相当低い低パルス幅領域における燃料噴射弁106の駆動方法について説明を加えると、同一仕様の異なる燃料噴射弁106で、701aの噴射量に合せる場合、701aの絶対値にもよるが、駆動電流の制御分解能を少なくとも、0。1ms以下の精度で制御しなければ、所望の第１所定範囲内711に収束させることができない。よって、これを実現しようすると、該述の電流検知を行うシャント抵抗306精度の課題などもあり、本発明では、低コストで実現可能な時間制御にて燃料噴射弁106の開弁制御を行うことを特徴としているのである。

T708からT709までの噴射量701aは、駆動電流停止時間608に基づき、例えば、T709まで横ばい傾向となる説明を行ったが、駆動電流停止時間608後は、再び燃料噴射弁106に対し、前記高電圧もしくは前記バッテリ電圧のいずれかを印加することで、駆動電流が上昇し、開弁保持電流610となるまで継続され、開弁保持電流610となった以降は、前記バッテリ電圧によりパルス幅601がOFFとなるまで、燃料噴射弁106に電流を印加する。

図7の701は、直線的に上昇し、該述の理想的な特性となっているが、702の場合、該述の弁体挙動に伴うバウンシングが発生している。これは、本発明に係るピーク電流到達時間607を個別に設定しない場合、701の燃料噴射弁106では適した駆動電流プロフィール602が、702の燃料噴射弁106では、過剰に電流を与えていることが原因となる。また、703の噴射量特性をもつ燃料噴射弁106の場合、逆に電流が不足し、弁体の開弁保持ができずパルス幅を長くしても噴射量が増加しない状態となっている。

この噴射量特性ばらつきは、原因として2つのことが挙げられる。1つ目は、ピーク電流到達時間607もしくは、開弁ピーク電流402aのいずれかが過剰供給されているか不足している場合であるが、これは、該述の燃料噴射弁106毎にピーク電流到達時間607を合わせることで対応できる。2つ目の原因は、駆動電流停止時間608が燃料噴射弁106の特性に合っていない場合である。これは、バウンシング低減するために駆動電流停止時間608を用いて、開弁直前における弁体の加速度を落とす訳であるが、燃料噴射弁106の特定毎に最適な値が異なるため、どの燃料噴射弁106に対しても同一の駆動電流停止時間608では、この様な現象が発生するためである。よって、本発明では、バウンシングが発生する領域となるT709からT710までの間において、少なくとも１つ以上の第２所定パルス幅を設け、このパルス幅にて、燃料噴射弁106の噴射量が第２の所定範囲内となる前記駆動電流停止時間を燃料噴射弁識別情報203の１つとして扱うことを特徴としている。これにより、T709からT710までの噴射量バウンシングを低減し、噴射量ばらつきを低減できるものである。

尚、本説明では、噴射量バウンシング低減のため、駆動電流停止時間608を用いて説明を行ったが、目標停止電流609を用いてもその効果に明確な差異はない。これは、ピーク電流到達時間607もしくは、開弁ピーク電流402aにおける開弁初期での噴射量701aは絶対値が低く、ピーク電流に対する感度が高いことから、電流制御より時間制御の方が制御性に優れる傾向にあるが、705における噴射量特性は、噴射量の絶対値が高いことと、駆動電流停止時間608の変化が噴射量に与える影響が、ピーク電流到達時間607と初期の噴射量701aの感度ほど高くないため、駆動電流停止時間608と目標停止電流609との間に、明確な効果の差は発生しないと言える。

次に、T710以降の噴射量特性について説明すると、T710以降は、燃料噴射弁106が開弁保持するために必要な最低電流となる駆動電流に設定される。但し、燃料噴射弁106毎の機差ばらつきがあるため、同一仕様であれば、どの燃料噴射弁106においても開弁保持できる駆動電流であることが前提である。本発明では、この駆動電流を基本駆動電流と称しているが、図6の駆動電流プロフィール602とした場合、駆動電流停止時間608又は、目標停止電流609の設定値により、若干の補正を要する場合が存在する。例えば、駆動電流停止時間608が長い場合、燃料噴射弁106の駆動電流が低く成り過ぎ、弁体が閉弁挙動になる場合があるため、基本駆動電流に対し、目標電流を高く補正する必要がある。同様に、駆動電流停止時間608が短い場合は、燃料噴射弁106の特性上、弁体の開弁動作が行い易いことから、全体的に噴射量が高くなる傾向になるため、基本駆動電流より低く補正することでT710以降の噴射量を低くすることで噴射量ばらつきを低減するものである。

本発明では、この補正を含めた開弁保持電流610を燃料噴射弁識別情報203の１つとして扱うことを特徴としている。

これら本発明による気筒別に燃料噴射弁106の駆動電流プロフィールを個別に設定した場合の噴射量特性を図8に示す。図8は、図7にて説明した燃料噴射弁106毎に駆動電流プロフィール602を燃料噴射弁識別情報203に基づき、異なる設定値とした場合の噴射量特性を示したものである。

まず、804領域の噴射量は、例えば、図6の駆動電流プロフィール602にて、図7内701の実線で示した燃料噴射弁106と同一仕様の異なる燃料噴射弁106を駆動した際の噴射量特性が、702や703の様な形となり、701aに対して、第１所定範囲から外れている場合においても、それぞれの燃料噴射弁106で、ピーク電流到達時間607を異なる値とすることで、第１所定範囲内711に収束させることができる効果を持つ。

次に、805の領域の噴射量は、駆動電流停止時間608又は、目標停止電流609を燃料噴射弁106毎に適正な設定値とすることから、噴射量バウンシングを低減できるため、機差ばらつきに伴う噴射量ばらつきを低減できる効果を得る。更に、806以降の噴射量についても、燃料噴射弁106毎に開弁保持電流610を補正するため、その後の噴射量ばらつきも低減できる効果を得ることができる。

尚、図5,7,8に示した噴射量特性は、燃料噴射弁106が備わる高圧燃料配管128内の燃料圧により変化することが知られている。特に弁体が完全に開弁した状態における燃料圧については、√( 実燃料圧 ÷ 基準燃料圧 )に代表される燃料圧補正式により、噴射量を演算するが、本発明においても、高圧燃料配管128内の燃料圧に基づき、駆動電流プロフィールを補正する手段を備えている。

例えば、ある基準燃料圧にて、図6から図8にて説明した駆動電流プロフィール602を行い、内燃機関101の運転時において、燃料圧力センサ126などから検出される燃料圧に基づき、駆動電流の補正を行う。例えば、基準燃料圧より燃料圧力センサ126が検出した燃料圧が高い場合、弁体が閉弁側へ押し付けられる力が強くなり、開弁し難い状態となることから、ピーク電流到達時間607を長くする補正を行い、駆動電流プロフィール601の最適化を図る。また、同様に弁体の開弁速度が遅くなることから開弁直後のバウンシングも低減されるため、駆動電流停止時間608を短くする補正を行う場合もある。逆に、開弁保持電流610は、燃料圧が高くなることで、開弁を保持できる最低電流値が上がることから、開弁保持電流610を高く補正するなどの手段を備えることを特徴とする。

逆に、基準燃料圧より燃料圧力センサ126が検出した燃料圧が低い場合、弁体が閉弁側へ押し付けられる力が弱くなり、開弁し易い状態となることから、ピーク電流到達時間607を短くする補正を行い、駆動電流プロフィール601の最適化を図る。また、同様に弁体の開弁速度が速くなることから開弁直後のバウンシングが増加するため、駆動電流停止時間608を長くする補正を行う場合もある。開弁保持電流610は、燃料圧が低くなることで、開弁を保持できる最低電流値が下がることから、開弁保持電流610を低く補正するなどの手段を備えることを特徴とする。

これらの制御装置により、特に燃料噴射弁106毎に生じる噴射量ばらつきを低減し、燃料噴射弁106の最低流量を低減させることができる。

本発明実施例では、燃料噴射弁識別情報203に基づき、駆動電流プロフィール601を時間制御する具体例を説明した。本発明では、例えばピーク電流を供給しているT603からT604の期間、駆動電流を停止するT604からT605の期間を時間制御することで、ピーク電流の目標値等の電流値で駆動電流プロフィール601を補正するよりも、より分解能の高い補正が可能になる。なお、時間制御を行う駆動電流プロフィールの箇所は上記に限られず、例えば図４のT403からT405の期間を燃料噴射弁106の開弁に寄与するピーク電流供給期間に相当する期間として燃料噴射弁識別情報203に基づき時間制御してもよく、種々の応用が可能である。

本発明に係る別の実施例について、図9と図10を用いて説明を行う。
図9は、本発明に係る実施例1とは異なる燃料噴射弁制御装置127の構成を示した1例である。

図2におけるバッテリ(図示せず)から供給される前記バッテリ電圧を元に、燃料噴射弁106内に備わる弁体が開弁する際に必要となる前記高電圧を生成する高電圧生成手段204及び燃料噴射弁パルス幅演算ブロック207aは、図9内に図示していないが、これは、図2に対して、その構成及び機能となる内容は同様であるため、説明の便宜上省略する。

図2に対して、大きく異なる点として、図2の駆動IC206内には、燃料噴射弁駆動波形指令207bに基づき、気筒毎に駆動電流を設定できる気筒別電流設定手段206aが備わるが、図9の駆動IC906内には、これが備わっておらず、全ての燃料噴射弁106に対して共通の駆動電流を設定する駆動電流プロフィール設定手段906bを備える。この場合、実施例1における図2の様に、気筒別に異なる駆動電流プロフィール601の設定が行えないため、燃料噴射弁106毎の機差ばらつきや特性違いに適用できる駆動を行う場合、時系列的に駆動電流プロフィール設定手段907bの設定値を切替えることが必要となる。

このため、図9では、燃料噴射弁106毎の噴射量特性に基づく燃料噴射弁識別情報203と、燃料噴射弁識別情報203に基づき設定される複数の駆動電流プロフィール602を記憶する気筒別駆動電流記憶手段902と、内燃機関101の運転状態に基づき、燃料圧毎に少なくとも１つ以上設定された燃圧別駆動電流プロフィール903にて制御を行う通常噴射状態と、主に最低噴射量領域を使用し、図6に代表される駆動電流プロフィール602を気筒毎に備えた気筒別駆動電流プロフィール902にて制御を行う多段噴射状態から燃料噴射弁106の噴射状態を切替える噴射状態切替手段901と、噴射状態切替手段901が、通常噴射状態と判断した場合、燃圧別駆動電流プロフィール903から１つを選択する共通駆動電流選択手段905と、噴射状態切替手段が多段噴射状態と判断した場合、燃料噴射弁識別情報203に基づき、気筒別駆動電流プロフィール902を選択する気筒別駆動電流選択手段904が備わっている。

例えば、４つの燃焼室121から構成される4気筒内式燃機関101の場合、気筒別駆動電流プロフィール902は4つ備わり、この中から、気筒別駆動電流選択手段904が燃料噴射弁106の噴射順序に従い、それぞれの気筒に対する駆動電流プロフィール602を選択する。
更に詳しく述べると、気筒別駆動電流選択手段904は、現時点で動作中の燃料噴射弁106の動作完了タイミングに従い、気筒間に設定される噴射順序に従い、次の動作状態となる燃料噴射弁106を認識し、該当する燃料噴射弁106用の駆動電流プロフィール602を決定する。

同様に燃料圧毎に例えば4つの駆動電流プロフィール402からなる燃圧別駆動電流プロフィール903を備える場合、この4つの中から燃料圧に基づき、使用すべき駆動電流プロフィール402を選択する手段が共通駆動電流選択手段905であり、ここで燃料噴射弁106の噴射状態毎の駆動電流プロフィール402,602が選択されることになる。

また、その上流には、内燃機関101の運転状態に基づき、通常噴射状態と多段噴射状態を選択する噴射状態切替手段901が備わるため、最終的に1つの駆動電流プロフィール402,602が選択されることとなる。ここで選択された駆動電流プロフィール402,602は、駆動電流通信手段905から駆動IC906内の駆動電流プロフィール設定手段906bへ送信される。
これにより、駆動IC906は、使用すべき駆動電流プロフィール402,602を認識し、燃料噴射弁106の上流側駆動手段205aと下流側駆動手段205bを用いて、燃料噴射弁106の制御を行うことができる。

ここで、噴射状態切替手段901が、通常噴射状態と判断した場合、駆動電流通信手段905から駆動IC906内の駆動電流プロフィール設定手段906bへ送信されるタイミングは、噴射状態切替手段901が、通常噴射状態と判断した時点及び、共通駆動電流選択手段905が、使用すべき駆動電流プロフィール402を変更した時点となるのに対し、噴射状態切替手段901が、多段噴射状態と判断した場合は、現在駆動中の燃料噴射弁106が噴射動作を完了した時点において、次に燃料噴射を行う燃料噴射弁106用の駆動電流プロフィール602を送信する。

つまり、図9の燃料噴射弁制御装置127は、噴射状態切替手段901の判断した結果に基づき、共通駆動電流選択手段905もしくは、気筒別駆動電流選択手段904のどちらを使用するかを選択した上で、共通駆動電流選択手段905もしくは、気筒別駆動電流選択手段904が駆動電流プロフィール402,602を切替えたタイミングにおいて、駆動電流通信手段905による駆動IC906への通信を行うものである。

これにより、駆動IC906内に１つしか備わっていない駆動電流プロフィール設定手段906bを時系列的に管理することで、実施例1と同様の効果を得ることができる。

106 ・・・燃料噴射弁
127 ・・・燃料噴射弁制御装置
201 ・・・ヒューズ
202 ・・・リレー
203 ・・・燃料噴射弁識別情報
204 ・・・高電圧生成手段
205a ・・・燃料噴射弁駆動手段（上流側）
205b ・・・燃料噴射弁駆動手段（下流側）
206 ・・・燃料噴射弁駆動IC
206a ・・・気筒別電流設定手段
207 ・・・駆動制御ブロック
207a ・・・燃料噴射弁パルス幅演算ブロック
207b ・・・燃料噴射弁駆動波形指令ブロック

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室へ気筒毎に直接燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を通電制御する燃料噴射制御手段と、
   前記複数の燃料噴射弁各々の噴射量特性情報を検知または記憶媒体から取得する噴射量特性取得手段と、
   前記燃料噴射制御手段が燃料噴射弁を通電制御するときの電流プロフィールを可変する電流プロフィール設定手段と、を備え、
   前記電流プロフィール設定手段は、前記噴射量特性情報に基づき、前記燃料噴射弁毎の駆動電流プロフィールを個別に設定し、前記電流プロフィールは、前記燃料噴射弁を開弁するためのピーク電流供給期間と、前記バッテリ電圧を供給して前記燃料噴射弁の開弁を保持するための保持電流供給期間と、を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記ピーク電流供給期間に、バッテリ電圧を昇圧した高電圧の供給または、前記保持電流よりも高いデューティー比のバッテリ電圧供給を行い、
   前記電流プロフィール設定手段は、前記噴射量特性情報に基づき前記ピーク電流供給期間の電流値の検出無しに、前記燃料噴射弁毎のピーク電流供給期間を時間制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
2. 請求項１の制御装置において、バッテリ電圧を所望の電圧まで昇圧することができる昇圧
   手段を備え、前記電流プロフィールは、前記ピーク電流供給期間と前記保持電流供給期間
   との間に駆動電流停止期間を有し、前記駆動電流停止期間に、前記昇圧手段が生成した高
   電圧と前記バッテリ電圧の双方の供給を停止することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置
   。
3. 請求項２の制御装置において、前記燃料噴射特性情報は、前記燃料噴射制御手段が特定の
   燃料噴射弁に前記ピーク電流供給期間と前記駆動電流停止期間のいずれかに通電制御を終
   了するように通電時間を設定し、かつ前記特定の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を
   所定範囲内にしたときの、前記ピーク電流供給期間の長さであることを特徴とする燃料噴
   射弁の制御装置。
4. 請求項２の制御装置において、前記燃料噴射特性情報は、前記燃料噴射制御手段が特定の
   燃料噴射弁に前記保持電流供給期間に通電制御を終了するように通電時間を設定し、かつ
   前記特定の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を所定範囲内にしたときの、前記駆動電
   流停止期間の長さであることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
5. 請求項２の制御装置において、前記駆動電流停止期間は、前記ピーク電流供給期間でピー
   ク電流に到達した時点またはピーク電流目標値到達時点のいずれか一方のタイミングから
   、前記ピーク電流到達時間時点の電流値もしくは、前記ピーク電流目標値の少なくとも一
   方より低く設定された目標停止電流となるタイミングまで、前記昇圧手段が生成した高電
   圧と前記バッテリ電圧の双方の供給を停止することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
6. 請求項２の制御装置において、前記保持電流供給期間の目標保持電流値は、前記駆動電流
   停止期間の長さまたは前記駆動電流停止期間に低下させる目標停止電流の少なくとも一方
   に応じて補正され、
   前記燃料噴射弁識別情報は、補正された当該目標保持電流値であることを特徴とする燃料
   噴射弁の制御装置。
7. 請求項２の制御装置において、前記電流プロフィールは、前記燃料噴射弁の弁体が閉弁を
   開始する際の駆動電流を閉弁開始電流とし、前記燃料噴射制御手段によって設定された通
   電時間が停止した時点から前記保持電流供給期間の電流値が前記閉弁開始電流と一致した
   時点で駆動電流と停止することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
8. 請求項２の制御装置において、前記燃料噴射弁上流の燃料圧に基づき、前記電流プロフィ
   ールの電流値の増減補正を行う駆動電流プロフィール補正手段を備え、前記駆動電流プロ
   フィール補正手段は、基準燃料圧に対し、燃料圧センサが検出した燃料圧が高い場合、前
   記ピーク電流供給期間を長く補正する、前記駆動電流停止期間を短く補正する、前記保持
   電流供給期間の電流値を高く補正するかの少なくとも１つ以上の補正を行うことを特徴と
   する燃料噴射弁の制御装置。
9. 請求項２の制御装置において、前記燃料噴射弁上流の燃料圧に基づき、前記電流プロフィ
   ールの電流値の増減補正を行う駆動電流プロフィール補正手段を備え、前記駆動電流プロ
   フィール補正手段は、基準燃料圧に対し、燃料圧センサが検出した燃料圧が低い場合、前
   記ピーク電流供給期間を短く補正する、前記駆動電流停止期間を長く補正する、前記保持
   電流供給期間の電流値を低く補正するかの少なくとも１つ以上の補正を行うことを特徴と
   する燃料噴射弁の制御装置。
10. 請求項２の制御装置において、
    前記電流プロフィール設定手段が選択した電流プロフィールを前記燃料噴射制御手段へ送
    信する駆動電流通信手段を備え、
    前記燃料噴射制御手段は、前記駆動電流通信手段から受信した電流プロフィールの情報と
    、燃料噴射弁の通電時間に関する駆動指令値に基づき、燃料噴射弁の通電制御を行い、
    前記駆動電流通信手段は、内燃機関の１サイクル中に複数回燃料を噴射する多段噴射を
    実行しているときに、前記複数の燃料噴射弁各々が燃料噴射を終了する毎に、次の噴射を
    行う燃料噴射弁用の電流プロフィールを送信することを特徴とした燃料噴射弁の制御装置。