JP6233080B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁のコイルへの通電時間を制御することで燃料の噴射量を制御する、燃料噴射制御装置に関する。

この種の燃料噴射弁を制御する従来の制御装置は、上記コイルへの通電時間Ｔｉと噴射量ｑとの関係（Ｔｉ−ｑ特性）を表したマップを予め記憶させておき、要求噴射量に対応する通電時間Ｔｉを、上記マップを参照して設定している。そして近年では、特に直噴式の内燃機関において、制御可能な噴射量の最小値をできるだけ小さくすることが求められている。

そこで、特許文献１に記載の制御装置では、弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始させるパーシャルリフト噴射を実施している。これによれば、最大開弁位置に達した後に閉弁作動を開始させるフルリフト噴射に限定した制御装置に比べて、噴射量の最小値を小さくできる。

特開２０１３−２４００号公報

さて、上記コイルの温度に応じてコイルの電気抵抗は変化するので、通電時間Ｔｉに対する実際の開弁時間はコイル温度に応じて変化する。そのため、Ｔｉ−ｑ特性にはコイル温度に起因したバラツキが生じる。そして、Ｔｉ−ｑ特性のうちパーシャルリフト噴射の領域では、フルリフト噴射の領域に比べて上記バラツキが大きく現れる。そのため、上記マップにしたがって通電時間Ｔｉを制御するにあたり、パーシャルリフト噴射の場合には実噴射量を高精度で制御できない。

そこで本発明者らは、パーシャルリフト噴射を実施した時には実噴射量を検出しておき、次回パーシャルリフト噴射を実施する場合には、上記検出の結果に基づいて通電時間Ｔｉを補正することを検討した。これによれば、パーシャルリフト噴射における噴射量を高精度で制御できるようになる。

しかしながら、パーシャルリフト噴射領域のうち所定時間よりも長い領域（少量領域）と、所定時間よりも短い極微少領域とでは、上記バラツキの生じ方が異なる、との知見を本発明者らは得た。すなわち、少量領域ではコイル温度が高いほど噴射量ｑが多くなるようにバラツキが生じるのに対し、極微少領域では、コイル温度が高いほど噴射量ｑが少なくなるようにバラツキが生じる（図４参照）。

そのため、例えば少量領域での噴射時に実噴射量（少量時検出値）を検出し、その少量時検出値を用いて極微少領域での通電時間Ｔｉを補正すると、噴射量の精度向上にはならず、場合によっては精度の悪化を招く。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、パーシャルリフト噴射における噴射量の精度向上を図った燃料噴射制御装置を提供することにある。

ここに開示される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、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、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、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは燃料噴射制御装置である。この燃料噴射制御装置は、コイル（１３）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、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁（１０）に適用されることを前提とする。そして上記発明は、弁体の１回の開弁で噴射される噴射量の要求値に対する、コイルへの通電時間にしたがって、コイルへの通電を制御する制御手段（２２）と、弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始することとなるパーシャルリフト噴射を実施した時に、噴射量と相関のある物理量を検出する噴射量検出手段（２１ｄ）と、パーシャルリフト噴射を実施する場合に、過去に噴射量検出手段が検出した噴射量と相関のある物理量としての検出値に基づき通電時間を補正する補正手段（２１ｅ）と、を備える。

そして、上記発明は、パーシャルリフト噴射を実施させる通電時間の領域であって、所定時間よりも長い時間の領域を少量領域（Ａ２）、所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域（Ａ１）と呼ぶ場合において、少量領域での検出値に基づく、少量領域での通電時間の補正は許可し、少量領域での検出値に基づく、極微少領域での通電時間の補正は禁止することを特徴とする。

この発明によれば、少量領域での検出値（少量時検出値）に基づき少量領域での通電時間が補正されるようになるので、少量領域における噴射量の精度向上を図ることができる。また、上記少量時検出値に基づく極微少領域の補正は禁止されるので、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置、およびその装置を備えた燃料噴射システムを示す概要図。 第１実施形態において、燃料噴射弁の全体構造を示す断面図。 第１実施形態にて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とともに、通電時間と噴射量との関係を示す図。 通電時間と噴射量との関係を表す特性線が、コイル温度に応じて異なる形状になることを示す図。 時間経過に伴い生じるコイル電流の変化を表す電流波形が、コイル温度に応じて異なる形状になることを示す図。 第１実施形態において、通電時間を設定する手順を示すフローチャート。 図６の少量領域で噴射する場合における、通電時間Ｔｉの補正で用いるマップ。 図６の極微少領域で噴射する場合における、通電時間Ｔｉの補正で用いるマップ。 本発明の第２実施形態において、通電時間を設定する手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態において、極微少領域および少量領域の範囲を示す図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
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２へ直接燃料を噴射するものである。具体的には、燃焼室２を形成するシリンダヘッド３に、燃料噴射弁１０を挿入する取付穴４が形成されている。燃料噴射弁１０へ供給される燃料は燃料ポンプＰにより圧送され、燃料ポンプＰは内燃機関の回転駆動力により駆動する。

図２に示すように、燃料噴射弁１０は、ボデー１１、弁体１２、コイル１３、固定コア１４、可動コア１５、噴孔ボデー１７等を備えて構成されている。ボデー１１は、内部に燃料通路１１ａが形成されるよう、金属製の磁性材料にて形成されている。ボデー１１は、弁体１２、固定コア１４および可動コア１５を内部に収容するとともに、噴孔ボデー１７を保持する。

噴孔ボデー１７には、弁体１２が離着座する着座面１７ｂ、および燃料を噴射する噴孔１７ａが形成されている。弁体１２に形成されたシート面１２ａを着座面１７ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、噴孔１７ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを着座面１７ｂ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１７ａから燃料が噴射される。

固定コア１４は、金属製の磁性材料にて円筒形状に形成され、円筒内部に燃料通路１４ａを形成する。可動コア１５は、金属製の磁性材料にて円盤形状に形成されており、コイル１３への非通電時には固定コア１４と所定のギャップを有するよう、固定コア１４に対向配置されている。固定コア１４および可動コア１５は、コイル１３への通電により生じた磁束の通路となる磁気回路を形成する。

コイル１３へ通電して固定コア１４に電磁吸引力を生じさせると、この電磁吸引力により可動コア１５が固定コア１４に引き寄せられる。その結果、可動コア１５に連結されている弁体１２は、後述するメインスプリングＳＰ１の弾性力および燃圧閉弁力に抗してリフトアップ（開弁作動）する。一方、コイル１３への通電を停止させると、メインスプリングＳＰ１の弾性力により、弁体１２は可動コア１５とともに閉弁作動する。

可動コア１５には貫通孔１５ａが形成されており、この貫通孔１５ａに弁体１２が挿入配置されることで、弁体１２は可動コア１５に対して摺動して相対移動可能に組み付けられている。弁体１２の反噴孔側端部には係止部１２ｄが形成されている。可動コア１５が固定コア１４に吸引されて移動する際には、係止部１２ｄが可動コア１５に係止された状態で移動するので、可動コア１５の移動に伴い弁体１２も移動（開弁作動）する。但し可動コア１５が固定コア１４に接触した状態であっても、弁体１２は可動コア１５に対して相対移動してリフトアップすることが可能である。

弁体１２の反噴孔側にはメインスプリングＳＰ１が配置され、可動コア１５の噴孔側にはサブスプリングＳＰ２が配置されている。これらのスプリングＳＰ１、ＳＰ２はコイル状であり、中心軸線Ｃ方向に弾性変形する。メインスプリングＳＰ１の弾性力（メイン弾性力Ｆｓ１）は、弁体１２へ閉弁側に付与される。サブスプリングＳＰ２の弾性力（サブ弾性力Ｆｓ２）は、可動コア１５へ開弁側に付与される。

要するに、弁体１２は、メインスプリングＳＰ１と着座面１７ｂとの間に挟まれており、可動コア１５は、サブスプリングＳＰ２と係止部１２ｄとの間に挟まれている。そして、サブスプリングＳＰ２の弾性力Ｆｓ２は、可動コア１５を介して係止部１２ｄに伝達され、弁体１２へ開弁方向に付与されることとなる。したがって、メイン弾性力Ｆｓ１からサブ弾性力Ｆｓ２を差し引いた弾性力Ｆｓが、弁体１２へ閉弁方向に付与されているとも言える。

図１の説明に戻り、電子制御装置（ＥＣＵ２０）は、マイクロコンピュータ（マイコン２１）、集積回路（ＩＣ２２）、昇圧回路２３、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４等を備える。ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁１０の作動を制御して燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置を提供する。また、ＥＣＵ２０および燃料噴射弁１０は、最適量の燃料を噴射する燃料噴射システムを提供する。

マイコン２１は、中央演算装置およびメモリ２１ｍ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、通電時間Ｔｉと噴射量ｑとの関係を示す噴射特性（Ｔｉ−ｑ特性線）を予め試験して取得しておき、その噴射特性にしたがってコイル１３への通電時間Ｔｉを制御することで、噴射量ｑを制御する。後述する図３（ａ）中の符号ｔ１０は通電時間の開始時期、符号ｔ６０は通電時間の終了時期を示す。

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１３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。

なお、ＩＣ２２は、図４に示すＴｉ−ｑ特性線（噴射特性情報）に基づき、噴射量の要求値に対する通電時間Ｔｉにしたがってコイル１３への通電を制御する「制御手段」を提供する。

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１３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１３へバッテリ電圧が印加される。コイル１３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１３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生じる電磁吸引力（開弁力）について、詳細に説明する。

固定コア１４で生じさせる起磁力（アンペアターン）が大きいほど、電磁吸引力は大きくなる。つまり、コイル１３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を大きくするほど電磁吸引力は大きくなる。但し、通電を開始してから吸引力が飽和して最大値になるまでには時間がかかる。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電磁吸引力を、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を、必要開弁力Ｆａ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３（ａ）は、弁体１２を１回開弁させて燃料噴射を実施した場合における、コイル１３への印加電圧波形を示す。なお、図３（ａ）（ｂ）中の実線はコイル１３が常温である場合の波形、図中の点線はコイル１３が高温である場合の波形を示す。

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（ｔ１０参照）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上昇する（図３（ｂ）参照）。そして、コイル電流検出値Ｉが第１目標値Ｉ１に達した時点（ｔ２０参照）で通電をオフさせている。要するに、初回の通電によるブースト電圧印加により、第１目標値Ｉ１までコイル電流を上昇させるように制御する。このように制御している時のマイコン２１は「上昇制御手段２１ａ」に相当する。また、第１目標値Ｉ１が「所定の閾値」に相当する。

その後、第１目標値Ｉ１よりも低い値に設定された第２目標値Ｉ２にコイル電流が維持されるように、バッテリ電圧による通電を制御する。具体的には、コイル電流検出値Ｉと第２目標値Ｉ２との乖離が所定幅以内となるよう、バッテリ電圧による通電オンオフを繰り返すことで、変動するコイル電流の平均値が第２目標値Ｉ２に保持されるようにデューティ制御する。このように制御している時のマイコン２１は「定電流制御手段２１ｂ」に相当する。第２目標値Ｉ２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２目標値Ｉ２よりも低い値に設定された第３目標値Ｉ３にコイル電流が維持されるように、バッテリ電圧による通電を制御する。具体的には、コイル電流検出値Ｉと第３目標値Ｉ３との乖離が所定幅以内となるよう、バッテリ電圧による通電オンオフを繰り返すことで、変動するコイル電流の平均値が第３目標値Ｉ３に保持されるようにデューティ制御する。このように制御している時のマイコン２１は「ホールド制御手段２１ｃ」に相当する。

図３（ｃ）に示すように、電磁吸引力は、通電開始時点、つまり上昇制御開始時点（ｔ１０）から、定電流制御終了時点（ｔ４０）までの期間に上昇し続ける。なお、電磁吸引力の上昇速度は、上昇制御期間よりも定電流制御期間の方が遅い。ホールド制御期間（ｔ５０〜ｔ６０）では吸引力が所定値に保持される。開弁状態を保持するのに必要な開弁保持力Ｆｃよりも上記所定値が高くなるよう、第３目標値Ｉ３は設定されている。なお、開弁保持力Ｆｃは必要開弁力Ｆａよりも小さい。

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が経過した通電終了時期（ｔ６０）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、コイル電流検出値Ｉが第１目標値Ｉ１に達するまでの期間、ブースト信号はオンとなる。これにより、上昇制御期間においてブースト電圧がコイル１３に印加される。

噴射指令信号に含まれるバッテリ信号は、定電流制御の開始時点ｔ３０でパルスオンする。その後、通電開始からの経過時間が所定時間に達するまでの期間、コイル電流検出値Ｉが第２目標値Ｉ２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Ｉ３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。

図３（ｄ）に示すように、通電開始時点（ｔ１０）から噴射遅れ時間が経過した時点、つまり吸引力が必要開弁力Ｆａに達したｔ１時点で弁体１２は開弁作動を開始する。図中の符号ｔ３は、弁体１２が最大開弁位置（フルリフト位置）に達したタイミングを示し、図中の符号ｔ４は、弁体１２が閉弁を開始するタイミングを示す。また、通電終了時期（ｔ６０）から遅れ時間が経過した時点、つまり吸引力が開弁保持力Ｆｃにまで低下したｔ４時点で弁体１２は閉弁作動を開始する。

なお、図３（ａ）の例では、噴射終了指令時期と同時に、正負を逆転させた電圧をコイル１３に印加している。これにより、通電時間Ｔｉ（ｔ１０〜ｔ６０）におけるコイル電流とは逆向きにコイル電流が流れ、弁体１２の閉弁速度増大が図られる。つまり、通電終了時期ｔ６０から、弁体１２が着座して閉弁するｔ５時点までの閉弁遅れ時間を短くできる。このような通電終了時期ｔ６０以降の逆電圧印加は、後述する通電時間Ｔｉには含まれず、Ｔｉ−ｑ特性線の通電時間Ｔｉにも含まれない。

図３（ｅ）は、通電時間Ｔｉと噴射量ｑとの関係を表す特性線を表しており、（ａ）〜（ｄ）の経過時間と通電時間Ｔｉとを合わせて記載している。例えば、コイル電流を第２目標値Ｉ２に保持している最中であるｔ３１時点（図３（ａ）参照）を、通電時間の終了時期に設定して噴射信号のパルスをオフさせる。すると、図３（ｃ）（ｄ）中の点線に示すように、ｔ３１時点で、吸引力が低下を開始するとともに弁体１２が閉弁作動を開始する。この場合の噴射量は、図３（ｄ）に示す特性線のうちｔ３１に対応する噴射量ｑ３１である。

なお、図３（ｄ）（ｅ）に示すように、弁体１２が最大開弁位置に達したｔ３時点以降は、Ｔｉ−ｑ特性線の傾きが小さくなる。Ｔｉ−ｑ特性線のうちｔ１〜ｔ３期間における領域を「パーシャルリフト領域Ａ」と呼び、ｔ３以降の領域を「フルリフト領域Ｂ」と呼ぶ。つまり、パーシャルリフト領域Ａでは、最大開弁位置に達する前に弁体１２が閉弁作動を開始して、少量（符号ｑ３１参照）の燃料が噴射される。

さて、コイル１３の温度が変わると、コイル１３の抵抗値が変わるため、Ｔｉ−ｑ特性線の形状も変わる。図４は、温度に応じて変化するＴｉ−ｑ特性線の形状を示す試験結果である。図中の特性線Ｌ１は常温で試験した結果を示す。特性線Ｌ２は８０℃相当の抵抗を介してコイル１３に電流を流して試験した結果を示す。特性線Ｌ３は１４０℃相当の抵抗を介してコイル１３に電流を流した場合の試験結果を示す。

この試験結果から、本発明者らは次の知見を得た。すなわち、パーシャルリフト領域Ａのうち、後述するピーク出現範囲Ｗ１よりも短い通電時間の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する。その一方で、パーシャルリフト領域Ａのうち、ピーク出現範囲Ｗ１よりも長い通電時間の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する。

本実施形態では、パーシャルリフト領域Ａのうち、ピーク出現範囲Ｗ１およびそのピーク出現範囲Ｗ１よりも短い通電時間の領域を極微少領域Ａ１として設定している。また、パーシャルリフト領域Ａのうち、極微少領域Ａ１を除く領域、つまり、ピーク出現範囲Ｗ１よりも長い通電時間の領域を少量領域Ａ２として設定している。換言すれば、パーシャルリフト領域Ａのうち所定時間よりも長い時間の領域が少量領域Ａ２、所定時間よりも短い時間の領域が極微少領域Ａ１である。そして、上記所定時間は、第１目標値Ｉ１（閾値）まで電流が上昇するのに要する時間（電流到達時間Ｔａ）以上の時間に設定されている。より詳細には、上記所定時間は、ピーク出現範囲Ｗ１の上限（長時間側の境界）に設定されている。

次に、ピーク出現範囲Ｗ１について説明する。図５は、上昇制御手段２１ａおよび定電流制御手段２１ｂの制御により生じたコイル電流の変化（電流波形）を試験して計測した結果を示す。この試験では、定電流制御手段２１ｂによりコイル電流が第２目標値Ｉ２に保持されているｔ３１時点で通電を終了させており、パーシャルリフト領域Ａの噴射量に対応した通電時間Ｔｉに設定されている。

図中の電流波形Ｌ１０は常温で試験した結果を示す。電流波形Ｌ２０は８０℃相当の抵抗を介してコイル１３に電流を流して試験した結果を示す。電流波形Ｌ３０は１４０℃相当の抵抗を介してコイル１３に電流を流した場合の試験結果を示す。図中の符号ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３は、上昇制御手段２１ａを終了してブースト電圧の印加を停止したことに伴い、電流がピーク値になる時期を示す。

図５に示されるように、コイル温度が高いほど電流が第１目標値Ｉ１に達するまでの時間が長くなり、ピーク値の出現時期が遅くなっている。これは、コイル温度が高いほどコイル１３の抵抗が高くなることに起因する。したがって、ピーク値の出現時期ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３より前に通電を終了させると、コイル温度が高いほどその通電時間Ｔｉに対する噴射量が減少する。つまり、図４のピーク出現範囲Ｗ１よりも短い側の通電時間Ｔｉでは、３本の特性線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち低温時の特性線Ｌ１が高温時の特性線Ｌ３よりも上側に位置する。

しかしながら、パーシャルリフト領域Ａにおいて、ピーク値の出現時期ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３より後に通電を終了させると、高温時の電流波形Ｌ３０の場合には、電流印加期間の総印加エネルギーが高くなる。そのため、吸引力が大きくなり、弁体１２の実際のリフト量が高くなり、噴射量が多くなる。これに対し、低温時の電流波形Ｌ１０の場合には、電流印加期間の総印加エネルギーが低くなる。そのため、吸引力が小さくなり、弁体１２の実際のリフト量が低くなり、噴射量が少なくなる。

つまり、図４のピーク出現範囲Ｗ１よりも長い側の領域では、３本の特性線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち高温時の特性線Ｌ３が低温時の特性線Ｌ１よりも上側に位置するので、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する。一方、ピーク出現範囲Ｗ１よりも短い側の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する。つまり、ピーク出現範囲Ｗ１を境に、通電時間Ｔｉに対する噴射量の温度に依存した増減が入れ替わる。

マイコン２１は、機関回転速度および負荷に基づき目標噴射量を算出し、Ｔｉ−ｑ特性線にしたがって、目標噴射量に対応する通電時間Ｔｉを算出することは先述した通りである。そして、図６の処理にしたがって通電時間Ｔｉを以下のように補正する。すなわち、先ず、少量領域Ａ２でのパーシャルリフト噴射を実施した時の噴射量を検出し、その検出値である実噴射量（少量時検出値）を学習値として記憶する。このように実噴射量を検出している時のマイコン２１は「噴射量検出手段２１ｄ」に相当する。そして、少量領域Ａ２でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、噴射量検出手段２１ｄによる過去の検出値に基づき通電時間Ｔｉを補正する。このように補正している時のマイコン２１は「補正手段２１ｅ」に相当する。

一方、極微少領域Ａ１でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、少量時検出値に基づき通電時間Ｔｉを補正することが禁止されている。そして、極微少領域Ａ１での噴射時には、コイル１３への通電開始に伴いコイル電流が上昇する時の電流上昇速度を検出する。このように電流上昇速度を検出している時のマイコン２１は「電流検出手段２１ｆ」に相当する。そして、極微少領域Ａ１での噴射時には、検出された電流上昇速度に基づき通電時間Ｔｉを補正する。このように極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉを補正している時のマイコン２１は「極微少時補正手段２１ｇ」に相当する。

図６は、上述した通電時間Ｔｉの補正手順を示すフローチャートであり、図６の処理は、目標噴射量に対応する通電時間Ｔｉが算出される毎に、マイコン２１によって繰り返し実行される。

先ず、図６のステップＳ１０において、今から実施しようとしている燃料噴射の通電時間Ｔｉが、パーシャルリフト領域Ａおよびフルリフト領域Ｂのいずれであるかを判定する。フルリフト領域Ｂであると判定された場合には、ステップＳ２０に進み、通電時間Ｔｉに対する補正量ΔＴｉをゼロに設定する。一方、パーシャルリフト領域Ａであると判定された場合には、ステップＳ３０に進み、上記通電時間Ｔｉが少量領域Ａ２および極微少領域Ａ１のいずれであるかを判定する。少量領域Ａ２であると判定された場合には、ステップＳ４０に進み、弁体１２の閉弁タイミングＴｃの学習が完了しているか否かを判定する。

ここで、上記学習について詳述する。弁体１２の閉弁タイミングＴｃは実噴射量と相関が高い。すなわち、閉弁タイミングＴｃが遅いほど、実開弁時間が長くなるので実噴射量も多くなる。よって、閉弁タイミングＴｃを検知すれば実噴射量を高精度で推定できる。閉弁タイミングＴｃは、例えば図３（ｂ）に示す電流波形に基づき検知可能である。具体的には、閉弁に伴いリフトダウンしていた弁体１２の移動が急停止すると、コイル１３に起電力が生じるので、電流波形に脈動が出現する。よって、電流波形に脈動が出現した時期を検出することで、閉弁タイミングＴｃを検知でき、ひいては実噴射量を推定できる。

上記学習は、図６とは別の処理で実施されるものであり、通電時間Ｔｉが予め設定しておいた代表値である場合に、その代表値により噴射した時の実噴射量を閉弁タイミングＴｃに基づき推定する。そして、推定した実噴射量とＴｉ−ｑ特性に基づく噴射量との差分を、学習値として記憶しておく。要するに、燃料噴射弁１０の経年劣化やコイル温度等に応じて生じるＴｉ−ｑ特性の変化を、閉弁タイミングＴｃに基づき学習する。なお、パーシャルリフト領域Ａとフルリフト領域Ｂとの境界における噴射量Ｑａ（図４参照）の半分の値に対応する通電時間Ｔｉが、上記代表値として設定されている。具体的には、図４中の一点鎖線Ａ３に示すように、１／２Ｑａが現れる領域の通電時間Ｔｉが代表値として設定されている。

図６の説明に戻り、上記学習が完了していると判定されれば、ステップＳ５０に進み、学習値に基づき補正量ΔＴｉを算出する。例えば、閉弁タイミングＴｃを変数とした関数にしたがって補正量ΔＴｉを算出する。より具体的には、図７中の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、噴射量ｑに対する通電時間Ｔｉのテーブルを予め複数記憶させておき、検出した閉弁タイミングＴｃに応じたテーブルを選択する。選択されたテーブルに基づき算出された通電時間Ｔｉは、学習前のＴｉ−ｑ特性に基づく通電時間Ｔｉに対して補正された値となる。なお、閉弁タイミングＴｃが遅いほど、通電時間Ｔｉを短くするようにテーブルを選択する。

続くステップＳ６０では、Ｔｉ−ｑ特性線にしたがって算出した補正前の通電時間Ｔｉのベース値Ｔｉｂａｓｅに、ステップＳ５０で算出した補正量ΔＴｉを加算することで、補正後の通電時間Ｔｉを算出する。なお、ステップＳ１０にて学習が完了していないと判定されれば、ステップＳ２０に進み、通電時間Ｔｉに対する補正量ΔＴｉをゼロに設定し、ステップＳ６０にてベース値Ｔｉｂａｓｅをそのまま通電時間Ｔｉとする。

また、ステップＳ３０において少量領域Ａ２でないと判定された場合には、極微少領域Ａ１であるとみなしてステップＳ７０に進む。ステップＳ７０では、図５に示す電流到達時間Ｔａを検出する。電流到達時間Ｔａは、通電を開始したｔ１０時点から、電流が閾値Ｉａを通過するまでの時間であり、電流の上昇速度を表しているとも言える。

極微少領域Ａ１においては、電流到達時間Ｔａは実噴射量と相関が高い。すなわち、電流到達時間Ｔａが長いほど、コイル１３へ流した電流上昇速度が遅く、電流の積分値（供給電力量）が小さくなり、可動コア１５に対して発揮される磁気吸引力が小さくなる。例えば、図５に示す高温時の電流波形Ｌ３０の場合には、電流上昇速度が遅いので、電流到達時間Ｔａ３が低温時の時間Ｔａ１、Ｔａ２よりも長く、その結果、電流の積分値が小さくなっている。そのため、磁気吸引力が小さくなるので、実開弁時間が短くなり、実噴射量が少なくなる。よって、極微少領域Ａ１においては、電流到達時間Ｔａを検知すれば実噴射量を高精度で推定できる。

次のステップＳ８０では、検出した電流到達時間Ｔａに基づき補正量ΔＴｉを算出する。例えば、電流到達時間Ｔａを変数とした関数にしたがって補正量ΔＴｉを算出する。より具体的には、図８に示すように、電流上昇速度が遅いほど、つまり電流到達時間Ｔａが長いほど、補正量ΔＴｉを大きい値に設定する。そして、通電時間Ｔｉに補正量ΔＴｉを加算することで通電時間Ｔｉを補正する。これにより、電流到達時間Ｔａが長いほど通電時間Ｔｉが長くなるように補正される。次のステップＳ６０では、Ｔｉ−ｑ特性線にしたがって算出した補正前の通電時間Ｔｉのベース値Ｔｉｂａｓｅに、ステップＳ８０で算出した補正量ΔＴｉを加算することで、補正後の通電時間Ｔｉを算出する。

以上に説明した本実施形態によると、少量領域Ａ２でのパーシャルリフト噴射を実施した時の実噴射量（少量時検出値）を検出して学習し、その学習値に基づき少量領域Ａ２での通電時間Ｔｉを補正する。そのため、少量領域Ａ２における噴射量の精度向上を図ることができる。その一方で、極微少領域Ａ１と少量領域Ａ２とではＴｉ−ｑ特性に係るバラツキの生じ方が異なることに鑑み、極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉについては、少量時検出値に基づく補正を禁止している。そのため、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。

さらに本実施形態では、パーシャルリフト領域Ａのうち所定時間よりも長い時間の領域を少量領域Ａ２、所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域Ａ１と呼ぶ。そして上記所定時間を、第１目標値Ｉ１（閾値）まで電流が上昇するのに要する時間（電流到達時間Ｔａ）以上の時間に設定している。

これによれば、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する領域が極微少領域Ａ１として設定され、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する領域が少量領域Ａ２として設定されるようになる。よって、バラツキの生じ方の異なる２つの領域Ａ１、Ａ２にパーシャルリフト領域Ａを分けることを、高精度で実現できる。よって、バラツキの生じ方の異なる２つの領域Ａ１、Ａ２の各々について異なる補正のさせ方を実施することによる効果が顕著に発揮される。

さらに本実施形態では、極微少領域Ａ１でのパーシャルリフト噴射を実施する場合に、コイル電流の上昇速度に基づき通電時間Ｔｉを補正する極微少時補正手段２１ｇを備える。そのため、極微少領域Ａ１における通電時間Ｔｉを補正しない場合に比べて、極微少領域Ａ１における噴射量の精度向上を図ることができる。

さらに本実施形態では、通電時間Ｔｉを補正する際に、少量領域Ａ２でのパーシャルリフト噴射となる通電時間Ｔｉのうちの一つの代表値で噴射した時の噴射量を学習する。そして、代表値以外の通電時間Ｔｉで噴射する際にも、代表値での噴射量（学習値）に基づき通電時間Ｔｉを補正している。そのため、少量領域Ａ２の全ての通電時間Ｔｉに対して学習する場合に比べて、各通電時間Ｔｉでの学習機会を多く確保できるため、短い学習期間で高い学習精度を確保できる。

ここで、図４中の一点鎖線Ａ３に示すように、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射との境界に相当する噴射量Ｑａの１／２の噴射量となる噴射パルス幅付近で、噴射量バラツキが最も大きくなる傾向がある。本実施形態ではこの点を鑑み、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射との境界に相当する噴射量Ｑａの１／２の噴射量となる通電時間Ｔｉに、通電時間Ｔｉの代表値を設定している。そのため、噴射量バラツキが最も大きくなる噴射パルス幅で噴射量を検出するので、噴射量の検出誤差を抑制でき、ひいては、少量領域Ａ２に係る通電時間Ｔｉの補正精度を向上できる。

（第２実施形態）
図６に示す上記実施形態では、極微少領域Ａ１で燃料噴射する場合には、電流到達時間Ｔａ（電流上昇速度）に基づき通電時間Ｔｉを補正している。これに対し本実施形態では、極微少領域Ａ１で燃料噴射する場合には、通電時間Ｔｉの補正を実施しない。

すなわち、図９に示すように、ステップＳ３０にて少量領域Ａ２ではなく極微少領域Ａ１であると判定された場合に、電流到達時間Ｔａ（電流上昇速度）の検出を実施することなく、ステップＳ２０にて補正量ΔＴｉをゼロに設定している。一方、ステップＳ３０にて少量領域Ａ２と判定された場合には、閉弁タイミングＴｃの学習値に基づき補正量ΔＴｉを設定する（Ｓ５０）。そして、その補正量ΔＴｉに基づき通電時間Ｔｉのベース値Ｔｉｂａｓｅを補正する（Ｓ６０）。

このように、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様にして、少量時検出値に基づき少量領域Ａ２での通電時間Ｔｉを補正する。そのため、少量領域Ａ２における噴射量の精度向上を図ることができる。その一方で、極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉについては、極微少領域Ａ１とは異なるバラツキの少量時検出値に基づく補正を禁止している。そのため、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。

なお、図４にて示されるように、Ｔｉ−ｑ特性における極微少領域Ａ１でのバラツキは、少量領域Ａ２でのバラツキに比べて小さい。そのため、本実施形態の如く極微少領域Ａ１での補正を実施しない場合であっても、極微少領域Ａ１における噴射量の精度は十分に保障される。

（第３実施形態）
図４に示す実施形態では、極微少領域Ａ１および少量領域Ａ２の境界である所定時間を、ピーク出現範囲Ｗ１の上限に設定している。これに対し本実施形態では、図１０に示すように、特性線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち、コイル１３の使用温度に応じて生じる噴射量のバラツキが所定量ｑｗ未満となる領域を極微少領域Ａ１として設定している。そして、所定量ｑｗ以上となる領域、つまり極微少領域Ａ１より長い通電時間の領域を少量領域Ａ２として設定として設定している。つまり、極微少領域Ａ１および少量領域Ａ２の境界である所定時間を、バラツキが所定量ｑｗとなる時間に設定している。

さて、Ｔｉ−ｑ特性（特性線）のバラツキが小さい領域では、噴射量検出手段２１ｄによる過去の検出値に基づき通電時間Ｔｉを補正すると、その補正による噴射量精度向上の効果は小さい。それでいて、噴射量検出手段２１ｄによる検出値には検出誤差が存在し、その検出誤差に起因して不適切な補正がなされるリスクがある。よって、補正をすることにより却って噴射量精度が悪化する蓋然性が高い。

この点を鑑みた本実施形態では、噴射量のバラツキが所定量ｑｗ未満となる領域を極微少領域Ａ１として設定し、極微少領域Ａ１でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、少量時検出値に基づき通電時間Ｔｉを補正することを禁止している。よって、補正による精度向上の効果が小さく検出誤差のリスクが顕著に現れやすい領域が極微少領域Ａ１として設定されていると言える。そして、そのような極微少領域Ａ１では少量時検出値に基づく補正を禁止しているので、補正により却って噴射量精度が悪化することを回避できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

図１に示す噴射量検出手段２１ｄは、図３（ｂ）に示す電流波形に基づき閉弁タイミングＴｃを検知して、検知した閉弁タイミングＴｃに基づき噴射量を推定している。これに対し、弁体１２のリフト量をリフトセンサで検出し、その検出値に基づき噴射量を推定してもよい。或いは、内燃機関の燃焼室の圧力（筒内圧）を筒内圧センサで検出し、その検出値に基づき噴射量を推定してもよい。要するに、噴射量と相関のある物理量の具体例として、閉弁タイミングＴｃの他にも、リフト量および筒内圧等が挙げられる。

図１に示す極微少時補正手段２１ｇでは、コイル電流の上昇速度に基づき、極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉを補正している。ここで、コイル電流の上昇速度はコイル温度の影響を大きく受ける。具体的には、コイル温度が高いほどコイル抵抗が大きくなるのでコイル電流の上昇速度は遅くなる。この点を鑑み、上述の如くコイル電流の上昇速度に基づき補正することに替え、コイル１３の温度を検出し、その検出値に基づき極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉを補正してもよい。

図６および図９に示す実施形態では、コイル電流の上昇速度に基づき極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉを補正している。これに対し、極微少領域Ａ１での実噴射量（極微少量検出値）を検出し、その検出値に基づき極微少領域Ａ１での通電時間Ｔｉを補正するようにしてもよい。要するに、極微少領域Ａ１と少量領域Ａ２とで別々に噴射量を検出して学習し、各々の学習値を用いて極微少領域Ａ１と少量領域Ａ２の各々の通電時間Ｔｉを補正してもよい。

図１に示す実施形態では、噴射量の要求値に対する通電時間Ｔｉにしたがってコイル１３への通電を制御する制御手段を、ＩＣ２２により実現させている。これに対し、上記制御手段をマイコン２１により実現させるようにしてもよい。換言すれば、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をＩＣ２２が制御することに替え、マイコン２１が制御するようにしてもよい。

図３に示す実施形態では、ピーク出現範囲Ｗ１がパーシャルリフト領域Ａに位置するように、コイル１３の抵抗値、ブースト電圧および第１目標値Ｉ１が設定されている。これに対し、ピーク出現範囲Ｗ１がフルリフト領域Ｂに位置するように、コイル１３の抵抗値、ブースト電圧および第１目標値Ｉ１を設定してもよい。

図３に示す実施形態では、コイル電流が第１目標値Ｉ１に達した時点（ｔ２０）で通電を一時的に停止させ、その後、第２目標値Ｉ２にまで低下した時点で通電を再開している。したがって、コイル電流が第１目標値Ｉ１に達した時点（ｔ２０）がピーク出現時期である。これに対し、コイル電流が第１目標値Ｉ１に達した時点でブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えて通電を継続させ、上昇したコイル電流を第１目標値Ｉ１のまま所定時間保持させてもよい。この場合、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えた時期がピーク出現時期に相当する。

図１に示す実施形態では、燃料噴射弁１０がシリンダヘッド３に取り付けられているが、シリンダブロックに取り付けられた燃料噴射弁を適用対象としてもよい。また、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を適用対象としているが、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対象としてもよい。さらに、上記実施形態では、燃焼室２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、１３…コイル、２１ｄ…噴射量検出手段、２１ｅ…補正手段、２２…ＩＣ（制御手段）、Ａ１…極微少領域、Ａ２…少量領域。

Claims (4)

1. コイル（１３）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、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁（１０）に適用された燃料噴射制御装置において、
   前記弁体の１回の開弁で噴射される噴射量の要求値に対する、前記コイルへの通電時間にしたがって、前記コイルへの通電を制御する制御手段（２２）と、
   前記弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始することとなるパーシャルリフト噴射を実施した時に、前記噴射量と相関のある物理量を検出する噴射量検出手段（２１ｄ）と、
   前記パーシャルリフト噴射を実施する場合に、過去に前記噴射量検出手段が検出した噴射量と相関のある物理量としての検出値に基づき前記通電時間を補正する補正手段（２１ｅ）と、
   を備え、
   前記パーシャルリフト噴射を実施させる前記通電時間の領域であって、所定時間よりも長い時間の領域を少量領域（Ａ２）、前記所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域（Ａ１）と呼ぶ場合において、
   前記少量領域での前記検出値に基づく、前記少量領域での前記通電時間の補正は許可し、
   前記少量領域での前記検出値に基づく、前記極微少領域での前記通電時間の補正は禁止することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記通電時間と前記噴射量との関係を表す特性線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）のうち、前記コイルの使用温度に応じて生じる前記噴射量のバラツキが所定量未満となる領域を、前記極微少領域とした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. バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路（２３）と、
   前記通電時間の開始に伴い、前記昇圧回路により昇圧されたブースト電圧を前記コイルへ印加して、前記コイルを流れる電流を所定の閾値まで上昇させる上昇制御手段（２１ａ）と、
   を備え、
   前記所定時間は、前記閾値まで電流が上昇するのに要する時間以上の時間に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記コイルへの通電開始に伴い前記コイルを流れる電流が上昇する時の、電流上昇速度を検出する電流検出手段（２１ｆ）と、
   前記極微少領域での前記パーシャルリフト噴射を実施する場合に、前記電流検出手段による検出値に基づき前記通電時間を補正する極微少時補正手段（２１ｇ）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

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