JP6521725B2 - 燃料噴射弁の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁の制御装置に関する。より詳しくは、内燃機関に用いられる燃料噴射弁の制御装置に関する。

内燃機関に用いられる燃料噴射弁の制御装置として、近年では、１サイクルの間に燃料を複数回に分けて噴射する所謂多段噴射制御を行うものが主流となっている。多段噴射制御を行うことにより、高効率かつ低排出の燃焼を実現できる。この多段噴射制御の下では、短時間で弁体の開閉を繰り返すことから、弁体を開閉する時期を正確に制御することが要求される。また弁体の開閉時期を正確に制御するためには、弁体が適切なタイミングで着座したか否か、より好ましくは弁体が着座した時期を推定することが好ましい。

特許文献１には、電磁弁のソレノイドの端子電圧の検出信号を用いて弁体が弁座に着座した時期を推定する技術が示されている。特許文献１の発明では、駆動電流を遮断した直後のソレノイドの電圧変化特性には、特徴的な変曲点が発生することを利用して電磁弁の着座の着座時期を推定する。

特開２０１４−２３４９２２号公報

ところで特許文献１の発明では、電磁弁の着座時には弁体の加速度の変化率が最大となることに起因して上記変曲点が発生することを前提とし、加速度の変化率のピークが発生になるタイミングを検出すべく、端子電圧の検出信号に２階微分演算に相当するバンドパスフィルタ処理を施している。しかしながら、上記変曲点においてソレノイドの端子電圧に発生する変化は実際には微小であり、また２階微分の演算を経ることからノイズの影響を受けやすくなっているため、特許文献１の発明では正確に電磁弁の着座を判定することが困難である。

本発明は、燃料噴射弁が備える弁体の着座の有無を正確に判定できる燃料噴射弁の制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、通電すると電磁力を発生し弁体（例えば、後述の弁体４１ａ）を開弁側へ付勢する電磁アクチュエータ（例えば、後述の電磁アクチュエータ４５）及び前記弁体を閉弁側へ付勢するスプリング（例えば、後述のスプリング４３）を備える燃料噴射弁（例えば、後述の燃料噴射弁４）の制御装置（例えば、後述のＥＣＵ６）であって、前記電磁アクチュエータの駆動電流を制御する駆動電流制御手段（例えば、後述のソレノイド駆動回路６１及びＣＰＵ６５等）と、前記駆動電流制御手段による前記電磁アクチュエータへの通電を停止した後、前記電磁アクチュエータで発生する逆起電圧の値を複数回取得するサンプリング手段（例えば、後述の電圧監視回路６３及びＣＰＵ６５等）と、前記逆起電圧の複数のサンプリング値のうち所定の推定着座期間の外の期間に属するものを用いて当該推定着座期間内を通過する補間線を生成する補間線生成手段（例えば、後述のＣＰＵ６５等）と、前記推定着座期間に属する複数のサンプリング値と前記補間線との比較に基づいて前記弁体の着座の有無を判定する着座判定手段（例えば、後述のＣＰＵ６５等）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記補間線生成手段は、前記推定着座期間の前の期間に属する少なくとも１つのサンプリング値、及び前記推定着座期間の後の期間に属する少なくとも１つサンプリング値の両方の近傍を通過する近似直線を前記補間線とすることが好ましい。

（３）この場合、前記推定着座期間は、前記電磁アクチュエータへの通電を停止した後に前記弁体が着座したと推定される時刻を含む所定幅の期間であり、前記補間線生成手段は、前記推定着座期間の外の期間に属しかつ当該推定着座期間の始期（例えば、後述の始期ｔ＿ｎｓ）又は終期（例えば、後述の終期ｔ＿ｎｅ）の近傍における複数のサンプリング値を用いて前記補間線を生成することが好ましい。

（４）この場合、前記着座判定手段は、前記逆起電圧の発生方向を正として、前記推定着座期間内における前記複数のサンプリング値と前記補間線との間の面積値（例えば、後述の面積値Ｓ）が正の着座判定値以上であった場合には着座したと判定することが好ましい。

（５）この場合、前記着座判定手段によって着座したと判定された場合に、前記推定着座期間に属する複数のサンプリング値と前記補間線との差分値が最大となる時刻を前記弁体の着座時刻（例えば、後述の着座時刻ｔ＿ｏｆｆ）とする着座時刻推定手段（例えば、後述のＣＰＵ６５等）をさらに備えることが好ましい。

（１）電磁アクチュエータへの通電を停止すると、弁体はスプリングの弾性力によって付勢され閉弁側へ移動する。この際、電磁アクチュエータには通電時における印加電圧とは逆極性の誘導電圧（以下、「逆起電圧」という）が発生する。この逆起電圧は、弁体が閉弁側へ移動するに伴って通電停止直後におけるピークから速やかに低下した後０へ向けて漸近的に減少するが、その低下速度は単調ではない。より具体的には、逆起電圧の低下速度は、弁体が弁座に着座しその移動が停止する近傍では、磁束密度の変化によって一旦僅かに緩やかになった後、再び急になる。換言すれば、実際の弁体が着座する近傍において、逆起電圧はその発生方向へ向けて僅かに凸の振る舞いを示す。本発明では、電磁アクチュエータへの通電を停止した後に発生する逆起電圧のサンプリング値を複数取得し、これらのうち、弁体が着座したと推定される推定着座期間の外の期間に属するものを用いて、この推定着座期間内を通過する補間線を生成する。そしてこの補間線と推定着座期間内のサンプリング値とを比較することによって、弁体の着座の有無を判定する。特に本発明では、弁体が着座したと推定される期間（推定着座期間）の外の期間に属するサンプリング値、すなわち上記凸状の振る舞いを示す期間の外であって概ね単調に減少していると思われる期間のサンプリング値を用いて補間線を生成し、このような補間線と推定着座期間内のサンプリング値とを比較することにより、逆起電圧における上述のような凸状の振る舞いの有無を適切に推定できるので、弁体の着座の有無も正確に判定できる。

（２）本発明では、推定着座期間の前と後の両方の期間に属するサンプリング値を用いて補間線を生成することにより、凸状の振る舞いの有無、ひいては弁体の着座の有無を高い精度で判定できる。また、上記前後の期間における複数のサンプリング値の近傍を通過する近似直線を補間線とすることにより、補間線の生成にかかる負担を軽減できる。

（３）本発明では、推定着座期間の外の期間に属しかつその始期又は終期の近傍における複数のサンプリング値を用いて上述のような近似直線としての補間線を生成する。これにより、逆起電圧の凸状の振る舞いの有無をより高い精度で判定し、同時に補間線の生成にかかる負担を軽減できる。

（４）上述のように、弁体が着座する近傍では、逆起電圧の低下速度は一旦僅かに緩やかになった後、再び急になる。このような逆起電圧の小さな凸状の振る舞いは、逆起電圧のサンプリング値の微分値を演算することによって検出することができるものの、上述のようにノイズが大きく不正確である。本発明では、補間線と、正常に着座すれば凸状に振る舞うと推定される推定着座期間内の複数のサンプリング値との間の面積値を算出し、この面積値が正の着座判定値以上であった場合には着座したと判定する。このように本発明では、各時刻における情報のみから得られる傾きではなく、所定期間全体における情報から得られる面積を用いることにより、高い精度で弁体の着座の有無を判定できる。

（５）本発明では、推定着座期間に属する複数のサンプリング値と補間線との差分値が最大となる時刻を弁体の着座時刻とする。これにより、容易に着座時刻を推定することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムとその制御装置との構成を示す図である。 燃料噴射弁の構成を示す図である。 ＥＣＵのうちソレノイドに駆動電流を供給する回路の構成を示す図である。 燃料噴射弁の開弁動作時及び閉弁動作時におけるソレノイド電流及び監視電圧の波形の一例を示す図である。 燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。 燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである（図５の続き）。 燃料噴射制御によって実現される電圧及び電流波形の一例を模式的に示す図である。 補間線を生成する処理を説明するための図である。 差分値及び面積値を算出する処理を説明するための図である。 上記実施形態の変形例における電圧及び電流波形の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射システムＳとその制御装置としてのＥＣＵ６との構成を示す図である。燃料噴射システムＳは、燃料タンク２と、高圧燃料ポンプ５と、デリバリーパイプ３と、複数の燃料噴射弁４と、を備える。

燃料タンク２は、外部から給油された燃料を貯留する。燃料タンク２には、燃料を高圧燃料ポンプ５へ圧送する燃料ポンプユニット２１が設けられている。高圧燃料ポンプ５は、燃料ポンプユニット２１から圧送された燃料をエンジン１で発生した動力を利用してさらに圧縮し、デリバリーパイプ３に供給する。

デリバリーパイプ３は、高圧燃料ポンプ５から吐出された高圧燃料を貯留する。燃料噴射弁４は、エンジン１の複数の気筒毎に設けられている。これら燃料噴射弁４は、デリバリーパイプ３と燃料供給管３１を介して接続されている。ＥＣＵ６は、後述の燃料噴射制御を実行することによって、クランク角センサ９１や燃料圧センサ９２等の各種センサの出力に基づいて取得したエンジン１の運転状態に応じた適切なタイミングで燃料噴射弁４を開閉し、デリバリーパイプ３内の高圧燃料をエンジン１の各気筒内へ直接噴射する。

図２は、燃料噴射弁４の構成を示す図である。なお図２は、燃料噴射弁４の閉弁時における状態を示す。

燃料噴射弁４は、その先端側に弁体４１ａが設けられ基端側に可動コア４１ｂが設けられた棒状のロッド４１と、弁体４１ａが着座する弁座４２と、ロッド４１の基端側に設けられ弾性力によってロッド４１を閉弁側（弁体４１ａが弁座４２に着座する方向）へ付勢するスプリング４３と、ロッド４１の基端側に設けられ電磁力によってロッド４１を開弁側（弁体４１ａが弁座４２から離座する方向）へ付勢する電磁アクチュエータ４５と、を備える。

電磁アクチュエータ４５は、ロッド４１と同軸に設けられた円筒状のソレノイドＬと、ソレノイドＬに挿着されたコアスリーブ４６と、を備える。コアスリーブ４６は可動コア４１ｂの基端側に設けられる。コアスリーブ４６は円筒状であり、弁体４１ａが弁座４２から離座すると、その中心を基端側から先端側へ向かって燃料が流れる。また電磁アクチュエータ４５を収容する本体（図示せず）には、ロッド４１に設けられた非規制部材４１ｃと当接することによってロッド４１の開弁側への移動を規制し、弁体４１ａを所定の開弁状態に維持する規制部材４７が設けられている。

燃料噴射弁４を駆動する手順について説明する。
始めに、ソレノイドＬへの通電を停止した状態では、ロッド４１はスプリング４３の弾性力によって閉弁側へ付勢されるので、弁体４１ａは弁座４２に着座した閉弁状態が維持される。閉弁状態では燃料の噴射が停止される。
閉弁状態からソレノイドＬに駆動電流を供給すると、可動コア４１ｂはソレノイドＬで発生する電磁力によってコアスリーブ４６側へ引き寄せられる。これによりロッド４１は開弁側へ移動し、弁体４１ａが弁座４２から離座する。そしてロッド４１に設けられた非規制部材４１ｃが規制部材４７に当接すると、ロッド４１の移動が停止し、これにより開弁状態となる。開弁状態では燃料が噴射される。
また、開弁状態からソレノイドＬへの通電を停止すると、ロッド４１はスプリング４３の弾性力によって閉弁側へ付勢され、閉弁状態に復帰する。

図３は、ＥＣＵ６のうちソレノイドＬに駆動電流を供給する回路の構成を示す図である。図３には、気筒毎に設けられた複数の燃料噴射弁のうちの１つの燃料噴射弁に関する回路の構成のみを示し、他の燃料噴射弁に関する回路の構成は省略する。ＥＣＵ６は、ソレノイド駆動回路６１と、昇圧回路６２と、電圧監視回路６３と、ＣＰＵ６５と、を備える。

昇圧回路６２は、昇圧コイル６２１と、スイッチング素子６２２と、逆流防止ダイオード６２３と、コンデンサ６２４，６２５と、論理回路６２６と、を組み合わせて構成される。昇圧回路６２は、これら素子の機能を組み合わせることによって、図示しないバッテリの出力電圧ＶＢＡＴ（例えば、１３Ｖ）を昇圧し、昇圧電圧ＶＢＳＴを出力する。昇圧回路６２では、ＣＰＵ６５からの制御信号に基づいて論理回路６２６から出力される信号によって、所定のスイッチング周波数の下でスイッチング素子６２２のドレイン−ソース間が通電／遮断されると、バッテリの出力電圧ＶＢＡＴが昇圧コイル６２１を介して昇圧される。昇圧電圧ＶＢＳＴはコンデンサ６２５に印加され、これによりコンデンサ６２５が充電される。ＣＰＵ６５は、昇圧電圧ＶＢＳＴが予め定められた大きさ（例えば、４０Ｖ）に維持されるようにスイッチング素子６２２をオン／オフする。

ソレノイド駆動回路６１は、ソレノイドＬの一端側（より具体的には、バッテリ及び昇圧回路６２に近い高電位側）に設けられた２つのＨｉ側スイッチング素子６１１，６１２と、ソレノイドＬの他端側（より具体的には、グランドに近い低電位側）に設けられたＬｏ側スイッチング素子６１３と、ソレノイドＬへの通電を停止した時に発生するサージ電流を流すための還流用ダイオード６１４と、ソレノイドＬへの駆動電流を監視するための電流監視抵抗６１５と、サージ電圧を吸収するためのツェナーダイオード６１６と、ＣＰＵ６５からの制御信号に基づいて各スイッチング素子６１１〜６１３をオン又はオフにする論理回路６１７と、を備える。

Ｈｉ側スイッチング素子６１１は、バッテリからソレノイドＬの一端側に至る通電経路に設けられる。Ｈｉ側スイッチング素子６１１は、論理回路６１７からゲートへの出力信号がオンになると、バッテリとソレノイドＬとを接続し、バッテリの出力電圧ＶＢＡＴをソレノイドＬに印加する。Ｈｉ側スイッチング素子６１２は、昇圧回路６２からソレノイドＬの一端側に至る通電経路に設けられる。Ｈｉ側スイッチング素子６１２は、論理回路６１７からゲートへの出力信号がオンになると、昇圧回路６２とソレノイドＬとを接続し、昇圧回路６２の昇圧電圧ＶＢＳＴをソレノイドＬに印加する。またＬｏ側スイッチング素子６１３は、ソレノイドＬの他端側からグランドに至る通電経路に設けられる。Ｌｏ側スイッチング素子６１３は、論理回路６１７からの出力信号がオンになると、ソレノイドＬとグランドとを接続し、ソレノイド５５３への通電を開始する。またＬｏ側スイッチング素子６１３は、論理回路６１７からの出力信号がオフになると、ソレノイドＬとグランドとを遮断し、ソレノイドＬへの通電を停止する。

電流監視抵抗６１５は、ソレノイドＬの通電経路のうちＬｏ側スイッチング素子６１３とグランドとの間に設けられる。ＣＰＵ６５は、電流監視抵抗６１５の両端の電圧を用いることによって電流監視抵抗６１５を流れる電流を検出する。ここで、Ｌｏ側スイッチング素子６１３をオンにしている間にソレノイドＬを流れる電流の大きさは、電流監視抵抗６１５を流れる電流の大きさと等しい。以下では、ＣＰＵ６５によって検出される電流であって、電流監視抵抗６１５を流れる電流を、ソレノイド電流ＩＩＮＪともいう。

電圧監視回路６３は、ダイオード６３１と、電圧監視抵抗６３２，６３３と、ＲＣフィルタ回路６３４と、を組み合わせて構成される。ＲＣフィルタ回路６３４は、抵抗素子６３５とコンデンサ６３６とを組み合わせて構成され、電圧監視抵抗６３２の両端の電圧に含まれる高周波数のノイズを除去する。ＣＰＵ６５は、ＲＣフィルタ回路６３４を介して電圧監視抵抗６３２の両端の電圧を検出する。この電圧監視抵抗６３２の両端の電圧は、ソレノイドＬの両端電圧と定性的に同じ変化を示す。以下では、ＣＰＵ６５によって検出される電圧であってこの電圧監視抵抗６３２の両端の電圧を、ソレノイドＬの監視電圧ＶＭＯＮともいう。

ＣＰＵ６５は、上述のようにして検出したソレノイド電流ＩＩＮＪ及び監視電圧ＶＭＯＮを用いて後述の燃料噴射制御（図５及び図６参照）の手順に従ってスイッチング素子６１１〜６１３をオン又はオフにすることにより、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する。

次に図４を参照して、燃料噴射弁の具体的な動作例について説明する。
図４は、燃料噴射弁の開弁動作時及び閉弁動作時におけるソレノイド電流ＩＩＮＪ（破線）及び監視電圧ＶＭＯＮ（太線）の波形の一例を示す図である。図４の例では、時刻ｔ０において燃料噴射弁を閉弁状態から開弁状態にする開弁指令が発生し、その後時刻ｔ２において燃料噴射弁を開弁状態から閉弁状態にする閉弁指令が発生した場合を示す。

始めに時刻ｔ０では、ＣＰＵは、燃料噴射弁の開弁指令が発生したことに応じて、Ｌｏ側スイッチング素子及びＨｉ側スイッチング素子をオンにし、ソレノイドへの駆動電流の供給を開始する（後述の過励磁制御）。ここでＣＰＵは、駆動電流の供給を開始した直後は、スプリングの弾性力や燃料の圧力に反して速やかに弁体を離座させるため、図３のＨｉ側スイッチング素子６１２をオンにし、ソレノイドには昇圧回路の昇圧電圧ＶＢＳＴを印加する。これにより監視電圧ＶＭＯＮは０［Ｖ］から負側へ低下するとともに、ソレノイド電流ＩＩＮＪは速やかに上昇し、開弁状態に移行する。

時刻ｔ１では、ＣＰＵは、燃料噴射弁が開弁状態に移行したことに応じて、できるだけ少ないエネルギーで閉弁状態を維持すべく、図３のＨｉ側スイッチング素子６１２をオフにするとともにＨｉ側スイッチング素子６１１をオンにし、ソレノイドにはバッテリの出力電圧ＶＢＡＴを印加する（後述のホールド制御）。これにより、監視電圧ＶＭＯＮは０［Ｖ］近傍まで上昇するとともにソレノイド電流ＩＩＮＪも低下し始める。この際、ＣＰＵは、Ｈｉ側スイッチング素子６１１を所定のデューティ比でオン／オフすることにより、ソレノイドとバッテリとの接続を断続し、ソレノイド電流ＩＩＮＪを閉弁状態が維持されるように定められた所定のホールド電流に維持する。これにより、時刻ｔ１以降も開弁状態が維持される。

次に時刻ｔ２では、ＣＰＵは、燃料噴射弁の閉弁指令が発生したことに応じて、Ｌｏ側スイッチング素子及びＨｉ側スイッチング素子をオフにし、ソレノイドへの駆動電流の供給を停止する。そうすると弁体は、スプリングの弾性力によって閉弁側に付勢され、図４中、時刻ｔ３の近傍において弁座に着座すると推定される。これにより燃料噴射弁は、閉弁状態に移行する。この際、ソレノイドには通電時における印加電圧とは逆極性の逆起電圧が発生する。このため、ソレノイドへの駆動電流の供給を停止すると、図４に示すようにソレノイドの監視電圧ＶＭＯＮは、一旦駆動電流の供給時とは逆向きの方向へ大きく振れた後、弁体が閉弁側へ移動するのに合わせて徐々に低下し、時刻ｔ４において概ね０［Ｖ］になる。

図４に示すように監視電圧ＶＭＯＮは、時刻ｔ２において駆動電流の供給を停止した直後に最大となり、その後は概ね漸近的に０［Ｖ］まで低下する。すなわち、監視電圧ＶＭＯＮの低下速度は、時刻ｔ２において最大となり、その後は概ね所定の割合で徐々に低下するが、その変化は単調でない。図４において四角の破線で示すように、弁体が弁座に着座すると推定される時刻ｔ３の近傍では、監視電圧ＶＭＯＮの低下速度は、磁束密度の変化によって一旦僅かに緩やかになった後、再び急になる。これにより監視電圧ＶＭＯＮは、時刻ｔ３の近傍において逆起電圧の発生方向へ向けて僅かに凸の振る舞いを示す。以下では、監視電圧ＶＭＯＮの凸状の振る舞いと弁体の着座との間の相関関係を用いた燃料噴射制御の具体的な手順について説明する。

図５及び図６は、ＣＰＵによる燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。図５及び図６の処理は、燃料噴射弁から燃料を噴射する所定の周期毎にＣＰＵにおいて実行される。
図７は、燃料噴射制御によって実現される電圧及び電流波形の一例を模式的に示す図である。図７の上段の電圧波形はソレノイドの両端電圧の波形を示し、下段の電流波形はソレノイドの駆動電流の波形を示す。なお図７では、スイッチング素子のオン／オフによるソレノイドの両端電圧の変動の図示を省略する。

始めにＳ１では、ＣＰＵは、今回の燃料噴射における開弁指令期間及び噴射開始指令時刻を設定し、Ｓ２に移る。開弁指令期間とは、燃料噴射弁の開弁指令を発生してから閉弁指令を発生するまでの時間、換言すればソレノイドへの駆動電流の供給を指令し続ける時間に相当する。噴射開始指令時刻とは、開弁指令を発生する時刻に相当する。なお、燃料噴射弁のソレノイドへの駆動電流の供給の停止を指令する噴射停止指令時刻は、噴射開始指令時刻に開弁指令期間を合わせることによって得られる。

Ｓ２では、ＣＰＵは、後述のホールド制御（Ｓ６）及び再過励磁制御（Ｓ８）の開始を指令する時刻に相当するホールド開始時刻及び再過励磁開始時刻を設定し、Ｓ３に移る。ここで、ホールド開始時刻は噴射開始指令時刻から噴射停止指令時刻までの間であって、より具体的には、噴射開始指令時刻から後述の過励磁制御（Ｓ４）を実行した場合に閉弁状態から開弁状態へ確実に移行したと判断できる時刻に設定される。また再過励磁開始時刻はホールド開始時刻から噴射停止指令時刻までの間であって、噴射停止指令時刻の直前に設定される。

Ｓ３では、ＣＰＵは、噴射開始指令時刻に達したか否かを判定する。Ｓ３の判定がＮＯである場合には噴射開始指令時刻に達するまで待機し、Ｓ３の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ４に移り過励磁制御を実行する。この過励磁制御では、ＣＰＵは、昇圧回路とソレノイドとを接続し、昇圧電圧ＶＢＳＴをソレノイドに印加する。これにより、図７に示すようにソレノイドの駆動電流が速やかに上昇し、燃料噴射弁が速やかに開弁状態に移行する。

Ｓ５では、ＣＰＵは、ホールド開始時刻に達したか否か、すなわち燃料噴射弁が確実に開弁状態に移行したか否かを判定する。Ｓ５の判定がＮＯである場合にはホールド開始時刻に達するまで過励磁制御（Ｓ４）を実行し、Ｓ４の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ６に移りホールド制御を実行する。このホールド制御では、ＣＰＵは、バッテリとソレノイドとを接続し、上記昇圧電圧ＶＢＳＴよりも低いバッテリ電圧ＶＢＡＴをソレノイドに印加する。これにより、図７に示すようにソレノイドの駆動電流が速やかに低下する。またこのホールド制御では、ＣＰＵは、ソレノイドの駆動電流が、開弁状態を維持するように予め設定されたホールド電流になるように、所定のデューティ比（オン／オフ比）の下でバッテリとソレノイドとの間を接続するＨｉ側スイッチング素子６１１（図３参照）を断続する。

Ｓ７では、ＣＰＵは、再過励磁開始時刻に達したか否か、すなわち開弁指令期間が終了する直前に達したか否かを判定する。Ｓ７の判定がＮＯである場合には再過励磁開始時刻に達するまでホールド制御（Ｓ６）を実行し、Ｓ７の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ８に移り再過励磁制御を実行する。この再過励磁制御では、ＣＰＵは、Ｈｉ側スイッチング素子６１１のデューティ比をホールド制御時よりも上昇させる。これにより、図７に示すようにソレノイドの駆動電流は、Ｓ６のホールド電流よりも上昇する。

Ｓ９では、ＣＰＵは、噴射停止指令時刻に達したか否かを判定する。Ｓ９の判定がＮＯである場合には噴射停止指令時刻に達するまで再過励磁制御（Ｓ８）を実行し、Ｓ９の判定がＹＥＳである場合にはソレノイドへの駆動電流の供給を停止し（Ｓ１０）、Ｓ１１に移る。

ここで、開弁指令期間が終了する直前に再過励磁制御（Ｓ９）を実行することの効果について説明する。図７に示すように、ソレノイドへの駆動電流の供給を停止すると、ソレノイドには、駆動電流の供給時とは逆の極性の起電圧が発生する。図７には、再過励磁制御を行わなかった場合における電圧及び電流の波形を破線で示す。この逆起電圧は、駆動電流の減少を妨げるように発生することから、供給を停止する直前における駆動電流を大きくするほど、駆動電流の停止直後に発生する逆起電圧も大きくなる。このため、逆起電圧の変化が大きくなるので、監視電圧の凸状の振る舞いが強調されたものとなり、ひいては弁体の着座の有無を判定する精度を向上できる。

図６の説明に戻り、Ｓ１１及びＳ１２では、ＣＰＵは、駆動電流の供給を停止した後、ソレノイドで発生する逆起電圧と相関のある監視電圧ＶＭＯＮの値を、所定のサンプリング周期Ｔｓ毎に、所定の最大サンプリング回数Ｎｍａｘ分取得し、取得したＮｍａｘ個のサンプリング値を所定のバッファに格納する。なお以下では、監視電圧ＶＭＯＮのｎ回目（以下では、“ｎ”は、１〜Ｎｍａｘの整数とする）のサンプリング値、換言すれば噴射停止指令時刻から（Ｔｓ×ｎ）時間後のサンプリング値を“ＶＭＯＮ（ｎ）”と表記する。以下では、噴射停止指令時刻を０とし、ｎ回目のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎ）を取得したサンプリング時刻を“ｔ＿ｎ”（ｔ＿ｎ＝ｎ×Ｔｓ）と表記する。また、ここで取得したサンプリング値を用いた以下の演算では、時間の次元を有する物理量は、周期Ｔｓの下で離散化したものを扱う。ここで、最大サンプリング回数Ｎｍａｘは２以上の整数である。また監視電圧ＶＭＯＮの値をサンプリングする期間（Ｔｓ×Ｎｍａｘ）は、噴射停止指令時刻から監視電圧ＶＭＯＮの値がほぼ０になったと判断できる時刻までの期間を十分に含むように設定される。

Ｓ１３では、ＣＰＵは、駆動電流の供給を停止した後に弁体が弁座に着座したと推定される時刻を含む所定幅の推定着座期間を設定し、Ｓ１４に移る。より具体的には、Ｓ１３では、推定着座期間の開始時刻を特定する始期ｔ＿ｎｓ及び終了時刻を特定する終期ｔ＿ｎｅを設定する。図８に示すように、この推定着座期間は、ソレノイドへの通電を停止した後、監視電圧ＶＭＯＮの低下速度が一旦緩やかになりその後急になる期間を含むように設定することが好ましい。燃料噴射弁が正常な状態であれば、このような期間が発生する時刻は概ね一定であることから、上述のような推定着座期間の始期ｔ＿ｎｓ及び終期ｔ＿ｎｅは、予め実験を行うことによって特定することができる。

この他、Ｓ１３では、例えばＳ１１及びＳ１２において取得した複数のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎ）に以下のような処理を施すことによって、上記監視電圧の期間が確実に含まれるように推定着座期間の始期ｔ＿ｎｓ及び終期ｔ＿ｎｅを設定してもよい。この場合、推定着座期間の始期ｔ＿ｎｓは、サンプリング開始時刻側（図８において左側）から順にサンプリング値の微分値（Ｖ´（ｎ）＝ＶＭＯＮ（ｎ＋１）−ＶＭＯＮ（ｎ））、すなわち監視電圧の低下速度に相当する値を算出し、この微分値Ｖ´（ｎ）が初めて所定の負の閾値より大きくなる時刻となる。また推定着座期間の終期ｔ＿ｎｅは、サンプリング終了時刻側（図８において右側）から順にサンプリング値の微分値を算出し、この微分値が初めて所定の負の閾値より小さくなる時刻となる。

Ｓ１４では、ＣＰＵは、複数のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎ）のうち、上述の推定着座期間の外の期間に属するものを用いて、推定着座期間内を通過する補間線を生成し、Ｓ１５に移る。以下、補間線を生成する具体的な手順について、図８を参照しながら説明する。

始めに、複数のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎ）のうち推定着座期間より前の期間に属しかつ推定着座期間の始期ｔ＿ｎｓに最も近いものを少なくとも１つと、複数のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎ）のうち推定着座期間より後の期間に属しかつ推定着座期間の終期ｔ＿ｎｅに最も近いものを少なくとも１つと、を抽出する。以下では、図８において黒丸で示すように、推定着座期間の前後から１つずつサンプリング値ＶＭＯＮ（ｎａ）及びＶＭＯＮ（ｎｂ）を抽出した場合について説明する。

次に、推定着座期間の前後から抽出したサンプリング値（ＶＭＯＮ（ｎａ），ＶＭＯＮ（ｎｂ））並びにその時刻（ｔ＿ｎａ，ｔ＿ｎｂ）を用いることによって、図８において太実線で示すような推定着座期間内を通過する補間線を生成する。より具体的には、これら抽出したサンプリング値の両方を通過する一次の近似直線を特定し、これを補間線とする。なお、推定着座期間の前後からそれぞれ２つ以上のサンプリング値を抽出した場合には、これら複数のサンプリング値の近傍を通過するような一次の近似直線を最小二乗法等の方法によって特定し、これを補間線とする。

図４を参照して説明したように、燃料噴射弁が正常である場合には、推定着座期間の内側において監視電圧の低下速度は一旦緩やかになった後、再び急になる。このため、図８に示すように、逆起電圧の発生する方向を正とすれば、推定着座期間内におけるサンプリング値は、推定着座期間の外の監視電圧を用いて生成した補間線よりもほぼ全て大きくなる。

図６の説明に戻り、Ｓ１５では、ＣＰＵは、推定着座期間内に属する複数のサンプリング値ＶＭＯＮ（ｉ）（以下では、“ｉ”は、ｎａ〜ｎｂの整数とする）から、各々の時刻における補間線の値を減算することにより、図９に示すような複数の差分値Δ（ｉ）を算出する。この差分値Δ（ｉ）は、図９に示すように補間線を基準とした監視電圧の変動を示す。Ｓ１６では、ＣＰＵは、差分値Δ（ｉ）とサンプリング周期Ｔｓとの積の推定着座期間内にわたる総和、すなわち推定着座期間内における監視電圧のサンプリング値と補間線との間の面積値Ｓを算出する。

Ｓ１７では、ＣＰＵは、算出した面積値Ｓが、着座の有無を判定するために定められた正の着座判定値以上であるか否かを判定する。Ｓ１７の判定がＮＯである場合、すなわち監視電圧に有意な凸状の振る舞いが検出されなかった場合には、燃料噴射弁の弁体は推定着座期間の間に正常に着座しておらず、したがって燃料噴射弁は異常な状態であると判定し（Ｓ１８）、この処理を終了する。

Ｓ１７の判定がＹＥＳである場合、すなわち、面積値Ｓが着座判定値を超える程度に有意な凸状の振る舞いが監視電圧に検出された場合には、ＣＰＵは、推定着座期間の間に弁体は正常に着座しており、燃料噴射弁は正常な状態であると判定し（Ｓ１９）、Ｓ２０に移る。Ｓ２０では、ＣＰＵは、Ｓ１５で算出した複数の差分値Δ（ｉ）のうちその値が最も大きくなる時刻を特定し、これを着座時刻ｔ＿ｏｆｆとし、この処理を終了する（図９参照）。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
例えば上記実施形態では、Ｓ８の再過励磁制御において、Ｈｉ側スイッチング素子６１１のデューティ比をホールド制御時よりも上昇させることによってソレノイドの駆動電流をホールド電流よりも上昇させたが（図７参照）、本発明はこれに限らない。例えば、図１０に示すように再過励磁制御では、Ｈｉ側スイッチング素子６１１をオフにするとともにＨｉ側スイッチング素子６１２をオンにし、ソレノイドに接続する電源をバッテリから昇圧回路に切り替えることによってソレノイドの駆動電流をホールド電流よりも上昇させるようにしてもよい。

また上記実施形態では、複数のサンプリング値の近傍を通過する近似直線を補間線とした場合について説明したが（図８参照）、本発明はこれに限らない。補間線は、直線に限らず曲線であってもよい。

４…燃料噴射弁
４１ａ…弁体
４３…スプリング
４５…電磁アクチュエータ
６…ＥＣＵ（制御装置）
６１…ソレノイド駆動回路（駆動電流制御手段）
６３…電圧監視回路（サンプリング手段）
６５…ＣＰＵ（駆動電流制御手段、サンプリング手段、補間線生成手段、着座判定手段、着座時刻推定手段）

Claims (5)

1. 通電すると電磁力を発生し弁体を開弁側へ付勢する電磁アクチュエータ及び前記弁体を閉弁側へ付勢するスプリングを備える燃料噴射弁の制御装置であって、
   前記電磁アクチュエータの駆動電流を制御する駆動電流制御手段と、
   前記駆動電流制御手段による前記電磁アクチュエータへの通電を停止した後、前記電磁アクチュエータで発生する逆起電圧の値を複数回取得するサンプリング手段と、
   前記逆起電圧の複数のサンプリング値のうち所定の推定着座期間の外の期間に属するものを用いて当該推定着座期間内を通過する補間線を生成する補間線生成手段と、
   前記推定着座期間に属する複数のサンプリング値と前記補間線との比較に基づいて前記弁体の着座の有無を判定する着座判定手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
2. 前記補間線生成手段は、前記推定着座期間の前の期間に属する少なくとも１つのサンプリング値、及び前記推定着座期間の後の期間に属する少なくとも１つサンプリング値の両方の近傍を通過する近似直線を前記補間線とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置。
3. 前記推定着座期間は、前記電磁アクチュエータへの通電を停止した後に前記弁体が着座したと推定される時刻を含む所定幅の期間であり、
   前記補間線生成手段は、前記推定着座期間の外の期間に属しかつ当該推定着座期間の始期又は終期の近傍における複数のサンプリング値を用いて前記補間線を生成することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁の制御装置。
4. 前記着座判定手段は、前記推定着座期間内における前記複数のサンプリング値と前記補間線との間の面積値が正の着座判定値以上であった場合には着座したと判定し、
   前記面積値は、前記逆起電圧の発生方向を正として、前記補間線より前記サンプリング値の方が大きい領域では正とし、前記補間線より前記サンプリング値の方が小さい領域では負とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料噴射弁の制御装置。
5. 前記着座判定手段によって着座したと判定された場合に、前記推定着座期間に属する複数のサンプリング値と前記補間線との差分値が最大となる時刻を前記弁体の着座時刻とする着座時刻推定手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁の制御装置。

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