JP6882516B2 - 燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関する。

近年、車両の燃費向上や排気ガス規制を強化するため、理論空燃比よりも薄い混合気で運転する技術（Ｌｅａｎ ｂｕｒｎ）や、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）が開発されている。

このような燃費向上や排気ガス規制の強化を目的とした内燃機関では、燃焼室における燃料や空気の量が理論値から乖離するため、点火プラグによる燃料への点火不良が生じやすくなる。

この種の低燃費、高排気ガス性能が要求される内燃機関では、点火不良を抑制するために高度な空燃比制御が求められ、燃料噴射装置（インジェクタ）による燃料噴射量のバラツキを低減することが必要である。

特許文献１には、燃料噴射装置への燃料噴射パルスをＯＦＦしたのちに燃料噴射装置のプランジャが実際に閉弁するまでに燃料噴射装置から噴射される燃料量を考慮して、燃料噴射パルス幅を補正することで、燃料噴射装置から噴射される燃料量を調整する燃料噴射制御装置が開示されている。

また、特許文献２には、燃料噴射装置のプランジャを駆動するコイルの電流を計測すると共に計測した電流の傾きを算出し、この電流の傾きに基づいて当該コイルに流れる実際の電流のピーク点のズレを補正する燃料噴射制御装置が開示されている。

特開２００４−１７６５４６号公報 特開２０１５−２２７６２０号公報

しかしながら、燃料噴射装置のプランジャを開弁するための実際の高電流の立ち上がりは、燃料噴射装置の機械的性質により直線にはならず、特許文献１及び特許文献２に開示されている燃料噴射制御装置では、プランジャの開弁制御にバラツキが生じてしまい、燃料噴射量を正確に制御することができない。

したがって、本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、燃料噴射量をより正確に制御できる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、燃料噴射装置を制御するための制御電流を生成する制御電流生成部と、制御電流に基づいて制御された燃料噴射装置の駆動電流を所定時刻ごとに取得する電流取得部と、電流取得部により取得された第１時刻での第１駆動電流と、第１時刻よりも後の第２時刻での第２駆動電流とに基づいて、第２時刻よりも後の第３時刻での第３駆動電流を予測する電流予測部と、を有し、制御電流生成部は、電流予測部で予測された第３時刻での第３駆動電流に基づいて算出された予測電力と、所定の目標駆動電流に基づいて算出された目標電力とを比較して、制御電流を補正する構成とした。

本発明によれば、燃料噴射量をより正確に制御できる燃料噴射制御装置を提供することができる。

実施の形態にかかる内燃機関及び制御装置の要部構成を説明する図である。 燃料噴射制御部の機能を説明する図である。 制御装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。 燃料噴射装置の構成を説明する断面図である。 燃料噴射制御部による燃料噴射パルスの補正方法を説明する図である。 燃料噴射制御部による燃料制御装置の制御方法のフローチャートである。

［内燃機関］
初めに、本発明の実施の形態にかかる燃料噴射制御装置８２が設けられる制御装置１及び、この制御装置１により制御される内燃機関１００を説明する。内燃機関１００は、単気筒でも複数気筒を有するものでもよいが、実施の形態では、４気筒を有する内燃機関１００の燃料噴射装置４００の燃料噴射量を制御する場合を例示して説明する。

図１は、内燃機関１００及び制御装置１の要部構成を説明する図である。

図１に示すように、内燃機関１００では、外部から吸引した空気はエアクリーナ１１０、吸気管１１１、吸気マニホールド１１２を通流し、各気筒１５０に流入する。各気筒１５０に流入する空気量は、スロットル弁１１３により調整され、スロットル弁１１３で調整された空気量は、流量センサ１１４により測定される。

スロットル弁１１３には、スロットルの開度を検出するスロットル開度センサ１１３ａが設けられており、このスロットル開度センサ１１３ａで検出されたスロットル弁１１３の開度情報は、制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１に出力される。

なお、スロットル弁１１３は、電動機で駆動される電子スロットル弁が用いられるが、空気の流量を適切に調整できるものであれば、その他の方式によるものでもよい。

各気筒１５０に流入したガスの温度は、吸気温センサ１１５で検出される。

クランクシャフト１２３に取り付けられたリングギア１２０の径方向外側には、クランク角センサ１２１が設けられており、このクランク角センサ１２１により、クランクシャフト１２３の回転角度が検出される。実施の形態では、クランク角センサ１２１は、１０°毎及び燃焼周期毎のクランクシャフト１２３の回転角度を検出する。

シリンダヘッドのウォータジャケット（図示せず）には、水温センサ１２２が設けられており、この水温センサ１２２により、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する。

また、車両には、アクセルペダル１２５の変位量（踏み込み量）を検出するアクセルポジションセンサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）１２６が設けられており、このアクセルポジションセンサ１２６により、運転者の要求トルクを検出する。このアクセルポジションセンサ１２６で検出された運転者の要求トルクは、後述する制御装置１に出力され、制御装置１は、この要求トルクに基づいて、スロットル弁１１３を制御する。

燃料タンク１３０に貯留された燃料は、燃料ポンプ１３１によって吸引及び加圧された後、プレッシャレギュレータ１３２が設けられた燃料配管１３３を通流し、燃料噴射装置（インジェクタ）４００に誘導される。燃料ポンプ１３１から出力された燃料は、プレッシャレギュレータ１３２で所定の圧力に調整され、燃料噴射装置（インジェクタ）４００から各気筒１５０内に噴射される。

燃料噴射装置４００の制御は、後述する制御装置１の燃料噴射制御装置８２の燃料噴射パルス（制御信号）に基づいて行われる。

プレッシャレギュレータ１３２で圧力調整された後の余分な燃料は、戻り配管（図示せず）を介して燃料タンク１３０に戻される。

ここで、燃料噴射装置４００の具体的な構成を説明する。

図２は、燃料噴射装置４００の構成を説明する断面図である。

燃料噴射装置４００は、ノズル４０５側からシリンダヘッド４２０に取り付けられており、ノズル４０５とシリンダヘッド４２０との間は、リングシール４１２とチップシール４０７によりシールされている。

ノズル４０５内には、プランジャ４１０が中心軸Ｘの軸方向に沿って摺動可能に設けられている。

プランジャ４１０は、燃料噴射制御部８２から送信された燃料噴射パルスＳ９（制御信号）に基づく電流が、電力線４１９を介してコイル４０２に供給されることで、コイル４０２に発生する電磁力により、スプリング４１３の押圧力に抗して中心軸Ｘに沿うＡ方向に移動する。この際、プランジャ４１０は、ガイド４０８、４１１にガイドされている。

これにより、燃料噴射装置４００では、プランジャ４１０の先端部とオリフィスカップ４０９との間に間隙が生じて開弁する。このプランジャ４１０のオリフィスカップ４０９に対する移動量をリフト量と言う。

燃料噴射装置４００では、燃料噴射パルスＳ９に基づく電流の大きさに応じてプランジャ４１０のリフト量が制御される。燃料噴射装置４００では、このプランジャ４１０のリフト量に応じて噴射される燃料量が制御される。

燃料噴射装置４００では、燃料噴射制御部８２から送信された燃料噴射パルスＳ９が停止すると、コイル４０２への電流の供給がなくなる結果、コイル４０２に発生した電磁力が消滅する。よって、プランジャ４１０は、スプリング４１３により中心軸Ｘに沿うＢ方向に押圧される。

これにより、燃料噴射装置４００では、プランジャ４１０の先端部でオリフィスカップ４０９の貫通孔が塞がれて閉弁する。これにより、燃料噴射装置４００では、プランジャ４１０とオリフィスカップ４０９の間隙からの燃料の噴射が停止する。

前述した中心軸Ｘに沿う矢印Ａ方向を燃料噴射装置４００の開弁方向、矢印Ｂ方向を燃料噴射装置４００の閉弁方向と言う。

図１に戻って、内燃機関１００のシリンダヘッド（図示せず）には、燃焼圧センサ（ＣｙｌｉｎｄｅｒＰｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ：ＣＰＳ、筒内圧センサとも言う）１４０が設けられている。燃焼圧センサ１４０は、各気筒１５０内に設けられており、気筒１５０内の圧力（燃焼圧）を検出する。

燃焼圧センサ１４０は、圧電式又はゲージ式の圧力センサが用いられ、広い温度領域に渡って気筒１５０内の燃焼圧（筒内圧）を検出することができるようになっている。

各気筒１５０には、燃焼後のガス（排気ガス）を、気筒１５０の外側に排出する排気マニホールド１６０が取り付けられている。この排気マニホールド１６０の排気側には、三元触媒１６１が設けられており、排気ガスは三元触媒１６１で浄化された後、大気に排出される。

三元触媒１６１の上流側には、上流側空燃比センサ１６２が設けられており、この上流側空燃比センサ１６２は、各気筒１５０から排出された排気ガスの空燃比を連続的に検出する。

また、三元触媒１６１の下流側には、下流側空燃比センサ１６３が設けられており、この下流側空燃比センサ１６３は、理論空燃比近傍でスイッチ的な検出信号を出力する。実施の形態では、下流側空燃比センサ１６３は、Ｏ２センサである。

また、各気筒１５０の上部には、点火プラグ２００が各々設けられており、点火プラグ２００の放電（点火）により、気筒１５０内の空気と燃料との混合気に火花が着火し、気筒１５０内で爆発が起こり、ピストン１７０が押し下げられる。ピストン１７０が押し下げられることにより、クランクシャフト１２３が回転する。

前述したスロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、クランク角センサ１２１、アクセルポジションセンサ１２６、水温センサ１２２、燃焼圧センサ１４０等の各種センサからの出力信号は、制御装置１に出力される。制御装置１では、これら各種センサからの出力信号に基づいて、内燃機関１００の運転状態を検出し、気筒１５０内に送出する空気量、燃料噴射装置４００からの燃料噴射量、点火プラグ２００の点火タイミング等の制御を行う。

［制御装置のハードウェア構成］
次に、制御装置１のハードウェアの全体構成を説明する。

図１に示すように、制御装置１は、アナログ入力部１０と、デジタル入力部２０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａ）変換部３０と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４０と、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５０と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０と、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート７０と、出力回路８０と、を有する。

アナログ入力部１０には、スロットル開度センサ１１３ａ、流量センサ１１４、アクセルポジションセンサ１２６、上流側空燃比センサ１６２、下流側空燃比センサ１６３、燃焼圧センサ１４０、水温センサ１２２等の各種センサからのアナログ出力信号が入力される。

アナログ入力部１０には、Ａ／Ｄ変換部３０が接続されている。アナログ入力部１０に入力された各種センサからのアナログ出力信号は、ノイズ除去等の信号処理が行われた後、Ａ／Ｄ変換部３０でデジタル信号に変換れ、ＲＡＭ４０に記憶される。

デジタル入力部２０には、クランク角センサ１２１からのデジタル出力信号が入力される。

デジタル入力部２０には、Ｉ／Ｏポート７０が接続されており、デジタル入力部２０に入力されたデジタル出力信号は、このＩ／Ｏポート７０を介してＲＡＭ４０に記憶される。

ＲＡＭ４０に記憶された各出力信号は、ＭＰＵ５０で演算処理される。

ＭＰＵ５０は、ＲＯＭ６０に記憶された制御プログラム（図示せず）を実行することで、ＲＡＭ４０に記憶された出力信号を、制御プログラムに従って演算処理する。ＭＰＵ５０は、制御プログラムに従って、内燃機関１００を駆動する各アクチュエータ（例えば、スロットル弁１１３、プレッシャレギュレータ１３２、点火プラグ２００等）の作動量を規定する制御値を算出し、ＲＡＭ４０に一時的に記憶する。

ＲＡＭ４０に記憶されたアクチュエータの作動量を規定する制御値は、Ｉ／Ｏポート７０を介して出力回路８０に出力される。

出力回路８０には、燃料噴射装置４００のプランジャ４１０（図２参照）の駆動を制御する燃料噴射制御部８２（図３参照）や点火プラグ２００に印加する電圧を制御する点火制御部８３（図３参照）の機能などが設けられている。

［制御装置の機能ブロック］
次に、制御装置１の機能構成を説明する。

図３は、制御装置１の機能構成を説明する機能ブロック図である。
図４は、燃料噴射制御部８２の機能を説明する図である。

この制御装置１の各機能は、ＭＰＵ５０がＲＯＭ６０記憶された制御プログラムを実行することで、出力回路８０での各種機能が実現され、出力回路８０の燃料噴射制御部８２による燃料噴射装置４００の制御や、点火制御部８３による点火プラグ２００の放電制御が行われる。

図３に示すように、制御装置１の出力回路８０は、全体制御部８１と、燃料噴射制御部８２と、点火制御部８３とを有する。

全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６と、燃焼圧センサ１４０（ＣＰＳ）に接続されており、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とを受け付ける。

［全体制御部］
全体制御部８１は、アクセルポジションセンサ１２６からの要求トルク（加速信号Ｓ１）と、燃焼圧センサ１４０からの出力信号Ｓ２とに基づいて、燃料噴射制御部８２と点火制御部８３の全体的な制御を行う。

［点火制御部］
点火制御部８３は、全体制御部８１のほか、気筒判別部８４と、角度情報生成部８５と、回転数情報生成部８６と、負荷情報生成部８８と、水温計測部８９とに接続されており、これらからの各情報を受け付ける。

点火制御部８３は、受け付けた各情報に基づいて、点火コイル３００の１次側コイル３１０に通電する電流量（通電角）と、通電開始時間と、１次側コイル３１０に通電した電流を遮断する時間（点火時間）を算出する。

点火制御部８３は、算出した通電量と、通電開始時間と、点火時間とに基づいて、点火コイル３００の１次側コイル３１０に点火信号Ｓを出力することで、点火プラグ２００による放電制御を行う。

［燃料噴射制御部］
燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の各気筒１５０を判別する気筒判別部８４と、クランクシャフト１２３のクランク角を計測する角度情報生成部８５と、エンジン回転数を計測する回転数情報生成部８６と、に接続されており、気筒判別部８４からの気筒判別情報Ｓ３と、角度情報生成部８５からのクランク角度情報Ｓ４と、回転数情報生成部８６からのエンジン回転数情報Ｓ５と、を受け付ける。

また、燃料噴射制御部８２は、気筒１５０内に吸気される空気の吸気量を計測する吸気量計測部８７と、エンジン負荷を計測する負荷情報生成部８８と、エンジン冷却水の温度を計測する水温計測部８９と、に接続されており、吸気量計測部８７からの吸気量情報Ｓ６と、負荷情報生成部８８からのエンジン負荷情報Ｓ７と、水温計測部８９からの冷却水温度情報Ｓ８と、を受け付ける。

燃料噴射制御部８２は、受け付けた各情報に基づいて、燃料噴射装置４００から噴射される燃料の噴射量と噴射時間を算出し、算出した燃料の噴射量と噴射時間とに基づいて生成した燃料噴射パルスＳ９を燃料噴射装置４００に送信する。

ここで、図４に示すように、燃料噴射制御部８２は、演算部８２１と、補正部８２２と、ベース波形取得部８２３と、Ａ／Ｄ変換部（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）８２４と、Ｄ／Ａ変換部（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）８２５とを有する。

ベース波形取得部８２３は、内燃機関１００の運転状態（目標駆動力）に応じた燃料噴射パルスＳ９のベース波形（デジタル信号）を、ＲＯＭ６０から取得する。燃料噴射パルスＳ９のベース波形は、運転状態に応じて複数用意されており、ＲＯＭ６０などの記憶媒体に記憶されている。

燃料噴射パルスＳ９のベース波形は、燃料噴射装置４００のプランジャ４１０を閉弁状態から開弁するため、高い電流値に設定された高電流Ｓ９１と、開弁したプランジャ４１０を開弁状態で保持するため、高電流Ｓ９１よりも低い一定幅の電流値で保持される保持電流Ｓ９２とから成る（図５参照）。

燃料噴射制御部８２では、ベース波形取得部８２３で取得した燃料噴射パルスＳ９のベース波形（デジタル信号）を、Ｄ／Ａ変換部８２５でアナログ信号の制御電流に変換する。

なお、Ｄ／Ａ変換前のデジタル信号である燃料噴射パルスＳ９と、Ｄ／Ａ変換後のアナログ信号である制御電流とを特に区別しない場合、制御電流をＳ９と表記する。

Ｄ／Ａ変換部８２５でアナログ信号に変換された制御電流Ｓ９は、燃料噴射装置４００（コイル４０２）に供給される。燃料噴射装置４００では、この制御電流Ｓ９に基づいてプランジャ４１０のリフト量が制御される。

燃料噴射装置４００（コイル４０２）の一端側には、電流計４３０が設けられており、この電流計４３０によりコイル４０２に実際に流れる駆動電流Ｐ（アナログ値）を計測する。

電流計４３０で計測された駆動電流Ｐは、燃料噴射制御部８２のＡ／Ｄ変換部８２４でデジタル信号に変換された後、演算部８２１に送信される。

なお、コイル４０２に実際に流れる駆動電流Ｐ（電流計４３０で計測されたアナログ値）と、Ａ／Ｄ変換部８２４でデジタル信号に変換された後の駆動電流とを特に区別しない場合、Ａ／Ｄ変換部８２４でデジタル信号に変換された後の駆動電流をＰと表記する。

演算部８２１では、今回の計測タイミングで計測されたコイル４０２の駆動電流Ｐと、前回の（直前の）計測タイミングで計測された駆動電流Ｐとに基づいて、駆動電流波形の変曲点Ｐｋ（図５参照）を検出する。

ここで、コイル４０２に流れる駆動電流Ｐの波形は、コイル４０２に供給された制御電流Ｓ９の波形に応じて決まる。よって、演算部８２１は、過去に計測された少なくとも２つの異なる時刻における駆動電流Ｐの計測結果から、駆動電流Ｐの波形（制御電流Ｓ９の波形）の変曲点Ｐｋを検出することができる。

なお、変曲点Ｐｋとは、平面上の曲線の傾きが変わる点を意味し、この変曲点Ｐｋ以降の波形は直線で近似することができる。

演算部８２１は、今回の計測タイミングで計測された駆動電流Ｐが変曲点Ｐｋに当たると判定した場合、変曲点Ｐｋ以降の駆動電流Ｐの予測値を、直線補外を用いて演算する。

ここで、直線補外とは、ある既知の数値データを基にして、それらのデータの範囲の外側で、その後の数値の予想値を求めることを意味する。

演算部８２１は、直線補外を用いて予測した変曲点Ｐｋ以降の駆動電流Ｐに基づいて算出された電力量と、目標値である制御電流Ｓ９に基づいて算出された電力量とを比較し、駆動電流Ｐ（予測値）が、制御電流Ｓ９（目標値）を超えるタイミング（時刻）ｔａを推定する。ここで、各々の電力量は、駆動電流Ｐ又は制御電流Ｓ９の面積（例えば、図５に示す面積Ｅを参照）として求めることができる。

演算部８２１は、所定の計測タイミングで計測した駆動電流Ｐが、制御電流Ｓ９を既に越えていると判定した場合、燃料噴射装置４００への燃料噴射パルスＳ９の供給を即座に停止する。

一方、補正部８２２は、所定の計測タイミングで計測した駆動電流Ｐが、制御電流Ｓ９を超えていないと判定した場合、駆動電流Ｐが制御電流Ｓ９を超えるタイミングｔａを演算し、その超えるタイミングｔａに基づいて、制御電流Ｓ９（燃料噴射パルスＳ９）の大きさ又は長さを補正する。

前述したベース波形取得部８２３と演算部８２１による制御電流Ｓ９の取得及び生成は、本発明の制御電流生成部に相当し、電流計４３０で計測した駆動電流ＰをＡ／Ｄ変換部８２４で取得する構成は、本発明の電流取得部に相当し、演算部８２１による駆動電流の予測は、本発明の電流予測部に相当する。また、演算部８２１と補正部８２２による制御電流Ｓ９の補正は、本発明の制御電流生成部による制御電流の補正に相当する。

［制御電流（燃料噴射パルス）の補正方法］
次に、前述した燃料噴射制御部８２による制御電流（燃料噴射パルス）Ｓ９の補正方法を説明する。

図５は、燃料噴射制御部８２による燃料噴射パルスＳ９の補正方法を説明する図である。図５では、駆動電流Ｐと制御電流Ｓ９との一例が示されており、駆動電流Ｐの予測値が破線で示されている。

図５において、上段は、燃料噴射制御部８２で生成されたＤ／Ａ変換後の制御電流Ｓ９と、この制御電流Ｓ９に基づいて駆動した燃料噴射装置４００（コイル４０２）の駆動電流Ｐとの関係を示している。

燃料噴射装置８２で生成された制御電流Ｓ９は、燃料噴射装置４００のプランジャ４１０を閉弁状態から所定量開弁するための高電流Ｓ９１と、プランジャ４１０を開弁状態で保持する保持電流Ｓ９２とに大別される。

図５の下段は、駆動電流Ｐを計測する計測タイミングを示している。駆動電流Ｐは、所定のクロックの周波数に基づいて、所定の計測タイミングで計測される。具体的には、駆動電流Ｐは、所定のクロックの立ち下がりのタイミングで、駆動電流Ｐを計測する。

以下、所定のクロックの立ち下がりのタイミングを、計測タイミングＡＤＣと言う。

図５に示すように、燃料噴射制御部８２は、ベース波形取得部８２３から取得した燃料噴射パルスＳ９をＤ／Ａ変換した制御電流Ｓ９に基づいて、燃料制御装置４００を駆動する。燃料制御装置４００では、この制御電流Ｓ９によりコイル４０２に磁束が発生し、この磁束によりプランジャ４１０が中心軸ＸのＡ方向に移動する（図３参照）。そして、プランジャ４１０の移動により、オリフィスカップ４０９に対するプランジャ４１０のリフト量が設定される。

燃料噴射制御部８２は、所定の計測タイミングＡＤＣで、燃料噴射装置４００（コイル４０２）の駆動電流Ｐを電流計４３０から取得する。実施の形態では、所定の計測タイミングｔ１〜ｔ６で取得した駆動電流はＰ１〜Ｐ６で示し、将来の計測タイミングｔ７で取得する予定の駆動電流をＰ７で示す。

図５に示すように、燃料噴射装置８２の演算部８２１は、所定の計測タイミングｔ１〜ｔ６で、コイル４０２の駆動電流Ｐを計測し、各々の計測タイミングｔ１〜ｔ６で計測した駆動電流Ｐを、制御装置１のＲＡＭ４０の所定の記憶領域に順次記憶する。

演算部８２１では、例えば、第１計測タイミングｔ１（第１時刻）での駆動電流Ｐ１と、第２計測タイミングｔ２（第２時刻）での駆動電流Ｐ２とをＲＡＭ４０から読み出し、駆動電流Ｐ１、Ｐ２の変化率ｋ１を演算する。

次に、演算部８２１は、第２計測タイミングｔ２（第２時刻）での駆動電流Ｐ２と、第３計測タイミングｔ３（第３時刻）での駆動電流Ｐ３とをＲＡＭ４０から読み出し、駆動電流Ｐ２、Ｐ３の変化率ｋ２を演算する。

実施の形態では、演算部８２１は、変化率ｋ１と変化率ｋ２とを比較し、各々の変化率が一致した場合、第３計測タイミングｔ３が変曲点Ｐｋであると判定する。演算部８２１は、この変曲点Ｐｋ以降は、直線補外により将来の駆動電流Ｐ４〜Ｐ７を予測する（図５の破線）。

演算部８２１は、第３計測タイミングｔ３以降も、所定のクロック周波数に基づく計測タイミングｔ４〜ｔ７で、コイル４０２の駆動電流Ｐを電流計４３０から取得すると共に、取得した駆動電流Ｐに基づいて、将来の駆動電流Ｐを予測する。

演算部８２１は、将来の駆動電流Ｐａから算出された電力量Ｅ（予測値）が、制御電流Ｓ９から算出された目標電力量を超える時刻ｔａを算出する。実施の形態では、演算部８２１は、タイミングｔａで、予測した電力量Ｅが目標電力量を超えると算出する。

演算部８２１は、タイミングｔａが、次の計測タイミングｔ７未満であると判定した場合、次の計測タイミングｔ７で予測される駆動電流Ｐ８から算出された電力量のうち超過電力量Ｅｏ（図５の濃いハッチング参照）の分、次回の計測タイミングｔ７での制御電流Ｓ９を低くなるように補正する。

具体的には、演算部８２１は、次回の計測タイミングｔ７における予測した駆動電流Ｐ８に基づく電力量と、制御電流Ｓ９に基づく電力量とが一致するように、予測した駆動電流Ｐ８を下げる制御を行う。実施の形態では、演算部８２１は、次回の計測タイミングｔ７における予測した駆動電流Ｐ８を、駆動電流Ｐ７まで下げるように制御電流Ｓ９の補正を行う。

これにより、補正した駆動電流Ｐ７に基づく電力量が、目標駆動電力と一致し、プランジャ４１０のリフト量が目標値となるように制御することができる。

一方、演算部８２１は、予想した駆動電流Ｐに基づく電力量Ｅが目標電力量を超えるタイミングｔａが、次の計測タイミングｔ７をすでに超えていると判定した場合、すぐに制御電流Ｓ９の供給を停止する。

これにより、燃料噴射制御部８２は、予想した電力量Ｅが目標電力量よりも多くなることによるリフト量の増大を最小限に抑えることできる。

なお、燃料噴射制御部８２は、予想した電力量Ｅが目標電力量よりも多くなると判定した場合、次の計測タイミングｔ７での駆動電流Ｐ８の大きさの調整と合わせて、又は駆動電流Ｐ８の大きさの調整ではなく、高電流Ｓ９１の長さを短くするように、制御電流Ｓ９を調整してもよい（図５の点線）。

例えば、燃料噴射制御部８２は、次回の計測タイミングｔ７の時間より短い、タイミングｔｅで高電流Ｓ９１を終了してもよい。このようにしても、予測した電力量Ｅを、目標電力量に近づけて、プランジャ４１０のリフト量の調整を精度よく行うことができる。

ここで、演算部８２１は、予測した電力量Ｅが、目標電力量を超えると判断したタイミングで、次回の計測タイミング（例えば、計測タイミングｔ７）での高電流Ｓ９１の補正では、予測した電力量Ｅを目標電力量に十分に近づけるように調整できないと判断した場合は、その後に続く保持電流Ｓ９２の長さを短くする（実施の形態ではｔｄだけ短くしている）ように制御電流Ｓ９を補正してもよい。

その結果、保持電流Ｓ９２の長さが短くなった分、プランジャ４１０は早く閉弁することとなり、燃料噴射装置４００から噴射される燃料噴射量の絶対量が少なくなる。よって、予想した電力量Ｅの大きさやタイミングによっては、高電流Ｓ９１の補正では十分でない場合でも、保持電流Ｓ９１の長さを補正することで、燃料噴射量をより適切に精度よく制御することができる。

なお、演算部８２１は、駆動電流Ｐの所定の計測タイミングでの変化率ｋ１、ｋ２が、所定の閾値変化率以上である場合、変化率ｋ２以降の変化率が、所定の変化率となるように制御電流Ｓ９を補正してもよい。

ここで、演算部８２１による電力量の予想方法は、ＣＰＵなどの処理負担を考慮して、前述したように、変曲点以後の直線補外により求めるのが好ましい。一方、ＣＰＵの処理能力が十分にある場合、スプライン補外や多項式近似補外などを用いたり、それらを組み合わせて予測してもよい。

［燃料噴射装置の制御方法］
次に、燃料噴射制御部８２による燃料噴射装置４００の制御方法を説明する。

図６は、燃料噴射制御部８２による燃料制御装置４００の制御方法のフローチャートである。

図６に示すように、ステップＳ１０１において、燃料噴射制御部８２は、内燃機関１００の運転状態に応じた制御電流Ｓ９（燃料噴射パルスＳ９）を燃料噴射装置４００に供給して、プランジャ４１０の電流駆動を開始する。

ステップＳ１０２において、燃料噴射制御部８２は、電流計４３０によるコイル４０２に流れる駆動電流Ｐの次の計測タイミングＡＤＣであるか否かを判定し、次の計測タイミングであると判定した場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に進み、次の計測タイミングＡＤＣでないと判定した場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、次の計測タイミングとなるまで、ステップＳ１０２の処理を所定の期間ごとに繰り返す。

ステップＳ１０３において、燃料噴射制御部８２は、所定のサンプリングクロックの計測タイミングＡＤＣに基づいて、電流計４３０で計測したコイル４０２に流れる駆動電流Ｐを取得する。

ステップＳ１０４において、燃料噴射制御部８２は、ステップＳ１０３で取得した駆動電流ＰをＲＡＭ４０などの記憶装置に記憶する。

ステップＳ１０５において、燃料噴射制御部８２は、ステップＳ１０３で記憶した前回の計測タイミングで計測した駆動電流Ｐと、今回の計測タイミングで計測した駆動電流ＰとをＲＡＭ４０から読み出し、それらの駆動電流Ｐに基づいて今回取得した駆動電流Ｐが変曲点Ｐｋであるか否かを判定し、変曲点Ｐｋであると判定した場合、変曲点Ｐｋ以降の駆動電流Ｐを直線補外により演算する。

ステップＳ１０６において、燃料噴射制御部８２は、ステップＳ１０５算出した駆動電流Ｐの予測値に基づく電力量を算出すると共に、内燃機関１００の運転状態に基づいてプランジャ４１０の駆動に必要なリフト量だけ駆動するための目標電力量との比較を行う。

燃料噴射制御部８２は、電力量の予測値と、目標電力量との比較に基づいて、予測した電力量が目標電力量を超えるタイミングＴｅを算出する。

ステップＳ１０７において、燃料噴射制御部８２は、ステップＳ１０６で算出した超過タイミングｔｅが、次回の計測タイミングＡＤＣ未満であるか否かを判定する。燃料噴射制御部８２は、超過タイミングｔｅが次回の計測タイミングＡＤＣ未満であると判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進み、超過タイミングｔｅが次回の計測タイミングＡＤＣ以上であると判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、次の計測タイミングＡＤＣでの駆動電流Ｐの取得を行う。

ステップＳ１０８において、燃料噴射制御部８２は、ステップＳ１０６で算出した超過タイミングｔｅが、現在時刻以下か否かを判定する。燃焼噴射制御部８２は、超過タイミングｔｅが、現在時刻を超えている（すでに超過している）と判定した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ステップＳ１０９に進み、燃料噴射装置４００への制御電流Ｓ９の供給をすぐに停止する。これにより、燃料噴射制御部８２は、制御電流Ｓ９が多いことによる燃料の噴射過多を最小限に抑えることができる。

一方、燃料噴射制御部８２は、超過タイミングｔｅが、現在時刻を超えていない（現在時刻よりも後）と判定した場合、超過タイミングｔｅが現在時刻を超えるまで待って、超過タイミングｔｅが現在時刻を超えたタイミングで、燃料噴射装置４００への制御電流Ｓ９の供給を停止する。

以上説明した通り、実施の形態では、
（１）燃料噴射装置４００を制御する燃料噴射制御部８２（燃料噴射制御装置）であって、燃料噴射装置４００を制御するための制御電流Ｓ９を生成する演算部８２１及びベース波形取得部８２３と、制御電流Ｓ９に基づいて制御された燃料噴射装置４００の駆動電流Ｐをカウンタ周期に基づく計測タイミングｔ１〜ｔ６（所定時刻）ごとに取得するＡ／Ｄ変換部８２４と、ベース波形取得部８２３により取得された第１計測タイミングｔ１（第１時刻）での駆動電流Ｐ１（第１駆動電流）と、第１計測タイミングｔ１よりも後の第２計測タイミングｔ２（第２時刻）での駆動電流Ｐ２（第２駆動電流）と、に基づいて、第２計測タイミングよりも後の第３計測タイミングｔ３（第３時刻）での駆動電流Ｐ３（第３駆動電流）を予測する演算部８２１（電流予測部）と、を有し、演算部８２１は、当該演算部８２１で予測された第３計測タイミングｔ３での駆動電流Ｐ３に基づいて算出された予測電力量と、所定の制御電流（目標駆動電流）に基づいて算出された目標電力量とを比較して、制御電流Ｓ９を補正する構成とした。

このように構成すると、過去に測定された駆動電流Ｐに基づいて予測された将来の駆動電流Ｐに基づいて算出された電力量と、目標値となる制御電流Ｓ９に基づいて算出された目標電力量とを比較した結果に応じて制御電流Ｓ９を補正できるので、より高精度な燃料噴射制御を行うことができる。

（２）また、演算部８２１は、予測電力量Ｅが目標電力量を超える超過タイミングｔｅを算出すると共に、超過タイミングｔｅが、駆動電流Ｐを取得する予定の次回の計測タイミング未満であると判断した場合、制御電流Ｓ９の生成を停止する構成とした。

このように構成すると、演算部８２１は、次回の計測タイミングよりも前に予想電力量Ｅが目標電力量を超えると判定した場合、すぐに制御電流Ｓ９の生成を停止するので、燃料噴射装置４００のプランジャ４１０のリフト量が過剰になることを防ぎ、噴射される燃料量の制御を適切に行うことができる。

（３）また、演算部８２１は、少なくとも、第１計測タイミングｔ１での駆動電流Ｐ１と、第２計測タイミングｔ２での駆動電流Ｐ２とに基づいて、第２計測タイミング以降の第３計測タイミングの駆動電流Ｐ３を直線補外により算出する構成とした。

このように構成すると、演算部８２１は、実際に測定した過去の駆動電流Ｐ１、Ｐ２に基づいて、直線補外の簡単な演算式により、将来の駆動電流Ｐ３を予測することができ、演算部８２１（ＣＰＵ）の処理負担を減らすことができる。

（４）また、演算部８２１は、当該演算部８２１で予測された第３計測タイミングｔ３での駆動電流Ｐ３と、今回の計測タイミングｔ４（所定の計測時刻）で取得した現在の駆動電流Ｐ４との差分に基づいて、制御電流Ｓ９の大きさ、または長さの少なくとも何れか一つを補正する構成とした。

このように構成すると、演算部８２１は、プランジャ４１０のリフト量に寄与する駆動電流Ｐに基づいて制御電流Ｓ９の大きさ又は長さを補正するので、プランジャ４１０のリフト量（燃料の噴射量）をより高精度に制御することができる。

（５）また、演算部８２１は、当該演算部８２１で予測された第２計測タイミングｔ２での駆動電流の変化率ｋ２が、所定の閾値変化率以上である場合、第２計測タイミング以降で予測する第３計測タイミングｔ３での制御電流の変化率を補正する構成とした。

このように構成すると、演算部８２１は、過去に計測した駆動電流Ｐの変化率に基づいて、将来の駆動電流Ｐの変化率を予測して制御電流Ｓ９補正するので、将来の駆動電流Ｐを正確に補正することができる。よって、演算部８２１は、補正後の正確な駆動電流Ｐに基づいて、燃料制御装置４００のプランジャ４０２のリフト量（燃料の噴射量）を正確に制御することができる。

（６）また、ベース波形取得部８２３で取得した過去の複数の時刻での駆動電流（例えば、駆動電流Ｐ１〜Ｐ６）を記憶するＲＡＭ４０（電流記憶部）を有し、演算部８２１は、ＲＡＭ４０に記憶された過去の複数の駆動電流（例えば、駆動電流Ｐ１〜Ｐ６）に基づいて、駆動電流の変曲点Ｐｋを算出すると共に、演算部８２１は、演算部８２１で算出した変曲点Ｐｋに基づいて駆動電流Ｐを予測する構成とした。

このように構成すると、演算部８２１は、変曲点Ｐｋ以降の駆動電流Ｐの予測を簡単に行うことができ、燃料噴射装置４００のプランジャｙ４１０のリフト量（燃料の噴射量）の制御を高精度に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は、前述した実施の形態を全て組み合わせてもよく、何れか２つ以上の実施の形態を任意に組み合わせても好適である。

また、本発明は、前述した実施の形態の全ての構成を備えているものに限定されるものではなく、前述した実施の形態の構成の一部を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよく、また、前述した実施の形態の構成を、他の実施の形態の構成に置き換えてもよい。

また、前述した実施の形態の一部の構成について、他の実施の形態の構成に追加、削除、置換をしてもよい。

１：制御装置、１０：アナログ入力部、２０：デジタル入力部、３０：Ａ／Ｄ変換部、４０：ＲＡＭ、５０：ＭＰＵ、６０：ＲＯＭ、７０：Ｉ／Ｏポート、８０：出力回路、８１：全体制御部、８２：燃料噴射制御部、８２１：演算部、８２２：補正部、８２３：ベース波形取得部、８２４：Ａ／Ｄ変換部、８２５：Ｄ／Ａ変換部、８３：点火制御部、８４：気筒判別部、８５：角度情報生成部、８６：回転数情報生成部、８７：吸気量計測部、８８：負荷情報生成部、８９：水温計測部、１００：内燃機関、１１０：エアクリーナ、１１１：旧期間、１１２：吸気マニホールド、１１３：スロットル弁、１１３ａ：スロットル開度センサ、１１４：流量センサ、１１５：吸気温センサ、１２０：リングギア、１２１：クランク角センサ、１２２：水温センサ、１２３：クランクシャフト、１２５：アクセルペダル、１２６：アクセルポジションセンサ、１３０：燃料タンク、１３１：燃料ポンプ、１３２：プレッシャレギュレータ、１３３：燃料配管、１４０：燃焼圧センサ、１５０：気筒、１６０：排気マニホールド、１６１：三元触媒、１６２：上流側空燃比センサ、１６３：下流側空燃比センサ、１７０：ピストン、２００：点火プラグ、３００：点火コイル、４００：燃料噴射装置、４０２：コイル、４３０：電流計

Claims (10)

1. 燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射装置を制御するための制御電流を生成する制御電流生成部と、
   前記制御電流に基づいて制御された前記燃料噴射装置の駆動電流を所定時刻ごとに取得する電流取得部と、
   前記電流取得部により取得された第１時刻での第１駆動電流と、前記第１時刻よりも後の第２時刻での第２駆動電流とに基づいて、前記第２時刻よりも後の第３時刻での第３駆動電流を予測する電流予測部と、を有し、
   前記制御電流生成部は、
   前記電流予測部で予測された前記第３時刻での前記第３駆動電流に基づいて算出された予測電力量と、所定の目標駆動電流に基づいて算出された目標電力量とを比較して、前記制御電流を補正する燃料噴射制御装置。
2. 前記電流予測部は、前記予測電力量が前記目標電力量を超える超過時刻を算出すると共に、
   前記制御電流生成部は、前記超過時刻が、前記駆動電流を取得する予定の次回の所定時刻未満であると判断した場合、前記制御電流の生成を停止する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記電流予測部は、少なくとも、前記第１時刻での前記第１駆動電流と、前記第２時刻での前記第２駆動電流とに基づいて、前記第２時刻以降の前記第３時刻の前記第３駆動電流を直線補外により算出する請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記制御電流生成部は、前記電流予測部で予測された前記第３時刻での前記第３駆動電流と、今回の所定時刻で取得した現在の駆動電流との差分に基づいて、前記制御電流の大きさ、または長さの少なくとも何れか一つを補正する請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記制御電流生成部は、前記第２時刻での前記第２駆動電流の変化率が、所定の閾値変化率以上である場合、前記第２時刻以降に予測する前記第３時刻での前記制御電流の変化率を補正する請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記電流取得部で取得した過去の複数の時刻での駆動電流を記憶する電流記憶部を有し、
   前記制御電流生成部は、前記電流記憶部に記憶された過去の複数の駆動電流に基づいて、前記駆動電流の変曲点を算出すると共に、
   前記電流予測部は、前記制御電流生成部で算出した前記変曲点に基づいて、前記駆動電流を予測する請求項５に記載の燃料噴射制御装置。
7. 燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御方法であって、
   前記燃料噴射装置を制御するための制御電流を生成する制御電流生成ステップと、
   前記制御電流に基づいて制御された前記燃料噴射装置の駆動電流を所定時刻ごとに取得する電流取得ステップと、
   前記電流取得ステップにより取得された第１時刻での第１駆動電流と、前記第１時刻よりも後の第２時刻での第２駆動電流とに基づいて、前記第２時刻よりも後の第３時刻での第３駆動電流を予測する電流予測ステップと、を有し、
   前記制御電流生成ステップは、
   前記電流予測ステップで予測された前記第３時刻での前記第３駆動電流に基づいて算出された予測電力と、所定の目標駆動電流に基づいて算出された目標電力とを比較して、前記制御電流を補正する燃料噴射制御方法。
8. 前記電流予測ステップは、少なくとも、前記第１時刻での第１駆動電流と、前記第２時刻での第２駆動電流とに基づいて、補外により前記第３時刻での第３駆動電流を予測する請求項７に記載の燃料噴射制御方法。
9. 前記制御電流生成ステップは、前記電流予測ステップで予測された前記第３時刻での前記第３駆動電流と、今回の所定時刻で取得した現在駆動電流との差分に基づいて、前記制御電流の大きさ、または長さの少なくとも何れか一つを補正する請求項８に記載の燃料噴射制御方法。
10. 前記電流取得ステップで取得した過去の複数の時刻での駆動電流を記憶する電流記憶ステップを有し、
    前記制御電流生成ステップは、前記電流記憶ステップで記憶された過去の複数の駆動電流に基づいて、前記駆動電流の変曲点を算出すると共に、
    前記電流予測ステップは、前記制御電流生成ステップで算出した前記変曲点に基づいて、前記駆動電流を予測する請求項９に記載の燃料噴射制御方法。

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