JP6954078B2 - 電磁弁の駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁の駆動制御装置に関する。
エンジンの燃料噴射技術において、燃料多段噴射を行う場合には、前段の噴射により後段の燃料噴射量がばらつくおそれがある。これは、燃料噴射を行う電磁弁の開弁及び閉弁動作に伴って燃料圧が脈動するためである。この不具合を回避するために、従来では前段と後段の実インターバル時間のばらつきが発生しないように噴射信号を補正することで、噴射圧のばらつきを低減し、後段噴射の噴射量ばらつきを抑制する技術がある。
しかしながら、燃料噴射のインターバル期間が短くなるにつれて、前段噴射後の電磁弁の残留磁束を後段噴射までの短期間で消磁することが困難になる。これは、従来の消磁技術を用いたとしても、短インターバル時には同様の問題を回避できないものであった。
そのため、電磁弁の残留磁束により後段噴射の開弁時期・速度にずれが生じ、後段噴射の噴射量がばらつく。また、電磁弁の磁性体や周囲環境の温度・圧力、回路中の電流特性は燃焼サイクル/時間毎にばらつきが発生するため、残留磁束にもばらつきが生じる。つまり、後段噴射開始時の残留磁束を推定し、後段噴射を補正しなければ、残留磁束起因の噴射量ばらつきを抑制することが困難である。
特開2009−057867号公報 特開2016−205277号公報
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、電磁弁により燃料の多段噴射を実施する際に、前段噴射の後で電磁弁の残留磁束が消磁しない状態でも、後段噴射の燃料噴射量を精度良く制御できる電磁弁の駆動制御装置を提供することにある。
請求項1に記載の電磁弁の駆動制御装置は、内燃機関の燃料噴射用の電磁弁を前記内燃機関の1燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を前段および後段を含めた2段以上の多段分割供給するように通電電流を制御する電磁弁の駆動制御装置であって、前記電磁弁の磁性体磁気回路のB−H曲線モデルが記憶された記憶部と、前記後段噴射の通電開始時における電磁弁の磁性体に残留する残留磁束量を、前記記憶部に記憶された前記B−H曲線モデルを用いて演算する演算部と、前記演算部による演算結果に基づいて前記後段噴射の噴射信号を生成する生成部と、前記電磁弁の開弁開始時期を検出する開弁検出部と、前記開弁検出部により検出された少なくとも1燃焼サイクル前の多段噴射における前段噴射および後段噴射の前記開弁開始時期に関わる噴射パラメータとの差異から、現在の燃焼サイクルの後段噴射開始時期における残留磁束のばらつきを判断して前記演算部による演算処理の補正をする補正部とを備えている。
上記構成において、制御部は、前段噴射後に電磁弁の磁性体の残留磁束量を演算部により演算し、得られた残留磁束量に基づいて生成部により後段噴射信号を生成する。
このとき、多段噴射を行う場合には、前段噴射により後段の燃料噴射量がばらつくおそれがある。この要因として、燃料噴射弁による開弁及び閉弁動作に伴って燃料圧が脈動することがある。そこで上記のように、前段と後段の実インターバル時間のばらつきが発生しないように噴射信号を補正することで、噴射圧のばらつきを低減し、後段噴射の噴射量ばらつきを抑制している。この場合、燃料噴射のインターバル期間が短くなるにつれて、前段噴射後の残留磁束を後段噴射までの短期間で消磁することが困難になる。
このため、残留磁束により後段噴射の開弁時期・速度にずれが生じ、後段噴射の噴射量がばらつく。また、磁性体や周囲環境の温度・圧力、回路中の電流特性は燃焼サイクル/時間毎にばらつきが発生するため、残留磁束にもばらつきが生じる。つまり、後段噴射開始時の残留磁束を推定し、後段噴射を補正しなければ、残留磁束起因の噴射量ばらつきを抑制することが困難である。
この点、上記構成では、補正部により、開弁検出部により検出された少なくとも1燃焼サイクル前の多段噴射における前段噴射および後段噴射の開弁開始時期に関わる噴射パラメータとの差異から、現在の燃焼サイクルの後段噴射開始時期における残留磁束のばらつきを判断して演算部による演算処理の補正をするようにした。これにより、短インターバルでの多段噴射を実施する場合でも、前段噴射後の残留磁束が消磁しない条件で後段噴射を実施する際に、後段の燃料噴射量を精度良く制御することができ、燃費や排気エミッションを改善でき、さらに温度や個体差による残留磁束のバラツキも考慮することが可能となる。
第1実施形態を示す電気的構成図 燃料多段噴射制御処理の流れ図 残留磁束の演算処理の流れ図 B−H曲線モデルの補正処理の流れ図 各部の信号の変化を示すタイムチャート 磁性体の磁界強度と磁束密度の相関関係を示す作用説明図 後段噴射時の残留磁束を求めるBc1−Ti−Brマップの図 残留磁束に対する後段噴射パラメータの関係を示す図 B−H曲線モデル補正の作用説明図 第2実施形態を示す後段噴射時の残留磁束を求めるBc1−Ti−Brマップ補正の作用説明図 第3実施形態を示す残留磁束に対する後段噴射パラメータの補正の作用説明図 第4実施形態を示すB−H曲線モデルの補正処理の流れ図
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。電気的構成を示す図1において、エンジンの燃料噴射を制御する電磁弁の駆動制御装置として設けられるECU(Electronic Control Unit)1は、電磁弁2を構成するソレノイドの通電制御を行うものである。ECU1は、内部にマイコンからなる制御部3、制御IC4、駆動回路5を備えている。
制御部3は、機能ブロックとして噴射パルス・駆動電流生成部6、演算部7、モデル補正部8、半導体メモリなどからなる記憶部9、A/D変換部10および開弁検出部11が設けられている。記憶部9には、後述するB−H曲線モデルのデータおよびBc1−Ti−Brのマップデータが記憶されている。B−H曲線モデルは、電磁弁2の磁性体の磁気回路特性であり、磁界強度Hと磁束密度Bとの関係を示すモデルデータであり、非線形特性を有するものである。また、Bc1−Ti−Brのマップデータは、残留磁束Bc1のデータとインターバル期間Tiのデータとから残留磁束Brを求めるためのマップデータである。
生成部として機能する噴射パルス・駆動電流生成部6は、外部からエンジンの動作状態を把握するための信号SSとして、エンジンの回転数、負荷、燃料圧力、燃料温度、水温、油温などのデータが入力される。噴射パルス・駆動電流生成部6は、これらの信号SSに基づいて燃料噴射用の電磁弁2を駆動するための噴射パルスおよび駆動電流を生成する。また、噴射パルス・駆動電流生成部6は、演算部7からの補正データに基づいて、生成した噴射パルスおよび駆動電流を補正した駆動パルスを制御IC4に出力する。
演算部7は、モデル演算部7a、マップ演算部7bおよび補正ロジック部7cの機能ブロックを備えている。モデル演算部7aは、モデル補正部8に記憶されている補正されたB−H曲線モデルのデータを読み出し、電磁弁2の通電後において電流ゼロの時点での残留磁束Bc1をマップ演算部7bに出力する。
マップ演算部7bは、噴射パルス・駆動電流生成部6から前段噴射と後段噴射とのインターバル時間Tiのデータが入力される。マップ演算部7bは、記憶部9から読み出したBc1−Ti−Brのマップに基づいて、残留磁束Bc1のデータおよびインターバル時間Tiから後段噴射の開始時の残留磁束Brを算出して補正ロジック部7cに出力する。補正ロジック部7cは、残留磁束Brのデータから後段噴射の通電パルスを補正するデータを生成して噴射パルス・駆動電流生成部6に出力する。
モデル補正部8は、記憶部9に記憶されている基準データとしてのB−H曲線モデルのデータおよびマップとして記憶されているBc1−Ti−Brのデータを、後述する基準データ補正処理において補正処理を実施する。A/D変換部10は、電磁弁2に流れる電流をデジタル信号に変換して開弁検出部11に出力する。
開弁検出部11は、A/D変換部10から入力される電磁弁2の電流値の信号に基づいて、一般的な手法により、電磁弁2への通電電流Iの波形の変曲点を解析して電磁弁2の開弁開始タイミングを検出するもので、検出信号を演算部7およびモデル補正部8に出力する。
制御IC4は、ロジック部12、駆動制御部13、電流制御部14およびゲイン部15を備える。ロジック部12は、制御部3から駆動パルス信号が入力されると共に、電流制御部14から電流信号が入力され、これらに基づいて駆動制御部13に駆動信号を出力する。電流制御部13は、駆動回路5からゲイン部15を介して電流信号が入力され、制御部3から与えられる電流信号と比較してロジック部12に駆動電流の信号を出力する。駆動制御部13は、駆動回路5の各部に駆動信号を出力して電磁弁2に通電制御する。
駆動回路5は、昇圧電源VHおよびバッテリVBから給電され、電磁弁2に通電する。Pチャンネル型のMOSFET16は、ソースが昇圧電源VHに接続され、ドレインは電磁弁2の一端子側に接続される。Pチャンネル型のMOSFET17は、ソースがバッテリVBに接続され、ドレインはダイオード18を順方向に介して電磁弁2の一端子側に接続される。また、MOSFET16のドレインは、ダイオード19を逆方向に介してグランドに接続され、さらに、抵抗20、コンデンサ21を並列に介してグランドに接続される。
Nチャンネル型のMOSFET22は、ドレインが電磁弁2の他端子側に接続され、ソースが電流検出抵抗23を介してグランドに接続されている。MOSFET22のドレインは、コンデンサ24を介してグランドに接続されている。また、MOSFET22のドレインは、ツェナーダイオード25を逆方向に、ダイオード26を順方向に直列に介してゲートに接続されている。MOSFET16、17、22の各ゲートには、制御IC4の駆動制御部13から駆動信号が与えられる。電流検出抵抗23の両端子は制御IC4のゲイン部15に接続され、電磁弁2に流れる電流のレベル信号が電流制御部13に入力される。
次に、上記構成の作用について、図2〜図8も参照して説明する。
まず、電磁弁2による噴射動作の基本的な動作について説明する。この実施形態では、多段噴射制御として、例えば前段噴射、後段噴射の2段の噴射制御を行うものである。制御部3は、噴射制御を行う場合には、前段噴射あるいは後段噴射のいずれにおいても、噴射開始時に電磁弁2に対して昇圧電源VHから高電圧で所定時間通電し、この後、電磁弁2の状態を保持させるためにバッテリ電圧VBの通常電圧で短期間の通電を繰り返し実施する。
制御部3は、外部からの信号SSに応じて、噴射パルスおよび駆動電流を生成して制御IC4のロジック部12に対して前段噴射および後段噴射の噴射信号Siを出力する。制御IC4においては、噴射信号Siに応じて、ロジック部12において通電パターンを生成して駆動制御部13を介して駆動回路5を駆動させる。
この場合、通電開始時には、制御IC4により、MOSFET16および22がオン動作され、これによって、昇圧電源VHから高電圧が一定期間だけ電磁弁2のコイルに印加される。これにより、電磁弁2に流れる通電電流Iが所定電流に達するまで流され、この後、MOSFET16をオフさせ、以後は、所定タイミングでMOSFET17をオン動作させることで電磁弁2の通電電流Iを所定レベルに保持させる。
噴射信号Siがローレベルになると、MOSFET17をオフさせて電磁弁2への通電を停止する。このとき、電磁弁2のコイルには逆起電力が発生するので、通電電流IがゼロになるのはMOSFET17をオフさせてから逆起電力が所定レベル以下に低下した時点である。そして、電磁弁2においては、磁性体の磁束Bが通電電流Iに応じて発生しているが、通電電流Iがゼロになった時点で、ヒステリシス効果により残留磁束Bc1が残った状態となっている。この残留磁束Bc1は、通電電流Iがゼロになった後、一定時間が経過すると消磁されてゼロになる。
次に、上記のようにして前段噴射および後段噴射の制御を行う場合に、上記したように前段噴射後に通電電流Iがゼロになった時点で発生している残留磁束Bc1が、次の通電時に消磁されずに残留磁束Brが残った場合でも、後段噴射を精度良く実施する動作について、図2から図9を参照して説明する。
この場合、残留磁束Bc1に基づく後段噴射開始時点での残留磁束Brを演算する際には、残留磁束Bc1の値と、前段噴射終了時点から後段噴射開始時点までのインターバル時間Tiの値とに基づいて、残留磁束Brを算出するために予め設定された基準データを用いて後段噴射補正処理を実施する。
そして、上記の後段噴射補正処理では、残留磁束Brの算出に際して予め設定された基準データを用いるが、この基準データそのものが変化することがあり、このため、後段噴射補正処理において制御の精度が低下することがある。この実施形態では、このような精度の低下を来さぬように、演算の基準となるデータそのものについても基準データ補正処理によって補正をしている。
まず、基準データの変動が無い状態を前提として、基準データに基づいて後段噴射の補正を行う後段噴射補正処理について説明する。
図2の燃料多段噴射制御処理において、制御部3は、噴射パルス・駆動電流生成部6にて、ステップA1で、エンジンの回転数、負荷、燃料圧力、燃料温度、水温、エンジン油温などの運転条件から燃料噴射量および前段噴射、後段噴射の噴射割合の決定を行う。次に、制御部3は、噴射パルス・駆動電流生成部6にて、ステップA2で、運転条件から噴射信号Siにおける通電パルス開始時期を決定する。制御部3は、上記ステップA1およびA2の処理については、噴射パルス・駆動電流生成部6にて、予め記憶されているプログラムあるいはデータに基づいて決定するようになっている。
制御部3は、ステップA4に進み、噴射パルス・駆動電流生成部6にて、前段噴射の噴射信号Siの通電パルスを出力して制御IC4、駆動回路5を通じて電磁弁2に通電する。これにより、図5に示すように、時刻t0で出力された前段噴射の噴射信号Siに応じて、時刻t1で昇圧電源VHから電磁弁2に通電される。電磁弁2には通電電流Iが流れ、これに伴って磁界Hが発生し、電磁弁2の磁性体に磁束Bが発生すると、アクチュエータが動作して燃料が噴射される。このとき、電磁弁2のアクチュエータが移動する量すなわち電磁弁リフト量Pに比例して燃料の噴射量が得られる。
電磁弁2は、制御部3の噴射パルス・駆動電流生成部6にて決定された前段噴射と後段噴射の割合に基づいて噴射制御される。設定された量の燃料が噴射されると、前段噴射が終了する。このとき、通電電流Iがゼロになった時点で電磁弁2の磁性体に残留磁束Bc1が残っている。そして、制御部3は、この後、インターバル期間Tixが経過して後段噴射が始まる時点での残留磁束Brがどの程度であるかをステップA5で演算する。
この場合、制御部3は、図3に示す流れに従って残留磁束Brを演算する。すなわち、制御部3は、ステップB1からB3を実施することで、後述する基準データ補正処理を実行する。ここでは、基準データ補正処理として、B−H曲線モデルを補正する処理をステップB3で実行し、基準データが補正処理された状態であるものとする。
この後、制御部3は、ステップB4で、電磁弁2の磁気回路に対応したB−H曲線モデルから、前段噴射の後の通電電流Iがゼロの時点での残留磁束Bc1を演算する。ここでは、制御部3は、演算部7のモデル演算部7aにて、モデル補正部8により補正されたB−H曲線モデルのデータを読み出し、ステップA1〜A3にて決定したデータに基づいて残留磁束Bc1を演算する。
次に、制御部3は、ステップB2で、前段噴射と後段噴射との間のインターバル期間Tixの情報を取得し、ステップB3で、Bc1−Ti−Brマップに基づいて後段噴射の電流通電時における残留磁束Brを演算する。ここでは、制御部3は、演算部7のマップ演算部7bにて、メモリ8からBc1−Ti−Brマップを読み出し、残留磁束Bc1および取得したインターバル期間Tixのデータを用いてマップから残留磁束Brを演算し、図2のステップA6に進む。
制御部3は、ステップA6では、上記演算結果の残留磁束Brの値がゼロでないか否かを判断する。残留磁束Brの演算結果がゼロでない場合には、制御部3は、ステップA6でYESと判断してステップA7に進む。制御部3は、ステップA7では、後段噴射の噴射信号Siの通電パルス条件を残留磁束Brの大きさに応じて補正する。この場合、通電パルスの補正では、予め残留磁束Brの値に応じた補正量が設定されており、その設定された補正量に基づいて実施しており、この実施形態では、後段噴射の噴射信号Siの通電パルス出力タイミングをシフトさせて時刻t5となるように補正している。これにより、インターバル期間Tixはインターバル期間Tiに補正される。
この後、制御部3は、ステップA8に進み、後段噴射の噴射信号Siの通電パルスを電磁弁2に通電するように制御する。なお、ステップA6で、残留磁束Brがゼロであった場合には、補正をする必要がないので、制御部3は、ステップA8にジャンプし、ステップA1〜A3にて決定した後段噴射の噴射信号Siの通電パルスで電磁弁2に通電制御をする。
次に、上記動作において、ステップA5で実施した制御部3による残留磁束Brの演算およびステップA7で実施した後段噴射の通電パルスの補正について、図5〜図8を参照して説明する。なお、図5では、B−H曲線補正有りに相当するものを実線で示し、B−H曲線補正無しのものを破線で示している。
前述したステップA1〜A3の処理で、制御部3は、図5(a)に示しているように、前段噴射の噴射信号Siの通電パルスが停止した時刻t3からインターバル期間Tixを存して後段噴射の噴射信号Siの通電パルスを出力するように決定している。しかし、図5(c)に示すように、時刻t3で前段噴射が終了した後、通電電流Iがゼロになった時刻t4では、図5(d)に示すように、電磁弁2の磁性体の磁束Bはゼロとならず、残留磁束Bc1を有した状態となっている。
電磁弁2の磁性体の残留磁束Bc1は、時間が経過すると徐々に低下してゆくが、インターバル期間Tixが経過した時刻すなわち後段噴射の開始時点においては、残留磁束Brが残った状態となっている。この残留磁束Brは、前述のように、制御部3により、ステップA5で演算により求めている。
図6は電磁弁2の磁性体の磁界強度Hと磁束密度Bとの関係を示す図で、両者は非線形特性の関係にある。すなわち、磁界強度Hと磁束密度Bとは線形関係になく、非線形な関数で表される。この図6において、電磁弁2の磁性体の磁界強度Hは、通電電流Iを流すことで図中原点位置から実線で示すように上昇する。これに伴い、電磁弁2の磁性体の磁束密度Bも上昇するが、磁界強度Hがある程度まで上昇すると、磁束密度Bは飽和レベルBsに達する。
そして、この後、通電電流Iをゼロまで減少させると、磁界強度Hは実線に沿ってゼロまで低下するが、磁束密度Bはゼロにならず、電磁弁2の磁性体の性質によって残留磁束Bc1が残った状態となる。これは、いわゆるヒステリシス特性であり、この残留磁束Bc1は、通電電流Iをゼロの状態に保持すると、時間が経過すると消磁効果によりゼロに戻る。図6中、点線で示すラインは、磁界強度Hが正側、負側に交互に印加された場合に発生する磁束密度Bを示すもので、ヒステリシスループと呼ばれるものである。
そして、上記のように、前段噴射と後段噴射との間のインターバル期間Tixが短くなると、残留磁束Brがゼロとならず、図6中破線で示すように残留磁束Brの状態で後段噴射を実施することになる。この場合には、前段噴射の場合のように基準位置からの状態とは異なるので、前段噴射と同様の磁界強度Hを印加した場合には、磁束密度Bの上昇が異なるため、目標としている電磁弁2の動作が行われなくなる。
このため、制御部3は、後段噴射を開始する時点での残留磁束Brを演算により求めて、これを考慮した後段噴射の通電パルスとなるように補正しているのである。図6にて実線で示したB−H曲線の情報はB−H曲線モデルとして記憶部9に記憶されていて、このB−H曲線モデルは、モデル補正部8にて後述する基準データ補正処理を実施することで補正されている。制御部3は、モデル補正部8から補正されたB−H曲線モデルを読み出して、前段噴射時の通電電流から終了後の通電電流Iがゼロになった時刻t4での残留磁束Bc1を求める。
次に、制御部3は、図7に示すBc1−Ti−Brのマップデータを読み出して、残留磁束Bc1とインターバル期間Tixの情報に基づいて後段噴射開始時の残留磁束Brを求める。図7に示すように、Bc1−Ti−Brのマップは、横軸を残留磁束Bc1、縦軸をインターバル時間Tiとし、後段噴射開始時の残留磁束Brをパラメータとするデータ群がマップとして示されている。そして、残留磁束Bc1の値とインターバル期間Tiの値から残留磁束Brのパラメータ値が得られる。
得られた後段噴射開始時の残留磁束Brにより、制御部3は、後段噴射の通電パルスを補正する。補正の仕方としては、図8に定性的に関係を示すように、残留磁束Brが大きくなると、通電パルスの開始時期つまり噴射時期をより遅らせるように設定する。これにより、図5(a)に示しているように、後段噴射の通電パルスを与える噴射信号Siは、インターバル期間Tixの終了時点を遅らせて時刻t5から出力する。つまり、インターバル期間は、予め設定されているインターバル期間Tixよりも若干長いインターバル期間Tiに変更されるのである。
これにより、通電電圧Vは、補正された時刻t6で電磁弁2に印加される。そして、通電電流Iおよびこれにより発生する磁性体の磁束Bは、残留磁束Brがゼロの状態の通電と同じタイミングで電磁弁2を動作させることができる。図5(d)には時刻t5以降の電磁弁の磁束変化を実線で示しており、前段噴射と同じ波形を示している。また、B−H曲線モデルの補正がなされない場合には、図5(d)に破線で示しているように、時刻t5以降で大きい磁束の変化となってしまうものである。
上記のように、後段噴射補正処理を実施することにより残留磁束Brがゼロでない場合でも、精度良く後段噴射を実施することができるが、これは基準データであるB−H曲線モデルのデータが正確である場合に行えることである。しかし、同じ基準データが設定された装置であっても、適用する電磁弁2の個体ばらつきによって基準データが適合しない場合がある。また、基準データが初期的に適合している場合でも、時間の経過とともに変動したり、あるいは電磁弁2の温度が変動することによって特性変動が発生することで基準データとの整合性がずれてくる場合がある。
この実施形態においては、このような場合でも、後段噴射の精度が低下するのを防止するため、基準データ補正処理を実施している。以下、この基準データ補正処理について説明する。基準データ補正処理は、前述した図3に示す残留磁束Brの演算処理において、ステップB4〜B6の処理に先立って実施される。
後段噴射補正処理による補正処理を実施して、後段噴射時の残留磁束Brを推定して電磁弁2への通電制御をすることで、電磁弁2の前段噴射および後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2を等しくすることができる。しかし、実際には上記したように電磁弁2の特性変動が生ずることで、実際の残留磁束と推定した残留磁束に差異が生じ、前段噴射と後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2が等しくならない状態となる。
そこで、この実施形態においては、噴射制御の1燃焼サイクルにおいて、前段噴射および後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2を検出することで基準データを補正するようにしている。開弁開始期間Top1およびTop2は、噴射信号Siがハイレベルになった時刻から開弁検出部11が検出した電磁弁2の開弁開始時点までの時間である。
制御部3において、モデル補正部8は、図3に示したステップB1で、前回の燃焼サイクルにおける前段噴射および後段噴射の各開弁開始期間Top1およびTop2の値を比較する。続くステップB2で、制御部3は、開弁開始期間Top1およびTop2の値が等しくない場合には、YESと判断してステップB3のB−H曲線モデル補正の処理に進む。
また、制御部3は、開弁開始期間Top1およびTop2の値が等しい場合には、ステップB2でNOと判断してステップBを実施することなく、ステップB4に移行する。これは、電磁弁2の実際の残留磁束Brが、推定値と等しい状態つまり基準データとのズレが発生していない状態であるから、そのまま、ステップB4以降の後段噴射補正処理に進むことができる。
制御部3は、B−H曲線モデル補正の処理では、図4に示す流れに従って処理を実行する。すなわち、制御部3は、ステップC1で、前段噴射および後段噴射の各開弁開始期間Top1およびTop2の値の差ΔTop(=ABS(Top1−Top2):ABSは絶対値)を算出する。
次に、制御部3は、ステップC2で、上記した差ΔTopから予め設定されているデータに基づいて、B−H曲線モデルの補正値BcCを演算する。また、制御部3は、ステップC3で、Top1とTop2の大小関係を判定する。
ここで、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも小さい場合には、制御部3は、ステップC3でYESと判断してステップC4に移行する。制御部3は、ステップC4で、B−H曲線モデルにおいて電流ゼロ時の残留磁束Bc1が残留磁束Bc1に補正値BcCを加算した残留磁束Bc2となるようにB−H曲線モデルを補正する。
一方、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも大きい場合には、制御部3は、ステップC3でNOと判断してステップC5に移行する。制御部3は、ステップC5で、B−H曲線モデルにおいて電流ゼロ時の残留磁束Bc1が残留磁束Bc1から補正値BcCを減算した残留磁束Bc3となるようにB−H曲線モデルを補正する。
これにより、前回の燃焼サイクルで検出された開弁開始期間Top1、Top2の値に応じて残留磁束を補正値BcCで加算あるいは減算するようにB−H曲線モデルが補正されるので、制御部3は、図3のステップB4に移行すると、電流ゼロ時の残留磁束Bc1を演算するが、このとき補正されたB−H曲線モデルに基づいて正確な残留磁束Bc1を求めることができる。
この結果、制御部3は、前述したステップB5、B6の処理を実行することで、後段噴射の開始時点での正確な残留磁束Brを演算により算出することができるようになる。
なお、上記した図4のステップC4あるいはC5の電流ゼロ時の残留磁束Bc1の補正について、図9を参照して説明する。
まず、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも小さい場合、つまりTop1>Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも早く開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には大きかったことを意味する。したがって、この場合には、残留磁束Brを演算する元の電流ゼロ時の残留磁束Bc1を推定値よりも大きくなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、補正値BcCを加算するようにB−H曲線モデルを補正するのである。
次に、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも大きい場合、つまりTop1<Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも遅れて開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には小さかったことを意味する。したがって、この場合には、残留磁束Brを演算する元の電流ゼロ時の残留磁束Bc1を推定値よりも小さくなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、補正値BcCを減算するようにB−H曲線モデルを補正するのである。
このような第1実施形態によれば、前段噴射および後段噴射を含めた多段噴射による電磁弁2の噴射制御を実施する場合に、B−H曲線モデルを用いて後段噴射時の残留磁束Brの影響を補正して精度良く噴射制御をする構成において、B−H曲線モデルが実際の特性とずれる場合でも正確に噴射制御を実施できるようにした。
この場合、制御部3により、1燃焼サイクル前の前段噴射および後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2を検出して、両者が同じでないときに基準データとしてのB−H曲線モデルがずれているとして、差ΔTopから補正値BcCを求めてB−H曲線モデルを補正するようにした。
これにより、電磁弁2が個体差や経年変化あるいは温度変化などで残留磁束Brが推定値からずれる場合でも、これを実際の状態に即して補正することができるので、後段噴射の制御を精度良く実施することができるようになる。
なお、上記実施形態では、基準データの補正処理として、前段噴射および後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2からB−H曲線モデルを補正するようにしたが、これに代えて、開弁開始タイミングでの電流値Iop1、Iop2や、開弁開始期間の電磁弁への投入エネルギEop1、Eop2を用いて補正することもできる。
この場合、前段噴射および後段噴射の開弁開始タイミングでの電磁弁2の電流値Iop1およびIop2は、開弁開始タイミングを検出する際に用いている検出データであるから、新たな構成を設けることなく実施できる。
また、前段噴射および後段噴射の開弁開始期間の電磁弁2の投入エネルギEop1およびEop2についても、開弁開始タイミングを検出する際に用いている検出データと印加電圧の積で求めることができるものであるから、新たな構成を設けることなく実施できる。さらに、投入エネルギを検出することで、電磁弁2への印加電圧が変化している場合でも正確に補正をすることができるようになる。
また、上記実施形態では、後段噴射の補正処理においては、残留磁束Brが大きくなるほど、後段噴射の開弁時期が早くなって噴射量が変化するため、目標噴射開始時期(開弁時期)と実噴射開始時期(開弁時期)を合わせる補正をするようにした。
この場合、上記のように噴射開始時期を補正し、目標開弁時期と実開弁時期を同じにした場合でも、閉弁時期変化により噴射量が変化する場合がある。この場合には、目標噴射終了時期(閉弁時期)と実噴射終了時期(閉弁時期)を合わせるために、噴射期間を補正するようにしても良い。
さらに、後段噴射開始時点での残留磁束Brによる後段噴射時の磁性体中の磁束を想定し、電磁弁2への通電電流を補正することで、磁性体中の磁束を目標量と同じにするようにしても良い。
さらに、上記実施形態においては、基準データの補正処理を、燃料噴射の1燃焼サイクル毎に実施する場合を示したが、これに限らず、適宜の頻度あるいはタイミングで実施することができる。例えば、電磁弁2の個体差に依存する基準データのずれについては、最初に1回実施することで適合させることができる。また、電磁弁2の経年的な特性変動や温度変動に起因する基準データのずれについては、急激な変動が発生しないことが予想されるので、適宜の頻度で実施することで対応することも可能である。
(第2実施形態)
図10は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。すなわち、この実施形態においては、基準データの補正処理として、B−H曲線モデルを補正するのではなく、Bc1−Ti−Brマップを補正の対象としている。
前述したように、後段噴射の補正処理では、B−H曲線モデルから得られる電流ゼロ時の残留磁束Bc1を元にしてBc1−Ti−Brマップから後段噴射時の残留磁束Brを求め、さらにこれによって噴射パラメータを補正している。
この実施形態では、B−H曲線モデルはそのままとし、得られた残留磁束Bc1に基づいて残留磁束Brを算出する際の基準データであるBc1−Ti−Brマップを補正するものである。
図10は、Bc1−Ti−Brマップを示している。実線で示しているのが予め設定された基準データとしてのBc1−Ti−Brマップである。残留磁束Brの値に対応した線群が示されており、前段噴射後の電流ゼロ時の残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータから決まる後段噴射時の残留磁束Brの値を示している。
この場合、制御部3は、前段噴射後の電流ゼロ時の残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータに基づいて、実線で示している基準データとしてのBc1−Ti−Brから決まる後段噴射時の残留磁束Brの値を求めることができる。
これに対して、基準データ補正処理では、制御部3は、Top1がTop2よりも大である場合に、Bc1−Ti−Brマップの補正処理を次のように実施する。ここでは、制御部3は、Bc1−Ti−Brマップにおいて、前段噴射後の電流ゼロ時の残留磁束Bc1とインターバル時間Tiとの値から決まる後段噴射時の残留磁束Brの値がΔBrだけ小さい値となるようにBc1−Ti−Brマップを補正する。
一方、制御部3は、Top1がTop2よりも小である場合に、Bc1−Ti−Brマップにおいて、残留磁束Bc1とインターバル時間Tiとの交差点の位置で得られる後段噴射時の残留磁束Brの値がΔBrだけ大きい値となるようにBc1−Ti−Brマップを補正する。
これにより、前回の燃焼サイクルで検出された開弁開始期間Top1、Top2の値に応じて残留磁束Brを補正値ΔBrで加算あるいは減算するようにBc1−Ti−Brマップが補正されるので、図3の残留磁束Brの演算処理に戻ると正確な残留磁束Brを算出することができるようになる。
すなわち、制御部3は、図3のステップB4に移行してB−H曲線モデルから得られる電流ゼロ時の残留磁束Bc1と、ステップB5で得られるインターバル時間Tiとから、ステップB6で、補正されたBc1−Ti−Brマップから後段噴射の開始時点での正確な残留磁束Brを演算により算出することができるようになる。
なお、上記したBc1−Ti−Brマップの補正について、図10を参照して説明する。まず、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも小さい場合、つまりTop1>Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも早く開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には大きかったことを意味する。
したがって、この場合には、Bc1−Ti−Brマップにおいて、B−H曲線モデルから読み取った残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータから決まる残留磁束Brの値がΔBrだけ小さくなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、図10に破線で示すように、Bc1−Ti−BrマップのBr線群をBr:小の側(ハッチング矢印R方向)にΔBrだけシフトさせる。
これにより、補正されたBc1−Ti−Brマップにおいて、残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータから決まる残留磁束Brの値がΔBrだけ小さい値として求めることができるようになる。
次に、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも大きい場合、つまりTop1<Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも遅れて開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には小さかったことを意味する。
したがって、この場合には、Bc1−Ti−Brマップにおいて、残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータから決まる残留磁束Brの値がΔBrだけ大きくなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、図10に点線で示すように、Bc1−Ti−BrマップのBr線群をBr:大の側(ハッチング矢印Q方向)にΔBrだけシフトさせる。
これにより、補正されたBc1−Ti−Brマップにおいて、残留磁束Bc1とインターバル時間Tiのデータから決まる残留磁束Brの値がΔBrだけ大きい値として得ることができるようになる。
このような第2実施形態によっても、基準データ補正処理として、後段噴射時の残留磁束Brを演算する過程で用いるBc1−Ti−Brマップを補正することで、第1実施形態と同様の効果を得ることができるようになる。
なお、上記実施形態では、Bc1−Ti−Brマップの補正として、残留磁束Brを表す線群を所定量(ΔBr)だけシフトさせることで補正するように説明したが、残留磁束Brを表す線群そのものの形状が維持される場合には、横軸の残留磁束Bc1の目盛り位置をシフトさせたり、あるいは縦軸のインターバル時間Tiの目盛り位置をシフトさせることでも補正をすることができる。
(第3実施形態)
図11は第3実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。すなわち、この実施形態においては、基準データの補正処理として、B−H曲線モデルを補正するのではなく、残留磁束Brの値に対する後段噴射パラメータの相関を示す基準データを補正の対象としている。
前述したように、後段噴射の補正処理では、B−H曲線モデルから得られる電流ゼロ時の残留磁束Bc1を元にしてBc1−Ti−Brマップから後段噴射時の残留磁束Brを求め、さらにこれによって後段噴射パラメータを補正している。この実施形態では、B−H曲線モデルおよびBc1−Ti−Brマップはそのままとし、得られた残留磁束Brに基づいて後段噴射パラメータを設定する際の基準データを補正するものである。
後段噴射パラメータとしては、噴射タイミングや噴射期間あるいは通電電流などがある。図11は、残留磁束Brに対する後段噴射パラメータとして噴射タイミングの関係を示している。実線で示しているのが予め設定された基準データである。
これに対して、基準データ補正処理では、制御部3は、前述した図4のステップC4では、後段噴射パラメータの相関の補正処理を次のように実施する。ここでは、制御部3は、後段噴射パラメータの相関において、後段噴射時の残留磁束Brに対する後段噴射パラメータの値が基準となる時刻taからΔtだけ遅らせた時刻tbとなるように補正する。
一方、制御部3は、前述した図4のステップC5では、後段噴射パラメータの相関において、残留磁束Brの値に対する後段噴射パラメータの値が基準となる時刻taからΔtだけ進めた時刻tcとなるように補正する。
これにより、前回の燃焼サイクルで検出された開弁開始期間Top1、Top2の値に応じて後段噴射パラメータとしての噴射タイミングを補正値Δtで遅らせたり進めたりするように補正されるので、図2のステップA7では後段噴射の通電パルスの補正では正確なタイミングで設定することができるようになる。
すなわち、制御部3は、図3のステップB4からB6の処理を終えて後段噴射の開始時点での残留磁束Brを得ると、この後、図2のステップA6に移行し、残留磁束Brがゼロでない場合に、ステップA7で後段噴射の通電パルス補正を実施する。このとき、図11に示した基準データを補正した後段噴射パラメータの相関関係から正確な後段噴射パラメータとしてインターバル時間Tiを算出することができるようになる。
なお、上記した図4のステップC4あるいはC5における後段噴射パラメータの相関の補正について、図11を参照して説明する。
まず、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも小さい場合、つまりTop1>Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも早く開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には大きく、後段噴射のタイミングが早かったことを意味する。
したがって、この場合には、後段噴射時の残留磁束Brから設定する噴射パラメータである噴射タイミングを算出したときに得られる時刻taをΔtだけ遅らせた時刻tbとなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、図11に破線で示すように、後段噴射パラメータの相関図のパターンを下方にΔtだけシフトさせる。これにより、補正された後段噴射パラメータの相関において、残留磁束Brに対する後段噴射パラメータである後段噴射時刻taをtbにすることができる。
次に、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも大きい場合、つまりTop1<Top2である場合について説明する。この場合には、後段噴射が前段噴射よりも遅れて開弁開始期間が経過したことになるから、後段噴射の開始時点の残留磁束Brが後段噴射補正処理での推定値よりも実際には大きく、後段噴射のタイミングが遅かったことを意味する。
したがって、この場合には、後段噴射時の残留磁束Brから設定する噴射パラメータである噴射タイミングを算出したときに得られる時刻taをΔtだけ進めた時刻tcとなるように補正する必要がある。このため、制御部3は、図11に点線で示すように、後段噴射パラメータの相関図のパターンを上方にΔtだけシフトさせる。これにより、補正された後段噴射パラメータの相関において、残留磁束Brに対する後段噴射パラメータである後段噴射時刻taをtcにすることができる。
このような第3実施形態によっても、基準データ補正処理として、残留磁束Brに対する後段噴射パラメータの相関を補正することで、第1実施形態と同様の効果を得ることができるようになる。
なお、上記実施形態では、残留磁束Brに対する後段噴射パラメータの相関の補正として、後段噴射パラメータの相関のパターンを所定量(Δt)だけシフトさせることで補正するように説明したが、後段噴射パラメータの相関の形状が維持される場合には、横軸の残留磁束Brの目盛り位置をシフトさせたり、あるいは縦軸の後段噴射パラメータの目盛り位置をシフトさせることでも補正をすることができる。
(第4実施形態)
図12は第4実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態においては、基準データの補正処理において、補正量を設定して補正していたのに対して、補正量を一定とする例を示している。
すなわち、第1実施形態においては、B−H曲線モデルを補正する場合に、図4に示した処理に代えて、図12に示す処理を実行する。この実施形態においては、補正量の設定のための前段噴射および後段噴射の各開弁開始期間Top1およびTop2の差ΔTopの演算は実行せず、補正量として予め一定値BcKが設定されている。
制御部3は、図3に示したステップB3のB−H曲線モデル補正の処理を実行する場合に、図12に示すように、まず、ステップC3で、前述と同様にして前段噴射および後段噴射の各開弁開始期間Top1およびTop2の値の大小関係を判定する。
ここで、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも小さい場合には、制御部3は、ステップC3でYESと判断してステップC4aに移行する。制御部3は、ステップC4aで、B−H曲線モデルにおいて電流ゼロ時の残留磁束Bc1が残留磁束Bc1に補正値BcKを加算した残留磁束Bc2となるようにB−H曲線モデルを補正する。
一方、後段噴射の開弁開始期間Top2が前段噴射の開弁開始期間Top1よりも大きい場合には、制御部3は、ステップC3でNOと判断してステップC5aに移行する。制御部3は、ステップC5aで、B−H曲線モデルにおいて電流ゼロ時の残留磁束Bc1が残留磁束Bc1から補正値BcKを減算した残留磁束Bc3となるようにB−H曲線モデルを補正する。
これにより、前回の燃焼サイクルで検出された開弁開始期間Top1、Top2の大小関係に応じて残留磁束を補正値BcKだけ加算あるいは減算するようにB−H曲線モデルが補正される。制御部3は、図3のステップB4に移行すると、電流ゼロ時の残留磁束Bc1を演算するが、このとき補正されたB−H曲線モデルに基づいて前回の燃焼サイクルにおける場合よりも正確な残留磁束Bc1を求めることができる。
この結果、このようにして燃焼サイクルを繰り返すうちに、B−H曲線モデルが実際の状態に近い状態まで補正することができるようになり、開弁開始期間Top1、Top2の値が最終的にほぼ等しくなるまで補正することができるようになる。
このような第4実施形態よれば、制御部3により、1燃焼サイクル前の前段噴射および後段噴射の開弁開始期間Top1およびTop2を検出して、両者が同じでないときに基準データとしてのB−H曲線モデルを一定の補正値BcKによりB−H曲線モデルを補正するようにした。
これにより、第1実施形態とほぼ同じ効果を得ることができる。また、補正量を一定とすることで演算処理の負担を軽減することができるようになる。
上記実施形態は、第1実施形態に適用した例を示したが、これに限らず、第2実施形態あるいは第3実施形態に適用することもできる。
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
第1実施形態で基準データの補正をズレ量に対応した補正値で補正するものとし、第4実施形態で基準データの補正を一定の補正値で補正するものとして説明したが、両者を複合した構成とすることもできる。例えば、動作の初期段階では、電磁弁2の個体差による基準データのずれを第1実施形態の方式により補正し、動作が安定したら第4実施形態の方式により基準データのずれに対応して一定量の補正値で補正することができる。
上記各実施形態では、多段噴射制御として、前段噴射および後段噴射の2回で実施する場合を示したが、3回以上に噴射を分割することもできる。例えば3回に分ける場合では、第1噴射および第2噴射を前段噴射および後段噴射としているが、第1噴射と第3噴射、あるいは第2噴射と第3噴射の関係についても前段噴射と後段噴射の関係として残留磁束Brを演算することで後段噴射の噴射時間や通電電流の補正をすることができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
図面中、1はECU(電磁弁の駆動制御装置)、2は電磁弁、3は制御部、4は制御IC、5は駆動回路、6は噴射パルス・駆動電流生成部、7は演算部、7aはモデル演算部、7bはマップ演算部、7cは補正ロジック部、8はモデル補正部、9は記憶部、11は開弁検出部、12はロジック部、13は駆動制御部、14は電流制御部、23は電流検出抵抗(電流検出部)である。

Claims (9)

  1. 内燃機関の燃料噴射用の電磁弁(2)を前記内燃機関の1燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を前段および後段を含めた2段以上の多段分割供給するように通電電流を制御する電磁弁の駆動制御装置であって、
    前記電磁弁の磁性体磁気回路のB−H曲線モデルが記憶された記憶部(9)と、
    段噴射の通電開始時における電磁弁の磁性体に残留する残留磁束量を、前記記憶部に記憶された前記B−H曲線モデルを用いて演算する演算部(7)と、
    前記演算部による演算結果に基づいて前記後段噴射の噴射信号を生成する生成部(6)と、
    前記電磁弁の開弁開始時期を検出する開弁検出部(11)と、
    前記開弁検出部により検出された少なくとも1燃焼サイクル前の多段噴射における前段噴射および後段噴射の前記開弁開始時期に関わる噴射パラメータとの差異から、現在の燃焼サイクルの後段噴射開始時期における残留磁束のばらつきを判断して前記演算部による演算処理の基準データの補正をする補正部(8)とを備えた電磁弁の駆動制御装置。
  2. 前記補正部は、前記噴射パラメータとして、前記開弁検出部による開弁開始時期の情報から得られる前段噴射および後段噴射の開弁開始期間のデータを用いて前記演算部による演算処理の基準データの補正を実施する請求項1に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  3. 前記電磁弁に流れる電流を検出する電流検出部(15)を備え、
    前記補正部は、前記噴射パラメータとして、前記電磁弁の前段噴射および後段噴射の開弁開始時期における前記電流検出部による検出電流値を用いて前記演算部による演算処理の基準データの補正を実施する請求項1に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  4. 前記補正部は、前記噴射パラメータとして、前記電磁弁の前段噴射および後段噴射の開弁開始時期における前記電磁弁への投入エネルギを用いて前記演算部による演算処理の基準データの補正を実施する請求項1に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  5. 前記補正部は、前記演算部による演算処理の基準データの補正では、前記記憶部に記憶された前記B−H曲線モデルの補正をする請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  6. 前記補正部は、前記演算部による演算処理の基準データの補正では、前段噴射終了から後段噴射開始までの間の噴射インターバル時間と前段噴射の終了時の残留磁束とに基づいて後段噴射開始時の残留磁束を算出するためのマップデータを補正する請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  7. 前記補正部は、前記演算部による演算処理の基準データの補正では、後段噴射の開始時期を補正する請求項1から4のいずれか一項に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  8. 前記補正部は、前記演算部による演算処理の補正として、前記噴射パラメータの差の大きさに応じた補正量を算出して補正する請求項5から7のいずれか一項に記載の電磁弁の駆動制御装置。
  9. 前記補正部は、前記演算部による演算処理の補正として、補正量を一定とし、前記噴射パラメータの大小関係に基づいて補正の方向を判断して補正する請求項5から7のいずれか一項に記載の電磁弁の駆動制御装置。
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