JP6975096B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁の開閉を制御する燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関においては、燃焼効率を向上させる一手段として、燃料噴射を１燃焼サイクル中の燃料噴射期間内に複数回に分けて行う多段噴射の手法が知られている。このような多段噴射を行う場合には、上記複数回の連続する燃料噴射間において燃料噴射弁が全閉状態になったか否かを確認して、多段噴射が適切に行われているか否かを判断することが必要となる。

従来、燃料噴射弁の弁体の移動状態を検知する技術として、燃料噴射弁への駆動電流又は駆動電圧の変化に基づいて弁体が開閉指令に応じた回数の噴射を行ったか否かを判定することが知られている（特許文献１）。

しかしながら、上記従来技術において観測される駆動電流又は駆動電圧の上記変化は微小なものであり、検知すべき電圧波形の変化が電気的なノイズに埋もれてしまうこととなり得る。このため、上記従来技術においては、ノイズの多い駆動電流波形又は駆動電圧波形の中から、弁体移動状態を示す有意な微小変化の時間的な位置を特定して抽出することは、波形分析の処理負荷の増大等を招き、容易なことではない。

国際公開ＷＯ２０１６／１２９４０２明細書

内燃機関の多段噴射を制御する燃料噴射制御装置において、多段噴射の際の噴射動作間における燃料噴射弁の全閉状態の確立の有無を効果的に検知することが求められている。

本発明の一の態様は、内燃機関の気筒に設けられた燃料噴射弁により前記気筒への燃料噴射期間に前記気筒へ複数回の燃料噴射を行う多段噴射の動作を制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁への通電をオンにして前記燃料噴射弁を開弁し、当該通電をオフにして前記燃料噴射弁を閉弁して、前記燃料噴射弁の開閉を制御する通電制御部と、前記燃料噴射弁の端子間電圧を所定の時間間隔で取得する端子間電圧取得部と、前記取得した前記端子間電圧に基づいて、前記燃料噴射弁の開閉動作の状態を判定する状態判断部と、を備え、前記状態判断部は、前記燃料噴射期間における前記複数回の燃料噴射のそれぞれについて、前記燃料噴射弁への通電をオフにした後の、前記多段噴射の噴射段数に応じて定めた所定の時間長さの期間を、閉弁判定期間として設定し、前記閉弁判定期間に取得した前記端子間電圧の変化に、前記燃料噴射弁の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化が現れたか否かを判断し、前記電圧変化が現れたときは、前記燃料噴射弁が全閉状態になったものと判断する、よう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記内燃機関は複数の気筒を備え、前記状態判断部は、一の気筒についての前記閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならないように、各気筒についての前記閉弁判定期間を設定するよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記状態判断部は、前記閉弁判定期間の前記所定の時間長さを、前記多段噴射の噴射段数及び前記内燃機関の回転数に応じて定めるよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記閉弁判定期間の前記所定の時間長さは、前記内燃機関の回転数の減少に対して単調に増加し、及び又は、噴射段数の減少に対して単調に増加するように設定されている。
本発明の他の態様によると、予め定められた、少なくとも前記内燃機関の回転数に応じた前記所定の時間長さを示す判定時間マップを記憶する記憶装置を備え、前記状態判断部は、少なくとも前記多段噴射の噴射段数の設定に基づき、前記判定時間マップを参照して前記所定の時間長さを定めるよう構成されている。

本発明によれば、内燃機関の多段噴射を制御する燃料噴射制御装置において、多段噴射の際の噴射動作間における燃料噴射弁の全閉状態の確立の有無を効果的に検知することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成を示す図である。 図１に示す燃料噴射制御装置における、判定時間マップの一例を示す図である。 複数の気筒間での、個別燃料噴射の実行期間と閉弁判定期間との関係の一例を示す図である。 図１に示す燃料噴射制御装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 図１に示す燃料噴射制御装置における、閉弁動作についての状態判断処理の手順を示すフロー図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成を示す図である。
この燃料噴射制御装置１００は、例えば内燃機関１０２を用いる車両（不図示）に搭載される。燃料噴射制御装置１００は、内燃機関１０２の複数（例えばｎ個）の気筒（不図示）にそれぞれ設けられた燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４−ｎにより、各気筒における燃焼サイクル毎の燃料噴射期間に当該気筒へ複数回の燃料噴射を行う多段噴射動作を制御する。以下、燃焼サイクル毎の燃料噴射期間を、単に燃料噴射期間と称し、燃料噴射期間内における複数回の燃料噴射のそれぞれの噴射期間を、個別噴射期間と称するものとする。また、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎを総称するときは、燃料噴射弁１０４という。

燃料噴射制御装置１００は、上記多段噴射動作における燃料噴射弁１０４の開閉動作の状態を判定する。

燃料噴射弁１０４は、例えば電磁弁であり、マグネットを備える弁体と、弁体を閉弁位置に付勢するスプリングと、弁体のマグネットの周囲に巻かれたソレノイドコイルと（いずれも不図示）、で構成される。なお、以下において、燃料噴射弁１０４に通電するとは、燃料噴射弁１０４が備えるソレノイドコイルに通電することをいい、燃料噴射弁１０４の端子間電圧及び通電電流とは、当該ソレノイドコイルの端子間電圧及び通電電流をいうものとする。

燃料噴射制御装置１００は、昇圧回路１１０と、駆動電圧出力部１１２と、ｎ個の電流検出部１１４−１、１１４−２、…、１１４−ｎと、ｎ個の電圧検出部１１６−１、１１６−２、…、１１６−ｎと、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１１８と、記憶装置１２０と、処理装置１３０と、を備える。以下、電流検出部１１４−１、１１４−２、…、１１４−ｎを総称するときは電流検出部１１４と称し、電圧検出部１１６−１、１１６−２、…、１１６−ｎを総称するときは、電圧検出部１１６と称する。

昇圧回路１１０は、外部から供給されるバッテリ電圧Ｖ_Ｂを昇圧して、昇圧電圧Ｖ_Ｕを駆動電圧出力部１１２に供給する。駆動電圧出力部１１２は、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎを駆動するための電圧を出力する駆動回路である。駆動電圧出力部１１２は、バッテリ電圧Ｖ_Ｂ及び昇圧電圧Ｖ_Ｕにより動作し、処理装置１３０からの燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎの開閉をそれぞれ個別に指示する開閉コマンドＣＭＤに基づいて、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎへ駆動電圧を出力する。

電流検出部１１４−１、１１４−２、…、１１４−ｎは、それぞれ、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４−ｎのそれぞれに流れる通電電流Ｉ_ｊ−１、Ｉ_ｊ−２、…、Ｉ_ｊ−ｎの大きさを示す信号を処理装置１３０に出力する。以下、通電電流Ｉ_ｊ−１、Ｉ_ｊ−２、…、Ｉ_ｊ−ｎを総称するときは、通電電流Ｉ_ｊと称する。電流検出部１１４は、例えば分圧抵抗により対応する燃料噴射弁１０４に流れる通電電流Ｉ_ｊに比例した電圧を出力する電流検出回路である。

電圧検出部１１６−１、１１６−２、…、１１６−ｎは、それぞれ、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎのそれぞれの端子間電圧Ｖ_ｔ−１、Ｖ_ｔ−２、…Ｖ_ｔ−ｎを検出する。以下、端子間電圧Ｖ_ｔ−１、Ｖ_ｔ−２、…Ｖ_ｔ−ｎを総称するときは、端子間電圧Ｖ_ｔという。電圧検出部１１６は、例えばＡＤコンバータ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を用いて構成される。

通信Ｉ／Ｆ部１１８は、燃料噴射制御装置１００が、車両内ネットワークを構成するバスを介して他の制御装置と通信するための通信インタフェースである。通信Ｉ／Ｆ部１１８は、例えば、車両内ネットワークを構成するＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）バスに接続された、ＣＡＮ通信規格に準拠する送受信器で構成される。

記憶装置１２０は、揮発性及び不揮発性の半導体メモリ等で構成され、処理装置１３０における動作に必要なデータ及び又はソフトウェアプログラムを記憶する。また、記憶装置１２０には、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数に応じた、閉弁判定期間の所定の時間長さを示す判定時間マップ１２２が、予め定められて保存されている。

ここで、閉弁判定期間とは、燃料噴射期間におけるそれぞれの個別噴射期間の終了時において、燃料噴射弁１０４への通電をオフにした後の、当該燃料噴射弁１０４の閉弁動作の状態を判定するための所定の時間長さの期間をいう。また、多段噴射の噴射段数とは、燃料噴射期間において実行すべき燃料噴射の回数をいう。なお、以下では、多段噴射の噴射段数を単に噴射段数ともいう。

処理装置１３０は、内燃機関１０２に設けられたクランク角センサ１０６からの信号及び電流検出部１１４からの信号等に基づいて、駆動電圧出力部１１２の出力電圧を制御して、燃料噴射弁１０４の動作を制御する。また、処理装置１３０は、燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔの変化から、燃料噴射弁１０４の閉弁動作の状態を判断する。

処理装置１３０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサーを備えるコンピューターである。処理装置１３０は、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有する構成であってもよい。そして、処理装置１３０は、機能要素（又は機能ユニット）として、通電制御部１３２と、端子間電圧取得部１３４と、状態判断部１３６とを有する。

なお、以下における処理装置１３０の説明においては、ｎ個の気筒のそれぞれに共通する動作を説明するときは、総称である「燃料噴射弁１０４」、「電流検出部１１４」、「電圧検出部１１６」を用いて説明する。ただし、当該説明は、実際には、処理装置１３０が、燃料噴射弁１０４−１、１０４−２、…、１０４１−ｎのそれぞれについての動作を、対応する電流検出部１１４−１、１１４−２、…、１１４−ｎ及び対応する電圧検出部１１６−１、１１６−２、…、１１６−ｎを用いて実行することを意味する。

処理装置１３０が備えるこれらの機能要素は、例えば、コンピューターである処理装置１３０がプログラムを実行することにより実現される。なお、上記コンピューター・プログラムは、コンピューター読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。これに代えて、処理装置１３０が備える上記機能要素の全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。

通電制御部１３２は、燃料噴射弁１０４のそれぞれの開閉を個別に指示するための指示情報を含んだ開閉コマンドＣＭＤを駆動電圧出力部１１２に送信する。これにより、通電制御部１３２は、燃料噴射弁１０４への通電をオンにして燃料噴射弁１０４を開弁し、当該通電をオフにして燃料噴射弁１０４を閉弁して、燃料噴射弁１０４の開閉を制御する。具体的には、通電制御部１３２は、クランク角センサ１０６及びアクセルセンサ１０８からの信号に基づき、駆動電圧出力部１１２の出力電圧、すなわち燃料噴射弁１０４へ通電する駆動電圧のオン／オフ及びその値を制御する。これにより、通電制御部１３２は、内燃機関１０２の１燃焼サイクルにおける燃料噴射期間中に燃料噴射弁１０４を複数回開閉して複数回の燃料噴射を行う多段噴射を実行する。

より具体的には、通電制御部１３２は、クランク角センサ１０６からの信号に基づいて各燃料噴射弁１０４の開閉タイミングを制御する。また、通電制御部１３２は、１燃焼サイクル中の多段噴射における総燃料噴射量がアクセルセンサ１０８からの信号に応じた目標燃料噴射量となるように、燃料噴射弁１０４の開弁時間を制御する。

端子間電圧取得部１３４は、電圧検出部１１６により、燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔを所定の時間間隔で取得する。

状態判断部１３６は、端子間電圧取得部１３４が取得した燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔに基づいて、燃料噴射弁１０４の開閉動作の状態を判定する。

特に、状態判断部１３６は、燃料噴射期間における複数回の燃料噴射のそれぞれについて、燃料噴射弁１０４への通電をオフにした後の所定の時間長さの期間を閉弁判定期間として設定する。また、状態判断部１３６は、端子間電圧取得部１３４が閉弁判定期間に取得した端子間電圧の変化に、燃料噴射弁１０４の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化が現れたか否かを判断する。そして、状態判断部１３６は、当該電圧変化が現れたときは、燃料噴射弁１０４が全閉状態になったものと判断する。

本実施形態では、状態判断部１３６は、記憶装置１２０に予め保存されている判定時間マップ１２２を参照して、閉弁判定時間の時間長さを内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数に応じた長さに決定する。

具体的には、状態判断部１３６は、例えば所定の時間間隔で、クランク角センサ１０６により内燃機関１０２の現在の回転数を取得し、及び通電制御部１３２から現在の噴射段数の設定を取得する。そして、状態判断部１３６は、例えば所定の気筒における１燃焼サイクルの開始時、例えば吸気工程の開始時に、内燃機関１０２の現在の回転数と噴射段数とに基づき、判定時間マップ１２２を参照して、閉弁判定期間の所定の時間長さを決定する。

続いて、状態判断部１３６は、燃料噴射弁１０４の通電がオンからオフに設定されたときに、閉弁判定期間が開始されたものとして、電圧検出部１１６から端子間電圧Ｖ_ｔの取得を開始し、当該閉弁判定期間が終了したときに、当該端子間電圧Ｖ_ｔの取得を終了する。より具体的には、状態判断部１３６は、上記閉弁判定期間内において、所定の時間間隔で、電圧検出部１１６から端子間電圧Ｖ_ｔを繰り返し取得する。これにより、状態判断部１３６は、上記閉弁判定期間内における端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形を取得する。

状態判断部１３６は、上記取得した端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形から、燃料噴射弁１０４の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化（閉弁波形）が検知されたか否かを判断する。そして、状態判断部１３６は、閉弁波形が検知されたときは、その燃料噴射弁１０４は全閉状態になったものと判断する。

状態判断部１３６は、例えば燃料噴射弁１０４の閉弁状態を示す閉弁フラグを保持する。状態判断部１３６は、燃料噴射期間の開始時に閉弁フラグを０にリセットし、個別噴射期間の終了時に燃料噴射弁１０４が全閉状態になったものと判断したときに当該閉弁フラグを１にセットする。なお、閉弁フラグは、複数の気筒のそれぞれに対応して設けられるものとし、気筒毎に判断される燃料噴射弁１０４の全閉状態への移行の有無に基づいて、対応する気筒の閉弁フラグがセットされるものすることができる。

図２は、判定時間マップ１２２の一例を示す図である。図示の例では、判定時間マップ１２２は、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数に応じた、閉弁判定期間の所定の時間長さを、表形式で示している。

ここで、判定時間マップ１２２に示される閉弁判定期間の所定の時間長さは、一の気筒についての閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならないように決定されている。これにより、一の気筒における端子間電圧Ｖ_ｔの波形に他の気筒における燃料噴射開始時の燃料噴射弁１０４からのノイズが重畳されて、当該一の気筒についての燃料噴射弁１０４の全閉状態への移行有無の判断に誤りが生ずるのを防止することができる。

図３は、各気筒の個別燃料噴射の実行期間と閉弁判定期間との関係の一例を示す図である。図示の例では、ｎ＝４である。図示最上段には１番（＃１）気筒の動作が示されており、下へ向かって順に２番（＃２）気筒、３番（＃３）気筒、及び４番（＃４）気筒の各動作が示されている。図３には、各気筒について、上部に当該気筒における行程が示され、下部に、対応する燃料噴射弁１０４の開弁動作を示す波形が示されている。図示の例では、各気筒の噴射段数は２に設定されており、吸気工程と圧縮工程においてそれぞれ１回ずつ燃料噴射が実行される。図３においては、各気筒における当該2回の燃料噴射を、それぞれ「1回目噴射」及び「２回目噴射」として示している。各燃料噴射の後には、それぞれ同じ長さの閉弁判定期間が設定されている。

図示のように、閉弁判定期間の所定の時間長さは、一の気筒についての閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならないように決定される。例えば、一の気筒としての＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、及び＃４気筒の２回目噴射についての閉弁判定期間は、それぞれに対する他の気筒としての＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒、及び＃１気筒の１回目噴射の開始タイミングと重ならないように決定されている。

図２に戻り、判定時間マップ１２２に示される所定の時間長さは、内燃機関１０２の回転数の減少に対して単調に増加し、且つ、噴射段数の減少に対して単調に増加するように、離散的に設定されている。すなわち、ｐ_１ｍ≧ｐ_２ｍ≧ｐ_３ｍ（ｍ＝１，２，３）であって、ｐ_ｋ１≧ｐ_ｋ２≧ｐ_ｋ３（ｋ＝１、２、３）となるように設定されている。

また、上記所定の時間長さの最小値は、例えば、燃料噴射弁１０４の最小動作時間（すなわち、印加電圧をオフした後、弁体が閉弁位置に着座するまでの最小時間の規格値）より長い時間に設定される。なお、上記所定の時間長さの各噴射段数における最大値は、当該噴射段数において上述した条件を満たす範囲、すなわち、一の気筒についての閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならない範囲において、例えば最も長い時間長さに決定される。

このように、閉弁判定期間の時間長さを、内燃機関１０２の回転数の減少に対して単調に増加し、且つ、噴射段数の減少に対して単調に増加するように決定するのは、以下の理由による。

まず、燃料噴射弁１０４の閉弁動作に伴う端子間電圧Ｖ_ｔにおける閉弁波形は、弁体が開弁位置から離れて閉弁着座位置に突き当たるまでの、ソレノイドである燃料噴射弁１０４内部の磁束の変化に応じて定まる。この磁束の変化の速度は、弁体の移動速度で定まり、当該弁体の移動速度は、当該弁体を閉弁着座位置方向に付勢するスプリングの強さと、燃料噴射弁１０４に流入する燃料圧により定まる。すなわち、燃料圧が低いほど、弁体の移動速度は低くなり、磁束の変化速度も遅くなって、燃料噴射弁１０４の閉弁動作に伴う端子間電圧Ｖ_ｔにおける変化の大きさ、すなわち閉弁波形の大きさ（閉弁波形の振幅の大きさ）は、より小さくなる。また、弁体が開弁位置から離れて閉弁着座位置に突き当たるまでの移動距離は一定であるので、弁体の移動速度が低くなれば弁体の移動時間、従って磁束の変化時間は長くなり、閉弁波形の持続時間は長くなる。すなわち、弁体の移動速度が遅いほど、閉弁波形は小さく且つ長く継続する。

一般に、内燃機関１０２が高回転数であるほど及び噴射段数が多いほど、燃料圧は高く、弁体の移動速度は高まり、従って磁束の変化速度も高まって、端子間電圧Ｖ_ｔの時間変化における閉弁波形は、急峻であって且つ比較的大きな振幅を持ち得る。すなわち、内燃機関１０２が高回転数であるほど及び噴射段数が多いほど閉弁波形はより検出し易い状態となるので、閉弁判定期間の時間長さはより短くすることができる。

逆に、内燃機関１０２が低回転数であるほど及び噴射段数が少ないほど、一般に燃料圧は低く設定されるので、弁体の移動速度は低下し、従って磁束の変化速度も低下して、閉弁波形は振幅が小さく持続時間の長い、なだらかなものとなる。すなわち、内燃機関１０２が低回転数であるほど及び噴射段数が少ないほど、閉弁波形はノイズに埋もれて検出し難くなり且つより長い持続時間を有し得るので、閉弁判定期間の時間長さをより長く設定して、上記閉弁波形の検出処理に用いるデータの量を増やすことが望ましいと考えられる。

以上の理由から、本実施形態では、閉弁判定期間の所定の時間長さを、内燃機関１０２の回転数の減少に対して単調に増加し、且つ、噴射段数の減少に対して単調に増加するように決定している。

ただし、上記は一例であって、例えば、噴射段数の変化に対する閉弁波形の大きさの変化が小さい場合には、噴射段数に関わらず、内燃機関１０２の回転数の減少に対してのみ単調に増加するように、閉弁判定期間の長さを設定することができる。また、例えば、回転数の変化に対する閉弁波形の大きさの変化が小さい場合には、回転数に関わらず、噴射段数の減少に対してのみ単調に増加するように、閉弁判定期間の長さを設定することができる。すなわち、閉弁判定期間の時間長さは、内燃機関１０２の回転数及び噴射段数の少なくとも一方に応じて定められるものとすることができる。したがって、判定時間マップ１２２も、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数の少なくとも一方に応じた所定の時間長さを示すものとすることができる。

さらに、閉弁判定期間の時間長さは、例えば内燃機関１０２の制御態様によっては、特定の回転数及び又は特定の噴射段数において、より高い回転数及び又はより多い噴射段数に比べて短く設定される場合もあり得る。

図４は、燃料噴射制御装置１００における動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。図４には、上段から順に、（ａ）通電制御部１３２が駆動電圧出力部１１２に出力する開閉コマンドＣＭＤ、（ｂ）電流検出部１１４により検出される燃料噴射弁１０４の通電電流Ｉ_ｊ、（ｃ）燃料噴射弁１０４の弁体位置、（ｄ）電圧検出部１１６により検出される燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔ、（ｅ）状態判断部１３６により取得される端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形、及び（ｆ）閉弁フラグの値、の時間変化が示されている。

時刻ｔ１において、開閉コマンドＣＭＤに含まれた、対応する燃料噴射弁１０４についての開弁を指示する信号がｈｉｇｈに設定されて燃料噴射弁１０４への開弁が指示されることで、個別噴射期間が開始する（図４の（ａ））。以下、「開閉コマンドＣＭＤに含まれた、対応する燃料噴射弁１０４についての開弁を指示する信号」を、単に開閉コマンドＣＭＤと称する。

開閉コマンドＣＭＤがｈｉｇｈに設定されることにより、駆動電圧出力部１１２から、対応する燃料噴射弁１０４に昇圧電圧Ｖ_Ｕが印加される（図４の（ｄ））。これにより、燃料噴射弁１０４の通電電流Ｉ_ｊは急速に増加する（図４の（ｂ））。そして、増加する通電電流Ｉ_ｊにより燃料噴射弁１０４の弁体に働く力が所定のレベルを超える時刻ｔ２に、燃料噴射弁１０４の弁体は即座に開弁位置まで移動して、燃料噴射が開始される（図４の（ｃ））。

その後、開閉コマンドＣＭＤがｈｉｇｈに設定された時刻ｔ１から燃料噴射弁１０４が開弁を完了するまでに必要かつ十分な所定の時間が経過した時刻ｔ３に、駆動電圧出力部１１２から燃料噴射弁１０４に印加される電圧は、弁体を開弁位置に保持するのに必要十分なレベルであるバッテリ電圧Ｖ_Ｂに切り替えられる。これにより、通電電流Ｉ_ｊは下降し、時刻ｔ４に、バッテリ電圧Ｖ_Ｂと燃料噴射弁１０４の直流抵抗とで定まる電流値Ｉ_ｓに収束する（図４の（ｂ））。

このとき、通電電流Ｉ_ｊの下降に伴って燃料噴射弁１０４のソレノイドにおいて発生する逆起電圧により、燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔは、時刻ｔ３からｔ４にかけて、バッテリ電圧Ｖ_Ｂより低い電圧Ｖ_ｓまで下降する。そして、通電電流Ｉ_ｊが電流値Ｉ_ｓに収束する時刻ｔ４において、端子間電圧Ｖ_ｔはバッテリ電圧Ｖ_Ｂとなる（図４の（ｄ））。その後、時刻ｔ１から目標燃料噴射量に基づき決定される所定の時間が経過した時刻ｔ５に、開閉コマンドＣＭＤがｌｏｗに設定され（図４の（ａ））、駆動電圧出力部１１２から燃料噴射弁１０４への印加電圧がオフされる。

これにより、通電電流Ｉ_ｊは下降し、時刻ｔ６にゼロとなる（図４の（ｂ））。この通電電流Ｉ_ｊの下降により、燃料噴射弁１０４には逆起電圧が発生し、端子間電圧Ｖ_ｔは、時刻ｔ５に負の電圧Ｖ_Ｌまで低下する（図４の（ｄ））。そして、端子間電圧Ｖ_ｔは、通電電流Ｉ_ｊがゼロになる時刻ｔ６の後、燃料噴射弁１０４とその周辺回路が構成する放電回路の回路定数で定まる時定数をもって、ゼロボルトへ向かって上昇する。

一方、燃料噴射弁１０４の弁体は、通電電流Ｉ_ｊがゼロになったことにより、燃料噴射弁１０４内に生じていた磁界が低下する。これにより、弁体は、当該弁体に働く電磁力が燃料噴射弁１０４内において弁体を閉弁方向に付勢するスプリングの力より弱くなった時刻ｔ７に、閉弁方向に向かって移動を開始し、時刻ｔ８に閉弁位置に着座する（図４の（ｃ））。

この弁体の移動に伴い、燃料噴射弁１０４には再び逆起電圧が生じ、弁体が移動する時刻ｔ７からｔ８にかけて、端子間電圧Ｖ_ｔは一旦下降する。そして、端子間電圧Ｖ_ｔは、弁体が閉弁位置に着座した時刻ｔ８から、上記時定数をもってゼロボルトまで上昇する（図４の（ｄ））。

一方、状態判断部１３６は、時刻ｔ５において開閉コマンドＣＭＤがｌｏｗに設定されることにより、当該時刻ｔ５から開始する閉弁判定期間を設定し、当該閉弁判定期間内において端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形を取得する（図４の（ｅ））。

そして、状態判断部１３６は、上記閉弁判定期間内に取得した端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形から、閉弁位置への弁体移動に伴う逆起電圧（又は、逆起電力）に起因した時刻ｔ７からｔ８における電圧変化を検知し、燃料噴射弁１０４の弁体が閉弁状態となったと判断する。これにより、状態判断部１３６は、閉弁フラグを１にセットする（図４の（ｆ））。その後、状態判断部１３６は、閉弁判定期間が終了する時刻ｔ９に、閉弁フラグを０（ゼロ）にリセットして、次の閉弁判定期間における閉弁状態の判定に向けて準備する（図４の（ｆ））。

その後は、時刻ｔ１１において開閉コマンドＣＭＤが再びｈｉｇｈに設定されることで、次の個別噴射期間が開始される（図４の（ａ））。

上述の構成を有する燃料噴射制御装置１００は、状態判断部１３６が、燃料噴射弁１０４への通電がオフされたあとに開始する所定の時間長さの閉弁判定期間を設定し、閉弁判定期間内でのみ端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形を取得する。そして、燃料噴射制御装置１００は、当該取得した端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形（端子間電圧波形）から燃料噴射弁１０４の全閉状態への移行の有無を判断する。

すなわち、燃料噴射制御装置１００では、閉弁動作が行われるべき期間の端子間電圧波形が予め特定ないし取得された上で、当該端子間電圧波形から、全閉弁動作への移行の有無が判断される。このため、燃料噴射制御装置１００では、電気的なノイズの影響があっても、処理装置１３０の処理負荷を軽減しつつ、上記抽出された端子間電圧波形の詳細な分析を行って、燃料噴射弁１０４の全閉状態の確立の有無を効果的に検知することができる。

また、燃料噴射制御装置１００では、閉弁判定期間の所定の時間長さを、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数の双方又は一方に応じて定めるよう構成され得る。このため、燃料噴射制御装置１００では、燃料噴射弁１０４にかかる燃料圧に応じて変化する閉弁波形を適切に検知して、燃料噴射弁１０４の全閉状態への移行を正しく判断することができる。また、内燃機関１０２の低速域及び又は噴射段数が少ない場合には、閉弁判定期間の所定の時間長さを長く設定するので、閉弁状態の確立の有無だけでなく、閉弁タイミングの遅れ等の異常をも検知して、燃料噴射弁１０４の故障を予測することができる。

さらに、燃料噴射制御装置１００では、内燃機関１０２の回転数及び又は噴射段数に応じて予め定めた閉弁判定期間の時間長さが判定時間マップ１２２に保存されている。このため、燃料噴射制御装置１００では、当該判定時間マップ１２２を参照することで、閉弁判定期間の時間長さを簡易に定めて、燃料噴射弁１０４の全閉状態の確立の有無を検知することができる。

次に、燃料噴射制御装置１００における閉弁動作についての状態判断処理の手順について、図５に示すフロー図を用いて説明する。本動作は、燃料噴射制御装置１００の電源がオンされたときに開始し、オフされたときに終了する。

処理を開始すると、状態判断部１３６は、まず、閉弁フラグを０（ゼロ）にリセットする（Ｓ１００）。

次に、状態判断部１３６は、１燃焼サイクルが開始したか否かを判断し（Ｓ１０２）、開始していないときは（Ｓ１０２、ＮＯ）、ステップＳ１０２に戻って１燃焼サイクルの開始を待機する。ここで、１燃焼サイクルが開始したか否かは、状態判断部１３６が、クランク角センサ１０６から取得される現在のクランク角に基づいて判断することができる。また、状態判断部１３６は、例えば、上記現在のクランク角が１燃焼サイクルにおける吸気工程の開始に相当するときに、１燃焼サイクルが開始したものと判断することができる。

一方、１燃焼サイクルが開始したときは（Ｓ１０２、ＹＥＳ）、状態判断部１３６は、閉弁判定期間の時間長さを決定する（Ｓ１０４）。閉弁判定期間の時間長さの決定は、上述したように、状態判断部１３６が、例えばクランク角センサ１０６及び通電制御部１３２から取得する内燃機関１０２の現在の回転数と噴射段数とに基づいて、判定時間マップ１２２を参照することにより行われる。

続いて、状態判断部１３６は、閉弁判定期間が開始したか否かを判断する（Ｓ１０６）。この判断は、状態判断部１３６が、通電制御部１３２が出力する開閉コマンドＣＭＤの、対応する燃料噴射弁１０４についての開弁を指示する信号の立下り、すなわち、ｈｉｇｈからｌｏｗへの遷移を検出したか否かに基づいて行う。以下、「開閉コマンドＣＭＤの、対応する燃料噴射弁１０４についての開弁を指示する信号」を単に「開閉コマンドＣＭＤ」又は「ＣＭＤ」という。

例えば、状態判断部１３６は、通電制御部１３２からＣＭＤの状態についての情報を所定の時間間隔で取得し、当該取得した情報に基づき、上記遷移を検出したときに、閉弁判定期間が開始したものと判断する。

そして、閉弁判定期間が開始していないときは（Ｓ１０６、ＮＯ）、状態判断部１３６は、ステップＳ１０６に戻って閉弁判定期間が開始するのを待機する。一方、閉弁判定期間が開始したときは（Ｓ１０６、ＹＥＳ）、状態判断部１３６は、端子間電圧取得部１３４により所定の時間間隔で閉弁判定期間内の端子間電圧Ｖ_ｔを繰り返し取得して、閉弁判定期間内における端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形を取得する（Ｓ１０８）。

次に、状態判断部１３６は、端子間電圧取得部１３４から入力される端子間電圧Ｖ_ｔの変化波形から、燃料噴射弁１０４の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化（閉弁波形）が検知されたか否かを判断する（Ｓ１１０）。そして、閉弁波形を検知したときは（Ｓ１１０、ＹＥＳ）、状態判断部１３６は、閉弁フラグを１にセットする（Ｓ１１２）。続いて、状態判断部１３６は、閉弁判定期間が終了したか否かを判断する（Ｓ１１４）。この判断は、状態判断部１３６が、ステップＳ１０４において決定した閉弁判定期間の時間長さと、処理装置１３０が備えるタイマ（不図示）と、を用いて行うものとすることができる。

一方、ステップＳ１１０において閉弁波形を検知しないときは（Ｓ１１０、ＮＯ）、状態判断部１３６は、状態判断部１３６による閉弁フラグのセットを行うことなく、ステップＳ１１４に処理を移して、閉弁判定期間が終了したか否かを判断する。

そして、閉弁判定期間が終了していないときは（Ｓ１１４、ＮＯ）、状態判断部１３６は、ステップＳ１１０に戻って処理を繰り返す。一方、ステップＳ１１４において閉弁判定期間が終了したときは（Ｓ１１４、ＹＥＳ）、状態判断部１３６は、閉弁フラグが１にセットされているか否かを判断する（Ｓ１１６）。そして、状態判断部１３６は、閉弁フラグが１にセットされているときは（Ｓ１１６、ＹＥＳ）、正常動作であった旨、すなわち、燃料噴射弁１０４が個別噴射期間の終了時に正しく閉弁した旨を、例えば通信Ｉ／Ｆ部１１８を介して、動作管理を行う管理装置（不図示）へ通知する（Ｓ１１８）。続いて、状態判断部１３６は、閉弁フラグを０（ゼロ）にリセットする（Ｓ１２２）。

その後、状態判断部１３６は、例えばクランク角センサ１０６から取得される現在のクランク角に基づき、燃料噴射期間が終了したか否かを判断する（Ｓ１２４）。そして、燃料噴射期間が終了していないときは（Ｓ１２４、ＮＯ）、状態判断部１３６は、ステップＳ１０６に戻って処理を繰り返し、一方、燃料噴射期間を終了したときは（Ｓ１２４、ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻って処理を繰り返す。

また、一方、ステップＳ１１６において閉弁フラグが１にセットされていないときは（Ｓ１１６、ＮＯ）、状態判断部１３６は、異常動作であった旨、すなわち、燃料噴射弁１０４が個別噴射期間の終了時に正しく閉弁しなかった旨を、例えば通信Ｉ／Ｆ部１１８を介して、上記管理装置へ通知する（Ｓ１２０）。その後、状態判断部１３６は、処理をステップＳ１２２に移す。

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１００は、内燃機関１０２の気筒に設けられた燃料噴射弁１０４により、気筒への燃料噴射期間に当該気筒へ複数回の燃料噴射を行う多段噴射動作を制御する。この燃料噴射制御装置１００は、燃料噴射弁１０４への通電をオンにして開弁し、当該通電をオフにして閉弁して、燃料噴射弁１０４の開閉を制御する通電制御部１３２を備える。また、燃料噴射制御装置１００は、燃料噴射弁１０４の端子間電圧Ｖ_ｔを所定の時間間隔で取得する端子間電圧取得部１３４と、上記取得した端子間電圧Ｖ_ｔに基づいて、燃料噴射弁１０４の開閉動作の状態を判定する状態判断部１３６と、を備える。

状態判断部１３６は、上記燃料噴射期間における複数回の燃料噴射のそれぞれについて、燃料噴射弁１０４への通電をオフにした後の所定の時間長さの期間を閉弁判定期間として設定する。また、状態判断部１３６は、上記閉弁判定期間に取得した端子間電圧Ｖ_ｔの変化（端子間電圧波形）に、燃料噴射弁１０４の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化（閉弁波形）が現れたか否かを判断する。そして、状態判断部１３６は、上記電圧変化が現れたときは、燃料噴射弁１０４が全閉状態になったものと判断する。

この構成によれば、状態判断部１３６は、閉弁判定期間を設定することにより、閉弁動作が行われるべき期間の端子間電圧波形のみを抽出した上で、当該端子間電圧波形から全閉弁動作への移行の有無を判断する。このため、燃料噴射制御装置１００では、内燃機関１０２の点火プラグ等からの電磁放射雑音の影響等があっても、処理装置１３０の処理負荷を軽減しつつ、上記抽出された端子間電圧波形の詳細な分析を行って、燃料噴射弁１０４の全閉状態の確立の有無を効果的に検知することができる。

また、本実施形態の燃料噴射制御装置１００では、状態判断部１３６は、内燃機関１０２が備える複数の気筒のうちの一の気筒についての閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならないように、各気筒についての閉弁判定期間を設定する。この構成によれば、一の気筒における端子間電圧波形に他の気筒における燃料噴射開始時の燃料噴射弁１０４からのノイズが重畳されて当該一の気筒についての全閉状態への移行有無の判断に誤りが生ずるのを防止することができる。

また、本実施形態の燃料噴射制御装置１００では、状態判断部１３６は、閉弁判定期間の所定の時間長さを、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数の少なくとも一方に応じて定めるよう構成されている。この構成によれば、燃料噴射弁１０４への燃料圧を左右する内燃機関１０２の回転数及び又は噴射段数により閉弁判定期間の長さが決定される。したがって、燃料圧に応じて変化し得る燃料噴射弁１０４の弁体の移動速度と共に変化する端子間電圧波形内の閉弁波形の大きさ及び持続時間に応じた閉弁判定期間を設定することができる。その結果、閉弁波形の大きさ及び持続時間に応じたデータ量を用いて、全閉状態への移行有無を適切に判断することができる。また、内燃機関１０２の回転数が遅い低速域や噴射段数が少ない場合には、閉弁判定期間の時間長さを長く設定することにより、閉弁タイミングの遅れ等の異常をも検知することができるので、閉弁状態の検知のみならず、故障予測も行うことができる。

また、本実施形態の燃料噴射制御装置１００では、閉弁判定期間の所定の時間長さは、内燃機関１０２の回転数の減少に対して単調に増加し、及び又は、噴射段数の減少に対して単調に増加するように設定されている。この構成によれば、回転数の低下や噴射段数の減少に伴う燃料噴射弁１０４への燃料圧の低下により、閉弁位置への弁体の移動速度が低下して端子間電圧波形内の閉弁波形の持続時間が長くなり且つ振幅が小さくなって当該閉弁波形を検知しにくい場合には、十分な処理データを確保して全閉状態への移行有無を適切に判断することができる。

また、本実施形態の燃料噴射制御装置１００は、予め定められた、内燃機関１０２の回転数及び多段噴射の噴射段数の少なくとも一方に応じた、閉弁判定期間の長さである所定の時間長さを示す判定時間マップ１２２を記憶する記憶装置１２０を備える。そして、状態判断部１３６は、内燃機関１０２の現在の回転数及び又は多段噴射の噴射段数の設定に基づき、判定時間マップ１２２を参照して、上記所定の時間長さを定める。

この構成によれば、判定時間マップ１２２を参照することで、内燃機関１０２の回転数及び又は噴射段数に応じて予め定めた時間長さの閉弁判定期間を簡易に定めて、燃料噴射弁１０４の全閉状態の確立の有無を効果的に検知することができる。

１００…燃料噴射制御装置、１０２…内燃機関、１０４、１０４−１、１０４−２、１０４−ｎ…燃料噴射弁、１０６…クランク角センサ、１０８…アクセルセンサ、１１０…昇圧回路、１１２…駆動電圧出力部、１１４、１１４−１、１１４−２、１１４−ｎ…電流検出部、１１６、１１６−１、１１６−２、１１６−ｎ…電圧検出部、１１８…通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、１２０…記憶装置、１２２…判定時間マップ、１３０…処理装置、１３２…通電制御部、１３４…端子間電圧取得部、１３６…状態判断部。

Claims (5)

1. 内燃機関の気筒に設けられた燃料噴射弁により、前記気筒への燃料噴射期間に前記気筒へ複数回の燃料噴射を行う多段噴射の動作を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射弁への通電をオンにして前記燃料噴射弁を開弁し、当該通電をオフにして前記燃料噴射弁を閉弁して、前記燃料噴射弁の開閉を制御する通電制御部と、
   前記燃料噴射弁の端子間電圧を所定の時間間隔で取得する端子間電圧取得部と、
   前記取得した前記端子間電圧に基づいて、前記燃料噴射弁の開閉動作の状態を判定する状態判断部と、
   を備え、
   前記状態判断部は、
   前記燃料噴射期間における前記複数回の燃料噴射のそれぞれについて、前記燃料噴射弁への通電をオフにした後の、前記多段噴射の噴射段数に応じて定めた所定の時間長さの期間を、閉弁判定期間として設定し、
   前記閉弁判定期間に取得した前記端子間電圧の変化に、前記燃料噴射弁の弁体移動に起因して発生する逆起電力に伴う電圧変化が現れたか否かを判断し、前記電圧変化が現れたときは、前記燃料噴射弁が全閉状態になったものと判断する、
   よう構成されている、
   燃料噴射制御装置。
2. 前記内燃機関は複数の気筒を備え、
   前記状態判断部は、一の気筒についての前記閉弁判定期間が他の気筒における燃料噴射の開始タイミングと重ならないように、各気筒についての前記閉弁判定期間を設定するよう構成されている、
   請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記状態判断部は、前記閉弁判定期間の前記所定の時間長さを、前記多段噴射の噴射段数及び前記内燃機関の回転数に応じて定めるよう構成されている、請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記閉弁判定期間の前記所定の時間長さは、前記内燃機関の回転数の減少に対して単調に増加し、及び又は、噴射段数の減少に対して単調に増加するように設定されている、
   請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
5. 予め定められた、少なくとも前記内燃機関の回転数に応じた前記所定の時間長さを示す判定時間マップを記憶する記憶装置を備え、
   前記状態判断部は、少なくとも前記多段噴射の噴射段数の設定に基づき、前記判定時間マップを参照して前記所定の時間長さを定めるよう構成されている、
   請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
   

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