WO2016125688A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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山岡　士朗
亮 草壁
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • the boosting power source is generally composed of a boosting circuit including an inductive element and a switching element, and a capacitor for storing boosted power.
  • the fuel injection valve When the fuel injection valve is energized from the boost power source, electric power is supplied by the discharge from the capacitor. For this reason, when a current is supplied from the boosting power source, the voltage of the capacitor drops due to discharging.
  • the electric power is charged by the booster circuit and returns to the boosted predetermined voltage.
  • the charge may not be in time for the second and subsequent injections.
  • Patent Document 1 there is known a fuel injection device that performs the maximum number of injections that can be performed for the required number of injections even when the boosted voltage is reduced (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 the boosted voltage obtained by boosting the battery voltage by the engine controller unit is monitored, and when the boosted voltage drops below the set normal voltage, the valve opening time Pi of the fuel injector is extended, and the fuel injector A configuration that secures a drive current necessary for the operation of is described. Thereby, a highly reliable fuel injection device is realized.
  • this effect is significant in the low injection pulse range (the range where the fuel injection pulse width is small), and correction control is required to suppress variations in the injection amount due to valve opening delay.
  • delaying the injection timing in order to secure the charging time of the boosted voltage makes it possible to achieve both engine output, exhaust gas purification, and fuel efficiency improvement at a high level. Even if the required injection timing is set for this purpose, fuel injection cannot be executed at a desired timing.
  • An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress the above-mentioned problem.
  • the present invention provides a battery for supplying a first voltage, a booster circuit for boosting the first voltage and supplying a boosted second voltage, and the second voltage.
  • a fuel injection device that is driven by and injects fuel, a switch that turns on and off the second voltage supplied from the booster circuit to the fuel injection device, and an arithmetic device that controls the switch,
  • the arithmetic unit is configured to estimate the second voltage at all fuel injection timings in the one combustion cycle before the first fuel injection in one combustion cycle; and the estimated second voltage And a correction unit for correcting the fuel injection amount at each fuel injection timing.
  • FIG. 6 is a chart showing a relationship among a drive current of a fuel injection valve, a boosted voltage, and a return reference time. It is a chart which shows the relationship between the reset reference time of a battery voltage and a boost voltage. 4 is a chart showing a relationship between a boost voltage estimated value and a boost voltage estimation correction amount according to an embodiment of the present invention. It is a flowchart of the fuel injection control by embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a system including an ECU according to an embodiment of the present invention.
  • the air sucked into the internal combustion engine (101) passes through an air flow meter (AFM: Air Flow Meter) (120) and is sucked in the order of the throttle valve (119) and the collector (115). These are supplied to the combustion chamber (121) via the intake pipe (110) and the intake valve (103) provided in each cylinder.
  • AFM Air Flow Meter
  • the fuel is sent from the fuel tank (123) to the high-pressure fuel pump (125) provided in the internal combustion engine (101) by the low-pressure fuel pump (124), and the high-pressure fuel pump (125) is ECU (Engine Control Unit). Based on the control command value from (109), the fuel pressure is controlled to a desired pressure.
  • the high pressure fuel is sent to the fuel injection valve (105: fuel injection device) via the high pressure fuel pipe (128), and the fuel injection valve (105) is a fuel injection provided in the ECU (109). Based on a command from the control device (127), fuel is injected into the combustion chamber (121).
  • the internal combustion engine (101) is provided with a fuel pressure sensor (126) for measuring the pressure in the high-pressure fuel pipe (128) in order to control the high-pressure fuel pump (125), and the ECU (109) Based on this sensor value, so-called feedback control is generally performed so that the fuel pressure in the high-pressure fuel pipe (128) becomes a desired pressure. Further, the internal combustion engine (101) is provided with an ignition coil (107) and an ignition plug (106). The ECU (109) controls the energization of the ignition coil (107) at the desired timing and the ignition by the ignition plug (106). It is a mechanism for control.
  • the intake air and the fuel are burned in the combustion chamber (121) by the spark emitted from the spark plug (106).
  • the exhaust gas generated by the combustion is exhausted to the exhaust pipe (111) through the exhaust valve (104), and a three-way catalyst (112) for purifying the exhaust gas is disposed on the exhaust pipe (111). Is provided.
  • the ECU (109) incorporates the above-described fuel injection control device (127), and a crank angle sensor (116) for measuring the crankshaft (not shown) angle of the internal combustion engine (101) detects the intake air amount ( AFM (120) to measure, oxygen sensor (113) to detect oxygen concentration in exhaust gas, accelerator position sensor (122) to detect accelerator position operated by driver, fuel pressure to detect fuel pressure A signal from the sensor (126) or the like is input.
  • AFM intake air amount
  • oxygen sensor 113
  • accelerator position sensor (122) to detect accelerator position operated by driver
  • fuel pressure to detect fuel pressure
  • a signal from the sensor (126) or the like is input.
  • the ECU (109) calculates the required torque of the internal combustion engine (101) from the signal of the accelerator opening sensor (122) and determines whether or not the engine is in an idle state. Further, the ECU (109) includes a rotation speed detection unit that calculates the rotation speed of the internal combustion engine (hereinafter referred to as engine rotation speed) from the signal of the crank angle sensor (116), and an internal combustion engine (108) obtained from the water temperature sensor (108). 101) and a means (determination unit) for determining whether or not the three-way catalyst (112) is in a warmed-up state based on the cooling water temperature and the elapsed time after starting the internal combustion engine.
  • engine rotation speed the rotation speed of the internal combustion engine
  • the ECU (109) calculates the intake air amount necessary for the internal combustion engine (101) from the above-described required torque and outputs an opening signal corresponding to the intake air amount to the throttle valve (119).
  • the fuel injection control device (127) calculates a fuel amount corresponding to the intake air amount, outputs a fuel injection signal to the fuel injection valve (105), and further outputs an ignition signal to the ignition coil (107).
  • FIG. 2 is a block diagram of the ECU (109) shown in FIG.
  • the ECU (109) includes a power supply IC (203), a microcomputer (204), and a fuel injection control circuit (215).
  • the power supply IC (203), the microcomputer (204), and the fuel injection control circuit (215) constitute a fuel injection control device (127).
  • the fuel injection control circuit (215) is built in the ECU (109) and includes a driver IC (207), a booster circuit (211), an upper driver (212), and a lower driver (213).
  • the battery voltage from the battery (201) which is a vehicle power supply is supplied to the ECU (109) and then supplied to the power supply IC (203).
  • the battery voltage Vb is supplied to the driver IC (207) of the fuel injection control circuit (215), the booster circuit (211) for driving the fuel injection device, the upper driver (212), and the like.
  • a voltage is supplied from the power supply IC (203) to the microcomputer (204), the driver IC (207) and the like as an arithmetic unit.
  • the driver IC (207) of the fuel injection control circuit (215) includes a communication unit (209) with the microcomputer (204), a booster circuit drive unit (210), and a driver drive unit (208).
  • the booster circuit driver (210) sends a switching signal to the booster circuit (211).
  • the booster circuit (211) boosts the battery voltage Vb according to the switching signal, and supplies the boosted voltage Vboost to the upper driver (212).
  • the voltage Vboost boosted by the booster circuit (211) is fed back to the booster circuit drive unit (210) of the driver IC (207). Accordingly, the driver IC (207) determines whether or not to send a switching signal again.
  • the voltage Vboost boosted by the booster circuit (211) is fed back to the A / D converter (205) of the microcomputer (204).
  • the microcomputer (204) can send a signal from the communication unit (206) to the driver IC (207) based on the A / D value.
  • the microcomputer (204) receives signals from the fuel pressure sensor and temperature sensor (including the ambient temperature of the ECU (109), the substrate temperature, and the temperature of the booster circuit) in addition to the boosted voltage via the A / D converter (205). Can be input and monitored.
  • the microcomputer (204) has an input / output port (202) for driving an external load and monitoring an external signal.
  • the microcomputer (204) includes a ROM and a RAM (not shown), and has a function of storing set values and the like.
  • the upper driver (212) of the fuel injection control circuit (215) includes a boost voltage driver (212a) for driving the coil load (214) by the boost voltage of the boost circuit (211), and a coil load by the battery voltage from the battery (201).
  • the upper driver (212) supplies a current to a coil load (214) such as a fuel injection valve having an electromagnetic coil by the drive signal A and the drive signal B of the driver drive unit (208) of the driver IC (207).
  • the drive signal A triggers the boost voltage driver (212a) by the boost voltage
  • the drive signal B triggers the battery voltage driver (212b) by the battery voltage
  • the lower driver (213) causes the current from the coil load (214) to flow to the ground potential by the drive signal C of the driver drive unit (208).
  • At least one of the upper driver (212) and the lower driver (213) has a current detection unit and a terminal voltage detection unit using a shunt resistor or the like, and detects a current value flowing through the driver and the coil load (214).
  • Driver drive control is performed to provide feedback. Also, it is possible to detect an overcurrent to the driver, a terminal power supply fault, and a ground fault with these functions.
  • the booster circuit (211), the upper driver (212), and the lower driver (213) are provided separately from the driver IC (207), but these are provided inside the driver IC (207). Also good. That is, the driver IC (207) may be used as either a driver or a pre-driver.
  • the upper driver (212) and the lower driver (213) function as switches that turn on / off the boosted voltage supplied from the booster circuit (211) to the coil load (214) of the fuel injection valve (105).
  • the microcomputer (204) and the driver IC (207) function as an arithmetic device that controls the switch.
  • FIG. 3 is an example of a control block diagram for correcting the fuel injection pulse width based on the estimated boosted voltage with respect to the drive control value of the fuel injection valve according to the embodiment of the present invention.
  • the ECU (109) functions as blocks 301 to 306.
  • Block 301 is a block for calculating the fuel injection timing.
  • Block 301 sets the injection timing for each cylinder in accordance with conditions such as engine speed, engine water temperature, and injection stroke information (information indicating one of the steps of intake, compression, combustion, and exhaust of one combustion cycle). calculate.
  • Block 302 is a block of the boost voltage estimation unit.
  • Booster monitored by booster circuit driver (210) from fuel injection timing for each cylinder, ambient temperature of ECUE (109), substrate temperature of ECU (109), booster temperature, battery voltage, or battery voltage smoothing value
  • the boost voltage is estimated from the voltage as a starting point, and the boost voltage estimate is calculated. A method for calculating the boosted voltage estimated value will be described later.
  • the block 303 calculates a correction amount based on the boosted voltage estimated value so as to suppress fuel variation due to the boosted voltage drop.
  • Block 304 calculates a basic control value (basic fuel injection pulse) according to conditions such as engine speed, load, and engine water temperature.
  • Block 305 calculates the injection pulse width by reflecting the fuel correction amount based on the boosted voltage estimated value with respect to the basic control value.
  • block 305 calculates a pulse width for injecting multiple times according to the number of multi-stage injections and the division ratio.
  • Block 306 is a fuel injection valve drive unit. According to the fuel injection timing and the fuel injection pulse width, the fuel injection is executed by outputting a drive current to the fuel injection valve of the block 307.
  • FIG. 4 is a chart showing an example of the required operation during multistage injection.
  • the chart shows the injection pulse width, the current waveform of the fuel injection valve, and the boosted voltage (Vboost) in order from the top.
  • Vboost boosted voltage
  • the required operation will be described by taking as an example the case of performing multistage injection three times in the same cylinder during a predetermined period (407 to 408) in one cycle (one combustion cycle).
  • Vboost the boosted voltage
  • the reference voltage (401) is a voltage when the booster circuit (211) is fully charged.
  • the voltage drops by a predetermined amount per injection at the timing of the first injection (403), the second injection (404), and the third injection (405).
  • the voltage is boosted toward the reference voltage (401). If the boosted voltage has returned to the reference voltage (401) as in the second injection (404), a stable fuel injection amount can be injected.
  • a predetermined period (407 408) In the case of multiple fuel injections, the voltage drop of all boosted voltages and the boosted voltage at the time of injection before the first fuel injection valve drive (BTDC 10deg of 407 in FIG. 4) Is estimated.
  • the shaded portion indicated by 406b is also extended in the current waveform of the fuel injection valve.
  • the details of the method for estimating the boosted voltage will be described later, but this embodiment can satisfy the request for the desired injection timing when a short-term injection that does not meet the charge of the boosted voltage is required.
  • An object is to suppress variations in fuel injection amount due to injection of boosted voltage during charging.
  • the microcomputer (204) functions as a correction unit that corrects the fuel injection pulse width to be increased when the estimated boosted voltage is smaller than the reference voltage. Thereby, a decrease in the fuel injection amount can be suppressed.
  • FIG. 5 is a chart showing an example different from that shown in FIG. 4 as the required operation during multi-stage injection.
  • the chart is, in order from the top, (A) n cylinder injection pulse width, (B) n cylinder fuel injection current waveform, (C) n + 1 cylinder injection pulse width, (D) n + 1 cylinder fuel injection current waveform, (E) boosting It represents the voltage (Vboost).
  • This figure shows the combination of different cylinders (A) and (C), and multi-stage injection of 3 times within the stroke of 180 deg crank angle during the predetermined period (505 to 506) in one cycle and once in the next stroke. Indicates the case to be performed.
  • the fuel injection amount When the boosted voltage at the time of fuel injection is lower than the reference voltage (501), the fuel injection amount will decrease, so the fuel with the injection pulse width at the hatched portion indicated by the second injection 503a and the third injection 504a
  • the increase correction is performed according to the boosted voltage estimated value. With the correction of the injection pulse width, the hatched portions indicated by 503b of the current waveform (D) and 504b of the current waveform (B) of the fuel injection valve are extended.
  • the boosted voltage has returned to the reference voltage (501), so correction for the injection pulse width of the fourth injection is not performed.
  • the calculation of the boosted voltage drop amount (507) and the drop time per one fuel injection valve will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a chart showing the relationship between the drive current of the fuel injection valve, the boosted voltage, and the return reference time.
  • the charge ⁇ Q (601) consumed when one fuel injection valve is driven is represented by a substantially triangular area shown in FIG. ⁇ Q is calculated by the following equation (1) from dt (602) and ip (603).
  • dt (602) is the time from when the drive current of the fuel injection valve flows until it reaches the peak current, and is equivalent to the drop time ⁇ T (604) of the boosted voltage (Vboost).
  • the dt (602) is set by any two or more of the battery voltage, the battery voltage smoothed value, the ambient temperature of the ECU, the substrate temperature of the ECU, or the temperature of the booster circuit.
  • the battery voltage smoothing value is obtained by suppressing the fluctuation of the battery voltage by applying a weighted average filter to the battery voltage.
  • Ip (603) is the peak current of the fuel injection valve, and is preset according to the fuel pressure used. Note that ip (603) is the maximum value of the drive current supplied to the fuel injection device.
  • the boost voltage drop amount ⁇ V (605) per one fuel injection valve drive can be calculated by the following formula (2).
  • ⁇ V is called boost voltage drop
  • ⁇ V ⁇ Q / C (2)
  • ⁇ V represents the amount of decrease in the boost voltage when the fuel injection device performs one fuel injection with the booster circuit (211) fully charged.
  • the electrostatic capacity: C is determined according to the capacitor used in the booster circuit (211). However, since the capacitor includes variations due to temperature, it is preferable to correct the electrostatic capacity with a temperature sensor. From the charge calculation formula, when two fuel injection valves are driven simultaneously, the consumed charge ⁇ Q (601) is doubled, and the boost voltage drop amount ⁇ V (605) is also doubled. Further, dtc (606) is a return reference time, and the current (ic) charged in the booster circuit can be calculated by the following equation (3).
  • ⁇ V ic ⁇ dtc / C (4) If the charged current (ic) and the capacitance (C) are fixed values, the recovery reference time: dtc (606) also doubles when the boost voltage drop amount ⁇ V (605) doubles. .
  • dtc indicates that the booster circuit (211) is completely discharged after the booster voltage starts to drop when the fuel injection device performs one fuel injection with the booster circuit (211) fully charged. Indicates the time until charging.
  • the boosted voltage in the booster circuit drive unit (210) described above is A / D (analog signal to digital signal conversion) before a predetermined period (407 in FIG. 4 and 505 in FIG. 5) in this embodiment. ) And take in every cylinder.
  • the monitored value of the boosted voltage is hereinafter referred to as a boosted voltage AD value.
  • the boosted voltage estimated value V ⁇ is calculated by the following equation (5).
  • V ⁇ (Vad + C1) - ⁇ V ⁇ N + ⁇ V ⁇ (Tsum-dt) / (dtc-dt) (5)
  • Vad is an AD value of the boosted voltage at a timing corresponding to a predetermined crank angle (for example, BTDC 10 deg).
  • C1 is a correction amount at the time of first descent described later.
  • ⁇ V is a value calculated from the equations (1) and (2).
  • dtc (606) is the above-described return reference time.
  • Tsum is the boost voltage recovery time and is calculated by the following equation (6).
  • T k is the timing of the kth fuel injection after storing the AD value of the boosted voltage.
  • the microcomputer (204) functions as an estimation unit that estimates boosted voltages at all fuel injection timings in one combustion cycle before the first fuel injection in one combustion cycle.
  • the microcomputer (204) includes the boost voltage drop amount ⁇ V, the time dt (602) until the peak current ip (603) is reached, the return reference time dtc (606), and the fuel in one combustion cycle. Based on the number of injections N, the boosted voltage at the fuel injection timing is estimated. Thereby, the boosted voltage can be estimated easily.
  • the maximum value of the estimated boosted voltage V ⁇ has a reference voltage as an upper limit.
  • the reference voltage in the present embodiment is a boosted voltage monitored after the initial power-on of the vehicle power supply (battery) and before fuel injection, and is stored in the microcomputer (204). That is, the reference voltage is a voltage of the booster circuit (211) measured after turning the ignition switch from OFF to before the fuel injection device injects fuel. Thereby, the accuracy of the reference voltage can be ensured.
  • the calculation formula for the boosted voltage recovery time Tsum assumes a case where the maximum number of multistage injections is five, but the calculation formula (6) may be changed according to the maximum number of multistage injections.
  • the return reference time dtc (606) is set to the actual value of the boost voltage return reference time.
  • the boost voltage restoration reference time will be described with reference to FIG.
  • FIG. 7 is a chart showing the relationship between the battery voltage and the return reference time of the boosted voltage.
  • Reference numeral 701 denotes a case where the ECU board temperature is high, and reference numeral 702 denotes a case where the ECU board temperature is low.
  • the ECU substrate temperature is used here, any one or more of the ambient temperature of the ECU and the temperature of the booster circuit may be used.
  • the battery voltage is used here, it may be a battery voltage smoothed value. Thereby, the influence of the fluctuation
  • the microcomputer (204) sets the return reference time dtc (606) according to the battery voltage and the temperature of the ECU (109) (the ambient temperature of the ECU, the substrate temperature of the ECU, or the temperature of the booster circuit). For example, the microcomputer (204) stores in advance a return reference time dtc (606) corresponding to the battery voltage and the temperature of the ECU (109). Thereby, the accuracy of estimating the boosted voltage is improved.
  • the microcomputer (204) sets the return reference time so that the return reference time dtc (606) increases as the battery voltage decreases, and the return reference time dtc increases as the ECU temperature increases.
  • the return reference time is set so that (606) becomes larger.
  • the initial drop correction amount C1 is calculated by the following formula (7).
  • T 0 the time from TDC to the first injection.
  • the reflection of the correction amount C1 at the time of first drop to the estimated boosted voltage V ⁇ will be described.
  • the boosted voltage AD value is compared with a reference voltage.
  • the boost voltage AD value is close to the reference voltage (boost voltage AD value ⁇ reference voltage)
  • the boost voltage AD value is higher than the reference voltage.
  • Is low boosted voltage AD value ⁇ reference voltage
  • the initial drop correction amount C1 obtained from the calculation formula (7) is reflected in the boosted voltage estimated value V ⁇ .
  • the estimated value of the boosted voltage can be obtained by each means (each unit) described so far.
  • the injection pulse width and boost voltage estimation correction calculation means (calculation unit) will be described. Note that the boost voltage estimation correction is calculated individually for all the fuel injection counts within the predetermined period at a timing before the predetermined period.
  • the cylinder-specific injection pulse width is calculated by the following equation (8).
  • the boost voltage estimation correction is a correction amount that distributes the boost voltage estimation correction amount (for the maximum number of injections of multistage injection) within one stroke (180 deg) based on the information of the injection cylinder (injection timing of each cylinder) and the number of injections. It becomes. Since the amount of decrease in the fuel injection amount increases as the amount of decrease in the boost voltage due to injection of the boost voltage during charging increases, the fuel injection amount is set to be suppressed. A specific setting example is shown in FIG.
  • FIG. 8 is a chart showing the relationship between the boosted voltage estimated value and the boosted voltage estimated correction amount according to the embodiment of the present invention.
  • a solid line 801 represents a boost voltage estimation correction amount. The lower the boost voltage, the larger the correction amount and the longer the fuel injection pulse width.
  • the correction amount is set to reduce the fuel injection pulse width by reducing the correction amount.
  • the microcomputer (204) functions as a correction unit that corrects the fuel injection pulse width to be smaller when the boosted voltage is larger than the reference voltage. Thereby, it can suppress that fuel injection quantity increases.
  • the dotted line 802 indicates that when the boosted voltage is charged near the reference voltage (803), the boosted voltage estimation correction amount is invalid and the injection pulse width is not extended or reduced.
  • the injection pulse width is corrected by multiplying the boosted voltage estimation correction, and therefore becomes substantially invalid at 1.0.
  • the microcomputer (204) functions as a correction unit that corrects the fuel injection amount at each fuel injection timing in accordance with the estimated boosted voltage.
  • the microcomputer (204) estimates boosted voltages at all fuel injection timings in one combustion cycle for all cylinders before the first fuel injection in one combustion cycle of a certain cylinder. Thereby, the boost voltage can be estimated in consideration of not only multi-stage injection of one cylinder but also multi-stage injection of other cylinders.
  • FIG. 9 is a flowchart of fuel injection control according to the embodiment of the present invention.
  • the microcomputer (204) performs an operation by interruption every predetermined crank angle (for example, BTDC 10 deg) according to this flow.
  • step S901 the microcomputer (204) takes in the input parameters such as the above-described reference voltage, boost voltage AD value, ECU substrate temperature, ECU ambient temperature, boost circuit temperature, battery voltage, and battery voltage annealing value.
  • step S902 the microcomputer (204) takes in the injection timings for all the fuel injection times in one stroke (180 deg).
  • step S903 the microcomputer (204) determines whether or not it is necessary to calculate a correction amount at the first drop of the boost voltage.
  • the microcomputer (204) determines whether or not the boosted voltage AD value is equal to the reference voltage. For example, when the difference between the boost voltage AD value and the reference voltage is equal to or smaller than a predetermined threshold, the microcomputer (204) determines that the boost voltage AD value is equal to the reference voltage.
  • step S906 If the condition of boosted voltage AD value ⁇ reference voltage is satisfied, the microcomputer (204) proceeds to step S906. When the condition in step S903 is not satisfied, the microcomputer (204) proceeds to step S904. When the condition of boosted voltage AD value ⁇ reference voltage is satisfied (S904; YES), the microcomputer (204) calculates the correction amount C1 at the first drop of the boosted voltage value in step S905. On the other hand, when the condition of step S904 is not satisfied (boosted voltage AD value> reference voltage), the microcomputer (204) proceeds to step S907.
  • step S906 the microcomputer (204) calculates the boosted voltage estimated value V ⁇ from the boosted voltage AD value, the injection timing, and the initial drop correction amount C1.
  • the return reference of the boosted voltage is determined by any two or more of the ECU substrate temperature, the ECU ambient temperature, the booster circuit temperature, the battery voltage, or the battery voltage smoothed value.
  • Time dtc (606) is set.
  • step S907 the microcomputer (204) calculates a boost voltage estimation correction amount as shown in FIG. 8 from the boost voltage estimated value V ⁇ or the boost voltage AD value.
  • the boosted voltage estimated value V ⁇ has the reference voltage as the upper limit value, if the condition of step S904 is not satisfied (boosted voltage AD value> reference voltage) and the process proceeds to step S907, the ECU (109)
  • the boosted voltage estimation correction amount is calculated by replacing the horizontal axis of 8 with the boosted voltage AD value from the boosted voltage estimated value.
  • step S908 the microcomputer (204) calculates the fuel injection pulse width by reflecting the boost voltage estimation correction amount in the basic control value.
  • step S909 the calculated fuel injection pulse width and fuel injection timing are set in the injection driver, and the injection driver outputs a drive current to control the fuel injection valve.
  • the boosted voltage is injected during charging without shifting the required injection timing. It is possible to suppress variations in the fuel injection amount due to the operation.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
  • a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment.
  • the microcomputer (204) is based on the amount of power supplied to the booster circuit (211), the amount of power consumed when the fuel injection device performs one fuel injection, and the number of fuel injections in one combustion cycle.
  • the boosted voltage at the fuel injection timing may be estimated.
  • the boosted voltage can be estimated from the electric energy.
  • the microcomputer (204) also determines the boosted voltage at a predetermined timing before the first fuel injection in one combustion cycle, the rate of change of the boosted voltage when the fuel injector is injected once, and the fuel injector
  • the boosted voltage at the fuel injection timing may be estimated based on the rate of change of the boosted voltage when the booster circuit (211) is charged after one fuel injection and the number of times of fuel injection during one combustion cycle. .
  • the boost voltage can be estimated from the rate of change (slope) of the boost voltage.
  • each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, or an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.

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Abstract

　噴射タイミングをずらすことなく、昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる燃料噴射量ばらつきを抑えることができる内燃機関の制御装置を提供する。　昇圧回路(211)は、バッテリは(201)から供給される第１の電圧を昇圧し、昇圧された第２の電圧を燃料噴射装置（214）へ供給する。スイッチ（212,213）は、昇圧回路から燃料噴射装置に供給される第２の電圧をオン／オフする。演算装置（204,207）は スイッチを制御する。演算装置は、１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける第２の電圧を推定する推定部と、推定された前記第２の電圧に応じてそれぞれの燃料噴射タイミングにおける燃料噴射量を補正する補正部と、を備える。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
　従来、燃料噴射のためのシステムでは、内燃機関のシリンダ１動作サイクルにおいて、電磁駆動される燃料噴射弁を有する燃料噴射装置から燃焼室に対し複数回の燃料噴射（多段噴射）による燃料供給が行われている。
　また、このような燃料噴射装置において、昇圧電源は、一般的には誘導素子とスイッチング素子からなる昇圧回路と、昇圧された電力を蓄えるコンデンサから構成されている。昇圧電源から燃料噴射弁に通電すると、コンデンサからの放電によって電力が供給される。このため、昇圧電源から通電するとコンデンサは放電によって電圧が降下してしまう。
　コンデンサは放電後に、電力が昇圧回路によってチャージされ、昇圧された所定の電圧に復帰する。しかし、複数回の噴射を比較的短時間に行う場合には、二回目以降の噴射にチャージが間に合わないことがある。
　これに対し、昇圧電圧が低下した場合においても要求された噴射回数について実行可能な最大回数の噴射を行う燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、エンジンコントローラユニットによりバッテリ電圧を昇圧した昇圧電圧をモニタし、昇圧電圧が設定された通常電圧以下に低下したとき、燃料噴射弁の開弁時間Ｐｉを延長し、燃料噴射弁の動作に必要な駆動電流を確保する構成が記載されている。これにより、信頼性の高い燃料噴射装置を実現している。
特開２０１１－１８５１５７号公報
　多段噴射に対する要求が年々増大する一方で、排気ガスの浄化を目的として昇圧電圧のチャージが間に合わないような短期間での燃料噴射が求められている。昇圧電圧のチャージが完了する前に次の噴射を行うと、昇圧電圧不足によって燃料噴射弁のプランジャの吸引エネルギーが低下して燃料噴射弁の開弁遅れとなり、噴射量ばらつきが大きくなってしまう。
　特に、低噴射パルス域（燃料噴射パルス幅が小さい範囲）ではこの影響が大きく、開弁遅れによる噴射量のばらつきを抑える補正制御が必要である。また、多段噴射時に噴射タイミングが近接するような噴射を実行する場合、昇圧電圧のチャージ時間を確保するために噴射タイミングを遅らせると、エンジン出力、排気ガスの浄化、燃費向上を高い次元で両立させることを目的として要求噴射タイミングを設定したとしても、所望のタイミングで燃料噴射を実行できないことになる。
　本発明の目的は、昇圧電圧のチャージが間に合わないような短期間の噴射が求められた場合に、要求された噴射タイミングをずらすことなく、昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる燃料噴射量ばらつきを抑えることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、第１の電圧を供給するバッテリと、前記第１の電圧を昇圧し、昇圧された第２の電圧を供給する昇圧回路と、前記第２の電圧により駆動され、燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記昇圧回路から前記燃料噴射装置に供給される前記第２の電圧をオン／オフするスイッチと、前記スイッチを制御する演算装置と、を備え、前記演算装置は、１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、前記１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する推定部と、推定された前記第２の電圧に応じてそれぞれの燃料噴射タイミングにおける燃料噴射量を補正する補正部と、を備えるようにしたものである。
　本発明によれば、昇圧電圧のチャージが間に合わないような短期間の噴射が求められた場合に、要求された噴射タイミングをずらすことなく、昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる燃料噴射量ばらつきを抑えることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態によるECUを含むシステムの基本構成を示す図である。 図１に示すECUのブロック図である。 図１に示すECUの制御ブロック図の一例である。 多段噴射時の要求動作の一例を示すチャートである。 多段噴射時の要求動作の別の一例を示すチャートである。 燃料噴射弁の駆動電流と、昇圧電圧と、復帰基準時間の関係を示したチャートである。 バッテリ電圧と昇圧電圧の復帰基準時間の関係を示すチャートである。 本発明の実施形態による昇圧電圧推定値と昇圧電圧推定補正量の関係を示すチャートである。 本発明の実施形態による燃料噴射制御のフローチャートである。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態によるECU（内燃機関の制御装置）を含むシステムの構成及び動作を説明する。図１は、本発明の実施形態によるECUを含むシステムの基本構成を示す図である。
　図１において、内燃機関(101)に吸入される空気は、空気流量計〔 AFM : Air Flow Meter 〕(120)を通過し、スロットル弁(119)、コレクタ(115)の順に吸入にされ、その後、各気筒に備わる吸気管(110)、吸気弁(103)を介して燃焼室(121)に供給される。
　一方、燃料は、燃料タンク(123)から低圧燃料ポンプ(124)により、内燃機関(101)に備わる高圧燃料ポンプ(125)へ送られ、高圧燃料ポンプ(125)は、ECU〔 Engine Control Unit 〕 (109)からの制御指令値に基づき、燃料圧を所望の圧力になる様に制御する。これにより高圧化された燃料は、高圧燃料配管(128)を介して、燃料噴射弁(105：燃料噴射装置)へ送られ、燃料噴射弁(105)は、ECU(109)内に備わる燃料噴射制御装置(127)の指令に基づき、燃料を燃焼室(121)へ噴射する。
　尚、内燃機関(101)には、高圧燃料ポンプ(125)を制御するため、高圧燃料配管(128)内の圧力を計測する燃料圧力センサ(126)が備わっており、ECU(109)は、このセンサ値に基づき、高圧燃料配管内(128)の燃料圧を所望の圧力になる様、所謂フィードバック制御を行うことが一般的である。更に内燃機関(101)には、点火コイル(107)、点火プラグ(106)が備わり、ECU(109)により、所望のタイミングで点火コイル(107)への通電制御と点火プラグ(106)による点火制御が行われる仕組みとなっている。
　これにより、燃焼室(121)内で吸入空気と燃料は、点火プラグ(106)から放たれる火花により燃焼する。燃焼により生じた排気ガスは、排気弁(104)を介して、排気管(111)に排出され、排気管(111)上には、この排気ガスを浄化するための三元触媒(112)が備えられている。
　ECU(109)には、前述した燃料噴射制御装置(127)が内蔵され、内燃機関(101)のクランク軸（図示せず）角度を計測するクランク角度センサ(116)、吸入空気量を検出（計測）するAFM(120)、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ(113)、運転者が操作するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ(122)、燃料圧力を検出する燃料圧力センサ(126)等の信号が入力される。
　続いて、各センサから入力された信号について更に説明する。ECU(109)は、アクセル開度センサ(122)の信号から、内燃機関(101)の要求トルクを算出するとともに、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、ECU(109)は、クランク角度センサ(116)の信号から、内燃機関の回転速度（以下、エンジン回転数）を演算する回転数検出部と、水温センサ(108)から得られる内燃機関(101)の冷却水温と内燃機関始動後の経過時間等から三元触媒(112)が暖機された状態であるか否かを判断する手段（判断部）などを備えている。
　また、ECU(109)は、前述した要求トルクなどから、内燃機関(101)に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度信号をスロットル弁(119)に出力する。燃料噴射制御装置(127)は、吸入空気量に応じた燃料量を算出して燃料噴射弁(105)に燃料噴射信号を出力し、更に点火コイル(107)に点火信号を出力する。
　次に、図２を用いて、ECU(109)の構成を説明する。図２は、図１に示すECU(109)のブロック図である。ECU(109)は、電源IC(203)、マイコン(204)、燃料噴射制御回路(215)を備える。なお、電源IC(203)、マイコン(204)、及び燃料噴射制御回路(215)は、燃料噴射制御装置(127)を構成する。
　燃料噴射制御回路(215)はECU(109)に内蔵され、ドライバIC(207)、昇圧回路(211)、上部ドライバ(212)、下部ドライバ(213)から構成されている。
　車両用電源であるバッテリ(201)からのバッテリ電圧はECU(109)に供給され、電源IC(203)に供給される。また、バッテリ電圧Vbは、燃料噴射制御回路(215)のドライバIC(207)、燃料噴射装置駆動用の昇圧回路(211)、上部ドライバ(212)等に供給される。電源IC(203)からは演算装置としてのマイコン(204)、ドライバIC(207)等に電圧が供給される。
　燃料噴射制御回路(215)のドライバIC(207)は、マイコン(204)との通信部(209)、昇圧回路駆動部(210)およびドライバ駆動部(208)を有する。昇圧回路駆動部(210)は、昇圧回路(211)にスイッチング信号を送る。昇圧回路(211)は、スイッチング信号に応じてバッテリ電圧Vbを昇圧し、昇圧された電圧Vboostを上部ドライバ(212)に供給する。また、昇圧回路(211)で昇圧された電圧VboostはドライバIC(207)の昇圧回路駆動部(210)にフィードバックされる。ドライバIC(207)はこれにより再びスイッチング信号を送るか否かを判断する。
　また、昇圧回路(211)で昇圧された電圧Vboostは、マイコン(204)のA/Dコンバータ(205)にフィードバックされる。マイコン(204)はA/D値を基にして通信部(206)よりドライバIC(207)に対して信号を送ることができる。
　マイコン(204)は、A/Dコンバータ(205)を介して、昇圧電圧の他に燃圧センサや温度センサ(ECU(109)の周辺温度、基板温度、昇圧回路の温度を含む)等からの信号を入力し、モニタすることが可能である。マイコン(204)はこの他にも、外部負荷を駆動したり、外部からの信号をモニタしたりする入出力ポート(202)を有している。また、マイコン(204)は、図示しないが、ＲＯＭ、ＲＡＭを備え、設定値等を記憶できる機能を備えている。
　燃料噴射制御回路(215)の上部ドライバ(212)は昇圧回路(211)の昇圧電圧によりコイル負荷(214)を駆動する昇圧電圧ドライバ(212a)と、バッテリ(201)からのバッテリ電圧によりコイル負荷(214)を駆動するバッテリ電圧ドライバ(212b)を有する。上部ドライバ(212)はドライバIC(207)のドライバ駆動部(208)の駆動信号Ａおよび駆動信号Ｂにより、電磁コイルを有する燃料噴射弁等のコイル負荷(214)へ電流を供給する。
　駆動信号Ａは昇圧電圧による昇圧電圧ドライバ(212a)をトリガし、駆動信号Ｂはバッテリ電圧によるバッテリ電圧ドライバ(212b)をトリガする。また、下部ドライバ(213)は、ドライバ駆動部(208)の駆動信号Ｃによりコイル負荷(214)からの電流をグランド電位に流す。
　上部ドライバ(212)と下部ドライバ(213)の少なくとも一方は、シャント抵抗等を用いた電流検出部及び端子電圧検出部を有しており、ドライバ及びコイル負荷(214)に流れる電流値を検出してフィードバックするドライバ駆動制御を行っている。また、これらの機能によりドライバへの過電流や端子の天絡、地絡の検出を行うことも可能である。
　ここで、実施形態では昇圧回路(211)、上部ドライバ(212)、下部ドライバ(213)はドライバIC(207)と別体に設けているが、これらをドライバIC(207)の内部に設けてもよい。すなわち、ドライバIC(207)をドライバもしくはプリドライバどちらの役割で使用してもよい。
　なお、上部ドライバ(212)、下部ドライバ(213)は、昇圧回路(211)から燃料噴射弁(105)のコイル負荷(214)に供給される昇圧電圧をオン／オフするスイッチとして機能する。マイコン(204)及びドライバIC(207)は、前記スイッチを制御する演算装置として機能する。
　次に、図３を用いて、燃料噴射パルス幅を補正する制御について説明する。図３は、本発明の実施形態による燃料噴射弁の駆動制御値に関して、推定した昇圧電圧により燃料噴射パルス幅を補正する制御ブロック図の一例である。なお、ECU(109)はブロック３０１～３０６として機能する。
　ブロック３０１は、燃料噴射タイミングを演算するブロックである。ブロック３０１は、エンジン回転数や、エンジン水温、噴射行程情報（１燃焼サイクルの吸入、圧縮、燃焼及び排気の工程のいずれかであることを示す情報）などの条件により、気筒毎に噴射タイミングを算出する。
　ブロック302は、昇圧電圧推定部のブロックである。気筒毎の燃料噴射タイミング、ECU (109)の周辺温度、ECU(109)の基板温度、昇圧回路の温度、バッテリ電圧、またはバッテリ電圧なまし値から、昇圧回路駆動部(210)でモニタする昇圧電圧を起点として、昇圧電圧の推定を行い、昇圧電圧推定値を算出する。昇圧電圧推定値の算出方法については、後述する。
　ブロック３０３は、前記昇圧電圧推定値によって、昇圧電圧降下に伴う燃料ばらつきを抑えるよう補正量を算出する。
　ブロック３０４は、エンジン回転数、負荷、エンジン水温などの条件により基本制御値（基本燃料噴射パルス）を算出する。
　ブロック３０５は、前記基本制御値に対して、前記昇圧電圧推定値による燃料補正量を反映し、噴射パルス幅を演算する。多段噴射を実行する際は、ブロック３０５は、多段噴射回数や分割比に応じて複数回噴射するためのパルス幅を演算する。
　ブロック３０６は、燃料噴射弁駆動部である。前記燃料噴射タイミングと前記燃料噴射パルス幅に応じて、ブロック３０７の燃料噴射弁に対して、駆動電流を出力して燃料噴射を実行する。
　次に、図４を用いて、多段噴射時の要求動作を説明する。図４は、多段噴射時の要求動作の一例を示すチャートである。チャートは上から順に、噴射パルス幅、燃料噴射弁の電流波形、昇圧電圧(Ｖboost)を表している。
　1サイクル（１燃焼サイクル）中の所定期間(407～408)の間に同一気筒の多段噴射３回行う場合を例として要求動作を説明する。昇圧電圧(Ｖboost)は、電源が投入されると、基準電圧(401)まで昇圧され、基準電圧(401)で一定となるよう保持される。ここで、基準電圧(401)は、昇圧回路(211)が完全に充電されたときの電圧である。
　また、昇圧電圧の実線(402)で示す通り、噴射1回目（403）、噴射2回目(404)、噴射3回目(405)のタイミングで噴射1回あたり所定量、電圧が降下し、その後は基準電圧(401)に向けて昇圧される。噴射2回目(404)のタイミングのように、昇圧電圧が基準電圧(401)まで復帰していれば、安定した燃料噴射量を噴射できる。
　しかし、噴射3回目(405)のタイミングのように、昇圧電圧(Ｖboost)が基準電圧(401)までチャージ完了する前に次の噴射を行うと、昇圧電圧不足によって燃料噴射弁のプランジャの吸引エネルギーが低下して燃料噴射弁の開弁遅れとなり、噴射量ばらつきが大きくなってしまう。
　特に低噴射パルス域ではこの影響が大きく、開弁遅れによる噴射量のばらつきを抑える補正制御が必要である。また、多段噴射時に噴射タイミングが近接するような噴射を実行する場合、昇圧電圧のチャージ時間を確保するために噴射タイミングを遅らせると、エンジン出力、排気ガスの浄化、燃費向上を高い次元で両立させることを目的とした要求噴射タイミングを設定しているのに、所望のタイミングで燃料噴射を実行できないことになる。
　そのため、噴射3回目(405)のタイミングのように、昇圧電圧(Ｖboost)が基準電圧(401)までチャージ完了する前に次の噴射を行う場合に対応するため、1サイクル中の所定期間(407～408)中に燃料噴射を複数回する場合に、最初の燃料噴射弁の駆動前(図４の407のBTDC10deg) のタイミングで、複数回分全ての昇圧電圧の電圧降下および噴射時点での昇圧電圧を推定する。
　推定した昇圧電圧により、406aの斜線部に示すように噴射パルス幅の延長を行うことで、燃料噴射弁の電流波形も406bに示す斜線部が延長される。昇圧電圧の推定方法の詳細については後述するが、本実施形態は、昇圧電圧のチャージが間に合わないような短期間の噴射が求められた場合に、所望の噴射タイミングの要求を満たすことができ、昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる燃料噴射量ばらつきを抑えることを目的とする。
　ここで、マイコン(204)は、推定された昇圧電圧が、基準電圧より小さい場合、燃料噴射パルス幅を大きくするように補正する補正部として機能する。これにより、燃料噴射量の減少を抑制することができる。
　次に、図５を用いて多段噴射時の他の要求動作を説明する。図５は、多段噴射時の要求動作として、図４とは別の一例を示すチャートである。チャートは上から順に、(Ａ)ｎ気筒噴射パルス幅、(Ｂ)ｎ気筒燃料噴射弁電流波形、(Ｃ)ｎ＋１気筒噴射パルス幅、(Ｄ)ｎ＋１気筒燃料噴射弁電流波形、(Ｅ)昇圧電圧(Ｖboost)を表している。
　本図は、(Ａ)、(Ｃ)の異なる気筒の組合せで、1サイクル中の所定期間(505～506)のクランク角度１８０ｄｅｇの行程内に3回、次の行程に1回の多段噴射を行うケースを表している。
　噴射1回目と噴射２回目、噴射２回目と噴射3回目が近接しており、（Ｅ）昇圧電圧(Ｖboost)が基準電圧(501)までチャージされる前に次の噴射が実行される場合、実線(502)で示すように噴射1回目よりも噴射2回目、噴射2回目よりも噴射3回目で更に昇圧電圧が低下する。
　燃料噴射時の昇圧電圧が基準電圧(501)よりも低下している場合、燃料噴射量が低下することから、噴射2回目の503a、噴射3回目の504aで示す斜線部で噴射パルス幅の燃料増量補正を、昇圧電圧推定値に応じて行う。この噴射パルス幅の補正に伴い、燃料噴射弁の電流波形(Ｄ)の503b、電流波形(Ｂ)の504bで示す斜線部が延長される。
　また、噴射4回目においては、昇圧電圧は基準電圧(501)まで復帰しているため、噴射4回目の噴射パルス幅に対する補正は実施しない。燃料噴射弁１本駆動あたりの昇圧電圧降下量(507)および、降下時間の算出については、図６を用いて説明する。
　図６は、燃料噴射弁の駆動電流と、昇圧電圧と、復帰基準時間の関係を示したチャートである。
　燃料噴射弁１本駆動時に消費される電荷ΔＱ(601)は、図６に示す略三角形の面積で表される。ΔＱは、ｄｔ(602)とｉｐ(603)から下式（１）で算出される。
　ΔＱ＝ｄｔ×ｉｐ／２　　　　　　　（１）
　ｄｔ(602)は燃料噴射弁の駆動電流が流れてからピーク電流に到達するまでの時間であり、昇圧電圧(Ｖboost)の降下時間ΔＴ(604)と等価である。ｄｔ(602)は、バッテリ電圧、またはバッテリ電圧なまし値、またはＥＣＵの周辺温度、またはＥＣＵの基板温度、または昇圧回路の温度、のいずれか２つ以上によって設定しておく。ここで、バッテリ電圧なまし値とは、バッテリ電圧に対して加重平均フィルタを掛けることにより、バッテリ電圧の変動を抑えたものとする。
　ｉｐ(603)は燃料噴射弁のピーク電流であり、使用燃圧などに応じて予め設定しておく。なお、ｉｐ(603)は、燃料噴射装置に供給される駆動電流の最大値である。
　また、電荷算出式(Ｑ＝ＣＶ)から、燃料噴射弁1本駆動あたりの昇圧電圧降下量ΔＶ(605)は、下式（２）で算出できる。（ΔＶは昇圧電圧降下量と呼ぶ）
　ΔＶ＝ΔＱ／Ｃ　　　　　　　　　　（２）
　ここで、ΔＶは、昇圧回路(211)が完全に充電された状態で燃料噴射装置が１回燃料噴射したときの昇圧電圧の降下量を示す。
　昇圧回路(211)内部で使用しているコンデンサに応じて静電容量：Ｃが決まるが、コンデンサは温度によるばらつきを含むので、温度センサによって静電容量を補正することが好ましい。なお、電荷算出式より、燃料噴射弁を２本同時に駆動した場合、消費される電荷ΔＱ(601)は２倍になるため、昇圧電圧降下量ΔＶ(605)も２倍となる。また、ｄｔｃ(606)は復帰基準時間であり、昇圧回路にチャージされる電流(ｉｃ)は、下式（３）で算出できる。
　ｉｃ＝ΔＱ／ｄｔｃ　　　　　　　　（３）
　電荷算出式より、上式（３）を下式（４）に変換できる。
　ΔＶ＝ｉｃ×ｄｔｃ／Ｃ　　　　　　（４）
　チャージされる電流(ｉｃ)と、静電容量(Ｃ)を仮に固定値とした場合、昇圧電圧降下量ΔＶ(605)が２倍になると、復帰基準時間：ｄｔｃ(606)も２倍となる。
　ここで、ｄｔｃ(606)は、昇圧回路(211)が完全に充電された状態で燃料噴射装置が１回燃料噴射したときに昇圧電圧が降下を開始してから昇圧回路(211)が完全に充電されるまでの時間を示す。
　次に、本発明の実施形態における昇圧電圧推定値の算出方法の詳細を説明する。
　多段噴射時の燃料噴射量のばらつきを正しく補正するには、昇圧電圧の降下量をリアルタイムに把握する必要がある。しかし、燃料噴射による昇圧電圧の降下から基準電圧までの復帰動作は数百μｓ～数ｍｓであり、リアルタイムにモニタすることは、マイコンの演算負荷が増大するので好ましくない。
　そのため、前述した昇圧回路駆動部(210)での昇圧電圧は、本実施形態では所定期間の前(図4では407、図5では505のタイミング)に、A/D(アナログ信号からデジタル信号変換)して気筒毎に取り込む。前記昇圧電圧のモニタ値は、以下で昇圧電圧AD値と呼ぶ。
　本実施形態では、昇圧電圧推定値Ｖ＾を下式（５）により算出する。
　V^=(Vad+C1)-ΔV×N+ΔV×(Tsum-dt)/(dtc-dt)　　　　　　（５）
　ここで、Ｖａｄは所定のクランク角（例えば、ＢＴＤＣ１０ｄｅｇ）に対応するタイミングにおける昇圧電圧のＡＤ値である。Ｃ１は、後述する初回降下時補正量である。ΔＶは式（１）及び（２）から算出される値である。ｄｔｃ(606)は、前述した復帰基準時間である。Ｔｓｕｍは、昇圧電圧復帰時間であり、下式（６）により算出する。
　Tsum=Σ(Tk+1-Tk)　（ｋ＝１、２、…、４）　　　　　　　　　（６）
　ここで、Ｔｋは、昇圧電圧のＡＤ値を記憶した後のｋ回目の燃料噴射のタイミングである。
　マイコン(204)は、１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける昇圧電圧を推定する推定部として機能する。本実施形態では、マイコン(204)は、昇圧電圧降下量ΔＶと、ピーク電流ｉｐ(603)に達するまでの時間ｄｔ(602)と、復帰基準時間ｄｔｃ(606)と、１燃焼サイクル中の燃料噴射回数Nとに基づいて、燃料噴射タイミングにおける昇圧電圧を推定する。これにより、容易に昇圧電圧を推定できる。
　なお、昇圧電圧推定値Ｖ＾の最大値は基準電圧を上限とする。本実施形態における基準電圧は、車両用電源(バッテリ)の初回電源投入後かつ燃料噴射前にモニタした昇圧電圧とし、マイコン(204)に記憶しておくこととする。すなわち、基準電圧は、イグニッションスイッチをオフからオンにした後、燃料噴射装置が燃料噴射する前に測定された昇圧回路 (211)の電圧である。これにより、基準電圧の精度を確保することができる。
　上記昇圧電圧復帰時間Ｔｓｕｍの算出式は、多段噴射回数を最大5回とした場合を想定しているが、多段噴射の最大回数に応じて算出式（６）を変更しても良い。
　また、前記昇圧電圧推定値Ｖ＾の算出式（５）において、復帰基準時間ｄｔｃ(606)は昇圧電圧の復帰基準時間実測値を設定する。昇圧電圧の復帰基準時間については、図７を用いて説明する。
　図７はバッテリ電圧と昇圧電圧の復帰基準時間の関係を示すチャートである。７０１はＥＣＵ基板温度が高温、７０２はＥＣＵ基板温度が低温の場合を示している。バッテリ電圧が低くなるほど、また、ＥＣＵ基板温度が高温になるほど、復帰基準時間ｄｔｃ(606)が長くなることを表している。ここではＥＣＵ基板温度を用いたが、ＥＣＵの周辺温度または昇圧回路の温度のいずれか１つ以上を用いても良い。また、ここではバッテリ電圧を用いたが、バッテリ電圧なまし値であっても良い。これにより、バッテリ電圧の変動の影響を排除することができる。
　ここで、マイコン(204)は、バッテリ電圧及びECU(109)の温度（ECUの周辺温度、ECUの基板温度、又は昇圧回路の温度）に応じた復帰基準時間ｄｔｃ(606)を設定する。例えば、マイコン(204)は、バッテリ電圧及びECU(109)の温度に対応する復帰基準時間ｄｔｃ(606)を予め記憶している。これにより、昇圧電圧を推定する精度が向上する。
　詳細には、マイコン(204)は、バッテリ電圧が小さくなるにつれて、復帰基準時間ｄｔｃ(606)が大きくなるように復帰基準時間を設定し、かつ、ECUの温度が大きくなるにつれて、復帰基準時間ｄｔｃ(606)が大きくなるように復帰基準時間を設定する。これにより、バッテリ電圧及びECUの温度が昇圧回路の充電に与える影響を考慮して昇圧電圧を推定することができる。
　また、前記昇圧電圧推定値の算出式（５）において、初回降下時補正量Ｃ１は下式（７）により算出する。
　C1＝ΔV×(T0-dt)/(dtc-dt)　　　　　　　　　　　（７）
　ここで、Ｔ０は、TDCから初回噴射までの時間である。
　初回降下時補正量Ｃ１の前記昇圧電圧推定値Ｖ＾への反映について説明する。前記所定期間の前のタイミング(407または505)で、昇圧電圧AD値が基準電圧近傍にいるかどうかを判定する。具体的には、昇圧電圧AD値を基準電圧と比較する。昇圧電圧AD値が基準電圧近傍にいる場合は(昇圧電圧AD値≒基準電圧)、前記昇圧電圧初回降下時の燃料補正を無効とし（Ｃ１＝０）、逆に基準電圧よりも昇圧電圧AD値が低い場合は(昇圧電圧AD値＜基準電圧)、算出式（７）から求めた初回降下時補正量Ｃ１を前記昇圧電圧推定値Ｖ＾へ反映する。
　ここまで説明した各手段（各部）により、昇圧電圧の推定値を求めることができる。
　次に噴射パルス幅と昇圧電圧推定補正の算出手段（算出部）について説明する。なお、昇圧電圧推定補正は、前記所定期間の前のタイミングで所定期間内の全ての燃料噴射回数に対して個別に算出する。気筒別噴射パルス幅は、下式（８）により算出する。
　気筒別噴射パルス幅＝基本制御値(304)×分割比×燃圧補正係数×昇圧電圧推定補正＋無効パルス幅　　　　　　　　　　　（８）
　昇圧電圧推定補正は、1行程(180deg)内の昇圧電圧推定補正量(多段噴射の最大噴射回数分)を噴射気筒(各気筒の噴射タイミング)と噴射回数の情報をもとに分配した補正量となる。昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる昇圧電圧の降下量が大きくなるのに伴い、燃料噴射量の低下量も大きくなることから、燃料噴射量の低下を抑えるように設定する。具体的な設定例を図８に示す。
　図８は、本発明の実施形態による昇圧電圧推定値と昇圧電圧推定補正量の関係を示すチャートである。801の実線は昇圧電圧推定補正量であり、昇圧電圧が低くなるほど補正量を大きくして燃料噴射パルス幅を延長する。
　一方、昇圧電圧が基準電圧(803)よりも高い領域では、補正量を小さくして燃料噴射パルス幅を縮小するように補正量を設定した一例である。ここで、マイコン(204)は、昇圧電圧が、基準電圧より大きい場合、燃料噴射パルス幅を小さくするように補正する補正部として機能する。これにより、燃料噴射量が増加することを抑制することができる。
　802の点線は、昇圧電圧が基準電圧(803)付近でチャージ完了している状態では、昇圧電圧推定補正量を無効として、噴射パルス幅の延長および縮小補正は行わないことを示している。本実施形態では、噴射パルス幅に対して前記昇圧電圧推定補正を乗算して補正しているため、1.0で実質的には無効となる。
　ここで、マイコン(204)は、推定された昇圧電圧に応じてそれぞれの燃料噴射タイミングにおける燃料噴射量を補正する補正部として機能する。本実施形態では、マイコン(204)は、ある気筒の１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、すべての気筒について１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける昇圧電圧を推定する。これにより、１つの気筒の多段噴射だけでなく他の気筒の多段噴射も考慮して昇圧電圧を推定することができる。
　次に、図９を用いて、燃料噴射制御の動作を説明する。図９は、本発明の実施形態による燃料噴射制御のフローチャートである。マイコン(204)は、本フローに従って、所定のクランク角度(例えばＢＴＤＣ１０ｄｅｇ)毎の割込みで演算する。
　ステップS901では、マイコン(204)は、前述した基準電圧、昇圧電圧AD値、ＥＣＵの基板温度、ＥＣＵの周辺温度、昇圧回路の温度、バッテリ電圧、バッテリ電圧なまし値等の入力パラメータを取り込む。ステップS902では、マイコン(204)は、1行程(180deg)内全ての燃料噴射回数に対する噴射タイミングを取り込む。次にステップS903で、マイコン(204)は、昇圧電圧の初回降下時補正量算出要否を判断する。
　すなわち、マイコン(204)は、昇圧電圧AD値が基準電圧に等しいか否かを判断する。例えば、昇圧電圧AD値と基準電圧の差分が所定の閾値以下の場合、マイコン(204)は、昇圧電圧AD値が基準電圧に等しいと判断する。
　昇圧電圧AD値≒基準電圧の条件が成立すれば、マイコン(204)は、ステップS906へ進む。前記ステップS903の条件不成立時は、マイコン(204)は、ステップS904に進む。マイコン(204)は、昇圧電圧AD値＜基準電圧の条件が成立時（S904；ＹＥＳ）、ステップS905で昇圧電圧値の初回降下時補正量Ｃ１を算出する。一方、マイコン(204)は、前記ステップS904の条件不成立時(昇圧電圧AD値＞基準電圧)、ステップS907へ進む。
　ステップS906では、マイコン(204)は、前記昇圧電圧AD値、噴射タイミング、初回降下時補正量Ｃ１により昇圧電圧推定値Ｖ＾を算出する。昇圧電圧推定値Ｖ＾の算出にあたっては、ＥＣＵの基板温度、またはＥＣＵの周辺温度、または昇圧回路の温度、またはバッテリ電圧、またはバッテリ電圧なまし値のいずれか２つ以上により昇圧電圧の復帰基準時間ｄｔｃ(606)を設定する。
　次に、ステップS907では、マイコン(204)は、前記昇圧電圧推定値Ｖ＾または、昇圧電圧AD値により、図８に示すような昇圧電圧推定補正量を算出する。ここで、前記昇圧電圧推定値Ｖ＾は基準電圧を上限値としているため、ステップS904の条件不成立(昇圧電圧AD値＞基準電圧)によりステップS907に進んだ場合は、ECU(109)は、図８の横軸を昇圧電圧推定値から昇圧電圧AD値に置き換えて昇圧電圧推定補正量を算出する。
　ステップS908では、マイコン(204)は、前記昇圧電圧推定補正量を基本制御値に反映して燃料噴射パルス幅を算出する。次にステップS909では、算出した燃料噴射パルス幅と燃料噴射タイミングを噴射ドライバにセットし、噴射ドライバは駆動電流を出力して燃料噴射弁を制御する構成となっている。
　以上説明したように、本実施形態によれば、昇圧電圧のチャージが間に合わないような短期間の噴射が求められた場合に、要求された噴射タイミングをずらすことなく、昇圧電圧がチャージ中に噴射することによる燃料噴射量ばらつきを抑えることができる。
　なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　例えば、マイコン(204)は、昇圧回路(211)に供給される電力量と、燃料噴射装置が１回燃料噴射したときに消費される電力量と、１燃焼サイクル中の燃料噴射回数とに基づいて、燃料噴射タイミングにおける昇圧電圧を推定してもよい。これにより、電力量から昇圧電圧を推定できる。
　また、マイコン(204)は、１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前の所定のタイミングにおける昇圧電圧と、燃料噴射装置が１回燃料噴射したときの昇圧電圧の変化率と、燃料噴射装置が１回燃料噴射した後、昇圧回路(211)が充電されるときの昇圧電圧の変化率と、１燃焼サイクル中の燃料噴射回数とに基づいて、燃料噴射タイミングにおける昇圧電圧を推定してもよい。これにより、昇圧電圧の変化率（傾き）から昇圧電圧を推定できる。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
101…エンジン
106…燃料噴射弁
109…ECU（エンジンコントロールユニット)
201…バッテリ
207…燃料噴射制御回路
211…昇圧回路
212a…昇圧電圧ドライバ
212b…バッテリ電圧ドライバ
214…コイル負荷

Claims (12)

  1. 　バッテリから供給される第１の電圧を昇圧し、昇圧された第２の電圧を燃料噴射装置へ供給する昇圧回路と、
    　前記昇圧回路から前記燃料噴射装置に供給される前記第２の電圧をオン／オフするスイッチと、
    　前記スイッチを制御する演算装置と、を備え、
    　前記演算装置は、
    　１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、前記１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する推定部と、
    　推定された前記第２の電圧に応じてそれぞれの燃料噴射タイミングにおける燃料噴射量を補正する補正部と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　ある気筒の１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前に、すべての気筒について前記１燃焼サイクル中のすべての燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　昇圧回路に供給される電力量と、前記燃料噴射装置が１回燃料噴射したときに消費される電力量と、前記１燃焼サイクル中の燃料噴射回数とに基づいて、燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　前記１燃焼サイクル中の最初の燃料噴射の前の所定のタイミングにおける前記第２の電圧と、前記燃料噴射装置が１回燃料噴射したときの前記第２の電圧の変化率と、前記燃料噴射装置が１回燃料噴射した後、前記昇圧回路が充電されるときの前記第２の電圧の変化率と、前記１燃焼サイクル中の燃料噴射回数とに基づいて、燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　前記昇圧回路が完全に充電された状態で前記燃料噴射装置が１回燃料噴射したときの前記第２の電圧の降下量を示す昇圧電圧降下量と、前記燃料噴射装置に駆動電流が供給されてから駆動電流の最大値であるピーク電流に達するまでの時間と、前記昇圧回路が完全に充電された状態で前記燃料噴射装置が１回燃料噴射したときに前記第２の電圧が降下を開始してから前記昇圧回路が完全に充電されるまでの時間を示す復帰基準時間と、前記１燃焼サイクル中の燃料噴射回数とに基づいて、燃料噴射タイミングにおける前記第２の電圧を推定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　前記第１の電圧及び前記制御装置の温度に応じた前記復帰基準時間を設定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 　請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記制御装置の温度は、
    　前記制御装置の基板温度又は前記昇圧回路の温度である
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  8. 　請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　前記第１の電圧のなまし値に応じて、前記復帰基準時間を設定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  9. 　請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記推定部は、
    　前記第１の電圧が小さくなるにつれて、前記復帰基準時間が大きくなるように前記復帰基準時間を設定し、かつ、
    　前記制御装置の温度が大きくなるにつれて、前記復帰基準時間が大きくなるように前記復帰基準時間を設定する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  10. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記補正部は、
    　推定された前記第２の電圧が、前記昇圧回路が完全に充電されたときの電圧を示す基準電圧より小さい場合、燃料噴射パルス幅を大きくするように補正する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  11. 　請求項１０に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記基準電圧は、
    　イグニッションスイッチをオフからオンにした後、燃料噴射装置が燃料噴射する前に測定された前記昇圧回路の電圧である
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  12. 　請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
    　前記補正部は、
    　前記第２の電圧が、前記昇圧回路が完全に充電されたときの電圧を示す基準電圧より大きい場合、燃料噴射パルス幅を小さくするように補正する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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