WO2017077877A1

WO2017077877A1 - 燃料噴射装置の制御装置

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Publication number: WO2017077877A1
Application number: PCT/JP2016/081192
Authority: WO
Inventors: 青野　俊宏; 豊原　正裕; 修向原
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2018-05-05
Also published as: JP2017089417A

Abstract

燃料噴射装置の流量特性のばらつきを改善することを目的とする。　複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタにより閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い第１の燃料噴射弁に対して前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも長い駆動パルスを送ることで前記第１の燃料噴射弁を開弁するように制御する駆動電流制御部を備えた。

Description

燃料噴射装置の制御装置

　本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置の個体ばらつきを低減するための制御装置に関する。

　従来の直噴式内燃機関の燃料噴射装置の駆動方法としては、あらかじめ設定した駆動電流プロフィールと燃料噴射弁の駆動パルスＴｉとにもとづき、内燃機関から要求される噴射量を噴射していた。ところが、排気ガスへの要求規制が厳しくなると、同じ駆動電流プロフィールと駆動パルスＴｉを与えても、燃料噴射装置の個々の特性によって流量がばらついてしまう。そこで、このばらつきを低減する方法が提案されている。

　たとえば、特許文献１では、「流体の流量を制御する電磁弁の駆動制御装置において、前記電磁弁のソレノイドの端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記ソレノイドへの通電停止直後における前記端子電圧の検出信号から特定の周波数成分を抽出するフィルタリング手段と、前記特定の周波数成分に基づいて前記電磁弁の弁体が弁座に着座する着座タイミングを推定する推定手段とを備えることを特徴とする電磁弁の駆動制御装置。」が提案されている。

特開２０１４－２３４９２２号公報

　燃料噴射装置の流量特性がばらつく一つの要因は、セットスプリングが燃料噴射装置の個体によってばらつくことである。したがって、燃料噴射装置個体による噴射特性を揃えるには、セットスプリング力を推定しなくてはいけない。一般に、セットスプリング力が強ければ、閉弁完了タイミングは早くなり、セットスプリング力が弱ければ、閉弁完了タイミングは遅くなる。したがって、閉弁完了タイミングとセットスプリング力には相関がある。この相関に基づいて、閉弁完了タイミングからセットスプリング力を推定したい。

　ところが、最近の燃料噴射装置は、高燃圧でも安定して開弁できるように、開弁開始時に弁体は動かずにアンカだけ一定距離動く構造になっていて、これにより開弁動作に勢いをつける。一方で、閉弁時は、弁体が着座した後もアンカは慣性でストッパに衝突するまで移動しつづける。そのため、弁体が着座した瞬間と、アンカがストッパに衝突した瞬間に、ソレノイドに印加される電圧に２つの変曲点が発生する。この２つの変曲点を取りちがえると、間違った補正につながる。

　そこで、本発明は、これらの問題を解決し、燃料噴射装置の流量特性のばらつきを改善することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明は「複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、
　閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタにより閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い第１の燃料噴射弁に対して前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも長い駆動パルスを送ることで前記第１の燃料噴射弁を開弁するように制御する駆動電流制御部を備えたこと」を特徴とする。

　本発明によれば、燃料噴射装置の流量特性のばらつきを改善することが可能となる。なお、本発明のそれ以外の構成、作用、効果については以下に示す実施例において詳細に説明する。

内燃機関の一例燃料噴射装置の一例燃料噴射装置の制御装置の一例制御装置による燃料噴射装置の制御の結果の一例燃料噴射装置の流量特性の一例燃料噴射装置の補正前の弁挙動の一例燃料噴射装置の補正後の弁挙動の一例複数の燃料噴射装置の制御結果の一例弁リフト、ソレノイド電圧、フィルタ出力の関係フィルタ出力の一例フィルタ特性の一例フィルタ出力の一例燃料噴射装置の制御装置の一例フィルタの構成例ピーク電流を補正した結果の一例電流打ち切り時間を補正した結果の一例保持電流を補正した結果の一例

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明が提案する制御装置で制御される燃料噴射装置が装着される内燃機関を示す。

　内燃機関は、シリンダ１０６内に空気と燃料を取り込み、これらの混合気に点火プラグ１２１で着火し爆発させ、爆発によるエネルギでピストン１２２を往復運動させる。この往復運動は、コネクティングロッド１２３等からなるリンク機構でクランク軸の回転運動に変換され、自動車を動かす駆動力となる。空気は、エアクリーナ１０１で濾過され、スロットル１０３で流量を調整され、コレクタ１０４、吸気ポート１０５を経て、シリンダ１０６に流入する。エアクリーナ１０１とスロットル１０３の間には、エアフローセンサ１０２があり、内燃機関が取り込む空気の量が計測される。

　一方で、燃料タンク内１１１の燃料は、低圧ポンプ１１２で低圧配管１１３に送られ、低圧配管１１３の燃料は高圧ポンプ１１４で高圧配管１１５に送られ、高圧配管１１５内の燃料は高圧に保たれる。高圧配管１１５には燃料噴射装置１１６が取り付けられ、燃料噴射装置１１６内のソレノイドに電流を流すことで、燃料噴射弁がひらき、弁が開いている間は燃料が噴射される。

　図２は燃料噴射装置の構成を示す。燃料噴射装置の外側を構成する部材はハウジング２０１であり、これにはコア２０２が固定されており、さらにはソレノイド２０３が燃料噴射装置の中心軸を一周するように配置されている。中心軸には、上下に動く弁体２０４が配置されている。弁体２０４の周りを一周するようにアンカ２０５が配置されている。弁体２０４の上部には、弁体２０４を弁座２０６方向に押さえつけるセットスプリング２０７が配置される。セットスプリング２０７の上部には、スプリングアジャスタ２０８がハウジング２０１に固定されており、その上下の位置によってスプリング力を調整する。

　ハウジング２０１の内部は燃料で満たされており、ソレノイド２０３に電流が流れるとアンカ２０５がソレノイド２０３に引き寄せられ、弁体２０４の下端が弁座２０６から離れ、それまで弁体２０４によってふさがれていた弁座２０６にあけられた噴孔２０９から燃料が噴射される。

　また、弁体２０４またはハウジング２０１には、ストッパ２１１が固定され、弁体が閉弁状態のときのアンカ２０５はゼロスプリング２１０によりこのストッパ２１１に押し付けられている。

　このような構成の燃料噴射装置は、図３に示す制御装置３により制御される。制御装置３は、バッテリ３１１からの電力を用いてソレノイド２０３を駆動する。この制御装置３は、バッテリ３１１の電圧を昇圧する昇圧回路３１０と、昇圧された電圧を保存するコンデンサ３０９と、を備える。また制御装置３は昇圧された電圧ＶｂｏｏｓｔとソレノイドのＶＨ端子３５０の間をＯＮ－ＯＦＦするスイッチ３０１、バッテリ電圧ＶｂａｔとソレノイドのＶＨ端子３５０の間をＯＮ－ＯＦＦをするスイッチ３０２、ソレノイドのＶＬ端子３５１と接地電圧の間をＯＮ－ＯＦＦするスイッチ３０３を備える。また制御装置３は、スイッチとＧＮＤの間に配置されて電流に比例した電圧を発生するシャント抵抗３０４、ＶＬ端子からコンデンサ３０９と昇圧回路３１０の間に向かう方向にのみ電流を流すダイオード３０８、ＧＮＤからＶＨ端子にのみ電流を流すダイオード３０５と、を備える。

　さらに制御装置３は、Ｖｂｏｏｓｔを印加する時間Ｔｐと、これを打ち切ってから次にバッテリ電圧を与えるまでの時間Ｔ２と、バッテリ電圧をスイッチングすることで流す電流値Ｉｈを記憶しておく設定値メモリ３２１、３２２、３２３、内部のタイマあるいは抵抗器によって計測される電流に基づいて３つのスイッチをＯＮ－ＯＦＦする駆動電流制御部３１２からなる。

　ここでは、駆動電流制御部３１２は、以下に説明する燃料噴射弁の制御を行う制御部として機能するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。また駆動電流制御部３１２（ＣＰＵ）は、ＥＣＵからの制御信号である駆動パルスを受けて、スイッチ３０１、３０２，３０３と制御することにより，駆動電圧、あるいは駆動電流をソレノイドに送ることで燃料噴射弁を駆動する。なお、本実施例ではＥＣＵとは別体にＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）を設けて、燃料噴射弁に駆動電圧、あるいは駆動電流を送るように構成しているが、これには限られず、ＥＣＵそのもののＣＰＵにより制御を行うようにしてもよい。

　この制御装置３を用いて、燃料噴射弁を駆動する動作について図４を用いて説明する。図示しないＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）から制御装置３に駆動パルスＴｉが送られると、この立ち上がりに同期し、駆動電流制御部３１２（スイッチ制御部）は、スイッチ３０３とスイッチ３０１をＯＮにする（時刻ｔ１）。

　すると、ソレノイド２０３の端子間には昇圧回路３１０で昇圧された電圧Ｖｂｏｏｓｔが印加され、電流が次第に流れ始める。電流は次第に大きくなり、これに伴ってソレノイド２０３が発生する磁界も大きくなる。磁界によってアンカ２０５をコア２０２に引き付ける磁気吸引力がゼロスプリング力より大きくなると、アンカ２０５はコア２０２方向に動き出す（時刻ｔ２）。

　ゼロスプリング２１０の力によってストッパ２１１に押し付けられていたアンカ２０５の初期位置から、弁体２０４の突起までは隙間があり、この隙間をアンカ２０５が移動した後、弁体２０４はアンカ２０５により持ち上げられ始める。このとき、噴孔２０９から燃料が流れ出し始める（時刻ｔ３）。

　時刻ｔ１にソレノイドに電流を流し始めてから、設定値メモリ３２１に記憶してある時間Ｔｐが経過すると、スイッチ３０３とスイッチ３０１はＯＦＦにされる（時刻ｔ４）。
通常は、アンカ２０５がコア２０２に衝突する以前に、このタイミングに到達する。これはアンカ２０５がコア２０２に衝突するときの勢いを必要以上に大きくしないためである。スイッチ３０３と３０１がＯＦＦにされると、今までスイッチ３０３を通ってＧＮＤに流れ込んでいた電流がダイオード３０８を通ってコンデンサ３０９に流れ込み、ソレノイド２０３のＬＯＷ側端子の電圧のほうが高くなる。つまり、図４の電圧のグラフのｔ４～ｔ５の間のように、ソレノイドに加わる電圧は負の値をとる。

　時刻ｔ４にスイッチ３０１、３０３を打ち切ってから、設定値メモリ３２２に記憶してる時間Ｔ２が経過すると、スイッチ３０２とスイッチ３０３をＯＮにして、ソレノイド２０３にバッテリの電圧Ｖｂａｔを印加する。（時刻ｔ５）
　これにより、弁体２０４とアンカ２０５がコア２０２にくっついている状態を保持する。
また、このとき、シャント抵抗３０４に生じる電圧からソレノイド２０３に流れる電流を計測し、この電流値が、設定値メモリ３２３に記憶されている値Ｉｈになるように、スイッチ３０２をＯＮ－ＯＦＦする。

　Ｔｉパルスの立下りに同期して、スイッチ３０２と３０３がＯＦＦになる。（時刻ｔ６）すると、電流は急速に減衰し、磁気吸引力は減衰し、弁体２０４とアンカ２０５はセットスプリング２０７力に押されて弁座２０６方向へ移動を開始する。またこのとき、電流が減衰する間、電流がコンデンサ３０９に流れるので、ソレノイド２０３には逆電圧がかかり、電流が０に収束すると徐々に電圧は０に近づく。

　やがて、弁体２０４は弁座２０６に達し、噴孔から流れ出ていた燃料がとまる（時刻ｔ７）。弁体２０４と弁座２０６には弾性があるので、弁体２０４が弁座２０６に達したあとも弁体２０４は弁座２０６の方向に移動を続けるが、有る程度移動したところで弁体２０４と弁座２０６の弾性変形がもとに戻ろうとし始める。このときアンカ２０５は弁体から離れて慣性で弁座２０６方向に移動を継続する。（時刻ｔ８）
　時刻ｔ８までは、アンカ２０５には弁体２０４を通してセットスプリング２０７力と燃圧の力がかかっていたが、時刻ｔ８以降は、アンカ２０５と弁体２０４が離れることにより、これらの力はかからなくなる。そのため、アンカ２０５の加速度は急激に減少する。アンカ２０５の加速度が変化すると、アンカ２０５の動きによりソレノイド２０３に発生する逆起電力が変化し、ソレノイド２０３の電圧に変曲点が発生する。

　アンカ２０５は弁体２０４から離れた後も、慣性により弁座２０６方向に移動を続けるが、やがてストッパ２１１に衝突する。この衝突によって、アンカ２０５の加速度は急変するので、ソレノイド２０３に発生する逆起電力が変化し、ソレノイドの電圧に変曲点が発生する（時刻ｔ９）。

　以上で、図４を用いた制御装置３による燃料噴射装置の制御の動作の説明を終わる。

　このようなメカニズムで、制御装置３の制御部であるＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は燃料噴射弁を制御し、燃料噴射弁はＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）から与えられる駆動パルスＴｉの幅に応じた量の燃料を噴射する。内燃機関に取り込まれる空気の量と、燃料の量は、一定の比率であることが、排気触媒を効率よく作用させるために望ましい。そのため、エアフローセンサで計測される空気量Ｑａをエンジン回転数Ｎｅｎｇで割った１回転あたりの吸気量Ｑａ／Ｎｅｎｇを目標空燃比λで割った値Ｑａ／Ｎｅｎｇ／λに比例した値をパルス幅Ｔｉとする。

　ところが、燃料噴射装置には個体ばらつきがあり、同じ駆動パルスＴｉを加えても、各気筒に取り付けられた燃料噴射装置から噴射される燃料の量はばらつき、空燃比が濃い気筒と薄い気筒が発生する。

　たとえば燃料噴射弁の流量特性は、図５（ａ）のようにばらつく。これは主にセットスプリング力によって弁挙動がばらつくためである。図５（ａ）の領域ａでは、セットスプリング力の大小によって燃料噴射装置の弁挙動は、図６（ａ）のようにばらつく。また、図５（ａ）の領域ｃでは、セットスプリング力の大小によって、燃料噴射装置の弁挙動は図６（ｃ）のようにばらつく。開弁開始Ｔａ’と閉弁完了Ｔｂのタイミングを検出し、Ｔｂ－Ｔａ’が揃うように各燃料噴射弁に与える駆動パルスＴｉをＴｉ’に補正すると、図６（ａ）、（ｃ）のようにばらついている弁挙動を、図７（ａ）、（ｃ）のように揃えることができる。これによって、Ｔｉと流量の関係は図５（ｂ）のようになる。この図をみると、フルリフトに至るまでの領域ａとフルリフトに至って弁挙動が落ち着く領域ｃでは流量特性が一致するが、領域ｂではそれぞれの燃料噴射弁によってばらつく。これは主にセットスプリング力によって弁挙動がばらつくからである。ここではまず、領域ａ、ｃについて弁挙動をそろえ、それによって流量特性を揃えることを試みる。

　スプリング力が、弱い、標準、強い、の３つの燃料噴射装置ＩＮＪ　Ｃ、ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ａに、図３に示すような制御装置３を用いて同一の駆動電流を与えたときのスイッチングパターン、電流、弁挙動と流量特性を図８に示す。

　駆動電流制御部３１２に駆動パルスＴｉが入力されると、設定値メモリ３２１に記憶している時間Ｔｐが経過するまで、駆動電流制御部３１２はスイッチ３０１、３０３をＯＮに、スイッチ３０２をＯＦＦにして、ソレノイド２０３に昇圧電圧を印加する。すると、ソレノイド２０３の電流が増加し、磁気吸引力が増加し、弁体２０４が上昇を始める。

　時刻Ｔｐになると、駆動電流制御部３１２は全スイッチをＯＦＦにしてソレノイド２０３に逆電圧を印加する。すると、ソレノイド２０３に流れる電流は急速に０に収束する。ソレノイド２０３が発生する磁気吸引力Ｆｍａｇは徐々に低下する。Ｆｍａｇがセットスプリング２０７の力Ｆｓｐと燃圧Ｆｐｆの和より小さくなると弁は上昇から下降に転じる。このタイミングはＦｓｐ＋Ｆｐｆの大きさに依存するので、セットスプリング力Ｆｓｐの大きいものは早く上昇から下降に転じ（Ｔｐａ）、Ｆｓｐの小さいものは遅く転じる（Ｔｐｃ）。

　駆動電流を打ち切ることで上昇から下降に転じた弁は再びＴｈで電流を加えるまで下降を続ける。設定値メモリ３２１、３２２に記憶している時間Ｔｐ、Ｔ２の和Ｔｈに時刻が達したら、スイッチ３０３をＯＮにし、スイッチ３０１をＯＦＦにし、設定値メモリ３２３に記憶しているＩｈから一定の範囲内に電流がおさまるように、スイッチ３０２をＯＮ－ＯＦＦする。これにより、ある時刻で再び磁気吸引力がＦｓｐ＋Ｆｐｆを超える。この時刻はＦｓｐが大きいほど遅く（Ｔｈａ）、小さいほど早い（Ｔｈｃ）。このタイミングで再び弁は上昇を始める。

　また、弁の上昇する速度は、Ｉｈによる時期吸引力がＦｓｐ＋Ｆｐｆに打ち勝った分に伴って大きくなるので、Ｉｈが同じならスプリング力が小さいほど上昇速度は速く、スプリング力が大きいほど上昇速度は遅い。上昇を開始した弁は、やがてフルリフトに到達し、駆動パルスを打ち切られるまでフルリフトを維持する。

　－－－－－Ｔｂ１からＦｓｐの大小がわかる＠ストローク揃ってる－－－－－－－－
　さらに、駆動パルスＴｉを打ち切ると、スプリング力の最も強いＩＮＪ　Ａが最も早く時刻Ｔｂ１ａで弁体が弁座に到達し、スプリング力が最も弱いＩＮＪ　Ｃが最も遅く時刻Ｔｂ１ｃで弁体が弁座に到達する。このように、スプリング力によって弁挙動は異なり、その結果、図８の下図のように流量特性も異なる。また、この場合のＩＮＪの組み合わせなら、弁体が弁座に到達する時刻Ｔｂ１ａ、Ｔｂ１ｂ、Ｔｂ１ｃからスプリング力の大小がわかる。

　－－－－－電圧の２階微分値による閉弁検知－－－－－－－－－－－－
　図９を用いてスプリング力の大小を調べる手順を説明する。スプリング力によって、図９上図のように弁挙動が異なるとき、これらに対応したソレノイドの電圧は図９の中図のようになる。図に示すように、各燃料噴射装置で弁体が弁座に到達したタイミングＴｂ１と、そこからさらにアンカが慣性で移動してストッパに衝突したタイミングＴｂ２にて、電圧に変曲点が現れる。この電圧を、例えば２階微分のような変化を強調するフィルタに入力すると、その出力は図９の下図のようになり、Ｔｂ１とＴｂ２に対応して２つのピークが現れる。この図に示すように、フィルタ出力の最初のピークＴｂ１ａ、Ｔｂ１ｂ、Ｔｂ１ｃが、閉弁完了のタイミングに相当し、この閉弁完了タイミングからセットスプリング力の大小が推定できる。

　駆動パルスを打切ったときの電圧に現れる２つの変曲点に対応したフィルタ出力は、図１０のように２つのピークをもつ。（ａ）は最初のピークのほうが大きく、（ｂ）は２番目のピークのほうが大きいケースである。

　ピークの検出方法には様々な方法があるが、最も単純な方法として、最大値と最大値となった時刻を記憶するメモリと、比較器によって実現される方法を説明する。最大値メモリには、当初フィルタ出力の想定される値の範囲より小さい値を記憶しておき、電圧のサンプリングに同期してフィルタ出力が得られるたびに、比較器はフィルタ出力と最大値メモリに記憶されている値を比較し、フィルタ出力のほうが大きければ、この出力と時刻を最大値メモリに書きこむ。すると、図１０の（ａ）のケースでは１つ目のピークが、（ｂ）のケースでは２つ目のピークが、変曲点として認識される。１つ目のピークＴｂ１の大小によって、各燃料噴射装置のセットスプリング力Ｆｓｐを推定しようとしているときに、Ｔｂ２を変曲点として認識してしまうと、Ｔｂ２－Ｔｂ１が閉弁時刻の誤差となってしまう。

　そこで、フィルタ時定数のより大きいフィルタを用いて、２つの山を１つになまし、なまされた１つの山のピーク時刻Ｔｂ０に基づいて閉弁時刻を推定する。燃料噴射装置のセットスプリング力の気筒間の差を知りたいなら、この１つのピーク時刻Ｔｂ０の気筒間の差をとればいいし、閉弁時刻の絶対値Ｔｂ１を知りたいのなら、事前に１つのピークの時刻Ｔｂ０と２つのピークが出るときの１つ目のピークの時刻Ｔｂ１の差Ｔｂ０－Ｔｂ１を調べておいて、Ｔｂ０から引けばＴｂ１は求められる。

　この２つの山を１つになますフィルタの周波数特性は、図１１に示すように、フィルタゲインが０になる周波数ｆ０が、閉弁時の駆動電圧の変曲点の間隔Ｔｂ２－Ｔｂ１の逆数１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）より小さければよい。なぜなら、図１０に示すような２つのピークをもつ波形の中心周波数は１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）で、これがｆ０より大きければ、ゲインはほとんど０であるので、この成分はフィルタを通過することはできずに、図１２の実線のように、２つの山を１つになました成分のみが通過できる。

　そこで、図１３に示すように本実施例の制御装置３は、ソレノイドの駆動電圧を読み込む取込部１３０１と、閉弁後の駆動電圧をフィルタリングするフィルタ１３０２と、フィルタ１３０２のフィルタ出力のピークを抽出するピーク抽出部１３０３と、ピークの時刻に基づいて駆動パルスによる駆動電流を補正して出力する駆動電流制御部３１２を有する。フィルタ１３０２の特性は、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、このｆ０が閉弁時の駆動電圧の変曲点の間隔Ｔｂ２－Ｔｂ１の逆数１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さくなるように設定される。

　より具体的に言うと、閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差をΔＴ（Ｔｂ２－Ｔｂ１）としたときに、フィルタ１３０２のゲインは、周波数０でゲイン０で、周波数０からある周波数ｆｐまでゲインが単調に増加し、周波数ｆｐからゲインが減少に転じ、０より大きく周波数１／ΔＴより低い周波数で再び０になるように設定される。

　このように、周波数１／ΔＴ（すなわち、駆動電圧に現れる２つの変曲点の間隔の逆数）より低い周波数でゲインが０になるフィルタを用いて閉弁後の駆動電圧をフィルタリングすることで、２つの変曲点の間隔以下の周期の信号はフィルタでカットされてしまい、フィルタの出力は、２つの変曲点の間に１つのピークをもつことになる。

　このピークの時刻Ｔｂ０は、最初の変曲点の時刻Ｔｂ１とほぼ一定の偏差をもつので、この時刻Ｔｂ０に基づいて、Ｔｂ０が早い気筒はセットスプリング力が強い、Ｔｂ０が遅い気筒はセットスプリングが弱いと推測することができるため、Ｔｂ０が早い気筒は駆動電流パルスの幅を伸ばし、遅い気筒はパルス幅を短くすれば、開弁開始Ｔａ’から閉弁終了Ｔｂまでの時間Ｔｂ－Ｔａ’のばらつきが小さくなり、燃料噴射量のばらつきも低減される。

　以下、本発明の実施例２について説明する。図１４に示すように、実施例１のフィルタは、周波数１／ΔＴより低い周波数でゲインが０に減衰するローパスフィルタと、２つの差分手段を直列に並べたものであってもよい。

　このローパスフィルタと２つの差分フィルタを直列に配置したものの周波数特性は、実施例１のフィルタ特性フィルタのゲインは、周波数０でゲイン０で、周波数０からある周波数ｆｐまでゲインが単調に増加し、周波数ｆｐからゲインが減少に転じ、０より大きく周波数１／ΔＴより低い周波数で再び０になる、と等化であり、作用、効果は実施例１と同じである

　以下、本発明の実施例３について説明する。実施例１、２の燃料噴射弁の駆動装置においてピークの時刻に基づいて駆動電流を補正する手段は、ピーク時刻が早い燃料噴射弁に対しては短い駆動パルスを、ピーク時刻が遅い燃料噴射弁に対しては長い駆動パルスを与えることを特徴とする燃料噴射弁の駆動装置を用いてもよい。

　複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差をΔＴ（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタ１３０２により閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）よりも早い第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）に対して前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも長い駆動パルスを送ることで第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）を開弁するように制御する。また駆動電流制御部３１２は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ）よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して同一燃料を吐出する場合に、当該第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも短い駆動パルスを送ることで第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）を開弁するように制御する。

　このように、周波数１／ΔＴ（すなわち、駆動電圧に現れる２つの変曲点の間隔の逆数）より低い周波数でゲインが０になるフィルタを用いて駆動電圧をフィルタリングすることで、２つの変曲点の間隔以下の周期の信号はフィルタでカットされてしまい、フィルタの出力は、２つの変曲点の間に１つのピークをもつことになる。

　このピークの時刻Ｔｂ０は、最初の変曲点の時刻Ｔｂ１とほぼ一定の偏差をもつので、この時刻Ｔｂ０に基づいて、Ｔｂ０が早い気筒はセットスプリング力が強い、Ｔｂ０が遅い気筒はセットスプリングが弱いと推測することができるため、Ｔｂ０が早い気筒は駆動電流パルスの幅を伸ばし、遅い気筒はパルス幅を短くすれば、開弁開始Ｔａ’から閉弁終了Ｔｂまでの時間Ｔｂ－Ｔａ’のばらつきが小さくなる
　開弁開始から閉弁完了までの時間のばらつきが低減されることで、燃料噴射量のばらつきも低減される。これまでは、駆動パルス幅を調節して、図５の領域ａ、ｃについて流量特性を揃える方法について述べたが、ここでは領域ｂについても、燃料噴射装置内の弁体のバウンド特性を揃えることで、流量特性を揃えることを狙う。そのために、以下のように、実施例１～３の駆動電流を補正する手段は、検知されたＴｂ０が早い燃料噴射装置については、昇圧電圧印加時間Ｔｐを長く、昇圧電圧印加を打ち切ってから保持電流保持までの時間を短く保持電流値Ｉｈを大きく補正してもよい。

　すなわち、図１５に示すように本実施例の制御装置３のＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は、複数の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御するものである。そして制御装置３のＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は、上記フィルタ１３０２により閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）よりも早い第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流に至るまでの時間Ｔｐよりも長い時間Ｔｐ’’でピーク電流に至る駆動電流を流すことで第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）を開弁するように制御する。駆動電流制御部３１２は、同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ）よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流に至るまでの時間Ｔｐよりも短い時間Ｔｐ’でピーク電流に至る駆動電流を流すことで第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）を開弁するように制御する。

　なお、このピーク電流に至るまでの時間は、ピーク電流がゼロから立ち上がる時間からピーク電流に至るまでの時間で定義される。また、このピーク電流に至るまでの時間は、図４に示すように昇圧電圧（Ｖｂｏｏｓｔ）を印加する時間と同じであるため、これを上記のように補正して燃料噴射弁にかけるようにしても良い。つまり、制御装置３のＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は、上記フィルタ１３０２により閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合に、駆動電流制御部３１２は、同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）よりも早い第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前の昇圧電圧印加時間よりも長い時間、昇圧電圧を印加することで第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）を開弁するように制御する。

　駆動電流制御部３１２は、同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ）よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前の昇圧電圧印加時間よりも長い時間、昇圧電圧を印加することで第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）を開弁するように制御する。

　この作用と効果を、例えばＴｐを補正する場合で説明する。　
　[Ｔｐ補正手段の追加]実施例１～３のピーク抽出手段で抽出されたピークタイミングＴｂ０が標準（設定値）より大きいなら、図１５上図に示すように、設定値メモリ３２１のＴｐの値をＴｐ’へ小さくし、Ｔｂ０が標準より小さいならＴｐの値をＴｐ’’へ大きくする。すると、ピーク電流による弁リフトが図１５の中図のように揃う。これにより、流量特性は図１５の下図のようになり、流量特性の平坦部がそろうことで図８にくらべれば流量特性がそろってくる。さらにＴｈを個々の燃料噴射装置について補正すれば、なお、流量特性はそろってくることを、以下説明する。

　[Ｔｈ補正手段の追加]
　図１６の上図に示すように、ピーク抽出手段が出力するＴｂ０の遅い燃料噴射装置、すなわち、スプリング力の弱い燃料噴射装置では、Ｔｈ＝Ｔｐ＋Ｔ２を遅いＴｈ’にすることで、磁気吸引力のたちあがりを遅くし、弁リフトが再び上昇に転じるタイミングを遅くする。また、Ｔｂ０のはやい燃料噴射装置、すなわち、スプリング力の強い燃料噴射装置では、Ｔｈを早いＴｈ”にすることで、時期吸引力の立ち上がりを早くし、弁リフトが再び上昇に転じるタイミングを早くする。

　すなわち、図１６に示すように本実施例の制御装置３のＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は、フィルタ１３０２により閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）よりも早い第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げるまでの時間Ｔｈよりも短い時間Ｔｈ’’でピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げることで第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）のリフト量を制御する。駆動電流制御部３１２は、同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ）よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げるまでの時間Ｔｈよりも長い時間Ｔｈ’でピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げることで第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）のリフト量を制御する。

　このように、検知したＴｂ０に応じて設定メモリ３２２に記憶されているＴ２を補正することで、すべての燃料噴射装置が上昇に転じるタイミングを図１６の中央の図のように揃える。そのようにすることで、流量特性は図１６の下図のようになる。流量特性の平坦部の高さ、平坦部が終わって再び流量が増加を開始する駆動パルス幅はそろったが、フルリフトに至るまでの傾きがいまだに異なる。

　[Ｉｈ補正手段の追加]そこで、図１７の上図のように、ピーク抽出手段が出力するＴｂ０の早い燃料噴射装置、すなわち、スプリング力の大きい燃料噴射装置ａのＩｈは大きな値Ｉｈ”に補正し、Ｔｂ０の遅い燃料噴射装置、すなわち、スプリング力の小さい燃料噴射装置ｃのＩｈは小さな値Ｉｈ’に補正し、設定値メモリ３２３に書き込む。
すると、フラット部の終端からフルリフトに至るまでの、弁リフトが上昇する速度が図１７の中図のように揃う。また、このときの流量特性は図１７の下図のようになり、傾きがそろう。

　すなわち、図１７に示すように本実施例の制御装置３のＣＰＵ（駆動電流制御部３１２）は、フィルタ１３０２により閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｂ、ＩＮＪ　Ｃ）よりも早い第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前の保持電流Ｉｈよりも大きい保持電流Ｉｈ’’をピーク電流を遮断した後に流すことで第１の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ）のリフト量を制御する。また駆動電流制御部３１２は、同一燃料を吐出する場合に、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ａ、ＩＮＪ　Ｂ）よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前の保持電流Ｉｈよりも小さい保持電流Ｉｈ’をピーク電流を遮断した後に流すことで第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）のリフト量を制御する。

　このように、３つのパラメータＴｐ、Ｔ２、Ｉｈを、検知されたＴｂ０に基づき、セットスプリング力に応じて補正することで、弁挙動が揃い、その結果として流量特性もそろった。このようにすることで、図１７の下図に示す流量特性のＱｍｉｎ線までの範囲で燃料噴射装置が使えるようになった。

　以上述べたような作用により、燃料噴射装置のセットスプリング力のばらつきを補正し、燃料噴射量をそろえる、という効果が期待できる。

１０１　エアクリーナ
１０２　エアフローセンサ
１０３　スロットル
１０４　コレクタ
１０５　吸気ポート
１０６　シリンダ
１１１　燃料タンク
１１２　低圧ポンプ
１１３　低圧配管
１１４　高圧ポンプ
１１５　高圧配管
１１６　燃料噴射装置
１２１　点火プラグ
１２２　ピストン
１２３　コネクティングロッド
２０１　ハウジング
２０２　コア
２０３　ソレノイド
２０４　弁体
２０５　アンカ
２０６　弁座
２０７　セットスプリング
２０８　スプリングアジャスタ
２０９　噴孔
３０１　スイッチ
３０２　スイッチ
３０３　スイッチ
３０４　シャント抵抗
３０５　ダイオード
３０６　ダイオード
３０７　ダイオード
３０８　ダイオード
３０９　コンデンサ
３１０　昇圧回路
３１１　バッテリ
３１２　駆動電流制御部
３２１　設定値メモリ
３２２　設定値メモリ
３２３　設定値メモリ
３４１　補正手段
３４２　補正手段
３４３　補正手段
３３１　微分手段
３３２　微分手段
３３３　ピーク探索手段
３３４　ピーク探索手段

Claims

　複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、
　閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタにより閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い第１の燃料噴射弁に対して前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも長い駆動パルスを送ることで前記第１の燃料噴射弁を開弁するように制御する駆動電流制御部を備えたことを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記駆動電流制御部は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも遅い第２の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前に送っていた駆動パルスよりも短い駆動パルスを送ることで第２の燃料噴射弁を開弁するように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記ピーク電流に至るまでの時間は、前記ピーク電流がゼロから立ち上がる時間からピーク電流に至るまでの時間で定義されることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記駆動電流制御部は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い前記第１の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前の昇圧電圧印加時間よりも長い時間、昇圧電圧を印加することで前記第１の燃料噴射弁を開弁するように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記駆動電流制御部は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも遅い第２の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前の昇圧電圧印加時間よりも長い時間、昇圧電圧を印加することで前記第２の燃料噴射弁を開弁するように制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、
　閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタにより閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い第１の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げるまでの時間Ｔｈよりも短い時間Ｔｈ’’でピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げることで前記第１の燃料噴射弁のリフト量を制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項６に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記駆動電流制御部は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも遅い第２の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前のピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げるまでの時間Ｔｈよりも長い時間Ｔｈ’でピーク電流を遮断してから保持電流を立ち上げることで前記第２の燃料噴射弁のリフト量を制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　複数の燃料噴射弁のそれぞれのソレノイドに対して駆動電圧をかけて駆動電流を流すことで制御する燃料噴射弁の制御装置において、
　閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）として、０より大きい所定周波数ｆ０においてゲイン０となり、ｆ０が１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）よりも小さく設定されたフィルタにより閉弁後の駆動電圧のフィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも早い第１の燃料噴射弁に対して、前記フィルタリング処理を行う前の保持電流Ｉｈよりも大きい保持電流Ｉｈ’’をピーク電流を遮断した後に流すことで前記第１の燃料噴射弁のリフト量を制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項８に記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタリング処理を行った場合で、かつ同一燃料を吐出する場合に、
　前記駆動電流制御部は、前記フィルタリング処理の出力のピーク時刻が他の燃料噴射弁よりも遅い第２の燃料噴射弁（ＩＮＪ　Ｃ）に対して、前記フィルタリング処理を行う前の保持電流Ｉｈよりも小さい保持電流Ｉｈ’をピーク電流を遮断した後に流すことで前記第２の燃料噴射弁のリフト量を制御することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１、６、８の何れかに記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　閉弁後のソレノイドの駆動電圧に現れる２つの変曲点の時間差を（Ｔｂ２－Ｔｂ１）としたときに、前記フィルタのゲインは、周波数０でゲイン０で、周波数０からある周波数ｆｐまでゲインが単調に増加し、周波数ｆｐからゲインが減少に転じ、０より大きく周波数１／（Ｔｂ２－Ｔｂ１）より低い周波数で再び０になるように設定されることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
　請求項１、６、８の何れかに記載の燃料噴射弁の制御装置において、
　前記フィルタは、周波数１／ΔＴより低い周波数でゲインが０に減衰するローパスフィルタと、２つの差分手段を直列に並べて構成されることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。