WO2020100485A1

WO2020100485A1 - 燃料噴射装置の制御装置

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Publication number: WO2020100485A1
Application number: PCT/JP2019/040167
Authority: WO
Inventors: 明靖宮本; 威生三宅; 亮草壁
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2020-05-22
Also published as: JP7139223B2; JP2020079565A; US11359569B2; US20210396191A1

Abstract

本発明の目的は、弁体と可動鉄心とが相対変位可能に構成された燃料噴射装置において、燃料噴射量の安定化を促進することにある。そのため、コイル１０８に流れる電流の通電時間を駆動指令パルスのパルス幅で制御する制御部を有する燃料噴射装置１００の制御装置１２０において、制御部は１燃焼サイクルの必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射する制御を実行可能に構成され、さらに制御部は、連続した前駆動指令パルスＰｉ１と次駆動指令パルスＰｉ２とを含む噴射において、前駆動指令パルスＰｉ１の前駆動指令パルス幅Ｔｉ１、および前駆動指令パルスＰｉ１の終了時刻ｔｅ１と次駆動指令パルスＰｉ２の開始時刻ｔｓ２との間の時間であるパルス間隔Ｔｉｎｔとを取得し、前駆動指令パルス幅Ｔｉ１および前記パルス間隔Ｔｉｎｔを用いて、次駆動指令パルスＰｉ２の次駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正する。

Description

燃料噴射装置の制御装置

　本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置の燃料噴射量を制御する制御装置に関する。

　本技術分野の背景技術として、国際公開第２０１８／０３７７３４号パンフレット（特許文献１）に記載された燃料噴射装置の制御装置が知られている。特許文献１の燃料噴射装置は、可動子を外径側可動子と内径側可動子とに分け、ソレノイドへの通電時に外径側可動子及び内径側可動子が予備ストロークと呼ばれる空隙を変位する助走を行った後、内径側可動子が弁体の鍔部に衝突するようにしている。この燃料噴射装置では、助走期間に外径側可動子及び内径側可動子に蓄えられた運動エネルギを弁体の開弁動作に使用することで、開弁動作の応答性を向上している。

国際公開第２０１８／０３７７３４号パンフレット

　特許文献１の燃料噴射装置は、閉弁後に外径側可動子及び内径側可動子（以下、可動鉄心という）が下方向へ変位を続けた後、上方向へ向きを変えて閉弁待機状態に復帰する。
この際に、可動鉄心が下方向又は上方向に変位している間に燃料噴射装置の駆動信号である噴射パルスがＯＮになると、可動鉄心が助走を行う空隙の長さが変化し、また可動鉄心が速度（運動エネルギ）を有することで、弁体の開弁挙動が安定せず、燃料噴射量のばらつきが大きくなるという課題があった。このような課題は、可動鉄心の予備ストロークが構成される燃料噴射装置に限らず、弁体と可動鉄心とが相対変位可能に構成された燃料噴射装置に共通する。

　本発明の目的は、弁体と可動鉄心とが相対変位可能に構成された燃料噴射装置において、燃料噴射量の安定化を促進することにある。

　弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体の開閉動作を行わせる可動鉄心と、コイルに駆動電流が流れることで前記可動鉄心を吸引する固定鉄心と、を備えた燃料噴射装置の制御装置であって、前記駆動電流の通電時間を駆動指令パルスのパルス幅で制御する制御部を有する燃料噴射装置の制御装置において、
　前記制御部は、１燃焼サイクルの必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射する制御を実行可能に構成され、
　前記制御部は、連続した前駆動指令パルスと次駆動指令パルスとを含む複数の噴射において、前駆動指令パルスの前駆動指令パルス幅、および前駆動指令パルスの終了時刻と次駆動指令パルスの開始時刻との間の時間であるパルス間隔とを取得し、前記前駆動指令パルス幅および前記パルス間隔を用いて、前記次駆動指令パルスの次駆動指令パルス幅を補正する。

　本発明によれば、弁体と可動鉄心とが相対変位可能に構成された燃料噴射装置において、燃料噴射量の安定化を促進することができる。上記以外の課題、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。

本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の実施形態を示す断面図である。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の駆動回路１２１及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）１２０の詳細を示す図である。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００について、駆動指令パルス（噴射パルス）Ｐｉ１，Ｐｉ２、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位を示す図である。本発明の一実施例に係る制御フローチャートである。本発明の一実施例に係るエンジン制御装置１２０の主要な機能を示すブロック図である。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００について、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量Ｑｉｎｊ２との関係を示すマップである。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の第二噴射量Ｑｉｎｊ２と噴射間隔Ｔｉｎｔとの関係を示す図である。本発明の第一実施例に係るエンジン制御装置１２０について、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔ、及び第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２の関係を示すマップである。本発明の第二実施例に係るエンジン制御装置１００について、第一駆動指令パルスＰｉ１における閉弁完了時間Ｔｂ１、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔ、及び第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２の関係を示すマップである。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の噴射間隔と噴射量との関係を示す図である。

　以下、本発明に係る実施例について説明する。

　図１、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００及び駆動回路１２１の構成と動作とについて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の実施形態を示す断面図である。図２Ａは、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の駆動回路１２１及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）１２０の詳細を示す図である。図２Ｂは、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００について、駆動指令パルス（噴射パルス）Ｐｉ１，Ｐｉ２、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心変位を示す図である。

　まず図１を用いて、燃料噴射装置１００の構成について説明する。

　燃料噴射装置１００は、燃料を供給する燃料供給部１１２と、燃料の通り道となる燃料噴射孔１１５を有した弁座１０２と、弁体１０１を駆動する可動鉄心１０６と、で構成される。本実施例では、ガソリンを燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射装置を例にとり、説明する。

　本実施例の燃料噴射装置１００では、図面の上端側に燃料供給部１１２が、下端側に燃料噴射孔１１５及び弁座１０２が構成され、燃料供給部１１２と弁座１０２との間に可動鉄心１０６、弁体１０１、中間部材１１４が構成されている。

　燃料噴射装置１００は、燃料噴射孔１１５及び弁座１０２に対して反対側（燃料供給部１１２側）の端部が図示しない燃料配管に連結される。燃料噴射装置１００は、燃料供給部１１２に対して反対側（燃料噴射孔１１５側）の端部が、図示しない吸気管或いは内燃機関の燃焼室形成部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に形成された取付穴（挿入孔）に挿入される。燃料噴射装置１００は燃料供給部１１２を通じて燃料配管から燃料の供給を受け、弁座１０２の先端部から吸気管或いは燃焼室内に燃料を噴射する。燃料噴射装置１００の内部には、燃料供給部１１２側の基端部から燃料噴射孔１１５側の先端部まで、燃料がほぼ電磁式燃料噴射装置１００の中心軸線１００ａに沿って流れるように、燃料通路が構成されている。

　燃料噴射装置１００には、燃料噴射装置１００を駆動するための、駆動回路（ＥＤＵ）１２１及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）１２０が接続される。ＥＤＵ１２１はＥＣＵ１２０から駆動指令パルス（噴射パルス）を受けて燃料噴射装置１００に駆動電流（駆動電圧）を通電する回路である。なお、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１とは一体の部品として構成されてもよい。少なくともＥＤＵ１２１は、燃料噴射装置１００の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵ１２０と一体となったものであってもよいし、ＥＤＵ単体で構成されてもよい。

　ＥＣＵ１２０では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて適切な駆動指令パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された駆動指令パルスＰｉ１，Ｐｉ２は、信号線１２３を通してＥＤＵ１２１に入力される。

　ＥＤＵ１２１は、コイル１０８に印加する駆動電圧を制御し、駆動電流を供給する。ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通して、ＥＤＵ１２１と通信を行っており、燃料噴射装置１００に供給する燃料の圧力や運転条件によってＥＤＵ１２１によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。ＥＤＵ１２１は、ＥＣＵ１２０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。

　次に、図２Ａを用いて、駆動装置１２１の構成について説明する。

　ＣＰＵ５０１は例えばＥＣＵ１２０に内蔵され、燃料噴射装置１００の上流の燃料配管に取り付けられた圧力センサや、エンジンシリンダへの流入空気量を測定するＡ／Ｆセンサ、エンジンシリンダから排出された排気ガスの酸素濃度を検出するための酸素センサ、クランク角センサ等のエンジンの状態を示す信号を、前述で説明した各種センサから取り込む。

　ＣＰＵ５０１はこれらの信号に応じて、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置１００から噴射する燃料噴射量を制御するための駆動指令パルス（噴射パルス）の幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ＣＰＵ５０１は、内燃機関の運転条件に応じて適切な駆動指令パルスＰｉ１，Ｐｉ２のパルス幅Ｔｉ１，Ｔｉ２や噴射タイミングｔｉ１，ｔｉ２の演算を行い、信号線１５３を通して燃料噴射装置１００の駆動ＩＣ５０２に駆動指令パルスを出力する。なお、駆動指令パルスＰｉ１，Ｐｉ２のパルス幅Ｔｉ１，Ｔｉ２の大小によって、噴射量の大小が決まる。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置１００へ駆動電流を供給する。

　スイッチング素子５０５は駆動回路１２１に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源と燃料噴射装置１００のソレノイド５４０の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、例えばＦＥＴやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置１００への通電・非通電を切り替えることができる。高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧ＶＨは例えば６５Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路５１４によって昇圧することで生成する。昇圧回路５１４は例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成されるかコイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２およびコンデンサ５３３で構成する方法がある。後者の昇圧回路５１４の場合、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れるが、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して静流されコンデンサ５３３に電荷が蓄積される。昇圧電圧ＶＨとなるまで、このトランジスタのＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、コンデンサ５３３の電圧を増加させる。トランジスタ５３１は、ＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１と接続され、昇圧回路５１４から出力される昇圧電圧ＶＨはＩＣ５０２もしくはＣＰＵ５０１で検出するよう構成する。

　また、スイッチング素子５０７は、低電圧源とソレノイド５４０の高圧端子間に接続されている。低電圧源ＶＢは例えばバッテリ電圧であり、その電圧値は１２から１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置１００の低電圧側の端子と接地電位５１５の間に接続されている。駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８、５１２、５１３により、燃料噴射装置１００に流れている電流値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電・非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９と５１０は、燃料噴射装置１００のソレノイド５４０に逆電圧を印加し、ソレノイド５４０に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。ＣＰＵ５０１は駆動ＩＣ５０２と通信ライン１５２を通して、通信を行っており、燃料噴射装置１００に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８、５１２、５１３の両端は、ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧をＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

　本実施例では、分割噴射を行う際、次噴射（第二噴射）の駆動指令パルス（次駆動指令パルス、第二駆動指令パルス）Ｐｉ２のパルス幅Ｔｉ２を補正するため、ＥＣＵ１２０側から制御定数をＥＤＵ１２１に送信し、ＥＤＵ１２１から第二噴射の駆動指令パルスＰｉ２のパルス幅Ｔｉ２を補正する場合がある。

　続いて、図２Ｂを用いて、燃料噴射装置１００の動作について説明する。

　コイル１０８に通電されていない閉弁状態では、弁体１０１を閉弁方向に付勢する第一ばね部材１１０及び第二ばね部材１１６の付勢力から第３ばね部材１１７の付勢力を引いた力により、弁体１０１が弁座１０２に当接している。この状態を閉弁安定状態（閉弁待機状態）とする。閉弁安定状態では、可動鉄心１０６は中間部材１１４と当接し、閉弁位置に配置される。弁体１０１は、可動鉄心１０６からの荷重を伝達する伝達面１１９を介して駆動される。

　閉弁安定状態では、中間部材１１４は、第二ばね部材１１６により下流側（弁座１１５側、閉弁方向）に付勢され、弁体１０１と接触して、静止している。可動鉄心１０６は、第３ばね部材１１６により上流側（固定鉄心１０７側、開弁方向）に付勢され、中間部材１１４と接触している。第３ばね部材１１７の付勢力よりも第二ばね部材１１６の付勢力の方が大きいため、弁体１０１と可動鉄心１０６との間には隙間２１８が生じている。

　次に、通電後の動作について説明する。

　時刻ｔｓ１において前噴射（第一噴射）の駆動指令パルス（前駆動指令パルス、第一駆動指令パルス）Ｐｉ１が入力されると、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に昇圧された高電圧源から高電圧２０４が印加され、コイル１０８に電流の供給が開始される。コイル１０８への通電後、固定鉄心１０７、コイル１０８及びハウジング１０９によって構成された電磁石により起磁力が発生する。この起磁力により、固定鉄心１０７、ハウジング１０９及び可動鉄心１０６によってコイル１０８を囲むように構成される磁路を周回する磁束が流れる。このとき、可動鉄心１０６と固定鉄心１０７との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心１０６と中間部材１１４とが固定鉄心１０７に向けて変位する。その後、可動鉄心１０６は、弁体１０１の伝達面１１９と可動鉄心１０６の伝達面１１８とが当接するまで変位する。なお、弁体１０１は弁座１０２との当接状態を維持し続ける。

　可動鉄心１０６が、弁体１０１と可動鉄心１０６との間に生じている隙間２１８だけ変位し、弁体１０１の伝達面１１９と可動鉄心１０６の伝達面１１８とが衝突すると、弁体１０１は可動鉄心１０６の持つエネルギにより上流側に引き上げられ、弁体１０１は弁座１０２から離間する。これにより弁座部に隙間が構成され、燃料通路が開き、燃料噴射孔１１５より燃料が噴射される。運動エネルギを有した可動鉄心１０６により、弁体１０１は急峻に変位する。

　可動鉄心１０６が固定鉄心１０７と当接すると、弁体１０１は上流側へ変位し、可動鉄心１０６は下方へ変位する。固定鉄心１０７と可動鉄心１０６とが衝突すると、弁体１０１と可動鉄心１０６とは離間し、可動鉄心１０６は下流側へ変位するが、やがて目標リフト位置で、静止し安定する。この状態を開弁安定状態とする。

　一方、電流値は高電圧２０４の印加により２０８のように急峻に立ち上げられ、予め定められたピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、高電圧２０４の印加を停止して、印加する電圧を０Ｖ以下にし、電流プロファイル２１７のように電流値を低下させる。その後、バッテリ電圧ＶＢの印加と０Ｖの印加が繰り返され（２０５）、ホールド電流値Ｉｈｏｌｄとなるように制御される。

　続いて、時刻ｔｅ１で駆動指令パルスＰｉ１がＯＦＦになると、コイル１０８への電流供給が断たれ、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し磁気吸引力も消滅する。

　その結果、磁気吸引力を失った可動鉄心１０６は第一ばね部材１１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体１０１が弁座１０２に接触する閉位置に押し戻される。弁体１０１にはたらく第一ばね部材１１０による力は、弁体１０１側の伝達面１１９及び可動鉄心１０６側の伝達面１１８を介して可動鉄心１０６に伝達される。第一駆動指令パルスＰｉ１がＯＦＦになる時刻ｔｅ１から閉弁が完了する時刻ｔｂ１までの閉弁完了時間（閉弁所要時間）Ｔｂ１が経過すると、時刻ｔｂ１で弁体１０１が弁座１０２と接触する。弁体１０１が弁座１０２と接触した後、可動鉄心１０６側の伝達面１１８は弁体１０１側の伝達面１１９から離脱し、下向き方向（閉弁方向）に運動を継続する。閉弁が完了する時刻ｔｂ１以降、可動鉄心１０６と弁体１０１とは、２３２で示すように、分離した状態となる。このとき駆動電圧には、２３０で示すように、折れ曲りのような変化が現れる。この変化により、ｔｂ１及びＴｂ１を検出することができる。

　閉弁後の可動鉄心プロファイル２２０のように、可動鉄心１０６は第三ばね部材１１７によって押し戻され、やがて可動鉄心１０６と中間部材１１４とが再衝突する。再衝突した時点で可動鉄心１０６に働く上向き方向（開弁方向）の力が弁体１０１に働く下向き方向の力よりも大きいと、中間部材１１４を押し上げ、弁体１０１と可動鉄心１０６との隙間２１８が小さくなる。

　隙間２１８が閉弁安定状態のときよりも小さい状態で、次噴射（第二噴射）の第二駆動指令パルスＰｉ２がＯＮになると、十分な助走距離が得られないことにより、弁体１０１が開弁する際の可動鉄心１０６の速度が遅くなり、噴射量に変化をもたらす場合がある。一方、隙間２１８が閉弁安定状態のときよりも大きい状態（時刻ｔｓ２）で、第二駆動指令パルスＰｉ２がＯＮになると、助走距離が余剰となり、その影響により、弁体１０１が開弁する際の速度が速くなり、噴射量に変化をもたらす場合がある。

　このように、弁体１０１が弁座１０２に衝突後に可動鉄心１０６が運動を継続するため、可動鉄心１０６と弁体１０１との隙間２１８が変化した状態で、次の駆動指令パルスＰｉ２がＯＮになると、可動鉄心１０６の位置及び速度のばらつきに応じて弁体１０１の挙動が変化し、噴射量が変化してしまう。

　第一駆動指令パルスＰｉ１から、ある一定の時間が経過すれば、可動鉄心１０６は再び閉弁安定状態となり、弁体１０１の挙動は安定する。

　従って、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とによる噴射量を所望の量に制御するためには、閉弁後の可動鉄心１０６と弁体１０１との隙間と速度とを考慮した制御手法が必要となる。

　そこで本実施例の構成では、第二駆動指令パルスＰｉ２による第二噴射量が所望の噴射量となるようにするために、補正対象とする第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２との時間間隔Ｔｉｎｔ、及び第二の噴射パルスＰｉ２による第二噴射量の予測値Ｑｐｒｅ２を特性データとして予め取得し、取得された特性データ（図６又は図７）を用いて、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正するための補正量ΔＴｉ２を算出する。

　また特性データは、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１に対して弁体１０１が閉弁に要する時間Ｔｂ１により更新される。また特性データは、噴射後に取得される閉弁完了時刻ｔｂ２又は閉弁完了時間（ｔｅ２からｔｂ２までの時間）Ｔｂ２を学習値として保持し、次の多段噴射時に使用するために第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２がこの学習値を用いて更新される。第二駆動指令パルスＰｉ２において閉弁が完了する時刻ｔｂ２以降、可動鉄心１０６と弁体１０１とは分離した状態となり、このとき駆動電圧には、２３０で示すように、折れ曲りのような変化が現れる。この変化により、ｔｂ２及びＴｂ２を検出することができる。

　図３Ａは、本発明の一実施例に係る制御フローチャートである。図３Ｂは、本発明の一実施例に係るエンジン制御装置１２０の主要な機能を示すブロック図である。

　ＥＣＵ１２０は、燃料噴射装置１００の噴射間隔Ｔｉｎｔが第一の設定値Ｔε未満の場合に、分割噴射時の第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正するように構成されている。なお、分割噴射とは、１燃焼サイクルに必要な燃料噴射量を複数回に分けて噴射する噴射方法を意味する。噴射間隔Ｔｉｎｔが設定値Ｔε以上の場合には、予め取得した流量特性データ（図４）を用いて噴射量（第二噴射量）Ｑｉｎｊ２と第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２との関係から第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を出力する構成となっている。図４は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００について、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量Ｑｉｎｊ２との関係を示すマップである。

　なお設定値Ｔεは、図５に示すように、噴射間Ｔｉｎｔと第二噴射量Ｑｉｎｊ２と第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２との関係において、第二噴射量Ｑｉｎｊ２が収束するときの時間である。図５は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の第二噴射量Ｑｉｎｊ２と噴射間隔Ｔｉｎｔとの関係を示す図である。

　具体的には、ＥＣＵ１２０は、図３Ｂのブッロク図に記載された機能部４０１～４０６を有し、図３Ａの処理を実行する。

　分割噴射要否判定部４０１はステップ３０１で分割噴射の要否を判定する。分割噴射が必要と判定された場合、駆動指令パルス取得部（噴射パルス幅取得部）４０２は第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１（後述する図６を用いる場合）、パルス間隔Ｔｉｎｔ及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２をそれぞれステップＳ３０３、Ｓ３０４、Ｓ３０５で取得する。このとき駆動指令パルス取得部４０２は、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１の代わりに、第一駆動指令パルスＰｉ１における閉弁完了時間Ｔｂ１（後述する図７を用いる場合）を取得するようにしてもよい。第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１、閉弁完了時間Ｔｂ１、パルス間隔Ｔｉｎｔ及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２等の情報は、記憶部４０９に記憶される。

　閉弁完了時間Ｔｂ１は、駆動指令パルス取得部４０２において図２Ｂの駆動電圧の変化点２３０を検出することにより取得される。

　このとき駆動指令パルス取得部４０２は、噴射量記憶部４０８に記憶された噴射量Ｑと駆動指令パルスＰｉ（Ｐｉ１，Ｐｉ２）との関係を適宜参照する。噴射量記憶部４０８には、アクセル踏込量及びエンジン回転数毎に、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２等の駆動指令パルス幅に対応する目標噴射量（噴射量目標値）の値（要求値）が記憶されている。すなわち噴射量記憶部４０８に記憶された、駆動指令パルス幅と噴射量目標値との関係から、第一駆動指令パルスＰｉ１による噴射量（第一噴射量目標値）に対応する第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１を取得することができ、第二駆動指令パルスＰｉ２による噴射量（第二噴射量目標値）に対応する第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を取得することができる。

　なお、分割噴射が不要と判定された場合、図３Ａの以降の処理は行わず、ステップ３０２で処理を終了する。

　パルス間隔判定部（噴射間隔判定部）４０３は、ステップＳ３０６で、噴射間隔Ｔｉｎｔと設定値Ｔεとの大小比較を行う。設定値Ｔεは、噴射量の補正の要否、すなわち第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２の補正の要否を判定するために予め設定される閾値である。噴射間隔Ｔｉｎｔが設定値Ｔε未満の場合、分割噴射制御部４０７はステップＳ３０８で分割噴射補正制御の開始を指示する。噴射間隔Ｔｉｎｔが設定値Ｔε以上だった場合、図４に示す流量特性から第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を演算するステップＳ３０７に移行し、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２の補正は行わない。なお、ステップＳ３０７を実行するブロックについては、本実施例の第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２の補正には関係しないため、図３Ｂでは記載を省略している。

　第二噴射量予測値算出部４０４は、分割噴射制御部４０７の指示により、ステップＳ３０９で、特性マップ記憶部４１２に記憶された特性マップ（図６又は図７）を用いて、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１（または閉弁完了時間Ｔｂ１）、パルス間隔Ｔｉｎｔ及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２に対応する第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２を算出する。なお、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２に対応する目標噴射量Ｑ２は、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を取得するために、第二噴射量目標値として与えられている（ステップＳ３１３）。

　さらに第二噴射量予測値算出部４０４は、ステップＳ３１０で、第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２に対応する第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を算出する。この演算では、噴射量記憶部４０８に記憶されている、噴射量Ｑと駆動指令パルスＰｉ（Ｐｉ１，Ｐｉ２）との関係を用いて、第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２が目標噴射量Ｑ２となる第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を算出する。

　第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’の演算に当たっては、特性マップ（図６又は図７）を利用してもよい。すなわち、特性マップを用いて、Ｑｐｒｅ２とＱ２の差分ΔＱｐｒｅ２を求め、ΔＱｐｒｅ２に対応するΔＴｉ２を、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１（または閉弁完了時間Ｔｂ１）及びパルス間隔Ｔｉｎｔを用いて演算してもよい。

　Ｑｐｒｅ２を演算するための特性マップは特性マップ記憶部４１２に記憶し、適宜更新する。特性マップは、図６又は図７のいずれかを記憶しておけばよいが、両方の特性マップを記憶するようにしてもよい。

　ステップＳ３１０で得られる第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’には、可動鉄心１０６の位置及び速度のばらつきに応じて生じる弁体１０１の挙動変化の影響が含まれる。第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’は記憶部４１０に記憶される。

　第二駆動指令パルス幅補正量算出部４０５は、ステップＳ３１１で、第二駆動指令パルス幅の補正量ΔＴｉ２を算出する。補正量ΔＴｉ２は、第二噴射量目標値Ｑ２に対応する第二駆動指令パルス幅（目標値）Ｔｉ２と第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２に対応する第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’との差分として演算される。例えば、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２から第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を差し引いて補正量ΔＴｉ２を求める。

　次に、第二駆動指令パルス幅補正部４０６は、ステップＳ３１２で、第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２を補正量ΔＴｉ２に基づいて補正する。

　補正量ΔＴｉ２が正の値である場合、第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２は、目標噴射量Ｑ２を噴射するために、補正量ΔＴｉ２の絶対値に相当する時間が不足している。従って、第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２に補正量ΔＴｉ２の絶対値を加えて第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２が補正される。

　補正量ΔＴｉ２が負の値である場合、第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２は、目標噴射量Ｑ２を噴射するために、補正量ΔＴｉ２の絶対値に相当する時間が超過している。従って、第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２から補正量ΔＴｉ２の絶対値を差し引いて第二駆動指令パルス幅の目標値Ｔｉ２が補正される。

　上述したブロック４０１～４０６の機能はＣＰＵとプログラムを有する演算処理装置４２０を用いて実行される。ＣＰＵは単数であってもよいし、複数であってもよい。

　図６を用いて、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔから第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を演算する方法について説明する。図６は、本発明の第一実施例に係るエンジン制御装置１２０について、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔ、及び第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２の関係を示すマップである。

　ＥＣＵ１２０内部に保持される特性マップは、図６に示すように、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１とパルス間隔Ｔｉｎｔと第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２との４次元マップであり、これを予め取得しておく。４次元の特性マップを使い、ＥＣＵ１２０が取得した第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１＿ａ、パルス間隔Ｔｉｎｔ＿ａ及び第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２＿ａに対応する第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２＿ａを計算する。

　第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔは可動鉄心１０６の挙動に関係する重要因子であり、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔを用いて可動鉄心１０６の挙動を予測することができる。

　図７を用いて、閉弁完了時間Ｔｂ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔから第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を演算する方法について説明する。図７は、本発明の第二実施例に係るエンジン制御装置１００について、第一駆動指令パルスＰｉ１における閉弁完了時間Ｔｂ１、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔ、及び第二駆動指令パルスＰｉ２における第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２の関係を示すマップである。

　図６の特性マップに替えて、図７の特性マップを用いて第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２＿ａを計算することもできる。もちろん図６及び図７の両方の特性マップを用いて、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’を計算してもよい。図６と図７の両方の特性マップを用いる場合、両方の特性マップを用いて第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２＿ａを計算した後で、いずれか一方の第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２＿ａを選択してもよいし、両方の第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２＿ａの平均をとるようにしてもよい。

　ＥＣＵ１２０は、コイル１０８に印加された駆動電圧を微分するなどして変曲点２３０（図２Ｂ参照）を検出し、変曲点２３０の時刻ｔｂ１から燃料噴射装置１００の弁体１０１と弁座１０２とが衝突する時刻ｔｂ１を検知し、閉弁完了時間Ｔｂ１を計算することができる。すなわち、コイル１０８へ印加される駆動電圧を取得し、この駆動電圧より、コイル１０８のインダクタンス変化を演算部で演算し、演算部の演算結果を用いて、検出部で弁体１０１の運動を検出する。この場合、演算部及び検出部は図３Ｂの駆動指令パルス取得部４０２に構成するとよい。

　図７の特性マップは、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１に対応する閉弁完了時間Ｔｂ１とパルス間隔Ｔｉｎｔと第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２との４次元マップである。

　図６の特性マップとは、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１が閉弁完了時間Ｔｂ１に入れ替わっているだけであり、図６の説明の第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１を閉弁完了時間Ｔｂ１に置き換えることにより、図７の特性マップを用いた第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’の演算方法が説明できる。

　閉弁完了時間Ｔｂ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔは可動鉄心１０６の挙動に関係する重要因子であり、閉弁完了時間Ｔｂ１及びパルス間隔Ｔｉｎｔを用いて可動鉄心１０６の挙動を予測することができる。

　第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２と第二噴射量目標値Ｑ２との差分だけ、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正することで、燃料噴射装置１００の個体毎のばらつきや経年劣化による特性変化を補正することができる。加えて、第二噴射パルス幅Ｔｉ２の噴射後に取得される閉弁完了時間Ｔｂ２を学習値として保持し、この学習値を用いて第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２を修正することで、経年劣化や個体ごとの特性の違いを補正することが可能となる。なお、閉弁完了時間Ｔｂ２を検出する検出部は、閉弁完了時間Ｔｂ１と同様に駆動指令パルス取得部４０２に構成するとよい。

　前記特性マップは、駆動指令パルス取得部４０２によって検出される次噴射の閉弁完了時間Ｔｂ２を用いて、更新される。

　なお、本実施例では、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１とパルス間隔Ｔｉｎｔと第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と第二噴射量予測値Ｑｐｒｅ２との関係を求めるのに予め取得した４次元マップを用いたが、ＥＣＵ１２０の内部で演算した物理モデルや、エンジン稼働時に学習した学習値を用いても、上述した作用・効果が得られる。

　また、第一駆動指令パルスＰｉ１と第二駆動指令パルスＰｉ２とは、一回の噴射行程中に出力されるものである。すなわち本実施例では、一回の噴射行程中に噴射する量の燃料を、少なくとも駆動指令パルスＰｉ１，Ｐｉ２を含む複数回に分割して噴射している。尚、「一回の噴射行程」とは、一回の燃焼サイクル（４サイクルでは吸気、圧縮、爆発、排気の各行程からなる）を意味するものである。

　補正対象とする第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２と、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１と、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１と第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔと、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１時の閉弁に要する時間Ｔｂ１（電流が切られてから閉弁するまでの時間）との関係（特性マップ等）を予め取得し、取得された特性データを用いて、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正するための補正量ΔＴｉ２を算出することで、可動鉄心１０６の運動のばらつきに起因した弁体１０１の運動のばらつきを抑制することができる。その結果、可動鉄心１０６及び弁体１０１の運動のばらつきに起因した第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２に対する噴射量の増減が抑制され、所望の噴射量（目標噴射量）を安定してエンジンに供給することが可能となる。

　図８は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の噴射間隔と噴射量との関係を示す図である。図８に示すように、本実施例によれば、噴射間隔によって生じる噴射量のばらつきを抑制することが可能となり、所望の噴射量を精度よく内燃機関に供給することが可能となる。

　本実施例は、開弁時に弁体１０１が可動鉄心１０６から運動エネルギを受け、開弁動作がなされる燃料噴射装置１００において、先の燃料噴射（第一燃料噴射）と後の燃料噴射（第二燃料噴射）とのパルス間隔Ｔｉｎｔが変化した場合でも、開弁時の弁体１０１を安定的に動作するように制御し、噴射量の安定化を促進することができる。

　第一駆動指令パルスＰｉ１によって弁体１０１が開弁状態となり、その後第一駆動指令パルスＰｉ１が遮断されることで、開弁状態からコイル１０８への通電を遮断され、可動鉄心１０６及び弁体１０１は下流側に変位する。第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１、又は第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１と第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２とのパルス間隔Ｔｉｎｔに応じて、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正することで、安定した噴射量が得られる。安定した噴射に影響を及ぶす可動鉄心１０６の位置と残留した磁場は、第一駆動指令パルス幅Ｔｉ１やパルス間隔Ｔｉｎｔに応じて変化し、可動鉄心１０６の位置によって、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２による噴射量が増減する。第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２は、可動鉄心１０６の位置と残留した磁場を考慮して、第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正することで、安定した噴射量を得ることができる。なお、上記の説明では閉弁状態において、可動鉄心と弁体の間に空隙２１８が生ずるように構成された燃料噴射装置１００について説明したが、可動鉄心１０６と弁体１０１との間に空隙２１８が生じないように構成された燃料噴射装置であっても、可動鉄心１０６と弁体１０１とが相対変位可能に構成された燃料噴射装置であれば、本実施例と同様のる効果が得られる。

　また本実施例の燃料噴射弁１００の構成では、可動鉄心１０６の下流側には、ストッパなどの部材はない構成を例にとって挙げたが、可動鉄心１０６が接触するストッパ部材がある構成においても、得られる作用効果は変わらずこれに限定されるものではない。

　本実施例は、以下のように構成される。

　（１）弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体１０１と、弁体１０１の開閉動作を行わせる可動鉄心１０６と、コイル１０８に電流が流れることで可動鉄心１０６を吸引する固定鉄心１０７と、を備えた燃料噴射装置１００の制御装置１２０であって、前記電流の通電時間を駆動指令パルスのパルス幅で制御する制御部を有する燃料噴射装置１００の制御装置１２０において、
　前記制御部は、１燃焼サイクルの必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射する制御を実行可能に構成され、
　前記制御部は、連続した前駆動指令パルスＰｉ１と次駆動指令パルスＰｉ２とを含む複数の噴射において、前駆動指令パルスＰｉ１の前駆動指令パルス幅Ｔｉ１、および前駆動指令パルスＰｉ１の終了時刻ｔｅ１と次駆動指令パルスＰｉ２の開始時刻ｔｓ２との間の時間であるパルス間隔Ｔｉｎｔとを取得し、前駆動指令パルス幅Ｔｉ１および前記パルス間隔Ｔｉｎｔを用いて、次駆動指令パルスＰｉ２の次駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正する。

　（２）（１）において、
　パルス間隔Ｔｉｎｔが設定値Ｔε未満の場合に次駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正する補正部４０４～４０６を有する。

　（３）（２）において、
　前駆動指令パルス幅Ｔｉ２、パルス間隔Ｔｉｎｔ、次駆動指令パルスＰｉ２による次噴射量予測値Ｑｐｒｅ２、および次噴射量予測値Ｑｐｒｅ２に対応する第二駆動指令パルス幅Ｔｉ２’との関係性を有する特性マップ（図６参照）を保持し、
　補正部４０４～４０６は、前記特性マップの情報を基に次駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正する。

　（４）（２）において、
　補正部４０４～４０６は、前駆動指令パルス幅Ｔｉ１に替えて、前駆動指令パルス幅Ｔｉ１に対応する閉弁完了時間Ｔｂ１を用いる。

　（５）（４）において、
　閉弁完了時間Ｔｂ１、パルス間隔Ｔｉｎｔ、次駆動指令パルスＰｉ２による次噴射量予測値Ｑｐｒｅ２、および次噴射量予測値Ｑｐｒｅ２に対応する次駆動指令パルス幅Ｔｉ２’との関係性を有する特性マップ（図７参照）を保持し、
　補正部４０４～４０６は、前記特性マップの情報を基に次駆動指令パルス幅Ｔｉ２を補正する。

　（６）（５）において、
　コイル１０８へ印加される駆動電圧を取得し、前記駆動電圧より、コイル１０８のインダクタンス変化を演算する演算部（第二噴射量予測値算出部）４０４と、
　演算部４０２により演算した結果を用いて、弁体１０１の運動を検出する検出部４０２と、を備え、
　閉弁完了時間Ｔｂ１は、演算部４０２で演算したインダクタンス変化の演算結果に基づいて検出される。

　（７）（６）において、
　検出部４０４は、次駆動指令パルス幅Ｔｉ２による弁体１０１の動きを検知し、
　前記特性マップは、検出部４０２によって検出される次噴射の閉弁完了時間Ｔｂ２を用いて、更新される。

　なお、本発明は上記した実施例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、上記した実施例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、実施例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。

　１００…燃料噴射装置、１０１…弁体、１０６…可動鉄心、１０７…固定鉄心、１０８…コイル、１２０…エンジン制御装置（制御装置）、４０２…噴射パルス幅取得部（演算部、検出部）、４０４～４０６…補正部、Ｐｉ１…前駆動指令パルス（第一駆動指令パルス）、Ｐｉ２…次駆動指令パルス（第二駆動指令パルス）、Ｑｐｒｅ２…次駆動指令パルスＰｉ２による次噴射量予測値、Ｔｂ１…前駆動指令パルス幅Ｔｉ１に対応する閉弁完了時間、Ｔｉ１…前駆動指令パルス幅（第一駆動指令パルス幅）、Ｔｉ２…次駆動指令パルス幅（第二駆動指令パルス幅）、Ｔｉ２’…次噴射量予測値Ｑｐｒｅ２に対応する第二駆動指令パルス幅、Ｔｉｎｔ…ｔｅ１ｔｓ２との間の時間であるパルス間隔、ｔｅ１…前駆動指令パルスＰｉ１の終了時刻、ｔｓ２…次駆動指令パルスＰｉ２の開始時刻。

Claims

　弁座から離れることによって燃料通路を開く弁体と、前記弁体の開閉動作を行わせる可動鉄心と、コイルに駆動電流が流れることで前記可動鉄心を吸引する固定鉄心と、を備えた燃料噴射装置の制御装置であって、前記駆動電流の通電時間を駆動指令パルスのパルス幅で制御する制御部を有する燃料噴射装置の制御装置において、
　前記制御部は、１燃焼サイクルの必要燃料噴射量を複数回に分割して噴射する制御を実行可能に構成され、
　前記制御部は、連続した前駆動指令パルスと次駆動指令パルスとを含む複数の噴射において、前駆動指令パルスの前駆動指令パルス幅、および前駆動指令パルスの終了時刻と次駆動指令パルスの開始時刻との間の時間であるパルス間隔とを取得し、前記前駆動指令パルス幅および前記パルス間隔を用いて、前記次駆動指令パルスの次駆動指令パルス幅を補正することを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項１に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記パルス間隔が設定値未満の場合に前記次駆動指令パルス幅を補正する補正部を有することを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項２に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記前駆動指令パルス幅、前記パルス間隔、前記次駆動指令パルスによる次噴射量予測値、および前記次噴射量予測値に対応する第二駆動指令パルス幅との関係性を有する特性マップを保持し、
　前記補正部は、前記特性マップの情報を基に前記次駆動指令パルス幅を補正することを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項２に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記補正部は、前記前駆動指令パルス幅に替えて、前記前駆動指令パルス幅に対応する閉弁完了時間を用いることを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項４に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記閉弁完了時間、前記パルス間隔、前記次駆動指令パルスによる次噴射量予測値、および前記次噴射量予測値に対応する次駆動指令パルス幅との関係性を有する特性マップを保持し、
　前記補正部は、前記特性マップの情報を基に次駆動指令パルス幅を補正することを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項５に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記コイルへ印加される駆動電圧を取得し、前記駆動電圧より、前記コイルのインダクタンス変化を演算する演算部と、
　前記演算部により演算した結果を用いて、前記弁体の運動を検出する検出部と、を備え、
　前記閉弁完了時間は、前記演算部で演算したインダクタンス変化の演算結果に基づいて検出されることを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。
　請求項６に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
　前記検出部は、前記次駆動指令パルス幅による前記弁体の動きを検知し、
　前記特性マップは、前記検出部によって検出される次噴射の閉弁完了時間を用いて、更新されることを特徴とした燃料噴射装置の制御装置。