WO2025258210A1

WO2025258210A1 - 燃料噴射制御装置

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Publication number: WO2025258210A1
Application number: PCT/JP2025/014517
Authority: WO
Inventors: 明靖宮本; 方哉木村; 渉村野; 恭平松本
Original assignee: Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2024-06-14
Filing date: 2025-04-11
Publication date: 2025-12-18
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: JP2025187753A

Abstract

通電開始時間と閉弁時間との関係から、要求通電時間の増分に対する閉弁時間の変化分が、閾値よりも高い方から低い方へ跨ぐ第１閉弁時刻，第１通電時間を取得し、要求通電時間の増分に対する閉弁時刻の変化分が閾値よりも低い方から高い方へ跨ぐ第２閉弁時刻，第２通電時間を取得し、第１通電時間より小さい領域で、かつ閉弁時刻が第２閉弁時間よりも小さいときの駆動指令パルス幅を、第３通電時間とする。要求通電時間の値が、第３通電時間から第２通電時間に該当するとき、その区間を無効パルス幅とする。

Description

燃料噴射制御装置

　本発明は、燃料噴射制御装置に関する。

　近年、排気量を減らして小型化すると共に過給器によって出力を得るダウンサイジングエンジンが知られている。ダウンサイジングエンジンは、排気量を減らすことで、ポンピングロスを低減することができるため、低燃費化を図ることができる。

　一方、ダウンサイジングエンジンは、エンジン筒内のシリンダ径が縮小される傾向にあるため、噴射した燃料がシリンダ壁面に付着し、排気性能を悪化させることが懸念される。また、ダウンサイジングエンジンにおいて、燃流と空気の不均一な部分が発生すると、未燃粒子状物質が排出され、排気性能が悪化してしまう。そこで、ダウンサイジングエンジンは、エンジン筒内に供給する燃料の圧力を向上させて、噴射された燃料を微粒化し、均一な混合気を形成することにより、エンジン筒内の空気と燃料の均質化を図るようにしている。

　エンジン筒内に供給する燃料の圧力を向上させるためには、例えば一回の燃焼行程で必要な燃料を分割して噴射することで、均質化を図り、排気性能の悪化を改善することができる。これを実現するためには、燃料噴射弁には高精度な噴射量計量が必要になる。特許文献１には、個体情報を検出し、駆動パルス幅を補正することで、非線形領域の噴射量ばらつきを抑制して、噴射量計量精度の向上を図った燃料噴射装置が記載されている。

特開２０２１－１３４６８９号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された燃料噴射装置は、燃料噴射弁への駆動指令パルス幅に対して、噴射量が非線形となる領域では、目標の噴射量とするために、駆動パルス幅を逐次的に変更している。このため、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、目標の噴射量を得るために多くの時間を要してしまうという問題があった。
　ここで、噴射量が非線形となる領域とは、噴射パルス幅に対して、噴射量が正の相関となる領域と負の相関となる領域が混在する領域のことである。
　目標の噴射量を得るために多くの時間を要すると、その間にエンジン性能が悪化してしまう。また、目標の噴射量を得るために多くの時間を要すると、エンジンから排出される排気が悪化するという問題もある。

　本発明は、少ない時間で好適な駆動パルス幅の演算を行うことが可能な燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。
　本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃料噴射制御装置として、ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁の駆動指令パルス幅を要求燃料噴射量に基づき制御する制御部と、ソレノイドコイルの逆起電圧値を検出する電圧検出部と、逆起電圧値に基づいた燃料噴射弁の通電開始時間を基準として、燃料噴射弁の閉弁時間を検出する閉弁検出部と、を備えたものに適用される。
　ここで、制御部は、閉弁検出部から通電開始と閉弁時刻との関係性を取得し、要求通電時間の増分に対する前記閉弁時刻の変化分が、予め設定された閾値よりも高い方から低い方へ跨ぐ点に対応する第１閉弁時刻および第１通電時間を取得し、要求通電時間の増分に対する閉弁時刻の変化分が予め設定された閾値よりも低い方から高い方へ跨ぐ点に対応する第２閉弁時刻および第２通電時間を取得し、第１通電時間よりも駆動パルス幅が小さい領域で、かつ閉弁時間が第２閉弁時刻よりも小さくなるときの駆動指令パルス幅を、第３の通電時間として取得し、要求燃料噴射量に基づく要求通電時間の値が、第３の通電時間から第２の通電時間までの区間に該当するか否かを判定して、第３の通電時間から第２の通電時間までの区間を無効パルス幅として設定する。

　本発明によれば、噴射量が非線形となる領域においても目標の噴射量とする駆動パルス幅を試行錯誤的に演算することなく決定することができるので、少ない時間で好適な駆動パルス幅の演算が可能になる。これにより、本発明によれば、逐次的に演算するプロセスにおいて発生するエンジン性能の悪化を抑制できるようになり、エンジンから排出される排気を改善することが可能となる。
　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。

本発明の一実施形態例に係る燃料噴射制御装置が搭載された内燃機関の基本構成例を示す全体構成図である。本発明の一実施形態例に係る燃料噴射装置を示す断面図である。本発明の一実施形態例に係る燃料噴射制御装置の駆動回路及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）の詳細を示す図である。図２に示す燃料噴射装置について、駆動指令パルス幅が長い場合の駆動指令噴射パルス（噴射パルス）、駆動電圧、検出フィルタ、フィルタ後信号、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。閉弁時刻と噴射量の関係を示す図である。駆動パルス幅と閉弁時刻の関係（ａ）、及び駆動パルス幅と駆動パルス幅に対する閉弁時刻の傾きとの関係（ｂ）を示す図である。本発明の一実施形態例に係る制御無効パルス幅を演算する処理の流れを示すフローチャートである。目標閉弁時刻に対して、駆動パルス幅に対する閉弁時刻の傾きと駆動パルス幅に対する閉弁時刻の切片を導出する過程の一例を示す図である。本発明を適用しない場合の噴射量の個体特性のばらつきの一例を示す図である。本発明の一実施形態例を適用した場合の噴射量の個体特性のばらつきの一例を示す図である。噴射量に対する閉弁検出値の従来例と本発明の一実施の形態例との比較を示す図である。

　以下、本発明の一実施形態例に係る燃料噴射制御装置について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［内燃機関システム］
　まず、本実施形態例による燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの構成について説明する。
　図１は、本実施形態例に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。

　図１に示す内燃機関（エンジン）１０１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンであり、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、内燃機関１０１が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、例えば、３つ、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。

　内燃機関１０１は、ピストン１０２、吸気弁１０３、排気弁１０４を備えている。内燃機関１０１への吸気（吸入空気）は、流入する空気の量を検出する空気流量計（ＡＦＭ）１２０を通過して、スロットル弁１１９により流量が調整される。スロットル弁１１９を通過した空気は、分岐部であるコレクタ１１５に吸入され、その後、各気筒（シリンダ）に対して設けられた吸気管１１０、吸気弁１０３を介して、各気筒の燃焼室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によって高圧燃料ポンプ１２５へ供給され、高圧燃料ポンプ１２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。すなわち、高圧燃料ポンプ１２５は、排気カム１２８の排気カム軸(不図示)から伝達される動力により、高圧燃料ポンプ１２５内に設けられたプランジャーを上下に可動し、高圧燃料ポンプ１２５内の燃料を加圧（昇圧）する。

　高圧燃料ポンプ１２５の吸入口には、ソレノイドにより駆動する開閉バルブが設けられている。ソレノイドは、エンジン制御装置（ＥＣＵ: Electronic Control Unit）１０９内に設けられた燃料噴射装置の制御装置１２７に接続されている。以下の説明では、エンジン制御装置１０９をＥＣＵ１０９と称し、燃料噴射装置の制御装置１２７を燃料噴射制御装置１２７と称する。

　燃料噴射制御装置１２７は、図２に示すように、プログラムを実行するＲＡＭ(Random Access Memory)２６１（図２参照）とデータを保存するＲＯＭ(Read Only Memory)２６０（図２参照）を有している。ＥＣＵ１０９は、制御指令に基づいて、ＲＡＭ２６１よりプログラムを呼び出し、ＲＯＭ２６０に保存されたデータを基に、ソレノイドを制御する。
　これにより、高圧燃料ポンプ１２５から吐出される燃料の圧力(燃料圧)が所望の圧力になるように開閉バルブが駆動される。

　高圧燃料ポンプ１２５によって昇圧された燃料は、高圧燃料配管１２９を介して燃料噴射装置２００へ送られる。燃料噴射装置２００は、燃料噴射制御装置１２７の指令に基づいて、燃料を燃焼室１２１へ直接噴射する。この燃料噴射装置２００は、後述するコイル２０８に駆動電流が供給（通電）されることにより、弁体を動作させて、燃料噴射を行う。

　また、内燃機関１０１には、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を計測する燃料圧力センサ（燃圧センサ）１２６が設けられている。ＥＣＵ１０９は、燃料圧力センサ１２６による計測結果に基づいて、高圧燃料配管１２９内の燃料圧を所望の圧力にするための制御指令を燃料噴射制御装置１２７へ送る。すなわち、ＥＣＵ１０９は、所謂フィードバック制御を行って、高圧燃料配管１２９内の燃料圧を所望の圧力にする。

　さらに、内燃機関１０１の各燃焼室１２１には、点火プラグ１０６と、点火コイル１０７と、水温センサ１０８が設けられている。点火プラグ１０６は、燃焼室１２１内に電極部を露出させ、燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気を放電によって引火する。点火コイル１０７は、点火プラグ１０６で放電するための高電圧を作り出す。水温センサ１０８は、内燃機関１０１の気筒を冷却する冷却水の温度を測定する。

　ＥＣＵ１０９は、点火コイル１０７の通電制御と、点火プラグ１０６による点火制御を行う。燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気は、点火プラグ１０６から放たれる火花により燃焼し、この圧力によりピストン１０２が押し下げられる。

　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に排出される。そして、排気管１１１には、三元触媒１１２と、酸素センサ１１３が設けられている。三元触媒１１２は、排気ガス中に含まれる、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化する。酸素センサ１１３は、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、酸素センサ１１３の検出結果に基づいて、燃料噴射装置２００から供給される燃料噴射量が目標空燃比となるように、フィードバック制御を行う。

　また、ピストン１０２には、クランクシャフト１３１がコンロッド１３２介して接続されている。そして、ピストン１０２の往復運動がクランクシャフト１３１により回転運動に変換される。そして、クランクシャフト１３１には、クランク角度センサ１１６が取り付けられている。クランク角度センサ１１６は、クランクシャフト１３１の回転と位相を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６の出力に基づいて、内燃機関１０１の回転速度を検出する。

　ＥＣＵ１０９には、クランク角度センサ１１６、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、運転者が操作するアクセルの開度を示すアクセル開度センサ１２２、燃料圧力センサ１２６等の信号が入力される。

　ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２から供給された信号に基づいて、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、ＥＣＵ１０９は、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て、それに見合った開度信号をスロットル弁１１９に出力する。

　また、ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６から供給された信号に基づいて、内燃機関１０１の回転速度(以下、エンジン回転数という)を演算する回転数検出部を有する。さらに、ＥＣＵ１０９は、水温センサ１０８から得られる冷却水の温度と、内燃機関１０１の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暖機判断部を有する。

　燃料噴射制御装置１２７は、吸入空気量に応じた燃料量（目標噴射量）を算出して、それに応じた燃料噴射信号を燃料噴射装置２００に出力する。さらに、燃料噴射制御装置１２７は、点火コイル１０７に通電信号を出力し、点火プラグ１０６に点火信号を出力する。

［燃料噴射装置の構成］
　次に、図１に示す燃料噴射装置２００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示す燃料噴射装置２００を示す断面図である。
　図２に示すように、燃料噴射装置２００は、燃料を供給する燃料供給部２１２と、燃料の通り道となる燃料噴射孔２１５を有した弁座２０２と、弁体２０１を駆動する可動鉄心（可動子）２０６と、で構成される。本実施形態では、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って説明する。

　図２に示す燃料噴射装置２００では、図面の上端側に燃料供給部２１２が配置され、下端側に燃料噴射孔２１５及び弁座２０２が配置されている。そして、燃料供給部２１２と弁座２０２との間に可動鉄心２０６、弁体２０１、及び中間部材２１４が配置されている。

　燃料噴射装置２００は、燃料噴射孔２１５及び弁座２０２に対して反対側（燃料供給部２１２側）の端部が図示しない高圧燃料配管１２９（図１参照）に連結される。燃料噴射装置２００は、燃料供給部２１２の反対側（燃料噴射孔２１５側）の端部が、燃焼室１２１（図１参照）を形成するシリンダブロック、シリンダヘッド等の部材に形成された取付穴（挿入孔）に挿入される。

　燃料噴射装置２００は、燃料供給部２１２を通じて高圧燃料配管１２９（図１参照）から燃料の供給を受け、弁座２０２の先端部から燃焼室１２１（図１参照）内に燃料を噴射する。燃料噴射装置２００の内部には、燃料供給部２１２側の基端部から燃料噴射孔２１５側の先端部まで、燃料がほぼ燃料噴射装置２００の中心軸線２００ａに沿って流れるように、燃料通路が形成されている。

　コイル２０８は、固定鉄心２０７とハウジング２０９との間に配置されている。固定鉄心２０７、コイル２０８及びハウジング２０９は、磁気回路を形成する。コイル２０８に通電されていない閉弁状態では、弁体２０１を閉弁方向に付勢する第一ばね部材２１０及び第二ばね部材２１６の付勢力から第三ばね部材２１７の付勢力を引いた力により、弁体２０１が弁座２０２に当接している。この弁体２０１が弁座２０２に当接した状態を閉弁安定状態と称する。閉弁安定状態では、可動鉄心２０６は、中間部材２１４と当接し、閉弁位置に配置される。弁体２０１は、可動鉄心２０６からの荷重を伝達する伝達面２１９を介して駆動される。

　閉弁安定状態では、中間部材２１４は、第二ばね部材２１６により下流側（弁座２０２側、閉弁方向）に付勢され、弁体２０１と接触して静止している。可動鉄心２０６は、第三ばね部材２１７により上流側（固定鉄心２０７側、開弁方向）に付勢され、中間部材２１４と接触している。第三ばね部材２１７の付勢力よりも第二ばね部材２１６の付勢力の方が大きいため、弁体２０１と可動鉄心２０６との間には隙間２５０が生じている。

　燃料噴射装置２００には、燃料噴射制御装置１２７及びＥＣＵ（エンジン制御装置）１０９が接続される。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９から駆動指令パルス（噴射パルス）を受けて燃料噴射装置２００に駆動電流（駆動電圧）を通電する回路を有する。
　なお、ＥＣＵ１０９と燃料噴射制御装置１２７とは一体の部品として構成されてもよい。
　燃料噴射制御装置１２７は、少なくとも燃料噴射装置２００の駆動電圧を発生する装置であればよい。したがって、燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９と一体となったものであってもよいし、単体で構成されてもよい。

　ＥＣＵ１０９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（噴射パルス）幅や噴射タイミングの演算を行う。
ＥＣＵ１０９より出力された駆動指令パルスは、信号線２２３を通して燃料噴射制御装置１２７に入力される。

　燃料噴射制御装置１２７は、コイル２０８に印加する駆動電圧を制御し、駆動電流を供給する。ＥＣＵ１０９は、通信ライン２２２を通して、燃料噴射制御装置１２７と通信を行っており、燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件によって燃料噴射制御装置１２７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。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９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。

［燃料噴射制御装置の構成］
　次に、燃料噴射制御装置１２７の構成について、図３を用いて説明する。
　図３は、燃料噴射制御装置１２７の駆動回路及びＥＣＵ１０９の詳細を示す図である。
　ＥＣＵ１０９（図２参照）には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１が内蔵されている。
　ＣＰＵ５０１は、燃料圧力センサ１２６、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、クランク角度センサ１１６等からエンジンの状態を示す各種信号を取り込む。そして、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２００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）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のパルス幅や噴射タイミングの演算を行い、信号線２２３を通して燃料噴射装置２００の駆動ＩＣ５０２に駆動指令パルスを出力する。ＣＰＵ５０１は、本実施形態である燃料噴射制御装置１２７における制御部の一具体例を示している。
　なお、駆動指令パルスのパルス幅の大小によって、噴射量の大小が決まる。その後、ＣＰＵ５０１は、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２００へ駆動電流を供給する。

　スイッチング素子５０５は、燃料噴射制御装置１２７の駆動回路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２００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（Field effect transistor）やトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置２００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される。昇圧回路５１４は、例えば、コイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２及びコンデンサ５３３で構成されている。

　昇圧回路５１４では、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側へ移行する。一方、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。そして、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、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０２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で検出される。なお、昇圧回路５１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成してもよい。

　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１２～１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置２００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２００に流れている電流値を検出する。そして、駆動ＩＣ５０２は、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する。ダイオード５０９、５１０は、燃料噴射装置２００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。

　ＣＰＵ５０１は、通信ライン２２２を通して、駆動ＩＣ５０２と通信を行っており、駆動ＩＣ５０２は、燃料噴射装置２００（図２参照）に供給する燃料の圧力や運転条件によって生成する駆動電流を切替えることができる。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、駆動ＩＣ５０２は、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧を検出することができる。

　なお、本実施形態例で後述する目標パルス幅補正制御処理を実行するために必要なデータの取得処理、演算処理、及び制御処理は、ＥＣＵ１０９又はＣＰＵ５０１に用意されたプログラムにより実行される。すなわち、ＥＣＵ１０９に用意されたプログラムの実行で、燃料噴射制御装置１２７には、燃料噴射弁の駆動指令パルス幅を要求燃料噴射量に基づき制御する制御部が構成される。また、図３に示す回路構成により、ソレノイド５４０の逆起電圧値を検出する電圧検出部が構成されている。また、ＥＣＵ１０９又はＣＰＵ５０１には、検出した逆起電圧値に基づいた燃料噴射弁の通電開始時間を基準として、燃料噴射弁の閉弁時間を検出する閉弁検出部が構成されている。

［燃料噴射装置の動作］
　次に、燃料噴射制御装置１２７の制御による燃料噴射装置２００の動作について、図４を用いて説明する。
　図４は、駆動指令パルス（噴射パルス）、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。図４の最下段に示す弁体可動子の変位は、破線により弁体２０１の変位を示し、実線により可動鉄心２０６の変位を示している。

　図４に示すように、時刻Ｔｓにおいて駆動指令パルスＴｉ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３０４が印加され、コイル２０８（図２参照）に電流の供給が開始される。

　コイル２０８への通電後、固定鉄心２０７、コイル２０８及びハウジング２０９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２０７、ハウジング２０９及び可動鉄心２０６によってコイル２０８を囲むように形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２０６と固定鉄心２０７との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心２０６と中間部材２１４とが固定鉄心２０７に向けて変位する。その後、可動鉄心２０６は、弁体２０１の伝達面２１９と可動鉄心２０６の伝達面２１８とが当接するまで変位する。なお、弁体２０１は、弁座２０２との当接状態を維持し続ける。

　可動鉄心２０６が、弁体２０１と可動鉄心２０６との間に生じている隙間２５０だけ変位し、弁体２０１の伝達面２１９と可動鉄心２０６の伝達面２１８とが衝突する。すると、弁体２０１は、可動鉄心２０６の持つエネルギーにより上流側に引き上げられ、弁座２０２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２１５より燃料が噴射される。こうして、弁体２０１は、運動エネルギーを有した可動鉄心２０６により急峻に変位する。

　燃料噴射制御装置１２７は、時刻Ｔｓで可動鉄心２０６と弁体２０１とが衝突し、弁体２０１を開弁させるのに十分な運動エネルギーが蓄積されるまで、弁体２０１に高電圧３０４を印加し、駆動電流３０８をコイル２０８に流す。これにより、可動鉄心２０６と固定鉄心２０７との間には、必要十分な磁気吸引力が発生するので、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０６を素早く応答させることができる。

　そして、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０６を素早く応答させることにより、例えば、予備ストロークとなる隙間２５０が個体毎にばらついたとしても、そのばらつきが噴射量に及ぼす影響を小さくすることができる。また、燃料圧力が高い場合であっても、燃料噴射制御装置１２７は、隙間２５０の間で空走によって得られる可動鉄心２０６の運動エネルギーにより、弁体２０１を可動鉄心２０６側に駆動することが可能となる。

　コイル２０８に流れる駆動電流は、高電圧３０４の印加により、ピーク電流３０８で示すように急峻に立ち上げられる。そして、駆動電流がピーク電流値Ｉｐに達すると、高電圧３０４からバッテリ電圧３０５に切り替える。

　本実施形態例では、開弁開始タイミングにピーク電流値Ｉｐに達するように設定され、ピーク電流値Ｉｐに達すると、バッテリ電圧３０５に切り替わり、予め決められた電流の閾値の範囲に収まるように、バッテリ電圧３０５のオン・オフが切り替えられて制御されている。バッテリ電圧３０５のオン・オフが切り替えられている間、オン・オフに連動した変化を示す駆動電流３３１が得られる。

　可動鉄心２０６と固定鉄心２０７の衝突後、弁体２０１は上流側へ変位し、可動鉄心２０６は下方へ変位する。固定鉄心２０７と可動鉄心２０６とが衝突すると、弁体２０１と可動鉄心２０６とは離間し、可動鉄心２０６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称する。

　可動鉄心２０６と弁体２０１は、相対運動が可能なように構成されているため、可動鉄心２０６が固定鉄心２０７に衝突した際、弁体２０１と可動鉄心２０６は互いに離れ、弁体２０１が上流側に変位する。

　続いて、時刻Ｔｅで駆動指令パルスＴｉがオフになると、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧を逆方向に印加する（逆電圧を印加する）。これにより、コイル２０８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が消滅する。その結果、磁気吸引力を失った可動鉄心２０６は、第一ばね部材２１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体２０１が弁座２０２に接触する閉位置に押し戻される。

　弁体２０１に作用する第一ばね部材２１０の付勢力は、弁体２０１側の伝達面２１９及び可動鉄心２０６側の伝達面２１８を介して可動鉄心２０６に伝達される。駆動指令パルスＴｉがオフになる時刻Ｔｅから閉弁が完了するまでの閉弁所要時間が経過した時刻Ｔeoiにおいて、弁体２０１が弁座２０２と接触する。

　弁体２０１が弁座２０２と接触した後、可動鉄心２０６側の伝達面２１８は、弁体２０１側の伝達面２１９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Ｔeoi以降、可動鉄心２０６と弁体２０１とは、図２に示すように、分離した状態となる。このとき、駆動電圧には、変曲点３１０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、閉弁が完了する時刻Ｔeoiを検出することができる。

　燃料噴射装置２００を閉弁する際は、弁体２０１が弁座２０２と衝突する時に、第三ばね部材２１７が伸長から圧縮に転じて、可動鉄心２０６の運動方向が逆転する。これにより、可動鉄心２０６の加速度が変化し、コイル２０８のインダクタンスが変化する。つまり、燃料噴射装置２００を閉弁する際には、コイル２０８に流れる駆動電流が遮断され、コイル２０８に逆起電力が印加される。そして、駆動電流が収束すると徐々に逆起電力も減少していくため、逆起電力が減少する際にインダクタンスが変化することで、駆動電圧に変曲点３１０が発生する。

　変曲点３１０は、燃料噴射装置２００の閉弁完了タイミングとなる。変曲点３１０は、例えば、コイル２０８に印加される駆動電圧の時系列データを２階微分すると、極値(極大値もしくは極小値)として現れる。したがって、駆動電圧の時系列データの２階微分し、極値を検出することで変曲点３１０を特定することができる。なおこのとき、予め設定した範囲であるフィルタ処理開始時刻Ｔssからフィルタ処理終了時刻Ｔseまでの間におけるフィルタ後信号の極大値、または最大値を検出することで、閉弁時刻Ｔeoiを検出することができる。

　図４の電圧のフィルタ後信号は、駆動電圧を２階微分した際の波形である。上述したように電圧の傾きの変化に伴って、電圧を２階微分した波形は、デジタルフィルタ後の数値が変化する。すなわち、弁体２０１が閉弁をすると、可動鉄心２０６の加速度が変化するため、結果電圧の変化として現れる。よって、デジタルフィルタ処理の極大値、すなわち決められた閉弁検出開始時刻Ｔssから閉弁検出終了時刻Ｔeeまでの間での最大値を算出することで、弁体２０２の閉弁時刻Ｔｅｏｉである変曲点３１０を検出することが可能となる。

［閉弁時刻と噴射量の関係］
　図５は、閉弁時刻Ｔeoi（横軸）とその時に燃料噴射装置２００から噴射された燃料噴射量（縦軸）を表したグラフである。図５に示すように、閉弁時刻Ｔeoiと噴射量の間には線形関係が成り立つことが知られており、予め求めておいた関係式（［数１］式）により、目標の噴射量Ｑ_tarから、閉弁目標時刻Ｔeoi_tarを求めることができる。
　すなわち、駆動パルス幅時の閉弁時刻と、燃料噴射弁より噴射される噴射量と、燃料噴射弁に供給される圧力を予め定数として保持する。次に、要求噴射量を入力として、要求閉弁時刻を得、得られた要求閉弁時刻と、変化分と切片の関係性から目標噴射パルス幅を演算する。
　［数１］式におけるａ１、ｂ１は、図５に示すａ１、ｂ１と同じものであり、燃圧の関数として、設定されていてもよい。

［噴射パルス幅の演算処理］
　次に噴射パルス幅Ｔi_tarを演算する方法について説明する。図６（ａ）は、噴射パルス幅（横軸）と閉弁遅れ時間（縦軸）の関係性を表した図である。また、図６（ｂ）は、駆動パルス幅（横軸）と、閉弁時刻のパルス幅に対する傾きａ_0（縦軸）との関係を示した図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）の駆動パルス幅は、時間軸を一致させて示す。

　図６（ａ）に示すように、予め決めた駆動パルス幅において、フィルタリング後の電圧から求めた変曲点より閉弁Ｔeoiを検出し、図６（a）で示す関係性を取得する。
　ここで、図６（ｂ）に示すように、駆動パルス幅と閉弁時刻Ｔeoiより、傾きａ_0を計算する。これを計算するためには、例えば［数２］式で示すような式で求めることができる。ここで、ｉは駆動パルス幅の次数を示し、ｉ＋１は、iの駆動パルス幅より、一つ大きい駆動パルスを表す。

　図６（ｂ）に示すように、駆動パルス幅Ｔｉに対する閉弁時刻Ｔeoiの傾きａ_0は、零点よりも上の正から、零点よりも下の負の特性になる区間がある。これは、弁体２０１が、固定鉄心２０７に衝突する際に発生するバウンドの影響によるものであることが知られている。この弁体２０１と固定鉄心２０７とのバウンドが発生している領域では、駆動パルス幅に対して、閉弁時刻Ｔeoiの傾きが、負の特性となる領域と、正の特性となる領域が存在する。
　この正の特性と負の特性が混在する領域では、目標閉弁時刻と実閉弁時刻との差分を演算し、差分に対して制御量を決めるフィードバック制御を行う場合において、不安定となる虞がある。そのため、目標閉弁時刻へと収束させるのが極端に困難となり、噴射パルス幅の制御が不安定となる。

　上記問題を解決するため、本実施形態例では、次に説明するように、噴射パルス幅に対する閉弁時刻Ｔeoiの傾きａ_0を導出し、負の特性となる領域を検出し、検出した結果を基に制御無効パルス幅を設定している。ここで、本実施形態例では、次の図７のフローチャートで説明するように、図６に示す負から正となる領域の駆動パルス幅Ｔi_eと、正から負となる駆動パルス幅Ｔi’_sとを算出する。

［制御無効パルス幅を演算する処理］
　以下、図７，図８を用いて、目標時刻Ｔeoi_tarに対して、噴射パルス幅Ｔi_tarを演算する方法を説明する。
　図７は、制御無効パルス幅を演算する流れのフローチャートである。
　制御無効パルス幅の演算が開始されると、ＥＣＵ１０９は、複数パルス幅での閉弁時刻Ｔeoiを検出する（ステップＳ７０１）。あるいは、ＥＣＵ１０９は、ＲＡＭ２６１に保存された閉弁時刻Ｔeoiの読み込みを行う。

　次に、ＥＣＵ１０９は、［数１］式を用いて、駆動パルス間の傾きａ_0を演算し、算出した傾きａ_0をＲＡＭ２６１に一時的に保存する（ステップＳ７０２）。
　その後、ＥＣＵ１０９は、ＲＡＭ２６１より、傾きａ_0を読み出し、傾きａ_0が負となる領域があるか否かを判別する（ステップＳ７０３）。

　ステップＳ７０３にて、傾きａ_0が負となる領域がないと判断（ステップＳ７０３のＮｏ）されると、ＥＣＵ１０９は制御無効パルス幅を演算する処理を終了する。
　また、ステップＳ７０３にて、傾きａ_0が負となる領域があると判断（ステップＳ７０３のＹｅｓ）されると、ＥＣＵ１０９は、傾きａ_0が、負から正となる領域のパルス幅Ｔi_eと、正から負となるパルス幅Ｔi’_sを取得する（ステップＳ７０４）。負から正となる領域のパルス幅Ｔi_eと、正から負となるパルス幅Ｔi’_sは、例えば図６に示すような状態で取得される値である。

　さらに、ステップＳ７０４でパルス幅Ｔi_e、Ｔi’_sを取得した後、ＥＣＵ１０９は、パルス幅Ｔi_eでの閉弁時刻Ｔeoi_eを取得する（ステップＳ７０５）。
　その後、ＥＣＵ１０９は、噴射パルス幅Ｔi’_sよりも小さい駆動パルス幅の領域で、閉弁時刻Ｔeoi_eよりも小さくなる領域を探索し、駆動パルス幅が大きい方から探索する（ステップＳ７０６）。
　さらに、ＥＣＵ１０９は、閉弁時刻Ｔeoi_eを初めに下回る駆動パルス幅をＴi_sとし、無効噴射パルス幅を駆動パルス幅Ｔi_sから駆動パルス幅Ｔi_eとして設定し（ステップＳ７０７）、ＥＣＵ１０９は制御無効パルス幅を演算する処理を終了する。

　このような処理が行われることで、制御無効パルス幅は、制御駆動パルス幅から除外されるため、噴射パルス幅Ｔｉに対する閉弁時刻Ｔeoiの傾きが負となる領域を用いることなく、連続した噴射量制御が可能となる。

　上述したＥＣＵ１０９による制御処理をまとめると、以下のようになる。
　すなわち、ＥＣＵ１０９に構成される制御部は、閉弁検出部から通電開始時間と閉弁時刻との関係を取得する。ここで、通電開始時間と閉弁時刻との関係を取得する際には、例えば閉弁検出部の出力から、通電時刻と閉弁時刻との関係性を少なくとも３点以上取得することが好ましい。

　そして、ＥＣＵ１０９に構成される制御部は、要求通電時刻の増分に対する閉弁時刻の変化分が、予め設定された閾値よりも高い方から低い方へ跨ぐ点に対応する第１閉弁時刻及び第１通電時刻を取得する。また、ＥＣＵ１０９に構成される制御部は、要求通電時刻の増分に対する閉弁時刻の変化分が予め設定された閾値よりも低い方から高い方へ跨ぐ点に対応する第２閉弁時刻及び第２通電時刻を取得する。

　さらに、ＥＣＵ１０９に構成される制御部は、第１通電時刻よりも駆動パルス幅が小さい領域で、かつ閉弁時刻が第２閉弁時刻よりも小さくなるときの駆動指令パルス幅を、第３通電時刻として取得する。
　そして、ＥＣＵ１０９に構成される制御部は、要求燃料噴射量に基づく要求通電時刻の値が、第３通電時刻から第２通電時刻までの区間に該当するか否かを判定して、第３通電時刻から第２通電時刻までの区間を無効パルス幅として設定する。

［閉弁時刻の傾きと閉弁時刻の切片を導出する過程］
　図８は、閉弁時刻と駆動パルス幅、目標閉弁時刻Ｔeoi_tarに対して、傾きａ_0、切片ｂ_0を導出する過程を示した図である。
　図８は、縦軸に閉弁時刻、傾きａ_0、切片ｂ_0を示し、横軸に駆動パルス幅を示す。閉弁時刻は流量とほぼ等しい。図８に示す傾きａ_0の特性において、一点鎖線で示す値Ｘは零点を示す。また、閉弁時刻の特性において、制御無効パルス幅をＴＷとして示す。
　図８に示すように、傾きａ_0が正となる領域で目標とする閉弁時刻（黒丸で示す閉弁時刻）は、演算で求めることができる。

　本実施形態例では、図５で説明した閉弁時刻と燃料噴射量との関係、ならびに［数４］式を用いて、目標噴射パルス幅Ｔeoi_tarが求まると、目標噴射パルス幅Ｔeoi_tarに該当する傾きａ_0と切片ｂ_0が演算される。
　例えば、閉弁時刻Ｔｅｏｉに関連した傾きａ_0、切片ｂ_0から、目標噴射パルス幅Ｔeoi_tarが閉弁時刻Ｔeoi[ｋ]を超える最初の次数をｋ演算し、このとき傾きａ_0 [ｋ]と、ｂ_0 [ｋ]とを算出する。傾きａ_0と切片ｂ_0は、区分線形近似されていることから、噴射パルス幅Ｔi_tarは、［数４］式で求めることができる。

　本実施形態例によると、このようにして、目標噴射量より目標駆動パルス幅Ｔi_tarを求めることが可能となる。
　すなわち、図８に示すように、閉弁を検出した駆動パルス幅において、要求通電時刻の増分に対する閉弁時刻の変化分を演算して保持し、要求通電時刻の増分に対する閉弁時刻の関係性を直線近似した際に表れる切片を演算して保持することで、適切に傾きと切片を導出することができる。
　また、目標の閉弁時刻の最近傍となる変化分と切片を参照し、かつ無効パルス幅の領域ＴＷで、変化分と切片とが参照される場合には、無効パルス幅よりも大きいパルス幅の時の変化分と切片とを参照してもよい。
　以上説明した目標パルス幅補正制御手法を用いることで、燃料噴射弁の個体情報をより正確に把握することができる。

［本実施形態例による効果］
　図９及び図１０は、燃料噴射量（縦軸）とパルス幅（横軸）との関係の例を示す特性図である。図９は本実施形態例の目標パルス幅補正制御手法を適用しない場合の噴射量特性を示し、図１０は本実施形態例の目標パルス幅補正制御手法を実施した噴射量特性を示す。
　図９に示すような微小パルス幅における噴射量のばらつきは、閉弁検出結果Ｔeoiを基に、噴射パルス幅を補正するなどの制御に用いることで、図１０に示すように個体個体のばらつきを抑制することができる。これにより、エンジンの排気性能の向上や燃料消費量を低減することが可能となる。

　図１１は、燃料噴射量（横軸）と噴射量のばらつき（縦軸）を、本実施形態例の特性αと従来例の特性βとで比較した図である。この図１１に示すように本実施形態例によると噴射量のばらつきを極端に低減することが可能となる。
　以上説明したように、本実施形態例によると、個体のばらつきを抑制することができ、ひいてはエンジンの排気性能の向上や燃料消費量を低減することが可能となる。

［変形例］
　以上、本発明の燃料噴射制御装置の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の燃料噴射装置の制御装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。また、上述した実施形態は、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。

　１０１…内燃機関、　１０２…ピストン、　１０３…吸気弁、　１０４…排気弁、　１０６…点火プラグ、　１０７…点火コイル、　１０８…水温センサ、　１０９…ＥＣＵ、　１１３…酸素センサ、　１１６…クランク角度センサ、　１１９…スロットル弁、　１２０…空気流量計、　１２１…燃焼室、　１２２…アクセル開度センサ、　１２３…燃料タンク、　１２４…低圧燃料ポンプ、　１２５…高圧燃料ポンプ、　１２６…燃料圧力センサ、　１２７…燃料噴射制御装置、　１２８…排気カム、　１２９…高圧燃料配管、　１３１…クランクシャフト、　２００…燃料噴射装置、　２０１…弁体、　２０２…弁座、　２０６…可動鉄心（可動子）、　２０７…固定鉄心（固定子）、　２０８…コイル、　２０９…ハウジング、　２１０…第一ばね部材、　２１２…燃料供給部、　２１４…中間部材、　２１５…燃料噴射孔、　２１６…第二ばね部材、　２１７…第三ばね部材、　２１８，２１９…伝達面、　２２２…通信ライン、　２２３…信号線、　２５０…隙間、　２６０…ＲＯＭ、２６１…ＲＡＭ、３０４…高電圧、　３０８…駆動電流（ピーク電流）、　３３０…変曲点、　３３１…ホールド電流、　５０１…ＣＰＵ

Claims

　ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁の駆動指令パルス幅を要求燃料噴射量に基づき制御する制御部と、
　前記ソレノイドコイルの逆起電圧値を検出する電圧検出部と、
　前記逆起電圧値に基づいた燃料噴射弁の通電開始時刻を基準として、前記燃料噴射弁の閉弁時刻を検出する閉弁検出部と、を備えた燃料噴射制御装置であって、
　前記制御部は、
　前記閉弁検出部から通電時間と閉弁時刻との関係を取得し、
　要求される通電時間の増分に対する前記閉弁時刻の変化分が、予め設定された閾値よりも高い方から低い方へ跨ぐ点に対応する第１閉弁時刻および第１通電時間を取得し、
　要求される通電時間の増分に対する前記閉弁時刻の変化分が予め設定された閾値よりも低い方から高い方へ跨ぐ点に対応する第２閉弁時刻および第２通電時間を取得し、
　前記第１通電時間よりも駆動パルス幅が小さい領域で、かつ前記閉弁時刻が第２閉弁時刻よりも小さくなるときの駆動指令パルス幅を、第３通電時間として取得し、
　要求される燃料噴射量に基づく要求通電時間の値が、前記第３通電時間から前記第２通電時間までの区間に該当するか否かを判定して、前記第３通電時間から前記第２通電時間までの区間を無効パルス幅として設定する
　燃料噴射制御装置。
　前記制御部は、前記閉弁検出部が閉弁を検出した駆動パルス幅において、前記要求通電時間の増分に対する前記閉弁時刻の変化分を演算および保持し、前記要求通電時間の増分に対する前記閉弁時刻の関係性を直線近似した際に表れる切片を演算及び保持し、前記変化分と前記切片と、前記駆動パルスとが、対となるよう前記閉弁時刻を保持する
　請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
　前記制御部は、前記駆動パルス幅のときの閉弁時刻と、前記燃料噴射弁より噴射される噴射量と、燃料噴射弁に供給される圧力を予め定数として保持し、要求される燃料噴射量を入力として、要求閉弁時刻を得、
　得られた要求閉弁時刻と、前記変化分と前記切片の関係性から目標噴射パルス幅を演算する
　請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
　前記制御部は、目標の閉弁時間の最近傍となる変化分と切片を参照し、かつ前記無効パルス幅の領域で、変化分と切片とが参照される場合には、前記無効パルス幅よりも大きいパルス幅の時の変化分と切片とを参照とする
　請求項３に記載の燃料噴射制御装置。