JP5053868B2

JP5053868B2 - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP5053868B2
Application number: JP2008000825A
Authority: JP
Inventors: 威生三宅; 正裕豊原; 黛　　拓也; 石川　　亨; 亮一大浦
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2008-01-07
Filing date: 2008-01-07
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-01-07
Also published as: US7789073B2; JP2009162115A; EP2077384B1; DE602008005545D1; EP2077384A1; US20090177369A1

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、最小燃料噴射量を改善できる燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関には、運転状態に応じた適切な燃料量の演算を行い、燃料を供給する燃料噴射弁を駆動させる燃料噴射制御装置が備えられている。燃料噴射弁は、ソレノイドに流れる電流によって発生する磁気力によって燃料噴射弁を構成している弁体の開閉を行い、燃料の噴射を行う。噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁の噴口部の雰囲気圧力との差圧、並びに弁体を開いた状態に維持し、燃料が噴射されている時間により決定される。従って適切な量の燃料噴射行うには、燃料の圧力に応じて燃料噴射弁の開弁を維持する時間を設定すると共に、弁体の開閉動作を迅速かつ精度良く行う必要がある。

ここで、燃料噴射弁の閉弁時には、電流回路の応答遅れによって、燃料噴射制御装置が真に閉弁させたい閉弁時期よりも遅れて、弁の閉弁動作が完了する。この閉弁遅れに対して、燃料噴射弁への駆動パルスＴｉが長い場合には、予め閉弁遅れ時間を差し引いた通電時間を設定することで噴射量が所望の値からずれることを回避できる。しかしながら、燃料噴射弁への通電時間が短い場合には、予め閉弁遅れ時間を差し引いた通電時間とすると、燃料噴射弁の弁体が十分に開弁しないうちに閉弁を迎えることになり、要求される噴射量を精度良く噴射することができない。

そこで、従来、インジェクタからの噴射燃料の燃圧に応じて、弁体の開弁動作初期の過励磁期間を必要最小限に可変設定して、燃料制御量のダイナミックレンジを拡大するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、最小幅の噴射パルスが終了する前に、噴射弁のソレノイド電流を強制的に短時間で開弁状態を保持する電流のレベルに落とすことによって、噴射パルス幅に対して噴射量の関係を比例させ、正確な噴射量制御をするものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３７６８７２３号明細書特許第３５６２１２５号明細書

近年、燃料消費率低減という観点から内燃機関のアイドル回転数の低下が求められているため、燃料噴射弁から噴射可能な最小量に対する要求は低下傾向にある。同じく、燃料消費率低減のため、内燃機関の出力が不要な場合に燃料の噴射を行わない燃料カットを行う機会が増加し、併せて燃料の噴射を再開する頻度も増加している。燃料噴射を再開する際には無負荷相当の少ない燃料量を噴射する必要がある。また、出力の増加や排気性能の向上を目的として、分割噴射が行われている。これは本来１回の噴射に必要な燃料を複数回に分割して、適切な時期に噴射することで内燃機関の性能を向上させようとするもので、１回当たりの燃料噴射量を少なくすることが求められている。

また、内燃機関においてはダウンサイジングにより車両搭載時の燃料消費率を向上させる試みも実施されている。この場合は比出力の向上が求められるため、前述の最小噴射量の低下と共に最大噴射量の増加も求められている。よって燃料噴射弁に求められるダイナミックレンジ（最大噴射量を最小噴射で除算した値）は増加する傾向にある。

このように内燃機関の性能向上の要求に伴い、最大噴射量を低減することなく、少量の燃料噴射が可能なことが求められている。しかしながら、特許文献１，２に記載の方法では、このような最小燃料噴射量の要求には十分には対応できないという問題があった。

本発明の目的は、最大噴射量を低減することなく、最小燃料噴射量を低減できる燃料噴射制御装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、燃料噴射弁の開弁時に、高電圧電源から電流を前記燃料噴射弁に供給し、弁体を開弁させた後、低電圧電源に切り替えて電流を供給し、開弁の保持を行う内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料噴射弁の開弁時に、前記高電圧電源から電流を前記燃料噴射弁に供給後、急速に電流を放電させ、前記弁体の開弁を保持できない第１の電流値まで低下させた後、開弁を保持できる第２の電流値を供給するように前記燃料噴射弁に供給する電流を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記弁体の開弁を保持できない電流値であるとともに、０より大きな電流値である第１の電流値である第１の電流値まで低下させた後、前記第１の電流値を所定時間保持するようにしたものである。
かかる構成により、最大噴射量を低減することなく、最小燃料噴射量を低減できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記制御手段は、前記弁体の開弁を保持できない第１の電流値まで低下させた後、弁体の開弁を保持できる電流値よりも大きな第３の電流値を所定時間保持し、その後、前記第２の電流値を供給するようにしたものである。

本発明によれば、最大噴射量を低減することなく、最小燃料噴射量を低減できるものとなる。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態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、本発明の第１の実施形態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図である。

エンジン１には、ピストン２、吸気弁３、排気弁４が備えられる。吸気は、空気流量計（ＡＦＭ）２０を通過してスロットル弁１９に入り、分岐部であるコレクタ１５より吸気管１０、吸気弁３を介してエンジン１の燃焼室２１に供給される。燃料は、燃料タンク２３から低圧燃料ポンプ２４によって内燃機関へと供給され、さらに高圧燃料ポンプ２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。高圧燃料ポンプ２５によって昇圧された燃料は、燃料噴射弁５から、エンジン１の燃焼室２１に噴射供給され、点火コイル７、点火プラグ６で点火される。燃料の圧力は、燃料圧力センサ２６によって計測される。

燃焼後の排気ガスは、排気弁４を介して排気管１１に排出される。排気管１１には、排気ガス浄化のための三元触媒１２が備えられている。ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９には、燃料噴射制御装置２７が内蔵され、エンジン１のクランク角度センサ１６の信号、ＡＦＭ２０の空気量信号、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１３の信号、アクセル開度センサ２２のアクセル開度、燃料圧力センサ２６等の信号が入力される。ＥＣＵ９は、アクセル開度センサ２２の信号からエンジンへの要求トルクを算出するとともに、アイドル状態の判定等を行う。ＥＣＵ９には、クランク角度センサ１６の信号からエンジン回転数を演算する回転数検出手段と、水温センサ８から得られる内燃機関の水温とエンジン始動後の経過時間等から三元触媒１２が暖機されて状態であるかを判断する暖気判定手段が備えられている。

また、ＥＣＵ９は、エンジン１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１９に出力する。また、ＥＣＵ９は、燃料噴射制御装置２７は吸入空気量に応じた燃料量を算出して、燃料噴射弁５に燃料噴射信号を出力し、点火プラグ６に点火信号を出力する。

排気管１１とコレクタ１５との間は、ＥＧＲ通路１８により接続されている。ＥＧＲ通路１９の途中には、ＥＧＲ弁１４が備えられている。ＥＧＲ弁１４の開度は、ＥＣＵ９によって制御され、必要に応じて、排気管１１の中の排気ガスが、吸気管１０に還流される。

次に、図２を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置の構成を示すブロック回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

燃料噴射制御装置２７は、一般に、図１に示したＥＣＵ９に内蔵されるている。マイコン（ＣＰＵ）５７は、内燃機関の運転状態に応じて適切な燃料噴射パルス幅、噴射開始タイミングの演算を行い、駆動パルス送信線５５を通じて燃料噴射弁駆動ＩＣ５６に駆動パルスTiを送信する。駆動パルスTiを受信した駆動ＩＣは、スイッチング素子５０，５１，５２のON、OFFを切り替えて、燃料噴射弁５３へ励磁電流を供給する。

スイッチング素子５０は、高電圧源ＶＨと燃料噴射弁５３の高圧側端子の間に接続されている。高電圧源ＶＨは、例えば、６０Ｖであり、バッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ等により昇圧することで生成される。スイッチング素子５１は、低電圧源ＬＨと燃料噴射弁５３の高圧側端子の間に接続されている。低電圧源ＬＨは、例えば、１２Ｖである。スイッチング素子５２は、燃料噴射弁５３の低圧側端子と接地電位の間に接続されている。

駆動ＩＣ５６は、電流検出抵抗６０により燃料噴射弁５３に流れている電流値を検出しており、スイッチング素子５０，５１，５２のON，OFFを切り替えることで目標とする電流値を保持し、通電することができる。

ダイオード５８，５９は、燃料噴射弁５３に流れた電流を放電するために備えられている。スイッチング素子５１とスイッチング素子５２が共にオフの際には、ダイオード５８，５９により急速に放電される。

また、駆動ＩＣ５６は、マイコン５７と通信線５４を通じてデータの送受信を行っている。よって、マイコン５７は、内燃機関の運転状態に合わせて燃料噴射弁５３に通電する電流値の変更や電流波形を変化させることができる。

次に、図３を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

図３において、横軸は時間ｔを示している。図３（Ａ）の縦軸は、燃料噴射弁５３に流れる励磁電流Ｉｅｘを示している。図３（Ｂ）の縦軸は、マイコン５７から駆動ＩＣ５６に供給される駆動パルスTiを示している。図３（Ｃ）の縦軸は、スイッチング素子５０のオンオフ状態を示している。図３（Ｄ）の縦軸は、スイッチング素子５１のオンオフ状態を示している。図３（Ｅ）の縦軸は、スイッチング素子５２のオンオフ状態を示している。

時刻ｔ０において、図３（Ｂ）に示す、駆動パルスTiがHiになるより前に、時刻ｔｐ〜時刻ｔ０の間、図３（Ｃ）に示すように、燃料噴射弁５３にプリチャージ電流Ipreを一定時間通電させる場合には、駆動ＩＣ５６は、図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONする。このとき、燃料噴射弁５３には、低電圧源ＬＨから電圧が印加され、スイッチング素子５１をON・OFFすることで、目標となる電流値Ipreを保持し、通電させる。プリチャージ電流Ipreは、例えば、１．５Ａ程度である。

プリチャージ電流Ipreは、予め燃料噴射弁５３の弁が開弁しない程度の電流値、時間の範囲内であるため、プリチャージ電流Ipreを通電させておくことで、駆動パルスTiの立ち上がりから開弁電流Ipeakまでの到達時間t_pを小さくすることができる。これにより、燃料噴射弁５３の開弁遅れを小さくすることができる。

時刻ｔ０において、マイコン５７により演算された燃料噴射開始タイミングになると、図３（Ｂ）に示すように、駆動ＩＣ５６へ駆動パルスTiが送信される。駆動ＩＣ５６は、駆動パルスTiの信号の立ち上がり時に、図３（Ｃ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５０、５２を同時にONして、燃料噴射弁５３の迅速な開弁に必要な開弁電流を供給する。燃料噴射弁５３には、高電圧電源４０から高電圧が印加され、図３（Ａ）に示すように、開弁電流が供給される。

時刻ｔ１において、図３（Ａ）に示すように、電流が目標値Ipeakに到達すると、駆動ＩＣ５６は、図３（Ｃ）に示すように、スイッチング素子５０をOFFにする。ピーク電流Ipeakは、例えば、１１Ａである。このとき燃料噴射弁に印加されていた電荷はダイオード５９、燃料噴射弁５３を循環し、熱としてエネルギーが散逸される。また、このとき、図３（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５２も同時にOFFすることで、印加されていた電荷はダイオード５８を経由して高電圧電源４０に回生され、急速に低下する。

時刻ｔ２において、図３（Ａ）に示すように、電流値が燃料噴射弁５３の開弁を維持することができないな電流Ihold１に近づくと、駆動ＩＣ５６は、図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONとし、低電圧源ＬＨから燃料噴射弁５３に通電する。電流を開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１に保つように、スイッチング素子５１をON，OFFする。第１の目標値Ihold１に保つ時間は、予め設定された時間t_h1としている。例えば、第１の目標値Ihold１は１Ａであり、設定された時間t_h1は０．２ｍｓである。

なお、第１の目標値Ihold１及び設定された時間t_h1は、内燃機関の運転状態（例えば、エンジン回転数）により、変えるようにしてもよいものである。また、第１の目標値Ihold１は、燃料の圧力により、変えるようにしてもよいものである。その場合、燃料の圧力が増加した場合、第１の電流値Ihold１を大きくし、圧力が減少した場合、第１の電流値Ihold１を小さくする。また、設定された時間t_h1は、燃料の温度により、変えるようにしてもよいものである。また、第１の目標値Ihold１及び設定された時間t_h1は、燃料のアルコール濃度や、燃料の温度により、変えるようにしてもよいものである。また、設定された時間t_h1については、上限を設けるようにする。これは、あまり長い時間の間、第１の電流値Ihold１を保持すると、閉弁する恐れがあるため、それを避けるためである。

設定された時間t_h1の経過後、時刻ｔ３において、電流を燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２に変更し、同様にスイッチング素子５１をON，OFFして、図３（Ａ）に示すように、通電を保持する。例えば、第２の目標値Ihold２は３Ａである。開弁電流を電流値Ihold1に維持しつづけると、燃料噴射弁が開弁を維持できず、閉弁する。そこで、所定時間t_h1の経過後には、燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２に変更する。

第１保持電流電流値Ihold1は、燃料噴射弁の開弁を維持するのに必要十分な第２保持電流Ihold2よりも十分小さく、第１保持電流Ihold1を通電しつづけた場合は燃料噴射弁が閉弁する電流値である。また、第１の保持電流Ihold1と第２の保持電流Ihold2の絶対値の差は、電流を保持する際に見られる電流値の変動（例えば、図５に示す電圧差w）よりも十分大きくしている。

時刻ｔ４において、マイコン５７により演算された燃料噴射パルス幅の終了と共に、図３（Ｂ）に示すように、駆動パルスTiはLowレベルとなり、スイッチング素子５０，５１，５２は全てOFFされ、燃料噴射弁５３への通電は終了する。

図示する例では、駆動パルスのパルス幅Tiは、例えば、１．０ｍｓ付近の場合である。そして、時刻ｔ２が時刻ｔ０から０．４ｍｓ後付近であり、時刻ｔ３が時刻ｔ０から０．６ｍｓ付近である。

例えば、駆動パルスTiが破線で示すように、時刻ｔｘ付近でLOWレベルとなる場合は、その時点で速やかに閉弁する。

このように、第２の目標値Ihold２に保持する前に、第２の目標値Ihold２よりも小さく、開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１に保つことで、燃料噴射弁５３の内部の電流を一旦小さくできる。従って、時刻ｔｘにおいて、燃料噴射弁５３への通電を終了した際に、燃料噴射弁５３は速やかに閉弁し、駆動パルスTiが短い場合でも、閉弁遅れを小さくできる。

次に、図４を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

図４は、燃料噴射弁への駆動パルスTiが小さい場合の燃料噴射弁に流れる励磁電流と弁体の開閉位置を示している。図４の横軸は時間を示している。図４（Ａ）の縦軸は、駆動パルスTiを示している。図４（Ｂ）の縦軸は、励磁電流Ｉｅｘを示している。図４（Ｃ）の縦軸は、従来の燃料噴射弁の駆動時の弁体位置を示している。図４（Ｄ）の縦軸は、従来の燃料噴射弁の駆動時の弁体位置を示している。図４（Ｅ）の縦軸は、本実施形態による燃料噴射弁の駆動時の弁体位置を示している。

図４（Ｂ）において、点線Ａは、開弁電流Ipeakを通電後、スイッチング素子５０をOFFして、燃料噴射弁に印加されていた電荷をダイオード５９により循環し、励磁電流Ｉｅｘを低下させた場合である。この場合、図４（Ｃ）に示すように、開弁電流後の大きな電流値から電流が０に消失するまでは遅れを伴うため、閉弁遅れTd_cl_Aを小さくすることには限界があった。

図４（Ｂ）において、破線Ｂは、開弁電流Ipeakを通電後、スイッチング素子５０とスイッチング素子５２も同時にOFFして急速に放電し、さらに、保持電流Ihold2に保持した場合である。この場合、図４（Ｄ）に示すように、開弁電流後の保持電流Ihold2の電流値から電流が０に消失するまでは遅れを伴うため、閉弁遅れTd_cl_Bを小さくすることには限界があった。

それに対して、図４（Ｂ）において、実線Ｃでは開弁電流Ipeakの後、急速に電流を低下させ、さらに、開弁を保持できない電流Ihold1近傍まで低下しているため、電流Ihold１の時点で燃料噴射弁への通電を停止することで、電流が0に消失するまでの遅れを非常に小さくすることができる。よって、駆動パルス幅が小さい時の、閉弁遅れTd_cl_Cを従来より小さくすることができる。

次に、図５を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置による、燃料噴射弁への駆動パルスTiと燃料噴射弁からの燃料噴射量の関係について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置による、燃料噴射弁への駆動パルスと燃料噴射弁からの燃料噴射量の関係の説明図である。

図５において、横軸が燃料噴射弁への駆動パルスTiを示し、縦軸が燃料噴射弁からの燃料噴射量Ｑｆを示している。また、図中、破線は従来の特性である。

従来、開弁電流後、保持電流に保つ場合、駆動パルス幅TiがTm_a以下の小パルス領域では、閉弁遅れのために、図中破線で示すように、燃料噴射量Ｑｆが増加し、非線形性が増す。そのため、従来は、駆動パルスTiは、パルス幅Tm_aより大きい領域で使用する必要があった。このときの噴射量はQm_aであり、この噴射量が燃料噴射弁の最小噴射量である。パルス幅Tm_aは、例えば、０．６ｍｓであり、燃料噴射量はQm_aは、例えば、５ｍｍ^３／ｓｔ（ストローク）であった。

それに対して、本実施形態の方法によると、燃料噴射弁の閉弁遅れを小さくできるため、駆動パルスTiと噴射量の線形関係が保たれる領域が低パルス側に拡大する。その結果、最小噴射パルス幅はTm_cまで低減可能となり、併せて最小噴射量もQm_cまで低減可能となる。パルス幅Tm_aは、例えば、０．４ｍｓであり、燃料噴射量はQm_aは、例えば、３ｍｍ^３／ｓｔ（ストローク）である。すなわち、本実施形態により、燃料噴射弁を変更することなく、最小噴射量をQm_aからQm_cに小さくすることができるため、噴射量のダイナミックレンジを改善することができる。

なお、図３に示した本実施形態の燃料噴射制御方法は、比較的パルス幅が狭い領域で用いる。すなわち、実用上は、駆動パルスTiが図３に示した時間t_pより大きく、かつ、図６にて後述するような電流波形では駆動パルスと噴射量の線形関係が得られないパルス幅の場合に、図３に示す電流波形を選択する。例えば、図３に示した燃料噴射制御方法を用いる領域は、駆動パルス幅Tiがパルス幅Tm_a以下の領域、若しくはパルス幅Tm_aよりも僅かにパルス幅が広い値以下の領域である。その領域よりも駆動パルスのパルス幅が広い領域では、例えば、図６にて後述する燃料噴射制御方法を用いる。

以上、これまで示した電流波形は燃料噴射弁への駆動パルス幅Tiが小さい場合に実施することで効果がある。

次に、図６を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射駆動パルスの幅が広い場合の、燃料噴射弁に流れる励磁電流について説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射駆動パルスの幅が広い場合の、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

図６は、燃料噴射弁への駆動パルスTiが広い場合の燃料噴射弁に流れる励磁電流と弁体の開閉位置を示している。図６の横軸は時間を示している。図６（Ａ）の縦軸は、駆動パルスTiを示している。図６（Ｂ）の縦軸は、励磁電流Ｉｅｘを示している。図６（Ｃ）の縦軸は、本実施形態による燃料噴射弁の駆動時の弁体位置を示している。

図６（Ａ）に示すように、時刻ｔ０において、マイコン５７により演算された燃料噴射開始タイミングになると、駆動ＩＣ５６へ駆動パルスTiが送信される。駆動ＩＣ５６は、駆動パルスTiの信号の立ち上がり時に、スイッチング素子５０、５２を同時にONして、図６（Ｂ）に示すように、燃料噴射弁５３の迅速な開弁に必要な開弁電流を供給する。燃料噴射弁５３には、高電圧電源４０から高電圧が印加され、開弁電流が供給される。

図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１１において、電流が目標値Ipeakに到達すると、駆動ＩＣ５６はスイッチング素子５０をOFFにする。ピーク電流Ipeakは、例えば、１１Ａである。このとき燃料噴射弁に印加されていた電荷はダイオード５９、燃料噴射弁５３を循環し、熱としてエネルギーが散逸される。

時刻ｔ１２において、電流値が燃料噴射弁５３の開弁を維持できる第２の目標値Ihold２に近づくと、駆動ＩＣ５６は、スイッチング素子５１，５２をONとし、低電圧源ＬＨから燃料噴射弁５３に通電する。電流を開弁を維持できない程度の第２の目標値Ihold２に保つように、スイッチング素子５１をON，OFFする。例えば、第２の目標値Ihold２は３Ａである。

時刻ｔ１３において、マイコン５７により演算された燃料噴射パルス幅の終了と共に駆動パルスTiはLowレベルとなり、スイッチング素子５０，５１，５２は全てOFFされ、燃料噴射弁５３への通電は終了する。

次に、図７を用いて、本実施形態による燃料噴射制御装置による燃料噴射弁の制御方法について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置による燃料噴射弁の制御方法を示すフローチャートである。

内燃機関が運転中、ステップＳ１０において、ＥＣＵ９は、燃料噴射弁への駆動パルスTiの幅と噴射時期を演算する。

次に、ステップＳ２０において、マイコン５７は、燃料噴射弁の駆動ＩＣ５６に電流波形変更の為の指令を送信する。

次に、ステップＳ３０において、マイコン５７は、ステップＳ１０において演算された駆動パルス幅が規定値以上か否かを判定する。規定値以上の場合、ステップＳ４０において、図６で説明した通常モードに対応した電流波形を設定する。駆動パルス幅が規定値以下の場合、ステップＳ５０において、マイコン５７は、図３にて説明した最小噴射量に対応した電流波形（小噴射量モード）を設定する。

その後、ステップＳ６０において、マイコン５７は、燃料噴射弁へ通電を開始するタイミングか否かを判定する。通電開始タイミングより前の場合、ステップＳ１０に戻る。

通電開始タイミングとなると、ステップＳ７０において、マイコン５７は、駆動ＩＣ５６に駆動パルスTiを送信する。そして、駆動ＩＣ５６は、ステップＳ４０若しくはステップＳ５０にて設定された電流波形に従い、燃料噴射弁へ励磁電流を供給する。

そして、ステップＳ８０において、マイコン５７は、通電終了タイミングか否かを判定し、駆動パルスTiの終了と同時に、ステップＳ９０において、駆動ＩＣ５６から燃料噴射弁への通電処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態では、燃料噴射弁への駆動パルスTiが小さく、HiからLowへの立下りがt_h1の区間にある場合、電流値がIhold1にあるときに燃料噴射弁への通電を停止することになる。本実施形態では、開弁電流Ipeakの後、急速に電流を低下させ開弁を保持できない電流Ihold1近傍まで低下しているため、燃料噴射弁への通電を停止後、電流が0に消失するまでの遅れを非常に小さくすることができる。よって、閉弁遅れTd_cl_Cを従来より小さくすることができる。

このように、燃料噴射弁への通電終了時の電流値を大幅に低減することで、回路に残存する電荷を少なくし、弁体の閉弁遅れが小さくなることで、閉弁遅れに起因する最小噴射量の増加を防止することができる。したがって、最大噴射量を低減することなく、閉弁遅れを最小にして少量の燃料噴射を精度良く噴射することができる。

次に、図８を用いて、参考例による燃料噴射制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本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は、図１に示したものと同様である。また、本例による燃料噴射制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。また、本例による燃料噴射制御装置による燃料噴射弁の制御方法は、図７に示したものと同様である。

図８は、参考例による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

図８において、横軸は時間ｔを示している。図８（Ａ）の縦軸は、燃料噴射弁５３に流れる励磁電流Ｉｅｘを示している。図８（Ｂ）の縦軸は、マイコン５７から駆動ＩＣ５６に供給される駆動パルスTiを示している。図８（Ｃ）の縦軸は、スイッチング素子５０のオンオフ状態を示している。図８（Ｄ）の縦軸は、スイッチング素子５１のオンオフ状態を示している。図８（Ｅ）の縦軸は、スイッチング素子５２のオンオフ状態を示している。

時刻ｔ０において、駆動パルスTiがHiになるより前に、時刻ｔｐ〜時刻ｔ０の間、図８（Ａ）に示すように、燃料噴射弁５３にプリチャージ電流Ipreを一定時間通電させる場合には、駆動ＩＣ５６は、図８（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONする。このとき、燃料噴射弁５３には、低電圧源ＬＨから電圧が印加され、スイッチング素子５１をON・OFFすることで、図８（Ａ）に示すように、目標となる電流値Ipreを保持し、通電させる。プリチャージ電流Ipreは、例えば、１．５Ａ程度である。

時刻ｔ０において、マイコン５７により演算された燃料噴射開始タイミングになると、図８（Ａ）に示すように、駆動ＩＣ５６へ駆動パルスTiが送信される。駆動ＩＣ５６は、駆動パルスTiの信号の立ち上がり時に、図８（Ｃ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５０、５２を同時にONして、燃料噴射弁５３の迅速な開弁に必要な開弁電流を供給する。燃料噴射弁５３には、高電圧電源４０から高電圧が印加され、図８（Ａ）に示すように、開弁電流が供給される。

時刻ｔ１において、図８（Ａ）に示すように、電流が目標値Ipeakに到達すると、駆動ＩＣ５６は、図８（Ｃ）に示すように、スイッチング素子５０をOFFにする。ピーク電流Ipeakは、例えば、１１Ａである。このとき燃料噴射弁に印加されていた電荷はダイオード５９、燃料噴射弁５３を循環し、熱としてエネルギーが散逸される。また、このとき、図８（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５２も同時にOFFすることで、印加されていた電荷はダイオード５８を経由して高電圧電源４０に回生され、急速に低下する。

時刻ｔ２２において、図８（Ａ）に示すように、電流値が燃料噴射弁５３の開弁を維持することができないな電流Ihold１以下になると、駆動ＩＣ５６は、図８（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONとし、低電圧源ＬＨから燃料噴射弁５３に通電する。

時刻ｔ２３において、図８（Ａ）に示すように、燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２になると、図８（Ｄ）に示すように、スイッチング素子５１をON，OFFして、通電を保持する。例えば、第２の目標値Ihold２は３Ａである。

電流値Ihold1は、燃料噴射弁の開弁を維持するのに必要十分な第２保持電流Ihold2よりも十分小さい電流値である。

時刻ｔ２４において、マイコン５７により演算された燃料噴射パルス幅の終了と共に、図８（Ａ）に示すように、駆動パルスTiはLowレベルとなり、スイッチング素子５０，５１，５２は全てOFFされ、燃料噴射弁５３への通電は終了する。

図示する例では、駆動パルスのパルス幅Tiは、例えば、１．０ｍｓ付近の場合である。そして、時刻ｔ２２が時刻ｔ０から０．４ｍｓ後付近であり、時刻ｔ２３が時刻ｔ０から０．６ｍｓ付近である。

このように、第２の目標値Ihold２に保持する前に、開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１以下にすることで、燃料噴射弁５３の内部の電流を一旦小さくできる。従って、時刻ｔｘにおいて、燃料噴射弁５３への通電を終了した際に、燃料噴射弁５３は速やかに閉弁し、駆動パルスTiが短い場合でも、閉弁遅れを小さくできる。

以上説明したように、本例では、燃料噴射弁への駆動パルスTiが小さく、HiからLowへの立下りが時刻ｔ２２と時刻ｔ２３の区間にある場合、電流値がIhold1付近にあるときに燃料噴射弁への通電を停止することになる。本実施形態では、開弁電流Ipeakの後、急速に電流を低下させ開弁を保持できない電流Ihold1近傍まで低下しているため、燃料噴射弁への通電を停止後、電流が0に消失するまでの遅れを非常に小さくすることができる。よって、閉弁遅れTd_cl_Cを従来より小さくすることができる。

次に、図９を用いて、本発明の第２の実施形態による燃料噴射制御装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態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は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による燃料噴射制御装置の構成は、図２に示したものと同様である。

図９は、本発明の第２の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

本実施形態では、図３や図８に示したものとは異なり、図７のステップＳ３０〜Ｓ５０におけるモードの切替を不要にできるものである。

時刻ｔ０において、図９（Ｂ）に示す、駆動パルスTiがHiになるより前に、時刻ｔｐ〜時刻ｔ０の間、図９（Ｃ）に示すように、燃料噴射弁５３にプリチャージ電流Ipreを一定時間通電させる場合には、駆動ＩＣ５６は、図９（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONする。このとき、燃料噴射弁５３には、低電圧源ＬＨから電圧が印加され、スイッチング素子５１をON・OFFすることで、目標となる電流値Ipreを保持し、通電させる。プリチャージ電流Ipreは、例えば、１．５Ａ程度である。

時刻ｔ０において、マイコン５７により演算された燃料噴射開始タイミングになると、図９（Ｂ）に示すように、駆動ＩＣ５６へ駆動パルスTiが送信される。駆動ＩＣ５６は、駆動パルスTiの信号の立ち上がり時に、図９（Ｃ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５０、５２を同時にONして、燃料噴射弁５３の迅速な開弁に必要な開弁電流を供給する。燃料噴射弁５３には、高電圧電源４０から高電圧が印加され、図９（Ａ）に示すように、開弁電流が供給される。

時刻ｔ１において、図９（Ａ）に示すように、電流が目標値Ipeakに到達すると、駆動ＩＣ５６は、図９（Ｃ）に示すように、スイッチング素子５０をOFFにする。ピーク電流Ipeakは、例えば、１１Ａである。このとき燃料噴射弁に印加されていた電荷はダイオード５９、燃料噴射弁５３を循環し、熱としてエネルギーが散逸される。また、このとき、図９（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５２も同時にOFFすることで、印加されていた電荷はダイオード５８を経由して高電圧電源４０に回生され、急速に低下する。

時刻ｔ２において、図９（Ａ）に示すように、電流値が燃料噴射弁５３の開弁を維持することができないな電流Ihold１に近づくと、駆動ＩＣ５６は、図９（Ｄ），（Ｅ）に示すように、スイッチング素子５１，５２をONとし、低電圧源ＬＨから燃料噴射弁５３に通電する。電流を開弁を維持できない程度の第１の目標値Ihold１に保つように、スイッチング素子５１をON，OFFする。第１の目標値Ihold１に保つ時間は、予め設定された時間t_h1としている。例えば、第１の目標値Ihold１は１Ａであり、設定された時間t_h1は０．１ｍｓである。

設定された時間t_h1の経過後、時刻ｔ４３において、電流を燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２よりも大きな電流である第３の目標値Ihold３に変更し、同様にスイッチング素子５１をON，OFFして、図９（Ａ）に示すように、通電を保持する。例えば、第３の目標値Ihold２は６Ａである。開弁電流を電流値Ihold1に維持しつづけると、燃料噴射弁が開弁を維持できず、閉弁する。また、開弁電流を電流値Ihold1に維持したため、燃料噴射弁のエネルギが低下している。そこで、所定時間t_h1の経過後には、燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２よりも大きな第３の目標値Ihold３に変更してエネルギーを補充する。第３の目標値Ihold３に保つ時間は、予め設定された時間t_h３としている。例えば、設定された時間t_h1は０．２ｍｓである。

設定された時間t_h２の経過後、時刻ｔ４４において、電流を燃料噴射弁５３の開弁が維持できる第２の目標値Ihold２に変更し、同様にスイッチング素子５１をON，OFFして、図９（Ａ）に示すように、通電を保持する。例えば、第２の目標値Ihold２は３Ａである。

第１保持電流電流値Ihold1は、燃料噴射弁の開弁を維持するのに必要十分な第２保持電流Ihold2よりも十分小さく、第１保持電流Ihold1を通電しつづけた場合は燃料噴射弁が閉弁する電流値である。

時刻ｔ４５において、マイコン５７により演算された燃料噴射パルス幅の終了と共に、図９（Ｂ）に示すように、駆動パルスTiはLowレベルとなり、スイッチング素子５０，５１，５２は全てOFFされ、燃料噴射弁５３への通電は終了する。

図示する例では、駆動パルスのパルス幅Tiは、例えば、１．０ｍｓ付近の場合である。そして、時刻ｔ２が時刻ｔ０から０．４ｍｓ後付近であり、時刻ｔ４３が時刻ｔ０から０．６ｍｓ付近である。

以上の例では、燃料噴射弁の開弁を維持できない電流値Ihold1を維持する時間t_h1を、弁体が完全に閉弁しない時間に設定する。その後開弁を保持できる電流値Ihold2よりも大きな電流値Ihold3で保持した後、保持電流Ihold2に電流値を低下させて保持する。このような電流波形とすることでIhold1で落ち込んだ開弁維持力を補い、通常のパルス幅Tiにおいても燃料噴射弁が途中で閉弁することなく、開弁を維持することができる。したがって、開弁パルスTiが変化する毎に電流波形を切り替える制御が不要になる。

また、開弁パルスTiが変化する毎に電流波形を切り替える制御が不要になる。

本発明の第１の実施形態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図である。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置の構成を示すブロック回路図である。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置による、燃料噴射弁への駆動パルスと燃料噴射弁からの燃料噴射量の関係の説明図である。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射駆動パルスの幅が広い場合の、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。本発明の第１の実施形態による燃料噴射制御装置による燃料噴射弁の制御方法を示すフローチャートである。参考例による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態による燃料噴射制御装置によって、燃料噴射弁に流れる励磁電流を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１…エンジン
２…ピストン
３…吸気弁
４…排気弁
５…燃料噴射弁
６…点火プラグ
７…点火コイル
８…水温センサ
９…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１０…吸気管
１１…排気管
１２…三元触媒
１３…酸素センサ
１４…ＥＧＲ弁
１５…コレクタ
１６…クランク角センサ
１８…ＥＧＲ通路
１９…スロットル弁
２０…ＡＦＭ
２１…燃焼室
２２…アクセル開度センサ
２３…燃料タンク
２４…低圧燃料ポンプ
２５…高圧燃料ポンプ
２６…燃料圧力センサ
２７…燃料噴射制御装置
５０〜５２…スイッチング素子
５３…燃料噴射弁
５４…マイコン‐駆動ＩＣ通信線
５５…駆動パルス送信線
５６…燃料噴射弁駆動ＩＣ
５７…マイコン
５８、５９…ダイオード
６０…電流検出抵抗
ＶＨ…高電圧電源
ＶＢ…通常電圧電源

Claims

燃料噴射弁の開弁時に、高電圧電源から電流を前記燃料噴射弁に供給し、弁体を開弁させた後、低電圧電源に切り替えて電流を供給し、開弁の保持を行う内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
燃料噴射弁の開弁時に、前記高電圧電源から電流を前記燃料噴射弁に供給後、急速に電流を放電させ、前記弁体の開弁を保持できない第１の電流値まで低下させた後、開弁を保持できる第２の電流値を供給するように前記燃料噴射弁に供給する電流を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記弁体の開弁を保持できない電流値であるとともに、０より大きな電流値である第１の電流値まで低下させた後、前記第１の電流値を所定時間保持することを特徴とする燃料噴射制御装置。
請求項１記載の燃料噴射制御装置において、
前記制御手段は、前記弁体の開弁を保持できない第１の電流値まで低下させた後、弁体の開弁を保持できる電流値よりも大きな第３の電流値を所定時間保持し、その後、前記第２の電流値を供給することを特徴とする燃料噴射制御装置。