特許第6233080号(P6233080)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6233080
(24)【登録日】2017年11月2日
(45)【発行日】2017年11月22日
(54)【発明の名称】燃料噴射制御装置
(51)【国際特許分類】
   F02D 41/04 20060101AFI20171113BHJP
   F02D 41/20 20060101ALI20171113BHJP
   F02D 41/34 20060101ALI20171113BHJP
【FI】
   F02D41/04 330E
   F02D41/20 330
   F02D41/34 N
【請求項の数】4
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2014-23756(P2014-23756)
(22)【出願日】2014年2月10日
(65)【公開番号】特開2015-151871(P2015-151871A)
(43)【公開日】2015年8月24日
【審査請求日】2016年8月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100106149
【弁理士】
【氏名又は名称】矢作 和行
(74)【代理人】
【識別番号】100121991
【弁理士】
【氏名又は名称】野々部 泰平
(74)【代理人】
【識別番号】100145595
【弁理士】
【氏名又は名称】久保 貴則
(72)【発明者】
【氏名】田中 誠
(72)【発明者】
【氏名】永友 宏明
【審査官】 佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2013/191267(WO,A1)
【文献】 特開2013−234679(JP,A)
【文献】 特開2013−108422(JP,A)
【文献】 特開2013−199916(JP,A)
【文献】 特開2001−193535(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02D 41/04
F02D 41/20
F02D 41/34
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コイル(13)へ通電して生じた電磁吸引力により弁体(12)を開弁作動させて、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁(10)に適用された燃料噴射制御装置において、
前記弁体の1回の開弁で噴射される噴射量の要求値に対する、前記コイルへの通電時間にしたがって、前記コイルへの通電を制御する制御手段(22)と、
前記弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始することとなるパーシャルリフト噴射を実施した時に、前記噴射量と相関のある物理量を検出する噴射量検出手段(21d)と、
前記パーシャルリフト噴射を実施する場合に、過去に前記噴射量検出手段が検出した噴射量と相関のある物理量としての検出値に基づき前記通電時間を補正する補正手段(21e)と、
を備え、
前記パーシャルリフト噴射を実施させる前記通電時間の領域であって、所定時間よりも長い時間の領域を少量領域(A2)、前記所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域(A1)と呼ぶ場合において、
前記少量領域での前記検出値に基づく、前記少量領域での前記通電時間の補正は許可し、
前記少量領域での前記検出値に基づく、前記極微少領域での前記通電時間の補正は禁止することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項2】
前記通電時間と前記噴射量との関係を表す特性線(L1、L2、L3)のうち、前記コイルの使用温度に応じて生じる前記噴射量のバラツキが所定量未満となる領域を、前記極微少領域としたことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項3】
バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路(23)と、
前記通電時間の開始に伴い、前記昇圧回路により昇圧されたブースト電圧を前記コイルへ印加して、前記コイルを流れる電流を所定の閾値まで上昇させる上昇制御手段(21a)と、
を備え、
前記所定時間は、前記閾値まで電流が上昇するのに要する時間以上の時間に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項4】
前記コイルへの通電開始に伴い前記コイルを流れる電流が上昇する時の、電流上昇速度を検出する電流検出手段(21f)と、
前記極微少領域での前記パーシャルリフト噴射を実施する場合に、前記電流検出手段による検出値に基づき前記通電時間を補正する極微少時補正手段(21g)と、
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、燃料噴射弁のコイルへの通電時間を制御することで燃料の噴射量を制御する、燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の燃料噴射弁を制御する従来の制御装置は、上記コイルへの通電時間Tiと噴射量qとの関係(Ti−q特性)を表したマップを予め記憶させておき、要求噴射量に対応する通電時間Tiを、上記マップを参照して設定している。そして近年では、特に直噴式の内燃機関において、制御可能な噴射量の最小値をできるだけ小さくすることが求められている。
【0003】
そこで、特許文献1に記載の制御装置では、弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始させるパーシャルリフト噴射を実施している。これによれば、最大開弁位置に達した後に閉弁作動を開始させるフルリフト噴射に限定した制御装置に比べて、噴射量の最小値を小さくできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2013−2400号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
さて、上記コイルの温度に応じてコイルの電気抵抗は変化するので、通電時間Tiに対する実際の開弁時間はコイル温度に応じて変化する。そのため、Ti−q特性にはコイル温度に起因したバラツキが生じる。そして、Ti−q特性のうちパーシャルリフト噴射の領域では、フルリフト噴射の領域に比べて上記バラツキが大きく現れる。そのため、上記マップにしたがって通電時間Tiを制御するにあたり、パーシャルリフト噴射の場合には実噴射量を高精度で制御できない。
【0006】
そこで本発明者らは、パーシャルリフト噴射を実施した時には実噴射量を検出しておき、次回パーシャルリフト噴射を実施する場合には、上記検出の結果に基づいて通電時間Tiを補正することを検討した。これによれば、パーシャルリフト噴射における噴射量を高精度で制御できるようになる。
【0007】
しかしながら、パーシャルリフト噴射領域のうち所定時間よりも長い領域(少量領域)と、所定時間よりも短い極微少領域とでは、上記バラツキの生じ方が異なる、との知見を本発明者らは得た。すなわち、少量領域ではコイル温度が高いほど噴射量qが多くなるようにバラツキが生じるのに対し、極微少領域では、コイル温度が高いほど噴射量qが少なくなるようにバラツキが生じる(図4参照)。
【0008】
そのため、例えば少量領域での噴射時に実噴射量(少量時検出値)を検出し、その少量時検出値を用いて極微少領域での通電時間Tiを補正すると、噴射量の精度向上にはならず、場合によっては精度の悪化を招く。
【0009】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、パーシャルリフト噴射における噴射量の精度向上を図った燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0011】
開示される発明のひとつは燃料噴射制御装置である。この燃料噴射制御装置は、コイル(13)へ通電して生じた電磁吸引力により弁体(12)を開弁作動させて、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射する燃料噴射弁(10)に適用されることを前提とする。そして上記発明は、弁体の1回の開弁で噴射される噴射量の要求値に対する、コイルへの通電時間にしたがって、コイルへの通電を制御する制御手段(22)と、弁体が開弁作動を開始してから最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始することとなるパーシャルリフト噴射を実施した時に、噴射量と相関のある物理量を検出する噴射量検出手段(21d)と、パーシャルリフト噴射を実施する場合に、過去に噴射量検出手段が検出した噴射量と相関のある物理量としての検出値に基づき通電時間を補正する補正手段(21e)と、を備える。
【0012】
そして、上記発明は、パーシャルリフト噴射を実施させる通電時間の領域であって、所定時間よりも長い時間の領域を少量領域(A2)、所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域(A1)と呼ぶ場合において、少量領域での検出値に基づく、少量領域での通電時間の補正は許可し、少量領域での検出値に基づく、極微少領域での通電時間の補正は禁止することを特徴とする。
【0013】
この発明によれば、少量領域での検出値(少量時検出値)に基づき少量領域での通電時間が補正されるようになるので、少量領域における噴射量の精度向上を図ることができる。また、上記少量時検出値に基づく極微少領域の補正は禁止されるので、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の第1実施形態に係る燃料噴射制御装置、およびその装置を備えた燃料噴射システムを示す概要図。
図2】第1実施形態において、燃料噴射弁の全体構造を示す断面図。
図3】第1実施形態にて噴射制御を実施した場合における、コイルへの印加電圧、コイル電流、電磁吸引力およびリフト量の時間経過に伴い生じる変化を示すとともに、通電時間と噴射量との関係を示す図。
図4】通電時間と噴射量との関係を表す特性線が、コイル温度に応じて異なる形状になることを示す図。
図5】時間経過に伴い生じるコイル電流の変化を表す電流波形が、コイル温度に応じて異なる形状になることを示す図。
図6】第1実施形態において、通電時間を設定する手順を示すフローチャート。
図7図6の少量領域で噴射する場合における、通電時間Tiの補正で用いるマップ。
図8図6の極微少領域で噴射する場合における、通電時間Tiの補正で用いるマップ。
図9】本発明の第2実施形態において、通電時間を設定する手順を示すフローチャート。
図10】本発明の第3実施形態において、極微少領域および少量領域の範囲を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
【0016】
(第1実施形態)
図1に示す燃料噴射弁10は、点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)に搭載されており、内燃機関の燃焼室2へ直接燃料を噴射するものである。具体的には、燃焼室2を形成するシリンダヘッド3に、燃料噴射弁10を挿入する取付穴4が形成されている。燃料噴射弁10へ供給される燃料は燃料ポンプPにより圧送され、燃料ポンプPは内燃機関の回転駆動力により駆動する。
【0017】
図2に示すように、燃料噴射弁10は、ボデー11、弁体12、コイル13、固定コア14、可動コア15、噴孔ボデー17等を備えて構成されている。ボデー11は、内部に燃料通路11aが形成されるよう、金属製の磁性材料にて形成されている。ボデー11は、弁体12、固定コア14および可動コア15を内部に収容するとともに、噴孔ボデー17を保持する。
【0018】
噴孔ボデー17には、弁体12が離着座する着座面17b、および燃料を噴射する噴孔17aが形成されている。弁体12に形成されたシート面12aを着座面17bに着座させるよう弁体12を閉弁作動させると、噴孔17aからの燃料噴射が停止される。シート面12aを着座面17bから離座させるよう弁体12を開弁作動(リフトアップ)させると、噴孔17aから燃料が噴射される。
【0019】
固定コア14は、金属製の磁性材料にて円筒形状に形成され、円筒内部に燃料通路14aを形成する。可動コア15は、金属製の磁性材料にて円盤形状に形成されており、コイル13への非通電時には固定コア14と所定のギャップを有するよう、固定コア14に対向配置されている。固定コア14および可動コア15は、コイル13への通電により生じた磁束の通路となる磁気回路を形成する。
【0020】
コイル13へ通電して固定コア14に電磁吸引力を生じさせると、この電磁吸引力により可動コア15が固定コア14に引き寄せられる。その結果、可動コア15に連結されている弁体12は、後述するメインスプリングSP1の弾性力および燃圧閉弁力に抗してリフトアップ(開弁作動)する。一方、コイル13への通電を停止させると、メインスプリングSP1の弾性力により、弁体12は可動コア15とともに閉弁作動する。
【0021】
可動コア15には貫通孔15aが形成されており、この貫通孔15aに弁体12が挿入配置されることで、弁体12は可動コア15に対して摺動して相対移動可能に組み付けられている。弁体12の反噴孔側端部には係止部12dが形成されている。可動コア15が固定コア14に吸引されて移動する際には、係止部12dが可動コア15に係止された状態で移動するので、可動コア15の移動に伴い弁体12も移動(開弁作動)する。但し可動コア15が固定コア14に接触した状態であっても、弁体12は可動コア15に対して相対移動してリフトアップすることが可能である。
【0022】
弁体12の反噴孔側にはメインスプリングSP1が配置され、可動コア15の噴孔側にはサブスプリングSP2が配置されている。これらのスプリングSP1、SP2はコイル状であり、中心軸線C方向に弾性変形する。メインスプリングSP1の弾性力(メイン弾性力Fs1)は、弁体12へ閉弁側に付与される。サブスプリングSP2の弾性力(サブ弾性力Fs2)は、可動コア15へ開弁側に付与される。
【0023】
要するに、弁体12は、メインスプリングSP1と着座面17bとの間に挟まれており、可動コア15は、サブスプリングSP2と係止部12dとの間に挟まれている。そして、サブスプリングSP2の弾性力Fs2は、可動コア15を介して係止部12dに伝達され、弁体12へ開弁方向に付与されることとなる。したがって、メイン弾性力Fs1からサブ弾性力Fs2を差し引いた弾性力Fsが、弁体12へ閉弁方向に付与されているとも言える。
【0024】
図1の説明に戻り、電子制御装置(ECU20)は、マイクロコンピュータ(マイコン21)、集積回路(IC22)、昇圧回路23、スイッチング素子SW2、SW3、SW4等を備える。ECU20は、燃料噴射弁10の作動を制御して燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置を提供する。また、ECU20および燃料噴射弁10は、最適量の燃料を噴射する燃料噴射システムを提供する。
【0025】
マイコン21は、中央演算装置およびメモリ21m等を有して構成され、内燃機関の負荷および機関回転速度に基づき、燃料の目標噴射量および目標噴射開始時期を算出する。なお、通電時間Tiと噴射量qとの関係を示す噴射特性(Ti−q特性線)を予め試験して取得しておき、その噴射特性にしたがってコイル13への通電時間Tiを制御することで、噴射量qを制御する。後述する図3(a)中の符号t10は通電時間の開始時期、符号t60は通電時間の終了時期を示す。
【0026】
IC22は、スイッチング素子SW2、SW3、SW4の作動を制御する噴射駆動回路22a、および昇圧回路23の作動を制御する充電回路22bを有する。これらの回路22a、22bは、マイコン21から出力された噴射指令信号に基づき作動する。噴射指令信号は、燃料噴射弁10のコイル13への通電状態を指令する信号であり、先述した目標噴射量および目標噴射開始時期と、後述するコイル電流検出値Iとに基づき、マイコン21により設定される。噴射指令信号には、後述する噴射信号、ブースト信号およびバッテリ信号が含まれている。
【0027】
なお、IC22は、図4に示すTi−q特性線(噴射特性情報)に基づき、噴射量の要求値に対する通電時間Tiにしたがってコイル13への通電を制御する「制御手段」を提供する。
【0028】
昇圧回路23は、コイル23a、コンデンサ23b、ダイオード23cおよびスイッチング素子SW1を有する。スイッチング素子SW1がオン作動とオフ作動を繰り返すように充電回路22bがスイッチング素子SW1を制御すると、バッテリ端子Battから印加されるバッテリ電圧がコイル23aにより昇圧(ブースト)されて、コンデンサ23bに蓄電される。このように昇圧されて蓄電された電力の電圧が「ブースト電圧」に相当する。
【0029】
そして、噴射駆動回路22aがスイッチング素子SW2、SW4をともにオン作動させると、燃料噴射弁10のコイル13へブースト電圧が印加される。一方、スイッチング素子SW2をオフ作動させてスイッチング素子SW3をオン作動させるように切り替えると、燃料噴射弁10のコイル13へバッテリ電圧が印加される。コイル13への電圧印加を停止させる場合には、スイッチング素子SW2、SW3、SW4をオフ作動させる。ダイオード24は、スイッチング素子SW2のオン作動時に、ブースト電圧がスイッチング素子SW3に印加されることを防止するためのものである。
【0030】
シャント抵抗25は、スイッチング素子SW4を流れる電流、つまりコイル13を流れる電流(コイル電流)を検出するためのものであり、マイコン21は、シャント抵抗25で生じた電圧降下量に基づき、先述したコイル電流検出値Iを検出する。
【0031】
次に、コイル電流を流すことにより生じる電磁吸引力(開弁力)について、詳細に説明する。
【0032】
固定コア14で生じさせる起磁力(アンペアターン)が大きいほど、電磁吸引力は大きくなる。つまり、コイル13の巻き数が同じであれば、コイル電流を多くしてアンペアターンを大きくするほど電磁吸引力は大きくなる。但し、通電を開始してから吸引力が飽和して最大値になるまでには時間がかかる。本実施形態では、このように飽和して最大値になった時の電磁吸引力を、静的吸引力Fbと呼ぶ。
【0033】
また、弁体12が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力を、必要開弁力Faと呼ぶ。なお、燃料噴射弁10に供給される燃料の圧力が高いほど、弁体12が開弁作動を開始するのに必要な電磁吸引力(必要開弁力)は大きくなる。また、燃料の粘性が大きい場合等、各種状況に応じて必要開弁力は大きくなる。そこで、必要開弁力が最も大きくなる状況を想定した場合の必要開弁力の最大値を、必要開弁力Faと定義する。
【0034】
図3(a)は、弁体12を1回開弁させて燃料噴射を実施した場合における、コイル13への印加電圧波形を示す。なお、図3(a)(b)中の実線はコイル13が常温である場合の波形、図中の点線はコイル13が高温である場合の波形を示す。
【0035】
図示されるように、噴射指令信号により指令される電圧印加開始時期(t10参照)に、ブースト電圧を印加して通電を開始させている。すると、通電開始に伴いコイル電流が上昇する(図3(b)参照)。そして、コイル電流検出値Iが第1目標値I1に達した時点(t20参照)で通電をオフさせている。要するに、初回の通電によるブースト電圧印加により、第1目標値I1までコイル電流を上昇させるように制御する。このように制御している時のマイコン21は「上昇制御手段21a」に相当する。また、第1目標値I1が「所定の閾値」に相当する。
【0036】
その後、第1目標値I1よりも低い値に設定された第2目標値I2にコイル電流が維持されるように、バッテリ電圧による通電を制御する。具体的には、コイル電流検出値Iと第2目標値I2との乖離が所定幅以内となるよう、バッテリ電圧による通電オンオフを繰り返すことで、変動するコイル電流の平均値が第2目標値I2に保持されるようにデューティ制御する。このように制御している時のマイコン21は「定電流制御手段21b」に相当する。第2目標値I2は、静的吸引力Fbが必要開弁力Fa以上となるような値に設定されている。
【0037】
その後、第2目標値I2よりも低い値に設定された第3目標値I3にコイル電流が維持されるように、バッテリ電圧による通電を制御する。具体的には、コイル電流検出値Iと第3目標値I3との乖離が所定幅以内となるよう、バッテリ電圧による通電オンオフを繰り返すことで、変動するコイル電流の平均値が第3目標値I3に保持されるようにデューティ制御する。このように制御している時のマイコン21は「ホールド制御手段21c」に相当する。
【0038】
図3(c)に示すように、電磁吸引力は、通電開始時点、つまり上昇制御開始時点(t10)から、定電流制御終了時点(t40)までの期間に上昇し続ける。なお、電磁吸引力の上昇速度は、上昇制御期間よりも定電流制御期間の方が遅い。ホールド制御期間(t50〜t60)では吸引力が所定値に保持される。開弁状態を保持するのに必要な開弁保持力Fcよりも上記所定値が高くなるよう、第3目標値I3は設定されている。なお、開弁保持力Fcは必要開弁力Faよりも小さい。
【0039】
噴射指令信号に含まれる噴射信号は、通電時間Tiを指令するパルス信号であり、目標噴射開始時期よりも所定の噴射遅れ時間だけ早い時期(t10)にパルスオン時期が設定されている。そして、パルスオンしてから通電時間Tiが経過した通電終了時期(t60)にパルスオフ時期が設定されている。この噴射信号にしたがってスイッチング素子SW4は作動する。
【0040】
噴射指令信号に含まれるブースト信号は、ブースト電圧による通電オンオフを指令するパルス信号であり、噴射信号のパルスオンと同時にパルスオンする。その後、コイル電流検出値Iが第1目標値I1に達するまでの期間、ブースト信号はオンとなる。これにより、上昇制御期間においてブースト電圧がコイル13に印加される。
【0041】
噴射指令信号に含まれるバッテリ信号は、定電流制御の開始時点t30でパルスオンする。その後、通電開始からの経過時間が所定時間に達するまでの期間、コイル電流検出値Iが第2目標値I2に保持されるようにフィードバック制御するよう、バッテリ信号はオンオフを繰り返す。さらにその後、噴射信号のパルスオフまでの期間、コイル電流検出値Iが第3目標値I3に保持されるようにフィードバック制御するよう、バッテリ信号はオンオフを繰り返す。このバッテリ信号にしたがってスイッチング素子SW3は作動する。
【0042】
図3(d)に示すように、通電開始時点(t10)から噴射遅れ時間が経過した時点、つまり吸引力が必要開弁力Faに達したt1時点で弁体12は開弁作動を開始する。図中の符号t3は、弁体12が最大開弁位置(フルリフト位置)に達したタイミングを示し、図中の符号t4は、弁体12が閉弁を開始するタイミングを示す。また、通電終了時期(t60)から遅れ時間が経過した時点、つまり吸引力が開弁保持力Fcにまで低下したt4時点で弁体12は閉弁作動を開始する。
【0043】
なお、図3(a)の例では、噴射終了指令時期と同時に、正負を逆転させた電圧をコイル13に印加している。これにより、通電時間Ti(t10〜t60)におけるコイル電流とは逆向きにコイル電流が流れ、弁体12の閉弁速度増大が図られる。つまり、通電終了時期t60から、弁体12が着座して閉弁するt5時点までの閉弁遅れ時間を短くできる。このような通電終了時期t60以降の逆電圧印加は、後述する通電時間Tiには含まれず、Ti−q特性線の通電時間Tiにも含まれない。
【0044】
図3(e)は、通電時間Tiと噴射量qとの関係を表す特性線を表しており、(a)〜(d)の経過時間と通電時間Tiとを合わせて記載している。例えば、コイル電流を第2目標値I2に保持している最中であるt31時点(図3(a)参照)を、通電時間の終了時期に設定して噴射信号のパルスをオフさせる。すると、図3(c)(d)中の点線に示すように、t31時点で、吸引力が低下を開始するとともに弁体12が閉弁作動を開始する。この場合の噴射量は、図3(d)に示す特性線のうちt31に対応する噴射量q31である。
【0045】
なお、図3(d)(e)に示すように、弁体12が最大開弁位置に達したt3時点以降は、Ti−q特性線の傾きが小さくなる。Ti−q特性線のうちt1〜t3期間における領域を「パーシャルリフト領域A」と呼び、t3以降の領域を「フルリフト領域B」と呼ぶ。つまり、パーシャルリフト領域Aでは、最大開弁位置に達する前に弁体12が閉弁作動を開始して、少量(符号q31参照)の燃料が噴射される。
【0046】
さて、コイル13の温度が変わると、コイル13の抵抗値が変わるため、Ti−q特性線の形状も変わる。図4は、温度に応じて変化するTi−q特性線の形状を示す試験結果である。図中の特性線L1は常温で試験した結果を示す。特性線L2は80℃相当の抵抗を介してコイル13に電流を流して試験した結果を示す。特性線L3は140℃相当の抵抗を介してコイル13に電流を流した場合の試験結果を示す。
【0047】
この試験結果から、本発明者らは次の知見を得た。すなわち、パーシャルリフト領域Aのうち、後述するピーク出現範囲W1よりも短い通電時間の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する。その一方で、パーシャルリフト領域Aのうち、ピーク出現範囲W1よりも長い通電時間の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する。
【0048】
本実施形態では、パーシャルリフト領域Aのうち、ピーク出現範囲W1およびそのピーク出現範囲W1よりも短い通電時間の領域を極微少領域A1として設定している。また、パーシャルリフト領域Aのうち、極微少領域A1を除く領域、つまり、ピーク出現範囲W1よりも長い通電時間の領域を少量領域A2として設定している。換言すれば、パーシャルリフト領域Aのうち所定時間よりも長い時間の領域が少量領域A2、所定時間よりも短い時間の領域が極微少領域A1である。そして、上記所定時間は、第1目標値I1(閾値)まで電流が上昇するのに要する時間(電流到達時間Ta)以上の時間に設定されている。より詳細には、上記所定時間は、ピーク出現範囲W1の上限(長時間側の境界)に設定されている。
【0049】
次に、ピーク出現範囲W1について説明する。図5は、上昇制御手段21aおよび定電流制御手段21bの制御により生じたコイル電流の変化(電流波形)を試験して計測した結果を示す。この試験では、定電流制御手段21bによりコイル電流が第2目標値I2に保持されているt31時点で通電を終了させており、パーシャルリフト領域Aの噴射量に対応した通電時間Tiに設定されている。
【0050】
図中の電流波形L10は常温で試験した結果を示す。電流波形L20は80℃相当の抵抗を介してコイル13に電流を流して試験した結果を示す。電流波形L30は140℃相当の抵抗を介してコイル13に電流を流した場合の試験結果を示す。図中の符号t21、t22、t23は、上昇制御手段21aを終了してブースト電圧の印加を停止したことに伴い、電流がピーク値になる時期を示す。
【0051】
図5に示されるように、コイル温度が高いほど電流が第1目標値I1に達するまでの時間が長くなり、ピーク値の出現時期が遅くなっている。これは、コイル温度が高いほどコイル13の抵抗が高くなることに起因する。したがって、ピーク値の出現時期t21、t22、t23より前に通電を終了させると、コイル温度が高いほどその通電時間Tiに対する噴射量が減少する。つまり、図4のピーク出現範囲W1よりも短い側の通電時間Tiでは、3本の特性線L1、L2、L3のうち低温時の特性線L1が高温時の特性線L3よりも上側に位置する。
【0052】
しかしながら、パーシャルリフト領域Aにおいて、ピーク値の出現時期t21、t22、t23より後に通電を終了させると、高温時の電流波形L30の場合には、電流印加期間の総印加エネルギーが高くなる。そのため、吸引力が大きくなり、弁体12の実際のリフト量が高くなり、噴射量が多くなる。これに対し、低温時の電流波形L10の場合には、電流印加期間の総印加エネルギーが低くなる。そのため、吸引力が小さくなり、弁体12の実際のリフト量が低くなり、噴射量が少なくなる。
【0053】
つまり、図4のピーク出現範囲W1よりも長い側の領域では、3本の特性線L1、L2、L3のうち高温時の特性線L3が低温時の特性線L1よりも上側に位置するので、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する。一方、ピーク出現範囲W1よりも短い側の領域では、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する。つまり、ピーク出現範囲W1を境に、通電時間Tiに対する噴射量の温度に依存した増減が入れ替わる。
【0054】
マイコン21は、機関回転速度および負荷に基づき目標噴射量を算出し、Ti−q特性線にしたがって、目標噴射量に対応する通電時間Tiを算出することは先述した通りである。そして、図6の処理にしたがって通電時間Tiを以下のように補正する。すなわち、先ず、少量領域A2でのパーシャルリフト噴射を実施した時の噴射量を検出し、その検出値である実噴射量(少量時検出値)を学習値として記憶する。このように実噴射量を検出している時のマイコン21は「噴射量検出手段21d」に相当する。そして、少量領域A2でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、噴射量検出手段21dによる過去の検出値に基づき通電時間Tiを補正する。このように補正している時のマイコン21は「補正手段21e」に相当する。
【0055】
一方、極微少領域A1でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、少量時検出値に基づき通電時間Tiを補正することが禁止されている。そして、極微少領域A1での噴射時には、コイル13への通電開始に伴いコイル電流が上昇する時の電流上昇速度を検出する。このように電流上昇速度を検出している時のマイコン21は「電流検出手段21f」に相当する。そして、極微少領域A1での噴射時には、検出された電流上昇速度に基づき通電時間Tiを補正する。このように極微少領域A1での通電時間Tiを補正している時のマイコン21は「極微少時補正手段21g」に相当する。
【0056】
図6は、上述した通電時間Tiの補正手順を示すフローチャートであり、図6の処理は、目標噴射量に対応する通電時間Tiが算出される毎に、マイコン21によって繰り返し実行される。
【0057】
先ず、図6のステップS10において、今から実施しようとしている燃料噴射の通電時間Tiが、パーシャルリフト領域Aおよびフルリフト領域Bのいずれであるかを判定する。フルリフト領域Bであると判定された場合には、ステップS20に進み、通電時間Tiに対する補正量ΔTiをゼロに設定する。一方、パーシャルリフト領域Aであると判定された場合には、ステップS30に進み、上記通電時間Tiが少量領域A2および極微少領域A1のいずれであるかを判定する。少量領域A2であると判定された場合には、ステップS40に進み、弁体12の閉弁タイミングTcの学習が完了しているか否かを判定する。
【0058】
ここで、上記学習について詳述する。弁体12の閉弁タイミングTcは実噴射量と相関が高い。すなわち、閉弁タイミングTcが遅いほど、実開弁時間が長くなるので実噴射量も多くなる。よって、閉弁タイミングTcを検知すれば実噴射量を高精度で推定できる。閉弁タイミングTcは、例えば図3(b)に示す電流波形に基づき検知可能である。具体的には、閉弁に伴いリフトダウンしていた弁体12の移動が急停止すると、コイル13に起電力が生じるので、電流波形に脈動が出現する。よって、電流波形に脈動が出現した時期を検出することで、閉弁タイミングTcを検知でき、ひいては実噴射量を推定できる。
【0059】
上記学習は、図6とは別の処理で実施されるものであり、通電時間Tiが予め設定しておいた代表値である場合に、その代表値により噴射した時の実噴射量を閉弁タイミングTcに基づき推定する。そして、推定した実噴射量とTi−q特性に基づく噴射量との差分を、学習値として記憶しておく。要するに、燃料噴射弁10の経年劣化やコイル温度等に応じて生じるTi−q特性の変化を、閉弁タイミングTcに基づき学習する。なお、パーシャルリフト領域Aとフルリフト領域Bとの境界における噴射量Qa(図4参照)の半分の値に対応する通電時間Tiが、上記代表値として設定されている。具体的には、図4中の一点鎖線A3に示すように、1/2Qaが現れる領域の通電時間Tiが代表値として設定されている。
【0060】
図6の説明に戻り、上記学習が完了していると判定されれば、ステップS50に進み、学習値に基づき補正量ΔTiを算出する。例えば、閉弁タイミングTcを変数とした関数にしたがって補正量ΔTiを算出する。より具体的には、図7中の(a)(b)(c)(d)に示すように、噴射量qに対する通電時間Tiのテーブルを予め複数記憶させておき、検出した閉弁タイミングTcに応じたテーブルを選択する。選択されたテーブルに基づき算出された通電時間Tiは、学習前のTi−q特性に基づく通電時間Tiに対して補正された値となる。なお、閉弁タイミングTcが遅いほど、通電時間Tiを短くするようにテーブルを選択する。
【0061】
続くステップS60では、Ti−q特性線にしたがって算出した補正前の通電時間Tiのベース値Tibaseに、ステップS50で算出した補正量ΔTiを加算することで、補正後の通電時間Tiを算出する。なお、ステップS10にて学習が完了していないと判定されれば、ステップS20に進み、通電時間Tiに対する補正量ΔTiをゼロに設定し、ステップS60にてベース値Tibaseをそのまま通電時間Tiとする。
【0062】
また、ステップS30において少量領域A2でないと判定された場合には、極微少領域A1であるとみなしてステップS70に進む。ステップS70では、図5に示す電流到達時間Taを検出する。電流到達時間Taは、通電を開始したt10時点から、電流が閾値Iaを通過するまでの時間であり、電流の上昇速度を表しているとも言える。
【0063】
極微少領域A1においては、電流到達時間Taは実噴射量と相関が高い。すなわち、電流到達時間Taが長いほど、コイル13へ流した電流上昇速度が遅く、電流の積分値(供給電力量)が小さくなり、可動コア15に対して発揮される磁気吸引力が小さくなる。例えば、図5に示す高温時の電流波形L30の場合には、電流上昇速度が遅いので、電流到達時間Ta3が低温時の時間Ta1、Ta2よりも長く、その結果、電流の積分値が小さくなっている。そのため、磁気吸引力が小さくなるので、実開弁時間が短くなり、実噴射量が少なくなる。よって、極微少領域A1においては、電流到達時間Taを検知すれば実噴射量を高精度で推定できる。
【0064】
次のステップS80では、検出した電流到達時間Taに基づき補正量ΔTiを算出する。例えば、電流到達時間Taを変数とした関数にしたがって補正量ΔTiを算出する。より具体的には、図8に示すように、電流上昇速度が遅いほど、つまり電流到達時間Taが長いほど、補正量ΔTiを大きい値に設定する。そして、通電時間Tiに補正量ΔTiを加算することで通電時間Tiを補正する。これにより、電流到達時間Taが長いほど通電時間Tiが長くなるように補正される。次のステップS60では、Ti−q特性線にしたがって算出した補正前の通電時間Tiのベース値Tibaseに、ステップS80で算出した補正量ΔTiを加算することで、補正後の通電時間Tiを算出する。
【0065】
以上に説明した本実施形態によると、少量領域A2でのパーシャルリフト噴射を実施した時の実噴射量(少量時検出値)を検出して学習し、その学習値に基づき少量領域A2での通電時間Tiを補正する。そのため、少量領域A2における噴射量の精度向上を図ることができる。その一方で、極微少領域A1と少量領域A2とではTi−q特性に係るバラツキの生じ方が異なることに鑑み、極微少領域A1での通電時間Tiについては、少量時検出値に基づく補正を禁止している。そのため、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。
【0066】
さらに本実施形態では、パーシャルリフト領域Aのうち所定時間よりも長い時間の領域を少量領域A2、所定時間よりも短い時間の領域を極微少領域A1と呼ぶ。そして上記所定時間を、第1目標値I1(閾値)まで電流が上昇するのに要する時間(電流到達時間Ta)以上の時間に設定している。
【0067】
これによれば、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が減少する領域が極微少領域A1として設定され、コイル温度が高いほど通電時間に対する噴射量が増加する領域が少量領域A2として設定されるようになる。よって、バラツキの生じ方の異なる2つの領域A1、A2にパーシャルリフト領域Aを分けることを、高精度で実現できる。よって、バラツキの生じ方の異なる2つの領域A1、A2の各々について異なる補正のさせ方を実施することによる効果が顕著に発揮される。
【0068】
さらに本実施形態では、極微少領域A1でのパーシャルリフト噴射を実施する場合に、コイル電流の上昇速度に基づき通電時間Tiを補正する極微少時補正手段21gを備える。そのため、極微少領域A1における通電時間Tiを補正しない場合に比べて、極微少領域A1における噴射量の精度向上を図ることができる。
【0069】
さらに本実施形態では、通電時間Tiを補正する際に、少量領域A2でのパーシャルリフト噴射となる通電時間Tiのうちの一つの代表値で噴射した時の噴射量を学習する。そして、代表値以外の通電時間Tiで噴射する際にも、代表値での噴射量(学習値)に基づき通電時間Tiを補正している。そのため、少量領域A2の全ての通電時間Tiに対して学習する場合に比べて、各通電時間Tiでの学習機会を多く確保できるため、短い学習期間で高い学習精度を確保できる。
【0070】
ここで、図4中の一点鎖線A3に示すように、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射との境界に相当する噴射量Qaの1/2の噴射量となる噴射パルス幅付近で、噴射量バラツキが最も大きくなる傾向がある。本実施形態ではこの点を鑑み、パーシャルリフト噴射とフルリフト噴射との境界に相当する噴射量Qaの1/2の噴射量となる通電時間Tiに、通電時間Tiの代表値を設定している。そのため、噴射量バラツキが最も大きくなる噴射パルス幅で噴射量を検出するので、噴射量の検出誤差を抑制でき、ひいては、少量領域A2に係る通電時間Tiの補正精度を向上できる。
【0071】
(第2実施形態)
図6に示す上記実施形態では、極微少領域A1で燃料噴射する場合には、電流到達時間Ta(電流上昇速度)に基づき通電時間Tiを補正している。これに対し本実施形態では、極微少領域A1で燃料噴射する場合には、通電時間Tiの補正を実施しない。
【0072】
すなわち、図9に示すように、ステップS30にて少量領域A2ではなく極微少領域A1であると判定された場合に、電流到達時間Ta(電流上昇速度)の検出を実施することなく、ステップS20にて補正量ΔTiをゼロに設定している。一方、ステップS30にて少量領域A2と判定された場合には、閉弁タイミングTcの学習値に基づき補正量ΔTiを設定する(S50)。そして、その補正量ΔTiに基づき通電時間Tiのベース値Tibaseを補正する(S60)。
【0073】
このように、本実施形態によっても上記第1実施形態と同様にして、少量時検出値に基づき少量領域A2での通電時間Tiを補正する。そのため、少量領域A2における噴射量の精度向上を図ることができる。その一方で、極微少領域A1での通電時間Tiについては、極微少領域A1とは異なるバラツキの少量時検出値に基づく補正を禁止している。そのため、当該補正により極微少領域での噴射量精度が悪化することを回避できる。
【0074】
なお、図4にて示されるように、Ti−q特性における極微少領域A1でのバラツキは、少量領域A2でのバラツキに比べて小さい。そのため、本実施形態の如く極微少領域A1での補正を実施しない場合であっても、極微少領域A1における噴射量の精度は十分に保障される。
【0075】
(第3実施形態)
図4に示す実施形態では、極微少領域A1および少量領域A2の境界である所定時間を、ピーク出現範囲W1の上限に設定している。これに対し本実施形態では、図10に示すように、特性線L1、L2、L3のうち、コイル13の使用温度に応じて生じる噴射量のバラツキが所定量qw未満となる領域を極微少領域A1として設定している。そして、所定量qw以上となる領域、つまり極微少領域A1より長い通電時間の領域を少量領域A2として設定として設定している。つまり、極微少領域A1および少量領域A2の境界である所定時間を、バラツキが所定量qwとなる時間に設定している。
【0076】
さて、Ti−q特性(特性線)のバラツキが小さい領域では、噴射量検出手段21dによる過去の検出値に基づき通電時間Tiを補正すると、その補正による噴射量精度向上の効果は小さい。それでいて、噴射量検出手段21dによる検出値には検出誤差が存在し、その検出誤差に起因して不適切な補正がなされるリスクがある。よって、補正をすることにより却って噴射量精度が悪化する蓋然性が高い。
【0077】
この点を鑑みた本実施形態では、噴射量のバラツキが所定量qw未満となる領域を極微少領域A1として設定し、極微少領域A1でのパーシャルリフト噴射を実施する場合には、少量時検出値に基づき通電時間Tiを補正することを禁止している。よって、補正による精度向上の効果が小さく検出誤差のリスクが顕著に現れやすい領域が極微少領域A1として設定されていると言える。そして、そのような極微少領域A1では少量時検出値に基づく補正を禁止しているので、補正により却って噴射量精度が悪化することを回避できる。
【0078】
(他の実施形態)
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【0079】
図1に示す噴射量検出手段21dは、図3(b)に示す電流波形に基づき閉弁タイミングTcを検知して、検知した閉弁タイミングTcに基づき噴射量を推定している。これに対し、弁体12のリフト量をリフトセンサで検出し、その検出値に基づき噴射量を推定してもよい。或いは、内燃機関の燃焼室の圧力(筒内圧)を筒内圧センサで検出し、その検出値に基づき噴射量を推定してもよい。要するに、噴射量と相関のある物理量の具体例として、閉弁タイミングTcの他にも、リフト量および筒内圧等が挙げられる。
【0080】
図1に示す極微少時補正手段21gでは、コイル電流の上昇速度に基づき、極微少領域A1での通電時間Tiを補正している。ここで、コイル電流の上昇速度はコイル温度の影響を大きく受ける。具体的には、コイル温度が高いほどコイル抵抗が大きくなるのでコイル電流の上昇速度は遅くなる。この点を鑑み、上述の如くコイル電流の上昇速度に基づき補正することに替え、コイル13の温度を検出し、その検出値に基づき極微少領域A1での通電時間Tiを補正してもよい。
【0081】
図6および図9に示す実施形態では、コイル電流の上昇速度に基づき極微少領域A1での通電時間Tiを補正している。これに対し、極微少領域A1での実噴射量(極微少量検出値)を検出し、その検出値に基づき極微少領域A1での通電時間Tiを補正するようにしてもよい。要するに、極微少領域A1と少量領域A2とで別々に噴射量を検出して学習し、各々の学習値を用いて極微少領域A1と少量領域A2の各々の通電時間Tiを補正してもよい。
【0082】
図1に示す実施形態では、噴射量の要求値に対する通電時間Tiにしたがってコイル13への通電を制御する制御手段を、IC22により実現させている。これに対し、上記制御手段をマイコン21により実現させるようにしてもよい。換言すれば、スイッチング素子SW1、SW2、SW3をIC22が制御することに替え、マイコン21が制御するようにしてもよい。
【0083】
図3に示す実施形態では、ピーク出現範囲W1がパーシャルリフト領域Aに位置するように、コイル13の抵抗値、ブースト電圧および第1目標値I1が設定されている。これに対し、ピーク出現範囲W1がフルリフト領域Bに位置するように、コイル13の抵抗値、ブースト電圧および第1目標値I1を設定してもよい。
【0084】
図3に示す実施形態では、コイル電流が第1目標値I1に達した時点(t20)で通電を一時的に停止させ、その後、第2目標値I2にまで低下した時点で通電を再開している。したがって、コイル電流が第1目標値I1に達した時点(t20)がピーク出現時期である。これに対し、コイル電流が第1目標値I1に達した時点でブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えて通電を継続させ、上昇したコイル電流を第1目標値I1のまま所定時間保持させてもよい。この場合、ブースト電圧からバッテリ電圧に切り替えた時期がピーク出現時期に相当する。
【0085】
図1に示す実施形態では、燃料噴射弁10がシリンダヘッド3に取り付けられているが、シリンダブロックに取り付けられた燃料噴射弁を適用対象としてもよい。また、上記実施形態では、点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)に搭載された燃料噴射弁10を適用対象としているが、圧縮自着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)に搭載された燃料噴射弁を対象としてもよい。さらに、上記実施形態では、燃焼室2へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を制御対象としているが、吸気管へ燃料を噴射する燃料噴射弁を制御対象としてもよい。
【符号の説明】
【0086】
10…燃料噴射弁、12…弁体、13…コイル、21d…噴射量検出手段、21e…補正手段、22…IC(制御手段)、A1…極微少領域、A2…少量領域。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10