JP2003106200A - 燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射弁（インジェクタ）の小型化により
ソレノイドのインダクタンス値が小さくなっても、最適
に燃料噴射でき、且つ、最小燃料噴射量特性の優れた燃
料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置を提供する。 【解決手段】 ソレノイドを有する燃料噴射装置を備え
た内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、内燃機
関の運転状態を検出する手段と、該運転状態に基づき燃
料噴射パルス幅を算出する手段と、ソレノイド制御手段
と、を備え、該ソレノイド制御手段は、前記燃料噴射パ
ルス幅に基づき、前記ソレノイドに大きな所定電流値に
至るまで開弁電流を供給する手段と、該開弁電流が所定
電流値に至った後は、開弁状態を保持する保持電流をソ
レノイドに供給する手段と、前記運転状態に基づき前記
ソレノイドに供給する電流を複数の異なる波形に形成し
該電流波形を切換える電流波形制御手段と、を備えてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に係り、特に、ソレノイドを有する燃料噴射装置を備
えた内燃機関のソレノイドに印可する電流波形を制御す
る制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射す
る燃料噴射弁（インジェクタ）は、燃料噴射弁内に、プ
ランジャーと、該プランジャーを開弁方向に付勢するソ
レノイドと、前記プランジャーを閉弁方向に付勢するス
プリングとを備えていると共に、燃料噴射弁に供給され
る燃料圧力は高圧状態にあって、該高圧の燃料圧力でプ
ランジャーを閉弁方向に付勢する状態になっている。

【０００３】また、前記ソレノイド（インジェクタ）に
印加される電流は、バッテリを電源とするものであっ
て、その印可駆動電流は、単一の電流波形であり、内燃
機関の燃焼室への燃料噴射弁からの燃料の噴射制御は、
制御装置からの燃料噴射弁のソレノイドへの印可信号に
基づいて前記単一の電流波形の電流が印加されることに
よって行われている。

【０００４】例えば、特開平１１−１３５１９号公報や
特開平１１−３４３９１０号公報に所載の燃料噴射弁の
燃料噴射のためのソレノイド印加制御は、燃料噴射弁
（インジェクタ）の駆動電流波形が、一段の開弁信号と
一段の保持信号からなる２段階の単一の駆動電流波形を
しているものであり、内燃機関の運転状態に基づいて燃
料噴射パルス幅を変化させて、内燃機関の燃焼室に噴射
供給する燃料の噴射量を制御して内燃機関の燃焼を制御
するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、内燃
機関に装置される燃料噴射弁（インジェクタ）は、種々
の要求からその小型化が強く求められるようになって来
ている。しかし、燃料噴射弁（インジェクタ）が小型化
されると、該燃料噴射弁（インジェクタ）に内蔵されて
いるソレノイドのインダクタンス値が小さいものとなっ
てしまい、該ソレノイドに印加される前記したような従
来の単一の電流波形では、起磁力が小さくなることがあ
って、この場合は、ソレノイドによる燃料噴射弁（イン
ジェクタ）に内蔵されているプランジャーの吸引力が小
さいものでなってしまう。特に、供給される燃料が高圧
の状態にある場合には、時としてソレノイドの起磁力で
はプランジャーを吸引することができず、燃料噴射弁か
らの燃料噴射ができなくなる可能性がある。

【０００６】また、燃料噴射弁（インジェクタ）は、そ
の一噴射において燃料をどの程度最小量として噴射でき
るか、つまり燃料噴射弁の一燃料噴射における最小燃料
噴射量特性も重要なことである。該最小燃料噴射量特性
は、特に成層リーン燃焼時に求められるものであり、該
最小燃料噴射量特性は、燃費、エミッション特性に重要
なことである。

【０００７】本発明は、前記点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、燃料噴射弁（インジ
ェクタ）の小型化によりソレノイドのインダクタンス値
が小さくなっても、最適に燃料噴射でき、且つ、最小燃
料噴射量特性の優れた燃料噴射装置を備えた内燃機関の
制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明の内燃機関の制御装置は、基本的には、ソレノイ
ドを有する燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置で
あって、該制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する
手段と、該運転状態に基づき燃料噴射パルス幅を算出す
る手段と、ソレノイド制御手段と、を備え、該ソレノイ
ド制御手段は、前記燃料噴射パルス幅に基づき、前記ソ
レノイドに大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給
する手段と、該開弁電流が所定電流値に至った後は、開
弁状態を保持する保持電流をソレノイドに供給する手段
と、前記運転状態に基づき前記ソレノイドに供給する電
流を複数の異なる波形に形成し該電流波形を切換える電
流波形制御手段と、を備えていることを特徴としてい
る。

【０００９】また、本発明の内燃機関の制御装置の具体
的な態様は、ソレノイド制御手段は、バッテリからの電
力を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路から電力を前記
ソレノイドに供給する第一スイッチ回路と、前記バッテ
リから電力を前記ソレノイドに供給する第二スイッチ回
路と、前記ソレノイドからグランド方向に電流をシンク
する第三スイッチ回路と、前記第一スイッチ回路と前記
第二スイッチ回路とがオフのとき、グランドから前記ソ
レノイドと前記第三スイッチ回路を介してグランドに電
流を回帰させるフライホイール回路と、を備えているこ
とを特徴としている。

【００１０】更に、本発明の内燃機関の制御装置の他の
具体的な態様は、前記ソレノイドに供給する前記複数の
電流波形は、一段開弁二段保持の第一電流波形、一段開
弁一段保持の第二電流波形、及び、前記第二電流波形と
は異なる一段開弁一段保持の第三電流波形、の三種類の
電流波形であることを特徴としている。

【００１１】前記の如く構成された本発明の内燃機関の
制御装置は、インジェクタの小型化による該インジェク
タのソレノイドのインダクタンスが小さい場合における
高燃圧時でも、インジェクタを最適に制御でき、最小燃
料噴射量特性を良好に維持することができる。

【００１２】また、本発明の内燃機関の制御装置の他の
具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記第一電
流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで
開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三
スイッチ回路をオンし、次いで前記フライホイール回路
により所定時間開弁状態を継続する大きな保持電流を供
給すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッ
チ回路をオン/オフし、更に前記フライホイール回路に
より開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前
記第二スイッチ回路をオン/オフする制御を行うもので
あることを特徴としている。

【００１３】更に、本発明の内燃機関の制御装置の更に
他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記第
二電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至る
まで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記
第二スイッチ回路のオンし、次いでフライホイール回路
により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく
前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路を
オン/オフする制御を行うことを特徴とする請求項３又
は４に記載の内燃機関の制御装置。

【００１４】更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の
更に他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前
記第三電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に
至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と
前記第三スイッチ回路のオンし、次いで開弁電流から保
持電流への切換え時間を速くすべく前記第一スイッチ回
路と前記第三スイッチ回路をオフさせて、更にフライホ
イール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を
供給すべく第三スイッチ回路をオンし前記第二スイッチ
回路のオン/オフする制御を行うものであることを特徴
としている。

【００１５】更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の
更に他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前
記内燃機関の運転状態に基づき前記ソレノイドに供給す
る前記３種類の電流波形の２種類以上を切換えるもので
あることを特徴としている。

【００１６】更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の
更に他の具体的な態様は、前記制御装置は、前記燃料噴
射装置に供給する燃料の圧力を制御する手段と、該燃料
圧力を検出する手段とを備え、前記運転状態は前記燃料
の圧力値であることを特徴とし、前記制御装置は、前記
燃料噴射パルス幅算出手段で算出された燃料噴射パルス
幅を燃料有効最小噴射パルス幅に比較する手段を備え、
前記運転状態は前記比較した結果であることを特徴と
し、前記制御装置は、燃料噴射中にはソレノイドに供給
する前記電流の波形の切換えを禁止することを特徴とし
ている。

【００１７】更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の
更に他の具体的な態様は、前記制御装置は、前記内燃機
関の運転状態を判断する演算装置を備え、該演算装置と
前記電流波形制御手段との間は、シリアルコミュニケー
ションを媒体としていることを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置の一実施形態
を詳細に説明する。

【００１９】図１は、本実施形態の燃料噴射装置を備え
た内燃機関の制御装置が適用される内燃機関システムの
全体構成を示した図である。図１において、内燃機関１
は、点火コイル１７によって点火される点火プラグ１７
ａと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェ
クタ）１３と、該燃料噴射弁１３に燃料タンク１１から
燃料を圧送する燃料ポンプ１２と、を備えた多気筒の内
燃機関である。内燃機関１の各シリンダ１ａに導入され
る吸入空気は、エアクリーナ３の入力部４から取り入れ
られ、内燃機関１の運転状態計測手段の一つである空気
流量計（エアフロセンサ）５を通り、吸気流量を制御す
るスロットル弁６が収容されたスロットルボディ７を通
ってコレクタ８に入る。

【００２０】前記コレクタ８に吸入された空気は、内燃
機関１の各シリンダ１ａに接続された吸入空気管１９に
分配された後、前記シリンダ１ａの燃焼室２に導かれ
る。スロットル弁６は、モータ１０に連結されており、
モータ１０を駆動することによりスロットル弁６は操作
されて吸入空気量を制御している。また、前記シリンダ
１ａの燃焼室２からの燃焼排ガスは、排気管２３を介し
て外部に排出される。

【００２１】一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１
１から燃料ポンプ１２により、吸引、加圧された上で、
可変燃圧プレッシャレギュレータ１４により所定の圧力
に調圧されて、各シリンダ１ａの燃焼室２にその燃料噴
射口を開口しているインジェクタ１３から前記燃焼室２
に噴射される。

【００２２】また、可変燃圧プレッシャレギュレータ１
４は、コントロールユニット１５で制御され、空気流量
計５からは吸入空気量を示す信号が出力され、コントロ
ールユニット１５に入力されるようになっている。前記
スロットル弁６の開度を検出するスロットルセンサ１８
がスロットルボディ７に取り付けられており、その出力
もコントロールユニット１５に入力されるようになって
いる。

【００２３】更に、内燃機関１には、クランク角センサ
１６が取付られており、該クランク角センサ１６は、カ
ム軸２２によって回転駆動され、クランク軸の回転位置
を示す信号を出力し、該信号もコントロールユニット１
５に入力されるようになっている。排気管２３にはＡ／
Ｆ（空燃比）センサ２０が取付られており、Ａ／Ｆ（空
燃比）センサ２０は、排気管２３内の排気ガスの成分か
ら実運転の空燃比を検出し、検出信号も同様にコントロ
ールユニット１５に入力される。スロットルボディ７に
は、アクセルセンサ９が一体に設けられ、該アクセルセ
ンサ９は、アクセルペダル１２と連結しており、ドライ
バーがアクセルペダル１２を操作する量を検出して、そ
の検出出力信号もコントロールユニット１５に入力され
る。

【００２４】コントロールユニット１５は、処理手段
（ＣＰＵ）２４を有し、前記したクランク角信号、アク
セル開度信号などの内燃機関１の運転状態を検出する各
種センサなどからの信号を入力信号として取込み、所定
の演算を実行し、前記したインジェクタ１３、点火コイ
ル１７、及び、スロットル弁６の操作のためのモータ１
０に所定の制御信号を出力し、燃料供給制御、点火時期
制御、吸入空気制御を実行する。燃料系に設けられた可
変燃圧プレッシャ１４に隣接して燃圧センサ２１が設け
てあり、その信号もコントロールユニット１５に入力さ
れる。電源（バッテリ）２５とコントロールユニット１
５との間には、イグニッションスイッチ２６が設けられ
る。

【００２５】インジェクタ１３は、前述の通りシリンダ
１ａの燃焼室２内に燃料を噴射するためのものであり、
図示は省略するが、インジェクタ１３内に、プランジャ
ーと、該プランジャーを開弁方向に付勢するソレノイド
１３ａ（図２参照）と、前記プランジャーを閉弁方向に
付勢するスプリングとを備えていると共に、該インジェ
クタ１３内に供給される燃料圧力は、非常に高い状態に
あり、該燃料圧力もプランジャーを閉弁方向に付勢する
状態にしてある。

【００２６】図２は、コントロールユニット１５内のイ
ンジェクタ１３の制御回路構成を示したものである。該
インジェクタ１３のソレノイド１３ａの制御回路（ソレ
ノイド制御手段）３１は、回路群から構成され、バッテ
リ２５からの電力であるバッテリ電圧２６ａより大きな
電圧を生成する昇圧回路３２を備えている。

【００２７】通常の動作において、インジェクタ１３を
開弁させるためには、ソレノイド１３ａに大きな起磁力
を必要とし、通常のバッテリからの供給電力では、ソレ
ノイドの起磁力は小さく、インジェクタ１３を開弁させ
ることができない。このために、前述の昇圧回路３２を
必要とする。

【００２８】第一スイッチ素子３３は、前記昇圧回路３
２で生成された昇圧電力３２ａをインジェクタ１３（ソ
レノイド１３ａ）に印加するために電流の供給、遮断を
制御するスイッチ素子であり、第二 スイッチ素子３４
は、バッテリ２６からインジェクタ１３に電力２６aを
印加するために電流の供給、遮断を制御するスイッチ素
子である。

【００２９】また、第一スイッチ素子３３と第二スイッ
チ素子３４からの供給電力（電流）がワイヤードＯＲと
なる信号線３５aでは、電圧関係は、昇圧電圧３２a >
バッテリ電圧２６ａとなるために、昇圧電圧３２aがス
イッチ素子３３、３４を介してバッテリ２５に流れ込む
可能性がある。そこで、信号線３５aと第二スイッチ素
子３４間には電流逆流防止素子３５を設定する。

【００３０】第三と第四のスイッチ素子３６、３７は、
インジェクタ１３の電流をグランド方向にシンクするス
イッチ素子であり、インジェクタ毎に個別に設定する。
還流素子３８は、インジェクタ１３に流れる電流を、イ
ンジェクタ１３から第三スイッチ素子３６（または、第
四スイッチ素子３７）→グランド→環流素子３８→イン
ジェクタ１３に帰還させるフライホィール回路用の還流
素子である。

【００３１】また、図２では、前記第一スイッチ素子３
３、第二スイッチ素子３４、電流逆流防止素子３５、及
び、還流素子３８は、インジェクタ１３の対向気筒毎に
設定している。しかし、アプリケーションとしては、前
記第一スイッチ素子３３、第二スイッチ素子３４、電流
逆流防止素子３５、および、還流素子３８を、インジェ
クタ１３毎に個別設定することもある。

【００３２】基準電流生成部４０は、インジェクタ１３
に流す基準電流を設定するものであり、該基準電流は、
開弁電流４０a、保持電流４０b、保持電流４０cの３レ
ベルを設定する。

【００３３】制御部３９は、前記各スイッチ素子３３、
３４、３６、３７を制御する制御部であり、制御部３９
では、インジェクタ１３への供給電流ステージにより、
前記３つの基準電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃから１つを
選択して切換え使用する。

【００３４】ＣＰＵ２４とソレノイド制御回路３１との
間のインターフェースは、パラレル入力２４ａ、２４
ｂ、および、シリアル通信２４cとから構成される。パ
ラレル入力では、ＣＰＵ２４で算出した燃料噴射パルス
幅に基づき、開弁信号２４aおよび保持信号２４bが、Ｃ
ＰＵ２４から出力され、制御部３９に入力される。シリ
アル通信２４cでは、ソレノイド制御回路３１内のシリ
アル・ペリフェラル・インターフェイス（ＳＰＩ）部４
２と通信を行い、制御部３９のインジェクタ駆動電流波
形の切換えを行う。制御部３９、ＳＰＩ部４２、及び、
基準電流生成部４０とを総称して電流波形制御手段と云
う。

【００３５】図３〜５は、インジェクタ１３（ソレノイ
ド１３ａ）を駆動制御する各部の制御信号、および、イ
ンジェクタ駆動電流波形（ソレノイド電流波形）を示し
た図である。インジェクタを駆動する電流波形（ソレノ
イド電流波形）は、図３〜５に示す波形１〜３の３種類
存在し、運転状態によりＣＰＵ２４からＳＰＩ通信によ
り切換え可能としている。まず、インジェクタ駆動電流
（ソレノイド駆動電流）１３ｂ（図２参照）について説
明する。以下、シンク用第三スイッチ素子３６について
説明するが、シンク用第四スイッチ素子３７についても
同様である。

【００３６】図３の波形１では、インジェクタ駆動電流
１３ｂに示す通り、開弁電流と２段の保持電流から構成
される。タイミングｔ１は、インジェクタ１３の噴射開
始タイミングであり、ＣＰＵ２４からの開弁信号２４
a、および、保持信号２４bの論理積が成立したとき、第
一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６を
オンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ１３→
第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電
流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するまで、イ
ンジェクタ１３に開弁のための駆動電流１３ｂを供給
し、インジェクタ１３を開弁させる。

【００３７】このときのインジェクタ駆動電流１３ｂ
は、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で
検出され、その検出値３６yと開弁電流基準値４０aが比
較される。なお、第一スイッチ素子３３、および、第三
スイッチ素子３６は、それぞれ制御部３９からの制御信
号３３z、３６zにより制御される。

【００３８】所定電流値４０aに到達したタイミングｔ
２では、第一スイッチ素子３３をオフさせ、インジェク
タ駆動電流１３ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ
素子３６→グランド→還流素子３８→インジェクタ１３
の電流ループで電流を流しながら減少していく。

【００３９】タイミングｔ３では、所定値電流４０ｂ１
までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二ス
イッチ素子３を制御部３９からの制御信号３４zにより
オンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→
インジェクタ１３→スイッチ素子３４６→グランドにイ
ンジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０ｂに
到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このと
きのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子
３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値
３６yと保持電流１の基準値４０b、および、保持電流１
の基準値４０bにより決定する保持電流１のヒス基準値
４０b１と比較される。

【００４０】開弁信号２４aがオフするまでのｔ３〜ｔ
４区間は、前記第二スイッチ素子３４のオン、オフ動作
を繰り返し、所定電流値４０b１〜４０bの間でインジェ
クタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。なお、本実施
形態の定電流制御値は、高燃圧時の開弁電流のみでは、
インジェクタ１３が開弁しないときの吸引力アップを目
的としており、インジェクタ１３内のソレノイド１３ａ
の起磁力を大きし、インジェクタ１３を開弁させるため
に、その定電流値は比較的大きな値となる。

【００４１】タイミングｔ４では、開弁信号２４aのオ
フにより、定電流制御値をインジェクタ１３の開弁保持
状態を維持する程度まで電流値を小さくする。タイミン
グｔ４、即ち、開弁信号２４aがオフしたとき、第二ス
イッチ素子３４をオフさせ、インジェクタ駆動電流１３
ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グラ
ンド→還流素子３８→インジェクタ１３の電流ループで
電流を流しながら減少していく。

【００４２】タイミングt５では、所定値電流４０c１ま
でインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二スイ
ッチ素子３４を制御部３９からの制御信号３４zにより
オンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→
インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドに
インジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０c
に到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。この
ときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素
子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出
値３６yと保持電流２の基準値４０c、および、保持電流
２の基準値４０cにより決定する保持電流２のヒス基準
値４０c１と比較される。保持信号２４bがオフするまで
のt５〜t６区間は、前述の第二スイッチ素子３４のオ
ン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４０cの
間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。

【００４３】タイミングt６では、保持信号２４bのオフ
により、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料噴
射を停止する。なお、タイミングt６では、第二スイッ
チ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさせ、即
ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方のスイッ
チ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを素早く
減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持信号２
４bに連動して停止する。

【００４４】図４の波形２では、インジェクタ駆動電流
１３ｂが示すように、開弁電流と１段の保持電流から構
成される。タイミングt１１は、インジェクタ１３の噴
射開始タイミングである。ＣＰＵ２４からの開弁信号２
４a、および、保持信号２４bの論理積が成立したとき、
第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６
をオンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ１３
→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動
電流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するまで、
インジェクタ１３に開弁電流１３ｂを供給し、インジェ
クタ１３を開弁させる。このときのインジェクタ駆動電
流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検
出素子で検出され、その検出値３６yと開弁電流基準値
４０aが比較される。

【００４５】所定電流値４０aに到達したタイミングt１
２では、第一スイッチ素子３３をオフさせ、インジェク
タ駆動電流１３ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ
素子３６→グランド→還流素子３８→インジェクタ１３
の電流ループで電流を流しながら減少していく。

【００４６】タイミングt１3では、所定値電流４０c１
までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二ス
イッチ素子３４を制御部３９からの制御信号３４zによ
りオンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５
→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランド
にインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０
cに到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。こ
のときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ
素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検
出値３６yと保持電流２の基準値４０ｃ、および、保持
電流２の基準値４０cにより決定する保持電流１のヒス
基準値４０c１と比較される。保持信号２４bがオフする
までのt１3〜t１4区間は、前記の第二スイッチ素子３４
のオン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４
０cの間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を
行う。なお、本実施形態の定電流制御値は、前記図３の
ｔ５〜ｔ６区間と同じ考え方である。即ち、インジェク
タ１３の開弁状態を保持することを目的とする。

【００４７】タイミングt１４では、保持信号２４bのオ
フにより、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料
噴射を停止する。なお、タイミングt１４では、第二ス
イッチ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさ
せ、即ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方の
スイッチ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを
素早く減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持
信号２４bに連動して停止する。波形２では、開弁信号
２４aは、開弁電流開始許可条件にしか使用していない
ので、開弁信号２４aのオフタイミングは、タイミング
ｔ１２〜ｔ１４の間であればよい。また、波形２と波形
１の違いは、保持電流１の有無である。

【００４８】図５の波形３では、インジェクタ駆動電流
１３ｂが示しように、開弁電流と１段の保持電流から構
成される。なお、波形２との違いは、開弁電流と保持電
流の切換え時、下流第三スイッチ素子３６をオフするか
否かである。タイミングt２１は、インジェクタ１３の
噴射開始タイミングである。ＣＰＵ２４からの開弁信号
２４a、および、保持信号２４bの論理積が成立したと
き、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子
３６をオンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ
１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ
駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するま
で、インジェクタ１３にインジェクタ駆動電流１３ｂを
供給し、インジェクタ１３を開弁させる。このときのイ
ンジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に
設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６y
と開弁電流の基準値４０aと比較される。所定基準値４
０aに到達したタイミングt２２では、第一スイッチ素子
３３、および、第三スイッチ素子３６をオフさせ、イン
ジェクタ駆動電流１３ｂを素早く減少させる。 このと
き、第三スイッチ素子３６には、t２２〜t２３間のイン
ジェクタ駆動電流電流１３ｂ × 電圧３６aの損失が発
生し、インジェクタ駆動電流電流１３ｂは、開弁電流４
０aであるため大きく、そのため、回路損失は、非常に
大きくなる。

【００４９】タイミングt２３では、所定値電流４０c１
までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二ス
イッチ素子３４および第三スイッチ素子３６を制御部３
９からの制御信号３４z、３６zによりそれぞれオンさ
せ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→インジ
ェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジ
ェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０cに到達
するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このときの
インジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６
に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６
yと保持電流２の基準値４０c、および、保持電流２の基
準値４０cにより決定する保持電流１のヒス基準値４０c
１と比較される。保持信号２４bがオフするまでのt２３
〜t２４区間は、前記の第二スイッチ素子３４のオン、
オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４０cの間で
インジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。な
お、本定電流制御値は、図３のｔ５〜ｔ６、および、図
４のｔ１３〜ｔ１４区間と同じ考え方である。即ち、イ
ンジェクタ１３の開弁状態を保持することを目的とす
る。

【００５０】タイミングt２４では、保持信号２４bのオ
フにより、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料
噴射を停止する。なお、タイミングt１４では、第二ス
イッチ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさ
せ、即ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方の
スイッチ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを
素早く減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持
信号２４bに連動して停止する。

【００５１】波形３では、波形２と同様、開弁信号２４
aは、開弁電流開始許可条件にしか使用していない。よ
って、開弁信号２４aのオフタイミングは、タイミングt
２２〜t２４の間であればよい。また、波形３と波形２
の違いは、開弁電流から保持電流の切換え時にインジェ
クタ下流の第三スイッチ素子３６のオフ有無による。以
上、図３〜５を参照して、インジェクタ１３に供給する
電流波形１〜３の各々について記述したが、それぞれメ
リット、デメリットがある。

【００５２】燃料噴射量有効最小パルス幅特性（Qmin特
性）は、電流波形により下記の特性順となる。 波形３ ＞ 波形２ ＞ 波形１ 即ち、Qmin特性が重要となる運転領域、例えば、内燃機
関低回転時は、波形３で、インジェクタを制御する必要
がある。

【００５３】インジェクタ１３のプランジャーの吸引力
特性は、電流波形により下記の特性順となる。 波形１ ＞ 波形２ ＝ 波形３ 即ち、高燃圧時の大きな吸引力が必要とするときは、波
形１でインジェクタを制御する必要がある。

【００５４】また、インジェクタ制御回路３１の回路損
失は、下記の順で低損失となる。 波形２ ＞ 波形１ ＞ 波形３ 即ち、波形２が回路損失ミニマムとなるため、前述Qmin
特性が重要となる運転領域、または、高燃圧時の大きな
吸引力が必要とするとき以外は、波形２のインジェクタ
駆動電流波形で制御するのがよい。また、コントロール
ユニット１５の全体損失を低くする意味でも必要であ
る。

【００５５】前記のように、インジェクタ駆動電流１３
ｂの電流波形は、各運転状態に最適な波形に切換え、イ
ンジェクタ１３の特性、および、インジェクタ制御回路
３１の損失低減を両立させる。

【００５６】図６は、本実施形態におけるインジェクタ
駆動電流１３ｂを切換えるＳＰＩ通信部４２の内部ブロ
ック図である。ＳＰＩ通信線２４cは、図２では１本線
として記載されているが、ＣＳ線２４ｃ１、ＤＩＮ線２
４ｃ２、ＳＣＫ線２４ｃ３、ＤＯＵＴ線２４ｃ４の４本
線から構成される。

【００５７】ＳＰＩ通信では、ＣＰＵ２４のＣＳ線２４
ｃ１から信号が入力されている間（信号がLOWの間）、
ＣＰＵ４とインジェクタ制御部３１内のＳＰＩ部４２を
結ぶシリアル通信の送受信が行われる。まず、ＣＳ線２
４ｃ１から信号が入力されると、予めラッチ回路６３に
格納されていた８bitデータを確定し、シフトレジスタ
６２にコピーされる。本実施形態では、ラッチ回路６
３、および、DOUT線２４ｃ４の信号については、特に記
述しない。

【００５８】その後、送受信されるデータは、ＣＰＵ２
４により送られるＣＳＫ線２４ｃ３の信号に基づいて伝
送される。ＣＰＵ２４とＳＰＩ部４２を結ぶシリアル通
信は、８ビットのシフトレジスタ６２で構成されてお
り、ＣＰＵ２４のＤＩＮ線２４ｃ２の信号は、ここに格
納される。同時に、シフトレジスタ６２に格納されてい
た送信データが、ＣＳＫ線２４ｃ３の信号によりDOUT線
２４ｃ４の信号として掃きだされる。これらの動作は、
ＣＰＵ２４からのクロックのＳＣＫ線２４ｃ３の信号の
立上がり、または、立下がりエッジに同期して１ビット
づつ行われる。

【００５９】その後、シフトレジスタ６２に格納されて
いるデータは、ＣＳ線２４ｃ１の信号が終了するとき
（ＨＩＧＨになるとき）、レジスタ６１へ移される。こ
のとき、ＤＩＮ線２４ｃ２の信号には、インジェクタ駆
動電流波形を切換える司令値が含まれており、本実施形
態では、３種類に切換え可能なことから８ビットのＤＩ
Ｎ線２４ｃ２の信号内に２ビット含まれていることにな
る。

【００６０】そして、受信したＤＩＮ線２４ｃ２の信号
からインジェクタ駆動電流波形を切換える司令値を制御
部３９で抽出し、前述司令値に従い制御部３９ではイン
ジェクタ駆動電流１３ｂを制御する。前記のＳＰＩ通信
は、８ビットのシフトレジスタとして説明したが、何ビ
ットのシフトレジスタ、例えば１６ビットシフトレジタ
で構成されてもよい。

【００６１】図７は、ＳＰＩ通信のビット割付けのマッ
プを示している。ＤＩＮ線２４ｃ２の信号は、本実施形
態では、８ビットで示され、インジェクタ駆動電流波形
を切換えるビットとして２ビット割付けている。Ｂｉ５
は、保持電流１の有無を切換えるビットである。Ｂｉ５
＝１のときは、保持電流１を有効、ＢＩ＝０のときは、
保持電流１を無効とする。即ち、Ｂｉ５＝０のとき、保
持電流が１段階となる。

【００６２】また、Ｂｉ６は、インジェクタ駆動電流波
形の保持電流１を無効、即ち、Ｂｉ５＝０のとき、有効
であり、び６＝１のときは、開弁電流から保持電流のと
きの第三スイッチ素子３６のオフを有効とＢｉ６＝０の
ときは、開弁電流から保持電流のときの第三スイッチ素
子３６のオフを無効とする。

【００６３】即ち、インジェクタ駆動電流波形とＤＩＮ
線２４ｃ２の信号の関係は、下記のようになる。 波形１ ： （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（１，*） *はDo
n’t care 波形２ ： （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，０） 波形３ ： （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，１）

【００６４】図８は、本実施形態のインジェクタ駆動電
流波形を切換える手段をＣＰＵ２４内のソフトウェアで
実現するソフトウェアのフローチャートである。本タス
クは、定時JOB、例えば、１０ｍｓ毎に実施されること
が一般的である。１０ｍｓタスクからコールされ、スタ
ートのステップＳ１から開始される。ステップＳ２で
は、現在インジェクタ噴射中有無を確認する。インジェ
クタ噴射中にインジェクタ駆動電流波形を切換えるとイ
ンジェクタ動作が異常となる。そこで、インジェクタ噴
射中は、インジェクタ駆動電流波形を切換える手段をマ
スクし、即ち、ステップＳ９のＥＮＤにジャンプする。

【００６５】ステップＳ２で、インジェクタ噴射中でな
いことを確認すると、ステップＳ３へ遷移する。ステッ
プＳ３では、現在の内燃機関運転状態がQmin特性重要な
領域か否かを判断し、Qmin特性が重要な領域の場合は、
ステップＳ５へ遷移する。ステップＳ５では、インジェ
クタ駆動電流波形をQmin特性が優れている波形３に切換
えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，１）にセットす
る。

【００６６】ステップＳ３で、Qmin特性が重要な領域で
ない場合は、ステップS４へ遷移する。ステップＳ４で
は、現在の内燃機関運転状態において、高燃圧か否かを
判断し、高燃圧の場合は、ステップＳ６へ遷移する。ス
テップＳ６では、インジェクタ駆動電流波形を高燃圧時
にインジェクタが開弁できるように、吸引力が優れてい
る波形１に切換えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（１，
*）にセットする。ステップＳ４で、高燃圧でないこと
を判断した場合は、ステップＳ７へ遷移する。

【００６７】ステップＳ７では、Qmin特性が重要でな
く、且つ、高燃圧でないために大きな吸引力が必要でな
い場合に、回路損失をミニマムとするために、波形２に
切換えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，０）にセッ
トする。ステップＳ８では、前記ステップＳ５、Ｓ６、
Ｓ７でセットしたインジェクタ駆動電流波形をＳＰＩ通
信により、インジェクタ制御回路３１に送信する。そし
てＳＰＩ部４２を介して、制御部３９にインジェクタ駆
動電流波形をセットする。そして、燃料噴射量は、開弁
信号２４a、および、保持信号２４bのパルス幅に基づき
決定され、インジェクタ１３を制御して、内燃機関１を
最適制御する。

【００６８】以上、本発明の一実施形態について記述し
たが、本発明は前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求項の範囲に記載された発明の精神を逸脱し
ない範囲で設計において種種の変更ができるものであ
る。

【００６９】

【発明の効果】以上の発明から理解されるように、本発
明の燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置は、イン
ジェクタの小型化による該インジェクタのソレノイドの
インダクタンスが小さい場合における高燃圧時でも、イ
ンジェクタを最適に制御でき、最小燃料噴射量特性を良
好に維持することができる。また、内燃機関の燃料供給
装置の損失を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態のが
適用されている内燃機関の制御システムの全体構成図。

【図２】図１の内燃機関の制御装置のソレノイド制御回
路の構成図。

【図３】図２のソレノイド制御回路によって形成される
インジェクタ駆動の第一電流波形を示した図。

【図４】図２のソレノイド制御回路によって形成される
インジェクタ駆動の第二電流波形を示した図。

【図５】図２のソレノイド制御回路によって形成される
インジェクタ駆動の第三電流波形を示した図。

【図６】図２のソレノイド制御回路のＳＰＩ部の内部ブ
ロック図。

【図７】図６のＳＰＩ部のビット割付けを示す図。

【図８】図１の内燃機関の制御装置の制御フローチャー
ト。

【符号の説明】

１…内燃機関、１ａ…シリンダ、２…燃焼室、１２…燃
料ポンプ、１３…インジェクタ、１３ａ…ソレノイド、
１４…可変燃圧プレッシャレギュレータ、１５…コント
ロールユニット、１６…クランク角センサ、１７…点火
コイル、２１…燃圧センサ、２４…ＣＰＵ、２４a…イ
ンジェクタ開弁信号、２４b…インジェクタ保持信号、
２４c…ＳＰＩ通信線、３１…ソレノイド制御回路、３
２…昇圧回路、３３…開弁用上流の第一スイッチ素子、
３４…保持用上流の第二スイッチ素子、３５…電流逆流
防止素子、３６…シンク用の第三スイッチ素子、３８…
還流素子、３９…制御部、４０…基準電流生成部、４２
…ＳＰＩ部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AD12 BA51 BA67 CB15 CC06U CD26 CE21 CE22 CE29 DA01 DC04 DC05 DC11 DC18 DC24 3G301 HA01 HA04 JA14 LB04 LC10 MA11 NA08 NE00 PA01Z PB08Z PD04A PD04Z PE03Z PF03Z PG01Z PG02Z 3H106 DA22 EE01 FA01 FB14 FB29 KK18

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドを有する燃料噴射装置を備え
   た内燃機関の制御装置であって、 該制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、
   該運転状態に基づき燃料噴射パルス幅を算出する手段
   と、ソレノイド制御手段と、を備え、 該ソレノイド制御手段は、前記燃料噴射パルス幅に基づ
   き、前記ソレノイドに大きな所定電流値に至るまで開弁
   電流を供給する手段と、該開弁電流が所定電流値に至っ
   た後は、開弁状態を保持する保持電流をソレノイドに供
   給する手段と、前記運転状態に基づき前記ソレノイドに
   供給する電流を複数の異なる波形に形成し該電流波形を
   切換える電流波形制御手段と、を備えていることを特徴
   とする内燃機関の制御装置。
2. 【請求項２】 ソレノイド制御手段は、バッテリからの
   電力を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路から電力を前
   記ソレノイドに供給する第一スイッチ回路と、前記バッ
   テリから電力を前記ソレノイドに供給する第二スイッチ
   回路と、前記ソレノイドからグランド方向に電流をシン
   クする第三スイッチ回路と、前記第一スイッチ回路と前
   記第二スイッチ回路とがオフのとき、グランドから前記
   ソレノイドと前記第三スイッチ回路を介してグランドに
   電流を回帰させるフライホイール回路と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記ソレノイドに供給する前記複数の電
   流波形は、一段開弁二段保持の第一電流波形、一段開弁
   一段保持の第二電流波形、及び、前記第二電流波形とは
   異なる一段開弁一段保持の第三電流波形、の三種類の電
   流波形であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機
   関の制御装置。
4. 【請求項４】 前記電流波形制御手段は、前記第一電流
   波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開
   弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三ス
   イッチ回路をオンし、次いで前記フライホイール回路に
   より所定時間開弁状態を継続する大きな保持電流を供給
   すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ
   回路をオン／オフし、更に前記フライホイール回路によ
   り開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記
   第二スイッチ回路をオン/オフする制御を行うものであ
   ることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記電流波形制御手段は、前記第二電流
   波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開
   弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第二ス
   イッチ回路のオンし、次いでフライホイール回路により
   開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記第
   一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路をオン/
   オフする制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に
   記載の内燃機関の制御装置。
6. 【請求項６】 前記電流波形制御手段は、前記第三電流
   波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開
   弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三ス
   イッチ回路のオンし、次いで開弁電流から保持電流への
   切換え時間を速くすべく前記第一スイッチ回路と前記第
   三スイッチ回路をオフさせて、更にフライホイール回路
   により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく
   第三スイッチ回路をオンし前記第二スイッチ回路のオン
   /オフする制御を行うものであることを特徴とする請求
   項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装
   置。
7. 【請求項７】 前記電流波形制御手段は、前記内燃機関
   の運転状態に基づき前記ソレノイドに供給する前記３種
   類の電流波形の２種類以上を切換えるものであることを
   特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
8. 【請求項８】 前記制御装置は、前記燃料噴射装置に供
   給する燃料の圧力を制御する手段と、該燃料圧力を検出
   する手段と、を備え、前記運転状態は、前記燃料の圧力
   値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
   制御装置。
9. 【請求項９】 前記制御装置は、前記燃料噴射パルス幅
   算出手段で算出された燃料噴射パルス幅を燃料有効最小
   噴射パルス幅に比較する手段を備え、前記運転状態は、
   前記比較した結果であることを特徴とする請求項１に記
   載の内燃機関の制御装置。
10. 【請求項１０】 前記制御装置は、燃料噴射中にはソレ
    ノイドに供給する前記電流の波形の切換えを禁止するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
11. 【請求項１１】 前記制御装置は、前記内燃機関の運転
    状態を判断する演算装置を備え、該演算装置と前記電流
    波形制御手段との間は、シリアルコミュニケーションを
    媒体としていることを特徴とする請求項１に記載の内燃
    機関の制御装置。