JP2003106200A - 燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置 - Google Patents
燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置Info
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
適用されている内燃機関の制御システムの全体構成図。
路の構成図。
インジェクタ駆動の第一電流波形を示した図。
インジェクタ駆動の第二電流波形を示した図。
インジェクタ駆動の第三電流波形を示した図。
ロック図。
ト。
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
Claims (11)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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