JP6490137B2 - インジェクタの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁から燃料を筒内に直接噴射する内燃機関におけるインジェクタの制御装置に関し、特に、複数回に分割して燃料噴射を行うのに好適なインジェクタの制御装置に関する。

従来より、筒内噴射型内燃機関における微粒子物質の排出を抑制するために、１回の燃料を複数回に分けて噴射する技術が知られている。このような分割噴射では、先行する噴射（１回目噴射）とそれに続く噴射（２回目噴射）の噴射間隔が、２回目噴射の噴射量に影響することも知られており、該噴射間隔に応じて、２回目の駆動時間を補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料を噴射する装置であるインジェクタの動的な挙動が分析できるよう、インジェクタのモデリングも行われており、インジェクタに作用する各種力学を分析し、シミュレーション可能なモデルを紹介したものがある（例えば、非特許文献１参照）。このモデルを用いれば、特許文献１で必要となる補正値が論理的に得られることが期待される。

図１は、従来からよく知られているインジェクタ１の構造を模式的に表した断面図である。インジェクタ１は、弁座２と、この弁座２と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体３と、この弁体３を開閉駆動するソレノイド４とを備えている。また、インジェクタ１は、弁体３のフランジ５の閉弁方向Ｘ１側に配置され、ソレノイド４の通電により生じた磁力により開弁方向Ｘ２に吸引される可動子６と、この可動子６を開弁方向Ｘ２に付勢するゼロ位置スプリング７と、弁体３を閉弁方向Ｘ１に付勢し、ゼロ位置スプリング７よりも付勢力の強い主スプリング８とを備えている。さらに、インジェクタ１は、磁気コア９及びケース１０を備えている。ケース１０は、筒状に形成され、インジェクタ１の各構成部品を収容している。ソレノイド４は、ボビンに巻回された円筒状のコイルであり、制御装置１１によって通電制御される。

弁体３は、閉弁方向Ｘ１の先端が尖った棒状の部材である。弁体３の開弁方向Ｘ２の端部にはフランジ５が設けられている。主スプリング８は、弁体３の開弁方向Ｘ２側に配置され、弁体３をケース１０に対して閉弁方向Ｘ１に付勢している。ソレノイド４が非通電になると、弁体３は、主スプリング８の付勢力及び燃料圧力により閉弁方向Ｘ１に移動し、弁体３の先端が弁座２に設けられた噴射口に当接すると、噴射口を塞ぎ、閉弁状態となる。

可動子６は、円筒状に形成された磁性体であり、フランジ５の閉弁方向Ｘ１側であって、弁体３の軸体の外周側に配置されている。可動子６と弁体３は相対移動可能になっている。ゼロ位置スプリング７は、可動子６の閉弁方向Ｘ１側に配置され、可動子６をケース１０に対して開弁方向Ｘ２に付勢している。ゼロ位置スプリング７の弾性力は、主スプリング８の弾性力よりも小さく設定されている。可動子６は、磁気コア９の閉弁方向Ｘ１側に配置されている。制御装置１１によりソレノイド４が通電されると、磁気コア９等に発生した磁力により、可動子６が開弁方向Ｘ２側に吸引される。これにより、可動子６が弁体３のフランジ５に当接した状態で、可動子６及び弁体３が一体的に開弁方向Ｘ２に移動する。弁体３の先端が、弁座２から離れると、噴射口が開き開弁状態となる。

ソレノイド４が非通電になると、磁気コア９の磁力による可動子６の開弁方向Ｘ２側の吸引力が無くなり、主スプリング８の閉弁方向Ｘ１の付勢力により、弁体３が閉弁方向Ｘ１に移動する。この時、弁体３のフランジ５が、可動子６を閉弁方向Ｘ１に押し、弁体３及び可動子６は、一体的に閉弁方向Ｘ１に移動する。弁体３の先端が弁座２に衝突すると、弁体３の移動は停止するが、可動子６は、フランジ５から離れ、閉弁方向Ｘ１に移動し続ける。その後、可動子６は、ゼロ位置スプリング７による開弁方向Ｘ２の付勢力により、減速した後、開弁方向Ｘ２に移動し、再びフランジ５に当接し停止する。

次に、制御装置１１について、図２を参照して説明する。なお、以下では、１本のインジェクタ１に対する動作を説明するが、複数本備える場合でも同様の動作となる。また、以下では、１回の噴射に対して説明をするが、１回の燃焼に対し複数回噴射を行う分割噴射の場合も、各噴射に対し、下記の動作を繰り返すことになる。各噴射に対し、まとめて一度に計算してもよいし、各噴射が終わってから、次の噴射に対し計算を行ってもよい。

図２のブロック図に示すように、制御装置１１は、マイクロコンピュータ２１及び駆動ドライバ２２を備え、駆動ドライバ２２は、マイクロコンピュータ２１、電源、インジェクタ１、及びＧＮＤ（接地電位）に接続されている。電源の電圧を、マイクロコンピュータ２１からの信号に基づき、インジェクタ１へ供給することで、マイクロコンピュータ２１の指示通りにインジェクタ１を駆動することができる。

マイクロコンピュータ２１は、機能ブロックとして、目標噴射量算出部２３、目標駆動開始時刻算出部２４、駆動時間算出部２５、通電制御部２６、駆動情報保持部２７、及び補正量算出部２８を備えている。
目標噴射量算出部２３は、内燃機関の状態、及び図示しないアクセル開度の信号等から、対象とするインジェクタ（以下、単にインジェクタと称する。）１に対する目標噴射量を算出する。
目標駆動開始時刻算出部２４は、内燃機関の状態、及び図示しないアクセル開度の信号等から、インジェクタ１に対する目標駆動開始時刻を算出する。
駆動時間算出部２５は、上記の目標噴射量から、予め設定されているインジェクタ１の特性に従い、補正前の駆動時間を算出する。そして、この駆動時間に、後述する補正量算出部２８からの補正係数を乗じて補正することにより、補正後の駆動時間を算出する。

通電制御部２６は、上記の目標駆動開始時刻になれば、上記の補正後の駆動時間だけ、駆動ドライバ２２をＯＮする信号を出力する。この信号に基づき、駆動ドライバ２２は、インジェクタ１に接続されたスイッチング素子を駆動する。このようにして、内燃機関の運転状態などに応じた、噴射量と噴射タイミングでインジェクタ１から燃料を噴霧することができる。
駆動情報保持部２７は、上記の目標駆動開始時刻に上記の補正後の駆動時間を加えた駆動終了時刻を算出し、インジェクタ１の次回の駆動時間が算出されるまで、駆動終了時刻を一時的に保持する。

今回の噴射が終わり、次にインジェクタ１を駆動する時、目標駆動開始時刻が目標駆動開始時刻算出部２４によって算出されると、補正量算出部２８は、駆動情報保持部２７から前回の噴射の駆動終了時刻を取り出し、今回の目標駆動開始時刻との差、すなわち噴射間隔を算出する。そして、この噴射間隔と予め設定されているインジェクタ１の特性とに従い、補正係数を算出する。

駆動時間算出部２５は、上記のとおり、目標噴射量から駆動時間に変換し、補正量算出部２８からの補正係数を乗じて補正する。補正された駆動時間だけ、通電制御部２６によって駆動ドライバ２２が駆動され、また、駆動情報保持部２７でその次の噴射に備えて目標駆動開始時刻を一時的に保持する。

図３は、図２に示した従来技術に係る補正量算出部２８、駆動時間算出部２５、及び駆動情報保持部２７の動作フローチャートを示している。

まず、補正量算出部２８について説明する。
ステップＳ９０１では、目標駆動開始時刻算出部２４で算出された目標駆動開始時刻から、駆動情報保持部２７に保存されている前回の駆動終了時刻を減算し、噴射間隔ΔＴを算出する。
ステップＳ９０２では、噴射間隔ΔＴに基づき、予め設定されている図示のインジェクタ１の特性に従い、パルス幅補正係数αを算出する。

次に、駆動時間算出部２５について説明する。
ステップＳ９０３では、目標噴射量算出部２３で算出された目標噴射量から、予め設定されている図示のインジェクタの特性に従い、目標駆動時間を算出する。
ステップＳ９０４では、算出した目標駆動時間にパルス幅補正係数αを乗じて、補正後目標駆動時間を算出する。

次に、駆動情報保持部２７について説明する。
ステップＳ９０５では、ステップＳ９０１の目標駆動開始時刻に、ステップＳ９０４の補正後目標駆動時間を加えて、駆動終了時刻を算出し、保持する。

このように、前回の駆動終了から今回の駆動開始までの間の時間である噴射間隔によって、インジェクタ１の噴射量を補正することができる。

特開２００９−２５００９２号

公益社団法人自動車技術会 学術出講演会前刷集Ｎｏ．４２−１３ Ｐ２７〜Ｐ３２

しかしながら、特許文献１では、１回目噴射の駆動時間に対する影響が考慮されていない。これについて、以下に説明する。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、インジェクタ１の弁体３が、弁座２から離間する挙動を実測した例を示す。いずれの図も縦軸は、弁体３が弁座２に接している時をリフト量ゼロとした、弁体３−弁座２間の距離を示し、２回連続して噴射した場合の、２回目の噴射のリフト量を示している。
図４（Ａ）〜（Ｃ）の点線の波形は、全く同じ波形で、比較のための基準波形を示しており、実線の波形は、点線を測定した条件と、１回目の駆動時間及び噴射間隔が異なる条件で測定した波形である。これを、２回目噴射の駆動信号が重なるように時間を平行移動させて、２つの測定波形を重ね合わせている。なお、２回目の噴射の駆動時間は、実線波形及び点線波形において同じである。

図４（Ａ）の実線と点線は、噴射間隔だけが異なる波形を重ねた例を示す。噴射間隔が異なることで弁体３の挙動が異なっており、噴射量に違いが生じる原因となっている。この噴射量は上記の特許文献１に示される技術で補正することができる。

図４（Ｂ）の実線と点線は、１回目噴射の駆動時間だけが異なる波形を重ねた例を示す。駆動時間が異なることで弁体３の挙動が異なっており、噴射量に違いが生じることになるが、噴射間隔は同じであるため、上記の特許文献１の技術では、補正できない。すなわち、噴射量の補正は、噴射間隔だけでは不十分で、１回目、すなわち先行する噴射の駆動時間も考慮すべきことが分かる。

図４（Ｃ）は、点線の条件に対し、同図（Ａ）の噴射間隔、及び同図（Ｂ）の駆動時間を両方変更した条件での測定比較例を示す。同図（Ａ）と（Ｂ）の変化を足したような単純な波形ではなく、先行する駆動時間と噴射間隔は、弁体３の挙動に複雑な影響を与えていることが分かる。上記の非特許文献１は、このような動機付けから、弁体３の挙動を物理的に解析し、モデル化を試みたものである。インジェクタ１の駆動信号を与えると、弁体３の挙動が計算され、噴射量が得られるモデルとなっている。

しかしながら、非特許文献１では、実際の制御装置で計算することが考慮されていない。すなわち、非特許文献１のモデルは、駆動信号から噴射量を計算するが、インジェクタ１の制御では、目標とする噴射量が先に与えられ、これを実現する駆動信号、すなわち駆動時間を求めなければならず、モデルとは逆の計算を行う必要がある。

ところが、非特許文献１のＰ３１における式（１９）を逆に解く厳密解を予め求めることは困難である。そのため、数値計算による近似解を求めることになるが、これは、収束するまで繰り返し計算が必要となり、計算負荷が非常に高い。
一方で、制御装置の演算能力はこのような計算を行うほど高くはないため、実現が不可能であるか、或いは、より高性能なマイクロコンピュータが必要となり、コストアップを招くことになる。

また、特許文献１では、補正が燃圧に依存することが考慮されていない。
また、非特許文献１に記載されているように、弁体３に働く力は、燃圧と噴射先の圧力差に影響を受ける。一方で、非特許文献１は、その計算を、逐次計算による近似で行うため、計算負荷が大きく、且つ逆向きの計算が困難であるという課題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、噴射間隔だけでなく、１回目噴射の駆動時間を加味して、２回目以降の駆動時間を最適に算出することができるインジェクタの制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成する為、本発明に係るインジェクタの制御装置は、内燃機関の燃料通路に設けられたインジェクタを駆動する駆動ドライバと、駆動ドライバに与える駆動信号を演算するマイクロコンピュータと、を備えたインジェクタの制御装置であって、マイクロコンピュータは、インジェクタの駆動開始時刻、駆動終了時刻、駆動時間を、車両の状態に応じて算出し、駆動開始時刻と駆動終了時刻とに基づいて駆動信号を生成することで、インジェクタを駆動時間のあいだ駆動する、インジェクタの制御装置であって、前回の駆動における駆動終了時刻と、今回の駆動における駆動開始時刻とから噴射間隔が演算され、今回の駆動における駆動開始時刻において、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、今回の駆動がマイクロコンピュータにおける初回の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間が、そのまま今回の駆動時間とされ、今回の駆動がマイクロコンピュータにおける２回目以降の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、今回の駆動における補正時間は、前回の駆動における駆動時間に比例係数を乗じた値が上限値で制限され、その値に（ＥＸＰ（−１×前記噴射間隔／時定数））＾２／前記比例係数を乗じて演算される。

本発明によれば、前回の駆動における駆動終了時刻と、今回の駆動における駆動開始時刻とから噴射間隔が演算され、今回の駆動における駆動開始時刻において、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、今回の駆動がマイクロコンピュータにおける初回の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された駆動時間が、そのまま今回の駆動時間とされ、今回の駆動がマイクロコンピュータにおける２回目以降の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、今回の駆動における補正時間は、前回の駆動における駆動時間に比例係数を乗じた値が上限値で制限され、その値に（ＥＸＰ（−１×前記噴射間隔／時定数））＾２／前記比例係数を乗じて演算される。そのため、先行する噴射の影響を補正することができ、また、計算負荷が小さく制御装置で計算が可能になる。

インジェクタの一般的な構造を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態１及び従来技術によるインジェクタの制御装置のブロック図である。 従来技術におけるインジェクタの駆動時間の演算過程を示すフローチャートである。 インジェクタの弁体の動作を説明する波形図であり、同図（Ａ）の実線と点線は、噴射間隔だけが異なる波形を重ねた例を示し、同図（Ｂ）の実線と点線は、１回目噴射の駆動時間だけが異なる波形を重ねた例を示し、そして、同図（Ｃ）は、点線の条件に対し、同図（Ａ）の噴射間隔、及び同図（Ｂ）の駆動時間を両方変更した条件での測定比較例を示す。 この発明の実施の形態１におけるインジェクタの駆動時間の演算過程を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に用いられる燃圧と比例係数の関係を示した特性グラフ図である。 この発明の実施の形態１に用いられる燃圧と時定数の関係を示した特性グラフ図である。 この発明の実施の形態１に係るインジェクタの駆動動作を説明するタイミングチャートであり、同図（Ａ）は駆動信号の状態、同図（Ｂ）はリフト量、そして同図（Ｃ）は内部変数をそれぞれ示す。 この発明の実施の形態１に係るインジェクタの別の駆動動作を説明するタイミングチャートであり、同図（Ａ）は駆動信号の状態、同図（Ｂ）はリフト量、そして同図（Ｃ）は内部変数をそれぞれ示す。 この発明の実施の形態２によるインジェクタの制御装置のブロック図である。である。 インジェクタの一般的な駆動動作を説明するタイミングチャートであり、同図（Ａ）は駆動信号の状態、そして同図（Ｂ）はリフト量をそれぞれ示す。 この発明の実施の形態２によるインジェクタの制御装置の動作過程を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の種々の実施の形態について上記添付図面を参照して詳細に説明する。なお、インジェクタは、図１に示した従来技術と同じものを用いる。
また、本実施の形態１によるインジェクタの制御装置は、図２に示したブロック図と同じ構成及び配置を有するが、動作内容は、図５に示すフローチャートにおいて異なっている。

すなわち、目標噴射量算出部２３、目標駆動開始時刻算出部２４、及び通電制御部２６は、図３のフローチャートに示した従来技術と同様に動作するが、本実施の形態１においては、補正量算出部２８、駆動時間算出部２５、及び駆動情報保持部２７が、以下の如く異なる動作を呈する。

本実施の形態１を概略的に述べると、補正量算出部２８では、駆動情報保持部２７に保持されている前回の噴射の駆動終了時刻と、目標駆動開始時刻算出部２４で算出された今回の目標駆動開始時刻との差、すなわち噴射間隔を算出する。この噴射間隔の間、インジェクタ１の内部変数、すなわち内部状態を１次遅れの２乗で減衰させて、今回の駆動開始時刻での内部変数の残りを求める。非特許文献１に記載のように、噴射間隔の間は渦電流による遅れは１次遅れの減衰で近似する。渦電流による磁束密度が弁体３に作用する吸引力になるとき、渦電流による遅れは１次遅れの２乗に比例するため、内部変数を１次遅れの２乗で減衰させる。これが本実施の形態１の噴射における弁体３の弾性エネルギーなどのオフセットとなることから、比例係数（以下勾配Ｇと称する。）により、オフセット分の駆動時間が得られる。これを補正量とする。
なお、「内部変数」とは、ここで補正量をマイクロコンピュータで演算するための、簡易化した指標に過ぎず、便宜的なものである。

駆動時間算出部２５では、目標噴射量算出部２３からの目標駆動時間から上記の補正量を減じる。これにより、オフセットが無い場合と同じ弁体３の挙動が得られる。補正された駆動時間は、通電制御部２６により駆動ドライバ２２が駆動され、また、駆動情報保持部２７は、次の噴射に向けて目標駆動開始時刻と駆動時間を一時的に保持する。

ここで、上記の補正量算出部２８、駆動時間算出部２５、及び駆動情報保持部２７の動作を図５のフローチャートにより説明する。
まず、補正量算出部２８について、図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０４により説明する。
ステップＳ２０１では、図３のステップＳ９０１と同様に、目標駆動開始時刻算出部２４にて算出された目標駆動開始時刻から、駆動情報保持部２７に保存されている前回の駆動終了時刻を減算することにより噴射間隔を算出する。

ステップＳ２０２では、次式に示すように、予め設定されている定数である勾配Ｇと、駆動情報保持部２７に保存されている前回の駆動時間との積に、マイクロコンピュータ２１に保管される内部変数を加えた値、又は“１”のいずれか小さい方を内部変数とする演算を行う。
内部変数＝ｍｉｎ（勾配Ｇ×駆動時間＋内部変数、１） ・・・式（１）
この内部変数は、上記のように弁体３の弾性エネルギーなどに相当する。なお、本実施の形態では、内部変数を０〜１の値としているが、１以外でも問題ない。

ここで、勾配Ｇは、通電開始から弁体３がフルリフトになるまでの時間の逆数で定義する。インジェクタ１に取り付けた加速度センサ（図示せず。）により、弁体３がフルリフトに到達したタイミングは検出が容易であり、燃圧を変化させた測定を行い、結果に応じて設定する。
一般に、燃圧が異なると、通電開始から弁体３が動き始めるまでの遅れ時間などが変化するため、例えば、図６に示す特性グラフのように、勾配Ｇを燃圧に依存する値とすることが望ましい。

ステップＳ２０３では、予め設定されている定数である１次遅れ時定数Ｋと、ステップＳ２０１で算出した噴射間隔から、次式により内部変数を更新する。
内部変数＝内部変数×（ＥＸＰ（−１×噴射間隔／Ｋ））＾２ ・・・式（２）
ただし、ＥＸＰ（ｔ）は底がｅである指数関数とする。また、上式の２乗は、ＥＸＰ内に含めて次式のようにしてもよい。
内部変数＝内部変数×ＥＸＰ（−１×噴射間隔／Ｋ’） ・・・式（２’）
但し、Ｋ’＝Ｋ／２である。
すなわち、時定数Ｋの設定次第で、上記の式（２）と（２’）は等価である。以下は、式（２）を用いて説明する。

ここで、１次遅れ時定数Ｋは、勾配Ｇを決めた後、燃圧を変化させることによって測定を行い、結果に応じて設定する。一般に、燃圧が異なると、通電終了から弁体３が弁座２に着座するまでの時間などが変化するため、例えば、図７に示す特性グラフのように、１次遅れ時定数Ｋを燃圧に依存する値とすることが望ましい。

ステップＳ２０４では、次式のように、内部変数を勾配Ｇで除し、補正時間を求める。 補正時間＝内部変数／勾配Ｇ ・・・式（３）
分割噴射の１回目の噴射の場合など、前回の駆動終了時刻からの時間が十分に経過している場合、補正時間は非常に小さな値になる。このような場合、上記の式（３）の補正時間を０としてもよい。

次に、駆動時間算出部２５について、ステップＳ２０５〜Ｓ２０９により説明する。
ステップＳ２０５では、目標噴射量算出部２３で算出された目標噴射量から、予め設定されている図示のインジェクタ１の特性に従い、目標駆動時間を算出する。
ステップＳ２０６では、算出した目標駆動時間から式（３）の補正時間を減じ、最小駆動時間以上であるか否かをチェックする。最小駆動時間以上であれば、ステップＳ２０７へ進み、未満であればステップＳ２０８へ進む。

ここで、上記の最小駆動時間とは、補正後の駆動時間が無効駆動時間を下回ってしまい、分割噴射とならないことを防ぐため、噴射が維持できるように設定するための閾値であり、インジェクタ１が噴霧可能な最小の駆動時間より大きな値で、実際の評価結果に応じて設定される。前回噴射が無い場合の、いわゆる無効駆動時間としてもよい。前回噴射に続けて噴霧する場合は、無効駆動時間よりも短く設定することが可能なことは、図４について説明したとおりである。そのため、最小駆動時間を０と設定することも可能である。

或いは、本実施の形態の計算モデルの精度が高ければ、無効駆動時間より短くなる可能性が無くなるため、ステップＳ２０５からステップＳ２０６をスキップして直接ステップＳ２０７へ進んでもよい。このように、必ず２回目の噴射を実現することができる。
ステップＳ２０７では、目標駆動時間から補正時間を減じ、補正後の目標駆動時間とする。

一方、ステップＳ２０８では、最小駆動時間が補正後の目標駆動時間となるように、噴射間隔を修正する。上記の式（２）と式（３）を用いると、噴射間隔は、次式で算出される。
噴射間隔＝−Ｋ×ｌｎ（ＳＱＲＴ（（目標駆動時間−最小駆動時間）×Ｇ／前回駆動 終了時の内部変数） ・・・式（４）
なお、前回の噴射が終了していても、上記の式（４）の演算を行えば今回の噴射が成立する。
ステップＳ２０９では、補正後の目標駆動時間を最小駆動時間とする。

次に、駆動情報保持部２７について、ステップＳ２１０により説明する。
ステップＳ２１０では、前回の駆動終了時刻に、噴射間隔と補正後目標駆動時間とを加えて、駆動終了時刻を算出し、保持する。また、補正後目標駆動時間も保持する。その後、処理を終了する。

本実施の形態１によれば、前回の駆動終了から今回の駆動開始までの間の時間である噴射間隔と、前回の噴射の駆動時間と、燃圧とに応じて、今回のインジェクタ１の噴射量を、目標噴射量に補正することができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、上述した本実施の形態１によるタイミングチャートを示し、１回目の噴射と２回目の噴射の目標噴射量が同じ場合を示している。なお、この１回目の噴射の前には、有意な噴射間隔で先行する噴射は無いものとする。また、上述のとおり、各噴射の開始時刻（ｔ１とｔ４）は、予め決められているものとする。

図８（Ａ）に示すように、時刻ｔ１で駆動信号を出力し、１回目の噴射を開始する。このとき、弁体３は弁座２に着座しており、図８（Ｂ）に示すように、このときをリフト＝０とする。弁体３は駆動開始後、少し遅れて弁座２から離間し、やがて、ストッパ（図示せず。）まで移動し、そこで停止する。この状態を、フルリフトとして図示している。インジェクタ１に取り付けた加速度センサ（図示せず。）により、弁体３がフルリフトに到達したタイミングは検出が容易であるため、時刻ｔ２は観測可能である。
従って、時間差ｔ２−ｔ１は測定でき、この逆数を勾配Ｇとする。これにより、内部変数は、図８（Ｃ）に示すように、ｔ１で０、ｔ２で１となる直線上を変化する。

時刻ｔ３で駆動信号を停止し、通電を終了する。これから少し遅れて、弁体３はフルリフトから移動を開始し、弁座２へ着座する。すなわち、リフト＝０となる。以上が１回目の噴射である。
１回目の駆動時間はｔ３−ｔ１であり、上記のとおり、１回目と２回目の目標噴射量が同じなので、２回目の補正前の目標駆動時間Ｐ２（ｔ７−ｔ４）は、１回目と同じ駆動時間で、ｔ３−ｔ１に等しい。

時刻ｔ４で、駆動信号を出力し、２回目の噴射を開始する。このとき、噴射間隔Ｐ１＝ｔ４−ｔ３である。時刻ｔ３で１である内部変数は、１次遅れの２乗で減衰する。この減衰の曲線は、理解を助けるため、時刻ｔ４以降も点線で示されている。時刻ｔ４での内部変数の値を“Ｘ”とすると、上記の式（２）から、次式が得られる。
Ｘ＝（ＥＸＰ（−１×（ｔ４−ｔ３）／Ｋ））＾２ ・・・式（５）

時刻ｔ４で駆動信号が出力されると、１回目と同様に少し遅れて弁体３は弁座２から離間開始するが、図４（Ａ）で示すとおり、噴射間隔が１回目より短いため、この遅れ時間は短くなり、駆動開始からフルリフトに到達するまでの時間（ｔ５−ｔ４）は、１回目の時間（ｔ２−ｔ１）に比べて短くなる。従って、その分だけ、２回目の駆動時間を短くする必要がある。

この短くするための時間である補正時間Ｐ３（図８（Ａ）参照。）は、上記の式（３）から次式で得られる。
補正時間Ｐ３＝Ｘ／Ｇ ・・・式（６）
そして、補正前の目標駆動時間Ｐ２（図８（Ａ）参照。）から、上記の補正時間Ｐ３を減じた時間（Ｐ２−Ｐ３）で、２回目の噴射を行う。すなわち、
補正後の駆動時間（ｔ６−ｔ４）＝（ｔ７−ｔ４）−補正時間Ｐ３ ・・・式（７）
となるような時刻ｔ６は、ｔ７−補正時間Ｐ３で算出される。

図８の例は、１回目の噴射で弁体３がフルリフトに到達する場合を示したが、１回目の噴射の駆動時間が図８より短く、弁体３がフルリフトに到達しない例を、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、噴射間隔Ｐ１と補正前の目標駆動時間Ｐ２は、図８と同じとする。

時刻ｔ１で駆動信号を出力し、１回目の噴射を開始する。弁体３が弁座２から離間する前に、時刻ｔ３で駆動信号を停止し（図９（Ａ）参照。）、通電を終了する。弁体３への吸引力は無くなるが、運動は継続しているため、時刻ｔ３の後から、弁体３は弁座２から離間し、少しリフトした後、再び弁座２へ着座する（図９（Ｂ）参照。）。
図８と同様に、時刻ｔ１から勾配Ｇで内部変数Ｘは上昇するが（図９（Ｃ）参照。）、１に到達する前に時刻ｔ３となり、ここから噴射間隔Ｐ１の間、１次遅れの２乗で減衰する。

時刻ｔ４で、駆動信号を出力し、２回目の噴射を開始する。このときの内部変数Ｘの値を勾配Ｇで除した時間が補正時間Ｐ４となり、２回目の補正前の目標駆動時間Ｐ２からこの補正時間Ｐ４を減じた時刻ｔ６まで、駆動信号を出力する。時刻ｔ６で駆動信号を停止する。

２回目の補正前の目標駆動時間Ｐ２は、図８と図９とで同じであるが、図９の補正時間Ｐ４は図８の補正時間Ｐ３と異なる。これは、図４（Ｂ）の場合に相当する。すなわち、１回目の駆動時間が長い図８の方（図４（Ｂ）の実線に対応）が、短い図９（図４（Ｂ）の点線に対応）より、早くリフトが開始され、その分だけ補正時間が長くなる（Ｐ３＞Ｐ４）。その結果、同じ噴射量を実現する２回目の駆動時間は、図８は図９より短くなる、という制御が実現できる。
３分割噴射の場合、上記の２回目の噴射に対する計算を、３回目の噴射に対しても同様に行うことで補正できる。

図８と図９は、いずれも、２回目の駆動時間を、駆動終了を早めることで調整したが、駆動開始を遅くする補正も行うことができる。ただし、噴射間隔が同時に変化するため、次のように計算が複雑となる。

時刻ｔ３での内部変数の値をＡ、２回目の駆動終了時刻をｔ６、勾配Ｇ、１次遅れ係数Ｋ、２回目噴射量に対応した補正前の駆動時間をｔ７−ｔ４（図８の例）、が与えられ、２回目の駆動開始時刻ｔ４を変数として、次の式をｔ４で解く事が必要である。
Ｇ／Ａ×（（ｔ４−ｔ３）＋（ｔ７−ｔ４）−（ｔ６−ｔ３））
＝（ＥＸＰ（−（ｔ４−ｔ３）／Ｋ））＾２ ・・・式（８）
このため、駆動開始時刻を補正する上記の式（８）を説明するフローチャートやタイミングチャートは示さなくても、図５のように駆動終了時刻を補正することで、簡易に計算することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、上記の実施の形態１と比較して、目標噴射量に対する駆動時間の算出方法、及び補正後の駆動時間が最小駆動時間より小さくなった場合の処理が異なっている。補正時間の算出方法自体は、実施の形態１と同じである。

図１０は、本実施の形態２における制御装置１１の構成を示しており、目標噴射量算出部２３、目標駆動開始時刻算出部２４、及び通電制御部２６は、図２に示した構成を有するとともに、図３のフローチャートに示した従来技術と同様に動作する。

目標開弁時間算出部３１は、目標噴射量算出部２３で算出した燃料噴射量に対する目標開弁時間を算出する。開弁時間とは、弁体３が弁座２から離間してから着座するまでの時間を言う。この算出には、予め設定されているインジェクタ１の開弁時間特性を用いる。

開弁遅れ時間算出部３２は、目標開弁時間算出部３１で算出した目標開弁時間に対する弁体３の開弁遅れ時間を算出する。開弁遅れ時間とは、駆動信号が出力されてから、弁体３が弁座２から離間するまでの時間である。この算出には、後述するインジェクタ１の開弁遅れ時間特性を用いる。

学習後閉弁遅れ時間算出部３３は、目標開弁時間算出部３１で算出した目標開弁時間と、図示しない燃圧とに対する学習後閉弁遅れ時間を算出する。閉弁遅れ時間とは、駆動信号が停止されてから、弁体３が弁座２に着座するまでの時間である。この閉弁遅れ時間は、後述する閉弁遅れ時間学習値演算部３８の学習値マップ（図１２のステップＳ７０７）を、目標開弁時間と燃圧とで検索して算出する。

駆動時間算出部２５は、上記の目標開弁時間と開弁遅れ時間と学習後閉弁遅れ時間と、実施の形態１で説明した補正時間とから、次式に従い駆動時間を算出する。
駆動時間＝目標開弁時間＋開弁遅れ時間−学習後閉弁遅れ時間−補正時間
・・・式（９）

図１１は、駆動信号とそれによる弁体３のリフト動作を示したタイミングチャートである。駆動信号の駆動及び停止の変化に対し、弁体３の動作は遅れる。駆動開始から弁体３がリフトし始めるまでの時間を開弁遅れ時間Ｐ１３、実際に弁体３が開いている時間を開弁時間Ｐ１２、駆動停止から弁体３が弁座２に着座するまでの時間を閉弁遅れ時間Ｐ１４とする。

駆動時間算出部２５は、先に開弁時間Ｐ１２が目標として与えられ、これを実現する駆動時間Ｐ１１を求めることから、
駆動時間＝目標開弁時間＋開弁遅れ時間−学習後閉弁遅れ時間 ・・・式（１０）
という等価性に加えて、実施の形態１で説明したように、先行する噴射の影響を補正する補正時間を減じることになり、式（９）が導出される。

駆動情報保持部２７は、実施の形態１と同様、目標駆動開始時刻と駆動時間Ｐ１１を加えた駆動終了時刻を算出し、駆動時間Ｐ１１と共に、次にインジェクタ１の駆動時間Ｐ１１が算出されるまで一時的に保持する。

補正量算出部２８は、実施の形態１と同様、駆動情報保持部２７で保持されている前回の駆動時間の１次式により、インジェクタ１の弁体３が主スプリング８を押し縮めることで蓄積したエネルギーなどの内部変数を求める。

次に、駆動情報保持部２７で保持されている前回の噴射の駆動終了時刻と、今回の目標駆動開始時刻との差、すなわち噴射間隔を算出する。この噴射間隔の間、前記エネルギーなどを、１次遅れの２乗で減衰させて、今回の駆動開始時刻でのエネルギーなどの残りを求める。これが今回の噴射におけるエネルギーなどのオフセットとなることから、勾配Ｇにより、オフセット分の駆動時間が得られる。これを補正量とする。

駆動ドライバ２２により駆動されたインジェクタ１は、その両端の電位差がオペアンプ等（図示せず。）により生成され、マイクロコンピュータ２１に入力される。電圧検出部３４は、入力された電圧をＡ／Ｄ変換により、インジェクタ電圧として、マイクロコンピュータ２１が演算できるよう変数化する。

閉弁時刻検出部３５は、インジェクタ電圧から弁体３が弁座２に着座した時刻である閉弁時刻を算出する。着座した瞬間、インジェクタ電圧に変化が生じることが知られており、この特徴を微分により検出し、着座時刻を得ることができる。

実閉弁遅れ時間算出部３６は、
閉弁時刻検出部３５で算出した閉弁時刻と、
前記目標駆動開始時刻算出部２４で算出した目標駆動開始時刻と、
前記駆動時間算出部２５で算出した駆動時間と、
から、次式に従って実閉弁遅れ時間を算出する。
実閉弁遅れ時間＝閉弁時刻−（目標駆動開始時刻＋駆動時間） ・・・式（１１）
すなわち、閉弁時刻から駆動終了時刻を減じたものである。これは、図１１の閉弁遅れ時間の実際の値となる。

閉弁遅れ時間偏差算出部３７は、実閉弁遅れ時間算出部３６で算出したインジェクタ実閉弁遅れ時間と、学習後閉弁遅れ時間算出部３３で算出した学習後閉弁遅れ時間との偏差を算出する。すなわち、実際の閉弁遅れ時間と、噴射前に用いた学習後の閉弁遅れ時間との偏差を算出する。

閉弁遅れ時間学習値演算部３８は、閉弁遅れ時間偏差算出部３７で算出した閉弁遅れ時間偏差を用いて、目標開弁時間と燃圧を軸とする学習マップを更新する。また、学習後、閉弁遅れ時間算出部３３に更新後の学習マップを提供する。

図１２は、本実施の形態２に係るフローチャートである。
ステップＳ７０１からステップＳ７０４までは、図５に示した実施の形態１のフローチャートと同じである。

ステップＳ７０５では、目標噴射量算出部２３で算出された目標噴射量から、予め設定されている図示のインジェクタ１の特性に従い、目標開弁時間を算出する。
ステップＳ７０６では、算出した目標開弁時間から、予め設定されている図示のインジェクタ１の特性に従い、開弁遅れ期間を算出する。
ステップＳ７０７では、目標開弁時間と燃圧から、図示の学習後のマップに従い、学習後閉弁遅れ期間を算出する。

ステップＳ７０８では、上記の式（１０）により、補正前の目標駆動時間を算出する。
ステップＳ７０９では、目標駆動時間から補正時間を減じ、最小駆動時間以上であるかを確認する。最小駆動時間以上であれば、ステップＳ７１０へ進み、未満であればステップＳ７１２へ進む。最小駆動時間は、図５ついて説明したものと同じである。

ステップＳ７１０では、実施の形態１と同様、目標駆動時間から補正時間を減じる。
ステップＳ７１１も、実施の形態１と同様、前回の駆動終了時刻に噴射間隔と補正後目標駆動時間を加えて、駆動終了時刻を算出し、保持する。また、補正後目標駆動時間も保持する。その後、処理を終了する。

ステップＳ７１２以降は、目標駆動時間から補正時間を減じると最小駆動時間未満となる場合の、実施の形態１とは異なる処理について説明する。すなわち、これは、図５のステップＳ２０８及びＳ２０９の代替方法である。また、このフローは、前回噴射がまだなされていない場合に適用できる。例えば、分割噴射の最初の噴射を行う前に、各分割された噴射について補正量を一括して計算する場合に適用できる。

ステップＳ７１２では、今回の噴射量を所定値βだけ増やし、前回の噴射量を所定値αだけ減らす。
ステップＳ７１３では、前回の噴射量の補正計算から再計算を開始する。この処理を繰り返して調整する。このようにすれば、必ず２回目の噴射を実現することができる。

図５の最小駆動時間で説明したように、この場合においても、本実施の形態の計算モデルの精度が高ければ、無効駆動時間より短くなる可能性は無くなるため、ステップＳ７０８からステップＳ７１０へ直接進んでもよい。

このように、前回の駆動終了から今回の駆動開始までの間の時間である噴射間隔と、前回の噴射の駆動時間によって、今回のインジェクタの噴射量を、目標噴射量に補正することができる。

本実施の形態２は、補正時間の算出は実施の形態１と同じである。このため、タイミングチャートの説明は、実施の形態１と同じ図８及び図９となり、説明は行わない。

本発明に係るインジェクタ１の制御は、筒内に直接噴射するインジェクタに限らず、吸気管に噴射するインジェクタ、或いはディーゼル燃料や、排気管に尿素を噴射するインジェクタ同等の装置、にも適用可能である。

以上のように、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、又は省略することが可能である。

１ インジェクタ、
２ 弁座、
３ 弁体、
１１ 制御装置、
２１ マイクロコンピュータ、
２２ 駆動ドライバ

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料通路に設けられたインジェクタを駆動する駆動ドライバと、
   前記駆動ドライバに与える駆動信号を演算するマイクロコンピュータと、を備え
   前記マイクロコンピュータは、
   前記インジェクタの駆動開始時刻、駆動終了時刻、駆動時間を、車両の状態に応じて算出し、前記駆動開始時刻と前記駆動終了時刻とに基づいて前記駆動信号を生成することで、前記インジェクタを前記駆動時間のあいだ駆動する、インジェクタの制御装置であって、
   前回の駆動における前記駆動終了時刻と、今回の駆動における前記駆動開始時刻とから噴射間隔が演算され、
   今回の駆動における前記駆動開始時刻において、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、
   今回の駆動における前記補正時間は、前回の駆動における前記駆動時間に比例係数を乗じた値が上限値で制限され、その値に（ＥＸＰ（−１×前記噴射間隔／時定数））＾２／前記比例係数を乗じて演算されることを特徴とする、インジェクタの制御装置。
2. 内燃機関の燃料通路に設けられたインジェクタを駆動する駆動ドライバと、
   前記駆動ドライバに与える駆動信号を演算するマイクロコンピュータと、を備え
   前記マイクロコンピュータは、
   前記インジェクタの駆動開始時刻、駆動終了時刻、駆動時間を、車両の状態に応じて算出し、前記駆動開始時刻と前記駆動終了時刻とに基づいて前記駆動信号を生成することで、前記インジェクタを前記駆動時間のあいだ駆動する、インジェクタの制御装置であって、
   前回の駆動における前記駆動終了時刻と、今回の駆動における前記駆動開始時刻とから噴射間隔が演算され、
   今回の駆動における前記駆動開始時刻において、
   今回の駆動が前記マイクロコンピュータにおける初回の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間が、そのまま今回の駆動時間とされ、
   今回の駆動が前記マイクロコンピュータにおける２回目以降の演算の場合は、車両の状態に応じて算出された前記駆動時間から補正時間を減じることで、今回の駆動時間が演算され、
   今回の駆動における前記補正時間は、前回の駆動における前記駆動時間に比例係数を乗じた値が上限値で制限され、その値に（ＥＸＰ（−１×前記噴射間隔／時定数））＾２／前記比例係数を乗じて演算されることを特徴とする、インジェクタの制御装置。
3. 前記マイクロコンピュータは、
   前記比例係数、及び前記時定数が、燃圧に依存する値である特性マップを予め記憶している
   請求項１又は２に記載のインジェクタの制御装置。
4. 前記マイクロコンピュータは、
   補正前の前記駆動時間から前記補正時間を減じるとき、今回の駆動の終了を前記補正時間だけ早めることで、今回の駆動時間を実現する
   請求項１から３のいずれか一項に記載のインジェクタの制御装置。
5. 前記マイクロコンピュータは、
   補正前の前記駆動時間から前記補正時間を減じた時間が、前記インジェクタが噴霧可能な最小の駆動時間より大きな時間となるように、前記噴射間隔を増加させる
   請求項１から４のいずれか一項に記載のインジェクタの制御装置。
6. 前記マイクロコンピュータは、
   補正前の前記駆動時間から前記補正時間を減じた時間が、前記インジェクタが噴霧可能な最小の駆動時間より小さいとき、前記インジェクタが噴霧可能な最小の駆動時間より大きな時間となるように、合計の噴射量を保ったまま、直前の噴射の駆動時間を減じ、今回の噴射の補正前の前記駆動時間を増加させる
   請求項１から５のいずれか一項に記載のインジェクタの制御装置。
7. 補正前の前記駆動時間は、目標開弁時間と、開弁遅れ時間との和から、学習後閉弁遅れ時間を減じることで算出され、
   前記目標開弁時間は、車両の状態に応じて算出された目標噴射量と、前記インジェクタの特性から算出され、
   前記開弁遅れ時間は、前記目標開弁時間と、前記インジェクタの特性とから算出され、
   前記学習後閉弁遅れ時間は、今回の噴射における前記目標開弁時間と、燃圧とにより学習マップから算出される
   請求項１から６のいずれか一項に記載のインジェクタの制御装置。

Images