(57)【要約】刻々変化する要求燃料噴射量に迅速に対応させて適切な燃料を噴射させると共にエネルギ効率を改善させ、電磁式燃料噴射装置に対応可能な燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法を提供する。燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための装置であって、燃料噴射用ソレノイドを駆動する駆動手段と、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成し前記駆動手段に供給する駆動信号生成手段と、要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成し、当該ＰＷＭサイクル信号と前記噴射サイクル信号を前記駆動信号生成手段に供給する制御手段との各手段を有する。
2003081008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための装置であって、
燃料噴射用ソレノイドを駆動する駆動手段と、
燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成し前記駆動手段に供給する駆動信号生成手段と、
要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成し、当該ＰＷＭサイクル信号と前記噴射サイクル信号を前記駆動信号生成手段に供給する制御手段と、
の各手段を有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比は、一燃料噴射サイクル期間中一定であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、一燃料噴射サイクル期間中における前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を変化させることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射用ソレノイドに流れるコイル電流を測定するコイル電流検出手段を有し、
前記制御手段は、前記コイル電流測定値に応じて、前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を調整することを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射用ソレノイドの駆動停止によって放出されるエネルギをチャージするように接続されたコンデンサと、
当該コンデンサにチャージされたエネルギを前記ソレノイドの駆動エネルギとして再利用するための放電制御回路と、
を備えることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記放電制御回路は、前記コンデンサに電源電圧を越える電圧がチャージされており且つ前記噴射サイクル信号がオンの場合に、前記コンデンサにチャージされたエネルギを前記ソレノイドに供給するためのスイッチ手段を有する請求の範囲第５項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号を出力する前に、燃料噴射を生じさせない範囲のソレノイド駆動信号を前記駆動手段に供給することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための方法であって、
要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成する行程と、
燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と共に前記ＰＷＭサイクル信号を出力する行程と、
前記噴射サイクル信号と前記ＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成する行程と、
前記ソレノイド駆動信号によって燃料噴射用ソレノイドを駆動する行程と、
の各行程を有することを特徴とする燃料噴射制御方法。
【請求項９】
燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための方法であって、
要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成する行程と、
燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と共に前記ＰＷＭサイクル信号を出力する行程と、
前記噴射サイクル信号と前記ＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成する行程と、
前記ソレノイド駆動信号によって燃料噴射用ソレノイドを駆動する行程と、
前記燃料噴射用ソレノイドに流れるコイル電流を測定する行程と、
前記コイル電流測定値に応じて、前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を調整する行程と、
の各行程を有することを特徴とする燃料噴射制御方法。
【請求項１０】
前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比は、一燃料噴射サイクル期間中一定であることを特徴とする請求の範囲第８項又は第９項に記載の燃料噴射制御方法。
【請求項１１】
前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比は、一燃料噴射サイクル期間中において変化させることを特徴とする請求の範囲第８項又は第９項に記載の燃料噴射制御方法。
【請求項１２】
前記燃料噴射用ソレノイドの駆動停止によって放出されるエネルギをチャージする行程と、
前記チャージされたエネルギを燃料噴射期間中に前記燃料噴射用ソレノイドに供給する行程と、を有し、
前記エネルギを前記ソレノイドの駆動エネルギとして再利用することを特徴とする請求の範囲第８項又は第９項に記載の燃料噴射制御方法。
【請求項１３】
最初に、燃料噴射を生じさせない範囲のソレノイド駆動信号により前記燃料噴射用ソレノイドを駆動する行程を有することを特徴とする請求の範囲第８項又は第９項に記載の燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、内燃機関に燃料を供給するための電子制御式の燃料噴射制御方法及びその制御装置に関し、特に、内燃機関側からの刻々変化する要求燃料噴射量に対して迅速に対応し、要求された燃料噴射量を正確に噴射するための燃料噴射制御方法及び制御装置に関する。
背景技術
２輪車を含む自動車用エンジン等の内燃機関に対し、刻々変化する要求燃料噴射量に対応して適切な量の燃料を適切なタイミングで供給することは、内燃機関の性能を最大限に引き出す最も重要なファクターである。
気化器（キャブレター）を使用せずに、燃料ポンプやプレッシャレギュレータによって所定の圧力に制御された燃料を、燃料噴射ノズルから噴射する電子制御式の燃料噴射装置は、燃料噴射ノズルの作動時間（ノズル開放時間）を適正に制御することにより要求燃料噴射量に対応した正確な燃料噴射制御を可能とする。このため、近年、特に４輪自動車においては、従来のキャブレター方式に代わって、電子式燃料噴射システムが広く採用されるに至っている。
燃料噴射ノズルの開閉制御は、当該ノズルに結合されたソレノイドに電圧を印加してノズルを開くことにより燃料を噴射し、印加電圧を遮断しノズルを閉じることにより燃料噴射を停止させる。
第１５図は、このような燃料噴射装置における燃料噴射用ソレノイド（以下、適宜「ソレノイド」という）１１を駆動する従来技術に係る駆動制御回路の例を示す。ここに示された駆動制御回路においては、外部の制御回路（図示せず）から駆動信号が加えられ、この駆動信号がローレベルになると、ソレノイド１１に接続されたＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１２がオン状態となり、燃料噴射が開始されることとなる。
第１５図に示す例では、外部の制御回路から与えられる駆動信号は、所定周期の連続するパルス信号であって、このパルス信号はオンとオフを一定のデューティ比（１周期におけるオン時間比率）をもって繰り返すものである。ＦＥＴ１２がオフ状態からオン状態に切り替わると、ソレノイド１１に電源電圧（例えばＤＣ１２Ｖ）が印加され、ソレノイド１１に電流が流れ始める。ソレノイド１１は誘導負荷なので、このソレノイドの流れる電流（ソレノイド電流）は、ＦＥＴ１２のオン時点はゼロであるが、ＦＥＴ１２のオン期間中徐々に増加していく。そして、ＦＥＴ１２がオンからオフに切り替わると、このソレノイド電流はフライホイールダイオード１３に還流し、そこで電力が消費されて徐々に減少していく。そして、ソレノイド電流が一定の値以下に低下した時点で、噴射ノズル（図示せず）からの燃料噴射が停止することとなる。
しかし、エンジン側からの刻々変化する要求燃料噴射量に迅速に対応させるためには、ＦＥＴ１２オフ時以降のソレノイド電流の減少時間を早めることにより噴射時間の精緻な制御を可能にすることが必要となる場合がある。このため、ＦＥＴ１２オフ時以降の噴射ノズルからの燃料噴射継続時間をなるべく短縮するべく、ソレノイド１１に第１６図に例示したような種々のスナバ回路１４（ａ）乃至（ｄ）を設けることが行われてきた。
しかし、第１５図に示す駆動回路に１６に例示するようなスナバ回路を設けて、一定のデューティ比を有する連続する所定周期のパルス信号を駆動信号として使用したとしても、ソレノイド１１に流れる電流は大きな電流（数アンペア単位）であることからソレノイド電流の減少時間を早めることには無理があり、急速に変化する要求燃料噴射量に迅速に対応した適切な燃料噴射は困難であった。
また、ソレノイド電流をスナバ回路において、単に熱として放散させることとなれば、その分エンジンシステム全体のエネルギ効率を低下させると共に、より大きな容量のバッテリを必要としていたのである。
ところで、近時、本発明者らは、燃料ポンプやレギュレータにより加圧されて送られてきた燃料を噴射する従来タイプの燃料噴射システムとは異なり、それ自体で燃料を加圧し噴射する電磁式燃料噴射ポンプを用いた燃料噴射装置（以下、「電磁式燃料噴射装置」という）を開発している。
この電磁式燃料噴射装置においては、従来の燃料噴射装置と異なり、燃料噴射量が、ソレノイドの駆動時間幅のみならずソレノイドの電流値によっても大きく影響されるという特性を有している。また、駆動信号のパルス幅が広くなると、過大な電流がソレノイドに流れることになり、所定の燃料噴射に必要な値を超える分の電流は無駄に消費されることとなる。また、エンジン高回転時等の噴射ノズル全開における燃料噴射量を確保するためにアイドル回転時のパルス幅を著しく短くする必要があったが、ソレノイドへの電圧印加後における燃料噴射が開始されるまでの無効時間等の問題からパルス幅を所定時間以下にすることは限界があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エンジン側からの刻々変化する要求燃料噴射量に迅速に対応させて適切な燃料を噴射させると共にエネルギ効率を改善させ、特に電磁式燃料噴射装置に対応可能な燃料噴射制御装置及び燃料噴射方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本願は、上記目的を達成するため、燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための装置であって、燃料噴射用ソレノイドを駆動する駆動手段と、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号（パルス幅変調サイクル信号）とに基づいてソレノイド駆動信号を生成し前記駆動手段に供給する駆動信号生成手段と、要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成し、当該ＰＷＭサイクル信号と前記噴射サイクル信号を前記駆動信号生成手段に供給する制御手段との各手段を有することを特徴とする燃料噴射制御装置を提供するものである。
このように、本発明においては、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号の二つの信号を用いることにより、燃料噴射量を精緻に制御可能であって且つ要求燃料噴射量の変動に対して迅速に対応可能な燃料噴射制御を可能にしているのである。
ここで、前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比は、エンジンの安定したアイドリング回転時や一定回転時等においては、一燃料噴射サイクル期間中一定に維持し、要求燃料噴射量の急激な変動に対応して一燃料噴射サイクル期間中における前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を変化させることも可能である。
さらに、燃料噴射制御装置においては、前記燃料噴射用ソレノイドに流れるコイル電流を測定するコイル電流検出手段を有し、前記コイル電流測定値に応じて、前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を調整する。これにより、ソレノイド電流値によってその燃料噴射量が影響される電磁式燃料噴射装置の特性を改善したのである。
さらに、燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射用ソレノイドの駆動停止によって放出されるエネルギをチャージするように接続されたコンデンサと、当該コンデンサにチャージされたエネルギを前記ソレノイドの駆動エネルギとして再利用するための放電制御回路と、を備えることを特徴とする。そして、前記放電制御回路は、前記コンデンサに電源電圧を越える電圧がチャージされており且つ前記噴射サイクル信号がオンの場合に、前記コンデンサにチャージされたエネルギを前記ソレノイドに供給するためのスイッチ手段を有する。
これによって、ソレノイドから放出されるエネルギを再利用して、エンジンシステムのエネルギ効率を高めると共に、車両に搭載するバッテリ容量の低減化を可能にしたのである。さらに、この放電制御は、ソレノイドへの電圧印加後における燃料噴射が開始されるまでの無効時間を大幅に短縮することをも可能にしたのである。
そして、前記制御手段は、前記燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号を出力する前に、燃料噴射を生じさせない範囲のソレノイド駆動信号を前記駆動手段に供給することを特徴とする。これによって、更なる無効時間の短縮化を可能にしたのである。
本願は、さらに、燃料を加圧しつつ噴射する電磁式燃料噴射装置を制御するための方法であって、要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成する行程と、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と共に前記ＰＷＭサイクル信号を出力する行程と、前記噴射サイクル信号と前記ＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成する行程と、前記ソレノイド駆動信号によって燃料噴射用ソレノイドを駆動する行程との各行程を有することを特徴とする燃料噴射制御方法を提供するものである。
ここで、前記ソレノイド駆動信号によって燃料噴射用ソレノイドを駆動する行程と、前記燃料噴射用ソレノイドに流れるコイル電流を測定する行程と、前記コイル電流測定値に応じて、前記ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を調整する行程を設けることによって、ソレノイド電流値によってその燃料噴射量が影響される電磁式燃料噴射装置の特性を改善可能としたのである。
発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
第１２図は、本発明に係る燃料噴射制御装置を電磁式燃料噴射装置に適用した燃料噴射システム（電磁式燃料噴射システム）の例を示す。第１２図に示すように、この電磁式燃料噴射システムは、燃料タンク２０１内の燃料を圧送する電磁駆動ポンプであるプランジャポンプ２０２と、プランジャポンプ２０２により所定の圧力に加圧されて圧送された燃料を通過させるオリフィス部を有する入口オリフィスノズル２０３と、入口オリフィスノズル２０３を通過した燃料が所定の圧力以上のとき（エンジンの）吸気通路内に向けて噴射する噴射ノズル２０４と、エンジンの運転情報に基づいてプランジャポンプ２０２等に制御信号を出力するように構成されたコントロールユニット（ＥＣＵ）２０６をその基本構成として備えている。ここで、本発明に係る燃料噴射制御装置における制御手段は、駆動ドライバ２０５及び前記コントロールユニット２０６に該当する。コントロールユニット２０６は、マイクロプロセッサ（又はワンチップマイクロプロセッサ）及びこれに接続されるインタフェース及び外部メモリ等（図示せず）により構成される。
第１図は、本発明に係る燃料噴射制御装置の構成を説明するものである。第１図において、燃料噴射用ソレノイド（以下、「ソレノイド」又は「ＤＣＰ」という）２は、プランジャポンプ２０２（第１２図）を構成する。本制御装置は、ソレノイド２を駆動するための駆動回路３と駆動回路３にＰＷＭ駆動信号を供給するための駆動信号生成回路４を含む。
また、本燃料噴射制御装置には、ソレノイド２の駆動停止の際にソレノイド２に流れえていた電流を受け入れるとともソレノイド２から放出されるエネルギを蓄えるためのコンデンサ５と、コンデンサ５に蓄えられたエネルギを再びソレノイドを駆動するためのエネルギとして再利用するための放電制御回路６と、コンデンサ５に蓄えられたエネルギが駆動回路３や電源側に逆流するのを防ぐためのダイオード７，８と、ソレノイド２の駆動時にソレノイド２からグランド側へ流れる駆動電流を検出する電流検出回路９が設けられている。駆動回路３、駆動信号生成回路４、コンデンサ５、放電制御回路６、ダイオード７，８及び電流検出回路９は、第１２図に示した駆動ドライバ２０５に含まれる。
第２図は、本発明に係る燃料噴射制御装置の構成例を示す回路図である。第２図に示すように、ソレノイド（ＤＣＰ）２の一端は、第１のダイオード７のカソード端子に接続されている。第１のダイオード７のアノード端子は、例えば１２Ｖのバッテリ電源端子に接続されている。これによって、第１のダイオード７は、負荷側から電源側に電流が逆流する逆流防止回路を形成している。
一方、ソレノイド２の他端は、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のドレイン端子及び第２のダイオード８のアノード端子に接続されている。第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のソース端子は、第１の抵抗９１を介して接地されている。第１のＮチャンネルＦＥＴ３１は、ソレノイドに駆動電流を供給するためのスイッチ（本発明の「駆動手段」）を構成する。そして、抵抗９１は後述するように、ソレノイド２に流れる電流を測定するためのものであって低抵抗値の抵抗を用いる。
第２のダイオード８のカソード端子は、第１のコンデンサ５の正極側端子に接続されている。この第１のコンデンサ５は、ソレノイド２の駆動停止の際に放出されるエネルギをチャージするためのものである。第１のコンデンサ５の負極側端子は接地されている。また、第１のコンデンサ５の正極側端子は第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のドレイン端子に接続されている。第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のソース端子はソレノイド２の、第１のダイオード７を介して電源端子に接続されている側の一端に接続されている。この第２のＮチャンネルＦＥＴ６１は、第１のコンデンサ５にチャージされたエネルギをソレノイド２を駆動するエネルギとして再利用するべく、第１のコンデンサの正極側端子をソレノイド２の一端に接続する。
第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のオン、オフを制御するため、コントロールユニット２０６内のマイクロコンピュータからＤＣＰ駆動信号とＰＷＭ信号が供給される。ここで、ＤＣＰ駆動信号は、燃料噴射期間を規定する信号である。そして、ＰＷＭ信号は、エンジン側からの要求燃料噴射量に応じてコントロールユニット２０６内で生成された所定のデューティ比を有するパルス信号である。
ＤＣＰ駆動信号入力端子１３１には、第１のインバータ１０１の入力端子が接続されている。第１のインバータ１０１の出力端子は、第２の抵抗１０２を介して例えばＤＣ５Ｖ（制御電圧）にプルアップされており、第３の抵抗１０６を介して第１のｎｐｎトランジスタ１０８のベース端子に接続されている。第１のｎｐｎトランジスタ１０８のエミッタ端子は接地されているとともに、第４の抵抗１０７を介してベース端子に接続されている。
一方、ＰＷＭ信号入力端子１３２には、第２のインバータ１１１の入力端子が接続されている。第２のインバータ１１１の出力端子は、第５の抵抗１１２を介して例えば５Ｖにプルアップされており、第６の抵抗４３を介して第２のｎｐｎトランジスタ４１のベース端子に接続されている。第２のｎｐｎトランジスタ４１のエミッタ端子は接地されているとともに、第７の抵抗４２を介してベース端子に接続されている。
第１のｎｐｎトランジスタ１０８のコレクタ端子及び第２のｎｐｎトランジスタ４１のコレクタ端子は、共に第８の抵抗３２を介して例えば１２Ｖにプルアップされているとともに、第９の抵抗３３を介して第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート端子に接続されている。ここで、第２のｎｐｎトランジスタ４１、第６の抵抗４３及び第７の抵抗４２は駆動禁止回路４を構成する。この第２のｎｐｎトランジスタ４１がオンのときは、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート電圧をＬｏｗにして、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１をオフにする。上記した第１のインバータ１０１と第１のｎｐｎトランジスタ１０８、及びこの駆動禁止回路４が、駆動信号生成手段を構成している。そして、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１、第８の抵抗３２及び第９の抵抗３３は、駆動回路３を構成する。
第１のインバータ１０１の出力端子は、第１０の抵抗１０３を介して第３のｎｐｎトランジスタ１０５のベース端子に接続されている。第３のｎｐｎトランジスタ１０５のエミッタ端子は接地されているとともに、第１１の抵抗１０４を介してベース端子に接続されている。第３のｎｐｎトランジスタ１０５のコレクタ端子は第１２の抵抗６６を介して第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のゲート端子に接続されている。これによって、ＤＣＰ駆動信号がオンの時のみ、放電制御回路６を構成する第２のＮチャンネルＦＥＴ６１がオンするようになっている。
第１のダイオード７のカソード端子とソレノイド２との接続ノードには、ツェナーダイオード６２のアノード端子、第３のダイオード６７のアノード端子及び第２のコンデンサ６４の一方の端子が接続されている。ツェナーダイオード６２のカソード端子は、第４のダイオード６３のアノード端子に接続されているとともに、第１６の抵抗６８を介して第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のドレイン端子に接続されている。
第３のダイオード６７のカソード端子は第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のゲート端子に接続されている。第４のダイオード６３のカソード端子は、第２のコンデンサ６４のもう一方の端子に接続されているとともに、第１３の抵抗６５を介して第３のｎｐｎトランジスタ１０５のコレクタ端子に接続されている。第２のＮチャンネルＦＥＴ６１、ツェナーダイオード６２、第３のダイオード６７、第４のダイオード６３、第１２の抵抗６６、第１３の抵抗６５、第１６の抵抗６８及び第２のコンデンサ６４は放電制御回路６を構成している。
抵抗９１の第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のソース端子に接続された端子は、オペアンプ９２の非反転入力端子に接続されている。そして、オペアンプ９２の反転入力端子は、第１４の抵抗９３を介して抵抗９１の他端に接続されて接地されている。オペアンプ９２の出力端子は、ＤＣＰ電流信号出力端子１３３に接続されている。オペアンプ９２の反転入力端子と出力端子との間には、第１５の抵抗９４及び第３のコンデンサ９５が並列接続されている。オペアンプ９２の正電源端子には第４のコンデンサ９６が接続されている。オペアンプ９２の負電源端子は接地されている。
第１の抵抗９１、オペアンプ９２、第１４の抵抗９３、第１５の抵抗９４、第３のコンデンサ９５及び第４のコンデンサ９６は、電流検出回路９を構成している。ソレノイド２に流れた電流は、抵抗９１の両端に電圧を生じさせ、当該電圧は、この電流検出回路９において増幅されて、コントロールユニット２０６側に入力されることとなる。オペアンプ９２の出力端子は、グランド側と、例えば５Ｖの電圧が印加された端子との間で逆方向に直列接続された第５のダイオード１２１及び第６のダイオード１２２の接続ノードに接続されている。またＤＣＰ電流信号出力端子１３３には第５のコンデンサ１２３が接続されている。
次に、第２図に示す回路の動作を、第３図を参照しつつ説明する。
第３図は、ＤＣＰ駆動信号、ＰＷＭ信号、ＰＷＭ駆動信号及びＰＷＭ駆動電流の各波形を模式的に示す波形図である。ここで、ＤＣＰ駆動信号は、上記したように燃料噴射期間を規定するパルス信号である。ＰＷＭ信号は、エンジン側からの要求燃料噴射量に対応して０〜１００％の範囲で任意にデューティが変更される信号である。ＰＷＭ駆動信号は、ＤＣＰ駆動信号とＰＷＭ信号に基づいて生成され、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート端子に供給される信号である。また、ＰＷＭ駆動電流とはソレノイド２を流れる電流（ソレノイド電流）である。
第２図及び第３図において、ＤＣＰ駆動信号がローレベルのとき、第１のｎｐｎトランジスタ１０８はオン状態であるため、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート電圧がローレベルとなり、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１はオフ状態である。この状態では、ソレノイド２に電流が流れないので、燃料噴射は起こらない。このとき、第３のｎｐｎトランジスタ１０５もオン状態であるため、第２のＮチャンネルＦＥＴ６１も同様にオフ状態である。
ＤＣＰ駆動信号がハイレベルのときには、第１のｎｐｎトランジスタ１０８はオフ状態である。このとき、ＰＷＭ信号がハイレベルであれば第２のｎｐｎトランジスタ４１はオフ状態であるので、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート電圧はハイレベルである。従って、電源からソレノイド２に電流が流れこみ、ＰＷＭ駆動電流が徐々に増大する。このとき、第３のｎｐｎトランジスタ１０５はオフ状態であるため、第２のＮチャンネルＦＥＴ６１はオン状態となる。
一方、第１のｎｐｎトランジスタ１０８がオフ状態であっても、ＰＷＭ信号がローレベルであれば第２のｎｐｎトランジスタ４１はオン状態であるので、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１のゲート電圧がローレベルとなり、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１はオフ状態である。従って、ソレノイド２には電源側からは電流が流れ込まない。しかし、第２のＮチャンネルＦＥＴ６１がオン状態であるため、ＰＷＭ信号がローレベルのときにソレノイド２に流れるフライホイール電流は、第２のダイオード８を通って第２のＮチャンネルＦＥＴ６１に流れ消費される。従って、ＰＷＭ駆動電流は徐々に減少する。第２のＮチャンネルＦＥＴ６１のオン抵抗は低いので、損失が少なく、発熱等も抑制される。
ＤＣＰ駆動信号がハイレベルからローレベルに切り替わると、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１及び第２のＮチャンネルＦＥＴ６１がともにオン状態からオフ状態に切り替わる。そのため、ソレノイド２に流れていた電流は第２のダイオード８を通って第１のコンデンサ５へ流れ、蓄えられる。それによって、第１のコンデンサ５の電圧が急上昇し、ソレノイド２に流れる電流がゼロとなる。従って、急速に燃料噴射が停止する。そして、上述したＤＣＰ駆動信号がローレベルのときの状態となる。
ＤＣＰ駆動信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、第１のＮチャンネルＦＥＴ３１及び第２のＮチャンネルＦＥＴ６１がともにオフ状態からオン状態に切り替わる。そのため、第１のコンデンサ５の放電が起こり、第１のコンデンサ５からソレノイド２に大きな電流が流れ、ＰＷＭ駆動電流の立ち上がりが急峻となる。従って、燃料噴射の応答性が向上する。そして、上述したＤＣＰ駆動信号がハイレベルのときの状態となる。
以上の動作がおこなわれている間、ソレノイド２から第１のＮチャンネルＦＥＴ３１を通ってグランド側へ流れる駆動電流は、電流検出回路９の第１の抵抗９１において電圧信号として検出される。検出された電圧信号は、オペアンプ９２で増幅され、ＤＣＰ電流信号としてコントロールユニット２０６内のマイクロコンピュータに送られ、ディジタル信号に変換されて、駆動電流の目標値と比較される。そして、電流検出回路９で検出された電流値が目標値に一致するように、マイクロコンピュータによりＰＷＭ信号のデューティが調整される。つまり、駆動電流のフィードバック制御がおこなわれている。
第４図は、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ駆動信号）のデューティに対するＰＷＭ駆動電流値の関係を示す特性図である。ＰＷＭ信号のデューティは０〜１００％の範囲で可変であり、マイクロコンピュータにより適宜選択される。第４図に示すように、ＰＷＭ信号のデューティが０〜１００％の範囲で変化すると、ＰＷＭ駆動信号のデューティも０〜１００％の範囲で変化し、それに応じてＰＷＭ駆動電流が０Ａから最大電流（例えば１０Ａ）まで変化する。つまり、本実施の形態によれば、ＰＷＭ信号のデューティの調整によって、ＰＷＭ駆動電流を調整することができる。これを利用して、本実施の形態では、以下のような種々の電流制御を必要に応じて適宜組み合わせて行う。
第１の電流制御形態として、第５図に示すように、第１のコンデンサ５の放電によりＰＷＭ駆動電流が急峻に立ち上がり、ソレノイド２の駆動に必要な最小限の電流値に達する電流増加期間Ｔａのあとに、定電流期間Ｔｂを設ける。定電流期間Ｔｂでは、ソレノイド２の駆動に必要な最小限の定電流がソレノイド２に流れるような制御を行う。このような定電流制御を行わない場合には、第９図に示すように電流増加期間Ｔａのあとにソレノイド２のインダクタンス値と抵抗値による時定数で電流が増加していくので、ソレノイド２の駆動に必要な最小限の電流値を超える分、すなわち、燃料噴射の始まる電流値を超える分の電流が無駄になってしまう。従って、本実施の形態によれば、駆動電流の無駄をなくすことができる。
第２の電流制御形態として、第６図に示すように、エンジンの低負荷時にソレノイド２に流れる駆動電流を低く抑える制御を行う。これによって、エンジンの低負荷時には、単位時間当たりの燃料噴射量が低くなるため、ＤＣＰ駆動信号のパルス幅を広くすることができる。このような電流制御をおこなわない場合には、第１０図に示すように駆動パルス幅が狭くなり、燃料噴射量の精度が低くなってしまう。従って、本実施の形態によれば、低負荷時の流量精度を高めることができ、燃料噴射量のダイナミックレンジを広げることができる。
第３の電流制御形態として、エンジンの１行程中に定電流制御の電流値を適宜変化させる制御を行う。これによって、エンジンの１行程中において、単位時間当たりの燃料噴射量を適宜変化させることができる。従って、本実施の形態によれば、例えば従来のキャブレターのように吸入空気に応じて燃料を噴射を行ったり、排ガス対策として燃料の霧化を促進するために、吸入行程以外のときに高温のエンジン吸気弁に燃料を噴射する等の最適な燃料噴射パターンが得られる。
第４の電流制御形態として、エンジン運転中に加速判定がなされ、加速増量が必要になったときに、ソレノイド２に流れる駆動電流を例えば最大にする制御を行う。これによって、加速時に短時間でより多くの燃料を噴射することができるので、加速増量の遅延を防止可能となる。従って、本実施の形態によれば、加速時の燃料制御特性が向上する。また、加速の大きさに応じてソレノイド２に流れる駆動電流の大きさを制御することにより、加速の大きさに応じた量の燃料を噴射させることもできる。
第５の電流制御形態として、第７図に示すように、駆動電流の立ち上がり時に一定時間ソレノイド２に大きな駆動電流を流す過励磁の制御を行う。これは、マイクロコンピュータの内部データとしてＲＯＭなどに記憶されている駆動電流の目標値（目標ＤＣＰ駆動電流）に従って、駆動電流の立ち上がり時に、例えばＰＷＭ信号のデューティを１００％とし、一定時間経過後にデューティを５０％とすることにより実現される。これによって、電流制御の高速化が可能となる。尚、第７図に示す過励磁信号は、駆動電流を一定時間高くするタイミングを示す信号である。
第６の電流制御形態として、第８図に示すように、実際に燃料が噴射される前に、燃料噴射が起こらない程度の電流をソレノイド２に流す制御を行う。これは、燃料噴射時にＤＣＰ駆動信号として、まずソレノイド２に燃料を噴射しない程度の電流を流すためのパルス信号（これを前駆動パルスとする）を供給し、その後に燃料を噴射させるためのパルス信号（駆動パルス）を供給することによって実現される。
前駆動パルス供給時には、ＰＷＭ信号のデューティが小さいので、ソレノイド２に燃料噴射が起こらない程度の電流が流れ、ソレノイド２が燃料を噴射しない範囲で駆動される。それによって、燃料噴射前に電磁式燃料噴射装置のパージ行程及び昇圧行程がほとんど終了する。そして、パージ行程及び昇圧行程がほとんど終了した時点で、燃料を噴射させるためのパルス信号（駆動パルス）の供給により、燃料噴射が起こる程度の電流がソレノイド２に流れ、燃料が噴射される。
これによって、燃料を噴射するための駆動パルスが供給されてから実際に燃料の噴射が起こるまでの無効時間が大幅に短縮される。このような前駆動の電流制御を行わない場合には、第１１図に示すように無効時間が長くなり、特にアイドル回転時などの流量が小さいときに燃料制御精度の悪化を招いてしまう。従って、本実施の形態によれば、燃料制御精度の悪化を防ぐことができる。特に、アイドル回転時などにおける燃料制御精度の悪化の防止に有効である。
次に、本発明に係る燃料噴射制御方法のプロセスの流れをフローチャートに基づいて説明する。
第１３図は、本燃料噴射制御方法の基本的プロセスを説明するものである。本燃料噴射制御装置への電源の投入等によって、制御プログラムがスタートする。
コントロールユニット２０６（第１２図）を構成するマイクロプロセッサ（本制御装置）は、外部（例えばエンジン側）から内燃機関の負荷状態等に応じて最適の駆動出力を生じさせるための要求燃料噴射量を示すデータを受信する（ステップ１１）。次に、受信した要求燃料噴射量（データ）に対応したデューティ比のＰＷＭサイクル信号を生成する（ステップ１２）。要求燃料噴射量（データ）とこれに対応するデューティ比の対応関係は、予め本制御装置を構成するメモリ内に記憶されている。
本制御装置は、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と上記において生成されたＰＷＭサイクル信号を駆動信号生成手段（第１図における符号４）に出力する（ステップ１３及びステップ１４）。駆動信号生成手段は、噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号のアンドを取って、ソレノイド駆動信号を生成する（ステップ１５）。このソレノイド駆動信号は、駆動回路（第１図に示す符号３）に出力され、ＤＣＰ（ソレノイド）２が駆動される（ステップ１６）。そして駆動停止時にＤＣＰ（ソレノイド）２か発生するエネルギは、コンデンサ５にチャージされ（ステップ１７）、以降のＤＣＰ（ソレノイド）の駆動エネルギとして再利用されることとなる。そして、本制御回路の電源遮断等により、燃料噴射停止信号の入力により（ステップ１８）本制御フローは停止する。
第１４図は、本燃料噴射制御方法の第１３図において説明した基本的プロセスにおいて、ソレノイド電流を常時測定し、その測定値に基づいてソレノイドの駆動時間等を調整する場合の制御フローを説明するものである。
第１３図に示したプロセスと同様、本燃料噴射制御装置への電源の投入等により制御プログラムがスタートする。本制御装置は、外部から内燃機関の負荷状態等に応じて最適の駆動出力を生じさせるための要求燃料噴射量を示すデータを受信し（ステップ２１）、受信した要求燃料噴射量（データ）に対応したデューティ比のＰＷＭサイクル信号を生成するのである（ステップ２２）。
ここで、本制御装置は、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号を駆動信号生成手段に対して出力し（ステップ２３）、同時に上記において生成されたＰＷＭサイクル信号を出力する（ステップ２４）。駆動信号生成手段は、噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号のアンドを取ってソレノイド駆動信号を作成し（ステップ２５）、駆動回路は、このソレノイド駆動信号によってＤＣＰ（ソレノイド）２を駆動する（ステップ２６）。
ここで、本制御装置は、ソレノイド電流を測定する（ステップ２７）。第１３図と同様、ＤＣＰ（ソレノイド）の駆動停止時に生じる発生するエネルギは、その都度コンデンサ５にチャージされる（ステップ２８）。ここで、ステップ２７において測定されたソレノイド電流値が、ステップ２２において生成されたＰＷＭサイクル信号のデューティ比を修正する必要があるか否かの判断がなされる（ステップ２９）。この判断は、例えば、ソレノイド電流値が、要求燃料噴射量に対応した予め想定されている範囲内にあるか否かによる。ここで、修正の必要があると判断された場合には、ＰＷＭサイクル信号のデューティ比を補正し（ステップ３０）、この補正されたデューティ比のＰＷＭサイクル信号によってＤＣＰ（ソレノイド）は、駆動制御されることとなるのである。そして、本制御回路の電源遮断等により、燃料噴射停止信号の入力により（ステップ３１）、本制御フローは停止されるのである。
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、ＰＷＭ信号をマイクロコンピュータで発生させる代わりに、ＰＷＭ信号を発生する回路を設け、そこでＰＷＭ信号を発生させるようにしてもよい。また、ＤＣＰ電流信号と駆動電流の目標値とをマイクロコンピュータで比較する代わりに、それらを比較する比較回路を設け、そこで比較するようにしてもよい。
以上詳しく説明したように、本発明に係る燃料噴射制御装置においては、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号とＰＷＭサイクル信号とに基づいてソレノイド駆動信号を生成し前記駆動手段に対して供給する駆動信号生成手段と、要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号を生成し、当該ＰＷＭサイクル信号と前記噴射サイクル信号を前記駆動信号生成手段に供給する制御手段との各手段を有する。このように、本発明においては、燃料噴射期間を規定する噴射サイクル信号と要求燃料噴射量に対応したデューティ比の前記ＰＷＭサイクル信号の二つの信号を用いることにより、燃料噴射量を精緻に制御することを実現し、さらに、要求燃料噴射量の変動に対して迅速に対応可能な燃料噴射制御を実現したのである。
また、本発明に係る燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射用ソレノイドの駆動停止によって放出されるエネルギをチャージする放電制御回路を備えることにより、ソレノイドから放出されるエネルギを再利用して、エンジンシステムのエネルギ効率を高めると共にバッテリ容量の低減化をも実現したのである。
産業上の利用可能性
本発明は、内燃機関に燃料を供給するための電子制御式の燃料噴射制御方法及びその制御装置に関し、特に、内燃機関側からの刻々変化する要求燃料噴射量に対して迅速に対応し、要求された燃料噴射量を正確に噴射するための燃料噴射制御方法及び制御装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る燃料噴射制御装置の構成を説明する図である。
第２図は、本発明に係る燃料噴射制御装置を構成する回路の例を示す。
第３図は、第２図に示す回路におけるＤＣＰ駆動信号、ＰＷＭ信号、ＰＷＭ駆動信号及びＰＷＭ駆動電流の各波形を模式的に示す波形図である。
第４図は、ＰＷＭ信号のデューティに対するＰＷＭ駆動電流値の関係を示す特性図である。
第５図は、本燃料噴射制御装置において定電流制御を行う場合の駆動時間に対する駆動電流の変化の様子を模式的に示す図である。
第６図は、本燃料噴射制御装置において低負荷時に駆動電流を低くする制御を行う場合の駆動パルスと駆動電流の波形を模式的に示す図である。
第７図は、本燃料噴射制御装置において過励磁を行う場合のＤＣＰ駆動信号、ＰＷＭ信号、ＰＷＭ駆動信号及び駆動電流等の波形を模式的に示す図である。
第８図は、本燃料噴射制御装置において前駆動を行う場合の前駆動パルス、駆動パルス、駆動電流及び燃料噴射の波形を模式的に示す図である。
第９図は、第５図との比較のため、本燃料噴射制御装置において定電流制御を行わない場合の駆動時間に対する駆動電流の変化を模式的に示す図である。
第１０図は、第６図との比較のため、本燃料噴射制御装置において低負荷時に駆動電流を低くする制御を行わない場合の駆動パルスと駆動電流の波形を模式的に示す図である。
第１１図は、第８図との比較のため、本年燃料噴射制御装置において前駆動をおこなわない場合の駆動パルス、駆動電流及び燃料噴射の波形を模式的に示す図である。
第１２図は、本燃料噴射制御装置を、電磁式燃料噴射装置に適用した燃料噴射システム（電磁式燃料噴射システム）の例を示す。
第１３図は、本燃料噴射制御方法の基本的プロセスを説明するフローチャートの例を示す。
第１４図は、本燃料噴射制御方法の基本的プロセスにおいて、ソレノイド電流測定値においてＰＷＭサイクル信号のデューティ比を補正する場合のフローチャートの例を示す。
第１５図は、従来タイプの燃料噴射装置におけるＰＷＭ駆動方法を説明するための回路図である。
第１６図は、燃料噴射用ソレノイドの駆動停止により発生するエネルギを消費するためのスナバ回路の例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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