(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の特性ばらつきを閉弁の際に駆動電圧に生じる変曲点によって補正する際に、変曲点が複数発生する。【解決手段】ソレノイドに流れる電流を制御することで弁体を開閉し燃料の噴射量を制御する複数の燃料噴射弁を制御する制御装置であって、各ソレノイドに発生する電圧または電流の変曲点が複数あり、前記ソレノイドに加える電圧または電流の打切りタイミングから前記複数有る変曲点の特定の変曲点までの時間を各ソレノイドで揃える。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のソレノイドに流れる電流を制御し、複数の燃料噴射弁を制御する制御装置であって、
前記複数のソレノイドへの駆動波形を出力する駆動装置と、
前記駆動装置から出力された駆動波形に応じて、前記複数の燃料噴射弁の閉弁時に生じる各ソレノイドに発生する電圧または電流の複数の変曲点を抽出する回路と、を有し、
前記複数の変曲点のうち、所定の変曲点を前記複数の燃料噴射弁の閉弁タイミングと判断する制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置であって、
前記複数のソレノイドに加える電圧または電流の打切りタイミングから、前記所定の変曲点までの時間を調整し、各ソレノイドの燃料噴射量を調整する制御装置。
【請求項３】
ソレノイドに流れる電流を制御することで弁体を開閉し燃料の噴射量を制御する複数の燃料噴射弁を制御する制御装置であって、
前記複数の燃料噴射弁を駆動する駆動波形を選択するマルチプレクサと、
前記マルチプレクサにより選択された駆動波形応じて、閉弁時に生じる複数の変曲点を抽出するフィルタと、
前記フィルタにより抽出された複数の変曲点のうち、予め定められた変曲点と、前記駆動波形の打切りタイミングとの時間差を計測する計測手段と、
を有し、
前記複数の燃料噴射弁の前記時間差を一致させるよう駆動電流を制御することを徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の制御装置であって、
前記フィルタにより抽出された複数の変曲点が発生したらその発生時刻とフィルタ出力を記憶する変曲点メモリを有し、
前記時間計測手段は、前記変曲点メモリに記憶された変曲点のうち、予め指定された順番に発生した変曲点の時刻と、駆動パルスの立ち下がりタイミングとの差を計算し、気筒ごとに計算された時間差を一致させるように燃料噴射弁の駆動パルスを制御する制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の制御装置であって、
前記フィルタは、前記マルチプレクサにより選択された駆動波形をフィルタリングし、カットオフ周波数が変曲点の間隔より長いフィルタである制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、例えば内燃機関に使用される燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排出微粒子(PM：particulate  matter)による健康影響が指摘され、粒径100nm以下の排出微粒子に対する規制が強化されている。欧州の排気規制のEURO6では、2014年に直噴エンジンから排出されるPNを6兆個/Kmに規制するEURO6bが、2017年には6千億個/Kmに規制するEURO6cが導入され、直噴エンジンの排気のクリーン化に対する要求は一段と厳しさを増す。
【０００３】
直噴エンジンでのPMの発生の主な要因は、燃焼室内の付着燃料と混合気の不均一性であると考えられる。そこで、以下の取り組みによりPMの低減が期待されている。
【０００４】
(1)噴霧改善によるペネトレーション低減
(2)微小噴射量における噴射量の制御精度向上
微小噴射量を制御する際、インジェクタの弁体がフルストロークに達する前に閉じる、バリスティックと呼ばれる動作を行う領域がある。この領域では流体力の変動が弁体の運動に及ぼす影響が大きいため，フルストローク領域よりも弁体挙動の個体差が大きくなる。
【０００５】
そこで、パルス状制御信号を印加することで導通遮断する半導体スイッチング素子によってコイルに流れる電流を通流遮断して電磁弁を開閉弁するものにおいて、弁の全開位置および全閉位置に現れる駆動電流の変位点の少なくともいずれか一方を検出し、 当該駆動電流のいずれかの変位点と前記パルス状制御信号の立ち上がり点、もしくは立ち下がり点との関係から前記半導体スイッチング素子に印加する制御信号のパルス幅を制御する電磁式燃料噴射弁の制御方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８０１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
年々厳しさを増す排気規制に対応するためには、燃料噴射のペネトレーションを低減することが求められる。そのためには、1回の燃焼行程に対して、噴射を複数回に分割する多段噴射が有効である。多段噴射を行うと、燃料噴射弁が閉弁完了してから開弁開始するまでの時間が短くなるので、戻しバネは強くなる傾向にある。すると、閉弁の際に、駆動電圧の変曲点が複数回現れる。先行技術では、当該駆動電流のいずれかの変位点と前記パルス状制御信号の立ち上がり点、もしくは立ち下がり点との関係から前記半導体スイッチング素子に印加する制御信号のパルス幅を制御するとされているが、第1気筒の燃料噴射弁における駆動信号の最初の変曲点とパルスの立下り点の時間差と、第２気筒の燃料噴射弁における駆動信号の２番目の変曲点とパルスの立下り点の時間差が一致するように制御してしまうと、第1気筒の流量と第2気筒の噴射量が異なってしまい、空燃比のばらつきが生じ、リーンの気筒では失火、リッチの気筒では未燃燃料の排出につながる。
【０００８】
従って、閉弁の際に駆動信号に生じる複数の変曲点を混同しないようにする必要がある。
【０００９】
そこで本発明の目的は、駆動電圧に発生する複数の変曲点のうち、決まった順番の変曲点と、駆動パルスの立ち下がりタイミングとの時間差を気筒間でそろえることで、燃料噴射量の気筒ばらつきを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、その一例として例えば、各ソレノイドに発生する電圧または電流の変曲点が複数あり、このソレノイドに加える電圧または電流の打切りタイミングから前記複数有る変曲点の特定の変曲点までの時間を各ソレノイドで揃える事により解決される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に依れば、駆動電圧に発生する複数の変曲点のうち、決まった順番の変曲点と、駆動パルスの立ち下がりタイミングとの時間差を気筒間でそろえることで、燃料噴射量の気筒ばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料噴射弁の構成を示す図
【図２】燃焼噴射弁駆動装置の構成を示す図
【図３】駆動装置のスイッチングパターンと電圧、電流、弁挙動を示す図
【図４】フィルタ係数
【図５】フィルタ出力
【図６】燃料噴射弁駆動装置の構成を示す図
【図７】燃料噴射弁駆動装置の構成を示す図
【図８】フィルタ出力の別の例
【図９】ソレノイドに加わる電圧波形とそれをフィルタリングした結果の一例
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は燃料噴射弁の構成を示す。
【００１４】
燃料噴射弁の外側はハウジング１０１であり、これにはコア１０２が固定されており、さらにはソレノイド１０３が燃料噴射弁の中心軸を一周するように配置されている。
【００１５】
中心軸には、上下に動く弁体１０４が配置されている。弁体１０４の周りを一周するようにアンカー１０５が配置されている。弁体１０４の上部には、弁体１０４を弁座１０９方向に押さえつけるセットスプリング１０６が配置される。セットスプリング１０６の上部には、スプリングアジャスタ１０７がコア１０２に固定されており、その位置を上下に調整することによってスプリング力を調整する。
【００１６】
ハウジング１０１の内部は燃料で満たされており、ソレノイド１０３に電流が流れると、アンカー１０５がソレノイド１０３に引き寄せられ、弁体１０４の下端が弁座１０９から離れ、それまで弁体１０４によってふさがれていたハウジング１０１にあけられた噴孔１１０から燃料が噴射される。
【００１７】
また、アンカー１０５とハウジング１０１の間にはゼロスプリング１０８が配され、燃料噴射後にアンカー１０５をバネの釣り合いによって初期位置に戻す。
【００１８】
図２は燃料噴射弁駆動装置の構成を示す。
【００１９】
燃料噴射弁駆動装置は、外部に接続されたバッテリの電圧を昇圧するコンバータ２０１と、昇圧された電圧を保存するコンデンサ２０２と、昇圧された電圧Ｖｂｏｏｓｔとソレノイド１０３のＶＨ端子の間をＯＮ-ＯＦＦするスイッチ２０３、バッテリ電圧Ｖｂａｔとソレノイド１０３のＶＨ端子の間をＯＮ-ＯＦＦするスイッチ２０４、ソレノイド１０３のVL端子と接地電圧GNDの間をＯＮ-ＯＦＦするスイッチ２０５、スイッチ２０５とGNDの間に配置されて電流に比例した電圧を発生する抵抗器２０６、ＶＬ端子からコンデンサ２０２とコンバータ２０１の間に向かう方向にのみ電流を流すダイオード２０７、GNDからＶＨ端子への方向にのみ電流を流すダイオード２０８と、内部のタイマあるいは抵抗器２０６によって計測される電流に基づいてスイッチ２０３〜２０５をＯＮ-ＯＦＦする制御ユニット２０９からなる。
【００２０】
ECUは、ソレノイド１０３の端子間電圧ＶＨ-ＶＬに基づくソレノイド電圧の変曲点のタイミングを算出し、これを他の気筒と一致するように燃料噴射弁の気筒ごとの駆動波形を制御する。
【００２１】
ECUから燃料噴射弁駆動装置に駆動パルスＴｉが送られ、制御ユニット２０９は、３つのスイッチ２０３〜２０５をＯＮ-ＯＦＦすることで弁体１０４を制御する。
【００２２】
以下、駆動パルスが送られたときの燃料噴射弁駆動装置の動作、特に３つのスイッチ２０３、２０４、２０５の動作について，図３を用いて説明する．
ECUから送られるＴｉに同期し、スイッチ２０３とスイッチ２０５がＯＮになる(時刻t1)。すると、ソレノイド１０３の端子間にはコンバータ２０１で昇圧された電圧Ｖｂｏｏｓｔが印加され、電流が次第に流れ始める。
【００２３】
電流は次第に大きくなり、これに伴ってソレノイド１０３が発生する磁界も大きくなる。磁界によってアンカー１０５をコア１０２に引き付ける磁気吸引力が大きくなるに従い、アンカー１０５はコア１０２に向かって動き出す(時刻t2)。
【００２４】
ゼロスプリング１０８の力によってつりあっていたアンカー１０５の初期位置から、弁体１０４の突起まではわずかに隙間があり、この隙間をアンカー１０５が移動すると、弁体１０４はアンカー１０５により持ち上げられ始める(時刻t3)。
【００２５】
通常は、アンカー１０５がコア１０２に衝突する以前に、スイッチ２０３とスイッチ２０５はＯＦＦにされる。これはアンカー１０５がコア１０２に衝突するときの勢いを必要以上に大きくしないためである(時刻t4)。
【００２６】
スイッチ２０３とスイッチ２０５がＯＦＦにされると、今までスイッチ２０５を通ってGNDに流れ込んでいた電流がダイオード２０７を通ってコンデンサ２０２に流れ込み、ソレノイド１０３のＬＯＷ側端子VLの電圧のほうが高くなる。
【００２７】
電流が十分減衰するのに必要な時間が経過すると、スイッチ２０４とスイッチ２０５をＯＮにして、ソレノイド１０３にバッテリーの電圧Ｖｂａｔを印加する(時刻t5)。
これにより、アンカー１０５がコア１０２に接触している状態を保持し、燃料が噴孔１１０から噴射される状態を維持する。
【００２８】
また、このときの電流値はあらかじめ決められた範囲になるように、抵抗器２０６に生じる電圧からソレノイド１０３に流れる電流を計測し、スイッチ２０４をＯＮ-ＯＦＦする。
【００２９】
Ｔｉパルスの立下りに同期して、スイッチ２０４と２０５がＯＦＦになる(時刻t6)。すると、電流は急速に減衰し、磁気吸引力は減衰し、弁体１０４とアンカー１０５はセットスプリング１０６力に押されて弁座１０９方向へ移動を開始する。
【００３０】
またこのとき、電流が減衰する間、電流がコンデンサ２０２に流れるので、ソレノイド１０３には逆電圧がかかり、電流が０に収束すると徐々にこの逆電圧は０に近づく。
【００３１】
やがて、弁体１０４は弁座１０９に接触する(時刻t7)。
【００３２】
弁体１０４と弁座１０９には弾性があるので、弁体１０４が弁座１０９に接触したあとも弁体１０４は弁座１０９に移動を続けるが、ある程度移動したところで弁体１０４と弁座１０９の弾性変形がもとに戻ろうとし始める。このときアンカー１０５は弁体１０４から離れて慣性で弁座１０９方向に移動を継続する(時刻t8)。
【００３３】
時刻t8までは、アンカー１０５には弁体１０４を通してセットスプリング１０６力と燃圧の力がかかっていたが、時刻t8以降は、アンカー１０５と弁体１０４が離れることにより、これらの力はかからなくなる。そのため、アンカー１０５の加速度は急激に減少する。アンカー１０５の加速度が変化すると、アンカー１０５の動きによりソレノイド１０３に発生する逆起電力が変化し、ソレノイド１０３の電圧に変曲点が発生する。
【００３４】
アンカー１０５は弁体１０４から離れた後も、慣性により弁座１０９方向に移動を続けるが、この間、ゼロスプリング１０８が徐々に圧縮され、やがて伸びに転じる。するとアンカー１０５はコア１０２に向かって移動を開始し、ゼロスプリング１０８は伸張するが、これもやがて伸びきった後，圧縮に転じる。すると、アンカー１０５の加速度の変化が生じるので、これがソレノイド１０３への逆起電力の変化となり、電圧に変曲点が生じる(時刻t９)。
【００３５】
以上が駆動パルスＴｉの１山に対応した燃料噴射弁の燃料噴射のシーケンスである。弁体１０４が弁座１０９から離れている時刻t3からt7の間に燃料は噴孔１１０から噴射され、噴射量はほぼ時間差t7-t3に比例する。Ｔｉの立上りから立下りの時間差t6-t1を大きくすれば、燃料噴射量も弁体１０４が弁座１０９から離れている時間t7-t3に応じて増える。したがって、Ｔｉの立上りから立下りまでの時間を適切に制御すれば、燃料噴射量は所望の値に制御できる。
【００３６】
弁体１０４が開き始める時間t３は、燃料噴射弁の個体によるばらつきは小さいが、弁体１０４が着座して燃料噴射が終了する時間t7は、燃料噴射弁の特性によって変化する。特に、セットスプリング１０６の力が大きいと早く着座し、小さいと遅く着座することが知られている。この着座時間のばらつきが燃料噴射量のばらつきにつながる。
【００３７】
そこで、弁体１０４が着座する時間t7を検出して、この時刻が目標値と一致するように駆動パルス幅をフィードバック制御すれば、噴射量を所望の値に制御することができる。
【００３８】
弁体１０４が着座する時間t7は、直接は検出できないが、アンカー１０５の運動方向が反転する時刻t8は電圧波形の変曲点から検出できる。
【００３９】
例えば、図４に示すような、フィルタ係数の平均とモーメントが0であるフィルタakを用いてソレノイド１０３に印加される電圧vtを、
【００４０】
【数１】
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によってフィルタリングすると、図５の一番下の図のような出力が得られる。このフィルタ出力がピークとなる時刻t8は、ほぼt7と一定の時間差をもつので、t8を検出して、この時刻が目標値と一致するように制御すれば、噴射量を所望の値に制御することができる。
【００４１】
ところが、電圧には変曲点が２つ発生するので、フィルタ出力には、時刻t8とt9にピークが２つ発生する。ある気筒はt8を検出し、ある気筒はt9を検出し、これらとＴｉパルス立下り時刻t6との差が一致するように制御すると、時刻t8とt9の時間差分だけ燃料噴射量に誤差が発生することになる。
【実施例１】
【００４２】
そこで、インジェクタ駆動パルスTiを打ち切ってから、各ソレノイド１０３に発生する電圧または電流の変曲点が複数あり、
前記ソレノイド１０３に加える電圧または電流の打切りタイミングから前記複数有る変曲点の予め定められた順番の変曲点までの時間を各ソレノイド１０３で揃える事を特徴とする制御装置によって、気筒間の燃料噴射量のばらつきを低減することが効果的である。
【００４３】
より具体的には、図６に示すように、ソレノイド１０３に流れる電流を制御することで弁体１０４を開閉し燃料の噴射量を制御する複数の燃料噴射弁を制御する制御装置であって、前記複数の燃料噴射弁を駆動する駆動波形から噴射行程に在る燃料噴射弁の駆動波形を選択するマルチプレクサ６０１と、前記マルチプレクサ６０１により選択された駆動波形に応じて、閉弁時に生じる複数の変曲点を抽出するフィルタ６０２と、前記フィルタ６０２により抽出された複数の変曲点のうち、予め定められた順番の変曲点と、前記駆動波形の打切りタイミングとの時間差を計測する計測手段６０３と、を有し、前記複数の燃料噴射弁の前記時間差を一致させるよう駆動電流を制御することで気筒間の噴射量ばらつきは低減できる。
フィルタ６０２が変曲点を抽出する動作を説明する．フィルタ602は図４のように左右対称で、係数の総和 Σak が0で、入力vtに対し、
【００４４】
【数１】
2015172346.tif 000004
を出力する。図９に示すように，ytは、akを移動しながら、vtとakの相関をとった値と考えられる。ytは、フィルタ長の半分位相が遅れるので、フィルタ長の半分時間をシフトしてztを考えると、ztは、入力波形の変曲点とakの谷が一致したときに極大値をとる。したがって、ztの極大値の発生する時間を特定することで、入力波形の変曲点は抽出でき、フィルタ602はt8,t9を出力する。
【００４５】
時間差計測手段603は、これらの極大値のタイミングを受け取り、予め定められた順番の変曲点と、駆動波形の打ち切りタイミングt6(図3、図5に記載)の差をとる。予め1番目の変曲点を用いると定められていれば，t8-t6を出力し、予め2番目の変曲点を用いると定められていればt9-t6を出力する。
【００４６】
制御ユニット209では、変曲点の目標タイミングt_tgtと、時間差計測手段603の出力t_msr(t8-t6あるいはt9-t6)を比較し、この偏差t_msr−t_tgt  のぶんだけ駆動パルスTiの幅(図3のt6-t1)を短くすることによって、全ての気筒のパルス打切りから閉弁までの時間差をそろえることができる。
【００４７】
これを用いれば、全ての気筒のt6からt8までの時間差、あるいは、全ての気筒のt6からt9までの時間差をそろえることができるので、ある気筒のt6からt8までの時間と、別の気筒のt6からt9までの時間をそろえる、ということがなくなり、噴射量の制御精度が向上する。
【実施例２】
【００４８】
駆動パルスを打ち切ってから弁体１０４が弁座１０９に到達するまでの時間を気筒間で合わせるのに、電圧の変曲点に着目してフィードバック制御するが、変曲点が複数現れるのが課題であることに対し、より具体的には、図７に構成を示すように、噴射行程にある燃料噴射弁の電圧を選択するマルチプレクサ６０１と、選択された電圧の変曲点を抽出するフィルタ６０２と、変曲点が発生したらその発生時刻とフィルタ出力を記憶する変曲点メモリ６０４と、変曲点メモリ６０４に記憶された変曲点のうち、予め指定された順番に発生した変曲点の時刻と、駆動パルスの立ち下がりタイミングとの差を計算する時間差計測手段６０３と、
気筒ごとに計算された時間差を一致させるように燃料噴射弁の駆動パルスを制御する制御ユニット２０９、からなる構成も考えられる。
【実施例３】
【００４９】
実施形態１では、フィルタ６０２のカットオフ周波数を、2つの変曲点t8,t9の間の間隔より短くすることで，図５のように2つの変曲点を抽出していたが、フィルタ６０２のカットオフ周波数を、電圧に生じる変曲点の間隔より長くすれば、フィルタのピークは図８に示すように2つの変曲点の間のt10に一つだけ発生する。第1の実施例ではt8あるいはt9とt6の時間差を気筒間でそろえる様にしていたが、t6とt10の時間差をそろえても、気筒間の噴射量ばらつきは低減できる。
【００５０】
また、本発明は以下のようにも記述できる。すなわち、複数のソレノイドに流れる電流を制御し、複数の燃料噴射弁を制御する制御装置であって、前記複数のソレノイドへの駆動波形を出力する駆動装置と、前記駆動装置から出力された駆動波形に応じて、前記複数の燃料噴射弁の閉弁時に生じる各ソレノイドに発生する電圧または電流の複数の変曲点を抽出する回路と、を有し、前記複数の変曲点のうち、所定の変曲点を前記複数の燃料噴射弁の閉弁タイミングと判断する制御装置。さらには、上記制御装置であって、前記複数のソレノイドに加える電圧または電流の打切りタイミングから、前記所定の変曲点までの時間を調整し、各ソレノイドの燃料噴射量を調整する制御装置とも記述できる。かかる構成によりインジェクタの個体差、あるいはインジェクタの構成差に依らず閉弁タイミングが検知でき、より細かい燃料噴射量の調整が可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１０１  ハウジング
１０２  コア
１０３  ソレノイド
１０４  弁体
１０５  アンカー
１０６  セットスプリング
１０７  スプリングアジャスタ
１０８  ゼロスプリング
１０９  弁座
１１０  噴孔
２０１  コンバータ
２０２  コンデンサ
２０３  スイッチ
２０４  スイッチ
２０５  スイッチ
２０６  抵抗器
２０７  ダイオード
２０８  ダイオード
２０９  制御ユニット
６０１  マルチプレクサ
６０２  変曲点抽出フィルタ
６０３  時間差計測手段
６０４  変曲点メモリ
【図１】
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【図２】
2015172346.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015172346.tif 000009
【図６】
2015172346.tif 000010
【図７】
2015172346.tif 000011
【図８】
2015172346.tif 000012
【図９】
2015172346.tif 000013