(57)【要約】【課題】インジェクタの駆動装置において、電磁コイルや駆動装置からインジェクタまでの配線抵抗等にばらつきがあっても良好な燃料噴射量特性を実現し、しかもこれを安価に実現する。【解決手段】本発明は、第一電源電圧の供給から、第二電源電圧へ切り替わるまでの時間を、予通電流の制御によって能動的に安定させる。【効果】本発明によれば、インジェクタやその駆動回路の公差を縮小せずに、インジェクタの燃料流量，最大動作燃料圧力その他の特性を改善できる。又、特性が同一の場合は公差を拡大できるので、安価なインジェクタやその駆動回路を製造できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から駆動回路をもって電磁弁を開閉する装置であって、少なくとも２つの電源電圧を持ち、電磁弁に流れる電流の検出手段と、第一の電源電圧から第二の電源電圧に切り替えるための電磁弁電流切替しきい値と、前記検出手段により検出された電流検出値と前記電流切替しきい値の比較手段と、第一の電源電圧で駆動を開始し、電磁弁電流が電流しきい値よりも大きくなった以後に第二の電源電圧に切り替える電源電圧切替手段と、第二の電源電圧に切り替えた後、電磁弁を開放保持する保持電流の制御手段と、第一の電源電圧を与え始めてから、それが終了するまでの時間又は最初の保持電流を開始するまでの間の所定時間を検出する第一電源供給時間検出手段と、電磁弁が完全にまだ応答しない大きさの電流を第一電源電圧を与える前に供給する予電流供給手段と、第一電源供給時間の基準値と前記第一電源供給時間を比較する第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて前記予電流供給時間を調節させる予電流調節手段を持つことを特徴とした内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項２】
前記予電流調節は、前記予電流供給時間又は電流値で行うことを特徴とする請求項１記載の電磁弁駆動装置。
【請求項３】
前記第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて第一電源電圧の大きさを調節する請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項４】
第一電源供給停止後から第二電源供給開始までの間に、電磁弁電流を強制的に低減させる手段を有し、前記第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて前記強制的に低減させる電磁弁電流の強制電流低減期間を調節することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項５】
第二電源電圧供給中に２つ以上の電流値に制御する場合において、片方の電流から他方に切り替える時点を、前記第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて切り替えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項６】
前記電磁弁は、流体制御用の電磁弁であって、前記第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて流体の圧力を調節する請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項７】
前記第一電源電圧の大きさは、第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて電圧の大きさを調節することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項８】
前記電磁弁の異常は、前記第一電源供給時間比較手段と、この比較結果の結果が予め定める所定の相違量よりも大きいまたは小さい場合に電磁弁の異常として検出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【請求項９】
制御装置の主たる電源を遮断しても値を保持する記憶手段を有し、前記記憶手段に前記第一電源供給時間及び基準値の相違量、又は瞬間的か平均的な第一電源供給時間、を記憶させる請求項１記載の内燃機関用電磁弁の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射弁、詳しくは燃料噴射弁の制御装置およびそのソフトウェアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料の燃焼によって動力を得る機関、特に内燃機関では、その燃焼や機関の運転を制御するため、加圧した燃料を燃料噴射弁（以下インジェクタ）によって、機関に供給，制御するものがある。このインジェクタの動作原理として電磁コイルの磁気力を使用して燃料制御弁を開閉する形式のものが一般的である。インジェクタから噴射される燃料流量は主に燃料と弁下流の圧力差と、弁開放時間で決まるため、電磁コイルの磁気力を迅速にかつ正確に制御しなければならない。有効な磁気力を迅速に発生させる手段として、電磁コイルを流れる電流値を本来の制御の前に弁を操作するにはまだ十分でないような値に調節設定することが知られている（例えば特許文献１）。又、二種の電源を具備し、駆動初期に大きな電圧である第一電源電圧をかけて電磁コイルの電流を迅速に立ち上げ、その後、それより低い電源電圧の第二電源電圧を供給、ひいては低い電流値に切り替えて保持することにより、閉弁時の電流減少遅れを低減することも一般的である。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５５−０４０３９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インジェクタ製造上の制約により電磁コイルの抵抗値や、巻数，磁気回路の特性すなわちインダクタンスがばらつくため、電磁コイルが所定の推力を発生するまでの時間が一定値にならず、燃料噴射弁が通電開始から全開になるまでの時間ばらつき、ひいては燃料噴射量のばらつきを生じさせていた。また、非常に正確な抵抗値やインダクタンスの電磁コイルを製造することは極めて困難で高価なものとなる。
【０００５】
本発明の課題は、インジェクタの駆動装置において、電磁コイルや駆動装置からインジェクタまでの配線抵抗等にばらつきがあっても良好な燃料噴射量特性を実現し、しかもこれを安価に実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、電源から駆動回路をもって電磁弁を開閉する装置であって、少なくとも２つの電源電圧を持ち、電磁弁に流れる電流の検出手段と、第一の電源電圧から第二の電源電圧に切り替えるための電磁弁電流切替しきい値と、前記検出手段により検出された電流検出値と前記電流切替しきい値の比較手段と、第一の電源電圧で駆動を開始し、電磁弁電流が電流しきい値よりも大きくなった以後に第二の電源電圧に切り替える電源電圧切替手段と、第二の電源電圧に切り替えた後、電磁弁を開放保持する保持電流の制御手段と、第一の電源電圧を与え始めてから、それが終了するまでの時間又は最初の保持電流を開始するまでの間の所定時間を検出する第一電源供給時間検出手段と、電磁弁が完全にまだ応答しない大きさの電流を第一電源電圧を与える前に供給する予電流供給手段と、第一電源供給時間の基準値と前記第一電源供給時間を比較する第一電源供給時間比較手段と、この比較結果に基づいて前記予電流供給時間を調節させる予電流調節手段を持つことを特徴とした内燃機関用電磁弁の駆動装置によって解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。
【０００８】
実施例の制御対象は、内燃機関におけるインジェクタの電磁コイルである。このインジェクタは一般に燃料を通過させる燃料流路と、噴射時の時間あたり燃料量を一定にするオリフィスと、燃料を必要な時だけ通過させ、それ以外は遮断するプランジャ弁と、非通電時にプランジャ弁を閉じておくためのリターンスプリングと、通電時にプランジャ弁を磁力によって吸引する電磁コイルとを主たる構造とするものである。このインジェクタはプランジャ弁の上流と下流の圧力差が一定の場合は、プランジャ弁が解放している時間に応じて一回あたりの燃料噴射量が決まることを利用して内燃機関の燃料供給量の制御に使用されている。
【０００９】
図１において本発明が適用される代表的な内燃機関の制御手法が略示されている。これはピストン式内燃機関であり、燃料は燃料ポンプ５によって加圧され、燃料デリバリ８に高圧のまま蓄えられる。機関の出力軸が回転して所定の時間または角度となったとき、インジェクタ１から燃料が燃焼室近傍に噴射され、点火コイル４で発生する高圧電流を点火プラグ７によって放電させることによって燃焼を行う。燃料圧力は燃料圧力センサ２によって検出され、圧力が目標値となるよう、ＥＣＵ９（機関制御装置）が燃料ポンプ５を調節制御する。このＥＣＵ９には、ソフトウェアにより計算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ，タイマー，インジェクタ制御装置等が内蔵されている。
【００１０】
図２に、ＥＣＵ９のインジェクタ制御部が略示されている。先述の請求項記載のＶ＿ｂｏｏｓｔを通電制御する高圧上流トランジスタ１０１と、ＶＢを通電制御する低圧上流トランジスタ１００と、下流側トランジスタ１０３によって、これらの中間に配置されたインジェクタ１に適切な電源を切替接続する。又、インジェクタを流れる電流を検出して各時点の電流値を調節制御するために電流検出抵抗１０９がインジェクタ電流の流路中に配置される。この電流検出手法は、ホール素子や、カレントミラー回路等であってもよい。尚、この実施例では２個のインジェクタを上流側トランジスタ１００，１０１を共通とし、下流側トランジスタ１０３で選択通電する構成のものであり、上流側をそれぞれ独立させる手法もある。これらのトランジスタ群を制御するため、実施例では機関全体の演算制御を行うＰＣＵ１０５から発令されるインジェクタ駆動信号等に基づき電磁コイルへの通電を制御するインジェクタ駆動制御回路１０４を具備している。この制御回路はたとえばインジェクタ動作信号１０７，プリチャージ信号１０８をＣＰＵ１０５から受け取り、かつ、内部又は外部のたとえば電流設定抵抗１１０，１１１，１１２，１１３によって定められた電流値に基づいて上記トランジスタ群を切替駆動する。トランジスタへ送る信号のなかの一部、たとえば高圧上流側トランジスタ駆動信号１０６は、本発明の手法を実現するためにＣＰＵ１０５に接続されており、ＣＰＵはこの信号から第一電源電圧の供給期間や終了時期を知ることができる。
【００１１】
図３は上記インジェクタ駆動制御回路１０４によって制御されるインジェクタの電磁コイルを流れる電流値および、関連する信号との関係を示している。インジェクタ動作信号１０７が高レベルかつ、プリチャージ信号が高レベルになると、プリチャージが開始され２０５のように電流が徐々に上昇する。プリチャージ電流があらかじめ定められた値になるとインジェクタ駆動制御回路１０４によって、プリチャージ電流２０４は一定値に保たれる。その後プリチャージ信号１０８が低レベルになり、インジェクタ動作信号１０７のみが高レベルの状態になると、図２の高圧上流トランジスタ（１０１）を動作させて高電圧の供給を開始する。Ｖ＿ｂｏｏｓｔの供給により電磁コイルの電流は２０３に示すように著しく増加し、規定された最大電流値２１１に達するまでＶ＿ｂｏｏｓｔが供給される。その後は図示のようにＶＢが供給され、供給電圧差に応じて２１０のように電流が降下する。この後、強制的に電流を降下させるためにたとえば接地動作２１２を行った後に別途規定された保持電流値２１５及び２１７に制御される。電磁コイルへの通電は基本的にこの状態に遷移してから遮断される。尚、２１５，２１７の保持電流は単一であってもよい。
【００１２】
上記２０３のＶ＿ｂｏｏｓｔを供給している期間は燃料を遮断しているプランジャ弁を燃料遮断位置から安定噴射位置へ可及的迅速に移動させるために、短期的に供給できる最大限の電流を与えるために存在しており、インジェクタプランジャ弁の動作と密接な関係がある。
【００１３】
インジェクタの重要な燃料噴射量特性の中に最低噴射量や最大作動燃料圧力があるが、最低噴射量、つまりインジェクタの開弁時間と噴射量特性の直線性を保つ最低の噴射量は、適正で最小の電磁コイル通電期間できまるのが一般的である。すなわち、少しでもプランジャ弁が安定位置に達している必要があり、これは通常、Ｖ＿ｂｏｏｓｔの供給が終わり保持電流２１３を開始する時点である。すなわち、電磁コイルへの通電時間を保持電流２１３の開始時点より短くできないことを意味する。よって、インジェクタ１，配線，ＥＣＵ９の製造ばらつきを考慮すると、２０２のように電磁コイルの電流上昇が遅く保持電流２１３に移行するまでの時間が遅れる固体組み合わせがあることを想定して電磁コイルへの最低通電時間を大きめに決める必要があった。このため、インジェクタの最低流量特性がこの制約のために見掛け上悪化していた。
【００１４】
一方、最大動作燃料圧力は、インジェクタのプランジャ弁を電磁コイルの推力で開弁できる最大の圧力である。ここでの圧力はプランジャ弁の上流と下流の差圧である。この特性はＶ＿ｂｏｏｓｔを供給している期間２００の電流積分値、つまりインジェクタ電流波形で言うところのＶ＿ｂｏｏｓｔ供給時の電流波形面積で変化し、一般にこの値が大きいと最大動作燃料圧力特性がよくなる。このことから、２０１のように電磁コイルの電流上昇が早いと、先述の電流積分値が小さくなり、最大動作燃料圧力特性が悪化する。
【００１５】
本発明は、上記の問題点を解決するためにプリチャージの動作を操作し、Ｖ＿ｂｏｏｓｔを供給してから最大電流値２１１に達するまでの時間Ｔ＿ｐｅａｋ２００を正確に能動制御することで、ばらつき２０９の考慮による電磁コイルの最低通電時間を向上させ、ひいては最小燃料噴射量特性を改善し、最大動作燃料圧力特性においても、十分なＶ＿ｂｏｏｓｔ供給中の電流積分値を確保することによって、この特性のばらつきを低減して性能を向上させることができる。又、インジェクタの性能が同等であれば、電磁コイルや、配線電気抵抗，インジェクタ制御回路等の公差を拡大でき、ひいてはこれらを安価に製造することができる。
【００１６】
図４はプリチャージによるＴ＿ｐｅａｋの操作方法を２種類の実施例をもとに説明したものである。これらはＴ＿ｐｅａｋ４０８を変化させる事においては同一である。最初の実施例Ａはプリチャージ電流の大きさＣ＿ｐｒｅ４０９を変える方法である。Ｔ＿ｐｅａｋ４０８とプリチャージ電流Ｃ＿ｐｒｅ４０９との関係は４０３のようになるので、図２のインジェクタ駆動制御回路（１０４）に段階的又は連続的にプリチャージ電流を可変する手段を設ければ、Ｔ＿ｐｅａｋが基準値４１０よりも小さい場合はプリチャージ電流Ｃ＿ｐｒｅ４０９を４０２のように減少させることでＴ＿ｐｅａｋを増大させ、逆にＴ＿ｐｅａｋが基準値４１０よりも大きい場合はプリチャージ電流Ｃ＿ｐｒｅ４０９を４００のように増大させることでＴ＿ｐｅａｋを減少させる、いわゆる帰還制御（以下フィードバック制御）が実現でき、実際のＴ＿ｐｅａｋ４０８が常に基準値４１０近傍となるような電磁コイルの通電制御が可能となる。
【００１７】
もうひとつの実施例Ｂはより簡便な方法で、図２記載の回路はこの実施例に適合する。この方法はプリチャージの制御電流値Ｃ＿ｐｒｅ４０９を可変する手段を設けず固定とし、プリチャージの通電時間Ｔ＿ｐｒｅ４０５を可変にすることによって、上記プリチャージ電流を可変にするのと同様な効果を得るものである。Ｔ＿ｐｅａｋ４０８とプリチャージ時間Ｔ＿ｐｒｅ４０５との関係は４０７のようになるので、プリチャージの制御電流を固定でかつ高め、又は電流制御なしとしておけば、プリチャージ電流が電磁コイルのインダクタンスの影響で徐々に上昇していくことを利用して、Ｖ＿ｂｏｏｓｔ供給開始時点でのプリチャージ電流をプリチャージ時間Ｔ＿ｐｒｅ４０５変化させて可変できる。この方法はインジェクタ駆動制御回路に可変する電流を規定する抵抗値切替手段や、電流値を指示する信号線及びその回路が不要であるため、ＥＣＵを安価に製造することができる。
【００１８】
上記、いずれの手法も電気回路の利用によって実現可能であるが、ＥＣＵ９に内蔵されるＣＰＵのソフトウェア処理で実現するほうがより合理的である。
【００１９】
図５は本発明で、図４Ｂの手法をソフトウェア処理で実現する場合の実施例である。通常、ＥＣＵ９は機関制御のソフトウェア処理を時分割で実行し、非同期的にその時点で実行しなければならない処理は割込み処理を行う。インジェクタの制御は一般的に所定の燃料噴射開始時期となったときに割込み処理として自動的に起動されるのが一般的である。５００はソフトウェア上で燃料噴射の処理をする割込み処理の基点をあらわしており、この時点はインジェクタへの通電を開始すべき時期となっている。一般にこの割込み処理は機関出力軸の回転角度または所定回転角度から所定時間経過したときに起動される。５０１は各種の計算が行われる燃料噴射処理を示すが、この中で５０３から５１２の間に記述された処理が本発明で特に追加されるべき部位である。処理５０４でプリチャージは前回の燃料噴射処理の時に更新されたＴ＿ｐｒｅの期間だけ通電制御され、時間Ｔ＿ｐｒｅが経過すると処理５０５にてＶ＿ｂｏｏｓｔの印加を開始する。処理５０６，５０７ではＶ＿ｂｏｏｓｔが、図２のインジェクタ駆動制御回路（１０４）がＶ＿ｂｏｏｓｔを遮断したかどうかを監視し、Ｖ＿ｂｏｏｓｔ印加からその遮断までの間の時間を計測する。これはすなわち図３のＴ＿ｐｅａｋ（２００）を計測することである。Ｖ＿ｂｏｏｓｔの印加が終了すると、処理５０８で今回の噴射における実Ｔ＿ｐｅａｋが確定する。このＴ＿ｐｅａｋ確定処理は、たとえばタイマー回路の機能を利用して自動的に行ってもよい。処理５０９であらかじめ定められた、又は別途計算によって求められた目標Ｔ＿ｐｅａｋと上記実Ｔ＿ｐｅａｋを比較してこの差が無いか、又は所定の幅を超えていない場合は、Ｔ＿ｐｒｅを更新せずにＴ＿ｐｒｅ更新処理５１２で次回噴射のＴ＿ｐｒｅを確定する。判定５０９で実Ｔ＿ｐｅａｋが目標Ｔ＿ｐｅａｋより大きい場合は、処理５１１でＴ＿ｐｒｅを所定量かつ上限値を限度として増加させ、処理５１２で次回噴射のＴ＿ｐｒｅを確定する。判定５０９で実Ｔ＿ｐｅａｋが目標Ｔ＿ｐｅａｋより小さい場合は、Ｔ＿ｐｒｅを所定量かつ下限値を限度として減少させ、処理５１２で次回噴射のＴ＿ｐｒｅを確定する。処理５０５から処理５１２までがＴ＿ｐｅａｋのフィードバック処理であり、この部分を関数計算として処理してもよい。これらの処理をＣＰＵ１０５ではなくインジェクタ駆動制御回路１０４の内部で行ってもよい。又、電磁コイルやその他の物理特性が劣化等によって変化すると、上記Ｔ＿ｐｅａｋが変化するため、Ｔ＿ｐｅａｋを参照して不具合の検出も実現できる。さらにこのプリチャージ時間Ｔ＿ｐｒｅを主たる電源が遮断された後もＣＰＵ内部に記録させておけば、電源通電後最初の燃料噴射から適切なＴ＿ｐｅａｋとなる通電制御が可能となる。
【００２０】
本発明は、第一電源電圧（以下Ｖ＿ｂｏｏｓｔ）の供給から、第二電源電圧（以下ＶＢ）へ切り替わるまでの時間を、上述の予通電流（以下プリチャージ）の制御によって能動的に安定させるものである。
【００２１】
本発明によれば、電磁コイル又は、電源及び制御回路の電気的な要求公差を拡大でき、ひいてはインジェクタ，配線，制御回路を安価にすることが可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、インジェクタやその駆動回路の公差を縮小せずに、インジェクタの燃料流量，最大動作燃料圧力その他の特性を改善できる。又、特性が同一の場合は公差を拡大できるので、安価なインジェクタやその駆動回路を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な機関の一例を示す図面である。
【図２】インジェクタ駆動制御回路構成の例。
【図３】インジェクタ電磁コイルの電流波形と制御信号の関係図。
【図４】プリチャージとＴ＿ｐｅａｋの関係図。
【図５】本発明をソフトウェアで行う場合のフローチャート。
【符号の説明】
１…インジェクタ、５…燃料ポンプ、９…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、１００…低圧側で上流のトランジスタ、１０１…高圧上流のトランジスタ、１０３…下流側のトランジスタ、１０４…インジェクタ駆動制御回路、１０５…ＣＰＵ（中央演算ユニット）、２００…Ｖ＿ｂｏｏｓｔの供給期間（Ｔ＿ｐｅａｋ）、２０４…プリチャージ電流（Ｃ＿ｐｒｅ）、２０９…Ｔ＿ｐｅａｋのばらつき、２１１…最大電流値（Ｃ１）、２１３…第一の保持電流（Ｃ２）、２１６…第二の保持電流（Ｃ３）、４０３…プリチャージ電流Ｃ＿ｐｒｅとＴ＿ｐｅａｋの特性、４０７…プリチャージ時間Ｔ＿ｐｒｅとＴ＿ｐｅａｋの特性、５００〜５０２…燃料噴射の割込み処理、５０３〜５１２…Ｔ＿ｐｒｅの更新処理フロー。
【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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