(57)【要約】【課題】所定の調量精度を確保しつつ、消費電力を低減することが可能な燃料噴射弁の制御装置を提供する。【解決手段】開弁用コイル３ｃと閉弁用コイル３ｄとを有する燃料噴射弁３と、内燃機関１の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段８と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段８とを備えた燃料噴射弁の制御装置において、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行した場合と該制御を禁止した場合との間の空燃比の変化が所定の許容範囲内か否かを、空燃比の検出値又は空燃比の変化に影響する物理量に基づいて判別する判別手段８を備え、前記コイル制御手段は、前記判別手段が許容範囲内にあると判別した場合に前記閉弁用コイルの励磁動作を禁止する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁と、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段とを備えた燃料噴射弁の制御装置において、
前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行した場合と該制御を禁止した場合との間の空燃比の変化が所定の許容範囲内か否かを、空燃比の検出値又は空燃比の変化に影響する物理量に基づいて判別する判別手段を備え、前記コイル制御手段は、前記判別手段が許容範囲内にあると判別した場合に前記閉弁用コイルの励磁動作を禁止することを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項２】
前記判別手段は、前記物理量として前記燃料量を参照し、前記燃料量が所定の燃料量以上であると判断した場合に前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあると判別することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を取得する圧力取得手段を備え、前記判別手段は、前記物理量として前記圧力を参照し、前記圧力が所定の圧力以上であると判断した場合に前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあると判別することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの励磁を実行させた場合に実測された空燃比の検出値と前記閉弁用コイルの励磁を禁止させた場合に実測された空燃比の検出値とに基づいて、前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあるか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射弁は、従来、内部に設けられた開弁用コイルを励磁して弁体を開き、開弁用コイルの励磁を解除してばねによって弁体を閉じている。しかし、近年、燃料噴射圧の高圧化に伴い閉弁用コイルの磁力を利用して弁体を閉じる燃料噴射弁が利用されつつある。この開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁の駆動動作制御において、開弁用コイルの励磁期間と閉弁用コイルの励磁期間とをオーバーラップさせ、燃料の圧力が所定の圧力以上の場合にはオーバーラップさせる時間を短縮して燃料噴射量を高精度で調量する制御が知られている（特許文献１参照）。また、その他に関連する技術として特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３００７２号公報
【特許文献２】
特開平７−２３９０５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、調量精度の高い制御を行うので内燃機関の運転状態に与える影響が無視できる程度の燃料噴射量の変化でも閉弁用コイルを励磁させて調整することがある。この場合、閉弁用コイルの励磁によって消費する電力が無駄になる。
【０００５】
そこで、本発明は、所定の調量精度を確保しつつ、消費電力を低減することが可能な燃料噴射弁の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、開弁用コイルと閉弁用コイルとを有する燃料噴射弁と、内燃機関の運転状態に応じて前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料量を決定する噴射量決定手段と、決定した前記燃料量が噴射されるように前記開弁用コイル及び前記閉弁用コイルの励磁動作を制御するコイル制御手段とを備えた燃料噴射弁の制御装置において、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの制御を実行した場合と該制御を禁止した場合との間の空燃比の変化が所定の許容範囲内か否かを、空燃比の検出値又は空燃比の変化に影響する物理量に基づいて判別する判別手段を備え、前記コイル制御手段は、前記判別手段が許容範囲内にあると判別した場合に前記閉弁用コイルの励磁動作を禁止することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
コイル制御手段により閉弁用コイルを励磁させて弁体を閉じた場合、燃料噴射弁は噴射量決定手段が決定した燃料量を適正に噴射する。一方、コイル制御手段により閉弁用コイルの励磁を禁止して弁体を閉じた場合、弁体を閉じる力が変化するので、この変化に伴って燃料噴射量も変化する。この燃料噴射量の変化は、内燃機関の運転状態に影響を与え、空燃比を変化させる。そのため、この空燃比の変化が所定の許容範囲内にあるか否かを判別することにより、燃料噴射量が所定の調量精度で噴射されているか否かを判断することができる。
【０００８】
本発明の制御装置によれば、この空燃比の変化が所定の許容範囲内にあると判別した場合に閉弁用コイルの励磁を禁止するので、所定の調量精度を確保するとともに閉弁用コイルの消費電力が低減できる。
【０００９】
本発明の制御装置において、前記判別手段は、前記物理量として前記燃料量を参照し、前記燃料量が所定の燃料量以上であると判断した場合に前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあると判別してもよい（請求項２）。噴射量決定手段が決定した噴射すべき燃料量（目標燃料量）が少ない場合、コイル制御手段により閉弁用コイルの励磁を実行させたときに噴射される燃料量と励磁を禁止させたときに噴射される燃料量との差（燃料変化量）は目標燃料量に対して相対的に大きくなる。そのため、燃料変化量が内燃機関の運転状態へ与える影響は大きい。一方、目標燃料量が少ない場合と同一の燃料の圧力で且つ目標燃料量が多い場合、燃料変化量は目標燃料量に対して相対的に小さくなる。従って、閉弁用コイルを励磁させないで弁体を閉じても内燃機関の運転状態に与える影響は小さく、空燃比の変化は許容範囲内になる。
【００１０】
本発明の制御装置は、前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を取得する圧力取得手段を備え、前記判別手段は、前記物理量として前記圧力を参照し、前記圧力が所定の圧力以上であると判断した場合に前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあると判別してもよい（請求項３）。燃料噴射量は、燃料の圧力の影響を受ける。例えば、燃料噴射弁の開弁時間が同じ場合、燃料の圧力の高いときの方が低いときよりも噴射される燃料量は多い。そのため、燃料の圧力が高いときは、燃料の圧力が低いときと比較して目標燃料量に対する燃料変化量が相対的に小さくなるので、閉弁用コイルの励磁を禁止しても内燃機関の運転状態に与える影響は小さい。従って、このように燃料の圧力からも空燃比の変化が許容範囲内か否かを判別することができる。
【００１１】
本発明の制御装置において、前記判別手段は、前記コイル制御手段による前記閉弁用コイルの励磁を実行させた場合に実測された空燃比の検出値と前記閉弁用コイルの励磁を禁止させた場合に実測された空燃比の検出値とに基づいて、前記空燃比の変化が前記許容範囲内にあるか否かを判別してもよい（請求項４）。このように閉弁用コイルの励磁を実行させた場合と励磁を禁止させた場合とに実測された空燃比を用いて判別することにより、燃料変化量が内燃機関の運転状態へ与える影響をより正確に把握することができる。これにより、燃料噴射量の調量精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の制御装置を組み込んだ内燃機関の要部を示す。内燃機関１は複数（図１では４つ）の気筒２を備え、気筒２にはそれぞれ燃料噴射弁３が設けられている。各燃料噴射弁３は、所定圧の燃料を蓄える蓄圧室４に接続されている。蓄圧室４には、蓄圧室４内の圧力に対応した信号を出力する圧力取得手段としての圧力センサ５が設けられている。図２に示すように燃料噴射弁３は、燃料を噴射する噴孔３ａと、燃料噴射弁３内部を移動して燃料の噴孔３ａを開閉する弁体３ｂと、励磁により弁体の位置を移動させる磁力を発生する開弁ソレノイド（開弁用コイル）３ｃ及び閉弁ソレノイド（閉弁用コイル）３ｄと、噴孔３ａを閉じる方向の力を弁体３ｂに付与するコイルばね３ｅとを有している。内燃機関１の排気通路６には、排気の空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ７が設けられている。
【００１３】
燃料噴射弁３の開弁ソレノイド３ｃ及び閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８により制御されている。ＥＣＵ８は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ８は、内燃機関１の運転状態に応じた燃料噴射量に空燃比センサ７等から入力された信号による補正を加えて燃料噴射弁３から噴射すべき燃料量を決定する。更に、ＥＣＵ８は、その噴射すべき燃料量が各気筒２に対して所定のタイミングで供給されるように開弁ソレノイド３ｃ及び閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を制御し、燃料の噴射時期と噴射時間とを調整している。これらの動作制御を行うことにより、ＥＣＵ８はコイル制御手段及び噴射量決定手段として機能する。なお、これらの具体的な動作は公知のものと同様でよく、ここでは詳細を省略する。燃料の噴射は、開弁ソレノイド３ｃの励磁によって発生した磁力で弁体３ｂが噴孔３ａから離れることにより開始される。燃料の噴射の停止は、開弁ソレノイド３ｃの励磁を停止するとともに閉弁ソレノイド３ｄを励磁させることにより噴孔３ａを塞ぐ位置に弁体３ｂを駆動して実現される。なお、ＥＣＵ８による励磁動作の禁止等により閉弁用コイル３ｄが磁力を発生しない場合は、弁体３ｂはコイルばね３ｅによって噴孔３ａを塞ぐ位置に移動し、燃料の噴射が停止する。
【００１４】
ＥＣＵ８は、図３に示す閉弁ソレノイド制御判別ルーチンを実行することにより本発明の判別手段として機能する。図３のルーチンは、内燃機関１の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００１５】
図３のルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ１１で燃料噴射弁３の燃料噴射時間が所定の噴射時間（例えば１ミリ秒）以上か否かを判断する。所定の噴射時間以上ではないと判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ８は圧力センサ５の取得した圧力が所定の圧力以上か否かを判断する。所定の圧力以上ではないと判断した場合、ステップＳ１３に進みＥＣＵ８は閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を許可し、その後今回のルーチンを終了する。ステップＳ１１で所定噴射時間以上であると判断した場合及びステップＳ１２で所定の圧力以上であると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ８は閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止する。その後今回のルーチンを終了する。
【００１６】
図４に、閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合と禁止した場合との燃料噴射量の変化の一例を示す。図４の各矢印の長さはそれぞれの場合において噴射される燃料の量を示している。
【００１７】
図４（ａ）には、目標燃料量が多く且つ閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合に噴射される燃料量（矢印Ａ）と、矢印Ａと同一の条件において閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止した場合に噴射される燃料量（矢印Ａ’）とを示す。図４（ｂ）には、図４（ａ）と燃料の圧力が同一であり、目標燃料量が少なく且つ閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合に噴射される燃料量（矢印Ｂ）と、矢印Ｂと同一の条件において閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止した場合に噴射される燃料量（矢印Ｂ’）とを示す。図４（ｃ）には、燃料の圧力が高く且つ閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合に噴射される燃料量（矢印Ｃ）と、矢印Ｃと同一の条件において閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止した場合に噴射される燃料量（矢印Ｃ’）とを示す。図４（ｄ）には、図４（ｃ）と燃料噴射時間が同一であり、燃料の圧力が低く且つ閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合に噴射される燃料量（矢印Ｄ）と、矢印Ｄと同一の条件において閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止した場合に噴射される燃料量（矢印Ｄ’）とを示す。図４（ａ）〜（ｄ）における各燃料変化量は、それぞれΔＡ〜ΔＤで示されている。なお、図４（ａ）と（ｂ）とは、燃料の圧力が同一であるので、燃料変化量ΔＡとΔＢとはほぼ等しい。
【００１８】
図４（ａ）、（ｂ）から明らかなように、燃料の圧力が同じ場合、燃料変化量ΔＡとΔＢとはほぼ等しいので、目標燃料量が多い場合の燃料変化量ΔＡは目標燃料量Ａに対して相対的に小さくなり、目標燃料量が少ない場合の燃料変化量ΔＢは目標燃料量Ｂに対して相対的に大きくなる。また、図４（ｃ）、（ｄ）から明らかなように、燃料噴射時間が同じ場合、燃料の圧力が燃料変化量へ与える影響は燃料の圧力が目標燃料量に与える影響よりも小さくなる。そのため、燃料の圧力が高いときの燃料変化量ΔＣは目標燃料量Ｃに対して相対的に小さくなり、燃料圧力が低いときの燃料変化量ΔＤは目標燃料量Ｄに対して相対的に大きくなる。
【００１９】
このように閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止したときの燃料量の変化が目標燃料量に対して相対的に小さい場合に閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止するので燃料噴射量の調量精度を所定の範囲内に収めつつ、消費電力を低減することができる。なお、図３のルーチンでは、燃料変化量の影響を噴射時間及び燃料の圧力によって判別したが、この他にも予め各燃料圧力において閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止したときの燃料変化量を計測しておき、目標燃料量に対する燃料変化量の割合が所定の割合以下の場合に励磁を禁止すると判別してもよい。
【００２０】
次に、ＥＣＵ８を判別手段として機能させるための制御ルーチンの他の例を図５により説明する。図５のルーチンも内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図５において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２１】
図５のルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ２１で診断条件が成立しているか否かを判断する。診断条件は、例えば内燃機関１の運転状態が所定の状態（例えば、アイドル運転）を所定時間継続している場合に成立するように定められている。診断条件が成立していないと判断した場合は今回のルーチンを終了する。成立していると判断した場合はステップＳ２２に進み、閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止した場合の空燃比を計測していることを示す計測フラグがオンの状態であるか否かを判断する。オンの状態ではないと判断した場合、ステップＳ２３に進み、タイマーを起動する。このタイマーは、閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止してから所定時間が経過したか否かを判断するために使用する。続くステップＳ２４において計測フラグをオンにした後、ステップＳ２５に進む。なお、ステップＳ２２において計測フラグがオンの状態であると判断した場合は、ステップＳ２３、Ｓ２４をスキップしてステップＳ２５に進む。
【００２２】
ステップＳ２５では、ＥＣＵ８は閉弁ソレノイド３ｄが励磁されないように励磁動作の制御を禁止する。続くステップＳ２６において、ＥＣＵ８は閉弁ソレノイド３ｄが励磁されない場合の排気の空燃比を空燃比センサ７により取得する。次のステップＳ２７では、ＥＣＵ８はタイマーがタイムアップしたか否かを判断する。タイムアップしていないと判断した場合は、今回のルーチンを終了する。
【００２３】
一方、ステップＳ２７においてタイムアップと判断した場合、ステップＳ２８に進み計測フラグをリセットする。続くステップＳ２９において、ＥＣＵ８は、閉弁ソレノイド３ｄの励磁を実行した場合に空燃比センサ７が取得した空燃比（実行時空燃比）と励磁を禁止した場合に空燃比センサ７が取得した空燃比（禁止時空燃比）とを比較し、閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止したことによる燃料噴射量の変化が内燃機関１の運転状態へ与えた影響を判定する。次のステップＳ３０では、ＥＣＵ８は、閉弁ソレノイド３ｄの励磁を禁止した場合に内燃機関１の運転状態へ与えた影響が大きかったか否かを判断する。影響が大きかったか否かは、例えば禁止時空燃比の変化が実行時空燃比に対して１０％以上変化していた場合に影響が大きかったと判断する。影響が大きかったと判断した場合は、ステップＳ１３に進みＥＣＵ８は以降の閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を許可し、その後今回のルーチンを終了する。一方、影響が大きくなかったと判断した場合は、ステップＳ１４に進みＥＣＵ８は以降の閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止する。その後今回のルーチンを終了する。
【００２４】
このように閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止させ、このときに取得した禁止時空燃比と実行時空燃比とを比較することにより、内燃機関１の運転状態に対する閉弁ソレノイド３ｄの励磁動作を禁止した場合の影響がより正確に把握できる。これにより、燃料噴射量の調量精度を向上させることができる。また、調量精度の向上によって内燃機関１の燃焼変動を抑えることもできる。
【００２５】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、内燃機関は、燃料を直接気筒内に噴射するいわゆる直噴型の内燃機関に限定されず、燃料噴射弁を吸気ポートに設けた内燃機関に適用することもできる。また、排気の空燃比を実測する手段は空燃比センサに限定されず、酸素濃度センサを使用することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、閉弁用コイルの励磁を禁止した場合に内燃機関の運転状態へ与える影響が許容範囲か否かを判別し、許容範囲内と判別した場合に閉弁用コイルの励磁を禁止するので、燃料噴射量の調量精度を所定の状態に確保しつつ、閉弁用コイルの消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置を組み込んだ内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１の内燃機関に取り付けられた燃料噴射弁の縦断面図。
【図３】閉弁ソレノイド制御の判別ルーチンを示すフローチャート。
【図４】閉弁ソレノイドの励磁を実行した場合と禁止した場合とに噴射される燃料量の比較例を示す図。
【図５】閉弁ソレノイド制御の他の判別ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  内燃機関
３  燃料噴射弁
３ｃ  開弁ソレノイド（開弁用コイル）
３ｄ  閉弁ソレノイド（閉弁用コイル）
５  圧力センサ（圧力取得手段）
８  エンジンコントロールユニット（噴射量決定手段、コイル制御手段、判別手段）
【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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