(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドを有する燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置において、該制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、該運転状態に基づき燃料噴射パルス幅を算出する手段と、前記ソレノイドを制御するソレノイド制御手段と、を備え、
該ソレノイド制御手段は、前記燃料噴射パルス幅に基づき前記ソレノイドに電流を供給して制御するものであって、最初、大きな所定電流値に至るまで前記ソレノイドに開弁電流を供給し、該開弁電流が所定電流値に至った後は、前記ソレノイドを開弁状態に保持するべく、前記内燃機関の運転状態の燃料噴射量有効最小パルス幅特性（Qmin特性）が重要な領域か否かを判断して複数の異なる電流波形の小さな電流値の保持電流の内の一つを切換え供給して前記ソレノイドを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
ソレノイド制御手段は、バッテリからの電力を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路から電力を前記ソレノイドに供給する第一スイッチ回路と、前記バッテリから電力を前記ソレノイドに供給する第二スイッチ回路と、前記ソレノイドからグランド方向に電流をシンクする第三スイッチ回路と、前記第一スイッチ回路と前記第二スイッチ回路とがオフのとき、グランドから前記ソレノイドと前記第三スイッチ回路を介してグランドに電流を回帰させるフライホイール回路と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ソレノイドに供給する前記複数の電流波形は、一段開弁二段保持の第一電流波形、一段開弁一段保持の第二電流波形、及び、前記第二電流波形とは異なる一段開弁一段保持の第三電流波形、の三種類の電流波形であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ソレノイド制御手段は、電流波形制御手段を有し、該電流波形制御手段は、前記第一電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路をオンし、次いで前記フライホイール回路により所定時間開弁状態を継続する大きな保持電流を供給すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路をオン／オフし、更に前記フライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記第二スイッチ回路をオン／オフする制御を行うものであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記電流波形制御手段は、前記第二電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第二スイッチ回路をオンし、次いでフライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路をオン／オフする制御を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記電流波形制御手段は、前記第三電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路をオンし、次いで開弁電流から保持電流への切換え時間を速くすべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路をオフさせて、更にフライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく第三スイッチ回路をオンし前記第二スイッチ回路のオン／オフする制御を行うものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記電流波形制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づき前記ソレノイドに供給する前記３種類の電流波形の２種類以上を切換えるものであることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力を制御する手段と、該燃料圧力を検出する手段と、を備え、前記運転状態は、前記燃料の圧力値であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記制御装置は、燃料噴射中にはソレノイドに供給する前記電流の波形の切換えを禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態を判断する演算装置を備え、該演算装置と前記電流波形制御手段との間は、シリアルコミュニケーションを媒体としていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ソレノイドを有する燃料噴射装置を備えた内燃機関のソレノイドに印可する電流波形を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）は、燃料噴射弁内に、プランジャーと、該プランジャーを開弁方向に付勢するソレノイドと、前記プランジャーを閉弁方向に付勢するスプリングとを備えていると共に、燃料噴射弁に供給される燃料圧力は高圧状態にあって、該高圧の燃料圧力でプランジャーを閉弁方向に付勢する状態になっている。
【０００３】
また、前記ソレノイド（インジェクタ）に印加される電流は、バッテリを電源とするものであって、その印可駆動電流は、単一の電流波形であり、内燃機関の燃焼室への燃料噴射弁からの燃料の噴射制御は、制御装置からの燃料噴射弁のソレノイドへの印可信号に基づいて前記単一の電流波形の電流が印加されることによって行われている。
【０００４】
例えば、特開平１１−１３５１９号公報や特開平１１−３４３９１０号公報に所載の燃料噴射弁の燃料噴射のためのソレノイド印加制御は、燃料噴射弁（インジェクタ）の駆動電流波形が、一段の開弁信号と一段の保持信号からなる２段階の単一の駆動電流波形をしているものであり、内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射パルス幅を変化させて、内燃機関の燃焼室に噴射供給する燃料の噴射量を制御して内燃機関の燃焼を制御するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、内燃機関に装置される燃料噴射弁（インジェクタ）は、種々の要求からその小型化が強く求められるようになって来ている。しかし、燃料噴射弁（インジェクタ）が小型化されると、該燃料噴射弁（インジェクタ）に内蔵されているソレノイドのインダクタンス値が小さいものとなってしまい、該ソレノイドに印加される前記したような従来の単一の電流波形では、起磁力が小さくなることがあって、この場合は、ソレノイドによる燃料噴射弁（インジェクタ）に内蔵されているプランジャーの吸引力が小さいものでなってしまう。特に、供給される燃料が高圧の状態にある場合には、時としてソレノイドの起磁力ではプランジャーを吸引することができず、燃料噴射弁からの燃料噴射ができなくなる可能性がある。
【０００６】
また、燃料噴射弁（インジェクタ）は、その一噴射において燃料をどの程度最小量として噴射できるか、つまり燃料噴射弁の一燃料噴射における最小燃料噴射量特性も重要なことである。該最小燃料噴射量特性は、特に成層リーン燃焼時に求められるものであり、該最小燃料噴射量特性は、燃費、エミッション特性に重要なことである。
【０００７】
本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料噴射弁（インジェクタ）の小型化によりソレノイドのインダクタンス値が小さくなっても、最適に燃料噴射でき、且つ、最小燃料噴射量特性の優れた燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の内燃機関の制御装置は、基本的には、ソレノイドを有する燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、該運転状態に基づき燃料噴射パルス幅を算出する手段と、前記ソレノイドを制御するソレノイド制御手段と、を備え、該ソレノイド制御手段は、前記燃料噴射パルス幅に基づき前記ソレノイドに電流を供給して制御するものであって、最初、大きな所定電流値に至るまで前記ソレノイドに開弁電流を供給し、該開弁電流が所定電流値に至った後は、前記ソレノイドを開弁状態に保持するべく、前記内燃機関の運転状態の燃料噴射量有効最小パルス幅特性（Qmin特性）が重要な領域か否かを判断して複数の異なる電流波形の小さな電流値の保持電流の内の一つを切換え供給して前記ソレノイドを制御することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様は、ソレノイド制御手段は、バッテリからの電力を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路から電力を前記ソレノイドに供給する第一スイッチ回路と、前記バッテリから電力を前記ソレノイドに供給する第二スイッチ回路と、前記ソレノイドからグランド方向に電流をシンクする第三スイッチ回路と、前記第一スイッチ回路と前記第二スイッチ回路とがオフのとき、グランドから前記ソレノイドと前記第三スイッチ回路を介してグランドに電流を回帰させるフライホイール回路と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
更に、本発明の内燃機関の制御装置の他の具体的な態様は、前記ソレノイドに供給する前記複数の電流波形は、一段開弁二段保持の第一電流波形、一段開弁一段保持の第二電流波形、及び、前記第二電流波形とは異なる一段開弁一段保持の第三電流波形、の三種類の電流波形であることを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明の内燃機関の制御装置は、インジェクタの小型化による該インジェクタのソレノイドのインダクタンスが小さい場合における高燃圧時でも、インジェクタを最適に制御でき、最小燃料噴射量特性を良好に維持することができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の制御装置の他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記第一電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路をオンし、次いで前記フライホイール回路により所定時間開弁状態を継続する大きな保持電流を供給すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路をオン/オフし、更に前記フライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記第二スイッチ回路をオン/オフする制御を行うものであることを特徴としている。
【００１３】
更に、本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記第二電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第二スイッチ回路のオンし、次いでフライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく前記第一スイッチ回路をオフし前記第二スイッチ回路をオン/オフする制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【００１４】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記第三電流波形の形成に当たって、大きな所定電流値に至るまで開弁電流を供給すべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路のオンし、次いで開弁電流から保持電流への切換え時間を速くすべく前記第一スイッチ回路と前記第三スイッチ回路をオフさせて、更にフライホイール回路により開弁状態を保持する小さな保持電流を供給すべく第三スイッチ回路をオンし前記第二スイッチ回路のオン/オフする制御を行うものであることを特徴としている。
【００１５】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記電流波形制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づき前記ソレノイドに供給する前記３種類の電流波形の２種類以上を切換えるものであることを特徴としている。
【００１６】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記制御装置が、前記燃料噴射装置に供給する燃料の圧力を制御する手段と、該燃料圧力を検出する手段と、を備え、前記運転状態は、前記燃料の圧力値であることを特徴とし、前記制御装置が、燃料噴射中にはソレノイドに供給する前記電流の波形の切換えを禁止することを特徴としている。
【００１７】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置の更に他の具体的な態様は、前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態を判断する演算装置を備え、該演算装置と前記電流波形制御手段との間は、シリアルコミュニケーションを媒体としていることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置の一実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態の燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置が適用される内燃機関システムの全体構成を示した図である。図１において、内燃機関１は、点火コイル１７によって点火される点火プラグ１７ａと、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１３と、該燃料噴射弁１３に燃料タンク１１から燃料を圧送する燃料ポンプ１２と、を備えた多気筒の内燃機関である。内燃機関１の各シリンダ１ａに導入される吸入空気は、エアクリーナ３の入力部４から取り入れられ、内燃機関１の運転状態計測手段の一つである空気流量計（エアフロセンサ）５を通り、吸気流量を制御するスロットル弁６が収容されたスロットルボディ７を通ってコレクタ８に入る。
【００２０】
前記コレクタ８に吸入された空気は、内燃機関１の各シリンダ１ａに接続された吸入空気管１９に分配された後、前記シリンダ１ａの燃焼室２に導かれる。スロットル弁６は、モータ１０に連結されており、モータ１０を駆動することによりスロットル弁６は操作されて吸入空気量を制御している。また、前記シリンダ１ａの燃焼室２からの燃焼排ガスは、排気管２３を介して外部に排出される。
【００２１】
一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により、吸引、加圧された上で、可変燃圧プレッシャレギュレータ１４により所定の圧力に調圧されて、各シリンダ１ａの燃焼室２にその燃料噴射口を開口しているインジェクタ１３から前記燃焼室２に噴射される。
【００２２】
また、可変燃圧プレッシャレギュレータ１４は、コントロールユニット１５で制御され、空気流量計５からは吸入空気量を示す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。前記スロットル弁６の開度を検出するスロットルセンサ１８がスロットルボディ７に取り付けられており、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２３】
更に、内燃機関１には、クランク角センサ１６が取付られており、該クランク角センサ１６は、カム軸２２によって回転駆動され、クランク軸の回転位置を示す信号を出力し、該信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。排気管２３にはＡ／Ｆ（空燃比）センサ２０が取付られており、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ２０は、排気管２３内の排気ガスの成分から実運転の空燃比を検出し、検出信号も同様にコントロールユニット１５に入力される。スロットルボディ７には、アクセルセンサ９が一体に設けられ、該アクセルセンサ９は、アクセルペダル１２と連結しており、ドライバーがアクセルペダル１２を操作する量を検出して、その検出出力信号もコントロールユニット１５に入力される。
【００２４】
コントロールユニット１５は、処理手段（ＣＰＵ）２４を有し、前記したクランク角信号、アクセル開度信号などの内燃機関１の運転状態を検出する各種センサなどからの信号を入力信号として取込み、所定の演算を実行し、前記したインジェクタ１３、点火コイル１７、及び、スロットル弁６の操作のためのモータ１０に所定の制御信号を出力し、燃料供給制御、点火時期制御、吸入空気制御を実行する。燃料系に設けられた可変燃圧プレッシャ１４に隣接して燃圧センサ２１が設けてあり、その信号もコントロールユニット１５に入力される。電源（バッテリ）２５とコントロールユニット１５との間には、イグニッションスイッチ２６が設けられる。
【００２５】
インジェクタ１３は、前述の通りシリンダ１ａの燃焼室２内に燃料を噴射するためのものであり、図示は省略するが、インジェクタ１３内に、プランジャーと、該プランジャーを開弁方向に付勢するソレノイド１３ａ（図２参照）と、前記プランジャーを閉弁方向に付勢するスプリングとを備えていると共に、該インジェクタ１３内に供給される燃料圧力は、非常に高い状態にあり、該燃料圧力もプランジャーを閉弁方向に付勢する状態にしてある。
【００２６】
図２は、コントロールユニット１５内のインジェクタ１３の制御回路構成を示したものである。該インジェクタ１３のソレノイド１３ａの制御回路（ソレノイド制御手段）３１は、回路群から構成され、バッテリ２５からの電力であるバッテリ電圧２６ａより大きな電圧を生成する昇圧回路３２を備えている。
【００２７】
通常の動作において、インジェクタ１３を開弁させるためには、ソレノイド１３ａに大きな起磁力を必要とし、通常のバッテリからの供給電力では、ソレノイドの起磁力は小さく、インジェクタ１３を開弁させることができない。このために、前述の昇圧回路３２を必要とする。
【００２８】
第一スイッチ素子３３は、前記昇圧回路３２で生成された昇圧電力３２ａをインジェクタ１３（ソレノイド１３ａ）に印加するために電流の供給、遮断を制御するスイッチ素子であり、第二 スイッチ素子３４は、バッテリ２６からインジェクタ１３に電力２６aを印加するために電流の供給、遮断を制御するスイッチ素子である。
【００２９】
また、第一スイッチ素子３３と第二スイッチ素子３４からの供給電力（電流）がワイヤードＯＲとなる信号線３５aでは、電圧関係は、昇圧電圧３２a > バッテリ電圧２６ａとなるために、昇圧電圧３２aがスイッチ素子３３、３４を介してバッテリ２５に流れ込む可能性がある。そこで、信号線３５aと第二スイッチ素子３４間には電流逆流防止素子３５を設定する。
【００３０】
第三と第四のスイッチ素子３６、３７は、インジェクタ１３の電流をグランド方向にシンクするスイッチ素子であり、インジェクタ毎に個別に設定する。還流素子３８は、インジェクタ１３に流れる電流を、インジェクタ１３から第三スイッチ素子３６（または、第四スイッチ素子３７）→グランド→環流素子３８→インジェクタ１３に帰還させるフライホィール回路用の還流素子である。
【００３１】
また、図２では、前記第一スイッチ素子３３、第二スイッチ素子３４、電流逆流防止素子３５、及び、還流素子３８は、インジェクタ１３の対向気筒毎に設定している。しかし、アプリケーションとしては、前記第一スイッチ素子３３、第二スイッチ素子３４、電流逆流防止素子３５、および、還流素子３８を、インジェクタ１３毎に個別設定することもある。
【００３２】
基準電流生成部４０は、インジェクタ１３に流す基準電流を設定するものであり、該基準電流は、開弁電流４０a、保持電流４０b、保持電流４０cの３レベルを設定する。
【００３３】
制御部３９は、前記各スイッチ素子３３、３４、３６、３７を制御する制御部であり、制御部３９では、インジェクタ１３への供給電流ステージにより、前記３つの基準電流４０ａ、４０ｂ、４０ｃから１つを選択して切換え使用する。
【００３４】
ＣＰＵ２４とソレノイド制御回路３１との間のインターフェースは、パラレル入力２４ａ、２４ｂ、および、シリアル通信２４cとから構成される。パラレル入力では、ＣＰＵ２４で算出した燃料噴射パルス幅に基づき、開弁信号２４aおよび保持信号２４bが、ＣＰＵ２４から出力され、制御部３９に入力される。シリアル通信２４cでは、ソレノイド制御回路３１内のシリアル・ペリフェラル・インターフェイス（ＳＰＩ）部４２と通信を行い、制御部３９のインジェクタ駆動電流波形の切換えを行う。制御部３９、ＳＰＩ部４２、及び、基準電流生成部４０とを総称して電流波形制御手段と云う。
【００３５】
図３〜５は、インジェクタ１３（ソレノイド１３ａ）を駆動制御する各部の制御信号、および、インジェクタ駆動電流波形（ソレノイド電流波形）を示した図である。
インジェクタを駆動する電流波形（ソレノイド電流波形）は、図３〜５に示す波形１〜３の３種類存在し、運転状態によりＣＰＵ２４からＳＰＩ通信により切換え可能としている。
まず、インジェクタ駆動電流（ソレノイド駆動電流）１３ｂ（図２参照）について説明する。以下、シンク用第三スイッチ素子３６について説明するが、シンク用第四スイッチ素子３７についても同様である。
【００３６】
図３の波形１では、インジェクタ駆動電流１３ｂに示す通り、開弁電流と２段の保持電流から構成される。タイミングｔ１は、インジェクタ１３の噴射開始タイミングであり、ＣＰＵ２４からの開弁信号２４a、および、保持信号２４bの論理積が成立したとき、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６をオンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するまで、インジェクタ１３に開弁のための駆動電流１３ｂを供給し、インジェクタ１３を開弁させる。
【００３７】
このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと開弁電流基準値４０aが比較される。なお、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６は、それぞれ制御部３９からの制御信号３３z、３６zにより制御される。
【００３８】
所定電流値４０aに到達したタイミングｔ２では、第一スイッチ素子３３をオフさせ、インジェクタ駆動電流１３ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランド→還流素子３８→インジェクタ１３の電流ループで電流を流しながら減少していく。
【００３９】
タイミングｔ３では、所定値電流４０ｂ１までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二スイッチ素子３を制御部３９からの制御信号３４zによりオンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→インジェクタ１３→スイッチ素子３４６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０ｂに到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと保持電流１の基準値４０b、および、保持電流１の基準値４０bにより決定する保持電流１のヒス基準値４０b１と比較される。
【００４０】
開弁信号２４aがオフするまでのｔ３〜ｔ４区間は、前記第二スイッチ素子３４のオン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０b１〜４０bの間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。なお、本実施形態の定電流制御値は、高燃圧時の開弁電流のみでは、インジェクタ１３が開弁しないときの吸引力アップを目的としており、インジェクタ１３内のソレノイド１３ａの起磁力を大きし、インジェクタ１３を開弁させるために、その定電流値は比較的大きな値となる。
【００４１】
タイミングｔ４では、開弁信号２４aのオフにより、定電流制御値をインジェクタ１３の開弁保持状態を維持する程度まで電流値を小さくする。タイミングｔ４、即ち、開弁信号２４aがオフしたとき、第二スイッチ素子３４をオフさせ、インジェクタ駆動電流１３ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランド→還流素子３８→インジェクタ１３の電流ループで電流を流しながら減少していく。
【００４２】
タイミングt５では、所定値電流４０c１までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二スイッチ素子３４を制御部３９からの制御信号３４zによりオンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０cに到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと保持電流２の基準値４０c、および、保持電流２の基準値４０cにより決定する保持電流２のヒス基準値４０c１と比較される。
保持信号２４bがオフするまでのt５〜t６区間は、前述の第二スイッチ素子３４のオン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４０cの間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。
【００４３】
タイミングt６では、保持信号２４bのオフにより、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料噴射を停止する。なお、タイミングt６では、第二スイッチ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさせ、即ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方のスイッチ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを素早く減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持信号２４bに連動して停止する。
【００４４】
図４の波形２では、インジェクタ駆動電流１３ｂが示すように、開弁電流と１段の保持電流から構成される。タイミングt１１は、インジェクタ１３の噴射開始タイミングである。ＣＰＵ２４からの開弁信号２４a、および、保持信号２４bの論理積が成立したとき、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６をオンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するまで、インジェクタ１３に開弁電流１３ｂを供給し、インジェクタ１３を開弁させる。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと開弁電流基準値４０aが比較される。
【００４５】
所定電流値４０aに到達したタイミングt１２では、第一スイッチ素子３３をオフさせ、インジェクタ駆動電流１３ｂは、インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランド→還流素子３８→インジェクタ１３の電流ループで電流を流しながら減少していく。
【００４６】
タイミングt１3では、所定値電流４０c１までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二スイッチ素子３４を制御部３９からの制御信号３４zによりオンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０cに到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと保持電流２の基準値４０ｃ、および、保持電流２の基準値４０cにより決定する保持電流１のヒス基準値４０c１と比較される。保持信号２４bがオフするまでのt１3〜t１4区間は、前記の第二スイッチ素子３４のオン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４０cの間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。なお、本実施形態の定電流制御値は、前記図３のｔ５〜ｔ６区間と同じ考え方である。即ち、インジェクタ１３の開弁状態を保持することを目的とする。
【００４７】
タイミングt１４では、保持信号２４bのオフにより、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料噴射を停止する。なお、タイミングt１４では、第二スイッチ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさせ、即ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方のスイッチ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを素早く減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持信号２４bに連動して停止する。
波形２では、開弁信号２４aは、開弁電流開始許可条件にしか使用していないので、開弁信号２４aのオフタイミングは、タイミングｔ１２〜ｔ１４の間であればよい。また、波形２と波形１の違いは、保持電流１の有無である。
【００４８】
図５の波形３では、インジェクタ駆動電流１３ｂが示しように、開弁電流と１段の保持電流から構成される。なお、波形２との違いは、開弁電流と保持電流の切換え時、下流第三スイッチ素子３６をオフするか否かである。
タイミングt２１は、インジェクタ１３の噴射開始タイミングである。ＣＰＵ２４からの開弁信号２４a、および、保持信号２４bの論理積が成立したとき、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６をオンさせ、第一スイッチ素子３３→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０aに到達するまで、インジェクタ１３にインジェクタ駆動電流１３ｂを供給し、インジェクタ１３を開弁させる。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと開弁電流の基準値４０aと比較される。
所定基準値４０aに到達したタイミングt２２では、第一スイッチ素子３３、および、第三スイッチ素子３６をオフさせ、インジェクタ駆動電流１３ｂを素早く減少させる。  このとき、第三スイッチ素子３６には、t２２〜t２３間のインジェクタ駆動電流電流１３ｂ × 電圧３６aの損失が発生し、インジェクタ駆動電流電流１３ｂは、開弁電流４０aであるため大きく、そのため、回路損失は、非常に大きくなる。
【００４９】
タイミングt２３では、所定値電流４０c１までインジェクタ駆動電流１３ｂが減少したら、第二スイッチ素子３４および第三スイッチ素子３６を制御部３９からの制御信号３４z、３６zによりそれぞれオンさせ、第二スイッチ素子３４→逆流防止素子３５→インジェクタ１３→第三スイッチ素子３６→グランドにインジェクタ駆動電流１３ｂを流し、所定電流値４０cに到達するまで第二スイッチ素子３４をオンする。このときのインジェクタ駆動電流１３ｂは、第三スイッチ素子３６に設定された電流検出素子で検出され、その検出値３６yと保持電流２の基準値４０c、および、保持電流２の基準値４０cにより決定する保持電流１のヒス基準値４０c１と比較される。保持信号２４bがオフするまでのt２３〜t２４区間は、前記の第二スイッチ素子３４のオン、オフ動作を繰り返し、所定電流値４０c１〜４０cの間でインジェクタ駆動電流１３ｂの定電流制御を行う。なお、本定電流制御値は、図３のｔ５〜ｔ６、および、図４のｔ１３〜ｔ１４区間と同じ考え方である。即ち、インジェクタ１３の開弁状態を保持することを目的とする。
【００５０】
タイミングt２４では、保持信号２４bのオフにより、インジェクタ駆動電流１３ｂを遮断し、燃料噴射を停止する。なお、タイミングt１４では、第二スイッチ素子３４および第三スイッチ素子３６をオフさせ、即ち、インジェクタ１３の上下流を制御する双方のスイッチ素子を停止し、インジェクタ駆動電流１３ｂを素早く減少させ、インジェクタ１３の燃料噴射は、保持信号２４bに連動して停止する。
【００５１】
波形３では、波形２と同様、開弁信号２４aは、開弁電流開始許可条件にしか使用していない。よって、開弁信号２４aのオフタイミングは、タイミングt２２〜t２４の間であればよい。また、波形３と波形２の違いは、開弁電流から保持電流の切換え時にインジェクタ下流の第三スイッチ素子３６のオフ有無による。以上、図３〜５を参照して、インジェクタ１３に供給する電流波形１〜３の各々について記述したが、それぞれメリット、デメリットがある。
【００５２】
燃料噴射量有効最小パルス幅特性（Qmin特性）は、電流波形により下記の特性順となる。
波形３ ＞ 波形２ ＞ 波形１
即ち、Qmin特性が重要となる運転領域、例えば、内燃機関低回転時は、波形３で、インジェクタを制御する必要がある。
【００５３】
インジェクタ１３のプランジャーの吸引力特性は、電流波形により下記の特性順となる。
波形１ ＞ 波形２ ＝ 波形３
即ち、高燃圧時の大きな吸引力が必要とするときは、波形１でインジェクタを制御する必要がある。
【００５４】
また、インジェクタ制御回路３１の回路損失は、下記の順で低損失となる。
波形２ ＞ 波形１ ＞ 波形３
即ち、波形２が回路損失ミニマムとなるため、前述Qmin特性が重要となる運転領域、または、高燃圧時の大きな吸引力が必要とするとき以外は、波形２のインジェクタ駆動電流波形で制御するのがよい。また、コントロールユニット１５の全体損失を低くする意味でも必要である。
【００５５】
前記のように、インジェクタ駆動電流１３ｂの電流波形は、各運転状態に最適な波形に切換え、インジェクタ１３の特性、および、インジェクタ制御回路３１の損失低減を両立させる。
【００５６】
図６は、本実施形態におけるインジェクタ駆動電流１３ｂを切換えるＳＰＩ通信部４２の内部ブロック図である。ＳＰＩ通信線２４cは、図２では１本線として記載されているが、ＣＳ線２４ｃ１、ＤＩＮ線２４ｃ２、ＳＣＫ線２４ｃ３、ＤＯＵＴ線２４ｃ４の４本線から構成される。
【００５７】
ＳＰＩ通信では、ＣＰＵ２４のＣＳ線２４ｃ１から信号が入力されている間（信号がLOWの間）、ＣＰＵ４とインジェクタ制御部３１内のＳＰＩ部４２を結ぶシリアル通信の送受信が行われる。まず、ＣＳ線２４ｃ１から信号が入力されると、予めラッチ回路６３に格納されていた８bitデータを確定し、シフトレジスタ６２にコピーされる。本実施形態では、ラッチ回路６３、および、DOUT線２４ｃ４の信号については、特に記述しない。
【００５８】
その後、送受信されるデータは、ＣＰＵ２４により送られるＣＳＫ線２４ｃ３の信号に基づいて伝送される。ＣＰＵ２４とＳＰＩ部４２を結ぶシリアル通信は、８ビットのシフトレジスタ６２で構成されており、ＣＰＵ２４のＤＩＮ線２４ｃ２の信号は、ここに格納される。同時に、シフトレジスタ６２に格納されていた送信データが、ＣＳＫ線２４ｃ３の信号によりDOUT線２４ｃ４の信号として掃きだされる。これらの動作は、ＣＰＵ２４からのクロックのＳＣＫ線２４ｃ３の信号の立上がり、または、立下がりエッジに同期して１ビットづつ行われる。
【００５９】
その後、シフトレジスタ６２に格納されているデータは、ＣＳ線２４ｃ１の信号が終了するとき（ＨＩＧＨになるとき）、レジスタ６１へ移される。このとき、ＤＩＮ線２４ｃ２の信号には、インジェクタ駆動電流波形を切換える司令値が含まれており、本実施形態では、３種類に切換え可能なことから８ビットのＤＩＮ線２４ｃ２の信号内に２ビット含まれていることになる。
【００６０】
そして、受信したＤＩＮ線２４ｃ２の信号からインジェクタ駆動電流波形を切換える司令値を制御部３９で抽出し、前述司令値に従い制御部３９ではインジェクタ駆動電流１３ｂを制御する。前記のＳＰＩ通信は、８ビットのシフトレジスタとして説明したが、何ビットのシフトレジスタ、例えば１６ビットシフトレジタで構成されてもよい。
【００６１】
図７は、ＳＰＩ通信のビット割付けのマップを示している。
ＤＩＮ線２４ｃ２の信号は、本実施形態では、８ビットで示され、インジェクタ駆動電流波形を切換えるビットとして２ビット割付けている。Ｂｉ５は、保持電流１の有無を切換えるビットである。Ｂｉ５＝１のときは、保持電流１を有効、ＢＩ＝０のときは、保持電流１を無効とする。即ち、Ｂｉ５＝０のとき、保持電流が１段階となる。
【００６２】
また、Ｂｉ６は、インジェクタ駆動電流波形の保持電流１を無効、即ち、Ｂｉ５＝０のとき、有効であり、び６＝１のときは、開弁電流から保持電流のときの第三スイッチ素子３６のオフを有効とＢｉ６＝０のときは、開弁電流から保持電流のときの第三スイッチ素子３６のオフを無効とする。
【００６３】
即ち、インジェクタ駆動電流波形とＤＩＮ線２４ｃ２の信号の関係は、下記のようになる。
波形１  ：  （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（１，*）  *はDon’t care
波形２  ：  （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，０）
波形３  ：  （Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，１）
【００６４】
図８は、本実施形態のインジェクタ駆動電流波形を切換える手段をＣＰＵ２４内のソフトウェアで実現するソフトウェアのフローチャートである。
本タスクは、定時JOB、例えば、１０ｍｓ毎に実施されることが一般的である。１０ｍｓタスクからコールされ、スタートのステップＳ１から開始される。ステップＳ２では、現在インジェクタ噴射中有無を確認する。インジェクタ噴射中にインジェクタ駆動電流波形を切換えるとインジェクタ動作が異常となる。そこで、インジェクタ噴射中は、インジェクタ駆動電流波形を切換える手段をマスクし、即ち、ステップＳ９のＥＮＤにジャンプする。
【００６５】
ステップＳ２で、インジェクタ噴射中でないことを確認すると、ステップＳ３へ遷移する。ステップＳ３では、現在の内燃機関運転状態がQmin特性重要な領域か否かを判断し、Qmin特性が重要な領域の場合は、ステップＳ５へ遷移する。
ステップＳ５では、インジェクタ駆動電流波形をQmin特性が優れている波形３に切換えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，１）にセットする。
【００６６】
ステップＳ３で、Qmin特性が重要な領域でない場合は、ステップS４へ遷移する。ステップＳ４では、現在の内燃機関運転状態において、高燃圧か否かを判断し、高燃圧の場合は、ステップＳ６へ遷移する。
ステップＳ６では、インジェクタ駆動電流波形を高燃圧時にインジェクタが開弁できるように、吸引力が優れている波形１に切換えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（１，*）にセットする。ステップＳ４で、高燃圧でないことを判断した場合は、ステップＳ７へ遷移する。
【００６７】
ステップＳ７では、Qmin特性が重要でなく、且つ、高燃圧でないために大きな吸引力が必要でない場合に、回路損失をミニマムとするために、波形２に切換えるべく、（Ｂｉ５、Ｂｉ６）＝（０，０）にセットする。
ステップＳ８では、前記ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７でセットしたインジェクタ駆動電流波形をＳＰＩ通信により、インジェクタ制御回路３１に送信する。そしてＳＰＩ部４２を介して、制御部３９にインジェクタ駆動電流波形をセットする。
そして、燃料噴射量は、開弁信号２４a、および、保持信号２４bのパルス幅に基づき決定され、インジェクタ１３を制御して、内燃機関１を最適制御する。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態について記述したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求項の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で設計において種種の変更ができるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上の発明から理解されるように、本発明の燃料噴射装置を備えた内燃機関の制御装置は、インジェクタの小型化による該インジェクタのソレノイドのインダクタンスが小さい場合における高燃圧時でも、インジェクタを最適に制御でき、最小燃料噴射量特性を良好に維持することができる。また、内燃機関の燃料供給装置の損失を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態のが適用されている内燃機関の制御システムの全体構成図。
【図２】図１の内燃機関の制御装置のソレノイド制御回路の構成図。
【図３】図２のソレノイド制御回路によって形成されるインジェクタ駆動の第一電流波形を示した図。
【図４】図２のソレノイド制御回路によって形成されるインジェクタ駆動の第二電流波形を示した図。
【図５】図２のソレノイド制御回路によって形成されるインジェクタ駆動の第三電流波形を示した図。
【図６】図２のソレノイド制御回路のＳＰＩ部の内部ブロック図。
【図７】図６のＳＰＩ部のビット割付けを示す図。
【図８】図１の内燃機関の制御装置の制御フローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関、１ａ…シリンダ、２…燃焼室、１２…燃料ポンプ、１３…インジェクタ、１３ａ…ソレノイド、１４…可変燃圧プレッシャレギュレータ、１５…コントロールユニット、１６…クランク角センサ、１７…点火コイル、２１…燃圧センサ、２４…ＣＰＵ、２４a…インジェクタ開弁信号、２４b…インジェクタ保持信号、２４c…ＳＰＩ通信線、３１…ソレノイド制御回路、３２…昇圧回路、３３…開弁用上流の第一スイッチ素子、３４…保持用上流の第二スイッチ素子、３５…電流逆流防止素子、３６…シンク用の第三スイッチ素子、３８…還流素子、３９…制御部、４０…基準電流生成部、４２…ＳＰＩ部
【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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