JP7107057B2 - 噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射制御装置に関する。

インジェクタを通電制御することにより燃料を噴射制御する内燃機関の噴射制御装置が知られている。この装置は、インジェクタ駆動部、昇圧部及び制御部を備え、昇圧部で生成された昇圧電圧でインジェクタを通電制御することにより、燃料の噴射化を実現するように構成されている。

そして、燃料の高燃圧噴射化によりインジェクタ駆動エネルギを増加させる傾向にあり、その増加を賄うために、昇圧部のコンデンサへの充電エネルギを大きくする必要があることから、充電電流を大きくする方法が用いられている。具体的には、最短の噴射インターバル、即ち、噴射開始から気筒に関係なく次の噴射開始までの最短の間隔においても、昇圧部のコンデンサが満充電となるように、即ち、短時間で充電が完了するように充電電流を大きく設定している。そして、充電電流の電流値は、噴射インターバルの長さにかかわらず固定されている。

特開２００１－５５９４８号公報

上記従来構成では、噴射インターバルが長いときであっても、充電電流が大きいため、充電期間中に、バッテリ電圧のドロップ量が大きくなり、ＥＣＵから供給する負荷電源（例えば、電子スロットルモータ電源）に影響を与えたり、エミッションノイズが大きくなったりするという問題があった。

本発明の目的は、昇圧部の充電電流を制御することにより、バッテリ電圧のドロップ量やエミッションノイズを低減することができる噴射制御装置を提供することにある。

請求項１の発明は、内燃機関に燃料を噴射するインジェクタを昇圧電圧を用いて電流駆動する噴射制御装置であって、前記昇圧電圧を生成する昇圧部と、噴射開始から気筒に関係なく次の噴射開始までの噴射インターバルに応じて前記昇圧部の充電電流を制御する制御部とを備えたものである。前記制御部は、次の噴射までに前記昇圧部の充電部が満充電となるように、噴射インターバルの長短に応じて充電電流を調整するように構成され、前記噴射インターバルに対して、内燃機関の回転数上昇や回転数ばらつき変動分に相当する時間を短くして、前記昇圧部の充電電流を制御するように構成されている。

第１実施形態を示す噴射制御装置の電気的構成を示す図 噴射制御のタイムチャート 従来の噴射制御のタイムチャート 噴射制御のフローチャート 噴射指示信号の一例を示す図 充電効率と充電電流の設定値との関係を表にして示す図 第２実施形態を示す噴射制御装置の電気的構成を示す図 噴射制御のタイムチャート（その１） 噴射制御のタイムチャート（その２）

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。まず、図１に示すように、本実施形態の内燃機関に燃料を噴射する噴射制御装置１は、車両に搭載された多気筒エンジン、例えば４気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する噴射弁であるインジェクタ２、３、４、５を通電制御するものである。噴射制御装置１は、各インジェクタ２、３、４、５への通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒への燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御するように構成されている。

噴射制御装置１は、制御部６と、昇圧部７と、インジェクタ駆動部８とを備えている。制御部６は、昇圧部７に充電電流制御信号Ｓ１を出力することにより、昇圧部７の充電電流を制御する機能と、インジェクタ駆動部８に電圧制御信号Ｓ２１、Ｓ２２及び噴射指示信号Ｓ３１～Ｓ３４を出力することにより、インジェクタ２～５への通電を制御する機能とを有する。制御部６は、噴射インターバル設定部６ａ、噴射指示信号生成部６ｂ、噴射エネルギ算出部６ｃ、及び、充電電流算出部６ｄの各機能を備えている。

昇圧部７は、車両に搭載されたバッテリ１０のバッテリ電圧を昇圧する機能を有し、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。昇圧部７は、コイル１１と、ダイオード１２と、ＭＯＳＦＥＴ１３と、コンデンサ１４と、コンデンサ１４の充電電流を検出する図示しない電流検出部とを備えている。コイル１１の一端は、バッテリ電圧端子ＶＢに接続され、コイル１１の他端は、ダイオード１２のアノード及びＭＯＳＦＥＴ１３のドレインに接続されている。尚、バッテリ電圧端子ＶＢは、スイッチ１５を介してバッテリ１０の正端子に接続されている。

ダイオード１２のカソードはコンデンサ１４の正側の端子及び昇圧電圧端子Ｖboostに接続され、コンデンサ１４の負側の端子はグランドに接続されている。コンデンサ１４は、例えばアルミ電解コンデンサで構成されている。尚、図示しないが、コンデンサ１４の正側の端子が制御部６の入力端子に接続されており、制御部６はコンデンサ１４の充電電圧を検出可能な構成となっている。また、制御部６は、上記電流検出部を介してコンデンサ１４の充電電流を検出可能な構成となっている。

更に、制御部６は、充電電流制御信号Ｓ１を抵抗１６を介してＭＯＳＦＥＴ１３のゲートに与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ１３をオンオフし、コンデンサ１４の充電電流を所望の大きさの電流値に制御する機能と、コンデンサ１４の充電電圧を目標充電電圧に昇圧させる機能とを有している。

インジェクタ駆動部８は、４個のインジェクタ２～４を通断電するものであり、６個のＭＯＳＦＥＴ１７～２２と、２個のダイオード２３、２４とを備えている。尚、インジェクタ２～４は、常閉式の電磁弁により構成されており、通電されると、開弁して燃料噴射を行ない、通電が遮断されると、閉弁して燃料噴射を停止する。

インジェクタ駆動部８において、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０は、昇圧部７の昇圧電圧を電源としたインジェクタ上流側の第１スイッチを構成するものであり、ドレインは昇圧電圧端子Ｖboostに接続され、ソースはインジェクタ２、３、４、５の一端に接続されている。尚、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０のソースとグランドとの間に図示極性のダイオード２３、２４が接続されている。制御部６は、電圧制御信号Ｓ２１、Ｓ２２を抵抗２５、２６を介してＭＯＳＦＥＴ１７、２０のゲートに与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０を各別にオンオフ制御するように構成されている。

ＭＯＳＦＥＴ１８、１９、２１、２２は、噴射気筒を切り替えるインジェクタ下流側の第２スイッチを構成するものであり、ドレインはインジェクタ２、３、４、５の他端に接続され、ソースはグランドに接続されている。制御部６は、噴射指示信号Ｓ３１～Ｓ３４を抵抗２７～３０を介してＭＯＳＦＥＴ１８、１９、２１、２２のゲートに与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ１８、１９、２１、２２を各別にオンオフ制御するように構成されている。

次に、上記構成の作用、即ち、噴射制御装置１の制御部６の制御の内容について、図２ないし図６を参照して説明する。まず、本実施形態の制御部６の制御の概要について、図２及び図３に従って説明する。

本実施形態では、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ１で１番目（即ち、１気筒）のインジェクタ２用の噴射指示信号Ｓ３１、即ち、インジェクタ電流が出力され、その後、時刻ｔ２で３番目（即ち、３気筒）のインジェクタ４用の噴射指示信号Ｓ３３、即ち、インジェクタ電流が出力されるとする。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の時間が、噴射インターバルとなる。そして、昇圧部７のコンデンサ１４を充電するに際して、満充電までの充電時間が上記噴射インターバルよりも若干短い時間となるように、充電電流の電流値を制御している。

これにより、図２（ｃ）に示すように、昇圧用のコンデンサ１４に流入する電流、即ち、充電電流の電流値が小さくなり、図２（ｄ）に示すように、バッテリ１０のバッテリ電圧ドロップと、エミッションノイズを小さくすることができる。そして、例えば電スロ駆動端子の電圧、即ち、ＥＣＵ内電源供給端子の電圧も、図２（ｅ）に示すように、充電中は、バッテリ電圧である例えば１４Ｖから若干ドロップしたドロップ電圧となるだけである。

これに対して、従来構成の場合には、昇圧部７のコンデンサ１４を充電するに際して、満充電までの充電時間が、噴射インターバルの最短時間よりも短い時間となるように、充電電流の電流値を決めており、充電電流の電流値はかなり大きな値となっている。このため、図３（ｃ）に示すように、昇圧用のコンデンサ１４に流入する電流、即ち、充電電流の電流値が大きくなり、図３（ｄ）に示すように、バッテリ１０のバッテリ電圧ドロップと、エミッションノイズが大きくなるという問題が発生する。そして、電スロ駆動端子の電圧も、図３（ｅ）に示すように、充電中は、バッテリ電圧１４Ｖからかなりドロップしたドロップ電圧となってしまう。

次に、制御部６の充電電流の制御について、図４を参照して説明する。図４のフローチャートは、制御部６の充電電流の制御の内容を示す。まず、図４のステップＳ１０においては、噴射指示パルス、即ち、噴射指示信号Ｓ３１を取得する。この場合、制御部６の噴射指示信号生成部６ｂは、図１に示すように、エンジンの回転センサから出力される回転信号を入力バッファ３１を介して入力し、上記回転信号に基づいて噴射指示信号Ｓ３１を生成する。噴射指示信号Ｓ３１の一例を、図５に示す。

続いて、ステップＳ２０へ進み、噴射指示信号Ｓ３１に基づいて噴射エネルギ、即ち、充電エネルギを算出する。この場合、制御部６の噴射エネルギ算出部６ｃは、図５に示す噴射指示信号の電流の積分値、即ち、電流波形で囲まれた領域の面積を求める。そして、この積分値に昇圧電圧、即ち、昇圧電圧端子Ｖboostの電圧を乗算することにより、噴射エネルギ、即ち、充電エネルギを算出する。

次いで、ステップＳ３０へ進み、噴射インターバルの時間を取得する。この場合、制御部６の噴射インターバル設定部６ａはエンジンの回転信号に基づいて噴射インターバルを設定し、制御部６は上記設定された噴射インターバルを取得する。

そして、ステップＳ４０へ進み、上記噴射エネルギと上記噴射インターバルに基づいて次気筒噴射までに充電完了する充電電流を算出、即ち、決定する。この算出に際しては、まず、次気筒噴射までの噴射インターバルの時間と、上記噴射エネルギの算出値とに基づいて、１ｍｓ当たりの噴射エネルギ、即ち、充電効率（ｍＪ／ｍｓ）を求める。

例えば、噴射エネルギが２００ｍＪ、噴射インターバルの時間が２０ｍｓであったときには、必要とする充電効率は、２００／２０＝１０ｍＪ／ｍｓとなる。この場合、噴射インターバルの時間について、エンジンの回転数上昇や、回転数ばらつき等を考慮して、任意のマージン値を引き算して時間を設定、即ち、回転数上昇や回転数ばらつきの変動分に相当する時間を短くすると、満充電到達へのロバスト性を向上させることができる。尚、エンジン回転数の落ち込みについては、噴射インターバル時間よりも長くなり、必ず満充電となる為、考慮不要である。

次に、上記算出した充電効率に適応した充電電流の設定値を、図６に示す表から求める。尚、図６の表、即ち、データテーブルは、制御部６内のメモリに予め記憶されている。例えば、充電効率が１０ｍＪ／ｍｓである場合、充電電流の設定値としては、例えば２Ａが設定、即ち、決定される。

続いて、ステップＳ５０へ進み、上記算出・決定された充電電流の設定値を指示し、昇圧部７のコンデンサ１４を充電するときには、上記指示した充電電流の設定値で充電が実行されるように設定する。

この後、ステップＳ６０へ進み、該当気筒のインジェクタを、図５に示す噴射指示信号で通電駆動することにより、燃料を噴射する。この場合、例えばインジェクタ２を通電駆動する場合には、インジェクタ駆動部８のＭＯＳＦＥＴ１７を図５に示す噴射指示信号に対応するように、オンオフ制御し、ＭＯＳＦＥＴ１８をオンする。この制御においては、昇圧電圧端子Ｖboostの昇圧電圧によって、図５に示すピーク電流駆動と、ホールド電流駆動を実行するように構成されている。

続いて、ステップＳ７０へ進み、昇圧電圧の充電、即ち、昇圧部７のコンデンサ１４の充電を開始する。この場合、制御部６は、上記指示された充電電流の設定値でコンデンサ１４が充電されるように、昇圧部７のＭＯＳＦＥＴ１３をオンオフ制御する。

そして、ステップＳ８０へ進み、昇圧電圧、即ち、コンデンサ１４が満充電であるか否かを判断する。ここで、満充電でないときには（ＮＯ）、ステップＳ７０へ戻り、コンデンサ１４の充電を続ける。また、上記ステップＳ８０において、満充電であるときには、「ＹＥＳ」へ進み、本制御を終了する。

このような構成の本実施形態においては、インジェクタ２～５を昇圧電圧を用いて電流駆動する噴射制御装置１は、昇圧電圧を生成する昇圧部７と、噴射インターバルに応じて昇圧部７の充電電流を制御する制御部６とを備えるように構成した。この構成によれば、昇圧部７の充電電流を制御することにより、バッテリ電圧のドロップ量やエミッションノイズを低減することができる。

また、本実施形態では、制御部６は、次の噴射までに昇圧部７のコンデンサ１４、即ち、充電部が満充電となるように、噴射インターバルの長短に応じて充電電流を調整するように構成した。この構成によれば、噴射インターバルが長い場合、充電電流を小さくすることが可能となるため、バッテリ電圧のドロップ量やエミッションノイズを低減することが可能となる。

また、本実施形態では、制御部６は、噴射インターバルが長いときには、昇圧部７の充電電流を小さくし、噴射インターバルが短いときには、昇圧部７の充電電流を大きくするように構成した。この構成によれば、バッテリ電圧のドロップ量やエミッションノイズを低減できる。

また、本実施形態では、制御部６は、噴射インターバルに対して、内燃機関の回転数上昇や回転数ばらつき変動分に相当する時間を短くして、昇圧部７の充電電流を制御するように構成した。この構成によれば、内燃機関の回転数上昇や回転数ばらつき変動が発生した場合でも、満充電到達へのロバスト性を向上させることができる。

上記実施形態では、制御部６は、インジェクタ駆動電流から噴射インターバルによる時間単位毎の充電電流を算出し、予め設定された時間単位毎の充電電流、即ち、図６の表に基づいて昇圧部７の充電電流を制御するように構成した。この構成によれば、昇圧部７の充電電流を簡単且つ容易に算出することができる。

上記実施形態では、制御部６は、昇圧部７の充電電流を噴射前に決定するように構成した。この構成によれば、噴射後、すみやかに充電を開始することができる。

また、上記実施形態では、インジェクタ２～５を駆動するインジェクタ駆動部８は、昇圧部７の昇圧電圧を電源としたインジェクタ上流側の第１スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１７、２０と、噴射気筒を切り替えるインジェクタ下流側の第２スイッチであるＭＯＳＦＥＴ１８、１９、２１、２２とを備え、そして、インジェクタ駆動部８は、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０によりインジェクタのピーク電流駆動とホールド電流駆動を行うように構成した。この構成によれば、インジェクタのピーク電流駆動とホールド電流駆動を容易に実現することができ、特にＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition、予混合圧縮着火）方式に効果を有する。

（第２実施形態）
図７ないし図９は、第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。第２実施形態では、インジェクタ駆動部８において、インジェクタ２～５の電源として昇圧電圧またはバッテリ電圧を選択して印加可能なように構成した。

具体的には、インジェクタ駆動部８は、バッテリ電圧を供給するための構成として、ＭＯＳＦＥＴ３２、３３とダイオード３４、３５を備えた。ＭＯＳＦＥＴ３２、３３は、バッテリ電圧を電源としたインジェクタ上流側の第３スイッチを構成するものであり、ドレインはバッテリ電圧端子ＶＢに接続され、ソースはダイオード３４、３５を介してインジェクタ２、３、４、５の一端に接続されている。制御部６は、バッテリ電圧制御信号Ｓ２３、Ｓ２４を抵抗３６、３７を介してＭＯＳＦＥＴ３２、３３のゲートに与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ３２、３３を各別にオンオフ制御するように構成されている。

上記構成において、例えばインジェクタ２を通電駆動する場合には、インジェクタ駆動部８のＭＯＳＦＥＴ１７をオンすると、昇圧電圧端子Ｖboostの昇圧電圧によって、インジェクタ２を通電制御できる。また、インジェクタ駆動部８のＭＯＳＦＥＴ３２をオンすると、バッテリ電圧端子ＶＢのバッテリ電圧によって、インジェクタ２を通電制御できる。

また、本実施形態では、図８に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１７によりインジェクタ２のピーク電流駆動を行い、ＭＯＳＦＥＴ３２によりインジェクタ２のホールド電流駆動を行うように構成されている。この構成の場合、図８（ｃ）に示すように、昇圧電圧をインジェクタに印加している期間、即ち、ピーク電流の時間（ピーク時間）、昇圧部７のコンデンサ１４のエネルギが消費、即ち、放電されるようになっている。

また、本実施形態において、ピーク電流駆動及びホールド電流駆動に加えてピック電流駆動を実行する場合には、図９に示すように制御する。即ち、図９に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１７によりインジェクタ２のピーク電流駆動を行い、ＭＯＳＦＥＴ３２によりインジェクタ２のピック電流駆動を行い、ＭＯＳＦＥＴ３２によりインジェクタ２のホールド電流駆動を行うように構成されている。この構成の場合、図９（ｃ）に示すように、昇圧電圧をインジェクタに印加している期間、即ち、ピーク電流の時間（ピーク時間）、昇圧部７のコンデンサ１４のエネルギが消費、即ち、放電されるようになっている。

上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２実施形態によれば、インジェクタ駆動部８は、バッテリ電圧を電源としたインジェクタ上流側の第３スイッチであるＭＯＳＦＥＴ３２、３３を備え、図８に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０によりインジェクタのピーク電流駆動を行い、ＭＯＳＦＥＴ３２、３３により前記インジェクタのホールド電流駆動を行うように構成した。この構成によれば、昇圧電圧を用いることなくバッテリ電圧でホールド電流駆動を行うことができ、特にＳＩ（Spark Ignition、火花点火）方式に効果を有する。

また、第２実施形態においては、図９に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１７、２０によりインジェクタのピーク電流駆動を行い、ＭＯＳＦＥＴ３２、３３により前記インジェクタのピック電流駆動及びホールド電流駆動を行うように構成した。この構成によれば、昇圧電圧を用いることなくバッテリ電圧でピック電流駆動及びホールド電流駆動を行うことができ、特にＳＩ方式に効果を有する。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は噴射制御装置、２、３、４、５はインジェクタ、６は制御部、７は昇圧部、８はインジェクタ駆動部、１０はバッテリ、１３はＭＯＳＦＥＴ、１４はコンデンサ、１７、１８、１９、２０、２１、２２はＭＯＳＦＥＴ、３２、３３はＭＯＳＦＥＴである。

Claims (7)

1. 内燃機関に燃料を噴射するインジェクタ（２、３、４、５）を昇圧電圧を用いて電流駆動する噴射制御装置であって、
   前記昇圧電圧を生成する昇圧部（７）と、
   噴射開始から気筒に関係なく次の噴射開始までの噴射インターバルに応じて前記昇圧部の充電電流を制御する制御部（６）と、を備え、
   前記制御部は、次の噴射までに前記昇圧部の充電部が満充電となるように、噴射インターバルの長短に応じて充電電流を調整するように構成され、前記噴射インターバルに対して、内燃機関の回転数上昇や回転数ばらつき変動分に相当する時間を短くして、前記昇圧部の充電電流を制御するように構成された噴射制御装置。
2. 前記制御部は、噴射インターバルが長いときには、前記昇圧部の充電電流を小さくし、噴射インターバルが短いときには、前記昇圧部の充電電流を大きくするように構成された請求項１記載の噴射制御装置。
3. 前記制御部は、インジェクタ駆動電流から噴射インターバルによる時間単位毎の噴射エネルギを充電効率として算出し、当該算出した前記充電効率に適応した昇圧部の充電電流を設定して制御するように構成された請求項１又は２記載の噴射制御装置。
4. 前記制御部は、前記昇圧部の充電電流を噴射前に決定するように構成された請求項１から３のいずれか一項記載の噴射制御装置。
5. インジェクタを駆動するインジェクタ駆動部（８）は、前記昇圧部の昇圧電圧を電源としたインジェクタ上流側の第１スイッチ（１７、２０）と、
   噴射気筒を切り替えるインジェクタ下流側の第２スイッチ（１８、１９、２１、２２）とを備え、
   前記インジェクタ駆動部は、前記第１スイッチにより前記インジェクタのピーク電流駆動とホールド電流駆動を行うように構成された請求項１から４のいずれか一項記載の噴射制御装置。
6. インジェクタを駆動するインジェクタ駆動部は、前記昇圧部の昇圧電圧を電源としたインジェクタ上流側の第１スイッチと、
   噴射気筒を切り替えるインジェクタ下流側の第２スイッチと、
   バッテリ電圧を電源としたインジェクタ上流側の第３スイッチ（３２、３３）とを備え、
   前記インジェクタ駆動部は、前記第１スイッチにより前記インジェクタのピーク電流駆動を行い、前記第３スイッチにより前記インジェクタのホールド電流駆動を行うように構成された請求項１から５のいずれか一項記載の噴射制御装置。
7. インジェクタを駆動するインジェクタ駆動部は、前記昇圧部の昇圧電圧を電源としたインジェクタ上流側の第１スイッチと、
   噴射気筒を切り替えるインジェクタ下流側の第２スイッチと、
   バッテリ電圧を電源としたインジェクタ上流側の第３スイッチとを備え、
   前記インジェクタ駆動部は、前記第１スイッチにより前記インジェクタのピーク電流駆動を行い、前記第３スイッチにより前記インジェクタのピック電流駆動及びホールド電流駆動を行うように構成された請求項１から５のいずれか一項記載の噴射制御装置。

Images