燃料喷射装置的控制装置的制作方法

本发明涉及一种控制装置，该控制装置用于降低将燃料供给至内燃机的燃料喷射装置的个体差异。

背景技术：

作为现有的直喷式内燃机的燃料喷射装置的驱动方法，基于预设的驱动电流分布和燃料喷射阀的驱动脉冲ti来喷射从内燃机请求的喷射量。但是，当对于废气的要求限制变得严格时，即使给予相同的驱动电流分布和驱动脉冲ti，流量也因为燃料喷射装置的各自的特性而产生差异。因此，提出一种减少这种差异的方法。

例如，在专利文献1中提出一种控制流体的流量的电磁阀的驱动控制装置，其特征在于，包括：端子电压检测单元，其检测所述电磁阀的螺线管的端子电压；过滤单元，其从对于所述螺线管的通电停止之后不久的所述端子电压的检测信号中提取指定的频率分量；以及推断单元，其基于所述指定的频率分量推断所述电磁阀的阀芯落座在阀座时的落座时刻。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2014-234922号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

燃料喷射装置的流量特性产生差异的一个因素在于因衔铁和铁芯碰撞并弹回而产生的弹跳。为了减小燃料喷射装置的流量特性的个体差异，优选地是，根据调整弹簧力来调整衔铁上升的势能，从而降低弹跳，并使衔铁的动作一致。为此，必须推算调整弹簧力。近年，如背景技术那样，已经做出许多检测燃料喷射装置的阀的闭阀完成时刻从而想要校正燃料喷射装置的驱动的发明。通常，如果调整弹簧力较强，则闭阀完成时刻变早，如果调整弹簧力较弱，则闭阀完成时刻变迟。因此，闭阀完成时刻与调整弹簧力存在相关性。基于这种相关性，期望从闭阀完成时刻推断调整弹簧力，但是该推断的干扰因素在于燃料喷射装置的冲程。如果冲程较长，即使调整弹簧力相同，闭阀完成时刻也会延迟。

因此，本发明的目的在于，在推断调整弹簧力的过程中降低冲程的影响。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题，本发明的燃料喷射装置的控制装置的特征在于，由拐点提取滤波器以及校正单元构成，所述拐点提取滤波器过滤螺线管的驱动电压并提取拐点，所述校正单元基于该提取出的拐点之中的较迟的拐点时刻来校正驱动电流。

发明的效果

在燃料喷射阀闭阀时，在螺线管驱动电压中出现阀芯和阀座碰撞时、衔铁与挡块碰撞时的两个拐点。在这些拐点中较快的拐点的出现时间，即阀芯到达阀座的时刻受到调整弹簧力和冲程的影响，冲程越长则越延迟。另一方面，因为较长的冲程会在较长时间内被加速，所以两个拐点之间的移动的初始速度变快，因此所需的时间变短。因此，在第2拐点的时刻，即衔铁到达挡块的时刻，冲程的影响被抵消，能够高精度地推断调整弹簧力。由此，通过根据调整弹簧力而校正开阀时的衔铁和阀芯上升的势能，可以使得衔铁动作一致，从而降低流体特性的个体差异。

附图说明

图1是内燃机的一例。

图2是燃料喷射装置的一例。

图3是燃料喷射装置的控制装置的一例。

图4是利用了控制装置的燃料喷射装置的控制的结果的一例。

图5是燃料喷射装置的流量特性的一例。

图6是多个燃料喷射装置的控制结果的一例。

图7是阀升程、螺线管电压和滤波器输出的关系。

图8是不同冲程的燃料喷射装置的动作结果。

图9是弹簧力和滤波器输出的峰值的关系。

图10是检测燃料喷射装置的个体特性并校正驱动电流的装置的构成的一例。

图11是校正了峰值电流的结果的一例。

图12是校正了电流中断时间的结果的一例。

图13是校正了保持电流的结果的一例。

图14是提取较迟的拐点的方法的一例。

图15是提取较迟的拐点的方法的另一例。

具体实施方式

图1示出了安装有本发明提出的由控制装置控制的燃料喷射装置的内燃机。在内燃机中，将空气和燃料吸入汽缸106内，这些混合气体被火花塞121点燃而爆炸，活塞122因爆炸的能量而往复运动。该往复运动通过由连杆123等构成的连杆机构而被转换成曲轴的旋转运动，成为移动汽车的驱动力。

空气被空气滤清器101过滤，并通过节流阀103而被调整流量，经过收集器104、进气口105而流入汽缸106。在空气滤清器101与节流阀103之间设有空气流量传感器102，并测量内燃机吸入的空气的量。另一方面，燃料箱111内的燃料通过低压泵112而被输送到低压配管113，低压配管113的燃料通过高压泵114而被输送到高压配管115，高压配管115内的燃料被保持为高压。在高压配管115上安装有燃料喷射装置116，通过在燃料喷射装置116内的螺线管中流通电流，燃料喷射阀打开，并在阀打开的期间喷射燃料。

图2示出了燃料喷射装置的构成。构成燃料喷射装置的外侧的构件是壳体201，铁芯202被固定于壳体201上，进一步地，螺线管203被配置为绕燃料喷射装置的中心轴一周。上下移动的阀芯204被设置在中心轴上。衔铁205被配置为绕阀芯204一周。在阀芯204的上部配置有将阀芯204向阀座206方向按压的调整弹簧207。在调整弹簧207的上部，弹簧调节器208被固定在壳体201上，并根据上下位置而调整弹簧力。

壳体201的内部被燃料填满，当电流流过螺线管203时，衔铁205被吸引向螺线管203，阀芯204的下端从阀座206离开，燃料从在此前被阀芯204堵住的被开设于阀座206的喷孔209喷射。此外，挡块211被固定在阀芯204或壳体201上，阀芯为闭阀状态时的衔铁205被弹簧210按压向该挡块211。

通过图3所示的控制装置控制这种构成的燃料喷射装置。控制装置利用来自电池311的电力而驱动螺线管203。该控制装置包括：升压电路310，其对于电池311的电压进行升压；电容器309，其保存被升压的电压；以及开关301，其开闭(on-off)被升压的电压vboost和螺线管的vh端子350之间。此外，控制装置包括：开关302，其开闭(on-off)电池电压vbat和螺线管的vh端子之间；开关303，其开闭(on-off)螺线管的vl端子351和接地电压之间；分流电阻304，其被配置在开关和gnd之间，并产生与电源成比例的电压；以及二极管308，其使电流仅从vl端子朝向电容器309和升压电路310间的方向流动。此外，控制装置包括：二极管305，其使电流仅从gnd朝向vh端子流动；预先存储有施加vboost的时间tp、从中断到供给下一次电池电压的时间t2、通过开关电池电压而流过的电流值ih的设定值存储器321、322、323；以及开关控制单元312，其基于由内部的计时器或者电阻器测量的电流而开闭三个开关。

使用图4说明使用该控制装置来控制燃料喷射阀的动作。当从ecu向控制装置3发送驱动脉冲ti时，与该上升沿同步地，开关控制单元312接通开关303和开关301(时间t1)。然后，由升压电路310升压的电压vboost被施加在螺线管203的端子间，电流逐渐开始流动。电流逐渐增加，伴随电流增加由螺线管203产生的磁场也增加。当因磁场向铁芯202吸引衔铁205的磁吸引力大于弹簧力时，衔铁205向铁芯202方向移动(时刻t2)。

从因为弹簧210的力而被推压向挡块211的衔铁205的初始位置到阀芯204的突起处存在间隙。在衔铁205移动过该间隙之后，阀芯204开始被衔铁205提起。此时，燃料开始从喷射孔209流出(时间t3)。

在时刻t1时电流开始流向螺线管，并且当经过了存储在设定值存储器321中的时间tp时，开关303和开关301被断开(时刻t4)。通常，在衔铁205和铁芯202碰撞之前到达该时刻。这是为了不让衔铁205和铁芯202碰撞时的势能大于所需要的。当开关303和301被断开时，迄今为止通过开关303并流入gnd的电流通过二极管308而流入电容器309，并且螺线管的低(low)侧端子电压变高。即，如图4的电压的图表中的t4～t5之间那样，施加至螺线管的电压变为负值。

在时刻t4断开开关301、303之后，当经过了存储在设定值存储器322中的时间t2时，接通开关302和开关303，并将电池的电压vbat施加至螺线管203(时刻t5)。由此，保持阀芯204和衔铁205与铁芯202紧贴的状态。并且此时，根据分流电阻304产生的电压测量流入至螺线管203的电流，接通/断开(on/off)开关302以使该电流值成为存储在设定值存储器323中的值ih。

与ti脉冲的下降沿同步地，开关302和303变为断开(时间t6)。然后，电流迅速衰减，磁吸引力减弱，阀芯204和衔铁205被调整弹簧207推动而开始向阀座206移动。并且此时，由于在电流衰减的期间电流流向电容器309，因此向螺线管203施加反向电压，当电流收敛到零时，电压逐渐接近零。最后，阀芯204到达阀座206，从喷孔流出的燃料停止(时刻t7)。

由于阀芯204和阀座206具有弹性，所以即使在阀芯204到达阀座206之后，阀芯204也继续向阀座206的方向移动，但当移动到一定程度时，阀芯204和阀座206的弹性变形开始恢复到原来的状态。此时，衔铁205离开阀芯并由于惯性而继续朝向阀座206方向移动(时刻t8)。直到时刻t8，调整弹簧207的力和燃油压力通过阀芯204而施加到衔铁205上，但是在时间t8之后，由于衔铁205和阀芯204分开，这些力不再施加。因此，衔铁205的加速度急剧下降。当衔铁205的加速度改变时，由于衔铁205的移动，在螺线管203中产生的反电动势改变，螺线管203的电压产生拐点。

即使在衔铁205离开阀芯204之后，由于惯性，衔铁205继续朝阀座206方向移动，但最终碰撞到挡块211。由于该碰撞，衔铁205的加速度突然改变，因此在螺线管203中产生的反电动势改变，螺线管的电压产生拐点(时间t9)。

以上，结束了使用图4的控制装置对于燃料喷射装置的控制的动作的说明。

利用这样的机构，燃料喷射阀被控制，并且喷射与所施加的驱动脉冲ti的宽度的量对应的燃料。为了使排气催化剂高效地发挥作用，优选地是吸入内燃机中的空气量和燃料的量具有恒定的比例。因此，通过空气流量传感器测量的空气量qa除以发动机转速neng所获得的每转的进气量qa/neng，再除以目标空燃比λ而获得值qa/neng/λ，将与该值成比例的值设为脉冲宽度ti。

然而，在燃料喷射装置中存在个体差异，并且即使施加相同的驱动脉冲ti，从安装于各汽缸中的燃料喷射装置喷射的燃料量也有差异，从而产生空燃比浓的汽缸和空燃比稀的汽缸。

由于典型的燃料喷射阀的流量特性如图5的(a)所示那样不一致，因此检测开阀开始ta'和闭阀完成tb的时刻，并且将给予各燃料喷射阀的驱动脉冲ti校正为ti'，以使得tb-ta'一致时，ti和流量的关系如图5的(b)所示。参考该图，在达到完全升程为止的区域a和达到完全升程并且阀门动作稳定的区域c中流量特性一致，但是在区域b中随各个燃料喷射阀而产生差异。这主要是因为由于调整弹簧力，阀门动作产生差异。

当使用如图3所示那样的驱动装置将相同的驱动电流施加到弹簧力较弱、标准、较强的三个燃料喷射装置injc、injb、inja时的开关模式、电流、阀门动作和流量特性在图6中示出。当驱动脉冲ti被输入到开关控制单元312时，开关控制单元312接通开关301、303，断开开关302，并将升压电压施加到螺线管203，直至经过了在设定值存储器321中存储的时间tp。于是，螺线管203的电流增加，磁吸引力增大，阀芯204开始上升。

当变为时刻tp时，开关控制单元312断开所有的开关，并向螺线管203施加反向电压。于是，流过螺线管203的电流迅速收敛到0。螺线管203产生的磁吸引力fmag逐渐减小。当fmag小于调整弹簧207的力fsp和燃料压力fpf之和时，阀从上升转变为下降。由于该时刻取决于fsp+fpf的大小，所以具有大的调整弹簧力fsp的阀快速地从上升转变为下降(tpa)，而具有小fsp的阀转变较晚(tpc)。

通过中断驱动电流而从上升转变为下降的阀继续下降直至再次在th施加电流。当时刻到达存储在设定值存储器321、322中的时间tp、t2的和th时，开关303接通，开关301断开，并且对开关302进行接通/断开，以使得电流被限制在自存储于设置值存储器323中的ih起的一定范围内。由此，磁吸引力在某个时间再次超过fsp+fpf。fsp越大该时刻越迟(tha)，fsp越小该时刻越早(thc)。在该时刻阀再次开始上升。

此外，由于阀的上升速度随着基于ih的时间吸引力克服fsp+fpf的程度而增大，所以如果ih相同，则弹簧力越小上升速度越快，弹簧力越大上升速度越慢。开始上升的阀门最终达到全升程，并保持全升程直到中断驱动脉冲。

进一步地，当中断驱动脉冲ti时，弹簧力最强的inja在最早的时刻tb1a使阀芯到达阀座，弹簧力最弱的injc在最晚的时刻tb1c使阀芯到达阀座。如此，因为弹簧力不同阀门动作也不同，其结果是，如图6的下图那样流量特性也不同。此外，如果组合该情况下的inj的话，根据阀芯到达阀座的时刻tb1a、tb1b、tb1c可以知道弹簧力的大小。

使用图7说明调查弹簧力的大小的步骤。如图7的上图所示，在因为弹簧力而使阀门动作不同时，对应于此的螺线管的电压如图7的中间图所示。如图所示，在各燃料喷射装置中阀芯到达阀座的时刻tb1，以及从此开始衔铁因惯性进一步地移动而和挡块碰撞的时刻tb2处，电压出现拐点。在将该电压输入到例如强调二阶微分那样的变化的滤波器时，其输出如图7的下图所示，与tb1和tb2对应并出现两个峰值。如该图所示，滤波器输出的最初的峰值tb1a、b、c相当于闭阀完成的时刻，根据该闭阀完成时刻可以推断调整弹簧力的大小。

然而，在图6中，全部inj的阀升程的最高点的升程量(以下称为冲程)被描述为相同，但是在实际的inj中，随着inj的不同冲程也不同。于是，在同一时刻中断驱动脉冲时的阀芯到达阀座的时间tb1如图8所示。在绘制此时的弹簧力fsp和tb1之间的关系时，如图9的(a)所示，存在调整弹簧力fsp和tb1的顺序被调换了的地方。另一方面，在观察衔铁碰撞挡块的时间tb2和调整弹簧力fsp的关系时，如图9的(b)所示，调整弹簧力fsp的大小关系和tb2的大小关系一致。

使用图9的(c)来说明没有被tb1保持的与调整弹簧力tsp的大小顺序关系在tb2中被保持的理由。tb1由调整弹簧力fsp的影响和冲程的影响构成，但tb2在该构成中还多包含有调整弹簧力fsp的影响。因此，由于整体中占有的冲程的影响的比例降低，相比tb1，使用tb2能够消除冲程的影响并推断调整弹簧力tsp的大小。

此外，从另一个角度来看，如果冲程较大，则从开始闭阀到阀芯到达阀座的移动距离会变长，因此tb1变大，但是从tb1到tb2的距离与冲程无关，进一步地，冲程越长则tb1时的阀芯和衔铁的速度越快，所以从tb1到tb2的移动时间变短。如此，认为通过将tb1和tb2-tb1相加，能够抵消冲程的影响，并且能够降低fsp的推断中的冲程的影响。

因此，使用具有如下特征的燃料喷射装置的控制装置，如图10的(a)所示，包括：读取单元1001，其读取螺线管的驱动电压；拐点提取滤波器1002，其过滤该驱动电压并强调拐点；拐点选择单元1003，其选择该提取出的拐点中的较迟的拐点；以及驱动电流校正单元1004，其基于被选择出的较迟的拐点的时刻来校正图3所示的设定值存储器321、322、323的参数tp、t2、ih，并校正inj的驱动电流。

此外，也可以使用如下的燃料喷射装置的控制装置，其特征在于，包括：读取单元1001，其读取螺线管的驱动电压；拐点提取滤波器1002，其过滤该驱动电压并强调拐点；时间差计算单元1005，其对于该被提取出的拐点中的较迟的拐点和较早的拐点的时间差进行计算；以及驱动电流校正单元1004，其基于拐点间的时间差来校正图3所示的设定值存储器321、322、323的参数tp、t2、ih，并校正inj的驱动电流，以此来代替提取较迟的拐点的时刻。

此外，换言之，也可以使用如下的燃料喷射装置的控制装置，该燃料喷射装置的控制装置基于驱动电流参数来控制施加至燃料喷射装置的螺线管的电流/电压，从而控制燃料喷射阀的开闭，并由此控制燃料喷射特性，该燃料喷射装置的控制装置的特征在于，其基于在螺线管的驱动电压中出现的两个拐点之中的较迟的拐点，或者较迟的拐点和较早的拐点的时间差来校正驱动电流参数。

如此，通过使用在螺线管的驱动电压的两个拐点之中的较迟的拐点，或者较迟的拐点和较早的拐点的时间差，能够减小调整弹簧力推断中的冲程的差异的影响，并使用此校正驱动电流参数，由此获得使燃料喷射阀的动作一致，并且使燃料喷射特性一致这样的效果。

校正驱动电流的参数的具体的作用和效果通过以下的“tp校正单元的追加”、“th校正单元的追加”、“ih校正单元的追加”来说明。此外，在实施本发明的情况下，调查与驱动电流参数具有相关性的是螺线管驱动电压的两个拐点之中的

(1)较早的拐点的时刻

(2)较迟的拐点的时刻

(3)较迟的拐点和较早的拐点的时间差

中的哪一个，只要成为(2)或者(3)那样即可。

例如以校正tp的情况来说明该作用和效果。

(tp校正单元的追加)

如图7所示，当通过拐点提取滤波器1002来过滤螺线管驱动电压时，如图7的下图所示，由于滤波器中出现两个峰值tb1、tb2，因此通过拐点选择单元1003检测两个峰值之中的较迟的峰值的时刻tb2。如图11的上图所示，如果tb2大于标准的话，则设定值存储器321的tp的值减小至tp'，如果tb2小于标准的话，则tp的值增大至tp”。于是，基于峰值电流的阀升程如图11的中间图那样一致。由此，流量特性变为图11的下图那样，通过使流动特性的平坦部分一致，与图6相比，流动特性变得一致。如果进一步地对于各个燃料喷射装置校正th的话，以下将说明使流量特性变得一致的情况。

(th校正单元的追加)

如图12的上图所示，在拐点选择单元1003输出的tb2较迟的燃料喷射装置、即弹簧力较弱的燃料喷射装置中，通过将th＝tp+t2变为慢的th'，磁吸引力的上升变慢，阀升程转变为再次上升的时刻变慢。此外，在tb2较快的燃料喷射装置、即弹簧力较强的燃料喷射装置中，通过将th变为快的th”，时间吸引力的上升加快，阀升程转变为再次上升的时刻变快。如此，通过根据检测到的tb2来校正存储在设定值存储器322中的t2，如图12的中间图那样，使全部的燃料喷射装置转变为上升的时刻一致。

通过这样做，流动特性变为图12的下图所示那样。尽管流量特性的平坦部分的高度、平坦部分结束流量再次开始增加的驱动脉冲宽度一致，但是到完全升程为止的斜率尚未相同。

(ih校正单元的追加)

因此，如图13的上图所示，将拐点选择单元1003输出的tb2较早的燃料喷射装置、即弹簧力较大的燃料喷射装置a的ih校正为较大的值ih”，将tb2较迟的燃料喷射装置、即弹簧力较小的燃料喷射装置c的ih校正为较小的值ih'，并写入设定值存储器323。然后，从平坦部的终端到完全升程为止的阀升程上升的速度如图13的中间的图那样一致。并且，此时的流量特性如图13的下图那样，斜率一致。

如此，通过基于检测到的tb2并根据调整弹簧力来校正三个参数tp、t2、ih，使阀门动作变得一致，其结果是，流量特性也变得一致。通过这样做，可以在图13的下图所示的流量特性的qmin线为止的范围内使用燃料喷射装置。通过上述那样的作用，能够期待校正燃料喷射装置的调整弹簧力的差异使得燃料喷射量一致这样的效果。

(从滤波器输出中提取较迟的峰值的方法)

在本实施例中，从滤波器输出中指定较迟的峰值的时刻。此处对于从滤波器输出中指定较迟的拐点的时刻的单元进行描述。如图14的(a)所示，由比较单元1401、峰值存储器1402以及峰值选择单元1403构成，该比较单元1401通过比较拐点提取滤波器1002的当前的值和过去的值来检测峰值，该峰值存储器1402存储检测到的全部峰值，该峰值选择单元1403将存储的峰值之中的最迟的时间识别为较迟的拐点。

通过比较单元1401，从图10的拐点提取滤波器1002输出的图14的(b)那样的信号的当前的值u(t)和一次采样前的值u(t-1)、两次采样前的值u(t-2)相比较。

此时，如果

u(t-2)＜u(t-1)、u(t-1)＞u(t)

成立的话，判断u(t-1)是一个峰值。当被判断为峰值时，取峰值的时刻t-1和峰值u(t-1)作为t(0)和u(0)被写入峰值存储器。

然后，如果

u(t-2)＜u(t-1)、u(t-1)＞u(t)

再次成立，判断这也是一个峰值，取峰值的时刻t-1和峰值u(t-1)作为t(1)和u(1)被写入峰值存储器。这一直重复直到检测区间结束。当检测部分区间时，峰值选择单元将t(1)作为较迟的峰值时刻并输出。

此外，也可以获取峰值时刻的差t(1)-t(0)。使用较迟的峰值的时刻或峰值时刻的差，图10的驱动电流校正单元1004如所述的“tp校正单元的追加”、“th校正单元的追加”、“ih校正单元的追加”中所示那样校正驱动电流。然后，控制驱动电流以校正调整弹簧力的每个喷射器的个体差异。其结果是，流动特性一致，并且最小喷射量减少。

此外，还可以设想以下的构成。如图15的(a)所示，包括：调节滤波器(なましフィルタ)1501，其对两个拐点进行调节；上升时峰值提取单元1502，其在该滤波器的输出增加时，提取拐点提取滤波器的峰值；以及下降时峰值提取单元，其在调节滤波器的输出不增加时，提取拐点提取滤波器的峰值。

通过调节滤波器1501，从图10的拐点提取滤波器1002输出的如图15的(b)那样的信号被调节为图15的(b)那样的一个山形。此时，如图15的(b)所示，在调节滤波器1501的输出上升期间出现拐点提取滤波器1002的输出的最初的峰值，并且在调节滤波器1501的下降中出现较迟的峰值。

因此，上升时峰值提取单元1502仅在调节滤波器1501的输出上升时，进行最大值搜索，下降时峰值滤波器1503仅在调节滤波器1501的输出下降时，进行最大值搜索。如此，通过设置两个峰值提取单元，能够分别识别第1峰值和第2峰值。

由这两个提取单元搜索到的较迟的峰值的时刻或者峰值时刻的差与调整弹簧力具有相关性，并且通过使用这些值，图10的驱动电流校正单元1004如所述的“tp校正单元的追加”、“th校正单元的追加”以及“ih校正单元的追加”中所示那样，校正驱动电流。这样，控制驱动电流以校正调整弹簧力的每个喷射器的个体差异。其结果是，流动特性一致，并且最小喷射量减少。

符号说明

101空气滤清器209喷孔

102空气流量传感器301开关

103节流阀302开关

104收集器303开关

105进气口304分流电阻

106汽缸305二极管

111燃料箱306二极管

112低压泵307二极管

113低压配管308二极管

114高压泵309电容器

115高压配管310升压电路

116燃料喷射装置311电池

121火花塞312开关控制单元

122活塞321设定值存储器

123连杆322设定值存储器

323设定值存储器

201壳体341校正单元

202铁芯342校正单元

203螺线管343校正单元

204阀芯331微分单元

205衔铁332微分单元

206阀座333峰值搜索单元

207调整弹簧334峰值搜索单元

208弹簧调节器。