专利名称：内燃机的燃料喷射控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的燃料喷射控制装置及方法，尤其涉及进行燃料喷射阀的开/ 闭阀延迟的修正的燃料喷射控制装置及控制方法。
背景技术：
燃料喷射式内燃机进行将根据运转状态决定的燃料量变换为燃料喷射阀的喷射 时间的运算，并根据该喷射时间通过控制燃料喷射阀的驱动的燃料喷射控制装置来控制燃
料供给量。燃料喷射阀是电磁式的阀，通过在内部的螺线管(电磁线圈)中流动的电流所产 生的磁力使阀体开阀而进行燃料的喷射。利用燃料喷射阀喷射的燃料的燃料量主要由燃料 的压力与燃料喷射阀的喷口部的气氛压力的差压、以及将阀体维持为打开的状态而喷射燃 料的时间来决定。近年来，从减少燃料消耗量的观点出发，要求内燃机的空转转速的低转速化，基于 此，对于燃料喷射阀能够喷射的燃料量的最小化的要求存在变高的倾向。同样，为了减少燃 料消耗量，进行在不需要内燃机的输出时不进行燃料喷射的燃料切断的机会增加，并且再 次开始燃料的喷射的频率也增加。在再次开始燃料喷射时，需要喷射与无负载相当的少的 燃料量。而且，以输出的增加或排气性能的提高为目的，进行分割喷射。分割喷射通过将本 来一次喷射所需的燃料分割为多次并在适当的时期进行喷射来提高内燃机的性能，其要求 使每一次的燃料喷射量变少。另外，在内燃机中，也实施通过小型化使车辆搭载时的燃料消耗量上升的尝试。这 种情况下，由于要求通过增压等来提高比功率，因此要求不使燃料喷射阀的最小喷射量增 加而增加最大喷射量，或者在减少燃料喷射阀的最小喷射量的基础上增加增加最大喷射
Mo由此，内燃机的燃料喷射阀所要求的动态范围(最大喷射量除以最小喷射的值) 有增加的倾向。作为燃料喷射控制装置的现有技术，已知有如下技术在内燃机的运转状态中， 判断燃料喷射量的有效最小脉冲幅度特性(Qmin特性)是否为重要区域，而切换供给多个 不同的电流波形的小电流值的保持电流中的一个，由此，即使由于燃料喷射阀的小型化而 在该燃料喷射阀的螺线管的电感小的情况下的高燃压时，也能够进行燃料喷射阀的最优控 制，能够将最小燃料喷射量特性维持为良好(例如，参照专利文献1)。另外，作为燃料喷射控制装置的现有技术，已知有如下技术燃料喷射控制装置具 备喷射时间运算机构，该喷射时间运算机构基于来自检测发动机冷却水的温度的水温传感 器、吸气负压传感器、大气温度传感器及大气压力传感器的输出、和车载蓄电池的蓄电池电 压，来运算燃料喷射阀的喷射时刻及喷射时间，且该燃料喷射控制装置还具备基于车载蓄 电池的蓄电池电压来生成修正系数的修正系数生成机构、基于由修正系数生成机构输出的 修正系数来修正燃料喷射阀的开阀延迟时间的燃料喷射阀开阀延迟时间修正机构及修正燃料喷射阀的闭阀延迟时间的燃料喷射阀闭阀延迟时间修正机构、以及基于来自燃料喷射 阀开阀延迟时间修正机构的输出及来自燃料喷射阀闭阀延迟时间修正机构的输出来修正 燃料喷射阀的喷射时间的喷射时间修正机构，该技术中，能够通过一个燃料喷射阀遍及从 高旋转、高负载时到低旋转、低负载时的大范围来提高喷射燃烧利用率(例如，参照专利文 献2)。专利文献1 日本专利第4037632号公报专利文献2 日本专利第3917714号公报为了从燃料喷射阀高精度地进行适当量的燃料喷射，需要根据燃料的压力设定维 持燃料喷射阀的开阀的时间，并且迅速地进行燃料喷射阀的开/闭动作，与此相对，在燃料 喷射阀的开/闭阀时，由于电流电路或燃料喷射阀的响应延迟，燃料喷射控制装置比真正 要开/闭阀的时期延迟，而结束燃料喷射阀的开/闭阀动作。
对于开阀延迟，通过将预先加上了用于修正开阀延迟的时间而得到的时间设定为 向燃料喷射阀的通电时间，能够避免喷射量偏离所希望的值。对于闭阀延迟来说，在向燃料 喷射阀的通电时间长的情况下，通过将预先减去了用于修正闭阀延迟的时间而得到的时间 设定为向燃料喷射阀的通电时间，能够避免喷射量偏离所希望的值。然而，在燃料喷射量少、向燃料喷射阀的通电时间短的情况下，当形成为预先减去 了闭阀延迟时间的通电时间时，燃料喷射阀还未充分开阀就迎来闭阀，从而无法高精度地 喷射所要求的喷射量。相对于此，在向内燃机的燃料喷射量小、通电时间短时，通过使向燃料喷射阀供给 的电流的波形或电流值的大小变化，能够减小闭阀延迟，由此能够避免燃料喷射阀还未充 分开阀就迎来闭阀的短通电时间的情况。在缸内直接喷射式的内燃机中，在高负载的运转区域，需要从燃料喷射阀供给多 的燃料时，由于能够喷射的时间存在上限，因此需要提高燃料压力，缩短通电时间。在提 高燃料压力时，使燃料喷射阀闭阀的力增加，与此对应，燃料喷射阀的开阀所需的驱动力增 力口，因此开阀延迟增加。而且，设想有如下情况由于燃料喷射阀的制造偏差等，在要保持燃 料喷射阀的开阀的通电时间内，燃料喷射阀不经意闭阀。为了避免该现象，考虑在内燃机的燃料压力高时，变更向燃料喷射阀供给的电流 波形、例如将开阀电流或保持电流值形成为比通常大。另一方面，由于向燃料喷射阀供给的电流从电源经由燃料喷射控制装置进行供 给，因此从减少燃料喷射阀或燃料喷射控制装置的发热、或减少燃料消耗量的观点出发，需 要尽可能减小向燃料喷射阀供给的电流的电流值。在能够变更向燃料喷射阀供给的电流波形或电流值的燃料喷射控制装置中，通过 与内燃机的运转区域对应变更电流波形、电流值，能够消除上述矛盾。即，仅在燃料喷射阀 需要大电流的运转区域，向大电流值变更，在通常的区域，供给比其低的足够的电流，在需 要减少最小喷射量的运转区域，变更为适当的电流波形，由此能够使燃料喷射阀所需的喷 射特性和发热降低这两者成立。然而，在使向燃料喷射阀供给的电流的波形或电流值的大小变更时，所述闭阀延 迟、开阀延迟的程度变化，且在保持与变更前相同的修正时间、向燃料喷射阀的通电时间的 状态下，可能所希望的燃料喷射量产生偏移，无法保持所需要的喷射量控制精度。与此相对，在上述的现有技术中，无法充分对应于对这样的燃料喷射量精度的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使为了扩大燃料喷射阀的动态范围而变更向燃料喷射阀供给的电流波形或电流值，也能够维持、提高燃料喷射量精度的燃料喷射控制装置 及方法。 为了实现上述目的，本发明的内燃机的燃料喷射控制装置将向内燃机供给的燃料 的喷射量换算成电磁式的燃料喷射阀的开阀时间，运算所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟作 为修正时间，利用所述修正时间修正所述开阀时间来控制所述燃料喷射阀的通电时间，控 制燃料喷射量，其中，所述内燃机的燃料喷射控制装置具有电流波形电流设定值变更机 构，其能够变更向所述燃料喷射阀供给的电流的电流波形或电流值中的至少任一方的设 定；阀响应延迟时间运算机构，其与通过所述电流波形电流设定值变更机构进行的电流波 形、电流值的设定变更对应而对修正所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟的所述修正时间进行 可变设定。另外，为了实现上述目的，本发明的内燃机的燃料喷射控制方法将向内燃机供给 的燃料的喷射量换算成电磁式的燃料喷射阀的开阀时间，运算所述燃料喷射阀的开/闭阀 延迟作为修正时间，利用所述修正时间修正所述开阀时间来控制所述燃料喷射阀的通电时 间，控制燃料喷射量，其中，与向所述燃料喷射阀供给的电流的电流波形或电流值中的至少 任一方的设定的变更对应而对修正所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟的所述修正时间进行 变更。根据本发明的内燃机的燃料喷射控制装置及方法，由于与向燃料喷射阀供给的电 流的电流波形或电流值的设定的变更对应而对修正燃料喷射阀的开/闭阀延迟的修正时 间进行变更，因此即使为了扩大燃料喷射阀的动态范围而变更向燃料喷射阀供给的电流波 形或电流值，也能够维持、提高燃料喷射量精度。
图1是搭载有本发明的实施方式的燃料喷射控制装置的内燃机系统的构成图。图2是示出本发明的实施方式的燃料喷射控制装置的构成的电路图。图3是示出在燃料喷射阀的电磁线圈中流动的励磁电流与燃料喷射阀的阀体的 开/闭阀的关系的时间图。图4是示出本实施方式的燃料喷射控制装置的燃料喷射阀的通电控制的时间图。图5是示出燃料喷射阀的驱动脉冲幅度小时的在燃料喷射阀的电磁线圈中流动 的励磁电流与燃料喷射阀的闭阀延迟的改善的时间图。图6是示出在燃料喷射阀的电磁线圈中流动的励磁电流与燃料压力的高压化所 产生的燃料喷射阀5的响应延迟的改善的时间图。图7是示出通过实施方式的燃料喷射控制装置使向燃料喷射阀的电磁线圈供给 的电流的波形变化而驱动时的燃料喷射特性的图。图8是示出本实施方式的燃料喷射控制装置的详细情况的框图。图9是本实施方式的燃料喷射控制装置的主要部分的框图。
图10是示出在本发明的实施方式的燃料喷射控制装置中运算向燃料喷射阀的通 电时间的处理流程的流程图。图11是示出在本实施方式的燃料喷射控制装置中高电压电源发生故障时的在燃 料喷射阀中流动的励磁电流的时间图。符号说明
1内燃机(发动机)5燃料喷射阀9E⑶(发动机控制单元)27燃料喷射控制装置50高压侧开关元件51低压侧开关元件52接地侧开关元件53电磁线圈56喷射驱动IC57CPU101基本喷射时间运算部102非直线修正运算部103阀响应延迟时间运算部103a 103η 运算部105电流波形、电流设定值变更运算部106选择部VH高电压电源VB低电压电源
具体实施例方式以下，使用图1 图11，说明本发明的实施方式的燃料喷射控制装置的构成及动作。首先，使用图1，说明搭载有本实施方式的燃料喷射控制装置的内燃机系统的构 成。图1是搭载有本发明的第一实施方式的燃料喷射控制装置的内燃机系统的构成图。内燃机(发动机)1具有活塞2、吸气阀3及排气阀4。吸气通过空气流量计(AFM) 20 并由节流阀19调整流量，且由作为分支部的收集器(二 >々夕)15经由吸气管10、吸气阀 3向发动机1的燃烧室21供给。燃料由低压燃料泵24从燃料箱23向高压燃料泵25供给， 并由高压燃料泵25提高到燃料喷射所需要的压力。通过高压燃料泵25升压了的燃料从燃 料喷射阀5直接喷射供应给发动机1的燃烧室21，且由点火线圈7、火花塞6点火。向燃料 喷射阀5供给的燃料的压力由燃料压力传感器26测量。燃烧后的废气经由排气阀4被排出到排气管11。在排气管11上具有用于净化废 气的三元催化剂12。排气管11和收集器15由EGR通路18连接。在EGR通路18的中途设置有EGR阀 14。EGR阀14的开度通过E⑶9来控制，且根据需要，排气管11中的废气被回流到吸气管IOo
ECU (发动机控制单元)9是包括微型计算机在内的电子控制式的单元，包括燃料 喷射控制装置27，且输入发动机1的曲柄角度传感器16的曲柄角度信号、AFM20的空气量 信号、检测废气中的氧浓度的氧传感器13的氧浓度信号、油门开度传感器22的油门开度信 号、燃料压力传感器26的燃料压力信号，根据油门开度算出对发动机的要求转矩，并且进 行空转状态的判定等，算出发动机1所需的吸入空气量，将与该吸入空气量相称的开度信 号向节流阀19输出。ECU9具有根据曲柄角度传感器16的曲柄角度信号对发动机转速进行运算的转速 检测部。燃料喷射控制装置27算出与吸入空气量相应的燃料量，输出用于使燃料喷射阀5 进行燃料喷射的电流，并向火花塞6输出点火信号。接下来，使用图2，对本实施方式的燃料喷射控制装置27的构成进行说明。燃料喷 射控制装置27通常内置在图1所示的E⑶9内。燃料喷射控制装置27的CPU57根据发动机1的运转状态，进行适当的通电时间、 喷射开始时刻的运算，通过驱动脉冲发送线55向喷射驱动IC56发送与通电时间相当的驱 动脉冲Ti。接收到驱动脉冲Ti的喷射驱动IC56切换高压侧开关元件50、低压侧开关元件 51、接地侧开关元件52的接通/断开，向燃料喷射阀5的电磁线圈(开阀驱动的电磁螺线 管)53供给励磁电流。高压侧开关元件50连接在高电压电源VH与电磁线圈53的高电压侧端子之间。高 电压电源VH例如为60V，通过利用DC/DC转换器等使蓄电池的电压升压而生成。低压侧开关元件51连接在低电压电源VB与电磁线圈53的高电压侧端子之间。低 电压电源VB为例如与蓄电池电压相当的12V。接地侧开关元件52连接在电磁线圈53的低电压侧端子与接地电位之间。喷射驱动IC56通过电流检测电阻元件60检测在电磁线圈53中流动的电流值，通 过切换开关元件50、51、52的接通/断开，能够保持成为目标的电流值而向电磁线圈53通 H1^ ο为了使在电磁线圈53中流动的电流放电而具备二极管58、59。在一起断开低压侧 开关元件51和接地侧开关元件52时，通过二极管58、59快速放电。喷射驱动IC56通过CPU57和通信线54进行数据的发送/接收。喷射驱动IC56 具有能够通过通信线54的数据来变更向电磁线圈53供给的电流的波形或电流值的大小的 功能。由此，CPU57能够与内燃机的运转状态对应而进行向电磁线圈53通电的电流值的变 更或使电流波形变化。接下来，使用图3的时间图，说明在燃料喷射阀5的电磁线圈53中流动的励磁电 流与燃料喷射阀5的阀体的开/闭阀的关系。图3是示出向燃料喷射阀5的电磁线圈53的 通电时间为通常情况的基本特性的图。其中，图3(A)表示从CPTO7向喷射驱动IC56发送 的驱动脉冲Ti，图3(B)表示在电磁线圈53中流动的励磁电流Iex，图3 (C)表示燃料喷射 阀5的驱动时的阀体位置Pv。此外，在图3(C)中，opn表示燃料喷射阀5的开阀位置，cls 表示燃料喷射阀5的闭阀位置。在时刻t0，当到达通过CPTO7运算出的燃料喷射开始时刻时，如图3(A)所示，向喷射驱动IC56发送驱动脉冲Ti。喷射驱动IC56在驱动脉冲Ti的信号上升时，同时接通图2 所示的燃料喷射控制装置27的高压侧开关元件50、接地侧开关元件52，如图3(B)所示，供 给电磁线圈53的迅速开阀所需的开阀电流。从高电压电源VH向电磁线圈53施加高电压， 供给开阀电流。
如图3⑶所示，从时刻t0经过时间tp后，在励磁电流Iex的电流值到达峰值电 流值Ipeak时，喷射驱动IC56将高压侧开关元件50断开。峰值电流值Ipeak例如为11A。 此时，被施加给电磁线圈53的电荷在二极管59、电磁线圈53中循环，作为热而散逸能量。 时间tp是从驱动脉冲Ti的上升开始到作为开阀电流值的峰值电流值Ipeak为止的到达时 间。在时刻tl，励磁电流Iex的电流值接近能够维持电磁线圈53的开阀的第二保持 目标值Ihold2时，喷射驱动IC56将低压侧开关元件51、接地侧开关元件52接通，从低电 压电源LH向电磁线圈53通电。以将电流值保持为能够维持开阀的程度的第二保持目标值 Ihold2的方式接通/断开低压侧开关元件51。例如，第二保持目标值Ihold2为3A。在时刻t2，驱动脉冲Ti下降时，与此同时，停止向电磁线圈53的电流供给。燃料喷射阀5的开/闭(时刻t01、t21)由于燃料喷射控制装置27的内部电路或 到燃料喷射阀5为止的电线束引起的电流的响应延迟、产生的磁力或阀体的响应延迟，燃 料喷射控制装置27比真要开/闭阀的时刻t0、t2延迟。如图3(C)所示，开阀时，在响应 延迟时间Tdop后，燃料喷射阀5的阀体完全移动到开阀位置ορη，闭阀时，在响应延迟时间 Tdcl后，燃料喷射阀5的阀体完全移动到闭阀位置els。参照图4所示的时间图，说明由本实施方式的燃料喷射控制装置进行的电磁线圈 53的通电控制。图4㈧示出在电磁线圈53中流动的励磁电流Iex，图4(B)示出从CPTO7 向喷射驱动IC56传送的驱动脉冲Ti，图4(C)示出高压侧开关元件50的接通/断开状态， 图4(D)示出低压侧开关元件51的接通/断开状态，图4(E)示出接地侧开关元件52的接 通/断开状态。在时刻t0，如图4(B)所示，在驱动脉冲Ti成为高电平以前的时刻tb 时刻t0之 间，如图4㈧所示，以预充电电流值Ipre对电磁线圈53通电一定时间时，如图4(D)、(E) 所示，喷射驱动IC56在整个预充电电流通电期间(tb t0)将低压侧开关元件51和接地 侧开关元件52接通。由此，通过从低电压电源LH向电磁线圈53施加电压，将低压侧开关元件51反复 接通/断开，即，通过脉冲控制(占空比控制)，保持成为目标的预充电电流值Ipre而进行 通电。预充电电流值Ipre是燃料喷射阀5不开阀的程度的电流值、时间的范围内的电流值， 例如，可以为1. 5A左右。如此，通过在驱动脉冲Ti上升之前以预充电电流值Ipre进行通电，能够缩短从驱 动脉冲Ti上升开始到峰值电流值Ipeak为止的到达时间tp。由此，能够减小电磁线圈53 的开阀延迟。在时刻t0，到达通过CPTO7运算出的燃料喷射开始时刻时，如图4(B)所示，向喷射 驱动IC56传送驱动脉冲Ti。喷射驱动IC56在驱动脉冲Ti的信号上升时，如图4(C)、(E) 所示，同时接通高压侧开关元件50和接地侧开关元件52，供给电磁线圈53的迅速开阀所需 的开阀电流。从高电压电源VH向电磁线圈53施加高电压，如图4(A)所示，供给开阀电流。
在时刻tl，如图4(A)所示，在励磁电流Iex的电流值到达峰值电流值Ipeak(例如 11A)时，如图4(C)所示，喷射驱动IC56将高压侧开关元件50和接地侧开关元件52断开。 由此，电磁线圈53的电荷在二极管59、电磁线圈53中循环，作为热能而散逸。而且，此时， 如图4(E)所示，通过同时断开接地侧开关元件52，电磁线圈53的电荷经由二极管58向高 电压电源VH再生，快速下降。在时刻t2，如图4(A)所示，在励磁电流Iex的电流值接近无法维持燃料喷射阀 5的开阀的第一保持目标值(第一保持电流值)Iholdl时，如图4(D)、(E)所示，喷射驱动 IC56将低压侧开关元件51和接地侧开关元件52接通，从低电压电源LH向电磁线圈53通 电。通过低压侧开关元件51的占空比控制，将此时的励磁电流Iex的电流值设定为无法维 持燃料喷射阀5的开阀的程度的第一保持目标值Iholdl，例如IA左右。保持第一保持目标 值Iholdl的时间为预先设定的时间thl。设定时间thl为0. 2ms左右。第一保持目标值Iholdl及设定时间thl可以根据 内燃机的运转状态例如发动机转速而可变设定为适当值。第一保持目标值Iholdl也可以根据燃料 压力变化。这种情况下，根据燃料压力的 增加而增大第一电流值Iholdl，根据燃料压力的减少而减小第一电流值Iholdl。另外，第一保持目标值Iholdl、设定时间thl也可以根据燃料的乙醇浓度或燃料 温度进行变化。此外，对设定时间thl设置上限。这是由于当保持第一保持目标值Iholdl 过长时间时有闭阀的顾虑，而为了避免这种顾虑的缘故。在经过了设定时间thl的时刻t3，将励磁电流Iex的电流值变更为燃料喷射阀5 能够维持开阀的第二保持目标值(第二保持电流值)Ihold2。第二保持目标值Ihold2例如 为3A左右，该第二保持目标值Ihold根据低压侧开关元件51的占空比控制进行设定。时刻t2之后，若继续将励磁电流Iex的电流值维持为第一保持电流值Iholdl，则 燃料喷射阀5无法维持开阀而闭阀，故从时刻t2经过规定时间thl后，将励磁电流Iex的 电流值变更为燃料喷射阀5能够维持开阀的第二保持目标值Ihold2。第一保持电流值Iholdl远小于维持燃料喷射阀5的开阀所需充分的第二保持电 流值Ihold2，是在以第一保持电流值Iholdl继续通电时燃料喷射阀5闭阀的电流值。第一 保持电流值Iholdl与第二保持电流值Ihold2的绝对值的差远大于保持电流时出现的电流 值的变动(例如，图4所示的变动幅度W)。在时刻t4，伴随着通过CPTO7运算出的燃料喷射脉冲的结束，如图4 (B)所示，驱动 脉冲Ti成为低电平，将高压侧开关元件50、低压侧开关元件51、接地侧开关元件52全部断 开，结束向电磁线圈53的通电。在图示例中，驱动脉冲的脉冲幅度Ti例如为1. Oms左右。并且，时刻t2是从时刻 tO开始之后0. 4ms左右，时刻t3是从时刻tO开始之后0. 6ms左右。接下来，参照图5，对在燃料喷射阀5的电磁线圈53中流动的励磁电流和燃料喷射 阀5的闭阀延迟的改善进行说明。图5示出燃料喷射阀5的驱动脉冲Ti的脉冲幅度小时 在燃料喷射阀5中流动的励磁电流与燃料喷射阀5的(阀体)的开/闭阀的关系。例如， 如图4⑶中虚线所示，这是假想驱动脉冲Ti在时刻tx成为低电平的情况。图5 (A)表示驱动脉冲Ti，图5⑶表示励磁电流Iex的电流值，图5 (C)表示通常 的燃料喷射阀5的驱动时的阀体位置Pvx，图5 (D)表示本实施方式的燃料喷射阀5的驱动时的阀体位置Pv。此外，在图5(C)、(D)中，opn表示燃料喷射阀5的开阀位置，els表示燃 料喷射阀5的闭阀位置。在图5(B)中，与图3所示的励磁电流同样，虚线a是以作为开阀电流的峰值电流 值Ipeak进行通电后，同时断开高压侧开关元件50和接地侧开关元件52而快速放电，将电 流值lex保持为第二保持电流值Ihold2的通常的电流波形。在该情况下，在由峰值电流值 Ipeak进行通电后，由于从第二保持电流值Ihold2到电流消失为0为止伴随着延迟，因此如 图5(C)所示，减小闭阀延迟Tdcla的情况存在局限。与此相对，在图5(B)中，如实线c所示，在电励磁电流lex的电流值到达峰值电流 值Ipeak后，使该电流值急速下降到无法保持开阀的第一保持电流值Iholdl附近，在成为 第一保持电流值Iholdl的时刻，停止向燃料喷射阀5的通电，由此能够使电流消失为0为 止的延迟变得非常小。由此，如图5⑶所示，能够将驱动脉冲Ti的脉冲幅度小时的闭阀延迟Tdclc形成 为比通常小。如此，通过在保持为第二保持电流值Ihold2前，保持为比第二保持电流值Ihold2 小且无法维持开阀的程度的第一保持电流值Iholdl，能够使电磁线圈53的内部的电流暂 时减小。因此，在图4的时刻tx，在结束向电磁线圈53的通电时，电磁线圈53迅速闭阀，即 使在驱动脉冲Ti的脉冲幅度短时，也能够减小闭阀延迟。接下来，参照图6，对流向燃料喷射阀5的电磁线圈53的励磁电流与由燃料压力的 高压化所产生的燃料喷射阀5的响应延迟的改善进行说明。图6 (A)表示驱动脉冲Ti，图6⑶表示励磁电流Iex，图6 (C)表示通常的燃料喷 射阀5的驱动时的阀体位置Pvxx，图6(D)表示本实施方式的燃料喷射阀5的驱动时的阀体 位置Pv。此外，在图6(C)、(D)中，opn表示燃料喷射阀5的开阀位置，els表示燃料喷射阀 5的闭阀位置。在图6(B)中，与图3所示的励磁电流同样，虚线a是内燃机处于通常的运转区域 时的励磁电流。由于在燃料压力高的情况下，闭阀时燃料喷射阀5的闭阀所需的驱动力大， 因此如图6(C)所示，开阀延迟Tdopaa变得比通常大。另一方面，如图6(B)的实线b所示， 进行预充电电流值Ipre值的通电，并使峰值电流值增大为比通常时的电流值Ipeakaa高的 电流值Ipeakb时，通过预充电电流值Ipre的通电，在燃料喷射阀5的电磁线圈53中流动 的电流提前上升，与此相辅相成，由峰值电流值的增大而产生的磁力增加，阀体的开阀力变 大，由此如图6(D)的Tdopb所示，能够缩小开阀延迟。并且，通过将第二保持电流Ihold2aa提高到Ihold2b，即使在燃料压力高时，也能 够防止燃料喷射阀5不经意闭阀的情况。然而，这种情况下，由于截断向电磁线圈53的电 流供给时的电流值变大，因此如图6(D)的实线所示的Tdclb那样，闭阀延迟增大。相对于该情况，在图6⑶中，截断向电磁线圈53供给的电流时，通过使单点划线d 所示的反电流(逆起電流)Irev在电磁线圈53中流动，能够使在电磁线圈53中流动的励 磁电流迅速消失，增大阀体返回闭阀位置的速度。由此，能够将燃料喷射阀5的闭阀延迟向 图6(D)的Tdcld缩短。以上，正如使用图5、6说明那样，通过对驱动燃料喷射阀5的励磁电流lex的波 形、电流值进行变更，能够缩短开阀/闭阀延迟。在处于缩小闭阀延迟而要喷射最小喷射量的运转区域时、或处于要增加燃料压力的高负载的运转区域时，通过从通常的电流波形进 行变更，能够改善燃料喷射阀5的开/闭阀特性，能够高精度地喷射所希望量的燃料。接下来，参照图7，对通过本实施方式的燃料喷射控制装置27使向燃料喷射阀5的 电磁线圈53供给的电流的波形变化而驱动时的燃料喷射特性进行说明。图7是示意性示 出对燃料喷射阀5的电磁线圈53的通电时间与燃料喷射量的关系的图形。图7的线e表示标准的电流波形的喷射量特性。电流波形变更为例如图4(A)所 示的波形时的喷射量特性为线f所示的虚线。线f在通电时间1. Oms时与线e重合是由于 如图4(A)所示，燃料喷射阀5无法保持开阀的程度的电流值(第一保持电流值Iholdl)所 流动的时刻为从通电脉冲开始时刻tO到1. Oms后的时刻t3为止的缘故。通电时间处于0.4 1.0ms期间，由于通电结束时的电流值为第一保持电流值Iholdl，因此形成图5(B)的实线c所示的电流波形，闭阀延迟如图5(D)所示变小。由此， 即使在与标准的电流波形相同的通电时间下，由于喷射量减少，因此形成图7的线f所示的 喷射量特性。通电时间为1. Oms以后，由于通电结束时的电流值变成图4(A)的第二保持电 流值Ihold2，因此如图3(C)所示，闭阀延迟与通常相同，喷射量特性与线e相同。接下来，在将电流波形变更为例如图6(B)的线b所示的波形时，喷射量特性如图 7的线g所示。进行预充电电流值Ipre的通电后，通过使峰值电流增大而形成为Ipeakb， 能够降低开阀延迟，由此能够比通电时间0. 4ms提前进行燃料喷射。另外，在图6(B)的线b所示的波形中，由于形成比通常的保持电流大的第二保持 电流值Ihold2b，因此如图6(D)所示，闭阀延迟Tdclb变大。由此，即使在与标准的电流波 形相同的通电时间下，由于喷射量增加，因此也形成图7中线g所示的喷射量特性。根据图7所示的喷射量特性，在变更向燃料喷射阀5的电磁线圈53供给的电流波 形时，喷射量特性也变化为线e、f、g。此时，即使在相同的通电时间ts下，喷射量也分别成 为不同值。图8示出本发明的燃料喷射控制装置27的一实施方式。本实施方式的燃料喷射 控制装置27具有基本喷射时间运算部101、非直线性修正运算部102、阀响应延迟运算部 103。基本喷射时间运算部101存储内燃机所吸入的吸入空气量、在吸入空气量与燃料 量的混合比例(空燃比)中设定某目标值的目标当量比、以根据由废气中的残留氧浓度求 出的空燃比来形成目标的当量比的方式进行修正的空燃比修正、发动机1的各运转区域中 没有空燃比修正时的空燃比的偏差，运算作为示教量而预先修正燃料喷射量的空燃比示 教、根据由高压燃料配管具备的燃料压力传感器所检测出的燃料压力来修正燃料喷射时间 的燃料压力修正等，从而运算基本喷射时间。非直线性修正运算部102在算出基本喷射时间后，进行用于对由燃料喷射阀5的 特性所产生的基本喷射时间和燃料流量的非线形性进行修正的非直线性修正，算出通电时 间Te。如使用图3进行的说明所示，在燃料喷射阀5的开/闭阀中伴随有响应延迟，该响 应延迟主要依赖于燃料压力。相对于该情况，在阀响应延迟运算部103中，运算与燃料压力 相应的阀响应延迟时间(修正时间)TSd，并通过在加法部104中取得与通电时间Te的和， 能够算出向燃料喷射阀5的最终的通电时间Ti。
例如，将图3 (B)所示的电流波形形成为通常的电流波形，如图4 (A)、图6 (B)所示， 当与发动机1的运转状态对应而变更向燃料喷射阀5的电磁线圈53通电的电流的电流波 形、电流值的设定时，如使用图7进行的说明所示，即使设定了相同的通电时间Ti，所喷射 的燃料量也为不同的值。由此，在仅由与燃料压力相应的阀响应延迟时间TSd进行的修正 时，变更电流波形、电流值的设定后的燃料喷射量变得与通常的电流波形时的燃料喷射量 不一致。其结果是，产生从目标当量比的偏差，可能妨碍发动机1的性能提高。接下来，参照图9，说明与变更对燃料喷射阀5的电磁线圈53通电的电流的电流波 形、电流值的设定的情况相对应的燃料喷射控制装置27的一个实施方式。本实施方式的燃料喷射控制装置27如使用图4 图6进行说明的那样进行对燃 料喷射阀5的电磁线圈53通电的电流的电流波形、电流值的设定变更，并具有向喷射驱动 IC56发出指令进行该设定变更的电流波形、电流值运算部105。阀响应延迟时间运算部103具有多个如符号103a 103η所示的根据燃料压力运 算阀响应延迟时间TSd的运算部。运算部103a 103η分别以各自的特性来运算与燃料压 力相应的阀响应延迟时间TSd。
阀响应延迟时间运算部103的后段设有选择部106，该选择部106基于作为电流波 形电流设定值变更机构的电流波形、电流值运算部105所输出的指令，选择由阀响应延迟 时间运算部103的各运算部103a 103η运算出的阀响应延迟时间TSd中一个。此外，选择部106可以通过计算机的软件处理实现。在发动机1处于通常的运转区域时，燃料喷射控制装置27以图3(B)所示的电流 波形对燃料喷射阀5的电磁线圈53进行通电。与该情况的电流波形相对应的阀响应延迟 时间TSd通过基于电流波形、电流值运算部105所发送的指令的选择部106的作用，选择例 如在运算部103a中运算的值。这样，由阀响应延迟时间运算部103和选择部106构成阀响 应延迟时间运算机构。燃料喷射控制装置27以图4(A)所示的电流波形对燃料喷射阀5的电磁线圈53 进行通电时，通过同样的选择作用，选择例如在运算部103b中运算的值。而且，燃料喷射控 制装置27以图6(B)所示的电流波形对燃料喷射阀5的电磁线圈53进行通电时，通过同样 的选择作用选择在例如运算部103η中运算的值。此外，在本实施方式中，虽然对相对于三个模式的电流波形变更的阀响应延迟时 间的运算进行了说明，但是电流波形的变更模式并不局限于三个，也能够对应于更多的模 式。作为具体例子，在由阀响应延迟时间运算部103和选择部106进行使燃料喷射阀 5的开阀初期产生的磁力比通常增大的电流波形、电流值的设定变更、在燃料喷射阀5的驱 动时刻之前供给燃料喷射阀5不开阀程度的电流的电流波形、电流值的设定变更、或者使 从高电压电源VH向燃料喷射阀5供给的电流比通常增大的电流波形、电流值的设定变更的 情况下，使阀响应延迟时间TSd比通常缩短。另外，在进行使燃料喷射阀5闭阀之前所产生的磁力比通常减少的电流波形、电 流值的设定变更、使从低电压电源VB向燃料喷射阀5供给的电流比通常减少的电流波形、 电流值的设定变更、或者在截断从低电压电源VB向燃料喷射阀5供给的电流时沿与截断前 的电流相反方向供给电流的电流波形、电流值的设定变更的情况下，使阀响应延迟时间TSd比通常变长。接下来，参照图10的流程图，说明通过本实施方式的燃料喷射控制装置27进行的 燃料喷射控制流程。在发动机1运转中，E⑶9判别发动机1处于哪个运转区域(步骤S100)。作为判 别的指标，考虑有例如发动机1的转速、吸入空气量等。接下来，ECU9基于发动机1的运转区域判别，判断是否需要变更对燃料喷射阀5的 电磁线圈53通电的电流的电流波形、电流值的设定(步骤S110)。在判断为不需要电流波 形、电流值的设定变更时，选择通常的阀响应延迟时间运算结果(步骤S120)。与此相对，判断为需要变更时，从CPU57经由通信线54向燃料喷射阀喷射驱动 IC56进行电流波形、电流值变更的指示(步骤S130)。喷射驱动IC56根据E⑶9的指示变更设定，以使图3 (B)、图4 (A)、图6 (B)所示的 电流波形的电流能够向燃料喷射阀5的电磁线圈53通电。并且，CPU57选择在由阀响应延 迟时间运算部103的运算部103a 103n算出的阀响应延迟时间中的与变更后的电流波形 相对应的阀响应延迟时间(步骤S140)。接下来，在通过其它的运算程序所运算的基本喷射时间中加上步骤S120或步骤 S140中运算的阀响应延迟时间(步骤S160)，并将其作为最终通电时间，来确定向燃料喷射 阀5的电磁线圈53通电的通电时间(步骤8170)。接下来，参照图11，对在本实施方式的燃料喷射控制装置27中高电压电源VH发生 故障时，在燃料喷射阀5的电磁线圈53中流动的励磁电流进行说明。通常时的电流波形是图11(A)的虚线N所示的电流波形。在高电压电源VH发生 故障时，无法供给图11(A)所示的峰值电流值Ipeak的励磁电流lex。由此，在该情况下，从 低电压电源LV供给第二保持电流值Ihold2的励磁电流Iex，进行燃料喷射阀5的开阀、保 持。此时，由于无法供给峰值电流值Ipeak的励磁电流Iex，因此燃料喷射阀5的开阀 初期的磁力小，开阀延迟TdopF比通常时的开阀延迟TdopN大。因此，在高电压故障时，通 过将向燃料喷射阀5的电磁线圈53的通电时间延长该开阀延迟的增加量，能够实现与通常 时同样的燃料喷射量。正如使用图9、图10进行的说明那样，在高电压电源故障时以仅从低电压电源向 燃料喷射阀5的电磁线圈53供给电流的方式变更电流波形时，通过选择部106切换阀响应 延迟时间运算的结果后，通过加上基本喷射时间，能够算出最终通电时间。如此，与电流波形、电流值的设定变更对应，使用于修正开/闭阀延迟的修正量变 化，从而变更向燃料喷射阀5的电磁线圈53的通电时间。通过这样构成，即使在变更向燃 料喷射阀5的电磁线圈53供给的电流波形或电流值时，也能够维持、提高燃料喷射量精度。以上，虽然对本发明的实施方式进行了详细地叙述，但是本发明并不局限于上述 的实施方式。并且，只要不损害本发明的特征性的功能，各构成要素就不局限于上述构成。
权利要求
一种内燃机的燃料喷射控制装置，将向内燃机供给的燃料的喷射量换算成电磁式的燃料喷射阀的开阀时间，运算所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟作为修正时间，利用所述修正时间修正所述开阀时间来控制所述燃料喷射阀的通电时间，控制燃料喷射量，所述内燃机的燃料喷射控制装置的特征在于，具有电流波形电流设定值变更机构，其能够变更向所述燃料喷射阀供给的电流的电流波形或电流值中的至少任一方的设定；阀响应延迟时间运算机构，其与通过所述电流波形电流设定值变更机构进行的电流波形、电流值的设定变更对应而对修正所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟的所述修正时间进行可变设定。
2.根据权利要求1所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，从高电压电源向所述燃料喷射阀供给电流，通过由该电流产生的磁力使所述燃料喷射 阀开阀，之后，取代所述高电压电源，从低电压电源向所述燃料喷射阀供给电流，进行维持 该燃料喷射阀的开阀的通电控制。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行使所述燃料喷射阀的开阀初期产生的磁力比 通常增大的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常缩短。
4.根据权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行在所述燃料喷射阀的驱动时刻之前供给所述 燃料喷射阀不开阀程度的电流的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常缩短。
5.根据权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行使从所述高电压电源向所述燃料喷射阀供给 的电流比通常增大的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常缩短。
6.根据权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行使所述燃料喷射阀开阀之前产生的磁力比通 常减少的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常长。
7.根据权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行使从所述低电压电源向所述燃料喷射阀供给 的电流比通常减少的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常长。
8.根据权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，所述电流波形电流设定值变更机构进行在截断从所述低电压电源向所述燃料喷射阀 供给的电流时沿与截断前的电流相反方向供给电流的电流波形、电流值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常长。
9.根据权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，判定所述高电压电源是否正常，所述电流波形电流设定值变更机构在所述高电压电源被判定为不正常时中止从高电 压电源的电流供给，并进行仅从低电压电源向所述燃料喷射阀供给电流的电流波形、电流 值的设定变更，所述阀响应延迟时间运算机构与该电流波形、电流值的设定变更对应而使所述修正时 间比通常长。
10.一种内燃机的燃料喷射控制方法，将向内燃机供给的燃料的喷射量换算成电磁式 的燃料喷射阀的开阀时间，运算所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟作为修正时间，利用所述 修正时间修正所述开阀时间来控制所述燃料喷射阀的通电时间，控制燃料喷射量，所述内 燃机的燃料喷射控制方法的特征在于，与向所述燃料喷射阀供给的电流的电流波形或电流值中的至少任一方的设定的变更 对应而对修正所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟的所述修正时间进行变更。
全文摘要
本发明提供一种即使为了扩大燃料喷射阀的动态范围而变更向燃料喷射阀供给的电流波形或电流值，也能够维持、提高燃料喷射量精度的燃料喷射控制装置及控制方法。本发明中，与电流波形、电流值的设定变更对应而通过阀响应延迟时间运算部(103)和选择部(106)对修正所述燃料喷射阀的开/闭阀延迟的所述修正时间进行可变设定。
文档编号F02D41/20GK101871401SQ20101016216
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月8日 优先权日2009年4月21日
发明者三宅威生, 丰原正裕, 滨田泰久 申请人:日立汽车系统株式会社