专利名称：内燃机的燃料喷射装置以及控制方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的燃料喷射的控制装置及其控制方法，特别涉及经由以电池电压积蓄能量的第2能量积蓄元件使电气能量在向燃料喷射阀供给高电压的多个第I能量积蓄元件之间移动的控制装置及其控制方法。
背景技术：
在用于内燃机的燃料喷射的控制装置中，以往，为了加快喷射器的电磁阀的响应，使用升压电路使电池电压VB升压，在喷射器的开阀时施加由升压电路生成的高电压。在该以往技术中，作为对升压后的电荷进行蓄电的部件，例如使用电容器。该电容器在使燃料喷射阀开阀时，消耗电荷能量而其电压下降，所以向该电容器开始从升压电路的充电。此时，存在如下问题在积蓄为了使燃料喷射阀开阀而充分的电荷能量之前，接下来的喷射的定时到来的情况下，无法使喷射器完全开阀、或者即使开阀但动 作仍不佳且在喷射器的流量的精度中发生偏差。为了解决该问题，提出了例如如专利文献I、专利文献2记载的那样，准备多个对能量进行蓄电的电容器、升压电路，将其例如交替使用的技术方案。专利文献I :日本特开2003 - 161193号公报专利文献2 日本特开2000 - 345898号公报
发明内容
但是，在上述解决方法中，某一个电容器电压在喷射器开阀时需要达到规定的电压，并且对于达到规定电压，向该电容器的充电结束、即向该电容器的升压电路成为停止状态成为必要条件。因此，升压电路的能力要求与施加负荷时的状态最符合的部件性能以及散热性能，其成为成本上升的主要原因。本发明的解决课题的目的在于，提高多个升压电路的利用效率，缓和各个升压电路的能力以及部件性能，使升压动作所致的发热分散，从而降低成本，同时可靠地提供喷射器的开阀所需的高电压。为了解决上述课题，本发明的燃料喷射控制装置是在燃料喷射装置中使用的控制装置，该燃料喷射装置具备用于向内燃机的燃烧室内直接供给燃料的燃料喷射电磁阀，其特征在于，具备多个第I能量积蓄元件，对所述燃料喷射电磁阀供给高电压；升压电路，使电池电压升压而对所述第I能量积蓄元件进行充电；以及第2能量积蓄元件，积蓄电池电压的电能，具备在所述多个第I能量积蓄元件之间经由所述第2能量积蓄元件使电能移动的切换电路。本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本专利申请2010 - 121626号的说明书和/或附图中记载的内容。根据本发明的燃料喷射控制装置，能够在多个升压用能量积蓄元件之间，使电气能量移动，所以能够得到与下次的燃料喷射相关的阀的开阀所需的期望的高电压，所以能够使燃料喷射阀精确地动作而实现稳定的燃料供给，并且通过提高升压电路的利用效率，缓和各个升压电路的能力、部件性能，并且使升压动作所致的发热分散等，能够对成本降低作出贡献。
图I是燃料喷射控制装置的一个实施方式的内燃机械的系统概要。图2是以往技术的燃料喷射装置的电路图。图3是以往技术的燃料喷射装置中的动作时序图。图4是以往技术的燃料喷射装置中的、燃料喷射间隔短的情况的动作时序图。图5是本发明的燃料喷射控制装置的实施例I的电路图。
图6是在实施例I中使喷射器11连续通电时的动作时序图。图7是本发明的燃料喷射控制装置的实施例2的电路图。图8是本发明的燃料喷射控制装置的实施例3的电路图。图9是本发明的燃料喷射控制装置的实施例4的电路图。 图10是实施例4的变形例的电路图。图11是实施例4 (包括变形例)中的动作时序图。图12是使升压用电容器的能量临时保存于另一方的电容器的情况的时序图。图13是本发明的燃料喷射控制装置的实施例5的电路图。图14是本发明的燃料喷射控制装置的实施例6的电路图。(符号说明)I 电池；2 :升压电路控制模块；3 :燃料控制运算单元；4 :燃料喷射阀驱动电路控制模块;1Γ14 :燃料喷射用喷射器线圈；101 :引擎；102 :活塞；103 :吸气阀；104 :排气阀；105 :燃料喷射阀;106 :点火塞;107 :点火线圈；108 :水温传感器；109 =ECU (引擎控制组件)；110 :吸气管；111 :排气管；112 :三元催化剂；113 :氧传感器；114 =EGR阀；115 :收集器；116 :曲柄角度传感器；118 :EGR通路；119 :节流阀；120 =AFM ； 121 :燃烧室；122 :油门踏板开度传感器；123 :燃料罐；124 :低压燃料泵；125 :高压燃料泵；126 :燃料压力传感器；127 :燃料喷射控制装置；ClfC13 :升压用电容器；C2(TC23 :能量移动用电容器；D11 D13 升压用二极管；D21 D23、D31 D33、D41、D42、D51、D52、D61、D62 :二极管;L11 L13 :升压用线圈；Τ1ΓΤ13 :升压用开关元件；T21 T22、T31、T33、T41 T44 FET ;R1、R2 :电流检测用电阻；SffOU SW02, SffirSW13, SW21 SW23、Sff3K SW32 :切换电路。
具体实施例方式图I示出燃料喷射控制装置的一个实施方式的内燃机的系统概要。引擎101具备活塞102、吸气阀103以及排气阀104，对于引擎101的燃烧所需的空气，在通过空气流量计(AFM)120测定了流量之后，通过节流阀119调整流量，经由收集器115、吸气管110、吸气阀103供给到引擎101的燃烧室121。通过低压燃料泵124从燃料罐123向内燃机供给燃料，进而通过附属于内燃机的高压燃料泵125，将燃料的压力提高至即使在处于压缩工序的燃烧室121的压力下仍能够进行燃料喷射的压力。
将这样成为高压的燃料从燃料喷射阀105向引擎101的燃烧室121细粒状地喷射，通过从点火线圈107接收到能量的点火塞106而点火。将燃烧后的排气气体经由排气阀104排出到排气管111，通过三元催化剂112净化。向内置燃料喷射控制装置127的E⑶(引擎控制组件)109，输入引擎101的曲柄角度传感器116的信号、AFM120的空气量信号、燃料压力传感器126的燃料压力信号、检测排气气体中的氧浓度的氧传感器113的信号、引擎的冷却水温度传感器108的信号、以及油门踏板开度传感器122的油门踏板开度信号。E⑶109根据油门踏板开度传感器122的信号计算向引擎的要求转矩，并且进行空转状态的判定等。另外，ECU109具备根据曲柄角度传感器116的信号运算引擎转速的转速检测单元。另外，ECU109计算引擎101所需的吸入空气量，以成为与其相称的开度的方式，控制节流阀119,进而计算必要燃料量。燃料喷射控制装置127在与所计算出的必要燃料量和燃料的压力对应的规定的时间内，输出用于燃料喷射阀105进行燃料喷射的电流。另外，ECU109输出使点火塞106在 最佳的定时点火的点火信号。在排气管111与收集器115之间，连接了 EGR通路118。在EGR通路118的途中具备EGR阀114，其开度由ECU109控制，排气管111中的排气气体根据需要而回流到吸气管110。图2示出以往技术的燃料喷射装置的电路，图3、图4示出以往技术中的喷射器动作时的时序图。在图2中，在具备电池I、升压线圈LU、升压用开关元件TH、整流二极管Dll以及D12的升压电路中，通过升压用开关元件Tll的开关操作，电池电压VB通过升压用线圈Lll被升压，对升压用电容器Cll以及C12进行充电。为了提高喷射器的响应性，在开阀时通过使FET (T21)以及(T22)成为ON (导通)而向喷射器供给高电压，之后对FET (T31)以及(T32)进行开关操作，将喷射器控制为恒定电流，从而保持开阀状态。对于FET (T41)、(T42)、(T43)以及(Τ44)，对它们进行0N/0FF(断开)操作，从多个喷射器中选择通电的喷射器。使用图3来说明从多个喷射器中驱动喷射器11时的动作。如果为了针对从燃料控制CPU输出的喷射器驱动脉冲，在规定的时间内，流过开阀电流Ipeak，而对FET (T21)以及(T41)提供了栅极信号，则向喷射器11的两端施加升压电压，在流过所设定的开阀电流之前，FET (T21)持续0N。如果通过电流检测用电阻Rl的两端电压探测到到达开阀电流，则之后通过使FET (T31)进行开关，喷射器11的电流被控制为所设定的保持电流I (Iholdl)或者保持电流2 (Ihold2)的电流。通过向喷射器流入高电压，升压用电容器Cll的电压降低，所以通过具备上述升压用线圈LU、升压用开关元件TH、整流二极管Dll的升压电路，升压用电容器Cll升压至规定的电压。图4示出以往技术的燃料喷射控制装置中的燃料喷射间隔短的情况下的时序图。此处，在最初的喷射中，使切换电路SW31成为0N，而使用升压用电容器Cll中积蓄的能量，在接下来的喷射中，使切换电路SW32成为0N，从而使用升压用电容器C12中积蓄的能量。作为上述以往技术的问题，在使喷射器喷射时，如上所述，需要某一个电容器的充电结束。接下来，说明本发明的燃料喷射控制装置的实施例。[实施例I]图5示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例I的电路图。实施例I的电路如图5所示，具备电池I、升压用线圈LU、升压用开关元件TH、二极管Dll、D12，根据升压用开关元件Tll的开关动作，电池电压VB通过升压线圈Lll被升压，通过二极管D11、D12整流，而对电容器Cll以及C12进行充电。实施例I的电路还具备能量移动用电容器C20,构成为其一方的电极能够在切换电路SWOl中，与电池电压VB的电位的接点a、升压用电容器Cll的充电侧的电位的接点b、或者电容器C12的充电侧的电位的接点c连接，另一方的电极能够在切换电路SW02中，与升压用电容器Cll的充电侧的电位的接点a、升压用电容器C12的充电侧的电位的接点b、 或者GND上连接的接点c连接。图6示出在图5所示的实施例I中，使喷射器11连续通电时的动作时序图。根据向喷射器11的通电，升压用电容器Cll的电压降低而升压电路成为动作状态。此处，在供给开阀电流而升压用电容器Cll的电压恢复为理想的电压之前，发生接下来的喷射器喷射的情况下，使升压用电容器C12中积蓄的能量的一部分经由能量移动用电容器C20移动到升压用电容器Cl I。具体而言，对于配置于能量移动用电容器C20的两端的二个切换电路SWOl以及SW02，将切换电路SWOl设定到a接点，将切换电路SW02设定到c接点，在能量移动用电容器C20中事先充电电池电压VB，如果在使升压用电容器C12的能量转移到升压用电容器Cll时，将切换电路SWOl设定到b接点、将切换电路SW02设定到b接点，则能量瞬时移动。所移动的能量量由三个电容器CU、C12、C20的静电电容以及电荷量决定。作为本发明的重要的特征，即使在例如升压用电容器C12的电压在升压途中未达到开阀电流供给所需的理想电压的情况下，在升压用电容器Cll的电压低于能量移动用电容器C20以及升压用电容器C12的电压之和的情况下，即在升压用电容器C12的电压比升压用电容器Cll降低电池电压VB量之前，能量也能够通过二个切换电路SWOl以及SW02的操作，从升压用电容器Cll移动到升压用电容器C12，并且，能够瞬时进行能量的移动，所以通过反复上述一系列的动作，能够实现升压至期望的电压的控制。另外，能量的移动不限于上述情况，在从升压用电容器Cl I向升压用电容器C12的方向移动能量的情况下，能够通过首先在将切换电路SWOl设定到a接点、将切换电路SW02设定到c接点而用电池电压VB对能量移动用电容器C20进行了充电之后，将切换电路SWOl设定到c接点、将切换电路SW02设定到a接点来实现。[实施例2]图7示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例2的电路图。该实施例2是将图5所示的实施例I的能量移动用电容器C20分割为二个电容器C21以及C22，同样地将切换电路SWOl以及切换电路SW02用二极管D21、D22、D31、D32以及切换电路SW11、Sff2K Sff 12,SW22置换的电路。此处，在使能量从升压用电容器Cll移动到升压用电容器C12的情况下，首先，使切换电路SW21成为0N，将电池电压VB经由二极管D21导入能量移动用电容器C21而进行充电。接下来，如果使切换电路SW21成为OFF而使切换电路SWll成为0N，则升压用电容器Cll的电压被导入能量移动用电容器C21而进行充电，该升压了的量的电压经由二极管D31而提升升压用电容器C12的电压。相对于此，在使能量从升压用电容器C12移动到升压用电容器Cll的情况下，首先，使切换电路SW22成为0N，将电池电压VB经由二极管D22导入电容器C22而进行充电。接下来，如果使切换电路SW22成为OFF而使切换电路SW12成为0N，则升压用电容器C12的电压被导入能量移动用电容器C22而进行充电，该升压了的量的电压经由二极管D32提升升压用电容器Cll的电压。在实施例2中，如以上那样，能够在二个升压用电容器CU、C12之间瞬时移动能量，所以通过反复上述一系列的动作，能够实现升压至期望的电压的控制。[实施例3]图8示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例3的电路图。实施例3是与二个升 压用电容器Cll以及C12对应地分别设置了升压电路的例子。例如，在图2所示的以往的燃料喷射控制装置中，在与二个升压用电容器Cll以及C12对应地分别设置升压电路的情况下，如果单侧的电容器的充电结束，则对应的升压电路也休止，但在本发明的实施例3中，通过在升压用电容器Cll以及C12之间使能量移动，能够使双方的升压电路同时动作，所以升压电路的利用效率提高。[实施例4]图9示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例4的电路图。在实施例4中，在升压用电容器Cll以及C12之间，经由能量移动用电容器C21或者C22而使电气能量移动时，通过电阻Rll或者R12，从而根据由这些电阻的大小和电容器的电容决定的时间常数，能量的移动并非瞬间，而花费一定的时间。在实施例4中，能够通过使切换单元SWOl以及SW12成为ON的时间来控制升压用电容器之间的能量的移动量。另外，还能够设置升压用电容器Cll以及C12的电压的监视单元(图示省略)，在电容器成为期望的电压时，使切换单元SWOl以及SW12的开关状态变化。图10示出本发明的实施例4的变形例的电路图。在该变形例的例子中，与实施例4同样地，在升压用电容器Cll以及C12之间，经由能量移动用电容器C21或者C22而使电气能量移动时，通过电阻Rll或者R12，但电阻的位置不同。图11是图9以及图10所示的实施例4 (包括变形例)中的动作时序图，是通过向喷射器11的通电，升压用电容器C11的电压降低，为了接下来的喷射，使电气能量经由能量移动用电容器C22从升压用电容器C12移动到升压用电容器Cl I的情况。首先，将切换电路SW22设定为0N、用电池电压VB对能量移动用电容器C22进行充电，之后，使切换电路SW22成为OFF并使切换电路SW12成为0N，从而使升压用电容器C12的电气能量移动到升压用电容器C11，但由于能量移动用电容器C22的放电路径中设置的电阻R12 (参照图9)、或者利用升压用电容器C12的能量移动用电容器C22的充电路径中设置的电阻R12 (参照图10)，在能量的移动中需要一定的时间，所以通过监视升压用电容器Cll以及C12的电压，能够在成为目的的电压的时刻使切换电路SW12成为OFF。另外，根据本发明，能够使升压用电容器的能量任意地移动，所以通过使升压用电容器的升压电压高于作为燃料喷射阀的开阀中期望的电压的开阀电流供给理想电压，能够比以往方式更高地确保升压电路整体的能量。另外，通过在燃料喷射前，使喷射中使用的升压用电容器的能量向另一方的电容器临时保存，对开阀电流供给理想电压进行调整，在喷射器喷射后进行恢复动作，还能够应对过渡的燃料多级喷射的要求。图12示出使上述升压用电容器的能量向另一方的电容器临时保存的情况的时序图。使升压用电容器Cll以及C12预先升压至比开阀电流供给理想电压高的电压，在使喷射器11喷射之前，对于升压用电容器Cl I的电压，通过控制切换电路SWl I的ON时间，经由能量移动用电容器C21，使电气能量移动到升压用电容器C12，调整为开阀电流供给理想电压。在喷射器11的喷射后，经由能量移动用电容器C22，使能量从升压用电容器C12移动到C11，从而能够将升压用电容器Cll的电压在比以往的电路短的时间内保持为开阀电流供给理想电压以上。[实施例5] 图13示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例5的电路图。此处，其特征在于，对于用于能量移动的开关，利用喷射器驱动电路的开关。[实施例6]图14示出本发明的燃料喷射控制装置的实施例6的电路图。此处，是升压电路为3个的情况的实施例。另外，在上述实施例中，都示出了作为能量的积蓄元件，使用了电容器的例子，但不限于此，例如，也可以使用二次电池(蓄电池)。在本说明书中引用的所有刊行物、专利以及专利申请原样地作为参考而引入本说明书中。
权利要求
1.一种燃料喷射控制装置，该燃料喷射控制装置是在燃料喷射装置中使用的控制装置，该燃料喷射装置具备用于向内燃机的燃烧室内直接供给燃料的燃料喷射电磁阀，其特征在于，具备 多个第I能量积蓄元件，对所述燃料喷射电磁阀供给高电压； 升压电路，使电池电压升压而对所述第I能量积蓄元件进行充电；以及 第2能量积蓄元件，积蓄电池电压的电能， 具备在所述多个第I能量积蓄元件之间经由所述第2能量积蓄元件使电能移动的切换电路。
2.根据权利要求I所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 通过操作所述切换电路来适当变更所述第2能量积蓄元件的两个端子的连接电位，进行所述多个第I能量积蓄元件之间的所述电能的移动。
3.根据权利要求I所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 具备所述多个第I能量积蓄元件的电压的监视单元， 控制所述电能的移动，以使在接下来的燃料喷射中使用的第I能量积蓄元件的电压成为适合于燃料喷射的电压。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 具备与所述第2能量积蓄元件串联地连接的电阻元件， 操作所述切换电路的动作时间，来控制所述多个第I能量积蓄元件之间的电能的移动量。
5.根据权利要求4所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 在所述多个第I能量积蓄元件中与升压相关的元件的由所述监视单元监视的电压达到目标电压时，变更所述切换电路的动作状态。
6.根据权利要求4或者5所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 所述电阻元件仅在所述第2能量积蓄元件的放电时，与该积蓄元件串联地连接。
7.根据权利要求I所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 所述升压电路有多个。
8.根据权利要求2所述的燃料喷射控制装置，其特征在于， 在用于从所述第I能量积蓄元件向所述燃料喷射电磁阀供给高电压的切换电路的下游侧，经由切换电路连接第2能量积蓄元件的一方。
全文摘要
具备多个第1能量积蓄元件，向燃料喷射电磁阀供给高电压；升压电路，使电池电压升压而对第1能量积蓄元件进行充电；以及第2能量积蓄元件，积蓄电池电压的电气能量，具备在多个第1能量积蓄元件之间经由第2能量积蓄元件使电气能量移动的切换电路。由此，在内燃机的燃料喷射装置中，在短时间内确保用于使燃料喷射阀精确地动作的高电压而实现稳定的燃料供给，缓和各个升压电路的能力、部件性能等，从而能够对成本降低作出贡献。
文档编号F02M51/06GK102933824SQ20118002581
公开日2013年2月13日 申请日期2011年5月26日 优先权日2010年5月27日
发明者福田隆夫, 坂本英之 申请人:日立汽车系统株式会社