电磁式燃料喷射阀的控制装置的制作方法

本发明涉及电磁式燃料喷射阀的控制装置。

背景技术：

以往，作为表示用于对内燃机喷射燃料的燃料喷射阀的性能的指标，定义了最大喷射量和最低喷射量。关于最大喷射量，将在规定期间(例如1秒)中维持燃料喷射阀的开阀，燃料喷射阀能够喷射的燃料量定义为最大喷射量。另外，最大喷射量要求在单位时间内喷射更多的喷射量，作为决定因素，能够通过增大以燃料喷射阀内的阀体升程量(移动量)和燃料喷射阀前端具备的喷口直径等为代表的部分的设计值而应对。另一方面，最低喷射量指的是燃料喷射阀能够稳定喷射的最少的喷射量，要求能够实现更少的喷射量。能够稳定喷射的喷射量，在缩短对燃料喷射阀的开阀指令时间时，喷射量必然能够减少，但同一规格的燃料喷射阀中，即使驱动指令时间相同，其喷射量也会发生误差，所以将该喷射量误差在规定范围内作为条件。

近年来，特别在直喷式内燃机的电磁式燃料喷射阀中，正在积极进行扩大上述最大喷射量和最小喷射量的范围(以下称为动态范围)的技术开发。特别是在确保现有的最大喷射量的同时进一步减小最低喷射量，所以控制从燃料喷射阀的阀体未完全开阀的状态起进行积极的燃料喷射的所谓半升程控制受到关注。

例如专利文献1的技术中，通过对燃料喷射阀的机构施加改良而使得阀体的升程量固定为高升程和低升程这两级，分别设定燃料喷射阀的驱动电流，由此实现半升程控制。

另外，专利文献2的技术中，通过短时间供给用于使阀体抵抗燃料喷射阀上游的燃料压强而开阀的开阀电流来在阀体达到完全开阀的状态之前开始关闭，以阀体的升程量进行抛物运动的方式进行控制，由此实现电磁式燃料喷射阀的半升程控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-266722号公报

专利文献2：日本特开2013-2400号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

专利文献1的技术中，为了实现半升程控制而需要对燃料喷射阀的机构施加改良，另外，不能够使半升程区间中的升程量连续地可变。

另外，专利文献2记载的技术中，也没有考虑使阀体达到全升程前结束燃料喷射的半升程区间的升程连续地可变的具体方法。另外，即使基于专利文献2记载的技术对半升程区间的升程量进行可变控制，也会产生在阀体到达全升程位置后结束燃料喷射指令的全升程区间燃料喷射量相对于喷射指示期间的关系不同的课题。

本发明鉴于这样的课题而得出，其目的在于使半升程区间的流量特性接近全升程区间的流量特性，改善微少燃料喷射量的可控性。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的控制装置是一种电磁式燃料喷射阀的控制装置，其对螺线管供给驱动电流而通过磁力将阀体打开，来对内燃机喷射燃料，其特征在于：所述驱动电流的供给期间包括：发生所述阀体的开阀动作所需的磁力的峰值电流供给期间；和在所述峰值电流供给期间之后，使小于所述峰值电流的电流在规定期间内通电的升程量调整期间，基于所述升程量调整期间的长度控制所述阀体的升程量、所述阀体到达全升程位置之前的实际开阀期间和所述阀体到达全升程位置之前对所述内燃机喷射的燃料喷射量中的至少一者。

发明效果

根据本发明，能够使半升程区间和全升程区间中燃料喷射量相对于喷射指示期间的关系接近，所以能够改善微少燃料喷射量的可控性。

附图说明

图1是关于本发明的整体结构的说明图。

图2是燃料喷射阀控制装置的结构图。

图3是现有的燃料喷射阀驱动方法的说明图。

图4是现有的燃料喷射量特性图。

图5是现有控制中的半升程控制的说明图。

图6是本发明中的燃料喷射阀的驱动方法的说明图。

图7是本发明中的燃料喷射阀的阀举动的说明图。

图8是本发明中的半升程时的时序图的一例。

图9是本发明中的半升程时的时序图的另一例。

图10是本发明中的燃料喷射量特性的说明图。

图11是实施例2的驱动方法的说明图。

具体实施方式

以下用附图说明本发明的实施例。

实施例1

图1示出了燃料喷射控制装置中的基本结构的一例。首先，从车载蓄电池供给的蓄电池电压109经由熔断器103和继电器104，对未图示的发动机控制单元(以下称为ECU)内具备的燃料喷射阀控制装置101供给。

作为燃料喷射阀控制装置101控制的燃料喷射阀108，本实施例中对于常闭型的电磁式燃料喷射阀进行说明。燃料喷射阀108通过对螺线管通电而发生磁吸力，将阀体向打开方向驱动，通过切断对螺线管的通电而与弹力、供给燃料的压强等相应地闭阀。

对于燃料喷射阀控制装置101内的结构进行说明，其具备基于蓄电池电压109，生成燃料喷射阀108内具备的阀体打开时所需的高电源电压(以下称为高电压110)的高电压生成单元106，高电压生成单元106基于来自驱动IC105的指令，使蓄电池电压109升压达到要求的目标高电压。高电压生成单元例如能够用包括线圈、电容器、开关元件的升压电路实现。由此，燃料喷射阀108的电源具备目的在于确保阀体的开阀力的高电压110和在开阀后保持开阀使得阀体不会关闭的蓄电池电压109这2个系统。

另外，在燃料喷射阀108的上游一侧和下游一侧具备燃料喷射阀驱动单元107a、107b，对燃料喷射阀108进行驱动电流的供给。详情在后文中说明，所以省略此处的说明。

高电压生成单元106和燃料喷射阀驱动单元107a、107b被驱动IC105控制，控制为对燃料喷射阀108施加高电压110或蓄电池电压109，而成为要求的驱动电流。另外，在驱动IC105内，基于用ECU(未图示)内的模块102具备的燃料喷射阀脉冲信号运算模块102a和燃料喷射阀驱动波形指令模块102b计算出的指令值，控制燃料喷射阀108的驱动期间(燃料喷射阀108的通电时间)、和驱动电压的选择、驱动电流的设定值。

接着用图2说明图1中示出的燃料喷射阀108的驱动单元107a、107b。如图1所说明，燃料喷射阀108的上游的驱动单元107a，为了供给使燃料喷射阀108打开所需的电流，而从图中的高电压生成单元106经由为了防止电流逆流而具备的二极管201，用图中的开关元件TR_Hivboost203，对燃料喷射阀108供给高电压110。另一方面，使燃料喷射阀108打开后，与高电压110同样地经由防止电流逆流用的二极管202，用图中的开关元件TR_Hivb204，对燃料喷射阀108供给保持燃料喷射阀108的开阀状态所需的蓄电池电压109。

接着，燃料喷射阀108的下游的燃料喷射阀驱动单元107b中具备开关元件TR_Low205，通过使该驱动电路TR_Low205成为ON(接通)，能够对燃料喷射阀108施加从上游一侧的燃料喷射阀驱动单元107a供给来的电源，另外，通过用分流电阻206检测燃料喷射阀108中消耗的电流，进行后述的要求的燃料喷射阀108的电流控制。其中，本说明示出了燃料喷射阀108的驱动方法的一例，例如也可以在燃料压强比较低的情况或高电压生成单元106的故障时等，在燃料喷射阀108打开时不使用高电压110而是使用蓄电池电压109。

接着用图3和图4说明现有技术中的燃料喷射阀108的电流控制。一般而言在驱动直喷式内燃机的燃料喷射阀108的情况下，基于燃料喷射阀108的特性，预先设定电流特性302，在ECU(未图示)内记录该电流特性302决定的燃料喷射阀108的喷射量特性。燃料喷射阀控制装置101根据内燃机(未图示)的运转状态(吸入空气量)、和燃料喷射阀108的喷射量特性，计算燃料喷射阀108的驱动指令时间(以下称为脉冲信号301)。

图3示出了该控制方法的一例，脉冲信号301从ECU运算出的要求的喷射时刻T304起成为ON(接通、高电平)，基于预先在ECU内存储的驱动电流特性302，进行燃料喷射阀108的电流控制。

图3的例子中的驱动电流特性302由进行燃料喷射阀108的开阀的开阀峰值电流302a、进行开阀保持的第一保持电流302b和第二保持电流302c等多个目标电流值构成，燃料喷射阀控制装置101基于预先设定的控制流程，切换各个目标电流值(图3中为302a、302b、302c)，由此进行燃料喷射阀108的动作，对燃料喷射阀108持续施加驱动电流直至脉冲信号301成为OFF(断开、低电平)的T308。

接着，对于燃料喷射阀108的阀体举动进行说明。从脉冲信号成为ON(T304)起，对燃料喷射阀108施加上述高电压直至达到开阀电流302a。从基于燃料喷射阀固有的电特性的、残留磁场成为规定量的时刻(图3中为T305)起，阀体开始打开。之后，开阀电流(直至302A的电流举动)所产生的开阀力持续，由此阀体继续开阀动作，阀体到达开阀一侧的限位部位置(T306)。此时，因过剩的开阀力，阀体暂时发生弹跳(Bouncing)动作(301的期间)，转移至稳定的开阀状态(T307)。之后，持续阀体完全打开的状态直至脉冲信号成为OFF的时刻(T308)，之后，燃料喷射阀108的残留磁场降低，经过闭阀动作，阀体完全关闭(T309)。在该举动中，本发明中将阀体完全打开的状态定义为全升程。在达到全升程、成为稳定的开阀状态的时刻T307之后，通过用供给第一保持电流302b和第二保持电流302c的时间控制保持全升程的位置的时间，来调整燃料喷射量。

接着用图4说明使用图3的驱动电流302的情况下的喷射量特性。关于喷射量特性，说明了其由驱动电流特性302和脉冲信号301成为ON的期间决定，而以该脉冲信号301的长度为横轴、各驱动时间的燃料喷射量为纵轴的情况下，成为401示出的特性。

对此详细说明，从阀体开始打开的时刻T305起，直至阀体达到全升程的时刻T306的期间402中，基于开阀峰值电流302a的供给时间，阀体的升程量增加，由此燃料喷射量增加。在该期间中，与阀体的开阀速度相应地决定燃料喷射量的斜率401a，因为峰值电流的电源电压是由高电压110产生的，所以成为401a的斜率急剧增加的特性。

之后，阀体与限位部碰撞，从而，因上述弹跳动作310，喷射量特性也发生弹跳(T306至T307的期间)。因为燃料喷射阀的特性差异较大、以及缺乏喷射动作的再现性，一般不使用该弹跳期间403。

之后，弹跳收敛(T307)后的阀体维持全升程位置，所以成为与脉冲信号的长度成比例的倾斜401b的增加特性，现有的燃料喷射阀108的最低喷射量可以认为是全升程时的燃料喷射量405+余量。

接着用图5说明基于图3中说明的现有的燃料喷射阀108的驱动方法进行半升程控制的例子。首先，本发明的半升程控制定义为在从阀体开始打开直到与限位部接触的(图3内的T305至T306的期间)期间中使脉冲信号为OFF，由此阀体的举动如描绘抛物线一般动作。

图5中，为了使时间轴尺度易于理解，用虚线记载图3中说明的半升程时的脉冲信号301、驱动电流302、阀举动303。

从脉冲信号501成为ON的时刻T304起，开阀峰值电流上升(505、506、507)。之后，在阀体与限位部碰撞的时刻T306之前的阶段(T502、T503、T504)，使脉冲信号501成为OFF，由此T502描绘出505、T503描绘出506、T504描绘出507的轨迹，驱动电流成为0A。阀举动因上述过程而从T306起开始开阀动作，脉冲信号501在T502成为OFF的情况下，表现出507这样的阀举动，同样在T503成为508，在T504成为509。因为阀体是与限位部碰撞之前，所以阀体举动虽然能够进行半升程控制，但作为此时的课题，可以列举这时的喷射量特性的斜率401a较陡，所以成为与全升程区间的斜率401b不同的特性。详细而言，该情况下的喷射量特性是图4内的402示出的期间。使开阀峰值电流从T503延长时，阀体很快强势地发展至限位器位置510之后，发生上述弹跳动作。所以，为了实现图5这样的半升程控制，需要对401a的陡坡的控制应对，详细而言，需要使以燃料压强修正为代表的脉冲信号501的修正的增益与现有控制401b的斜率同等地适应，和为了不使用弹跳期间403而对于控制分辨能力的改进。

作为一例，可以考虑用ECU计算出低于上述最低喷射量的要求喷射量的情况下，通过跳转至图5中示出的半升程控制期间402而不使用403期间的方法，但需要考虑进行该跳过控制时产生的喷射量的误差，并且与跳过控制相关的运算处理会变得复杂。

为了解决这些课题，示出本发明中的燃料喷射阀108的驱动方法。图6是用本发明所示的驱动方法进行全升程控制的情况下的示意图。首先，具有发生燃料喷射阀108内具备的阀体的开阀动作所需的磁力的峰值电流供给期间609。该期间中，脉冲信号601为ON(T604)，驱动电流602在达到开阀峰值电流值610或者达到规定期间中的任意一方成立时结束，与图3中示出的开阀峰值电流同样地用高电压110驱动燃料喷射阀108。

另外，该峰值电流供给期间609，在使用燃料喷射阀108的最高燃料压强下，也需要是能够可靠地开阀的可开阀最低保证电流值611以上、或者与其相当的期间以上。即，该峰值电流供给期间609至少发生燃料喷射阀108的开阀动作所需的最低限度的磁力，保证燃料喷射阀开阀。

峰值电流供给期间完成的条件成立后，具备使小于峰值电流的电流对燃料喷射阀108通电规定期间的升程量调整期间603。该升程量调整期间603对燃料喷射阀108施加以蓄电池电压109为代表的低电压。

本发明的特征在于与该升程量调整期间603的长度相应地控制达到全升程前的半升程状态下的阀体的升程量。这一点的详情用图7之后说明，但升程量调整期间603的目标电流值612需要在燃料喷射阀108能够保持开阀状态的可保持开阀最低保证电流值613以上。

另外，其特征在于在峰值电流供给期间609之后、转移至升程量调整期间603之前，具备使峰值电流迅速降低的电流切断期间(T605至T606之间)。其目的在于用电流切断期间(T605至T606之间)抵消峰值电流供给期间产生的过剩的开阀力(例如燃料压强低的情况等)。由此，因为开阀时的阀体的势能被抵消，所以之后的升程量调整期间603中的半升程状态下的升程量的可控性提高。

其中，作为在电流切断期间(T605至T606)中使峰值电流迅速降低的方法，切断高电压110和蓄电池电压109对燃料喷射阀108的供给即可。进而，作为使峰值电流迅速降低的方法，对燃料喷射阀108施加负的电压即可。作为施加负的电压的方法，例如使用燃料喷射阀108的螺线管中发生的反向电动势即可。通过设置驱动单元107a、107b都成为OFF时因反向电动势而在燃料喷射阀108中发生的反向的电流的退路、即在地与高电压生成单元106(或车载电源)之间经由整流元件连接的通路，能够使燃料喷射阀108的通电电流迅速降低。

此处，电流切断期间(T605至T606)的完成条件是满足降低至规定的电流值的情况、或者经过规定期间的情况中的任意一方时转移至升程量调整期间603。其中，转移至升程量调整期间603时，控制为用蓄电池电压109或高电压110中的某一方达到规定的目标电流值612。

接着用图7说明由图6的燃料喷射阀驱动方法实现的阀举动。脉冲信号701以与图6相同的时序进行ON/OFF。另外，为了方便说明，用虚线记载图3中示出的阀举动303，将图6的阀举动作为702。

在开阀动作中，在图3的驱动方法下，升程量以705这样较快的开阀速度增加，经过弹跳期间707，在全升程位置变得稳定，而通过使用本发明的图6这样的驱动方法，成为706所示的举动。这主要能够通过用升程量调整期间603控制阀举动的发展而实现。稳定的开阀动作、即最小升程量的半升程控制，由峰值电流、或者峰值电流和电流切断期间(T605至T606)生成(详情用图8说明)，之后的升程量增加量由升程量调整期间603的长度控制。

升程量调整期间603由蓄电池电压109控制，所以因阀速度被缓和，不会产生弹跳期间707，以软着陆的状态708到达全升程位置。

接着，用图8至图10说明本发明的半升程控制。首先，用图8说明使用上述最小升程量的半升程控制。图8的使脉冲信号801成为OFF的时刻T805设想为在图6中说明的峰值电流供给期间609的结束条件至电流切断期间(T605至T606)之间的情况。

为了方便说明，用虚线记载图6的驱动电流602，将此时的阀举动作为702的虚线。该场景中，对燃料喷射阀108供给的电流仅有峰值电流供给期间609，所以指的是仅用高电压110驱动的情况。另外，在T805使脉冲信号801成为OFF，而图6示出的驱动电流602中，设置了电流切断期间(T605至T606)，所以在该期间中使脉冲信号801成为OFF的情况下，也成为相同的轨迹。

另外，此时的阀举动803设定为成为半升程控制的最小升程量即可。这是因为在峰值电流供给期间609中供给的峰值电流需要设定为超过燃料喷射阀108打开时所需的可开阀最低保证电流值611，所以即使是特性相同的燃料喷射阀108，也预想了考虑到机器误差和相对于目标燃料压强的脉动幅度的程度，因此在成为其以下的电流的情况下，存在阀体不能打开的风险。峰值电流对于这些因素具有一定程度的余量，但基本的想法是由峰值电流供给期间609、或者峰值电流供给期间609和电流切断期间(T605至T606)构成的电能是图8所示的具有再现性的最小升程量。

在此基础上，进行图9的说明。图9是示出了从图8的脉冲信号801的OFF时刻起，在任意的时刻使脉冲信号601成为OFF的情况下的驱动电流和阀举动的图。

图9的脉冲信号901从T903起成为ON，分别在时刻T805、T904、T905、T906、T907成为OFF。此时，驱动电流在T805和T904成为与图8所示相同的轨迹。对于这部分已用图8说明，所以省略。在T905使脉冲信号成为OFF的情况下的驱动电流成为908，之后分别成为909、910。另外，T805和T904的情况下的阀举动描绘出803的虚线示出的轨迹，在T905脉冲信号成为OFF的情况下，成为阀举动911，之后顺次成为912、913。这样，在追踪图7说明的全升程时的阀举动702的同时，阀升程量与脉冲信号901的长度相应地发展。如果以峰值电流供给期间609和电流切断期间(T605至T606)为大致固定期间的方式设定，则升程量调整期间603的长度与脉冲信号901的长度相应地决定。然后，如图8所示，阀举动803相当于本发明的最小升程量，之后的阀升程量基于升程量调整期间603的长度决定。换言之，基于升程量调整期间603的长度，控制半升程状态下的燃料喷射阀108的实际开阀期间或者燃料喷射量。

由此，能够提供平缓的开阀动作，并且不发生弹跳地使升程量连续增大至全升程位置。对这一点按燃料喷射量特性来看，成为图10这样的特性。从阀体开始开阀动作的时刻T1002起，喷射量特性1001上升直至达到峰值电流610的时刻T605，转移至电流切断期间(T605至T606)。电流切断期间T605至T606中，无论在何处使脉冲信号901成为OFF，驱动电流902都不变，所以阀举动也描绘出相同的轨迹(T803)。因此，喷射量特性1001直到电流切断期间(T605至T606)完成的时刻T1003都是平坦的特性，之后，因转移至升程量调整期间603而用蓄电池电压109进行电流供给，由此喷射量特性再次开始上升。

如图9的阀举动所说明，本发明中，在半升程的期间1006和全升程的期间1007之间，喷射量特性的斜率不会产生大的差异。所以，能够不考虑半升程区间和全升程区间地实行控制。

本发明中，图8中说明的状态是最低喷射量，所以T1003时刻的喷射量相当于它。

本实施例示出了能够有效地使用本发明的一例，例如，也包括随时间经过调节升程量调整期间603中的目标电流值612，从而使图7中示出的阀举动706的开阀动作成为适当的状态。其中，此处所谓最佳状态指的是使图10的1006和1007的喷射量特性1001的斜率符合不影响控制的程度，意即使目标电流值612通过拟合等而优化。

实施例2

用图11说明本发明的另一个实施例。

实施例1中，用图8说明了本发明的最小升程量，对于进一步提高这一点的效果的方法进行说明。

如上所述，由峰值电流供给期间609或者峰值电流供给期间609和电流切断期间(T605至T606)保证的稳定的阀举动803，即使在同一规格的燃料喷射阀108中，也不一定特性相同。即，设想因燃料喷射阀108的机器误差，而改变峰值电流供给期间609的长度、或者峰值电流值610。

换言之，要求图8的803所示的阀举动至少在同一内燃机中具备的多个燃料喷射阀108之间为相同的举动。根据本发明的发明人所验证的结果，确认了如果此时的阀举动误差在一定量以下，则峰值电流供给期间609的长度决定的阀升程也在该范围内发展。所以，调整在峰值电流供给期间609中供给的电流以使图8的803所示的升程量在一定范围内。

该情况下，如果是具备能够直接检测阀升程量的单元的控制装置，则基于升程量，对峰值电流供给期间609的长度或峰值电流值610中的至少一方以上和电流切断期间(T605至T606)的长度、或者电流切断时的目标电流中的任意一方以上进行修正即可，但此处对于使用与升程量存在相关性的实际开阀期间711的修正进行说明。

图11中，示出了驱动电流以图6的602为前提、脉冲信号1101时序相同(T1109至T1110为ON)时的不同的燃料喷射阀108的阀举动(803、1102)。

该情况下，803的实际开阀期间是1104，1102的实际开阀期间是1105。使用检测这两个期间的功能，最终运算它们的差，对峰值电流供给期间609进行修正。图11中是半升程，但使用检测全升程时的它们的差的方法也能够获得效果。另外，是全升程时的差的情况下，检测全升程量1108的差，所以通过对它们的差除以与峰值电流供给期间609时的升程的比例，而对峰值电流供给期间609的长度或峰值电流值610进行修正。

另外，此时的修正以在同一内燃机内具备的燃料喷射阀108中相对地修正为前提，例如以最长的实际开阀期间711为基准，计算与其他燃料喷射阀108的差，对全升程量和基本的峰值电流供给期间609或峰值电流610进行修正。

其中，基本的峰值电流供给期间609或峰值电流610指的是例如最难以开阀的燃料喷射阀108中的图8所说明的峰值电流供给期间609或峰值电流610。由此，能够减少图8中的机器误差不均等引起的阀升程量的误差。

符号说明

101…燃料喷射阀控制装置

106…高电压生成单元

108…燃料喷射阀

109…蓄电池电压

601…脉冲信号

602…驱动电流

603…升程量调整期间

609…峰值电流供给期间

610…峰值电流值

611…可开阀最低保证电流值

612…目标电流值

613…可保持开阀最低保证电流值。