JPH09317540A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料噴射弁の開弁時において低エネルギーによ
り燃料噴射弁を駆動することができる。 【解決手段】インジェクタ（燃料噴射弁）５は所定のタ
イミングで開閉制御されることにより、デリバリパイプ
内の高圧燃料が各気筒毎の噴射孔から各気筒内へ噴射さ
れる。デリバリパイプには燃料圧力センサ６が設けられ
ている。電子制御装置（ＥＣＵ）１０は、燃料圧力セン
サ６の燃料圧力の検出結果に基づいて開弁電圧の指示値
を算出し、この指示値に基づいて昇圧回路１９を目標の
開弁電圧に昇圧制御するとともに、インジェクタ駆動回
路１８を駆動する。この結果、昇圧回路１９で昇圧され
た電圧はインジェクタ印加電圧としてインジェクタ５に
印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の燃料噴
射制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の燃料噴射制御装置
においては、燃料ポンプにより燃料圧力を一定に制御
し、この燃料圧力とインジェクタ（燃料噴射弁）開弁時
間を制御することにより、１度に噴射される燃料噴射量
を正確に行うようにしている。すなわち、内燃機関の運
転環境を各種のセンサからの電気信号に基づいてマイク
ロコンピュータにて認識、演算させ、その運転環境に応
じた最適な燃料噴射量及び燃料噴射時期にて燃料噴射制
御を行うものである。

【０００３】又、車両に搭載される内燃機関において
は、インジェクタに印加される駆動信号は車両のバッテ
リ系電圧（１２Ｖ或いは２４Ｖ）が大部分であり、駆動
信号がオンされた後、数１００μＳ程度で確実にインジ
ェクタはオン（開弁）し、燃料噴射するようにされてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インジェク
タはソレノイドを励磁することによりに弁体に連結され
たプランジャを作動して開弁し、ソレノイドを消磁する
ことにより内装したスプリングの付勢力によりプランジ
ャを復帰させることにより弁体を閉弁する構成となって
いる。そして、前記ソレノイドは、電子制御装置にて制
御される駆動回路にて駆動される。

【０００５】電子制御装置から駆動回路に駆動信号が入
力された場合、燃料ポンプにより圧送された燃料の圧力
に左右されることがないように、駆動回路を介して印加
される電圧により電子アクチュエータをオン・オフ（開
弁・閉弁）制御する必要がある。すなわち、開弁時にお
いては、ソレノイドがプランジャを吸引するのに必要な
エネルギーは、燃料圧力が高くなると、大となるため、
インジェクタに印加する電圧は負荷最大時＋設計的余裕
度を見込む必要がある。このため、この電磁アクチュエ
ータに印加される電圧（エネルギー）は電磁アクチュエ
ータをオン・オフ制御するのに必要とされる値の一般的
には２倍以上としている。従って、インジェクタはこの
必要以上の電圧（エネルギー）を消費することとなり、
特に、燃料圧力が低い領域においては、この無駄に消費
されるエネルギーが大きくなる。

【０００６】このことは、バッテリの充放電特性上の問
題、すなわち、バッテリの電力消費が大きくなることか
ら、その分充電する必要があり、内燃機関のアイドル回
転数の上昇等の対策を施す必要があり、車両としての総
合燃費の低下に繋がる問題がある。

【０００７】この発明の目的は、燃料噴射弁の開弁時に
おいて低エネルギーにより燃料噴射弁を駆動することが
できる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１の発明は、電磁アクチュエータにより弁体
を開閉駆動し、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁
と、前記燃料噴射弁へ燃料を圧送する燃料ポンプと、前
記弁体を開弁作動させるために、電磁アクチュエータに
対して開弁電圧を印加するとともに、開弁作動後に弁体
の開弁状態を保持させるために前記開弁電圧よりも小な
る保持電圧を印加する燃料噴射弁駆動回路とを備えた内
燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁に
圧送される燃料の圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
前記燃料圧力検出手段の検出結果に基づいて開弁電圧を
変更する開弁電圧変更手段とを備えた内燃機関の燃料噴
射制御装置をその要旨としている。

【０００９】（作用）請求項１の発明では、燃料ポンプ
は燃料噴射弁へ燃料を圧送する。燃料圧力検出手段は、
この燃料噴射弁に圧送される燃料の圧力を検出し、開弁
電圧変更手段は、燃料圧力検出手段の検出結果に基づい
て開弁電圧を変更する。

【００１０】燃料噴射弁駆動回路は電磁アクチュエータ
に対して開弁電圧を印加するとともに、開弁作動後に弁
体の開弁状態を保持させるために前記開弁電圧よりも小
なる保持電圧を印加する。この結果、燃料噴射弁は電磁
アクチュエータが作動して弁体を開閉駆動し、内燃機関
に燃料を供給する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を内燃機関としての
ガソリンエンジンの燃料噴射制御装置に具体化した実施
の一形態を図１〜図６に従って説明する。

【００１２】図１は燃料噴射制御装置を示している。 図
２は電子制御装置の電気回路を示し、図３はインジェク
タの燃料圧力と開弁必要印加電圧との関係を示してい
る。図１に示すように、燃料タンク１から燃料パイプ１
ａを介して汲み上げられた燃料を吐出ポートから圧送す
る燃料ポンプ２はベーンポンプからなり、バッテリを電
源として駆動される。燃料ポンプ２はプレッシャレギュ
レータ３を介してデリバリパイプ４に接続されている。
プレッシャレギュレータ３はその排出側の燃料圧がその
設定圧を越えると、燃料ポンプ２から圧送された燃料を
燃料タンク１に環流することにより、デリバリパイプ４
に常に一定の燃料を圧送する。デリバリパイプ４には図
示しないエンジンの気筒数に応じた数のインジェクタ５
が接続されている。

【００１３】燃料噴射弁としてのインジェクタ５は電磁
アクチュエータとしてのソレノイド式のアクチュエータ
であって、ソレノイド内を摺動するプランジャと、 プラ
ンジャに固定された弁体としてのニードルバルブと、 ニ
ードルバルブを閉弁方向に付勢するスプリングを備えて
いる。 そして、ソレノイドに電圧が印加されると、プラ
ンジャがニードルバルブに付与されているスプリング弾
性力及び燃料圧力に抗して開弁方向に移動し、 ニードル
バルブ先端にて閉塞されていた噴射孔が開放される。す
なわち、前記インジェクタ５はソレノイドが励磁されて
プランジャを吸引し、燃料圧力及び前記スプリング弾性
力に抗して開弁させるのに必要な開弁電圧ＨＶと、この
開弁状態を保持するために必要となる保持電圧ＬＶにて
駆動されるように図３に示す特性を備えている。そし
て、前記インジェクタ５は所定のタイミングで開閉制御
されることにより、デリバリパイプ４内の高圧燃料が各
気筒毎の噴射孔（図示しない）から各気筒内へ噴射され
るようになっている。

【００１４】前記デリバリパイプ４には圧力センサ６が
装着され、デリバリパイプ４内の燃料圧力は燃料圧力検
出手段としての燃料圧力センサ６により検出されるよう
になっている。

【００１５】前記燃料圧力センサ６は電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）１０の入力側に接続され、前記燃料ポンプ２、及
びインジェクタ５はＥＣＵ１０の出力側に電気的に接続
されている。前記ＥＣＵ１０は各種センサから検出信号
に基づいて各インジェクタ５を好適に制御する。

【００１６】次に電子制御装置（ＥＣＵ）１０の構成を
図２を参照して説明する。なお、本実施の形態では、Ｅ
ＣＵ１０は開弁電圧変更手段を構成している。ＥＣＵ１
０は中央処理装置（ＣＰＵ）１１、読み出し専用メモリ
（ＲＯＭ）１２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１
３、入力インターフェイス１４、出力インタフェイス１
５、Ａ／Ｄ変換器１７、昇圧回路１９及びインジェクタ
駆動回路１８とを備えている。ＣＰＵ１１は予め設定さ
れた制御プログラムに従って各種演算処理を実行し、Ｒ
ＯＭ１２はＣＰＵ１１で演算処理を実行するために必要
な制御プログラムや初期データを予め記憶している。
又、ＲＡＭ１３はＣＰＵ１１の演算結果を一時記憶す
る。

【００１７】前記圧力センサ６からの圧力信号はマルチ
プレクサ１６、Ａ／Ｄ変換器１７を介して入力インタフ
ェイス１４に入力される。又、この他にもマルチプレク
サ１６には、内燃機関としてのエンジンの運転状態を検
出するために、各種センサが接続されている。すなわ
ち、エアーフローメータ、吸気温センサ、スロットルセ
ンサ、水温センサが接続されている。エアーフローメー
タはエンジンが吸入する吸入空気量を計測するものであ
り、吸気温センサは吸気通路を流通する吸入空気の温度
変化を検出する。スロットルセンサは吸気通路に設けら
れたスロットル弁の開度（スロットル開度）を検出す
る。水温センサはエンジンのウォータアウトレット部に
取付けられ、エンジンの冷却水の温度（冷却水温）を検
出する。

【００１８】又、入力インタフェイス１４には、酸素セ
ンサ、エンジン回転数センサ等のエンジンの運転状態を
検出するための各種センサが接続されている。酸素セン
サは排気マニホルド内の排気ガス中の酸素濃度を検出す
る。エンジン回転数センサはエンジン回転数を検出す
る。

【００１９】そして、ＣＰＵ１１は前記各種センサから
の検出信号により、吸気量、吸気温、スロットル開度、
冷却水温、酸素濃度、エンジン回転数等を検知する。一
方、ＣＰＵ１１は、出力インターフェイス１５を介して
イグナイタ等のエンジン周りの各種アクチュエータに対
して電気的に接続されている。又、ＣＰＵ１１はインジ
ェクタ駆動回路１８及び昇圧手段としての昇圧回路１９
に対して電気的に接続されている。昇圧回路１９はＤＣ
／ＤＣコンバータからなり、電源としてのバッテリ２０
の電圧をＣＰＵ１１からの制御信号（ＨＶ指示信号及び
ＬＶ指示信号）に基づいて目標電圧に昇圧する。インジ
ェクタ駆動回路１８は前記昇圧回路１９に接続され、Ｃ
ＰＵ１１からのインジェクタ駆動指示信号に基づいて駆
動され、昇圧回路１９で昇圧された電圧をインジェクタ
印加電圧としてインジェクタ５に印加する。

【００２０】次に、上記のように構成された燃料噴射制
御装置の作用を図４〜図６を参照して説明する。図６は
ＣＰＵ１１により実行される昇圧回路の開弁電圧算出ル
ーチンを示しており、インジェクタ５の噴射毎に実行さ
れる。なお、ＣＰＵ１１は所定時間毎に燃料圧力センサ
６からの燃料圧力を所定時間毎にサンプリングし、その
ときどきの平均燃料圧力Ｐ0を演算し、その演算値はＲ
ＡＭ１３に格納している。

【００２１】ステップ１００に入ると、ＣＰＵ１１は実
燃料噴射量ＴＡＵを（１）式に基づいて演算する。 ＴＡＵ＝（Ｐ0t−（Ｐ0(t+1) −Ｐp0）） × Ｖk …（１） なお、Ｐ0tは時刻ｔにおける平均燃料圧力、Ｐ0(t+1)は
時刻ｔ＋１における平均燃料圧力、Ｐp0は時刻ｔ〜ｔ＋
１間の燃料ポンプからの増圧分である。又、Ｖkは燃料
ポンプ２からインジェクタ５までの燃料パイプの体積
（デリバリパイプ分も含む）である。

【００２２】次にステップ１０１において、別ルーチン
で求められている目標燃料噴射量（燃料噴射指示値）と
の偏差ＴHを演算する。なお、目標燃料噴射量は、次式
で算出される。

【００２３】ＴＡＵ0＝ＴＰ×ｆ …（２） 式（２）中、ＴＰは、空燃比を理論空燃比にするための
基本噴射量であり、ＲＯＭ１２に格納されたマップを参
照して求められる。マップには、エンジン回転数及び吸
入空気量をパラメータとして目標燃料噴射量が規定され
ている。

【００２４】また、ｆは各種係数の和や積によって算出
される補正係数である。各種係数としては、例えば吸気
温、暖機増量、始動後増量、空燃比のフィードバック制
御等に関するものがある。

【００２５】次にステップ１０２において、前記算出さ
れた偏差ＴHに基づいてファジイ推論を行って、昇圧回
路１９を制御するための開弁電圧指示値（制御信号）を
求める。

【００２６】このファジイ推論の方法を説明する。図５
（ａ）は燃料噴射指示値ＴＡＵ0のメンパーシップ関数
であり、「小」、「中」、「大」のラベルから構成さ
れ。グレードは０から１である。図５（ａ’）は図５
（ａ）に示されているメンバシップ関数に対する出力関
数を示している。

【００２７】図５（ｂ）は実燃料噴射量ＴＡＵと燃料噴
射指示値ＴＡＵ0との偏差ＴHに関するメンパーシップ関
数であり、「かなり小」、「やや小」、「良好」、「や
や大」、「かなり大」のラベルから構成され、グレード
は０から１である。図５（ｂ’）は図５（ｂ）に示され
ているメンバシップ関数に対する出力関数を示してい
る。

【００２８】まず、図５（ａ）において、例えば燃料噴
射指示値ＴＡＵ0がＡであるとき、メンバシップ関数
「中」に対応する出力関数「中」の頭切りを行うととも
にメンバシップ関数「大」に対応する出力関数「大」の
頭切りを行い、頭切りを行った両方のメンパシップ関数
の論理和をとる。論理和の部分は図５（ａ’）のハッチ
ング領域である。そして、このハッチング部分の図形の
重心Ｈ１を求める。このＨ１はインジェクタ５の特性バ
ラツキを吸収するためのものである。

【００２９】又、図５（ｂ）において、例えば偏差ＴH
がＢであるとき、メンバシップ関数「やや大」に対応す
る出力関数「やや大」の頭切りを行うとともにメンバシ
ップ関数「かなり大」に対応する出力関数「かなり大」
の頭切りを行い、頭切りを行った両方のメンパシップ関
数の論理和をとる。論理和の部分は図５（ｂ’）のハッ
チング領域である。そして、このハッチング部分の図形
の重心Ｈ２を求める。このＨ２は開弁電圧指示値の増減
値である。

【００３０】続いて、求められたＨ１，Ｈ２に基づいて
次式の出力関数により開弁電圧指示値を求める。 ｆHV＝ａＨ１−ｂＨ２＋Ｈα＋ＴＡＵ0 なお、ａ，ｂは係数、Ｈαは設計的余裕度を含む開弁電
圧の嵩上げ分である。

【００３１】上記のファジイ推論で開弁電圧指示値が得
られると、開弁電圧指示値をＲＡＭ１３の所定記憶領域
に格納し、このルーチンを一旦終了する。そして、次の
インジェクタ５の駆動時（図４においてｔ１時）におい
て、ＣＰＵ１１は図４（ａ）に示すインジェクタ駆動指
示信号をインジェクタ駆動回路１８に出力するととも
に、前記開弁電圧指示値に基づく開弁電圧指示信号を昇
圧回路１９に出力する。この結果、昇圧回路１９は開弁
電圧指示信号に基づいて目標の開弁電圧ＨＶに昇圧され
るため、インジェクタ５にはインジェクタ駆動回路１８
を介して開弁電圧ＨＶが印加される。この開弁電圧ＨＶ
の印加により、インジェクタ５は開弁する。

【００３２】ｔ２時において、ＣＰＵ１１は昇圧回路１
９に対して保持電圧指示信号を昇圧回路１９に出力す
る。なお、保持電圧ＬＶの大きさはインジェクタ５の開
弁状態を保持するために必要な電圧値として予め実験等
により求められて、ＲＯＭ１２に記憶され、インジェク
タ５の駆動時における制御プログラム実行時に読み出さ
れる。この結果、昇圧回路１９は開弁電圧ＨＶよりも電
圧が小なる保持電圧ＬＶに昇圧されるため、インジェク
タ５にはインジェクタ駆動回路１８を介して保持電圧Ｌ
Ｖが印加される。この保持電圧ＬＶの印加により、イン
ジェクタ５は開弁状態を保持する。そして、インジェク
タ駆動指示信号をｔ３時においてオフするとともに、昇
圧回路１９に対する保持電圧指示信号をオフする。図４
（ｃ）はｔ１〜ｔ３間のインジェクタ５における燃料噴
射圧を示している。

【００３３】（ａ） さて、本実施の形態においては、
燃料圧力センサ６が検出したそのときどきの燃料圧力か
ら平均燃料圧力Ｐ0を演算し、実燃料噴射量ＴＡＵを前
記（１）式に基づいて演算した。そして、実燃料噴射量
ＴＡＵと目標燃料噴射量（燃料噴射指示値）ＴＡＵ0と
の偏差ＴHの大小に応じて、ファジイ推論により、開弁
電圧ＨＶを求め、この求めた開弁電圧に基づく開弁電圧
指示信号を昇圧回路１９に出力することにより昇圧回路
１９を昇圧させた。

【００３４】この結果、燃料圧力の変化により、インジ
ェクタ５の作動が正常であるか、否かを判定できる。
又、燃料圧力センサ６の検出結果をモニタすれば、イン
ジェクタ５が正常に作動し、かつ、低い電圧まで開弁電
圧ＨＶを変更することが可能となる。このため、従来と
異なり、開弁電圧ＨＶを高い電圧ではなく、低い電圧と
することができ、低エネルギーでインジェクタ５を開弁
作動することができる。

【００３５】（ｂ） 本実施例では、Ｈ１をも考慮し
て、開弁電圧ＨＶを得ているため、インジェクタ５の特
性バラツキを吸収することができる。 （ｃ） 本実施の形態において、開弁電圧ＨＶの電圧波
形、すなわち、開弁電圧を発生させる昇圧回路１９への
開弁電圧指示値（開弁電圧指示信号）をモニタすると、
インジェクタ５の経年変化及び噴射孔詰まり等による噴
射作動不具合を容易に発見でき、しかもそれらの事項を
検出するための検出器等を別に用意する必要がなく対応
できる。すなわち、本実施の形態においては、燃料圧力
に対する開弁電圧指示値を学習していくと、同じ燃料圧
力に対して開弁電圧の値が大きくなったとき、噴射孔詰
まり等によって燃料噴射量が減少していると判定でき
る。

【００３６】（ｄ） 本実施の形態では、ファジイ推論
によって、開弁電圧ＨＶを求めた。この結果、フィード
バック系の応答性及び安定性の向上や、適合の簡易化を
図ることができる。

【００３７】なお、この発明は前記実施の形態に限定さ
れるものではなく、下記のようにすることも可能であ
る。 （イ） 前記実施の形態では、ステップ１０２におい
て、偏差ＴHに基づいてファジイ推論により開弁電圧Ｈ
Ｖを求めたが、偏差ＴHに対応する開弁電圧ＨＶを実験
等により求めて、制御マップとしてＲＯＭ１２に記憶
し、この制御マップに基づいて開弁電圧ＨＶを演算する
ようにしてもよい。

【００３８】（ロ） 前記実施の形態では、ステップ１
０２におけるファジイ推論では重心法を使用したが、他
のファジイ推論の方法を使用してもよい。この明細書中
に記載された事項から特許請求の範囲に記載された請求
項以外に把握される技術的思想についてその効果ととも
に記載する。

【００３９】（１） 請求項１において、開弁電圧変更
手段は、バッテリ電圧を昇圧する昇圧手段を制御するも
のである内燃機関の燃料噴射制御装置。開弁電圧変更手
段により、昇圧手段がバッテリ電圧を開弁電圧にまで昇
圧することができる。

【００４０】（２） 上記（１）において、開弁電圧変
更手段は、燃料圧力検出手段が検出したそのときどきの
燃料圧力から平均燃料圧力を演算する平均燃料圧力演算
手段と、同平均燃料演算手段の演算した結果に基づいて
実燃料噴射量を演算する実燃料噴射量演算手段と、内燃
機関の運転状態に基づいて目標燃料噴射量を演算する目
標燃料噴射手段と、目標燃料噴射量と実燃料噴射量との
偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差に基づいて、
昇圧手段に対する開弁電圧の指示値を算出する指令値算
出手段とを備えたものである内燃機関の燃料噴射制御装
置。目標燃料噴射量と実燃料噴射量との偏差に基づい
て、昇圧手段に対する昇圧の指示値を得ることができ
る。なお、前記実施の形態におけるＥＣＵ１０が平均燃
料圧力演算手段、実燃料噴射量演算手段、目標燃料噴射
手段、偏差算出手段、及び指令値算出手段を構成する。

【００４１】（３） 指令値算出手段は、ファジイ推論
を行うものである上記（２）の内燃機関の燃料噴射制御
装置。ファジイ推論を行うため、フィードバック系の応
答性及び安定性の向上や、適合の簡易化を図ることがで
きる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、燃料圧力の変化により、燃料噴射弁の開弁が正
常であるか否かを判断でき、燃料圧力検出手段の検出結
果をモニタすれば、燃料噴射弁が正常作動し、かつ、低
い電圧まで開弁電圧を作動させることができる。この結
果、燃料噴射弁の開弁時において低エネルギーにより燃
料噴射弁を駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の燃料噴射制御装置の模式
図。

【図２】電子制御装置の電気回路図。

【図３】インジェクタの燃料圧力と開弁必要印加電圧と
の関係を示す特性図

【図４】（ａ）はインジェクタの駆動指示信号波形の説
明図、（ｂ）はインジェクタの印加電圧波形の説明図、
（ｃ）は燃料噴射圧の説明図。

【図５】（ａ），（ａ’）はファジー推論におけるメン
パーシップ関数の説明図、（ｂ），（ｂ’）は出力関数
の説明図。

【図６】昇圧回路の開弁電圧算出ルーチンを示すフロー
チャート。

【符号の説明】

１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、４…デリバリパイ
プ、５…燃料噴射弁としてのインジェクタ、６…燃料圧
力検出手段としての圧力センサ、１０…開弁電圧変更手
段としてのＥＣＵ。１１…ＣＰＵ、１８…インジェクタ
駆動回路、１９…昇圧手段としての昇圧回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁アクチュエータにより弁体を開閉駆
   動し、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記燃
   料噴射弁へ燃料を圧送する燃料ポンプと、前記弁体を開
   弁作動させるために、電磁アクチュエータに対して開弁
   電圧を印加するとともに、開弁作動後に弁体の開弁状態
   を保持させるために前記開弁電圧よりも小なる保持電圧
   を印加する燃料噴射弁駆動回路とを備えた内燃機関の燃
   料噴射制御装置において、 前記燃料噴射弁に圧送される燃料の圧力を検出する燃料
   圧力検出手段と、 前記燃料圧力検出手段の検出結果に基づいて開弁電圧を
   変更する開弁電圧変更手段とを備えた内燃機関の燃料噴
   射制御装置。