WO2019225546A1

WO2019225546A1 - 燃料噴射弁の制御装置およびその方法

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Publication number: WO2019225546A1
Application number: PCT/JP2019/019920
Authority: WO
Inventors: 将巳中村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: JP6981366B2; US20210071613A1; DE112019002679T5; CN112189087B; JP2019203483A; US11193444B2; CN112189087A; DE112019002679B4

Abstract

燃料の供給を受けて燃料噴射を行なう燃料噴射弁５０の弁体５４を、弁体の開閉方向に駆動する駆動体５８を備えたアクチュエータ６０に通電することにより開閉駆動可能とし、駆動体が弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングでアクチュエータへの通電を終了する境界通電を実施して、通電終了までの通電時間と燃料噴射量との関係を計測する。こうして計測した関係を用いて、アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を決定し、目標噴射量が与えられたとき、決定した対応関係を参照して目標噴射量に対応した通電時間を求めてアクチュエータに通電し、燃料噴射弁による燃料噴射を実施する。

Description

燃料噴射弁の制御装置およびその方法

関連出願の相互参照

　本願は、２０１８年５月２５日に日本国において出願された特許出願番号２０１８－１００７０８号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により、本願明細書に組み入れられる。

　本開示は、燃料噴射弁の制御技術に関する。

　内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁では、ソレノイドなどのアクチュエータを駆動して、弁体を開閉している。弁体の開閉には、弁体を完全に開くまでアクチュエータに通電する、いわゆるフルリフトと、弁体が完全に開く前に通電を終了する、いわゆるパーシャルリフトとがある。アクチュエータへの通電の開始から弁体の動き出しまでには遅れ時間があり、しかもこうした遅れ時間には、アクチュエータ毎のバラツキがあることから、パーシャルリフトによる燃料噴射弁の開閉を正確に制御することは困難であった。このため、下記特許文献１のように、フルリフトの際に遅れ時間を計測しておき、パーシャルリフトにおいて、計測した遅れ時間を加味して弁体を制御しようとするものも提案されている（例えば、特開２０１５－１２１２３１公報参照）。

　しかしながら、フルリフトの際の遅れ時間を計測してパーシャルリフトの際の弁体の動きを制御しても、燃料噴射量の制御の精度が十分でない場合があるという問題があった。

　以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

　第１の態様として、燃料噴射制御装置が提供される。この燃料噴射制御装置は、燃料の供給を受け、弁体の開閉により燃料噴射を行なう燃料噴射弁と；前記燃料噴射弁の弁体を、前記弁体の開閉方向に駆動する駆動体を備えたアクチュエータと；前記アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を参照し、目標噴射量に対応した通電時間で前記アクチュエータに通電して燃料噴射を実施させる通電制御部と；を備え、前記通電制御部は、前記駆動体が前記弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで前記アクチュエータへの通電を終了する境界通電が実施されたとき、通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を計測し、該関係を用いて、前記対応関係を決定する。

　この燃料噴射制御装置は、駆動体が弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングでアクチュエータへの通電を終了する境界通電が実施されたとき、通電終了までの通電時間と燃料噴射量との関係を計測し、計測したこの関係を用いて、対応関係を決定する。従って、決定後の対応関係を用いることにより、燃料噴射量を精度よく制御できる。

　このほか、燃料噴射弁の制御方法として実施することが可能である。また、燃料噴射制御装置の制御方法としての実施や、内燃機関等のエンジンの制御装置やその制御方法としての実施も可能である。

図１は、実施形態のハードウェア構成を示す概略構成図であり、図２は、燃料噴射弁の構造を例示する概略構成図であり、図３は、フルリフト通電パルス、パーシャルリフト通電パルスとニードル弁のリフト量との関係を例示するグラフであり、図４は、通電時間と燃料噴射量との対応関係を説明する説明図であり、図５は、通電時間と燃料噴射量との対応関係における境界領域での関係を例示する説明図であり、図６は、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、図７は、第１実施形態における対応関係決定処理の概要を示すフローチャートであり、図８は、第１実施形態におけるデフォルトの対応関係と、作成される対応関係との関係を示す説明図であり、図９は、第２実施形態における対応関係決定処理を示すフローチャートであり、図１０は、第２実施形態におけるデフォルトの対応関係と、作成される対応関係との関係の１つを示す説明図であり、図１１は、第２実施形態におけるデフォルトの対応関係と、作成される対応関係との関係の１つを示す説明図であり、図１２は、作成される対応関係の他の例を示す説明図であり、図１３は、作成される対応関係の他の例を示す説明図であり、そして図１４は、作成される対応関係における補間方法の違いを示す説明図である。

Ａ．第１実施形態の構成：
（１）実施形態に共通のハードウェア構成：
　実施形態の燃料噴射制御システム１０のハードウェア構成について、説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

　燃料噴射制御システム１０は、図１に示すように、筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１（以下では単に「エンジン１１」とも表記する）と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０を備え、エンジン１１の挙動をＥＣＵ３０が制御するように構成されている。エンジン１１は、例えば４つの気筒４０を有する直列４気筒エンジンなどのように複数の気筒４０を有するが、図１では単一の気筒４０及びそれに繋がる管系のみが図示されている。

　エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５により開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

　更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒４０に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられている。

　気筒４０は、ピストン４０ａ及びシリンダ４０ｂによって構成されている。エンジン１１の各気筒４０には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５０が取り付けられている。燃料噴射弁５０には、燃料タンク６２から、燃料ポンプ６４により燃料が供給される。燃料を供給する燃料供給管６５には、燃料の供給圧を検出する圧力センサ６６が設けられている。また、シリンダ４０ｂの上方のシリンダヘッド４０ｃには、各気筒４０毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒４０の点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

　燃料噴射弁５０は、周知の電磁駆動式（ソレノイド式）のインジェクタである。燃料噴射弁５０は、図２に示したように、内蔵するソレノイドの駆動コイル６０に通電することにより、駆動コイル６０が形成する磁束により、燃料の供給路を形成するケース５１内に設けられた弁体であるニードル弁５４をリフトし、ケース５１の先端に設けられた開口部５３を開閉し、燃料噴射を実現する。燃料噴射弁５０は、弁体としてのニードル弁５４の他、ニードル弁５４に固定された駆動体としてのプランジャ５８と、プランジャ５８を全体としては開口部５３方向に付勢する２つのコイルばね５６，５７と、コイルばね５７のバックアップ部材として機能する供給孔栓５９等を備える。供給孔栓５９は、中心に、燃料の供給を受ける供給孔を有する。燃料噴射弁５０に供給される燃料は、燃料ポンプ６４により、筒内噴射可能な圧力に昇圧され、燃料供給管６５を介して、供給される。

　この燃料噴射弁５０では、ソレノイドは燃料噴射弁５０に一体に組み込まれているので、単独の構成部品としてのソレノイドは存在しないが、ニードル弁５４を駆動する駆動体としてのプランジャ５８とこれを吸引する電磁力を発生する駆動コイル６０とでソレノイドを構成していると解することができる。ＥＣＵ３０から見れば、制御するのは駆動コイル６０への通電時間であり、これをアクチュエータと解することができる。燃料噴射弁５０は、内蔵されたソレノイドの駆動コイル６０に通電されると、駆動コイル６０によって生じる電磁力によってプランジャ５８に一体化されたニードル弁５４を、その先端が開口部５３から離脱する方向にリフトする。ニードル弁５４の先端が開口部５３から離れると、燃料噴射弁５０は、開弁状態となり、供給孔に供給されている高圧の燃料が、エンジン１１の筒内に噴射される。燃料噴射弁５０は、駆動コイル６０への通電が停止されると、ニードル弁５４が、コイルばね５７の力により開口部５３方向に戻って閉弁状態となり、燃料噴射が停止される。燃料噴射弁５０には、通電用の端子が設けられ、ＥＣＵ３０に接続されている。駆動コイル６０は通電用の端子に接続されており、ＥＣＵ３０は、所望のタイミングで駆動コイル６０への通電を行なうことができる。

　エンジン１１の各気筒４０には排気管２３が繋がれている。排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

エンジン１１のシリンダ４０ｂには、筒内圧を検出する筒内圧センサ２６、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７が取り付けられている。各ピストン４０ａには、ピストン４０ａの往復運動を円運動に変換するクランク軸２８が連結されている。クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２８には、動力を外部に取り出す出力軸４３が結合され、ここにトルクセンサ４５が設けられている。

　これら各種センサからの出力され検出信号は、ＥＣＵ３０に入力される。具体的には、エアフローメータ１４が検出する吸入空気量、スロットル開度センサ１７が検出するスロットルバルブ１６の開度、吸気管圧力センサ１９が検出する吸気管圧力、５、排出ガスセンサ２４が検出する空燃比、筒内圧センサ２６が検出する筒内圧、冷却水温センサ２７が検出する冷却水温、クランク角センサ２９が検出するクランク角度、圧力センサ６６が検出する燃料供給圧、トルクセンサ４５が検出するエンジン１１の出力トルクなどを、ＥＣＵ３０は読み取り、エンジン１１の運転状態を知ることができる。また、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁５０のソレノイドを構成する駆動コイル６０に関して、駆動コイル６０に印加される電圧および駆動コイル６０に流れる電流の少なくとも一方をモニタすることができる。これら駆動コイル６０への印加電圧や電流は、後述する駆動コイル６０への通電時間と燃料噴射量との対応関係の決定に利用される。ＥＣＵ３０に入力される出力信号には、この他、図示しないアクセルペダルの踏込量（アクセル操作量）を検出するアクセルセンサ４１からの信号がある。

　これらの信号を受け付けるＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３１を主体として構成され、内蔵されたメモリ３２に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。燃料噴射量は、燃料噴射弁５０の開弁時間により制御する。また、点火時期は、ピストン４０ａの上死点（ＵＤＣ）に対して所定の角度で、点火プラグ２２に、図示しないイグナイタを用いて火花点火することにより制御する。スロット開度は、アクセルセンサ４１が検出したアクセルペダルの踏込量と連動するようモータ１５を駆動することにより、調整する。各制御のためのアクチュエータは、周知のものなので、モータ１５や燃料噴射弁５０を除いて図示は省略した。また、これらのアクチュエータは、ＥＣＵ３０内蔵されたドライバを介して、駆動される。燃料噴射弁５０の駆動コイル６０には、このドライバを介して、噴射パルスが印加される。噴射パルスの詳細については、後述する。

（２）燃料噴射弁５０の動作の詳細：
　次に、燃料噴射弁５０の動作とその特性について説明する。燃料噴射弁５０は、上述したように、内蔵するソレノイドの駆動コイル６０に通電することにより、プランジャ５８に固定されたニードル弁５４をリフトし、開口部５３から燃料を噴射する。その噴射量は、供給される燃料の圧力が一定であれば、ニードル弁５４がリフトして開口部５３が開口している時間に比例する。こうしたニードル弁５４のリフトには、フルリフトとパーシャルリフトとがある。

　フルリフトは、駆動コイル６０に十分な電流を供給できる電圧で、かつ十分なパルス幅の通電パルスが印加される場合のニードル弁５４の動きのことである。駆動コイル６０に供給されるエネルギは、駆動コイル６０に流れる電流（通電電流）とパルス幅で決まる。ＥＣＵ３０からみれば、印加する電圧とパルス幅が直接の制御対象であり、印加する電圧は一定と見なせるので、以下の説明では、パルス幅によってニードル弁５４の動きを制御するものとして説明する。パルス幅は、以下、駆動コイル６０に噴射パルスが印加される時間である通電時間とも呼ぶ。駆動コイル６０への通電時間が十分にあれば、プランジャ５８はコイルばね５７の付勢力に抗してリフトされ、プランジャ５８の背面がケース５１の内側の停止位置に突き当たるまで移動し、その状態で一定時間保持される。印加された電圧による駆動コイル６０への通電時間が経過して、プランジャ５８およびニードル弁５４が元の位置に戻ると、燃料噴射は終了する。

　フルリフトとパーシャルリフトの場合のニードル弁５４のリフト量、つまりは燃料噴射量との関係を、図３を用いて説明する。図３の最上段にはフルリフトの場合の通電パルスを、図３の中断にはパーシャルリフトの場合の通電パルスを、それぞれ示した。図３の最下段には、それぞれの通電パルスに対応したニードル弁５４のリフト量を示した。駆動コイル６０に印加される通電パルスが十分なパルス幅を備えていれば、ニードル弁５４はプランジャ５８の背面がケース５１に突き当たるまで引き上げられ、その状態に維持され、通電パルスの終了後、元の位置に戻る。この場合、燃料噴射弁５０の個体差により、ニードル弁５４の動きにバラツキが生じるものの、フルリフトの場合のニードル弁５４の挙動は、図３に符号ＦＬで示したように、一定のバラツキの範囲に収まる。

　他方、駆動コイル６０に印加される通電パルスが、ニードル弁５４がフルリフトの位置まで引き上げられるに足りない程度のパルス幅とされている場合には、ニードル弁５４はプランジャ５８の背面がケース５１に突き当たるまで引き上げられず、通電パルスが終了すると、その位置から元の位置に戻る。これがパーシャルリフトの場合のニードル弁５４の動きである。この場合、燃料噴射弁５０の個体差により、ニードル弁５４の動きには、フルリフトの場合のバラツキＦＬより大きなバラツキが生じる。パーシャルリフトの場合のニードル弁５４の挙動は、図３に符号ＰＬで示したように、比較的な大きなバラツキを示す。

　通電パルスのパルス幅を、パーシャルリフトの場合のパルス幅Ｔｐから、フルリフの場合のパルス幅Ｔｆに向けて延ばしていくと、ニードル弁５４が引き上げられてプランジャ５８の背面がケース５１に当たる寸前とか、当たった瞬間、あるいは当たった直後に、通電が終了する場合が生じ得る。プランジャ５８の背面がケース５１に当たった直後に、駆動コイル６０への通電が終了すると、プランジャ５８、延いてはニードル弁５４が保持されるということがなく、プランジャ５８の跳ね返りにより、ニードル弁５４はフルリフトの終了の場合の閉弁速度より速い速度で閉弁する場合がある。この様子を図３に破線ＳＬで示した。

　燃料噴射弁５０には上述したように、個体差があるから、図４に例示するように、通電パルスのパルス幅と燃料噴射弁との関係は、固体毎に異なる場合がある。関係の違いを符号Ａ、Ｂ、Ｃで例示した。燃料噴射弁５０への通電は、駆動体であるプランジャ５８が弁体であるニードル弁５４の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで駆動コイル６０への通電を終了する境界通電と、プランジャ５８がニードル弁５４の開方向の端部に相当する位置に移動した状態となった後の所定のタイミングで通電を終了する第１通電と、プランジャ５８が開方向の端部に移動する以前に通電を終了する第２通電とがある。第１通電における通電時間の長さと燃料噴射量との関係は、フルリフトに対応し、通電時間が長くなるに従って所定の傾きで燃料噴射量が増加する。こうした第１通電が行なわれ範囲を、以下、第１領域と呼ぶ。また、第２通電における通電時間の長さと燃料噴射量との関係は、パーシャルリフトに対応し、通電時間が長くなるに従って第１領域とは異なる傾きで燃料噴射量が増加する。こうした第２通電が行なわれる範囲を第２領域と呼ぶ。更に、両者の中間の範囲であって、境界通電が行なわれる範囲を、境界領域と呼ぶ。

　境界領域は、通電パルスのパルス幅と燃料噴射量との関係に、何らかの変曲点が見られる領域である。境界領域は、プランジャ５８の背面がケース５１に当たる寸前とか、当たった瞬間、あるいは当たった直後となるようなパルス幅Ｔｂの範囲に相当するが、燃料噴射弁５０の個体差によるバラツキもあるため、第１領域と第２領域との間に所定の幅を持って存在する。この境界領域の真ん中辺りに変曲点が存在する特性を、図４に符号Ａを付して示した。この特性Ａにより特定される通電パルス幅、つまり燃料噴射弁５０の駆動コイル６０への通電時間と燃料噴射量との対応関係を、燃料噴射弁５０のデフォルトの対応関係と呼ぶ。このデフォルトの対応関係は、燃料噴射弁５０の設計値を元に予め作成された対応関係であり、ＥＣＵ３０のメモリ３２に不揮発的に記憶されている。

　この境界領域における通電パルスの終了時のニードル弁５４の挙動は、図３に特性ＳＬとして示したように、第１，第２領域でのニードル弁５４の挙動とは異なる。この結果、通電パルスのパルス幅Ｔｂの近傍では、通電時間とニードル弁５４のリフト量、つまりは燃料噴射弁との関係は、線形な対応関係とならないことがある。この様子を図５に例示した。図示するように、通電時間が増えているにもかかわらず、境界領域では、時に燃料噴射量が減少してしまう領域ＳＣが存在する場合がある。以下、燃料噴射弁５０が備えるこうした特性の測定を含めて、ＥＣＵ３０が行なう燃料噴射制御について説明する。

（３）燃料噴射制御：
　ＥＣＵ３０は、図示しないイグニッションキーがオンにされると、図６に示した燃料噴射制御ルーチンを繰り返し実行する。この制御ルーチンを開始すると、ＥＣＵ３０は、まず目標燃料噴射量を取得する（ステップＳ１００）。目標燃料噴射量は、アクセルセンサ４１が検出したアクセルペダルの踏込量や、クランク角センサ２９による検出されたクランク角度に基づいて求められた車速などに基づいて求められる。もとより、目標燃料噴射量は、冷却水温センサ２７を用いて検出した冷却水温などによっても補正される。

　目標燃料噴射量を取得した後、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁５０に印加する通電パルスとのパルス幅と燃料噴射量との対応関係が作成済みであるか否かの判断を行なう（ステップＳ１１０）。エンジン１１が起動した直後で、対応関係が作成済みでなければ、メモリ３２に記憶されたデフォルトの対応関係ＤＣを参照して、目標燃料噴射量を実現する通電時間を取得する処理を行なう（ステップＳ１２０）。目標燃料噴射量を実現する通電時間とは、燃料噴射弁５０の駆動コイル６０に印加する通電パルスの通電時間であって、デフォルトの対応関係ＤＣから求められる通電時間である。この通電時間は、駆動コイル６０に通電パルスを印加してからニードル弁５４が動き始めるまでの遅れ時間などを見込んで定められている。

　通電パルスの通電時間を取得すると、次に燃料噴射を実施する（ステップＳ１３０）。ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁５０の駆動コイル６０に通電パルスを印加して圧縮行程後半の所定のタイミングで、筒内に直接燃料を噴射する。このとき、燃料噴射は、必要な燃料噴射量を一度に筒内に噴射するようにフルリフトで行なっても良いし、１回以上のパーシャルリフトをフルリフトに組み合わせて行なっても良いし、複数回のパーシャルリフトにより行なっても良い。複数回の燃料噴射による場合は、複数のニードル弁５４のリフトにより行なわれる燃料噴射量の総和が、目標燃料噴射量となるように行なえば良い。複数回に分けた燃料噴射の各回の通電パルスの通電時間は、デフォルトの対応関係ＤＣを参照して、それぞれの燃料噴射量に基づいて求めればよい。

　燃料噴射の実施（ステップＳ１３０）に伴って、実際に噴射された燃料噴射量を取得する処理を行なう（ステップＳ１４０）。燃料噴射量は、次のようにして求める。燃料噴射の実施（ステップＳ１３０）の後、その燃料噴射によって生じたクランク軸２８の挙動変化、詳しくはその燃料噴射によるエンジン回転速度の上昇量を、クランク軸２８の回転速度の上昇量をクランク角センサ２９により実測して算出する。そして、予め用意したマップや数式に基づいて、エンジン回転速度の上昇量から噴射量を求める。これにより、燃料噴射弁５０により噴射されて燃焼に関与した燃料噴射量を求めることができる。なお、こうしたマップや数式は、例えば燃料噴射により出力軸４３のトルクも含めて作成しておき、トルクセンサ４５により検出したトルクの増加量も加味して求めるようにしてもよい。

　燃料噴射を実施し（ステップＳ１３０）、その際に噴射された燃料噴射量を取得した後（ステップＳ１４０）、対応関係決定処理（ステップＳ２００）を実行する。この処理は、燃料噴射量と通電パルスの通電時間との対応関係を決定する処理である。その詳細は、後述するが、一般、どのような条件で燃料噴射が行なわれたかを判断し、デフォルトの対応関係を修正して、実際に燃料噴射を行なった燃料噴射弁５０についての燃料噴射量と通電パルスの通電時間との対応関係ＬＣを作成するのである。作成した対応関係ＬＣは、メモリ３２に記憶される。その後、「ＮＥＸＴ」に抜けて本制御ルーチンを終了する。

　こうして燃料噴射量と通電パルスの通電時間との対応関係ＬＣが作成され、メモリ３２に記憶されるていると、次に本制御ルーチンが開始され、目標燃料噴射量を取得した直後のステップＳ１００での判断は「ＹＥＳ」となる。そこで、ＥＣＵ３０は、続いて、作成済みの対応関係を参照して、目標燃料噴射量を実現する通電パルスの通電時間を取得する（ステップＳ１５０）。先に実行された対応関係決定処理（ステップＳ２００）により作成された対応関係ＬＣを参照して、通電時間を取得するのである。その後、燃料噴射を実施し（ステップＳ１６０）、「ＮＥＸＴ」に抜けて本制御ルーチンを終了する。

　以上燃料噴射制御ルーチンを説明したが、この制御ルーチンにおけるステップＳ２００，つまり対応関係決定処理について、図７を用いて説明する。第１実施形態では、対応関係決定処理は、境界領域における通電パルスの通電時間とこれに対応し噴射量とを知ることにより行なわれる。対応関係決定処理が開始されると、まず燃料噴射が境界領域で行なわれたか否かを判断する（ステップＳ２１０）。境界領域とは、図４に示したように、フルリフトにより燃料噴射が行なわれる第１領域と、パーシャルリフトにより燃料噴射が行なわれる第２領域との間の領域である。

　燃料噴射が境界領域で行なわれていなければ（ステップＳ２１０：「ＮＯ」）、「ＮＥＸＴ」に抜けて、対応関係決定処理を一旦終了する。他方、燃料噴射が境界領域で行なわれていれば（ステップＳ２１０：「ＹＥＳ」）、境界領域での通電パルスの通電時間と実際の燃料噴射量とから求めた検出点とデフォルトの対応関係ＤＣとを用いて、通電パルスの通電時間と実際の燃料噴射量との対応関係を決定する処理を行なう（ステップＳ２２０）。第１実施形態では、図８に示したように、境界領域で求めた検出点ＳＤ０を利用し、デフォルトの対応関係ＤＣに対して、これを修正した対応関係ＬＣを作成する。対応関係ＬＣの作成は、デフォルトの対応関係ＤＣにおいて、第１領域のデフォルトの特性のうち最も境界領域寄りの特性点ＤＣ１と、第２領域のデフォルトの特性のうち、最も境界領域寄りの特性点ＤＣ２と、境界領域における実測した検出点ＳＤ０とを直線補間することにより行なう。

　こうして修正した対応関係ＬＣが作成されると、以後の通電パルスの通電時間の決定は、この対応関係ＬＣを参照して行なわれるから、少なくとも境界領域における通電パルスの決定は、デフォルトの対応関係ＤＣよりも実際の対応関係に近い特性を元に行なわれることになる。この結果、少なくとも境界領域での燃料噴射量を、目標燃料噴射量に近付けることができるという効果を奏する。また、第１実施形態では、検出点の測定を一点のみにしているので、メモリ３２に新たに記憶するデータ量の増加を抑制することができる。デフォルトの対応関係ＤＣに対して加えられた検出点ＳＤ０は１点なので、新たな対応関係ＬＣを改めてメモリ３２に記憶しなくても、もともと不揮発的に記憶されていたデフォルトの対応関係ＤＣと検出点ＳＤ０とを用いて、毎回直線補間を行なって、通電時間をも取ることも十分に可能である。

Ｂ．第２実施形態：
　次に第２実施形態について説明する。第２実施形態の燃料噴射制御システム１０は、第１実施形態と同様のハードウェア構成を備え、ＥＣＵ３０が実行する処理が相違する。ＥＣＵ３０が実行する処理のフローチャートを図９に示した。第２実施形態においても、図７に示した燃料噴射制御ルーチンを実行するが、その中の対応関係決定処理（ステップＳ２００）が、第１実施形態と相違する。

　第２実施形態では、ＥＣＵ３０は、対応関係決定処理として、図９に示した処理を実行する。この処理を開始すると、まず燃料噴射がいずれの領域で行なわれたかを判断する（ステップＳ３１０）。いずれの領域かを判断するとは、フルリフトで燃料噴射が行なわれる第１領域か、パーシャルリフトで燃料噴射が行なわれる第２領域か、あるいは第１，第２領域との間である境界領域か、を判断することである。

　燃料噴射が、第１領域で行なわれたと判断すると、次に通電パルスとの通電時間と燃料噴射量との関係を第１領域において記憶する処理を行なう（ステップＳ３２１）。燃料噴射量は、エンジン１１の出力の変化を検出することにより検出できることは、第１実施形態で説明した通りである。同様に、燃料噴射が、第２領域で行なわれたと判断すると、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係を第２領域において記憶する処理を行なう（ステップＳ３２２）。燃料噴射が、境界領域で行なわれたと判断すると、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係を境界領域において記憶する処理を行なう（ステップＳ３２３）。

　いずれかの領域での関係の記憶を行なった後、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との対応関係を作成可能か否かの判断行なう（ステップＳ３４０）。新たな対応関係を作成できる条件が整っていなければ、「ＮＥＸＴ」に抜けて、対応関係決定処理を一旦終了する。他方、対応関係を作成する条件が整っていると判断すれば、少なくとも境界領域での検出点を用いて対応関係を作成し（ステップＳ３５０）、作成済みの対応関係ＬＣをメモリ３２に保存する処理を行なう（ステップＳ３６０）。その後、「ＮＥＸＴ」に抜けて、本ルーチンを終了する。

　このように、新たな対応関係を作成する条件が整っていれば、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との対応関係が作成され、これがメモリ３２に記憶されるので、その後の燃料噴射においては、作成済の対応関係ＬＣが参照されることになる（図６、ステップＳ１００，１１０，１５０）。この結果、デフォルトの対応関係ではなく、使用されている燃料噴射弁５０について作成された対応関係に従って、目標燃料噴射量に対応した通電時間が求められ、燃料噴射が行なわれる（ステップＳ１６０）。従って、使用される燃料噴射弁５０の実際の特性に近い特性を反映した燃料噴射が行なわれることになり、燃料噴射制御の精度を高めることができる。

　ステップＳ３４０に示した対応関係が作成可能となる条件と、その際にステップＳ３５０で作成される対応関係とには、種々の態様がある。以下、まとめて説明する。
［１］作成可能条件１：
　第１領域、第２領域、境界領域について、一つずつ、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が検出されたことで、作成可能となったと判断する。
　図１０に例示するように、第１領域において通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が一つ（検出点ＤＤ１）検出され、第２領域において同様に両者の関係が一つ（検出点ＤＤ２）検出され、更に境界領域において両者の関係が一つ（検出点ＳＤ０）検出された場合、対応関係の作成が可能となったと判断し、デフォルトの対応関係ＤＣに代える新たな対応関係ＬＣを決定する。この時、第２領域の対応関係は原点と検出点ＤＤ２とを繋ぐものとして設定し、第１領域の対応関係は、検出点ＤＤ１を通り、デフォルトの対応関係ＤＣと同じ傾きをもつものとして設定する。境界領域の対応関係は、検出点ＤＤ２・ＳＤ０・ＤＤ１を繋いで直線補間することにより設定する。

　こうすれば、僅か３点の検出点において、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係を検出するだけで、目標燃料噴射量を実現する通電パルスの通電時間を、デフォルトの対応関係ＤＣを用いる場合と比べて、精度良く設定することができる。現出点は３つだが、実測した関係を用いるので、検出点の周辺における精度は確実に改善される。なお、このようにして対応関係を作成する場合は、第１，第２領域の検出点は、できるだけ境界領域に近い方が望ましい。境界領域に近い検出点で検出するには、例えば図９、ステップＳ３２１およびＳ３２２において、目標燃料噴射量が境界領域から明らかに隔たっている場合には、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係を記憶しないようにすればよい。

［２］作成可能条件２：
　第１領域、第２領域については複数の、境界領域については一つの、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が検出されたことで、作成可能となったと判断する。
　図１１に例示するように、第１領域において通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が複数（検出点列ＤＧ１）検出され、第２領域において同様に両者の関係が複数（検出点列ＤＧ２）検出され、更に境界領域において両者の関係が一つ（検出点ＳＤ０）検出された場合、対応関係の作成が可能となったと判断し、デフォルトの対応関係ＤＣに代える新たな対応関係ＬＣを決定する。第１領域および第２領域それぞれの検出点列ＤＧ１、ＤＧ２に含まれる複数の検出点の計測は、それぞれ異なる通電時間で行なわれる。この時、第１，第２領域の対応関係は、それぞれ検出点列ＤＧ１，ＤＧ２に含まれ複数の検出点を繋ぐものとして設定する。境界領域の対応関係は、第２領域の検出点列ＤＧ２のうち最も境界領域に近い検出点と、境界領域の検出点ＳＤ０と、第１領域の検出点列ＤＧ１のうち最も境界領域に近い検出点とを繋いで直線補間することにより設定する。このように、複数の検出点での検出を行なって検出点列ＤＧ１，ＤＧ２が求められた状態を、各領域での特性が学習済みとなった状態と呼ぶことがある。

　検出点列ＤＧ１，ＤＧ２が、第１，第２領域に属しているものであるとして学習することは、次のように行なわれる。ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁５０の駆動コイル６０に印加される電圧および駆動コイル６０に流れる電流の少なくとも一方をモニタしている。開弁時には、駆動コイル６０に電圧を印加すると、プランジャ５８が吸引されてニードル弁５４がリフトアップする。プランジャ５８が引き上げられて、その移動を制限するケース５１の着座面に衝突すると、移動速度が急激に変化するため、誘導起電力が大きく変化する。他方、プランジャ５８が着座する前に駆動コイル６０への通電を終了して、プランジャ５８がケース５１の着座面に衝突しない場合には、誘導起電力の変化は緩やかなものとして検出される。こうした変化は、駆動コイル６０の両端電圧や、電流値をモニタすることにより、検出できる。ＥＣＵ３０は、こうした信号を読み取ることで、所定の通電時間で駆動コイル６０に電圧を印加した場合の燃料噴射が、第１領域で行なわれたものか、第２領域で行なわれたものかを判別することができる。こうした手法は、例えば特開２０１５－９６７２０号公報などに記載されている公知のものである。ＥＣＵ３０は、実施された燃料噴射における燃料噴射弁５０への通電時間と燃料噴射量との関係を求め、これが第１，第２領域のいずれで行なわれたかを判別し、各領域での検出点列ＤＧ１，ＤＧ２として学習する。もとよりこうした学習は、他の方法によってもよい。例えば、ニードル弁５４またはプランジャ５８にその移動量を検出するセンサを設け、直接これらの移動速度を検出することにより、実施された燃料噴射が第１，第２領域のいずれに属しているかを判別して学習を行なうものとしてもよい。

　こうすれば、境界領域については一つの検出点ＳＤ０を検出するだけで、目標燃料噴射量を実現する通電パルスの通電時間を、デフォルトの対応関係ＤＣを用いる場合と比べて、精度良く設定することができる。境界領域での検出点は、上記［１］の場合と同様に１つなので、境界領域についての精度は同様に改善される。更に、第１，第２領域については、複数の検出点を求め、これを直線補間しているので、第１，第２領域での対応関係は、燃料噴射弁５０の個体差を反映したものとなり、これらの領域では、目標燃料噴射量に対する通電時間の設定を高い精度で行なうことができる。

　上記のようにして対応関係を作成する場合は、第１，第２領域の検出点列の検出は、できるだけ境界領域に近い検出点を含むようにすることが望ましい。図１２は、第１領域での検出点列ＤＧ１が境界領域との境界の検出点ＤＬ１を含み、第２領域での検出点列ＤＧ２が境界領域との境界の検出点ＤＬ２を含む場合を示す。こうすれば、境界領域およびその周辺での通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係の精度は十分に高いものとなる。

［３］作成可能条件３：
　第１領域、第２領域については複数の、境界領域については少なくとも２つの、通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が検出されたことで、作成可能となったと判断する。
　図１３に例示するように、第１領域において通電パルスの通電時間と燃料噴射量との関係が複数（検出点列ＤＧ１）検出され、第２領域において同様に両者の関係が複数（検出点列ＤＧ２）検出され、更に境界領域において両者の関係が２つ（検出点ＳＤａ，ＳＤｂ）以上検出された場合、対応関係の作成が可能となったと判断し、デフォルトの対応関係ＤＣに代える新たな対応関係ＬＣＬを決定する。この時、第１，第２領域の対応関係は、それぞれ検出点列ＤＧ１，ＤＧ２に含まれ複数の検出点を繋ぐものとして設定する。境界領域との境界の検出点を含んでもよいし、含まなくてもよい。含んだ方が、全体の精度は改善される。検出点列ＤＧ１，ＤＧ２の学習については既に説明した手法と同様の方法を用いれば良い。

　境界領域の対応関係のうち、第２領域側は、第２領域の検出点列ＤＧ２のうち最も境界領域に近い検出点と、境界領域での検出点のうち、第２領域側の検出点ＳＤａとを繋いで、直線補間することにより設定する。境界領域の対応関係のうち、第１領域側は、第１領域の検出点列ＤＧ１のうち最も境界領域に近い検出点と、境界領域での検出点のうち、第１領域側の検出点ＳＤｂとを繋いで、直線補間することにより設定する。境界領域内では、検出点した２以上の検出点ＳＤａ，ＳＤｂを繋いで直線補間することにより設定する。

　こうすれば、境界領域については２つ以上の検出点ＳＤａ，ＳＤｂを検出しているので、目標燃料噴射量を実現する通電パルスの通電時間を、デフォルトの対応関係ＤＣを用いる場合と比べて、格段に精度良く設定することができる。作成した対応関係ＬＣＬは、境界領域において、燃料噴射弁５０の個体差を一層正確に反映したものとなり、境界領域でも、目標燃料噴射量に対する通電時間の設定を高い精度で実現できる。

　上記のように、境界領域で少なくとも２つの検出点を検出する場合、境界領域での補間は、図１４に作成済み対応関係ＬＣＣとして例示するように、曲線補間として行なってもよい。もとより、第１，第２領域の検出点列ＤＧ１，ＤＧ２の補間も曲線補間とすることができる。曲線補間は、二次，三次曲線などＮ次（Ｎは２以上の整数）によってもよいし、ベジェ曲線やスプライン曲線などを用いてもよい。全てを曲線補間としてもよいし、一部のみ曲線補間としてもよい。

Ｃ．他の実施形態：
　上記実施形態では、アクチュエータとして燃料噴射弁５０に組み込まれたソレノイドを用いたが、ソレノイドに代えてリニアモータや、ピエゾ素子を用いることができる。ピエゾ素子を用いる場合は、単一素子の変形量が小さければ、複数のピエゾ素子を積層して用いればよい。

　上記各実施形態では、燃料噴射量は、エンジン１１の回転速度の上昇量等に基づいて求めたが、燃料供給管６５において圧力計が検出した燃料供給圧の変動に基づいて検出してもよい。燃料供給管６５内の燃料は、燃料ポンプ６４により加圧された状態となっているが、燃料噴射弁５０が開弁して燃料が噴射されると燃料供給管６５内の圧力は一時的に低下する。従って、この燃料供給圧の変換を測定すれば、燃料噴射量を求めることができる。燃料供給圧の変動から燃料噴射量を求める際には、燃料温度の影響や、複数回噴射を行なう場合はその影響などを除くようにすることが望ましい。

　第１領域，第２領域での検出点の数は、同一でも、異なっていても差し支えない。また、第２領域での検出点が一つで、第１領域での検出点が複数といった関係でも差し支えない。境界領域での検出点ＳＤ０やＳＤａ等の検出は、第１領域，第２領域の両方あるはいずれか一方についての検出点または検出点列の検出が終わってから行なうものとしてもよいし、燃料噴射量に従って、随意に行なうものとしてもよい。

　燃料噴射制御は単一のＥＣＵ３０により行なうものとしたが、複数のＥＣＵやコンピュータにより分散処理される構成としてもよい。あるいはＥＣＵ３０は、点火時期制御など、エンジン１１に対する他の制御も併せ行なうものとしてもよい。

〈１〉この燃料噴射制御装置は、このほか、以下の態様で実施可能である。第１の態様では、燃料噴射制御装置が提供される。この燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁の燃料の供給を受け、弁体の開閉により燃料噴射を行なう燃料噴射弁と；前記燃料噴射弁の弁体を、前記弁体の開閉方向に駆動する駆動体を備えたアクチュエータと；前記アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を参照し、目標噴射量に対応した通電時間で前記アクチュエータに通電して燃料噴射を実施させる通電制御部とを備える。ここで、通電制御部は、前記駆動体が前記弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで前記アクチュエータへの通電を終了する境界通電を実施し、通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を計測し、該関係を用いて、前記対応関係を決定してよい。

〈２〉こうした燃料噴射制御装置において、前記通電制御部を、前記駆動体が前記弁体の開方向の端部に移動した状態となった後の所定のタイミングで通電を終了する第１通電と、前記駆動体が前記端部に移動する以前に通電を終了する第２通電との一方または両方を実施して、前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を求め、該関係を、前記境界通電を実施した際の前記通電時間と前記燃料噴射量との関係と共に用いて、前記対応関係を決定するものとしてもよい。こうすれば、少なくとも境界通電を行なう通電時間の近傍での燃料噴射量の制御を正確に行なうことができる。

〈３〉こうした燃料噴射制御装置において、前記通電制御部は、前記第１通電を行なう第１領域および前記第２通電を行なう第２領域の一方または両方において、前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を学習すると共に、前記第１領域および前記第２領域に挟まれた境界領域において前記境界通電を実施して前記通電時間と前記燃料噴射量との前記関係を計測するものとしてもよい。こうすれば、第１領域および第２領域の一方または両方において通電時間と燃料噴射量との関係の学習が行なわれているので、燃料噴射弁を用いた燃料噴射量の制御をより正確なもとにできる。

〈４〉かかる燃料噴射制御装置において、前記通電制御部は、前記学習により、前記第１領域の下限および前記第２領域の上限の一方または両方における前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を学習すると共に、前記境界通電を実施して前記通電時間と前記燃料噴射量との前記関係を計測するものとしてもよい。こうすれば、第１領域の下限および第２領域の上限の一方または両方で関係が学習されているので、境界領域での対応関係を一層実際の特性に近づけることができ、燃料噴射量の制御を一層正確に行なうことができる。

〈５〉上述した燃料噴射制御装置において、前記境界通電を実施して行なう前記通電時間と前記燃料噴射量との関係の計測を、前記通電時間を異ならせて複数回行なうものとしてもよい。複数回計測することで、複数回の計測を行なった領域での対応関係を、計測を行なった燃料噴射弁の特性に近づけることができる。

〈６〉こうした燃料噴射装置において、前記通電制御部は、前記対応関係を、複数の前記計測された関係を直線補間または曲線補間することで決定するものとしてもよい。直線補間を採用すれば、補間を簡易に行なうことができ、曲線補間を採用すれば、実際の特性に一層近づけることができる。

〈７〉このほかの態様として、燃料噴射弁の制御方法として実施してもよい。この燃料噴射弁の制御方法は、燃料の供給を受けて燃料噴射を行なう燃料噴射弁の弁体を、前記弁体の開閉方向に駆動する駆動体を備えたアクチュエータに通電することにより開閉駆動可能とし；前記駆動体が前記弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで前記アクチュエータへの通電を終了する境界通電を実施して、前記通電終了までの通電時間と燃料噴射量との関係を計測し；前記計測した前記関係を用いて、前記アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を決定し；目標噴射量が与えられたとき、前記対応関係を参照して前記目標噴射量に対応した通電時間を求め；前記求めた通電時間で前記アクチュエータに通電して、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施するものとしてもよい。こうすれば、精度よく燃料噴射弁を制御して、燃料噴射量を高精度の制御できる。

　本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。例えば、上記実施形態においてハードウェアにより実現した構成の一部は、ソフトウェアにより実現することができる。また、ソフトウェアにより実現している構成の少なくとも一部は、ディスクリートな回路構成により実現することも可能である。

Claims

　燃料噴射制御装置（１０）であって、
　燃料の供給を受け、弁体（５４）の開閉により燃料噴射を行なう燃料噴射弁（５０）と、
　前記燃料噴射弁の弁体を、前記弁体の開閉方向に駆動する駆動体（５８）を備えたアクチュエータ（６０）と、
　前記アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を参照し、目標噴射量に対応した通電時間で前記アクチュエータに通電して燃料噴射を実施させる通電制御部（３０）と
　を備え、前記通電制御部は、前記駆動体が前記弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで前記アクチュエータへの通電を終了する境界通電が実施されたとき、通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を計測し、該関係を用いて、前記対応関係を決定する
　燃料噴射制御装置。
　請求項１記載の燃料噴射制御装置であって、
　前記通電制御部は、
　　前記駆動体が前記弁体の開方向の端部に移動した状態となった後の所定のタイミングで通電を終了する第１通電と、前記駆動体が前記端部に移動する以前に通電を終了する第２通電との一方または両方を実施して、前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を求め、該関係を、前記境界通電を実施した際の前記通電時間と前記燃料噴射量との関係と共に用いて、前記対応関係を決定する
　燃料噴射制御装置。
　請求項２記載の燃料噴射制御装置であって、
　前記通電制御部は、前記第１通電を行なう第１領域および前記第２通電を行なう第２領域の一方または両方において、前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を学習すると共に、前記第１領域および前記第２領域に挟まれた境界領域において前記境界通電を実施して前記通電時間と前記燃料噴射量との前記関係を計測する
　燃料噴射制御装置。
　請求項３記載の燃料噴射制御装置であって、
　前記通電制御部は、前記学習により、前記第１領域の下限および前記第２領域の上限の一方または両方における前記通電終了までの通電時間と前記燃料噴射量との関係を学習すると共に、前記境界通電を実施して前記通電時間と前記燃料噴射量との前記関係を計測する
　燃料噴射制御装置。
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置であって、
　前記境界通電を実施して行なう前記通電時間と前記燃料噴射量との関係の計測を、前記通電時間を異ならせて複数回行なう
　燃料噴射制御装置。
　前記通電制御部は、前記対応関係を、複数の前記計測された関係を直線補間または曲線補間することで決定する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
　燃料噴射弁の制御方法であって、
　燃料の供給を受けて燃料噴射を行なう燃料噴射弁の弁体を、前記弁体の開閉方向に駆動する駆動体を備えたアクチュエータに通電することにより開閉駆動可能とし、
　前記駆動体が前記弁体の開方向に移動されて移動範囲の端部に到達すると想定されるタイミングで前記アクチュエータへの通電を終了する境界通電を実施して、通電終了までの通電時間と燃料噴射量との関係を計測し、
　前記計測した前記関係を用いて、前記アクチュエータへの通電時間と燃料噴射量との対応関係を決定し、
　目標噴射量が与えられたとき、前記対応関係を参照して前記目標噴射量に対応した通電時間を求め、
　前記求めた通電時間で前記アクチュエータに通電して、前記燃料噴射弁による燃料噴射を実施する
　燃料噴射弁の制御方法。