CN114320633A - 电磁阀驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的电磁阀驱动装置，在经过了通电开始时的电流峰后，将规定的变动幅度的保持电流通电至电磁阀的电磁线圈，所述电磁阀驱动装置具备：供电部，间歇地对电磁线圈施加驱动电压；检测部，检测保持电流；第1比较部，将该检测部的检测电流与第1阈值进行比较；滤波部，对该第1比较部的输出进行积分处理；第2比较部，通过将该滤波部的输出与第2阈值进行比较，生成输出信号，该输出信号用于生成控制供电部的控制信号；以及控制信号生成部，基于第2比较部的输出信号来生成控制供电部的控制信号，滤波部是递增/递减型的数字滤波器。

Description

电磁阀驱动装置
技术领域
本发明涉及电磁阀驱动装置。
背景技术
在下述专利文献1中公开了内燃机的控制装置。在为了使燃料喷射阀开阀而对线圈通电的电流达到峰电流指令值之后的保持电流控制期间，该控制装置通过使保持控制用开关元件接通(ON)/断开(OFF)，对线圈施加电池的端子电压，使保持电流间歇地通电。根据这样的控制装置，虽然存在一些波动(ripple)，但能够对线圈通电大致固定的保持电流，因此能够在整个规定时间内保持燃料喷射阀的开状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-223348号公报
发明内容
本发明要解决的课题
但是，在上述控制装置中，有时由于噪音(noise)的混入而难以将上述波动设定在期望的电流范围内。例如，在上述控制装置中，将通过升压电路(斩波电路)对电池的端子电压进行升压而得到的升压电压用于线圈的驱动，但由于该升压电路的斩波控制用开关元件的开关噪音作为干扰作用于保持控制用开关元件的控制，因此有时无法将保持电流的变动幅度(波动)抑制在期望范围内。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，与以往相比，将电磁阀的保持电流的变动幅度可靠地抑制在期望范围内。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，在本发明中，作为电磁阀驱动装置的第1解决手段，采用如下手段，即，电磁阀驱动装置在经过了通电开始时的电流峰后，将规定的变动幅度的保持电流通电至电磁阀的电磁线圈，所述电磁阀驱动装置具备：供电部，间歇地对所述电磁线圈施加驱动电压；检测部，检测所述保持电流；第1比较部，将该检测部的检测电流与第1阈值进行比较；滤波部，对该第1比较部的输出进行积分处理；第2比较部，通过将该滤波部的输出与第2阈值进行比较，生成输出信号，该输出信号用于生成控制所述供电部的控制信号；以及控制信号生成部，基于所述第2比较部的所述输出信号来生成控制所述供电部的控制信号，所述滤波部是递增/递减型的数字滤波器。
在本发明中，作为电磁阀驱动装置的第1解决手段，采用如下手段，即，在上述第1解决手段中，所述第1阈值是用于设定所述保持电流的最大值和/或最小值的最大值用阈值和/或最小值用阈值，所述控制信号生成部通过停止施加对所述电磁线圈的所述驱动电压、或停止以及再次施加对所述电磁线圈的所述驱动电压，来控制所述保持电流的最大值和/或最小值。
在本发明中，作为电磁阀驱动装置的第3解决手段，采用如下手段，即，在上述第2解决手段中，还具备：升压电路，对电池电压进行升压而生成升压电压；以及第2供电部，为了将所述电流峰通电至所述电磁线圈而对所述电磁线圈施加所述升压电压。
在本发明中，作为电磁阀驱动装置的第4解决手段，采用如下手段，即，在上述第1～第3中的任一解决手段中，所述电磁阀是在直喷发动机中将燃料直接喷射到汽缸的燃料喷射阀。
发明的效果
根据本发明，能够将电磁阀的保持电流的变动幅度比以往更可靠地抑制在期望范围内。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的燃料喷射阀驱动装置的结构的电路图。
图2是表示本发明的一实施方式中的Ihold控制部的详细结构的框图。
图3的(a)和(b)是表示本发明的一实施方式的燃料喷射阀驱动装置的动作的时序图。
图4的(a)、(b)、(c)以及(d)是表示本发明的一实施方式的主要部分动作的时序图。
标号说明
B 燃料喷射阀
K 燃料喷射阀驱动装置
L 电磁线圈
1 升压电路
2 第1半导体开关(第2供电部)
3 第2半导体开关(供电部)
4 第3半导体开关
5 第1二极管
6 第2二极管
7 第3二极管
8 电流检测用电阻器
9 控制IC
9a 升压控制部
9b Ipeak控制部
9c Ihold控制部
9d 电流检测部
9e 电磁阀接通/断开控制部
9f 主控制部
9g 第1比较部
9h 滤波部
9i 第2比较部
9j 栅极信号生成部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
本实施方式的燃料喷射阀驱动装置K是驱动燃料喷射阀B(电磁阀)的电磁阀驱动装置，基于从外部的电池供给的电池电压(电池电源)以及同样从外部的上位控制系统输入的外部控制指令来驱动燃料喷射阀B。
如图1所示，上述燃料喷射阀B具有电磁线圈L，是对搭载于车辆的直喷汽油发动机的汽缸直接喷射燃料的电磁阀(螺线管阀)。即，该燃料喷射阀驱动装置K将燃料喷射阀B(电磁阀)作为驱动对象，该燃料喷射阀B通过利用电磁线圈L产生的磁力使阀体进行移动来开闭燃料流路。
如图1所示，这种燃料喷射阀驱动装置K具有升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4、第1二极管5、第2二极管6、第3二极管7、电流检测用电阻器8以及控制IC9等。
另外，在这样的结构要素中，如图1所示，控制IC9具备升压控制部9a、Ipeak(峰值电流)控制部9b、Ihold(保持电流)控制部9c、电流检测部9d、电磁阀接通/断开控制部9e以及主控制部9f。
另外，也可以由计算机(例如，电子控制单元)构成控制IC9。在这种情况下，上述计算机也可以包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器以及RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等。
升压电路1是将从上述电池输入的电池电压升压到规定的升压电压的斩波电路。即，该升压电路1具备基于从升压控制部9a输入的升压控制信号来对电池电压进行开关的升压开关，将通过该升压开关的动作得到的升压电压输出到第1半导体开关2。
上述升压电压与电池电压之比、即升压比由升压脉冲的占空比设定，例如为2～10左右。升压电路1的升压比由从控制IC9内的升压控制部9a输入的升压脉冲来控制。另外，这样的升压电路1具有后述的能够将再生电流再生至再生电池的再生功能。
第1半导体开关2如图所示是MOS晶体管，并设置在升压电路1的输出端和电磁线圈L的一端之间。即，就该第1半导体开关2而言，漏极端子与升压电路1的输出端连接，源极端子与电磁线圈L的一端连接，并且栅极端子与Ipeak控制部9b的输出端连接。这样的第1半导体开关2是由Ipeak控制部9b控制接通/断开(闭/开)动作。
另外，该第1半导体开关2相当于本发明中的第2供电部。即，第1半导体开关2相当于为了将对电磁线圈L开始通电时的电流峰通电至电磁线圈L而对电磁线圈L施加上述升压电压的第2供电部。
第2半导体开关3与上述第1半导体开关2同样是MOS晶体管，并设置在第1二极管5的阴极端子与电磁线圈L的一端之间。即，就该第2半导体开关3而言，漏极端子与第1二极管5的阴极端子连接，源极端子与电磁线圈L的一端连接，并且栅极端子与Ihold控制部9c的输出端连接。
该第2半导体开关3是由Ihold控制部9c控制接通/断开(ON/OFF)(闭/开)动作，并对电磁线圈L间歇地施加后述的保持电压(驱动电压)。即，该第2半导体开关3相当于本发明中的供电部。
这样的第1半导体开关2以及第2半导体开关3作为如下的选择开关而发挥作用：该选择开关择一地选择电池电压和由升压电路1得到的升压电压(电源电压)并向燃料喷射阀B(电磁阀)的电磁线圈L施加。
第3半导体开关4与上述第1半导体开关2、第2半导体开关3同样是MOS晶体管，并且漏极端子与电磁线圈L的另一端连接，源极端子与电流检测用电阻器8的一端连接，另外，栅极端子与电磁阀接通/断开控制部9e的输出端连接。这样的第3半导体开关4是由电磁阀接通/断开控制部9e控制接通/断开(闭/开)动作。
就第1二极管5而言，阳极端子与电池的输出端连接，阴极端子与第2半导体开关3的漏极端子连接。该第1二极管5是防止如下情况的逆流防止二极管：在第1半导体开关2及第2半导体开关3都成为导通状态(开状态)的情况下，升压电路1的输出端与电池的输出端直接连接，经由第2半导体开关3，电流从升压电路流入到电池；或者即使仅第2半导体开关3处于断开状态(闭状态)，电流也经由第2半导体开关3的寄生二极管从升压电路1流入到电池。
就第2二极管6而言，阳极端子与电磁线圈L的另一端连接，阴极端子与升压电路1的次级侧输入输出端连接。该第2二极管6是将从电磁线圈L输出的再生电流经由升压电路1提供(再生)至电池的再生二极管。就第3二极管7而言，阴极端子与电磁线圈L的一端连接，阳极端子与GND(接地，基准电位)连接，是用于形成上述再生电流的流路的再生二极管。
电流检测用电阻器8是一端与第3半导体开关4的源极端子连接、另一端与GND(基准电位)连接的分流电阻器。即，电流检测用电阻器8经由第3半导体开关4与电磁线圈L串联连接，并且流过电磁线圈L的驱动电流通过。即，这样的电流检测用电阻器8在一端和另一端之间产生与驱动电流的大小对应的电压(检测电压)。这样的电流检测用电阻器8的两端(一端以及另一端)分别与电流检测部9d所具备的各输入端连接。
控制IC9是根据从上位控制系统输入的指令信号来控制升压电路1、第1半导体开关2～第3半导体开关4的集成电路(IC：Integrated Circuit)，并具有多个输入端子以及输出端子。在该控制IC9中，升压控制部9a基于从主控制部9f输入的控制指令来生成升压控制信号(升压脉冲)，并输出到升压电路1。该升压控制信号是用于控制升压电路1的动作的控制信号。
Ipeak控制部9b基于从主控制部9f输入的控制指令，来生成用于控制第1半导体开关2的第1栅极信号，并输出到第1半导体开关2的栅极端子。Ihold控制部9c基于从主控制部9f输入的控制指令，来生成用于控制第2半导体开关3的第2栅极信号，并输出到第2半导体开关3的栅极端子。
电流检测部9d具有一对输入端和一个输出端，一个输入端与电流检测用电阻器8的一端连接，另一个输入端与电流检测用电阻器8的另一端连接。即，对该电流检测部9d输入由电流检测用电阻器8产生的检测电压。这样的电流检测部9d基于检测电压来运算表示保持电流等驱动电流的大小的检测电流，并将该检测电流输出到主控制部9f。另外，电流检测部9d和上述第3半导体开关4以及电流检测用电阻器8构成本发明的检测部。
电磁阀接通/断开控制部9e基于从主控制部9f输入的控制指令，来生成用于控制第3半导体开关4的第3栅极信号，并输出到第3半导体开关4的栅极端子。
主控制部9f基于从上述电流检测部9d输入的检测电流以及从外部的上位控制系统输入的外部控制指令，来生成控制指令，并输出到上述升压控制部9a、Ipeak控制部9b、Ihold控制部9c以及电磁阀接通/断开控制部9e。另外，在上述外部控制指令中包含与燃料喷射阀B的工作定时、即对电磁线圈L的通电时刻相关的信息。
接着，参照图2说明上述Ihold控制部9c的详细结构。
如图2所示，Ihold控制部9c至少具有第1比较部9g、滤波部9h、第2比较部9i以及栅极信号生成部9j。第1比较部9g将从电流检测部9d经由主控制部9f输入的检测电流S1与第1阈值R1进行比较，将表示比较结果的第1CP信号S2输出到滤波部9h。另外，上述第1阈值R1是用于设定保持电流的最大值的最大值用阈值。
滤波部9h是递增(count up)/递减(count down)型的数字滤波器。即，该滤波部9h对从第1比较部9g输入的第1CP信号S2实施数字性的低通滤波处理(积分处理)，从而生成滤波输出信号S3，并将该滤波输出信号S3输出到第2比较部9i。第2比较部9i将滤波输出信号S3与第2阈值R2进行比较，并将表示比较结果的第2CP信号S4输出到门信号生成部9j。
栅极信号生成部9j基于上述第2CP信号S4和另外生成的内部信号S5来生成第2栅极信号，将该第2栅极信号输出到第2半导体开关3的栅极端子。另外，该栅极信号生成部9j是基于第2CP信号S4、即第2比较部9i的输出，来生成控制第2半导体开关3(供电部)的第2栅极信号(控制信号)的控制信号生成部。
接着，还参照图3的(a)和(b)以及图4的(a)、(b)、(c)以及(d)对这样构成的燃料喷射阀驱动装置K的动作进行详细说明。
在通过该燃料喷射阀驱动装置K将燃料喷射阀B从闭阀状态驱动到开阀状态的情况下，如图3的(a)和(b)所示，控制IC9在驱动开始时的初始期间T1(时刻T0～T1期间)，将升压电路1所生成的升压电压作为电源电压提供给电磁线圈L，在上述初始期间T1后的保持期间T2(时刻T1～T2期间：在保持电流驱动时)，代替升压电压，将电池电压作为电源电压提供给电磁线圈L。
即，在初始期间T1，升压控制部9a将升压脉冲输出到升压电路1的升压开关，由此升压电路1将升压电压输出到第1半导体开关2的漏极端子。另外，在该初始期间T1中，Ipeak控制部9b将第1栅极信号输出到第1半导体开关2的栅极端子，由此第1半导体开关2被设定为接通状态，另外，电磁阀接通/断开控制部9e将第3栅极信号输出到第3半导体开关4的栅极端子，由此第3半导体开关4被设定为接通状态。另外，此时第2半导体开关3被设定为断开状态。
其结果，在初始期间T1，如图3的下段(图3(b))所示，比较高的升压电压被施加到电磁线圈L的一端，由此，如图3的上段(图3(a))所示，峰状的上升电流流过电磁线圈L。这样的峰状的上升电流使燃料喷射阀B的开阀动作高速化。
而且，在保持期间T2，Ihold控制部9c对第2半导体开关3输出第2栅极信号，由此第2半导体开关3被设定为接通状态，另外，电磁阀接通/断开控制部9e对第3半导体开关4的栅极端子输出第3栅极信号，由此第3半导体开关4被设定为接通状态。另外，此时第1半导体开关2被设定为断开状态。
其结果，在保持期间T2，如图3的下段所示，对电磁线圈L间歇地施加比升压电压低的保持电压，作为其结果，保持燃料喷射阀B的开阀状态的保持电流流过电磁线圈L。即，本实施方式的燃料喷射阀驱动装置K在经过通电开始时的电流峰后，将规定的变动幅度的保持电流通电至电磁线圈L。
Ihold控制部9c将规定的占空比的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号作为第2栅极信号而提供给第2半导体开关3，作为其结果，使保持电压根据上述占空比断断续续地提供给电磁线圈L。另外，Ihold控制部9c基于主控制部9f的控制指令中包含的检测电流S1来设定第2栅极信号的占空比。即，Ihold控制部9c基于流过电磁线圈L的驱动电流的大小来设定第2栅极信号的占空比，由此以上述保持电流的变动幅度成为规定的目标范围(期望范围)内的方式，进行反馈控制。
通过这样的反馈控制，如图3的上段所示，在保持期间T2，对电磁线圈L提供固定的保持电流，由此保持燃料喷射阀B的开阀状态。另外，在该保持期间T2中，例如将第2栅极信号的占空比按2阶段进行变更，如图3的上段所示，使保持电流按2阶段进行变化。
在此，Ihold控制部9c以如下这样地基于检测电流S1来生成第2栅极信号。即，检测电流S1在Ihold控制部9c的第1比较部9g中与第1阈值R1被进行比较处理，由此如图4的最上段(图4(a))以及从上起第2段(图4(b))所示，生成第1CP信号S2。
该第1CCP信号S2是如下的脉冲信号：如图4的从上起第2段所示，在上述噪音不产生作用的情况下，在时刻ta处从L电平(低(Low)电平)变化为H电平(高(Hi)电平)，并且在时刻tf处从H电平变化为L电平。即，该第1CP信号S2是使用第1阈值R1对检测电流S1进行了二值化的脉冲信号。
然后，滤波部9h对这样的第1CP信号S2进行低通滤波处理(积分处理)，由此如图4的从下起第2段(图4(c))所示，生成滤波输出信号S3。该滤波输出信号S3是在时刻ta处以与滤波部9h的滤波时间常数对应的斜率增加的信号，但如图所示，通过噪音作用于第1CP信号S2，在时刻tf之前的时刻tb处，第1CP信号S2从H电平变化为L电平。
即，该滤波输出信号S3由于上述噪音的影响，在时刻tb到时刻tc之间，从时刻tb紧前面的电平Lb开始以与滤波时间常数对应的斜率减少，在没有噪音的影响的时刻tc处电平下降到电平Lc。然后，该滤波输出信号S3在时刻tc处从电平Lc以与上述滤波时间常数对应的斜率增加，当最终达到第2阈值R2时，保持与第2阈值R2相当的电平。
这样，电平变动的滤波输出信号S3在第2比较部9i中与第2阈值R2进行比较，由此如图4的最下段(图4(d))所示，生成在时刻td处从L电平变化为H电平的第2CP信号S4。该第2CP信号S4中的时刻td相当于在第2栅极信号中停止对电磁线圈L施加保持电压的定时。
这里，图4中的双点划线表示以往的第2CP信号S4的生成方法。即，在现有方法中，当噪音作用于第1CP信号S2时，滤波部9h中的滤波处理被重置(reset)。其结果，在时刻tc处从L电平开始反复进行滤波处理，所以滤波输出信号达到第2阈值R2的时刻成为比本实施方式中的上述时刻td延迟后的时刻te。因此，在现有方法中，保持电流从上升转为下降的定时与本实施方式相比延迟了期间Td，因此保持电流的最大值升高了相当于上述期间Td的电流值Id。
其中，栅极信号生成部9j基于上述的第2CP信号S4和表示保持电压对电磁线圈L的施加开始定时的内部信号S5，来生成第2栅极信号。即，该第2栅极信号起到如下作用的控制信号：通过停止施加对电磁线圈L的保持电压、或停止以及再次施加对电磁线圈L的保持电压，基于第2CP信号S4来设定保持电流的最大值，并且基于内部信号S5设定保持电流的下限值。
根据这样的本实施方式的燃料喷射阀驱动装置K，即使噪音作用于第1CP信号S2，也不重置滤波部9h中的低通滤波处理(积分处理)而继续进行，因此能够将燃料喷射阀B(电磁阀)的保持电流的最大值与以往相比可靠地抑制在期望范围内。因此，根据这样的燃料喷射阀驱动装置K，能够比以往更可靠地将保持电流的变动幅度抑制在期望范围内。
另外，本发明不限于上述实施方式，例如可以考虑以下的变形例。
(1)在上述实施方式中，构成了Ihold控制部9c，以将保持电流的最大值抑制在期望范围内，但本发明不限于此。即，也可以构成Ihold控制部，以将保持电流的最小值抑制在期望范围内，或者将保持电流的最大值以及最小值抑制在期望范围内。另外，上述第1阈值R1也可以是用于设定保持电流的最小值的最小值用阈值。
(2)在上述实施方式中，将燃料喷射阀B作为驱动对象，但本发明不限于此。本发明能够应用于燃料喷射阀B以外的各种电磁阀的驱动。
(3)在上述实施方式中，将直喷发动机的燃料喷射阀B作为驱动对象，但本发明不限于此。本发明能够应用于直接喷射发动机以外的燃料喷射阀的驱动。
(4)在上述实施方式中，将燃料喷射阀驱动装置K构成为，具备升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4、第1二极管5、第2二极管6、第3二极管7、电流检测用电阻器8以及控制IC9等，另外，将控制IC9构成为，具备升压控制部9a、Ipeak控制部9b、Ihold控制部9c、电流检测部9d以及主控制部9f，但本发明不限于此。图1所示的结构仅仅是本发明的电磁阀驱动装置的一个例子。

Claims (4)

1.一种电磁阀驱动装置，在经过了通电开始时的电流峰后，将规定的变动幅度的保持电流通电至电磁阀的电磁线圈，
所述电磁阀驱动装置具备：
供电部，间歇地对所述电磁线圈施加驱动电压；
检测部，检测所述保持电流；
第1比较部，将该检测部的检测电流与第1阈值进行比较；
滤波部，对该第1比较部的输出进行积分处理；
第2比较部，通过将该滤波部的输出与第2阈值进行比较，来生成输出信号，该输出信号用于生成控制所述供电部的控制信号；以及
控制信号生成部，基于所述第2比较部的所述输出信号来生成控制所述供电部的控制信号，
所述滤波部是递增/递减型的数字滤波器。
2.根据权利要求1所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述第1阈值是用于设定所述保持电流的最大值和/或最小值的最大值用阈值和/或最小值用阈值，
所述控制信号生成部通过停止施加对所述电磁线圈的所述驱动电压、或停止以及再次施加对所述电磁线圈的所述驱动电压，来控制所述保持电流的最大值和/或最小值。
3.根据权利要求2所述的电磁阀驱动装置，其中，
还具备：
升压电路，对电池电压进行升压而生成升压电压；以及
第2供电部，为了将所述电流峰通电至所述电磁线圈而对所述电磁线圈施加所述升压电压。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电磁阀驱动装置，其中，
所述电磁阀是在直喷发动机中将燃料直接喷射到汽缸的燃料喷射阀。
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