DE102012221480A1

DE102012221480A1 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil verwendet

Info

Publication number: DE102012221480A1
Application number: DE201210221480
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-05-29
Also published as: JP5648622B2; JP2013108476A

Abstract

Eine Steuerschaltung (21) einer Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil eines Kraftstoffeinspritzers (10) führt eine Konstantstromsteuerung für elektromagnetische Ventile (11, 12) durch. Insbesondere schaltet die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil einen zweiten Schalter (23, 24) bei einer ersten Operationsrate (Da) mit einer Ein-Steuerung von einem der zwei ersten Schalter (22a, 22b) und durch Schalten von einem der zwei ersten Schalter (22a, 22b) bei einer zweiten Operationsrate (Db) mit einer Ein-Steuerung des zweiten Schalters (23), um Wärmeerzeugung in den Schaltern zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil beziehungsweise eine Stelleinheit für elektromagnetische Ventile, die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Stellen eines elektromagnetischen Ventils verwendet wird.
Herkömmlicherweise erzeugt eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil, die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zum Stellen eines elektromagnetischen Ventils verwendet wird, eine Hochspannung und legt diese an das elektromagnetische Ventil an. Die Hochspannung ist größer als eine Energiequellenspannung eines Gleichstroms vor dem Durchführen einer Konstantstromsteuerung, um ein derartiges Ventil schnell zu öffnen. Eine derartige Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil beinhaltet eine erste Schalteinheit, die auf einer Niederspannungsseite des Ventils verbunden ist, um die Konstantstromsteuerung durchzuführen, und eine zweite Schalteinheit, die auf einer Hochspannungsseite des Ventils verbunden ist, um die Konstantstromsteuerung durchzuführen.
Gemäß den Steuerungen, die durch die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit ausgeführt werden, um das Ventil schnell in einen Öffnungszustand umzuschalten, wird ein hoher elektrischer Strom (das heißt nachfolgend ein Spitzenstrom) für das elektromagnetische Ventil durch Anlegen einer Hochbeziehungsweise einer hohen Spannung an das Ventil bereitgestellt. Für die Konstantstromsteuerung wird der hohe elektrische Strom oder die Energiequellenspannung an das Ventil für eine bestimmte Periode (eine Anzugperiode beziehungsweise eine sogenannte Pickup-Periode) an das Ventil angelegt, um einen elektrischen Strom (einen Anzugstrom beziehungsweise einen sogenannten Pickup-Strom) bereitzustellen, der einen Ventilkörper an eine Ventilöffnungsposition bewegt, und ein derartiger Spannungsanlegungszustand zum Anlegen einer derartigen hohen Spannung/Energiequellenspannung wird für eine vorbestimmte Periode (das heißt, eine Halteperiode) für das weitere Bereitstellen eines elektrischen Stroms (das heißt, ein Haltestrom) beibehalten, der das Ventil in einem Ventilöffnungszustand hält.
Eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil, die die Hochspannung/Energiequellenspannung bereitstellt, ist in der japanischen Patentoffenlegung mit der Nummer 2008-063993 (JP '993) offenbart. Diese Stelleinheit ist konfiguriert, um ein Schaltelement (das heißt, eine erste Schalteinheit) zu stellen, die sich auf einer stromabwärtigen Seite eines Injektors beziehungsweise Einspritzers (das heißt, des Ventils) befindet, um das elektromagnetische Ventil für eine vorbestimmte Stellperiode zu stellen und ebenso ein Schaltelement (das heißt, eine zweite Schalteinheit) zum Bereitstellen des Spitzenstroms bei einer Startzeit der vorherstehend erläuterten Periode bereitzustellen, wodurch der Spitzenstrom für eine Spule des Injektors basierend auf einem Anlegen der Hochspannung erfolgt, die in einem Kondensator geladen wird, an die Spule des Injektors. Ferner ist die Stelleinheit konfiguriert, den Haltestrom für die Spule des Injektors basierend auf dem Anlegen der Energiequellenspannung an die Spule durch die Schaltsteuerung (das heißt, Ein- und Ausschalten) des Schaltelements bereitzustellen, das für die Versorgung des Haltestroms für eine Periode, das heißt, für den Rest der Zeit bis zum Ende der Stellperiode verwendet wird.
Ferner wird gemäß der Offenbarung der japanischen Patentoffenlegung mit der Nummer 2002-180878 (JP '878) zu einer Zeit des Stellens des Injektors die Hochspannung, die in dem Kondensator geladen wird, an die Spule des Injektors durch Einschalten eines Transistors (das heißt, die zweite Schalteinheit) in einem Zustand, in dem eine erste Schalteinheit eingeschaltet ist, angelegt, wodurch der Spule der Spitzenstrom bereitgestellt wird. Nach dem Einschalten des Transistors ermöglicht eine periodische Schaltsteuerung des Haltestrom bereitstellenden Transistors (das heißt, der zweiten Schalteinheit) in einem Zustand, in dem die erste Schalteinheit eingeschaltet ist, die Bereitstellung des konstanten elektrischen Stroms ausgehend von der Energiequelle für das Solenoid des Injektors.
Jedoch erhöht sich gemäß den Stelleinheiten in JP '993 und JP '878 die Anzahl von Schaltvorgängen der zweiten Schalteinheit, die verwendet wird, um das Anlegen der Energiequellenspannung oder der Hochspannung an das Ventil zu steuern, möglicherweise manchmal, wenn eine hochgenaue Konstantstromsteuerung ausgeführt wird.
Wird eine derartige Erhöhung der Anzahl der Schaltvorgänge erfahren, erhöht sich der Schaltverlust in der zweiten Schalteinheit, wodurch ein Problem wie beispielsweise übermäßiges Erwärmen der zweiten Schalteinheit oder dergleichen verursacht wird. Ferner kann die Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit, die anstelle der zweiten Schalteinheit auf der Niederspannungsseite des Ventils verbunden ist, zusammen mit der Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit verwendet werden, um die Konstantstromsteuerung auszuführen. Jedoch führt sogar bei einer derartigen Steuerung das Ansteigen der Anzahl von Schaltvorgängen der ersten Schalteinheit zum Ansteigen des Schaltverlusts in der ersten Schalteinheit, was zu übermäßiger Erwärmung der ersten Schalteinheit führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil bereitzustellen, die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung verwendet wird und die eine übermäßige Erwärmung einer Schalteinheit, die durch die Konstantstromsteuerung gesteuert wird, reduziert beziehungsweise dieser vorbeugt.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung beziehungsweise einer Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung verwendet. Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil erzeugt und legt eine Hochspannung, die größer als eine Energiequellenspannung einer Gleichspannungsenergiequelle ist, an ein elektromagnetisches Ventil an und führt danach eine Konstantstromsteuerung zum Stellen des Ventils aus.
Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil beinhaltet einen Kondensator, eine Ladeeinheit, eine erste Schalteinheit, eine zweite Schalteinheit und eine Steuereinheit. Der Kondensator legt die Hochspannung an das elektromagnetische Ventil an und die Ladeeinheit lädt den Kondensator durch Erzeugen der Hochspannung aus beziehungsweise von der Gleichspannungsenergiequelle.
Die erste Schalteinheit ist mit einem Niederspannungsanschluss des elektromagnetischen Ventils verbunden und wird für die Konstantstromsteuerung des Ventils gesteuert. Die zweite Schalteinheit ist mit einem Hochspannungsanschluss des elektromagnetischen Ventils verbunden und wird für die Konstantstromsteuerung des Ventils gesteuert. Die Steuereinheit steuert die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit.
Insbesondere führt die Steuereinheit in der Konstantstromsteuerung (i) eine Schaltsteuerung der zweiten Schalteinheit mit einer ersten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit und (ii) eine Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit mit einer zweiten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit aus.
Auf diese Weise wird die maximale Anzahl von Schaltvorgängen der ersten oder zweiten Schalteinheit verglichen mit einem herkömmlichen Schaltschema wie beispielsweise dem einen reduziert, dass die Schaltsteuerung der zweiten Schaltsteuerung mit der Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit während der Konstantstromsteuerung zum Steuern des elektromagnetischen Ventils durchführt, oder verglichen mit einem anderen Schaltschema, dass die Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit mit der Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit während der Konstantstromsteuerung zum Steuern des elektromagnetischen Ventils durchführt.
Beispielsweise kann bei einem herkömmlichen Schaltschema, in dem die zweite Schalteinheit neun Mal mit der Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit umgeschaltet wird (das heißt, ein-/ausgeschaltet wird), derartiges Schalten zu einem Schaltschema der vorliegenden Offenbarung hin verbessert werden, in dem die erste Schalteinheit fünf Mal gemäß der zweiten Operationsrate umgeschaltet werden kann und die zweite Schalteinheit fünf Mal gemäß der ersten Operationsrate umgeschaltet werden kann. Die maximale Anzahl von Schaltvorgängen wird von neun Mal auf fünf Mal reduziert. Demnach wird einem Anstieg des Schaltverlustes aufgrund der Reduzierung der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen vorgebeugt, wodurch Wärmeerzeugung reduziert und Erhitzung der ersten und zweiten Schalteinheit, die die Konstantstromsteuerung erfahren, vorgebeugt wird.
In der vorliegenden Offenbarung steuert die Steuereinheit die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate beziehungsweise der ersten Operationsrate, um eine Differenz zwischen einer Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit und einer Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit zu reduzieren. Somit wird eine wirkungsvollere Reduzierung von Wärmeerzeugung sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Schalter verglichen zu einem Fall ermöglicht, in dem ein Schalter ein extrem größeres Wärmevolumen als der andere Schalter erzeugt.
Die Steuereinheit steuert die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate beziehungsweise der ersten Operationsrate, um eine Differenz zwischen (i) der Wärme, die in der ersten Schalteinheit erzeugt wird und die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung, einem Schaltverlust durch eine Ein-nach-Aus-Schaltoperation und der zweiten Operationsrate ändert, und (ii) der Wärme, die in der zweiten Schalteinheit erzeugt wird und die sich gemäß einem ständigen Verlust der Ein-Steuerung, einem Schaltverlust durch eine Ein-nach-Aus-Schaltoperation und der ersten Operationsrate ändert, zu reduzieren.
Da der Gesamtschaltverlust der gesamten Schaltperiode basierend auf dem Schaltverlust durch ein Ein-/Ausschalten und der ersten und zweiten Operationsrate berechnet wird, kann eine Gleichung zum Berechnen der Wärme, die in der ersten Schalteinheit erzeugt wird, und eine Gleichung zum Berechnen der Wärme, die in der zweiten Schalteinheit erzeugt wird, aufgestellt werden. Die zwei Gleichungen werden dann verwendet, um die erste und zweite Operationsrate festzulegen. Demnach wird die Wärmeerzeugung in beiden Schaltern genau hinsichtlich des Schaltverlustes geschätzt und die Wärme, die in beiden der zwei Schalteinheiten erzeugt wird, wird sicher reduziert.
Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil kann ebenso eine Korrektureinheit beinhalten. Die Korrektureinheit korrigiert den ständigen Verlusts gemäß (i) einer Charakteristik, die durch einen Induktivitätsfaktor und einen Widerstandsfaktor des elektromagnetischen Ventils induziert wird, und (ii) der Energiequellenspannung. Da sich der ständige Verlust gemäß (i) einer Charakteristik, die durch einen Induktivitätsfaktor und einen Widerstandsfaktor des elektromagnetischen Ventils induziert wird (das heißt, eine Injektorcharakteristik) und (ii) der Energiequellenspannung ändert, wird die genaue Schätzung der Wärme, die in beiden Schalteinheiten erzeugt wird, durch genaues Schätzen der Wärmeerzeugung in beiden Schalteinheiten ermöglicht.
Basierend auf einem ersten Wärmezustand und einem zweiten Wärmezustand kann die Steuereinheit die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate für die erste Schalteinheit und der ersten Operationsrate für die zweite Schalteinheit steuern. Der erste Wärmezustand ist die Erwärmung die durch die erste Schalteinheit während einer bestimmten Periode erzeugt wird, und der zweite Wärmezustand eine Erwärmung, die durch die zweite Schalteinheit während einer bestimmten Periode erzeugt wird. Der erste Wärmezustand und der zweite Wärmezustand werden beide vorab gemessen und gespeichert. Somit wird durch Festlegen der zweiten und ersten Operationsrate basierend auf dem tatsächlich gemessenen ersten beziehungsweise zweiten Wärmezustand die Differenz zwischen den Wärmen, die von den zwei Schalteinheiten erzeugt werden, genauer gesteuert und reduziert.
Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil kann eine erste Temperaturerfassungseinheit und eine zweite Temperaturerfassungseinheit beinhalten. Die erste Temperaturerfassungseinheit und die zweite Temperaturerfassungseinheit erfassen entsprechend zugeordnet eine Temperatur der ersten Schalteinheit und der zweiten Schalteinheit. Die Steuereinheit kann die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit basierend auf der Temperatur steuern, die durch die erste Temperaturerfassungseinheit und die zweite Temperaturerfassungseinheit erfasst wird.
Insbesondere kann die Steuereinheit die erste und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate und der ersten Operationsrate steuern, um die Differenz zwischen (i) der Wärme, die in der ersten Schalteinheit erzeugt wird und von der Temperatur der ersten Schalteinheit abgeleitet wird, und (ii) der Wärme, die in der zweiten Schalteinheit erzeugt wird und die von der Temperatur der zweiten Schalteinheit (23, 24) abgeleitet wird, zu reduzieren.
Die erste und zweite Operationsrate können festgelegt werden, um die zwei Schalteinheiten basierend auf der Wärmeerzeugung in den zwei Schalteinheiten zu steuern, die jeweils von der erfassten Temperatur dieser Schalteinheiten bei jeder Ventilöffnungszeit der elektromagnetischen Ventile berechnet werden. Demnach wird die erste und zweite Operationsrate in Echtzeit, ohne einen vorhergehenden Test oder dergleichen zu benötigen, gemäß den Wärmezuständen dieser Schalter festgelegt, wodurch die Wärmedifferenz reduziert wird und die Wärme in der ersten und zweiten Schalteinheit sicher reduziert wird.
Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil kann mehrere der elektromagnetischen Ventile stellen. Insbesondere ist die erste Schalteinheit in mehreren Einheiten eins zu eins mit den Niederspannungsanschlüssen von jedem der mehreren elektromagnetischen Ventile verbunden und die zweite Schalteinheit ist gemeinsam mit den Hochspannungsanschlüssen der mehreren elektromagnetischen Ventile verbunden.
Die Steuereinheit führt in der Konstantstromsteuerung eines zum Ziel gesetzten elektromagnetischen Ventils der mehreren elektromagnetischen Ventile (i) eine Schaltsteuerung der zweiten Schalteinheit mit der ersten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit und (ii) eine Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit mit einer zweiten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit aus.
Auf diese Weise ermöglicht das Kontrollschema der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zum herkömmlichen Kontrollschema, das (i) die Schaltsteuerung der zweiten Schalteinheit mit der Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit oder (ii) die Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit mit der Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit durchführt, das Reduzieren der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen der ersten oder zweiten Schalteinheit. Demnach wird, sogar wenn die mehreren elektromagnetischen Ventile gestellt werden, dem Anstieg des Schaltverlustes aufgrund der Reduzierung der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen, der durch die erste und zweite Operationsrate bestimmt werden, vorgebeugt, wodurch die Wärme reduziert wird, die in der ersten und zweiten Schalteinheit in der Konstantstromsteuerung erzeugt wird.
Die Steuereinheit steuert die mehreren ersten Schalteinheiten und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate beziehungsweise der ersten Operationsrate, um eine Differenz zwischen einer Wärmeerzeugung in den mehreren ersten Schalteinheiten und einer Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit zu reduzieren. Somit wird eine Reduzierung der Wärmeerzeugung in jeder der Schalteinheiten im Vergleich zu einem Fall ermöglicht, in dem eine der Schalteinheiten ein extrem hohes Wärmevolumen gegenüber anderen Schalteinheiten erzeugt.
Durch die mehreren ersten Schalteinheiten kann die Steuereinheit jede der mehreren ersten Schalteinheiten und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate beziehungsweise der ersten Operationsrate steuern, um eine Differenz zwischen (i) der Wärmeerzeugung in jeder der mehreren ersten Schalteinheiten, die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung, einem Schaltverlust durch ein Ein-nach-Aus-Schalten und der zweiten Operationsrate ändert, und (ii) der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit zu reduzieren, die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung, einem Schaltverlust durch ein Ein-nach-Aus-Schalten und der ersten Operationsrate ändert.
Ähnlich, da der gesamte Schaltverlust der gesamten Schaltperiode basierend auf dem Schaltverlust durch ein Ausschalten und der ersten und zweiten Operationsrate berechnet wird, kann eine Gleichung zum Berechnen der Wärme, die in der ersten Schalteinheit erzeugt wird, und eine Gleichung zum Berechnen der Wärme, die in der zweiten Schalteinheit erzeugt wird, aufgestellt werden. Die zwei Gleichungen werden dann verwendet, um die erste und die zweite Operationsrate festzulegen. Demnach wird die Wärmeerzeugung in allen Schaltern genau hinsichtlich des Schaltverlustes geschätzt und die Wärme, die in den Schalteinheiten erzeugt wird, wird sicher reduziert.
Da sie die mehreren der ersten Schalteinheiten aufweist, kann die Steuereinheit jede der mehreren der ersten Schalteinheiten und die zweite Schalteinheit durch Festlegen der zweiten Operationsrate beziehungsweise der ersten Operationsrate basierend auf einem ersten Wärmezustand und einem zweiten Wärmezustand steuern. Der erste Wärmezustand ist die Wärme, die durch die erste Schalteinheit während einer bestimmten Schaltperiode erzeugt wird, und der zweite Wärmezustand ist die Wärme, die durch die zweite Schalteinheit während einer bestimmten Schaltperiode erzeugt wird. Der erste Wärmezustand und der zweite Wärmezustand werden beide vorab gemessen und gespeichert. Somit kann durch Festlegen der zweiten Operationsrate und der ersten Operationsrate basierend auf tatsächlich gemessenen ersten und zweiten Wärmezuständen die Differenz zwischen den Wärmen, die durch die zwei Schalteinheiten erzeugt werden, genauer gesteuert und reduziert werden.
Zusätzlich, da die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil die mehreren der ersten Schalteinheiten aufweist, kann sie mehrere erste Temperaturerfassungseinheiten zum Erfassen der Temperatur der ersten Schalteinheiten aufweisen. Ähnlich zur vorstehend vorgesehenen Konfiguration kann die Steuereinheit die ersten Schalteinheiten und die zweite Schalteinheit basierend auf der Temperatur steuern, die durch die ersten Temperaturerfassungseinheiten und die zweite Temperaturerfassungseinheit erfasst werden. Demnach werden die zweite Operationsrate und die erste Operationsrate in Echtzeit ohne einen vorhergehenden Test gemäß den Wärmezuständen der Schalter festgelegt, wodurch die Wärmedifferenz reduziert und die Wärme in den ersten Schalteinheiten und der zweiten Schalteinheit reduziert wird.
Ferner kann die zweite Schalteinheit einen Hochspannungsanlegungsschalteinheit, die gesteuert wird, wenn die Hochspannung in der Konstantstromsteuerung angelegt wird, und eine Energiequellenspannungsanlegungsschalteinheit aufweisen, die gesteuert wird, wenn die Energiequellenspannung in der Konstantstromsteuerung angelegt wird. Die Energiequellenspannungsanlegungsschalteinheit und die Hochspannungsanlegungsschalteinheit können als die Einheiten der zweiten Schalteinheit bezeichnet werden.
Auf diese Weise wird sogar, wenn eine der Einheiten der zweiten Schalteinheit zum Durchführen der Konstantstromsteuerung basierend auf der Schaltsteuerung einer derartigen Einheit mit der ersten Operationsrate durchgeführt wird, die maximale Anzahl von Schaltvorgängen reduziert, wodurch der Schaltverlust reduziert wird.
Ferner wird in der Konstantstromsteuerung sogar, wenn beide der zwei Einheiten in der zweiten Schalteinheit die Schaltsteuerung mit der ersten Operationsrate erfahren, während des (i) Durchführens der Schaltsteuerung für eine der zwei Einheiten in der zweiten Schalteinheit, wobei die andere der zwei Einheiten die Aus-Steuerung aufweist, und (ii) des anschließenden Erfahrens der Schaltsteuerung durch die andere Schalteinheit, wobei die eine Einheit die Aus-Steuerung aufweist, die maximale Anzahl von Schaltvorgängen reduziert, wodurch der Schaltverlust reduziert wird. Das heißt, die Wärmeerzeugung in den ersten Schalteinheiten und der zweiten Schalteinheit zur Zeit der Konstantstromsteuerung wird reduziert.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm einer Kraftstoffinjektionsvorrichtung beziehungsweise Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einschließlich einer Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil in einer ersten Ausführungsform;
2 ein Ablaufdiagramm einer Stellsteuerverarbeitung für ein elektromagnetisches Ventil (nachfolgend auch Ventilstellsteuerverarbeitung genannt), die durch eine Steuerschaltung ausgeführt wird;
3 eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands zum Öffnen eines Ventils in der Ventilstellsteuerverarbeitung von 2;
4 eine Illustration eines Schaltverlusts;
5 eine Illustration einer Beziehung zwischen einem ständigen Verlust und einem Verlust durch einen elektrischen Rückflußstrom;
6A und 6B zeigen Diagramme eines Steuerzustands jedes Schalters in einer Anzugperiode und einer Halteperiode;
7 eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands zu einer Zeit, in dem ein Ventil in der Ventilstellsteuerverarbeitung einer vierten Ausführungsform geöffnet wird;
8 ein Blockdiagramm einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung einschließlich einer Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil in einer fünften Ausführungsform; und
9 eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands der Ventilstelleinheit der fünften Ausführungsform.
(Erste Ausführungsform)
Die folgende Beschreibung ist eine Erläuterung einer Konfiguration und einer Operation einer Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil (nachfolgend auch Ventilstelleinheit genannt), die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, mit Bezug auf die Zeichnungen.
1 ist ein Blockdiagramm einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung 10, die eine Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendet.
Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung 10 beinhaltet einen elektromagnetischen Einheitsinjektor (engl.: Electromagnetic Solenoid Type Unit Injector), der einfach als elektromagnetische Ventile 11, 12 oder Ventile 11, 12 bezeichnet werden kann. Die Ventile 11, 12 stoßen Kraftstoff zu jedem der Zylinder eines Zweizylindermotors eines Fahrzeugs aus. Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil stellt beide Ventile 11, 12 durch Erzeugen und Anlegen einer Hochspannung, die höher als eine Energiequellenspannung VB einer Gleichspannungsenergiequelle B (das heißt, einer Batterie) ist, und legt danach die Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B an.
Die elektromagnetischen Ventile 11, 12 weisen Spulen 11a beziehungsweise 12a auf und sind elektromagnetische Ventile, die normalerweise geschlossen sind. Werden die Spulen 11a, 12a mit elektrischem Strom versorgt, bewegt sich ein Ventilkörper (nicht dargestellt) zum Öffnen der Ventile 11, 12 zu einer Ventilöffnungsposition gegen eine Vorspannkraft einer Rückstellfeder und eine derartige Positionierung des Ventilkörpers wird als Ventilöffnungszustand zum Ausstoßen des Kraftstoffs aufrechterhalten. Ferner, wenn eine Versorgung mit elektrischem Strom für die Spulen 11a, 12a unterbrochen wird, kehrt der Ventilkörper zu einer ursprünglichen Ventilschließposition zurück und Kraftstoffeinspritzung wird gestoppt. Beide elektromagnetischen Ventile 11, 12 werden durch die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil gesteuert, so dass die Ventile 11, 12 nicht gleichzeitig den Ventilöffnungszustand aufweisen.
Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil weist als Ausgangsanschlüsse einen Ausgangsanschluss P1 auf, der mit einer Hochspannungsseite (das heißt, einer sogenannten hohen Seite (high side)) der Spule 11a des Ventils verbunden ist, einen Ausgangsanschluss P2, der mit einer Niederspannungsseite (das heißt, einer sogenannten niedrigen Seite (low side)) der Spule 11a des Ventils 11 verbunden ist, einen Ausgangsanschluss P3, der mit einer Hochspannungsseite (das heißt einer hohen Seite) der Spule 12a des Ventils 12 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss P4 auf, der mit einer Niederspannungsseite (das heißt einer niedrigen Seite) der Spule 12a des Ventils verbunden ist. Ferner weist die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil einen Schalter 22a, einen Schalter 22b, einen Schalter 23, eine Diode D1, einen Kondensator C, einen Schalter 24, einen DC-DC-Wandler 25, eine Diode D3 und eine Steuerschaltung 21 auf.
Der Schalter 22a wird verwendet, um das Ventil 11 zu stellen, und ist in Serie mit dem Ausgangsanschluss P2 und einem Stromerfassungswiderstand R1 verbunden. Auf ähnliche Weise wird der Schalter 22b verwendet, um das Ventil 12 zu stellen, und ist in Serie mit dem Ausgangsanschluss P4 und dem Stromerfassungswiderstand R1 verbunden. Der Stromerfassungswiderstand R1 weist ein Ende auf, das mit dem Schalter 22a, 22b verbunden ist, und das andere Ende ist geerdet (GND = 0 V).
Der Schalter 23 weist eine Ende, das mit einer Energiequellenleitung zum Bereitstellen der Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B verbunden ist, und ein anderes Ende auf, das mit der Anode der Diode D1 verbunden ist. Die Diode D1 unterbindet einen Rückflussstrom in dem Schalter 23. Die Kathode der Diode D1 ist mit den Ausgangsanschlüssen P1 und P3 verbunden.
Der Kondensator C wird verwendet, um den Strom durch Anlegen der Hochspannung, die in demselben gespeichert ist, den Spulen 11a und 12a bereitzustellen, um eines der Ventile 11 und 12 schnell in den Ventilöffnungszustand umzuschalten.
Der Schalter 24 wird verwendet, um eine positive Elektrodenseite (das heißt, eine Seite gegenüberliegend der Seite der Masseleitung) desselben mit den Ausgangsanschlüssen P1 und P3 zu verbinden.
Der DC-DC-Wandler 25 wird verwendet, um die Hochspannung, die höher als die Energiequellenspannung VB ist, durch Erhöhen der Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B zu erzeugen und den Kondensator C durch Bereitstellen dieser Hochspannung durch eine Diode D2 dem Kondensator C zu laden.
Die Diode D3 ist so angeordnet, dass ihre Anode mit der Masseleitung und ihre Kathode mit den Ausgangsanschlüssen P1 und P3 verbunden ist. Die Steuerschaltung 21 ist als ein Mikrocomputer implementiert und wird verwendet, um die Schalter 22a, 22b, 23 und 24 und den DC-DC-Wandler 25 zu steuern.
Die Schalter 22a und 22b können zueinander dieselbe Konfiguration aufweisen und in den Ansprüchen als „eine erste Schalteinheit” vorgesehen sein. Die Schalter 23 und 24 können in den Ansprüchen als „eine zweite Schalteinheit” vorgesehen sein. Der DC-DC-Wandler 25 kann in den Ansprüchen als „eine Ladeeinheit” vorgesehen sein.
Der Kondensator C und ein Stromversorgungspfad, um die Spulen 11a und 12 ausgehend von der Gleichstromquelle B zu versorgen, sind parallel zueinander angeordnet, wie in 1 dargestellt ist. Insbesondere sind die Strompfade vom Kondensator C zur Spule 11a und vom Kondensator C zur Spule 12a parallel miteinander verbunden. Darüber hinaus sind die Strompfade von der Gleichstromquelle B zur Spule 11a und von der Gleichstromquelle B zur Spule 12 ebenso parallel miteinander verbunden.
Ferner befindet sich zwischen dem Ausgangsanschluss P2 und dem Kondensator C ein Energierückgewinnungspfad zum Rückgewinnen einer Rücklaufenergie von der Spule 11a zum Kondensator C. Auf einem derartigen Energierückgewinnungspfad befindet sich eine Stromrichtungssteuerdiode D4a mit ihrer Kathode auf der Seite des Kondensators C angeordnet.
Ähnlich befindet sich zwischen dem Ausgangsanschluss P4 und dem Kondensator C ein Energierückgewinnungspfad zum Rückgewinnen einer Rücklaufenergie von der Spule 12a zum Kondensator C. Auf einem derartigen Energierückgewinnungspfad befindet sich eine Stromrichtungssteuerdiode D4b mit ihrer Kathode auf der Seite des Kondensators C angeordnet.
Der DC-DC-Wandler 25 ist ebenso eine allgemein bekannte Einrichtung, die eine Drossel 25a und einen Schalter 25b beinhaltet, die sich in Serie zwischen der Gleichspannungsenergiequelle B und der Masseleitung befinden. Der Kondensator C wird durch die Diode D2 durch die Energie geladen, die in der Drossel 25a gespeichert ist, indem der Schalter 25b ein-/ausgeschaltet wird. In der vorliegenden Offenbarung sind der Schalter 25b und jeder der Schalter 22a, 22b, 23 und 24 Schaltelemente wie beispielsweise ein MOSFET.
Eine Ventilstellsteuerverarbeitung, die durch die Steuervorrichtung 21 der Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil durchgeführt wird, wird nachfolgend mit Bezug auf 2 und 3 erläutert. In der Ventilstellsteuerverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform werden die Schalter 22a, 22b und der Schalter 23 jeweils mit einer vorbestimmten Operationsrate geschaltet.
2 ist ein Ablaufdiagramm der Ventilstellsteuerverarbeitung, die durch die Steuerschaltung 21 durchgeführt wird. 3 ist eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands zum Öffnen eines Ventils in der Ventilstellsteuerverarbeitung der ersten Ausführungsform, wobei ein (A)-Teil von 3 einen Wert eines Injektorstroms Ia repräsentiert, der in dem Ventil 11 fließt, ein (B)-Teil von 3 einen Schaltsteuerzustand des Schalters 23 repräsentiert, ein (C)-Teil von 3 einen Schaltsteuerzustand des Schalters 22a repräsentiert und ein (D)-Teil von 3 einen Schaltsteuerzustand des Schalters 24 repräsentiert.
Wenn die Ventilstellsteuerverarbeitung durch die Steuerschaltung 21 gestartet wird, wird eine Stellperiode zum Stellen durch Bereitstellen von elektrischem Strom der Spule 11a des Ventils 11 und der Spule 12a des Ventils 12 basierend auf der Motorantriebsinformation (Verbrennungsmotorantriebsinformation) wie beispielsweise einer Motorrotationszahl, einem Gaspedalöffnungsgrad beziehungsweise einem Drosselklappenöffnungsbetrag festgelegt. Ferner betreibt die Steuerschaltung 21 den DC-DC-Wandler 25 bevor sie die Stellperiode startet und lädt den Kondensator C auf, so dass dieser eine Soll-Ladespannung aufweist (das heißt, die Soll-Ladespannung, die auf der positiven Elektrodenseite gemessen wird).
Die Steuereinheit 21, S101 führt eine Verarbeitung zum Festlegen von Schaltoperationsraten beziehungsweise eine Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung durch. In einer derartigen Festlegungsverarbeitung werden unterschiedliche Raten festgelegt, um die Wärme zu reduzieren, die durch das Schalten von jedem der Schalter 22a, 22b und 23 erzeugt wird. Insbesondere legt die Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung eine Schaltoperationsrate Da des Schalters 23 und eine Schaltoperationsrate Db (= 1 – Da) der Schalter 22a und 22b in einer Anzugperiode Tp und einer Halteperiode Th in der Stellsteuerung der Ventile 11 und 12 fest. In diesem Fall kann die Schaltoperationsrate Da in den Ansprüchen einer „ersten Operationsrate” entsprechen und die Schaltoperationsrate Db kann in den Ansprüchen einer „zweiten Operationsrate” entsprechen.
Die Operationsraten Da und Db werden basierend auf Gleichung (1) durch Gleichstellen der linken Seite und der rechten Seite von Gleichung (1) berechnet. Die linke Seite der Gleichung (1) repräsentiert die Wärme, die durch den Schalter 23 erzeugt wird, der mit der Hochspannungsseite (das heißt, dem Hochspannungsanschluss in den Ansprüchen) der Ventile 11 und 12 verbunden ist, und die rechte Seite der Gleichung (1) repräsentiert die Wärme, die durch die Schalter 22a und 22b erzeugt wird, die mit der Niederspannungsseite (das heißt, dem Niederspannungsanschluss in den Ansprüchen) der Ventile 11 und 12 verbunden sind. Die Operationsraten Da, Db können ebenso festgelegt werden, um die Differenz zwischen der Wärme, die erzeugt wird, wie durch die rechte und linke Seite von Gleichung (1) berechnet, zu reduzieren/minimieren, anstatt die Werte von der rechten und linken Seite von Gleichung (1) gleichzusetzen.
(Gleichung 1)
In Gleichung (1) ist nc die Anzahl von Schaltern, die mit der Hochspannungsseite (das heißt, einer hohen Seite) verbunden sind, und ist in der vorliegenden Ausführungsform eins, da die Anzahl von Schaltern eins ist (das heißt, nur ein Schalter 23). Ferner ist L_ON-C ein ständiger Verlust in der Ein-Periode des Schalter 23, und L_SW-C ist ein Schaltverlust in einem Ein/Aus des Schalters 23. Ferner ist R_th-C ein thermischer Widerstand des Schalters 23.
Ferner ist n_L die Anzahl von Schaltern, die mit der Niederspannungsseite (das heißt, einer niedrigen Seite) verbunden ist, und ist in der vorliegenden Ausführungsform zwei, da die Schalter 22a, 22b (das heißt, zwei Schalter) auf der Niederspannungsseite vorgesehen sind. Ferner ist L_ON-L ein ständiger Verlust in der Ein-Periode der Schalter 22a, 22b und L_SW-L ist ein Schaltverlust in einem Ein/Aus der Schalter 22a, 22b. Ferner ist L_R-L ein Verlust durch den Rückflußstrom in einem Ein/Aus der Schalter 22a, 22b und R_th-L ist ein thermischer Widerstand der Schalter 22a, 22b. Ein Ein/Aus kann in den Ansprüchen als Ein-nach-Aus-Schaltoperation vorgesehen sein.
Der Schaltverlust L_SW-C in einem Ein/Aus des Schalters 23 wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf 4 erläutert, die einen Schaltverlust durch die Schaltoperation illustriert.
Beispielhaft wird eine Spannung zwischen dem Drain und der Source des Schalters 23 als eine Drain-Source-Spannung V2 definiert und ein Drain-Strom wird als I2 definiert. Zu einer Zeit des Schaltens des Schalters 23 von aus nach ein, steigt der Drain-Strom I2 an, bevor die Drain-Source-Spannung V2 null Volt erreicht. Demnach wird der Schaltverlust gemäß einem Produkt des Drain-Stroms I2 und der Drain-Source-Spannung V2 berechnet. In anderen Worten repräsentiert ein schraffierter Bereich in 4 den Schaltverlust einschließlich des Verlusts auf beiden Seiten der Illustration in 4.
Die Beziehung zwischen dem ständigen Verlust L_ON-C in der Ein-Periode des Schalters 23, dem ständigen Verlust L_ON-L in der Ein-Periode des Schalters 22a und dem Verlust L_R-L durch den Rückflußstrom in einem Ein/Aus des Schalters 22a wird mit Bezug auf 5 erläutert, wobei das Ventil 11 als ein Beispiel einer Ziel(das heißt, gestellten beziehungsweise angesteuerten)-Einrichtung verwendet wird.
5 ist eine Illustration einer Beziehung zwischen den ständigen Verlusten L_ON-C, L_ON-L und dem Verlust durch den Rückflußstrom L_R-L, wobei ein (A)-Teil von 5 einen Injektorstrom Ia repräsentiert, ein (B)-Teil von 5 einen Schaltsteuerzustand des Schalters 23 repräsentiert und ein (C)-Teil von 5 einen Schaltsteuerzustand des Schalters 22a repräsentiert.
Wie in 5 dargestellt ist, steigt, wenn der Schalter 23 vom Aus-Zustand eingeschaltet wird, wenn der Schalter 22a den Ein-Zustand aufweist, der Injektorstrom Ia an, der in der Spule 11a fließt. Demnach, wenn beide der Schalter 22a, 23 den Ein-Zustand aufweisen, wird der ständige Verlust L_ON-C in dem Schalter 23 erzeugt und der ständige Verlust L_ON-L wird in dem Schalter 22a erzeugt.
Dann nimmt durch Ausschalten des Schalters 23 vom Ein-Zustand der elektrische Strom Ia ab. Demnach, wenn der Schalter 23 den Aus-Zustand aufweist und der Schalter 22a den Ein-Zustand aufweist, wird der Verlust L_R-L durch den Rückflußstrom in dem Schalter 22a erzeugt.
Dann steigt durch erneutes Einschalten des Schalters 23 vom Aus-Zustand der Injektorstrom Ia an, der ständige Verlust L_ON-C wird in dem Schalter 23 erzeugt und der ständige Verlust L_ON-L wird in dem Schalter 22a erzeugt.
Dann nimmt durch Einschalten des Schalters 22a vom Aus-Zustand der Injektorstrom Ia ab. In diesem Fall wird der ständige Verlust nicht erzeugt.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird der gesamte Schaltverlust für die gesamte Schaltperiode basierend auf den Schaltverlusten L_SW-C, L_SW-L und den Schaltoperationsraten Da, Db für ein Ein/Aus-Schalten berechnet. Demnach wird die linke Seite von Gleichung (1), die die Wärme des Schalters 23 repräsentiert, durch die Terme (i) des ständigen Verlusts L_ON-C des Schalters 23, (ii) des gesamten Schaltverlustes LSW-C × Da, (iii) des thermischen Widerstands Rth-CH, und (iv) der Anzahl von Schaltern auf der hohen Seite nC ausgebildet und die rechte Seite von Gleichung (1) die die Wärme der Schalter 22a, 22b repräsentiert, wird durch die Terme (i) des ständigen Verlusts LON-L des Schalters 22a, 22b (ii) des Rückführstroms LR-L × Da, (iii) des gesamten Schaltverlustes LSW-L × Db, (iv) des thermischen Widerstands Rth-L und (v) der Anzahl von Schaltern auf der niedrigen Seite nL (2) ausgebildet. Die Schaltoperationsraten Da, Db werden dann ausgewählt, um die beiden Seiten der Gleichung (1) gleich zueinander machen oder in anderen Worten, um beiden Seiten denselben Betrag von Wärme erzeugen zu lassen.
Gemäß 2, wenn die Schaltoperationsraten Da, Db bei S101 festgelegt werden, bestimmt die Steuerschaltung 21 bei S103, ob es eine Ventilöffnungszeitgebung zum Öffnen des Ventils 11 vorliegt. Liegt die Ventilöffnungszeitgebung (S103, Ja) vor, führt die Steuerschaltung 21 in S105 eine Steuerung zum Öffnen oder zum Einschalten des Schalters 22a und des Schalters 24 aus. Auf diese Weise wird die positive Elektrodenseite des Kondensators C mit dem Ausgangsanschluss P1 durch den Schalter 24 verbunden. Die Energie, die in dem Kondensator C geladen ist, wird zur Spule 11a entladen und die Hochspannung des Kondensators C wird an die Spule 11a angelegt. Zu diesem Zeitpunkt fließt, wie in dem (A)-Teil von 3 dargestellt ist, ein hoher elektrischer Strom oder ein Spitzenstrom zum schnellen Umschalten des Ventils 11 in den Ventilöffnungszustand zur Spule 11a als der Injektorstrom Ia aufgrund der Elektrizität, die durch den Kondensator C entladen wird, wodurch die Ventilöffnungsantwort des elektromagnetischen Ventils 11 unterstützt wird. Ferner kann der Injektorstrom Ia durch die Spannung bestimmt werden, die in dem Stromerfassungswiderstand R1 erzeugt wird, wenn die Schalter 22a, 22b den Ein-Zustand aufweisen. Ebenso kann der Injektorstrom Ia durch die Spannung bestimmt werden, die in dem Stromerfassungswiderstand R2 erzeugt wird, wenn die Schalter 22a, 22b den Aus-Zustand aufweisen.
Zur Zeit des Entladens des Kondensators C vermeidet die Diode D1, dass ein Leckstrom, der von der Seite des Ausgangsanschlusses P1 leckt, die die Hochspannung aufweist, in die Seite der Energiequellenleitung (das heißt, den Schalter 23) eindringt. Ferner unterbindet die Diode D4a, sogar wenn der Schalter 22a eingeschaltet ist beziehungsweise wird, dass ein elektrischer Strom direkt von der positiven Elektrodenseite des Kondensators C zum Schalter 22a durch den Energiewiedergewinnungspfad fließt.
Die Steuerschaltung 21 bestimmt bei S107, ob der Injektorstrom Ia größer oder gleich einem Soll-Stromwert Ia1 des Spitzenstroms ist. Ist der Injektorstrom Ia größer oder gleich dem Soll-Stromwert Ia1 (S107, Ja), schaltet die Steuerschaltung 21 bei S109 den Schalter 24 aus.
Bei S111 wird eine Konstantstromsteuerverarbeitung durchgeführt. In dieser Verarbeitung werden die bei S101 festgelegten Schaltoperationsraten Da, Db verwendet, um den Injektorstrom Ia innerhalb eines vorbestimmten Stromwertbereichs als einen Anzugstrom während der Anzugperiode Tp durch Schaltsteuerung des Schalters 22a und des Schalters 23 zu erhalten (vergleiche (B), (C) von 3). Danach halten die Schaltoperationsraten Da, Db während der Halteperiode Th (vergleiche (A) von 3) den Injektorstrom Ia innerhalb eines weiteren vorbestimmten Stromwertbereichs als einen Haltestrom, der ein niedrigerer Bereich als der Anzugstrombereich ist.
In diesem Fall wird der Anzugstrom innerhalb des Bereichs durch (i) Ausschaltsteuerung von dem Schalter 22a oder dem Schalter 23, wenn der Injektorstrom Ia einen ersten oberen Grenzwert IU1 erreicht, und (ii) die Einschaltsteuerung des Schalters 22a oder des Schalters 23 gehalten, wenn der Injektorstrom Ia einen ersten unteren Grenzwert IL1 erreicht.
Ferner wird der Haltestrom durch (i) die Ausschaltsteuerung des Schalters 22a oder des Schalters 23, wenn der Injektorstrom Ia einen zweiten oberen Grenzwert IU2 erreicht, und (ii) die Einschaltsteuerung des Schalters 22a oder des Schalters 23, wenn der Injektorstrom Ia einen zweiten unteren Grenzwert IL2 erreicht, innerhalb des Bereichs gehalten.
Gemäß der vorstehend erläuterten Schaltsteuerung wird der Ventilkörper in die Ventilöffnungsposition durch den Anzugstrom angehoben und das elektromagnetische Ventil wird durch den Haltestrom in dem Ventilöffnungszustand gehalten.
Der Injektorstrom Ia, der in der Spule 11a des elektromagnetischen Ventils 11 fließt, wird bis zum Ende der Stellperiode auf dem Pegel des Haltestroms gehalten. Nach der Stellperiode (S113, Ja) führt die Steuerschaltung 21 bei S115 eine Steuerung zum Ausschalten der Schalter 22a und 23 aus. Auf diese Weise wird die Versorgung der Spule 11a mit dem elektrischen Strom unterbrochen, wodurch das elektromagnetische Ventil geschlossen und die Kraftstoffeinspritzung durch das elektromagnetische Ventil abgeschlossen wird.
In einem derartigen Fall wird zur Zeit des Ausschaltens des Schalters 22a und des Schalters 23, eine Rücklaufenergie in der Spule 11a erzeugt. Eine derartige Rücklaufenergie wird ausgehend vom Ausgangsanschluss P2 der Spule 11a durch die Diode D4a zum Kondensator C wiedergewonnen.
Ferner führt die Steuerschaltung 21 die Schaltsteuerung des Schalters 25b zum Laden des Kondensators C unter Verwendung des DC-DC-Wandlers 25 durch, während der Schalter 22a und der Schalter 23 die Schaltsteuerung durch die Ausschaltsteuerung des Schalters 24 erfahren. Derartige Steuerung wird durchgeführt, um für das nächste Stellen des elektromagnetischen Ventils vorzubereiten. In diesem Fall verbietet die Steuerschaltung 21 die Ladeoperation des Kondensator C unter Verwendung des DC-DC-Wandlers 25, während der Schalter 24 eingeschaltet ist.
Bei einer Ventilöffnungszeitgebung zum Öffnen des Ventils 12 (S117, Ja) führt die Steuerungsschaltung 21 in S119 eine Steuerung zum Einschalten des Schalters 22b und des Schalters 24 aus.
Auf diese Weise ist die positive Elektrodenseite des Kondensators C mit dem Ausgangsanschluss P3 durch den Schalter 24 verbunden, die Energie, die in dem Kondensator C geladen ist, wird an die Spule 12a entladen und die Hochspannung des Kondensators C wird an die Spule 12a angelegt. Der Injektorstrom Ib fließt in die Spule 12a als ein Spitzenstrom, der das elektromagnetische Ventil 12 schnell zum Ventilöffnungszustand umschaltet, um die Ventilöffnungsantwort des Ventils 12 zu unterstützen.
Zur Zeit einer derartigen Entladung vom Kondensator C, wird durch die Diode D1 unterbunden, dass der Leckstrom, der von der Seite des Ausgangsanschlusses P3 leckt, in die Seite der Energiequellenleitung (das heißt, den Schalter 23) eintritt. Ferner, sogar wenn der Schalter 22 eingeschaltet wird, unterbindet die Diode D4b, dass ein elektrischer Strom direkt von der Seite der positiven Elektrode des Kondensators C durch den Energiewiedergewinnungspfad zum Schalter 22b fließt.
Ähnlich zur Steuerung des Ventils 11 bestimmt die Steuerschaltung 21 in S121, ob der Injektorstrom Ib größer oder gleich einem Soll-Stromwert Ib1 des Spitzenstroms ist. Ist der Injektorstrom Ib größer oder gleich dem Soll-Stromwert Ib1 (S121, Ja), wird bei S123 der Schalter 24 in den Aus-Zustand geschaltet.
Bei S125 wird ähnlich wie bei S111 die Konstantstromsteuerungsverarbeitung ausgeführt. Die Schaltoperationsraten Da, Db, die in S101 festgelegt werden, werden verwendet, um den Injektorstrom Ib innerhalb eines vorbestimmten Stromwertbereichs als einen Anzugstrom während der Anzugperiode Tp zu halten und danach den Injektorstrom Ib innerhalb eines weiteren vorbestimmten Stromwertbereichs, der ein niedrigerer Bereich als der Anzugstrombereich ist, als einen Haltestrom zu während der Halteperiode Th durch die Schaltsteuerung des Schalters 22b und den Schalter 23 zu halten. Demzufolge wird der Ventilkörper zur Ventilöffnungsposition durch den Anzugstrom angehoben und das elektromagnetische Ventil wird durch den Haltestrom in dem Sollöffnungszustand gehalten.
Wie vorstehend beschrieben ist, wenn der Injektorstrom Ib, der in der Spule 12a des elektromagnetischen Ventils 12 fließt, bis zum Ende der Stellperiode auf dem Pegel des Haltestroms gehalten wird (S127, Ja), führt die Steuerschaltung 21 in S129 eine Steuerung zum Ausschalten sowohl des Schalters 22b als auch des Schalters 23 aus. Auf diese Weise wird die Versorgung der Spule 12a mit dem Strom unterbrochen, wodurch das elektromagnetische Ventil 12 geschlossen und die Kraftstoffinjektion beziehungsweise Kraftstoffeinspritzung abgeschlossen wird.
In einem derartigen Fall wird zur Zeit des Ausschaltens des Schalters 22b und des Schalters 23 eine Rücklaufenergie in der Spule 12a erzeugt. Eine derartige Rücklaufenergie wird ausgehend von dem Ausgangsanschluss P4 der Spule 12a durch die Diode D4b zum Kondensator C wieder gewonnen.
Kurz gesagt verwendet die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerschaltung 21 zum Durchführen der Konstantstromsteuerung zum Steuern der elektromagnetischen Ventile 11, 12. Insbesondere geschieht dies durch Steuern des Schalters 23 mit der Schaltoperationsrate Da mit der Ein-Steuerung des Schalters 22a oder des Schalters 22b und durch Steuern des Schalters 22a oder des Schalters 22b mit der Schaltoperationsrate Db mit der Ein-Steuerung des Schalters 23.
Derartige Steuerung, die vorstehend erläutert ist, ermöglicht eine Reduzierung der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen der Schalter 22a, 22b, 23 verglichen zum herkömmlichen Schaltsteuerschema, das (i) die Schaltsteuerung des Schalters 23 mit der Ein-Steuerung des Schalters 22a oder des Schalters 22b während der Konstantstromsteuerungszeit der elektromagnetischen Ventile 11, 12 oder (ii) die Schaltsteuerung des Schalters 22a oder des Schalters 22b mit der Ein-Steuerung des Schalters 23 während der Konstantstromsteuerungszeit der elektromagnetischen Ventile 11, 12 ausführt.
6A und 6B sind Zeitdiagramme eines Steuerzustands von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 in der Anzugperiode Tp und der Halteperiode Th, wobei 6A den Steuerzustand basierend auf der vorliegenden Offenbarung repräsentiert und 6B den Steuerzustand des herkömmlichen Steuerschemas repräsentiert. Ebenso ist der Steuerzustand der Schalter 23, 22a, 22b entsprechend zugeordnet als (A) bis (C) in 6A und als (D) bis (F) in 6B vorgesehen.
Wie in (A) bis (C) von 6A dargestellt ist, verwendet der Steuerzustand gemäß der vorliegenden Offenbarung die Schaltoperationsraten Da, Db, die in Kraft gesetzt werden, wodurch beispielsweise ermöglicht wird, dass der Schalter 23 10 Mal geschaltet wird (Ein/Aus), der Schalter 22a 5 Mal geschaltet wird und der Schalter 22b 5 Mal geschaltet wird, wenn die elektromagnetischen Ventile 11, 12 gestellt werden.
Andererseits, wie in (D) bis (F) von 6B dargestellt ist, steuert das herkömmliche Kontrollschema beziehungsweise Steuerschema für dieselbe Stellperiode der elektromagnetischen Ventile 11, 12 den Schalter 23 so, dass er 18 Mal geschaltet wird, den Schalter 22a, so dass er einmal geschaltet wird, und den Schalter 22b, so dass er einmal geschaltet wird.
Wie vorstehend beschrieben, während das herkömmliche Steuerschema den Schalter 28 18 Mal schaltet, wenn die Schalter 22a, 22b den Ein-Zustand aufweisen, schaltet das Steuerschema der vorliegenden Offenbarung die Schalter 22a, 22b jeweils 5 Mal mit der Schaltoperationsrate Db und schaltet den Schalter 23 10 Mal mit der Schaltoperationsrate Da, wodurch die Reduzierung der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen des Schalters 23 von 18 auf 10 ermöglicht wird.
Demzufolge führt die Reduzierung der maximalen Anzahl von Schaltvorgängen zur Reduzierung des Schaltverlusts und zur Vermeidung übermäßiger Wärme, die während der Operation der Schalter 22a, 22b, 23 in der Konstantstromsteuerungszeit erzeugt wird. In anderen Worten, ist, da die Wärme auf jeden der Schalter 22a, 22b, 23 „verteilt” wird, die Kühlung oder Ableitung von Wärme von den Schaltern 22a, 22b, 23 einfacher. Demzufolge ist es nicht erforderlich, dass die Schalter 22a, 22b, 23 hohe Wärmewiderstandscharakteristika aufweisen. Demnach können die Produktionskosten der Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil reduziert werden.
Die Steuerschaltung 21 legt die Schaltoperationsraten Da, Db fest, um die Differenz des Betrags der Wärme, die durch die Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird, zu minimieren, wenn die Schalter 22a, 22b, 23 gesteuert werden. Ein derartiges Festlegen der Schaltoperationsraten Da, Db reduziert den Betrag der von den Schaltern 22a, 22b, 23 erzeugten Wärme, wodurch des im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Schalter ein extrem größeres Wärmevolumen als andere Schalter erzeugt, einfacher wird, effektiv den Betrag von Wärme, die durch jeden der Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird, zu steuern. Insbesondere bestimmt eine Wärmeableitung in nur einem Schalter eine Grenzoperationstemperatur in diesem Schalter. Durch Verteilen der Wärme auf die Schalter 22a, 22b, 23 kann die Grenzoperationstemperatur erhöht werden. Ferner wird durch gleichmäßiges Verteilen der Wärme auf die Schalter 22a, 22b, 23 die gesamte Wärmeerzeugung reduziert.
Insbesondere durch Verwenden der Gleichung (1) berechnet und legt die Steuerschaltung 21 die Schaltoperationsraten Da, Db fest, um die Differenz zwischen dem Betrag von Wärme, die von dem Schalter 22a und dem Schalter 23 erzeugt wird, oder die Differenz zwischen dem Betrag von Wärme, die vom Schalter 22b und vom Schalter 23 erzeugt wird, zu reduzieren. Die Wärme von jeweiligen Schaltern 22a, 22b ändert sich gemäß (i) dem ständigen Verlust L_ON-L zur Ein-Steuerzeit der Schalter 22a, 22b, (ii) dem Schaltverlust L_SW-L in einem Ein/Aus-Schaltzyklus und (iii) der Schaltoperationsrate Db zusammen mit anderen Faktoren. Wohingegen sich die Wärme vom Schalter 23 gemäß (i) dem ständigen Verlust L_ON-C zur Ein-Steuerzeit des Schalters 23, (ii) dem Schaltverlust L_SW-C in einem Ein/Aus-Schaltzyklus und (iii) der Schaltoperationsrate Da zusammen mit anderen Faktoren ändert. Auf diese Weise wird die Wärme, die durch jeden der Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird, genau hinsichtlich jedem der Verluste für die Berechnung der Schaltoperationsraten Da, Db berechnet, wodurch der Betrag von Wärme reduziert wird, die von den Schaltern 22a, 22b, 23 erzeugt wird.
Die Steuerverarbeitung zum Stellen eines elektromagnetischen Ventils legt die Schaltoperationsraten Da, Db unmittelbar vor dem Stellen der elektromagnetischen Ventile 11, 12 fest. Jedoch können die Schaltoperationsraten Da, Db während dem Stellen der elektromagnetischen Ventile 11, 12 berechnet und festgelegt werden und derartige Operationsraten Da, Db können beim nachfolgenden Stellen der elektromagnetischen Ventile 11, 12 verwendet werden. Darüber hinaus können, um die Berechnungsfestlegungsverarbeitungslast zu reduzieren, die Schaltoperationsraten Da, Db nur einmal in den mehreren Stellzeiten der Ventile 11, 12, festgelegt werden, anstatt die Raten Da, Db jedes Mal festzulegen, wenn die Ventile 11, 12 gestellt werden.
Ein Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform kann ein Steuerschema aufweisen, in dem die Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung von S101 den ständigen Verlust LON-C und den ständigen Verlust LON-L gemäß der Energiequellenspannung VB und den Charakteristika korrigiert, die durch die Induktivität und den Widerstand der Ventile 11, 12 (das heißt, eine Injektorcharakteristik L) verursacht werden. Darüber hinaus kann der Verlust LR-L durch den Rückführstrom gemäß der Injektorcharakteristik L, die durch die Induktivität und den Widerstand der Ventile 11, 12 verursacht wird, zum Festlegen der Schaltoperationsraten Da, Db korrigiert werden.
Der ständige Verlust L_ON-C, L_ON-L ändert sich gemäß der Injektorcharakteristik L, die durch die Induktivität und den Widerstand der elektromagnetischen Ventile verursacht wird, und die Energiequellenspannung VB und der Verlust L_R-L des Rückführstroms ändert sich gemäß der Injektorcharakteristik L. Die Korrektur der ständigen Verluste I_ON-C, I_ON-L gemäß der Energiequellenspannung VB und der Charakteristik L und die Korrektur des Verlusts L_R-L durch den Rückflussstrom gemäß der Injektorcharakteristik L ermöglichen eine genaue Schätzung der Wärme, die durch jeden der Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird, um die Schaltoperationsraten Da, Db festzulegen. Ferner entspricht die Steuerschaltung 21, die den ständigen Verlust L_ON-C, L_ON-L gemäß der Injektorcharakteristik L und der Energiequellenspannung VB korrigiert, in den Ansprüchen einem Beispiel einer „Korrektureinheit”.
In diesem Fall entspricht die Injektorcharakteristik L der Induktivität und dem Widerstand einer Serienschaltung. Demnach wird die Beziehung zwischen der Injektorcharakteristik L und der Energiequellenspannung V und dem Injektorstrom i durch Gleichung (2) repräsentiert. Für die Berechnung des Stromwerts wird in Gleichung (2) für Injektorstrom i Ia, Ib eingesetzt. V = 1·di/dt (Gleichung 2)
Demnach wird basierend auf der Steigung di/dt des Injektorstroms i und der Energiequellenspannung V die Injektorcharakteristik L berechnet. Dann wird gemäß Gleichung (2) die Zeit dt des ständigen Verlustes basierend auf der Injektorcharakteristik L, der Energiequellenspannung V und dem Ripple-Strom di in dem Konstantstrom berechnet. Demzufolge wird der ständige Verlust L_ON unter Verwendung der Gleichung (3) basierend auf di/dt und einem Ein-Widerstand R des Schalters berechnet. L_ON = R/i² (Gleichung 3)
Ferner können der thermische Widerstand R_th-C des Schalters 23 und der thermische Widerstand R_th-L von Einrichtung zu Einrichtung für die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil variieren. Demnach kann vorab ein Operationstest für das Schalten der Schalter 22a, 22b, 23 für eine bestimmte Zeitperiode unter unterschiedlichen Operationsbedingungen bezüglich den thermischen Charakteristika wie beispielsweise einer Umgebungstemperatur, die auf unterschiedliche Grade geändert wird oder dergleichen vorab bestimmt werden. Basierend auf dem Operationstest kann eine Tabelle oder Aufzeichnung der thermischen Widerstände R_th-C und R_th-L für jede von unterschiedlichen Operationsbedingungen konstruiert werden und die Schaltoperationsraten Da, Db können gemäß einer derartigen Tabelle der thermischen Widerstände festgelegt werden. Auf diese Weise können die Schaltoperationsraten Da, Db gemäß einem genaueren thermischen Widerstand R_th-C und R_th-L festgelegt werden, wodurch der Betrag von Wärme ferner reduziert wird, die durch jeden der Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird.
(Zweite Ausführungsform)
Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil jede der Schaltoperationsraten Da, Db in der Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung von S101 (2) gemäß vorhergehend gemessenen und gespeicherten Zuständen festlegt, in anderen Worten gemäß einem ersten und zweiten Wärmezustand, um die Differenz zwischen dem Betrag von Wärme, die durch die Schalter 22a, 22b und den Betrag von Wärme, die vom Schalter 23 erzeugt wird, zu reduzieren.
Insbesondere werden die Operationstests unter unterschiedlichen Operationsbedingungen der Umgebungstemperatur ausgeführt, um die Schaltoperation von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 für eine bestimmte Zeitperiode zu untersuchen. Die gemessenen Temperaturzustände der Schalter 22a, 22b, 23 in derartigen Operationstests werden in einem Speicher der Steuerschaltung 21 gespeichert. Dies geschieht auf klassifizierte Weise für jede Operationsbedingung, die die gemessenen Temperaturzustände der Schalter 22a, 22b, 23 veranlasst, gleich dem ersten und zweiten Wärmezustand zu sein.
In der Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung von S101 werden die Schaltoperationsraten Da, Db basierend auf dem ersten Wärmezustand und dem zweiten Wärmezustand festgelegt, die vorab gespeichert werden. Demzufolge erfährt jeder der Schalter 22a, 22b, 23 die Konstantstromsteuerverarbeitung zum Empfangen der Schaltsteuerung, um die Differenz zwischen dem Betrag von Wärme, die von den Schaltern 22a, 22b erzeugt wird und dem Betrag von Wärme, die von dem Schalter 23 erzeugt wird, zu reduzieren.
Auf diese Weise werden der erste Wärmezustand der Schalter 22a, 22 und der zweite Wärmezustand des Schalters 23 jeweils vorab für die bestimmte Periode der Schaltsteuerung gemessen, wodurch die Berechnung der Schaltoperationsraten Da, Db, von denen jede eine Rate der Schaltperioden zum Reduzieren der Wärmedifferenz zwischen diesen Schaltern 22a, 22b, 23 ist, basierend auf dem ersten Wärmezustand und dem zweiten Wärmezustand ermöglicht wird.
Da jede der Schaltoperationsraten Da, Db basierend auf dem ersten und dem zweiten Wärmezustand festgelegt wird, die tatsächlich gemessen werden, wird die Differenz zwischen den Wärmen von diesen Schaltern 22a, 22b, 23 reduziert, um den kleineren Wert aufzuweisen, wodurch die Wärmeerzeugung in jedem dieser Schalter 22a, 22b, 23 auf sichere Weise reduziert wird.
(Dritte Ausführungsform)
Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der einen in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil jede der Schaltoperationsraten Da, Db in dem Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung von S101 (2) gemäß einer tatsächlich gemessenen Temperatur der Schalter 22a, 22b und der Wärme, die durch den Schalter 23 erzeugt wird, gemäß der tatsächlich gemessenen Temperatur des Schalters 23 festlegt.
In der vorliegenden Ausführungsform werden MOSFETs, die Wärmemessdioden (das heißt, ein Temperatursensor) aufweisen, als die Schalter 22a, 22b, 23 verwendet. Die Schalter 22a, 22b, 23 geben an die Steuerschaltung 21 ein Temperatursignal aus, das sich gemäß der Änderung der Vorwärtsspannung (VF) der Wärmemessdiode aufgrund der Änderung der Umgebungstemperatur ändert. Auf diese Weise erfasst die Steuerschaltung 21 die Temperatur von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 in Echtzeit.
Ferner werden während der Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung der dritten Ausführungsform die Schaltoperationsraten Da, Db jeweils festgelegt, um die Temperaturdifferenz zwischen den Schaltern 22a, 22b, 23 zu reduzieren, wobei die Schaltoperationsraten Da, Db für die Konstantstromsteuerungsverarbeitung zum Steuern des Schaltens der Schalter 22a, 22b, 23 verwendet werden. Demnach wird durch Reduzieren der Temperatur die Differenz zwischen der Wärme, die durch die Schalter 22a, 22b erzeugt wird, und der Wärme reduziert, die durch den Schalter 23 erzeugt wird.
Auf diese Weise werden die Operationsraten Da, Db gemäß der Wärmen festgelegt, die durch jeden der Schalter 22a, 22b, 23 erzeugt wird, die basierend auf der Messung der Temperatur von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 jedes Mal, wenn die Ventile 11, 12 geöffnet werden, berechnet werden. Demnach wird ohne früheren Test oder dergleichen die Steuerung von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 in Echtzeit gemäß den Operationsraten Da, Db basierend auf dem Wärmezustand von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 ausgeführt. Demzufolge wird die Differenz zwischen dem Betrag der Wärme, die von den Schaltern 22a, 22b erzeugt wird, und dem Betrag von Wärme, die von dem Schalter 23 erzeugt wird, noch wirkungsvoller reduziert.
Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform jeder der Schalter 22a, 22b in den Ansprüchen einem Beispiel einer „ersten Schalteinheit” und einer „ersten Temperaturerfassungseinheit” entsprechen und der Schalter 23 kann in den Ansprüchen einem Beispiel sowohl einer „zweiten Schalteinheit” als auch einer „zweiten Temperaturerfassungseinheit” entsprechen. Ferner kann die Temperatur von jedem der Schalter 22a, 22b, 23 nicht nur durch die eingebaute Wärmemessdiode erfasst werden, sondern kann ebenso durch eine andere Wärmemesseinrichtung wie beispielsweise einem externen Thermometer erfasst werden.
(Vierte Ausführungsform)
Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf 7 erläutert.
7 ist eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands zu einer Zeit des Öffnens eines Ventils in der Ventilstellsteuerverarbeitung in der vierten Ausführungsform. In 7 repräsentiert (A) den Injektorstrom Ia, der in dem Ventil 11 fließt, (B) repräsentiert den Schaltsteuerzustand des Schalters 23, (C) repräsentiert den Schaltsteuerzustand des Schalters 22a und (D) repräsentiert den Schaltsteuerzustand des Schalters 24.
Die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in der vierten Ausführungsform führt die Konstantstromsteuerung durch Verwenden der Schaltsteuerung des Schalters 24 durch. In anderen Worten, nachdem die Schaltsteuerung des Schalters 24 und des Schalters 23 eingeschaltet ist, was ähnlich zur ersten Ausführungsform ist, führt die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil die Schaltsteuerung des Schalters 24 erneut aus, wenn der Schalter 23 den Aus-Zustand aufweist. Auf diese Weise werden die maximale Anzahl von Schaltvorgängen von jedem der Schalter 22a, 22b, 23, 24 reduziert, wodurch ein Ansteigen des Schaltverlusts vermieden und die Wärme reduziert wird, die durch die Schalter 22a, 22b, 23, 24 zur Konstantstromsteuerungszeit erzeugt wird.
Insbesondere wird die Schaltoperationsrate Da, Db der Schalter 22a, 22b, 23, 24 festgelegt, um die Wärmedifferenz zwischen den Schaltern 22a, 22b, 23, 24 zu reduzieren, um dabei eine wirksamere Reduzierung von Wärme in den Schaltern 22a, 22b, 23, 24 verglichen zu einem Fall zu ermöglichen, in dem nur ein Schalter ein extrem größeres Wärmevolumen als andere Schalter erzeugt. Ferner wird, wenn dasselbe Schaltelement sowohl für den Schalter 23 als auch den Schalter 24 verwendet wird, wird dieselbe Schaltoperationsrate Da für beide Schalter 23, 24 festgelegt.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein vorhergehend gemessener gespeicherter Wärmezustand verwendet werden, um jede der Schaltoperationsraten Da, Db für jeden Schalter festzulegen, um die Wärmedifferenz zwischen den Schaltern 22a, 22b, 23, 24 zu reduzieren, wie bei der zweiten Ausführungsform. Ebenso kann jede der Schaltoperationsraten Da, Db festgelegt werden, um die Differenz zwischen der Wärme in jedem der Schalter 22a, 22b, 23, 24 zu reduzieren, die gemäß der tatsächlich gemessenen Temperatur von jedem der Schalter 22a, 22b, 23, 24 gemessen wird, wie in der dritten Ausführungsform.
(Fünfte Ausführungsform)
Eine Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf 8 und 9 erläutert.
8 ist ein Blockdiagramm einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung 10, die die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil in der fünften Ausführungsform einsetzt. 9 ist eine Illustration eines Ventilöffnungssteuerzustands zu einer Zeit, indem ein Ventil in der Ventilstellsteuerverarbeitung der fünften Ausführungsform geöffnet wird, wobei (A) den Injektorstrom Ia repräsentiert, der in dem Ventil 11 fließt, (B) den Schaltsteuerzustand des Schalters 22a repräsentiert und (C) den Schaltsteuerzustand des Schalters 24 repräsentiert.
Wie in 8 dargestellt ist, weist die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil der vorliegenden Ausführungsform den Schalter 23 und die Diode D1, die in der Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil in den anderen Ausführungsformen verwendet werden, nicht auf. Ferner führt die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil die Konstantstromsteuerung zum Stellen der Ventile 11, 12 durch Verwenden der Hochspannung aus, die durch Erhöhen der Spannung mit dem DC-DC-Wandler 25 erzeugt wird, anstatt die Konstantstromsteuerung auszuführen, die direkt die Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B verwendet.
Demnach führt die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil die Konstantstromsteuerung durch Schaltsteuerung des Schalters 24 aus, wie in 9 dargestellt ist, die sich von der Konstantstromsteuerung durch die Schaltsteuerung des Schalters 23 in der ersten Ausführungsform unterscheidet.
Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil versorgt die Spule 11a, 12a mit einem Spitzenstrom, um die elektromagnetischen Ventile 11 beziehungsweise 12 zu einer Startzeit der Stellperiode schnell zu öffnen. Darüber hinaus stellt die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil einen Haltestrom bereit, der kleiner als der Spitzenstrom ist, um das Ventil 11, 12 bis zum Ende der Stellperiode offen zu halten.
Die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil beinhaltet den Kondensator C, um der Spule den Spitzenstrom bereitzustellen, und die Ladeeinheit 25 zum Erzeugen einer Hochspannung von der Gleichspannungsenergiequelle B, die höher als die Energiequellenspannung VB ist, und zum Laden des Kondensators C unter Verwendung der Hochspannung.
Der Kondensator C ist entweder mit der Hochspannungsseite oder der Niederspannungsseite der Spule 11a, 12a parallel mit einem Energieversorgungspfad von der Gleichspannungsenergiequelle B zur Spule 11a, 12a verbunden. Der Kondensator C ist zur Anfangszeit der Stellperiode im Ein-Zustand und stellt dabei der Spule 11a, 12a den Spitzenstrom basierend auf dem Anlegen der Hochspannung des Kondensators C bereit. Die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil beinhaltet das Schaltelement 22a, 22b, 24, um den Haltestrom der Spule 11a, 12a durch Starten des Schaltens nach dem Bereitstellen des Spitzenstroms bereitzustellen, was das Anlegen der Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B ermöglicht, um die Versorgung mit dem Haltestrom zu veranlassen.
Nachdem die Hochspannung an den Kondensator C zum Erzeugen des Spitzenstroms gemäß der Operation der Schalter 22a, 22b, 24 angelegt ist, wird die Energiequellenspannung VB der Gleichspannungsenergiequelle B angelegt, um den Haltestrom zu erzeugen. Demnach wird nur eine Stromversorgungsschaltung (das heißt, der Schalter 24) verwendet, um die Versorgung der Spulen 11a, 12a mit elektrischem Strom mit zwei verschiedenen Pegeln (das heißt, der Spitzenstrom und der Haltestrom) zu ermöglichen. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, in der zwei elektrische Stromversorgungsschaltungen (das heißt, Schalter 23, 24) zum entsprechenden Bereitstellen des Spitzenstroms und des Haltestroms verwendet werden. Die Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil ist einfacher als die Stelleinheit 20 für ein elektromagnetisches Ventil der ersten Ausführungsform, ohne das Bereitstellen des Spitzenstroms als auch des Haltestroms für die Ventile 11, 12 zu gefährden.
Sogar in der Konfiguration der Stelleinheit 20a für ein elektromagnetisches Ventil wird die maximale Anzahl von Schaltvorgängen der Schalter 22a, 22b, 24 durch die Steuerung der Schaltoperationsrate Db der Schalter 22a, 22b und der Schaltoperationsrate Da des Schalters 24 reduziert. Demzufolge werden der Schaltverlust und die Wärmedifferenz der Schalter 22a, 22b, 24 in der Konstantstromsteuerungszeit reduziert.
Insbesondere werden in der Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung die Schaltoperationsraten Da, Db für die Schalter 22a, 22b, 24 festgelegt, um die Wärmedifferenz zwischen den Schaltern 22a, 22b, 24 zu reduzieren, wodurch eine wirkungsvollere Reduzierung von Wärme verglichen zu einem Fall erreicht wird, in dem ein Schalter ein extrem größeres Wärmevolumen als andere Schalter erzeugt.
Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform ein vorab gemessene und vorab gespeicherte Wärmezustände verwendet werden, um die Schaltoperationsraten Da, Db festzulegen, um die Wärmedifferenz zwischen den Schaltern 22a, 22b, 24 ebenso wie in der zweiten Ausführungsform zu reduzieren.
Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform jede der Schaltoperationsraten Da, Db so festgelegt werden, um die Differenz zwischen der Wärme in jedem der Schalter 22a, 22b, 24 zu reduzieren, die gemäß der tatsächlich gemessenen Temperatur von jedem der Schalter 22a, 22b, 24 berechnet wird, ebenso wie in der dritten Ausführungsform.
Obwohl die vorliegende Offenbarung vollständig zusammen mit der bevorzugten Ausführungsform in Zusammenschau mit den Zeichnungen erläutert wurde, ist zu beachten, dass unterschiedliche Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich sind.

(1) Die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil, die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung in der vorliegenden Offenbarung verwendet wird, kann verwendet werden, um die elektromagnetischen Ventile nicht nur eines Zweizylindermotors, sondern ebenso in einem Einzylindermotor oder in einem Dreizylindermotor oder in einem Mehrzylindermotor zu steuern.

Wenn das elektromagnetische Ventil des Einzylindermotors gesteuert wird, werden die Schaltoperationsraten Da, Db festgelegt, um die Differenz der Wärmeerzeugung zwischen einer ersten Schalteinheit und einer zweiten Schalteinheit zu reduzieren. Die erste Schalteinheit ist mit der Niederspannungsseite des Ventils verbunden und wird durch die Steuerschaltung zur Konstantstromsteuerungszeit des Ventils zum Steuern des Ventils gesteuert. Die zweite Schalteinheit ist mit der Hochspannungsseite des Ventils verbunden und wird durch die Steuerschaltung zur Konstantstromsteuerungszeit des Ventils zum Steuern des Ventils gesteuert.
Wenn das elektromagnetische Ventil des Mehrzylindermotors gesteuert wird, werden die Schaltoperationsraten Da, Db festgelegt, um die Differenz der Wärmeerzeugung zwischen mehreren ersten Schalteinheiten und der zweiten Schalteinheit zu reduzieren. Die mehreren ersten Schalteinheiten sind jeweils mit der Niederspannungsseite der Ventile in mehreren Zylindern verbunden und werden durch die Steuerschaltung zur Konstantstromsteuerungszeit der Ventile zum Steuern der Ventile gesteuert. Die zweite Schalteinheit ist auf geteilte Weise mit der Hochspannungsseite der Ventile in mehreren Zylindern verbunden und wird durch die Steuerschaltung zur Konstantstromsteuerungszeit der Ventile zum Steuern der Ventile gesteuert.

(2) Die Schaltoperationsratenfestlegungsverarbeitung, die in S101 von 2 ausgeführt wird, kann die Schaltoperationsraten Da, Db durch Verwenden eines weiteren Verfahrens oder Schemas festlegen, anstatt Gleichung (1) zu verwenden. Beispielsweise können die Raten Da, Db eine Bedingung Da + Db = 1, und 0 < Da < 1, und 0 < Db < 1 erfüllen. Oder Da, Db können einfach jeweils 0,5 sein. Sogar auf diese Weise wird die maximale Anzahl von Schaltvorgängen von jedem der Schalter 22a, 22b, 23, 24 verglichen mit (i) einem Fall, in dem der Schalter 23 oder der Schalter 24 mit der Ein-Steuerung des Schalters 22a oder des Schalters 22b während der Anlegungsperiode zum Anlegen der Energiequellenspannung VB an die elektromagnetischen Ventile 11, 12 schaltgesteuert wird, oder (ii) einem Fall, in dem der Schalter 22a oder der Schalter 22b mit der Ein-Steuerung des Schalters 23 oder des Schalters 24 während der Anlegungsperiode zum Anlegen der Energiequellenspannung VB an die elektromagnetischen Ventile 11, 12 schaltgesteuert wird, reduziert werden.
(3) Unter den vorstehend beschriebenen Schaltern kann der Schalter, der die Schaltsteuerung nicht erfährt, als ein ein-/aussteuerbarer Schalter oder dergleichen implementiert werden, anstatt dass MOSFET-Schaltelement oder dergleichen implementiert wird.

Derartige Änderungen und Modifikationen sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung sein, wie er durch die Ansprüche definiert ist.
Die Erfindung lässt sich folgendermaßen zusammenfassen. Eine Steuerschaltung einer Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil eines Kraftstoffeinspritzers führt eine Konstantstromsteuerung für elektromagnetische Ventile durch. Insbesondere schaltet die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil einen zweiten Schalter bei einer ersten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung von einem der zwei ersten Schalter und durch Schalten von einem der zwei ersten Schalter bei einer zweiten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung des zweiten Schalters, um Wärmeerzeugung in den Schaltern zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-063993 [0004, 0006]
JP 2002-180878 [0005, 0006]

Claims

Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil, die in einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung (10) zum Erzeugen und Anlegen einer Hochspannung, die größer als eine Energiequellenspannung (VB) einer Gleichspannungsenergiequelle (B) ist, an ein elektromagnetisches Ventil (11, 12) und danach zum Durchführen einer Konstantstromsteuerung zum Stellen des Ventils verwendet wird, wobei die Stelleinheit für ein elektromagnetisches Ventil aufweist: einen Kondensator (C), der die Hochspannung an das elektromagnetische Ventil anlegt; eine Ladeeinheit (25) zum Laden des Kondensators durch Erzeugen der Hochspannung von der Gleichspannungsenergiequelle; eine erste Schalteinheit (22a, 22b), die mit einem Niederspannungsanschluss des elektromagnetischen Ventils (11, 12) verbunden ist und für die Konstantstromsteuerung des Ventils (11, 12) gesteuert wird; eine zweite Schalteinheit (23, 24), die mit einem Hochspannungsanschluss des elektromagnetischen Ventils verbunden ist und für die Konstantstromsteuerung des Ventils gesteuert wird; und eine Steuereinheit (21) zum Steuern der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und der zweiten Schalteinheit (23, 24), wobei die Steuereinheit (21) in der Konstantstromsteuerung (i) eine Schaltsteuerung der zweiten Schalteinheit (23, 24) mit einer ersten Operationsrate (Da) mit einer Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und (ii) eine Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit (22a, 22b) bei einer zweiten Operationsrate (Db) mit einer Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit (23, 24) ausführt.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) die erste Schalteinheit (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) steuert, um eine Differenz zwischen einer Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und einer Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) die erste Schalteinheit (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) steuert, um eine Differenz zwischen (i) der Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit (22a, 22b), die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung (L_ON-L), einem Schaltverlust durch eine Ein-nach-Aus-Schaltoperation (L_SW-L) und der zweiten Operationsrate (Db) ändert, und (ii) der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren, die sich gemäß einem ständigen Verlust der Ein-Steuerung (L_ON-C), einem Schaltverlust durch eine Ein-nach-Aus-Schaltoperation (L_SW-C) und der ersten Operationsrate (Da) ändert.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Korrektureinheit (21) zum Korrigieren des ständigen Verlusts gemäß (i) einer Charakteristik, die durch einen Induktivitätsfaktor und einen Widerstandsfaktor des elektromagnetischen Ventils (11, 12) induziert wird, und (ii) der Energiequellenspannung (VB).
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) einen ersten Wärmezustand für die erste Schalteinheit (22a, 22b) und einen zweiten Wärmezustand für die zweite Schalteinheit (23, 24) speichert, wobei der erste Wärmezustand ein Wärmeerzeugungszustand der ersten Schalteinheit (22a, 22b) in einer vorbestimmten Periode der Schaltsteuerung ist und der zweite Wärmezustand ein Wärmeerzeugungszustand der zweiten Schalteinheit (23, 24) in einer vorbestimmten Periode der Schaltsteuerung ist, und die Steuereinheit (21) die erste Schalteinheit (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) basierend auf dem ersten Wärmezustand und dem zweiten Wärmezustand steuert, um die Differenz zwischen der Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch: eine erste Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Temperatur der ersten Schalteinheit (22a, 22b); und eine zweite Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Temperatur der zweiten Schalteinheit (23, 24), wobei die Steuereinheit (21) die erste Schalteinheit (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate und der ersten Operationsrate steuert, um die Differenz zwischen (i) der Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit, die von der Temperatur der ersten Schalteinheit (22a, 22b) abgeleitet wird, die durch die erste Temperaturerfassungseinheit erfasst wird, und (ii) der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren, die von der Temperatur der zweiten Schalteinheit (23, 24) abgeleitet wird, die durch die zweite Temperaturerfassungseinheit erfasst wird.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektromagnetische Ventile (11, 12) gestellt werden, mehrere erste Schalteinheiten (22a, 22b) eins zu eins mit den Niederspannungsanschlüssen von jedem der mehreren elektromagnetischen Ventile (11, 12) verbunden ist, die zweite Schalteinheit (23, 24) gemeinsam mit den Hochspannungsanschlüssen der mehreren elektromagnetischen Ventile (11, 12) verbunden ist, und die Steuereinheit (21) in der Konstantstromsteuerung eines zum Ziel gesetzten elektromagnetischen Ventils der mehreren elektromagnetischen Ventile (11, 12) (i) Schaltsteuerung der zweiten Schalteinheit (23, 24) mit der ersten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und (ii) Schaltsteuerung der ersten Schalteinheit (22a, 22b) mit einer zweiten Operationsrate mit einer Ein-Steuerung der zweiten Schalteinheit (23, 24) des zum Ziel gesetzten elektromagnetischen Ventils ausführt.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) die mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) steuert, um eine Differenz zwischen Wärmeerzeugung in den mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) jede der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) steuert, um eine Differenz zwischen (i) der Wärmeerzeugung in jeder der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b), die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung (L_ON-L), einem Schaltverlust durch ein Ein-nach-Aus-Schalten (L_SW-L) und der zweiten Operationsrate (Db) verändert, und (ii) der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren, die sich gemäß einem ständigen Verlust durch die Ein-Steuerung (L_ON-C), einem Schaltverlust durch ein Ein-nach-Aus-Schalten (L_SW-C) und der ersten Operationsrate (Da) ändert.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 9 ferner gekennzeichnet durch: eine Korrektureinheit zum Korrigieren des ständigen Verlustes gemäß (i) einer Charakteristik, die durch einen Induktivitätsfaktor und einen Widerstandsfaktor des elektromagnetischen Ventils induziert wird, und (ii) der Energiequellenspannung.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (21) einen ersten Wärmezustand für jede der ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und einen zweiten Wärmezustand für die zweite Schalteinheit (23, 24) speichert, wobei der erste Wärmezustand ein Wärmeerzeugungszustand der ersten Schalteinheit (22a, 22b) in einer vorbestimmten Periode der Schaltsteuerung ist und der zweite Wärmezustand ein Wärmeerzeugungszustand der zweiten Schalteinheit (23, 24) in einer vorbestimmten Periode der Schaltsteuerung ist, und die Steuereinheit (21) jede der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) basierend auf dem ersten Wärmezustand und dem zweiten Wärmezustand steuert, um die Differenz zwischen Wärmeerzeugung in der ersten Schalteinheit (22a, 22b) und Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch: mehrere erste Temperaturerfassungseinheiten, um jeweils eine Temperatur der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) zu erfassen; und eine zweite Temperaturerfassungseinheit zum Erfassen einer Temperatur der zweiten Schalteinheit (23, 24), wobei die Steuereinheit die mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) und die zweite Schalteinheit (23, 24) durch Festlegen der zweiten Operationsrate (Db) und der ersten Operationsrate (Da) steuert, um die Differenz zwischen (i) der Wärmeerzeugung in jeder der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b), die von der Temperatur jeder der mehreren ersten Schalteinheiten (22a, 22b) abgeleitet wird, die durch die ersten Temperaturerfassungseinheiten erfasst werden, und (ii) der Wärmeerzeugung in der zweiten Schalteinheit (23, 24) zu reduzieren, die von der Temperatur der zweiten Schalteinheit (23, 24) abgeleitet wird, die durch die zweite Temperaturerfassungseinheit erfasst wird.
Stelleinheit (20, 20a) für ein elektromagnetisches Ventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinheit eine Hochspannungsanlegungsschalteinheit (24), die gesteuert wird, wenn die Hochspannung in der Konstantstromsteuerung angelegt wird, und eine Energiequellenspannungsanlegungsschalteinheit (23) beinhaltet, die gesteuert wird, wenn die Energiequellenspannung in der Konstantstromsteuerung angelegt wird.