JP2005256692A - エンジンの燃料供給量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロコンピュータがリセットしたときのエンジンへの燃料供給を確保するアクチュエータ駆動回路の構成を簡素化する。
【解決手段】 エンジンのバッテリ電圧＋Ｂが降下してマイクロコンピュータ３がリセットしたときに、バッテリからの電力供給により駆動される非常用プリドライバ１０を設ける。バッテリ電圧＋Ｂがマイクロコンピュータ３の動作電圧値以上のときは、マイクロコンピュータ３からの制御信号によりメインドライバ２を駆動してアクチュエータ１の通電電流を制御する。バッテリ電圧＋Ｂが降下してマイクロコンピュータ３がリセットしたときには、非常用プリドライバ１０によりメインドライバ２を駆動してアクチュエータ１に通電し、エンジンへの燃料供給を確保する。非常用プリドライバ１０は、第２の出力ポート３２からの出力信号の停止を入力信号として起動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロコンピュータを用いたエンジンの燃料供給量制御装置に関する。

エンジンの始動をスタータモータにより行う場合、スタータモータの起動電流が大きいためにバッテリ電圧が降下することがあった。エンジンの燃料供給量制御装置にマイクロコンピュータを用いている場合、バッテリの電圧降下によるマイクロコンピュータの暴走を避けるべく、リセット信号を出力してマイクロコンピュータをリセットし、バッテリ電圧が一定値以上に回復すればリセット状態を解除してマイクロコンピュータを正常に動作させるようにしている。

しかし、燃料供給量を制御するマイクロコンピュータがリセット状態にあるときは、必然的に燃料供給も停止するため、エンジンの始動に失敗したり、始動までに時間がかかったりするという問題があった。

かかる問題を解決するべく、例えば特許文献１では、燃料噴射量制御装置のコンピュータが正常に動作しているときに、スピルリング等の燃料噴射量制御部材を駆動するアクチュエータの駆動回路を制御する正常用回路（サーボ回路）のほかに、コンピュータの動作が停止したときの非常用回路として、スタータスイッチを介してバッテリ電源に接続された電力供給回路を設け、これら２つの回路をＯＲゲートを介してアクチュエータの駆動回路の入力側に接続している。

特開昭５８−２８５４５号公報

しかし、上記特許文献１記載の発明では、アクチュエータの駆動回路とバッテリとをスタータスイッチを介して接続しなければならないため、これが回路構成上の大きな制約となり、スタータスイッチが遠隔位置にある場合には、配線を長くせざるを得ないという問題があった。

また、スタータスイッチのオンにより、ＯＲゲートには必ずバッテリ電圧が入力されるので、コンピュータがリセットしていない場合でも、エンジンの始動時は常にバッテリ電圧によりアクチュエータの駆動回路が駆動され、スピルリングアクチュエータのソレノイドには最大電流が通電され、燃料噴射量は最大となる。したがって、無駄な燃料噴射が行われることになる。

本発明は、かかる問題に鑑み、スタータスイッチを介さなくとも、マイクロコンピュータのリセット時にはバッテリからの電力供給によりアクチュエータの駆動回路を駆動し、エンジンへの燃料供給を確保するエンジンの燃料供給量制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段と、前記燃料供給量調整手段を操作するアクチュエータ（１）と、前記アクチュエータ（１）を駆動するメインドライバ（２）と、前記メインドライバ（２）を制御するマイクロコンピュータ（３）とを備えたエンジンの燃料供給量制御装置において、以下のように構成したことを特徴とする。

すなわち、エンジンのバッテリ電圧（＋Ｂ）が降下して前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値を下回り該マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときに、前記バッテリからの電力供給により駆動される非常用プリドライバ（１０）を設けるとともに、前記マイクロコンピュータ（３）に第１の出力ポート（３１）と第２の出力ポート（３２）とを設け、
エンジンのバッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値以上のときは、前記マイクロコンピュータ（３）が前記第１の出力ポート（３１）から出力する制御信号に基づいて前記メインドライバ（２）を駆動して前記アクチュエータ（１）の通電電流を制御し、
前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値を下回り該マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときには、前記非常用プリドライバ（１０）がバッテリからの電力供給により駆動され、該非常用プリドライバ（１０）がさらに前記メインドライバ（２）を駆動して前記アクチュエータ（１）に通電し、エンジンへの燃料供給を確保するようにし、
前記非常用プリドライバ（１０）は、前記マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときの前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号の停止を入力信号として起動するようにした。

ここで、前記非常用プリドライバ（１０）は、次のように構成することが好ましい。すなわち、前記非常用プリドライバ（１０）は、第１のトランジスタ（Ｔｒ１）と第２のトランジスタ（Ｔｒ２）とを備え、前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）のベースを前記第２の出力ポート（３２）に接続し、そのコレクタをバッテリのプラス端子に接続し、そのエミッタを接地し、前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）のベースをバッテリのプラス端子に接続し、そのコレクタを前記メインドライバ（２）の入力側に接続し、そのエミッタを接地し、前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号がハイレベルにあるときは、前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）がオンして、バッテリからの電流を該第１のトランジスタ（Ｔｒ１）のコレクタからエミッタへ流すことにより、前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）をオフ状態に保持し、前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が降下して前記マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときには、前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号がローレベルになり、前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）をオフして、バッテリからの電流を前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）のベースに流すことにより該第２のトランジスタ（Ｔｒ２）をオンして、前記メインドライバ（２）を駆動するようにする。

また、前記第２の出力ポート（３２）から出力される信号は、前記マイクロコンピュータ（３）がリセット状態にない場合にはハイレベルにあり、同マイクロコンピュータ（３）がリセット状態にある場合にはローレベルにあるようにすることが好ましい。

さらに、前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値以上のときに、前記第１の出力ポート（３１）から出力される制御信号はＰＷＭ信号であることが好ましい。

本発明における非常用プリドライバ（１０）は、マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときの該マイクロコンピュータ（３）の出力信号の停止を入力信号として起動するので、マイクロコンピュータ（３）がリセット状態にない正常時には、マイクロコンピュータ（３）によって燃料供給量を適正に制御することができ、電子制御の利点を生かすことができる。

また、本発明の非常用プリドライバ（１０）は、スタータスイッチからの始動信号によらずに、マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときの第２の出力ポート（３２）からの出力信号の停止自体を入力信号として起動するので、バッテリから電力供給を受けるにしても、スタータスイッチを介してバッテリと接続する必要がなく、マイクロコンピュータ（３）自体の状態変化（リセット又はリセット解除）により、正常時の制御と非常時（リセット時）の制御とを自律的に切り換えることができる。このため、スタータスイッチによる回路配置上の制約がなくなり、配置の自由度を高めることができ、また、スタータスイッチが離れた位置にある場合でも、配線を長くする必要がない。

さらに、本発明では、バッテリ電圧（＋Ｂ）がマイクロコンピュータ（３）の動作電圧値を下回りマイクロコンピュータ（３）がリセットしたときには、前記非常用プリドライバ（１０）がバッテリから電力供給を受けて駆動され、該非常用プリドライバ（１０）がさらにメインドライバ（２）を駆動してアクチュエータ（１）に通電し、エンジンへの燃料供給を確保するので、エンジンの始動に失敗したり、始動までに時間がかかったりするという問題がないことはもちろんである。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの燃料供給量制御装置の要部回路図である。以下では、本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射量制御に適用した場合について説明する。

図１において、符号１は電磁ソレノイド（「アクチュエータ」に相当）であり、図示しない燃料噴射ポンプの燃料調量ラック（「燃料供給量調節手段」に相当）を駆動して、ディーゼルエンジンの燃料噴射量を調節するものである。符号２は、上記電磁ソレノイド１に通電電流を供給するメインドライバであり、本実施形態ではＦＥＴを主要な構成要素としている。なお、本実施形態では、電磁ソレノイド１への通電を遮断している状態では、燃料噴射ポンプの燃料調量ラックは無噴射位置にあり、電磁ソレノイド１へ通電して同ソレノイドを励磁することで燃料供給が行われるようになっている。

符号３はマイクロコンピュータであり、前記メインドライバ２に制御信号を出力して電磁ソレノイド１の通電電流を制御し、これによって電磁ソレノイド１を駆動して燃料噴射ポンプの燃料調量ラックを操作し、エンジンの燃料噴射量を調節するものである。本実施形態における燃料噴射量制御は、エンジンの実回転数を目標回転数に一致させるように燃料噴射量を制御するものであり、調速レバーやアクセル等の目標回転数設定手段４によって設定されたエンジンの目標回転数と、回転数センサ５によって検出されたエンジンの実回転数とを比較し、両者の偏差を許容範囲内に収めるように燃料噴射量を調節する。その際、上記マイクロコンピュータ３は、エンジンの目標回転数と実回転数との偏差を許容範囲内に収めるように電磁ソレノイド１の通電電流をＰＷＭ制御する。具体的には、エンジンの目標回転数と実回転数との偏差を許容範囲内に収めるように電磁ソレノイド１の目標通電量を算出し、この目標通電量と実通電量とを比較して、これらの偏差が許容範囲内に収まるように、ＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、該デューティ比に基づいて生成されたＰＷＭ信号をＰＷＭ出力ポート３１（「第１の出力ポート」に相当）から前記メインドライバ２へ出力するものである。なお、トランジスタＴｒ４は、通常時の制御に用いられる通常用プリドライバであり、前記メインドライバ２の前段に配置され、マイクロコンピュータ３が出力したＰＷＭ信号によってオン・オフ駆動され、これがさらにメインドライバ２をオン・オフ駆動するようになっている。

符号６は電磁ソレノイド１の通電電流量を検出する電流検出抵抗、符号７は差動増幅器、符号８はローパスフィルタであり、電流検出抵抗６で検出された電磁ソレノイド１の通電電流の検出信号は、差動増幅器７で増幅され、さらにローパスフィルタ８を経てマイクロコンピュータ３にフィードバック信号として入力される。このフィードバック信号はＡ／Ｄ変換器３３によってＡ／Ｄ変換され、このＡ／Ｄ変換されたデジタル信号は、マイクロコンピュータ３によって電磁ソレノイド１の実通電量として目標通電量と比較され、両者の偏差が許容範囲内に収まるように制御出力たるＰＷＭ信号のデューティ比が算出される。

本実施形態では、アクチュエータ（電磁ソレノイド１）の通電電流によってエンジン負荷を検出するようになっているが、図示しない燃料噴射ポンプの燃料調量ラックの位置を検出するラック位置センサによって、エンジンの負荷を検出するようにしてもよい。

符号１０は、マイクロコンピュータ３がリセットしたときに起動される非常用プリドライバである。この非常用プリドライバ１０は、その入力側をマイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２に接続され、その出力側はメインドライバ２の入力側に接続される。具体的には、以下のとおりである。なお、マイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２が出力する信号は、マイクロコンピュータ３がリセット状態にある場合にはローレベルにあり、マイクロコンピュータ３が正常に動作している場合（すなわち、リセット状態にない場合）にはハイレベルにあるようになっている。

非常用プリドライバ１０は、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３、抵抗Ｒ１〜Ｒ７、ダイオードＤ１を主要な構成要素として以下のように構成される。

トランジスタＴｒ１（「第１のトランジスタ」に相当）のベースは、マイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２に接続されるとともに、抵抗Ｒ１、又は、ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２を介してバッテリのプラス端子に接続される。トランジスタＴｒ１のコレクタは、抵抗Ｒ３を介してバッテリのプラス端子に接続され、トランジスタＴｒ１のエミッタは接地されている。

トランジスタＴｒ２（「第２のトランジスタ」に相当）のベースは、抵抗Ｒ４及びＲ３を介してバッテリのプラス端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介して接地される。トランジスタＴｒ２のコレクタはメインドライバ２の入力側（ＦＥＴのゲート）に接続され、エミッタは接地されている。このトランジスタＴｒ２は、後述するように、前記トランジスタＴｒ１がオンの場合はオフ状態にあり、トランジスタＴｒ１がオフした場合にオンされるようになっている。そして、トランジスタＴｒ２がオンすることでメインドライバ２を駆動（すなわちＦＥＴをオン）し、これによって電磁ソレノイド１に通電して、燃料噴射ポンプの燃料調量ラックを最大燃料噴射位置へ駆動するようになっている。

トランジスタＴｒ３のベースは、抵抗Ｒ６及びＲ３を介してバッテリのプラス端子に接続されるとともに、抵抗Ｒ７を介して接地される。トランジスタＴｒ３のコレクタはダイオードＤ１と抵抗Ｒ２の間に結線され、エミッタは接地されている。

この非常用プリドライバ１０は以下のように動作するように構成されている。すなわち、マイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２からの信号がハイレベルにある場合には、この非常用プリドライバ１０は非動作状態にあり、前記メインドライバ２はＰＷＭ出力ポート３１から出力されたＰＷＭ信号により通常用プリドライバを介してオン・オフ駆動される。他方、マイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２からの信号がローレベルにあり、かつ、バッテリからトランジスタＴｒ１のベースへ流入する電流がトランジスタＴｒ１の動作電流値（すなわち、トランジスタＴｒ１をオンさせるに足る電流値）を下回っている場合には、バッテリからの電力供給により上記非常用プリドライバ１０が駆動され、この非常用プリドライバ１０によってメインドライバ２が駆動される。

具体的には、マイクロコンピュータ３の第２の出力ポート３２からの信号がハイレベルにある場合には、トランジスタＴｒ１はオンされており、バッテリからトランジスタＴｒ１のコレクタを経てエミッタへ電流が流れる。この場合、バッテリからの電流は、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３のベースへは流入せず、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３はともにオフ状態にある。また、マイクロコンピュータ３のＰＷＭ出力ポート３１からはＰＷＭ信号が出力されており、このＰＷＭ信号により通常用プリドライバたるトランジスタＴｒ４をオン・オフ駆動し、これがさらにメインドライバ２をオン・オフ駆動することで、電磁ソレノイド１の通電電流を制御するようになっている。

一方、バッテリの電圧降下が生じてマイクロコンピュータ３がリセットした場合には、マイクロコンピュータ３のＰＷＭ出力ポート３１及び第２の出力ポート３２からの信号はいずれも停止する。このとき、バッテリ電圧＋Ｂの降下によって、抵抗Ｒ１及びＲ２を経由してトランジスタＴｒ１のベースへ流入する電流が減少し、トランジスタＴｒ１をオンさせるに足る電流値を下回っているものとする。すなわち、マイクロコンピュータ３がリセットするときのバッテリの電圧値をＶ_０とし、また、バッテリ電圧＋ＢがＶ_１のときに、バッテリから抵抗Ｒ１又は抵抗Ｒ２及びダイオードＤ１を介してトランジスタＴｒ１のベースに流入する電流がトランジスタＴｒ１の動作電流値を下回るとすると、Ｖ_０＜Ｖ_１となるように構成されている。この場合、第２の出力ポート３２からの出力信号が停止することでトランジスタＴｒ１はオフし、トランジスタＴｒ１のコレクタからエミッタへは電流が流れず、バッテリからトランジスタＴｒ２及びＴｒ３の各ベースへ電流が流れて、トランジスタＴｒ２及びＴｒ３がともにオンするようになっている。そして、トランジスタＴｒ２がオンすることにより、メインドライバ２のＦＥＴがオンし、電磁ソレノイド１に通電される。これによって、燃料調量ラックが無噴射位置になることを防いで、エンジンへの燃料供給が確保される。

なお、ダイオードＤ１は、第２の出力ポート３２からの信号がローレベルにあるときにトランジスタＴｒ１のオン・オフを切り換えるバッテリの電圧値にヒステリシスを持たせるためのものである。このようにしておけば、第２の出力ポート３２からの信号がローレベルにあるときにバッテリ電圧が多少変動しても、該バッテリ電圧の変動によってトランジスタＴｒ１のオン・オフが頻繁に切り換えられることを防止することができる。

本発明の実施形態は以上のように構成されているので、以下の効果を奏する。

まず、マイクロコンピュータ３がリセット状態になく正常に動作している場合には、非常用プリドライバ１０は動作せず、メインドライバ２はＰＷＭ出力ポート３１から出力される制御信号に基づいてＰＷＭ制御されるため、マイクロコンピュータ３によって燃料供給量を適正に制御することができ、電子制御の利点を生かすことができる。

また、非常用プリドライバ１０は、スタータスイッチからの始動信号によらずに、マイクロコンピュータ３がリセットしたときの第２の出力ポート３２からの出力信号の停止自体を入力信号として起動するので、バッテリから電力供給を受けるにしても、スタータスイッチを介してバッテリと接続する必要がなく、マイクロコンピュータ３自体の状態変化（リセット又はリセット解除）により、正常時の制御と非常時（リセット時）の制御とを自律的に切り換えることができる。このため、スタータスイッチによる回路配置上の制約がなくなり、配置の自由度を高めることができ、また、スタータスイッチが離れた位置にある場合でも、配線を長くする必要がない。

さらに、バッテリ電圧＋Ｂがマイクロコンピュータ３の動作電圧値を下回りマイクロコンピュータ３がリセットしたときには、前記非常用プリドライバ１０がバッテリからの電力供給を受けて駆動され、該非常用プリドライバ１０がさらにメインドライバ２を駆動して、電磁ソレノイド１へ通電し、エンジンへの燃料供給を確保するようにしたので、エンジンの始動に失敗したり、始動までに時間がかかったりするという問題がない。

本発明の実施形態に係るエンジンの燃料供給量制御装置の要部回路図。

符号の説明

１…電磁ソレノイド（アクチュエータ）
２…メインドライバ
３…マイクロコンピュータ
１０…非常用プリドライバ
３１…ＰＷＭ出力ポート（第１の出力ポート）
３２…第２の出力ポート
＋Ｂ…バッテリ電圧
Ｔｒ１…第１のトランジスタ
Ｔｒ２…第２のトランジスタ

Claims (4)

1. エンジンの燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段と、前記燃料供給量調整手段を操作するアクチュエータ（１）と、前記アクチュエータ（１）を駆動するメインドライバ（２）と、前記メインドライバ（２）を制御するマイクロコンピュータ（３）とを備えたエンジンの燃料供給量制御装置において、
   エンジンのバッテリ電圧（＋Ｂ）が降下して前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値を下回り該マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときに、前記バッテリからの電力供給により駆動される非常用プリドライバ（１０）を設けるとともに、前記マイクロコンピュータ（３）に第１の出力ポート（３１）と第２の出力ポート（３２）とを設け、
   エンジンのバッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値以上のときは、前記マイクロコンピュータ（３）が前記第１の出力ポート（３１）から出力する制御信号に基づいて前記メインドライバ（２）を駆動して前記アクチュエータ（１）の通電電流を制御し、
   前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値を下回り該マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときには、前記非常用プリドライバ（１０）がバッテリからの電力供給により駆動され、該非常用プリドライバ（１０）がさらに前記メインドライバ（２）を駆動して前記アクチュエータ（１）に通電し、エンジンへの燃料供給を確保するようにし、
   前記非常用プリドライバ（１０）は、前記マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときの前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号の停止を入力信号として起動するようにした、
   ことを特徴とするエンジンの燃料供給量制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの燃料供給量制御装置において、
   前記非常用プリドライバ（１０）は、第１のトランジスタ（Ｔｒ１）と第２のトランジスタ（Ｔｒ２）とを備え、
   前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）のベースを前記第２の出力ポート（３２）に接続し、そのコレクタをバッテリのプラス端子に接続し、そのエミッタを接地し、
   前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）のベースをバッテリのプラス端子に接続し、そのコレクタを前記メインドライバ（２）の入力側に接続し、そのエミッタを接地し、
   前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号がハイレベルにあるときは、前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）がオンして、バッテリからの電流を該第１のトランジスタ（Ｔｒ１）のコレクタからエミッタへ流すことにより、前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）をオフ状態に保持し、
   前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が降下して前記マイクロコンピュータ（３）がリセットしたときには、前記第２の出力ポート（３２）からの出力信号がローレベルになり、前記第１のトランジスタ（Ｔｒ１）をオフして、バッテリからの電流を前記第２のトランジスタ（Ｔｒ２）のベースに流すことにより該第２のトランジスタ（Ｔｒ２）をオンして、前記メインドライバ（２）を駆動するようにした、
   ことを特徴とするエンジンの燃料供給量制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの燃料供給量制御装置において、
   前記第２の出力ポート（３２）から出力される信号は、前記マイクロコンピュータ（３）がリセット状態にない場合にはハイレベルにあり、前記マイクロコンピュータ（３）がリセット状態にある場合にはローレベルにある、
   ことを特徴とするエンジンの燃料供給量制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料供給量制御装置において、
   前記バッテリ電圧（＋Ｂ）が前記マイクロコンピュータ（３）の動作電圧値以上のときに、前記第１の出力ポート（３１）から出力される制御信号はＰＷＭ信号である、
   ことを特徴とするエンジンの燃料供給量制御装置。
   
   

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