JP2005337735A - 電磁リレーの故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノーマルクローズ接点を用いた電磁リレーを介して電源供給がなされる回路において、電磁リレーの故障を早期に、かつ、確実に診断できるようにする。
【解決手段】プリストロークアクチュエータ２２の通常制御開始前に、プリストカットリレー２１を動作させてノーマルクローズ接点２１ａを開成状態とすると共に、プリストロークアクチュエータ２２を臨時に動作させ、分圧抵抗器９における電圧Ｖｔが所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定された場合に、プリストカットリレー２１が正常であると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路において用いられる電磁リレーの故障診断方法に係り、特に、ノーマルクローズ接点を用いた電磁リレーの故障診断方法に関する。

電磁コイルへの通電により、接点の開閉成が行われるように構成された電磁リレーは、様々な回路における回路の開閉成に用いられている。かかる電磁コイルの接点には、電磁コイルへの通電が無い状態において閉成状態とされる一方、電磁コイルへの通電がなされると開成状態とされるノーマルクローズタイプと、これとは、逆に、電磁コイルへの通電が無い状態において開成状態とされる一方、電磁コイルへの通電がなされると閉成状態とされるノーマルオープンタイプの二種類があり、回路の動作等に応じてそれぞれ適宜選択されて用いられている。

かかる電磁リレーは、例えば、その電磁コイルへの通電制御によって電子回路などの電源電圧の供給を制御するように用いられることがある。
例えば、ノーマルクローズの接点を有する電磁リレーが電子回路等への電源電圧の供給に用いられる場合があり、この場合、電源供給を遮断するには、電磁リレーの電磁コイルへ通電を行い、ノーマルクローズの接点を開成状態とすることでなされることとなる。

ところが、このような用い方をした場合、ノーマルクローズの接点が何らかの原因によって閉成状態のままとなり、電磁コイルへの通電を行っても開成状態とされず、電磁リレーの動作制御によっては、電源電圧の遮断ができなくなるという故障形態が発生することが考えられる。
このような故障形態は、電磁リレーを用いた回路に限られることではなく、種々の電子回路や装置においても、例えば、ある動作がオフとされるべきところ、オン状態に保持されたままとなるようなことがあり得る。
このような場合、回路や装置の種類によっては、最悪、使用者に危険を及ぼす事態に到ることもあり得るため、そのような故障状態を確実に検出し、事故防止等を図る様々な方策が装置や回路の構成に応じて種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１９９２２１号公報（第３−７頁、図１乃至図６）

上述のように、電源電圧の供給にノーマルクローズの接点を有する電磁リレーを用いた回路にあっては、電磁リレーが故障したと判断できるのは、回路への電源断とするために電磁リレーを動作させても依然として回路動作が継続されることによって初めて認識されることが大半である。これでは、本来不要な回路動作を強いることとなり、その結果、様々な不都合を招きかねない。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、電源電圧の供給にノーマルクローズ接点を用いた電磁リレーの故障を早期に、かつ、確実に診断することができる電磁リレーの故障診断方法を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る電磁リレーの故障診断方法は、
電磁リレーのノーマルクローズ接点を介して電磁アクチュエータへの電源供給が制御されるよう構成されてなる回路における前記電磁リレーの故障診断方法であって、
前記電磁アクチュエータの通常制御開始前に、前記電磁リレーを動作させて前記ノーマルクローズ接点を開成状態とすると共に、前記電磁アクチュエータを臨時に動作させ、前記電磁アクチュエータへの印加電圧が所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定された場合に、前記電磁リレーが正常であると判断するよう構成されてなるものである。

本発明によれば、電磁アクチュエータの通常制御を開始する直前に電源電圧の印加を強制的に遮断した状態で、電磁アクチュエータを短時間の間、強制的に動作させるように構成することにより、電磁リレーが正常であれば、回路に蓄積された電荷が瞬時に放電されて、電磁アクチュエータへの印加電圧がほぼ接地電位となるので、従来と異なり、極めて短時間で電磁リレーが正常であると確実に判定することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における電磁リレーの故障診断方法が適用される回路の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
この回路構成例は、車両の電子制御式燃料噴射装置に用いられるもので、特に、位置制御方式の燃料噴射ポンプのプリストロークを制御するプリストロークアクチュエータ２２の駆動回路の主要部分の回路構成例を示すものである。

まず、電子制御装置（図１においては「ＥＣＵ」と表記）１００は、図示されない車両内に配されて、燃料噴射ポンプやエンジン（図示せず）の動作制御等を行うもので、図１においては、特に、プリストロークアクチュエータ２２の駆動に関わる主要回路部分の構成が示されたものとなっている。
すなわち、本発明の実施の形態における電子制御装置１００は、中央処理部（図１においては「ＣＰＵ」と表記）１と、アクチュエータ駆動回路５１と、プリストリレー駆動回路５２と、電圧検出回路５３とを具備したものとなっている。

一方、電子制御装置１００の外部においては、後述するようにアクチュエータ駆動回路５１への電源電圧の供給を制御するためのプリストカットリレー２１と、電子制御装置１００によって動作制御されるプリストロークアクチュエータ２２とが設けられている。
ここで、プリストロークアクチュエータ２２は、図示されない燃料噴射装置のプランジャにおけるプリストローク制御を行うためのもので、電磁コイル２２ａを有し、その通電によって図示されないプランジャのタイミングスリーブの位置を可変するよう構成された公知・周知の電磁アクチュエータである。
また、プリストカットリレー２１は、ノーマルクローズ接点２１ａを有してなる電磁リレーであり、後述するようにアクチュエータ駆動回路５１への電源電圧の供給の制御に用いられている。

中央処理部１は、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを用いて実現されるもので、後述する電磁リレーの故障診断処理のプログラムの実行の他、燃料噴射ポンプやエンジン（図示せず）の動作制御等を行うものである。
アクチュエータ駆動回路５１は、後述するように中央処理部１の制御信号に基づいてプリストロークアクチュエータ２２の電磁コイル２２ａへの通電制御を行うものであり、本発明の実施の形態においては、アクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａと、アクチュエータ通電回路５１Ｂとから構成されたものとなっている。

アクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａは、中央処理部１からの制御信号を次述するアクチュエータ通電回路５１Ｂの入力に適する信号形式、レベルに変換を行うものである。
本発明の実施の形態におけるアクチュエータ通電回路５１Ｂは、ｐｎｐ型トランジスタを用いたアクチュエータ駆動用トランジスタ２を中心に構成されており、まず、そのベースには、上述のアクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａからの駆動信号が印加されるようになっている。また、アクチュエータ駆動用トランジスタ２のエミッタには、アクチュエータ駆動用トランジスタ２の保護用ツィナーダイオード３のアノードが接続されると共に、電子制御装置１００の外部で接地されるようになっている。
一方、アクチュエータ駆動用トランジスタ２のコレクタには、逆起電力吸収用ダイオード４のアノード及びアクチュエータ駆動用トランジスタ２の保護用ツィナーダイオード３のカソードが接続されると共に、電子制御装置１００の外部でプリストロークアクチュエータ２２の電磁コイル２２ａの一端に接続されている。

逆起電力吸収用ダイオード４のカソードは、逆接続防止用ダイオード５のカソードに接続されると共に、電子制御装置１００の外部でプリストロークアクチュエータ２２の電磁コイル２２ａの他端に接続されている。
そして、逆接続防止用ダイオード５のアノードは、電子制御装置１００の外部でプリストカットリレー２１のノーマルクローズ接点２１ａの一端に接続されている。また、この逆接続防止用ダイオード５のカソードと先のアクチュエータ駆動用トランジスタ２のエミッタの間には、雑音抑圧用コンデンサ６が接続されている。

次に、プリストリレー駆動回路５２は、リレー駆動インターフェイス回路５２Ａと、リレー通電回路５２Ｂとから構成されたものとなっている。
リレー駆動インターフェイス回路５２Ａは、中央処理部１からの制御信号を次述するリレー通電回路５２Ｂの入力に適する信号形式、レベルに変換を行うものである。
本発明の実施の形態におけるリレー通電回路５２Ｂは、ｐｎｐ型トランジスタを用いたリレー駆動用トランジスタ７を有してなるもので、リレー駆動用トランジスタ７のベースには、上述のリレー駆動インターフェイス回路５２Ａからの駆動信号が印加されるようになっている。また、リレー駆動用トランジスタ７のエミッタは接地される一方、コレクタはプリストカットリレー２１の電磁コイル２１ｂの一端に接続されたものとなっている。
一方、プリストカットリレー２１の電磁コイル２１ｂの他端及びノーマルクローズ接点２１ａの他端は、共に図示されないバッテリ電源に接続されてバッテリ電圧ＶB が印加されるようになっている。

また、電圧検出回路５３は、雑音抑圧用コンデンサ６の電圧を実質的に検出し、中央処理部１へ入力するためのもので、第１及び第２の分圧抵抗器８，９とアナログ・ディジタル変換器（図１においては「Ａ／Ｄ」と表記）１０とを有して構成されたものとなっている。
第１及び第２の分圧抵抗器８，９は直列接続され、その一端は、逆接続防止用ダイオード５のアノードに接続される一方、他端は、接地されている。そして、第１及び第２の分圧抵抗器８，９の相互の接続点は、アナログ・ディジタル変換器１０の入力段に接続されている。したがって、第２の分圧抵抗器９に生ずる電圧降下分の電圧が、雑音抑圧用コンデンサ６の電圧としてアナログ・ディジタル変換器１０によりディジタル変換されて、中央処理部１へ入力されて、後述する電磁リレーの故障診断処理に供されるようになっている。

次に、上記構成における回路動作について、特に、電磁リレーの故障診断処理を中心に図２に示されたフローチャートを参照しつつ説明する。
最初に、中央処理部１において、図示されないスイッチがオンとされて電源電圧の供給、すなわち、バッテリ電圧ＶBの供給がなされたか否かが判定される（図２のステップＳ１００参照）。バッテリ電圧ＶBの供給がなされることによって、プリストカットリレー２１の電磁コイル２１とノーマルクローズ接点２１ａの接続点にバッテリ電圧ＶBが印加されることとなる。図３（Ａ）には、電圧検出回路５３を構成するアナログ・ディジタル変換器１０の入力段における電圧変化の様子が示されており、電源オンとほぼ同時に、電圧が所定のレベルに立ち上がっていることが確認できる。

このステップＳ１００において、未だ電源オンとされていないと判定された場合（ＮＯの場合）には、このサブルーチン処理は終了され、メインルーチンへ戻ることとなる。
一方、ステップＳ１００において、電源オンと判定された場合、すなわち、バッテリ電圧ＶBの供給がなされたと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、プリストカットリレー２１が所定時間オンとされることとなる（図２のステップＳ１０２参照）。すなわち、中央処理部１からリレー駆動インターフェイス回路５２Ａへ対して、リレー通電回路５２Ｂのリレー駆動用トランジスタ７を導通状態とすべく制御信号が出力され、リレー駆動インターフェイス回路５２Ａによって、リレー駆動用トランジスタ７が導通状態とされることとなる。なお、図３（Ｂ）には、中央処理部１からリレー駆動インターフェイス回路５２Ａへ出力される制御信号の例が示されており、プリストカットリレー２１をオンとする所定時間の間、論理値Ｈｉｇｈの状態となることが示されている。

次いで、プリストロークアクチュエータ２２が所定時間オンとされる（図２のステップＳ１０４参照）。すなわち、中央処理部１からアクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａへ対して、アクチュエータ通電回路５１Ｂのアクチュエータ駆動用トランジスタ２を導通状態とすべく制御信号が出力され、アクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａによって、アクチュエータ駆動用トランジスタ２が所定時間の間導通状態とされる。なお、図３（Ｃ）には、中央処理部１からアクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａへ出力される制御信号の例が示されており、プリストロークアクチュエータ２２をオンとする所定時間の間、論理値Ｈｉｇｈの状態となることが示されている。本発明の実施の形態においては、中央処理部１からリレー駆動インターフェイス回路５２Ａへ出力される制御信号と、アクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａへ出力される制御信号は、ほぼ同一の所定期間の間、論理値Ｈｉｇｈとされている。

そして、所定時間が経過したと判定されると（図２のステップＳ１０６参照）、第２の分圧抵抗器９における電圧Ｖｔがアナログ・ディジタル変換器１０を介して中央処理部１へ入力されて、所定値Ｋ以下となったか否かの判定が行われることとなる（図２のステップＳ１０８参照）。なお、ここで、この第２の分圧抵抗器９における電圧Ｖｔの大きさを判定することは、実質的に、雑音抑圧用コンデンサ６の端子電圧Ｖｃの大きさを判定することを意味する。

プリストロークアクチュエータ２２が所定時間の間オンとされることで、プリストカットリレー２１が正常であれば、ステップＳ１０２のプリストカットリレー２１のオンによりそのノーマルクローズ接点２１ａが開成状態とされているため、雑音抑圧用コンデンサ６の充電電荷は急速放電されて、電圧Ｖｃはほぼ接地電位レベルまで低下することとなる（図３（Ａ）参照）。
したがって、先のプリストカットリレー２１を動作させる所定時間は、その間、プリストロークアクチュエータ２２がオンとされて、雑音抑圧用コンデンサ６の電圧が強制放電により所定値Ｋ以下となるに必要な時間が確保される程度の時間に設定されることが必要であり、また、そのような設定値が好適である。

そして、ステップＳ１０８において、電圧Ｖｔすなわち電圧Ｖｃが所定値Ｋ以下であると判定された場合（ＹＥＳの場合）、すなわち、プリストカットリレー２１が正常に動作し、ノーマルクローズ接点２１ａが開成された場合には、アクチュエータ駆動用トランジスタ２の導通に伴い雑音抑圧用コンデンサ６の充電電荷が上述のように一気に放電されて、その電圧Ｖｃはほぼ接地電位レベルとなって、Ｖｃは所定値Ｋ以下であると判定さた場合には、プリストカットリレー２１は正常であるとして通常動作（通常制御）が開始されることとなる（図２のステップＳ１１０参照）。

すなわち、中央処理部１からリレー駆動インターフェイス回路５２Ａへの制御信号が論理値Ｌｏｗとされてプリストカットリレー２１は非動作状態、換言すれば、ノーマルクローズ接点２１ａが閉成された状態とされ、バッテリ電圧ＶBがノーマルクローズ接点２１ａを介してアクチュエータ通電回路５１Ｂへ印加された状態となる（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）参照）。
そして、中央処理部１により実行される燃料噴射制御によって、プリストロークアクチュエータ２２の駆動が必要とされた際に、中央処理部１からアクチュエータ駆動インターフェイス回路５１Ａへ制御信号が出力され、先に述べたようにアクチュエータ駆動用トランジスタ２が導通状態とされてプリストロークアクチュエータ２２の駆動がされる通常動作状態となる。

一方、ステップＳ１０８において、電圧Ｖｔすなわち電圧Ｖｃが所定値Ｋ以下ではないと判定された場合（ＮＯの場合）、すなわち、リレー駆動用トランジスタ７を導通状態としたにも関わらず、ノーマルクローズ接点２１ａが閉成状態のままで、雑音抑圧用コンデンサ６へ依然としてバッテリ電圧ＶBが印加されている場合には、先に述べたようにアクチュエータ駆動用トランジスタ７が図３（Ｃ）のように、所定時間の間、導通状態とされても電圧Ｖｔすなわち、電圧Ｖｃは当然のことながら接地電位へ下降することはなく、プリストカットリレー２１の故障であるとされて、故障処理がなされることとなる（図３のステップＳ１１２参照）。

故障処理は、プリストカットリレー２１が故障であるとの判定に基づいて、例えば、図示されない警告灯の点灯や警報音の発生等により、使用者に対して、プリストカットリレー２１の故障を報知したり、必要な他の制御を行うものであるが、如何なる報知等を行うかは、任意に設定されるべきものであり、特定の処理に限定される必要はないものである。

ここで、従来のプリストカットリレー２１の故障診断方法の一つについて、図４を参照しつつ説明する。
従来、プリストカットリレー２１が故障であるか否かを判断する方法としては、図示されないスイッチの投入によって電源オンとされて、バッテリ電圧ＶBがアクチュエータ通電回路５１Ｂへ供給された（図４（Ａ）参照）後に、プリストカットリレー２１に暫くの間、通電を行い（図４（Ｂ）参照）、この間、雑音抑圧用コンデンサ６の端子電圧Ｖｃが徐々に低下して、プリストカットリレー２１がオンとされた後、時間ｔｃ経過後にほぼ接地電位近傍までとなったことが確認できた場合に、プリストカットリレー２１を正常と判断するものであった。

すなわち、プリストカットリレー２１がオン状態の間に、雑音抑圧用コンデンサ６の自然放電により、電圧Ｖｃが接地電位付近まで低下したことを確認することで、プリストカットリレー２１が正常であると判断するものであった。この方法の場合、プリストカットリレー２１がオンされて、その後、電圧Ｖｃがほぼ接地電圧となるまでの経過時間ｔｃは、雑音抑圧用コンデンサ６の容量にもよるが、数秒程度の時間を要していた。装置をできるだけ早く通常の動作状態とさせたい状況にある場合などに、その直前に、プリストカットリレー２１の故障診断のために費やされるこの数秒の時間は決して少ないものではなかった。
これに対して、本発明の実施の形態におけるプリストカットリレー２１の故障診断方法の場合には、数十ｍｓｅｃ程度の時間で、プリストカットリレー２１の故障診断が可能である。

なお、上述の構成においては、アクチュエータ駆動回路５１によって開閉成手段が実現されたものとなっているが、開閉成手段は、必ずしもこのような構成に限定される必要はないことは勿論である。また、逆接続防止用ダイオード５は必ずも必要ではなく、逆接続防止用ダイオード５を設けない構成としても良いものである。
さらに、上述の構成例では、プリストロークアクチュエータ２２への電源供給の断続を制御するプリストカットリレー２１の故障判断を例に挙げて説明したが、勿論、上述の構成に限定される必要はないものである。すなわち、本発明に係る電磁リレーの故障診断方法は、通常の動作時においては、電磁リレーのノーマルクローズ接点を介して電磁アクチュエータへの電源供給を行う一方、その電源供給を断つ場合に、電磁リレーを動作させて、ノーマルクローズ接点を開成状態とするような構成であって、特に、電源ラインにコンデンサが接続された構成を有するものであれば、装置の種類に関係なく適用できるものである。

本発明の実施の形態における電磁リレーの故障診断方法が実行される電子制御式燃料噴射装置に用いられる電子制御装置の主要部の回路構成例を示す回路図である。 図１に示された電子制御装置によって実行される電磁リレーの故障診断処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示された電子制御装置の主要部における信号のタイミングを示すタイミング波形図であって、図３（Ａ）はアナログ・ディジタル変換器の入力段における電源電圧の変化を示すタイミング波形図、図３（Ｂ）は中央処理部からリレー駆動インターフェイス回路へ出力される制御信号の変化を示すタイミング波形図、図３（Ｃ）は中央処理部からアクチュエータ駆動インターフェイス回路へ出力される制御信号の変化を示すタイミング波形図である。 本発明に係る電磁リレーの故障診断方法が実行されない従来の故障診断における主要部の信号のタイミングを示すタイミング波形図であって、図４（Ａ）はアクチュエータ通電回路へ供給される電源電圧の変化を示すタイミング波形図、図４（Ｂ）は中央処理部からリレー駆動インターフェイス回路へ出力される制御信号の変化を示すタイミング波形図である。

符号の説明

１…中央処理部
２１…プリストカットリレー
２１ａ…ノーマルクローズ接点
２２…プリストロークアクチュエータ
５１…アクチュエータ駆動回路
５２…プリストリレー駆動回路
５３…電圧検出回路

Claims (3)

1. 電磁リレーのノーマルクローズ接点を介して電磁アクチュエータへの電源供給が制御されるよう構成されてなる回路における前記電磁リレーの故障診断方法であって、
   前記電磁アクチュエータの通常制御開始前に、前記電磁リレーを動作させて前記ノーマルクローズ接点を開成状態とすると共に、前記電磁アクチュエータを臨時に動作させ、前記電磁アクチュエータへの印加電圧が所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定された場合に、前記電磁リレーが正常であると判断することを特徴とする電磁リレーの故障診断方法。
2. 電磁アクチュエータへの印加電圧が所定値以下ではないと判定された場合に、前記電磁リレーは故障であると判断することを特徴とする電磁リレーの故障診断方法。
3. ノーマルクローズ接点の一端が電源に接続される一方、他端は、電磁アクチュエータの一端に接続され、当該電磁アクチュエータの他端は、開閉成手段を介して接地されると共に、前記ノーマルクローズ接点と前記電磁アクチュエータの一端の接続点とアースとの間には、コンデンサが接続されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電磁リレーの故障診断方法。

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