JP2006220069A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサの高電圧を電磁弁のコイルに印加して、その電磁弁を速やかに開弁させる電磁弁駆動装置において、電磁弁のコイルが短絡故障したか否かを正確に判定できるようにする。
【解決手段】 複数のインジェクタ(以下、電磁弁)を駆動制御する燃料噴射制御装置40では、コイルL1にコンデンサCoの高電圧を印加して、電磁弁を速やかに開弁させるが、その際に、他の電磁弁のコイルL2〜L4とそれらに各々対応するトランジスタTR2〜TR4との間の経路に、コンデンサCoの高電圧が発生したか否かを判定して、高電圧が発生していなければコイルL1が短絡していると判断する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、コンデンサに充電した高電圧を電磁弁のコイルに印加することにより、その電磁弁を速やかに開弁させるタイプの電磁弁駆動装置に関する。
従来より、例えば車両の内燃機関の各気筒にそれぞれ燃料を噴射供給する燃料噴射弁としては、電磁ソレノイドを成すコイルを備え、そのコイルへの通電により開弁される電磁弁が使用されている。そして、コイルへの通電時間や通電タイミングを制御することにより、内燃機関への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御している。
そして、こうした燃料噴射弁を駆動して燃料噴射を制御する従来の燃料噴射制御装置として、コイルへの通電開始時に所定の大電流(ピーク電流)を供給して燃料噴射弁を速やかに開弁させ、その後は開弁保持用の一定電流(ホールド電流)を流して、所望の噴射期間中は燃料噴射弁を開弁状態に保持するようにしたものが知られている(例えば特許文献1、特許文献2参照)。
特開2002−303183号公報 特開平6−294346号公報
ところで、上述したような燃料噴射制御装置では、コイルやその通電経路に異常が生じた場合に、その異常を検出して、何らかのフェイルセーフを実施する必要がある。
例えば、上記特許文献1では、コイルの通電経路において、その経路が電源ラインに短絡する電源ショート、及び接地ラインに短絡するグランドショートを検出するための回路が設けられており、それらの異常を検出できるように構成されている。
しかしながら、コイル自体の短絡故障は検出することができない。
一方、上記特許文献2では、電磁弁のコイルの短絡故障を検出できるように構成されている。具体的には、コイルへの通電終了時にそのコイルにフライバック電圧が発生したか否かを判定し、フライバック電圧が発生したと判定すれば、正常であると判断し、逆にフライバック電圧が発生していないと判定すれば、異常であると判断する。このため、コイル自体が短絡故障してインダクタンス成分が減少するか無くなれば、フライバック電圧が十分に発生しなくなり、そのコイル短絡故障が検知されるのである。
しかしながら、フライバック電圧は、周囲温度、電源電圧(一般にはバッテリ電圧)、及びコイル自体の特性等といった諸条件によって、その値や発生継続時間が大きく変わり易い。このため、フライバック電圧の有無を判定して異常を検知する上記特許文献2の技術では、本当は異常が無くてフライバック電圧が発生しているのに、フライバック電圧が発生していないと判定してしまう、即ち、異常が発生していると誤判定してしまう可能性が高い。また、断線の場合もフライバックが発生しないため、コイルの短絡と断線が区別できない。
そこで、本発明は、コンデンサに充電した高電圧を電磁弁のコイルに印加することにより、その電磁弁を速やかに開弁させるタイプの電磁弁駆動装置において、電磁弁のコイルが短絡故障したか否かを正確に判定できるようにすることを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1の電磁弁駆動装置では、複数の電磁弁の各コイル毎に、その各コイルに電流を流すための個別通電配線が設けられており、この各個別通電配線のコイルよりも上流側の端部は、各コイルへ通電用の電圧を印加するための共通通電配線に接続されている。そして、各個別通電配線上のコイルよりも下流側の経路には、それぞれ主スイッチング素子が直列に設けられている。また、共通通電配線と直流電源との間には副スイッチング素子が設けられている。
更に、この電磁弁駆動装置には、コンデンサを充電することにより直流電源よりも高い高電圧を生成する高電圧生成手段と、オンすることで上記コンデンサを共通通電配線に接続させる高電圧印加用スイッチング素子とが備えられている。
そして、この電磁弁駆動装置には、複数の電磁弁の何れかを択一的に開弁させる電流供給制御手段が備えられており、その電流供給制御手段は、複数の主スイッチング素子のうち、開弁しようとする電磁弁のコイル(以下、通電対象コイルと言う)に対応する主スイッチング素子(以下、駆動対象主スイッチング素子と言う)と高電圧印加用スイッチング素子とをオンすることにより、コンデンサの高電圧を共通通電配線に印加して、通電対象コイルに電磁弁を速やかに開弁させるためのピーク電流を供給し、そのピーク電流の供給後は、高電圧印加用スイッチング素子をオフすると共に副スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、通電対象コイルへピーク電流よりも小さい一定電流が供給されるようにし、さらに通電対象コイルへの通電期間が終了すると、駆動対象主スイッチング素子をオフする。
そして特に、請求項1の電磁弁駆動装置は、各電磁弁のコイルが短絡故障したことを検知するための手段として、コイル短絡故障検知手段を備えている。そして、そのコイル短絡故障検知手段は、電流供給制御手段によって駆動対象主スイッチング素子及び高電圧印加用スイッチング素子がオンされた際に、複数の個別通電配線のうち、駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子が設けられた個別通電配線にて、その主スイッチング素子とコイルとの間の経路に、コンデンサの高電圧が発生したか否かを判定し、高電圧が発生しなかったと判定した場合に、通電対象コイルが短絡故障していると判断する。
このような請求項1の電磁弁駆動装置では、高電圧印加用スイッチング素子がオンされると、コンデンサに充電された高電圧が、共通通電配線を介して、各個別通電配線の各コイルに印加されることになる。
ここで、通電対象コイルに関しては、対応する主スイッチング素子(つまり、駆動対象主スイッチング素子)がオンされることから、通電経路が確立されて電流が流れることになり、通電対象コイルと駆動対象主スイッチング素子との間の経路の電圧はほぼ0Vとなる。すなわち、その通電対象コイルと駆動対象主スイッチング素子との間の経路には、共通通電配線に印加されるコンデンサの高電圧は発生しない。
一方、通電対象コイル以外のコイルに関しては、対応する主スイッチング素子がオフされていることから、通電経路が確立されずに電流が流れないため、そのコイルと主スイッチング素子との間の経路には、共通通電配線に印加されるコンデンサの高電圧と同じ電圧が発生することとなる。そして、そのコンデンサの高電圧は、元々、電磁弁を速やかに開弁させるためのものであるため、フライバック電圧のように諸条件によって大きく変わるものではなく、ある程度の時間は確実に発生する。
ところが、もし通電対象コイルが短絡故障していると、その通電対象コイル以外のコイルと主スイッチング素子との間の経路には、コンデンサの高電圧と同じ電圧は発生しなくなる。
つまり、通電対象コイルが短絡故障していると、高電圧印加用スイッチング素子と駆動対象主スイッチング素子とがオンされた時に、コンデンサに蓄積されていた電荷が駆動対象スイッチング素子を介してほぼダイレクトに且つ瞬時に放電されてしまうため、共通通電配線には、コンデンサの高電圧が全く発生しないか、たとえ発生しても、正常時より極めて小さい時定数に応じた微小時間だけしか現れないこととなる。
そこで、この請求項1の電磁弁駆動装置では、コイル短絡故障検知手段が、駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子が設けられた個別通電配線(つまり、駆動対象コイルではないコイルが接続された個別通電配線)において、その主スイッチング素子とコイルとの間の経路に、コンデンサの高電圧が発生したか否かを判定することにより、駆動対象コイルが短絡故障しているか否かを判断しているのである。
このような請求項1の電磁弁駆動装置によれば、駆動対象コイルが正常な場合と短絡故障している場合とで大きく確実に異なる電圧の有無によって、駆動対象コイルの短絡故障を判定することとなるため、複数の電磁弁の各コイルについて、短絡故障が発生したか否かを正確に判定することができるようになる。
ところで、各個別通電配線についてそれぞれ電圧を検出する経路を設けてもよいが、請求項2に記載の電磁弁駆動装置のように、共通の経路を設けて電圧を検出するようにすることが望ましい。
即ち、請求項2の電磁弁駆動装置では、請求項1の電磁弁駆動装置において、コイル短絡故障検知手段は、各個別通電配線上の主スイッチング素子とコイルとを結ぶ経路にアノードがそれぞれ接続され、カソードが互いに共通接続された複数のダイオードを有しており、電流供給制御手段により駆動対象主スイッチング素子及び高電圧印加用スイッチング素子がオンされた際に、その複数のダイオードのカソードにコンデンサの高電圧が発生したか否かを判定して、この高電圧が発生しなかったと判定した場合に、通電対象コイルが短絡故障していると判断するようになっている。
このような請求項2の電磁弁駆動装置においては、主スイッチング素子とコイルとを結ぶ各経路が共通接続されているが、何れか1つの主スイッチング素子(即ち、駆動対象主スイッチング素子)がオンされた際に、その駆動対象主スイッチング素子を介して駆動対象コイル以外のコイルに電流が流れてしまうといった電流の回り込みは、ダイオードにより防止される。もし、そのような電流の回り込みが生じると、たとえ駆動対象コイルに短絡故障が生じていなくても、駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子が設けられた個別通電配線において、その主スイッチング素子とコイルとの間の経路にコンデンサの高電圧が発生しなくなるが、そのような不具合はダイオードによって回避されるのである。
従って、この請求項2の電磁弁駆動装置によれば、1つの経路の電圧を検出することでコイルの短絡を検出でき、回路構成が簡単となり、安価に構成することができる。
次に、請求項3の電磁弁駆動装置では、請求項2の電磁弁駆動装置において、コイル短絡故障手段は、複数のダイオードの共通接続されたカソードの電圧から高周波成分を除去するフィルタ回路を有しており、複数のダイオードのカソードにコンデンサの高電圧が発生したか否かを、そのフィルタ回路の出力電圧が特定の判定電圧よりも大きいか否かによって判定するようになっている。
このような請求項3の電磁弁駆動装置においては、主スイッチング素子とコイルとの間の各経路の電圧を検出する際に、フィルタ回路により、コイル短絡時に発生する高周波の電圧や、回路におけるノイズ成分などが除去されるため、そのフィルタ回路の出力電圧と判定電圧とを、例えばコンパレータ等で大小比較するだけで、コンデンサの高電圧が発生したか否かを確実に判定できることになる。よって、この電磁弁駆動装置によれば、コイルの短絡故障が発生したか否かを簡単な回路構成で正確に判定することができるようになる。
次に、請求項4の電磁弁駆動装置では、請求項3の電磁弁駆動装置において、コイル短絡故障検知手段は、フィルタ回路の出力電圧と判定電圧とを比較して、フィルタ回路の出力電圧が判定電圧よりも大きくなると、自己の出力電圧がレベル変化する電圧比較手段と、電圧比較手段の出力電圧が監視対象電圧として入力され、その監視対象電圧がレベル変化すると、そのことを記憶するレベル変化履歴記憶手段とを有している。
このため、駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子とコイルとの間の各経路にコンデンサの高電圧が発生して、その高電圧が複数のダイオードのカソードに現れたならば、電圧比較手段の出力電圧がレベル変化して、そのことがレベル変化履歴記憶手段に記憶されることとなる。
そこで、更に、コイル短絡故障検知手段は、電流供給制御手段により駆動対象主スイッチング素子がオンされる前に、レベル変化履歴記憶手段の記憶内容をクリアし、駆動対象主スイッチング素子がオンされてから駆動対象スイッチング素子がオフされるまでの間に、レベル変化履歴記憶手段の記憶内容を読み出し、その読み出した記憶内容が、監視対象電圧にレベル変化が生じたことを示していなければ、通電対象コイルが短絡故障していると判断するようになっている。
このような請求項4の電磁弁駆動装置によれば、フィルタ回路の出力電圧が判定電圧よりも大きくなったか否かの判定を駆動対象主スイッチング素子がオンされた直後に実施しなければならない、といった時間的な制約がなく、駆動対象主スイッチング素子がオンされてからオフされるまでの間の任意のタイミングでレベル変化履歴記憶手段の記憶内容を読み出すことで、コイルの短絡故障の有無を判定することができるため、装置設計の自由度を向上させることができる。また、レベル変化履歴記憶手段に記憶される履歴は、常に最新のものとなるため、古い履歴に基づいて通電対象コイルの短絡故障の有無を判断してしまうような事態を防止することができる。
次に、請求項5の電磁弁駆動装置では、請求項3の電磁弁駆動装置において、コイル短絡故障検知手段が、請求項4の装置と同様の電圧比較手段とレベル変化履歴記憶手段とを有している。
そして、コイル短絡故障検知手段は、請求項4の装置と同様に、電源供給制御手段により駆動対象主スイッチング素子がオンされる前に、レベル変化履歴記憶手段の記憶内容をクリアするが、以下の点が異なっている。
即ち、コイル短絡故障検知手段は、駆動対象主スイッチング素子がオンされてからその駆動対象主スイッチング素子がオフされると、レベル変化履歴記憶手段の記憶内容を読み出し、その読み出した内容が、監視対象電圧にレベル変化が生じたことを示していなければ、通電対象コイルが短絡故障していると判断するようになっている。
このような請求項5の電磁弁駆動装置では、駆動対象主スイッチング素子がオンされた際に、駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子が設けられた個別通電配線において、主スイッチング素子とコイルとの間の経路に高電圧が発生したか否かを判定し、さらに、駆動対象主スイッチング素子がオフされた際に、通電対象コイルにフライバック電圧が発生したか否かも判定することになる。
なお、通電対象コイルに流れていた電流を遮断する、つまり駆動対象主スイッチング素子をオフすると、通電対象コイルにはフライバック電圧が発生するが、通電対象コイルが短絡している場合には、駆動対象主スイッチング素子をオフしても通電対象コイルには電流が流れていないため、フライバック電圧は発生しない。よって、フライバック電圧が発生すれば通電対象コイルは正常であると判断でき、逆にフライバック電圧が発生しなければ、通電対象コイルは短絡していると判断することができる。
従って、この請求項5の電磁弁駆動装置によれば、コンデンサの高電圧に加えて、フライバック電圧が発生したか否かも判定することで、通電対象コイルが短絡故障しているか否かを一層確実に判断できるのである。また、勿論、請求項4の装置と同様の効果も得られる。
以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明が適用された燃料噴射制御装置40全体の概略構成を示す構成図であり、車両用ディーゼルエンジンの各気筒#1〜#4に燃料を噴射供給する4個の電磁ソレノイド式ユニットインジェクタ(以下、単に電磁弁という)のコイルL1,L2,L3,L4への通電時間及び通電タイミングを制御することにより、ディーゼルエンジンの各気筒#1〜#4への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するものである。
図1に示す如く、本実施形態の燃料噴射制御装置40からは、コイルL1〜L4に開弁用の電圧を印加するための共通通電配線Kcが伸びており、その共通通電配線Kcには、燃料噴射制御装置40に外部において、各コイルL1〜L4に通電するための個別通電配線K1,K2,K3,K4が接続されている。
そして、燃料噴射制御装置40は、予め設定された制御プログラムに従い燃料噴射制御のための各種制御処理を実行するCPU,ROM及びRAM等からなる周知のマイクロコンピュータ(以下「マイコン」と称す)41を中心に構成されており、マイコン41からの噴射パルス信号TQ1〜TQ4により、各気筒#1〜#4のコイルL1〜L4の通電経路をそれぞれ導通・遮断するスイッチング回路12、スイッチング回路12により通電経路が導通されたいずれかのコイルL1〜L4に、ダイオードD5を介して所定のホールド電流(定電流)を供給するホールド電流回路11、コイルL1〜L4に電磁弁を速やかに開弁させるピーク電流を供給するための高電圧が充電されるコンデンサCo、及びスイッチング回路12のオフ時にコンデンサCoに所定電圧値Vpの高電圧を充電する充電回路10などを備えている。尚、スイッチング回路12のオフ時とは、そのスイッチング回路12を構成する後述のトランジスタTR1〜TR4が全てオフの時という意味である。
充電回路10は、車両に搭載されたバッテリ1の電圧(例えば12Vであり、以下、バッテリ電圧と言う)VBが一端に印加されたコイルLoと、ドレインがコイルLoのバッテリ電圧VBが印加された一端と反対側の他端に接続されるとともにソースが接地され、高速スイッチングすることにより、コイルLoの他端に高電圧を発生させる昇圧用のトランジスタTRo(MOS型トランジスタ)と、トランジスタTRoへスイッチング信号を出力することにより、トランジスタTRoを短い周期でスイッチングさせる自励式昇圧回路17と、トランジスタTRoとコイルLoとの間にアノードが接続された電流逆流防止用のダイオードDoとから構成された周知のものである。
そして、コンデンサCoは、ダイオードDoのカソードに接続されており、そのダイオードDoを介して充電される。
なお、自励式昇圧回路17は、マイコン41からの制御信号によって制御され、コイルL1〜L4の通電オフ期間中に動作すると共に、コンデンサCoの充電電圧値が上記所定電圧値Vpになったときはその動作を中止(トランジスタTRoをオフ)する。
ホールド電流回路11は、バッテリ1からの電源供給を受けて、コイルL1〜L4のうち通電経路が導通されたもの(以下単に「コイルL」ともいう)に、電磁弁の開弁保持用のホールド電流を供給する定電流回路であり、バッテリ電圧VBの電源ラインと共通通電配線Kcとの間にソースとドレインとが接続されて、オン・オフすることによりバッテリ1からコイルL(或いはコイルL1〜L4)への通電経路を導通・遮断するトランジスタTRh(MOS型トランジスタ)、及びそのトランジスタTRhをオン・オフさせて、コイルLに流れる電流を所定のホールド電流に保持するための定電流制御回路11aから構成されている。
スイッチング回路12は、各コイルL1〜L4の個別通電配線K1〜K4上にて、コイルL1〜L4の下流側の経路にそれぞれ直列に設けられたスイッチング用のトランジスタTR1,TR2,TR3,TR4(いずれもMOS型トランジスタ)にて構成され、これらのトランジスタTR1〜TR4のオン・オフはマイコン41からの噴射パルス信号TQ1,TQ2,TQ3,TQ4により制御される。なお、以下、コイルL1〜L4とトランジスタTR1〜TR4との間の各経路をKK1〜KK4とする。
そして、上記トランジスタTR1〜TR4のコイルL1〜L4側とは反対側の端子であるソースは互いに共通接続されており、そのソースと接地電位との間には、通電対象のコイルLに実際に流れている電流を検出するための電流検出用抵抗R4が接続されている。
このため、トランジスタTR1〜TR4の何れかがオンすれば、そのオンしたトランジスタに対応するコイルの通電経路が形成されることとなる。また、上記抵抗R4に生じる電圧に基づいて、ホールド電流回路11内の定電流制御回路11aと、後述する過励磁電流制御回路20との各々が、コイルLの電流を検出するようになっている。尚、抵抗R4の抵抗値は、その抵抗R4での電圧降下が電磁弁の駆動に支障をきたさないように、例えば1Ω未満といった非常に小さい値に設定されている。
ところで、コイルL1〜L4への通電がトランジスタTR1〜TR4により遮断されている時にもコンデンサCoの充電電圧が常時コイルL1〜L4に印加された状態にあるのは好ましくなく、その必要もない。そのため、コンデンサCoのダイオードDo側の端部と共通通電配線Kcとの間には、高電圧切り替えスイッチTRk(MOS型トランジスタ)が接続されている。この高電圧切り替えスイッチTRkは、マイコン41から制御信号を受けた過励磁電流制御回路20により、そのオン・オフが制御される。
これにより、トランジスタTR1〜TR4がオフされてコイルL1〜L4への通電が遮断されている時には、コンデンサCoの充電電圧がコイルL1〜L4に印加されないように高電圧切り替えスイッチTRkをオフし、トランジスタTR1〜TR4のいずれかがオンされたときは、同時に高電圧切り替えスイッチTRkをオンして、通電経路が導通したコイルLにコンデンサCoの充電電圧を印加してピーク電流を供給させるようにしている。
なお、図1におけるダイオードD7は、共通通電配線Kc側からコンデンサCo側への電流の回り込みを防止するために設けられている。また、ダイオードD5は、コンデンサCo側から共通通電配線Kcを介してバッテリ1側への電流の回り込みを防止するための設けられている。また、ダイオードD6は、共通通電配線Kcに接続された各個別通電配線K1〜K4上の各コイルL1〜L4に発生したフライバックエネルギを消失させるために設けられているものである。
ところで、この燃料噴射制御装置40を含む、車両に搭載され各種電気負荷を通電制御するための各種電子制御装置においては、通常、何らかの要因で電気負荷に異常が生じた場合にその異常を検出して運転者等に報知する必要がある。
そこで、この燃料噴射制御装置40でも、コイルL1〜L4が何らかの要因で短絡するといった異常が生じたときに、その異常を検出するための異常検出回路13が備えられている。
この異常検出回路13は、図1に示すようにダイオード論理和回路18と、分圧回路15と、周知の積分回路からなるフィルタ回路14と、二つの電圧値を比較するコンパレータ16とから構成されている。
ダイオード論理和回路18は、4つのダイオードD1,D2,D3,D4からなり、各ダイオードD1〜D4のアノードは、各コイルL1〜L4と各トランジスタTR1〜TR4との間の経路(経路KK1〜KK4)に、それぞれ対応して接続されている。また、ダイオードD1〜D4のカソードは、共通接続されている。
分圧回路15は、2つの抵抗15a及び15bから構成されており、ダイオードD1〜D4のカソードの出力電圧を分圧して、フィルタ回路14に入力する。
フィルタ回路14は、抵抗14aとコンデンサ14bとからなる周知の積分回路である。このフィルタ回路14によって幅の狭いパルス信号、すなわち、電圧の高周波成分のコンパレータ16への伝達が遮断される。
コンパレータ16は、フィルタ回路14から入力された電圧と、基準電圧Vthとの大小を比較して、フィルタ回路14から入力された電圧のほうが大きいと、ハイ信号をマイコン41に出力し、逆に、基準電圧Vthのほうが大きいと、ロー信号をマイコン41に出力するようになっている。そして、基準電圧Vthは、コンデンサCoの充電目標電圧である前述のVpより低く且つバッテリ電圧VBよりは高い所定値の判定電圧VHを分圧回路15で分圧した場合の電圧値に設定されている。このため、コンパレータ16からマイコン41へは、ダイオードD1〜D4のカソードからコンデンサCoの高電圧が出力された場合はハイ信号が出力され、ダイオードD1〜D4のカソードからコンデンサCoの高電圧が出力されていなければ、ロー信号が出力される。
また、本実施形態において、コンパレータ16の出力信号は、マイコン41のエッジ入力ラッチポートに入力されるようになっている。このエッジ入力ラッチポートは、入力信号に立ち上がりエッジ(即ち、ローからハイへのレベル変化)が生じると、そのこと(つまり、立ち上がりエッジが生じたこと)を示す履歴であるパルス信号情報がマイコン41内の特定のレジスタ(以下、ラッチポートレジスタという)に記憶される、といったエッジ自動監視機能のためにマイコン41に備えられたポートである。
次に、以上のように構成された燃料噴射制御装置40の動作について説明する。
まず、コイルL1が正常である場合について、図2を用いて説明する。なお、以下、トランジスタTR1がオンされてコイルL1が通電される場合、つまり図2において噴射パルス信号TQ1が出力される場合について説明するが、他のトランジスタTR2〜TR4がオンされる場合も同様である。また、図2において、VKcは共通通電配線Kcの電圧を表しており、V#1、V#2、V#3及びV#4のそれぞれは、トランジスタTR1,TR2,TR3,TR4のドレイン電圧、つまりコイルL1〜L4とトランジスタTR1〜TR4との間の各経路KK1〜KK4の電圧を表している。
この燃料噴射制御装置40では、マイコン41からの指令により各トランジスタTR1〜TR4がいずれもオフ状態であるときに、コンデンサCoが所定の高電圧にまで充電される。そして、コイルL1を通電するための指令、すなわち噴射パルス信号TQ1がマイコン41からトランジスタTR1に入力されて、トランジスタTR1がオンすると、同時にマイコン41から高電圧切り替えスイッチTRkをオンする制御信号(図示せず)も過励磁電流制御回路20に出力される。すると、過励磁電流制御回路20が高電圧切り替えスイッチTRkをオンさせることとなる。なお、噴射パルス信号TQ1は、マイコン41の制御により、エンジンのクランク軸の回転に同期して出力される。
過励磁電流制御回路20により高電圧切り替えスイッチTRkがオンされると、コンデンサCoに充電された電圧(換言すれば蓄積された電荷)が共通通電配線Kcを介して各コイルL1〜L4に印加される。
このとき、トランジスタTR1がオンしているため、コイルL1及び経路KK1には、コンデンサの高電圧に応じたピーク電流が流れる。なお、前述したように、コイルL1及び経路KK1に流れる電流は、抵抗R4に生じる電圧という形で、定電流制御回路11a及び過励磁電流制御回路20に検出される。
そして、このようなコンデンサCoの放電によってコイルL1に流れるピーク電流の値が予め定められた設定値に達すると、過励磁電流制御回路20は、高電圧切り替えスイッチTRkをオフする。その後は、ホールド電流回路11により、コイルL1へ電磁弁の開弁を保持するためのホールド電流が流されることになる。すなわち、過励磁電流制御回路20により高電圧切り替えスイッチTRkがオフされ、コイルL1に流れる電流が減少して所定の目標値よりも小さくなると、定電流制御回路11aがトランジスタTRhをオンして、バッテリ電圧VBが共通通電配線Kc(延いては、コイルL1の端部)に印加されるようにする。そして、定電流制御回路11aは、コイルL1にバッテリ電圧VBによる電流が供給されてその電流値が上記目標値よりも大きくなると、今度はトランジスタTRhをオフし、バッテリ1からコイルL1への通電を遮断する。このように、定電流制御回路11aがトランジスタTRhをオン・オフして、バッテリ1から共通通電配線Kcを介してコイルL1に至る通電経路を導通或いは遮断することにより、コイルL1に一定のホールド電流が供給されるようになっている。
そして、コイルL1への通電期間が終了すると、マイコン41はトランジスタTR1をオフしてコイルL1への通電を遮断する。
コイルL1の通電が遮断されると、充電回路10の動作によってコンデンサCoが所定の高電圧にまで再び急速充電され、次にコイルL1〜L4のいずれかを通電する際に、コンデンサCoからコイルL1〜L4のいずれかにピーク電流を供給できる状態となる。
ところで、このように、コイルL1が正常な場合においては、マイコン41によりトランジスタTR1がオンされるとともに、過励磁電流制御回路20により高電圧切り替えスイッチTRkがオンされた際、経路KK1は抵抗値の極小さい抵抗R4を介して接地電位に接続されることとなるため、図2のV#1に示すように、経路KK1に現れる電圧はほぼ0Vとなる。一方、経路KK2〜KK4は接地電位から遮断されているため、図2のV#2、V#3及びV#4に示すように、経路KK2〜KK4には、共通通電配線Kcに印加されたコンデンサCoの高電圧が、ほぼそのまま現れることになる。
そして、過励磁電流制御回路20により高電圧切り替えスイッチがオフされると、前述したようなホールド電流回路11の動作により、共通通電配線Kcには、脈動電圧が現れることになる。その結果、経路KK2〜KK4にも同様の脈動電圧が現れる(図2のV#2,V#3,V#4)。また、経路KK1の電圧はほぼ0Vのままである(図2のV#1)。
以上のように、コイルL1が正常であれば、共通通電配線Kcを介して各コイルL1〜L4にコンデンサCoの高電圧が印加された際には、経路KK2〜経路KK4には、コンデンサCoの高電圧が現れるとともにその後は所定の脈動電圧が現れる。
そして、これらの電圧は、ダイオード論理和回路18から(ダイオードD1〜D4のカソードから)出力され、前述した分圧回路15及びフィルタ回路14を介してコンパレータ16に入力される。
よって、コイルL1が正常である場合には、トランジスタTR1がオンされて経路KK2〜経路KK4にコンデンサCoの高電圧が現れると、図2の最下段に示すように、コンパレータ16からマイコン41のエッジ入力ラッチポートへハイ信号が出力される。そして、マイコン41では、コンパレータ16からのハイ信号に伴って、エッジ入力ラッチポートに立ち上がりエッジが生じると、ラッチポートレジスタに前述のパルス信号情報が記憶されることとなる。
なお、コイルL1の通電期間が終了して、マイコン41によりトランジスタTR1がオフされると、コイルL1にはそれまで電流が流れていたため、図2のV#1に示すように、経路KK1〜KK4のうち、コイルL1に対応する経路KK1にはフライバック電圧が発生する。そして、そのフライバック電圧はダイオードD1から分圧回路15及びフィルタ回路14を介してコンパレータ16の非反転入力端子へと入力されることとなるが、そのフライバック電圧によるコンパレータ16への入力電圧(即ち、フィルタ回路14の出力電圧)が前述の基準電圧Vthとなれば、そのときにも、図2の最下段に示すように、コンパレータ16からマイコン41へハイ信号が出力されることとなる。
次に、コイルL1に短絡故障が生じている時の動作について、図3を用いて正常時とは異なる点を中心に説明する。
コンデンサCoの高電圧が共通通電配線Kcを介して各コイルL1〜L4に印加された際(TR1はオンしているものとする)、短絡によりコイルL1のインダクタンス成分はほぼ無い状態であるため、コンデンサCoの高電圧は、トランジスタTR1を介して瞬時に放電される。すなわち、共通通電配線Kc、及び経路KK2〜KK4には、コンデンサの高電圧が全く現れないか、たとえ現れたとしても微小時間しか現れない(本実施例では、図3のVKc,V#2,V#3,V#4に示すように、微小時間現れている)。なお、経路KK1は導通されているため、図3のV#1に示すように、経路KK1の電圧はほぼ0Vである。
そして、過励磁電流制御回路20により高電圧切り替えスイッチTRkがオフされると、前述したようなホールド電流回路11が動作することになるが、コイルL1のインダクタンス成分が無いため、定電流供給用のトランジスタTRhがオンされると抵抗R4によって検出されるコイルL1の通電電流が瞬時に目標値を超え、トランジスタTRhがオフされると抵抗R4によって検出されるコイルL1の通電電流が瞬時に0となる、といった発振現象が起こり、その結果、共通通電配線Kc及び経路KK2〜KK4に現れる電圧は、図3のVKc,V#2,V#3,V#4に示すように、非常に細かい発振状態の電圧となる。
このように、コイルL1が短絡している時は、経路KK2〜KK4には、コンデンサCoの高電圧は現れないため、マイコン41にはコンパレータ16からのハイ信号は入力されない(コンパレータ16からの信号はローのままである)。
なお、コイルL1は短絡によりインダクタンス成分がほぼない状態であるため、トランジスタTR1がオフされても、コイルL1にフライバック電圧は発生しない。よって、同様に、マイコン41には、フライバック電圧によるコンパレータ16からのハイ信号も入力されない。
次に、燃料噴射制御装置40のマイコン41が実行する処理について説明する。なお、以下に説明する図4〜図6の処理は、各気筒毎にそれぞれ実施されるものであるが、ここでは、便宜上、ある1つの気筒#nに対応するコイルLn(nは1〜4の何れか)に着目して説明することにする。
図4は、一定時間毎に実行されるメイン処理を表すフローチャートである。
このメイン処理においては、まずS100にて、コイルLn(L1〜L4)の短絡故障の検出回数をカウントするインジェクタショート異常カウンタが、予め定めた所定の数Nより多いか否かを判定する。つまり、コイルLnの短絡故障の検出回数が、予め定めたN回数より多いか否かを判定する。N回数以下であると判定すると、一旦当該処理を終了する。一方、N回数より多いと判定すると、次にS110へ移行し、運転手に異常を知らせるために車両に備えられた警告ランプを点灯させるとともに、フェールセーフ処理を実行する。なお、このフェールセーフ処理は、本発明とは直接関わりがないため、ここでは詳しい説明を省略する。また、上記インジェクタショート異常カウンタは、後述する図6のS350でインクリメントされるカウンタである。
次に、図5は、マイコン41が実行する、割り込み処理を表すフローチャートである。この処理の開始タイミングは、図7の(1)に示すように、コイルLnに対応する噴射パルス信号TQn(TQ1〜TQ4)の出力前である。なお、この割り込み処理の開始タイミングも、各噴射パルス信号TQ1〜TQ4の出力タイミング及び出力時間と同様に、エンジンのクランク軸の回転に同期して設定される。
この処理においては、まずS200にて、噴射パルスセットが実施されたか否かを判定する。すなわち、噴射パルス信号TQnを出力するように準備がされたか否かを判定する。噴射パルスセットが実施されていないと判定すると、一旦当該処理を終了する。
一方、S200において、噴射パルスセットが実施されたと判定すると、次にS210へと移行し、マイコン41が備えるエッジ入力ラッチポートのラッチデータをクリアする。つまり、マイコン41において、前述のラッチポートレジスタに記憶されたパルス信号情報を削除する。
そして、次にS220へと移行し、エッジ確認実施フラグをセットする。その後、当該処理を終了する。
次に、図6は、図5と同様に、マイコン41が実行する割り込み処理を表すフローチャートである。そして、この処理の開始タイミングは、図7の(2)に示すように、噴射パルス信号TQnがハイレベルになっている最中であり、具体的には噴射パルス信号TQnが立ち下がるタイミングの直前に設定される。なお、この割り込み処理の開始タイミングも、各噴射パルス信号TQ1〜TQ4の出力タイミング及び出力時間と同様に、エンジンのクランク軸の回転に同期して設定される。
この処理においては、まずS300にて、エッジ確認実施フラグがあるか否かを判定する。なお、このエッジ確認実施フラグは、図6のS220にてセットされるものである。
次に、S310へ移行し、マイコン41のエッジ入力ラッチポートにラッチがあるか、すなわち、ラッチポートレジスタに、パルス信号情報が記憶されているか否かを判定する。
ラッチがあると判定すると、次に、S320へ移行し、気筒#nのインジェクタ(電磁弁)は短絡故障していない、つまり正常であると判定する。すなわち、コンデンサCoの高電圧に応じたハイ信号がコンパレータ16からマイコン41に入力されたということであるから、今回の通電対象のコイルLnは正常であるということである。そして、次にS330へ移行し、インジェクタショート異常カウンタをクリアする。その後、一旦当該処理を終了する。
一方、S310にて、エッジ入力ラッチポートにラッチがないと判定すると、次に、S340へ移行し、気筒#nのインジェクタが短絡故障している、つまり異常であると判定する。すなわち、コンデンサCoの高電圧に応じたハイ信号がコンパレータ16からマイコン41に入力されていないということであるから、通電対象のコイルLnが短絡故障しているということである。そして、次に、S350へ移行し、インジェクタショート異常カウンタに1を足す。その後、一旦当該処理を終了する。
なお、本実施形態の燃料噴射制御装置40においては、トランジスタTR1〜TR4が主スイッチング素子に相当し、高電圧切り替えスイッチTRkが高電圧印加用スイッチング素子に相当し、トランジスタTRhが副スイッチング素子に相当し、充電回路10が高電圧生成手段に相当し、バッテリ1が直流電源に相当し、充電回路10、ホールド電流回路11、過励磁電流制御回路20、高電圧切り替えスイッチTRk、及びマイコン41が電流供給制御手段に相当し、コンパレータ16が電圧比較手段に相当し、ダイオード論理和回路18、分圧回路15、フィルタ回路14、コンパレータ16、及びマイコン41がコイル短絡故障検知手段に相当し、マイコン41のエッジ入力ラッチポート及びラッチポートレジスタがレベル変化履歴記憶手段に相当している。
以上説明したように、本実施形態の燃料噴射制御装置40では、各気筒のコイルL1〜L4と各トランジスタTR1〜TR4との間の経路KK1〜KK4において、コンデンサCoの高電圧が発生したか否かの判定に基づいて、駆動対象のコイルの短絡故障の有無を判断する。
そして、本実施形態の燃料噴射制御装置40によれば、駆動対象コイルが正常な場合と短絡故障している場合とで大きく確実に異なるコンデンサCoの高電圧の有無によって、駆動対象コイルの短絡故障を判定することとなるため、複数の電磁弁の各コイルL1〜L4について、短絡故障が発生したか否かを正確に判定することができるようになる。
また、本実施形態の燃料噴射制御装置40では、ダイオード論理和回路18を有しており、ダイオード論理和回路18のダイオードD1〜D4のアノードは、経路KK1〜KK4にそれぞれ対応して接続されており、また、ダイオードD1〜D4のカソードは、共通接続されている。
よって、トランジスタTR1〜TR4のうちの駆動対象のトランジスタがオンされた際に、その駆動対象トランジスタを介して駆動対象コイル以外のコイルに電流が流れてしまうという電流の回り込みを防止することができ、その結果、1つの経路の電圧を検出することでコイルL1〜L4の短絡を検出できるため、回路構成が簡単となり、安価に構成することができる。
また、本実施形態の燃料噴射制御装置40では、経路KK1〜KK4の電圧を検出する際に、フィルタ回路14により、いずれかのコイルL1〜L4の短絡時に発生する高周波の電圧や、回路におけるノイズ成分を除去している。そして、フィルタ回路14の出力電圧と基準電圧Vthとを、コンパレータ16で大小比較して、コンデンサCoの高電圧が発生したか否かを判定している。
このように、本実施形態の燃料噴射制御装置40では、コイルL1〜L4の短絡故障が発生したか否かを簡単な回路構成で判定できるようにされているため、安価に回路を構成することができる。
また、本実施形態の燃料噴射制御装置40では、コンパレータ16からのハイ信号がマイコン41のエッジ入力ラッチポートに入力され、ラッチポートレジスタに記憶される。そして、マイコン41は、そのラッチポートレジスタに記憶された記憶内容を読み出し、その記憶内容に基づいて、コイルL1〜L4の短絡故障の有無を判断する。具体的には、ハイ信号の発生が記憶されていれば、駆動対象コイルは正常であると判断し、逆にハイ信号の発生が記憶されていなければ、駆動対象コイルは短絡故障していると判断することができる。
従って、本実施形態の燃料噴射制御装置40によれば、経路KK1〜KK4のうち、駆動対象コイル及び駆動対象トランジスタに対応する経路以外の経路にコンデンサCoの高電圧が発生したか否かの判定を、駆動対象トランジスタがオンされた直後に実施しなければならない、という時間的な制約がなく、任意のタイミングで実施するようにできるため、装置設計の自由度を向上させることができる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態の燃料噴射制御装置40について説明する。第2実施形態の燃料噴射制御装置40は、第1実施形態と比較すると、図6の割り込み処理の実行タイミングが異なっている。以下、その点についてのみ説明する。
本第2実施形態の燃料噴射制御装置40では、図6の割り込み処理を、図7の(2’)に示すように、噴射パルス信号TQ1〜TQ4の立ち下がり後に実施する。
このため、経路KK1〜KK4に、コンデンサCoの高電圧、或いはフライバック電圧が発生したか否かを判定することになり、通電対象コイルの短絡故障の有無を二重にチェックできるようになる。つまり、コンデンサCoの高電圧に加えて、フライバック電圧が発生したか否かも監視することで、通電対象コイルが短絡故障しているか否かを判定することとなり、本当は異常がないのに駆動対象コイルが短絡故障していると誤判定してしまう可能性を一層確実に無くすことができる。従って、通電対象コイルの短絡故障の有無を一層正確に判定できる燃料噴射制御装置40を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術範囲内にて種々の形態を採ることができる。
例えば、上記実施形態では、ダイオードD1〜D4のカソードが共通接続されているが、個別の通電経路として、各通電経路に分圧回路15、フィルタ回路14、及びコンパレータ16を備えるような構成としてもよい。
また、上記実施形態では、フィルタ回路14に積分回路を用いているが、デジタル信号処理の手法を利用して、ダイオードD1〜D4のカソードから出力される電圧の高周波成分や、回路におけるノイズ等を除去するような構成としてもよい。
第1実施形態の燃料噴射制御装置全体の構成を表す構成図である。 第1実施形態の燃料噴射制御装置において、電磁弁のコイルが正常である場合の回路の動作を説明する説明図である。 第1実施形態の燃料噴射制御装置において、電磁弁のコイルに短絡故障が発生した場合の回路の動作を説明する説明図である。 第1実施形態の燃料噴射制御装置のマイコンが繰り返し実行するメイン処理を表すフローチャートである。 第1実施形態の燃料噴射制御装置のマイコンが実行する第1の割り込み処理を表すフローチャートである。 第1実施形態の燃料噴射制御装置のマイコンが実行する第2の割り込み処理を表すフローチャートである。 第1及び第2実施形態の燃料噴射制御装置のマイコンが実行する割り込み処理の実行開始タイミングを表す説明図である。
符号の説明
1…バッテリ、10…充電回路、11…ホールド電流回路、11a…定電流制御回路、12…スイッチング回路、13…異常検出回路、14…フィルタ回路、14a…抵抗、14b…コンデンサ、15…分圧回路、15a,15b…抵抗、16…コンパレータ、17…自励式昇圧回路、18…ダイオード論理和回路、20…過励磁電流制御回路、40…燃料噴射制御装置、41…マイコン、Co…コンデンサ、Do,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7…ダイオード、Kc…共通通電配線、K1,K2,K3,K4…個別通電配線、KK1,KK2,KK3,KK4…経路、Lo,L1,L2,L3,L4…コイル、R4…抵抗、TR1,TR2,TR3,TR4,TRh,TRo…トランジスタ、TRk…高電圧切り替えスイッチ

Claims (5)

  1. 複数の電磁弁の各コイル毎に設けられ、その各コイルにそれぞれ電流を流すための複数の個別通電配線と、
    前記各個別通電配線の前記コイルよりも上流側の端部に共通接続され、前記各コイルへ通電用の電圧を印加するための共通通電配線と、
    前記各個別通電配線上の前記コイルよりも下流側の経路にそれぞれ直列に設けられた複数の主スイッチング素子と、
    直流電源と前記共通通電配線との間に接続された副スイッチング素子と、
    コンデンサを有し、該コンデンサを充電することにより前記直流電源の電源電圧よりも高い所定電圧値の高電圧を生成する高電圧生成手段と、
    オンすることで、前記コンデンサを前記共通通電配線に接続させる高電圧印加用スイッチング素子と、
    前記複数の電磁弁の何れかを択一的に開弁させる手段であって、前記複数の主スイッチング素子のうち、開弁しようとする電磁弁のコイル(以下、通電対象コイルと言う)に対応する主スイッチング素子(以下、駆動対象主スイッチング素子と言う)及び前記高電圧印加用スイッチング素子をオンすることにより、前記コンデンサの前記高電圧を前記共通通電配線に印加して、前記通電対象コイルに電磁弁を速やかに開弁させるためのピーク電流を供給し、該ピーク電流の供給後は、前記高電圧印加用スイッチング素子をオフすると共に前記副スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、前記通電対象コイルへ前記ピーク電流よりも小さい一定電流が供給されるようにし、さらに前記通電対象コイルへの通電期間が終了すると、前記駆動対象主スイッチング素子をオフする電流供給制御手段と、
    を備えた電磁弁駆動装置において、
    前記電流供給制御手段により前記駆動対象主スイッチング素子及び前記高電圧印加用スイッチング素子がオンされた際に、前記複数の個別通電配線のうち、前記駆動対象主スイッチング素子以外の主スイッチング素子が設けられた個別通電配線にて、その主スイッチング素子と前記コイルとの間の経路に、前記コンデンサの高電圧が発生したか否かを判定し、該高電圧が発生しなかったと判定した場合に、前記通電対象コイルが短絡故障していると判断するコイル短絡故障検知手段を備えていること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  2. 請求項1に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記コイル短絡故障検知手段は、
    前記各個別通電配線上の前記主スイッチング素子と前記コイルとを結ぶ経路にアノードがそれぞれ接続され、カソードが互いに共通接続された複数のダイオードを有しており、前記電流供給制御手段により前記駆動対象主スイッチング素子及び前記高電圧印加用スイッチング素子がオンされた際に、前記複数のダイオードのカソードに前記コンデンサの高電圧が発生したか否かを判定して、該高電圧が発生しなかったと判定した場合に、前記通電対象コイルが短絡故障していると判断するように構成されていること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  3. 請求項2に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記コイル短絡故障検知手段は、
    前記カソードの電圧から高周波成分を除去するフィルタ回路を有しており、前記カソードに前記コンデンサの高電圧が発生したか否かを、前記フィルタ回路の出力電圧が特定の判定電圧よりも大きいか否かによって判定すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  4. 請求項3に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記コイル短絡故障検知手段は、
    前記フィルタ回路の出力電圧と前記判定電圧とを比較して、前記フィルタ回路の出力電圧が前記判定電圧よりも大きくなると、自己の出力電圧がレベル変化する電圧比較手段と、
    前記電圧比較手段の出力電圧が監視対象電圧として入力され、その監視対象電圧がレベル変化すると、そのことを記憶するレベル変化履歴記憶手段とを有し、
    前記電流供給制御手段により前記駆動対象主スイッチング素子がオンされる前に、前記レベル変化履歴記憶手段の記憶内容をクリアすると共に、前記駆動対象主スイッチング素子がオンされてから該駆動対象主スイッチング素子がオフされるまでの間に、前記レベル変化履歴記憶手段の記憶内容を読み出し、その読み出した記憶内容が、前記監視対象電圧にレベル変化が生じたことを示していなければ、前記通電対象コイルが短絡故障していると判断するように構成されていること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  5. 請求項3に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記コイル短絡故障検知手段は、
    前記フィルタ回路の出力電圧と前記判定電圧とを比較して、前記フィルタ回路の出力電圧が前記判定電圧よりも大きくなると、自己の出力電圧がレベル変化する電圧比較手段と、
    前記電圧比較手段の出力電圧が監視対象電圧として入力され、その監視対象電圧がレベル変化すると、そのことを記憶するレベル変化履歴記憶手段とを有し、
    前記電流供給制御手段により前記駆動対象主スイッチング素子がオンされる前に、前記レベル変化履歴記憶手段の記憶内容をクリアすると共に、前記駆動対象主スイッチング素子がオンされてから該駆動対象主スイッチング素子がオフされると、前記レベル変化履歴記憶手段の記憶内容を読み出し、その読み出した記憶内容が、前記監視対象電圧にレベル変化が生じたことを示していなければ、前記通電対象コイルが短絡故障していると判断するように構成されていること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
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