JP2007324262A - 燃料噴射弁の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されるときにピーク電流を流す回数を増加させる手段を備える場合であれ、その信頼性を高く維持しつつも大型化を好適に抑制することのできる燃料噴射弁の駆動装置を提供する。
【解決手段】ECU40から出力される噴射信号に応じて、EDU50では、燃料噴射弁10に所定のピーク電流を流した後、ピーク電流よりも小さい保持電流を流すことで燃料噴射弁10を開弁状態に維持する。バッテリBの電圧が低下しているときには、保持電流が低下し燃料噴射弁10の動作特性が低下するおそれがある。このため、こうした状況下であって、特にスタータが起動されているときに限ってピーク電流を複数回流す多重放電処理を行う。
【選択図】 図1
【解決手段】ECU40から出力される噴射信号に応じて、EDU50では、燃料噴射弁10に所定のピーク電流を流した後、ピーク電流よりも小さい保持電流を流すことで燃料噴射弁10を開弁状態に維持する。バッテリBの電圧が低下しているときには、保持電流が低下し燃料噴射弁10の動作特性が低下するおそれがある。このため、こうした状況下であって、特にスタータが起動されているときに限ってピーク電流を複数回流す多重放電処理を行う。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内燃機関に設けられる電磁駆動式の燃料噴射弁に所定のピーク電流を流した後、該ピーク電流よりも小さい保持電流を流すことで、前記燃料噴射弁を開駆動する駆動装置であって、前記燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されるときに前記ピーク電流を流す回数を増加させる増加手段を備える燃料噴射弁の駆動装置に関する。
この種の駆動装置としては、例えば下記特許文献1に見られるように、駆動装置の電源(バッテリ)の電圧が閾値電圧以下であるときに、ピーク電流を複数回流すものも提案されている。これによれば、バッテリ電圧が低いために燃料噴射弁に対する通電量が不足すると懸念されるときに、これに対処することができる。
ところで、上記ピーク電流を流すに際しては、その電流値が大きいことから、ピーク電流を流す経路における発熱による駆動装置の温度上昇が問題となる。この問題は、近年のディーゼル機関において特に顕著である。すなわち、ディーゼル機関においては、近年、1燃焼サイクル内に複数段の燃料噴射を行ういわゆる多段噴射制御がなされる傾向にある。このため、多段噴射の各噴射毎に燃料噴射弁にピーク電流を流すこととなり、ピーク電流の流通経路の発熱は大きなものとなりやすい。
そして、駆動装置の温度上昇が問題となる場合には、その信頼性が低下することが懸念されるため、信頼性を高く維持すべく、駆動装置そのものの大型化が避けられないものとなっている。
特開2002−237410号公報
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されるときにピーク電流を流す回数を増加させる手段を備える場合であれ、その信頼性を高く維持しつつも大型化を好適に抑制することのできる燃料噴射弁の駆動装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明は、前記燃料噴射弁による単位時間あたりの噴射回数が予め定められた回数以下であるか否かを判断する判断手段と、該判断手段により否定判断されるとき、前記燃料噴射弁に前記ピーク電流が流れる回数を制限する制限手段とを備えることを特徴とする。
単位時間あたりの噴射回数が多いときには、燃料噴射弁にピーク電流を流す際の発熱による温度上昇が、噴射間の期間における放熱による温度低下を上回るおそれがある。この単位時間あたりの噴射回数が多い状況は、内燃機関の高回転速度領域において生じやすい。その一方、高回転速度領域にあっては、内燃機関の出力軸の回転力によって発電するオルタネータの発電量を容易に大きくすることができることなどから、上記通電量の不足が懸念される状況は迅速に解消される傾向にある。このことは、単位時間あたりの噴射回数が小さい状況下において、通電量の不足が問題となりやすいことを意味する。
この点、上記構成では、単位時間あたりの噴射回数が予め定められた回数以下でないときには、増加手段による要求にかかわらずピーク電流が流れる回数を制限することで、単位時間あたりの発熱を抑制する。そして、通電量の不足が問題となりやすいときである単位時間あたりの噴射回数が小さいときには増加手段による増加を行うことで、当該駆動装置の信頼性を高く維持しつつもその大型化を好適に抑制することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記制限手段は、前記予め定められた回数以上ではないと判断されるとき、前記ピーク電流が流れる回数を1回とすることを特徴とする。
上記構成では、制限手段がピーク電流が流れる回数を1回に制限することで、燃料噴射弁の駆動による発熱をより好適に抑制することができる。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記判断手段は、前記内燃機関の出力軸に初期回転を付与するスタータモータが起動されているときに、前記予め定められた回数以下であると判断することを特徴とする。
スタータモータが起動されているときには、内燃機関の出力軸の回転速度が高々アイドル回転速度程度であるため、出力軸の回転速度は内燃機関の運転領域のうちでも最も小さい。そして、回転速度が小さいときには、出力軸の回転角度にて設定される噴射間の時間間隔が長くなる。上記構成では、この点に鑑み、スタータモータの起動の有無に応じて、単位時間あたりの噴射回数の大小を判断することができる。
請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記判断手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が予め定められた回転速度以下であるときに、前記予め定められた回数以下であると判断することを特徴とする。
回転速度が小さいときには、出力軸の回転角度にて設定される噴射間の時間間隔が長くなる。上記構成では、この点に鑑み、出力軸の回転速度に応じて、単位時間あたりの噴射回数の大小を判断することができる。
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記ピーク電流を生成すべく当該駆動装置の電源としてのバッテリの電圧を昇圧する昇圧手段と、該昇圧手段の出力を蓄える蓄積手段と、前記保持電流を流すべく、前記バッテリの電圧によって直接駆動される定電流手段と、前記蓄積手段と前記燃料噴射弁とを導通及び遮断する開閉手段とを備えることを特徴とする。
上記構成では、蓄積手段と燃料噴射弁との間が開閉手段により導通されることでピーク電流を流すことができる。ただし、ピーク電流を流す際には、開閉手段の発熱が問題となり得る。この点、上記構成では、制限手段を備えることで、開閉手段の発熱による温度上昇を好適に抑制することができる。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記増加手段は、前記バッテリの電圧が閾値電圧以下であるとき、前記燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されると判断することを特徴とする。
バッテリ電圧が不足すると、保持電流が不足し燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されるおそれがある。この点、上記構成では、ピーク電流を流す回数を増加させることが要求される状況を、バッテリ電圧と閾値電圧との比較に基づき適切に判断することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる燃料噴射弁の駆動装置をコモンレール式ディーゼル機関の燃料噴射弁の駆動装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
以下、本発明にかかる燃料噴射弁の駆動装置をコモンレール式ディーゼル機関の燃料噴射弁の駆動装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかる燃料噴射システムの全体構成を示す。
コモンレール6は、図示しない燃料タンクから汲み上げられ、加圧供給(圧送)される高圧燃料を蓄える。コモンレール6は、各気筒の燃料噴射弁10(ここでは、1つの気筒の燃料噴射弁のみを例示)に高圧燃料を分配供給する。
燃料噴射弁10は、コモンレール6から供給される高圧燃料を、ディーゼル機関の燃焼室に噴射供給するものである。詳しくは、燃料噴射弁10の先端に、円柱状のニードル収納部12が設けられている。そして、ニードル収納部12には、その軸方向に変位可能なノズルニードル14が収納されている。ノズルニードル14は、燃料噴射弁10の先端部に形成されている環状のニードルシート部16に着座することで、ニードル収納部12を外部(ディーゼル機関の燃焼室)から遮断する一方、ニードルシート部16から離座することで、ニードル収納部12を外部と連通させる。また、ニードル収納部12には、コモンレール6から高圧燃料通路18を介して高圧燃料が供給される。
ノズルニードル14の背面側(ニードルシート部16と対向する側の反対側)は、背圧室20に対向している。背圧室20には、高圧燃料通路18を介してコモンレール6から高圧燃料が供給される。また、ノズルニードル14の中間部には、ニードルスプリング22が備えられており、ニードルスプリング22によりノズルニードル14は燃料噴射弁10の先端側へ押されている。
一方、低圧燃料通路24は燃料タンクに連通しており、低圧燃料通路24と背圧室20との間は、バルブ26によって連通及び遮断される。すなわち、背圧室20と低圧燃料通路24とを連通するオリフィス28がバルブ26によって塞がれることで、背圧室20と低圧燃料通路24とが遮断される一方、オリフィス28が開放されることで背圧室20と低圧燃料通路24とが連通される。
バルブ26は、バルブスプリング30によって燃料噴射弁10の先端側へ押されている。また、バルブ26は、電磁ソレノイド32の電磁力により吸引されることで、燃料噴射弁10の後方側に変位可能となっている。
こうした構成において、電磁ソレノイド32が通電されず電磁ソレノイド32による吸引力が働いていないときには、バルブ26は、バルブスプリング30の力によって、オリフィス28を塞ぐこととなる。一方、ノズルニードル14は、ニードルスプリング22によって燃料噴射弁10の先端側へ押され、ニードルシート部16に着座した状態(燃料噴射弁10の閉弁状態)となる。
ここで、電磁ソレノイド32が通電されると、電磁ソレノイド32による吸引力によりバルブ26は燃料噴射弁10の後方側へ変位し、オリフィス28を開放する。これにより、背圧室20の高圧燃料は、オリフィス28を介して低圧燃料通路24へと移動する。このため、背圧室20の高圧燃料がノズルニードル14へ印加する圧力は、ニードル収納部12内の高圧燃料がノズルニードル14に印加する圧力よりも小さくなる。そして、この圧力差による力が、ニードルスプリング22がノズルニードル14を燃料噴射弁10の先端側へ押す力よりも大きくなると、ノズルニードル14がニードルシート部16から離座した状態(燃料噴射弁10の開弁状態)となる。
このように、燃料噴射弁10は、電磁ソレノイド32への通電制御がなされていないときに閉弁状態となるノーマリークローズ型の噴射弁である。
一方、電子制御装置(ECU40)は、中央処理装置やメモリを備えており、バッテリBから電力を供給される。ECU40は、ディーゼル機関の出力軸の回転角度を検出するクランク角センサ42等のディーゼル機関の運転状態を検出する各種センサや、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ44の検出値を取り込む。そして、これらセンサの検出結果に基づき、ディーゼル機関の出力特性を制御すべく、ディーゼル機関のアクチュエータを操作する。
特にECU40は、上記アクチュエータとしての燃料噴射弁10を操作する。すなわち、クランク角センサ42の検出値に基づく回転速度とアクセルセンサ44の検出値とに基づき、要求噴射量を決定し、これに応じて燃料噴射弁10に対する噴射期間の指令値(指令噴射期間)を設定する。そして、指令噴射期間に応じて電磁ソレノイド32を通電すべく、ドライバユニット(EDU50)に、指令噴射期間に応じたパルス幅を有する噴射信号を出力する。EDU50は、バッテリBから電力を供給されるものであり、噴射信号に応じて電磁ソレノイド32に対する通電処理を行なう。
図2に、EDU50の回路構成を示す。
図示されるように、バッテリBの電圧は、DC−DCコンバータ52によって昇圧され、コンデンサ54に印加される。コンデンサ54は、パワーMOSトランジスタ56、出力端子T1を介して、電磁ソレノイド32の一方の端子に接続されている。電磁ソレノイド32の他方の端子は、EDU50の入力端子T2、選択スイッチ58を介して接地されている。なお、パワーMOSトランジスタ56は、全気筒で共有されている一方、選択スイッチ58は、気筒毎に設けられており、いずれの選択スイッチ58を導通させるかによって、いずれの気筒の電磁ソレノイド32に通電するかを定めることができる。
上記パワーMOSトランジスタ56及び電磁ソレノイド32間のノードN1には、バッテリBの電圧によって直接駆動される定電流回路60が接続されている。定電流回路60は、スイッチング素子62がオン状態とされることで、ダイオード64を介してバッテリBの電力をノードN1に出力し、これにより、電磁ソレノイド32に漸増する電流を流す。また、スイッチング素子62がオフ状態とされた後、フリーホイールダイオード66を介して電磁ソレノイド32に漸減する電流を流す。
上記DC−DCコンバータ52、選択スイッチ58、及びスイッチング素子62は、制御回路68によって操作される。すなわち、制御回路68は、DC−DCコンバータ52を操作して昇圧電力をコンデンサ54に蓄え、ECU40からの噴射信号に応じて選択スイッチ58を導通させる。また、定電流回路60のスイッチング素子62のスイッチング操作により、電磁ソレノイド32を流れる電流を、保持電流Ikに制御する。
ワンショットパルス生成回路70は、ECU40からの噴射信号を取り込み、これに基づき、ワンショットパルスを出力する。このワンショットパルスは、パワーMOSトランジスタ56をオン操作するための信号である。すなわち、パワーMOSトランジスタ56のドレイン及びゲートには、スイッチング素子72のエミッタ及びコレクタがそれぞれ接続されており、また、スイッチング素子72のエミッタ及びベースはループ接続されている。そして、スイッチング素子72のベースが、スイッチング素子74のコレクタ及びエミッタを介して接地されており、スイッチング素子74のベースには、ワンショットパルス生成回路70の出力が印加される。これにより、ワンショットパルス生成回路70からのワンショットパルスがスイッチング素子74のベースに印加されるとき、スイッチング素子72,74がオン状態となり、ひいては、パワーMOSトランジスタ56をオン状態とすることが可能となる。
一方、ヒステリシスコンパレータ76は、ワンショットパルスの出力時、電磁ソレノイド32を流れる電流に応じて、パワーMOSトランジスタ56をオフする機能を有する。すなわち、ヒステリシスコンパレータ76の非反転入力端子には、電磁ソレノイド32を流れる電流に応じた信号としての選択スイッチ58及び接地間のノードN2の電圧が印加されている。そして、ヒステリシスコンパレータ76は、電磁ソレノイド32を流れる電流の値が第1の閾値Iuとなることで論理「H」となり、その後、同電流の値が第1の閾値Iuよりも小さい第2の閾値Idまで低下することで論理「L」となる。
パワーMOSトランジスタ56のゲート及びソースには、スイッチング素子78のエミッタ及びコレクタが接続されており、スイッチング素子78のベースは、スイッチング素子80のコレクタ及びエミッタを介して接地されている。一方、上記スイッチング素子74のベースは、ダイオード82、スイッチング素子84のコレクタ及びエミッタを介して接地されており、スイッチング素子80,84のベースには、ヒステリシスコンパレータ76の出力が印加される。これにより、ワンショットパルスの出力時において、ヒステリシスコンパレータ76の出力が論理「H」となるときには、スイッチング素子80,84がオン状態となることに起因して、パワーMOSトランジスタ56がオフ状態とされる。
このため、ワンショットパルスの出力期間において、電磁ソレノイド32を流れる電流の値が第1の閾値Iuとなると、パワーMOSトランジスタ56がオフ状態とされ、その後、同電流の値が第2の閾値Idまで低下すると、パワーMOSトランジスタ56がオン状態とされるようにパワーMOSトランジスタ56を操作することが可能となる。換言すれば、電磁ソレノイド32を流れる電流が第2の閾値Idまで低下するたびに、第1の閾値Iuの値を有するピーク電流となるようにコンデンサ54の電荷を放電する複数回の放電処理(多重放電)を行うことができる。
ただし、本実施形態では、上記多重放電によるパワーMOSトランジスタ56の発熱による温度上昇を抑制すべく、ディーゼル機関の出力軸に初期回転を付与するスタータモータが起動されて且つ、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるときに限って、上記多重放電を行う。このように多重放電処理を制限する制限手段は、以下のように構成されている。
バッテリBの電圧は、コンパレータ90の非反転入力端子に印加され、コンパレータ90の反転入力端子には、基準電圧が印加される。この基準電圧は、バッテリBの電圧を上記閾値電圧Vthと比較するための電圧である。なお、バッテリBの電圧を直接コンパレータ90の非反転入力端子に印加する構成とするなら、基準電圧は、閾値電圧Vthそのものとしてよい。
OR回路92では、コンパレータ90の出力とスタータモータの駆動信号のインバータ91による論理反転信号との論理和信号が生成され、出力される。OR回路92の出力端子は、スイッチング素子94のエミッタ及びコレクタを介してスイッチング素子96のベースに接続されている。スイッチング素子96のエミッタは、ワンショットパルス生成回路70のワンショットパルス用の電荷を蓄積する部分と接続されており、スイッチング素子96のコレクタは接地されている。そして、スイッチング素子94のベースは、スイッチング素子84のコレクタと接続されている。
ここで、EDU50による電磁ソレノイド32の通電処理に関する動作について詳述する。
図3に、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であって且つスタータモータが起動されているときの動作を示す。詳しくは、図3(a)に、ECU40から出力される噴射信号の推移を示し、図3(b)に、選択スイッチ58の操作信号の推移を示し、図3(c)に、ワンショットパルス生成回路70の出力するワンショットパルスの推移を示す。また、図3(d)に、ヒステリシスコンパレータ76の出力信号の推移を示し、図3(e)に、ワンショットパルス生成回路70の出力端子とダイオード82との接続点(ノードN3)の電圧の推移を示し、図3(f)に、スイッチング素子62の操作信号の推移を示し、図3(g)に、電磁ソレノイド32を流れる電流の推移を示す。
図示されるように、噴射信号が立ち上がると、上記制御回路68により、選択スイッチ58がオン状態とされる。また、ワンショットパルス生成回路70からワンショットパルスが出力されるために、ノードN3の電位が上昇する。このため、パワーMOSトランジスタ56がオン状態とされ、電磁ソレノイド32にコンデンサ54の放電電流が流れる。そして、電磁ソレノイド32の電流が第1の閾値Iuに達すると、上記ヒステリシスコンパレータ76の出力信号が論理「H」となる。これにより、上記スイッチング素子80,78,84がオンとなり、上記スイッチング素子74がオフとなることで、パワーMOSトランジスタ56がオフとなる。この際、コンパレータ76の閾値が変更されるために、図3(f)に一点鎖線にて示されるように、電磁ソレノイド32の電流と比較対象となる閾値は、第1の閾値Iuから第2の閾値Idへと切り替る。そして、電磁ソレノイド32を流れる電流が第2の閾値Idまで低下すると、ヒステリシスコンパレータ76の出力が論理「L」となる。このため、再度パワーMOSトランジスタ56がオン状態となり、コンデンサ54の放電電流が電磁ソレノイド32に流れる。これにより、ワンショットパルスの出力期間において、電磁ソレノイド32に、コンデンサ54からの放電電流が複数回流れる多重放電処理がなされる。
そして、ワンショットパルスの出力期間が経過すると、電磁ソレノイド32の電流が下限値IkLとなることでスイッチング素子62をオン操作し上限値IkHとなることでスイッチング素子62をオフ操作する上記制御回路68によるチョッパ制御によって、電磁ソレノイド32の電流が保持電流Ikに保持される。そして、噴射信号が論理「L」となることで、定電流回路60の操作が停止され、選択スイッチ58がオフとされる。
図4に、バッテリBの電圧が閾値電圧Vthを上回るときや、スタータモータが起動されていないときの動作を示す。なお、図4(a)〜図4(g)は、先の図3(a)〜図3(g)と対応している。
図示されるように、噴射信号が立ち上がることで、パワーMOSトランジスタ56がオン状態となり、これにより、電磁ソレノイド32にコンデンサ54の放電電流が流れる。そして、電磁ソレノイド32を流れる電流が第1の閾値Iuに達すると、ヒステリシスコンパレータ76の出力が論理「H」となり、パワーMOSトランジスタ56がオフ状態とされる。ここで、バッテリBの電圧が閾値電圧Vthを上回るか、スタータ信号が論理「L」であるときには、OR回路92の出力が論理「H」となっている。このため、ヒステリシスコンパレータ76の出力が論理「H」となるに伴い、スイッチング素子84,94,96が順にオン状態となる。このため、ワンショットパルス生成回路70においてワンショットパルスを生成するための電荷が接地へと放電され、ワンショットパルス生成回路70の出力信号が論理「L」となる。したがって、電磁ソレノイド32を流れる電流が第2の閾値Idまで低下し、ヒステリシスコンパレータ76の出力が論理「H」となっても、パワーMOSトランジスタ56はオン状態とはならない。このため、噴射信号が取り込まれることで、電磁ソレノイド32にコンデンサ54からの放電電流を一回のみ供給する単一放電処理がなされる。
したがって、図5に示されるように、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であって(ステップS10:YES)且つ、スタータモータが起動されているとき(ステップS12:YES)には、多重放電処理がなされる(ステップS14)。これに対し、上記2つの条件の少なくとも一方が満たされないときには、単一の放電処理がなされる(ステップS16)。
このように本実施形態では、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるときには、スタータの起動を条件に、多重放電処理がなされる。ここで、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるときには、バッテリBの電圧によって直接駆動される定電流回路60による電磁ソレノイド32への通電量が不足すると懸念される。そしてこれにより、電磁ソレノイド32がバルブ26を吸引する吸引力が不足し、ひいては、燃料噴射弁10の動作特性が低下するおそれがある。こうした状況下、多重放電処理を行うことで、電磁ソレノイド32によるバルブ26の吸引力の低下を補償する。
ただし、多重放電処理をするときには、パワーMOSトランジスタ56に大電流が複数回流れるために、パワーMOSトランジスタ56の発熱量が増大し、ひいては、パワーMOSトランジスタ56の温度上昇を招くおそれがある。特に、単位時間あたりの燃料噴射回数が大きいときには、前回の多重放電処理と今回の多重放電処理との間の期間の時間間隔が短くなるため、この期間におけるパワーMOSトランジスタ56の放熱によっては多重放電による発熱による温度上昇を回避することができなくなるおそれがある。
この点、本実施形態では、スタータが起動されているときとの条件を、多重放電処理を実行するための条件に加えている。スタータ起動時のディーゼル機関の回転速度は、高々アイドル回転速度程度である。したがって、上記条件によれば、隣接する気筒間での燃焼行程同士の時間間隔が長いときに限って多重放電処理を行うことができる。換言すれば、多重放電処理間の時間間隔が長いときに限って多重放電処理を行うことができる。しかも、スタータ起動時には、通常、1燃焼サイクル内の噴射段数もそれほど多くないため、単位時間あたりの多重放電処理の回数が少ないときに限って多重放電処理をすることとなり、多重放電処理による発熱に起因する温度上昇を、多重放電処理間の放熱によって好適に回避することができる。
またスタータ起動時は、通電量の不足による燃料噴射弁の動作特性の低下が特に問題となりやすいときともなっている。すなわち、スタータがバッテリBにて駆動されるために、スタータ起動時にはバッテリBの電圧が低下しやすく、これに伴う燃料噴射弁10の動作特性の低下がディーゼル機関の始動性に大きな影響を及ぼす。これに対し、スタータ起動時以外においては、バッテリBの電圧が低下したとしても、この低下は、速やかにオルタネータの発電によって補われる。このため、スタータ起動時は、バッテリBの電圧の低下による燃料噴射弁10の動作特性の低下が最も問題となりやすいときである。本実施形態では、こうしたときに限って多重放電処理を行うことで、パワーMOSトランジスタ56等の大型化を招くことなく、EDU50の信頼性を高く維持することができる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるときに多重放電処理を行う構成において、スタータモータが起動されていないときには、多重放電処理を禁止した。これにより、通電量の不足による燃料噴射弁10の動作特性の低下が最も問題となりやすい状況においてこれに対処しつつも、多重放電処理による単位時間あたりの発熱を抑制することができる。このため、EDU50の信頼性を高く維持しつつもその大型化を好適に抑制することができる。
(2)ピーク電流を生成すべくバッテリBの電圧を昇圧するDC−DCコンバータ52と、昇圧された電力を蓄えるコンデンサ54と、保持電流を流すべくバッテリBの電圧によって直接駆動される定電流回路60と、コンデンサ54及び燃料噴射弁10を導通及び遮断するパワーMOSトランジスタ56とを備えてEDU50を構成した。これにより、パワーMOSトランジスタ50を導通状態とすることで電磁ソレノイド32にピーク電流を流すことができ、燃料噴射弁10の動作特性を高く維持することができる反面、ピーク電流によりパワーMOSトランジスタ56の発熱が問題となり得る構成となっている。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、バッテリBの電圧の大小にかかわらず、スタータ起動時に多重放電処理を行う。図6に、本実施形態にかかるEDU50の構成を示す。図示されるように、スタータ信号がインバータ91を介してスイッチング素子94のエミッタに印加される構成となっている。これにより、図7に示されるように、スタータが起動されているときには(ステップS22:YES)、多重放電処理が行われ(ステップS24)、スタータが起動されていないときには(ステップS22:NO)、単一放電処理が行われる。
ここで、スタータモータはバッテリBによって駆動されるものであるため、スタータ起動時には通常、バッテリBの電圧が低下しやすい。この点、本実施形態では、スタータ起動時を通電量が不足することが懸念されるときとして多重放電処理をする。すなわち、本実施形態では、通電量が不足することが懸念されるときと、単位時間あたりの噴射回数が予め定められた回数以下であるときとの判断を、いずれもスタータが起動されるときとする。これにより、先の図2に示した構成と比較して簡易な構成にて、燃料噴射弁10の動作特性の低下が特に問題となりやすいときにこれに対処することができる。
以上説明した本実施形態によれば、より簡易な構成にて、先の第1の実施形態の上記効果に準じた効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であって且つ、ディーゼル機関の出力軸の回転速度が予め定められた回転速度α以下であるときに限って多重放電処理を行う。図8に、本実施形態にかかるEDU50の構成を示す。図示されるように、OR回路92には、コンパレータ90の出力に加えて、ディーゼル機関の出力軸の回転速度NEに応じた2値信号が入力されている。これにより、図9に示されるように、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であって(ステップS32:YES)且つ出力軸の回転速度が回転速度α以下であるときに(ステップS34:YES)、多重放電処理が行われ(ステップS36)、それ以外のときいは、単一放電処理が行われる(ステップS38)。
ここで、ディーゼル機関の出力軸の回転速度は、出力軸の所定の回転角度の回転に要する時間と相関を有するパラメータである。このため、上記処理では、回転速度αを、多重放電処理を行ったときの単位時間あたりの発熱が、パワーMOSトランジスタ56等の温度上昇を許容範囲とすることのできる限界値となるように設定する。そして、回転速度α以下であるときに、ECU40から上記OR回路92に論理「L」の信号を出力することで、この場合に限って多重放電処理を行うことが可能となる。
回転速度が小さい領域には、上記スタータ起動時やアイドル運転時等が含まれる。そして、回転速度が小さい領域にあっては、オルタネータによる発電量が小さいために、バッテリBの電圧の低下による燃料噴射弁10の動作特性の低下が補償されるまでに時間がかかりやすい。このため、回転速度が小さい領域は、バッテリBの電圧の低下による燃料噴射弁10の動作特性の低下の影響が問題となりやすい領域となっている。この点、本実施形態では、こうした領域に限って多重放電処理を行うことで、燃料噴射弁10の動作特性の低下が問題となりやすい状況においてこれに対処しつつも、多重放電処理による単位時間あたりの発熱を抑制することができる。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(2)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(3)バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるときに多重放電処理を行う構成において、ディーゼル機関の出力軸の回転速度が予め定められた回転速度αよりも大きいときに、多重放電処理を禁止した。これにより、バッテリBの電圧の低下による燃料噴射弁10の動作特性の低下が問題となりやすい状況においてこれに対処しつつも、多重放電処理による単位時間あたりの発熱を抑制することができる。このため、EDU50の信頼性を高く維持しつつもその大型化を好適に抑制することができる。
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、先の第3の実施形態との相違点を中心に、図面を参照しつつ説明する。
図10に、本実施形態にかかる燃料噴射弁10に対する通電処理の手順を示す。この処理は、ECU40及びEDU50によって行われる。
この一連の処理では、EDU50において、バッテリBの電圧が閾値電圧Vth以下であるか否かが判断される(ステップS42)。
一方、ECU40においては、以下の処理がなされる。まず、別のロジックにて算出される1燃焼サイクル内の噴射段数Nが取得される(ステップS44)。そして、噴射段数に応じて、回転速度の閾値NEth(N)が算出される。この閾値NEth(N)は、噴射段数Nであるとの前提において、多重放電を行うことによるパワーMOSトランジスタ56の発熱に起因する温度上昇を許容範囲内に抑えることのできる限界値に基づき設定されている。閾値NEthは、噴射段数が多いほど小さい値とされる。続くステップS48では、実際の回転速度が閾値NEth(N)以下であるか否かが判断される(ステップS48)。
そして、ステップS42及びステップS48の双方において肯定判断されるときに限って多重放電処理がなされる(ステップS50)。これに対し、ステップS42及びステップS48の少なくとも一方において否定判断されるときには、単一放電処理がなされる(ステップS52)。
以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(2)の効果や、先の第3の実施形態の上記(3)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
(4)噴射段数に応じて回転速度の閾値NEthを可変設定することで、パワーMOSトランジスタ56等の単位時間あたりの発熱が許容範囲を超えた温度上昇をもたらすか否かをより精度良く判断することができる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・第4の実施形態において、噴射段数が所定の段数を超えるときと回転速度が回転速度αを超えるときとの論理和条件が成立するときに多重放電処理を禁止するようにしてもよい。
・多気筒機関に限らず、単一の気筒を有するディーゼル機関であってもよい。この場合、出力軸の回転速度が大きいときや噴射段数が多いときに、多重放電処理を禁止すればよい。
・多重放電処理の制限手法としては、これを禁止して単一放電処理にするものに限らず、多重放電回数を低減するものであってもよい。
・多重放電処理を行う機能を有するEDU50の回路構成としては、先の図2等において例示したものに限らない。例えば先の第1の実施形態において、スタータが起動されていないときには、先の図3(g)に示した第2の閾値Idを保持電流Ikよりも低下させる構成としてもよい。これにより、スタータが起動されていないときには、電磁ソレノイド32を流れる電流が第1の閾値Iuに達した後、保持電流Ikまで低下することで定電流回路60の操作によって保持電流Ikに制御され、第2の閾値Idまで低下しない。このため、多重放電処理が行われない。なお、この構成は、ヒステリシスコンパレータ76の閾値をスタータの起動の有無に応じて可変とすることで実現することができる。また、ワンショットパルス生成回路70の機能をECU40に備えることとし、回転速度に応じてワンショットパルスのパルス幅を可変設定するようにしてもよい。
10…燃料噴射弁、40…(駆動装置の一実施形態)、50…EDU(駆動装置の一実施形態)、54…コンデンサ(蓄積手段の一実施形態)、56…パワーMOSトランジスタ(開閉手段の一実施形態)、60…定電流回路(定電流手段の一実施形態)。
Claims (6)
- 内燃機関に設けられる電磁駆動式の燃料噴射弁に所定のピーク電流を流した後、該ピーク電流よりも小さい保持電流を流すことで、前記燃料噴射弁を開駆動する駆動装置であって、前記燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されるときに前記ピーク電流を流す回数を増加させる増加手段を備える燃料噴射弁の駆動装置において、
前記燃料噴射弁による単位時間あたりの噴射回数が予め定められた回数以下であるか否かを判断する判断手段と、
該判断手段により否定判断されるとき、前記燃料噴射弁に前記ピーク電流が流れる回数を制限する制限手段とを備えることを特徴とする燃料噴射弁の駆動装置。 - 前記制限手段は、前記予め定められた回数以下ではないと判断されるとき、前記ピーク電流が流れる回数を1回とすることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁の駆動装置。
- 前記判断手段は、前記内燃機関の出力軸に初期回転を付与するスタータモータが起動されているときに、前記予め定められた回数以下であると判断することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料噴射弁の駆動装置。
- 前記判断手段は、前記内燃機関の出力軸の回転速度が予め定められた回転速度以下であるときに、前記予め定められた回数以下であると判断することを特徴とする請求項1又は2記載の燃料噴射弁の駆動装置。
- 前記ピーク電流を生成すべく当該駆動装置の電源としてのバッテリの電圧を昇圧する昇圧手段と、
該昇圧手段の出力を蓄える蓄積手段と、
前記保持電流を流すべく、前記バッテリの電圧によって直接駆動される定電流手段と、
前記蓄積手段と前記燃料噴射弁とを導通及び遮断する開閉手段とを備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料噴射弁の駆動装置。 - 前記増加手段は、前記バッテリの電圧が閾値電圧以下であるとき、前記燃料噴射弁に対する通電量の不足が懸念されると判断することを特徴とする請求項5記載の燃料噴射弁の駆動装置。
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- 2006-05-31 JP JP2006151039A patent/JP2007324262A/ja active Pending
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