JP2012225288A

JP2012225288A - 通電状態監視装置

Info

Publication number: JP2012225288A
Application number: JP2011094729A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Wakita; 和慶脇田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】ケーブルの断線等の異常をより一層確実に検出する。
【解決手段】電流を供給する供給回路５と負荷（インジェクタ）とをケーブル７により接続し、負荷と受動回路とをケーブル８により接続し、ケーブルの導線７ａ〜７ｃに沿って電流検知線９を配線し、導線および電流検知線を被覆シールド７ｄにより外囲する。導線に電流が流れることにより生じる誘導電流を電流検出回路により検出することにより、ケーブルの断線異常の有無を判定する。さらに、電流検知線に対する外部からの電磁波を被覆シールド７ｄにより遮断することができ、外部からの電磁波による誘導電流が電流検知線には誘起されないため、ケーブル７の異常判定をより一層確実に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通電状態監視装置に関し、特に、負荷に電流を流すケーブルの異常を検出し得る通電状態監視装置に関するものである。

従来、例えば内燃機関（エンジン）に燃料を噴射するためのインジェクタにおいて、気筒内に燃料を直接噴射する場合には高圧で駆動するべく、バッテリから供給される電圧を昇圧してインジェクタに印加することがある。その場合、気筒数と同数のインジェクタに対して昇圧回路となる供給回路を同数設けることなく、例えば四気筒エンジンで、インジェクタの電源側には１つのＤＣ−ＤＣコンバータから分けた２つの供給回路を設け、インジェクタの接地側には各インジェクタを個々に制御するべく同数の受動回路（リレーやパワートランジスタ等）を設けて、１つの供給回路で２つのインジェクタを制御するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。これによれば、１つの供給回路で２つのインジェクタを制御することから、システムを簡素化できる。

特開２０００−７３８４０号公報

一方、供給回路から受動回路に至るケーブル（ハーネス）の異常（断線）を検出するために、インジェクタの受動回路側に電流検出用の抵抗を設け、その抵抗への電流の有無により、接続されているハーネスの異常を検出することができる。上記特許文献１のものでは、ペアとなる２つのインジェクタに対応する２つの受動回路に共通の電流検出用抵抗を設けている。例えば、一方の受動回路に接続されているケーブルが断線した場合には、その一方の受動回路により対応するインジェクタへの電流供給のタイミングで電流検出用抵抗に電流が流れないことにより、ケーブルの異常（断線）を検出することができる。

しかしながら、１つの供給回路で２つのインジェクタに電流を供給することから、その一方のインジェクタから受動回路に至るケーブルが断線して接地した場合には、他方のインジェクタに電流を流すタイミングで、接地しているインジェクタにも電流が流れてしまう。その場合には、他方のインジェクタに対しては正常と判定されてしまうため、接地した方のインジェクタに電流を供給するタイミングになるまでそのケーブルの異常を検出することができないばかりでなく、その場合には本来の噴射タイミングではない場合でも燃料が噴射されてしまうため、燃費の悪化をも招いてしまうという問題がある。

このような課題を解決して、ケーブルの断線等の異常をより一層確実に検出するために、本発明に於いては、負荷（１ａ・１ｂ・１ｃ）に電流を供給する供給回路（５）と、前記供給回路から前記負荷に電流を流す導線（７ａ・７ｂ・７ｃ・８ａ・８ｂ・８ｃ）及び外部からの電磁波を遮断するべく当該導線を外囲する被覆シールド（７ｄ・８ｄ）を備えるケーブル（７・８）と、前記被覆シールドの内側にて前記導線に流れる電流により誘導される誘導電流が流れるように設けられた電流検知線（９）と、前記電流検知線に前記誘導電流が流れたことを検出する電流検出回路（１１）とを有するものとした。

これによれば、負荷に流す電流がケーブルの導線に流れると、その電流の時間変化によって誘導された誘導電流が電流検知線にノイズとして流れ、そのノイズを電流検出回路で検出することができるため、負荷に対応した導線の異常の有無を直接的に検知することができる。さらに、被覆シールドにより導線および電流検知線を外囲していることから、外部からの電磁波による誘導電流が電流検知線には誘起されないため、ケーブルの異常判定をより一層確実に検出することができる。

特に、前記負荷の電源側に前記供給回路（５）が設けられかつ前記負荷の接地側に受動回路（６ａ・６ｂ・６ｃ）が設けられていると共に、前記供給回路および前記受動回路とは、それぞれ前記ケーブルを介して前記負荷と接続され、前記供給回路に供給制御信号を出力すると共に前記受動回路に受動制御信号を出力する制御回路（３）を有し、前記制御回路は、前記制御回路から前記供給制御信号のみが出力されかつ前記導線に電流が流れたことが前記検出回路により検出された場合には前記ケーブルが異常であると判定するとよい。これによれば、供給回路に対する供給制御信号と受動回路に対する受動制御信号との両制御信号が出力されることにより負荷に電流が供給されるため、供給制御信号のみを出力して負荷に電流が流れるか否かを検出し、導線に電流が流れたことが検知された場合には導線が接地している異常であると判定できる。

また、前記供給回路が１つ設けられ、かつ前記負荷（１ａ・１ｂ・１ｃ）と前記受動回路（６ａ・６ｂ・６ｃ）とはそれぞれ同数で複数設けられていると共に、前記供給回路に互いに分岐された複数の前記導線が接続され、前記導線は、前記供給回路から分岐されて複数の前記負荷および前記受動回路に接続され、１本の前記電流検知線が、複数の前記導線のそれぞれと対をなすように複数の前記導線間を引き回されているとよい。これによれば、単一の供給回路に対して分岐された複数の導線を介して接続された複数の負荷および複数の受動回路を設けた構成において、１本の電流検知線を各導線間に引き回すようにして各導線に沿わせることにより、１本の電流検知線でいずれかの導線の異常を検出することができるので、回路の簡素化およびコスト低減を実現することができる。

また、前記供給回路が１つ設けられ、かつ前記負荷と前記受動回路とはそれぞれ同数で複数設けられていると共に、前記導線は、前記供給回路から分岐されて複数の前記負荷および前記受動回路に接続され、複数の前記導線と同数の前記電流検知線（９ａ・９ｂ・９ｃ）が、複数の前記導線のそれぞれと対をなすように設けられているとよい。これによれば、単一の供給回路に対して分岐された複数の導線を介して接続された複数の負荷および複数の受動回路を設けた構成において、各導線毎に電流検知線が設けられていることから、個々に導線の異常を検出することができるため、異常箇所の特定が容易になり、修理を速やかに行うことができる。

また、前記負荷は、エンジンに燃料を噴射するためのインジェクタであるとよい。これによれば、各気筒に対応して複数のインジェクタが設けられている多気筒エンジンにおいて、ケーブル異常の検出遅れによって余剰な燃料が噴射されてしまうことや、気筒休止制御を行うようにした場合にシステムに損傷が生じること等を防止し得る。

また、前記負荷は、電動モータを駆動するためのコイルであるとよい。これによれば、モータを駆動する際に誘導される電圧の立ち上がり方向を監視することにより、回生等によるモータの回転方向の違い、すなわち負荷への電流駆動方向の監視を行うことができるばかりでなく、負荷に対して同時に電流が流れてモータがロックして破損することを防ぐことができる。

このように本発明によれば、供給回路と負荷と受動回路とをケーブルで接続し、ケーブルの導線に電流検知線を沿わせると共にそれらを被覆シールドにより外囲することにより、負荷に流す電流が導線に流れると、その導線に流れる電流の時間変化によって誘導された誘導電流が電流検知線にノイズとして流れ、そのノイズを電流検出回路で検出することができ、ケーブルが正常であるか否かを判定することができる。さらに、被覆シールドにより導線および電流検知線を外囲していることから、外部からの電磁波による誘導電流が電流検知線には誘起されないため、ケーブルの異常をより一層確実に判定することができる。

本発明が適用されたインジェクタ制御回路の一例を示す要部回路図である。電流検知線の配線形態の第２の例を示す図である。制御要領を説明するタイムチャートである。電流検知線の配線形態の第３の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された多気筒エンジンの３気筒分のインジェクタ制御回路の一例を示す要部回路図である。３気筒は一例であり、２気筒または４気筒以上にも適用可能である。

図１では、第１負荷１ａと第２負荷１ｂと第３負荷１ｃとの３つの負荷が設けられている。各負荷１ａ・１ｂ・１ｃは、図示されないエンジンの気筒内に燃料を噴射するためのインジェクタであり、それぞれ気筒毎に設けられている。各負荷１ａ〜１ｃはインジェクタ駆動ユニット２により駆動制御される。

インジェクタ駆動ユニット２には、全体の制御を行う制御回路としてのＣＰＵ３と、電源に電源端子Ｖｃを介して接続された昇圧回路４と、昇圧回路４の出力端に接続された供給回路５と、各負荷１ａ〜１ｃの供給回路５側とは相反する側にそれぞれ接続された第１受動回路６ａ・第２受動回路６ｂ・第３受動回路６ｃとが設けられている。供給回路５および受動回路６ａ〜６ｃは、スイッチング回路であり、リレーやパワートランジスタにより構成されている。供給回路５からは１本の出力線５ａが出ており、その出力線５ａは３本に分岐されてそれぞれ各外部接続端子２ａ・２ｂ・２ｃに接続されている。また、各受動回路６ａ〜６ｃの入力側はそれぞれ各外部接続端子２ｄ・２ｅ・２ｆと接続されている。なお、以下の説明では、各回路や素子において電源端子Ｖｃ側を上流側とし、接地側を下流側と称する。

各端子２ａ〜２ｃと各負荷１ａ〜１ｃの上流側との間にはケーブル７の各導線７ａ・７ｂ・７ｃが接続され、各負荷１ａ〜１ｃの下流側と各端子２ｄ〜２ｆとの間にはケーブル７と同様のケーブル８の各導線８ａ・８ｂ・８ｃがそれぞれ接続されている。また、各導線７ａ〜７ｃおよび８ａ〜８ｃは、例えば網組シールドによる各被覆シールド７ｄ・８ｄにより外囲されている。被覆シールド７ｄ・８ｄは外部からの電磁波を遮断する材料からなる。

そして、ケーブル７の被覆シールド７ｄの内側（シールド７ｄと導線７ａ〜７ｃとの間）には電流検知線９が挿通されている。図では導線７ｃのみに電流検知線９が対応しているように示されているが、例えば、４芯ケーブルの円筒状の外被の内側に被覆シールド７ｄが積層状態に設けられ、その被覆シールド７ｄの内側に各導線７ａ〜７ｃと電流検知線９とが互いに相対的に延在するようにまとめられて１本の軸を形成するようにされていてよい。

インジェクタ駆動ユニット２の端子２ｇに電流検知線９の一端が接続され、電流検知線９の他端は端子２ｈに接続されている。インジェクタ駆動ユニット２内には、電源端子Ｖｃと端子２ｇとの間に抵抗Ｒ１が直列に接続され、端子２ｈとＣＰＵ３との間には電流検出回路としての受信回路１１が接続されている。その受信回路１１と端子２ｈとの間には抵抗Ｒ２の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。各受動回路６ａ〜６ｃの下流側は１つに結合され、その結合部は抵抗Ｒ３を介して接地端子Ｅｃに接続されている。各受動回路６ａ〜６ｃの下流側結合部と抵抗Ｒ３との間はＡ／Ｄ回路１２を介してＣＰＵ３に接続されている。なお、Ａ／Ｄ回路１２は、各受動回路６ａ〜６ｃから接地端子Ｅｃに流れる電流の有無を検出することにより、電流系路のいずれかに断線があるか否かを検出するための公知の回路である。

ＣＰＵ３は、供給回路５には各負荷１ａ〜１ｃを駆動する（燃料噴射の実行）ための供給制御信号を出力する。供給制御信号が出力されるタイミングは、図示されないエンジン制御回路からの各気筒に対応した燃料噴射タイミングである。また、ＣＰＵ３は、第１負荷１ａに対応する気筒への噴射タイミングで第１受動回路６ａをオンする受動制御信号を第１受動回路６ａに出力し、同様に、第２負荷１ｂに対応する気筒への噴射タイミングでは第２受動回路６ｂを、第３負荷１ｃに対応する気筒への噴射タイミングでは第３受動回路６ｃを、それぞれオンする受動制御信号を第２受動回路６ｂおよび第３受動回路６ｃの対応する方に出力する。このように、供給制御信号は気筒の別に関係なく全気筒を対象とする燃料噴射タイミングで出力され、各受動制御信号は気筒毎に対応する燃料噴射タイミングでそれぞれ出力される。

受信回路１１は、電流検知線９に流れる電流の変化を検出する。電流検知線９には電源電圧を抵抗Ｒ１を介して低下させた一定電圧Ｖｄを印加しておく。受信回路１１では、電流検知線９に流れる定電流を検出すると共に、各負荷１ａ〜１ｃに電流が流れた時に生じるパルス的な誘導電流を検出することができる。これにより、ＣＰＵ３では、供給回路５と各受動回路６ａ〜６ｃとに対する出力タイミングで上記誘導電流が検出された場合には正常であると判定でき、誘導電流が検出されなかった場合には導線７ａ〜７ｃおよび８ａ〜８ｃのいずれかが断線したか、電流検知線９が断線したかを判定できる。なお、電流検知線９には定電圧Ｖｄ（例えば２．５Ｖ）が印加されていることから、電流検知線９が断線した場合には受信回路１１の入力側は抵抗Ｒ２を介して接地されるため、受信回路１１に接地レベルの信号が入力されることにより電流検知線９の断線を判定できる。

さらに、導線７ａ〜７ｃおよび電流検知線９を被覆シールド７ｄにより外囲していることから、電流検知線９に対する外部からの電磁波を被覆シールド７ｄにより遮断することができ、外部からの電磁波による誘導電流が電流検知線９には誘起されないため、ケーブル７の異常判定をより一層確実に行うことができる。なお、ケーブル７の全体も被覆シールド７ｅにより外囲されている。

次に、図２を参照して電流検知線９の配線形態の第２の例について説明する。図２（ａ）に示されるように、この第２の例では、電流検知線９は、各導線７ａ〜７ｃのそれぞれと対をなし、かつ各導線７ａ〜７ｃに流れる電流Ｉの向きに対して電流検知線９に流れる電流Ｉｓの向きが反対向きになるように、端子２ｇから端子２ｈに至るまで各導線７ａ〜７ｃ間を引き回されるように配線されている。また、図２（ｂ）に示されるように、各導線７ａ〜７ｃと電流検知線９のそれぞれに対応する部分とが、２芯シールドケーブルのようにそれぞれ被覆シールド７ｄにより外囲されている。なお、図２では説明の簡略化から電流検知線９を導線２ｃで端子２ｈに接続しているが、図１に適用する場合には、さらに導線８ａ〜８ｃに対しても同様に配線してから端子２ｈに接続する。

このようにすることにより、導線７ａを代表して説明すると、導線７ａに流れる電流の向きと電流検知線９に流れる電流の向きとが逆向きになり、電流検知線９の誘導電流を感知する部位において、導線７ａと電流検知線９との間に生じるクロストーク結合のうち、静電結合により生じる電流の流れと、誘導電流により生じる電流の流れとが打ち消し合うことなく、受信回路１１にて電流を検知することができる。

ノイズを生じるクロストーク結合には静電結合と電磁結合との２種類があり、静電結合の場合には導線７ａで第１負荷１ａに電流が流れて電圧降下が生じると、電流検知線９に正のノイズ電流が発生し、その向きは電流検知線９に流れている電流とは反対向きになる。一方、電磁結合の場合には導線７ａに電流が流れると、それにより生じる磁束を打ち消すように電流検知線９に負のノイズ電流が発生し、その向きは電流検知線９に流れている電流と同じ向きになる。これにより、電磁結合の誘導電流の向きが電流検知線９に流れている定電流Ｉｓの向きと一致し、導線７ａに電流が流れたことによる誘導電流を容易に検知することができる。

上記第２の例におけるケーブル７の異常を検知する要領について図３を参照して説明する。図３では、供給回路５と各受動回路６ａ〜６ｃとの各制御信号出力波形と、各負荷１ａ〜１ｃに印加される電圧波形と、電流検知線９に生じる電流変化に対応して受信回路１１で検出される検知電圧の電圧波形とが示されている。なお、電流検知線９には上記したように定電圧Ｖｄが印加されており、これにより、誘導電流を検知する受信回路１１には常に定電圧Ｖｄが印加されて定電流が流れ、正常時には、定電流に加えてパルス的な誘導電流が図３の最下段に示されるように流れる。そして、定電圧Ｖｄを印加していることにより、電流検知線９が断線した場合にはグラウンドに落ちるため、その電圧差により電流検知線９自体の故障検知も可能である。

図３の前半では正常時の各波形が示されており、供給回路５から燃料噴射のタイミングでオン信号が連続的に出力され、各受動負荷６ａ〜６ｃからはそれぞれの対応する気筒への噴射タイミングでオン信号が順次出力される。したがって、供給回路５および各受動負荷６ａ〜６ｃのオン波形の立ち上がりのタイミングで受信回路１１に正の検知波形が生じ、同様に各オン波形の立ち下がりのタイミングで負の検知波形が生じる。このようにして正負の検知波形が生じることによりケーブル７が正常であると判定できる。

一方、各負荷１ａ〜１ｃの電流系路における断線（接地）の有無を検出する場合には、供給回路５および全受動回路６ａ〜６ｃのオフ状態の間でありかつ任意の周期で供給回路５からテスト信号Ｖｔを出力する（図の時刻Ｔ１）。なお、テスト信号Ｖｔの電圧および出力時間は、第１負荷１ａが燃料噴射にまでは至らない程度にする。

図に示される時刻Ｔ１で例えば導線８ａが断線により接地した場合には、その後のテスト信号Ｖｔの出力により、第１負荷１ａにテスト信号Ｖｔに応じた電圧波形が生じ、受信回路１１ではテスト信号Ｖｔに応じた正負の検知波形が生じるため、その検知波形を検出することによりケーブル８の異常を検出することができる。このような異常が判定された場合には、図３の後半に示されているように、供給回路５からの出力を停止する。図では各受動回路６ａ〜６ｃからの出力は続けられているが、供給回路５を停止することにより燃料噴射は行われない。他の導線８ｂ・８ｃの断線（接地）の場合も同様に異常を検出することができる。

また、図４に第３の例を示す。この第３の例では、電流検知線９を３本の分岐線９ａ・９ｂ・９ｃに分岐し、それぞれを各導線７ａ〜７ｃ別に沿わせて配線し、それぞれに対応する受信回路１１ａ・１１ｂ・１１ｃを設ける。このようにすることにより、供給回路５からテスト信号Ｖｔが出力された場合に、受信回路１１ａ・１１ｂ・１１ｃにおける断線（接地）している導線に対応するものに電圧波形が生じるため、複数の負荷に対する各電流系路のどれに異常が有るかを特定することができ、異常箇所を精度良く判別でき、修理が容易となる。

上記実施の形態では負荷１ａ〜１ｃをエンジンのインジェクタとした例について示したが、本発明の対象とする負荷としては電動モータを駆動するコイルにも適用可能である。モータのコイルに適用した場合には、誘導される電圧の立ち上がり方向の監視により、回生等によるモータの回転方向の違い、すなわち負荷への電流駆動方向の監視を行ったり、負荷に対して同時に電流が流れてモータがロックして破損することを防止することができる。

１ａ・１ｂ・１ｃ負荷
３ＣＰＵ（制御回路）
５供給回路
６ａ・６ｂ・６ｃ受動回路
７ａ・７ｂ・７ｃ導線
８ａ・８ｂ・８ｃ導線
７・８ケーブル
９電流検知線
９ａ・９ｂ・９ｃ電流検知線
１１受信回路（電流検出回路）

Claims

負荷に電流を供給する供給回路と、
前記供給回路から前記負荷に電流を流す導線及び外部からの電磁波を遮断するべく当該導線を外囲する被覆シールドを備えるケーブルと、
前記被覆シールドの内側にて前記導線に流れる電流により誘導される誘導電流が流れるように設けられた電流検知線と、
前記電流検知線に前記誘導電流が流れたことを検出する電流検出回路とを有することを特徴とする通電状態監視装置。
前記負荷の電源側に前記供給回路が設けられかつ前記負荷の接地側に受動回路が設けられていると共に、
前記供給回路および前記受動回路とは、それぞれ前記ケーブルを介して前記負荷と接続され、
前記供給回路に供給制御信号を出力すると共に前記受動回路に受動制御信号を出力する制御回路を有し、
前記制御回路は、前記制御回路から前記供給制御信号のみが出力されかつ前記導線に電流が流れたことが前記検出回路により検出された場合には前記ケーブルが異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載の通電状態監視装置。
前記供給回路が１つ設けられ、かつ前記負荷と前記受動回路とはそれぞれ同数で複数設けられていると共に、
前記導線は、前記供給回路から分岐されて複数の前記負荷および前記受動回路に接続され、
１本の前記電流検知線が、複数の前記導線のそれぞれと対をなすように複数の前記導線間を引き回されていることを特徴とする請求項２に記載の通電状態監視装置。
前記供給回路が１つ設けられ、かつ前記負荷と前記受動回路とはそれぞれ同数で複数設けられていると共に、
前記導線は、前記供給回路から分岐されて複数の前記負荷および前記受動回路に接続され、
複数の前記導線と同数の前記電流検知線が、複数の前記導線のそれぞれと対をなすように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の通電状態監視装置。
前記負荷は、エンジンに燃料を噴射するためのインジェクタであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の通電状態監視装置。
前記負荷は、電動モータを駆動するためのコイルであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の通電状態監視装置。