JP2013108476A - 燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御回路21は、電磁弁11,12に対する定電流制御時において、スイッチング稼働率Daでスイッチ23をスイッチング制御するとともにスイッチ22aまたはスイッチ22bをオン制御し、スイッチング稼働率Dbでスイッチ22aまたはスイッチ22bをスイッチング制御するとともにスイッチ23をオン制御する。
【選択図】図3
Description
請求項13の発明は、請求項1〜12のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、前記第2スイッチ手段は、前記定電流制御時において、前記高電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段(24)と、前記電源電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段(23)とにより構成されることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する各実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
したがって、最大スイッチング回数が減ることでスイッチング損失の増大が抑制されて、定電流制御時に制御される第1スイッチ手段および第2スイッチ手段の発熱を抑制することができる。
したがって、複数の電磁弁が駆動対象であっても、最大スイッチング回数が減ることでスイッチング損失の増大が抑制されて、定電流制御時に制御される各第1スイッチ手段および第2スイッチ手段の発熱を抑制することができる。
請求項13の発明では、第2スイッチ手段は、定電流制御時において、上記高電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段と、電源電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段とにより構成される。これにより、第2スイッチ手段を構成する両スイッチ手段のいずれかを第1の稼働率でスイッチング制御することで定電流制御を実施する場合でも、最大スイッチング回数が減りスイッチング損失の増大を抑制することができる。また、定電流制御時に第2スイッチ手段を構成する両スイッチ手段の一方をスイッチング制御するとともに他方をオフ制御し、その後他方をスイッチング制御するとともに一方をオフ制御する場合に、両スイッチ手段を上記第1の稼働率に応じてスイッチング制御する場合でも、最大スイッチング回数が減りスイッチング損失の増大を抑制することができる。このようにしても、定電流制御時に制御される第1スイッチ手段および第2スイッチ手段の発熱を抑制することができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について、図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る電磁弁駆動装置20を採用した燃料噴射制御装置10の概略構成を示すブロック図である。
図1に示す燃料噴射制御装置10は、例えば車両に搭載された2気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する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11,12という)と、これら両電磁弁11,12に対して、直流電源(バッテリ)Bの電源電圧VBよりも高い高電圧を生成して印加し、その後、直流電源Bの電源電圧VBを印加することで当該両電磁弁11,12を駆動する電磁弁駆動装置20とを備えている。
本実施形態に係る電磁弁駆動制御処理では、ピックアップ期間Tpおよびホールド期間Thにおいてスイッチ22a,22bとスイッチ23とが所定の稼働率でそれぞれスイッチング制御される。このように各スイッチがスイッチング制御される電磁弁駆動制御処理について、図2および図3を用いて詳細に説明する。図2は、制御回路21により実施される電磁弁駆動制御処理の流れを例示するフローチャートである。図3は、第1実施形態の電磁弁駆動制御処理における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図3(A)は、電磁弁11に流れるインジェクタ電流値Iaを示し、図3(B)は、スイッチ23のスイッチング制御状態を示し、図3(C)は、スイッチ22aのスイッチング制御状態を示し、図3(D)は、スイッチ24の制御状態を示す。
スイッチ23のドレイン−ソース間電圧をV2、ドレイン電流をI2とすると、スイッチ23がオフからオンになると、図4に示すように、ドレイン−ソース間電圧V2が0Vになる前にドレイン電流I2が増加するため、この電流と電圧の積に応じた損失が発生する。また、スイッチ23がオンからオフになると、図4に示すように、ドレイン電流I2が0Aになる前にドレイン−ソース間電圧V2が増加するため、この電流と電圧の積に応じた損失が発生する。すなわち、図4に示すハッチング領域が、上記両損失を含めたスイッチング損失LSW−Cに相当する。
具体的には、図6(A)〜(C)に例示するように、本発明に係る制御状態では、上述のようにスイッチング稼働率Da,Dbが設定されて制御されることで、電磁弁11,12を駆動する際に、例えば、各スイッチ23が10回スイッチング(オン/オフ)され、スイッチ22aが5回スイッチングされ、スイッチ22bが5回スイッチングされる。一方、図6(D)〜(F)に例示するように、従来技術に係る制御状態では、電磁弁11,12を駆動する際に、例えば、各スイッチ23が18回スイッチングされ、スイッチ22aが1回スイッチングされ、スイッチ22bが1回スイッチングされる。
このように、スイッチ22a,22b,23の発熱が分散されるので、いずれかのスイッチのみ発熱が高い場合と比較して、各スイッチ22a,22b,23の冷却が容易となるだけでなく、耐熱性が高いスイッチを採用する必要もないので、電磁弁駆動装置20の低コスト化を図ることができる。
V=L・di/dt ・・・(2)
このため、インジェクタ電流iの傾きdi/dtと電源電圧Vとから、インジェクタ特性Lを算出することができる。そして、上記式(2)に応じて、インジェクタ特性Lおよび電源電圧Vと定電流のリップル電流diとに基づいて、定常損失する時間dtが分かるので、di/dtとスイッチのオン抵抗Rから、以下の式(3)により、定常損失LONを求めることができる。
LON=R・i2 ・・・(3)
次に、本発明の第2実施形態に係る電磁弁駆動装置について説明する。
本第2実施形態に係る電磁弁駆動装置20では、上記第1実施形態に対して、上記ステップS101に示すスイッチング稼働率設定処理において、予め測定されて記憶される第1発熱状態および第2発熱状態に基づいて、スイッチ22a,22bに生じる発熱とスイッチ23に生じる発熱との差を小さくするように、スイッチング稼働率Da,Dbがそれぞれ設定される。
次に、本発明の第3実施形態に係る電磁弁駆動装置について説明する。
本第3実施形態に係る電磁弁駆動装置20では、上記第1実施形態に対して、上記ステップS101に示すスイッチング稼働率設定処理において、スイッチ22a,22bの実測温度から求められる当該スイッチ22a,22bの発熱と、スイッチ23の実測温度から求められる当該スイッチ23の発熱との差を小さくするように、スイッチング稼働率Da,Dbがそれぞれ設定される。
次に、本発明の第4実施形態に係る電磁弁駆動装置について、図7を用いて説明する。図7は、第4実施形態の電磁弁駆動制御処理における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図7(A)は、電磁弁11に流れるインジェクタ電流値Iaを示し、図7(B)は、スイッチ23のスイッチング制御状態を示し、図7(C)は、スイッチ22aのスイッチング制御状態を示し、図7(D)は、スイッチ24の制御状態を示す。
次に、本発明の第5実施形態に係る電磁弁駆動装置について、図8および図9を用いて説明する。図8は、第5実施形態に係る電磁弁駆動装置20aを採用した燃料噴射制御装置10の概略構成を示すブロック図である。図9は、第5実施形態の電磁弁駆動制御処理における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図9(A)は、電磁弁11に流れるインジェクタ電流値Iaを示し、図9(B)は、スイッチ22aのスイッチング制御状態を示し、図9(C)は、スイッチ24の制御状態を示す。
電磁弁(11,12)のコイル(11a,12a)に対して、設定された駆動期間の開始時に前記電磁弁を速やかに開弁させるためのピーク電流と、前記駆動期間が終了するまで前記電磁弁の開弁状態を保持するための電流であって前記ピーク電流よりも小さいホールド電流とを供給する電磁弁駆動装置(20a)であって、この電磁弁駆動装置は、前記ピーク電流を前記コイルに供給可能なコンデンサ(C)と、直流電源(B)から電源電圧(VB)よりも高い高電圧を生成して前記コンデンサを充電する充電手段(25)と、を備えている。そして、前記コンデンサは、前記直流電源から前記コイルへの給電経路に対して並列に接続されて、前記コイルの高電位側および低電位側のいずれかに配置されて、前記駆動期間の開始時にオン状態になることで、前記コンデンサの高電圧を印加して前記ピーク電流を前記コイルに供給し、当該電磁弁駆動装置は、前記ピーク電流の供給後にスイッチングを開始することで前記直流電源の電源電圧を印加して前記ホールド電流を前記コイルに供給するスイッチング素子(22a,22b,24)を備えることを特徴とする。
(1)本発明に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置は、2気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する電磁弁11,12を制御対象とすることに限らず、単気筒エンジンまたは3気筒以上の多気筒エンジン用の電磁弁を制御対象としてもよい。
11…電磁弁
20,20a…電磁弁駆動装置(燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置)
21…制御回路(制御手段,補正手段)
22a,22b…スイッチ(第1スイッチ手段)
23…スイッチ(第2スイッチ手段)
24…スイッチ(第2スイッチ手段)
25…DCDCコンバータ(充電手段)
B…直流電源
C…コンデンサ
Da…スイッチング稼働率(第1の稼働率)
Db…スイッチング稼働率(第2の稼働率)
Th…ホールド期間
Tp…ピックアップ期間
VB…電源電圧
Claims (13)
- 電磁弁に対して、直流電源の電源電圧よりも高い高電圧を生成して印加し、その後定電流制御を実施することで当該電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置であって、
前記高電圧を前記電磁弁に印加可能なコンデンサと、
前記直流電源から前記高電圧を生成して前記コンデンサを充電する充電手段と、
前記電磁弁の低電位側に接続されて当該電磁弁に対して前記定電流制御時に制御される第1スイッチ手段と、
前記電磁弁の高電位側に接続されて当該電磁弁に対して前記定電流制御時に制御される第2スイッチ手段と、
前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御可能な制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記定電流制御時において、第1の稼働率で前記第2スイッチ手段をスイッチング制御するとともに前記第1スイッチ手段をオン制御し、第2の稼働率で前記第1スイッチ手段をスイッチング制御するとともに前記第2スイッチ手段をオン制御することを特徴とする燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 前記制御手段は、前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段との両スイッチ手段にて生じる発熱の差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記制御手段は、前記第1スイッチ手段におけるオン制御時の定常損失および1回のオン/オフでのスイッチング損失と前記第2の稼働率とに応じて変化する前記第1スイッチ手段の発熱と、前記第2スイッチ手段におけるオン制御時の定常損失および1回のオン/オフでのスイッチング損失と前記第1の稼働率とに応じて変化する前記第2スイッチ手段の発熱との差を小さくするように、前記第1の稼働率および前記第2の稼働率を設定して、前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記定常損失を、前記電磁弁のインダクタンス成分および抵抗成分に起因する特性と前記電源電圧とに応じて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記第1スイッチ手段を所定期間スイッチング制御したときの当該第1スイッチ手段の発熱状態と、前記第2スイッチ手段を所定期間スイッチング制御したときの当該第2スイッチ手段の発熱状態とが、第1発熱状態および第2発熱状態として、予め測定されて記憶され、
前記制御手段は、前記第1発熱状態および前記第2発熱状態に基づいて、前記第1スイッチ手段に生じる発熱と前記第2スイッチ手段に生じる発熱との差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 前記第1スイッチ手段の温度を検出する第1温度検出手段と、
前記第2スイッチ手段の温度を検出する第2温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記第1温度検出手段により検出される温度から求められる前記第1スイッチ手段の発熱と、前記第2温度検出手段により検出される温度から求められる前記第2スイッチ手段の発熱との差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 複数の電磁弁が駆動対象であって、
前記第1スイッチ手段は、前記複数の電磁弁に対して低電位側にそれぞれ接続されるとともに、前記第2スイッチ手段は、前記複数の電磁弁に対して高電位側に共用して接続され、
前記制御手段は、前記複数の電磁弁のうち駆動する電磁弁に対する前記定電流制御時において、第1の稼働率で前記第2スイッチ手段をスイッチング制御するとともに前記駆動する電磁弁の低電位側の前記第1スイッチ手段をオン制御し、第2の稼働率で当該第1スイッチ手段をスイッチング制御するとともに前記第2スイッチ手段をオン制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 前記制御手段は、複数の前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段との各スイッチ手段にて生じる発熱の差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、複数の前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記制御手段は、前記第1スイッチ手段におけるオン制御時の定常損失および1回のオン/オフでのスイッチング損失と前記第2の稼働率とに応じて変化する前記各第1スイッチ手段のそれぞれの発熱と、前記第2スイッチ手段におけるオン制御時の定常損失および1回のオン/オフでのスイッチング損失と前記第1の稼働率とに応じて変化する前記第2スイッチ手段の発熱との差を小さくするように、前記第1の稼働率および前記第2の稼働率を設定して、前記各第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記定常損失を、前記電磁弁のインダクタンス成分および抵抗成分に起因する特性と前記電源電圧とに応じて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項9に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
- 前記第1スイッチ手段を所定期間スイッチング制御したときの当該第1スイッチ手段の発熱状態と、前記第2スイッチ手段を所定期間スイッチング制御したときの当該第2スイッチ手段の発熱状態とが、第1発熱状態および第2発熱状態として、予め測定されて記憶され、
前記制御手段は、前記第1発熱状態および前記第2発熱状態に基づいて、複数の前記第1スイッチ手段と前記第2スイッチ手段との各スイッチ手段にて生じる発熱の差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、複数の前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 複数の前記第1スイッチ手段の温度をそれぞれ検出する複数の第1温度検出手段と、
前記第2スイッチ手段の温度を検出する第2温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記複数の第1温度検出手段によりそれぞれ検出される温度から求められる前記各第1スイッチ手段の発熱と、前記第2温度検出手段により検出される温度から求められる前記第2スイッチ手段の発熱との差を小さくするように、前記第1の稼働率と前記第2の稼働率とを設定して、複数の前記第1スイッチ手段および前記第2スイッチ手段を制御することを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。 - 前記第2スイッチ手段は、前記定電流制御時において、前記高電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段と、前記電源電圧を印加する際に制御されるスイッチ手段とにより構成されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
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