JP2013199874A - 負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソレノイド制御弁を駆動動作オフ時にソレノイド制御弁の負荷抵抗値を検出する機能を持つと同時に、従来では困難だった断線故障と地絡故障を区別できるようにする。
【解決手段】ソレノイド制御弁をスイッチング駆動する手段、スイッチング駆動オフ時にソレノイド制御弁の負荷抵抗値を検出するための電流源回路ＣＳ２とその電流検出手段、故障検出するための電流源回路ＣＳ１とその電流検出手段を持ち、適切な２つの参照電流と電流比較することにより、正常動作、断線故障、地絡故障を判定する故障診断回路ＤＩＧを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気負荷駆動装置に係り、特に、内燃機関の蒸発燃料のパージ処理制御弁などの電磁負荷を含む故障診断装置に関する。

一般に内燃機関（エンジン）は、燃料噴射弁による燃料供給のほか、燃料タンク内で発生する蒸発燃料（エバポガス）を吸気系に放出するエバポパージ処理によって燃料を供給される。

エバポパージ処理は、燃料タンクで発生するエバポガスを燃料タンクに接続されたキャニスタに回収・吸着させた後、該キャニスタに外気を導入することによって、キャニスタに吸着しているエバポガスを吸気系に放出（パージ）することで知られている。

この場合、燃料噴射弁による燃料と、エバポパージ処理による燃料とを合わせた空燃比制御が必要である。このため、エバポガス量の制御を考慮したパージ制御に関する特許文献１から４記載の技術が従来より提案されている。

エバポパージ用ソレノイド弁を開閉させデューティ制御させ、エバポ量を制御するためには、ソレノイド弁へのデューティ比や駆動エネルギー量を正確に知る必要がある。その目的で、スイッチングオフ時に電磁負荷の抵抗値を検出する機能が必要とされている。

今回のエバポパージ制御回路には、ソレノイド弁を開閉を制御するローサイド駆動回路、その負荷抵抗を検出するためにオフ時に電流を流すための抵抗、そのとき発生した電位差を増幅しマイコンのＡＤ変換に伝える検出回路、制御ラインの故障検出しマイコンにその情報を伝達する故障検出回路から構成されている。

従来より、電源から負荷への通電経路に設けられた駆動用回路をオンオフ制御することにより負荷を駆動する負荷駆動装置と、その故障検出装置が内蔵された負荷駆動回路があるが、図９に示す従来の故障検出回路は、駆動ラインを有る一定電圧のなるように制御するボルテージフォロア回路、その駆動ライン電圧を監視し、判定閾値以上以下で、正常状態、断線状態、地絡状態を判定する電圧比較回路とその結果から故障状態を通視する判定回路などから構成されていた。それ以外にも、電圧閾値を使用した電磁負荷駆動回路の故障診断装置手法として、特許文献５、６記載の方法がある。

特開昭５７−５２６６３３号公報 特開平０７−２４７９１９号公報 特開２００７−０１６６２１号公報 特開２００７−１００５７０号公報 特開２０００−１６１５３２号公報 特開２００４−３４７４２３号公報

上記パージソレノイド弁を駆動制御する電子制御装置において、ソレノイドのコイルの断線故障が発生した場合には、パージできない状態になるが、ソレノイドのコイルの地絡故障が発生した場合には、パージされ続ける状態になる。

そのため、通常ローサイド駆動形態の電子制御装置では、通電駆動用のスイッチング手段をオフさせている場合には、電子負荷の断線故障と、電子負荷の電子制御装置側のグランドへの地絡故障とを、事前に区別して検出し、その各故障ごとに応じた異なる内容のフェールセーフ処理を行いたいという要求がある。

しかし、図９に示す従来技術の電圧閾値を使用した故障診断方式のソレノイド制御弁の制御回路では、負荷抵抗検出を目的としてオフ時に負荷に微小電流を流すため端子電圧と基準電圧との間に抵抗ＲＳを挿入しているため、検出値をＡＤ変換すると、ダイナミックレンジの制限により断線時に地絡と同じ状態となり地絡判定閾値以下と判定され、断線故障と地絡故障の判別が困難となった。

本発明は電磁負荷の負荷抵抗検出と、負荷の故障診断とを両立して提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、ソレノイド弁を駆動しスイッチングする手段としては従来どおり端子と基準電圧との間にスイッチング素子を設け、オフ時にソレノイド制御弁の負荷抵抗を検出する手段としては定電流回路を設け、その電流と負荷抵抗とで発生する電位差を差動増幅器でマイクロプロセッサのＡＤ入力に接続し、ソフトウェア処理などにより抵抗値を認識させる。

また本発明の一態様では、その定電流回路にはその電流値を監視させ有る基準電流値を比較判定させる回路を設け、その結果を故障診断回路に伝え、正常動作、断線故障又は地絡故障とを判定を可能にした。

また本発明の一態様では、断線と地絡とを判別させるために、内部制御電圧と出力端子の間に定電流回路を設け、その電流値を監視させ有る基準電流値を比較判定させる回路を設け、その結果を故障診断回路に伝え判定に利用できるようにした。

また本発明の一態様では、その判定方法は、下側定電流回路の電流値が、負荷抵抗検出電流と上側電流回路の電流の和の場合は正常動作、上側電流回路の電流と同じ場合は断線故障、ほぼ電流が流れない場合は地絡故障と判定するように適切に電流値を判定回路を構成させる。

また本発明の一態様では、制御装置の内部制御電源を外部バッテリ電圧と比べ、等しく或いは小さくなるような電源に制御することにより故障診断回路を簡素化した。

また本発明の一態様では、地絡と断線とを判定するための定電流回路を故障状態と判定する駆動回路がオフ状態のみに接続することにより、正常動作時の駆動オン時の消費電流を低減した。

本発明によれば、故障診断回路において断線と地絡とを区別して判定できる効果がある。さらに、負荷抵抗を検出する機能も同時に実現できる効果がある。
また、故障診断回路を簡素化できる効果がある。
また、故障診断回路と抵抗検出回路の電流源による消費電流増加を抑制する効果がある。

実施形態１のＥＣＵ構成を表す回路図。 実施形態２のＥＣＵ構成を表す回路図。 実施形態３のＥＣＵ構成を表す回路図。 実施形態４のＥＣＵ構成を表す回路図。 実施形態１の故障検出回路を表す回路図。 実施形態１の電流比較回路を表す回路図。 実施形態１及び４の故障診断論理を表す回路図。 実施形態２及び３の故障診断論理を表す回路図。 従来の故障診断回路を表す回路図。

以下、本発明が適用された実施形態の診断機能付きエバポパージ制御回路ＥＶＰについて、図を用いて説明する。

本発明の実施形態１を図１、図５、図６、図７を用いて説明する。
本実施形態の診断機能付きエバポパージ制御回路ＥＶＰは、エンジン制御装置ＥＣＵ内に設けられている。エバポパージ制御回路ＥＶＰは、車載バッテリのプラス端子の電圧であるバッテリ電圧ＶＢと一端が接続されたエバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤがその他端とワイヤーハーネスを経由して、エバポパージ制御回路ＥＶＰの出力端子ＶＯに接続され、エバポパージ制御回路ＥＶＰは負荷駆動回路ＤＲＶ、負荷抵抗検出回路ＭＯＮ、故障診断回路ＤＩＧ、マイクロプロセッサＭＰＵを備えている。

負荷駆動回路ＤＲＶは、エバポパージ制御弁を駆動する回路であり、電磁制御弁を電磁コイルのオンオフにより動作させるため、電流をスイッチング動作させる駆動素子ＤＭを有している。

また、最適なエンジン制御を行い空燃比制御を得るため、エバポパージ電磁弁などの駆動特性のパラメータとして負荷抵抗ＲＬの抵抗値を検知するため、負荷抵抗検出回路ＭＯＮは定電流源ＣＳ２を備えている。

更に、負荷駆動制御を安全に行うためには、電磁負荷やワイヤーハーネスなどが正常動作しているかをマイクロプロセッサＭＰＵなどで監視するため、故障診断回路ＤＩＧを備えている。

ここで負荷駆動回路ＤＲＶは、エバポパージ制御弁を駆動するためのエバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤを駆動する駆動電流ＩＤをオンオフすることができるローサイド・ドライバとしてスイッチング素子である駆動素子ＤＭを搭載している。駆動素子ＤＭは、例えばＮ形ＤＭＯＳＦＥＴで実装される。

負荷駆動回路ＤＲＶは、スイッチング素子駆動回路Ｇ１を有し、マイクロプロセッサＭＰＵから来る駆動信号Ｓ１によってゲート駆動信号ＳＤが制御される。

また、負荷駆動回路ＤＲＶは、エバポパージ制御弁を駆動するためのエバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤに駆動状態を監視するために駆動回路がオフ時に負荷抵抗ＲＬの抵抗値を検出する負荷抵抗検出回路ＭＯＮを搭載しており、オフ時に電磁負荷を動作させない程度の一定電流を流すことができる定電流回路ＣＳ２と、その電流と負荷抵抗により発生するバッテリ電圧ＶＢと出力端子ＶＯとの間の電圧差を検出する差動増幅回路ＡＰとから構成されている。その差動増幅回路ＡＰの出力信号Ｓ２はマイクロプロセッサＭＰＵ上に搭載されたＡＤ変換器ＡＤＣに伝達される。

また、故障診断回路ＤＩＧは、エバポパージ制御弁を駆動するための電磁負荷であるエバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤやその負荷駆動ラインがグランドショート（地絡）やオープン（断線）などを駆動回路オフ時に検知する。

本明細書では、その負荷駆動ラインが基準電位ＧＮＤにショートしたことを地絡、その負荷駆動ラインやエバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤがオープン状態になったことを断線と呼び、それらの故障診断情報をマイクロプロセッサＭＰＵに断線診断信号ＯＬや地絡診断信号ＧＳで伝達する。

負荷駆動回路ＤＲＶは、図１に示されている通り、マイクロプロセッサＭＰＵが出力する制御信号Ｓ１により、その信号がＬｏｗからＨｉｇｈに切り替わるとスイッチング素子駆動回路Ｇ１が生成するゲート駆動信号ＳＤにより、ローサイドの駆動素子ＤＭがオン状態になり、エバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤに電流ＩＬが一定時間通電され、このときの電流値は電流ＩＤと等しくなる。また、マイクロプロセッサＭＰＵが出力する制御信号Ｓ１がＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わるとスイッチング素子駆動回路Ｇ１が生成するゲート駆動信号ＳＤにより、ローサイドの駆動素子ＤＭがオフ状態に戻り、エバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤに流れる電流ＩＬが停止する。このオンオフ動作のデューティ比を制御することによりエバポパージ制御弁から開放されるエバポパージ量が制御される。

そのエバポパージ量を適正に制御するために設けられた負荷抵抗検出回路ＭＯＮは、ゲート駆動信号ＳＤがオフ時に、エバポパージ制御弁が動作しない程度の少ない監視電流Ｉｄｎを流す電流源回路ＣＳ２により、負荷抵抗ＲＬに検出電流として監視電流Ｉｄｎが流れることでバッテリ電圧ＶＢと端子電圧ＶＯとの間に電位差を発生させ、差動増幅回路ＡＰのプラス端子とマイナス端子に入力して増幅した出力信号Ｓ２をマイクロプロセッサＭＰＵなどのＡＤ変換器ＡＤＣでデジタル値に変換しソフトウェアで負荷抵抗ＲＬをパラメータとしてエバポパージ制御デューティ比などにフィードバックさせることでエバポパージ制御を行う。

エバポパージ制御回路ＥＶＰは、エバポパージ制御弁ソレノイドコイルＬＤやワイヤーハーネスでの断線や地絡の故障は、エバポパージ制御弁の常時オン或いはオフとなるため、エンジン制御に悪影響を与えるので、速やかに検知してマイクロプロセッサＭＰＵで実行されるソフトウェアによりフェールセーフ処理を実施する必要がある。

本実施形態では、ゲート駆動信号ＳＤがＬｏｗとなるオフ時に、故障診断回路ＤＩＧが故障診断を行っており、故障診断論理回路Ｕ１にゲート駆動信号ＳＤが入力され、ゲート駆動信号ＳＤのオンオフ状態を監視している。

次に、図５を用いて電流源回路ＣＳ１、ＣＳ２、電流検出回路ＣＭ１、ＣＭ２、電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２の詳細構成を示す。

ここで図５の説明の通り、負荷抵抗検出回路ＭＯＮと故障診断回路ＤＩＧとは、上下の電流源回路ＣＳ１、ＣＳ２とその出力電流を監視する電流検出回路ＣＭ１、ＣＭ２、そしてその電流値の参照電流Ｉｒ１、Ｉｒ２との大小判定する電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２を備え、電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２の出力が電流比較結果ＣＯ１、ＣＯ２として故障診断論理回路Ｕ１に論理信号で伝達され、故障診断結果を断線診断信号ＯＬ、地絡診断信号ＧＳでマイクロプロセッサＭＰＵに伝達される。

故障診断回路ＤＩＧの各回路動作を詳しく説明する。
電流源回路ＣＳ１、ＣＳ２、電流検出回路ＣＭ１、ＣＭ２、電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２は、出力端子ＶＯの下側と上側に１組ずつある。

まず、下側は負荷抵抗検出回路ＭＯＮの電流源回路ＣＳ２と共用されるが、本実施例の半導体装置などではある基準電圧源より生成された内部制御電源ＶＣＣに接続された基準電流源回路ＣＳからの電流ＩｃｓをＮ形ＭＯＳＦＥＴを２つ１組でカレントミラー構成とすることにより、例えばＭＯＳトランジスタサイズが同一の場合Ｉｄｎ＝Ｉｃｓとなる定電流が得られる。さらに、電流検出回路ＣＭ２の一例として、Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ１）とゲート電圧が共通でＭＯＳトランジスタサイズが同一のＮ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ３）を並列接続し、Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ１）のドレイン電圧である出力端子ＶＯの電圧とＮ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ３）のドレイン電圧ｖｄ２を差動増幅回路ＡＰ２のプラス端子とマイナス端子に接続しＮ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ４）を経由してフィードバックさせることにより、Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＮ３）を流れる検出電流Ｉ２＝Ｉｄｎと監視電流Ｉｄｎの電流検出動作が可能である。その検出電流Ｉ２を内部制御電源ＶＣＣに接続された、カレントミラー構成のトランジスタサイズが同じであるＰ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ５、ＭＰ６）で電流値をコピーして電流比較回路ＣＰ２の入力とする。従って、検出電流Ｉ２＝Ｉｄｎを参照電流Ｉｒ２と大小比較してＩ２＞Ｉｒ２で電流比較結果ＣＯ２＝Ｈｉｇｈ、Ｉ２＜Ｉｒ２で電流比較結果ＣＯ２＝Ｌｏｗとの判定結果が出力される。

前記と同様に、上側の故障診断専用の電流源回路ＣＳ１は、半導体装置などではある基準電圧源より生成された基準電位ＧＮＤに接続された基準電流源回路ＣＳからの電流ＩｃｓをＰ形ＭＯＳＦＥＴ２つ１組のカレントミラー構成することにより、例えばＭＯＳトランジスタサイズが同一の場合監視電流値Ｉｕｐ＝定電流源回路電流の電流Ｉｃｓとなる定電流が得られる。さらに、電流検出回路ＣＭ１の一例として、上記Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ１）とゲート電圧共通のやはりＭＯＳトランジスタサイズが同一のＰ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ３）を並列接続し、Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ１）のドレイン電圧ＶＯとＰ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ３）のドレイン電圧ｖｄ１を差動増幅回路ＡＰ１のプラス端子とマイナス端子に接続しＰ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ４）を経由してフィードバックさせることにより、Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ（ＭＰ３）を流れる電流Ｉ１＝監視電流値Ｉｕｐと、監視電流値Ｉｕｐの電流検出動作が可能である。その検出電流Ｉ１を基準電位ＧＮＤに接続されたＮ形ＭＯＳＦＥＴのカレントミラー構成のトランジスタサイズが同じＭＮ５、ＭＮ６で電流値をコピーして電流比較回路ＣＰ１の入力とする。従って、Ｉ１＝Ｉｕｐを参照電流Ｉｒ１と大小比較してＩ１＞Ｉｒ１で電流比較結果ＣＯ１＝Ｈｉｇｈ、Ｉ１＜Ｉｒ１で電流比較結果ＣＯ１＝Ｌｏｗと判定結果が論理信号Ｓ１に出力される。

ここで、図５にある電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２の内部回路の一例として図６を用いて説明する。

図６の電流比較回路ＣＰはプラス端子とマイナス端子の２つ電流入力端子を持ち、それぞれに参照電流として入力電流ｉ１、ｉ２が入力され、その大小比較結果から電流比較結果ＣＯのＨｉｇｈ、Ｌｏｗが決定される。

まず、図６の内部制御電源ＶＣＣに接続された３つの定電流源ＣＳ１１、ＣＳ１２、ＣＳ１３と基準電位ＧＮＤと接続されたＮ形ＭＯＳＦＥＴのＭ１とＭ２と、Ｍ３とＭ４とをそれぞれカレントミラー回路構成し電流Ｉ１が流れるようになっている。そこに、入力電流ｉ２用端子はＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のドレイン部、入力電流ｉ１用端子はＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）とＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）のドレイン部に接続することにより、入力電流ｉ１、ｉ２がそれぞれ流れ込むと、定電流源ＣＳ１１、ＣＳ１２、ＣＳ１３の電流値とカレントミラー構成の電流保存則から、Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）にＩ＋ｉ２となるとＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）はＩ＋ｉ２、Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ３）はＩ＋Ｉ１−ｉ２になるとＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）はＩ＋ｉ１−ｉ２となる。従って定電流源ＣＳ１３とＮ形ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ４）の接続部に出力端子を設けると電流差分ｉ１−ｉ２が出力電流ｉｏとして出力される。その出力端子ｖｉｎと内部制御電源ＶＣＣの電圧の中間電位ＶＣＣ／２との間に負荷抵抗ＲＸを設けると、ｖｉｎ＝ＲＸ×（ｉ１−ｉ２）＋ＶＣＣ／２が得られる。それを後段の電圧比較器ＶＣで中間電位ＶＣＣ／２と大小比較させることで、ｉ１とｉ２の大小関係により電流比較結果ＣＯがＨｉｇｈとＬｏｗが決定される。

従って、図１の故障診断回路ＤＩＧは、電流源回路ＣＳ１、電流源回路ＣＳ２、電流検出回路ＣＭ１、ＣＭ２、電流比較回路ＣＰ１、ＣＰ２の故障診断動作させるために、上側の電流源回路ＣＳ１の下部の監視電流Ｉｕｐを監視し、参照電流Ｉｒ１より大きいときは断線または地絡、小さい場合は正常と判定できるようＩｒ１を設定する。そのためにその参照電流Ｉｒ１は正常動作時の電流Ｉｃｓ１と停止時０との０の中間程度の適切な電流値に設定しておく。

また、下側の電流源回路ＣＳ２の上部の監視電流Ｉｄｎを監視し、参照電流Ｉｒ２より大きいときは断線、小さい場合地絡と判定できるよう参照電流Ｉｒ２を設定する。そのため、その参照電流Ｉｒ２は断線時の上側電流源の監視電流Ｉｕｐ（＝Ｉｃｓ１）と地絡時の電流０との中間程度の適切な電流値に設定しておく。

本実施形態では、一般にバッテリ電圧ＶＢと内部制御電源ＶＣＣとは、バッテリ電圧ＶＢから内部制御電源ＶＣＣが生成されることが多いため、内部制御電源ＶＣＣはバッテリ電圧ＶＢの動作電圧（例えば６〜１８Ｖ）以下の電圧（例えば５Ｖ）のようになっている。従って、正常動作時の駆動素子ＤＭオフ時の故障診断回路ＤＩＧのＶＣＣ＜ＶＢが保証される。負荷駆動回路ＤＲＶがオフ時に、断線故障と地絡故障を判定する動作は、上側の電流源回路ＣＳ１は内部制御電源ＶＣＣからＰ形ＭＯＳＦＥＴの定電流源であり、ソース・ドレイン電圧が負バイアスされて停止状態になるため、監視電流Ｉｕｐ＝０、すなわちＩｕｐ＜Ｉｒ１で電流比較結果ＣＯ１＝Ｌｏｗとなる。一方、ドライバオフ時の断線や地絡の故障状態では、ソース・ドレイン電圧が正電圧バイアスされ動作状態となるためＩｕｐ＝Ｉｃｓ、すなわちＩｕｐ＞Ｉｒ１で電流比較結果ＣＯ１＝Ｈｉｇｈとなり、故障診断論理に故障状態が伝達される。

また、下側の電流源回路ＣＳ２は基準電位ＧＮＤと出力端子の間にＮ形ＭＯＳＦＥＴを設けた定電流源のため、駆動回路のオフ動作で故障でない場合は、その監視電流Ｉｄｎ＝Ｉｃｓ２＞Ｉｒ２、断線故障の場合は監視電流Ｉｄｎでいずれも電流比較結果ＣＯ２＝Ｈｉｇｈとなる。一方、地絡故障の場合のみ、下側のＮ形ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間電圧が０Ｖとなり、Ｉｄｎ＝０＜Ｉｒ２で電流比較結果ＣＯ２＝Ｌｏｗとなる。

以上から、２つ電流源回路の電流状態を示す電流比較結果ＣＯ１、ＣＯ２から断線故障及び地絡故障が判別可能となる。故障診断論理回路Ｕ１を図７に一例として示す。

駆動回路がオン時はゲート駆動信号ＳＤ＝Ｈｉｇｈとなるため、断線故障信号ＯＬ並びに地絡故障信号ＧＳは共にＬｏｗとなる。また、駆動回路がオフ時にゲート駆動信号ＳＤ＝Ｌｏｗとなるが、上側電流源がオフ時に正常動作では動作停止するため、ＣＯ１＝Ｈｉｇｈとなり、やはり断線故障信号ＯＬ並びに地絡故障信号ＧＳは共にＬｏｗとなる。一方、上側の電流源回路ＣＳ１は駆動回路オフ時に断線或いは地絡故障した場合に動作開始するため、その電流比較結果ＣＯ１＝Ｈｉｇｈとなる。そのとき、下側の電流源回路ＣＳ２の電流比較結果ＣＯ２＝Ｈｉｇｈの場合断線診断信号ＯＬ＝Ｈｉｇｈ、地絡診断信号ＧＳ＝Ｌｏｗ、電流比較結果ＣＯ２＝Ｌｏｗの場合断線診断信号ＯＬ＝Ｌｏｗ、地絡診断信号ＧＳ＝Ｈｉｇｈとなる。その結果、断線診断や地絡診断らの故障診断信号を区別して生成可能となる。

このように故障診断結果は断線診断信号ＯＬ、地絡診断信号ＧＳとしてマイクロプロセッサＭＰＵの入力論理ポートに伝達され、その信号をソフトウェアなどでポーリング処理することでエバポパージ制御回路の故障診断が可能となる。

本実施形態では、このように２つの定電流回路の電流値を監視し基準電流と比較判定することで断線故障と地絡故障とを区別判定可能となるため、信頼性の高いエバポパージ制御装置である故障診断機能付き負荷抵抗検出回路を実現できる。

以下、本発明が適用された第二の実施形態の診断機能付きエバポパージ制御回路ＥＶＰについて、図２、図５、図６、図８を用いて説明する。

実施形態１とほぼ同様の回路構成で、上側の電流源回路ＣＳ１をバイアスする電源を内部制御電源ＶＣＣを使用したまま、下側の電流源回路ＣＳ２の電流検知した電流判定のため２つ電流比較回路ＣＰ２、ＣＰ３を使用した構成としている。

実施形態１と同様に、下側の電流源のみでも電流比較回路が２つあれば２つの参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３と比較判定することで正常、断線、地絡の３つの状態を判定することが可能となる。

すなわち、実施形態１のように、上側の電流源回路ＣＳ１の故障判定が無くとも、下側の電流源回路ＣＳ２の監視電流Ｉｄｎの電流値のみでも２つの電流比較回路ＣＰ２、ＣＰ３と参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３があれば故障判定可能である。例えば、下側の検出電流が正常状態では、Ｉｄｎ＝Ｉｃｓ（定電流源設計値）となるが、断線故障では、Ｉｄｎ＝Ｉｕｐ、地絡故障ではＩｄｎ＝０となり、適切な参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３の電流閾値を設定することで上記３状態を２つの電流比較器で判定できる。

以上から、２つ電流源の電流状態を示す電流比較結果ＣＯ２、ＣＯ３から正常、断線故障及び地絡故障を判別できる。その故障診断論理回路Ｕ１は図８に一例として示す。

このように故障診断結果は断線診断信号ＯＬ、地絡診断信号ＧＳとしてマイクロプロセッサＭＰＵの入力論理ポートに伝達され、その信号をソフトウェアなどでポーリング処理することでエバポパージ制御回路の故障診断が可能となる。

以上により、本実施形態では、このように定電流回路の電流値を検知することで断線故障と地絡故障を区別して判定できるので、信頼性の高い故障診断を実現できる。

以下、本発明が適用された実施形態の診断機能付きエバポパージ制御回路ＥＶＰについて、図を用いて説明する。実施形態３を図３、図５、図６、図８を用いて説明する。

実施形態２とほぼ同様の回路構成で、上側の電流源回路ＣＳ１をバイアスする電源を内部制御電源ＶＣＣの代わりにバッテリ電圧ＶＢを使用し、かつ下側の電流源回路ＣＳ２の電流検知した電流判定のため２つ電流比較回路ＣＰ２、ＣＰ３を使用した構成としている。

その目的は、出力端子ＶＯの電圧が正常動作時と故障動作時ともにバッテリ電圧ＶＢ以下になるため、上流の電流源は常時動作し、正常と断線・地絡で区別できないためである。

実施形態２と同様に、下側の電流源のみでも電流比較回路が２つあれば２つの参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３と比較判定することで正常、断線、地絡の３つの状態を判定することが可能となる。

すなわち、ＶＢ＝ＶＣＣの場合、上側の電流源回路ＣＳ１は常時オン状態となるが、実施形態２と同様では、下側の電流源回路ＣＳ２の監視電流Ｉｄｎの電流値のみでも２つの電流比較回路ＣＰ２、ＣＰ３と参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３で故障判定可能である。

例えば、下側の検出電流が正常状態では、Ｉｄｎ＝Ｉｃｓ（定電流源設計値）となるが、断線故障では、Ｉｄｎ＝Ｉｕｐ、地絡故障ではＩｄｎ＝０となり、適切な電流閾値を参照電流Ｉｒ２、Ｉｒ３を設定することで上記３状態を２つの電流比較器で判定できる。

以上から、２つ電流源の電流状態を示す電流比較結果ＣＯ２、ＣＯ３から正常、断線故障及び地絡故障とを判別できる。その故障診断論理回路Ｕ１を図８に一例として示す。

このように故障診断結果は断線診断信号ＯＬ、故障診断信号ＧＳとしてマイクロプロセッサＭＰＵの入力論理ポートに伝達され、その信号をソフトウェアなどでポーリング処理することでエバポパージ制御回路の故障診断が可能となる。

以上により、本実施形態では、このように定電流回路の電流値を検知することで断線故障と地絡故障を区別して判定できるので、信頼性の高い故障診断を実現できる。

以下、本発明が適用された実施形態の診断機能付きエバポパージ制御回路ＥＶＰについて、図を用いて説明する。実施形態４を図４、図５、図６、図７を用いて説明する。

実施形態１とほぼ同様の回路構成で、上側の電流源回路ＣＳ１をバイアスする電源は内部制御電源ＶＣＣのままである。主たる相違点は、上側の電流源回路ＣＳ１と下側の電流源回路ＣＳ２にスイッチ素子Ｗ１、Ｗ２を設けて、負荷駆動回路ＤＲＶがオン状態でゲート駆動信号ＳＤからの反転論理ＳＳでスイッチＷ１、Ｗ２をＯＦＦし、オフ状態のときのみスイッチを接続して故障診断可能なようにした。このようにすることでオン状態での不要な電流を無くすことが可能となる。

以上のようにしても、実施形態１と同様に故障診断結果は断線診断信号ＯＬ、地絡診断信号ＧＳとしてマイクロプロセッサＭＰＵの入力論理ポートに伝達され、その信号をソフトウェアなどでポーリング処理することでエバポパージ制御回路の故障診断が可能となる。

本実施形態では、このように定電流回路の電流値を検知することで断線故障と地絡故障を区別して判定できるので、信頼性の高い故障診断を実現できる。また、負荷駆動時の消費電流も削減することができる。

従来、制御装置ＥＣＵには、バッテリ電圧ＶＢとの接続端子には、逆接保護用のダイオードが設けられている。

本実施形態では、実施形態１から４の差動増幅回路ＡＰのプラス端子とマイナス端子との前に、順方向のダイオードを設ける。これにより、バッテリ電源ラインに逆接保護ダイオードが不要となり、また逆接保護ダイオードのオン抵抗に起因する電位差検出精度の影響を低減できる。

以上説明したように、本発明では、電磁負荷の故障診断を実現するとともに、負荷抵抗検出手段も提供できる。

また、ローサイド駆動形態の電子制御装置において、スイッチング手段をオフさせている状態で、電子負荷の接続故障と地絡故障とを区別して検出できる。

また、バッテリ電圧ＶＢと内部制御電源ＶＣＣの電圧関係で、上流側の故障検出用定電流源の回路が影響を受けるため、それが変化しないよう対策して故障判定論理回路を簡便にできる。

また、故障診断用の２つの定電流回路を、スイッチングオン時のみ動作させ、スイッチングオン時の消費電流が増えるのを防ぐことができる。

ＥＣＵ エンジン制御装置
ＥＶＰ エバポパージ制御回路
ＬＤ エバポパージ制御弁ソレノイドコイル
ＲＬ 負荷抵抗
ＬＬ 誘導負荷インダクタンス
ＭＰＵ マイクロプロセッサ
ＤＲＶ 負荷駆動回路
ＭＯＮ 負荷抵抗検出回路
ＤＩＧ 故障診断回路
ＡＰ、ＡＰ１、ＡＰ２ 差動増幅回路
ＣＳ１、ＣＳ２ 電流源回路
ＣＳ１１、ＣＳ１２、ＣＳ１３ 定電流源
ＣＭ１、ＣＭ２ 電流検出回路
ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３ 電流比較回路
ＤＭ 駆動素子
ＶＯ 出力端子
ＶＢ バッテリ電圧
ＶＣＣ 内部制御電源
ＧＮＤ 基準電位
Ｓ１ 駆動信号
Ｓ２ 出力信号
ＳＤ ゲート駆動信号
ＳＳ スイッチ素子駆動信号
Ｉｕｐ、Ｉｄｎ 監視電流
ｉ１、ｉ２ 入力電流
ｉｏ 出力電流値
ＣＯ、ＣＯ１、ＣＯ２、ＣＯ３ 電流比較結果
Ｉｒ１、Ｉｒ２、Ｉｒ３ 参照電流
Ｇ１ スイッチング素子駆動回路
Ｕ１ 故障診断論理回路
ＩＬ、Ｉｃｓ、Ｉｃｓ１、Ｉｃｓ２ 電流
ＩＤ 駆動電流
ＡＤＣ ＡＤ変換器
ＳＷ ソフトウェア
Ｗ１、Ｗ２ 電圧制御スイッチ素子
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ
ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３、ＭＰ４ Ｐ形ＭＯＳＦＥＴ
ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ４、ＭＮ５ Ｎ形ＭＯＳＦＥＴ

Claims (13)

1. 一端が外部電源電圧に接続された電磁負荷の他端と接続するための出力端子接続部と、 前記出力端子接続部とグラウンドとの間に直列接続され、前記電磁負荷の駆動状態と非駆動状態とを切り替えるためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のオン／オフを駆動信号により切り替える駆動信号生成部と、
   内部制御に用いる基準電圧と、を有する負荷駆動装置において、
   前記負荷駆動装置は、前記出力端子接続部と前記基準電圧との間に設けられた定電流源と、
   前記定電流源からの電流値と予め設定した閾値とを比較する第一の比較部と、
   前記第一の比較部の比較結果に基づき、前記電磁負荷の断線故障と前記基準電圧への短絡故障を判定する故障検出部と、
   を備えることを特徴とする負荷駆動装置。
2. 請求項１に記載の負荷駆動装置において、
   前記負荷駆動装置は、前記出力端子接続部とグラウンドとの間に直列接続され、前記駆動信号がオフのときに前記電磁負荷が駆動しない電流値の電流を流す負荷抵抗検出電流源と、
   前記負荷抵抗検出電流源に流れる電流値と予め設定した閾値とを比較する第二の比較部と、を備え、
   前記故障検出部は、前記駆動信号がオフのときの前記第二の比較部の比較結果に基づいて、前記電磁負荷の断線故障と前記基準電圧への短絡故障とを区別して判定することを特徴とする負荷駆動装置。
3. 請求項２に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記故障検出部は、前記駆動信号がオフのときに、
   前記第一の比較部の比較結果が予め設定した閾値以上であるときに正常状態、
   前記第二の比較部の比較結果が予め設定した閾値以上であるときに前記電磁負荷の断線故障、
   前記第二の比較部の比較結果が予め設定した閾値以下であるときに前記電磁負荷の地絡故障と判定することを特徴とする負荷駆動装置。
4. 請求項２又は請求項３いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記閾値は、電流発生装置によってそれぞれ電流値として生成されることを特徴とする負荷駆動装置。
5. 請求項１から請求項４いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記基準電圧が、前記外部電源電圧と異なる電圧であり、前記外部電源電圧より低い電圧であることを特徴とする負荷駆動装置。
6. 一端が外部電源電圧に接続された電磁負荷の他端と接続するための出力端子接続部と、 前記出力端子接続部とグラウンドとの間に直列接続され、前記電磁負荷の駆動状態と非駆動状態とを切り替えるためのスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子のオン／オフを駆動信号により切り替える駆動信号生成部と、
   内部制御に用いる基準電圧と、を有する負荷駆動装置において、
   前記負荷駆動装置は、前記出力端子接続部と前記基準電圧との間に設けられた定電流源と、
   前記出力端子接続部とグラウンドとの間に直列接続され、前記駆動信号がオフのときに前記電磁負荷が駆動しない電流値の電流を流す負荷抵抗検出電流源と、
   前記負荷抵抗検出電流源に流れる電流値と予め設定した第一の閾値とを比較する第二の比較部と、
   前記負荷抵抗検出電流源に流れる電流値と予め設定した第二の閾値とを比較する第三の比較部と、
   前記第一の比較部と前記第二の比較部との比較結果に基づき、前記電磁負荷の断線故障と前記基準電圧への短絡故障を判定する故障検出部と、
   を備えることを特徴とする負荷駆動装置。
7. 請求項６に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記故障検出部は、前記駆動信号がオフのときに、
   前記第一の比較部と前記第二の比較部の比較結果が共に閾値以上であるときに正常動作、
   前記第一の比較部と前記第二の比較部の比較結果のうち少なくとも１つが閾値以上であるときに前記電磁負荷の断線故障、
   前記第一の比較部と前記第二の比較部の比較結果が共に閾値以下であるときに前記電磁負荷の地絡故障と判定することを特徴とする負荷制御装置。
8. 請求項６又は請求項７いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記基準電圧が、前記外部電源電圧と異なる電圧であり、前記外部電源電圧より低い電圧であることを特徴とする負荷駆動装置。
9. 請求項２から請求項８いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
   前記スイッチング素子がオフのときのみ前記定電流源と前記負荷抵抗駆動電流源とが接続されるようスイッチ素子を備えたことを特徴とする負荷駆動装置。
10. 請求項１から請求項９いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
    前記電磁負荷は内燃機関の蒸発燃料パージ処理制御弁であることを特徴とする負荷駆動装置。
11. 請求項１から請求項１０いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
    前記基準電圧が、前記外部電源電圧と等しいことを特徴とする負荷駆動装置。
12. 請求項２から請求項１１いずれか一項に記載の負荷駆動制御装置において、
    前記定電流源と前記負荷抵抗検出電流源との間と、前記電源電圧と、の電位差を増幅するアンプを備え、
    前記駆動信号生成部はマイクロコンピュータであり、
    前記アンプは前記駆動信号生成部に前記電位差を出力し、
    前記マイクロコンピュータは前記電位差をＡＤ変換するＡＤ変換器を備えることを特徴とする負荷駆動装置。
13. 請求項１２に記載の負荷駆動制御装置において、
    前記アンプのプラス端子とマイナス端子とに順方向のダイオードを備えることを特徴とする負荷駆動装置。