JP2014088859A - 燃料加熱制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料を加熱するヒータにレアショートが発生した場合にこれを検出して、燃料の過熱を防ぎつつ内燃機関を始動できるようにする。
【解決手段】各ヒータ21〜24は、マイコン41からの駆動要求値に従って駆動される。マイコン41は、通電中の各ヒータ21〜24にかかる各電圧を差動回路44を介して取得し、取得した各差動電圧VD1〜VD4を相互比較判断する。例えば気筒♯4のヒータ24の差動電圧VD4については、その差動電圧VD4と他の各差動電圧VD1〜VD3との差がそれぞれ許容範囲内か否か判断し、他の各差動電圧VD1〜VD3の全て(又は2つ以上)に対して上記差が許容範囲から外れていた場合に、気筒♯4のヒータ24が異常であると判定する。そして、その異常状態がレアショート状態の場合には、正常時よりも小さい駆動要求値で各ヒータ21〜24を減衰駆動する。
【選択図】図3
【解決手段】各ヒータ21〜24は、マイコン41からの駆動要求値に従って駆動される。マイコン41は、通電中の各ヒータ21〜24にかかる各電圧を差動回路44を介して取得し、取得した各差動電圧VD1〜VD4を相互比較判断する。例えば気筒♯4のヒータ24の差動電圧VD4については、その差動電圧VD4と他の各差動電圧VD1〜VD3との差がそれぞれ許容範囲内か否か判断し、他の各差動電圧VD1〜VD3の全て(又は2つ以上)に対して上記差が許容範囲から外れていた場合に、気筒♯4のヒータ24が異常であると判定する。そして、その異常状態がレアショート状態の場合には、正常時よりも小さい駆動要求値で各ヒータ21〜24を減衰駆動する。
【選択図】図3
Description
本発明は、内燃機関の各気筒に噴射される燃料の加熱を制御する燃料加熱制御装置に関する。
例えばアルコールを主成分とする燃料のように低温時の始動性が低い燃料を各気筒に噴射して動作させるよう構成された内燃機関として、燃料を加熱するヒータを設けることにより始動性の改善が図られたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ヒータの種類としては、抵抗加熱型のものが一般的である。ヒータの設置部位は種々考えられ、その1つとして、各気筒のインジェクタ(燃料噴射弁)毎に個別にヒータを設ける構成が考えられる。インジェクタ毎にヒータを設け、インジェクタ毎にそのインジェクタから噴射される燃料をその噴射される直前にヒータで加熱することで、各気筒の燃料の噴霧性・着火性を向上させることができ、良好な始動性を得ることができる。
各ヒータを駆動する駆動システムの構成も種々考えられるが、最も一般的な構成の1つとして、制御装置(例えばマイコン)が駆動要求値を算出してそれを示す駆動要求信号を出力し、ヒータ駆動用の駆動ドライバ(駆動装置)がその駆動要求値に応じた電流を各ヒータへ通電することにより各ヒータを駆動する構成が考えられる。
このようなヒータ駆動システムにおいては、何らかの要因で、駆動ドライバからヒータへの配線経路が断線したりショートしたりするおそれがある。なお、配線経路のショートとしては、電源電圧へショートする電源ショートや、グランドラインへショートするグランドショートなどがある。
一般的な駆動ドライバは、上述した断線やショートが発生した場合にそれを検出するための基本的機能を備えている。例えば、制御装置からの駆動要求値がゼロであるのにヒータの電圧がゼロではない場合にはその要因として電源ショートが考えられる。また例えば、制御装置から所定の駆動要求値を示す駆動要求信号が入力されてそれに応じた通電駆動を行っているにもかかわらずヒータの電圧がゼロである場合にはその要因としてグランドショートが考えられる。
駆動ドライバが断線やショートを検出する機能を備えていることで、制御装置は、断線やショートが生じた場合にはそれを駆動ドライバを介して知ることができ、発生した異常に応じた適切な処理(例えばヒータの駆動停止)を行うことができる。
しかし、ヒータに生じる異常には、上述した断線やショートなどといった、駆動ドライバが備える基本的な異常検出機能で検出可能なもの以外にも、例えば、ヒータの内部が部分的に短絡するなどの種々の要因で抵抗値が正常時よりも小さくなってしまう異常(以下「レアショート」という)や、ヒータの経年劣化等によって抵抗値が正常時よりも大きくなってしまう異常などもある。このうち特にレアショートについては、これが発生すると、そのレアショートが発生したヒータ付近の燃料が必要以上に(駆動要求値以上に)加熱されてしまう。レアショートの程度によっては、燃料が沸騰してベーパが発生し、内燃機関の始動が不可能になってしまうおそれがある。
そのため、上述したレアショート等の異常についても検出する必要性がある。しかし、従来の駆動ドライバは、上述したレアショートを検出する機能までは備えていない。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、燃料を加熱するヒータにレアショートが発生した場合にこれを検出して、燃料の過熱を防ぎつつ内燃機関を始動できるようにすることを目的とする。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、燃料を加熱するヒータにレアショートが発生した場合にこれを検出して、燃料の過熱を防ぎつつ内燃機関を始動できるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本発明は、3つ以上の気筒を有する内燃機関の各気筒の燃料噴射弁から噴射される燃料を加熱するために燃料噴射弁毎に個別に設けられたヒータへ駆動要求値に応じた通電を行うことによって各ヒータを駆動するよう構成されたヒータ駆動装置に対し、駆動要求値を示す駆動要求信号を出力することによって各ヒータの駆動を制御する燃料加熱制御装置であって、ヒータ電圧取得手段と、相互比較手段と、異常判定手段と、駆動要求値算出手段と、駆動要求信号出力手段とを備えることを特徴としている。
ヒータ電圧取得手段は、通電中の各ヒータの電圧を直接又は間接的に示すヒータ電圧をそれぞれ取得する。
相互比較手段は、各ヒータのうち1つを判定対象ヒータ、その判定対象ヒータ以外の他の各ヒータを比較用ヒータとして、判定対象ヒータのヒータ電圧である判定対象ヒータ電圧と各比較用ヒータの各ヒータ電圧である各比較用ヒータ電圧との差がそれぞれ所定の許容範囲内にあるか否かの相互比較判断を、ヒータ毎に順次実行する。
相互比較手段は、各ヒータのうち1つを判定対象ヒータ、その判定対象ヒータ以外の他の各ヒータを比較用ヒータとして、判定対象ヒータのヒータ電圧である判定対象ヒータ電圧と各比較用ヒータの各ヒータ電圧である各比較用ヒータ電圧との差がそれぞれ所定の許容範囲内にあるか否かの相互比較判断を、ヒータ毎に順次実行する。
異常判定手段は、相互比較手段による相互比較判断において、各比較用ヒータのうち少なくともその半数より多い所定数以上の比較用ヒータに対して上記差が許容範囲内にないと判断された判定対象ヒータがあった場合に、その判定対象ヒータが異常であると判定すると共に、その判定対象ヒータについて相互比較判断時に上記差が許容範囲内にないと判断されたときの判定対象ヒータ電圧と比較用ヒータ電圧の大小関係に基づいて、異常と判定した判定対象ヒータの異常状態の種類が、その判定対象ヒータの発熱量が正常時よりも大きくなるレアショート状態であるか否かを判定する。
駆動要求値算出手段は、所定の演算方法によって駆動要求値を算出する。また、駆動要求値算出手段は、何れかのヒータが異常判定手段によってレアショート状態であると判定された場合には、全てのヒータが正常な場合の駆動要求値よりも所定の要求値減衰量だけ小さい値の駆動要求値を算出する減衰駆動を行うことにより各ヒータの発熱量を低減させる。
このように構成された本発明の燃料加熱制御装置では、各気筒の各燃料噴射弁に設けられた各ヒータについて、そのヒータ電圧を相互比較判断することによって、異常であるか否か、さらにはレアショート状態であるか否かを判定する。そして、レアショート状態であると判定された場合は、減衰駆動を行うことによって各ヒータの駆動自体は継続させる。そのため、何れかのヒータがレアショート状態になったとしても、そのレアショート状態になったヒータによる燃料の過熱を防ぎつつ、内燃機関を始動させることができる。
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)インジェクタヒータ駆動システム全体の概要
図1に示すように、本実施形態のインジェクタヒータ駆動システム1は、4つのヒータ21,22,23,24を駆動制御するものであって、ヒータ駆動ドライバ3とエンジンECU5を備えている。
(1)インジェクタヒータ駆動システム全体の概要
図1に示すように、本実施形態のインジェクタヒータ駆動システム1は、4つのヒータ21,22,23,24を駆動制御するものであって、ヒータ駆動ドライバ3とエンジンECU5を備えている。
本実施形態のインジェクタヒータ駆動システム1は、アルコール燃料で動作する内燃機関を搭載した車両に設けられている。内燃機関の気筒数は本実施形態では4気筒であり、1番気筒(気筒♯1)から4番気筒(気筒♯4)までの各気筒それぞれにインジェクタ11,12,13,14が備えられている。燃料タンクから燃料ポンプによって供給されてきた燃料は、デリバリパイプによって各インジェクタ11〜14に分配され、各インジェクタ11〜14からそれぞれ所定の噴射タイミングで、対応する気筒内へ噴射される。
そして、各気筒のインジェクタそれぞれに、当該インジェクタから噴射される燃料を加熱するためのヒータが備えられている。即ち、気筒♯1のインジェクタ11にはこのインジェクタ11から噴射される燃料を加熱するヒータ(以下「第1ヒータ」ともいう)21が備えられ、気筒♯2のインジェクタ12にはこのインジェクタ12から噴射される燃料を加熱するヒータ(以下「第2ヒータ」ともいう)22が備えられ、気筒♯3のインジェクタ13にはこのインジェクタ13から噴射される燃料を加熱するヒータ(以下「第3ヒータ」ともいう)23が備えられ、気筒♯4のインジェクタ14にはこのインジェクタ14から噴射される燃料を加熱するヒータ(以下「第4ヒータ」ともいう)24が備えられている。
各ヒータ21〜24はいずれも、通電によるジュール熱で発熱する抵抗加熱型のヒータであり、通電される電流が大きいほど発熱量が大きくなる。各ヒータ21〜24としては、いずれも電気的特性が同じものが用いられる。各ヒータ21〜24は、いずれも、その一端がヒータ駆動ドライバ3に接続され、他端が接地されている。
各ヒータ21〜24への通電が行われる期間は、詳細は後述するが、図示しないイグニションスイッチがユーザによりオン(即ちエンジンECU5へ電源が投入)されてから所定のプレヒート時間Tpが経過するまでの期間、及びクランキングが開始されてから所定のヒータ駆動終了タイミングまでの期間である。これらの期間に、エンジンECU5からヒータ駆動ドライバ3へPWM信号が出力されてヒータ駆動ドライバ3から各ヒータ21〜24への通電が行われることで、各ヒータ21〜24が発熱し、燃料が加熱される。
(2)ヒータ駆動ドライバの構成
ヒータ駆動ドライバ3は、各ヒータ21〜24毎に設けられた4つのMOSFET(以下単に「MOS」と称する)31〜34と、制御回路35と、駆動回路36と、異常検出回路37と、ダイアグ出力回路38とを備えている。本実施形態の4つのMOS31〜34はいずれもnチャネル型MOSFETであり、その電気的特性・定格はいずれも同じである。
ヒータ駆動ドライバ3は、各ヒータ21〜24毎に設けられた4つのMOSFET(以下単に「MOS」と称する)31〜34と、制御回路35と、駆動回路36と、異常検出回路37と、ダイアグ出力回路38とを備えている。本実施形態の4つのMOS31〜34はいずれもnチャネル型MOSFETであり、その電気的特性・定格はいずれも同じである。
各MOS31〜34のソースは、それぞれ対応する気筒のヒータの一端に接続されている。各MOS31〜34のゲートは、いずれも駆動回路36に接続されている。各MOS31〜34のドレインは、いずれも、パワー系電源リレー15及びヒューズ17を介して車載バッテリ7の正極に接続されている。
パワー系電源リレー15は、基本的には、イグニションスイッチがオンされることによりエンジンECU5に電源が投入されてエンジンECU5が動作している間に、エンジンECU5によりオンされる。したがって、イグニションスイッチがオンされている間は、各MOS31〜34のドレインには車載バッテリ7の電圧(以下「バッテリ電圧」という)VBが印加される。そのため、各MOS31〜34の何れかがオンされると、車載バッテリ7からそのオンされたMOSを介してそのMOSに接続されたヒータへの通電が行われる。バッテリ電圧VBは、本実施形態では、例えば14Vである。なお、パワー系電源リレー15を介してヒータ駆動ドライバ3へ入力されるバッテリ電圧VBを、以下、パワー系電源ともいう。
ヒータ駆動ドライバ3には、上記パワー系電源の他に、ヒューズ18及びメインリレー16を介してバッテリ電圧VBが入力される。この、メインリレー16を介して入力されるバッテリ電圧VBを、以下、制御系電源ともいう。メインリレー16も、パワー系電源リレー15と同様、イグニションスイッチがオンされてエンジンECU5が動作している間にエンジンECU5によりオンされる。
ヒータ駆動ドライバ3は、制御系電源から所定の制御電圧(例えば5V)を生成するレギュレータ(図示略)を備えており、ヒータ駆動ドライバ3内の各種回路等はそれぞれその制御電圧を電源として動作する。
制御回路35は、エンジンECU5から入力されるPWM信号が示すデューティに応じた駆動指令を駆動回路36へ出力する。この駆動指令は、PWM信号のデューティを示すものである。駆動回路36は、制御回路35から入力された駆動指令に従って(即ち駆動指令が示すデューティで)、各MOS31〜34をデューティ駆動する。つまり、各MOS31〜34はいずれもPWM信号に応じた同じデューティで駆動する。但し本実施形態では、各MOS31〜34がいずれも同じタイミングでオン・オフされるのではなく、オンされるタイミングが、デューティ駆動周期の1/4周期ずつずれている。
異常検出回路37は、各ヒータ21〜24の電圧(ヒータ21〜24の両端の電圧)VIH1〜VIH4)に基づいて、各ヒータ21〜24の通電経路の各種異常のうち特に電源ショート、グランドショート、及び断線を検出する。例えば、各MOS31〜34が全てオフされているにもかかわらず何れかのヒータの電圧がバッテリ電圧VBに近い値になっている場合は、そのヒータの一端が電源ショートしている可能性があることが検出できる。また例えば、何れかのMOSがオンされているにもかかわらずそのMOSに接続されたヒータの電圧が0の場合は、そのヒータの一端がグランドショートしている可能性があることが検出できる。このように、異常検出回路37は、各ヒータ21〜24のヒータの電圧と各MOS31〜34の状態等に基づいて、各ヒータ21〜24の通電経路の電源ショート及びグランドショートを検出するのである。
ダイアグ出力回路38は、異常検出回路37によって異常が検出された場合に、その異常の内容や異常部位等を示すダイアグ検出情報をシリアル通信にてエンジンECU5へ出力する。
(3)エンジンECU5の構成
エンジンECU5は、各ヒータ21〜24の駆動制御や各インジェクタ11〜14からの燃料噴射制御などの、エンジン(内燃機関)を動作させるための各種の制御を行うものであり、マイコン41と、出力回路42と、入力回路43と、差動回路44とを備えている。
エンジンECU5は、各ヒータ21〜24の駆動制御や各インジェクタ11〜14からの燃料噴射制御などの、エンジン(内燃機関)を動作させるための各種の制御を行うものであり、マイコン41と、出力回路42と、入力回路43と、差動回路44とを備えている。
出力回路42は、マイコン41から入力される駆動要求値が示すデューティのPWM信号を生成してヒータ駆動ドライバ3へ出力する。駆動要求値は、各ヒータ21〜24を駆動させる際のデューティを示すものであり、後述するようにマイコン41にて算出される。
入力回路43は、ヒータ駆動ドライバ3からシリアル通信にて入力されるダイアグ検出情報を受信して、そのダイアグ検出情報の内容を示すデータをマイコン41へ出力する。
差動回路44は、バッテリ電圧VBと各ヒータの電圧VIH1〜VIH4の差をそれぞれ増幅することにより各ヒータ21〜24にかかる電圧(差動電圧)VD1〜VD4を出力する。
差動回路44は、バッテリ電圧VBと各ヒータの電圧VIH1〜VIH4の差をそれぞれ増幅することにより各ヒータ21〜24にかかる電圧(差動電圧)VD1〜VD4を出力する。
差動回路44の内部構成は、図2に示す通りである。即ち、差動回路44は、図2に示すように、4つの差動増幅回路51,52,53,54を備えている。第1の差動増幅回路51は、オペアンプ61と、一端がこのオペアンプ61の非反転入力端子に接続されて他端にパワー系電源(バッテリ電圧VB)が入力される抵抗R11と、一端がオペアンプ61の反転入力端子に接続されて他端に第1ヒータ21の電圧VIH1が入力される抵抗R12と、一端がオペアンプ61の非反転入力端子に接続されて他端がグランドラインに接続された抵抗R13と、一端がオペアンプ61の反転入力端子に接続されて他端がオペアンプ61の出力端子に接続された抵抗R14とにより構成されている。他の第2の差動増幅回路52,第3の差動増幅回路53,及び第4の差動増幅回路54もいずれも、第1の差動増幅回路51と全く同じ構成である。
このように構成された各差動増幅回路51〜54は、それぞれ、入力される2つの電圧の差、即ちバッテリ電圧VBとヒータの電圧との差を、所定の増幅率(本実施形態では例えば7倍)で増幅して出力する。即ち、第1の差動増幅回路51からは、バッテリ電圧VBと第1ヒータ21の電圧VIH1との差が増幅された差動電圧(以下「第1差動電圧」ともいう)VD1が出力される。第2の差動増幅回路52からは、バッテリ電圧VBと第2ヒータ22の電圧VIH2との差が増幅された差動電圧(以下「第2差動電圧」ともいう)VD2が出力される。第3の差動増幅回路53からは、バッテリ電圧VBと第3ヒータ23の電圧VIH3との差が増幅された差動電圧(以下「第3差動電圧」ともいう)VD3が出力される。第4の差動増幅回路54からは、バッテリ電圧VBと第4ヒータ24の電圧VIH4との差が増幅された差動電圧(以下「第4差動電圧」ともいう)VD4が出力される。
各差動増幅回路51〜54から出力される各差動電圧VD1〜VD4は、バッテリ電圧VBとヒータの電圧との差を増幅したものであるため、直接的には、MOSの両端の電圧を示しているものである。ただし、見方を変えれば、バッテリ電圧VBを仮に基準電位(0V)とした場合にその基準電位に対するヒータの一端側の電位の絶対値を示すものでもあり、ヒータの電圧が変化すると差動電圧も変化する。そのため、差動電圧はヒータの電圧を間接的に示すもの、即ち本発明のヒータ電圧に相当するものである。
なお、差動回路44からマイコン41へ入力される各差動電圧VD1〜VD4は、マイコン41において、各ヒータ21〜24の監視に用いられる。この監視は、後述するように、各差動電圧VD1〜VD4を相互比較して、4つとも同程度の値になっているか否かを判断することにより行われる。
このような相互比較は、例えば、差動回路44に入力される各電圧VIH1〜VIH4に基づいて行うことも理論的には可能である。しかし、各ヒータ21〜24の抵抗値は非常に小さく(例えば5Ω)、かつ各MOS31〜34のオン抵抗(例えば10mΩ)よりは非常に大きい。そのため、各ヒータの電圧VIH1〜VIH4は、バッテリ電圧VBよりわずかに小さい値となり、また相互間の差は非常に小さい。よって、各ヒータの電圧VIH1〜VIH4を直接相互比較しても、相互間の差を適切に判断できず、よって各ヒータ21〜24の監視を適切に行うことは困難である。
そこで本実施形態では、各ヒータ21〜24の電圧VIH1〜VIH4をそれぞれ差動増幅回路51〜54に入力し、バッテリ電圧VBとの差を演算・増幅して、その演算結果である各差動電圧VD1〜VD4をマイコン41に入力するようにしている。バッテリ電圧VBと各ヒータの電圧VIH1〜VIH4との差そのものは非常に小さいが、その差を増幅することで、マイコン41にて適切に処理することが可能な適切なレベルの電圧にすることができる。そのため、マイコン41は、各差動電圧VD1〜VD4の相互比較を適切に行うことができ、各ヒータ21〜24の監視を適切に行うことができる。
マイコン41は、図示しないCPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ、A/D変換器、I/O等を備えた周知の構成のものである。差動回路44からマイコン41に入力された各差動電圧VD1〜VD4は、A/D変換器でデジタルデータに変換された上で、マイコン41における後述するヒータ相互監視処理(図8参照)で用いられる。
マイコン41は、ROMやフラッシュメモリに格納された各種プログラムに従って各種制御を実行する。マイコン41が実行する主な制御として、各インジェクタ11〜14からの燃料の噴射を制御する燃料噴射制御、図示しない燃料ポンプの動作を制御するポンプ駆動制御、各ヒータ21〜24の制御などがある。また、各ヒータ21〜24の制御には、各ヒータ21〜24の駆動そのものを制御するヒータ駆動制御の他、本実施形態の最も特徴的機能である、各ヒータ21〜24の状態を監視して所定の異常状態が発生した場合にこれを検出するヒータ監視制御がある。
ポンプ駆動制御は、燃料ポンプ駆動信号を生成・出力して図示しない燃料ポンプを駆動制御することにより、図示しない燃料タンク内の燃料をデリバリパイプ経由で各インジェクタ11〜14へ供給するものである。
燃料噴射制御は、各気筒♯1〜♯4に対し、予め設定された噴射順序で、対応する各インジェクタを所定の開弁タイミングで所定期間開弁させて所定量の燃料を噴射させるものである。この燃料噴射制御には、後述する燃料噴射カット処理(図10参照)も含まれている。
ヒータ駆動制御は、イグニションスイッチがオンされる毎に、所定のタイミング及び所定の期間に各ヒータ21〜24を通電駆動させるものである。具体的には、通電させるべき期間に、駆動要求値(デューティ)を算出する。マイコン41は、基本的には、上記デューティとして、所定の算出方法によって通常駆動デューティDoを算出し、その通常駆動デューティDoを示す駆動要求値を出力する。通常駆動デューティDoの算出方法は種々考えられ、例えば予め定められた一定値としてもよいし、例えば冷却水温などの種々のパラメータに応じた適切な値のデューティを算出するようにしてもよい。本実施形態では、一例として、各ヒータ21〜24の温度を検出して各検出値が目標温度以上となるように通常駆動デューティDoを算出する、フィードバック制御を行っているものとして、以下説明を続ける。
各ヒータ21〜24の温度をどのように検出するかについては種々の方法を採用することができる。例えば、各ヒータ21の近傍にそれぞれ温度センサを設けるようにしてもよい。また例えば、ヒータの抵抗値から温度を推定演算するための演算式を予め用意しておき、その演算式を用いて温度を推定演算するようにしてもよい。ヒータの抵抗値は、ヒータの電圧VIH、バッテリ電圧VB、MOSのオン抵抗などを元に算出することができる。
各ヒータ21〜24を駆動する期間は、既述の通り、イグニションスイッチのオンから所定のプレヒート時間Tpが経過するまでのプレヒート期間、及びエンジンのクランキングが開始されてからヒータ駆動終了タイミングまでのメイン駆動期間である。
プレヒート期間における各ヒータ21〜24の駆動(プレヒート)は、エンジンのクランキング前に予め各ヒータ21〜24を加熱しておくことによりクランキング開始時の始動性向上を目的とするものである。プレヒート期間の設定方法は種々考えられ、例えば各ヒータ21〜24の温度が目標温度に達するまで駆動する方法や、単に一定時間駆動する方法などがある。本実施形態では、原則として、プレヒート時間Tpは一定のプレヒート基本時間Toに設定されているものとして説明する。ただし本実施形態では、後述するように、プレヒート時間Tpがプレヒート基本時間Toよりも延長されるケースがある。また、プレヒート基本時間Toは、ヒータの温度や冷却水温等に応じて可変設定されるものであってもよい。
(4)ヒータ監視制御
次に、マイコン41が実行する各種制御のうち最も特徴的な制御の1つである、ヒータ監視制御について説明する。
次に、マイコン41が実行する各種制御のうち最も特徴的な制御の1つである、ヒータ監視制御について説明する。
各ヒータ21〜24やこれらの通電経路に生じるおそれのある各種異常のうち、断線や電源ショート、グランドショートについては、ヒータ駆動ドライバ3の異常検出機能(異常検出回路37)によって検出することができる。しかし、各種異常の中には、ヒータ駆動ドライバ3の異常検出機能では検出できない(或いは検出困難な)異常もある。
具体的には、ヒータの内部が部分的に短絡するなどの種々の要因で抵抗値が正常時よりも小さくなってしまうレアショートや、このレアショートとは逆にヒータの経年劣化等によって抵抗値が正常時よりも大きくなってしまう異常(以下「劣化異常」ともいう)などがある。このような異常が生じると、当然ながら、ヒータの正常駆動が困難になる。特にレアショートが生じると、ヒータの温度が正常時よりも上昇して過熱状態となり、燃料が過度に加熱されてベーパが発生するおそれがある。
そこで本実施形態では、マイコン41が、差動回路44からの各差動電圧VD1〜VD4を相互比較することによって、レアショート及び劣化異常を検出する。具体的な検出方法を、図3を用いて説明する。
図3は、第1ヒータ21〜第3ヒータ23はいずれも正常で第4ヒータ24にレアショートが生じている場合を例示している。第4ヒータ24がレアショートしているため、第4ヒータ24の電圧VIH4は、正常時よりも小さい値となる。第4ヒータ24の電圧VIH4が小さくなると、第4の差動増幅回路54から出力される第4差動電圧VD4は、正常時よりも大きな値となる。図3には、第1差動電圧VD1〜第3差動電圧VD3の3つの差動電圧はほぼ同レベルで正常であるのに対して第4差動電圧VD4が高い値になっている例が示されている。
異常検出の具体的手順は次の取りである。まず、4つの気筒♯1〜♯4のうち第1気筒♯1を基準気筒として、その基準気筒である第1気筒♯1の第1ヒータ21の第1差動電圧VD1が正常であると仮定した上で、その第1差動電圧VD1に基づいて、その2倍の値を正常電圧上限値VH、その1/2の電圧を正常電圧下限値VLとして設定する。図3の例では、第1差動電圧VD1が2Vであるため、その2倍の4Vが正常電圧上限値VHに設定され、その1/2の1Vが正常電圧下限値VLに設定された例が示されている。
このように基準気筒の差動電圧に基づいて正常電圧上限値VH及び正常電圧下限値VLを設定した後、基準気筒以外の他の3つの気筒の各差動電圧を判定対象として、それぞれ、正常電圧上限値VHより小さくかつ正常電圧下限値VLより大きい許容範囲内にあるか否かを判断する。
即ち、まず第2気筒♯2の第2ヒータ22の第2差動電圧VD2について、上記許容範囲内にあるか否かを判断する。図3の例では、第2差動電圧VD2は許容範囲内にあるため、第2ヒータ22は正常と判定する。続いて、第3気筒♯3の第3ヒータ23の第3差動電圧VD3について、上記許容範囲内にあるか否かを判断する。図3の例では、第3差動電圧VD3は許容範囲内にあるため、第3ヒータ23は正常と判定する。続いて、第4気筒♯4の第4ヒータ24の第4差動電圧VD4について、上記許容範囲内にあるか否かを判断する。図3の例では、第4差動電圧VD4は正常電圧上限値VH以上となっているため、第4ヒータはNG(異常)であると仮判定する。
このようにして、第1気筒♯1を基準気筒とした異常判断を終えると、引き続き、基準気筒を第2気筒♯2〜第4気筒♯4まで順次切り替えて、それぞれ上記同様に基準気筒の差動電圧に対する他の3つの判定対象ヒータの差動電圧の異常判断を行う。図3の例では、第2気筒♯2を基準気筒として異常判断を行った場合も、第4ヒータ24の第4差動電圧VD4が正常電圧上限値VH以上となって、第4ヒータはNGと仮判定される。さらに、第3気筒♯3を基準気筒として異常判断を行った場合も、第4ヒータ24の第4差動電圧VD4が正常電圧上限値VH以上となって、第4ヒータはNGと仮判定される。
一方、第4気筒♯4を基準気筒として異常判断を行う場合、図3の例では第4気筒♯4の第4差動電圧VD4は4.8Vと大きいため、正常電圧下限値VLはその1/2の2.4Vとなる。この値は、他の3つの差動電圧VD1〜VD3よりも大きい値である。そのため、判定対象の第1ヒータ21〜第3ヒータ23の3つのヒータはいずれもNGとなってしまう。そこで本実施形態では、このように基準気筒以外の他の各判定対象ヒータがいずれもNGとなった場合は、基準気筒がNGであると仮判定する。
このようにして、全気筒が同じ駆動要求値で駆動している各ヒータ21〜24について、各気筒を基準気筒として基準気筒以外のヒータの差動電圧が基準気筒の差動電圧に対して所定の許容範囲内に収まっているかどうかを総当りで比較し、NGか否かの判断を行う。そして、基準気筒を全気筒遷移させた後に、有効気筒数(本例では4つ)の過半数以上(本例では3つ以上)のNG仮判定がなされた気筒を異常と判定する。図3の例では、第4気筒♯4の第4ヒータ24が、4つの基準気筒全てに対してNGと仮判定されたことから、第4気筒♯4の第4ヒータ24はNGと本判定されることになる。なお、有効気筒数に対してどの程度の数のNG仮判定がなされた場合にその気筒を異常と本判定するかについては種々決めることができ、例えば有効気筒数と同じ数のNG仮判定がなされた場合に異常と本判定するようにしてもよい。
ここで、本実施形態では、NGとの本判定が1回なされることによって第4ヒータ24のNGが確定されるわけではない。NGとの本判定がなされた後も、再び、同じ要領で基準気筒を全気筒遷移させてのNG判断を繰り返し行う。そして、NGと本判定された回数(NG判定回数)が所定の異常確定閾値以上となった場合に、第4ヒータ24がNGであることが確定される。なお、異常確定閾値は適宜決めることができ、1としてもよいし、2以上の複数値としてもよい。
NGが確定されると、そのNGの内容(レアショートか劣化異常か)に応じて、以後のヒータ駆動を、通常駆動デューティDoによる通常駆動から、デューティを低減(減衰)させる減衰駆動又はデューティを増大させる増大駆動に切り替える。図3の例の場合、気筒♯4の第4ヒータ24は、その第4差動電圧VD4が他の各差動電圧VD1〜VD3よりも大きくて許容範囲を上回っていたことから、その異常の内容はレアショートである。そのため、その場合は、減衰駆動に切り替える。
減衰駆動において、デューティを通常駆動デューティDoよりもどの程度減衰させるかについては種々考えられる。本実施形態では、第4差動電圧VD4が他の各差動電圧VD1〜VD3と相互比較された時の、第4差動電圧VD4と正常電圧上限値VHとの差である超過量voに基づいて減衰率Daが算出される。
なお、超過量voは、基準気筒毎に異なる値となる可能性が高いが、その場合、例えば、各超過量voのうち最も大きい値をもとに、第4差動電圧VD4が少なくともその超過量voだけは低下するように減衰率Daを算出してもよい。また例えば、各超過量voを平均化して、その平均化後の超過量voをもとに、第4差動電圧VD4が少なくともその平均化後の超過量voだけは低下するように減衰率Daを算出してもよい。いずれの算出方法でも、超過量voが大きいほど減衰率Daも大きくなる。
ただし、デューティを減衰させるということは、他の正常なヒータ21〜24の各差動電圧VD1〜VD3も低下することになる。そのため、減衰率Daを算出するにあたっては、異常(レアショート)と判定された第4ヒータ24の第4差動電圧VD4を十分に低下させることだけでなく、他の正常なヒータの各差動電圧VD1〜VD3が低くなりすぎて加熱が不十分とならないようにすることも考慮する必要がある。
このようにして減衰率Daが算出された後、通常駆動デューティDoをその減衰率Daだけ減衰させた減衰駆動デューティD1(D1=(1−Da)・Do)が算出され、その減衰駆動デューティD1による減衰駆動が行われる。適切な減衰率Daによって減衰駆動が行われると、相互比較による異常判定時に異常(レアショート)と判定された第4ヒータ24の差動電圧VD4は、図4に例示するように、その異常判定時の正常電圧上限値VHよりも小さい値(即ち許容範囲内の値)に収まる。この減衰駆動により、レアショート状態の第4ヒータ24の発熱量の過度な上昇を抑えて燃料のベーパを抑制することができる。
図3の例とは逆に、何れか1つのヒータが劣化異常となったことにより、その差動電圧が他の3つの差動電圧よりも小さくて許容範囲を下回った場合は、増大駆動に切り替える。増大駆動において、デューティを通常駆動デューティDoよりどの程度増大させるかについても種々考えられる。本実施形態では、異常が確定したヒータの差動電圧が他の各差動電圧と相互比較された時の正常電圧下限値VLとの差である不足量vuに基づいて増大率Dbが算出される。そして、通常駆動デューティDoを増大率Dbだけ増大させた増大駆動デューティD2(D2=(1+Db)・Do)が算出され、その増大駆動デューティD2による増大駆動が行われる。
ヒータ監視制御によって何れかのヒータがレアショートと判断されて減衰駆動に移行すると、場合によっては、ヒータの発熱量不足で燃料が十分に加熱されない状況も起こり得る。そこで本実施形態では、ヒータの減衰駆動中は、何れかの気筒の燃料噴射タイミングが到来する毎に、その燃料噴射タイミング又は燃料噴射タイミングよりも所定時間前のタイミング(以下これらを「規定タイミング」という)で、燃料噴射対象気筒のヒータの温度を検出する。そして、検出したヒータ温度が目標温度未満ならば、その燃料噴射タイミングでの噴射対象気筒の燃料噴射をカットする(噴射を行わない)ようにしている。
燃料噴射のカットが行われる具体例を図5に示す。図5は、プレヒートの段階で何れかのヒータのレアショートが検出されたことにより減衰駆動に切り替わった場合における、クランキングが開始されてエンジンが始動する際の、各気筒♯1〜♯4の燃料噴射タイミングと各ヒータ21〜24の温度変化の一例である。ヒータの温度は、既述の通り目標温度に制御される。そのため、燃料噴射が行われる毎に、加熱された燃料が噴射されることによりヒータ温度は一旦低下するものの、その後再び目標温度まで上昇していく。
クランキング中でエンジン回転数が低い間は、いずれの気筒も燃料噴射タイミングの間隔が長い。そのため、何れの気筒も、ある噴射タイミングで噴射が行われてヒータの温度が低下しても、次の噴射タイミングまでにはヒータの温度を十分に目標温度に到達させることができる。しかし、エンジンが始動して回転数が上昇すると、当然ながらいずれの気筒も噴射タイミングの間隔が短くなる。そのため、ある噴射タイミングで噴射が行われてヒータの温度が低下した後、ヒータの温度が目標温度に到達する前に次の噴射タイミングが到来してしまうことも起こり得る。
図5の時刻t1は、第1気筒♯1の燃料噴射タイミングであるが、この時刻t1での第1ヒータ21の温度は目標温度に到達していない。そのため、この時刻t1では、第1気筒♯1の燃料噴射はカットされる。第1気筒♯1の次は時刻t2で第2気筒♯2の燃料噴射タイミングが来る。この時刻t2でも、第2ヒータ22の温度は目標温度に到達していない。そのため、単にヒータ温度だけをみれば、この時刻t2でも第2気筒♯2の燃料噴射はカットすべきである。しかし、時刻t2の燃料噴射タイミングの直前の燃料噴射タイミングである時刻t1において第1気筒♯1の燃料噴射がカットされている。そのため、時刻t2でも燃料噴射をカットすると、2回連続で燃料噴射がカットされることになり、エンジンの始動性を悪化させるおそれがある。そこで、時刻t2では、燃料噴射をカットすることなく、第2気筒♯2への燃料噴射が行われる。
つまり、たとえ今回の燃料噴射タイミングで燃料噴射対象気筒のヒータの温度が目標温度未満であっても、直前の燃料噴射タイミングにおいて燃料噴射がカットされている場合は、今回の燃料噴射タイミングでは燃料噴射を行うようにしている。
時刻t2で第2気筒♯2への燃料噴射が行われた後、次の時刻t3で第3気筒♯3の燃料噴射タイミングが来る。この時刻t3でも、第3ヒータ23の温度は目標温度に到達していない。そのため、この時刻t3では、第3気筒♯3の燃料噴射はカットされる。時刻t3で第3気筒♯3への燃料噴射がカットされた後、次の時刻t4で第4気筒♯4の燃料噴射タイミングが来る。この時刻t4では、第4ヒータ24の温度が目標温度に到達している。そのため、この時刻t4では通常通り第4気筒♯4への燃料噴射が行われる。
何れかのヒータがレアショートすると、その後、減衰駆動によってデューティを低減したとしても、例えばその低減量が十分ではなかったり、レアショートの度合いが大きくて(即ちヒータの抵抗値が大幅に低下していて)、そのレアショート状態のヒータの発熱量を十分に下げることができないおそれもある。
そこで本実施形態では、ヒータ監視制御において、上述した各ヒータの異常判定を行うと共に、各ヒータの消費電力の積算も行うようにしている。即ち、イグニションスイッチのオンによりヒータの駆動が開始されてからの各ヒータの消費電力量U1(t)〜U4(t)を算出するようにしている。そして、何れかのヒータが異常と判定されたことにより減衰駆動に移行した後、各ヒータの消費電力積算値U1(t)〜U4(t)をチェックして、何れかの消費電力積算値が所定の上限閾値Ur(t)を超えた場合には、デューティを0にして各ヒータの駆動を強制的に停止させる。
消費電力積算値(U1(t)〜U4(t))と上限閾値Ur(t)との関係の一例は図6に示す通りである。図6に示すように、ヒータの消費電力積算値は、駆動時間と共に上昇していくが、上限閾値Ur(t)も同様に駆動時間と共に上昇していく。つまり、上限閾値Ur(t)は、予め設定された、駆動時間に対する所定の演算式(関数)により得られる。この上限閾値Ur(t)の演算式は、ヒータが正常である場合に想定される消費電力積算値の変化をもとにして、その正常時の消費電力積算値よりも大きい値(正常である限りその値を超えることのないような値)となるように設定されている。そのため、上限閾値Ur(t)を超える領域は、ヒータ駆動開始からの経過時間に対して消費電力量が過大な領域であり、換言すれば、ベーパが発生する可能性が高くなる領域である。
ヒータが正常である限り、ヒータの消費電力積算値が上限閾値Ur(t)を超えることはないが、ヒータがレアショートすると、駆動時間に対して消費電力積算値が急上昇していく。つまり、駆動開始からの経過時間に対する消費電力量が大きく、やがて上限閾値Ur(t)に達する。このように、消費電力積算値が上限閾値Ur(t)に達した場合は、減衰駆動が十分に行われていない(或いは十分に行うことができない)異常状態と判定して、各ヒータの駆動を強制停止させるのである。
(5)マイコン41が実行する各制御処理の具体的説明
(5−1)ヒータ監視処理
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述したヒータ監視制御を実現するためのヒータ監視処理について、図7を用いて説明する。マイコン41は、イグニションスイッチがオンされてその動作を開始した後、所定のヒータ駆動終了タイミングまで、図7に示したヒータ監視処理を定期的に繰り返し実行する。なお、図7のヒータ監視処理で用いられる各変数zj、Zk、U1(t)〜U4(t)は、イグニションスイッチがオフされると全て0にクリアされる。一方、図7のヒータ監視処理で設定される各フラグは、イグニションスイッチがオフされても、そのオフ直前の設定状態が維持される。ただし、各フラグの初期値は、通常駆動フラグはオンで他の各フラグはオフである。
(5−1)ヒータ監視処理
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述したヒータ監視制御を実現するためのヒータ監視処理について、図7を用いて説明する。マイコン41は、イグニションスイッチがオンされてその動作を開始した後、所定のヒータ駆動終了タイミングまで、図7に示したヒータ監視処理を定期的に繰り返し実行する。なお、図7のヒータ監視処理で用いられる各変数zj、Zk、U1(t)〜U4(t)は、イグニションスイッチがオフされると全て0にクリアされる。一方、図7のヒータ監視処理で設定される各フラグは、イグニションスイッチがオフされても、そのオフ直前の設定状態が維持される。ただし、各フラグの初期値は、通常駆動フラグはオンで他の各フラグはオフである。
マイコン41は、図7のヒータ監視処理を開始すると、まずS110で、ヒータ駆動ドライバ3からシリアル通信にてダイアグ検出情報が出力されているか否か判断する。ダイアグ検出情報が出力されている場合は、ヒータ駆動ドライバ3において断線又はショートの異常が検出されたということであるため、S280で通電停止要求フラグをオンにする。
通電停止要求フラグをオンすると、後述する図9のヒータ駆動処理におけるS730の処理によってヒータの駆動が強制的に停止(終了)されることになる。ただしその強制終了は、マイコン41がPWM信号の出力を停止する(即ちデューティを0にする)ことにより行われる。そのため、PWM信号の出力を停止してもヒータへの通電が継続されるような異常が生じている場合には、PWM信号の出力を停止させることだけでは実際に駆動を終了させることはできない。そこで、S280で通電停止要求フラグをオンした後、S290で、ヒータ駆動の停止が不可能か否かを判断する。
具体的には、各ヒータ21〜24の各電圧VIH1〜VIH4をモニタして、0になっているか否かを判断する。モニタした各電圧VIH1〜VIH4が全て0になっていれば、全てのヒータ21〜24が停止しているものと判断して、このヒータ監視処理を終了する。一方、何れかのヒータの電圧が0ではない場合は、少なくともそのヒータについては停止させること(詳しくはPWM信号を0にすることによって停止させること)が不可能と判断して、S300に進み、パワー系電源リレー15を遮断する。これにより、ヒータ駆動ドライバ3へのパワー系電源の供給が強制的に遮断されるため、各ヒータ21〜24の駆動を停止させることができる。
S110で、ヒータ駆動ドライバ3からダイアグ検出情報が出力されていないと判断した場合は、S120で、ヒータ通常駆動フラグがオンされているか否か判断する。ヒータ通常駆動フラグがオフされている場合はこのヒータ監視処理を終了するが、ヒータ通常駆動フラグがオンされている場合は、S130のヒータ相互監視処理に進む。
S130のヒータ相互監視処理の詳細は図8に示す通りであり、まずS310で、各ヒータ21〜24の各差動電圧VD1〜VD4を取り込む。なお、ここで取り込む各差動電圧VD1〜VD4は、いずれも、デューティ駆動におけるMOSのオン時(即ち対応するヒータへの通電が行われているとき)の値である。S320では、3つの補助変数i,j,kを全て1に初期化する。
そしてS330で、基準気筒を第i気筒♯iとして、その基準気筒♯iの差動電圧VDiに基づき、正常電圧上限値VH(=2・VDi)及び正常電圧下限値VL(=VDi/2)をそれぞれ算出する。そしてS340で、判定対象の気筒を第j気筒♯jとして、この気筒♯jの差動電圧VDjが正常電圧下限値VLより大きくかつ正常電圧上限値VHより小さい範囲(即ち許容範囲)内にあるか否かを判断する。判定対象の差動電圧VDjが許容範囲内にあればS370に進むが、許容範囲から外れている場合は、S350に進み、判定対象の気筒♯jの仮NG判定回数zjをカウントアップする。そしてS360で、正常電圧上限値VHに対する判定対象の差動電圧VDjの超過量vo(=VDj−VH)又は正常電圧下限値VLに対する判定対象の差動電圧VDjの不足量vu(=VL−VDj)を算出し、メモリ(RAM又はフラッシュメモリ)に保持する。具体的には、S340の判断において判定対象の差動電圧VDjが正常電圧上限値VH以上であった場合はS360では超過量voが算出・保持されることになり、逆にS340の判断において判定対象の差動電圧VDjが正常電圧下限値VL以下であった場合はS360では不足量vuが算出・保持されることになる。
S370では、判定対象の気筒を示す補助変数jが4であるか否かを判断し、4の場合はS390に進むが、まだ4でない場合はS380でこの補助変数jを1つインクリメントしてS340に戻る。このようにして、基準気筒♯i以外の3つの判定対象気筒♯jの各差動電圧VDjについて、S340の判断を順次行い、許容範囲から外れている場合には仮NG判定回数zjのカウントアップ(S350)と、超過量vo又は不足量vuの算出・保持(S360)を行うのである。
S370でj=4と判断した場合は、S390に進み、基準気筒♯i以外の3つの気筒♯jが全て仮NG判定されたか否かを判断する。ここで、基準気筒♯i以外の3つの気筒♯jのうち1つでも正常と判断された場合はS410に進むが、基準気筒♯i以外の3つの気筒♯jが全て仮NG判定された場合は、基準気筒♯iが異常であって基準気筒♯iをNGと仮判定すべきである(図3における、第4気筒♯4を基準気筒としたときの事例に相当)。そこで、基準気筒♯i以外の3つの気筒♯jが全て仮NG判定された場合は、S400で、基準気筒♯iに対する他の3つの判定対象気筒♯jに対してなされた仮NG判定を全てクリアして、これら3つの判定対象気筒♯jの各仮NG判定回数zjもそれぞれ1つずつカウントダウンする。逆に基準気筒♯iの仮NG判定回数zjについては1つカウントアップする。
このようにして、1つの基準気筒♯iに基づく仮判定処理を終えると、S410で、基準気筒を示す補助変数iが4であるか否かを判断する。補助変数iが4の場合はS430に進むが、まだ4でない場合はS420でこの補助変数iを1つインクリメントしてS330に戻る。つまり、基準気筒を現在の気筒♯iから気筒♯i+1に切り替えて、再びS330以下の処理を行うのである。全ての気筒♯1〜♯4について、それぞれを基準気筒としたときの仮NG判定処理が終了すると、S410でi=4と判断され、S430に進むことになる。
S430では、各気筒が異常か否かの正判定を行う。即ち、正判定対象の気筒♯kについて、その仮NG判定回数zkが有効気筒数の過半数以上か否かを判断する。本実施形態では、有効気筒数が4でその過半数は3であるため、S430の判断は、仮NG判定回数zkが3以上か否かの判断となる。
気筒♯kの仮NG判定回数zkが3以上でなければ、気筒♯kについては正常であるものと本判定して、S450に進む。一方、気筒♯kの仮NG判定回数zkが3以上の場合は、気筒♯kについては異常であるものと本判定して、S440で気筒♯kのNG判定回数Zkをカウントアップして、S450に進む。
S450では、本判定対象の気筒を示す補助変数kが4であるか否かを判断し、4の場合はこの図8のヒータ相互監視処理を終えてS140(図7)の処理に進むが、まだ4でない場合はS460でこの補助変数kを1つインクリメントしてS430に戻る。このように各気筒♯1〜♯4について順次S430以降の処理を行うことで、各気筒それぞれNGであるか否かの本判定を行うのである。
図8のヒータ相互監視処理を終えてS140(図7)に進むと、各ヒータ21〜24の消費電力を積算することで、消費電力積算値(消費電力量)U1(t)〜U4(t)をそれぞれ算出する。そしてS150で、S130のヒータ相互監視処理においていずれかのヒータでNG判定(本判定)がなされたか否かを判断する。いずれのヒータでもNG判定がなされなかった場合は、S160で、各ヒータの仮NG判定回数zjを全て0にクリアする。そして、S170でヒータ通常駆動フラグをオンし、S180で減衰駆動フラグ及び増大駆動フラグを共にオフして、ヒータ監視処理を終了する。
S130のヒータ相互監視処理においていずれかのヒータでNG判定(本判定)がなされた場合は、S150からS190に進み、NG判定回数Zkが異常確定閾値以上のヒータがあるか否か判断する。NG判定回数Zkが異常確定閾値以上のヒータがない場合はヒータ監視処理を終了するが、NG判定回数Zkが異常確定閾値以上のヒータがある場合は、S200で、ヒータ通常駆動フラグをオフする。この時点で、そのNG判定回数Zkが異常確定閾値以上のヒータのNGが確定される。
そしてS210で、当該ヒータ(NG判定回数Zkが異常確定閾値以上のヒータ)に対して、超過量vo又は不足量vuのどちらがメモリに保持されているか判断する。当該ヒータがS130のヒータ相互監視処理でNGと本判定された際に、当該ヒータの差動電圧が正常電圧上限値VH以上となっていた場合(即ちレアショートの場合)はメモリに超過量voが保持され、当該ヒータの差動電圧が正常電圧下限値VL以下となっていた場合(即ち劣化異常の場合)はメモリに不足量vuが保持されているはずである。
メモリに超過量voが保持されている場合は、S220で減衰駆動フラグをオンし、S230で、超過量voに基づいてデューティ減衰率Daを算出する。さらにS240で、次回からのプレヒート延長時間Tαを演算する。このプレヒート延長時間Tαは、次回再びイグニションスイッチがオンされてプレヒートが行われる際に、プレヒート時間Tpをプレヒート基本時間Toよりもどれだけ延長させるかを決めるものである。このプレヒート延長時間Tαは、S230で算出したデューティ減衰率Daに基づいて演算する。例えば、デューティ減衰率Daが大きいほど大きくなるようにプレヒート延長時間Tαを演算することが考えられる。もちろん、このようなプレヒート延長時間Tαの演算方法はあくまでも一例である。
メモリに不足量vuが保持されている場合は、S210からS250に進んで増大駆動フラグをオンし、S260で、不足量vuに基づいてデューティ増大率Dbを算出する。
そしてS270で、各ヒータの消費電力積算値U1(t)〜U4(t)がいずれも上限閾値Ur(t)以下であるか否か判断する。各ヒータの消費電力積算値U1(t)〜U4(t)がいずれも上限閾値Ur(t)以下ならば、ヒータ監視処理を終了するが、何れか1つでも、消費電力積算値が上限閾値Ur(t)を超えているヒータがある場合は、S280以降に進み、各ヒータ21〜24の駆動を強制停止させる。
そしてS270で、各ヒータの消費電力積算値U1(t)〜U4(t)がいずれも上限閾値Ur(t)以下であるか否か判断する。各ヒータの消費電力積算値U1(t)〜U4(t)がいずれも上限閾値Ur(t)以下ならば、ヒータ監視処理を終了するが、何れか1つでも、消費電力積算値が上限閾値Ur(t)を超えているヒータがある場合は、S280以降に進み、各ヒータ21〜24の駆動を強制停止させる。
(5−2)ヒータ駆動処理
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述したヒータ駆動制御を実現するためのヒータ駆動処理について、図9を用いて説明する。マイコン41は、イグニションスイッチがオンされてその動作を開始した時に、図9に示したヒータ駆動処理を実行する。
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述したヒータ駆動制御を実現するためのヒータ駆動処理について、図9を用いて説明する。マイコン41は、イグニションスイッチがオンされてその動作を開始した時に、図9に示したヒータ駆動処理を実行する。
マイコン41は、このヒータ駆動処理を開始すると、まずS510で、通電停止要求フラグがオンされているか否か判断する。通電停止要求フラグがオンされている場合は、S730で各ヒータ21〜24の駆動を全て終了させて、ヒータ駆動処理を終了する。S730の処理は、具体的には、駆動要求値を0にしてPWM信号の出力を停止させる(デューティを0にする)ことにより行われる。
S510で通電停止要求フラグがオフされている場合は、S520で通常駆動デューティDoを算出し、S530で、駆動フラグのオン判定を行う。即ち、通常駆動フラグ、減衰駆動フラグ、及び増大駆動フラグのうちどの駆動フラグがオンされているかを判定する。
通常駆動フラグがオンされている場合は、S540で、出力デューティを通常駆動デューティDoに設定する。出力デューティとは、最終的にヒータ駆動ドライバ3へ出力するPWM信号のデューティである。そしてS550で、プレヒート時間Tpを演算して、S620に進む。通常駆動フラグがオンされている場合は、プレヒート基本時間Toがそのままプレヒート時間Tpとして演算される。
増大駆動フラグがオンされている場合は、S560で、増大駆動デューティD2を算出する。増大駆動デューティD2は、既述の通り、通常駆動デューティDoを増大率Dbだけ増大させたものであり、D2=(1+Db)・Doの演算式で算出する。そしてS570で、出力デューティをその算出した増大駆動デューティD2に設定し、S550でプレヒート時間Tpを演算して、S620に進む。
減衰駆動フラグがオンされている場合は、S580で、減衰駆動デューティD1を算出する。減衰駆動デューティD1は、既述の通り、通常駆動デューティDoを減衰率Daだけ減衰させたものであり、D1=(1−Da)・Doの演算式で算出する。そしてS590で、出力デューティをその算出した減衰駆動デューティD1に設定する。更に、S600で、図7のS240で演算したプレヒート延長時間Tαを取得し、S610で、その取得したプレヒート延長時間Tαを用いてプレヒート時間Tpを演算して、S620に進む。減衰駆動フラグがオンされている場合のプレヒート時間Tpは、プレヒート基本時間Toにプレヒート延長時間Tαが加算されたものとなる。
S620では、S540、S570、又はS590で設定した出力デューティでプレヒートを実行する。即ち、設定した出力デューティを示す駆動要求値を出力回路42へ出力することで、出力回路42からその駆動要求値に応じた(駆動要求値が示す出力デューティの)PWM信号を出力させる。これにより、各ヒータ21〜24は、プレヒート時間Tpの間、出力デューティにて駆動される。
プレヒートの実行後、S630で、エンジンのクランキング開始を待ち、クランキングが開始されたら、S640で、通常駆動デューティDoを算出する。そしてS650で、S530と同じように駆動フラグのオン判定を行う。
S650において、通常駆動フラグがオンされている場合は、S660で、通常駆動デューティDoでの各ヒータ21〜24の通常駆動を実行する。即ち、通常駆動デューティDoを示す駆動要求値を出力回路42へ出力することで、出力回路42からその駆動要求値に応じた(通常駆動デューティDoの)PWM信号を出力させる。
S650において、増大駆動フラグがオンされている場合は、S670で、S560と同じように増大駆動デューティD2を算出する。そしてS680で、その算出した増大駆動デューティD2での各ヒータ21〜24の増大駆動を実行する。即ち、増大駆動デューティD2を示す駆動要求値を出力回路42へ出力することで、出力回路42からその駆動要求値に応じた(増大駆動デューティD2の)PWM信号を出力させる。
S650において、減衰駆動フラグがオンされている場合は、S690で、S580と同じように減衰駆動デューティD1を算出する。そしてS700で、その算出した減衰駆動デューティD1での各ヒータ21〜24の減衰駆動を実行する。即ち、減衰駆動デューティD1を示す駆動要求値を出力回路42へ出力することで、出力回路42からその駆動要求値に応じた(減衰駆動デューティD1の)PWM信号を出力させる。
S710では、ヒータ駆動終了タイミングであるか否かを判断する。ヒータ駆動終了タイミングがまだ到来していない場合は、S720で、通電停止要求フラグがオンされているか否か判断し、オンされていない場合はS640に戻って、各ヒータ21〜24の駆動を続ける。S710でヒータ駆動終了タイミングが到来した場合、及びS720で通電停止要求フラグがオンされている場合は、S730で各ヒータ21〜24の駆動を終了させて、このヒータ駆動処理を終了する。
駆動終了タイミングは、種々の方法で決めることができる。例えば、エンジンが始動してから一定期間経過後のタイミングとしてもよいし、エンジン始動後、エンジンの暖気が十分に行われたかどうかを所定の方法で確認して十分に行われたと判断したタイミングとしてもよい。
(5−3)燃料噴射カット処理
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述した燃料噴射制御の一部である燃料噴射カット処理について、図10を用いて説明する。マイコン41は、各ヒータ21〜24が減衰駆動されている間(即ち減衰駆動フラグがオンされている間)、図10に示した燃料噴射カット処理を定期的に繰り返し実行する。
次に、マイコン41が実行する各種制御処理のうち、上述した燃料噴射制御の一部である燃料噴射カット処理について、図10を用いて説明する。マイコン41は、各ヒータ21〜24が減衰駆動されている間(即ち減衰駆動フラグがオンされている間)、図10に示した燃料噴射カット処理を定期的に繰り返し実行する。
マイコン41は、この燃料噴射カット処理を開始すると、まずS810で、何れかの気筒が噴射直前の規定タイミングであるか否か判断する。何れかの気筒♯nが規定タイミングになった場合は、S820で、当該気筒♯nの第nヒータの温度を検出し、さらにS830で、エンジンの回転数を検出する。
S840では、S820で検出したヒータ温度が目標温度未満であって、かつS830で検出したエンジン回転数が回転数閾値以上であるか否かを判断する。ヒータ温度が目標温度以上であったり、エンジン回転数が回転数閾値未満である場合は、S810に戻るが、ヒータ温度が目標温度未満でかつエンジン回転数が回転数閾値以上の場合は、S850に進む。
S850では、直前の燃料噴射タイミングにおける噴射対象の気筒♯n−1(n=1の場合は気筒♯4)について、燃料噴射がカットされたか否か判断する。直前の噴射対象気筒♯n−1の噴射がカットされた場合はS810に戻るが、直前の噴射対象気筒♯n−1の噴射がカットされなかった場合は、S860で、今回の噴射対象気筒♯nについて、今回の噴射タイミングでは噴射をカットさせるように設定する。そしてS870で、各ヒータ21〜24の駆動が終了したか否か判断し、終了していない場合はS810に戻るが、終了した場合はこの燃料噴射カット処理を終了する。
(6)実施形態の効果
以上説明した本実施形態のインジェクタヒータ駆動システム1では、エンジンECU5のマイコン41が、各気筒の各インジェクタ11〜14に設けられた各ヒータ21〜24について、それらの差動電圧VD1〜VD4を相互比較判断することによって、異常であるか否かを判断する。そして、異常判定した場合、その異常がレアショートである場合は各ヒータ21〜24を減衰駆動させる。そのため、何れかのヒータがレアショート状態になったとしても、そのレアショート状態になったヒータによる燃料の過熱を防ぎつつ、エンジンを始動させることができる。
以上説明した本実施形態のインジェクタヒータ駆動システム1では、エンジンECU5のマイコン41が、各気筒の各インジェクタ11〜14に設けられた各ヒータ21〜24について、それらの差動電圧VD1〜VD4を相互比較判断することによって、異常であるか否かを判断する。そして、異常判定した場合、その異常がレアショートである場合は各ヒータ21〜24を減衰駆動させる。そのため、何れかのヒータがレアショート状態になったとしても、そのレアショート状態になったヒータによる燃料の過熱を防ぎつつ、エンジンを始動させることができる。
また、異常の内容が劣化異常であった場合は、レアショートの場合とは逆に各ヒータ21〜24を増大駆動させる。そのため、何れかのヒータが劣化異常になったとしても、その劣化異常になったヒータによる燃料の加熱不足を補い、エンジンの始動性低下を抑えることができる。
また、減衰駆動を行う際の減衰率Daは、上限値VHからの超過量voに基づいて、差動電圧が少なくともその超過量voだけは低下するように算出される。換言すれば、超過量voが大きいほど大きい値となるように減衰率Daが算出される。そのため、レアショートが生じたヒータの発熱量を適切なレベルに抑えることができる。
一方、増大駆動を行う際の増大率Dbは、下限値VLに対する不足量vuに基づいて、差動電圧が少なくともその不足量vuだけは増加するように算出される。換言すれば、不足量vuが大きいほど大きい値となるように増大率Dbが算出される。そのため、劣化異常が生じたヒータの発熱量を適切なレベルに上昇させることができる。
また、本実施形態では、各ヒータ21〜24の異常判定を、各ヒータ21〜24の各差動電圧VD1〜VD4の相互比較により行っている。即ち、各ヒータ21〜24の各電圧VIH1〜VIH4そのものに着目して判定しているのではないのはもちろん、各ヒータ21〜24の各差動電圧VD1〜VD4自体の絶対値に着目して判定しているのでもない。あくまでも、各差動電圧VD1〜VD4が同等の値に揃っているか、それとも他に対して相対的に大きな(又は小さな)値になっているものがあるか、といった観点で判定を行っている。更に、判定を行う際の基準となる正常電圧上限値VH及び正常電圧下限値VLは、いずれも、基準気筒の差動電圧をもとに決定される。
そのため、各ヒータ21〜24の各電圧VIH1〜VIH4の値や相互間の差の大小にかかわらず、また各ヒータ21〜24の各電圧VIH1〜VIH4の変動や各差動電圧VD1〜VD4の変動があっても、異常判定を容易かつ確実に行うことができる。
また、本実施形態では、減衰駆動が行われている間、各気筒の噴射タイミング毎に(詳しくは規定タイミング毎に)、当該噴射対象気筒のヒータの温度を検出して、目標温度に達していない場合はその噴射タイミングでの噴射をカットするようにしている。即ち、減衰駆動によって燃料が十分に加熱されないまま噴射タイミングが到来した場合には噴射を間引くようにしている。このように目標温度に達していない場合は噴射をカットすることで、加熱時間を優先的に確保して加熱能力を補うことができる。
ただし、ヒータ温度が目標温度に達していない場合であっても、直前の噴射タイミングでも噴射がカットされていてかつエンジン回転数が所定回転数に満たないという、2つの条件が成立している場合は、噴射をカットせず通常通り燃料噴射を実行させるようにしている。これにより、減衰駆動中であっても、各ヒータの加熱時間を確保しつつ、エンジンの始動性低下を抑えることが可能となる。なお、上記2つの条件のうち何れか一方のみ成立した場合であっても燃料噴射をカットしないようにしてもよい。
また、上記実施形態では、各ヒータ21〜24の消費電力量を各々積算し、何れかのヒータの消費電力積算値が上限閾値Ur(t)を超えた場合には、各ヒータ21〜24の駆動を強制停止させるようにしている。そのため、各ヒータの過熱をより確実に抑えることができ、ベーパの発生をより精度良く抑制することができる。
また、上記実施形態では、減衰駆動フラグがオンされている場合、プレヒート時間Tpを、プレヒート基本時間Toよりもプレヒート延長時間Tαだけ延長し、これにより通常よりも長い時間プレヒートを行うようにしている。そのため、減衰駆動が行われる場合においても、燃料噴射前に燃料を十分に加熱することができる。
[変形例]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、減衰率Daに基づいて減衰駆動デューティD1を算出し、増大率Dbに基づいて増大駆動デューティD2を算出するようにしたが、これら各駆動デューティD1,D2の算出方法はあくまでも一例である。例えば、減衰駆動デューティD1については、超過量voに基づいてデューティの減衰量を算出し、その算出した減衰量を通常駆動デューティDoから減算することにより算出するようにしてもよい。増大駆動デューティD2についても、不足量vuに基づいてデューティの増大量を算出し、その算出した増大量を通常駆動デューティDoに加算することにより算出するようにしてもよい。或いは、減衰率Da(又は上記減衰量)や増大率Db(又は上記増大量)をそれぞれ予め定められた一定値とするようにしてもよい。
また、エンジンECU5からヒータ駆動ドライバ3への駆動要求値の伝送について、上記実施形態では、駆動要求値(デューティ)を示すPWM信号を伝送する構成を例示したが、このような伝送方法もあくまでも一例である。例えば、駆動要求値を示すデータを所定のデータ通信方式(例えばシリアル通信)によりヒータ駆動ドライバ3へ送信する構成としてもよい。
駆動要求値のデータをシリアル通信によりヒータ駆動ドライバ3へ伝送する構成の場合、何れかのヒータのレアショート時に減衰駆動させるためには、伝送する駆動要求値を低下させればよい。また、4つのヒータ21〜24を個別に(個別の駆動要求値で)制御する構成としてもよく、そのような構成において何れかのヒータの異常時に減衰駆動させる場合は、異常となっているヒータのみ減衰駆動させるようにしてもよい。
また、何れか一つのヒータの異常が検出されて減衰駆動又は増大駆動に移行した後も、引き続き、その異常が検出されたヒータ以外の他の3つのヒータを相互監視するようにしてもよい。即ち、3つ以上のヒータを相互比較できる限り、ヒータの異常判定の処理を続けることができる。
また、上記実施形態では、正常電圧上限値VHを、基準気筒の差動電圧の2倍の値とし、正常電圧下限値を、基準気筒の差動電圧の1/2倍の値としたが、これら上限値VH及び下限値VLをこのような方法で算出するのはあくまでも一例である。基準気筒の差動電圧に基づいて正常電圧上限値VH及び正常電圧下限値VLを算出する具体的算出方法は種々考えられる。
また、本発明の適用は、上述した4つのインジェクタを備えた4気筒エンジンへの適用に限定されるものでないことはいうまでもない。また、本発明はアルコール燃料車両への適用に限定されるものでもない。本発明は、燃料を加熱するためのヒータを3つ以上備えたあらゆるエンジンに対して広く適用可能である。
1…インジェクタヒータ駆動システム、3…ヒータ駆動ドライバ、5…エンジンECU、7…車載バッテリ、11〜14…インジェクタ、15…パワー系電源リレー、16…メインリレー、17,18…ヒューズ、21〜24…ヒータ、31〜34…MOSFET、35…制御回路、36…駆動回路、37…異常検出回路、38…ダイアグ出力回路、41…マイコン、42…出力回路、43…入力回路、44…差動回路、51〜54…差動増幅回路、61〜64…オペアンプ、R11〜R14,R21〜R24,R31〜R34,R41〜R44…抵抗
Claims (7)
- 3つ以上の気筒を有する内燃機関の各気筒の燃料噴射弁(11,12,13,14)から噴射される燃料を加熱するために前記燃料噴射弁毎に個別に設けられたヒータ(21,22,23,24)へ駆動要求値に応じた通電を行うことによって前記各ヒータを駆動するよう構成されたヒータ駆動装置(3)に対し、前記駆動要求値を示す駆動要求信号を出力することによって前記各ヒータの駆動を制御する燃料加熱制御装置(5)であって、
通電中の各ヒータの電圧を直接又は間接的に示すヒータ電圧をそれぞれ取得するヒータ電圧取得手段(44)と、
各ヒータのうち1つを判定対象ヒータ、その判定対象ヒータ以外の他の各ヒータを比較用ヒータとして、前記判定対象ヒータの前記ヒータ電圧である判定対象ヒータ電圧と前記各比較用ヒータの前記各ヒータ電圧である各比較用ヒータ電圧との差がそれぞれ所定の許容範囲内にあるか否かの相互比較判断を、前記ヒータ毎に順次実行する相互比較手段(41,S310〜S420)と、
前記相互比較手段による前記相互比較判断において、前記各比較用ヒータのうち少なくともその半数より多い所定数以上の前記比較用ヒータに対して前記差が前記許容範囲内にないと判断された前記判定対象ヒータがあった場合に、その判定対象ヒータが異常であると判定すると共に、その判定対象ヒータについて前記相互比較判断時に前記差が前記許容範囲内にないと判断されたときの前記判定対象ヒータ電圧と前記比較用ヒータ電圧の大小関係に基づいて、前記異常と判定した前記判定対象ヒータの異常状態の種類が、その判定対象ヒータの発熱量が正常時よりも大きくなるレアショート状態であるか否かを判定する異常判定手段(41,S430〜S460,S210〜S220)と、
所定の演算方法によって前記駆動要求値を算出し、何れかのヒータが前記異常判定手段によって前記レアショート状態であると判定された場合には、全てのヒータが正常な場合の前記駆動要求値よりも所定の要求値減衰量だけ小さい値の駆動要求値を算出する減衰駆動を行うことにより各ヒータの発熱量を低減させる駆動要求値算出手段(41,S520〜S540,S560〜S590,S640〜S700)と、
前記駆動要求値算出手段が算出した前記駆動要求値を示す前記駆動要求信号を出力する駆動要求信号出力手段(42)と、
を備えることを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項1に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記駆動要求値算出手段(S230)は、何れかのヒータが前記異常判定手段によって前記レアショート状態であると判定された場合、そのヒータが前記判定対象ヒータとして前記相互比較手段により前記相互比較判断された際にその判定対象ヒータ電圧と前記各比較用ヒータ電圧との差が前記許容範囲から外れた量に基づき、その外れた量が大きいほど前記要求値減衰量が大きくなるようにその要求値減衰量を設定する
ことを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記相互比較手段(S330〜S380)は、前記相互比較判断における、前記比較用ヒータ電圧毎の、前記判定対象ヒータ電圧と前記比較用ヒータ電圧との差が前記許容範囲内にあるか否かの判断を、前記比較用ヒータ電圧より所定量大きい上限値及びその比較用ヒータ電圧より所定量小さい下限値をそれぞれ設定して、前記判定対象ヒータ電圧が前記下限値より大きくかつ前記上限値より小さい場合に前記差が前記許容範囲内にあると判断することにより行う
ことを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記各気筒に対し、予め設定された噴射順序で対応する前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射制御を実行する噴射制御手段(41)と、
前記各ヒータの温度を検出するヒータ温度検出手段(41,S820)と、
前記噴射制御手段により前記各燃料噴射弁の何れかから燃料の噴射が行われる噴射タイミング毎に、その噴射タイミングまたはその噴射タイミングより所定時間前のタイミングで、その噴射が行われる前記燃料噴射弁に設けられた前記ヒータの温度を前記ヒータ温度検出手段により取得してその温度が所定の目標温度以上であるか否か判断するヒータ温度判断手段(41,S840)と、
を備え、
前記噴射制御手段(S860)は、前記駆動要求値算出手段により前記減衰駆動が行われている間は、前記噴射タイミング毎に、その噴射タイミングで燃料を噴射させるべき前記燃料噴射弁に設けられた前記ヒータの温度が、前記ヒータ温度判断手段により前記目標温度以上と判断されているか否か判断し、前記目標温度以上と判断されていない場合は、その噴射タイミングでの燃料の噴射は行わない
ことを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項4に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記噴射制御手段(S840〜S860)は、前記噴射タイミングにおいて、その噴射タイミングで燃料を噴射させるべき前記燃料噴射弁に設けられた前記ヒータの温度が前記目標温度以上と判断されなかった場合であっても、直前の前記噴射タイミングにおいても噴射対象の前記燃料噴射弁に設けられた前記ヒータの温度が前記目標温度以上ではないことによりその燃料噴射弁からの燃料の噴射が行われなかったこと、及び前記内燃機関の回転数が所定の回転数閾値未満であること、の2つの条件のうち少なくとも一方又は双方が成立しているならば、燃料の噴射を実行させる
ことを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記各ヒータの駆動開始後、前記ヒータ毎に、前記駆動開始時からの消費電力量を算出して、その算出した各消費電力量がいずれも、前記駆動開始時からその算出した時点までの経過時間又は燃料噴射量に基づいて決定される所定の消費電力量上限閾値以下であるか否か判断する消費電力量判断手段(41,S140,S270)と、
前記消費電力量判断手段により前記各消費電力量のうち何れか1つでも前記消費電力量上限閾値を超えていると判断された場合に、前記ヒータ駆動装置による前記各ヒータの駆動を停止させる停止手段(41,S280)と、
を備えることを特徴とする燃料加熱制御装置。 - 請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の燃料加熱制御装置であって、
前記駆動要求値算出手段は、前記噴射制御手段による前記燃料噴射制御が開始されてから所定の駆動終了タイミングまで前記駆動要求値を算出して前記各ヒータを駆動させる通常加熱制御を行うのに加えて、当該燃料加熱制御装置への電源投入後、実際に前記噴射制御手段による前記燃料噴射制御が開始されるまでの間の所定の予熱期間に所定の前記駆動要求値にて前記各ヒータを駆動させる予熱制御も行うよう構成されており、
前記各ヒータの何れかが前記異常判定手段によって前記レアショート状態であると判定された場合に、少なくとも次回再び当該燃料加熱制御装置へ電源が投入されたときに実行される前記予熱制御における前記予熱期間を延長する予熱期間延長手段(41,S240,S600〜S610)を備える
ことを特徴とする燃料加熱制御装置。
Priority Applications (1)
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