JP2015113791A

JP2015113791A - 電磁弁制御装置

Info

Publication number: JP2015113791A
Application number: JP2013257332A
Authority: JP
Inventors: 英孝布施; Hidetaka Fuse
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-22

Abstract

【課題】大容量の昇圧装置を必要としない電磁弁制御装置を提供する。【解決手段】本発明における電磁弁制御装置は、燃料噴射用の電磁弁に電圧を印加する電磁弁制御装置であって、第１のバッテリと、第１のバッテリの電圧より高い電圧を有する第２のバッテリと、電磁弁の駆動開始時に第２のバッテリからの電圧を電磁弁に印加した後に第１のバッテリからの電圧を電磁弁に印加する切替回路とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁制御装置に関する。

従来、圧電アクチュエータに対して充電電圧レベルまたは放電電圧レベルを選択的に時間制御下で印加して，所期の圧電電圧をそれぞれ設定する装置がある（例えば、特許文献１を参照）。

また、バッテリ電圧が低い場合は、高電圧駆動方法を用いて燃料噴射弁を駆動する制御装置がある（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００９−０１３９９５号公報特開２００３−２２２０６１号公報

しかし、上記従来技術においては、バッテリの電源電圧を昇圧して燃料噴射弁を駆動するため、燃料噴射用の電磁弁を開くために必要な大電流を流すには大容量の昇圧装置が必要であった。

そこで、本発明は、大容量の昇圧装置を必要としない電磁弁制御装置を提供することを目的とする。

本発明における電磁弁制御装置は、燃料噴射用の電磁弁に電圧を印加する電磁弁制御装置であって、第１のバッテリと、前記第１のバッテリの電圧より高い電圧を有する第２のバッテリと、前記電磁弁の駆動開始時に前記第２のバッテリからの電圧を前記電磁弁に印加した後に前記第１のバッテリからの電圧を前記電磁弁に印加する切替回路とを備える。

本発明の実施形態によれば、大容量の昇圧装置を必要としない電磁弁制御装置を提供することができる。

電磁弁制御装置の全体構成図印加電流の時間推移を示すグラフ

以下、図面に基づいて本発明の一例である実施の形態を説明する。

図１は、電磁弁制御装置の全体構成の一例を示す図である。図１において、電磁弁制御装置１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０、１２Ｖバッテリ１１、ＨＶ（Hybrid Vehicle）用高電圧バッテリ１２、ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）１３、直噴燃料噴射装置１４、およびコンデンサ１５を備える。ＥＣＵ１０は、切替回路１３１を備える。また、直噴燃料噴射装置１４は、電磁弁１４１を備える。

ＥＣＵ１０は、ＥＤＵ１３に対して直噴燃料噴射装置１４の制御を行うための指示を行う。ＥＣＵ１０は、ＥＤＵ１３に対して電磁弁の開閉指示を行う。ＥＣＵ１０は、車両の電子制御を行う制御装置であって、例えば、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転数センサ、車速センサ等の情報によって、エンジンの出力制御を行う。ＥＣＵ１０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、およびそれらを接続するバスによって構成されて、メモリに記憶されたプログラムによって動作する。

１２Ｖバッテリ１１は、「第１のバッテリ」として使用される電源電圧１２Ｖの車載用バッテリであり、ＥＤＵ１３の切替回路１３１に接続される。また、１２Ｖバッテリ１１は、コンデンサ１５に接続される。１２Ｖバッテリ１１は、例えば、電装部品の電源としても使用される。

ＨＶ用高電圧バッテリ１２は、「第２のバッテリ」として使用される、１２Ｖバッテリ１１の電圧より高い電圧を出力する高電圧バッテリであり、切替回路１３１に接続される。ＨＶ用高電圧バッテリ１２は、例えば、ニッケル水素バッテリを使用したバッテリユニットであり、サーミスタ、電流センサ、温度センサ等の制御部品を内蔵してもよい。また、図示しないバッテリＥＣＵを使用して電圧や電流を検出して、バッテリ出力を制御してもよい。さらに、図示しないリレーによって出力を遮断できるようにしてもよい。

ＨＶ用高電圧バッテリ１２の電圧は、直列接続されるバッテリセルの数で調整することができる。例えば、１．２Ｖのニッケル水素のバッテリセルを２４０個使用した場合、約２８８Ｖの高電圧を得ることができる。直列接続されたバッテリセルは１つのブロックとしてまとめられ、必要な電源容量によってブロックの数を調整することができる。本実施形態では、ＨＶ車両に搭載されたＨＶ用高電圧バッテリを使用するが、例えば、ＨＶ車両ではない車両に対してＨＶ用高電圧バッテリを搭載して使用することもできる。したがって、ＨＶ車両でない車両においては、電磁弁１４１の操作に必要な電源容量があればよい。

ＥＤＵ１３は、ＥＣＵ１０からの指示により、切替回路１３１に接続された１２Ｖバッテリ１１、コンデンサ１５、又はＨＶ用高電圧バッテリ１２を切り換えて電磁弁１４１に電力を供給することができる。本実施形態では、１２Ｖバッテリ１１からの出力は、切替回路１３１に対して、直接接続される回路と、コンデンサ１５を経由した回路の２系統を備える。しかし、例えば、コンデンサ１５を使用しないで、直接接続される回路のみを使用してもよい。また、直接接続される回路を使用しないで、コンデンサ１５を経由した回路のみを使用してもよい。

切替回路１３１は、接続された１２Ｖバッテリ１１、コンデンサ１５、またはＨＶ用高電圧バッテリ１２の電源による出力を選択的に電磁弁１４１に供給する。切替回路１３１は、例えば、フォトリレー、又は有接点リレーによって実現できる。切替回路１３１は、リレーのＯＮ／ＯＦＦによって電源を選択することができる。また、全てのリレーをＯＦＦにすることにより、電磁弁１４１に対して電源を絶縁することができる。なお、フォトリレーを使用する場合には、絶縁時の安全のために有接点リレーを併用してもよい。

直噴燃料噴射装置１４は、「燃料噴射用電磁弁」としての電磁弁１４１を介して燃料をエンジンのシリンダ内に直接噴射する装置である。燃料はシリンダ内に高圧で噴射されるため、電磁弁１４１は、高圧の燃料に対する流量操作が必要にある。電磁弁１４１は燃料の流量を調整する図示しないニードルを備える。燃料の流量はニードルの開閉（上下）によって操作される。燃料遮断時はニードルは閉状態である。一方、燃料噴射開始時には、適正な燃料噴霧形状を得るために、所定の燃料の流量が必要となる。したがって、燃料噴射開始時には、ニードルの動作速度を速めるため、電磁弁１４１に大きな電力（エネルギー）を供給する必要がある。なお、電磁弁１４１はオンオフのみを制御できるタイプと、入力電流によってニードルの変位量を制御するタイプが使用できるが、本実施形態ではオンオフ制御の電磁弁について説明する。

コンデンサ１５は、１２Ｖバッテリ１１から供給される電力を蓄積する。コンデンサ１５は切替回路１３１に接続されて、蓄積したエネルギーを短時間に大きな電流で放出することができる。コンデンサ１５は、例えば電気２重層キャパシタによって実現できる。コンデンサ１５は、例えば図示しない昇圧回路によって昇圧された電圧を蓄積してもよい。

次に、図２を用いて、電磁弁制御装置１の動作を説明する。図２は、燃料噴射用の電磁弁１４１に対する印加電流の時間推移の一例を示すグラフである。

図２において、ＥＤＵ１３は、時間０〜ｔ１において、電磁弁１４１には電流を印加しない。したがって、電磁弁１４１による燃料の噴射は行われない。

時間ｔ１において、ＥＤＵ１３は、電磁弁１４１に対してＨＶ用高電圧バッテリ１２の電圧が印加されるように切替回路１３１を操作する。ｔ１は電磁弁の駆動開始時である。

電磁弁の駆動開始時とは、例えば、エンジン始動時である。エンジン始動時に電源容量の大きいＨＶ用高電圧バッテリ１２を使用することにより、電磁弁に十分なエネルギーを与えることができる。例えば、コンデンサを使用して高圧を印加する場合は、コンデンサの充電時間が短いと十分なエネルギーを蓄積することができない。エンジン始動時にＨＶ用高電圧バッテリ１２を使用することにより、コンデンサによる充電時間を必要とせずに電磁弁の繰り返し動作に十分なエネルギーを得ることができる。したがって、エンジン始動時においても十分なニードルリフトが行われて良好な燃料噴霧によってエンジン回転数を上げることができる。

また、電磁弁の駆動開始時とは、エンジンの１サイクルにおける電磁弁の動作開始時であってもよい。電磁弁が動作する度にＨＶ用高電圧バッテリ１２を使用することにより、エンジン回転数が上がった場合でも、コンデンサの充電時間が必要ないため、電磁弁に十分なエネルギーを与えることができる。

本実施形態では、時間ｔ１でＨＶ用高電圧バッテリ１２のみによる電力供給をする動作を説明したが、例えば、コンデンサ１５による電力供給を併せて行ってもよい。

電磁弁１４１に印加される電流は、図示グラフの傾きでｔ１〜ｔ２の間に増加する。時間ｔ２にて、印加電流はＩ１の値に達する。時間ｔ１からｔ２の間に印加電流が０からＩ１に増加するグラフの傾きは、電磁弁１４１に供給する電圧が高い程大きくなり、燃料噴射開始時の電磁弁１４１の動作を速くすることができる。

時間ｔ２において、ＥＤＵ１３は、電磁弁１４１に対する接続を、ＨＶ用高電圧バッテリ１２から１２Ｖバッテリ１１に切り換えるように切替回路１３１を操作する。電磁弁１４１は、動作開始時には多くの電流を必要とするが、一度ニードルが開状態となった後は、開状態を維持する電流のみで動作する。時間ｔ２で最大値となった印加電流は印加電圧の下降にともない減少していき、時間ｔ３〜ｔ４において印加電流値Ｉ２で一定する。

時間ｔ４において、ＥＤＵ１３は、電磁弁１４１に対する電力供給を停止するように切替回路１３１を操作する。電磁弁１４１に対する印加電流は時間ｔ４から減少してｔ５で０になる。電磁弁１４１は、印加電流が所定の電流値以下になると電磁弁１４１は閉状態となる。

以上の、動作により、大容量の昇圧装置を使用せずに、電磁弁を所望の速度で動作させることができる。

また、電磁弁動作時に常時高電圧が印加されることがないため、電磁弁又はその制御回路への熱負荷を軽減することができる。

さらに、燃料噴射開始時に、適正な燃料噴霧形状を得ることができるので、エンジン内部へのカーボンの付着を低減させることができる。

なお、本実施形態では、時間ｔ２で１２Ｖバッテリ１１に切り換えるように切替回路１３１を操作したが、例えば、１２Ｖバッテリ１１からの電力を供給することなく、コンデンサ１５を接続して、コンデンサ１５から電磁弁１４１の開状態を維持できるだけの電流を供給できるように電流を調整するようにしてもよい。または１２Ｖバッテリ１１からの電力を供給しながら、コンデンサ１５を接続して、コンデンサ１５から電磁弁１４１の開状態を維持できるだけの電流を供給できるように電流を調整するようにしてもよい。

なお、図２では説明を簡単にするためにグラフは全て直線で表しているが、例えば、ＨＶ用高電圧バッテリ１２、コンデンサ１５、切替回路１３１、および電磁弁１４１によって定まる所定の時定数によって実際には曲線的に印加電流が増加する。

以上、本発明を実施するための形態について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１電磁弁制御装置
１０ＥＣＵ
１１１２Ｖバッテリ
１２ＨＶ用高電圧バッテリ
１３ＥＤＵ
１３１切替回路
１４直噴燃料噴射装置
１４１電磁弁
１５コンデンサ

Claims

燃料噴射用の電磁弁に電圧を印加する電磁弁制御装置であって、
第１のバッテリと、
前記第１のバッテリの電圧より高い電圧を有する第２のバッテリと、
前記電磁弁の駆動開始時に前記第２のバッテリからの電圧を前記電磁弁に印加した後に前記第１のバッテリからの電圧を前記電磁弁に印加する切替回路と
を備える電磁弁制御装置。