JP2018003727A - Injection control device - Google Patents
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Abstract
Description
この明細書による開示は、噴射弁を駆動する噴射制御装置に関する。 The disclosure according to this specification relates to an injection control device that drives an injection valve.
一般に、内燃機関等に設けられた複数の噴射弁は、例えば特許文献1に開示のような駆動装置によって駆動される。特許文献1の駆動装置は、複数の噴射弁の各ピエゾアクチュエータを駆動する構成として、高電圧を生成する電圧昇圧回路と、各ピエゾアクチュエータの充放電を行う充放電回路とを備えている。充放電回路は、ピエゾアクチュエータに流れる電流を制御する充電用スイッチ素子と、ピエゾアクチュエータに蓄積された電荷の放電を制御する放電用スイッチ素子を有している。
Generally, a plurality of injection valves provided in an internal combustion engine or the like are driven by a driving device as disclosed in
さて、特許文献1のような駆動装置では、何らかの偶発的な理由によって充電用スイッチ素子がオン状態となったままになる。このような充電用スイッチ素子のショート故障が発生した場合、ピエゾアクチュエータの電荷を放電する放電フェーズにて放電用スイッチ素子がオン状態にされると、充電用スイッチ素子及び放電用スイッチ素子に過電流が流れ得る。その結果、放電用スイッチ素子は、過電流によってショート故障してしまい、オン状態のままになる虞があった。
Now, in the driving device as in
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電用スイッチ素子にショート故障が発生しても、過電流による放電用スイッチ素子の損傷を防止可能な噴射制御装置を提供することにある。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide an injection control device capable of preventing damage to a discharge switch element due to overcurrent even when a short-circuit failure occurs in the charge switch element. It is to provide.
上記目的を達成するため、開示された第一の態様は、容量性負荷(112)の充放電により噴射弁(110)を駆動する噴射制御装置であって、複数の噴射弁の各容量性負荷に供給される電圧を生成する共通の昇圧回路(10)と、容量性負荷に流れる電流を制御する充電用スイッチ素子(31)、及び充電用スイッチ素子と直列に接続されて各容量性負荷に蓄積された電荷の放電を制御する放電用スイッチ素子(32)、をそれぞれ有する複数系統の駆動回路(30)と、充電用スイッチ素子を流れる過電流を検出する過電流検出部(71)と、過電流検出部によって過電流が検出された場合に、過電流の流れる系統の放電用スイッチ素子をオフ状態にするスイッチ制御部(60,73)と、を備える噴射制御装置とされている。 In order to achieve the above object, a disclosed first aspect is an injection control device that drives an injection valve (110) by charging / discharging a capacitive load (112), and each capacitive load of a plurality of injection valves. A common booster circuit (10) for generating a voltage to be supplied to the charging switch, a charging switch element (31) for controlling a current flowing in the capacitive load, and each capacitive load connected in series with the charging switch element A plurality of drive circuits (30) each having a discharge switch element (32) for controlling the discharge of the accumulated charge; an overcurrent detector (71) for detecting an overcurrent flowing through the charge switch element; When an overcurrent is detected by the overcurrent detection unit, the injection control device includes a switch control unit (60, 73) that turns off the discharge switch element of the system through which the overcurrent flows.
この態様では、いずれかの系統の駆動回路で充電用スイッチ素子にショート故障が発生すると、容量性負荷の放電フェーズにて、充電用スイッチ素子及び放電用スイッチ素子に過電流が流れる。この過電流が過電流検出部に検出されると、スイッチ制御部は、過電流の流れる系統の放電用スイッチ素子をオフ状態にする。以上の制御によれば、充電用スイッチ素子にショート故障が発生しても、放電用スイッチ素子の過電流による損傷の防止が可能になる。 In this aspect, when a short circuit failure occurs in the charging switch element in any of the drive circuits, an overcurrent flows through the charging switch element and the discharging switch element in the discharging phase of the capacitive load. When this overcurrent is detected by the overcurrent detection unit, the switch control unit turns off the discharge switch element of the system through which the overcurrent flows. According to the above control, even if a short failure occurs in the charging switch element, it is possible to prevent damage due to overcurrent of the discharging switch element.
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 Note that the reference numbers in the parentheses merely show an example of a correspondence relationship with a specific configuration in an embodiment described later, and do not limit the technical scope at all.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described based on the drawings. In addition, the overlapping description may be abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the corresponding component in each embodiment. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other part of the configuration. Moreover, not only the combination of the configurations explicitly described in the description of each embodiment, but also the configuration of a plurality of embodiments can be partially combined even if they are not explicitly described, as long as there is no problem in the combination. And the combination where the structure described in several embodiment and the modification is not specified shall also be disclosed by the following description.
(第一実施形態)
図1に示す本開示の第一実施形態による噴射制御装置100は、複数のピエゾインジェクタ110と接続されている。ピエゾインジェクタ110は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関に設置されている。一例として四気筒の内燃機関に適用される噴射制御装置100は、四つのピエゾインジェクタ110と接続されている。ピエゾインジェクタ110には、例えば軽油等の燃料を噴射する多数の噴孔が形成されている。ピエゾインジェクタ110は、内燃機関の燃焼室に多数の噴孔から直接的に燃料を噴射する噴射弁として機能する。
(First embodiment)
An
各ピエゾインジェクタ110は、それぞれ圧電素子積層体112を有している。圧電素子積層体112は、例えばPZT(PbZrTiO3)と呼ばれる層と薄い電極層とが交互に積まれた積層体である。圧電素子積層体112は、容量性負荷であって、電荷の充放電により、ピエゾ素子の特性である逆圧電効果によって伸縮する。圧電素子積層体112の伸縮作動により、ピエゾインジェクタ110の噴孔が開閉される。
Each
噴射制御装置100は、上述のように、各圧電素子積層体112の充放電を行うことによって、複数のピエゾインジェクタ110を個別に駆動する。そのための構成として、噴射制御装置100は、共通の昇圧回路10、チャージコンデンサ20、複数系統の駆動回路30及び電圧モニタ用抵抗器40、インジェクタ駆動IC60、並びにマイコン70を備えている。
As described above, the
昇圧回路10は、バッテリ等の直流電源VDの電圧を昇圧することにより、各ピエゾインジェクタ110の各圧電素子積層体112に供給される高電圧を生成する。昇圧回路10は、例えば数十〜数百Vの電圧を発生させて、チャージコンデンサ20に蓄える。複数系統の駆動回路30を備える噴射制御装置100であっても、昇圧回路10は、共通の構成とされている。
The
昇圧回路10は、インダクタンス11、スイッチ素子12、ダイオード13、及び過電流検出用抵抗器14等によって構成されている。インダクタンス11、スイッチ素子12、及び過電流検出用抵抗器14は、直流電源VDからグランドの間に、この順で直列に接続されている。ダイオード13は、インダクタンス11及びスイッチ素子12の共通接続点と、チャージコンデンサ20の一方の端子との間に接続されている。ダイオード13の順方向は、スイッチ素子12からチャージコンデンサ20へ向かう方向とされている。
The
チャージコンデンサ20は、昇圧回路10によって充電される。チャージコンデンサ20の他方の端子は、過電流検出用抵抗器14を介してグランドに接続される。チャージコンデンサ20及びダイオード13の共通接続点は、各駆動回路30に至る駆動通電経路21,22に分岐されている。
The
以上の構成によれば、昇圧回路10にてスイッチ素子12のオンオフ制御、即ちスイッチグが行われると、インダクタンス11に発生する誘起電圧により、ダイオード13を介してチャージコンデンサ20が充電される。スイッチ素子12のスイッチングが適宜実施されることにより、チャージコンデンサ20の電圧は、所定の電圧(以下、「コモン電圧」)Vcmに維持される。
According to the above configuration, when the
駆動回路30及び電圧モニタ用抵抗器40は、一つのピエゾインジェクタに対して、一つずつ設けられている。各一つずつの駆動回路30、電圧モニタ用抵抗器40、及びピエゾインジェクタ110等により、一つの系統が構成されている。便宜的に以下の説明では、図1に示す各系統を、1系統S1及び2系統S2として区別する。
One
各系統S1,S2の各駆動回路30は、各圧電素子積層体112の充電フェーズ及び放電フェーズを切り替える充放電の切替機能を備えている。各駆動回路30には、充電用MOSFET31、放電用MOSFET32、及び電流制限コイル33等がそれぞれ設けられている。
Each
充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32は、nチャンネル型の電界効果トランジスタである。充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32には、帰還ダイオードが付加されている。充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32は、駆動通電経路21,22とグランドとの間に、直列で接続されている。放電用MOSFET32は、充電用MOSFET31よりもグランド側(下流側)に配置されている。
The
充電用MOSFET31は、圧電素子積層体112の充電を制御する充電用スイッチ素子として機能する。充電用MOSFET31は、インジェクタ駆動IC60から入力される制御信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。充電用MOSFET31は、各駆動回路30において、チャージコンデンサ20から圧電素子積層体112に流れる電流を制御する。充電用MOSFET31がオン状態とされると、チャージコンデンサ20のコモン電圧Vcm(図3参照)が圧電素子積層体112に印加された状態となる。その結果、チャージコンデンサ20の電荷は、圧電素子積層体112に移動し、圧電素子積層体112に蓄えられる。
The
充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32の共通接続点は、インジェクタ通電経路34により、圧電素子積層体112のプラス側と接続されている。一方、放電用MOSFET32とグランドとの間は、インジェクタ通電経路35により、圧電素子積層体112のマイナス側と接続されている。これら各インジェクタ通電経路34,35により、放電用MOSFET32は、圧電素子積層体112と並列に接続されている。
A common connection point of the charging
以上の接続により、放電用MOSFET32は、圧電素子積層体112の放電を制御する放電用スイッチ素子として機能する。放電用MOSFET32は、インジェクタ駆動IC60から入力される制御信号に基づいて、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。放電用MOSFET32は、各駆動回路30において、圧電素子積層体112からグランドに流れる電流を制御する。放電用MOSFET32は、オン状態とされることにより、圧電素子積層体112に蓄積された電荷を、グランドに放電させる。
With the above connection, the
電流制限コイル33は、インジェクタ通電経路34に設けられている。電流制限コイル33は、圧電素子積層体112の充電が行われる期間に、圧電素子積層体112に流入する電流を制限する。こうした電流制限コイル33の機能により、充電用MOSFET31のオンオフ制御が行われても、急峻に変化した電流の圧電素子積層体112へ流入は、防止される。
The current limiting
電圧モニタ用抵抗器40は、圧電素子積層体112と並列に配置された一組の受動抵抗器である。電圧モニタ用抵抗器40の各端部は、各インジェクタ通電経路34,35とそれぞれ接続されている。電圧モニタ用抵抗器40は、圧電素子積層体112の電圧を監視するための構成である。一組の受動抵抗器の間の電圧は、圧電素子積層体112の電圧に同期して変動する。電圧モニタ用抵抗器40は、一組の受動抵抗器の間にて計測された電圧を、マイコン70に提供する。
The
インジェクタ駆動IC60は、例えば昇圧回路10のスイッチ素子12、並びに各駆動回路30の充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32等と接続されている。インジェクタ駆動IC60は、各スイッチ素子(12,31,32)へ向けた制御信号の出力により、各スイッチ素子にスイッチングを実行させる。具体的に、インジェクタ駆動IC60は、スイッチ素子12のオンオフ制御により、チャージコンデンサ20の電圧をコモン電圧Vcmに維持させる。また、インジェクタ駆動IC60は、マイコン70から取得する噴射信号(図3参照)に基づいて、充電用MOSFET31又は放電用MOSFET32に、パルス状の制御信号を出力する。充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32は、制御信号に従ったスイッチングの実行により、圧電素子積層体112の充放電を行う。
The
加えてインジェクタ駆動IC60は、チャージコンデンサ20及び過電流検出用抵抗器14の間の電位を監視することにより、各駆動回路30に流れる過電流を検出可能である(図2参照)。インジェクタ駆動IC60は、過電流の検出情報をリアルタイムでマイコン70に提供する。
In addition, the
マイコン70は、内燃機関の制御に関連する種々の演算処理を実行する処理部である。マイコン70は、プロセッサ70a、RAM70b、記憶媒体70c、及びこれらを接続する通信バス等を備えている。記憶媒体70cには、フラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体(non-transitory tangible storage medium)が用いられている。記憶媒体70cには、ピエゾインジェクタ110の駆動を制御する駆動制御プログラム、及び駆動回路30の故障を診断する故障診断プログラム等が格納されている。マイコン70は、各種のプログラムをプロセッサ70aによって実行させる。
The
マイコン70は、駆動制御プログラムの実行により、各種センサからの信号に基づき、各ピエゾインジェクタ110の燃料噴射量及び噴射タイミングを演算する。そしてマイコン70は、演算結果に従った噴射信号(図3参照)をインジェクタ駆動IC60へ向けて出力する。噴射信号は、各ピエゾインジェクタ110の噴射期間に対応した矩形波状の信号である。
The
一例として、マイコン70からインジェクタ駆動IC60に1系統S1の噴射信号が出力されると、インジェクタ駆動IC60は、噴射信号の立ち上がりにより1系統S1の充電用MOSFET31のスイッチングを開始する。充電用MOSFET31の充電作動であるスイッチングは、規定回数実施される。一方、インジェクタ駆動IC60に噴射信号が入力されている期間、放電用MOSFET32は、通電を遮断したオフ状態とされている。このような充電フェーズにより、チャージコンデンサ20によって圧電素子積層体112が充電され、圧電素子積層体112の伸張作動によって各噴孔からの燃料噴射が開始される。
As an example, when the injection signal of one system S1 is output from the
そして、1系統S1の噴射信号が立ち下げられると、インジェクタ駆動IC60は、1系統S1の放電用MOSFET32のスイッチングを開始する。放電用MOSFET32の放電作動であるスイッチングも、規定回数実施される。一方、充電用MOSFET31は、通電を遮断したオフ状態とされている。こうした放電フェーズにより、圧電素子積層体112からグランドへの放電が開始され、圧電素子積層体112の収縮作動によって各噴孔からの燃料噴射が停止される。
When the injection signal of the one system S1 falls, the
加えてマイコン70は、故障診断プログラムの実行により、充電用MOSFET31がオン状態のままとなる故障(以下、「ショート故障」)を検出し、ショート故障の発生した系統の作動を停止させることができる。図2に示すように、充電用MOSFET31にショート故障が発生すると、放電用MOSFET32がオン状態とされる放電フェーズにて、チャージコンデンサ20の端子がグランドにショートした状態となる。その結果、充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32には、駆動通電経路22を通じて、過電流(貫通電流)が流れる。この過電流は、放電用MOSFET32の耐性に対して非常に大きい電流となる。尚、図2では、複数系統のうちで、2系統S2の充電用MOSFET31(ドット参照)がショート故障した場合を例に説明する。
In addition, the
マイコン70は、故障診断プログラムの実行により、故障診断に関連する機能ブロックとして、過電流検出部71、電圧取得部72、噴射信号制御部73、及び故障判定部74等を構築する。
The
過電流検出部71は、インジェクタ駆動IC60から提供される検出情報に基づき、充電用MOSFET31を流れる過電流を検出する。一例として、40アンペア以上の電流が過電流として検出される。加えて過電流検出部71は、充電用MOSFET31にショート故障が発生した可能性のある駆動回路30を推定する。例えば、過電流検出部71は、2系統S2の放電用MOSFET32をオン状態とした際に、過電流が検出されると、2系統S2の充電用MOSFET31のショート故障により、2系統S2の駆動回路30に過電流が流れたと推定する。
The
電圧取得部72は、各系統において、電圧モニタ用抵抗器40にて検出される電圧から、圧電素子積層体112の電圧を取得する。電圧取得部72は、特定の判定タイミング(図3参照)にて、圧電素子積層体112の電圧を、モニタ電圧Vmとして取得する。モニタ電圧Vmは、過電流の検出によって充電用MOSFET31のショート故障が推定された場合に、ショート故障の確定診断(後述する)に用いられる。
The
噴射信号制御部73は、インジェクタ駆動IC60と協働し、過電流検出部71による過電流の検出に基づき、過電流の流れる系統の放電用MOSFET32をオフ状態にする制御を行う。具体的に、噴射信号制御部73は、過電流の検出に基づき、過電流が流れたと推定される系統の噴射信号をインジェクタ駆動IC60へ向けて出力する。以上により、インジェクタ駆動IC60は、上述した通常の駆動制御と同様に、放電用MOSFET32をオフ状態に切り替えさせる。過電流の検出に基づく噴射信号は、故障判定部74によって充電用MOSFET31がショート故障でないとの確定診断がなされるまで、出力され続ける。故に、噴射信号がオフ状態とされるまで、放電用MOSFET32は、オフ状態に保持される。
The injection
以上の作動において、過電流検出部71による過電流の検出から、放電用MOSFET32がオフ状態とされるまでの時間(以下、「オフ切替時間」)は、望ましくは10μ秒以下、さらに望ましくは、3μ秒以下に設定される。詳記すると、通常、充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32は、同時にオン状態とはされない。仮に、充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32が共にオン状態となった場合に、これらMOSFET31,32に流れる過電流を貫通電流とする。そして、貫通電流を放電用MOSFET32に流した場合に、放電用MOSFET32がショート故障する時間を、故障時間とする。この故障時間よりも、オフ切替時間は、短くされる必要があり、その具体的な時間が10μ秒となる。こうしたオフ切替時間の設定により、噴射信号制御部73は、過電流の検出時から10μ秒が経過する以前に、放電用MOSFET32をオフ状態にする。
In the above operation, the time from the detection of the overcurrent by the
故障判定部74は、過電流検出部71によって過電流が検出された系統(例えば2系統S2)について、電圧取得部72の取得したモニタ電圧Vmに基づき、充電用MOSFET31がショート故障した状態にあるか否かを判定する。上述したように、過電流の検出に基づいて噴射信号が出力されることで、インジェクタ駆動IC60は、通常の駆動制御と同様に、充電用MOSFET31に充電作動を実施させる。充電作動に伴う複数回のスイッチングにより、圧電素子積層体112の電圧は、チャージコンデンサ20のコモン電圧Vcmと実質同一の値まで上昇する(図3 中段参照)。仮に充電用MOSFET31がショート故障していたとしても、圧電素子積層体112の電圧は、コモン電圧Vcmまで上昇する(図3 下段参照)。
The
故障判定部74は、充電用MOSFET31の充電作動の開始から所定時間(例えば1秒)の経過時に、圧電素子積層体112のモニタ電圧Vmを電圧取得部72によって取得する。故障判定部74は、モニタ電圧Vmと、故障判定のために設定された閾値である判定電圧Vthとを比較することにより、ショート故障の確定診断を行う。
The
充電用MOSFET31が故障していない場合、充電用MOSFET31は、充電作動の完了後にて、オフ状態となる。その結果、チャージコンデンサ20による圧電素子積層体112の充電が正しく終了されるため、圧電素子積層体112の電圧は、自然放電によって徐々に降下する。故に、充電作動の開始から所定時間が経過した判定タイミングでのモニタ電圧Vmは、判定電圧Vth未満の値となる(図3 中段参照)。
When the charging
一方、充電用MOSFET31がショート故障している場合、充電用MOSFET31がオフ状態とならないため、チャージコンデンサ20による圧電素子積層体112の充電は、充電作動の完了後も継続される。その結果、圧電素子積層体112の電圧は、コモン電圧Vcmと実質同一の値のまま維持される。故に、充電作動の開始から所定時間が経過した判定タイミングでのモニタ電圧Vmは、判定電圧Vthよりも高い値となる(図3 下段参照)。
On the other hand, when the charging
以上の原理に基づき、故障判定部74は、モニタ電圧Vmが判定電圧Vth未満である場合に、充電用MOSFET31ショート故障していない(正常)であると判定する。一方で、故障判定部74は、モニタ電圧Vmが判定電圧Vthよりも高い場合に、充電用MOSFET31がショート故障していると判定する。尚、判定電圧Vthは、チャージコンデンサ20のコモン電圧Vcmよりも低い値に設定される。一例として、判定電圧Vthは、例えばコモン電圧Vcmの80〜90%程度の値に設定される。
Based on the above principle, when the monitor voltage Vm is less than the determination voltage Vth, the
以上のマイコン70によって実施される一連の故障診断処理の詳細を、図4に基づき、図2を参照しつつ説明する。故障診断処理は、内燃機関の始動に基づいて開始され、内燃機関が停止されるまで繰り返し実施される。
Details of a series of failure diagnosis processes executed by the
S101では、過電流を検出する処理を実施し、S102に進む。S102では、S101にて過電流の検出があったか否かを判定する。過電流の検出がない場合、S101及びS102が繰り返される。そして、S101にて過電流が検出されると、S102からS103に進む。 In S101, a process for detecting an overcurrent is performed, and the process proceeds to S102. In S102, it is determined whether or not an overcurrent has been detected in S101. If no overcurrent is detected, S101 and S102 are repeated. When an overcurrent is detected in S101, the process proceeds from S102 to S103.
S103では、過電流の流れる系統を特定すると共に、特定した系統に対する噴射信号をインジェクタ駆動IC60へ向けて出力し、S104に進む。S103にて出力された噴射信号により、放電フェーズへの移行が中断され、放電用MOSFET32のオフ状態への切り替えと、充電用MOSFET31の充電作動とが順に実施される。その結果、圧電素子積層体112は、コモン電圧Vcmまで充電された状態となる。
In S103, the system through which the overcurrent flows is specified, and an injection signal for the specified system is output to the
S104では、充電用MOSFET31の充電作動の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。そして、所定時間が経過するとS104からS105に進む。S105では、所定時間経過時での圧電素子積層体112のモニタ電圧Vmを取得し、S106に進む。S106では、S105にて取得したモニタ電圧Vmと、判定電圧Vthとを比較し、S107に進む。
In S104, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed from the start of the charging operation of the charging
S106での比較の結果、モニタ電圧Vmが判定電圧Vth未満である場合、S107からS108に進む。S108では、充電用MOSFET31は正常であると判定し、故障診断処理を一旦終了する。S108の診断結果に基づき、過電流の検出に基づきオン状態とされた噴射信号は、オフ状態に切り替えられる。そして、過電流の検出された系統は、故障診断の状態を解除され、通常の動作に復帰する。
As a result of the comparison in S106, if the monitor voltage Vm is less than the determination voltage Vth, the process proceeds from S107 to S108. In S108, it is determined that the charging
一方、S106での比較の結果、モニタ電圧Vmが判定電圧Vth以上である場合、S107からS109に進む。S109では、充電用MOSFET31がショート故障していると異常判定し、故障診断処理を一旦終了する。S109の診断結果によれば、故障した駆動回路30は、放電用MOSFET32の導通を遮断したままの状態に維持される。
On the other hand, if the result of the comparison in S106 is that the monitor voltage Vm is greater than or equal to the determination voltage Vth, the process proceeds from S107 to S109. In S109, it is determined that the short-circuit failure has occurred in the charging
ここまで説明した第一実施形態では、いずれかの系統の駆動回路30にて充電用MOSFET31にショート故障が発生すると、圧電素子積層体112の放電フェーズにて、充電用MOSFET31及び放電用MOSFET32に過電流が流れる。この過電流が過電流検出部71によって検出されると、噴射信号制御部73及びインジェクタ駆動IC60は、過電流の流れる系統の放電用MOSFET32をオフ状態にする。以上の制御によれば、充電用MOSFET31にショート故障が発生しても、放電用MOSFET32の過電流による損傷は防止可能となる。
In the first embodiment described so far, when a short-circuit failure occurs in the charging
加えて第一実施形態では、故障した駆動回路30は、放電用MOSFET32の損傷が防止されたうえで、この放電用MOSFET32の導通が遮断されたまま状態に維持される。以上によれば、チャージコンデンサ20のコモン電圧Vcmは、正常な駆動回路30を通じて、ピエゾインジェクタ110の圧電素子積層体112に印加され得る。その結果、駆動回路30が正常な系統のピエゾインジェクタ110は、通常の駆動制御に基づいて、燃料噴射を行い得る。したがって、噴射制御装置100は、不完全な状態であるものの、内燃機関の稼動を継続させることができる。
In addition, in the first embodiment, the failed
また第一実施形態では、過電流の検出に基づき、放電用MOSFET32が一旦オフ状態とされた後で、故障判定部74によるショート故障の確定診断が実施される。そして、確定診断にて充電用MOSFET31がショート故障していないと判定された場合、駆動回路30は、通常の作動に復帰する。
In the first embodiment, based on the detection of the overcurrent, after the
以上によれば、ノイズ等に起因した一時的な過電流が検出された場合に、駆動回路30は、一時的に作動が停止されるものの、円滑に通常の作動に戻され得る。このように通常作動への復旧が確実に行われれば、過電流検出部71は、過電流の検出漏れが生じないように、過電流を高感度に検出可能となる。その結果、過電流に起因した放電用MOSFET32のショート故障は、より確実に防止可能となる。
According to the above, when a temporary overcurrent due to noise or the like is detected, the
さらに第一実施形態では、充電用MOSFET31がショート故障している場合、圧電素子積層体112の電圧は、高いまま維持される。故に、モニタ電圧Vmが判定電圧Vthよりも高い場合に異常であると判定すれば、故障判定部74は、充電用MOSFET31のショート故障を精度良く判定できる。
Further, in the first embodiment, when the charging
一方で、充電用MOSFET31がショート故障していない場合、圧電素子積層体112の電圧は、自然放電によって降下する。故に、モニタ電圧Vmが判定電圧Vthよりも低い場合に正常であると判定すれば、故障判定部74は、ショート故障の誤判定を高精度に回避可能となる。
On the other hand, when the charging
加えて第一実施形態では、過電流の検出から充電用MOSFET31がオフ状態とされるまでのオフ切替時間は、貫通電流による故障時間以下となるように、10μ秒以下とされている。以上のような迅速な切り替えが実施されることによれば、過電流による放電用MOSFET32の損傷は、さらに確実に防止される。
In addition, in the first embodiment, the off switching time from the detection of the overcurrent until the charging
尚、第一実施形態において、充電用MOSFET31が「充電用スイッチ素子」に対応し、放電用MOSFET32が「放電用スイッチ素子」に相当し、インジェクタ駆動IC60及び噴射信号制御部73が「スイッチ制御部」に相当する。また、ピエゾインジェクタ110が「噴射弁」に相当し、圧電素子積層体112が「容量性負荷」に相当する。
In the first embodiment, the charging
(第二実施形態)
図5に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の故障診断処理では、ショート故障が疑われる系統の充電用MOSFET31(図2参照)の充電作動後に、モニタ電圧Vmと判定電圧Vthとを比較する処理が複数回実施可能である。故障判定部74(図2参照)は、モニタ電圧Vmが一回でも判定電圧Vth未満に降下した場合に、充電用MOSFET31がショート故障していないと判定する。以下、図5のフローチャートに基づき、図2及び図3を参照しつつ、第二実施形態の故障診断処理の詳細を説明する。尚、S201〜S203の内容は、第一実施形態のS101〜S103(図4参照)の内容と実質同一である。
(Second embodiment)
The second embodiment shown in FIG. 5 is a modification of the first embodiment. In the fault diagnosis process of the second embodiment, the process of comparing the monitor voltage Vm and the determination voltage Vth can be performed a plurality of times after the charging operation of the charging MOSFET 31 (see FIG. 2) of the system suspected of having a short fault. The failure determination unit 74 (see FIG. 2) determines that the charging
S204〜S207の初回の内容は、第一実施形態のS104〜S107(図4参照)の内容と実質同一である。初回のS207にてモニタ電圧Vmが判定電圧Vth未満であると判定した場合、S208に進み、充電用MOSFET31が正常であると判定する。一方で、初回のS207にて、モニタ電圧Vmが判定電圧Vth以上であると判定した場合、S209に進む。
The initial contents of S204 to S207 are substantially the same as the contents of S104 to S107 (see FIG. 4) of the first embodiment. When it is determined in the first S207 that the monitor voltage Vm is less than the determination voltage Vth, the process proceeds to S208, where it is determined that the charging
S209では、S206及びS207によるモニタ電圧Vmと判定電圧Vthとを比較する判定が予め規定された所定回数実施されたか否かを判定する。S209にて所定回数の判定が終了した判定した場合、S210に進む。S210では、第一実施形態のS109(図4参照)と同様に、充電用MOSFET31が異常であると判定し、一連の故障診断処理を終了する。
In S209, it is determined whether or not the determination for comparing the monitor voltage Vm and the determination voltage Vth in S206 and S207 has been performed a predetermined number of times. If it is determined in S209 that the predetermined number of determinations have been completed, the process proceeds to S210. In S210, as in S109 of the first embodiment (see FIG. 4), it is determined that the charging
一方、S209にて、所定回数の判定が終了していないと判定した場合、S204に戻る。S209の否定判定後のS204では、次回の判定タイミングまで所定時間の経過を待機する。2回目以降の判定タイミングは、例えば前回の判定タイミングに対して、所定時間(例えば1秒)の経過後に設定される。判定タイミングの間隔は、一定であってもよく、或いは徐々に長く又は短く調整されてもよい。 On the other hand, if it is determined in S209 that the predetermined number of determinations has not been completed, the process returns to S204. In S204 after the negative determination in S209, the passage of a predetermined time is waited until the next determination timing. The second and subsequent determination timings are set after elapse of a predetermined time (for example, 1 second) with respect to the previous determination timing, for example. The interval of the determination timing may be constant, or may be adjusted gradually longer or shorter.
S204にて、所定時間の経過により次の判定タイミングとなったと判定した場合、S205に進み、最新のモニタ電圧Vmを取得する。そして、S206にて、最新のモニタ電圧Vmと判定電圧Vthとを比較する。最新のモニタ電圧Vmが判定電圧Vth未満である場合には、S207からS208に進み、充電用MOSFET31が正常であると判定する。一方で、依然として最新のモニタ電圧Vmが判定電圧Vth以上である場合、所定回数の判定を終了するまで、所定の間隔でのモニタ電圧Vmを取得して、判定電圧Vthと比較する処理を繰り返す。
If it is determined in S204 that the next determination timing has come due to the elapse of a predetermined time, the process proceeds to S205, and the latest monitor voltage Vm is acquired. In S206, the latest monitor voltage Vm is compared with the determination voltage Vth. When the latest monitor voltage Vm is less than the determination voltage Vth, the process proceeds from S207 to S208, and it is determined that the charging
ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様に、過電流の検出に基づいて放電用MOSFET32をオフ状態とする制御により、放電用MOSFET32の損傷が防止可能である。加えて第二実施形態では、モニタ電圧Vmと判定電圧Vthとの比較が所定回数繰り返し可能とされている。故に、充電用MOSFET31が正常に動作可能であるにも関わらず、ショート故障していると確定診断されてしまう事態は、回避される。尚、比較判定を繰り返す回数は、適宜調整可能である。例えば、精度を確保するために、10回程度に設定されもよい。或いは、ショート故障の誤判定を確実に防止するため、数十回繰り返されてもよい。
In the second embodiment described so far, similarly to the first embodiment, the
(他の実施形態)
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the above-described embodiments, and can be applied to various embodiments and combinations without departing from the scope of the present disclosure. it can.
上記第二実施形態では、モニタ電圧Vmと比較される判定電圧Vthは、一定の値に維持されていた。しかし、繰り返しの過程において、徐々に判定電圧Vthを低くする又は判定電圧Vthを高くするといった調整が故障判定部にて実施されてもよい。さらに、故障判定部は、モニタ電圧Vmが判定電圧Vth未満であると複数回判定したことに基づいて、充電用MOSFETがショート故障していないと判定してもよい。以上の診断方法であれば、異常状態にある充電用MOSFETを正常であると誤診断する確率は、低減される。 In the second embodiment, the determination voltage Vth compared with the monitor voltage Vm is maintained at a constant value. However, in the process of repetition, adjustment such as gradually decreasing the determination voltage Vth or increasing the determination voltage Vth may be performed by the failure determination unit. Further, the failure determination unit may determine that the charging MOSFET is not short-circuited based on the determination that the monitor voltage Vm is less than the determination voltage Vth a plurality of times. With the above diagnostic method, the probability of erroneously diagnosing a charging MOSFET in an abnormal state as normal is reduced.
上記実施形態にて過電流検出部の検出する過電流の値は、適宜変更可能であり、放電用MOSFET等のスイッチ素子12の耐性に基づいて設定されることが望ましい。また、上記実施形態では、過電流を検出するための過電流検出用抵抗器による電位は、インジェクタ駆動ICに入力されていたが、マイコンに入力されてもよい。
In the above embodiment, the value of the overcurrent detected by the overcurrent detection unit can be changed as appropriate, and is preferably set based on the tolerance of the
上記実施形態では充電用スイッチ素子及び放電用スイッチ素子としてMOSFETが用いられていたが、これらスイッチ素子の構成は、上記実施形態のようなMOSFETに限定されず、他の電界効果トランジスタ又はトラインジスタ等、適宜変更されてよい。 In the above embodiment, MOSFETs are used as the charge switch element and the discharge switch element. However, the configuration of these switch elements is not limited to the MOSFET as in the above embodiment, and other field effect transistors or tri-state transistors, etc. , May be changed as appropriate.
上記実施形態では、過電流の検出に基づくショート故障の仮判定の後、故障診断に基づいて正式にショート故障か否かが判定されていた。このような故障診断の処理内容は、適宜変更可能である。また、仮判定に基づいて作動を停止された系統を復旧させる必要がないような形態であれば、故障診断は、実施されなくてもよい。 In the above-described embodiment, after provisional determination of a short circuit failure based on detection of overcurrent, it is officially determined whether or not there is a short circuit failure based on failure diagnosis. The processing contents of such failure diagnosis can be changed as appropriate. Moreover, if it is a form which does not need to restore | restore the system | strain stopped operation | movement based on temporary determination, failure diagnosis may not be implemented.
そして、昇圧回路及び駆動回路等の作動制御及び故障診断する機能部は、上記実施形態のインジェクタ駆動IC及びマイコンといった構成とは異なるハードウェア及びソフトウェア、或いはこれらの組み合わせによっても提供可能である。また、噴射制御装置によって駆動されるピエゾインジェクタの数は、適宜変更されてよい。 The functional units for controlling the operation and diagnosing faults such as the booster circuit and the drive circuit can be provided by hardware and software different from the configurations of the injector drive IC and microcomputer of the above embodiment, or a combination thereof. Further, the number of piezo injectors driven by the injection control device may be changed as appropriate.
10 昇圧回路、30 駆動回路、31 充電用MOSFET(充電用スイッチ素子)、32 放電用MOSFET(放電用スイッチ素子)、60 インジェクタ駆動IC(スイッチ制御部)、71 過電流検出部、72 電圧取得部、73 噴射信号制御部(スイッチ制御部)、74 故障判定部、100 噴射制御装置、110 ピエゾインジェクタ(噴射弁)、112 圧電素子積層体(容量性負荷)、Vm モニタ電圧、Vth 判定電圧
10 Booster Circuit, 30 Drive Circuit, 31 Charging MOSFET (Charge Switch Element), 32 Discharge MOSFET (Discharge Switch Element), 60 Injector Drive IC (Switch Control Unit), 71 Overcurrent Detection Unit, 72
Claims (7)
複数の前記噴射弁の各前記容量性負荷に供給される電圧を生成する共通の昇圧回路(10)と、
前記容量性負荷に流れる電流を制御する充電用スイッチ素子(31)、及び前記充電用スイッチ素子と直列に接続されて各前記容量性負荷に蓄積された電荷の放電を制御する放電用スイッチ素子(32)、をそれぞれ有する複数系統の駆動回路(30)と、
前記充電用スイッチ素子を流れる過電流を検出する過電流検出部(71)と、
前記過電流検出部によって過電流が検出された場合に、過電流の流れる系統の前記放電用スイッチ素子をオフ状態にするスイッチ制御部(60,73)と、
を備える噴射制御装置。 An injection control device that drives an injection valve (110) by charging and discharging a capacitive load (112),
A common booster circuit (10) for generating a voltage to be supplied to each capacitive load of the plurality of injection valves;
A charging switch element (31) for controlling a current flowing through the capacitive load, and a discharging switch element (in series) connected to the charging switch element in series to control the discharge of charges accumulated in each capacitive load ( 32), a plurality of drive circuits (30) each having
An overcurrent detector (71) for detecting an overcurrent flowing through the charging switch element;
A switch control unit (60, 73) for turning off the discharge switch element of the system through which an overcurrent flows when an overcurrent is detected by the overcurrent detection unit;
An injection control device comprising:
前記充電用スイッチ素子による前記充電作動の完了後に、前記容量性負荷の電圧をモニタ電圧(Vm)として取得する電圧取得部(72)と、
前記電圧取得部の取得した前記モニタ電圧に基づき、前記充電用スイッチ素子が故障した状態にあるか否かを判定する故障判定部(74)と、をさらに備える請求項1に記載の噴射制御装置。 The switch control unit causes the charging switch element to perform a charging operation for charging the capacitive load after the discharging switch element is turned off based on detection of an overcurrent by the overcurrent detection unit,
A voltage acquisition unit (72) for acquiring the voltage of the capacitive load as a monitor voltage (Vm) after the completion of the charging operation by the charging switch element;
The injection control apparatus according to claim 1, further comprising a failure determination unit (74) that determines whether or not the charging switch element is in a failed state based on the monitor voltage acquired by the voltage acquisition unit. .
前記故障判定部は、前記電圧取得部にて繰り返し取得された前記モニタ電圧が一回でも前記判定電圧未満に降下した場合に、前記充電用スイッチ素子がショート故障していないと判定する請求項3又は4に記載の噴射制御装置。 The voltage acquisition unit repeatedly acquires the monitor voltage of the capacitive load after completion of the charging operation,
The failure determination unit determines that the charging switch element is not short-circuited when the monitor voltage repeatedly acquired by the voltage acquisition unit drops below the determination voltage even once. Or the injection control apparatus of 4.
前記貫通電流が前記放電用スイッチ素子を流れた場合に、前記放電用スイッチ素子が故障する時間を故障時間とすると、
前記スイッチ制御部は、前記過電流検出部による過電流の検出時から、前記故障時間が経過する以前に、前記放電用スイッチ素子をオフ状態にする請求項1〜5のいずれか一項に記載の噴射制御装置。 When the charging switch element and the discharging switch element are both turned on, an overcurrent flowing through the charging switch element and the discharging switch element is defined as a through current,
When the through current flows through the discharge switch element, the time when the discharge switch element fails is defined as a failure time.
6. The switch control unit according to claim 1, wherein the switch control unit turns off the discharge switch element before the failure time elapses after the overcurrent is detected by the overcurrent detection unit. Injection control device.
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