JP2019056329A - 噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時に昇圧回路に車載バッテリから充電動作を行わせる場合でも、他の回路動作を安定に実施できるようにした噴射制御装置を提供する。【解決手段】噴射制御装置１００は、噴射弁１のソレノイド１ａに通電することで燃料を噴射制御する。噴射制御装置１００は、噴射制御部２、昇圧回路４、制御回路５などを備える。昇圧回路４は、電圧ＶＢを所定レベルまで昇圧して噴射制御部２に供給する。制御回路５は、イグニッションスイッチ７がオンされると、動作を開始して昇圧回路４により昇圧してコンデンサ１８に充電する。スタータスイッチ８がオンされると、コンデンサ１８への充電電流を一定レベル下げて充電する。これにより、内燃機関の始動時に、車載バッテリ６にかかる負担を軽減して電圧低下を抑制できる。【選択図】図１

Description

本発明は、噴射制御装置に関する。

内燃機関を備える車両においては、内燃機関の噴射弁の燃料噴射制御を、昇圧電源を用いて行う構成のものがある。昇圧電源は、車載バッテリ（以下、バッテリと略称する）の電圧を昇圧回路により昇圧してコンデンサに充電することで生成される。

この場合、噴射弁駆動用のエネルギーを増大させる方法として、昇圧回路中のコンデンサの容量を大きくする方法がある。しかし、内燃機関の始動時には昇圧回路以外にバッテリの電力を消費するので、昇圧回路の昇圧動作で充電電流を流すときにバッテリの電圧が低下する。

さらに、昇圧回路のコンデンサの容量を大きくすると、これによって充電電流が増大し、バッテリからの配線による電源電圧のドロップが大きくなるため、マイコンなどの制御回路においては動作電圧が確保できなくなり、リセットが発生することがある。

特開２００９−２４３２７５号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、内燃機関の始動時に昇圧回路のコンデンサにバッテリから充電動作を行わせる場合でも、他の回路動作を安定に実施できるようにした噴射制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の噴射制御装置は、内燃機関の噴射弁を駆動するための昇圧回路を備えた噴射制御装置であって、前記内燃機関の始動時に、バッテリから前記昇圧回路のコンデンサへの充電電流を通常の充電電流よりも下げて実施する制御回路を備えている。

上記構成を採用することにより、制御回路は、内燃機関の始動時にバッテリから昇圧回路のコンデンサに充電をする場合の充電電流を通常の充電電流よりも下げて実施する。これにより、内燃機関の始動時にバッテリにかかる負荷を軽減してバッテリから制御回路などに供給する電源電圧が低下するのを抑制することができ、不用意にリセット動作が発生することがなくなり、安定した動作を実施することができる。

第１実施形態を示す電気的構成図 昇圧動作の流れを示す図 各部の信号、電圧、電流のタイムチャート 第２実施形態を示す昇圧動作の流れを示す図 各部の信号、電圧、電流のタイムチャート 第３実施形態を示す電気的構成図 昇圧動作の流れを示す図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１において、噴射弁１は、ソレノイド１ａに通電することで燃料を噴射制御される。噴射制御装置１００は、噴射制御部２、電源回路３、昇圧回路４および制御回路５などを備えた回路である。噴射制御部２はソレノイド１ａに通電して燃料の噴射制御を行う。噴射制御部２は昇圧回路４により生成される昇圧電源ＶＨおよび内部電源電圧ＶＢ（以下、電圧ＶＢと略称する）を電源として動作する。

バッテリ６は、イグニッションスイッチ７、エンジン始動スイッチであるスタータスイッチ８およびメインリレー９を介して噴射制御装置１００に接続されている。イグニッションスイッチ７およびスタータスイッチ８は、入力バッファ回路１０を介して制御回路５に接続されている。入力バッファ回路１０は、フィルタおよびレベル変換を行う回路で、制御回路５に対してイグニッションスイッチ７、スタータスイッチ８のオンオフ状態を示す信号を出力する。

メインリレー９は、リレーコイル９ａおよびリレースイッチ９ｂから構成されている。リレーコイル９ａは、噴射制御装置１００内のＭＯＳＦＥＴ１１を介してグランドに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１がオン動作されると、リレースイッチ９ｂをオン状態に保持する。ＭＯＳＦＥＴ１１のゲートは抵抗１２、ダイオード２１あるいは２２を介して制御回路５あるいはイグニッションスイッチ７から駆動信号が与えられる。リレースイッチ９ｂは噴射制御装置１００内のシステム電源用のコンデンサ１３を介してグランドに接続されている。電圧検出回路１４は、コンデンサ１３の端子電圧を検出して制御回路５に入力電圧信号Ｓｖｂを与える。

昇圧回路４は、昇圧コイル１５、Ｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ１６、ダイオード１７およびコンデンサ１８などから構成される。ＭＯＳＦＥＴ１６のドレインは昇圧コイル１５を介してコンデンサ１３の正極端子に接続され、ソースはグランドに接続されている。

また、ＭＯＳＦＥＴ１６のドレインはダイオード１７および昇圧電源用のコンデンサ１８を介してグランドに接続されている。コンデンサ１８の正極端子は昇圧電源ＶＨとして噴射制御部２に給電している。ＭＯＳＦＥＴ１６のゲートは、抵抗１９を介して制御回路５から駆動信号が与えられる。ＭＯＳＦＥＴ１６は、昇圧動作において、制御回路５によりオンオフのスイッチングだけではなく、コンデンサ１８への充電電流を制御するようにゲートに駆動信号が与えられる。電圧検出回路２０は、コンデンサ１８の端子電圧を検出して制御回路５に出力電圧信号Ｓｖｈを与える。

次に、上記構成の作用について図２および図３も参照して説明する。
噴射制御装置１００の制御回路５は、図２に示す流れにしたがって動作する。イグニッションスイッチ７がオンされると、ダイオード２２を介してＭＯＳＦＥＴ１１のゲートに駆動信号を出力してメインリレー９のリレーコイル９ａに通電する。これによりリレースイッチ９ｂがオン状態となり、コンデンサ１３および電源回路３を介して制御回路５にバッテリ６から給電されるようになる。

この状態は、図２のステップＡ１でＹＥＳとなった状態であり、続いてスタータスイッチ８がオンされるまでの間は、制御回路５は、ステップＡ２でＮＯとなるので、ステップＡ３に進み、昇圧回路４に対して通常電流で昇圧動作を行う。この場合、制御回路５は、ＭＯＳＦＥＴ１６に対してオンオフの駆動信号を与えて昇圧コイル１５に高圧を発生させ、ダイオード１７を介してコンデンサ１８に通常レベルの充電電流を流して昇圧電源電圧ＶＨまで充電する。

次に、スタータスイッチ８がオンされると、制御回路５は、入力バッファ回路１０を介してエンジン始動の信号が入力されるので、ステップＡ２でＹＥＳとなり、ステップＡ４に進む。制御回路５は、ステップＡ４で、外部から入力される燃圧信号Ｓｐのレベルが所定値以下であるか否かを判断する。ここでは、制御回路５は、燃圧が所定レベル以下であってステップＡ４でＹＥＳと判断されたときにステップＡ５に進み、燃圧が所定レベルを超えている場合には、ステップＡ４でＮＯと判断して前述のステップＡ３に移行する。

ここで、燃圧のレベルを判断するのは、スタータスイッチ８がオンされて内燃機関が始動された状態が、前回の内燃機関の動作が終了してから長時間が経過しているか否かを判断するためで、内燃機関が短時間だけ停止していた場合には、燃圧が高く、本実施形態の制御を実施しない場合となるからである。

次に、制御回路５は、ステップＡ５では、電圧検出回路１４により検出されている電圧ＶＢが所定値以上あるか否かを判断する。制御回路５は、電圧ＶＢが所定値に達していない場合には、ステップＡ５でＮＯと判断して次のステップＡ６に移行する。また、制御回路５は、電圧ＶＢが所定値以上の場合にはステップＡ５でＹＥＳと判断して前述のステップＡ３に移行する。

これは、特に電圧ＶＢが低い場合に、昇圧回路４の動作と内燃機関の始動が同時に行われると、電圧ＶＢが配線抵抗などに起因して供給電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以下に低下し、制御回路５の動作電圧が確保できなくなる場合を回避するため、動作電圧が確保できなくなる電圧レベルであるか否かを判断するものである。この場合、制御回路５の動作電圧が確保できなくなると、リセット動作が行われ、電源が動作可能なレベルに復帰するまで動作停止状態となる。

制御回路５は、ステップＡ６では、昇圧回路４による昇圧動作をコンデンサ１８への充電電流を通常の電流レベルＩｃ１よりも一定レベルだけ低い電流レベルＩｃ２で充電するようにして実施する。すなわち、制御回路５は、ＭＯＳＦＥＴ１６のゲートに対して、オン時間を小さくして充電電流Ｉｃ２となるように制御する。これにより、昇圧回路４による昇圧動作が実施され、且つ、スタータスイッチ８がオンされたことで内燃機関が始動される。

このとき、電圧ＶＢが昇圧回路４の動作に起因して下降するが、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃ２として通常の充電電流Ｉｃ１よりも一定レベルだけ下げているので、他の回路の動作を確保できなくなる下限電圧Ｖｔｈに達することが回避できる。この結果、制御回路５や他の回路の動作電圧が確保でき、リセットなどの状態が発生することを回避することができる。

図３は、上記の動作を実施する場合の各部の信号、電圧、電流などの変化状態を示している。いま、時刻ｔ０で、図３（ａ）に示すように、イグニッションスイッチ７がオンされ、メインリレー９がオンすると、図３（ｅ）に示すように、制御回路５は動作電源が与えられて動作状態に移行する。また、このとき、制御回路５は、図３（ｃ）に示すように、昇圧回路４の昇圧動作を開始してコンデンサ１８への充電を行うので、充電電流Ｉｃは徐々に上昇していく。

この後、例えば時刻ｔ１で、図３（ｂ）に示すように、スタータスイッチ８がオンされると、制御回路５は、前述のステップＡ６を実施する場合であると判断すると、図３（ｃ）に示すように、昇圧回路４による昇圧動作で、充電電流Ｉｃのレベルを通常の充電電流Ｉｃ１より下げて充電電流Ｉｃ２として実施する。これにより、電圧ＶＢは、図３（ｄ）に示すように、昇圧回路４の動作による充電電流Ｉｃ２と内燃機関の始動による負荷電流とで電圧降下が生じて時間の経過とともに低下する。

しかし、昇圧回路４の充電電流Ｉｃ２が通常の充電電流Ｉｃ１よりも一定レベルだけ小さい値に下げているので、電圧ＶＢの低下は抑制され、制御回路５などの動作を保証する電圧Ｖｔｈ以下に低下するのが回避されるようになる。この結果、制御回路５を含む他の回路においても、動作がリセットされることなく継続的に安定した動作をすることができるようになる。

このような本実施形態によれば、制御回路５により、内燃機関の始動時に昇圧回路４による昇圧動作で、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃを、通常の充電電流Ｉｃ１よりも一定レベル小さい充電電流Ｉｃ２で行うようにした。これにより、内燃機関の始動時に電圧ＶＢの低下が緩和され、制御回路５の動作電圧が低下してリセットが発生するのを抑制できる。

また、内燃機関の始動時つまりスタータスイッチ８がオンされたときに、燃圧が所定値を超えているときには、昇圧回路４による昇圧動作で、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃを、通常の充電電流Ｉｃ１で行うようにした。これにより、燃圧が高い状態の場合には迅速に昇圧動作を行えるようになり、噴射弁１の駆動を適切な駆動能力で実施できる。

さらに、内燃機関の始動時に、電圧ＶＢが所定値未満の場合に、昇圧回路４による昇圧動作で、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃを、通常よりも小さくした充電電流Ｉｃ２で行うようにした。これにより、電圧ＶＢが所定値以上の場合には、通常の充電動作を行うことができる。

なお、上記実施形態において、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃ２は、通常の充電電流Ｉｃ１から一定レベル下げた電流に設定したが、これに限らず、通常の充電電流Ｉｃ１から下げる値を適宜変更設定することもできるし、条件に応じてレベルを変化させることも可能である。
なお、上記実施形態において、制御回路５により実施する図２に示す制御の流れでは、ステップＡ２、Ａ４、Ａ５の実施順序は入れ替わっても良く、適宜の順序で実施すれば良い。

（第２実施形態）
図４および図５は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第１実施形態においてステップＡ６を実施した場合に、その後の動作についても規定したものである。

すなわち、この実施形態においては、制御回路５は、ステップＡ６において昇圧回路４による昇圧動作を充電電流Ｉｃ２で実施し、所定時間が経過するのをステップＡ７で判断しながら待機する。つまり、昇圧回路４による昇圧動作において、充電電流Ｉｃを通常の充電電流Ｉｃ１よりも一定レベルだけ小さい充電電流Ｉｃ２にして実施する期間を、昇圧動作開始の後の一定期間に限定したものである。

制御回路５は、ステップＡ７で、充電電流Ｉｃ２で昇圧動作を開始してから所定期間が経過してＹＥＳになると、ステップＡ３に移行し、通常の充電電流Ｉｃ１に変更した上で昇圧動作を継続するようになる。

図５は、上記の動作を実施する場合の各部の信号、電圧、電流などの変化状態を示している。第１実施形態と同様にして、時刻ｔ０でイグニッションスイッチ７がオンされ、メインリレー９がオンすると、制御回路５は動作電源が与えられて動作状態に移行する。このとき、制御回路５は、図５（ｃ）に示すように、昇圧回路４の昇圧動作を開始してコンデンサ１８への充電を開始し、時刻ｔ１に、スタータスイッチ８がオンされると、図５（ｃ）に示すように、充電電流Ｉｃのレベルを充電電流Ｉｃ２として実施する。

この後、充電開始からの時間が所定期間Ｔａに達した時刻ｔ３になると、制御回路５は、図５（ｃ）に示すように、充電電流Ｉｃ２から通常の充電電流Ｉｃ１まで上昇させるようになる。この場合、所定期間Ｔａが経過する頃には、電圧ＶＢも安定するので、通常の充電電流Ｉｃ１で昇圧動作をすることが大きな負荷とならない状態となり、昇圧動作も通常通り実施できるようになる。

このような第２実施形態によれば、制御回路５により、内燃機関の始動時に昇圧回路４による昇圧動作で、コンデンサ１８への充電電流Ｉｃを、通常の充電電流Ｉｃ１よりも小さい充電電流Ｉｃ２で開始し、この後所定時間Ｔａが経過すると、通常の充電電流Ｉｃ１に上昇させるようにした。これにより、内燃機関の始動時に電圧ＶＢの低下が予想される期間を充電電流Ｉｃ２で昇圧動作することでバッテリ６に対する負担を軽減し、この後通常の充電電流Ｉｃ１に戻すことで、昇圧動作も通常通り実施できるようになる。

（第３実施形態）
図６および図７は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、内燃機関の始動をエンジン始動スイッチあるいは始動要求スイッチにより行うようにしたタイプの車両を前提としている。

すなわち、この実施形態では、イグニッションスイッチ７に代えてイグニッションリレー３０を備え、スタータスイッチ８に代えて始動要求スイッチ３１および始動制御装置３２を備えた構成としている。このような車両としては、例えば、走行していない状態では極力内燃機関を停止するように制御することで、二酸化炭素の発生を抑制したり、燃料の消費を抑制して省エネを促進することを目指したものがある。

イグニッションリレー３０は、リレーコイル３０ａおよびリレースイッチ３０ｂから構成されている。始動要求スイッチ３１は、運転席に設けられ、内燃機関を始動する際に運転者により押圧操作される。始動制御装置３２は、始動要求スイッチ３１が操作されると、これを検出してイグニッションリレー３０をオンにするとともに、噴射制御装置１００内に始動信号Ｓｓを入力する。噴射制御装置１００においては、始動制御装置３２から入力される始動信号Ｓｓあるいは再始動信号Ｓｒｓを制御回路５内に取り込む。この実施形態では、制御回路５において行う制御内容について説明する。

なお、始動制御装置３２から出力される始動要求信号Ｓｓ、再始動要求信号Ｓｒｓは、第１実施形態におけるスタータスイッチ８のオン信号に相当している。始動要求信号Ｓｓは、運転開始時の初回の内燃機関始動時に始動要求スイッチ３１がオンされたときに出力される。

再始動要求信号Ｓｒｓは、例えば車両を走行させている状態で交差点の赤信号で停車した場合に、内燃機関を一旦停止させて走行を再開する時点で再度内燃機関を始動させるようにする場合に出力されるものである。再始動要求信号Ｓｒｓが出力されるのは、運転の途中の場合であることが想定され、昇圧動作を小さい充電電流Ｉｃ２で行うことがふさわしくない条件となるので、この場合には、通常の昇圧動作を行うように制御するものである。

具体的には、図７に昇圧動作の流れで示すように、制御回路５は、イグニッションリレー３０がオンされた場合に、ステップＡ１ａでＹＥＳとなる。制御回路５は、次に、ステップＡ２に進む前にステップＡ７に移行し、ここで再始動要求信号Ｓｒｓが入力されるか否かを判断する。制御回路５は、ステップＡ７で再始動要求信号Ｓｒｓが入力されていない場合に、ＮＯと判断してステップＡ２に移行する。移行の処理は、第１実施形態と同様である。

そして、再始動要求信号Ｓｒｓが入力された場合には、制御回路５は、ステップＡ７でＹＥＳと判断してステップＡ３に移行し、通常の充電電流Ｉｃ１で昇圧動作を行わせる。また、始動要求信号Ｓｓであった場合には、制御回路５は、第１実施形態と同様にして昇圧動作における充電電流Ｉｃのレベルを設定する制御を実施する。

このような第３実施形態によれば、始動制御装置３２を備えた車両において、再始動要求信号Ｓｒｓが入力される場合には、制御回路５は、昇圧動作において充電電流Ｉｃのレベルを低い充電電流Ｉｃ２に設定することなく通常の充電電流Ｉｃ１で昇圧動作を実施するようにした。これにより、交差点などで一旦停止しているような状態で内燃機関を再始動する場合には通常の昇圧動作を行うことができるようになる。
なお、第３実施形態は、第１実施形態に適用した場合を示したが、第２実施形態のものに適用することもできる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１は噴射弁、１ａはソレノイド、２は噴射制御部、３は電源回路、４は昇圧回路、５は制御回路、６は車載バッテリ（バッテリ）、７はイグニッションスイッチ、８はスタータスイッチ、９はメインリレー、１５は昇圧コイル、１６はＭＯＳＦＥＴ、１８は昇圧回路用のコンデンサ、３１は始動要求スイッチ、３２は始動制御装置、１００は噴射制御装置、Ｓｓは始動要求信号である。

Claims (7)

1. 内燃機関の噴射弁を駆動するための昇圧回路（４）を備えた噴射制御装置であって、
   前記内燃機関の始動時に、バッテリ（６）から前記昇圧回路のコンデンサ（１８）への充電電流を通常の充電電流よりも下げて実施する制御回路（５）を備えた噴射制御装置。
2. 前記制御回路は、スタータスイッチ（８）のオン動作もしくは始動要求信号（Ｓｓ）が入力されたときに、前記内燃機関の始動時であると判断する請求項１に記載の噴射制御装置。
3. 前記制御回路は、前記内燃機関の燃圧を検出した信号が与えられ、前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関の燃圧が所定レベル以下のときに、前記昇圧回路の充電電流を通常の充電電流よりも下げて実施する請求項１または２に記載の噴射制御装置。
4. 前記制御回路は、前記昇圧回路の充電電流を通常の充電電流よりも下げる場合には、予め設定された電流分を下げる請求項１から３のいずれか一項に記載の噴射制御装置。
5. 前記制御回路は、前記昇圧回路の充電電流を通常の充電電流よりも下げる場合には、所定期間だけ実施する請求項１から４のいずれか一項に記載の噴射制御装置。
6. 前記制御回路は、前記内燃機関の始動を始動要求状態に応じて実施する場合に、再始動要求状態のときには、前記昇圧回路の充電電流を通常の充電電流により実施する請求項１から５のいずれか一項に記載の噴射制御装置。
7. 前記制御回路は、前記バッテリの電圧を検出し、検出されたバッテリの電圧が所定レベル以上の場合には、前記昇圧回路のコンデンサへの充電を通常電流で実施する請求項１から６のいずれか一項に記載の噴射制御装置。

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