JP3752733B2 - 電気負荷の通電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばソレノイドへの通電により開弁する電磁弁等，所定の電気負荷への通電・非通電を高速に切り換えるのに好適な電気負荷の通電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、燃料噴射用の電磁弁（以下、インジェクタともいう）を開弁してディーゼルエンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射制御装置では、ディーゼルエンジンの運転に必要な燃料を供給するメイン噴射に先だって、微小量の燃料を噴射供給するパイロット噴射を実行することにより、気筒内での初期燃焼を緩慢にして、騒音を低減することが行なわれている。
【０００３】
また、このようにディーゼルエンジンへの燃料供給を、パイロット噴射とメイン噴射との２回の燃料噴射によって実現する装置では、インジェクタを内燃機関の回転に同期して高速に開閉する必要があり、しかもインジェクタの開弁に要する時間も極力短くする必要がある。そこで、従来では、コンデンサを、車載バッテリ等の直流電源からの電源電圧よりも高い電圧にまで充電しておき、インジェクタの開弁時には、このコンデンサに充電された高電圧にてソレノイドへの通電を行なうことにより、インジェクタのソレノイドに大電流を流して、インジェクタを速やかに開弁させ、しかも、インジェクタ開弁用の高電圧を蓄えるコンデンサとして、パイロット噴射用とメイン噴射用との２つのコンデンサを設け、パイロット噴射時とメイン噴射時とで各コンデンサの充電電圧を順にインジェクタに印加することにより、パイロット噴射とメイン噴射との２回の燃料噴射を確実に実行できるようにしている。
【０００４】
また、このようにコンデンサへの充電電圧を利用して、インジェクタを順に開閉する場合、コンデンサに蓄積されたエネルギのみでインジェクタを燃料噴射量に見合った時間開弁できればよいが、このためには、コンデンサに膨大なエネルギを蓄積できるようにする必要があり、コンデンサの充電回路が大型化するとか、コンデンサの容量アップ、耐圧アップのためにコンデンサが大型化するといった問題が生じる。このため、従来では、コンデンサに蓄えたエネルギのみでインジェクタを開弁させるのではなく、インジェクタの開弁時には、直流電源からソレノイドへも電流を流すことにより、インジェクタの開弁初期時には、電源電圧よりも高いコンデンサの充電電圧にてインジェクタを高速に開弁させ、その後は直流電源からソレノイドに電流を流して、インジェクタの開弁状態を保持することも行なわれている。つまり、このようにすれば、コンデンサに蓄積するエネルギは、インジェクタを開弁させるのに必要なエネルギだけでよく、その開弁状態を保持するエネルギは直流電源から供給できるので、コンデンサ及びコンデンサを充電する充電回路を小型化できるようになるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにコンデンサへの充電電圧と直流電源からの出力電圧とを利用してソレノイドへの通電を実行するようにした場合、直流電源からの出力電圧（つまり電源電圧）が低下すると、たとえコンデンサを所望電圧まで充電できていたとしても、通電開始後に直流電源から電気負荷に供給される電流量が低下してしまうため、インジェクタを開弁状態に保持することができなくなり、場合によってはディーゼルエンジンを運転できなくなる。
【０００６】
例えば、ディーゼルエンジンの始動時、特に低温始動時には、スタータモータの駆動により電源電圧が通常時よりも著しく低下するが、こうした電源電圧の低下時には、インジェクタを良好に開弁できずに、ディーゼルエンジンを始動できなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、上述したディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置等、直流電源からの出力電圧と、その電圧よりも高い電圧まで充電したコンデンサの充電電圧とを利用して、電気負荷への通電を行ない、且つ電気負荷への通電・非通電を高速に切り換えるために２つのコンデンサを備えた装置において、電源電圧が低下しても電気負荷への通電を確実に行ない、電気負荷の通電による所望の動作を確実に実行できるようにすること、を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の電気負荷の通電制御装置においては、充電回路が、第１コンデンサ及び第２コンデンサを電源電圧よりも高い所定電圧まで充電する。そして、電気負荷の通電時には、通電制御手段が、主スイッチング素子をオンして、直流電源から電気負荷への通電経路を導通させることにより、通電経路に設けられた電流制御回路を介して、直流電源から電気負荷に対して電流制御回路にて制御された電流を流す。
【０００９】
また通電制御手段は、電気負荷の通電時に、電源電圧検出手段にて検出された電源電圧が予め設定された判定電圧以上である場合には、主スイッチング素子と共に、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンして、電気負荷に第１コンデンサ又は第２コンデンサの充電電圧を電気負荷に印加し、電源電圧が判定電圧よりも低い場合には、主スイッチング素子と共に、第１及び第２スイッチング素子を同時にオンして、電気負荷に第１及び第２コンデンサの充電電圧を印加する。
【００１０】
即ち、本発明の電気負荷の通電制御装置においては、通電により電気負荷に所定の動作を実行させるに当って、直流電源からの出力電圧（電源電圧）が判定電圧以上であり、電流制御回路を介して電気負荷に所望電流を供給できる通常時には、第１コンデンサ及び第２コンデンサに蓄積されたエネルギの一方にて電気負荷に大電流を流し、その後、電流制御回路を介して直流電源から供給される電流にて電気負荷を駆動し、逆に、電源電圧が判定電圧よりも低くなって、電流制御回路を介して電気負荷に所望電流を供給できない電圧低下時には、第１コンデンサと第２コンデンサとに蓄積されたエネルギを合成した合成エネルギにて、電気負荷に通常時よりも更に大きな電流を流し、その後、電流制御回路を介して直流電源から供給される電流にて電気負荷を駆動する。
【００１１】
このため本発明によれば、電源電圧が判定電圧以上の通常時には、充電回路により所定電圧まで充電された第１コンデンサ及び第２コンデンサの充電電圧を交互に利用して、電気負荷の通電開始直後に電気負荷に大電流を流すことができるので、通電開始直後の初期駆動時に大電流が必要な電気負荷に対する通電・非通電を高速に切り換えることが可能になる。また、電源電圧が判定電圧よりも低い電圧低下時には、第１コンデンサ及び第２コンデンサの充電電圧を交互に利用して、電気負荷の通電・非通電を高速に切り換えることはできないものの、一回の通電動作時に、第１コンデンサ及び第２コンデンサの充電電圧を利用するので、電気負荷の通電開始直後に電気負荷に大電流を流すだけでなく、コンデンサから電気負荷への通電期間を長くすることができる。従って、電源電圧の低下に伴い直流電源から電流制御回路を介して電気負荷に供給される電流が通常時よりも小さくなっても、電気負荷にはその駆動に必要なエネルギを供給できるようになり、電源電圧の低下によって電気負荷が正常動作できなくなるのを防止することが可能になる。
【００１２】
ここで、本発明の通電制御装置を適用可能な電気負荷としては、前述のインジェクタを構成する電磁弁等、通電電流が大きいほど高速に動作し、且つ、一旦動作した後は通電電流が低くてもその動作を保持可能な電磁アクチュエータ等を挙げることができる。
【００１３】
そして、特に、本発明の通電制御装置を、燃料噴射用の電磁弁を高速に開閉弁して、ディーゼルエンジンへの燃料供給を、パイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて実行する燃料噴射制御装置に適用すれば、エンジンの低温始動時等に電源電圧が著しく低下して、ディーゼルエンジンを始動できなくなるといったことを防止できる。
【００１４】
なお、この場合には、通電制御装置を、請求項２に記載のように構成し、通電制御手段において、燃料噴射用の電磁弁を開弁して、ディーゼルエンジンに燃料を噴射供給する際には、まず判定手段にて、電源電圧が判定電圧よりも低いか否かを判断し、判定手段にて電源電圧が判定電圧以上である判断された場合には、通常時制御手段によって、主スイッチング素子と第１スイッチング素子、又は主スイッチング素子と第２スイッチング素子を、同時にオンして、電磁弁からパイロット噴射又はメイン噴射のための燃料噴射を実行させ、逆に、判定手段にて電源電圧が判定電圧よりも低いと判断された場合には、電圧低下時制御手段によって、主スイッチング素子と第１及び第２のスイッチング素子とを同時にオンして、電磁弁から燃料噴射を実行させるようにすればよい。
【００１５】
そしてこのように構成すれば、エンジンの低温始動時等に電源電圧が低下しても、電圧低下時制御手段の動作によって、インジェクタを確実に開弁して、ディーゼルエンジンへの燃料供給を行なうことができるようになるため、ディーゼルエンジンを運転できなくなるのを防止できる。
【００１６】
なお、このように一回の燃料噴射時に、パイロット噴射用及びメイン噴射用の２つのコンデンサに充電されたエネルギを同時に利用するようにした場合、次の燃料噴射までに２つのコンデンサを所定電圧まで充電しておく必要があるが、エンジンの高回転時には、コンデンサを充電可能な時間が短くなるので、パイロット噴射とメイン噴射との間に２つのコンデンサを充電することは難しく、燃料噴射を、パイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて実行するのは困難になる。しかし、電源電圧が低下するのは、通常、ディーゼルエンジンを始動するスタータモータが動作しているときだけであり、こうしたエンジン始動時には、エンジンは極低速で回転しており、２つのコンデンサを充電するのに要する時間を充分確保することができる。また、一般に、エンジン始動時には、パイロット噴射を実行する必要はなく、１回の燃料噴射（メイン噴射）のみでよい。従って、電源電圧の低下時に、燃料噴射実行後次の燃料噴射を行うまでの間に２つのコンデンサを所定電圧まで充電しておくことは充分可能である。このため、本発明によれば、ディーゼルエンジンの運転に悪影響を与えることなく、始動性を向上した優れた燃料噴射制御装置を実現できる。
【００１７】
またこのように本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射用電磁弁の通電制御に利用する際には、請求項３に記載のように、通電制御手段に、電圧低下時制御手段の動作をディーゼルエンジンの始動時にのみ許可し、ディーゼルエンジンの始動後は通常時制御手段の動作によってディーゼルエンジンへの燃料供給を実行させる電圧低下時制御許可手段を設けることが好ましい。
【００１８】
つまり、上述したように、ディーゼルエンジン始動後で特に高回転時にパイロット噴射を行う場合、コンデンサの充電可能な時間が短くなるため、電圧低下時制御手段を動作させると、パイロット噴射時に２つのコンデンサに充電されたエネルギを同時に利用してしまうため、パイロット噴射は実現できても、メイン噴射までの極短い時間に２つのコンデンサを再び充電することは不可能であり、コンデンサのエネルギ不足で重要なメイン噴射が不能となり、エンジン停止に至る虞がある。
【００１９】
しかし、通電制御装置を請求項３に記載のように構成すれば、ディーゼルエンジン始動後は、電圧低下時制御手段は動作しないため、このようなエンジン停止を確実に避けることが可能になる。
また一般に、エンジン始動後に電源電圧が低下するのは、オルタネータ故障時等、エンジンの充電系が故障した場合であるため、異常時と判断して、別途異常時処置をとるのが得策である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用されたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置２の概略構成図である。
【００２１】
燃料噴射制御装置２は、バッテリ４から電源供給を受けて動作し、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて、エンジン各気筒（図では１気筒分のみを示す）に設けられた図示しない燃料噴射用電磁弁（インジェクタ）を開弁することにより、エンジン各気筒に燃料を噴射供給するためのものであり、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてインジェクタ駆動用の制御パルスを生成するマイクロコンピュータ１０を備える。
【００２２】
また燃料噴射制御装置２には、アクセル開度やエンジン回転数等，ディーゼルエンジンの運転状態を検出する各種センサ類からの入力、及びキースイッチやスタータスイッチ等の各種スイッチ類からの入力を、夫々、適切な電気信号に変換してマイクロコンピュータ１０に受け渡すバッファ１２、バッテリ電圧＋Ｂを所定の直流定電圧Ｖcc（例えば５Ｖ）に変換して、マイクロコンピュータ１０を始めとする装置内各部に電源供給を行なう電源回路１４、バッテリ電圧＋Ｂを適切なレベルに変換してマイクロコンピュータ１０に受け渡す、電源電圧検出手段としてのバッテリ電圧監視回路１６、及び、マイクロコンピュータ１０から出力される制御パルスに従いインジェクタのソレノイド６を通電することにより、インジェクタを開弁させる駆動回路２０が備えられている。
【００２３】
ここで、マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）等から構成されており、バッファ１２を介して入力されるディーゼルエンジンの運転状態を表わす各種検出信号に基づき、エンジン各気筒に噴射供給する燃料噴射量や燃料噴射時期を演算し、その演算結果に従いインジェクタの開閉弁時期（つまり燃料噴射の開始及び終了タイミング）を決定すると共に、ディーゼルエンジンの運転状態が、燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて実行すべき運転状態であれば、演算した燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づき、パイロット噴射及びメイン噴射のためのインジェクタの開閉弁時期（つまりパイロット噴射の開始及び終了タイミングとメイン噴射の開始及び終了タイミング）を決定する。そして、その決定した燃料噴射の開始及び終了タイミングに応じて、チャージパルスＣＰ、ソレノイド通電パルスＤＰ、パイロット噴射用切り離しパルスＰＳ、メイン噴射用切り離しパルスＭＳを発生する。
【００２４】
一方、駆動回路２０は、パイロット噴射用のコンデンサ２１と、メイン噴射用のコンデンサ２２と、マイクロコンピュータ１０からチャージパルスＣＰを受けて、各コンデンサ２１，２２をバッテリ電圧＋Ｂよりも高い所定電圧まで充電するチャージ回路３０と、バッテリ４からインジェクタのソレノイド６に至る通電経路上に設けられ、マイクロコンピュータ１０からソレノイド通電パルスＤＰを受けて通電経路を導通させる通電制御回路２４と、同じくソレノイド６の通電経路上に設けられ、通電制御回路２４がオン状態であるときにバッテリ＋Ｂからソレノイド６に流れる電流を一定電流に制御する定電流回路２８と、マイクロコンピュータ１０からのパイロット噴射用切り離しパルスＰＳによりオン状態となって、パイロット噴射用コンデンサ２１とソレノイド６とを接続し、ソレノイド６にパイロット噴射用コンデンサ２１に充電された高電圧を印加するパイロット噴射用切り離し回路２５と、マイクロコンピュータ１０からのメイン噴射用切り離しパルスＭＳによりオン状態となって、メイン噴射用コンデンサ２２とソレノイド６とを接続し、ソレノイド６にメイン噴射用コンデンサ２２に充電された高電圧を印加するメイン噴射用切り離し回路２６とから構成されている。
【００２５】
なお、本実施例では、通電制御回路２４が本発明の主スイッチング素子に相当し、定電流回路２８が本発明の電流制御回路に相当し、パイロット噴射用コンデンサ２１及びメイン噴射用コンデンサ２２が本発明の第１コンデンサ及び第２コンデンサに夫々相当し、チャージ回路３０が本発明の充電回路に相当し、パイロット噴射用切り離し回路２５及びメイン噴射用切り離し回路２６が本発明の第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子に夫々相当し、マイクロコンピュータ１０が本発明の通電制御手段に相当する。そして、図１では、パイロット噴射用及びメイン噴射用の切り離し回路２５，２６を開閉スイッチとして記載しているが、実際には、これら各切り離し回路２５，２６は、トランジスタ等のスイッチング素子（所謂アナログスイッチ）にて構成される。
【００２６】
次に図２は、上記駆動回路２０の詳細構成を表わす電気回路図であり、図３は、マイクロコンピュータ１０から出力される制御パルスＣＰ、ＤＰ、ＰＳ、ＭＳに基づく駆動回路２０の動作を表わすタイムチャートである。以下、図２及び図３を用いて、駆動回路２０の構成及びマイクロコンピュータ１０と駆動回路２０の基本動作を説明する。
【００２７】
図２に示す如く、まず駆動回路２０内のチャージ回路３０は、チャージ用トランス４０を備え、バッテリ４をチャージ用の電源として、このトランス４０の一次側コイルをチャージパルスＣＰに同期して通電・非通電させることにより、二次側コイルにバッテリ電圧＋Ｂを昇圧した高電圧を発生させ、この高電圧によりパイロット噴射用及びメイン噴射用のコンデンサ２１，２２を充電する、所謂フライバック方式のＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されている。
【００２８】
即ち、チャージ回路３０は、一方の入力端にチャージパルスＣＰが入力され、他方の入力端にソレノイド通電パルスＤＰが反転入力されるアンドゲート３２、ベースが抵抗器Ｒ１を介してアンドゲート３２の出力端に接続されると共に抵抗器Ｒ２を介して接地され、コレクタが抵抗器Ｒ３を介して電源回路１４からの電源電圧Ｖccが供給された電源ラインに接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタ３４、及び、ゲートが抵抗器Ｒ５，Ｒ６を介してＮＰＮトランジスタ３４のコレクタに接続され、ドレインがチャージ用トランス４０の一次側コイルのバッテリ４とは反対側端部に接続され、ソースが抵抗器Ｒ７を介して接地されたＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３８を備える。
【００２９】
そして、マイクロコンピュータ１０からは、所定周期でレベルが反転する高周波信号がチャージパルスＣＰとして出力される（図３（ａ）参照）。
このため、チャージ回路３０内では、マイクロコンピュータ１０から出力されるソレノイド通電パルスＤＰがLow レベルであるとき（つまりソレノイド６の非通電時）、チャージパルスＣＰに同期してＮＰＮトランジスタ３４，延いてはＭＯＳＦＥＴ３８がオン・オフして、チャージ用トランス４０の一次コイルの通電・非通電が切り換えられ、チャージ用トランス４０の二次コイルから、パイロット噴射用及びメイン噴射用の両コンデンサ２１，２２に電荷が転送されて、各コンデンサ２１，２２がバッテリ電圧＋Ｂよりも高い高電圧に充電されることになる（図３（ｃ），（ｄ）参照）。
【００３０】
また、チャージ回路３０には、これら両コンデンサ２１，２２の両端電圧を、抵抗器Ｒ８とＲ９、及び抵抗器Ｒ１０とＲ１１により夫々分圧する抵抗分圧回路４５，４６と、これら各抵抗分圧回路４５，４６にて分圧された各コンデンサ２１，２２の両端電圧が予め設定された判定電圧に達したか否かをコンパレータ５２，５４にて判定し、各コンデンサ２１，２２の両端電圧が判定電圧に達しているときにアンドゲート５６を介してハイレベルの信号（チャージ完了判定信号：図３（ｂ）参照）を発生するチャージ完了判定回路５０と、チャージ完了判定回路５０からのチャージ完了判定信号を受けてＮＰＮトランジスタ３４のコレクタを接地するチャージ停止用のＮＰＮトランジスタ３６が備えられている。
【００３１】
このため、チャージ用トランス４０の一次側コイルの通電・非通電によりパイロット噴射用及びメイン噴射用のコンデンサ２１，２２の充電電圧が所定の判定電圧（判定電圧＞バッテリ電圧＋Ｂ）に達すると、ＭＯＳＦＥＴ３８は、チャージパルスＣＰによりオン・オフされるＮＰＮトランジスタ３４の状態にかかわらずオフ状態に保持される（図３（ａ）〜（ｄ）参照）。
【００３２】
なお、ＭＯＳＦＥＴ３８をオフ状態に保持するＮＰＮトランジスタ３６は、コレクタがＮＰＮトランジスタ３４のコレクタに接続され、ベースが抵抗器Ｒ４を介して接地されると共にチャージ完了判定回路のアンドゲート５６の出力端に抵抗器Ｒ０を介して接続され、エミッタが接地されている。また、ＭＯＳＦＥＴ３８のドレインと、そのゲートに接続された抵抗器Ｒ６との間には、ＭＯＳＦＥＴ３８を過電圧から保護するために、ツェナーダイオードＺＤ１とダイオードＤ２とからなる過電圧保護回路４２が設けられている。
【００３３】
次に、通電制御回路２４は、コレクタがソレノイド６の一端（定電流回路２８が接続されるバッテリ４の電源ラインとは反対側端部）に接続され、エミッタが電流検出用抵抗器Ｒｉを介して接地され、ベースにソレノイド通電パルスＤＰを受けるＮＰＮトランジスタから構成されている。このため、通電制御回路２４は、ソレノイド通電パルスＤＰがハイレベルであるときオン状態となって、ソレノイド６の通電経路を形成する。
【００３４】
また、通電制御回路２４と電流検出用抵抗器Ｒｉとの接続点電圧は、定電流回路２８に入力される。そして、定電流回路２８は、ソレノイド通電パルスＤＰがハイレベルであるとき（つまりソレノイド６の通電によりインジェクタを開弁する必要があるとき）、電流検出用抵抗器Ｒｉからの入力電圧が所定電圧となるように出力電流を制御することにより、ソレノイド６に定電流を供給する。
【００３５】
一方、マイクロコンピュータ１０は、燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて行なう通常時には、ソレノイド通電パルスＤＰとして、パイロット噴射用とメイン噴射用との２つのパルス信号（ハイレベル）を順次出力する（図３（ｇ）参照）。また、マイクロコンピュータ１０は、この２つのパルス信号の内、パイロット噴射用のソレノイド通電パルスＤＰの出力時には、パイロット噴射用切り離しパルスＰＳを、メイン噴射用のソレノイド通電パルスＤＰの出力時には、メイン噴射用切り離しパルスＭＳを、同時に出力する（図３（ｅ），（ｆ）参照）。
【００３６】
この結果、ソレノイド通電パルスＤＰがハイレベルとなって、通電制御回路２４内のＮＰＮトランジスタがオンした際には、パイロット噴射用切り離し回路２５又はメイン噴射用切り離し回路２６も同時にオン状態となり、パイロット噴射又はメイン噴射のための通電初期時、ソレノイド６には、パイロット噴射用コンデンサ２１又はメイン噴射用コンデンサ２２からの出力電圧により、ピーク状の大電流（以下、開弁電流という）ＩP が流れ、その後、定電流回路２８から供給される定電流（以下、保持電流という）ＩH が流れることになる（図３（ｈ）参照）。従って、パイロット噴射及びメイン噴射のためにインジェクタを開弁する際には、ソレノイド６に開弁電流ＩP が流れてインジェクタが速やかに開弁し、その後、保持電流ＩH によって、その開弁状態が保持される。
【００３７】
なお、チャージ用トランス４０の二次コイルから各コンデンサ２１，２２に至る充電経路、各コンデンサ２１，２２から切り離し回路２５，２６を介してソレノイド６に至る高電圧給電経路、及び定電流回路２８からソレノイド６に至る通電経路には、夫々、逆流防止用のダイオードＤ３〜Ｄ７が設けられている。
【００３８】
ところで上記のように、パイロット噴射時には、マイクロコンピュータ１０側からパイロット噴射用切り離しパルスＰＳとソレノイド通電パルスＤＰを出力し、メイン噴射時には、マイクロコンピュータ１０側からメイン噴射用切り離しパルスＭＳとソレノイド通電パルスＤＰを出力するというように、インジェクタを開弁させて燃料噴射を実行する際に、パイロット噴射用コンデンサ２１に蓄積されたエネルギと、メイン噴射用コンデンサ２２に蓄積されたエネルギとのいずれか一方を利用して、インジェクタを開弁するようにした場合、低温時のエンジン始動時等、バッテリ電圧＋Ｂが著しく低下しているときに、定電流回路２８の電流供給能力が低下して、インジェクタを開弁できなくなることがある。
【００３９】
即ち、ソレノイド６の抵抗値をＲ、定電流回路２８がソレノイド６に供給する定電流をＩｏとした場合、電流検出用抵抗器Ｒｉの抵抗値を無視すれば、バッテリ電圧＋Ｂは、これらの乗算値（Ｒ・Ｉｏ）以上である必要がある。しかし、バッテリ電圧＋Ｂが低下し、この条件を満足できなくなれば、定電流回路２８から定電流Ｉｏを供給できなくなってしまい、＋Ｂ＜Ｒ・Ｉｏの条件下では、保持電流ＩH は、バッテリ電圧＋Ｂの低下に伴い減少することになる（図４参照）。
【００４０】
従って、バッテリ電圧＋Ｂの低下時に、インジェクタを開弁して燃料噴射を実行する際には、たとえコンデンサ２１，２２を判定電圧まで充電できていたとしても、ソレノイド６に対して、インジェクタを開弁してその開弁状態を保持するためのエネルギを供給できず、インジェクタからディーゼルエンジンに燃料を噴射供給できなくなることがある。
【００４１】
つまり、燃料噴射時に、コンデンサ２１及び２２の充電電圧の内の一方を利用してソレノイド６に通電するようにしていると、バッテリ電圧の正常時には、図５に実線で示すように、ソレノイド６に、インジェクタを開弁してその開弁状態を保持するための電流を流して、インジェクタのバルブを正常に開弁できても、バッテリ電圧の低下時には、図５に点線で示すように、定電流回路２８から供給可能な保持電流ＩH が低下するので、インジェクタのバルブを開弁できず、ディーゼルエンジンを正常に運転できなくなってしまうのである。
【００４２】
なお、こうした問題は、コンデンサ２１，２２からの放電による開弁電流ＩP のみでインジェクタを確実に開弁できるようにすれば解決できるが、このためには、チャージ完了判定回路５０にて充電完了が判定されるコンデンサの充電電圧Ｖを上げるか、或は、コンデンサ２１，２２の容量を増加することにより、充電時にコンデンサ２１，２２に蓄積されるエネルギＥ（Ｅ＝Ｃ×Ｖ² ／２，Ｃはコンデンサ容量，Ｖはチャージ電圧）を増加する必要がある。そしてこの場合には、コンデンサ２１，２２への充電をより高速に行なう必要があるので、チャージ回路３０の大型化を招き、コンデンサ２１，２２の体格アップ、コストアップにつながる。
【００４３】
そこで本実施例では、バッテリ電圧＋Ｂが低下した場合は、図６に示す如く、燃料噴射のためにマイクロコンピュータ１０側から駆動回路２０に制御パルスを出力する際、ソレノイド通電パルスＤＰと共に、パイロット噴射用切り離しパルスＰＳとメイン噴射用切り離しパルスＭＳとを同時に出力することで、インジェクタを確実に開弁できるようにしている。以下、このためにマイクロコンピュータ１０において実行される制御処理について説明する。
【００４４】
図７は、マイクロコンピュータ１０において、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて燃料噴射量や燃料噴射時期を演算して、インジェクタの開閉弁タイミングを決定する制御量演算処理とは別に、所定時間毎の割込み処理として実行される制御パルス出力処理を表わすフローチャートである。
【００４５】
この図に示すように、マイクロコンピュータ１０は、上記制御パルスＣＰ，ＰＳ，ＭＳ，ＤＰを出力するに当って、まずＳ１００（Ｓはステップを表わす）にて、例えば、スタータスイッチがオン状態で、スタータモータが動作しているか否かを判断することにより、現在、ディーゼルエンジンの始動中であるか否かを判断する。
【００４６】
そして、現在、エンジン始動中でなければ、Ｓ１１０にて、パイロット噴射或はメイン噴射のために、制御量演算処理にて決定されたインジェクタの開閉弁タイミングに従い、ソレノイド通電パルスＤＰと共に、パイロット噴射用切り離しパルスＰＳとメイン噴射用切り離しパルスＭＳとのいずれか一方を出力する、通常制御を実行する。なお、この通常制御では、コンデンサ２１，２２の充電のためのチャージパルスＣＰを所定周期で繰り返し出力するチャージパルスＣＰの出力制御も同時に実行する。
【００４７】
一方、Ｓ１００にて、現在、エンジン始動中であると判断されると、Ｓ１２０にて、バッテリ電圧監視回路１６から入力されるバッテリ電圧＋Ｂを読み込み、Ｓ１３０にて、この読み込んだバッテリ電圧＋Ｂが正常時の電圧（例えば１２Ｖ）よりも著しく低い判定電圧（例えば８Ｖ）未満であるか否かを判定し、バッテリ電圧＋Ｂがこの判定電圧以上であれば、Ｓ１１０にて通常制御を実行し、逆にバッテリ電圧＋Ｂが判定電圧未満であれば、Ｓ１４０に移行する。
【００４８】
そして、Ｓ１４０では、制御量演算処理にて決定されたインジェクタの開閉弁タイミングに従い、ソレノイド通電パルスＤＰと、パイロット噴射用切り離しパルスＰＳと、メイン噴射用切り離しパルスＭＳとを同時に出力する、始動時制御を実行する。なお、この始動時制御においても、上記Ｓ１１０と同様、コンデンサ２１，２２の充電のためのチャージパルスＣＰを所定周期で繰り返し出力するチャージパルスＣＰの出力制御も同時に実行する。
【００４９】
この結果、本実施例によれば、エンジン始動時にスタータモータの動作によってバッテリ電圧＋Ｂが著しく低下した場合であっても、ソレノイド６にインジェクタの開弁に必要なエネルギを供給して、インジェクタを確実に開弁させることができる。
【００５０】
つまり、本実施例によれば、バッテリ電圧＋Ｂが判定電圧よりも低い場合に、ソレノイド６への通電を、コンデンサ２１，２２に蓄積されたエネルギの合成値と、定電流回路２８からの出力電流とにより行うようにしているので、バッテリ電圧＋Ｂに関係なく、常に、コンデンサ２１，２２の一方に充電されたエネルギと定電流回路２８からの供給電流とによってソレノイド６に通電する従来装置のように、エンジン始動時に、バッテリ電圧＋Ｂの低下によって、ソレノイド６に充分な電流を流すことができず、インジェクタのバルブを開弁できなくなる、といったことはなく、エンジン始動時にバッテリ電圧＋Ｂが低下しても、ソレノイド６に開弁に必要な電流を流して、インジェクタのバルブを確実に開弁することができるようになるのである（図８参照）。
【００５１】
従って、本実施例によれば、エンジン始動時に、バッテリ電圧＋Ｂの低下によって、ディーゼルエンジンを始動できなくなる、といったことはなく、ディーゼルエンジンの始動性を向上することが可能になる。
なお、上記のように、一回の燃料噴射に対して、パイロット噴射用コンデンサ２１とメイン噴射用コンデンサ２２とに充電されたエネルギを同時に利用するようにした場合、次の燃料噴射までに２つのコンデンサ２１，２２を所定電圧まで充電しておく必要があり、エンジンの高回転時には、コンデンサへの充電時間が短くなるので、燃料噴射を、パイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて実行するのは困難である。しかし、既述したように、バッテリ電圧が低下するのは、通常、スタータモータが作動する始動時だけであり、この場合、エンジン回転数は極低回転であり、２つのコンデンサを充電するのに要する時間を充分確保できる。また、エンジン始動時には、パイロット噴射を実行する必要はなく、１回の燃料噴射（メイン噴射）のみでよい。従って、、燃料噴射実行後、次の燃料噴射を行うまでの間に、コンデンサ２１，２２を所定電圧まで充電しておくことは充分可能であり、本実施例によれば、エンジン始動時にバッテリ電圧＋Ｂが低下しても、ディーゼルエンジンンジンを確実に始動させることができる。
【００５２】
そして、本実施例では、上記のようにマイクロコンピュータ１０にて実行される制御パルス出力処理のうち、Ｓ１００にて実行されるエンジン始動中の判定処理が本発明の電圧低下時制御許可手段に相当し、Ｓ１３０にて実行されるバッテリ電圧＋Ｂの判定処理が本発明の判定手段に相当し、Ｓ１１０にて実行される通常制御が本発明の通常時制御手段に相当し、Ｓ１４０にて実行される始動時制御が本発明の電圧低下時制御手段に相当する。
【００５３】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、こうした実施例に限定されるものではなく、種々の態様を取ることができる。例えば、上記実施例では、メイン噴射に先だってパイロット噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、電磁弁のソレノイド等、通電開始直後に大電流が必要な電気負荷に対する通電・非通電を高速に切り換えるために、大電流供給用の２つのコンデンサを備えた装置であれば、上記実施例と同様に適用して、電源電圧低下時の電気負荷の駆動特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の燃料噴射制御装置の構成を表わす概略構成図である。
【図２】 実施例の駆動回路の詳細を表わす電気回路図である。
【図３】 パイロット噴射及びメイン噴射の実行時にマイクロコンピュータから出力される制御パルスと駆動回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図４】 バッテリ電圧と定電流回路からの出力電流（保持電流）との関係を説明する説明図である。
【図５】 バッテリ電圧低下時に生じる従来の問題を説明する説明図である。
【図６】 バッテリ電圧低下時にマイクロコンピュータから出力される制御パルスと駆動回路の動作を説明するタイムチャートである。
【図７】 マイクロコンピュータにて実行される制御パルス出力処理を表わすフローチャートである。
【図８】 実施例におけるバッテリ電圧低下時のソレノイド電流とインジェクタのバルブ状態との関係を従来技術と比較して説明する説明図である。
【符号の説明】
２…燃料噴射制御装置 ４…バッテリ ６…ソレノイド
１０…マイクロコンピュータ １２…バッファ １４…電源回路
１６…バッテリ電圧監視回路 ２０…駆動回路
２１…パイロット噴射用コンデンサ ２２…メイン噴射用コンデンサ
２４…通電制御回路 ２５…パイロット噴射用切り離し回路
２６…メイン噴射用切り離し回路 ２８…定電流回路
３０…チャージ回路 ＣＰ…チャージパルス
ＤＰ…ソレノイド通電パルス ＭＳ…メイン噴射用切り離しパルス
ＰＳ…パイロット噴射用切り離しパルス

Claims (3)

1. 直流電源から電気負荷への通電経路上に設けられた主スイッチング素子と、
   前記通電経路に設けられ、前記主スイッチング素子のオン時に前記直流電源から前記電気負荷に流れる電流を制御する電流制御回路と、
   充電用の第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
   該第１及び第２コンデンサを前記直流電源の電源電圧よりも高い所定電圧まで充電する充電回路と、
   前記第１及び第２コンデンサを夫々前記通電経路に接続して、各コンデンサに蓄積されたエネルギを前記電気負荷に供給する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と、
   前記電気負荷の通電時には、前記主スイッチング素子をオンすると共に、前記第１及び第２スイッチング素子のいずれか一方をオンして、前記電流制御回路にて制御される前記直流電源からの出力電流と前記第１又は第２コンデンサの充電電圧とにより前記電気負荷への通電を行なう通電制御手段と、
   を備えた電気負荷の通電制御装置において、
   前記直流電源の電源電圧を検出する電源電圧検出手段を設け、
   前記通電制御手段を、該検出された電源電圧が予め設定された判定電圧よりも低い場合には、前記電気負荷の通電時に、前記主スイッチング素子と前記第１及び第２スイッチング素子とをオンして、前記電流制御回路にて制御される前記直流電源からの出力電流と前記第１及び第２コンデンサの充電電圧とにより、前記電気負荷への通電を行なうように構成してなることを特徴とする電気負荷の通電制御装置。
2. 前記電気負荷は、ソレノイドへの通電により開弁してディーゼルエンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射用の電磁弁であり、
   前記第１コンデンサ及び第２コンデンサは、前記電磁弁からの燃料噴射をパイロット噴射とメイン噴射との２回に分けて行うために、パイロット噴射用及びメイン噴射用のエネルギを夫々蓄積するコンデンサであり、
   前記通電制御手段は、
   前記電磁弁を開弁して前記ディーゼルエンジンに燃料を噴射供給する際、前記電源電圧が前記判定電圧よりも低いか否かを判断する判定手段と、
   該判定手段にて前記電源電圧が前記判定電圧以上である判断された場合に、前記主スイッチング素子と第１スイッチング素子、又は前記主スイッチング素子と第２スイッチング素子を、同時にオンして、前記電磁弁から前記パイロット噴射又は前記メイン噴射のための燃料噴射を実行させる通常時制御手段と、
   前記判定手段にて前記電源電圧が前記判定電圧よりも低いと判断された場合に、前記主スイッチング素子と第１及び第２のスイッチング素子とを同時にオンして、前記電磁弁から燃料噴射を実行させる電圧低下時制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電気負荷の通電制御装置。
3. 前記通電制御手段は、前記電圧低下時制御手段の動作を、前記ディーゼルエンジンの始動時にのみ許可し、前記ディーゼルエンジンの始動後は、前記通常時制御手段の動作によって前記ディーゼルエンジンへの燃料供給を実行させる電圧低下時制御許可手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電気負荷の通電制御装置。

Images