JP4158179B2 - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

この発明は、プランジャの往復運動により燃料を加圧する機能と燃料噴射弁の機能を有するエンジンの燃料噴射装置に関し、たとえば、２輪車のエンジンの燃料制御に用いられる新規な技術に関するものである。

従来から、コンデンサに蓄えられたエネルギを利用してソレノイドを駆動するタイプのエンジンの燃料噴射装置はよく知られている（たとえば、特許文献１参照）。
この種のエンジンの燃料噴射装置において、ソレノイドを駆動するトランジスタは、マイクロコンピュータの制御下で開閉され、トランジスタの遮断時にソレノイドから発生する誘電起電力は、コンデンサに充電される。
ソレノイド電流は、電圧に変換された後、オペアンプなどを介して増幅されて、マイクロコンピュータに入力される。また、ソレノイドの非励磁時（トランジスタの停止時）においても、マイクロコンピュータに入力される。

ところで、２輪車などのバッテリ電源（直流電源）で駆動される制御装置の内部部品においては、たとえば、マイクロコンピュータ、オペアンプなどはバッテリマイナス電源を基準とした直流電源が使用される。
ここで、ソレノイド電流を電圧に変換した後、汎用オペアンプにより増幅してマイクロコンピュータに入力する場合には、ソレノイド電流の非励磁時にバッテリマイナス電源（０Ｖ）を出力することが困難になるか、または、不安定な電圧が出力される可能性がある。

一方、バッテリマイナス電源（０Ｖ）に近い電圧を出力可能なオペアンプを使用しようとすると、高価な部品を使用することになるうえ、その場合でも、確実に０Ｖを出力することは困難である。
本願発明者の試験によれば、電流検出値が１％ずれると、燃料噴射量が３％変化することが分かっている。また、コントロールユニット内の電流検出回路の電流検出精度は、自動車用高精度部品を用いた場合でも、３％程度が限界であり、この場合、燃料噴射量が９％も変化することになり、所望の燃料噴射精度が得られないことが分かっている。

特開２００３−３３６５３７号公報

従来のエンジンの燃料噴射装置では、汎用オペアンプを用いた場合には、ソレノイド電流が流れていないときに、バッテリマイナス電源（０Ｖ）を出力することができないか、または、不安定な電圧が出力されてしまうという課題があった。
また、バッテリマイナス電源（０Ｖ）に近い電圧を出力可能なオペアンプを使用した場合には、コストアップを招くうえ、確実に０Ｖを出力することが困難なことから、結局、所望の燃料噴射精度が得られないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ソレノイド電流の検出手段にあらかじめ制御に影響のないバイアス電流を通電して、ソレノイド通電前のオペアンプの出力をオフセットさせることにより、ソレノイド通電前のオペアンプの出力を安定化させたエンジンの燃料噴射装置を得ることを目的とする。
また、この発明は、ソレノイド通電電流値からソレノイド通電前に測定された値を減算することにより、確実なソレノイド通電電流を測定することのできるエンジンの燃料噴射装置を得ることを目的とする。

この発明によるエンジンの燃料噴射装置は、ソレノイドおよびプランジャを有し、ソレノイドへの通電時に生じるプランジャの往復運動によって、燃料を吸引および加圧してエンジンに噴射する燃料噴射モジュールと、エンジンの運転状態を検出する各種センサと、運転状態に基づいて燃料噴射モジュールに駆動信号を与えるコントロールユニットと、ソレノイドを駆動／停止させる駆動制御手段と、ソレノイドの停止時にソレノイドから発生する誘電起電力を蓄えるコンデンサと、コンデンサに蓄えられたエネルギをソレノイドの駆動時に放出して伝達するエネルギ伝達手段と、ソレノイドの通電電流を検出する電流検出手段と、ソレノイドの通電電流検出値に基づいて燃料噴射モジュールの駆動時間を補正する噴射補正手段とを備え、電流検出手段は、バイアス回路を有し、通電電流検出値に基づいて、ソレノイドに通電する前の電流値を測定して、ソレノイドに対する通電前後の電流値を計算するとともに、バイアス回路からあらかじめバイアス電流を流すことにより、ソレノイドへの通電前の電流値を安定化させるエンジンの燃料噴射装置において、電流検出手段は、ソレノイドの通電電流検出値からソレノイドへの通電前の電流検出値を減算した値を最終的な通電電流検出値とするものである。

この発明によれば、ソレノイド電流の検出手段にあらかじめバイアス電流を通電して、ソレノイド通電前のオペアンプの出力をオフセットさせて、ソレノイド通電前のオペアンプの出力を安定化させることにより、ソレノイド電流の検出精度を向上させるとともに、高精度の燃料制御を実現することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射装置を示す回路図である。
図１に示す装置は、一端が接地されたコンデンサ１と、ＣＰＵおよび各種メモリ手段などを有するマイクロコンピュータ２と、コンデンサ１の他端にカソードが接続されたダイオード３と、ダイオード３のアノードに出力端子（コレクタ）が接続されたトランジスタ４と、抵抗５〜７、１２、１４と、トランジスタ４を介して流れるソレノイド電流を検出するオペアンプ８と、トランジスタ４を介して通電／遮断されるソレノイド９と、を備えている。

また、図１の装置は、ソレノイド９の一端とダイオード３のカソードとの間に挿入されたトランジスタ１０と、ソレノイド９の一端にカソードが接続されたダイオード１１と、ダイオード１１のアノードとグランドとの間に挿入されたバッテリ１３と、オペアンプ８の非反転入力端子（＋）に接続された固定電源からなるバイアス電源１５と、たとえば２輪車のエンジン（図示せず）の運転状態を検出してマイクロコンピュータ２に入力する各種センサ２０とを備えている。

マイクロコンピュータ２は、各種センサ２０からの検出情報（運転状態）に応じて、トランジスタ４に対する制御信号を生成し、ソレノイド９を通電／遮断制御する。
抵抗５は、トランジスタ４のエミッタとグランドとの間に挿入されている。
トランジスタ４と抵抗５との接続点は、オペアンプ８の非反転入力端子（＋）に接続されている。

オペアンプ８から出力される抵抗５の両端電圧（ソレノイド電流の検出値）は、マイクロコンピュータ２に入力されている。
抵抗６は、オペアンプ８の出力端子と反転入力端子（−）との間に挿入され、抵抗７は、オペアンプ８の反転入力端子（−）とグランドとの間に挿入されている。
抵抗１２は、マイクロコンピュータ２の制御出力端子とトランジスタ１０のベースとの間に挿入されている。
抵抗１４は、バイアス電源１５とオペアンプ８の非反転入力端子（＋）との間に挿入されている。

ソレノイド９は、プランジャ（図示せず）を有し、トランジスタ４とともに燃料噴射モジュールを構成している。
ソレノイド９（燃料噴射モジュール）は、ソレノイド９への通電時に生じるプランジャの往復運動によって、燃料を吸引および加圧してエンジンに噴射する。
コンデンサ１は、ソレノイド９の停止時にソレノイド９から発生する誘電起電力を蓄える。

マイクロコンピュータ２は、コントロールユニットを構成しており、運転状態に基づいてソレノイド９（燃料噴射モジュール）に駆動信号を与える。
マイクロコンピュータ２およびトランジスタ４は、ソレノイド９を駆動／停止させる駆動制御手段を構成している。

マイクロコンピュータ２およびトランジスタ１０は、エネルギ伝達手段を構成しており、ソレノイド９の駆動時に、コンデンサ１に蓄えられたエネルギをソレノイド９に放出して伝達する。
ダイオード１１は、コンデンサ１の放電後に、ソレノイド９に対する電源としてバッテリ１３から供給する。

マイクロコンピュータ２、抵抗５およびオペアンプ８は、ソレノイド９の通電電流を検出する電流検出手段を構成している。
マイクロコンピュータ２は、噴射補正手段を含み、オペアンプ８から入力されるソレノイド９の通電電流検出値に基づいて、ソレノイド９（燃料噴射モジュール）の駆動時間を補正する。

マイクロコンピュータ２は、オペアンプ８からの通電電流検出値に基づいて、ソレノイドに通電する前の電流値を測定して、ソレノイド９に対する通電前後の電流値を計算する。
また、マイクロコンピュータ２は、ソレノイド９の通電電流検出値からソレノイド９への通電前の電流検出値を減算した値を最終的な通電電流検出値として用いるようになっている。

バイアス電源１５は、抵抗５とオペアンプ８との接続点に接続されている。
これにより、電流検出手段を構成する抵抗５に対し、バイアス電源１５からあらかじめバイアス電流を流すことにより、ソレノイドへの通電前の電流値を安定化させるようになっている。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１に係る装置の動作について説明する。
まず、マイクロコンピュータ２の制御下で、燃料噴射モジュール駆動用のトランジスタ４がオンされた場合、ソレノイド９が通電されて、プランジャが吸引される。
このとき、ソレノイド９に流れたソレノイド電流は、抵抗５により電圧に変換された後、オペアンプ８および増幅用の抵抗６、７により増幅され、電圧増幅されたソレノイド電流値としてマイクロコンピュータ２に入力される。

なお、トランジスタ４が停止していて、ソレノイド９に電流が流れていない状態においても、オペアンプ８、抵抗６、７により電圧増幅されたソレノイド電流検出値がマイクロコンピュータに入力される。
これにより、マイクロコンピュータ２は、ソレノイド９への通電前後の値を計算することにより、ソレノイド９への通電時間を補正し、トランジスタ４を制御するようになっている。

トランジスタ４は、ソレノイド９に必要な時間電流を供給した後にオフされる。
トランジスタ４がオフされた場合には、通電状態から遮断（消磁）されたソレノイド９から誘電起電力が発生し、誘電起電力は、ダイオード３を通り、コンデンサ１に充電される。このとき、ダイオード３は、トランジスタ４の遮断時に発生するソレノイド９の回生電流をコンデンサ１に蓄える経路を構成する。
ダイオード３は、コンデンサ１の放電後に、ソレノイド９に電流を供給する。

なお、マイクロコンピュータ２は、ソレノイド９の誘電起電力のエネルギを無損失でコンデンサ１に蓄えるために、トランジスタ４を遮断する直前に、ソレノイド９に直列接続されたトランジスタ１０を停止させる。
トランジスタ４の遮断前にトランジスタ１０を遮断することにより、ソレノイド９の遮断時に発生する誘電起電力エネルギは、ソレノイド９で再び消費されることなく、コンデンサ１に蓄えられる。

抵抗１４およびバイアス電源１５は、電流検出手段に対するバイアス回路を構成しており、ソレノイド９を通電する前に、抵抗５にバイアス電流を流す。
このように、ソレノイド９の通電前に、抵抗５に電流を流すことにより、オペアンプの出力値（ソレノイド９を通電する前の電流検出値）は、バッテリ１３のマイナス電源（すなわち、オペアンプ８のマイナス電源）よりも高い電圧値となる。

また、バイアス電源１５は、固定電源により構成されているので、安定したバイアス電圧を印加することができ、これにより、オペアンプ８は、さらに安定した電流検出値を出力することができる。
この場合、バッテリ１３のマイナス電源は、０Ｖ基準のＤＣ電源であり、オペアンプ８の電源は、車載バッテリ電源と同じ電源（０Ｖ基準のＤＣ電源）で構成することができる。

また、ソレノイド９に通電する前のソレノイド電流を検出する場合には、できるだけ、ソレノイド９への通電直前の電流を測定することがより望ましい。
なぜなら、たとえばエンジンが高回転動作している場合には、ソレノイド９のオンデューティが高くなり、ソレノイド９の遮断後付近において、ソレノイド９から誘電起電力が発生するので、通電直前でないと、オペアンプ８の出力を安定させることが難しいからである。
ただし、バイアス電流としては、ソレノイド９の電流測定および電流制御に影響のない程度の小さい値に設定される必要があるので、オペアンプ８のオフセット電圧に応じて適正値が設定される。

次に、マイクロコンピュータ２は、ソレノイド９を駆動した後において、ある一定時間の経過後に、ソレノイド９の電流値を測定する。
マイクロコンピュータ２において、ソレノイド９に対する所要の通電時間は、一定時間後に測定したソレノイド９の電流値から、バイアス電圧を印加した状態でのソレノイド９の通電前の値を減算した値に対して計算される。さらに、ソレノイド９の通電時間は、各種センサ２０からの検出信号に基づいて補正された後、駆動制御信号として出力される。

以上のように、この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射装置は、ソレノイド９への通電時に生じるプランジャの往復運動によって、燃料を吸引および加圧してエンジンに噴射するソレノイド９（燃料噴射モジュール）と、エンジンの運転状態を検出する各種センサ２０と、運転状態に基づいて燃料噴射モジュールに駆動信号を与えるマイクロコンピュータ２（コンとロールユニット）と、ソレノイド９を駆動／停止させるトランジスタ４（駆動制御手段）と、ソレノイド９の停止時にソレノイド９から発生する誘電起電力を蓄えるコンデンサ１と、コンデンサ１に蓄えられたエネルギをソレノイド９の駆動時に放出して伝達するトランジスタ１０（エネルギ伝達手段）と、ソレノイド９の通電電流を検出する抵抗５およびオペアンプ８（電流検出手段）と、ソレノイド９の通電電流検出値に基づいてソレノイド９（燃料噴射モジュール）の駆動時間を補正する噴射補正手段と、抵抗５およびオペアンプ８（電流検出手段）に接続されたバイアス電源１５とを備えている。

電流検出手段を構成するオペアンプ８は、通電電流検出値に基づいて、ソレノイド９に通電する前の電流値を測定する。
また、オペアンプ８と関連して電流検出手段を構成するマイクロコンピュータ２は、ソレノイド９に対する通電前後の電流値を計算する。
さらに、電流検出手段を構成する抵抗５およびオペアンプ８は、バイアス電源１５からのバイアス電流をあらかじめ流すことにより、ソレノイド９への通電前の電流値を安定化させている。

このように、ソレノイド９の電流検出手段にバイアス回路を設けることにより、ソレノイド９の通電電流を高精度に検出し、燃料噴射モジュールの制御を高精度化することができる。
すなわち、抵抗５（電流検出手段）にバイアス電流を流すことで、ソレノイド９への通電前および通電中の電流検出値を確実に取得することができ、ソレノイド９の制御が高精度化され、燃料制御精度の高いエンジンの燃料噴射装置が得られる。
また、オペアンプ８の電源として、車載バッテリ電源と同じ０Ｖ基準のＤＣ電源で動作させることができることから、バイアス回路も安価な部品で構成することができるので、安価なエンジンの燃料噴射装置が得られる。

また、電流検出手段を構成するマイクロコンピュータ２は、ソレノイド９の通電電流検出値から通電前の電流検出値を減算した値を最終的な通電電流検出値とすることにより、確実かつ正確な通電電流検出値を取得し、ソレノイド９を正確に駆動制御して、さらに信頼性の高い燃料噴射を実現することができる。
さらに、通電前の電流検出値を減算する場合には、あらかじめ制御に影響のないバイアス電流を流しておくことでオフセットをかけることにより、ソレノイド９への通電前の電流値を安定化させているので、ソレノイド９の制御に対して悪影響を与えることもない。

なお、上記実施の形態１では、バイアス電源１５および抵抗１４によりバイアス回路を構成したが、バイアス回路として定電流回路を用いてもよく、この場合も前述と同等の作用効果を奏する。
また、２輪車用のエンジンの燃料噴射装置を例にとって説明したが、他の車両のエンジンの燃料噴射装置であってもよく、前述と同等の作用効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るエンジンの燃料噴射装置を示す回路図である。

符号の説明

１ コンデンサ、２ マイクロコンピュータ（コントロールユニット）、３ ダイオード、４ トランジスタ、５ 抵抗、８ オペアンプ、９ ソレノイド、１０ トランジスタ、１３ バッテリ、１４ 抵抗、１５ バイアス電源、２０ 各種センサ。

Claims (5)

1. ソレノイドおよびプランジャを有し、前記ソレノイドへの通電時に生じる前記プランジャの往復運動によって、燃料を吸引および加圧してエンジンに噴射する燃料噴射モジュールと、
   前記エンジンの運転状態を検出する各種センサと、
   前記運転状態に基づいて前記燃料噴射モジュールに駆動信号を与えるコントロールユニットと、
   前記ソレノイドを駆動／停止させる駆動制御手段と、
   前記ソレノイドの停止時に前記ソレノイドから発生する誘電起電力を蓄えるコンデンサと、
   前記コンデンサに蓄えられたエネルギを前記ソレノイドの駆動時に放出して伝達するエネルギ伝達手段と、
   前記ソレノイドの通電電流を検出する電流検出手段と、
   前記ソレノイドの通電電流検出値に基づいて前記燃料噴射モジュールの駆動時間を補正する噴射補正手段とを備え、
   前記電流検出手段は、バイアス回路を有し、前記通電電流検出値に基づいて、前記ソレノイドに通電する前の電流値を測定して、前記ソレノイドに対する通電前後の電流値を計算するとともに、前記バイアス回路からあらかじめバイアス電流を流すことにより、前記ソレノイドへの通電前の電流値を安定化させるエンジンの燃料噴射装置において、
   前記電流検出手段は、前記ソレノイドの通電電流検出値から前記ソレノイドへの通電前の電流検出値を減算した値を最終的な通電電流検出値とすることを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
2. 前記バイアス電流は、前記ソレノイドの制御に影響のない程度の電流値に設定されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
3. 前記バイアス回路は、固定電源からなるバイアス電源を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
4. 前記バイアス回路は、定電流回路により構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
5. 前記エンジンは、車載バッテリ電源を有する２輪車に搭載され、
   前記電流検出手段は、オペアンプを含み、
   前記オペアンプの電源は、前記車載バッテリ電源と同じ０Ｖ基準のＤＣ電源で動作されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。

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