JP4320630B2 - エンジン制御システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の運転に必要な高電圧作動装置（インジェクタ、点火プラグ等）に高電圧を供給する昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータなど）を搭載したエンジン制御システムに関する。

近年、インジェクタの電磁弁に高電圧を供給して、インジェクタの応答性を高める技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、インジェクタのアクチュエータに多数のピエゾ素子をスタックしたピエゾアクチュエータを用い、そのピエゾアクチュエータに高電圧を供給してインジェクタを駆動する提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、点火プラグに高電圧の交流電流を供給して多重点火を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

これらの技術は共通して、バッテリ電圧を高電圧（例えば、バッテリ電圧の１０〜３０倍の電圧）に昇圧する昇圧回路を用いている。
昇圧回路の一例としてＤＣ／ＤＣコンバータを例示する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、バッテリに接続されたエネルギー蓄積コイルと、このエネルギー蓄積コイルの通電の断続を行う昇圧スイッチ手段と、エネルギー蓄積コイルに接続されたコンデンサとを備え、昇圧スイッチ手段を断続させることでエネルギー蓄積コイルに発生した高電圧をコンデンサに充電させるものである。

このＤＣ／ＤＣコンバータは、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧＳＷと称す）がＯＮされると運転を開始して、バッテリ電圧から目標電圧に昇圧する。
この運転動作によって、ＩＧＳＷのＯＮ後、直ちにスタータスイッチ（以下、スタータＳＷと称す）がＯＮされても、スタータＳＷがＯＮされるまでの間に目標電圧までの充電が完了して、インジェクタあるいは点火プラグに高電圧を供給することが可能になる。
しかし、従来の技術では、ＩＧＳＷがＯＮすると、図１の一点鎖線に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータが充電動作を行うものであるため、スタータＳＷがＯＮされる前（エンジンの始動を開始する前）から、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転によってラジオノイズ（電磁波ノイズ）等が発生する懸念がある。
特開２００３−０５６３８６号公報 特開２００３−１４８２２１号公報 特開２００２−２５０２６５号公報

（第１の目的）
ラジオノイズ等は、例えば車両の音響装置や映像装置等に影響を与える可能性がある。このため、特にエンジン始動前の静寂な状態では極力ラジオノイズ等の発生を抑える要求がある。
本発明の第１の目的はエンジンの始動前におけるラジオノイズ等の発生を抑えることのできるエンジン制御システムの提供にある。

（第２の目的）
乗員がスタータＳＷをＯＮしてから昇圧回路を作動させるように設ける場合、昇圧回路がバッテリ電圧から目標電圧に昇圧させるための「昇圧時間」が必要になる。
しかし、昇圧が完了する前に、エンジンを始動するためにインジェクタあるいは点火プラグを作動させても、昇圧不足によりインジェクタあるいは点火プラグが正常な動作を行わない可能性がある。すると、正常動作を行わないのに電力だけが無駄に消費されることになる。
本発明の第２の目的は、昇圧回路の昇圧不足による無駄な電力消費（エネルギーロス）を抑えることのできるエンジン制御システムの提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用するエンジン制御システムは、昇圧回路が昇圧を開始してから「所定時間」の経過後にスタータの運転を開始させるものである。
このように設けることによって、ＩＧＳＷがＯＮしてからスタータＳＷがＯＮされるまでの静寂な間に昇圧回路が作動することによる不具合（ラジオノイズ等の発生）を回避することができる。
また、昇圧回路の昇圧が完了してから高電圧作動装置（インジェクタ、点火プラグ等）を作動させることによって、高電圧作動装置（インジェクタ、点火プラグ等）の作動時に昇圧不足は生じず、高電圧作動装置を正常動作させることができ、無駄な電力消費を抑えることができる。即ち、エネルギーロスの低減を図ることができる。

なお、請求項１の手段を採用するエンジン制御システムは、車両パラメータ（エンジンの冷却水温度、外気温度、あるいはバッテリ電圧等）から、昇圧回路の出力電圧がバッテリ電圧から目標電圧に達するまでの「昇圧時間」を算出し、その「昇圧時間」に基づいて「所定時間」を可変するものである。具体的には、算出した「昇圧時間」が長いほど「所定時間」を長くするものである。
このように設けることにより、車両パラメータによって「昇圧時間」が変化しても、常に昇圧回路の昇圧が完了してから高電圧作動装置（インジェクタ、点火プラグ等）を作動させることができる。
この結果、車両パラメータによって「昇圧時間」が変化しても、無駄な電力消費を抑えることができ、エネルギーロスの低減を図ることができる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用するエンジン制御システムの昇圧回路は、バッテリに接続されたエネルギー蓄積コイルと、このエネルギー蓄積コイルの通電の断続を行う昇圧スイッチ手段と、エネルギー蓄積コイルに接続されて高電圧を蓄えるコンデンサとを備えたＤＣ／ＤＣコンバータである。
このＤＣ／ＤＣコンバータは、昇圧スイッチ手段の断続によってラジオノイズ等を発生するが、上述したように、ＩＧＳＷがＯＮしても、スタータＳＷがＯＮされるまでの間は昇圧回路が作動しないため、ＩＧＳＷがＯＮしてからスタータＳＷがＯＮされるまでの静寂な間にラジオノイズ等が発生しない。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用するエンジン制御システムの高電圧作動装置は、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置のインジェクタである。
これによって、ＩＧＳＷがＯＮしても、スタータＳＷがＯＮされるまでの間は、インジェクタ駆動のために昇圧回路が作動しないため、ＩＧＳＷがＯＮしてからスタータＳＷがＯＮされるまでの静寂な間に、燃料噴射装置の昇圧回路が作動することによる不具合（ラジオノイズ等の発生）を回避できる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用するエンジン制御システムの高電圧作動装置は、エンジンの点火を行う点火装置の点火プラグである。
これによって、ＩＧＳＷがＯＮしても、スタータＳＷがＯＮされるまでの間は、点火プラグ駆動のために昇圧回路が作動しないため、ＩＧＳＷがＯＮしてからスタータＳＷがＯＮされるまでの静寂な間に、エンジン点火装置の昇圧回路が作動することによる不具合（ラジオノイズ等の発生）を回避できる。

最良の形態１のエンジン制御システムは、エンジンのスタータを作動させるためのスタータＳＷと、エンジンを始動させる際にスタータＳＷより先にＯＮされるＩＧＳＷと、車両に搭載されたバッテリのバッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路と、この昇圧回路で昇圧された高電圧が印加されてエンジンの運転を行う高電圧作動装置と、スタータＳＷのＯＮで昇圧回路を運転させる昇圧開始制御手段と、昇圧回路が昇圧を開始してから「所定時間」の経過後にスタータの運転を開始させるスタータ動作遅延手段とを具備する。
そして、このスタータ動作遅延手段は、車両パラメータ（エンジンの冷却水温度、外気温度、あるいはバッテリ電圧等）から、昇圧回路の出力電圧がバッテリ電圧から目標電圧に達するまでの「昇圧時間」を算出し、算出した「昇圧時間」に基づいて「所定時間」を可変するものである。

エンジン制御システムの実施例を図１〜図５を参照して説明する。
エンジン制御システムは、図２、図３に示すように、エンジン１の始動を行うスタータ２と、エンジン１の各気筒毎に搭載されるインジェクタ３（高電圧作動装置に相当する）と、スタータ２およびインジェクタ３の動作を制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）４とを備える。
スタータ２は、車両に搭載されたバッテリ５に通電されると運転を開始してエンジン１の始動を行う周知構造のものである。このスタータ２の通電経路には、ＥＣＵ４によって制御されるスタータリレー６が設けられており、ＥＣＵ４がスタータリレー６をＯＮさせることでスタータ２が運転動作を行うものである。

インジェクタ３は、通電されると燃料を噴射する周知構造のものであり、図３にはピエゾアクチュエータ３ａに高電圧を印加することによって燃料を噴射するピエゾインジェクタを例示するが、電磁アクチュエータ（例えば、電磁弁）に高電圧を印加することによって燃料を噴射する電磁インジェクタであっても良い。

インジェクタ３は、ＥＤＵ（エレクトリック・ドライブ・ユニットの略）７から高電圧の供給を受ける。
このＥＤＵ７は、車両に搭載されたバッテリ５のバッテリ電圧を所定の目標電圧（例えば、２００Ｖ）に昇圧させるＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路に相当する）８と、このＤＣ／ＤＣコンバータ８で昇圧された高電圧を噴射気筒のインジェクタ３に与える駆動回路９とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、バッテリ５に接続されたインダクタンスの大きいエネルギー蓄積コイル１１と、このエネルギー蓄積コイル１１の通電の断続を行う昇圧スイッチ手段１２（例えば、ＩＧＢＴ、パワートランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、接点式スイッチ等）と、エネルギー蓄積コイル１１に逆流防止用のダイオード１３を介して接続されて高電圧を蓄えるコンデンサ１４とを備え、コンデンサ１４に充電された高電圧が駆動回路９を介してインジェクタ３に印加される。
エネルギー蓄積コイル１１の通電経路には、ＥＣＵ４によって制御されるＥＤＵリレー１５が設けられており、ＥＣＵ４がＥＤＵリレー１５をＯＮさせることでＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧動作を行うことが可能になる。

ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の基本作動を図４を参照して説明する。
ＥＣＵ４によってＥＤＵリレー１５がＯＮされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ８にバッテリ電圧が印加され、ＤＣ／ＤＣコンバータ８はバッテリ電圧を目標電圧に昇圧するための動作を開始する。
ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、図示しないモニター手段でコンデンサ１４に充電された電圧をモニターするように設けられており、（１）コンデンサ１４の充電電圧が目標電圧に達するとＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧動作を停止する。
そして、（２）コンデンサ１４の電圧が自然放電やインジェクタ駆動による放電によって所定電圧に低下すると、再びＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧動作を開始して、バッテリ電圧を目標電圧に昇圧するための動作を開始する。
その後、ＥＣＵ４によってＥＤＵリレー１５がＯＦＦされるまで、上記（１）、（２）の動作を繰り返す。

ＥＣＵ４は、制御演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、スタンバイＲＡＭまたはＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータであり、センサ類の信号（車両パラメータ：エンジン１の運転状態、乗員の運転状態、車両環境等）に基づいて各種の演算処理を行い、エンジン制御のための各装置（スタータリレー６、ＥＤＵリレー１５を含む）の作動を制御するものである。

（昇圧開始制御手段の説明）
まず、従来のＥＣＵ４によるスタータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ８の運転制御を、図５（ａ）を参照して説明する。
乗員によって操作されるＩＧＳＷ１６がＯＮされると（スタート）、ＥＤＵリレー１５をＯＮしてＤＣ／ＤＣコンバータ８の運転を開始させる（ステップＪ１）。
次に、乗員によって操作されるスタータＳＷ１７がＯＮされたか否かを判断し（ステップＪ２）、スタータＳＷ１７がＯＮされると、スタータリレー６をＯＮして（ステップＪ３）、エンジン１の始動を開始する（エンド）。
このため、従来の技術では、図１中の一点鎖線に示すように、エンジン１の始動を開始する前からＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧動作を行うため、エンジン１の始動前からラジオノイズ（電磁波ノイズ）等が発生する懸念がある。

そこで、実施例１のＥＣＵ４には、上記の不具合を解決するために昇圧開始制御手段の機能が設けられている。
昇圧開始制御手段は、乗員によって操作されるスタータＳＷ１７がＯＮされてからＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧を開始するプログラムである。
具体的に、この実施例では、ＩＧＳＷ１６とスタータＳＷ１７が共にＯＮされると、その後エンジン１の運転が終了するまで、即ちＩＧＳＷ１６がＯＦＦされるまで、ＥＤＵリレー１５をＯＮさせるものである。これによって、ＩＧＳＷ１６がＯＮされても、スタータＳＷ１７がＯＮされるまではＤＣ／ＤＣコンバータ８は昇圧動作を行わない。

（スタータ動作遅延手段の説明）
エンジン１の始動時にＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧動作を開始する場合、バッテリ電圧を目標電圧に昇圧させるためには「昇圧時間」が必要になる。
しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧を完了する前に、スタータＳＷ１７のＯＮによってインジェクタ３を作動させても、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧不足によりインジェクタ３は正常な動作を行うことができず、インジェクタ３で電力が無駄に消費されてしまう。

そこで、実施例１のＥＣＵ４には、上記の不具合を解決するためにスタータ動作遅延手段の機能が設けられている。
このスタータ動作遅延手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧動作開始（スタータＳＷ１７のＯＮ）から「所定時間」の経過後にスタータ２の運転を開始させるプログラムである。具体的には、スタータＳＷ１７のＯＮ後の「所定時間」の経過後にスタータリレー６をＯＮするプログラムである。これによって、スタータ２の通電が開始されるまでに昇圧を完了させることができる。

（実施例１の作動説明）
ＥＣＵ４によるスタータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ８の運転制御を、図５（ｂ）のフローチャートを参照して説明する。
ＩＧＳＷ１６がＯＮされると（スタート）、スタータＳＷ１７がＯＮされたか否かを判断する（ステップＳ１）。
スタータＳＷ１７がＯＮされると、ＥＤＵリレー１５をＯＮしてＤＣ／ＤＣコンバータ８の運転を開始させる（ステップＳ２）。
続いて、スタータＳＷ１７のＯＮ後（ＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧動作を開始した後）、「所定時間」が経過したか否かの判断を行う（ステップＳ３）。
そして、「所定時間」が経過すると、スタータリレー６をＯＮして（ステップＳ４）、エンジン１の始動を開始する（エンド）。

次に、エンジン１の始動時における作動を図１のタイムチャート（実線）を参照して説明する。なお、このタイムチャートでは、実施例の理解を容易にするために、スタータリレー６がＯＮされてからエンジン１がスタータ２によって実際に回転駆動される時間、およびスタータリレー６がＯＮされてからインジェクタ３が駆動されるまでの時間を０（ゼロ）として説明する。
乗員によってＩＧＳＷ１６がＯＮされても（時ｔ１）、ＥＤＵリレー１５はＯＦＦのままであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は作動せず、高電圧（ＤＣ／ＤＣ電圧）は発生しない。
乗員によってスタータＳＷ１７がＯＮされると（時ｔ２）、ＥＤＵリレー１５がＯＮされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が運転を開始する。その結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力がバッテリ電圧から目標電圧へ上昇する（時ｔ２〜時ｔ３）。
一方、スタータＳＷ１７がＯＮされてから「所定時間」が経過すると（時ｔ３）、スタータリレー６がＯＮされ、スタータ２によるエンジン１の駆動と、インジェクタ３の作動によりエンジン１が始動する。
この時ｔ３では、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の出力が目標電圧へ上昇しているため、インジェクタ３は正常に動作し、エンジン１の始動が正常に行われる（時ｔ３以降）。

（実施例１の効果）
この実施例１のエンジン制御システムは、ＥＣＵ４に設けられたスタータ動作遅延手段の機能により、スタータＳＷ１７がＯＮされてからＤＣ／ＤＣコンバータ８を作動させるものであり、ＩＧＳＷ１６をＯＮしても、スタータＳＷ１７がＯＮされるまではＤＣ／ＤＣコンバータ８は作動しない。
これによって、ＩＧＳＷ１６がＯＮしてからスタータＳＷ１７がＯＮされるまでの静寂な間にＤＣ／ＤＣコンバータ８が作動することによる不具合（ラジオノイズ等の発生）を回避することができる。

また、この実施例１のエンジン制御システムは、ＥＣＵ４に設けられたスタータ動作遅延手段の機能により、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が昇圧を開始してから「所定時間」の経過後にスタータ２の運転を開始させるものである。
このように設けることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧が完了する前にインジェクタ３を作動させる不具合がなく、昇圧が完了してからインジェクタ３を作動させることができる。これによって、インジェクタ３の作動時に昇圧不足は生じず、インジェクタ３を正常動作させることができ、無駄な電力消費を抑えることができる。即ち、インジェクタ３の無駄な動作によるエネルギーロスを低減させることができる。

上記の実施例１では、「所定時間」を一定に設ける例を示した。
しかし、バッテリ電圧を目標電圧に昇圧させるための「昇圧時間」は、エンジン始動時の環境温度（極低温等）、バッテリ５の経時変化（寿命等）、目標昇圧電圧（高倍率昇圧等）、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧能力等によって長くなる可能性がある。
そこで、実施例２では、スタータ動作遅延手段に、車両パラメータ（エンジン１の冷却水温度、外気温度、バッテリ電圧等）に基づいて「昇圧時間」を算出する昇圧時間算出手段の機能を設け、昇圧時間算出手段の算出した「昇圧時間」が長いほど「所定時間」を長く設定する機能を設けた。

このように設けることによって、寒冷地の冷間始動時などのように「昇圧時間」が長くなるような場合でも、常にＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧が完了してからインジェクタ３を作動させることができるようになる。
この結果、車両パラメータによって「昇圧時間」が変化しても、インジェクタ３の無駄な動作によるエネルギーロスを低減させることができる。

上記の実施例１、２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧した高電圧でインジェクタ３を駆動する例を示した。
これに対し、この実施例３は、エンジン１の点火を行う点火装置の点火プラグ（高電圧作動装置に相当する）に高電圧を発生させるものである。
実施例３のＤＣ／ＤＣコンバータ８は、昇圧した電圧を点火コイルの１次コイルに印加するように設けられている。そして、この点火装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８から高電圧が印加される点火コイルの１次コイルをスイッチ手段で断続することで２次コイルに高電圧の交流電流を発生させて、２次コイルに接続した点火プラグに多重点火を発生させるものである。
そして、実施例１、２と同様な手段によって、点火装置に高電圧を与えるＤＣ／ＤＣコンバータ８の運転制御を行うものである。

このように設けることにより、ＩＧＳＷ１６がＯＮしても、スタータＳＷ１７がＯＮされるまでの間は、点火プラグ駆動のために昇圧回路は作動しないため、ＩＧＳＷ１６がＯＮしてからスタータＳＷ１７がＯＮされるまでの静寂な間に、エンジン点火装置の昇圧回路が作動することによる不具合（ラジオノイズ等の発生）を回避できる。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の昇圧が完了する前に点火プラグを作動させる不具合がなく、昇圧が完了してから点火プラグを作動させることができるため、点火装置の無駄な動作によるエネルギーロスを低減させることができる。

エンジンの始動時の動作を示すタイムチャートである。 エンジン制御システムの概略構成図である。 エンジン制御システムの概略回路図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を示すタイムチャートである。 エンジン始動制御のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ スタータ
３ インジェクタ（高電圧作動装置）
４ ＥＣＵ（昇圧開始制御手段、スタータ動作遅延手段、昇圧時間算出手段）
５ バッテリ
８ ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）
１１ エネルギー蓄積コイル
１２ 昇圧スイッチ手段
１４ コンデンサ
１６ ＩＧＳＷ（イグニッションスイッチ）
１７ スタータＳＷ（スタータスイッチ）

Claims (4)

1. エンジンのスタータを作動させるためのスタータスイッチと、
   前記エンジンを始動させる際に前記スタータスイッチより先にオンされるイグニッションスイッチと、
   車両に搭載されたバッテリのバッテリ電圧を昇圧させる昇圧回路と、
   この昇圧回路で昇圧された電圧が印加されて前記エンジンの運転を行う高電圧作動装置と、
   前記スタータスイッチのオンで前記昇圧回路を運転させる昇圧開始制御手段と、
   前記昇圧回路が昇圧を開始してから所定時間の経過後に前記スタータの運転を開始させるスタータ動作遅延手段と、を具備し、
   このスタータ動作遅延手段は、
   前記エンジンの冷却水温度、外気温度、あるいはバッテリ電圧等の車両パラメータから、前記昇圧回路の出力電圧がバッテリ電圧から目標電圧に達するまでの昇圧時間を算出する昇圧時間算出手段を備え、
   この昇圧時間算出手段の算出した昇圧時間に基づいて前記所定時間を可変するように設けられたことを特徴とするエンジン制御システム。
2. 請求項１に記載のエンジン制御システムにおいて、
   前記昇圧回路は、
   前記バッテリに接続されたエネルギー蓄積コイルと、
   このエネルギー蓄積コイルの通電の断続を行う昇圧スイッチ手段と、
   前記エネルギー蓄積コイルに接続されて高電圧を蓄えるコンデンサと、
   を備えたＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とするエンジン制御システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジン制御システムにおいて、
   前記高電圧作動装置は、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置のインジェクタであることを特徴とするエンジン制御システム。
4. 請求項１または請求項２に記載のエンジン制御システムにおいて、
   前記高電圧作動装置は、前記エンジンの点火を行う点火装置の点火プラグであることを特徴とするエンジン制御システム。

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