JP4415779B2 - 二次空気導入システム用駆動装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施例について図1ないし図3を参照しながら説明する。
図2には、二次空気導入システムの全体構成が概略的に示されている。この図2において、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン(以下、エンジンと略称)1の吸気管2には、最上流部にエアフィルタ3が設けられると共に、その下流側にスロットルバルブ4が設けられる。尚、図示しないが、エンジン1の吸気用マニホールド5の吸気ポート近傍には燃料噴射弁が取り付けられる。
二次空気供給装置9は、吸気管2におけるスロットルバルブ4の上流側位置と排気管6におけるO2センサ8の上流側位置(特には排気マニホールド10の各排気ポート)との間を接続する二次空気供給管11を備えており、この二次空気供給管11には、その上流側から、モータ12aにより駆動されるエアポンプ12、電磁コイル13aにより駆動される電磁バルブ13、逆止弁14がこの順に配置される。また、エアポンプ12と電磁バルブ13との間には、圧力センサ15が配置されている。
図1には、上記駆動装置16及びその周辺の電気的構成が示されており、以下これについて説明する。
即ち、メインリレー20を通じて給電される定電圧回路23は、駆動装置16内の各回路要素のための電源端子+Vccに対し定電圧出力を供給する。発振回路24は、駆動装置16内のロジック回路部分の動作に必要な基準クロック信号を発生すると共に、昇圧回路25の動作に必要なパルス信号を発生する。尚、上記基準クロック信号は、過電流検出時や断線検出時の検出時間などを決めるタイミング信号として利用される。
ここで、ECU17は、その出力端子P1から前記エアポンプ12の駆動指令信号及び停止指令信号を選択的に出力して入力信号処理回路21dに与えると共に、出力端子P2から前記電磁バルブ13の駆動指令信号及び停止指令信号を選択的に出力して入力信号処理回路22dに与える構成となっている。
この場合、電源電圧検出回路26は、ロードダンプによるサージ電圧などに起因した電源電圧の瞬間的な異常上昇を第1のしきい値Vth1に基づいて検出したときに、OR回路21b及び22bに対して「H」レベルの過電圧検出信号Soを出力する。従って、このような電源電圧の瞬間的な異常上昇が発生したときには、上記過電圧検出信号Soが出力されるのに応じてOR回路21b及び22bの出力が「H」レベルに立ち上がるため、ゲート駆動回路21a及び22aからのゲート信号によりMOSFET21及び22が強制的にオンされ、これにより負荷であるモータ12a及び電磁コイル13aに通電されて電源電圧の異常上昇が抑制されることになる。尚、上記のようなMOSFET21及び22が強制的にオンされる状態は、過電圧検出信号Soが消失するまでの期間だけ行われることになる。
一方、マスク回路31は、駆動装置16の電源投入後において昇圧回路25の出力電圧が安定するまでの期間だけ「H」レベルのマスク信号Smを発生するものであり、そのマスク信号SmはNOR回路27の入力端子に与えられる。従って、昇圧回路25の出力電圧が安定するまでの期間は、ゲート駆動回路21a及び22aからゲート信号が出力されることが抑止されることになり、以てMOSFET21及び22の動作が不安定になる事態が未然に防止される。
上記ダイアグ選択回路33は、4つのNAND回路33a〜33dと、これらNAND回路33a〜33dからの出力を受けるAND回路33eとにより構成されている。また、上記パルス信号発生回路34は、「L」レベル期間のデューティ比が20%、40%、60%、80%にそれぞれ設定されたパルス信号P20、P40、P60、P80を発生する構成となっており、各パルス信号P20、P40、P60、P80は、ダイアグ選択回路33内のNAND回路33a〜33dの各一方の入力端子に与えられる。
上記のようにダイアグ選択回路33から出力されるパルス信号、つまりシステムへの悪影響が大きいほどデューティ比が小さくなるパルス信号は、ダイアグノーシス信号としてECU17に与えられる。
即ち、本実施例の構成によれば、負荷であるモータ12a及び電磁コイル13aは、入力信号処理回路21d及び22d、電源電圧検出回路26、温度検出回路28、出力モニタ回路29及び30から、ショート検出信号Sg、電圧異常検出信号Sa、異常発熱検出信号St、故障検出信号Sbの何れかが出力されたとき、つまり、ECU17の出力端子P1及びP2と駆動装置16との間を繋ぐ各入力信号のグランドショート、ジャンプスタート時の過電圧印加、電源電圧の異常低下、駆動装置16の異常温度上昇、モータ12a及び電磁コイル13aの短絡故障或いは断線故障などの何れかが発生したときに強制的に断電されるものである。また、過電圧検出信号Soが出力されたとき、つまり、ロードダンプなどにより電源電圧の瞬間的な上昇が発生したときには、モータ12a及び電磁コイル13aの双方に強制的に通電されて電源電圧の異常上昇が抑制されるものであり、このような作用により、駆動装置16において異常状態が発生したときには、迅速且つ確実に保護機能が働くことになり、以てシステム全体の損傷を最小限に抑えることが可能になる。
図4には本発明の第2実施例が示されており、以下これについて前記第1実施例と異なる部分のみ説明する。尚、本実施例は請求項9記載の発明に対応するものである。
図4において、ゲート駆動回路21aは、昇圧回路25(図1参照)とグランド端子との間に接続された状態となっており、モータ12a駆動用のMOSFET21のゲートに対して抵抗35を通じてゲート信号を与える構成となっている。MOSFET21のゲート・ソース間には、npn型のバイポーラトランジスタ36(補助半導体スイッチング素子に相当)のコレクタ・エミッタ間と、そのトランジスタ36のベース・エミッタ間耐圧を補償するための図示極性のダイオード37の直列回路が接続される。また、このトランジスタ36のベースは、ゲート駆動回路21a及びグランド端子間を繋ぐ信号線(グランド線)に抵抗38を介して接続されている。
図5及び図6には、前記第2実施例に改良を加えた本発明の第3実施例が示されており、以下これについて前記第1及び第2実施例と異なる部分のみ説明する。尚、本実施例は請求項10及び11記載の発明に対応するものである。
図5には、図4に示した回路構成に対して、図1に示した入力信号処理回路21dの具体回路構成及びその入力側周辺回路を付加した状態が示されている。この図5において、入力信号処理回路21dは、二次空気導入システム用駆動装置16(図1参照)のための電源端子+VB及びグランド端子間から電源が与えられる2つのコンパレータ39及び40と、当該電源端子+VB及びグランド端子間に抵抗41a〜41cを直列接続して構成された分圧回路41を備えている。尚、コンパレータ40が本発明でいう比較手段に相当するものである。
0<V2<VIN<V1<VOUT
の関係が成立する構成となっている。
従って、回路が正常な状態では、入力信号処理回路21dに対し出力端子P1から駆動指令信号が与えられたときに、コンパレータ39から「H」レベルの制御信号Spが出力され、出力端子P1から停止指令信号が与えられたときに、コンパレータ39から「L」レベルの制御信号Spが出力されることになる。また、出力端子P1と入力信号処理回路21dに入力端子Q1との間を繋ぐ入力信号線がシャーシなどにショートした場合には、入力端子Q1の電圧がグランド電位に落ちるのに応じて、コンパレータ40から「H」レベルのショート検出信号Sgが出力されることになる。尚、上記入力信号線がシャーシなどにショートしていない通常状態では、コンパレータ40からの出力信号は「L」レベルに保持されたままとなる。
VE=Io・R+VBE+VF+VP
となり、VE>VPとなる。また、トランジスタ36のオン状態では、モータ12aのような1Ω以下の低インピーダンス負荷に対して、駆動装置16の消費電流Io(例えば数mA〜数10mA)の全部が流れ込んだとしても、モータ12aの端子M1の電位Vpは、Vp≒0Vとなるため、
VE≒Io・R+VBE+VF ……(1)
となる。
VE<VIN<V2 ……(2)
の関係が成立するように、VEの値を決定している。これにより、グランド線の断線異常が発生した状態では、出力端子P1から駆動指令信号(電圧レベルはVIN)が与えられたときに、コンパレータ40から「H」レベルの信号(ショート検出信号Sgに相当)が出力されることになる。これにより、グランド線の断線発生を、見かけ上において入力信号線のグランドショートが発生したものとして検出可能になる。図5の回路構成においては、駆動装置16の消費電流Ioのレベルを考慮して、抵抗38の抵抗値Rを決定することにより(2)式の関係を成立させることができる。
本実施例では、信号出力手段として、第1実施例におけるダイアグノーシス回路32(図3参照)に代えて、図6に示すようなダイアグノーシス回路42を用いる。このダイアグノーシス回路42は、内部構成が前記ダイアグノーシス回路32内のダイアグ選択回路33と異なるダイアグ選択回路43を備えている。具体的には、ダイアグ選択回路43は、4つの3入力タイプのNAND回路43a〜43dと、これらNAND回路43a〜43dからの出力を受けるAND回路43eと、入力信号線のグランドショート発生を示すショート検出信号Sgを受けるNOT回路43f(機能変更手段に相当)とにより構成されている。NAND回路43a〜43dにおいては、各第1入力端子に、エアポンプ12の故障検出信号Sb、電磁バルブ13の故障検出信号Sb、異常発熱検出信号St、正常作動中信号Sxが個別に与えられ、各第2入力端子にNOT回路43fの出力が与えられ、各第3入力端子にパルス信号発生回路34からのパルス信号P20、P40、P60、P80が個別に与えられる。
図7には、前記第3実施例に変更を加えた本発明の第4実施例が示されており、以下これについて説明する。
即ち、図7は第4実施例における図6に相当するものであり、本実施例では、ダイアグノーシス回路42に代えてダイアグノーシス回路44を設けた構成となっている。このダイアグノーシス回路44は、第1実施例におけるダイアグノーシス回路32(図3参照)内のダイアグ選択回路33と基本的に同様構成のダイアグ選択回路33′を備えている。具体的には、ダイアグ選択回路33′は、4つのNAND回路33a〜33dと、入力信号線のグランドショート発生を示すショート検出信号Sgを受けるNOT回路33f(機能変更手段に相当)と、これらNAND回路33a〜33d及びNOT回路33fからの出力を受けるAND回路33e′とにより構成されている。
(その他の実施の形態)
尚、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限定されるものではなく、以下に述べるような変形或いは拡大が可能である。
Claims (11)
- 上位システムである電子制御システム(ECU)に接続され、内燃機関の排気ガス浄化用触媒の上流側排気通路へ二次空気を導入するためのモータ式エアポンプ及び電磁バルブと、これらエアポンプ及び電磁バルブの通断電を個別に制御するための第1及び第2の半導体スイッチング素子とを備えた二次空気導入システム用駆動装置において、
前記上位システムからの指令信号を受け付けて前記第1及び第2の半導体スイッチング素子を動作させる信号処理手段と、
前記エアポンプ及び電磁バルブの動作制御に係る異常状態を、前記上位システムを介さずに検出可能に構成された異常検出手段と、
この異常検出手段の検出結果に基づいて予め決められた自己保護制御を前記上位システムを介さずに行う自己保護手段と、
前記信号処理手段及び自己保護手段による負荷制御状態を示すダイアグノーシス信号を前記上位システムへ出力する信号出力手段とを備えたことを特徴とする二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記信号処理手段、異常検出手段、自己保護手段及び信号出力手段は、前記第1及び第2の半導体スイッチング素子と共に同一パッケージ内に組み込まれることを特徴とする請求項1記載の二次空気導入システム用駆動装置。
- 前記異常検出手段は、前記エアポンプ及び電磁バルブでの故障発生を異常状態として検出するように構成され、
前記自己保護手段は、前記異常検出手段が前記エアポンプ及び電磁バルブの一方での異常状態を検出したときに、前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の双方を強制的にオフさせる制御を自己保護制御として行うことを特徴とする請求項1または2記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記異常検出手段は、サージ電圧などに起因した電源電圧の瞬間的な異常上昇を異常状態として検出するように構成され、
前記自己保護手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに、前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の少なくとも一方を所定期間だけ強制的にオンさせる制御を自己保護制御として行うことを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記異常検出手段は、電源電圧の異常上昇及び異常低下を異常状態として検出するように構成され、
前記自己保護手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに、前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の双方を所定期間だけ強制的にオフさせる制御を自己保護制御として行うことを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記異常検出手段は、装置温度が上限値を超えて上昇した状態を異常状態として検出するように構成され、
前記自己保護手段は、前記異常検出手段が前記異常状態を検出したときに、前記第1及び第2の半導体スイッチング素子の双方を所定期間だけ強制的にオフさせる制御を自己保護制御として行うことを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記信号出力手段は、前記ダイアグノーシス信号として、0%及び100%以外の予め決められたデューティ比のパルス信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし6の何れかに記載の二次空気導入システム用駆動装置。
- 前記異常検出手段は、複数の形態の異常状態を検出可能に設けられ、
前記信号出力手段は、前記ダイアグノーシス信号として出力するパルス信号のデューティ比を、前記異常検出手段が検出した異常状態の重要度に応じて互いに異なり、且つ前記異常検出手段が2以上の異常状態を同時に検出した状態時には重要度が相対的に高い異常状態に対応したパルス信号が優先されるような形態に設定することを特徴とする請求項7記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 前記第1及び第2の半導体スイッチング素子のうち少なくとも前記エアポンプ駆動用の第1の半導体スイッチング素子は電源側に接続されたNチャネル型のMOSFETにより構成され、
前記MOSFETにゲート信号を与えるためのゲート駆動回路に接続されたグランド線が断線したときにオンされて当該ゲート信号を無効化する補助半導体スイッチング素子を設けたことを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の二次空気導入システム用駆動装置。 - 請求項9記載の二次空気導入システム用駆動装置において、
前記上位システムからの指令を受け付けて前記MOSFETを動作させる前記信号処理手段の入力端子電圧を所定のプルアップ電位まで引き上げるプルアップ抵抗を備え、
前記信号処理手段は、
電源端子及びグランド端子間電圧を分圧することにより前記プルアップ電位より低く且つグランド電位より高いレベルのしきい値電圧を発生する分圧回路と、
前記入力端子電圧及びしきい値電圧を比較し、入力端子電圧<しきい値電圧の関係となったときにショート検出信号を出力する比較手段とを含んで構成され、
前記グランド線の断線に応じてグランド端子電位が持ち上がった状態で前記分圧回路が発生する前記しきい値電圧のレベルが前記入力端子電圧より高くなるように設定したことを特徴とする二次空気導入システム用駆動装置。 - 請求項10記載の二次空気導入システム用駆動装置において、
ダイアグノーシス信号を上位システムへ出力する前記信号出力手段には、前記信号処理手段から前記ショート検出信号が出力されたときに、100%または0%のデューティ比のダイアグノーシス信号を強制的に出力させる機能変更手段が設けられていることを特徴とする二次空気導入システム用駆動装置。
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