JP4617854B2 - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁を駆動する電磁弁駆動装置に関する。

従来より、例えば電磁弁からなる燃料噴射弁（いわゆるインジェクタ）を開閉駆動して内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置に適用される電磁弁駆動装置では、バッテリの電圧よりも高い昇圧電圧をコンデンサに発生させる昇圧回路を備え、インジェクタを構成する電磁ソレノイドへの通電開始時に、上記コンデンサから電磁ソレノイドへ昇圧電圧による大電流（いわゆるピーク電流）が流れるようにして、インジェクタを速やかに開弁させ、その後は、定電流回路から電磁ソレノイドへ開弁保持用の一定電流（いわゆるホールド電流）を流して、インジェクタの開弁状態を保持するようにしている。

つまり、インジェクタの開弁応答性を向上させるために、電源電圧としてのバッテリの電圧を昇圧してコンデンサに蓄積し、そのコンデンサの放電に伴う大電流によってインジェクタを高速駆動できるようにしている。

そして、このように構成された電磁弁駆動装置では、電磁ソレノイドへの通電開始直前及び通電終了直後に、高電圧を充電する昇圧回路のコンデンサの両端電圧を検出し、その検出結果に従って、電磁ソレノイドへの通電経路の断線，短絡といった回路異常を判定することが行われている。

具体的には、通電開始直前のコンデンサの両端電圧が所定値以下であれば、インジェクタ駆動の電流回路が何等かの電位に短絡したものと判定し、また、通電終了直後のコンデンサの両端電圧が所定値以上であれば、インジェクタ駆動の通電経路が断線したものと判定している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１１２７３５号公報

しかし、インジェクタを構成する電磁ソレノイド（負荷）が、負荷ショート（即ち、負荷同士のショート，負荷の部分ショート，負荷の両端ショート等）を起こし、負荷のインダクタンスが低下する異常が発生した場合、単純なショートを検出するために設定された上述の条件では正常と判定される場合があり、この異常を確実に検出することが困難であるという問題があった。

そして、負荷ショートが発生すると、電磁ソレノイドに十分な駆動電流が供給されないため、これに対応するインジェクタは無噴射となったり、十分な噴射を行うことができなくなる。その結果、エンジンの回転数が不安定となってしまったり、また、負荷ショートを起こしている電磁ソレノイドへの通電を継続すると、過大な電流が流れ続けることにより、通電経路中に配置された素子が破壊され、他気筒のインジェクタにも影響を与えてしまうおそれがあるという問題もあった。

本発明は、上記問題点を解決するために、電磁弁を構成する電磁ソレノイドの負荷ショートを確実に検出する電磁弁駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた第一発明の電磁弁駆動装置では、電源電圧より高い昇圧電圧を発生させる昇圧回路から第１スイッチング素子を介して、また、電源から第２スイッチング素子を介して、電磁弁を駆動する電磁ソレノイドに電流を供給すると共に、その電磁ソレノイドに流れる通電電流を電流検出手段によって検出するように構成されている。

そして、スイッチング制御手段が、予め設定された通電期間の開始時に、電流検出手段にて検出される通電電流が予め設定されたピーク値に達するまでの間、第１スイッチング素子をオンさせることにより、電磁弁を速やかに開弁させるためのピーク電流を電磁ソレノイドに供給する。このピーク電流の供給後、スイッチング制御手段は、通電期間が終了するまでの間、電流検出手段にて検出される通電電流がピーク値より小さな値に設定された下限値まで下降すると第２スイッチング素子をオンさせ、ピーク値より小さく下限値より大きな値に設定された上限値まで上昇すると第２スイッチング素子をオフさせることにより、電磁弁の開弁状態を保持するためのホールド電流を電磁ソレノイドに供給する。

この時、スイッチング制御手段が実行する第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のうち少なくとも一方のスイッチング動作に基づいて、特徴抽出手段が、通電電流の波形の特徴を表す特徴パラメータを抽出し、第１判定手段が、その抽出された特徴パラメータが予め設定された許容範囲から外れている場合に、電磁ソレノイドが負荷ショートを起こしていると判定する。

つまり、電磁ソレノイドが負荷ショートを起こしている（以下「負荷ショート異常」と称する。）時には、その電磁ソレノイドを含む通電経路のインダクタンスが低下し、電磁ソレノイドを流れる通電電流の立上がり及び立下がりが正常時より早くなるため、通電電流の波形が変化する。また、上述したように、第１スイッチング素子のオフタイミングや、第２スイッチング素子のオン，オフタイミングは、通電電流の大きさによって決まるため、スイッチング制御手段が実行する第１及び第２スイッチング素子のスイッチング動作には、通電電流の波形の特徴が反映されることになる。

従って、本発明の電磁弁駆動装置によれば、第１及び第２スイッチング素子のスイッチング動作から負荷ショート異常に基づく通電電流の波形の変化を確実に検出することができ、その結果、負荷ショート異常の有無を精度良く判定することができる。
また、本発明の電磁弁駆動装置では、特徴抽出手段は、特徴パラメータとして、通電期間中における前記第２スイッチング素子のオンオフ回数を抽出し、第１判定手段は、所定の回数しきい値以下である場合を許容範囲として判定を行う。
この場合、通電経路のインダクタンス分が小さくなって上述の切替わり時間が短くなると、通電期間中における第２スイッチング素子のオンオフ回数は増加するため、回数しきい値を越える場合に負荷ショート異常であると判定することになる。

また、特徴パラメータとしては、第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、例えば、第１スイッチング素子がオンしてからオフするまでのスイッチング間隔を表すピーク立上がり時間、第１スイッチング素子がオフしてから第２スイッチング素子がオンするまでのスイッチング間隔を表すピーク立下がり時間、第２スイッチング素子がオフしてからオンするまで又はオンしてからオフするまでのスイッチング間隔を表す切替わり時間を抽出してもよい。

この場合、これら立上がり時間，立下がり時間，切替わり時間は、いずれも通電経路のインダクタンス分が小さくなると短くなるため、これらの時間が所定の時間しきい値以上であれば許容範囲として、時間しきい値に満たない場合に負荷ショート異常であると判定するようにすればよい。

また、特徴パラメータとして、第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、例えば、第１スイッチング素子がオフした後、或いは第２スイッチング素子がオン又はオフした後に、電流検出手段にて検出される通電電流のオーバーシュートの大きさを抽出してもよい。

この場合、電流検出手段にてピーク値，下限値，上限値が検出されてから、スイッチング制御手段によって実際に第１スイッチング素子や第２スイッチング素子がオン，オフされるまでの間に通電電流は増加又は減少し続け、通電経路のインダクタンス分が小さくなるほど、通電電流のオーバーシュート（ピーク値，上限値を超えた増加分又は下限値を超えた減少分）が大きくなる。従って、このオーバーシュートの大きさが、所定の電流しきい値以下である場合を許容範囲として、電流しきい値を越える場合に負荷ショート異常であると判定するようにすればよい。

なお、これら特徴パラメータは、第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、他のいずれか一つだけを用いてもよいが、他の複数を同時に用いてもよい。また、複数の特徴パラメータを同時に用いる場合は、いずれか一つでも許容範囲から外れた時に異常であると判定してもよいし、全てが許容範囲から外れた時にのみ異常であると判定してもよい。

ところで、第１判定手段が判定に用いる許容範囲は、予め固定値を設定しておいてもよいし、状況に応じて可変設定してもよい。
具体的には、例えば、学習手段が、特徴抽出手段が抽出した特徴パラメータに基づいて、負荷ショートが未発生の正常時に特徴パラメータが取り得る値の正常範囲を学習し、第１判定手段は、その学習結果に従って許容範囲を設定するように構成すればよい。

この場合、各ＥＣＵや電磁弁の機構上のばらつき、動作環境のばらつき、特性の経年変化等を許容範囲に反映させることができるため、判定精度を向上させることができる。なお、学習値は、別途用意されたツール等によって、リセットや書換が可能であることが望ましい。

また、第１及び第２スイッチング素子、及びスイッチング制御手段が、複数の電磁弁をそれぞれ個別に駆動するように構成されている場合、第１判定手段は、特徴抽出手段にて電磁弁毎に抽出される特徴パラメータに従って許容範囲を設定するように構成してもよい。

この場合、その時々に抽出される特徴パラメータ間の相対的な関係によって許容範囲が設定されるため、上述した学習手段を用いる場合とは異なり、動作環境の急激な変化等によって、全ての電磁弁に同時に生じる特徴パラメータの過渡的な変化にも追従して適切な許容範囲を設定することができ、異常判定を安定性を向上させることができる。

また、電磁ソレノイドの第２スイッチング素子に接続された端部とは反対側の端部に、通電期間の間だけオンする第３スイッチング素子が設けられている場合、この第３スイッチング素子がオフした時に、第２判定手段が、電磁ソレノイドと第２スイッチング素子との接続端に発生するフライバック電圧を検出し、その検出電圧が予め設定された電圧しきい値より小さい場合に、電磁ソレノイドが負荷ショートを起こしていると判定するように構成してもよい。

つまり、フライバック電圧は、通電経路のインダクタンス分が小さくなるほど低下するため、このフライバック電圧の大きさが、所定の電圧しきい値以上である場合を許容範囲として、電圧しきい値に満たない場合に負荷ショート異常であると判定するようにすればよいのである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、車両用ディーゼルエンジンの各気筒＃１，＃２，＃３，＃４に燃料を噴射供給する４個の電磁ソレノイド式ユニットインジェクタ（以下、単にインジェクタという。）の電磁ソレノイドＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４への通電時間及び通電タイミングを制御することにより、ディーゼルエンジン各気筒＃１〜＃４への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する、実施形態の燃料噴射制御装置１０の全体構成を表わす構成図である。

図１に示すように、本実施形態の燃料噴射制御装置１０は、予め設定された制御プログラムに従い燃料噴射制御のための各種制御処理を実行するＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）２０を中心に構成され、マイコン２０からの指令を受けて動作し、電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４を各々通電して各気筒＃１〜＃４のインジェクタを駆動する駆動回路３０を備えている。

また、駆動回路３０により通電が行われる電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４は、奇数番目の気筒＃１，＃３に対応する第１グループの電磁ソレノイドＬ１，Ｌ３と、偶数番目の気筒＃２，＃４に対応する第２グループの電磁ソレノイドＬ２，Ｌ４とにグループ分けされている。そして、第１グループの電磁ソレノイドＬ１，Ｌ３には、第１共通線ＣＯＭ１と、その第１共通線ＣＯＭ１から分岐した個別配線Ｗ１，Ｗ３とを介して駆動電流が供給され、また、第２グループの電磁ソレノイドＬ２，Ｌ４には、第２共通線ＣＯＭ２と、その第２共通線ＣＯＭ２から分岐した個別配線Ｗ２，Ｗ４を介して駆動電流が供給されるよう接続されている。

次に、駆動回路３０は、各電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４の通電経路である個別配線Ｗ１〜Ｗ４を夫々導通・遮断する第３スイッチング素子としてのトランジスタ（ここではＮチャネル電界効果トランジスタ。以下同様。）Ｔ１〜Ｔ４と、トランジスタＴ１〜Ｔ４を共通に接地する通電経路に設けられ、電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４を流れる通電電流Ｉｄに比例した電圧値を有する検出信号ＶIdを生成する電流検出手段としての電流検出用抵抗器Ｒｏとを備えている。

また、バッテリ電圧＋Ｂ（本実施形態では２４Ｖ）を供給する電源線から第１共通線ＣＯＭ１に至る通電経路には、この通電経路を導通・遮断する第２スイッチング素子としてのトランジスタＴ１１と、電源線から第１共通線ＣＯＭ１に向かう方向を順方向とするダイオードＤ１１とが直列接続され、同様に、電源線から第２共通線ＣＯＭ２に至る通電経路には、この通電経路を導通・遮断する第２スイッチング素子としてのトランジスタＴ２１と、電源線から第２共通線ＣＯＭ２に向かう方向を順方向とするダイオードＤ２１とが直列接続されている。更に、第１共通線ＣＯＭ１には、電磁ソレノイドＬ１，Ｌ３に発生したフライバック電流を吸収するためのダイオードＤ１２が接続され、第２共通線ＣＯＭ２には、電磁ソレノイドＬ２，Ｌ４に発生したフライバック電流を吸収するためのダイオードＤ２２が接続されている。

また、駆動回路３０は、バッテリ電圧＋Ｂを昇圧し、ピーク電流供給用の一対のコンデンサＣ１，Ｃ２をダイオードＤ１０，Ｄ２０を介して充電する昇圧回路３２と、コンデンサＣ１の放電電流（ピーク電流）を第１共通線ＣＯＭ１に供給するための第１ピーク電流供給配線Ｗ１２を導通・遮断する第１スイッチング素子としてのトランジスタＴ１２と、コンデンサＣ２の放電電流（ピーク電流）を第２共通線ＣＯＭ２に供給するための第２ピーク電流供給配線Ｗ２２を導通・遮断する第１スイッチング素子としてのトランジスタＴ２２とを備えている。

なお、昇圧回路３２は、バッテリ電圧＋Ｂが印加された昇圧用のコイルの通電経路を断続することにより、コイルにバッテリ電圧＋Ｂより大きな電圧を発生させる周知のものであり、マイクロコンピュータ２０からの作動指令Ｓｐに従って、コンデンサＣ１，Ｃ２を所定の上限電圧（本実施形態では１２０Ｖ）にまで充電する。

また、駆動回路３０は、マイコン２０から入力される噴射指令Ｓ１〜Ｓ４に従って、個別配線Ｗ１〜Ｗ４に設けられたトランジスタＴ１〜Ｔ４を駆動するための通電信号Ｐ１〜Ｐ４、ホールド電流供給線Ｗ１１，Ｗ２１に設けられたトランジスタＴ１１，Ｔ２１を駆動するためのホールド駆動信号Ｐ１１，Ｐ２１及びピーク電流供給配線Ｗ１２，Ｗ２２に設けられたトランジスタＴ１２，Ｔ２２を駆動するためのピーク駆動信号Ｐ１２，Ｐ２２を生成するスイッチング制御手段としての信号生成部３６ａと、信号生成部３６ａにて生成される各信号に基づいて、通電電流Ｉｄ（検出信号ＶId）の波形の特徴を表す特徴パラメータの測定を行い、測定結果Ｋをマイコン２０に供給する特徴抽出手段としての測定部３６ｂとからなるスイッチング制御回路３６を備えている。

ここで、図２は、マイコン２０から供給される噴射指令Ｓｉ（ｉ＝１〜４）、信号生成部３６ａが生成する各信号、及び電磁ソレノイドＬｉを流れる通電電流Ｉｄ（検出信号ＶId）、電磁ソレノイドＬiとトランジスタＴｉとの接続端の電位を表す監視電圧ＶＤｉの波形を表すタイミング図、図３はその一部を拡大した波形図である。特に図３（ａ）は、通常時における波形を表し、図３（ｂ）は、電磁ソレノイドＬｉが負荷ショート異常を起こしている時の波形を表すものである。

そして、信号生成部３６ａでは、図２及び図３に示すように、マイコン２０から噴射指令Ｓｉが入力されると、噴射指令Ｓｉをそのまま通電信号Ｐｉとして出力すると同時に、ピーク駆動信号Ｐｊ２（ｉ＝１，３の場合はｊ＝１、ｉ＝２，４の場合はｊ＝２）の出力を開始する。なお、噴射指令Ｓｉは、噴射（電磁ソレノイドＬｉへの通電）の時期及び期間を示す指令である。

これにより、コンデンサＣｊと電磁ソレノイドＬｉとを含む閉回路が形成され、コンデンサＣｊの充電電荷が放電されることにより、電磁ソレノイドＬｉには、インジェクタを速やかに開弁させるためのピーク電流が供給される。

なお、信号生成部３６ａは、抵抗Ｒｏを介して検出される通電電流Ｉｄが予め設定されたピーク値Ｉａに達すると、ピーク駆動信号Ｐｊ２の出力を止めてトランジスタＴｊ２をオフする（図３参照）。

その後、信号生成部３６ａは、噴射指令Ｓｉが入力されている（即ち、通電信号Ｐｉを出力している）間、予め設定された下限値Ｉｃまで通電電流Ｉｄが下降するとトランジスタＴｊ１をオンさせ、ピーク値Ｉａより小さく下限値Ｉｃより大きく設定された上限値Ｉｂまで通電電流Ｉｄ上昇するとトランジスタＴｊ１をオフさせるホールド駆動信号Ｐｊ１を出力する。

これにより、バッテリ電圧＋Ｂを供給する電源線から電磁ソレノイドＬｉへの通電経路がスイッチングされ、電磁ソレノイドＬｉには、インジェクタの開弁状態を保持するためのホールド電流（≒（Ｉｂ＋Ｉｃ）／２）が供給されることになる。

また、マイコン２０からは噴射指令Ｓ１〜Ｓ４が順番に入力されるため（図２参照）、これに従って、信号生成部３６ａは、各気筒＃１〜＃４（電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４）に対して順番に、上述したピーク電流及びホールド電流を供給する処理を繰り返し実行することになる。

一方、測定部３６ｂは、信号生成部３６ａにて生成された信号に従って始動，停止する自走カウンタからなる。この自走カウンタは、そのカウント値をマイコン２０から読み取ることができ、しかも、マイコン２０による読み取りが行われると、カウント値がリセットされるように構成されている。

具体的には、測定部３６ｂは、図４のフローチャートに示すように、通電信号Ｐｉ又はピーク駆動信号Ｐｊ２の立上がりエッジ（トランジスタＴｉ，Ｔｊ２のターンオン）の検出タイミング、即ち、電磁ソレノイドＬｉへの通電開始タイミングで（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、カウントを開始し（Ｓ１２０）、ピーク駆動信号Ｐｊ２の立ち下がりエッジ（トランジスタＴｊ２のターンオフ）の検出タイミング、即ち、通電電流Ｉｄがピーク値Ｉａ以上になったタイミングで（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、カウントを停止する（Ｓ１４０）。

つまり、測定部３６ｂを構成するカウンタからは、電磁ソレノイドＬｉの通電を開始してから、通電電流Ｉｄがピーク値Ｉａに達するまでの立上がり時間ｔ１（図３参照）に応じたカウント値が得られるように設定されている。

なお、立上がり時間ｔ１は、（１）式を変形することで得られる（２）式からもわかるように、通電経路中のインダクタンスＬの大きさに応じて変化する。そして、通電対象の電磁ソレノイドＬｉが負荷ショート異常を起こす等してインダクタンスＬが低下すると、図３（ｂ）に示すように、立上がり時間ｔ１は短くなる。但し、ｖは電磁ソレノイドの両端電圧、ｉは通電電流である。

次に、マイコン２０は、図示しないが、後述するダイアグ情報を記憶するための不揮発性メモリ（本実施形態ではＥＥＰＲＯＭ）を備え、ディーゼルエンジンの所定の回転角度毎に回転信号を発生する回転センサ等、ディーゼルエンジンの運転状態を検出する各種センサやスイッチからの信号の入力や、インパネに設けられた警告ランプを駆動するための指令の出力等が可能なように構成されている。

そして、マイコン２０では、これら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、電磁ソレノイドＬ１〜Ｌ４の通電時間及び通電開始タイミングを求め、噴射指令Ｓ１〜Ｓ４を生成してスイッチング制御回路３６の信号生成部３６ａに供給する燃料噴射制御処理や、噴射指令Ｓｉの送出を完了してから、次の噴射指令の送出を開始するまでの間に、運転状態に応じた一定期間だけ昇圧回路３２を動作させる作動指令Ｓｐを送出して、コンデンサＣ１，Ｃ２の充電を行う充電処理、スイッチング制御回路３６の測定部３６ｂでの測定結果（カウント値）に従って、負荷ショート異常を判定する第１判定手段としての異常判定処理等を実行する。

このうち、本発明の主要部に関わる異常判定処理を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理では、まず、いずれかの気筒＃ｉの噴射指令Ｓｉの出力が終了するまで待機し（Ｓ２１０）、噴射指令Ｓｉの出力が終了すると、測定部３６ｂから測定結果（カウント値）Ｋを読み込み（Ｓ２２０）、その測定結果Ｋが予め設定された許容範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２３０）。具体的には、予め設定された判定しきい値以上であれば（即ち、立上がり時間ｔ１が十分に大きければ）許容範囲内であると判定する。

そして、測定結果Ｋが許容範囲内であれば、電磁ソレノイドＬｉは負荷ショート異常を起こしていないものとして、この測定結果Ｋを用いて、Ｓ２３０の判定で使用する判定しきい値を更新する学習手段としてのしきい値更新処理を実行して（Ｓ２４０）、本処理を終了する。

なお、しきい値更新処理では、例えば、過去の測定結果と新たな測定結果とに基づいて平均値を求め、その平均値に適当な倍率（例えば１．２）を乗じたものを判定しきい値とすればよい。また、この倍率は、周囲環境やエンジンの動作状態に応じて適宜変更するようにしてもよい。

また、判定しきい値は、気筒＃ｉ毎に設定してもよいし、全気筒＃１〜＃４で共通に設定してもよい。更に、測定結果Ｋの平均値を算出する際には、全気筒＃１〜＃４についての測定結果を最新のものから１乃至複数個ずつを用いるようにしてもよい。

一方、Ｓ２３０にて、カウント値が判定しきい値以下であると判定された場合、電磁ソレノイドＬｉは負荷ショート異常を起こしているものとして、マイコン２０に設けられた不揮発性の記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）に、この気筒＃ｉの異常をダイアグ情報として記録する（Ｓ２５０）と共に、警告ランプを点灯する指令を出力して（Ｓ２６０）、本処理を終了する。

なお、Ｓ２５０にてダイアグ情報が記録された場合、噴射指令Ｓ１〜Ｓ４を生成する燃料噴射制御処理では、異常があると記録された気筒＃ｉの電磁ソレノイドＬｉへの通電を禁止し（トランジスタＴｉの常時オフ）、正常な他気筒のみを用いた退避走行のための処理を実行する。また、異常があると記録された気筒＃ｉが複数存在する場合には、走行禁止のための処理を実行するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態の燃料噴射制御装置１０では、トランジスタＴｊ２のスイッチングタイミング（即ち、ピーク電流の立上がり時間ｔ１）の変化を検出することにより、通電電流Ｉｄ（検出信号ＶId）の波形の変化、ひいては電磁ソレノイドＬｉを含む通電経路におけるインダクタンスの変化を検出している。

つまり、電磁ソレノイドＬｉを含む通電経路のインダクタンスが低下するほど、電磁ソレノイドＬｉを流れる通電電流Ｉｄの波形の立上がり及び立下がりが早くなるため、この変化を検出することで、単純なショートだけでなく、インダンクタンスが低下する負荷ショート異常の有無も精度よく検出することができる。

なお、本実施形態では、負荷ショート異常の判定に用いる特徴パラメータとして、ピーク電流の立上がり時間ｔ１を用いたが、図３に示すように、例えば、ピーク電流の立下がり時間ｔ２、ホールド電流の供給時にスイッチングされるトランジスタＴｊ１のスイッチング間隔を表す切替わり時間ｔ３、同じくトランジスタＴｊ１のオンオフ回数Ｎ等を用いてもよい。

そして、特徴パラメータとしてピーク電流の立下がり時間を用いる場合、測定部３６ｂは、図６に示すように、ピーク駆動信号Ｐｊ２の立下がりエッジ（トランジスタＴｊ２のターンオフ）の検出タイミング、即ち、通電電流Ｉｄがピーク値Ｉａ以上になったタイミングで（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、カウントを開始し（Ｓ３２０）、ホールド駆動信号Ｐｊ１の最初の立上がりエッジ（トランジスタＴｊ１のターンオン）を検出したタイミング、即ち、通電電流Ｉｄが下限電流Ｉｃ以下になったタイミングで（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、カウントを停止する（Ｓ３４０）ことにより、ピーク電流の立下がり時間ｔ２に応じたカウント値が得られるように構成すればよい。

また、特徴パラメータとして切替わり時間ｔ３を用いる場合、測定部３６ｂは、図７に示すように、ホールド駆動信号Ｐｊ１の立上がりエッジ（トランジスタＴｊ１のターンオン）の検出タイミング、即ち、通電電流Ｉｄが下限値Ｉｃ以下になったタイミングで（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、カウントを開始し（Ｓ４２０）、これに続くホールド駆動信号Ｐｊ１の立下がりエッジ（トランジスタＴｊ１のターンオフ）の検出タイミング、即ち、通電電流Ｉｄが上限電流Ｉｂ以上になったタイミングで（Ｓ４３０：ＹＥＳ）、カウントを停止する（Ｓ４４０）ことにより、切替わり時間ｔ３に応じたカウント値が得られるように構成すればよい。なお、この場合、Ｓ４１０とＳ４３０とで判定条件を入れ替えることで、ホールド駆動信号Ｐｊ１の立下がりエッジから立上がりエッジまでの間隔を切替わり時間ｔ３として測定してもよい。

また、特徴パラメータとしてオンオフ回数Ｎを用いる場合、測定部３６ｂを、自走カウンタではなく、信号生成部３６ａが生成する信号に従ってカウントを行うカウンタにて構成する。そして、測定部３６ｂは、図８に示すように、通電信号Ｐｉの立上がりエッジ（トランジスタＴｉ，Ｔｊ２のターンオン）の検出後、即ち、電磁ソレノイドＬｉへの通電開始後（Ｓ５１０：ＹＥＳ）、ホールド駆動信号Ｐｊ１の立上がりエッジ（トランジスタＴｊ１のターンオン）が検出される毎に（Ｓ５２０：ＹＥＳ）、カウンタの値をカウントアップする処理（Ｓ５３０）を、通電信号Ｐｉの立下がりエッジ（トランジスタＴｉのターンオフ）が検出されるまで、即ち、電磁ソレノイドＬｉへの通電を終了する（Ｓ５４０：ＹＥＳ）までの間、繰り返し実行させるように構成すればよい。

なお、これら特徴パラメータは、いずれか一つだけを用いてもよいが、複数を同時に用いてもよい。また、複数を同時に用いる場合は、いずれか一つでも許容範囲から外れた時に異常であると判定するように構成してもよいし、全てが許容範囲から外れた時にのみ異常であると判定するように構成してもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。

本実施形態では、測定部３６ｂが第１実施形態のものと異なっているだけであるため、この測定部３６ｂについてのみ説明する。
即ち、本実施形態において、測定部３６ｂは、検出信号ＶIdの信号レベルを繰り返し数値化するＡＤ変換器と、ＡＤ変換器の出力を記憶する記憶回路と、記憶回路の記憶値とＡＤ変換器の出力とを比較し、大きい方の値で記憶回路の記憶値を更新する記憶制御回路とからなり、記憶回路の記憶値はマイコン２０からの読取が可能とされている。

そして、測定部３６ｂは、図９に示すように、ピーク駆動信号Ｐｊ２の立下がりエッジ（トランジスタＴｊ２のターンオフ）の検出タイミング、即ち、通電電流Ｉｄがピーク値Ｉａ以上となったタイミング（Ｓ６１０：ＹＥＳ）で、記憶回路の記憶値Ｉｏｓをピーク値Ｉａに初期化する（Ｓ６２０）。その後、検出した通電電流Ｉｄ（ＡＤ変換器の出力）が、記憶値Ｉｏｓ以上である場合に（Ｓ６３０：ＹＥＳ）、その検出した通電電流Ｉｄで記憶値Ｉｏｓを更新する処理（Ｓ６４０）を、ホールド駆動信号Ｐｊ１の立上がりタイミング（トランジスタＴｊ１のターンオン）が検出され、即ち、通電電流Ｉｄが下限値Ｉｃ以下となる（Ｓ６５０）までの間、繰り返し実行する。

つまり、検出信号ＶIdにより、通電電流Ｉｄがピーク値Ｉａに達していることを検出されてから、信号生成部３６ａによって実際にトランジスタＴｊ２がオフされるまでの間に通電電流Ｉｄが増加し続けることでオーバーシュート（ピーク値を超えた増加分）が生じる。

そして、このオーバーシュートは、電磁ソレノイドＬｉを含む通電経路のインダクタンスが低下するほど大きくなるため、オーバーシュート発生時の通電電流Ｉｄの大きさを検出することで、負荷ショート異常の有無を精度よく判定することができる。

なお、本実施形態では、トランジスタＴｊ２をオフした時のオーバーシュートを検出しているが、トランジスタＴｊ１をオン又はオフした時のオーバーシュートを検出するように構成してもよい。この場合、具体的には、図３に示すように、トランジスタＴｊ１のオン後に通電電流Ｉｄが判定しきい値Ｉｂｍａｘより大きくなったか否か、トランジスタＴｊ１のオフ後に通電電流Ｉｄが判定しきい値Ｉｃｍｉｎより小さくなったか否かを判定するようにすればよい。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。

図１０は、本実施形態の燃料噴射制御装置１０ａの全体構成を示すブロック図である。
なお、図１０に示すように、本実施形態では、駆動回路３０において、スイッチング制御回路３６の測定部３６ｂが省略され、代わりに電磁ソレノイドＬｉとトランジスタＴｉとの接続点の電圧ＶＤｉに基づいて、十分な大きさのフライバックが発生しているか否かを判定した判定信号Ｊｉを生成する第２判定手段としてのフライバック判定回路３８が追加されている点、及び測定結果Ｋの代わりに、フライバック判定回路３８での判定結果を表す判定信号Ｊ１〜Ｊ４がマイコン２０に供給され、マイコン２０では、この判定信号Ｊ１〜Ｊ４に従って、異常判定処理を実行する点が、第１実施形態のものとは異なっている。

そして、フライバック判定回路３８は、気筒＃１〜＃４毎に用意された同一構成を有する４つの回路ブロックＢ１〜Ｂ４からなる。この回路ブロックＢｉは、図１１（ａ）に示すように、直列接続された一対の抵抗からなり、バッテリ電圧＋Ｂを分圧した電圧しきい値Ｖｆを生成する分圧回路４２と、演算増幅器及び二つの抵抗からなり、監視電圧ＶＤｉが電圧しきい値Ｖｆより大きい場合に出力がハイレベルとなるように設定されたヒステリシス付きのコンパレータ４４と、通電信号Ｐｉの立上がりエッジを検出するエッジ検出回路４６と、コンパレータ４４の出力をＳ入力、エッジ検出回路４６の出力をＲ入力するＲＳフリップフロップ回路４８とからなり、ＲＳフリップフロップ回路４８の出力を判定信号Ｊｉとして、マイコン２０に供給するように構成されている。

このように構成されたフライバック判定回路３８では、図１１（ｂ）に示すように、電磁ソレノイドＬｉへの通電開始（トランジスタＴｉターンオン）時にＲＳフリップフロップ回路４８の出力（判定信号Ｊｉ）の信号レベルがリセットされる。その後、電磁ソレノイドＬｉへの通電終了（トランジスタＴｉターンオフ）時に検出される監視電圧ＶＤｉが、電圧しきい値Ｖｆを超えている場合には、Ｓ入力がハイレベルとなることにより、判定信号Ｊｉの信号レベルが、フライバック電圧が検出されたことを示すハイレベルとなる。この通電終了時に設定された判定信号Ｊｉの信号レベルは、次に同じ電磁ソレノイドＬｉへの通電が開始されるまで保持されることになる。

一方、電磁ソレノイドＬｉへの通電終了時に検出される監視電圧ＶＤｉが、電圧しきい値Ｖｆに満たない場合には、Ｓ入力がロウレベルのままであるため、判定信号Ｊｉの信号レベルは、フライバック電圧が未検出であることを示すローレベルに保持される。

次に、マイコン２０が実行するとしての異常判定処理を、図１２に示すフローチャートに沿って説明する。
本処理では、まず、いずれかの気筒＃ｉの噴射指令Ｓｉの出力が終了するまで待機し（Ｓ７１０）、噴射指令Ｓｉの出力が終了すると、上述の判定結果保持期間の間にフライバック判定回路３８から判定信号Ｊｉを読み込み（Ｓ７２０）、その判定信号Ｊｉの信号レベルをチェックする（Ｓ７３０）。

そして、判定信号Ｊｉの信号レベルが、フライバックが有ることを示す信号レベル（ここではハイレベル）であれば、電磁ソレノイドＬｉは負荷ショート異常を起こしていないものとして、本処理を終了する。

一方、判定信号Ｊｉの信号レベルが、フライバックが無いことを示す信号レベル（ここではロウレベル）であれば、電磁ソレノイドＬｉは負荷ショート異常を起こしているものとして、マイコン２０に設けられた不揮発性の記憶装置（ＥＥＰＲＯＭ）に、この気筒＃ｉの異常をダイアグ情報として記録する（Ｓ７５０）と共に、警告ランプを点灯する指令を出力して（Ｓ７６０）、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態の燃料噴射制御装置１０ａによれば、フライバック電圧と電圧しきい値Ｖｆとを比較するという簡易な構成にて、負荷ショート異常の有無を判定することができる。

また、本実施形態では、電圧しきい値Ｖｆがバッテリ電圧＋Ｂと連動して変化するため、バッテリ電圧＋Ｂの変動によらず安定した判定を行うことができる。
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記第１及び第２実施形態では、測定部３６ｂをマッチング制御回路３６内に設けたが、測定必要な信号を信号生成部３６ａからマイコン２０に供給するように構成し、測定部３６ｂをマイコン２０が実行する処理の一つとして構成してもよい。

また、上記実施形態では、第１，第２実施形態における測定部２６ｂ及び第３実施形態におけるフライバック判定回路３８が別々に設けられているが、これらを併用して負荷ショート異常を検出するように構成してもよい。

第１実施形態の電磁弁駆動装置の全体構成を示すブロック図。 電磁弁駆動装置各部の信号波形を示すタイミング図。 図２の一部を拡大したタイミング図。 ピーク信号の立上がり時間を特徴パラメータとした場合の測定部の動作内容を示すフローチャート。 マイコンが実行する異常判定処理の処理内容を示すフローチャート。 ピーク電流の立下がり時間を特徴パラメータとした場合の測定部の動作内容を示すフローチャート。 ホールド電流を保持するトランジスタのオンオフ状態が切り替わる切替わり時間を特徴パラメータとした場合の測定部の動作内容を示すフローチャート。 ホールド電流を保持するトランジスタのオンオフ回数を、特徴パラメータとした場合の測定部の動作内容を示すフローチャート。 第２実施形態（通電終了時に発生するオーバーシュートを特徴パラメータとした場合）における測定部の動作内容を示すフローチャート。 第３実施形態の電磁弁駆動装置の全体構成を示すブロック図。 フライバック判定回路の詳細を示す回路図、及びその動作を説明するためのタイミング図。 マイコンが実行する異常判定処理の処理内容を示すフローチャート。

符号の説明

１０，１０ａ…燃料噴射制御装置、２０…マイクロコンピュータ（マイコン）、３０…駆動回路、３２…昇圧回路、３６…スイッチング制御回路、３６ａ…信号生成部、３６ｂ…測定部、３８…フライバック判定回路、４２…分圧回路、４４…コンパレータ、４６…エッジ検出回路、４８…ＲＳフリップフロップ回路、Ｂｉ…回路ブロック、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２…共通線、Ｄ１０〜Ｄ１２，Ｄ２０〜Ｄ２２…ダイオード、Ｌ１〜Ｌ４…電磁ソレノイド、Ｒｏ…電流検出用抵抗器、Ｔ１〜Ｔ４，Ｔ１１、Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２…トランジスタ、Ｗ１〜Ｗ４…個別配線、Ｗ１１，Ｗ２１…ホールド電流供給線、Ｗ１２，Ｗ２２…ピーク電流供給配線。

Claims (8)

1. 電源電圧より高い昇圧電圧を発生させる昇圧回路から電磁弁を構成する電磁ソレノイドに至る通電経路に設けられた第１スイッチング素子と、
   電源から前記電磁ソレノイドに至る通電経路に設けられた第２スイッチング素子と、
   前記電磁ソレノイドに流れる通電電流を検出する電流検出手段と、
   予め設定された通電期間の開始時に、前記電流検出手段にて検出される通電電流が、予め設定されたピーク値に達するまでの間、前記第１スイッチング素子をオンさせることにより、前記電磁弁を速やかに開弁させるためのピーク電流を前記電磁ソレノイドに供給すると共に、該ピーク電流の供給後、前記通電期間が終了するまでの間、前記電流検出手段にて検出される通電電流が、前記ピーク値より小さな値に設定された下限値まで下降すると前記第２スイッチング素子をオンさせ、前記ピーク値より小さく前記下限値より大きな値に設定された上限値まで上昇すると前記第２スイッチング素子をオフさせることにより、前記電磁弁の開弁状態を保持するためのホールド電流を前記電磁ソレノイドに供給するスイッチング制御手段と、
   該スイッチング制御手段が実行する前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち少なくとも一方のスイッチング動作に基づいて、前記通電電流の波形の特徴を表す特徴パラメータを抽出する特徴抽出手段と、
   該特徴抽出手段にて抽出された特徴パラメータが予め設定された許容範囲から外れている場合に、前記電磁ソレノイドが負荷ショートを起こしていると判定する第１判定手段と、
   を備え、
   前記特徴抽出手段は、前記特徴パラメータとして、前記通電期間中における前記第２スイッチング素子のオンオフ回数を抽出し、
   前記第１判定手段は、所定の回数しきい値以下である場合を前記許容範囲として判定を行うことを特徴とする電磁弁駆動装置。
2. 前記特徴抽出手段は、前記特徴パラメータとして、前記第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、前記第１スイッチング素子がオンしてからオフするまでのスイッチング間隔を表すピーク立上がり時間を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
3. 前記特徴抽出手段は、前記特徴パラメータとして、前記第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、前記第１スイッチング素子がオフしてから前記第２スイッチング素子がオンするまでのスイッチング間隔を表すピーク立下がり時間を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
4. 前記特徴抽出手段は、前記特徴パラメータとして、前記第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、前記第２スイッチング素子がオフしてからオンするまで、又は該第２スイッチング素子がオンしてからオフするまでのスイッチング間隔を表す切替わり時間を抽出することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
5. 前記特徴抽出手段は、前記特徴パラメータとして、前記第２スイッチング素子のオンオフ回数に加えて、前記第１スイッチング素子がオフした後、或いは前記第２スイッチング素子がオン又はオフした後に、前記電流検出手段にて検出される通電電流のオーバーシュートの大きさを抽出することを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
6. 前記特徴抽出手段が抽出した特徴パラメータに基づいて、負荷ショートが未発生の正常時に前記特徴パラメータが取り得る値の正常範囲を学習する学習手段を備え、
   前記第１判定手段は、前記学習手段での学習結果に従って前記許容範囲を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁弁駆動装置。
7. 前記第１及び第２スイッチング素子、及び前記スイッチング制御手段は、複数の電磁弁をそれぞれ個別に駆動するように構成され、
   前記第１判定手段は、前記特徴抽出手段にて前記電磁弁毎に抽出される特徴パラメータに従って前記許容範囲を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁弁駆動装置。
8. 前記電磁ソレノイドの前記第２スイッチング素子に接続された端部とは反対側の端部に設けられ、前記通電期間の間だけオンする第３スイッチング素子と、
   該第３スイッチング素子のオフした時に、前記電磁ソレノイドと前記第２スイッチング素子との接続端に発生するフライバック電圧を検出し、該検出電圧が予め設定された電圧しきい値より小さい場合に、前記電磁ソレノイドが負荷ショートを起こしていると判定する第２判定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電磁弁駆動装置。

Images