JP5862442B2

JP5862442B2 - 電磁弁駆動制御装置

Info

Publication number: JP5862442B2
Application number: JP2012107814A
Authority: JP
Inventors: 充昭田辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: JP2013234720A

Description

本発明は、電磁弁駆動制御装置に関するものである。

従来、電磁弁駆動制御装置の一例として、特許文献１に開示されたソレノイド駆動制御装置があった。このソレノイド駆動制御装置は、電磁弁に流す電流を作動初期の所定期間（過励磁駆動期間）では定電圧駆動により直流の定格電流を流す。そして、ソレノイド駆動制御装置は、その所定期間経過後の保持した状態（パルス幅変調駆動期間）では、ＰＷＭ制御により定電流駆動することにより電流を制限するものである。

特開２００８−１６６２１号公報

ところで、このソレノイド駆動制御装置は、過励磁駆動期間では、ＰＷＭ制御によって１００％のオンデューティ比のＰＷＭ駆動信号を出力することで定電圧駆動を実現している。よって、過励磁駆動期間の精度は、予め設定したＰＷＭ制御周波数に依存することになる。つまり、過励磁駆動を終了させるタイミングは、予め設定したＰＷＭ制御周波数に依存することになる。よって、過励磁駆動期間を高精度に制御できない可能性がある。

また、過励磁駆動を終了させるタイミングを高精度に制御するためには、ＰＷＭ制御周波数を上げることが考えられる。しかしながら、ＰＷＭ制御周波数を上げると、パルス幅変調駆動期間において、電磁弁の追従性が低下する可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、過励磁駆動期間を高精度に制御しつつ、パルス幅変調駆動期間において精度良く電磁弁を駆動することができる電磁弁駆動制御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請求項１に記載の電磁弁駆動制御装置は、
電磁弁を駆動制御するものであり、電磁弁の開弁開始から予め設定された過励磁駆動期間は過励磁駆動するとともに、電磁弁の開弁開始から過励磁駆動期間が経過した後、予め設定されたパルス幅変調駆動期間は保持駆動する電磁弁駆動制御装置であって、
電磁弁の駆動を指示する駆動信号を出力するものであり、アウトプットコンペア機能とパルス幅変調機能とを有するとともに、アウトプットコンペア機能とパルス幅変調機能とを切替え可能な第１タイマー（１１）と、
第１タイマーの機能を切替え可能な第２タイマー（１２）と、を備え、
第２タイマーは、第１タイマーの機能がアウトプットコンペア機能からパルス幅変調機能に切替わると、機能が切替わってからの経過時間を計測するとともに、この経過時間がパルス幅変調駆動期間に一致すると、第１タイマーの機能をパルス幅変調機能からアウトプットコンペア機能へ切替え、
第１タイマーは、アウトプットコンペア機能で動作中である場合、電磁弁の開弁開始タイミングになると、駆動信号として所定レベルの過励磁駆動用信号を出力開始するとともに、開弁指示タイミングからの経過時間を計測し、この経過時間が励磁駆動期間と一致するまで過励磁駆動用信号を出力し、パルス幅変調機能で動作中である場合、アウトプットコンペア機能からパルス幅変調機能へ切替わってから、第２タイマーによってパルス幅変調機能からアウトプットコンペア機能へ切替えられるまでの間は、駆動信号としてパルス波の保持駆動用信号を出力することを特徴とする。

このように、電磁弁駆動制御装置は、第１タイマーが、アウトプットコンペア機能で動作中であり、且つ、励磁駆動期間中に、駆動信号として所定レベルの過励磁駆動用信号を出力する。また、第１タイマーは、この過励磁駆動用信号を出力する期間を、自身で計測するものである。つまり、第１タイマーは、開弁指示タイミングになってからの経過時間が励磁駆動期間に一致するまで計測するとともに、計測している間、過励磁駆動用信号を出力するものである。

よって、過励磁駆動用信号を出力する期間（過励磁駆動期間）は、第１タイマーによって制御されるものである。このため、過励磁駆動期間の精度は、パルス幅変調駆動期間で出力される保持駆動用信号（パルス波）の周波数に依存しない。言い換えると、過励磁駆動を終了（過励磁駆動用信号の出力を停止）させるタイミングは、保持駆動用信号（パルス波）の周波数に依存しない。

また、第１タイマーは、パルス幅変調機能で動作中（つまり、パルス幅変調駆動期間中）、駆動信号としてパルス波の保持駆動用信号を出力する。なお、このパルス幅変調駆動期間は、第２タイマーのよって計測されている。つまり、第１タイマーは、第２タイマーが、パルス幅変調機能に切替わってからの経過時間がパルス幅変調駆動期間に一致するまで計測している間、保持駆動用信号を出力するものである。これによれば、過励磁駆動を終了させるタイミングを高精度に制御するために、保持駆動用信号の周波数を上げる必要がない。よって、パルス幅変調駆動期間において、電磁弁の追従性が低下することを抑制できるため、精度良く電磁弁を駆動することができる。

また、このように、第１タイマーは、過励磁駆動用信号と保持駆動用信号とを出力する。よって、電磁弁駆動制御装置は、一つのポートで過励磁駆動用信号と保持駆動用信号とを出力することができる。つまり、電磁弁駆動制御装置は、過励磁駆動用信号と保持駆動用信号の夫々を出力するためのポートを備える必要がない。

実施形態におけるＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。ＥＣＵの処理動作を示すタイムチャートである。図２の部分的拡大図である。演算部の処理動作を示すフローチャートである。噴射開始待時の処理動作を示すフローチャートである。割り込みタイミングＴａでの処理動作を示すフローチャートである。割り込みタイミングＴｂでの処理動作を示すフローチャートである。割り込みタイミングＴｄでの処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

本実施形態においては、本願発明の電磁弁駆動制御装置を、燃料噴射を制御するＥＣＵ（electronic controller unit）１００に適用した例を採用する。図１に示すように、ＥＣＵ１００は、主に、マイコン１０、電磁弁駆動回路２０、ツェナー電圧回路３０、出力端子４０などを備えて構成されている。このＥＣＵ１００は、出力端子４０を介して電磁弁（例えば低抵抗電磁弁）２００を駆動制御するものである。なお、電磁弁２００は、電磁ソレノイド、プランジャ（弁）などを備えて構成されている。よって、ＥＣＵ１００は、電磁弁２００を開弁及び閉弁させて、燃料噴射を制御するものである。

より詳細には、ＥＣＵ１００は、作動初期（開弁初期）の所定期間（過励磁駆動噴射時間Ｔ１の間）では、定電圧駆動することにより電磁弁２００に直流の定格電流を流す（過励磁駆動する、過励磁噴射駆動する）。一方、ＥＣＵ１００は、過励磁駆動噴射期間が終了してからの所定期間（ＰＷＭ駆動時間Ｔ４の間）では、ＰＷＭ制御で定電流駆動することにより電磁弁２００に流す電流を制限する（保持駆動する、保持噴射駆動する）。なお、過励磁駆動噴射時間Ｔ１は、特許請求の範囲における過励磁駆動期間に相当する。また、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４は、特許請求の範囲におけるパルス幅変調駆動期間に相当する。

まず、ＥＣＵ１００の構成に関して説明する。マイコン１０は、主に、ポート出力可能な第１タイマー１１及び第２タイマー１２と、演算部１３、第１ポート１４、第２ポート１５などを備えて構成されている。また、マイコン１０は、図示は省略するが、記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ）なども備えている。なお、ＲＡＭはRandom Access Memoryであり、ＲＯＭはRead Only Memoryである。

第１タイマー１１は、例えば、フリーランニングカウンタ、レジスタ等を備えて構成されている。この第１タイマー１１は、ＯＣ（output compare）出力とＰＷＭ（pulse width modulation）出力の機能を有し、ＯＣ出力からＰＷＭ出力、及びＰＷＭ出力からＯＣ出力への出力切替えが可能なものである。なお、第１タイマー１１は、ＯＣ出力が可能なＯＣ機能とＰＷＭ出力が可能なＰＷＭ機能を有し、ＯＣ機能からＰＷＭ機能、及びＰＷＭ機能からＯＣ機能への機能切替えが可能なものと言い換えることができる。さらに、第１タイマー１１は、ＯＣ出力が可能なＯＣモードとＰＷＭ出力が可能なＰＷＭモードを有し、ＯＣモードからＰＷＭモード、及びＰＷＭモードからＯＣモードへのモード切替えが可能なものと言い換えることもできる。なお、第１タイマー１１は、第２タイマー１２からの機能切替指示（機能切替信号）に応じて、ＯＣ機能（ＯＣモード）からＰＷＭ機能（ＰＷＭモード）、及びＰＷＭ機能（ＰＷＭモード）からＯＣ機能（ＯＣモード）への機能切替えを行う。

また、本実施形態における第１タイマー１１は、電磁弁２００を駆動するための駆動信号をポート出力するものである。言い換えると、第１タイマー１１は、第１ポート１４から駆動信号を出力する。つまり、第１タイマー１１は、ＯＣ出力及びＰＷＭ出力で駆動信号を出力する。さらに、第１タイマー１１は、ＯＣ機能である場合に駆動信号をＯＣ出力可能であり、ＰＷＭ機能である場合に駆動信号をＰＷＭ出力可能であると言い換えることができる。また、第１タイマー１１は、ＯＣ機能で動作中である場合、駆動信号として所定レベルの過励磁駆動用信号を第１ポート１４から出力可能であり、ＰＷＭ機能で動作中である場合、駆動信号としてパルス波の保持駆動用信号を出力することが可能であるとも言い換えることができる。なお、第１タイマー１１は、過励磁駆動噴射時間Ｔ１を示す値をレジスタ（自身のレジスタ）に保持している。この過励磁駆動噴射時間Ｔ１は、過励磁駆動噴射を行う期間を示すものである。

なお、フリーランニングカウンタは、第１タイマー１１の外部に設けられていてもよい。つまり、第１タイマー１１は、自身の外部に設けられたフリーランニングカウンタからカウント値を取得するものであってもよい。また、過励磁駆動噴射時間Ｔ１を示す値を記憶する部位（ここではレジスタ）は、第１タイマー１１の外部に設けられていてもよい。つまり、第１タイマー１１は、自身の外部に設けられた第１記憶部から過励磁駆動噴射時間Ｔ１を示す値を取得するものであってもよい。

第２タイマー１２は、例えば、フリーランニングカウンタ、レジスタ等を備えて構成されている。この第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能切替え、及びツェナー電圧回路３０の電圧切替えを行う為のタイマーである。言い換えると、第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能切替え指示、及びツェナー電圧回路３０の電圧切替え指示を行う為のタイマーである。

つまり、第２タイマー１２は、ツェナー電圧回路３０の電圧切替えを指示するツェナー電圧切替信号をポート出力するものである。言い換えると、第２タイマー１２は、第２ポート１５からツェナー電圧切替信号を出力する。

また、第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能切替えを指示する機能切替信号を第１タイマー１１に出力する。言い換えると、第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能切替えを指示する割り込み信号を第１タイマー１１に出力する。つまり、第１タイマー１１は、第２タイマー１２からの割り込みで機能を切替えることができる。

また、第２タイマー１２は、保持駆動移行時間Ｔ２を示す値及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を示す値をレジスタ（自身のレジスタ）に保持している。そして、第２タイマー１２は、保持駆動移行時間Ｔ２及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を計測する。この保持駆動移行時間Ｔ２は、過励磁駆動噴射が終了してから保持駆動噴射を行うまでの期間（待ち時間）を示すものである。一方、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４は、第１タイマー１１をＰＷＭ機能で動作させる期間を示すものである。なお、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４は、パルス波の駆動信号を第１ポート１４から出力するように第１タイマー１１に対して指示する期間とも言い換えることができる。保持駆動移行時間Ｔ２は、特許請求の範囲における保持駆動移行期間に相当する。

なお、フリーランニングカウンタは、第２タイマー１２の外部に設けられていてもよい。つまり、第２タイマー１２は、自身の外部に設けられたフリーランニングカウンタからカウント値を取得するものであってもよい。また、保持駆動移行時間Ｔ２を示す値及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を示す値を記憶する部位（ここではレジスタ）は、第２タイマー１２の外部に設けられていてもよい。つまり、第２タイマー１２は、自身の外部に設けられた第２記憶部から保持駆動移行時間Ｔ２を示す値及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を示す値を取得するものであってもよい。

演算部１３は、主に、全噴射時間Ｔ０（全開弁期間）、過励磁駆動噴射時間Ｔ１、保持駆動移行時間Ｔ２、保持駆動噴射時間Ｔ３（保持駆動期間）、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する。また、演算部１３は、演算した過励磁駆動噴射時間Ｔ１を第１タイマー１１のレジスタに記憶するとともに、演算した保持駆動移行時間Ｔ２及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を第２タイマー１２のレジスタに記憶する。よって、後ほど詳しく説明するが、第１タイマー１１は、演算部１３によって演算された（予め設定された）過励磁駆動噴射時間Ｔ１を計測する。同様に、第２タイマー１は、演算部１３によって演算された（予め設定された）保持駆動移行時間Ｔ２及びＰＷＭ駆動時間Ｔ４を計測する。

なお、このように、本実施形態においては、演算部１３が、全噴射時間Ｔ０、過励磁駆動噴射時間Ｔ１、保持駆動移行時間Ｔ２、保持駆動噴射時間Ｔ３、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する例を採用する。しかしながら、全噴射時間Ｔ０、過励磁駆動噴射時間Ｔ１、保持駆動移行時間Ｔ２、保持駆動噴射時間Ｔ３、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４の夫々は、予め決められた一定の値であってもよい。

また、電磁弁駆動回路２０は、第１タイマー１１からの駆動信号に応じてオンとオフが切替わるスイッチ素子（例えばトランジスタ）などを含んで構成される回路である。つまり、電磁弁駆動回路２０は、第１タイマー１１からの駆動信号に応じて出力端子４０の電圧を切替える（高電圧Ｖｚ１から低電圧Ｖｚ２、高電圧Ｖｚ１から低電圧Ｖｚ２に切替える）。

また、ツェナー電圧回路３０は、マイコン１０（第２タイマー１２）からのツェナー電圧切替信号により、ツェナー電圧を高電圧から低電圧、低電圧から高電圧に切替える機能を有する。なお、このツェナー電圧は、過励磁駆動時及び保持駆動時の夫々において、電磁弁２００に対して電圧を印加するための電圧である。

ここで、図２〜図８を用いて、ＥＣＵ１００の処理動作を詳しく説明する。

まず、図４を用いて、演算部１３の処理動作に関して説明する。演算部１３は、所定時間毎に、図４のフローチャートに示す処理を実行する。

ステップＳ１０では、例えば、吸気流量又は吸気管圧力、エンジン回転数、電磁弁流量サイズ、目標空燃比、燃料密度から全噴射時間Ｔ０を演算する。より詳細には、吸気流量又は吸気管圧力、エンジン回転数、電磁弁流量サイズ、目標空燃比、燃料密度から演算した全噴射時間Ｔ０を基本としつつ、燃料圧力、燃料温度により補正を行う。

ステップＳ１１では、電磁弁２００の電気的特性から過励磁駆動噴射時間Ｔ１を演算する。より詳細には、電磁弁２００の電気的特性から演算した過励磁駆動噴射時間Ｔ１を基本としつつ、電源電圧により補正を行う。

ステップＳ１２では、保持駆動移行時間Ｔ２を演算する（第１演算部）。この保持駆動移行時間Ｔ２は、保持に必要な電流により決まるものである。よって、電磁弁２００の電気的特性、電源電圧、吸気温度から推定した電磁弁２００の温度から保持駆動移行時間Ｔ２を演算する。

ステップＳ１３では、全噴射時間Ｔ０、過励磁駆動噴射時間Ｔ１、保持駆動移行時間Ｔ２から保持駆動噴射時間Ｔ３を演算する。つまり、全噴射時間Ｔ０から過励磁駆動噴射時間Ｔ１と保持駆動噴射時間Ｔ３とを減算して保持駆動噴射時間Ｔ３を演算する。

そして、ステップＳ１４では、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する（第２演算部）。このＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する際には、保持駆動噴射時間Ｔ３と、第１タイマー１１におけるＰＷＭ出力のＰＷＭ周期、デューティとから、最終ＰＷＭ出力のオンタイミングＴｃ（オフ信号からオン信号に切り替わったタイミング）の直後のタイミングを狙って、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する。例えば、図３のタイムチャートに示すように、最終ＰＷＭ出力がオン信号である間で、ツェナー電圧を低電圧から高電圧に切替えるとともに、第１タイマー１１をＰＷＭ機能からＯＣ機能に切替えることができるように、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４を演算する。言い換えると、演算部１３は、第１タイマー１１の機能がＯＣ機能からＰＷＭ機能へ切替わってから、保持駆動用信号における最後のオンタイミングの直後までの期間をパルス幅変調駆動期間Ｔ４として演算する。

このようにすることによって、パルス幅変調駆動期間Ｔ４を電磁弁２００の環境条件や動作条件（例えば電磁弁２００の電気的特性、電磁弁２００の温度など）により動的に切替ることができる。よって、オンデマンドな制御が可能となり省電化することができる。

次に、図５を用いて、噴射開始待時の処理を説明する。ＥＣＵ１００は、所定時間毎に、図５に示すフローチャートの処理を実行する。なお、第１タイマー１１は、図５に示すフローチャートの実行時はＯＣ機能で動作しているものとする。

図５のステップＳ２０では、第１タイマー１１は、噴射開始タイミングであるか否かを判定する。そして、電磁弁２００の開弁開始タイミング（例えば、演算部１３からの開弁指示があったタイミング、自身のフリーランニングカウンタのカウント値が所定の値に達したタイミング）になると、噴射開始タイミングであると判定してステップＳ２１へ進む。一方、電磁弁２００の開弁開始タイミングにならないと噴射開始タイミングでないと判定して図５に示すフローチャートの処理を終了する。

図５のステップＳ２１では、過励磁駆動噴射時間Ｔ１をセットする。このとき、図２に示すように、第１タイマー１１は、第１ポート１４からオン信号（ハイレベルの駆動信号、過励磁駆動用信号）を出力（ＯＣ出力）するとともに、過励磁駆動噴射時間Ｔ１をセットしカウントをスタートする。第１タイマー１１は、カウントをスタートすると、開弁信号が入力された時点のフリーランニングカウンタのカウント値に過励磁駆動噴射時間Ｔ１が示す値を加えた値（第１目標値とも称する）と、自身のフリーランニングカウンタのカウント値とを比較する。つまり、第１タイマー１１は、ＯＣ機能で動作している場合、開弁開始タイミング（噴射開始タイミング）になると、第１ポート１４からオン信号を出力するとともに、フリーランニングカウンタのカウント値を用いて、開弁信号が入力されてから過励磁駆動噴射時間Ｔ１が経過したか否かを確認（判定）する。これは、開弁信号が入力されてから過励磁駆動噴射時間Ｔ１が経過した時点で、第１タイマー１１から出力されているオン信号を停止させるために行うものである。

そして、図２に示すように、第１タイマー１１は、第１目標値と、自身のフリーランニングカウンタで刻々とカウントされるカウント値とが一致するまで（割り込みタイミングＴａまで）、第１ポート１４からオン信号を出力し続ける。また、第１タイマー１１は、第１目標値と、カウント値が一致（開弁信号が入力されてから過励磁駆動噴射時間Ｔ１が経過）すると、第１ポート１４からオフ信号（ローレベルの駆動信号）を出力する。つまり、第１タイマー１１は、割り込みタイミングＴａで、第１ポート１４から出力する信号をオン信号からオフ信号に切替える。

このように、本実施形態のＯＣ出力時には、フリーランニングカウンタのカウント値と所定の値（ここでは第１目標値）とが一致するまで、過励磁駆動用信号が出力される。第１タイマー１１は、ＯＣ機能で動作中である場合、電磁弁２００の開弁開始タイミングになると、過励磁駆動用信号を出力開始するとともに、開弁指示タイミングからの経過時間を計測し、この経過時間が過励磁駆動噴射時間Ｔ１と一致するまで過励磁駆動用信号を出力する。

また、第１タイマー１１は、過励磁駆動噴射時間Ｔ１の間、第１ポート１４からオン信号を出力し続けるため、出力端子４０の電圧は一定となる（図２参照）。なお、第２タイマー１２は、後ほど説明する割り込みタイミングＴｂでツェナー電圧切替信号（高電圧から低電圧への切替えを示す信号）を出力し、割り込みタイミングＴｄでツェナー電圧切替信号（低電圧から高電圧への切替えを示す信号）を出力するものである。よって、ツェナー電圧回路３０におけるツェナー電圧は、過励磁駆動噴射時間Ｔ１の間、高電圧となっている。ＥＣＵ１００は、開弁初期の所定期間では、このようにして定電圧駆動することにより電磁弁２００に直流の定格電流を流す。

また、第１タイマー１１は、割り込みタイミングＴａで、第２タイマー１２によるカウントをスタートさせるものである。つまり、第１タイマー１１は、割り込みタイミングＴａで、第２タイマー１２に対して、カウントのスタートを指示する割り込み信号（スタート指示信号）を出力する。よって、第２タイマー１２は、第１タイマー１１からの割り込み（オフ割り込み）でカウントをスタートする。

次に、図６を用いて、割り込みタイミングＴａでの処理を説明する。第２タイマー１２は、第１タイマー１１からの割り込みがあると、図６に示すフローチャートの処理を実行する。

図６のステップＳ３０では、第２タイマー１２は、保持駆動移行時間Ｔ２をセットする。このとき、図２，図３に示すように、第２タイマー１２は、保持駆動移行時間Ｔ２をセットしカウントをスタートする。つまり、第２タイマー１２は、スタート指示信号が入力されると、スタート指示信号が入力された時点の自身のフリーランニングカウンタのカウント値に保持駆動移行時間Ｔ２が示す値を加えた値（第２目標値とも称する）と、自身のフリーランニングカウンタのカウント値とを比較する。これは、割り込みタイミングＴａから保持駆動移行時間Ｔ２が経過した時点で、ＯＣ機能からＰＷＭ機能に切替えるために行うものである。つまり、割り込みタイミングＴａから保持駆動移行時間Ｔ２が経過した時点で、第１タイマー１１からパルス波の駆動信号（保持駆動用信号）を出力させるために行うものである。

次に、図７を用いて、割り込みタイミングＴｂでの処理を説明する。第２タイマー１２は、第２目標値と、自身のフリーランニングカウンタのカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｂで）、図７に示すフローチャートの処理を実行する。

ステップＳ４０では、第２タイマー１２は、図２，図３に示すように、ツェナー電圧切替信号（高電圧から低電圧への切替えを示す信号）を第２ポート１５から出力する。つまり、第２タイマー１２は、第２目標値と、自身のフリーランニングカウンタで刻々とカウントされるカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｂで）、ツェナー電圧切替信号を第２ポート１５から出力する。なお、ツェナー電圧回路３０は、このツェナー電圧切替信号が入力されると、ツェナー電圧を高電圧から低電圧へ切替える。言い換えると、第２タイマー１２は、開弁指示タイミングからの経過時間が過励磁駆動噴射時間Ｔ１に一致した時点で、この時点からの経過時間を計測するとともに、この経過時間が保持駆動移行時間Ｔ２に一致すると、ツェナー電圧回路３０のツェナー電圧を高電圧から低電圧へ切替える。

ステップＳ４１では、第２タイマー１２は、図２，図３に示すように、機能切替信号（ＯＣ機能からＰＷＭ機能への切替えを示す信号、ＯＣ機能からＰＷＭ機能への切替えを示す割り込み信号）を第１タイマー１１に出力する。つまり、第２タイマー１２は、第２目標値と、自身のフリーランニングカウンタで刻々とカウントされるカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｂで）、機能切替信号を第１タイマー１１に出力する。言い換えると、第２タイマー１２は、開弁指示タイミングからの経過時間が過励磁駆動噴射時間Ｔ１に一致した時点で、この時点からの経過時間を計測するとともに、この経過時間が保持駆動移行時間Ｔ２に一致すると、第１タイマー１１の機能をＯＣ機能からＰＷＭ機能へ切替える。

また、ステップＳ４２では、演算部１３は、第１タイマー１１に対して、ＰＷＭ出力時の所定の周期、デューティをセット（指示）する。

なお、第１タイマー１１は、この機能切替信号が入力されると、自身の機能をＯＣ機能からＰＷＭ機能へ切替える。そして、第１タイマー１１は、演算部１３からセットされた周期、デューティのパルス波の駆動信号を第１ポート１４から出力する。

このように、第２タイマー１２は、割り込みタイミングＴａから保持駆動移行時間Ｔ２が経過すると、ツェナー電圧切替信号を第２ポート１５から出力するとともに、機能切替信号を第１タイマー１１に出力する。また、第２タイマー１２は、Ｔ２時間一致割り込みタイミングで、ツェナー電圧切替信号を第２ポート１５から出力するとともに、機能切替信号を第１タイマー１１に出力すると言い換えることもできる。

また、このように、割り込みタイミングＴａから保持駆動移行時間Ｔ２の経過を経て保持駆動することによって、出力端子４０の電流値がある程度下がってから、保持駆動（保持駆動用信号の出力）を開始することができる。さらに、保持駆動移行時間Ｔ２は、演算部１３によって演算される値である。これによって、ＥＣＵ１００は、噴射タイミング毎に保持駆動移行時間Ｔ２を動的に変えることが可能である（図４のステップＳ１２）。よって、割り込みタイミングＴｂ時における出力端子４０の電流値を、電磁弁の電気的特性、電源電圧、吸気温度から推定した電磁弁２００の温度（言い換えると、電源電圧や周囲温度などの環境条件、動作条件）に応じて、保持下限電流まで降下させることが可能である。

なお、第２タイマー１２は、Ｔ２時間一致割り込みタイミングで第１タイマー１１に出力する機能切替信号を、ツェナー電圧切替信号として使用するものであってもよい。つまり、第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能を切替える際に、第１タイマー１１に対して機能の切替えを指示する機能切替信号を出力するとともに、ツェナー電圧回路３０に対して、ツェナー電圧の切替えを指示する電圧切替信号として機能切替信号を出力するようにしてもよい。このようにすることによって、第１タイマー１１の機能切替と、ツェナー電圧回路３０の電圧切替えを単一信号で制御することができる。よって、第１タイマー１１の機能切替と、ツェナー電圧回路３０の電圧切替えとの同期が取れるので好ましい。

ステップＳ４３では、第２タイマー１２は、割り込みタイミングＴｂで、ＰＷＭ駆動時間Ｔ４をセットしカウントをスタートする。つまり、第２タイマー１２は、割り込みタイミングＴｂで、割り込みタイミングＴｂの時点のフリーランニングカウンタのカウント値にＰＷＭ駆動時間Ｔ４が示す値を加えた値（第３目標値とも称する）と、自身のフリーランニングカウンタのカウント値とを比較する。これは、割り込みタイミングＴｂからＰＷＭ駆動時間Ｔ４が経過した時点で、ＰＷＭ機能からＯＣ機能に切替えるために行うものである。つまり、割り込みタイミングＴｂからＰＷＭ駆動時間Ｔ４が経過した時点で、第１タイマー１１が出力しているパルス波の駆動信号を停止させるために行うものである。

よって、第１タイマー１１は、ＯＣ機能からＰＷＭ機能へ切替わってから、第２タイマー１２によってＰＷＭ機能からＯＣ機能へ切替えられるまでの間は、保持駆動用信号を出力する。このように、本実施形態のＰＷＭ出力時には、パルス波の信号が出力（言い換えると、オン信号とオフ信号が交互に出力）される。

次に、図８を用いて、割り込みタイミングＴｄでの処理を説明する。第２タイマー１２は、第３目標値と、自身のフリーランニングカウンタのカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｄで）、図８に示すフローチャートの処理を実行する。

ステップＳ５０では、第２タイマー１２は、図２，図３に示すように、ツェナー電圧切替信号（低電圧から高電圧への切替えを示す信号）を第２ポート１５から出力する。つまり、第２タイマー１２は、第３目標値と、自身のフリーランニングカウンタで刻々とカウントされるカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｄで）、ツェナー電圧切替信号を第２ポート１５から出力する。なお、ツェナー電圧回路３０は、このツェナー電圧切替信号が入力されると、ツェナー電圧を低電圧から高電圧へ切替える。よって、ツェナー電圧は、最終出力のオフ前に高電圧側に切替る。

ステップＳ５１では、第２タイマー１２は、図２，図３に示すように、機能切替信号（ＰＷＭ機能からＯＣＭ機能への切替えを示す信号）を第１タイマー１１に出力する。つまり、第２タイマー１２は、第３目標値と、自身のフリーランニングカウンタで刻々とカウントされるカウント値とが一致すると（割り込みタイミングＴｄで）、機能切替信号を第１タイマー１１に出力する。言い換えると、第２タイマー１２は、第１タイマー１１の機能がＯＣ機能からＰＷＭ機能に切替わると、機能が切替わってからの経過時間を計測するとともに、経過時間がＰＷＭ駆動時間Ｔ４に一致すると、第１タイマー１１の機能をＰＷＭ機能からＯＣ機能へ切替える。そして、ＥＣＵ１００は、次回の噴射（開弁指示）に備える。

ＥＣＵ１００は、過励磁駆動噴射期間が終了してからの所定期間では、ＰＷＭ制御で定電流駆動することにより電磁弁２００に流す電流を制限するものである。

なお、第１タイマー１１は、図２，図３に示すように、この機能切替信号（ＰＷＭ機能からＯＣＭ機能への切替えを示す信号）が入力されると、自身の機能をＰＷＭ機能からＯＣ機能へ切替える。つまり、第１タイマー１１は、この機能切替信号が入力されると、第１ポート１４から出力していたパルス波の駆動信号の出力を停止する。このように、第１タイマー１１は、保持駆動噴射時間Ｔ３の間、パルス波の駆動信号を第１ポート１４から出力する（ＰＷＭ出力する）。つまり、第１タイマー１１は、ＰＷＭ機能で動作している場合、パルス波の駆動信号を第１ポート１４から出力する。なお、図３に示すように、第１タイマー１１は、タイミングＴｄでＰＷＭ機能からＯＣ機能に切替わった場合でも、成り行きでＰＷＭ出力が行われる。つまり、第１タイマー１１は、パルス波の一周期の途中でＰＷＭ機能からＯＣ機能に切替えても、出力中のパルス波は出力することになる。

このように、第２タイマー１２は、割り込みタイミングＴｂからＰＷＭ駆動時間Ｔ４が経過すると、ツェナー電圧切替信号を第２ポート１５から出力するとともに、機能切替信号を第１タイマー１１に出力する。また、第２タイマー１２は、Ｔ４時間一致割り込みタイミングで、ツェナー電圧切替信号（低電圧から高電圧への切替えを示す信号）を第２ポート１５から出力するとともに、機能切替信号（ＰＷＭ機能からＯＣ機能への切替えを示す信号、ＰＷＭ機能からＯＣ機能への切替えを示す割り込み信号）を第１タイマー１１に出力するとも言い換えることができる。なお、第２タイマー１２は、Ｔ４時間一致割り込みタイミングで第１タイマー１１に出力する機能切替信号を、ツェナー電圧切替信号（低電圧から高電圧への切替えを示す信号）として使用するものであってもよい。

なお、図２，図３に示すように、割り込みタイミングＴｄ後に、出力端子電圧が一瞬だけ高電圧Ｖｚ１になっているのは、開弁している電磁弁２００を高速で閉弁させるためである。

このように、ＥＣＵ１００においては、過励磁駆動用信号を出力する期間（過励磁駆動時間Ｔ１）が、第１タイマー１１によって制御される。このため、過励磁駆動時間Ｔ１の精度は、パルス幅変調駆動期間Ｔ４で出力される保持駆動用信号（パルス波）の周波数に依存しない。言い換えると、過励磁駆動を終了（過励磁駆動用信号の出力を停止）させるタイミングは、保持駆動用信号（パルス波）の周波数に依存しない。

また、第１タイマー１１は、パルス幅変調機能で動作中（つまり、パルス幅変調駆動時間Ｔ４中）、駆動信号としてパルス波の保持駆動用信号を出力する。なお、このパルス幅変調駆動時間Ｔ４は、第２タイマー１２のよって計測されている。つまり、第１タイマー１１は、第２タイマー１２が、パルス幅変調機能に切替わってからの経過時間がパルス幅変調駆動時間Ｔ４に一致するまで計測している間、保持駆動用信号を出力するものである。これによれば、過励磁駆動を終了させるタイミングを高精度に制御するために、保持駆動用信号の周波数を上げる必要がない。よって、パルス幅変調駆動時間Ｔ４において、電磁弁２００の追従性が低下することを抑制できるため、精度良く電磁弁２００を駆動することができる。

また、このように、第１タイマー１１は、過励磁駆動用信号と保持駆動用信号とを出力する。よって、ＥＣＵ１００は、一つのポート（第１ポート１４）で過励磁駆動用信号と保持駆動用信号とを出力することができる。つまり、ＥＣＵ１００は、過励磁駆動用信号と保持駆動用信号の夫々を出力するためのポートを備える必要がない。

なお、本実施形態においては、第２タイマー１２が保持駆動移行時間Ｔ２を計測する例を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。第１タイマー１１が、ＯＣ機能時に、保持駆動移行時間Ｔ２を計測するようにしてもよい。第１タイマー１１が保持駆動移行時間Ｔ２を計測する場合、第１タイマー１１は、開弁指示タイミングからの経過時間が過励磁駆動期間に一致した時点で、この時点からの経過時間を計測するとともに、この経過時間が保持駆動移行時間Ｔ２に一致すると、自身の機能をアウトプットコンペア機能からパルス幅変調機能へ切替える。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

１０マイコン、１１第１タイマー、１２第２タイマー、１３演算部、１４第１ポート、１５第２ポート、２０電磁弁駆動回路、３０、４０出力端子、１００ＥＣＵ、２００電磁弁

Claims

電磁弁（２００）を駆動制御するものであり、前記電磁弁の開弁開始から予め設定された過励磁駆動期間は過励磁駆動するとともに、前記電磁弁の開弁開始から過励磁駆動期間（Ｔ１）が経過した後、予め設定されたパルス幅変調駆動期間（Ｔ４）は保持駆動する電磁弁駆動制御装置であって、
前記電磁弁の駆動を指示する駆動信号を出力するものであり、アウトプットコンペア機能とパルス幅変調機能とを有するとともに、前記アウトプットコンペア機能と前記パルス幅変調機能とを切替え可能な第１タイマー（１１）と、
前記第１タイマーの機能を切替え可能な第２タイマー（１２）と、を備え、
前記第２タイマーは、前記第１タイマーの機能が前記アウトプットコンペア機能から前記パルス幅変調機能に切替わると、機能が切替わってからの経過時間を計測するとともに、該経過時間がパルス幅変調駆動期間に一致すると、前記第１タイマーの機能を前記パルス幅変調機能から前記アウトプットコンペア機能へ切替え、
前記第１タイマーは、前記アウトプットコンペア機能で動作中である場合、前記電磁弁の開弁開始タイミングになると、駆動信号として所定レベルの過励磁駆動用信号を出力開始するとともに、開弁指示タイミングからの経過時間を計測し、該経過時間が励磁駆動期間と一致するまで過励磁駆動用信号を出力し、前記パルス幅変調機能で動作中である場合、前記アウトプットコンペア機能から前記パルス幅変調機能へ切替わってから、前記第２タイマーによって前記パルス幅変調機能から前記アウトプットコンペア機能へ切替えられるまでの間は、駆動信号としてパルス波の保持駆動用信号を出力することを特徴とする電磁弁駆動制御装置。
過励磁駆動の終了から、予め設定された保持駆動移行期間（Ｔ２）を経て保持駆動するものであり、
前記第１タイマー又は前記第２タイマーは、開弁指示タイミングからの経過時間が過励磁駆動期間に一致した時点で、該時点からの経過時間を計測するとともに、該経過時間が保持駆動移行期間に一致すると、前記第１タイマーの機能を前記アウトプットコンペア機能から前記パルス幅変調機能へ切替えることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁駆動制御装置。
前記電磁弁の電気的特性と、電源電圧と、前記電磁弁の温度とから保持駆動移行期間を演算する第１演算部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁駆動制御装置。
パルス幅変調駆動期間を演算する第２演算部を備え、
前記第２演算部は、予め設定された全開弁期間（Ｔ０）から過励磁駆動期間と保持駆動移行期間とを減算した保持駆動期間（Ｔ３）と、保持駆動用信号の周期及びデューティとから、前記第１タイマーの機能が前記アウトプットコンペア機能から前記パルス幅変調機能へ切替わってから、保持駆動用信号における最後のオンタイミングの直後までの期間をパルス幅変調駆動期間として演算することを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁弁駆動制御装置。
過励磁駆動時及び保持駆動時の夫々において、前記電磁弁に対して電圧を印加するためのツェナー電圧を高電圧から低電圧、低電圧から高電圧に切替可能なツェナー電圧回路（３０）を備え、
前記第２タイマーは、前記ツェナー電圧回路のツェナー電圧を切替え可能であり、前記第１タイマーの機能を切替える際に、前記第１タイマーに対して機能の切替えを指示する機能切替信号を出力するとともに、前記前記ツェナー電圧回路に対して、ツェナー電圧の切替えを指示する電圧切替信号として機能切替信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁弁駆動制御装置。