JP6354590B2

JP6354590B2 - 燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP6354590B2
Application number: JP2015000499A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　仁; 仁伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2035-01-05
Also published as: JP2016125425A; DE102015226816A1; DE102015226816B4

Description

本発明は、燃料噴射弁を駆動する燃料噴射制御装置に関する。

燃料噴射弁を駆動する燃料噴射制御装置として、下記特許文献１に記載されているようなものが知られている。下記特許文献１に記載されている燃料噴射制御装置は、通電開始タイミングでコンデンサからコイルへ規定の大電流（いわゆるピーク電流）を流すことによりインジェクタを速やかに開弁させ、開弁後は、コンデンサからの放電を停止させると共に通電期間が経過するまでコイルへ一定電流を供給してインジェクタを開弁状態に保持させている。コンデンサからコイルへの放電は、この両者間に設けられた放電制御用のスイッチング素子をオンすることにより行われる。また、開弁保持用の一定電流の供給は、車両の直流電源とコイルとの間に設けられた定電流制御用のスイッチング素子をオンすることにより行われる。

特願２０１４−６０２６６号公報

ところで、上記従来の燃料噴射制御装置を構成する制御回路では、定電流ＭＯＳは、所定の電流以上になるとオフし、所定の電流未満となるとオンするように構成されている。そのため、エンジン始動時にバッテリ電圧が低下した場合であっても、所定の電流になるまでオン状態を保持するため、バッテリ電源から定電圧電源に供給される電圧が低下する。

バッテリ電源から定電圧電源へ所定の電圧が供給されなくなると、マイコンの誤動作を防ぐため、定電圧電源を構成する電源ＩＣ内の監視機能により、マイコンへリセット信号が出力され、マイコンがリセットされる。バッテリ電源から定電圧電源への電圧供給が復帰するとマイコンも復帰するが、復帰までには時間を要する。そのため、本来噴射したいタイミングで燃料噴射が行われなくなり、エンジン始動性が低下する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイコンのリセットによってもたらされるエンジン始動性の低下を回避することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁を駆動する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁を開弁させるための開弁電流を供給するピーク電流駆動回路（１４，２２）と、前記燃料噴射弁の開弁状態を保持させるための保持電流を供給する定電流駆動回路（１５，２３，２５）と、前記ピーク電流駆動回路及び前記定電流駆動回路に駆動信号を出力する制御部（１２，１３）と、前記制御部に電圧を調整した電力を供給する定電圧電源部（１１）と、前記定電流駆動回路及び前記定電圧電源部に電力を供給するバッテリ電源部（１０）と、を備え、前記定電圧電源部から前記制御部に供給される供給電圧がリセット電圧よりも低くなると、前記制御部がリセットされるように構成されている。前記制御部は、前記バッテリ電源部から前記制御部に至る電力線のいずれかの箇所の電圧を判定用電圧（ＩＮ２）として検知し、前記判定用電圧が前記リセット電圧よりも所定電圧分高い閾値電圧を下回った場合に、前記定電流駆動回路の駆動スイッチ（１５）をオフする駆動信号を出力し、前記バッテリ電源部から前記定電流駆動回路への電力供給を遮断して前記定電圧電源部への電力供給を確保する、ことを特徴とする。

本発明によれば、判定用電圧がリセット電圧よりも所定電圧分高い閾値電圧を下回った場合に、定電流駆動回路の駆動スイッチをオフする駆動信号を出力するので、制御部に供給される供給電圧がリセット電圧まで降下することを抑制できる。

本発明によれば、マイコンのリセットによってもたらされるエンジン始動性の低下を回避することができる燃料噴射制御装置を提供することができる。

本発明の実施形態である燃料噴射制御装置の構成を示す図である。図１に示されるインジェクタ制御ＩＣの論理回路を示す図である。図１に示される燃料噴射制御装置の変形例を示す図である。図１及び図３に示される燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。比較例としての燃料噴射制御装置の構成を示す図である。図５に示される燃料噴射制御装置の動作を説明するための図である。図４及び図５に示されるインジェクタ保持電流を比較して説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本実施形態の燃料噴射制御装置は、車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンもしくはガソリンエンジンの各気筒に燃料を噴射供給する複数個の電磁ソレノイド式のインジェクタ（電磁弁）を駆動するものである。詳しくは、各インジェクタのコイルへの通電開始タイミングおよび通電時間（換言すれば通電終了タイミング）を制御することにより、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するものである。

但し、図１では、複数個のインジェクタのうち、第１気筒に対応する１つのインジェクタに関する部分のみを示している。そして、以下では、その１つのインジェクタの駆動に関して説明し、他の複数の気筒の各インジェクタについては図示および説明を省略する。

インジェクタは、開弁用のアクチュエータとして電磁ソレノイドのコイル１６を備えた周知のものである。インジェクタでは、内蔵されたソレノイドのコイル１６に通電されると、そのソレノイドにより弁体が開弁位置に移動してインジェクタが開弁状態となり、燃料噴射が行われる。そして、コイル１６への通電が停止されると、弁体が閉弁位置に戻って、当該インジェクタが閉弁状態となり、燃料噴射が停止される。

図１に示されるように、本実施形態の燃料噴射制御装置は、バッテリ１０と、電源ＩＣ１１と、マイコン１２と、インジェクタ制御ＩＣ１３と、を備えている。バッテリ１０は、コイル１６に通電するための電力及びマイコン１２を駆動するための電力を供給するバッテリ電源部である。

電源ＩＣ１１は、マイコン１２に定電圧電源を供給する定電圧電源部である。電源ＩＣ１１は、マイコン１２に定電圧を供給できなくなると、マイコン１２をリセットするためのリセット信号を出力する。

マイコン１２は、インジェクタ制御ＩＣ１３へインジェクタ駆動信号を出力する制御部である。マイコン１２は、電源ＩＣ１１からリセット信号が入力されると、リセット動作を行うように構成されている。

インジェクタ制御ＩＣ１３は、マイコン１２から入力されるインジェクタ駆動信号に基づいてコイル１６への通電制御を行う制御部である。インジェクタ制御ＩＣ１３は、いずれもＭＯＳトランジスタで構成される放電用スイッチ１４、定電流スイッチ１５、充電用スイッチ１９、及び気筒選択スイッチ２６へ通電制御を行うことで、各スイッチのオン／オフを切り替えている。

気筒選択スイッチ２６には、コイル１６の他端（コイル１６の通電経路における下流側）に一方の出力端子（ドレイン）が接続されている。気筒選択スイッチ２６の他方の出力端子（ソース）とグランドラインとの間には、電流検出抵抗２７が設けられている。電流検出抵抗２７は、気筒選択スイッチ２６を介してコイル１６に流れる電流（駆動電流）を検出するものであり、電流検出抵抗２７に生じる電圧が、検出電流を示す電流検出信号ＩＮ１としてインジェクタ制御ＩＣ１３へ入力される。

インジェクタ制御ＩＣ１３が制御する駆動回路には更に、ダイオード２１，２３，２４，２５と、コンデンサ１７，２２と、インダクタ１８と、抵抗２０と、が設けられている。充電用スイッチ１９、インダクタ１８、抵抗２０、及びダイオード２１は、コンデンサ２２を規定充電電圧に充電する昇圧回路を形成している。

インダクタ１８は、一端がバッテリ電圧ＶＢの供給される電源に接続され、他端が充電用スイッチ１９の一方の出力端子（ドレイン）に接続されている。充電用スイッチ１９の他方の出力端子（ソース）は抵抗２０を介して接地されている。充電用スイッチ１９のゲート端子はインジェクタ制御ＩＣ１３に接続されており、このインジェクタ制御ＩＣ１３の出力に応じて充電用スイッチ１９がオン／オフされる。

更に、インダクタ１８と充電用スイッチ１９との接続点に、逆流防止用のダイオード２１を介してコンデンサ２２の一端（正極側端子）が接続されている。そして、コンデンサ２２の他端（負極側端子）は接地されている。

この昇圧回路においては、充電用スイッチ１９がオン／オフされると、インダクタ１８と充電用スイッチ１９との接続点に、バッテリ電圧ＶＢよりも高いフライバック電圧（逆起電圧）が発生し、そのフライバック電圧により、ダイオード２１を通じてコンデンサ２２が充電される。これにより、コンデンサ２２がバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に充電される。コンデンサ２２は、インジェクタ制御ＩＣ１３によって、充電電圧が予め設定された規定充電電圧になるように制御される。

放電用スイッチ１４は、コンデンサ２２からコイル１６へ開弁のための大電流を供給するためのものである。放電用スイッチ１４は、コンデンサ２２に充電された電気エネルギーをコイル１６へ放電させるために設けられている。この放電用スイッチ１４がオンされると、コンデンサ２２の正極側端子（高電圧側の端子）がコイル１６の一端側に電気的に接続され、これによりコンデンサ２２からコイル１６への放電が開始される。上述した昇圧回路に加えて、放電用スイッチ１４及びコンデンサ２２は、本発明のピーク電流駆動回路を構成している。

定電流スイッチ１５は、コイル１６へ、開弁後にその開弁状態を保持させるための一定の電流（保持電流）を流すためのものである。気筒選択スイッチ２６がオンされている状態で定電流スイッチ１５がオンされると、コイル１６に、電源ラインから逆流防止用のダイオード２３を介して電流が流れる。尚、ダイオード２５は、コイル１６に対する定電流制御のための帰還ダイオードであり、気筒選択スイッチ２６がオンされている状態で定電流スイッチ１５がオンからオフされた時に、コイル１６に電流を還流させるものである。定電流スイッチ１５、ダイオード２３、及びダイオード２５は、本発明の定電流駆動回路を構成している。

マイコン１２は、図示しないエンジンを動作させるための各種制御を行う。その制御の１つとしてインジェクタ駆動信号の生成・出力がある。マイコン１２は、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン水温、コモンレール内の燃料圧力など、図示しない各種センサにて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、各気筒毎のインジェクタ駆動信号を生成し、インジェクタ制御ＩＣ１３へ出力する。

インジェクタ制御ＩＣ１３は、定電圧電源部である電源ＩＣ１１からマイコン１２に至る電力線の電圧を判定用電圧ＩＮ２として検知するように構成されている。

図２に示されるように、インジェクタ制御ＩＣ１３は、コンパレータ１３１，１３２と、ＯＲ回路１３３と、制御回路１３４とを備えている。コンパレータ１３１は、インジェクタ保持電流の閾値を有しており、電流検出信号ＩＮ１が入力され閾値を下回ると検知信号を出力する。コンパレータ１３２は、低電圧閾値（本発明の閾値電圧を示すもので、マイコン１２のリセット電圧よりも高い電圧を示す閾値）を有しており、判定用電圧ＩＮ２が入力され低電圧閾値を下回ると検知信号を出力する。制御回路１３４は、ＯＲ回路１３３を通して出力される信号に基づいて、定電流スイッチ１５を駆動するための信号を出力する。

尚、判定用電圧ＩＮ２としては、バッテリ１０からマイコン１２に至る電力線のいずれかの箇所の電圧を取ることが出来る。例えば、図３に示されるようにバッテリ１０から電源ＩＣ１１に供給されるバッテリ電源電圧を判定用電圧ＩＮ２とすることも好ましいものである。

本実施形態では、インジェクタ制御ＩＣ１３は、判定用電圧ＩＮ２がリセット電圧よりも所定電圧分高い閾値電圧を下回った場合に、定電流スイッチ１５をオフする駆動信号を出力する。図４に示されるように、クランキングなどの始動時にバッテリ電圧が下がった状態で、定電流スイッチ１５をオンすると、バッテリ電圧は更に下がり定電圧電源の電圧も更に下がる。マイコン１２に供給される電圧がリセット電圧よりも更に高い電圧まで降下したタイミングで定電流スイッチ１５がオフされるので、バッテリ電圧は上昇し定電圧電源の電圧も上昇する。

定電流スイッチ１５がオフされている間も、還流ダイオードであるダイオード２５の作用によりコイル１６には電流が流れる。定電流スイッチ１５がオフされている間にバッテリ電圧は回復し定電圧電源の電圧も回復するので、再度定電流スイッチ１５がオンされ、コイル１６に電流が流れるようになる。

本実施形態では、判定用電圧ＩＮ２が閾値電圧を下回り、定電流スイッチ１５をオフする駆動信号を出力した後、コイル１６に流れる電流を示す電流検出信号ＩＮ１が閾値電流を下回り、且つ判定用電圧ＩＮ２が閾値電圧を下回っている場合には、定電流スイッチ１５のオフ状態を維持することが好ましい。

ここで比較例としての燃料噴射制御装置を図５に示す。図５に示されるように、インジェクタ制御ＩＣ１３Ａは、判定用電圧ＩＮ２を取得しておらず、マイコン１２から出力されるインジェクタ駆動信号のみによって定電流スイッチ１５を制御している。

比較例としての燃料噴射制御装置によれば、図６に示すような挙動を示すことになる。インジェクタ制御ＩＣ１３Ａは、マイコン１２から出力されるインジェクタ駆動信号のみによって定電流スイッチ１５を制御しているので、定電圧電源の電圧がリセット電圧まで下がってしまうことになる。そのためマイコンリセットがかかってしまい、復帰までに時間がかかり、インジェクタからの燃料噴射が途切れてしまうため始動性が悪化する。

図７に示されるように、本実施形態の燃料噴射制御装置では、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで定電流スイッチ１５がオンされ、定電圧電源の電圧は降下する。上述したようにマイコン１２のリセット電圧よりも高く低電圧閾値が設定されているので、時刻ｔ２において定電流スイッチ１５はオフされる。定電流スイッチ１５がオフされても、コイル１６にはダイオード２５の作用により電流が流れるので、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけてはコイル１６に流れる電流は徐々に減りつつも流れ続ける。

定電流スイッチ１５がオフされると、バッテリ電圧が回復するので定電圧電源の電圧も時刻ｔ２から時刻ｔ４にかけて回復する。定電圧電源の電圧が回復すると、定電流スイッチ１５がオンされ、定電圧電源の電圧が再び降下する。時刻ｔ６において、時刻ｔ２と同様に定電流スイッチ１５はオフされ、この動作を続けることになる。

低電圧閾値を用いない場合、図７に破線で示されるように、時刻ｔ１から時刻ｔ４まで定電流スイッチ１５がオンされるので、この間の燃料噴射量は十分に確保することができる。しかしながら、上述したようにマイコン１２のリセットがかかってしまうので、時刻ｔ４以降においては、マイコンがリセットから復帰するまでの間、燃料噴射を行うことができない。

一方、本実施形態では通常時の燃料噴射量には及ばないものの、断続的に定電流スイッチ１５をオンすることができるので、マイコンリセットから復帰するのを待つよりも、狙いの燃料噴射量に近い燃料噴射量を確保することができる。

１０：バッテリ（バッテリ電源部）
１１：電源ＩＣ（定電圧電源部）
１２：マイコン（制御部）
１３，１３Ａ：インジェクタ制御ＩＣ（制御部）
１４：放電用スイッチ（ピーク電流駆動回路）
１５：定電流スイッチ（定電流駆動回路）
２２：コンデンサ（ピーク電流駆動回路）
２３，２５：ダイオード（定電流駆動回路）

Claims

燃料噴射弁を駆動する燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射弁を開弁させるための開弁電流を供給するピーク電流駆動回路（１４，２２）と、
前記燃料噴射弁の開弁状態を保持させるための保持電流を供給する定電流駆動回路（１５，２３，２５）と、
前記ピーク電流駆動回路及び前記定電流駆動回路に駆動信号を出力する制御部（１２，１３，１３Ａ）と、
前記制御部に電圧を調整した電力を供給する定電圧電源部（１１）と、
前記定電流駆動回路及び前記定電圧電源部に電力を供給するバッテリ電源部（１０）と、を備え、
前記定電圧電源部から前記制御部に供給される供給電圧がリセット電圧よりも低くなると、前記制御部がリセットされるように構成されており、
前記制御部は、
前記バッテリ電源部から前記制御部に至る電力線のいずれかの箇所の電圧を判定用電圧（ＩＮ２）として検知し、前記判定用電圧が前記リセット電圧よりも所定電圧分高い閾値電圧を下回った場合に、前記定電流駆動回路の駆動スイッチ（１５）をオフする駆動信号を出力し、前記バッテリ電源部から前記定電流駆動回路への電力供給を遮断して前記定電圧電源部への電力供給を確保する、ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
前記制御部は、
前記判定用電圧が前記閾値電圧を下回り、前記定電流駆動回路の駆動スイッチをオフする駆動信号を出力した後、
前記燃料噴射弁に流れる電流が閾値電流を下回り、且つ前記判定用電圧が前記閾値電圧を下回っている場合には、前記駆動スイッチのオフ状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
前記判定用電圧は、前記定電圧電源部から前記制御部に供給される定電圧電源電圧を検出することで検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
前記判定用電圧は、前記バッテリ電源部から前記定電圧電源部に供給されるバッテリ電源電圧を検出することで検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。