JP6504906B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に関し、特に燃料噴射弁を駆動するためにバッテリの出力電圧を昇圧する昇圧回路を備える燃料噴射装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁及びバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路を備える燃料噴射装置が示されている。昇圧回路は、コイル、スイッチング素子、ダイオード、及びコンデンサによって構成され、スイッチング素子をオンオフすることによってコンデンサの両端の電圧が上昇して、昇圧電圧が出力される。

特開２０１４−９６２７号公報

内燃機関の作動時においては、昇圧回路のコンデンサには例えば４０Ｖ程度の電圧が印加され、電荷が蓄積される。このコンデンサに蓄積された電荷は、イグニッションスイッチがオフされてもすぐに放電されず、電荷が完全に放電されるまでに数１０分を要する。したがって、例えばイグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うことが必要である場合には、作業員が感電するおそれがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、昇圧回路のコンデンサに蓄積された電荷をイグニッションスイッチがオフされたとき適切に放電させ、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行う場合に作業員の安全性を向上させることができる燃料噴射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請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（２）と、該燃料噴射弁の作動を制御する制御演算ユニット（１１）と、バッテリ（６）と、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧（ＶＢ）を昇圧して昇圧電圧（ＶＵ）を出力する昇圧回路（１０）とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、前記昇圧回路（１０）の出力側に接続された放電回路（１４，１１）であって、前記制御演算ユニット（１１）の電源電圧の供給をオンオフするためのイグニッションスイッチがオフされたときに、前記昇圧回路（１０）に残留する電荷を放電させる放電回路を備え、前記放電回路は、前記昇圧電圧（ＶＵ）を降圧して降圧電圧（ＶＤ）を出力する降圧回路（１４）及び前記制御演算ユニット（１１）を含む回路によって構成され、前記降圧電圧（ＶＤ）が前記制御演算ユニット（１１）の電源入力端子（ＶＳＩＮ）に供給され、前記制御演算ユニット（１１）は、前記機関の低温始動時に前記降圧回路（１４）を作動させることを特徴とする。

この構成によれば、イグニッションスイッチがオフされたときに、昇圧回路に残留する電荷が放電回路によって放電されるので、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行う場合に作業員の安全性を向上させることができる。また、昇圧回路から出力される昇圧電圧を降圧して降圧電圧を出力する降圧回路及び制御演算ユニットを含む回路によって、昇圧回路に残留する電荷が放電されるので、昇圧回路に残留する電荷を有効に活用しつつ放電を行うことができる。さらに機関の低温始動時に降圧回路を作動させ、降圧電圧が制御演算ユニットの電源電圧として使用される。低温始動時においては、スタータモータの負荷が大きくなる傾向があり、スタータモータへの突入電流が大きくなってバッテリ電圧が一時的に低下するおそれがある。したがって、降圧回路を作動させて降圧電圧を制御演算ユニットの電源入力端子に供給することにより、電源電圧の低下によって制御演算ユニットの制御動作が不安定化することあるいは制御演算ユニットのリセットが行われることを防止できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御演算ユニット（１１）は、前記機関を一時的に停止させるアイドリングストップが行われている状態から前記機関を再始動する際に前記降圧回路（１４）を作動させることを特徴とする。

この構成によれば、アイドリングストップが行われている状態から機関を再始動する際に降圧回路から出力される降圧電圧が、制御演算ユニットの電源電圧として使用される。機関の始動時はバッテリからスタータモータへの突入電流が流れてバッテリ電圧が一時的に低下するおそれがあるため、降圧回路を作動させて降圧電圧を制御演算ユニットの電源入力端子に供給することにより、電源電圧の低下によって制御演算ユニットの制御動作が不安定化することあるいは制御演算ユニットのリセットが行われることを防止できる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃料噴射装置を示す図である。 図１に示す電子制御ユニットに含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図である。 燃料噴射制御のフローチャートである。 通常制御中に実行される降圧回路作動制御のフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその燃料噴射装置を示しており、４気筒のエンジン１は各気筒に対応して４つの燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射する。

スタータモータ４がエンジン１のクランク軸３を駆動可能に設けられており、スタータモータ４はスイッチ回路７を介してバッテリ６に接続されている。バッテリ６からスタータモータ４へ駆動電力が供給される。スイッチ回路７は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に接続されており、ＥＣＵ５によってオンオフ制御が行われる。すなわち、ＥＣＵ５は、エンジン１の始動時にスイッチ回路７をオンしてスタータモータ４を作動させ、エンジン１が自立運転を開始するとスイッチ回路７をオフしてスタータモータ４を停止させる。

４つの燃料噴射弁２はそれぞれＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によって、その作動が制御される。ＥＣＵ５には、バッテリ６が接続されており、バッテリ６からＥＣＵ５が動作するための電力及び燃料噴射弁２を駆動するための電力が供給される。

図２はＥＣＵ５に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図であり、１つの気筒の燃料噴射弁２を駆動するソレノイドＬ１に駆動電流を供給する回路構成が示されている。他の気筒の燃料噴射弁を駆動する回路も同様に構成されている。

図２に示す燃料噴射弁駆動部は、ソレノイドＬ１の一端に供給する電源電圧を切り換えるためのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）Ｑ１，Ｑ２と、ソレノイドＬ１の他端とアースとの接続／非接続を切り換えるためのスイッチング素子としてのＦＥＴＱ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、抵抗Ｒ１と、昇圧回路１０と、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１１と、リレー１２と、電源回路１３と、降圧回路１４と、トランジスタＱ４と、抵抗分割回路１５，１６と、三端子レギュレータ１７とを備えており、ＣＰＵ１１からＦＥＴＱ１〜Ｑ３、トランジスタＱ４、昇圧回路１０、電源回路１３、及び降圧回路１４に制御信号が供給される。

昇圧回路１０は、バッテリ６の出力電圧ＶＢ（例えば１２Ｖ）を昇圧して昇圧電圧ＶＵ（例えば４０Ｖ）を出力する回路であり、コイルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路（以下「ＬＤ直列回路」という）、コンデンサＣ１１、及びＦＥＴＱ１１を備えている。より具体的には、ＬＤ直列回路の一端がバッテリ６に接続され、ＬＤ直列回路の他端がコンデンサＣ１１の一端に接続され、コンデンサＣ１１の他端が接地され、コイルＬ１１とダイオードＤ１１との接続点とアースとの間にＦＥＴＱ１１が接続され、コンデンサＣ１１の一端から昇圧電圧ＶＵを出力するように構成されている。

昇圧回路１０の出力は抵抗分割回路１５を介してＣＰＵ１１に接続されており、ＣＰＵ１１は昇圧電圧ＶＵに応じたオンオフ切換信号ＳＳＷ１をＦＥＴＱ１１のゲートに供給する。ＣＰＵ１１は、昇圧電圧ＶＵが設定電圧ＶＵＸ（例えば４０Ｖ）と一致するようにオンオフ切換信号ＳＳＷ１のデューティ比ＤＴＹ１を制御する。

電源回路１３は、スイッチングレギュレータによって構成され、バッテリ出力電圧ＶＢを安定化して安定化電圧ＶＳＴＢ（例えば６．５Ｖ）を出力する。
降圧回路１４は、昇圧電圧ＶＵを降圧して、安定化電圧ＶＳＴＢと等しい降圧電圧ＶＤを出力する回路であり、コンデンサＣ１２、コイルＬ１２、ダイオードＤ１２、及びＦＥＴＱ１２を備えている。降圧回路１４の出力は抵抗分割回路１６を介してＣＰＵ１１に接続されており、ＣＰＵ１１は降圧電圧ＶＤに応じたオンオフ切換信号ＳＳＷ２をＦＥＴＱ１２のゲートに供給する。ＣＰＵ１１は、降圧電圧ＶＤが設定電圧ＶＤＸ（例えば６．５Ｖ）と一致するようにオンオフ切換信号ＳＳＷ２のデューティ比ＤＴＹ２を制御する。

降圧回路１４は常時作動するものではなく、イグニッションスイッチ（図示せず）がオフされた直後、エンジン１の低温始動時、及びアイドリングストップ終了直後におけるエンジン１の再始動時において作動するようにＣＰＵ１１によって制御される。降圧回路１４のＦＥＴＱ１２をオフ状態に保持することにより、降圧回路１４は非作動状態となる。

リレー１２は、バッテリ６と電源回路１３と間に設けられており、オンされるとバッテリ電圧ＶＢが電源回路１３に供給される。トランジスタＱ４は、リレー１２の駆動コイルに接続されており、トランジスタＱ４がオンすると駆動コイルに電流が供給されてリレー１２がオンする。トランジスタＱ４のベース及び電源回路１３には、ＣＰＵ１１から電源切換信号ＳＳＷＭが供給される。

電源回路１３の出力は、接続点Ｐ１において降圧回路１４の出力と接続されており、接続点Ｐ１と、ＣＰＵ１１の電源入力端子ＶＳＩＮとの間に三端子レギュレータ１７が配置されている。三端子レギュレータ１７は、安定化電圧ＶＳＴＢをＣＰＵ電源電圧ＶＳ（例えば５Ｖ）に低下させて出力する。ＣＰＵ電源電圧ＶＳは、ＥＣＵ５に含まれる他の回路（他のＣＰＵやトランジスタなど）にも供給される。

バッテリ電圧ＶＢは、ＦＥＴＱ２及びダイオードＤ１を介してソレノイドＬ１の一端に供給され、昇圧電圧ＶＵは、ＦＥＴＱ１を介してソレノイドＬ１の一端に供給される。ソレノイドＬ１の他端は、ＦＥＴＱ３及び抵抗Ｒ１を介してアースに接続され、ダイオードＤ３は、ソレノイドＬ１の他端と、昇圧回路１０の出力との間に配置されている。

ＣＰＵ１１には、ＩＧ切換電圧ＶＩＧ１が供給される。ＩＧ切換電圧ＶＩＧ１は、イグニッションスイッチのオンされるとバッテリ電圧ＶＢと等しくなり、イグニッションスイッチがオフされると「０」となる。

ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のゲートは、ＣＰＵ１１に接続されており、各ＦＥＴのゲートにはそれぞれ昇圧電圧制御信号ＳＶＵ、バッテリ電圧制御信号ＳＶＢ、及びロー側制御信号ＳＤＬが供給される。ＣＰＵ１１は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のオンオフ制御を行うことにより、ソレノイドＬ１に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁２を開閉する。燃料噴射弁２による燃料噴射時期及び燃料噴射時間を指令する信号は、図示しない他のＣＰＵから供給される。

図３は、本実施形態における燃料噴射制御のフローチャートであり、この処理はＣＰＵ１１で実行される。図３は、特にイグニッションスイッチがオフされたときの処理を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１１では、ＩＧ切換電圧ＶＩＧ１がオフ判定閾値ＶＩＧＴＨ（例えば２Ｖ）以下であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であってイグニッションスイッチがオンされているときは通常制御（燃料噴射弁２による燃料噴射制御）を実行する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１３に進み、降圧回路１４を起動する（既に起動されているとき（ステップＳ１８からステップＳ１１へ戻った場合）は作動状態を継続する）。なお、イグニッションスイッチがオフされたときは、昇圧回路１０のＦＥＴＱ１１はオフ状態に維持される。

降圧回路１４を作動させることによって、電源回路１３から安定化電圧ＶＳＴＢが出力されなくなっても、降圧回路１４から安定化電圧ＶＳＴＢと等しい降圧電圧ＶＤが出力され、ＣＰＵ１１は動作を継続することができるとともに、ＣＰＵ１１によって昇圧回路１０のコンデンサＣ１１に残留する電荷を放電（消費）することができる。

ステップＳ１４では、電源切換信号ＳＳＷＭを低レベルとして、リレー１２及び電源回路１３をオフし、ステップＳ１５では、昇圧電圧ＶＵが安定化電圧ＶＳＴＢ以下であるか否かを判別する。昇圧回路１０の出力電圧である昇圧電圧ＶＵは徐々に低下するため、通常はイグニッションスイッチがオフされた直後はステップＳ１５の答が否定（ＮＯ）となり、ステップＳ１７に進む。

一方、何らかの原因（例えばイグニッションスイッチオフ時の昇圧電圧ＶＵが低い場合、コンデンサＣ１１の充電電荷量が小さい場合、故障が発生した場合など）で、ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１６に進んで電源切換信号ＳＳＷＭを高レベルとして、リレー１２及び電源回路１３をオンする。このとき、電源回路１３を一度オフしたのちに再度オンしたことを示す電源オンフラグＦＰＳＯＮを「１」に設定する。

ステップＳ１７では、セルフシャットダウン処理終了フラグＦＳＳＤＥが「１」であるか否かを判別する。セルフシャットダウン処理終了フラグＦＳＳＤＥは、ステップＳ１８で実行されるセルフシャットダウン処理においてその処理が終了したときに「１」に設定される。したがって、最初はステップＳ１７の答が否定（ＮＯ）となり、ステップＳ１８に進んでセルフシャットダウン処理を実行する。セルフシャットダウン処理では、実行中の処理を予め定められた順序で終了させ、セルフシャットダウン処理以外の全ての処理を終了させた時点でセルフシャットダウン処理終了フラグＦＳＳＤＥが「１」に設定される。セルフシャットダウン処理終了フラグＦＳＳＤＥが「１」に設定されると、ステップＳ１７の答が肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ１９に進んで電源オンフラグＦＰＳＯＮが「１」であるか否かを判別する。

ステップＳ１９の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ステップＳ１９の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、電源切換信号ＳＳＷＭを低レベルとして、リレー１２及び電源回路１３をオフして（ステップＳ２０）、処理を終了する。

図４は、図３の通常制御中に実行される降圧回路作動制御のフローチャートである。なお、本実施形態におけるエンジン１が搭載された車両では、所定条件が成立するとき（例えば車速がほぼ「０」でブレーキペダルが踏み込まれており、バッテリ６の充電量が閾値以上であり、かつエンジン１の暖機が完了しているとき）に、エンジン１を一時的に停止させるアイドリングストップが実行される。

ステップＳ２１では、図示しないエンジン冷却水温センサによって検出されるエンジン１の冷却水温ＴＷが低温判定閾値ＴＷＬ（例えば１０℃）以下であるか否かを判別する。ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは、アイドリングストップ終了直後であるか否かを判別する（ステップＳ２２）。ステップＳ２１またはＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン１の始動中（スタータモータ４の作動中）であるか否かを判別する（ステップＳ２３）。

ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、降圧回路１４を起動し（起動しているときは作動状態を維持し）（ステップＳ２４）、エンジン１の始動が完了するとステップＳ２３からステップＳ２５に進んで、降圧回路１４の作動を停止する。ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、降圧回路１４の作動停止状態を継続する（ステップＳ２５）。

以上のように本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされたときに、昇圧回路１０、より具体的にはコンデンサＣ１１に残留する電荷が放電回路として機能する降圧回路１４及びＣＰＵ１１を含む回路によって急速に放電されるので、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うことが必要である場合に作業員の安全性を向上させることができる。

またイグニッションスイッチがオフされたときに降圧回路１４が起動され、降圧回路１４によって昇圧電圧ＶＵが降圧されて安定化電圧ＶＳＴＢと等しい降圧電圧ＶＤが出力され、降圧電圧ＶＤが三端子レギュレータ１７によって電源電圧ＶＳに変換されてＣＰＵ１１及びＥＣＵ５の他の回路に供給される。ＣＰＵ１１は、その電源電圧ＶＳを使用して、イグニッションスイッチがオフされた後のシャットダウン処理を行うことができるので、昇圧回路１０に残留する電荷を有効に活用しつつ放電を行うことができる。

またアイドリングストップが行われている状態からエンジン１を再始動する際、及びエンジン１の低温始動時に、降圧回路１４が起動されて降圧電圧ＶＤが出力される。エンジン１の始動時はバッテリ６からスタータモータ４へ突入電流が流れてバッテリ電圧ＶＢが低下するおそれがあるため、降圧回路１４を作動させて、降圧電圧ＶＤ（＝ＶＳＴＢ）をＣＰＵ１１の電源電圧として供給することにより、電源回路１３から出力される安定化電圧ＶＳＴＢの一時的な低下によってＣＰＵ１１の制御動作が不安定化することあるいはリセットが行われることを防止できる。

本実施形態では、ＣＰＵ１１が制御演算ユニットに相当し、降圧回路１４及びＣＰＵ１１によって放電回路が構成される。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、アイドリングストップ終了直後のエンジン１の再始動時、及びエンジン１の低温始動時において降圧回路１４を作動させるようにしたが、アイドリングストップ終了直後のエンジン１の再始動時、及びエンジン１の低温始動時の何れか一方のみのタイミングで降圧回路１４を作動させるようにしてもよい。

また上述した実施形態では、安定化電圧ＶＳＴＢ及び降圧電圧ＶＤをＣＰＵ電源電圧ＶＳより高い電圧に設定し、三端子レギュレータ１７によって降圧してＣＰＵ電源電圧ＶＳを得るようにしたが、安定化電圧ＶＳＴＢ及び降圧電圧ＶＤをＣＰＵ電源電圧ＶＳと等しい電圧に設定し、図２の接続点Ｐ１を電源入力端子ＶＳＩＮに直接接続するようにしてもよい。

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
６ バッテリ
１０ 昇圧回路
１１ ＣＰＵ（制御演算ユニット、放電回路）
１３ 電源回路
１４ 降圧回路（放電回路）

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する制御演算ユニットと、バッテリと、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記昇圧回路の出力側に接続された放電回路であって、前記制御演算ユニットの電源電圧の供給をオンオフするためのイグニッションスイッチがオフされたときに、前記昇圧回路に残留する電荷を放電させる放電回路を備え、
   前記放電回路は、前記昇圧電圧を降圧して降圧電圧を出力する降圧回路及び前記制御演算ユニットを含む回路によって構成され、
   前記降圧電圧が前記制御演算ユニットの電源入力端子に供給され、
   前記制御演算ユニットは、前記機関の低温始動時に前記降圧回路を作動させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 前記制御演算ユニットは、前記機関を一時的に停止させるアイドリングストップが行われている状態から前記機関を再始動する際に前記降圧回路を作動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

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