JP6518185B2

JP6518185B2 - 電磁弁制御装置、車両用電子制御装置、及び車両

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Publication number: JP6518185B2
Application number: JP2015241872A
Authority: JP
Inventors: 弘智氏家; 淳史倉内
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: JP2017106591A

Description

本発明は、内燃機関において気筒への燃料噴射を制御する電磁弁の動作を制御する電磁弁制御装置、車両用電子制御装置、及び車両に関し、特に、電磁弁の閉弁時の動作を詳細に制御することのできる電磁弁制御装置、並びに当該装置を搭載した車両用電子制御装置及び車両に関する。

従来、電磁式燃料噴射弁（以下、単に燃料噴射弁という）の閉弁時の挙動を制御する技術として、開弁用コイルと、開弁保持用コイルと、閉弁用コイルと、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、により燃料噴射弁を構成し、閉弁時には、閉弁用コイルに通電して上記開弁保持用コイルに発生した磁束を素早く打ち消すことにより閉弁の際の遅れ時間を解消又は短縮する電磁式燃料噴射装置が知られている（特許文献１）。

しかしながら、上述した従来の燃料噴射装置は、単に閉弁時間の短縮化を図るものであり、閉弁時における弁体の動きを細かく制御することを意図するものではない。

一方で、特にディーゼルエンジンでは、内燃機関出力に対する燃料消費効率の観点から、燃料噴射弁の閉弁時における挙動を細かく制御できることが望ましい。

特開２０００−２６５９２０号公報

上記背景より、機関出力に対する筒内燃焼の効率を更に向上すべく、燃料噴射弁の閉弁時の挙動を細かく制御して燃料噴射量の制御性を向上することが望まれている。

本発明の一の態様は、弁体に対し同一方向に電磁力を発生する２つのコイルを備えた電磁弁を制御する電磁弁制御装置であって、前記２つのコイルのうちの一方のコイルへの通電を制御する第１の通電制御回路と、前記２つのコイルのうちの他方のコイルへの通電を制御する第２の通電制御回路と、を備え、前記第１及び第２の通電制御回路は、前記一方及び前記他方のコイルのそれぞれに通電して前記電磁弁を開弁し、前記電磁弁を閉弁する際には、前記第１の通電制御回路が前記一方のコイルへの通電を遮断し、前記第２の通電制御回路が前記他方のコイルへ通電する電流を制御することにより、所望の時間変化態様で前記電磁弁に閉弁動作を行わせる、電磁弁制御装置である。
本発明の他の態様によると、前記第２の通電制御回路は、前記一方のコイルよりも小さな定格アンペアターン値を有する前記他方のコイルへの通電を制御するものである。
本発明の他の態様によると、前記第２の通電制御回路は、前記電磁弁を閉弁する際に、前記他方のコイルに印加する電圧パルスのデューティ比を制御して、当該他方のコイルへ通電する平均電流を制御することにより、前記電磁弁に所望の時間変化態様で閉弁動作を行わせる。
本発明の他の態様によると、前記電磁弁は、内燃機関において気筒への燃料噴射を制御する電磁式燃料噴射弁である。
本発明の他の態様は、上述したいずれかの電磁弁制御装置を備える車両用電子制御装置である。
本発明の他の態様は、上述したいずれかの電磁弁制御装置を備える車両である。

本発明の一実施形態に係る電磁弁制御装置の構成の一例を示す回路図である。図１に示す電磁弁制御装置により制御される電磁弁である電磁式燃料噴射弁の構成の一例を示す図である。図１に示す電磁弁制御装置の動作を示すタイミング図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る電磁弁制御装置は、車両に搭載され、当該車両の内燃機関の気筒への燃料噴射を制御する電磁弁である電磁式燃料噴射弁の動作を制御する。ただし、本発明はこれに限らず、広く一般の電磁弁（又は、ソレノイド弁、ソレノイドバルブ）の動作を制御する電磁弁制御装置に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁弁制御装置の構成を示す図である。
本電磁弁制御装置１０は、２つのコイルＬ１５２、Ｌ１５４を備える電磁弁である電磁式燃料噴射弁１５０（以下、噴射弁１５０という）の動作を制御して内燃機関の気筒（不図示）への燃料噴射を制御する。

図２は、噴射弁１５０の構成の一例を示す断面図である。噴射弁１５０は、略円筒状の筐体２００と、筐体２００の図示上部に配されたキャップ２０２と、を有する。キャップ２０２には燃料供給開口２０４が設けられており、筐体２００の図示下端には燃料噴射開口２０６が設けられている。また、筐体２００には、当該筐体２００の軸方向（長さ方向）に沿ってキャビティ２０８が設けられており、キャビティ２０８内部には、弁体２１０が、当該キャビティ２０８内を図示上下方向に沿って移動可能に配されている。

噴射弁１５０は、また、筐体２００の外周に配された２つのコイルＬ１５２、Ｌ１５４と、コイルＬ１５２、Ｌ１５４を覆うカバー２１６と、弁体２１０を燃料噴射開口２０６に向かって付勢するスプリング２１８と、を有する。

弁体２１０は、磁性材料（例えば、鉄を主成分とする金属）で構成されており、コイルＬ１５２及び又はＬ１５４への通電により電磁力が付勢されて図示上方向に移動する。これにより、燃料噴射開口２０６は開放され、燃料噴射開口２０６から供給された高圧の燃料気体が、筐体２００のキャビティ２０８を下方へ流れて燃料噴射開口２０６から気筒（不図示）内部へ噴射される。

燃料噴射開口２０６から噴射される単位時間当たりの燃料量は、燃料噴射開口２０６と弁体２１０との間に生ずる間隙によって制限され、コイルＬ１５２及び又はＬ１５４への通電電流を増加（従って、電磁力を増加）させることによりスプリング２１８の力に対抗して当該間隙を大きくすることで燃料噴射量が増加する。

コイルＬ１５２、Ｌ１５４への通電を停止すると、弁体２１０は、スプリング２１８により図示下方へ移動し、燃料噴射開口２０６を閉塞する。これにより、燃料噴射開口２０６からの燃料噴射は停止する。

特に、２つのコイルＬ１５２、コイルＬ１５４は、定格アンペアターン（ＡＴ、ampere-turn）値が互いに異なるように構成されている。このような定格アンペアターン値の違いは、２つのコイルＬ１５２、コイルＬ１５４を、例えば巻線数及び又は巻線径が互いに異なるように作製することで実現することができる。例えば本実施形態では、コイルＬ１５２及びＬ１５４には同じ線径の線材が巻き線として使用され、コイルＬ１５４はコイルＬ１５２よりも少ない巻線数で作製されている。これにより、コイルＬ１５４は、コイルＬ１５２よりも定格アンペアターン値が小さくなっている。また、コイルＬ１５２及びＬ１５４は、共に、弁体２１０に対し図示上方に向かう（すなわち、燃料噴射開口２０６から離れる方向へ向かう）電磁力を与えるように動作する。

図１に戻り、電磁弁制御装置１０は、コイルＬ１０２、トランジスタＴｒ１０４、ダイオードＤ１０６、及び出力コンデンサＣ１０８を有する昇圧回路１００と、昇圧回路１００のトランジスタＴｒ１０４をオンオフ制御する昇圧制御回路１４０と、を備える。

昇圧回路１００は、バッテリ（不図示）からの給電を受け、昇圧制御回路１４０によりトランジスタＴｒ１０４がオンオフ制御されることにより、当該給電の電圧（給電電圧）V_BAT（例えば、１２Ｖ）よりも大きな所定の昇圧電圧（例えば、４０Ｖ）まで出力コンデンサＣ１０８を充電し、当該昇圧電圧を出力する。

電磁弁制御装置１０は、また、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０８から出力される昇圧電圧の、噴射弁１５０を構成するコイルＬ１５２の一の端子（図示上側の端子）への通電をオンオフするトランジスタＴｒ１１０と、バッテリからの給電を受けて給電電圧V_BATをコイルＬ１５２の上記一の端子に通電してコイルＬ１５２を駆動するトランジスタＴｒ１１２と、を有している。

一方、コイルＬ１５４の一の端子（図示上側の端子）には、バッテリからの給電電圧V_BATの供給ラインが接続されている。なお、本実施形態では、電磁弁制御装置１０内のV_BATの供給ラインが、コイルＬ１５４の一の端子に接続される構成となっているが、これに限らず、電磁弁制御装置１０を介することなく、バッテリからの直接配線等により、Ｌ１５４に駆動用の電圧が供給されるものとしてもよい。

電磁弁制御装置１０は、さらに、コイルＬ１５２及びＬ１５４の他の端子（それぞれ、図示下側の端子）とグランドとの間の接続を制御するトランジスタＴｒ１１４を有している。また、図１に示す電磁弁制御装置１０には、更に、コイルＬ１５２、Ｌ１５４への通電が遮断されたときに当該コイルＬ１５２、Ｌ１５４に発生する逆起電力を昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０８に回生するためのダイオードＤ１１６と、トランジスタＴｒ１１２のオンオフ動作に伴ってバッテリ供給電圧Ｖ_ＢＡＴが変動するのを防止するためのノイズ除去用のコンデンサＣ１１８、Ｔｒ１１０をオンにして出力コンデンサＣ１０８からコイルＬ１５２へ通電した昇圧電圧がＴｒ１１２に印加されないようにするためのダイオードＤ１２０が含まれている。

ここで、制御回路１４２とトランジスタＴｒ１１０、Ｔｒ１１２は、噴射弁１５０の２つのコイルＬ１５２、Ｌ１５４のうち一方のコイルＬ１５２への通電を制御する第１の通電制御回路に対応し、制御回路１４２とトランジスタＴｒ１１４は、噴射弁１５０の２つのコイルＬ１５２、Ｌ１５４のうち他方のコイルＬ１５４への通電を制御する第２の通電制御回路に対応する。

なお、本実施形態では、コイルＬ１５２とＬ１５４の上記他の端子（即ち、それぞれ図示下側の端子）とグランドとの間が共にトランジスタＴｒ１１４を介して接続されているが、これに限らず、コイルＬ１５４の他の端子とグランドとの間のみがトランジスタＴｒ１１４を介して接続され、コイルＬ１５２の他の端子とグランドとの間が制御回路１４２により制御される他の追加のトランジスタ（不図示）により接続されるものとしてもよい。

本実施形態では、Ｔｒ１１２は、例えばＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、Ｔｒ１０４、１１０、１１４は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、昇圧制御回路１４０及び制御回路１４２は、それぞれの制御対象である各トランジスタのゲートへの印加電圧を制御している。ここで、制御回路１４２からＴｒ１１０、１１２、１１４のゲートに印加される電圧を、それぞれＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３とする。なお、トランジスタＴｒ１０４、Ｔｒ１１０、Ｔｒ１１２、Ｔｒ１１４は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラ等の他のタイプのトランジスタを用いることもできる。

上記の構成を有する電磁弁制御装置１０は、制御回路１４２がトランジスタＴｒ１１０、及びＴｒ１１４をオンすることにより、コイルＬ１５２に出力コンデンサＣ１０８からの昇圧電圧を印加すると共にコイルＬ１５４にV_BATを印加することにより、噴射弁１５０を素早く開弁した後、Ｔｒ１１０をオフにしてＴｒ１１２をオン／オフ制御することで開弁状態を保持する。そして、所定の開弁期間（すなわち、燃料噴射期間）が経過して噴射弁１５０を閉弁する際には、制御回路１４２は、トランジスタＴｒ１１２をオフしてコイルＬ１５２への通電を停止すると共に、コイルＬ１５２よりも定格アンペアターン値の小さいコイルＬ１５４への通電電流の平均値が所望の態様で低下するようにＴｒ１１４をオンオフ制御する（例えば、Ｔｒ１１４のオンオフによるコイルＬ１５４へのパルス通電のデューティ比を、時間経過と共に所望の態様で低下させる）。

これにより、本電磁弁制御装置１０は、噴射弁１５０の開弁の際には、当該噴射弁１５０が備える定格アンペアターン値の異なる２つのコイルのうちの、当該定格アンペアターン値が大きい方（従って、発生起磁力の大きい方）のコイルＬ１５２に通電することで素早く開弁を行うことができる一方、噴射弁１５０の閉弁の際には、当該噴射弁１５０が備える定格アンペアターン値の小さい方（従って、発生起磁力の小さい方）のコイルＬ１５４への平均通電電流を制御して、閉弁時の弁体２１０の動きを細かく制御することができ、閉弁時の燃料噴射量を所望の態様で減少させていくことができる。

次に、電磁弁制御装置１０の動作について説明する。図３は、電磁弁制御装置１０の動作を示すタイミング図である。図３には、図示上より、Ｔｒ１１０のゲート電圧ＶＧ１（図３の（ａ））、Ｔｒ１１２のゲート電圧ＶＧ２（図３の（ｂ））、Ｔｒ１１４のゲート電圧ＶＧ３（図３の（ｃ））、及び噴射弁１５０の弁開度（あるいは、燃料噴射流量）（図３の（ｄ））、の時間変化がそれぞれ示されている。

なお、図３においては、図示左から右に向かって時間が流れているのとする。また、以下では、Ｔｒ１１０、１１２、１１４の各トランジスタについて、当該トランジスタがオン状態となるゲート電圧をＯＮ電圧、オフ状態となるゲート電圧をＯＦＦ電圧と称する。ここで、Ｔｒ１１２はＰチャネルＦＥＴであるため、ＯＮ電圧はＯＦＦ電圧より低電圧であり、他のトランジスタはＮチャネルＦＥＴであるため、ＯＮ電圧はＯＦＦ電圧より高電圧である。

電磁弁制御装置１０の電源が投入された後、制御回路１４２が初期化された状態（時刻Ｔ１より図示左側）では、ＶＧ１〜３はいずれもＯＦＦ電圧となっている。その後、時刻Ｔ１において動作が開始されると、まず、ＶＧ１とＶＧ３がＯＮ電圧に設定され、Ｔｒ１１０とＴｒ１１４がオン状態となる（図３の（ａ）（ｃ））。これにより、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０８の出力電圧（昇圧電圧）が噴射弁１５０のコイルＬ１５２に印加されると共にコイルＬ１５４にバッテリ電圧V_BATが印加される。

その後、コイルＬ１５２及びＬ１５４の通電電流の増加と共に弁体２１０に生ずる起磁力が増加してスプリング２１８の付勢力と同等の値に達するまでの時間が経過した時刻Ｔ２に、噴射弁１５０の弁開度は一気に増加して素早く開弁され、時刻Ｔ３に全開状態に達する（図３の（ｄ））。

噴射弁１５０の弁開度が全開に達した時刻Ｔ３から所定の余裕時間の経過後の時刻Ｔ４に、ＶＧ１がＯＦＦ電圧に設定されてＴｒ１１０がオフ状態になると共に、ＶＧ２によるＴｒ１１２のオンオフ制御が開始される（図３の（ａ）（ｂ））。これにより、噴射弁１５０の開弁状態が保持される（図３の（ｄ））。

時刻Ｔ１における開弁動作の開始から所定の開弁期間が経過した時刻Ｔ５において、制御回路１４２は、ＶＧ２をＯＦＦ電圧に設定してＴｒ１１２をオフ状態にしてコイルＬ１５２への電圧印加を停止する一方、ＶＧ３によるコイルＬ１５４へのＰＷＭ（パルス幅変調）制御を開始する。このＰＷＭ制御では、制御回路１４２は、コイルＬ１５４に印加する電圧パルスのデューティ比の変化を制御することにより、噴射弁１５０の弁体２１０の閉弁動作（図２における図示下方への弁体２１０の動き）を制御して、所望の態様で（例えば、燃料噴射量についての所望の時間変化曲線に沿って）閉弁時の燃料噴射量の時間変化を制御する。

すなわち、時刻Ｔ５からＴ６までの期間におけるＴｒ１１４のゲート電圧ＶＧ３のパルス電圧のデューティ比を時間に対し線形、非線形、又は任意の態様で変化させることにより、閉弁時の燃料噴射量の時間変化を、例えば図３に示すように線形に減少させることができるほか（図３の（ｄ））、非線形その他任意の曲線に沿って減少させることができる。

１０・・・電磁弁制御装置、１００・・・昇圧回路、Ｌ１０２、Ｌ１５２、Ｌ１５４・・・コイル、Ｔｒ１０４、Ｔｒ１１０、Ｔｒ１１２、Ｔｒ１１４・・・トランジスタ、Ｄ１０６、Ｄ１１６、Ｄ１２０・・・ダイオード、Ｃ１０８、Ｃ１１８・・・コンデンサ、１４０・・・昇圧制御回路、１４２・・・制御回路、１５０・・・噴射弁、２００・・・筐体、２０２・・・キャップ、２０４・・・燃料供給開口、２０６・・・燃料噴射開口、２０８・・・キャビティ、２１０・・・弁体、２１６・・・カバー、２１８・・・スプリング。

Claims

弁体に対し同一方向に電磁力を発生する２つのコイルを備えた電磁弁を制御する電磁弁制御装置であって、
前記２つのコイルのうちの一方のコイルへの通電を制御する第１の通電制御回路と、
前記２つのコイルのうちの他方のコイルへの通電を制御する第２の通電制御回路と、
を備え、
前記第１及び第２の通電制御回路は、
前記一方及び前記他方のコイルのそれぞれに通電して前記電磁弁を開弁し、
前記電磁弁を閉弁する際には、前記第１の通電制御回路が前記一方のコイルへの通電を遮断し、前記第２の通電制御回路が前記他方のコイルへ通電する電流を制御することにより、所望の時間変化態様で前記電磁弁に閉弁動作を行わせる、
電磁弁制御装置。
前記第２の通電制御回路は、前記一方のコイルよりも小さな定格アンペアターン値を有する前記他方のコイルへの通電を制御するものである、
請求項１に記載の電磁弁制御装置。
前記第２の通電制御回路は、前記電磁弁を閉弁する際に、前記他方のコイルに印加する電圧パルスのデューティ比を制御して、当該他方のコイルへ通電する平均電流を制御することにより、前記電磁弁に所望の時間変化態様で閉弁動作を行わせる、
請求項１又は２に記載の電磁弁制御装置。
前記電磁弁は、内燃機関において気筒への燃料噴射を制御する電磁式燃料噴射弁である、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電磁弁制御装置。
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電磁弁制御装置を備える車両用電子制御装置。
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電磁弁制御装置を備える車両。