JP6575333B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁のコイルへの通電状態を制御する燃料噴射制御装置に関する。

従来より、コイルへ通電して生じた電磁吸引力により弁体を開弁作動させて、燃料を噴射させる燃料噴射弁が知られている。そして、コイルへの通電状態を制御する制御装置が特許文献１に開示されている。

この制御装置が備える通電経路のうち、コイルの高電圧側に接続された高圧側通電経路、およびコイルの接地側に接続された接地側通電経路の各々には、スイッチング素子が設けられている。そして、これらスイッチング素子の両方をオン作動させると、コイルが通電状態となり、弁体が開弁して燃料が噴射される。

特開２０１４−９５３２５号公報

さて、スイッチング素子は通電により発熱する。この発熱によりスイッチング素子が温度上昇すると、スイッチング素子の電気抵抗が高くなるので、コイルを流れる電流が減少して、電磁吸引力の上昇速度が遅くなる。その結果、通電を開始してから弁体が開弁開始するまでの時間が長くなるので、燃料の噴射開始タイミングが所望のタイミングよりも遅くなる。また、噴射開始タイミングが遅くなることにより開弁時間（噴射時間）が短くなり、噴射量が所望の量より少なくなる。

要するに、スイッチング素子が通電により発熱して温度上昇すると、噴射開始タイミングや噴射量といった噴射特性が変化する。そのため、噴射状態を精度良く制御できなくなる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、スイッチング素子の温度上昇を抑制することで、噴射状態を精度良く制御可能にした燃料噴射制御装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される第１の発明は、燃料噴射弁（１０）のコイル（１４）に通電する通電状態とコイルへの通電を遮断する遮断状態とを切り替える燃料噴射制御装置において、コイルに接続される通電経路（２０Ｌ）に設けられた第１スイッチング素子（ａ１）と、第１スイッチング素子に対して並列に接続された第２スイッチング素子（ａ２）と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の作動を制御する制御手段（２１）と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の少なくとも一方の温度と相関のある物理量を取得する取得手段（Ｓ１０、Ｓ２０）と、を備え、
制御手段は、第１スイッチング素子をオン作動させつつ第２スイッチング素子をオフ作動させることで通電状態にする第１通電状態と、第２スイッチング素子をオン作動させつつ第１スイッチング素子をオフ作動させることで通電状態にする第２通電状態と、に切り替え、さらに、第１通電状態と第２通電状態とに切り替える頻度を、取得手段により取得された物理量に基づき変更することを特徴とする。
開示される第２の発明は、燃料噴射弁（１０）のコイル（１４）に通電する通電状態とコイルへの通電を遮断する遮断状態とを切り替える燃料噴射制御装置において、コイルに接続される通電経路（２０Ｌ）に設けられた第１スイッチング素子（ａ１）と、第１スイッチング素子に対して並列に接続された第２スイッチング素子（ａ２）と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の作動を制御する制御手段（２１）と、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の少なくとも一方の温度と相関のある物理量を取得する取得手段（Ｓ１０、Ｓ２０）と、を備え、
制御手段は、第１スイッチング素子をオン作動させつつ第２スイッチング素子をオフ作動させることで通電状態にする第１通電状態と、第２スイッチング素子をオン作動させつつ第１スイッチング素子をオフ作動させることで通電状態にする第２通電状態と、に切り替え、さらに、第１通電状態による第１スイッチング素子の使用頻度が、第２通電状態による第２スイッチング素子の使用頻度よりも高くなるように制御し、さらに、第２スイッチング素子に比べて耐熱性の高いスイッチング素子が、第１スイッチング素子として用いられるように制御することを特徴とする。

上記第１の発明および第２の発明によれば、並列接続された第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を備え、コイルを通電状態にするにあたり、第１スイッチング素子を用いた第１通電状態と、第２スイッチング素子を用いた第２通電状態とに切り替える。そのため、第１通電状態による通電オンにより第１スイッチング素子が温度上昇しても、その後の第２通電状態による通電オフの期間に、第１スイッチング素子の温度が低下する。第２スイッチング素子についても同様にして、第１通電状態による通電オフの期間に温度が低下する。

したがって、一つのスイッチング素子を、切り替えることなく継続して使用する場合に比べて、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子の温度上昇を抑制できる。よって、電磁吸引力の低下を抑制でき、噴射状態を精度良く制御できるようになる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁制御装置を示す回路図。 図１に示す制御装置にて出力される各種信号の時間変化と、燃料噴射弁のコイルに流れる電流の時間変化を表す図。 第１実施形態において、第１ＭＯＳおよび第２ＭＯＳをマイコンが制御する手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、常温時に通電状態を切り替える一例を示す図。 第１実施形態において、高温時に通電状態を切り替える一例を示す図。 第１実施形態において、常温時かつ多段噴射時に通電状態を切り替える一例を示す図。 第１実施形態において、高温時かつ多段噴射時に通電状態を切り替える一例を示す図。 第１実施形態において、第１ＭＯＳおよび第２ＭＯＳを同時オンさせる一例を示す図。 本発明の第２実施形態において、第１ＭＯＳおよび第２ＭＯＳをマイコンが制御する手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態において、第１ＭＯＳおよび第２ＭＯＳをマイコンが制御する手順を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態において、第１ＭＯＳおよび第２ＭＯＳをマイコンが制御する手順を示すフローチャート。 本発明の第５実施形態に係る燃料噴射弁制御装置を示す回路図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１０は、内燃機関に搭載されており、内燃機関の燃焼室へ直接燃料を噴射するものである。燃料噴射弁１０は、燃料通路を内部に有するとともに、燃料を噴射する噴孔１１ａを有するボデー１１を備える。ボデー１１内には、弁体１２、可動コア（図示せず）および固定コア１３等が収容されている。弁体１２は、ボデー１１の着座面１１ｂに離着座するシート面１２ａを有する。シート面１２ａを着座面１１ｂに着座させるよう弁体１２を閉弁作動させると、噴孔１１ａからの燃料噴射が停止される。シート面１２ａを着座面１１ｂから離座させるよう弁体１２を開弁作動（リフトアップ）させると、噴孔１１ａから燃料が噴射される。

固定コア１３は、鉄心にコイル１４を巻き回して構成され、コイル１４に通電すると固定コア１３は磁気吸引力を生じさせ、この磁気吸引力により可動コアが固定コア１３に引き寄せられてリフトアップする。可動コアに結合された弁体１２は、可動コアとともにリフトアップ（開弁作動）する。一方、コイル１４への通電を停止させると、スプリング（図示せず）の弾性力により、弁体１２は可動コアとともに閉弁作動する。

電子制御装置（ＥＣＵ２０）は、マイクロコンピュータ（マイコン２１）、集積回路（ＩＣ２２）、昇圧回路２３、および各種スイッチング素子等をケース２０ａ内に収容して構成される。マイコン２１は、中央演算装置、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）および揮発性メモリ（ＲＡＭ）等を有する。マイコン２１は、内燃機関の負荷および機関回転速度に基づき、燃料の目標噴射量、目標噴射開始時期、および多段噴射回数を算出する。具体的には、ＥＣＵ２０は、コイル１４への通電時間ｔＱ（図２（ａ）参照）を制御することで噴射量を制御し、通電開始時期を制御することで噴射開始時期を制御する。

ＩＣ２２は、後述する昇圧用ＳＷ２３ｃ、高電位用ＳＷ２４、低電位用ＳＷ２５の作動を、マイコン２１から出力された噴射指令信号に基づき制御する。噴射指令信号は、燃料噴射弁１０のコイル１４への通電状態を指令する信号であり、先述した目標噴射量および目標噴射開始時期と、後述するコイル電流検出値とに基づき、マイコン２１により設定される。噴射指令信号には、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す駆動信号、開弁信号およびホールド信号が含まれている。

昇圧回路２３は、昇圧用コイル２３ａ、コンデンサ２３ｂ、昇圧用ＳＷ２３ｃおよびダイオード２３ｄを有する。昇圧用ＳＷ２３ｃは、半導体で形成されたスイッチング素子であり、図１の例では電界効果トランジスタが昇圧用ＳＷ２３ｃに用いられている。そして、昇圧用ＳＷ２３ｃがオン作動とオフ作動を繰り返すようにＩＣ２２が昇圧用ＳＷ２３ｃを制御すると、バッテリ端子Ｂから印加されるバッテリ電圧が昇圧用コイル２３ａにより昇圧される。また、昇圧された電源の電圧変動はコンデンサ２３ｂにより抑制される。

ケース２０ａには、燃料噴射弁１０のコイル１４に接続される端子２０ｂ、２０ｃが取り付けられている。コイル１４の高電位側に接続される端子２０ｂは、ケース２０ａ内に収容された高電位配線２０Ｈに接続される。高電位配線２０Ｈは２系統に分岐しており、一方の高電位配線２０Ｈには、ダイオード２４ａおよび高電位用ＳＷ２４が接続され、他方の高電位配線２０Ｈには、ダイオード２５ａおよび低電位用ＳＷ２５が接続される。つまり、高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５は並列に接続されている。高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５は、半導体で形成されたスイッチング素子であり、図１の例では電界効果トランジスタが用いられている。

高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５のゲート端子には、ＩＣ２２からの信号が入力される。高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５のソース端子は、ダイオード２４ａ、２５ａのアノード側に接続される。ダイオード２４ａ、２５ａのカソード側は端子２０ｂに接続される。高電位用ＳＷ２４のドレイン端子には昇圧回路２３が接続され、低電位用ＳＷ２５のドレイン端子にはバッテリ端子Ｂが接続される。

コイル１４の低電位側に接続される端子２０ｃは、ケース２０ａ内に収容された低電位配線２０Ｌに接続される。低電位配線２０Ｌは２系統に分岐しており、一方の低電位配線２０Ｌには第１ＭＯＳａ１が接続され、他方の低電位配線２０Ｌには、第２ＭＯＳａ２が接続される。つまり、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２は並列に接続されている。第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２は、半導体で形成されたスイッチング素子であり、図１の例では電界効果トランジスタが用いられている。

第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２のゲート端子には、第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２からの信号が入力される。第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２は、半導体で形成されたスイッチング素子であり、図１の例ではバイポーラトランジスタが用いられている。第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２のベース端子には、マイコン２１からの信号が入力される。したがって、マイコン２１が、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の作動を制御していると言える。この制御をしている時のマイコン２１は「制御手段」に相当する。

第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２のソース端子は接地側に接続され、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２のドレイン端子は端子２０ｃに接続される。したがって、高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５の少なくとも一方がオン作動し、かつ、第１ＭＯＳａ１および第１ＴＲｂ１の少なくとも一方がオン作動すると、燃料噴射弁１０のコイル１４に電力供給（通電）されることとなる。この場合の低電位配線２０Ｌおよび高電位配線２０Ｈは、コイル１４へ電力を供給する「通電経路」に相当する。

第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の接地側にはシャント抵抗２６が接続されている。マイコン２１は、シャント抵抗２６で生じた電圧降下量に基づき、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を流れる電流を算出する。この電流は、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の電気抵抗がゼロと仮定した場合、コイル１４を流れる電流（コイル電流）に相当する。

ケース２０ａの内部には、内部空気の温度を検出する温度センサ２７が備えられている。詳細には、温度センサ２７は、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の近傍に配置され、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の雰囲気温度を検出する。温度センサ２７から出力された検出温度の信号はマイコン２１に入力される。

上記通電について詳細に説明すると、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の少なくとも一方をオン作動させつつ、高電位用ＳＷ２４をオン作動させると、昇圧回路２３で昇圧されたブースト電圧がコイル１４へ印加される。一方、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の少なくとも一方をオン作動させつつ、高電位用ＳＷ２４をオフ作動かつ低電位用ＳＷ２５をオン作動させると、バッテリ電圧がコイル１４へ印加される。なお、コイル１４への電圧印加を停止させる場合には、高電位用ＳＷ２４、低電位用ＳＷ２５、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の全てをオフ作動させる。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）の各々は、燃料噴射を１回実施する場合における、駆動信号、開弁信号、ホールド信号の時間変化を示す。駆動信号のオン期間（通電時間ｔＱ）には、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の少なくとも一方をオン作動させる。これにより、高電位用ＳＷ２４または低電位用ＳＷ２５をオン作動させれば通電状態になる。開弁信号のオン期間（ｔ１０〜ｔ２０）には高電位用ＳＷ２４をオン作動させて、ブースト電圧をコイル１４へ印加させる。また、ホールド信号のオン期間には低電位用ＳＷ２５をオン作動させて、バッテリ電圧をコイル１４へ印加させる。

マイコン２１は、駆動信号のオン時期ｔ１０に開弁信号をオンさせ、シャント抵抗２６により検出されたコイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達した時期ｔ２０に、開弁信号をオフさせる。そのため、駆動信号が通電開始を指令した時期に、ブースト電圧の印加によりコイル電流は上昇を開始する。その後、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達した時点で通電オフされ、コイル電流は下降しはじめる。

さらにマイコン２１は、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達した後、コイル電流が下限閾値ＴＨ２に達したｔ３０時点で、ホールド信号をオンさせる。その後、コイル電流検出値が上限閾値ＴＨ３に達した時点で、マイコン２１はホールド信号をオフさせ、下限閾値ＴＨ２と上限閾値ＴＨ３の間にコイル電流を保持させるようにオンオフを切り替える。そのため、バッテリ電圧によりコイル電流が所定のホールド値に保持されるようフィードバック制御される。その後、駆動信号のオフ時期ｔ４０にマイコン２１はホールド信号をオフさせる。

開弁信号による開弁制御期間中は、昇圧回路２３にてコンデンサ２３ｂに蓄積された電荷を使用するため、コンデンサ２３ｂの端子間電圧（ブースト電圧）は徐々に低下してくる。また、開弁制御中にコイル１４に供給される電荷量は、ピーク閾値ＴＨ１に達した時のピーク電流と開弁制御期間（ｔ１０〜ｔ２０）によって決まる。

昇圧回路２３については、ブースト電圧が一定値以下になると充電を開始する機能があり、昇圧電圧の低下は軽減される。開弁制御時には燃料圧力に打ち勝つためのエネルギーをコイル１４に印加する必要があり、そのエネルギーはピーク電流によって生成される。つまり燃料圧力が高くなると電磁吸引力を発揮させるエネルギーはより必要となるため、ピーク閾値ＴＨ１の上昇が必要となる。つまり、燃料圧力が高いほどピーク閾値ＴＨ１を高く設定する。

但し、ピーク閾値ＴＨ１を高く設定するほどコイル１４に高電流を流すこととなり、その結果、高電位用ＳＷ２４、低電位用ＳＷ２５、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２における通電による発熱量が大きくなる。特に、本実施形態に係る燃料噴射弁１０は直噴式であるため、燃料噴射弁１０へ供給する燃料の圧力が、ポート噴射式の燃料噴射弁に比べて高く設定されている。よって、上記発熱量が大きくなりやすい。

図２（ｄ）中の実線はコイル電流の時間変化を示し、図２（ｅ）は弁体１２のリフト量の時間変化を示す。コイル電流は、開弁信号のオン指令期間ｔ１０〜ｔ２０に、ピーク閾値ＴＨ１にまで上昇する。その後、ホールド信号のオン指令期間ｔ３０〜ｔ４０に、コイル電流はホールド値に保持される。

一方、コイル１４への通電により生じる電磁吸引力は、コイル電流の上昇とともに徐々に上昇していく。そして、磁気吸引力が開弁に要する吸引力（必要開弁力）に達したｔ１１時点で、弁体１２はリフトアップを開始する。したがって、通電開始時期ｔ１０から開弁開始時期ｔ１１までには遅れ時間ｔｄが生じる。その後、コイル電流がピーク閾値ＴＨ１に達するまでの間に、弁体１２は最大位置までリフトアップする。

ここで、直噴式内燃機関の場合、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の通電による発熱量が大きくなりやすいことは先述した通りである。この発熱により第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２が温度上昇すると、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の電気抵抗が高くなるので、コイル１４を流れる電流が減少して、電磁吸引力が低下する。その結果、遅れ時間ｔｄが長くなるので、開弁開始時期ｔ１１（噴射開始タイミング）が所望の時期よりも遅くなる。また、開弁開始時期ｔ１１が遅くなることにより開弁時間（ｔ１１〜ｔ４１）が短くなり、噴射量が所望の量より少なくなる。

この問題に対し本実施形態では、図３に示す制御手順で第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２をマイコン２１が制御することで、以下に説明する第１通電状態と第２通電状態とに切り替える。第１通電状態とは、第１ＭＯＳａ１をオン作動させつつ第２ＭＯＳａ２をオフ作動させることで、第２ＭＯＳａ２を使用せずに第１ＭＯＳａ１を使用してコイル１４に通電させる状態のことである。第２通電状態とは、第２ＭＯＳａ２をオン作動させつつ第１ＭＯＳａ１をオフ作動させることで、第１ＭＯＳａ１を使用せずに第２ＭＯＳａ２を使用してコイル１４に通電させる状態のことである。

第１通電状態による噴射を所定回数繰り返した後、或いは所定時間継続して実施した後、第２通電状態による噴射に切り替える（図４、図５参照）。なお、１回の通電時間ｔＱの最中における通電状態の切り替えは禁止されている。マイコン２１は、温度センサ２７により検出された温度に応じて、上記切り替えの頻度を変更させる。該変更の手順について、図３を用いて説明する。図３は、マイコン２１により所定周期で繰返し実行される処理を示すフローチャートであり、この処理は、内燃機関の作動時に常時実行される。

先ず、図３のステップＳ１０において、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の雰囲気温度Ｔを取得する。具体的には、温度センサ２７により検出された温度の信号に基づき雰囲気温度Ｔを算出する。該ステップＳ１０の処理を実行している時のマイコン２１は、第１ＭＯＳａ１の温度および第２ＭＯＳａ２の温度と相関のある物理量（雰囲気温度Ｔ）を取得する「取得手段」に相当する。

続くステップＳ１１では、取得した雰囲気温度Ｔが所定の上限温度（第１温度Ｔａ）未満であるか否かを判定する。Ｔ＜Ｔａと肯定判定された場合、続くステップＳ１２において、雰囲気温度Ｔが第２温度Ｔｂ未満であるか否かを判定する。第２温度Ｔｂは第１温度Ｔａよりも低い値に設定されている。Ｔ＜Ｔｂと肯定判定された場合、続くステップＳ１３において、第１通電状態と第２通電状態とを低頻度で切り替える（図４、図６参照）。一方、Ｔ＜Ｔｂでないと否定判定された場合、続くステップＳ１４において、第１通電状態と第２通電状態とを高頻度で切り替える（図５、図７参照）。ステップＳ１１にてＴ＜Ｔａでないと否定判定された場合には、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を同時にオン作動させて、第１通電状態と第２通電状態との切り替えを禁止する（図８参照）。

図４〜図８の上段は、第１ＭＯＳａ１をオン作動させる指令信号、つまり、マイコン２１から第１ＴＲｂ１へ出力される指令信号の時間変化を示す。図４〜図８の下段は、第２ＭＯＳａ２をオン作動させる指令信号、つまり、マイコン２１から第２ＴＲｂ２へ出力される指令信号の時間変化を示す。これらの指令信号は、図２（ａ）に示す駆動信号と同じであり、通電時間ｔＱと一致する。

図４の例では、所定回数連続して第１ＭＯＳａ１をオン作動させた後、第２ＭＯＳａ１の使用に切り替える。その後、所定回数連続して第２ＭＯＳａ２をオン作動させた後、第１ＭＯＳａ１の使用に切り替える。第１ＭＯＳａ１の使用期間中は第２ＭＯＳａ２のオフ作動を継続させ、第２ＭＯＳａ２の使用期間中は第１ＭＯＳａ１のオフ作動を継続させる。要するに、所定回数使用する毎に、第１ＭＯＳａ１を使用した第１通電状態と、第２ＭＯＳａ２を使用した第２通電状態とを切り替える。

これに対し、図５の例では、１回使用する毎に、第１ＭＯＳａ１を使用した第１通電状態と、第２ＭＯＳａ２を使用した第２通電状態とを切り替える。つまり、図５の場合には、第１通電状態と第２通電状態との切り替え頻度が、図４の場合に比べて高頻度となる。

図４および図５の例では、１燃焼サイクル中に１回燃料を噴射させる１段噴射であるが、図６および図７の例では、１燃焼サイクル中に複数回燃料を噴射させる多段噴射である。図６の例では、第１通電状態と第２通電状態との切り替えを、１燃焼サイクルの最中に（多段噴射の最中に）実施することを禁止している。そして、多段噴射を所定回数実施する毎に、第１通電状態と第２通電状態とを切り替える。

これに対し、図７の例では、第１通電状態と第２通電状態との切り替えを多段噴射の最中に実施させる。具体的には、１段目の噴射については第１ＭＯＳａ１を使用した第１通電状態で実施し、２段目の噴射については第２ＭＯＳａ２を使用した第２通電状態で実施する。つまり、図７の場合には、第１通電状態と第２通電状態との切り替え頻度が、図６の場合に比べて高頻度となる。

以上により、本実施形態によれば、並列接続された第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を備え、第１ＭＯＳａ１を用いた第１通電状態と、第２ＭＯＳａ２を用いた第２通電状態とに切り替える。そのため、第１通電状態による通電オンにより第１ＭＯＳａ１が温度上昇しても、その後の第２通電状態による通電オフの期間に、第１ＭＯＳａ１の温度が低下する。第２ＭＯＳａ２についても同様にして、第１通電状態による通電オフの期間に温度が低下する。

したがって、一つのスイッチング素子を、切り替えることなく継続して使用する場合に比べて、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の温度上昇を抑制できる。よって、電磁吸引力の上昇速度低下を抑制できる。そのため、遅れ時間ｔｄが長くなることによる噴射開始時期の遅れや、噴射時間が短くなって噴射量が少なくなるといった不具合を抑制できる。なお、上述の如くスイッチング素子の温度上昇を抑制できると言うことは、耐熱性の低いスイッチング素子を採用できるようになるとも言える。

ここで、本発明者が試験したところ、切り替え頻度を高くするほど温度上昇を抑制できることが分かった。但し、高頻度で切り替えると、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の作動をマイコン２１が制御するにあたり、その制御の処理負荷が高くなる。この点を鑑みた本実施形態では、マイコン２１は、第１通電状態と第２通電状態とに切り替える頻度を、取得された雰囲気温度Ｔに基づき変更する。そのため、雰囲気温度Ｔが所定温度（第２温度Ｔｂ）以上になった高温時には高頻度で切り替えて、温度上昇抑制を促進できる。それでいて、所定温度未満の常温時には低頻度で切り替えて、マイコン２１の処理負荷を低減できる。

ここで、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を同時にオン作動させると、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を流れる電流が少なくなり、発熱量が低下する。但し、第１通電状態と第２通電状態との切り替えが無くなるので、放熱に寄与するオフ作動期間が短くなる。この点について本発明者が試験したところ、上述の如く同時にオン作動させると、短期間（一時的）であれば、高頻度で切り替える場合に比べて温度上昇抑制の効果が高くなることが分かった。この点を鑑みた本実施形態では、温度センサ２７で検出された温度が、第２温度Ｔｂよりも高い第１温度Ｔａ（上限温度）を超えて高温になった場合に、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を同時にオン作動させる。そのため、上限温度を超えて高温になった場合には、温度上昇抑制の効果を一時的に向上させて、温度低下を図ることができる。よって、一時的に温度低下を図る措置を取ることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図３のステップＳ１０において、第１ＭＯＳａ１の温度および第２ＭＯＳａ２の温度と相関のある物理量として、ケース２０ａ内の温度（雰囲気温度Ｔ）を取得している。これに対し本実施形態では、上記物理量として、先述した機関回転速度、つまり内燃機関の出力軸の単位時間当りの回転数（エンジン回転数ＮＥ）を取得する。

エンジン回転数ＮＥが大きいほど、燃料噴射のインターバルが短くなる。すなわち、図２の符号ｔ４０に示す通電終了時期から、次回の噴射に係る通電開始時期ｔ１０までの間隔が短くなる。すると、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２のオフ作動期間が短くなるので、温度上昇が促進される。このようにエンジン回転数ＮＥは、第１ＭＯＳａ１の温度および第２ＭＯＳａ２の温度と相関のある物理量である。

具体的には、先ず図９に示すステップＳ２０において、エンジン回転数ＮＥを取得する。該ステップＳ２０の処理を実行している時のマイコン２１は、上記物理量（エンジン回転数ＮＥ）を取得する「取得手段」に相当する。続くステップＳ２１では、取得したエンジン回転数ＮＥが所定値（第１回転数Ｎａ）未満であるか否かを判定する。ＮＥ＜Ｎａと肯定判定された場合、続くステップＳ２２において、エンジン回転数ＮＥが第２回転数Ｎｂ未満であるか否かを判定する。第２回転数Ｎｂは第１回転数Ｎａよりも小さい値に設定されている。

ＮＥ＜Ｎｂと肯定判定された場合、続くステップＳ２３において、第１通電状態と第２通電状態とを低頻度で切り替える（図４、図６参照）。一方、Ｎ＜Ｎｂでないと否定判定された場合、続くステップＳ２４において、第１通電状態と第２通電状態とを高頻度で切り替える（図５、図７参照）。ステップＳ２１にてＮ＜Ｎａでないと否定判定された場合には、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を同時にオン作動させて、第１通電状態と第２通電状態との切り替えを禁止する（図８参照）。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様にして、第１通電状態と第２通電状態とに切り替えることで、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の温度上昇を抑制できる。よって、電磁吸引力の低下を抑制でき、噴射状態を精度良く制御できるようになる。また、図１に示す温度センサ２７を不要にすることもできる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、第１通電状態と第２通電状態との切り替え頻度を、高頻度と低頻度の２段階で変更している。これに対し本実施形態では、３段階で変更する。

具体的には、図１０に示す処理を実行して、高頻度と中頻度と低頻度の３段階で変更する。図１０の処理は、図３の処理に対してステップＳ１２ＡおよびステップＳ１３Ａを追加したものである。ステップＳ１２Ａでは、雰囲気温度Ｔが第３温度Ｔｃ未満であるか否かを判定する。第３温度Ｔｃは第２温度Ｔｂよりも低い値に設定されている。

Ｔ＜Ｔｃと肯定判定された場合、続くステップＳ１３において、第１通電状態と第２通電状態とを低頻度で切り替える（図４、図６参照）。一方、Ｔ＜Ｔｃでないと否定判定された場合、続くステップＳ１３Ａにおいて、第１通電状態と第２通電状態とを中頻度で切り替える。ステップＳ１２にてＴ＜Ｔｂでないと否定判定された場合、ステップＳ１４にて第１通電状態と第２通電状態とを高頻度で切り替える（図５、図７参照）。

例えば、所定回数使用する毎に、第１ＭＯＳａ１を使用した第１通電状態と、第２ＭＯＳａ２を使用した第２通電状態とを切り替えるにあたり、上記所定回数を、低頻度、中頻度、高頻度の順に小さく設定する。

以上により、本実施形態によれば、第１通電状態と第２通電状態との切り替え頻度を、高頻度と低頻度の３段階で変更している。そのため、温度上昇抑制の促進とマイコン２１の処理負荷低減とを鑑みた変更を、２段階で変更する場合に比べてきめ細かく実施できる。

（第４実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、第１通電状態による第１ＭＯＳａ１の使用頻度が、第２通電状態による第２ＭＯＳａ２の使用頻度と同じになるようにマイコン２１は制御している。これに対し本実施形態では、第１通電状態による第１ＭＯＳａ１の使用頻度が、第２通電状態による第２ＭＯＳａ２の使用頻度よりも高くなるように制御する。

すなわち、先ず図１１のステップＳ３０において、第１ＭＯＳａ１を高頻度で使用しつつ、第１通電状態と第２通電状態とを切り替える。例えば、所定の第１回数だけ連続して第１ＭＯＳａ１をオン作動させた後、第２ＭＯＳａ１の使用に切り替える。その後、所定の第２回数だけ連続して第２ＭＯＳａ２をオン作動させた後、第１ＭＯＳａ１の使用に切り替える。そして、第１回数を第２回数よりも大きい値に設定する。本実施形態では、第１ＭＯＳａ１と第２ＭＯＳａ２とは同じ部品を用いており、耐熱温度は同じである。したがって、使用頻度の高い第１ＭＯＳａ１の温度の方が、第２ＭＯＳａ２よりも高温になる筈である。

続くステップＳ３１では、第１ＭＯＳａ１に異常が生じたか否かを判定する。例えば、温度センサ２７の検出値に基づき取得された雰囲気温度Ｔが正常範囲外の値になった場合に、第１ＭＯＳａ１に異常が生じたと判定する。或いは、シャント抵抗２６の検出値に基づき取得されたコイル電流が正常範囲外の値になった場合に、第１ＭＯＳａ１に異常が生じたと判定する。

ステップＳ３１にて異常が生じたと判定されて異常検知された場合、続くステップＳ３２において、第１ＭＯＳａ１の使用を禁止して第２ＭＯＳａ２を使用する。つまり、上記切り替えを禁止して、全ての噴射に対する通電時間ｔＱにおいて第２ＭＯＳａ２をオン作動させる。

続くステップＳ３３では、異常が生じた旨を内燃機関の運転者に報知する。例えば、内燃機関が車両に搭載されたものである場合において、警告ランプを点灯させる等の手段により車両運転者に異常発生を報知する。一方、ステップＳ３１にて異常が検知されない場合には、ステップＳ３０の処理が継続されることとなる。

以上により、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様にして、第１通電状態と第２通電状態とに切り替えることで、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の温度上昇を抑制できる。

さらに本実施形態では、第１ＭＯＳａ１の使用頻度が第２ＭＯＳａ２の使用頻度よりも高くなるように制御する。そのため、高頻度で使用される第１ＭＯＳａ１に異常が生じた時点では、未だ第２ＭＯＳａ２の劣化が大きく進行していない蓋然性が高い。よって、第１ＭＯＳａ１の異常発生後、第２ＭＯＳａ２を用いた燃料噴射が可能な期間を長く確保できる。よって、第１ＭＯＳａ１に異常が生じてから第２ＭＯＳａ２にまで異常が生じるまでの期間、つまり故障した第１ＭＯＳａ１を修理するまでのフェールセーフ期間を長く確保できる。

（第５実施形態）
上記第１〜第４実施形態に係るＥＣＵ２０は、１つの燃料噴射弁１０を制御するものである。つまり、内燃機関に備えられた燃料噴射弁１０が１つの単気筒エンジンに適用された燃料噴射制御装置である。これに対し、本実施形態に係るＥＣＵ２００は、複数の燃料噴射弁１０を制御するものであり、多気筒エンジンに適用された燃料噴射制御装置である。

図１２の例では、燃料噴射弁１０が４本であり、各々のコイル１４に対して接地側の端子２０ｃが設けられている。高電位側の端子２０ｂについては２つ設けられており、各々の端子２０ｂに２つのコイル１４が接続されている。各端子２０ｂに接続された高電位配線２０Ｈの各々には、高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５が接続されている。各々の高電位用ＳＷ２４は１つの昇圧回路２３に接続されている。

接地側の端子２０ｃに接続された低電位配線２０Ｌの各々には、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２が並列して接続されている。第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の各々には、第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２が接続されている。なお、図１に示すシャント抵抗２６は、図１２では図示を省略されている。

要するに、ＥＣＵ２００は、４つのコイル１４に対して、高電位用ＳＷ２４および低電位用ＳＷ２５が２組、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２が４組備えられている。そして、マイコン２１は、第１実施形態と同様にして、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を制御して、第１通電状態と第２通電状態とに切り替える。よって、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

上記第４実施形態では、第１ＭＯＳａ１と第２ＭＯＳａ２とは同じ部品を用いており、耐熱温度は同じである。これに対し、第２ＭＯＳａ２に比べて耐熱性の高いスイッチング素子を、第１ＭＯＳａ１として用いてもよい。これによれば、高頻度で使用される第１ＭＯＳａ１の異常発生を抑制でき、好適である。

図３のステップＳ１４や図９のステップＳ２４では、第１通電状態と第２通電状態とを高頻度で切り替えるにあたり、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２を１回使用する毎に切り替えている。これに対し、本発明は、１回使用する毎に切り替えることに限定されない。例えば、ステップＳ１３やステップＳ２３の低頻度切替に比べて高頻度で切り替えていれば、複数回使用する毎に切り替えてもよい。

上記各実施形態では、第１ＭＯＳａ１の温度および第２ＭＯＳａ２の温度と相関のある物理量として、雰囲気温度Ｔやエンジン回転数ＮＥを用いている。これに対し、内燃機関の負荷を上記物理量として用いてもよい。また、上記各実施形態では、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子として電界効果トランジスタを用いているが、バイポーラトランジスタを用いてもよい。

上記各実施形態では、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を低電位配線２０Ｌに並列接続して、第１通電状態と第２通電状態とに切り替えている。これに対し、第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を高電位配線２０Ｈに並列接続して、第１通電状態と第２通電状態とに切り替えてもよい。或いは、低電位配線２０Ｌに接続されたスイッチング素子と高電位配線２０Ｈに接続されたスイッチング素子の両方に、本発明に係る第１スイッチング素子および第２スイッチング素子を適用させてもよい。

上記各実施形態では、マイコン２１が第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２を制御することで、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の作動を制御している。これに対し、第１ＴＲｂ１および第２ＴＲｂ２を廃止して、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の作動をＩＣ２２が制御してもよい。

上記各実施形態では、雰囲気温度Ｔが上限温度Ｔａよりも高温になった場合に、第１ＭＯＳａ１および第２ＭＯＳａ２の両方を同時にオン作動させている。これに対し、雰囲気温度Ｔが上限温度Ｔａよりも高温になることが予測された場合に、上記両方を同時にオン作動させてもよい。例えば、エンジン回転数ＮＥが急上昇した場合には、雰囲気温度Ｔが現時点では上限温度Ｔａであったとしても、現時点の直後に上限温度Ｔａより高温になる蓋然性が高いと予測する。

上記各実施形態で説明した内燃機関は、ガソリンエンジンであってもディーゼルエンジンであってもよい。

ＥＣＵ２０、２００（制御装置）が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

１０…燃料噴射弁、１２…弁体、１４…コイル、２０Ｌ…低電位配線（通電経路）、２１…マイコン（制御手段）、ａ１…第１ＭＯＳ（第１スイッチング素子）、ａ２…第２ＭＯＳ（第２スイッチング素子）。

Claims (5)

1. 燃料噴射弁（１０）のコイル（１４）に通電する通電状態と前記コイルへの通電を遮断する遮断状態とを切り替える燃料噴射制御装置において、
   前記コイルに接続される通電経路（２０Ｌ）に設けられた第１スイッチング素子（ａ１）と、
   前記第１スイッチング素子に対して並列に接続された第２スイッチング素子（ａ２）と、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の作動を制御する制御手段（２１）と、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方の温度と相関のある物理量を取得する取得手段（Ｓ１０、Ｓ２０）と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１スイッチング素子をオン作動させつつ前記第２スイッチング素子をオフ作動させることで前記通電状態にする第１通電状態と、前記第２スイッチング素子をオン作動させつつ前記第１スイッチング素子をオフ作動させることで前記通電状態にする第２通電状態と、に切り替え、
   さらに、前記第１通電状態と前記第２通電状態とに切り替える頻度を、前記取得手段により取得された前記物理量に基づき変更することを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記第１通電状態による前記第１スイッチング素子の使用頻度が、前記第２通電状態による前記第２スイッチング素子の使用頻度よりも高くなるように制御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。
3. 前記第２スイッチング素子に比べて耐熱性の高いスイッチング素子が、前記第１スイッチング素子として用いられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 燃料噴射弁（１０）のコイル（１４）に通電する通電状態と前記コイルへの通電を遮断する遮断状態とを切り替える燃料噴射制御装置において、
   前記コイルに接続される通電経路（２０Ｌ）に設けられた第１スイッチング素子（ａ１）と、
   前記第１スイッチング素子に対して並列に接続された第２スイッチング素子（ａ２）と、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の作動を制御する制御手段（２１）と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１スイッチング素子をオン作動させつつ前記第２スイッチング素子をオフ作動させることで前記通電状態にする第１通電状態と、前記第２スイッチング素子をオン作動させつつ前記第１スイッチング素子をオフ作動させることで前記通電状態にする第２通電状態と、に切り替え、
   さらに、前記第１通電状態による前記第１スイッチング素子の使用頻度が、前記第２通電状態による前記第２スイッチング素子の使用頻度よりも高くなるように制御し、
   さらに、前記第２スイッチング素子に比べて耐熱性の高いスイッチング素子が、前記第１スイッチング素子として用いられるように制御することを特徴とする燃料噴射制御装置。
5. 前記制御手段は、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の少なくとも一方が、所定の上限温度（Ｔａ）よりも高温になった場合、或いは前記上限温度よりも高温になることが予測された場合に、
   前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の両方を同時にオン作動させることで前記通電状態にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

Images