JP5300786B2 - 内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車等に搭載される内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置に係り、詳しくは車載バッテリから昇圧した高電圧を利用して電磁式燃料噴射弁の駆動制御を行なう燃料噴射弁駆動制御装置に関する。

一般に、電磁式燃料噴射弁の駆動制御を行なう燃料噴射弁駆動制御装置においては、例えば特許文献１にも見られるように、燃料噴射弁（のソレノイド）への通電初期には、素早く開弁させることを目的として、比較的大きなピーク電流（燃料噴射弁へ供給される電流波形の代表的な例を示す図５において符号Ｉａで示されている）を供給し、その後、開弁状態を維持するための第１ホールド電流Ｉｂ、第２ホールド電流Ｉｃを供給することが要求されるため、燃料噴射弁駆動制御装置２には、通常、例えば図４に示される如くに、昇圧コイル１０、スイッチング素子１１、電流検出抵抗１２、昇圧ダイオード１３、昇圧コンデンサ１４等からなる昇圧回路３０と、ハイサイドドライバ４１、逆流防止ダイオード４２、４４、フライホイールダイオード４５、ハイサイドドライバ４３、ローサイドドライバ４６、駆動電流検出抵抗４７等からなる燃料噴射弁７０の駆動回路４０と、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット（ＥＣＵ）１００が備えられる。

コントロールユニット１００には、機能的に、昇圧制御手段２０及び駆動制御手段５０が備えられ、昇圧制御手段２０は、機能ブロック図で示される如くに、昇圧制御信号生成手段２１、電流検出手段２２、昇圧電圧検出手段２３を有する。ここでは、昇圧制御信号生成手段２１からの信号によりスイッチング素子１１がオンすると昇圧コイル１０に電流が流れ、続いてスイッチング素子１１がオフすると昇圧コイル１０を流れる電流は急変できないので昇圧ダイオード１３を経由して昇圧コンデンサ１４に電流が流れる。こうしたスイッチング動作を繰り返すことで昇圧コンデンサ１４に高電圧が蓄電される（昇圧電圧Ｖｓ）。

かかる昇圧回路３０を備えた燃料噴射弁駆動制御装置２においては、初期のピーク電流Ｉａを供給するにあたっては、燃料噴射弁７０への電流供給源として前記昇圧電圧Ｖｓを利用すべく、駆動制御手段５０が、昇圧コンデンサ１４に接続されるハイサイドドライバ４１とローサイドドライバ４６を制御する。また、前記第１ホールド電流Ｉｂと第２ホールド電流Ｉｃを供給するにあたっては、燃料噴射弁７０への電流供給源を昇圧電圧Ｖｓからバッテリ電源電圧ＶＢへと切り換え、バッテリ電源電圧ＶＢに接続されるハイサイドドライバ４３、ローサイドドライバ４６を制御する。これらハイサイドドライバ４１、ハイサイドドライバ４３、ローサイドドライバ４６に通電される電流は、ローサイドドライバ４６の下流側に配置された電流検出抵抗４７により電圧変換され、駆動制御手段５０にフィードバックさせて電流制御が行われる。

特開２００９−１０８６８６号公報 特開２００３−１２７８２２号公報

ところが、前記した如くの従来の燃料噴射弁駆動制御装置２では、昇圧回路３０が故障すると、所要の昇圧電圧Ｖｓが得られなくなり、燃料噴射弁へピーク電流Ｉａを供給できなくなってしまう。

そこで、昇圧回路の故障対策として、例えば特許文献１には、ローサイドドライバの下流側に配置された電流検出抵抗でピーク電流をモニタもしくは昇圧電圧自体をモニタすることにより昇圧回路の故障を検知し、昇圧電圧を使用せずにバッテリ電源電圧を用いて燃料噴射弁のソレノイドを励磁させて燃料噴射弁を開弁させるためのホールド電流と燃料噴射弁の開弁状態を保持するために必要なホールド電流を生成して供給することが開示されている。

しかしながら、上記のような昇圧回路の故障検出手法では、実際には故障していないのに故障していると誤判定することがあり、また、昇圧回路を使用せずに燃料噴射弁を駆動するようにしているため、本来の燃料噴射弁駆動電流が得られず、従って、燃料噴射弁を素早く開弁させることができず、開弁応答性の低下、制御精度や燃費等の悪化を招く。

そのため、早期に昇圧回路の故障を確実かつ誤りなく検出して迅速に本来動作に復帰させ得る方策が要望されるところである。

ところで、前記した如くの昇圧回路の故障は、昇圧コンデンサ１４の劣化が原因であることが多い。すなわち、昇圧コンデンサには、通常、昇圧電圧を安定に保つため比較的安価かつ大容量である電解コンデンサが広く使用されているが、この電解コンデンサは、電解液の減少などにより経年劣化（容量低下）する性質を有している。

また、電解コンデンサのもう一つの特徴として、無負荷で長期間放置すると漏れ電流が増加する傾向にあることが知られている。これは無負荷状態における化成皮膜の劣化により、使用直後は皮膜の修復電流が流れ、場合によっては、例えばバッテリを外した状態で長期間放置した後、あるいは燃料噴射弁駆動制御装置を取り外した状態で長期間放置した後に電源を投入した場合には、皮膜の修復電流によって昇圧電圧が降下するため、回路スイッチング素子のスイッチング動作回数が増大し、これに伴い昇圧回路スイッチング素子、昇圧コイル、電流検出抵抗などの昇圧回路部品の発熱が増大する。最悪の場合には昇圧コンデンサの劣化は昇圧回路部品全体も劣化を招くといった問題がある。

こうした問題を解消すべく、例えば特許文献２に所載のように、コンデンサを放電させる過程においてコンデンサの端子電圧が所定電圧分の電圧降下に要する時間を計測して、コンデンサ容量（劣化度合い）を診断することが考えられるが、かかる診断を行なう場合には、容量診断のために昇圧動作を停止し、放電による電圧降下に要する時間を計測するための待ち時間が必要となり、昇圧コンデンサが劣化しているか否かの判定が装置起動直後の燃料噴射に間に合わないといった問題が生じる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、その主目的とするところは、昇圧動作を停止することなく、できるだけ早期に昇圧コンデンサの劣化を確実かつ誤りなく診断することのできる内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置を提供することにある。

他の目的とするところは、昇圧コンデンサが劣化していると判定された際には、昇圧回路の発熱を抑制しつつ、できるだけ早期に昇圧電圧を用いた本来の燃料噴射弁駆動動作に復帰させ得るようにされた内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置は、昇圧コイル、該昇圧コイルにバッテリ電源電圧からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子、及び該スイッチング素子のスイッチング動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサを有する昇圧回路を備え、前記昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧とバッテリ電源電圧とを切り換えながら燃料噴射弁を駆動するようにされ、前記昇圧コンデンサに蓄電された前記昇圧電圧が所定電圧に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、前記スイッチング素子のスイッチング動作回数をカウントし、該カウント値に基づいて前記昇圧コンデンサの劣化診断を行うことを特徴としている。

本発明の燃料噴射弁駆動制御装置では、昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに到達した時点から所定時間が経過するまでの間、スイッチング素子のスイッチング動作回数をカウントし、該カウント値に基づいて昇圧コンデンサの劣化診断を行なうようにされるので、昇圧動作を停止することなく、早期に昇圧コンデンサの劣化診断を確実かつ誤りなく行うことが可能となる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置の一実施形態を示す回路構成図。 図１に示される燃料噴射弁駆動制御装置の動作説明に供される波形図であり、（Ａ）は昇圧回路の正常時、（Ｂ）は昇圧回路の異常時（昇圧コンデンサ劣化時）を示す。 図１に示される燃料噴射弁駆動制御装置の動作説明に供されるフローチャート。 従来の内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置の一例を示す回路構成図。 従来の燃料噴射弁駆動制御装置における燃料噴射弁駆動電流波形とドライバ動作示すタイムチャート。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置の一実施形態を示す回路構成図である。図２は、図１に示される燃料噴射弁駆動制御装置の動作説明に供される波形図であり、（Ａ）は昇圧回路の正常時、（Ｂ）は昇圧回路の異常時（昇圧コンデンサ劣化時）を示す。図３は、図１に示される燃料噴射弁駆動制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。

図１に示される燃料噴射弁駆動制御装置１において、前述した図４に示される従来例の燃料噴射弁駆動制御装置２の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略し、以下においては、本発明の特徴部分を重点的に説明する。

図１において、バッテリ電源電圧ＶＢに接続された昇圧回路３０は、昇圧コイル１０、スイッチング素子１１、電流検出抵抗１２、昇圧ダイオード１３、昇圧コンデンサ１４を備える。また、昇圧制御手段２０は、機能ブロック図で示される如くに、昇圧制御信号生成手段２１、電流検出手段２２、昇圧電圧検出手段２３、診断タイミング信号発生手段２５、昇圧制御信号カウント手段２６、劣化判定手段２７を備える。

装置１の電源投入直後には、毎回、駆動制御手段５０から昇圧制御手段２０の診断タイミング信号発生手段２５及び劣化判定手段２７にリセット信号Ｃｒが送られる。このリセット信号Ｃｒが劣化判定手段２７に送られると、劣化判定手段２７は、診断フラグＦをＬＯＷ（０）からＨＩＧＨ（１）にして駆動制御手段５０に送り、また、昇圧制御信号生成手段２１は、前記リセット信号Ｃｒが送られてきた後、スイッチング素子１１に向けて昇圧制御信号Ｃａの出力を開始する（図３のステップＳ１）。前記診断フラグＦをモニタしている駆動制御手段５０は、診断フラグＦがＨＩＧＨとなっている間、昇圧コンデンサ１４に蓄電された昇圧電圧Ｖｓを利用した燃料噴射弁７０の駆動を禁止する。

昇圧動作が開始されると、昇圧制御信号生成手段２１はスイッチング素子１１を通電させるための昇圧制御信号Ｃａを間欠的にＬＯＷ→ＨＩＧＨにする。詳しくは、昇圧制御信号ＣａをＬＯＷからＨＩＧＨにすると、昇圧コイル１０にバッテリ電源電圧ＶＢから電源グランドに電流が流れ、昇圧コイル１０にエネルギーが蓄積される。昇圧コイル１０に流れる電流は、電流検出抵抗１２により電圧変換され電流検出手段２２によって検出される。スイッチング電流が所定の電流値を超えると昇圧制御信号生成手段２１はスイッチング素子１１への昇圧制御信号ＣａをＨＩＧＨからＬＯＷにして、スイッチング電流を遮断する。これにより昇圧コイル１０に流れる電流は、スイッチング素子１１を通じて電源グランドに電流を流すことができなくなり、昇圧コイル１０のインダクタンス成分によって蓄えられたエネルギーは高電圧を発生する。この電圧が昇圧コンデンサ１４に蓄えられた昇圧電圧Ｖｓと昇圧ダイオード１３の順方向電圧を加えた電圧より高くなると、昇圧コイル１０に蓄えられたエネルギーは、昇圧ダイオード１３を通じて充電電流として昇圧コンデンサ１４に移行する。

この際、充電電流はスイッチング素子１１が遮断する直前に昇圧コイル１０に流れていた電流から始まり、昇圧コンデンサ１４へエネルギー移行に伴って急速に減少する。昇圧電圧検出手段２３が昇圧コンデンサ１４に蓄えられた昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに満たないことを検出した場合、昇圧制御信号生成手段２１は充電電流を検出することなく、予め定めた充電期間又は予め定めたスイッチング周波数に従ってスイッチング素子１１を通電させるために昇圧制御信号ＣａをＬＯＷからＨＩＧＨにする。この動作は、昇圧電圧検出手段２３により昇圧コンデンサ１４に蓄えられた昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨになったことを検出するまで繰り返される。

昇圧電圧検出手段２３が昇圧コンデンサ１４に蓄えられた昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに到達したことを検出すると、該検出時点で診断タイミング信号発生手段２５は診断タイミング信号ＣｔをＬＯＷからＨＩＧＨにし、これ以降、昇圧制御信号カウンタ２６は昇圧制御信号生成手段２１から昇圧制御信号Ｃａ（ＨＩＧＨ）が何回出力されたかをカウントする。

診断タイミング信号発生手段２５は、診断タイミング信号ＣｔをＨＩＧＨ出力してからの時間、つまり、昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに到達した時点からの経過時間を計測し、該経過時間が予め設定されている所定時間以上となった時点において、診断タイミング信号ＣｔをＨＩＧＨからＬＯＷにする。この間、昇圧制御信号カウント手段２６は昇圧制御信号生成手段２１からのＨＩＧＨの昇圧制御信号Ｃａの出力回数（動作回数）をカウントアップする（ステップＳ２）。

この際、昇圧回路３０（昇圧コンデンサ１４）が正常であれば（劣化していなければ）、主に昇圧制御手段２０側への微小な漏れ電流により、昇圧電圧Ｖｓに電圧降下が発生するものの、昇圧制御信号カウント手段２６のカウント値Ｃｃのアップは多少はあるが、予め定められたクライテリア値（判定閾値）を超えないので、劣化判定手段２７は昇圧コンデンサ１４は正常と判定し、劣化診断フラグ１２７をＨＩＧＨからＬＯＷにする。ここで初めて、昇圧コンデンサ１４に充電された昇圧電圧Ｖｓを利用した燃料噴射弁駆動（ピーク電流Ｉａ供給）が許可される。

一方、昇圧回路３０の異常時、つまり、昇圧コンデンサ１４の劣化による比較的大きい皮膜修復電流が流れた場合には、昇圧電圧Ｖｓに皮膜修復電流に応じた電圧降下が発生し、スイッチング素子１１は何度もスイッチングを繰り返すこととなる。よって、昇圧制御信号カウンタ２６のカウント値Ｃｃが予め定めたクライテリア値を超えると、劣化判定手段２７は異常（昇圧コンデンサ１４が劣化している）と判定し、劣化診断フラグＦのＨＩＧＨを維持する（ステップＳ３）。

ここで、昇圧制御手段２０においては、昇圧回路３０全体の余分な発熱を抑えるため、昇圧制御信号ＣａをＬＯＷ固定し、スイッチング素子１１のスイッチング動作を停止する（ステップＳ４）。

スイッチング素子１１のスイッチング動作を停止すると、昇圧電圧Ｖｓは昇圧コンデンサ１４の劣化による皮膜修復電流によって電圧降下し、やがてはバッテリ電源電圧ＶＢレベルにまで低下する。昇圧電圧検出手段２３が昇圧電圧Ｖｓがバッテリ電源電圧ＶＢレベルに低下したことを検出すると、スイッチング素子１１のスイッチング動作を再開する（ステップＳ５）。

この一連の動作の間にも昇圧コンデンサ１４には皮膜修復電流が流れ、電解コンデンサとしての本来の特性を取り戻していく。昇圧電圧検出手段２３が昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに再度到達したことを検出すると、再度スイッチング素子１１のスイッチング動作をカウントし始めるが、昇圧コンデンサ１４の皮膜修復電流が低下した場合には、昇圧制御信号カウント値Ｃｃは予め定められたクライテリア値を超えないので劣化判定手段２７は正常と判定し、昇圧コンデンサ１４に蓄電した昇圧電圧Ｖｓを利用した燃料噴射弁駆動が許可される（ステップＳ６）。

以上のように、本実施形態の燃料噴射弁駆動制御装置１では、昇圧コンデンサ１４に蓄電された昇圧電圧Ｖｓが所定電圧ＶＨに到達した時点から所定時間が経過するまでの間、スイッチング素子１１のスイッチング動作回数をカウントし、該カウント値Ｃｃが予め定められたクライテリア値以上であるとき、昇圧コンデンサ１４が劣化していると判定するようにされるので、昇圧動作を停止することなく、早期に昇圧コンデンサ１４の劣化診断を確実かつ誤りなく行うことが可能となる。

また、昇圧コンデンサ１４が劣化していない（正常）と判定された場合にのみ、昇圧電圧Ｖｓを利用した燃料噴射弁７０の駆動を許可する、言い換えると、昇圧コンデンサ１４が劣化していると判定された場合には昇圧電圧Ｖｓでの燃料噴射弁駆動を一時的に禁止し、バッテリ電源電圧ＶＢによる燃料噴射弁駆動に一時的に切り換え、さらに、スイッチング素子１１のスイッチング動作を一時的に禁止するようにされるので、スイッチング素子１１、昇圧コイル１０、電流検出抵抗１２などの昇圧回路部品の発熱による劣化を防止することができる。

一方、劣化した昇圧コンデンサ（電解コンデンサ）１４は、先に説明したようにその両極に電圧を印加すると皮膜の修復電流が流れ、電解コンデンサ本来の特性に復帰する特性（自己修復特性）を有している。本実施形態では、この特性を利用して極力短い期間で電解コンデンサを修復させるべく、昇圧電圧Ｖｓがバッテリ電源電圧ＶＢに低下したことを条件にスイッチング動作を再開し、再開後に再び昇圧コンデンサ１４の劣化診断を行う。

これにより、昇圧電圧Ｖｓがバッテリ電源電圧ＶＢレベルに低下するまでの間は昇圧回路３０が停止するため、この間の発熱を抑えることができ、また、スイッチング動作による昇圧電圧Ｖｓの上昇、つまり昇圧コンデンサ１４の皮膜修復電流を増加させることが可能となり、昇圧コンデンサ１４の診断を再度行なって、昇圧コンデンサ１４の皮膜修復電流低減が確認できれば、一時的に禁止した昇圧電圧を利用した燃料噴射弁駆動を再開するようにされるので、昇圧回路３０の発熱を抑制しつつ、早期に昇圧電圧Ｖｓを用いた本来の燃料噴射弁動作に復帰させることができ、その結果、昇圧コンデンサ１４が劣化しても、制御精度や燃費等の悪化を抑えることができる。

１ 燃料噴射弁駆動制御装置
１０ 昇圧コイル
１１ スイッチング素子
１２ 電流検出抵抗
１３ 昇圧ダイオード
１４ 昇圧コンデンサ
２０ 昇圧制御手段
２１ 昇圧制御信号生成手段
２２ 電流検出手段
２３ 昇圧電圧検出手段
２５ 診断タイミング信号発生手段
２６ 昇圧制御信号カウント手段
３０ 昇圧回路
４０ 駆動回路
４１、４３ ハイサイドドライバ
４２、４４ 逆流防止ダイオード
４５ フライホイールダイオード
４６ ローサイドドライバ
４７ 駆動電流検出抵抗
５０ 燃料噴射弁駆動制御手段
１００ コントロールユニット
Ｖｓ 昇圧電圧
ＶＢ バッテリ電源電圧
ＶＨ 所定電圧
Ｆ 劣化診断フラグ
Ｉａ ピーク電流
Ｉｂ 第１ホールド電流
Ｉｃ 第２ホールド電流

Claims (6)

1. 昇圧コイル、該昇圧コイルにバッテリ電源電圧からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子、及び該スイッチング素子のスイッチング動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサを有する昇圧回路を備え、前記昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧とバッテリ電源電圧とを切り換えながら燃料噴射弁を駆動する内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置であって、
   前記昇圧コンデンサに蓄電された前記昇圧電圧が所定電圧に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、前記スイッチング素子のスイッチング動作回数をカウントし、該カウント値に基づいて前記昇圧コンデンサの劣化診断を行うことを特徴とする燃料噴射弁駆動制御装置。
2. 当該装置に電源が投入されたとき、毎回その直後に前記昇圧コンデンサの劣化診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
3. 当該装置に電源が投入されたときリセット信号を発生する手段と、前記リセット信号検出後に、前記昇圧コンデンサに蓄電された前記昇圧電圧を検出する手段と、前記昇圧電圧が所定電圧に到達した時点からの経過時間を計測する手段と、前記経過時間が所定時間に達するまでの間の、前記スイッチング素子のスイッチング動作回数をカウントする手段と、該手段によりカウントされた前記スイッチング動作回数が予め定められたクライテリア値以上であるとき、前記昇圧コンデンサが劣化していると判定する劣化判定手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
4. 前記劣化診断で前記昇圧コンデンサが劣化していないと判定された場合にのみ、前記昇圧電圧を利用した燃料噴射弁の駆動を許可することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
5. 昇圧コイル、該昇圧コイルにバッテリ電源電圧からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子、及び該スイッチング素子のスイッチング動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサを有する昇圧回路と、前記昇圧コンデンサの劣化診断を行なう劣化診断手段とを備え、前記昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧とバッテリ電源電圧とを切り換えながら燃料噴射弁を駆動する内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置であって、
   前記劣化診断手段により前記昇圧コンデンサが劣化していると診断された場合に、前記スイッチング素子のスイッチング動作を一時的に禁止することを特徴とする燃料噴射弁駆動制御装置。
6. 前記スイッチング素子のスイッチング動作を一時的に禁止した後、前記昇圧電圧が前記バッテリ電源電圧まで低下したことを条件にスイッチング動作を再開して、前記劣化診断手段による前記昇圧コンデンサの劣化診断を再度行うことを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。

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