JP4304407B2 - Electromagnetic load drive - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁負荷の駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術として、例えば図５に示すインジェクタ駆動装置が知られている。この図５において、駆動回路（ＥＤＵ：Electric Driver Unit）２００のハイサイドにはＣＯＭ端子が設けられると共に、ローサイドにはＩＮＪ端子が設けられ、そのＣＯＭ端子とＩＮＪ端子との間にインジェクタ２５０が接続されている。また、この駆動回路２００では、スイッチング素子２０１のオン／オフに伴い昇圧コイル２０２により電源電圧＋Ｂが昇圧され、ダイオード２０３を介してコンデンサ２０４が充電される。そして、インジェクタ駆動時、すなわちスイッチング素子２０５のオン時には、その駆動当初にスイッチング素子２０７がオンされてコンデンサ２０４の充電電圧がインジェクタ２５０に供給される。これにより、インジェクタ２５０が開弁して燃料噴射が開始される。また、コンデンサ放電後は、スイッチング素子２０８がインジェクタ通電電流（抵抗２０６の検出値）に応じてオン／オフされる。これにより、スイッチング素子２０８を介して定電流がインジェクタ２５０に供給され、インジェクタ２５０が開弁状態で保持される。なお、符号２０９は、各スイッチング素子を駆動するための駆動用ＩＣである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記駆動回路２００では、ワイヤハーネスがエンジンボディに接触する等してＣＯＭ端子が地絡した場合、駆動回路２００内部に過電流が流れ、トランジスタ等により構成されるスイッチング素子２０７，２０８が破損するという問題があった。すなわち、ＣＯＭ端子が地絡した場合には、図６に示すように、スイッチング素子２０７，２０８がオンとなる直後にＣＯＭ端子に流れ込む電流ｉとして、通常時（二点鎖線）よりも大きな過大電流が流れる。またこのとき、抵抗２０６により検出される電流値（インジェクタ通電電流）は０となるため、スイッチング素子２０８はオンしたまま保持される。そのため、開弁保持電流としても通電時よりも大きな電流が流れる。従って、スイッチング素子２０７，２０８に過電流が流れ、これらスイッチング素子２０７，２０８が破損してしまう。
【０００４】
上記の対策のため、図７に示すように、電流制限回路３００を設けることが検討されている。ところが、上記電流制限回路３００では、ＣＯＭ端子に直列に配置した抵抗３０１の両端子間において電圧降下が発生する。そのため、インジェクタが低電圧駆動される場合など、電圧降下分が無視できない場合には、駆動回路として適正に機能できなくなるおそれがあった。近年では、エンジン始動時におけるバッテリ電圧の低下時にも支障無くインジェクタ駆動ができるよう、低電圧駆動のインジェクタの採用が検討されつつあるが、こうした要望にも十分に応えることができない。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ハイサイドの端子（ＣＯＭ端子）の地絡を適正に検出し、ひいてはスイッチング素子の保護を図ることができる電磁負荷の駆動装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、エネルギ蓄積素子にエネルギが随時蓄積され、電磁負荷の駆動時に第１のスイッチング素子と共に第２のスイッチング素子がオンされると、エネルギ蓄積素子のエネルギがハイサイドの端子を介して電磁負荷に供給される。また、第２のスイッチング素子のオン以後、電磁負荷の通電電流に応じて第３のスイッチング素子が周期的にオン／オフされ、電源電圧による定電流がハイサイドの端子を介して電磁負荷に供給される。これにより、電磁負荷が所定の期間において継続的に駆動される。また、エネルギ蓄積素子のグランド側において同エネルギ蓄積素子のエネルギ放出時にグランドを介して還流される電流が検出され（電流検出手段）、該検出した電流に応じてハイサイドの端子の地絡が検出される（地絡検出手段）。
【０００７】
要するに、前記ハイサイドの端子が地絡すると、電磁負荷が切り離された分、第２のスイッチング素子をオンした時に通常よりも大きな電流が流れる。この場合、エネルギ蓄積素子のエネルギ放出時にグランドを介して還流される電流が増加するため、その電流によりハイサイド端子の地絡が適正に検出できる。なお本発明の駆動装置では、電流制限回路を設けた従来技術とは異なり、電源経路での電圧降下が生じることはなく、低電圧駆動用の電磁負荷であっても好適に駆動できる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、前記地絡検出手段によりハイサイドの端子の地絡が検出された時、第２及び第３のスイッチング素子に対する駆動信号の出力を停止し、電磁負荷に対するエネルギ供給動作を停止させる。これにより、第２のスイッチング素子や第３スイッチング素子に過大電流が流れることはなく、これら各スイッチング素子の保護を図ることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、電磁負荷を駆動するためのオン信号が前記第１のスイッチング素子に入力される毎に前記地絡検出の結果をリセットし、新たに地絡検出を実施する。これにより、ハイサイド端子の地絡が一時的なものであったり、地絡が誤検出されたりする場合において、正常動作への復帰が可能となる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明では、電源、昇圧コイル及びグランドの直列回路を周期的に断続させ、その際発生するエネルギを前記エネルギ蓄積素子に蓄積する。この場合、エネルギ蓄積素子が電源電圧よりも高い電圧に充電され、これを電磁負荷に対して放出することにより電磁負荷の応答性が向上する。
【００１１】
上記請求項４の発明では、請求項５に記載したように、昇圧コイルに流れる電流を検出するための抵抗を用い、前記電流検出手段を構成すると良い。この場合、前記抵抗は、昇圧コイルによる昇圧動作をモニタするために必須の構成要素であり、既存の装置にも採用されている。従って、前記抵抗を電流検出手段として兼用することにより、新たな付加的構成を追加することなく本発明の駆動装置が実現できる。
【００１２】
また本発明は、多気筒内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記ハイサイドの端子が複数のインジェクタに共通に接続されるコモン端子である場合に好適に具体化できる（請求項６）。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、車載用４気筒ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムとして具体化されるものであり、同燃料噴射システムにおいてコモンレール内で蓄圧された高圧燃料は、インジェクタの駆動に伴いディーゼルエンジンの各気筒に対して噴射供給される。また本実施の形態では、排気エミッションの改善を目的として、１回の燃焼行程に際してパイロット噴射、メイン噴射等、複数回の燃料噴射動作を多段に行わせる多段噴射と、同時に２つのインジェクタを駆動させて各々燃料噴射を行わせる多重噴射とを実施することとしている。
【００１４】
図１は、本実施の形態におけるインジェクタ駆動装置の電気的構成を示す回路図である。図１の装置は、エンジンの各気筒に対して燃料噴射を行うインジェクタ１０１，１０２，１０３，１０４と、これらインジェクタ１０１〜１０４を駆動する駆動回路（ＥＤＵ）１００と、この駆動回路１００に接続されるＥＣＵ（電子制御装置）１５０とを備える。ＥＣＵ１５０は、ＣＰＵ、各種メモリ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＣＣ、エンジン水温ＴＨＷなど、各種センサにて検出されるエンジン運転情報に基づき気筒毎に噴射信号を生成して駆動回路１００に出力する。
【００１５】
インジェクタ１０１〜１０４は常閉式の電磁弁にて構成され、電磁負荷としてのソレノイド１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０４ａを個々に備える。この場合、各ソレノイド１０１ａ〜１０４ａが通電されると、図示しない弁体がリターンスプリングの付勢力に抗して開弁位置に移動し、燃料噴射が行われる。また、各ソレノイド１０１ａ〜１０４ａの通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止される。
【００１６】
本実施の形態では、全４気筒分のインジェクタ１０１〜１０４を２気筒ずつに分け、インジェクタ１０１と１０３を同じ噴射グループとして駆動回路１００のコモン端子ＣＯＭ１に接続し、インジェクタ１０２と１０４を同じ噴射グループとして駆動回路１００のコモン端子ＣＯＭ２に接続している。なお、同時に駆動されることがないインジェクタで各々の噴射グループを構成することとしている。
【００１７】
インダクタＬ１１は一端がバッテリ電源ライン（＋Ｂ）に接続され、他端がトランジスタＴ００に接続されている。トランジスタＴ００のゲート端子には自励式の発振回路１１０が接続され、この発振回路１１０の出力に応じてトランジスタＴ００がオン／オフする。トランジスタＴ００とＧＮＤとの間には電流検出抵抗Ｒ００が接続されている。
【００１８】
インダクタＬ１１とトランジスタＴ００との間には、トランジスタＴ１３と逆流防止用のダイオードＤ１３とを介してコンデンサＣ１０の一端が接続されると共に、トランジスタＴ２３と逆流防止用のダイオードＤ２３とを介してコンデンサＣ２０の一端が接続されている。これらコンデンサＣ１０，Ｃ２０の他端はトランジスタＴ００と電流検出抵抗Ｒ００との接続点に接続されている。この場合、上記インダクタＬ１１、トランジスタＴ００、電流検出抵抗Ｒ００、発振回路１１０、トランジスタＴ１３，Ｔ２３、ダイオードＤ１３，Ｄ２３及びコンデンサＣ１０，Ｃ２０によりＤＣ−ＤＣコンバータ回路が構成されている。なお、コンデンサＣ１０は、ＣＯＭ１側の噴射グループであるインジェクタ１０１，１０３専用のエネルギ蓄積コンデンサであり、コンデンサＣ２０は、ＣＯＭ２側の噴射グループであるインジェクタ１０２，１０４専用のエネルギ蓄積コンデンサである。
【００１９】
トランジスタＴ１３，Ｔ２３は駆動用ＩＣ１２０により駆動が制御され、トランジスタＴ１３，Ｔ２３がオンした状態でトランジスタＴ００がオン／オフされると、ダイオードＤ１３，Ｄ２３を通じてコンデンサＣ１０，Ｃ２０が充電される。これにより、各コンデンサＣ１０，Ｃ２０がバッテリ電圧＋Ｂよりも高い電圧に充電される。かかる場合、電流検出抵抗Ｒ００により充電電流がモニタされつつ、駆動用ＩＣ１２０からの指示に従い発振回路１１０によりトランジスタＴ００がオン／オフされることで、コンデンサＣ１０，Ｃ２０が効率の良い周期で充電される。コンデンサＣ１０，Ｃ２０の充電電圧は例えば１００Ｖである。
【００２０】
駆動用ＩＣ１２０には、＃１〜＃４の入力端子が接続され、駆動用ＩＣ１２０はこの各端子を通じてＥＣＵ１５０から第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の各噴射信号を取り込む。
【００２１】
トランジスタＴ１２，Ｔ２２は、＃１〜＃４の噴射信号がオフ（論理Ｌレベル）からオン（論理Ｈレベル）に反転するタイミングで一時的にオンとなり、コンデンサＣ１０，Ｃ２０の蓄積エネルギをインジェクタ１０１〜１０４に供給するためのトランジスタである。より詳しくは、トランジスタＴ１２はコンデンサＣ１０とコモン端子ＣＯＭ１との間に設けられ、駆動用ＩＣ１２０によりトランジスタＴ１２がオンされると、コンデンサＣ１０の蓄積エネルギがＣＯＭ１側のインジェクタ１０１，１０３に供給される。また、トランジスタＴ２２はコンデンサＣ２０とコモン端子ＣＯＭ２との間に設けられ、駆動用ＩＣ１２０によりトランジスタＴ２２がオンされると、コンデンサＣ２０の蓄積エネルギがＣＯＭ２側のインジェクタ１０２，１０４に供給される。こうしたコンデンサＣ１０，Ｃ２０のエネルギ供給により、インジェクタ１０１〜１０４の駆動電流として大電流が流れ、それに伴いインジェクタ１０１〜１０４の開弁応答性が向上する。
【００２２】
各インジェクタ１０１〜１０４のローサイドには、駆動回路１００の端子ＩＮＪ１，ＩＮＪ２，ＩＮＪ３，ＩＮＪ４を介してトランジスタＴ１０，Ｔ２０，Ｔ３０，Ｔ４０が接続されており、駆動用ＩＣ１２０から＃１〜＃４の噴射信号が各々供給されると、その論理Ｈレベルの噴射信号により当該トランジスタＴ１０〜Ｔ４０がオンとなる。トランジスタＴ１０，Ｔ３０とトランジスタＴ２０，Ｔ４０とは、各々同一の噴射グループを構成するものであり、それら各トランジスタはグループ毎に電流検出抵抗Ｒ１０，Ｒ２０を介して接地されている。電流検出抵抗Ｒ１０，Ｒ２０によりインジェクタ１０１〜１０４に流れる駆動電流が検出され、その検出結果が駆動用ＩＣ１２０に取り込まれる。
【００２３】
ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子はそれぞれ、ダイオードＤ１１，Ｄ２１とトランジスタＴ１１，Ｔ２１とを介してバッテリ電源ライン（＋Ｂ）に接続されている。かかる場合、駆動用ＩＣ１２０は、インジェクタ１０１〜１０４に流れる駆動電流に応じてトランジスタＴ１１，Ｔ２１をオン／オフ制御する。これにより、＋Ｂからインジェクタ１０１〜１０４に定電流が供給される。ダイオードＤ１２，Ｄ２２は定電流制御のための帰還ダイオードであり、トランジスタＴ１１，Ｔ２１のオフ時にインジェクタ１０１〜１０４に流れる電流はダイオードＤ１２，Ｄ２２を介して還流される。
【００２４】
実際の動作に際しては、駆動指令である噴射信号の立ち上がりと同時に先ずトランジスタＴ１２又はＴ２２がオンされ、インジェクタ１０１〜１０４の駆動電流としてコンデンサＣ１０，Ｃ２０のエネルギ供給により大電流が流れた後、引き続き、トランジスタＴ１１又はＴ２１を通じて定電流が流れ、噴射信号の立ち下がりに伴い同駆動電流が遮断される。なお、ダイオードＤ１１，Ｄ２１は、コンデンサＣ１０，Ｃ２０のエネルギ供給に際し、高電位となるＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子から＋Ｂ側への回り込みを防止するためのダイオードである。
【００２５】
また、駆動用ＩＣ１２０には、ハイサイド端子であるＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡を検出するための地絡検出回路１２１が設けられている。この地絡検出回路１２１では、電流検出抵抗Ｒ００により検出される電圧値に基づき、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡を検出し、これら何れかの端子が地絡していれば、トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２に対して常時オフの信号を出力し、これらトランジスタの駆動を停止させる。その詳細な構成を図２を用いて説明する。
【００２６】
図２では、前記抵抗Ｒ００の検出値が取り込まれ、抵抗１２２，１２３を介してコンパレータ１２４の反転入力端子（−端子）に入力される。また、同コンパレータ１２４の非反転入力端子（＋端子）には、定電圧Ｖｃｃを抵抗１２５，１２６により分圧した基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。コンパレータ１２４の出力はフリップフロップ１２７のセット（Ｓ）端子に入力される。フリップフロップ１２７は、セット端子の入力がＨレベルであれば、出力ＱをＨレベルとする。また、フリップフロップ１２７のリセット（Ｒ）端子には、各気筒の駆動信号＃１〜＃４が入力され、フリップフロップ１２７は駆動信号＃１〜＃４がＨレベルとなる度に、出力Ｑをリセットする。この場合、フリップフロップ１２７の出力ＱがＨレベルであれば、トランジスタ１２８がオンし、各トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２への出力がオフに固定される。また、フリップフロップ１２７の出力ＱがＬレベルであれば、トランジスタ１２８がオフし、各トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２は通常通り動作する。
【００２７】
なお本実施の形態では、コンデンサＣ１０，Ｃ２０が本発明のエネルギ蓄積素子に、トランジスタＴ１０〜Ｔ４０が第１のスイッチング素子に、トランジスタＴ１２，Ｔ２２が第２のスイッチング素子に、トランジスタＴ１１，Ｔ２１が第３のスイッチング素子にそれぞれ相当する。また、電流検出抵抗Ｒ００が電流検出手段に、地絡検出回路１２１が地絡検出手段に相当する。
【００２８】
次に、本実施の形態における基本動作を図３のタイムチャートを用いて説明する。但し図３では、第１気筒の動作を例に挙げ、多段噴射のうち一つの燃料噴射（例えばメイン噴射）の動作を代表して示す。
【００２９】
図３の燃料噴射前（ｔ１直前）において、コンデンサＣ１０は満充電の状態にあり、ｔ１のタイミングで＃１の噴射信号がオンに立ち上げられると、トランジスタＴ１０がオンすると共に、それと同時にトランジスタＴ１２が比較的短い一定時間だけオンする。これにより、コンデンサＣ１０の蓄積エネルギがソレノイド１０１ａに供給されてソレノイド１０１ａに大電流が流れ、インジェクタ１０１による燃料噴射が開始される。
【００３０】
コンデンサＣ１０のエネルギ供給後は、それに引き続いてトランジスタＴ１１がオン／オフ制御され、ダイオードＤ１１を介してソレノイド１０１ａに定電流が供給される。すなわち、電流検出抵抗Ｒ１０により検出した駆動電流（ＩＮＪ１電流）に応じて駆動用ＩＣ１２０がトランジスタＴ１１をオン／オフし、その駆動電流を所定値に保持する。これにより、インジェクタ１０１は開弁状態で保持される。
【００３１】
その後、ｔ２のタイミングで＃１の噴射信号がオフされると、トランジスタＴ１０がオフする。そして通電遮断後、インジェクタ１０１の駆動電流（ＩＮＪ１電流）がリターンスプリングの付勢力に打ち負ける所定レベルまで減衰すると、インジェクタ１０１が閉弁し、同インジェクタ１０１による燃料噴射が終了される。
【００３２】
また、燃料噴射の開始後、しばらく時間が経過すると、駆動用ＩＣ１２０の指示に従い発振回路１１０が動作し、その発振回路１１０からの信号にてトランジスタＴ００が周期的にオン／オフする。これにより、コンデンサＣ１０が充電される。なおこのとき、トランジスタＴ１３はオンとなっている。
【００３３】
一方、電流検出抵抗Ｒ００の検出電流は、コンデンサＣ１０の充電動作時にはトランジスタＴ００のオン／オフの状態に応じて推移する。また、燃料噴射開始のタイミング（ｔ１のタイミング）では、コンデンサＣ１０のエネルギ放出に伴い一時的に負側に変化する。この場合、地絡検出回路１２１では、コンパレータ１２４の入力電圧が図示の如く変化するが、それは基準電圧Ｖｒｅｆに達することはない。従って、コンパレータ１２４の出力がＬレベルのまま保持され、フリップフロップ１２７の出力ＱがＬレベルとなる。これにより、トランジスタ１２８がオフのまま保持され、インジェクタ駆動が何ら制約されることなく継続される。
【００３４】
次いで、ＣＯＭ１端子が地絡した場合の動作について図４のタイムチャートを用いて説明する。
燃料噴射開始のタイミング（ｔ１１のタイミング）でトランジスタＴ１２がオンになり、コンデンサＣ１０のエネルギが放出される時、ＣＯＭ１端子が地絡していれば、電磁負荷としてのソレノイド１０１ａが切り離されている分、ＣＯＭ１端子に流れ込む電流ｉとして通常よりも大きな電流が流れようとする。しかしこの場合、グランドを介して還流される電流が増加し、この電流が電流検出抵抗Ｒ００により検出される。そのため、地絡検出回路１２１では、コンパレータ１２４の入力電圧が図示の如く大きく変化し、基準電圧Ｖｒｅｆを下回る。従って、コンパレータ１２４の出力がＨレベルに変化し、フリップフロップ１２７の出力ＱがＨレベルとなる。これにより、トランジスタ１２８がオンし、トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２への出力がオフされる。すなわち、インジェクタ駆動が中断される。
【００３５】
なお、次回の燃料噴射時には、次気筒の噴射信号がオンとなることでフリップフロップ１２７がリセットされる。そして、新たに電流検出抵抗Ｒ００の検出電圧がコンパレータ１２４に取り込まれ、地絡検出が実施される。従って、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡が一時的なものであったり、地絡が誤検出されたりする場合において、正常動作への復帰が可能となる。第１気筒以外の動作については説明を省略するが、勿論同様に動作する。
【００３６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
コンデンサＣ１０，Ｃ２０のエネルギ放出時にグランドを介して還流される電流が検出され、該検出した電流に応じてＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡が検出される。また、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡が検出されると、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子側のトランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２の出力がオフされる。従って、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡が適正に検出できると共に、前記各トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２の保護を図ることができる。
【００３７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に組み込まれる電流検出抵抗Ｒ００を用い、コンデンサＣ１０のエネルギ放出時における電流検出を行うので、電流検出手段として新たな付加的構成を追加することなく上記駆動装置が実現できる。
【００３８】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２端子の地絡を検出すると、トランジスタＴ１１，Ｔ２１，Ｔ１２，Ｔ２２を常時オフとしたが、それ以外に、地絡検出時には異常情報をＥＣＵ１５０内に記憶したり、トランジスタオフ以外のフェイルセーフ処理を実施したりしても良い。
【００３９】
また、地絡検出回路は、ＥＣＵ１５０内でのソフトウエアにて実現するようにしても良い。
また、コモンレール式燃料噴射装置以外への適用も可能である。要は、電磁負荷を高応答で駆動させ、その後の定電流駆動させるような電磁負荷の駆動装置であれば任意に具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるインジェクタ駆動装置の概要を示す回路図。
【図２】地絡検出回路の構成を示す回路図。
【図３】インジェクタ駆動装置の基本動作を示すタイムチャート。
【図４】ＣＯＭ１端子の地絡時における動作を示すタイムチャート。
【図５】従来技術におけるインジェクタ駆動装置を示す回路図。
【図６】ＣＯＭ端子の地絡時における動作を示すタイムチャート。
【図７】電流制限回路を示す回路図。
【符号の説明】
１００…駆動回路、１０１〜１０４…インジェクタ、１０１ａ〜１０４ａ…電磁負荷としてのソレノイド、１２１…地絡検出手段としての地絡検出回路、ＣＯＭ１，ＣＯＭ２…ハイサイド端子としてのコモン端子、ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４…ローサイド端子、Ｃ１０，Ｃ２０…エネルギ蓄積素子としてのコンデンサ、Ｔ１０〜Ｔ４０…第１のスイッチング素子としてのトランジスタ、Ｔ１２，Ｔ２２…第２のスイッチング素子としてのトランジスタ、Ｔ１１，Ｔ２１…第３のスイッチング素子としてのトランジスタ、Ｒ００…電流検出手段としての電流検出抵抗、Ｌ１１…昇圧コイルとしてのインダクタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic load driving device.
[0002]
[Prior art]
As this type of prior art, for example, an injector driving device shown in FIG. 5 is known. In FIG. 5, a COM terminal is provided on the high side of a drive circuit (EDU: Electric Driver Unit) 200 and an INJ terminal is provided on the low side, and an injector 250 is connected between the COM terminal and the INJ terminal. Has been. In the driving circuit 200, the power supply voltage + B is boosted by the booster coil 202 in accordance with the on / off of the switching element 201, and the capacitor 204 is charged via the diode 203. When the injector is driven, that is, when the switching element 205 is turned on, the switching element 207 is turned on at the beginning of driving and the charging voltage of the capacitor 204 is supplied to the injector 250. Thereby, the injector 250 is opened and fuel injection is started. Further, after the capacitor is discharged, the switching element 208 is turned on / off according to the injector energization current (detected value of the resistor 206). As a result, a constant current is supplied to the injector 250 via the switching element 208, and the injector 250 is held in a valve open state. Reference numeral 209 denotes a driving IC for driving each switching element.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the drive circuit 200, when the COM terminal has a ground fault due to the wire harness coming into contact with the engine body or the like, an overcurrent flows in the drive circuit 200, and the switching elements 207 and 208 configured by transistors or the like are damaged. There was a problem to do. That is, when the ground fault occurs in the COM terminal, as shown in FIG. 6, the current i flowing into the COM terminal immediately after the switching elements 207 and 208 are turned on is larger than the normal current (two-dot chain line). Flows. At this time, since the current value (injector energization current) detected by the resistor 206 is 0, the switching element 208 is kept on. Therefore, a larger current flows as the valve-opening holding current than when energized. Therefore, an overcurrent flows through the switching elements 207 and 208, and the switching elements 207 and 208 are damaged.
[0004]
As a countermeasure against the above, it is considered to provide a current limiting circuit 300 as shown in FIG. However, in the current limiting circuit 300, a voltage drop occurs between both terminals of the resistor 301 arranged in series with the COM terminal. Therefore, when the voltage drop cannot be ignored, such as when the injector is driven at a low voltage, there is a possibility that the drive circuit cannot function properly. In recent years, the use of a low-voltage driven injector is being studied so that the injector can be driven without any trouble even when the battery voltage drops when the engine is started. However, such a request cannot be fully met.
[0005]
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to properly detect the ground fault of the high-side terminal (COM terminal) and thus to protect the switching element. It is an object to provide an electromagnetic load driving device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, when energy is stored in the energy storage element at any time and the second switching element is turned on together with the first switching element during driving of the electromagnetic load, the energy of the energy storage element is increased to the high side. It is supplied to the electromagnetic load through the terminal. In addition, after the second switching element is turned on, the third switching element is periodically turned on / off according to the energization current of the electromagnetic load, and a constant current based on the power supply voltage is supplied to the electromagnetic load via the high-side terminal. Is done. Thereby, the electromagnetic load is continuously driven in a predetermined period. Further, on the ground side of the energy storage element, a current flowing back through the ground when the energy storage element releases energy is detected (current detection means), and a ground fault of the high-side terminal is detected according to the detected current. (Ground fault detection means).
[0007]
In short, when the high-side terminal is grounded, a current larger than usual flows when the second switching element is turned on, because the electromagnetic load is disconnected. In this case, since the current recirculated through the ground increases when the energy storage element releases the energy, the ground fault of the high side terminal can be properly detected by the current. Note that, unlike the prior art provided with a current limiting circuit, the drive device of the present invention does not cause a voltage drop in the power supply path, and can be suitably driven even with an electromagnetic load for low voltage drive.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, when a ground fault of the high-side terminal is detected by the ground fault detecting means, output of drive signals to the second and third switching elements is stopped, and energy supply to the electromagnetic load is performed. Stop operation. As a result, an excessive current does not flow through the second switching element and the third switching element, and it is possible to protect each of these switching elements.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, every time an ON signal for driving an electromagnetic load is input to the first switching element, the ground fault detection result is reset, and ground fault detection is newly performed. As a result, when the ground fault of the high side terminal is temporary or when the ground fault is erroneously detected, the normal operation can be restored.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, a series circuit of a power source, a booster coil and a ground is periodically interrupted, and energy generated at that time is stored in the energy storage element. In this case, the energy storage element is charged to a voltage higher than the power supply voltage and discharged to the electromagnetic load, thereby improving the response of the electromagnetic load.
[0011]
In the invention of claim 4, as described in claim 5, it is preferable to configure the current detection means using a resistor for detecting a current flowing in the booster coil. In this case, the resistor is an indispensable component for monitoring the boosting operation by the boosting coil, and is also used in existing devices. Therefore, the driving device of the present invention can be realized without adding a new additional configuration by using the resistor also as current detection means.
[0012]
The present invention can be suitably embodied in a fuel injection control device for a multi-cylinder internal combustion engine when the high-side terminal is a common terminal commonly connected to a plurality of injectors (Claim 6).
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is embodied as a common rail type fuel injection system for a vehicle-mounted four-cylinder diesel engine. The high-pressure fuel accumulated in the common rail in the fuel injection system is supplied to the diesel engine as the injector is driven. Injection is supplied to each cylinder. Further, in the present embodiment, for the purpose of improving exhaust emission, multi-stage injection in which a plurality of fuel injection operations such as pilot injection and main injection are performed in multiple stages in one combustion stroke, and two injectors are driven simultaneously. Thus, multiple injections for performing fuel injection are performed.
[0014]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an injector driving device according to the present embodiment. The apparatus of FIG. 1 is connected to injectors 101, 102, 103, and 104 that inject fuel into each cylinder of the engine, a drive circuit (EDU) 100 that drives these injectors 101 to 104, and the drive circuit 100. ECU (electronic control unit) 150. The ECU 150 includes a known microcomputer including a CPU, various memories, and the like, and generates an injection signal for each cylinder based on engine operation information detected by various sensors such as an engine speed Ne, an accelerator opening degree ACC, and an engine coolant temperature THW. It is generated and output to the drive circuit 100.
[0015]
The injectors 101 to 104 are constituted by normally closed solenoid valves, and individually include solenoids 101a, 102a, 103a, and 104a as electromagnetic loads. In this case, when the solenoids 101a to 104a are energized, a valve body (not shown) moves to the valve opening position against the urging force of the return spring, and fuel injection is performed. Further, when the energization of each of the solenoids 101a to 104a is cut off, the valve body returns to the original closed position, and fuel injection is stopped.
[0016]
In the present embodiment, the injectors 101 to 104 for all four cylinders are divided into two cylinders, the injectors 101 and 103 are connected to the common terminal COM1 of the drive circuit 100 as the same injection group, and the injectors 102 and 104 are connected to the same injection group. Is connected to the common terminal COM2 of the drive circuit 100. Each injection group is composed of injectors that are not driven simultaneously.
[0017]
The inductor L11 has one end connected to the battery power supply line (+ B) and the other end connected to the transistor T00. A self-excited oscillation circuit 110 is connected to the gate terminal of the transistor T00, and the transistor T00 is turned on / off according to the output of the oscillation circuit 110. A current detection resistor R00 is connected between the transistor T00 and GND.
[0018]
One end of a capacitor C10 is connected between the inductor L11 and the transistor T00 through a transistor T13 and a backflow prevention diode D13, and the capacitor C20 is connected through a transistor T23 and a backflow prevention diode D23. One end is connected. The other ends of the capacitors C10 and C20 are connected to a connection point between the transistor T00 and the current detection resistor R00. In this case, the inductor L11, transistor T00, current detection resistor R00, oscillation circuit 110, transistors T13 and T23, diodes D13 and D23, and capacitors C10 and C20 constitute a DC-DC converter circuit. The capacitor C10 is an energy storage capacitor dedicated to the injectors 101 and 103 that are the COM1 side injection group, and the capacitor C20 is an energy storage capacitor dedicated to the injectors 102 and 104 that are the COM2 side injection group.
[0019]
The driving of the transistors T13 and T23 is controlled by the driving IC 120. When the transistor T00 is turned on / off with the transistors T13 and T23 turned on, the capacitors C10 and C20 are charged through the diodes D13 and D23. As a result, the capacitors C10 and C20 are charged to a voltage higher than the battery voltage + B. In this case, the charging current is monitored by the current detection resistor R00, and the transistor T00 is turned on / off by the oscillation circuit 110 in accordance with an instruction from the driving IC 120, so that the capacitors C10 and C20 are charged in an efficient cycle. . The charging voltage of the capacitors C10 and C20 is, for example, 100V.
[0020]
Input terminals # 1 to # 4 are connected to the driving IC 120, and the driving IC 120 takes in the injection signals of the first cylinder (# 1) to the fourth cylinder (# 4) from the ECU 150 through these terminals.
[0021]
The transistors T12 and T22 are temporarily turned on when the injection signals # 1 to # 4 are inverted from off (logic L level) to on (logic H level), and the stored energy in the capacitors C10 and C20 is transferred to the injectors 101 to 101. 104 is a transistor for supplying to 104. More specifically, the transistor T12 is provided between the capacitor C10 and the common terminal COM1, and when the transistor T12 is turned on by the driving IC 120, the stored energy of the capacitor C10 is supplied to the injectors 101 and 103 on the COM1 side. The transistor T22 is provided between the capacitor C20 and the common terminal COM2. When the transistor T22 is turned on by the driving IC 120, the energy stored in the capacitor C20 is supplied to the injectors 102 and 104 on the COM2 side. Due to the energy supply of the capacitors C10 and C20, a large current flows as the drive current of the injectors 101 to 104, and the valve opening responsiveness of the injectors 101 to 104 is improved accordingly.
[0022]
Transistors T10, T20, T30, and T40 are connected to the low side of each of the injectors 101 to 104 via terminals INJ1, INJ2, INJ3, and INJ4 of the drive circuit 100, and injection of # 1 to # 4 from the driving IC 120. When each signal is supplied, the transistors T10 to T40 are turned on by the logic H level injection signal. The transistors T10 and T30 and the transistors T20 and T40 constitute the same injection group, and these transistors are grounded via current detection resistors R10 and R20 for each group. The drive current flowing through the injectors 101 to 104 is detected by the current detection resistors R10 and R20, and the detection result is taken into the drive IC 120.
[0023]
The COM1 and COM2 terminals are connected to the battery power supply line (+ B) via diodes D11 and D21 and transistors T11 and T21, respectively. In such a case, the driving IC 120 performs on / off control of the transistors T11 and T21 in accordance with the driving current flowing through the injectors 101 to 104. Thereby, a constant current is supplied from + B to the injectors 101 to 104. The diodes D12 and D22 are feedback diodes for constant current control, and the current flowing through the injectors 101 to 104 when the transistors T11 and T21 are turned off is circulated through the diodes D12 and D22.
[0024]
In actual operation, the transistor T12 or T22 is first turned on simultaneously with the rise of the injection signal, which is a drive command, and after a large current flows by supplying energy from the capacitors C10 and C20 as the drive current of the injectors 101 to 104, A constant current flows through the transistor T11 or T21, and the drive current is cut off as the injection signal falls. The diodes D11 and D21 are diodes for preventing wraparound from the COM1 and COM2 terminals, which are high potentials, to the + B side when energy is supplied to the capacitors C10 and C20.
[0025]
Further, the driving IC 120 is provided with a ground fault detection circuit 121 for detecting a ground fault of the COM1 and COM2 terminals which are high side terminals. The ground fault detection circuit 121 detects the ground fault of the COM1 and COM2 terminals based on the voltage value detected by the current detection resistor R00. If any of these terminals is grounded, the transistors T11, T21, A signal that is always off is output to T12 and T22, and the driving of these transistors is stopped. The detailed configuration will be described with reference to FIG.
[0026]
In FIG. 2, the detection value of the resistor R00 is captured and input to the inverting input terminal (− terminal) of the comparator 124 via the resistors 122 and 123. A reference voltage Vref obtained by dividing the constant voltage Vcc by the resistors 125 and 126 is input to the non-inverting input terminal (+ terminal) of the comparator 124. The output of the comparator 124 is input to the set (S) terminal of the flip-flop 127. The flip-flop 127 sets the output Q to the H level when the input of the set terminal is at the H level. Further, the reset (R) terminal of the flip-flop 127 receives the drive signals # 1 to # 4 of each cylinder, and the flip-flop 127 outputs the output Q every time the drive signals # 1 to # 4 become H level. Reset. In this case, if the output Q of the flip-flop 127 is H level, the transistor 128 is turned on, and the outputs to the transistors T11, T21, T12, T22 are fixed to be off. If the output Q of the flip-flop 127 is L level, the transistor 128 is turned off, and the transistors T11, T21, T12, and T22 operate normally.
[0027]
In the present embodiment, capacitors C10 and C20 are the energy storage elements of the present invention, transistors T10 to T40 are the first switching elements, transistors T12 and T22 are the second switching elements, and transistors T11 and T21 are the first switching elements. Each of the switching elements corresponds to 3. The current detection resistor R00 corresponds to the current detection means, and the ground fault detection circuit 121 corresponds to the ground fault detection means.
[0028]
Next, the basic operation in the present embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. However, in FIG. 3, the operation of the first cylinder is taken as an example, and the operation of one fuel injection (for example, main injection) among the multi-stage injections is shown as a representative.
[0029]
Before the fuel injection in FIG. 3 (immediately before t1), the capacitor C10 is in a fully charged state. When the injection signal # 1 is turned on at the timing t1, the transistor T10 is turned on, and at the same time, the transistor T12 is turned on. Turns on for a relatively short period of time. As a result, the energy stored in the capacitor C10 is supplied to the solenoid 101a, a large current flows through the solenoid 101a, and fuel injection by the injector 101 is started.
[0030]
After the energy is supplied to the capacitor C10, the transistor T11 is subsequently turned on / off, and a constant current is supplied to the solenoid 101a via the diode D11. That is, the driving IC 120 turns on / off the transistor T11 according to the driving current (INJ1 current) detected by the current detection resistor R10, and holds the driving current at a predetermined value. Thereby, the injector 101 is held in a valve open state.
[0031]
Thereafter, when the injection signal # 1 is turned off at the timing of t2, the transistor T10 is turned off. After the energization is cut off, when the drive current (INJ1 current) of the injector 101 is attenuated to a predetermined level that can be defeated by the urging force of the return spring, the injector 101 is closed and the fuel injection by the injector 101 is ended.
[0032]
Further, after a lapse of time after the start of fuel injection, the oscillation circuit 110 operates in accordance with an instruction from the driving IC 120, and the transistor T00 is periodically turned on / off by a signal from the oscillation circuit 110. Thereby, the capacitor C10 is charged. At this time, the transistor T13 is on.
[0033]
On the other hand, the detection current of the current detection resistor R00 changes according to the on / off state of the transistor T00 during the charging operation of the capacitor C10. Further, at the timing of starting fuel injection (timing of t1), it temporarily changes to the negative side as the energy of the capacitor C10 is released. In this case, in the ground fault detection circuit 121, the input voltage of the comparator 124 changes as shown, but it does not reach the reference voltage Vref. Accordingly, the output of the comparator 124 is held at the L level, and the output Q of the flip-flop 127 becomes the L level. As a result, the transistor 128 is held off, and the injector driving is continued without any restriction.
[0034]
Next, the operation when the COM1 terminal is grounded will be described with reference to the time chart of FIG.
When the transistor T12 is turned on at the fuel injection start timing (timing t11) and the energy of the capacitor C10 is released, if the COM1 terminal is grounded, the solenoid 101a as the electromagnetic load is disconnected. As a current i flowing into the COM1 terminal, a larger current than usual is about to flow. However, in this case, the current that flows back through the ground increases, and this current is detected by the current detection resistor R00. For this reason, in the ground fault detection circuit 121, the input voltage of the comparator 124 changes greatly as shown in the figure and falls below the reference voltage Vref. Accordingly, the output of the comparator 124 changes to H level, and the output Q of the flip-flop 127 becomes H level. Thereby, the transistor 128 is turned on, and the outputs to the transistors T11, T21, T12, and T22 are turned off. That is, injector drive is interrupted.
[0035]
At the time of the next fuel injection, the flip-flop 127 is reset by turning on the injection signal of the next cylinder. Then, the detection voltage of the current detection resistor R00 is newly taken into the comparator 124, and ground fault detection is performed. Therefore, when the ground fault of the COM1 and COM2 terminals is temporary or when the ground fault is erroneously detected, it is possible to return to normal operation. The description of the operation other than the first cylinder is omitted, but of course the same operation is performed.
[0036]
According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
A current flowing back through the ground when the energy of the capacitors C10 and C20 is discharged is detected, and a ground fault of the COM1 and COM2 terminals is detected according to the detected current. When a ground fault is detected at the COM1 and COM2 terminals, the outputs of the transistors T11, T21, T12, and T22 on the COM1 and COM2 terminal sides are turned off. Accordingly, it is possible to properly detect the ground fault of the COM1 and COM2 terminals and to protect the transistors T11, T21, T12, and T22.
[0037]
Since the current detection resistor R00 incorporated in the DC-DC converter circuit is used to detect the current when the energy of the capacitor C10 is released, the above drive device can be realized without adding a new additional configuration as a current detection means.
[0038]
In addition to the above, the present invention can be embodied in the following forms.
In the above-described embodiment, when the ground fault of the COM1 and COM2 terminals is detected, the transistors T11, T21, T12, and T22 are always turned off. In addition, abnormality information is stored in the ECU 150 when a ground fault is detected. Fail-safe processing other than transistor off may be performed.
[0039]
Further, the ground fault detection circuit may be realized by software in the ECU 150.
Further, the present invention can be applied to other than the common rail type fuel injection device. In short, any electromagnetic load driving device that drives an electromagnetic load with high response and then drives it at a constant current can be embodied arbitrarily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an outline of an injector driving device in an embodiment of the invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a ground fault detection circuit.
FIG. 3 is a time chart showing the basic operation of the injector driving device.
FIG. 4 is a time chart showing an operation at the time of a ground fault of a COM1 terminal.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an injector driving device in the prior art.
FIG. 6 is a time chart showing an operation when a COM terminal is grounded.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a current limiting circuit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Drive circuit, 101-104 ... Injector, 101a-104a ... Solenoid as electromagnetic load, 121 ... Ground fault detection circuit as a ground fault detection means, COM1, COM2 ... Common terminal as high side terminal, INJ1-INJ4 ... Low-side terminals, C10, C20, capacitors as energy storage elements, T10 to T40, transistors as first switching elements, T12, T22, transistors as second switching elements, T11, T21, as third switching elements R00, a current detection resistor as current detection means, L11, an inductor as a boost coil.

Claims (6)

電磁負荷を接続するハイサイド及びローサイドの端子を備え、ローサイドの端子には電磁負荷の通電をオン／オフするための第１のスイッチング素子を接続し、該第１のスイッチング素子をオンすることによりハイサイドの端子から電磁負荷に駆動用エネルギを供給する電磁負荷の駆動装置において、
電磁負荷に供給するためのエネルギを蓄積するエネルギ蓄積素子と、
前記エネルギ蓄積素子と前記ハイサイドの端子との間に設けられる第２のスイッチング素子と、
電源と前記ハイサイドの端子との間に設けられ、前記第２のスイッチング素子のオン以後、電磁負荷の通電電流に応じてオン／オフされる第３のスイッチング素子と、
前記エネルギ蓄積素子のグランド側の端子に接続されて、同エネルギ蓄積素子のエネルギ放出時にグランドを介して還流される電流を検出する電流検出手段と、
前記検出した電流に応じて前記ハイサイドの端子の地絡を検出する地絡検出手段と、
を備えることを特徴とする電磁負荷の駆動装置。A high-side terminal and a low-side terminal for connecting an electromagnetic load are provided, and a first switching element for turning on / off the electromagnetic load is connected to the low-side terminal, and the first switching element is turned on. In an electromagnetic load drive device that supplies drive energy to an electromagnetic load from a high-side terminal,
An energy storage element for storing energy to be supplied to the electromagnetic load;
A second switching element provided between the energy storage element and the high-side terminal;
A third switching element that is provided between a power source and the high-side terminal, and is turned on / off in accordance with an energization current of an electromagnetic load after the second switching element is turned on;
Current detection means connected to a ground-side terminal of the energy storage element for detecting a current recirculated through the ground when the energy storage element releases energy;
A ground fault detection means for detecting a ground fault of the high side terminal according to the detected current;
An electromagnetic load drive device comprising: 前記地絡検出手段により前記ハイサイドの端子の地絡が検出された時、前記第２及び第３のスイッチング素子に対する駆動信号の出力を停止する請求項１に記載の電磁負荷の駆動装置。2. The electromagnetic load driving device according to claim 1, wherein when a ground fault of the high-side terminal is detected by the ground fault detection unit, output of a drive signal to the second and third switching elements is stopped. 電磁負荷を駆動するためのオン信号が前記第１のスイッチング素子に入力される毎に前記地絡検出の結果をリセットし、新たに地絡検出を実施する請求項１又は２に記載の電磁負荷の駆動装置。3. The electromagnetic load according to claim 1, wherein the ground fault detection result is reset every time an ON signal for driving the electromagnetic load is input to the first switching element, and the ground fault detection is newly performed. Drive device. 電源、昇圧コイル及びグランドの直列回路を周期的に断続させ、その際発生するエネルギを前記エネルギ蓄積素子に蓄積する請求項１〜３の何れか一項に記載の電磁負荷の駆動装置。Power, the boosting coil and cyclically intermittently a series circuit ground, electromagnetic load driving device according to any one of claims 1 to 3 for storing energy generated at that time to the energy storage device. 請求項４に記載の電磁負荷の駆動装置において、前記昇圧コイルに流れる電流を検出するための抵抗を用い、前記電流検出手段を構成する電磁負荷の駆動装置。5. The electromagnetic load driving device according to claim 4, wherein a resistor for detecting a current flowing through the booster coil is used to constitute the current detecting means. 多気筒内燃機関の気筒毎に電磁駆動式のインジェクタが設けられ、該インジェクタにより燃料噴射を行う燃料噴射装置に適用され、前記ハイサイドの端子は、複数のインジェクタに共通に接続されるコモン端子である請求項１〜５の何れか一項に記載の電磁負荷の駆動装置。An electromagnetically driven injector is provided for each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine, and is applied to a fuel injection device that performs fuel injection by the injector. The high-side terminal is a common terminal commonly connected to a plurality of injectors. The drive device of the electromagnetic load as described in any one of Claims 1-5.

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