JP4465933B2 - 電磁式アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式アクチュエータ駆動装置に関し、例えば、インジェクタ（燃料噴射弁）等の駆動に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エネルギ蓄積用コンデンサに蓄積された高電圧な充電エネルギの放電を利用して電磁式アクチュエータとして例えば、インジェクタに対する初期駆動を行う電磁式アクチュエータ駆動装置が知られている。このインジェクタの初期駆動に際しては、エネルギ蓄積用コンデンサに蓄積された全電荷を放電したのち再び充電するというコンデンサ充放電制御が一般的であった。
【０００３】
前述のインジェクタの駆動状況（正常／異常）は、インジェクタを駆動制御するインジェクタ駆動装置（Electric Driver Unit；以下、単に『ＥＤＵ』と記す）からのＩＪｆ信号（フェイル信号）の状態によって知ることができる。即ち、このＩＪｆ信号は、インジェクタのソレノイドコイルに流れる電流がその立上がり途中で異常判定のための閾値電流を越えると反転することで、インジェクタが正常に駆動されていることが分かるのである。
【０００４】
ここで、インジェクタの内部インピーダンスが元来、大きいものでは、インジェクタのソレノイドコイルに何らかの異常、例えば、リークが生じて内部インピーダンスが多少、小さくなったとしても、インジェクタのソレノイドコイルを流れる電流が閾値電流を越えて流れることがない。つまり、このものでは、異常が起こったときにＩＪｆ信号が反転することがないため、所定のタイミングにおけるＩＪｆ信号によれば、インジェクタの駆動状況（正常／異常）を的確に知ることができるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、内燃機関の排気浄化を向上するため、インジェクタからの燃料噴射量を複数回に分け噴射間隔を短くして噴射供給することが求められている。これに対処するため、インジェクタは内部インピーダンスの小さなものが採用される傾向にある。つまり、この内部インピーダンスの小さなインジェクタを用いることで、インジェクタの初期駆動のために必要なエネルギを少なくでき、大容量のエネルギ蓄積用コンデンサの採用と相まって噴射間隔の短い連続した噴射にも対応できるのである。
【０００６】
ところが、前述のものでは、インジェクタの内部インピーダンスが小さくなることで、インジェクタを流れる電流に正常時と異常時とで差がなくなり、閾値電流に基づく正常／異常判定が困難となっている。また、エネルギ蓄積用コンデンサは蓄積された全電荷を一度に放電しているため、放電後の充電時間がかかり放電間隔に制約が生じ連続する複数回の放電が難しいという不具合があった。
【０００７】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、電磁式アクチュエータの動作間隔の短い連続した動作を可能とし、かつ電磁式アクチュエータを流れる電流値の所定電流値への到達状況に応じて電磁式アクチュエータが正常／異常とする信号を的確に出力可能な電磁式アクチュエータ駆動装置の提供を課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁式アクチュエータ駆動装置によれば、制御回路による昇圧スイッチング回路の駆動により蓄積されたエネルギ蓄積用コンデンサの放電による電磁式アクチュエータを流れる電流値が電流検出手段で検出され、この電流値と電磁式アクチュエータを初期駆動するための所定電流値とが比較判定手段で比較判定される。この比較判定手段で電流値が所定電流値に到達したと判定されたときには、放電停止手段によってエネルギ蓄積用コンデンサから電磁式アクチュエータへの放電が停止され、信号出力手段から電磁式アクチュエータを正常とする信号が出力される。これにより、次回の充電時間が短くて済み、結果として、電磁式アクチュエータに対する動作間隔の短い連続した動作が可能となる。一方、比較判定手段で電流値が所定電流値に到達しないと判定されたときには、信号出力手段から電磁式アクチュエータを異常とする信号が出力される。これにより、電磁式アクチュエータの内部インピーダンスに影響されず、的確に正常／異常の判定が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる電磁式アクチュエータ駆動装置が適用されたＥＤＵ（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。
【００１１】
図１において、ＥＤＵ１００には、図示しない内燃機関を構成する複数の気筒に対して燃料噴射を実施するインジェクタ（電磁式アクチュエータ）１１０（図には便宜上、１つからなる構成を示す）が接続され、バッテリＢＡＴからの直流電源であるバッテリ電源＋Ｂが入力され、また、図示しない周知のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）からインジェクタ１１０による燃料噴射のための駆動信号であるＩＪｔ信号が入力されている。そして、ＥＤＵ１００からＥＣＵに対してインジェクタ１１０の駆動状況（正常／異常）を表わすフェイル信号であるＩＪｆ信号が出力される。なお、本実施例では、後述するように、所定のタイミングにおけるＩＪｆ信号が「Ｈｉ（ハイ）」状態となっておれば、インジェクタ１１０の駆動状況が正常で適切な燃料噴射量が内燃機関（図示略）に噴射供給されたとＥＣＵによって判定することができる。
【００１２】
ＥＤＵ１００内において、バッテリ電源＋ＢはコイルＬ1 の一端に接続され、コイルＬ1 の他端は昇圧スイッチング回路を形成するトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ1 を介してグランドに接続されている。このスイッチング素子ＳＷ1 のゲート側は後述の制御回路１０に接続されている。また、コイルＬ1 の他端は逆流防止用ダイオードＤ1 を介してエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 に接続されている。
【００１３】
このエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の充電エネルギが、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ2 を介してインジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１の一端に与えられる。このスイッチング素子ＳＷ2 のゲート側は後述の制御回路１０に接続されている。
【００１４】
更に、コイルＬ1 、逆流防止用ダイオードＤ1 及びスイッチング素子ＳＷ2 と並列にトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ3 及び逆流防止用ダイオードＤ2 が接続されている。このスイッチング素子ＳＷ3 のゲート側は後述の制御回路１０に接続されている。なお、ダイオードＤ3 は電流還流用ダイオードである。また、インジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１の他端は、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ4 及び抵抗Ｒ1 を介してグランドに接続されている。このスイッチング素子ＳＷ4 のゲート側は後述の制御回路１０に接続されている。
【００１５】
ＥＤＵ１００の制御回路１０は主として、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを含む充電回路及び定電圧回路等からなり、ＥＤＵ１００に入力されるバッテリ電源＋Ｂ、ＩＪｔ信号を受け、駆動信号１０を出力することでスイッチング素子ＳＷ1 ，ＳＷ2 ，ＳＷ3 ，ＳＷ4 がＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００１６】
また、スイッチング素子ＳＷ4 と抵抗Ｒ1 との間が制御回路１０に接続され、かつコンパレータ２１の非反転（＋）入力端子側に接続されている。一方、コンパレータ２１の反転（−）入力端子側には制御回路１０からの所定電圧が抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 で分圧された比較電圧Ｖref が入力されている。この比較電圧Ｖref はインジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１が正常であるときに流れると想定される好適な電流値に相当するよう予め設定されている。
【００１７】
そして、コンパレータ２１の出力端子側は抵抗Ｒ4 を介して制御回路１０と抵抗Ｒ2 との間に接続され、かつトランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ5 のベース側に接続されると共に、フリップフロップ回路２２のＳ（セット）端子側に接続されている。このスイッチング素子ＳＷ5 のコレクタ側は、スイッチング素子ＳＷ2 のゲート側を駆動してスイッチング素子ＳＷ2 をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路１０からの信号線に接続されている。なお、コンパレータ２１の出力端子側と反転（−）入力端子側との間に並列に接続されている抵抗Ｒ5 による帰還作用によって、コンパレータ２１はヒステリシス特性を有したものとなっている。
【００１８】
更に、フリップフロップ回路２２のＲ（リセット）端子側は制御回路１０に接続されている。このフリップフロップ回路２２のＱ（出力）端子側は駆動回路２３を介してＩＪｆ端子に接続されている。
【００１９】
次に、図１及び図２を参照し、その動作について説明する。ここで、図２は図１における各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【００２０】
図１及び図２において、図示しないイグニッションスイッチが「ＯＮ」状態で、ＥＤＵ１００にバッテリＢＡＴからバッテリ電源＋Ｂが供給状態となる。すると、ＥＤＵ１００内の制御回路１０によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示略）からの出力電圧によるスイッチング素子ＳＷ1 のＯＮ／ＯＦＦ制御が繰返され、コイルＬ1 に発生する自己誘導エネルギでダイオードＤ1 を介してエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 が充電開始される（図２の時刻ｔ1 ）。そして、制御回路１０によるスイッチング素子ＳＷ1 のＯＮ／ＯＦＦ制御によって、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1〔Ｖ〕が所望の高電圧である所定電圧となるまで昇圧される（図２の時刻ｔ2 ）。
【００２１】
次に、ＥＣＵ側からのＩＪｔ信号が「Ｌｏ（ロー）」から「Ｈｉ」と立上がると、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＷ2 ，ＳＷ3 ，ＳＷ4 が「ＯＮ」とされる（図２の時刻ｔ2 ）。すると、まず、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からの充電エネルギに基づく電流が、スイッチング素子ＳＷ2 を介してインジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１、更に、スイッチング素子ＳＷ4 を介して抵抗Ｒ1 を通って流れることとなる。この抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1は、図２に示すように時刻ｔ2 から徐々に増大される。
【００２２】
そして、抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1に基づくコンパレータ２１の非反転（＋）入力端子側の電圧が、コンパレータ２１の反転（−）入力端子側に入力されている比較電圧Ｖref に等しくなると、コンパレータ２１の出力端子側からの出力電圧によってスイッチング素子ＳＷ5 が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」とされる（図２の時刻ｔ3 ）。このとき、インジェクタ１１０はソレノイドコイル１１１を流れる大電流によって開弁駆動され、周知の燃料噴射が開始される。この際、抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1がインジェクタ１１０を初期駆動するための所定電流値としてのピーク電流値Ｉp となる。
【００２３】
すると、スイッチング素子ＳＷ2 が「ＯＦＦ」とされエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からの放電が停止され、同時に、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＷ3 が一旦「ＯＦＦ」とされる（図２の時刻ｔ3 ）。これにより、抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1が少なくなり所定電流まで下降すると（図２の時刻ｔ4 ）、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＷ3 によるＯＮ／ＯＦＦ制御が開始されインジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１にバッテリ電源＋Ｂに基づく所定電流が流され、インジェクタ１１０の開弁状態が保持される。このとき、スイッチング素子ＳＷ5 は「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に戻される。
【００２４】
同時に、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＷ1 によるＯＮ／ＯＦＦ制御が再開され、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1が所定電圧となるまで再び充電開始される（図２の時刻ｔ4 ）。そして、インジェクタ１１０からの今回の燃料噴射量に見合う燃料噴射時間が終了すると（図２の時刻ｔ5 ）、ＥＣＵ側からのＩＪｔ信号が「Ｈｉ」から「Ｌｏ」と立下がる。すると、制御回路１０によってスイッチング素子ＳＷ3 が「ＯＦＦ」及びスイッチング素子ＳＷ4 が「ＯＦＦ」とされ（図２の時刻ｔ5 ）、インジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１に流れる所定電流（抵抗Ｒ1 を流れる電流に相当）が停止される。なお、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1は、遅くとも時刻ｔ5 までに、一旦、低下した電圧から所定電圧まで昇圧される。
【００２５】
ここで、インジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１に流れる電流ＩR1が、上述のように、予め設定された電流であるピーク電流Ｉp に到達したときには、インジェクタ１１０から適切な燃料噴射量が内燃機関（図示略）に噴射供給されたとして、コンパレータ２１の出力端子側からの出力電圧がフリップフロップ回路２２のＳ端子に入力される。このため、フリップフロップ回路２２のＱ端子側から電流増幅用の駆動回路２３を介してＩＪｆ端子にＩＪｆ信号の「Ｈｉ」が出力される（図２の時刻ｔ3 〜時刻ｔ5 ）。
【００２６】
なお、フリップフロップ回路２２のＱ端子側からの出力状態は、ＩＪｔ信号の「Ｈｉ」から「Ｌｏ」への立下がりと同時にスイッチング素子ＳＷ3 が「ＯＦＦ」とされ、インジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１に流れる電流ＩR1が「０（零）」となった時点（図２の時刻ｔ5 ）で、制御回路１０からフリップフロップ回路２２のＲ端子側へ出力される信号によってリセットされ「Ｌｏ」に反転される。したがって、ＥＣＵはＥＤＵ１００に対するＩＪｔ信号を「Ｌｏ」から「Ｈｉ」とした所定時間後、ＥＤＵ１００からのＩＪｆ信号が「Ｈｉ」状態となっておれば、インジェクタ１１０から適切な燃料噴射量が噴射供給されたと判定することができる。
【００２７】
このように、本実施例の電磁式アクチュエータ駆動装置としてのＥＤＵ（インジェクタ駆動装置）１００は、直流電源としてのバッテリ電源＋Ｂと、バッテリ電源＋Ｂに一端が接続されたコイルＬ1 と、コイルＬ1 の他端に接続されたスイッチング素子ＳＷ1 、制御回路１０等にて構成される昇圧スイッチング回路と、この昇圧スイッチング回路に逆流防止用ダイオードＤ1 を介して並列に接続され、電磁式アクチュエータとしてのインジェクタ１１０に供給するエネルギを蓄積するエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 と、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の放電によるインジェクタ１１０を流れる電流値を抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1として検出する電流検出手段と、この電流検出手段で検出される電流ＩR1とインジェクタ１１０を初期駆動するための所定電流値として所定電圧が抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 で分圧された比較電圧Ｖref に相当するピーク電流値Ｉp とを比較判定する制御回路１０、コンパレータ２１、抵抗Ｒ5 等からなる比較判定手段と、比較判定手段で電流ＩR1がピーク電流値Ｉp に到達したと判定されたときには、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からインジェクタ１１０への放電を停止するスイッチング素子ＳＷ2 ，ＳＷ5 からなる放電停止手段と、この放電停止手段でインジェクタ１１０への放電が停止されたときには、インジェクタ１１０を正常とするＩＪｆ信号を出力すると共に、比較判定手段で電流ＩR1がピーク電流値Ｉp に到達しないと判定されたときには、インジェクタ１１０を異常とするＩＪｆ信号を出力する制御回路１０、フリップフロップ回路２２、駆動回路２３等からなる信号出力手段とを具備するものである。
【００２８】
つまり、制御回路１０による昇圧スイッチング回路の駆動により蓄積されたエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からのエネルギが、スイッチング素子ＳＷ2 の「ＯＮ」でインジェクタ１１０に供給される。そして、インジェクタ１１０を流れる電流値に相当する抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1がピーク電流値Ｉp （Ｖref に相当）に到達すると、コンパレータ２１からの出力によるスイッチング素子ＳＷ5 の「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に伴うスイッチング素子ＳＷ2 の「ＯＮ」から「ＯＦＦ」によって、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からインジェクタ１１０への放電が停止される。このときには、コンパレータ２１からの出力によってフリップフロップ回路２２、駆動回路２３を介してＩＪｆ信号が反転されることでインジェクタ１１０が正常であるとされ、かつエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 に電荷が残っているため、次回の充電時間が短くて済み、結果として、インジェクタ１１０からの燃料噴射量を噴射間隔を短くし複数回に分け噴射供給することが可能となる。一方、インジェクタ１１０を流れる電流ＩR1がピーク電流値Ｉp に到達しないときにはコンパレータ２１からの出力がなくＩＪｆ信号が反転されないためインジェクタ１１０が異常であると分かる。これにより、インジェクタ１１０の内部インピーダンスに影響されず、的確に正常／異常の判定が可能となる。
【００２９】
ところで、上記実施例では、１つのインジェクタに対するエネルギ蓄積用コンデンサの充放電制御について説明したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関が多気筒である場合にも各気筒のインジェクタに対するエネルギ蓄積用コンデンサについて同様に充放電制御することができる。なお、この場合には、各気筒のインジェクタに対する各ＩＪｔ信号の入力に対処する必要があるため、従来の充放電制御回路では増えた気筒数に対してかなりの素子が増加することとなるが、本発明によれば、増えたインジェクタのソレノイドコイルを制御するためには、図１に示すスイッチング素子ＳＷ4 及び抵抗Ｒ1 に相当する素子だけを追加すればよく、最小限の増加に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる電磁式アクチュエータ駆動装置が適用されたＥＤＵの電気的構成を示す回路図である。
【図２】 図２は図１における各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ 制御回路
２１ コンパレータ
２２ フリップフロップ回路
１００ ＥＤＵ（インジェクタ駆動装置）
Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3 抵抗
ＳＷ1 〜ＳＷ5 スイッチング素子

Claims (1)

1. 直流電源と、
   前記直流電源に一端が接続されたコイルと、
   前記コイルの他端に接続された昇圧スイッチング回路と、
   前記昇圧スイッチング回路に逆流防止用ダイオードを介して並列に接続され、電磁式アクチュエータに供給するエネルギを蓄積するエネルギ蓄積用コンデンサと、
   前記エネルギ蓄積用コンデンサの放電による前記電磁式アクチュエータを流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電流検出手段で検出される前記電流値と前記電磁式アクチュエータを初期駆動するための所定電流値とを比較判定する比較判定手段と、
   前記比較判定手段で前記電流値が前記所定電流値に到達したとき、前記エネルギ蓄積用コンデンサから前記電磁式アクチュエータへの放電を停止する放電停止手段と、
   前記比較判定手段で前記電流値が前記所定電流値に到達して、前記放電停止手段で前記電磁式アクチュエータへの放電が停止されたとき、前記電磁式アクチュエータを正常とする信号を出力すると共に、前記比較判定手段で前記電流値が前記所定電流値に到達しないとき、前記電磁式アクチュエータを異常とする信号を出力する信号出力手段と
   を具備することを特徴とする電磁式アクチュエータ駆動装置。

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