JP5573716B2 - インジェクタ駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の各気筒に燃料を噴射するインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置に関する。
内燃機関の各気筒に対する燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置は、例えば電磁ソレノイドを駆動するためのインジェクタ駆動装置(EDU:Electronic injector Driver Unit)を備えている。インジェクタ駆動装置は、ECU(Electronic Control Unit)から入力した噴射信号IJtnに基づいてインジェクタの駆動信号その他の信号を生成する駆動制御回路、バッテリ電圧を昇圧してコンデンサに充電する昇圧電源部、昇圧電源部とソレノイドとの間に設けられた放電スイッチ、開弁状態を保持するための定電流を出力する定電流電源部、駆動信号に基づいて通電ソレノイドを選択し通電経路を形成する気筒選択スイッチなどを備えている。
特許文献1の段落0013に記載されているように、各気筒(例えば6気筒)ごとに設けられたインジェクタは、2ずつの制御グループ(例えば3グループ)に分けられている。正常な状態では、各制御グループ内の2つの噴射信号IJtA、IJtBは、互いに重なることなく交互にHレベル(噴射指令)となる。これに対し、噴射信号IJtAまたはIJtBの信号線がバッテリ電源線に短絡すると、駆動信号Aまたは駆動信号BがHレベルに固定されてソレノイドが通電され続け、そのインジェクタが開弁状態にロックされてしまう。
図5は、駆動制御回路のうちインジェクタのロック防止作用を有する駆動信号A、Bの出力回路を示している。この駆動制御回路1は、異常判定回路2と駆動信号生成回路3を備えている。異常判定回路2は、インバータ4〜7とNORゲート8とからなる論理和回路9、トランジスタ10、抵抗11とコンデンサ12とからなる充放電回路13およびコンパレータ14から構成されている。駆動信号生成回路3は、インバータ15、16とNORゲート17、18とから構成されている。
図6は、駆動制御回路1の波形図である。時刻t1で噴射信号IJtAがHレベルに移行した後、その噴射信号線がバッテリ電源線に短絡すると、コンデンサ12の電圧Vcが上昇を続ける。やがて時刻t2で異常判定電圧Vrefに達すると、異常判定信号ScがHレベルからLレベルに変化するので、噴射信号IJtA、IJtBの状態にかかわらず駆動信号A、BがともにLレベルになり、インジェクタA、Bともに閉弁する。この保護動作は、噴射信号IJtA、IJtBがともにLレベルに戻る時刻t3まで続く。
特開2003−56386号公報
上述した従来の駆動制御回路1は、インジェクタA、Bの噴射信号線のうち一方の噴射信号線がバッテリ電源線に短絡すると、当該一方のインジェクタのみならず、同じ制御グループに属する他方のインジェクタの駆動も停止させる。このため、エンジン出力が急激に低下するなどの問題が生じる。これに対しては、各インジェクタ(気筒)ごとに、異常判定回路と駆動信号生成回路を備えた駆動制御回路を設けることが考えられる。しかし、例えば6気筒の場合にはさらに3回路分を追加する必要が生じ、回路規模が増大し、装置サイズやコストの上昇を招く。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御グループごとに共通に設けられた異常判定回路と駆動信号生成回路を用いて、噴射信号線の電源短絡が生じたインジェクタだけを選択的に駆動停止させることができるインジェクタ駆動装置を提供することにある。
請求項1に記載した手段によれば、駆動制御手段は、内燃機関の各気筒への燃料噴射を指令する噴射信号を入力し、各インジェクタの駆動信号を出力する。駆動回路は、その駆動信号に従ってインジェクタへの通断電を行う。駆動制御手段は、複数のインジェクタを2ずつの制御グループに分け、各制御グループごとに異常判定回路、インジェクタ判別回路および駆動信号生成回路を備えている。
異常判定回路は、各制御グループに属する2つのインジェクタの噴射信号の少なくとも一方が噴射指令状態にある時に所定の電流でコンデンサを充電/放電し、2つのインジェクタの噴射信号がともに噴射停止指令状態にある時にコンデンサを放電/充電し、コンデンサの充電電圧が異常判定レベル以上/異常判定レベル以下である時に、少なくとも一方の噴射信号が噴射指令状態に固定されたと判定して異常判定信号を出力する。この異常判定回路は、2つのインジェクタの噴射信号の論理和信号を生成する論理和回路と、電流生成回路とコンデンサとの直列回路と、論理和信号によりコンデンサの端子間を短絡するスイッチ回路と、コンデンサの端子間電圧と異常判定レベルを比較して異常判定信号を出力する比較器とから構成されている。こうした充放電による異常判定回路を用いると、フィルタ作用によりノイズによる誤判定を低減することができる。
インジェクタ判別回路は、各制御グループに属する2つのインジェクタのうち一方のインジェクタに対する噴射指令と他方のインジェクタに対する噴射停止指令とが入力されたことを条件として、当該噴射指令を受けたインジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力する。
駆動信号生成回路は、異常判定信号が出力されていない場合には、2つのインジェクタについてそれぞれ噴射信号に従った駆動信号を出力する。これに対し、異常判定信号が出力されている場合には、インジェクタ判別信号が示すインジェクタについては噴射信号にかかわらず断電させる駆動信号を出力し、他方のインジェクタについては噴射信号に従った駆動信号を出力する。
正常時には、各制御グループに属する2つのインジェクタの噴射信号が、互いに重なることなく交互に噴射指令状態となる。これに対し、一方の噴射信号が噴射指令状態に変化し(このとき他方の噴射信号は噴射停止指令状態)、そのまま噴射指令状態に固定される異常が生じると、インジェクタ判別信号は異常が生じた噴射信号に係るインジェクタを示す。
このインジェクタ判別信号を用いることにより、制御グループごとに共通に設けられた異常判定回路と駆動信号生成回路を用いて、噴射信号線の電源短絡異常が生じたインジェクタだけを選択的に断電させ、正常な噴射信号が与えられる他方のインジェクタを噴射信号に従って駆動させ続けることができる。本手段によれば、こうした保護動作を、装置サイズやコストの上昇を極力抑えながら実現できる。
請求項2に記載した手段によれば、第1論理積回路は、各制御グループに属する2つのインジェクタのうち第1インジェクタの噴射信号が噴射指令状態であり、第2インジェクタの噴射信号が噴射停止指令状態であることを条件としてセット信号を出力する。第2論理積回路は、第1インジェクタの噴射信号が噴射停止指令状態であり、第2インジェクタの噴射信号が噴射指令状態であることを条件としてリセット信号を出力する。フリップフロップは、これらのセット信号とリセット信号を入力とし、第1インジェクタを示すインジェクタ判別信号または第2インジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力する。
本手段によれば、2つの論理積回路とフリップフロップとからなるロジック回路によりインジェクタ判別回路を構成できるので、各インジェクタごとに異常判定回路と駆動信号生成回路を備えた構成と比較して、内燃機関の気筒数が増大するほど装置サイズおよびコストを抑える効果が大きくなる。
本発明の一実施形態に係る駆動制御回路のうち駆動信号A、Bの出力回路を示す図 燃料噴射制御装置の全体構成図 駆動制御回路に係る信号およびソレノイドに流れる駆動電流の波形図 正常動作時における駆動回路の動作波形図 従来技術を示す図1相当図 図3相当図
以下、本発明の一実施形態について図1ないし図4を参照しながら説明する。
図2は、燃料噴射制御装置の全体構成図である。燃料噴射制御装置は、エンジン(内燃機関)を制御する電子制御装置30(以下、ECU30という)と、ECU30からの噴射指令および噴射停止指令に応じてエンジンの各気筒(本実施形態では6気筒)のインジェクタ21〜26を駆動するインジェクタ駆動装置31とから構成されている。
噴射信号IJt1〜IJt6は、燃料の噴射指令を示すHレベルと噴射停止指令を示すLレベルとからなる2値信号であり、ECU30から噴射信号線を通してインジェクタ駆動装置31の入力端子Ta1〜Ta6に入力されている。フェイル信号IJf1〜IJf3は、インジェクタの駆動電流が所定値(例えば4A程度)以上になった時にLレベルとなり、その後駆動電流が所定値(例えば1A程度)以下になると再びHレベルとなる信号であり、出力端子Ta7〜Ta9からECU30に出力される。
インジェクタ21〜26は、ソレノイドL1〜L6を備えた電磁式であり、ソレノイドL1〜L6の通電、断電により開弁、閉弁する。ソレノイドL1〜L6は、それぞれハイサイド側の出力端子Tb1〜Tb6とロウサイド側の出力端子Tc1〜Tc6との間に接続されている。各気筒のインジェクタ21〜26は、同時に駆動されることがないインジェクタ同士が対になり2ずつの制御グループ(例えばインジェクタ21と24、インジェクタ22と25、インジェクタ23と26)に分けられている。
以下の説明では、各グループに属する2つのインジェクタをA、B(第1、第2インジェクタ)として区別する。同一グループに属するインジェクタA、Bのハイサイド側の出力端子Tb1とTb4、出力端子Tb2とTb5、出力端子Tb3とTb6は、それぞれインジェクタ駆動装置31内で接続されている。上記フェイル信号IJf1〜IJf3は、各グループに対し1本ずつ設けられている。
インジェクタ駆動装置31は、モノリシックICとして形成された駆動制御回路32(駆動制御手段)、電源端子Td1、Td2間に入力されるバッテリ電圧VBを昇圧する昇圧電源部33、昇圧電源部33と出力端子Tb1〜Tb6との間にグループごとに設けられた放電スイッチ34、開弁状態を保持するための定電流を出力するグループごとに設けられた定電流電源部35、および駆動信号に基づいてオンオフされる気筒選択スイッチ36を備えている。放電スイッチ34、定電流電源部35および気筒選択スイッチ36により駆動回路が構成されている。
昇圧電源部33は、昇圧コイル37a、37b、MOSトランジスタ38a、38b、ダイオード39a、39bおよびコンデンサ40a、40bからなる二重化されたDC/DCコンバータから構成されている。MOSトランジスタ38a、38bのゲートには駆動制御回路32から共通の昇圧パルスが与えられ、共通に接続されたダイオード39a、39bのカソードおよびコンデンサ40a、40bの正側端子に昇圧電圧が生成される。駆動制御回路32は、昇圧電圧が規定の電圧に等しくなるように昇圧パルスを出力する。
放電スイッチ34は、グループごとに1ずつのMOSトランジスタ41a、41b、41cを備えており、放電制御信号によりオンオフ動作が行われる。定電流電源部35も、グループごとに1ずつのMOSトランジスタ42a、42b、42cを備えている。ダイオード43a、43b、43cは逆流防止ダイオードであり、ダイオード44a、44b、44cは還流ダイオードである。駆動制御回路32は、各グループを構成する2つのソレノイドに流れる総電流が規定の電流値に等しくなるように定電流制御信号を出力する。
気筒選択スイッチ36は、出力端子Tc1〜Tc6とグランドとの間に接続されたMOSトランジスタ45a〜45fを備えており、駆動信号によりオンオフ動作が行われる。図示しないが、同一グループに属するソレノイドを駆動するMOSトランジスタのソースは、共通に設けられた電流検出用抵抗を介してグランドに接続されている。駆動制御回路32は、この電流検出用抵抗の電圧に基づいて、各グループを構成するソレノイドに流れる総電流を検出し、定電流制御を実行する。
図1は、駆動制御回路32のうち、噴射信号IJtA、IJtBを入力し、インジェクタA、Bの駆動信号A、Bを出力する各グループごとの回路構成を示している。昇圧パルス、放電制御信号、定電流制御信号およびフェイル信号IJf1〜IJf3の生成回路等については省略されている。また、図5と実質的に同一の構成部分には同一符号を付して示している。
駆動制御回路32は、異常判定回路2、インジェクタ判別回路46および駆動信号生成回路47を備えている。異常判定回路2は、論理和回路9、充放電回路13およびコンパレータ14から構成されている。論理和回路9は、インバータ4、6を直列に介した噴射信号IJtAとインバータ5、7を直列に介した噴射信号IJtBとの論理和信号を出力するNORゲート8を備えている。
充放電回路13は、制御用電源線とグランドとの間に接続された抵抗11(電流生成回路)とコンデンサ12との直列回路、およびコンデンサ12の端子間に接続されて上記論理和信号によりオンオフされるトランジスタ10(スイッチ回路)から構成されている。コンパレータ14(比較器)は、コンデンサ12の電圧Vcと異常判定電圧Vref(異常判定レベル)とを比較して異常判定信号Scを出力する。この異常判定回路2を用いると、フィルタ作用によりノイズによる誤判定を低減することができる。
噴射信号IJtA、IJtBがともにLレベル(噴射停止指令)の場合、論理和信号がHレベルになるのでトランジスタ10がオンする。このとき、コンデンサ12の電圧Vcはほぼ0Vとなり、異常判定電圧Vrefよりも低いので、異常判定信号ScはHレベル(正常判定)となる。これに対し、噴射信号IJtA、IJtBの少なくとも一方がHレベル(噴射指令)になると、論理和信号がLレベルになるのでトランジスタ10がオフする。制御電源電圧とCR時定数とで定まるロック判定時間が経過すると、コンデンサ12の電圧Vcは異常判定電圧Vrefに達するので、異常判定信号ScはLレベル(異常判定)となる。
インジェクタ判別回路46は、一方のインジェクタに対する噴射指令と他方のインジェクタに対する噴射停止指令とが入力されたときに、噴射指令を受けたインジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力する。すなわち、NORゲート48(第1論理積回路)は、インバータ4を介した噴射信号IJtAの反転信号とインバータ5、7を直列に介した噴射信号IJtBとを入力し、噴射信号IJtAが噴射指令であり、噴射信号IJtBが噴射停止指令であるときにセット信号を出力する。NORゲート49(第2論理積回路)は、インバータ4、6を直列に介した噴射信号IJtAとインバータ5を介した噴射信号IJtBの反転信号とを入力し、噴射信号IJtAが噴射停止指令であり、噴射信号IJtBが噴射指令であるときにリセット信号を出力する。
RSフリップフロップ50は、上記セット信号とリセット信号を入力する。噴射信号IJtAがHレベル、噴射信号IJtBがLレベルのとき、噴射指令を受けたインジェクタAを示すインジェクタ判別信号(HレベルのQ出力信号、Lレベルの/Q出力信号)を出力する。噴射信号IJtAがLレベル、噴射信号IJtBがHレベルのとき、噴射指令を受けたインジェクタBを示すインジェクタ判別信号(LレベルのQ出力信号、Hレベルの/Q出力信号)を出力する。
駆動信号生成回路47は、NORゲート17、18の他に、Q出力信号と異常判定信号Scを入力とするNORゲート51と、/Q出力信号と異常判定信号Scを入力とするNORゲート52を備えている。異常判定信号ScがHレベル(正常判定)の場合には、NORゲート51、52は何れもLレベルを出力するので、駆動信号生成回路47は、噴射信号IJtA、IJtBをそのまま駆動信号A、Bとして出力する。これに対し、異常判定信号ScがLレベル(異常判定)の場合には、インジェクタ判別信号が示すインジェクタについて噴射信号にかかわらずLレベル(断電)の駆動信号を出力し、他方のインジェクタについて噴射信号に従った駆動信号を出力する。
例えば、インジェクタ判別信号がインジェクタAを示しているとき、つまりQ出力信号がHレベル、/Q出力信号がLレベルのとき、NORゲート52はHレベルを出力するので、駆動信号生成回路47は、噴射信号IJtAにかかわらずLレベル(断電)の駆動信号Aを出力する。一方、NORゲート51はLレベルを出力するので、噴射信号IJtBをそのまま駆動信号Bとして出力する。なお、NORゲート17、18には過電圧検出信号および過電流検出信号が入力されており、これらの信号がHレベル(異常検知)になると駆動信号A、BはともにLレベル(断電)になる。
図3は、駆動制御回路32に係る信号およびソレノイドに流れる駆動電流IA、IBの波形図である。上から順に噴射信号IJtA、IJtB、駆動電流IA、IB、フェイル信号IJfn(nは1、2または3)、インジェクタ判別信号Q、コンデンサ12の電圧Vcを示している。また、図4は、正常動作時における駆動回路の動作波形図であり、上から順に噴射信号IJtA、IJtB、駆動電流IA、IB、放電制御信号、定電流制御信号、駆動信号A、Bを示している。
ECU30から正常に与えられる噴射信号IJtA、IJtBは、ともにLレベルとなる期間を挟んで交互にHレベル(噴射指令)となる信号である。噴射信号IJtX(XはAまたはB)がHレベルになると、駆動制御回路32は、放電スイッチ34のうち当該グループに対応するMOSトランジスタ41x(xはa、bまたはc)に放電制御信号を与えてオン駆動し、MOSトランジスタ42xに定電流制御信号を与えて定電流制御する。これとともに噴射信号IJtA、IJtBに従った駆動信号A、Bを出力する。このときコンデンサ40a、40bの放電によりソレノイドに大電流が流れるので、インジェクタの開弁応答性が向上する。
図3に示す時刻t1で噴射信号IJtAがHレベルになると、インジェクタ判別回路46は、インジェクタAを示すインジェクタ判別信号(HレベルのQ出力信号、Lレベルの/Q出力信号)を出力する。その後、ECU30からインジェクタ駆動装置31に至る噴射信号IJtAの信号線が振動等による被覆破れなどによりバッテリ電源線に短絡すると、噴射信号IJtAがHレベルのまま保持されるので、コンデンサ12の電圧Vcが上昇を続ける。やがて、時刻t2で電圧Vcが異常判定電圧Vrefに達すると、異常判定信号ScがHレベルからLレベルに変化する。
このとき、駆動制御回路32は、インジェクタ判別信号が示すインジェクタAについて噴射信号IJtAにかかわらずLレベル(断電)の駆動信号Aを出力し(保護動作)、他方のインジェクタBについては噴射信号IJtBに従った駆動信号Bを出力する。従って、噴射信号に電源短絡異常が生じたインジェクタAだけが閉弁され、噴射信号が正常なインジェクタBは噴射信号IJtBに従った開閉動作を継続することができる。
その後、時刻t3で信号線の電源短絡が解消され噴射信号IJtAがLレベルに復帰すると、異常判定信号ScがHレベルに戻る。このとき、噴射信号IJtA、IJtBがともにLレベルとなるのでインジェクタ判別信号は変化せず、時刻t4で噴射信号IJtBがHレベルとなった時点でインジェクタ判別信号はインジェクタBを示すようになる。
以上説明したように、本実施形態のインジェクタ駆動装置31は、複数のインジェクタを2ずつの制御グループに分け、この制御グループごとに異常判定回路2、インジェクタ判別回路46および駆動信号生成回路47を備えている。インジェクタ判別回路46は、一方の噴射信号IJtXが噴射指令状態に固定される異常が生じると、その異常が生じた噴射信号IJtXに係るインジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力する。
駆動信号生成回路47は、このインジェクタ判別信号を用いて、異常が生じたインジェクタだけを選択的に断電させ、正常な噴射信号が与えられる他方のインジェクタを噴射信号に従って駆動させ続けることができる。これにより、噴射信号に異常が生じたときに、エンジン出力が急激に低下することを防止することができる。また、各インジェクタ(気筒)ごとに異常判定回路と駆動信号生成回路を備える必要がないので、従来構成からの装置サイズやコストの上昇を極力抑えることができる。
また、新たに設けるインジェクタ判別回路46は、2つのNORゲート48、49とRSフリップフロップ50とからなるロジック回路により構成できるので、追加される回路構成が少なくて済む。こうした効果は、エンジンの気筒数が増大するほど大きくなる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
異常判定回路2は、噴射信号IJtA、IJtBがともにLレベルのときにコンデンサ12を充電し、噴射信号IJtA、IJtBの少なくとも一方がHレベルになるとコンデンサ12を放電し、コンデンサ12の電圧Vcが異常判定電圧Vref以下である時に異常と判定する構成としてもよい。
図面中、2は異常判定回路、9は論理和回路、10はトランジスタ(スイッチ回路)、11は抵抗(電流生成回路)、12はコンデンサ、14はコンパレータ(比較器)、21〜26はインジェクタ、31はインジェクタ駆動装置、32は駆動制御回路(駆動制御手段)、34は放電スイッチ(駆動回路)、35は定電流電源部(駆動回路)、36は気筒選択スイッチ(駆動回路)、46はインジェクタ判別回路、47は駆動信号生成回路、48はNORゲート(第1論理積回路)、49はNORゲート(第2論理積回路)、50はRSフリップフロップ(フリップフロップ)である。

Claims (2)

  1. 内燃機関の各気筒への燃料噴射を指令する噴射信号を入力し、各インジェクタの駆動信号を出力する駆動制御手段と、前記駆動信号に従って前記インジェクタへの通断電を行う駆動回路とを備え、
    前記駆動制御手段は、前記複数のインジェクタを2ずつの制御グループに分け、各制御グループごとに、
    2つのインジェクタの噴射信号の少なくとも一方が噴射指令状態にある時に所定の電流でコンデンサを充電または放電し、2つのインジェクタの噴射信号がともに噴射停止指令状態にある時に前記コンデンサを放電または充電し、前記コンデンサの電圧が異常判定レベル以上または異常判定レベル以下である時に異常判定信号を出力する異常判定回路と、
    一方のインジェクタに対する噴射指令と他方のインジェクタに対する噴射停止指令とが入力されたことを条件として、当該噴射指令を受けたインジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力するインジェクタ判別回路と、
    前記異常判定信号が出力されていない場合には、2つのインジェクタについてそれぞれ前記噴射信号に従った駆動信号を出力し、前記異常判定信号が出力されている場合には、前記インジェクタ判別信号が示すインジェクタについて前記噴射信号にかかわらず断電させる駆動信号を出力し、他方のインジェクタについて前記噴射信号に従った駆動信号を出力する駆動信号生成回路とを備え
    前記異常判定回路は、
    2つのインジェクタの噴射信号の論理和信号を生成する論理和回路と、
    電流生成回路と前記コンデンサとの直列回路と、
    前記論理和信号により前記コンデンサの端子間を短絡するスイッチ回路と、
    前記コンデンサの端子間電圧と前記異常判定レベルを比較して前記異常判定信号を出力する比較器とから構成されていることを特徴とするインジェクタ駆動装置。
  2. 前記インジェクタ判別回路は、
    2つのインジェクタのうち第1インジェクタの噴射信号が噴射指令状態であり、第2インジェクタの噴射信号が噴射停止指令状態であることを条件としてセット信号を出力する第1論理積回路と、
    前記第1インジェクタの噴射信号が噴射停止指令状態であり、前記第2インジェクタの噴射信号が噴射指令状態であることを条件としてリセット信号を出力する第2論理積回路と、
    前記セット信号とリセット信号を入力とし、前記第1インジェクタを示すインジェクタ判別信号または前記第2インジェクタを示すインジェクタ判別信号を出力するフリップフロップとから構成されていることを特徴とする請求項1記載のインジェクタ駆動装置。
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