JP5890744B2

JP5890744B2 - 電磁駆動弁制御装置

Info

Publication number: JP5890744B2
Application number: JP2012109615A
Authority: JP
Inventors: 竜夫山中
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP2013238115A

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給系に設けられる電磁駆動弁、すなわち燃料噴射弁及び／または燃料ポンプ制御弁の作動を制御する制御装置に関し、特に電磁駆動弁の駆動回路に設けられる回生ダイオードの故障判定機能を有する制御装置に関する。

特許文献１には、図７に示すように誘導性負荷１０１を含む電子制御装置が示されている。この装置では、誘導性負荷１０１及び誘導性負荷１０１の制御を行う制御ユニット１０２には、共通の電源１０３から電力が供給され、電源１０３と制御ユニット１０２の電源入力端子１０４とを接続する電源線１０５の断線が判定される。より具体的には、誘導性負荷１０１に電流を供給している作動状態から、電流を遮断する非作動状態へ移行したときに、電源入力端子１０４において検出される電圧に基づいて電源線１０５の断線が判定される。

特許第４２１１６４０号公報

誘導性負荷１０１を作動状態から非作動状態へ移行させるとのその移行時点で、誘導性負荷１０１の両端子間に大きな逆起電力が発生するため、誘導性負荷１０１の一端と、電源入力端子１０４との間に回生ダイオード１０６が設けられている。

回生ダイオード１０６には比較的大きな電流が流れるため、回生ダイオード１０６のオープン故障（ダイオードを構成する半導体素子の破壊によって通電不能となる故障）またはショート故障（ダイオードを構成する半導体素子の破壊によって常時通電状態となる故障）が発生する可能性がある。特許文献１に示された装置では、電源入力端子１０４において検出される電圧に基づいた判定が行われるため、回生ダイオード１０６の上記故障を判定することはできない。

本発明はこの点に考慮してなされたものであり、電磁駆動弁の駆動回路に設けられる回生ダイオードのオープン故障及びショート故障を、比較的簡単な構成で判定することができる電磁駆動弁制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃料供給系に設けられる電磁駆動弁（２）の作動を制御する電磁駆動弁制御装置において、前記電磁駆動弁（２）のソレノイド（Ｌ１〜Ｌ４）の一端に接続され、前記ソレノイドに電力を供給する電源（４，１２）と、前記ソレノイドの他端側に配置され、前記ソレノイドへの電流供給を制御するためのスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）と、前記ソレノイドの前記他端と前記電源との間に配置された回生ダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）と、前記ソレノイドの前記他端の電圧を、モニタ電圧（ＶＭi）として検出する電圧検出手段と、前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行した直後のオープン故障判定期間（ＴＤＯＰＮ）において前記モニタ電圧（ＶＭi）が第１所定電圧（ＶＴＨＯＰＮ）以上となったときに、前記回生ダイオードのオープン故障が発生していると判定するオープン故障判定手段と、前記オープン故障判定期間（ＴＤＯＰＮ）の終了直後において、前記モニタ電圧（ＶＭi）が前記第１所定電圧（ＶＴＨＯＰＮ）より低い第２所定電圧（ＶＴＨＳＲＴ）以上であるときに、前記回生ダイオードのショート故障が発生していると判定するショート故障判定手段とを備え、前記オープン故障判定期間（ＴＤＯＰＮ）は、前記オープン故障が発生しているときに、前記モニタ電圧（ＶＭi）が前記第２所定電圧（ＶＴＨＳＲＴ）より低い値まで低下する時間に対応して設定されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ソレノイドの他端、すなわちスイッチング素子に接続されている端子の電圧がモニタ電圧として検出され、スイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行した直後のオープン故障判定期間においてモニタ電圧が第１所定電圧以上となったときに、回生ダイオードのオープン故障が発生していると判定され、オープン故障判定期間の終了直後において、モニタ電圧が第１所定電圧より低い第２所定電圧以上であるときに、回生ダイオードのショート故障が発生していると判定される。したがって、故障判定のための追加回路を最小限に抑制した簡単な構成で、回生ダイオードのオープン故障及びショート故障をともに判定することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置を示す図である。図１に示す制御装置に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を示す回路図である。回生ダイオードの故障判定手法を説明するためのタイムチャートである。故障判定を実行する処理のフローチャートである。図４の処理で実行されるオープン故障監視処理のフローチャートである。図４の処理で実行されるショート故障監視処理のフローチャートである。従来の電子制御装置の構成を示すブロック図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）１の制御装置を示しており、４気筒のエンジン１は各気筒に対応して４つの燃料噴射弁２を備えている。各燃料噴射弁２は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３に接続されており、ＥＣＵ３によって、その作動が制御される。ＥＣＵ３には、電源としてのバッテリ４が接続されており、バッテリ４からＥＣＵ３が動作するための電力及び燃料噴射弁２を駆動するための電力が供給される。

図２はＥＣＵ３に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を示す回路図であり、４つの燃料噴射弁２を駆動するソレノイドＬ１〜Ｌ４に駆動電流を供給する回路構成が示されている。

図２に示す燃料噴射弁駆動部は、ソレノイドＬ１〜Ｌ４の一端に供給する電源電圧を切り換えるためのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）Ｑ５〜Ｑ８と、ソレノイドＬ１〜Ｌ４の他端とアースとの接続／非接続を切り換えるためのスイッチング素子としてのＦＥＴＱ１〜Ｑ４と、回生ダイオードＤ１〜Ｄ４と、モニタ電圧入力回路１０を構成するダイオードＤ５〜Ｄ８及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、ダイオードＤ９〜Ｄ１２と、抵抗Ｒ５及びＲ６と、ＣＰＵ１１と、昇圧回路１２と、駆動回路１３及び１４とを備えており、ＣＰＵ１１からＦＥＴＱ１〜Ｑ８に制御信号が供給されるとともに、モニタ電圧入力回路１０を介してモニタ電圧ＶＭ１〜ＶＭ４がＣＰＵ１１に入力される。

昇圧回路１２は、バッテリ４の出力電圧（以下「第１電源電圧」という）ＶＳ１（例えば１４Ｖ）を昇圧して第２電源電圧ＶＳ２（例えば４０Ｖ）を出力する。第１電源電圧ＶＳ１は、ＦＥＴＱ７，Ｑ８及びダイオードＤ９，Ｄ１０を介してソレノイドＬ１〜Ｌ４の一端に供給され、第２電源電圧ＶＳ２は、ＦＥＴＱ５，Ｑ６を介してソレノイドＬ１〜Ｌ４の一端に供給される。ダイオードＤ９，Ｄ１０は、昇圧された第２電源電圧ＶＳ２の電源ラインから第１電源電圧ＶＳ１の電源ラインへ電流が流入することを防止するための設けられている。

ソレノイドＬ１及びＬ２の他端は、ＦＥＴＱ１，Ｑ２及び抵抗Ｒ５を介してアースに接続され、ソレノイドＬ３及びＬ４の他端は、ＦＥＴＱ３，Ｑ４及び抵抗Ｒ６を介してアースに接続されている。回生ダイオードＤ１〜Ｄ４は、ソレノイドＬ１〜Ｌ４の他端と、昇圧回路１２の出力との間に配置されている。

ＣＰＵ１１の出力端子ＢＳＨＳＷ１及びＢＳＨＳＷ２から出力される第２電圧制御信号ＳＤＶＳ２は、駆動回路１３を介してＦＥＴＱ５，Ｑ６のゲートに供給され、ＣＰＵ１１の出力端子ＢＴＨＳＷ１及びＢＴＨＳＷ２から出力される第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１は、駆動回路１３を介してＦＥＴＱ７，Ｑ８のゲートに供給される。またＣＰＵ１１の出力端子ＬＯＳＷ１〜ＬＯＳＷ４から出力されるロー側制御信号ＳＤＬは、駆動回路１４を介してＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲートに供給される。

ソレノイドＬ１及びＬ２の他端の電圧（以下「モニタ電圧」という）ＶＭ１，ＶＭ２がそれぞれダイオードＤ８，Ｄ７及び抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してＣＰＵ１１のモニタ電圧入力端子ＶＭＯＮＩ２に供給され、ソレノイドＬ３及びＬ４の他端の電圧（モニタ電圧）ＶＭ３，ＶＭ４がそれぞれダイオードＤ６，Ｄ５及び抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してＣＰＵ１１のモニタ電圧入力端子ＶＭＯＮＩ１に供給される。

ＣＰＵ１１は、モニタ電圧ＶＭ１〜ＶＭ４に基づいて、以下に説明するように回生ダイオードＤ１〜Ｄ４の故障判定を行う。

図３は、故障判定手法の概要を説明するためのタイムチャートであり、一例としてソレノイドＬ１の対応する回生ダイオードＤ１の故障判定手法を説明する。他の回生ダイオードＤ２〜Ｄ３の故障判定手法も同様である。

図３（ａ）は、ＣＰＵ１１から出力される第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１（破線）及び第２電圧制御信号ＳＤＶＳ２（実線）を示し、第２電圧制御信号ＳＤＶＳ２が高レベルとなる期間（ｔ０〜ｔ１）において、ＦＥＴＱ５がオンし、第２電源電圧ＶＳ２がソレノイドＬ１に供給され、次いで第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１が高レベルとなる電流保持期間（ｔ２〜ｔ３）において、ＦＥＴＱ７がオンし、第１電源電圧ＶＳ１がソレノイドＬ１に供給される。なお、第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１は、実際には電流保持期間中において、所定周波数で変化するパルス信号であり、そのデューティ比を変化させることにより、ソレノイドＬ１に供給する駆動電流ＩＤがほぼ一定の保持電流となるように制御される。

ＣＰＵ１１から出力されるロー側制御信号ＳＤＬは、図３（ｃ）に示すように、時刻ｔ０からｔ３まで高レベルとなり、この期間においてＦＥＴＱ１がオンする。
したがって、ソレノイドＬ１を流れる駆動電流ＩＤは、図３（ｂ）に示すように変化する。すなわち、時刻ｔ０からｔ１の期間において急激に増加し、その後急激に低下して、時刻ｔ２からｔ３まではほぼ一定値に保持され、時刻ｔ３直後に「０」となる。

回生ダイオードＤ１が正常であるときは、モニタ電圧ＶＭ１は図３（ｄ）に実線で示すように、第２電源電圧ＶＳ２まで急激に上昇し、直後に急激に減少する。一方、回生ダイオードＤ１のオープン故障が発生しているときは、モニタ電圧ＶＭ１は同図に破線で示すように、ＦＥＴＱ１のアバランシェ降伏電圧ＶＡＶＬ（例えば１５０Ｖ程度）まで急激に上昇する。よって、本実施形態では、ロー側制御信号ＳＤＬの立ち下がりを検出した直後のオープン故障判定期間ＴＤＯＰＮにおいて、モニタ電圧ＶＭ１がオープン故障判定閾値ＶＴＨＯＰＮ（例えば６０Ｖ）以上となったとき、オープン故障が発生していると判定する。オープン故障判定閾値ＶＴＨＯＰＮは、第２電源電圧ＶＳ２より高くかつアバランシェ降伏電圧ＶＡＶＬより低い電圧値に設定される。

一方、回生ダイオードＤ１のショート故障が発生しているときは、図３（ｅ）に示すように、モニタ電圧ＶＭ１は常に第２電源電圧ＶＳ２と等しくなる。よって、本実施形態では、オープン故障判定期間ＴＤＯＰＮ以外の期間において、モニタ電圧ＶＭ１がショート故障判定閾値ＶＴＨＳＲＴ（例えば３０Ｖ）以上であるとき、ショート故障が発生していると判定する。ショート故障判定閾値ＶＴＨＳＲＴは、「０」Ｖより高くかつ第２電源電圧ＶＳ２より低い電圧値に設定される。オープン故障判定期間ＴＤＯＰＮは、オープン故障が発生しているときに、モニタ電圧ＶＭ１がショート故障判定閾値ＶＴＨＳＲＴより低い値まで低下する時間に対応して設定される。

図４は、エンジン１のイグニッションスイッチがオンされると、ＣＰＵ１１で実行される故障判定処理のフローチャートである。この故障判定処理は、回生ダイオードＤ１〜Ｄ４のそれぞれに対応して実行される。

ステップＳ１１では、立ち下がり検出フラグＦＦＡＬＬi（ｉ＝１〜４）が「１」であるか否かを判別する。立ち下がり検出フラグＦＦＡＬＬiは、ロー側制御信号ＳＤＬが高レベルから低レベルへ変化した時点（立ち下がり時点，図３の時刻ｔ３）で「１」に設定される。

ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、オープン故障判定期間ＴＤＯＰＮが経過したか否かを判別する（ステップＳ１２）。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ１３に進み、図５に示すオープン故障監視処理を実行する。ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）となると、立ち下がり検出フラグＦＦＡＬＬiを「０」に戻し（ステップＳ１４）、図６に示すショート故障監視処理を実行する（ステップＳ１５）。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちオープン故障判定期間ＴＤＯＰＮでないときは、直ちにステップＳ１５に進む。ステップＳ１６では、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ１１に戻る。イグニッションスイッチがオフされると、処理を終了する。

図５は、図４のステップＳ１３で実行されるオープン故障監視処理のフローチャートである。ステップＳ２１では、モニタ電圧ＶＭi（ｉ＝１〜４）がオープン故障判定閾値ＶＴＨＯＰＮ以上であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、回生ダイオードＤi（ｉ＝１〜４）のオープン故障が発生していると判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２３では故障判定確定処理を行い、処理を終了する。ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ステップＳ２３の故障判定確定処理では、ノイズなどの影響で誤判定する可能性を考慮し、オープン故障が発生しているとの判定が所定回数（例えば５回）行われたときに、オープン故障判定を確定させる処理が行われる。

図６は、図４のステップＳ１５で実行されるショート故障監視処理のフローチャートである。ステップＳ３１では、モニタ電圧ＶＭi（ｉ＝１〜４）がショート故障判定閾値ＶＴＨＳＲＴ以上であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、回生ダイオードＤi（ｉ＝１〜４）のショート故障が発生していると判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３３では故障判定確定処理を行い、処理を終了する。ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。ステップＳ３３の故障判定確定処理では、ノイズなどの影響で誤判定する可能性を考慮し、ショート故障が発生しているとの判定が所定回数（例えば５回）行われたときに、ショート故障判定を確定させる処理が行われる。

以上のように本実施形態では、燃料噴射弁２のソレノイドＬi（ｉ＝１〜４）の他端、すなわちＦＥＴＱi（ｉ＝１〜４）に接続されている端子の電圧がモニタ電圧ＶＭiとして検出され、ＦＥＴＱiがオン状態からオフ状態へ移行した直後のオープン故障判定期間ＴＤＯＰＮにおいてモニタ電圧ＶＭiがオープン故障判定閾値ＶＴＨＯＰＮ以上となったときに、回生ダイオードＤiのオープン故障が発生していると判定され、オープン故障判定期間ＴＤＯＰＮ以外の期間において、モニタ電圧ＶＭiがオープン故障判定閾値ＶＴＨＯＰＮより低いショート故障判定閾値ＶＴＨＳＲＴ以上であるときに、回生ダイオードＤiのショート故障が発生していると判定される。したがって、故障判定のための追加回路を最小限に抑制した簡単な構成で、回生ダイオードＤiのオープン故障及びショート故障をともに判定することが可能となる。

本実施形態では、燃料噴射弁２が電磁駆動弁に相当し、バッテリ４及び昇圧回路１２が電源に相当し、ＦＥＴＱ１〜Ｑ４がスイッチング素子に相当し、モニタ電圧入力回路１０及びＣＰＵ１１が電圧検出手段を構成し、ＣＰＵ１１がオープン故障判定手段及びショート故障判定手段を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、燃料噴射弁を電磁駆動弁の一例として示したが、本発明は例えば燃料噴射弁に供給する燃料を加圧するための燃料ポンプに設けられる電磁駆動弁を制御する制御装置、あるいは燃料噴射弁及び燃料ポンプの電磁駆動弁をともに制御する制御装置にも適用可能である。

１内燃機関
２燃料噴射弁（電磁駆動弁）
４バッテリ（電源）
１０モニタ電圧入力回路（電圧検出手段）
１１ＣＰＵ（電圧検出手段、オープン故障判定手段、ショート故障判定手段）
１２昇圧回路（電源）
Ｌ１〜Ｌ４ソレノイド
Ｑ１〜Ｑ４電界効果トランジスタ（スイッチング素子）

Claims

内燃機関の燃料供給系に設けられる電磁駆動弁の作動を制御する電磁駆動弁制御装置において、
前記電磁駆動弁のソレノイドの一端に接続され、前記ソレノイドに電力を供給する電源と、
前記ソレノイドの他端側に配置され、前記ソレノイドへの電流供給を制御するためのスイッチング素子と、
前記ソレノイドの前記他端と前記電源との間に配置された回生ダイオードと、
前記ソレノイドの前記他端の電圧を、モニタ電圧として検出する電圧検出手段と、
前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態へ移行した直後のオープン故障判定期間において前記モニタ電圧が第１所定電圧以上となったときに、前記回生ダイオードのオープン故障が発生していると判定するオープン故障判定手段と、
前記オープン故障判定期間の終了直後において、前記モニタ電圧が前記第１所定電圧より低い第２所定電圧以上であるときに、前記回生ダイオードのショート故障が発生していると判定するショート故障判定手段とを備え、
前記オープン故障判定期間は、前記オープン故障が発生しているときに、前記モニタ電圧が前記第２所定電圧より低い値まで低下する時間に対応して設定されることを特徴とする電磁駆動弁制御装置。