JP5900369B2 - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁駆動装置に関する。
例えば車両に搭載された内燃機関の気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁(インジェクタ)としては、コイルへの通電により開弁する電磁弁が使用される。そして、このような燃料噴射弁を駆動して燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置は、コイルへの通電(通電開始タイミング及び通電時間)を制御することにより、燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御している。
また、燃料噴射制御装置では、電源電圧を昇圧してコンデンサを充電すると共に、コイルへの通電期間(燃料噴射弁を開弁させる駆動期間でもある)の開始時には、そのコンデンサからコイルに放電させることにより、燃料噴射弁の弁体を速やかに動かす(リフトさせる)ためのピーク電流をコイルに流す。そして、コンデンサからコイルへの放電が終了してから通電期間が終了するまでは、コイルの上流側と電源電圧との間に設けられたトランジスタをオン/オフさせるスイッチング制御を行うことにより、電源電圧からコイルに一定の電流を流す。そのスイッチング制御では、例えば、コイルに流れる電流(以下、コイル電流ともいう)を検出し、コイル電流が下側閾値以下になったことを検知するとトランジスタをオフからオンに切り換え、コイル電流が上側閾値(>下側閾値)以上になったことを検知するとトランジスタをオンからオフに切り換える。このため、コイル電流の平均値が、上側閾値と下側閾値との間の電流に制御される(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−22139号公報
上記の燃料噴射制御装置においては、上記スイッチング制御を行う制御回路が、コイル電流の上側閾値への到達を検知して、トランジスタへの駆動信号をオン側のアクティブレベルからオフ側の非アクティブレベルに切り換えても、トランジスタが実際にオフするまで、コイル電流は増加し続ける。同様に、上記制御回路が、コイル電流の下側閾値への到達を検知して、トランジスタへの駆動信号を非アクティブレベルからアクティブレベルに切り換えても、トランジスタが実際にオンするまで、コイル電流は減少し続ける。
このため、コイルに一定の電流を流す際には、コイル電流が上側閾値に達してもなお同じ方向(増加方向)に変化して該上側閾値を超える量(以下、上側閾値超過量という)が生じる。同様に、コイル電流が下側閾値に達してもなお同じ方向(減少方向)に変化して該下側閾値を超える量(以下、下側閾値超過量という)も生じる。
そして、上側閾値超過量と下側閾値超過量とには、ばらつきが生じる。
例えば、トランジスタのターンオフ時間(オン状態からオフ状態に移行するのに要する時間)と、ターンオン時間(オフ状態からオン状態に移行するのに要する時間)には、正の温度特性がある。このため、トランジスタの周囲温度が高い場合ほど、トランジスタのターンオフ時間とターンオン時間が長くなって、上側閾値超過量と下側閾値超過量とが大きくなる。
また例えば、上側閾値超過量と下側閾値超過量は、電源電圧によっても変わる。なぜなら、トランジスタのターンオフ時間が一定であるとしても、電源電圧が高くなると、トランジスタのオン期間におけるコイル電流の増加速度が大きくなるため、上側閾値超過量は大きくなる。また、トランジスタのターンオン時間が一定であるとしても、電源電圧が高くなると、脈動するコイル電流の極大値が大きくなるため、トランジスタのオフ期間におけるコイル電流の減少速度が大きくなり、下側閾値超過量も大きくなる。
ここで、上側閾値超過量と下側閾値超過量との少なくとも一方にばらつきが生じると、コイル電流の脈動幅(極大値と極小値との差)がばらつくこととなる。
そして、コイル電流の脈動幅がばらつくと、通電期間の終了時におけるコイル電流がばらつくこととなる。
更に、通電期間の終了時におけるコイル電流がばらつくと、通電期間が終了してから燃料噴射弁が閉弁するまでの閉弁遅れ時間(弁体が閉弁位置に戻るまでの遅れ時間)がばらつくこととなり、燃料噴射弁の制御精度が低下することとなる。なお、駆動対象の電磁弁が燃料噴射弁であれば、具体的な不具合としては、燃料噴射量のばらつきを招くこととなる。
そこで、本発明は、電磁弁駆動装置において、電磁弁の制御精度を向上させることを目的としている。
本発明の電磁弁駆動装置は、電磁弁のコイルに電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側と、電源電圧が供給される電源ラインとの間に、直列に設けられ、前記コイルに一定の電流を流すためにオン/オフされる定電流用スイッチング素子と、前記コイルへの通電期間を設定する通電期間設定手段と、前記通電期間において、前記定電流用スイッチング素子のオン/オフを繰り返すスイッチング制御を行うことにより、前記コイルに一定の電流が流れるようにする定電流制御手段と、閾値変更手段とを備える。
定電流制御手段は、定電流用スイッチング素子を、オンとオフとの一方である第1状態から、オンとオフとの他方である第2状態へと、切り換えるための閾値が与えられる。そして、定電流制御手段は、前記スイッチング制御の実施中において、定電流用スイッチング素子を第1状態にしているときに、前記コイルに流れる電流が前記閾値に到達したことを検知すると、定電流用スイッチング素子を第1状態から第2状態へと切り換えるようになっている。
また、閾値変更手段は、前記コイルに流れる電流が前記閾値に達してもなお同じ方向に変化して該閾値を超える量である閾値超過量に相関がある物理量を検出し、該物理量に応じて前記閾値を変更する。
この電磁弁駆動装置によれば、定電流用スイッチング素子を第1状態にした場合のコイル電流の変化方向を、第1変化方向とすると、コイル電流の第1変化方向の極値が、前記物理量の変化によって所望の値を超えてしまうことを防止することができる。
このことから、前記物理量の変化によって、コイル電流の脈動幅が所望の規格値より大きくなってしまうことを防止することができ、延いては、通電期間の終了時におけるコイル電流のばらつきが所望の規格値より大きくなってしまうことを防止することができる。このため、通電期間の終了時から電磁弁が閉弁するまでの閉弁遅れ時間のばらつきを抑制することができる。よって、電磁弁の制御精度が向上する。
尚、例えば、第1状態がオンで、第2状態がオフであれば、前記閾値は、定電流用スイッチング素子をオンからオフに切り換えるためのオフ切換用閾値である。そして、この場合には、下記の如く構成すれば更に良い。
即ち、定電流制御手段は、定電流用スイッチング素子を、オフからオンへと切り換えるための閾値として、前記オフ切換用閾値よりも小さいオン切換用閾値も与えられ、スイッチング制御の実施中において、定電流用スイッチング素子をオフさせているときに、コイル電流が前記オン切換用閾値に到達したことを検知すると、定電流用スイッチング素子をオフからオンへと切り換える。そして、閾値変更手段は、前記物理量に応じて、オン切換用閾値も変更する。
この構成によれば、前記物理量の変化によって、コイル電流の脈動幅が所望の規格値より大きくなってしまうことと、コイル電流の平均値が所望の規格範囲から外れてしまうこととを、防止し易い。コイル電流の増加方向と減少方向との両方の極値(つまり、極大値と極小値との両方)を、前記物理量が変化しても、所望の値に制御することができるからである。
実施形態の燃料噴射制御装置を示す構成図である。 駆動用ICの動作を説明する説明図である。 上側閾値及び下側閾値を変更する理由を説明する第1の図である。 上側閾値及び下側閾値を変更する理由を説明する第2の図である。 閾値設定処理を表すフローチャートである。 バッテリ電圧VBと上側閾値IthH及び下側閾値IthLとの関係を説明する説明図である。 ECU内部温度と上側閾値IthH及び下側閾値IthLとの関係を説明する説明図である。
実施形態の電磁弁駆動装置としての燃料噴射制御装置について、図面を用い説明する。
尚、本実施形態の燃料噴射制御装置は、自動車に搭載された多気筒(この例では4気筒)ガソリンエンジンの各気筒#1〜#4に燃料を噴射供給する4個の電磁ソレノイド式インジェクタ(以下、電磁弁という)を駆動するものであり、その各電磁弁のコイルへの通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒#1〜#4への燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を制御する。また、本実施形態において、スイッチング素子としてのトランジスタは、例えばMOSFETであるが、バイポーラトランジスタやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の他種類のトランジスタでも良い。
図1に示すように、燃料噴射制御装置である電子制御装置(以下、ECUという)31は、駆動対象である電磁弁41のコイル41aの一端(上流側)が接続される端子CMと、コイル41aの他端(下流側)が接続される端子INJと、端子INJに一方の出力端子が接続されたトランジスタT10と、トランジスタT10の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続された電流検出用の抵抗R10と、を備える。
電磁弁41は、常閉式の電磁弁である。電磁弁41では、コイル41aに通電されると、図示しない弁体(いわゆるノズルニードル)が開弁位置に移動し(換言すれば、リフトし)、燃料噴射が行われる。また、コイル41a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。
尚、図1では、4個の電磁弁41のうち、第n気筒#n(nは1〜4の何れか)に対応する1つの電磁弁41だけを示しており、以下では、その1つの電磁弁41の駆動に関して説明する。実際には、端子CMは、各気筒の電磁弁41について共通の端子となっており、その端子CMに、各電磁弁41のコイル41aがそれぞれ接続されている。また、端子INJ及びトランジスタT10は、各電磁弁41について(換言すれば、各気筒について)それぞれ備えられている。トランジスタT10は、駆動対象の電磁弁41(換言すれば、噴射対象の気筒)を選択するためのスイッチング素子であり、気筒選択スイッチと呼ばれる。
更に、ECU31は、電源電圧としてのバッテリ電圧(車載バッテリの電圧)VBが供給される電源ラインLpに一方の出力端子が接続された定電流用スイッチング素子としてのトランジスタT11と、トランジスタT11の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記端子CMに接続された逆流防止用のダイオードD11と、アノードがグランドラインに接続され、カソードが端子CMに接続された電流還流用のダイオードD12と、昇圧回路33とを備える。
ダイオードD12は、トランジスタT10がオンされている状態でトランジスタT11がオンからオフされた時に、コイル41aに電流を還流させる。
昇圧回路33は、昇圧型DC/DCコンバータであり、コンデンサC0と、インダクタL0と、昇圧用のトランジスタT0と、逆流防止用のダイオードD0と、電流検出用の抵抗R0と、トランジスタT0を駆動する充電制御回路35とを備える。
コンデンサC0は、電磁弁41の弁体を開弁方向へ速やかに動かす(リフトさせる)ためのピーク電流を、コイル41aに流すための電気エネルギを蓄積する。インダクタL0は、それの一端が電源ラインLpに接続され、他端がトランジスタT0の一方の出力端子に接続されている。抵抗R0は、トランジスタT0の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続されている。インダクタL0とトランジスタT0との接続点に、ダイオードD0を介してコンデンサC0の一端(正極側)が接続され、コンデンサC0の他端(負極側)は、トランジスタT0と抵抗R0との接続点に接続されている。
昇圧回路33においては、トランジスタT0がオン/オフされると、インダクタL0とトランジスタT0との接続点に、バッテリ電圧VBよりも高いフライバック電圧(逆起電圧)が発生し、そのフライバック電圧によりダイオードD0を通じてコンデンサC0が充電される。このため、コンデンサC0はバッテリ電圧VBよりも高い電圧で充電される。
そして、充電制御回路35は、当該回路35に与えられる充電許可信号がアクティブレベル(本実施形態では例えばハイ)の場合に動作して、コンデンサC0の正極側の電圧(以下、コンデンサ電圧という)VCが予め設定された目標電圧(>VB)となるように、トランジスタT0をオン/オフさせる。
充電制御回路35は、コンデンサ電圧VCをモニタすると共に、コンデンサC0の充電電流を抵抗R0に生じる電圧によりモニタして、コンデンサC0が効率の良い周期で充電されるようにトランジスタT0をオン/オフさせる。そして、充電制御回路35は、コンデンサ電圧VCが目標電圧になると、トランジスタT0をオフのままにして、コンデンサC0の充電を止める。このため、コンデンサC0は、それの充電電圧であるコンデンサ電圧VCが目標電圧となるように充電される。
また更に、ECU31は、コンデンサC0の正極側を端子CMに接続させる放電用スイッチング素子としてのトランジスタT12と、アノードが端子INJに接続され、カソードがコンデンサC0の正極側に接続されたエネルギ回収用のダイオードD13と、トランジスタT10,T11,T12を制御することで、コイル41aに流す電流を制御する駆動用IC37と、マイコン(マイクロコンピュータ)39とを備えている。
マイコン39は、プログラムを実行するCPU51、プログラムや固定のデータ等が記憶されたROM52、CPU51による演算結果等が記憶されるRAM53、A/D変換器(ADC)54等を備えている。
そして、マイコン39は、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン水温など、各種センサ(図示省略)にて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に噴射指令信号を生成して駆動用IC37に出力する。
噴射指令信号は、その信号のレベルがアクティブレベル(本実施形態では例えばハイ)の間だけ電磁弁41のコイル41aに通電する(換言すれば、電磁弁41を開弁させる)、という意味を持っている。このため、マイコン39は、エンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に、電磁弁41のコイル41aへの通電期間を設定し、その通電期間だけ、該当する気筒の噴射指令信号をハイにしていると言える。
駆動用IC37は、トランジスタT10を制御する気筒選択制御回路55と、トランジスタT12を制御する放電制御回路56と、トランジスタT11を制御する定電流制御回路57と、マイコン39からシリアル通信線58を介して送られてくる閾値のデータを、パラレルデータに変換して定電流制御回路57に与えるシリアル/パラレル変換器59と、を備える。
気筒選択制御回路55は、マイコン39から出力される第n気筒#nの噴射指令信号S#nがハイになると、その噴射指令信号S#nがハイになっている間、第n気筒#nの電磁弁41に対応するトランジスタT10をオンさせる。
放電制御回路56は、噴射指令信号S#nがハイになると、トランジスタT12を、例えば一定時間tpだけオンさせることにより、コンデンサC0から第n気筒#nの電磁弁41のコイル41aに放電させる。この場合、「コンデンサC0→トランジスタT12→コイル41a→トランジスタT10→抵抗R10→グランドライン」の経路で電流が流れる。このようにコンデンサC0からコイル41aに流れる電流が、前述のピーク電流である。
尚、他の例として、放電制御回路56は、抵抗R10に生じる電圧からコイル電流(コイル41aに流れる電流)を検出し、トランジスタT12を、噴射指令信号S#nがハイになってからコイル電流がピーク電流の目標最大値になるまでの間、オンするようになっていても良い。
定電流制御回路57は、噴射指令信号S#nがハイになっている間、バッテリ電圧VBを電源として電磁弁41のコイル41aに一定の電流を流すための定電流制御を行う。
その定電流制御は、トランジスタT11のオン/オフを繰り返すスイッチング制御を行うことにより、コイル41aに一定の電流が流れるようにする制御である。そして、本実施形態では、「コイル電流が上側閾値IthHまで増加したことを検知するとトランジスタT11をオンからオフさせ、コイル電流が下側閾値IthLまで低下したことを検知するとトランジスタT11をオフからオンさせる」という制御である。
その定電流制御において、トランジスタT11のオン時には、バッテリ電圧VB(電源ラインLp)からコイル41aに電流が流れる。また、トランジスタT11のオフ時には、コイル41aに、グランドライン側からダイオードD12を介して電流が流れる(還流する)。
上側閾値(以下単に、閾値ともいう)IthHは、下側閾値(以下単に、閾値ともいう)IthLよりも大きい。そして、上側閾値IthHは、トランジスタT11をオンからオフに切り換えるためのオフ切換用閾値であり、下側閾値IthLは、トランジスタT11をオフからオンに切り換えるためのオン切換用閾値である。また、本実施形態において、上側閾値IthHと下側閾値IthLは、可変になっている。
このため、定電流制御回路57は、増幅回路61と、D/A変換器(DAC)62と、比較器63と、論理積回路64と、駆動回路65とを備えている。
増幅回路61は、抵抗R10の両端の電位差に比例した電圧を出力する。このため、増幅回路61からは、コイル電流に比例した電圧が出力される。
比較器63は、増幅回路61の出力電圧ViとD/A変換器62の出力電圧Voとを比較する。そして、比較器63の出力信号は、「Vo>Vi」ならばハイになり、「Vo<Vi」ならばローになる。また、比較器63の出力信号は、「Vo=Vi」の場合には、例えば、「Vo=Vi」になる前のレベルとは反対のレベルになるが、「Vo=Vi」になる前のレベルを維持しても良い。
論理積回路64は、マイコン39からの噴射指令信号S#nと、比較器63の出力信号との、論理積信号を出力する。
駆動回路65は、論理積回路64の出力信号Sanがハイの場合に、トランジスタT11のゲートに供給する駆動信号Sdをアクティブレベルにして、トランジスタT11をオンさせ、論理積回路64の出力信号Sanがローの場合には、駆動信号Sdを非アクティブレベルにして、トランジスタT11をオフさせる。尚、本実施形態では、トランジスタT11がPチャネル型のMOSFETであることから、駆動信号Sdのアクティブレベルは例えば0Vであり、駆動信号Sdの非アクティブレベルは例えばバッテリ電圧VBである。
D/A変換器62には、マイコン39からシリアル通信線58を介して駆動用IC37に送られてくる閾値のデータが、シリアル/パラレル変換器59を介して入力される。
そして、閾値のデータとしては、コイル電流の上側閾値IthHに相当する上側閾値電圧VthHを表す上側閾値データと、コイル電流の下側閾値IthLに相当する下側閾値電圧VthLを表す下側閾値データとがある。
また、増幅回路61の出力電圧Viが、コイル電流の値をG倍(Gは正の数)した電圧であるとすると、上側閾値IthHと上側閾値電圧VthHとの関係は「VthH=IthH×G」であり、下側閾値IthLと下側閾値電圧VthLとの関係も「VthL=IthL×G」である。
D/A変換器62は、マイコン39からの最新の上側閾値データ及び下側閾値データを記憶する。そして、D/A変換器62は、論理積回路64の出力信号Sanがハイの場合には、上側閾値データが表す上側閾値電圧VthHを比較器63に出力し、論理積回路64の出力信号Sanがローの場合には、下側閾値データが表す下側閾値電圧VthLを比較器63に出力する。
このような定電流制御回路57では、噴射指令信号S#nがハイになると、最初は、コイル電流が上側閾値IthHと下側閾値IthLとの両方よりも小さいため、比較器63の出力信号がハイになり、論理積回路64の出力信号Sanもハイになる。すると、駆動回路65からトランジスタT11への駆動信号Sdがアクティブレベルになって、該トランジスタT11をオンさせることとなり、また、D/A変換器62の出力電圧Voは、上側閾値電圧VthHになる。
そして、その後、コイル電流が上側閾値IthHまで増加したなら、比較器63の出力信号がハイからローになり、論理積回路64の出力信号Sanもローになる。すると、駆動信号Sdが非アクティブレベルになって、トランジスタT11をオフさせることとなり、また、D/A変換器62の出力電圧Voは、下側閾値電圧VthLになる。
その後、コイル電流が下側閾値IthLまで減少したなら、比較器63の出力信号がローからハイになり、論理積回路64の出力信号Sanもハイになる。すると、駆動信号Sdがアクティブレベルになって、トランジスタT11をオンさせることとなり、また、D/A変換器62の出力電圧Voは、上側閾値電圧VthHになる。
よって、定電流制御回路57は、トランジスタT11をオンさせているときに、コイル電流が増加して上側閾値IthHに到達したことを比較器63によって検知すると、トランジスタT11をオフへと切り換え、また、トランジスタT11をオフさせているときに、コイル電流が減少して下側閾値IthLに到達したことを比較器63によって検知すると、トランジスタT11をオンへと切り換えることとなる。定電流制御回路57は、このような動作を繰り返すことにより、定電流制御を実施する。また、マイコン39から駆動用IC37へ送信される上側閾値データと下側閾値データは、定電流制御回路57に対して上側閾値IthHと下側閾値IthLを指示するデータに該当する。
そして、噴射指令信号S#nがローになると、定電流制御回路57では、論理積回路64の出力信号Sanがローになって、駆動信号Sdが非アクティブレベルになる。よって、トランジスタT11はオフしたままになる。
一方、駆動用IC37は、例えば、マイコン39からの気筒毎の噴射指令信号が全てローである場合(即ち、燃料噴射を実施していない場合)に、充電制御回路35への充電許可信号をハイにして、コンデンサ電圧VCが目標電圧となるようにする。
また、ECU31は、バッテリ電圧VBを、マイコン39が入力可能な電圧に分圧する2つの抵抗71,72を備えている。そして、抵抗71,72同士の接続点に生じる電圧であって、バッテリ電圧VBを分圧した電圧(以下、分圧電圧という)は、マイコン39に入力される。マイコン39は、抵抗71,72による分圧電圧をA/D変換器54によりA/D変換し、そのA/D変換値からバッテリ電圧VBを検出する。
また更に、ECU31は、一端がグランドラインに接続されたサーミスタ73と、サーミスタ73の他端に一端が接続され、他端に一定の電源電圧(例えば5V)が印加されたプルアップ用の抵抗74とを備えている。
サーミスタ73は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体であり、ECU31の内部において、トランジスタT11の近く(例えばトランジスタT11と隣り合う位置)に実装されている。このため、サーミスタ73の抵抗値は、トランジスタT11の周囲温度に相当するECU31の内部温度(以下、ECU内部温度ともいう)に応じて変化する。
そして、サーミスタ73と抵抗74との接続点に生じる電圧(以下、温度モニタ電圧という)は、ECU内部温度に応じて変化することとなり、その温度モニタ電圧は、マイコン39に入力される。マイコン39は、温度モニタ電圧をA/D変換器54によりA/D変換し、そのA/D変換値からECU内部温度を検出する。例えば、マイコン39は、温度モニタ電圧のA/D変換値を、ROM52内に予め用意されたデータマップや計算式を用いて、ECU内部温度に変換する。
次に、ECU31の作用を、図2のタイムチャートを用いて説明する。
図2に示すように、マイコン39からの噴射指令信号S#nがローからハイになると、駆動用IC37では、気筒選択制御回路55がトランジスタT10をオンし、それと同時に、放電制御回路56がトランジスタT12をオンする。
すると、コンデンサC0からコイル41aに放電され、この放電により、コイル41aへの通電が開始される。また、コンデンサC0からコイル41aへの放電電流であるピーク電流により、電磁弁41の開弁応答が早まる。尚、コンデンサC0の放電に際し、高電位となる端子CM側から電源ラインLp側への回り込みは、ダイオードD11によって防止される。
そして、噴射指令信号S#nがハイになってから一定時間tpが経過すると、放電制御回路56がトランジスタT12をオフさせる。尚、前述したように、コイル電流がピーク電流の目標最大値になるとトランジスタT12をオフさせる、という制御でも良い。
トランジスタT12がオフすると、コイル電流が低下していく。そして、コイル電流が下側閾値IthLにまで減少すると、以後は、前述した定電流制御回路57の定電流制御により、コイル電流の平均値が上側閾値IthHと下側閾値IthLとの間の一定電流となるように、トランジスタT11がオン/オフされる。この定電流制御でコイル41aに流す目標の一定電流は、ピーク電流の最大値よりも小さい。
尚、図2に示すように、噴射指令信号S#nがハイになってからコイル電流が上側閾値IthHに到達するまでの間、トランジスタT11がオンされているのは、定電流制御回路57の定電流制御によるものである。但し、バッテリ電圧VBよりもコンデンサ電圧VCの方が高いため、トランジスタT12がオンしている期間は、トランジスタT11がオンしても、コイル41aへはコンデンサC0から電流が流れる。このため、定電流制御は、実質的には、トランジスタT12がオフされてから開始されていることとなる。よって、例えば、定電流制御回路57は、噴射指令信号S#nがハイになってから、トランジスタT12がオフされたときに、定電流制御のための動作を開始するようになっていても良い。
その後、噴射指令信号S#nがハイからローになると、気筒選択制御回路55がトランジスタT10をオフさせ、定電流制御回路57も定電流制御を止めてトランジスタT11をオフさせる。すると、コイル41aへの通電が停止して電磁弁41が閉弁し、その電磁弁41による燃料噴射が終了する。
また、噴射指令信号S#nがローになって、トランジスタT10及びトランジスタT11がオフされると、コイル41aにフライバックエネルギが発生するが、そのフライバックエネルギは、ダイオードD13を通じてコンデンサC0へ電流の形で回収される。
尚、コンデンサC0からコイル41aにピーク電流を流すことで、電磁弁41を確実に開弁させることができるのであれば、定電流制御でコイル41aに流す目標の一定電流は、電磁弁41の開弁保持に最低限必要な電磁力を発生させる電流であるホールド電流であれば良い。
また、定電流制御回路57は、定電流制御でコイル41aに流す目標の一定電流を、大小の2段階に切り換えるようになっていても良い。具体的には、例えば、噴射指令信号S#nがハイになってから一定時間が経過するまでの期間を、電磁弁41を確実に開弁させるためのリフト期間とする。そして、定電流制御回路57は、トランジスタT12のオフ時からリフト期間が終了するまでの間の定電流制御では、コイル41aにホールド電流より大きいピックアップ電流が流れるようにする。そのピックアップ電流は、電磁弁41の開弁を確実にするための電流である。また、定電流制御回路57は、リフト期間の終了時から噴射指令信号S#nがローになるまでの間の定電流制御では、コイル41aにホールド電流が流れるようにする。
本実施形態では、説明を簡略化するため、定電流制御による一定電流がホールド電流だけであるものとして説明するが、上記のように、一定電流をピックアップ電流とホールド電流とに切り換える構成であっても良い。
ここで、本実施形態において、マイコン39は、例えば図2に示すように、噴射指令信号S#nをハイにする前に、駆動用IC37へ、シリアル通信線58を介したシリアル通信により、前述の上側閾値データ及び下側閾値データを送信する。
そして、マイコン39は、バッテリ電圧VBとECU内部温度とを検出し、それらの検出結果に応じて、駆動用IC37へ送信する上側閾値データと下側閾値データを変更することにより、定電流制御回路57に対して指令する上側閾値IthHと下側閾値IthLを変更する。
尚、図2において、左半分の例では、マイコン39から定電流制御回路57に指令された上側閾値IthHと下側閾値IthLとが、それぞれ「IH1」と「IL1」であり、右半分の例では、上側閾値IthHと下側閾値IthLとが、それぞれ「IH2」と「IL2」である。
また、図2における左半分と右半分とでは、バッテリ電圧VB及びECU内部温度が同じで、且つ、トランジスタT11の駆動信号Sdに対する応答遅れが0であると仮定して、コイル電流を例示している。このため、図2における左半分と右半分とでは、上側閾値IthHと下側閾値IthLが変更されることで、コイル41aに流れる一定電流(詳しくは、コイル電流の平均値)が変わっているように図示されている。
一方、本実施形態における上側閾値IthH及び下側閾値IthLの変更(即ち、バッテリ電圧VBとECU内部温度とに応じた上側閾値IthH及び下側閾値IthLの変更)は、コイル41aに流す一定電流を変えるための変更ではなく、コイル電流が変わらないようにするための変更である。
そこで次に、上側閾値IthHと下側閾値IthLを変更する理由について、図3及び図4を用い説明する。
図3に示すように、トランジスタT11には、駆動信号Sdがアクティブレベルから非アクティブレベルに変化してからオフするまでのターンオフ時間Toffと、駆動信号Sdが非アクティブレベルからアクティブレベルに変化してからオンするまでのターンオン時間Tonがある。
このため、定電流制御回路57が、コイル電流の上側閾値IthHへの到達を検知して、駆動信号Sdをアクティブレベルから非アクティブレベルに切り換えても、トランジスタT11がオフするまで、コイル電流は増加し続ける。同様に、定電流制御回路57が、コイル電流の下側閾値IthLへの到達を検知して、駆動信号Sdを非アクティブレベルからアクティブレベルに切り換えても、トランジスタT11がオンするまで、コイル電流は減少し続ける。
よって、定電流制御によりコイル41aに一定の電流を流す際には、コイル電流が上側閾値IthHに達してもなお同じ増加方向に変化して上側閾値IthHを超える量(以下、上側閾値超過量という)IovHが生じる。同様に、コイル電流が下側閾値IthLに達してもなお同じ減少方向に変化して下側閾値IthLを超える量(以下、下側閾値超過量という)IovLも生じる。
そして、トランジスタT11のターンオフ時間Toffと、ターンオン時間Tonには、正の温度特性がある。このため、トランジスタT11の周囲温度が高い場合ほど、ターンオフ時間Toffとターンオン時間Tonが長くなって、上側閾値超過量IovHと下側閾値超過量IovLとが大きくなる。
また、仮にターンオフ時間Toffが一定であるとしても、バッテリ電圧VBが高くなると、トランジスタT11のオン期間におけるコイル電流の増加速度が大きくなるため、上側閾値超過量IovHは大きくなる。そして、仮にターンオン時間Tonが一定であるとしても、バッテリ電圧VBが高くなると、脈動するコイル電流の極大値が大きくなるため、トランジスタT11のオフ期間におけるコイル電流の減少速度が大きくなり、下側閾値超過量IovLも大きくなる。
このように、上側閾値超過量IovHと下側閾値超過量IovLは、バッテリ電圧VBによっても変わる。
ここで、上側閾値IthHと下側閾値IthLが固定されていて、上側閾値超過量IovHと下側閾値超過量IovLとの少なくとも一方にばらつきが生じると、コイル電流の脈動幅(極大値と極小値との差)がばらつくこととなる。そして、コイル電流の脈動幅がばらつくと、図4に示すように、通電期間の終了時(即ち、噴射指令信号S#nがハイからローになった時)におけるコイル電流が、I1、I2、I3といった具合にばらつくこととなる。
そして、通電期間の終了時におけるコイル電流がばらつくと、通電期間の終了時から電磁弁41が閉弁するまでの閉弁遅れ時間がばらつくこととなり、電磁弁41の制御精度が低下することとなる。具体的な不具合としては、燃料噴射量のばらつきを招く。
例えば、バッテリ電圧VBが14Vで、トランジスタT11の周囲温度(以下単に、周囲温度ともいう)が25℃である状態が、標準状態であるとする。また、バッテリ電圧VBと周囲温度とが標準状態よりも高い場合を、第1状態とし、逆に、バッテリ電圧VBと周囲温度とが標準状態よりも低い場合を、第2状態とする。そして、標準状態でのコイル電流が、図4における実線のようになり、第1状態でのコイル電流が、図4における一点鎖線のようになり、第2状態でのコイル電流が、図4における点線のようになったとする。更に、図4に示すように、標準状態と、第1状態と、第2状態との、各々において、コイル電流が極大値になったタイミングで駆動信号S#nがハイからローになったとする。
この図4の例では、通電期間の終了時におけるコイル電流が、第1状態では、標準状態でのI2よりも大きいI3となり、第2状態では、I2よりも小さいI1となる。このため、第1状態では、標準状態よりも電磁弁41の閉弁タイミングが遅れ、第2状態では、標準状態よりも電磁弁41の閉弁タイミングが早まることとなる。
尚、図4において、定電流制御により脈動するコイル電流の極小値は、便宜上、標準状態と第1状態と第2状態とで、同じとなるように図示しているが、実際の極小値は、「第2状態での値>標準状態での値>第1状態での値」となる。
そこで、本実施形態のECU31では、マイコン39が、図5の閾値設定処理を、例えば一定時間毎に行うことにより、トランジスタT11の周囲温度に相当するECU内部温度と、バッテリ電圧VBとに応じて、定電流制御で用いる上側閾値IthHと下側閾値IthLを変更するようになっている。
図5に示すように、マイコン39は、閾値設定処理を開始すると、まずS110にて、抵抗71,72による分圧電圧からバッテリ電圧VBを検出し、次のS120にて、サーミスタ73による温度モニタ電圧からECU内部温度を検出する。
そして、マイコン39は、次のS130にて、検出したバッテリ電圧VBとECU内部温度とに応じて、定電流制御回路57に指令する上側閾値IthHと下側閾値IthLを決定する。
具体的について説明すると、まず、例えばROM52には、バッテリ電圧VBとECU内部温度と上側閾値IthH及び下側閾値IthLとの関係を表す、閾値設定用マップが記憶されている。
閾値設定用マップは、バッテリ電圧VBと閾値IthH,IthLとの関係については、例えば図6に示すように、バッテリ電圧VBが高い(大きい)ほど、上側閾値IthHと下側閾値IthLが小さくなり、且つ、両閾値IthH,IthLの差(IthH−IthL)も小さくなる、という関係に設定されている。また、閾値設定用マップは、ECU内部温度と閾値IthH,IthLとの関係についても、例えば図7に示すように、ECU内部温度が高い(大きい)ほど、上側閾値IthHと下側閾値IthLが小さくなり、且つ、両閾値IthH,IthLの差も小さくなる、という関係に設定されている。
マイコン39は、S130では、上記閾値設定用マップから、S110,S120で検出したバッテリ電圧VBとECU内部温度とに対応する閾値IthH,IthLを算出し、その算出した、閾値IthH,IthLを、定電流制御回路57に指令する閾値IthH,IthLとして決定する。そして、その後、当該閾値設定処理を終了する。
尚、マイコン39は、S130で決定した上側閾値IthHに相当する上側閾値電圧VthHを表す上側閾値データと、S130で決定した下側閾値IthLに相当する下側閾値電圧VthLを表す下側閾値データとを、駆動用IC37に送信する。また、本実施形態では、閾値IthH,IthLを図6,図7のように変更することで、脈動するコイル電流の極大値と極小値との各々が、バッテリ電圧VB及びトランジスタT11の周囲温度に拘わらず、一定となるようにしている。
また、S130の他の例として、マイコン39は、例えば、上側閾値IthHの標準値IthHsと、下側閾値IthLの標準値IthLsとの各々に、バッテリ電圧VBに応じた補正係数と、ECU内部温度に応じた補正係数とを乗ずることにより、定電流制御回路57に指令する閾値IthH,IthLを算出しても良い。
その場合、バッテリ電圧VBに応じた補正係数のうち、標準値IthHsに乗ずる方の補正係数KvHを決めるためのマップは、例えば図6における一点鎖線のように設定すれば良く、標準値IthLsに乗ずる方の補正係数KvLを決めるためのマップは、例えば図6における二点鎖線のように設定すれば良い。同様に、ECU内部温度に応じた補正係数のうち、標準値IthHsに乗ずる方の補正係数KtHを決めるためのマップは、例えば図7における一点鎖線のように設定すれば良く、標準値IthLsに乗ずる方の補正係数KtLを決めるためのマップは、例えば図7における二点鎖線のように設定すれば良い。また、この例において、例えば、前述した標準状態での閾値IthH,IthLを、標準値IthHs,IthLsとするならば、上記補正係数KvH,KvL,KtH,KtLを決めるための各マップは、標準状態において、補正係数KvH,KvL,KtH,KtLの各々が「1」となるように設定すれば良い。
一方、第n気筒#n以外の電磁弁41についても、上述したのと同様の構成及び処理によって駆動される。
以上のように、ECU31では、上側閾値超過量IovH及び下側閾値超過量IovLに相関がある物理量(上記例では、バッテリ電圧VBとECU内部温度)に応じて、定電流制御で用いる閾値IthH,IthLを変更している。
このため、定電流制御において、脈動するコイル電流の極大値と極小値とが、上記物理量の変化によって所望の値を超えてしまうことを防止することができる。このことから、上記物理量の変化によって、コイル電流の脈動幅が所望の規格値より大きくなってしまうことを防止することができ、延いては、通電期間の終了時におけるコイル電流のばらつきが所望の規格値より大きくなってしまうことを防止することができる。よって、通電期間の終了時から電磁弁41が閉弁するまでの閉弁遅れ時間のばらつきを抑制することができ、電磁弁41の制御精度、延いては、燃料噴射の制御精度が向上する。
また、上記物理量に応じて、閾値IthH,IthLのうちの一方を変更する構成でも良いが、閾値IthH,IthLの両方を変更する方が、コイル電流の脈動幅が所望の規格値より大きくなってしまうことと、コイル電流の平均値が所望の規格範囲から外れてしまうこととの、両方を防止し易い。コイル電流の極大値と極小値との両方を所望の値に制御することができるからである。
また、上側閾値超過量IovHと下側閾値超過量IovLとでは、上側閾値超過量IovHの方が上記物理量に応じて変化し易いため、閾値IthH,IthLのうちの一方だけを上記物理量に応じて可変にするのであれば、上側閾値IthHの方を可変にするのが好ましい。
閾値IthH,IthLのうち、上側閾値IthHだけを可変にする場合でも、上側閾値IthHは、図6,図7に示したような変化特性で変更すれば良い。そのようにすれば、コイル電流の極大値を一定にすることができる。また、バッテリ電圧VBやトランジスタT11の周囲温度が高くなるにつれてコイル電流の極大値が大きくなっていくことを防止できるため、コイル電流の平均値が所望の上限値よりも大きくなってしまうことを防止することができる。
一方、閾値IthH,IthLのうち、下側閾値IthLだけを可変にしても良い。その場合、下側閾値IthLは、例えば、図6,図7に示した変化特性とは逆に、バッテリ電圧VBが高いほど、またECU内部温度が高いほど、大きくなるように設定すれば良い。そのようにすれば、コイル電流の極小値を一定にすることができる。前述したように、バッテリ電圧VBが高いほど、またECU内部温度が高いほど、下側閾値超過量IovL(即ち、コイル電流の極小値が下側閾値IthLを下回る量)が大きくなるからである。
尚、閾値IthH,IthLの両方を可変にする場合には、「IthH>IthL」という前提があるため、図6,図7に示したように、下側閾値IthLも、バッテリ電圧VB及びECU内部温度に対して、上側閾値IthHと同じ減少傾向で変化させている。但し、下側閾値IthLの減少傾きは、上側閾値IthHの減少傾きよりも緩くなるようにして、コイル電流の極小値が小さくなり過ぎることを防止している。つまり、バッテリ電圧VB及びECU内部温度が高くなるほど、両閾値IthH、IthLが小さくなると共に、両閾値IthH,IthLの差も小さくなるようにすることで、コイル電流の脈動幅が規格値より大きくなってしまうことと、コイル電流の平均値が規格範囲外になってしまうこととを、防止することができる。
[変形例1]
上記実施形態では、閾値IthH,IthLを、図6,図7の如く、上記物理量に応じてリニアに変化させている。
このため、物理量としてバッテリ電圧VBの方を例に挙げるならば、閾値IthH,IthLの各々と、両閾値IthH、IthLの差は、バッテリ電圧VBが第1の値(例えば14V)である場合よりも、バッテリ電圧VBが第1の値より高い第2の値(例えば32V)である場合の方が、小さくなる。
このことを実現する手法としては、例えば、下記<1>,<2>の手法も考えられる。
<1>バッテリ電圧VBが第1の値と第2の値との間の特定値よりも低い領域では、閾値IthH,IthLの各々を一定とし、バッテリ電圧VBが上記特定値以上である領域では、閾値IthH,IthLの各々と、両閾値IthH、IthLの差を、図6の如くバッテリ電圧VBが高くなるにつれて小さくする。
<2>閾値IthH,IthLの各々と、両閾値IthH、IthLの差を、バッテリ電圧VBが上記特定値よりも低い領域と、バッテリ電圧VBが上記特定値以上である領域とで、異なる値に切り換える。つまり、二段階に切り換える。
尚、上記<1>,<2>の手法は、ECU内部温度についても同様である。
[変形例2]
定電流制御回路57が行う定電流制御において、トランジスタT11のオン/オフを切り換える条件のうち、例えば、トランジスタT11をオフからオンへと切り換える条件は、トランジスタT11をオフさせてから所定時間が経過したという条件であっても良い。その場合、下側閾値IthLは無く、上側閾値IthHを可変にすることとなる。逆に、トランジスタT11をオンからオフへと切り換える条件は、トランジスタT11をオンさせてから所定時間が経過したという条件であっても良い。その場合、上側閾値IthHは無く、下側閾値IthLを可変にすることとなる。
[変形例3]
閾値IthH,IthLを変更するパラメータとしての物理量は、バッテリ電圧VBとトランジスタT11の周囲温度(ECU内部温度)との、何れか一方でも良いし、また、それら以外でも良い。
[変形例4]
自動車において、該自動車のエンジンが収納されるエンジンルーム75(図1参照)に、ECU31が設けられる場合には、マイコン39は、エンジンルーム75の温度を、ECU内部温度として(延いては、トランジスタT11の周囲温度として)検出しても良い。エンジンルーム75の温度とECU内部温度とには、相関があるからである。
例えば、エンジンルーム75の温度を検出する温度センサがあれば、マイコン39は、その温度センサの出力から、エンジンルーム75の温度を検出することができる。
また、マイコン39は、特定の物であって、それの温度がエンジンルーム75の温度と相関がある物の温度を、エンジンルーム75の温度として(延いては、トランジスタT11の周囲温度として)検出しても良い。
その特定の物としては、例えば、エンジンに供給される燃料や、エンジンのエンジンオイルや、エンジンの冷却水などが考えられる。それらの温度は、自動車において、通常、センサ76,77,78(図1参照)により他の目的で検出されるようになっているため、そのセンサ76〜78からの信号をマイコン39に入力させることで、別途センサを追加することなく検出することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、駆動用IC37が行うことの一部又は全部を、マイコン39が行うようになっていても良い。駆動対象の電磁弁41が設けられるエンジンは、ディーゼルエンジンでも良い。駆動対象の電磁弁41は、インジェクタ(燃料噴射弁)に限らず、例えば、燃料ポンプの電磁弁であっても良い。
また、特許請求の範囲に記載された内容の範囲において、前述した実施形態及び変形例の構成や処理のうちの、何れかの組み合わせを変える変形や、一部を削除する変形等を行うことも勿論可能である。例えば、コンデンサC0からコイル41aへの放電を実施しない構成でも良い。
31…ECU、39…マイコン、41…電磁弁、41a…コイル、CM…端子、Lp…電源ライン、T11…トランジスタ、57…定電流制御回路

Claims (7)

  1. 電磁弁(41)のコイル(41a)に電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側(CM)と、電源電圧が供給される電源ライン(Lp)との間に、直列に設けられ、前記コイルに一定の電流を流すためにオン/オフされる定電流用スイッチング素子(T11)と、
    前記コイルへの通電期間を設定する通電期間設定手段(39)と、
    前記通電期間において、前記定電流用スイッチング素子のオン/オフを繰り返すスイッチング制御を行うことにより、前記コイルに一定の電流が流れるようにする定電流制御手段(57)と、
    を備えた電磁弁駆動装置(31)において、
    前記定電流制御手段は、前記定電流用スイッチング素子を、オンとオフとの一方である第1状態から、オンとオフとの他方である第2状態へと切り換えるための閾値が与えられ、前記スイッチング制御の実施中において、前記定電流用スイッチング素子を前記第1状態にしているときに、前記コイルに流れる電流が前記閾値に到達したことを検知すると、前記定電流用スイッチング素子を前記第1状態から前記第2状態へと切り換えるようになっており、
    当該電磁弁駆動装置は、
    前記コイルに流れる電流が前記閾値に達してもなお同じ方向に変化して該閾値を超える量である閾値超過量に相関がある物理量を検出し、該物理量に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段(39,S110〜S130)を備え
    前記第1状態はオンであると共に、前記第2状態はオフであり、
    前記閾値は、前記定電流用スイッチング素子をオンからオフに切り換えるためのオフ切換用閾値であり、
    前記定電流制御手段は、前記定電流用スイッチング素子を、オフからオンへと切り換えるための閾値として、前記オフ切換用閾値よりも小さいオン切換用閾値も与えられ、前記スイッチング制御の実施中において、前記定電流用スイッチング素子をオフさせているときに、前記コイルに流れる電流が前記オン切換用閾値に到達したことを検知すると、前記定電流用スイッチング素子をオフからオンへと切り換えるようになっており、
    前記閾値変更手段は、前記物理量に応じて、前記オン切換用閾値も変更し、
    前記物理量は、前記電源電圧と、前記定電流用スイッチング素子の周囲温度との、一方又は両方であり、
    前記閾値変更手段は、前記オフ切換用閾値と前記オン切換用閾値との各々を、前記物理量が第1の値である場合よりも、前記物理量が前記第1の値より大きい第2の値である場合の方が、小さくなるように変更すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  2. 請求項に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記閾値変更手段は、前記オフ切換用閾値と前記オン切換用閾値との差も、前記物理量が前記第1の値である場合よりも、前記物理量が前記第2の値である場合の方が、小さくなるようにすること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記物理量は、少なくとも前記定電流用スイッチング素子の周囲温度であり、
    前記閾値変更手段は、当該電磁弁駆動装置の内部温度を、前記周囲温度として検出すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  4. 電磁弁(41)のコイル(41a)に電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側(CM)と、電源電圧が供給される電源ライン(Lp)との間に、直列に設けられ、前記コイルに一定の電流を流すためにオン/オフされる定電流用スイッチング素子(T11)と、
    前記コイルへの通電期間を設定する通電期間設定手段(39)と、
    前記通電期間において、前記定電流用スイッチング素子のオン/オフを繰り返すスイッチング制御を行うことにより、前記コイルに一定の電流が流れるようにする定電流制御手段(57)と、
    を備えた電磁弁駆動装置(31)において、
    前記定電流制御手段は、前記定電流用スイッチング素子を、オンとオフとの一方である第1状態から、オンとオフとの他方である第2状態へと切り換えるための閾値が与えられ、前記スイッチング制御の実施中において、前記定電流用スイッチング素子を前記第1状態にしているときに、前記コイルに流れる電流が前記閾値に到達したことを検知すると、前記定電流用スイッチング素子を前記第1状態から前記第2状態へと切り換えるようになっており、
    当該電磁弁駆動装置は、
    前記コイルに流れる電流が前記閾値に達してもなお同じ方向に変化して該閾値を超える量である閾値超過量に相関がある物理量を検出し、該物理量に応じて前記閾値を変更する閾値変更手段(39,S110〜S130)を備え、
    前記第1状態はオンであると共に、前記第2状態はオフであり、
    前記閾値は、前記定電流用スイッチング素子をオンからオフに切り換えるためのオフ切換用閾値であり、
    前記定電流制御手段は、前記定電流用スイッチング素子を、オフからオンへと切り換えるための閾値として、前記オフ切換用閾値よりも小さいオン切換用閾値も与えられ、前記スイッチング制御の実施中において、前記定電流用スイッチング素子をオフさせているときに、前記コイルに流れる電流が前記オン切換用閾値に到達したことを検知すると、前記定電流用スイッチング素子をオフからオンへと切り換えるようになっており、
    前記閾値変更手段は、前記物理量に応じて、前記オン切換用閾値も変更し、
    前記物理量は、前記定電流用スイッチング素子の周囲温度、又は、前記周囲温度と前記電源電圧との両方であり、
    前記閾値変更手段は、当該電磁弁駆動装置の内部温度を、前記周囲温度として検出すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  5. 請求項3又は請求項4に記載に記載の電磁弁駆動装置において、
    当該電磁弁駆動装置は、自動車において該自動車のエンジンが収納されるエンジンルームに設けられ、
    前記閾値変更手段は、前記エンジンルームの温度を、当該電磁弁駆動装置の内部温度として検出すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  6. 請求項に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記閾値変更手段は、特定の物であって、それの温度が前記エンジンルームの温度と相関がある物の温度を、前記エンジンルームの温度として検出すること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
  7. 請求項に記載の電磁弁駆動装置において、
    前記物は、前記エンジンに供給される燃料と、前記エンジンのエンジンオイルと、前記エンジンの冷却水との、少なくとも1つであること、
    を特徴とする電磁弁駆動装置。
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