JP5966960B2

JP5966960B2 - 吸入調量弁駆動装置

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Publication number: JP5966960B2
Application number: JP2013025498A
Authority: JP
Inventors: 圭介矢部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: JP2014152751A

Description

本発明は、コモンレールシステムにおける吸入調量弁駆動装置に関するものである。

コモンレールシステムでは、一般的に、燃料供給ポンプの燃料吸入部に電磁駆動式の吸入調量弁が設けられており、その吸入調量弁の開度が操作されることにより燃料供給ポンプの燃料吸入量が制御されるようになっている。これにより、燃料供給ポンプによる燃料吐出量が制御され、コモンレール圧が所望の圧力に制御されることとなる。なお、吸入調量弁の制御装置に関する技術としては、例えば特許文献１のようなものが提供されている。

米国特許第７１２１２６５号明細書

ところで、吸入調量弁を駆動する駆動装置ではローサイド側の地絡異常を検出することが求められ、地絡異常の検出方法としては、ローサイド側において電流値をモニタする方法が挙げられる。例えば、目標とするコモンレール圧力に基づいて算出された駆動電流指示値と、ローサイド側における実際の電流値とに基づき、駆動電流指示値が一定レベル以上であるのに実電流値が所定の閾値を下回っている場合に、地絡異常が生じていると判定することができる。

しかしながら、近年の吸入調量弁駆動装置では、目標とするコモンレール圧力の調整の高精度化や高ロバスト性化を図ることが求められ、演算や制御が複雑化する傾向にあり、一意に設定した電流閾値では地絡異常を検出することが困難となる場合がある。また、インピーダンスを含む地絡が発生する場合には、ローサイド側の電流検出部（シャント抵抗等）と地絡によって形成されるインピーダンスとの相関関係によっては、電流値の検出可能領域が限定されることによって検出精度が低下することになる。そのため、吸入調量弁駆動装置はローサイド側において地絡が生じたまま動作を続ける虞があり、この場合、コモンレールの圧力が目標値に対して正確に制御できず、指示電流による駆動に対する応答性が悪化する懸念がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、吸入調量弁の駆動装置において、地絡状態の検出をより確実に行うことが可能な構成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の発明は、コモンレール式燃料噴射システムに用いられ、駆動電流に応じて弁開度が制御される吸入調量弁（３）を駆動する吸入調量弁駆動装置（１）であって、
コモンレール内の圧力を検出する圧力センサ（８０）からの圧力検出値を取得する取得部（１０）と、
前記取得部（１０）によって取得された前記圧力センサ（８０）からの前記圧力検出値と、前記コモンレールでの目標圧力値とに基づき、前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力値に近づけるように前記駆動電流の指令値をデューティ信号として出力する出力部（１０）と、
前記出力部（１０）からの前記デューティ信号に基づいて、前記吸入調量弁（３）への前記駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替える第１スイッチ（４０）と、
前記吸入調量弁（３０）とグランドとの間の経路を導通状態と非導通状態とに切り替える第２スイッチ（５０）と、
予め定められた所定条件が成立するまでは、前記第２スイッチ（５０）を導通状態に切り替え、前記所定条件が成立した場合に前記第２スイッチ（５０）を非導通状態に切り替える切替部（１０）と、
前記切替部（１０）によって前記第２スイッチ（５０）が前記非導通状態に切り替えられた場合において、前記取得部（１０）によって取得される前記圧力検出値の変化が、前記第２スイッチ（５０）が前記非導通状態に切り替えられた場合の正規の圧力変化とは異なる圧力変化となった場合に異常と判定する判定部（１０）と、
を有することを特徴とする。

請求項１の発明では、所定条件成立時に第２スイッチ（５０）を非導通状態に切り替え、その切替後に、正規の圧力変化（第２スイッチ（５０）が非導通状態に切り替えられた場合にとるべき圧力変化）とは異なる圧力変化となった場合に異常と判定することができる。つまり、第２スイッチ（５０）が非導通状態に切り替えられたにもかかわらず、正規の圧力変化とは異なる圧力変化が生じている場合、地絡発生に起因して吸入調量弁（３）に対し電流が供給され続けている可能性がある。従って、このような状態が生じたときに判定部（１０）によって異常と判定すれば、その後に適切な対応或いは処理を行いやすくなる。特にこの構成では、ある程度抵抗成分を含んだ地絡状態が発生した場合でも、第２スイッチ（５０）が非導通状態に切り替えられたときには、正規の圧力変化とは異なる圧力変化が生じることになるため、その地絡状態の発生をより正確に検出しやすくなる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る吸入調量弁駆動装置を概略的に説明する説明図である。図２は、図１の吸入調量弁駆動装置が適用されるコモンレール式燃料噴射システムを概略的に説明する説明図である。図３は、図１の吸入調量弁駆動装置における正常動作時の動作波形を例示するタイミングチャートである。図４は、図１に係る吸入調量弁駆動装置で行われる判定処理の流れを例示するフローチャートである。図５は、図１の吸入調量弁駆動装置において、インピーダンスを含む地絡が発生した異常時の動作波形を説明する説明図である。図６は、一意の閾値によって異常判定を行う比較例に関し、インピーダンスを含まない地絡が発生した異常時の動作波形を説明する説明図である。図７は、一意の閾値によって異常判定を行う比較例に関し、インピーダンスを含む地絡が発生した異常時の動作波形を説明する説明図である。

[第１実施形態]
以下、本発明を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示す吸入調量弁駆動装置（以下、単に駆動装置ともいう）１は、車両用電子制御装置（ＥＣＵ）として構成されるものであり、例えば図２のようなコモンレール式燃料噴射システム（以下、コモンレールシステムともいう）１００において、吸入調量弁３を制御する装置として構成されている。このコモンレール式燃料噴射システム１００では、図２のように、多気筒ディーゼルエンジン１３０の各気筒において、電磁駆動式のインジェクタ１０５が設けられており、インジェクタ１０５からエンジン１３０の燃焼室に燃料が噴射される構成となっている。

インジェクタ１０５は例えば三方電磁弁を用いた構成となっており、ノズルボデー内をノズルニードルが摺動することに伴い燃料が噴射される。各インジェクタ１０５は燃料伝送配管１１０を介して、共通のコモンレール１０６に接続されている。インジェクタ１０８の動作に伴って発生するリーク燃料は、リーク管１１２を介して燃料タンク１１４へ排出される。コモンレール１０６には高圧燃料配管１１６を介して高圧ポンプ１０４が接続されている。高圧ポンプ１０４は、コモンレール１０６に燃料を供給する燃料供給ポンプを構成する。高圧ポンプ１０４の駆動に伴い、噴射圧相当の高圧燃料がコモンレール１０６に蓄えられて蓄圧される。高圧ポンプ１０４は、エンジン１３０の回転に伴い駆動され、エンジン回転に同期して燃料の吸入及び吐出が繰り返し行われる。高圧ポンプ１０４の燃料吸入部には、電磁駆動式の吸入調量弁（ＳＣＶ）３が配置されている。

吸入調量弁３は、低圧燃料配管１２２を介してフィードポンプ１２４に接続されており、高圧ポンプ１０４に吸入される燃料量を調整する。フィードポンプ１２４は燃料タンク１１４の燃料を汲み上げる。フィードポンプ１２４によって燃料タンク１１４から汲み上げられた低圧燃料は、吸入調量弁３を介して高圧ポンプ１０４の燃料圧送部に吸入される。また、吸入調量弁３の配線は、ＥＣＵとして構成される駆動装置１のハイサイド端子４２に一端側が接続され、駆動装置１のローサイド端子５２に他端側が接続される。そして、この駆動装置１によって当該吸入調量弁３への供給電流（駆動電流）が制御されるようになっている。

コモンレール１０６には圧力センサ８０（コモンレール圧センサ）と減圧弁１２０とが設けられている。圧力センサ８０は、コモンレール１０６内の燃料圧（コモンレール圧）を検出する。減圧弁１２０は、コモンレール圧が過剰に上昇したときに開いて圧力を逃がす働きをする。減圧弁１２０は、リーク管１１２に接続されており、減圧弁１２０が開くとコモンレール１０６内の燃料はリーク管１１２を介して燃料が燃料タンク１１４に排出され、これにより減圧が行われるようになっている。減圧弁１２０としては、機械式の弁又は電磁駆動式の弁を用いることができる。

図１に示す吸入調量弁駆動装置（ＳＣＶ駆動回路）１は、図２に示すようにＥＣＵとして吸入調量弁３の開度を制御する機能を有する。吸入調量弁駆動装置１の駆動対象となる吸入調量弁３は、コモンレール１０６内の燃料の圧力を制御する機能を有し、高圧ポンプ１０４の燃料圧送部に送られる燃料の量を制御するバルブ（例えばニードルバルブ等）として構成されている。この構成では、例えば吸入調量弁３がソレノイド式の電磁弁として構成され、当該吸入調量弁３に対する駆動電流が供給されない時には、吸入調量弁３が開けられて燃料が高圧ポンプの圧送部へ吸入される方式となっている。一方、吸入調量弁３に駆動電流が供給される時には、駆動電流に応じた閉塞度合いで吸入調量弁３が閉じられるようになっている。具体的には、吸入調量弁３に供給される駆動電流が０の時に全開となり、駆動電流が大きくなるにつれて吸入調量弁３の開度が小さくなり、吸入調量弁３に供給される駆動電流が最も大きいとき（第１スイッチ４０のオンが継続する１００％デューティのとき）には、最も開度が小さくなるように構成されている。なお、本構成では、吸入調量弁３の一方側に例えば１４Ｖの電源２０が設けられ、他方側がグランド側となっており、後述する第１スイッチ４０及び第２スイッチ５０がオン状態のときに、電源２０から抵抗２８、第１スイッチ４０、吸入調量弁３、第２スイッチ５０、抵抗６２を介してグランドに駆動電流が流れるようになっている。

吸入調量弁駆動装置１は、マイコンとして構成される制御部１０を備え、吸入調量弁３のハイサイド側には、一端側が電源２０に接続される抵抗２８と、一端側が抵抗２８に接続され、他端側が吸入調量弁３に接続される第１スイッチ４０とが設けられ、抵抗２８、第１スイッチ４０、吸入調量弁３が直列に接続されている。また、吸入調量弁３のローサイド側には、一端側が吸入調量弁３に接続される第２スイッチ５０と、一端側が第２スイッチ５０に接続され、他端側が接地される抵抗６２とが設けられ、吸入調量弁３、第２スイッチ５０、抵抗６２が直列に接続されている。

制御部１０は、コモンレール１０６内の圧力を検出する圧力センサ８０からの圧力検出値を取得する「取得部」として機能し、圧力センサ８０からの信号（圧力検出値）が入力されるようになっている。

本構成では、ＥＣＵとして構成される駆動装置１に、圧力センサ８０の検出信号やエンジン回転速度及びアクセル操作量などの運転情報が逐次入力される。そして、駆動装置１は、入力された運転情報に基づいて最適な燃料噴射時期及び噴射量を算出するとともに、インジェクタ１０５に対して燃料噴射時期及び噴射量に応じた噴射制御信号を出力する。これにより、各気筒において、インジェクタ１０５からエンジン１３０への燃料噴射が行われる。また、駆動装置１は、算出した燃料噴射量に基づいてコモンレール１０６内の燃料の目標圧力値を求めるとともに、コモンレール１０６内の実際の燃料圧（圧力センサ８０で検出された圧力検出値）を、その定めた目標圧力値に一致させる燃料圧フィードバック制御を行う。本燃料圧フィードバック制御にかかる処理は所定周期毎（例えば、各気筒の燃焼毎として１８０°ＣＡ毎）に行われる。燃料圧フィードバック制御では、吸入調量弁３を駆動制御することにより、高圧ポンプ１０４からコモンレール１０６に圧送される燃料量が調節される。

具体的には、制御部１０は、圧力センサ８０によって測定されたコモンレール１０６内の圧力Ｐｃ（実際の圧力）と、目標とする圧力Ｐａ（上述の目標圧力値）とに基づいて、目標とする圧力に近づけるための指令値（デューティ比）を算出し、このデューティ比で設定されたパルス信号を出力基本Ｄｕｔｙ信号として出力する。この制御部１０の基本的動作としては、圧力センサ８０から入力された圧力検出値Ｐｃが目標圧力値Ｐａよりも低い場合、コモンレール１０６内の圧力を増大させる制御（即ち、デューティ比を低減させて駆動電流を低減させる制御）を行う。逆に圧力センサ８０から入力された圧力検出値Ｐｃが目標圧力値Ｐａよりも高い場合、コモンレール１０６内の圧力を低減させる制御（即ち、デューティ比を増加させて駆動電流を増大させる制御）を行う。なお、このようなフィードバック制御における具体的な制御量の算出方法は、ＰＩＤ制御などの公知のフィードバック制御における制御量の算出方法を用いることができる。例えば、上述の目標圧力値Ｐａに対する実圧（圧力センサ８０での圧力検出値）Ｐｃの圧力偏差ΔＰ（＝Ｐａ−Ｐｃ）に基づいて、比例項Ｕｐ、積分項Ｕｉ、及び微分項Ｕｄが求められる。そして、これらの各項Ｕｐ，Ｕｉ，Ｕｄの和によって制御量Ｕが求められる（Ｕ＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ）。制御量Ｕが正の場合には、吸入調量弁３が開弁されるとともに高圧ポンプ１０４による燃料の圧送が行われ、実圧Ｐｃが増加される。このとき、制御量Ｕが大きいほど吸入調量弁３の弁開度が大きくなり、高圧ポンプ１０４による燃料の圧送量が増加してコモンレール１０６内の実圧Ｐｃが急速に増加される。一方、制御量Ｕが負の場合には、吸入調量弁３が閉弁され、高圧ポンプ１０４による燃料圧送が行われなくなる。そして、インジェクタ１０５による燃料噴射や、インジェクタ１０５の摺動部分を介しての燃料リークにより、実圧（圧力センサ８０での圧力検出値）Ｐｃが次第に低下する。

なお、制御部１０は、出力部の一例に相当し、圧力センサ８０から入力された圧力検出値と、コモンレール１０６での目標圧力値とに基づき、コモンレール１０６内の圧力を目標圧力値に近づけるように駆動電流の指令値をデューティ信号として出力するように機能する。

制御部１０における出力端子Ｐ１（出力基本Ｄｕｔｙ信号を出力する端子）とグランドとの間には、抵抗２４及び抵抗２５が直列に接続され、これら抵抗２４、２５によって分圧回路が構成されている。そして、この分圧回路から出力される電圧値がＲＣ回路（抵抗２４と抵抗２５の間に接続される抵抗２６及びコンデンサ２９によって構成される回路）を介してコンパレータ３０の正側の入力端子に入力されるようになっている。この構成では、抵抗２６は、一端が抵抗２４と抵抗２５との間に接続され、他端は、コンパレータ３０の正側の入力端子とコンデンサ２９の一方の電極とに接続されている。また、コンパレータ３０の負側の入力端子にはコンデンサ２９の他方の電極と、電流検出部６０の出力端子とが接続されている。そして、コンパレータ３０の負側の入力端子には、後述する電流検出部６０からの出力信号（抵抗６２に流れる電流の値を電圧値に変換し、その電圧値を増幅した信号）が入力されるように構成されている。

コンパレータ３０は、「比較部」の一例に相当し、電流検出部６０によって出力された検出値と、制御部１０からの制御信号を反映した指令値とを比較し、指令値が検出値を上回る場合にオン信号を出力し、指令値が検出値を下回る場合にオフ信号を出力するように機能するものであり、制御部１０からの制御信号（出力基本Ｄｕｔｙ信号）に応じた正側の信号と、電流検出部６０からの出力に応じた負側の信号とを比較し、比較結果に応じた信号を出力する。具体的には、制御部１０からの出力基本Ｄｕｔｙ信号が分圧回路（抵抗２４、２５）によって分圧され、且つＲＣ回路（抵抗２６、コンデンサ２９）を経た信号と、抵抗６２を流れる電流（モニタ電流）を電圧変換及び増幅した信号とを比較し、抵抗６２を流れる電流（モニタ電流）を電圧変換及び増幅した信号（電流検出部６０からの出力信号）の方が大きい場合には、第１スイッチ４０をオフ動作させるためのオフ信号（Ｌレベル信号）を出力する。なお、コンパレータ３０の出力端子と第１スイッチ４０の間には、入力信号を反転するバッファ３１が設けられており、コンパレータ３０の正側に入力される信号よりも負側に入力される信号（電流検出部６０からの出力信号）の方が大きい場合には、コンパレータ３０からＬレベル信号が出力され、このＬレベル信号はバッファ３１で反転されることで第１スイッチ４０のゲートにＨレベル信号が入力されることになる。これにより、Ｐチャネル型の第１スイッチ４０はオフ動作する。逆に、抵抗６２を流れる電流（モニタ電流）を電圧変換及び増幅した信号（電流検出部６０からの出力信号）の方が小さい場合には、第１スイッチ４０をオン動作させるためのオン信号（Ｈレベル信号）を出力する。この場合、コンパレータ３０からのＨレベル信号がバッファ３１で反転されることで第１スイッチ４０のゲートにＬレベル信号が入力されることになる。これにより、Ｐチャネル型の第１スイッチ４０はオン動作する。このように、コンパレータ３０では、電流検出部６０によって出力された検出値と、制御部１０からの出力基本Ｄｕｔｙ信号を反映した値（指令値）とを比較し、指令値が検出値を上回る場合にオン信号を出力し、指令値が検出値を下回る場合にオフ信号を出力するようになっている。そして、このように構成されているため、ハードウェア的にもフィードバック制御を行うことができ、電源電圧の変動にも迅速に対応できるようになっている。例えば、出力基本Ｄｕｔｙ信号がある値に保たれている場合に電源２０の電圧が上昇した場合には、電流検出部６０から出力される検出値も増大するため、この部分のハードウェア制御によってコンパレータ３０から出力されるパルス信号のデューティ比（出力実Ｄｕｔｙ）を自動的に低減することができる。逆に、出力基本Ｄｕｔｙ信号がある値に保たれている場合に電源２０の電圧が低減した場合には、電流検出部６０から出力される検出値も低減するため、この部分のハードウェア制御によってコンパレータ３０から出力されるパルス信号のデューティ比（出力実Ｄｕｔｙ）を自動的に増大することができるようになっている。

第１スイッチ（ハイサイドスイッチ）４０は、例えばＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されており、制御部１０からのデューティ信号（出力基本Ｄｕｔｙ信号）に基づいて、吸入調量弁３への駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替える機能を有し、具体的には、コンパレータ３０から出力されるオン信号及びオフ信号に応じて吸入調量弁３への駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替えるように機能する。

この第１スイッチ４０は、ソースが抵抗２８の低電位側及び保護回路２２に接続され、ドレインがハイサイド端子４２を介して吸入調量弁３の一端側に接続されている。また、ゲートは、抵抗２７及びバッファ３１を介してコンパレータ３０の出力側に接続されており、コンパレータ３０から出力されるオン信号又はオフ信号に応じて吸入調量弁３への駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替えるように機能する。この構成では、コンパレータ３０からＨレベル信号が出力されているときに第１スイッチ４０がＯＮ動作して通電状態となり、電源２０から吸入調量弁３へ駆動電流が供給される。一方で、コンパレータ３０からＬレベル信号が出力されているときには第１スイッチ４０がＯＦＦ動作して非通電状態となり、電源２０からの駆動電流の供給が遮断される。

また、保護回路２２は、公知の保護回路によって構成され、抵抗２８の高電位側（電源２０側）に接続されると共に、抵抗２８の低電位側（第１スイッチ４０側）に接続され、更に抵抗２７を介して第１スイッチ４０のゲートにも接続されている。この保護回路２２は、電源２０から過大な電流が流れる場合に、抵抗２７を介してハイサイドスイッチ４０のゲートにハイレベルの信号を入力することで、第１スイッチ４０をＯＦＦ動作させ、過大な電流が吸入調量弁３に通電されることを防いでいる。また、制御部１０の端子Ｐ２は、コンパレータ３０の出力端子に接続されており、制御部１０は、コンパレータ３０からの出力信号（即ち、第１スイッチ４０に入力される制御信号）を出力実Ｄｕｔｙとして検出するように機能する。

第２スイッチ（ローサイドスイッチ）５０は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成されており、吸入調量弁３とグランドとの間の経路を導通状態と非導通状態とに切り替える機能を有し、具体的には、吸入調量弁３と電流検出部６０との間を導通状態と非導通状態とに切り替える機能を有する。この第２スイッチ５０は、ドレインがローサイド端子５２に接続され、ソースが抵抗（シャント抵抗）６２の高電位側に接続され、ゲートが抵抗５４を介して制御部１０の端子Ｐ３に接続されている。この第２スイッチ（ローサイドスイッチ）５０は、制御部１０の端子Ｐ３からオフ信号が供給されない通常時にはオン状態（通電状態）で維持され、ローサイド端子５２側から電流検出部６０側へ電流が流れうるようになっている。また、制御部１０の端子Ｐ３からオフ信号が供給される場合には、オフ状態（非通電状態）となり、ローサイド端子５２側から電流検出部６０側へ電流が流れなくなる。

なお、図１では、吸入調量弁３とローサイド端子５２の間に地絡が発生したときの経路を一点鎖線のライン９２と抵抗９０によって概念的に示しており、以下では、この抵抗９０の抵抗値が０又は限りなく０に近い場合をデッドショート、この抵抗９０の抵抗値が０よりも大きい所定の値となる場合をレアショートと定義して説明することとする。

電流検出部６０は、吸入調量弁３を流れる駆動電流を反映した検出値（具体的には、吸入調量弁３から第２スイッチ５０及び抵抗６２を介してグランドに流れる電流を電圧に変換し且つ増幅した値）を出力するように機能しており、例えば、公知の電流電圧変換回路によって構成されている。図１に示すように、オペアンプ６４の正側の入力端子は抵抗６６を介して抵抗（シャント抵抗）６２の高電位側と接続されており、オペアンプ６４の負側の入力端子は抵抗６７を介して抵抗（シャント抵抗）６２の低電位側と接続されている。なお、シャント抵抗を構成する抵抗６２の高電位側は第２スイッチ（ローサイドスイッチ）５０のソースと接続され、抵抗６２の低電位側は接地されている。また、オペアンプ６４と抵抗６６との接続ラインには、抵抗６８の一端が接続され、抵抗６８の他端は接地されている。また、オペアンプ６４と抵抗６７との接続ラインには、抵抗６９の一端が接続され、抵抗６９の他端はオペアンプ６４の出力端子に接続されている。また、オペアンプ６４の出力端子はコンパレータ３０の負側の入力端子と、コンデンサ２９の一方の電極とに接続され、電流検出部６０からの出力電圧をなました波形がコンパレータ３０の負側の入力端子に入力されるようになっている。また、オペアンプ６４の出力端子は、抵抗７０の一端に接続されており、抵抗７０の他端は制御部１０の端子Ｐ４と、コンデンサ７２の一方の電極とに接続されている。そして、コンデンサ７２の他方の電極は接地されている。即ち、電流検出部６０からの出力電圧は、公知のＲＣフィルタ回路を介して制御部１０の端子Ｐ４に入力されるようになっている。

電流検出部６０は、このような構成により、吸入調量弁３とグランドの間の経路（第２スイッチ５０と抵抗６２を流れる経路）に入力される電流を電圧に変換すると共に増幅させ、その増幅信号（出力信号）を上述のＲＣフィルタ回路を介して制御部１０の端子Ｐ４に入力する一方で、その増幅信号をコンパレータ３０の負側の入力端子に入力させている。そして、制御部１０は、この端子Ｐ４に入力される信号により、吸入調量弁３を流れる電流をモニタしうるようになっている。なお、端子Ｐ４に入力される信号は、以下の説明ではＳＣＶ実電流とも称する。

圧力センサ８０は、コモンレール１０６内の燃料圧を検出し得る公知の圧力センサとして構成されている。この圧力センサ８０は、駆動装置１に設けられた端子８２と接続され、端子８２を介して駆動装置１に圧力信号を出力するようになっている。図１の構成では、抵抗８４の一端が端子８２と接続され、抵抗８４の他端は制御部１０の入力端子Ｐ５と接続されている。また、抵抗８４と制御部１０との接続ラインにはコンデンサ８６の一方の電極が接続され、コンデンサ８６の他方の電極は接地されている。即ち、圧力センサ８０と端子Ｐ５の間の出力ラインには、公知のＲＣフィルタ回路が接続された構成となっている。このような構成により、圧力センサ８０で測定された値（コモンレール１０６内での圧力検出値）が制御部１０に入力されるようになっている。なお、制御部１０は、「取得部」の一例に相当し、コモンレール１０６内の圧力を検出する圧力センサ８０からの圧力検出値を取得する機能を有する。

（基本動作）
次に、図３等を参照し、吸入調量弁駆動装置１における正常時（吸入調量弁３のローサイド側において地絡が発生していない状態）の基本動作について説明する。本構成では、上述したように、制御部１０の端子Ｐ１から矩形パルス信号としての制御信号（出力基本Ｄｕｔｙ）が出力され、上述の分圧回路（抵抗２４，２５によって構成される回路）及びＲＣ回路（抵抗２６及びコンデンサ２９によって構成される回路）を介してコンパレータ３０の正側の入力端子に指令値として入力される。一方、コンパレータ３０の負側の入力端子には電流検出部６０からの上述の出力信号が入力される。なお、図４のＳＣＶ実電流は、吸入調量弁３に実際に流れる電流の変化を示す波形であり、正常時には、このＳＣＶ実電流の値を電圧変換し且つ増幅した増幅信号がコンパレータ３０の負側の入力端子に入力される。そして、コンパレータ３０は、上記指令値が大きければオン信号を出力し、指令値が小さければオフ信号を出力するようにオンオフ信号を出力する。コンパレータ３０からオン信号が出力された場合には、電源２０側から吸入調量弁３へ駆動電流が流れ、通常時には第２スイッチ（ローサイドスイッチ）５０がオン動作するため、吸入調量弁３に通電した電流は電流検出部６０の抵抗６２（シャント抵抗）を流れる。そして、電流検出部６０から出力される信号（抵抗６２を流れる電流を電圧に変換し且つ増幅した電圧信号）は、ＲＣ回路（抵抗７０及びコンデンサ７２によって構成される回路）を介して制御部１０の端子Ｐ４に入力される。この信号が図４に示すＳＣＶモニタ電流である。また、電流検出部６０から出力される信号（抵抗６２を流れる電流を電圧に変換し且つ増幅した電圧信号）は、上述したようにコンパレータ３０の負側の入力端子に入力され、正側に入力される指令値（分圧回路及びＲＣ回路を介して正側の入力端子に入力される出力基本Ｄｕｔｙ信号）と比較されることになる。そして、コンパレータ３０において上記比較結果が出力され、その出力信号（出力実Ｄｕｔｙ信号）は、第１スイッチ４０に入力されると共に、制御部１０の端子Ｐ２に入力される。なお、コンパレータ３０からの出力信号（出力実Ｄｕｔｙ信号）は、電流検出部６０から出力される信号（抵抗６２を流れる電流を電圧に変換し且つ増幅した電圧信号）と、分圧回路及びＲＣ回路を介して正側の入力端子に入力される出力基本Ｄｕｔｙ信号との比較結果として生成されるため、端子Ｐ１からの制御信号（出力基本Ｄｕｔｙ信号）とは位相が多少ずれることになる。

（判定処理）
次に、図４等を参照し、吸入調量弁駆動装置１における判定処理について説明する。図３の処理は例えば制御部１０によって短い時間間隔で定期的に実行される処理であり、まず、本異常状態が確定しているか否か（即ち、既に行われた図３の処理においてＳ５の判定がなされているか否か）を判断する。既に本異常状態が確定している場合には、Ｓ１にてＮｏに進む。一方、本異常状態が確定していない場合には、Ｓ１にてＹｅｓに進み、仮異常状態が成立しているか否かを判断する（Ｓ２）。ここでは、例えば、端子Ｐ１から出力される制御信号（出力基本デューティ）のデューティ比と、端子Ｐ２に入力される信号（即ち、第１スイッチ４０に入力される実際の制御信号である出力実デューティ）のデューティ比との差が所定値以上である場合に、仮異常状態が成立していると判断し、Ｓ２にてＹｅｓに進む。

Ｓ２にてＹｅｓに進む場合（即ち、仮異常状態が成立している場合）には、第２スイッチ５０に対しオフ信号を出力し、第２スイッチ５０をオフ状態に切り替えてローサイド側の経路の通電を遮断する（Ｓ３）。本構成では、上述の「仮異常状態の成立」が「予め定められた所定条件の成立」に相当する。また、制御部１０は、「切替部」の一例に相当し、予め定められた所定条件が成立するまでは、第２スイッチ５０を導通状態に切り替え、当該所定条件が成立した場合に第２スイッチ５０を非導通状態に切り替えるように機能しており、具体的には、「出力部」からの出力に応じた指令値のデューティ比と、コンパレータ３０から出力されるオン信号とオフ信号とのデューティ比との差が所定値以上となったことを「所定条件の成立」として第２スイッチ５０を非導通状態に切り替えるように機能する。

Ｓ３の処理により第２スイッチ５０をオフ状態に切り替え、ローサイド側の経路の通電を遮断した場合、図１のような地絡が発生していない正常状態である場合には、吸入調量弁３への通電が遮断されるため、吸入調量弁３は全開状態となる。従って、コモンレール１０６内の圧力は、減圧することができないため上昇することになり、少なくともＳ３での通電遮断時点よりも高圧側へと振舞うこととなる。他方、図１のように地絡が発生した場合、デッドショートの場合でも、レアショートの場合でも、吸入調量弁３のローサイド側から外部へと電流が流れる経路が存在することになり、吸入調量弁３への通電が可能な状態となる。このように通電可能な状態であれば、通電電流量に応じた開度で吸入調量弁３が閉じられるため、Ｓ３での通電遮断時点よりもコモンレール１０６の圧力は減圧する側へと振舞うこととなる。つまり、本来振舞うべき理論値の圧力と逆側へ振舞うことになる。このように、Ｓ３で通電を遮断した後のコモンレール１０６の圧力が、Ｓ３で通電を遮断した時点のコモンレール１０６の圧力よりも減少した場合（即ち、コモンレール圧力が理論値と逆へ振舞ったことが判定できた場合）、Ｓ４にてＹｅｓに進み、本異常を確定する（Ｓ５）。Ｓ５で本異常を確定させた場合、エンジン出力の制限（例えば定常時に対して半分程度の制限や、エンジンストール等）などを行う。一方、Ｓ５の処理が行われない場合（即ち、Ｓ１でＮｏ、Ｓ２でＮｏ、Ｓ４でＮｏとなる場合）は、正常な状態であり、この場合、エンジン出力制限が継続している場合にはその出力制限を解除して通常のエンジン出力を復帰させる。

本構成では、制御部１０が「判定部」の一例に相当し、上述の「切替部」によって第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられた場合において、上述の「取得部」によって取得される圧力検出値の変化が、第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられた場合の正規の圧力変化とは異なる圧力変化となった場合に異常と判定するように機能する。なお、この例では、第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられた時点でのコモンレール内の圧力よりも圧力が増大する圧力変化が「非導通状態に切り替えられた場合の正規の圧力変化」である。そして、第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられた時点でのコモンレール内の圧力よりも圧力が減少する圧力変化が「正規の圧力変化とは異なる圧力変化」である。

本構成では、所定条件成立時に第２スイッチ５０を非導通状態に切り替え、その切替後に、正規の圧力変化（第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられた場合にとるべき圧力変化）とは異なる圧力変化となった場合に異常と判定することができる。つまり、第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられたにもかかわらず、正規の圧力変化とは異なる圧力変化が生じている場合、地絡発生に起因して吸入調量弁３に対し電流が供給され続けている可能性がある。従って、このような状態が生じたときに判定部（制御部１０）によって異常と判定すれば、その後に適切な対応或いは処理を行いやすくなる。特にこの構成では、ある程度抵抗成分を含んだ地絡状態が発生した場合でも、第２スイッチ５０が非導通状態に切り替えられたときには、正規の圧力変化とは異なる圧力変化が生じることになるため、その地絡状態の発生をより正確に検出しやすくなる。

なお、図１のようなハードウェア構成において、図６のように一意の閾値を定めて異常を検出する場合の比較例について説明する。図６のように、デッドショート発生時、ローサイド側コネクタへ電流が流入しないため、ＳＣＶモニタ電流はゼロ近傍を示す。この時、ハードウェアフィードバック制御により、電流が不足しているとみなされ、出力実Ｄｕｔｙを増やす側へと制御する。そして、出力実Ｄｕｔｙが増えた結果、吸入調量弁３への通電電流が大きくなるため、制御部１０（マイコン）内のコモンレール圧力ＰＩＤ制御の働きにより、出力基本Ｄｕｔｙは電流を減少させる側へと振舞う。その結果、出力実Ｄｕｔｙが過大にもかかわらず、ＳＣＶモニタ電流値が閾値以下の微量のため、デッドショートであることを判定が可能である。しかしながら、図７の場合に問題となる。図７は、上述のレアショートが生じた場合の動作波形の例である。このケースでは、外部で抵抗成分を持って地絡が生じているため、ローサイド側コネクタへも幾らか電流が流入することになる。この時、指示電流、即ち出力基本Ｄｕｔｙの状態によっては、ハードウェアフィードバック制御で出力実Ｄｕｔｙを増大させることにより、不足した電流が補える場合がある。この状態の場合、出力基本Ｄｕｔｙまたは出力実Ｄｕｔｙがいずれか０％、ないし１００％に到達した場合はそれ以上フィードバック制御を行なうことが出来ないため、コモンレール圧力を一定に保持できる領域は極めて限られる。また高応答制御を要求されるコモンレール圧力制御の応答遅れが発生したり、コモンレール圧力が追従できなくなった場合には、本来ローサイド地絡異常を判定すべきところを、ＳＣＶモニタ電流が閾値を下回らないため地絡異常と判定せず、コモンレール圧力制御異常、といった故障を判定してしまうことが考えられる。しかしながら、図４、図５等に示す本実施形態の方法によれば、このような問題を確実に解消することができる。

また、切替部（制御部１０）は、出力部（制御部１０）によって出力される指令値のデューティ比と、コンパレータ３０から出力されるオン信号とオフ信号とのデューティ比との差が所定値以上となったことを所定条件の成立として第２スイッチ５０を非導通状態に切り替えるようになっている。この構成では、レアショートが推定されるケースに対して適切に異常判定を行うことができる。

［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

第１実施形態では、吸入調量弁３として、供給される駆動電流の電流値が０の時に全開となるバルブを用いているが、供給される駆動電流値が０の時に全閉となるバルブを用いてもよい。この構成では、第２スイッチ５０をオフ状態としたときのコモンレール圧力の振る舞いが上記実施形態とは逆になるため、本異常の判定条件を逆にすればよい。即ち、この場合、Ｓ３の処理により第２スイッチ５０をオフ状態に切り替え、ローサイド側の経路の通電を遮断した場合、図１のような地絡が発生していない正常状態である場合には、吸入調量弁３への通電が遮断されるため、吸入調量弁３は全閉状態となる。従って、コモンレール１０６内の圧力は、下降することになり、少なくともＳ３での通電遮断時点よりも低圧側へと振舞うこととなる。他方、図１のように地絡が発生した場合、デッドショートの場合でも、レアショートの場合でも、吸入調量弁３のローサイド側から外部へと電流が流れる経路が存在することになり、吸入調量弁３への通電が可能な状態となる。このように通電可能な状態であれば、通電電流量に応じた開度で吸入調量弁３が開かれるため、Ｓ３での通電遮断時点よりもコモンレール１０６の圧力は上昇する側へと振舞うこととなる。つまり、本来振舞うべき理論値の圧力と逆側へ振舞うことになる。このケースでは、Ｓ３で通電を遮断した後のコモンレール１０６の圧力が、Ｓ３で通電を遮断した時点のコモンレール１０６の圧力よりも増加した場合（即ち、コモンレール圧力が理論値と逆へ振舞ったことが判定できた場合）、Ｓ４にてＹｅｓに進み、本異常を確定することになる（Ｓ５）。

上記実施形態では、仮異常状態の成立を示す「所定条件」としてデューティ比の差が所定値以上であることを例示したが、例えば、端子Ｐ４でモニタされるモニタ電流が所定値以下である場合を「仮異常状態の成立」としてもよい。

或いは、圧力センサ８０で検出されるコモンレール圧力が所定値以下の場合又は所定値以上の場合を「仮異常状態の成立」としてもよい。

１…吸入調量弁駆動装置
３…吸入調量弁
１０…制御部（取得部、出力部、切替部、判定部）
３０…コンパレータ（比較部）
４０…第１スイッチ
５０…第２スイッチ
６０…電流検出部

Claims

コモンレール式燃料噴射システムに用いられ、駆動電流に応じて弁開度が制御される吸入調量弁（３）を駆動する吸入調量弁駆動装置（１）であって、
コモンレール内の圧力を検出する圧力センサ（８０）からの圧力検出値を取得する取得部（１０）と、
前記取得部（１０）によって取得された前記圧力センサ（８０）からの前記圧力検出値と、前記コモンレールでの目標圧力値とに基づき、前記コモンレール内の圧力を前記目標圧力値に近づけるように前記駆動電流の指令値をデューティ信号として出力する出力部（１０）と、
前記出力部（１０）からの前記デューティ信号に基づいて、前記吸入調量弁（３）への前記駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替える第１スイッチ（４０）と、
前記吸入調量弁（３）とグランドとの間の経路を導通状態と非導通状態とに切り替える第２スイッチ（５０）と、
予め定められた所定条件が成立するまでは、前記第２スイッチ（５０）を導通状態に切り替え、前記所定条件が成立した場合に前記第２スイッチ（５０）を非導通状態に切り替える切替部（１０）と、
前記切替部（１０）によって前記第２スイッチ（５０）が前記非導通状態に切り替えられた場合において、前記取得部（１０）によって取得される前記圧力検出値の変化が、前記第２スイッチ（５０）が前記非導通状態に切り替えられた場合の正規の圧力変化とは異なる圧力変化となった場合に異常と判定する判定部（１０）と、
を有することを特徴とする吸入調量弁駆動装置（１）。
前記吸入調量弁（３）とグランドとの間の前記経路に設けられ、前記吸入調量弁（３）から当該経路を介してグランドに流れる電流を反映した検出値を出力する電流検出部（６０）と、
前記電流検出部（６０）によって出力された検出値と、前記出力部（１０）からの制御信号に応じた指令値とを比較し、前記指令値が前記検出値を上回る場合にオン信号を出力し、前記指令値が前記検出値を下回る場合にオフ信号を出力する比較部（３０）と、
を備え、
前記第１スイッチは、前記比較部（３０）からの前記オン信号及び前記オフ信号に応じて前記吸入調量弁（３）への前記駆動電流の供給状態をオン状態とオフ状態とに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の吸入調量弁駆動装置（１）。
前記切替部（１０）は、前記指令値のデューティ比と、前記比較部（３０）から出力される前記オン信号と前記オフ信号とのデューティ比との差が所定値以上となったことを前記所定条件の成立として前記第２スイッチ（５０）を非導通状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の吸入調量弁駆動装置（１）。