JP6326141B2 - 燃料噴射弁駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車等に搭載される、車載バッテリから昇圧した電圧を利用して燃料噴射弁の駆動制御を行う内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置に関し、特に昇圧回路に用いる昇圧コンデンサの故障・劣化を診断する技術に関する。
車載バッテリから昇圧した電圧を利用して燃料噴射弁の駆動制御を行う内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置において、昇圧コンデンサは燃料噴射弁の駆動電圧を保持しているものである。昇圧コンデンサに故障・劣化が発生した場合は保持電圧が低下することにより燃料噴射弁へ供給する電流立ち上がり及び到達電流に遅れが生じ、燃料噴射弁による燃料噴射量のばらつきの要因となるため、燃費や排気ガス等の悪化を招く。
そのため、昇圧コンデンサの故障・劣化を誤りなく検出し、異常がある場合は迅速にフェイルセーフ動作に移行させる方策が要望されるところである。
特開2011-247192号公報 特開平9-19003号公報 昇圧コンデンサの劣化を診断するものとして特許文献１があるが、特許文献１では昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧が所定電圧に到達した時点から所定時間が経過するまでの間、スイッチング素子のスイッチング動作回数をカウントし、該カウント値に基づいて昇圧コンデンサの劣化診断を行うことを特徴としている。本発明では、昇圧コンデンサの診断という目的は同じであるが、制御装置がシャットダウンする際にDischarge回路を動作させ、劣化診断を行うことから診断方法が異なり、更に緊急時にのみ使用するDischarge回路の動作確認も兼ねていることから、目的及び診断方法が異なる。 また、電動車両用のインバータに設けた平滑用コンデンサの劣化を診断するものとして特許文献２がある。特許文献２では平滑用コンデンサをインバータから取り外すことなく、オンボード状態のまま寿命の判定を行うことを目的としており、また、電動車両用のインバータに設けた平滑用コンデンサと本発明の昇圧用コンデンサとは回路部位・部品の役割が異なることから、目的が異なる。
車載バッテリから昇圧した電圧を利用して燃料噴射弁の駆動制御を行う内燃機関の燃料噴射弁駆動制御装置では、緊急時に昇圧コンデンサに蓄電された電荷を放電するDischarge回路を備えている場合があるが、このDischarge回路は緊急用であり、通常の制御では動作しないため、故障が発生しても分からず、診断ができていないといった課題があった。
上記課題を解決するために、本発明は昇圧コイルと、該昇圧コイルにバッテリ電源電圧からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子（FFT等）と、該スイッチング素子の動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサを有する昇圧回路、及び蓄電された電荷を電流制限する手段（例.放電抵抗、定電流源)及び放電スイッチ（FET等）を介して放電するDischarge回路、及び蓄電された電圧をモニタするモニタ回路を備える構成とし、制御装置がシャットダウンする際にDischarge回路を動作させ、Discharge動作開始時の昇圧コンデンサの電圧モニタ値と、所定時間が経過した後の昇圧コンデンサの電圧モニタ値に基づいて、昇圧コンデンサの劣化・故障診断及びDischarge回路の動作確認を行うことを特徴とする。
本発明によれば、昇圧コンデンサの診断にDischarge回路を動作させることにより、昇圧コンデンサの劣化・故障診断のみだけではなく、緊急時にしか使用しないDischarge回路の動作確認を行うことが可能である。また、電源投入時に昇圧コンデンサの診断を実施する場合は、燃料噴射弁を駆動するまでの短時間に診断を完了させなければならないといった時間的な制約があるが、本発明ではシャットダウン時であることから、Dischargeを実施する時間は、例えば誤診断が発生しない時間を優先に設定する等、任意に設定することが可能である。また、本発明はシャットダウン時の燃料噴射弁が動作していない状態にて、毎回、昇圧コンデンサの劣化・故障診断を行うことを特徴としており、燃料噴射弁が動作する時の昇圧電圧に含まれるノイズによる誤診断の要因を排除可能である。
本発明に係わる制御装置の一実施例を示す構成図 本発明に係わる制御装置の一実施例を示すタイミングチャート 本発明に係わる制御装置の一実施例を示すフローチャート 本発明に係わる制御装置の他の実施例を示すタイミングチャート 本発明に係わる制御装置の他の実施例を示すフローチャート（A） 本発明に係わる制御装置の他の実施例を示すフローチャート（B） 本発明に係わる制御装置の他の実施例を示すフローチャート
以下、本発明の実施例を図１により説明する。
制御装置１１は、制御装置１１に電源を供給するバッテリ電源２１とスイッチ２２とリレ−２３、昇圧コイル３１と該昇圧コイルにバッテリ電源２１からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子(FET等)３２と、該スイッチング素子３２の動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサ３３を有する昇圧回路、及び蓄電された電荷を電流制限する手段４２(例．放電抵抗、定電流源)及び放電スイッチ４１(FET等)を介して放電するDischarge回路、及び分圧抵抗５１、５２及びコンデンサ５３にて構成される蓄電された電圧モニタする回路を備え、これら昇圧回路、Discharge回路、モニタ回路を制御する駆動IC７１、MPU６１、燃料噴射弁駆動回路８１から構成されている。
次に、本発明を用いた昇圧コンデンサの劣化・故障診断の方法について図２を用いて説明する。
制御装置１１が動作中にスイッチ２２がOFFになったとMPU61が認識すると、シャットダウンダウン動作に移行する。この時、MPU６１は燃料噴射弁駆動回路８１と前期昇圧回路、及びリレー２３をOFFにし、前記モニタ回路を用いて昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタする。次にMPU６１は前記Discharge回路をONにし、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電荷を放電する。MPU６１は昇圧コンデンサ３３のDischarge時の電圧変化と時間Tを前記モニタ回路にて計測する。Discharge時の昇圧コンデンサの電圧変化と時間Tの関係は次式で表される。
t=-CxRxln(V1/V0)・・・式１
ここで、tは式１にて求められる昇圧コンデンサの電圧変化に対する理論上の時間、Cは昇圧コンデンサ３３の容量、RはDischarge回路の蓄電された電荷を電流制限する手段４２ (この場合は放電抵抗)、V0はDischarge回路がONする前の昇圧コンデンサの電圧、V1はDischarge回路がONした後の昇圧コンデンサの電圧である。
MPU６１は前記モニタ回路での計測結果Tと式１による演算結果tを比較し、Tが判定基準(しきい値)の範囲内である場合は、昇圧コンデンサ及びDischarge回路が正常であると判断する。もし、Tが判定基準(しきい値)を超える場合は、昇圧コンデンサ３３が劣化・故障またはDischarge回路が故障していると判断する。
次に本発明を用いた実施例についてフローチャート図３を用いて説明する。
本フローチャートは、スイッチ２２がOFFでないか監視する分岐ブロック９１、シャットダウン動作に移行するブロック９２、燃料噴射弁駆動回路８１と昇圧回路をOFFにするブロック９３、リレー２３をOFFにするブロック９４、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタするブロック９５、Discharge回路をONにするブロック９６、昇圧コンデンサ３３のDischarge時の電圧変化と時間Tをモニタ回路にて計測するブロック９７、t=-CxRxln(V1/V0) を演算するブロック９８、Tとｔの比較結果が判定基準(しきい値)の範囲内であるか比較する分岐ブロック９９、この比較結果より、昇圧コンデンサ３３及びDischarge回路が正常であると判断するブロック１００と昇圧コンデンサ３３またはDischarge回路が異常であると判断するブロック１０１から構成される。
次に、スイッチ２２がONである場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック９１へ進む。ここではスイッチ２２の状態によりシャットダウン動作に移行するか判断しており、ONの状態ではシャットダウン動作に移行しないため、元の状態に戻る。
次に、スイッチ２２がOFFであり、Ｔとｔの比較結果が判定基準(しきい値)を範囲内である場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック９１へ進む。ここではスイッチ２２の状態によりシャットダウン動作に移行するか判断しており、本説明はスイッチ２２がOFFの場合であるため、ブロック９２に進みシャットダウン動作に移行する。次にブロック９３に進み燃料噴射弁駆動回路８１と昇圧回路をOFFにし、ブロック９４に進む。ここではリレ−２３をOFFにし、次にブロック９５に進む。ここでは昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタし、次にブロック９６に進む。ここでは、Discharge回路をONにし、次にブロック９７へ進む。ここでは、昇圧コンデンサ３３のDischarge時の電圧変化と時間Tをモニタ回路にて計測し、次のブロック９８へ進む。ここでは、t=-CxRxln(V1/V0) を演算し、次の分岐ブロック９９へ進む。ここではTとｔの比較結果が判定基準(しきい値)の範囲内であるか比較するが、本説明ではＴとｔの比較結果が判定基準(しきい値)の範囲内である場合のため、ブロック100へ進み、昇圧コンデンサ３３及びDischarge回路が正常であると判断する。
次に、スイッチ２２がOFFであり、Ｔとｔの比較結果が判定基準(しきい値)を範囲外である場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック９１へ進む。ここではスイッチ２２の状態によりシャットダウン動作に移行するか判断しており、本説明はスイッチ２２がOFFの場合であるため、ブロック９２に進みシャットダウン動作に移行する。次にブロック９３に進み燃料噴射弁駆動回路８１と昇圧回路をOFFにし、ブロック９４に進む。ここではリレ−２３をOFFにし、次にブロック９５に進む。ここでは昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタし、次にブロック９６に進む。ここでは、Discharge回路をONにし、次にブロック９７へ進む。ここでは、昇圧コンデンサ３３のDischarge時の電圧変化と時間Tをモニタ回路にて計測し、次のブロック９８へ進む。ここでは、t=-CxRxln(V1/V0) を演算し、次の分岐ブロック９９へ進む。ここではTとｔの比較結果が判定基準(しきい値)の範囲内であるか比較するが、本説明ではＴとｔの比較結果が判定基準(しきい値)の範囲外である場合のため、ブロック１０１へ進み、昇圧コンデンサ３３またはDischarge回路が異常であると判断する。
次に本発明の他の実施例を図４にて説明する。
構成は前記図1を用いた実施例と同じである。
本実施例の目的とするところは、前記図１用いた実施例では昇圧コンデンサ３３またはDischarge回路が異常であることを診断可能としており、更に昇圧回路、Discharge回路、昇圧コンデンサ３３のどの部位に異常があるか、故障部位を特定することである。制御装置１１は、スイッチ２２がONになり、MPU６１が立ち上がると起動処理を実施する。この時、MPU６１はリレー２３をONにし、その後、前記昇圧回路を動作させる。MPU６１は前記モニタ回路を用いて昇圧コンデンサ３３に蓄電されたV0をモニタする。本発明では、VOをモニタするタイミングは、前記昇圧回路の動作開始後で、且つバッテリ電源２１の電圧以上であることを特徴とする。引き続き、MPU６１は、昇圧コンデンサ３３の昇圧時の電圧変化と時間T1を前記モニタ回路にて計測する。MPU６１は前記モニタ回路でのV0とV1の電圧変化、時間T1の計測結果より、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲内である場合は、昇圧コンデンサ３３及び前記昇圧回路が正常であると判断する。MPU６１は昇圧コンデンサ３３及び前記昇圧回路が正常であると判断した場合は、燃料噴射弁駆動回路８１を動作させ、起動処理を終了し、通常動作へ移行する。もし、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)を超える場合は、昇圧コンデンサ３３が劣化・故障または前記昇圧回路が故障していると判断する。
MPU６１は昇圧コンデンサ３３及び前記昇圧回路が異常であると判断した場合は、フェイルセーフ動作に移行する。ここでのフェイルセーフ動作とは、ユーザに異常を知らせる、エンジンを始動しない、あるいはエンジンを始動するが限定された条件下での動作等を意味する。
次に本発明を用いた他の実施例についてフローチャート図５を用いて説明する。
本フローチャートは、スイッチ２２がONでないか監視する分岐ブロック１０２、起動処理に移行するブロック１０３、リレー２３をONにするブロック１０４、昇圧回路をONにするブロック１０５、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタするブロック１０６、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以上であるか判断する分岐ブロック１０７、所定の時間後、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタするブロック１０８、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲内であるか判断する分岐ブロック１０９、昇圧コンデンサ３３及び昇圧回路が正常であると判断するブロック１１０、燃料噴射弁駆動回路をONにするブロック１１１、起動処理を終了し通常動作へ移行するブロック１１２、昇圧コンデンサ３３及び昇圧回路が異常であると判断するブロック１１３、フェイルセーフ動作に移行するブロック１１４から構成される。
次に、スイッチ２２がOFFである場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック１０２へ進む。ここではスイッチ２２の状態により起動処理に移行するか判断しており、OFFの状態では起動処理に移行しないため、元の状態に戻る。
次に、スイッチ２２がONであり、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準 (しきい値)の範囲内である場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック１０２に進む。ここではスイッチ２２の状態により起動処理に移行するか判断しており、本説明ではスイッチ２２がONの場合であるため、ブロック１０３に進み、起動処理に移行する。次にブロック１０４に進みリレ−２３をONにし、ブロック１０５に進み昇圧回路をONする。次にブロック１０６に進み昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタし、次に昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以上であるか判断する分岐ブロック１０７に進む。本発明では、VOをモニタするタイミングは、前記昇圧回路の動作開始後で、且つバッテリ電源２１の電圧以上であることを特徴としており、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以下の場合はブロック１０６に戻り、再度、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタする。昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以上の場合は分岐ブロック１０８に進む。ここでは、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲内であるか判断する。本説明では、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲内である場合のため、ブロック１１０へ進み、昇圧コンデンサ３３及び昇圧回路が正常であると判断する。次にブロック１１１に進み、燃料噴射弁駆動回路をONにし、ブロック１１２へ進み、起動処理を終了し通常動作へ移行する。
次に、スイッチ２２がONであり、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準 (しきい値)の範囲外である場合について説明する。
本制御が開始されると、分岐ブロック１０２に進む。ここではスイッチ２２の状態により起動処理に移行するか判断しており、本説明ではスイッチ２２がONの場合であるため、ブロック１０３に進み、起動処理に移行する。次にブロック１０４に進みリレ−２３をONにし、ブロック１０５に進み昇圧回路をONする。次にブロック１０６に進み昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタし、次に昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以上であるか判断する分岐ブロック１０７に進む。本発明では、VOをモニタするタイミングは、前記昇圧回路の動作開始後で、且つバッテリ電源２１の電圧以上であることを特徴としており、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以下の場合はブロック１０６に戻り、再度、昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0をモニタする。昇圧コンデンサ３３に蓄電された電圧V0がバッテリ電源２１の電圧以上の場合は分岐ブロック１０８に進む。ここでは、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲内であるか判断する。本説明では、昇圧コンデンサ３３の電圧変化率(V1-V0)/T1が判定基準(しきい値)の範囲外である場合のため、ブロック１１３へ進み、昇圧コンデンサ３３または昇圧回路が異常であると判断する。次にブロック１１４に進み、フェイルセーフ動作に移行する。
次に、実施例１の診断結果、及び前記、起動処理時の昇圧コンデンサ３３及び前記昇圧回路の診断結果を用いて、前記昇圧回路、前記Discharge回路、昇圧コンデンサ３３のどの部位に異常があるか、故障部位を特定する実施例についてフローチャート図６を用いて説明する。
本フローチャートは、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に正常である分岐ブロック１１５、起動処理時の診断結果が正常でシャットダウン処理時の診断結果が異常である分岐ブロック１１６、起動処理時の診断結果が異常でシャットダウン処理時の診断結果が正常である分岐ブロック１１７、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に異常である分岐ブロック１１８から構成される。
次に、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に正常である場合について説明する。本制御が開始されると、分岐ブロック１１５へ進む。本説明では、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に正常である場合についてであり、ブロック１１９へ進み、正常であると判断する。
次に、起動処理時の診断結果が正常でシャットダウン処理時の診断結果が異常である場合について説明する。本制御が開始されると、分岐ブロック１１５へ進む。本説明では、起動処理時の診断結果が正常でシャットダウン処理時の診断結果が異常である場合についてであり、分岐ブロック１１６へ進む。起動処理時の診断結果が正常で、シャットダウン処理時の診断結果が異常である場合は、昇圧コンデンサ３３に問題がないことから、ブロック１２０にてDischarge回路が異常であると故障部位を特定する。
次に、起動処理時の診断結果が異常でシャットダウン処理時の診断結果が正常である場合について説明する。本制御が開始されると、分岐ブロック１１５へ進む。本説明では、起動処理時の診断結果が異常でシャットダウン処理時の診断結果が正常である場合についてであり、分岐ブロック１１６を経由して、分岐ブロック１１７へ進む。起動処理時の診断結果が異常でシャットダウン処理時の診断結果が正常である場合は、昇圧コンデンサ３３に問題がないことから、ブロック１２１にて昇圧回路が異常であると故障部位を特定する。
次に、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に異常である場合について説明する。本制御が開始されると、分岐ブロック１１５へ進む。本説明では、起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に異常である場合についてであり、分岐ブロック１１６及び分岐ブロック１１７を経由して、分岐ブロック１１８へ進む。起動処理時及びシャットダウン処理時の診断結果が共に異常である場合は、共通項である昇圧コンデンサ３３の異常であり、ブロック１２２にて昇圧コンデンサ３３が異常であると故障部位を特定する。
以上、実施例１の診断結果、及び前記、起動処理時の昇圧コンデンサ３３及び前記昇圧回路の診断結果を用いた本実施例を用いることにより、前記昇圧回路、前記Discharge回路、昇圧コンデンサ３３のどの部位に異常があるか、故障部位を特定することが可能である。
１１…制御装置、２１…バッテリ電源、２２…スイッチ、２３…リレー、３１…昇圧コイル、３２…スイッチング素子(FET等)、３３…昇圧コンデンサ、４１…放電スイッチ(FET等)、４２…蓄電された電荷を電流制限する手段(例．放電抵抗、定電流源)、５１、５２…モニタ回路の抵抗、５３…モニタ回路のコンデンサ、６１…MPU、７１…昇圧回路、Discharge回路、モニタ回路を制御する駆動IC、８１…燃料噴射弁駆動回路

Claims (4)

  1. 昇圧コイル、前記昇圧コイルにバッテリ電源電圧からのスイッチング電流を供給するスイッチング素子、前記スイッチング素子の動作により発生する昇圧電圧を蓄電する昇圧コンデンサを有する昇圧回路と、蓄電された電荷を電流制限する手段及び放電スイッチを介してＧＮＤへ放電するDischarge回路と、蓄電された電圧をモニタするモニタ回路と、前記昇圧コンデンサに蓄電された昇圧電圧とバッテリ電源電圧とを用いて燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動回路と、前記昇圧回路、前記Discharge回路、前記モニタ回路及び前記燃料噴射弁駆動回路を制御する制御手段とを備えた燃料噴射弁駆動制御装置であって、
    前記制御手段は、シャットダウン時の前記燃料噴射弁が動作しない状態で、前記Discharge回路を動作させ、Discharge動作開始時の前記昇圧コンデンサの電圧モニタ値が所定の電圧モニタ値までに変化する変化時間を求め、前記変化時間を予め定めた判定時間と比較して前記変化時間が前記判定時間より長いと、前記昇圧コンデンサ、または前記Discharge回路が異常と判断する第１の診断機能を備えていることを特徴とする燃料噴射弁駆動制御装置。
  2. 前記制御手段は、シャットダウンする毎に前記第１の診断機能を実行することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
  3. 前記制御手段は、電源投入時から前記燃料噴射弁を駆動するまでの前記燃料噴射弁が動作していない期間で、前記昇圧回路の動作開始後で、且つバッテリ電源の電圧以上の時の前記昇圧コンデンサの電圧モニタ値と所定時間が経過した後の電圧モニタ値とから電圧変化率を求め、前記電圧変化率を予め定めた判定電圧変化率と比較して前記電圧変化率が前記判定電圧変化率より大きいと、前記昇圧コンデンサ、または前記昇圧回路が異常と判断する第２の診断機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
  4. 前記制御手段は、シャットダウンする毎に前記第２の診断機能を実行することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁駆動制御装置。
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