(57)【要約】【課題】流体制御用の電磁弁の駆動信号を出力する回路部の過度な温度上昇を抑制しつつ、所望の流量を確保することのできる電磁弁駆動制御装置を提供する。【解決手段】電磁弁6を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、開弁させ得るピーク電流(Ipeak)を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流(Ihold)を出力するための回路部を備え、前記回路部の温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限(13A→11A)するとともに、前記ピーク電流の出力開始時期を所定時間(ADV)早める。【選択図】図7
2011032922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、開弁させ得るピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力するための回路部を備えた電磁弁駆動制御装置であって、
前記回路部の温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ピーク電流の出力開始時期を所定時間早めるか、及び/又は、前記ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くすることを特徴とする電磁弁駆動制御装置。
【請求項２】
バッテリ電源電圧を昇圧するための昇圧回路と、電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、前記昇圧回路で昇圧された高電圧を利用してピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力する駆動回路と、該駆動回路から前記電磁弁に出力される前記ピーク電流及びホールド電流の大きさとその出力開始時期及び出力終了時期とを制御する制御手段と、前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方の温度を検出又は推定する回路温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回路温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ピーク電流の出力開始時期を所定時間早める補正を行なうことを特徴とする電磁弁駆動制御装置。
【請求項３】
バッテリ電源電圧を昇圧するための昇圧回路と、電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、前記昇圧回路で昇圧された高電圧を利用してピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力する駆動回路と、該駆動回路から前記電磁弁に出力される前記ピーク電流及びホールド電流の大きさとその出力開始時期及び出力終了時期とを制御する制御手段と、前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方の温度を検出又は推定する回路温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回路温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くする補正を行なうことを特徴とする電磁弁駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方に温度センサが備えられ、前記回路温度検出手段は、前記温度センサの出力に基づいて前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方の温度を検出又は推定することを特徴とする請求項2又は3に記載の電磁弁駆動制御装置。
【請求項５】
前記電磁弁の上流側の流体圧力を検出又は推定する上流圧力検出手段が備えられ、前記制御手段は、前記上流側の流体圧力に基づいて、前記ピーク電流の出力開始時期をどれだけ早めるかを決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁弁駆動制御装置。
【請求項６】
前記電磁弁の上流側の流体圧力を検出又は推定する上流圧力検出手段が備えられ、前記制御手段は、前記上流側の流体圧力に基づいて、前記ホールド電流の出力終了時期をどれだけ遅くするかを決定することを特徴とする請求項1又は3に記載の電磁弁駆動制御装置。
【請求項７】
車載用エンジンに備えられる、前記電磁弁としての燃料噴射弁の駆動制御を行なうようにされていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電磁弁駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、開弁させ得るピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力するための回路部を備えた電磁弁駆動制御装置に係り、特に、車載用エンジンに備えられる電磁弁としての燃料噴射弁の駆動制御に好適な電磁弁駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電磁ソレノイドへ通電することで開弁して上流の圧縮流体を通過させる電磁弁が使用されている。特にエンジン用燃料噴射弁のように開弁時期と流量を精度良く制御する必要のあるものは、バッテリ電源電圧を昇圧するための昇圧回路と、電磁ソレノイドへの通電開始時に昇圧回路で昇圧された高電圧を利用したピーク電流を生成した後にピーク電流よりも小さいホールド電流を生成して供給する形式の駆動回路が使用される。この駆動回路では、電磁弁の駆動開始初期にピーク電流で高速開弁させ、その後ホールド電流により開弁状態を保持することで、電磁弁の応答性と流量精度を確保している。
【０００３】
このような駆動回路では、駆動初期のピーク電流により昇圧回路及び駆動回路内の各素子の発熱量が増加する。さらに短期間に電磁弁の開弁回数を多くすると、特にピーク電流による各素子の発熱量に対する冷却が間に合わず、素子の機能異常や故障により正常な開弁動作ができなくなるおそれがある。
【０００４】
これに対して、下記特許文献1には、エンジンの1燃焼サイクル(吸気→圧縮→爆発膨張→排気の4行程からなるサイクル)中に複数回の噴射を行なう燃料噴射弁の駆動回路について、駆動回路の温度を検出又は推定する温度検出手段を有し、駆動回路の温度が所定の温度を超え、かつ所定期間内の温度の上昇が所定の値を超えるとき、駆動回路の発熱量を抑える方向に、1燃焼サイクルにおける複数回噴射の噴射形態に応じて、特定噴射(例えば2回目の噴射)における噴射量を減量すること及び噴射時期を変更することのうちの少なくとも一方の補正を行い、特に開弁初期のピーク電流を利用する場合には、特定噴射のピーク電流値を減少させることが提案されている。
【０００５】
この提案技術によれば、昇圧回路及び駆動回路の発熱量をある程度抑制することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第4211610号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記提案技術を1燃焼サイクル中に1回しか噴射しない場合に応用しようとすると、電流値減少による噴射量の減量割合が大きくなり、排気性能(排気エミッション特性)や出力特性への影響が大きくなる。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流体制御用の電磁弁の駆動信号を出力する回路部の過度な温度上昇を抑制しつつ、所望の流量を確保することのできる電磁弁駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明に係る電磁弁駆動制御装置は、基本的には、電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、開弁させ得るピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力するための回路部を備え、前記回路部の温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ピーク電流の出力開始時期を所定時間早めるか、及び/又は、前記ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くすることを特徴としている。
【００１０】
より具体的な好ましい態様では、バッテリ電源電圧を昇圧するための昇圧回路と、電磁弁を所定のタイミングで開閉させるべく、最初に、前記昇圧回路で昇圧された高電圧を利用してピーク電流を出力し、その後に、前記ピーク電流よりも小さいホールド電流を出力する駆動回路と、該駆動回路から前記電磁弁に出力される前記ピーク電流及びホールド電流の大きさとその出力開始時期及び出力終了時期とを制御する制御手段と、前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方の温度を検出又は推定する回路温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記回路温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ピーク電流の出力開始時期を所定時間早める補正を行なうようにされる。
【００１１】
他の、より具体的な好ましい態様では、前記制御手段は、前記回路温度が所定温度以上のとき、前記ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、前記ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くする補正を行なうようにされる。
【００１２】
別の好ましい態様では、前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方に温度センサが備えられ、前記回路温度検出手段は、前記温度センサの出力に基づいて前記駆動回路及び前記昇圧回路の少なくとも一方の温度を検出又は推定するようにされる。
【００１３】
他の好ましい態様では、前記電磁弁の上流側の流体圧力を検出又は推定する上流圧力検出手段が備えられ、前記制御手段は、前記上流側の流体圧力に基づいて、前記ピーク電流の出力開始時期をどれだけ早めるか、又は、前記ホールド電流の出力終了時期をどれだけ遅くするかを決定するようにされる。
【００１４】
別の好ましい態様では、車載用エンジンに備えられる、前記電磁弁としての燃料噴射弁の駆動制御を行なうようにされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る電磁弁駆動制御装置では、回路部の温度が所定温度以上のとき、ピーク電流の大きさを所定値に制限するとともに、ピーク電流の出力開始時期を所定時間早めるか、及び/又は、ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くすること、言い換えれば、ピーク電流を小さくする代わりに開弁時期を早めるか、及び/又は、閉弁時期を遅くするようにされる。ここで、ピーク電流を小さくすると、回路部の温度上昇は効果的に抑えられるものの、積算流量は不足することになるが、上記のように出力開始時期を早めるか、出力終了時期を遅くすることにより、回路部の過度な温度上昇を抑制しつつ、所望の流量を確保することが可能となる。
【００１６】
本発明は、車載用エンジンに備えられる燃料噴射弁のように、高速応答性と高い流量精度が求められ、かつ、開閉頻度が多い圧縮流体用の電磁弁の駆動制御に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電磁弁駆動制御装置の一実施形態を車載用エンジンの燃料噴射制御システムに適用した場合の全体構成図。
【図２】実施形態の電磁弁駆動制御装置の概略構成図。
【図３】正常状態での電流波形、リフト量、積算流量の関係を示すタイムチャート。
【図４】ピーク電流値を変化させて連続運転した場合のエンジン回転数毎の回路温度を示すグラフ。
【図５】ピーク電流を正常状態よりも減少させた場合の電流波形、リフト量、積算流量の関係を示すタイムチャート。
【図６】コントロールユニットが実行する最終駆動信号設定ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図７】冷却モードと判定された際の電流波形、リフト量、積算流量の関係を示すタイムチャート。
【図８】電磁弁駆動制御の他の例の説明に供される、電流波形、リフト量、積算燃料流量の関係を示すタイムチャート。
【図９】出力開始時期進角補正量(時間＝ADV)の設定の説明に供される図。
【図１０】電制リリーフ弁に適用した場合の出力開始時期進角補正量(時間＝ADV)の設定の説明に供される図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る電磁弁駆動制御装置の一実施形態を、ガソリン直噴タイプの車載用火花点火式エンジン(以下、エンジンと称する)の燃料噴射制御システム50に適用した場合の全体構成図、図2は、本実施形態の電磁弁駆動制御装置60の概略構成図である。本実施形態の電磁弁駆動制御装置60は、電磁弁としての燃料噴射弁6の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するものである。
【００１９】
エンジン1は複数気筒からなり、各々シリンダとシリンダヘッドとピストンで囲まれた燃焼室10を持つ。各燃焼室10に供給される空気は、エアクリーナ(図示せず)から取り込まれ、エアフローセンサ12を通り、供給空気量を制御する電制スロットル18を通り、吸気ポートで各気筒に分配される。
【００２０】
ガソリン等の燃料は、燃料タンク2から低圧燃料ポンプ3で一次加圧される。この一次加圧された燃料は、燃圧レギュレータ7で一定の圧力(例えば0.4MPa)に調圧される。この一定の圧力に調圧された燃料は高圧燃料ポンプ4で、より高い圧力にすべく二次加圧され、蓄圧配管5を介して各気筒のシリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁6から燃焼室10内に直接噴射される。そして、燃焼室10内に供給された空気と燃料噴射弁6から噴射された燃料とからなる混合気は、点火コイルで高電圧化された点火信号により点火プラグ19で点火される。蓄圧配管5内の燃料圧力がリリーフ弁8のスプリング付勢力以上に上昇した場合には、リリーフ弁8が開弁して燃料を逃がして蓄圧配管5内の燃料圧力を低下させ、蓄圧配管5及び燃料噴射弁6を保護する構成となっている。
【００２１】
本実施形態の電磁弁駆動制御装置60の主要部を内蔵するコントロールユニット(ECU)100には、コンロッドを介してピストンが連結されるクランク軸に添設されたクランク角センサ16で検出したクランク軸の回転角信号、エアフローセンサ12で検出した空気量信号、アクセルペダルに取付けられたアクセルセンサ11で検出したアクセル踏込み量APSの信号、電制スロットル18に取付けられたスロットルセンサ13で検出したスロットル開度TPSの信号、蓄圧配管5に取付けられた燃料圧力センサ14で検出した燃料圧力Pfの信号、エンジンの冷却水通路に取付けられた水温センサ17で検出した冷却水温度TWの信号、排気管に取付けられた排気センサ20で検出した排気空燃比A/Fの信号等が入力される。
【００２２】
コントロールユニット100では、これらの各種センサから出力された信号を入力し、該入力信号に基づいて、ドライバや車両が要求する運転状態を達成するように、各種アクチュエータに制御信号を出力している。具体的には、コントロールユニット100は、供給空気量を制御すべく電制スロットル弁18に駆動制御信号を出力し、蓄圧配管5に圧送する燃料圧力を制御すべく高圧燃料ポンプ4に圧送制御信号を出力し、燃焼室10に噴射される燃料の噴射量と噴射時期を制御すべく燃料噴射弁6に開弁駆動信号を出力し、さらに燃焼室10内の混合気を所定のタイミングで点火すべく点火コイルや点火プラグからなる点火ユニット19に点火信号を出力している。
【００２３】
図2に示される本実施形態の電磁弁駆動制御装置60は、エンジンを制御するマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)101と、バッテリ電源VBの電圧を昇圧するための昇圧回路103と、昇圧された高電圧を利用して燃料噴射弁6を駆動させるための駆動回路104と、昇圧回路103と駆動回路104を制御して燃料噴射弁6へ供給する電流の生成を行わせる電流制御回路102と、これらの回路温度を検出するための回路温度センサ105で構成される。
【００２４】
マイコン101は、各種センサの検出値を取り込み、これらセンサ検出値に基づいて燃料噴射弁6による燃料噴射時期と燃料噴射量をパルス信号として電流制御回路102へ出力するとともに、生成すべき電流波形の情報を電流制御回路102へ出力する。
【００２５】
電流制御回路102は、マイコン101から入力したパルス信号と電流波形の情報に基づいて昇圧回路103と駆動回路104を制御してマイコン101で設定された電流波形を生成させる。ここで昇圧回路103は、バッテリ電源VBの電圧を昇圧する。また、駆動回路104は、昇圧回路103で昇圧された高電圧を利用して生成した電流波形を駆動信号として燃料噴射弁6へ出力する。
【００２６】
図3は、(A)駆動回路104で生成した正常状態での電流波形、(B)燃料噴射弁6の弁体のリフト量(開度)、及び、(C)積算燃料流量(燃料噴射量)の関係を示すタイムチャートである。燃料噴射弁6の開弁駆動初期にピーク電流Ipeak(=13A)で高速開弁させ、その後ホールド電流Ihold(=3A)により開弁状態を保持することで、燃料噴射弁6の開弁応答性と所望の燃料噴射量を確保している。
【００２７】
図4は、コントロールユニット100においてピーク電流値を変化させてエンジンを連続運転した場合の、エンジン回転数毎の回路温度センサ105で検出した回路温度を示す。エンジン回転数が高くなるほど回路温度は上昇し、ピーク電流値が高いほど回路温度も回転数による回路温度上昇率も高くなる。エンジン回転数3000r/minで比較すると、Ipeak=15Aの場合はIpeak=13Aの場合に対して30℃ほど回路温度が高くなる。
以上から、ピーク電流値を減少させることで回路温度の上昇を抑制できることが判る。
【００２８】
図5は、ピーク電流を正常状態よりも減少させた場合の電流波形と燃料噴射弁6の弁体のリフト量、積算燃料流量(燃料噴射量)の関係を示すタイムチャートである。図5においては、ピーク電流が前述した図3に示されている正常状態(13A)である場合が破線で示され、ピーク電流を正常状態よりも減少(11A)させた場合が実線で示されている。燃料噴射弁6の開弁駆動初期のピーク電流を減少(Ipeak=11A)したことで開弁動作が緩やかとなり、この出力時間では燃料積算流量(燃料噴射量)が不足しており、所望の燃料噴射量が確保できない。この場合、燃焼室10内の混合気の空燃比が希薄となり、所望の燃焼ができずに排気性能(排気エミッション特性)や出力特性が悪化するおそれがある。
【００２９】
図6に、コントロールユニット100が実行する最終駆動信号設定ルーチンの一例をフローチャートで示す。ステップ1011で、回路温度が所定温度T1未満の正常状態での基準駆動指示値である電流波形指示値と燃料噴射開始時期(出力開始時期)及び噴射時間(出力時間)を読み込む。続くステップ1012において、検出された回路温度を読込む。その後、ステップ1013で前回の判定結果が後述の冷却モードであったか否かで条件分岐し、前回の判定結果が冷却モードでない通常モードの場合はステップ1014へ、前回の判定結果が冷却モードの場合はステップ1015へ進む。
【００３０】
ステップ1014では、回路温度が所定温度T1以上であるか否かで条件分岐し、回路温度がT1未満であれば通常モードと判定して最終駆動信号を基準駆動指示値のままとして終了し、回路温度がT1以上であれば冷却モードに進む。ステップ1015では、回路温度がT1より低い所定温度T2未満であるか否かで条件分岐し、回路温度がT2未満であれば通常モードと判定して最終駆動信号を基準駆動指示値のままとして終了し、回路温度がT2以上であれば冷却モードと判定する。冷却モードと判定された場合、基準駆動指示値に対してステップ1016でピーク電流の制限処理を行い、1017で(ピーク電流の)出力開始時期を早める出力開始時期進角補正を行った最終駆動信号を設定して終了する。
【００３１】
図7は、冷却モードと判定された場合の電流波形と燃料噴射弁6の弁体のリフト量、積算燃料流量(燃料噴射量)の関係を示す。図5と同様に燃料噴射弁6の開弁駆動初期のピーク電流を減少(Ipeak=11A)としたことで開弁動作が緩やかとなり、補正前の出力時間では燃料積算流量(噴射量)が不足するが、ピーク電流の出力開始時期進角補正により出力開始時期を所定時間(ADV)早めたことで閉弁時には所望の燃料噴射量を確保できるようになる。
【００３２】
本実施例では出力開始時期を早める構成としたが、図8に示される如くに、ホールド電流の出力終了時期を所定時間(DLY)遅らせるようにしても、同様の効果が得られる。
【００３３】
以上のように、本実施形態の電磁弁駆動制御装置60では、回路温度が所定温度以上のとき、ピーク電流の大きさを所定値に制限(13A→11A)するとともに、ピーク電流の出力開始時期を所定時間早めるか、及び/又は、ホールド電流の出力終了時期を所定時間遅くすること、言い換えれば、ピーク電流を小さくする代わりに開弁時期を早めるか、及び/又は、閉弁時期を遅くするようにされる。ここで、ピーク電流を小さくすると、回路部の温度上昇は効果的に抑えられるものの、積算流量は不足することになるが、上記のように出力開始時期を早めるか、出力終了時期を遅くすることにより、回路部の過度な温度上昇を抑制しつつ、所望の流量を確保することが可能となる。
【００３４】
なお、図9に示される如くに、燃料噴射弁6の上流圧力が大きいほど、つまり燃料圧力センサ14で検出された燃料圧力Pfの値が大きいほど、出力開始時期進角補正により早める時間(ADV)を長くする。これは、閉弁方向に付勢するスプリング力に燃料圧力が加わることで燃料圧力が大きいほど開弁初期に閉弁方向の付勢力が増大し、開弁初期の速度が低下して燃料流量がより減少するため、より多く補正する必要があるためである。
【００３５】
また、上記実施例では、本発明を、高速応答性と高い流量精度が求められ、かつ、開閉頻度が多い燃料噴射弁6の駆動制御に適用した例を説明したが、本発明を、例えば、燃料供給系のリリーフ弁8の駆動制御に適用することもできる。本発明をリリーフ弁8に適用する場合は、リリーフ弁として、図10に示される如くに、電子制御可能な電磁弁(電制リリーフ弁8')を用いる。この場合は、上流側、つまり蓄圧配管5側に閉弁するようにスプリング力により付勢するため、燃料圧力センサ14で検出される燃料圧力Pfの値が大きいほど、出力開始時期進角補正により早める時間(ADV)を短くする。
【符号の説明】
【００３６】
1    エンジン
2    燃料タンク
3    低圧燃料ポンプ
4    高圧燃料ポンプ
5    蓄圧配管
6    燃料噴射弁(燃料噴射弁)
7    燃圧レギュレータ
8    リリーフ弁
10    燃焼室
11    アクセルセンサ
12    エアフローセンサ
13    スロットルセンサ
14    燃料圧力センサ
16    クランク角センサ
17    水温センサ
18    電制スロットル
19    点火プラグ
20    排気センサ
100    コントロールユニット(ECU)
101    マイクロコンピュータ(マイコン)
102    電流制御回路
103    昇圧回路
104    駆動回路
105    回路温度センサ
【図１】
2011032922.tif 000003
【図２】
2011032922.tif 000004
【図３】
2011032922.tif 000005
【図４】
2011032922.tif 000006
【図５】
2011032922.tif 000007
【図６】
2011032922.tif 000008
【図７】
2011032922.tif 000009
【図８】
2011032922.tif 000010
【図９】
2011032922.tif 000011
【図１０】
2011032922.tif 000012