(57)【要約】      （修正有）【課題】昇圧電圧監視回路がノイズやその電源電圧変動等により、本来過昇圧でないにも関わらず過昇圧と誤判定した場合にも、インジェクタやエンジン動作に影響を与えず、加えて過昇圧故障が発生した場合には昇圧電圧が周辺回路の定格電圧を超えて故障に至ることを防止する。【解決手段】電源を供給するバッテリと、バッテリから電流を供給される昇圧コイルと、昇圧コイルに電流を流すスイッチング素子と、電流を遮断する充電ダイオードと、充電ダイオードを介して充電される昇圧コンデンサと、昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出部と、昇圧電圧が第一の閾電圧を超えたこと、及び昇圧電圧が第二の閾電圧を下回ったことを検知する電圧比較器を備え、第一の閾電圧は周辺回路の定格電圧より低く、第二の閾電圧は第一の閾電圧より低く、かつその電圧がインジェクタの開弁特性に影響を及ぼさないほど十分に高い電圧に設定され、昇圧動作の開始と停止制御信号を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧コイルによりバッテリ電圧を昇圧して昇圧コンデンサに高電圧充電する昇圧回路と、
前記昇圧コンデンサに充電された電気エネルギーを用いて内燃機関に燃料を直接噴射するためのインジェクタを駆動するための駆動電流を生成するインジェクタ駆動回路と、
前記昇圧コンデンサに充電された昇圧電圧が所定の電圧範囲に制御されていることを監視する昇圧電圧監視回路と、
前記昇圧電圧監視回路の判定結果より前記昇圧動作の許可または禁止を判定する昇圧許可禁止回路と、
を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記昇圧電圧監視回路は過昇圧を判定する第一の閾電圧と、昇圧電圧の低下を判定する第二の閾電圧を有することを特徴とする内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記第一の閾電圧は、前記昇圧回路、インジェクタ駆動回路、昇圧電圧監視回路を構成する電子部品の定格電圧より低い電圧に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記第二の閾電圧は、請求項２に記載の第一の閾電圧より低く、またインジェクタの開弁特性、ひいては燃料噴射量が正常時の昇圧電圧でインジェクタ駆動する場合と比べて劣らない昇圧電圧に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記第一の閾電圧は、前記昇圧回路、インジェクタ駆動回路、昇圧電圧監視回路を構成する電子部品の定格電圧より低い電圧に設定され、
前記第二の閾電圧は、請求項２に記載の第一の閾電圧より低く、またインジェクタの開弁特性、ひいては燃料噴射量が正常時の昇圧電圧でインジェクタ駆動する場合と比べて劣らない昇圧電圧に設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記昇圧許可禁止回路は、前記昇圧電圧監視回路の判定結果と、前記昇圧電圧監視回路の判定結果が継続的または断続的に過昇圧判定されることより昇圧動作の許可または禁止を判定するCPUを有し、前記昇圧電圧監視回路の判定結果と、前記CPU判定結果を入力信号とする論理AND回路を有し、前記論理AND回路出力信号により前記昇圧回路の許可または禁止の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンや軽油等を燃料とする、自動車、オートバイ、農耕機、工機、船舶機等において、バッテリ電圧を昇圧した高電圧を使って、負荷を駆動する内燃機関制御装置に関し、特にインジェクタ駆動回路の高電圧電源回路の過電圧保護機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車、オートバイ、農耕機、工作機械、船舶機等の内燃機関制御装置において、燃費や出力向上の目的により、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたものが用いられており、このようなインジェクタは、「気筒内直接噴射型インジェクタ」、又は、「直噴インジェクタ」、単に「ＤＩ」と呼ばれている。現在ガソリンエンジンでは主流である、空気と燃料の混合気をつくってシリンダー内に噴射する方式と比較して、気筒内直接噴射型インジェクタを用いたエンジンでは、高圧に加圧された燃料を使用する必要があるので、インジェクタの開弁動作に高いエネルギーを必要とする。また、制御性を向上させ高速回転に対応するためには、この高いエネルギーを短時間にインジェクタに供給する必要がある。
【０００３】
図1は直噴インジェクタを制御する従来の内燃機関制御装置、図2にその動作波形の一例を示す。ここで昇圧回路(100)はバッテリ電圧(1)よりも高い電圧に昇圧するためのもので、インジェクタ開弁時にはこの昇圧電圧(110)より高い通電電流を供給することでインジェクタの開弁を行う。
【０００４】
昇圧回路(100)は、昇圧スイッチ素子(103)の通電によりバッテリ電源電圧(1)から昇圧コイル(102)、昇圧スイッチ素子(103)に通電を行い、昇圧電流(111)が所定値(403)に達した時点で昇圧スイッチ素子(103)の通電を遮断することで、昇圧コイル(102)に発生する高電圧を、充電ダイオード(104)を通して昇圧コンデンサ(105)に蓄え、昇圧を行うものである。昇圧回路(100)は昇圧電圧(110)を電圧検出部(203)でモニタしながら所定の昇圧電圧(402)に到達するまで昇圧動作を繰り返す。なお昇圧電圧のモニタは昇圧制御回路(200)の定格電圧に耐えうるよう昇圧電圧を抵抗分圧(106、107)により電圧を下げて昇圧制御回路(200)に入力する方式を採用する方式のものが多い。
【０００５】
代表的な直噴インジェクタの電流波形は、図2の一番上に示されたインジェクタ電流（4A）である。通電初期のピーク電流通電期間（400）に昇圧電圧（110）を使って、インジェクタ電流（4A）を予め定められたピーク電流停止電流（401）まで短時間に上昇させる。このピーク電流は、現在ガソリンエンジンで主流である燃料と空気との混合気をつくってシリンダー内に噴射する方式のインジェクタ電流と比較して、５〜２０倍程度大きいものである。
【０００６】
ところで昇圧回路(100)の故障等により昇圧電圧(110)が本来制御されるべき所定の昇圧電圧(402)より高い電圧に制御されると、昇圧回路(100)、および駆動回路(300)、または昇圧制御回路(200)の電子部品の定格電圧を超えて、部品が故障する恐れがある。定格電圧を超える故障は、故障の仕方や、故障後の動作予測、動作制御することは困難である。この種の故障は、特に内燃機関装置の制御装置としては安全性に直結する問題となりうる重大な課題である。
【０００７】
上記のように昇圧電圧(110)が周辺回路の定格電圧を超えるような故障要因の一例として、電圧検出部(203)の入力部にある分圧抵抗 (106、107)の故障がある。例えば、分圧抵抗の上側抵抗(106)が断線した場合、電圧検出部(203)の入力電圧は分圧抵抗の下側抵抗（107）により低電圧に固定される。その結果、昇圧制御回路(100)は昇圧電圧(110)が所定電圧に到達したことを検出出来ず昇圧動作を継続し、昇圧電圧が定格電圧を超える故障に陥る。同様に、分圧抵抗の下側抵抗(107)が短絡した場合、または分圧抵抗中点(108)と電圧検出部間(203)が断線した場合、いずれも昇圧動作を継続して定格電圧を超える故障に陥る可能性がある。
【０００８】
昇圧回路の過昇圧に対する方策としては、特許第5345230号に、充電ダイオードと並列に放電スイッチ素子を設けて昇圧電圧をバッテリ電源に放電させる構成が記載されているが、前記のように昇圧制御回路自身が過昇圧を認識出来ない場合は放電スイッチ素子による通電を行わないため定格電圧を超える故障に陥る可能性があるという新たな課題がある。
【０００９】
そのため、昇圧制御回路がその過昇圧動作の検出が行えない故障に対する対策の一つとしては、別の昇圧電圧監視機能が必要である。なお、特開2002-303185には充電電圧（昇圧電圧）が１５０ボルト以上になると充電回路異常と判定して充電動作（昇圧動作）を停止させる、と記載されているがその詳細手段や、一度昇圧動作を停止させた後の動作については記載されていない。
【００１０】
正常な昇圧電圧から連続昇圧動作に陥った場合、数ミリ秒で電子部品の定格電圧まで昇圧が行われる。一方、内燃機関制御装置に使用されるCPUのA/D変換器の測定周期は数ミリ秒〜数100ミリ秒であり、連続昇圧に陥った際に過昇圧判定して昇圧動作を停止するまで時間的な余裕があるとは言えない。また、数ミリ秒より短い定期的な割込み処理によるA/D変換も可能ではあるが、CPUの演算負荷を増やすことになり望ましくない。そのため、電圧比較器などをハードウェアで構成し、昇圧電圧を監視するのが望ましい。例えばコンパレータであれば過電圧を検知してからその出力を反転させるまでの遅延時間は1マイクロ秒以下であり昇圧速度に対する応答時間は十分である。
【００１１】
なお、電圧比較器による過昇圧判断において、ノイズや電圧比較器の電源電圧変動等により、本来過昇圧でないにも関わらず、過昇圧と誤判定して昇圧を誤停止させるとインジェクタが開弁出来ずエンジン動作が不安定になるなどや、制御装置の自己診断機能による診断検知が行われ無用にフェールセーフ制御に移行するなどして運転性の悪化を招く可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第5345230号公報
【特許文献２】特開2002-303185号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、昇圧電圧監視回路がノイズやその電源電圧変動等により、本来過昇圧でないにも関わらず過昇圧と誤判定した場合にも、インジェクタやエンジン動作に影響を与えず、加えて過昇圧故障が発生した場合には昇圧電圧が周辺回路の定格電圧を超えて故障に至ることを防止可能な内燃機関制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、電源を供給するバッテリと、バッテリから電流を供給される昇圧コイルと、昇圧コイルに電流を流すスイッチング素子と、電流を遮断する充電ダイオードと、充電ダイオードを介して充電される昇圧コンデンサと、昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出部と、昇圧電圧が第一の閾電圧を超えたこと、及び昇圧電圧が第二の閾電圧を下回ったことを検知する電圧比較器を備え、第一の閾電圧は昇圧回路、インジェクタ駆動回路、昇圧電圧監視回路の定格電圧より低く、第二の閾電圧は第一の閾電圧より低く、かつその電圧がインジェクタの開弁特性、ひいては燃料噴射量に影響を及ぼさないほど十分に高い電圧に設定され、昇圧動作の許可と禁止制御信号を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば昇圧電圧監視回路がノイズやその電源電圧変動等により、本来過昇圧でないにも関わらず過昇圧と誤判定した場合にも、インジェクタやエンジン動作に影響を与えず、加えて過昇圧故障が発生した場合には昇圧電圧が周辺回路の定格電圧を超えて故障に至ることを防止可能とする利点をもつ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術を説明するためのインジェクタ用昇圧回路と駆動回路
【図２】従来技術を説明するためのインジェクタ制御波形
【図３】実施の形態における昇圧監視回路および昇圧許可禁止回路
【図４】実施の形態における通常インジェクタ昇圧電圧動作を示すタイムチャート
【図５】実施の形態における閾電圧を説明するためのインジェクタ特性図
【図６】実施の形態における通常インジェクタ昇圧電圧動作を示すタイムチャート
【図７】実施の形態における昇圧動作を説明するめのタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図3は本発明の内燃機関制御装置の実施例１の構成を示し、図４は昇圧電圧が正常に動作している場合の動作波形の一例を示す。
【００１９】
図3に示すように、実施例１の内燃機関制御装置は、バッテリ電源（1）とその電源グランド（3）によって電源供給を受ける昇圧回路（100）と、この昇圧回路（100）で高電圧に昇圧された昇圧電圧（１10）を使ってインジェクタ（2）を駆動する駆動回路（300）、昇圧電圧が所定電圧範囲にあるか監視を行う昇圧電圧監視回路(500)、昇圧電圧監視回路の出力に応じ昇圧許可禁止を制御する昇圧許可禁止回路(600)がある。
【００２０】
昇圧回路（100）は、バッテリ電源（1）の電圧を昇圧するためのインダクタンス成分を持った昇圧コイル（102）を有し、この昇圧コイルに通電する電流を通電／遮断する昇圧スイッチ素子（103）と、昇圧コイルから昇圧スイッチ素子に流れる昇圧スイッチング電流（111）を電圧に変換する昇圧スイッチング電流検出抵抗（101）と、昇圧スイッチ素子を遮断することによって、昇圧コイルに蓄えられたエネルギーが発生させる高電圧を昇圧コンデンサ（105）に充電させる経路を設け、また、昇圧コンデンサ（105）からバッテリ電源（1）へ逆流を防止する充電ダイオード（104）と、昇圧電圧が所定電圧に達するよう昇圧制御を行う昇圧制御回路(200)と、昇圧制御回路に昇圧電圧の分圧電圧を入力するため分圧抵抗(106、107)から構成される。なお、この昇圧制御回路は、昇圧制御部（202）、電圧検出部（203）及び電流検出部（201）から構成されている。
【００２１】
昇圧電圧監視回路(500)は、第一と第二の閾電圧を有する電圧比較回路を形成しており、コンパレータ(508)、昇圧電圧の分圧抵抗(501、502)、分圧されコンパレータに入力される信号(503)、第一と第二の閾電圧を決定する電源電圧Vcc（504）、抵抗（R505、R506、R507）、コンパレータの出力電圧固定用プルアップ抵抗（510）を有する。ここで第一の閾電圧は、昇圧電圧が昇圧回路、インジェクタ駆動回路、昇圧電圧監視回路の定格電圧を超えないように、正常な昇圧電圧(402)と昇圧回路、インジェクタ駆動回路、昇圧電圧監視回路の定格電圧(405)の間に過昇圧判定電圧(406)を定め、昇圧電圧監視回路の第一の閾電圧としてはこの過昇圧判定電圧に相当する第一の閾電圧(408)を設ける。また、第二の閾電圧は、過昇圧判定後に昇圧停止状態から、再び昇圧動作を許可するため、昇圧許可判定電圧(411)を定め、昇圧電圧監視回路の第二の閾電圧としてはこの昇圧許可判定電圧(411)に相当する第二の閾電圧(409)を設ける。ここで第二の閾電圧は、その時の昇圧電圧でインジェクタに通電を行ってもインジェクタの開弁特性に影響を与えないほど十分高い電圧値に設定している。
【００２２】
図5に昇圧電圧とインジェクタの開弁特性の関係を示す。横軸は昇圧電圧(110)、縦軸はインジェクタの燃料噴射量を表す。通常昇圧電圧が低下するとインジェクタのピーク電流が十分に流れない。そのためインジェクタ内部の電磁コイルに発生する弁の吸引力が不足し、開弁不足となって燃料の噴射量が低下してしまう。通常の昇圧電圧(402)は十分開弁が行える電圧に設定されており、また上記第二の閾電圧で設定される昇圧許可判定電圧(411)はインジェクタ開弁特性、すなわち燃料噴射量に影響のない電圧値に設定されている。
【００２３】
昇圧許可禁止回路(600)は、昇圧電圧監視回路の出力信号(511)を入力とするCPU(601)と、CPUの出力信号(602)、前記の昇圧電圧監視回路の出力信号(511)と前記のCPU出力信号(602)を入力信号とする論理AND回路(603)、その出力信号が昇圧制御部(202)に入力される昇圧許可禁止信号(604)から構成されている。
【００２４】
CPUは昇圧電圧監視回路の出力電圧がHであれば昇圧電圧に異常はなく、Lであれば昇圧電圧に異常があると認識し、継続的または断続的にL入力が観測されるとCPUは昇圧を停止させるためにL出力を行う。
【００２５】
昇圧制御回路(200)の昇圧制御部(202)は昇圧許可禁止を行うための入力を有しており、昇圧許可禁止回路(600)の出力が昇圧許可禁止信号(604)を介して入力される。昇圧制御部は、昇圧許可禁止信号(604)がHであれば昇圧動作を行い、Lであれば昇圧動作を禁止する。
【００２６】
正常時の動作波形図4では、電圧検出信号(108)は昇圧電圧(110)を正常に分圧し、その結果昇圧電圧は所定の昇圧電圧(402)に正しく昇圧制御されている。そのため昇圧電圧監視回路の昇圧分圧信号(503)は第一の閾電圧(408)に達しないため、過昇圧監視出力信号(511)の出力信号は正常を示すH出力となる。また、CPUも継続的に過昇圧監視出力信号(511)の正常を示すHをモニタするため、CPU出力信号(602)は許可を示すHを出力する。その結果、論理AND回路出力も昇圧許可を示すHとなり昇圧動作の継続が行われる。
【００２７】
図6は、電圧検出部(203)の入力がL電圧に固定する故障となった場合の動作波形を示す。図6中のタイミング(420)で電圧検出部の入力がLに低下した直後、昇圧制御回路は昇圧電圧が所定電圧(402)より低いと誤判定し、第一の閾電圧に相当する電圧(406)まで昇圧動作を行う。その結果、タイミング(421)において過昇圧監視出力信号(511)はLとなるため、論理AND回路の出力信号(604)もLとなり、昇圧制御部(202)にL入力されて昇圧が停止する。その後、昇圧電圧はリーク電流やインジェクタ通電による放電により第二の閾電圧(411)まで低下するが、その過程のタイミング(422)でインジェクタに通電が行われても、昇圧電圧は開弁特性に影響を及ぼさない電圧であるためインジェクタは問題なく開弁を行える。昇圧電圧が第二の閾電圧(409)に相当する電圧(411)を下回ると過昇圧監視出力信号(511)の出力がHに反転し、論理AND回路の出力信号(604)もHとなり、昇圧制御部(202)にH入力されるため昇圧が再び開始する。しかし、電圧検出信号(108)はL固定故障しているため再び過昇圧検知され昇圧を停止される。過昇圧監視出力信号(511)はCPUに入力されているため、過昇圧監視出力信号が断続的にL入力されたことを検知して、タイミング(423)でCPU出力をLとして昇圧を停止させることが出来る。
【００２８】
図7は、ノイズが昇圧電圧監視回路(500)のコンパレータ(509)入力信号(503)や第一及び第二の閾電圧を決定する電源(504)や抵抗(505、506、507)からなる回路に伝搬した場合や、コンパレータ(508)の電源電圧(509)が変動した場合などに、昇圧電圧監視回路(500)が過昇圧と誤判定し、過昇圧監視出力信号(511)を誤ってL出力した場合の波形を示す。図６中のタイミング(430)で上記要因により過昇圧監視出力信号(511)がL出力されると、昇圧許可禁止信号(604)がLとなり昇圧電圧が第二の閾電圧で設定さる昇圧許可判定電圧(411)まで低下する。その過程のタイミング(431)でインジェクタに通電が行われても、昇圧電圧は開弁特性に影響を及ぼさない電圧であるためインジェクタは問題なく開弁を行える。その後、昇圧電圧は所定の昇圧電圧(402)まで昇圧が行われる。CPUには一度は過昇圧監視信号(511)のL入力が行われるが、断続的または継続的にL入力が継続される場合のみ異常と判定するため、突発的なノイズに対しては昇圧禁止することがないため、インジェクタおよびエンジン制御に影響を及ぼさない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、内燃機関制御装置にのみならず、ノイズや電源変動など使用環境に対するロバスト性を必要とするあらゆる分野の電源監視装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
1…バッテリ電源、2…インジェクタ、3…電源グランド、4…インジェクタ電流、100…昇圧回路、101…昇圧スイッチング電流検出抵抗、102…昇圧コイル、103…昇圧スイッチ素子、104…充電ダイオード、105…昇圧コンデンサ、106…分圧抵抗(上)、107…分圧抵抗(下)、108…電圧検出抵抗、110…昇圧電圧、111…昇圧スイッチング電流、112…充電電流、200…昇圧制御回路、201…電流検出部、202…昇圧制御部、203…電圧検出部、204…昇圧制御信号、4A…インジェクタ電流、500…昇圧電圧監視回路、501…分圧抵抗(上)、502…分圧抵抗(下)、503…昇圧分圧信号、504…内部電源、505、506、507…閾電圧設定用抵抗、508…コンパレータ、509…コンパレータの電源電圧、510…出力確定用抵抗、511…過昇圧監視出力電圧、600…昇圧許可禁止回路、601…CPU、602…CPUの出力信号、603…論理AND回路、604…昇圧許可禁止信号、400…ピーク電流通電期間、401…ピーク電流停止電流、402…昇圧電圧停止電圧、403…昇圧上限電流、404…昇圧下限電流、405…回路の定格電圧、406…過昇圧判定電圧、407…昇圧許可判定電圧、408…第一の閾電圧、409…第二の閾電圧、420…電圧検出信号がL固定故障となるタイミング、421…昇圧電圧が昇圧許可判定電圧に到達するタイミング、422…昇圧電圧が過昇圧判定電圧に到達するタイミング、430…過昇圧監視出力信号が誤出力するタイミング、431…昇圧電圧が昇圧許可判定電圧に到達するタイミング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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