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WO2017069032A1 - 車両用制御装置 - Google Patents

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WO2017069032A1
WO2017069032A1 PCT/JP2016/080330 JP2016080330W WO2017069032A1 WO 2017069032 A1 WO2017069032 A1 WO 2017069032A1 JP 2016080330 W JP2016080330 W JP 2016080330W WO 2017069032 A1 WO2017069032 A1 WO 2017069032A1
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WO
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fuel injection
battery
injection device
voltage
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/080330
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English (en)
French (fr)
Inventor
山岡 士朗
亮 草壁
清隆 小倉
Original Assignee
日立オートモティブシステムズ株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日立オートモティブシステムズ株式会社 filed Critical 日立オートモティブシステムズ株式会社
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Priority to US15/769,280 priority patent/US10774772B2/en
Priority to CN201680059010.XA priority patent/CN108138712B/zh
Priority to EP16857347.5A priority patent/EP3366912B1/en
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device, and more particularly to a drive device for driving a fuel injection device used in an internal combustion engine such as a gasoline engine.
  • a control device for an electromagnetic fuel injection device boosts the voltage of a battery (for example, 14V) by a booster circuit in a driving device in order to make a quick transition from a valve-closed state to a valve-open state. Accordingly, high power is supplied to the fuel injection device in a short time.
  • a technique for realizing a preferable mixture distribution by multi-stage injection control in which fuel injection is performed a plurality of times within one cycle of the engine is in progress.
  • the number of times of boosting per unit time is increased in the booster circuit, so that the durability and reliability of the driving device may be deteriorated due to heat generation of the circuit.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-268531 controls the current peak value for driving the fuel injection device to be suppressed according to the engine speed condition, the temperature state of the drive device equipped with the booster circuit, and the like. The technology is described.
  • the capacitor is charged with electric power and the voltage is increased by switching this, so that a predetermined time for charging is required from the end of injection to the start of the next injection. I need it. Particularly in the high engine speed region, this charging time is a limitation, and there is a problem that the number of multi-stage injections and the injection timing necessary for forming a favorable mixture cannot be secured.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle control device that reduces heat generation and charge time restrictions of a booster circuit, and suitably reduces engine fuel consumption and exhaust.
  • the present invention provides a vehicle control mounted on a vehicle including a battery, a high-voltage battery having a voltage higher than the voltage of the battery, and a fuel injection device that injects fuel into the internal combustion engine. And a control unit that determines whether to supply the drive current to the fuel injection device from the battery or to supply the drive current to the fuel injection device from the high-voltage battery, and to control the fuel injection device. It is characterized by that.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel injection device according to the present invention and a connection configuration of a drive circuit and an engine control unit (ECU) connected to the fuel injection device. It is the figure which showed the structure in the drive device and ECU (engine control unit) of the fuel-injection apparatus in this invention. It is a figure which shows an example of the characteristic of the injection pulse and fuel injection quantity in this invention. It is a figure of an example which showed the injection signal for driving the fuel-injection apparatus in this invention, the drive voltage to supply, and drive current.
  • ECU engine control unit
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel injection device and a diagram showing an example of the configuration of a drive circuit 103 and an ECU 104 for driving the fuel injection device 101 (fuel injection valve).
  • the fuel injection from the fuel injection device 101 is controlled by the injection pulse width sent from the engine control unit (ECU) 104, and this injection pulse is input to the drive circuit 103 of the fuel injection device 101.
  • the drive circuit 103 is the ECU 104.
  • the drive current waveform is determined based on the command from the engine, and the drive current waveform is supplied to the fuel injection device 101 for the time based on the injection pulse.
  • the drive circuit 103 is mounted as a component or a board integrated with the ECU 104.
  • a device in which the drive circuit 104 and the ECU 104 are integrated is referred to as a drive device 105.
  • the ECU 104 takes in signals indicating the state of the engine from various sensors, and calculates the injection pulse width and the injection timing for controlling the injection amount injected from the fuel injection device in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine.
  • the ECU 104 is provided with an A / D converter and an I / O port for capturing signals from various sensors.
  • the injection pulse output from the ECU 104 is input to the drive circuit 103 of the fuel injection device through the signal line 110.
  • the drive circuit 103 controls the voltage applied to the solenoid 106 and supplies a current.
  • the ECU 104 communicates with the drive circuit 103 through the communication line 111 to switch the drive current generated by the drive circuit 103 according to the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device 101 and the operation conditions, and to set the current and time. It is possible to change the value.
  • the fuel injection device 101 includes a valve body 107 that opens and closes the injection hole 108, a spring 114 that urges the valve body 107 in the valve closing direction, and a fixed core 112 that attracts the mover 113 by a magnetic attraction force.
  • the movable element 113 is configured separately from the valve body 107 and forms a magnetic circuit by applying a voltage to the solenoid 106, thereby opening the valve body 107 when attracted to the fixed core 112. Drive in the direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of drive circuit 103 and ECU 104 of the fuel injection device of FIG.
  • the CPU 501 is incorporated in, for example, the ECU 104 and detects a fuel pressure sensor attached to a fuel pipe upstream of the fuel injection device, an air flow sensor that measures the amount of air flowing into the engine cylinder, and an air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the engine cylinder.
  • the signal indicating the state of the engine such as an air-fuel ratio sensor and a crank angle sensor, is taken in, and the width of the injection pulse and the injection timing for controlling the injection amount injected from the fuel injection device according to the operating condition of the internal combustion engine Performs computation.
  • the CPU 501 calculates an appropriate pulse width (ie, injection amount) and injection timing of the injection pulse width Ti according to the operating conditions of the internal combustion engine, and sends the injection pulse width Ti to the fuel injection device drive IC 502 through the communication line 504. Is output. Thereafter, the drive IC 502 switches between energization and non-energization of the switching elements 505, 506, and 507 to supply a drive current to the fuel injection device 540.
  • the switching element 505 is connected between a high voltage source higher than the voltage source VB input to the drive circuit 103 and a high voltage side terminal of the fuel injection device 540.
  • the switching elements 505, 506, and 507 are configured by, for example, FETs or transistors, and can switch between energization and non-energization of the fuel injection device 540.
  • the boosted voltage VH1 that is the initial voltage value of the high voltage source is about 60 V, for example, and is generated by boosting the battery voltage by the booster circuit 514.
  • the booster circuit 514 includes, for example, a DC / DC converter or the like, or a coil 530, a transistor 531, a diode 532, and a capacitor 533.
  • step-up circuit 514 when the transistor 531 is turned on, the battery voltage VB flows to the ground potential 534 side. However, when the transistor 531 is turned off, a high voltage generated in the coil 530 is statically passed through the diode 532 and the capacitor 533. The charge is accumulated in the. The transistor is repeatedly turned on and off until the boosted voltage VH1 is reached, and the voltage of the capacitor 533 is increased.
  • the transistor 531 is connected to the IC 502 or the CPU 501, and the boost voltage VH 1 output from the boost circuit 514 is detected by the IC 502 or the CPU 501.
  • the feature of this embodiment is that it has a high voltage source 601 that supplies a high voltage VH2 separately from the boosted voltage VH1 generated by the booster circuit 514, and has a switch 600 that can switch between VH1 and VH2. is there.
  • the purpose of this embodiment is to provide a drive device for a fuel injection device for reducing the heat generation and charge time constraints of the booster circuit and realizing optimum multistage injection control in the engine. For this reason, a battery and a high voltage battery (high voltage source 601) are switched and used to supply electric power necessary for driving the fuel injection device 101. At this time, it is desirable to have a switch 600 for switching to the power supply of the high voltage battery (high voltage source 601) downstream of the booster circuit 514 that boosts the voltage of the battery.
  • the vehicle control device (ECU 104) of the present embodiment includes a battery, a high voltage battery (high voltage source 601) having a voltage higher than the voltage of the battery, and a fuel injection device 101 that injects fuel into the internal combustion engine. It is mounted on the equipped vehicle.
  • the control unit (CPU 501) of the vehicle control device (ECU 104) supplies a drive current to the fuel injection device 101 by a battery, or supplies a drive current to the fuel injection device 101 by a high voltage battery (high voltage source 601). And the fuel injection device 101 is controlled.
  • a drive current is supplied to the fuel injection device 101 by a battery, or the fuel injection device 101 is driven by a high voltage battery (high voltage source 601).
  • a switch 600 that switches whether to supply current is provided downstream of the booster circuit 514 that boosts the voltage of the battery. Then, the control unit (CPU 501) controls the switch 600 to supply the drive current to the fuel injection device 101 by a battery or to supply the drive current to the fuel injection device 101 by a high voltage battery (high voltage source 601). Thus, the fuel injection device 101 is controlled.
  • a high voltage battery (high voltage source 601) is connected downstream of the booster circuit 514, and this high voltage is required under conditions where multistage injection is required.
  • the booster circuit 514 is not provided.
  • fuel multistage injection control can be performed without being restricted by heat generation and charging time of the booster circuit 514, so that the fuel consumption and exhaust of the engine can be suitably reduced.
  • the normal battery voltage at this time is about 14V, and this is boosted to 50 to 70V to drive the fuel injection device 101. Therefore, the voltage of the high voltage battery (high voltage source 601) is preferably 24V to If the voltage is set to 60 V and connected to the downstream side of the booster circuit 514, it is not necessary to make any special changes to the downstream circuit or driving device.
  • the vehicle control device (ECU 104) supplies the fuel injection device 101 with a fuel injection pulse signal when the drive current is supplied to the fuel injection device 101 with a battery and the fuel injection device 101 with a high voltage battery (high voltage source 601).
  • the fuel injection device 101 is controlled by a driving map that is different from the fuel injection pulse signal. Therefore, a plurality of drive maps are stored in the memory and register of the vehicle control device (ECU 104).
  • a booster circuit such as a circuit for generating the high voltage VH1 is not provided between the high voltage source 601 and the switch 600.
  • the intention is that in the boost control in the booster circuit 514, there is an energy loss due to the operation of the transistor 531 and the capacitor 533, which causes problems due to heat generation of the booster circuit 514 and deterioration of durability. In order to prevent this, at present, it is necessary to take measures such as limiting the number of fuel injections per cycle in the engine and maintaining an injection interval of a predetermined time or more.
  • the present embodiment solves this problem by driving the high voltage source from the high voltage source 601 to the fuel injection device 101 or using the high voltage VH1 from the booster circuit 514 (switching use). .
  • the high voltage source 601 only needs to be able to supply a voltage and electric power that allow the fuel injection device 101 to operate suitably.
  • the high voltage source 601 is preferably a power source having a voltage of about 24V to 60V.
  • the switch 600 preferably has a switching function for a plurality of paths of electrical signals, such as a transistor or a MOS-FET.
  • a diode 535 is provided between the power supply side terminal 590 of the solenoid 106 and the switching element 505 so that power from the booster circuit 514 or the high voltage source 601 flows in the direction of the solenoid 106 and the installation potential 515. Yes.
  • a diode 511 is also provided between the power supply side terminal 590 of the solenoid 106 and the switching element 507 so that a current flows from the battery voltage source in the direction of the solenoid 106 and the installation potential 515. While power is being supplied, no current flows from the ground potential 515 toward the solenoid 106 and the respective voltage sources.
  • the ECU 104 is equipped with a register and a memory for storing numerical data necessary for engine control such as calculation of injection pulse width.
  • the register and the memory are included in the driving device 105 or the CPU 501 in the driving device 105.
  • the switching element 507 is connected between the low voltage source and the high voltage terminal of the fuel injection device.
  • the low voltage source VB is, for example, a battery voltage, and the voltage value is about 12 to 14V.
  • the switching element 506 is connected between the low voltage side terminal of the fuel injection device 540 and the ground potential 515.
  • the driving IC 502 detects the current value flowing through the fuel injection device 540 by the current detection resistors 508, 512, and 513, switches between energization / non-energization of the switching elements 505, 506, and 507, and sets a desired driving current. Is generated.
  • the diodes 509 and 510 are provided to apply a reverse voltage to the solenoid 106 of the fuel injector and to rapidly reduce the current supplied to the solenoid 106.
  • the CPU 501 communicates with the drive IC 502 through the communication line 503, and the drive current generated by the drive IC 502 can be switched according to the pressure of fuel supplied to the fuel injection device 540 (101) and the operating conditions. Further, both ends of the resistors 508, 512, and 513 are connected to an A / D conversion port of the IC 502, and the voltage applied to both ends of the resistors 508, 512, and 513 can be detected by the IC 502.
  • the voltage required for the operation of the fuel injection device 101 can be switched to a high voltage source 601 that is different from the battery voltage booster circuit 514, thereby increasing the energy required for boosting in the booster circuit 514. Loss can be reduced. As a result, it is possible to realize a fuel injection device that is less affected by failure and durability deterioration due to heat generation in the drive circuit 105 and that can perform the injection control a plurality of times necessary for reducing fuel consumption exhaust of the engine.
  • FIG. 3 shows the characteristics of the injection pulse width and the fuel injection amount when the fuel injection device is driven by supplying power from the two power sources in the present embodiment.
  • a line 301 is a characteristic line of an injection pulse width and a fuel injection amount when fuel is injected by supplying power from the battery voltage booster circuit 514
  • a line 302 is an injection when fuel is injected by supplying power from the high voltage source 601.
  • the voltage of the booster circuit 514 or the high voltage source 601 is first applied to the coil to quickly raise the current. Rapidly generates magnetic flux in the magnetic circuit.
  • the boosted voltage VH1 or VH2 is applied until the valve body 107 reaches the fixed core 112, the magnetic attractive force acting on the movable element 113 increases, and the displacement amount inclination of the valve body with respect to time increases.
  • the normal battery voltage VB (about 14V) is boosted to about 50 to 70V (preferably 60V or more) by increasing the voltage VH1 by the booster circuit 514 to drive the fuel injection device 101, and the voltage VH2 from the high voltage source is Since the fuel injection device 101 is driven at 24V to 60V, VH1> VH2. Therefore, the characteristic set in the ECU 104 is that the injection pulse widths at the injection amount Q1 when the mover reaches the full lift are Ti1 and Ti2, respectively, and Ti1 ⁇ Ti2.
  • the injection amounts at that time are Q2 and Q3, respectively, and Q3> Q2.
  • the ECU 104 detects engine operating conditions from various sensor signals and the like and determines that multi-stage injection is necessary, drive the fuel injection device by the high voltage source 601 without using the booster circuit.
  • the actual fuel injection amount is within the scope of the present embodiment in which the pulse width based on this characteristic is corrected by the air-fuel ratio control of the engine or the like.
  • FIG. 4 shows, as an example of electric power control for realizing the fuel injection characteristics of FIG. 3, an injection signal when injecting the same amount of fuel (for example, Q2 of FIG. 3), and a terminal voltage applied to the fuel injection device portion 540.
  • the drive current waveform is shown.
  • An injection signal 401 is an injection signal when the voltage VH1 generated by the booster circuit 514 is supplied to the fuel injection device 101 to drive, and an injection signal 402 is supplied by driving the voltage VH2 generated by the high voltage source to the fuel injection device 101.
  • the injection pulse width (time) for realizing the fuel injection amount Q2 in FIG. 3 is Ti4 and Ti3, respectively, and Ti4> Ti3.
  • the vehicle control device sets the length Ti3 of the fuel injection pulse signal when the drive current is supplied to the fuel injection device 101 by the battery.
  • the fuel injection pulse signal is made shorter than the length Ti4.
  • the mover 113 is preferably fully lifted. Therefore, the time required to reach Ipeak is T1 and T2, respectively, and T1 ⁇ T2. Thereafter, switching control as shown in FIG. 2 is performed using the battery voltage VB (or another power source) as current control for suitably maintaining the mover in a full lift state. Since it is preferable to apply a reverse voltage, the movable element is driven by applying a reverse voltage indicated by lines 403 and 404.
  • the drive current waveform supplied from each power source has characteristics such as a line 405 when power is supplied from the battery voltage via the booster circuit, and a line 406 when power is supplied from the high voltage source 601.
  • the calculation in the ECU 104 is performed so that the switching of the current waveform or the characteristics shown in FIG. 3 can be followed.
  • the vehicle control device (ECU 104) supplies drive current to the fuel injection device 101 by the battery when the same amount of fuel is injected from the fuel injection device 101.
  • the energization time when performing one fuel injection, the energization time when performing a single fuel injection by supplying drive current to the fuel injection device 101 from the high voltage battery (high voltage source 601). (404) is lengthened.
  • the vehicle control device performs a plurality of fuel injections from the fuel injection device 101 by supplying power from the battery in one cycle of the engine (two rotations and one cycle including intake, compression, expansion, and exhaust processes).
  • the maximum number of injections per cycle is set to be smaller than the maximum number of injections per cycle when performing a plurality of fuel injections from the fuel injection device 101 in one cycle by the high voltage battery (high voltage source 601). It is desirable.
  • the voltage of power supplied from the battery to the fuel injection device 101 via the booster circuit 514 is set higher than the voltage of power supplied from the high voltage battery (high voltage source 601). Therefore, the energization time when performing one fuel injection with the power supplied from the high voltage battery (high voltage source 601) is greater than the energization time when the same amount of fuel is injected with the power supplied from the battery. It is desirable to set it long.
  • the maximum number of injections per engine cycle set in the drive map can be set more for high voltage batteries than for normal battery drive.
  • the minimum fuel injection interval time from the end of injection to the start of next injection
  • the vehicle control apparatus requires a high voltage to reach the peak current (Ipeak) when the drive current is supplied to the fuel injection apparatus 101 by the battery. Control is performed so as to be shorter than the time required to reach the peak current when the drive current is supplied to the fuel injection device 101 by the battery (high voltage source 601).
  • the minimum fuel injection interval is set to one cycle by the high voltage battery (high voltage source 601).
  • the fuel injection device 101 is controlled so as to be longer than the minimum fuel injection interval when performing multiple fuel injections.
  • the minimum fuel injection interval indicates the time from the end of injection of the fuel injection device 101 to the start of the next injection.
  • the voltage of the battery is 14V or less, and the voltage of the high voltage battery (high voltage source 601) is 24V to 60V, that is, the voltage after the battery is boosted by the booster circuit 514. For this reason, it is necessary to properly lift the mover as T2> T1.
  • the vehicle control device (ECU 104) supplies the drive current to the fuel injection device 101 by the battery
  • the vehicle control device (ECU 104) supplies the drive current to the fuel injection device 101 by the voltage boosted by the booster circuit 514, and the high voltage
  • a drive current is supplied to the fuel injection device 101 by the battery (high voltage source 601)
  • the fuel injection device 101 is driven by the voltage of the high voltage battery (high voltage source 601) smaller than the voltage boosted by the booster circuit 514.
  • a drive current is supplied to.
  • a fuel injection device drive device that realizes optimal multi-stage injection control in a wide operating range of the engine can be realized, and therefore the fuel consumption and exhaust of the engine can be suitably reduced.

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Abstract

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、昇圧回路の発熱やチャージ時間の制約を低減し、エンジンの燃費や排気を好適に低減する車両用制御装置を提供することにある。 バッテリと、前記バッテリの電圧よりも高い電圧を有する高電圧バッテリと、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置において、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するか、又は前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するかを決定し、前記燃料噴射装置を制御する制御部を備えた。

Description

車両用制御装置
 本発明は、車両用制御装置について、特にガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射装置を駆動する駆動装置に関する。
 一般的に、電磁式燃料噴射装置の制御装置は、閉弁状態から素早く開弁状態へ移行させるために、バッテリの電圧(例えば14V)を駆動装置内の昇圧回路で昇圧し、燃料噴射パルス信号に応じて、短時間に高い電力を燃料噴射装置に供給する。現在、エンジンの燃費や排気低減のため、エンジンの1サイクル内で複数回の燃料噴射を実施する多段噴射制御により、好適な混合気分布を実現する技術の適用が進んでいる。多段噴射制御を適用する場合、昇圧回路で単位時間当たりの昇圧回数が増加することになるため、回路の発熱等により、駆動装置の耐久性や信頼性を悪化させる恐れがある。これを解決する手段として、特許文献1には、エンジンの回転数条件や昇圧回路を搭載する駆動装置の温度状態などに応じ、燃料噴射装置を駆動するための電流ピーク値を抑えるように制御する技術が記載されている。
特開2010-418000号公報
 上記特許文献1によれば、高い駆動電流が必要のないエンジンの運転領域や、駆動装置の高温化が懸念される場合は、燃料噴射装置を駆動するための電流(ピーク)量を低く設定することで、過度な発熱を避ける技術が記載されている。しかし、単位時間当たりの燃料噴射量が多く必要なエンジン高回転高負荷領域においては、多段噴射を活用して、すすや異常燃焼を回避する必要があるため、そういった条件下でエンジン性能を悪化させてしまう懸念があった。
 さらに、昇圧回路の基本的な構成として、コンデンサ等に電力をチャージし、これをスイッチング制御することで電圧を上昇させるため、噴射終了から次の噴射開始までには、チャージのための所定時間が必要になる。特にエンジン高回転領域では、このチャージ時間が制約となり、好適な混合気形成に必要な多段噴射回数や噴射タイミングを確保できない、という問題を抱えていた。
 本発明の目的は、上記の課題に鑑み、昇圧回路の発熱やチャージ時間の制約を低減し、エンジンの燃費や排気を好適に低減する車両用制御装置を提供することにある。
 上記目的を達成するために本発明は、バッテリと、前記バッテリの電圧よりも高い電圧を有する高電圧バッテリと、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置において、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するか、又は前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するかを決定し、前記燃料噴射装置を制御する制御部を備えたことを特徴とする。
 本発明によれば、昇圧回路の発熱やチャージ時間の制約を低減し、エンジンの燃費や排気を好適に低減することが可能である。
 本発明のその他の、構成、作用、効果については以下の実施例において詳細に説明する。
本発明における燃料噴射装置の縦断面図と、燃料噴射装置に接続される駆動回路及びエンジンコントロールユニット(ECU)の接続構成を示す図である。 本発明における燃料噴射装置の駆動装置およびECU(エンジンコントロールユニット)内の構成を示した図である。 本発明における噴射パルスと燃料噴射量の特性の一例を示す図である。 本発明における燃料噴射装置を駆動するための噴射信号、供給する駆動電圧、駆動電流関係を示した一例の図である。
 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
 以下、図1~図2を用いて、本発明に係る燃料噴射装置と駆動装置とで構成される燃料噴射システムについて説明する。
 図1は、燃料噴射装置の縦断面図とその燃料噴射装置101(燃料噴射弁)を駆動するための駆動回路103、ECU104の構成の一例を示す図である。燃料噴射装置101からの燃料噴射はエンジンコントロールユニット(ECU)104から送出される噴射パルス幅によって制御されており、この噴射パルスは燃料噴射装置101の駆動回路103に入力され、駆動回路103はECU104からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、前記噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置101に駆動電流波形を供給するようになっている。なお、駆動回路103は、ECU104と一体の部品や基板として実装されている場合もある。駆動回路104とECU104が一体となった装置を駆動装置105と称する。
 ECU104では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ECU104には、各種センサからの信号を取り込むためのA/D変換器とI/Oポートが備えられている。ECU104より出力された噴射パルスは、信号線110を通して燃料噴射装置の駆動回路103に入力される。駆動回路103は、ソレノイド106に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ECU104は、通信ライン111を通して、駆動回路103と通信を行っており、燃料噴射装置101に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路103によって生成する駆動電流を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。
 燃料噴射装置101は、噴孔108を開閉する弁体107と、弁体107を閉弁方向に付勢するスプリング114と、可動子113を磁気吸引力により吸引する固定コア112を備える。可動子113は弁体107と別体で独立して構成され、ソレノイド106に電圧が印加されることで磁気回路が形成され、これにより固定コア112に吸引されると、弁体107を開弁方向に駆動する。
 次に、図2を用いて、本発明の第一実施例における燃料噴射装置101の駆動装置105の構成について説明する。図2は、図1の燃料噴射装置の駆動回路103およびECU104の詳細構成を示した図である。
 CPU501は例えばECU104に内蔵され、燃料噴射装置の上流の燃料配管に取り付けられた燃料圧力センサ、エンジンシリンダへの流入空気量を測定するエアフローセンサ、エンジンシリンダから排出された排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、クランク角センサ等のエンジンの状態を示す信号を取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行うものである。また、CPU501は、内燃機関の運転条件に応じて適切な噴射パルス幅Tiのパルス幅(すなわち噴射量)や噴射タイミングの演算を行い、通信ライン504を通して燃料噴射装置の駆動IC502に噴射パルス幅Tiを出力する。その後、駆動IC502によって、スイッチング素子505、506、507の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置540へ駆動電流を供給する。
 スイッチング素子505は駆動回路103に入力された電圧源VBよりも高い高電圧源と燃料噴射装置540の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子505、506、507は、例えばFETやトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置540への通電・非通電を切り替えることができる。高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧VH1は例えば60V程度であり、バッテリ電圧を昇圧回路514によって昇圧することで生成する。昇圧回路514は例えばDC/DCコンバータ等により構成されるかコイル530とトランジスタ531、ダイオード532およびコンデンサ533で構成する方法がある。後者の昇圧回路514の場合、トランジスタ531をONにすると、バッテリ電圧VBは接地電位534側へ流れるが、トランジスタ531をOFFにすると、コイル530に発生する高い電圧がダイオード532を通して静流されコンデンサ533に電荷が蓄積される。昇圧電圧VH1となるまで、このトランジスタのON・OFFを繰り返し、コンデンサ533の電圧を増加させる。トランジスタ531は、IC502もしくはCPU501と接続され、昇圧回路514から出力される昇圧電圧VH1はIC502もしくはCPU501で検出するよう構成する。
 本実施例の特徴は、この昇圧回路514が生成する昇圧電圧VH1とは別に、高電圧VH2を供給する高電圧源601を有し、このVH1とVH2を切り替えることができるスイッチ600を有することである。
 本実施例では昇圧回路の発熱やチャージ時間の制約を低減し、エンジンにて最適な多段噴射制御を実現するための燃料噴射装置の駆動装置を提供することを目的としている。このために、燃料噴射装置101の駆動に必要な電力供給には、バッテリと高電圧バッテリ(高電圧源601)を切り替えて用いることを特徴としている。この時、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路514の下流に、高電圧バッテリ(高電圧源601)の電力供給に切り替えるためのスイッチ600を有することが望ましい。
 つまり、本実施例の車両用制御装置(ECU104)は、バッテリと、バッテリの電圧よりも高い電圧を有する高電圧バッテリ(高電圧源601)と、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置101を備えた車両に搭載される。そして車両用制御装置(ECU104)の制御部(CPU501)はバッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給するか、又は高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給するかを決定し、燃料噴射装置101を制御する。
本実施例の車両用制御装置(ECU104)が搭載される車両には、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給するか、又は高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給するかを切り替えるスイッチ600がバッテリの電圧を昇圧する昇圧回路514の下流に設けられる。そして制御部(CPU501)は、スイッチ600を制御し、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給するか、又は高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給するかにより燃料噴射装置101を制御する。
 この意図するところは、駆動回路103に通常供給されるバッテリ電力に加えて、昇圧回路514の下流に高電圧バッテリ(高電圧源601)を接続し、多段噴射が必要な条件では、この高電圧バッテリ(高電圧源601)による電力供給に切り替えることにより、昇圧回路514を介さないところにある。これにより、昇圧回路514の発熱やチャージ時間の制約を受けることがなく、燃料の多段噴射制御を実施できるため、エンジンの燃費や排気を好適に低減することができる。
 この時の通常のバッテリ電圧は14V程度であり、これを50~70Vに昇圧して燃料噴射装置101を駆動するものであるので、高電圧バッテリ(高電圧源601)の電圧は好ましくは24V~60Vとし、昇圧回路514の下流に接続すれば、それより下流の回路や駆動装置に特別な変更を加える必要はない。
 かかる構成においては、複数のバッテリから異なる電圧を切り替えて燃料噴射装置101を駆動することになるため、燃料噴射パルス等の駆動マップは、供給するバッテリ毎に複数有する必要がある。すなわち、車両用制御装置(ECU104)は、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号と、高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号とで異なる駆動マップにより燃料噴射装置101を制御する。したがって、車両用制御装置(ECU104)のメモリ、レジスタには複数の駆動マップが記憶される。
 高電圧源601とスイッチ600の間には、高電圧VH1を生成する回路のような昇圧回路を有していないことが望ましい。この意図するところとして、昇圧回路514での昇圧制御では、トランジスタ531やコンデンサ533の動作によるエネルギ損失があるため、昇圧回路514の発熱による故障や耐久性劣化の問題が生じる。これを防ぐために、現状ではエンジンでの1サイクルあたりの燃料噴射回数の制限や、所定時間以上の噴射間隔維持、といった対応が必要になっている。
 本実施例は、高電圧源601から燃料噴射装置101への高電圧源駆動を実施、もしくは昇圧回路514からの高電圧VH1供給との併用(切り替え使用)により、この課題を解決するものである。この高電圧源601は、燃料噴射装置101が好適に動作できるだけの電圧と電力を供給できればよく、例えば24V~60V程度の電圧を有する電源であることが望ましい。高電圧源601は、例えばこの燃料噴射装置101が、電気駆動によって走行するハイブリッド自動車等に搭載されている場合は、その電圧源を使用もしくは一部使用し、上記24V~60V程度の電圧を供給する構成であってもかまわない。またスイッチ600は、トランジスタやMOS-FETのような、複数の経路の電気信号に対する切り替え機能を有するものであることが望ましい。
 ソレノイド106の電源側端子590とスイッチング素子505との間には、昇圧回路514もしくは高電圧源601からの電力が、ソレノイド106、設置電位515の方向に電流が流れるようにダイオード535が設けられている。また、ソレノイド106の電源側端子590とスイッチング素子507との間にも、バッテリ電圧源から、ソレノイド106、設置電位515の方向に電流が流れるようにダイオード511が設けられており、スイッチ素子508を通電している間は、接地電位515から、ソレノイド106、それぞれの電圧源へ向けては電流が流れない構成となっている。
 また、ECU104には、噴射パルス幅の演算等のエンジンの制御に必要な数値データを記憶させるために、レジスタおよびメモリが搭載されている。レジスタおよびメモリは駆動装置105もしくは駆動装置105内のCPU501に内包されている。また、スイッチング素子507は、低電圧源と燃料噴射装置の高圧端子間に接続されている。低電圧源VBは例えばバッテリ電圧であり、その電圧値は12から14V程度である。スイッチング素子506は、燃料噴射装置540の低電圧側の端子と接地電位515の間に接続されている。
 駆動IC502は、電流検出用の抵抗508、512、513により、燃料噴射装置540に流れている電流値を検出し、スイッチング素子505、506、507の通電・非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード509と510は、燃料噴射装置のソレノイド106に逆電圧を印加し、ソレノイド106に供給されている電流を急速に低減するために備え付けられている。CPU501は駆動IC502と通信ライン503を通して、通信を行っており、燃料噴射装置540(101)に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動IC502によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗508、512、513の両端は、IC502のA/D変換ポートに接続されており、抵抗508、512、513の両端にかかる電圧をIC502で検出できるように構成されている。
 かかる構成により、燃料噴射装置101の動作に必要な電圧を、バッテリ電圧の昇圧回路514とは別の高電圧源601への切り替えを可能にすることで、昇圧回路514内での昇圧にかかるエネルギ損失を減らすことができる。結果として、駆動回路105内の発熱による故障や耐久性劣化の影響が少なく、エンジンの燃費排気低減に必要な複数回の噴射制御が可能な燃料噴射装置を実現することができるものである。
 図3は本実施例において、上記2つの電源から電力供給して燃料噴射装置を駆動する場合の噴射パルス幅と燃料噴射量の特性をそれぞれ示している。線301はバッテリ電圧の昇圧回路514からの電力供給で燃料噴射を行う場合の噴射パルス幅と燃料噴射量の特性線、線302は高電圧源601からの電力供給で燃料噴射を行う場合の噴射パルス幅と燃料噴射量の特性線であり、それぞれ同じ燃圧における特性として、ECU104に予め設定されているものである。
 図2に記載のように、駆動装置105から燃料噴射装置101へ噴射パルスが入力されると、最初に昇圧回路514もしくは高電圧源601の電圧をコイルに印加して電流を素早く立上げて、急速に磁気回路に磁束を発生させる。弁体107が固定コア112に到達するまで昇圧電圧VH1もしくはVH2を印加すると、可動子113に作用する磁気吸引力が大きくなり、時間に対する弁体の変位量傾きが大きくなる。
 本実施例では、通常のバッテリ電圧VB(14V程度)を昇圧回路514によってVH1を50~70V程度(望ましくは60V以上)に昇圧して燃料噴射装置101を駆動し、高電圧源から電圧VH2は24V~60Vとして燃料噴射装置101を駆動するため、VH1>VH2となる。よって、ECU104に設定されている特性は、可動子がフルリフトに到達した時の噴射量Q1における噴射パルス幅は、それぞれTi1、Ti2となり、Ti1<Ti2となる。
 またフルリフト後の噴射特性においても、同じ噴射パルス幅Ti4で見ると、その時の噴射量はそれぞれQ2、Q3となり、Q3>Q2となる。例えばエンジン運転条件を各種センサの信号等からECU104にて検知し、多段噴射が必要であると判定される場合には、昇圧回路を介さない高電圧源601による燃料噴射装置駆動を線402の特性に則って実施する。なお実際の燃料噴射量は、本特性に基づいたパルス幅に対し、エンジンの空燃比制御等によって、パルス幅に補正がかけられることも本実施例の範疇であることは言うまでもない。
 図4には、図3の燃料噴射特性を実現するための電力制御の一例として、同燃料量(例えば図3のQ2)を噴射する場合の噴射信号、燃料噴射装置部分540にかかる端子間電圧、駆動電流波形を示している。噴射信号401は昇圧回路514が生成する電圧VH1を燃料噴射装置101に供給して駆動する場合の噴射信号、噴射信号402は高電圧源が生成する電圧VH2を燃料噴射装置101に供給して駆動する場合の噴射信号であり、図3の燃料噴射量Q2を実現する噴射パルス幅(時間)は、それぞれTi4、Ti3であり、Ti4>Ti3である。
 すなわち、車両用制御装置(ECU104)は、同量の燃料を燃料噴射装置101から噴射する場合において、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号の長さTi3を、高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号の長さTi4より短くする。
 端子間電圧で見ると、図2と3の説明で述べたように、昇圧回路514からの供給電力VH1が、高電圧源601からの供給電力VH2より大きいため、可動子113を好適にフルリフトさせるために必要なIpeakに至る時間がそれぞれT1、T2となり、T1<T2となる。その後、可動子を好適にフルリフト状態に保つための電流制御として、図2に記載のようなスイッチング制御を、バッテリ電圧VB(もしくは他の電源でもよい)を用いて実施し、閉弁時にはそれぞれの逆電圧をかけて実施することが好ましいため、線403、線404で示す逆電圧をかけることで可動子を駆動する。結果として、それぞれの電源から供給される駆動電流波形は、バッテリ電圧から昇圧回路を介して電力供給する場合は線405、高電圧源601から電力供給する場合には、線406のような特性となるように、電流波形の切り替え、もしくは図3の特性を踏襲できるようにECU104内での演算を実施する。
 つまり、図4の線403、線404に示すように、車両用制御装置(ECU104)は、同量の燃料を燃料噴射装置101から噴射する場合において、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給して1回の燃料噴射を行なう場合の通電時間(403)より、高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給して1回の燃料噴射を行なう場合の通電時間(404)を長くする。
 車両用制御装置(ECU104)は、エンジンの1サイクル(吸気、圧縮、膨張、排気の各工程からなる2回転1サイクル)において、バッテリからの電力供給により燃料噴射装置101から複数回の燃料噴射を行なう場合における1サイクルあたりの最大噴射回数は、高電圧バッテリ(高電圧源601)により1サイクルで燃料噴射装置101から複数回の燃料噴射を行なう場合における1サイクルあたりの最大噴射回数よりも少なくすることが望ましい。
 バッテリから昇圧回路514を経て燃料噴射装置101に供給される電力の電圧の方が、高電圧バッテリ(高電圧源601)から供給される電力の電圧より高く設定される。そのため、高電圧バッテリ(高電圧源601)から供給される電力により1回の燃料噴射を行なう場合の通電時間は、同じ燃料量をバッテリから供給される電力により噴射する場合の通電時間よりも、長く設定することが望ましい。
 また、高電圧バッテリ(高電圧源601)から電力供給する場合、特別な昇圧回路等を介さない構成となるため、回路発熱や昇圧のためのチャージ時間の制約を受けにくい。このことによって、駆動マップに設定されるエンジン1サイクルあたりの最大噴射回数は、高電圧バッテリの方が通常バッテリ駆動の場合より多く設定することができる。さらに最小燃料噴射間隔(噴射終了から次回噴射開始までの時間)についても、通常のバッテリから供給の場合に比べて短く設定できる。
図4の線405、線406に示すように、車両用制御装置(ECU104)は、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合のピーク電流(Ipeak)に至るまでの時間は、高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合のピーク電流に至るまでの時間よりも短くなるように制御する。
 また車両用制御装置(ECU104)は、バッテリにより内燃機関の1サイクルで燃料噴射装置101から複数回の燃料噴射を行なう場合における最小燃料噴射間隔は、高電圧バッテリ(高電圧源601)により1サイクルで燃料噴射装置101から複数回の燃料噴射を行なう場合における最小燃料噴射間隔よりも長くするように制御する。最小燃料噴射間隔とは、燃料噴射装置101の噴射終了から次回噴射開始までの時間のことを示す。
 この理由として、上記したようにバッテリの電圧は14V以下であり、かつ高電圧バッテリ(高電圧源601)の電圧は24V~60V、すなわちバッテリが昇圧回路514で昇圧された後の電圧以下となるため、T2>T1として可動子を適切にフルリフトさせる必要があるためである。
 そして、車両用制御装置(ECU104)は、バッテリにより燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合に、バッテリが昇圧回路514により昇圧された電圧により燃料噴射装置101に駆動電流を供給し、高電圧バッテリ(高電圧源601)により燃料噴射装置101に駆動電流を供給する場合に、バッテリが昇圧回路514により昇圧された電圧よりも小さい高電圧バッテリ(高電圧源601)の電圧により燃料噴射装置101に駆動電流を供給する。
本実施例によれば、エンジンの広い運転領域で最適な多段噴射制御を実現する燃料噴射装置の駆動装置が実現できるため、エンジンの燃費や排気を好適に低減することができる。
 101…燃料噴射装置(燃料噴射弁)、103…駆動回路、104…ECU、105…駆動装置、106…ソレノイド、111…通信ライン、501…CPU、502…駆動IC502、505、506、507…スイッチング素子、600…スイッチ、VB…バッテリ電圧源。

Claims (11)

  1.  バッテリと、前記バッテリの電圧よりも高い電圧を有する高電圧バッテリと、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置において、
     前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するか、又は前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するかを決定し、前記燃料噴射装置を制御する制御部を備えたことを特徴とする車両用制御装置。
  2.  請求項1に記載の車両用制御装置において、
     前記車両には、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するか、又は前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するかを切り替えるスイッチが前記バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路の下流に設けられ、
     前記制御部は、前記スイッチを制御し、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するか、又は前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給するかにより前記燃料噴射装置を制御することを特徴とする車両用制御装置。
  3.  請求項1に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
     前記制御部は、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号と、前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号とで異なる駆動マップにより前記燃料噴射装置を制御することを特徴とする車両用制御装置。
  4.  請求項1に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
     前記制御部は、同量の燃料を前記燃料噴射装置から噴射する場合において、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号の長さを、前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合の燃料噴射パルス信号の長さより長くすることを特徴とする車両用制御装置。
  5.  請求項1、又は2に記載の車両用制御装置において、
     前記制御部は、同量の燃料を前記燃料噴射装置から噴射する場合において、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給して1回の燃料噴射を行なう場合の通電時間より、前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給して1回の燃料噴射を行なう場合の通電時間を長くすることを特徴とする車両用制御装置。
  6.  請求項1、又は2に記載の車両用制御装置において、
     前記制御部は、前記バッテリからの電力によってエンジン1サイクル中に前記燃料噴射装置から複数回の燃料噴射を行なう場合における1サイクルあたりの最大噴射回数は、前記高電圧バッテリからの電力によって1サイクルで前記燃料噴射装置から複数回の燃料噴射を行なう場合における1サイクルあたりの最大噴射回数よりも少なくすることを特徴とする車両用制御装置。
  7.  請求項1に記載の燃料噴射装置の制御装置において、
     前記制御部は、前記バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合のピーク電流に至るまでの時間を、前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合のピーク電流に至るまでの時間よりも短くすることを特徴とする車両用制御装置。
  8.  請求項1もしくは2に記載の車両用制御装置において、
     前記制御部は、前記バッテリから電力によってエンジン1サイクル中に前記燃料噴射装置から複数回の燃料噴射を行なう場合における最小燃料噴射間隔は、前記高電圧バッテリにより1サイクルで前記燃料噴射装置から複数回の燃料噴射を行なう場合における最小燃料噴射間隔よりも長くすることを特徴とする車両用制御装置。
  9.  請求項1に記載の車両用制御装置において、
     前記バッテリの電圧は14V以下であり、かつ高電圧バッテリの電圧は、24V~60Vであることを特徴とする車両用制御装置。
  10.  請求項1に記載の車両用制御装置において、
     前記バッテリの電圧は14V以下であり、かつ高電圧バッテリの電圧は、前記バッテリが昇圧回路で昇圧された後の電圧以下であることを特徴とする車両用制御装置。
  11.  請求項1もしくは2に記載の車両用制御装置において、
     前記制御部は、前記バッテリからの電力により前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合に、前記バッテリが昇圧回路によって昇圧された電圧により前記燃料噴射装置に駆動電流を供給し、前記高電圧バッテリにより前記燃料噴射装置に駆動電流を供給する場合に、前記バッテリが昇圧回路により昇圧された電圧よりも小さい前記高電圧バッテリの電圧により前記燃料噴射装置に駆動電流を供給することを特徴とする車両用制御装置。
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