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図面 (5)

課題

昇圧回路コンデンサ蓄積された電荷イグニッションスイッチオフされたとき適切に放電させ、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うに作業員の安全性を向上させる。

解決手段

バッテリ電圧VBを昇圧する昇圧回路10の出力に降圧回路14が接続され、降圧回路14の出力はFETQ5を介してCPU11の電源入力端子VSINに接続されている。降圧回路14は通常は非作動状態に維持され、イグニッションスイッチがオフされると、CPU11が降圧回路14を作動させ、降圧回路14から降圧電圧VD(=VSTB)が出力される。降圧電圧VDはさらにCPU電源電圧VSに降圧されてCPU11の電源入力端子VSINに供給される。これによって、昇圧回路10に残留する電荷が降圧回路14及びCPU11によって放電される。

概要

背景

特許文献1には、内燃機関燃焼室内に直接燃料噴射する燃料噴射弁及びバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路を備える燃料噴射装置が示されている。昇圧回路は、コイルスイッチング素子ダイオード、及びコンデンサによって構成され、スイッチング素子をオンオフすることによってコンデンサの両端の電圧が上昇して、昇圧電圧が出力される。

概要

昇圧回路のコンデンサに蓄積された電荷イグニッションスイッチオフされたとき適切に放電させ、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うに作業員の安全性を向上させる。バッテリ電圧VBを昇圧する昇圧回路10の出力に降圧回路14が接続され、降圧回路14の出力はFETQ5を介してCPU11の電源入力端子VSINに接続されている。降圧回路14は通常は非作動状態に維持され、イグニッションスイッチがオフされると、CPU11が降圧回路14を作動させ、降圧回路14から降圧電圧VD(=VSTB)が出力される。降圧電圧VDはさらにCPU電源電圧VSに降圧されてCPU11の電源入力端子VSINに供給される。これによって、昇圧回路10に残留する電荷が降圧回路14及びCPU11によって放電される。

目的

本発明はこの点に着目してなされたものであり、昇圧回路のコンデンサに蓄積された電荷をイグニッションスイッチがオフされたとき適切に放電させ、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行う場合に作業員の安全性を向上させることができる燃料噴射装置を提供する

効果

実績

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請求項1

内燃機関燃焼室内に直接燃料噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する制御演算ユニットと、バッテリと、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、前記昇圧回路の出力側に接続された放電回路であって、前記制御演算ユニットの電源電圧の供給をオンオフするためのイグニッションスイッチオフされたときに、前記昇圧回路に残留する電荷を急速に放電させる放電回路を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。

請求項2

前記放電回路は、前記昇圧電圧を降圧して降圧電圧を出力する降圧回路及び前記制御演算ユニットを含む回路によって構成され、前記制御演算ユニットは、前記イグニッションスイッチがオフされた後のシャットダウン処理を行うための電源電圧として、前記降圧電圧を使用することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

請求項3

前記制御演算ユニットは、前記機関を一時的に停止させるアイドリングストップが行われている状態から前記機関を再始動する際に前記降圧回路を作動させ、前記降圧電圧を電源電圧として使用することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

請求項4

前記制御演算ユニットは、前記機関の低温始動時に前記降圧回路を作動させ、前記降圧電圧を電源電圧として使用することを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の燃料噴射装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関燃焼室内に直接燃料噴射する燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に関し、特に燃料噴射弁を駆動するためにバッテリ出力電圧を昇圧する昇圧回路を備える燃料噴射装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1には、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁及びバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路を備える燃料噴射装置が示されている。昇圧回路は、コイルスイッチング素子ダイオード、及びコンデンサによって構成され、スイッチング素子をオンオフすることによってコンデンサの両端の電圧が上昇して、昇圧電圧が出力される。

先行技術

0003

特開2014−9627号公報

発明が解決しようとする課題

0004

内燃機関の作動時においては、昇圧回路のコンデンサには例えば40V程度の電圧が印加され、電荷蓄積される。このコンデンサに蓄積された電荷は、イグニッションスイッチオフされてもすぐに放電されず、電荷が完全に放電されるまでに数10分を要する。したがって、例えばイグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うことが必要である場合には、作業員感電するおそれがある。

0005

本発明はこの点に着目してなされたものであり、昇圧回路のコンデンサに蓄積された電荷をイグニッションスイッチがオフされたとき適切に放電させ、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行う場合に作業員の安全性を向上させることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁(2)と、該燃料噴射弁の作動を制御する制御演算ユニット(11)と、バッテリ(6)と、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧(VB)を昇圧して昇圧電圧(VU)を出力する昇圧回路(10)とを備える内燃機関の燃料噴射装置において、前記昇圧回路(10)の出力側に接続された放電回路(14,11)であって、前記制御演算ユニット(11)の電源電圧の供給をオンオフするためのイグニッションスイッチがオフされたときに、前記昇圧回路(10)に残留する電荷を急速に放電させる放電回路を備えることを特徴とする。

0007

この構成によれば、イグニッションスイッチがオフされたときに、昇圧回路に残留する電荷が放電回路によって急速に放電されるので、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行う場合に作業員の安全性を向上させることができる。

0008

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記放電回路は、前記昇圧電圧(VU)を降圧して降圧電圧(VD)を出力する降圧回路(14)及び前記制御演算ユニット(11)を含む回路によって構成され、前記制御演算ユニットは、前記イグニッションスイッチがオフされた後のシャットダウン処理を行うための電源電圧として、前記降圧電圧を使用することを特徴とする。

0009

この構成によれば、昇圧回路から出力される昇圧電圧を降圧して降圧電圧を出力する降圧回路及び制御演算ユニットを含む回路によって、昇圧回路に残留する電荷が放電され、しかもイグニッションスイッチがオフされた後に制御演算ユニットがシャットダウン処理を行うための電源電圧として、降圧電圧が使用されるので、昇圧回路に残留する電荷を有効に活用しつつ放電を行うことができる。

0010

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御演算ユニット(11)は、前記機関を一時的に停止させるアイドリングストップが行われている状態から前記機関を再始動する際に前記降圧回路(14)を作動させ、前記降圧電圧(VD)を電源電圧として使用することを特徴とする。

0011

この構成によれば、アイドリングストップが行われている状態から機関を再始動する際に降圧回路から出力される降圧電圧が、制御演算ユニットの電源電圧として使用される。機関の始動時はバッテリからスタータモータへの突入電流が流れてバッテリ電圧が一時的に低下するおそれがあるため、降圧回路を作動させて降圧電圧を制御演算ユニットの電源電圧として使用することにより、電源電圧の低下によって制御演算ユニットの制御動作不安定化することあるいは制御演算ユニットのリセットが行われることを防止できる。

0012

請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御演算ユニット(11)は、前記機関の低温始動時に前記降圧回路(14)を作動させ、前記降圧電圧を電源電圧として使用することを特徴とする。

0013

この構成によれば、機関の低温始動時に降圧回路から出力される降圧電圧が制御演算ユニットの電源電圧として使用される。低温始動時においては、スタータモータの負荷が大きくなる傾向があり、スタータモータへの突入電流が大きくなってバッテリ電圧が一時的に低下するおそれがある。降圧回路を作動させて降圧電圧を制御演算ユニットの電源電圧として使用することにより、電源電圧の低下によって制御演算ユニットの制御動作が不安定化することあるいは制御演算ユニットのリセットが行われることを防止できる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃料噴射装置を示す図である。
図1に示す電子制御ユニットに含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図である。
燃料噴射制御フローチャートである。
通常制御中に実行される降圧回路作動制御のフローチャートである。

実施例

0015

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)1及びその燃料噴射装置を示しており、4気筒のエンジン1は各気筒に対応して4つの燃料噴射弁2を備えている。燃料噴射弁2は、エンジン1の燃焼室内に直接燃料を噴射する。

0016

スタータモータ4がエンジン1のクランク軸3を駆動可能に設けられており、スタータモータ4はスイッチ回路7を介してバッテリ6に接続されている。バッテリ6からスタータモータ4へ駆動電力が供給される。スイッチ回路7は電子制御ユニット(以下「ECU」という)5に接続されており、ECU5によってオンオフ制御が行われる。すなわち、ECU5は、エンジン1の始動時にスイッチ回路7をオンしてスタータモータ4を作動させ、エンジン1が自立運転を開始するとスイッチ回路7をオフしてスタータモータ4を停止させる。

0017

4つの燃料噴射弁2はそれぞれECU5に接続されており、ECU5によって、その作動が制御される。ECU5には、バッテリ6が接続されており、バッテリ6からECU5が動作するための電力及び燃料噴射弁2を駆動するための電力が供給される。

0018

図2はECU5に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図であり、1つの気筒の燃料噴射弁2を駆動するソレノイドL1に駆動電流を供給する回路構成が示されている。他の気筒の燃料噴射弁を駆動する回路も同様に構成されている。

0019

図2に示す燃料噴射弁駆動部は、ソレノイドL1の一端に供給する電源電圧を切り換えるためのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(以下「FET」という)Q1,Q2と、ソレノイドL1の他端とアースとの接続/非接続を切り換えるためのスイッチング素子としてのFETQ3と、ダイオードD1〜D3と、抵抗R1と、昇圧回路10と、CPU(Central Processing Unit)11と、リレー12と、電源回路13と、降圧回路14と、トランジスタQ4と、抵抗分割回路15,16と、三端子レギュレータ17とを備えており、CPU11からFETQ1〜Q3、トランジスタQ4、昇圧回路10、電源回路13、及び降圧回路14に制御信号が供給される。

0020

昇圧回路10は、バッテリ6の出力電圧VB(例えば12V)を昇圧して昇圧電圧VU(例えば40V)を出力する回路であり、コイルL11とダイオードD11の直列回路(以下「LD直列回路」という)、コンデンサC11、及びFETQ11を備えている。より具体的には、LD直列回路の一端がバッテリ6に接続され、LD直列回路の他端がコンデンサC11の一端に接続され、コンデンサC11の他端が接地され、コイルL11とダイオードD11との接続点とアースとの間にFETQ11が接続され、コンデンサC11の一端から昇圧電圧VUを出力するように構成されている。

0021

昇圧回路10の出力は抵抗分割回路15を介してCPU11に接続されており、CPU11は昇圧電圧VUに応じたオンオフ切換信号SSW1をFETQ11のゲートに供給する。CPU11は、昇圧電圧VUが設定電圧VUX(例えば40V)と一致するようにオンオフ切換信号SSW1のデューティ比DTY1を制御する。

0022

電源回路13は、スイッチングレギュレータによって構成され、バッテリ出力電圧VBを安定化して安定化電圧VSTB(例えば6.5V)を出力する。
降圧回路14は、昇圧電圧VUを降圧して、安定化電圧VSTBと等しい降圧電圧VDを出力する回路であり、コンデンサC12、コイルL12、ダイオードD12、及びFETQ12を備えている。降圧回路14の出力は抵抗分割回路16を介してCPU11に接続されており、CPU11は降圧電圧VDに応じたオンオフ切換信号SSW2をFETQ12のゲートに供給する。CPU11は、降圧電圧VDが設定電圧VDX(例えば6.5V)と一致するようにオンオフ切換信号SSW2のデューティ比DTY2を制御する。

0023

降圧回路14は常時作動するものではなく、イグニッションスイッチ(図示せず)がオフされた直後、エンジン1の低温始動時、及びアイドリングストップ終了直後におけるエンジン1の再始動時において作動するようにCPU11によって制御される。降圧回路14のFETQ12をオフ状態に保持することにより、降圧回路14は非作動状態となる。

0024

リレー12は、バッテリ6と電源回路13と間に設けられており、オンされるとバッテリ電圧VBが電源回路13に供給される。トランジスタQ4は、リレー12の駆動コイルに接続されており、トランジスタQ4がオンすると駆動コイルに電流が供給されてリレー12がオンする。トランジスタQ4のベース及び電源回路13には、CPU11から電源切換信号SSWMが供給される。

0025

電源回路13の出力は、接続点P1において降圧回路14の出力と接続されており、接続点P1と、CPU11の電源入力端子VSINとの間に三端子レギュレータ17が配置されている。三端子レギュレータ17は、安定化電圧VSTBをCPU電源電圧VS(例えば5V)に低下させて出力する。CPU電源電圧VSは、ECU5に含まれる他の回路(他のCPUやトランジスタなど)にも供給される。

0026

バッテリ電圧VBは、FETQ2及びダイオードD1を介してソレノイドL1の一端に供給され、昇圧電圧VUは、FETQ1を介してソレノイドL1の一端に供給される。ソレノイドL1の他端は、FETQ3及び抵抗R1を介してアースに接続され、ダイオードD3は、ソレノイドL1の他端と、昇圧回路10の出力との間に配置されている。

0027

CPU11には、IG切換電圧VIG1が供給される。IG切換電圧VIG1は、イグニッションスイッチのオンされるとバッテリ電圧VBと等しくなり、イグニッションスイッチがオフされると「0」となる。

0028

FETQ1〜Q3のゲートは、CPU11に接続されており、各FETのゲートにはそれぞれ昇圧電圧制御信号SVU、バッテリ電圧制御信号SVB、及びロー側制御信号SDLが供給される。CPU11は、FETQ1〜Q3のオンオフ制御を行うことにより、ソレノイドL1に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁2を開閉する。燃料噴射弁2による燃料噴射時期及び燃料噴射時間を指令する信号は、図示しない他のCPUから供給される。

0029

図3は、本実施形態における燃料噴射制御のフローチャートであり、この処理はCPU11で実行される。図3は、特にイグニッションスイッチがオフされたときの処理を説明するためのフローチャートである。

0030

テップS11では、IG切換電圧VIG1がオフ判定閾値VIGTH(例えば2V)以下であるか否かを判別し、その答が否定(NO)であってイグニッションスイッチがオンされているときは通常制御(燃料噴射弁2による燃料噴射制御)を実行する(ステップS12)。ステップS11の答が肯定(YES)であるときは、ステップS13に進み、降圧回路14を起動する(既に起動されているとき(ステップS18からステップS11へ戻った場合)は作動状態を継続する)。なお、イグニッションスイッチがオフされたときは、昇圧回路10のFETQ11はオフ状態に維持される。

0031

降圧回路14を作動させることによって、電源回路13から安定化電圧VSTBが出力されなくなっても、降圧回路14から安定化電圧VSTBと等しい降圧電圧VDが出力され、CPU11は動作を継続することができるとともに、CPU11によって昇圧回路10のコンデンサC11に残留する電荷を放電(消費)することができる。

0032

ステップS14では、電源切換信号SSWMを低レベルとして、リレー12及び電源回路13をオフし、ステップS15では、昇圧電圧VUが安定化電圧VSTB以下であるか否かを判別する。昇圧回路10の出力電圧である昇圧電圧VUは徐々に低下するため、通常はイグニッションスイッチがオフされた直後はステップS15の答が否定(NO)となり、ステップS17に進む。

0033

一方、何らかの原因(例えばイグニッションスイッチオフ時の昇圧電圧VUが低い場合、コンデンサC11の充電電荷量が小さい場合、故障が発生した場合など)で、ステップS15の答が肯定(YES)であるときは、ステップS16に進んで電源切換信号SSWMを高レベルとして、リレー12及び電源回路13をオンする。このとき、電源回路13を一度オフしたのちに再度オンしたことを示す電源オンフラグFPSONを「1」に設定する。

0034

ステップS17では、セルフシャットダウン処理終了フラFSSDEが「1」であるか否かを判別する。セルフシャットダウン処理終了フラグFSSDEは、ステップS18で実行されるセルフシャットダウン処理においてその処理が終了したときに「1」に設定される。したがって、最初はステップS17の答が否定(NO)となり、ステップS18に進んでセルフシャットダウン処理を実行する。セルフシャットダウン処理では、実行中の処理を予め定められた順序で終了させ、セルフシャットダウン処理以外の全ての処理を終了させた時点でセルフシャットダウン処理終了フラグFSSDEが「1」に設定される。セルフシャットダウン処理終了フラグFSSDEが「1」に設定されると、ステップS17の答が肯定(YES)となり、ステップS19に進んで電源オンフラグFPSONが「1」であるか否かを判別する。

0035

ステップS19の答が否定(NO)であるときは直ちに処理を終了する。ステップS19の答が肯定(YES)であるときは、電源切換信号SSWMを低レベルとして、リレー12及び電源回路13をオフして(ステップS20)、処理を終了する。

0036

図4は、図3の通常制御中に実行される降圧回路作動制御のフローチャートである。なお、本実施形態におけるエンジン1が搭載された車両では、所定条件成立するとき(例えば車速がほぼ「0」でブレーキペダルが踏み込まれており、バッテリ6の充電量が閾値以上であり、かつエンジン1の暖機が完了しているとき)に、エンジン1を一時的に停止させるアイドリングストップが実行される。

0037

ステップS21では、図示しないエンジン冷却水温センサによって検出されるエンジン1の冷却水温TWが低温判定閾値TWL(例えば10℃)以下であるか否かを判別する。ステップS21の答が否定(NO)であるときは、アイドリングストップ終了直後であるか否かを判別する(ステップS22)。ステップS21またはS22の答が肯定(YES)であるときは、エンジン1の始動中(スタータモータ4の作動中)であるか否かを判別する(ステップS23)。

0038

ステップS23の答が肯定(YES)であるときは、降圧回路14を起動し(起動しているときは作動状態を維持し)(ステップS24)、エンジン1の始動が完了するとステップS23からステップS25に進んで、降圧回路14の作動を停止する。ステップS22の答が否定(NO)であるときは、降圧回路14の作動停止状態を継続する(ステップS25)。

0039

以上のように本実施形態では、イグニッションスイッチがオフされたときに、昇圧回路10、より具体的にはコンデンサC11に残留する電荷が放電回路として機能する降圧回路14及びCPU11を含む回路によって急速に放電されるので、イグニッションスイッチをオフして比較的短時間の内にメンテナンス作業を行うことが必要である場合に作業員の安全性を向上させることができる。

0040

またイグニッションスイッチがオフされたときに降圧回路14が起動され、降圧回路14によって昇圧電圧VUが降圧されて安定化電圧VSTBと等しい降圧電圧VDが出力され、降圧電圧VDが三端子レギュレータ17によって電源電圧VSに変換されてCPU11及びECU5の他の回路に供給される。CPU11は、その電源電圧VSを使用して、イグニッションスイッチがオフされた後のシャットダウン処理を行うことができるので、昇圧回路10に残留する電荷を有効に活用しつつ放電を行うことができる。

0041

またアイドリングストップが行われている状態からエンジン1を再始動する際、及びエンジン1の低温始動時に、降圧回路14が起動されて降圧電圧VDが出力される。エンジン1の始動時はバッテリ6からスタータモータ4へ突入電流が流れてバッテリ電圧VBが低下するおそれがあるため、降圧回路14を作動させて、降圧電圧VD(=VSTB)をCPU11の電源電圧として供給することにより、電源回路13から出力される安定化電圧VSTBの一時的な低下によってCPU11の制御動作が不安定化することあるいはリセットが行われることを防止できる。

0042

本実施形態では、CPU11が制御演算ユニットに相当し、降圧回路14及びCPU11によって放電回路が構成される。

0043

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、アイドリングストップ終了直後のエンジン1の再始動時、及びエンジン1の低温始動時において降圧回路14を作動させるようにしたが、アイドリングストップ終了直後のエンジン1の再始動時、及びエンジン1の低温始動時の何れか一方のみのタイミングで降圧回路14を作動させるようにしてもよい。

0044

また上述した実施形態では、安定化電圧VSTB及び降圧電圧VDをCPU電源電圧VSより高い電圧に設定し、三端子レギュレータ17によって降圧してCPU電源電圧VSを得るようにしたが、安定化電圧VSTB及び降圧電圧VDをCPU電源電圧VSと等しい電圧に設定し、図2の接続点P1を電源入力端子VSINに直接接続するようにしてもよい。

0045

1内燃機関
2燃料噴射弁
6バッテリ
10昇圧回路
11 CPU(制御演算ユニット、放電回路)
13電源回路
14降圧回路(放電回路)

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