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JP5870956B2 - 電磁弁制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁制御装置に関する。
例えば車両の内燃機関の気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁(インジェクタ)としては、コイルへの通電により開弁する電磁弁が使用される。そして、このような燃料噴射弁を駆動して燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置は、コイルへの通電(通電開始タイミング及び通電時間)を制御することにより、燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御している。
また、燃料噴射制御装置では、バッテリ電圧を昇圧してコンデンサを充電すると共に、コイルへの通電期間の開始時には、コンデンサからコイルに放電させるための放電用トランジスタをオンさせる。そして、コイルに流れる電流(以下、コイル電流ともいう)が放電電流の目標最大値に達したことを検知すると、放電用トランジスタをオフし、その後、通電期間が終了するまでは、コイルの上流側とバッテリ電圧との間に設けられた定電流用トランジスタをオン/オフさせることにより、コイルに一定の電流を流す。その定電流用トランジスタのオン/オフ制御では、コイル電流が下側閾値以下になったことを検知すると定電流用トランジスタをオフからオンに切り換え、コイル電流が上側閾値(>下側閾値)以上になったことを検知すると定電流用トランジスタをオンからオフに切り換える。このため、コイル電流は、上側閾値と下側閾値との間の平均電流に制御される(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−22139号公報
従来の燃料噴射制御装置では、コイル電流が制御目標の値になったことを検知したタイミングで、放電用トランジスタ及び定電流用トランジスタのオン/オフ状態を切り換えるようになっている。このため、放電用トランジスタ及び定電流用トランジスタを制御するためには、高速の応答動作が必要となる。よって、コイルへの通電期間を決定する処理等を行うマイコンとは別に、放電用トランジスタと定電流用トランジスタを制御するための専用回路を設ける必要があり、部品点数の増加(延いては装置の大型化)を招く要因となっていた。
そこで、本発明は、電磁弁制御装置の部品点数削減を目的としている。
第1発明の電磁弁制御装置は、コンデンサの充電電圧がバッテリ電圧よりも高い所定電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段と、電磁弁のコイルへの通電期間の開始時から所定の放電時間だけオンされることで、前記コイルの上流側に前記コンデンサを接続させて、前記コンデンサから前記コイルに放電させる放電スイッチと、前記バッテリ電圧が供給される電源ラインと前記コイルの上流側との間に、直列に設けられ、前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記コイルに一定の電流を流すために所定のスイッチング周期でオン/オフされる定電流スイッチと、マイコンと、を備える。
そして、マイコンは、放電時間算出手段と、放電制御手段と、オン時間算出手段と、定電流制御手段との、各々として機能する。
放電時間算出手段は、前記コンデンサの充電電圧を検出すると共に、前記コンデンサから前記コイルへの放電電流の最大値を目標最大値にするための、前記放電時間である目標放電時間を、前記充電電圧の検出値に基づいて算出する手段である。
そして、放電制御手段は、前記通電期間の開始時から、前記放電時間算出手段により算出された前記目標放電時間だけ、前記放電スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、最大値が前記目標最大値となる放電電流を流す手段である。
また、オン時間算出手段は、前記バッテリ電圧を検出すると共に、前記一定の電流を目標電流にするための、前記定電流スイッチの前記スイッチング周期あたりのオン時間である目標オン時間を、前記バッテリ電圧の検出値に基づいて算出する手段である。
そして、定電流制御手段は、前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記定電流スイッチを、「前記オン時間算出手段により算出された前記目標オン時間/前記スイッチング周期」のデューティ比でオン/オフさせることにより、前記コイルに前記目標電流を流す手段である。尚、定電流スイッチを、「目標オン時間/スイッチング周期」のデューティ比でオン/オフさせるということは、スイッチング周期あたりに目標オン時間だけオンさせるということである。
このような電磁弁制御装置によれば、マイコンとは別に、放電スイッチ及び定電流スイッチのオン/オフを制御するための専用回路を設ける必要がないため、部品点数を削減することができ、延いては装置の小形化を実現することができる。
そして、マイコンは、充電電圧の検出値に基づいて、コイルへの放電電流の最大値を目標最大値にするための、放電スイッチのオン時間である目標放電時間を決定する。更に、マイコンは、バッテリ電圧の検出値に基づいて、コイルに一定の目標電流を流すための、定電流スイッチのスイッチング周期あたりのオン時間である目標オン時間を決定している。このため、充電電圧とバッテリ電圧が変化したとしても、目標最大値となる放電電流をコイルに流すことができ、その後は、コイルに目標電流を流すことができる。よって、コイルに流す電流の制御精度も確保することができる。
実施形態の燃料噴射制御装置を示す構成図である。 マイコンの動作概要を説明する説明図である。 駆動制御処理を表すフローチャートである。 放電時間算出処理を表すフローチャートである。 第1学習処理を表すフローチャートである。 定数c,d算出用情報のうち、放電電流の増加傾きを検出する手順を説明する説明図である。 第2学習処理を表すフローチャートである。 オフセット値b算出用情報を検出する手順を説明する説明図である。 オン時間算出処理を表すフローチャートである。 コイル電流の波形を表す図である。 目標オン時間を算出する式の導出を説明するための説明図である。 第3学習処理を表すフローチャートである。 平均電流の検出手法を説明するための説明図である。
以下に、本発明の電磁弁制御装置が適用された実施形態の燃料噴射制御装置について、図面を用い説明する。尚、本実施形態の燃料噴射制御装置は、車両に搭載された多気筒(この例では4気筒)エンジンの各気筒#1〜#4に燃料を噴射供給する4個の電磁ソレノイド式インジェクタ(以下、電磁弁という)を駆動するものであり、その各電磁弁のコイルへの通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒#1〜#4への燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を制御する。また、エンジンは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンの何れでもよい。また、本実施形態において、スイッチとして使用しているスイッチング素子は、例えばMOSFETであるが、バイポーラトランジスタやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の他種類のスイッチング素子でも良い。
図1に示すように、燃料噴射制御装置1は、電磁弁3のコイル5の一端(上流側)が接続される端子CMと、コイル5の他端(下流側)が接続される端子INJと、端子INJに一方の出力端子が接続されたスイッチング素子である気筒選択スイッチ7と、気筒選択スイッチ7の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続された電流検出用の抵抗9と、を備える。
電磁弁3は、常閉式の電磁弁である。電磁弁3では、コイル5に通電されると、図示しない弁体(いわゆるノズルニードル)が開弁位置に移動し(換言すれば、リフトし)、燃料噴射が行われる。また、コイル5の通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止される。
尚、図1では、4個の電磁弁3のうち、第N気筒#N(Nは1〜4の何れか)に対応する1つの電磁弁3だけを示しており、以下では、その1つの電磁弁3の駆動及びその1つの電磁弁3による燃料噴射に関して説明する。実際には、端子CMは、各気筒の電磁弁3について共通の端子となっており、その端子CMに、各電磁弁3のコイル5がそれぞれ接続されている。また、端子INJ及び気筒選択スイッチ7は、各電磁弁3について(換言すれば、各気筒について)それぞれ備えられている。気筒選択スイッチ7は、駆動対象の電磁弁3(換言すれば、噴射対象の気筒)を選択するためのスイッチング素子である。
更に、燃料噴射制御装置1は、電源電圧としての車載バッテリの電圧(バッテリ電圧)VBが供給される電源ラインLpに一方の出力端子が接続されたスイッチング素子である定電流スイッチ11と、定電流スイッチ11の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記端子CMに接続された逆流防止用のダイオード13と、アノードがグランドラインに接続され、カソードが端子CMに接続された電流還流用のダイオード15と、昇圧回路17とを備える。
ダイオード15は、気筒選択スイッチ7がオンされている状態で定電流スイッチ11がオンからオフされた時に、コイル5に電流を還流させる。
昇圧回路17は、コンデンサ19を備えた周知のDC/DCコンバータである。コンデンサ19には、電磁弁3の弁体を開弁方向へ速やかに動かすため(即ち、電磁弁3の開弁を速めるため)の電気エネルギが蓄積される。そして、昇圧回路17は、バッテリ電圧VBを昇圧し、その昇圧した電圧でコンデンサ19を充電することにより、コンデンサ19の充電電圧VCがバッテリ電圧VBよりも高い所定の目標電圧となるようにする。
また、燃料噴射制御装置1は、コンデンサ19の正極側を端子CMに接続させてコンデンサ19からコイル5に放電させるスイッチング素子である放電スイッチ21と、アノードが端子INJに接続され、カソードがコンデンサ19の正極側に接続されたエネルギ回収用のダイオード23と、気筒選択スイッチ7、定電流スイッチ11及び放電スイッチ21を制御することで、コイル5に流す電流を制御するマイコン(マイクロコンピュータ)25と、を備える。
更に、燃料噴射制御装置1は、マイコン25からの駆動信号に応じて気筒選択スイッチ7をオン/オフさせる駆動回路27と、マイコン25からの駆動信号に応じて定電流スイッチ11をオン/オフさせる駆動回路29と、マイコン25からの駆動信号に応じて放電スイッチ21をオン/オフさせる駆動回路31と、抵抗9の上流側に生じる電圧であって、コイル電流(コイル5に流れる電流)に応じた電圧の電流検出信号を、入力信号とするローパスフィルタとしての積分回路33と、コンデンサ19の充電電圧VCをマイコン25が入力可能な範囲(本実施形態では例えば0〜5Vの範囲)の電圧に分圧し、その分圧電圧(分圧後の電圧)をマイコン25に入力させる分圧回路35と、バッテリ電圧VBをマイコン25が入力可能な範囲の電圧に分圧し、その分圧電圧をマイコン25に入力させる分圧回路37と、を備えている。積分回路33は、例えば抵抗49とコンデンサ50からなり、その積分回路33の出力信号はマイコン25に入力される。
マイコン25は、プログラムを実行するCPU41、プログラムや固定のデータ等が記憶されたROM43、CPU41による演算結果等が記憶されるRAM45、A/D変換器(ADC)47等を備えている。マイコン25において、積分回路33から入力される電圧検出信号や、分圧回路35,37から入力される分圧電圧は、A/D変換器47によりA/D変換される。
次に、マイコン25の動作概要について、図2を用い説明する。尚、マイコン25の動作は、CPU41がROM43内のプログラムを実行することで実現される。
マイコン25は、エンジン回転数Ne、アクセル開度ACC、エンジン水温THWなど、各種センサにて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に、電磁弁3のコイル5への通電期間を決定する。具体的には、通電開始タイミングと通電時間を決定する。通電開始タイミングは、燃料噴射の開始タイミングから決定され、通電時間は、燃料噴射量から決定される。
そして、図2に示すように、マイコン25は、決定した通電期間の間、気筒選択スイッチ7をオンさせる。更に、マイコン25は、通電期間の開始時から目標放電時間tpだけ放電スイッチ21オンさせる。
そして、放電スイッチ21がオンすると、コンデンサ19からコイル5に放電される。つまり、「コンデンサ19→放電スイッチ21→コイル5→気筒選択スイッチ7→抵抗9→グランドライン」の経路で電流が流れる。このようなコンデンサ19の放電に際し、高電位となる端子CM側から電源ラインLp側への回り込みは、ダイオード13によって防止される。尚、以下の説明において、放電電流とは、コンデンサ19からコイル5に放電される電流であり、コンデンサ19からコイル5への放電によるコイル電流でもある。
また、目標放電時間tpは、通電期間の開始時(換言すれば、コイル5への通電開始時)から、その目標放電時間tpが経過したときに、コイル電流が放電電流の目標最大値Ipとなるように、マイコン25により設定されている。目標放電時間tpの設定ついては、後で説明する。
マイコン25は、通電期間の開始時から目標放電時間tpが経過すると、放電スイッチ21をオフさせる。
そして、マイコン25は、通電期間のうち、放電スイッチ21をオフさせた後の残りの期間においては、定電流スイッチ11を所定のスイッチング周期Tでオン/オフさせるスイッチング制御を行うことにより、コイル5に、上記目標最大値Ipよりも小さい一定の電流を流す。
定電流スイッチ11のオン時には、バッテリ電圧VB(電源ラインLp)からコイル5に電流が流れる。つまり、「電源ラインLp→定電流スイッチ11→ダイオード13→コイル5→気筒選択スイッチ7→抵抗9→グランドライン」の経路で電流が流れる。また、定電流スイッチ11のオフ時には、コイル5に、グランドライン側からダイオード15を介して電流が流れる(還流する)。このため、コイル電流は、定電流スイッチ11のオン時において徐々に増加し、定電流スイッチ11のオフ時において徐々に減少する(図10も参照)。
また、定電流スイッチ11は、マイコン25により、スイッチング周期Tあたりに所定の目標オン時間tgだけオンされる。つまり、定電流スイッチ11は、スイッチング周期Tを1周期とし、「tg/T」のデューティ比でオン/オフされる。そして、その目標オン時間tgは、定電流スイッチ11のオン/オフによるコイル電流が目標電流(詳しくは、目標の平均電流)となるように、マイコン25により設定されている。目標オン時間tgの設定についても、後で説明する。
その後、マイコン25は、通電期間が終了すると、定電流スイッチ11をオフのままにすると共に、気筒選択スイッチ7もオフさせる。すると、コイル5への通電が停止して電磁弁3が閉弁し、その電磁弁3による燃料噴射が終了される。また、気筒選択スイッチ7及び定電流スイッチ11がオフされると、コイル5にフライバックエネルギが発生するが、そのフライバックエネルギは、エネルギ回収経路をなすダイオード23を通じて、コンデンサ19へ電流の形で回収される。
尚、定電流スイッチ11のオン/オフによってコイル5に流す一定の電流としては、図2に示すように、ピックアップ電流とホールド電流とがある。ピックアップ電流は、コンデンサ19からコイル5への放電電流によってリフトした電磁弁3の弁体を、開弁位置へと確実に移動させるため(即ち、確実な開弁を実現するため)の電流である。また、ホールド電流は、ピックアップ電流よりも小さい電流であり、電磁弁3の開弁保持に最低限必要な電磁力を発生させるための電流である。つまり、コイル5に流す一定の電流を、大小2種類の値に切り換えるようになっている。但し、以下では、説明を簡略化するため、コイル5に流す一定の電流が、1種類であって、例えばピックアップ電流であるとして説明するが、ホールド電流の方についても、ピックアップ電流について述べる制御手法と同様の制御手法が適用される。
ここで、マイコン25が気筒選択スイッチ7、定電流スイッチ11及び放電スイッチ21を制御するために行う駆動制御処理の内容をまとめると、図3のようになる。
マイコン25は、通電期間の開始タイミングが到来すると、図3の駆動制御処理を開始し、S10にて、気筒選択スイッチ7をオンさせ、次のS20にて、放電スイッチ21もオンさせる。
そして、マイコン25は、次のS30にて、既に設定している目標放電時間tpが経過するまで待ち、目標放電時間tpが経過したと判定すると、S40に進んで、放電スイッチ21をオフさせる。
その後、マイコン25は、S50にて、定電流スイッチ11をオン/オフさせるスイッチング制御を行う。そのスイッチング制御では、定電流スイッチ11をスイッチング周期Tあたりに目標オン時間tgだけオンさせる。そして、マイコン25は、次のS60にて、通電期間が終了したか否かを判定し、通電期間が終了していなければ、S50に戻って、引き続き定電流スイッチ11のスイッチング制御を行う。
また、マイコン25は、S60にて、通電期間が終了したと判定すると、S70に進み、定電流スイッチ11をオフさせたままにすると共に、気筒選択スイッチ7をオフさせ、その後、当該駆動制御処理を終了する。
次に、上記駆動制御処理で用いる目標放電時間tpと目標オン時間tgとの、マイコン25による設定手法について説明する。
〔目標放電時間tpの設定について〕
マイコン25は、目標放電時間tpを算出するための処理として、図4の放電時間算出処理を行う。尚、放電時間算出処理は、例えば、電磁弁3を駆動する前(換言すれば、燃料噴射を実施する前であり、コイル5への通電を開始する前)毎に実行される。
図4に示すように、マイコン25は、放電時間算出処理では、まずS110にて、コンデンサ19の充電電圧VCを検出する。尚、マイコン25は、分圧回路35から入力される分圧電圧をA/D変換することにより、充電電圧VCを検出する。
そして、マイコン25は、次のS120にて、充電電圧VCの検出値を、下記の式1に代入することで、係数aを算出する。
a=1/(c×VC+d)…式1
係数aは、放電電流の増加傾きの逆数である。つまり、式1は、放電電流の増加傾きの逆数である係数aと充電電圧VCとの関係を表す係数算出式であり、式Aと同じ内容の式である。また、式1におけるcとdとの各々は、既に学習して算出している定数であり、後述する図5の第1学習処理によって更新される。
そして、マイコン25は、次のS130にて、S120で算出した係数aを、下記の式2に代入することにより、目標放電時間tpを算出し、その後、当該放電時間算出処理を終了する。このS130で算出した目標放電時間tpが駆動制御処理で用いられる。
tp=a×Ip+b…式2
尚、式2におけるIpは、放電電流の目標最大値である。また、式2におけるbは、既に学習して算出しているオフセット値であり、後述する図7の第2学習処理によって更新される。
つまり、マイコン25は、放電電流と放電スイッチ21のオン時間とが一次関数の関係にあると仮定した式2により、放電電流の最大値を目標最大値Ipにすることのできる目標放電時間tpを算出するが、その式2における係数aを、充電電圧VCの検出値を用いて式1から算出している。
〈式1における定数c,dの算出について〉
マイコン25は、電磁弁3を駆動する前の充電電圧VCの検出値と、電磁弁3を駆動した際における放電電流の増加傾きの検出値とから、式1における定数c,dを算出して更新する。
具体的には、マイコン25は、定数c,dを算出するための処理として、図5の第1学習処理を行う。この第1学習処理は、例えば一定時間毎に実行される。
図5に示すように、マイコン25は、第1学習処理を開始すると、まずS210にて、定数c,dを算出するための情報(以下、定数c,d算出用情報という)を収集すべき情報収集タイミングが到来したか否かを判定する。
例えば、前回の情報収集タイミングから所定のインターバル時間が経過していれば、情報収集タイミングが到来したと判定する。また例えば、前回の情報収集タイミングから所定回数だけ電磁弁3を駆動したなら(つまり電磁弁3による燃料噴射を実施したなら)、情報収集タイミングが到来したと判定するようになっていても良い。また例えば、電磁弁3による燃料噴射を実施する前毎に、情報収集タイミングが到来したと判定するようになっていても良い。情報収集タイミングは任意に設定することができる。
そして、マイコン25は、S210にて情報収集タイミングが到来していないと判定した場合には、そのまま当該第1学習処理を終了するが、情報収集タイミングが到来したと判定した場合には、S220に進む。
マイコン25は、S220では、今から最初に実施する燃料噴射(以下、今回噴射という)のための電磁弁3の駆動開始タイミングよりも微小な所定時間だけ前の電圧検出タイミングまで待ち、その電圧検出タイミングにて、充電電圧VCを検出する。
更に、S220では、今回噴射のために電磁弁3を駆動した際の放電電流の増加傾きを検出する。具体的には、図6に示すように、マイコン25は、放電スイッチ21をオンさせている期間中の既知の2つの時点ta,tbにて、コイル電流(この場合は放電電流)を検出する。そして、2つの時点ta,tbでのコイル電流の差ΔIを、2つの時点ta,tbの時間差Δtで割った値を、放電電流の増加傾きkとして算出する。
そして、S220では、検出した充電電圧VCと増加傾きkとを、定数c,d算出用情報としてRAM45等のメモリに記憶する。
尚、マイコン25は、積分回路33から入力される電圧検出信号をA/D変換することにより、コイル電流を検出する。また、マイコン25は、積分回路33を介さずに入力される電圧検出信号をA/D変換することにより、コイル電流を検出しても良い。
次にマイコン25は、S230にて、定数c,dの算出タイミングであるか否かを判定する。例えば、S220の処理が1回以上の所定回数だけ行われる毎に、定数c,dの算出タイミングであると判定する。定数c,dの算出タイミングも任意に設定することができる。
そして、マイコン25は、S230にて定数c,dの算出タイミングであると判定しなければ、そのまま当該第1学習処理を終了するが、定数c,dの算出タイミングであると判定した場合には、S240に進む。
マイコン25は、S240では、例えば今回のS220と前回のS220とで検出されてRAM45等のメモリに記憶された2組の充電電圧VC及び増加傾きkを用いて、定数c,dを算出する。具体的には、2組の充電電圧VC及び増加傾きkのうち、一方の組をVC1,k1とし、他方の組をVC2,k2とすると、マイコン25は、式1を変形した下記の式3,4の連立方程式から、定数cと定数dを算出する。
k1=c×VC1+d…式3
k2=c×VC2+d…式4
そして、マイコン25は、算出した定数cと定数dを、図4のS120で係数aを算出するのに用いる定数c,d(即ち、式1におけるc,d)として設定し直し、その後、当該第1学習処理を終了する。
尚、S220とS240の処理を各燃料噴射について行えば、定数c,dを最大の頻度で更新することとなる。
〈式2におけるオフセット値bの算出について〉
マイコン25は、電磁弁3を駆動するために放電スイッチ21をオンしてから所定時間が経過したときの放電電流の検出値と、その所定時間と、既に算出している係数aとから、オフセット値bを算出して更新する。
具体的には、マイコン25は、オフセット値bを算出するための処理として、図7の第2学習処理を行う。この第2学習処理は、例えば一定時間毎に実行される。
図7に示すように、マイコン25は、第2学習処理を開始すると、まずS250にて、オフセット値bを算出するための情報(以下、オフセット値b算出用情報という)を収集すべき情報収集タイミングが到来したか否かを判定する。
例えば、図5のS210と同様に、前回の情報収集タイミングから所定のインターバル時間が経過していれば、情報収集タイミングが到来したと判定する。また例えば、前回の情報収集タイミングから所定回数だけ電磁弁3を駆動したなら、情報収集タイミングが到来したと判定するようになっていても良い。また例えば、電磁弁3による燃料噴射を実施する前毎に、情報収集タイミングが到来したと判定するようになっていても良い。このS250で判定する情報収集タイミングも任意に設定することができる。
そして、マイコン25は、S250にて情報収集タイミングが到来していないと判定した場合には、そのまま当該第2学習処理を終了するが、情報収集タイミングが到来したと判定した場合には、S260に進む。
マイコン25は、S260では、例えば、今から最初に実施する燃料噴射である今回噴射について、図8に示すように、放電スイッチ21をオンしてから既知の所定時間tn(<tp)が経過したときの放電電流Inを検出し、その検出した放電電流Inを、オフセット値b算出用情報としてRAM45等のメモリに記憶する。
次にマイコン25は、S270にて、オフセット値bの算出タイミングであるか否かを判定する。例えば、S260の処理が1回以上の所定回数だけ行われる毎に、オフセット値bの算出タイミングであると判定する。オフセット値bの算出タイミングも任意に設定することができる。
そして、マイコン25は、S270にてオフセット値bの算出タイミングであると判定しなければ、そのまま当該第2学習処理を終了するが、オフセット値bの算出タイミングであると判定した場合には、S280に進む。
マイコン25は、S280では、例えば今回のS260で検出した放電電流Inと、上記所定時間tnと、既に算出している現在の係数aとを、式2を変形した下記の式5に代入して、オフセット値bを算出する。
b=tn−a×In…式5
そして、マイコン25は、算出したオフセット値bを、図4のS130で目標放電時間tpを算出するのに用いるオフセット値b(即ち、式2におけるb)として設定し直し、その後、当該第2学習処理を終了する。
他の例として、S280では、複数回の当該S280で算出したオフセット値bの平均値を、式2で用いるオフセット値bとして算出しても良い。
また他の例として、S260では、放電スイッチ21をオンしてから複数通り(この例では2通りとする)の既知の時間t1,t2がそれぞれ経過したときの各放電電流I1,I2を検出する。そして、S280では、式5に時間t1と放電電流I1を代入して算出したオフセット値b1と、式5に時間t2と放電電流I2を代入して算出したオフセット値b2との、例えば平均値を、式2で用いるオフセット値bとして算出しても良い。
尚、S260とS280の処理を各燃料噴射について行えば、オフセット値bを最大の頻度で更新することとなる。
〔目標オン時間tgの設定について〕
マイコン25は、定電流スイッチ11のスイッチング制御における目標オン時間tgを算出するための処理として、図9のオン時間算出処理を行う。尚、オン時間算出処理は、例えば、一定時間毎に実行されるが、各燃料噴射の前毎に実行しても良い。
図9に示すように、マイコン25は、オン時間算出処理では、まずS310にて、バッテリ電圧VBを検出する。尚、マイコン25は、分圧回路37から入力される分圧電圧をA/D変換することにより、バッテリ電圧VBを検出する。
そして、マイコン25は、次のS320にて、バッテリ電圧VBの検出値を、下記の式6に代入することで、目標オン時間tgを算出し、その後、当該オン時間算出処理を終了する。このS320で算出した目標オン時間tgが駆動制御処理で用いられる。
tg=(Ig×R×T+Vf×T)/VB…式6
式6は、目標オン時間tgとバッテリ電圧VBとの関係を表すオン時間算出式であり、式Bと同じ内容の式である。そして、式6において、Igは、定電流スイッチ11のオン/オフによってコイル5に流す目標電流(目標の平均電流)であり、Tは、定電流スイッチ11のスイッチング周期である(図2,図10参照)。また、式6において、Rは、コイル5に電流を流す電流回路の抵抗値(以下、回路抵抗値という)であり、Vfは、その電流回路上に設けられているダイオード(具体的には、ダイオード13又はダイオード15)の順方向電圧である。また、式6における回路抵抗値Rは、既に学習して算出している値であり、後述する図12の第3学習処理によって更新される。
次に、式6の導出について説明する。
まず、定電流スイッチ11のオン/オフによってコイル5に一定の電流を流すための回路は、図11の上側に示す定電流回路51となる。尚、図11において、符号「53」が付されたものは、バッテリであり、符号「5r」が付されたものは、コイル5の抵抗である。また、その定電流回路51において、一点鎖線の矢印は、定電流スイッチ11のオン時におけるコイル電流の経路であり、二点鎖線の矢印は、定電流スイッチ11のオフ時におけるコイル電流の経路である。
そして、定電流回路51は、図11の下側に示すモデル回路52に置き換えることができる。そのモデル回路52において、符号「54」が付されたものは、ダイオード13又はダイオード15であり、符号「55」が付されたものは、コイル5のインダクタンスであり、符号「56」が付されたものは、コイル5に電流を流す電流回路の抵抗(以下、回路抵抗という)である。回路抵抗56には、コイル5の抵抗5rと、気筒選択スイッチ7のオン抵抗と、抵抗9と、電流回路を形成する配線の抵抗とが含まれる。その回路抵抗56の値(抵抗値)が、式6における回路抵抗値Rである。また、ダイオード54の順方向電圧が、式6におけるVfである。
そして、モデル回路52を数式化すると、下記の式7〜式9となる。
Figure 0005870956
尚、式7〜式9における各英字の意味は、下記の通りである。
ion(t):定電流スイッチ11のオン時のコイル電流(図10参照)。
ioff(t):定電流スイッチ11のオフ時のコイル電流(図10参照)。
Imax:コイル電流の極大値(図10参照)。
Imin:コイル電流の極小値(図10参照)。
Iave:コイル電流の平均値である平均電流(図10参照)。
Vf:ダイオード54の順方向電圧。
L:インダクタンス55の値(コイル5のインダクタンス値)。
R:回路抵抗56の値(回路抵抗値)。
VB:バッテリ電圧。
T:定電流スイッチ11のスイッチング周期。
ton:定電流スイッチ11のスイッチング周期Tあたりのオン時間。
そして、式8,式9の各々を式7に代入すると、下記の式10が得られる。
Figure 0005870956
そして、式10における「Iave」を目標電流Igに置き換えると共に、式10における「ton」を目標オン時間tgに置き換えて、その式10を変形すると、式6になる。
〈式6における回路抵抗値Rの算出について〉
マイコン25は、回路抵抗値Rを算出するための処理として、図12の第3学習処理を行う。この第3学習処理は、例えば一定時間毎に実行される。
図12に示すように、マイコン25は、第3学習処理を開始すると、まずS410にて、回路抵抗値Rを算出するための情報(以下、回路抵抗値R算出用情報という)を収集すべき情報収集タイミングが到来したか否かを判定する。このS410で判定する情報収集タイミングも、図5,図7のS210,S250で判定する情報収集タイミングと同様である。
そして、マイコン25は、S410にて情報収集タイミングが到来していないと判定した場合には、そのまま当該第3学習処理を終了するが、情報収集タイミングが到来したと判定した場合には、S420に進む。
マイコン25は、S420では、例えば、今から最初に実施する燃料噴射である今回噴射について、定電流スイッチ11をオン/オフさせたことによりコイル5に流れた電流の平均値である平均電流Iaveを検出する。更に、今回噴射を実施した際のバッテリ電圧VBも検出する。そして、検出した平均電流Iaveとバッテリ電圧VBとを、回路抵抗値R算出用情報としてRAM45等のメモリに記憶する。
次にマイコン25は、S430にて、回路抵抗値Rの算出タイミングであるか否かを判定する。例えば、S420の処理が1回以上の所定回数だけ行われる毎に、回路抵抗値Rの算出タイミングであると判定する。回路抵抗値Rの算出タイミングも任意に設定することができる。
そして、マイコン25は、S430にて回路抵抗値Rの算出タイミングであると判定しなければ、そのまま当該第3学習処理を終了するが、回路抵抗値Rの算出タイミングであると判定した場合には、S440に進む。
マイコン25は、S440では、例えば今回のS420で検出した平均電流Iave及びバッテリ電圧VBと、定電流スイッチ11のスイッチング制御に用いた目標オン時間tgとを、下記の式11に代入することにより、回路抵抗値Rを算出する。
R=(VB×tg−Vf×T)/(T×Iave)…式11
この式11は、式10における「ton」を、定電流スイッチ11のスイッチング制御に用いた目標オン時間tgに置き換えて、その式10を変形した式である。そして、式11は、式Cと同じ内容の式である。
そして、マイコン25は、算出した回路抵抗値Rを、図9のS320で目標オン時間tgを算出するのに用いる回路抵抗値R(即ち、式6におけるR)として設定し直し、その後、当該第3学習処理を終了する。
尚、S420とS440の処理を各燃料噴射について行えば、回路抵抗値Rを最大の頻度で更新することとなる。
また、積分回路33の時定数をある程度大きく設定しておけば、マイコン25は、S420では、定電流スイッチ11のスイッチング制御中に、積分回路33から入力される電圧検出信号を1回A/D変換することで、実際の平均電流Iaveを検出することができる。積分回路33からマイコン25に入力される電圧検出信号が平均電流Iaveを表す電圧になるからである。尚、A/D変換の実施回数は複数回でも良く、その場合は、各A/D変換値の平均値を、平均電流Iaveの検出値として算出すれば良い。
また、積分回路33の時定数を小さく設定した場合、あるいは、電流検出信号をマイコン25へ積分回路33を介さずに入力する構成を採った場合、マイコン25は、S420では、電流検出信号を複数回A/D変換し、その各A/D変換値の平均値を、平均電流Iaveの検出値として算出すれば良い。そして、その場合、マイコン25は、例えば、図13における黒丸印(●)で示すように、電流検出信号を一定時間毎にA/D変換したり、図13における白丸印(○)で示すように、コイル電流が極大値と極小値との各々になるタイミング(具体的には、定電流スイッチ11のオン/オフを切り換えるタイミング)で、電流検出信号をA/D変換したりすれば良い。
ところで、定電流スイッチ11のスイッチング周期Tあたりのオン時間tonが同じであっても、バッテリ電圧VBが変動すれば、コイル5に流れる平均電流Iaveは変わる。このため、図9のオン時間算出処理で目標オン時間tgを算出するのに用いる式6では、バッテリ電圧VBを変数としている。そして、図9のオン時間算出処理の実行周期を短くするほど、目標オン時間tgを設定するのに用いたバッテリ電圧VBと、燃料噴射を実施するとき(電磁弁3を駆動するとき)のバッテリ電圧VBとの差が小さくなるため、燃料噴射精度(電磁弁3の制御精度)を向上させることができる。
但し、コイル5の電気特性は主にインダクタンス成分であるため、バッテリ電圧VBの変動周期が短くなるにつれて、バッテリ電圧VBの変動がコイル電流に影響しなくなる。よって、バッテリ電圧VBを検出して目標オン時間tgを更新する周期(即ち、図9のオン時間算出処理を実行する周期)としては、必要十分な値が存在する。
具体的には、バッテリ電圧VBからコイル5に電流を流す電流経路のカットオフ周波数を「fc」とすると、オン時間算出処理の実行周期は、fcをn倍(nは1以上の数)した周波数の逆数(=1/(n×fc))に設定すれば良い。尚、バッテリ電圧VBからコイル5に電流を流す電流経路は、具体的には、図11において「バッテリ53→定電流スイッチ11→ダイオード13→コイル5→気筒選択スイッチ7→抵抗9→バッテリ53」の電流経路であり、LR直列回路と見なすことができる。
そして、上記n倍のnを4にすれば更に好ましい。例えば、バッテリ電圧VBがfcで変動した場合、目標オン時間tgを設定するのに用いたバッテリ電圧VBと、燃料噴射を実施するときのバッテリ電圧VBとの差が、最大でも90度位相分の差に抑えられるからである。
以上のような燃料噴射制御装置1によれば、マイコン25とは別に、放電スイッチ21及び定電流スイッチ11や気筒選択スイッチ7のオン/オフを制御するための専用回路を設ける必要がないため、部品点数を削減することができ、延いては小形化を実現することができる。
そして、マイコン25は、充電電圧VCの検出値に基づいて、コイル5への放電電流の最大値を目標最大値Ipにするための、放電スイッチ21のオン時間である目標放電時間tpを決定する。更に、マイコン25は、バッテリ電圧VBの検出値に基づいて、コイル5に目標電流Igを流すための、定電流スイッチ11のスイッチング周期Tあたりのオン時間である目標オン時間tgを決定している。
このため、充電電圧VCとバッテリ電圧VBが変化したとしても、目標最大値Ipとなる放電電流をコイル5に流すことができ、その後は、コイル5に目標電流Igを流すことができる。よって、コイル5に流す電流の制御精度を確保することができ、延いては、燃料噴射精度を確保することができる。
また、マイコン25は、係数算出式としての式1に充電電圧VCの検出値を代入することで、放電電流の増加傾きの逆数である係数aを算出し、その算出した係数aに目標最大値Ipを乗ずることで、目標放電時間tpを算出する(式2)。このため、目標放電時間tpを、データマップなどを用いることなく簡単に求めることができ、必要なメモリ容量を抑えることができる。
また、式1における定数c,dは、予め定めた値のままでも良いが、上記実施形態において、マイコン25は、第1学習処理により、電磁弁3の実際の駆動時における充電電圧VCと放電電流の増加傾きkとから、定数c,dを算出して更新する。このため、例えばコイル5を含む電流経路の電気的特性に経時変化が生じたとしても、放電電流の制御精度(放電電流の最大値を目標最大値Ipにする精度)を維持することができる。
また、目標放電時間tpを算出する式2には、係数aに目標最大値Ipを乗じた値に対して、オフセット値bを加算する項もあるため、より正しい目標放電時間tpを算出することができる。
また、式2におけるオフセット値bは、予め定めた値のままでも良いが、上記実施形態において、マイコン25は、第2学習処理により、電磁弁3の実際の駆動時における放電電流の傾きを表す情報(所定時間tnでの放電電流In)と、既に算出している係数aとから、オフセット値bを算出して更新する。このため、例えばコイル5を含む電流経路の電気的特性に経時変化が生じたとしても、放電電流の制御精度を維持することができる。
また、マイコン25は、オン時間算出式としての式6にバッテリ電圧VBの検出値を代入することで、目標オン時間tgを算出する。このため、目標オン時間tgを、データマップなどを用いることなく簡単に求めることができ、必要なメモリ容量を抑えることができる。
また、式6における回路抵抗値Rは、予め定めた値のままでも良いが、上記実施形態において、マイコン25は、第3学習処理により、電磁弁3の実際の駆動時における平均電流Iave及びバッテリ電圧VBと、定電流スイッチ11の制御に用いた目標オン時間tgとから、回路抵抗値Rを算出して更新する。このため、例えばコイル5を含む電流経路の電気的特性に経時変化が生じたとしても、コンデンサ19からコイル5への放電後におけるコイル電流を目標電流Igにする制御精度を、維持することができる。
また、燃料噴射制御装置1には積分回路33が備えられているため、前述したように、マイコン25は、実際の平均電流Iaveを検出するための電流検出信号のA/D変換回数を、例えば1回にすることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の態様で実施することができ、前述した実施形態の構成や処理のうちの、何れかの組み合わせを変える変形や、一部を削除する変形等を行うことも可能である。また、前述した数値も一例である。
例えば、マイコン25は、目標放電時間tpを、式2からオフセット値bの加算項を削除した式(tp=a×Ip)によって算出しても良い。
また、制御対象の電磁弁は、インジェクタ以外の電磁弁であっても良い。
3…電磁弁、5…コイル、11…定電流スイッチ、17…昇圧回路、19…コンデンサ、21…放電スイッチ、25…マイコン、Lp…電源ライン

Claims (9)

  1. コンデンサ(19)の充電電圧がバッテリ電圧よりも高い所定電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段(17)と、
    電磁弁(3)のコイル(5)への通電期間の開始時から所定の放電時間だけオンされることで、前記コイルの上流側に前記コンデンサを接続させて、前記コンデンサから前記コイルに放電させる放電スイッチ(21)と、
    前記バッテリ電圧が供給される電源ライン(Lp)と前記コイルの上流側との間に、直列に設けられ、前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記コイルに一定の電流を流すために所定のスイッチング周期でオン/オフされる定電流スイッチ(11)と、
    マイコン(25)と、を備え、
    前記マイコンは、
    前記コンデンサの充電電圧を検出すると共に、前記コンデンサから前記コイルへの放電電流の最大値を目標最大値にするための、前記放電時間である目標放電時間を、前記充電電圧の検出値に基づいて算出する放電時間算出手段(S110〜S130)と、
    前記通電期間の開始時から、前記放電時間算出手段により算出された前記目標放電時間だけ、前記放電スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、最大値が前記目標最大値となる放電電流を流す放電制御手段(S20〜S40)と、
    前記バッテリ電圧を検出すると共に、前記一定の電流を目標電流にするための、前記定電流スイッチの前記スイッチング周期あたりのオン時間である目標オン時間を、前記バッテリ電圧の検出値に基づいて算出するオン時間算出手段(S310,S320)と、
    前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記定電流スイッチを、「前記オン時間算出手段により算出された前記目標オン時間/前記スイッチング周期」のデューティ比でオン/オフさせることにより、前記コイルに前記目標電流を流す定電流制御手段(S50)との、各々として機能し、
    前記放電時間算出手段は、
    前記放電電流の増加傾きの逆数である係数と前記充電電圧との関係を表す係数算出式に、前記充電電圧の検出値を代入することで、前記係数を算出し、その算出した係数に前記目標最大値を乗ずることで、前記目標放電時間を算出すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
  2. 請求項に記載の電磁弁制御装置において、
    前記係数算出式は、下記の式Aであり、
    前記マイコンは、
    前記電磁弁を駆動する前の前記充電電圧の検出値と、前記電磁弁を駆動した際における前記放電電流の増加傾きの検出値とから、下記の式Aにおける「c」と「d」を算出して更新する第1学習手段(S220,S240)としても機能すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
    係数=1/(c×充電電圧+d)…式A
  3. 請求項又は請求項に記載の電磁弁制御装置において、
    前記放電時間算出手段は、
    前記係数に前記目標最大値を乗じた値に対して、更にオフセット値を加算することで、前記目標放電時間を算出すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
  4. 請求項に記載の電磁弁制御装置において、
    前記マイコンは、
    前記電磁弁を駆動するために前記放電スイッチをオンしてから所定時間が経過したときの前記放電電流の検出値と、前記所定時間と、既に算出している前記係数とから、前記オフセット値を算出して更新する第2学習手段(S260,S280)としても機能すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
  5. コンデンサ(19)の充電電圧がバッテリ電圧よりも高い所定電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段(17)と、
    電磁弁(3)のコイル(5)への通電期間の開始時から所定の放電時間だけオンされることで、前記コイルの上流側に前記コンデンサを接続させて、前記コンデンサから前記コイルに放電させる放電スイッチ(21)と、
    前記バッテリ電圧が供給される電源ライン(Lp)と前記コイルの上流側との間に、直列に設けられ、前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記コイルに一定の電流を流すために所定のスイッチング周期でオン/オフされる定電流スイッチ(11)と、
    マイコン(25)と、を備え、
    前記マイコンは、
    前記コンデンサの充電電圧を検出すると共に、前記コンデンサから前記コイルへの放電電流の最大値を目標最大値にするための、前記放電時間である目標放電時間を、前記充電電圧の検出値に基づいて算出する放電時間算出手段(S110〜S130)と、
    前記通電期間の開始時から、前記放電時間算出手段により算出された前記目標放電時間だけ、前記放電スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、最大値が前記目標最大値となる放電電流を流す放電制御手段(S20〜S40)と、
    前記バッテリ電圧を検出すると共に、前記一定の電流を目標電流にするための、前記定電流スイッチの前記スイッチング周期あたりのオン時間である目標オン時間を、前記バッテリ電圧の検出値に基づいて算出するオン時間算出手段(S310,S320)と、
    前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記定電流スイッチを、「前記オン時間算出手段により算出された前記目標オン時間/前記スイッチング周期」のデューティ比でオン/オフさせることにより、前記コイルに前記目標電流を流す定電流制御手段(S50)との、各々として機能し、
    前記オン時間算出手段は、
    前記目標オン時間と前記バッテリ電圧との関係を表すオン時間算出式に、前記バッテリ電圧の検出値を代入することで、前記目標オン時間を算出し、
    前記オン時間算出式は、下記の式Bであること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
    目標オン時間=(Ig×R×T+Vf×T)/VB…式B
    但し、Igは、前記目標電流であり、Rは、前記コイルに電流を流す電流回路の抵抗値であり、Vfは、前記電流回路上に設けられているダイオードの順方向電圧であり、Tは、前記スイッチング周期であり、VBは、前記バッテリ電圧である。
  6. 請求項に記載の電磁弁制御装置において、
    前記マイコンは、
    前記定電流制御手段が前記定電流スイッチをオン/オフさせたことによって前記コイルに流れた電流の平均値である平均電流の検出値と、前記バッテリ電圧の検出値と、前記定電流制御手段が前記定電流スイッチの制御に用いた前記目標オン時間とを、下記の式Cに代入することにより、前記式BにおけるRを算出して更新する第3学習手段(S420,S440)としても機能すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
    R=(VB×tg−Vf×T)/(T×Iave)…式C
    但し、tgは、前記目標オン時間であり、Iaveは、前記平均電流である。
  7. 請求項に記載の電磁弁制御装置において、
    前記コイルに流れる電流に応じた電圧の電流検出信号を出力する電流検出手段(9)と、
    前記電流検出信号を入力信号とする積分回路(33)とを備え、
    前記マイコンは、前記積分回路の出力信号から前記平均電流を検出すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
  8. コンデンサ(19)の充電電圧がバッテリ電圧よりも高い所定電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段(17)と、
    電磁弁(3)のコイル(5)への通電期間の開始時から所定の放電時間だけオンされることで、前記コイルの上流側に前記コンデンサを接続させて、前記コンデンサから前記コイルに放電させる放電スイッチ(21)と、
    前記バッテリ電圧が供給される電源ライン(Lp)と前記コイルの上流側との間に、直列に設けられ、前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記コイルに一定の電流を流すために所定のスイッチング周期でオン/オフされる定電流スイッチ(11)と、
    マイコン(25)と、を備え、
    前記マイコンは、
    前記コンデンサの充電電圧を検出すると共に、前記コンデンサから前記コイルへの放電電流の最大値を目標最大値にするための、前記放電時間である目標放電時間を、前記充電電圧の検出値に基づいて算出する放電時間算出手段(S110〜S130)と、
    前記通電期間の開始時から、前記放電時間算出手段により算出された前記目標放電時間だけ、前記放電スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、最大値が前記目標最大値となる放電電流を流す放電制御手段(S20〜S40)と、
    前記バッテリ電圧を検出すると共に、前記一定の電流を目標電流にするための、前記定電流スイッチの前記スイッチング周期あたりのオン時間である目標オン時間を、前記バッテリ電圧の検出値に基づいて算出するオン時間算出手段(S310,S320)と、
    前記通電期間のうち、前記放電スイッチがオフされた後の期間において、前記定電流スイッチを、「前記オン時間算出手段により算出された前記目標オン時間/前記スイッチング周期」のデューティ比でオン/オフさせることにより、前記コイルに前記目標電流を流す定電流制御手段(S50)との、各々として機能し、
    前記オン時間算出手段は、
    前記バッテリ電圧から前記コイルに電流を流す電流経路のカットオフ周波数をfcとすると、該fcをn倍(nは1以上の数)した周波数の逆数の時間毎に動作して、前記バッテリ電圧を検出すると共に前記目標オン時間を更新すること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
  9. 請求項に記載の電磁弁制御装置において、前記nは4であること、
    を特徴とする電磁弁制御装置。
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