燃料喷射阀驱动装置
技术领域
本发明涉及一种燃料喷射阀驱动装置。
本申请基于2018年12月14日向日本提出申请的特愿2018-234459号主张优先权，并引用其内容。
背景技术
例如，日本国特许第6383760号公报中公开了具备具有螺线管的燃料喷射阀的内燃机的控制装置。该日本特许第6383760号公报公开的控制装置通过驱动燃料喷射阀的螺线管来控制内燃机，具有用于切换从升压电路或电池向螺线管的电力供给状态的多个开关元件。
发明内容
根据日本特许第6383760号公报，通过切断向螺线管供给的电流，基于所述螺线管的接地电位侧端子与接地电位之间的电压，对所述阀体与所述阀座接触的时期进行检测。
然而，根据日本特许第6383760号公报，具有用于使从螺线管输出的反电动势电流经由二极管从地线向螺线管回流的回流路径，该回流路径设置有二极管。因此，二极管的Vf因反电动势电流及温度等环境因素发生变动，从而螺线管的接地电位侧端子与接地电位之间的电压发生变动，无法进行准确的闭阀检测。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，在具有螺线管的燃料喷射阀驱动装置中，通过螺线管的一侧的端子的电压变化，使能够更准确地检测燃料喷射阀的闭阀。
作为解决上述课题的手段，本发明采用以下结构。
第1发明采用以下结构：一种燃料喷射阀驱动装置，驱动具有螺线管的燃料喷射阀，具备：
第1开关元件，配置于对电池电力进行升压的升压电路与所述螺线管的一端之间；
第2开关元件，配置于电池与所述螺线管的一端之间；
第3开关元件，配置于所述螺线管的另一端与地线之间；
第4开关元件，配置于所述螺线管的一端与地线之间；以及
控制部，控制所述第1开关元件、所述第2开关元件、所述第3开关元件和所述第4开关元件的开关状态，
所述控制部在检测所述燃料喷射阀的闭阀的闭阀检测期间将所述第4开关元件设为打开状态，并基于所述螺线管的另一端的电压变化来检测所述燃料喷射阀的闭阀。
第2发明采用以下结构：在所述第1发明中，所述控制部在检测到所述第1开关元件及和所述第2开关元件成为关闭状态后，将所述第4开关元件从关闭状态成为设为打开状态。
第3发明采用以下结构：所述第1或第2发明中，所述控制部在检测到所述第4开关元件从打开状态成为关闭状态后，将上述第1开关元件或上述第2开关元件从关闭状态设为打开状态。
第4发明采用以下结构：所述第1发明-第3发明的任意一个发明中，所述第4开关元件是场效应晶体管，所述控制部基于所述第4开关元件的栅极电压，来检测所述第4开关元件成为关闭状态。
第5发明采用以下结构：所述第1发明-第4发明的任意一个发明中，基于共同连接于所述第1开关元件和所述第2开关元件的螺线管侧的配线的电压，来检测上述第1开关元件和上述第2开关元件成为关闭状态。
第6发明采用以下结构：所述第1发明-第4发明的任意一个发明中，所述第1开关元件和上述第2开关元件是场效应晶体管，所述控制部基于连接于所述第1开关元件的栅极端子和上述第2开关元件的栅极端子的配线的电压，来检测所述第1开关元件或者所述第2开关元件成为关闭状态。
第7发明采用以下结构：所述第1发明-第6发明的任意一个发明中，过电流检测用电阻器，配置于所述第1开关元件的源极端子和所述第2开关元件的源极端子的连接部位、与所述螺线管的一端和所述第4开关元件的漏极端子的连接部位之间。
发明效果
根据本发明，将第1开关元件和第2开关元件设为关闭状态，将第4开关元件设为打开状态，由此，能够使在螺线管发生的反电动势电流向螺线管回流，进而，螺线管的一端侧保持在地线的基准电位。结果，与一端侧不保持在基准电位的情况相比，能够更加准确地检测燃料喷射阀的闭阀。因此，根据本发明，在具有螺线管的燃料喷射阀驱动装置中，通过螺线管的一侧的端子的电压变化，能够更加准确地检测燃料喷射阀的闭阀。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的燃料喷射阀驱动装置的概略结构图。
图2是表示螺线管的另一端的电压变化的曲线。
图3A是表示在将第4半导体开关从打开状态切换为关闭状态、并将第2半导体开关从关闭状态设为打开状态的情况下的电压变化的时序图。
图3B是表示在将第2半导体开关从打开状态切换为关闭状态、并将第4半导体开关从关闭状态设为打开状态的情况下的电压变化的时序图。
图4是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料喷射阀驱动装置的动作的时序图。
附图标记说明
1…升压电路
2…第1半导体开关(第1开关元件)
3…第2半导体开关(第2开关元件)
4…第3半导体开关(第3开关元件)
5…第4半导体开关(第4开关元件)
6…电流检测用电阻器
7…逆流防止二极管
8…控制部
G…地线
L…螺线管
S…燃料喷射阀驱动装置
10…升压再生二极管
11…过电流检测用电阻器
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的燃料喷射阀驱动装置的一实施方式进行说明。
图1是本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S的概略结构图。如图1所示，本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S是驱动燃料喷射阀的螺线管L的驱动装置，通过将从外部的电池供给的电力基于从外部输入的指令信号向螺线管L供给，从而驱动燃料喷射阀。
如图1所示，燃料喷射阀驱动装置S具备：升压电路1、第1半导体开关2(第1开关元件)、第2半导体开关3(第2开关元件)、第3半导体开关4(第3开关元件)、第4半导体开关5(第4开关元件)、电流检测用电阻器6、逆流防止二极管7、控制部8、升压再生二极管10以及过电流检测用电阻器11。
升压电路1是将从搭载于车辆的电池输入的电力升压至规定的目标电压的斩波电路。该升压电路1的升压比为例如2～10左右，由控制部8内的升压控制部8a控制。
第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4及第4半导体开关5是场效应晶体管，栅极端子连接于控制部8，被设为能够由控制部8控制开关状态。在本实施方式中，第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4及第4半导体开关5使用MOS晶体管，如图1所示，各自具有寄生二极管。
第1半导体开关2配置于升压电路1的输出端与螺线管L的一端(更准确地说是螺线管线圈的一端)之间。即，在该第1半导体开关2中，漏极端子连接于升压电路1的输出端，源极端子连接于螺线管L的一端，并且，栅极端子连接于控制部8的Ipeak控制部8b。如上所述的第1半导体开关2的开关状态由Ipeak控制部8b控制。
第2半导体开关3配置于电池与螺线管L的一端(螺线管线圈的一端)之间。即，在该第2半导体开关3中，漏极端子经由逆流防止二极管7连接于电池，源极端子连接于螺线管L的一端，并且，栅极端子连接于控制部8的Ihold控制部8c。如上所述的第2半导体开关3的开关状态由Ipeak控制部8b控制。
第3半导体开关4配置于螺线管L的另一端(螺线管线圈的另一端)与地线G(基准电位)之间。即，在该第3半导体开关4中，漏极端子连接于螺线管L的另一端，源极端子经由电流检测用电阻器6连接于地线G，并且，栅极端子连接于控制部8的INJ开关控制部8d。如上所述的第3半导体开关4的开关状态由INJ开关控制部8d控制。
第4半导体开关5配置于螺线管L的一端(螺线管线圈的一端)与地线G之间。即，在该第4半导体开关5中，漏极端子连接于螺线管L的一端，源极端子连接于地线G，栅极端子连接于控制部8的回流控制部8e。如上所述的第4半导体开关5的开关状态由回流控制部8e控制。
电流检测用电阻器6是一端连接于第3半导体开关4的源极端子，另一端连接于地线G的电流检测用的电阻器。即，电流检测用电阻器6经由第3半导体开关4串联连接于螺线管L(螺线管线圈)，流过接通至螺线管L的驱动电流。在如上所述的电流检测用电阻器6中，产生与在电流检测用电阻器6的一端与另一端之间流过的驱动电流的大小相应的电压(检测电压)。
此外，逆流防止二极管7的阴极端子连接于第2半导体开关3的漏极端子，阳极端子连接于电池的输出端。该逆流防止二极管7是用于防止升压电路1的输出电流在第1半导体开关2及第2半导体开关3均变为打开状态的情况下经由第2半导体开关3，或仅第2半导体开关3为OFF状态(关闭状态)时经由第2半导体开关3的寄生二极管流入电池的输出端而设置的辅助器件。
控制部8是基于从上位控制系统输入的指令信号控制升压电路1、第1半导体开关2、第2半导体开关3、第3半导体开关4及第4半导体开关5的集成电路(IC：IntegratedCircuit)。该控制部8作为功能部具有升压控制部8a、Ipeak控制部8b、Ihold控制部8c、INJ开关控制部8d、回流控制部8e、电流检测部8f、电压检测部8g、闭阀检测部8h。
升压控制部8a生成用于控制升压电路1的动作的的升压控制信号(PWM信号)，并向升压电路1输出。Ipeak控制部8b生成用于控制第1半导体开关2的第1栅极信号，并将第1栅极信号向第1半导体开关2的栅极端子输出。Ihold控制部8c生成用于控制第2半导体开关3的第2栅极信号，并将第2栅极信号向第2半导体开关3的栅极端子输出。INJ开关控制部8d生成用于控制第3半导体开关4的第3栅极信号，并将第3栅极信号向第3半导体开关4的栅极端子输出。回流控制部8e生成用于控制第4半导体开关5的第4栅极信号，并将第4栅极信号向第4半导体开关5的栅极端子输出。
电流检测部8f具备一对输入端，一方的输入端连接于电流检测用电阻器6的一端，另一方的输入端连接于电流检测用电阻器6的另一端。即，在电流检测用电阻器6中产生的检测电压被输入至该电流检测部8f。如上所述的电流检测部8f基于检测电压来检测(运算)驱动电流的大小。
电压检测部8g与第4半导体开关5的栅极端子连接，检测第4半导体开关5的栅极电压。电压检测部8g将第4半导体开关5的栅极电压向Ipeak控制部8b和Ihold控制部8c输出。此外，如图1所示，第1半导体开关2的源极端子与第2半导体开关3的源极端子连接，设置有连接于螺线管L的一端的公共配线部9。电压检测部8g与公共配线部9连接，检测公共配线部9的电压。电压检测部8g将公共配线部9的电压向回流控制部8e输出。
升压再生二极管10的阴极连接于升压电路1的输出端，阳极连接于第3半导体开关4的漏极端子及螺线管L的另一端。过电流检测用电阻器11配置于公共配线部9的中途部位。更详细地说，过电流检测用电阻器11被配置于公共配线部9上，且被配置于第1半导体开关2的源极端子和第2半导体开关3的源极端子的连接部位、与螺线管L的一端和第4半导体开关5的漏极端子的连接部位之间。通过设置如上所述的过电流检测用电阻器11，基于过电流检测用电阻器11的两端的电压差，能够进行第4半导体开关5的短路故障检测或喷射器端侧(螺线管L的一端侧)的接地检测。
闭阀检测部8h连接于螺线管L的另一端，在闭阀检测期间，基于螺线管L的另一端的电压变化，检测燃料喷射阀的闭阀。图2是表示对于螺线管L的驱动电流的供给停止后的螺线管L的另一端的电压变化的曲线。若停止向螺线管L供给驱动电流，则在螺线管L中产生反电动势，在螺线管L的两端产生电压差(反电动势电压)。
就如上所述的反电动势而言，回流电流经由地线G、第4半导体开关5和第4半导体开关5的寄生二极管、螺线管L、升压再生二极管10、升压电路1和电池流向地线G，主要作为热被消耗，由此，随着时间而减少，在经过一定时间后消失。开阀的燃料喷射阀的阀体与阀座碰撞而闭阀，当阀体与阀座碰撞时该电压差的减少梯度发生变化，直到如上所述的电压差消失为止。因此，闭阀检测部8h通过检测图2的曲线的拐点(由虚线部示出)，来检测燃料喷射阀的闭阀。在本实施方式中，将包括阀体与阀座碰撞的瞬间的假想时刻的前后的一定期间设为闭阀检测期间，在该期间中，回流控制部8e将第4半导体开关5设为打开状态。结果，螺线管L的一端经由第4半导体开关5连接于地线G而保持于基准电压，如图2所示，上述电压差仅在螺线管L的另一端侧产生。因此，螺线管L的另一端侧的电压变化变大，由此，拐点变得陡峭，能够由闭阀检测部8h准确地检测燃料喷射阀的闭阀。另外，回流控制部8e在基于电压检测部8g的检测结果，检测到公共配线部9的电压变低(第1半导体开关2及第2半导体开关3关闭)后，将第4半导体开关5设为打开状态。
然而，通过设置第4半导体开关5，因第1半导体开关2或第2半导体开关3与第4半导体开关5双方都成为打开状态，可能产生贯通电流。因此，在本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，Ipeak控制部8b及Ihold控制部8c在基于从电压检测部8g输入的第4半导体开关5的栅极电压，检测到第4半导体开关5从打开状态成为关闭状态后，将第1半导体开关2或第2半导体开关3从关闭状态设为打开状态。
图3A是表示在将第4半导体开关5从打开状态切换为关闭状态并将第2半导体开关3从关闭状态设为打开状态的情况下的、公共配线部9的电压、第4半导体开关5的栅极电压和第2半导体开关3的栅极电压的时间变化的时序图。另外，在图3A的说明中，设第1半导体开关2始终为关闭状态。此外，图3A是表示半导体开关开始关闭的状态和半导体开关关闭的状态的极短的时间的图。当从电压检测部8g输入的第4半导体开关5的栅极电压下降至表示第4半导体开关5成为关闭状态的第1基准电压时，等待预先设定的一定的死区时间后，Ihold控制部8c将第2半导体开关3设为打开状态。另外，在将第4半导体开关5从打开状态切换为关闭状态，并将第1半导体开关2从关闭状态设为打开状态的情况下，Ipeak控制部8b与在此说明的Ihold控制部8c进行同样的动作。
图3B是表示在将第2半导体开关3从打开状态切换为关闭状态并将第4半导体开关5从关闭状态设为打开状态的情况下的、公共配线部9的电压、第4半导体开关5的栅极电压和第2半导体开关3的栅极电压的时间变化的时序图。另外，在图3B的说明中，设第1半导体开关2始终为关闭状态。此外，图3B是表示半导体开关开始关闭的状态和半导体开关关闭的状态的极短的时间的图。在从电压检测部8g输入的公共配线部9的电压(即第2半导体开关3的源极电压)下降至第2基准电压的情况下，等待预先设定的一定的死区时间后，回流控制部8e将第4半导体开关5设为打开状态。另外，在将第1半导体开关2从打开状态切换为关闭状态，并将第4半导体开关5从关闭状态设为打开状态的情况下，Ipeak控制部8b与在此说明的Ihold控制部8c进行同样的动作。
接着，关于如上构成的燃料喷射阀驱动装置S的动作，参照图4进行说明。
通过本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S将燃料喷射阀从闭阀状态向开阀状态驱动时，如图4所示，控制部8在驱动开始时的初始期间T1将升压电路1生成的升压电压向螺线管L供给，在上述初始期间T1后的保持期间T2将电池电压向螺线管L供给。
即，在初始期间T1，Ipeak控制部8b将第1栅极信号向第1半导体开关2输出，由此，将升压电路1生成的升压电压向螺线管L的一端(螺线管线圈的一端)供给，并且INJ开关控制部8d向第3半导体开关4输出第3栅极信号，由此，经由电流检测用电阻器6，将螺线管L的另一端(螺线管线圈的另一端)连接于地线G。
结果，在初始期间T1，高电压的升压电压被供给至螺线管L，从而峰状的上升电流流向螺线管L。这种峰状的上升电流使得燃料喷射阀的开阀动作高速化。
并且，在保持期间T2，Ihold控制部8c将第2栅极信号向第2半导体开关3输出，由此，将电池电力向螺线管L的一端(螺线管线圈的一端)供给，并且INJ开关控制部8d将第3栅极信号向第3半导体开关4输出，由此，经由电流检测用电阻器6，将螺线管L的另一端(螺线管线圈的另一端)连接于地线G。
结果，在保持期间T2，电池电压被供给至螺线管L。这里，Ihold控制部8c将规定的占空比的PWM信号作为第2栅极信号向第2半导体开关3供给，因而电池电压被间歇地供给至螺线管L。此外，上述占空比基于电流检测部8f检测出的驱动电流的大小而设定。即，Ihold控制部8c通过基于电流检测部8f检测出的驱动电流的大小设定PWM信号的占空比，从而进行反馈控制，以使驱动电流的大小维持规定的目标值。
结果，维持规定的目标值的保持电流被供给至螺线管L，由此，燃料喷射阀保持开阀状态。此外，在保持期间T2，通过将上述占空比变更为2阶段，能够使保持电流阶段性变化。
此外，在初始期间T1及保持期间T2，在第1半导体开关2和第2半导体开关3均为关闭状态的期间(第1栅极信号及第2栅极信号均为低电平状态即半导体开关关闭的电压以下的期间)，第4半导体开关5被设为打开状态。另外，第3半导体开关4维持打开状态。结果，在螺线管L发生的反电动势电流经由地线G、第4半导体开关5和第4半导体开关5的寄生二极管、螺线管L、第3半导体开关4、电流检测用电阻器6流向地线G。
进而，根据本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S，将向螺线管L供给驱动电流后的一定期间设为闭阀检测期间，在该期间中，第1半导体开关2、第2半导体开关3及第3半导体开关4均被设为关闭状态，第4半导体开关5被设为打开状态。在此期间，螺线管L的另一端的电压随时间变化，因而控制部8的闭阀检测部8h基于螺线管L的另一端的电压变化检测燃料喷射阀的闭阀。
如上所述的本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，通过将第1半导体开关2和第2半导体开关3设为关闭状态，将第4半导体开关5设为打开状态，从而能够使在螺线管L发生的反电动势电流向螺线管L回流，进而，螺线管L的一端侧被箝位于地线的基准电位。结果，螺线管L的电压变化仅在螺线管L的另一端侧发生，与一端侧不被箝位于基准电位的情况相比，能够更加准确地检测燃料喷射阀的闭阀。
此外，在本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，控制部8在检测到第4半导体开关5从打开状态成为关闭状态后，将第1半导体开关2或者第2半导体开关3从关闭状态设为打开状态。因此，在将第4半导体开关5从打开状态切换为关闭状态，并将第1半导体开关2或者第2半导体开关3从关闭状态设为打开状态的情况下，能够防止贯通电流从升压电路1或者电池流向地线G。
此外，在本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，第4半导体开关5是场效应晶体管，控制部8基于第4半导体开关5的栅极电压检测第4半导体开关5从打开状态成为关闭状态。因此，根据本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S，能够可靠地检测第4半导体开关5的开关状态。
此外，在本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，控制部8在检测到第1半导体开关2及第2半导体开关3成为关闭状态后，将第4半导体开关5从关闭状态设为打开状态。因此，在将第1半导体开关2或者第2半导体开关3从打开状态切换为关闭状态，并将第4半导体开关5从关闭状态设为打开状态的情况下，能够防止贯通电流从升压电路1或者电池流向地线G。
此外，在本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S中，第1半导体开关2和第2半导体开关3是场效应晶体管，控制部8基于连接于第1半导体开关2的源极端子和第2半导体开关3的源极端子的公共配线部9的电压，检测第1半导体开关2和第2半导体开关3成为关闭状态。在第1半导体开关2和第2半导体开关3这两者成为关闭状态的情况下，公共配线部9的电压降低。因此，基于如上所述的公共配线部9的电压，能够检测到第1半导体开关2和第2半导体开关3这两者确实为关闭状态。
此外，根据本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S，第4半导体开关5成为打开状态，由此，螺线管L的一端被箝位于基准电位。因此，能够将捕获螺线管L的产生电压变化的另一端和基准电位的单端放大器内置于控制部8，并通过来自该单端放大器的输出进行闭阀检测。例如，在上述日本国特许第6383760号公报中，为了进行更加准确的闭阀检测，在控制部的外部设置高耐压的大型的差动放大器而构成有源滤波器。与此相对，根据本实施方式的燃料喷射阀驱动装置S，通过内置于控制部8的单端放大器，能够进行准确的闭阀检测，由于没有必要在控制部8之外另外设置大型的差动放大器，因而能够实现装置的小型化。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，显然，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式中所示的各构成器件的组合等是一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，通过回流路径中的升压再生二极管10及螺线管L等，反电动势主要作为热而被消耗。另外，也可以是设置于第3半导体开关4的漏极端子与栅极端子之间的齐纳二极管及二极管构成的有源箝位电路。
另外，根据螺线管的部件和各种形状，图2的曲线的拐点的梯度发生变化。
此外，若检测到公共配线部9的电压降低(第1半导体开关2和第2半导体开关3关闭)，则将第4半导体开关5设为打开状态，但若检测到第1半导体开关2的栅极电压和第2半导体开关的栅极电压低于将半导体开关设为关闭的电压(第1半导体开关2及第2半导体开关3关闭)，则也可以将第4半导体开关5设为打开状态。
例如，在上述实施方式的图4的T2期间，通过连接于螺线管的阀的反冲，切换防止阀关闭的较大的电流和阀保持打开状态所需的较小的电流，但也可以是通过连接于螺线管的阀的反冲而防止阀关闭的较大的电流的一种电流。
