JP4443817B2 - 電気式装置および該電気式装置を備えた制御システム - Google Patents
電気式装置および該電気式装置を備えた制御システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ機能やセンサ機能を備えた電気式装置およびこれを備えた制御システムに関し、特に電気式装置の個体間ばらつきの低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両の内燃機関はエンジンルーム内に搭載されたエンジンアッセンブリが各種の電気式装置を含み構成されており、電気式装置として、駆動信号を受けて作動するアクチュエータ機能を有するインジェクタ、スロットルバルブや、検出信号を出力するセンサ機能を有する各種のセンサ類がある。これらのインジェクタやセンサ類は、車室内の制御ユニットと信号線を介して接続されており、制御ユニットとで制御システムを構成している。制御ユニットが、各種のセンサの検出信号を取り込み、これに基づいて、インジェクタ等に駆動信号を出力するようになっている。
【０００３】
ところで、燃料噴射の高精度化にはインジェクタ等の部品の特性に個体間でばらつきが小さいことが重要であり、部品の生産技術等の面で多くの努力が払われているが、制御面でも種々の工夫がなされている。すなわち、インジェクタ個々について噴射特性を予め試験しておき、そのインジェクタが使われる燃料噴射制御システムの制御ユニットに、特性試験結果に基づく各インジェクタの個別のデータを記憶しておいて、その個別データに基づいて前記駆動信号を補正し、インジェクタの噴射特性のばらつきを相殺する技術がある。この技術では、インジェク個々に、その噴射特性を特定する手段が設けられることになる。例えば、個別データをコード化してインジェクタ表面に表したものがある。この例では、コードリーダによりコードを読み取り、読み取ったコードのデータを制御ユニットのＲＯＭに書き込むことで、インジェクタの個別データを制御ユニットで補正に使用可能にしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３３２１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インジェクタと、そのインジェクタの個別データが格納されたＲＯＭを有する制御ユニットとは、必ず対になるものが組み合わされなければならない。しかるに、ＲＯＭを有する制御ユニットは、エンジンルーム内に搭載されるエンジンンアッセンブリと異なり、車室内に搭載されるから、インジェクタと制御ユニットとは別の工程で組み付けられることになる。このため、インジェクタと、その個別データが格納されたＲＯＭを有する制御ユニットとが不整合になるおそれがあり、コードの読み取りやＲＯＭの書き込み時に、作業者が相当の注意負担を強いられる。
【０００６】
また、制御ユニットは市場に出てから、製品不良やシステム上の不具合の対策、レベルアップのための小変更を予定しておかねばならず、その都度、データの再書き込みが必要になるから、市場にＲＯＭライタやコードリーダ等を配備しておかなければならない。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みなされたもので、電気式装置と制御ユニットとの間の対応関係が正確となり、しかも構成が簡単な電気式装置および制御システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、端子部にて信号線を介して接続される外部の制御ユニットからの駆動信号を受けて作動するアクチュエータ機能が与えられた機能部と、該機能部の特性に応じた個別データを記憶するとともに該個別データを出力可能な個別データ記憶部とを有する、燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタである電気式装置において、
前記インジェクタである電子式装置は、前記個別データ記憶部への給電用および出力用の端子部を、前記機能部の端子部と共通に設け、前記共通の端子部を介して前記制御ユニットから入力する制御信号の種類に応じて、前記機能部若しくは個別データ記憶部のいずれかを前記端子部と接続するように切り換える切り換え手段を具備せしめる。
【０００９】
電気式装置と制御ユニットとが信号線で接続された状態で、制御ユニットが電気式装置の個別データを取り込むことになるので、制御ユニットで補正に使われる個別データと、制御ユニットに接続された電気式装置との組み合わせが正しく確定する。
【００１０】
また、端子部において、個別データ記憶部からの個別データの出力用または個別データ記憶部への給電用の端子を、機能部の駆動信号若しくは検出信号用の端子と共通化することができるので、構成を簡略化することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記端子部は１対の端子よりなり、
前記１対の端子は、前記機能部の前記駆動信号若しくは前記検出信号用の正側および負側の端子であり、
かつ、前記１対の端子のうち一方の端子は、前記個別データ記憶部および前記切り換え手段への給電用の端子とし、
前記１対の端子のうち他方の端子は、前記個別データの出力用の端子とする。
【００１２】
個別データの出力用の端子と、個別データ記憶部の給電用の端子との両方を、機能部の駆動信号若しくは検出信号用の端子と共通化できるので、さらに構成を簡略化することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、制御システムを、請求項１または２いずれか記載の電気式装置と、前記制御ユニットとからなる制御システムであって、前記制御ユニットには、前記信号線および前記電気式装置の端子部を介して給電する電源を、電圧値の異なる前記機能部の電源と前記個別データ記憶部の電源との間で切り換える電源切り換え手段を具備せしめ、
前記電気式装置の前記切り換え手段には、端子部を介して給電される電源電圧を前記制御信号として検出する電圧検出手段を具備せしめて、検出電圧の大きさにより、前記機能部と個別データ記憶部との間で前記端子部の接続先を切り換えるようにする。
【００１４】
端子部の小規模な前記電気式装置を用いて制御システムを構築することで、信号線の本数を減じることができ、制御システムの構成を簡略化することができる。
また、電源の切り換えがそのまま制御信号の種類の切り換えになるので、別途制御信号を信号線上に出力する必要がなく、さらに制御システムの構成を簡略化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。図１に本発明の電気式装置および制御システムを適用したエンジンの燃料噴射制御システムを示す。インジェクタ１１はエンジンルーム内に搭載されるエンジンアッセンブリに電気式装置の１つとして取り付けられ、例えばコモンレールからの高圧燃料を気筒内に噴射する。インジェクタ１１は、その機能部であるソレノイド３の励磁による吸引力でノズル内のニードルを昇降せしめて噴射と停止とを切り換えるアクチュエータである。１気筒分のみ図示しているが、各気筒ごとに１対１に対応して実質的に同一構成のインジェクタが設けられており、全インジェクタに共通の制御ユニットであるＥＣＵ１２と、燃料噴射制御システムを構成する。以下、インジェクタについては、説明の便宜のため、適宜、図示のインジェクタ１１についてのみ言及する。ＥＣＵ１２はエンジンルームと隔てられた車室側に搭載され、インジェクタ１１と信号線１３１，１３２により接続されている。
【００１８】
信号線１３１，１３２は基本的に各インジェクタごとに２本ずつあり、その一端部で、インジェクタ１１の１対の端子２１，２２と１対１に対応して導通、接続される。インジェクタ１１の端子部２はこの端子２１，２２のみにより構成されている。端子２１，２２と信号線１３１，１３２の一端部とは、一般的なインジェクタと同様に、インジェクタ１１の基端部でコネクタ構造にて接続される。信号線１３１，１３２は他端部ではＥＣＵ１２の端子と導通、接続される。この２本の信号線１３１，１３２のうち一方の信号線１３１は途中で集合して単一の信号線となっており、これをＥＣＵ１２が単一の端子で受けるようになっている。以下、適宜、信号線１３１をコモン信号線１３１といい、信号線１３２を気筒別信号線１３２という。
【００１９】
ＥＣＵ１２は、基本的にはマイクロコンピュータ構成のもので、ＣＰＵ６１や、ソレノイド３の駆動用の電源であるインジェクタ駆動電流生成部７１等を備えている。そして、インジェクタ１１の他、エンジンアッセンブリの各部の図示しない種々のセンサと接続されている。ＣＰＵ６１は、これらセンサに基づくスロットル開度、エンジン回転数、コモンレール内燃料圧力等の、エンジン状態の検出信号に基づいて、燃料の噴射時期および噴射量に対応するソレノイド３の駆動時期および駆動時間を演算し、演算結果に基づいて、インジェクタ駆動電流生成部７１が信号線１３１，１３２および端子部２を介して駆動信号をソレノイド３に出力する。駆動信号は、バッテリ電圧である１２Ｖや２４Ｖの電圧出力であり、出力期間中、ソレノイド３の励磁でインジェクタ１１が開弁し、燃料が噴射される。ソレノイド３への電圧出力は、インジェクタ１１の端子２１側を正として出力され、以下、適宜、端子２１を正側端子２１といい、端子２２を負側端子２２という。また、駆動信号の電圧値を１２Ｖとして説明する。
【００２０】
駆動時期および駆動時間の演算においては、さらに、噴射気筒番号に対応する個別データをバックアップＲＡＭ６２から読み込み、ソレノイド３の駆動時期および駆動時間を補正する。個別データは、例えば、駆動時期および駆動時間のオフセット量であり、公知の燃料噴射制御の補正方法として知られている手法が採用し得る。
【００２１】
次に、インジェクタ１１および燃料噴射制御システムの特徴部分であり、インジェクタ１１からの個別データの送信のためにとられている構成について説明する。インジェクタ１１には、そのインジェクタ１１の個別データを記憶する個別データ記憶部５が搭載されている。個別データ記憶部５は、データ記憶回路５１とデータ通信回路５２とで構成されている。
【００２２】
データ記憶回路５１にはＥＥＰＲＯＭが含まれており、これにインジェクタ１１の製造工程の最終工程で個別データが書き込まれる。すなわち、完成した個々のインジェクタ１１について燃料噴射に関する特性試験を行い、特性試験から基準の燃料噴射特性とのずれを求める。このずれに基づいて補正量を設定し、これを個別データとして前記ＥＥＰＲＯＭに書き込む。
【００２３】
データ通信回路５２は個別データの送信用の回路で、個別データの出力部が前記端子部２の負側端子２２と接続されている。個別データ記憶部５への給電が開始されると、所定のタイミングで前記個別データを負側端子２２を介して気筒別信号線１３２上に送信し、ＥＣＵ１２側で受けるようになっている。個別データ記憶部５の給電は、後述するスイッチ回路４１および正側端子２１を介してＥＣＵ１２からなされる。
【００２４】
このように、２つの端子２１，２２のみからなる端子部２は、ソレノイド３への給電用として用いられるだけではなく、個別データ記憶部５への給電用および、個別データの出力用としても用いられる。ソレノイド３若しくは個別データ記憶部５のいずれかを端子部２に接続する切り換え手段である切り換え部４が設けてある。
【００２５】
図２はインジェクタ１１内の電気構成を示すもので、切り換え部４は、スイッチ回路４１と、電圧検出手段である電圧検出回路４２とからなる。スイッチ回路４１は、ソレノイド３にスイッチ４１３が直列に接続され、両端子２１，２２間からソレノイド３への電圧印加をオンオフする。また、正側端子２１と個別データ記憶部５１との間には２つのトランジスタ４１１，４１２が直列に接続されており、スイッチ４１３とともにスイッチ回路４１を構成している。トランジスタ４１１，４１２により、第１の端子２１から個別データ記憶部５への給電がオンオフされる。インジェクタ１１内の回路の接地はボデーアースによりなされている。
【００２６】
トランジスタ４１１，４１２によりオンオフする個別データ記憶部５の電源電圧は、前記スイッチ４１３の制御信号となっている。スイッチ４１３は常閉のスイッチであり、トランジスタ４１１，４１２のオン時にはオフ（開）するようになっている。
【００２７】
電圧検出回路４２は、トランジスタ４１１，４１２のオンとオフとを切り換えるもので、トランジスタ４１１，４１２のベースに出力電流を供給するコンパレータ４２１，４２２がトランジスタ４１１，４１２と１対１に対応して設けてある。第１のコンパレータ４２１の＋入力端子には、正側端子２１の電位を抵抗器４２３，４２４により分割した電位が入力しており、第２のコンパレータ４２２の−入力端子には、正側端子２１の電位を抵抗器４２５，４２６により分割された電位が入力している。抵抗器４２３〜４２６の抵抗値については後述する。
【００２８】
また、第１のコンパレータ４２１の−入力端子と第２のコンパレータ４２２の＋入力端子とには共通に、正側端子２１の電位が抵抗器４２７の電圧降下の分、落とされて入力している。この第１のコンパレータ４２１の−入力端子および第２のコンパレータ４２２の＋入力端子への入力電圧はツェナーダイオード４２８により定圧化されている。
【００２９】
次に、抵抗器４２３〜４２６の抵抗値について説明する。以下、ツェナーダイオード４２８の降伏電圧は０．６Ｖに設定されているものとして説明する。第１のコパレータ４２１の＋入力端子への入力電圧を規定する抵抗器４２３，４２４は正側端子２１側の抵抗器４２３が６．５ｋΩで、接地側の抵抗器４２４が１ｋΩのものである。したがって、正側端子２１の電位が４．５Ｖを越えると、第１のコンパレータ４２１では＋入力端子の電位が０．６Ｖを越えて第１のトランジスタ４１１をオンする。
【００３０】
一方、第２のコンパレータ４２２の−入力端子への入力電圧を規定する抵抗器４２５，４２６は正側端子２１側の抵抗器４２５が８．２ｋΩで、接地側の抵抗器４２６が１ｋΩのものである。したがって、正側端子２１の電位が５．５２Ｖを下回ると、第２のコンパレータ４２２では−入力端子の電位が０．６Ｖを下回って第２のトランジスタ４２２をオンする。
【００３１】
したがって、正側端子２１の電位が４．５０Ｖ〜５．５２Ｖの範囲に入ると、両トランジスタ４２１，４２２がオンして、スイッチ４２３がオフするととともに、個別データ記憶部５への給電が開始される。そして、個別データが負側端子２２を介して信号線１３２上に送信される。
【００３２】
一方、正側端子２１に、ソレノイド３用の駆動信号として１２Ｖの電圧出力が現れたときには、スイッチ４２３はオン状態を保持してソレノイド３に駆動用の電圧が印加され、個別データ記憶部５は作動しない。なお、この場合、第１コンパレータ４２１の＋入力端子、第２コンパレータ４２２の−入力端子への入力電圧が上昇するので、コンパレータ４２１，４２２の仕様を考慮して、正側端子２１の電位の分圧比率を決める抵抗器４２３〜４２６の抵抗値、およびツェナーダイオード４２８の降伏電圧を設定する。
【００３３】
ＥＣＵ１２における、コモン信号線１３１への出力電圧の切り換えについて説明する。コモン信号線１３１は、第１のスイッチ８１により、インジェクタ駆動電流生成部７１とＣＰＵ６１等用の５Ｖ電源７２とのいずれかに接続が切り換えられるようになっている。
【００３４】
一方、各インジェクタ１１ごとの気筒別信号線１３２は、各気筒別信号線１３２と１対１に対応して設けられた気筒選択用のトランジスタ８３、および共通の第２のスイッチ８２を介して、インジェクタ駆動電流生成部７１とＣＰＵ６１とのいずれかと接続される。
【００３５】
第１、第２のスイッチ８１，８２は連動しており、ＣＰＵ６１により切り換え制御される。第１のスイッチ８１がインジェクタ駆動電流生成部７１側のときには第２のスイッチ８２はインジェクタ駆動電流生成部７１側に切り換えられる。また、第１のスイッチ８１が５Ｖ電源７２側のときには第２のスイッチ８２はＣＰＵ６１側に切り換えられる。なお、ＥＣＵ１２内の回路の接地もボデーアースによりなされている。
【００３６】
図３は本燃料噴射制御システムの作動状態を示すタイミングチャートで、前半が個別データの送信処理実行時のもので、後半が通常の燃料噴射時のものである。個別データの送信処理はイグニッションキーオン時等に実行される。先ず、第１のスイッチ８１を５Ｖ電源７２側に切り換えるとともに、第２スイッチ８２をＣＰＵ６１側に切り換える。また、♯１気筒の気筒選択スイッチ８３をオンする。これにより、コモン信号線１３１から♯１気筒のインジェクタ１１の正側端子２１に５Ｖの電圧が印加され、前記のごとく、個別データ記憶部５１が起動して♯１気筒用の個別データを出力する。このとき、スイッチ４１３のオフで第１の信号線１３１に流れる電流が第２の信号線１３２に環流するのが禁止されるから、第２の信号線１３２が、「１」と「０」よりなる個別データの伝送用としてのみ作用する。また、ソレノイド３がコモン信号線１３１から切り離されることで、インジェクタ１１が誤作動することが回避される。ＣＰＵ６１に伝送された個別データはバックアップＲＡＭ６２に記憶される。
【００３７】
個別データの送信処理は、この後は、インジェクタ１１やＥＣＵ１２の交換、あるいはＣＰＵ６１における制御プログラムの入れ替え時等に個別データの送信処理が実行される。なお、この個別データの記憶領域は必ずしもバックアップＲＡＭである必要はなく、その場合は、イグニッションキーをオンする毎に個別データの送信処理を実行するようにしてもよい。
【００３８】
♯１気筒のインジェクタ１１の個別データの送信が終わると、ＣＰＵ６１は♯１気筒の気筒選択スイッチ８３をオフにするとともに、次の、例えば♯３気筒の気筒選択スイッチ８３をオンする。これにより、♯１気筒の場合と同様に、♯３気筒のインジェクタ１１の個別データ記憶部５１からそのインジェクタ１１の個別データが送信され、バックアップＲＡＭ６２に書き込まれる。なお、各インジェクタ１１の個別データ記憶部５の個別データ出力のタイミングは、第１、第２のスイッチ８１，８２が５Ｖ電源７２およびＣＰＵ６１側に切り換わった時を基準としてタイマ制御で行うことで、各インジェクタ１１からの個別データの出力時期が重ならないようにしてもよいし、個別データ記憶部５とＣＰＵ６１とで多重通信システムを構築し、順次、個別データが出力されるようにしてもよい。このようにして順次、全気筒について、実際に搭載されているインジェクタ１１の個別データがバックアップＲＡＭ６２に書き込まれると、第１、第２のスイッチ８１，８２をインジェクタ駆動電流生成部７１側に切り換える。
【００３９】
これにより、再び、インジェクタ１１の正側端子２１への印加電圧が０Ｖになることで、スイッチ４１３はオンし、ソレノイド３の駆動が可能な状態となる。そして、所定の噴射時期になると、インジェクタ駆動電流生成部７１から駆動信号が出力されて、ソレノイド３の両端に１２Ｖの電圧が印加されて、インジェクタ１１が開弁し、燃料が噴射される。
【００４０】
このように、本制御システムは、インジェクタ１１とＥＣＵ１２とが信号線１３１，１３２で接続された状態で、ＥＣＵ１２がインジェクタ１１の個別データを取り込むことになるので、ＥＣＵ１２で補正に使われる個別データと、ＥＣＵ１２に接続されたインジェクタ１１との組み合わせが正しく確定する。
【００４１】
また、電気式装置側に個別データ記憶部を設けると、原則、電気式装置の端子部の端子、および信号線が、機能部（ここではソレノイドが相当）の駆動用に２本、個別データ記憶部の給電用に１本、個別データの出力用に１本、の合計４本必要になるところ、本発明によれば、正側端子２１およびコモン信号線１３１が、ソレノイド３の駆動用と、個別データ記憶部５の給電用とで共通化し、さらに、負側端子２２および気筒別信号線１３２が、ソレノイド３の駆動用と個別データの出力用とで共通化するので、構成を簡略化することができる。
【００４２】
また、正側の端子２１の電位が５Ｖと１２Ｖとの間で切り換わると、これが電圧検出回路４２で検出されて、ソレノイド３と個別データ記憶部５１との間で前記端子部２の接続先を切り換えるから、切り換え用の制御信号を信号線に別途出力する必要がなく、制御システムの構成を簡略化することができる。
【００４３】
なお、電圧検出回路４２の抵抗器４２３〜４２６の分割電圧は、積分回路等により構成された遅延回路を介してコンパレータ４２１，４２２に入力するようにしてもよい。この場合、インジェクタ駆動電流生成部７１からの駆動信号の出力で正側端子２１の電位が１２Ｖに向けて立ち上がる途中で、コンパレータ４２１，４２２の出力が反転するのを防止することができ、信頼性が向上する。
【００４４】
また、信号線の数を半減しているが、要求される仕様によっては、個別データ出力用として独立した信号線を設けてもよい。この場合でも原則４本が必要になることと比較すれば信号線は１本少ない。また、負側端子および気筒別信号線がソレノイド用に特化するので、５Ｖでインジェクタが作動しないことを条件として、スイッチ４１３を省略することができる。また、個別データ記憶部５の給電用として独立した信号線を設けてもよい。この場合でも信号線を少なくすることができる。
【００４５】
また、ソレノイド３若しくは個別データ記憶部５とのうちいずれかを接続部２と接続されるようにするのを、正側端子２１の電位が５Ｖか１２Ｖかで切り換えるようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、信号線を介して端子部に別途制御信号を入力し、その種類に応じて切り換えるようにしてもよい。
【００４６】
また、本発明の具体的な仕様は前記実施形態に記載のものに限らず、本発明の趣旨に反しない限り、任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料噴射制御システムの構成図である。
【図２】前記燃料噴射制御システムを構成するインジェクタの電気構成図である。
【図３】前記燃料噴射制御システムの作動状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１ インジェクタ（電気式装置）
１２ ＥＣＵ（制御ユニット）
１３１ コモン信号線（信号線）
１３２ 気筒別信号線（信号線）
２ 端子部
２１ 正側端子（一方の端子）
２２ 負側端子（他方の端子）
３ ソレノイド
４ 切り換え部（切り換え手段）
４１ スイッチ回路
４２ 電圧検出回路（電圧検出手段）
５ 個別データ記憶部
６１ ＣＰＵ
６２ バックアップＲＡＭ
７１ インジェクイタ駆動電流生成部
７２ ５Ｖ電源
８１ スイッチ（電源切り換え手段）
８２ スイッチ（電源切り換え手段）
８３ 気筒選択スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータ機能やセンサ機能を備えた電気式装置およびこれを備えた制御システムに関し、特に電気式装置の個体間ばらつきの低減に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、車両の内燃機関はエンジンルーム内に搭載されたエンジンアッセンブリが各種の電気式装置を含み構成されており、電気式装置として、駆動信号を受けて作動するアクチュエータ機能を有するインジェクタ、スロットルバルブや、検出信号を出力するセンサ機能を有する各種のセンサ類がある。これらのインジェクタやセンサ類は、車室内の制御ユニットと信号線を介して接続されており、制御ユニットとで制御システムを構成している。制御ユニットが、各種のセンサの検出信号を取り込み、これに基づいて、インジェクタ等に駆動信号を出力するようになっている。
【０００３】
ところで、燃料噴射の高精度化にはインジェクタ等の部品の特性に個体間でばらつきが小さいことが重要であり、部品の生産技術等の面で多くの努力が払われているが、制御面でも種々の工夫がなされている。すなわち、インジェクタ個々について噴射特性を予め試験しておき、そのインジェクタが使われる燃料噴射制御システムの制御ユニットに、特性試験結果に基づく各インジェクタの個別のデータを記憶しておいて、その個別データに基づいて前記駆動信号を補正し、インジェクタの噴射特性のばらつきを相殺する技術がある。この技術では、インジェク個々に、その噴射特性を特定する手段が設けられることになる。例えば、個別データをコード化してインジェクタ表面に表したものがある。この例では、コードリーダによりコードを読み取り、読み取ったコードのデータを制御ユニットのＲＯＭに書き込むことで、インジェクタの個別データを制御ユニットで補正に使用可能にしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３３２１４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インジェクタと、そのインジェクタの個別データが格納されたＲＯＭを有する制御ユニットとは、必ず対になるものが組み合わされなければならない。しかるに、ＲＯＭを有する制御ユニットは、エンジンルーム内に搭載されるエンジンンアッセンブリと異なり、車室内に搭載されるから、インジェクタと制御ユニットとは別の工程で組み付けられることになる。このため、インジェクタと、その個別データが格納されたＲＯＭを有する制御ユニットとが不整合になるおそれがあり、コードの読み取りやＲＯＭの書き込み時に、作業者が相当の注意負担を強いられる。
【０００６】
また、制御ユニットは市場に出てから、製品不良やシステム上の不具合の対策、レベルアップのための小変更を予定しておかねばならず、その都度、データの再書き込みが必要になるから、市場にＲＯＭライタやコードリーダ等を配備しておかなければならない。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みなされたもので、電気式装置と制御ユニットとの間の対応関係が正確となり、しかも構成が簡単な電気式装置および制御システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、端子部にて信号線を介して接続される外部の制御ユニットからの駆動信号を受けて作動するアクチュエータ機能が与えられた機能部と、該機能部の特性に応じた個別データを記憶するとともに該個別データを出力可能な個別データ記憶部とを有する、燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタである電気式装置において、
前記インジェクタである電子式装置は、前記個別データ記憶部への給電用および出力用の端子部を、前記機能部の端子部と共通に設け、前記共通の端子部を介して前記制御ユニットから入力する制御信号の種類に応じて、前記機能部若しくは個別データ記憶部のいずれかを前記端子部と接続するように切り換える切り換え手段を具備せしめる。
【０００９】
電気式装置と制御ユニットとが信号線で接続された状態で、制御ユニットが電気式装置の個別データを取り込むことになるので、制御ユニットで補正に使われる個別データと、制御ユニットに接続された電気式装置との組み合わせが正しく確定する。
【００１０】
また、端子部において、個別データ記憶部からの個別データの出力用または個別データ記憶部への給電用の端子を、機能部の駆動信号若しくは検出信号用の端子と共通化することができるので、構成を簡略化することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記端子部は１対の端子よりなり、
前記１対の端子は、前記機能部の前記駆動信号若しくは前記検出信号用の正側および負側の端子であり、
かつ、前記１対の端子のうち一方の端子は、前記個別データ記憶部および前記切り換え手段への給電用の端子とし、
前記１対の端子のうち他方の端子は、前記個別データの出力用の端子とする。
【００１２】
個別データの出力用の端子と、個別データ記憶部の給電用の端子との両方を、機能部の駆動信号若しくは検出信号用の端子と共通化できるので、さらに構成を簡略化することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、制御システムを、請求項１または２いずれか記載の電気式装置と、前記制御ユニットとからなる制御システムであって、前記制御ユニットには、前記信号線および前記電気式装置の端子部を介して給電する電源を、電圧値の異なる前記機能部の電源と前記個別データ記憶部の電源との間で切り換える電源切り換え手段を具備せしめ、
前記電気式装置の前記切り換え手段には、端子部を介して給電される電源電圧を前記制御信号として検出する電圧検出手段を具備せしめて、検出電圧の大きさにより、前記機能部と個別データ記憶部との間で前記端子部の接続先を切り換えるようにする。
【００１４】
端子部の小規模な前記電気式装置を用いて制御システムを構築することで、信号線の本数を減じることができ、制御システムの構成を簡略化することができる。
また、電源の切り換えがそのまま制御信号の種類の切り換えになるので、別途制御信号を信号線上に出力する必要がなく、さらに制御システムの構成を簡略化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。図１に本発明の電気式装置および制御システムを適用したエンジンの燃料噴射制御システムを示す。インジェクタ１１はエンジンルーム内に搭載されるエンジンアッセンブリに電気式装置の１つとして取り付けられ、例えばコモンレールからの高圧燃料を気筒内に噴射する。インジェクタ１１は、その機能部であるソレノイド３の励磁による吸引力でノズル内のニードルを昇降せしめて噴射と停止とを切り換えるアクチュエータである。１気筒分のみ図示しているが、各気筒ごとに１対１に対応して実質的に同一構成のインジェクタが設けられており、全インジェクタに共通の制御ユニットであるＥＣＵ１２と、燃料噴射制御システムを構成する。以下、インジェクタについては、説明の便宜のため、適宜、図示のインジェクタ１１についてのみ言及する。ＥＣＵ１２はエンジンルームと隔てられた車室側に搭載され、インジェクタ１１と信号線１３１，１３２により接続されている。
【００１８】
信号線１３１，１３２は基本的に各インジェクタごとに２本ずつあり、その一端部で、インジェクタ１１の１対の端子２１，２２と１対１に対応して導通、接続される。インジェクタ１１の端子部２はこの端子２１，２２のみにより構成されている。端子２１，２２と信号線１３１，１３２の一端部とは、一般的なインジェクタと同様に、インジェクタ１１の基端部でコネクタ構造にて接続される。信号線１３１，１３２は他端部ではＥＣＵ１２の端子と導通、接続される。この２本の信号線１３１，１３２のうち一方の信号線１３１は途中で集合して単一の信号線となっており、これをＥＣＵ１２が単一の端子で受けるようになっている。以下、適宜、信号線１３１をコモン信号線１３１といい、信号線１３２を気筒別信号線１３２という。
【００１９】
ＥＣＵ１２は、基本的にはマイクロコンピュータ構成のもので、ＣＰＵ６１や、ソレノイド３の駆動用の電源であるインジェクタ駆動電流生成部７１等を備えている。そして、インジェクタ１１の他、エンジンアッセンブリの各部の図示しない種々のセンサと接続されている。ＣＰＵ６１は、これらセンサに基づくスロットル開度、エンジン回転数、コモンレール内燃料圧力等の、エンジン状態の検出信号に基づいて、燃料の噴射時期および噴射量に対応するソレノイド３の駆動時期および駆動時間を演算し、演算結果に基づいて、インジェクタ駆動電流生成部７１が信号線１３１，１３２および端子部２を介して駆動信号をソレノイド３に出力する。駆動信号は、バッテリ電圧である１２Ｖや２４Ｖの電圧出力であり、出力期間中、ソレノイド３の励磁でインジェクタ１１が開弁し、燃料が噴射される。ソレノイド３への電圧出力は、インジェクタ１１の端子２１側を正として出力され、以下、適宜、端子２１を正側端子２１といい、端子２２を負側端子２２という。また、駆動信号の電圧値を１２Ｖとして説明する。
【００２０】
駆動時期および駆動時間の演算においては、さらに、噴射気筒番号に対応する個別データをバックアップＲＡＭ６２から読み込み、ソレノイド３の駆動時期および駆動時間を補正する。個別データは、例えば、駆動時期および駆動時間のオフセット量であり、公知の燃料噴射制御の補正方法として知られている手法が採用し得る。
【００２１】
次に、インジェクタ１１および燃料噴射制御システムの特徴部分であり、インジェクタ１１からの個別データの送信のためにとられている構成について説明する。インジェクタ１１には、そのインジェクタ１１の個別データを記憶する個別データ記憶部５が搭載されている。個別データ記憶部５は、データ記憶回路５１とデータ通信回路５２とで構成されている。
【００２２】
データ記憶回路５１にはＥＥＰＲＯＭが含まれており、これにインジェクタ１１の製造工程の最終工程で個別データが書き込まれる。すなわち、完成した個々のインジェクタ１１について燃料噴射に関する特性試験を行い、特性試験から基準の燃料噴射特性とのずれを求める。このずれに基づいて補正量を設定し、これを個別データとして前記ＥＥＰＲＯＭに書き込む。
【００２３】
データ通信回路５２は個別データの送信用の回路で、個別データの出力部が前記端子部２の負側端子２２と接続されている。個別データ記憶部５への給電が開始されると、所定のタイミングで前記個別データを負側端子２２を介して気筒別信号線１３２上に送信し、ＥＣＵ１２側で受けるようになっている。個別データ記憶部５の給電は、後述するスイッチ回路４１および正側端子２１を介してＥＣＵ１２からなされる。
【００２４】
このように、２つの端子２１，２２のみからなる端子部２は、ソレノイド３への給電用として用いられるだけではなく、個別データ記憶部５への給電用および、個別データの出力用としても用いられる。ソレノイド３若しくは個別データ記憶部５のいずれかを端子部２に接続する切り換え手段である切り換え部４が設けてある。
【００２５】
図２はインジェクタ１１内の電気構成を示すもので、切り換え部４は、スイッチ回路４１と、電圧検出手段である電圧検出回路４２とからなる。スイッチ回路４１は、ソレノイド３にスイッチ４１３が直列に接続され、両端子２１，２２間からソレノイド３への電圧印加をオンオフする。また、正側端子２１と個別データ記憶部５１との間には２つのトランジスタ４１１，４１２が直列に接続されており、スイッチ４１３とともにスイッチ回路４１を構成している。トランジスタ４１１，４１２により、第１の端子２１から個別データ記憶部５への給電がオンオフされる。インジェクタ１１内の回路の接地はボデーアースによりなされている。
【００２６】
トランジスタ４１１，４１２によりオンオフする個別データ記憶部５の電源電圧は、前記スイッチ４１３の制御信号となっている。スイッチ４１３は常閉のスイッチであり、トランジスタ４１１，４１２のオン時にはオフ（開）するようになっている。
【００２７】
電圧検出回路４２は、トランジスタ４１１，４１２のオンとオフとを切り換えるもので、トランジスタ４１１，４１２のベースに出力電流を供給するコンパレータ４２１，４２２がトランジスタ４１１，４１２と１対１に対応して設けてある。第１のコンパレータ４２１の＋入力端子には、正側端子２１の電位を抵抗器４２３，４２４により分割した電位が入力しており、第２のコンパレータ４２２の−入力端子には、正側端子２１の電位を抵抗器４２５，４２６により分割された電位が入力している。抵抗器４２３〜４２６の抵抗値については後述する。
【００２８】
また、第１のコンパレータ４２１の−入力端子と第２のコンパレータ４２２の＋入力端子とには共通に、正側端子２１の電位が抵抗器４２７の電圧降下の分、落とされて入力している。この第１のコンパレータ４２１の−入力端子および第２のコンパレータ４２２の＋入力端子への入力電圧はツェナーダイオード４２８により定圧化されている。
【００２９】
次に、抵抗器４２３〜４２６の抵抗値について説明する。以下、ツェナーダイオード４２８の降伏電圧は０．６Ｖに設定されているものとして説明する。第１のコパレータ４２１の＋入力端子への入力電圧を規定する抵抗器４２３，４２４は正側端子２１側の抵抗器４２３が６．５ｋΩで、接地側の抵抗器４２４が１ｋΩのものである。したがって、正側端子２１の電位が４．５Ｖを越えると、第１のコンパレータ４２１では＋入力端子の電位が０．６Ｖを越えて第１のトランジスタ４１１をオンする。
【００３０】
一方、第２のコンパレータ４２２の−入力端子への入力電圧を規定する抵抗器４２５，４２６は正側端子２１側の抵抗器４２５が８．２ｋΩで、接地側の抵抗器４２６が１ｋΩのものである。したがって、正側端子２１の電位が５．５２Ｖを下回ると、第２のコンパレータ４２２では−入力端子の電位が０．６Ｖを下回って第２のトランジスタ４２２をオンする。
【００３１】
したがって、正側端子２１の電位が４．５０Ｖ〜５．５２Ｖの範囲に入ると、両トランジスタ４２１，４２２がオンして、スイッチ４２３がオフするととともに、個別データ記憶部５への給電が開始される。そして、個別データが負側端子２２を介して信号線１３２上に送信される。
【００３２】
一方、正側端子２１に、ソレノイド３用の駆動信号として１２Ｖの電圧出力が現れたときには、スイッチ４２３はオン状態を保持してソレノイド３に駆動用の電圧が印加され、個別データ記憶部５は作動しない。なお、この場合、第１コンパレータ４２１の＋入力端子、第２コンパレータ４２２の−入力端子への入力電圧が上昇するので、コンパレータ４２１，４２２の仕様を考慮して、正側端子２１の電位の分圧比率を決める抵抗器４２３〜４２６の抵抗値、およびツェナーダイオード４２８の降伏電圧を設定する。
【００３３】
ＥＣＵ１２における、コモン信号線１３１への出力電圧の切り換えについて説明する。コモン信号線１３１は、第１のスイッチ８１により、インジェクタ駆動電流生成部７１とＣＰＵ６１等用の５Ｖ電源７２とのいずれかに接続が切り換えられるようになっている。
【００３４】
一方、各インジェクタ１１ごとの気筒別信号線１３２は、各気筒別信号線１３２と１対１に対応して設けられた気筒選択用のトランジスタ８３、および共通の第２のスイッチ８２を介して、インジェクタ駆動電流生成部７１とＣＰＵ６１とのいずれかと接続される。
【００３５】
第１、第２のスイッチ８１，８２は連動しており、ＣＰＵ６１により切り換え制御される。第１のスイッチ８１がインジェクタ駆動電流生成部７１側のときには第２のスイッチ８２はインジェクタ駆動電流生成部７１側に切り換えられる。また、第１のスイッチ８１が５Ｖ電源７２側のときには第２のスイッチ８２はＣＰＵ６１側に切り換えられる。なお、ＥＣＵ１２内の回路の接地もボデーアースによりなされている。
【００３６】
図３は本燃料噴射制御システムの作動状態を示すタイミングチャートで、前半が個別データの送信処理実行時のもので、後半が通常の燃料噴射時のものである。個別データの送信処理はイグニッションキーオン時等に実行される。先ず、第１のスイッチ８１を５Ｖ電源７２側に切り換えるとともに、第２スイッチ８２をＣＰＵ６１側に切り換える。また、♯１気筒の気筒選択スイッチ８３をオンする。これにより、コモン信号線１３１から♯１気筒のインジェクタ１１の正側端子２１に５Ｖの電圧が印加され、前記のごとく、個別データ記憶部５１が起動して♯１気筒用の個別データを出力する。このとき、スイッチ４１３のオフで第１の信号線１３１に流れる電流が第２の信号線１３２に環流するのが禁止されるから、第２の信号線１３２が、「１」と「０」よりなる個別データの伝送用としてのみ作用する。また、ソレノイド３がコモン信号線１３１から切り離されることで、インジェクタ１１が誤作動することが回避される。ＣＰＵ６１に伝送された個別データはバックアップＲＡＭ６２に記憶される。
【００３７】
個別データの送信処理は、この後は、インジェクタ１１やＥＣＵ１２の交換、あるいはＣＰＵ６１における制御プログラムの入れ替え時等に個別データの送信処理が実行される。なお、この個別データの記憶領域は必ずしもバックアップＲＡＭである必要はなく、その場合は、イグニッションキーをオンする毎に個別データの送信処理を実行するようにしてもよい。
【００３８】
♯１気筒のインジェクタ１１の個別データの送信が終わると、ＣＰＵ６１は♯１気筒の気筒選択スイッチ８３をオフにするとともに、次の、例えば♯３気筒の気筒選択スイッチ８３をオンする。これにより、♯１気筒の場合と同様に、♯３気筒のインジェクタ１１の個別データ記憶部５１からそのインジェクタ１１の個別データが送信され、バックアップＲＡＭ６２に書き込まれる。なお、各インジェクタ１１の個別データ記憶部５の個別データ出力のタイミングは、第１、第２のスイッチ８１，８２が５Ｖ電源７２およびＣＰＵ６１側に切り換わった時を基準としてタイマ制御で行うことで、各インジェクタ１１からの個別データの出力時期が重ならないようにしてもよいし、個別データ記憶部５とＣＰＵ６１とで多重通信システムを構築し、順次、個別データが出力されるようにしてもよい。このようにして順次、全気筒について、実際に搭載されているインジェクタ１１の個別データがバックアップＲＡＭ６２に書き込まれると、第１、第２のスイッチ８１，８２をインジェクタ駆動電流生成部７１側に切り換える。
【００３９】
これにより、再び、インジェクタ１１の正側端子２１への印加電圧が０Ｖになることで、スイッチ４１３はオンし、ソレノイド３の駆動が可能な状態となる。そして、所定の噴射時期になると、インジェクタ駆動電流生成部７１から駆動信号が出力されて、ソレノイド３の両端に１２Ｖの電圧が印加されて、インジェクタ１１が開弁し、燃料が噴射される。
【００４０】
このように、本制御システムは、インジェクタ１１とＥＣＵ１２とが信号線１３１，１３２で接続された状態で、ＥＣＵ１２がインジェクタ１１の個別データを取り込むことになるので、ＥＣＵ１２で補正に使われる個別データと、ＥＣＵ１２に接続されたインジェクタ１１との組み合わせが正しく確定する。
【００４１】
また、電気式装置側に個別データ記憶部を設けると、原則、電気式装置の端子部の端子、および信号線が、機能部（ここではソレノイドが相当）の駆動用に２本、個別データ記憶部の給電用に１本、個別データの出力用に１本、の合計４本必要になるところ、本発明によれば、正側端子２１およびコモン信号線１３１が、ソレノイド３の駆動用と、個別データ記憶部５の給電用とで共通化し、さらに、負側端子２２および気筒別信号線１３２が、ソレノイド３の駆動用と個別データの出力用とで共通化するので、構成を簡略化することができる。
【００４２】
また、正側の端子２１の電位が５Ｖと１２Ｖとの間で切り換わると、これが電圧検出回路４２で検出されて、ソレノイド３と個別データ記憶部５１との間で前記端子部２の接続先を切り換えるから、切り換え用の制御信号を信号線に別途出力する必要がなく、制御システムの構成を簡略化することができる。
【００４３】
なお、電圧検出回路４２の抵抗器４２３〜４２６の分割電圧は、積分回路等により構成された遅延回路を介してコンパレータ４２１，４２２に入力するようにしてもよい。この場合、インジェクタ駆動電流生成部７１からの駆動信号の出力で正側端子２１の電位が１２Ｖに向けて立ち上がる途中で、コンパレータ４２１，４２２の出力が反転するのを防止することができ、信頼性が向上する。
【００４４】
また、信号線の数を半減しているが、要求される仕様によっては、個別データ出力用として独立した信号線を設けてもよい。この場合でも原則４本が必要になることと比較すれば信号線は１本少ない。また、負側端子および気筒別信号線がソレノイド用に特化するので、５Ｖでインジェクタが作動しないことを条件として、スイッチ４１３を省略することができる。また、個別データ記憶部５の給電用として独立した信号線を設けてもよい。この場合でも信号線を少なくすることができる。
【００４５】
また、ソレノイド３若しくは個別データ記憶部５とのうちいずれかを接続部２と接続されるようにするのを、正側端子２１の電位が５Ｖか１２Ｖかで切り換えるようにしているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、信号線を介して端子部に別途制御信号を入力し、その種類に応じて切り換えるようにしてもよい。
【００４６】
また、本発明の具体的な仕様は前記実施形態に記載のものに限らず、本発明の趣旨に反しない限り、任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料噴射制御システムの構成図である。
【図２】前記燃料噴射制御システムを構成するインジェクタの電気構成図である。
【図３】前記燃料噴射制御システムの作動状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１ インジェクタ（電気式装置）
１２ ＥＣＵ（制御ユニット）
１３１ コモン信号線（信号線）
１３２ 気筒別信号線（信号線）
２ 端子部
２１ 正側端子（一方の端子）
２２ 負側端子（他方の端子）
３ ソレノイド
４ 切り換え部（切り換え手段）
４１ スイッチ回路
４２ 電圧検出回路（電圧検出手段）
５ 個別データ記憶部
６１ ＣＰＵ
６２ バックアップＲＡＭ
７１ インジェクイタ駆動電流生成部
７２ ５Ｖ電源
８１ スイッチ（電源切り換え手段）
８２ スイッチ（電源切り換え手段）
８３ 気筒選択スイッチ
Claims (3)
- 端子部にて信号線を介して接続される外部の制御ユニットからの駆動信号を受けて作動するアクチュエータ機能が与えられた機能部と、該機能部の特性に応じた個別データを記憶するとともに該個別データを出力可能な個別データ記憶部とを有する、燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタである電気式装置において、
前記インジェクタである電子式装置は、前記個別データ記憶部への給電用および出力用の端子部を、前記機能部の端子部と共通に設け、前記共通の端子部を介して前記制御ユニットから入力する制御信号の種類に応じて、前記機能部若しくは個別データ記憶部のいずれかを前記端子部と接続するように切り換える切り換え手段を具備せしめたことを特徴とする電気式装置。 - 請求項１記載の電気式装置において、前記端子部は１対の端子よりなり、
前記１対の端子は、前記機能部の前記駆動信号若しくは前記検出信号用の正側および負側の端子であり、
かつ、前記１対の端子のうち一方の端子は、前記個別データ記憶部および前記切り換え手段への給電用の端子とし、
前記１対の端子のうち他方の端子は、前記個別データの出力用の端子とした電気式装置。 - 請求項１または２いずれか記載の電気式装置と、前記制御ユニットとからなる制御システムであって、前記制御ユニットには、前記信号線および前記電気式装置の端子部を介して給電する電源を、電圧値の異なる前記機能部の電源と前記個別データ記憶部の電源との間で切り換える電源切り換え手段を具備せしめ、
前記電気式装置の前記切り換え手段には、端子部を介して給電される電源電圧を前記制御信号として検出する電圧検出手段を具備せしめて、検出電圧の大きさにより、前記機能部と個別データ記憶部との間で前記端子部の接続先を切り換えるようにした制御システム。
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