インジェクタ駆動回路
【課題】インジェクタの駆動を安定して制御する。
【解決手段】電源から高電圧を生成する昇圧回路１００と、昇圧回路１００とインジェクタ３との間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、電源に接続された第２のスイッチング素子と、インジェクタ３と電源グランドとの間に接続された第３のスイッチング素子と、インジェクタ３に流れる電流値に応じて、第１のスイッチング素子，第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を動作させる制御手段を有するインジェクタ駆動回路２００であって、制御手段は、第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、インジェクタ３に流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び第２の閾値より大きい第３の閾値とを有する。
【解決手段】電源から高電圧を生成する昇圧回路１００と、昇圧回路１００とインジェクタ３との間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、電源に接続された第２のスイッチング素子と、インジェクタ３と電源グランドとの間に接続された第３のスイッチング素子と、インジェクタ３に流れる電流値に応じて、第１のスイッチング素子，第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子を動作させる制御手段を有するインジェクタ駆動回路２００であって、制御手段は、第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、インジェクタ３に流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び第２の閾値より大きい第３の閾値とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインジェクタ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車，オートバイ，農耕機，工作機械，船舶機等の内燃機関制御装置において、燃費や出力向上の目的により、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたものが用いられている。このようなインジェクタは、「気筒内直接噴射型インジェクタ」，「直噴インジェクタ」、または、「ＤＩ」と呼ばれている。
【０００３】
現在、ガソリンエンジンで、吸気管に燃料を噴射する方式が主流であるが、高圧に加圧された燃料を用いる気筒内直接噴射型インジェクタを備えたエンジンは、インジェクタの開弁動作時に、前記の方式より高いエネルギーを必要とする。また、制御性を向上させて高速回転に対応するためには、高いエネルギーを短時間にインジェクタに供給することが必要になる。さらに、気筒内直噴型インジェクタを備えたエンジンでは、低燃費化や排気ガスの放出低減のための多段噴射という技術が注目されているが、この技術では従来ピストンの１動作に対して１度に噴射していた燃料を数回に分けて噴射するため、高いエネルギーを一層短時間にインジェクタに供給することが必要になる。
【０００４】
一般的に、気筒内直接噴射型インジェクタを制御するインジェクタ駆動回路は、バッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧する昇圧回路を設け、この昇圧回路により発生させた昇圧電圧を印加することで、インジェクタの動作応答時間の短縮を狙ったものが多い。そのため、インジェクタの動作回数が増加する多段噴射技術では、昇圧回路の負担が増加するので、昇圧回路の負荷低減が重要な課題となっている。
【０００５】
以下、代表的な直噴インジェクタの電流波形について説明する。まず、通電初期のピーク電流通電期間には、昇圧電圧を用いてインジェクタ電流を予め定められたピーク電流まで短時間に上昇させ、インジェクタを開弁する。このピーク電流は、吸気管に燃料を噴射する方式のインジェクタ電流と比較して、５〜２０倍程度大きい。ピーク電流の通電期間が終了した後は、インジェクタへのエネルギー供給源は、昇圧回路からバッテリ電源へ移行し、前記ピーク電流値よりも低い開弁保持電流を通電させ、インジェクタの開弁状態を保持する。このピーク電流と開弁保持電流を通電させることで、開弁したインジェクタが、燃料を気筒内に噴射する。
【０００６】
噴射終了時は、インジェクタの閉弁を速やかに行うため、インジェクタ通電電流の電流降下を短時間に行い、インジェクタ電流を遮断する必要がある。しかし、インジェクタには、インジェクタ電流が流れていることで高いエネルギーが蓄積されており、このエネルギーをインジェクタから消滅させることが必要である。これを短時間に実現させるため、インジェクタ電流を駆動する駆動回路の駆動素子でツェナーダイオード効果を使用してエネルギーを熱エネルギーに変換する方式や、電流回生ダイオードを介して、インジェクタ電流を昇圧回路の昇圧電圧を蓄積している昇圧コンデンサに回生させる方式等、種々の方式が採用されている。
【０００７】
例えば、特許文献１は、上述したエネルギー供給源である昇圧回路とバッテリ駆動回路を同時荷駆動し、インジェクタに流れる電流を制御する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１によるインジェクタ駆動回路ではオン／オフを繰り返し行うための電流判定値として上限値と下限値を設定し、通常、電流が上限値に達した後に該第１のスイッチング素子を遮断し電流が低下し下限値となったら再び通電し、この繰り返しにより前記インジェクタに流れる電流を上限値と下限値の間に維持している。
【００１０】
しかし、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が同時にオンしインジェクタに流れる電流が０から増加して前述し、上限値に達した時点で昇圧回路の第１のスイッチング素子を遮断した後も電源電圧の上昇等により第２のスイッチング素子から供給される電流によりインジェクタに流れる電流が増え続ける場合、電流が前述した上限値を超えているためこの電流を抑制することができなくなる。
【００１１】
すなわち、インジェクタに流れる電流を上限値と下限値の間に制御することができなくなり、本来の制御目的であるインジェクタの開弁位置を一定に保つことが困難となり、制御性が悪化する場合が考えられる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、上記昇圧回路の負荷を低減できるインジェクタ駆動回路において、安定してインジェクタの電流制御を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【００１４】
当該インジェクタ駆動回路は、電源から高電圧を生成する昇圧回路と、前記昇圧回路とインジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、前記電源の正極に接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子の負極側と前記インジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のダイオードと、前記インジェクタの一方の端子と前記第１のダイオードの間に一方の端子が接続され、かつ他方の端子が電源グランドに接続された第２のダイオードと、前記インジェクタの他方の端子と電源グランドの間の経路に接続された第３のスイッチング素子と、前記インジェクタに流れる電流値に応じて、前記第１のスイッチング素子，前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を動作させる制御手段を有するインジェクタ駆動回路であって、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に前記第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、前記インジェクタに流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び前記第２の閾値より大きい第３の閾値とを有するように構成することで実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安定したインジェクタの電流制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】異常時のインジェクタ制御システムのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】異常時のインジェクタ制御システムのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１，図２を用いて、本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路の構成及び動作について説明する。
【００１８】
最初に、図１を用いて、本実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの構成について説明する。ここではインジェクタの一例として、気筒内直接噴射型インジェクタの場合について説明するが、昇圧回路を使用する他のインジェクタにも、本発明は適用できるものである。また、ここでは、１つのインジェクタを駆動する駆動回路を示しているが、複数のインジェクタを駆動することも可能である。
【００１９】
本実施形態のインジェクタ駆動回路は、昇圧回路１００と、駆動回路２００とを備えている。
【００２０】
駆動回路２００は、制御回路３００からの制御指令に基づいて、インジェクタ３への通電を制御する。制御回路３００は、エンジンコントロールユニットなどからなり、車両の状態や運転者の意図に応じて、インジェクタ３への通電を制御する。インジェクタ３は、直噴インジェクタである。インジェクタ３には、昇圧回路１００により昇圧された電圧Ｖｈ若しくはバッテリからの電圧Ｖｂが印加される。
【００２１】
インジェクタ３は、直列接続された内部コイル３Ｌと内部寄生抵抗３Ｒの等価回路とし
て表すことができる。一般に、気筒内直接噴射型インジェクタの寄生抵抗値は、数Ω程度である。
【００２２】
昇圧回路１００は、複数の駆動回路２００により共有される。通常は、一つのエンジンに対して、１〜４個の昇圧回路１００が搭載される。昇圧回路１００が駆動回路２００を共有する数は、後述するインジェクタ電流Ｉｉｎｊのピーク電流通電期間（図２にて後述する期間Ｐ１）およびピーク電流保持期間（図２にて後述する期間Ｐ２）にインジェクタを駆動するために必要なエネルギー，エンジンの最高回転数，同一気筒での１回の燃焼に対する燃料の多段噴射回数等で決定される昇圧復帰期間や、昇圧回路１００の自己発熱等により決まる。
【００２３】
昇圧回路１００は、バッテリ電源の電圧Ｖｂを昇圧電圧Ｖｈまで昇圧する。バッテリ電圧Ｖｂを例えば１２Ｖとすると、昇圧電圧Ｖｈは例えば６５Ｖ程度である。
【００２４】
昇圧回路１００で昇圧された昇圧電圧Ｖｈは、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈと、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２と、昇圧側保護ダイオードＤｈとを介して、インジェクタ３の上流側に供給される。昇圧側電流検出抵抗Ｒｈは、昇圧回路１００からの流出電流の過電流又はインジェクタ３側のハーネス断線等を検出するための昇圧側駆動電流Ｒｈａを、電圧に変換する。昇圧側駆動ＦＥＴ２０２は、後述するインジェクタ電流Ｉｉｎｊのピーク電流通電期間Ｐ１およびピーク電流保持期間Ｐ２に駆動するためのものである。昇圧側保護ダイオードＤｈは、昇圧回路１００が故障した場合の逆電流を防止するためのものである。
【００２５】
また、インジェクタ３の上流側には、バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂ，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、及び、バッテリ側保護ダイオードＤｂを介して、バッテリ電源の電圧Ｖｂが供給される。バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂは、バッテリ電源からの過電流又はインジェクタ３側のハーネス断線等を検出するために、バッテリ側駆動電流Ｒｂａを電圧に変換する。また、バッテリ側保護ダイオードＤｂは、昇圧電圧Ｖｈからの電流がバッテリ電源へ逆流するのを防止するために設けられている。また、抵抗ＲｓとコンデンサＣｓの直列回路からなるスナバ回路が、バッテリ側保護ダイオードＤｂと並列に接続されている。
【００２６】
バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２は、開弁保持電流通電期間（図２にて後述する期間Ｐ４）に、インジェクタの開弁保持電流を流すために駆動することが一般的であるが、後述のように、本実施形態ではピーク電流保持期間Ｐ１の電流降下を緩和する目的でも使用する。
【００２７】
インジェクタ３の下流側には、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０が接続される。インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０のオン／オフにより、インジェクタ３の通電／非通電が決まる。本例では、インジェクタ３に流れるインジェクタ電流Ｉｉｎｊは、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０のソース電極に接続された下流側電流検出抵抗Ｒｉを介して電源グランドＧＮＤに流れる。
【００２８】
また、還流ダイオードＤｆが、電源グランドＧＮＤとインジェクタ３の上流側との間に接続されている。還流ダイオードＤｆは、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを通電する間、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２を同時に遮断し、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０を通電させることで生じるインジェクタの回生電流をフライホイールさせるためである。このため、還流ダイオードＤｆのアノードが電源グランドＧＮＤ側に、また、カソードがインジェクタ３の上流側に接続される。
【００２９】
また、電流回生ダイオードＤｒが、インジェクタ３の下流と昇圧電圧側の経路との間に設けられる。本例では、電流回生ダイオードＤｒのアノードが、インジェクタ３と下流側駆動ＦＥＴ２２０との間の経路に接続され、また、カソードが、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈと昇圧側駆動ＦＥＴ２０２との間の経路に接続される。電流回生ダイオードＤｒは、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを通電する間に、上流側の昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、およびインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０を全て遮断させることにより、インジェクタ３の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させるために用いられる。インジェクタ電流の回生は、主にインジェクタの閉弁動作時など、インジェクタ通電電流を素早く下降させたい場合に行われる。
【００３０】
昇圧側駆動ＦＥＴ２０２，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２，インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の各駆動素子は、エンジン回転数や各種センサからの入力条件に基づき、制御回路３００が発生するインジェクタ開弁信号３００ｂ，インジェクタ駆動信号３００ｃにより制御される。インジェクタ開弁信号３００ｂ，インジェクタ駆動信号３００ｃは、駆動回路２００のインジェクタ制御回路２４０のゲート駆動ロジック回路２４５に入力する。また、制御回路３００とゲート駆動ロジック回路２４５との間は、通信信号３００ａにより必要な情報を更新する。
【００３１】
インジェクタ制御回路２４０は、昇圧側電流検出回路２４１と、バッテリ側電流検出回路２４２と、下流側電流検出回路２４３と、電流選択回路２４４と、ゲート駆動ロジック回路２４５とを備えている。昇圧側電流検出回路２４１は、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈに流れる昇圧側駆動電流Ｉｈを検出する。バッテリ側電流検出回路２４２は、バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂに流れるバッテリ側駆動電流Ｉｂを検出する。下流側電流検出回路２４３は、下流側電流検出抵抗Ｒｉに流れる下流側駆動電流Ｉｉを検出する。電流選択回路２４４は、昇圧側電流検出回路２４１と下流側電流検出回路２４３により検出された電流のいずれかを選択する。
【００３２】
電流選択回路２４４は、ゲート駆動ロジック回路２４５から昇圧側電流選択信号２４５ｈが出力されると昇圧側電流検出回路２４１により検出された電流を選択し、ゲート駆動ロジック回路２４５からインジェクタ下流側電流選択信号２４５ｉが出力されると下流側電流検出回路２４３により検出された電流を選択し、選択信号Ｉｈ／ｉとして出力する。
【００３３】
ゲート駆動ロジック回路２４５は、昇圧側電流検出回路２４１，バッテリ側電流検出回路２４２、及び、下流側電流検出回路２４３により検出された検出値（昇圧側電流検出信号ＳＩｈ，バッテリ側電流検出信号ＳＩｂ，インジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉ）に基づき、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈ，バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂ，インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉを生成する。また、制御回路３００とインジェクタ制御回路２４０は、駆動回路２００と制御回路３００との間の通信信号３００ａにより、インジェクタ駆動波形を決めるピーク保持上限電流（図２にて後述する電流Ｉｐ２），ピーク保持下限電流（図２にて後述する電流Ｉｐ１），開弁保持上限電流（図２にて後述する電流Ｉｆ２），開弁保持下限電流（図２にて後述する電流Ｉｆ１），ピーク電流保持期間Ｐ２，開弁保持電流通電期間Ｐ４，ピーク電流の有無，ピーク電流保持の実施有無，ピーク電流降下の急峻／緩行の切り替え，ピーク電流立下りの急峻／緩行の切り替え，通電電流降下の急峻／緩行の切り替え，開弁電流保持の実施有無，過電流検出，断線検出，過熱保護，昇圧回路故障等の診断結果，インジェクタ制御回路２４０自体の制御信号の中から必要な情報を交信し、インジェクタの良好な駆動を実現する。
【００３４】
なお、ここで、特許文献１に開示されているように、各電流検出抵抗の接続位置は様々な形態が可能であり、それに応じて電流検出回路や電流選択回路の形態も異なるが、本実施形態はそれらの異なる形態に対しても適用できる。
【００３５】
次に、図２を用いて、本実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作について説明する。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【００３７】
図２において、横軸は時間を示している。図２（Ａ）の縦軸は、インジェクタ駆動信号３００ｃを示し、図２（Ｂ）の縦軸は、インジェクタ開弁信号３００ｂを示し、図２（Ｃ）の縦軸は、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを示している。また、図２（Ｄ）の縦軸は、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈを示し、図２（Ｅ）の縦軸は、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂを示し、図２（Ｆ）の縦軸は、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御電流ＳＤｉを示し、図２（Ｇ）の縦軸は、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊを示している。
【００３８】
ここで、図２（Ｃ）に示すインジェクタ電流Ｉｉｎｊの波形は、ピーク電流通電期間Ｐ１，ピーク電流保持期間Ｐ２，開弁保持電流移行期間Ｐ３，開弁保持電流通電期間Ｐ４，通電電流下降期間Ｐ５の５つの期間に分けることができる。
【００３９】
まず、図２（Ａ）に示すように、インジェクタ駆動信号３００ｃがオンになり、かつ、図２（Ｂ）に示すように、インジェクタ開弁信号３００ｂがオンになると、ピーク電流通電期間Ｐ１が開始する。この期間Ｐ１では、昇圧回路１００により昇圧された昇圧電圧Ｖｈにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを予め定められたピーク保持上限電流Ｉｐ２に至るまで短時間に上昇させる。このとき、ゲート駆動ロジック回路２４５は、図２（Ｄ），（Ｆ）に示すように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈ及びインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉを出力し、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の両方をオンさせる。この結果、図２（Ｃ）に示すように、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊは昇圧電圧Ｖｈとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊはゼロからピーク保持上限電流Ｉｐ２に急峻に変化する。なお、実際の昇圧電圧Ｖｈは、昇圧側保護ダイオードＤｈでの電圧降下により、１［Ｖ］程度低下する。また、ピーク電流通電期間Ｐ１においては、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂはオン／オフどちらでも影響はないが、図２（Ｅ）では例としてオンされた場合を示している。
【００４０】
この期間Ｐ１では、インジェクタ下流側電流選択信号２４５ｉはオンに制御され、昇圧側電流選択信号２４５ｈはオフに制御される。このため、電流選択回路２４４は、下流側電流検出回路２４３から出力されるインジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉを選択する。したがって、インジェクタ下流側電流検出抵抗Ｒｉに流れる下流側駆動電流Ｉｉに基づいたインジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉが選択信号Ｉｈ／ｉとなる。
【００４１】
インジェクタ電流Ｉｉｎｊが、予め定められたピーク保持上限電流Ｉｐ２に到達すると、次に、ピーク電流保持期間Ｐ２となる。このとき、インジェクタ電流がピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間に保持されるように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオン／オフを繰り返すように制御される。この時、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊは断続的に昇圧電圧Ｖｈとなる。
【００４２】
このピーク電流保持期間Ｐ２にピーク保持上限電流Ｉｐ２からピーク保持下限電流Ｉｐ１へ下降させるため、図２（Ｅ），（Ｆ）に示すように、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂおよびインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉの両方をオンにする。これにより、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２とインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の両方をオンにする。また図２（Ｄ）に示すように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈをオフとして、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２をオフにする。これにより、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊをバッテリ電圧Ｖｂ（実際はバッテリ側保護ダイオードＤｂでの電圧降下により、１［Ｖ］程度低下する）にすることで、電流降下を緩和する（以下、この方式を「ピークホールドアシスト方式」と称する）。ピークホールドアシスト（ＰＨＡ）回路２４５Ａは、ピークホールドアシスト方式を実行する。
【００４３】
インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持下限電流Ｉｐ１に達すると、図２（Ｄ）に示すように、ゲート駆動ロジック回路２４５は再び、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈをオンとして、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２をオンとする。これにより、図２（Ｃ）に示すように、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは増加する。このように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈのオン／オフを繰り返すことで、インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間に保持されるように制御される。
【００４４】
ピーク保持上限電流Ｉｐ２とピーク保持下限電流Ｉｐ１の平均電流をピーク保持電流Ｉｐ０とすると、ピーク電流保持期間Ｐ２では、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは平均的にピーク保持電流Ｉｐ０に保持される。
【００４５】
以上のピークホールドアシスト方式により、定められたピーク電流保持期間Ｐ２に昇圧回路を使ってインジェクタ電流をピーク保持下限電流Ｉｐ１からピーク保持上限電流Ｉｐ２へ移行させる頻度が減少し、したがって昇圧回路の負荷を低減することができる。
【００４６】
図２には電流制御用の上下限の閾値（電流制御用閾値）としてピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２とが設定されているが、本発明ではこれらの上下限の設定値の他に、電流値の大きいピーク保持上限電流Ｉｐ２よりもさらに電流値が大きい電流制御用閾値Ｉｐ３を設けている。この設定した理由について、図３以降を用いて説明する。
【００４７】
図３は、インジェクタ電流Ｉｉｎｊをピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間で制御している期間に、バッテリ電圧Ｖｂが上昇した場合のタイミングチャートである。
【００４８】
図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈとバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂがともにオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは０から上昇し始める。ピーク保持上限電流Ｉｐ２に達したタイミングで、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈがオフとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊはピーク保持下限電流Ｉｐ１まで低下する。その後再び昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈがオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは再度上昇し始める。このタイミングでバッテリ電圧Ｖｂが上昇した場合、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが再び増加し電流制御値のピーク保持上限電流Ｉｐ２に達した後、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオフとなるが、バッテリ電圧Ｖｂが上昇しているためインジェクタ電流Ｉｉｎｊはピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも大きい領域で増加し続けることになる。
【００４９】
この状態になると、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを一定値の範囲に制御することができなくなり、制御性の悪化をもたらすことになる。
【００５０】
なお、上述したようなバッテリ電圧の上昇は、オルタネータの故障，エンジン回転中のバッテリ端子外れ等により発生しうる。
【００５１】
図４には、このようなケースでも安定した電流制御が可能なようにするためピーク保持上限電流Ｉｐ２の他に、ピーク保持上限電流Ｉｐ２より大きい電流値（閾値）である電流制御用閾値Ｉｐ３を設定したタイミングチャートを示している。
【００５２】
ピーク保持上限電流Ｉｐ２とピーク保持下限電流Ｉｐ１の間で電流制御をしている期間に、電流制御用閾値Ｉｐ３にインジェクタ電流Ｉｉｎｊの電流値が達した場合、図４（Ｅ）に示すようにバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂをオフにし、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを低下させる。
【００５３】
つまり、ピーク保持上限電流Ｉｐ２より大きい電流制御用閾値Ｉｐ３をもうけ、電流が一定になるように制御している期間、すなわちピーク電流保持期間Ｐ２においてインジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３に達した場合にバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂを停止させることにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを一定値の範囲に制御するという目的が達成される。
【００５４】
図５は、図２〜図４のバッテリ電圧Ｖｂが通常１４Ｖであるのに対し、２倍の２８Ｖとなっているときのタイミングチャートを示す。
【００５５】
バッテリ電圧Ｖｂが２８Ｖとなるのは、寒冷地等でバッテリが上がりやすい状態において、エンジン始動のための電圧を確保するためにバッテリを直列接続（ジャンプスタートモード）にした場合などである。
【００５６】
図５（Ｄ），（Ｅ）に示すように、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈとバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂとがともにオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは０から上昇はじめる。インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持上限電流Ｉｐ２に達したタイミングで昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオフになるが、バッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂがオンになっているためインジェクタ電流Ｉｉｎｊは増加し続ける。
【００５７】
図６はこれを防止するためにピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも大きい電流制御用閾値Ｉｐ３をもうけた場合のタイミングチャートである。
【００５８】
図４と同様に、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが一定になるように制御している期間、すなわちピーク電流保持期間Ｐ２においてインジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３に達した場合に、図６（Ｅ）に示すようにバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂを停止させることにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３以上に増加するのを防止している。
【００５９】
電流制御用閾値Ｉｐ３をピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも僅かに大きい値に設定することで、ピーク保持上限電流Ｉｐ２と殆ど変わらない電流制御を行うことも可能である。
【００６０】
なお、ピーク電流保持期間Ｐ２において、駆動するインジェクタの寄生抵抗値によっては、ピークホールドアシスト方式を用いるとインジェクタ電流がピーク保持下限電流Ｉｐ１へと下降せず、上昇する場合がある。即ち、上記のピーク電流通電による寄生抵抗３Ｒにおける電圧降下ＶＲとインジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊの関係が、ＶＲ＞Ｖｉｎｊ場合はインジェクタ電流が減少するが、ＶＲ＜Ｖｉｎｊの場合はインジェクタ電流が増加することになる。
【００６１】
このような場合においても、電流制御用閾値Ｉｐ３を用いた制御をすることにより、安定した電流制御が可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
３ インジェクタ
１００ 昇圧回路
２００ 駆動回路
２０２ 昇圧側駆動ＦＥＴ
２１２ バッテリ側駆動ＦＥＴ
２２０ インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ
２４０ インジェクタ制御回路
２４１ 昇圧側電流検出回路
２４２ バッテリ側電流検出回路
２４３ 下流側電流検出回路
２４４ 電流選択回路
２４５ ゲート駆動ロジック回路
２４５Ａ ピークホールドアシスト（ＰＨＡ）回路
３００ 制御回路
Ｄｂ バッテリ側保護ダイオード
Ｄｆ 還流ダイオード
Ｄｈ 昇圧側保護ダイオード
Ｄｒ 電流回生ダイオード
Ｒｂ バッテリ側電流検出抵抗
Ｒｈ 昇圧側電流検出抵抗
Ｒｉ インジェクタ下流側電流検出抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明はインジェクタ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車，オートバイ，農耕機，工作機械，船舶機等の内燃機関制御装置において、燃費や出力向上の目的により、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたものが用いられている。このようなインジェクタは、「気筒内直接噴射型インジェクタ」，「直噴インジェクタ」、または、「ＤＩ」と呼ばれている。
【０００３】
現在、ガソリンエンジンで、吸気管に燃料を噴射する方式が主流であるが、高圧に加圧された燃料を用いる気筒内直接噴射型インジェクタを備えたエンジンは、インジェクタの開弁動作時に、前記の方式より高いエネルギーを必要とする。また、制御性を向上させて高速回転に対応するためには、高いエネルギーを短時間にインジェクタに供給することが必要になる。さらに、気筒内直噴型インジェクタを備えたエンジンでは、低燃費化や排気ガスの放出低減のための多段噴射という技術が注目されているが、この技術では従来ピストンの１動作に対して１度に噴射していた燃料を数回に分けて噴射するため、高いエネルギーを一層短時間にインジェクタに供給することが必要になる。
【０００４】
一般的に、気筒内直接噴射型インジェクタを制御するインジェクタ駆動回路は、バッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧する昇圧回路を設け、この昇圧回路により発生させた昇圧電圧を印加することで、インジェクタの動作応答時間の短縮を狙ったものが多い。そのため、インジェクタの動作回数が増加する多段噴射技術では、昇圧回路の負担が増加するので、昇圧回路の負荷低減が重要な課題となっている。
【０００５】
以下、代表的な直噴インジェクタの電流波形について説明する。まず、通電初期のピーク電流通電期間には、昇圧電圧を用いてインジェクタ電流を予め定められたピーク電流まで短時間に上昇させ、インジェクタを開弁する。このピーク電流は、吸気管に燃料を噴射する方式のインジェクタ電流と比較して、５〜２０倍程度大きい。ピーク電流の通電期間が終了した後は、インジェクタへのエネルギー供給源は、昇圧回路からバッテリ電源へ移行し、前記ピーク電流値よりも低い開弁保持電流を通電させ、インジェクタの開弁状態を保持する。このピーク電流と開弁保持電流を通電させることで、開弁したインジェクタが、燃料を気筒内に噴射する。
【０００６】
噴射終了時は、インジェクタの閉弁を速やかに行うため、インジェクタ通電電流の電流降下を短時間に行い、インジェクタ電流を遮断する必要がある。しかし、インジェクタには、インジェクタ電流が流れていることで高いエネルギーが蓄積されており、このエネルギーをインジェクタから消滅させることが必要である。これを短時間に実現させるため、インジェクタ電流を駆動する駆動回路の駆動素子でツェナーダイオード効果を使用してエネルギーを熱エネルギーに変換する方式や、電流回生ダイオードを介して、インジェクタ電流を昇圧回路の昇圧電圧を蓄積している昇圧コンデンサに回生させる方式等、種々の方式が採用されている。
【０００７】
例えば、特許文献１は、上述したエネルギー供給源である昇圧回路とバッテリ駆動回路を同時荷駆動し、インジェクタに流れる電流を制御する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１によるインジェクタ駆動回路ではオン／オフを繰り返し行うための電流判定値として上限値と下限値を設定し、通常、電流が上限値に達した後に該第１のスイッチング素子を遮断し電流が低下し下限値となったら再び通電し、この繰り返しにより前記インジェクタに流れる電流を上限値と下限値の間に維持している。
【００１０】
しかし、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子が同時にオンしインジェクタに流れる電流が０から増加して前述し、上限値に達した時点で昇圧回路の第１のスイッチング素子を遮断した後も電源電圧の上昇等により第２のスイッチング素子から供給される電流によりインジェクタに流れる電流が増え続ける場合、電流が前述した上限値を超えているためこの電流を抑制することができなくなる。
【００１１】
すなわち、インジェクタに流れる電流を上限値と下限値の間に制御することができなくなり、本来の制御目的であるインジェクタの開弁位置を一定に保つことが困難となり、制御性が悪化する場合が考えられる。
【００１２】
そこで本発明の目的は、上記昇圧回路の負荷を低減できるインジェクタ駆動回路において、安定してインジェクタの電流制御を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。
【００１４】
当該インジェクタ駆動回路は、電源から高電圧を生成する昇圧回路と、前記昇圧回路とインジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、前記電源の正極に接続された第２のスイッチング素子と、前記第２のスイッチング素子の負極側と前記インジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のダイオードと、前記インジェクタの一方の端子と前記第１のダイオードの間に一方の端子が接続され、かつ他方の端子が電源グランドに接続された第２のダイオードと、前記インジェクタの他方の端子と電源グランドの間の経路に接続された第３のスイッチング素子と、前記インジェクタに流れる電流値に応じて、前記第１のスイッチング素子，前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を動作させる制御手段を有するインジェクタ駆動回路であって、前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に前記第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、前記インジェクタに流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び前記第２の閾値より大きい第３の閾値とを有するように構成することで実現できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安定したインジェクタの電流制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】異常時のインジェクタ制御システムのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】異常時のインジェクタ制御システムのタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１，図２を用いて、本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路の構成及び動作について説明する。
【００１８】
最初に、図１を用いて、本実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの構成について説明する。ここではインジェクタの一例として、気筒内直接噴射型インジェクタの場合について説明するが、昇圧回路を使用する他のインジェクタにも、本発明は適用できるものである。また、ここでは、１つのインジェクタを駆動する駆動回路を示しているが、複数のインジェクタを駆動することも可能である。
【００１９】
本実施形態のインジェクタ駆動回路は、昇圧回路１００と、駆動回路２００とを備えている。
【００２０】
駆動回路２００は、制御回路３００からの制御指令に基づいて、インジェクタ３への通電を制御する。制御回路３００は、エンジンコントロールユニットなどからなり、車両の状態や運転者の意図に応じて、インジェクタ３への通電を制御する。インジェクタ３は、直噴インジェクタである。インジェクタ３には、昇圧回路１００により昇圧された電圧Ｖｈ若しくはバッテリからの電圧Ｖｂが印加される。
【００２１】
インジェクタ３は、直列接続された内部コイル３Ｌと内部寄生抵抗３Ｒの等価回路とし
て表すことができる。一般に、気筒内直接噴射型インジェクタの寄生抵抗値は、数Ω程度である。
【００２２】
昇圧回路１００は、複数の駆動回路２００により共有される。通常は、一つのエンジンに対して、１〜４個の昇圧回路１００が搭載される。昇圧回路１００が駆動回路２００を共有する数は、後述するインジェクタ電流Ｉｉｎｊのピーク電流通電期間（図２にて後述する期間Ｐ１）およびピーク電流保持期間（図２にて後述する期間Ｐ２）にインジェクタを駆動するために必要なエネルギー，エンジンの最高回転数，同一気筒での１回の燃焼に対する燃料の多段噴射回数等で決定される昇圧復帰期間や、昇圧回路１００の自己発熱等により決まる。
【００２３】
昇圧回路１００は、バッテリ電源の電圧Ｖｂを昇圧電圧Ｖｈまで昇圧する。バッテリ電圧Ｖｂを例えば１２Ｖとすると、昇圧電圧Ｖｈは例えば６５Ｖ程度である。
【００２４】
昇圧回路１００で昇圧された昇圧電圧Ｖｈは、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈと、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２と、昇圧側保護ダイオードＤｈとを介して、インジェクタ３の上流側に供給される。昇圧側電流検出抵抗Ｒｈは、昇圧回路１００からの流出電流の過電流又はインジェクタ３側のハーネス断線等を検出するための昇圧側駆動電流Ｒｈａを、電圧に変換する。昇圧側駆動ＦＥＴ２０２は、後述するインジェクタ電流Ｉｉｎｊのピーク電流通電期間Ｐ１およびピーク電流保持期間Ｐ２に駆動するためのものである。昇圧側保護ダイオードＤｈは、昇圧回路１００が故障した場合の逆電流を防止するためのものである。
【００２５】
また、インジェクタ３の上流側には、バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂ，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、及び、バッテリ側保護ダイオードＤｂを介して、バッテリ電源の電圧Ｖｂが供給される。バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂは、バッテリ電源からの過電流又はインジェクタ３側のハーネス断線等を検出するために、バッテリ側駆動電流Ｒｂａを電圧に変換する。また、バッテリ側保護ダイオードＤｂは、昇圧電圧Ｖｈからの電流がバッテリ電源へ逆流するのを防止するために設けられている。また、抵抗ＲｓとコンデンサＣｓの直列回路からなるスナバ回路が、バッテリ側保護ダイオードＤｂと並列に接続されている。
【００２６】
バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２は、開弁保持電流通電期間（図２にて後述する期間Ｐ４）に、インジェクタの開弁保持電流を流すために駆動することが一般的であるが、後述のように、本実施形態ではピーク電流保持期間Ｐ１の電流降下を緩和する目的でも使用する。
【００２７】
インジェクタ３の下流側には、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０が接続される。インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０のオン／オフにより、インジェクタ３の通電／非通電が決まる。本例では、インジェクタ３に流れるインジェクタ電流Ｉｉｎｊは、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０のソース電極に接続された下流側電流検出抵抗Ｒｉを介して電源グランドＧＮＤに流れる。
【００２８】
また、還流ダイオードＤｆが、電源グランドＧＮＤとインジェクタ３の上流側との間に接続されている。還流ダイオードＤｆは、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを通電する間、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２を同時に遮断し、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０を通電させることで生じるインジェクタの回生電流をフライホイールさせるためである。このため、還流ダイオードＤｆのアノードが電源グランドＧＮＤ側に、また、カソードがインジェクタ３の上流側に接続される。
【００２９】
また、電流回生ダイオードＤｒが、インジェクタ３の下流と昇圧電圧側の経路との間に設けられる。本例では、電流回生ダイオードＤｒのアノードが、インジェクタ３と下流側駆動ＦＥＴ２２０との間の経路に接続され、また、カソードが、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈと昇圧側駆動ＦＥＴ２０２との間の経路に接続される。電流回生ダイオードＤｒは、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを通電する間に、上流側の昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、およびインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０を全て遮断させることにより、インジェクタ３の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させるために用いられる。インジェクタ電流の回生は、主にインジェクタの閉弁動作時など、インジェクタ通電電流を素早く下降させたい場合に行われる。
【００３０】
昇圧側駆動ＦＥＴ２０２，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２，インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の各駆動素子は、エンジン回転数や各種センサからの入力条件に基づき、制御回路３００が発生するインジェクタ開弁信号３００ｂ，インジェクタ駆動信号３００ｃにより制御される。インジェクタ開弁信号３００ｂ，インジェクタ駆動信号３００ｃは、駆動回路２００のインジェクタ制御回路２４０のゲート駆動ロジック回路２４５に入力する。また、制御回路３００とゲート駆動ロジック回路２４５との間は、通信信号３００ａにより必要な情報を更新する。
【００３１】
インジェクタ制御回路２４０は、昇圧側電流検出回路２４１と、バッテリ側電流検出回路２４２と、下流側電流検出回路２４３と、電流選択回路２４４と、ゲート駆動ロジック回路２４５とを備えている。昇圧側電流検出回路２４１は、昇圧側電流検出抵抗Ｒｈに流れる昇圧側駆動電流Ｉｈを検出する。バッテリ側電流検出回路２４２は、バッテリ側電流検出抵抗Ｒｂに流れるバッテリ側駆動電流Ｉｂを検出する。下流側電流検出回路２４３は、下流側電流検出抵抗Ｒｉに流れる下流側駆動電流Ｉｉを検出する。電流選択回路２４４は、昇圧側電流検出回路２４１と下流側電流検出回路２４３により検出された電流のいずれかを選択する。
【００３２】
電流選択回路２４４は、ゲート駆動ロジック回路２４５から昇圧側電流選択信号２４５ｈが出力されると昇圧側電流検出回路２４１により検出された電流を選択し、ゲート駆動ロジック回路２４５からインジェクタ下流側電流選択信号２４５ｉが出力されると下流側電流検出回路２４３により検出された電流を選択し、選択信号Ｉｈ／ｉとして出力する。
【００３３】
ゲート駆動ロジック回路２４５は、昇圧側電流検出回路２４１，バッテリ側電流検出回路２４２、及び、下流側電流検出回路２４３により検出された検出値（昇圧側電流検出信号ＳＩｈ，バッテリ側電流検出信号ＳＩｂ，インジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉ）に基づき、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈ，バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂ，インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉを生成する。また、制御回路３００とインジェクタ制御回路２４０は、駆動回路２００と制御回路３００との間の通信信号３００ａにより、インジェクタ駆動波形を決めるピーク保持上限電流（図２にて後述する電流Ｉｐ２），ピーク保持下限電流（図２にて後述する電流Ｉｐ１），開弁保持上限電流（図２にて後述する電流Ｉｆ２），開弁保持下限電流（図２にて後述する電流Ｉｆ１），ピーク電流保持期間Ｐ２，開弁保持電流通電期間Ｐ４，ピーク電流の有無，ピーク電流保持の実施有無，ピーク電流降下の急峻／緩行の切り替え，ピーク電流立下りの急峻／緩行の切り替え，通電電流降下の急峻／緩行の切り替え，開弁電流保持の実施有無，過電流検出，断線検出，過熱保護，昇圧回路故障等の診断結果，インジェクタ制御回路２４０自体の制御信号の中から必要な情報を交信し、インジェクタの良好な駆動を実現する。
【００３４】
なお、ここで、特許文献１に開示されているように、各電流検出抵抗の接続位置は様々な形態が可能であり、それに応じて電流検出回路や電流選択回路の形態も異なるが、本実施形態はそれらの異なる形態に対しても適用できる。
【００３５】
次に、図２を用いて、本実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作について説明する。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態によるインジェクタ駆動回路を用いたインジェクタ制御システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【００３７】
図２において、横軸は時間を示している。図２（Ａ）の縦軸は、インジェクタ駆動信号３００ｃを示し、図２（Ｂ）の縦軸は、インジェクタ開弁信号３００ｂを示し、図２（Ｃ）の縦軸は、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを示している。また、図２（Ｄ）の縦軸は、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈを示し、図２（Ｅ）の縦軸は、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂを示し、図２（Ｆ）の縦軸は、インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御電流ＳＤｉを示し、図２（Ｇ）の縦軸は、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊを示している。
【００３８】
ここで、図２（Ｃ）に示すインジェクタ電流Ｉｉｎｊの波形は、ピーク電流通電期間Ｐ１，ピーク電流保持期間Ｐ２，開弁保持電流移行期間Ｐ３，開弁保持電流通電期間Ｐ４，通電電流下降期間Ｐ５の５つの期間に分けることができる。
【００３９】
まず、図２（Ａ）に示すように、インジェクタ駆動信号３００ｃがオンになり、かつ、図２（Ｂ）に示すように、インジェクタ開弁信号３００ｂがオンになると、ピーク電流通電期間Ｐ１が開始する。この期間Ｐ１では、昇圧回路１００により昇圧された昇圧電圧Ｖｈにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを予め定められたピーク保持上限電流Ｉｐ２に至るまで短時間に上昇させる。このとき、ゲート駆動ロジック回路２４５は、図２（Ｄ），（Ｆ）に示すように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈ及びインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉを出力し、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の両方をオンさせる。この結果、図２（Ｃ）に示すように、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊは昇圧電圧Ｖｈとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊはゼロからピーク保持上限電流Ｉｐ２に急峻に変化する。なお、実際の昇圧電圧Ｖｈは、昇圧側保護ダイオードＤｈでの電圧降下により、１［Ｖ］程度低下する。また、ピーク電流通電期間Ｐ１においては、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂはオン／オフどちらでも影響はないが、図２（Ｅ）では例としてオンされた場合を示している。
【００４０】
この期間Ｐ１では、インジェクタ下流側電流選択信号２４５ｉはオンに制御され、昇圧側電流選択信号２４５ｈはオフに制御される。このため、電流選択回路２４４は、下流側電流検出回路２４３から出力されるインジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉを選択する。したがって、インジェクタ下流側電流検出抵抗Ｒｉに流れる下流側駆動電流Ｉｉに基づいたインジェクタ下流側電流検出信号ＳＩｉが選択信号Ｉｈ／ｉとなる。
【００４１】
インジェクタ電流Ｉｉｎｊが、予め定められたピーク保持上限電流Ｉｐ２に到達すると、次に、ピーク電流保持期間Ｐ２となる。このとき、インジェクタ電流がピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間に保持されるように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオン／オフを繰り返すように制御される。この時、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊは断続的に昇圧電圧Ｖｈとなる。
【００４２】
このピーク電流保持期間Ｐ２にピーク保持上限電流Ｉｐ２からピーク保持下限電流Ｉｐ１へ下降させるため、図２（Ｅ），（Ｆ）に示すように、バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｂおよびインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｉの両方をオンにする。これにより、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２とインジェクタ下流側駆動ＦＥＴ２２０の両方をオンにする。また図２（Ｄ）に示すように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈをオフとして、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２をオフにする。これにより、インジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊをバッテリ電圧Ｖｂ（実際はバッテリ側保護ダイオードＤｂでの電圧降下により、１［Ｖ］程度低下する）にすることで、電流降下を緩和する（以下、この方式を「ピークホールドアシスト方式」と称する）。ピークホールドアシスト（ＰＨＡ）回路２４５Ａは、ピークホールドアシスト方式を実行する。
【００４３】
インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持下限電流Ｉｐ１に達すると、図２（Ｄ）に示すように、ゲート駆動ロジック回路２４５は再び、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈをオンとして、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２をオンとする。これにより、図２（Ｃ）に示すように、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは増加する。このように、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号ＳＤｈのオン／オフを繰り返すことで、インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間に保持されるように制御される。
【００４４】
ピーク保持上限電流Ｉｐ２とピーク保持下限電流Ｉｐ１の平均電流をピーク保持電流Ｉｐ０とすると、ピーク電流保持期間Ｐ２では、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは平均的にピーク保持電流Ｉｐ０に保持される。
【００４５】
以上のピークホールドアシスト方式により、定められたピーク電流保持期間Ｐ２に昇圧回路を使ってインジェクタ電流をピーク保持下限電流Ｉｐ１からピーク保持上限電流Ｉｐ２へ移行させる頻度が減少し、したがって昇圧回路の負荷を低減することができる。
【００４６】
図２には電流制御用の上下限の閾値（電流制御用閾値）としてピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２とが設定されているが、本発明ではこれらの上下限の設定値の他に、電流値の大きいピーク保持上限電流Ｉｐ２よりもさらに電流値が大きい電流制御用閾値Ｉｐ３を設けている。この設定した理由について、図３以降を用いて説明する。
【００４７】
図３は、インジェクタ電流Ｉｉｎｊをピーク保持下限電流Ｉｐ１とピーク保持上限電流Ｉｐ２の間で制御している期間に、バッテリ電圧Ｖｂが上昇した場合のタイミングチャートである。
【００４８】
図３（Ｄ），（Ｅ）に示すように、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈとバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂがともにオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは０から上昇し始める。ピーク保持上限電流Ｉｐ２に達したタイミングで、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈがオフとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊはピーク保持下限電流Ｉｐ１まで低下する。その後再び昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈがオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは再度上昇し始める。このタイミングでバッテリ電圧Ｖｂが上昇した場合、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが再び増加し電流制御値のピーク保持上限電流Ｉｐ２に達した後、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオフとなるが、バッテリ電圧Ｖｂが上昇しているためインジェクタ電流Ｉｉｎｊはピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも大きい領域で増加し続けることになる。
【００４９】
この状態になると、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを一定値の範囲に制御することができなくなり、制御性の悪化をもたらすことになる。
【００５０】
なお、上述したようなバッテリ電圧の上昇は、オルタネータの故障，エンジン回転中のバッテリ端子外れ等により発生しうる。
【００５１】
図４には、このようなケースでも安定した電流制御が可能なようにするためピーク保持上限電流Ｉｐ２の他に、ピーク保持上限電流Ｉｐ２より大きい電流値（閾値）である電流制御用閾値Ｉｐ３を設定したタイミングチャートを示している。
【００５２】
ピーク保持上限電流Ｉｐ２とピーク保持下限電流Ｉｐ１の間で電流制御をしている期間に、電流制御用閾値Ｉｐ３にインジェクタ電流Ｉｉｎｊの電流値が達した場合、図４（Ｅ）に示すようにバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂをオフにし、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを低下させる。
【００５３】
つまり、ピーク保持上限電流Ｉｐ２より大きい電流制御用閾値Ｉｐ３をもうけ、電流が一定になるように制御している期間、すなわちピーク電流保持期間Ｐ２においてインジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３に達した場合にバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂを停止させることにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊを一定値の範囲に制御するという目的が達成される。
【００５４】
図５は、図２〜図４のバッテリ電圧Ｖｂが通常１４Ｖであるのに対し、２倍の２８Ｖとなっているときのタイミングチャートを示す。
【００５５】
バッテリ電圧Ｖｂが２８Ｖとなるのは、寒冷地等でバッテリが上がりやすい状態において、エンジン始動のための電圧を確保するためにバッテリを直列接続（ジャンプスタートモード）にした場合などである。
【００５６】
図５（Ｄ），（Ｅ）に示すように、昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈとバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂとがともにオンとなり、インジェクタ電流Ｉｉｎｊは０から上昇はじめる。インジェクタ電流Ｉｉｎｊがピーク保持上限電流Ｉｐ２に達したタイミングで昇圧駆動側ＦＥＴ制御信号ＳＤｈはオフになるが、バッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂがオンになっているためインジェクタ電流Ｉｉｎｊは増加し続ける。
【００５７】
図６はこれを防止するためにピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも大きい電流制御用閾値Ｉｐ３をもうけた場合のタイミングチャートである。
【００５８】
図４と同様に、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが一定になるように制御している期間、すなわちピーク電流保持期間Ｐ２においてインジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３に達した場合に、図６（Ｅ）に示すようにバッテリ側駆動ＦＥＴ信号ＳＤｂを停止させることにより、インジェクタ電流Ｉｉｎｊが電流制御用閾値Ｉｐ３以上に増加するのを防止している。
【００５９】
電流制御用閾値Ｉｐ３をピーク保持上限電流Ｉｐ２よりも僅かに大きい値に設定することで、ピーク保持上限電流Ｉｐ２と殆ど変わらない電流制御を行うことも可能である。
【００６０】
なお、ピーク電流保持期間Ｐ２において、駆動するインジェクタの寄生抵抗値によっては、ピークホールドアシスト方式を用いるとインジェクタ電流がピーク保持下限電流Ｉｐ１へと下降せず、上昇する場合がある。即ち、上記のピーク電流通電による寄生抵抗３Ｒにおける電圧降下ＶＲとインジェクタ印加電圧Ｖｉｎｊの関係が、ＶＲ＞Ｖｉｎｊ場合はインジェクタ電流が減少するが、ＶＲ＜Ｖｉｎｊの場合はインジェクタ電流が増加することになる。
【００６１】
このような場合においても、電流制御用閾値Ｉｐ３を用いた制御をすることにより、安定した電流制御が可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
３ インジェクタ
１００ 昇圧回路
２００ 駆動回路
２０２ 昇圧側駆動ＦＥＴ
２１２ バッテリ側駆動ＦＥＴ
２２０ インジェクタ下流側駆動ＦＥＴ
２４０ インジェクタ制御回路
２４１ 昇圧側電流検出回路
２４２ バッテリ側電流検出回路
２４３ 下流側電流検出回路
２４４ 電流選択回路
２４５ ゲート駆動ロジック回路
２４５Ａ ピークホールドアシスト（ＰＨＡ）回路
３００ 制御回路
Ｄｂ バッテリ側保護ダイオード
Ｄｆ 還流ダイオード
Ｄｈ 昇圧側保護ダイオード
Ｄｒ 電流回生ダイオード
Ｒｂ バッテリ側電流検出抵抗
Ｒｈ 昇圧側電流検出抵抗
Ｒｉ インジェクタ下流側電流検出抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から高電圧を生成する昇圧回路と、
前記昇圧回路とインジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、
前記電源の正極に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子の負極側と前記インジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のダイオードと、
前記インジェクタの一方の端子と前記第１のダイオードの間に一方の端子が接続され、かつ他方の端子が電源グランドに接続された第２のダイオードと、
前記インジェクタの他方の端子と電源グランドの間の経路に接続された第３のスイッチング素子と、
前記インジェクタに流れる電流値に応じて、前記第１のスイッチング素子，前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を動作させる制御手段
を有するインジェクタ駆動回路であって、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に前記第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、
前記インジェクタに流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び前記第２の閾値より大きい第３の閾値とを有するインジェクタ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のインジェクタ駆動回路において、
前記制御手段が、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせることで、前記インジェクタに流れる電流値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間に保持されるように前記インジェクタに流れる電流を制御するインジェクタ駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載のインジェクタ駆動回路において、
前記制御手段が、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせて前記第１の閾値と前記第２の閾値との間に保持されるように前記インジェクタに流れる電流を制御する期間のうち、前記第１のスイッチング素子をオフ、かつ、前記第２のスイッチング素子をオンとしている間に、前記インジェクタに流れる電流が増加して前記第２の閾値を超えて前記第３の閾値に達した場合、前記第２のスイッチング素子をオフにするインジェクタ駆動回路。
【請求項１】
電源から高電圧を生成する昇圧回路と、
前記昇圧回路とインジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のスイッチング素子と、
前記電源の正極に接続された第２のスイッチング素子と、
前記第２のスイッチング素子の負極側と前記インジェクタの一方の端子の間の経路に接続された第１のダイオードと、
前記インジェクタの一方の端子と前記第１のダイオードの間に一方の端子が接続され、かつ他方の端子が電源グランドに接続された第２のダイオードと、
前記インジェクタの他方の端子と電源グランドの間の経路に接続された第３のスイッチング素子と、
前記インジェクタに流れる電流値に応じて、前記第１のスイッチング素子，前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を動作させる制御手段
を有するインジェクタ駆動回路であって、
前記制御手段は、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせる期間に前記第２のスイッチング素子をオン／オフさせる手段を備え、
前記インジェクタに流れる電流を制御するための設定値として、下限を定める第１の閾値，上限を定める第２の閾値、及び前記第２の閾値より大きい第３の閾値とを有するインジェクタ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のインジェクタ駆動回路において、
前記制御手段が、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせることで、前記インジェクタに流れる電流値が前記第１の閾値と前記第２の閾値との間に保持されるように前記インジェクタに流れる電流を制御するインジェクタ駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載のインジェクタ駆動回路において、
前記制御手段が、前記第１のスイッチング素子を複数回オン／オフさせて前記第１の閾値と前記第２の閾値との間に保持されるように前記インジェクタに流れる電流を制御する期間のうち、前記第１のスイッチング素子をオフ、かつ、前記第２のスイッチング素子をオンとしている間に、前記インジェクタに流れる電流が増加して前記第２の閾値を超えて前記第３の閾値に達した場合、前記第２のスイッチング素子をオフにするインジェクタ駆動回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１５９０４９（Ｐ２０１２−１５９０４９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０２９６（Ｐ２０１１−２０２９６）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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