JP2006336568A - インジェクタ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに燃料噴射を行うインジェクタ駆動装置におけるチャージコンデンサの充電に際して、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング動作によって発生する電磁ノイズを抑制し、しかも電磁ノイズ対策に要するコストを低減させる。
【解決手段】インジェクタ駆動装置３０は、ピーク電流供給回路として、電源電圧よりも高い電圧に充電されるチャージコンデンサ４０と、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ３６を有し、電源電圧を昇圧してチャージコンデンサ４０を充電するＤＣＤＣコンバータ３４とを備える。制御回路３２の充電制御部５０は、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの立ち上がりを噴射タイミングとして検知し、該噴射タイミングの平均的な周期に基づき、チャージコンデンサ４０の充電にかかるＭＯＳＦＥＴ３６のスイッチング態様を可変に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両等に搭載されるエンジンのインジェクタ駆動装置に関するものである。

従来、エンジンの各気筒に燃料を噴射供給するために、電磁式のインジェクタが使用されている。電磁式のインジェクタは電磁ソレノイド等を備え、電磁ソレノイド等への通電によって駆動される。

こうしたインジェクタを駆動するためのインジェクタ駆動装置として、高速開弁用の比較的大きなピーク電流を供給するピーク電流供給回路と、開弁保持用の一定の大きさのホールド電流を供給するホールド電流供給回路とを備えるものがある。ピーク電流供給回路は、バッテリ電源よりも高い電圧を充電するチャージコンデンサと、スイッチング素子を有しチャージコンデンサを充電するためのＤＣＤＣコンバータとを備えている。ピーク電流供給回路及びホールド電流供給回路を備えるインジェクタ駆動装置では、インジェクタの駆動開始時にはチャージコンデンサに充電した高電圧により電磁ソレノイドにピーク電流を供給してインジェクタを速やかに開弁させ、その後はホールド電流供給回路から開弁保持用のホールド電流を供給してインジェクタの開弁状態を保持する。またピーク電流供給回路では、インジェクタにピーク電流を供給した後、スイッチング素子がスイッチング（オン／オフ）されることによってＤＣＤＣコンバータによりチャージコンデンサの再充電が行われる。

一般にインジェクタ駆動装置は、エンジンの高速回転時にも適正にインジェクタが駆動できるよう、チャージコンデンサの充電にかかる時間が仕様で要求される最短時間を満足するように設計されている。そのため、スイッチングの時にＤＣＤＣコンバータに流れる電流が大きくなり、それに起因して電磁ノイズが発生して電子制御装置の誤動作やラジオノイズを引き起こすおそれがあった。故に、電源供給系統へのフィルタの追加や車両配線のシールド化などの対策を行う必要があり、コストの高騰を招いている。

また近年では、騒音や排気エミッションを低減することを目的として、１回の燃焼に際して複数回噴射を行う多段噴射の技術が実用化されている。このような燃料噴射技術の実施に伴って燃料噴射回数が増加し、チャージコンデンサの充電における電磁ノイズ発生の問題はより深刻になっている。

一方で、チャージコンデンサを充電するための電流の大きさや充電にかかる時間をエンジンの運転状況に応じて制御する方法が示されている。例えば特許文献１では、エンジンに噴射供給する燃料の調量精度を高めることを目的として、エンジン回転速度を基に、チャージコンデンサの充電に必要な電流の大きさや充電にかかる時間を決定するようにしている。

しかしながら多段噴射が実施される場合には、エンジン回転速度が同じであったとしても燃料噴射の時間間隔が局部的に密になることがある。そのため、チャージコンデンサの充電が次の噴射に間に合わなくなるおそれがある。
特表２００２−５００７２０号公報

本発明の目的は、エンジンに燃料噴射を行うインジェクタ駆動装置におけるチャージコンデンサの充電に際して、ＤＣＤＣコンバータのスイッチング動作によって発生する電磁ノイズを抑制し、しかも電磁ノイズ対策に要するコストを低減させることである。

手段１では、インジェクタによる燃料噴射に際し、噴射信号に基づく噴射タイミングに従ってチャージコンデンサに蓄えた電気エネルギを放出してインジェクタを駆動するとともに、その後スイッチング素子を繰り返しスイッチングしてチャージコンデンサを充電する。また、チャージコンデンサの充電にかかるスイッチング素子のスイッチング態様を噴射タイミングの頻度に基づいて可変に設定する。

手段１によれば、噴射タイミングの頻度に基づいてスイッチング態様を可変に設定することにより、スイッチング時にＤＣＤＣコンバータに流れる電流をインジェクタによる燃料噴射状況に応じて変化させることができる。電磁ノイズはＤＣＤＣコンバータに流れる電流によって生じるため、ＤＣＤＣコンバータに流れる電流を調節できるということは電磁ノイズの抑制を図ることが可能になる。また、電源供給回路へのフィルタ等の追加や配線のシールド化などの電磁ノイズ対策に関する手段の簡素化を図ることができる。

さらに、噴射タイミングの頻度に基づいてスイッチング態様を可変に設定することは次のような利点がある。多段噴射を行うインジェクタ駆動装置では、エンジン回転速度と噴射回数とが個別に変化するため、充電効率や充電時のノイズ低減の観点からすると、エンジン回転速度を基にスイッチング態様を可変に設定した場合には充電の最適化ができない。これに対し、噴射タイミングを基にスイッチング態様を可変に設定した場合には、充電の最適化を図ることができる。

手段２では、噴射タイミングが発生する度にその回数をカウントするとともに、現時点前所定期間の回数から噴射タイミングの平均的な周期を算出する。そして、算出した平均的な周期に基づいて、スイッチング素子のスイッチング態様を可変に設定する。

手段２によれば、噴射タイミングの平均的な周期を算出することによって噴射タイミングの頻度を正しく把握することができる。このため、噴射タイミングの平均的な周期に基づいてスイッチング素子のスイッチング態様を可変に設定することにより、スイッチング時にＤＣＤＣコンバータに流れる電流を好適に変化させることができる。故に前述の通り、電磁ノイズの発生を抑制し、かつ電磁ノイズ抑制に要するコストを削減することができる。

手段３では、噴射タイミングの頻度が小さいほどＤＣＤＣコンバータからチャージコンデンサに供給される単位時間あたりの電気エネルギが小さくなるようにスイッチング態様を可変に設定する。

手段３によれば、単位時間あたりに供給される電気エネルギの量が調節されることにより、チャージコンデンサの充電にかかる速度が好適に変化する。噴射タイミングの頻度が大きいさときにはチャージコンデンサの充電は高速に行われ、噴射タイミングの頻度が小さいときにはチャージコンデンサの充電は低速に行われる。この結果、チャージコンデンサの充電の最適化が図られる。

手段４では、前記スイッチング素子をオフする遮断電流の大きさを前記噴射タイミングの頻度に基づいて変化させる。

手段４によれば、遮断電流の大きさを可変に設定することにより、チャージコンデンサに供給する単位時間あたりの電気エネルギの大きさを調節することができる。例えば、噴射タイミングの頻度が大きいほど遮断電流を大きくし、噴射タイミングの頻度が小さいほど遮断電流を小さくすると良い。

手段５では、スイッチング素子をオフした後に次に前記スイッチング素子をオンするまでの遅延時間を設定する手段を有し、噴射タイミングの頻度に基づいて遅延時間を可変に設定する。

手段５によれば、遅延時間を大きくするとＤＣＤＣコンバータに電流が流れない無通電時間が生じる。そのため遅延時間すなわち無通電時間を可変に設定することにより、チャージコンデンサに供給する単位時間あたりの電気エネルギの大きさを調節することができる。例えば、噴射タイミングの頻度が大きいほど遅延時間を短くし、噴射タイミングの頻度が小さいほど遅延時間を長くすると良い。

（第１の実施の形態）
本実施の形態のインジェクタ駆動装置は、車両用ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射制御システムとして具体化されるものである。その概要としては、コモンレールに高圧燃料が蓄圧され、蓄圧された高圧燃料がインジェクタの動作に伴ってエンジンに噴射供給される。以下、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御システムの概要を示す構成図である。

本燃料噴射制御システムで扱うディーゼルエンジンは４つの気筒を有しており、各気筒の４つのインジェクタはそれぞれ電磁ソレノイド１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備える。電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄの通電タイミング及び通電時間を制御することにより、ディーゼルエンジンの各気筒への燃料噴射時期及び燃料噴射量が制御される。

また、本燃料噴射制御システムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる電子制御装置（以下、ＥＣＵという）２０を有しており、ＥＣＵ２０がディーゼルエンジンの各気筒への燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定している。ＥＣＵ２０は、エンジンの運転情報としてエンジン回転速度やアクセル開度など各種センサの検出値を取得し、これらの取得した内容に基づいて気筒毎の噴射信号Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ，Ｓ１ｄを生成する。噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄは燃料噴射を行う期間中ハイレベルになるパルス状の信号である。一方でＥＣＵ２０は、後述するインジェクタ駆動装置３０の動作異常を示すフェイル信号Ｓ２を受け、例えば断線や短絡などの異常発生時にエンジン停止等の処理を行う。

ところでインジェクタによる燃料噴射の方法には、１回の燃焼に際し、１回の燃料噴射を行う通常噴射のほか、複数回の燃料噴射を行う多段噴射がある。多段噴射は、排ガス中のＰＭやＮＯｘの低減、騒音防止などを目的として行われる。多段噴射では、メイン噴射の前後において、例えば、パイロット噴射、プレ噴射、アフター噴射、ポスト噴射が選択的に行われる。この場合、パイロット噴射ではごく少量の燃料が噴射されて着火の直前に燃料と空気の混合が促進され、プレ噴射ではメイン噴射後の着火時期の遅れが短縮されてＮＯｘ発生の抑制や燃焼音、振動の低減が図られる。また、アフター噴射によってＰＭが再燃焼され、ポスト噴射では排ガスの温度が制御されて浄化性能の向上が図られる。多段噴射を実施するか否か、また多段噴射を実施する場合にどのような噴射制御を行うかはその都度のエンジン運転状態等に基づきＥＣＵ２０によって決定される。

本燃料噴射制御システムは、ＥＣＵ２０からの噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づき電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄを通電させてインジェクタを駆動するためのインジェクタ駆動装置３０を備える。インジェクタ駆動装置３０は制御回路３２を有しており、制御回路３２がＥＣＵ２０との噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄ及びフェイル信号Ｓ２の送受信や、インジェクタ駆動装置３０の各種スイッチング制御などを行う。さらに制御回路３２はスイッチング態様設定手段としての充電制御部５０を有しているが、詳しくは後述する。

また、インジェクタ駆動装置３０は、ピーク電流供給回路として、ＤＣＤＣコンバータ３４とチャージコンデンサ４０とを備えており、ＤＣＤＣコンバータ３４の出力側はチャージコンデンサ４０に接続されている。さらに、チャージコンデンサ４０はＭＯＳＦＥＴ４２を介して電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのハイサイドに接続されている。

ＤＣＤＣコンバータ３４はインダクタ３５と、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ３６と、電流検出抵抗３７と、ダイオード３８とから構成される。インダクタ３５は一端が１２ボルト程度のバッテリ電源＋Ｂに接続され、他端がＭＯＳＦＥＴ３６と電流検出抵抗３７とを介して接地されている。また、インダクタ３５とＭＯＳＦＥＴ３６との接点Ａと、チャージコンデンサ４０との間に、チャージコンデンサ４０に電流が流れる向きを順方向として、ダイオード３８が接続されている。

一方で、ＭＯＳＦＥＴ３６と電流検出抵抗３７との接点Ｂと、制御回路３２とが接続され、制御回路３２は接点Ｂの電圧からＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流を検知している。また、制御回路３２とＭＯＳＦＥＴ３６のゲートとが接続され、制御回路３２によってＭＯＳＦＥＴ３６のスイッチングが行われる。なお、チャージコンデンサ４０の両端には図示していない電圧検出器が設けられており、制御回路３２がチャージコンデンサ４０の充電電圧を検知する。

さらに、インジェクタ駆動装置３０は、ホールド電流供給回路として、ＭＯＳＦＥＴ４４とダイオード４６とを備えており、バッテリ電源＋ＢにＭＯＳＦＥＴ４４とダイオード４６とが直列に接続されている。ダイオード４６は電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄに電流が流れる向きを順方向として、電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのハイサイドに共通接続されている。なお、電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのローサイドには図示していない電流検出器が設けられており、制御回路３２が電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄに流れる電流の大きさを検知している。制御回路３２は電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄに一定のホールド電流が流れるようにＭＯＳＦＥＴ４４をスイッチングする。

電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのローサイドには、気筒選択用スイッチとしてＭＯＳＦＥＴ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４８ｄがそれぞれ直列に接続されている。本燃料供給システムでは、ピーク電流供給回路やホールド電流供給回路が電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのハイサイドに共通接続されている。このため、制御回路３２が噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに応じてＭＯＳＦＥＴ４８ａ〜４８ｄをオンし、対応する気筒のローサイドを通電可能状態にすることによって、所望の気筒に燃料が噴射供給される。

さて、制御回路３２が有する充電制御部５０は、図２に示されるような構成である。充電制御部５０はＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流を制限するための遮断電流を可変に設定するものである。充電制御部５０はＭＯＳＦＥＴ３６をスイッチングしてＤＣＤＣコンバータ３４を駆動する。充電制御部５０は、チャージコンデンサ４０が電気エネルギを放出して一定時間が経過してから、チャージコンデンサ４０が所望の電圧に充電されるまで動作する。

充電制御部５０は、論理和演算器５１と、噴射周期算出手段としての周波数−電圧変換回路（以下、ＦＶ変換回路という）５２と、コンパレータ５３とからなる。噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄが論理和演算器５１に入力され、論理和演算器５１の出力がＦＶ変換回路５２に入力される。また、コンパレータ５３の＋入力端子にはＦＶ変換回路５２の出力が入力されるとともに、同−入力端子には接点Ｂの電圧が入力され、コンパレータ５３の出力はＭＯＳＦＥＴ３６のゲートに入力されている。

ところで、チャージコンデンサ４０は電磁ソレノイド１０ａ〜１０ｄのハイサイドに共通接続されており、全気筒の噴射毎に充電が行われる。このため充電制御部５０では論理和演算器５１にて噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの論理和演算を行い、ＦＶ変換回路５２は該演算信号の立ち上がりを噴射タイミングとして検知している。また、ＦＶ変換回路５２は主として積分器から構成されるものであり、入力信号の周波数を電圧に変換して出力する。ここでは具体的に、噴射タイミングの平均的な周期に応じた電圧を出力する。つまりこの場合、毎回の噴射タイミング間隔ではなく、所定期間における噴射タイミングの頻度を反映できるよう平均的な周期が算出される。ＦＶ変換回路５２の出力電圧は、コンパレータ５３を通じＭＯＳＦＥＴ３６をオフする基準であって、遮断電流Ｉｃに相当する制御量である。遮断電流Ｉｃの大きさは次の噴射タイミングまでにチャージコンデンサ４０の充電が完了するものであって、そのためのＦＶ変換回路５２の入出力特性があらかじめ求められている。

なお、噴射タイミングの平均的な周期が比較的短いときは、遮断電流Ｉｃは仕様で定められている最大値となり、インジェクタによる燃料噴射状況が急変したときにチャージコンデンサ４０が充電不足にならないようになっている。また、コンパレータ５３の−入力端子には基準電圧としてＦＶ変換回路５２の出力電圧が入力されるが、この基準電圧は切り替えられるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ３６がオフからオンに切り替えられてＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流が上昇するとき、コンパレータ５３の基準電圧にはＦＶ変換回路５２の出力電圧が用いられる。一方でＭＯＳＦＥＴ３６がオンからオフに切り替えられてチャージコンデンサ４０に電流が流れるとき、コンパレータ５３の基準電圧にはＦＶ変換回路５２とは別の低電圧（例えば０ボルト）が用いられる。つまり、コンパレータ５３の基準電圧はヒステリシス特性を持つ。

図３は充電制御部５０の特性を表すものであって、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの変動に伴うＦＶ変換回路５２の出力と遮断電流Ｉｃの変化の様子を示している。図３においてはじめは、エンジンが比較的高速に回転し噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期が比較的短い状態であり、ＦＶ変換回路５２の出力電圧は比較的高く、遮断電流Ｉｃは比較的大きい。このとき充電制御部５０は、チャージコンデンサ４０の充電を行うための時間が比較的短いため、スイッチング時にＤＣＤＣコンバータ３４に比較的大きな電流を流すことによって高速に充電を行う。その後、時間の経過とともにエンジンの回転速度が減少して噴射タイミングの平均的な周期が長くなると、ＦＶ変換回路５２の出力電圧は低下し、かつ遮断電流Ｉｃは小さくなる。このとき充電制御部５０は、噴射タイミングの比較的長い周期を利用し、スイッチング時にＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流を比較的小さくして低速に充電を行うことになる。本実施の形態において、遮断電流Ｉｃの大きさは５〜１０アンペア程度の範囲内で可変設定される。このとき遮断電流Ｉｃとして次の噴射タイミングまでに充電が完了するような大きさが設定される。

図４は、多段噴射としてパイロット噴射とメイン噴射を行った場合の、インジェクタ駆動装置３０の動作を表すタイミングチャートである。図４（ａ）はエンジンが比較的高速に回転するとき、図４（ｂ）はエンジンが比較的低速に回転するときの様子を表している。それぞれの場合において充電制御部５０では、噴射信号に基づく噴射タイミングの平均的な周期によって遮断電流Ｉｃ１及びＩｃ２が設定されている。

さて、図４（ａ）において時刻ｔ１１では、噴射信号Ｓ１ａがハイレベルとなりパイロット噴射が開始される。このとき制御回路３２は、ＭＯＳＦＥＴ４２を一時的にオンし、チャージコンデンサ４０に蓄えられた電気エネルギを放出させて電磁ソレノイド１０ａにピーク電流（本実施の形態においては１６アンペア程度）を供給し、インジェクタを高速開弁する。その後、制御回路３２はホールド電流供給回路を動作させ、時刻ｔ１３まで一定のホールド電流（本実施の形態においては４．５アンペア程度）を供給して、インジェクタの開弁状態を維持する。

一方でピーク電流の供給後には、時刻ｔ１２よりチャージコンデンサ４０の充電が行われる。時刻ｔ１２において充電制御部５０がＭＯＳＦＥＴ３６をオンすると、ＤＣＤＣコンバータ３４に電流が流れ始める。このときの電流の過渡応答はインダクタ３５や電流検出抵抗３７等の抵抗体などによって一意に決まるものである。その後ＤＣＤＣコンバータ３４を流れる電流が遮断電流Ｉｃ１に達すると、充電制御部５０はＭＯＳＦＥＴ３６をオフする。このとき、インダクタ３５の作用により接点Ａにバッテリ電源の電圧よりも高い電圧が発生し、チャージコンデンサ４０に電流が流れてチャージコンデンサ４０の充電が行われる。チャージコンデンサ４０に電流が流れなくなると、充電制御部５０は再びＭＯＳＦＥＴ３６をオンする。充電制御部５０はチャージコンデンサ４０が所望の電圧になるまで上記の動作を繰り返す。

時刻１５からｔ１８までの期間にはメイン噴射が行われ、ピーク電流及びホールド電流の供給によってインジェクタが駆動される。さらにピーク電流供給回路では時刻ｔ１６からｔ１７の期間においてチャージコンデンサ４０の充電が行われる。短期的には遮断電流Ｉｃ１の大きさはほとんど変化しないため、充電にかかる時間ｔ１６〜ｔ１７は時間ｔ１２〜ｔ１４とほぼ同様である。また、時刻ｔ１９では噴射信号Ｓ１ｂがハイレベルになって次の気筒の燃料噴射が行われ、上述した動作を繰り返す。

図４（ｂ）では、ｔ２１〜ｔ２３の期間にパイロット噴射が行われ、ｔ２５〜２８の期間にメイン噴射が行われる。各々の噴射開始当初にはチャージコンデンサ４０からインジェクタに対してピーク電流が供給される。その後、時刻ｔ２２〜２４及び時刻ｔ２６〜ｔ２７の期間に充電制御部５０によってＤＣＤＣコンバータ３４が駆動され、チャージコンデンサ４０の充電が行われる。図４（ｂ）では、図４（ａ）に比べてエンジン回転速度が遅く噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期が長いため、遮断電流Ｉｃ２が遮断電流Ｉｃ１に比べて小さくなっている。また、チャージコンデンサ４０の充電にかかる時間ｔ２２〜ｔ２４及びｔ２６〜２７は、図４（ａ）の時間ｔ１２〜１４及びｔ１６〜１７に比べて長い。

以上詳述した第１の実施の形態によれば、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期が求められ、該平均的な周期に基づいて遮断電流Ｉｃが設定される。ここで遮断電流Ｉｃは、インジェクタによる燃料噴射状況の変動に伴い、噴射タイミングの平均的な周期が短い場合には比較的大きくなり、噴射タイミングの平均的な周期が長い場合には比較的小さくなる。この結果、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの頻度が小さいとき、ＭＯＳＦＥＴ３６のスイッチングはチャージコンデンサ４０に供給される単位時間あたりの電気エネルギが小さくなるように行われる。しがたって、スイッチング時にＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流の大きさがインジェクタによる燃料噴射状況に応じて好適に変化する。故に、電磁ノイズの発生が抑制され、また電源供給系統などにフィルタ等を追加するといった電磁ノイズ対策に要するコストを低減することができる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、スイッチング態様設定手段としての充電制御部５０を充電制御部６０に変更する。図５に示される充電制御部６０は、ＭＯＳＦＥＴ３６をオフした後、次にＭＯＳＦＥＴ３６をオンするまでの遅延時間を設定するものである。充電制御部６０において、遅延時間を大きくすることによりＤＣＤＣコンバータ３４に電流が流れない無通電時間Ｔｏｆｆが生じる。充電制御部６０は噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期によって無通電時間Ｔｏｆｆを可変に設定する。

充電制御部６０は論理和演算器６１、ＦＶ変換回路６２、無通電時間制御回路６３、コンパレータ６４、基準電源６５からなり、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄが論理和演算器６１に入力される。また、論理和演算器６１の出力がＦＶ変換回路６２に入力され、ＦＶ変換回路６２の出力が無通電時間制御回路６３に入力されている。コンパレータ６４の＋入力端子には基準電源６５の電圧が入力されるとともに、同−入力端子には接点Ｂの電圧が入力される。そして、コンパレータ６４の出力が無通電時間制御回路６３に入力され、無通電時間制御回路６３の出力がＭＯＳＦＥＴ３６のゲートに入力されている。

充電制御部６０では、第１の実施の形態と同様に、論理和演算器６１及びＦＶ変換回路６２にて噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの論理和から噴射タイミングを検知する。また、ＦＶ変換回路６２は噴射タイミングの平均的な周期に応じた電圧を出力する。ＦＶ変換回路６２の出力電圧は、無通電時間制御回路６３にてＭＯＳＦＥＴ３６のオン動作を遅延させるため、無通電時間Ｔｏｆｆに相当する制御量である。無通電時間制御回路６３は、コンパレータ６４の出力がハイからローに反転したときには直ちにＭＯＳＦＥＴ３６をオフする。一方で、コンパレータ６４の出力がローからハイに反転したときにはＦＶ変換回路６２の出力電圧に基づき無通電時間Ｔｏｆｆが経過してからＭＯＳＦＥＴ３６をオンする特性を持つ。無通電時間Ｔｏｆｆの大きさは次の噴射タイミングまでにチャージコンデンサ４０の充電が完了するものであって、そのためのＦＶ変換回路６２の入出力特性があらかじめ求められている。また、充電制御部６０における遮断電流Ｉｃの大きさは充電にかかる時間との関係から基準電源６５によって決定されている。

また、コンパレータ６４の−入力端子には基準電圧として基準電源６５の電圧が入力されるが、この基準電圧は切り替えられるようになっている。ＭＯＳＦＥＴ３６がオフからオンされてＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流が上昇するとき、コンパレータ６４の基準電圧には基準電源６５の電圧が用いられる。一方でＭＯＳＦＥＴ３６がオンからオフされてチャージコンデンサ４０に電流が流れるとき、コンパレータ６４の基準電圧には基準電源６５とは別の低電圧値（例えば０ボルト）が用いられる。つまり、コンパレータ６４の基準電圧はヒステリシス特性を持つ。

図６は、充電制御部６０の特性を示すものであって、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの変動に伴う、ＦＶ変換回路６２の出力と無通電時間Ｔｏｆｆの変化の様子を示している。図６においてはじめは、エンジンが比較的高速に回転して噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期が比較的短い状態であり、ＦＶ変換回路６２の出力電圧は比較的高く、無通電時間Ｔｏｆｆはほぼ０である。このとき充電制御部６０は、チャージコンデンサ４０の充電を行うための時間が比較的短いため、連続的に電流を流すことによって高速に充電を行う。その後、時間の経過とともにエンジンの回転速度が減少して噴射タイミングの平均的な周期が長くなると、ＦＶ変換回路６２の出力電圧は低下し、かつ無通電時間Ｔｏｆｆは噴射タイミングの平均的な周期に基づいて長くなる。このとき充電制御部６０は、噴射タイミングの比較的長い周期を利用して、ＤＣＤＣコンバータ３４に電流の流れない時間を設けて低速に充電を行う。本実施の形態において、無通電時間Ｔｏｆｆは０〜１００マイクロ秒程度の範囲内で可変設定される。このとき無通電時間Ｔｏｆｆとして次の噴射タイミングまでに充電が完了するような大きさが設定される。

図７は多段噴射としてパイロット噴射とメイン噴射を行った場合の、インジェクタ駆動装置３０の動作を表すタイミングチャートである。図７（ａ）はエンジンが比較的高速に回転するとき、図７（ｂ）はエンジンが比較的低速回転するときの様子を表している。それぞれ噴射信号に基づく噴射タイミングの平均的な周期に基づいて無通電時間Ｔｏｆｆが設定されるが、図（ａ）のエンジンが比較的高速回転する場合には無通電時間は０である。また、いずれの場合においても、遮断電流Ｉｃ３が基準電源６５により設定されている。

まず、図７（ａ）では、ｔ３１〜ｔ３３の期間にパイロット噴射が行われ、ｔ３５〜３８の期間にメイン噴射が行われる。各々の噴射開始当初にはチャージコンデンサ４０からインジェクタに対してピーク電流が供給される。その後、時刻ｔ３２〜３４及び時刻ｔ３６〜ｔ３７の期間に充電制御部６０によってＤＣＤＣコンバータ３４が駆動され、チャージコンデンサ４０の充電が行われる。エンジンが比較的高速に回転しているため無通電時間が無く、ＤＣＤＣコンバータ３４には連続的に電流が流れる。

一方で図７（ｂ）では、時刻ｔ４１〜ｔ４３の期間においてパイロット噴射が行われる。噴射開始当初にはチャージコンデンサ４０からインジェクタに対してピーク電流が供給され、その後の時刻ｔ４２よりチャージコンデンサ４０の充電が行われる。時刻ｔ４２において充電制御部６０がＭＯＳＦＥＴ３６をオンすると、ＤＣＤＣコンバータ３４に電流が流れ始める。ＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流が遮断電流Ｉｃ３に達すると、コンパレータ６４は出力を反転して無通電時間制御回路６３がＭＯＳＦＥＴ３６をオフする。チャージコンデンサ４０に電流が流れなくなると、コンパレータ６４は出力をローからハイに反転するが、無通電時間制御回路６３は無通電時間Ｔｏｆｆだけ遅れてからＭＯＳＦＥＴ３６をオンする。充電制御部６０はチャージコンデンサ４０が所望の電圧になるまで上記の動作を繰り返す。

時刻４５からｔ４８までの期間にはメイン噴射が行われ、同様にインジェクタが駆動される。さらにピーク電流供給回路では時刻ｔ４６からｔ４７の期間においてチャージコンデンサ４０の充電が行われる。短期的には無通電時間Ｔｏｆｆの長さはほとんど変化しないため、充電にかかる時間ｔ４６〜ｔ４７は時間ｔ４２〜ｔ４４とほぼ同様である。また、時刻ｔ４９では次の気筒の噴射信号Ｓ１ｂがハイレベルになって次の気筒の燃料噴射が行われ、上述した動作を繰り返す。

以上詳述した第２の実施の形態によれば、噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの平均的な周期が求められ、該平均的な周期に基づいて無通電時間Ｔｏｆｆが設定される。ここで無通電時間Ｔｏｆｆは、インジェクタによる燃料噴射状況の変動に伴い、噴射タイミングの平均的な周期が短い場合には比較的短くなり、噴射タイミングの平均的な周期が長い場合には比較的長くなる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ３６のスイッチングはチャージコンデンサ４０に供給される単位時間あたりの電気エネルギが小さくなるように行われる。ひいては、ＤＣＤＣコンバータ３４に流れる電流の大きさがインジェクタによる燃料噴射状況に応じて好適に変化する。故に、発生する電磁ノイズの大きさが抑制され、また電源供給系統などにフィルタ等を追加するといった電磁ノイズ対策に要するコストを低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態において、スイッチング態様設定手段として充電制御部５０及び６０を用いてチャージコンデンサの充電制御を行ったが、通電電流の過渡応答はＤＣＤＣコンバータの回路定数によって既知であるので、タイマなどを利用して通電時間を基にチャージコンデンサの充電制御を行っても良い。このとき噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄに基づく噴射タイミングの頻度によってＭＯＳＦＥＴ３６のオン時間又はオフ時間が可変に設定される。例えば前記噴射タイミングの頻度が大きいほどオン時間を長く又はオフ時間を短くし、前記噴射タイミングの頻度が小さいほどオン時間を短く又はオフ時間を長くする。ＭＯＳＦＥＴ３６のスイッチングの時間を可変に設定することによりチャージコンデンサ４０に供給される単位時間あたりの電気エネルギが調節できる。

また、上記実施の形態においてスイッチング態様設定手段は電気回路を用いて構成したが、これはマイコンを利用しても良い。この場合、マイコンは噴射信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄやＤＣＤＣコンバータを流れる電流の大きさを検出し、該検出値に基づいて遮断電流Ｉｃの大きさや無通電時間Ｔｏｆｆなどの各種演算を行う。そして該演算内容に従ってスイッチング素子のスイッチングを行う。

上記実施の形態において、チャージコンデンサ４０の充電は次のピーク電流供給までに完了するように遮断電流Ｉｃの大きさや無通電時間Ｔｏｆｆを定めたが、必ずしも満充電を行う必要はない。次の燃料噴射が行われるときに必要最低限の充電が行われていれば良く、定常的な動作に支障がなければ良い。また、チャージコンデンサ４０の充電はピーク電流供給後から所定の時間を経過してから開始したが、ピーク電流供給直後から行っても良いし、電源供給回路の変動を考慮してホールド電流供給後から行っても良い。

上記実施の形態において、ＤＣＤＣコンバータとしてインダクタを有するものを用いたが、この他にトランスを利用したものでも良い。また、スイッチング素子としては、スイッチング速度や消費電力を考慮してＭＯＳＦＥＴを用いたが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどを利用しても良い。

上記実施の形態において、インジェクタには電磁ソレノイド式のものを用いたが、この他にピエゾ素子などを利用しても良い。また燃料噴射システムの駆動対象を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、これは他の気筒数のエンジンや、ガソリンエンジンであっても良い。

燃料噴射システムの概要図である。 充電制御部の回路図である。 充電制御部の特性を表す図である。 充電制御部を備えた燃料噴射システムの動作を表すタイミングチャートである。 第２の実施の形態における充電制御部の回路図である。 第２の実施の形態における充電制御部の特性を表す図である。 第２の実施の形態における充電制御部を備えた燃料噴射システムの動作を表すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ａ〜１０ｄ…電磁ソレノイド、３０…インジェクタ駆動装置、３４…ＤＣＤＣコンバータ、３６…スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ、４０…チャージコンデンサ、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄ…噴射信号、５０…スイッチング態様設定手段としての充電制御部、６０…スイッチング態様設定手段としての充電制御部、５２，６２…噴射周期算出手段としてのＦＶ変換回路。

Claims (5)

1. 電源電圧よりも高い電圧に充電されるチャージコンデンサと、スイッチング素子を有し電源電圧を昇圧するＤＣＤＣコンバータとを備え、インジェクタによる燃料噴射に際し、噴射信号に基づく噴射タイミングに従って前記チャージコンデンサに蓄えた電気エネルギを放出して前記インジェクタを駆動するとともに、その後前記スイッチング素子を繰り返しスイッチングして前記チャージコンデンサを充電するインジェクタ駆動装置において、
   前記チャージコンデンサの充電にかかる前記スイッチング素子のスイッチング態様を前記噴射タイミングの頻度に基づいて可変に設定するスイッチング態様設定手段を備えたことを特徴とするインジェクタ駆動装置。
2. 前記噴射タイミングが発生する度にその回数をカウントするとともに、現時点前所定期間の前記回数から前記噴射タイミングの平均的な周期を算出する噴射周期算出手段を備え、
   前記スイッチング態様設定手段は、前記噴射周期算出手段により算出した噴射タイミングの平均的な周期に基づいて前記スイッチング態様を可変に設定することを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ駆動装置。
3. 前記スイッチング態様設定手段は、前記噴射タイミングの頻度が小さいほど前記ＤＣＤＣコンバータから前記チャージコンデンサに供給される単位時間あたりの電気エネルギが小さくなるように前記スイッチング態様を可変に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載のインジェクタ駆動装置。
4. 前記スイッチング素子のスイッチング時において、前記ＤＣＤＣコンバータに流れる電流が上昇して所定の遮断電流に達する度に前記スイッチング素子をオフするインジェクタ駆動装置であって、
   前記スイッチング態様設定手段は、前記噴射タイミングの頻度に基づいて前記遮断電流の大きさを可変に設定することを特徴とする請求項３に記載のインジェクタ駆動装置。
5. 前記スイッチング態様設定手段は、前記スイッチング素子のスイッチング時において、前記スイッチング素子をオフした後に次に前記スイッチング素子をオンするまでの遅延時間を設定する手段を有し、前記噴射タイミングの頻度に基づいて前記遅延時間を可変に設定することを特徴とする請求項３に記載のインジェクタ駆動装置。

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