JP2009171705A - ピエゾインジェクタドライバ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ラジオノイズの低減と共に、動作効率を向上を図る。
【解決手段】制御部１００からの制御信号により駆動切換部１０３において、気筒選択用トランジスタ５−１が導通状態とされてピエゾ素子４１−１ａが選択された場合、その充電開始時には、第２の昇圧電圧生成部１０２の電圧ＶH2がピエゾ素子４１−１ａへ印加されて充電が開始され、所定期間経過後に、第１の昇圧電圧生成部１０１の第１の昇圧電圧ＶH1がＶH2に代えて印加せしめられる一方、放電の際には、第１の蓄圧用コンデンサ３１への電力回生がなされた後、所定の条件の下、第２の放電駆動用トランジスタ４が導通状態とされて、第２の放電駆動用トランジスタ４、保護用ダイオード１ａを介して第２の蓄圧用コンデンサ３２への電力回生がなされるものとなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インジェクタドライバ回路に係り、特に、ピエゾ素子を用いてなるピエゾインジェクタドライバ回路におけるラジオノイズの低減、動作効率の向上等を図ったものに関する。

近年、ディーゼルエンジンの燃料噴射システムにおいては、より効率的な燃焼を実現するため高圧化が進められている。さらに、燃料噴射を制御するインジェクタにおいては、従来の電磁式アクチュエータを用いたものに代わって、より高速、高精度での燃料噴射制御を実現できるピエゾ素子からなるピエゾアクチュエータを用いたピエゾインジェクタが種々提案、実現されている（例えば、特許文献１等参照）。

特許第３８４２６６５号公報（第７−１５頁、図１−図１８）

かかるピエゾインジェクタにおいては、ピエゾ素子の電気的特性故に、ピエゾアクチュエータを高電圧でスイッチング駆動する必要がある。
このピエゾアクチュエータのスイッチング駆動は、ピエゾ素子が容量性素子としての電気的性質を有するために、充電動作と放電動作の繰り返しによってなされるが、充電開始時には、高圧電圧の印加により立ち上がりの急峻な充電電流が流れるため、いわゆるラジオノイズの原因となる。一方、放電動作時には、充電電力の回生が行われるようになっているが、高電圧電源へ電力が回生されるために回生効率が低く、インジェクタドライバ回路全体としての動作効率が低いという問題があった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、ラジオノイズが少なく、動作効率を向上することのできるピエゾインジェクタの駆動制御方法及びピエゾインジェクタドライバ回路を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るピエゾインジェクタの駆動制御方法は、
前記ピエゾ素子の充電の際には、最終印加電圧である第１の昇圧電圧より低い第２の昇圧電圧の印加により充電を開始し、その後、所定条件の下、前記第２の昇圧電圧を前記第１の昇圧電圧に切り換えて所望の充電状態とするよう構成されてなるものである。
かかる構成においては、ピエゾ素子の放電の際には、ピエゾ素子の充電電力を、第１の昇圧電圧側へ回生せしめ、しかる後、第２の昇圧電圧側へ回生せしめるよう構成されてなるものがより好適である。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るピエゾインジェクタドライバ回路は、
ピエゾ素子を用いてなるピエゾインジェクタが複数並列接続されて、当該複数のピエゾインジェクタを選択的に通電駆動するよう構成されてなるピエゾインジェクタドライバ回路であって、
第１の昇圧電圧を生成する第１の昇圧電圧生成部と、
前記第１の昇圧電圧より低い第２の昇圧電圧を生成する第２の昇圧電圧生成部と、
外部からの制御信号に応じて前記第１及び第２の昇圧電圧生成部と前記ピエゾインジェクタとの接続を制御する駆動切換部と、
前記駆動切換部の動作を制御する制御部と、を有してなり、
前記制御部は、駆動切換部に対して、前記複数のピエゾインジェクタを順に選択せしめ、当該選択されたピエゾインジェクタの充電開始時に、前記第２の昇圧電圧生成部において生成された第２の昇圧電圧を所定期間印加せしめ、しかる後、前記第２の昇圧電圧に代えて、前記第１の昇圧電圧生成部において生成された第１の昇圧電圧を印加せしめて当該ピエゾインジェクタの駆動を行うよう構成されてなるものである。
かかる構成においては、制御部は、駆動切換部に対して、選択されたピエゾインジェクタの駆動終了時には、当該選択されたピエゾインジェクタの充電電力を、第１の昇圧電圧生成部へ回生せしめ、しかる後に、第２の昇圧電圧生成部へ回生せしめるよう構成されてなるものがより好適である。

本発明によれば、ピエゾ素子の充電を行う際、最終的にピエゾ素子へ印加される電圧よりも低い電圧で充電を開始し、しかる後に、それよりも高い電圧を印加して充電を行うようにしたので、充電開始の際にピエゾ素子に流入する電流を従来に比して低く抑えることができ、それによって、ラジオノイズの低減を図ることができる。
また、ピエゾ素子の放電の際には、充電の際に最終的にピエゾ素子に印加された電圧よりも低い電圧側へ充電電力の回生を行うようにしたので、従来に比して回生効率を向上することができ、ひいては回路の省電力化に寄与し、動作効率の良好なピエゾインジェクタドライバ回路を提供することができるという効果を奏するものである。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図６を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路は、特に、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎを駆動するに適した構成を有するもので、第１の昇圧電圧生成部１０１と、第２の昇圧電圧生成部１０２と、駆動切換部１０３と、制御部（図１においては「ＣＰＵ」と表記）１００とに大別されて構成されたものとなっている。

ここで、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎは、図示されないエンジンの気筒数に応じて設けられるもので、例えば、４気筒の場合には、４個のピエゾインジェクタ４１−１〜４１−４が設けられるものとなっている。
そして、図１においては、図を見易くして理解を容易とする観点等から図示を簡略化して、第２のピエゾインジェクタ４１−２までしか示されていないが、以下の説明においては、必要に応じて、便宜的に「４１−１〜４１−ｎ」と表すこととする。

第１の昇圧電圧生成部１０１は、後述する第１の昇圧電圧ＶH1を生成するための回路で、インダクタンス（図１においては「Ｌ１」と表記）３５と、昇圧用トランジスタ６と、第１の逆流防止用ダイオード１５と、第１の蓄圧用コンデンサ（図１においては「Ｃ１」と表記）３１とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
昇圧用トランジスタ６は、例えば、Ｎチャンネル型ＭＯＳ型トランジスタを用いてなるもので、そのドレインには、電流制限用コイル３５を介して、図示されない電源、例えば、車両用バッテリが接続されるようになっている一方、そのソースは、グランドに接続されるものとなっている。

かかる昇圧用トランジスタ６は、そのゲートに制御部１００からの制御信号が入力されて、そのオン・オフが制御されるようになっている。すなわち、昇圧用トランジスタ６は制御部１００によりスイッチング駆動され、インダクタンス３５に蓄えられた磁気エネルギをチョッパ制御して開放することで発生する電圧が、第１の逆流防止用ダイオード１５を介して第１の蓄圧用コンデンサ３１に蓄圧され、所望する第１の昇圧電圧ＶH1が生成されるようになっている。

第１の逆流防止用ダイオード１５は、そのアノードが昇圧用トランジスタ６のドレインに接続されたものとなっている一方、カソードが第１の蓄圧用コンデンサ３１の一方の端子、すなわち、本発明の実施の形態においては、正極側に接続されたものとなっている。ここで、第１の蓄圧用コンデンサ３１には、例えば、電解コンデンサが用いられており、負極側は、グランドに接続されて設けられたものとなっている。

一方、第２の昇圧電圧生成部１０２は、後述する第２の昇圧電圧ＶH2を生成するための回路で、第１の昇圧電圧生成部１０１と共用される昇圧用トランジスタ６と、第２の逆流防止用ダイオード１６と、スイッチ素子（図１においては「ＳＷ１」と表記）１３と、比較器１１と、第２の蓄圧用コンデンサ（図１においては「Ｃ２」と表記）３２と、第１及び第２の昇圧電圧分圧用抵抗器（図１においては、それぞれ「Ｒ４」、「Ｒ５」と表記）２４，２５とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
具体的には、第２の逆流防止用ダイオード１６のアノードが、昇圧用トランジスタ６のドレインに接続される一方、カソードは、スイッチ素子１３の一方の開閉端子に接続されている。

スイッチ素子１３は、１回路１接点に構成されたもので、本発明の実施の形態においては、例えば、半導体スイッチ素子が用いられており、後述する比較器１１の出力に応じて開閉成されるものとなっている。
このスイッチ素子１３の他方の開閉端子とグランドとの間には、グランド側から順に、第１の昇圧電圧分圧用抵抗器２４及び第２の昇圧電圧分圧用抵抗器２５が直列接続されて設けられている。

そして、第１の昇圧電圧分圧用抵抗器２４と第２の昇圧電圧分圧用抵抗器２５の相互の接続点は、比較器１１の反転入力端子に接続されている。
この比較器１１の非反転入力端子には、第２の昇圧電圧ＶH2を定める基準となる所定の第２の昇圧電圧設定用基準電圧が印加されるようになっている一方、その出力端子は、スイッチ素子１３の図示されない制御信号入力用の入力部分に接続されたものとなっている。

また、第２の昇圧電圧分圧用抵抗器２５とスイッチ素子１３の相互の接続点は、電解コンデンサを用いた第２の蓄圧用コンデンサ３１の正極端子に接続されると共に、後述する駆動切換部１０３の第１の充電駆動用トランジスタ１のドレインに接続されている一方、第２の蓄圧用コンデンサ３１の負極側は、グランドに接続されたものとなっている。

駆動切換部１０３は、後述するように制御部１００からの制御信号に応じて、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎを構成するピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの充放電動作を制御し、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎの駆動制御を行うための回路である。
かかる駆動切換部１０３は、第１及び第２の充電駆動用トランジスタ（図１においては、それぞれ「ＴＲ１」、「ＴＲ３」と表記）１，３と、第１及び第２の放電駆動用トランジスタ（図１においては、それぞれ「ＴＲ２」、「ＴＲ４」と表記）２，４と、気筒選択用トランジスタ５−１〜５−ｎと、レベル調整回路（図１においては「ＬＥＶ」と表記）８と、差動アンプ１２とを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
なお、本発明の実施の形態において、第１及び第２の充電駆動用トランジスタ１，３、第１及び第２の放電駆動用トランジスタ２，４、及び、気筒選択用トランジスタ５−１，５−２には、Ｎチャンネル型ＭＯＳ型トランジスタが用いられている。

まず、第１の充電駆動用トランジスタ１は、先に述べたように、そのドレインが第２の蓄圧用コンデンサ３２の正極に接続される一方、ソースが、第１の放電駆動用トランジスタ２のドレインと接続され、この第１の放電駆動用トランジスタ２のソースは、グランドに接続されたものとなっている。
そして、第１の充電駆動用トランジスタ１のゲートと、第１の放電駆動用トランジスタ２のゲートには、レベル調整回路８を介して、制御部１００からの制御信号が、それぞれ印加されるようになっている。

また、第１の充電駆動用トランジスタ１と第１の放電駆動用トランジスタ２の相互の接続点は、第２の放電駆動用トランジスタ４のソースに接続されている。
そして、第２の放電駆動用トランジスタ４のドレインは、第２の充電駆動用トランジスタ３のソースに接続されると共に、平滑用コイル（図１においては「Ｌ２」と表記）３６を介して各ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの一端に接続されるものとなっている。

また、第２の充電駆動用トランジスタ３のゲート及び第２の放電駆動用トランジスタ４のゲートには、レベル調整回路８を介して、制御部１００からの制御信号が、それぞれ印加されるようになっている。
一方、平滑用コイル３６と各ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａとの相互の接続点とグランドとの間には、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの電圧を検出するため、グランド側から順に第１及び第２の分圧抵抗器（図１においては、それぞれ「Ｒ１」、「Ｒ２」と表記）２１，２２が直列接続されて設けられている。

そして、第１及び第２の分圧抵抗器２１，２２の相互の接続点は、制御部１００に複数設けられているアナログ・ディジタル変換入力端子（図１においてはＡ／Ｄ）の一つに接続されており、第１及び第２の分圧抵抗器２１，２２の相互の接続点の電圧が制御部１００内でディジタル信号に変換されるようになっている。

一方、ピエゾ素子４１−１の他方の端子には、気筒選択用トランジスタ（図１ｎおいては「ＴＲ５−１」と表記）５−１のドレインが接続され、この気筒選択用トランジスタ５−１のソースは、電流検出用抵抗器（図１においては「Ｒ３」）２３を介してグランドに接続されたものとなっている。また、気筒選択用トランジスタ５−１のゲートには、レベル調整回路８を介して、制御部１００からの制御信号が印加されるようになっている。

なお、気筒選択用トランジスタは、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎに応じて、それぞれ設けられるものであるが、図１においては、図を見易くして理解を容易とする観点等から図示を簡略化して、第２の気筒選択用トランジスタ５−２まで図示し、以降の気筒選択用トランジスタの図示を省略したものとしている。なお、以下の説明においては、必要に応じて便宜的に「気筒選択用トランジスタ５−１〜５−ｎ」と表すこととする。

すなわち、ピエゾ素子４１−２ａの他方の端部に、気筒選択用トランジスタ５−２のドレインが接続され、この気筒選択用トランジスタ５−２のソースは、先の気筒選択用トランジスタ５−１と電流検出用抵抗器２３の相互の接続点に接続されている。他の図示されないピエゾ素子に接続された各々の気筒選択用トランジスタも、同様に、そのソースが気筒選択用トランジスタ５−１と電流検出用抵抗器２３の相互の接続点に接続されるものとなる。

そして、電流検出用抵抗器２３の両端の電圧は、差動アンプ１２に入力されるようになっており、その出力電圧は、選択されたピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａに流れる電流の測定値Ｉistとして、制御部１００に設けられている複数のアナログ・ディジタル変換入力端子（図１においてはＡ／Ｄ）の一つに入力され、制御部１００においてディジタル信号に変換されるようになっている。

レベル調整回路８は、制御部１００から駆動切換部１０３を構成するトランジスタに対して出力される制御信号を、適宜な電圧レベルに変換して出力するためのものである。
また、制御部１００は、例えば、公知・周知のマイクロコンピュータを中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）や、入出力インターフェイス回路（図示せず）を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
なお、本発明の実施の形態においては、第１及び第２の充電駆動用トランジスタ１，３、第１及び第２の放電駆動用トランジスタ２，４は、それぞれ保護用ダイオード１ａ、３ａ、２ａ、４ａが並列接続されたものとなっている。

次に、上記構成におけるピエゾインジェクタドライバ回路に動作について、図２乃至図４に示されたサブルーチンフローチャートを参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路によるピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎの駆動制御は、制御部１００におけるプログラムの実行によって、駆動切換部１０３のトランジスタが後述するように駆動されることによって実現されるものとなっている。

まず、本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路の基本的な動作ついて概括的に説明する。
制御部１００により昇圧用トランジスタ６が所定のタイミングで繰り返しオン・オフされることにより、インダクタンス３５に蓄えられた磁気エネルギをチョッパ制御して開放することで発生する電圧が、第１の昇圧電圧ＶH1として第１の蓄圧用コンデンサ３１に蓄圧されものとなっている。

一方、第２の蓄圧用コンデンサ３２も、昇圧用トランジスタ６のオン・オフ開始と共に充電されるが、その充電電圧が、第１及び第２の昇圧電圧分圧用抵抗器２４，２５によって定まる第２の昇圧電圧ＶH2（ＶH1＞ＶH2）に達すると、比較器１１の非反転入力端子の第２の昇圧電圧設定用基準電圧を超え、比較器１１の出力は、それまでの論理値Ｈｉｇｈに代わって論理値Ｌｏｗとなるようになっている。
すなわち、回路動作の開始時においては、比較器１１の非反転入力端子における第２の昇圧電圧設定用基準電圧が、反転入力端子における電圧、すなわち、第２の蓄圧用コンデンサ３２の充電電圧に比して大であるため、比較器１１からは、論理値Ｈｉｇｈに相当する信号が出力されるようになっている。

一方、スイッチ素子１３は、その動作を制御する信号として論理値Ｈｉｇｈに相当する信号が図示されない制御信号入力用部分に入力されると閉成状態（オン状態）となるもので、上述のように、比較器１１から論理値Ｌｏｗに相当する信号が出力されると、開成状態（オフ状態）となり、その結果、第２の蓄圧用コンデンサ３２への充電が停止されるようになっている。
そして、第１及び第２の昇圧電圧生成部１０１，１０２は、次述するように制御部１００により択一的に切り換えられて、第１又は第２の昇圧電圧が、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの充放電電圧として供されるものとなっている。

図２には、制御部１００により実行されるピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎの駆動制御処理の全体的な手順を示すサブルーチンフローチャートが示されており、以下、同図を参照しつつ、その処理内容について説明する。
制御部１００により処理が開始されると、まず、ピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎの一つが、予め定められた順にしたがって選択され、詳細は後述するように駆動切換部１０３を介してピエゾ素子の充電駆動が実行される（図２のステップＳ１００参照）。

次いで、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの一つに対する充電が完了すると、図示されないエンジンの動作状態等に応じて、その充電状態が所定時間保持されるオン時間制御処理が実行されることとなる（図２のステップＳ２００参照）。
そして、所定時間経過後、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの一つに対して放電を行う放電処理が実行され（図２のステップＳ３００参照）、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。
なお、制御部１００においては、車両動作制御のために必要な他の種々の制御処理も実行されており、上述の一連の処理は、その内の一つのサブルーチン処理として、所定のタイミング毎に繰り返し実行されるものとなっている。

図３には、充電処理の具体的な処理手順がサブルーチンフローチャートとして示されており、また、図５には、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの駆動時における充放電電圧及び充放電電流の変化を示す概略波形図が示されており、以下、これらの図を参照しつつ、充電処理の具体的的な内容について説明することとする。
制御部１００による処理が開始されると、最初に、気筒選択用トランジスタ（選択用ＴＲ）５−１〜５−ｎの内の一つが、予め定められた順にしたがって、レベル調整回路８を介して制御部１００からゲートに入力される制御信号によりオン（導通）とされる（図３のステップＳ１０４参照）。
この気筒選択用トランジスタ５−１〜５−ｎの選択は駆動対象となるピエゾインジェクタ４１−１〜４１−ｎを選択することに相当するものである。

次いで、第１の充電駆動用トランジスタ１がレベル調整回路８を介して制御部１００によりオン状態とされる（図３のステップＳ１０６参照）。その結果、第２の昇圧電圧ＶH2が第１の充電駆動用トランジスタ１、第２の放電駆動用トランジスタ保護ダイオード３ａ、及び平滑用コイル３６を介してピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの一つに印加され充電が開始されることとなる。
ここで、例えば、気筒選択用トランジスタ５−１がオンとされているとした場合、ピエゾ素子４１−１ａに第２の昇圧電圧ＶH2が印加されることとなる。なお、以下の説明においては、ピエゾ素子４１−１ａが選択されているとして説明することとする。

この第１の充電駆動用トランジスタ１のオン状態は、測定されたピエゾ素子４１−１ａに流れる電流（以下「測定電流」と称する）Ｉistが所定のピーク電流Ｉsolより大となるまで継続され（図３のステップＳ１０８参照）、測定電流Ｉistが所定のピーク電流Ｉsolより大と判定されると第１の充電駆動用トランジスタ１はオフとされる（図３のステップＳ１１０参照）。
そして、第１の充電駆動用トランジスタ１のオフに伴い、ピエゾ素子４１−１ａの測定電流Ｉistが減少してゆき、所定の最小電流ＩsolL未満に達したと判定されると（図３のステップＳ１１２参照）、測定されたピエゾ素子４１−１ａの電圧Ｖist（以下「測定電圧」と称する）が、所定の第２のＶp2solより大となったか否かが判定され（図３のステップＳ１１４参照）、測定電圧Ｖistが未だ所定の第２の目標電圧Ｖp2solより大ではないと判定されると（ＮＯの場合）、先のステップＳ１０６の処理から一連の処理が繰り返されることとなる。
ピエゾ素子４１−１ａの電圧Ｖistは、第１及び第２の分圧抵抗器２１，２２による分圧電圧として制御部１００に入力され、ディジタル変換されて上述の判定に供されるものとなっている。

このように、第１の充電駆動用トランジスタ１のオン・オフは、ピエゾ素子４１−１ａの電圧Ｖistが所定の第２の目標電圧Ｖp2solより大となるまで複数回繰り返されるものとなっている。
かかる第１の充電駆動用トランジスタ１のオン・オフに伴う測定電圧Ｖistと測定電流Ｉistの変化は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示された如くとなる。
すなわち、第１の充電駆動用トランジスタ１のオン・オフに伴い、測定電流Ｉistは、ピーク電流Ｉsol と最小電流ＩsolLとの間で変化を繰り返すものとなる（図５（Ｂ）参照）。
また、電圧Ｖistは、第１の充電駆動用トランジスタ１のオン・オフが繰り返されるに伴い、徐々に上昇してゆくものとなる（図５（Ａ）参照）。

そして、測定電圧Ｖistが第２の目標電圧Ｖp2solより大となると、第２の充電駆動用トランジスタ３がオンとされ（図３のステップＳ１１６参照）、第２の昇圧電圧生成部１０２に代わって、第１の昇圧電圧生成部１０１によるピエゾ素子４１−１ａへの充電電圧の印加が行われることとなる。
すなわち、先の第１の充電駆動用トランジスタ１同様に、第２の充電駆動用トランジスタ３のオン・オフが複数回繰り返し行われることとなる（図３のステップＳ１１６、Ｓ１１８、Ｓ１２０、Ｓ１２２参照）。この第２の充電駆動用トランジスタ３のオン・オフは、第１の目標電圧Ｖp1solと測定電圧Ｖistとの差ΔＶが所定の許容差未満となるまで繰り返されるものとなっている（図３のステップＳ１２４，Ｓ１２６参照）。

なお、第１の目標電圧Ｖp1solと測定電圧Ｖistとの差ΔＶが所定の許容差未満とならない場合には、ピーク電流Ｉsolの値が再設定され（図３のステップＳ１２８参照）、第１の目標電圧Ｖp1solと測定電圧Ｖistとの差ΔＶが所定の許容差未満となるまで再び第２の充電駆動用トランジスタ３のオン・オフが繰り返されることとなる（図３のステップＳ１２６参照）。

ここで、ピーク電流Ｉsolの電流値の再設定は、ΔＶの大きさに応じて、その電流値を所定量減少した値に設定することである。これは、第１の目標電圧Ｖp1solと測定電圧Ｖistとの差ΔＶ＝Ｖp1sol−Ｖistが許容差未満ではないということは、ピエゾ素子４１−１ａの充電電圧が未だ目標電圧Ｖp1solに達していないことを意味するため、ピーク電流Ｉsolの電流値を小さくしつつ、充電を継続させて徐々にΔＶを許容差に近づけるためである。
かかる第２の充電駆動用トランジスタ３のオン・オフに伴う測定電圧Ｖistと測定電流Ｉistの変化も、先に充電電圧が第２の昇圧電圧ＶH2とされた場合に説明したと基本的に同様なものとなる（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）。

そして、ピエゾ素子４１−１ａにおける上述の差ΔＶ＝Ｖp1sol−Ｖistが許容差未満となった後は、所定時間、すなわち、ピエゾインジェクタ４１−１の噴射時間に対応して定まる時間の間、第２の充電駆動用トランジスタ３がオフとされ、ピエゾ素子４１−１ａにおいて、ΔＶ＝Ｖp1sol−Ｖistが許容差未満の状態が維持されることとなる（図２のステップＳ２００参照）。

このようにして、所定期間のオン時間制御がなされた後は、次述するように放電処理が行われることとなる。
図４には、放電処理の具体的な手順がサブルーチンフローチャートとして示されており、以下、同図を参照しつつ説明する。
処理が開始されると、まず、第１及び第２の放電駆動用トランジスタ２，４がレベル調整回路８を介して制御部１００によりオンとされる（図４のステップＳ３０２、Ｓ３０４参照）。このオン状態は、ピエゾ素子４１−１ａの測定電流Ｉistが所定の負極性のピーク電流（以後、「負側ピーク電流」と称する）未満となるまで継続されることとなる（図４のステップＳ３０６参照）。

この間、ピエゾ素子４１−１ａは、第１及び第２の放電駆動用トランジスタ２，４を介して放電状態となる。
なお、以後の説明においては、、負極性のピーク電流を便宜的に「Ｉsolバー」と表記することとする。なお、図４のフローチャートにおいて、「Ｉsol」の上に反転の意味を表すバーを付した表記は、上述の負側ピーク電流を表している。

そして、測定電流Ｉistが所定の負側ピーク電流Ｉsolバー未満となったと判定されると、第２の放電駆動用トランジスタ４がオフとされ（図４のステップＳ３０６、Ｓ３０８参照）、第２の充電駆動用トランジスタ３の保護用ダイオード３ａを介してピエゾ素子４１−１ａの充電電力が第１の蓄圧用コンデンサ３１へ回生されることとなる。
かかる第２の放電駆動用トランジスタ４がオフ状態は、測定電流Ｉistが所定の負側の最小電流（以後「負側最小電流」と称する）より大となるまで継続される（図４のステップＳ３１０参照）。なお、以後の説明においては、、負側最小電流を便宜的に「ＩsolLバー」と表記することとする。なお、図４のフローチャートにおいて、「ＩsolL」の上に反転の意味を表すバーを付した表記は、上述の負側最小電流を表している。

ピエゾ素子４１−１ａの測定電流Ｉistが所定の負側最小電流より大であると判定されると、測定電圧Ｖistが、所定の第２の目標電圧Ｖp2sol未満となったか否かが判定され（図４のステップＳ３１２参照）、測定電圧Ｖistが未だ所定の第２の目標電圧Ｖp2sol未満ではないと判定されると（ＮＯの場合）、先のステップＳ３０４の処理から一連の処理が繰り返されることとなる。
このように、第２の放電駆動用トランジスタ４のオン・オフは、ピエゾ素子４１−１ａの電圧Ｖistが所定の第２の目標電圧Ｖp2sol未満となるまで複数回繰り返されるものとなっている。

かかる第２の充電駆動用トランジスタ４のオン・オフに伴う測定電圧Ｖistと測定電流Ｉistの変化は、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示された如くとなる。
そして、測定電圧Ｖistが第２の目標電圧Ｖp2sol未満となると、再び第２の放電駆動用トランジスタ４がオンとされ（図４のステップＳ３１４）、第１の昇圧電圧生成部１０１への電力回生に代わって、第２の昇圧電圧生成部１０２への電力回生が行われることとなる。

すなわち、まず、測定電流Ｉistが負側最小電流ＩsolLバー未満となるまでの間、第２の充電駆動用トランジスタ４がオンとされ（図４のステップＳ３１４、Ｓ３１６参照）、測定電流Ｉistが負側最小電流ＩsolLバー未満となると、第１の放電駆動用トランジスタ２がオフとされる（図４のステップＳ３１８参照）。
第１の放電駆動用トランジスタ２のオフにより、第１の充電駆動用トランジスタ１の保護用ダイオード１ａを介してピエゾ素子４１−１ａの充電電力の第２の蓄圧用コンデンサ３２への電力回生が開始されることとなる。

この第１の放電駆動用トランジスタ２のオフ状態は、測定電流Ｉistが負側最小電流ＩsolLバーより大となるまで継続される（図４のステップＳ３２０参照）。
このように、電力回生は、測定電流Ｉistが負側ピーク電流Ｉsolバーから負側最小電流ＩsolLバーへ変化してゆくまでの間に行われるが、その際の電力回生量は、図５（Ｂ）において示されたように、負側ピーク電流Ｉsolバーと負側最小電流ＩsolLバーとを結ぶ線と、負側ピーク電流Ｉsolバーの点を通る垂線との間に形成される三角形の面積に対応したものとなっている。

再び、図４の説明に戻れば、ステップＳ３２０において、測定電流Ｉistが負側最小電流ＩsolLバーより大であると判定されると、ピエゾ素子４１−１ａの測Ｖistが零となったか否かが判定され（図４のステップＳ３２２参照）、Ｖist＝０と判定されると（ＹＥＳの場合）、ピエゾ素子４１−１ａの放電が終了したとして、第２の放電駆動用トランジスタ４がオフとされ、一連の処理が終了されて、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる（図４のステップＳ３２４参照）。

一方、ステップＳ３２２において、Ｖistは未だ零ではないと判定されると（ＮＯの場合）、負側ピーク電流Ｉsolバーの値が再設定され（図４のステップＳ３２６参照）、上述したステップＳ３１４の処理から各処理が再度繰り返され、ピエゾ素子４１−１ａの放電による電力回生がＶist＝０となるまで続行されることとなる。ここで、負側ピーク電流Ｉsolバーの再設定は、具体的には、この時点におけるＶistの大きさに応じて、その電流値を所定量だけ負側に増した値に設定し直すことである。

このように、本発明の実施の形態においては、ピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａの充電に際し、その開始時には、最終の充電電圧である第１の昇圧電圧ＶH1よりも低い第２の昇圧電圧ＶH2で充電を開始し、充電電圧がある程度上昇した時点で、第１の昇圧電圧ＶH1で充電を行うようにすることで、充電開始時にピエゾ素子４１−１ａ〜４１−ｎａに流れる電流のピーク値が低く抑えられたものとなっている。そのため、従来と異なり、平滑用コイル３６における発熱量を減らし、従来に比して、その小型化が容易となり、回路の負担が軽減できるものとなっている。また、このように、従来に比して充電開始時の電流を小さくすることができるので、いわゆるラジオノイズの低減が図られるものとなっている。

一方、放電時には、その途中で、電力回生の対象となる電圧を、第１の昇圧電圧ＶH1から第２の昇圧電圧ＶH2へ切り換えることにより、従来に比して、回生効率が向上されるものとなっている。
例えば、図６に従来の充放電時におけるピエゾ素子の電流波形の概略が示されているが、従来は、充放電共に同一の高い電圧ＶH1を用いていたため、放電時の負側ピーク値（例えば、図６の符号Ａの点）から負側最小値（例えば、図６の符号Ｂの点）まで戻る際の波形の傾きが急峻となり、そのため、回生電力が小さく、回生効率が低いものとなっていた。

これに対して、本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路にあっては、放電期間の後半において、電力回生の対象電圧を第１の昇圧電圧ＶH1から第２の昇圧電圧ＶH2（ＶH2＜ＶH1）へ切り換えるため、図５（Ｂ）に示されたように、負側ピーク電流Ｉsolバーから負側最小電流ＩsolLバーへ戻る際の傾きが、従来に比して緩やかとなり、その分、十分な電力回生が確保でき、回生効率の向上が図られたものとなっている。
なお、第２の昇圧電圧ＶH2は、例えば、回生効率に応じて設定すると好適である。すなわち、仮に、第１の昇圧電圧ＶH1が２５０Ｖであるとし、回生効率を６０％とした場合、第２の昇圧電圧ＶH2は、ＶH2＝２５０×（６０÷１００）＝１５０Ｖとなる。

本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタドライバ回路の構成例を示す回路図である。 図１に示されたピエゾインジェクタドライバ回路の制御部により実行されるピエゾインジェクタの駆動制御処理の全体的な手順を示すサブルーチンフローチャートである。 図１に示されたピエゾインジェクタドライバ回路の制御部により実行されるピエゾインジェクタの充電処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 図１に示されたピエゾインジェクタドライバ回路の制御部により実行されるピエゾインジェクタの放電処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるピエゾ素子の駆動時における充放電電圧及び充放電電流の変化を示す概略波形図であり、図５（Ａ）は、ピエゾ素子の充放電電圧の変化を示す概略波形図、図５（Ｂ）は、ピエゾ素子の充放電電流の変化を示す概略波形図である。 従来装置におけるピエゾ素子の充放電時の電流波形の概略を示す概略波形図である。

符号の説明

１…第１の充電駆動用トランジスタ
２…第１の放電駆動用トランジスタ
３…第２の充電駆動用トランジスタ
４…第２の放電駆動用トランジスタ
５−１，５−２…気筒選択用トランジスタ
４１−１，４１−２…ピエゾインジェクタ
１００…制御部
１０１…第１の昇圧電圧生成部
１０２…第２の昇圧電圧生成部
１０３…駆動切換部

Claims (4)

1. ピエゾ素子を用いてなるピエゾインジェクタの駆動制御方法であって、
   前記ピエゾ素子の充電の際には、最終印加電圧である第１の昇圧電圧より低い第２の昇圧電圧の印加により充電を開始し、その後、所定条件の下、前記第２の昇圧電圧を前記第１の昇圧電圧に切り換えて所望の充電状態とすることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動制御方法。
2. ピエゾ素子の放電の際には、ピエゾ素子の充電電力を、第１の昇圧電圧側へ回生せしめ、しかる後、第２の昇圧電圧側へ回生せしめることを特徴とする請求項１記載のピエゾインジェクタの駆動制御方法。
3. ピエゾ素子を用いてなるピエゾインジェクタが複数並列接続されて、当該複数のピエゾインジェクタを選択的に通電駆動するよう構成されてなるピエゾインジェクタドライバ回路であって、
   第１の昇圧電圧を生成する第１の昇圧電圧生成部と、
   前記第１の昇圧電圧より低い第２の昇圧電圧を生成する第２の昇圧電圧生成部と、
   外部からの制御信号に応じて前記第１及び第２の昇圧電圧生成部と前記ピエゾインジェクタとの接続を制御する駆動切換部と、
   前記駆動切換部の動作を制御する制御部と、を有してなり、
   前記制御部は、駆動切換部に対して、前記複数のピエゾインジェクタを順に選択せしめ、当該選択されたピエゾインジェクタの充電開始時に、前記第２の昇圧電圧生成部において生成された第２の昇圧電圧を所定期間印加せしめ、しかる後、前記第２の昇圧電圧に代えて、前記第１の昇圧電圧生成部において生成された第１の昇圧電圧を印加せしめて当該ピエゾインジェクタの駆動を行うよう構成されてなることを特徴とするピエゾインジェクタドライバ回路。
4. 制御部は、駆動切換部に対して、選択されたピエゾインジェクタの駆動終了時には、当該選択されたピエゾインジェクタの充電電力を、第１の昇圧電圧生成部へ回生せしめ、しかる後に、第２の昇圧電圧生成部へ回生せしめるよう構成されてなることを特徴とする請求項３記載のピエゾインジェクタドライバ回路。

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