JP2019143520A - 噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源精度が向上された噴射制御装置を提供する。【解決手段】この噴射制御装置は、バッテリから供給される電圧を所定の昇圧電圧まで昇圧する昇圧回路と、昇圧回路から出力される昇圧電圧を、インジェクタにおける燃料噴射弁の開弁に必要な所定の開弁電圧まで降圧して、開弁電圧をインジェクタに供給する降圧回路と、を備える。昇圧回路は、第１チャージコンデンサを有し、第１チャージコンデンサに充電することで昇圧する回路である。降圧回路は、第２チャージコンデンサを有し、開弁電圧のばらつきを昇圧電圧のばらつきよりも小さくされた回路である。そして、降圧回路における第２チャージコンデンサの充電が、燃料噴射弁の開弁が開始される前に完了している。【選択図】図１

Description

この明細書の開示は、燃料噴射に係る噴射制御装置に関する。

特許文献１には、インジェクタに供給する電圧について、バッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧する昇圧回路を有するインジェクタ駆動装置が開示されている。

特開２０１６−１６０８６２号公報

特許文献１に開示されたインジェクタ駆動装置においては、スイッチング電源を用いてバッテリ電圧を昇圧し、昇圧した電圧をインジェクタに供給している。今後更なる低燃費性能や排ガス中の有害成分の抑制などの要求を満たすため、インジェクタの駆動にも高い精度が求められており、インジェクタへの電圧の供給源として高精度な電源が求められている。

そこで、この明細書の開示は、電源精度が向上された噴射制御装置を提供することを目的とする。

この明細書の開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、この明細書に開示される噴射制御装置は、バッテリから供給される電圧を所定の昇圧電圧（ＶＶ，ＶＡ）まで昇圧する昇圧回路（１０）と、昇圧回路から出力される昇圧電圧を、インジェクタにおける燃料噴射弁の開弁に必要な所定の開弁電圧（ＶＨ）まで降圧して、開弁電圧をインジェクタに供給する降圧回路（２０）と、を備え、昇圧回路は、第１チャージコンデンサ（１１）を有し、第１チャージコンデンサに充電することで昇圧する回路であり、降圧回路は、第２チャージコンデンサ（２１）を有し、開弁電圧のばらつきを昇圧電圧のばらつきよりも小さくされた回路であり、降圧回路における第２チャージコンデンサの充電が、燃料噴射弁の開弁が開始される前に完了している。

これによれば、昇圧回路のみを有して昇圧回路の出力電圧をインジェクタに共有する従来のインジェクタ駆動装置に較べて、インジェクタに供給する電圧の電圧振幅を抑制した状態でインジェクタを駆動できる。すなわち、インジェクタに供給する電源電圧をより高精度にできる。

また、降圧回路における第２チャージコンデンサの充電期間が、インジェクタにおける燃料噴射弁の開弁タイミングにオーバーラップすることがなく、充電を完了した状態で燃料噴射弁に開弁電圧を印加することができる。このため、充電に係る開弁電圧の変動を抑制でき、インジェクタへの電源供給を高精度に行うことができる。

第１実施形態にかかる噴射制御装置の概略構成を示す回路図である。 噴射制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 第２実施形態にかかる噴射制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 第３実施形態にかかる噴射制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 第４実施形態にかかる噴射制御装置の動作を示すタイミングチャートである。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る噴射制御装置の概略構成について説明する。

本実施形態の噴射制御装置１００は、例えばガソリン直噴エンジンへの燃料噴射を制御するためにインジェクタにおける燃料噴射弁を開閉駆動するものである。噴射制御装置１００は、図１に示すように、昇圧回路１０と、降圧回路２０と、ハイサイド回路３０と、ローサイド回路４０と、制御ＩＣ５０と、を備え、インジェクタ２００を負荷として駆動させるものである。

本実施形態ではエンジンに４気筒を想定し、４つの燃料噴射弁が駆動対象とされている。噴射制御装置１００は、４つの燃料噴射弁に対応したそれぞれの電磁コイル２０１〜２０４に電流を流すことによって磁束を生じさせ図示しない鉄心を磁石として機能させる。この磁石による吸引力を用いて弁の開閉が実現される。

昇圧回路１０は、第１チャージコンデンサ１１と、インダクタ１２と、スイッチング素子でＮ型のＭＯＳＦＥＴ１３と、ダイオード１４と、を有している。インダクタ１２とダイオード１４は、バッテリ電圧ＶＢＤが印加される端子に対して直列に接続されている。具体的には、インダクタ１２の一端にバッテリ電圧ＶＢＤが印加され、他端にダイオード１４のアノードが接続されている。ダイオード１４のカソードとグランド電位の間には第１チャージコンデンサ１１が接続されている。また、インダクタ１２とダイオード１４との中間点とグランド電位との間にＭＯＳＦＥＴ１３が接続されている。なお、バッテリ電圧ＶＢＤは、バッテリと直接接続されることによって生成されても良いが、図示しない平滑コンデンサ等を介して平滑化して生成されることが好ましい。

昇圧回路１０は、ＭＯＳＦＥＴ１３がオンされることによってインダクタ１２に通電され、ＭＯＳＦＥＴ１３のオフ時にインダクタ１２に生じる逆起電力によって第１チャージコンデンサ１１に電荷が蓄積される。ＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフを繰り返すことにより所定の電荷を第１チャージコンデンサ１１に蓄積することができる。すなわち、オンオフの繰り返しの回数に基づいて第１チャージコンデンサ１１に蓄積される電荷の量が決定される。昇圧回路１０の出力端子は第１チャージコンデンサ１１の正極であり、図１に示す回路構成ではダイオード１４のカソード端子である。電荷が蓄積された第１チャージコンデンサ１１の正極の電位が昇圧後の出力電圧、すなわち昇圧電圧であり、図１では便宜的にＶＶと示している。このように、本実施形態における昇圧回路１０は、スイッチングレギュレータとして構成されている。なお、ＭＯＳＦＥＴ１３は特許請求の範囲に記載の第１スイッチング素子に相当する。

降圧回路２０は、第２チャージコンデンサ２１と、トランジスタ２２と、を有している。図１に示すように、トランジスタ２２はＮ−Ｐ−Ｎの接合構造を持つバイポーラトランジスタであり、コレクタ端子が昇圧回路１０の出力端子に接続されている。すなわち、昇圧回路１０における第１チャージコンデンサ１１の充電が完了していればトランジスタ２２のコレクタ端子には昇圧電圧ＶＶが印加される。一方、トランジスタ２２のエミッタ端子とグランド電位の間には第２チャージコンデンサ２１が接続されており、昇圧電圧ＶＶに基づく電荷が蓄積されるようになっている。第２チャージコンデンサ２１に蓄積される電荷量は、昇圧電圧ＶＶとトランジスタ２２による電圧降下量とによって決まり、この電圧降下の分だけ第２チャージコンデンサ２１の正極側電圧は昇圧電圧ＶＶに対して降圧される。降圧回路２０は、トランジスタ２２のエミッタ端子が出力端子となっており、第２チャージコンデンサ２１に蓄積された電荷に基づいた電圧が出力される。この出力端子の電圧が昇圧電圧ＶＶを降圧した後の電圧であり、これがインジェクタ２００の燃料噴射弁を開弁するための電圧、すなわち開弁電圧である。図１では開弁電圧を便宜的にＶＨと示している。

降圧回路２０は、上記のとおり、トランジスタ２２がオンされることによって第２チャージコンデンサ２１に電荷が蓄積されるようにされたシリーズレギュレータとして構成されている。なお、トランジスタ２２は特許請求の範囲に記載の第２スイッチング素子に相当する。

ハイサイド回路３０は、降圧回路２０とインジェクタ２００との間に挿入され、電圧を供給すべき電磁コイル２０１〜２０４の選択と、電磁コイル２０１〜２０４に印加すべき電圧の選択と、を行う回路である。ハイサイド回路３０は、スイッチ３１〜３４と、ダイオード３５〜３８と、を有している。

スイッチ３１は開弁電圧ＶＨを第１電磁コイル２０１または第４電磁コイル２０４に供給するためのスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴが採用できる。スイッチ３１は一端が降圧回路２０の出力端子に接続されるとともに、他端に第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４が互いに並列に接続されている。スイッチ３１がオンすることで第２チャージコンデンサ２１が放電して第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４に開弁電圧ＶＨが供給される。第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４のいずれの電磁コイルに電流が流れるかの選択は後に詳述するローサイド回路４０によりなされる。

一方、スイッチ３２はバッテリ電圧ＶＢＤを第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４に供給するためのスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴが採用できる。スイッチ３２は一端にバッテリ電圧ＶＢＤが供給されるように接続されるとともに、他端に第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４が互いに並列に接続されている。具体的には、スイッチ３２とスイッチ３１とは、バッテリ電圧ＶＢＤまたは開弁電圧ＶＨに接続されない一端が互いに接点Ｐにおいて接続されている。

ダイオード３５は、スイッチ３２と接点Ｐとの間において、アノードをスイッチ３２側とし、カソードを接点Ｐ側とするように挿入されている。ダイオード３５は、スイッチ３１側や電磁コイル２０１，２０４側からスイッチ３２に向かって電流が逆流することを防止する役割を担う。

ダイオード３６は、接点Ｐとグランド電位との間において、アノードをグランド電位側とし、カソードを接点Ｐ側とするように挿入されている。ダイオード３６は、スイッチ３１およびスイッチ３２のオンオフに伴い発生する電磁コイル２０１，２０４のフライバックエネルギーを消弧する役割を担う。

上記したスイッチ３１，３２およびダイオード３５，３６によって、第１電磁コイル２０１および第４電磁コイル２０４への電圧の供給が制御される。開弁電圧ＶＨはバッテリ電圧ＶＢＤよりも高くされており、インジェクタ２００における燃料噴射弁が閉弁した状態から開弁を開始する場合には、スイッチ３１をオンすることで高電圧である開弁電圧ＶＨを電磁コイルに印加して開弁動作を行う。また、開弁の完了後はスイッチ３１がオフされ、電磁コイルに流れる電流の電流値が所定の閾値を下回ることによってスイッチ３２がオンされ、バッテリ電圧ＶＢＤが電磁コイルに印加されることで開弁した状態が維持される。

また、スイッチ３３，３４はそれぞれスイッチ３１，３２に対応し、ダイオード３７，３８はそれぞれダイオード３５，３６に対応するものであり、これらの素子によって第２電磁コイル２０２および第３電磁コイル２０３への電圧の供給が制御される。具体的には以下の通りである。

スイッチ３３は開弁電圧ＶＨを第２電磁コイル２０２または第３電磁コイル２０３に供給するためのスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴが採用できる。スイッチ３３は一端が降圧回路２０の出力端子に接続されるとともに、他端に第２電磁コイル２０２および第３電磁コイル２０３が互いに並列に接続されている。スイッチ３３がオンすることで第２チャージコンデンサ２１が放電して第２電磁コイル２０２または第３電磁コイル２０３に開弁電圧ＶＨが供給される。第２電磁コイル２０２および第３電磁コイル２０３のいずれの電磁コイルに電流が流れるかの選択は後に詳述するローサイド回路４０によりなされる。

一方、スイッチ３４はバッテリ電圧ＶＢＤを第２電磁コイル２０２または第３電磁コイル２０３に供給するためのスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴが採用できる。スイッチ３４は一端にバッテリ電圧ＶＢＤが供給されるように接続されるとともに、他端に第２電磁コイル２０２および第３電磁コイル２０３が互いに並列に接続されている。具体的には、スイッチ３４とスイッチ３３とは、バッテリ電圧ＶＢＤまたは開弁電圧ＶＨに接続されない一端が互いに接点Ｑにおいて接続されている。

ダイオード３７は、スイッチ３４と接点Ｑとの間において、アノードをスイッチ３４側とし、カソードを接点Ｑ側とするように挿入されている。ダイオード３７は、スイッチ３３側や電磁コイル２０２，２０３側からスイッチ３４に向かって電流が逆流することを防止する役割を担う。

ダイオード３８は、接点Ｑとグランド電位との間において、アノードをグランド電位側とし、カソードを接点Ｑ側とするように挿入されている。ダイオード３８は、スイッチ３３およびスイッチ３４のオンオフに伴い発生する電磁コイル２０２，２０３のフライバックエネルギーを消弧する役割を担う。

上記したスイッチ３３，３４およびダイオード３７，３８によって、第２電磁コイル２０２および第３電磁コイル２０３への電圧の供給が制御される。インジェクタ２００における燃料噴射弁が閉弁した状態から開弁を開始する場合には、スイッチ３３をオンすることで高電圧である開弁電圧ＶＨを電磁コイルに印加して開弁動作を行う。また、開弁の完了後はスイッチ３３がオフされ、電磁コイルに流れる電流の電流値が所定の閾値を下回ることによってスイッチ３４がオンされ、バッテリ電圧ＶＢＤが電磁コイルに印加されることで開弁した状態が維持される。

ローサイド回路４０は、インジェクタ２００とグランド電位との間に挿入され、電流を流すべき電磁コイル２０１〜２０４の選択と、電磁コイル２０１〜２０４により生じるフライバックエネルギーの回収を行う回路である。また、ローサイド回路４０を流れる電流を検出することで、電磁コイル２０１〜２０４に流れる電流をモニタできるようになっている。ローサイド回路４０は、スイッチ４１〜４４、回収ダイオード４５〜４８、および抵抗器４９ａ，４９ｂを有している。

スイッチ４１は、第１電磁コイル２０１に通電する際に、スイッチ３１またはスイッチ３２とともにオンされるスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用することができる。スイッチ４１は昇圧電圧ＶＶとグランド電位との間で、回収ダイオード４５と直列に接続されている。回収ダイオード４５はアノードがスイッチ４１に接続され、カソードが昇圧電圧ＶＶに接続されている。第１電磁コイル２０１のローサイド側の一端はスイッチ４１と回収ダイオード４５との間の接点に接続されており、ハイサイド回路３０におけるスイッチ３１あるいはスイッチ３２がオンされた状態においてスイッチ４１がオンされると第１電磁コイル２０１に通電される。スイッチ４１とグランド電位との間には抵抗器４９ａが接続されている。この抵抗器４９ａはその両端の電位差を測定することで電流値を検出することのできるシャント抵抗器であり、例えば実質的にスイッチ３１あるいはスイッチ３２がオンされた状態においてスイッチ４１がオンされるときには、第１電磁コイル２０１に流れる電流Ｉ１を検出することができる。

スイッチ４４は、第４電磁コイル２０４に通電する際に、スイッチ３１またはスイッチ３２とともにオンされるスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用することができる。スイッチ４４は昇圧電圧ＶＶとグランド電位との間で、回収ダイオード４８と直列に接続されている。回収ダイオード４８はアノードがスイッチ４４に接続され、カソードが昇圧電圧ＶＶに接続されている。第４電磁コイル２０４のローサイド側の一端はスイッチ４４と回収ダイオード４８との間の接点に接続されており、ハイサイド回路３０におけるスイッチ３１あるいはスイッチ３２がオンされた状態においてスイッチ４４がオンされると第４電磁コイル２０４に通電される。第４電磁コイル２０４を流れる電流を検出する抵抗器は第１電磁コイル２０１の電流値を検出するものと共通であり、すなわち抵抗器４９ａである。スイッチ４１とスイッチ４４とは互いに排他的にオンする関係にあり、スイッチ４４がオンされている状態ではスイッチ４１はオフされ、第４電磁コイル２０４に流れる電流Ｉ４が検出されるようになっている。

なお、回収ダイオード４５，４８は、対応する電磁コイル２０１，２０４によるフライバックエネルギーを昇圧電圧ＶＶ側に回収するための経路を形成するダイオードである。

同様に、スイッチ４２は、第２電磁コイル２０２に通電する際に、スイッチ３３またはスイッチ３４とともにオンされるスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用することができる。スイッチ４２は昇圧電圧ＶＶとグランド電位との間で、回収ダイオード４６と直列に接続されている。回収ダイオード４６はアノードがスイッチ４２に接続され、カソードが昇圧電圧ＶＶに接続されている。第２電磁コイル２０２のローサイド側の一端はスイッチ４２と回収ダイオード４６との間の接点に接続されており、ハイサイド回路３０におけるスイッチ３３あるいはスイッチ３４がオンされた状態においてスイッチ４２がオンされると第２電磁コイル２０２に通電される。スイッチ４２とグランド電位との間には抵抗器４９ｂが接続されている。この抵抗器４９ｂはその両端の電位差を測定することで電流値を検出することのできるシャント抵抗器であり、例えば実質的にスイッチ３３あるいはスイッチ３４がオンされた状態においてスイッチ４２がオンされるときには、第２電磁コイル２０２に流れる電流Ｉ２を検出することができる。

スイッチ４３は、第３電磁コイル２０３に通電する際に、スイッチ３３またはスイッチ３４とともにオンされるスイッチ素子であり、例えばＭＯＳＦＥＴを採用することができる。スイッチ４３は昇圧電圧ＶＶとグランド電位との間で、回収ダイオード４７と直列に接続されている。回収ダイオード４７はアノードがスイッチ４３に接続され、カソードが昇圧電圧ＶＶに接続されている。第３電磁コイル２０３のローサイド側の一端はスイッチ４３と回収ダイオード４７との間の接点に接続されており、ハイサイド回路３０におけるスイッチ３３あるいはスイッチ３４がオンされた状態においてスイッチ４３がオンされると第３電磁コイル２０３に通電される。第３電磁コイル２０３を流れる電流を検出する抵抗器は第２電磁コイル２０２の電流値を検出するものと共通であり、すなわち抵抗器４９ｂである。スイッチ４２とスイッチ４３とは互いに排他的にオンする関係にあり、スイッチ４３がオンされている状態ではスイッチ４２はオフされ、第３電磁コイル２０３に流れる電流Ｉ３が検出されるようになっている。

なお、回収ダイオード４６，４７は、対応する電磁コイル２０２，２０３によるフライバックエネルギーを昇圧電圧ＶＶ側に回収するための経路を形成するダイオードである。

制御ＩＣ５０は、噴射制御装置１００を構成する各種スイッチを制御してインジェクタを制御するＩＣである。具体的には、図１では図示を省略しているが、制御ＩＣ５０は、ＭＯＳＦＥＴ１３のゲート端子、スイッチ３１〜３４、スイッチ４１〜４４のゲート端子、およびトランジスタ２２のベース端子に接続されており、各端子に対して各スイッチをオンまたはオフするための信号を出力している。これら各端子への信号の出力は、制御ＩＣ５０に入力される昇圧回路１０の出力電圧、降圧回路２０の出力電圧、電磁コイル２０１〜２０４を流れる電流の電流値に基づいて行われる。

次に、図２を参照して、噴射制御装置１００の動作について説明する。上記したように、各スイッチの制御は制御ＩＣ５０によって実現される。なお、４つの電磁コイル２０１〜２０４への通電のタイミングは相対的であり、以下の説明では代表する１つの電磁コイル（第１電磁コイル２０１）への通電を例に説明する。その他の電磁コイル２０２〜２０４への通電については、ハイサイド回路３０およびローサイド回路４０の対応するスイッチの組み合わせを採用すればよい。

図２に示す時刻ｔ１０以前は、昇圧回路１０における第１チャージコンデンサ１１は所定量まで充電されて昇圧電圧がＶＶに達し、且つ、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１は所定量まで充電され開弁電圧がＶＨに達していることと仮定する。

図２に示すように、時刻ｔ１０においてスイッチ３１がオンされるとともに、図示しないが、スイッチ４１もオンされる。これにより、第２チャージコンデンサ２１の放電が開始され、第１電磁コイル２０１に電流が流れ始める。時刻ｔ１０から放電が開始されるため第２チャージコンデンサ２１の正極の電位は低下し始め、降圧回路２０の出力電圧もＶＨから低下し始める。

時刻ｔ１１において、降圧回路２０の出力電圧が所定の閾値Ｖｔｈを下回ったとする。制御ＩＣ５０は、降圧回路２０の出力電圧が所定の閾値Ｖｔｈを下回ったことを以って、降圧回路２０のトランジスタ２２のベース端子へ電流の供給を開始する。これによりトランジスタ２２はオン状態となり、第１チャージコンデンサ１１から第２チャージコンデンサ２１へ電荷が転送され、昇圧回路１０の出力電圧は低下し始める。これにより、第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。図２に示す例では、第２チャージコンデンサ２１の充電開始時（時刻ｔ１１）にはスイッチ３１のオン状態が維持されており第２チャージコンデンサ２１の放電は継続しているので、降圧回路２０の出力電圧は閾値電圧Ｖｔｈから下にアンダーシュートするが、充電速度が放電速度を上回ると降圧回路２０の出力電圧は上昇に転じる。

時刻ｔ１２において、スイッチ３１がオフされて、第２チャージコンデンサ２１の放電が停止される。すなわち、第１電磁コイル２０１に対する開弁電圧ＶＨの供給が停止される。スイッチ３１のオフのタイミングは、制御ＩＣ５０がモニタする電磁コイルに流れる電流が、開弁に適する所定の電流値に到達した時点でスイッチ３１がオフされるようにしても良い。いずれにせよ、第１電磁コイル２０１に流れる電流の電流値はインジェクタ２００を駆動する電流としては最大値を示し、この電流が燃料噴射弁の開弁に供される。

図示しないが、時刻ｔ１２においてスイッチ３１がオフされる、電磁コイルを流れる電流の電流値が所定の閾値を下回ることによってスイッチ３２がオンされて第１電磁コイル２０１への電圧供給源はバッテリ電圧ＶＢＤに切り替わる。制御ＩＣ５０は、時刻ｔ１２以降、燃料噴射弁の開弁状態を維持する間、第１電磁コイル２０１に流れる電流をモニタして第１電磁コイル２０１に流れる電流が略一定になるようにスイッチ３２のオンオフを繰り返す。より具体的には、制御ＩＣ５０は、第１電磁コイル２０１に流れる電流が所定の値以上になるとスイッチ３２をオフし、逆に所定の値以下になるとスイッチ３２をオンすることによって第１電磁コイル２０１に流れる電流を一定に維持する。

時刻ｔ１２の後、時刻ｔ１３において、昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフ動作が開始されて、第１チャージコンデンサ１１への充電が開始される。これにより、第２チャージコンデンサ２１の充電のために低下していた昇圧回路１０の出力電圧は上昇を開始する。

その後、時刻ｔ１４において、降圧回路２０のトランジスタ２２のベース端子への電流の供給を停止して第２チャージコンデンサ２１の充電を終了する。トランジスタ２２のオフのタイミングは、制御ＩＣ５０がモニタする降圧回路２０の出力電圧が開弁電圧ＶＨに到達した時点でトランジスタ２２がオフされるようにしても良い。

その後、時刻ｔ１５において、昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３をオフして第１チャージコンデンサ１１の充電を終了する。ＭＯＳＦＥＴ１３のオフのタイミングは、制御ＩＣ５０がモニタする昇圧回路１０の出力電圧が昇圧電圧ＶＶに到達した時点でＭＯＳＦＥＴ１３がオフされるようにしても良い。

その後、時刻ｔ１６に至る前にスイッチ３２がオフされて第１電磁コイル２０１への通電が遮断されると、時刻ｔ１６において電磁コイル２０１に流れる電流がゼロになる。これにより燃料噴射弁が閉弁されて燃料の噴射が停止する。

その後、再び燃料噴射弁を開弁するタイミングである時刻ｔ１７になると、上記した時刻ｔ１０〜時刻ｔ１６の動作を再び行い、燃料の噴射が行われる。

以上のように、本実施形態における噴射制御装置１００は、インジェクタ２００における燃料噴射弁を開弁する際の電磁コイルへの電圧供給に、降圧回路２０により出力される開弁電圧ＶＨを用いる。

次に、本実施形態における噴射制御装置１００が採用されることによる作用効果について説明する。

噴射制御装置１００は、昇圧回路１０と降圧回路２０とを備え、インジェクタ２００における燃料噴射弁の開弁に降圧回路２０の出力電圧である開弁電圧ＶＨを用いる。降圧回路２０はシリーズレギュレータであり、スイッチングレギュレータである昇圧回路１０の充電時における昇圧電圧ＶＶのばらつきよりも開弁電圧ＶＨのばらつきを抑制することができる。つまり、従来のように、スイッチングレギュレータにおいて昇圧した電圧を直接インジェクタに供給する態様に較べて、噴射制御装置１００はシリーズレギュレータが仲介するので、高精度に電圧を供給することができる。

また、本実施形態では、降圧回路２０の出力電圧が所定の閾値Ｖｔｈを下回ったことを以って、第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。これによれば、降圧回路２０の出力電圧を過剰に低下する前に第２チャージコンデンサ２１の充電を開始できるので、第２チャージコンデンサ２１の充電に要する時間を比較的短くすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態における噴射制御装置１００は、第１実施形態に対して第２チャージコンデンサ２１の充電開始のタイミングが相違するものである。すなわち、制御ＩＣ５０による各スイッチの制御が相違している。なお、噴射制御装置１００の回路構成は第１実施形態と同一であり、上記記載に従う。

図３を参照して、本実施形態における噴射制御装置１００の動作について説明する。第１実施形態と同様に、４つの電磁コイル２０１〜２０４への通電のタイミングは相対的であり、以下の説明では代表する１つの電磁コイル（第１電磁コイル２０１）への通電を例に説明する。

なお、第１実施形態と同様に、時刻ｔ２０以前は、昇圧回路１０における第１チャージコンデンサ１１は所定量まで充電されて昇圧電圧がＶＶに達し、且つ、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１は所定量まで充電され開弁電圧がＶＨに達していることと仮定する。

図３に示すように、時刻ｔ２０においてスイッチ３１がオンされるとともに、図示しないが、スイッチ４１もオンされる。これにより、第２チャージコンデンサ２１の放電が開始され、第１電磁コイル２０１に電流が流れ始める。時刻ｔ２０から放電が開始されるため第２チャージコンデンサ２１の正極の電位は低下し始め、降圧回路２０の出力電圧もＶＨから低下し始める。

その後、時刻ｔ２１において、スイッチ３１がオフされて、第２チャージコンデンサ２１の放電が停止される。スイッチ３１のオフのタイミングは、制御ＩＣ５０がモニタする電磁コイルに流れる電流が、開弁に適する所定の電流値に到達した時点でスイッチ３１がオフされるようにしても良い。いずれにせよ、第１電磁コイル２０１に流れる電流の電流値はインジェクタ２００を駆動する電流としては最大値を示し、この電流が燃料噴射弁の開弁に供される。

時刻ｔ２１において、制御ＩＣ５０は、スイッチ３１のオフに同期して、降圧回路２０のトランジスタ２２がオンする。すなわち、トランジスタ２２のベース端子へ電流の供給を開始する。これによりトランジスタ２２はオン状態となり、第１チャージコンデンサ１１から第２チャージコンデンサ２１へ電荷が転送される。昇圧回路１０の出力電圧は低下し始め、降圧回路２０の出力電圧は上昇し始める。なお、図示しないが、時刻ｔ２１においてスイッチ３１がオフされると略同時にスイッチ３２がオンされて第１電磁コイル２０１への電圧供給源はバッテリ電圧ＶＢＤに切り替わる。

このように、本実施形態における第２チャージコンデンサ２１への充電は、スイッチ３１のオフをトリガとして開始される。

その後、時刻ｔ２２において、降圧回路２０のトランジスタ２２のベース端子への電流の供給を停止して第２チャージコンデンサ２１の充電を終了する。トランジスタ２２のオフのタイミングは、制御ＩＣ５０がモニタする降圧回路２０の出力電圧が開弁電圧ＶＨに到達した時点でトランジスタ２２がオフされるようにしても良い。

その後、時刻ｔ２３において、昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフ動作が開始されて、第１チャージコンデンサ１１への充電が開始される。これにより、第２チャージコンデンサ２１の充電のために低下していた昇圧回路１０の出力電圧は上昇を開始する。なお、第１チャージコンデンサ１１の充電を開始するタイミングは、図３に示すように、第２チャージコンデンサ２１の充電が完了した後でも良いし、第１実施形態のように、第２チャージコンデンサ２１の充電期間とオーバーラップしていても良い。

その後、時刻ｔ２４に至る前にスイッチ３２がオフされて第１電磁コイル２０１への通電が遮断されると、時刻ｔ２４において電磁コイル２０１に流れる電流がゼロになる。これにより燃料噴射弁が閉弁されて燃料の噴射が停止する。本実施形態では、時刻ｔ２４の後、再び燃料噴射弁の開弁が行われる前の時刻ｔ２５の時点で昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３をオフして第１チャージコンデンサ１１の充電を終了する。

その後、再び燃料噴射弁を開弁するタイミングである時刻ｔ２６になると、上記した時刻ｔ２０〜時刻ｔ２５の動作を再び行い、燃料の噴射が行われる。

以上のように、本実施形態における噴射制御装置１００は、インジェクタ２００における燃料噴射弁を開弁する際の電磁コイルへの電圧供給に、降圧回路２０により出力される開弁電圧ＶＨを用いる。

次に、本実施形態における噴射制御装置１００が採用されることによる作用効果について説明する。

本実施形態では、降圧回路２０の出力電圧による第１電磁コイル２０１への通電が終了するスイッチ３１のオフをトリガとして、第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。これによれば、降圧回路２０の出力電圧をモニタして判断する等の中間的な処理を介することなく第２チャージコンデンサ２１の充電を開始できるので、第２チャージコンデンサ２１の放電から充電までのタイムラグを最小化することができる。これにより、インジェクタ２００の燃料噴射弁の開弁までに充電を完了することができ、一定した開弁電圧ＶＨを電磁コイルに供給することができる。このため、充電に係る開弁電圧ＶＨの変動を抑制でき、インジェクタ２００への電源供給を高精度に行うことができる。

（第３実施形態）
本実施形態における噴射制御装置１００は、第２実施形態に対して第２チャージコンデンサ２１の充電を開始するトリガが相違するものである。なお、噴射制御装置１００の回路構成は第１実施形態と同一であり、上記記載に従う。

図４を参照して、本実施形態における噴射制御装置１００の動作について説明する。第１、第２実施形態と同様に、４つの電磁コイル２０１〜２０４への通電のタイミングは相対的であり、以下の説明では代表する１つの電磁コイル（第１電磁コイル２０１）への通電を例に説明する。

なお、第２実施形態と同様に、時刻ｔ３０以前は、昇圧回路１０における第１チャージコンデンサ１１は所定量まで充電されて昇圧電圧がＶＶに達し、且つ、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１は所定量まで充電され開弁電圧がＶＨに達していることと仮定する。

図４に示すように、時刻ｔ３０においてスイッチ３２のオフ状態が維持されつつスイッチ３１がオンされるとともに、図示しないが、スイッチ４１もオンされる。これにより、第２チャージコンデンサ２１の放電が開始され、第１電磁コイル２０１に電流が流れ始める。時刻ｔ３０から放電が開始されるため第２チャージコンデンサ２１の正極の電位は低下し始め、降圧回路２０の出力電圧もＶＨから低下し始める。

時刻ｔ３１において、抵抗器４９ａの両端電圧に基づいて検出される第１電磁コイル２０１を流れる電流が、所定の閾値電流Ｉｔｈに達したことを以って、降圧回路２０のトランジスタ２２のベース端子へ電流の供給を開始する。これによりトランジスタ２２はオン状態となり、第１チャージコンデンサ１１から第２チャージコンデンサ２１へ電荷が転送され、昇圧回路１０の出力電圧は低下し始める。これにより、第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。

本実施形態では、第１電磁コイル２０１を流れる電流が、所定の閾値電流Ｉｔｈに達したことを以って、スイッチ３１もオフされて燃料噴射弁を開弁するための電圧の供給も停止される。このため、本実施形態における第２チャージコンデンサ２１の充電を開始するトリガは第１電磁コイル２０１に流れる電流に基づくものであるが、実質的に第２実施形態と同様のタイミングでスイッチ３１のオフとトランジスタ２２のオンが行われる。

図４に示す時刻ｔ３２〜時刻ｔ３６の動作は、第２実施形態における時刻ｔ２２〜時刻ｔ２６の動作にそれぞれ対応するものであり、説明は第２実施形態に準ずる。

次に、本実施形態における噴射制御装置１００が採用されることによる作用効果について説明する。

本実施形態では、電磁コイルに流れる電流が所定の閾値電流Ｉｔｈに達したことをトリガとして、電磁コイルへの通電が停止されるとともに第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。これによれば、燃料噴射弁の開弁に必要な電流を確保した後に第２チャージコンデンサ２１の充電を開始するので、確実に燃料噴射弁の開弁を行うことができるとともに、開弁途中での第２チャージコンデンサ２１の充電開始を回避できるので、電磁コイルに流れる電流に重畳するノイズを抑制することができる。

（第４実施形態）
例えば、車両が、エンジン回転数が大きくなるような高負荷な状態にあるとき、インジェクタ２００による燃料噴射の頻度も増加する。燃料噴射の頻度の増加に対応するために、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１の充電をより高速に行うことが求められる。本実施形態における噴射制御装置１００は、昇圧電圧をより高く設定することで第２チャージコンデンサ２１の早期の充電を実現する。以下、図５を参照して説明する。

第１、第２、第３実施形態と同様に、４つの電磁コイル２０１〜２０４への通電のタイミングは相対的であり、以下の説明では代表する１つの電磁コイル（第１電磁コイル２０１）への通電を例に説明する。

なお、第２実施形態と同様に、時刻ｔ４０以前は、昇圧回路１０における第１チャージコンデンサ１１は所定量まで充電されて昇圧電圧がＶＶに達し、且つ、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１は所定量まで充電され開弁電圧がＶＨに達していることと仮定する。

図５に示すように、まず、時刻ｔ４０においてスイッチ３１がオンされて第２チャージコンデンサ２１の放電が開始され、第１電磁コイル２０１に電流が流れ始める。時刻ｔ４０から時刻ｔ４５に至るまでの動作は、第２実施形態における時刻ｔ２０〜時刻ｔ２５、または、第３実施形態における時刻ｔ３０〜時刻ｔ３５と同様の動作であり、昇圧電圧はＶＶであり、開弁電圧はＶＨである。

ここで、時刻ｔ４５以降において、車両が燃料噴射の頻度が高くなる状況に遷移したと仮定する。例えば、時刻ｔ４５までに、エンジン回転数を大きくするように発令されたとする。

制御ＩＣ５０は、この発令を受けて、要求されるエンジン回転数が所定の閾値回転数以上のときには、例えば時刻ｔ４６において、昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフ動作を追加で行う。すなわち、図５に示すように、時刻ｔ４６から時刻ｔ４７に至るまでＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフ動作を行う。これにより、昇圧回路１０により昇圧されて実現される昇圧電圧はＶＶよりも高いＶＡとなる。

その後、時刻ｔ４８以降は、時刻ｔ４８以前よりも燃料噴射のインターバルが短い動作となる。時刻ｔ４８では、時刻ｔ４０と同様にスイッチ３１がオンされて第２チャージコンデンサ２１の放電が開始され、第１電磁コイル２０１に電流が流れ始める。

時刻ｔ４９において燃料噴射弁の開弁に必要な電流が得られるとスイッチ３１がオフされ、トランジスタ２２がオンされる。これにより第２チャージコンデンサ２１の充電が開始される。この充電に供される電源は、昇圧回路１０により実現された昇圧電圧であり、本実施形態ではＶＶよりも高いＶＡとされている。このため、第２チャージコンデンサ２１に充電に要する時間を、昇圧電圧がＶＶである態様に較べて短くすることができる。すなわち、図５に示すようにトランジスタ２２がオフする時刻をｔ５０とするとき、時刻ｔ４９〜時刻ｔ５０の間の時間は、時刻ｔ４１〜時刻ｔ４２の間の時間よりも短くできる。

上記した各実施形態において説明したように、降圧回路２０における第２チャージコンデンサ２１の充電が、燃料噴射弁の開弁が開始される前に完了していることで、燃料噴射弁の開弁に係る電圧の変動を抑制して、電磁コイルへの通電を高精度に行うことができるのであるが、本実施形態では、昇圧電圧をＶＶからＶＡまで上昇させることで第２チャージコンデンサ２１に充電に要する時間を短縮している。これにより、燃料噴射の開始である時刻ｔ４８から、次の燃料噴射の開始である時刻ｔ５１までのインターバルを、時刻ｔ４７以前のインターバルよりも短くすることができる。

なお、本実施形態では、燃料噴射のインターバルが短くなる例としてエンジン回転数の増大を挙げ、エンジン回転数が所定の閾値回転数以上のときに昇圧電圧をＶＡに上昇させる態様について説明した。しかしながら、燃料噴射のインターバルが短くなるあらゆる状況下において、昇圧電圧をＶＶより大きく設定することが有効であり、昇圧電圧をＶＶよりも高く設定するためのトリガはエンジン回転数だけに依らない。

例えば、要求される燃料噴射のインターバルに対して、そのインターバルが所定の時間以下のときに、昇圧電圧をＶＶより大きく設定するようにしても良い。

（第５実施形態）
昇圧電圧の設定について、第４実施形態では、燃料噴射のインターバルを短くする必要がある条件下で昇圧電圧を上昇させて第２チャージコンデンサ２１の充電を早期に行う例を示した。これに対して、本実施形態における噴射制御装置１００では、燃料噴射に高精度が要求されない条件下で昇圧電圧を低く設定する。

燃料噴射に高精度が要求されない条件とは、例えば車両においてイグニッションスイッチがオンされた直後である。イグニッションスイッチがオンされた直後は、ピストン内の温度等の諸条件も通常の運転時とは異なる条件下にあり、燃料噴射も通常の運転時に較べれば高精度を要求されない。

このため、例えば、イグニッションスイッチがオンされてから、燃料噴射弁の開弁が所定の回数だけ行われるまでの間は、昇圧電圧をＶＶよりも低く抑制する。すなわち、昇圧回路１０におけるＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフの回数を減じて昇圧電圧を抑制する。これにより、昇圧回路１０におけるスイッチング損失に起因する電力消費を抑制できるとともに、昇圧電圧に基づいて開弁電圧を生成する降圧回路２０においても電力消費を抑制することができる。つまり、燃料噴射に高精度が求められない条件において昇圧電圧を抑制することで燃料噴射に係る消費電力を抑制することができる。

ここで、昇圧電圧を通常運転時のＶＶよりも下げている状況においては、降圧回路２０のトランジスタ２２を常時オンにし、第２チャージコンデンサ２１を常に充電される状態に維持しても良い。昇圧電圧がＶＶ（またはＶＡ）とされた通常の運転時においては燃料噴射弁の開弁の精度を高く維持するために、第２チャージコンデンサ２１の充電を開弁開始の前までに完了しておくことが望ましい。しかしながら、燃料噴射に高精度が要求されない、昇圧電圧が通常運転時のＶＶよりも下げられた状況においては、トランジスタ２２を常にオンにしておくことにより、トランジスタ２２のスイッチングに係る電力消費を抑制できるとともに、低い昇圧電圧でも第２チャージコンデンサ２１にできるだけ充電が可能なようにできる。

（その他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

上記した各実施形態において、昇圧回路１０のＭＯＳＦＥＴ１３のオン期間、降圧回路２０のトランジスタ２２のオン期間、ならびにスイッチ３１のオン期間は、時間軸において互いに相対的であり、トランジスタ２２のオン期間がスイッチ３１がオンされる時刻にオーバーラップしていなければ、例えばＭＯＳＦＥＴ１３のオン期間とトランジスタ２２のオン期間がオーバーラップしていても良いし、互いにオーバーラップしていなくても良い。

図１を参照して説明した昇圧回路１０および降圧回路２０の具体的な構成はあくまで一例である。昇圧回路１０において第１チャージコンデンサ１１を有し、降圧回路２０において第２チャージコンデンサ２１を有する構成であって、昇圧回路１０よりも降圧回路２０における出力の電圧振幅が小さいように構成されていれば、昇圧回路１０および降圧回路２０の回路構成は任意に選択することができる。すなわち、必ずしも昇圧回路１０にスイッチングレギュレータを採用し降圧回路２０にシリーズレギュレータを採用しなければならないわけではない。なお、シリーズレギュレータはスイッチングレギュレータよりも高精度に電圧を出力できることから、昇圧回路１０にスイッチングレギュレータを採用し降圧回路２０にシリーズレギュレータを採用することが好ましい。回路規模を抑制できるという観点でも、降圧回路２０にシリーズレギュレータを採用することには利点がある。

１０…昇圧回路，１１…第１チャージコンデンサ，１２…インダクタ，１３…ＭＯＳＦＥＴ（第１スイッチング素子），２０…降圧回路，２１…第２チャージコンデンサ，２２…バイポーラトランジスタ（第２スイッチング素子），３０…ハイサイド回路，４０…ローサイド回路，５０…制御ＩＣ，２００…インジェクタ，２０１…第１電磁コイル

Claims (9)

1. バッテリから供給される電圧を所定の昇圧電圧（ＶＶ，ＶＡ）まで昇圧する昇圧回路（１０）と、
   前記昇圧回路から出力される前記昇圧電圧を、インジェクタ（２００）における燃料噴射弁の開弁に必要な所定の開弁電圧（ＶＨ）まで降圧して、前記開弁電圧を前記インジェクタに供給する降圧回路（２０）と、を備え、
   前記昇圧回路は、第１チャージコンデンサ（１１）を有し、前記第１チャージコンデンサに充電することで昇圧する回路であり、
   前記降圧回路は、第２チャージコンデンサ（２１）を有し、前記開弁電圧のばらつきを前記昇圧電圧のばらつきよりも小さくされた回路であり、
   前記降圧回路における前記第２チャージコンデンサの充電が、前記燃料噴射弁の開弁が開始される前に完了している、噴射制御装置。
2. 前記昇圧回路は、前記第１チャージコンデンサとインダクタ（１２）と第１スイッチング素子（１３）とを有し、前記第１スイッチング素子がオンオフを繰り返すことにより発生する前記インダクタの逆起電力を前記第１チャージコンデンサに充電して昇圧をおこなうスイッチングレギュレータであり、
   前記降圧回路は、前記昇圧回路の出力端子と前記第２チャージコンデンサとの間に第２スイッチング素子（２２）を有し、前記第２スイッチング素子をオンすることにより前記第２チャージコンデンサに充電するシリーズレギュレータである、請求項１に記載の噴射制御装置。
3. 前記降圧回路の出力電圧が、前記開弁電圧よりも低い所定の閾値を下回ったことを以って前記第２チャージコンデンサの充電を開始する、請求項１または請求項２に記載の噴射制御装置。
4. 前記降圧回路の出力電圧の前記インジェクタへの供給が停止された時点を以って前記第２チャージコンデンサの充電を開始する、請求項１または請求項２に記載の噴射制御装置。
5. 前記インジェクタは通電により開弁のための力を発生される電磁コイル（２０１〜２０４）を有し、
   前記電磁コイルに流れる電流が所定の電流値に到達したことを以って前記第２チャージコンデンサの充電を開始する、請求項１または請求項２に記載の噴射制御装置。
6. エンジン回転数が所定の閾値回転数以上のとき、前記エンジン回転数が前記閾値回転数未満のときに比較して、前記昇圧電圧が高く設定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の噴射制御装置。
7. 前記インジェクタにおける前記燃料噴射弁の閉弁から次の開弁に至るまでのインターバルが所定の時間以下のとき、前記インターバルが所定の時間より長いときに比較して、前記昇圧電圧が高く設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の噴射制御装置。
8. イグニッションスイッチがオンされてから前記インジェクタにおける前記燃料噴射弁の開弁が所定の回数おこなわれるまでの間における前記昇圧電圧は、前記燃料噴射弁の開弁が所定の回数おこなわれた後の前記昇圧電圧よりも低く設定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の噴射制御装置。
9. イグニッションスイッチがオンされてから前記インジェクタにおける前記燃料噴射弁の開弁が所定の回数おこなわれるまでの間は、前記第２チャージコンデンサが前記昇圧回路の出力電圧により常時充電されている、請求項８に記載の噴射制御装置。

Images