JP2020041488A - 直噴インジェクタ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回路規模を増大させることなくデッドタイムの設定ができ、実質的な損失低減を図れる直噴インジェクタ駆動装置を提供する。【解決手段】直噴インジェクタ駆動装置1は、制御回路3の制御により直噴インジェクタ2に給電する。高圧電源VHは放電MOS4により、直流電源VBは定電流MOS8により給電される。還流電流は還流MOS7あるいはダイオード7aを介して流す。制御回路3は、放電MOS4を駆動して高圧電源VHから直噴インジェクタ2に給電し、この後保持電流を流すため定電流MOS8をオンオフさせる。このとき定電流MOS8のオン期間を計測し、オフ期間中に還流MOS7をオンさせるためのデッドタイムとオン期間を設定する。これにより、還流MOS7に対応した適切な駆動ができ、簡単な構成で電力損失や発熱を低減することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、直噴インジェクタ駆動装置に関する。
直噴インジェクタ駆動装置は、エンジンの燃焼室に燃料を噴射するインジェクタを駆動する装置で、インジェクタは誘導性負荷を主体とした構成である。燃料噴射の動作としては、インジェクタに対して、最初に高電圧を一定時間印加してアクチュエータを所定位置まで駆動して開弁して噴射を開始し、この後、低い電圧を複数回に渡って印加することでアクチュエータの位置を保持させる。
誘導性負荷を用いるインジェクタでは、給電用のスイッチング素子をオフした後、誘導電流を流す還流経路を設けている。この還流経路としてダイオードを用いる構成では順方向電圧Vfによる損失が大きくなるので、MOSFETなどのスイッチング素子をオン状態で使用することで還流電流を流すことが考えられている。この場合、給電用のスイッチング素子と還流用のスイッチング素子の同時オン状態を回避するため、デッドタイムを設ける必要がある。
この方法としては、例えば、デッドタイム指定方式がある。これは定電流MOS駆動信号をオフしてから、予め設定されたデッドタイムが経過した後に還流用MOS駆動信号をオンさせる方式である。しかし、予め設定するデッドタイムは、スイッチング素子のバラツキや、温度あるいは電圧などの環境を考慮して様々な要因を含めた時間に設定する必要があるため、必要以上に長く設定する場合が生し、発熱の低減効果が低下する場合が生ずる。また、温度や電圧等の環境をセンサで検出して設定されているデッドタイムに反映する場合は、このための追加回路が必要になる。
他の方法としては、電圧/電流を検出する方式がある。定電流MOSのオフをノード電圧から検知して還流MOSをオンさせ、定電流MOSのオン直前であることをインジェクタ電流から検出して還流MOSをオフさせる方式である。この方式は、一般的にデッドタイムを必要最小限に設定できるので損失低減効果に優れるが、電圧/電流センス回路の追加が必要となるので、ICチップコスト/ピン数の増加が避けられず、ICパッケージの増大を招くなどの不具合がある。
このため、定電流MOSと還流MOSのデッドタイム生成において、予め設定することで発熱低減度が低下することと、定電流MOSのオフ検知をするために回路規模やピン数が増加する場合の関係にはトレードオフが存在する。
特開2017−92890号公報
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、直噴インジェクタへの通電用スイッチング素子および還流用スイッチング素子に対して、回路規模を増大させることなくデッドタイムの設定を適切に設定して、実質的な損失低減を図れるようにした直噴インジェクタ駆動装置を提供することにある。
請求項1に記載の直噴インジェクタ駆動装置は、直流電源から直噴インジェクタへの給電経路に配置される給電用スイッチング素子と、グランドから前記直噴インジェクタへの還流経路に配置される還流用スイッチング素子と、前記還流用スイッチング素子に並列に接続される還流用ダイオードと、前記給電用スイッチング素子を駆動して前記直噴インジェクタに給電し、デッドタイムが設定されている場合には前記還流用スイッチング素子を駆動して前記直噴インジェクタの還流電流を流すように制御する制御回路と、前記給電用スイッチング素子のオンオフタイミングを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて前記デッドタイムを決定して前記制御回路に設定する設定部とを備えている。
上記構成を採用することにより、直噴インジェクタへの給電時に、給電用スイッチング素子をオンさせて直流電源から直噴インジェクタに給電し、この後、給電用スイッチング素子がオフすると直噴インジェクタに流れ続けようとする電流は還流用ダイオードを介して流れるようになる。このとき、検出部により給電用スイッチング素子のオン期間を検出し、この結果に基づいて設定部により還流用スイッチング素子のデッドタイムを設定する。
直噴インジェクタに対する給電は、この後も給電用スイッチング素子をオンさせて直流電源から給電するが、このとき、給電スイッチング素子のオフ時点から、先に設定したデッドタイムが経過してから還流用スイッチング素子をオンさせる。これにより、還流用ダイオードではなく、還流用スイッチング素子を経由して還流電流を流すことができ、このときの還流用スイッチング素子のオンタイミングやオフタイミングも精度良く設定することができる。
この結果、給電用スイッチング素子を複数回オンオフ制御することで直噴インジェクタに給電を行う場合においては、その給電用スイッチング素子の特性に対応して適切なデッドタイムを設定して還流用スイッチング素子を駆動制御することができるようになり、簡単な構成としながら、還流用ダイオードへの通電状態を極力低減して実質的な損失低減を図ることができる。
この構成では、直噴インジェクタの駆動において、給電用のスイッチング素子を繰り返しオンオフ駆動する場合に、保持電流を流すためにほぼ同じ幅の波形が続くことに着目しており、少しでも還流用スイッチング素子を適切にオン動作させることが効果を大きくすることに繋がる点を大きな要素としている。
また、このように制御することで、高精度/高速度のコンパレータを設けることなく上記実施をすることができ、コスト低減に寄与するものである。また、直噴インジェクタの駆動では、発熱が厳しい長時間噴射ほど、時間計測と設定の期間中にダイオードに還流電流を流すことの全体の発熱に対する影響が小さくなる。
第1実施形態を示す電気的構成図 制御の流れを示す図 作用説明図 タイムチャート 第2実施形態を示すタイムチャート 第3実施形態を示すタイムチャート 第4実施形態を示す作用説明図 第5実施形態を示す電気的構成図 制御の流れを示す図
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。図1は内燃機関への燃料噴射を行うための直噴インジェクタ駆動装置(以下、単に「駆動装置」と称する)1の電気的構成を示すもので、誘導性負荷である直噴インジェクタ2を駆動する。
駆動装置1は、制御回路3により駆動制御され、制御回路3は外部のマイコンからの指令により動作する。制御回路3は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)で構成される。直噴インジェクタ2は、エンジン気筒に燃料を直接噴射するためのものであり、ソレノイドなどの誘導性の負荷である。直噴インジェクタ2の両端子は、それぞれ出力端子A、Bに接続されている。直噴インジェクタ2の駆動系統は次のように構成される。直流電源としての駆動用の電源は2つ設けられる。車載バッテリの正極端子に接続される直流電源VBおよび直流電源VBから図示しない昇圧回路により昇圧コンデンサに充電して生成した高圧電源VHである。
高圧電源VHは、Nチャンネル型のMOSFETの放電用MOS4を介して出力端子Aに接続される。放電用MOS4は、第1給電用スイッチング素子として機能するものである。出力端子Bは、Nチャンネル型のMOSFETの気筒MOS5および電流検出抵抗6を直列に介してグランドに接続されている。放電MOS4は寄生ダイオード4aを有しており、気筒MOS5は寄生ダイオード5aを有している。
出力端子Aは、Nチャンネル型のMOSFETの還流MOS7を介してグランドに接続される。還流MOS7は寄生ダイオード7aを有している。還流MOS7は、還流用スイッチング素子として機能し、寄生ダイオード7aは、還流用ダイオードとして機能する。
直流電源VBは、Nチャンネル型のMOSFETの定電流MOS8および逆流防止MOS12を直列に介して出力端子Aに接続される。定電流MOS11および逆流防止MOS12は、ソースを共通に接続した状態である。定電流MOS11は寄生ダイオード11aを有しており、逆流防止MOS12は寄生ダイオード12aを有している。出力端子Bから高圧電源VHに順方向にダイオード13が接続される。なお、定電流MOS11は、第2給電用スイッチング素子として機能する。
制御回路3は、論理回路31を制御主体として、MOSFET駆動用のプリドライバ32〜36を備えると共に、コンパレータ37、38、40などを備える構成である。論理回路31は、設定部として機能する。また、コンパレータ38および40は検出部として機能する。
制御回路3のプリドライバ32の出力端子は、ゲート抵抗10を介して放電MOS4のゲートに接続される。プリドライバ33の出力端子は、ゲート抵抗11を介して気筒MOS5のゲートに接続される。制御回路3は、論理回路31からプリドライバ32、33を介して放電MOS4および気筒MOS5をオン駆動し、これにより高圧電源VHから直噴インジェクタ2に給電する。
制御回路3のプリドライバ34の出力端子は、ゲート抵抗12を介して還流MOS7のゲートに接続される。制御回路3は、論理回路31からプリドライバ33、34を介して気筒MOS5および還流MOS7をオン駆動して直噴インジェクタ2の還流電流を流す。このとき、還流MOS7は、オフ状態であっても寄生ダイオード7aを介して直噴インジェクタ2の還流電流を流すことができる。
制御回路3のプリドライバ35の出力端子は、ゲート抵抗13を介して定電流MOS8のゲートに接続される。プリドライバ36の出力端子は、ゲート抵抗14を介して逆流防止MOS9のゲートに接続される。制御回路3は、論理回路31からプリドライバ35、36、33を介して定電流MOS8、逆流防止MOS9および気筒MOS5をオン駆動して直流電源VBから直噴インジェクタ2に給電する。なお、高圧電源VHから直噴インジェクタ2に給電する場合には、制御回路3により逆流防止MOS9がオフ状態に保持させ、直流電源VB側に電流が流れないように制御される。
制御回路3のコンパレータ38は、反転入力端子に出力端子Aが接続され、非反転入力端子には閾値電圧Vthを与える参照電源39が接続されている。コンパレータ38は、出力端子Aの電圧VAが閾値電圧Vthを超えるか否かを検出する。閾値電圧Vthは、定電流MOS8のオフ状態を検出するとハイレベルの検出信号を出力するように設定される。コンパレータ38は、比較結果を論理回路31に出力する。
電流検出抵抗6の両端子は、制御回路3のコンパレータ37の2つの入力端子に接続されるとともに、コンパレータ40の2つの入力端子にも接続されている。コンパレータ37は、直噴インジェクタ2に流れる電流Iinjを検出するもので、検出結果を論理回路31に出力する。論理回路31は、コンパレータ37の検出結果に基づいて定電流MOS8のオンオフの駆動制御を行う。
コンパレータ40は、直噴インジェクタ2に流れる電流値が閾値Ithよりも小さくなる期間を検出して論理回路31に出力する。論理回路31は、コンパレータ40の検出結果より、放電MOS4および定電流MOS8による直噴インジェクタ2への給電停止後に流れる還流電流がほぼなくなる状態を検出することができる。
また、出力端子Bはダイオード15を順方向に介して高圧電源VHに接続され、出力端子Aは抵抗16を介してグランドに接続されている。
次に、上記構成の作用について図2から図4も参照して説明する。
まず、駆動装置1による直噴インジェクタ2の駆動制御について概略的に説明する。駆動装置1は、マイコンからの噴射指令信号に応じて、まず、高圧電源VHから放電MOS4を駆動して直噴インジェクタ2に高電圧VHを給電して燃料の噴射量が所定レベルとなる位置まで駆動する。この後、放電MOS4をオフさせてインジェクタ電流Iinjが所定レベルに達するまで還流MOS7をオンさせて還流電流を流す。
インジェクタ電流Iinjが保持電流の下限値になると、以降のインジェクタ電流Iinjが保持電流レベルとなるように、定電流MOS8をオンオフ駆動して直流電源VBから直噴インジェクタ2に給電する。このとき、定電流MOS8のオフ期間では、後述するようにして還流MOS7がオン動作されて還流電流が流される。なお、定電流MOS8のオンオフ駆動の回数は、多い場合には、例えば100回から1000回あるいはそれ以上の回数に設定される。もちろん、定電流MOS8のオンオフ駆動回数が100回以下の場合でも良い。
これにより、エンジンの気筒に所定量の燃料が直噴インジェクタ2により噴射される。なお、エンジンの複数の気筒に対して、各気筒に対応した気筒MOS5が選択的に駆動されて、上記の動作を各気筒に対して実施される。
以上の動作において、還流MOS7は、放電MOS4、定電流MOS8をオフした後に直噴インジェクタ2に流れる還流電流を流すようにオン駆動される。この場合、還流MOS7をオンさせるタイミングは、放電MOS4、定電流MOS8が確実にオフした後にする必要があり、駆動信号をオフさせた後デッドタイムTdを設ける必要がある。
この実施形態では、放電MOS4のオフ後のデッドタイムは予め設定したデッドタイムTdcとしている。これは、放電MOS4による直噴インジェクタ2への通電は、この実施形態では、1サイクルの動作において1回だけであるから、デッドタイムを最適に設定することで大幅な発熱量の低減に寄与しないからである。なお、放電MOS4による直噴インジェクタ2への通電は、1サイクルの動作で複数回行うこともできる。この場合には、デッドタイムを後述するようにして計測して設定することも有効となる。
このため、本実施形態では、定電流MOS8による直噴インジェクタ2への初回の給電動作における駆動信号のオン期間を制御回路3において計時することで、組み込まれている定電流MOS8の特性に対応したデッドタイムを設定する方式を採用している。図2は、このような制御回路3によるデッドタイム設定の制御の流れを概略的に示している。
制御回路3は、放電MOS4のオン動作、オフ動作を経て、還流MOS7のオン動作、オフ動作の後、ステップS1で定電流MOS8を駆動する。このとき、制御回路3は、ステップS2で、定電流MOS8のオン駆動期間をカウンタにより計時して学習値を取得する。次に、制御回路3は、ステップS3で、定電流MOS8のオン駆動期間の学習値に基づいて、続いて駆動する還流MOS7のためのデッドタイムを生成する。これにより、制御回路3は、ステップS4で、還流MOS7のデッドタイムの設定に基づいてオンタイミングを制御するとともに、次に定電流MOS8がオンされる前にデッドタイムを考慮したオフタイミングでオフ駆動する。
これにより、図3に示すように、制御回路3により定電流MOS8が時刻t0でオン駆動されると、直噴インジェクタ2に給電されてインジェクタ電流Iinjが上昇していく。インジェクタ電流Iinjが時刻t1で所定の保持電流レベルに達すると定電流MOS8はオフされ、この後設定されたデッドタイムTd1が経過して時刻t2になると制御回路3により還流MOS7がオン駆動される。設定されたオン時間Tonが経過して時刻t3になると、制御回路3は還流MOS7をオフさせ、デッドタイムTd2が経過した時刻t4で再び定電流MOS8をオン駆動する。以下、同様にして1サイクルの終了時点が来るまで上記の動作が繰り返し実行される。
次に、図4を参照して、全体の具体的な動作について説明する。
駆動装置1の制御回路3は、マイコンからインジェクタの駆動信号が与えられると、直噴インジェクタ2に対して、燃料噴射のための通電制御を実施して開弁動作を実施する。この場合、制御回路3は、図4(1)に示すように、時刻t0でインジェクタ駆動信号がオンになると、図4(3)、(5)に示すように、放電MOS4および定電流MOS8がオン駆動される。
これにより、高圧電源VHから放電MOS4、直噴インジェクタ2、気筒MOS5および抵抗6の経路で給電路が形成され、直噴インジェクタ2に給電される。この場合、高圧電源VHは、昇圧コンデンサなどに電荷が蓄積されていてこれを放電させることで直噴インジェクタ2に給電する。これにより、直噴インジェクタ2には、図4(2)に示すように、給電が開始されてから徐々にインジェクタ電流Iinjが上昇する。また、これによって、時刻t1になると直噴インジェクタ2は所定位置まで駆動された状態となる。
なお、このとき図4(5)に示すように、制御回路3は、定電流MOS8もオン駆動しているが、高圧電源VHから直噴インジェクタ2に正常に給電動作が行われる場合には、定電流MOS8がオン状態となっても、出力端子Aの電圧VAは高圧電源VHに近い電位となっているので、直流電源VB側から給電されることはない。また、逆流防止MOS9はオフ状態が保持されているので、出力端子Aから直流電源VB側に電流が逆流することが阻止されている。また、制御回路3は、定電流MOS8を短時間でオフさせる。
制御回路3は、放電MOS4のオン期間が経過して時刻t1になると、放電MOS4をオフさせる。これにより、直噴インジェクタ2に流れていたインジェクタ電流Iinjは、高圧電源VHからの給電が停止する。直噴インジェクタ2は誘導性であるから、放電MOS4がオフした後は、オフ状態の還流MOS7のダイオード7aを介してグランド側からインジェクタ電流Iinjが流れ始める。
このとき、制御回路3は、図4(10)に示すように、時刻t1からやや時間が経過して放電MOS4がオフしたタイミングで逆流防止MOS9をオンさせる。さらに、制御回路3は、図4(8)に示すように、時刻t1からデッドタイムを存した後に、還流MOS7をオンさせて還流電流をオン状態の還流MOS7を介して流すように制御する。これにより、還流MOS7での損失分を低減することができる。
なお、後述するように、直噴インジェクタ2に還流電流が流れるときに、還流MOS7がオフ状態のままである場合には、グランドから還流MOS7の寄生ダイオード7a、直噴インジェクタ2、気筒MOS5および抵抗6を介して通電経路が形成される。これによって、直噴インジェクタ2には、継続的にインジェクタ電流Iinjが還流電流として流れる。また、このとき、寄生ダイオード7aでの電圧降下が順方向電圧Vfとなるので、この分の電力損失が発生する。
この後、直噴インジェクタ2のインジェクタ電流Iinjは徐々に低下し、保持電流IHを流すための閾値電流の下限値IthHLに達する少し前の時刻t2で、制御回路3は、図4(8)に示すように、還流MOS7をオフさせる。続いて、制御回路3は、図4(5)に示すように、インジェクタ電流Iinjが下限値IthHLに達する時刻t3になると、定電流MOS8をオン駆動する。定電流MOS8は、オン駆動されてから若干の時間が経過した時刻t4でオン状態になる。これにより、直噴インジェクタ2に直流電源VBから定電流MOS8、逆流防止MOS9を介して給電されるようになり、インジェクタ電流Iinjが徐々に上昇する。
制御回路3は、時刻t3で定電流MOS8への駆動を開始した時点から、前述のステップS2で説明したように、この後インジェクタ電流Iinjのレベルが保持電流IHを流すための閾値電流の上限値IthHHに達するまでの時間を、カウンタ機能を用いて計時する。
そして、制御回路3は、時刻t5でインジェクタ電流Iinjが上限値IthHHに達すると、図4(5)に示すように、定電流MOS8をオフさせ、定電流MOS8のオン期間Toncをカウンタの値から算出する。この定電流MOS8のオン期間Toncが、ステップS2で示した学習値となる。
制御回路3は、この学習値に基づいてステップS3で還流MOS7をオンさせるまでのデッドタイムTdsおよびオン期間Tonsを算出処理することで、設定値を生成する。なお、制御回路3は、デッドタイムTdsおよびオン期間Tonsの算出処理に時間を要するため、時刻t5の直後でデッドタイムTdsを設定することができない場合がある。このため、1回目の定電流MOS8をオフした時点t5の後においては、還流MOS7をオンさせずに、ダイオード7aにて還流電流を流すようにする。
この後、インジェクタ電流Iinjが低下して再び下限値IthHLに達する時刻t6になると、制御回路3は、図4(5)に示すように定電流MOS8をオン駆動する。以下、同様にして、インジェクタ電流Iinjが上昇して再び上限値IthHHに達する時刻t7になると、制御回路3は、図4(5)に示すように定電流MOS8をオフ駆動する。
次に、制御回路3は、時刻t7の時点から前述のように算出設定したデッドタイムTdsが経過する時刻t8になると、図4(8)に示すように、還流MOS7を同じく算出設定したオン期間Tonsでオン駆動する。これにより、直噴インジェクタ2に流れるインジェクタ電流Iinjは、還流MOS7を通じて流れる。
なお、図4では定電流MOS8のオン期間を3回表示しているだけであるが、実際には、前述のように100回以上で1000回からそれ以上の回数でオンオフ駆動制御される。この結果、インジェクタ電流Iinjは、定電流MOS8のオンオフで増減する状態が継続することで、平均的な電流値が直噴インジェクタ2を所定の開弁位置に保持する保持電流IHとなるように制御される。そして、その都度定電流MOS8のオフ後には適切なタイミングで還流MOS7が駆動される。
このような本実施形態によれば、還流電流となるインジェクタ電流Iinjがダイオード7aに流れる時間を極力低減することができるようになり、還流MOS7のオン抵抗とインジェクタ電流Iinjの積に相当する電力損失が発生するだけとなり、発熱の抑制に大きく寄与することができる。
(第2実施形態)
図5は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第1実施形態で、保持電流IHを流すため1回目の定電流MOS8をオン/オフ後では、還流MOS7をオン動作させない方式であったのに対して、還流MOS7をオン動作させるようにしている。
この場合、時刻t5の時点では、制御回路3による還流MOS7のオンまでのデッドタイムTdsおよびオン時間Tonsを開始した直後であるが、算出途中のためダイオード7aに還流電流を流していたのに代えて、ここではデフォルト設定されたデッドタイムTdaおよびオン時間Tonaを暫定デッドタイムとして採用する。
すなわち、ここで用いるデッドタイムTdaおよびオン時間Tonaは、スイッチング素子に対応して設定されたものではなく、素子のバラツキを含めて設定されたものである。このため、インジェクタ電流Iinjの還流電流を還流MOS7により最適な条件で通電させるものではないが、ダイオード7aに還流電流を流す場合に比べると損失を低減することができる。
ここでは、制御回路3は、第1実施形態と同様にして制御を開始した後、時刻t5で定電流MOS8をオフし、この後デッドタイムTdaが経過した時刻t5aになると還流MOS7をオンさせる。制御回路3は、オン期間Tonaが経過した時点で還流MOS7をオフさせる。この後、制御回路3は、インジェクタ電流Iinjが下限値IthHLに達する時刻t6になると、再び定電流MOS8をオンさせる。
したがって、このような第2実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、さらに電力損失に起因した温度上昇の低減効果を高めることができる。
なお、上記実施形態では、予め設定したデッドタイムTdaおよびオン期間Tonaを用いるようにして還流MOS7をオン動作させたが、例えば、2サイクル目以降で、前回「学習」により設定したデッドタイムのデータがある場合には、これを適用することもできる。
(第3実施形態)
図6は第3実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、定電流MOS8のオフ期間を、コンパレータ38の検出信号に基づいて算出するものである。
すなわち、制御回路3は、定電流MOS8をオフ駆動させたときに、実際に定電流MOS8がオフして出力端子Aの電圧VAが低いレベルになる状態をコンパレータ38がハイレベルの検出信号から判定する。実際には、放電MOS4と定電流MOS8が共にオフした状態でハイレベルの検出信号を出力する。
これにより、制御回路3は、保持電流IHを流すときの定電流MOS8のオン動作期間を検出するため、電流検出コンパレータ40の検出出力も参照する。電流検出コンパレータ40は、インジェクタ電流Iinjのレベルが保持電流IHの下限値IthHLよりも少し高いレベルを閾値Ithとしている。したがって、コンパレータ40は、インジェクタ電流Iinjが低下して下限値IthHLに達する時刻t3よりも前の時刻t2でハイレベルの検出信号を出力する。
また、制御回路3は、インジェクタ電流Iinjが保持電流の下限値IthHLを下回る時刻t3で定電流MOS8をオンするので、オフ検知のコンパレータ38はローレベルの検出信号を出力する。
この条件を利用して、制御回路3は、コンパレータ40の検出出力がハイレベルになる時刻t2からの期間中で、インジェクタ電流Iinjが下限値IthHLに達する時刻t3になると、定電流MOS8を駆動し、この後、コンパレータ38の検出信号がローレベルになる時刻t4に、定電流MOS8のオン動作を検出する。
制御回路3は、コンパレータ38の検出信号がハイレベルになる時刻t5までの期間(t4−t5)を定電流MOS8のオン動作期間Tonpとしてカウンタにより算出する。そして、算出した定電流MOS8のオン動作時間Tonpから還流MOS7のオン時間Tonsを算出して設定する。
なお、この方式では、コンパレータ38がハイレベルの検出信号を出力する時点が定電流MOS8をオフ駆動した時点t2から時間が経過して実際にオフ動作した時点t4になるから、デッドタイムTdsを直接設定することなく、この時点t4を基準として還流MOS7をオン駆動させることができる。
したがって、このような第3実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、この実施形態においても、第2実施形態のように、制御狩尾3により、時刻t5以降に予め設定したデッドタイムTdaおよびオン時間Tonaを用いて還流MOS7をオン動作させるようにすることもできる。
(第4実施形態)
図7は第4実施形態を示すもので、以下、上記実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、上記した第1実施形態から第3実施形態において定電流MOS8のオン期間の学習結果を用いて還流MOS7のデッドタイムおよびオン時間を設定し、以降の定電流MOS8のオフ後に反映して適用する方式の基本形と変形例について示す。
ここでは(A−1)、(A−2)、(B−1)、(B−2)の4通りのケースを例にとって説明する。A、Bの区別は、「学習」処理と「反映」処理を1回の燃料噴射のサイクル中に行う「A」方式と、複数のサイクル間で「学習」処理と「反映」処理を実施する「B」方式を示している。
(A−1)のケース
図7に示す(A−1)のケースは、1サイクル内で、保持電流を流すために定電流MOS8を最初にオンさせたときに「学習」を実施して還流MOS7のデッドタイムおよびオン時間を設定する。そして、サイクル内の以降の定電流MOS8のオフ後に、設定したデッドタイムおよびオン時間を用いて還流MOS7をオンオフ制御する方式である。この方式は、第1〜第3実施形態の方式に対応しており、毎サイクル実施するものである。
(A−2)のケース
図7に示す(A−2)のケースは、1サイクル内で、保持電流を流すために定電流MOS8のオンオフを繰り返し実施する際に、2回を1組とした単位とし、オンオフ動作の1回目を「学習」に用い、2回目で「反映」させることを各組で実施する方式である。
なお、上記の(A−1)、(A−2)の各ケースは、一例であり、例えば、(A−1)のケースでは、「学習」を1回の定電流MOS8のオン期間だけでなく、複数回のオン期間を測定してこれらから平均値あるいは重み付けをした計算により算出するようにしても良い。また、(A−2)のケースでは、2回を1組ではなく、サイクル内の3回以上を1組として、1回目を「学習」に当て、2回目から組内の以降について「反映」させるようにしても良い。
(B−1)のケース
図7に示す(B−1)のケースは、最初のサイクルで定電流MOS8のオン期間を複数回に渡って測定し、平均値などを用いてデッドタイムおよびオン期間を設定して「学習」し、次回以降のサイクルで「学習」結果を「反映」させることができる。
(B−2)のケース
また、図7に示す(B−2)のケースは、「学習」を複数サイクルに渡って実施し、以降のサイクルで「反映」させるようにするものである。
このように、定電流MOS8のオン期間からデッドタイムおよび還流MOS7のオン期間を設定するやり方については、上記したような種々の方式を採用することができるし、さらにこれらを応用して適用することができる。
(第5実施形態)
図8および図9は第5実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、図8に示すように、直噴インジェクタ2の駆動信号を与えるマイコン20も協働してデッドタイムを生成するようにしたものである。
図9は制御回路3の処理動作とマイコン20の処理動作を示している。第1実施形態と同様にして、制御回路3は、ステップS1で定電流MOS8を駆動し、ステップS2で、定電流MOS8のオン駆動期間をカウンタにより計時して学習値を取得する。次に、制御回路3は、ステップS2aで、定電流MOS8のオン駆動期間の学習値をマイコン20に送信する。
マイコン20は、予め設定されたプログラムに基づいて、ステップM1で、受信した学習値に基づいて、デッドタイム生成として、デッドタイムおよび還流MOS7のオン時間を生成し、これを制御回路3に送信する。
制御回路3は、ステップS3aで、マイコン20が生成したデッドタイムを受信すると、続いてステップS4で、還流MOS7のデッドタイムの設定に基づいてオンタイミングを制御するとともに、次に定電流MOS8がオンされる前にデッドタイムを考慮したオフタイミングでオフ駆動する。
このような第5実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
上記各実施形態では、比較的効果が高い条件として、定電流MOS8のオン期間を「学習」することで、保持電流IHを流す期間でのデッドタイムおよびオン期間を設定するようにしたが、放電MOS4のオン期間を「学習」して、その還流電流を還流MOS7で流す際に、デッドタイムおよびオン期間を設定することもできる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
図面中、1は直噴インジェクタ駆動装置、2は直噴インジェクタ、3は制御回路(設定部)、4は放電MOS(第1給電用スイッチング素子)、5は気筒MOS、6は電流検出抵抗、7は還流MOS(還流用スイッチング素子)、8は給電MOS(第2給電用スイッチング素子)、9は逆流防止MOS、31は論理回路、38はコンパレータ(検出部)、40はコンパレータである。

Claims (6)

  1. 直流電源(VB、VH)から直噴インジェクタ(2)への給電経路に配置される給電用スイッチング素子(8、4)と、
    グランドから前記直噴インジェクタへの還流経路に配置される還流用スイッチング素子(7)と、
    前記還流用スイッチング素子に並列に接続される還流用ダイオード(7a)と、
    前記給電用スイッチング素子を駆動して前記直噴インジェクタに給電し、デッドタイムが設定されている場合には前記還流用スイッチング素子を駆動して前記直噴インジェクタの還流電流を流すように制御する制御回路(3)と、
    前記給電用スイッチング素子のオンオフタイミングを検出する検出部(38)と、
    前記検出部の検出結果に基づいて前記デッドタイムを決定して前記制御回路に設定する設定部(3)とを備えた直噴インジェクタ駆動装置。
  2. 前記給電用スイッチング素子は、高圧直流電源から前記直噴インジェクタに給電する第1給電用スイッチング素子(4)および低圧直流電源から前記直噴インジェクタに給電する第2給電用スイッチング素子(8)とを備える請求項1に記載の直噴インジェクタ駆動装置。
  3. 前記検出部は、前記給電用スイッチング素子のうち少なくとも前記第2給電用スイッチング素子のオンオフタイミングを検出し、
    前記設定部は、前記給電用スイッチング素子のうち少なくとも前記第2給電用スイッチング素子と前記還流用スイッチング素子とのデッドタイムを決定して前記制御回路に設定する請求項2に記載の直噴インジェクタ駆動装置。
  4. 前記制御回路は、前記設定部によるデッドタイムが設定されていない状態では、デフォルト設定された暫定デッドタイムを用いて前記還流用スイッチング素子の駆動制御を行う請求項1から3のいずれか一項に記載の直噴インジェクタ駆動装置。
  5. 前記制御回路により1サイクルの動作で前記給電用スイッチング素子を複数回オンオフ制御することにより前記直噴インジェクタに給電する場合に、
    前記検出部は、前記1サイクル中において、前記給電用スイッチング素子の初回もしくは初回からの複数回のオンオフタイミングを検出し、
    前記制御回路は、前記設定部により設定される前記デッドタイムを、前記1サイクル中において、残りの期間における前記還流用スイッチング素子の駆動制御に適用する請求項1から4のいずれか一項に記載の直噴インジェクタ駆動装置。
  6. 前記制御回路により1サイクルの動作で前記給電用スイッチング素子を複数回オンオフ制御することにより前記直噴インジェクタに給電する場合に、
    前記検出部は、前記1サイクルもしくは複数サイクル中において、前記給電用スイッチング素子の初回もしくは初回からの複数回のオンオフタイミングを検出し、
    前記制御回路は、前記設定部により設定される前記デッドタイムを、次回以降のサイクル中において、前記還流用スイッチング素子の駆動制御に適用する請求項1から4のいずれか一項に記載の直噴インジェクタ駆動装置。
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