JP2020176553A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサの電圧変動を抑制して還流電流の充電を行え、噴射時間のばらつきをなくすことができるようにした燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】燃料噴射制御装置2の制御回路3は、昇圧回路4により昇圧した所定電圧を第1コンデンサ8に充電し、MOSトランジスタ10の寄生ダイオード10aを介して第2コンデンサ9にも充電する。燃料噴射弁1に対して、第1コンデンサ8から高圧で給電し、この後MOSトランジスタ14を介して電流を保持する。噴射オフ後に、燃料噴射弁1からの還流電流を所定電圧の第2コンデンサ9に充電させる。第2コンデンサ9の電圧が所定以上になると、MOSトランジスタ10をオンさせて第1コンデンサ8側に放電させて電圧を所定電圧に保持させる。【選択図】図1

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関する。
燃料噴射弁に通電してエンジンに燃料を噴射させる燃料噴射制御装置では、高電圧に充電した放電用のコンデンサから燃料噴射弁に放電することで通電する構成を備える。
この場合、燃料の噴射量を放電用のコンデンサによる電荷の放電時間を変えて行うが、これによって、放電用のコンデンサの電圧が変動する。燃料噴射弁に通電した後、通電オフ後には燃料噴射弁によるフライバック電圧が発生するため、放電用のコンデンサに還流させる構成を採用している。これにより、還流電流の充電によっても放電用コンデンサの電圧が変動する。
このため、従来構成のものでは、放電用のコンデンサの電圧が変動することで、放電時間を制御しても噴射時間がばらつき、燃料の噴射量の精度が低下する不具合があった。
特開2007−66978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、コンデンサの電圧変動を抑制して還流電流の充電を行え、噴射時間のばらつきをなくすことができるようにした燃料噴射制御装置を提供することにある。
請求項1に記載の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁への通電を制御して燃料噴射を行う燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射弁に高電圧を給電する昇圧回路(4)と、前記昇圧回路の昇圧電圧を充電する第1コンデンサ(8)と、前記燃料噴射弁に定電流で給電する定電流駆動部(14)と、噴射出力オフ時に前記燃料噴射弁の還流電流により充電する第2コンデンサ(9)と、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間に接続されたスイッチ(10)とを備えている。
上記構成を採用することにより、昇圧回路により昇圧電圧を第1コンデンサに充電し、この第1コンデンサから燃料噴射弁に給電することで駆動し、この後、燃料噴射弁の状態を保持するように定電流駆動部により定電流を給電する。これにより、所定の燃料噴射を行うことができる。燃料噴射弁への通電をオフした後には、燃料噴射弁のフライバック電圧により発生する還流電流を、第2コンデンサに充電させることができる。第2コンデンサの電圧が高くなったときには、スイッチをオン駆動させることで第1コンデンサ側に放電させることができる。
これにより、燃料噴射弁への給電開始前に、スイッチをオン駆動して予め第2コンデンサにも所定電位まで充電しておくことで、還流電流を充電するときに同じ条件で行えるので、充電完了を短時間で実施でき、燃料噴射量のずれを無くすことができる。また、第2コンデンサの電圧が所定以上の状態になったときには、スイッチをオン駆動させることで第1コンデンサ側に充電電荷として放電することができ、電荷を有効利用しながら昇圧動作にも寄与させることができる。
第1実施形態を示す電気的構成図 制御の流れを示す図 タイミングチャート 第2実施形態を示す制御の流れを示す図 タイミングチャートその1 タイミングチャートその2
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1において、燃料噴射用の燃料噴射弁1は、複数設けられており、図1では1個を示している。燃料噴射制御装置2は、出力端子A、B間に接続された燃料噴射弁1に対して制御回路3により通電制御を行う。
燃料噴射制御装置2において、昇圧回路4は、昇圧コイル5、MOSトランジスタ6、ダイオード7を備えている。車載バッテリの直流電源VBとグランドとの間に昇圧コイル5およびMOSトランジスタ6が直列に接続されている。MOSトランジスタ6のドレインはダイオード7を介して第1コンデンサ8に接続されている。
制御回路3は、MOSトランジスタ6をオン・オフ制御する。これにより、車載バッテリの直流電源VBから昇圧コイル5に通電し、オフ後に発生する高圧のフライバック電圧を、ダイオード7を介して第1コンデンサ8に充電させる。第1コンデンサ8は、電圧VC1が充電目標電圧Vaとなるように充電制御がなされる。第1コンデンサ8の電圧VC1は、制御回路3により検出される。
第1コンデンサ8には、スイッチとしてのMOSトランジスタ10を介して第2コンデンサ9が並列に接続されている。MOSトランジスタ10は、ソースが第1コンデンサ8側に接続され、ドレインが第2コンデンサ9側に接続され、制御回路3からゲートに駆動信号が与えられる。MOSトランジスタ10は寄生ダイオード10aを有しており、第1コンデンサ8から第2コンデンサ9に順方向に介在されている。
第2コンデンサ9の容量値は、第1コンデンサ8の容量値に対して小さく設定されており、例えば10分の1程度に設定される。また、昇圧回路4により第1コンデンサ8に充電させる場合には、MOSトランジスタ10の寄生ダイオード10aを介して第2コンデンサ9にも充電される。
第1コンデンサ8の一端子は、放電用のMOSトランジスタ11を介して出力端子Aに接続される。出力端子Bは駆動用のMOSトランジスタ12を介してグランドに接続されている。MOSトランジスタ11および12は、制御回路3からオン・オフの駆動信号が与えられる。MOSトランジスタ12のゲート・ソース間には抵抗13が接続されている。定電流駆動部としてのMOSトランジスタ14は、車載バッテリの直流電源VBを、ダイオード15を介して出力端子Aから燃料噴射弁1に定電流給電するもので、制御回3からオン・オフの駆動信号が与えられる。
制御回路3は、燃料噴射弁1に対して、通電初期には第1コンデンサ8から高電圧で給電して燃料噴射に必要な状態に駆動され、この後、その状態を保持するように直流電源VBから定電流を通電する。直流電源VBからの給電期間により燃料の噴射期間が制御される。
燃料噴射弁1への通電後に発生するフライバック電圧で流れる電流を還流させるために、出力端子Aにはグランドとの間にダイオード16が接続され、出力端子Bはダイオード17を介して第2コンデンサ9に接続されている。ダイオード16は、グランド側がアノードであり、ダイオード17は、出力端子B側がアノードである。帰還電流の通電経路は、グランドからダイオード16、燃料噴射弁1、ダイオード17から第2コンデンサ9に至る経路で、第2コンデンサ9に還流電流により充電される。
次に、上記構成の作用について、図2および図3も参照して説明する。
まず、以下の作用において用いる電圧値および判定処理に用いる第1〜第6閾値についてその定義を示す。
・充電目標電圧Va…昇圧回路4において、第1コンデンサ8に充電する所定の電圧で、例えば60Vに設定される。
・第1閾値電圧Vth1…第1コンデンサ8に電荷回収を行う条件として設定する第1コンデンサ8の電圧VC1の判定電圧で、例えば58Vに設定される。
・第2閾値電圧Vth2…第1コンデンサ8に電荷回収を行う条件として設定する第2コンデンサ9の電圧VC2を基準としてこれよりも小さい電圧に設定される。
・第3閾値電圧Vth3…第2コンデンサ9の過充電状態の電荷を放電する条件として、第2コンデンサ9の電圧VC2の判定電圧で、例えば59.3Vに設定される。
・第4閾値電流Ith4…第1コンデンサ8および第2コンデンサ9の放電時に燃料噴射弁1が燃料噴射しないレベルの電流値として設定され、例えば3Aに設定される。
・第5閾値電圧Vth5…第2コンデンサ9の電荷の放電停止を行うための条件として設定する第2コンデンサ9の電圧VC2の判定電圧で、例えば59.3Vに設定される。
・第6閾値時間Tth6…第2コンデンサ9の電荷放電のタイムリミットとして設定する時間で、次の噴射制御の開始時刻までの残り時間に設定される。
制御回路3は、昇圧回路4による昇圧動作として、MOSトランジスタ6にPWM信号によるオン・オフの駆動信号を与えて昇圧コイル5に発生する誘起電圧で第1コンデンサ8に高電圧で充電を行う。この場合、例えば第1コンデンサ8に充電目標電圧Vaとして60Vに達するまで充電を行う。また、昇圧動作では、前述のように、寄生ダイオード10aを介して第2コンデンサ9にも充電される。ここでは、第2コンデンサ9の電圧VC2は、充電目標電圧Vaから寄生ダイオード10aの順方向電圧Vfだけ下がった59.3Vで充電される。
燃料噴射制御では、制御回路3は、図3に示すように、時刻t0で外部から駆動指示が与えられると、放電用のMOSトランジスタ11および駆動用のMOSトランジスタ12に駆動信号を与えてオン駆動する。
これにより、第1コンデンサ8からMOSトランジスタ11、出力端子A、燃料噴射弁1、出力端子B、MOSトランジスタ12への通電経路が形成され、第1コンデンサ8から燃料噴射弁1に電圧Vinjが印加される。これにより、燃料噴射弁1に電流Iinjが流れて燃料噴射に必要な弁の開度が設定され、エンジン内部に燃料が噴射される。このとき、第1コンデンサ8の電圧VC1は、図3に示すように、燃料噴射弁1への放電により大きく低下する。
制御回路3は、この後、時刻t1で放電用MOSトランジスタ11をオフさせ、続いて定電流用のMOSトランジスタ14に駆動信号を与えてオン・オフ制御する。これにより、直流電源VBからMOSトランジスタ14、ダイオード15、出力端子A、燃料噴射弁1、出力端子B、MOSトランジスタ12への通電経路が形成され、図3に示すように、直流電源VBから燃料噴射弁1に一定電流で通電される。これにより、燃料噴射弁1の弁の開度が保持される。なお、この期間中は、第1コンデンサ8の放電は停止されているので、昇圧回路4が動作することで、図3に示しているように、第1コンデンサ8の電圧VC1は徐々に上昇する。
この後、図3に示すように、時刻t2で駆動信号Sdがオフになると、制御回路3は、MOSトランジスタ12およびMOSトランジスタ14への駆動信号をオフにする。これにより、燃料噴射弁1への通電がオフされるが、燃料噴射弁1においては、図3に示すように、フライバック電圧が負の電圧Vinjとして発生して電流Iinjが流れ続けようとする。このため、ダイオード16、出力端子A、燃料噴射弁1、出力端子B、ダイオード17の経路で還流電流が流れ、第2コンデンサ9が充電される。
このとき、第2コンデンサ9の端子電圧は、昇圧回路4により充電された59.3Vに保持されているので、フライバック電圧がこれ以上の電圧となって充電動作が行われるので、図3に示すように、燃料噴射弁1の電圧Vinjは−60V程度からさらに−61.8Vまで変化する。これにより、第2コンデンサ9への充電は高電圧で且つ短期間で実行されるので、時刻t3に燃料噴射弁1の電流は無くなり、例えば端子電圧VC2が61.1V程度まで上昇する。
この後、制御回路3は、MOSトランジスタ12がオフになって燃料噴射が停止した後の経過時間が所定時間Tpになった時刻t4で、図2に示す流れでMOSトランジスタ10の動作を決めるための制御を開始する。ここでは、制御回路3は、まずステップS11でMOSトランジスタ10がオフ状態とする初期化を実施する。
続いて、制御回路3は、ステップS12で、第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5以上であるか否かを判断する。これは、燃料噴射弁1から還流電流により充電された第2コンデンサ9の電圧VC2がMOSトランジスタ10をオンして第1コンデンサ8に充電するレベルにあるか否かを判定するものである。
制御回路3は、ステップS12でYESの場合には、ステップS13に進み、第1コンデンサ8の電圧VC1が第1閾値電圧Vth1である58Vよりも小さいか否かを判定する。これは、第1コンデンサ8の電荷が噴射制御により放電された後、昇圧回路4による充電がまだ第1閾値電圧Vth1に達していない状態を判定するものである。
制御回路3は、ステップS13でYESになると、続いてステップS14に進み、第1コンデンサ8の電圧VC1が第2閾値電圧Vth2よりも小さいか否かを判定する。これは、第1コンデンサ8の電圧VC1が、第2コンデンサ9の電圧VC2に基づいて設定される第2閾値電圧Vth2よりも小さいことを判定するものである。
制御回路3は、ステップS14でもYESになると、ステップS15に進み、第2コンデンサ9の電荷を第1コンデンサ8に回収すべく、MOSトランジスタ10をオン駆動する。これにより、電位差の関係で第2コンデンサ9の電荷がMOSトランジスタ10を介して第1コンデンサ8に回収される。
制御回路3は、このとき、ステップS16で第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5未満になるのを判定するまで、ステップS15を継続してMOSトランジスタ10のオン状態を保持する。そして、図3に示すように、第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5未満になる時刻t5で、制御回路3は、ステップS16でYESと判断すると、ステップS17に進み、MOSトランジスタ10をオフさせ、電荷回収の制御を終了する。
これにより、第2コンデンサ9の電圧VC2は、昇圧回路4により充電される59.3Vのレベルになると、第1コンデンサ8側への放電が停止され、燃料噴射弁1からの還流電流が充電される際の電圧が一定電圧に保持される。この状態では、第1コンデンサ8の電圧VC1はほぼ充電目標電圧Vaである60Vとなっている。
なお、上記の制御において、ステップS12〜S14のいずれにおいてもNOであった場合には、制御回路3は、ステップS18に移行し、第2コンデンサ9の電圧VC2が過剰レベルにあるか否かを第3閾値電圧Vth3と比較して判定する。制御回路3は、ステップS18でNOの場合には制御を終了し、ここでYESの場合には、過剰レベルに充電された第2コンデンサ9の電荷を放電させるために、ステップS15に移行してMOSトランジスタ10をオン駆動させる。
なお、この場合に、前述と同様の制御を実施することで、第2コンデンサ9の電圧VC2は電荷の回収とともに低下させることができる。これは、第2コンデンサ9の容量が第1コンデンサ8の容量に比べて小さく設定されているからである。
また、上記のステップS18でYESとなった場合には、第2実施形態で示すように、第2コンデンサ9の過充電分を、燃料噴射弁1を介して放電する過充電分廃棄制御を実施することもできる。
このような第1実施形態によれば、還流用の第2コンデンサ9を設けるとともに、スイッチとしてのMOSトランジスタ10を設ける構成とし、噴射オフ後に燃料噴射弁1からの還流電流を第2コンデンサ9に充電させるようにした。これにより、一定電圧に保持された第2コンデンサ9の電圧で還流電流の充電を同一条件で且つ短時間で行うことができ、燃料の噴射量のずれを無くすことができる。
また、第2コンデンサ9の電圧が一定電圧を超えたときに、MOSトランジスタ10をオン駆動させて電荷を放電させることで第2コンデンサ9の電圧VC2を一定電圧に保持させることができる。また、これによって第2コンデンサ9の過充電電荷を第1コンデンサ8に回収して再利用することができるようになる。
(第2実施形態)
図4〜図6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。
前述したように、第2実施形態では、燃料噴射弁1による噴射オフ後に、一定時間Tpが経過してから第1コンデンサ8の電圧VC1が第1閾値電圧Vth1および第2閾値電圧Vth2以上であり、且つ第2コンデンサ9の電圧VC2が第3閾値電圧Vth3以上である場合の制御を示す。
まず、このような状況が発生する状況について図5を参照して説明する。第1実施形態の場合と異なり、時刻t6で燃料噴射の期間が長い駆動指示が与えられた場合には、時刻t7以降の定電流用のMOSトランジスタ14による燃料噴射弁1の保持を行う時間が長くなる。このとき、第1コンデンサ8は放電を行わないので、昇圧回路4による昇圧動作で電圧VC1は上昇し、MOSトランジスタ11がオフになる時刻t9以前の時刻t8で充電目標電圧Vaに達する。
このため、時刻t9の噴射オフの後、所定時間Tpが経過した時点では、第1コンデンサ8の電圧VC1が充電目標電圧Vaであり、第2コンデンサ9は還流電流により過充電状態となり、電圧VC2は第3閾値電圧Vth3以上となり、図2に示したステップS12〜S14ですべてNOとなり、且つステップS18でYESとなる。
この場合に、制御回路3によりMOSトランジスタ10をオン駆動すると、第2コンデンサ9の電荷が第1コンデンサ8に移動して充電動作が行われ、どちらの電圧VC1、VC2も60Vを超える電圧まで充電される状態となる。この場合には、第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5より小さくならないため、ステップS16を抜けることができず、MOSトランジスタ10はオン状態が継続されることになる。
そこで、制御回路3は、これを回避するために、MOSトランジスタ10をオン駆動した時刻t11から所定時間Tsが経過してもステップS16でYESとならないことを条件として、図4に示す過充電分廃棄制御を実行するようになる。
この過充電分廃棄制御では、制御回路3は、まず、ステップS21で、過充電分廃棄制御をオフしていることを初期化条件として実行し、続いて、ステップS22で、次の噴射開始時刻までの残り時間Txがタイムリミットとなる残り時間の第6閾値時間Tth6よりも長いか否かを判定する。
制御回路3は、ステップS22でYESの場合には、次に、ステップS23に移行し、第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5以上であるか否かを判断する。制御回路3は、ステップS23でもYESの場合に、過充電分廃棄制御をオンさせる。ここでは、制御回路3は、放電用のMOSトランジスタ11および駆動用のMOSトランジスタ12をオン駆動して第1コンデンサ8および第2コンデンサ9の電荷を、燃料噴射弁1を介して放電させる。
このとき、制御回路3は、燃料噴射弁1に流す電流Iinjを燃料噴射が実施されない電流値を第4閾値電流Ith4として、これ以下となるようにMOSトランジスタ11の駆動をオン・オフ制御することにより電流を絞った状態で駆動している。
制御回路3は、第2コンデンサ9の電圧VC2が第5閾値電圧Vth5未満になるまで、ステップS24、S25を繰り返す。そして制御回路3は、ステップS25でYESになるとステップS26に移行し、過充電分廃棄制御をオフして制御を終了する。具体的には、制御回路3は、MOSトランジスタ10、11、12をオフさせて第1コンデンサ8および第2コンデンサ9の放電を停止する。
これにより、第1コンデンサ8の電圧VC1を充電目標電圧Vaに戻すとともに、第2コンデンサ9の電圧VC2を第5閾値電圧Vth5のレベル59.3Vに戻すことができるようになる。
以上説明したように、第2実施形態では、制御回路3により、第1コンデンサ8および第2コンデンサ9の電圧VC1、VC2が所定レベルに戻るように、燃料噴射弁1を通じて噴射を実施しないレベルで放電をする。これにより、第1実施形態の効果に加えて、噴射時間が長い場合においても、常に一定電圧に保持された第2コンデンサ9の電圧で還流電流の充電を同一条件で且つ短時間で行うことができる。
そして、第1実施形態および第2実施形態の構成を加えた制御を実施することで、例えば、図6に示すように、第1実施形態とこの実施形態との状況が連続的に発生する場合でも、常に一定電圧に保持された第2コンデンサ9の電圧で還流電流の充電を同一条件で且つ短時間で行うことができる。
(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。
第2コンデンサ9の容量値は、第1コンデンサ8に対して小さい値に設定することが好ましいが、還流電流を充電する機能を持たせることができれば、適宜の容量値に設定することができる。
上記実施形態では、燃料噴射弁1を単独で駆動する燃料噴射制御装置2の場合で説明したが、複数の燃料噴射弁を選択的に駆動する構成の燃料噴射制御装置に適用することもできる。
還流経路を形成するダイオード16、17は、MOSトランジスタなどを用いて還流時にオン駆動制御をすることで順方向電圧Vfを低減した構成とすることもできる。
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は燃料噴射弁、2は燃料噴射制御装置、3は制御回路、4は昇圧回路、8は第1コンデンサ、9は第2コンデンサ、10はMOSトランジスタ(スイッチ)、11、12はMOSトランジスタ、14はMOSトランジスタ(定電流駆動部)、16、17はダイオードである。

Claims (8)

  1. 燃料噴射弁への通電を制御して燃料噴射を行う燃料噴射制御装置であって、
    前記燃料噴射弁に高電圧を給電する昇圧回路(4)と、
    前記昇圧回路の昇圧電圧を充電する第1コンデンサ(8)と、
    前記燃料噴射弁に定電流で給電する定電流駆動部(14)と、
    噴射出力オフ時に前記燃料噴射弁の還流電流により充電する第2コンデンサ(9)と、
    前記第1コンデンサと前記第2コンデンサとの間に接続されたスイッチ(10)とを備えた燃料噴射制御装置。
  2. 前記燃料噴射弁による噴射期間中は、前記スイッチをオフ状態とし、噴射後にオン状態に切り替える制御回路(3)を備える請求項1に記載の燃料噴射制御装置。
  3. 前記制御回路は、前記燃料噴射弁による噴射のオフ後に、前記第1コンデンサの電圧が充電目標電圧より低く設定された第1閾値電圧よりも低いことを条件として前記スイッチをオン駆動する請求項2に記載の燃料噴射制御装置。
  4. 前記制御回路は、前記燃料噴射弁による噴射のオフ後に、前記第1コンデンサの電圧が前記第2コンデンサの電圧よりも低い第2閾値電圧よりも低いことを条件として前記スイッチをオン駆動する請求項2または3に記載の燃料噴射制御装置。
  5. 前記制御回路は、前記燃料噴射弁による噴射のオフ後に、前記第1コンデンサの電圧が目標充電電圧に達するとともに、前記第2コンデンサの電圧が第3閾値電圧よりも高いことを条件として前記スイッチをオン駆動する請求項2から4のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
  6. 前記制御回路は、前記スイッチのオン駆動後に、前記燃料噴射弁への通電を燃料噴射が行われない電流値に相当する第4閾値電流よりも低い電流で行い、前記第2コンデンサの電圧を第5閾値電圧よりも低くなるように制御する請求項5に記載の燃料噴射制御装置。
  7. 前記制御回路は、前記燃料噴射弁への通電を、前記第2コンデンサの電圧が第5閾値電圧よりも低くなったことを条件として前記スイッチをオフ駆動する請求項6に記載の燃料噴射制御装置。
  8. 前記制御回路は、前記燃料噴射弁への通電を、前記燃料噴射弁による次の噴射の時刻よりも前に終了させる請求項6または7に記載の燃料噴射制御装置。
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