JP5007204B2 - インジェクタドライバ回路 - Google Patents

Description

本発明は、インジェクタドライバ回路に係り、特に、ラジオノイズの低減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。

かかるピエゾインジェクタにおいては、ピエゾ素子の特性から、ピエゾアクチュエータを高電圧でスイッチングするのが一般的であるが、そのスイッチングに起因して、ノーマルモードのノイズが発生し易い。そのため、スイッチングのタイミングに工夫を施し、ピエゾ素子に流れる電流波形が極力緩慢な形状となるようにすることで、ノーマルノイズの低減を図ったものなどが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

一方、ピエゾアクチュエータを駆動する回路とピエゾアクチュエータ間を接続する配線とグランドとの間には、浮遊容量（ストレーキャパシタ）が不可避的に生ずるが、上述の高電圧スイッチングの際に、かかる浮遊容量を介してコモンモード電流が流れ、いわゆるラジオノイズとして車両搭載のラジオの受信に影響を与えるという問題がある。

このようなコモンモードノイズに対する対策としては、コモンモードフィルタを用いるのが一般的であり効果的であることは良く知られていることであり、上述のようなピエゾインジェクタのドライバ回路にあっても、コモンモードフィルタを用いてラジオノイズの低減が図られている。
このようなピエゾインジェクタのドライバ回路におけるコモンモードフィルタを用いたラジオノイズの対策にあっては、従来、ドライバ回路と、気筒数に応じて設けられる複数のピエゾインジェクタとの間を接続する配線毎に、それぞれコモンモードフィルタを設ける構成が最も一般的である。

特許第３８４２６６５号公報（第８−１６頁、図１−図１８）

しかしながら、各々のピエゾインジェクタ毎に、コモンモードフィルタを設けることは、燃料噴射制御装置全体の部品点数の増加を招くこととなり、装置の高価格化を招くだけでなく、実装スペースを要するため、装置のより小型化の要請に反するという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、コモンモードフィルタの使用数を最小限としつつ、ラジオノイズを確実に低減することのできる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、本発明に係るインジェクタドライバ回路は、
複数のインジェクタの弁駆動用電気素子が並列接続されて、当該複数の弁駆動用電気素子を選択的に通電駆動するよう構成されてなるインジェクタドライバ回路であって、
共通する磁性部材に巻回された第１巻線と第２巻線とが、一方の巻線の巻始めが他方の巻線の巻終わりに位置するよう配設されてなるコモンモードチョークコイルが設けられ、
前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子の電源側の相互に接続された接続点と電源との間に前記第１巻線が、前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子のグランド側の相互に接続された接続点とグランドとの間に前記第２巻線が、それぞれ接続されて設けられてなるものである。

本発明によれば、電源からの線路が各インジェクタの弁駆動用電気素子へ分岐する手前にコモンモードチョークコイルの一方の巻線を配する一方、各弁駆動用用電気素子のグランド側の線路の相互の接続点とグランドとの間にコモンモードチョークコイルの他方の巻線を配することで、従来と異なり、各弁駆動用電気素子毎に設けることなくコモンモードノイズを確実に抑圧できるので、ラジオノイズ対策のための部品点数を削減しつつ、ラジオノイズを確実に低減することの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３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インジェクタドライバ回路の第１の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
この第１の構成例におけるインジェクタドライバ回路Ｓ１は、特に、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４を駆動するに適した構成を有するもので、バッファコンデンサ５と、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２と、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４と、電流検出用抵抗器１０と、比較器３と、コモンモードチョークコイル６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、この第１の構成例は、４気筒の場合の例である。

バッファコンデンサ５は、図示されないＤＣ／ＤＣコンバータなどの所望の直流電圧を発生する回路の出力端とグランドとの間に設けられ、所望の直流電圧、すなわち、ピエゾインジェクタの駆動に必要な電圧を蓄圧し、駆動用の電源としての機能を果たすようになっている。かかるバッファコンデンサ５には、通常、比較的容量の大きな電解コンデンサが用いられる。
このバッファコンデンサ５の正極とグランドとの間には、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２が直列接続されて設けられている。
なお、本発明の実施の形態においては、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４には、Ｎチャンネル型ＭＯＳ型電界効果トランジスタが用いられているが、勿論、トランジスタはこれに限定されるものではない。

具体的には、第１の駆動用トランジスタ１のソースと第２の駆動用トランジスタ２のドレインとが相互に接続される一方、第１の駆動用トランジスタ１のドレインは、バッファコンデンサ５の正極に、また、第２の駆動用トランジスタ２のソースは、グランドに、それぞれ接続されたものとなっている。
なお、第１、第２の駆動用トランジスタ１、２は、保護用ダイオード１ａ、２ａが、ソース・ドレイン方向で導通方向となるように、それぞれ並列接続されている。

また、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２の相互の接続点には、電流制限用コイル４の一端が接続され、その他端は、コモンモードチョークコイル６の一端に接続されている。
本発明の実施の形態におけるコモンモードチョークコイル６は、第１巻線７と第２巻線８と、この第１及び第２巻線７，８が共通に巻回される磁性部材９とを有してなる公知・周知の構成を有してなるものである。かかるコモンモードチョークコイル６の第１巻線７の巻始め（図１において黒丸が付された箇所）と、第２巻線８の巻始め（図１において黒丸が付された箇所）は、反対位置となるように、すなわち、第１巻線７の巻始めの部位に、第２巻線８の巻終わりの部分が位置し、第１巻線７の巻終わりの部分に、第２巻線８の巻始めの部位が位置するように設けられたものとなっている。
かかる構成において、第１巻線７の巻始めは、電流制限用コイル４に接続されており、第１巻線７の巻終わりには、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の一方の端部がそれぞれ接続されたものとなっている。

ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４は、弁駆動用電気素子としてコンデンサに等価なものとして表すことのできるピエゾ素子２１−１ａ〜２１−４ａを有し、これらが第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２に対して並列に接続されて設けられるものとなっている。なお、以下の説明においては、説明を簡潔として理解を容易とするため、特に支障がない限り、ピエゾ素子２１−１ａ〜２１−４ａに代えてピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の語句を用いるものとする。
しかして、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の各々一方の端部は、上述のように電流制限用コイル４及びコモンモードチョークコイル６の第１巻線７を介して第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２の相互の接続点に接続される一方、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の各々の他方の端部は、各ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４に対応して設けられた第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４を介してグランドに接続されるようになっている。

特に、本発明の実施の形態においては、コモンモードチョークコイル６の第１巻線７は、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２に対して相互に並列接続状態に設けられるピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の一方の端部の相互の接続点と第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２の相互の接続点との間に設けられたものとなっている。
すなわち、第１巻線７は、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の一方の端部の相互の接続点よりも上流側、すなわち、より電源側に近い位置に設けられるのが好適である。
一方、コモンモードチョークコイル６の第２巻線８は、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４の下流側の相互の接続点、若しくは、それより下流、すなわち、よりグランド側に設けられるものとなっている。

本発明の実施の形態において、第１の選択用トランジスタ１１のドレインは、ピエゾインジェクタ２１−１の他端に、また、ソースは、後述する第２乃至第４の選択用トランジスタ１２〜１４のソースと相互に接続されて、コモンモードチョークコイル６の第２巻線８の巻始め側に接続されたものとなっている。そして、第１の選択用トランジスタ１１のゲートには、図示されない制御部、すなわち、例えば、マイクロコンピュータなどを主たる構成要素として構成された制御部において実行される制御プログラムによって、生成、出力される制御信号が印加され、その導通、非導通が制御されるようになっている。

同様にして、第２の選択用トランジスタ１２のドレインは、ピエゾインジェクタ２１−２の他端に、第３の選択用トランジスタ１３のドレインは、ピエゾインジェクタ２１−３の他端に、第４の選択用トランジスタ１４のドレインは、ピエゾインジェクタ２１−４の他端に、それぞれ接続される一方、各々のソースは、上述のように第１の選択用トランジスタ１１のソースと共に、コモンモードチョークコイル６の第２巻線８の巻始め側に接続されたものとなっている。そして、第２乃至第４の選択用トランジスタ１２〜１４のゲートも、第１の選択用トランジスタ１１のゲート同様、図示されない制御部からのそれぞれ制御信号が印加され、各々の導通、非導通が制御されるようになっている。

一方、第２巻線８の他端、すなわち、巻終わり側は、電流検出用抵抗器１０を介してグランドに接続されている。
この電流検出用抵抗器１０の両端は、比較器３の入力端子に接続されており、比較器３の出力は、図示されない制御部に入力されるようになっており、制御部による第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２並びに第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４の制御信号の生成、出力処理に供されるものとなっている。
また、ピエゾ素子２１−１ａ〜２１−４ａの電圧検出のため、第１巻線７の巻終わりとグランドとの間に、分圧抵抗器２４，２５が直列接続されて設けられると共に、この分圧抵抗器２４，２５の相互の接続点が一方の入力端子に接続される比較器２３が設けられている。そして、比較器２３の他方の入力端子には、所定の基準電圧が印加されており、比較結果に応じた信号が図示されない制御部へ入力されるようになっており、特に、第１の駆動用トランジスタ１、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４の非導通のタイミングの判定に供されるものとなっている。

次に、上記構成におけるインジェクタドライバ回路の動作について説明することとする。
上述の構成のインジェクタ回路の基本的な動作は、従来装置における動作と基本的に同様のものであり、以下、概括的に説明することとする。
まず、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の駆動は、そのコンデンサに等価な特性に起因して、第１の駆動用トランジスタ１の導通による充電期間と、その後の、必要とされるインジェクタ動作時間に応じた保持期間と、第２の駆動用トランジスタ２による放電期間とに大別されるものとなっている。
第１、第２の駆動用トランジスタ１，２の動作タイミングや、各ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の選択は、比較器３により検出されるピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の通電電流の変化に基づいて、図示されない制御部によって決定されるものとなっている。

すなわち、図示されない制御部によるピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の駆動制御が開始されると、最初に、第１の選択用トランジスタ１１がオンとされ、ピエゾインジェクタ２１−１が駆動対象として選択されることとなる。
そして、所定のタイミングで第１の駆動用トランジスタ１のオン・オフが繰り返されて、ピエゾインジェクタ２１−１への充電動作が行われることとなり、充電電流が、バッファコンデンサ５から第１の駆動用トランジスタ１、電流制限用コイル４及びコモンモードチョークコイル６の第１巻線７を介してピエゾインジェクタ２１−１へ流れ込むこととなる。そして、この充電電流は、第１の選択用トランジスタ１１、コモンモードチョークコイル６の第２巻線８及び電流検出用抵抗器１０を介してグランドへ流れ込む。

そして、第１の駆動用トランジスタ１は、比較器２３によって検出された電圧変化に基づいて制御部（図示せず）により所定のタイミングで非導通状態とされ、ピエゾインジェクタ２１−１が動作する一定時間を経た後、所定のタイミングで第２の駆動用トランジスタ２がオン・オフ状態とされて、ピエゾインジェクタ２１−１が放電状態とされることとなる。
すなわち、ピエゾインジェクタ２１−１の放電電流が、グランド側から電流検出用抵抗器１０、第２巻線８、第１の選択用トランジスタ１１、インジェクタ２１−１、第１巻線７、電流制限用コイル４及び第２の駆動用トランジスタ２を順に流れて再びグランド側へ流れ込むようになっている。

そして、比較器２３により検出された電圧変化に基づいて、第１の選択用トランジスタ１１がオフとされ、それに代わって第２の選択用トランジスタ１２がオンとされ、ピエゾインジェクタ２１−１に代わってピエゾインジェクタ２１−２が駆動対象として選択されることとなる。
ピエゾインジェクタ２１−２も、上述したピエゾインジェクタ２１−１同様に、第１及び第２の駆動用トランジスタ１，２のオン・オフにより充放電されることにより、インジェクタ動作が実現されるものとなっている。
以下、同様にして他のピエゾインジェクタ２１−３、２１−４についてもインジェクタ動作がなされるようになっている。

かかるピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４の駆動において、ピエゾインジェクタ２１−１〜２１−４に流れる電流は、充放電のいずれの場合にも、コモンモードチョークコイル６の第１巻線７及び第２巻線８を流れるが、第１巻線７と第２巻線８は、一方の巻線の巻始めが、他方の巻線の巻終わりに位置するように設けられているため、充放電電流に含まれるコモンモード成分は、第１巻線７及び第２巻線８により相殺されることとなる。そのため、本発明の実施の形態におけるインジェクタ回路が動作しても、従来と異なり、車両に搭載されたラジオ受信機に対するコモンモードノイズの発生は殆どなく、ラジオ受信機の良好な受信状態が確保できるものとなっている。

上述したようなコモンモードチョークコイル６の設け方は、ピエゾインジェクタに限定されるものではなく、マグネチックインジェクタの場合であっても、基本的に同様に適用できるものである。
図２には、マグネチックインジェクタドライバ回路におけるコモンモードチョークコイルの設け方の例が示されており、以下、同図を参照しつつ、この例について説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。

このマグネチックインジェクタドライバ回路Ｓ２は、先の図１に示された構成例同様、４気筒の場合の例であり、４個のマグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の駆動に適する構成となっている。なお、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４は、良く知られているように、弁駆動用電気素子として、電磁弁の電磁コイル２２−１ａ〜２２−４ａを有してなるものである。以下の説明においては、説明を簡潔として理解を容易とするため、特に支障がない限り、電磁コイル２２−１ａ〜２２−４ａに代えてマグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の語句を用いるものとする。

この回路構成例においては、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４は、ピエゾインジェクタのような充放電が不要であるため、第１の駆動用トランジスタ１に対して並列接続される構成となっている。
すなわち、第１の駆動用トランジスタ１のソースに、コモンモードチョークコイル６の第１巻線７を介して、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の各々の一方の端部が接続される一方、各々の他端側は、図１に示された構成例と同様、それぞれ対応する第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４を介して、第２巻線８の巻始めに接続されたものとなっている。

かかる構成にあっては、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の駆動電流は、ピエゾインジェクタの場合と異なり、第１の駆動用トランジスタ１のソースから、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４への一方向だけとなるが、駆動電流に含まれるコモンモード成分が、コモンモードチョークコイル６の第１巻線７及び第２巻線８により相殺されるのは、図１に示された構成例と同様である。
したがって、この構成例にあっても、車両に搭載されたラジオ受信機に対するコモンモードノイズの発生は殆どなく、ラジオ受信機の良好な受信状態が確保できるものとなっている。

図２に示された構成例においては、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の選択を行う第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４を、グランド側、いわゆるローサイド側に設けたものとなっているが、これに限定されるものではなく、電源側、いわゆるハイサイド側に設けた構成としても良いものである。
図３には、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４をハイサイド側に設けた構成例が示されており、以下、同図を参照しつつ、その構成例について説明する。なお、図１又は図２に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。

この第３の構成例におけるインジェクタドライバ回路Ｓ３においては、まず、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４のドレインが相互に接続されて第１巻線７の巻終わりに接続されており、第１巻線７の巻始めは、電流検出用抵抗器１０を介してバッファコンデンサ５の正極に接続されたものとなっている。
一方、第１乃至第４の選択用トランジスタ１１〜１４のソースは、対応するマグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の一方の端部に接続されており、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の他方の端部は、相互に接続されて第２巻線８の巻始めに接続されている。
そして、第２巻線８の巻終わりは、第１の駆動用トランジスタ１のドレインに接続され、第１の駆動用トランジスタ１のソースがグランドに接続されたものととなっている。

かかる構成においても、マグネチックインジェクタ２２−１〜２２−４の駆動電流に含まれるコモンモード成分が、コモンモードチョークコイル６の第１巻線７及び第２巻線８により相殺され、車両に搭載されたラジオ受信機に対するコモンモードノイズの発生は殆どなく、ラジオ受信機の良好な受信状態が確保できることは、先の構成例の場合と同様である。

本発明の実施の形態におけるピエゾインジェクタの駆動に適するインジェクタドライバ回路の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるマグネチックインジェクタの駆動に適するインジェクタドライバ回路の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態におけるマグネチックインジェクタの駆動に適するインジェクタドライバ回路の他の構成例であって、選択用トランジスタをハイサイド側に配した場合のインジェクタドライバ回路の構成例を示す構成図である。

符号の説明

１…第１の駆動用トランジスタ
２…第２の駆動用トランジスタ
６…コモンモードチョークコイル
７…第１巻線
８…第２巻線
９…磁性部材
２１−１〜２１−４…ピエゾインジェクタ

Claims (4)

1. 複数のインジェクタの弁駆動用電気素子が並列接続されて、当該複数の弁駆動用電気素子を選択的に通電駆動するよう構成されてなるインジェクタドライバ回路であって、
   共通する磁性部材に巻回された第１巻線と第２巻線とが、一方の巻線の巻始めが他方の巻線の巻終わりに位置するよう配設されてなるコモンモードチョークコイルが設けられ、
   前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子の電源側の相互に接続された接続点と電源との間に前記第１巻線が、前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子のグランド側の相互に接続された接続点とグランドとの間に前記第２巻線が、それぞれ接続されて設けられてなることを特徴とするインジェクタドライバ回路。
2. 前記電源と第１巻線との間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な直列接続された第１及び第２の駆動用トランジスタが設けられ、
   前記第１及び第２の駆動用トランジスタは、それぞれの一端が相互に接続されて、その相互の接続点には、前記第１巻線が接続される一方、前記第１の駆動用トランジスタの他端は電源に、また、前記第２の駆動用トランジスタの他端はグランドに、それぞれ接続され、
   複数のインジェクタの弁駆動用電気素子のグランド側の相互に接続された接続点と、前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子の各々の端部との間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な選択用トランジスタがそれぞれ接続されて設けられてなることを特徴とする請求項１記載のインジェクタドライバ回路。
3. 前記電源と第１巻線との間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な駆動用トランジスタが直列接続されて設けられる一方、
   複数のインジェクタの弁駆動用電気素子のグランド側の相互に接続された接続点と、前記複数のインジェクタの弁駆動用電気素子の各々の端部との間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な選択用トランジスタがそれぞれ接続されて設けられてなることを特徴とする請求項１記載のインジェクタドライバ回路。
4. 前記第１の巻線と複数のインジェクタの弁駆動用電気素子との間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な選択用トランジスタがそれぞれ接続されて設けられる一方、
   第２巻線とグランドとの間には、外部からの制御信号に応じて断続可能な駆動用トランジスタが接続されて設けられてなることを特徴とする請求項１記載のインジェクタドライバ回路。

Images