JP5160581B2

JP5160581B2 - インジェクタ駆動装置

Info

Publication number: JP5160581B2
Application number: JP2010057872A
Authority: JP
Inventors: 歩畑中; 彰三島; 黛　　拓也; 光彦渡部; 文明那須
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: EP2366880A2; CN102192024B; JP2011190754A; US8514541B2; US20110220069A1; CN102192024A

Description

本発明は、自動車用燃料噴射装置等に使用されるインジェクタ駆動装置に関する。

インジェクタ駆動装置が使用される自動車用エンジンのシリンダ内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射式エンジンの実用化が進んでいる。この筒内燃料噴射式エンジンでは、特に希薄燃焼による排気ガスの低減、燃料消費量の低減が課題である。

このような背景からインジェクタの駆動には、噴射信号に対するインジェクタの応答時間を速くし、噴射信号の時間幅が小さい範囲から比例的に制御することが求められる。そのための手段として、噴射信号の立上がり時にインジェクタに高電圧を印加して大電流を流し、開弁時間を短縮し、その後は開弁を保持するための保持電流を制御する方法が一般的である。

そして、高電圧の生成には、例えば、特許文献１に記載されているような昇圧回路が必要となる。この昇圧回路の性能の一例を示すと、バッテリ電圧（１４［Ｖ］）から６５［Ｖ］程度に昇圧し、１０［Ａ］程度のピーク電流を供給するものである。さらに、この高電圧は、６気筒エンジンで最高回転数が６６００［ｒｐｍ］を例にすると、時間３［ｍｓ］毎にインジェクタを駆動することになるので、一度インジェクタを駆動した後３［ｍｓ］の間に高電圧が所定値に復帰していることが必要で、かつバッテリ電圧が１０［Ｖ］まで保証できる仕様となる。

さらに筒内燃料噴射エンジンでは、低燃費化や排気ガスの放出低減のため、多段噴射と呼ばれる技術が注目されている。多段噴射とは、従来ピストン１動作に対して一度に噴射していた燃料を数回に分けて噴射することで、ガソリンの燃焼効率を高めＮＯｘ低減等が可能となる。

特開２００２−６１５３４号公報

上述した多段噴射化は、電磁弁の動作回数増加を伴うことから昇圧回路の負担が増加する。このため、昇圧回路の大出力化が必要となっている。

しかし、従来技術において、昇圧回路の大出力化を行うためには昇圧回路の大型化及びコストアップを伴ってしまう。

本発明の目的は、大型化及びコストアップを抑制しながら、昇圧回路の高出力化が可能なインジェクタ駆動装置を実現することである。

上記課題を解決するための、本発明は、以下のように構成される。

本発明のインジェクタ駆動装置は、バッテリの電圧が印加される入力側コンデンサと、入力側コンデンサの正極に一方端が接続される昇圧コイルと、昇圧コイルの他方端に接続される第１のスイッチ素子と、昇圧コイルの他方端に接続される出力側コンデンサと、出力側コンデンサの正極に接続される第２のスイッチ素子と、第２のスイッチ素子に接続されるインジェクタと、出力側コンデンサの負極と上記入力側コンデンサの正極との間に接続される第３のスイッチ素子と、出力側コンデンサの負極と入力側コンデンサの負極との間に接続される第４のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子と、第３のスイッチ素子と、第４のスイッチ素子に開閉指令信号を供給する第１の開閉指令信号発生部と、第２のスイッチ素子に開閉指令信号を供給する第２の開閉指令信号発生部とを備える。

本発明によれば、大型化及びコストアップを抑制しながら、昇圧回路の高出力化が可能なインジェクタ駆動装置を実現することができる。

実施例１であるインジェクタ駆動装置の回路図。実施例１の電流・電圧波形及び素子信号波形図。実施例１の駆動回路における要部説明図。実施例１の要部信号波形説明図。実施例とは異なる方式を採用した駆動装置の回路説明図。図５に示した例の信号波形説明図。実施例２におけるインジェクタ駆動装置の電流・電圧波形及び素子信号波形図。実施例３であるインジェクタ駆動装置の回路図。実施例３における電流・電圧波形及び素子信号波形図。昇圧信号処理回路の要部回路図。昇圧電圧制御信号の信号波形説明図。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

第１の実施例について詳細に説明する。

図１は実施例１のインジェクタ駆動装置の回路構成図であり、自動車用燃料噴射装置の多気筒エンジンのインジェクタのうち１気筒分の回路を示している。

図１において、インジェクタ駆動回路は、バッテリ１に接続され、バッテリ電圧１ａから高電圧１００ａを発生する昇圧回路１００と、インジェクタ２０にインジェクタ駆動電流２０Ｂを通電するインジェクタ通電回路２００とを備えている。

昇圧回路１００は、バッテリ電圧１ａで充電される入力側コンデンサ１０３と、昇圧コイル１０４と、昇圧ＦＥＴ１０５（第１のスイッチ素子）と、昇圧ＦＥＴ１０５に流れる電流１０５Ｂの検出抵抗１１０と、高電圧１００ａを充電する出力側コンデンサ１０７と、出力側コンデンサ１０７に通電するダイオード１０６（整流素子）と、出力コンデンサ１０７の負極をバッテリ電圧１ａでバイアスするためのＦＥＴ１０８（第３のスイッチ素子）と、出力側コンデンサ１０７の負極をアースするためのＦＥＴ１０９（第４のスイッチ素子）と、検出されるバッテリ電圧１ａ、高電圧１００ａ、抵抗１１０の両端に発生する電圧１１０ａに基づいて昇圧信号１０１ａを発生する昇圧信号処理回路１０１と、供給される昇圧信号１０１ａに基づいて、つまり、入力側コンデンサ１０３の両端電圧と出力側コンデンサ１０７の両端電圧に基いて、ゲート信号１０５ａ、１０８ａ、１０９ａを発生する昇圧用ゲート駆動回路１０２（第１の開閉指令信号発生部）とを備えている。

また、インジェクタ通電回路２００は、高電圧１００ａをインジェクタ２０に印加するＦＥＴ２（第２のスイッチ素子）と、ＦＥＴ２への電流逆流阻止用のダイオード３と、バッテリ電圧１ａをインジェクタ２０に印加するＦＥＴ４と、ＦＥＴ４への電流逆流阻止用のダイオード５と、インジェクタ電流２０Ｂのリレー用ＦＥＴ６と、ＦＥＴ６に流れる電流６Ｂを検出する抵抗７と、インジェクタ電流２０Ｂを還流させるためのダイオード９と、ＦＥＴ６の遮断時にインジェクタ電流２０Ｂを出力側コンデンサ１０７に回生するダイオード８と、インジェクタ２０を駆動する噴射信号２０１ａを発生する出力信号処理回路２０１と、供給される信号２０１ａに基づいてゲート信号２ａ、４ａ、６ａを発生するゲート制御回路２０２（第２の開閉指令信号発生部）とを備えている。

以下、上述のように構成されたインジェクタ駆動回路の動作を説明する。

図２は、実施例１のゲート信号２ａ、４ａ、６ａ、１０５ａ、１０８ａ、１０９ａと、昇圧コイル電流１０４Ｂと、インジェクタ電流２０Ｂと、出力側コンデンサ電圧１００ａの波形である。以下、電圧をＶ_ｂと表し、下付き文字ｂに入る数字の違いにより、電圧の種類の違いを示すものとする。

Ｖ_ｂバイアス解除期間Ｔ_１のタイミングｔ_０には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３を保つ。

バッテリショート防止期間Ｔ_１’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、バッテリ１のショートを防止する。このとき、昇圧信号処理回路１０１は、検出した両コンデンサ１０３、１０７の両端電圧に基いて、スイッチング素子１０５、１０８、１０９を開閉するために指令信号である昇圧信号１０１ａを昇圧用ゲート駆動回路１０２に供給する。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_１には、ゲート信号１０８ａはＯＮ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、出力側コンデンサ１０７の負極はゲート信号１０８ａがＯＮであるからバッテリ電圧１ａでバイアスされる。このため、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ２０の開弁目標電圧Ｖ_１に到達する。また、ゲート信号２ａ、６ａはＯＮとなり、インジェクタ２０に高電圧Ｖ_１が印加される。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_２にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁電流Ｉ_２に達し、ゲート信号２ａはＯＦＦする。出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ２０への通電によりＶ_２に降下する。

インジェクタ電流２０Ｂはダイオード９を通して還流され、タイミングｔ_１０にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁保持電流Ｉ_３となる。タイミングｔ_１０からｔ_２０の期間、ゲート信号４ａにはＰＷＭ信号が印加され、インジェクタ２０にはバッテリ電圧１ａのＰＷＭ電圧が印加され、開弁保持電流Ｉ_３を保つ。タイミングｔ_２０には、ゲート信号４ａ、６ａはＯＦＦし、インジェクタ電流Ｉ_３はダイオード８を介して出力側コンデンサ１０７に充電される。

バッテリショート防止期間Ｔ_２’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリ１のショートを防止する。

次に、Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ１０７の負極はアースされ、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_２からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_４に降下する。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、ＦＥＴ１０５はゲート信号１０５ａのようにＰＷＭ動作信号を印加され、昇圧コイル１０４に上限電流Ｉ_１を超えないように昇圧電流１０４Ｂが通電され、出力側コンデンサ１０７に充電される。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_４には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３に到達し、ゲート信号１０５ａはＯＦＦする。

昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ＦＥＴ１０８とＦＥＴ１０９とが同時にオン（閉）となることを防止する機能を有している。

図３は、実施例１におけるインジェクタ駆動回路の要部回路図であり、図４は、図３に示した要部回路図における信号波形図である。

また、図５は、実施例とは異なる他の方式によるインジェクタ駆動回路の要部回路図であり、図６は、図５に示した要部回路図における信号波形図である。

図５において、バッテリ１に並列に入力側コンデンサ１０３が接続され、バッテリ１の陽極側及び入力側コンデンサ１０３の一方端に昇圧コイル１０４の一方端が接続されている。昇圧コイル１０４の他方端は、昇圧ＭＯＳＦＥＴ１０５を介してバッテリ１の負極側及び入力側コンデンサ１０３の他方端に接続されている。

また、昇圧コイル１０４の他方端は、ダイオード１０６を介して出力側コンデンサ１０７の一方端に接続される。そして、出力側コンデンサ１０７の他方端は、バッテリ１の負極側に接続される。

出力側コンデンサ１０７の一方端は、インジェクタ通電回路２００のＦＥＴ２を介してダイオード３に接続される。インジェクタ通電回路２００の他の部分は図示及び説明を省略する。

図６のタイミングｔ_１において、出力側コンデンサ１０７の昇圧電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}は６５［Ｖ］から減少し、タイミングｔ_２にて、６０［Ｖ］となる。そして、昇圧電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}はタイミングｔ２から昇圧され、電圧６０［Ｖ］から６５［Ｖ］に上昇する。

これに対して、図３に示した実施例１においては、出力側コンデンサ１０７の他方端はバイアスＭＯＳＦＥＴ１０９を介してバッテリ１の負極側に接続される。さらに、バッテリ１の正極側は、バイアスＭＯＳＦＥＴ１０８を介して出力側コンデンサ１０７とバイアスＭＯＳＦＥＴ１０９の接続点に接続される。

他の構成は、図５に示した例と同様となっている。

図３、図４に示すように、バイアスＭＯＳＦＥＴ１０８、１０９のスイッチング動作により、出力側コンデンサ１０７の昇圧電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}は、タイミングｔ_１からｔ_２で、６５［Ｖ］から４８［Ｖ］に減少される。そして、昇圧電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}は、タイミングｔ_２からｔ_４で４８［Ｖ］から５３［Ｖ］に上昇し、５３［Ｖ］を維持している。

ここで、目標電圧Ｖ_１＝６５［Ｖ］、バッテリ電圧１ａ＝１２［Ｖ］、インジェクタ２０への通電による電圧降下を５［Ｖ］とすると、Ｖ_１＝６５［Ｖ］、Ｖ_２＝６０［Ｖ］、Ｖ_３＝５３［Ｖ］、Ｖ_４＝４８［Ｖ］となる。

インジェクタ２０への通電による電圧降下分を図５に示した例で充電する場合は出力側コンデンサ１０７（３００［μＦ］）をＶ_２＝６０［Ｖ］からＶ_１＝６５［Ｖ］に昇圧することとなり、充電エネルギ（１/２・（Ｃ）（６５^２−６０^２））は約０．０９４［Ｊ］となる。

これに対し、本実施例１では出力側コンデンサ（３００［μＦ］）をＶ_４＝４８［Ｖ］からＶ_３＝５３［Ｖ］に昇圧することとなり、充電エネルギ（１/２・（Ｃ）（５３^２−４８^２））は約０．０７６［Ｊ］となる。

上記充電エネルギを比較すると、本実施例１は、図５の方式に比べ充電エネルギを約１９％低減可能となり、昇圧回路の負担が低減される。

また、昇圧時間の短縮化が可能である。

また、本発明の実施例１は、２つのバイアスＭＯＳＦＥＴ１０８、１０９が追加されているが、これらバイアスＭＯＳＦＥＴ１０８、１０９には、昇圧電圧Ｖ_{ｂｏｏｓｔ}は、印加されないので、安価な低耐圧用のＭＯＳＦＥＴを使用することができ、インジェクタ駆動回路を含む制御ユニットの放熱部材等のコストを低減することができる。

低耐圧ＭＯＳＦＥＴ１０８、１０９は、ＯＮ抵抗が低い。さらに、図２に示したように、スイッチング回数も少ないので、定常損失、スイッチング損失が小さい。また、インジェクタに安定した高電圧を供給可能となる。

従って、実施例1によれば、大型化及びコストアップを抑制しながら、昇圧回路の高出力化が可能なインジェクタ駆動装置を実現することができる。

次に、第２の実施例について説明する。

第２の実施例の回路構成は、図１に示した回路と同様であり、信号波形が互いに異なっている。

図７は、実施例２の信号電圧電流波形図である。

図７において、昇圧電圧Ｖ_ｂのバイアス解除期間Ｔ_１のタイミングｔ_０には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３を保つ。

バッテリショート防止期間Ｔ_１’には、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_１には、ゲート信号１０８ａはＯＮ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、出力側コンデンサ１０７の負極はバッテリ電圧１ａでバイアスされるため、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタの開弁目標電圧Ｖ_１に到達する。また、ゲート信号２ａ、６ａはＯＮしてインジェクタに高電圧Ｖ_１が印加される。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_２にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁電流Ｉ_２に達し、ゲート信号２ａはＯＦＦする。出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタへの通電によりＶ_２に降下する。

インジェクタ電流２０Ｂはダイオード９を通して還流され、タイミングｔ_１０にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁保持電流Ｉ３となる。ｔ_１０からｔ_２０の期間、ゲート信号４ａにはＰＷＭ信号が印加され、インジェクタにはバッテリ電圧１ａのＰＷＭ電圧が印加され、開弁保持電流Ｉ_３を保つ。タイミングｔ_２０には、ゲート信号４ａ、６ａはＯＦＦし、インジェクタ電流Ｉ_３はダイオード８を介して出力側コンデンサ１０７に充電される。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２における昇圧期間Ｔ_２１には、ゲート信号１０８ａはＯＮ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、ＦＥＴ１０５はゲート信号１０５ａのようにＰＷＭ動作信号を印加され、昇圧コイル１０４に上限電流Ｉ_１を超えないように昇圧電流１０４Ｂが通電され、出力側コンデンサ１０７に充電される。このため、昇圧期間Ｔ_２１には、出力側コンデンサ電圧１００ａの電圧低下は緩やかになる。

バッテリショート防止期間Ｔ_２’には、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９はＯＮし、出力側コンデンサ１０７の負極はアースされ、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_２からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_４に降下する。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９はＯＮし、ＦＥＴ１０５はゲート信号１０５ａのようにＰＷＭ動作信号を印加され、昇圧コイル１０４に上限電流Ｉ_１を超えないように昇圧電流１０４Ｂが通電され、出力側コンデンサ１０７に充電される。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_４には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９はＯＮし、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３に到達し、ゲート信号１０５ａはＯＦＦする。

ここで、目標電圧Ｖ_１＝６５［Ｖ］、バッテリ電圧１ａ＝１２［Ｖ］とし、本実施例２における昇圧期間Ｔ_２１の充電によるインジェクタ通電期間の出力側コンデンサ１００ａの電圧降下が４［Ｖ］（実施例１の電圧降下より１［Ｖ］小さい値）とすると、Ｖ_１＝６５［Ｖ］、Ｖ_２＝６１［Ｖ］、Ｖ_３＝５３［Ｖ］、Ｖ_４＝４９［Ｖ］となる。

インジェクタ通電期間における電圧降下分を本実施例２に拠らず図５に示した例により充電する場合は出力側コンデンサ（３００［μＦ］）をＶ_２＝６１［Ｖ］からＶ_１＝６５［Ｖ］に昇圧することとなり、充電エネルギは約０．０７５６［Ｊ］となる。

これに対し、本実施例２では出力側コンデンサ（３００［μＦ］）をＶ_３＝４９［Ｖ］からＶ_４＝５３［Ｖ］に昇圧することとなり、充電エネルギは約０．０６１２［Ｊ］となる。

また、昇圧期間Ｔ_２１の充電エネルギは６０［Ｖ］から６１［Ｖ］に充電する際の充電エネルギ約０．０１８２［Ｊ］であるとし、０．０１８２［Ｊ］が本実施例２で充電した場合と本実施形態に拠らず充電した場合の両方に同じく加算される場合、本実施例は、他方式に比べ充電エネルギを約１５％低減可能となる。

実施例２における充電エネルギの低減率は実施例１に比べ小さくなるが、インジェクタ通電期間から充電することにより、Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３を実施例１に比べ短縮可能となる。

その他は実施例１と同様な効果を実施例２においても得ることができる。

次に、実施例３について説明する。

図８は実施例３のインジェクタ駆動回路の回路構成図であり、多気筒エンジンのインジェクタのうち１気筒分の回路を示している。

図８においては、図１に示したダイオード１０６に代えてＦＥＴ１０６Ｆが接続され、昇圧用ゲート駆動回路１０２から、ゲート信号１０６ａが、ＦＥＴ１０６Ｆのゲートに供給されている。ＦＥＴ１０６Ｆは内部のボディダイオードを有している。

その他の回路構成は、図１に示した例と図８に示した例とは同様となっている。

次に、実施例３のインジェクタ駆動回路の動作を説明する。図９は実施例３のゲート信号２ａ、４ａ、６ａ、１０５ａ、１０６ａ、１０８ａ、１０９ａと、昇圧コイル電流１０４Ｂと、インジェクタ電流２０Ｂと、出力側コンデンサ電圧１００ａの波形図である。

バッテリショート防止期間Ｔ_１’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。

インジェクタ電流２０Ｂはダイオード９を通して還流され、タイミングｔ_１０にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁保持電流Ｉ_３となる。ｔ_１０からｔ_２０の期間、ゲート信号４ａにはＰＷＭ信号が印加され、インジェクタにはバッテリ電圧１ａのＰＷＭ電圧が印加され、開弁保持電流Ｉ_３を保つ。

バッテリショート防止期間Ｔ_２’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ１０７の負極はアースされ、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_２からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_４に降下する。

インジェクタ電流２０Ｂの出力信号が長く、出力コンデンサ電圧１００ａがＶ_３到達後に、タイミングｔ_２０となると、ゲート信号４ａ、６ａはＯＦＦし、インジェクタ電流Ｉ_３がダイオード８を介して出力側コンデンサ１０７に充電され、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_３を超え、過電圧Ｖ_３’となる。

昇圧信号処理回路１０１は過電圧Ｖ_３’を検出すると昇圧用ゲート駆動回路１０２に過電圧調整の指令を出し、昇圧用ゲート駆動回路１０２は過電圧調整期間Ｔ_３０にゲート信号１０６ａをＦＥＴ１０６Ｆのゲートに供給する。これにより出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_３に調整される。

本実施例３においても、実施例２と同様に、充電エネルギは約０．０６１２［Ｊ］となる。また、昇圧期間Ｔ_２１の充電エネルギは６０［Ｖ］から６１［Ｖ］に充電する際の充電エネルギ約０．０１８２［Ｊ］であるとし、０．０１８２［Ｊ］が本実施例３で充電した場合と本実施形態に拠らず充電した場合の両方に同じく加算される場合、本実施例３は他方式に比べ充電エネルギを約１５％低減可能となる。

実施例２と同様に、充電エネルギの低減率は実施例１に比べ小さくなるが、インジェクタ通電期間から充電することにより、Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３を実施例１に比べ短縮可能となる。

その他は実施例１と同様な効果を実施例３においても得ることができる。

次に、実施例３の昇圧電圧制御方式を説明する。

図１０は、実施例３における昇圧信号処理回路の要部回路図であり、図１１は、昇圧電圧制御信号を説明する信号波形図である。

図１０において、分圧器３００はバッテリ電圧１ａを分圧して分圧バッテリ電圧１ａ’とし、当該分圧バッテリ電圧１ａ’を加算器３０２に入力する。また、分圧器３００と同じ分圧比の分圧器３０１は出力側コンデンサ電圧１００ａを分圧して分圧出力側コンデンサ電圧１００ａ’とし、当該分圧出力側コンデンサ電圧１００ａ’を加算器３０２に入力する。加算器３０２は、入力された電圧１ａ’及び１００ａ’を加算して加算信号３０２ａとし、当該加算信号３０２ａを、それぞれ基準信号の異なる電源３０６と電源３０７が接続されヒストリシスを持った比較器３０３と比較器３０４の双方に入力する。比較器３０３は昇圧動作の制御に、比較器３０４は降圧動作の制御に使用する。ＦＥＴ３０５のゲートはＦＥＴ１０８ゲート信号１０８ａと共有している。

次に、実施例３における昇圧電圧制御の動作を説明する。図１１は、分圧バッテリ電圧１ａ’と、分圧出力側コンデンサ電圧１００ａ’と、加算信号３０２ａと、昇圧制御信号３０３ａと、降圧制御信号３０４ａと、ゲート信号１０５ａ、１０６ａ、１０８ａ、１０９ａと、昇圧コイル電流１０４Ｂと、インジェクタ電流２０Ｂと出力側コンデンサ電圧１００ａの波形図である。

まず、インジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１を分圧器３００、３０１と同じ比率で分圧した電圧をＶ_１０とし、電源３０６の電圧とする。Ｖ_１０からヒステリシス分を減じた電圧をＶ_２０とする。次に、過電圧Ｖ_３’を分圧器３００、３０１と同じ比率で分圧した電圧をＶ_３０とし、電源３０７の電圧とする。Ｖ_３０からヒステリシス分を減じた電圧がＶ_１０になるようにする。

Ｖ_ｂバイアス解除期間Ｔ_１のタイミングｔ_０には、加算信号３０２ａがＶ_１０とＶ_２０との間にあるため昇圧動作を行わずに、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３を保つ。
バッテリショート防止期間Ｔ_１’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_１には、ゲート信号１０８ａはＯＮ、ゲート信号１０９ａはＯＦＦし、出力側コンデンサ１０７の負極はバッテリ電圧１ａでバイアスされるため、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタの開弁目標電圧Ｖ_１に到達する。この時、ゲート信号１０８ａを共有しているＦＥＴ３０５も同時にＯＮし分圧バッテリ電圧１ａ’を０Ｖにすることにより、Ｖ_ｂバイアスしても加算信号３０２ａは変化せずＶ_１０とＶ_２０の間にあり昇圧動作を行わない。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_１’には、インジェクタ電流２０Ｂが流れ、出力側コンデンサ電圧１００ａが低下し、加算信号３０２ａがＶ_２０より小さくなると、昇圧制御信号３０３ａが昇圧動作となり、昇圧動作が開始され、Ｖ_１０を超えるまで昇圧動作を継続する。

Ｖ_ｂバイアス期間Ｔ_２のタイミングｔ_２にはインジェクタ電流２０Ｂは開弁電流Ｉ_２に達すると保持電流Ｉ_３へ移行する。出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタへの通電によりＶ_２に降下する。

バッテリショート防止期間Ｔ_２’に、昇圧用ゲート駆動回路１０２は、ゲート信号１０８ａ、ゲート信号１０９ａをＯＦＦし、バッテリのショートを防止する。この時、ゲート信号１０８ａを共有しているＦＥＴ３０５も同時にＯＦＦし、分圧バッテリ電圧１ａ’は０Ｖから元の電圧に戻る。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、出力側コンデンサ１０７の負極はアースされ、出力側コンデンサ電圧１００ａはバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_４に降下する。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、ＦＥＴ１０５はゲート信号１０５ａのようにＰＷＭ動作信号が印加され、昇圧コイル１０４に上限電流Ｉ_１を超えないように昇圧電流１０４Ｂが通電され、出力側コンデンサ１０７に充電される。

Ｖ_ｂバイアス解除期間における昇圧期間Ｔ_３のタイミングｔ_４には、ゲート信号１０８ａはＯＦＦ、ゲート信号１０９ａはＯＮし、加算信号３０２ａがＶ_１０に達し、昇圧制御信号３０３ａが昇圧動作停止となり、ゲート信号１０５ａはＯＦＦする。この時、出力側コンデンサ電圧１００ａはインジェクタ開弁時目標電圧Ｖ_１からバッテリ電圧１ａを減じた電圧Ｖ_３に達する。

インジェクタ電流２０Ｂの出力信号が長く、出力側コンデンサ電圧１００ａがＶ_３到達後に、タイミングｔ_２０となると、ゲート信号４ａ、６ａはＯＦＦし、インジェクタ電流Ｉ_３がダイオード８を介して出力側コンデンサ電圧１０７に充電されることにより、加算信号３０２ａがＶ_３０を越える。この時、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_３を超え、過電圧Ｖ_３’となる。

降圧制御信号３０４ａが降圧動作となり、昇圧用ゲート駆動回路１０２は過電圧調整期間Ｔ_３０にゲート信号１０６ａをＦＥＴ１０６Ｆのゲートに供給する。これにより加算信号３０２ａが、Ｖ_１０になるまで降圧動作が継続される。この時、出力側コンデンサ電圧１００ａはＶ_３となる。

本実施例３の昇圧電圧制御方式では、加算器を用いることで、バッテリ電圧、出力側コンデンサ電圧がお互いに変動しても、Ｖ_ｂバイアスした時に目標とした昇圧電圧を得ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づく範囲において、様々な変更が可能なものである。

例えば、上述した例においては、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いたが、その他のスイッチ素子（その他のトランジスタ）を使用することも可能である。この場合、昇圧用ゲート駆動回路は、昇圧用ベース駆動回路（開閉指令信号発生回路）とすることができる。

１・・・バッテリ、１ａ・・・バッテリ電圧、２・・・高電圧印加用ＦＥＴ（第２のスイッチ素子）、２ａ、４ａ、６ａ・・・ゲート信号、３・・・逆流阻止ダイオード、４・・・バッテリ電圧印加用ＦＥＴ、５・・・逆流阻止ダイオード、６・・・リレー用ＦＥＴ、６Ｂ・・・通電電流、７・・・電流検出抵抗、８・・・回生ダイオード、９・・・還流ダイオード、２０・・・インジェクタ、２０Ｂ・・・インジェクタ電流、１００ａ・・・高電圧（出力側コンデンサの正極電圧）、１００・・・昇圧回路、１０１・・・昇圧信号処理回路、１０１ａ・・・昇圧信号、１０２・・・昇圧ゲート駆動回路（第１の開閉指令信号発生部）、１０３・・・入力側コンデンサ、１０４・・・昇圧コイル、１０５・・・昇圧ＦＥＴ（第１のスイッチ素子）、１０５ａ、１０６ａ、１０８ａ、１０９ａ・・・ゲート信号、１０５Ｂ・・・通電電流、１０６・・・ダイオード、１０６Ｆ・・・ＦＥＴ、１０７・・・出力側コンデンサ、１０８・・・バイアス用ＦＥＴ（第３のスイッチ素子）、１０９・・・アース用ＦＥＴ（第４のスイッチ素子）、１１０・・・電流検出抵抗、２００・・・インジェクタ通電回路、２０１・・・出力信号処理回路、２０１ａ・・・出力信号、２０２・・・ゲート制御回路（第２の開閉指令信号発生部）、Ｔ_１・・・Ｖ_ｂバイアス解除期間、Ｔ_２・・・Ｖ_ｂバイアス期間、Ｔ_１’、Ｔ_２’・・・バッテリショート防止期間、Ｔ_３・・・Ｖ_ｂバイアス解除期間の昇圧期間、Ｔ_２１・・・Ｖ_ｂバイアス期間の昇圧期間、Ｔ_３０・・・過電圧調整期間

Claims

バッテリの電圧が印加される入力側コンデンサと、
上記入力側コンデンサの正極に一方端が接続される昇圧コイルと、
上記昇圧コイルの他方端に接続される第１のスイッチ素子と、
上記昇圧コイルの他方端に接続される整流素子と、
上記整流素子に接続される出力側コンデンサと、
上記出力側コンデンサの正極に接続される第２のスイッチ素子と、
上記第２のスイッチ素子に接続されるインジェクタと、
上記出力側コンデンサの負極と上記入力側コンデンサの正極との間に接続される第３のスイッチ素子と、
上記出力側コンデンサの負極と入力側コンデンサの負極との間に接続される第４のスイッチ素子と、
上記第１のスイッチ素子と、上記第３のスイッチ素子と、上記第４のスイッチ素子に開閉指令信号を供給し、上記第２のスイッチ素子が閉状態の期間は、上記第３のスイッチ素子を閉状態とし、上記第４のスイッチ素子を開状態とし、上記出力側コンデンサの昇圧期間のうち少なくとも一部の期間にて、上記第３のスイッチ素子を開状態とし、上記第４のスイッチ素子を閉状態とする第１の開閉指令信号発生部と、
上記第２のスイッチ素子に開閉指令信号を供給する第２の開閉指令信号発生部と、
を備えるインジェクタ駆動装置。
上記入力側コンデンサの両端の電圧及び上記出力側コンデンサの両端の電圧を検出する昇圧信号処理回路を備え、当該昇圧信号処理回路は、上記入力側コンデンサの両端の電圧及び上記出力側コンデンサの両端の電圧に応じて、上記第１の開閉指令信号発生部に昇圧信号を供給し、上記第１の開閉指令信号発生部は供給された昇圧信号に従って、上記第１のスイッチ素子と、上記第３のスイッチ素子と、上記第４のスイッチ素子に開閉指令信号を供給する、請求項１記載のインジェクタ駆動装置。
上記第１の開閉指令信号発生部は、上記第３のスイッチ素子と上記第４のスイッチ素子とが同時に閉状態になることの防止機能を有する、請求項１記載のインジェクタ駆動装置。
上記整流素子はボディダイオードを有するＭＯＳ−ＦＥＴである、請求項１記載のインジェクタ駆動装置。
上記第１の開閉指令信号発生部は、上記出力側コンデンサの正極電圧が所定の電圧以上となった場合に、上記整流素子にゲート信号を供給し、上記出力側コンデンサの正極電圧を所定の電圧に低減させる請求項４記載のインジェクタ駆動装置。
上記バッテリの正極の一方端に接続される第１の分圧器と、
上記出力側コンデンサの正極の一方端に接続される第２の分圧器と、
上記第１の分圧器の他方端、及び、上記第２の分圧器の他方端に、一方端が接続される加算器と、
上記加算器の他方端に一方端が接続され、上記加算信号の昇圧を行う第１の比較器と、
上記加算器の他方端に一方端が接続され、上記加算信号の降圧を行う第２の比較器と、
を更に備え、
上記加算器は、上記第１の分圧器が出力した第１の分圧と、上記第２の分圧器が出力した第２の分圧を加算した加算信号を出力し、
上記第１の比較器は、第１の基準値及び上記加算信号に基いて昇圧を行い、
上記第２の比較器は、第２の基準値及び上記加算信号に基いて降圧を行う、請求項１記載のインジェクタ駆動装置。