JP5582095B2 - インジェクタ駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置に関するものである。
従来、インジェクタ(電磁弁)を駆動するインジェクタ駆動装置に関する技術として、下記特許文献1に開示される圧電素子(ピエゾ素子)を充放電するための装置が知られている。この装置は、充放電装置により、複数の圧電素子が並列に接続された第1の圧電素子群と、他の複数の圧電素子が並列に接続された第2の圧電素子群とを充放電するように構成されている。当該装置には、充放電する圧電素子群を選択するための群選択スイッチが各圧電素子群の高電位側(上流側)にそれぞれ設けられており、当該群選択スイッチは、他の群選択スイッチが閉成された状態で当該他の群選択スイッチに接続される圧電素子群のいずれかの圧電素子が放電されるときに、開放される。
このため、例えば、第2の圧電素子群のいずれかの圧電素子が放電されるときに、第1の圧電素子群に接続される群選択スイッチを開放することで、上記放電が第1の圧電素子群の各圧電素子に影響することもない。これにより、第1の圧電素子群の各圧電素子と第2の圧電素子群の各圧電素子とを、相互に依存せずに充電および放電できる。
特開2001−053348号公報
ところで、上記特許文献1のような構成のインジェクタ駆動装置では、インジェクタの高電位側の電位と低高電位側の電位との平均値に相当するコモンモード電圧が、駆動電圧の印加時におけるスイッチング素子の動作に応じて変動する。このコモンモード電圧の変動が大きくなると、このコモンモード電圧に起因する電磁ノイズが大きくなるという問題がある。特に、印加される電圧に応じてピエゾ素子(圧電素子)が変位することにより開閉するピエゾインジェクタのように、印加される電圧変動が比較的大きくなるインジェクタでは、コモンモード電圧の変動も大きくなり、このコモンモード電圧に起因する電磁ノイズがさらに大きくなってしまう。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減し得るインジェクタ駆動装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1のインジェクタ駆動装置では、インジェクタの高電位側の端子に接続される第1端子と低電位側の端子に接続される第2端子とを介して駆動電圧を印加することで、当該インジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置であって、電源の正極に接続される第1充電用スイッチング素子と、前記電源の負極に接続される第2充電用スイッチング素子と、前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子間に接続されて、カソードが前記第1充電用スイッチング素子側に接続されアノードが前記第2充電用スイッチング素子側に接続される寄生ダイオードを有する放電用スイッチング素子と、一端が前記第1充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子との接続点に接続され他端が前記第1端子に接続される第1コイルと、一端が前記第2充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子との接続点に接続され他端が前記第2端子に接続されて前記第1コイルとインダクタンスが等しい第2コイルと、カソードが前記第1コイルの前記他端に接続されアノードが前記第2コイルの前記他端に接続されるダイオードと、前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子とをスイッチング制御する制御手段と、を備え、前記制御手段が、駆動開始時に前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子を同時にスイッチング制御し、駆動終了時に前記放電用スイッチング素子をスイッチング制御するように、前記駆動電圧を前記インジェクタに印加することを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載のインジェクタ駆動装置において、前記インジェクタは、前記駆動電圧に応じてピエゾ素子が変位することにより開閉駆動するピエゾインジェクタであって、前記第1端子が前記ピエゾ素子の高電位側に接続され、前記第2端子が前記ピエゾ素子の低電位側に接続されることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載のインジェクタ駆動装置において、同時に駆動しない複数のインジェクタが駆動対象であって、これら複数のインジェクタが接続される前記第1端子および前記第2端子を複数備えるとともに、前記複数のインジェクタのうち、前記制御手段によるスイッチング制御に応じた前記駆動電圧を印加すべきインジェクタを選択する選択手段を備えることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3に記載のインジェクタ駆動装置において、前記選択手段は、前記第1コイルと複数の前記第1端子との間と、前記第2コイルと複数の前記第2端子との間とに、選択用スイッチを端子ごとに備え、前記複数のインジェクタのうちいずれかのインジェクタに前記駆動電圧が印加される場合には、このインジェクタに接続される前記第1端子および前記第2端子に対応する前記選択用スイッチが通電可能に動作することを特徴とする。
請求項1の発明では、制御手段により、インジェクタの駆動開始時に第1充電用スイッチング素子および第2充電用スイッチング素子の両充電用スイッチング素子が同時にスイッチング制御され、インジェクタの駆動終了時に放電用スイッチング素子がスイッチング制御されるように、駆動電圧がインジェクタに印加される。
これにより、両充電用スイッチング素子が同時にオンされると、インダクタンスが等しい第1コイルおよび第2コイルの両コイルにより電流制限されつつ、インジェクタが充電され、両充電用スイッチング素子が同時にオフされると、両コイルに蓄えられたエネルギが、放電用スイッチング素子の寄生ダイオードを介してインジェクタに流れる。このように両充電用スイッチング素子がオンオフを繰り返すことでインジェクタに電流が流れ、第1端子の基準電位からの電圧は、電源の電源電圧の1/2を中心として増加方向に変化し、第2端子の基準電位からの電圧は、電源電圧の1/2を中心として減少方向に第1端子の電位と同じ変化量で変化する。すなわち、第1端子および第2端子に逆電圧が印加されることとなる。
このため、インジェクタには、その両端子を介して、第1端子の電位と第2端子の電位との電位差が駆動電圧として印加されることとなり、この駆動電圧に応じて、インジェクタは所定の動作を実施する。一方、コモンモード電圧は、第1端子の電位と第2端子の電位との平均値、すなわち、電源電圧の1/2で一定となり、コモンモード電圧の電圧変動が抑制される。
したがって、コモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
また、インジェクタの放電時には、両充電用スイッチング素子がオフされた状態で、放電用スイッチング素子がオンされることで、インジェクタに蓄えられた電荷が放出される。そして、インジェクタの端子間電圧が0(V)からダイオードの順方向電圧を下回った時点でダイオードを介して電流が流れるので、インジェクタの端子間電圧が負になるのを防止しつつ放電を円滑に実施することができる。
請求項2の発明では、インジェクタは、駆動電圧に応じてピエゾ素子が変位することにより開閉駆動するピエゾインジェクタである。ピエゾインジェクタは、ソレノイド式のインジェクタ等に対して必要な駆動電圧が比較的高いインジェクタであり、このような第1端子の電位と第2端子の電位との電位差が比較的高くなるインジェクタであっても、コモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
請求項3の発明では、同時に駆動しない複数のインジェクタが駆動対象であって、選択手段により、上記複数のインジェクタのうち、制御手段によるスイッチング制御に応じた駆動電圧を印加すべきインジェクタが選択される。これにより、上述のような複数のインジェクタが駆動対象であっても、所望のインジェクタに駆動電圧を印加するとともにこの印加時のコモンモード電圧の電圧変動が抑制されるので、このコモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
請求項4の発明では、選択手段は、第1コイルと複数の第1端子との間と、第2コイルと複数の第2端子との間とに、選択用スイッチを端子ごとに備えている。そして、複数のインジェクタのうちいずれかのインジェクタに駆動電圧が印加される場合には、このインジェクタに接続される第1端子および第2端子に対応する選択用スイッチが通電可能に動作する。
例えば、複数のインジェクタが駆動対象である場合、従来構成では、各インジェクタの低電位側が接続される各第2端子には、上記駆動電圧を当該インジェクタに選択して印加するための手段として、当該第2端子を接地するスイッチ手段がそれぞれ設けられる。このような構成では、駆動すべきインジェクタ(以下、駆動インジェクタという)に対応する上記スイッチ手段を通電状態(オン状態)にしてその低電位側を第2端子を介して接地することで当該駆動インジェクタに所定の駆動電圧が印加されるとき、この所定の駆動電圧が残りの駆動しないインジェクタ(以下、休止インジェクタという)にも印加される。このとき、各休止インジェクタの低電位側のスイッチ手段はそれぞれ非通電状態(オフ状態)のままであるため、各休止インジェクタの高電位側および低電位側は、駆動インジェクタの高電位側と同電位になり、駆動インジェクタの低電位側は、基準電位(接地電位)になる。
このような従来構成では、駆動インジェクタの高電位側の電位と低高電位側の電位とが逆電圧状態にならないため、駆動インジェクタのコモンモード電圧が、駆動電圧の印加時におけるスイッチング素子の動作に応じて変動してしまう。さらに、各休止インジェクタの高電位側および低電位側が駆動インジェクタの高電位側と同電位になることから、各休止インジェクタにおけるコモンモード電圧が、駆動インジェクタにおけるコモンモード電圧よりも大きくなる。コモンモード電圧が大きくなるほど電磁ノイズが大きくなるので、各休止インジェクタのコモンモード電圧に起因する電磁ノイズが、駆動インジェクタの電磁ノイズよりも大きくなってしまう。
そこで、請求項4の発明では、駆動インジェクタに接続される第1端子および第2端子に対応する選択用スイッチが通電可能に動作し、各休止インジェクタの選択用スイッチは通電状態にならないため、各休止インジェクタのコモンモード電圧は、駆動インジェクタのコモンモード電圧と等しく一定値となる。これにより、駆動インジェクタだけでなく、休止インジェクタでのコモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを確実に低減することができる。
第1実施形態に係るインジェクタ駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図1のインジェクタの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置の動作および作用を示すタイムチャートである。 第2実施形態に係るインジェクタ駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図3のインジェクタの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置の動作および作用を示すタイムチャートである。 従来のインジェクタ駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。 図5のインジェクタの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置の動作および作用を示すタイムチャートである。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係るインジェクタ駆動装置について、図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るインジェクタ駆動装置20を採用した燃料噴射制御装置10の概略構成を示すブロック図である。
図1に示す燃料噴射制御装置10は、例えば車両に搭載されたエンジンの気筒に燃料を噴射供給するインジェクタFと、このインジェクタFを駆動するインジェクタ駆動装置20とを備えている。
インジェクタFは、印加される電圧に応じて変位する複数のピエゾ素子を積層したピエゾスタックCをアクチュエータとして利用したピエゾインジェクタである。このインジェクタFは、燃料噴射時には、ピエゾスタックCが充電されてピエゾスタックCが伸長することにより、図略の弁体がスプリング等の付勢力に抗して開弁位置に移動してその開弁状態が維持されることで、燃料噴射が行われ、ピエゾスタックCが放電されると、上記弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止されるように構成されている。
図1に示すように、インジェクタ駆動装置20は、出力端子として、インジェクタFのピエゾスタックCの高電位側(ハイサイド)が接続される第1端子Paと、ピエゾスタックCの低電位側(ローサイド)が接続される第2端子Pbと、を備えている。また、インジェクタ駆動装置20は、第1充電用スイッチ22および第2充電用スイッチ23と、放電用スイッチ24と、充放電用の第1コイル25および第2コイル26と、ダイオード27と、当該インジェクタ駆動装置20を全体的に制御する制御回路21と、を備えている。
第1充電用スイッチ22は、直流電源Bの正極に接続され、第2充電用スイッチ23は、直流電源Bの負極に接続されている。放電用スイッチ24は、第1充電用スイッチ22および第2充電用スイッチ23間に接続されており、カソードが第1充電用スイッチ22側に接続されアノードが第2充電用スイッチ23側に接続される寄生ダイオード24aを有している。これら各スイッチ22〜24は、例えば、MOSFET等のスイッチング素子であり、制御回路21によりスイッチング制御される。
第1コイル25は、一端が第1充電用スイッチ22と放電用スイッチ24との接続点に接続され他端が第1端子Paに接続されている。第2コイル26は、一端が第2充電用スイッチ23と放電用スイッチ24との接続点に接続され、他端が第2端子Pbに接続されている。これら第1コイル25および第2コイル26は、互いにインダクタンスが等しく、例えば、15μHに設定されている。また、ダイオード27は、カソードが第1コイル25の他端に接続され、アノードが第2コイル26の他端に接続されている。
なお、制御回路21は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当し、第1充電用スイッチ22および第2充電用スイッチ23は、特許請求の範囲に記載の「第1充電用スイッチング素子」および「第2充電用スイッチング素子」の一例に相当し、放電用スイッチ24は、特許請求の範囲に記載の「放電用スイッチング素子」の一例に相当し得る。
次に、上記のように構成されたインジェクタ駆動装置20の作用を、図2を用いて説明する。図2は、インジェクタFの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置20の動作および作用を示すタイムチャートであり、図2(A)は、駆動信号の入力状態を示し、図2(B)は、両充電用スイッチ22,23のオン/オフ制御状態を示し、図2(C)は、放電用スイッチ24のオン/オフ制御状態を示し、図2(D)は、インジェクタFに供給される電流Ipの変化を示し、図2(E)は、第1端子Paの電位の変化を示し、図2(F)は、第2端子Pbの電位の変化を示し、図2(G)は、インジェクタFの両端子を介して印加される駆動電圧Vpの変化を示し、図2(H)は、コモンモード電圧の変化を示す。
制御回路21は、エンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転情報に応じて外部から入力される駆動信号(図2(A)参照)に応じて、インジェクタFの駆動期間の開始タイミングになると、第1充電用スイッチ22および第2充電用スイッチ23を同時にスイッチング制御することで(図2(B)参照)、インジェクタFが開弁状態となり、当該インジェクタFによる燃料噴射が開始される。そして、制御回路21は、インジェクタFの駆動終了時に放電用スイッチ24をスイッチング制御することで(図2(C)参照)、インジェクタFが閉弁状態となり、当該インジェクタFによる燃料噴射が終了される。
より詳細に説明すると、インジェクタFの駆動開始時には、両充電用スイッチ22,23が同時にオンされると、インダクタンスが等しい第1コイル25および第2コイル26の両コイルにより電流制限されつつ、インジェクタFのピエゾスタックCが充電される。そして、両充電用スイッチ22,23が同時にオフされると、両コイル25,26に蓄えられたエネルギが、放電用スイッチ24の寄生ダイオード24aを介してピエゾスタックCに流れる。
このように両充電用スイッチ22,23がオンオフを繰り返すことで、インジェクタFに電流Ipが流れ(図2(D)参照)、第1端子Paの基準電位からの電圧Vpaは、直流電源Bの電源電圧Vcの1/2を中心として増加方向に変化し(図2(E)参照)、第2端子Pbの基準電位からの電圧Vpbは、電源電圧Vcの1/2を中心として減少方向に第1端子Paの電位と同じ変化量で変化する(図2(F)参照)。すなわち、第1端子Paおよび第2端子Pbに逆電圧が印加されることとなる。
このため、インジェクタFのピエゾスタックCには、その両端子を介して、第1端子Paの電位と第2端子Pbの電位との電位差(Vpa−Vpb)が駆動電圧Vpとして印加されることとなり(図2(G)参照)、この駆動電圧Vpに応じて、インジェクタFは所定の動作を実施する。一方、コモンモード電圧は、第1端子Paの電位と第2端子Pbの電位との平均値(Vpa+Vpb)/2、すなわち、電源電圧Vcの1/2で一定となり(図2(H)参照)、コモンモード電圧の電圧変動が抑制される。
したがって、コモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
また、ピエゾスタックCの放電時には、両充電用スイッチ22,23がオフされた状態で、放電用スイッチ24がオンされることで、ピエゾスタックCに蓄えられた電荷が放出される。そして、インジェクタFの端子間電圧が0(V)からダイオード27の順方向電圧を下回った時点でダイオード27を介して電流が流れるので、インジェクタFの端子間電圧が負になるのを防止しつつ放電を円滑に実施することができる。
本実施形態では、特に、インジェクタFとして、駆動電圧に応じてピエゾ素子が変位することにより開閉駆動するピエゾインジェクタが採用されている。ピエゾインジェクタは、ソレノイド式のインジェクタ等に対して必要な駆動電圧が比較的高いインジェクタであり、このような第1端子Paの電位と第2端子Pbの電位との電位差が比較的高くなるインジェクタであっても、コモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るインジェクタ駆動装置について図を参照して説明する。図3は、第2実施形態に係るインジェクタ駆動装置20aを採用した燃料噴射制御装置10の概略構成を示すブロック図である。
本第2実施形態に係るインジェクタ駆動装置20aは、上記第1実施形態に対して、多気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給するインジェクタであって同時に開弁状態にならないn個のインジェクタF1〜Fnを駆動対象として駆動制御するもので、各インジェクタF1〜FnのピエゾスタックC1〜Cnに対して、所定の駆動電圧を印加可能に構成されている。
具体的には、図3に示すように、インジェクタ駆動装置20aは、出力端子として、各インジェクタF1〜FnのピエゾスタックC1〜Cnの高電位側(ハイサイド)がそれぞれ接続されるn個の第1端子P1a〜Pnaと、ピエゾスタックC1〜Cnの低電位側(ローサイド)が接続されるn個の第2端子P1b〜Pnbと、を備えている。
また、インジェクタ駆動装置20aは、制御回路21によるスイッチング制御に応じた駆動電圧を印加すべきインジェクタを選択するための選択手段として、第1コイル25と各第1端子P1a〜Pnaとの間に端子ごとに配置されるn個の選択用スイッチS1a〜Snaと、第2コイル26と各第2端子P1b〜Pnbとの間に端子ごとに配置されるn個の選択用スイッチS1b〜Snbと、を備えている。
次に、上記のように構成されたインジェクタ駆動装置20aの作用を、図4を用いて説明する。図4は、インジェクタF1,F2,Fnの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置20aの動作および作用を示すタイムチャートであり、図4(A)は、駆動信号の入力状態を示し、図4(B)は、インジェクタF1,F2,Fnに供給される電流の変化を示し、図4(C)は、第1端子P1aおよび第2端子P1bの電位の変化を示し、図4(D)は、第1端子P2aおよび第2端子P2bの電位の変化を示し、図4(E)は、第1端子Pnaおよび第2端子Pnbの電位の変化を示し、図4(F)は、インジェクタF1,F2,Fnの両端子を介して印加される駆動電圧Vpの変化を示し、図4(G)は、各インジェクタF1,F2,Fnにおけるコモンモード電圧の変化を示す。
制御回路21は、入力される駆動信号(図4(A)参照)に応じて、各インジェクタF1〜FnのうちインジェクタF1の駆動期間の開始タイミングになると、各選択用スイッチのうち選択用スイッチS1aおよび選択用スイッチS1bのみを通電状態にするとともに両充電用スイッチ22,23を同時にスイッチング制御することで、インジェクタF1のみが開弁状態となり、当該インジェクタF1による燃料噴射が開始される。そして、制御回路21は、インジェクタF1の駆動終了時に放電用スイッチ24をスイッチング制御することで、インジェクタF1が閉弁状態となり、当該インジェクタF1による燃料噴射が終了される。
より詳細に説明すると、インジェクタF1の駆動開始時には、選択用スイッチS1aおよび選択用スイッチS1bが通電状態になり両充電用スイッチ22,23が同時にオンされると、インダクタンスが等しい第1コイル25および第2コイル26の両コイルにより電流制限されつつ、インジェクタF1のピエゾスタックC1が充電される。選択されないインジェクタF2〜Fnに対する選択用スイッチS2a〜Snaおよび選択用スイッチS2b〜Snbは、全てオフされたままである。そして、両充電用スイッチ22,23が同時にオフされると、両コイル25,26に蓄えられたエネルギが、放電用スイッチ24の寄生ダイオード24aを介してピエゾスタックC1に流れる。
このように両充電用スイッチ22,23がオンオフを繰り返すことで、インジェクタF1に電流Ip1が流れ(図4(B)参照)、第1端子P1aの基準電位からの電圧Vp1aは、直流電源Bの電源電圧Vcの1/2を中心として増加方向に変化し、第2端子P1bの基準電位からの電圧Vp1bは、電源電圧Vcの1/2を中心として減少方向に第1端子P1aの電位と同じ変化量で変化する(図4(C)参照)。すなわち、第1端子P1aおよび第2端子P1bに逆電圧が印加されることとなる。
このため、インジェクタF1のピエゾスタックC1には、その両端子を介して、第1端子P1aの電位と第2端子P1bの電位との電位差(Vp1a−Vp1b)が駆動電圧Vpとして印加されることとなり(図4(F)参照)、この駆動電圧Vpに応じて、インジェクタF1は所定の動作を実施する。一方、コモンモード電圧は、第1端子P1aの電位と第2端子P1bの電位との平均値(Vp1a+Vp1b)/2、すなわち、電源電圧Vcの1/2で一定となり(図4(G)参照)、コモンモード電圧の電圧変動が抑制される。
また、インジェクタF2の駆動開始時には、選択用スイッチS2aおよび選択用スイッチS2bが通電状態になり両充電用スイッチ22,23が同時にオンされると、第1コイル25および第2コイル26の両コイルにより電流制限されつつ、インジェクタF2のピエゾスタックC2が充電される。選択されないインジェクタF1,F3〜Fnに対する選択用スイッチS1a,S3a〜Snaおよび選択用スイッチS1b,S3b〜Snbは、全てオフされたままである。そして、両充電用スイッチ22,23が同時にオフされると、両コイル25,26に蓄えられたエネルギが、放電用スイッチ24の寄生ダイオード24aを介してピエゾスタックC2に流れる。
このように両充電用スイッチ22,23がオンオフを繰り返すことで、インジェクタF2に電流Ip2が流れ(図4(B)参照)、第1端子P2aの基準電位からの電圧Vp2aは、直流電源Bの電源電圧Vcの1/2を中心として増加方向に変化し、第2端子P2bの基準電位からの電圧Vp2bは、電源電圧Vcの1/2を中心として減少方向に第1端子P2aの電位と同じ変化量で変化する(図4(D)参照)。
このため、インジェクタF2のピエゾスタックC2には、その両端子を介して、第1端子P2aの電位と第2端子P2bの電位との電位差(Vp2a−Vp2b)が駆動電圧Vpとして印加されることとなり(図4(F)参照)、この駆動電圧Vpに応じて、インジェクタF2は所定の動作を実施する。一方、コモンモード電圧は、第1端子P2aの電位と第2端子P2bの電位との平均値(Vp2a+Vp2b)/2、すなわち、電源電圧Vcの1/2で一定となり(図4(G)参照)、コモンモード電圧の電圧変動が抑制される。
また、インジェクタFnの駆動開始時には、選択用スイッチSnaおよび選択用スイッチSnbが通電状態になり両充電用スイッチ22,23が同時にオンされると、第1コイル25および第2コイル26の両コイルにより電流制限されつつ、インジェクタFnのピエゾスタックCnが充電される。選択されないインジェクタF1〜Fn−1に対する選択用スイッチS1a〜Sn−1aおよび選択用スイッチS1b〜Sn−1bは、全てオフされたままである。そして、両充電用スイッチ22,23が同時にオフされると、両コイル25,26に蓄えられたエネルギが、放電用スイッチ24の寄生ダイオード24aを介してピエゾスタックCnに流れる。
このように両充電用スイッチ22,23がオンオフを繰り返すことで、インジェクタFnに電流Ipnが流れ(図4(B)参照)、第1端子Pnaの基準電位からの電圧Vpnaは、直流電源Bの電源電圧Vcの1/2を中心として増加方向に変化し、第2端子Pnbの基準電位からの電圧Vpnbは、電源電圧Vcの1/2を中心として減少方向に第1端子Pnaの電位と同じ変化量で変化する(図4(E)参照)。
このため、インジェクタFnのピエゾスタックCnには、その両端子を介して、第1端子Pnaの電位と第2端子Pnbの電位との電位差(Vpna−Vpnb)が駆動電圧Vpとして印加されることとなり(図4(F)参照)、この駆動電圧Vpに応じて、インジェクタFnは所定の動作を実施する。一方、コモンモード電圧は、第1端子Pnaの電位と第2端子Pnbの電位との平均値(Vpna+Vpnb)/2、すなわち、電源電圧Vcの1/2で一定となり(図4(G)参照)、コモンモード電圧の電圧変動が抑制される。
このように、本実施形態に係るインジェクタ駆動装置20aでは、同時に駆動しない複数のインジェクタF1〜Fnが駆動対象であって、選択用スイッチS1a〜Snaと選択用スイッチS1b〜Snbとにより、上記各インジェクタF1〜Fnのうち、制御回路21によるスイッチング制御に応じた駆動電圧を印加すべきインジェクタが選択される。これにより、上述のような複数のインジェクタF1〜Fnが駆動対象であっても、所望のインジェクタに駆動電圧を印加するとともにこの印加時のコモンモード電圧の電圧変動が抑制されるので(図4(G)参照)、このコモンモード電圧に起因する電磁ノイズを低減することができる。
また、本実施形態では、複数のインジェクタのうち駆動すべきインジェクタ(駆動インジェクタ)と異なる残りの駆動しないインジェクタ(休止インジェクタ)におけるコモンモード電圧の変動を抑制するため、駆動インジェクタに駆動電圧が印加される場合には、この駆動インジェクタに接続される第1端子および第2端子に対応する選択用スイッチのみが通電可能に動作する。
この理由について、図5に示す従来のインジェクタ駆動装置100を比較対象として、以下に説明する。図5は、従来のインジェクタ駆動装置100を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。図6は、インジェクタF11,F1n,F21,F2nの駆動期間におけるインジェクタ駆動装置100の動作および作用を示すタイムチャートであり、図6(A)は、駆動信号の入力状態を示し、図6(B)は、インジェクタF11,F1n,F21,F2nに供給される電流の変化を示し、図6(C)は、第1端子P11aおよび第2端子P11b、第1端子P1naおよび第2端子P1nb、第1端子P21aおよび第2端子P21b、第1端子P2naおよび第2端子P2nbのそれぞれの電位の変化を示し、図6(D)は、インジェクタF11,F1n,F21,F2nの両端子を介して印加される駆動電圧Vpの変化を示し、図6(E)は、各インジェクタF11,F1n,F21,F2nにおけるコモンモード電圧の変化を示す。
図5に示す従来のインジェクタ駆動装置100は、同時に駆動しないn個のインジェクタF11〜F1nから構成される第1インジェクタ群と、同時に駆動しないn個のインジェクタF21〜F2nから構成される第2インジェクタ群とを駆動対象として構成されている。このインジェクタ駆動装置100は、出力端子として、第1インジェクタ群における各インジェクタF11〜F1nのピエゾスタックC11〜C1nの高電位側(ハイサイド)がそれぞれ接続されるn個の第1端子P11a〜P1naと、ピエゾスタックC11〜C1nの低電位側(ローサイド)が接続されるn個の第2端子P11b〜P1nbと、第2インジェクタ群における各インジェクタF21〜F2nのピエゾスタックC21〜C2nの高電位側(ハイサイド)がそれぞれ接続されるn個の第1端子P21a〜P2naと、ピエゾスタックC21〜C2nの低電位側(ローサイド)が接続されるn個の第2端子P21b〜P2nbと、を備えている。
また、インジェクタ駆動装置100は、図5に示すように、直流電源Bの正極に接続される充電用スイッチ101と、直流電源Bの負極に接続される放電用スイッチ102と、一端が充電用スイッチ101と放電用スイッチ102との接続点に接続される充放電用のコイル103と、カソードがコイル103の他端に接続され、アノードが接地されるダイオード104とを備えている。
また、インジェクタ駆動装置100は、第1端子P11a〜P1naに接続されるスイッチS1と、第1端子P21a〜P2naに接続されるスイッチS2と、各第2端子P11b〜P1nb,P21b〜P2nbにそれぞれ接続されて上記駆動電圧を接続されるインジェクタに選択して印加するために当該第2端子を接地するスイッチS11b〜S1nb,S21b〜S2nbと、を備えている。これらスイッチS1,S2,S11b〜S1nb,S21b〜S2nbと、充電用スイッチ101および放電用スイッチ102とは、入力される駆動信号に応じて、図略の制御回路により制御される。
このような構成では、入力される駆動信号(図6(A)参照)に応じて、第1インジェクタ群のインジェクタF11を駆動する場合には、スイッチS1を通電状態(オン状態)にするとともに、インジェクタF11に対応するスイッチS11bを通電状態(オン状態)にしてその低電位側を第2端子P11bを介して接地することで当該駆動インジェクタF11に電流が流れて所定の駆動電圧が印加されるとき(図6(B),(D)参照)、この所定の駆動電圧が第1インジェクタ群の他のインジェクタF12〜F1nにも印加される。
このとき、各インジェクタF12〜F1nの低電位側のスイッチS12b〜S1nbはそれぞれ非通電状態(オフ状態)のままであるため、各インジェクタF12〜F1nの高電位側および低電位側は、インジェクタF11の高電位側と同電位になり、インジェクタF11の低電位側は、基準電位(接地電位)になる(図6(C)の楕円A1内参照)。
インジェクタF11の高電位側の電位と低高電位側の電位とが逆電圧状態にならないため、当該インジェクタF11のコモンモード電圧が、駆動電圧の印加時におけるスイッチング動作に応じてVp/2が最大値となるように変動してしまう(図6(E)の楕円A2内参照)。さらに、インジェクタF12〜F1nの高電位側および低電位側がインジェクタF11の高電位側と同電位になることから、各インジェクタF12〜F1nにおけるコモンモード電圧が、Vpが最大値となるように変動して、インジェクタF11におけるコモンモード電圧よりも大きくなる(図6(E)の楕円A2内参照)。
図6(E)からわかるように、インジェクタF1nが駆動される場合でも、インジェクタF1nのコモンモード電圧が、Vp/2が最大値となるように変動し、他のインジェクタF11〜F1n−1におけるコモンモード電圧が、Vpが最大値となるように変動して、インジェクタF1nにおけるコモンモード電圧よりも大きくなる。また、第2インジェクタ群のインジェクタF21が駆動される場合でも、インジェクタF21のコモンモード電圧が、Vp/2が最大値となるように変動し、他のインジェクタF22〜F2nにおけるコモンモード電圧が、Vpが最大値となるように変動して、インジェクタF21におけるコモンモード電圧よりも大きくなる。また、インジェクタF2nが駆動される場合でも、インジェクタF2nのコモンモード電圧が、Vp/2が最大値となるように変動し、他のインジェクタF21〜F2n−1におけるコモンモード電圧が、Vpが最大値となるように変動して、インジェクタF2nにおけるコモンモード電圧よりも大きくなる。
すなわち、従来構成では、駆動インジェクタの高電位側の電位と低高電位側の電位とが逆電圧状態にならないため、駆動インジェクタのコモンモード電圧が、駆動電圧の印加時におけるスイッチング動作に応じてVp/2が最大値となるように変動してしまう。さらに、各休止インジェクタの高電位側および低電位側が駆動インジェクタの高電位側と同電位になることから、各休止インジェクタにおけるコモンモード電圧が、Vpが最大値となるように変動して、駆動インジェクタにおけるコモンモード電圧よりも大きくなる。コモンモード電圧が大きくなるほど電磁ノイズが大きくなるので、各休止インジェクタのコモンモード電圧に起因する電磁ノイズが、駆動インジェクタの電磁ノイズよりも大きくなってしまう。特に、車両に搭載されたエンジンの気筒に燃料を噴射供給するインジェクタを駆動制御するインジェクタ駆動装置のように、駆動制御対象のインジェクタと離れた位置に配置される場合には、インジェクタ駆動装置とインジェクタとを接続するハーネスが長くなるため、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズがAMやFM等に対するラジオノイズとして発生しやすくなる。
そこで、本実施形態に係るインジェクタ駆動装置20aでは、駆動インジェクタに接続される第1端子および第2端子に対応する選択用スイッチのみが通電可能に動作し、各休止インジェクタの選択用スイッチは通電状態にならないため、各休止インジェクタのコモンモード電圧は、図4(G)に示すように一定値となる。これにより、駆動インジェクタだけでなく、休止インジェクタでのコモンモード電圧の電圧変動が抑制されて、コモンモード電圧に起因する電磁ノイズを確実に低減することができる。
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
(1)本発明に係るインジェクタ駆動装置20,20aは、車両に搭載されたエンジンの気筒に燃料を噴射供給するインジェクタを駆動対象とすることに限らず、入力される駆動信号に応じて開閉動作するインジェクタ(電磁弁)を駆動対象とすることができる。
(2)本発明に係るインジェクタ駆動装置20,20aは、駆動電圧に応じてピエゾ素子が変位することにより開閉駆動するピエゾインジェクタを駆動対象とすることに限らず、例えば、ソレノイド式のインジェクタ等を駆動対象としてもよい。
(3)直流電源Bの電源電圧を所望の電圧に昇圧するDCDCコンバータ等を採用してもよい。
10…燃料噴射制御装置
20,20a…インジェクタ駆動装置
21…制御回路(制御手段)
22…第1充電用スイッチ(第1充電用スイッチング素子)
23…第2充電用スイッチ(第2充電用スイッチング素子)
24…放電用スイッチ(放電用スイッチング素子)
25…第1コイル
26…第2コイル
27…ダイオード
F,F1〜Fn…インジェクタ
C,C1〜Cn…ピエゾスタック
Pa,P1a〜Pna…第1端子
Pb,P1b〜Pnb…第2端子
S1a〜Snb,S1b〜Snb…選択用スイッチ(選択手段)

Claims (4)

  1. インジェクタの高電位側の端子に接続される第1端子と低電位側の端子に接続される第2端子とを介して駆動電圧を印加することで、当該インジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置であって、
    電源の正極に接続される第1充電用スイッチング素子と、
    前記電源の負極に接続される第2充電用スイッチング素子と、
    前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子間に接続されて、カソードが前記第1充電用スイッチング素子側に接続されアノードが前記第2充電用スイッチング素子側に接続される寄生ダイオードを有する放電用スイッチング素子と、
    一端が前記第1充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子との接続点に接続され他端が前記第1端子に接続される第1コイルと、
    一端が前記第2充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子との接続点に接続され他端が前記第2端子に接続されて前記第1コイルとインダクタンスが等しい第2コイルと、
    カソードが前記第1コイルの前記他端に接続されアノードが前記第2コイルの前記他端に接続されるダイオードと、
    前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子と前記放電用スイッチング素子とをスイッチング制御する制御手段と、を備え、
    前記制御手段が、駆動開始時に前記第1充電用スイッチング素子および前記第2充電用スイッチング素子を同時にスイッチング制御し、駆動終了時に前記放電用スイッチング素子をスイッチング制御するように、前記駆動電圧を前記インジェクタに印加することを特徴とするインジェクタ駆動装置。
  2. 前記インジェクタは、前記駆動電圧に応じてピエゾ素子が変位することにより開閉駆動するピエゾインジェクタであって、
    前記第1端子が前記ピエゾ素子の高電位側に接続され、前記第2端子が前記ピエゾ素子の低電位側に接続されることを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ駆動装置。
  3. 同時に駆動しない複数のインジェクタが駆動対象であって、これら複数のインジェクタが接続される前記第1端子および前記第2端子を複数備えるとともに、
    前記複数のインジェクタのうち、前記制御手段によるスイッチング制御に応じた前記駆動電圧を印加すべきインジェクタを選択する選択手段を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のインジェクタ駆動装置。
  4. 前記選択手段は、
    前記第1コイルと複数の前記第1端子との間と、前記第2コイルと複数の前記第2端子との間とに、選択用スイッチを端子ごとに備え、
    前記複数のインジェクタのうちいずれかのインジェクタに前記駆動電圧が印加される場合には、このインジェクタに接続される前記第1端子および前記第2端子に対応する前記選択用スイッチが通電可能に動作することを特徴とする請求項3に記載のインジェクタ駆動装置。
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