JP5678867B2 - ピエゾインジェクタの駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾ素子の伸縮により開閉弁するピエゾインジェクタを駆動する駆動装置に関する。

従来、内燃機関の各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射弁として、ピエゾ素子の伸縮により開閉弁するピエゾインジェクタが知られている。
また、ピエゾインジェクタの駆動装置としては、図４に例示するように、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧してピエゾインジェクタ駆動用の駆動電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０からの駆動電圧を、充放電用コイルＬを介してピエゾインジェクタＩＮＪに印加することで、ピエゾ素子を充電する充電スイッチＳＷｃと、充電スイッチＳＷｃからピエゾインジェクタＩＮＪに至る電源側通電経路とグランドラインとの間に設けられて、ピエゾインジェクタＩＮＪ（詳しくはピエゾインジェクタＩＮＪ内のピエゾ素子）に充電された電荷を、充放電用コイルＬを介して放電させる放電スイッチＳＷｄと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

この駆動装置において、内燃機関各気筒のピエゾインジェクタＩＮＪは、通常、第１気筒＃１、第３気筒＃３のピエゾインジェクタＩＮＪ１、ＩＮＪ３、第２気筒＃２、第４気筒＃４のピエゾインジェクタＩＮＪ２、ＩＮＪ４、というようにグループ分けされ、充電スイッチＳＷｃ、放電スイッチＳＷｄ、及び充放電用コイルＬは、各グループのピエゾインジェクタＩＮＪに共通の電源側通電経路に設けられている。

そして、各ピエゾインジェクタＩＮＪの駆動（ピエゾ素子の充放電）は、各ピエゾインジェクタＩＮＪのグランド側通電経路に選択スイッチＳＷｓを設け、この選択スイッチＳＷｓを選択的にオンさせることで、一つのピエゾインジェクタＩＮＪ毎に実施できるようにされている。

なお、充電スイッチＳＷｃ及び放電スイッチＳＷｄは、複数のピエゾインジェクタＩＮＪに対し一つだけ設けられることもある。
ここで、図４は、４気筒内燃機関において、第１気筒＃１、第３気筒＃３のピエゾインジェクタＩＮＪ１、ＩＮＪ３をＡグループ、第２気筒＃２、第４気筒＃４のピエゾインジェクタＩＮＪ２、ＩＮＪ４をＢグループとしたとき、ＡグループのピエゾインジェクタＩＮＪ１、ＩＮＪ３に対し設けられる充電スイッチＳＷｃａ、放電スイッチＳＷｄａ、充放電用コイルＬａ、選択スイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ３等を表している。

つまり、図４は、説明を簡単にするため、ＢグループのピエゾインジェクタＩＮＪ２、ＩＮＪ４に対し設けられる充電スイッチＳＷｃｂ、放電スイッチＳＷｄｂ、充放電用コイルＬｂ、選択スイッチＳＷｓ２、ＳＷｓ４、及び、後述の抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ４ｂ、端子ＣＯＭｂ，ＴＷＶ２、ＴＷＶ４を省略しているが、駆動装置には、これらＢグループのピエゾインジェクタＩＮＪ２、ＩＮＪ４に対するものも備えられている。

なお、これら各部の符号に付与された添え字ａ、ｂはグループＡ、Ｂを表し、添え字１〜４は気筒を表す。
そして、各気筒のピエゾインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４と駆動装置とは、グループＡ、Ｂ毎に設けられる正極側端子ＣＯＭａ、ＣＯＭｂ、及び、ピエゾインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４毎に設けられる負極側端子ＴＷＶ１〜ＴＷＶ４、を介して接続される。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、一端にバッテリ電圧Ｖｂが供給される昇圧用コイルＬ１と、その昇圧用コイルＬ１の他端とグランドライン（＝基準電位：０Ｖ）との間の経路上に直列に接続されたスイッチング用のトランジスタＴＲ１及び電流検出用の抵抗Ｒ３と、昇圧用コイルＬ１とトランジスタＴＲ１との間の電流経路にアノードが接続された逆流防止用のダイオードＤ１と、このダイオードＤ１のカソードとトランジスタＴＲ１のグランドライン側との間に設けられたコンデンサＣｏとから構成されている。

そして、トランジスタＴＲ１は、ドレインが昇圧用コイルＬ１に接続され、ソースが抵抗Ｒ３に接続されたＦＥＴにて構成されており、昇圧制御回路（図示せず）からゲートに入力される駆動パルスによりオン・オフされて、昇圧用コイルＬ１への通電／遮断を切り替え、その通電遮断時に昇圧用コイルＬ１に発生した高電圧によりダイオードＤ１を介してコンデンサＣｏを充電する。

この結果、コンデンサＣｏのダイオードＤ１側電圧は、バッテリ電圧Ｖｂよりも高い高電圧となり、その高電圧が、ピエゾインジェクタＩＮＪの駆動電圧として充電スイッチＳＷｃａ、ＳＷｃｂに供給される。

次に、駆動装置には、内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射量や燃料噴射時期を演算するエンジン制御用のマイクロコンピュータ（マイコン）４０から、各気筒の燃料噴射タイミング毎に出力される噴射指令信号（ＴＱ信号）を受けて、充電スイッチＳＷｃａ、ＳＷｃｂ、放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂ、及び、選択スイッチＳＷｓ１〜ＳＷｓ４をオン・オフさせる、インジェクタ駆動制御ＩＣ２０が備えられている。

なお、図４において、充電スイッチＳＷｃａ、ＳＷｃｂは、ドレインがＤＣ／ＤＣコンバータ１０に接続され、ソースが充放電用コイルＬａ、Ｌｂに接続されたＦＥＴにて構成されており、放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂは、ドレインが充放電用コイルＬａ、Ｌｂに接続され、ソースが放電電流検出用の抵抗Ｒ４ａ、Ｒ４ｂを介してグランドラインに接地されたＦＥＴにて構成されており、選択スイッチＳＷｓ１〜ＳＷｓ４は、ドレインが負極側端子ＴＷＶ１〜ＴＷＶ４を介してインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４に接続され、ソースが充放電電流検出用の抵抗Ｒ１ａ又はＲ１ｂを介してグランドラインに接地されたＦＥＴにて構成されている。

インジェクタ駆動制御ＩＣ２０は、マイコン４０からのＴＱ信号に基づき、噴射対象となる気筒のピエゾインジェクタＩＮＪを、内燃機関のコモンレール圧等で決まる所定の電荷量で充電することにより開弁させ、その後燃料噴射量に対応した開弁時間が経過すると、開弁時にピエゾインジェクタＩＮＪに充電した電荷量を放電させることで、ピエゾインジェクタＩＮＪを閉弁させる制御を行うものであり、駆動制御部２４、放電制御部２８、及び、気筒選択制御部２６を備える。

ここで、駆動制御部２４は、通常は充電スイッチＳＷｃａ、ＳＷｃｂをオフ状態に保持し、図５に示すように、マイコン４０からＴＱ信号が入力されると（時点ｔ１）、そのＴＱ信号に従い充電スイッチＳＷｃａ又はＳＷｃｂをオン・オフさせて（時点ｔ２〜ｔ３：充電フェーズＰＨ１）、駆動対象となるピエゾインジェクタＩＮＪ（詳しくはピエゾ素子）を所定の電荷量にて充電する（換言すれば、駆動対象となるピエゾインジェクタＩＮＪを開弁させる）。

また、放電制御部２８は、通常は放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂをオフ状態に保持し、図５に示すように、マイコン４０からのＴＱ信号の入力が停止されると（時点ｔ４）、放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂをオン・オフさせて（時点ｔ５〜ｔ６：放電フェーズＰＨ２）、充電フェーズＰＨ１でピエゾインジェクタＩＮＪ（詳しくはピエゾ素子）に充電した電荷を放電させる（換言すれば、駆動対象となるピエゾインジェクタＩＮＪを閉弁させる）。

また、気筒選択制御部２６は、マイコン４０からＴＱ信号が入力されると（時点ｔ１）、駆動対象となるピエゾインジェクタＩＮＪの選択スイッチＳＷｓをオンすることで、充放電可能なピエゾインジェクタＩＮＪを選択し、放電制御部２８によるピエゾインジェクタＩＮＪからの放電が完了すると（換言すれば、放電フェーズＰＨ２が終了すると）、選択スイッチＳＷｓをオフすることで、ピエゾインジェクタＩＮＪの通電経路を遮断する。

また、放電制御部２８は、図５に示すように、放電フェーズＰＨ２でピエゾインジェクタＩＮＪから充電時の電荷量を放電させた後、次に、同一グループのピエゾインジェクタＩＮＪに対する噴射指令（つまりＴＱ信号）が入力されるまでの間（時点ｔ６〜ｔ７：強制放電フェーズＰＨ３）、放電に用いた放電スイッチＳＷｄａ又はＳＷｄｂをオン状態に保持することで、ピエゾインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４がノイズ等で誤動作するのを防止する。

また、インジェクタ駆動制御ＩＣ２０には、Ａグループの選択スイッチＳＷｓ１、ＳＷｓ３、及び、Ｂグループの選択スイッチＳＷｓ２、ＳＷｓ４のグランド側通電経路に設けられた充放電電流検出用の抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂの両端電圧を積分することで、各グループＡ、ＢのピエゾインジェクタＩＮＪ１、ＩＮＪ３及びＩＮＪ２、ＩＮＪ４にそれぞれ充電された電荷量を検出する電荷検出部２２が設けられている。

そして、駆動制御部２４は、電荷検出部２２にて検出される電荷量を監視し、充電フェーズＰＨ１で、その電荷量がマイコン４０から指令された目標電荷量となると、充電スイッチＳＷｃａ又はＳＷｃｂの駆動を停止する（時点ｔ３）。

また、インジェクタ駆動制御ＩＣ２０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０における電荷蓄積用のコンデンサＣｏとグランドラインとの間に設けられた抵抗Ｒ３の両端電圧から、ピエゾインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４の充電時（充電フェーズＰＨ１）に過電流が流れたことを検出する過電流検出部３０、及び、放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂとグランドラインとの間に設けられた抵抗Ｒ４ａ、Ｒ４ｂの両端電圧から、ピエゾインジェクタＩＮＪ１〜ＩＮＪ４の放電時（放電フェーズＰＨ１）に流れた放電電流を検出する放電電流検出部３２が設けられている。

そして、過電流検出部３０及び放電電流検出部３２による検出結果は、マイコン４０に出力され、マイコン４０は、その検出結果から、ピエゾインジェクタ駆動系の異常を検知し、所定のフェールセーフ制御を実行する。

なお、過電流検出部３０及び放電電流検出部３２による検出結果は、駆動制御部２４及び放電制御部２８でピエゾインジェクタＩＮＪへの充電制御或いは放電制御を実行する際にも用いられ、駆動制御部２４及び放電制御部２８は、検出結果が異常であれば充放電電流を低減する等、所定のフェールセーフ動作に移行する。

特開２００２−１３６１５６号公報 特開２００９−５０１３０号公報

上述した従来の駆動装置において、正常時には、上述した充電フェーズＰＨ１、放電フェーズＰＨ２、強制放電フェーズＰＨ３で、図６に示すように電流が流れる。
なお、図６は、第１気筒＃１のピエゾインジェクタＩＮＪ１が駆動対象であるときの電流の流れを表している。

まず、充電フェーズＰＨ１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のコンデンサＣｏの正極側から、充電スイッチＳＷｃａ、充放電用コイルＬａ、正極側端子ＣＯＭａ、ピエゾインジェクタＩＮＪ１、負極側端子ＴＷＶ１、選択スイッチＳＷｓ１、抵抗Ｒ１ａ、抵抗Ｒ３を通って、コンデンサＣｏの負極側に至る経路で、充電電流が流れる。

そして、充電フェーズＰＨ１では、充電スイッチＳＷｃａが、駆動制御部２４により所定の駆動パターンでオン・オフされることから、充電電流は、図５に示すように鋸波状に変化し、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の充電電荷量Ｑは、その電流波形を積分したように増加する。

また、駆動装置の正常時には、抵抗Ｒ１ａにはピエゾインジェクタＩＮＪ１への充電電流が流れることから、電荷検出部２２で検出される充電電荷量ＱR1A は、正極側端子ＣＯＭａから見たピエゾインジェクタＩＮＪ１への充電電荷量ＱCOMAと一致する（ＱCOMA＝ＱR1A ）。

そして、ピエゾインジェクタＩＮＪ１は、最終的には、ＴＱ信号に対応した目標電荷量ＱR1Aoまで充電され、その目標電荷量ＱR1Aoに対応した開度で開弁する。
次に、放電フェーズＰＨ２では、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の正極側から、正極側端子ＣＯＭａ、充放電用コイルＬａ、放電スイッチＳＷｄａ、抵抗Ｒ４ａ、抵抗Ｒ１ａ、選択スイッチＳＷｓ１、負極側端子ＴＷＶ１を通って、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の負極側に至る経路で、放電電流が流れる。

そして、放電フェーズＰＨ２では、放電スイッチＳＷｄａが、放電制御部２８により、所定の駆動パターンでオン・オフされることから、放電電流は、図５に示すように鋸波状に変化し、その放電は、放電電荷量が充電時の電荷量Ｑ（＝ＱR1Ao）が０になるまで継続される。

また、強制放電フェーズＰＨ３では、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の正極側から、正極側端子ＣＯＭａ、充放電用コイルＬａ、放電スイッチＳＷｄａ、抵抗Ｒ４ａを通って、グランドラインに至る通電経路が形成される。

このため、強制放電フェーズＰＨ３では、ノイズ等によってピエゾインジェクタＩＮＪ１の正極側電位が変動しても、その変動に対応した電流が放電スイッチＳＷｄａを介してグランドラインに流れ、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の充電電荷量Ｑが、放電終了時の電荷量（０）から変動することはない。

これに対し、図７に例示するように、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の負極側端子ＴＷＶ１がグランドラインに接続される短絡異常（グランドショート）が発生すると、充電フェーズＰＨ１での充電電流の経路が、負極側端子ＴＷＶ１から、グランドラインを通って、抵抗Ｒ３に至る経路に変更されて、充電電流が、抵抗Ｒ１ａを通る正常時よりも大きくなる。

そして、その充電電流が、過電流検出部３０にて過電流を判定するのに用いられる過電流判定値よりも大きくなれば、過電流検出部３０にて、過電流が流れたと判断されることから、過電流検出部３０による検出結果から、負極側端子ＴＷＶ１のグランドショートを検知できる。

なお、過電流検出部３０が、抵抗Ｒ３を介して得られる電流を積分することにより充電フェーズＰＨ１での電荷量を求め、その電荷量が過電流判定値を越えたときに、過電流を検出するように構成されていても、上記と同様にグランドショートを検知できる。

ところで、図７に示すように、ピエゾインジェクタＩＮＪのグランドショート部分を抵抗Ｒ２とした場合、ピエゾインジェクタＩＮＪのグランドショートには、抵抗Ｒ２の抵抗値（インピーダンス）が略０になることもあるが、抵抗Ｒ２の抵抗値（インピーダンス）が、電流検出用の抵抗Ｒ１ａやＲ３と同程度になることもある。

なお、図７では、グランドショート部分を抵抗Ｒ２として記載しているが、この抵抗Ｒ２は、抵抗素子が存在している訳ではなく、ショート経路の抵抗値（インピーダンス）を便宜上等価回路として示しただけである。

そして、このように、グランドショート部分（抵抗Ｒ２）のインピーダンスが大きくなると、グランドショート部分（抵抗Ｒ２）で充電電流が制限されることから、過電流検出部３０では過電流が検出されず、グランドショートを検知できないことが考えられる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、上記のように構成されたピエゾインジェクタの駆動装置において、選択スイッチが設けられるピエゾインジェクタのグランド側で発生したグランドショートを、より確実に検出できるようにすることを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載のピエゾインジェクタの駆動装置においては、駆動電源から複数のピエゾインジェクタに至る、各ピエゾインジェクタ共通の電源側通電経路が形成されており、この電源側通電経路には、駆動電源からの駆動電圧を、充放電用コイルを介して複数のピエゾインジェクタの一端に印加する充電スイッチが設けられている。

また、複数のピエゾインジェクタの電源側通電経路とは反対側には、それぞれ、各ピエゾインジェクタの他端を、駆動電源と共通のグランドラインに接続することで、駆動対象となる一つのピエゾインジェクタを選択する選択スイッチが設けられている。

また、電源側通電経路とグランドラインとの間には、充放電用コイルを介して各ピエゾインジェクタに蓄積された電荷を放電させる放電スイッチが設けられており、電源側通電経路から各ピエゾインジェクタを通ってグランドラインに至る通電経路には、この経路を流れる電流からピエゾインジェクタに蓄積された電荷を検出する電荷検出手段が設けられている。

そして、外部から噴射指令が入力されると、駆動制御手段が、複数の選択スイッチの一つをオンさせることで、駆動対象となるピエゾインジェクタを選択し、電荷検出手段にて検出される電荷が所定量となるよう充電スイッチをオン・オフさせることで、選択したピエゾインジェクタを駆動し、開弁させる（前述の充電フェーズＰＨ１に対応）。

また、駆動制御手段がインジェクタを開弁させた後、噴射指令に対応する開弁時間が経過すると、放電制御手段が、放電スイッチをオン・オフさせることで、駆動制御手段による駆動時にピエゾインジェクタに蓄積された所定量の電荷を放電させて、ピエゾインジェクタを閉弁する（前述の放電フェーズＰＨ２に対応）。

また、放電制御手段は、放電完了後、次に噴射指令が入力されるまで、放電スイッチをオン状態に保持する（前述の強制放電フェーズＰＨ３に対応）。
そして、このように放電制御手段が、放電スイッチをオン状態に保持しているとき（つまり、強制放電フェーズＰＨ３では）、グランドショート判定手段が、ピエゾインジェクタ側から放電スイッチを介してグランドラインに流れる電流若しくは電荷量を検出し、その検出した電流若しくは電荷量が予め設定されたグランドショート判定値を超えると、複数のピエゾインジェクタの一つが、電源側通電経路とは反対側にて、グランドラインに短絡している（つまり、前述のグランドショートが発生している）と判定する。

つまり、複数のピエゾインジェクタの一つがグランドショートしている場合、充電対象となる他のピエゾインジェクタへの充電時（充電フェーズＰＨ１）には、充電対象となるピエゾインジェクタに所定量の電荷が充電されるだけでなく、グランドショートしているピエゾインジェクタにも同程度の電荷が充電される。

この結果、次の放電フェーズＰＨ２では、充電対象となるピエゾインジェクタと、グランドショートしているピエゾインジェクタとに蓄積された電荷を放電できず、グランドショートしているピエゾインジェクタに充電された量だけ、２つのピエゾインジェクタに分散して蓄積されることになる。

従って、強制放電フェーズＰＨ３では、本来流れることのない放電電流が、放電スイッチを介して、グランドラインに流れる。
そこで、本発明では、強制放電フェーズＰＨ３にて、放電スイッチを介してグランドラインに流れる電流若しくは電荷量を検出し、その検出した電流若しくは電荷量がグランドショート判定値を超えると、複数のピエゾインジェクタの一つがグランドショートしていると判定するようにしているのである。

従って、本発明によれば、ピエゾインジェクタのグランドショート部分（図７に示した抵抗Ｒ２）の抵抗値（インピーダンス）が大きくなって、図７に示した過電流検出部３０等でグランドショートを検出することができないような場合であっても、グランドショート判定手段にて、ピエゾインジェクタがグランド側でグランドラインに短絡していること（つまりグランドショート）を判定することができるようになる。

よって、本発明によれば、ピエゾインジェクタの駆動装置の信頼性を向上することができる。
ここで、グランドショート判定手段は、内燃機関の全運転領域でグランドショートを判定するようにしてもよいが、充電フェーズＰＨ１でピエゾインジェクタに充電する電荷量が少ない場合にでもグランドショートを判定できるようにするには、その電荷量に応じて、グランドショート判定値も小さい値にする必要がある。

しかし、グランドショート判定値を小さくすると、強制放電フェーズＰＨ３で、ノイズ等によって放電スイッチに電流が流れたときに、グランドショートを誤判定してしまうことが考えられる。

このため、グランドショート判定手段は、請求項２に記載のように、駆動制御手段による駆動時にピエゾインジェクタに蓄積される電荷量が予め設定された閾値以上であるとき、ピエゾインジェクタのグランドショートを判定するように構成するとよい。

つまり、このようにすれば、グランドショート判定手段によるグランドショートの誤判定を防止できる。

実施形態のピエゾインジェクタの駆動装置全体の構成を表す構成図である。 グランドショートの抵抗が大きいときに駆動装置に流れる充電電流の経路を表す説明図である。 グランドショートの抵抗が大きいときに駆動装置に流れる放電電流の経路を表す説明図である。 従来のピエゾインジェクタの駆動装置全体の構成を表す構成図である。 駆動装置の正常時の動作と充放電電流及び電荷量との関係を表すタイムチャートである。 駆動装置の正常時に充電、放電、強制放電の各フェーズで流れる電流経路を表す説明図である。 グランドショートの抵抗が０であるときに駆動装置に流れる充電電流の経路を表す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態のピエゾインジェクタの駆動装置全体の構成を表す構成図である。

図１に示すように、本実施形態の駆動装置の基本構成は、図４に示した従来の駆動装置と同じであり、従来の駆動装置と異なる点は、インジェクタ駆動制御ＩＣ２０内に、グランドショート判定部３４が設けられている点である。

このグランドショート判定部３４は、放電制御部２８が放電スイッチＳＷｄａ又はＳＷｄｂをオン状態に保持する強制放電フェーズＰＨ３であるとき、放電電流検出部３２で抵抗Ｒ４ａ又は抵抗Ｒ４ｂを介して検出される放電電流の検出電圧が、予め設定されたグランドショート判定電圧Ｖｔｈを越えたか否かを判定するコンパレータ３６ａ、３６ｂにて構成されている。

そして、グランドショート判定部３４は、コンパレータ３６ａ、３６ｂにて、放電スイッチＳＷｄａ又はＳＷｄｂにグランドショート判定電圧Ｖｔｈに対応した電流値を越える放電電流が流れたと判定されると、その判定時に駆動対象となっていないピエゾインジェクタＩＮＪの負極側にグランドショートが発生したと判断して、その旨を表す検出信号を、マイコン４０や駆動制御部２４に出力する。

つまり、例えば、ピエゾインジェクタＩＮＪ１への充放電が完了して、強制放電フェーズＰＨ３にあるとき、放電スイッチＳＷｄａからグランドラインへ、抵抗Ｒ４ａを介してグランドショート判定電圧Ｖｔｈに対応した電流値を越える放電電流が流れた場合、グランドショート判定部３４では、ピエゾインジェクタＩＮＪ１に並列に接続されたピエゾインジェクタＩＮＪ３の負極側がグランドショートしたと判断する。

以下、この理由について説明する。
まず、充電フェーズＰＨ１では、駆動制御部２４により、抵抗Ｒ１ａを介して電荷検出部２２で検出される電荷量ＱR1A が、目標電荷量ＱR1Aoとなるように、充電スイッチＳＷｃａがオン・オフされる。

このため、図２に示すように、ピエゾインジェクタＩＮＪ３に接続される負極側端子ＴＷＶ３がグランドショートしている場合、充電フェーズＰＨ１では、コンデンサＣｏの正極側から、充電スイッチＳＷｃａ、充放電用コイルＬａ、正極側端子ＣＯＭａ、ピエゾインジェクタＩＮＪ１、負極側端子ＴＷＶ１、選択スイッチＳＷｓ１、抵抗Ｒ１ａ、抵抗Ｒ３を通って、コンデンサＣｏの負極側に至る正常時の充電経路とは別に、正極側端子ＣＯＭａから、ピエゾインジェクタＩＮＪ３、負極側端子ＴＷＶ３、グランドショート部の抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３を通って、コンデンサＣｏの負極側に至る第２充電経路が形成される。

そして、グランドショート部の抵抗Ｒ２が小さく、第２充電経路に流れる電流が大きい場合には、過電流検出部３０によりグランドショートが検出されるが、グランドショート部の抵抗Ｒ２が大きいと、第２充電経路に流れる電流が小さくなるため、過電流検出部３０によりグランドショートが検出されず、ピエゾインジェクタＩＮＪ１への充電が通常通り実施される。

この結果、ピエゾインジェクタＩＮＪ１は、目標電荷量ＱR1Aoまで充電され、ピエゾインジェクタＩＮＪ３も、抵抗Ｒ２に流れた電流に対応した電荷量ＱR2まで充電され、正極側端子ＣＯＭａから見た充電電荷量ＱCOMAは、正常時よりも電荷量ＱR2分だけ多い電荷量（＝ＱR1Ao＋ＱR2）となる。

次に、放電フェーズＰＨ２では、ピエゾインジェクタＩＮＪ１とピエゾインジェクタＩＮＪ３との両方に電荷が蓄積されていることから、図３に示すように、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の正極側から、正極側端子ＣＯＭａ、充放電用コイルＬａ、放電スイッチＳＷｄａ、抵抗Ｒ４ａ、抵抗Ｒ１ａ、選択スイッチＳＷｓ１、負極側端子ＴＷＶ１を通って、ピエゾインジェクタＩＮＪ１の負極側に至る正常時の放電経路と、ピエゾインジェクタＩＮＪ３の正極側から、正極側端子ＣＯＭａ、充放電用コイルＬａ、放電スイッチＳＷｄａ、抵抗Ｒ４ａ、グランドショート部の抵抗Ｒ２、負極側端子ＴＷＶ３を通って、ピエゾインジェクタＩＮＪ３の負極側に至る第２放電経路と、が形成される。

そして、放電フェーズＰＨ２では、抵抗Ｒ１ａを介して電荷検出部２２で検出される放電電荷量が、充電時の電荷量（つまり目標電荷量ＱR1Ao）となるまでとなるよう、放電スイッチＳＷｄａがオン／オフされる。

この結果、放電フェーズＰＨ２の終了時（つまり、強制放電フェーズＰＨ３の開始時）には、正極側端子ＣＯＭａから見た充電電荷量ＱCOMAは、正常時のように０とならず、充電フェーズＰＨ１でピエゾインジェクタＩＮＪ３に充電された電荷量ＱR2となる。

従って、強制放電フェーズＰＨ３では、その電荷量ＱR2に対応した電流が、放電スイッチＳＷｄａ及び抵抗Ｒ４ａを介してグランドラインに流れることになる。
そこで、本実施形態では、インジェクタ駆動制御ＩＣ２０内にグランドショート判定部３４を設け、このグランドショート判定部３４にて、放電制御部２８が放電スイッチＳＷｄａ又はＳＷｄｂをオン状態に保持しているとき（強制放電フェーズＰＨ３）、放電電流検出部３２で検出される放電電流の検出電圧がグランドショート判定電圧Ｖｔｈを越えたか否かを判定することで、グランドショートの発生の有無を判断するようにしているのである。

このため、本実施形態のピエゾインジェクタの駆動装置によれば、複数のピエゾインジェクタの一つが、負極側でグランドショートし、そのグランドショート部分（Ｒ２）の抵抗値（インピーダンス）が大きく、過電流検出部３０でグランドショートを検出することができない場合であっても、グランドショート判定部３４にて、そのグランドショートを判定することができるようになる。よって、本実施形態によれば、ピエゾインジェクタの駆動装置の信頼性を向上することができる。

なお、本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が、本発明の駆動電源に相当し、電荷検出部２２が、本発明の電荷検出手段に相当し、駆動制御部２４及び気筒選択制御部２６が、本発明の駆動制御手段に相当し、放電制御部２８が、本発明の放電制御手段に相当し、放電電流検出部３２及びグランドショート判定部３４が、本発明のグランドショート判定手段に相当する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様を採ることができる。
例えば、上記実施形態では、グランドショート判定部３４は、強制放電フェーズＰＨ３であるとき、放電電流検出部３２にて検出された放電電流（詳しくはその検出電圧）に基づきグランドショートが発生しているか否かを判定するものとして説明したが、その判定条件として、「充電フェーズＰＨ１でのピエゾインジェクタＩＮＪへの充電電荷量Ｑが所定の閾値以上であること」を追加し、充電フェーズＰＨ１でのピエゾインジェクタＩＮＪへの充電電荷量Ｑが閾値未満であれば、グランドショート判定部３４の判定動作を禁止するようにしてもよい。

つまり、充電フェーズＰＨ１で駆動対象となるピエゾインジェクタＩＮＪ１に充電する電荷量Ｑが少ない場合、グランドショートが発生した他方のピエゾインジェクタＩＮＪ３に充電される電荷量も少なくなる。

従って、この場合、強制放電フェーズＰＨ３で、いつでもピエゾインジェクタＩＮＪ３のグランドショートを判定できるようにするには、グランドショート判定電圧Ｖｔｈを小さい値にする必要がある。

しかし、グランドショート判定電圧Ｖｔｈを小さくすると、強制放電フェーズＰＨ３で、ノイズ等によって放電スイッチＳＷｄａに電流が流れたときに、グランドショートを誤判定してしまうことが考えられる。

そこで、上記のように、グランドショート判定部３４によるグランドショートの判定条件として、「充電フェーズＰＨ１でのピエゾインジェクタＩＮＪへの充電電荷量Ｑが所定の閾値以上であること」を追加し、その条件下でグランドショートしたピエゾインジェクタＩＮＪに充電される電荷量に基づき、グランドショート判定電圧Ｖｔｈを設定するのである。

そして、このようにすれば、グランドショート判定部３４によるグランドショートの誤判定が発生するのを低減できることになる。
一方、上記実施形態では、グランドショート判定部３４は、放電電流検出部３２にて検出された放電電流に基づき、グランドショートを判定するものとして説明したが、例えば、放電電流検出部３２にて検出された放電電流（換言すれば、抵抗Ｒ４ａ、Ｒ４ｂの両端電圧）を積分することで、強制放電フェーズＰＨ３で放電スイッチＳＷｄａ又はＳＷｄｂからグランドラインに流れた電荷量を検出し、その電荷量がグランドショート判定値を越えたか否かによって、グランドショートを判定するようにしてもよい。

そして、このようにすれば、積分回路等、電荷量を検出するための回路を追加する必要があるが、充電フェーズＰＨ１でグランドショートが発生しているピエゾインジェクタＩＮＪに充電された電荷量を検出して、グランドショートを判定することになるので、ノイズ等により放電スイッチＳＷｄａ、ＳＷｄｂに一時的に流れるノイズ電流の影響を受けることなく、グランドショートを正確に判定することが可能となる。

また、例えば、上記実施形態及び従来例では、内燃機関の各気筒に設けられたピエゾインジェクタＩＮＪをグループ分けし、グループ毎に一つのピエゾインジェクタＩＮＪへの充放電を行うものとして説明したが、ピエゾインジェクタＩＮＪをグループ分けせずに、全てのピエゾインジェクタＩＮＪに共通の充放電用の回路（充電スイッチＳＷｃ、放電スイッチＳＷｄ等）を設け、内燃機関の回転に同期して各ピエゾインジェクタＩＮＪへの充放電を順次行うようにしてもよい。

１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｃｏ…コンデンサ、２０…インジェクタ駆動制御ＩＣ、２２…電荷検出部、２４…駆動制御部、２６…気筒選択制御部、２８…放電制御部、３０…過電流検出部、３２…放電電流検出部、３４…グランドショート判定部、３６ａ（３６ｂ）…コンパレータ、４０…マイコン、ＩＮＪ１，ＩＮＪ３（ＩＮＪ２，ＩＮＪ４）…ピエゾインジェクタ、ＣＯＭａ（ＣＯＭｂ）…正極側端子、ＴＷＶ１，ＴＷＶ３（ＴＷＶ２，ＴＷＶ４）…負極側端子、Ｌａ（Ｌｂ）…充放電用コイル、Ｒ１ａ（Ｒ１ｂ），Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ａ（Ｒ４ｂ）…抵抗、ＳＷｃａ（ＳＷｃｂ）…充電スイッチ、ＳＷｄａ（ＳＷｄｂ）…放電スイッチ、ＳＷｓ１，ＳＷｓ３（ＳＷｓ２，ＳＷｓ４）…選択スイッチ。

Claims (2)

1. ピエゾインジェクタ駆動用の駆動電圧を発生する駆動電源と、
   複数のピエゾインジェクタに共通の電源側通電経路に設けられ、前記駆動電源からの駆動電圧を、充放電用コイルを介して前記複数のピエゾインジェクタに印加する充電スイッチと、
   前記複数のピエゾインジェクタの前記電源側通電経路とは反対側を、それぞれ、前記駆動電源と共通のグランドラインに接続することで、駆動対象となる一つのピエゾインジェクタを選択する複数の選択スイッチと、
   前記電源側通電経路と前記グランドラインとの間に設けられ、前記充放電用コイルを介して前記各ピエゾインジェクタに蓄積された電荷を放電させる放電スイッチと、
   前記電源側通電経路から前記各ピエゾインジェクタを通って前記グランドラインに至る通電経路に設けられ、該通電経路を流れる電流から前記ピエゾインジェクタに蓄積された電荷を検出する電荷検出手段と、
   外部からの噴射指令に従い、前記複数の選択スイッチの一つをオンさせることで、駆動対象となるピエゾインジェクタを選択すると共に、前記電荷検出手段にて検出される電荷が所定量となるよう前記充電スイッチをオン・オフさせることで、選択したピエゾインジェクタを駆動し開弁させる駆動制御手段と、
   前記駆動制御手段によるピエゾインジェクタの開弁後、前記噴射指令に対応する開弁時間が経過すると、前記放電スイッチをオン・オフさせることで、前記駆動制御手段による駆動時に前記ピエゾインジェクタに蓄積された所定量の電荷を放電させて、前記ピエゾインジェクタを閉弁し、該放電完了後は、前記噴射指令が入力されるまで、前記放電スイッチをオン状態に保持する放電制御手段と、
   を備えたピエゾインジェクタの駆動装置において、
   前記放電制御手段が、前記放電スイッチをオン状態に保持しているとき、前記ピエゾインジェクタ側から前記放電スイッチを介して前記グランドラインに流れる電流若しくは電荷量を検出し、該電流若しくは電荷量が予め設定されたグランドショート判定値を超えると、前記複数のピエゾインジェクタの一つが、前記電源側通電経路とは反対側にて前記グランドラインに短絡していると判定するグランドショート判定手段、
   を設けたことを特徴とするピエゾインジェクタの駆動装置。
2. 前記グランドショート判定手段は、前記駆動制御手段による駆動時に前記ピエゾインジェクタに蓄積される電荷量が予め設定された閾値以上であるとき、前記ピエゾインジェクタのグランドショートを判定することを特徴とする請求項１に記載のピエゾインジェクタの駆動装置。

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