JP6384358B2 - 燃料噴射弁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁駆動装置に関する。

車両に搭載されるエンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）としては、コイルへの通電によって開弁する電磁式のものがある。
この種の燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動装置は、車両のバッテリ電圧を昇圧してコンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータと、コンデンサの充電電圧がバッテリ電圧よりも高い目標電圧となるようにＤＣＤＣコンバータを動作させる制御手段とを備える。

そして、この種の燃料噴射弁駆動装置では、燃料噴射弁の駆動期間の開始時に、コンデンサから燃料噴射弁のコイルへ放電させ、コイルに流れる電流が目標ピーク値に到達したことを検知すると、コンデンサからの放電を終了する。その後は、駆動期間が終了するまで、バッテリ電圧を用いてコイルに一定の電流を流す。コイルに流す一定の電流としては、先に流す方のピックアップ電流と、後で流す方のホールド電流とがある。ピックアップ電流は、燃料噴射弁の開弁を完了させるための電流であり、詳しくは、コンデンサからコイルへの放電によってリフトした燃料噴射弁の弁体を開弁位置に到達させるための電流である。ホールド電流は、ピックアップ電流よりも小さい電流であり、燃料噴射弁の開弁状態を保持するための最小限の電流である（例えば、特許文献１参照）。

また、車両に搭載されるエンジンでは、排気ガス低減の目的で高効率な燃焼を図るべく、気筒の１回の燃料噴射可能期間（例えば圧縮〜燃焼行程）において、燃料噴射弁による燃料噴射を複数回実施する技術がある。その技術は、多段噴射と呼ばれ、その多段噴射で実施する燃料噴射の回数は、噴射段数（あるいは単に、段数）と呼ばれる。

例えば、こうした多段噴射を実施する燃料噴射弁駆動装置においては、コンデンサから燃料噴射弁のコイルに対して、短期間に複数回の放電を実施することとなる。そして、多段噴射が実施される場合には、各噴射の間隔が短いため、一般にはコンデンサの充電が実施されず、燃料噴射の実施毎にコンデンサの充電電圧が低下する。つまり、コンデンサの充電電圧が変動し易い。

特開２０１３−１６０２６０号公報

燃料噴射弁は、コイルに供給されるエネルギーが所定の開弁必要値に達することで開弁する。エネルギーとは電気エネルギーのことである。
一方、コンデンサからコイルへの放電電流の傾きは、放電開始前のコンデンサの充電電圧（以下、コンデンサ電圧ともいう）に応じて変動する。放電電流の傾きは、コンデンサ電圧が高いほど急峻になり、逆にコンデンサ電圧が低いほど緩やかになる。

このため、燃料噴射弁の駆動開始時から、コイルに流れる電流が目標ピーク値に到達するまでの放電時間は、コンデンサ電圧が高い場合ほど短くなり、逆にコンデンサ電圧が低い場合ほど長くなる。そして、放電時間が短くなれば、コンデンサからコイルへの供給エネルギーが小さくなり、逆に放電時間が長くなれば、コンデンサからコイルへの供給エネルギーが大きくなる。

よって、放電時間が短い場合と長い場合とで、放電終了後のピックアップ電流が同じであると、コイルに供給されるエネルギーが開弁必要値に達するまでの時間（即ち、燃料噴射弁の開弁遅れ時間）が変わってしまう。

つまり、放電開始前のコンデンサ電圧が高いほど、放電時間が短くなり、コンデンサからコイルへの供給エネルギーが小さくなる。このため、コイルに供給されるエネルギーが、ピックアップ電流による供給エネルギーも含めて、開弁必要値に達するまでの時間が長くなり、その結果、燃料噴射弁の開弁タイミングが遅れる。

逆に、放電開始前のコンデンサ電圧が低いほど、放電時間が長くなり、コンデンサからコイルへの供給エネルギーが大きくなる。このため、コイルに供給されるエネルギーが、ピックアップ電流による供給エネルギーも含めて、開弁必要値に達するまでの時間が短くなり、その結果、燃料噴射弁の開弁タイミングが早くなる。

このように燃料噴射弁の開弁タイミングがばらついてしまうと、燃料噴射量が変動してしまうため、燃費やエミッションの悪化を招いてしまう。
そこで、本発明は、燃料噴射弁の開弁タイミングのばらつきを抑制することを目的としている。

第１発明の燃料噴射弁駆動装置は、燃料噴射弁のコイルに放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサと、電源電圧を昇圧してコンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータと、充電制御手段と、を備える。充電制御手段は、コンデンサの充電電圧が電源電圧よりも高い目標電圧となるように、ＤＣＤＣコンバータを動作させる。

更に、燃料噴射弁駆動装置は、放電制御手段と、定電流制御手段と、電流値制御手段と、を備える。
放電制御手段は、燃料噴射弁の駆動期間の開始タイミングが到来すると、コンデンサからコイルへ放電させ、コイルに流れる電流が目標ピーク値に到達したことを検知すると、コンデンサからコイルへの放電を終了する。

定電流制御手段は、燃料噴射弁の駆動期間において、コンデンサからコイルへの放電が終了すると、所定のタイミングが到来するまでの間、コイルに燃料噴射弁の開弁を完了させるためのピックアップ電流を流す。そして、定電流制御手段は、ピックアップ電流の供給を終了してから駆動期間が終了するまでの間は、コイルに燃料噴射弁の開弁状態を保持するためのホールド電流を流す。

電流値制御手段は、コンデンサからコイルへの放電が始まる前の充電電圧を検出し、その検出した充電電圧に応じて、定電流制御手段がコイルに流すピックアップ電流を変更する。

この燃料噴射弁駆動装置によれば、コンデンサからの放電終了後にコイルに流すピックアップ電流が、放電開始前のコンデンサの充電電圧に応じて変更される。
このため、駆動期間の開始時からコイルに供給されるエネルギーが開弁必要値に達するまでの時間が一定となるように、ピックアップ電流を変更することができる。よって、燃料噴射弁の開弁タイミングのばらつきを抑制することができ、延いては、燃料噴射量の制御精度を向上させて、燃費やエミッションの向上を達成することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の燃料噴射制御装置（ＥＣＵ）の構成を表す構成図である。 第１実施形態の駆動電流制御部の動作内容を説明する説明図である。 第１実施形態の駆動電流制御部を表す構成図である。 メモリに記憶された充電電圧と目標ピック電流値との対応関係を説明する説明図である。 充電電圧の検出タイミングを説明する説明図である。 ピックアップ電流（ピック電流）を変更する理由を説明する説明図である。 第１実施形態の作用を説明する第１の図である。 第１実施形態の作用を説明する第２の図である。 第２実施形態の駆動電流制御部を表す構成図である。 第２実施形態の駆動電流制御部における判定部の動作を表すフローチャートである。

以下に、実施形態の燃料噴射弁駆動装置としての燃料噴射制御装置について、図面を用い説明する。
本実施形態の燃料噴射制御装置（以下、ＥＣＵという）は、車両（自動車）に搭載された多気筒（この例では４気筒）エンジンの各気筒＃１〜＃４に燃料を噴射供給する４個の燃料噴射弁としてのインジェクタを駆動する。そして、ＥＣＵは、各インジェクタのコイルへの通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒＃１〜＃４への燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を制御する。また、本実施形態において、スイッチとしてのトランジスタ（スイッチング素子）は、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の他種類のトランジスタでも良い。尚、ＥＣＵは、「Electronic Control Unit」の略である。

［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態のＥＣＵ１は、インジェクタ２のコイル２ａの一端（上流側）が接続される端子５と、コイル２ａの他端（下流側）が接続される端子７と、端子７に一方の出力端子が接続されたトランジスタＴ１０と、トランジスタＴ１０の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続された電流検出用抵抗Ｒ１０と、を備える。グランドラインは、基準電位（＝０Ｖ）のラインである。

インジェクタ２では、コイル２ａに通電されると、図示しない弁体（いわゆるノズルニードル）が開弁位置に移動し（つまり、開弁し）、燃料噴射が行われる。また、コイル２ａの通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り（つまり、閉弁し）、燃料噴射が停止される。

尚、図１では、４個のインジェクタ２のうち、第ｎ気筒＃ｎ（ｎは１〜４の何れかであり、以下でも同様）に対応する１つのインジェクタ２だけを示している。以下では、その１つのインジェクタ２の駆動に関して説明する。実際には、端子５は、複数のインジェクタ２について共通の端子となっている。また、端子７及びトランジスタＴ１０は、各インジェクタ２について（換言すれば、各気筒について）それぞれ備えられている。トランジスタＴ１０は、駆動対象のインジェクタ２（換言すれば、噴射対象の気筒）を選択するためのスイッチであり、気筒選択スイッチとも呼ばれる。

そして、ＥＣＵ１は、電源電圧としてのバッテリ電圧（車載バッテリのプラス端子の電圧）ＶＢが供給される電源ライン９に一方の出力端子が接続された定電流スイッチとしてのトランジスタＴ１１と、トランジスタＴ１１の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記端子５に接続された逆流防止用のダイオードＤ１１と、アノードがグランドラインに接続され、カソードが端子５に接続された電流還流用のダイオードＤ１２と、コイル２ａに放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサＣ０と、バッテリ電圧ＶＢを昇圧してコンデンサＣ０を充電する充電回路としてのＤＣＤＣコンバータ２１と、を備える。

ＤＣＤＣコンバータ２１は、電源ライン９に一端が接続された昇圧用のコイルＬ０と、コイルＬ０の他端とグランドラインとの間の経路上に直列に設けられた昇圧用スイッチとしてのトランジスタＴ０と、トランジスタＴ０とグランドラインとの間に設けられた電流検出用の抵抗Ｒ０と、コイルＬ０の他端とトランジスタＴ０のコイルＬ０側の端子（この例ではドレイン）とを結ぶ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Ｄ０と、を備える。

そして、コンデンサＣ０は、ダイオードＤ０のカソードとグランドラインとの間の経路上に直列に設けられている。コンデンサＣ０は、例えばアルミ電解コンデンサであるが、他の種類のコンデンサでも良い。

ＤＣＤＣコンバータ２１においては、トランジスタＴ０がオン／オフされると、コイルＬ０とトランジスタＴ０との接続点に、バッテリ電圧ＶＢよりも高いフライバック電圧（逆起電圧）が発生し、そのフライバック電圧によりダイオードＤ０を通じてコンデンサＣ０が充電される。このため、コンデンサＣ０はバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧で充電される。

更に、ＥＣＵ１は、コンデンサＣ０の正極側を端子５に接続させる放電スイッチとしてのトランジスタＴ１２と、アノードが端子７に接続され、カソードがコンデンサＣ０の正極側に接続されたエネルギー回収用のダイオードＤ１３と、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２５と、トランジスタＴ０，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御する制御ＩＣ２７と、コンデンサＣ０の正極側の電圧（即ち、コンデンサＣ０の充電電圧）ＶＣを所定の比率で分圧する分圧回路２９と、を備える。

分圧回路２９は、充電電圧ＶＣのラインとグランドラインとの間に直列に接続された２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２によって構成されている。そして、その抵抗Ｒ１，Ｒ２同士の接続点の電圧が、充電電圧ＶＣを表す電圧モニタ信号Ｖｍとして、制御ＩＣ２７に入力される。

また、制御ＩＣ２７には、電流検出用抵抗Ｒ１０の両端に生じる電圧を、図示しない増幅回路で増幅した信号が、コイル２ａに流れる電流である駆動電流を表す電流モニタ信号Ｖｉとして入力される。

マイコン２５は、図示は省略しているが、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムや固定のデータ等が記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵによる演算結果等が記憶されるＲＡＭ等を備えている。

また、マイコン２５には、エンジン回転数ＮＥを表す信号や、車両の運転者によるアクセル開度ＡＣＣを表す信号や、エンジンの冷却水温ＴＨＷを表す信号などが入力される。そして、マイコン２５は、入力される各種信号により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、気筒毎に噴射指令信号を生成して制御ＩＣ２７に出力する。

噴射指令信号は、その信号のレベルがアクティブレベル（本実施形態では例えばハイ）の間だけインジェクタ２を駆動する（つまり、インジェクタ２のコイル２ａに通電する）、という意味を持っている。このため、マイコン２５は、エンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に、インジェクタ２の駆動期間（コイル２ａへの通電期間でもある）を設定し、その駆動期間だけ、該当する気筒の噴射指令信号をハイにしていると言える。

また、マイコン２５は、エンジンの運転状態に基づいて、実施する燃料噴射の段数を決定する。決定した段数が２以上であるということは、多段噴射を実施すると決定したことを意味し、決定した段数が１であるということは、多段噴射を実施しない（つまり、非多段噴射である１段噴射を実施する）と決定したことを意味する。

制御ＩＣ２７は、ＤＣＤＣコンバータ２１（詳しくは、トランジスタＴ０）を制御する充電制御部３１と、トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御することによりコイル２ａに流す駆動電流を制御する駆動電流制御部３３と、を備える。そして、駆動電流制御部３３は、放電制御部３５と、定電流制御部３７と、目標ピック電流値制御部３９と、を備える。

制御ＩＣ２７において、充電制御部３１は、分圧回路２９からの電圧モニタ信号Ｖｍに基づいて充電電圧ＶＣを検出する。そして、充電制御部３１は、検出した充電電圧ＶＣをバッテリ電圧ＶＢよりも高い目標電圧（例えば６５Ｖ）にするための、充電制御を行う。具体的には、充電制御部３１は、充電電圧ＶＣが目標電圧となるようにＤＣＤＣコンバータ２１のトランジスタＴ０をオン／オフさせる。例えば、充電制御部３１は、充電電圧ＶＣが目標電圧よりも所定値（例えば目標電圧の５％）だけ低い下限値以下になったと判定すると、充電電圧ＶＣが目標電圧以上になったと判定するまで、トランジスタＴ０のオン／オフ制御を実施してコンデンサＣ０を充電する。また、充電制御部３１は、トランジスタＴ０のオン／オフ制御としては、例えば、トランジスタＴ０をオンしてから、抵抗Ｒ０に生じる電圧によって検出される電流（即ち、トランジスタＴ０を介してコイルＬ０に流れる電流）が所定値に達すると、トランジスタＴ０を所定時間だけオフさせて再びオンさせる、という制御を繰り返す。

また、後述するように、コイル２ａへの通電開始時には、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電（以下単に、放電ともいう）が実施されるが、充電制御部３１は、コンデンサＣ０の充電を、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が実施されていないときに行う。但し、多段噴射の実施期間中は、噴射間隔が短くなり、放電が実施されない期間も短くなる。このため、例えば、充電制御部３１は、多段噴射が実施される場合には、１段目の噴射のための放電が開始されたタイミングから、最終段目の噴射のための放電が終了するタイミングまでの間は、コンデンサＣ０の充電を実施しない。

次に、制御ＩＣ２７における駆動電流制御部３３の動作内容について、図２を用い説明する。
図２に示すように、駆動電流制御部３３は、マイコン２５から出力される第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、その噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになっている間、第ｎ気筒＃ｎのインジェクタ２に対応するトランジスタＴ１０をオンさせる。

また、駆動電流制御部３３は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、トランジスタＴ１２をオンする。すると、コンデンサＣ０の正極側が端子５に接続されて、コンデンサＣ０からコイル２ａに放電され、この放電により、コイル２ａへの通電が開始される。

駆動電流制御部３３は、コイル２ａに流れる電流（駆動電流）を前述の電流モニタ信号Ｖｉに基づき検出する。そして、駆動電流制御部３３は、トランジスタＴ１２をオンした後において、駆動電流が目標ピーク値ｉａ（例えば１２Ａ）になったことを検知すると、トランジスタＴ１２をオフする。

このようにして、コイル２ａへの通電開始時には、コンデンサＣ０に蓄積されていたエネルギーがコイル２ａに放出される。この例では、コンデンサＣ０からコイル２ａへの、目標ピーク値ｉａになるまでの放電電流が、インジェクタ２の開弁速度を速めるための電流（いわゆるピーク電流）である。

そして、駆動電流制御部３３は、トランジスタＴ１２をオフした後は、駆動電流が、上記目標ピーク値ｉａよりも小さい一定の電流となるように、トランジスタＴ１１をオン／オフさせる定電流制御を行う。

具体的に説明すると、駆動電流制御部３３は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになった時（駆動期間の開始時）から一定の時間Ｔｂが経過するまでの間は、下記の第１定電流制御を行う。第１定電流制御は、「駆動電流が第１下側閾値ｉｂＬ以下であることを検知するとトランジスタＴ１１をオンし、駆動電流が第１上側閾値ｉｂＨ以上であることを検知するとトランジスタＴ１１をオフする」という制御である。

そして、駆動電流制御部３３は、上記時間Ｔｂが経過した時点から噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになるまで（即ち、駆動期間の終了時まで）の間は、下記の第２定電流制御を行う。第２定電流制御は、「駆動電流が第２下側閾値ｉｃＬ以下であることを検知するとトランジスタＴ１１をオンし、駆動電流が第２上側閾値ｉｃＨ以上であることを検知するとトランジスタＴ１１をオフする」という制御である。

第１及び第２下側閾値ｉｂＬ，ｉｃＬと、第１及び第２上側閾値ｉｂＨ，ｉｃＨと、目標ピーク値ｉａとの大小関係は、図２の如く「ｉａ＞ｉｂＨ＞ｉｂＬ＞ｉｃＨ＞ｉｃＬ」になっている。

よって、図２に示すように、駆動電流が目標ピーク値ｉａから低下して第１下側閾値ｉｂＬ以下になると、第１定電流制御によりトランジスタＴ１１のオン／オフが繰り返されて、駆動電流の平均値が、ｉｂＨとｉｂＬとの間の電流値である第１の一定値ｉｂに維持される。

そして、駆動期間の開始時から上記時間Ｔｂが経過したタイミングになると、第１定電流制御から第２定電流制御に切り替わる。第１定電流制御から第２定電流制御に切り替えるタイミングのことを、電流値切替タイミングという。

このため、電流値切替タイミングから駆動期間の終了時までは、第２定電流制御によりトランジスタＴ１１のオン／オフが繰り返されて、駆動電流の平均値が、ｉｃＨとｉｃＬとの間の電流値である第２の一定値ｉｃ（＜ｉｂ）に維持される。

このように、駆動電流制御部３３は、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が終了した後の駆動電流を、平均値が第１の一定値ｉｂとなる電流と、平均値が第１の一定値ｉｂよりも小さい第２の一定値ｉｃとなる電流とに、２段階に切り替えるようにしている。

放電の終了時から電流値切替タイミングが到来するまでの期間において、コイル２ａに流す電流（平均値が第１の一定値ｉｂとなる電流）は、インジェクタ２の開弁を完了させるためのピックアップ電流（以下、ピック電流という）である。図２における最下段に示すように、インジェクタ２は、コイル２ａにピック電流が流されている期間中に開弁する（つまり、閉弁状態から開弁状態に遷移する）こととなる。

そして、電流値切替タイミングから駆動期間が終了するまでの期間において、コイル２ａに流す電流（平均値が第２の一定値ｉｃとなる電流）は、インジェクタ２の開弁状態を保持するためのホールド電流である。ホールド電流は、インジェクタ２の開弁状態を保持するために必要な最小限の電流であるため、ピック電流よりも小さい。

尚、コイル２ａへは、トランジスタＴ１１のオン時には、電源ライン９側からトランジスタＴ１１とダイオードＤ１１を介して電流が流れ、トランジスタＴ１１のオフ時には、グランドライン側からダイオードＤ１２を介して電流が還流する。また、図２の４段目に示すように、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから、駆動電流が第１上側閾値ｉｂＨに到達するまでの間、トランジスタＴ１１がオンしているのは、第１定電流制御によるものである。

駆動電流制御部３３は、マイコン２５からの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイからローになると、トランジスタＴ１０をオフすると共に、トランジスタＴ１１のオン／オフを終了して、トランジスタＴ１１もオフ状態に保持する。

すると、コイル２ａへの通電が停止してインジェクタ２が閉弁し、そのインジェクタ２による燃料噴射が終了する。また、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになって、トランジスタＴ１０とトランジスタＴ１１が共にオフされると、コイル２ａにフライバックエネルギーが発生するが、そのフライバックエネルギーは、エネルギー回収経路をなすダイオードＤ１３を通じてコンデンサＣ０へ、電流の形で回収される。

尚、第ｎ気筒＃ｎ以外のインジェクタ２についても、上記と同様の手順で駆動される。
次に、駆動電流制御部３３における放電制御部３５、定電流制御部３７及び目標ピック電流値制御部３９について、図３を用い説明する。

図３に示すように、放電制御部３５は、目標ピーク値比較部４１と、出力部４２と、を備える。
目標ピーク値比較部４１は、電流モニタ信号Ｖｉに基づく駆動電流の検出値と、目標ピーク値ｉａとを比較して、「駆動電流の検出値＜目標ピーク値ｉａ」であれば、出力部４２への駆動許可信号Ｓ０をアクティブレベル（この例ではハイ）にする。また、目標ピーク値比較部４１は、「駆動電流の検出値≧目標ピーク値ｉａ」であれば、駆動許可信号Ｓ０をローにする。

出力部４２は、マイコン２５からの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから、目標ピーク値比較部４１からの駆動許可信号Ｓ０がローになるまでの間、放電スイッチとしてのトランジスタＴ１２をオンする。

このような放電制御部３５により、前述したトランジスタＴ１２の制御、つまり、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると駆動電流が目標ピーク値ｉａに達するまでトランジスタＴ１２をオンしてコンデンサＣ０からコイル２ａに放電させる放電制御が実現される。

定電流制御部３７は、第１比較部４３と、第２比較部４４と、出力部４５と、タイマ部４６と、を備える。
第１比較部４３は、電流モニタ信号Ｖｉに基づく駆動電流の検出値と、目標ピック電流値制御部３９から与えられる目標ピック電流値とを比較する。

目標ピック電流値は、ピック電流の目標値であり、この例では、前述した第１下側閾値ｉｂＬ（図２参照）を表すものとして説明する。
このため、第１比較部４３は、目標ピック電流値を第１下側閾値ｉｂＬとして設定すると共に、目標ピック電流値に所定値ｉαを加えた値を、前述の第１上側閾値ｉｂＨとして設定する。そして、第１比較部４３は、駆動電流の検出値が第１下側閾値ｉｂＬ以下であると判定すると、出力部４５への第１駆動許可信号Ｓ１をハイに保持し、駆動電流の検出値が第１上側閾値ｉｂＨ以上であると判定すると、出力部４５への第１駆動許可信号Ｓ１をローに保持する。

また、第２比較部４４は、電流モニタ信号Ｖｉに基づく駆動電流の検出値と、目標ホールド電流値とを比較する。
目標ホールド電流値は、ホールド電流の目標値であり、この例では、前述した第２下側閾値ｉｃＬ（図２参照）を表すものとして説明する。また、目標ホールド電流値は、固定値である。

このため、第２比較部４４は、目標ホールド電流値を第２下側閾値ｉｃＬとして設定すると共に、目標ホールド電流値に所定値ｉβを加えた値を、前述の第２上側閾値ｉｃＨとして設定する。そして、第２比較部４４は、駆動電流の検出値が第２下側閾値ｉｃＬ以下であると判定すると、出力部４５への第２駆動許可信号Ｓ２をハイに保持し、駆動電流の検出値が第２上側閾値ｉｃＨ以上であると判定すると、出力部４５への第２駆動許可信号Ｓ２をローに保持する。

タイマ部４６は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローからハイになると、時間の計測を開始して、前述の時間Ｔｂが経過すると、出力部４５に対して電流値切替タイミングが到来したことを通知する。

出力部４５は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから、タイマ部４６により電流値切替タイミングの到来が通知されるまでの間は、第１比較部４３からの第１駆動許可信号Ｓ１に従って、定電流スイッチとしてのトランジスタＴ１１をオン／オフさせる。つまり、第１駆動許可信号Ｓ１がハイであればトランジスタＴ１１をオンし、第１駆動許可信号Ｓ１がローであればトランジスタＴ１１をオフする。そして、この出力部４５の動作と第１比較部４３の動作により、前述の第１定電流制御が実現される。

また、出力部４５は、タイマ部４６により電流値切替タイミングの到来が通知されてから、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになるまでの間は、第２比較部４４からの第２駆動許可信号Ｓ２に従って、トランジスタＴ１１をオン／オフさせる。つまり、第２駆動許可信号Ｓ２がハイであればトランジスタＴ１１をオンし、第２駆動許可信号Ｓ２がローであればトランジスタＴ１１をオフする。そして、この出力部４５の動作と第２比較部４４の動作により、前述の第２定電流制御が実現される。

目標ピック電流値制御部３９は、電圧検出部４７と、メモリ４８と、比較部４９と、を備える。
電圧検出部４７は、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が始まる前の充電電圧ＶＣを、分圧回路２９からの電圧モニタ信号Ｖｍに基づいて検出する。尚、電圧検出部４７による充電電圧ＶＣの検出タイミングについては後で説明する。

メモリ４８には、例えば図４における実線で例示するように、充電電圧ＶＣと目標ピック電流値との対応関係が記憶されている。メモリ４８に記憶されている対応関係は、実際の充電電圧ＶＣに対して設定すべき目標ピック電流値を定めるものである。そして、メモリ４８に記憶されている対応関係は、充電電圧ＶＣが大きいほど目標ピック電流値が大きくなる、という対応関係である。また、この例において、メモリ４８に記憶されている対応関係は、充電電圧ＶＣと目標ピック電流値とのリニアな対応関係を示している。尚、変形例として、図４における一点鎖線で例示するように、メモリ４８に記憶される対応関係としては、充電電圧ＶＣに対して目標ピック電流値が段階的に変化する対応関係でも良く、具体的には、充電電圧ＶＣが大きいほど目標ピック電流値が段階的に大きくなる、という対応関係でも良い。

比較部４９は、メモリ４８から、電圧検出部４７により検出された充電電圧ＶＣに対応する目標ピック電流値を読み出し、その読み出した目標ピック電流値を、定電流制御部３７（詳しくは第１比較部４３）に与える。

このため、定電流制御部３７の第１比較部４３が駆動電流の検出値と比較するのに用いる目標ピック電流値は、インジェクタ２の駆動時毎に、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が始まる前の充電電圧ＶＣに応じて可変設定されることとなる。そして、目標ピックアップ電流値が変更されれば、第１定電流制御によってコイル２ａに流されるピック電流が変更される。

次に、電圧検出部４７による充電電圧ＶＣの検出タイミングについて、図５を用い説明する。
図５における１段目と４段目に示すように、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから（換言すれば、駆動期間の開始タイミングから）、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が開始されるまでには遅れ時間Ｔｄがある。少なくともトランジスタＴ１２のターンオン時間があるからである。このため、電圧検出部４７は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると（換言すれば、駆動期間の開始タイミングが到来すると）、上記遅れ時間Ｔｄが経過するまでの間に、充電電圧ＶＣを検出する。よって、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が始まる直前の充電電圧ＶＣを検出することができる。

一方、他の構成例として、電圧検出部４７は、図５における１段目〜３段目に示すように、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローの期間において、一定時間毎（この例では制御ＩＣ２７のクロックの１周期毎）に充電電圧ＶＣを検出するようになっていても良い。そして、この場合には、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになった時点で電圧検出部４７により検出されている最新の充電電圧ＶＣ（図５の例では点線の円で囲まれたクロックのタイミングで検出された充電電圧ＶＣ）が、検出結果として比較部４９に供給されるようになっていれば良い。但し、このような構成例よりも、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると上記遅れ時間Ｔｄが経過するまでの間に充電電圧ＶＣを検出する、という構成の方が、放電開始時からみて、より直前の充電電圧ＶＣを検出することができる。

次に、ピック電流（目標ピック電流値）を可変制御している理由について、図６を用い説明する。
インジェクタ２は、コイル２ａに供給されるエネルギーが所定の開弁必要値に達することで開弁する。図６において、「ｔｏｐ」はインジェクタ２の開弁タイミングであり、斜線を付した駆動電流の面積は、開弁必要値のエネルギーを示している。

一方、図６に示すように、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電電流の傾きは、放電開始前のコンデンサＣ０の充電電圧ＶＣに応じて変動する。放電電流の傾きは、図６の下段に示すように、充電電圧ＶＣが高いほど急峻になり、図６の上段に示すように、充電電圧ＶＣが低いほど緩やかになる。

このため、インジェクタ２の駆動開始時から、コイル２ａに流れる駆動電流が目標ピーク値ｉａに到達するまでの放電時間Ｔａは、図６の下段に示すように、充電電圧ＶＣが高い場合ほど短くなり、図６の上段に示すように、充電電圧ＶＣが低い場合ほど長くなる。そして、放電時間Ｔａが短くなれば、コンデンサＣ０からコイル２ａへの供給エネルギーが小さくなり、逆に放電時間Ｔａが長くなれば、コンデンサＣ０からコイル２ａへの供給エネルギーが大きくなる。

よって、図６に示すように、放電時間Ｔａが短い場合と長い場合とで、放電終了後のピック電流が同じであると、インジェクタ２の駆動開始時からコイル２ａに供給されるエネルギーが開弁必要値に達するまでの時間（即ち、インジェクタ２の開弁遅れ時間）Ｔｏｄが変わってしまう。

つまり、放電開始前の充電電圧ＶＣが高いほど、放電時間Ｔａが短くなり、コンデンサＣ０からコイル２ａへの供給エネルギーが小さくなる。このため、コイル２ａに供給されるエネルギーが、ピック電流による供給エネルギーも含めて、開弁必要値に達するまでの時間Ｔｏｄが長くなり、その結果、インジェクタ２の開弁タイミングｔｏｐが遅れる。逆に、放電開始前の充電電圧ＶＣが低いほど、放電時間Ｔａが長くなり、コンデンサＣ０からコイル２ａへの供給エネルギーが大きくなる。このため、コイル２ａに供給されるエネルギーが、ピック電流による供給エネルギーも含めて、開弁必要値に達するまでの時間Ｔｏｄが短くなり、その結果、インジェクタ２の開弁タイミングｔｏｐが早くなる。図６における「Δｔ」は、充電電圧ＶＣの違いによる開弁タイミングｔｏｐのばらつきを示している。そして、このようにインジェクタ２の開弁タイミングがばらついてしまうと、燃料噴射量が変動してしまうため、燃費やエミッションの悪化を招いてしまう。

そこで、ＥＣＵ１では、制御ＩＣ２７に目標ピック電流値制御部３９を設けて、放電開始前の充電電圧ＶＣに応じてピック電流を可変制御することにより、充電電圧ＶＣが変動してもインジェクタ２の開弁タイミングが一定となるようにしている。具体的には、図４に示したように、放電開始前の充電電圧ＶＣが大きいほどピック電流を大きい値に変更するようになっている。逆に、放電開始前の充電電圧ＶＣが小さいほどピック電流を小さい値に変更するようになっている。

例えば、図７に示すように、多段噴射が実施される場合には、各段の燃料噴射の実施毎に充電電圧ＶＣが低下していく。図７の例では、多段噴射の開始前には充電電圧ＶＣが充電制御における目標電圧になっていて、各段の燃料噴射のためにコンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が実施される毎に、充電電圧ＶＣが目標電圧から徐々に低下していく場合を示している。図７において、〈１〉の期間は１段目の噴射期間であり、〈２〉の期間は２段目の噴射期間であり、〈３〉の期間は３段目の噴射期間である。図７に示すような場合、充電電圧ＶＣが低下するにつれてピック電流が小さい値に変更されることとなる。

また、図８において、点線の波形は、例えば図７における１段目の噴射期間における駆動電流を表しており、実線の波形は、例えば図７における３段目の噴射期間における駆動電流を表している。そして、点線の波形と実線の波形との各々において、斜線を付した面積は、開弁必要値のエネルギーを示している。

図８に示すように、ＥＣＵ１によれば、充電電圧ＶＣが変化する各段の噴射について、インジェクタ２の駆動開始時からコイル２ａに供給されるエネルギーが開弁必要値に達するまでの開弁遅れ時間Ｔｏｄが一定となるように、ピック電流を変更することができる。このため、インジェクタ２の開弁タイミングのばらつきを抑制することができ、延いては、燃料噴射量の制御精度を向上させて、燃費やエミッションの向上を達成することができる。

また、インジェクタ２の駆動開始時からコイル２aに供給されるエネルギーが開弁必要時に達するまで開弁遅れ時間Ｔｏｄを一定にするには、目標ピーク値ｉａを変更する方法も考えられる。しかし、放電電流は大電流の為、トランジスタＴ１２の最大定格の余裕分が少ないので、目標ピーク値ｉａには上限値の制限が発生する。ピック電流は、放電電流より電流値が小さい為、トランジスタＴ１１の最大定格に余裕がある。よって、ピック電流を変更する方法が有効である。

ところで、ピック電流は、インジェクタ２が開弁するまではコイル２ａに流さなければならない。このため、第１定電流制御から第２定電流制御に切り替える電流値切替タイミングは、インジェクタ２の開弁遅れ時間Ｔｏｄが最大になった場合の開弁タイミングよりも後となるように、設定する必要がある。よって、開弁遅れ時間Ｔｏｄのばらつき（開弁タイミングのばらつきでもある）が大きいと、電流値切替タイミングは、設計上の標準的な開弁タイミングよりも大きく遅らせたタイミングに設定しなければならない。すると、駆動期間のうち、コイル２ａにホールド電流を流す期間が短くなり、インジェクタ２を駆動するための消費電力の増大を招く。

これに対して、ＥＣＵ１によれば、インジェクタ２の開弁タイミングのばらつきを抑制することができるため、電流値切替タイミングを標準の開弁タイミングよりも大きく遅らせたタイミングに設定する必要がない。つまり、コイル２ａにピック電流を流す期間を短く設定することができる。上記の例では、駆動期間の開始時から電流値切替タイミングまでの時間Ｔｂ（図２参照）を短い時間に設定することができるようになる。よって、インジェクタ２を駆動するための消費電力を小さくすることができる。

また、ＥＣＵ１では、図４における実線で例示したように、充電電圧ＶＣに応じてピック電流をリニアに変更するようになっている。このため、ピック電流の可変分解能を上げることができ、延いては、インジェクタ２の開弁タイミングを一定にする精度を向上させることができる。

また、ＥＣＵ１では、図５を用いて説明したように、目標ピック電流値制御部３９の電圧検出部４７は、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、コンデンサＣ０からの放電が開始されるまでの間に充電電圧ＶＣを検出する。このため、コンデンサＣ０からの放電が始まる直前の充電電圧ＶＣを確実に検出することができる。よって、インジェクタ２の開弁タイミングを一定にするためのピック電流を一層正しく設定することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のＥＣＵについて説明するが、ＥＣＵの符号としては、第１実施形態と同じ“１”を用いる。また、第１実施形態と同様の構成要素や処理についても、第１実施形態と同じ符号を用いる。

第２実施形態のＥＣＵ１は、第１実施形態のＥＣＵ１と比較すると、下記《１》，《２》の点が異なっている。
《１》マイコン２５は、多段噴射を実施すると決定した場合には、その多段噴射における最初の（１段目の）噴射用の噴射指令信号を出力するタイミングよりも前に、今から実施する多段噴射の噴射段数を示す段数情報を、制御ＩＣ２７に出力する。段数情報は、例えば噴射段数を示す複数ビットのデータである。また、マイコン２５は、１段噴射を実施すると決定した場合にも、その１段噴射用の噴射指令信号を出力するタイミングよりも前に、噴射段数が１であることを示す段数情報を、制御ＩＣ２７に出力する。

《２》制御ＩＣ２７は、図３の駆動電流制御部３３に代えて、図９に示す駆動電流制御部３４を備えている。そして、図９に示す駆動電流制御部３４は、図３の駆動電流制御部３３と比較すると、判定部５１を更に備えている点が異なる。

図９に示すように、判定部５１には、マイコン２５からの段数情報が入力される。そして、判定部５１は、段数情報が入力されると、図１０の動作を行う。
図１０に示すように、判定部５１は、マイコン２５からの段数情報に基づいて、今からインジェクタ２に実施させる燃料噴射の噴射段数が所定値Ｎ（例えば２）以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。

そして、判定部５１は、噴射段数が所定値Ｎ以上であると判定した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、目標ピック電流値制御部３９に動作許可信号を出力する（Ｓ１２０）。すると、目標ピック電流値制御部３９により、充電電圧ＶＣに応じた目標ピック電流値の可変制御が実施される。

また、判定部５１は、噴射段数が所定値Ｎ以上ではないと判定した場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、目標ピック電流値制御部３９に動作停止信号を出力する（Ｓ１３０）。すると、目標ピック電流値制御部３９の動作は停止する。その場合、定電流制御部３７の第１比較部４３には、目標ピック電流値として、予め定められた固定値が与えられる。その固定値は、メモリ４８において、目標電圧に対して記憶されている目標ピック電流値と同じ値である。噴射段数が所定値Ｎ以上でない場合には、充電電圧ＶＣが目標電圧から大きく乖離することはないと考えられるため、このようにしている。

以上のような第２実施形態のＥＣＵ１によれば、充電電圧ＶＣが大きく変動すると考えられる場合に限って目標ピック電流値制御部３９による目標ピック電流値の可変制御が実施されることとなる。このため、制御ＩＣ２７での処理負荷及び消費電力を低減する効果が得られる。

[変形例１]
第１定電流制御から第２定電流制御に切り替えるタイミング（電流値切替タイミング）は、トランジスタＴ１２をオフした放電終了時から一定の時間が経過したタイミングであっても良い。

[変形例２]
定電流制御部３７の第１比較部４３には、目標ピック電流値として、例えば第１上側閾値ｉｂＨを表す値が与えられるようになっていても良い。その場合、第１比較部４３は、目標ピック電流値を第１上側閾値ｉｂＨとして設定すると共に、目標ピック電流値から所定値ｉαを減じた値を、第１下側閾値ｉｂＬとして設定すれば良い。また例えば、定電流制御部３７の第１比較部４３には、目標ピック電流値として、前述した第１の一定値ｉｂ（図２参照）を表す値が与えられるようになっていても良い。その場合、第１比較部４３は、目標ピック電流値に所定値ｉ１を加えた値を、第１上側閾値ｉｂＨとして設定し、目標ピック電流値から所定値ｉ２を減じた値を、第１下側閾値ｉｂＬとして設定すれば良い。これらのことは、目標ホールド電流値及び第２比較部４４についても同様である。

[変形例３]
ＥＣＵ１は、充電電圧ＶＣの制御に用いる目標電圧を変更する電圧変更手段を備えていても良い。その電圧変更手段は、例えば、インジェクタ２に実施させる燃料噴射の噴射段数に応じて目標電圧を変更する、といった構成にすることができる。

以上、本発明の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ことなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
例えば、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述したＥＣＵの他、当該ＥＣＵを構成要素とするシステム、当該ＥＣＵとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、燃料噴射弁駆動方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２…インジェクタ（燃料噴射弁）、２ａ…コイル、Ｃ０…コンデンサ、２１…ＤＣＤＣコンバータ、３１…充電制御部、３５…放電制御部、３５…定電流制御部、Ｔ１１…定電流スイッチとしてのトランジスタ、Ｔ１２…放電スイッチとしてのトランジスタ、３９…目標ピック電流値制御部

Claims (4)

1. 燃料噴射弁（２）のコイル（２ａ）に放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサ（Ｃ０）と、
   電源電圧を昇圧して前記コンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータ（２１）と、
   前記コンデンサの充電電圧が前記電源電圧よりも高い目標電圧となるように前記ＤＣＤＣコンバータを動作させる充電制御手段（３１）と、
   前記燃料噴射弁の駆動期間の開始タイミングが到来すると、前記コンデンサから前記コイルへ放電させ、前記コイルに流れる電流が目標ピーク値に到達したことを検知すると、前記コンデンサから前記コイルへの放電を終了する放電制御手段（３５，Ｔ１２）と、
   前記駆動期間において、前記コンデンサから前記コイルへの放電が終了すると、所定のタイミングが到来するまでの間、前記コイルに前記燃料噴射弁の開弁を完了させるためのピックアップ電流を流し、そのピックアップ電流の供給を終了してから前記駆動期間が終了するまでの間は、前記コイルに前記燃料噴射弁の開弁状態を保持するためのホールド電流を流す定電流制御手段（３７，Ｔ１１）と、
   前記コンデンサから前記コイルへの放電が始まる前の前記充電電圧を検出し、その検出した充電電圧に応じて、前記定電流制御手段が前記コイルに流す前記ピックアップ電流を変更する電流値制御手段（３９）と、
   前記燃料噴射弁に実施させる燃料噴射の噴射段数が所定値以上であるか否かを判定する判定手段（５１）と、を備え、
   前記電流値制御手段は、前記判定手段により前記噴射段数が前記所定値以上であると判定された場合に動作すること（Ｓ１１０：ＹＥＳ，Ｓ１２０）、
   を特徴とする燃料噴射弁駆動装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁駆動装置において、
   前記電流値制御手段は、前記検出した充電電圧が大きいほど、前記ピックアップ電流を大きい値に変更すること、
   を特徴とする燃料噴射弁駆動装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁駆動装置において、
   前記電流値制御手段は、前記検出した充電電圧に応じて前記ピックアップ電流をリニアに変更すること、
   を特徴とする燃料噴射弁駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の燃料噴射弁駆動装置において、
   前記駆動期間の開始タイミングから、前記コンデンサから前記コイルへの放電が開始されるまでには遅れ時間があり、
   前記電流値制御手段は、前記駆動期間の開始タイミングが到来すると前記遅れ時間が経過するまでの間に、前記充電電圧を検出すること、
   を特徴とする燃料噴射弁駆動装置。

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