JP6988426B2 - ピエゾインジェクタ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾインジェクタ駆動装置に関する。

車両の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、ピエゾインジェクタを用いるものがある。この場合、バッテリ電圧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コンバータを備えたものがある。ピエゾインジェクタに対して、ＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧された駆動電圧が、充電スイッチを介して充電され、放電スイッチを介してピエゾインジェクタの電荷が放電される構成である。

このようなピエゾインジェクタ駆動装置では、充電スイッチをオンにしてピエゾインジェクタへ通電したときの電流から電荷を検出し、電荷に応じて充電スイッチをオフするタイミングを制御することで、ピエゾインジェクタに蓄積する電荷を一定にして燃料噴射の制御をしている。

しかしながら、上記したような従来のものでは、装置を構成する素子の製造ばらつきに起因してＤＣ／ＤＣコンバータからピエゾインジェクタへの充電経路における回路インピーダンスが製品間でばらつくことがある。このため、同じ構成でありながら、回路インピーダンスのばらつきに起因してピエゾインジェクタに蓄積される充電電荷が開弁に必要な電荷に到達するまでの時間がずれ、製品毎に噴射量がばらつくことがある。

特許第５６７８８６７号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータからピエゾインジェクタへの充電経路の回路インピーダンスに依らず、ピエゾインジェクタへの充電時間を一定にすることができるようにしたピエゾインジェクタ駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載のピエゾインジェクタ駆動装置は、電源電圧を昇圧回路により所定の出力電圧まで昇圧してピエゾインジェクタに通電して駆動するものであって、前記ピエゾインジェクタへの通電による充電電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部により検出される充電電流の時間変化率を算出し、算出された前記時間変化率に基づいて前記ピエゾインジェクタへの充電を開始してからピエゾインジェクタの充電電荷が所定値になるまでの充電時間が一定となるように前記昇圧回路の出力電圧を制御する制御部とを備えている。

上記構成を採用することにより、電流検出部によりピエゾインジェクタへの通電による充電電流を検出し、制御部により充電電流の時間変化率を算出してピエゾインジェクタへの充電時間が一定となるように昇圧回路の出力電圧を制御する。これにより、製品間で製造ばらつきや使用状態による変化などに起因してピエゾインジェクタへの充電経路の回路インピーダンスがずれている場合でも、出力電圧を調整することでピエゾインジェクタへの充電時間を一定となるようにでき、精度良くピエゾインジェクタを駆動制御することができる。

第１実施形態を示す電気的構成図 充電電流の傾き検出の説明図 ＤＣ／ＤＣコンバータ制御の説明図 出力電圧調整制御の流れ図 タイムチャート 第２実施形態を示す電気的構成図 充電電流の傾き検出の説明図 出力電圧調整制御の流れ図 タイムチャート

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
電気的構成を示す図１において、車両の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のピエゾインジェクタ１は、ピエゾインジェクタ駆動装置２により駆動制御される。ピエゾインジェクタ駆動装置２は、昇圧回路としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３、充放電回路４、電流検出部としての電流検出抵抗５、制御部としての駆動用ＩＣ６を備えている。ピエゾインジェクタ駆動装置２は、駆動用ＩＣ６に外部に設けられたマイコン７から駆動指令信号Ｓｄおよびテスト信号Ｓｔが与えられる。

なお、ピエゾインジェクタ１は、内燃機関の各気筒に対応して複数個設けられており、図１では１個を代表して示している。また、駆動用ＩＣ６は、複数のピエゾインジェクタ１を選択的に駆動するように設けられており、ここでは１個の動作について説明する。ピエゾインジェクタ１の両端子は、ピエゾインジェクタ駆動装置２の出力端子Ｐ、Ｑ間に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、バッテリ電源に接続される電源端子ＶＢからの電圧を所定の出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧する。バッテリ電源とグランドとの間に、昇圧コイル３１、ＭＯＳＦＥＴ３２の直列回路が接続される。昇圧コイル３１とＭＯＳＦＥＴ３２との共通接続点はダイオード３３を順方向に介して充電用のコンデンサ３４に接続されている。

ＭＯＳＦＥＴ３２は、駆動用ＩＣ６から駆動信号が与えられ、オンオフ動作をすることで昇圧コイル３１に発生する高電圧によりダイオード３３を介してコンデンサ３４に充電をして高圧の所定電圧を生成する。コンデンサ３４の正極端子は出力端子として、充放電回路４の入力端子に高圧の出力電圧Ｖｏｕｔを供給する。

充放電回路４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔが入力される入力端子は、充電スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ４１および充放電コイル４２を直列に介して出力端子Ｐに接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ４１と充放電コイル４２の共通接続点は、放電スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ４３を介してグランドに接続されている。出力端子Ｑは、気筒スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴ４４および電流検出抵抗５を直列に介してグランドに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３のコンデンサ３４から、ＭＯＳＦＥＴ４１、充放電コイル４２、ピエゾインジェクタ１、ＭＯＳＦＥＴ４４および電流検出抵抗５によりピエゾインジェクタ１への充電経路が形成される。また、ＭＯＳＦＥＴ４３、充放電コイル４２、ピエゾインジェクタ１、ＭＯＳＦＥＴ４４および電流検出抵抗５によりピエゾインジェクタ１の放電経路が形成される。

駆動用ＩＣ６は、駆動制御部６１、気筒制御部６２、放電制御部６３、ＤＣＤＣ制御部６４、電流検出部６５、電荷検出部６６および傾き検出部６７を備えている。なお、これらの構成は、機能的なものとして設けられたものであり、ハードウェアにより構成することもできるし、マイコンなどのＣＰＵおよび制御プログラムによりソフトウェア的に実現することもできる。

駆動制御部６１は、マイコン７から与えられる駆動指令信号Ｓｄおよびテスト信号Ｓｔを受けて各部を駆動制御する。駆動制御部６１は、気筒制御部６２に気筒選択の信号を与えてＭＯＳＦＥＴ４４をオンさせ、ピエゾインジェクタ１への充放電動作を実施するように選択する。また、駆動制御部６１は、充電用のＭＯＳＦＥＴ４１にゲート信号を与えてオンオフ制御し、コンデンサ３４の蓄積電荷を充放電コイル４２を介してピエゾインジェクタ１に供給することで充電する。駆動制御部６１は、ＭＯＳＦＥＴ４１のオフ期間に、放電制御部６３によりＭＯＳＦＥＴ４３をオンオフ制御してピエゾインジェクタ１の電荷を放電させる。

ＤＣＤＣ制御部６４は、ＭＯＳＦＥＴ３２に駆動信号を与えてオンオフ制御することにより昇圧コイル３１に高圧を発生させてダイオード３３を介してコンデンサ３４に所定の出力電圧Ｖｏｕｔとなるように制御している。このとき、ＤＣＤＣ制御部６４は、出力電圧Ｖｏｕｔを予め設定されている閾値電圧Ｖｔｈ０となるように制御している。電流検出部６５は、ピエゾインジェクタ１に流れる電流Ｉｉｎｊを電流検出抵抗５の端子電圧により検出する。電流検出部６５は、電流検出信号を電荷検出部６６および傾き検出部６７に出力する。

電荷検出部６６は、電流検出信号に基づいてピエゾインジェクタ１への充電電荷を積算して所定レベルに達したら駆動制御部６１に検出信号を出力する。駆動制御部６１は、電荷検出部６６からの検出信号に基づいてピエゾインジェクタ１の充電状態を判定し、ＭＯＳＦＥＴ４１のオンオフ制御を停止させる。

傾き検出部６７は、マイコン７からテスト信号Ｓｔが与えられるとともに、電流検出部６５から電流検出信号が与えられる。傾き検出部６７は、図２に示すように、データ収集部６７ａおよび傾き演算部６７ｂを備え、後述するようにして、所定タイミングでピエゾインジェクタ１への充電電流の時間変化率を電流傾きα１として検出しＤＣＤＣ制御部６４に出力する。

また、ＤＣＤＣ制御部６４は、傾き検出部６７から与えられる電流傾きの検出信号に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧を調整する。ＤＣＤＣ制御部６４は、図３に示すように、基準傾きα０を記憶した記憶部６４ａ、減算器６４ｂ、調整値算出部６４ｃ、調整値レジスタ６４ｄ、初期学習値記憶部６４ｅ、ＰＷＭ制御部６４ｆを備えている。ＤＣＤＣ制御部６４は、後述するようにしてＤＣ／ＤＣコンバータ３のＭＯＳＦＥＴ３２に与えるゲート信号を生成する。

次に、上記構成の作用について、図４および図５も参照して説明する。
まず、マイコン７から通常動作である駆動指令信号Ｓｄが与えられたときの動作について簡単に説明する。ピエゾインジェクタ駆動装置２は、電源が投入されると、ＤＣＤＣ制御部６４において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のＭＯＳＦＥＴ３２を所定のＰＷＭデューティによりオンオフ駆動の制御を実施している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３においては、ＭＯＳＦＥＴ３２がオンオフ制御され、昇圧コイル３１への通断電の繰り返しによって発生する誘導電圧により、ダイオード３３を介してコンデンサ３４に充電している。コンデンサ３４の端子電圧すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが所定の閾値電圧Ｖｔｈ０になると、以後はコンデンサ３４からの放電に応じてＤＣＤＣ制御部６４によりＭＯＳＦＥＴ３２のオンオフ制御が実施されて閾値電圧Ｖｔｈ０を保持するように充電される。

この状態で、駆動用ＩＣ６は、マイコン７から駆動指令信号Ｓｄが与えられると、駆動制御部６１においてこれを受け付け、充放電回路４を駆動制御してピエゾインジェクタ１に対する充電および放電の動作制御を行う。

駆動制御部６１は、気筒制御部６２により対象となる気筒を選択してその気筒のピエゾインジェクタ１に通電するようにＭＯＳＦＥＴ４４をオン動作させる。また、これと同時に、ピエゾインジェクタ１への充電経路を導通させるために、充電用のＭＯＳＦＥＴ４１をオンオフ動作させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＭＯＳＦＥＴ４１、充放電コイル４２を介してピエゾインジェクタ１に印加され、充電動作が開始されて電流Ｉｉｎｊが流れるようになる。

ピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊは、電流検出部６５により、電流検出抵抗５の端子電圧として検出されている。この場合、ＭＯＳＦＥＴ４１はオンオフ制御されるので、オン期間では電流Ｉｉｎｊが増加し、オフ期間では電流Ｉｉｎｊが低減する。このようにして、ピエゾインジェクタ１は、電流Ｉｉｎｊにより充電されるようになる。

電荷検出部６６は、電流検出部６５から入力される電流Ｉｉｎｊを積分することで電荷量を積算しており、電荷量が所定レベルに達すると駆動制御部６１に検出信号を出力する。駆動制御部６１は、電荷検出部６６から検出信号を受けると、ＭＯＳＦＥＴ４１をオフ動作させ、マイコン７からの駆動指令信号Ｓｄがオンの期間はピエゾインジェクタ１に所定の充電電荷を保持させる。駆動指令信号Ｓｄがオフになると、放電制御部６３により充放電回路４の放電用のＭＯＳＦＥＴ４３をオン動作させる。これにより、ピエゾインジェクタ１の充電電荷が充放電コイル４２からＭＯＳＦＥＴ４３を介してグランドに放電されるようになる。

上記のようにピエゾインジェクタ１が充放電動作を行うことで、内燃機関において所定タイミングで所定の燃料噴射が行われる。この場合、ピエゾインジェクタ１は、ピエゾインジェクタ駆動装置２により１サイクルの噴射において複数回の噴射を行うように制御されている。また、１つのピエゾインジェクタ１が駆動制御された後、別のピエゾインジェクタ１が気筒制御部６２によって選択され、同様にして充放電の動作が実施されることで燃料噴射が実施されている。

上記のピエゾインジェクタ１の駆動制御において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔは閾値電圧Ｖｔｈ０を保持するように制御されているが、コンデンサ３４の容量値や充放電回路４の素子の回路インピーダンスが装置間でばらつきがあると、ピエゾインジェクタ１への充電電流が設計値通りとならないことがある。このため、同じ構成でありながら、回路インピーダンスのばらつきに起因してピエゾインジェクタ１に蓄積される充電電荷が、開弁に必要な電荷に到達するまでの時間にずれを生じ、製品毎に噴射量がばらつくことがある。

これを解消するため、本実施形態においては、マイコン７から入力されるテスト信号Ｓｔにより、駆動用ＩＣ６においてＤＣＤＣ制御部６４に対して調整動作を実施し、ピエゾインジェクタ１への充電時間が一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整している。以下、この調整動作について説明する。

なお、この調整動作は、運転開始時に、ピエゾインジェクタ１による噴射制御に先立って実施しても良いし、製品の出荷時にメーカー側にて初期特性の調整作業として実施することもでき、適宜のタイミングで実施することができる。

図４は、駆動用ＩＣ６による出力電圧Ｖｏｕｔの調整処理の流れを示している。また、図５は各部の信号の変化を示している。ピエゾインジェクタ駆動装置２においては、電源が投入されると、駆動用ＩＣ６により、ＤＣＤＣ制御部６４によるＤＣ／ＤＣコンバータ３の駆動制御を実行させ、テスト用の所定の出力電圧Ｖｏｕｔを生成している。

この状態で、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ０にマイコン７からテスト信号Ｓｔのオン信号がピエゾインジェクタ駆動装置２に入力されると、駆動用ＩＣ６は、まず、ステップＡ１で、駆動制御部６１によりテスト信号Ｓｔを取り込む。次に、駆動用ＩＣ６は、ステップＡ２で駆動制御を開始し、続くステップＡ３で、図５（ｂ）に示すように駆動制御部６１により充電用のＭＯＳＦＥＴ４１をオンさせる。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔが充放電回路４を介してピエゾインジェクタ１に印加され、図５（ｄ）に示すように、ピエゾインジェクタ１に電流Ｉｉｎｊが流れ始めて充電が開始される。駆動用ＩＣ６は、この状態で、ステップＡ４で、ピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊを電流検出部６５により検出して電流検出信号を傾き検出部６７に出力する。

図５（ｄ）に実線で示すようにピエゾインジェクタ１の充電電流Ｉｉｎｊが流れると、傾き検出部６７は、時刻ｔ０から電流の上昇が開始するまでの期間が経過した時刻ｔ１から傾き検出の処理を開始し、傾き検出期間Ｔｄの間の電流値を取り込む。なお、時刻ｔ１の設定は、テスト信号Ｓｔがオンになる時刻ｔ０から、電流検出部６５で電流Ｉｉｎｊの上昇が開始するまでの間に、電流Ｉｉｎｊの時間導関数を算出することで変曲点を検出してデータ収集の開始時点ｔ１として設定している。

傾き検出部６７は、図２に示したように、データ収集部６７ａにて傾き検出期間Ｔｄが経過する時刻ｔ２までの間に、複数回に渡って電流Ｉｉｎｊを検出している。そして、時刻ｔ２になって傾き検出期間Ｔｄが経過して時刻ｔ２になると、傾き演算部６７ｂにおいて、収集した複数の電流Ｉｉｎｊの値について最小二乗法によって直線近似して時間変化量すなわち電流傾きα１を算出する。

続いて、駆動用ＩＣ６は、ステップＡ６で、ＤＣＤＣ制御部６４により、電流傾きα１からＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整する処理を実行する。ここでは、ＤＣＤＣ制御部６４は、図３に示すように、減算器６４ｂにおいて、傾き検出部６７から入力される電流傾きα１と、記憶部６４ａから取り込んだ基準の電流傾きα０との差Δα（＝α１−α０）を演算する。

ここで、基準の電流傾きα０の値は、図５（ｄ）中、破線で示す基準の電流Ｉｉｎｊの傾きに相当している。したがって、実線で示している状態では、充電速度が速い状態であり、ピエゾインジェクタ１への充電経路における回路インピーダンスが、基準の回路インピーダンスよりも小さい状態となっている場合である。

ＤＣＤＣ制御部６４では、調整値算出部６４ｃにおいて、電流傾きの差Δαの値に応じて調整値を算出する。この場合、上記のように実際の電流傾きα１が大きく、基準の電流傾きα０との差Δαが正の値となる場合には、出力電圧Ｖｏｕｔを下げることで充電速度を下げるように調整値を算出する。また、実際の電流傾きα１が小さく、差Δαが負の値をとる場合には出力電圧Ｖｏｕｔを上げることで充電速度を上げるように調整値を算出する。

次に、駆動用ＩＣ６は、ステップＡ７で、ＤＣＤＣ制御部６４により、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧の調整処理を実施する。具体的には、ＤＣＤＣ制御部６４は、調整値算出部６４ｃで算出された調整値を、調整値レジスタ６４ｄに記憶させ、ＰＷＭ制御部６４ｆに出力するように設定する。ここでは、調整値は、出力電圧Ｖｏｕｔの閾値電圧Ｖｔｈ１に相当するように調整する値である。

これにより、駆動用ＩＣ６による出力電圧Ｖｏｕｔの調整処理は終了する。この後、時刻ｔ３で、電荷検出部６６により所定レベルの電荷量が検出されると、駆動制御部６１によりＭＯＳＦＥＴ４１をオフ動作させる。このとき、まだＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔの閾値電圧はＶｔｈ０の状態に保持されている。

そして、この後時刻ｔ４になってテスト信号Ｓｔがオフレベルに変化すると、駆動制御部６１は、放電制御部６３を介して放電用のＭＯＳＦＥＴ４３をオンさせ、ピエゾインジェクタ１の電荷を放電させるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔの閾値電圧をＶｔｈ０からＶｔｈ１に変更設定する。

この場合、ＰＷＭ制御部６４ｆは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のＭＯＳＦＥＴ４１をＰＷＭ制御により駆動しており、初期的には初期学習値記憶部６４ｅに設定されたＰＷＭデューティに基づいて駆動制御を行っている。そして、ＰＷＭ制御部６４ｆは、時刻ｔ４で調整値レジスタ６４ｄから調整値が入力されると、この調整値に従ってＭＯＳＦＥＴ３２のＰＷＭ制御を実施するようになる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、図５（ｅ）に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔが閾値電圧Ｖｔｈ１となるようにＤＣＤＣ制御部６４により駆動制御される。

この結果、ピエゾインジェクタ１への充電経路における回路インピーダンスが、基準の回路インピーダンスとずれている場合でも、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整することで、充電電流Ｉｉｎｊを制御して電流傾きα１が基準の電流傾きα０に等しくなるように修正することができ、図５（ｄ）中、破線で示すような基準の電流Ｉｉｎｊの変化に一致するように調整することができる。

このような本実施形態では、駆動用ＩＣ６において、電流検出部６５によりピエゾインジェクタ１への充電時の電流Ｉｉｎｊを検出し、傾き検出部６７により電流Ｉｉｎｊの単位時間の電流傾きα１を算出して出力電圧Ｖｏｕｔを調整するようにした。

これにより、出力電圧Ｖｏｕｔを調整することで充電時間が基準と一致するように制御でき、ピエゾインジェクタ１の充電経路における回路インピーダンスの製品間ばらつきに起因した噴射量のばらつきを抑制して精度よく噴射制御を行うことができるようになる。

（第２実施形態）
図６から図９は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この第２実施形態では、テスト信号Ｓｔを用いて予めＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整するのではなく、実際にピエゾインジェクタ１を用いた噴射制御を実行しながら調整処理を同時に実施するものである。

図６において、ピエゾインジェクタ駆動装置２０は、駆動用ＩＣ６に代えて駆動用ＩＣ６Ａを備えている。駆動用ＩＣ６Ａは、傾き検出部６７に代えて傾き検出部６７Ａを備えている。また、マイコン７からは駆動指令信号Ｓｄが入力される構成である。なお、外部から入力される信号として、エンジンの回転数信号Ｓｒおよびエンジンの始動後時間Ｔｓのデータが傾き検出部６７Ａに入力される構成である。

図７は傾き検出部６７Ａの機能ブロック構成を示している。傾き検出部６７Ａは、データ収集部６７ａ、傾き演算部６７ｂに加えて、傾き演算結果レジスタ６７ｃ、実行可否判定部６７ｄ、傾き検出カウンタ６７ｅ、ｎ回一致判定部６７ｆおよびｎ回平均算出部６７ｇを備えている。データ収集部６７ａは、マイコン７から駆動指令信号Ｓｄが入力されるとともに、電流検出部６５から電流検出信号が入力される。

実行可否判定部６７ｄは、駆動指令信号Ｓｄ、回転数信号Ｓｒおよび始動後時間Ｔｓが入力されるように設けられる。実行可否判定部６７ｄは、入力される信号に基づいて傾き算出の実行可能な状態を判定すると、傾き演算結果レジスタ６７ｃおよび傾き検出カウンタ６７ｅに対して許可信号を出力する。

次に、上記構成の作用について、図８および図９も参照して説明する。図８は、駆動用ＩＣ６Ａによる出力電圧Ｖｏｕｔ調整処理の流れを示している。また、図９は各部の信号の変化を示している。

ピエゾインジェクタ駆動装置２０は、電源が投入されると、駆動用ＩＣ６Ａにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の駆動制御が実施され、出力電圧Ｖｏｕｔが生成された状態となる。この状態で、駆動用ＩＣ６Ａは、マイコン７から駆動指令信号Ｓｄが与えられると、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ１でこれを入力し、続くステップＢ２で、充放電回路４の駆動制御を開始するとともに、ステップＢ３で気筒制御を開始してピエゾインジェクタ１に対する充電および放電の動作制御を実施する。

この場合、駆動用ＩＣ６Ａの駆動制御部６１は、気筒制御部６２により対象となる気筒を選択してその気筒のピエゾインジェクタ１に通電するようにＭＯＳＦＥＴ４４をオン動作させる。また、これと同時に、ピエゾインジェクタ１への充電経路を導通させるために、充電用のＭＯＳＦＥＴ４１をオンオフ動作させる。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔは、ＭＯＳＦＥＴ４１、充放電コイル４２を介してピエゾインジェクタ１に印加され、充電動作が開始されて電流Ｉｉｎｊが流れるようになる。

このとき、ピエゾインジェクタ１に対する駆動制御では、エンジンの１サイクル中の駆動制御において複数回の噴射動作を実施する。また、１回の噴射動作においても、ＭＯＳＦＥＴ４１が複数回オンオフ駆動されるので、ピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊは、複数回のオンオフ動作の内、最初のオン時には電流Ｉｉｎｊがゼロから増加するが、２回目以降ではオフ期間が短いので電流Ｉｉｎｊがゼロに戻る前にオン期間が開始される。このようにして、ピエゾインジェクタ１は、電流Ｉｉｎｊにより充電されるようになる。

駆動用ＩＣ６Ａは、上記のように駆動制御されるピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊを、以下のようにして検出する。すなわち、駆動用ＩＣ６Ａは、次のステップＢ４で、電流検出部６５により検出しているピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊを取り込んで傾き検出動作を開始する。電流検出部６５は、第１実施形態と同様に、駆動指令信号Ｓｄが与えられた時点から、所定時間が経過した立ち上がり時点から一定時間が経過した後、すなわち電流Ｉｉｎｊの値が変曲点に達する時点から傾き検出期間Ｔｄの間に複数回に渡ってデータを取得する。

傾き検出部６７ｂは、傾き検出期間Ｔｄが経過する間に、検出した複数個の電流Ｉｉｎｊのデータに基づいて、最小二乗法によって直線近似して時間変化量すなわち電流傾きα１を算出する。傾き検出部６７ｂは、算出した電流傾きα１のデータを傾き演算結果レジスタ６７ｃに出力する。

駆動用ＩＣ６Ａは、次に、ステップＢ６に進み、調整実行の処理が可能であるか否かを判断する。駆動用ＩＣ６Ａは、ピエゾインジェクタ１による噴射制御中にＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧調整を行うには、まず調整実行可能状態にあるかを判定する必要がある。

これは、例えば、動作が安定しない電源オンの直後の状態を避けるためであり、また、１サイクル中に複数回噴射を行う場合でインターバルが短くなって前回噴射時の影響が出やすいエンジンの高回転時に、電流傾きが正確に検出できない状態を避けるためである。

具体的には、実行可否判定部６７ｄは、外部から入力される始動後時間信号Ｔｓが所定時間を経過していない場合には、動作が安定しない電源オンの直後の状態として判定する。また、実行可否判定部６７ｄは、回転数信号Ｓｒが所定回転数以上の場合には、前回噴射時の影響が出やすい高回転時の状態と判定する。これにより、実行可否判定部６７ｄは、上記の状態を判定すると、許可信号を傾き演算結果レジスタ６７ｃおよび傾き検出カウンタ６７ｅに許可信号を出力する。

この後、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ７で、傾き検出カウンタ６７ｅにより傾き検出カウンタの値を「１」インクリメントする。なお、この実施形態では、許可信号の有無に拘らず、傾き演算部６７ｂによる傾き算出の動作は実行し、傾き演算結果レジスタ６７ｃでこれを保存するか否かを許可信号に応じて実施している。しかし、許可信号に応じて傾き演算部６７ｂの動作を実施するようにしても良い。

また、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ６でＮＯの場合には、傾き演算結果レジスタ６７ｃおよび傾き検出カウンタ６７ｅに許可信号を出力することはなく、ステップＢ８に移行する。したがって、傾き演算結果レジスタ６７ｃは、傾き演算部６７ｂで演算された電流傾きα１の値を受け付けない。また、傾き検出カウンタ６７ｅは、傾き検出カウンタの値をインクリメントしないでそのまま保持する。

この後、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ８で、放電制御を開始する。駆動用ＩＣ６Ａは、充電用のＭＯＳＦＥＴ４１をオフ状態にするとともに、放電制御部６３を介して放電用のＭＯＳＦＥＴ４３をオンオフ制御することでピエゾインジェクタ１の電荷を放電させる。電荷の放電期間中には、ピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊは、充放電コイル４２、ＭＯＳＦＥＴ４３を介してグランドに向かう負の電流として間欠的に流れる。

なお、この間、駆動用ＩＣ６Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の動作を制御することで、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の閾値電圧Ｖｔｈ０を保持するように制御されている。例えば、ピエゾインジェクタ１への充電動作を実施する期間では、ＭＯＳＦＥＴ４１がオンされる期間中、コンデンサ３４の電荷がピエゾインジェクタ１放電されるので、コンデンサ３４の端子電圧が低下する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、出力電圧Ｖｏｕｔの低下を補うようにＭＯＳＦＥＴ３２が駆動されて昇圧コイル３１によりコンデンサ３４に充電されるようになる。

この後、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ９を経て上記した放電動作が終了すると、ステップＢ１０で、傾き検出カウンタ６７ｅにより、傾き検出カウンタの値が「ｎ」に達したか否かを判断する。駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ１０でＮＯの場合には処理を終了する。そして、上記のようにして図８の噴射制御の処理を繰り返し実行する内に、傾き検出カウンタ６７ｅのカウント値が「ｎ」に達してステップＢ１０でＹＥＳになると、ｎ回一致部６７ｆは、ｎ回一致の検出信号を、傾き演算結果レジスタ６７ｃ、傾き検出カウンタ６７ｅおよびｎ回平均算出部６７ｇに出力する。

駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ１１で、傾き検出カウンタ６７ｅにおいて、ｎ回一致部６７ｆからｎ回一致の検出信号が入力されたことに応じて、傾き検出カウンタ６７ｅを初期化して傾き検出カウンタの値を「０」にする。また、このとき駆動用ＩＣ６Ａは、傾き演算結果レジスタ６７ｃに記憶されたｎ個の傾き演算結果のデータを元に、ｎ回平均算出部６７ｇにおいて平均値を電流傾きα１として算出し、ＤＣＤＣ制御部６４に出力する。

これにより、駆動用ＩＣ６Ａは、ステップＢ１２およびＢ１３で、ＤＣＤＣ制御部６４において出力電圧の調整値を前述同様にして算出し、前回設定している閾値電圧Ｖｔｈ０と異なる場合には、新たな閾値電圧Ｖｔｈ１を設定する。駆動用ＩＣ６Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に対して出力電圧Ｖｏｕｔを新たな閾値電圧Ｖｔｈ１となるようにＭＯＳＦＥＴ３２を駆動制御する。

なお、駆動用ＩＣ６Ａによる閾値電圧Ｖｔｈ１の変更設定は、ピエゾインジェクタ１による開弁動作に影響を与えないようにするために、ピエゾインジェクタ１の放電動作が終了した後に実施するように構成されている。

次に、上記動作について、図９のタイムチャートを参照して説明する。上述したように、駆動用ＩＣ６Ａにより、ピエゾインジェクタ１による噴射制御を実施しながら、電流傾きを検出している。図８の流れに従って、傾き検出部６７Ａにおいて実行可否判定部６７ｄから許可信号が出力されている状態で、電流検出部６５により検出された電流Ｉｉｎｊが収集され、傾き演算結果レジスタ６７ｃに記憶されている。

ｎ回目の動作では、時刻ｔ０に駆動指令信号Ｓｄがオンになると、駆動用ＩＣ６Ａによりピエゾインジェクタ１への充電動作が実施される。このとき、ＭＯＦＥＴ４１の最初のオン期間に実行可否判定部６７ｄから許可信号が出力されると、傾き検出期間Ｔｄにおいて電流Ｉｉｎｊのデータが取得される。

そして、駆動用ＩＣ６Ａは、ｎ回目の電流傾きα１のデータが算出されると、放電期間（ｔ１−ｔ２）を経た後、時刻ｔ２にＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整するために閾値電圧をＶｔｈ０からＶｔｈ１に切り替える。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、この後、出力電圧Ｖｏｕｔが新たに設定された閾値電圧Ｖｔｈ１となるように駆動制御される。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の閾値電圧がＶｔｈ１に変更設定されることで、実質的にピエゾインジェクタ１への充電電流の電流傾きα１が基準の電流傾きα０に一致するようになる。この結果、充電電荷が所定値になるまでの時間すなわち充電時間が、製品間の回路インピーダンスのばらつきに依存することなく、基準の電流Ｉｉｎｊで充電されるようになり、時刻ｔ３以降における噴射制御が精度良く実施できるようになる。

また、時刻ｔ３以降では、駆動用ＩＣ６Ａは、次の新たな電流傾きα１の検出動作に移行するようになる。これによって、ｎ回の電流傾きを検出する毎にＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整することで、ピエゾインジェクタ１への充電経路の回路インピーダンスが変化する場合でも、常にこれに追随して充電時間を保持するように制御することができる。

このような第２実施形態によれば、ピエゾインジェクタ１による噴射制御を実施する状態で、駆動用ＩＣ６Ａにより、ピエゾインジェクタ１への充電電流の傾きを検出してＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｖｏｕｔを調整するようにした。これにより、ピエゾインジェクタ１への充電経路の回路インピーダンスのばらつきや、経時変化に伴う回路インピーダンスの変化にも追随して常に正確に噴射制御を実施することができる。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の閾値電圧を調整する場合に、ピエゾインジェクタ１の放電が終了した時点で切り換えを実施するので、噴射制御の動作に影響が及ばないようにして調整動作を実施できる。

駆動用ＩＣ６Ａにより、ピエゾインジェクタ１の電流Ｉｉｎｊをｎ回検出した時点でそれらの平均から閾値電圧Ｖｔｈ１を設定するので、突発的な変動による誤差の影響を低減して精度の高い制御を実施できる。

（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。

上記各実施形態では、電流Ｉｉｎｊの傾きα１を算出するのに、傾き検出期間Ｔｄにおいて複数個の電流値を検出してそれらの最小二乗法により近似するようにしたが、最小二乗法以外の方法で傾きを算出しても良い。

第１実施形態においては、テスト信号Ｓｔによる出力電圧の調整処理を、出荷前などの時点で実施する例を示したが、ユーザによる使用時に実施することもできるし、また、ユーザが適宜のタイミングで実施するようにしても良い。

第２実施形態においては、ピエゾインジェクタ１による噴射制御を実施している状態で、連続的に出力電圧の調整処理を実施する場合の例を示したが、これに限らず、時間間隔を設定して適宜のタイミングで実施するようにしても良い。

また、第１実施形態と第２実施形態を併用することもできる。すなわち、初期的な調整処理を第１実施形態により実施し、ユーザが使用する際に第２実施形態により調整処理を実施するようにしても良い。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

図面中、１はピエゾインジェクタ、２、２０はピエゾインジェクタ駆動装置、３はＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）、４は充放電回路、５は電流検出抵抗、６、６Ａは駆動用ＩＣ、７はマイコン、３１は昇圧コイル、３２はＭＯＳＦＥＴ、３４はコンデンサ、４１は充電用のＭＯＳＦＥＴ、４３は放電用のＭＯＳＦＥＴ、４４は気筒選択用のＭＯＳＦＥＴ、６１は駆動制御部、６４はＤＣＤＣ制御部、６５は電流検出部、６７、６７Ａは傾き検出部である。

Claims (8)

1. 電源電圧を昇圧回路（３）により所定の出力電圧まで昇圧してピエゾインジェクタ（１）に通電して駆動するピエゾインジェクタ駆動装置において、
   前記ピエゾインジェクタへの通電による充電電流を検出する電流検出部（５）と、
   前記電流検出部により検出される充電電流の時間変化率を算出し、算出された前記時間変化率に基づいて前記ピエゾインジェクタへの充電を開始してからピエゾインジェクタの充電電荷が所定値になるまでの充電時間が一定となるように前記昇圧回路の出力電圧を制御する制御部（６、６Ａ）とを備えたピエゾインジェクタ駆動装置。
2. 前記制御部は、前記電流検出部により検出される充電電流を測定期間中において複数回検出して近似計算により前記時間変化率を算出する請求項１に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
3. 前記制御部（６、６Ａ）は、前記電流検出部により検出される充電電流の変化率の変曲点を検出し、前記変曲点の時点を基準として前記時間変化率を算出するための充電電流検出の開始タイミングを決定する請求項１または２に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
4. 前記制御部（６、６Ａ）は、前記充電時間が一定となるように前記昇圧回路の出力電圧を制御するために、前記昇圧回路のスイッチング素子のデューティ比を調整する請求項１から３のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
5. 前記制御部（６）は、前記電流検出部により前記ピエゾインジェクタへの充電電流の検出を、テスト期間を設けて実施する請求項１から４のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
6. 前記制御部（６Ａ）は、前記電流検出部により前記ピエゾインジェクタへの充電電流の検出を、通常動作中に実施する請求項１から４のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
7. 前記制御部（６、６Ａ）は、前記ピエゾインジェクタの駆動を１サイクル中に複数回駆動制御する動作においては、初回の駆動時に前記電流検出部により検出される充電電流から前記時間変化率を算出する請求項１から６のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。
8. 前記制御部（６、６Ａ）は、前記時間変化率を複数回にわたって算出した値の平均値を前記算出された時間変化率とする請求項１から７のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタ駆動装置。

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