JPWO2015045503A1 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

燃料噴射弁を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短い場合であっても、燃料噴射制御装置の大型化や高コスト化を招くことなく、燃料噴射時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。燃料噴射制御装置１２７は、検出電圧の大きさに関わらず、検出電圧が昇圧開始閾値電圧よりも高く且つ昇圧停止閾値電圧よりも低いときに所定のタイミングで昇圧動作を開始する昇圧動作制御部１５を有している。

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、例えば昇圧回路を用いて燃料噴射弁を開弁させることにより燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来から、内燃機関の燃料噴射技術として、筒内に燃料を直接噴射する技術が実用されている。

また、近年では、更なる排ガスのクリーン化と燃費・出力向上等の要求から、筒内に燃料を複数回に分割して噴射（多段噴射）すると共に、内燃機関に過給機を組み合わせて排気量を減らすダウンサイジング化が進められている。そのため、内燃機関の最小出力から最大出力までに対応するべく、燃料噴射弁の流量特性の最小噴射量から最大噴射量までのダイナミックレンジの更なる拡大が要望されている。

このような燃料噴射弁の流量特性のダイナミックレンジ拡大のために、例えば、燃料噴射弁の穴径を拡大する等して最大噴射量を増量したり、最小噴射量における領域で弁体を極めて短い時間だけ開く必要があり、弁体を全開する前に閉じる、いわゆる中間リフト状態を使用する必要性が生じている。

一方、燃料噴射弁を開弁させて筒内に燃料を噴射する際には、高圧燃料を噴射すると共に高応答性が要求されるため、燃料噴射弁に対して高電圧を印加して大電流を流すことが要求されている。そのため、燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置内には、一般にバッテリ電圧から高電圧を生成する昇圧回路が内蔵されている。

前記燃料噴射制御装置は、昇圧回路で生成された高電圧をキャパシタなどの電荷蓄積素子に蓄積し、燃料噴射時にその電荷を消費すると共に、次回の燃料噴射時に安定して燃料噴射を行うために、次回の燃料噴射までに昇圧回路による昇圧動作を完了させて所望の電圧まで復帰させる。その際、前記燃料噴射制御装置は、昇圧電圧が一定の閾値を下回った時に昇圧動作を開始し、その電圧が所望の閾値まで到達すると昇圧動作を完了する。

具体的には、上記した従来の燃料噴射制御装置１２７’は、図８に示すように、燃料噴射弁１０５’のコイルに電流を流すことで燃焼に必要とされる燃料の量を制御している。特に、筒内に直接燃料を噴射する内燃機関においては、高圧の燃料に打ち勝つため、また高応答性に対応するため、燃料噴射制御装置１２７’は、その内部でバッテリ１’の電圧から昇圧を行って高電圧を生成し、生成した高電圧を燃料噴射弁１０５’を開弁する際に燃料噴射弁１０５’のコイルに供給する。

より具体的には、バッテリ１’の電源を含め、昇圧用コイルL1、昇圧用スイッチング素子T1、昇圧用ダイオードD1および昇圧用キャパシタC1から昇圧回路が構成され、燃料噴射制御装置１２７’は、昇圧の際に昇圧用スイッチング素子T1をONすることによって、昇圧用コイルL1に電流を流し、昇圧用コイルL1にエネルギーを蓄えた後に昇圧用スイッチング素子T1をOFFすることで、昇圧用コイルL1に蓄えられたエネルギーを昇圧用ダイオードD1を通して昇圧用キャパシタC1に蓄える。この昇圧スイッチング素子T1のON/OFFを昇圧用キャパシタC1が所定の電圧になるまで断続的に行うことで、燃料噴射制御装置１２７’は、生成する電圧を制御している。

昇圧用キャパシタC1の電圧は、昇圧停止認識用比較器Comp1によりモニタ（監視）されており、燃料噴射制御装置１２７’は、昇圧用キャパシタC1の電圧と５’で示す昇圧停止閾値電圧Vstopとを比較し、その昇圧電圧が昇圧停止閾値電圧Vstopに到達すると、昇圧停止信号３’が昇圧スイッチング制御ブロック２’に出力され、昇圧スイッチング制御ブロック２’は昇圧動作を停止する。

燃料噴射弁１０５’を開弁する際に昇圧用キャパシタC1の昇圧電圧を消費した際には、燃料噴射制御装置１２７’は、昇圧開始認識用比較器Comp2で昇圧用キャパシタC1の電圧を６’に示す昇圧開始閾値電圧Vstartと比較し、その昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧Vstart以下の場合、昇圧開始信号４’が昇圧スイッチング制御ブロック２’に出力され、昇圧スイッチング制御ブロック２’は昇圧動作を開始する。

更に、昇圧スイッチング制御ブロック２’は、昇圧電流モニタ用電流検出抵抗R1で昇圧用コイルL1に流れる電流をモニタし、所定の電流閾値で昇圧用スイッチング素子T1をON/OFF制御する。

燃料噴射制御装置１２７’は、燃料噴射弁１０５’に通電して開弁するに当たり、エンジンの状態を示す吸入空気量、エンジン回転数、水温や空燃比A/Fを燃料噴射制御ブロック８’でモニタし、燃料噴射弁１０５’で噴射すべき燃料噴射量とタイミングを演算し、図９に示すような燃料噴射駆動パルスを燃料噴射弁駆動回路制御ブロック７’へ出力する。燃料噴射駆動パルスを受信した燃料噴射弁駆動回路制御ブロック７’は、燃料噴射弁１０５’に流す電流のプロファイルに基づいて燃料噴射弁１０５’に流す電流を制御する。例えば、最初に燃料噴射弁１０５’に高圧燃料に打ち勝つための開弁電流（以下、Ipeakという）を流した後、所定の時間だけ保持電流１（以下、Ihold1という）を継続して流し、その後に保持電流２（以下、Ihold2という）を通電する。

燃料噴射弁１０５’にIpeakを流す際には、燃料噴射制御装置１２７’は、スイッチング素子T13およびT11をONさせる。これにより、燃料噴射弁１０５’の両端には、前述した昇圧回路で生成した高電圧が昇圧用キャパシタC1から供給される。その際、燃料噴射弁駆動回路制御ブロック７’は、燃料噴射弁電流モニタ用電流検出抵抗R2によりモニタされており、昇圧用キャパシタC1からの高電圧の供給は、燃料噴射弁１０５’の電流値がIpeakに到達するまで継続する。

また、燃料噴射弁１０５’にIhold1、Ihold2を流す区間では、燃料噴射制御装置１２７’は、スイッチング素子T13をONした状態で、スイッチング素子T12を断続的にON/OFFし、燃料噴射弁１０５’に所定の電流が流れるように制御する。

更に、燃料噴射制御装置１２７’は、Ipeak通電後に昇圧用キャパシタC1の両端電圧が低下して昇圧開始閾値電圧Vstart以下となると、昇圧回路による昇圧動作を開始し、その電圧が昇圧停止閾値電圧Vstopに到達すると昇圧回路による昇圧動作を停止し、その後、昇圧電圧を一定に保持して次回の燃料噴射に備えている。

しかしながら、上記した従来の昇圧回路を有する燃料噴射制御装置では、燃料噴射弁１０５’に短い時間だけ通電する場合（すなわち、例えば最小噴射量における領域で弁体を極めて短い時間だけ開いて燃料噴射を行う場合）、燃料噴射弁１０５’を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短くなり、昇圧電圧の低下幅が小さくなる。そのため、図１０に示すように、昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧Vstart以下まで低下せず、昇圧開始条件が成立しない状態で次回の燃料噴射のために燃料噴射弁１０５’へ通電され、燃料噴射弁１０５’の挙動が変動する。具体的には、図１０に示す一度目の通電では、昇圧電圧が昇圧停止閾値電圧になっているものの、二度目の通電では、昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧以上ではあるが昇圧停止閾値電圧よりも低いため、電流の立ち上がり速度が低下し、その結果、燃料噴射弁１０５’に流れる電流の到達点（到達電流値）に差異ΔIpeakが発生して燃料噴射量がばらつくといった問題が生じ得る。

このような問題に対し、特許文献１〜３には、例えば次回の燃料噴射が昇圧回路による昇圧開始タイミングよりも早まった場合に規定の電圧で燃料噴射弁を駆動するための技術が開示されている。

特許文献１に開示されている自動車のインジェクタ駆動用昇圧回路は、昇圧電圧を蓄えるコンデンサを複数個持ち、燃料噴射毎に一個のコンデンサを使用し、他のコンデンサは充電して次の噴射に備えるものである。

また、特許文献２に開示されている内燃機関の燃料噴射制御装置は、電源の電圧を昇圧するための昇圧回路と、当該昇圧された昇圧電圧が印加されることによって充電されるコンデンサと、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射開始タイミングを設定する噴射開始タイミング設定手段と、前記コンデンサに充電された電力を前記設定された噴射開始タイミングに前記燃料噴射弁に供給することによって、当該燃料噴射弁を開弁させる噴射弁駆動手段と、前記昇圧回路による昇圧動作を制御することによって、前記コンデンサの電圧を、前記燃料噴射弁を開弁させた後に所定の目標値になるように制御するとともに、前記噴射開始タイミングの直前に前記目標値に制御された状態から所定の上限値を超えないように上昇させる昇圧制御手段と、を備えるものである。

また、特許文献３に開示されている内燃機関の燃料噴射装置は、内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接供給する燃料噴射弁を開弁するための高電圧を供給する昇圧回路と、前記昇圧回路の昇圧動作のオン・オフを制御する昇圧動作制御回路と、を備え、前記昇圧動作制御回路は、前記燃料噴射弁の駆動信号に基づいて、前記燃料噴射弁に通電が開始されると同時に前記昇圧回路の昇圧動作を開始させるものである。

特開２００３−１６１１９３号公報 特開２０１２−１５９０２５号公報 特開２０１３−６４３６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているインジェクタ駆動用昇圧回路においては、複数のコンデンサが必要となり、部品点数が増加して燃料噴射制御装置が大型化且つ高コスト化するといった課題があった。

また、特許文献２に開示されている内燃機関の燃料噴射制御装置においては、コンデンサの電圧を、噴射開始タイミングの直前に所定の目標値に制御された状態から所定の上限値を超えないように上昇させるため、コンデンサの電圧が燃料噴射の直前に上昇してしまうといった課題や、噴射開始タイミングを予め知る必要があり、例えば割り込み噴射等に対応し得ないといった課題、昇圧回路における電流のリークに起因して昇圧電圧が低下するといった課題があった。

さらに、特許文献３に開示されている内燃機関の燃料噴射装置においても、燃料噴射弁の駆動信号に基づいて燃料噴射弁に通電が開始されると同時に昇圧回路の昇圧動作を開始させるため、昇圧回路における電流のリークに起因して昇圧電圧が低下するといった課題が残存し得る。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料噴射弁を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短い場合であっても、燃料噴射制御装置の大型化や高コスト化を招くことなく、燃料噴射（通電開始）時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することのできる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃焼室内へ燃料を直接供給する燃料噴射弁を開弁するための電圧を生成する昇圧回路と、該昇圧回路の実電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記電圧検出部で検出された検出電圧が昇圧開始閾値電圧に到達した時に昇圧動作を開始し、前記検出電圧が昇圧停止閾値電圧に到達した時に昇圧動作を停止する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料噴射制御装置は、前記検出電圧が前記昇圧開始閾値電圧よりも高く且つ前記昇圧停止閾値電圧よりも低いときに所定のタイミングで昇圧動作を開始する昇圧動作制御部を有していることを特徴とする。

以上の説明から理解できるように、本発明によれば、昇圧回路の検出電圧が昇圧開始閾値電圧よりも高く且つ昇圧停止閾値電圧よりも低いときに所定のタイミングで昇圧動作を開始する昇圧動作制御部を有していることにより、例えば、燃料噴射弁を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、所定のタイミングで昇圧動作を開始することができ、燃料噴射制御装置の大型化や高コスト化を招くことなく、燃料噴射（通電開始）時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態１が搭載された内燃機関の全体構成を概略的に示す全体構成図。 図１に示す燃料噴射制御装置の回路構成を示す内部構成図。 図１に示す燃料噴射制御装置による電圧・電流制御における昇圧電圧と燃料噴射弁の噴射電流を説明するタイムチャート。 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態２の回路構成を示す内部構成図。 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態３の回路構成を示す内部構成図。 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態４の回路構成を示す内部構成図。 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態５の回路構成を示す内部構成図。 従来の燃料噴射制御装置の回路構成を示す構成図。 従来の燃料噴射制御装置による電流・電圧制御の一例を説明するタイムチャート。 従来の燃料噴射制御装置による電圧・電流制御における昇圧電圧と燃料噴射弁の噴射電流を説明するタイムチャート。

以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態を図面を参照して説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態１が搭載された内燃機関の全体構成を概略的に示したものである。

図示するように、エンジン（内燃機関）１０１には、ピストン１０２、吸気弁１０３および排気弁１０４が備えられる。燃焼に必要な吸入空気は、ＡＦＭ（空気流量計）１２０で流量が測定された後にスロットル弁１１９により空気量が調整され、コレクタ１１５、吸気管１１０、吸気弁１０３を介してエンジン１０１の燃焼室１２１に供給される。燃料は、燃料タンク１２３から低圧燃料ポンプ１２４でエンジン１０１へ供給され、更に高圧燃料ポンプ１２５によって圧縮工程にある燃焼室１２１の圧力においても燃料噴射が可能な圧力まで高められる。高圧となった燃料は、燃料噴射弁１０５からエンジン１０１の燃焼室１２１へ細粒状に噴射され、点火コイル１０７によりエネルギーを受けた点火プラグ１０６によって点火される。

燃焼後の排気ガスは、排気弁１０４を介して排気管１１１に排出され、三元触媒１１２により浄化される。ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１０９には燃料噴射制御装置１２７が内蔵され、エンジン１０１のクランク角センサ１１６の信号、ＡＦＭ１２０の空気量の信号、燃料圧力センサ１２６による燃料圧力、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１１３の信号、エンジン冷却水の水温センサ１０８の信号、およびアクセル開度センサ１２２のアクセル開度の信号が入力される。ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２の信号からエンジン１０１への要求トルクを算出すると共に、エンジン１０１のアイドル状態の判定などを行う。ＥＣＵ１０９には、クランク角センサ１１６の信号からエンジン回転数を演算する回転数検出部が備えられている。また、ＥＣＵ１０９は、エンジン１０１に必要な吸入空気量を算出し、それに見合った開度となるようにスロットル弁１１９を制御し、更に必要燃料量を算出する。燃料噴射制御装置１２７は、算出された必要燃料量から燃料の圧力に応じた期間、燃料噴射弁１０５が燃料噴射を行うための電流を出力する。更に、ＥＣＵ１０９は、最適なタイミングで点火プラグ１０６を点火させる点火信号を出力する。

また、排気管１１１とコレクタ１１５とは、ＥＧＲ通路１１８によって接続されている。ＥＧＲ通路１１８の途中にはＥＧＲ弁１１４が備えられている。ＥＧＲ弁１１４の開度はＥＣＵ１０９によって制御され、必要に応じて、排気管１１１中の排気ガスが、ＥＧＲ通路１１８を介して吸気管１１０に還流される。

図２は、図１に示す燃料噴射制御装置の回路構成を示したものである。図示するように、本実施形態１の燃料噴射制御装置１２７は、図８に基づき説明した従来の燃料噴射制御装置に対し、昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧Vstartを下回らなくとも、所定のタイミングで昇圧動作を開始するためのリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成するリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３（昇圧動作制御部１５）を昇圧回路内に有している。なお、燃料噴射制御装置１２７のリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３以外の構成は、図８に示す従来の燃料噴射装置と同様であるため、その詳細な説明は割愛する。

リフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３は、例えば昇圧回路の電圧（電圧検出部である昇圧開始認識用比較器Comp2により検出される検出電圧）が昇圧開始閾値電圧よりも高く且つ昇圧停止閾値電圧よりも低いときに所定のタイミングで例えばパルス状のリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成し、そのリフレッシュ用昇圧開始信号９を昇圧スイッチング制御ブロック２に出力することで、燃料噴射制御装置１２７は昇圧回路による昇圧動作を開始する。そして、バッテリ電圧から生成した昇圧電圧が昇圧停止閾値電圧Vstopに到達すると、燃料噴射制御装置１２７は昇圧回路による昇圧動作を停止する。

ここで、リフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３がリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力するタイミングは、燃料噴射制御装置１２７に要求される特性等に応じて以下のように設定することができる。

例えば、リフレッシュ用昇圧開始信号９を所定の時間間隔を置いて生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力することで、定期的に昇圧回路を昇圧動作させることができ、昇圧電圧が低下した状態での燃料噴射を確実に回避することができる。

また、リフレッシュ用昇圧開始信号９を所定の時間間隔を置いて出力する場合、燃料噴射タイミングと昇圧開始タイミングが非同期であるため、燃料噴射の途中で昇圧回路による昇圧動作が開始することも考えられる。このような場合には、燃料噴射の途中で昇圧回路による昇圧動作が行われる場合と行われない場合があり、また、燃料噴射タイミングと昇圧開始タイミングが重なるタイミングが変動するため、燃料噴射弁に通電する電流値が変動する可能性がある。そこで、リフレッシュ用昇圧開始信号９を所定の時間間隔を置いて生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力すると共に、リフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して出力するタイミングを燃料噴射弁１０５にバッテリ電圧等の電圧を印加していないときに限定することが考えられる。

また、燃料噴射弁１０５に通電するタイミングを考慮し、リフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力するタイミングを、燃料噴射弁１０５へ昇圧回路で生成された昇圧電圧を印加したときと略同時に設定して昇圧回路を動作させる。これにより、昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧Vstartまで低下してから昇圧回路を動作させるよりも早い段階で昇圧回路による昇圧動作をさせることができ、昇圧電圧が復帰する期間を格段に短縮することができる。

また、燃料噴射弁１０５の電流の立ち上がりが緩やかで昇圧回路の充電能力が高い場合、上記したように燃料噴射弁１０５へ昇圧電圧を印加したと同時にリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧回路を動作させると、昇圧電圧が昇圧停止閾値電圧Vstopにすぐに到達して昇圧回路による昇圧動作が停止する可能性がある。そこで、リフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力するタイミングを、燃料噴射弁１０５へ昇圧回路で生成された昇圧電圧を印加してから所定の遅延時間が経過したときに設定し、その遅延時間が経過した後に昇圧回路による昇圧動作を開始してもよい。

また、昇圧回路の能力はバッテリ１の電圧に影響されることが考えられ、燃料噴射弁１０５に昇圧電圧を印加している際に昇圧回路による昇圧動作を行うと、バッテリ電圧の電圧に応じて燃料噴射弁１０５の電流の立ち上がりに差異が発生する可能性がある。そこで、リフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力するタイミングを、燃料噴射弁１０５への昇圧回路で生成された昇圧電圧の印加を完了した後に設定してもよい。

さらに、例えばエンジン回転数や燃料噴射に同期させるために、リフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧スイッチング制御ブロック２に出力するタイミングを、燃料噴射弁１０５への電圧の印加と同時に設定してもよいし、燃料噴射弁１０５への電圧の印加を終了したときと同時に設定してもよい。

図３は、図１に示す燃料噴射制御装置による電圧・電流制御における昇圧電圧と燃料噴射弁の噴射電流を説明したものである。なお、図３は、例えば、燃料噴射弁１０５へ昇圧電圧を印加したときと略同時、燃料噴射弁１０５へ昇圧電圧を印加してから所定の遅延時間が経過したとき、燃料噴射弁１０５への昇圧電圧の印加を完了した後、あるいは、燃料噴射弁１０５への電圧の印加を終了したときと同時に、リフレッシュ用昇圧開始信号９を昇圧スイッチング制御ブロック２に出力して昇圧回路による昇圧動作を開始した例を示している。また、図３の昇圧電圧およびINJ電流のグラフ中、実線が本実施形態１の燃料噴射制御装置による電圧・電流制御における昇圧電圧と燃料噴射弁の噴射電流を示し、一点鎖線が従来の燃料噴射制御装置（図８参照）による電圧・電流制御における昇圧電圧と燃料噴射弁の噴射電流を示している。

図３に示すように、従来の燃料噴射制御装置では、二回目の通電で燃料噴射弁の到達電流値が低下するのに対し、本実施形態１の燃料噴射制御装置１２７によれば、リフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３で適宜のタイミングでリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成して昇圧回路による昇圧動作を開始させることにより、二回目の通電前に確実に昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧Vstopに到達させることができ、二回目の通電時における到達電流値を一回目の通電における到達電流値と精緻に一致させることができる。

このように、本実施形態１の燃料噴射制御装置１２７によれば、燃料噴射弁１０５を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、昇圧回路の電圧の大きさに関わらず、所定のタイミングで昇圧動作を開始して次回の通電前までに昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧に到達させることができるため、燃料噴射（通電開始）時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

なお、上記した実施形態では、理解を容易にするために燃料噴射弁１０５が１個である場合について説明したが、実際の燃料噴射制御装置は、複数（例えば４個）の燃料噴射弁を同時に制御し、かつ昇圧回路を１系統有する場合が多い。そのような場合、一度目の通電と二度目の通電は、同一気筒の燃料噴射弁に対して行われるとは限らないが、異なる気筒間の燃料噴射弁に対して通電を行う場合であっても、上記した構成を有することにより、各燃料噴射弁に通電する電流のばらつきを抑制することができ、各燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量のばらつきを効果的に抑制することができる。

［実施形態２］
図４は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態２の回路構成を示したものである。図４に示す実施形態２の燃料噴射制御装置は、上記する実施形態１の燃料噴射制御装置に対して昇圧動作制御部の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１の燃料噴射制御装置と同様である。したがって、実施形態１と同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態２の燃料噴射制御装置１２７では、昇圧電圧をモニタ（監視又は検出）する回路において、部品の製造コストを低減するべく、昇圧停止認識用比較器Comp1と昇圧開始認識用比較器Comp2の入力電圧の耐圧を低減するために昇圧電圧を分圧して入力している。すなわち、図示する抵抗R3、R4が昇圧電圧を分圧するための抵抗に該当し、この抵抗R3およびR4によって分圧された抵抗R3と抵抗R4の接続点の電圧を昇圧停止認識用比較器Comp1と昇圧開始認識用比較器Comp2によりモニタする。その際、昇圧停止閾値電圧Vstopおよび昇圧開始閾値電圧Vstartも、例えば図８に基づき説明した直接電圧を入力する場合の昇圧停止閾値電圧Vstopおよび昇圧開始閾値電圧Vstartと比較して、R4/(R3+R4)倍となる。

上記した実施形態１では、昇圧電圧によらずに所定のタイミングでリフレッシュ用昇圧開始信号９を出力していたが、この実施形態２では、抵抗R3と抵抗R4の接続点に更に昇圧動作制御部１５を構成する抵抗R5とスイッチング素子T14をGNDに対して接続する。そして、これらの抵抗R3、R4、R5の抵抗値を好適に選択することで、スイッチング素子T14をONさせた時に、抵抗R3、R4、R5の接続点の電圧（見かけ上の昇圧電圧）を一時的に昇圧開始閾値電圧Vstart以下に低下させて昇圧動作を開始させる。

このように、本実施形態２によれば、実施形態１のリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３でリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成する代わりに、スイッチング素子T14をON/OFF制御することで、上記した実施形態１と同様、燃料噴射弁１０５を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、所定のタイミングで昇圧動作を開始して次回の通電前までに昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧に到達させることができ、燃料噴射時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

［実施形態３］
図５は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態３の回路構成を示したものである。図５に示す実施形態３の燃料噴射制御装置は、上記する実施形態２の燃料噴射制御装置に対して昇圧動作制御部の構成が相違しており、その他の構成は実施形態２の燃料噴射制御装置と同様である。したがって、実施形態２と同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態３の燃料噴射制御装置１２７では、実施形態２の分圧比変更用の抵抗R5に代えてキャパシタC2を使用する。

この燃料噴射制御装置１２７では、通常時においてスイッチング素子T14をOFFとし、キャパシタC2に電荷が溜まっていない状態とする。ここで、昇圧電圧の大きさに関わらず、昇圧回路を動作させたい場合、スイッチング素子T14をONすると、抵抗R3およびR4の分圧による接続点の電圧はキャパシタC2に電荷が溜まるまで低下する。これより、昇圧開始認識用比較器Comp2は、昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧Vstart以下になったと認識するため、昇圧電圧の大きさに関わらず昇圧動作が開始する。

このように、本実施形態３によれば、実施形態１のリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３でリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成する代わりに、スイッチング素子T14をON/OFF制御することで、上記した実施形態１、２と同様、燃料噴射弁１０５を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、所定のタイミングで昇圧動作を開始して次回の通電前までに昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧に到達させることができ、燃料噴射時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態３によれば、キャパシタC2の容量を昇圧電圧の変化に対して十分に小さい値に設定することによって、スイッチング素子T14がON状態で故障した際にも安全に昇圧回路を動作させることができるといった利点がある。

［実施形態４］
図６は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態４の回路構成を示したものである。図６に示す実施形態４の燃料噴射制御装置は、上記する実施形態１〜３の燃料噴射制御装置に対して昇圧動作制御部の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１〜３の燃料噴射制御装置と同様である。したがって、実施形態１〜３と同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態４の燃料噴射制御装置１２７では、昇圧開始認識用比較器Comp2における入力電圧との比較用に、６で示す昇圧開始閾値電圧Vstartに加えて１０で示す別個の昇圧開始閾値電圧２Vstart2を設定し、すなわち電圧値の異なる二種類の昇圧開始閾値電圧を設定し、昇圧開始認識用比較器Comp2の比較対象となる電圧を昇圧動作制御部１５を構成する昇圧開始閾値電圧切替えスイッチ１１で切替える。ここで、昇圧開始閾値電圧２Vstart2は、例えば昇圧停止閾値電圧Vstop以上に設定しておき、更に、昇圧動作の優先順位については昇圧停止信号３＞昇圧開始信号４とする。

この燃料噴射制御装置１２７では、通常時において昇圧開始閾値電圧切替えスイッチ１１を６で示す昇圧開始閾値電圧Vstart側に切替え、昇圧開始閾値電圧Vstartを使用して昇圧動作を行い、昇圧停止閾値電圧Vstopを使用して昇圧動作を停止する。

一方で、昇圧電圧の大きさに関わらずに昇圧動作を開始する場合には、そのタイミングで一時的に昇圧開始閾値電圧切替えスイッチ１１を昇圧開始閾値電圧２Vstart2側に切替え、二種類の昇圧開始閾値電圧から昇圧開始閾値電圧２Vstart2を選択して昇圧回路による昇圧動作を開始する。

このように、本実施形態４によれば、実施形態１のリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３でリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成する代わりに、昇圧開始閾値電圧切替えスイッチ１１を切替えて適宜の昇圧開始閾値電圧を選択することで、上記した実施形態１〜３と同様、燃料噴射弁１０５を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、所定のタイミングで昇圧動作を開始して次回の通電前までに昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧に到達させることができ、燃料噴射時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

［実施形態５］
図７は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態５の回路構成を示したものである。図７に示す実施形態５の燃料噴射制御装置は、上記する実施形態１〜４の燃料噴射制御装置に対して昇圧動作制御部の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１〜４の燃料噴射制御装置と同様である。したがって、実施形態１〜４と同様の構成には同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態５の燃料噴射制御装置１２７では、昇圧開始の際の比較と昇圧停止の際の比較をひとつの比較器で行い、昇圧停止閾値電圧Vstopに対して昇圧開始閾値電圧Vstartをヒステリシス付きの比較器回路（以下、昇圧開始・停止認識用比較器Comp3という）で制御している。

本実施形態５の燃料噴射制御装置１２７では、昇圧動作の開始を制御する昇圧動作制御部１５が、主に、前記昇圧開始・停止認識用比較器Comp3と、昇圧電圧を分圧する抵抗R3、R4と、昇圧開始および停止閾値電圧を規定する抵抗R6、R7、R8、R9と、抵抗R8と昇圧開始・停止認識用比較器Comp3の出力端子間に挿入された昇圧制御電圧ヒステリシス切替えスイッチ１２とで構成され、該スイッチ１２を開くとヒステリシス無し、該スイッチ１２を閉じるとヒステリシス有りとなる。

この実施形態５では、通常時において昇圧制御電圧ヒステリシス切替えスイッチ１２を閉じてヒステリシス無しとしておく。一方で、昇圧電圧の大きさに関わらず昇圧動作を開始する場合に、昇圧制御電圧ヒステリシス切替えスイッチ１２を開くことで、昇圧電圧が昇圧停止閾値電圧Vstopよりも低い場合に昇圧回路による昇圧動作を開始する。

このように、本実施形態５によれば、実施形態１のリフレッシュ用昇圧開始信号生成部１３でリフレッシュ用昇圧開始信号９を生成する代わりに、昇圧制御電圧ヒステリシス切替えスイッチ１２を切替えて昇圧開始閾値電圧のヒステリシスを無効とすることで、上記した実施形態１〜４と同様、燃料噴射弁１０５を駆動する燃料噴射駆動パルスのパルス幅が短く、昇圧電圧の低下幅が小さくて昇圧電圧が昇圧開始閾値電圧を下回らない場合であっても、所定のタイミングで昇圧動作を開始して次回の通電前までに昇圧電圧を昇圧停止閾値電圧に到達させることができ、燃料噴射時に燃料噴射弁に印加される昇圧電圧を精度良く制御して燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。

なお、本発明は上記した実施形態１〜５に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態１〜５は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ …バッテリ
２ …昇圧スイッチング制御ブロック
３ …昇圧停止信号
４ …昇圧開始信号
５ …昇圧停止閾値電圧Vstop
６ …昇圧開始閾値電圧Vstart
７ …燃料噴射弁駆動回路制御ブロック
８ …燃料噴射制御ブロック
９ …リフレッシュ用昇圧開始信号
１０ …昇圧開始閾値電圧２Vstart2
１１ …昇圧開始閾値電圧切替えスイッチ
１２ …昇圧制御電圧ヒステリシス切替えスイッチ
１３ …リフレッシュ用昇圧開始信号生成部
１５ …昇圧動作制御部
１０１…エンジン（内燃機関）
１０２…ピストン
１０３…吸気弁
１０４…排気弁
１０５…燃料噴射弁
１０６…点火プラグ
１０７…点火コイル
１０８…水温センサ
１０９…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
１１０…吸気管
１１１…排気管
１１２…三元触媒
１１３…酸素センサ
１１４…ＥＧＲ弁
１１５…コレクタ
１１６…クランク角センサ
１１８…ＥＧＲ通路
１１９…スロットル弁
１２０…ＡＦＭ（空気流量計）
１２１…燃焼室
１２２…アクセル開度センサ
１２３…燃料タンク
１２４…低圧燃料ポンプ
１２５…高圧燃料ポンプ
１２６…燃料圧力センサ
１２７…燃料噴射制御装置
C1 …昇圧用キャパシタ
C2 …キャパシタ
D1 …昇圧用ダイオード
L1 …昇圧用コイル
R1 …昇圧電流モニタ用電流検出抵抗
R2 …燃料噴射弁電流モニタ用電流検出抵抗
T1 …昇圧用スイッチング素子
T11、T12、T13、T14…スイッチング素子
Comp1…昇圧停止認識用比較器
Comp2…昇圧開始認識用比較器
Comp3…昇圧開始・停止認識用比較器
D10、D11…ダイオード
R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9…抵抗

Claims (13)

1. 燃焼室内へ燃料を直接供給する燃料噴射弁を開弁するための電圧を生成する昇圧回路と、該昇圧回路の実電圧を検出する電圧検出部と、を備え、前記電圧検出部で検出された検出電圧が昇圧開始閾値電圧に到達した時に昇圧動作を開始し、前記検出電圧が昇圧停止閾値電圧に到達した時に昇圧動作を停止する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射制御装置は、前記検出電圧が前記昇圧開始閾値電圧よりも高く且つ前記昇圧停止閾値電圧よりも低いときに所定のタイミングで昇圧動作を開始する昇圧動作制御部を有していることを特徴とする内燃機関の燃焼噴射制御装置。
2. 前記昇圧動作制御部は、一時的に前記検出電圧を前記昇圧開始閾値電圧よりも低下させる回路を有していることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記回路は、抵抗又はキャパシタとスイッチング素子とを有していることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記回路は、前記スイッチング素子をオンオフ制御して前記検出電圧を前記昇圧開始閾値電圧よりも一時的に低下させるようになっていることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記燃料噴射制御装置は、電圧値の異なる複数の昇圧開始閾値電圧を有し、前記昇圧動作制御部は、前記複数の昇圧開始閾値電圧のうちのいずれを選択するかを切替える昇圧開始閾値電圧切替えスイッチを有していることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記昇圧動作制御部は、前記検出電圧が前記昇圧停止閾値電圧よりも低いときに、前記昇圧開始閾値電圧のヒステリシスを無効として昇圧動作を開始させる回路を有していることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記所定のタイミングは、所定の時間間隔を置いて設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ電圧を印加していないときであることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ前記昇圧回路で生成された電圧を印加したときであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
10. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ前記昇圧回路で生成された電圧を印加してから所定の遅延時間が経過したときであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
11. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ前記昇圧回路で生成された電圧を印加し終えた後であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
12. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ電圧を印加したときであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
13. 前記所定のタイミングは、前記燃料噴射弁へ電圧を印加し終えたときであることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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