(57)【要約】    【課題】  バッテリ出力電圧を昇圧させる回路を備える燃料噴射装置において、大容量コンデンサを使用することなく、制御装置の電源電圧を安定化する。    【解決手段】  燃料噴射弁駆動部は、昇圧回路１０と、ＣＰＵ１１と、駆動回路１２と、電源回路１３と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２とを備えており、ＣＰＵ１１からＦＥＴＱ１〜Ｑ３及び昇圧回路１０に制御信号が供給される。昇圧回路１０は、バッテリ６の出力電圧ＶＢを昇圧して第１電源電圧ＶＳ１を出力する回路であり、コイルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路と、ツェナーダイオードＤ１２と、コンデンサＣ１１，ＦＥＴＱ１１，及び駆動回路２１を備えている。ツェナーダイオードＤ１２は、バッテリ出力電圧ＶＢが一時的に低下すると導通し、コンデンサＣ１１に蓄電された電荷をバッテリ出力端子へ供給し、バッテリ出力電圧ＶＢの低下を抑制する。【選択図】  図２
2014009627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段と、バッテリと、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧を昇圧して第１電源電圧を出力する第１電源回路と、前記バッテリに接続され、前記バッテリ出力電圧を安定化して前記バッテリ出力電圧より低い第２電源電圧を出力する第２電源回路とを備え、前記第１電源回路から前記燃料噴射弁の駆動電力を供給するとともに、前記第２電源回路から前記燃料噴射制御手段の電源電圧を供給するように構成された、内燃機関の燃料噴射装置において、
前記第１電源回路は、コイル及びダイオードの直列回路と、コンデンサと、前記コイル及びダイオードの接続部に接続されたスイッチング素子とを備え、前記直列回路の一端が前記バッテリに接続され、前記直列回路の他端が前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端が接地されており、前記コンデンサの一端から前記第１電源電圧を出力するように構成され、
前記直列回路と並列にツェナーダイオードが配置され、前記ツェナーダイオードのアノードが前記直列回路の一端に接続され、前記ツェナーダイオードのカソードが前記直列回路の他端に接続されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段と、バッテリと、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧を昇圧して第１電源電圧を出力する第１電源回路と、前記バッテリに接続され、前記バッテリ出力電圧を安定化して前記バッテリ出力電圧より低い第２電源電圧を出力する第２電源回路とを備え、前記第１電源回路から前記燃料噴射弁の駆動電力を供給するとともに、前記第２電源回路から前記燃料噴射制御手段の電源電圧を供給するように構成された、内燃機関の燃料噴射装置において、
前記第１電源回路は、コイル及びダイオードの直列回路と、コンデンサと、前記コイル及びダイオードの接続部に接続されたスイッチング素子とを備え、前記直列回路の一端が前記バッテリに接続され、前記直列回路の他端が前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端が接地されており、前記コンデンサの一端から前記第１電源電圧を出力するように構成され、
前記コンデンサの一端と、前記第２電源回路の出力端との間にツェナーダイオードが配置され、前記ツェナーダイオードのアノードが前記第２電源回路の出力端に接続され、前記ツェナーダイオードのカソードが前記コンデンサの一端に接続されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関し、特に燃料噴射弁によって燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料噴射弁によって内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴燃料噴射装置が示されている。この直噴燃料噴射装置においては、燃料噴射弁を開弁させるときに大きな電力を必要とするため、バッテリ電圧を所定の高電圧に昇圧し、昇圧した電圧が駆動電圧として燃料噴射弁のソレノイドに供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両に搭載される内燃機関では、バッテリが電源として使用され、機関始動時においては、スタータモータを駆動しつつ燃料噴射弁による燃料供給を行う必要があるため、バッテリ出力電圧が一時的に低下する。一方、燃料噴射制御を行う制御装置の電源電圧は、そのようなバッテリ出力電圧の一時的な低下の影響を排除して安定化させる必要があるため、大容量のコンデンサが制御装置用の電源回路に使用され、コストを増加させる要因となっている。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、バッテリ出力電圧を昇圧させる回路を備える燃料噴射装置において、大容量コンデンサを使用することなく、制御装置の電源電圧を安定化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁（２）と、該燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段と、バッテリ（６）と、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧（ＶＢ）を昇圧して第１電源電圧（ＶＳ１）を出力する第１電源回路（１０）と、前記バッテリ（６）に接続され、前記バッテリ出力電圧（ＶＢ）を安定化して前記バッテリ出力電圧より低い第２電源電圧（ＶＳ２）を出力する第２電源回路（１３）とを備え、前記第１電源回路（１０）から前記燃料噴射弁（２）の駆動電力を供給するとともに、前記第２電源回路（１３）から前記燃料噴射制御手段の電源電圧を供給するように構成された、内燃機関の燃料噴射装置において、前記第１電源回路（１０）は、コイル（Ｌ１１）及びダイオード（Ｄ１１）の直列回路と、コンデンサ（Ｃ１１）と、前記コイル及びダイオードの接続部に接続されたスイッチング素子（Ｑ１１）とを備え、前記直列回路の一端が前記バッテリ（６）に接続され、前記直列回路の他端が前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端に接続され、前記コンデンサ（Ｃ１１）の他端が接地されており、前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端から前記第１電源電圧（ＶＳ１）を出力するように構成され、前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端と、前記第２電源回路（１３）の出力端との間にツェナーダイオード（Ｄ１２）が配置され、前記ツェナーダイオード（Ｄ１２）のアノードが前記直列回路の一端に接続され、前記ツェナーダイオード（Ｄ１２）のカソードが前記直列回路の他端に接続されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の作動を制御する燃料噴射制御手段と、バッテリ（６）と、該バッテリに接続され、バッテリ出力電圧（ＶＢ）を昇圧して第１電源電圧（ＶＳ１）を出力する第１電源回路（１０）と、前記バッテリ（６）に接続され、前記バッテリ出力電圧（ＶＢ）を安定化して前記バッテリ出力電圧より低い第２電源電圧（ＶＳ２）を出力する第２電源回路（１３）とを備え、前記第１電源回路（１０）から前記燃料噴射弁（２）の駆動電力を供給するとともに、前記第２電源回路（１３）から前記燃料噴射制御手段の電源電圧を供給するように構成された、内燃機関の燃料噴射装置において、前記第１電源回路（１０）は、コイル（Ｌ１１）及びダイオード（Ｄ１１）の直列回路と、コンデンサ（Ｃ１１）と、前記コイル及びダイオードの接続部に接続されたスイッチング素子（Ｑ１１）とを備え、前記直列回路の一端が前記バッテリ（６）に接続され、前記直列回路の他端が前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端に接続され、前記コンデンサ（Ｃ１１）の他端が接地されており、前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端から前記第１電源電圧（ＶＳ１）を出力するように構成され、前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端と、前記第２電源回路（１３）の出力端との間にツェナーダイオード（Ｄ１２）が配置され、前記ツェナーダイオード（Ｄ１２）のアノードが前記第２電源回路（１３）の出力端に接続され、前記ツェナーダイオード（Ｄ１２）のカソードが前記コンデンサ（Ｃ１１）の一端に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ツェナーダイオードの降伏電圧を適切に設定すること、具体的にはツェナーダイオードの降伏電圧を、第１電源電圧からバッテリ出力電圧の通常電圧値を減算した値より若干大きな値に設定することにより、バッテリ出力電圧が通常電圧値より低下したときのみツェナーダイオードを導通させ、昇圧された第１電源電圧によってバッテリ出力電圧の低下を相殺することができる。その結果、第２電源回路に使用する電圧安定化用のコンデンサの容量を従来より小さくすることができ、コストを低下させることができる。また、バッテリの出力端子と、第１電源回路との間に電源スイッチを設けて、機関の始動前は電源スイッチをオフし、始動開始時にオンさせる場合には、電源スイッチオン時に第１電源回路のコンデンサの充電電流がコイルをバイパスして迅速に供給されるので、第１電源電圧の立ち上りを早め、迅速な始動が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、ツェナーダイオードの降伏電圧を適切に設定すること、具体的にはツェナーダイオードの降伏電圧を、第１電源電圧から第２電源電圧の通常電圧値を減算した値より若干大きな値に設定することにより、第２電源電圧が通常電圧値より低下したときのみツェナーダイオードを導通させ、昇圧された第１電源電圧によってバッテリ出力電圧の低下が第２電源電圧の低下を引き起こすことを防止できる。その結果、第２電源回路に使用する電圧安定化用のコンデンサの容量を従来より小さくすることができ、コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその燃料噴射装置を示す図である。
【図２】図１に示す電子制御ユニットに含まれる燃料噴射弁駆動部の構成（第１の実施形態）を説明するための回路図である。
【図３】図１に示す電子制御ユニットに含まれる燃料噴射弁駆動部の構成（第２の実施形態）を説明するための回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）１及びその燃料噴射装置を示しており、４気筒のエンジン１は各気筒に対応して４つの燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射する。
【００１２】
スタータモータ４がエンジン１のクランク軸３を駆動可能に設けられており、スタータモータ４はスイッチ回路７を介してバッテリ６に接続されている。バッテリ６からスタータモータ４へ駆動電力が供給される。スイッチ回路７は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に接続されており、ＥＣＵ５によってオンオフ制御が行われる。
【００１３】
４つの燃料噴射弁２はそれぞれＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によって、その作動が制御される。ＥＣＵ５には、バッテリ６が接続されており、バッテリ６からＥＣＵ５が動作するための電力及び燃料噴射弁２を駆動するための電力が供給される。
【００１４】
図２はＥＣＵ５に含まれる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図であり、１つの気筒の燃料噴射弁２を駆動するソレノイドＬ１に駆動電流を供給する回路構成が示されている。他の気筒の燃料噴射弁を駆動する回路も同様に構成されている。
【００１５】
図２に示す燃料噴射弁駆動部は、ソレノイドＬ１の一端に供給する電源電圧を切り換えるためのスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という）Ｑ１，Ｑ２と、ソレノイドＬ１の他端とアースとの接続／非接続を切り換えるためのスイッチング素子としてのＦＥＴＱ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ３と、抵抗Ｒ１と、昇圧回路１０と、ＣＰＵ１１と、駆動回路１２と、電源回路１３と、コンデンサＣ２１，Ｃ２２とを備えており、ＣＰＵ１１からＦＥＴＱ１〜Ｑ３及び昇圧回路１０に制御信号が供給される。
【００１６】
昇圧回路１０は、バッテリ６の出力電圧ＶＢ（例えば１３Ｖ）を昇圧して第１電源電圧ＶＳ１（例えば４０Ｖ）を出力する回路であり、コイルＬ１１とダイオードＤ１１の直列回路（以下「ＬＤ直列回路」という）、ツェナーダイオードＤ１２、コンデンサＣ１１，抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，ＦＥＴＱ１１，及び駆動回路２１を備えている。より具体的には、ＬＤ直列回路の一端がバッテリ６に接続され、ＬＤ直列回路の他端がコンデンサＣ１１の一端に接続され、コンデンサＣ１１の他端が接地され、コンデンサＣ１１の一端から第１電源電圧ＶＳ１を出力するように構成され、ＬＤ直列回路と並列にツェナーダイオードＤ１２が配置され、ツェナーダイオードＤ１２のアノードがＬＤ直列回路の一端（バッテリ６との接続部）に接続され、ツェナーダイオードＤ１２のカソードがＬＤ直列回路の他端（昇圧回路１０の出力端子）に接続されている。
【００１７】
ツェナーダイオードＤ１２としては、降伏電圧が、第１電源電圧ＶＳ１（４０Ｖ）からバッテリ出力電圧ＶＢの通常電圧値ＶＢＮ（１３Ｖ）を減算した値（２７Ｖ）より若干大きな所定電圧値ＶＺ１（例えば２９Ｖ程度）であるものを使用する。このような降伏電圧ＶＺ１のツェナーダイオードＤ１２を使用することにより、図２に示す回路は以下のように動作する。
【００１８】
バッテリ出力電圧ＶＢが通常電圧値ＶＢＮの近傍にあるときは、ツェナーダイオードＤ１２は非導通状態となる。一方、例えばスタータモータ３４を作動させるエンジン始動時において、バッテリ出力電圧ＶＢが低下し、ツェナーダイオードＤ１２の両端間の逆バイアス電圧が降伏電圧ＶＺ１を超えると、ツェナーダイオードＤ１２が導通して、コンデンサＣ１１に蓄電された電荷がバッテリ出力端子方向へ供給され、バッテリ出力電圧ＶＢの低下を抑制して安定化することができる。その結果、コンデンサＣ２１，Ｃ２２として比較的容量の小さいものを使用することが可能となり、コストを低減することができる。
【００１９】
ＣＰＵ１１は、入力端子ＶＩＮに入力されるフィードバック電圧ＶＦＢに応じて出力端子ＤＣＳＷから出力するＦＥＴＱ１１のオンオフ切換信号ＳＳＷのデューティ比ＤＴＹを制御する。具体的には、フィードバック電圧ＶＦＢが目標電圧ＶＦＢＸと一致するようにデューティ比ＤＴＹを制御し、目標電圧ＶＦＢＸは例えば第１電源電圧ＶＳ１が４０Ｖである状態に対応する値に設定される。
【００２０】
電源回路１３は、バッテリ出力電圧ＶＢを安定化して第２電源電圧ＶＳ２（例えば６Ｖ）を出力し、ＣＰＵ１１に電源電圧として供給する。コンデンサＣ２１及びＣ２２は、特にスタータモータ４を作動させるエンジン始動時において、第２電源電圧ＶＳ２が一時的に低下することを防止するために設けられている。
【００２１】
第１電源電圧ＶＳ１は、ＦＥＴＱ２及びダイオードＤ１を介してソレノイドＬ１の一端に供給され、第２電源電圧ＶＳ２は、ＦＥＴＱ１を介してソレノイドＬ１の一端に供給される。ソレノイドＬ１の他端は、ＦＥＴＱ３及び抵抗Ｒ１を介してアースに接続され、ダイオードＤ３は、ソレノイドＬ１の他端と、昇圧回路１０の出力との間に配置されている。
【００２２】
ＣＰＵ１１の出力端子ＨＳＷ１及びＨＳＷ２から出力される第２電圧制御信号ＳＤＶＳ２及び第１電圧制御信号ＳＤＶＳ１は、駆動回路１２を介してＦＥＴＱ１，Ｑ２のゲートに供給され、ＣＰＵ１１の出力端子ＬＳＷから出力されるロー側制御信号ＳＤＬは、駆動回路１３を介してＦＥＴＱ３のゲートに供給される。ＣＰＵ１１は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のオンオフ制御を行うことによい、ソレノイドＬ１に供給する駆動電流を制御し、燃料噴射弁２を開閉する。
【００２３】
以上のように図２に示す燃料噴射弁駆動部は、ツェナーダイオードＤ１２を設けた点に特徴があり、バッテリ出力電圧ＶＢが通常電圧値ＶＢＮの近傍にあるときは、ツェナーダイオードＤ１２は非導通状態となる一方、例えばスタータモータ３４を作動させるエンジン始動時において、バッテリ出力電圧ＶＢが低下し、ツェナーダイオードＤ１２の両端間の電圧が降伏電圧ＶＺ１を超えると、ツェナーダイオードＤ１２を介してコンデンサＣ１１に蓄電された電荷がバッテリ出力端子へ供給され、バッテリ出力電圧ＶＢの低下を抑制して安定化することができる。その結果、コンデンサＣ２１，Ｃ２２として比較的容量の小さいものを使用することが可能となり、コストを低減することができる。
【００２４】
またバッテリ６の出力端子と、昇圧回路１０との間に電源スイッチを設けて、エンジン１の始動前は電源スイッチをオフし、始動開始時にオンさせる場合には、電源スイッチオン時に昇圧回路１０のコンデンサＣ１１の充電電流がコイルＬ１１をバイパスして迅速に供給されるので、第１電源電圧ＶＳ１の立ち上りを早め、迅速な始動が可能となる。
本実施形態では、ＣＰＵ１１が燃料噴射制御手段を構成する。
【００２５】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料噴射弁駆動部の構成を説明するための回路図である。以下に説明する点以外は第１の実施形態と同一である。
【００２６】
図３に示す回路では、ツェナーダイオードＤ１２が昇圧回路１０の出力端子と、電源回路１３の出力端子との間に接続されている。より具体的には、ツェナーダイオードＤ１２のアノードが電源回路１３の出力端子に接続され、ツェナーダイオードＤ１２のカソードがコンデンサＣ１１とダイオードＤ１１との接続部に接続されている。
【００２７】
本実施形態におけるツェナーダイオードＤ１２としては、降伏電圧が第１電源電圧ＶＳ１（４０Ｖ）から第２電源電圧（６Ｖ）を減算した値（３４Ｖ）より若干大きな所定電圧値ＶＺ２（例えば３６Ｖ程度）であるものを使用する。このような降伏電圧ＶＺ２のツェナーダイオードＤ１２を使用することにより、例えばスタータモータ３４を作動させるエンジン始動時において、バッテリ出力電圧ＶＢが低下してツェナーダイオードＤ１２両端間の逆バイアス電圧が降伏電圧ＶＺ２を超えるとツェナーダイオードＤ１２が導通し、コンデンサＣ１１に蓄電された電荷が電源回路１３の出力端子へ供給され、第２電源電圧ＶＳ２の低下を抑制して安定化することができる。その結果、コンデンサＣ２１，Ｃ２２として比較的容量の小さいものを使用することが可能となり、コストを低減することができる。
【００２８】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では４気筒機関の燃料噴射装置に本発明を適用した例を示したが、４気筒機関に限らず、３，５，６，８気筒など種々の機関の燃料噴射装置に適用可能である。また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃料噴射装置にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  内燃機関
２  燃料噴射弁
５  電子制御ユニット（燃料噴射制御手段）
６  バッテリ
１０  昇圧回路（第１電源回路）
１３  電源回路（第２電源回路）
Ｃ１１  コンデンサ
Ｄ１１  ダイオード
Ｄ１２  ツェナーダイオード
【図１】
2014009627.tif 000003
【図２】
2014009627.tif 000004
【図３】
2014009627.tif 000005