(57)【要約】【課題】容量性アクチュエータを充電スイッチ及び放電スイッチを用いて駆動するときに、何らかの影響で充電スイッチ及び放電スイッチが同時にオンしたとしてもこのとき発生する不具合を防止しやすくなる電子制御装置を提供する。【解決手段】充電スイッチ１０１は、ノードＮ３とノードＮ２との間に接続され、オンされると電圧をピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１に印加することで電荷を充電する。放電スイッチ１１１は、ノードＮ３とノードＮ２との間で充電スイッチ１０１に直列接続され、オンされるとピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１に充電された電荷をノードＮ２に放電する。インダクタＬ２１及びＬ３１は、充電スイッチ１０１と放電スイッチ１０２との間に直列接続されている。【選択図】図１
2019039336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じて伸縮する圧電体を積層してなる容量性素子（Ｐ１〜Ｐ４）を備える容量性アクチュエータ（３１〜３４）に充放電することで当該容量性アクチュエータを制御する電子制御装置（１００）であって、
高電位ノード（Ｎ３）と低電位ノード（Ｎ２）との間に接続され、オンされると前記高電位ノードから電圧を前記容量性アクチュエータの容量性素子に印加することで電荷を充電する充電スイッチ（１０１）と、
前記高電位ノードと前記低電位ノードとの間で前記充電スイッチに直列接続され、オンされると前記容量性素子に充電された電荷を前記低電位ノードに放電する放電スイッチ（１１１）と、
前記充電スイッチと前記放電スイッチとの間に直列接続されたインダクタ（Ｌ２１，Ｌ３１；Ｌ２３１）と、
を備える電子制御装置。
【請求項２】
前記インダクタ（Ｌ２３１）は、前記直列接続された前記充電スイッチと前記放電スイッチとの間に１つの巻線を用いて一体に構成され、前記充電スイッチと当該インダクタの中間ノード（Ｎ８１）との間を第１インダクタ（Ｌ１２１）として用いると共に、前記中間ノードと前記放電スイッチとの間を第２インダクタ（Ｌ１３１）として用い、
前記インダクタの中間ノードと前記低電位ノードとの間に前記容量性素子を接続して構成されている請求項１記載の電子制御装置。
【請求項３】
前記インダクタ（Ｌ２１，Ｌ３１）は、
前記充電スイッチと前記容量性素子との間に接続された第１インダクタ（Ｌ２１）と、前記容量性素子と前記放電スイッチとの間に接続された第２インダクタ（Ｌ３１）と、を別体に備える請求項１記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記第１インダクタ（Ｌ２１；Ｌ１２１）のインダクタンス値と、前記第２インダクタ（Ｌ３１；Ｌ１３１）のインダクタンス値とは、所定値から所定範囲内のインダクタンス値に設定されている請求項２または３記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記高電位ノードから電位を前記容量性素子に印加するときは、前記充電スイッチのオン・オフを繰り返し、前記容量性素子の蓄積電荷量が所定電荷量に到達すると前記充電スイッチをオフに制御し、前記容量性素子から放電するときは、前記充電スイッチがオフ状態であるときに、前記放電スイッチのオン・オフを繰り返して放電する駆動部（７）、をさらに備える請求項１から４の何れか一項に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記充電スイッチと前記低電位ノードとの間に接続される第１整流素子（Ｄ２１）と、
前記放電スイッチと前記高電位ノードとの間に接続される第２整流素子（Ｄ３１）と、をさらに備える請求項１から５の何れか一項に記載の電子制御装置。
【請求項７】
前記第１整流素子には前記充電スイッチがオンからオフに変化した後に電流が流れ、
前記第２整流素子には前記放電スイッチがオンからオフに変化した後に電流が流れる請求項６記載の電子制御装置。
【請求項８】
前記充電スイッチ又は前記放電スイッチの電流通電経路に設けられた過電流検出抵抗（Ｒ１，Ｒ３１）により過電流を検出する過電流検出部（９）と、
前記過電流検出部により過電流閾値に達する過電流が流れたことが検出されたときに前記充電スイッチ及び前記放電スイッチのうちオン制御している対象スイッチをオフ制御する過電流制御部（７）と、
をさらに備える請求項１から７の何れか一項に記載の電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関に容量式インジェクタを用いて燃料を噴射制御するための電子制御装置が知られている。この種の電子制御装置は、容量式インジェクタを駆動するため、充電ＭＯＳトランジスタ及び放電ＭＯＳトランジスタを備えて構成される（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１記載の構成によれば、電源供給ノード及びグランドノード間に、充電用ＭＯＳトランジスタのドレインソース間、及び、放電用ＭＯＳトランジスタのドレインソース間を直列接続すると共に、これらの共通接続ノードとグランドノードとの間に充放電制限用のコイル及び容量式インジェクタの容量性素子を接続して構成している。そして制御回路が、充電ＭＯＳトランジスタをオンすることで容量式インジェクタに電荷を充電して当該インジェクタを開弁し、放電ＭＯＳトランジスタをオンすることで容量性素子から電荷を放電して当該インジェクタを閉弁するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９９７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したような従来の駆動回路によれば、充電ＭＯＳトランジスタがオンすると、放電ＭＯＳトランジスタの寄生容量に電流が流れ込み、充電ＭＯＳトランジスタのソース電位が急峻に上昇する虞がある。このとき放電ＭＯＳトランジスタのドレインゲート間寄生容量を通じて放電ＭＯＳトランジスタのゲート容量に充電されるため、放電ＭＯＳトランジスタがセルフターンオンしてしまうことが考えられる。この結果、充電ＭＯＳトランジスタ及び放電ＭＯＳトランジスタが共にハーフオンして貫通電流が流れる。するとこれらのトランジスタは安全動作領域（ＡＳＯ：Area of Safe Operating）を外れて動作することになり過大なストレスが与えられてしまうことになる。また、その他の場合においても、容量性アクチュエータを駆動しているときに何らかの影響により不具合を生じたときに、充電トランジスタに相当する充電スイッチ、及び、放電トランジスタに相当する放電スイッチが同時にオンしてしまう可能性もあり、このような場合にも高電流が通電されてしまう虞がある。
【０００５】
本発明の開示の目的は、容量性アクチュエータを充電スイッチ及び放電スイッチを用いて駆動するときに、何らかの影響で充電スイッチ及び放電スイッチが同時にオンしたとしても、このとき発生する不具合を防止できるようにした電子制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、容量性アクチュエータを駆動する電子制御装置を対象としている。この請求項１記載によれば、直列接続された充電スイッチ及び放電スイッチにインダクタが直列接続されているため、たとえ何らかの影響で充電スイッチ及び放電スイッチが同時にオンした場合においても、インダクタの作用により充電スイッチ及び放電スイッチに流れる電流の上昇を抑制できる。これにより不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態における電子制御装置の主構成の回路図
【図２】第１実施形態における燃料噴射制御システムの構成例を示す図
【図３】第１実施形態における１気筒分のピエゾインジェクタの駆動系回路を概略的に示す図
【図４】第１実施形態における充電時の電流通電経路を示す説明図
【図５】第１実施形態における充電時の電流変化とピエゾインジェクタの蓄積電荷量の変化を概略的に示すタイミングチャート
【図６】第１実施形態における放電時の電流通電経路を示す説明図
【図７】第１実施形態における放電時の電流変化とピエゾインジェクタの蓄積電荷量の変化を概略的に示すタイミングチャート
【図８】比較例の要部回路図
【図９】トランジスタの寄生容量の説明図
【図１０】比較例において充電トランジスタ及び放電トランジスタが同時にオンしたときの過電流検出処理の流れを示すタイミングチャート
【図１１】第１実施形態において充電トランジスタ及び放電トランジスタが同時にオンしたときの過電流検出処理の流れを示すタイミングチャート
【図１２】第２実施形態における電子制御装置の主構成について概略的に示す回路図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、電子制御装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付している。そして第２実施形態以降の説明では、第１実施形態で説明した同一又は類似の構成及び同一又は類似の動作について必要に応じて説明を省略する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１から図１１は第１実施形態の説明図を示している。図２は電子制御装置（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））１００の主構成についてのブロック図を概略的に示しており、図１はこの主構成の一部を含む回路構成例を示している。
【００１０】
図２に示すように、この電子制御装置１００は、燃料噴射弁としての４気筒分のピエゾインジェクタ３を接続して構成され、ピエゾインジェクタ３を駆動することで内燃機関に燃料を噴射供給する。ピエゾインジェクタ３は容量性アクチュエータに相当するもので、図１のピエゾインジェクタには４気筒＃１〜＃４に対応して３１〜３４と符号を付している。
【００１１】
各気筒＃１〜＃４のピエゾインジェクタ３１〜３４は、それぞれ図１に示すピエゾ素子Ｐ１〜Ｐ４を備える。このピエゾ素子Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ印加電圧に応じて伸縮する圧電体を積層してなる容量特性を備える容量性素子である。
【００１２】
図２に示すように、車両内には運転状態を検出するためのセンサ４，５等が設置されている。例えば、クランクが所定角度回転する度にクランク角信号を出力するクランクセンサ４が内燃機関に設置されており、電子制御装置２は、クランクセンサ４のクランク角信号に応じてエンジン回転数を算出可能になっている。また車両内には、燃料を蓄積するコモンレール（図示せず）内の燃料圧力を検知するため圧力センサ５が設置されている。電子制御装置２は、この燃料圧力情報を受付け、この燃料圧力情報に応じてピエゾインジェクタ３の通電電流を調整制御するようになっている。
【００１３】
電子制御装置２は、マイクロコンピュータ（以下マイコンと称す）６、インジェクタ駆動用の駆動ＩＣ７、プリドライバ８、過電流検出部としての電流検出部９、充電スイッチとしての充電トランジスタ１０、放電スイッチとしての放電トランジスタ１１、及び気筒選択トランジスタ１２を備える。
【００１４】
マイコン６は、前述のセンサ４，５によるセンサ信号を入力して各種指令信号（例えば、昇圧開始指令信号、噴射信号）や各種情報（例えば、エネルギ情報）を生成して駆動ＩＣ７に出力する。駆動ＩＣ７は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）による集積回路装置であり、例えばロジック回路、ＣＰＵなどによる制御主体と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどのメモリと、を備え、ハードウェア及びソフトウェアに基づいて各種制御を実行するように構成され、特にマイコン６から各種指令信号及び各種情報を受けて制御を実行するもので、駆動部、過電流制御部として機能する。
【００１５】
また電流検出部９は、充電電流、放電電流、過充電電流、過放電電流を検出するための各種の電流をモニタし、この電流検出情報を駆動ＩＣ７に出力する。
【００１６】
駆動ＩＣ７は、マイコン６からの噴射信号及び電流検出部９の電流検出情報を入力することに応じて、気筒選択トランジスタ１２に気筒選択信号を出力すると共に、充電トランジスタ１０及び放電トランジスタ１１を駆動するための充電制御信号及び放電制御信号をプリドライバ８に出力する。プリドライバ８は、駆動ＩＣ７から充電制御信号及び放電制御信号を入力し、この充電制御信号及び放電制御信号をレベルシフトし、充電トランジスタ１０及び放電トランジスタ１１にそれぞれ充電制御信号及び放電制御信号を出力する。
【００１７】
充電トランジスタ１０は充電制御信号が入力されると、充電制御信号がオン入力されているときには高電位となる電源電圧ＶＢをピエゾインジェクタ３のピエゾ素子に通電オンし、充電制御信号がオフ入力されているときには電源電圧ＶＢの通電をオフする。また放電トランジスタ１１は放電制御信号が入力されると、放電制御信号がオン入力されているときにはピエゾインジェクタ３に蓄積された電荷をグランドノードＮ２に放電し、放電制御信号がオフ入力されているときにはグランドノードＮ２への電荷の放電を停止する。これにより、ピエゾインジェクタ３のピエゾ素子に充電又は放電できるようになっている。気筒選択トランジスタ１２は、複数気筒分のピエゾインジェクタ３から択一的にピエゾインジェクタ３を選択するためのスイッチである。気筒選択トランジスタ１２は、気筒選択信号がオン入力されると、駆動対象となるピエゾインジェクタ３のピエゾ素子に通電可能にし、気筒選択信号がオフ入力されているときには当該ピエゾインジェクタ３のピエゾ素子に対する通電を不能にする。充電トランジスタ１０、放電トランジスタ１１、及び気筒選択トランジスタ１２は、例えばｎＭＯＳトランジスタを用いて構成され、以下ではｎＭＯＳトランジスタに適用した具体例を示す。
【００１８】
図１は、充電トランジスタ１０、放電トランジスタ１１、気筒選択トランジスタ１２の駆動系回路ＤＲの具体例を示している。図１に示すように、この駆動系回路ＤＲは、昇圧回路１３、及び、２つの駆動部ＤＲ１，ＤＲ２を備えている。
【００１９】
昇圧回路１３は、インダクタＬ１、昇圧スイッチＳ１、ダイオードＤ１、及び充電コンデンサＣ１を備える。昇圧スイッチＳ１は、例えばｎＭＯＳトランジスタにより構成され、以下ではｎＭＯＳトランジスタに適用した具体例を示す。
【００２０】
昇圧回路１３は、電源電圧ＶＢの供給ノードＮ１とグランドノードＮ２との間に、インダクタＬ１、昇圧スイッチＳ１を構成するｎＭＯＳトランジスタのドレインソース間、過充電及び充電電流の検出抵抗Ｒ１を直列接続すると共に、インダクタＬ１と昇圧スイッチＳ１のドレインとソースとの間に順方向のダイオードＤ１及び充電コンデンサＣ１を接続して構成される。検出抵抗Ｒ１は、充電電流を検出するための抵抗として用いられると共に過充電を検出するための過電流検出抵抗としても用いられ、充電トランジスタ１０の電流通電経路に設けられている。
【００２１】
昇圧回路１３の昇圧スイッチＳ１には駆動ＩＣ７からプリドライバ８を通じて昇圧制御用の昇圧制御信号が入力され、これにより充電コンデンサＣ１には電源電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧Ｖboostを充電でき、昇圧電圧Ｖboostを昇圧電圧供給ノードＮ３から供給出力可能になっている。なおノードＮ２は低電位ノードに相当し、ノードＮ３は高電位ノードに相当する。充電電流の検出抵抗Ｒ１は充電コンデンサＣ１に直列接続されており、この検出抵抗Ｒ１の端子間電圧Ｖocは電流検出部９に入力されている。
【００２２】
また２つの駆動部ＤＲ１，ＤＲ２は同様の回路構成となっている。このため、図１には駆動部ＤＲ１，ＤＲ２の構成要素の中で対応する充電スイッチ１０、放電スイッチ１１には添え字１，２をそれぞれ付して示している。また気筒選択トランジスタ１２には、＃１〜＃４の４気筒に対応して、添え字１〜４をそれぞれ付して示している。
【００２３】
一方の駆動部ＤＲ１は、充電トランジスタ１０１、放電トランジスタ１１１、気筒選択トランジスタ１２１，１２３の他、２つのインダクタＬ２１，Ｌ３１、２つのダイオードＤ２１，Ｄ３１、さらに、充放電電流制御用の検出抵抗Ｒ２１、及び、過放電電流の検出抵抗Ｒ３１を備える。インダクタＬ２１が第１インダクタに相当し、インダクタＬ３１が第２インダクタに相当する。検出抵抗Ｒ３１は過放電を検出するための過電流検出抵抗として用いられ、放電トランジスタ１１１の電流通電経路に設けられている。
【００２４】
また、ダイオードＤ２１が第１整流素子に相当し、ダイオードＤ２２が第２整流素子に相当する。検出抵抗Ｒ２１の端子間電圧Ｖｃ１は、電流検出部９に入力されており、検出抵抗Ｒ３１の端子間電圧Ｖｃｄ２もまた電流検出部９に入力されている。
【００２５】
他方の駆動部ＤＲ２は、充電トランジスタ１０２、放電トランジスタ１１２、気筒選択トランジスタ１２２，１２４の他、２つのインダクタＬ２２，Ｌ３２、２つのダイオードＤ２２，Ｄ３２、さらに、充放電電流制御用の検出抵抗Ｒ２２、及び、過放電電流の検出抵抗Ｒ３２を備える。検出抵抗Ｒ２２の端子間電圧Ｖｃ２は電流検出部９に入力されており、検出抵抗Ｒ３２の端子間電圧Ｖｃｄ２もまた電流検出部９に入力されている。これらの駆動部ＤＲ１，ＤＲ２は同様の構成となっているため、駆動部ＤＲ１の詳細構成の説明を行い、駆動部ＤＲ２の詳細構成の説明を省略する。
【００２６】
＜駆動部ＤＲ１の詳細構成説明＞
ノードＮ３とノードＮ２との間には、充電トランジスタ１０１を構成するＭＯＳトランジスタのドレインソース間とダイオードＤ２１のカソードアノード間とが直列接続されている。ノードＮ３とノードＮ２との間には、ダイオードＤ３１のカソードアノード間と放電トランジスタ１１１を構成するＭＯＳトランジスタのドレインソース間と検出抵抗Ｒ３１とが直列接続されている。過放電電流の検出抵抗Ｒ３１は放電トランジスタ１１１に直列接続されている。
【００２７】
充電トランジスタ１０１のソースとダイオードＤ２１のカソードとの共通接続ノードＮ４１とダイオードＤ３１のアノードと放電トランジスタ１１１のドレインとの共通接続ノードＮ５１との間には、２つのインダクタＬ２１，Ｌ３１が直列接続されている。これにより、インダクタＬ２１，Ｌ３１は充電トランジスタ１０１と放電トランジスタ１１１との間に介在して接続されている。
【００２８】
これらのインダクタＬ２１，Ｌ３１は、ピエゾインジェクタ３１，３３を駆動するときのコイル抵抗成分を補い充放電電荷量を制御するために設けられる。これらの２つのインダクタＬ２１，Ｌ３１のインダクタンス値は所定値から所定範囲内のインダクタンス値、例えば特に同一値、に設定されていることが望ましい。
【００２９】
これらのインダクタＬ２１，Ｌ３１の共通接続ノードＮ６１とグランドノードＮ２との間には、ピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１と気筒選択トランジスタ１２１のドレインソース間と検出抵抗Ｒ２１とが直列接続されている。この気筒選択トランジスタ１２１のソースと検出抵抗Ｒ２１の一端子との間の共通接続ノードをＮ７１とすると、ノードＮ６１とノードＮ７１との間には、ピエゾインジェクタ３３のピエゾ素子Ｐ３と気筒選択トランジスタ１２３のドレインソース間とが直列接続されている。したがって、充放電電流制御用の検出抵抗Ｒ２１は、ピエゾ素子Ｐ１，Ｐ３に直列接続されている。このようにして一方の駆動部ＤＲ１が構成されている。駆動部ＤＲ１中のノードＮ４１〜Ｎ７１は、駆動部ＤＲ２中のノードＮ４２〜Ｎ７２に対応しており、駆動部ＤＲ２の詳細な構成説明を省略する。
【００３０】
上記構成の作用、動作について図３以降の図面を参照しながら説明する。図３は、図１の構成のうち、１個のピエゾインジェクタ３１の駆動部の一部ＤＲ１ａを抜粋して示している。図１に示したように、駆動系回路ＤＲは、４気筒＃１〜＃４のピエゾ素子Ｐ１〜Ｐ４に充放電するように構成されているが、本実施形態の特徴は、１個のピエゾインジェクタ３１を駆動する場合においても適用可能であるため、説明を理解しやすくするため、図３に示した１気筒分の駆動部の一部ＤＲ１ａを抜き出してその技術的意義を説明する。
【００３１】
＜充電時の基本的動作＞
図４は、この図３に示した構成においてピエゾ素子Ｐ１に充電する時の充電経路を示しており、図５はこの流れをタイミングチャートで示している。
運転者によりイグニッションスイッチ等の電源スイッチ（図示せず）がオンされ電源電圧ＶＢが投入されると、マイコン６及び駆動ＩＣ７は協働して噴射制御処理する。通常、噴射制御開始する前には、マイコン６は駆動ＩＣ７に昇圧開始指令を出力する。これにより駆動ＩＣ７は昇圧スイッチＳ１のオン・オフを繰り返し制御し、これにより充電コンデンサＣ１に電源電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧Ｖboostを充電させる。
【００３２】
ピエゾインジェクタ３１から燃料を噴射させるときには、マイコン６が、図５のタイミングｔ１において駆動対象となるピエゾインジェクタ３１に対応した噴射指令信号のアクティブレベル「Ｈ」を駆動ＩＣ７に出力する。
【００３３】
駆動ＩＣ７は、この噴射指令信号のアクティブレベル「Ｈ」を受け付けると、駆動対象となる気筒選択トランジスタ１２１をオン制御すると共に、充電トランジスタ１０１のオン・オフを繰り返すことで充電制御する。このとき放電トランジスタ１１１はオフのまま保持される。
【００３４】
駆動ＩＣ７は、充電時におけるインジェクタ電流の電流プロファイルを内部のメモリに保持しており、このメモリに記憶された電流プロファイルに応じた所定のタイミングを充電トランジスタ１０１のオンタイミングとし、マイコン６から入力されるエネルギ情報に応じて充電トランジスタ１０１のオフタイミングを調整し、これによりピエゾ素子Ｐ１に蓄積される電荷量を調整する。
【００３５】
充電トランジスタ１０１がオンされると、図４に示すように、充電コンデンサＣ１に蓄積されている電荷が、充電トランジスタ１０１、インダクタＬ２１、及び、ピエゾ素子Ｐ１の経路Ａ１に沿って流れる。このときインジェクタ電流は、図５の例えばタイミングｔ２〜ｔ３に示すように、正値、すなわちインジェクタ充電電流、として流れることになり、これにより電荷がピエゾ素子Ｐ１に充電される。
【００３６】
その後、充電トランジスタ１０１がオフされると、図４に示すように、充電コンデンサＣ１からピエゾ素子Ｐ１に通電される充電経路は遮断されるものの、このオフタイミングｔ３においてインダクタＬ２１に流れ続けているインジェクタ充電電流が、ダイオードＤ２１、インダクタＬ２１、及び、ピエゾ素子Ｐ１の経路Ａ２に沿って流れ続けることになり、図５の例えばタイミングｔ３〜ｔ４に示すように、インジェクタ充電電流の低下が妨げられる。
【００３７】
このため、駆動ＩＣ７が充電トランジスタ１０１をオンするとインジェクタ充電電流が増加し、充電トランジスタ１０１をオフするとインジェクタ充電電流が低下するもののピエゾ素子Ｐ１の蓄積電荷量は増加し続ける。充電トランジスタ１０１のオン・オフが繰り返されると、図５のタイミングｔ１〜ｔ５の充電フェーズに示すように、インジェクタ充電電流がピエゾ素子Ｐ１に流れ続けることになり、これによりピエゾ素子Ｐ１の蓄積電荷量は増加し、ピエゾインジェクタ３１のノズルが徐々に開放される。
【００３８】
そして例えば、ピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１の端子間電圧を検出することでピエゾ素子Ｐ１の蓄積電荷量が所定電荷量に到達したことを検知すると、駆動ＩＣ７はタイミングｔ５において充電トランジスタ１０１をオフに保持し続ける。なお、蓄積電荷量を端子間電圧を検出することで充電トランジスタ１０１のオフ保持タイミングを設定する形態を示したが、これに限定されるものではなく、ピエゾ素子Ｐ１の充電が十分に行われる条件を考慮すれば様々な条件を適用できる。そして駆動ＩＣ７は、噴射指令信号をノンアクティブレベル「Ｌ」として受け付けるまで充電トランジスタ１０１のオフ状態を保持する。これにより、燃料が内燃機関の気筒内に噴射される。
【００３９】
＜放電時の基本的動作＞
図６は図３に示した構成においてピエゾ素子Ｐ１から放電する時の放電経路を示しており、図７はこのタイミングチャートを示している。
またマイコン６が、図７のタイミングｔ６において噴射指令信号をノンアクティブレベル「Ｌ」として駆動ＩＣ７に出力すると、制御ＩＣ７はこの噴射指令信号のノンアクティブレベル「Ｌ」を受け付ける。すると駆動ＩＣ７は、充電トランジスタ１０１をオフ状態に保持しつつ、放電トランジスタ１１１のオン・オフを繰り返して放電制御を開始する。
【００４０】
駆動ＩＣ７は、放電時におけるインジェクタ電流の電流プロファイルを内部のメモリに保持しており、このメモリに記憶された電流プロファイルに応じた所定のタイミングを放電トランジスタ１１１のオンタイミングとし、マイコン６から入力されるエネルギ情報に応じて放電トランジスタ１１１のオフタイミングを調整し、これによりピエゾ素子Ｐ１に蓄積される電荷量を調整する。
【００４１】
図７のタイミングｔ７において放電トランジスタ１１１がオンされると、図６に示すように、ピエゾ素子Ｐ１に蓄積されている電荷が、インダクタＬ３１、放電トランジスタ１１１の経路Ａ３を通じて放電されるようになり、これによりピエゾ素子Ｐ１から放電される。なおインジェクタ電流の負値がインジェクタ放電電流となる（図７参照）。
【００４２】
その後、図７のタイミングｔ８において放電トランジスタ１１１がオフされると、ピエゾ素子Ｐ１から放電トランジスタ１１１を通じて放電される経路Ａ３は遮断されるものの、このオフタイミングｔ８においてインダクタＬ３１に流れ続けている電流が、ダイオードＤ３１を通じて充電コンデンサＣ１に回生されるようになる。したがって、インダクタＬ３１に流れ続けている電流の低下が妨げられるように作用し、図７のタイミングｔ８〜ｔ９に示すように、このインジェクタ放電電流は徐々に低下する。すなわちインジェクタ電流の負値が減少し０に近づく。
【００４３】
このため、駆動ＩＣ７が放電トランジスタ１１１をオンすると、インジェクタ放電電流が増加し、放電トランジスタ１１１をオフするとインジェクタ放電電流が低下するが、ピエゾ素子Ｐ１の蓄積電荷量が減少し続ける。放電トランジスタ１１１のオン・オフが繰り返されると、インジェクタ放電電流がピエゾ素子Ｐ１に流れ続けることになり、これによりピエゾ素子Ｐ１の蓄積電荷量が減少し、ピエゾインジェクタ３１のノズルが徐々に閉塞される。放電フェーズｔ７〜ｔ１０参照。
【００４４】
そして所定の放電停止条件が成立すると、駆動ＩＣ７は、タイミングｔ１０において放電トランジスタ１１１をオフ状態に継続制御すると共に、気筒選択トランジスタ１２１をオフ制御する。これにより燃料噴射口のノズルを閉塞することができ、燃料の噴射処理を停止できる。この所定の放電停止条件としては、ピエゾ素子Ｐ１の放電が十分に行われる条件を考慮すれば様々な条件を適用できるものであり、その説明を省略する。ここでは、いわゆる単発噴射について説明した。噴射制御処理はこれらの一連の制御処理が繰り返されることで実施されるが、この内容の詳細説明は本実施形態の特徴に関係しないため省略する。
【００４５】
以下、本実施形態の技術的意義について比較例と共に説明する。
＜比較例の説明＞
発明者は、例えば特許文献１に示される技術を適用したときの不具合について検証しているため、これを比較例として図８から図１０を参照しながら説明する。
図８は特許文献１に記載の技術の要部を示している。また図１と同様の機能を備える素子及びノードに同一符号又は類似の符号を付している。この図８に示す駆動系回路は、充電トランジスタ２０のドレインソース間と放電トランジスタ２１のドレインソース間とが直列接続されており、これらの充電トランジスタ２０及び放電トランジスタ２１の共通接続ノードから充放電制御用のインダクタＬを通じてピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１に接続されている。
【００４６】
このとき図９に示すように、放電トランジスタ２１にはゲートドレイン間及びゲートソース間にそれぞれ寄生容量Ｃgd，Ｃgsを生じているため、充電トランジスタ２０がオンすると放電トランジスタ２１の寄生容量Ｃgd，Ｃgsに電流が流れ込み、充電トランジスタ２０のソース電位が上昇する。すると、寄生容量Ｃgdを通じて放電トランジスタ２１のゲートに電荷が蓄積され放電トランジスタ２１のゲート電位が上昇することから、放電トランジスタ２１がセルフターンオンする虞がある。この場合、図８の矢印に示す経路Ａｚを通じて貫通電流が流れることになる。
【００４７】
図１０にこのときのタイミングチャートを示している。この図１０には、通常のインジェクタ電流の変化特性Ｉｓと共に、比較例の構成を適用した場合の電流特性Ｉｐを示している。この比較例の電流特性Ｉｐは、タイミングｔ１１において充電トランジスタ２０をオンした直後に、タイミングｔ１２にて放電トランジスタ２１がセルフターンオンする例を示しているが、このときの電流特性Ｉｐは、正常なインジェクタ電流の変化特性Ｉｓに比べて急峻に立ち上がり変化する特性を示す。
【００４８】
この場合、例えば、充電コンデンサＣ１の充電電流の検出抵抗Ｒ１の端子間電圧Ｖocを検出することで過電流を検出し、過充電閾値（過電流閾値相当）に達したときに直ぐに充電トランジスタ２０をタイミングｔ１３にてオフ制御することが考えられるが、このような制御技術を採用したとしても、電流特性Ｉｐの立上り速度が速いため、オフ制御開始タイミングｔ１３から実際に充電トランジスタがオフするタイミングｔ１４までの遅延時間Ｔａを無視できなくなり、この遅延時間Ｔａの間に電流が大幅に上昇してしまうことになる。図１０のＩp0参照。これにより、安全動作領域を外れて動作することになり各トランジスタ素子に過大なストレスが与えられてしまう。
【００４９】
＜本実施形態の構成を適用したときの効果＞
図１１は本実施形態の図１の構成を用いたときに、何らかの影響により充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が同時にオンした場合のタイミングチャートを示している。
【００５０】
何らかの影響を生じ、充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が同時にオンすると、図１１の電流特性Ｉpのように過充電閾値を超える電流が流れる虞もある。しかし、本実施形態の構成を適用すると、充電トランジスタ１０１と放電トランジスタ１１１との間にはインダクタＬ２１，Ｌ３１が直列接続されているため、充電トランジスタ１０１を通じて流れる電流は、インダクタＬ２１，Ｌ３１の作用によりその上昇が妨げられることになる。したがって、何らかの影響により充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が共にオンした期間Ｔ０においても、充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１に流れる電流特性Ｉｐの上昇度は、正常なインジェクタ電流の変化特性Ｉｓの上昇度と概ね同一となる。
【００５１】
このため、例えば、電流検出部９が過充電検出用の検出抵抗Ｒ１により過充電閾値に達したことを検出したときに、駆動ＩＣ７が充電トランジスタ１０１をオフ制御した場合、たとえ過充電閾値に達したことを検出してから実際に充電トランジスタ１０１をオフするまでに遅延時間Ｔａを生じたとしても、この遅延時間Ｔａ中の電流の上昇を大幅に抑制できる。図１１のＩp1＜＜Ip0を参照。したがって、遅延時間Ｔａを経過したタイミングで充電トランジスタ１０１をオフしたときにも充電トランジスタ１０１の破壊を防止しやすくなり、この結果、不具合を防止しやすくなる。また、充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１のドレイン電流の最大許容電流特性に大きなものを採用する必要をなくすことができる。
【００５２】
＜本実施形態の効果の概念的なまとめ＞
本実施形態によれば、直列接続された充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１にインダクタＬ２１，Ｌ３１が直列接続されているため、たとえピエゾインジェクタ３１を駆動するときに何らかの影響で充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が同時にオンした場合においても、インダクタＬ２１，Ｌ３１の作用により充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１に流れる電流の上昇を抑制できる。これにより、不具合を防止しやすくなる。
【００５３】
インダクタＬ２１とインダクタＬ３１とが別体に構成されているため、充電特性と放電特性とを別々に調整しやすくなる。インダクタＬ２１のインダクタンス値と、インダクタＬ３１のインダクタンス値とは、所定値から所定範囲内のインダクタンス値に設定されていることが望ましい。
【００５４】
充電トランジスタ１０１とグランドノードＮ２との間にダイオードＤ２１が接続されている。このため、充電トランジスタ１０１がオンからオフに変化した後においてもインダクタＬ２１に流れている電流を継続してピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１に還流させることで充電を継続できる。
【００５５】
放電トランジスタ１１１と高電位の電流供給ノードＮ３との間にダイオードＤ３１が接続されている。このため、放電トランジスタ１１１がオンからオフに変化した後においてもインダクタＬ３１に流れている電流を充電コンデンサＣ１に回生することで放電を継続できる。
【００５６】
また本実施形態においては、過充電検出用の検出抵抗Ｒ１により過充電閾値に達する過電流が流れたことが電流検出部９により検出されたときに、駆動ＩＣ７は、このタイミングでオン制御している充電トランジスタ１０１をオフ制御する。たとえ充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が何らかの影響でオンすることで電流が過充電閾値に達したとしても、インダクタＬ２１，Ｌ３１が両トランジスタ１０１及び１１１に直列接続されているため充電電流の上昇度を抑制でき、たとえ充電トランジスタ１０１をオフ制御してから実際に充電トランジスタ１０１がオフするまでの遅延時間Ｔａがあったとしても、この遅延時間Ｔａ中に充電される電流の最大値Ｉp1を極力抑制できる。
【００５７】
（第２実施形態）
図１２は第２実施形態の追加説明図を示している。この図１２に示すように、前述の２つのインダクタＬ２３１，Ｌ２３２を１つの巻線により一体に構成し、一体化されたインダクタＬ２３１，Ｌ２３２の各中間ノードＮ８１，Ｎ８２とグランドノードＮ２との間にピエゾインジェクタ３１〜３４のピエゾ素子Ｐ１〜Ｐ４を接続して構成されているものである。
【００５８】
インダクタＬ２３１は、充電トランジスタ１０１と中間ノードＮ８１との間を第１インダクタＬ１２１として用い、中間ノードＮ８１と放電トランジスタ１１１との間を第２インダクタＬ１３１として用いることができる。同様に、インダクタＬ２３２は、充電トランジスタ１０２と中間ノードＮ８２との間を第１インダクタＬ１２２として用い、中間ノードＮ８２と放電トランジスタ１１２との間を第２インダクタＬ１３２として用いることができる。
【００５９】
これにより、第１実施形態では別体に設けていた２つのインダクタＬ２１及びＬ３１、又は、Ｌ２２及びＬ３２を一体化することで、部品点数を削減することができ実装を容易化できる。
【００６０】
インダクタＬ１２１のインダクタンス値と、インダクタＬ１３１のインダクタンス値とは、所定値から所定範囲内のインダクタンス値に設定されていることが望ましい。
【００６１】
（他の実施形態）
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができ、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る。例えば以下に示す変形又は拡張が可能である。前述した複数の実施形態を組み合わせて構成できる。
【００６２】
過充電閾値に達したときに、このタイミングでオン制御している充電トランジスタ１０１をオフ制御する形態を示したが、これに限定されるものではなく、充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１のうちオン制御している対象スイッチ、対象となるトランジスタをオフ制御すれば良い。すなわち、例えば、電流検出部９が過放電電流の検出抵抗Ｒ３１により過放電閾値（過電流閾値相当）に達したことを検知したときには、このタイミングでオン制御している放電トランジスタ１１１をオフ制御するようにしても良い。この場合においても前述実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６３】
容量性アクチュエータとしては、ピエゾインジェクタ３１〜３４を適用した形態を示したが、その他の容量性アクチュエータに適用しても良い。このような場合においても同様の作用効果を奏する。
【００６４】
前述実施形態では何らかの影響で充電トランジスタ１０１及び放電トランジスタ１１１が同時にオンする場合を例に挙げて説明したが、例えば放電トランジスタ１１１の寄生容量Ｃgdが大きい素子を採用しセルフターンオンする不具合を生じやすくなっている場合にも同様に適用できる。
すなわち前述実施形態に係る構成を適用すると、インダクタＬ２１及びＬ３１の作用に応じて放電トランジスタ１１１のドレイン電位は緩やかに上昇し、放電トランジスタ１１１の寄生容量Ｃgd及びＣgsに流れ込む電流も小さくなり、当該放電トランジスタ１１１のゲート電位の浮きを抑えることができセルフターンオンを極力防止できる。
【００６５】
前述実施形態では、４気筒分のピエゾインジェクタ３１〜３４を表記すると共に、説明の簡略化のため１気筒分のピエゾインジェクタ３１のピエゾ素子Ｐ１の駆動系回路を示して説明を行ったが、４気筒でも６気筒でも複数気筒分の制御を行う場合においても同様の内容を実行できる。
【００６６】
各種のトランジスタ、特に充電トランジスタ１０１，１０２、放電トランジスタ１１１，１１２、及び気筒選択トランジスタ１２１〜１２４は、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタにより構成した形態を示したが、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタに代えても良いし、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど他種のトランジスタ等のスイッチを用いることができる。
【００６７】
特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として前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。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において、考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。
【００６８】
また本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本発明は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、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、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、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００６９】
図面中、１００は電子制御装置、７は駆動ＩＣ（駆動部、過電流制御部）、３１〜３４はピエゾインジェクタ（容量性アクチュエータ）、１０１，１０２は充電トランジスタ（充電スイッチ）、１１１，１１２は放電トランジスタ（放電スイッチ）、Ｐ１〜Ｐ４はピエゾ素子、Ｎ３はノード（高電位ノード）、Ｎ２はノード（低電位ノード）、Ｌ２１はインダクタ（第１インダクタ）、Ｌ３１はインダクタ（第２インダクタ）、Ｌ２３１はインダクタ、Ｎ８１，Ｎ８２は中間ノード、を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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