(57)【要約】    【課題】  ２つの昇圧回路から出力される昇圧電圧を用いて直噴燃料噴射弁の開弁動作を適切に行い、燃料噴射の実行間隔が比較的短い場合でも十分な昇圧電圧を確保しつつ、開弁直後における弁体の振動を抑制するとともに、昇圧回路の出力コンデンサの耐久性を高めることができる燃料噴射装置を提供する。    【解決手段】  バッテリ電圧ＶＢＡＴを昇圧する第１及び第２昇圧回路１１，１２を備え、第２昇圧回路１２から出力される第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２は第１昇圧回路１１から出力される第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１より高く設定される。燃料噴射弁２の開弁動作開始時に先ず第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２が適用され、次に第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が開弁動作開始後の補正電圧として適用され、バッテリ電圧ＶＢＡＴが開弁状態を保持するための電圧として適用される。【選択図】  図４
2019002312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の電圧を昇圧する第１及び第２昇圧回路と、第１または第２昇圧回路から出力される昇圧電圧と、前記電源の電圧とを用いて駆動され、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、前記燃料噴射弁の駆動制御を実行する制御手段とを備える、内燃機関の燃料噴射装置において、
前記第１昇圧回路は、前記電源の電圧より高い第１昇圧電圧を出力し、前記第２昇圧回路は、前記第１昇圧電圧より高い第２昇圧電圧を出力し、
前記制御手段は、
前記燃料噴射弁の開弁動作開始時に前記第２昇圧電圧を適用し、前記第１昇圧電圧を前記燃料噴射弁の開弁動作開始後に補正電圧として適用し、前記電源の電圧を前記燃料噴射弁の開弁状態を保持するための電圧として適用することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記補正電圧は、前記燃料噴射弁の弁体の振動を抑制するために適用されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【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、特に電源の電圧を昇圧する２つ昇圧回路を備え、２つの昇圧回路から出力される昇圧電圧と、電源の電圧とを用いて燃料噴射弁を駆動する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、出力電圧ＶＲ１，ＶＲ２（ＶＲ１＞ＶＲ２）が異なる２つの昇圧回路を備える燃料噴射装置を開示する。この装置では、２つの昇圧回路によって、一つの出力コンデンサの充電が行われ、高い昇圧電圧ＶＲ１が必要であるときは、出力電圧がＶＲ２に達するまでの期間は２つの昇圧回路をともに動作させることで、昇圧に要する時間が短縮される。
【０００３】
特許文献２は、１つの昇圧電圧と、バッテリ電圧とを使用する直噴燃料噴射弁の駆動回路を開示する。この駆動回路によれば、開弁時に昇圧電圧が印加され、その後はデューティ可変でバッテリ電圧が印加される。直噴燃料噴射弁の弁体の振動を抑制するための第１保持電流が直噴燃料噴射弁に供給され、その後開弁状態を保持するために第１保持電流より小さい第２保持電流が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６９０７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４７２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の１つの気筒の１燃焼サイクル中に２回以上の燃料噴射を実行する多段噴射を実行する場合や内燃機関の回転速度が高い場合には、比較的短い時間間隔で燃料噴射を実行することが必要とされる。そのような場合には、電源の電圧を必要とされる昇圧電圧まで昇圧するのに要する時間を短縮することが求められるため、特許文献１に示されるように２つの昇圧回路によって一つの出力コンデンサを充電する構成が有効である。
【０００６】
しかし、燃料噴射弁を駆動する場合には、開弁時に大きな駆動電流が必要とされるため、一つの出力コンデンサではその出力電流が大きくなり、コンデンサの寿命を短縮する可能性がある。また特許文献２に示されるように、燃料噴射弁の開弁直後における弁体の振動を抑制することが必要であり、昇圧回路（特に出力コンデンサ）の耐久性の観点、及び弁体の振動抑制の観点では、２つの昇圧回路の使用方法には改善すべき余地があった。
【０００７】
また特許文献２は、バッテリ電圧（昇圧していない電源電圧）を使用して、通常の保持電流より大きな電流を供給することで、弁体の振動抑制を行う駆動回路を示している。しかし、バッテリ電圧を使用するため、駆動電流制御のデューティを１００％に設定しても、十分な振動抑制効果が得られない場合がある。
【０００８】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、２つの昇圧回路から出力される昇圧電圧を用いて直噴燃料噴射弁の開弁動作を適切に行い、燃料噴射の実行間隔が比較的短い場合でも十分な昇圧電圧を確保しつつ、開弁直後における弁体の振動を抑制するとともに、昇圧回路の出力コンデンサの耐久性を高めることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、電源（４）の電圧（ＶＢＡＴ）を昇圧する第１及び第２昇圧回路（１１，１２）と、第１または第２昇圧回路から出力される昇圧電圧（ＶＢＳＴ１，ＶＢＳＴ２）と、前記電源の電圧（ＶＢＡＴ）とを用いて駆動され、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、前記燃料噴射弁（２）の駆動制御を実行する制御手段とを備える、内燃機関の燃料噴射装置において、前記第１昇圧回路（１１）は、前記電源の電圧より高い第１昇圧電圧（ＶＢＳＴ１）を出力し、前記第２昇圧回路（１２）は、前記第１昇圧電圧より高い第２昇圧電圧（ＶＢＳＴ２）を出力し、前記制御手段は、前記燃料噴射弁（２）の開弁動作開始時に前記第２昇圧電圧（ＶＢＳＴ２）を適用し、前記第１昇圧電圧（ＶＢＳＴ１）を前記燃料噴射弁の開弁動作開始後に補正電圧として適用し、前記電源の電圧（ＶＢＡＴ）を前記燃料噴射弁の開弁状態を保持するための電圧として適用することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、燃料噴射弁の開弁動作開始時に先ず第２昇圧電圧が適用され、次に第１昇圧電圧が開弁動作開始後の補正電圧として適用されるので、開弁時に必要とされる駆動電流を２つの昇圧回路で分担することができる。したがって、燃料噴射の実行時間間隔が短い場合でも開弁時に十分な昇圧電圧を確保するとともに、各昇圧回路の出力コンデンサの出力電流を低減し、耐久性を高めることができる。さらに、開弁直後における弁体の振動を確実に抑制することが可能となる。また、第１及び第２昇圧電圧を同じ電圧値とする場合と比べると、第１昇圧回路の出力コンデンサとしてより耐圧の低いものを使用できるため、コストを低減することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の燃料噴射装置において、前記補正電圧は、前記燃料噴射弁（２）の弁体の振動を抑制するために適用されることを特徴とする。
この構成によれば、開弁動作開始時に適用される第２昇圧電圧より低くかつ電源の電圧より高い第１昇圧電圧が、弁体の振動抑制のために適用されるので、特許文献２に示されるようにバッテリ電圧（昇圧していない電源電圧）を適用する場合より十分な弁体の吸引力が得られ、確実に振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の要部の構成を示す図である。
【図２】図１に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）に含まれる燃料噴射弁の駆動回路の要部を示す回路図である。
【図３】比較のために示す従来の駆動回路の構成を示す図である。
【図４】本実施形態における駆動回路の動作を説明するためタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の要部の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、４つの気筒を有し、各気筒には燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２が設けられている。各燃料噴射弁２は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３に接続されており、その動作はＥＣＵ３によって制御される。ＥＣＵ３には、バッテリ４が接続されており、バッテリ電圧ＶＢＡＴが電源電圧として供給される。
【００１４】
図２は、ＥＣＵ３に含まれる燃料噴射弁２の駆動回路の要部を示す回路図であり、２つの気筒（＃１気筒、＃３気筒）に対応する駆動回路が示されている。この駆動回路は、第１及び第２昇圧回路１１，１２と、各気筒に対応するスイッチング回路１３とを備えており、スイッチング回路１３に燃料噴射弁２のソレノイドＬ１１，Ｌ１３が接続されている。なお、第１及び第２昇圧回路１１，１２は、全ての気筒の燃料噴射弁２に昇圧電圧ＶＢＳＴ１，ＶＢＳＴ２を供給する。また＃２気筒及び＃４気筒に対応するスイッチング回路（図示せず）もスイッチング回路１３と同様に構成される。ＥＣＵ３は、図示しないＣＰＵを備えており、ＣＰＵが昇圧回路１１，１２，及びスイッチング回路１３の制御を行う。
【００１５】
第１昇圧回路１１は、バッテリ４に接続される入力端子Ｔ１，ソレノイドＬ１，ダイオードＤ１，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，抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，及び出力端子Ｔ２を含み、さらに図示しない回路によってＦＥＴＱ１のゲートにスイッチング信号が供給される。スイッチング信号は、第１昇圧回路１１では第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が第１所定電圧ＶＢＳＴＬ（例えば４５Ｖ）より低いときに供給され、第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１を上昇させる。第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が第１所定電圧ＶＢＳＴＬ以上であるときはスイッチング信号は供給されない。コンデンサＣ１の両端電圧が第１昇圧回路１１の出力電圧である第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１に相当する。
【００１６】
第２昇圧回路１２は、バッテリ４に接続される入力端子Ｔ３，ソレノイドＬ２，ダイオードＤ２，スイッチング素子としてのＦＥＴＱ２，抵抗Ｒ２，コンデンサＣ２，及び出力端子Ｔ４を含み、さらに図示しない回路によってＦＥＴＱ２のゲートにスイッチング信号が供給される。スイッチング信号は、第２昇圧回路１２では第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２が第２所定電圧ＶＢＳＴＨ（例えば６５Ｖ）より低いときに供給され、第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２を上昇させる。第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２が第２所定電圧ＶＢＳＴＨ以上であるときはスイッチング信号は供給されない。コンデンサＣ２の両端電圧が第２昇圧回路１２の出力電圧である第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２に相当する。第２所定電圧ＶＢＳＴＨは、第１所定電圧ＶＢＳＴＬより高い電圧に設定される。
【００１７】
第１昇圧回路１１の出力端子Ｔ２は、ＦＥＴＱ１１を介してソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端に接続され、ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端とグランドと間にはダイオードＤ１２が接続されている。第２昇圧回路１２の出力端子Ｔ４は、ＦＥＴＱ１２を介してソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端に接続されている。ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端には、さらにバッテリ４の出力端子ＴＢがＦＥＴＱ１３及びダイオードＤ１１を介して接続されている。ＦＥＴＱ１１及びＦＥＴＱ１２は、燃料噴射弁７を開弁作動させる際の所定ブースト期間ＴＢＳＴにおいてオンするように制御され、ＦＥＴＱ１３は、所定ブースト期間ＴＢＳＴ後において開弁状態を維持するために必要な電流を供給すべくスイッチング制御される。
【００１８】
ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の他端とグランドとの間には、駆動電流ＩＤのオンオフを制御するＦＥＴＱ１４が接続されており、ＦＥＴＱ１４のゲート−ドレイン間にはツェナーダイオードＤ１３が接続され、ゲート−ソース間には抵抗Ｒ１１が接続されている。ＦＥＴＱ１４のゲートには、燃料噴射弁２の駆動信号が供給され、ＦＥＴＱ１４がオン状態であるときにソレノイドＬ１１，Ｌ１３に駆動電流ＩＤが供給される。
【００１９】
図３は、比較のために示す従来の駆動回路の構成を示す図であり、１つの昇圧回路１０１と、昇圧回路１０１の出力端子と、ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端との間に設けられたＦＥＴＱ１０１と、バッテリ出力端子ＴＢと、ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の一端との間に設けられたＦＥＴＱ１０２及びダイオードＤ１０１と、ソレノイドＬ１１，Ｌ１３の他端とグランドとの間に設けられたＦＥＴＱ１０３と、ダイオードＤ１０１，Ｄ１０３と、抵抗Ｒ１０１とを備えている。
【００２０】
図４は、本実施形態における駆動回路の動作を説明するためタイムチャートであり、＃１気筒及び＃３気筒において燃料噴射が実行され、＃３気筒では短時間の間に２度の燃料噴射（分割噴射）が実行された動作例に相当するものである。図４（ａ）〜（ｄ）は、図３に示す従来の駆動回路に対応し、図４（ｅ）〜（ｌ）は図２に示す本実施形態の駆動回路に対応する。
【００２１】
図４（ａ）は、ＦＥＴＱ１３（図２）及びＦＥＴＱ１０３（図３）のオンオフ状態を示し、高レベルがオン状態に対応する。時刻ｔ１〜ｔ４の期間（＃１気筒の燃料噴射弁２の駆動）、時刻ｔ５〜ｔ８の期間及び時刻ｔ９〜ｔ１２の期間（＃３気筒の燃料噴射弁２の駆動）においてオン状態となって、駆動電流ＩＤがソレノイドＬ１１，Ｌ１３に供給される。時刻ｔ１〜ｔ３の期間、時刻ｔ５〜ｔ７の期間、及び時刻ｔ９〜ｔ１１の期間がブースト期間ＴＢＳＴである。
【００２２】
図４（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ図３に示すＦＥＴＱ１０１及びＦＥＴＱ１０２のオンオフ状態を示す。ＦＥＴＱ１０１は、上記ブースト期間ＴＢＳＴにおいてオン状態となる。またＦＥＴＱ１０２は、時刻ｔ３〜ｔ４の期間、時刻ｔ７〜ｔ８の期間、及び時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間において、破線で示すように、燃料噴射弁２の開弁状態を維持するための所定保持電流が供給されるようにデューティ制御（オンオフスイッチング制御）される。破線で示すスイッチング状態は、実際のデューティ比を示すものではなく、スイッチングを行っていることを模式的に示している。以下に説明する図４（ｉ）及び（ｊ）においても同じである。
【００２３】
図４（ｄ）は、図３の昇圧回路１０１の出力電圧である昇圧電圧ＶＢＳＴの推移を示しており、ＦＥＴＱ１０１がオンするブースト期間ＴＢＳＴ（ｔ１〜ｔ３，ｔ５〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１１）では、昇圧回路１０１からソレノイドＬ１１に駆動電流ＩＤが供給されるため、昇圧電圧ＶＢＳＴが低下する。そのため燃料噴射の実行間隔が短縮すると時刻ｔ９において昇圧電圧ＶＢＳＴが所定電圧ＶＢＳＴＨより低くなり、同一の開弁時間では燃料噴射量が低下するという問題が発生する。
【００２４】
図４（ｅ）〜（ｋ）は、本実施形態における動作を示しており、それぞれＦＥＴＱ１２のオンオフ状態、第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２、ＦＥＴＱ１１のオンオフ状態、第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１、ＦＥＴＱ１３のオンオフ状態、ソレノイドＬ１１またはＬ１３に印加される駆動電圧ＶＤ、及びソレノイドＬ１１またはＬ１３に供給される駆動電流ＩＤの推移を示す。
【００２５】
ＦＥＴＱ１２が時刻ｔ１〜ｔ２の期間、時刻ｔ５〜ｔ６の期間、及び時刻ｔ９〜ｔ１０の期間においてオン状態となり、駆動電圧ＶＤは第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２となる。その後ＦＥＴＱ１１が時刻ｔ２〜ｔ３の期間、時刻ｔ６〜ｔ７の期間、及び時刻ｔ１０〜ｔ１１の期間においてオン状態となり、駆動電圧ＶＤは第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１となる。その結果、駆動電流ＩＤは図４（ｋ）に示すように推移する。
【００２６】
このように本実施形態では、ブースト期間ＴＢＳＴの前半では第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２が適用され、後半では第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２より低い第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が適用されるので、ブースト期間ＴＢＳＴの後半において、燃料噴射弁２の弁体の移動速度を低減するとともに、最大リフト量に到達したのちのバウンス（振動）を抑制することができる。ここで「前半」及び「後半」という語句は、必ずしもブースト期間ＴＢＳＴの前側の１／２及び後ろ側の１／２を意味するものではなく、２つに分割した前の期間及び後ろの期間という意味で使用している。なお、図４（ｆ）及び（ｈ）の縦軸の電圧スケールは、電圧の低下を分かり易くするため、図４（ｊ）の縦軸の電圧スケールより拡大して示している。また図４（ｋ）の駆動電流の推移は、説明のために模式的に示したものである。
【００２７】
以上のように本実施形態では、燃料噴射弁２の開弁動作開始時に先ず第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２が適用され、次に第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が開弁動作開始後の補正電圧として適用されるので、開弁時に必要とされる駆動電流ＩＤを２つの昇圧回路１１，１２で分担することができる。したがって、燃料噴射の実行時間間隔が短い場合でも開弁時に十分な昇圧電圧を確保するとともに、各昇圧回路の出力コンデンサＣ１，Ｃ２の出力電流を低減し、耐久性を高めることができる。さらに、開弁直後における燃料噴射弁２の弁体の振動（バウンス）を確実に抑制することが可能となる。また、第１及び第２昇圧電圧ＶＢＳＴ１，ＶＢＳＴ２を同じ電圧値とする場合と比べると、第１昇圧回路１１の出力コンデンサＣ１として第２昇圧回路１２の出力コンデンサＣ２より耐圧の低いものを使用できるため、コストを低減することができる。
【００２８】
また開弁動作開始時に適用される第２昇圧電圧ＶＢＳＴ２より低いが、バッテリ電圧ＶＢＡＴより高い第１昇圧電圧ＶＢＳＴ１が、弁体の振動抑制のために適用されるので、特許文献２に示されるようにバッテリ電圧ＶＢＡＴを適用する場合により十分な弁体の吸引力が得られ、確実に振動を抑制することができる。
【００２９】
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、本発明を４気筒の内燃機関の燃料噴射装置に適用する例を示したが、本発明は内燃機関の気筒数に関わらず適用可能である。
【００３０】
また電源はバッテリ４に限るものではなく、例えばエンジン１によって駆動される発電機を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  内燃機関
２  燃料噴射弁
３  電子制御ユニット
４  バッテリ（電源）
１１，１２  昇圧回路
【図１】
2019002312.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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