(57)【要約】    【課題】  ２電源駆動を行う燃料噴射弁駆動装置において比較的簡単な回路を追加することによって、燃料噴射弁駆動時におけるエネルギ回生を効率よく行うことができる燃料噴射弁駆動装置を提供する。    【解決手段】  昇圧回路１２の出力端子とソレノイドＬ１の一端Ｐ１との間にコンデンサＣ１を配置する。燃料噴射弁の開弁指令時点（ｔ０）から所定ブースト期間ＴＢＳＴ経過後の時刻ｔ１までＦＥＴＱ１及びＱ３をオンするとともにＦＥＴＱ２をオフし、時刻ｔ１から第１回生期間ＴＲＧ１経過後の時刻ｔ２までＦＥＴＱ１及びＱ３をオフするととともにＦＥＴＱ２をオンし、時刻ｔ２においてＦＥＴＱ２をオフする。これにより、ＦＥＴＱ３をオフした時点においてソレノイドＬ１を流れる電流がＦＥＴＱ２を介して昇圧回路１２の出力端子ＰＶＢＳＴに還流され、コンデンサＣ１にチャージ（回生）される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧を昇圧する昇圧回路を備え、該昇圧回路から出力される昇圧電圧及び前記電源電圧を用いて内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動装置において、
前記昇圧回路の出力端子と、前記燃料噴射弁を駆動するソレノイドの一端との間に接続された第１スイッチング素子と、
前記出力端子と、前記ソレノイドの他端との間に接続された第２スイッチング素子と、
前記ソレノイドの他端とグランドとの間に接続された第３スイッチング素子と、
前記出力端子と、前記ソレノイドの一端との間に接続されたコンデンサと、
前記電源電圧の供給端子と、前記ソレノイドの一端との間に接続されたダイオードとを備え、
前記燃料噴射弁の開弁指令時点から第１所定時間経過後の第１時点までの期間において、前記第１及び第３スイッチング素子をオンするとともに前記第２スイッチング素子をオフし、
前記第１時点から第２所定時間経過後の第２時点までの期間において前記第１及び第３スイッチング素子をオフするととともに前記第２スイッチング素子をオンし、
前記第２時点において前記第２スイッチング素子をオフすることを特徴とする燃料噴射弁駆動装置。
【請求項２】
前記第１時点は前記燃料噴射弁がほぼ全開状態に達する時点であり、前記第２時点は前記ソレノイドを流れる電流が前記全開状態を維持するのに必要な値の近傍まで低下する時点であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁駆動装置。
【請求項３】
前記第２時点以後は、前記燃料噴射弁の全開状態を維持するために、前記第３スイッチング素子のオンオフ制御を行い、前記燃料噴射弁の閉弁指令時点から第３所定時間経過後の第３時点までの期間において、前記第２スイッチング素子をオンすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁の駆動装置に関し、特にバッテリなどから供給される電源電圧を昇圧した昇圧電圧及び電源電圧を使用して、燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁の駆動装置が示されている。この装置によれば、燃料噴射弁の閉弁期間中に開弁電流より小さい電流が電磁コイルに供給され、電流遮断時に発生する逆起電力によってコンデンサが充電され、燃料噴射弁の開弁時にコンデンサに蓄えられたエネルギが電磁コイルに供給される。これによって、燃料噴射弁の開弁特性が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４８９１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を駆動する駆動装置では、バッテリから供給される電源電圧を昇圧した昇圧電圧及び電源電圧を使用して、燃料噴射弁の開弁駆動（２電源駆動）が行われる。このような駆動装置では、昇圧電圧を用いて燃料噴射弁の開弁動作が行われ、全開状態に達した後は電源電圧を用いて全開状態を保持する保持動作が行われる。開弁動作から保持動作へ移行するときに、燃料噴射弁の駆動電流を減少させるので、そのエネルギ（電流）を回生することによって、バッテリの消費電力を低減することができる。
【０００５】
特許文献１に示された駆動装置は、電源電圧を昇圧した昇圧電圧を使用することなく、単一の電源電圧のみを使用するものであり、昇圧電圧から電源電圧に切り換える際のエネルギ回生は考慮されていない。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、２電源駆動を行う燃料噴射弁駆動装置において比較的簡単な回路を追加することによって、燃料噴射弁駆動時におけるエネルギ回生を効率よく行うことができる燃料噴射弁駆動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】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、電源電圧（ＶＢＡＴ）を昇圧する昇圧回路（１２）を備え、該昇圧回路から出力される昇圧電圧（ＶＢＳＴ）及び前記電源電圧（ＶＢＡＴ）を用いて内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁を駆動する燃料噴射弁駆動装置において、前記昇圧回路の出力端子（ＰＶＢＳＴ）と前記燃料噴射弁を駆動するソレノイド（Ｌ１）の一端（Ｐ１）との間に接続された第１スイッチング素子（Ｑ１）と、前記出力端子（ＰＶＢＳＴ）と前記ソレノイドの他端（Ｐ２）との間に接続された第２スイッチング素子（Ｑ２）と、前記ソレノイドの他端（Ｐ２）とグランドとの間に接続された第３スイッチング素子（Ｑ３）と、前記出力端子（ＰＶＢＳＴ）と前記ソレノイドの一端（Ｐ１）との間に接続されたコンデンサ（Ｃ１）と、前記電源電圧の供給端子（ＰＶＢＡＴ）と前記ソレノイドの一端（Ｐ１）との間に接続されたダイオード（Ｄ１）とを備え、前記燃料噴射弁の開弁指令時点（ｔ０）から第１所定時間（ＴＢＳＴ）経過後の第１時点（ｔ１）までの期間において、前記第１及び第３スイッチング素子（Ｑ１，Ｑ３）をオンするとともに前記第２スイッチング素子（Ｑ２）をオフし、前記第１時点（ｔ１）から第２所定時間（ＴＲＧ１）経過後の第２時点（ｔ２）までの期間において前記第１及び第３スイッチング素子（Ｑ１，Ｑ３）をオフするととともに前記第２スイッチング素子（Ｑ２）をオンし、前記第２時点（ｔ２）において前記第２スイッチング素子（Ｑ２）をオフすることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、燃料噴射弁の開弁指令時点から第１所定時間経過後の第１時点までの期間において、第１及び第３スイッチング素子をオンするとともに第２スイッチング素子をオフし、第１時点から第２所定時間経過後の第２時点までの期間において第１及び第３スイッチング素子をオフするととともに第２スイッチング素子をオンし、第２時点において第２スイッチング素子をオフする制御が行われる。これにより、第３スイッチング素子をオフした時点においてソレノイドを流れる電流が第２スイッチング素子を介して昇圧電圧の出力端子に還流され、コンデンサにチャージ（回生）される。したがって、開弁動作直後の余剰エネルギを効率よく回生することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料噴射弁駆動装置において、前記第１時点（ｔ１）は前記燃料噴射弁がほぼ全開状態に達する時点であり、前記第２時点（ｔ２）は前記ソレノイド（Ｌ１）を流れる電流（ＩＤ）が前記全開状態を維持するのに必要な値（ＩＨＬＤ）の近傍まで低下する時点であることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、燃料噴射弁がほぼ全開状態に達する時点で第１及び第３スイッチング素子がオンからオフに切り換えられるとともに第２スイッチング素子がオフからオンに切り換えられ、さらにソレノイドを流れる電流が全開状態を維持するのに必要な値の近傍まで低下した時点で、第２スイッチング素子がオフされるので、ソレノイドを流れる余剰電流を適切にコンデンサに還流することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の燃料噴射弁駆動装置において、前記第２時点（ｔ２）以後は、前記燃料噴射弁の全開状態を維持するために、前記第３スイッチング素子（Ｑ３）のオンオフ制御を行い、前記燃料噴射弁の閉弁指令時点（ｔ３）から第３所定時間（ＴＲＧ２）経過後の第３時点（ｔ４）までの期間において、前記第２スイッチング素子（Ｑ２）をオンすることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、第２時点以後は燃料噴射弁の全開状態を維持するために、第３スイッチング素子のオンオフ制御が行われ、燃料噴射弁の閉弁指令時点から第３所定時間経過後の第３時点までの期間において第２スイッチング素子がオンされるので、開弁保持電流もコンデンサに還流することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料噴射弁駆動装置（要部）の構成を示す回路図である。
【図２】図１に示す駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】駆動回路における電流の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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の燃料噴射弁駆動装置（要部）の構成を示す回路図であり、この燃料噴射弁駆動装置は、バッテリ１１の出力電圧（以下「バッテリ電圧」という）ＶＢＡＴを昇圧し、昇圧電圧ＶＢＳＴを出力する昇圧回路１２と、昇圧電圧ＶＢＳＴ及びバッテリ電圧ＶＢＡＴを用いて燃料噴射弁を電磁的に駆動するソレノイドＬ１に駆動電流を供給する駆動回路１３とを備えている。
【００１５】
図１に示す構成は、１つの燃料噴射弁を駆動する駆動回路１３に対応する。複数気筒（例えば４気筒）を備える内燃機関では、各気筒に設けられる燃料噴射弁のそれぞれに対応して駆動回路１３が設けられる。本実施形態では、バッテリ電圧ＶＢＡＴは１２Ｖ程度であり、昇圧電圧ＶＢＳＴは４０Ｖ程度である。
【００１６】
昇圧回路１２は、ソレノイドＬ０，ダイオードＤ０，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）Ｑ０，及びコンデンサＣ０を含み、さらに図示しない回路によってＦＥＴＱ０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、昇圧電圧ＶＢＳＴが所定電圧ＶＢＳＴ０（例えば４０Ｖ）より低いときに供給され、昇圧電圧ＶＢＳＴを上昇させる。昇圧電圧ＶＢＳＴが所定電圧ＶＢＳＴ０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Ｃ０の両端電圧が昇圧回路の出力電圧である昇圧電圧ＶＢＳＴとなる。
【００１７】
駆動回路１３は、ＦＥＴＱ１，Ｑ２，Ｑ３と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コンデンサＣ１とを備えている。昇圧回路１２の出力端子ＰＶＢＳＴは、ＦＥＴＱ１を介してソレノイドＬ１の一端Ｐ１に接続され、ソレノイドＬ１の一端Ｐ１は、ダイオードＤ１を介してバッテリ１１の出力端子ＰＶＢＡＴに接続されている。したがって、ＦＥＴＱ１がオンしているときは、ソレノイドＬ１の一端Ｐ１に昇圧電圧ＶＢＳＴが供給され、ＦＥＴＱ１がオフしているときは、ソレノイドＬ１の一端Ｐ１にバッテリ電圧ＶＢＡＴが供給される。
【００１８】
出力端子ＰＶＢＳＴと、ソレノイドＬ１の他端Ｐ２との間には、ＦＥＴＱ２が接続されており、ソレノイドＬ１の他端Ｐ２とグランドとの間には、ソレノイドＬ１を流れる駆動電流ＩＤを制御するＦＥＴＱ３が接続されている。ＦＥＴＱ３のゲート−ドレイン間にはツェナーダイオードＤ２が接続されている。
【００１９】
出力端子ＰＶＢＳＴとソレノイドＬ１の一端Ｐ１との間には、エネルギ回生用のコンデンサＣ１が接続されている。図示は省略しているが、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のゲートには、各ＦＥＴのオンオフを制御する制御信号を供給する制御回路が接続されている。
【００２０】
図２は、図１に示す燃料噴射弁駆動装置の動作を説明するためのタイムチャートであり、昇圧電圧ＶＢＳＴ、駆動電流ＩＤ、ＦＥＴＱ１〜Ｑ３のオンオフ状態、及び開弁指令信号ＳＣＴＬの推移を示す。また図３は燃料噴射弁の駆動中における電流の流れ（矢印を付した太い破線で示す）を説明するための図である。
【００２１】
時刻ｔ０に開弁指令信号ＳＣＴＬが高レベルとなると、ＦＥＴＱ１及びＱ３がオンし、所定ブースト期間ＴＢＳＴ経過後の時刻ｔ１においてオフする。所定ブースト期間ＴＢＳＴは、燃料噴射弁がほぼ全開状態に達するまでに要する時間に相当する。所定ブースト期間ＴＢＳＴにおける駆動電流ＩＤは、図３（ａ）に示すように流れる。ＦＥＴＱ２は時刻ｔ１にオンし、第１回生期間ＴＲＧ１経過後の時刻ｔ２にオフする。ＦＥＴＱ２がオンすることにより、所定ブースト期間ＴＢＳＴ中にソレノイドＬ１を流れていた駆動電流ＩＤが、ＦＥＴＱ２を経由してコンデンサＣ１にチャージされる。第１回生期間ＴＲＧ１における回生電流ＩＲＧは、図３（ｂ）に示すように流れる。
【００２２】
時刻ｔ２以後は燃料噴射弁を全開状態に保持する保持動作期間となり、ソレノイドＬ１にほぼ一定の保持電流値ＩＨＬＤが流れるように、ＦＥＴＱ３がオンオフ制御される。時刻ｔ３に開弁指令信号ＳＣＴＬが低レベルに変化する（閉弁指令が行われる）と、ＦＥＴＱ３はオフし、その後オフ状態を継続する。時刻ｔ３にＦＥＴＱ２がオンし、時刻ｔ３から第２回生期間ＴＲＧ２経過後の時刻ｔ４にオフする。第２回生期間ＴＲＧ２は、駆動電流ＩＤが保持電流値ＩＨＬＤから「０」となるまでの期間に相当する。
【００２３】
昇圧電圧ＶＢＳＴは所定ブースト期間ＴＢＳＴ中は徐々に低下し、第１回生期間ＴＲＧ１において、駆動電流ＩＤの回生によって比較的高い速度で上昇する。時刻ｔ２以後は、昇圧回路１２のＦＥＴＱ０のスイッチング動作によって昇圧電圧ＶＢＳＴは比較的低い速度で上昇し、第２回生期間ＴＲＧ２において上昇速度が若干高められる。
【００２４】
本実施形態では、回生用のコンデンサＣ１を昇圧回路１２の出力端子ＰＶＢＳＴと、ソレノイドＬ１の一端Ｐ１との間に接続するようにしたので、出力端子ＰＶＢＳＴとグランドとの間にコンデンサＣ１を接続する場合に比べて、昇圧電圧ＶＢＳＴの上昇速度をより高くすることができる。すなわち、ＦＥＴＱ１がオフしている状態では、ソレノイドＬ１の一端Ｐ１の電圧ＶＰ１は、バッテリ電圧ＶＢＡＴとほぼ等しい電圧となるため、コンデンサＣ１の昇圧回路出力端子側の電圧（すなわち昇圧電圧ＶＢＳＴ）は、バッテリ電圧ＶＢＡＴを基準として上昇する。したがって、グランド電圧（０Ｖ）を基準として上昇する場合に比べて、回生期間ＴＲＧ１，ＴＲＧ２においてより高い速度で昇圧電圧ＶＢＳＴを上昇させることができる。
【００２５】
以上のように本実施形態では、燃料噴射弁の開弁指令時点（ｔ０）から所定ブースト期間ＴＢＳＴ経過後の時刻ｔ１までの期間において、ＦＥＴＱ１及びＱ３をオンするとともにＦＥＴＱ２をオフし、時刻ｔ１から第１回生期間ＴＲＧ１経過後の時刻ｔ２までの期間においてＦＥＴＱ１及びＱ３をオフするととともにＦＥＴＱ２をオンし、時刻ｔ２においてＦＥＴＱ２をオフする制御が行われる。これにより、ＦＥＴＱ３をオフした時点においてソレノイドＬ１を流れる電流がＦＥＴＱ２を介して昇圧回路１２の出力端子ＰＶＢＳＴに還流され、コンデンサＣ１にチャージ（回生）される。したがって、開弁動作直後（保持動作への移行時）における余剰エネルギを効率よく回生することができる。
【００２６】
また燃料噴射弁がほぼ全開状態に達する時刻ｔ１においてＦＥＴＱ１及びＱ３がオンからオフに切り換えられるとともにＦＥＴＱ２がオフからオンに切り換えられ、さらにソレノイドＬ１を流れる電流が全開状態を維持するのに必要な保持電流値ＩＨＬＤ近傍まで低下した時刻ｔ２において、ＦＥＴＱ２がオフされるので、ソレノイドＬ１を流れる余剰電流を適切にコンデンサＣ１に還流することができる。
【００２７】
また時刻ｔ２以後は燃料噴射弁の全開状態を維持するために、ＦＥＴＱ３のオンオフ制御が行われ、燃料噴射弁の閉弁指令時点（ｔ３）から第２回生期間ＴＲＧ２経過後の時刻ｔ４までの期間においてＦＥＴＱ２がオンされるので、保持電流もコンデンサＣ１に還流することができる。
【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スイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、通常のバイポーラトランジスタなどを使用してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１１  バッテリ
１２  昇圧回路
１３  駆動回路
Ｌ１  ソレノイド
ＰＶＢＡＴ  出力端子（電源電圧の供給端子）
ＰＶＢＳＴ  出力端子（昇圧回路の出力端子）
Ｑ１  電界効果トランジスタ（第１スイッチング素子）
Ｑ２  電界効果トランジスタ（第２スイッチング素子）
Ｑ３  電界効果トランジスタ（第３スイッチング素子）
ＴＢＳＴ  所定ブースト期間（第１所定時間）
ＴＲＧ１  第１回生期間（第２所定時間）
ＴＲＧ２  第２回生期間（第３所定時間）
ＶＢＡＴ  バッテリ電圧（電源電圧）
ＶＢＳＴ  昇圧電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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