(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタと、
高電圧充電コンデンサと、
前記高電圧充電コンデンサの電圧を帰還して、該コンデンサの電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記インジェクタの一方に接続され、噴射信号に応じて前記インジェクタに高電圧充電コンデンサから高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、
アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオードと、
前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧及び該高電圧と異なる電圧で共に電流を通電する第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、
前記インジェクタの他方と前記高電圧充電コンデンサに接続され、電位が前記コンデンサ電圧より高いときに電流を通電するダイオードを備え、
前記第１のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された第１のレベル検出器の第１レベルでオフし、
前記第２のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された前記第１のレベル検出器の第１レベルより低い第２レベルでオフし、前記電流検出手段に接続された第２のレベル検出器の第２レベルでオンし、該第２のレベル検出器の第２レベルより高い第１レベルでオフする
ことを特徴とする燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項２】
インジェクタと、
高電圧充電コンデンサと、
前記高電圧充電コンデンサの電圧を帰還して、該コンデンサの電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記インジェクタの一方に接続され、噴射信号に応じて前記インジェクタに高電圧充電コンデンサから高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、
アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオードと、
噴射信号に応じて前記インジェクタに前記高電圧と異なる電圧を印加する第３のスイッチ手段と、
前記第３のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧と異なる電圧への逆流阻止用ダイオードと、
前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧及び該高電圧と異なる電圧で共に電流を通電する第２のスイッチ手段と、
前記第２のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、
前記インジェクタの他方と前記高電圧充電コンデンサに接続され、電位が前記コンデンサ電圧より高いときに電流を通電するダイオードを備え、
前記第３のスイッチ手段は、噴射信号の期間オンを継続し、
前記第１のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された第１のレベル検出器の第１レベルでオフし、
前記第２のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された前記第１のレベル検出器の第１レベルより低い第２レベルでオフし、前記電流検出手段に接続された第２のレベル検出器の第２レベルでオンし、該第２のレベル検出器の第２レベルより高い第１レベルでオフする
ことを特徴とする燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項３】
前記第１のスイッチ手段は、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項４】
前記高電圧充電コンデンサと並列に、前記コンデンサ電圧の所定値より高い電圧レベルを制限する電圧制限手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項５】
前記電圧制限手段は、前記高電圧充電コンデンサと並列に接続された定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項６】
前記第２のスイッチ手段は、前記コンデンサ電圧の所定値より高い電圧レベルを制限する電圧制限手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【請求項７】
前記第２のスイッチ手段は、ＭＯＳＦＥＴであり、
前記電圧制限手段は、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインとゲートの間に接続された定電圧ダイオードであることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射用ソレノイド駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用燃料噴射装置に用いる燃料噴射用ソレノイド駆動回路に係り、特に、燃料噴射器（インジェクタ）に高電圧を印加して駆動する燃料噴射用ソレノイド駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダ内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射式エンジンの実用化が進んでいる。この筒内燃料噴射式エンジンでは、特に希薄燃焼による排気ガスの低減、燃料消費量の低減が課題である。このような背景からインジェクタの駆動には、噴射信号に対するインジェクタの応答時間を速くし、噴射信号の時間幅が小さい範囲から比例的に制御することが求められる。
そのための手段として、噴射信号の立上がり時にインジェクタに高電圧を印加して大電流を流し、開弁時間を短縮し、その後は開弁を保持するための保持電流を制御する方法が一般的である。
【０００３】
そして、高電圧の生成には、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータが必要となる。このＤＣ−ＤＣコンバータの性能の一例を示すと、バッテリ電圧（１４Ｖ）から７０〜１００Ｖ程度に昇圧し、１０Ａ程度のピーク電流を供給するものである。さらに、この高電圧は、６気筒エンジンで最高回転数が６６００ｒｐｍを例にすると、時間３ｍｓ毎にインジェクタを駆動することになるので、一度インジェクタを駆動した後３ｍｓの間に高電圧が所定値に復帰していることが必要で、かつバッテリ電圧が１０Ｖまで保証できる仕様となる。このような、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータは、消費電力が大きくなり、熱的に過酷な環境では放熱の対応が大きな問題となる。
【０００４】
この問題を解決する方法として提案されているものとしては、例えば特公平７−７８３７４号、特開平１０−１５３１４１号公報に記載されたものがある。これらの公報に記載の装置は、共にソレノイド（インジェクタ相当）に電流を流すことにより蓄積されるエネルギを、電流の遮断によってコンデンサに蓄積し、高電圧を得るようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来技術による装置にあっては、特公平７−７８３７４号公報に記載の装置では、高電圧を発生させるＤＣ−ＤＣコンバータの出力コンデンサに、ソレノイドに蓄積されたエネルギを部分的に蓄積させるようにしている。すなわち、高電圧で流した開弁電流を保持電流まで下げる時と、噴射信号が終了して保持電流を０に下げる時の２回だけ出力コンデンサにエネルギが蓄積される。この方法では、高電圧を発生させるＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作に対する効果は十分ではない。
また、特開平１０−１５３１４１号公報に記載の装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータとしての回路を無くし、ソレノイドに蓄積されたエネルギをコンデンサに蓄積する回路構成とし、ＤＣ−ＤＣコンバータでの消費電力を０にしている。
【０００６】
コンデンサに蓄積する動作は、ソレノイドに流す電流の遮断毎に蓄積されたエネルギがすべてコンデンサに蓄積されるように、フリーホイールされた電流がダイオードを介してコンデンサに接続される。この回路構成から、コンデンサに蓄積されるエネルギはソレノイドに流す電流の時間、すなわち、噴射信号の時間幅によって決る。この方法では、蓄積するコンデンサの値とソレノイドの固体特性との組合せにより、放熱に対して良好に解決できる効果がある。
しかし、希薄燃焼を目的とした、不特定多数のコンデンサとインジェクタを組合わせた駆動では、次の問題が生ずる。
【０００７】
前記のように、噴射信号の時間幅によってコンデンサに蓄積されるエネルギ、すなわち高電圧の値が変わるので、噴射信号の時間が短いときに十分なインジェクタの開弁電流が流せないことである。また、高電圧の値が変わることにより、保持電流を０にした時、電流の立下がり時間が変わり燃料噴射量のばらつきが生ずることである。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インジェクタの固有特性にかかわらず、所定値の高電圧を得て、インジェクタの開弁電流を所定値で制御することができ、かつＤＣ−ＤＣコンバータの負担を低減して消費電力を軽減することができる燃料噴射用ソレノイド駆動回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の燃料噴射用ソレノイド駆動回路は、基本的には、インジェクタと、高電圧充電コンデンサと、前記高電圧充電コンデンサの電圧を帰還して、該コンデンサの電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記インジェクタの一方に接続され、噴射信号に応じて前記インジェクタに高電圧充電コンデンサから高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオードと、前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧及び該高電圧と異なる電圧で共に電流を通電する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、前記インジェクタの他方と前記高電圧充電コンデンサに接続され、電位が前記コンデンサ電圧より高いときに電流を通電するダイオードを備え、前記第１のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された第１のレベル検出器の第１レベルでオフし、前記第２のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された前記第１のレベル検出器の第１レベルより低い第２レベルでオフし、前記電流検出手段に接続された第２のレベル検出器の第２レベルでオンし、該第２のレベル検出器の第２レベルより高い第１レベルでオフすることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の具体的な態様は、インジェクタと、高電圧充電コンデンサと、前記高電圧充電コンデンサの電圧を帰還して、該コンデンサの電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータと、前記インジェクタの一方に接続され、噴射信号に応じて前記インジェクタに高電圧充電コンデンサから高電圧を印加する第１のスイッチ手段と、アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオードと、噴射信号に応じて前記インジェクタに前記高電圧と異なる電圧を印加する第３のスイッチ手段と、前記第３のスイッチ手段と直列に接続され、前記高電圧と異なる電圧への逆流阻止用ダイオードと、前記インジェクタの他方に接続され、前記高電圧及び該高電圧と異なる電圧で共に電流を通電する第２のスイッチ手段と、前記第２のスイッチ手段とアース間に接続された電流検出手段と、前記インジェクタの他方と前記高電圧充電コンデンサに接続され、電位が前記コンデンサ電圧より高いときに電流を通電するダイオードを備え、前記第３のスイッチ手段は、噴射信号の期間オンを継続し、前記第１のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された第１のレベル検出器の第１レベルでオフし、前記第２のスイッチ手段は、噴射信号と同時にオンし、前記電流検出手段に接続された前記第１のレベル検出器の第１レベルより低い第２レベルでオフし、前記電流検出手段に接続された第２のレベル検出器の第２レベルでオンし、該第２のレベル検出器の第２レベルより高い第１レベルでオフすることを特徴としている。
【００１１】
前記の如く構成された本発明の燃料噴射用ソレノイド駆動回路によって、高電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータの消費電力を低減でき、熱的に過酷な環境での対応が容易になる。
また、本発明の他の具体的な態様は、前記第１のスイッチ手段が、ＭＯＳＦＥＴであることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の具体的な態様は、前記高電圧充電コンデンサと並列に、前記コンデンサ電圧の所定値より高い電圧レベルを制限する電圧制限手段をさらに備えることを特徴としている。
また、本発明の他の具体的な態様は、前記電圧制限手段が、前記高電圧充電コンデンサと並列に接続された定電圧ダイオードであることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の他の具体的な態様は、前記第２のスイッチ手段が、前記コンデンサ電圧の所定値より高い電圧レベルを制限する電圧制限手段を備えることを特徴としている。
さらに、本発明の他の具体的な態様は、前記第２のスイッチ手段は、ＭＯＳＦＥＴであり、前記電圧制限手段は、前記ＭＯＳＦＥＴのドレインとゲートの間に接続された定電圧ダイオードであることを特徴としている。
このように前記電圧制限手段を備えることにより、出力コンデンサに蓄積されるエネルギにより、無制限に電圧が上昇しないように制限することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の一実施形態について詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図である。図１では多気筒エンジンのインジェクタ駆動回路のうち１気筒分の回路を示している。
【００１５】
図１において、１はバッテリ、２００はインジェクタ、２はインジェクタ２００を駆動する燃料噴射用ソレノイド駆動回路であり、燃料噴射用ソレノイド駆動回路２は、出力コンデンサ３７（高電圧充電コンデンサ）の電圧を帰還して、出力コンデンサ３７の電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、供給される噴射信号１０ａ及び電流検出信号に基づいて各ＦＥＴに印加する噴射信号（ゲート信号）１００ａ，１１０ａ，１３０ａを生成するゲート生成回路１０と、インジェクタ２００の一方に接続され、噴射信号１００ａに応じてインジェクタ２００に出力コンデンサ３７から高電圧３０ｃを印加する高電圧印加用ＦＥＴ１００（第１のスイッチ手段）と、アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオード１５０と、噴射信号１３０ａに応じてインジェクタ２００に高電圧３０ｃと異なる電圧を印加するＶＢ印加用ＦＥＴ１３０（第３のスイッチ手段）と、ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０と直列に接続され、高電圧３０ｃと異なる電圧への逆流阻止用ダイオード１４０と、インジェクタ２００の他方に接続され、高電圧３０ｃ及び高電圧３０ｃと異なる電圧で共に電流を通電する電流制御用ＦＥＴ１１０（第２のスイッチ手段）と、電流制御用ＦＥＴ１１０とアース間に接続された電流検出抵抗１２０（電流検出手段）と、インジェクタ２００の他方と出力コンデンサ３７に接続され、電位が出力コンデンサ３７電圧より高いときに電流１６０ａを通電するダイオード１６０を備え、ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０は、噴射信号１３０ａの期間オンを継続し、高電圧印加用ＦＥＴ１００は、噴射信号１００ａと同時にオンし、電流検出抵抗１２０に接続されたピーク電流検出器２０（第１のレベル検出器）の第１レベルＩｐ１でオフし、電流制御用ＦＥＴ１１０は、噴射信号１１０ａと同時にオンし、電流検出抵抗１２０に接続されたピーク電流検出器２０の第１レベルより低い第２レベルＩｐ２でオフし、電流検出抵抗１２０に接続された保持電流検出器２１（第２のレベル検出器）の第２レベルＩｈ２でオンし、保持電流検出器２１の第２レベルＩｈ２より高い第１レベルＩｈ１でオフするように構成する。
【００１６】
高電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、出力電圧と基準電圧を比較してスイッチング時間を制御するゲート制御回路３１、インダクタであるコイル３２、バッテリ１の＋(プラス)側からコイル３２の電流３２ａをオン／オフするＤＣ−ＤＣコンバータＦＥＴ３３、ＦＥＴ３３がオフ時にコイル３２の電流を通電するダイオード３４、抵抗３５，３６、ダイオード３７の通電電流を充電する出力コンデンサ３７から構成されている。また、出力コンデンサ３７の電圧３０ｃは、抵抗３５，３６で分圧されてＦＥＴ３３のゲート制御回路３１に帰還され、ゲート制御回路３１は、出力コンデンサ３７の電圧３０ｃが所定の高電圧になるように制御する。
【００１７】
バッテリ１の＋側は、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路３０の出力コンデンサ３７の出力側を介し、高電圧印加用ＦＥＴ１００を通してインジェクタ２００＋側に接続される。また、このインジェクタ２００＋側には、バッテリ１の＋側（以下、バッテリ１＋という）からＶＢ印加用ＦＥＴ１３０と逆流阻止用ダイオード１４０とからなる直列回路が接続される。
【００１８】
インジェクタ２００−(マイナス)側は、インジェクタ電流２００ａを所定値に制御する電流制御用ＦＥＴ１１０と電流検出抵抗１２０によりバッテリ１の−側に接続されている。また、このバッテリ１の−側（以下、バッテリ１−という）からインジェクタ２００＋側には、ＦＥＴ１００、ＦＥＴ１３０をオフした時にインジェクタ２００のエネルギをフリーホイールするダイオード１５０が接続される。
【００１９】
さらに、インジェクタ２００−側からＤＣ−ＤＣコンバータ回路３０の出力コンデンサ３７には、電流制御用ＦＥＴ１１０がオフした時にインジェクタ２００の電流を出力コンデンサ３７に充電する経路としてダイオード１６０が接続される。
【００２０】
ゲート生成回路１０は、噴射信号１０ａとピーク電流検出器２０及び保持電流検出器２１の検出結果に基づいて、高電圧印加用ＦＥＴ１００，電流制御用ＦＥＴ１１０，ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０の、各ゲート信号１００ａ，１１０ａ，１３０ａを生成する。
以下、上述のように構成された燃料噴射用ソレノイド駆動回路の動作を説明する。
【００２１】
図２は、上記燃料噴射用ソレノイド駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図であり、図２における番号は図１の該当する信号に対応している。
まず、開弁時の動作は次のようになる。
噴射信号１０ａがゲート生成回路１０に入力されると、ゲート生成回路１０では、図２に示すように各ゲート信号１００ａ，１１０ａ，１３０ａを生成し、ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０のゲート信号１３０ａを出力するとともに、高電圧印加用ＦＥＴ１００のゲート信号１００ａ、電流制御用ＦＥＴ１１０のゲート信号１１０ａを出力する。これにより、高電圧印加用ＦＥＴ１００，電流制御用ＦＥＴ１１０，ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０がオンし、インジェクタ２００にはＤＣ−ＤＣコンバータの出力コンデンサ３７に充電された高電圧３０ｃが印加されて、インジェクタ電流２００ａが流れ始める（図２参照）。
【００２２】
このインジェクタ電流２００ａによって電流検出抵抗１２０に電圧降下が生じる。電流検出抵抗１２０の電圧変化は、ピーク電流検出器２０により検出され、ピーク電流検出器２０が第１レベルＩｐ１を検出すると、この検出結果を受けたゲート生成回路１０は、高電圧印加用ＦＥＴ１００のゲート信号１００ａを０として高電圧印加用ＦＥＴ１００をオフし、高電圧の印加が終了する。
【００２３】
高電圧印加用ＦＥＴ１００がオフすると、インジェクタ電流２００ａは、インジェクタ２００→電流制御用ＦＥＴ１１０→電流検出抵抗１２０→ダイオード１５０→インジェクタ２００の経路でフリーホイールされる。そして、ピーク電流検出器２０がレベルＩｐ２を検出すると、この検出結果を受けたゲート生成回路１０は、電流制御用ＦＥＴ１１０のゲート信号１１０ａを０として電流制御用ＦＥＴ１１０をオフする。ここまでが、図２のゲート信号１１０ａの１回目の立下りであり、これで開弁時の動作を終え保持電流制御に移行する。
【００２４】
次に、保持電流制御への移行と制御について説明する。
電流制御用ＦＥＴ１１０がオフすると、インジェクタ電流２００ａは、インジェクタ２００→ダイオード１６０→出力コンデンサ３７→ダイオード１５０→インジェクタ２００の経路で出力コンデンサ３７に充電され、高電圧３０ｃの復帰に加担する。
【００２５】
インジェクタ電流２００ａが減少して保持電流検出器２１が第２レベルＩｈ２を検出すると、この検出結果を受けたゲート生成回路１０は、電流制御用ＦＥＴ１１０のゲート電圧１１０ａを出力して電流制御用ＦＥＴ１１０をオンする。これは、図２のゲート信号１１０ａの２回目の立上りで示される。また、ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０は、噴射信号１３０ａの期間オンを継続している。電流制御用ＦＥＴ１１０のオンにより、バッテリ１＋→ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０→ダイオード１４０→インジェクタ２００→電流制御用ＦＥＴ１１０→電流検出抵抗１２０→バッテリ１→の経路でバッテリ電圧ＶＢが印加されて、インジェクタ電流２００ａが増加する。
【００２６】
そして、保持電流検出器２１が第１レベルＩｈ１を検出すると、この検出結果を受けたゲート生成回路１０は、電流制御用ＦＥＴ１１０のゲート電圧１１０ａを０として電流制御用ＦＥＴ１１０をオフする。これは、図２のゲート信号１１０ａの２回目の立下りで示される。電流制御用ＦＥＴ１１０のオフにより、インジェクタ電流２００ａは、インジェクタ２００→ダイオード１６０→出力コンデンサ３７→ダイオード１５０→インジェクタ２００の経路で減少し、この電流が出力コンデンサ３７に充電されて高電圧３０ｃの復帰に加担する。
【００２７】
そして、再び保持電流検出器２１が第２レベルＩｈ２を検出すると、電流制御用ＦＥＴ１１０のゲート電圧１１０ａが出力されて電流制御用ＦＥＴ１１０をオンし、バッテリ１＋→ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０→ダイオード１４０→インジェクタ２００→電流制御用ＦＥＴ１１０→電流検出抵抗１２０→バッテリ１→の経路でバッテリ電圧ＶＢが印加されて、インジェクタ電流２００ａが増加する。
この保持電流制御の動作は、噴射信号１０ａが０になるまで繰返される。
【００２８】
ところで、噴射信号１０ａが出力され、高電圧印加用ＦＥＴ１００がオンすると、高電圧印加用ＦＥＴ１００がオンしている期間はＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力コンデンサ３７からインジェクタ電流２００ａを供給するので、図２に示すように高電圧３０ｃは減少し、高電圧設定値３０ｃ１より小さくなってＤＣ−ＤＣコンバータ３０は動作を開始する。ゲート制御回路３１によるＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作は次のようなものである。
【００２９】
まず、ＤＣ−ＤＣコンバータＦＥＴ３３をオンしてコイル３２に電流３２ａを流し、次にＦＥＴ３３をオフする。コイル３２に流れていた電流がダイオード３４を通って出力コンデンサ３７に流れて出力コンデンサ３７を充電する。高電圧３０ｃが高電圧設定値３０ｃ１を越えるまでこの動作が繰返され、高電圧３０ｃが３０ｃ２になったところで動作が止まる。
【００３０】
噴射信号１０ａの期間、出力コンデンサ３７には、インジェクタ電流２００ａのうちダイオード１６０を通る電流１６０ａ（図２の２００ａのハッチング部参照）と、コイル電流３０ａのうちコイル３２に流れていた電流３０ｂ（図２の３０ａのハッチング部参照）との２つの電流で充電されて、高電圧３０ｃは高電圧設定値３０ｃ１まで大きくなる。したがって、出力コンデンサ３７の電圧３０ｃは所定値３０ｃ１に速く復帰できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作時間が短くなる。
ここで、噴射信号１０ａが小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力コンデンサ３７には、インジェクタ電流２００ａによる充電がなくなり、コイル電流３０ａのみで充電となる。
【００３１】
この条件でンジン回転数が高くなると、多気筒で隣り合わせの気筒までの噴射間隔は、例えば６気筒で６６００ｒｐｍの時３ｍｓであり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の性能としては、高電圧３０ｃが電圧設定値３０ｃ１まで復帰する時間が３ｍｓ以下であることが重要である。
しかしながら、エンジン回転数が６６００ｒｐｍでかつ噴射信号１０ａが小さい状態が連続することはないので、この条件下で連続した時の発熱について考慮することは実用的ではない。
【００３２】
本実施形態によれば、高電圧３０ｃが高電圧設定値３０ｃ１まで復帰するのに、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作のみ、すなわちコイル電流３０ａの内３０ｂのみで出力コンデンサ３７を充電する場合に比較して、速くすることができる。このことは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作時間が短くなるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０での消費電力が小さく、発熱を低減できる効果がある。
【００３３】
さらに、本実施形態では、サージ電圧が印加された場合、一例として＋３００Ｖがインジェクタ２００の＋端子２００＋に印加された場合は、高電圧印加用ＦＥＴ１００の内部寄生ダイオード１０１（図１参照）を通して出力コンデンサ３７に吸収され、また、このサージ電圧がインジェクタ２００の−端子２００−に印加された場合はダイオード１６０を通して出力コンデンサ３７に吸収される。このことから、電流制御用ＦＥＴ１１０、逆流阻止ダイオード１４０及びダイオード１５０の耐電圧容量は、サージ電圧より小さい高電圧３０ｃで設定できる効果がある。
【００３４】
以上詳細に説明したように、本実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路２は、出力コンデンサ３７の電圧を所定値に制御するＤＣ−ＤＣコンバータ３０と、各ＦＥＴに印加する噴射信号１００ａ，１１０ａ，１３０ａを生成するゲート生成回路１０と、インジェクタ２００の一方に接続され、インジェクタ２００に出力コンデンサ３７から高電圧３０ｃを印加する高電圧印加用ＦＥＴ１００と、アース間に接続されて、該電位がアース電位より低い時電流を通電するダイオード１５０と、インジェクタ２００に高電圧３０ｃと異なる電圧を印加するＶＢ印加用ＦＥＴ１３０と、ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０と直列に接続され、高電圧３０ｃと異なる電圧への逆流阻止用ダイオード１４０と、インジェクタ２００の他方に接続され、高電圧３０ｃ及び高電圧３０ｃと異なる電圧で共に電流を通電する電流制御用ＦＥＴ１１０と、電流制御用ＦＥＴ１１０とアース間に接続された電流検出抵抗１２０と、インジェクタ２００の他方と出力コンデンサ３７に接続され、電位が出力コンデンサ３７電圧より高いときに電流１６０ａを通電するダイオード１６０を備えて構成する。そして、インジェクタ２００には、ＦＥＴ１００とＦＥＴ１１０をオンし、出力コンデンサ３７の高電圧３０ｃを印加する開弁電流と、ＦＥＴ１３０でバッテリ電圧ＶＢを印加し、ＦＥＴ１１０により電流を所定値に制御する保持電流を流す。開弁電流を流すと出力コンデンサ３７の高電圧３７ａが低下するのでＤＣ−ＤＣコンバータ３０は高電圧３７ａを所定値３０ｃ１に復帰させるように動作する。一方、インジェクタ電流２００ａは、所定値のＩｐ２，Ｉｈ１になった時、ＦＥＴ１１０をオフして電流１６０ａをダイオード１６０を通じて出力コンデンサ３７に充電する。
【００３５】
これにより、出力コンデンサ３７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０のコイル３２に流れていた電流３０ｂとインジェクタ２００に流れていた電流１６０ａとにより充電される。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０自身の昇圧動作の他に、インジェクタ２００に流した電流による蓄積エネルギが出力コンデンサ３７に蓄積される。その結果、出力コンデンサ３７の電圧３０ｃは所定値３０ｃ１に速く復帰できるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作時間が短くなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の動作時間が短くなることにより消費電力を低減でき、熱的に過酷な環境での対応が容易にできる効果がある。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３６】
図３は、第２の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図である。本実施形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図３において、３８は、出力コンデンサ３７電圧の所定値より高い電圧レベルを制限する定電圧ダイオード（電圧制限手段）であり、定電圧ダイオード３８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力コンデンサ３７と並列に設置されている。
以下、上述のように構成された燃料噴射用ソレノイド駆動回路の動作を説明する。全体的な動作は第１の実施形態と同様であるためこの部分の動作説明を省略し、異なる動作について説明する。
【００３７】
図４は、上記燃料噴射用ソレノイド駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図であり、前記図２の波形図に対応するものである。
図４は、図２に比較して噴射信号１０ａの時間が長くなっている。噴射信号１０ａの時間が長いと、上述した保持電流制御の期間が長くなり、インジェクタ電流２００ａのうちダイオード１６０を通る電流１６０ａの電流が、保持電流制御の期間中ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力コンデンサ３７に充電されて、高電圧３０ａが高電圧設定値３０ｃ１を越えて大きくなる。このまま高電圧３０ａが大きくなると、開弁動作時のインジェクタ電流２００ａが高電圧３０ａの値によって異なること、また使用部品の耐電圧が大きくなる等の不具合が生ずる。
【００３８】
そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０の出力コンデンサ３７と並列に、定電圧ダイオード３８を接続し、定電圧ダイオード３８の電圧レベルを、高電圧設定値３０ｃ１より高いレベル３０ｃ３に設定した。高電圧設定値３０ｃ１とレベル３０ｃ３の差はインジェクタ２００の開弁動作に差異が生じない程度である。
【００３９】
これにより、出力コンデンサ３７には、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０による出力コンデンサ３７への充電は高電圧設定値３０ｃ１までとなり、インジェクタ電流２００ａのうちダイオード１６０を通る電流１６０ａによる充電はレベル３０ｃ３までとなる。そして、それ以上については、電流１６０ａは定電圧ダイオード３８の電流３８ａとなる。
定電圧ダイオード３８の電流３８ａによって電力消費が生じることになるが、以下の理由により、システムで見た全体の発熱にはほとんど影響を与えない。
【００４０】
一例として、高電圧設定値３０ｃ１を７２Ｖとし、通常の運転状態で噴射信号１０ａが最大で５ｍｓとした時、高電圧値３０ｃは７５Ｖになる。レベル３０ｃ３を７７Ｖに設定すれば、ほとんどの運転状態で定電圧ダイオード３８に電流３８ａは流れないので、電力消費は生じない。但し、低温時の始動時等少ない条件下で、噴射信号１０ａを長くする制御があり、過渡的にレベル３０ｃ３を越える状態が生ずるので、素子の保護として電圧制限が必要となる。
【００４１】
本実施形態によれば、高電圧３０ａは高電圧設定値３０ｃ１とレベル３０ｃ３の範囲にできるので、開弁動作時のインジェクタ電流２００ａを一定にすることができると共に、使用部品の耐電圧をレベル３０ｃ３付近にできる効果がある。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００４２】
図５は、第３の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図である。本実施形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図５において、電流制御用ＦＥＴ１１０のドレインとゲート間にダイオード１７０と定電圧ダイオード１８０（電圧制限手段）を接続している。
【００４３】
すなわち、図３では、出力コンデンサ３７と並列に定電圧ダイオード３８を接続したが、この構成に代えて、電流制御用ＦＥＴ１１０のドレインとゲート間にダイオード１７０と定電圧ダイオード１８０を接続し、電流制御用ＦＥＴ１１０に電圧制限作用を持たせる。
【００４４】
本実施形態では、定電圧ダイオード１８０を高電圧３０ａのレベル３０ｃ３にすることにより、電流制御用ＦＥＴ１１０のドレイン電圧がレベル３０ｃ３を越えるとゲート電圧が印加されて高電圧３０ａがレベル３０ｃ３以上に大きくならないようにしている。
本実施形態によれば、第２の実施形態と同等の効果を得ることができることに加え、定電圧ダイオード１８０を小形にできる効果がある。
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００４５】
図６は、第４の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図である。本実施形態の説明にあたり、図５と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
本実施形態は、前記図１においてバッテリ１の＋側に、逆流阻止用ダイオード１４０と直列に接続されるＶＢ印加用ＦＥＴ１３０（第３のスイッチ手段）を省略し、逆流阻止用ダイオード１４０のみとした。また、図５と同様に、電流制御用ＦＥＴ１１０のドレインとゲート間にダイオード１７０と定電圧ダイオード１８０を接続している。
【００４６】
ＶＢ印加用ＦＥＴ１３０は、インジェクタ２００の端子２００＋がアースにショートしたとき、その診断を行いＦＥＴ１３０をオフにしてＦＥＴ１３０の保護をすることを目的として設置されたものである。したがって、インジェクタ２００の端子２００＋の異常がないようなシステムであれば、ＦＥＴ１３０をなくすことができる。
【００４７】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同等の効果を得ることができることに加え、部品コストを低減することができる。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００４９】
図７は、第５の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図である。本実施形態の説明にあたり、図１と同一構成部分には同一符号を付して重複部分の説明を省略する。
図７において、高電圧印加用ＦＥＴ１００と直列に、インジェクタ２００に電圧が印加できる向きにダイオード１９０を接続している。
【００５０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０で出力コンデンサ３７のショート故障あるいはダイオード３４のショート故障が生ずると、高電圧３０ｃが印加できなくなると同時に、バッテリ電圧による電流もＦＥＴ１００の内部寄生ダイオード１０１を通してＤＣ−ＤＣコンバータ３０に流れ、インジェクタ２００に電流２００ａが流れなくなる。
【００５１】
ＤＣ−ＤＣコンバータ３０は、多気筒エンジンの場合でも１回路だけ有し、これにより回路規模を低減しているため、前記のような故障が生ずると、全気筒のインジェクタ２００を動作させることができない。
本実施形態では、前記のような故障に至り高電圧３０ｃがない場合でも、バッテリ電圧の印加はできるので、故障を検出した時には、インジェクタ２００が動作できる程度に噴射信号１０ａを長くし、フェールセーフとしての自動車の走行を可能にできる効果がある。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０を構成するコンデンサ、スイッチ手段の種類や数、また、ゲート生成回路１０におけるゲート信号生成方法は種々の設計変更が可能である。同様に、各スイッチ手段としてＭＯＳＦＥＴを用いているが種類や組み合わせは一例に過ぎず、信号の立上り、立下り、アクティブ状態も適宜変更可能である。また、電圧制限手段や電流検出手段等の種類も適宜適当な部材を用いることができ同等の回路を構成することも可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明に係る燃料噴射用ソレノイド駆動回路は、高電圧をインジェクタに印加して応答を速くする駆動回路において、高電圧を生成するＤＣ−ＤＣコンバータの消費電力を低減でき、熱的に過酷な環境での対応が容易にできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図。
【図２】本実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図。
【図３】本発明の第２の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図。
【図４】本実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の各回路部の電圧及び電流の変化を示す動作波形図。
【図５】本発明の第３の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図。
【図６】本発明の第４の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図。
【図７】本発明の第５の実施形態の燃料噴射用ソレノイド駆動回路の構成を示す回路図。
【符号の説明】
１…バッテリ
２…燃料噴射用ソレノイド駆動回路
１０…ゲート生成回路
２０…ピーク電流検出器（第１のレベル検出器）
２１…保持電流検出器（第２のレベル検出器）
３０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
３７…出力コンデンサ（高電圧充電コンデンサ）
３８，１８０…定電圧ダイオード（電圧制限手段）
１００…高電圧印加用ＦＥＴ（第１のスイッチ手段）
１１０…電流制御用ＦＥＴ（第２のスイッチ手段）
１２０…電流検出抵抗（電流検出手段）
１３０…ＶＢ印加用ＦＥＴ（第３のスイッチ手段）
１４０…逆流阻止ダイオード
１５０，１６０，１７０…ダイオード
２００…インジェクタ
【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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