JP5140762B2 - 噴射バルブを駆動制御するための回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のための少なくとも１つの噴射バルブ、特にソレノイドインジェクションバルブを駆動制御するための回路装置に関している。

最適な燃料噴射過程を得るためには、内燃機関のための噴射バルブ、いわゆるＳＤＩバルブを所定の時点で正確かつ迅速に開放し、この開放状態を所定期間維持した後で再び遮断することが必要である。この正確でかつ迅速な開放の他にも、パルス毎の燃料の最小噴射量と最大噴射量、並びに最小噴射量と最大噴射量相互の間の比（いわゆる燃料の拡散）も重要である。さらに順次連続する後続パルスのもとでも噴射量を高精度に再現することが必要になってくる。

最小限の噴射量によって、燃料の静的な通流量と調整可能な燃圧範囲と共に、所定の最小量（例えばアイドリング時）のもとで生じ得る噴射量の拡散と最大出力または最大回転数が定められる。故に最小噴射量の低減は、特に点火時期近傍の燃料噴射を実現するような噴射ストラテジのもとでは多重噴射を可能にする。これにより有利には排気特性も良好に制御され、とくに中間出力と高出力のもとで黒煙（煤）の排出が回避される。また触媒の応答特性も触媒ヒータ用に最適化された噴射ストラテジによって改善が可能である。

噴射バルブの正確な駆動制御は、所定の電流プロファイルを利用して行われる。このプロファイルのもとで、噴射弁に割当てられたシリンダコイルに電流が供給される。バルブの開放に対しては、シリンダコイルに多くの電流が流されなければならない。さらにバルブの開放を維持しながら、電力の損失も最小に保つためには、比較的僅かな電流で開放状態を維持する必要がある。電流が遮断されることによってシリンダコイル内で電流が可及的に急速に減少した後では、バルブはバネの力によって閉じられる。このバネは静止状態でバルブを閉じ続けるものである。このバネ応力はバルブの構造形式に応じて燃圧にも支援される。

最小噴射量と最小噴射時間を低減するためには遮断過程をできるだけ迅速に実施する必要がある。開放過程の間は克服すべきバネ応力が高まらないようにする必要があるので、バルブをアクティブに遮断ないしは意図的に遮断する手段も公知である。これはいわゆるラピッドインジェクタクロージング"Rapid Injector Closing(RIC)"とも称されている。この手法によれば、短時間のバルブの遮断過程中にバルブの押し戻しのための逆電流がシリンダコイル内で形成される。

図１には、従来技術から公知の２つの噴射バルブを駆動制御するための回路装置が示されている。これらの２つの噴射バルブにはそれぞれ１つのシリンダコイルＬ１，Ｌ２が対応付けられている。これらのシリンダコイルＬ１，Ｌ２の第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ２（Ｌ２）は相互に接続され、さらに制御可能な半導体スイッチング素子Ｔ２ないしＴ９を介してそれぞれ給電端子ＶＰ２ないしＶＰ３に接続されている。給電端子ＶＰ２には、１２Ｖの車両搭載電源から双方向で迅速な電流形成が可能な図には示されていないＤＣ／ＤＣコンバータを介して生成された７０Ｖの給電電圧が印加されている。給電端子ＶＰ３には、車両搭載電源電圧（１２Ｖ）が直接印加されている。シリンダコイルＬ１，Ｌ２の第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）はそれぞれ制御可能な半導体スイッチング素子Ｔ１ないしＴ５を介して基準電位端子ＢＰに接続されている。前記半導体スイッチング素子Ｔ１，Ｔ５のうちの一方の駆動制御によって、所定の時点で操作されるシリンダコイルと噴射素子が選択される。この選択は、半導体スイッチング素子Ｔ１，Ｔ５の相応する半導体スイッチング素子をターンオンさせ、それに対して他方をターンオフすることによって行われる。選択されたシリンダコイルＬ１，Ｌ２を流れる電流のレベルの設定は、半導体スイッチング素子Ｔ２，Ｔ９の１つを用いたパルス幅変調によって行われる。

噴射バルブの開放過程の間は、選択された噴射バルブの第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）またはＳＰ１（Ｌ２）に、給電端子ＶＰ２に印加された７０Ｖの作動電圧が印加される。噴射バルブの慣性とバルブ応力に短時間打ち勝つための十分な規模の電流と急峻な電流上昇の形成のために高い電圧は必要である。噴射バルブが完全に開いた後では、冒頭でも述べたように、僅かな電流しか必要ない。そのため相応する第１のコイル端子が給電端子ＶＰ３を介して車両搭載電源から給電される。

図１は、噴射バルブのアクティブな遮断を実現する構成例を示したものである。この目的のために第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）がそれぞれ半導体スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４を介して給電端子ＶＰ２に接続されている。その上さらに第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ１（Ｌ２）はさらなる半導体スイッチング素子Ｔ８を介して基準電位端子ＢＰに接続されている。

前記半導体スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４，Ｔ８はダイオードによって置き換えられていてもよい。その場合には回路装置内部でアクティブな遮断は行われない。図１に示されている構成では、電界効果トランジスタとして構成されている半導体スイッチング素子Ｔ３，Ｔ４，Ｔ８のそれぞれのボディダイオードは、活動化されたシリンダコイルを流れる電流通流がパルス幅変調された半導体スイッチング素子Ｔ９を用いて中断された場合には、フリーホイーリングダイオードとしてのダイオード機能を担う。

活動化されたシリンダコイルＬ１，Ｌ２の第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ１（Ｌ２）は、半導体スイッチング素子Ｔ８を介して基準電位に接続される。それと同時に、前記活動化されたシリンダコイルＬ１，Ｌ２の第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）は、対応する半導体スイッチング素子Ｔ３またはＴ４を介して給電端子ＶＰ２（７０Ｖ）に接続される。これにより、シリンダコイルＬ１，Ｌ２を通る所望の大規模な反転電流が生成される。

図１に示されている回路装置の欠点は、全ての半導体スイッチング素子（半導体スイッチング素子Ｔ９は除く）と、ＤＣ／ＤＣコンバータと、それに含まれるコンデンサが７０Ｖ用に設計されていなければならないことである。そのような構成部材はサイズが大きくなり、値段も高価でしかも１つの半導体チップに集積化することが難しく、相応のコストをかけなければ集積化は無理である。その上さらにパルス幅変調のためには図には示されていない分流器を用いて電流測定が行われなければならない。なぜなら必要な精度を備えた外部の高価なセンスＦＥＴを使ってしまえばさらにコストが増すからである。

それ故本発明の課題は、内燃機関のための少なくとも１つの噴射バルブ、特にソレノイドインジェクションバルブを駆動制御するための回路装置をできるだけ低コストで簡単に提供することができるように改善を行うことである。

前記課題は請求項１の特徴部分に記載された本発明による回路装置によって解決された。本発明の別の有利な実施例は従属請求項に記載されている。

本発明によれば、内燃機関の少なくとも１つの噴射バルブ、特にソレノイドインジェクションバルブを駆動制御するための回路装置において、
第１の電圧が取り出し可能な給電端子と、
基準電位端子と、
１つ又は複数のシリンダコイルとを含み、
前記シリンダコイルの第１のコイル端子には対応付けられた噴射バルブの操作のために電圧が印加可能であり、さらに、
制御可能な昇圧回路と、
駆動制御回路とを含み、
前記昇圧回路は、第１の電圧から該第１の電圧よりも高い第２の電圧を生成するように構成され、前記昇圧回路の第１の入力側は給電端子に接続され、前記昇圧回路の第１の出力側はそれぞれ第１の制御可能な半導体スイッチング素子を介してシリンダコイルに接続されており、
前記駆動制御回路は、駆動制御のために少なくともそれぞれ第１の半導体スイッチング素子と昇圧回路に接続され、さらに前記駆動制御回路は、噴射バルブの１つの操作状態に依存して、第１の電圧若しくは第２の電圧を、正確に１つのシリンダコイルの第１のコイル端子に印加するように構成されている。

本発明の回路装置によれば、従来技術から公知の回路装置に比べて小型で低コストな構成部材を利用することが可能になる。さらにこの回路装置は高い集積密度を備え、大半の部分を１つの回路支持体若しくは１つの集積化された半導体チップに設けることが可能である。あえて比較すれば、ごく僅かな別個の構成素子を必要とするぐらいである。このようなことは、給電端子に、従来技法の場合よりも僅かな給電電圧を印加することによって可能となる。このことによりＤＣ／ＤＣコンバータもより簡素で低コストな構成にすることが可能である。

従来技術から公知の２つの噴射バルブを駆動制御するための回路装置を示した図 ２つの噴射バルブを駆動制御するための本発明による回路装置の様々な操作状態を示した図 ２つの噴射バルブを駆動制御するための本発明による回路装置の様々な操作状態を示した図 ２つの噴射バルブを駆動制御するための本発明による回路装置の様々な操作状態を示した図

発明を実施するための形態
本発明による回路装置の有利な構成例によれば、複数の噴射バルブにおいて所定の時点で正確に１つのシリンダコイルが、対応する第１のスイッチング素子の駆動制御を介して第１の電圧または第２の電圧を印加される。本発明による回路装置においては複数の噴射バルブが設けられている構成をバンクとも称する。従って１つのバンクとは複数のシリンダからなる１つのグループを表し、そのグループ内では所定の時点で唯１つの噴射バルブのみが開放を許容される。バンク毎の噴射バルブの数は実質的に内燃機関の設計構造に依存する。

本発明の別の有利な構成例によれば、昇圧回路は公知の倍電圧器として構成される。これにより、噴射バルブの駆動制御に必要な７０Ｖの電圧が、給電端子に印加された３５Ｖの電圧から得られるようになる。これによって既に冒頭でも述べたような利点が得られる。

さらに別の有利な構成例によれば、１つまたは複数のシリンダコイルの第２のコイル端子が第１の電流測定装置を介して基準電位と接続され、この接続径路は第１の電流測定装置とは異なる第４の半導体スイッチング素子またはセンスＦＥＴとして構成された第１の電流測定装置による制御によって分離可能である。従来技法の場合よりも低い供給電圧の設定によって、信頼性が高く低コストで集積化の可能なセンスＦＥＴを用いることが可能になる。

さらに有利には、各シリンダコイルの第１のコイル端子がそれぞれ第１の整流素子を介して昇圧回路の第２の出力側と次のように接続される。すなわちシリンダコイルを流れる電流が対応する第１の半導体スイッチング素子を用いて中断された場合に、第１の整流素子がシリンダコイルのフリーホイーリングを可能にするように接続される。最も簡単な実施例によれば、第１の整流素子はダイオードによって構成される。このダイオードがシリンダコイルのフリーホイーリングを可能にする。その際このダイオードのカソード端子は第１のコイル端子に接続される。

有利には前記第１の整流素子は、駆動制御回路によって制御可能な第２の半導体スイッチング素子、特に電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）によって形成される。この場合前記整流素子は第２の半導体スイッチング素子のボディダイオードである。制御可能な半導体スイッチング素子としての整流素子の構成は次のような利点を有している。すなわち、噴射バルブのアクティブな遮断（ラピッドインジェクタクロージング）が可能なる利点である。第１のコイル端子への第２の半導体スイッチング素子の接続は次のように行われる。すなわちボディダイオードのカソード端子がこれに接続されるように行われる。それによってフリーホイーリングダイオードの機能を備えることが可能になる。

有利な実施例によれば、第２のコイル端子が第２の整流素子を介して給電端子に接続される。この第２の整流素子も、前記第１の整流素子のように簡素なダイオードによって構成することが可能である。このダイオードは主にシリンダコイルを流れる電流が対応する第１の半導体スイッチング素子を用いて中断された場合に、前記シリンダコイルの１つのフリーホイーリング機能を可能にする目的で用いられる。この場合有利には、第２の整流素子は、駆動制御回路によって制御可能な第３の半導体スイッチング素子、特にセンスＦＥＴによって形成される。この整流素子は第３の半導体スイッチング素子のボディダイオードである。この第３の半導体スイッチング素子の構成、特にセンスＦＥＴとしての構成によれば、シリンダコイルのフリーホイーリング機能の他に、バルブの遮断期間中の電流測定を低コストで正確に行えるようになる。これによってシリンダコイルを流れる電流がさらに高精度に制御可能になる。

第１のセンスＦＥＴは、噴射バルブが開放されるか開放され続ける場合の電流測定の実施に用いられる。第２のセンスＦＥＴは、噴射バルブのアクティブな遮断期間中の電流測定の実施に用いられる。この場合の電流は第２の半導体スイッチング素子の相応のパルス幅変調によって行なわれる。

別の有利な実施例によれば、複数のシリンダコイルの第２のコイル端子が相互に接続されている。

さらに１つ又は複数のシリンダコイルとそれぞれの第１の半導体スイッチング素子並びに１つ又は複数の整流素子は別々の構成素子として構成され、第２の電圧に対する耐性を備えるように設計されている。それに対して昇圧回路の構成素子、第１の電流測定装置、該第１の電流測定装置の電流パス内に任意に設けられる第４の半導体スイッチング素子及び第２の整流素子は、第１の電圧に対する耐性を備えるように設計され、共通の１つの半導体チップに集積可能である。これにより、本発明による回路装置は従来の回路装置よりも少ないスペースとコストで実現可能である。特に噴射素子に直接対応付けられていない全ての構成素子は共通の半導体チップに集積される。なぜならこの半導体チップは比較的僅かな電圧で作動されるからである。

別の有利な構成例によれば、前記駆動制御回路は、パルス幅変調のための回路装置を有しており、該装置はそれぞれのシリンダコイルを通る電流の設定のために制御可能な半導体スイッチング素子のそれぞれの制御端子に接続されている。このパルス幅変調は有利には、センスＦＥＴによって測定される電流に依存して行われる。

さらに別の有利な構成例によれば、前記駆動制御回路は、第１の半導体スイッチング素子の導通切り替えと昇圧回路の第１の駆動制御によって、対応するシリンダコイルの第１のコイル端子に第２の電圧を印加し、さらに前記第１の半導体スイッチング素子のパルス幅変調によって、シリンダコイルを流れる電流を設定することによって、噴射バルブが開放されるように構成されており、この場合の電流測定は第１の電流測定装置によって行われている。いずれにせよここで明らかなことは、操作すべき噴射バルブの選択と、対応するシリンダコイルを流れる電流の設定のためのパルス幅変調が第１の半導体スイッチング素子によって同時に行われることである。

さらに別の有利な構成例によれば、前記駆動制御回路は、第１の半導体スイッチング素子の導通切り替えと昇圧回路の第２の駆動制御によって、対応するシリンダコイルの第１のコイル端子に第１の電圧を印加し、さらに第１の半導体スイッチング素子のパルス幅変調によってシリンダコイルを流れる電流を設定することによって、噴射バルブを開放維持するように構成されている。この場合の電流の測定も第１の電流測定装置によって行われている。

さらに別の有利な構成例によれば、前記駆動制御回路は、第１の半導体スイッチング素子の遮断と第２の半導体スイッチング素子の導通切り替え並びに昇圧回路の第２の駆動制御によって、対応するシリンダコイルの第１のコイル端子に基準電位端子に置かれている第３の電圧を印加し、さらに第２の半導体スイッチング素子のパルス幅変調によってシリンダコイルを流れる電流を設定することによって噴射バルブを遮断するように構成されている。この場合の電流の測定は第３の電流測定装置によって行われる。この駆動制御のもとでは選択された噴射バルブのアクティブな遮断が行われる。

実施例
以下の明細書では本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

図２Ａから図２Ｃには本発明による内燃機関のための１つ若しくは複数の噴射バルブ、特にソレノイドインジェクタバルブの駆動制御のための回路装置の実施例が示されている。本発明による回路装置はここでは例示的に２つの噴射バルブの駆動制御のための要素として示されている。これらの噴射バルブはいわゆる１つのバンクとして配置構成されており、つまり複数の噴射バルブに対応付けられた複数のシリンダコイルのコイル端子において共に駆動制御されている。このことは、所定の時点においてそれぞれ１つの噴射バルブのみが回路装置を用いて操作されること、すなわち開閉されることを意味している。

図２Ａ〜図２Ｃにおける回路構造は同じである。以下では図２Ａ〜図２Ｃに基づいて異なった操作状態ないし切り替え状態を説明する。

本発明による回路装置は、唯一の給電端子ＶＰ１によって特徴付けられる。この端子には例えば３５Ｖの電圧が印加されている。この３５Ｖの電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータにを用いて１２Ｖの車両搭載電源電圧から生成される。このＤＣ／ＤＣコンバータは図には示されていない。給電端子ＶＰ１は、昇圧回路ＶＤの第１の入力側Ｅ１に接続されている。この昇圧回路ＶＤの第２の入力側Ｅ２は基準電位端子ＢＰに接続されている。ここでの基準電位端子ＢＰはアース電位に接続されている。昇圧回路ＶＤは給電端子ＢＰから供給された第１の電圧を第２の電圧に生成するように構成されている。この第２の電圧は第１の電圧よりも高い。当該実施例では、昇圧回路ＶＤは倍電圧器として構成されている。但しこのことは強制ではない。昇圧回路によって第１の出力側Ａ１からは７０Ｖの電圧が供給される。この７０Ｖの電圧は、図示の図示の装置構成のもとでは、制御可能な半導体スイッチング素子の適切な駆動制御によって、３５Ｖよりも低い電圧（すなわち達成すべき７０Ｖの電圧の半分に満たない電圧）でも生成することが可能である
公知形式の倍電圧器には直列に接続された２つの半導体スイッチング素子Ｔ７，Ｔ８が含まれている。これらのスイッチング素子は給電端子ＶＰ１と基準電位端子ＢＰの間に接続されている。半導体スイッチング素子Ｔ８，Ｔ９の制御端子は図には詳細には示されていない共通の駆動制御回路に接続されている。半導体スイッチング素子ｔ８，Ｔ９の間のノード点ＫＰ１はノード点ＫＰ２に接続されており、このノード点ＫＰ２にはコンデンサＣ１，Ｃ２のそれぞれ第１のコンデンサ端子が接続している。コンデンサＣ１の別の端子は倍電圧器の第１の出力側Ａ１とダイオードＤ１のカソード端子に接続されている。ダイオードＤ１のアノード端子は倍電圧器の第１の入力側Ｅ１に接続されている。コンデンサＣ２の別の端子はダイオードＤ２のアノード端子と倍電圧器の第２の出力側Ａ２に接続されている。ダイオードＤ２のカソード端子は、第２の入力側Ｅ２並びに半導体スイッチング素子Ｔ７に接続されている。

噴射バルブの各々には、１つのシリンダコイルＬ１，Ｌ２が対応付けられている。それぞれの第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ１（Ｌ２）は、制御可能な第１の半導体スイッチング素子Ｔ３，ないしＴ５を介して倍電圧器ＶＤの第１の出力側Ａ１に接続されている。それぞれの第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）は、相互に接続され、さらに第１のセンスＦＥＴの構造の第１の電流測定装置Ｔ２を介して基準電位端子ＢＰに接続されている。前記第１の半導体スイッチング素子Ｔ３，Ｔ５の駆動制御、並びにセンスＦＥＴ（Ｔ２）の駆動制御は、図には示されていない共通の駆動制御回路によって行われる。

この駆動制御回路により、所定の時点で正確に１つのシリンダコイルＬ１ないしＬ２のみが対応する第１のスイッチング素子Ｔ３またはＴ５をの駆動制御を介して第１の出力側Ａ１から供給される、噴射バルブの操作状態に応じて変化する電圧が印加される。

開放された噴射バルブのアクティブな遮断を可能にするために、それぞれの第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ１（Ｌ２）がそれぞれ第２の半導体スイッチング素子Ｔ９，Ｔ１０を介して倍電圧器の第２の出力側Ａ２に接続される。それと同時に、シリンダコイルを流れる電流が対応する第１の半導体スイッチング素子によって中断された場合には、第２の半導体スイッチング素子Ｔ９，Ｔ１０によって、アクティブなシリンダコイルのフリーホイーリングが可能になる。

アクティブな中断期間中に、該当するシリンダコイルＬ１，Ｌ２を流れる反転電流が測定できるようにするために、第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）と給電端子ＶＰ１の間に第２のセンスＦＥＴＴ６が設けられる。電流を測定する手段の他に駆動制御のために用いることも可能である。第２のセンスＦＥＴＴ６は、その中に集積されたボディダイオードを介してシリンダコイルのフリーホイーリングを許容している。

開放された噴射バルブのアクティブな遮断が行われないケースにおいては、第２の半導体スイッチング素子Ｔ９，Ｔ１０をダイオードの形態の整流素子ＧＥ１，ＧＥ２に置き換え、第２のセンスＦＥＴＴ６がさらに別の整流素子ＧＥ３（これも例えばダイオードの形態であってもよい）に置き換え可能である。整流素子ＧＥ１，ＧＥ２のカソード端子はこのケースの場合それぞれ第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）、ＳＰ２（Ｌ２）に接続される。前記整流素子ＧＥ１，ＧＥ２のアノード端子は相互に接続され、さらに倍電圧器の第２の出力側Ａ２に接続される。整流器ＧＥ３のアノード端子は第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２）に接続されていてもよい。さらにこの整流器ＧＥ３のカソード端子は給電端子ＶＰ１に接続され得る。

既に前述したように図には示されていない駆動制御回路はさらにパルス幅変調ＰＷＭのための回路装置を有している。この回路装置は以下で詳細に説明する形式で第１ないし第２の半導体スイッチング素子ないしセンスＦＥＴを駆動制御し、それと共にアクティブな電流パスによる電流制御を可能にしている。

図２Ａ〜図２Ｃでは作動特性を説明するために、それぞれ図示された半導体スイッチング素子自体の他に、それらのスイッチング素子のターンオン状態ないしターンオフ状態を噴射バルブの操作の枠内で示している。ここではまずシリンダコイルＬ１に割り当てられている噴射バルブが当該回路装置によって操作されることを前提とする。

図２Ａでは、シリンダコイルＬ１に割り当てられている噴射バルブの開放のための電流供給に対する状況が描写されている。ここでは半導体スイッチング素子Ｔ２，Ｔ３，Ｔ８が導通状態に切り替えられている。その他の半導体スイッチング素子は遮断状態である。駆動制御回路によって（噴射バルブが完全に開放された後で）第１の半導体スイッチング素子Ｔ３のパルス幅変調が行われる。このパルス幅変調に影響する電流の測定は、第１のセンスＦＥＴ Ｔ２を介して行われる。図２Ａにおいて示されている切り替え位置のもとで生じている電流通流は、図中符号Ａの付された矢印で示されている。

半導体スイッチング素子Ｔ８の導通切り替え（ターンオン）によってノード点ＫＰ２は給電端子ＶＰ１に相応する３５Ｖの電位にもたらされる。それにより３５Ｖの電位で充電されたコンデンサＣ１は第１の出力側Ａ１から得られる電圧を７０Ｖまで高める。それにより、導通状態に切り替えられた第１の半導体スイッチング素子Ｔ３のもとで急速に増加する電流がシリンダコイルＬ１を流れるようになる。噴射バルブがその慣性質量に打ち勝ちシリンダコイルＬ１によって生成された磁界に基づいて完全に開放されると、第１の半導体スイッチング素子Ｔ３のパルス幅変調が行われ、それによってほぼ一定の電流がシリンダコイルＬ１によって生成される。第１の半導体スイッチング素子Ｔ３の遮断期間中のシリンダコイルＬ１の自己誘導電圧によって流れる電流は、半導体スイッチング素子Ｔ９のボディダイオードとコンデンサＣ２を介して通流する。それにより次のような電流パス、すなわちＴ８−Ｃ２−Ｔ９−Ｌ１−Ｔ２で表される電流パスが生じる。

図２Ｂには、開放電流よりも少ない保持電流の供給のための半導体スイッチング素子の状態が示されている。ここでは噴射バルブのバネ応力に相応する応力がシリンダコイルＬ１によって構築されなければならない。これについては、第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）に、給電端子ＶＰ１から供給可能な３５Ｖの電圧が印加されるだけで十分である。この操作状態の間は、半導体スイッチング素子Ｔ２，Ｔ３，Ｔ７がスイッチオンされる。他の半導体スイッチング素子Ｔ６，Ｔ８，Ｔ９はスイッチオフされる。ここでは第１の半導体スイッチング素子Ｔ３を介してパルス幅変調が行われる。電流測定はここでも半導体スイッチング素子Ｔ２を介して行われる。この操作状態の期間中に生じる電流通流は符号Ｂによって表されている。

図２Ａでの状況よりも低い、第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）における３５Ｖの高さの給電電圧と半導体スイッチング素子Ｔ２におけるパルス幅変調に基づいて、開放のときよりも少ない電流がシリンダコイルＬ１を流れる。センスＦＥＴＴ２のオン／オフによってシリンダコイルＬ１内で引き起こされる自己誘導電圧とそれによって強いられるコイル電流は、ダイオードＤ１、開かれた半導体スイッチング素子Ｔ６のボディダイオード、コイルＬ１、並びに導通状態に切り替えられた半導体スイッチング素子Ｔ３を介して流れる。それにより、次のような電流パス、すなわち、Ｄ１−Ｔ３−Ｌ１−Ｔ６で表される電流パスが生じる。センスＦＥＴ Ｔ２はパルス幅変調の期間中は自身を流れる電流を測定できないので、その期間中センスＦＥＴはそのつどの所定の固定期間の間だけ遮断される。

図２Ｃには、シリンダコイルＬ１に割り当てられた噴射バルブのアクティブな中断期間中の状況が示されている。この場合は半導体スイッチング素子Ｔ６，Ｔ７及びＴ９が導通状態に切り替わっている。その他の半導体スイッチング素子Ｔ２，Ｔ３及びＴ８は遮断状態に切り替わっている。パルス幅変調はここでは第２の半導体スイッチング素子Ｔ９を介して行われている。電流測定が必要である場合には、これは第２のセンスＦＥＴＴ６を介して行われる。ここで生じているシリンダコイルＬ１を通る電流パスは符号Ｃで特徴付けられる。

半導体スイッチング素子Ｔ９並びに半導体スイッチング素子Ｔ７に基づいて第１のコイル端子ＳＰ１（Ｌ１）は基準電位に接続される。それに対して第２のコイル端子ＳＰ２（Ｌ１）には、センサＦＥＴＴ６を介して給電端子ＶＰ１の３５Ｖが印加されている。これにより、シリンダコイルＬ１によって反転電流が生じ、これは噴射バルブの中断を加速する。シリンダコイルＬ１を通って流れる電流の遮断に対しては、半導体スイッチング素子Ｔ９がターンオフされる。シリンダコイルＬ１またはシリンダコイルＬ２の新たな開放を可能にするために、さらに半導体スイッチング素子Ｔ８が閉じられ、半導体スイッチング素子Ｔ７が開かれる。

シリンダコイルＬ１の中の電流のフリーホイーリングは半導体スイッチング素子Ｔ９のパルス幅変調に基づいて、電流パスＴ３−Ｃ１−Ｔ８−Ｔ６によって可能になる。

これまでの回路構成と機能説明の記述によっていずれにせよ明らかなことは、１つ又は複数の噴射バルブを駆動制御するための回路装置は、シリンダコイル毎に２つの７０Ｖ級トランジスタ（Ｔ３及びＴ９ないしＴ５及びＴ１０）のみを必要とするだけである。他の半導体スイッチング素子（Ｔ２，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８）は３５Ｖ用の設計仕様でよく、それに伴って１つの共通の半導体チップに集積化可能となる。同様に７０Ｖの電圧耐性を備えて設計されるのは半導体スイッチング素子Ｔ９とＴ１０ないしは当該回路装置がアクティブな中断を目論んでいない場合には相応のダイオードでよい。

３５Ｖ用にのみ設計仕様された半導体スイッチング素子Ｔ２，Ｔ６，Ｔ７及びＴ８は駆動制御回路によって共通の１つの半導体チップに集積される。特にコンデンサＣ１及びＣ２並びにＤＣ／ＤＣコンバータにおいて必要とされるコンデンサが３５Ｖ用に設計仕様され、それによってＤＣ／ＤＣコンバータの構成部材も当該の半導体チップに集積化され得る。

電流測定の目的で集積化されたセンスＦＥＴＴ２，Ｔ６は３５Ｖの電圧耐性のみに設計仕様されるだけでなく、電流測定を高い精度でかつ少ないコストで実施できることである。

当該回路装置においてはシリンダコイルの作動によって高い損失電力が生成される場合、パワー抵抗はノード点ＫＰ１とＫＰ２の間に相応に設けられる。これにより、損失電力の主要な部分が半導体チップから取り除かれる。

本発明は簡単でかつ低コストな形式で噴射バルブにおけるバンクの駆動制御を可能にする。

Claims (12)

1. 内燃機関の少なくとも１つの噴射バルブを駆動制御するための回路装置において、
   第１の電圧が取り出し可能な給電端子（ＶＰ１）と、基準電位端子（ＢＰ）と、１つ又は複数のシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）と、制御可能な倍電圧器（ＶＤ）と、駆動制御回路と、を含み、
   前記シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第１のコイル端子（ＳＰ１（Ｌ１），ＳＰ１（Ｌ２））に対応付けられた噴射バルブの操作のために電圧が印加可能であり、
   前記倍電圧器（ＶＤ）は第１の入力側（Ｅ１）において前記給電端子（ＶＰ１）に接続され、第２の入力側（Ｅ２）において前記基準電位端子（ＢＰ）に接続され、前記倍電圧器（ＶＤ）は、互いに直列な、前記給電端子（ＶＰ１）と前記基準電位端子（ＢＰ）との間に相互連結された２つの半導体スイッチング素子（Ｔ７，Ｔ８）を含み、前記半導体スイッチング素子（Ｔ７，Ｔ８）の制御端子は制御回路と接続されており、前記半導体スイッチング素子（Ｔ７，Ｔ８）間の第１のノード点（ＫＰ１）は第２のノード点（ＫＰ２）と接続されており、前記第２のノード点（ＫＰ２）は前記給電端子（ＶＰ１）と前記基準電位端子（ＢＰ）との間に相互接続された、第１のダイオード（Ｄ１）、第１のコンデンサ（Ｃ１）、第２のコンデンサ（Ｃ２）および第２のダイオード（Ｄ２）から直列回路の中間タップを形成し、前記第１のダイオード（Ｄ１）および前記第１のコンデンサ（Ｃ１）の結合点は第２のコンデンサ（Ｃ２）の第１の出力側（Ａ１）を形成し、前記第２のコンデンサおよび前記第２のダイオード（Ｄ２）の結合点は前記倍電圧器（ＶＤ）の第２の出力側（Ａ２）を形成し、前記倍電圧器（ＶＤ）は前記第１の出力側（Ａ１）において第１の制御可能な半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）それぞれを介して前記シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）に接続されており、
   前記１つまたは複数のシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第２のコイル端子（ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２））が第１の電流測定装置（Ｔ２）を介して前記基準電位端子（ＢＰ）と接続され、この接続されたパスは前記第１の電流測定装置とは異なる第４の半導体スイッチング素子によってまたはセンスＦＥＴとして構成された前記第１の電流測定装置によって制御可能に分離可能であり、
   前記各シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第１のコイル端子（ＳＰ１（Ｌ１），ＳＰ１（Ｌ２））がそれぞれ第１の整流素子（ＧＥ１，ＧＥ２）を介して前記倍電圧器（ＶＤ）の前記第２の出力側（Ａ２）と接続され、これによって、前記シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）を流れる電流が対応する前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）によって遮断された場合に、前記第１の整流素子（ＧＥ１）が前記シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）のフリーホイーリングを可能にし、
   前記駆動制御回路は、駆動制御のために少なくとも前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）と前記倍電圧器（ＶＤ）の制御端子にそれぞれ接続され、さらに前記駆動制御回路は、前記噴射バルブの１つの操作状態に依存して、前記第１の電圧若しくは第２の電圧を、１つのシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）のみの第１のコイル端子に印加するように構成されている、
   ことを特徴とする回路装置。
2. 前記駆動制御回路は、複数の噴射バルブの１つにおいて所定の時点で１つのシリンダコイルのみが、対応する前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）の駆動制御によって前記第１の電圧または前記第２の電圧を印加されるように構成されている、請求項１記載の回路装置。
3. 前記第１の整流素子（ＧＥ１，ＧＥ２）は、前記駆動制御回路によって制御可能な第２の半導体スイッチング素子（Ｔ９，Ｔ１０）によって形成され、前記整流素子（ＧＥ１，ＧＥ２）は前記第２の半導体スイッチング素子（Ｔ９，Ｔ１０）のボディダイオードである、請求項１または２記載の回路装置。
4. 前記第２のコイル端子（ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２））が他の整流素子（ＧＥ３）を介して前記給電端子（ＶＰ１）に接続されている、請求項１から３いずれか１項記載の回路装置。
5. 前記他の整流素子（ＧＥ３）は、前記駆動制御回路によって制御可能な第３の半導体スイッチング素子（Ｔ６）によって形成され、該整流素子は前記第３の半導体スイッチング素子（Ｔ６）のボディダイオードである、請求項４記載の回路装置。
6. 前記複数のシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第２のコイル端子（ＳＰ２（Ｌ１），ＳＰ２（Ｌ２））同士が相互に接続されている、請求項１から５いずれか１項記載の回路装置。
7. 前記１つ又は複数のシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）とそれぞれの第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）並びに１つ又は複数の整流素子（ＧＥ１，ＧＥ２）が別々の構成素子として構成され、前記第２の電圧に対する耐性を備えるように設計されている、請求項１から６いずれか１項記載の回路装置。
8. 前記倍電圧器（ＶＤ）の構成素子、前記第１の電流測定装置（Ｔ２）、該第１の電流測定装置の電流パス内に任意に設けられる前記第４の半導体スイッチング素子及び前記他の整流素子（ＧＥ３）は、第１の電圧に対する耐性を備えるように設計され、１つの共通の半導体チップに集積化可能である、請求項１から７いずれか１項記載の回路装置。
9. 前記駆動制御回路は、パルス幅変調（ＰＷＭ）のための回路装置を有しており、該装置はそれぞれの前記シリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）を通る電流の設定のために、前記制御可能な半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）のそれぞれの制御端子に接続されている、請求項１から８いずれか１項記載の回路装置。
10. 前記駆動制御回路は、前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）の導通切り替えと前記倍電圧器（ＶＤ）の第１の駆動制御によって、前記対応するシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第１のコイル端子（ＳＰ１（Ｌ１），ＳＰ１（Ｌ２））に前記第２の電圧を印加し、さらに前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）のパルス幅変調により、シリンダコイルを流れる電流を設定することによって、噴射バルブが開放されるように構成されており、電流の測定が前記第１の電流測定装置（Ｔ２）によって行われる、請求項１から９いずれか１項記載の回路装置。
11. 前記駆動制御回路は、前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）の導通切り替えと前記倍電圧器（ＶＤ）の第２の駆動制御によって、前記対応するシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第１のコイル端子（ＳＰ１（Ｌ１），ＳＰ１（Ｌ２））に前記第１の電圧を印加し、さらに前記第１の電流測定装置の電流パス内に設けられた前記第４の半導体スイッチング素子のパルス幅変調若しくはセンスＦＥＴとして構成された前記第１の電流測定装置（Ｔ２）のパルス幅変調により、シリンダコイルを流れる電流を設定することによって、噴射バルブの開放を維持するように構成されており、電流の測定が前記第１の電流測定装置（Ｔ２）によって行われている、請求項１から１０いずれか１項記載の回路装置。
12. 前記駆動制御回路は、前記第１の半導体スイッチング素子（Ｔ３，Ｔ５）の遮断と前記第２の半導体スイッチング素子（Ｔ９，Ｔ１０）の導通切り替え並びに前記倍電圧器（ＶＤ）の第２の駆動制御によって、前記対応するシリンダコイル（Ｌ１，Ｌ２）の第１のコイル端子（ＳＰ１（Ｌ１），ＳＰ１（Ｌ２））に基準電位端子に印加されている第３の電圧を印加し、さらに前記第２の半導体スイッチング素子（Ｔ９，Ｔ１０）のパルス幅変調により、前記シリンダコイルを流れる電流を設定することによって、噴射バルブを遮断するように構成されており、電流の測定が前記第３の半導体スイッチング素子（Ｔ６）によって行われる、請求項３を引用する請求項５から１１いずれか１項記載の回路装置。

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