JP6191496B2

JP6191496B2 - 燃料噴射弁駆動装置

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Publication number: JP6191496B2
Application number: JP2014027641A
Authority: JP
Inventors: 聡明田辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2034-02-17
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Description

本発明は、燃料噴射弁駆動装置に関する。

車両に搭載されるエンジンの各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）としては、コイルへの通電によって開弁するものがある。
この種の燃料噴射弁を駆動する装置は、車両のバッテリ電圧を昇圧してコンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータと、コンデンサの充電電圧が目標電圧となるようにＤＣＤＣコンバータを動作させる制御手段とを備える。そして、この種の装置では、燃料噴射弁の駆動開始時（駆動期間の開始時）において、コンデンサから燃料噴射弁のコイルへ放電させることで、燃料噴射弁の開弁を速めており、コンデンサからの放電終了後は、駆動期間が終了するまで、バッテリ電圧からコイルに一定の電流を流している（例えば、特許文献１参照）。

また、車両に搭載されるエンジンでは、排気ガス低減の目的で高効率な燃焼を図るべく、気筒の１回の燃料噴射可能期間（例えば圧縮〜燃焼行程）において、燃料噴射弁による燃料噴射を複数回実施する技術がある。その技術は、多段噴射と呼ばれ、その多段噴射で実施する燃料噴射の回数は、噴射段数（あるいは単に、段数）と呼ばれる。

そして、こうした多段噴射を実施する燃料噴射弁駆動装置においては、コンデンサから燃料噴射弁のコイルに対して、短期間に複数回のエネルギー供給（放出）を行うこととなる。このため、コンデンサの静電容量（以下単に、容量ともいう）は、例えば多段噴射の開始時から無充電であったとしても、設計上最大の全段数の燃料噴射がエンジンの制御上要求される精度で実施可能となるように、大きい値に設定される。

特開２０１３−１６０２６０号公報

上記コンデンサの容量を大きくすると、そのコンデンサが大型化し、場合によっては複数個のコンデンサが必要な場合も生じる。このため、燃料噴射弁駆動装置の大型化を招いてしてしまう。

また、コンデンサの容量をＣとし、コンデンサの充電電圧をＶとすると、コンデンサに蓄積されるエネルギー（以下、蓄積エネルギーともいう）は、「Ｃ×Ｖ×Ｖ／２」で表される。このことから、蓄積エネルギーは、充電電圧を大きくしても、増大させることができる。しかし、充電電圧を大きくすると、ＤＣＤＣコンバータの動作頻度が増えることから、ＤＣＤＣコンバータでのスイッチング損失が増えてしまう。

そこで、本発明は、燃料噴射弁駆動装置において、ＤＣＤＣコンバータでのスイッチング損失を抑えつつ、コンデンサの小容量化を実現することを目的としている。

第１発明の燃料噴射弁駆動装置は、燃料噴射弁のコイルに放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサと、電源電圧を昇圧して前記コンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータと、前記コンデンサの充電電圧が目標電圧となるように前記ＤＣＤＣコンバータを動作させる充電制御手段と、前記コイルに電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側に、前記コンデンサを接続させる放電用スイッチと、前記燃料噴射弁の駆動開始時において、前記放電用スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、前記燃料噴射弁を速やかに開弁させるための放電電流を流す放電制御手段と、を備える。

更に、この燃料噴射弁駆動装置は、電圧変更手段を備えており、その電圧変更手段は、前記燃料噴射弁に実施させる燃料噴射の噴射段数に応じて、前記充電制御手段が前記ＤＣＤＣコンバータの制御に用いる前記目標電圧を変更する。つまり、この燃料噴射弁駆動装置では、実施する燃料噴射の噴射段数に応じて、コンデンサの充電電圧の目標電圧（延いては、充電電圧）を変更するようになっている。

このため、コンデンサの容量を大きくしたり、充電電圧の目標電圧を常に大きい値に設定したりする必要がなく、今から実施する多段噴射の噴射段数が多くて、コンデンサに蓄積されるエネルギーを大きくしなければならない場合にだけ、コンデンサの充電電圧を大きくして、蓄積エネルギーを増やすことができる。よって、ＤＣＤＣコンバータでのスイッチング損失を抑えつつ、コンデンサの小容量化（延いては、当該燃料噴射弁駆動装置の小型化）を実現することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後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。

実施形態の燃料噴射制御装置（ＥＣＵ）の構成を表す構成図である。電流制御部の動作を説明するタイムチャートである。目標電圧制御処理を表すフローチャートである。図３における所定温度ＴＰを説明する説明図である。精度保証最低電圧を説明する説明図である。充電電圧の低下によって閉弁遅れ時間が長くなることを説明する説明図である。実施形態の作用を説明する説明図である。

以下に、実施形態の燃料噴射弁駆動装置としての燃料噴射制御装置について、図面を用い説明する。
本実施形態の燃料噴射制御装置（以下、ＥＣＵという）は、車両（自動車）に搭載された多気筒（この例では４気筒）エンジンの各気筒＃１〜＃４に燃料を噴射供給する４個の燃料噴射弁としてのインジェクタを駆動する。そして、ＥＣＵは、各インジェクタのコイルへの通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒＃１〜＃４への燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を制御する。また、本実施形態において、スイッチとしてのトランジスタ（スイッチング素子）は、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の他種類のトランジスタでも良い。

図１に示すように、本実施形態のＥＣＵ１は、インジェクタ２のコイル２ａの一端（上流側）が接続される端子５と、コイル２ａの他端（下流側）が接続される端子７と、端子７に一方の出力端子が接続されたトランジスタＴ１０と、トランジスタＴ１０の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続された電流検出用の抵抗Ｒ１０と、を備える。グランドラインは、基準電位（＝０Ｖ）のラインである。

インジェクタ２では、コイル２ａに通電されると、図示しない弁体（いわゆるノズルニードル）が開弁位置に移動し（つまり、開弁し）、燃料噴射が行われる。また、コイル２ａの通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り（つまり、閉弁し）、燃料噴射が停止される。

尚、図１では、４個のインジェクタ２のうち、第ｎ気筒＃ｎ（ｎは１〜４の何れか）に対応する１つのインジェクタ２だけを示しており、以下では、その１つのインジェクタ２の駆動に関して説明する。実際には、端子５は、複数のインジェクタ２について共通の端子となっている。また、端子７及びトランジスタＴ１０は、各インジェクタ２について（換言すれば、各気筒について）それぞれ備えられている。トランジスタＴ１０は、駆動対象のインジェクタ２（換言すれば、噴射対象の気筒）を選択するためのスイッチであり、気筒選択スイッチとも呼ばれる。

そして、ＥＣＵ１は、電源電圧としてのバッテリ電圧（車載バッテリのプラス端子の電圧）ＶＢが供給される電源ラインＬｐに一方の出力端子が接続された定電流用スイッチとしてのトランジスタＴ１１と、トランジスタＴ１１の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記端子５に接続された逆流防止用のダイオードＤ１１と、アノードがグランドラインに接続され、カソードが端子５に接続された電流還流用のダイオードＤ１２と、コイル２ａに放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサＣ０と、バッテリ電圧ＶＢを昇圧してコンデンサＣ０を充電する充電回路としてのＤＣＤＣコンバータ２１と、を備える。

ＤＣＤＣコンバータ２１は、電源ラインＬｐに一端が接続された昇圧用のコイルＬ０と、コイルＬ０の他端とグランドラインとの間の経路上に直列に設けられた昇圧用スイッチとしてのトランジスタＴ０と、トランジスタＴ０とグランドラインとの間に設けられた電流検出用の抵抗Ｒ０と、コイルＬ０の他端とトランジスタＴ０のコイルＬ０側の端子（この例ではドレイン）とを結ぶ電流経路にアノードが接続された逆流防止用のダイオードＤ０と、を備える。

そして、コンデンサＣ０は、ダイオードＤ０のカソードとグランドラインとの間の経路上に直列に設けられている。尚、コンデンサＣ０は、例えばアルミ電解コンデンサであるが、他の種類のコンデンサでも良い。

ＤＣＤＣコンバータ２１においては、トランジスタＴ０がオン／オフされると、コイルＬ０とトランジスタＴ０との接続点に、バッテリ電圧ＶＢよりも高いフライバック電圧（逆起電圧）が発生し、そのフライバック電圧によりダイオードＤ０を通じてコンデンサＣ０が充電される。このため、コンデンサＣ０はバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧で充電される。

更に、ＥＣＵ１は、コンデンサＣ０の正極側を端子５に接続させる放電用スイッチとしてのトランジスタＴ１２と、アノードが端子７に接続され、カソードがコンデンサＣ０の正極側に接続されたエネルギー回収用のダイオードＤ１３と、トランジスタＴ０，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御する駆動制御回路２３と、コンデンサＣ０の正極側の電圧（即ち、コンデンサＣ０の充電電圧）ＶＣを所定の比率で分圧して駆動制御回路２３に入力させる２つの分圧用抵抗Ｒ１，Ｒ２と、トランジスタＴ１２の温度を検出する温度検出回路２５と、マイコン（マイクロコンピュータ）２７と、を備える。

駆動制御回路２３は、例えばＩＣであり、ＤＣＤＣコンバータ２１（詳しくは、トランジスタＴ０）を制御する充電制御部２３ａと、トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御することで、コイル２ａに流す電流（以下、負荷電流ともいう）を制御する電流制御部２３ｂと、充電制御部２３ａに対して充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴを指令する目標電圧制御部２３ｃとを備える。

温度検出回路２５は、例えば、トランジスタＴ１２の近くに設けられた温度検出用ダイオードを備えており、そのダイオードの順方向電圧（あるいは、その順方向電圧を増幅した電圧）を、トランジスタＴ１２の温度を表す温度検出信号として、駆動制御回路２３に出力する。尚、温度検出回路２５は、例えば、トランジスタＴ１２の近くに設けられたサーミスタと抵抗とにより一定電圧を分圧する回路であっても良く、その場合には、一定電圧をサーミスタと抵抗とで分圧した電圧が、温度検出信号となる。

マイコン２７は、図示は省略しているが、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムや固定のデータ等が記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵによる演算結果等が記憶されるＲＡＭ等を備えている。

また、マイコン２７には、エンジン回転数ＮＥを表す信号や、車両の運転者によるアクセル開度ＡＣＣを表す信号や、エンジンの冷却水温ＴＨＷを表す信号などが入力される。そして、マイコン２７は、入力される各種信号により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、気筒毎に噴射指令信号を生成して駆動制御回路２３に出力する。

噴射指令信号は、その信号のレベルがアクティブレベル（本実施形態では例えばハイ）の間だけインジェクタ２のコイル２ａに通電する（換言すれば、インジェクタ２を開弁させる）、という意味を持っている。このため、マイコン２７は、エンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に、インジェクタ２のコイル２ａへの通電期間（インジェクタ２の駆動期間でもある）を設定し、その通電期間だけ、該当する気筒の噴射指令信号をハイにしていると言える。

また、マイコン２７は、エンジンの運転状態に基づいて、実施する燃料噴射の段数を決定する。決定した段数が２以上であるということは、多段噴射を実施すると決定したことを意味し、決定した段数が１であるということは、多段噴射を実施しない（つまり、非多段噴射である１段噴射を実施する）と決定したことを意味する。

そして、マイコン２７は、多段噴射を実施すると決定した場合には、その多段噴射における最初の（１段目の）噴射用の噴射指令信号を出力するタイミングよりも前に、今から実施する多段噴射の噴射段数を示す段数情報（例えば、噴射段数を示す複数ビットのデータ）を、駆動制御回路２３に出力する。また、マイコン２７は、１段噴射を実施すると決定した場合にも、その１段噴射用の噴射指令信号を出力するタイミングよりも前に、噴射段数が１であることを示す段数情報を、駆動制御回路２３に出力する。

一方、駆動制御回路２３において、充電制御部２３ａは、分圧用抵抗Ｒ１，Ｒ２同士の接続点に生じる電圧に基づいて、コンデンサＣ０の充電電圧ＶＣを検出する。そして、充電制御部２３ａは、検出した充電電圧ＶＣが目標電圧ＶＴとなるように、ＤＣＤＣコンバータ２１のトランジスタＴ０をオン／オフさせる。尚、目標電圧ＶＴは、バッテリ電圧ＶＢよりも高く、後述する目標電圧制御部２３ｃによって２通りの値に切り換えられる。

例えば、充電制御部２３ａは、充電電圧ＶＣが目標電圧ＶＴよりも所定値（例えばＶＴの５％）αだけ低い下限値（＝ＶＴ−α）以下になったと判定すると、充電電圧ＶＣが目標電圧ＶＴ以上になったと判定するまで、トランジスタＴ０のオン／オフ制御を実施してコンデンサＣ０を充電する。また、充電制御部２３ａは、トランジスタＴ０のオン／オフ制御としては、例えば、トランジスタＴ０をオンしてから、抵抗Ｒ０に生じる電圧によって検出される電流（即ち、トランジスタＴ０を介してコイルＬ０に流れる電流）が所定値に達すると、トランジスタＴ０を所定時間だけオフさせて再びオンさせる、という制御を繰り返す。

また、後述するように、コイル２ａへの通電開始時（インジェクタ２の駆動開始時）には、電流制御部２３ｂがトランジスタＴ１２をオンしてコンデンサＣ０からコイル２ａに放電させるが、例えば、充電制御部２３ａは、コンデンサＣ０の充電を、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電（以下単に、放電ともいう）が実施されていないときに行う。但し、多段噴射の実施期間中（図５又は図７参照）は、噴射間隔が短くなり、放電が実施されない期間も短くなる。このため、例えば、充電制御部２３ａは、多段噴射が実施される場合には、１段目の噴射のための放電が開始されたタイミング（図５又は図７のｔ１参照）から、最終段目の噴射のための放電が終了するタイミング（図５又は図７のｔ２参照）までの間は、コンデンサＣ０の充電を実施しない。

次に、駆動制御回路２３における電流制御部２３ｂの動作について、図２を用い説明する。
図２に示すように、電流制御部２３ｂは、マイコン２７から出力される第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、その噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになっている間、第ｎ気筒＃ｎのインジェクタ２に対応するトランジスタＴ１０をオンさせる。また、電流制御部２３ｂは、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、トランジスタＴ１２もオンする。

すると、コンデンサＣ０の正極側が端子５に接続されて、コンデンサＣ０からコイル２ａに放電され、この放電により、コイル２ａへの通電が開始される。
そして、電流制御部２３ｂは、トランジスタＴ１２をオンした後において、負荷電流（コイル２ａに流れる電流であり、インジェクタ２の駆動電流でもある）を抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出し、負荷電流が放電電流の目標最大値ｉｐ（例えば１２Ａ）になったことを検知すると、トランジスタＴ１２をオフする。

このようにして、コイル２ａへの通電開始時には、コンデンサＣ０に蓄積されていたエネルギーがコイル２ａに放電される。この例では、コンデンサＣ０からコイル２ａへの、目標最大値ｉｐになるまでの放電電流が、インジェクタ２を速やかに開弁作動させるための所謂ピーク電流である。尚、例えばトランジスタＴ１２を一定時間だけオンする構成でも良い。

そして、電流制御部２３ｂは、トランジスタＴ１２をオフした後は、抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出される負荷電流が、上記目標最大値ｉｐよりも小さい一定の電流となるように、トランジスタＴ１１をオン／オフさせる定電流制御を行う。

具体的に説明すると、電流制御部２３ｂは、負荷電流が下側閾値ｉｃＬ以下であることを検知するとトランジスタＴ１１をオンさせ、負荷電流が上側閾値ｉｃＨ以上であることを検知するとトランジスタＴ１１をオフさせる、という制御を行う。下側閾値ｉｃＬと、上側閾値ｉｃＨと、目標最大値ｉｐとの大小関係は、図２の如く「ｉｐ＞ｉｃＨ＞ｉｃＬ」になっている。

このような定電流制御により、負荷電流が目標最大値ｉｐから低下して下側閾値ｉｃＬ以下になると、トランジスタＴ１１のオン／オフが繰り返されて、負荷電流の平均値が、ｉｃＨとｉｃＬとの間の一定電流ｉｃに維持される。

尚、コイル２ａに流す一定電流を、第１の一定電流から、それよりも小さい第２の一定電流へと、２段階に切り替えるようになっていても良い。また、コイル２ａへは、トランジスタＴ１１のオン時には、電源ラインＬｐ側からトランジスタＴ１１とダイオードＤ１１を介して電流が流れ、トランジスタＴ１１のオフ時には、グランドライン側からダイオードＤ１２を介して電流が還流する。また、図２の下から２段目に示すように、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから少しの間（詳しくは、コイル電流が上側閾値ｉｃＨに到達するまでの間）、トランジスタＴ１１がオンされているのは、上記定電流制御によるものである。

その後、マイコン２７からの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイからローになると、電流制御部２３ｂは、トランジスタＴ１０をオフすると共に、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御（定電流制御）を終了して、トランジスタＴ１１もオフ状態に保持する。

すると、コイル２ａへの通電が停止してインジェクタ２が閉弁し、そのインジェクタ２による燃料噴射が終了する。
また、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになって、トランジスタＴ１０とトランジスタＴ１１が共にオフされると、コイル２ａにフライバックエネルギーが発生するが、そのフライバックエネルギー（即ち、コイル２ａに残っているエネルギー）は、エネルギー回収経路をなすダイオードＤ１３を通じてコンデンサＣ０へ、電流の形で回収される。

尚、第ｎ気筒＃ｎ以外のインジェクタ２についても、上記と同様の手順で駆動される。
次に、駆動制御回路２３における目標電圧制御部２３ｃについて説明する。
目標電圧制御部２３ｃは、マイコン２７から駆動制御回路２３へ前述の段数情報が出力される毎に、図３に示す目標電圧制御処理を行う。

図３に示すように、目標電圧制御部２３ｃは、マイコン２７から出力された段数情報が示す噴射段数が、所定値Ｎ（例えば４）以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。
目標電圧制御部２３ｃは、噴射段数が所定値Ｎ以上であると判定した場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、温度検出回路２５からの温度検出信号に基づいて、トランジスタＴ１２の温度を算出し、その温度が所定温度ＴＰ（例えば３０℃）以上であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。尚、温度検出信号の電圧値は、トランジスタＴ１２の温度と相関があるため、目標電圧制御部２３ｃは、温度検出信号の電圧値と所定の閾値とを大小比較することにより、トランジスタＴ１２の温度が所定温度ＴＰ以上であるか否かを判定しても良い。例えば、温度検出用ダイオードの順方向電圧を温度検出信号とした場合、その温度検出信号の電圧値は、トランジスタＴ１２の温度と負の相関を有することになる。よって、その場合、目標電圧制御部２３ｃは、温度検出信号の電圧値が所定の閾値以下であれば、トランジスタＴ１２の温度が所定温度ＴＰ以上であると判定するように構成することができる。

そして、目標電圧制御部２３ｃは、トランジスタＴ１２の温度が所定温度ＴＰ以上であると判定した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、充電制御部２３ａがＤＣＤＣコンバータ２１の制御に用いる前述の目標電圧ＶＴを、２通りの第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち、大きい方の第２電圧Ｖ２（例えば５５Ｖ）に設定する（Ｓ１３０）。

また、目標電圧制御部２３ｃは、噴射段数が所定値Ｎ（例えば４）以上ではないと判定した場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、あるいは、トランジスタＴ１２の温度が所定温度ＴＰ以上ではないと判定した場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、目標電圧ＶＴを、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち、小さい方の第１電圧Ｖ１（例えば４５Ｖ）に設定する（Ｓ１４０）。

次に、上記Ｓ１２０の判定で用いられる所定温度ＴＰについて、図４を用い説明する。
トランジスタＴ１２には充電電圧ＶＣが印加されるが、図４に示すように、トランジスタＴ１２の耐圧と温度には相関があり、温度が低くなるにつれて耐圧も低くなる。

また、充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴとして設定する第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のうち、第１電圧Ｖ１は、トランジスタＴ１２の想定最低温度（ＥＣＵ１を設計する上で想定する最低温度であり、例えば−３０℃）における耐圧よりも小さい電圧である。このため、第１電圧Ｖ１は、ＥＣＵ１を設計する上で想定される全温度領域において、トランジスタＴ１２の耐圧よりも小さい。一方、第２電圧Ｖ２は、トランジスタＴ１２の温度が特定の温度ＴＰａ未満である場合には、耐圧より大きくなってしまう電圧である。

このため、所定温度ＴＰは、上記特定の温度ＴＰａ以上の値に設定されている（図４の例ではＴＰａよりも大きい値に設定されている）。よって、図３のＳ１２０でＹＥＳと判定されて、目標電圧ＶＴが第２電圧Ｖ２に設定された場合に、充電電圧ＶＣ（＝Ｖ２）がトランジスタＴ１２の耐圧を超えてしまうことを防ぐことができる。

次に、ＥＣＵ１の効果について説明する。
まず、図５に示すように、多段噴射を実施した場合には、各段の噴射毎に、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が実施されて、コンデンサＣ０の充電電圧ＶＣが低下していく。図５及び後述する図７においては、負荷電流が上昇している期間が、コンデンサＣ０からコイル２ａへの放電が実施されている期間（即ち、トランジスタＴ１２のオン期間）である。また、図示は省略するが、複数の気筒の多段噴射を並行して実施する場合には、充電電圧ＶＣの低下量は一層大きくなる。

そして、図５に示すように、充電電圧ＶＣが低下して所定の精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ未満になってしまうと、インジェクタ２の閉弁遅れ時間が、エンジンの制御上要求される規定値よりも長くなってしまう可能性がある。尚、閉弁遅れ時間とは、図６に示すように、噴射指令信号の立ち下がりタイミング（ハイからローへの変化タイミング）から、インジェクタ２が実際に閉弁する閉弁タイミングまでの時間のことである。閉弁タイミングが遅れることで閉弁遅れ時間が長くなる。

更に詳細に説明すると、ＥＣＵ１では、前述したように、噴射指令信号がハイからローになったときに、コイル２ａに残っているエネルギーをダイオードＤ１３を通じてコンデンサＣ０へ回収している。このエネルギー回収時において、電流が流れる経路は、「コイル２ａの下流側→ダイオードＤ１３→コンデンサＣ０→グランドライン→ダイオードＤ１２→コイル２ａの上流側」である。そして、コイル２ａからコンデンサＣ０へエネルギーを回収することで、コイル２ａの残存エネルギーを消失させ、インジェクタ２が素早く閉じるようにしている。

このエネルギー回収時においては、図６に示すように、コイル２ａの下流側の電圧ＶＬが低い場合ほど、コイル２ａからコンデンサＣ０へ回収される電流量が小さくなり、その結果、コイル２ａの残存エネルギーが消失するまでの時間が長くなって、インジェクタ２の閉弁遅れ時間が長くなる。また、コイル２ａの下流側の電圧ＶＬは、ダイオードＤ１３の順方向電圧を無視するなら、コンデンサＣ０の充電電圧ＶＣと同じである。よって、噴射指令信号の立ち下がり時における充電電圧ＶＣが低い場合ほど、コイル２ａのエネルギーが消失するのに時間がかかり、インジェクタ２の閉弁遅れ時間が長くなる。

以上のことから、コンデンサＣ０の容量と充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴは、設計上最大段数の多段噴射を実施しても、充電電圧ＶＣが精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ以上となるように設定されるべきである。

このことを実現するためには、コンデンサＣ０の容量を大きくすることと、充電電圧ＶＣを大きくすることとの、何れかが考えられる。コンデンサＣ０の容量を小さくても、充電電圧ＶＣを大きくすれば、多段噴射に必要なエネルギーをコンデンサＣ０に蓄積することができるからである。具体的には、コンデンサＣ０の容量を小さくすると、多段噴射を実施する場合に、充電電圧ＶＣの１段噴射毎の減少量は増加するが、多段噴射開始前の充電電圧ＶＣを大きくしておくことで、最終段目の噴射終了時における充電電圧ＶＣが、精度保証最低電圧Ｖｍｉｎを下回らないようにすることができる。

ここで、コンデンサＣ０の容量を大きくすると、コンデンサＣ０の大型化を招き、延いて、ＥＣＵ１の大型化を招く。このため、コンデンサＣ０の容量を小さくする代わりに、充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴを大きくして、多段噴射開始前の充電電圧ＶＣが大きくなるようにすることが考えられる。

しかし、目標電圧ＶＴを常時大きい値にする構成を採ると、１段噴射を実施する場合や少ない段数の多段噴射を実施する場合に、電力の無駄が生じる。つまり、目標電圧ＶＴを大きい固定値にすると、充電電圧ＶＣを大きくする必要がない場合にも、ＤＣＤＣコンバータ２１の動作頻度が増えることから、ＤＣＤＣコンバータ２１でのスイッチング損失（詳しくは、トランジスタＴ０のオン／オフによる損失）が増えてしまう。

そこで、ＥＣＵ１では、実施する燃料噴射の噴射段数が確定すると、目標電圧制御部２３ｃが、その確定した噴射段数（即ち、今から実施する燃料噴射の噴射段数）に応じて、充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴを変更するようになっている。

具体的には、目標電圧制御部２３ｃは、噴射段数が所定値Ｎ未満である場合には、目標電圧ＶＴを小さい方の第１電圧Ｖ１に設定し（Ｓ１４０）、噴射段数が所定値Ｎ以上である場合には、目標電圧ＶＴを大きい方の第２電圧Ｖ２に設定する（Ｓ１３０）。

第１電圧Ｖ１は、実施する燃料噴射の噴射段数が所定値Ｎ未満であれば、充電電圧ＶＣが精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ未満にはならない値である。これに対して、第２電圧Ｖ２は、実施する燃料噴射の噴射段数が所定値Ｎ以上であっても、充電電圧ＶＣが精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ未満にはならない値である。

このため、例えば図７に示すように、前回に噴射段数が所定値Ｎ（例えば４）未満の燃料噴射を実施した後の時刻ｔ０にて、次回の燃料噴射の噴射段数が所定値Ｎ以上（この例では５）であると確定したとすると、目標電圧制御部２３ｃは、目標電圧ＶＴを第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に増大させることとなる。すると、充電電圧ＶＣが第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に上昇するまで、充電制御部２３ａがＤＣＤＣコンバータ２１を作動させる。つまり、コンデンサＣ０が第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２へと追加充電される。そして、充電電圧ＶＣが第２電圧Ｖ２に上昇した状態で、５段の多段噴射が実施されるため、５段目の噴射終了時においても、充電電圧ＶＣが精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ以上であることが確保され、延いては、規定の閉弁遅れ時間が実現される。

このようなＥＣＵ１によれば、コンデンサＣ０の容量を大きくしたり、充電電圧ＶＣの目標電圧ＶＴを常に大きい値に設定したりする必要がなく、今から実施する多段噴射の噴射段数が多くて、コンデンサＣ０に蓄積されるエネルギーを大きくしなければならない場合にだけ、充電電圧ＶＣを大きくして、蓄積エネルギーを増やすことができる。よって、ＤＣＤＣコンバータ２１でのスイッチング損失を抑えつつ、コンデンサＣ０の小容量化（延いては、当該ＥＣＵ１の小型化）を実現することができる。

また、目標電圧制御部２３ｃは、噴射段数だけでなく、噴射段数とトランジスタＴ１２の温度と応じて、目標電圧ＶＴを変更する。具体的には、噴射段数が所定値Ｎ以上で、且つ、トランジスタＴ１２の温度が前述の所定温度ＴＰ以上である場合に、目標電圧ＶＴを大きくするようになっている（詳しくは、第１電圧Ｖ１から、その第１電圧Ｖ１よりも大きい第２電圧Ｖ２に変更している）。このため、目標電圧ＶＴが第２電圧Ｖ２に設定された場合に、充電電圧ＶＣがトランジスタＴ１２の耐圧を超えてしまうことを防ぐことができる。

尚、トランジスタＴ１２の温度が所定温度ＴＰ未満の状態で、噴射段数が所定値Ｎ以上の多段噴射を実施する場合には、充電電圧ＶＣが精度保証最低電圧Ｖｍｉｎ未満になってしまう可能性がある。しかし、燃料噴射を実施することで、トランジスタＴ１２の温度は上昇して所定温度ＴＰ以上になると考えられる。よって、噴***度がエンジンの制御上要求される精度に達しない状態になるのは非常に希であり、大きな問題にはならないと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
変形例として、例えば、充電電圧ＶＣがトランジスタＴ１２の耐圧を超えることを考慮する必要がない場合には、目標電圧制御部２３ｃは、トランジスタＴ１２の温度を用いずに、噴射段数だけに応じて目標電圧ＶＴを変更するように構成することができる。具体的には、図３のＳ１２０の判定を削除し、目標電圧制御部２３ｃは、図３のＳ１１０でＹＥＳと判定した場合には、そのままＳ１３０の処理を行うように構成することができる。

また、目標電圧ＶＴは、２通りに限らず、３通り以上の値の何れかに変更する（切り換える）ように構成しても良い。
また、噴射段数とトランジスタＴ１２の温度とをパラメータとして目標電圧ＶＴを設定するためのデータマップであって、噴射段数が大きいほど、また、温度が高いほど、目標電圧ＶＴを大きくすることを示すデータマップを、メモリに記憶しておき、目標電圧制御部２３ｃは、そのデータマップに基づいて目標電圧ＶＴを設定するように構成しても良い。その場合、噴射段数だけを目標電圧ＶＴを設定するためのパラメータとしても良い。

また、マイコン２７は、ＥＣＵ１の外部の装置に設けられていても良い。また、駆動制御回路２３は、マイコンでも良く、その場合には、マイコン２７の機能も併せ持つように構成しても良い。

上記の各変形例も適宜組み合わせることができる。
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

また、上述したＥＣＵの他、当該ＥＣＵを構成要素とするシステム、当該ＥＣＵとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、燃料噴射弁の駆動方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２…インジェクタ（燃料噴射弁）、２ａ…コイル、Ｃ０…コンデンサ、２１…ＤＣＤＣコンバータ、２３ａ…充電制御部（充電制御手段）、Ｔ１２…トランジスタ（放電用スイッチ）、２３ｂ…電流制御部（放電制御手段）、２３ｃ…目標電圧制御部（電圧変更手段）

Claims

燃料噴射弁（２）のコイル（２ａ）に放電するエネルギーが蓄積されるコンデンサ（Ｃ０）と、
電源電圧を昇圧して前記コンデンサを充電するＤＣＤＣコンバータ（２１）と、
前記コンデンサの充電電圧が目標電圧となるように前記ＤＣＤＣコンバータを動作させる充電制御手段（２３ａ）と、
前記コイルに電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側に、前記コンデンサを接続させる放電用スイッチ（Ｔ１２）と、
前記燃料噴射弁の駆動開始時において、前記放電用スイッチをオンさせることにより、前記コンデンサから前記コイルに、前記燃料噴射弁を速やかに開弁させるための放電電流を流す放電制御手段（２３ｂ）と、
を備えた燃料噴射弁駆動装置において、
前記放電用スイッチは、トランジスタであり、
前記放電用スイッチの温度を検出する温度検出手段（２５）と、
前記燃料噴射弁に実施させる燃料噴射の噴射段数が所定値以上で、且つ、前記温度検出手段により検出された前記温度が所定温度以上の場合に、前記充電制御手段が前記ＤＣＤＣコンバータの制御に用いる前記目標電圧を大きくする電圧変更手段（２３ｃ，Ｓ１１０〜Ｓ１４０）と、を備えること、
を特徴とする燃料噴射弁駆動装置。