JP4876174B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ電圧を昇圧した高電圧を用いて負荷を駆動する内燃機関制御装置にかかり、特に、気筒内直接噴射型インジェクタを駆動するのに好適な内燃機関制御装置に関する。

従来、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車，オートバイ，農耕機，工作機械，船舶機等の内燃機関制御装置において、燃費や出力向上の目的により、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたものが用いられている。このようなインジェクタは、「気筒内直接噴射型インジェクタ」，「直噴インジェクタ」、または、単に「ＤＩ」と呼ばれている。

現在、ガソリンエンジンでは主流である、空気と燃料の混合気を作ってシリンダー内に噴射する方式と比較して、気筒内直接噴射型インジェクタを用いたエンジンは、高圧に加圧された燃料を用いるため、インジェクタの開弁動作時に高いエネルギーを必要とする。また、制御性を向上させて高速回転に対応するためには、高いエネルギーを短時間にインジェクタに供給する必要がある。

気筒内直接噴射型インジェクタを制御する従来の内燃機関制御装置は、バッテリ電圧よりも高い電圧に昇圧する昇圧回路を設け、昇圧回路により発生させた昇圧電圧により、短時間にインジェクタへの通電電流を上昇させる方式を採用するものが多い。

代表的な直噴インジェクタの電流波形は、通電初期のピーク電流通電期間に昇圧電圧を用い、インジェクタ電流を予め定められたピーク電流停止電流まで短時間に上昇させる。このピーク電流は、燃料と空気との混合気を作ってシリンダー内に噴射する方式のインジェクタ電流と比較して、５〜２０倍程度大きい。

ピーク電流の通電期間が終了した後は、インジェクタへのエネルギー供給源は、昇圧電圧からバッテリ電源へ移行する。ピーク電流に比べて１／２〜１／３程度の第１の保持停止電流で制御される第１の保持電流を経て、更に、その２／３〜１／２程度の第２の保持停止電流で制御される第２の保持電流へと移行する。ピーク電流と第１の保持電流によって、インジェクタは開弁し、燃料を気筒内に噴射する。

噴射終了時は、インジェクタの閉弁を速やかに行うため、インジェクタ通電電流の通電電流下降期間を短時間に行い、インジェクタ電流を遮断する必要がある。

しかし、インジェクタには、インジェクタ電流が流れていることで高いエネルギーが蓄積されており、この電流を遮断するためには、このエネルギーをインジェクタから消滅させることが必要である。これを短時間の通電電流下降期間内に実現させるため、インジェクタ電流を駆動する駆動回路の駆動素子でツェナーダイオード効果を使用してエネルギーを熱エネルギーに変換する方式や、電流回生ダイオードを介して、インジェクタ電流を、昇圧回路の昇圧電圧を蓄積する昇圧コンデンサに回生させる方式等、種々の方式が採用されている。

前者の方式では、駆動回路を簡略化させることができるが、インジェクタの通電エネルギーを熱エネルギーに変換させるため、あまり大電流の駆動回路には適していない。これに対し、後者の方式では、インジェクタに大電流を流しても比較的駆動回路の発熱を抑えることができる。このため、特にインジェクタへの通電電流が多い、燃料に軽油を用いる直噴インジェクタを使用したエンジン（コモンレールエンジンと呼ばれることがある）や、燃料にガソリンを用いる直噴インジェクタを使用したエンジン（ＤＩＧやＧＤＩ等と呼ばれることがある）でも広く使用される方式である。

また、インジェクタ電流を下降させる期間は、通電電流下降期間，ピーク電流下降期間や第１の保持電流下降期間においても、短時間に下降させる場合がある。このときのインジェクタ駆動回路の動作は、通電電流下降期間と同じく、昇圧側駆動ＦＥＴとバッテリ側駆動ＦＥＴ、そして第１の下流側駆動ＦＥＴの全てを遮断させることにより行われる。

特開２００３−１０６２００号公報

前者の方式では、特許文献１（特開２００３−１０６２００号公報）に開示されているように、インジェクタの通電エネルギーを、ツェナーダイオード効果により、第１の下流側駆動ＦＥＴで熱エネルギーに変換させることにより行われる。このとき、インジェクタ電流は、その他の通電期間と同様に、第１の下流側駆動ＦＥＴに直列に接続されている下流側電流検出抵抗で電流検出を行い、インジェクタ制御回路で正確に電流制御を行うことができる。

これに対し、後者の方式では、インジェクタの下流側から昇圧回路に接続される電流回生ダイオードを通して、インジェクタの電気エネルギーを昇圧回路に回生させるために、インジェクタに大電流を流しても比較的駆動回路の発熱を抑えることができる。しかし、このとき、第１の下流側駆動ＦＥＴは完全に遮断されているため、インジェクタ電流は、その他の通電期間と同様に、第１の下流側駆動ＦＥＴに直列に接続されている下流側電流検出抵抗で電流検出を行うことができない。

このため、電流回生ダイオードを介して、インジェクタ電流をインジェクタの電気エネルギーを昇圧回路に回生させて短時間で下降させる期間において正確な電流制御を行うには、その他の通電期間と同様の下流側電流検出抵抗とは異なる部位で電流検出を行う必要がある。

本発明は、インジェクタの電気エネルギーを昇圧回路に回生させて短時間に下降させる期間にも正確な電流制御を行うことができることを目的としたものであり、好ましくは、従来のインジェクタ駆動回路の構成や特性を変更すること無く実現することを目的としたものである。

加えて、本発明の目的は、昇圧回路への回生電流を検出するために発生する部品追加も少なくした駆動回路を有する内燃機関制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明は、バッテリ電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路、前記昇圧電圧を用いてインジェクタに電流を流すために、該インジェクタの上流側に設けられた第１のスイッチング素子、前記バッテリ電圧を用いて前記インジェクタに電流を流すために、該インジェクタの上流側に設けられた第２のスイッチング素子、前記インジェクタに流れる電流を制御するために、該インジェクタの下流側に設けられた第３のスイッチング素子、前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、及び、前記第３のスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御装置、該第３のスイッチング素子とグランドとの間に設けられた第１の抵抗、前記昇圧回路と前記第１のスイッチング素子との間に設けられた第２の抵抗、前記インジェクタの下流側から上流側に電流を流すために、アノードが前記インジェクタと前記第３のスイッチング素子との間に接続され、カソードが前記第２の抵抗と前記第１のスイッチング素子との間に接続されたダイオード、前記インジェクタに電流が流れる第１の期間において、前記第１の抵抗に流れる電流を検出するための第１の電流検出回路、前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第２の抵抗に流れる電流を検出するための第２の電流検出回路、前記第１の電流検出回路及び前記第２の電流検出回路で検出された電流のうち、いずれか一方の電流を前記インジェクタに電流が流れる期間に基づいて選択するための電流選択回路を有し、前記電流選択回路によって、前記第３のスイッチング素子がＯＮしている場合は、前記第１の電流検出回路を選択し、前記第３のスイッチング素子がＯＦＦしている場合は、前記第２の電流検出回路を選択することで、前記インジェクタに流れる電流を制御するよう構成する。

本発明によれば、信頼性の高い内燃機関制御装置を提供することができる。

本発明における内燃機関制御装置の実施例１による動作波形の一例を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例１によるインジェクタ駆動回路を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例２及び実施例３による動作波形の一例を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例２によるインジェクタ駆動回路を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例３によるインジェクタ駆動回路を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例４による動作波形の一例を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例４によるインジェクタ駆動回路を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例１による動作波形の一例を示す図である。 本発明における内燃機関制御装置の実施例１による動作波形の一例を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図２は、本発明の内燃機関制御装置の実施例１の構成である。また、この構成における各部位の代表的な動作波形を図１，図８，図９に示す。

本実施例の内燃機関制御装置は、複数のインジェクタ３−１，３−２を駆動する駆動回路２００を備えている。

一般的に、バッテリ電源１（Ｖｂａｔ）を昇圧回路１００で昇圧させた昇圧電圧１００Ａを用いる直噴インジェクタにおいては、複数のインジェクタ３−１，３−２で駆動回路２００を共有する。実際の内燃機関制御装置は、例えば、一の装置で４〜８気筒のエンジンに適用される。駆動回路２００は、一の回路で複数のインジェクタを駆動することが可能である。図２は、一の駆動回路２００が二つのインジェクタ３−１，３−２に適用された場合を示している。

昇圧回路１００は、複数の駆動回路２００により共有される。通常は、エンジン１機につき１〜４の昇圧回路１００が搭載される。昇圧回路１００が駆動回路２００を共有する数は、図２におけるインジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａのピーク電流通電期間５６０に駆動するための必要なエネルギー，エンジンの最高回転数，同一気筒での１回の燃焼に対するインジェクタからの燃料噴射回数等で決定される昇圧復帰期間や昇圧回路１００の自己発熱等により決まる。

昇圧回路１００で昇圧された昇圧電圧１００Ａは、昇圧回路１００からの流出電流の過電流又はインジェクタ３−１，３−２側のハーネス断線等を検出するための昇圧側駆動電流２０１Ａを電圧に変換する昇圧側電流検出抵抗２０１と、後述するインジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａのピーク電流通電期間５６０に駆動するための昇圧側駆動ＦＥＴ２０２と、昇圧回路１００が故障した場合の逆電流を防止するための昇圧側保護ダイオード２０３とを介して、インジェクタ３−１，３−２の上流側に供給される。

また、インジェクタ３−１，３−２の上流側には、バッテリ側電流検出抵抗２１１，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、及び、バッテリ側保護ダイオード２１３を介して、バッテリ電源２１０（Ｖｂａｔ）が供給される。バッテリ側電流検出抵抗２１１は、バッテリ電源２１０からの過電流又はインジェクタ３−１，３−２側のハーネス断線等を検出するために、バッテリ側駆動電流２１１Ａを電圧に変換する。

バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２は、インジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａの第１の保持電流と第２の保持電流を流すために駆動される。第１の保持電流及び第２の保持電流は、それぞれ、図１等に示される第１の保持電流期間５７０及び第２の保持電流期間５８０において流れる電流である。バッテリ側保護ダイオード２１３は、昇圧電圧１００Ａからの電流がバッテリ電源２１０へ逆流するのを防止するために設けられている。

複数のインジェクタ３−１，３−２には、それぞれ、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１及び第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２が接続される。第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１又は第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２のスイッチング動作により、通電されるインジェクタ３−１，３−２が決定される。

各インジェクタ３−１，３−２に流れるインジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａは、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１及び第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２のソース電極において１つにまとめられ、電流を電圧に変換するための下流側電流検出抵抗２２１を介して電源グランド４に流れる。

また、還流ダイオード２２２が、電源グランド４とインジェクタ３−１，３−２の上流側との間に設けられる。これは、インジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａを通電する間、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２を同時に遮断し、選択したインジェクタ側の第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１又は第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２のいずれかを通電させることで生じるインジェクタの回生電流を還流させるためである。このため、還流ダイオード２２２のアノードが電源グランド４側に、また、カソードがインジェクタ３−１，３−２の上流側に接続される。

また、電流回生ダイオード２−１，２−２が、インジェクタ３−１，３−２の下流と昇圧電圧側の経路との間に設けられる。本実施例では、電流回生ダイオード２−１のアノードが、インジェクタ３−１と第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１との間の経路に接続され、また、カソードが、昇圧側電流検出抵抗２０１と昇圧側駆動ＦＥＴ２０２との間の経路に接続される。同様に、電流回生ダイオード２−２のアノードが、インジェクタ３−１と第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２との間の経路に接続され、また、カソードが、昇圧側電流検出抵抗２０１と昇圧側駆動ＦＥＴ２０２との間の経路に接続される。このような電流回生ダイオード２−１，２−２を設けるのは、インジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａを通電する間に、上流側の昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２、そして、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１と第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２の全て遮断させることにより、選択したインジェクタ３−１，３−２の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させるためである。

昇圧側駆動ＦＥＴ２０２，バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２，第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１及び第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２の各駆動素子は、エンジン回転数や各種センサからの入力条件に基づき、制御回路３００からインジェクタ開弁信号３００Ｃ，第１のインジェクタ駆動信号３００Ｄ，第２のインジェクタ駆動信号３００Ｅを介して制御される。

インジェクタ制御回路２４０は、昇圧側電流検出抵抗２０１に流れる昇圧側駆動電流２０１Ａを検出するための昇圧側電流検出回路２４１，バッテリ側電流検出抵抗２１１に流れるバッテリ側駆動電流２１１Ａを検出するためのバッテリ側電流検出回路２４２，下流側電流検出抵抗２２１に流れる下流側駆動電流２２１Ａを検出するための下流側電流検出回路２４３，電流検出回路２４１と電流検出回路２４３により検出された電流のいずれかを選択するための電流選択回路２４７、及び、ゲート駆動ロジック回路２５０を有する。

ゲート駆動ロジック回路２５０は、昇圧側電流検出回路２４１，バッテリ側電流検出回路２４２、及び、下流側電流検出回路２４３により検出された検出値（昇圧ハイサイド側電流検出信号２４１Ａ，バッテリハイサイド側電流検出信号２４２Ａ，ローサイド側電流検出信号２４３Ａ）に基づき、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ａ，バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ｂ，第１の下流側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ｃ、及び、第２の下流側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ｄを生成する。

また、制御回路３００とインジェクタ制御回路２４０は、駆動回路２００と制御回路３００との間の通信信号３００Ｂにより、インジェクタ駆動波形を決めるプリチャージ電流停止電流５１０，プリチャージ電流開始電流５１１，ピーク電流停止電流５２０，第１の保持停止電流５３０，第１の保持開始電流５３１，第２の保持停止電流５４０，第２の保持開始電流５４１，ピーク電流保持期間５６２，ピーク電流緩行Ａ下降期間５６３，第１の保持電流期間５７０，第２の保持電流期間５８０、及び、プリチャージ電流の有無，ピーク電流の有無，ピーク電流保持の実施有無，ピーク電流緩行Ａの実施有無，ピーク電流立下りの急峻／緩行の切り替え，第１の保持電流の実施有無，第１の保持電流立下りの急峻／緩行の切り替え，過電流検出，断線検出，過熱保護，昇圧回路故障等の診断結果，インジェクタ制御回路２４０自体の制御信号の中から必要な情報を交信し、良好なインジェクタ駆動を実現する。

このような駆動回路２００の代表的な直噴インジェクタの電流波形を図１に示す。本図では、昇圧ハイサイド側電流検出の場合（電流パターン１）の波形を示している。

インジェクタ電流３−１Ａ（インジェクタ電流３−２Ａも同様であるため、説明は省略する。）の波形は、ピーク電流通電期間５６０，ピーク電流急峻下降期間５６１，第１の保持電流期間５７０，第１の保持電流急峻下降期間５７１，第２の保持電流期間５８０，通電電流下降期間５８１の６期間に分けて説明される。

まず、インジェクタ駆動信号３００Ｄがオン（第１インジェクタ通電信号４００）になり、かつ、インジェクタ開弁信号３００Ｃがオン（インジェクタ開弁通電信号４１０）になると、ピーク電流通電期間５６０が開始する。ここでは、昇圧回路１００により昇圧された昇圧電圧１００Ａにより、インジェクタ電流３−１Ａを予め定められたピーク電流停止電流５２０に至るまで短時間に上昇させる。このとき、ゲート駆動ロジック回路２５０は、昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ａ及び第１の下流側駆動ＦＥＴ制御信号２５０Ｃを出力し、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２と第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１の両方をオンさせる。この結果、インジェクタ電流３−１Ａは、ゼロ（電源グランド電圧５００）からピーク電流停止電流５２０に急峻に変化する。

ローサイド側電流選択信号２５０Ｆはオン（ローサイド側電流選択ＯＮ信号４２０）に制御され、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅはオフ（昇圧ハイサイド側電流選択ＯＦＦ信号４３１）に制御される。このため、電流選択回路２４７は、電流検出回路２４３から出力されるローサイド側電流検出信号２４３Ａを選択する。したがって、この期間では、下流側電流検出抵抗２２１に流れる下流側駆動電流２２１Ａに基づいたローサイド側電流検出信号２４３Ａが選択後電流検出信号２４７Ａとなる。なお、ピーク電流停止電流５２０は、燃料と空気との混合気を作ってシリンダー内に噴射する方式のインジェクタ電流と比較して、５〜２０倍程度大きい。

インジェクタ電流３−１Ａが、予め定められたピーク電流停止電流５２０に到達すると、次に、ピーク電流急峻下降期間５６１となる。このとき、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２及び第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１は両方オフになるように制御される。このため、インジェクタ３−１に流れる電流は、急峻に下降することになる。

昇圧側駆動ＦＥＴ２０２及び第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１は両方オフされている。このため、第１の下流側電流検出抵抗２２１には電流が流れず、この抵抗を用いてインジェクタ電流３−１Ａを検出することができない。

したがって、この期間では、ローサイド側電流選択信号２５０Ｆをオフ（ローサイド側電流選択ＯＦＦ信号４２１）に、また、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅをオン（昇圧ハイサイド側電流選択ＯＮ信号４３０）に制御する。このような制御により、電流選択回路２４７は、昇圧側電流検出抵抗２０１に流れる電流を検出する。インジェクタ電流３−１Ａは、電流回生ダイオード２−１を通って、昇圧側電流検出抵抗２０１に流れる。このため、電流検出回路２４１により、昇圧側電流検出抵抗２０１に流れる電流を検出することができる。

なお、このとき、昇圧側電流検出抵抗２０１に流れる電流は、ピーク電流急峻下降期間５６１における電流の方向とは逆方向となる。このため、昇圧ハイサイド側電流検出信号２４１Ａの波形の正負を逆にすることで、インジェクタ電流３−１Ａを得ることができる。ピーク電流停止逆電流５２０Ａ，第１の保持開始逆電流５３１Ａ、及び、第２の保持開始逆電流５４１Ａは、それぞれ、ピーク電流停止電流５２０，第１の保持開始電流５３１、及び、第２の保持開始電流の正負を反対にした値となる。

インジェクタ電流３−１Ａが、第１の保持開始電流５３１に到達すると、第１の保持電流期間５７０が開始する。この期間では、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１がオンに制御され、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２は、オン／オフのスイッチング制御がなされる。すなわち、インジェクタ電流３−１Ａが、第１の保持停止電流５３０に至った場合には、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２がオフに制御される。また、インジェクタ電流３−１Ａが、第１の保持開始電流５３１に至った場合には、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２はオンに制御される。

このとき、ローサイド側電流選択信号２５０Ｆはオンになり、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅはオフになる。このため、インジェクタ電流３−１Ａは、下流側電流検出抵抗２２１により検出される。

インジェクタ開弁信号３００Ｃがオンからオフ（インジェクタ開弁非通電信号４１１）に変化すると、第１の保持電流急峻下降期間５７１が開始する。この期間では、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２及び第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１は両方オフになるように制御される。このため、インジェクタ３−１に流れる電流は、急峻に下降することになる。

このとき、ローサイド側電流選択信号２５０Ｆはオフになり、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅはオンになる。このため、インジェクタ電流３−１Ａは、昇圧側電流検出抵抗２０１により検出される。

インジェクタ電流３−１Ａが、第２の保持開始電流５４１の値に到達すると、第２の保持電流期間５８０が開始する。この期間では、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１がオンに制御され、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２は、オン／オフのスイッチング制御がなされる。すなわち、インジェクタ電流３−１Ａが、第２の保持停止電流５４０に至った場合には、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２がオフに制御される。また、インジェクタ電流３−１Ａが、第２の保持開始電流５４１に至った場合には、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２はオンに制御される。

このとき、ローサイド側電流選択信号２５０Ｆはオンになり、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅはオフになる。このため、インジェクタ電流３−１Ａは、下流側電流検出抵抗２２１により検出される。

インジェクタ駆動信号３００Ｄがオンからオフ（第１のインジェクタ非通電信号４０１）に変化すると、通電電流下降期間５８１が開始する。この期間では、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２及び第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１は両方オフになるように制御される。このため、インジェクタ３−１に流れる電流は、急峻に下降することになる。

このとき、ローサイド側電流選択信号２５０Ｆはオフになり、昇圧ハイサイド側電流選択信号２５０Ｅはオンになる。このため、インジェクタ電流３−１Ａは、昇圧側電流検出抵抗２０１により検出される。

以上のとおり、ピーク電流通電期間５６０終了後は、インジェクタ３−１へのエネルギー供給源は、昇圧電圧１００Ａからバッテリ電源２１０へ移行する。これにより、ピーク電流に比べて、１／２〜１／３程度の第１の保持停止電流５３０で制御される第１の保持電流を経て、さらに、その２／３〜１／２程度の第２の保持停止電流５４０で制御される第２の保持電流へと移行する。ピーク電流と第１の保持電流によってインジェクタ３−１は開弁して燃料を気筒内に噴射する。

噴射終了時は、インジェクタ３−１の閉弁を速やかに行うため、インジェクタ電流３−１Ａの通電電流下降期間５８１を短時間に行い、インジェクタ電流３−１Ａを遮断する必要がある。

しかし、インジェクタ３−１には、インジェクタ電流３−１Ａが流れていることで高いエネルギーが蓄積されており、この電流を遮断するには、このエネルギーをインジェクタ３−１から消滅させることが必要であるが、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１は完全に遮断されているため、インジェクタ電流３−１は、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１に直列に接続されている下流側電流検出抵抗２２１に流れる電流を検出することができない。

そこで本実施例では、ピーク電流急峻下降期間５６１等において正確な電流制御を行うため、電流回生ダイオード２−１を設けている。このような構成により、インジェクタ３−１の電気エネルギーを、電流回生ダイオード２−１を介して昇圧回路１００に回生させることができる。電流回生ダイオード２−１は、そのアノードがインジェクタ３−１と第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１との間に、また、カソードが昇圧側電流検出抵抗２０１と昇圧側駆動ＦＥＴ２０２との間に接続されている。

従来、昇圧側電流検出抵抗２０１は、インジェクタ３−１上流側のグランドショートや断線検出等に用いるだけであった。本実施例では、昇圧側電流検出抵抗２０１の下流側に電流回生ダイオード２−１を接続することで、上記目的で用いられていた従来の昇圧側電流検出抵抗２０１を、ピーク電流急峻下降期間５６１等における回生電流検出にも用いられるように構成したものである。

この結果、インジェクタ電流３−１Ａの電流制御を全通電領域において正確に行うことができる。また、インジェクタ電流３−１Ａが直接通電する電子部品数を増やすこと無く実現することが可能になる。

本実施例の駆動回路２００において、図１と異なる代表的な直噴インジェクタの電流波形は、図８に示されたインジェクタ電流３−１Ａ（選択後電流検出信号２４７Ａ）である。

本図の波形は、昇圧ハイサイド側電流検出の場合（電流パターン２）であり、図１に示した波形と比べて以下の点が異なる。これらの変更は、それぞれの通電期間において、インジェクタ単体特性向上，回路発熱抑止、及び、エンジンでの燃焼特性の改善を目的に行われるものである。

プリチャージ電流通電期間５５０では、第１の保持電流期間５７０や第２の保持電流期間５８０と同様に、バッテリ電源２１０を用いる。バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２をスイッチングさせることにより、電源グランド４に流れる電流経路と還流ダイオード２２２に流れる電流経路とを切り替える。このとき、下流側電流検出抵抗２２１を用いて、インジェクタ電流３−１Ａがプリチャージ電流停止電流５１０とプリチャージ電流開始電流５１１の間になるように制御される。

ピーク電流保持期間５６２では、昇圧電圧１００Ａを用いる。昇圧側駆動ＦＥＴ２０２をスイッチングさせることにより、電源グランド４に流れる電流経路と還流ダイオード２２２への電流経路とを切り替える。このとき、下流側電流検出抵抗２２１を用い、インジェクタ電流３−１Ａがピーク電流停止電流５２０とピーク電流開始電流５２１の間になるように制御される。

第１の保持電流緩行下降期間５７２では、第１の保持電流から第２の保持電流へ移行する際に、短時間に下降させるのではなく、緩やかに下降させる。このため、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２を遮断し、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１を通電状態にする。このような制御により、還流ダイオード２２２へ電流を還流させ、検出抵抗２２１を用いて、インジェクタ電流３−１Ａが第２の保持開始電流５４１まで下降するように制御される。

さらに、図１及び図８と異なる代表的な直噴インジェクタの電流波形は、図９に示されたインジェクタ電流３−１Ａ（選択後電流検出信号２４７Ａ）である。

この波形は、昇圧ハイサイド側電流検出の場合（電流パターン３）であり、図１及び図８に示した波形とは、以下の点が異なる。これらの変更は、それぞれの通電期間において、インジェクタ単体特性向上，回路発熱抑止、及び、エンジンでの燃焼特性の改善を目的に行われるものである。

ピーク電流緩行Ａ下降期間５６３では、ピーク電流から第１の保持電流又は第２の保持電流への移行時に、短時間に下降させるのではなく、緩やかに下降させる。このため、バッテリ側駆動ＦＥＴ２１２と第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１を通電状態にし、バッテリ電源２１０とインジェクタ３−１及び駆動回路２００の抵抗成分によって制限される飽和電流に向かって、緩やかに下降させる。この期間は、通常電流制御はせず、予め調整された時間の間だけ通電するように制御される。

ピーク電流緩行Ｂ下降期間５６４では、ピーク電流緩行Ａ下降期間５６３終了後、又、ピーク電流から第１の保持電流又は第２の保持電流への移行時に、第１の保持電流緩行下降期間５７２と同様に、短時間に下降させるのではなく緩やかに下降させる。このため、昇圧側駆動ＦＥＴ２０２とバッテリ側駆動ＦＥＴ２１２を遮断し、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１を通電状態にしておくことで、還流ダイオード２２２へ電流を還流させ、検出抵抗２２１を用いて、インジェクタ電流３−１Ａが第２の保持開始電流５４１まで下降するように制御される。

図４は、本発明における内燃機関制御装置の実施例２の構成である。また、各部位の代表的な動作波形を図３に示す。

本実施例は、複数のインジェクタ３−１，３−２を駆動する駆動回路２００に適用した一例であり、インジェクタ電流３−１Ａを電流回生ダイオード２−１を通して、インジェクタ３−１の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させて短時間に下降させる期間に正確な電流制御を行うために、下流側電流検出抵抗２２１に代えて、インジェクタ３−１の下流側電流検出抵抗２２３−１、及び、インジェクタ３−２の下流側電流検出抵抗２２３−２を付加した点が異なる。

インジェクタ３−１の下流側電流検出抵抗２２３−１は、第１の下流側駆動ＦＥＴ２２０−１のドレイン電極とインジェクタ３−１の一端との間に配置されている。インジェクタ３−２の下流側電流検出抵抗２２３−２も同様に、第２の下流側駆動ＦＥＴ２２０−２のドレイン電極とインジェクタ３−２の一端との間に配置されている。

本実施例の回路構成によれば、インジェクタ電流３−１Ａ、及び、インジェクタ電流３−２Ａの全通電領域を直接に検出することができる。この結果、実施例１と比較すると、インジェクタ制御回路２４０内に設けた電流検出部を切り替えるために必要とされた検出電流選択回路２４７が不要となり、回路構成の簡素化が図れる。

なお、インジェクタ３−１の下流側電流検出回路２４４−１やインジェクタ３−２の下流側電流検出回路２４４−２は、高電圧，逆電圧，高電流，静電気等のノイズによる影響を受けることがある。これらは、内燃機関制御装置の外部にあるインジェクタ３−１，３−２に直接繋がっており、ノイズが直接入り込む部分になるため、ノイズによる影響を考慮して、必要な対策をとることがより好ましい。

例えば、本実施例では、インジェクタ３−１の下流側電流検出保護回路２２４−１、及び、インジェクタ３−２の下流側電流検出保護回路２２４−２を設けることにより、ノイズからの保護を確実なものとしている。ただし、ノイズの影響が性能上問題ない場合には、第１のインジェクタ下流側電流検出保護回路２２４−１や第２のインジェクタ下流側電流検出保護回路２２４−２は不要である。

本実施例は、インジェクタ下流側電流検出の場合（電流パターン１）である。本実施例によれば、図３の第１のインジェクタ下流側電流検出信号２４４−１Ａとして示される波形を検出することができる。なお、本実施例では、実施例１のような電流選択回路２４７がないが、これを除けば、図３の波形は図１と同様のものとなる。

図５は、本発明における内燃機関制御装置の実施例３の構成である。また、各部位の代表的な動作波形を図３に示す。

実施例３は、複数のインジェクタ３−１，３−２を駆動する駆動回路２００に適用した一例であり、インジェクタ電流３−１Ａを電流回生ダイオード２−１を通して、インジェクタ３−１の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させて短時間に下降させる期間に正確な電流制御を行うために、昇圧側電流検出抵抗２０１に代わり、インジェクタ上流側電流検出抵抗２２５を付け、インジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａのように複数のインジェクタ電流を、１つのインジェクタ上流側電流検出抵抗２２５で全通電領域を直接検出できるようにした点が、実施例１と異なる。

インジェクタ上流側電流検出抵抗２２５は、インジェクタ３−１，３−２の一端と、昇圧側保護ダイオード２０３及びバッテリ側保護ダイオード２１３のカソードとの間に設けられている。インジェクタ上流側電流検出抵抗２２５に流れる電流は、インジェクタ上流側電流検出回路２４５により検出され、インジェクタ上流側電流検出信号２４５Ａとして、ゲート駆動ロジック回路２５０へ送られる。

本実施例の回路構成によれば、実施例２と同様に、インジェクタ電流３−１Ａ，３−２Ａの全通電領域を直接に検出できる。この結果、実施例１と比較すると、インジェクタ制御回路２４０内に設けた電流検出部を切り替えるための検出電流選択回路２４７が不要となり、回路構成の簡素化が可能になる。

なお、インジェクタ上流側電流検出回路２４５は、場合により、高電圧，逆電圧，高電流，静電気等のノイズに比較的弱い。これらは、内燃機関制御装置の外部であるインジェクタに直接繋がっており、ノイズが直接入り込む部分になるため、ノイズによる影響を考慮して、必要な対策をとることがより好ましい。

例えば、本実施例では、インジェクタ上流側電流検出保護回路２２６を設けることにより、ノイズからの保護を確実なものとしている。ただし、ノイズの影響が性能上問題ない場合には、インジェクタ上流側電流検出保護回路２２６を不要にすることもできる。

本実施例は、インジェクタ上流側電流検出の場合（電流パターン１）である。本実施例によれば、図３のインジェクタ上流側電流検出信号２４５Ａとして示される波形を検知することができる。

図７は、本発明における内燃機関制御装置の実施例４の構成である。また、各部位の代表的な動作波形を図６に示す。

本実施例の回路構成は、複数のインジェクタ３−１，３−２を駆動する駆動回路２００に適用した一例であり、インジェクタ電流３−１Ａを電流回生ダイオード２−１を通して、インジェクタ３−１の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させて短時間に下降させる期間に正確な電流制御を行うものである。

このため、本実施例では、実施例３のインジェクタ上流側電流検出抵抗２２５に代えて、回生ダイオード上流側電流検出抵抗２０４を設けたものである。回生ダイオード上流側電流検出抵抗２０４は、昇圧回路１００と電流回生ダイオード２−１，２−２のカソードの間に設けられている。

回生ダイオード上流側電流検出抵抗２０４を流れる電流は、回生ダイオード上流側電流検出回路２４６により検出される。回生ダイオード上流側電流検出回路２４６は、回生ダイオード上流側電流検出信号２４６Ａをゲート駆動ロジック回路２５０へ出力する。

このような構成にすることにより、他の回路ブロックにて駆動している複数のインジェクタで、同時に昇圧回路１００へ回生電流が発生し、また、昇圧回路１００を用いたインジェクタ電流のピーク電流と回生電流が同時に発生した場合でも、下流側電流検出回路２４３から出力されるローサイド側電流検出信号２４３Ａと、昇圧側電流検出回路２４１から出力される昇圧ハイサイド側電流検出信号２４１Ａとを、検出電流選択回路２４７で切り替えて、正確に電流制御することができる。

本実施例では、昇圧回路１００からの流出電流の過電流又はインジェクタ３−１，３−２側のハーネス断線等を検出するための昇圧側駆動電流２０１Ａを設けている。

また、本実施例は、回生ダイオード上流側電流検出の場合（電流パターン１）である。本実施例によれば、図６のインジェクタ電流３−１Ａ（選択後電流検出信号２４７Ａ）として示される波形を検知することができる。なお、本実施例の電流検出回路２４６が検出する電流は、正方向である。このため、実施例１とは異なり、回生ダイオード上流側電流検出信号２４６Ａは正の値となる。この結果、電流検出回路２４６は、正電流を検出できれば十分であり、正負の両極性の電流を検出する必要のある実施例１の電流検出回路２４１より簡易な構成とすることが可能である。

以上の説明のとおり、本発明は、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車，オートバイ，農耕機，工作機械，船舶機等において、バッテリ電圧を昇圧した高電圧を使って負荷を駆動するものであり、特に、気筒内直接噴射型インジェクタを駆動するのに好適な内燃機関制御装置に関する。

以上、本発明の上記実施例によれば、インジェクタ３−１の電気エネルギーを昇圧回路１００に回生させて短時間に下降させる期間にも正確な電流制御を行うことができる。すなわち、インジェクタ電流の電流制御が全通電領域にて可能になる。

また、上記実施例によれば、従来のインジェクタ駆動回路２００の構成や特性を変更すること無く実現できる。さらに、昇圧回路１００への回生電流を検出するために発生する部品追加も少なくすることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づく範囲において、様々な変更が可能なものである。

また、本発明は、気筒内直接噴射型インジェクタについて、ソレノイドを動力源とした電気的にインダクタンス成分を有するものだけでなく、ピエゾ素子を動力源とした電気的にコンデンサ成分を有するものを駆動することができる。また、昇圧回路へのエネルギー回生時を含め、全てのインジェクタ電流領域において、正確に電流制御を行う方式に適用することができる。

１ バッテリ電源
２−１，２−２ 電流回生ダイオード
３−１，３−２ インジェクタ
３−１Ａ，３−２Ａ インジェクタ電流
４ 電源グランド
１００ 昇圧回路
１００Ａ 昇圧電圧
２００ 駆動回路
２０１ 昇圧側電流検出抵抗
２０１Ａ 昇圧側駆動電流
２０２ 昇圧側駆動ＦＥＴ
２０３ 昇圧側保護ダイオード
２０４ 回生ダイオード上流側電流検出抵抗
２０４Ａ 回生ダイオード上流側電流
２１０ バッテリ電源
２１１ バッテリ側電流検出抵抗
２１１Ａ バッテリ側駆動電流
２１２ バッテリ側駆動ＦＥＴ
２１３ バッテリ側保護ダイオード
２２０−１ 第１の下流側駆動ＦＥＴ
２２０−２ 第２の下流側駆動ＦＥＴ
２２１ 下流側電流検出抵抗
２２１Ａ 下流側駆動電流
２２２ 還流ダイオード
２２３−１ 第１のインジェクタ下流側電流検出抵抗
２２３−２ 第２のインジェクタ下流側電流検出抵抗
２２４−１ 第１のインジェクタ下流側電流検出保護回路
２２４−２ 第２のインジェクタ下流側電流検出保護回路
２２５ インジェクタ上流側電流検出抵抗
２２５Ａ インジェクタ上流側電流
２２６ インジェクタ上流側電流検出保護回路
２４０ インジェクタ制御回路
２４１ 昇圧側電流検出回路
２４１Ａ 昇圧ハイサイド側電流検出信号
２４２ バッテリ側電流検出回路
２４２Ａ バッテリハイサイド側電流検出信号
２４３ 下流側電流検出回路
２４３Ａ ローサイド側電流検出信号
２４４−１ 第１のインジェクタ下流側電流検出回路
２４４−１Ａ 第１のインジェクタ下流側電流検出信号
２４４−２ 第２のインジェクタ下流側電流検出回路
２４４−２Ａ 第２のインジェクタ下流側電流検出信号
２４５ インジェクタ上流側電流検出回路
２４５Ａ インジェクタ上流側電流検出信号
２４６ 回生ダイオード上流側電流検出回路
２４６Ａ 回生ダイオード上流側電流検出信号
２４７ 検出電流選択回路
２４７Ａ 選択後電流検出信号
２５０ ゲート駆動ロジック回路
２５０Ａ 昇圧側駆動ＦＥＴ制御信号
２５０Ｂ バッテリ側駆動ＦＥＴ制御信号
２５０Ｃ 第１の下流側駆動ＦＥＴ制御信号
２５０Ｄ 第２の下流側駆動ＦＥＴ制御信号
２５０Ｅ 昇圧ハイサイド側電流選択信号
２５０Ｆ ローサイド側電流選択信号
３００ 制御回路
３００Ｂ 駆動回路と制御回路間通信信号
３００Ｃ インジェクタ開弁信号
３００Ｄ 第１のインジェクタ駆動信号
３００Ｅ 第２のインジェクタ駆動信号
４００ 第１のインジェクタ通電信号
４０１ 第１のインジェクタ非通電信号
４１０ インジェクタ開弁通電信号
４１１ インジェクタ開弁非通電信号
４２０ ローサイド側電流選択ＯＮ信号
４２１ ローサイド側電流選択ＯＦＦ信号
４３０ 昇圧ハイサイド側電流選択ＯＮ信号
４３１ 昇圧ハイサイド側電流選択ＯＦＦ信号
５００ 電源グランド電圧
５１０ プリチャージ電流停止電流
５１１ プリチャージ電流開始電流
５２０ ピーク電流停止電流
５２０Ａ ピーク電流停止逆電流
５２１ ピーク電流開始電流
５３０ 第１の保持停止電流
５３１ 第１の保持開始電流
５３１Ａ 第１の保持開始逆電流
５４０ 第２の保持停止電流
５４１ 第２の保持開始電流
５４１Ａ 第２の保持開始逆電流
５５０ プリチャージ電流通電期間
５６０ ピーク電流通電期間
５６１ ピーク電流急峻下降期間
５６２ ピーク電流保持期間
５６３ ピーク電流緩行Ａ下降期間
５６４ ピーク電流緩行Ｂ下降期間
５７０ 第１の保持電流期間
５７１ 第１の保持電流急峻下降期間
５７２ 第１の保持電流緩行下降期間
５８０ 第２の保持電流期間
５８１ 通電電流下降期間

Claims (6)

1. バッテリ電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する昇圧回路、
   前記昇圧電圧を用いてインジェクタに電流を流すために、該インジェクタの上流側に設けられた第１のスイッチング素子、
   前記バッテリ電圧を用いて前記インジェクタに電流を流すために、該インジェクタの上流側に設けられた第２のスイッチング素子、
   前記インジェクタに流れる電流を制御するために、該インジェクタの下流側に設けられた第３のスイッチング素子、
   前記第１のスイッチング素子、前記第２のスイッチング素子、及び、前記第３のスイッチング素子の駆動を制御する駆動制御装置、
   該第３のスイッチング素子とグランドとの間に設けられた第１の抵抗、
   前記昇圧回路と前記第１のスイッチング素子との間に設けられた第２の抵抗、
   前記インジェクタの下流側から上流側に電流を流すために、アノードが前記インジェクタと前記第３のスイッチング素子との間に接続され、カソードが前記第２の抵抗と前記第１のスイッチング素子との間に接続されたダイオード、
   前記インジェクタに電流が流れる第１の期間において、前記第１の抵抗に流れる電流を検出するための第１の電流検出回路、
   前記第１の期間とは異なる第２の期間において、前記第２の抵抗に流れる電流を検出するための第２の電流検出回路、
   前記第１の電流検出回路及び前記第２の電流検出回路で検出された電流のうち、いずれか一方の電流を前記インジェクタに電流が流れる期間に基づいて選択するための電流選択回路を有し、
   前記電流選択回路によって、前記第３のスイッチング素子がＯＮしている場合は、前記第１の電流検出回路を選択し、前記第３のスイッチング素子がＯＦＦしている場合は、前記第２の電流検出回路を選択することで、前記インジェクタに流れる電流を制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記駆動制御装置は、前記インジェクタに電流が流れている全ての期間において、前記
   第１の抵抗または前記第２の抵抗により該インジェクタに流れる電流を検出することを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記駆動制御回路は、前記第１のスイッチング素子，前記第２のスイッチング素子、及
   び、前記第３のスイッチング素子が全て遮断された場合、前記第２の抵抗により検出され
   た電流を用いて制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記駆動制御回路は、ピーク電流急峻下降期間において、前記第２の抵抗により検出さ
   れた電流を用いて制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記駆動制御回路は、保持電流急峻下降期間において、前記第２の抵抗により検出され
   た電流を用いて制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記第２の抵抗は、前記インジェクタの上流側のグランドショート及び断線の検出に用
   いられることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。

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