JP7106869B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、燃料噴射制御装置に関する。

特許文献１には、コンデンサ及び充電回路を有する昇圧回路と、昇圧回路による昇圧動作を制御する昇圧制御部を備える燃料噴射制御装置が開示されている。充電回路は、コイルと昇圧スイッチを含む昇圧部を複数有しており、複数の昇圧部は互いに並列に接続されている。

特開２０１３－１４２３４６号公報

特許文献１では、エンジン回転数が高い場合、充電電流の目標値として第１電流値を設定するとともに、すべての昇圧部について昇圧スイッチをオンオフさせる。また、エンジン回転数が低い場合、目標値として第１電流値よりも小さい第２電流値を設定するとともに、たとえば１つの昇圧部について昇圧スイッチをオンオフさせる。これにより、たとえば回転数の低いアイドル時に充電電流を小さくし、高回転時に充電電流を大きくすることができる。すなわち、噴射インターバルの短い高回転時において、充電にかかる時間を短縮することができる。

しかしながら、特許文献１の構成では、コイルや昇圧スイッチを複数設けなければならず、部品点数が増加するという問題がある。

一方、コイルや昇圧スイッチを複数設けずに、高回転時には目標値として第１電流値を設定し、アイドル時（低回転時）には目標値として第２電流値を設定する構成も考えられる。しかしながら、特に静粛性が求められる車両において、高回転であってアイドル回転数に近い回転数、すなわちエンジン静粛性が高い（エンジン音が比較的静かな）場合に、充電音が問題となる。充電音とは、充電動作時に昇圧回路が生じる音である。

なお、特許文献１に記載の構成の場合、昇圧回路が複数の昇圧部を有し、高回転時には各コイルに流れる電流の総和が充電電流となるため、充電音を低減することができる。

本開示はこのような課題に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加を抑制しつつ充電音を低減することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本開示は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、括弧内の符号は、ひと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、技術的範囲を限定するものではない。

本開示のひとつは、内燃機関の燃料噴射弁（１００）を開閉させるために燃料噴射弁の電磁負荷（１１０）に流れる駆動電流を制御する燃料噴射制御装置であって、
駆動電流を通電させる駆動期間として、昇圧電圧の供給により駆動電流が燃料噴射弁を開弁させるためのピーク電流に達するまでの放電期間と、放電期間が終了してから駆動期間が終了するまでの期間であって、開弁を維持するために、ピーク電流よりも小さい所定の保持電流を通電させる定電流期間と、を有しており、
昇圧電圧を電磁負荷に供給するコンデンサ（Ｃ１）と、コイル（Ｌ１）及び昇圧スイッチ（ＳＷ１）を含み、昇圧スイッチのオンオフにより、電源電圧を昇圧してコンデンサを充電する充電回路（２１）と、昇圧スイッチのオンオフにより流れる充電電流を検出する電流検出部（Ｒ１）と、を有する昇圧回路部（２０）と、
放電期間が終了してから、次の駆動期間における放電期間が開始されるまでの間において、充電電流の目標値に応じて昇圧回路部による昇圧動作を制御する昇圧制御部（５３）と、
コンデンサを充電する際に、昇圧スイッチがオンしてから次にオンするまでの充電周期単位でコンデンサに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出部（４１）と、
放電期間が終了してから、次の駆動期間における放電期間が開始されるまでの時間である充電可能時間を算出する時間算出部（４２）と、
電荷量及び充電可能時間に基づいて目標値を算出する目標値算出部（４３）と、を備え、
目標値算出部は、目標値として、充電電流の上限目標値及び下限目標値をそれぞれ算出し、
電荷量算出部は、充電可能時間の最小値を満たすための値であり、目標値の初期値として予め記憶された上限初期値及び下限初期値が設定されたときの、昇圧スイッチがオフしてから次にオンするまでのオフ時間を算出し、算出したオフ時間を上限初期値及び下限初期値の平均値に乗算することで、電荷量を算出し、
目標値算出部は、
予め記憶された充電可能時間の最小値をＴｍｉｎ、時間算出部による充電可能時間の算出値をＴｎｅｘｔ、電荷量算出部により算出された電荷量をＱ、オフ時間をｔ１、上限初期値をＩＨ０、下限初期値をＩＬ０、上限目標値をＩＨｎ、下限目標値をＩＬｎとすると、下記式により、上限目標値および下限目標値を算出する。
ＩＨｎ＝｛（Ｔｍｉｎ／Ｔｎｅｘｔ）×Ｑ／ｔ１｝＋（ＩＨ０－ＩＬ０）／２
ＩＬｎ＝ＩＨｎ－（ＩＨ０－ＩＬ０）

この燃料噴射制御装置によれば、充電周期単位でコンデンサに蓄積される電荷量と、充電可能時間を算出することができる。そして、電荷量及び充電可能時間に基づき、充電に必要な目標値を算出することができる。すなわち、充電可能時間に応じて適切な目標値を設定することができる。たとえばアイドル時のようにエンジン静粛性が高く、充電スピードが遅くてもよい場合には、目標値が小さくなり、これにより充電電流を小さくすることができる。したがって、コイルや昇圧スイッチなどの部品点数の増加を抑制しつつ、昇圧回路が生じる充電音を低減することができる。

第１実施形態の燃料噴射制御装置の概略構成を示す図である。 目標値を設定する処理までを示すフローチャートである。 電荷量Ｑの算出を説明するためのタイミングチャートである。 目標値ＩＨｎ，ＩＬｎの算出を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、実施形態を説明する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、本実施形態の燃料噴射制御装置の概略構成を説明する。本実施形態の燃料噴射制御装置は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されている。以下においては、エンジンＥＣＵとしての機能のうち、インジェクタの駆動を制御する機能について説明する。

図１に示す燃料噴射制御装置１０は、車両エンジン（内燃機関）の各気筒に設けられたインジェクタ１００の駆動（開閉）を制御する。本実施形態では、４気筒直噴型ガソリンエンジンの各気筒に設けられたインジェクタ１００の駆動を制御する。インジェクタ１００は、気筒＃１のインジェクタ１０１と、気筒＃２のインジェクタ１０２と、気筒＃３のインジェクタ１０３と、気筒＃４のインジェクタ１０４を有している。

インジェクタ１００は、ソレノイド１１０（コイル）を有している。インジェクタ１００が燃料噴射弁に相当し、ソレノイド１１０が電磁負荷に相当する。インジェクタ１００は、ソレノイド１１０の通電時には該ソレノイド１１０が生じる電磁力によって開放され、燃料を噴射するようになっている。また、ソレノイド１１０への非通電時には、インジェクタ１００に設けられた図示しないばねの付勢力により閉鎖されるようになっている。インジェクタ１０１はソレノイド１１１を有し、インジェクタ１０２はソレノイド１１２を有している。インジェクタ１０３はソレノイド１１３を有し、インジェクタ１０４はソレノイド１１４を有している。

ソレノイド１１０の上流側は燃料噴射制御装置１０の端子Ｐ１に接続され、下流側は端子Ｐ２に接続されている。端子Ｐ１は上流端子とも称され、端子Ｐ２は下流端子とも称される。本実施形態では、端子Ｐ１が端子Ｐ１１，Ｐ１２を有している。端子Ｐ１１は、ソレノイド１１１，１１４の上流側に接続され、端子Ｐ１２は、ソレノイド１１２，１１３の上流側に接続されている。端子Ｐ１については、ソレノイド１１１～１１４で個別に設けることもできる。一方、端子Ｐ２は、端子Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４を有している。端子Ｐ２１は、ソレノイド１１１の下流側に接続され、端子Ｐ２２は、ソレノイド１１２の下流側に接続されている。端子Ｐ２３は、ソレノイド１１３の下流側に接続され、端子Ｐ２４は、ソレノイド１１４の下流側に接続されている。

燃料噴射制御装置１０は、昇圧回路２０と、駆動回路３０と、マイコン４０と、制御ＩＣ５０を備えている。昇圧回路２０が、昇圧回路部に相当する。

昇圧回路２０は、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧して昇圧電圧Ｖｂｓｔを生成する。バッテリ電圧Ｖｂが、電源電圧に相当する。昇圧回路２０は、すべてのインジェクタ１００（ソレノイド１１０）に対して共通使用される。昇圧回路２０は、コンデンサＣ１と、充電回路２１と、抵抗Ｒ１と、オンオフ検出回路２２と、放電終了検出回路２３を有している。

コンデンサＣ１は、開弁駆動時にソレノイド１１０に印加するエネルギを蓄える。コンデンサＣ１は、昇圧電圧Ｖｂｓｔをソレノイド１１０に供給する。コンデンサＣ１は、昇圧電源、チャージコンデンサとも称される。コンデンサＣ１としては、たとえば電解コンデンサを採用することができる。

充電回路２１は、バッテリ電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ１を充電する回路である。充電回路２１は、コイルＬ１と、昇圧スイッチＳＷ１と、ダイオードＤ１を有している。燃料噴射制御装置１０の端子Ｐ３には、バッテリ電圧Ｖｂが供給される。コイルＬ１の一端は端子Ｐ３に接続されており、他端には昇圧スイッチＳＷ１が接続されている。本実施形態では、昇圧スイッチＳＷ１としてｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。昇圧スイッチＳＷ１のドレインがコイルＬ１に接続され、ソースが抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。昇圧スイッチＳＷ１のオンオフは、制御ＩＣ５０から出力される駆動信号によって制御される。

コイルＬ１と昇圧スイッチＳＷ１との接続点には、逆流防止用のダイオードＤ１のアノードが接続されている。ダイオードＤ１とグランドとの間に、コンデンサＣ１が配置されている。コンデンサＣ１の正極（陽極）が、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。

抵抗Ｒ１は、昇圧スイッチＳＷ１のオンオフにより流れる充電電流を検出するための抵抗である。抵抗Ｒ１に流れる充電電流Ｉ１は、制御ＩＣ５０により検出される。抵抗Ｒ１と昇圧スイッチＳＷ１のソースとの接続点に、コンデンサＣ１の負極（陰極）が接続されている。

オンオフ検出回路２２は、昇圧スイッチＳＷ１のオンオフを検出し、検出結果をマイコン４０に出力する。オンオフ検出回路２２は、昇圧スイッチＳＷ１のゲートに入力される駆動信号を、マイコン４０に入力可能な電圧に変換して出力する。オンオフ検出回路２２は、コンパレータＣＭＰ１と、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２を有している。

抵抗Ｒ２１，Ｒ２２は、バッテリ電圧Ｖｂよりも低い電圧（たとえば５Ｖ）を供給する内部電源とグランドとの間で直列接続されている。コンパレータＣＭＰ１の反転入力端子には、昇圧スイッチＳＷ１のゲートが接続され、非反転入力端子には、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２の接続点が接続されている。コンパレータＣＭＰ１は、昇圧スイッチＳＷ１のゲートに入力される駆動信号と抵抗Ｒ２１，Ｒ２２により分圧されてなる参照電圧とを比較し、比較結果をマイコン４０に出力する。駆動信号がオン（Ｈレベル）の場合にコンパレータＣＭＰ１は同じくＨレベルの信号を出力し、駆動信号がオフ（Ｌレベル）の場合にコンパレータＣＭＰ１は同じくＬベルの信号を出力する。

放電終了検出回路２３は、後述する駆動期間のうち、放電期間の終了タイミングを検出するための回路である。換言すれば、コンデンサＣ１の充電を開始するタイミングを検出するための回路である。放電終了検出回路２３は、充電電流Ｉ１に相当する電圧を、マイコン４０に入力可能な電圧に変換して出力する。放電終了検出回路２３は、コンパレータＣＭＰ２と、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２を有している。

抵抗Ｒ３１，Ｒ３２は、上記した内部電源とグランドとの間で直列接続されている。コンパレータＣＭＰ２の反転入力端子には、充電電流Ｉ１を検出する抵抗Ｒ１の上流側の端子、すなわち昇圧スイッチＳＷ１のソース、コンデンサＣ１の負極、及び抵抗Ｒ１の接続点が接続されている。コンパレータＣＭＰ２の非反転入力端子には、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２の接続点が接続されている。コンパレータＣＭＰ２は、充電電流Ｉ１に相当する電圧と抵抗Ｒ３１，Ｒ３２により分圧されてなる参照電圧とを比較し、比較結果をマイコン４０に出力する。充電開始によって、充電電流Ｉ１が流れると、コンパレータＣＭＰ２はＨレベルの信号を出力し、充電終了により、コンパレータＣＭＰ２はＬレベルの信号を出力する。

駆動回路３０は、インジェクタ１００を駆動させるための回路である。駆動回路３０は、放電スイッチＳＷ２と、定電流スイッチＳＷ３と、ローサイドスイッチＳＷ４と、抵抗Ｒ４と、ダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４を有している。

放電スイッチＳＷ２は、コンデンサＣ１の正極と端子Ｐ１との間に配置され、オンすることで、コンデンサＣ１に蓄積されたエネルギを、端子Ｐ１を介してソレノイド１１０に放電させるスイッチである。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂよりも高い昇圧電圧Ｖｂｓｔをソレノイド１１０に供給するスイッチである。本実施形態では、放電スイッチＳＷ２として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。放電スイッチＳＷ２のドレインはダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点、すなわちコンデンサＣ１の正極に接続され、ソースは端子Ｐ１を介して各ソレノイド１１０の上流側に接続されている。

放電スイッチＳＷ２は、気筒＃１，＃４のインジェクタ１０１，１０４で共通使用される放電スイッチＳＷ２１と、気筒＃２，＃３のインジェクタ１０２，１０３で共通使用される放電スイッチＳＷ２２を有している。放電スイッチＳＷ２１，ＳＷ２２のオンオフは、制御ＩＣ５０から出力される駆動信号によってそれぞれ制御される。

定電流スイッチＳＷ３は、端子Ｐ１に対して上流側に配置され、オンすることで、端子Ｐ１を介してソレノイド１１０にバッテリ電圧Ｖｂを供給するスイッチである。本実施形態では、定電流スイッチＳＷ３として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。定電流スイッチＳＷ３のドレインは端子Ｐ３に接続されており、ソースは、逆流防止用のダイオードＤ２及び端子Ｐ１を介して、各ソレノイド１１０の上流側に接続されている。

定電流スイッチＳＷ３は、気筒＃１，＃４のインジェクタ１０１，１０４で共通使用される定電流スイッチＳＷ３１と、気筒＃２，＃３のインジェクタ１０２，１０３で共通使用される定電流スイッチＳＷ３２を有している。定電流スイッチＳＷ３１，ＳＷ３２のオンオフは、制御ＩＣ５０から出力される駆動信号よってそれぞれ制御される。

ダイオードＤ２のアノードは定電流スイッチＳＷ３のソースに接続され、カソードは放電スイッチＳＷ２のソースに接続されている。ダイオードＤ２と放電スイッチＳＷ２の接続点と、グランドとの間には、還流用のダイオードＤ３がアノードをグランド側にして配置されている。ダイオードＤ２，Ｄ３は、気筒＃１，＃４のインジェクタ１０１，１０４で共通使用されるダイオードＤ２１，Ｄ３１と、気筒＃２，＃３のインジェクタ１０２，１０３で共通使用されるダイオードＤ２２，Ｄ３２を有している。

このように、駆動回路３０は、インジェクタ１００に対するハイサイド側の回路部として、気筒＃１，＃４のインジェクタ１０１，１０４で共通使用される第１のハイサイド回路部と、気筒＃２，＃３のインジェクタ１０２，１０３で共通使用される第２のハイサイド回路部を有している。第１のハイサイド回路部は、放電スイッチＳＷ２１と、定電流スイッチＳＷ３１と、ダイオードＤ２１，Ｄ３１を有している。第２のハイサイド回路部は、放電スイッチＳＷ２２と、定電流スイッチＳＷ３２と、ダイオードＤ２２，Ｄ３２を有している。第１のハイサイド回路部及び第２のハイサイド回路部は、それぞれコモン回路とも称される。なお、ソレノイド１１０ごとに独立して設けられたハイサイド回路部を採用することもできる。

ローサイドスイッチＳＷ４は、ソレノイド１１０ごとに設けられるとともに対応するソレノイド１１０の下流側に配置され、オンすることで、対応するソレノイド１１０の下流側をグランドに接続させる。ローサイドスイッチＳＷ４は、気筒選択スイッチとも称される。本実施形態では、ローサイドスイッチＳＷ４として、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴを採用している。ローサイドスイッチＳＷ４のソースは電流検出用の抵抗Ｒ４を介してグランドに接続されており、ドレインは端子Ｐ２を介して対応するソレノイド１１０の下流側に接続されている。抵抗Ｒ２は、ローサイドスイッチＳＷ４をオンしているときに、ソレノイド１１０に流れる駆動電流Ｉ２を検出するための抵抗である。

ローサイドスイッチＳＷ４は、ローサイドスイッチＳＷ４１，ＳＷ４２，ＳＷ４３，ＳＷ４４を有し、抵抗Ｒ４は、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２を有している。ローサイドスイッチＳＷ４１は、気筒＃１のインジェクタ１０１に対応しており、ドレインが端子Ｐ２１を介してソレノイド１１１の下流側に接続され、ソースが抵抗Ｒ４１を介してグランドに接続されている。ローサイドスイッチＳＷ４２は、気筒＃２のインジェクタ１０２に対応しており、ドレインが端子Ｐ２２を介してソレノイド１１２の下流側に接続され、ソースが抵抗Ｒ４２を介してグランドに接続されている。ローサイドスイッチＳＷ４３は、気筒＃３のインジェクタ１０３に対応しており、ドレインが端子Ｐ２３を介してソレノイド１１３の下流側に接続され、ソースが抵抗Ｒ４２を介してグランドに接続されている。ローサイドスイッチＳＷ４４は、＃４気筒のインジェクタ１０４に対応しており、ドレインが端子Ｐ２４を介してソレノイド１１４の下流側に接続され、ソースが抵抗Ｒ４１を介してグランドに接続されている。

このように、抵抗Ｒ４１は、インジェクタ１０１，１０４で共通となっている。また、抵抗Ｒ４２は、インジェクタ１０２，１０３で共通となっている。ローサイドスイッチＳＷ４１，ＳＷ４２，ＳＷ４３，ＳＷ４４のオンオフは、制御ＩＣ５０から出力される駆動信号よってそれぞれ制御される。なお、インジェクタ１００ごとに個別に抵抗Ｒ４を設けてもよい。

ダイオードＤ４は、対応するローサイドスイッチＳＷ４がオフされたときに、対応するソレノイド１１０に蓄積されたエネルギをコンデンサＣ１に回収させる。ダイオードＤ４のアノードは、端子Ｐ２を介して対応するソレノイド１１０の下流側に接続され、カソードは、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１との接続点、すなわちコンデンサＣ１の正極に接続されている。なお、エネルギ回収手段としては、ダイオードＤ４に代えて、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を採用することもできる。

ダイオードＤ４は、ダイオードＤ４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ４４を有している。ダイオードＤ４１のアノードは端子Ｐ２１を介してソレノイド１１１の下流側に接続され、カソードはコンデンサＣ１の正極に接続されている。ダイオードＤ４２のアノードは端子Ｐ２２を介してソレノイド１１２の下流側に接続され、カソードはコンデンサＣ１の正極に接続されている。ダイオードＤ４３のアノードは端子Ｐ２３を介してソレノイド１１３の下流側に接続され、カソードはコンデンサＣ１の正極に接続されている。ダイオードＤ４４のアノードは端子Ｐ２４を介してソレノイド１１４の下流側に接続され、カソードはコンデンサＣ１の正極に接続されている。

マイコン４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、及びＩ／Ｏポートなどを備えて構成されたマイクロコンピュータである。たとえば、マイコン４０は、エンジンが出力すべき目標トルクを算出する。また、エンジンが要求される目標トルクを生じるために、図示しないスロットルバルブを適切な開度に制御するとともに、エンジンの燃料噴射量及び点火タイミングを制御する。

マイコン４０は、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度など、図示しない各種センサにて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、各インジェクタ１００に対応する噴射信号ＴＱを生成し、制御ＩＣ５０に出力する。マイコン４０は、開弁を指示する駆動期間において、噴射信号ＴＱとして電圧レベルがＨレベルの信号を出力し、閉弁を指示する期間において、Ｌレベルの信号を出力する。駆動期間は、噴射期間とも称される。マイコン４０は、気筒＃１のインジェクタ１０１に対する噴射信号ＴＱ＃１、気筒＃２のインジェクタ１０２に対する噴射信号ＴＱ＃２、気筒＃３のインジェクタ１０３に対する噴射信号ＴＱ＃３、気筒＃４のインジェクタ１０４に対する噴射信号ＴＱ＃４をそれぞれ出力する。

マイコン４０は、電荷量算出部４１と、時間算出部４２と、目標値算出部４３を有している。電荷量算出部４１は、コンデンサＣ１を充電する際に、昇圧スイッチＳＷ１がオンしてから次にオンするまでの充電周期単位でコンデンサＣ１に蓄積される電荷量Ｑを算出する。本実施形態では、電荷量算出部４１が、オンオフ検出回路２２の出力に基づいて電荷量Ｑを算出する。その詳細については、後述する。

時間算出部４２は、昇圧電圧Ｖｂｓｔをソレノイド１１０に供給する放電期間が終了してから、次の駆動期間における放電期間の開始までの時間である充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する。放電終了検出回路２３の出力に基づいて、その詳細については、後述する。

目標値算出部４３は、算出された電荷量Ｑ及び充電可能時間Ｔｎｅｘｔに基づいて、充電電流の目標値である上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎを算出する。その詳細については、後述する。

制御ＩＣ５０は、ハイサイド制御部５１と、ローサイド制御部５２と、昇圧制御部５３を有している。ハイサイド制御部５１及びローサイド制御部５２は、インジェクタ１００の駆動、すなわち燃料噴射を制御する噴射制御部を構成している。噴射制御部は、駆動電流Ｉ２に相関する抵抗Ｒ４の両端電圧を検出する図示しない電流検出部も有している。

噴射制御部は、マイコン４０から各気筒の噴射信号ＴＱを取得する。また、駆動電流Ｉ２を検出する。噴射制御部は、インジェクタ１００の燃料噴射を制御するために、噴射信号ＴＱ及び駆動電流Ｉ２の検出信号に基づき、駆動回路３０を構成する放電スイッチＳＷ２、定電流スイッチＳＷ３、及びローサイドスイッチＳＷ４のオンオフを制御する。ハイサイド制御部５１は、放電スイッチＳＷ２のオンオフを制御するための駆動信号を生成し、放電スイッチＳＷ２に出力する。また、定電流スイッチＳＷ３のオンオフを制御するための駆動信号を生成し、定電流スイッチＳＷ３に出力する。一方、ローサイド制御部５２は、ローサイドスイッチＳＷ４のオンオフを制御するための駆動信号を生成し、ローサイドスイッチＳＷ４に出力する。

ここで、気筒＃１のインジェクタ１０１の駆動期間（噴射期間）を例に説明する。駆動期間とは、噴射信号ＴＱがＨレベルを示す期間である。本実施形態では、気筒＃１→気筒＃３→気筒＃４→気筒＃２の順に駆動期間となる。なお、駆動期間及び駆動電流については、図４を参照されたい。

噴射信号ＴＱ＃１がＬレベルからＨレベルに立ち上がると、噴射制御部は先ず放電制御を実行する。放電制御は、ピーク電流制御とも称される。インジェクタ１０１を開弁させるために、ハイサイド制御部５１が放電スイッチＳＷ２１に対する駆動信号としてＨレベルの信号を出力する。また、ローサイド制御部５２も、ローサイドスイッチＳＷ４１に対する駆動信号としてＨレベルの信号を出力する。ハイサイド制御部５１及びローサイド制御部５２は、上記以外の駆動信号としてＬレベルの信号を出力する。

これにより、駆動期間の初期において、放電スイッチＳＷ２１及びローサイドスイッチＳＷ４１がオンする。このように、放電スイッチＳＷ２１がオンされる放電期間では、コンデンサＣ１からソレノイド１１１に昇圧電圧Ｖｂｓｔが印加され、ソレノイド１１１に流れる駆動電流Ｉ２１が急激に立ち上がってインジェクタ１０１が開弁する。駆動電流Ｉ２１は、ソレノイド１１０（すなわち抵抗Ｒ４）に流れる駆動電流Ｉ２のうち、抵抗Ｒ４１に流れる電流である。なお、放電期間において、対応する定電流スイッチＳＷ３１をオンさせてもよい。これにより、放電スイッチＳＷ２１などの故障によってコンデンサＣ１の昇圧電圧Ｖｂｓｔがソレノイド１１１に供給できなくなっても、インジェクタ１０１を開弁させることが可能となる。

駆動電流Ｉ２１が目標値であるピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、ハイサイド制御部５１は、放電スイッチＳＷ２１をオフさせる。これにより、放電期間が終了となる。放電期間において定電流スイッチＳＷ３１をオンさせる場合、あわせて定電流スイッチＳＷ３１もオフさせる。ローサイドスイッチＳＷ４１については、継続してオンさせる。

放電期間が終了してから噴射期間が終了するまでの定電流期間において、噴射制御部は、定電流制御を実行する。駆動電流Ｉ２１が、所定の下限電流値まで低下すると、ハイサイド制御部５１は、定電流スイッチＳＷ３１に対する駆動信号としてＨレベルの信号を出力する。これにより、定電流スイッチＳＷ３１がオンし、駆動電流Ｉ２１が上昇する。駆動電流Ｉ２１が所定の上限電流値まで上昇すると、ハイサイド制御部５１は、定電流スイッチＳＷ３１に対する駆動信号としてＬレベルの信号を出力する。これにより、定電流スイッチＳＷ３１がオフし、駆動電流Ｉ２１が低下する。上限電流値は、ピーク電流値Ｉｐｅａｋよりも小さい値が設定されている。

このように、ハイサイド制御部５１は、駆動電流Ｉ２１が下限電流値以上、上限電流値以下となるように、定電流スイッチＳＷ３１のオンオフを制御する。これにより定電流期間では、駆動電流Ｉ２１として、ピーク電流値Ｉｐｅａｋよりも小さい所定の保持電流、すなわちほぼ一定の電流が、ソレノイド１１１に通電される。これにより、インジェクタ１０１の開弁状態が保持される。噴射信号ＴＱ＃１がＬレベルになると、ハイサイド制御部５１は、定電流スイッチＳＷ３に対する駆動信号としてＬレベルの信号を出力し、ローサイド制御部５２は、ローサイドスイッチＳＷ４１に対する駆動信号としてＬレベルの信号を出力する。これにより、定電流スイッチＳＷ３１及びローサイドスイッチＳＷ４１がオフとなり、開弁処理が終了する。噴射制御部は、他の気筒＃２～＃４についても同様の制御を実行する。

昇圧制御部５３は、抵抗Ｒ１に流れる充電電流Ｉ１と、昇圧電圧Ｖｂｓｔ（コンデンサＣ１の正極側の電圧）をモニタしている。昇圧制御部５３は、昇圧電圧Ｖｂｓｔが目標電圧（たとえば満充電電圧）まで昇圧されるように、昇圧回路２０による昇圧動作、すなわち昇圧スイッチＳＷ１のオンオフを制御する。昇圧制御部５３は、充電電流Ｉ１の目標値に応じて、昇圧スイッチＳＷ１のオンオフを制御する。本実施形態では、目標値として、上限値と下限値が設定される。昇圧制御部５３は、ソレノイド１１０に昇圧電圧Ｖｂｓｔが供給されない期間において、コンデンサＣ１を充電する。昇圧制御部５３は、放電期間が終了すると、充電を開始する。

具体的には、昇圧制御部５３は、昇圧電圧Ｖｂｓｔが目標電圧未満の場合、充電電流Ｉ１が下限値に達すると昇圧スイッチＳＷ１をオンさせ、充電電流Ｉ１が上限値に達すると昇圧スイッチＳＷ１をオフさせる。これにより、コイルＬ１に蓄積されたエネルギが、ダイオードＤ１を通じてコンデンサＣ１に移る。この昇圧動作により、コンデンサＣ１が充電される。昇圧制御部５３は、昇圧電圧Ｖｂｓｔが目標電圧になるまで、昇圧スイッチＳＷ１を繰り返しオンオフさせる。

昇圧制御部５３は、充電電流Ｉ１の目標値がセットされるレジスタ５３ａを有している。イグニッションスイッチがオンされると、レジスタ５３ａには、目標値の初期値として、予め不揮発性メモリに記憶された上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０が設定される。上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０は、予め設定された充電可能時間Ｔｍｉｎに対応する値である。充電可能時間Ｔｍｉｎは車両で起こり得る最小の充電可能時間であり、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０として、最小の充電可能時間Ｔｍｉｎでも昇圧電圧Ｖｂｓｔが減衰しない値が設定されている。

また、マイコン４０の目標値算出部４３により上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎが算出されると、レジスタ５３ａには、目標値として、算出された上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎが設定される。なお、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０については、単に初期値ＩＨ０，ＩＬ０とも示される。

次に、図２～図４に基づき、マイコン４０が実行する目標値を設定するまでの処理について説明する。マイコン４０は、車両のイグニッションスイッチがオンされると、以下に示す処理を実行する。

先ずマイコン４０は、昇圧制御部５３のレジスタ５３ａに、充電電流Ｉ１の目標値として、初期値ＩＨ０，ＩＬ０を設定する（ステップＳ１０）。

次いで、マイコン４０の電荷量算出部４１は、充電期間における昇圧スイッチＳＷ１のオフ時間ｔ１を算出する（ステップＳ２０）。そして、電荷量算出部４１は、ステップＳ２０で算出したオフ時間ｔ１に基づいて、充電周期単位での電荷量Ｑを算出する（ステップＳ３０）。

ここで、図３を用いて、オフ時間ｔ１及び電荷量Ｑについて説明する。イグニッションスイッチがオンされた後、図３に示すように時刻Ｔ１で、初回の充電（昇圧動作）が開始される。昇圧スイッチＳＷ１がオンされると、昇圧スイッチＳＷ１を通じて電流（図中のＳＷ１通電電流）が流れる。また、昇圧スイッチＳＷ１がオフされると、オン時にコイルＬ１に蓄積されたエネルギにより、コンデンサＣ１を通じて電流（図中のＣ１通電電流）が流れる。ＳＷ１通電電流とＣ１通電電流の和が、充電電流Ｉ１となる。

充電（昇圧）動作では、昇圧電圧Ｖｂｓｔが目標電圧値Ｖｔｈに達するまで、充電電流Ｉ１の目標値に応じて昇圧スイッチＳＷ１がオンオフされる。先ず、昇圧スイッチＳＷ１がオンされ、これにより充電電流Ｉ１が増加する。時刻Ｔ２で上限初期値ＩＨ０に達すると、昇圧スイッチＳＷ１がオフされる。オフにより充電電流Ｉ１が減少し、時刻Ｔ３で下限初期値ＩＬ０に達すると、再び、昇圧スイッチＳＷ１がオンされる。昇圧スイッチＳＷ１が繰り返しオンオフされることで、昇圧電圧Ｖｂｓｔが時刻Ｔ４で目標電圧値Ｖｔｈに達し、充電終了となる。

オンオフ検出回路２２は、図３に示すように、昇圧スイッチＳＷ１の駆動信号に応じた信号を出力する。マイコン４０の電荷量算出部４１は、オンオフ検出回路２２の出力に基づいて、充電期間におけるオフ時間ｔ１を算出する。具体的には、オンオフ検出回路２２の出力の立ち下がり及び立ち上がりから、充電期間において昇圧スイッチＳＷ１がオフしてから次にオンするまでの時間、すなわち昇圧スイッチＳＷ１がオフされている時間であるオフ時間ｔ１を算出する。

コンデンサＣ１は、昇圧スイッチＳＷ１がオフされることで、充電される。すなわち、オフ時間ｔ１でコンデンサＣ１が充電される。昇圧スイッチＳＷ１がオンしてから次にオンするまでの充電周期単位、すなわちオフ時間ｔ１中にコンデンサＣ１に蓄積される電荷量Ｑは、下記式で示される。
（式１）Ｑ＝｛（ＩＨ０＋ＩＬ０）／２｝×ｔ１

式１に示すように、初期値ＩＨ０，ＩＬ０の平均値にオフ時間ｔ１を乗算することで、電荷量Ｑが算出される。電荷量算出部４１は、式１に示す演算処理を実行することで、電荷量Ｑを算出する。上記したように、初期値ＩＨ０，ＩＬ０は、最小の充電可能時間Ｔｍｉｎを満たすための値である。したがって、電荷量Ｑは、設定可能な最大の充電電流時に昇圧スイッチＳＷ１の１回のオンオフで充電される電荷量である。

次いで、マイコン４０の時間算出部４２は、充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する（ステップＳ４０）。

ここで、図４を用いて、充電可能時間Ｔｎｅｘｔについて説明する。図４に示すＴＱ＃１の駆動期間が、イグニッションオン後の初回の噴射期間を示し、ＴＱ＃３の駆動期間が、次の噴射期間を示している。また、駆動電流Ｉ２２は、抵抗Ｒ４２に流れる駆動電流Ｉ２を示している。

時間算出部４２は、放電終了検出回路２３の出力に基づいて、放電期間が終了してから、次の放電期間が開始するまでの充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する。具体的には、放電終了検出回路２３の出力の立ち上がりから、充電開始、すなわち放電終了を検出する。また、噴射信号ＴＱから、次の駆動期間の放電開始を検出する。時間算出部４２は、放電終了検出回路２３の出力と噴射信号ＴＱから、充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する。

なお、図４では、時刻Ｔ１０～Ｔ１２までがインジェクタ１０１の駆動期間であり、時刻Ｔ１１で放電期間から定電流期間に切り替わる。また、時刻Ｔ１３～Ｔ１５までがインジェクタ１０３の駆動期間であり、時刻Ｔ１４で放電期間から定電流期間に切り替わる。時間算出部４２は、放電終了検出回路２３の出力に基づいてインジェクタ１０１の放電期間の終了を検出し、噴射信号ＴＱ＃３に基づいて次の放電期間の開始を検出して、充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する。時間算出部４２は、駆動期間ごと、すなわちインジェクタ１００による燃料噴射ごとに、充電可能時間Ｔｎｅｘｔを算出する。

次いで、マイコン４０の目標値算出部４３は、ステップＳ３０で算出した電荷量Ｑと、ステップＳ４０で算出した充電可能時間Ｔｎｅｘｔに基づいて、充電電流Ｉ１の目標値を算出する（ステップＳ５０）。本実施形態では、目標値として、上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎを算出する。

ここで、上限値と下限値との差分、すなわち電流の幅は、初期値と算出値とで一定に保持される。このため、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０と、上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎとは、下記式の関係を満たす。
（式２）ＩＨ０－ＩＬ０＝ＩＨｎ－ＩＬｎ

式２の変形により、下限目標値ＩＬｎは、下記式で示される。
（式３）ＩＬｎ＝ＩＨｎ－（ＩＨ０－ＩＬ０）

また、電荷量の総和が変化しないように充電制御されるため、下記式の関係を満たす。
（式４）Ｑ×Ｔｍｉｎ＝［｛（ＩＨｎ＋ＩＬｎ）／２｝×ｔ１］×Ｔｎｅｘｔ

式３，４を整理すると、下記式の関係を満たすこととなる。
（式５）ＩＨｎ＝｛（Ｔｍｉｎ／Ｔｎｅｘｔ）×Ｑ｝／ｔ１｝＋（ＩＨ０－ＩＬ０）／２

目標値算出部４３は、式５に示す演算処理を実行することで、上限目標値ＩＨｎを算出する。また、算出した上限目標値ＩＨｎと式３から、下限目標値ＩＬｎを算出する。

次いで、マイコン４０は、ステップＳ５０で算出した目標値を、新たな目標値としてレジスタ５３ａに設定する（ステップＳ６０）。これにより、次の充電制御（昇圧制御）では、ステップＳ５０で算出された上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎが用いられる。図４に示すように、初回の噴射では、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０を用いて充電制御がなされ、２回目の噴射では、算出された上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎを用いて充電制御がなされる。

次いで、マイコン４０は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定し（ステップＳ７０）、オフされたと判定した場合、一連の処理を終了する。オフされていないと判定した場合、ステップＳ４０に戻り、再び、上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎの算出処理を実行する。

次に、本実施形態に示した燃料噴射制御装置１０の効果について説明する。

本実施形態では、充電周期単位でコンデンサＣ１に蓄積される電荷量Ｑと、充電可能時間Ｔｎｅｘｔをそれぞれ算出することができる。そして、算出された電荷量Ｑ及び充電可能時間Ｔｎｅｘｔに基づいて、充電に必要な目標値を算出することができる。すなわち、噴射の間の噴射インターバルに応じて、適切な目標値を設定することができる。

たとえばアイドル時のように、エンジン回転数が低い（たとえば８００ｒｐｍ）ことでエンジンの静粛性が高く、噴射インターバルが長いことで充電スピードが遅くてもよい場合、本実施形態によれば、目標値が小さくなる。これにより、充電電流Ｉ１を小さくすることができる。したがって、コイルや昇圧スイッチなどの部品点数を複数設けなくとも、昇圧回路２０（具体的にはコイルＬ１）が充電時に生じる音である充電音を低減することができる。

特に本実施形態では、昇圧スイッチＳＷ１のオフ時間ｔ１を検出し、検出したオフ時間ｔ１と初期値ＩＨ０，ＩＨ０に基づいて、電荷量Ｑを算出する。このように、イグニッションスイッチがオンされるごとに、オフ時間ｔ１を検出して電荷量Ｑを算出するため、昇圧回路２０を構成する昇圧スイッチＳＷ１、コイルＬ１、抵抗Ｒ１などの部品の経年劣化、発熱、使用環境の温度などの影響を考慮することができる。これにより、電荷量Ｑのばらつきを抑制することができる。

また、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０の平均値、すなわち充電電流Ｉ１の平均値に、オフ時間ｔ１を乗算することで、電荷量Ｑを算出するため、構成を簡素化し、マイコン４０の処理負荷を軽減することができる。

また、上限目標値ＩＨｎは、上記した式５の演算処理により算出される。式５において、（Ｔｍｉｎ／Ｔｎｅｘｔ）×Ｑは、充電可能時間Ｔｎｅｘｔにおいて昇圧スイッチＳＷ１の１回のオンオフにより必要な電荷量、すなわち噴射ごとに必要な電荷量を示す。噴射ごとに必要な電荷量から上限目標値ＩＨｎを算出するため、リニアに充電電流Ｉ１を変更することができる。

また、下限目標値ＩＬｎは、上記した式３の演算処理により算出される。上限値と下限値との差分は、上限初期値ＩＨ０及び下限初期値ＩＬ０と、算出される上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎとで同じとされる。これにより、オフ時間ｔ１、ひいては充電電流Ｉ１が一度上限値に達した後の充電周期が一定となる。このように、昇圧スイッチＳＷ１のオンオフの周期が算出後も初期値と同じであるため、ノイズ対策を施しやすい。

この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

燃料噴射制御装置１０が、エンジンＥＣＵとして構成され、制御ＩＣ５０に加えてマイコン４０も備える例を示した。しかしながら、ＥＣＵがマイコン４０を備え、ＥＤＵ（Electronic injector Driver Unit）が、制御ＩＣ５０など、上記した燃料噴射制御装置１０のマイコン４０以外の要素を備える構成としてもよい。

燃料噴射制御装置１０が、直噴ガソリンエンジンに適用される例を示したが、これに限定されない。燃料噴射のために昇圧が必要なエンジンに適用できる。たとえばディーゼルエンジンにも適用できる。内燃機関の気筒数は上記例に限定されない。

充電電流Ｉ１の目標値として、上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎを算出する例を示したが、これに限定されない。充電（昇圧）動作を制御する目標値であればよい。たとえば、上限目標値ＩＨｎ及び下限目標値ＩＬｎの平均値にほぼ一致する目標電流値を、目標値としてもよい。

１０…燃料噴射制御装置、２０…昇圧回路、２１…充電回路、２２…オンオフ検出回路、２３…放電終了検出回路、３０…駆動回路、４０…マイコン、４１…電荷量算出部、４２…時間算出部、４３…目標値算出部、５０…制御ＩＣ、５１…ハイサイド制御部、５２…ローサイド制御部、５３…昇圧制御部、５３ａ…レジスタ、Ｃ１…コンデンサ、ＣＭＰ１，ＣＭＰ２…コンパレータ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ３，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ４，Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ４４…ダイオード、Ｌ１…コイル、Ｐ１，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ２，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ３…端子、ＳＷ１…昇圧スイッチ、ＳＷ２，ＳＷ２１，ＳＷ２２…放電スイッチ、ＳＷ３，ＳＷ３１，ＳＷ３２…定電流スイッチ、ＳＷ４，ＳＷ４１，ＳＷ４２，ＳＷ４３，ＳＷ４４…ローサイドスイッチ、Ｒ１，Ｒ２１，Ｒ２２、Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４，Ｒ４１，Ｒ４２…抵抗

Claims (3)

1. 内燃機関の燃料噴射弁（１００）を開閉させるために前記燃料噴射弁の電磁負荷（１１０）に流れる駆動電流を制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記駆動電流を通電させる駆動期間として、昇圧電圧の供給により前記駆動電流が前記燃料噴射弁を開弁させるためのピーク電流に達するまでの放電期間と、前記放電期間が終了してから前記駆動期間が終了するまでの期間であって、前記開弁を維持するために、前記ピーク電流よりも小さい所定の保持電流を通電させる定電流期間と、を有しており、
   前記昇圧電圧を前記電磁負荷に供給するコンデンサ（Ｃ１）と、コイル（Ｌ１）及び昇圧スイッチ（ＳＷ１）を含み、前記昇圧スイッチのオンオフにより、電源電圧を昇圧して前記コンデンサを充電する充電回路（２１）と、前記昇圧スイッチのオンオフにより流れる充電電流を検出する電流検出部（Ｒ１）と、を有する昇圧回路部（２０）と、
   前記放電期間が終了してから、次の前記駆動期間における放電期間が開始されるまでの間において、前記充電電流の目標値に応じて前記昇圧回路部による昇圧動作を制御する昇圧制御部（５３）と、
   前記コンデンサを充電する際に、前記昇圧スイッチがオンしてから次にオンするまでの充電周期単位で前記コンデンサに蓄積される電荷量を算出する電荷量算出部（４１）と、
   前記放電期間が終了してから、次の前記駆動期間における放電期間が開始されるまでの時間である充電可能時間を算出する時間算出部（４２）と、
   前記電荷量及び前記充電可能時間に基づいて前記目標値を算出する目標値算出部（４３）と、を備え 、
   前記目標値算出部は、前記目標値として、前記充電電流の上限目標値及び下限目標値をそれぞれ算出し、
   前記電荷量算出部は、前記充電可能時間の最小値を満たすための値であり、前記目標値の初期値として予め記憶された上限初期値及び下限初期値が設定されたときの、前記昇圧スイッチがオフしてから次にオンするまでのオフ時間を算出し、算出した前記オフ時間を前記上限初期値及び前記下限初期値の平均値に乗算することで、前記電荷量を算出し、
   前記目標値算出部は、
   予め記憶された前記充電可能時間の最小値をＴｍｉｎ、前記時間算出部による前記充電可能時間の算出値をＴｎｅｘｔ、前記電荷量算出部により算出された前記電荷量をＱ、前記オフ時間をｔ１、前記上限初期値をＩＨ０、前記下限初期値をＩＬ０、前記上限目標値をＩＨｎ、前記下限目標値をＩＬｎとすると、下記式により、前記上限目標値および前記下限目標値を算出する燃料噴射制御装置。
   ＩＨｎ＝｛（Ｔｍｉｎ／Ｔｎｅｘｔ）×Ｑ／ｔ１｝＋（ＩＨ０－ＩＬ０）／２
   ＩＬｎ＝ＩＨｎ－（ＩＨ０－ＩＬ０）
2. 前記電荷量算出部は、前記昇圧制御部が前記昇圧スイッチに対して出力する駆動信号に基づいて、前記オフ時間を算出する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記時間算出部は、前記電流検出部により検出される前記充電電流に基づいて、前記放電期間の終了タイミングを検出する請求項１または請求項２に記載の燃料噴射制御装置。

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