JP4306769B2 - ピエゾアクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピエゾアクチュエータを駆動する装置に関する。

従来より、充放電により伸長または縮小してピストン等を直線動するピエゾアクチュエータが知られている。そして、内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射用インジェクタの開閉弁の切り替えを、そのようなピエゾアクチュエータにより行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

具体的に説明すると、ピエゾアクチュエータを充放電させて伸縮させる駆動装置としては、図１０（Ａ）に示すように、インダクタ１とピエゾアクチュエータ２との直列回路３に対して、ＭＯＳＦＥＴからなる充電スイッチ４を介して直流電源５の正極側から電源供給を行うための充電経路６と、上記直列回路３に並列に接続され、ＭＯＳＦＥＴからなる放電スイッチ７を介してピエゾアクチュエータ２の充電電荷を放電させるための放電経路８とを備えたものが知られている。

また、この例のピエゾアクチュエータ２は、内燃機関の複数気筒のうちの何れかに対して燃料を噴射するインジェクタに備えられ、伸長することでそのインジェクタを開弁させるものであり、インダクタ１に対して直列に且つ互いに並列に接続される複数のピエゾアクチュエータのうちの１つである。このため、ピエゾアクチュエータ２のインダクタ１側とは反対側の端子（負極側の端子）は、そのピエゾアクチュエータ２を駆動対象として選択するための選択スイッチ（気筒選択スイッチとも呼ばれる）９を介して、直流電源５の負極側であるグランドラインに接続されるようになっている。そして、その選択スイッチ９は、ピエゾアクチュエータ２に対応する気筒への燃料噴射を行う期間中オンされる。

尚、この例では、選択スイッチ９もＭＯＳＦＥＴであり、図１０（Ａ）におけるダイオード４ａ，７ａ，９ａの各々は、上記各スイッチ４，７，９を構成しているＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

そして、この駆動装置では、ピエゾアクチュエータ２の駆動を指令する駆動信号が外部から入力されると、選択スイッチ９をオン状態にし、更に、放電スイッチ７をオフした状態で充電スイッチ４のオン／オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、ピエゾアクチュエータ２を充電させて伸長させる。そして、その後、駆動信号が入力されなくなると、充電スイッチ４をオフした状態で放電スイッチ７のオン／オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、ピエゾアクチュエータ２を放電させて収縮させる。

つまり、充電期間においては、放電スイッチ７をオフした状態で充電スイッチ４をオンすることで、直流電源５から充電経路６を介してピエゾアクチュエータ２に充電電流を流し、その後、充電スイッチ４をオフすることで、インダクタ１に蓄積されたエネルギーによって流れる充電電流（即ち、フライホイール電流）を、放電スイッチ７を構成しているＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード７ａを介してピエゾアクチュエータ２の負極側から正極側に流す、といった手順を繰り返すことにより、段階的にピエゾアクチュエータ２を充電させる。

一方、放電期間においては、充電スイッチ４をオフした状態で放電スイッチ７をオンすることで、ピエゾアクチュエータ２の正極側からインダクタ１を介して放電経路８に放電電流を流し、その後、放電スイッチ７をオフすることで、ピエゾアクチュエータ２の正極側からインダクタ１及び充電スイッチ４を構成しているＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオード４ａを介して直流電源５へと放電電流を流し、その放電電流によりピエゾアクチュエータ２の電荷を直流電源５に回収する、といった手順を繰り返すことにより、段階的にピエゾアクチュエータ２を放電させる。

また、この種の駆動装置では、図１０（Ｂ）に示すように、上記放電用スイッチング制御を行っている際に、ピエゾアクチュエータ２の充電電圧（以下、ピエゾ電圧とも言う）をモニタして、その充電電圧が、０Ｖより少し高く設定された放電終了目標値以下になったと判定すると、放電用スイッチング制御を終了して放電スイッチ７をオフ状態のままにする。

尚、図１０（Ｂ）及び後述する他の図における「放電電流」は、ピエゾアクチュエータ２の放電電流である。また、図１０（Ｂ）では、放電用スイッチング制御として、放電電流が予め設定された上限値にまで上昇したら放電スイッチ７をオンからオフし、放電電流が予め設定された下限値にまで下降したら放電スイッチ７をオフからオンする、という制御を行った場合の放電電流の波形及び放電スイッチ７のオン／オフ状態を表している。
特開２００２−１３６１５６号公報

ところで、ピエゾアクチュエータが放電用スイッチング制御によって放電される際には、そのピエゾアクチュエータを構成するピエゾ素子の容量が変化するため、ピエゾ電圧は、図１１（Ａ）に示すように、振動しながら降下することとなる。

このため、従来の駆動装置では、放電用スイッチング制御の終了後のピエゾ電圧にばらつきが生じ、そのピエゾ電圧が０Ｖ近辺まで下がる場合もあれば、０Ｖ近辺まで下がらない場合もある。

そして、このようなピエゾ電圧のばらつきがあると、次にピエゾアクチュエータを駆動するべく充電用スイッチング制御を行った際に、その充電用スイッチング制御の開始時からピエゾアクチュエータが伸長し出すまでの時間や、所望の量だけ伸長するまでの時間がばらついてしまうこととなり、駆動精度が悪化する。以上が第１の問題である。

また、車両のディーゼルエンジン用の燃料噴射装置として、コモンレールに蓄積された高圧の燃料をインジェクタから噴射させるディーゼルコモンレールシステム（以下、ＣＲＳと記す）が知られているが、そのようなＣＲＳのインジェクタに用いられるピエゾアクチュエータでは、更に次のような第２の問題もある。

即ち、コモンレールの燃料圧力により、ピエゾアクチュエータを構成するピエゾ素子に圧力が加わり、その圧力によりピエゾ素子に圧電現象で電圧が発生する場合がある。このため、図１１（Ｂ）における（ａ）の部分に示すように、放電用スイッチング制御が終了した後、ピエゾ電圧が徐々に上昇する可能性がある。そして、燃料噴射終了から次の燃料噴射開始までの休止時間（噴射インターバル）は、図１１（Ｂ）における（ｂ）の部分に示すように、エンジンの運転状態等に応じて変化するため、次の燃料噴射のために充電用スイッチング制御を開始する時点でのピエゾ電圧がばらつくこととなる。

すると、第１の問題と同様に、充電用スイッチング制御の開始時からピエゾアクチュエータが所望の量だけ伸長するまでの時間がばらついてしまい、その結果、インジェクタの開弁開始タイミングがばらついて、燃料噴射量がばらついてしまう。

特に、ＣＲＳでは、１つの気筒に対して燃料を複数回に分けて噴射するいわゆる多段噴射を実施して、燃料噴射量及び噴射タイミングを一層緻密に制御することにより、排気ガスの悪化を抑制するようにしているが、上記第１の問題や第２の問題によりピエゾアクチュエータの駆動精度が悪化すると、期待した性能を発揮することができなくなる。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ピエゾアクチュエータの駆動精度を向上させることを目的としている。

請求項１〜３の各ピエゾアクチュエータ駆動装置は、ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、そのインダクタとピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介してピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、充電スイッチに対して、カソードが直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、放電スイッチに対して、アノードが直流電源の負極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、充放電制御手段とを備える。尚、第１ダイオードは、図１０（Ａ）におけるダイオード４ａと同じ役割を果たすものであり、第２ダイオードは、図１０（Ａ）におけるダイオード７ａと同じ役割を果たすものである。

そして、充放電制御手段は、外部から駆動指令が入力されると、放電スイッチをオフした状態で充電スイッチのオン／オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、その後、外部から駆動停止指令が入力されると、充電スイッチをオフした状態で放電スイッチのオン／オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる。

ここで特に、請求項１のピエゾアクチュエータ駆動装置において、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を終了してから、次の充電用スイッチング制御を開始するまでの期間（以下、駆動停止期間ともいう）中、放電スイッチをオンしたままにする。

このような請求項１のピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、駆動停止期間中に、放電スイッチがオンされて、ピエゾアクチュエータの電荷を放電させることができるため、放電用スイッチング制御が終了した際に、ピエゾ電圧（ピエゾアクチュエータの充電電圧）が０Ｖ近辺まで下がっていなかったとしても、次にピエゾアクチュエータを駆動するべく充電用スイッチング制御を開始する時のピエゾ電圧をほぼ０Ｖにすることができる。

よって、前述した第１の問題を解決して、ピエゾアクチュエータの駆動精度を向上させることができる。つまり、次にピエゾアクチュエータを駆動する際に、充電用スイッチング制御の開始時からピエゾアクチュエータが伸長し出すまでの時間や、所望の量だけ伸長するまでの時間がばらついてしまうことを防止することができる。また、駆動停止期間の間、放電経路が有効なままとなるため、その駆動停止期間中にピエゾ電圧が上昇するのを防止することができる。よって、駆動対象のピエゾアクチュエータが前述のＣＲＳにおけるインジェクタに用いられるピエゾアクチュエータであっても、前述した第２の問題を回避して、燃料噴射量を高精度に制御することができるようになる。

また、請求項２のピエゾアクチュエータ駆動装置において、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を、放電スイッチをオンした状態で終了するようになっている。
このような請求項２のピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、放電用スイッチング制御が終了した時点でピエゾ電圧が０Ｖ近辺まで下がっていなかったとしても、放電用スイッチング制御は、放電スイッチがオンの状態で終了するため、ピエゾアクチュエータの電荷を確実に放電させることができる。このため、請求項１のピエゾアクチュエータ駆動装置と同様に、次にピエゾアクチュエータを駆動するべく充電用スイッチング制御を開始する時のピエゾ電圧をほぼ０Ｖにすることができ、前述した第１の問題を解決して、ピエゾアクチュエータの駆動精度を向上させることができる。

また、請求項３のピエゾアクチュエータ駆動装置において、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を終了した後に放電スイッチをオフからオンさせて、その放電スイッチのオン状態を、次の充電用スイッチング制御を開始する時まで続ける。

次に、請求項４のピエゾアクチュエータ駆動装置では、請求項１，３のピエゾアクチュエータ駆動装置において、充放電制御手段は、充電用スイッチング制御の開始時において、充電スイッチをオフから最初にオンさせる前に放電スイッチをオンからオフさせ、その後、充電スイッチのオン／オフを開始するようになっている。

このようなピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、充電用スイッチング制御の開始時において、放電スイッチと充電スイッチが同時にオンして両スイッチに貫通電流が流れてしまう不具合を回避することができる。

次に、請求項５のピエゾアクチュエータ駆動装置では、請求項１〜４のピエゾアクチュエータ駆動装置において、ピエゾアクチュエータのインダクタ側とは反対側の端子（即ち、負極側の端子）は、そのピエゾアクチュエータを駆動対象として選択するための選択スイッチを介して直流電源の負極側に接続されるようになっており、更に、その選択スイッチには、アノードを直流電源の負極側にした第３ダイオードが並列に接続されている。

そして、充放電制御手段は、ピエゾアクチュエータを駆動するために充電用スイッチング制御と放電用スイッチング制御を行う際には、選択スイッチをオンし、また、放電用スイッチング制御を終了してから、次の充電用スイッチング制御を開始するまでの駆動停止期間において、放電スイッチをオンしている時には、選択スイッチをオフするようになっている。

このようなピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、駆動停止期間において放電スイッチがオンされている時には、選択スイッチがオフされて、ピエゾアクチュエータの負極側の端子から直流電源の負極側への方向（充電方向）の電流経路が遮断され、その結果、インダクタとピエゾアクチュエータの容量成分によるＬＣ共振回路が形成されるのが阻止される。そして、そのようなＬＣ共振回路の共振によってピエゾ電圧が変動してしまうのを防止して、ピエゾアクチュエータの電荷を確実に放電させることができる。

尚、選択スイッチがオフされても、直流電源の負極側からピエゾアクチュエータの負極側の端子への電流（即ち、ピエゾアクチュエータを放電させる方向の電流）は、第３ダイオードを介して流れることができるため、放電スイッチのオンにより、ピエゾアクチュエータの電荷は放電させることができる。

ところで、インダクタとピエゾアクチュエータとの間の電流経路にスイッチが設けられて、そのスイッチのオン／オフにより、インダクタとピエゾアクチュエータとの接続／非接続が切り替えられる回路構成も考えられる。そして、その場合には、請求項６に記載のように構成すれば良い。

即ち、請求項６のピエゾアクチュエータ駆動装置では、請求項１〜５のピエゾアクチュエータ駆動装置において、インダクタとピエゾアクチュエータは、当該インダクタと当該ピエゾアクチュエータとの間に設けられた直列回路形成用スイッチを介して接続されるようになっている。そして、充放電制御手段は、ピエゾアクチュエータを駆動するために充電用スイッチング制御と放電用スイッチング制御を行う際には、直列回路形成用スイッチをオンし、更に、放電用スイッチング制御を終了してから、次の充電用スイッチング制御を開始するまでの駆動停止期間において、放電スイッチをオンしている時にも、直列回路形成用スイッチをオンする。

このような請求項６のピエゾアクチュエータ駆動装置によれば、インダクタと駆動対象のピエゾアクチュエータとが直列回路形成用スイッチを介して接続される構成であっても、駆動停止期間中にピエゾアクチュエータの電荷を放電させることができる。駆動停止期間において放電スイッチがオンされている時には、直列回路形成用スイッチもオンされて、ピエゾアクチュエータを放電させるための電流経路が形成されるからである。

また、直列回路形成用スイッチとしては、以下のような構成のものが考えられる。
即ち、直列回路形成用スイッチは、直列に接続された放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチからなると共に、その２つのスイッチのうち、インダクタ側に設けられた放電許可側スイッチには、アノードをインダクタ側にした充電許可ダイオードが並列に接続され、ピエゾアクチュエータ側に設けられた充電許可側スイッチには、アノードをピエゾアクチュエータ側にした放電許可ダイオードが並列に接続されている、という構成である。

尚、この構成は、ドレイン・ソース間に寄生ダイオードが備えられるＭＯＳＦＥＴを直列回路形成用スイッチとして用いる場合に採用されることとなる。つまり、１つのＭＯＳＦＥＴだけでは、そのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードの順方向電流を遮断することができないため、２つのＭＯＳＦＥＴを、それらの寄生ダイオードのカソード同士が向かい合うように接続し、それを直列回路形成用スイッチとして用いる場合である。そして、この場合、インダクタ側のＭＯＳＦＥＴが放電許可側スイッチに相当し、そのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが充電許可ダイオードに相当し、ピエゾアクチュエータ側のＭＯＳＦＥＴが充電許可側スイッチに相当し、そのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードが放電許可ダイオードに相当することとなる。

そして、このような構成の直列回路形成用スイッチを用いた場合、充放電制御手段は、請求項７に記載のように、放電用スイッチング制御を終了してから、次の充電用スイッチング制御を開始するまでの駆動停止期間において、放電スイッチをオンしている時には、直列回路形成用スイッチをなす放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、放電許可側スイッチのみをオンするように構成することもできる。ピエゾアクチュエータの正極側の端子からインダクタへの電流（即ち、放電方向の電流）は、充電許可側スイッチをオンしなくても、その充電許可側スイッチと並列な放電許可ダイオードを介して流れるからである。また、放電許可側スイッチのみをオンするようにすれば、駆動停止期間において放電スイッチをオンしている時に、インダクタとピエゾアクチュエータの容量成分によるＬＣ共振回路が形成されるのを阻止することができる。よって、請求項５のピエゾアクチュエータ駆動装置について述べたのと同じ効果、即ち、ＬＣ共振回路の共振によってピエゾ電圧が変動してしまうのを防止してピエゾアクチュエータの電荷を確実に放電させることができる、という効果が得られる。

尚、充放電制御手段は、充電用スイッチング制御を行う際には、放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、少なくとも充電許可側スイッチをオンすれば良い。放電許可側スイッチをオンしなくても、それと並列な充電許可ダイオードを介して、インダクタ側からピエゾアクチュエータ側へ充電電流が流れるからである。また、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を行う際には、放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、少なくとも放電許可側スイッチをオンすれば良い。充電許可側スイッチをオンしなくても、それと並列な放電許可ダイオードを介して、ピエゾアクチュエータ側からインダクタ側へ放電電流が流れるからである。

一方、充放電制御手段が放電用スイッチング制御を終了する契機について具体的に説明すると、充放電制御手段は、請求項８に記載のように、放電用スイッチング制御を開始してから特定の放電終了条件が成立したと判定すると、放電用スイッチング制御を終了することとなる。そして、更に具体的には、例えば請求項９〜１１のような判定を行うことが考えられる。

まず、請求項９に記載のように、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を行っている際に、ピエゾアクチュエータの充電電圧（ピエゾ電圧）をモニタして、その充電電圧が規定値以下になったと判定すると、放電用スイッチング制御を終了するように構成することができる。この場合、「充電電圧が規定値以下」という条件が放電終了条件である。

また、請求項１０に記載のように、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を開始した時からの経過時間を測定し、その経過時間が規定値に達したと判定すると、放電用スイッチング制御を終了するように構成することもできる。この場合、「放電用スイッチング制御を開始した時からの経過時間が規定値に達した」という条件が放電終了条件である。

また、請求項１１に記載のように、充放電制御手段が放電用スイッチング制御で放電スイッチをオン／オフさせる際の、放電スイッチのオン時間が一定であるならば、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電スイッチをオンしてから前記一定のオン時間が経過した時の（換言すれば、放電スイッチをオフする直前の）ピエゾアクチュエータの放電電流を検出し、その放電電流が規定値以下になったと判定すると、放電用スイッチング制御を終了するように構成することができる。つまり、ピエゾアクチュエータの充電電圧が低下するほど、放電スイッチをオンした時の放電電流の立ち上がりが緩くなり、放電スイッチをオンしてからオン時間が経過した時の放電電流が小さくなるため、そのオン時間経過時の放電電流が規定値以下になったら、放電用スイッチング制御を止めるように構成することができる。そして、この場合、「放電スイッチをオンしてから一定のオン時間が経過した時の放電電流が、規定値以下になった」という条件が放電終了条件である。

また、請求項１２に記載のように、充放電制御手段が、放電用スイッチング制御で放電スイッチをオン／オフさせる際には、放電スイッチをオンしてからのピエゾアクチュエータの放電電流をモニタして、その放電電流が基準値に達したら放電スイッチをオフするようになっているのであれば、充放電制御手段は、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電スイッチをオンしてからピエゾアクチュエータの放電電流が前記基準値に達するまでの時間を計測し、その時間が規定値以上になったと判定すると、放電用スイッチング制御を終了するように構成することができる。つまり、ピエゾアクチュエータの充電電圧が低下するほど、放電スイッチをオンしてから放電電流が基準値に達するまでの時間が長くなるため、その時間が規定値以上になったら、放電用スイッチング制御を止めるように構成することができる。そして、この場合、「放電スイッチをオンしてから放電電流が基準値に達するまでの時間が、規定値以上になった」という条件が放電終了条件である。

また特に、請求項１１又は請求項１２の構成によれば、放電スイッチをオンしている時に、放電終了条件が成立することとなるため、必ず放電スイッチがオンの状態で放電用スイッチング制御を終了することができる。このため、請求項２や請求項１のピエゾアクチュエータ駆動装置を構成し易いという利点がある。

尚、請求項２や請求項１のピエゾアクチュエータ駆動装置は、請求項１１又は請求項１２の構成を必須とするものではない。例えば、請求項１０の構成であっても、放電用スイッチング制御を開始した時からの経過時間が規定値に達する時の放電スイッチの状態が、必ずオンとなるように、その規定値や放電スイッチのオン／オフの仕方を設定すれば良い。

以下に、本発明が適用された実施形態のピエゾアクチュエータ駆動装置について説明する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の駆動装置６０の構成を表す構成図である。尚、本実施形態の駆動装置６０は、車両に搭載されたディーゼルエンジンの燃料噴射装置を構成するものであり、ディーゼルエンジンの各気筒へコモンレールからの高圧燃料を噴射する各インジェクタに設けられたピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４を充放電させて伸縮させることにより、その各気筒毎のインジェクタに燃料噴射の開始／停止をさせるものである。そして、本実施形態において、エンジンの気筒数は４であり、ピエゾアクチュエータＰｎ（ｎは１〜４の何れか）は、第ｎ気筒（以下、＃ｎとも記す）に対応するものである。更に、本実施形態の駆動装置６０では、エンジンの気筒を２気筒毎にグループ分けしており、第１気筒（＃１）と第３気筒（＃３）を第１グループとし、第２気筒（＃２）と第４気筒（＃４）を第２グループとしている。

図１に示すように、駆動装置６０は、各グループのピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４に共通の構成要素として、車載バッテリからのバッテリ電圧ＶＢ（例えば１２Ｖ又は２４Ｖ）を昇圧して出力する電源回路１０と、当該駆動装置６０の動作を制御するマイコンや専用ＩＣ等からなる制御部５０とを備えている。

電源回路１０は、周知のＤＣ／ＤＣコンバータであり、一端にバッテリ電圧ＶＢが供給される昇圧用インダクタＬ０と、その昇圧用インダクタＬ０の他端とグランドラインとの間に接続された昇圧用スイッチＳＷ０と、昇圧用インダクタＬ０と昇圧用スイッチＳＷ０との接続点にアノードが接続されたダイオードＤ０と、そのダイオードＤ０のカソードとグランドラインとの間に接続されたコンデンサＣ０とを備えている。

この電源回路１０では、昇圧用スイッチＳＷ０がオン／オフされることで、昇圧用インダクタＬ０と昇圧用スイッチＳＷ０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が生じ、そのフライバック電圧によりコンデンサＣ０がダイオードＤ０を介して充電される。このため、制御部５０が、コンデンサＣ０の充電電圧を検出し、その充電電圧が数十〜数百Ｖの目標値となるように、昇圧用スイッチＳＷ０をオン／オフさせる。

尚、ダイオードＤ０は、コンデンサＣ０から昇圧用スイッチＳＷ０側への放電を防止するためのものである。また、電源回路１０では、コンデンサＣ０のダイオードＤ０側の端子である正極側端子が、当該電源回路１０の正極側となっており、コンデンサＣ０の負極側端子及びグランドラインが、当該電源回路１０の負極側となっている。また、この駆動装置６０では、コンデンサＣ０からピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の各々へ電源供給される。このため、コンデンサＣ０の静電容量は、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４への電源供給時にも略一定の電圧値を保つことができるように、比較的大きな値に設定されている。

そして更に、駆動装置６０は、第１グループのピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３について、以下の構成要素を備えている。
即ち、駆動装置６０は、ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３が並列に接続された並列回路１１に対して直列に接続されるインダクタＬ１と、インダクタＬ１と並列回路１１との直列回路２１に対して、電源回路１０の正極側（即ち、コンデンサＣ０の正極側端子）から充電スイッチＳＷａを介して電源供給を行うための充電経路３１と、直列回路２１に対して並列に接続され、放電スイッチＳＷｂを介してピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３の充電電荷を放電させるための放電経路４１とを備えている。

並列回路１１は、ピエゾアクチュエータＰ１及びそれを駆動対象として選択するための気筒選択スイッチＳＷ１からなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ３及びそれを駆動対象として選択するための気筒選択スイッチＳＷ３からなる直列回路とが、並列に接続されることにより構成されている。そして、並列回路１１のピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３側の端部は、インダクタＬ１の一端に接続され、気筒選択スイッチＳＷ１，ＳＷ３側の端部は、抵抗Ｒ１を介して、電源回路１０の負極側であるグランドラインに接続されている。また、気筒選択スイッチＳＷ１，ＳＷ３の各々には、ダイオードＤ１，Ｄ３が、カソードをピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３側にして（換言すれば、アノードを抵抗Ｒ１側にして）並列に接続されている。

尚、抵抗Ｒ１は、ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３に流れる電流（充電電流及び放電電流）を検出するための電流検出用抵抗である。また、各気筒選択スイッチＳＷ１，ＳＷ３は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレインがピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３の一端に接続され、ソースが抵抗Ｒ１の一端に接続されている。そして、それらＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ１，Ｄ３として利用している。

直列回路２１は、インダクタＬ１側の端部が、充電スイッチＳＷａを介して、コンデンサＣ０の正極側端子に接続されている。また、充電スイッチＳＷａには、ダイオードＤａが、カソードをコンデンサＣ０の方にして並列に接続されている。そして、そのダイオードＤａは、ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３を放電させる際において、放電スイッチＳＷｂがオンからオフされた時に電源回路１０のコンデンサＣ０へ回生電流を流し込む役割を果たす。

尚、充電スイッチＳＷａは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレインがコンデンサＣ０の正極側端子に接続され、ソースがインダクタＬ１の一端に接続されている。そして、そのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤａとして利用している。

また、放電スイッチＳＷｂは、オンすることで放電経路４１を形成するが、この放電スイッチＳＷｂもｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。そして、それのソースがグランドラインに接続され、ドレインが充電スイッチＳＷａとインダクタＬ１との接続点に接続されている。

更に、放電スイッチＳＷｂには、ダイオードＤｂが、アノードをグランドラインの方にして並列に接続されている。そして、そのダイオードＤｂは、ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３を充電する際において、充電スイッチＳＷａがオンからオフされた時にインダクタＬ１によるフライホイール電流を流す役割を果たす。尚、このダイオードＤｂも、放電スイッチＳＷｂを成すＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

また、駆動装置６０は、第２グループのピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４についても、ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３についての構成要素と全く同様の構成要素を備えている。

即ち、駆動装置６０は、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４が並列に接続された並列回路１２に対して直列に接続されるインダクタＬ２と、インダクタＬ２と並列回路１２との直列回路２２に対して、コンデンサＣ０の正極側端子から充電スイッチＳＷｃを介して電源供給を行うための充電経路３２と、直列回路２２に対して並列に接続され、放電スイッチＳＷｄを介してピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４の充電電荷を放電させるための放電経路４２とを備えている。

並列回路１２は、ピエゾアクチュエータＰ２及びそれを駆動対象として選択するための気筒選択スイッチＳＷ２からなる直列回路と、ピエゾアクチュエータＰ４及びそれを駆動対象として選択するための気筒選択スイッチＳＷ４からなる直列回路とが、並列に接続されることにより構成されている。そして、並列回路１２のピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４側の端部は、インダクタＬ２の一端に接続され、気筒選択スイッチＳＷ２，ＳＷ４側の端部は、抵抗Ｒ２を介してグランドラインに接続されている。また、気筒選択スイッチＳＷ２，ＳＷ４の各々には、ダイオードＤ２，Ｄ４が、カソードをピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４側にして並列に接続されている。

尚、抵抗Ｒ２は、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４に流れる電流を検出するための電流検出用抵抗である。また、各気筒選択スイッチＳＷ２，ＳＷ４は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレインがピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４の一端に接続され、ソースが抵抗Ｒ２の一端に接続されている。そして、それらＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤ２，Ｄ４として利用している。

直列回路２２は、インダクタＬ２側の端部が、充電スイッチＳＷｃを介して、コンデンサＣ０の正極側端子に接続されている。また、充電スイッチＳＷｃには、ダイオードＤｃが、カソードをコンデンサＣ０の方にして並列に接続されている。そして、そのダイオードＤｃは、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４を放電させる際において、放電スイッチＳＷｄがオンからオフされた時に電源回路１０のコンデンサＣ０へ回生電流を流し込む役割を果たす。

尚、充電スイッチＳＷｃは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなり、ドレインがコンデンサＣ０の正極側端子に接続され、ソースがインダクタＬ２の一端に接続されている。そして、そのＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを、ダイオードＤｃとして利用している。

また、放電スイッチＳＷｄは、オンすることで放電経路４２を形成するが、この放電スイッチＳＷｄもｎチャネルＭＯＳＦＥＴからなる。そして、それのソースがグランドラインに接続され、ドレインが充電スイッチＳＷｃとインダクタＬ２との接続点に接続されている。

更に、放電スイッチＳＷｄには、ダイオードＤｄが、アノードをグランドラインの方にして並列に接続されている。そして、そのダイオードＤｄは、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４を充電する際において、充電スイッチＳＷｃがオンからオフされた時にインダクタＬ２によるフライホイール電流を流す役割を果たす。尚、このダイオードＤｄも、放電スイッチＳＷｄを成すＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードである。

そして、このような駆動装置６０では、制御部５０が、電源回路１０の昇圧用スイッチＳＷ０だけでなく、充電スイッチＳＷａ，ＳＷｃ、放電スイッチＳＷｂ，ＳＷｄ及び気筒選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ４も制御する。そこで次に、その制御内容について説明する。

まず、制御部５０は、抵抗Ｒ１，Ｒ２のグランドライン側とは反対側の電圧をモニタすることにより、駆動対象としているピエゾアクチュエータに流れる充電電流及び放電電流を検出するようになっている。また、制御部５０は、並列回路１１，１２のインダクタＬ１，Ｌ２側の端部の電圧により、駆動対象としているピエゾアクチュエータの充電電圧（ピエゾ電圧）を検出するようになっている。更に、制御部５０には、車両のエンジン制御を行う電子制御ユニット（図示省略）から、各気筒のインジェクタを開弁させるための、気筒毎の駆動信号（いわゆる噴射指令信号）が入力される。尚、駆動装置６０が上記電子制御ユニット内に設けられる場合、制御部５０には、その電子制御ユニット内のマイコンから気筒毎の駆動信号が入力される。

ここで以下では、＃１のピエゾアクチュエータＰ１が駆動対象である場合を例に挙げて説明する。
図２に示すように、制御部５０は、電子制御ユニットからの＃１の駆動信号がハイになると、気筒選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のうち、＃１に対応する気筒選択スイッチＳＷ１をオンすると共に、＃１が所属する第１グループについての放電スイッチＳＷｂをオフした状態で、その第１グループについての充電スイッチＳＷａをオン／オフさせる充電用スイッチング制御を行う。

すると、充電スイッチＳＷａのオン時には、電源回路１０のコンデンサＣ０から充電経路３１及びインダクタＬ１を介してピエゾアクチュエータＰ１に充電電流が流れ、充電スイッチＳＷａのオフ時には、インダクタＬ１に蓄積されたエネルギーによって流れる充電電流が、グランドライン側から放電スイッチＳＷｂに並列なダイオードＤｂを介してピエゾアクチュエータＰ１に流れることとなる。そして、このような充電用スイッチング制御により、ピエゾアクチュエータＰ１が段階的に充電されて伸長し、＃１のインジェクタが開弁する。

尚、制御部５０は、例えば充電用スイッチング制御では、駆動対象のピエゾアクチュエータに流れる充電電流が予め設定されたオフ切替閾値にまで上昇したと判定したなら、充電スイッチをオンからオフし、充電電流が予め設定されたオン切替閾値（＜オフ切替閾値）にまで下降したと判定したなら、充電スイッチをオフからオンする、という動作を繰り返す。また例えば、充電用スイッチング制御としては、充電スイッチを一定のオン時間だけオンして一定のオフ時間だけオフする、という動作を繰り返す制御でも良い。また例えば、制御部５０は、充電用スイッチング制御を行っている際に、駆動対象のピエゾアクチュエータの充電電圧が、インジェクタを確実に開弁可能な充電終了目標値以上になったと判定すると、充電用スイッチング制御を終了して充電スイッチをオフ状態のままにする。

その後、図２に示すように、＃１の駆動信号がハイからローに戻ると、制御部５０は、＃１が所属する第１グループについての充電スイッチＳＷａをオフした状態で、その第１グループについての放電スイッチＳＷｂをオン／オフさせる放電用スイッチング制御を行う。

すると、放電スイッチＳＷｂのオン時には、ピエゾアクチュエータＰ１の正極側からインダクタＬ１及び放電経路４１を介してグランドライン側へ放電電流が流れ、放電スイッチＳＷｂのオフ時には、ピエゾアクチュエータＰ１の正極側からインダクタＬ１及び充電スイッチＳＷａに並列なダイオードＤａを介してコンデンサＣ０へと放電電流が流れ、その放電電流によりピエゾアクチュエータＰ１の電荷がコンデンサＣ０に回収される。そして、このような放電用スイッチング制御により、ピエゾアクチュエータＰ１が段階的に放電されて収縮し、＃１のインジェクタが閉弁する。

尚、制御部５０は、例えば放電用スイッチング制御では、駆動対象のピエゾアクチュエータに流れる放電電流が予め設定されたオフ切替閾値にまで上昇したと判定したなら、放電スイッチをオンからオフし、放電電流が予め設定されたオン切替閾値（＜オフ切替閾値）にまで下降したと判定したなら、放電スイッチをオフからオンする、という動作を繰り返す。また例えば、放電用スイッチング制御としては、放電スイッチを一定のオン時間だけオンして一定のオフ時間だけオフする、という動作を繰り返す制御でも良い。

そして、制御部５０は、図３（Ａ）における（１）の部分に示すように、放電用スイッチング制御を行っている際に、駆動対象のピエゾアクチュエータの充電電圧が、０Ｖより少し高く設定された放電終了目標値（請求項９に記載の規定値に相当）以下になったと判定すると、放電終了条件が成立したと判断して、放電用スイッチング制御（即ち、放電スイッチのオン／オフ切り替え）を終了する。

ここで、本実施形態では、＃１→＃２→＃３→＃４→＃１の順で燃料噴射を行うが、１つの気筒に対して燃料を複数回に分けて噴射する多段噴射を実施するようになっている。
そして、制御部５０は、例えば＃１を例に挙げて説明すると、その＃１の駆動信号が最初にハイになってから（つまり、多段噴射の１回目噴射のためにハイになってから）、＃１と同じグループの＃３の駆動信号が最初にハイになるまでの間は、図２における（１），（２）の部分及び図４に示す如く、放電用スイッチング制御を行っている際に放電終了条件が成立したと判断すると（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、放電スイッチＳＷｂをオン状態にして放電用スイッチング制御を終了すると共に（Ｓ１２０）、それまでオンしていた気筒選択スイッチＳＷ１をオフする（Ｓ１３０）。

そして、＃１の駆動信号が次にハイになると（つまり、多段噴射の２回目以降の噴射のためにハイになると）、図２のように、気筒選択スイッチＳＷ１を再びオンすると共に、放電スイッチＳＷｂをオンからオフにし、その後、予め定められた微小な遅延時間Ｔｄだけ待ってから、充電用スイッチング制御による充電スイッチＳＷａの最初のオンを開始する（図２における（３）の部分参照）。換言すれば、充電用スイッチング制御の開始時には、充電スイッチＳＷａを最初にオンする前に放電スイッチＳＷｂをオンからオフさせ、その後、充電スイッチＳＷａのオン／オフを開始するようになっている。これは、充電スイッチＳＷａと放電スイッチＳＷｂとが同時にオンして両スイッチＳＷａ，ＳＷｂに貫通電流が流れてしまうのを、確実に防止するためである。

尚、＃１の多段噴射が全て終了し、その後、＃３の駆動信号がハイになったなら、＃１の気筒選択スイッチＳＷ１はオフのままで、＃３の気筒選択スイッチＳＷ３が図２の如くオン／オフされることとなり、充電スイッチＳＷａと放電スイッチＳＷｂは、＃１の多段噴射を行う場合と同様に制御される。また、＃１，＃３を例に挙げて説明したことは、第２グループの＃２，＃４に関連する部分についても同様であり、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４が駆動される場合には、充電スイッチＳＷａ及び放電スイッチＳＷｂではなく、充電スイッチＳＷｃと放電スイッチＳＷｄがオン／オフされることとなる。

以上のような駆動装置６０では、噴射対象気筒が＃ｎであるとすると、その＃ｎへの多段噴射が行われる期間のうち、＃ｎの駆動信号がローになってピエゾアクチュエータＰｎについての放電用スイッチング制御が終了してから、次に＃ｎの駆動信号がハイとなってピエゾアクチュエータＰｎについての充電用スイッチング制御が再び開始されるまでの駆動停止期間（即ち、多段噴射における噴射休止期間であり、以下単に、駆動停止期間という）の間は、その＃ｎのグループに対応する放電スイッチＳＷｂ又はＳＷｃがオンされたままになる。

このため、例えば＃１のピエゾアクチュエータＰ１を例に挙げると、駆動停止期間中は、図５に示すように、放電スイッチＳＷｂがオンのままとなり、放電経路４１が有効なままとなる。そして、駆動停止期間中は、放電スイッチＳＷｂがオンされるのに対して、気筒選択スイッチＳＷ１はオフされるため、図５における点線で示すように、ピエゾアクチュエータＰ１の放電回路として、「グランドライン→気筒選択スイッチＳＷ１の寄生ダイオードＤ１→ピエゾアクチュエータＰ１→インダクタＬ１→放電スイッチＳＷｂ→グランドライン」の放電回路が形成されることとなる。尚、図５では、抵抗Ｒ１を省略している。

よって、図６（Ｂ）に例示するように、放電用スイッチング制御が終了した時刻ｔａにて、ピエゾ電圧が０Ｖ近辺まで下がっていなかったとしても、ピエゾアクチュエータＰ１を確実に放電させることができ、次にピエゾアクチュエータＰ１を駆動するべく充電用スイッチング制御を開始する時のピエゾ電圧を常にほぼ０Ｖにすることができる。そして、このため、次にピエゾアクチュエータＰ１を駆動する際に、充電用スイッチング制御の開始時（駆動信号の立ち上がり時）からピエゾアクチュエータＰ１が伸長してインジェクタが開弁するまでの応答時間がばらついてしまうことを防止でき、精度の良い燃料噴射を実施することが可能となる。

つまり、従来装置では、図６（Ａ）に示すように、放電用スイッチング制御が終了した時刻ｔａにて、放電スイッチをオフ状態に固定するため、その時刻ｔａでピエゾ電圧が０Ｖでなければ、そのピエゾ電圧が次の充電用スイッチング制御の開始時まで残ってしまい、その結果、充電用スイッチング制御の開始時からインジェクタが開弁するまでの応答時間にばらつきが生じたが、本実施形態によれば、そのような問題（即ち、前述した第１の問題）を解決することができる。尚、図６において、点線で示している「ピエゾ電流」は、ピエゾアクチュエータに流れる電流を、充電方向を正にして表したものである。

そして特に、本実施形態では、次の充電用スイッチング制御の開始時まで放電スイッチをオンしたままにしているため、前述した第２の問題も回避するこができる。つまり、駆動停止期間中において、燃料圧力によりピエゾアクチュエータのピエゾ素子に圧力が加わっても、ピエゾ電圧が上昇してしまうことを防止することができ、燃料噴射量のばらつきを回避することができる。

また、本実施形態の駆動装置６０では、駆動停止期間において、放電スイッチをオンしている時に気筒選択スイッチをオフするため、図５の点線で示したように、ピエゾアクチュエータＰｎには放電方向の電流しか流れず、インダクタＬ１又はＬ２とピエゾアクチュエータＰｎの容量成分によるＬＣ共振回路が形成されるのが阻止される。このため、そのようなＬＣ共振回路の共振によってピエゾ電圧が変動してしまうのを防止して、ピエゾアクチュエータＰｎの電荷を確実に放電させることができる。

また更に、本実施形態の駆動装置６０によれば、図２における（３）の部分に示したように、充電用スイッチング制御の開始時において、放電スイッチをオフしてから充電スイッチをオンしているため、その両スイッチが同時にオンして貫通電流が流れてしまうことを防止することができる。

尚、本実施形態では、制御部５０が充放電制御手段に相当している。また、ダイオードＤａ，Ｄｃが第１ダイオードに相当し、ダイオードＤｂ，Ｄｄが第２ダイオードに相当し、ダイオードＤ１〜Ｄ４が第３ダイオードに相当している。また、ハイレベルの駆動信号が駆動指令に相当し、ローレベルの駆動信号が駆動停止指令に相当している。

ところで、上記実施形態において、前述した第２の問題を考慮しないのであれば、放電スイッチを、放電用スイッチング制御の終了時から一定時間だけオン状態とするように構成しても良い。一方、放電スイッチを、放電用スイッチング制御が終了した時点ではオフ状態とし、その後、所定時間が経過した時から、次の充電用スイッチング制御を開始する時まで、オンするように構成しても良い。そして、放電用スイッチのオン中は気筒選択スイッチをオフして、前述したＬＣ共振回路の形成を阻止すれば良い。

一方、放電用スイッチング制御を終了する条件（放電終了条件）としては、「ピエゾアクチュエータの充電電圧が放電終了目標値以下になった」という条件以外でも良い。
例えば、制御部５０は、図３（Ａ）における（２）の部分に示すように、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電用スイッチング制御を開始した時（即ち、駆動信号の立ち下がり時）からの経過時間を測定し、その経過時間が規定値に達したと判定すると、放電終了条件が成立したと判断して、放電用スイッチング制御を終了するように構成することもできる。

また例えば、制御部５０が、放電用スイッチング制御として、放電スイッチを一定のオン時間だけオンして一定のオフ時間だけオフする、という動作を繰り返す制御や、放電スイッチを一定のオン時間だけオンし、放電スイッチをオフした後、ピエゾアクチュエータの放電電流が予め設定されたオン切替閾値にまで下降したら放電スイッチを再びオンする、という動作を繰り返す制御を行う場合、即ち、放電用スイッチング制御における放電スイッチのオン時間が一定である場合には、放電終了条件を、図３（Ｂ）における（３）の部分に示すような条件としても良い。

つまり、制御部５０は、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電スイッチをオンしてから一定のオン時間が経過した時の（換言すれば、放電スイッチをオフする直前の）ピエゾアクチュエータの放電電流を検出し、その放電電流が規定値以下になったと判定すると、放電終了条件が成立したと判断して、放電用スイッチング制御を終了するように構成することができる。

また例えば、制御部５０が、放電用スイッチング制御として、放電スイッチをオンしてからピエゾアクチュエータの放電電流が予め設定されたオフ切替閾値以上になったと判定したなら、放電スイッチをオンからオフし、放電電流が予め設定されたオン切替閾値以下になったと判定したなら、放電スイッチをオフからオンする、という動作を繰り返す制御や、放電スイッチをオンしてからピエゾアクチュエータの放電電流が予め設定されたオフ切替閾値以上になったと判定したなら、放電スイッチをオンからオフし、一定のオフ時間が経過したら放電スイッチをオフからオンする、という動作を繰り返す制御を行う場合、即ち、放電用スイッチング制御で放電スイッチをオンからオフさせる条件が、ピエゾアクチュエータの放電電流がオフ切替閾値（請求項１２に記載の基準値に相当）に達した、という条件の場合には、放電終了条件を、図３（Ｃ）における（４）の部分に示すような条件としても良い。

つまり、制御部５０は、放電用スイッチング制御を行っている際に、放電スイッチをオンしてからピエゾアクチュエータの放電電流がオフ切替閾値に達するまでの時間を計測し、その時間が規定値以上になったと判定すると、放電終了条件が成立したと判断して、放電用スイッチング制御を終了するように構成することができる。

そして特に、放電終了条件が、図３（Ｂ）における（３）の部分や、図３（Ｃ）における（４）の部分に示す条件であれば、放電スイッチをオンしている時に、放電終了条件が成立することとなるため、必ず放電スイッチがオンの状態で放電用スイッチング制御を終了することができる。よって、放電用スイッチング制御の終了時から放電スイッチをオンし続けるのに有利である。
［第２実施形態］
次に、図７は、第２実施形態の駆動装置７０の構成を表す構成図である。

第２実施形態の駆動装置７０は、第１実施形態の駆動装置６０と比較すると、下記〈１〉，〈２〉の点が異なっている。
〈１〉インダクタＬ２と、充電スイッチＳＷｃ及び放電スイッチＳＷｄが削除されている。そして、インダクタＬ１と第１グループの並列回路１１（ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３）とがスイッチＳＷ５を介して接続され、また、インダクタＬ１と第２グループの並列回路１２（ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４）とがスイッチＳＷ６を介して接続されるようになっている。つまり、駆動装置７０では、インダクタＬ１と充電スイッチＳＷａ及び放電スイッチＳＷｂが１組だけ備えられており、１つのインダクタＬ１が、スイッチＳＷ５，ＳＷ６により、２つのグループの並列回路１１，１２の何れか一方に切り替えて接続されるようになっている。換言すれば、インダクタＬ１と直列に接続されるピエゾアクチュエータのグループが、第１グループと第２グループの何れかに切り替えられるようになっている。このため、以下では、スイッチＳＷ５，ＳＷ６を、グループ選択スイッチという。尚、エンジンがＶ型で、気筒の第１グループと第２グループが、そのＶ型エンジンの各バンクの気筒グループである場合、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６と同じ役割のスイッチは、バンク選択スイッチと呼ばれる。

また、本実施形態において、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６の各々は、２つのＭＯＳＦＥＴを、それらの寄生ダイオードのカソード同士が向かい合うように接続したものである。つまり、第１グループ側のグループ選択スイッチＳＷ５は、ソースがインダクタＬ１の一端に接続された第１スイッチＳＷ５ａとしてのＭＯＳＦＥＴと、ソースが並列回路１１の一端に接続され、ドレインが第１スイッチＳＷ５ａのドレインに接続された第２スイッチＳＷ５ｂとしてのＭＯＳＦＥＴとからなる。同様に、第２グループ側のグループ選択スイッチＳＷ６は、ソースがインダクタＬ１の一端に接続された第１スイッチＳＷ６ａとしてのＭＯＳＦＥＴと、ソースが並列回路１２の一端に接続され、ドレインが第１スイッチＳＷ６ａのドレインに接続された第２スイッチＳＷ６ｂとしてのＭＯＳＦＥＴとからなる。

そして、グループ選択スイッチＳＷ５を構成する２つのスイッチＳＷ５ａ，ＳＷ５ｂをオンすれば、インダクタＬ１と第１グループの並列回路１１とが接続され、グループ選択スイッチＳＷ６を構成する２つのスイッチＳＷ６ａ，ＳＷ６ｂをオンすれば、インダクタＬ１と第２グループの並列回路１２とが接続される。

但し、例えばグループ選択スイッチＳＷ５の方を例に挙げて説明すると、そのスイッチＳＷ５を構成する第１及び第２スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ５ｂのうち、少なくとも第１スイッチＳＷ５ａがオンすれば、並列回路１１側（ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３側）からインダクタＬ１側へ、第２スイッチＳＷ５ｂの寄生ダイオードＤ５ｂと第１スイッチＳＷ５ａを介して、放電電流を流すことができる。また、第１及び第２スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ５ｂのうち、少なくとも第２スイッチＳＷ５ｂがオンすれば、インダクタＬ１側から並列回路１１側（ピエゾアクチュエータＰ１，Ｐ３側）へ、第１スイッチＳＷ５ａの寄生ダイオードＤ５ａと第２スイッチＳＷ５ｂを介して、充電電流を流すことができる。

このため、以下では、第１スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ６ａを、放電許可側スイッチといい、第２スイッチＳＷ５ｂ，ＳＷ６ｂを、充電許可側スイッチという。そして、本実施形態では、放電許可側スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ６ａの寄生ダイオードＤ５ａ，Ｄ６ａが、充電許可ダイオードに相当し、充電許可側スイッチＳＷ５ｂ，ＳＷ６ｂの寄生ダイオードＤ５ｂ，Ｄ６ｂが、放電許可ダイオードに相当している。また、本実施形態では、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６が、直列回路形成用スイッチに相当している。

〈２〉制御部５０は、何れかの気筒（以下、＃ｎとする）の駆動信号が最初にハイになってから（つまり、多段噴射の１回目噴射のためにハイになってから）、＃ｎの次に燃料噴射を行う気筒の駆動信号が最初にハイになるまでの間を、＃ｎの多段噴射実施対象期間として認識する。例えば＃１を例に挙げると、その＃１の駆動信号が最初にハイになってから＃２の駆動信号が最初にハイになるまでの間を、＃１の多段噴射実施対象期間として認識する。

そして、制御部５０は、図８に示すように、＃ｎの多段噴射実施対象期間において、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６のうち、その＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチをオンし、他グループ側のグループ選択スイッチをオフする。つまり、＃１，＃３の多段噴射実施対象期間では第１グループ側のグループ選択スイッチＳＷ５をオンし、＃２，＃４の多段噴射実施対象期間では第２グループ側のグループ選択スイッチＳＷ６をオンする。

尚、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６をオンするとは、そのグループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６を構成する放電許可側スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ６ａ及び充電許可側スイッチＳＷ５ｂ，ＳＷ６ｂの両方をオンすることであり、グループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６をオフするとは、そのグループ選択スイッチＳＷ５，ＳＷ６を構成する放電許可側スイッチＳＷ５ａ，ＳＷ６ａ及び充電許可側スイッチＳＷ５ｂ，ＳＷ６ｂの両方をオフすることである。また、図８は、＃ｎの前に燃料噴射を行う気筒の多段噴射実施対象期間から、＃ｎの多段噴射実施対象期間に移行した時、即ち、＃ｎの駆動信号が最初にハイになった時を表している。そして、＃ｎの駆動信号が多段噴射の２回目以降の噴射のためにハイになった時には、図８の下方左側における一点鎖線で示すように、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチはオンのままであり、他グループ側のグループ選択スイッチはオフのままとなる。

そして更に、制御部５０は、充電スイッチＳＷａ及び放電スイッチＳＷｂと各気筒の気筒選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を、第１実施形態と同様に制御する。
即ち、図８に示すように、＃ｎの駆動信号が最初にハイになると、気筒選択スイッチＳＷｎをオンすると共に、放電スイッチＳＷｂをオンからオフし、遅延時間Ｔｄだけ待ってから、充電用スイッチング制御による充電スイッチＳＷａのオン／オフを開始する。そして、＃ｎの駆動信号がハイからローに戻ると、充電スイッチＳＷａをオフした状態で放電スイッチＳＷｂをオン／オフさせる放電用スイッチング制御を行い、図８における（１），（２）の部分及び図４に示す如く、その放電用スイッチング制御を行っている際に放電終了条件が成立したと判断すると（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、放電スイッチＳＷｂをオン状態にして放電用スイッチング制御を終了すると共に（Ｓ１２０）、それまでオンしていた気筒選択スイッチＳＷｎをオフする（Ｓ１３０）。そして、＃ｎの多段噴射実施対象期間において、＃ｎの駆動信号が次にハイになると、＃ｎの駆動信号が最初にハイになった時からの動作と同じ動作を再び行う。

そして、このような第２実施形態の駆動装置７０によっても、第１実施形態の駆動装置６０と同じ効果を得ることができる。＃ｎの多段噴射実施対象期間における駆動停止期間中は、放電スイッチＳＷｂがオンされると共に、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチＳＷ５又はＳＷ６もオンされて、ピエゾアクチュエータＰｎを放電させるための電流経路が形成されるからである。

尚、放電スイッチＳＷｂを、駆動停止期間中に一時的にオンするように構成した場合、その駆動停止期間においては、放電スイッチＳＷｂのオン時にだけ、放電させたいピエゾアクチュエータＰｎに対応する方のグループ選択スイッチＳＷ５又はＳＷ６をオンするように構成することもできる。
［第３実施形態］
第３実施形態の駆動装置は、第２実施形態と同じ図７の回路構成を有している。

そして、第３実施形態の駆動装置は、第２実施形態と比較すると、以下の点のみ異なっている。
即ち、図９に示すように、制御部５０は、＃ｎの多段噴射実施対象期間において、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチを構成する充電許可側スイッチ及び放電許可側スイッチを両方オンするのではなく、その充電許可側スイッチ及び放電許可側スイッチのうち、＃ｎの駆動信号がハイである時には充電許可側スイッチのみをオンし、＃ｎの駆動信号がローである時には放電許可側スイッチのみをオンする。

尚、図９も図８と同様に、＃ｎの駆動信号が最初にハイになった時を表している。そして、＃ｎの駆動信号が多段噴射の２回目以降の噴射のためにハイになった時には、図９の下方左側における一点鎖線で示すように、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチがオンからオフに変化し、また、他グループ側のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチはオフのままとなる。

このような第３実施形態では、＃ｎの多段噴射実施対象期間において、＃ｎの駆動信号がハイになり充電用スイッチング制御が行われる際には、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、充電許可側スイッチがオンされて、インダクタＬ１側からピエゾアクチュエータＰｎ側への充電電流の経路が形成される。

また、＃ｎの多段噴射実施対象期間において、＃ｎの駆動信号がハイからローになり、放電用スイッチング制御が行われる際には、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、放電許可側スイッチがオンされて、ピエゾアクチュエータＰｎ側からインダクタＬ１側への放電電流の経路が形成される。

更に、＃ｎの多段噴射実施対象期間における駆動停止期間中も、＃ｎのグループ側のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、放電許可側スイッチがオンされて、ピエゾアクチュエータＰｎ側からインダクタＬ１側への放電電流の経路が形成される。そして、その駆動停止期間中は、第１及び第２実施形態と同様に、放電スイッチＳＷｂがオンされる。

よって、本第３実施形態の駆動装置によっても、第１及び第２実施形態の駆動装置６０，７０と同じ効果を得ることができる。
また、駆動停止期間中において、放電スイッチＳＷｂがオンされている時には、グループ選択スイッチの放電許可側スイッチだけがオンされるため、仮に気筒選択スイッチＳＷｎをオフしなくても、ピエゾアクチュエータＰｎには、充電許可側スイッチの寄生ダイオードＤ５ｂ又はＤ６ｂにより放電方向の電流しか流れず、インダクタＬ１とピエゾアクチュエータＰｎの容量成分によるＬＣ共振回路が形成されるのを阻止することができる。

尚、放電スイッチＳＷｂを、駆動停止期間中に一時的にオンするように構成した場合、その駆動停止期間においては、放電スイッチＳＷｂのオン時にだけ、放電させたいピエゾアクチュエータＰｎに対応する方のグループ選択スイッチの放電許可側スイッチをオンするように構成することもできる。

また、＃ｎの駆動信号がハイになってから放電用スイッチング制御が終了するまでの駆動期間中は、第２実施形態と同様に、＃ｎに対応する方のグループ選択スイッチを構成する放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチを、両方共にオンするように構成しても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４をグループ分けせずに、インダクタと充電スイッチ及び放電スイッチとを１組だけ設けた構成でも良い。つまり、図１の回路構成から、インダクタＬ２と充電スイッチＳＷｃ及び放電スイッチＳＷｄとを削除し、ピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ４の並列回路１２をインダクタＬ１に接続した回路構成でも良い。

また逆に、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ４の各々について、インダクタと放電スイッチ及び充電スイッチとを設けた回路構成でも良い。
また、本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に限らず、ガソリンエンジンの燃料噴射装置にも適用することができる。

また、駆動対象のピエゾアクチュエータは、インジェクタを開閉弁させるピエゾアクチュエータ以外でも良い。

第１実施形態の駆動装置の構成を表す構成図である。 第１実施形態の制御部の動作を説明するタイムチャートである。 放電終了条件を説明する説明図である。 第１実施形態の制御部が放電用スイッチング制御の終了時に行う動作を説明するフローチャートである。 第１実施形態の作用を説明する説明図である。 第１実施形態の効果を説明する説明図である。 第２実施形態の駆動装置の構成を表す構成図である。 第２実施形態の制御部の動作を説明するタイムチャートである。 第３実施形態の制御部の動作を説明するタイムチャートである。 従来の駆動装置を説明する説明図である。 従来技術の問題を説明する説明図である。

符号の説明

１０…電源回路、１１，１２…並列回路、２１，２２…直列回路、３１，３２…充電経路、４１，４２…放電経路、５０…制御部、６０，７０…駆動装置、Ｃ０…コンデンサ、Ｄ０，Ｄａ〜Ｄｄ，Ｄ１〜Ｄ４，Ｄ５ａ，Ｄ５ｂ，Ｄ６ａ，Ｄ６ｂ…ダイオード、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２…インダクタ、Ｐ１〜Ｐ４…ピエゾアクチュエータ、Ｒ１，Ｒ２…抵抗、ＳＷ０…昇圧用スイッチ、ＳＷａ，ＳＷｃ…充電スイッチ、ＳＷｂ，ＳＷｄ…放電スイッチ、ＳＷ１〜ＳＷ４…気筒選択スイッチ、ＳＷ５，ＳＷ６…グループ選択スイッチ、ＳＷ５ａ，ＳＷ６ａ…第１スイッチ（放電許可側スイッチ）、ＳＷ５ｂ，ＳＷ６ｂ…第２スイッチ（充電許可側スイッチ）

Claims (12)

1. ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
   該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、
   前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、
   前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、
   前記放電スイッチに対して、アノードが前記直流電源の負極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、
   外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン／オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン／オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
   を備えたピエゾアクチュエータ駆動装置であって、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間中、前記放電スイッチをオンしたままにすること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
2. ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
   該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、
   前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、
   前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、
   前記放電スイッチに対して、アノードが前記直流電源の負極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、
   外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン／オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン／オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
   を備えたピエゾアクチュエータ駆動装置であって、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を、前記放電スイッチをオンした状態で終了すること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
3. ピエゾアクチュエータに直列に接続されるインダクタと、
   該インダクタと前記ピエゾアクチュエータとの直列回路に対して、直流電源の正極側から充電スイッチを介して電源供給を行うための充電経路と、
   前記直列回路に並列に接続され、放電スイッチを介して前記ピエゾアクチュエータの充電電荷を放電させるための放電経路と、
   前記充電スイッチに対して、カソードが前記直流電源の正極側となるよう並列に接続された第１ダイオードと、
   前記放電スイッチに対して、アノードが前記直流電源の負極側となるよう並列に接続された第２ダイオードと、
   外部から駆動指令が入力されると、前記放電スイッチをオフした状態で前記充電スイッチのオン／オフを繰り返す充電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを充電させて伸長させ、外部から駆動停止指令が入力されると、前記充電スイッチをオフした状態で前記放電スイッチのオン／オフを繰り返す放電用スイッチング制御を行うことにより、前記ピエゾアクチュエータを放電させて収縮させる充放電制御手段と、
   を備えたピエゾアクチュエータ駆動装置であって、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了した後に前記放電スイッチをオフからオンさせて、その放電スイッチのオン状態を、次の前記充電用スイッチング制御を開始する時まで続けること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
4. 請求項１又は請求項３に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記充放電制御手段は、前記充電用スイッチング制御の開始時において、前記充電スイッチをオフから最初にオンさせる前に前記放電スイッチをオンからオフさせ、その後、前記充電スイッチのオン／オフを開始すること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記ピエゾアクチュエータの前記インダクタ側とは反対側の端子は、そのピエゾアクチュエータを駆動対象として選択するための選択スイッチを介して前記直流電源の負極側に接続されるようになっていると共に、
   前記選択スイッチには、アノードを前記直流電源の負極側にした第３ダイオードが並列に接続されており、
   前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータを駆動するために前記充電用スイッチング制御と前記放電用スイッチング制御を行う際には前記選択スイッチをオンし、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時には、前記選択スイッチをオフすること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記インダクタと前記ピエゾアクチュエータは、当該インダクタと当該ピエゾアクチュエータとの間に設けられた直列回路形成用スイッチを介して接続されるようになっており、
   前記充放電制御手段は、前記ピエゾアクチュエータを駆動するために前記充電用スイッチング制御と前記放電用スイッチング制御を行う際には前記直列回路形成用スイッチをオンし、更に、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時にも、前記直列回路形成用スイッチをオンすること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
7. 請求項６に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記直列回路形成用スイッチは、直列に接続された放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチからなると共に、その２つのスイッチのうち、前記インダクタ側に設けられた放電許可側スイッチには、アノードを前記インダクタ側にした充電許可ダイオードが並列に接続され、前記ピエゾアクチュエータ側に設けられた充電許可側スイッチには、アノードを前記ピエゾアクチュエータ側にした放電許可ダイオードが並列に接続されており、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を終了してから、次の前記充電用スイッチング制御を開始するまでの期間において、前記放電スイッチをオンしている時には、前記直列回路形成用スイッチをなす放電許可側スイッチ及び充電許可側スイッチのうち、前記放電許可側スイッチのみをオンすること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
8. 請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を開始してから特定の放電終了条件が成立したと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
9. 請求項８に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
   前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記ピエゾアクチュエータの充電電圧をモニタして、その充電電圧が規定値以下になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
   を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
10. 請求項８に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
    前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を開始した時からの経過時間を測定し、その経過時間が規定値に達したと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
    を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
11. 請求項８に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
    前記充放電制御手段が前記放電用スイッチング制御で前記放電スイッチをオン／オフさせる際の、前記放電スイッチのオン時間は一定であり、
    前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記放電スイッチをオンしてから前記一定のオン時間が経過した時の前記ピエゾアクチュエータの放電電流を検出し、その放電電流が規定値以下になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
    を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
12. 請求項８に記載のピエゾアクチュエータ駆動装置において、
    前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御で前記放電スイッチをオン／オフさせる際には、前記放電スイッチをオンしてからの前記ピエゾアクチュエータの放電電流をモニタして、その放電電流が基準値に達したら前記放電スイッチをオフするようになっており、
    更に、前記充放電制御手段は、前記放電用スイッチング制御を行っている際に、前記放電スイッチをオンしてから前記ピエゾアクチュエータの放電電流が前記基準値に達するまでの時間を計測し、その時間が規定値以上になったと判定すると、前記放電用スイッチング制御を終了すること、
    を特徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。