JP4853201B2 - インジェクタ駆動装置及びインジェクタ駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子（ピエゾ素子）を有する燃料噴射用のインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置、及びインジェクタ駆動システムに関し、ディーゼルエンジンを駆動源とする車両に適用して有効である。

インジェクタ駆動装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源部、及びこの電源部から電源供給を受けて圧電素子を充電する充電部等を有して構成されている。そして、電源部は、バッテリから供給される電圧（１２Ｖ）を数十〜数百Ｖの高電圧まで昇圧して充電部に供給し、充電部は、圧電素子に対して電源部からの電流を一定時間だけ流す動作を所定回数繰り返すことで圧電素子を充電する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１３６１５６号公報

ところで、インジェクタは、圧電素子に所定以上のエネルギーが充電されると燃料噴射を行うようにされている。そして、圧電素子に充電されるエネルギーＥは、圧電素子の静電容量を「Ｃ」とし、圧電素子に印加される電圧を「Ｖ」とすると、「Ｅ＝１／２（ＣＶ^２）」という式で表すことができる。

また、近年では、排出ガスに含まれる有害物質を低減するために、燃料噴射をきめ細かに制御する必要があり、インジェクタの作動回数（燃料噴射回数）が増加傾向にある。
一方、電源部の電圧は圧電素子の充電が行われることで低下してしまい、この低下した電圧は所定時間経過しなければ元の電圧値まで戻らない。

このため、インジェクタが連続的に作動することで、インジェクタにより燃料が噴射されてから次回燃料が噴射されるまでの間隔（インターバル）が短くなると、次回の充電までに電源部の電圧が元の電圧値まで戻らないことがあるので、実際にインジェクタ駆動装置が圧電素子に充電するエネルギーは、上記式から、インジェクタ駆動装置が圧電素子を充電する際の制御目標よりも少なくなってしまう問題が発生するおそれがある。

なお、以下の説明では、インジェクタによる燃料噴射が連続的に行われることを、「近接噴射」といい、この近接噴射によって、実際にインジェクタ駆動装置が圧電素子に充電するエネルギーが制御目標よりも少なくなってしまうことを、「近接噴射の影響」という。

また、圧電素子の静電容量は温度に応じて変動するので、実際にインジェクタ駆動装置が圧電素子に充電するエネルギーが、上記式から、制御目標に対してずれてしまうという問題が発生するおそれもある。

また、インジェクタやインジェクタ駆動装置には製品バラツキ（個体差）があるので、実際にインジェクタ駆動装置が圧電素子に充電するエネルギーが、制御目標に対してずれてしまうという問題が発生するおそれもある。

したがって、実際にインジェクタから噴射される燃料噴射量についても、インジェクタが本来噴射すべき燃料噴射量に対してずれてしまう可能性が高い。
本発明は、上記点に鑑み、インジェクタによる燃料噴射の精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに搭載される圧電素子を充放電することで、インジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置であって、インジェクタに接続され、圧電素子に充電されるエネルギーを制御するための充電手段と、充電手段を駆動制御する充電制御手段と、インジェクタ駆動装置本体に関する関連情報を取得する関連情報取得手段と、インジェクタ駆動装置本体の特性のうち、前記関連情報に基づいた特性を表す特性情報が予め記憶された特性情報記憶手段と、関連情報取得手段により取得された関連情報、及び、特性情報記憶手段に記憶された特性情報に基づいて、圧電素子に所望のエネルギーが充電されるように、充電制御手段が充電手段を駆動制御する制御量を、オープンループ制御により補正する制御量補正手段とを備えている。そして、充電制御手段は、制御量補正手段により補正された制御量に基づいて充電手段を駆動制御する。

以上のような請求項１に記載のインジェクタ駆動装置によれば、特性情報に基づいて制御量を補正するので、インジェクタ駆動装置本体に製品バラツキ（個体差）があっても、実際に圧電素子に充電するエネルギーと制御量（制御目標）とのずれがなくなるように圧電素子の充電制御を行うことができる。

したがって、実際にインジェクタから噴射される燃料噴射量とインジェクタが本来噴射すべき燃料噴射量とに生じるずれを低減することができるので、インジェクタによる燃料噴射の精度を向上させることができる。
また、請求項１に記載の発明では、オープンループ制御により制御量を補正するようにしているので、制御量補正手段により実行される補正処理を簡単な構成で実行することができる。
また、特性情報は、請求項２に記載のように、充電制御手段が充電手段を駆動制御する制御量と、実際に充電手段が圧電素子に充電するエネルギーとの関係を示す情報であれば、制御量補正手段に実行される処理を簡単にすることができる。

また、関連情報取得手段は、請求項３に記載のように、圧電素子にエネルギーを供給するための電源に対して電力供給を行う外部電源の電圧値を検出する外部電源電圧検出手段を備え、関連情報取得手段が、関連情報として、外部電源電圧検出手段による検出結果を取得するようにしてもよい。

つまり、電源に対して電力供給を行う外部電源の電圧値を取得すれば、その取得した情報から近接噴射による影響を推定することが可能となるので、近接噴射の影響で実際に圧電素子に充電されるエネルギーが制御目標よりも少なくなってしまうのを打ち消すように、制御目標（制御量）を補正することができる。

また、関連情報取得手段は、請求項４に記載のように、関連情報として、駆動装置温度検出手段により検出されたインジェクタ駆動装置本体の温度を取得するようにすれば、インジェクタ駆動装置本体の温度変動により実際の燃料噴射量と本来噴射すべき燃料噴射量とに生じるずれを低減することができる。

ところで、請求項４に記載の発明では、例えば温度センサを用いてインジェクタ駆動装置本体の温度を検出するようにしてもよいが、請求項５に記載のように、内燃機関の運転状況に基づいてインジェクタ駆動装置本体の温度を推定するようにしてもよい。

そして、請求項４に記載の発明を請求項５に記載のように構成した場合には、新たな部品を設けずにインジェクタ駆動装置本体の温度を検出（推定）することができる。
また、請求項５に記載の発明では、請求項６に記載のように、インジェクタが単位時間当たりに作動する回数を表す定常的作動回数、インジェクタ周囲の温度、内燃機関を冷却する冷却水の水温、内燃機関の潤滑油の油温、及び内燃機関の温度のうち少なくとも１つに基づいて、駆動温度検出手段がインジェクタ駆動装置本体の温度を推定するとよい。

つまり、定常的作動回数、インジェクタ周囲の温度、冷却水の水温、油温及び内燃機関の温度のうち少なくとも１つを取得すれば、その取得した情報からインジェクタ駆動装置本体の作動状況、延いては温度を推定することが可能となるので、請求項６に記載の発明では、インジェクタ駆動装置本体の温度変動により実際の燃料噴射量と本来噴射すべき燃料噴射量とに生じるずれを低減することができる。

また、請求項７に記載の発明では、圧電素子が充放電することで、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のインジェクタ駆動装置とを備えたことを特徴とする。

これによれば、上述した請求項１〜請求項６の何れかの発明と同様に、充電制御手段が充電手段を制御する制御量を補正し、実際に圧電素子に充電するエネルギーと制御量（制御目標）とのずれがなくなるように圧電素子の充電制御を行うことができるので、請求項１〜請求項６で述べた効果と同様の効果を得ることができる。

また、インジェクタは、請求項８に記載のように、高圧燃料を複数のインジェクタに対して供給する共通の配管からなるコモンレールから燃料を受けるようにされているとよい。

本実施形態は、本発明を車両に搭載されるインジェクタ駆動システムに適用したものであり、以下に本実施形態を図面の共に説明する。
（第１実施形態）
１．インジェクタ駆動システムの全体構成
図１は、第１実施形態のインジェクタ駆動システムの概略構成を説明する説明図であり、図２は、インジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。

インジェクタ駆動システムは、図１に示すように、コモンレール式の４気筒ディーゼルエンジン２（以下、エンジン２という。）を駆動する車両に搭載されており、このインジェクタ駆動システムは、エンジン２に燃料を噴射供給するインジェクタ１０と、インジェクタ１０に搭載される圧電素子Ｐ（図２参照）を充放電することでインジェクタ１０を駆動するインジェクタ駆動装置２０とを備えている。

なお、コモンレール４とは、高圧燃料を貯留するとともに、その高圧燃料を各気筒のインジェクタ１０に供給する蓄圧配管のことである。また、コモンレール式とは、高圧ポンプ６により加圧された高圧燃料をコモンレール４に貯留しておき、必要に応じてインジェクタ１０を開弁することで、エンジン２の燃焼室内に高圧燃料を噴射する方式である。

２．インジェクタ１０
インジェクタ１０は、エンジン２の各気筒毎に設けられており、このインジェクタ１０は、図２に示すように、圧電素子（ピエゾ素子）Ｐが伸縮することにより作動して燃料噴射を行う。

圧電素子Ｐは、インジェクタ駆動装置２０から供給されるエネルギー（電荷）を充電することで伸長し、その充電したエネルギーを放出することで収縮するものである。そして、圧電素子Ｐの一端側は、図２に示すように、後述する充放電用コイルＬ３の一端側に接続され、圧電素子Ｐの他端側は、後述の気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤを介して接地されている。

また、各インジェクタ１０の表面には、ＱＲコード（登録商標）やバーコード等の符号が取り付けられており、この符号には、後述するＥＤＵ３０とインジェクタ１０との間に接続される配線の抵抗とインダクタンス成分とを表す配線情報、圧電素子Ｐの静電容量を表す静電容量情報、及びインジェクタ１０に対して直列に接続されたインジェクタ１０内部の抵抗成分を表す抵抗情報が記憶されている。

なお、本実施形態では、インジェクタ１０の工場出荷時に、静電容量情報及び抵抗情報が計測されてその計測結果が上記符号として生成され、インジェクタ１０がインジェクタ駆動装置２０に接続された際に、配線情報が計測されてその計測結果が上記符号として生成される。

そして、この符号として生成された情報は、車両の工場出荷時に、符号を読み取るためのリーダにより読み取られて、後述するマイコン４０のＲＯＭ４６に記憶される。
３．インジェクタ駆動装置２０
インジェクタ駆動装置２０は、インジェクタ１０を駆動するＥＤＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ）３０、及びＥＤＵ３０を駆動制御するマイクロコンピュータ４０（以下、マイコン４０という。）等を有して構成されている。

３．１．ＥＤＵ３０
ＥＤＵ３０は、圧電素子Ｐの充放電を行うことでインジェクタ１０を駆動するものであり、このＥＤＵ３０は、フィルタ回路３２、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４、及び充放電スイッチ部３６等を有して構成されている。

フィルタ回路３２は、フィルタ用コイルＬ１とフィルタ用コンデンサＣ１とからなる周知のＬＣフィルタ回路であり、このフィルタ用コイルＬ１の一端側は、車両に搭載されたバッテリ８の正極側端子に接続され、フィルタ用コイルＬ１の他端側はＤＣ−ＤＣコンバータ３４に接続されている。

また、フィルタ用コンデンサＣ１の一端側は接地されており、フィルタ用コンデンサＣ１の他端側は、フィルタ用コイルＬ１とＤＣ−ＤＣコンバータ３４との接続点に接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、圧電素子Ｐにエネルギーを供給するための電源回路であり、バッテリ８よりも高い電圧（本実施形態では、数十〜数百［Ｖ］）を生成する。なお、このＤＣ−ＤＣコンバータ３４は、昇圧用コイルＬ２、昇圧用スイッチＳＷ１、ＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２、及び放電防止用ダイオードＤ１等を備えており、昇圧用コイルＬ２の一端側は、フィルタ回路３２のフィルタ用コイルＬ１に接続され、昇圧用コイルＬ２の他端側は、昇圧用スイッチＳＷ１を介して接地されている。

そして、昇圧用スイッチＳＷ１と昇圧用コイルＬ２との接続点には、放電防止用ダイオードＤ１のアノードが接続されており、放電防止用ダイオードＤ１のカソードは、充放電スイッチ部３６に接続されている。

また、充放電スイッチ部３６と放電防止用ダイオードＤ１との接続点には、ＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２の一端側が接続されており、ＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２の他端側は、接地されている。

以上のような構成のＤＣ−ＤＣコンバータ３４では、図示しない昇圧制御回路により昇圧用スイッチＳＷ１のオン・オフが繰り返し行われることで、昇圧用コイルＬ２にエネルギーが蓄積され、その蓄積されたエネルギーがＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２に供給される。

充放電スイッチ部３６は、圧電素子Ｐに充電されるエネルギーを制御するためのものであり、この充放電スイッチ部３６は、充電スイッチＳＷ２、放電スイッチＳＷ３、回生用ダイオードＤ２、フライホイール用ダイオードＤ３、充放電用コイルＬ３及び気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤ等を備えている。

充電スイッチＳＷ２の一端側は、放電防止用ダイオードＤ１のカソードに接続されており、充電スイッチＳＷ２の他端側は、充放電用コイルＬ３の一端側に接続され、充放電用コイルＬ３の他端側は、ＥＤＵ３０に設けられた端子５１を介して各インジェクタ１０の圧電素子Ｐに接続されている。

また、充電スイッチＳＷ２と充放電用コイルＬ３との接続点には、回生用ダイオードＤ２のアノード、及び放電スイッチＳＷ３の一端側が接続されており、回生用ダイオードＤ２のカソードは充電スイッチＳＷ２と放電防止用ダイオードＤ１との接続点に接続され、放電スイッチＳＷ３の他端側は接地されている。

また、充電スイッチＳＷ２と放電スイッチＳＷ３との接続点には、フライホイール用ダイオードＤ３のカソードが接続されており、このフライホイール用ダイオードＤ３のアノードは接地されている。

気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤは、エンジン２の各気筒毎に配置されたインジェクタ１０の中から駆動対象となるインジェクタ１０を選択するためのものであり、この気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤは、エンジン２の気筒の数（本実施形態では４つ）だけ設けられている。

そして、各気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤの一端側は接地されており、各気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤの他端側は、ＥＤＵ３０に設けられた端子５２〜５５を介して、その気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤに対応するインジェクタ１０の圧電素子Ｐに接続されている。

３．２．マイコン４０
マイコン４０は、ＣＰＵ４２、ＲＡＭ４４及びＲＯＭ４６等を有して構成されており、このマイコン４０は、エンジン２の制御を行う電子制御装置（図示省略）からの燃料噴射指令に応じて、充電スイッチＳＷ２及び放電スイッチＳＷ３のオン・オフ制御、すなわち圧電素子Ｐの充放電制御を行う。

また、マイコン４０は、圧電素子Ｐの充電制御をする際に、圧電素子Ｐの静電容量及び圧電素子Ｐに印加される電圧の変動や、インジェクタ駆動装置２０及びインジェクタ１０の個体差（製品バラツキ）に基づいて、圧電素子Ｐに所望のエネルギーが充電されるように、充電スイッチＳＷ２をオンするオン時間を補正する。

また、マイコン４０には、コモンレール４の圧力を検出するコモンレール圧センサ６０、エンジン２の回転速度を検出する回転速度センサ６１、エンジン２の油温を検出する油温センサ６２、エンジン２の水温を検出する水温センサ６３、燃料の温度を検出する燃料温度センサ６４、及びインジェクタ１０周囲の温度を検出するインジェクタ周囲温度センサ６５等からの検出信号が入力される。

また、マイコン４０には、バッテリ８の電圧値を検出するバッテリ電圧検出部７２、及びＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧値を検出するＤＣ−ＤＣ電圧検出部７４からの検出結果が入力される。

また、マイコン４０のＲＯＭ４６には、静電容量情報、抵抗情報、配線情報、及び充電スイッチＳＷ２のオン時間を算出するためのマップ（後述の図４及び図５参照）等が記憶されている。

４．インジェクタ駆動システムの作動
４．１．インジェクタ駆動システムの概略作動
以上のような構成のインジェクタ駆動システムでは、燃料噴射の際に、４つのインジェクタ１０の中から燃料を噴射させるインジェクタ１０を特定するための燃料噴射信号が、マイコン４０からＥＤＵ３０へ出力される。

そして、燃料噴射信号がＥＤＵ３０に入力されると、ＥＤＵ３０は、まず燃料噴射信号により特定されるインジェクタに対応する気筒選択スイッチＳＷＡ〜ＳＷＤをオンし、その後は、放電スイッチＳＷ３をオフした状態で充電スイッチＳＷ２のオン・オフを繰り返す。

これにより、充電スイッチのオン時には、ＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２からの電流が圧電素子Ｐに流れるとともに充放電用コイルＬ３にエネルギーが蓄積され、一方、充電スイッチＳＷ２のオフ時には、充放電用コイルＬ３に蓄積されたエネルギーにより圧電素子Ｐに電流が流れるので、圧電素子Ｐにエネルギーが充電されて圧電素子Ｐが伸長し、燃料の噴射が開始される。

ここで、本実施形態では、ＥＤＵ３０は、マイコン４０により指定されたオン時間だけ充電スイッチＳＷ２をオンし、そのオン時間が経過すると、充電スイッチＳＷ２をオフする。そして、ＥＤＵ３０が充電スイッチＳＷ２をオフした後、図示しない電流検出用抵抗により圧電素子Ｐに電流が流れなくなったことが検出されると、ＥＤＵ３０は、マイコン４０により指定されたオン時間だけ再度充電スイッチＳＷ２をオンする。

また、燃料噴射信号が入力されなくなると、ＥＤＵ３０は、充電スイッチＳＷ２をオフした状態で、放電スイッチＳＷ３のオン・オフを繰り返し行う。
これにより、放電スイッチＳＷ３のオン時には、圧電素子Ｐの正極側、すなわち充放電用コイルＬ３側から電流が流れるとともに充放電用コイルＬ３にエネルギーが蓄積され、放電スイッチＳＷ３のオフ時には、充放電用コイルＬ３にエネルギーが蓄積されたエネルギーにより、回生電流がＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２に流れるので、圧電素子Ｐに蓄積されたエネルギーが放電されて圧電素子が収縮し、燃料の噴射が終了する。

４．２．インジェクタ駆動システムの特徴的作動
図３は、マイコン４０のＣＰＵ４２が、圧電素子Ｐを充電する際にＥＤＵ３０を駆動制御する処理を表すフローチャートである。なお、図３に示す制御フローは、車両の動作用の電源がオンされたときに起動される。

４．２．１．マップの説明
ここで、図３に示す制御フローの説明をする前に、この制御フローに用いられるマップについて、図４及び図５を用いて説明する。なお、図４及び図５のマップは、マイコン４０のＲＯＭ４６に記憶されている。

図４（ａ）のＩＮＪ温度マップは、インジェクタ１０の温度と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このＩＮＪ温度マップでは、図４（ａ）に示すように、インジェクタ１０の温度が高くなるほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、インジェクタ１０の温度の変動に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのＩＮＪ温度用エネルギー係数Ｋｔｉｎｊが増加していく。

図４（ｂ）のＥＤＵ温度マップは、ＥＤＵ３０の温度と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このＥＤＵ温度マップでは、図３（ｂ）に示すように、ＥＤＵ３０の温度が所定温度よりも高くなった場合に充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、ＥＤＵ３０の温度の変動に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのＥＤＵ温度用エネルギー係数Ｋｔｅｄｕが増加していく。

図４（ｃ）のバッテリ電圧マップは、バッテリ８の電圧値と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このバッテリ電圧マップでは、図４（ｃ）に示すように、バッテリ８の電圧が低下するほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、バッテリ８の電圧の変動に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのバッテリ電圧用エネルギー係数Ｋｖｂが増加していく。

図４（ｄ）のＤＣ−ＤＣ電圧マップは、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧値と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このＤＣ−ＤＣ電圧マップでは、図４（ｄ）に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧が低下するほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、バッテリ８の電圧の変動に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのバッテリ電圧用エネルギー係数Ｋｖｄｃが増加していく。

図４（ｅ）の近接回数マップは、インジェクタ１０の近接回数と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、この近接回数マップでは、図４（ｅ）に示すように、近接回数が増加するほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、近接回数に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するための近接回数用エネルギー係数Ｋｎが増加していく。

図４（ｆ）のインターバルマップは、燃料噴射の間隔と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このインターバルマップでは、図４（ｆ）に示すように、燃料噴射の間隔が短くなるほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、燃料噴射の間隔に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのインターバル用エネルギー係数Ｋｉｎｔが増加していく。

図５（ａ）の静電容量マップは、圧電素子Ｐの静電容量と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、この静電容量マップでは、図５（ａ）に示すように、圧電素子Ｐの静電容量が小さいほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、静電容量情報に基づいて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するためのインターバル用エネルギー係数Ｋｃｉｎｊが増加していく。

図５（ｂ）の抵抗マップは、インジェクタ１０に対して直列に接続されたインジェクタ１０内部の抵抗成分と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、この抵抗マップでは、図５（ｂ）に示すように、その抵抗成分が大きいほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、抵抗情報に基づいて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するための抵抗用エネルギー係数Ｋｒｉｎｊが増加していく。

図５（ｃ）の配線マップは、ＥＤＵ３０とインジェクタ１０との間に接続される配線の抵抗及びインダクタンス成分と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、この配線マップでは、図５（ｃ）に示すように、その配線の抵抗及びインダクタンス成分が大きいほど充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように、配線情報に基づいて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するための配線用エネルギー係数Ｋｒｗ、Ｋｌｗが増加していく。

図５（ｄ）に示すＥＤＵ指令値マップは、充電スイッチＳＷ２のオン時間と、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーとの関係を表すマップであり、このＥＤＵ指令値マップでは、ＥＤＵ３０への指令値、すなわち充電スイッチＳＷ２のオン時間が８段階に設定されている。

４．２．２．制御フローの説明
車両の動作用の電源がオンされることで、図３に示す制御フローが起動されると、まず各種センサ６０〜６５からの検出信号、バッテリ電圧検出部７２及びＤＣ−ＤＣ電圧検出部７４からの検出信号が取得されるともに、インジェクタ１０が単位時間当たりに作動する回数を表す定常的作動回数情報、インジェクタ１０による燃料噴射の間隔を表すインターバル情報、インジェクタ１０が連続的に作動する回数（以下、近接回数という。）を表す近接回数情報、静電容量情報、抵抗情報及び配線情報がＲＯＭ４６から読み込まれる（Ｓ１１０）。

なお、本明細書の「連続的」とは、１つの気筒で吸気行程が行われる間にインジェクタ１０が複数回作動することをいう。
そして、Ｓ１１０の処理で各検出信号が取得されるともに各種情報が読み込まれると、これら検出信号及び定常的作動回数情報に基づいて、インジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度が推定される（Ｓ１２０）。

ところで、インジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度は、インジェクタ１０による燃料噴射の噴射回数が増加するほど上昇していくと考えられる。
そこで、Ｓ１２０の処理では、エンジン２が始動されてからインジェクタ１０により実行された燃料の噴射回数に対して、予め設定された比例定数ｋを乗ずることで、インジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度の上昇分を推定し、さらにその推定された温度の上昇分にインジェクタ周囲温度センサ６５等の温度センサ６２〜６５からの検出結果を加えることで、インジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度を推定するようにされている。

なお、本実施形態において、比例定数ｋは、インジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度が飽和するまでの時間の逆数により表される関数である。
そして、Ｓ１２０の処理でインジェクタ１０及びＥＤＵ３０の温度が推定されると、その推定結果、バッテリ電圧検出部７２からの検出信号、ＤＣ−ＤＣ電圧検出部７４からの検出信号、近接回数情報、インターバル情報、静電容量情報、抵抗情報及び配線情報に基づいて、ＩＮＪ温度マップ、ＥＤＵ温度マップ、バッテリ電圧マップ、ＤＣ−ＤＣ電圧マップ、近接回数マップ、インターバルマップ、静電容量マップ、抵抗マップ及び配線マップの検索が実行される（Ｓ１３０）。

そして、Ｓ１３０の処理で各種マップの検索が行われると、続くＳ１４０の処理では、その検索結果が総和された値に所定の係数Ｋが掛けられることで、エネルギー係数ＫＥｎが算出される（ＫＥｎ＝Ｋ×（Ｋｔｉｎｊ＋Ｋｔｅｄｕ＋Ｋｖｂ＋Ｋｖｄｃ＋Ｋｎ＋Ｋｉｎｔ＋Ｋｃｉｎｊ＋Ｋｒｉｎｊ＋Ｋｒｗ＋Ｋｌｗ））。

そして、エネルギー係数ＫＥｎが算出されると、ＥＤＵ３０の個体差を表すＥＤＵ指令値マップ（図５（ｄ）参照）の検索が行われる（Ｓ１５０）。ここで、Ｓ１５０の処理では、Ｓ１４０で算出されたエネルギー係数ＫＥｎに応じて、８段階のオン時間のうち何れか１つが選択される。

例えば、エネルギー係数ＫＥｎが「１．０」の場合には指令値が「３」が選択され、エネルギー係数ＫＥｎが「１．１」の場合には指令値「４」が選択されるというように、本実施形態では、エネルギー係数ＫＥｎが増加するほど、指令値、すなわち充電スイッチＳＷ２のオン時間が長くなるように設定されている。

そして、充電スイッチＳＷ２のオン時間が設定されると、ＥＤＵ３０に対して燃料噴射信号が出力され（Ｓ１６０）、本制御フローが終了する。すると、上述したように、ＥＤＵ３０がインジェクタ１０を駆動し、インジェクタ１０により燃料の噴射が行われる。

５．本実施形態に係るインジェクタ駆動システムの特徴
図６は、本実施形態のインジェクタ駆動システムの作動を説明するタイムチャートである。

なお、図６（ａ）では、エネルギー係数ＫＥｎが「１．１」、すなわちＥＤＵ３０への指令値が「４」の場合を実線で示し、エネルギー係数ＫＥｎが「１．０」、すなわちＥＤＵ３０への指令値が「３」の場合を一点鎖線で示し、従来のインジェクタ駆動システムを点線で示している。

また、図６（ｂ）では、エネルギー係数ＫＥｎが「０．９」、すなわちＥＤＵ３０への指令値が「２」の場合を実線で示しており、一点鎖線及び点線については、図６（ａ）と同様である。

従来のインジェクタ駆動システムでは、図６（ａ）及び図６（ｂ）の点線に示すように、どのような状況においても充電スイッチＳＷ２のオン時間は一定であるので、常に圧電素子に所望のエネルギーを充電することはできず、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーと制御目標との間にずれが生じてしまう。

これに対して、本実施形態では、近接回数が増加したりＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧値が低下したりする等してエネルギー係数ＫＥｎが低下すると、図６（ａ）の実線に示すように充電スイッチＳＷ２のオン時間を長くし、逆にバッテリ８やＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧値が上昇する等してエネルギー係数ＫＥｎが上昇すると、図６（ｂ）の実線に示すように充電スイッチＳＷ２のオン時間を短くしている。

つまり、本実施形態では、圧電素子Ｐの充電制御をする際に、圧電素子Ｐの静電容量及び圧電素子Ｐに印加される電圧の変動や、インジェクタ駆動装置２０及びインジェクタ１０の個体差（製品バラツキ）に基づいて、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正している。

このため、圧電素子Ｐの静電容量及び圧電素子Ｐに印加される電圧の変動や、インジェクタ駆動装置２０及びインジェクタ１０の個体差に応じて、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーと制御目標とのずれがなくなるように、圧電素子Ｐの充電制御を行うことができる。

したがって、実際にインジェクタ１０から噴射される燃料噴射量とインジェクタ１０が本来噴射すべき燃料噴射量とに生じるずれを低減することができるので、インジェクタ１０による燃料噴射の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、近接噴射が行われる際には、エネルギー係数Ｋｎを増加させて、近接噴射が行われない場合よりも充電スイッチＳＷ２のオン時間を長くするようにしているので、実際に圧電素子Ｐに充電されるエネルギーが制御目標よりも少なくなってしまうことを防止することができる。

つまり、バッテリ８の電圧値、ＤＣ−ＤＣコンバータ３４の電圧値インターバル情報、及び近接回数情報を取得すれば、図４（ｃ）〜（ｆ）に示すマップに基づいて近接噴射による影響を推定することが可能となるので、近接噴射の影響で実際に圧電素子Ｐに充電されるエネルギーが制御目標よりも少なくなってしまうのを打ち消すように、制御目標を補正することができる。

また、本実施形態では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、ＥＤＵ３０及びインジェクタ１０の温度変動に応じて充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正しているので、ＥＤＵ３０及びインジェクタ１０の温度変動により実際の燃料噴射量と本来噴射すべき燃料噴射量とに生じるずれを低減することができる。

また、本実施形態は、ＥＤＵ３０及びインジェクタ１０の温度を実際に測定せずに、車両に設けられたセンサ６０〜６５からの検出信号等を用いて推定するようにしているので、新たな部品を設けずにＥＤＵ３０及びインジェクタ１０の温度を測定（推定）することができる。

また、本実施形態では、オープンループ制御により充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正しているので、このオン時間を補正する際の補正処理（Ｓ１１０〜Ｓ１５０）を簡単にすることができる。

６．発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、充放電スイッチ部３６が特許請求の範囲に記載された充電手段に相当し、マイコン４０が特許請求の範囲に記載された充電制御手段に相当し、Ｓ１３０の処理が特許請求の範囲に記載された関連情報取得手段に相当し、Ｓ１４０及びＳ１５０の処理が特許請求の範囲に記載された制御量補正手段に相当する。また、ＤＣ−ＤＣ電圧検出部７４が特許請求の範囲に記載された電源電圧検出手段に相当し、バッテリ電圧検出部７２が特許請求の範囲に記載された外部電源電圧検出手段に相当する。また、ＲＯＭ４６が特許請求の範囲に記載されたインターバル情報記憶手段、近接回数情報記憶手段、配線情報記憶手段、静電容量情報記憶手段及び抵抗情報記憶手段に相当する。また、Ｓ１２０の処理が特許請求の範囲に記載された駆動装置温度検出手段及びインジェクタ温度検出手段に相当する。

（第２実施形態）
「発明が解決しようとする課題」で説明したように、圧電素子Ｐに充電されるエネルギーＥは、「Ｅ＝１／２（ＣＶ）^２」という式で表すことができるので、圧電素子Ｐに印加される電圧Ｖ、及び圧電素子Ｐの静電容量Ｃがわかれば、圧電素子Ｐに充電されるエネルギーＥを制御することができる。

そこで、本実施形態では、圧電素子Ｐに所望のエネルギーが充電されるように、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するようした第１実施形態に対して、圧電素子Ｐに所望の電圧が印加されるように、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するようにしている。なお、図７は、第２実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。

本実施形態では、図７に示すように、電圧検出用抵抗Ｒ１の一端側を、充放電用コイルＬ３と圧電素子Ｐとの接続点に接続し、他端側を接地するようにしており、マイコン４０は、電圧検出用抵抗Ｒ１にて検出された電圧値に基づいて、圧電素子Ｐ（インジェクタ１０）に印加される電圧を検出するようにしている。

以上のような本実施形態においても、上述した第１実施形態と同様、圧電素子Ｐの充電制御をする際に、圧電素子Ｐの静電容量及び圧電素子Ｐに印加される電圧の変動や、インジェクタ駆動装置２０及びインジェクタ１０の個体差に基づいて、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正しているので、インジェクタ１０による燃料噴射の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、圧電素子Ｐに印加される電圧を検出するようにしているので、この検出結果さえあれば圧電素子Ｐに印加される電圧の変動を求めなくてもよく、例えば、図４（ｃ）のバッテリ電圧マップや図４（ｄ）のＤＣ−ＤＣ電圧マップは、ＲＯＭ４６に記憶されていなくてもよい。

（第３実施形態）
圧電素子Ｐに充電されるエネルギーＥは、「Ｅ＝１／２（ＣＶ^２）」という式で表すことができるが、圧電素子に蓄積される電荷を「Ｑ」とすると、「Ｅ＝１／２（ＱＶ）」という式で表すこともできる。

そこで、本実施形態では、圧電素子Ｐに所望のエネルギーが充電されるように、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するようにした第１実施形態に対して、圧電素子Ｐに所望の電荷が蓄積されるように、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正するようにしている。なお、図８は、第３実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。

本実施形態では、図８に示すように、ＤＣ−ＤＣコンデンサＣ２の一端側（接地側）に電流検出用抵抗Ｒ２を設け、電流検出用抵抗Ｒ２にて検出された電流値を積分回路７６により積分することで、圧電素子Ｐ（インジェクタ）に蓄積される電荷を検出するようにしている。

以上のような本実施形態においても、上述した第１実施形態と同様、圧電素子Ｐの充電制御をする際に、圧電素子Ｐの静電容量及び圧電素子Ｐに印加される電圧の変動や、インジェクタ駆動装置２０及びインジェクタ１０の個体差に基づいて、充電スイッチＳＷ２のオン時間を補正しているので、インジェクタ１０による燃料噴射の精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、圧電素子Ｐに蓄積される電荷を検出するようにしているので、この検出結果さえあれば圧電素子Ｐに蓄積される電荷の変動、すなわち静電容量の変動を求めなくてもよく、例えば、ＥＤＵ３０やインジェクタ１０の温度は推定しなくてもよい。

つまり、圧電素子Ｐに充電されるエネルギーＥは、上述したように「Ｅ＝１／２×（圧電素子Ｐに蓄積される電荷）Ｑ×（圧電素子Ｐに印加される電圧）Ｖ」という式で表すことができるので、圧電素子Ｐに蓄積される電荷を検出するようにされていれば、圧電素子Ｐに印加される電圧の変動を求めるだけで、実際に圧電素子Ｐに充電するエネルギーと制御目標とのずれを最小限にすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、１つの車両にＥＤＵ４０が１つ搭載されていたものを例に挙げて説明したが、１つの車両に複数のＥＤＵ４０が搭載される場合には、ＥＤＵ指令値マップに各ＥＤＵ４０毎の個体差を記憶させておくとよい。

また、上記実施形態では、インジェクタ１０及びインジェクタ駆動装置２０が車両に組み付けられる際に、配線情報が計測されるものとして説明したが、これに限らず、インジェクタ１０及びインジェクタ駆動装置２０を出荷する前に車両の内部情報を取得しておき、その取得した情報を配線情報としてＱＲコード（登録商標）等に記憶するようにしてもよい。

また、インジェクタ駆動システムから微少な基準電流を流すように構成し、その基準電流が流れることにより発生した電圧を計測することで、ＥＤＵ３０とインジェクタ１０との間に接続される配線の抵抗値を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、本発明をコモンレール式の４気筒エンジン２を駆動する車両に搭載したものを例に挙げて説明したが、これに限らず、本発明は、ガソリンエンジンを駆動する車両に搭載されたものでもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

第１実施形態のインジェクタ駆動システムの概略構成を説明する説明図である。 同実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。 同実施形態のマイコンが圧電素子を充電する際にＥＤＵを駆動制御する処理を表すフローチャートである。 同実施形態のＩＮＪ温度マップ、ＥＤＵ温度マップ、バッテリ電圧マップ、ＤＣ−ＤＣ電圧マップ、近接回数マップ及びインターバルマップを説明する説明図である。 同実施形態の静電容量マップ、抵抗マップ、配線マップ及びＥＤＵ指令値マップを説明する説明図である。 同実施形態のインジェクタ駆動システムの作動を説明するタイムチャートである。 第２実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。 第３実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を表す構成図である。

符号の説明

２…ディーゼルエンジン、４…コモンレール、６…高圧ポンプ、８…バッテリ、１０…インジェクタ、２０…インジェクタ駆動装置、３０…ＥＤＵ、３２…フィルタ回路、３４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３６…充放電スイッチ部、４０…マイコン、５１〜５５…端子、６０…コモンレール圧センサ、６１…回転速度センサ、６２…油温センサ、６３…水温センサ、６４…燃料温度センサ、６５…インジェクタ周囲温度センサ、７２…バッテリ電圧検出部、７４…ＤＣ−ＤＣ電圧検出部、Ｃ１…フィルタ用コンデンサ、Ｃ２…ＤＣ−ＤＣコンデンサ、Ｄ１…放電防止用ダイオード、Ｄ２…回生用ダイオード、Ｄ３…フライホイール用ダイオード、Ｌ１…フィルタ用コイル、Ｌ２…昇圧用コイル、Ｌ３…充放電用コイル、Ｐ…圧電素子、Ｒ１…電圧検出用抵抗、Ｒ２…電流検出用抵抗、ＳＷ１…昇圧用スイッチ、ＳＷ２…充電スイッチ、ＳＷ３…放電スイッチ、ＳＷＡ〜ＳＷＤ…気筒選択スイッチ。

Claims (8)

1. 内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタに搭載される圧電素子を充放電することで、前記インジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置であって、
   前記インジェクタに接続され、前記圧電素子に充電されるエネルギーを制御するための充電手段と、
   前記充電手段を駆動制御する充電制御手段と、
   インジェクタ駆動装置本体に関する関連情報を取得する関連情報取得手段と、
   インジェクタ駆動装置本体の特性のうち、前記関連情報に基づいた特性を表す特性情報が予め記憶された特性情報記憶手段と、
   前記関連情報取得手段により取得された関連情報、及び、前記特性情報記憶手段に記憶された特性情報に基づいて、前記圧電素子に所望のエネルギーが充電されるように、前記充電制御手段が前記充電手段を駆動制御する制御量を、オープンループ制御により補正する制御量補正手段と
   を備え、
   前記充電制御手段は、前記制御量補正手段により補正された制御量に基づいて前記充電手段を駆動制御することを特徴とするインジェクタ駆動装置。
2. 前記特性情報は、前記充電制御手段が前記充電手段を駆動制御する制御量と、実際に前記充電手段が前記圧電素子に充電するエネルギーとの関係を示す情報であることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ駆動装置。
3. 前記圧電素子にエネルギーを供給するための電源に対して電力供給を行う外部電源の電圧値を検出する外部電源電圧検出手段を備え、
   さらに、前記関連情報取得手段は、前記関連情報として、前記外部電源電圧検出手段による検出結果を取得することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインジェクタ駆動装置。
4. インジェクタ駆動装置本体の温度を検出する駆動装置温度検出手段を備え、
   前記関連情報取得手段は、前記関連情報として、前記駆動装置温度検出手段による検出結果を取得することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のインジェクタ駆動装置。
5. 前記駆動装置温度検出手段は、前記内燃機関の運転状況に基づいて前記インジェクタ駆動装置本体の温度を推定することで、前記インジェクタ駆動装置本体の温度を検出することを特徴とする請求項４に記載のインジェクタ駆動装置。
6. 前記駆動装置温度検出手段は、前記インジェクタが単位時間当たりに作動する回数を表す定常的作動回数、前記インジェクタ周囲の温度、前記内燃機関を冷却する冷却水の水温、前記内燃機関の潤滑油の油温、及び前記内燃機関の温度のうち少なくとも１つに基づいて、前記インジェクタ駆動装置本体の温度を推定することを特徴とする請求項５に記載のインジェクタ駆動装置。
7. 圧電素子が充放電することで、内燃機関に燃料を噴射供給するインジェクタと、
   請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のインジェクタ駆動装置と
   を備えたことを特徴とするインジェクタ駆動システム。
8. 前記インジェクタは、高圧燃料を複数のインジェクタに対して供給する共通の配管からなるコモンレールから燃料を受けることを特徴とする請求項７に記載のインジェクタ駆動システム。

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