燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置
【課題】電源電圧を電磁弁に印加する際に制御されるスイッチ手段の発熱量を抑制するとともに、電磁弁の制御を向上し得る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置を提供する。
【解決手段】制御回路２１は、電磁弁１１に対してコンデンサＣの高電圧を印加する際にスイッチ２４を制御し、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際にスイッチ２５をスイッチング制御する。そして、スイッチ２５は、その高電位側にて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁１１に接続される。
【解決手段】制御回路２１は、電磁弁１１に対してコンデンサＣの高電圧を印加する際にスイッチ２４を制御し、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際にスイッチ２５をスイッチング制御する。そして、スイッチ２５は、その高電位側にて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁１１に接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁弁（インジェクタ）を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置として、下記特許文献１に開示されるインジェクタ駆動回路が知られている。このインジェクタ駆動回路は、ブースト回路にて生成されたブースト電圧をインジェクタに印加する第１のスイッチ手段と、噴射信号に応じてバッテリ電圧をインジェクタに印加する第２のスイッチ手段と、インジェクタの噴射期間全領域で通電状態となる第３のスイッチ手段とを備えている。
【０００３】
このインジェクタ駆動回路では、インジェクタを速やかに開弁させるため、噴射信号と同期してインジェクタにブースト電圧を印加して電流を流し、その後当該インジェクタを所定の開弁状態に保持するため、第１の電流レベルに達した時点でブースト電圧を切離してバッテリ電圧の印加に切替える。このバッテリ電圧の印加状態では、当初はインジェクタに流す電流値を第２の電流レベルで保持し、その後第３の電流レベルに下げて保持を持続する。このようにインジェクタに所定の電流を供給するため、各スイッチ手段においては、要求された噴射信号に基づいて、第３のスイッチ手段には上記噴射信号の期間全域で動作信号が与えられ、第１のスイッチ手段にはインジェクタへの電流を第１の電流レベルに制御するよう動作信号が与えられ、第２のスイッチ手段には噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の電流レベルになるように制御するよう動作信号を与え、設定時間の経過後、噴射信号が終了するまでの期間、第３の電流レベルになるように制御するよう動作信号を与えられる。このような制御を行うことで、電磁弁の応答性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０３９００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、電磁弁（インジェクタ）の小型化が進み、電磁弁のインダクタンス成分が小さくなっている。このように電磁弁のインダクタンス成分が小さくなると、電磁弁を所定の開弁状態に保持するスイッチ手段（上記第２のスイッチ手段）の制御においては、当該スイッチ手段により制御される電流の立上がり／立下がりが急になる。このため、開弁状態を維持する期間におけるスイッチング回数が増えてしまい、当該スイッチ手段の発熱量が大きくなるという問題がある。また、電流の立上がり／立下がりが急になることから電流のリップル幅（ピーク値とボトム値との差）が大きくなってしまい、電磁弁の駆動オフ時の電流波形のばらつきが大きくなり、電磁弁の実開閉時間のばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源電圧を電磁弁に印加する際に制御されるスイッチ手段の発熱量を抑制するとともに、電磁弁の制御を向上し得る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置は、電磁弁（１１）に対して、直流電源（Ｂ）の電源電圧（Ｖｂ）よりも高い高電圧を生成して印加し、その後前記直流電源の前記電源電圧を印加することで当該電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置（２０，２０ａ，２０ｂ）であって、前記直流電源から前記電磁弁への給電経路に対して並列に接続されて、前記高電圧を前記電磁弁に印加するコンデンサ（Ｃ）と、前記直流電源に接続されるインダクタンス成分（２３ａ）を利用して前記高電圧を生成し前記コンデンサを充電する充電手段（２３）と、前記電磁弁に対して前記高電圧を印加する際に制御される第１スイッチ手段（２４）と、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際に制御される第２スイッチ手段（２５）と、前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御可能な制御手段（２１）と、を備え、前記第２スイッチ手段は、その高電位側にて前記インダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて前記電磁弁に接続されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、前記電磁弁に供給される電流を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、高電位側が前記インダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が前記第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段（２６）を備え、前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第３スイッチ手段をオフ制御し、前記第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第２スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、高電位側が前記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側が前記コンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段（２７）を備え、前記制御手段は、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際、前記コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に前記第４スイッチ手段をオン制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧範囲を超える場合に前記第４スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する各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る。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、制御手段は、電磁弁に対して高電圧を印加する際に第１スイッチ手段を制御し、電磁弁に対して電源電圧を印加する際に第２スイッチ手段を制御する。そして、第２スイッチ手段は、その高電位側にて、コンデンサの充電に利用されるインダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁に接続される。
【００１２】
これにより、電磁弁のインダクタンス成分に加えて、コンデンサの充電に利用されるインダクタンス成分が、第２スイッチ手段により制御される電流に影響するインダクタンス成分として作用する。このようにインダクタンス成分が大きくなるため、電磁弁のインダクタンス成分のみが第２スイッチ手段により制御される電流に影響する場合と比較して、第２スイッチ手段により制御される電流の立上がり／立下がりが緩やかになる。このため、開弁状態を維持する期間における第２スイッチ手段のスイッチング回数が減少して、第２スイッチ手段の発熱量を抑制することができる。さらに、電流の立上がり／立下がりが緩やかになることから電流のリップル幅が小さくなり、第２スイッチ手段により制御される電流波形のばらつきが小さくなり、電磁弁の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
したがって、電源電圧を電磁弁に印加する際に制御される第２スイッチ手段の発熱量を抑制するとともに、電磁弁の制御を向上することができる。
【００１３】
請求項２の発明のように、制御手段により、第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、電磁弁に供給される電流を制御することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、高電位側がインダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段が設けられている。そして、制御手段は、第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に第３スイッチ手段をオフ制御し、第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に第２スイッチ手段をオフ制御する。
【００１５】
請求項１に係る発明の構成では、電磁弁に対して短期間に繰り返しコンデンサの高電圧および電源電圧を印加する場合には、コンデンサの充電が間に合わない場合がある。これは、コンデンサの充電に利用するためのインダクタンス成分が電源電圧の印加中でも利用されるために、第２スイッチ手段によるスイッチング制御中には、充電手段により上記インダクタンス成分を利用したコンデンサの充電ができないからである。
【００１６】
そこで、上記第３スイッチ手段を利用して、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの急速充電を要する場合には、第３スイッチ手段をスイッチング制御するとともに第２スイッチ手段をオフ制御する。この場合、上記インダクタンス成分は、電磁弁に対する電源電圧の印加に利用されないため、充電手段により上記インダクタンス成分を利用してコンデンサを充電でき、コンデンサの急速充電を実現することができる。一方、コンデンサの急速充電が不要である場合には、第２スイッチ手段をスイッチング制御するとともに第３スイッチ手段をオフ制御することで、上記請求項１に係る発明による作用効果を奏することができる。
【００１７】
請求項４の発明では、高電位側が上記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側がコンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段が設けられている。そして、制御手段は、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に第４スイッチ手段をオン制御し、コンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を超える場合に第４スイッチ手段をオフ制御する。
【００１８】
請求項１に係る発明の構成では、電磁弁からコンデンサへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路等が設けられていると、第２スイッチ手段が長期間スイッチング制御される状態では、コンデンサの充電電圧が所望の電圧値を超えてしまい、コンデンサの充電電圧を高精度に制御できなくなる場合がある。
【００１９】
そこで、上記第４スイッチ手段を利用して、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に第４スイッチ手段をオン制御し、コンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を超える場合に第４スイッチ手段をオフ制御することで、コンデンサの充電電圧が上記所望の電圧値になるように高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【図３】ピックアップ期間およびホールド期間において本発明の構成に係る電流波形と従来の電流波形とを拡大して示す波形図である。
【図４】第２実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【図６】第３実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０を採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す燃料噴射制御装置１０は、例えば車両に搭載された単気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する電磁ソレノイド式ユニットインジェクタ（以下単に、電磁弁１１）と、この電磁弁１１を駆動する電磁弁駆動装置２０とを備えている。
【００２２】
電磁弁１１は、コイル１２を有した常閉式（ノーマルクローズタイプ）の電磁弁であり、そのコイル１２に通電されると、図示しない弁体がリターンスプリングの付勢力に抗して開弁位置に移動してその開弁状態が維持されることで、燃料噴射が行われる。また、コイル１２の通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止される。
【００２３】
電磁弁駆動装置２０は、出力端子として、電磁弁１１のコイル１２の高電位側（ハイサイド）が接続される出力端子Ｐ１と、コイル１２の低電位側（ローサイド）が接続される出力端子Ｐ２と、を備えている。また、電磁弁駆動装置２０は、一端がグランドライン（ＧＮＤ＝０Ｖ）に接続された電流検出用抵抗Ｒ１の他端と出力端子Ｐ２との間に直列に設けられたスイッチ２２と、アノードがグランドラインに接続されカソードが出力端子Ｐ１に接続されたダイオードＤ２と、電磁弁１１を速やかに開弁状態へ移行させるためのピーク電流をコイル１２に流すためのコンデンサＣと、直流電源（バッテリ）Ｂの電源電圧Ｖｂを昇圧してその電源電圧Ｖｂよりも高い高電圧を生成し、その高電圧をダイオードＤ１を介してコンデンサＣに供給することによりコンデンサＣを充電するＤＣＤＣコンバータ２３と、コンデンサＣの高電圧を電磁弁１１に印加する際に制御（オン／オフ制御）されるスイッチ２４と、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂを電磁弁１１に印加する際に制御（スイッチング制御）されるスイッチ２５と、スイッチ２２，２４，２５及びＤＣＤＣコンバータ２３を制御するマイコン等からなる制御回路２１とを備えている。
【００２４】
コンデンサＣは、図１に示すように、直流電源Ｂからコイル１２への給電経路に対して並列に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ２３は、直流電源Ｂとグランドラインとの間に直列に設けられたインダクタ２３ａ及びスイッチ２３ｂを備えており、そのスイッチ２３ｂがオン／オフ制御（スイッチング制御）されることでインダクタ２３ａに蓄積したエネルギーがダイオードＤ１を通じてコンデンサＣを充電する周知のものである。なお、ＤＣＤＣコンバータ２３は、特許請求の範囲に記載の「充電手段」の一例に相当し、インダクタ２３ａは、特許請求の範囲に記載の「インダクタ成分」の一例に相当し得る。
【００２５】
スイッチ２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子であって、コンデンサＣの正極側を出力端子Ｐ１に接続するように、その高電位側にてコンデンサＣの正極側に接続されている。また、スイッチ２５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子であって、その高電位側にてインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて出力端子Ｐ１を介して電磁弁１１に接続されている。なお、スイッチ２４は、特許請求の範囲に記載の「第１スイッチ手段」の一例に相当し、スイッチ２５は、特許請求の範囲に記載の「第２スイッチ手段」の一例に相当し得る。また、制御回路２１は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当し得る。
【００２６】
また、出力端子Ｐ２とコンデンサＣの正極側との間には、コイル１２からコンデンサＣへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路が設けられており、このエネルギー回収用経路上には、カソードをコンデンサＣ側にして電流方向制御用のダイオードＤ３が設けられている。
【００２７】
次に、上記のように構成された電磁弁駆動装置２０の作用を、図２を用いて説明する。図２は、第１実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図２（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図２（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図２（Ｃ）は、スイッチ２３ｂのスイッチング制御状態を示し、図２（Ｄ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図２（Ｅ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図２（Ｆ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００２８】
まず、制御回路２１は、エンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転情報に基づいて、電磁弁１１のコイル１２に通電すべき駆動期間を設定し、コイル１２に通電すべき駆動期間だけスイッチ２２をオンする。
【００２９】
また、制御回路２１は、電磁弁１１の駆動期間が始まる前に、ＤＣＤＣコンバータ２３を作動させて、コンデンサＣを、そのコンデンサの充電電圧（正極側の電圧）が目標電圧Ｖｃ１になるまで充電させる。この目標電圧Ｖｃ１は、コイル１２に対してピーク電流が供給可能な上限電流値となるように設定されるもので、本実施形態では、例えば、５０Ｖに設定されている。
【００３０】
そして、制御回路２１は、電磁弁１１の駆動期間の開始タイミングになると、スイッチ２２をオンするとともに、それと同時にスイッチ２４もオンする。このため、コンデンサＣの正極側がスイッチ２４を介して出力端子Ｐ１に接続されると、コンデンサＣに充電されていたエネルギーがコイル１２に放出されて、コンデンサＣの高電圧がコイル１２に印加される。そして、このとき、図２（Ａ）に示すように、コイル１２には、コンデンサＣの放電により、電磁弁１１を速やかに開弁状態へと移行させるための大電流、すなわち、ピーク電流が流れる。
【００３１】
このようなコンデンサＣの放電に際し、高電位となる出力端子Ｐ１側から電源ライン側への回り込みは、ダイオードＤ２によって防止される。また更に、スイッチ２２がオンされても、コンデンサＣの正極側からエネルギー回収用経路を介してスイッチ２２へ直接電流が流れてしまうことは、ダイオードＤ３により防止される。
【００３２】
そして、制御回路２１は、スイッチ２４をオンした後において、コイル１２に流れるコイル電流Ｉａを抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出し、そのコイル電流Ｉａがピーク電流の目標電流値Ｉａ１になると、スイッチ２４をオフする。なお、コイル１２に流れるコイル電流Ｉａを検出することなく、スイッチ２４を一定時間だけオンするように構成されてもよい。
【００３３】
このようにして、電磁弁１１の駆動期間の開始時には、スイッチ２４がオンされて、コンデンサＣの蓄積エネルギーがコイル１２に放出され、これにより、そのコイル１２にピーク電流が流れて、電磁弁１１の開弁応答が早まる。
【００３４】
そして、制御回路２１は、スイッチ２４をオフした後において、抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出されるコイル電流Ｉａの平均値が、上記弁体を開弁位置まで移動させるための電流（以下、ピックアップ電流という）としてピーク電流の目標電流値Ｉａ１よりも小さく設定されるピックアップ用の電流値Ｉａ２を維持するように、スイッチ２５のスイッチング制御（オン／オフ制御）を開始する（図２（Ｂ）参照）。このようなスイッチ２５による定電流制御時は、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂにより、スイッチ２５を介してコイル１２に上記ピックアップ電流が流れ、このピックアップ電流により、上記弁体が開弁位置まで引き上げられる。
【００３５】
そして、制御回路２１は、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ２に維持される状態が所定時間経過すると、コイル電流Ｉａの平均値が、上記弁体を開弁位置に保持するための電流（以下、ホールド電流という）としてピックアップ用の電流値Ｉａ２よりも小さく設定されるホールド用の電流値Ｉａ３を維持するように、スイッチ２５をスイッチング制御する。このようなスイッチ２５による定電流制御時は、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂにより、スイッチ２５を介してコイル１２に上記ホールド電流が流れ、このホールド電流により、電磁弁１１が開弁状態に保持される。
【００３６】
ここで、本発明の特徴的部分であるスイッチ２５により制御されるピックアップ電流およびホールド電流について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、ピックアップ期間Ｔｐおよびホールド期間Ｔｈにおいて本発明の構成に係る電流波形Ｓと従来の電流波形Ｓｏとを拡大して示す波形図である。
【００３７】
スイッチ２５は、コイル電流Ｉａの平均値をピックアップ電流として所定の期間（以下、ピックアップ期間Ｔｐという）電流値Ｉａ２に維持するため、制御回路２１によりスイッチング制御されて、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ２を中心とする電流値範囲ΔＩａ２ｔを超えるとオフ制御され、電流値範囲ΔＩａ２ｔを下回るとオン制御される。そして、スイッチ２５は、コイル電流Ｉａの平均値をホールド電流として所定の期間（以下、ホールド期間Ｔｈという）電流値Ｉａ３に維持するため、制御回路２１によりスイッチング制御されて、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ３を中心とする電流値範囲ΔＩａ３ｔを超えるとオフ制御され、電流値範囲ΔＩａ３ｔを下回るとオン制御される。
【００３８】
スイッチ２５は、その高電位側にてインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて出力端子Ｐ１を介して電磁弁１１に接続されているため、スイッチ２５がその高電位側にてインダクタ２３ａの高電位側に接続される従来の回路構成と比較して、スイッチ２５により制御される電流に影響するインダクタンス成分が大きくなる。
【００３９】
このため、ピックアップ電流およびホールド電流の立上がり／立下がりが、上記従来の回路構成と比較して、緩やかになり、その結果、ピックアップ期間Ｔｐおよびホールド期間Ｔｈにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が減少する。例えば、図３の例では、ピックアップ期間Ｔｐにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が３回から２回に減少し、ホールド期間Ｔｈにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が６回から４回に減少していることが分かる。このように、スイッチ２５のスイッチング回数が減少するので、スイッチ２５の発熱量を抑制することができる。
【００４０】
さらに、図３に示すように、コイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになることから、コイル電流Ｉａのピックアップ期間Ｔｐにおけるリップル幅ΔＩａ２とホールド期間Ｔｈにおけるリップル幅ΔＩａ３とが、上記従来の回路構成におけるリップル幅ΔＩａ２ｏおよびリップル幅ΔＩａ３ｏよりも小さくなる。これにより、スイッチ２５により制御される電流波形のばらつきが小さくなるため、ホールド期間Ｔｈ終了時のコイル電流Ｉａのばらつきも小さくなり、電磁弁１１の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
【００４１】
上述のように電磁弁１１のコイル１２に流れるコイル電流Ｉａがホールド用の電流値Ｉａ３に維持された状態で設定された駆動期間が終了すると、制御回路２１は、スイッチ２２をオフすると共に、スイッチ２５のスイッチング制御（即ち、定電流制御）を終了して、そのスイッチ２５もオフ状態に保持する。すると、コイル１２への通電が停止して電磁弁１１が閉弁し、その電磁弁１１による燃料噴射が終了される。
【００４２】
なお、スイッチ２２及びスイッチ２５がオフされると、コイル１２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は、コイル１２の出力端子Ｐ２からエネルギー回収用のダイオードＤ３を通じてコンデンサＣへ回収される（図２（Ｆ）参照）。
【００４３】
一方、制御回路２１は、スイッチ２５をオフした後に、ＤＣＤＣコンバータ２３によりコンデンサＣの充電を再開するため、スイッチ２３ｂをオン／オフ制御（スイッチング制御）する（図２（Ｃ）参照）。これは、次回の電磁弁駆動に備えるためである。なお、制御回路２１は、スイッチ２５をオンしている間は、ＤＣＤＣコンバータ２３によるコンデンサＣの充電動作を禁止している（図２（Ｂ）参照）。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁駆動装置２０では、制御回路２１は、電磁弁１１に対してコンデンサＣの高電圧を印加する際にスイッチ２４を制御し、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際にスイッチ２５をスイッチング制御する。そして、スイッチ２５は、その高電位側にて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁１１に接続される。
【００４５】
これにより、電磁弁１１のインダクタンス成分に加えて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａが、スイッチ２５により制御される電流に影響するインダクタンス成分として作用する。このようにインダクタンス成分が大きくなるため、電磁弁１１のインダクタンス成分のみがスイッチ２５により制御される電流に影響する場合と比較して、スイッチ２５により制御されるコイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになる。このため、開弁状態を維持する期間におけるスイッチ２５のスイッチング回数が減少して、スイッチ２５の発熱量を抑制することができる。さらに、コイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになることから当該コイル電流Ｉａのリップル幅ΔＩａ２，ΔＩａ３が小さくなり、スイッチ２５により制御される電流波形のばらつきが小さくなり、電磁弁１１の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
したがって、電源電圧Ｖｂを電磁弁１１に印加する際に制御されるスイッチ２５の発熱量を抑制するとともに、電磁弁１１の制御を向上することができる。
【００４６】
特に、制御回路２１により、スイッチ２５をスイッチング制御することで、電磁弁１１に供給されるコイル電流Ｉａを制御することができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について図を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ａを採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。図５は、第２実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図５（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図５（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図５（Ｃ）は、スイッチ２６のスイッチング制御状態を示し、図５（Ｄ）は、スイッチ２３ｂのスイッチング制御状態を示し、図５（Ｅ）は、スイッチ２５の電流値Ｉｄを示し、図５（Ｆ）は、スイッチ２６の電流値Ｉｅを示し、図５（Ｇ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図５（Ｈ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図５（Ｉ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００４８】
本第２実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ａは、上記第１実施形態に対して、制御回路２１により制御されるスイッチ２６を新たに採用して構成されている。
具体的には、図４に示すように、スイッチ２６は、その高電位側がコンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの高電位側に接続され、その低電位側がスイッチ２５の低電位側に接続されている。なお、スイッチ２６は、特許請求の範囲に記載の「第３スイッチ手段」の一例に相当し得る。
【００４９】
上記第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０の構成では、電磁弁１１に対して短期間に繰り返しコンデンサＣの高電圧および電源電圧Ｖｃを印加する場合には、コンデンサＣの充電が間に合わない場合がある。これは、コンデンサＣの充電に利用するためのインダクタ２３ａが電源電圧Ｖｂの印加中（ピックアップ期間Ｔｐやホールド期間Ｔｈ）でも利用されるために、スイッチ２５によるスイッチング制御中には、ＤＣＤＣコンバータ２３によりインダクタ２３ａを利用したコンデンサＣの充電ができないからである。
【００５０】
そこで、スイッチ２６を利用して、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際、コンデンサＣの急速充電を要する場合には、スイッチ２６をスイッチング制御するとともにスイッチ２５をオフ制御する。この場合、インダクタ２３ａは、電磁弁１１に対する電源電圧Ｖｂの印加に利用されないため、ＤＣＤＣコンバータ２３によりインダクタ２３ａを利用してコンデンサＣを充電でき、コンデンサＣの急速充電を実現することができる。一方、コンデンサＣの急速充電が不要である場合には、スイッチ２５をスイッチング制御するとともにスイッチ２６をオフ制御することで、上記第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０による作用効果を奏することができる。
【００５１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について図を参照して説明する。図６は、第３実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ｂを採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。図７は、第３実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図７（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図７（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図７（Ｃ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図７（Ｄ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図７（Ｅ）は、スイッチ２７のスイッチング制御状態を示し、図７（Ｆ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００５２】
本第３実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ｂは、上記第１実施形態に対して、ダイオードＤ１に代えて、制御回路２１により制御されるスイッチ２７を採用して構成されている。
具体的には、図６に示すように、スイッチ２７は、その高電位側がコンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続され、その低電位側がコンデンサＣの高電位側に接続されている。なお、スイッチ２７は、特許請求の範囲に記載の「第４スイッチ手段」の一例に相当し得る。
【００５３】
上記第１実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置２０の構成では、電磁弁１１からコンデンサＣへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路が設けられているため、スイッチ２５が長期間スイッチング制御される状態では、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１を超えてしまい、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを高精度に制御できなくなる場合がある。
【００５４】
そこで、上記スイッチ２７を利用して、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加するホールド期間Ｔｈ中に（図７（Ｂ）参照）、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１に応じて設定される所定の電圧範囲ΔＶｃｔ以下である場合にスイッチ２７をオン制御し、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが上記所定の電圧範囲ΔＶｃｔを超える場合にスイッチ２７をオフ制御する（図７（Ｅ），（Ｆ）参照）。これにより、ホールド期間Ｔｈが長期間となる場合でも、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１となるように高精度に制御することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置は、単気筒エンジンの気筒に燃料を噴射供給する電磁弁を制御対象とすることに限らず、２気筒以上の多気筒エンジン用の各電磁弁を制御対象としてもよい。また、２気筒以上のエンジンとしては、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が挙げられる。
【００５６】
（２）上述した各スイッチのうちスイッチング制御されないスイッチには、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子が採用されることに限らず、オン／オフ制御可能なスイッチ手段等が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０…燃料噴射制御装置
１１…電磁弁
２０，２０ａ，２０ｂ…電磁弁駆動装置（燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置）
２１…制御回路（制御手段）
２２…スイッチ
２３…ＤＣＤＣコンバータ（充電手段）
２３ａ…インダクタ（インダクタ成分）
２４…スイッチ（第１スイッチ手段）
２５…スイッチ（第２スイッチ手段）
２６…スイッチ（第３スイッチ手段）
２７…スイッチ（第４スイッチ手段）
Ｂ…直流電源
Ｃ…コンデンサ
Ｔｈ…ホールド期間
Ｔｐ…ピックアップ期間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁弁（インジェクタ）を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置として、下記特許文献１に開示されるインジェクタ駆動回路が知られている。このインジェクタ駆動回路は、ブースト回路にて生成されたブースト電圧をインジェクタに印加する第１のスイッチ手段と、噴射信号に応じてバッテリ電圧をインジェクタに印加する第２のスイッチ手段と、インジェクタの噴射期間全領域で通電状態となる第３のスイッチ手段とを備えている。
【０００３】
このインジェクタ駆動回路では、インジェクタを速やかに開弁させるため、噴射信号と同期してインジェクタにブースト電圧を印加して電流を流し、その後当該インジェクタを所定の開弁状態に保持するため、第１の電流レベルに達した時点でブースト電圧を切離してバッテリ電圧の印加に切替える。このバッテリ電圧の印加状態では、当初はインジェクタに流す電流値を第２の電流レベルで保持し、その後第３の電流レベルに下げて保持を持続する。このようにインジェクタに所定の電流を供給するため、各スイッチ手段においては、要求された噴射信号に基づいて、第３のスイッチ手段には上記噴射信号の期間全域で動作信号が与えられ、第１のスイッチ手段にはインジェクタへの電流を第１の電流レベルに制御するよう動作信号が与えられ、第２のスイッチ手段には噴射信号に同期して所定設定時間だけ第２の電流レベルになるように制御するよう動作信号を与え、設定時間の経過後、噴射信号が終了するまでの期間、第３の電流レベルになるように制御するよう動作信号を与えられる。このような制御を行うことで、電磁弁の応答性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０３９００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、電磁弁（インジェクタ）の小型化が進み、電磁弁のインダクタンス成分が小さくなっている。このように電磁弁のインダクタンス成分が小さくなると、電磁弁を所定の開弁状態に保持するスイッチ手段（上記第２のスイッチ手段）の制御においては、当該スイッチ手段により制御される電流の立上がり／立下がりが急になる。このため、開弁状態を維持する期間におけるスイッチング回数が増えてしまい、当該スイッチ手段の発熱量が大きくなるという問題がある。また、電流の立上がり／立下がりが急になることから電流のリップル幅（ピーク値とボトム値との差）が大きくなってしまい、電磁弁の駆動オフ時の電流波形のばらつきが大きくなり、電磁弁の実開閉時間のばらつきが大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電源電圧を電磁弁に印加する際に制御されるスイッチ手段の発熱量を抑制するとともに、電磁弁の制御を向上し得る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置は、電磁弁（１１）に対して、直流電源（Ｂ）の電源電圧（Ｖｂ）よりも高い高電圧を生成して印加し、その後前記直流電源の前記電源電圧を印加することで当該電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置（２０，２０ａ，２０ｂ）であって、前記直流電源から前記電磁弁への給電経路に対して並列に接続されて、前記高電圧を前記電磁弁に印加するコンデンサ（Ｃ）と、前記直流電源に接続されるインダクタンス成分（２３ａ）を利用して前記高電圧を生成し前記コンデンサを充電する充電手段（２３）と、前記電磁弁に対して前記高電圧を印加する際に制御される第１スイッチ手段（２４）と、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際に制御される第２スイッチ手段（２５）と、前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御可能な制御手段（２１）と、を備え、前記第２スイッチ手段は、その高電位側にて前記インダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて前記電磁弁に接続されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、前記電磁弁に供給される電流を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、高電位側が前記インダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が前記第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段（２６）を備え、前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第３スイッチ手段をオフ制御し、前記第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第２スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置において、高電位側が前記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側が前記コンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段（２７）を備え、前記制御手段は、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際、前記コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に前記第４スイッチ手段をオン制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧範囲を超える場合に前記第４スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する各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る。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明では、制御手段は、電磁弁に対して高電圧を印加する際に第１スイッチ手段を制御し、電磁弁に対して電源電圧を印加する際に第２スイッチ手段を制御する。そして、第２スイッチ手段は、その高電位側にて、コンデンサの充電に利用されるインダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁に接続される。
【００１２】
これにより、電磁弁のインダクタンス成分に加えて、コンデンサの充電に利用されるインダクタンス成分が、第２スイッチ手段により制御される電流に影響するインダクタンス成分として作用する。このようにインダクタンス成分が大きくなるため、電磁弁のインダクタンス成分のみが第２スイッチ手段により制御される電流に影響する場合と比較して、第２スイッチ手段により制御される電流の立上がり／立下がりが緩やかになる。このため、開弁状態を維持する期間における第２スイッチ手段のスイッチング回数が減少して、第２スイッチ手段の発熱量を抑制することができる。さらに、電流の立上がり／立下がりが緩やかになることから電流のリップル幅が小さくなり、第２スイッチ手段により制御される電流波形のばらつきが小さくなり、電磁弁の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
したがって、電源電圧を電磁弁に印加する際に制御される第２スイッチ手段の発熱量を抑制するとともに、電磁弁の制御を向上することができる。
【００１３】
請求項２の発明のように、制御手段により、第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、電磁弁に供給される電流を制御することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、高電位側がインダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段が設けられている。そして、制御手段は、第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に第３スイッチ手段をオフ制御し、第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に第２スイッチ手段をオフ制御する。
【００１５】
請求項１に係る発明の構成では、電磁弁に対して短期間に繰り返しコンデンサの高電圧および電源電圧を印加する場合には、コンデンサの充電が間に合わない場合がある。これは、コンデンサの充電に利用するためのインダクタンス成分が電源電圧の印加中でも利用されるために、第２スイッチ手段によるスイッチング制御中には、充電手段により上記インダクタンス成分を利用したコンデンサの充電ができないからである。
【００１６】
そこで、上記第３スイッチ手段を利用して、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの急速充電を要する場合には、第３スイッチ手段をスイッチング制御するとともに第２スイッチ手段をオフ制御する。この場合、上記インダクタンス成分は、電磁弁に対する電源電圧の印加に利用されないため、充電手段により上記インダクタンス成分を利用してコンデンサを充電でき、コンデンサの急速充電を実現することができる。一方、コンデンサの急速充電が不要である場合には、第２スイッチ手段をスイッチング制御するとともに第３スイッチ手段をオフ制御することで、上記請求項１に係る発明による作用効果を奏することができる。
【００１７】
請求項４の発明では、高電位側が上記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側がコンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段が設けられている。そして、制御手段は、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に第４スイッチ手段をオン制御し、コンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を超える場合に第４スイッチ手段をオフ制御する。
【００１８】
請求項１に係る発明の構成では、電磁弁からコンデンサへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路等が設けられていると、第２スイッチ手段が長期間スイッチング制御される状態では、コンデンサの充電電圧が所望の電圧値を超えてしまい、コンデンサの充電電圧を高精度に制御できなくなる場合がある。
【００１９】
そこで、上記第４スイッチ手段を利用して、電磁弁に対して電源電圧を印加する際、コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に第４スイッチ手段をオン制御し、コンデンサの電圧が上記所定の電圧範囲を超える場合に第４スイッチ手段をオフ制御することで、コンデンサの充電電圧が上記所望の電圧値になるように高精度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【図３】ピックアップ期間およびホールド期間において本発明の構成に係る電流波形と従来の電流波形とを拡大して示す波形図である。
【図４】第２実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【図６】第３実施形態に係る電磁弁駆動装置を採用した燃料噴射制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０を採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。
図１に示す燃料噴射制御装置１０は、例えば車両に搭載された単気筒エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する電磁ソレノイド式ユニットインジェクタ（以下単に、電磁弁１１）と、この電磁弁１１を駆動する電磁弁駆動装置２０とを備えている。
【００２２】
電磁弁１１は、コイル１２を有した常閉式（ノーマルクローズタイプ）の電磁弁であり、そのコイル１２に通電されると、図示しない弁体がリターンスプリングの付勢力に抗して開弁位置に移動してその開弁状態が維持されることで、燃料噴射が行われる。また、コイル１２の通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り、燃料噴射が停止される。
【００２３】
電磁弁駆動装置２０は、出力端子として、電磁弁１１のコイル１２の高電位側（ハイサイド）が接続される出力端子Ｐ１と、コイル１２の低電位側（ローサイド）が接続される出力端子Ｐ２と、を備えている。また、電磁弁駆動装置２０は、一端がグランドライン（ＧＮＤ＝０Ｖ）に接続された電流検出用抵抗Ｒ１の他端と出力端子Ｐ２との間に直列に設けられたスイッチ２２と、アノードがグランドラインに接続されカソードが出力端子Ｐ１に接続されたダイオードＤ２と、電磁弁１１を速やかに開弁状態へ移行させるためのピーク電流をコイル１２に流すためのコンデンサＣと、直流電源（バッテリ）Ｂの電源電圧Ｖｂを昇圧してその電源電圧Ｖｂよりも高い高電圧を生成し、その高電圧をダイオードＤ１を介してコンデンサＣに供給することによりコンデンサＣを充電するＤＣＤＣコンバータ２３と、コンデンサＣの高電圧を電磁弁１１に印加する際に制御（オン／オフ制御）されるスイッチ２４と、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂを電磁弁１１に印加する際に制御（スイッチング制御）されるスイッチ２５と、スイッチ２２，２４，２５及びＤＣＤＣコンバータ２３を制御するマイコン等からなる制御回路２１とを備えている。
【００２４】
コンデンサＣは、図１に示すように、直流電源Ｂからコイル１２への給電経路に対して並列に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ２３は、直流電源Ｂとグランドラインとの間に直列に設けられたインダクタ２３ａ及びスイッチ２３ｂを備えており、そのスイッチ２３ｂがオン／オフ制御（スイッチング制御）されることでインダクタ２３ａに蓄積したエネルギーがダイオードＤ１を通じてコンデンサＣを充電する周知のものである。なお、ＤＣＤＣコンバータ２３は、特許請求の範囲に記載の「充電手段」の一例に相当し、インダクタ２３ａは、特許請求の範囲に記載の「インダクタ成分」の一例に相当し得る。
【００２５】
スイッチ２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子であって、コンデンサＣの正極側を出力端子Ｐ１に接続するように、その高電位側にてコンデンサＣの正極側に接続されている。また、スイッチ２５は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子であって、その高電位側にてインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて出力端子Ｐ１を介して電磁弁１１に接続されている。なお、スイッチ２４は、特許請求の範囲に記載の「第１スイッチ手段」の一例に相当し、スイッチ２５は、特許請求の範囲に記載の「第２スイッチ手段」の一例に相当し得る。また、制御回路２１は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」の一例に相当し得る。
【００２６】
また、出力端子Ｐ２とコンデンサＣの正極側との間には、コイル１２からコンデンサＣへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路が設けられており、このエネルギー回収用経路上には、カソードをコンデンサＣ側にして電流方向制御用のダイオードＤ３が設けられている。
【００２７】
次に、上記のように構成された電磁弁駆動装置２０の作用を、図２を用いて説明する。図２は、第１実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図２（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図２（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図２（Ｃ）は、スイッチ２３ｂのスイッチング制御状態を示し、図２（Ｄ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図２（Ｅ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図２（Ｆ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００２８】
まず、制御回路２１は、エンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転情報に基づいて、電磁弁１１のコイル１２に通電すべき駆動期間を設定し、コイル１２に通電すべき駆動期間だけスイッチ２２をオンする。
【００２９】
また、制御回路２１は、電磁弁１１の駆動期間が始まる前に、ＤＣＤＣコンバータ２３を作動させて、コンデンサＣを、そのコンデンサの充電電圧（正極側の電圧）が目標電圧Ｖｃ１になるまで充電させる。この目標電圧Ｖｃ１は、コイル１２に対してピーク電流が供給可能な上限電流値となるように設定されるもので、本実施形態では、例えば、５０Ｖに設定されている。
【００３０】
そして、制御回路２１は、電磁弁１１の駆動期間の開始タイミングになると、スイッチ２２をオンするとともに、それと同時にスイッチ２４もオンする。このため、コンデンサＣの正極側がスイッチ２４を介して出力端子Ｐ１に接続されると、コンデンサＣに充電されていたエネルギーがコイル１２に放出されて、コンデンサＣの高電圧がコイル１２に印加される。そして、このとき、図２（Ａ）に示すように、コイル１２には、コンデンサＣの放電により、電磁弁１１を速やかに開弁状態へと移行させるための大電流、すなわち、ピーク電流が流れる。
【００３１】
このようなコンデンサＣの放電に際し、高電位となる出力端子Ｐ１側から電源ライン側への回り込みは、ダイオードＤ２によって防止される。また更に、スイッチ２２がオンされても、コンデンサＣの正極側からエネルギー回収用経路を介してスイッチ２２へ直接電流が流れてしまうことは、ダイオードＤ３により防止される。
【００３２】
そして、制御回路２１は、スイッチ２４をオンした後において、コイル１２に流れるコイル電流Ｉａを抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出し、そのコイル電流Ｉａがピーク電流の目標電流値Ｉａ１になると、スイッチ２４をオフする。なお、コイル１２に流れるコイル電流Ｉａを検出することなく、スイッチ２４を一定時間だけオンするように構成されてもよい。
【００３３】
このようにして、電磁弁１１の駆動期間の開始時には、スイッチ２４がオンされて、コンデンサＣの蓄積エネルギーがコイル１２に放出され、これにより、そのコイル１２にピーク電流が流れて、電磁弁１１の開弁応答が早まる。
【００３４】
そして、制御回路２１は、スイッチ２４をオフした後において、抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出されるコイル電流Ｉａの平均値が、上記弁体を開弁位置まで移動させるための電流（以下、ピックアップ電流という）としてピーク電流の目標電流値Ｉａ１よりも小さく設定されるピックアップ用の電流値Ｉａ２を維持するように、スイッチ２５のスイッチング制御（オン／オフ制御）を開始する（図２（Ｂ）参照）。このようなスイッチ２５による定電流制御時は、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂにより、スイッチ２５を介してコイル１２に上記ピックアップ電流が流れ、このピックアップ電流により、上記弁体が開弁位置まで引き上げられる。
【００３５】
そして、制御回路２１は、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ２に維持される状態が所定時間経過すると、コイル電流Ｉａの平均値が、上記弁体を開弁位置に保持するための電流（以下、ホールド電流という）としてピックアップ用の電流値Ｉａ２よりも小さく設定されるホールド用の電流値Ｉａ３を維持するように、スイッチ２５をスイッチング制御する。このようなスイッチ２５による定電流制御時は、直流電源Ｂの電源電圧Ｖｂにより、スイッチ２５を介してコイル１２に上記ホールド電流が流れ、このホールド電流により、電磁弁１１が開弁状態に保持される。
【００３６】
ここで、本発明の特徴的部分であるスイッチ２５により制御されるピックアップ電流およびホールド電流について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、ピックアップ期間Ｔｐおよびホールド期間Ｔｈにおいて本発明の構成に係る電流波形Ｓと従来の電流波形Ｓｏとを拡大して示す波形図である。
【００３７】
スイッチ２５は、コイル電流Ｉａの平均値をピックアップ電流として所定の期間（以下、ピックアップ期間Ｔｐという）電流値Ｉａ２に維持するため、制御回路２１によりスイッチング制御されて、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ２を中心とする電流値範囲ΔＩａ２ｔを超えるとオフ制御され、電流値範囲ΔＩａ２ｔを下回るとオン制御される。そして、スイッチ２５は、コイル電流Ｉａの平均値をホールド電流として所定の期間（以下、ホールド期間Ｔｈという）電流値Ｉａ３に維持するため、制御回路２１によりスイッチング制御されて、コイル電流Ｉａの平均値が電流値Ｉａ３を中心とする電流値範囲ΔＩａ３ｔを超えるとオフ制御され、電流値範囲ΔＩａ３ｔを下回るとオン制御される。
【００３８】
スイッチ２５は、その高電位側にてインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて出力端子Ｐ１を介して電磁弁１１に接続されているため、スイッチ２５がその高電位側にてインダクタ２３ａの高電位側に接続される従来の回路構成と比較して、スイッチ２５により制御される電流に影響するインダクタンス成分が大きくなる。
【００３９】
このため、ピックアップ電流およびホールド電流の立上がり／立下がりが、上記従来の回路構成と比較して、緩やかになり、その結果、ピックアップ期間Ｔｐおよびホールド期間Ｔｈにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が減少する。例えば、図３の例では、ピックアップ期間Ｔｐにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が３回から２回に減少し、ホールド期間Ｔｈにおけるスイッチ２５のスイッチング回数が６回から４回に減少していることが分かる。このように、スイッチ２５のスイッチング回数が減少するので、スイッチ２５の発熱量を抑制することができる。
【００４０】
さらに、図３に示すように、コイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになることから、コイル電流Ｉａのピックアップ期間Ｔｐにおけるリップル幅ΔＩａ２とホールド期間Ｔｈにおけるリップル幅ΔＩａ３とが、上記従来の回路構成におけるリップル幅ΔＩａ２ｏおよびリップル幅ΔＩａ３ｏよりも小さくなる。これにより、スイッチ２５により制御される電流波形のばらつきが小さくなるため、ホールド期間Ｔｈ終了時のコイル電流Ｉａのばらつきも小さくなり、電磁弁１１の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
【００４１】
上述のように電磁弁１１のコイル１２に流れるコイル電流Ｉａがホールド用の電流値Ｉａ３に維持された状態で設定された駆動期間が終了すると、制御回路２１は、スイッチ２２をオフすると共に、スイッチ２５のスイッチング制御（即ち、定電流制御）を終了して、そのスイッチ２５もオフ状態に保持する。すると、コイル１２への通電が停止して電磁弁１１が閉弁し、その電磁弁１１による燃料噴射が終了される。
【００４２】
なお、スイッチ２２及びスイッチ２５がオフされると、コイル１２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は、コイル１２の出力端子Ｐ２からエネルギー回収用のダイオードＤ３を通じてコンデンサＣへ回収される（図２（Ｆ）参照）。
【００４３】
一方、制御回路２１は、スイッチ２５をオフした後に、ＤＣＤＣコンバータ２３によりコンデンサＣの充電を再開するため、スイッチ２３ｂをオン／オフ制御（スイッチング制御）する（図２（Ｃ）参照）。これは、次回の電磁弁駆動に備えるためである。なお、制御回路２１は、スイッチ２５をオンしている間は、ＤＣＤＣコンバータ２３によるコンデンサＣの充電動作を禁止している（図２（Ｂ）参照）。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る電磁弁駆動装置２０では、制御回路２１は、電磁弁１１に対してコンデンサＣの高電圧を印加する際にスイッチ２４を制御し、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際にスイッチ２５をスイッチング制御する。そして、スイッチ２５は、その高電位側にて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて、電磁弁１１に接続される。
【００４５】
これにより、電磁弁１１のインダクタンス成分に加えて、コンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａが、スイッチ２５により制御される電流に影響するインダクタンス成分として作用する。このようにインダクタンス成分が大きくなるため、電磁弁１１のインダクタンス成分のみがスイッチ２５により制御される電流に影響する場合と比較して、スイッチ２５により制御されるコイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになる。このため、開弁状態を維持する期間におけるスイッチ２５のスイッチング回数が減少して、スイッチ２５の発熱量を抑制することができる。さらに、コイル電流Ｉａの立上がり／立下がりが緩やかになることから当該コイル電流Ｉａのリップル幅ΔＩａ２，ΔＩａ３が小さくなり、スイッチ２５により制御される電流波形のばらつきが小さくなり、電磁弁１１の実開閉時間のばらつきを抑制することができる。
したがって、電源電圧Ｖｂを電磁弁１１に印加する際に制御されるスイッチ２５の発熱量を抑制するとともに、電磁弁１１の制御を向上することができる。
【００４６】
特に、制御回路２１により、スイッチ２５をスイッチング制御することで、電磁弁１１に供給されるコイル電流Ｉａを制御することができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について図を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ａを採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。図５は、第２実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図５（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図５（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図５（Ｃ）は、スイッチ２６のスイッチング制御状態を示し、図５（Ｄ）は、スイッチ２３ｂのスイッチング制御状態を示し、図５（Ｅ）は、スイッチ２５の電流値Ｉｄを示し、図５（Ｆ）は、スイッチ２６の電流値Ｉｅを示し、図５（Ｇ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図５（Ｈ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図５（Ｉ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００４８】
本第２実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ａは、上記第１実施形態に対して、制御回路２１により制御されるスイッチ２６を新たに採用して構成されている。
具体的には、図４に示すように、スイッチ２６は、その高電位側がコンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの高電位側に接続され、その低電位側がスイッチ２５の低電位側に接続されている。なお、スイッチ２６は、特許請求の範囲に記載の「第３スイッチ手段」の一例に相当し得る。
【００４９】
上記第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０の構成では、電磁弁１１に対して短期間に繰り返しコンデンサＣの高電圧および電源電圧Ｖｃを印加する場合には、コンデンサＣの充電が間に合わない場合がある。これは、コンデンサＣの充電に利用するためのインダクタ２３ａが電源電圧Ｖｂの印加中（ピックアップ期間Ｔｐやホールド期間Ｔｈ）でも利用されるために、スイッチ２５によるスイッチング制御中には、ＤＣＤＣコンバータ２３によりインダクタ２３ａを利用したコンデンサＣの充電ができないからである。
【００５０】
そこで、スイッチ２６を利用して、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加する際、コンデンサＣの急速充電を要する場合には、スイッチ２６をスイッチング制御するとともにスイッチ２５をオフ制御する。この場合、インダクタ２３ａは、電磁弁１１に対する電源電圧Ｖｂの印加に利用されないため、ＤＣＤＣコンバータ２３によりインダクタ２３ａを利用してコンデンサＣを充電でき、コンデンサＣの急速充電を実現することができる。一方、コンデンサＣの急速充電が不要である場合には、スイッチ２５をスイッチング制御するとともにスイッチ２６をオフ制御することで、上記第１実施形態に係る電磁弁駆動装置２０による作用効果を奏することができる。
【００５１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置について図を参照して説明する。図６は、第３実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ｂを採用した燃料噴射制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。図７は、第３実施形態における開弁時の制御状態を説明する説明図であり、図７（Ａ）は、電磁弁１１に流れるコイル電流値Ｉａを示し、図７（Ｂ）は、スイッチ２５のスイッチング制御状態を示し、図７（Ｃ）は、スイッチ２３ｂの電流値Ｉｂを示し、図７（Ｄ）は、コンデンサＣの電流値Ｉｃを示し、図７（Ｅ）は、スイッチ２７のスイッチング制御状態を示し、図７（Ｆ）は、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを示す。
【００５２】
本第３実施形態に係る電磁弁駆動装置２０ｂは、上記第１実施形態に対して、ダイオードＤ１に代えて、制御回路２１により制御されるスイッチ２７を採用して構成されている。
具体的には、図６に示すように、スイッチ２７は、その高電位側がコンデンサＣの充電に利用されるインダクタ２３ａの低電位側に接続され、その低電位側がコンデンサＣの高電位側に接続されている。なお、スイッチ２７は、特許請求の範囲に記載の「第４スイッチ手段」の一例に相当し得る。
【００５３】
上記第１実施形態に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置２０の構成では、電磁弁１１からコンデンサＣへフライバックエネルギーを回収するためのエネルギー回収用経路が設けられているため、スイッチ２５が長期間スイッチング制御される状態では、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１を超えてしまい、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃを高精度に制御できなくなる場合がある。
【００５４】
そこで、上記スイッチ２７を利用して、電磁弁１１に対して電源電圧Ｖｂを印加するホールド期間Ｔｈ中に（図７（Ｂ）参照）、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１に応じて設定される所定の電圧範囲ΔＶｃｔ以下である場合にスイッチ２７をオン制御し、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが上記所定の電圧範囲ΔＶｃｔを超える場合にスイッチ２７をオフ制御する（図７（Ｅ），（Ｆ）参照）。これにより、ホールド期間Ｔｈが長期間となる場合でも、コンデンサＣの充電電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｃ１となるように高精度に制御することができる。
【００５５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。
（１）本発明に係る燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置は、単気筒エンジンの気筒に燃料を噴射供給する電磁弁を制御対象とすることに限らず、２気筒以上の多気筒エンジン用の各電磁弁を制御対象としてもよい。また、２気筒以上のエンジンとしては、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等が挙げられる。
【００５６】
（２）上述した各スイッチのうちスイッチング制御されないスイッチには、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子が採用されることに限らず、オン／オフ制御可能なスイッチ手段等が採用されてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０…燃料噴射制御装置
１１…電磁弁
２０，２０ａ，２０ｂ…電磁弁駆動装置（燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置）
２１…制御回路（制御手段）
２２…スイッチ
２３…ＤＣＤＣコンバータ（充電手段）
２３ａ…インダクタ（インダクタ成分）
２４…スイッチ（第１スイッチ手段）
２５…スイッチ（第２スイッチ手段）
２６…スイッチ（第３スイッチ手段）
２７…スイッチ（第４スイッチ手段）
Ｂ…直流電源
Ｃ…コンデンサ
Ｔｈ…ホールド期間
Ｔｐ…ピックアップ期間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁に対して、直流電源の電源電圧よりも高い高電圧を生成して印加し、その後前記直流電源の前記電源電圧を印加することで当該電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置であって、
前記直流電源から前記電磁弁への給電経路に対して並列に接続されて、前記高電圧を前記電磁弁に印加するコンデンサと、
前記直流電源に接続されるインダクタンス成分を利用して前記高電圧を生成し前記コンデンサを充電する充電手段と、
前記電磁弁に対して前記高電圧を印加する際に制御される第１スイッチ手段と、
前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際に制御される第２スイッチ手段と、
前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御可能な制御手段と、を備え、
前記第２スイッチ手段は、その高電位側にて前記インダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて前記電磁弁に接続されることを特徴とする燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、前記電磁弁に供給される電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項３】
高電位側が前記インダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が前記第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第３スイッチ手段をオフ制御し、前記第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第２スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項４】
高電位側が前記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側が前記コンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際、前記コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に前記第４スイッチ手段をオン制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧範囲を超える場合に前記第４スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項１】
電磁弁に対して、直流電源の電源電圧よりも高い高電圧を生成して印加し、その後前記直流電源の前記電源電圧を印加することで当該電磁弁を駆動する燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置であって、
前記直流電源から前記電磁弁への給電経路に対して並列に接続されて、前記高電圧を前記電磁弁に印加するコンデンサと、
前記直流電源に接続されるインダクタンス成分を利用して前記高電圧を生成し前記コンデンサを充電する充電手段と、
前記電磁弁に対して前記高電圧を印加する際に制御される第１スイッチ手段と、
前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際に制御される第２スイッチ手段と、
前記第１スイッチ手段および前記第２スイッチ手段を制御可能な制御手段と、を備え、
前記第２スイッチ手段は、その高電位側にて前記インダクタンス成分の低電位側に接続されるとともに、その低電位側にて前記電磁弁に接続されることを特徴とする燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御することで、前記電磁弁に供給される電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項３】
高電位側が前記インダクタンス成分の高電位側に接続され、低電位側が前記第２スイッチ手段の低電位側に接続される第３スイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記第２スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第３スイッチ手段をオフ制御し、前記第３スイッチ手段をスイッチング制御する場合に前記第２スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【請求項４】
高電位側が前記インダクタンス成分の低電位側に接続され、低電位側が前記コンデンサの高電位側に接続される第４スイッチ手段を備え、
前記制御手段は、前記電磁弁に対して前記電源電圧を印加する際、前記コンデンサの電圧が所定の電圧範囲以下である場合に前記第４スイッチ手段をオン制御し、前記コンデンサの電圧が前記所定の電圧範囲を超える場合に前記第４スイッチ手段をオフ制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置用電磁弁駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８７７１７（Ｐ２０１３−８７７１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０５５５（Ｐ２０１１−２３０５５５）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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