JP2004346808A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁駆動装置にて、１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を用いることによる簡素化と、電磁弁の良好な駆動性能とを、両立させる。
【解決手段】インジェクタのコイルＬへの通電開始時に大きな電流を流して該インジェクタを速やかに開弁させるために、バッテリ電圧ＶＢとグランドとの間に２つのトランジスタＴ１，Ｔ２が直列に接続され、そのトランジスタＴ１，Ｔ２同士の接続点にコンデンサＣ１の一端が接続されたチャージポンプ式昇圧回路１５を備える装置１１は、コイルＬへの通電開始タイミングが到来すると、トランジスタＴ５をオンさせると共に、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オン且つトランジスタＴ２＝オフにしてコンデンサＣ１からコイルＬへ放電させる動作と、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オフ且つトランジスタＴ２＝オンにしてコンデンサＣ１を充電する動作とを、複数回小刻みに繰り返すことで、インジェクタを開弁させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁を駆動する電磁弁駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば電磁弁からなる燃料噴射弁（いわゆるインジェクタ）を開閉駆動して内燃機関への燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置では、バッテリの電圧よりも高い昇圧電圧をコンデンサに発生させる昇圧回路を備え、燃料噴射弁（電磁弁）の電磁コイルへの通電開始時に、上記コンデンサから電磁コイルへ昇圧電圧による大電流（いわゆるピーク電流）が流れるようにして、燃料噴射弁を速やかに開弁させ、その後は、定電流回路から電磁コイルへ開弁保持用の一定電流（いわゆるホールド電流）を流して、燃料噴射弁の開弁状態を保持するようにしている。つまり、燃料噴射弁の開弁応答性を向上させるために、電源電圧としてのバッテリの電圧を昇圧してコンデンサに蓄積し、そのコンデンサの放電に伴う大電流によって燃料噴射弁を高速駆動できるようにしている。
【０００３】
そして、こうした燃料噴射制御装置に代表される電磁弁駆動装置において、昇圧回路としては、一次巻線の一端にバッテリ電圧が印加されたトランス（変圧器）と、高周波の駆動パルスによって高速スイッチングされることにより、上記変圧器の一次巻線の他端を高周波で接地し、その変圧器の二次巻線に高電圧を発生させる昇圧用のトランジスタと、上記変圧器の二次巻線に発生した高電圧をコンデンサに出力して、そのコンデンサを充電するダイオードとから構成されたものが使用されていた（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
また、バッテリのプラス端子に一端が接続されたトロイダルコイルと、そのトロイダルコイルの他端と接地電位との間を断続させるトランジスタとを備え、そのトランジスタをオン／オフさせることでトロイダルコイルに生じる逆起電力により、コンデンサを充電する、といった昇圧回路もある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
ところで、上記の変圧器やトロイダルコイルを用いた昇圧回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ式とも呼ばれ、バッテリ電圧の例えば１０倍といった非常に高い電圧を容易に発生させることができるものの、そのようなＤＣ−ＤＣコンバータ式の昇圧回路を用いた場合には、以下の▲１▼〜▲３▼の問題が生じる。
【０００６】
▲１▼：まず、装置構成が大きくなってしまう。インダクタンス素子を有しているためである。
▲２▼：１回のエネルギー放出で電磁弁を開弁させることが可能な大きなエネルギーを蓄えるために、コンデンサを高電圧に充電させるため、そのチャージコンデンサとして高耐電圧のものが必要となる。
【０００７】
▲３▼：チャージコンデンサ以外の回路部品についても、そのチャージコンデンサに蓄積される高電圧に耐えられるだけの高耐電圧な部品や、許容損失の大きな部品が必要となる。
そこで、本発明者は、この種の電磁弁駆動装置の簡素化を達成するために、昇圧回路として、以下のような１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を用いることを考えた。
【０００８】
即ち、電源電圧と該電源電圧よりも低い基準電位との間に直列に接続された２つのスイッチング素子と、その２つのスイッチング素子同士の接続点に一端が接続されたコンデンサとを有し、２つのスイッチング素子のうちで基準電位側の方であるロー側スイッチング素子のみがオンされている時に、コンデンサの前記接続点側とは反対側の端部である出力端に電源電圧が供給されることにより該コンデンサが電源電圧で充電され、その後、前記２つのスイッチング素子のうちで電源電圧側の方であるハイ側スイッチング素子のみがオンされることにより、コンデンサの前記出力端に電源電圧よりも高い昇圧電圧（詳しくは、電源電圧の約２倍の電圧）を発生する回路である（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
そして、このような１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を用いれば、インダクタンス素子が不要なため、上記▲１▼の問題を解決でき、また、コンデンサの充電電圧が電源電圧までであるため、上記▲２▼及び▲３▼の問題も解決することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１１２７３５号公報
【特許文献２】
特開平９−３７４７６号公報
【特許文献３】
特開２０００−１１０６４０号公報
【特許文献４】
特願２００２−３３４０２５号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路では、コンデンサに蓄積できるエネルギー量が小さいため、ＤＣ−ＤＣコンバータ式昇圧回路を用いて開弁させていた電磁弁を駆動対象とした場合には、その電磁弁を速やかに開弁させることが困難であるという問題が生じる。コンデンサの１回の放電による電磁コイルへの出力電力が不足気味になってしまうからである。
【００１２】
また、チャージポンプ式の昇圧回路において、コンデンサの１回の放電による出力電力を増大させるためには、そのコンデンサの容量をアップさせることとなるが、コンデンサの容量を大きくすると、部品実装面積の拡大やコストアップを招くことになり、装置構成の簡素化という本来の目標を十分に達成することができなくなってしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を用いることによる装置構成の簡素化と、電磁弁の良好な駆動性能とを、両立させることのできる電磁弁駆動装置の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の電磁弁駆動装置は、前述した１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を備えると共に、その昇圧回路の２つのスイッチング素子のうちのロー側スイッチング素子（基準電位側のスイッチング素子）をオンして該昇圧回路のコンデンサを電源電圧で充電する充電動作と、その昇圧回路の２つのスイッチング素子のうちのハイ側スイッチング素子（電源電圧側のスイッチング素子）をオンして前記充電動作により充電されたコンデンサから電磁弁の電磁コイルへ電流を放電させる放電動作とを行う制御手段を備えている。そして特に、この電磁弁駆動装置において、制御手段は、電磁コイルへの通電期間の開始時から、前記放電動作と前記充電動作とを複数回繰り返し実行することにより、電磁弁を非動作状態から動作状態に移行させるように構成されている。
【００１５】
つまり、請求項１の電磁弁駆動装置では、コンデンサから電磁コイルへ放電とコンデンサへの充電とを小刻みに複数回繰り返すことで、電磁コイルへの供給エネルギーを電磁弁が動作状態へと移行可能な値にまで素早く到達させるようにしている。
【００１６】
このような請求項１の電磁弁駆動装置によれば、コンデンサの１回の放電による電磁コイルへの出力電力（出力エネルギー）が小さくても、電磁弁を素早く動作状態へと移行させることができる。よって、前述した▲１▼〜▲３▼の問題を解決することができる上に、コンデンサとして、容量が小さい小型化のものを用いても、電磁弁の良好な駆動性能を達成することができ、その結果、１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路を用いることによる装置構成の簡素化と電磁弁の良好な駆動性能とを、両立させることができる。
【００１７】
尚、電磁弁が非動作状態から動作状態に移行するとは、電磁弁が電磁コイルへの通電によって開弁するノーマルクローズタイプであれば、閉弁状態から開弁状態に移行することであり、電磁弁が電磁コイルへの通電によって閉弁するノーマルオープンタイプであれば、開弁状態から閉弁状態に移行することである。
【００１８】
ところで、前記充電動作の１回の継続時間（即ち、コンデンサを充電する時間）は、固定値に設定しても良いし、例えば、コンデンサに蓄えられるエネルギーが常に一定となるように、電源電圧の検出値に応じて、該電源電圧が低い場合ほど長くするように構成しても良い。
【００１９】
また、前記放電動作の１回の継続時間も固定値に設定しても良いが、例えば請求項２〜４のように、放電動作の１回の継続時間がアクティブに変化する構成を採れば、電磁弁をより確実に動作状態へと移行させることができる。
まず、請求項２の電磁弁駆動装置では、制御手段が、コンデンサの出力端の電圧を検出する出力電圧検出手段を備えていると共に、前記放電動作を開始してから、その出力電圧検出手段により検出される電圧が一定の閾値に達したら（即ち、その閾値にまで低下したら）、当該放電動作を停止する（即ち、今回の放電動作を止めて充電動作に転じる）ように構成されている。
【００２０】
そして、このような請求項２の構成によれば、コンデンサから電磁コイルへの放電経路の時定数にばらつきがあっても、コンデンサの出力端の電圧が閾値に達するまでは放電動作が継続されることとなるため、コンデンサの１回の放電当たりに電磁コイルへ一定量以上のエネルギーを確実に供給することができ、その結果、電磁弁を確実に動作状態へと移行させることができるようになる。
【００２１】
次に、請求項３の電磁弁駆動装置では、制御手段が、電源電圧を検出する電源電圧検出手段を備えていると共に、前記放電動作の継続時間を、その電源電圧検出手段により検出される電源電圧に応じて、該電源電圧が低いほど長くするように構成されている。
【００２２】
そして、このような請求項３の構成によれば、電源電圧が変動しても（特に、電源電圧が低下した場合でも）、コンデンサの１回の放電当たりに電磁コイルへ供給されるエネルギーを安定させることができ、その結果、電磁弁を確実に動作状態へと移行させることができる。
【００２３】
また、請求項４の電磁弁駆動装置では、制御手段が、コンデンサから電磁コイルへ供給される電流を検出する出力電流検出手段を備えていると共に、前記放電動作を開始してから、その出力電流検出手段により検出される電流が一定の閾値に達したら（即ち、その閾値にまで上昇したら）、当該放電動作を停止する（即ち、今回の放電動作を止めて充電動作に転じる）ように構成されている。
【００２４】
そして、このような請求項４の構成によっても、請求項２の電磁弁駆動装置と同様に、コンデンサから電磁コイルへの放電経路の時定数のばらつきに影響されることなく、コンデンサの１回の放電当たりに電磁コイルへ一定量以上のエネルギーを確実に供給することができ、その結果、電磁弁を確実に動作状態へと移行させることができるようになる。
【００２５】
一方、請求項５に記載の電磁弁駆動装置では、請求項１〜４の電磁弁駆動装置において、電磁コイルの前記コンデンサの出力端側とは反対側の端部と基準電位との間に、電磁コイルへの通電期間の間だけオンされる通電駆動用スイッチング素子が直列に設けられている。また、前記コンデンサの出力端から電磁コイルへ至る電流供給経路には、制御手段が前記放電動作と充電動作とを複数回繰り返し実行した後、前記通電駆動用スイッチング素子がオフされるまでの間、電磁コイルに一定電流を流して電磁弁を動作状態に保持する定電流供給手段が接続されている。
【００２６】
更に、前記通電駆動用スイッチング素子の電磁コイル側の端子と前記コンデンサの出力端との間には、前記コンデンサの出力端の方をカソード側にして、通電駆動用スイッチング素子のオフ時に電磁コイルに流れるフライバック電流を前記コンデンサの出力端側へ返すためのダイオードが接続されている。
【００２７】
そして、制御手段は、電磁コイルへの通電期間が終了して通電駆動用スイッチング素子がオフされる時に、昇圧回路における２つのスイッチング素子のうちのハイ側スイッチング素子を一定時間オンして、前記コンデンサの出力端に電源電圧よりも高い昇圧電圧を発生させるようになっている。
【００２８】
このような請求項５の電磁弁駆動装置によれば、通電駆動用スイッチング素子がオフされた時のフライバック電流を、上記ダイオードを介して電源電圧よりも高い電圧に返すことができるため、電磁コイルに蓄積されたエネルギー（フライバックエネルギー）を素早く消失させることができ、その結果、電磁コイルへの通電期間の終了時に電磁弁を動作状態から非動作状態へと速やかに移行させることができる。よって、電磁弁の制御精度を向上させることができる。また、コンデンサに大きなエネルギーを蓄えることもできる。また更に、通電駆動用スイッチング素子としてＦＥＴを用いると共に、そのＦＥＴのアバランシェ現象によってフライバックエネルギーを消失させる構成の場合に比べて、通電駆動用スイッチング素子での電力損失を小さく抑えることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の燃料噴射制御装置について、図面を用いて説明する。尚、以下に説明する燃料噴射制御装置は、自動車用内燃機関の各気筒に燃料をそれぞれ噴射供給する電磁弁としてのインジェクタの電磁コイルへの通電を制御することにより、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するものであるが、ここでは、便宜上、１つの気筒のインジェクタについてのみ説明する。
【００３０】
まず図１は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１の構成を表わす構成図である。
図１に示すように、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１３と、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２、コンデンサＣ１、及び抵抗Ｒ１からなるチャージポンプ式の昇圧回路１５と、定電流制御回路１７と、トランジスタＴ３，Ｔ４，Ｔ５と、電流検出用抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ１〜Ｄ４とを備えている。尚、この例において、トランジスタＴ２，Ｔ３，Ｔ５はＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタＴ１，Ｔ４はＰチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００３１】
ここで、インジェクタの電磁コイルＬの一端は、当該燃料噴射制御装置１１の外部に配設された配線１９を介して、２つのダイオードＤ２，Ｄ３のカソードに接続されている。そして、ダイオードＤ２のアノードは、トランジスタＴ４のドレインに接続されており、そのトランジスタＴ４のソースは、電源電圧としてのバッテリ電圧ＶＢ（通常、約１２Ｖ）に接続されている。そして更に、ダイオードＤ３のアノードは、基準電位としてのグランド（接地電位＝０Ｖ）に接続されている。
【００３２】
また、電磁コイルＬの他端は、当該燃料噴射制御装置１１の外部に配設された配線２１を介して、トランジスタＴ５のドレインに接続されており、そのトランジスタＴ５のソースは、電流検出用抵抗Ｒ２を介してグランドに接続されている。そして、トランジスタＴ５は、マイコン１３から出力されるインジェクタの駆動信号ＳＤがアクティブレベル（この例ではハイレベル）の時にオンするようになっている。そして更に、トランジスタＴ５のドレインには、ダイオードＤ４のアノードが接続されており、そのダイオードＤ４のカソードはバッテリ電圧ＶＢに接続されている。
【００３３】
一方、昇圧回路１５では、トランジスタＴ１のソースがバッテリ電圧ＶＢに接続されており、トランジスタＴ２のソースが抵抗Ｒ１を介してグランドに接続されている。また、その２つのトランジスタＴ１，Ｔ２のドレイン同士が互いに接続されており、そのトランジスタＴ１，Ｔ２同士の接続点（即ち、トランジスタＴ１，Ｔ２のドレイン）に、コンデンサＣ１の一端が接続されている。
【００３４】
そして、コンデンサＣ１の上記接続点側とは反対側の端部である出力端にダイオードＤ１のカソードが接続されており、そのダイオードＤ１のアノードがバッテリ電圧ＶＢに接続されている。
よって、昇圧回路１５では、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２のうちでグランド側のトランジスタＴ２（ロー側スイッチング素子に相当）のみがオンされている時に、コンデンサＣ１の出力端にダイオードＤ１を介してバッテリ電圧ＶＢが供給されるため、コンデンサＣ１は、バッテリ電圧ＶＢで出力端からトランジスタＴ１，Ｔ２同士の接続点への方向に充電される。そして、その後、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２のうちでバッテリ電圧ＶＢ側のトランジスタＴ１（ハイ側スイッチング素子に相当）のみがオンされることにより、コンデンサＣ１の出力端にバッテリ電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧（詳しくは、最大でバッテリ電圧ＶＢの約２倍の電圧）が発生する。尚、抵抗Ｒ１は、コンデンサＣ１の充電時において、トランジスタＴ２に流れる充電電流を制限する電流制限用抵抗として機能する。
【００３５】
そして更に、コンデンサＣ１の出力端は、トランジスタＴ３のドレインに接続されており、そのトランジスタＴ３のソースが上記ダイオードＤ２，Ｄ３のカソード及び配線１９に接続されている。尚、トランジスタＴ３は、コンデンサＣ１の出力端と電磁コイルＬへの電流供給経路とを接続／遮断するためのスイッチング素子であり、コンデンサＣ１の充電エネルギーを電磁コイルＬへ放電する際にオンされる。
【００３６】
次に、定電流制御回路１７は、マイコン１３からトランジスタＴ５への駆動信号ＳＤがハイレベルの場合に動作して、電流検出用抵抗Ｒ２のトランジスタＴ５側の端部に生じる電圧を、電磁コイルＬに流れる電流（以下、コイル電流ともいう）Ｉとして検出すると共に、その検出値がマイコン１３によって指示される一定電流に相当する値となるようにトランジスタＴ４をオン／オフさせる。
【００３７】
尚、ダイオードＤ３は、トランジスタＴ４がオンからオフされた時に発生する電磁コイルＬのフライバックエネルギーを消弧するために設けられており、ダイオードＤ４は、トランジスタＴ５がオンからオフされた時に発生する電磁コイルＬのフライバックエネルギーを消弧するために設けられている。また、ダイオードＤ２は、トランジスタＴ３側や電磁コイルＬ側からトランジスタＴ４のドレイン側へ電流が逆流するのを防止するために設けられている。
【００３８】
一方、図示は省略しているが、マイコン１３には、内燃機関の回転数を検出する回転センサやアクセル開度を検出するアクセル開度センサ等、内燃機関の運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力される。
そして、マイコン１３は、上記各種センサの信号から内燃機関の運転状態を検出し、その検出結果に基づいて、上記トランジスタＴ１〜Ｔ３，Ｔ５をオン／オフさせると共に、上記定電流制御回路１７へ、トランジスタＴ４によって電磁コイルＬに流すべき一定電流の値を指示する。
【００３９】
次に、上記のような構成を有する燃料噴射制御装置１１の動作について、図２及び図３を用い説明する。尚、図２は、本燃料噴射制御装置１１の動作を表わすタイムチャートであり、その図２において、ＶＣ１は、グランドを基準にした場合のコンデンサＣ１の出力端の電圧を表している。また、図３は、マイコン１３が実行する開弁用大電流供給処理の内容を表すフローチャートである。
【００４０】
まず、マイコン１３は、インジェクタの電磁コイルＬへの通電開始タイミングが到来すると、図２に示すように、その時点から燃料噴射量に応じた通電期間の間、駆動信号ＳＤをローレベルからハイレベルにしてトランジスタＴ５をオンさせる。
【００４１】
また更に、マイコン１３は、電磁コイルへの通電開始タイミングが到来すると、インジェクタを非動作状態としての閉弁状態から動作状態としての開弁状態へと速やかに移行させるために、図３の開弁用大電流供給処理を開始する。そして、大電流供給処理後、定電流制御回路１７へ、電磁コイルＬに流すべき一定電流の値として、第１の一定電流（この例では８Ａ）、第２の一定電流（この例では４Ａ）を指示する。尚、開弁用大電流供給処理の開始時において、コンデンサＣ１は、出力端からトランジスタＴ１，Ｔ２同士の接続点への方向にバッテリ電圧ＶＢで充電されている。
【００４２】
そして、図３に示すように、マイコン１３が開弁用大電流供給処理の実行を開始すると、まずＳ１１０にて、昇圧回路１５の２つのトランジスタＴ１，Ｔ２のうち、トランジスタＴ１だけをオンさせると共に、トランジスタＴ３をオンさせ、続くＳ１２０にて、予め設定された時間ｔａだけ待つ。
【００４３】
すると、図２に示すように、トランジスタＴ１，Ｔ３がオンされた時に、コンデンサＣ１の出力端にバッテリ電圧ＶＢの約２倍の電圧が発生し、その時点から上記時間ｔａの間、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ電流が放電され、その放電電流がコイル電流Ｉとして電磁コイルＬに流れることとなる。つまり、コンデンサＣ１→トランジスタＴ３→電磁コイルＬ→トランジスタＴ５の経路で電流が流れる。
【００４４】
次に、マイコン１３は、上記時間ｔａが経過すると、Ｓ１３０にて、昇圧回路１５の２つのトランジスタＴ１，Ｔ２のうち、トランジスタＴ１をオフさせてトランジスタＴ２だけをオンさせると共に、トランジスタＴ３をオフさせる。
すると、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電電流供給経路がトランジスタＴ３により遮断され、図２に示すように、コンデンサＣ１の出力端側からトランジスタＴ２側へのバッテリ電圧ＶＢによる充電が開始されることとなる。
【００４５】
そして、続くＳ１４０にて、コイル電流Ｉが設定電流値（この例では１８Ａ）に達しているか否かを判断し、未だ設定電流値（＝１８Ａ）に達していなければ、Ｓ１５０に進んで、予め設定された時間ｔｂだけ待ち、その時間ｔｂが経過した後、Ｓ１１０へ戻る。尚、図示は省略しているが、マイコン１３には、電流検出用抵抗Ｒ２のトランジスタＴ５側の端部の電圧が入力されている。そして、マイコン１３は、その電流検出用抵抗Ｒ２の電圧を内部のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値からコイル電流Ｉを検出している。
【００４６】
一方、上記Ｓ１４０にて、コイル電流Ｉが設定電流値に達していると判定した場合には、Ｓ１６０に移行して、上記時間ｔｂよりも長く設定された時間ｔｃだけ待ち、その時間ｔｃが経過した後、Ｓ１７０に進む。そして、このＳ１７０にて、トランジスタＴ２をオフさせ、これにより、本開弁用大電流供給処理が終了する。
【００４７】
このような開弁用大電流供給処理により、本第１実施形態の燃料噴射制御装置１１では、図２に示すように、電磁コイルＬへの通電期間の開始タイミング（通電開始タイミング）になると、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電とコンデンサＣ１の充電とが複数回（この例では４回）繰り返して実行される。そして、コイル電流Ｉは、コンデンサＣ１の放電の度に増加して、４回目の放電では、インジェクタを確実に開弁させることが可能な目標の電流値（この例では約１８Ａ）に達する。よって、インジェクタは、４回目の放電が終わるまでには確実に開弁することとなる。
【００４８】
尚、上記開弁用大電流供給処理では、最終回の放電が終わった後の充電時間ｔｃ（Ｓ１６０での待ち時間）を、それまでの充電時間ｔｂ（Ｓ１５０での待ち時間）よりも長くしているが、これは、次回の通電開始タイミングが到来した時点で、コンデンサＣ１に十分な電荷が蓄えられているようにするためである。
【００４９】
そして、図２に示すように、コイル電流Ｉは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの４回目の放電が終わると、最大値から低下してくるが、その後は、定電流制御回路１７の作用により第１の一定電流（＝８Ａ）付近に維持され、これにより、インジェクタが開弁状態に保持される。
【００５０】
そして更に、マイコン１３は、電磁コイルＬへの通電開始タイミングから上記開弁用大電流供給処理の実行所要時間よりも長い一定時間ｔｄが経過すると、定電流制御回路１７へ、電磁コイルＬに流すべき一定電流の値として、第１の一定電流よりも小さい第２の一定電流（この例では４Ａ）を指示する。
【００５１】
このため、図２に示すように、電磁コイルＬへの通電開始タイミングから一定時間ｔｄが経過すると、その後、通電期間が終了してトランジスタＴ５がオフされるまでの間は、定電流制御回路１７の作用により、コイル電流Ｉが第２の一定電流（＝４Ａ）付近に維持され、これにより、インジェクタが引き続き開弁状態に保持される。
【００５２】
そして、通電期間の終了タイミングになってトランジスタＴ５がオフされると、電磁コイルＬへの通電が停止され、その結果、インジェクタが開弁状態から閉弁状態へ戻ることとなる。
尚、本実施形態で駆動対象としているインジェクタは、コイル電流Ｉが第２の一定電流である４Ａでも開弁状態を保つことができるものであるが、電磁コイルＬに流す一定電流を第１の一定電流（＝８Ａ）から第２の一定電流（＝４Ａ）へと段階的に下げているのは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの最後の放電（４回目の放電）が終わった後に、コイル電流Ｉを一気に４Ａにまで下げてしまうと、その勢いでインジェクタが閉弁状態に戻ってしまう可能性があるからであり、それを回避するためである。
【００５３】
一方、上記第１実施形態においては、マイコン１３が制御手段に相当しており、そのマイコン１３が実行する図３の開弁用大電流供給処理のうち、Ｓ１１０の処理が放電動作としての処理に相当し、Ｓ１３０の処理が充電動作としての処理に相当している。
【００５４】
以上のような燃料噴射制御装置１１によれば、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電とコンデンサＣ１への充電とを複数回繰り返して実施することにより、インジェクタを開弁させるようにしているため、コンデンサＣ１の１回の放電による電磁コイルＬへの出力電力が小さくても、インジェクタを素早く開弁させることができる。
【００５５】
ここで、参考例として、図１と同じハードウェア構成で、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電を１回だけ実施することによりインジェクタを開弁させるようにした場合の動作を、図４に示す。
図４の例では、電磁コイルＬへの通電開始タイミングまでに、トランジスタＴ２だけをオンしてコンデンサＣ１を充電しておき、通電開始タイミングが到来すると、トランジスタＴ５をオンすると共に、その時点から前述した開弁用大電流供給処理の実行所要時間よりも長い一定時間ｔｅが経過するまでの間、トランジスタＴ１，Ｔ２のうち、トランジスタＴ１だけをオンすると共に、トランジスタＴ３をオンして、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電を行っている。
【００５６】
この場合、コンデンサＣ１に蓄えられるエネルギーが少ないため、そのコンデンサＣ１からの１回の放電だけでは、インジェクタを開弁させることが可能な目標の電流を電磁コイルＬに流しきるこことができない。そのため、コンデンサＣ１に蓄えられたエネルギーが全て放出された時点（図４における時刻ｔ１）から、トランジスタＴ１，Ｔ３がオフされるまでの間は、バッテリ電圧ＶＢからダイオードＤ１を介して電磁コイルＬに電流が流れることとなるが、コイル電流Ｉが目標の電流値（１８Ａ）に達するまでの時間が非常に長くなってしまい、インジェクタの制御（即ち、燃料噴射制御）としては成立しなくなってしまう。
【００５７】
これに対して、本第１実施形態の燃料噴射制御装置１１によれば、前述した▲１▼〜▲３▼の問題を解決可能な１コンデンサタイプのチャージポンプ式昇圧回路１５を用いているにも拘わらず、インジェクタの良好な駆動性能を達成することができる。特に、コンデンサＣ１の１回の放電による電磁コイルＬへの出力エネルギーが小さくても、コンデンサＣ１の放電及び充電を小刻みに繰り返すことで、電磁コイルＬへの供給エネルギーをインジェクタが開弁可能な目標値にまで素早く到達させることができるため、コンデンサＣ１として容量が小さい小型化のものを用いることができ非常に有利である。
【００５８】
次に、第２実施形態の燃料噴射制御装置について、図５及び図６を用い説明する。尚、図５は、第２実施形態の燃料噴射制御装置２３の構成を表わす構成図であであり、図６は、その燃料噴射制御装置２３の動作を表わすタイムチャートである。また、図５及び図６において、前述した図１及び図２と同じものについては、同一の符号を付しているため、説明は省略する。
【００５９】
本第２実施形態の燃料噴射制御装置２３は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１と比較すると、下記の（１−１）及び（１−２）の点が異なっている。
（１−１）図５に示すように、ダイオードＤ４のカソードが、バッテリ電圧ＶＢではなく、コンデンサＣ１の出力端に接続されている。
【００６０】
（１−２）図６に示すように、マイコン１３は、電磁コイルＬへの通電期間が終了してトランジスタＴ５をオフする時に、昇圧回路１５におけるトランジスタＴ１を一定時間オンするようにしている。
ここで、通電期間が終了する前の時点において、コンデンサＣ１は前述した図３のＳ１３０及びＳ１６０の処理により既に充電されているため、通電期間の終了タイミングでトランジスタＴ１がオンされると、コンデンサＣ１の出力端には、図６では図示を省略しているが、バッテリ電圧ＶＢよりも高い昇圧電圧が発生することとなる。
【００６１】
このような第２実施形態の燃料噴射制御装置２３によれば、トランジスタＴ５がオフされた時に電磁コイルＬに流れるフライバック電流を、ダイオードＤ４を介してバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に返すことができるため、電磁コイルＬに蓄積されたエネルギー（フライバックエネルギー）を素早く消失させることができる。つまり、トランジスタＴ５がオフされてからコイル電流Ｉが流れなくなるまでの時間を短くすることができ、電磁コイルＬへの通電期間の終了時にインジェクタを速やかに閉弁させることができる。このため、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１と同様の効果に加えて、更に、インジェクタの制御精度を向上させることができる。また、コンデンサＣ１に大きなエネルギーを蓄えることができるという利点もある。
【００６２】
尚、本第２実施形態では、トランジスタＴ５が、通電駆動用スイッチング素子に相当し、トランジスタＴ４が、定電流供給手段に相当し、ダイオードＤ４が、請求項５に記載のダイオードに相当している。
次に、第３実施形態の燃料噴射制御装置について説明する。
【００６３】
まず、図７は、第３実施形態の燃料噴射制御装置２５の構成を表わす構成図である。尚、図７において、図１と同じものについては、同一の符号を付しているため、説明は省略する。
本第３実施形態の燃料噴射制御装置２５は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１と比較すると、下記の（２−１）及び（２−２）の点が異なっている。
【００６４】
（２−１）図７に示すように、コンデンサＣ１の出力端とグランドとの間に、直列に接続された２つの抵抗２７，２９が追加されており、その抵抗２７，２９同士の接続点の電圧Ｖｃｍが、マイコン１３に入力されている。そして、マイコン１３は、その電圧Ｖｃｍを内部のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１３ａによりＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値からコンデンサＣ１の出力端の電圧ＶＣ１を検出するようになっている。
【００６５】
尚、コンデンサＣ１の出力端の電圧ＶＣ１を直接Ａ／Ｄ変換するのではなく、その電圧ＶＣ１を抵抗２７，２９によって分圧した電圧ＶｃｍをＡ／Ｄ変換するようにしているのは、Ａ／Ｄ変換器１３ａの入力電圧が、該Ａ／Ｄ変換器１３ａにてＡ／Ｄ変換可能なダイナミックレンジ内（例えば０〜５Ｖ）に収まるようにするためである。
【００６６】
（２−２）マイコン１３は、図３の開弁用大電流供給処理に代えて、図８の開弁用大電流供給処理を実行する。そして、図８の開弁用大電流供給処理は、図３の開弁用大電流供給処理と比較すると、Ｓ１２０の代わりに、Ｓ１２２及びＳ１２４の処理が行われる点のみ異なっている。
【００６７】
即ち、本第３実施形態の開弁用大電流供給処理（図８）では、Ｓ１１０にて、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オン且つトランジスタＴ２＝オフの放電状態にした後、Ｓ１２２に進み、コンデンサＣ１の出力端の電圧ＶＣ１を上記（２−１）で述べた手順で検出する。そして、次のＳ１２４にて、上記Ｓ１２２で検出した電圧ＶＣ１が一定の閾値Ｖｔｈ以下であるか否かを判定し、「ＶＣ１≦Ｖｔｈ」でなければ（Ｓ１２４：ＮＯ）、Ｓ１２２に戻る。また、上記Ｓ１２４にて「ＶＣ１≦Ｖｔｈ」であると判定したならば、Ｓ１３０に進んで、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オフ且つトランジスタＴ２＝オンの充電状態にする。尚、閾値Ｖｔｈは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ電気エネルギーが十分に放電されたと考えられる時点での電圧ＶＣ１の値に設定されている。
【００６８】
つまり、本第３実施形態では、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電を開始してから、コンデンサＣ１の出力端の電圧ＶＣ１が閾値Ｖｔｈに達したら、そのコンデンサＣ１の放電を止めて、Ｓ１３０の充電動作に転じるようになっている。
【００６９】
そして、このような本第３実施形態の燃料噴射制御装置２５によれば、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電経路の時定数にばらつきがあっても、コンデンサＣ１の出力端の電圧ＶＣ１が閾値Ｖｔｈに達するまでは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電が継続されることとなるため、コンデンサＣ１の１回の放電当たりに電磁コイルＬへ一定量以上の電気エネルギーを確実に供給することができ、その結果、インジェクタを一層確実に開弁させることができるようになる。
【００７０】
尚、本第３実施形態では、マイコン１３と抵抗２７，２９とが、制御手段に相当している。そして、抵抗２７，２９と、マイコン１３内のＡ／Ｄ変換器１３ａと、図８におけるＳ１２２の処理とが、出力電圧検出手段に相当している。
次に、第４実施形態の燃料噴射制御装置について説明する。
【００７１】
まず、図９は、第４実施形態の燃料噴射制御装置３１の構成を表わす構成図である。尚、図９において、図１と同じものについては、同一の符号を付しているため、説明は省略する。
本第４実施形態の燃料噴射制御装置３１は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１と比較すると、下記の（３−１）及び（３−２）の点が異なっている。
【００７２】
（３−１）図９に示すように、バッテリ電圧ＶＢとグランドとの間に、直列に接続された２つの抵抗３３，３５が追加されており、その抵抗３３，３５同士の接続点の電圧Ｖｂｍが、マイコン１３に入力されている。そして、マイコン１３は、その電圧Ｖｂｍを内部のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１３ａによりＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値からバッテリ電圧ＶＢを検出するようになっている。
【００７３】
尚、バッテリ電圧ＶＢを直接Ａ／Ｄ変換するのではなく、バッテリ電圧ＶＢを抵抗３３，３５によって分圧した電圧ＶｂｍをＡ／Ｄ変換するようにしているのは、前述した第３実施形態と同様に、Ａ／Ｄ変換器１３ａの入力電圧が、該Ａ／Ｄ変換器１３ａにてＡ／Ｄ変換可能なダイナミックレンジ内に収まるようにするためである。
【００７４】
（３−２）マイコン１３は、図３の開弁用大電流供給処理に代えて、図１０の開弁用大電流供給処理を実行する。そして、図１０の開弁用大電流供給処理は、図３の開弁用大電流供給処理と比較すると、Ｓ１１０とＳ１２０との間にＳ１１２及びＳ１１４の処理が追加されている点のみ異なっている。
【００７５】
即ち、本第４実施形態の開弁用大電流供給処理（図１０）では、Ｓ１１０にて、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オン且つトランジスタＴ２＝オフの放電状態にした後、Ｓ１１２にて、バッテリ電圧ＶＢを上記（３−１）で述べた手順で検出する。そして、続くＳ１１４にて、上記Ｓ１１２で検出したバッテリ電圧ＶＢに基づいて、次のＳ１２０で待つ時間ｔａ（つまり、放電状態を継続する時間であり、放電動作の継続時間に相当）を設定する。具体的には、バッテリ電圧ＶＢが低い場合ほど、時間ｔａを長い時間に設定する。
【００７６】
以上のように本第４実施形態では、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電の継続時間ｔａを、バッテリ電圧ＶＢに応じて設定するようにしている。
そして、このような本第４実施形態の燃料噴射制御装置３１によれば、バッテリ電圧ＶＢが変動しても、コンデンサＣ１の１回の放電当たりに電磁コイルＬへ供給されるエネルギーを安定させることができるため、特に、バッテリ電圧ＶＢが低下した場合でも、インジェクタを確実に開弁させることができるようになる。
【００７７】
尚、本第４実施形態では、マイコン１３と抵抗３３，３５とが、制御手段に相当している。そして、抵抗３３，３５と、マイコン１３内のＡ／Ｄ変換器１３ａと、図１０におけるＳ１１２の処理とが、電源電圧検出手段に相当している。
次に、第５実施形態の燃料噴射制御装置について説明する。
【００７８】
まず、図１１は、第５実施形態の燃料噴射制御装置３７の構成を表わす構成図である。尚、図１１において、図１と同じものについては、同一の符号を付しているため、説明は省略する。
本第５実施形態の燃料噴射制御装置３７は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１１と比較すると、下記の（４−１）及び（４−２）の点が異なっている。
【００７９】
（４−１）バッテリ電圧ＶＢからコンデンサＣ１のトランジスタＴ１，Ｔ２側の端部へ流れる電流Ｉｏをモニタするために、図１１に示す如く、バッテリ電圧ＶＢとトランジスタＴ１のコンデンサＣ１側とは反対側の端子であるソースとの間に、電流検出用の抵抗３９が設けられていると共に、その抵抗３９の両端電位差に比例した電圧信号を出力する差動増幅回路４１が設けられている。
【００８０】
そして、マイコン１３は、差動増幅回路４１の出力を内部のＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）１３ａによりＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値から上記電流Ｉｏを検出するようになっている。
（４−２）マイコン１３は、図３の開弁用大電流供給処理に代えて、図１２の開弁用大電流供給処理を実行する。そして、図１２の開弁用大電流供給処理は、図３の開弁用大電流供給処理と比較すると、Ｓ１２０の代わりに、Ｓ１２６及びＳ１２８の処理が行われる点のみ異なっている。
【００８１】
即ち、本第５実施形態の開弁用大電流供給処理（図１２）では、Ｓ１１０にて、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オン且つトランジスタＴ２＝オフの放電状態にした後、Ｓ１２６に進み、バッテリ電圧ＶＢからトランジスタＴ１を介してコンデンサＣ１に流れる電流Ｉｏを上記（４−１）で述べた手順で検出する。そして、次のＳ１２８にて、上記Ｓ１２６で検出した電流Ｉｏが一定の閾値Ｉｔｈ以上であるか否かを判定し、「Ｉｏ≧Ｉｔｈ」でなければ（Ｓ１２８：ＮＯ）、Ｓ１２６に戻る。また、上記Ｓ１２８にて「Ｉｏ≧Ｉｔｈ」であると判定したならば、Ｓ１３０に進んで、トランジスタＴ１，Ｔ３＝オフ且つトランジスタＴ２＝オンの充電状態にする。尚、閾値Ｉｔｈは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ電気エネルギーが十分に放電されたと考えられる時点での電流Ｉｏの値に設定されている。
【００８２】
つまり、本第５実施形態では、バッテリ電圧ＶＢからトランジスタＴ１を介してコンデンサＣ１に流れる電流Ｉｏを、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ供給される電流として検出し、コンデンサＣ１の放電を開始してから、上記電流Ｉｏの検出値が閾値Ｉｔｈに達したら、そのコンデンサＣ１の放電を止めて、Ｓ１３０の充電動作に転じるようにしている。
【００８３】
そして、このような本第５実施形態の燃料噴射制御装置３７によれば、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電経路の時定数にばらつきがあっても、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ出力される電流が閾値Ｉｔｈに達するまでは、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへの放電が継続されることとなるため、第３実施形態の燃料噴射制御装置２５と同様に、コンデンサＣ１の１回の放電当たりに電磁コイルＬへ一定量以上の電気エネルギーを確実に供給することができる。よって、インジェクタを一層確実に開弁させることができるようになる。
【００８４】
尚、本第５実施形態では、マイコン１３と抵抗３９及び差動増幅回路４１とが、制御手段に相当している。そして、抵抗３９及び差動増幅回路４１と、マイコン１３内のＡ／Ｄ変換器１３ａと、図１２におけるＳ１２６の処理とが、出力電流検出手段に相当している。
【００８５】
また、上記第５実施形態において、コンデンサＣ１から電磁コイルＬへ供給される電流は、例えば、コンデンサＣ１の出力端とトランジスタＴ３との間に電流検出手段を設けて検出するようにしても良い。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００８６】
例えば、 第３〜５実施形態の構成及び処理は、第２実施形態の燃料噴射制御装置２３に対しても同様に適用することができる。
また、上記各実施形態では、駆動対象の電磁弁がノーマルクローズタイプのインジェクタであったが、本発明は、ノーマルオープンタイプ及びノーマルクローズタイプを問わず、様々な電磁弁に対して適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の燃料噴射制御装置の構成を表わす構成図である。
【図２】第１実施形態の燃料噴射制御装置の動作を表わすタイムチャートである。
【図３】第１実施形態の開弁用大電流供給処理の内容を表すフローチャートである。
【図４】参考例を表すタイムチャートである。
【図５】第２実施形態の燃料噴射制御装置の構成を表わす構成図である。
【図６】第２実施形態の燃料噴射制御装置の動作を表わすタイムチャートである。
【図７】第３実施形態の燃料噴射制御装置の構成を表わす構成図である。
【図８】第３実施形態の開弁用大電流供給処理の内容を表すフローチャートである。
【図９】第４実施形態の燃料噴射制御装置の構成を表わす構成図である。
【図１０】第４実施形態の開弁用大電流供給処理の内容を表すフローチャートである。
【図１１】第５実施形態の燃料噴射制御装置の構成を表わす構成図である。
【図１２】第５実施形態の開弁用大電流供給処理の内容を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１１，２３，２５，３１，３７…燃料噴射制御装置、１３…マイコン、１３ａ…Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、１５…チャージポンプ式昇圧回路、１７…定電流制御回路、１９，２１…配線、Ｒ１，Ｒ２，２７，２９，３３，３５，３９…抵抗、４１…差動増幅回路、Ｃ１…コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード、Ｌ…インジェクタの電磁コイル、Ｔ１〜Ｔ５…トランジスタ

Claims (5)

1. 電源電圧と該電源電圧よりも低い基準電位との間に直列に接続された２つのスイッチング素子と、その２つのスイッチング素子同士の接続点に一端が接続されたコンデンサとを有し、前記２つのスイッチング素子のうちで前記基準電位側のスイッチング素子（以下、ロー側スイッチング素子という）のみがオンされている時に、前記コンデンサの前記接続点側とは反対側の端部（以下、出力端という）に前記電源電圧が供給されることにより該コンデンサが前記電源電圧で充電され、その後、前記２つのスイッチング素子のうちで前記電源電圧側のスイッチング素子（以下、ハイ側スイッチング素子という）のみがオンされることにより、前記コンデンサの前記出力端に前記電源電圧よりも高い昇圧電圧を発生するチャージポンプ式の昇圧回路と、
   前記２つのスイッチング素子のうちのロー側スイッチング素子をオンして前記コンデンサを前記電源電圧で充電する充電動作と、前記２つのスイッチング素子のうちのハイ側スイッチング素子をオンして前記充電動作により充電された前記コンデンサから電磁弁の電磁コイルへ電流を放電させる放電動作とを行う制御手段と、
   を備えた電磁弁駆動装置であって、
   前記制御手段が、前記電磁コイルへの通電期間の開始時から、前記放電動作と前記充電動作とを複数回繰り返し実行することにより、前記電磁弁を非動作状態から動作状態に移行させること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
2. 請求項１に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記制御手段は、
   前記コンデンサの出力端の電圧を検出する出力電圧検出手段を備え、
   前記放電動作を開始してから、前記出力電圧検出手段により検出される電圧が一定の閾値に達したら、当該放電動作を停止するように構成されていること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
3. 請求項１に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記制御手段は、
   前記電源電圧を検出する電源電圧検出手段を備え、
   前記放電動作の継続時間を、前記電源電圧検出手段により検出される前記電源電圧に応じて、該電源電圧が低いほど長くするように構成されていること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
4. 請求項１に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記制御手段は、
   前記コンデンサから前記電磁コイルへ供給される電流を検出する出力電流検出手段を備え、
   前記放電動作を開始してから、前記出力電流検出手段により検出される電流が一定の閾値に達したら、当該放電動作を停止するように構成されていること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記電磁コイルの前記コンデンサの出力端側とは反対側の端部と前記基準電位との間に、前記電磁コイルへの通電期間の間だけオンされる通電駆動用スイッチング素子が直列に設けられていると共に、
   前記コンデンサの出力端から前記電磁コイルへ至る電流供給経路には、前記制御手段が前記放電動作と前記充電動作とを複数回繰り返し実行した後、前記通電駆動用スイッチング素子がオフされるまでの間、前記電磁コイルに一定電流を流して前記電磁弁を動作状態に保持する定電流供給手段が接続されており、
   更に、前記通電駆動用スイッチング素子の前記電磁コイル側の端子と前記コンデンサの出力端との間には、前記コンデンサの出力端の方をカソード側にして、前記通電駆動用スイッチング素子のオフ時に前記電磁コイルに流れるフライバック電流を前記コンデンサの出力端側へ返すためのダイオードが接続されており、
   前記制御手段は、前記通電期間が終了して前記通電駆動用スイッチング素子がオフされる時に、前記昇圧回路における２つのスイッチング素子のうちのハイ側スイッチング素子を一定時間オンして前記コンデンサの出力端に前記昇圧電圧を発生させること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。

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