JP2005348492A - アクチュエータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータの作動力を発生させるソレノイドに駆動電流を供給するアクチュエータ駆動回路において、アクチュエータの作動安定性を向上させることである。
【解決手段】 ソレノイド２５１の駆動電流に尖頭波形を与えるための高出力電圧の第１の電圧源３２３と、駆動電流を定電流に維持するための低出力電圧の第２の電圧源４１とを有する構成において、ソレノイド２５１の駆動電流を制御するコントローラ５６が、第２の電圧源４１の電圧が低いと、第１の電圧源３２３のオンにより到達する駆動電流のピーク値が高くなるように通電オフ時期を設定して、ソレノイド２５１に蓄積される磁気エネルギーを増大する。これにより必要な作動力を十分な時間、持続させる。
【選択図】 図２

Description

本発明はアクチュエータ駆動回路に関し、特にアクチュエータの作動安定性の向上に関する。

コモンレール式の燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンの各気筒に設けられたインジェクタに共通に加圧された燃料を貯留するコモンレールが設けられて、コモンレールからインジェクタに噴射用の燃料を供給するものである。かかる燃料噴射装置に付設されるアクチュエータ駆動回路として、アクチュエータとして、インジェクタの他に、コモンレール内の燃料圧力を調整するための減圧バルブを駆動するものがある。

減圧バルブは例えばソレノイドの電磁力により作動力を発生するが、開弁時には特に大きな作動力が必要になる。そこで、出力電圧の異なる２つの電圧源を備えたものがある。出力電圧の高い第１の電圧源は、アクチュエータのソレノイドに流れる駆動電流が通電期間中に漸増し駆動電流が所定のピーク電流値に達すると通電が終了される。一方、出力電圧が低い第２の電圧源は、スイッチング制御により前記ピーク電流値よりも低い電流値に駆動電流を維持される。そして、前記スイッチング制御を第１の電圧源の通電終了時には実行状態として駆動開始時の駆動電流に尖頭波形が与えられるようにすることでソレノイドに十分な磁気エネルギーを蓄積し、開弁時の作動力を確保している（以下，適宜、尖頭波形に対応する駆動電流をチャージ電流という）。下記特許文献１等には、第１の電圧源として、車載のバッテリの出力電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータにより充電されるコンデンサが用いられ、第２の電圧源として前記バッテリが用いられているものが記載されている。

ところで、今日、インジェクタとして、ＰＺＴなどの圧電作用を利用したピエゾスタックにより作動力を発生させる構成のものが検討されている。ピエゾスタックにはソレノイドに対するよりもさらに大きな駆動電圧が要求される。コスト上の観点からはインジェクタと減圧弁とで電圧源を共通にしておくのが望ましいので、前記コンデンサは前記ピエゾスタックに対応可能な程度に充電電圧を高くしておき、これを前記尖頭波形を付与するための第１の電圧源としても兼用するのが望ましい。
特開平０７−７１６３９号公報

しかしながら、コンデンサの充電電圧の高圧化によりソレノイドの駆動において次の問題がある。図５は、ソレノイドの駆動電圧を約２倍に高圧化したときの状態を示すものである。図中、駆動電圧を高圧化する前の状態を併せて示している。高圧化によりチャージ電流がより急峻なものになり、チャージ電流が駆動電圧をオフする閾値に到達するまでの時間が短くなる分、チャージ電流が出力されている時間が短縮される。この結果、ソレノイドを搭載した減圧バルブの開弁力が不足して開弁作動が不安定なものになり、作動不良が生じるおそれがある。

これに対して、図６に示すように第２の電圧源を２段階に電流値が下がるようにして、定電流期間の最初に比較的電流値が大きな期間を設けて開弁力を確保することが考えられる。しかしながら、駆動電流を定電流とする制御方式は、通常、バッテリからソレノイドへの電圧印加をスイッチング制御することによるものであるため、エンジン始動時などでバッテリの出力電圧（以下，適宜、バッテリ電圧という）が低下すると、図７に示すようにバッテリ電圧の低下に応じて駆動電流が低下し、結局、開弁時の作動力を確保することができないおそれがある。

本発明は前記実情に鑑みなされたもので、アクチュエータの作動確実性を向上することのできるアクチュエータ駆動回路を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、アクチュエータの作動力を発生させるソレノイドを負荷として駆動するための電圧源として、ソレノイドに流れる駆動電流が通電期間中に漸増し駆動電流が所定のピーク電流値に達すると通電が終了される第１の電圧源と、該第１の電圧源よりも出力電圧が低く、かつスイッチング制御により前記ピーク電流値よりも低い電流値に駆動電流を維持するための第２の電圧源とを有し、前記スイッチング制御を前記第１の電圧源の通電終了時には実行状態として、駆動開始時の駆動電流に尖頭波形が与えられるアクチュエータ駆動回路において、
前記第２の電圧源の出力電圧が低いほど前記第１の電圧源の前記ピーク電流値が高くなるように前記第１の電圧源のオフ時期を設定するオフ時期設定手段を具備せしめる。

第２の電圧源の出力電圧が低下すると、駆動開始時の駆動電流の尖頭波形のピークが高くなり、ソレノイドに蓄積される磁気エネルギーも増大する。これにより、ピークに達した後の駆動電流の漸減期間が長くなり、アクチュエータの作動力を確保することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記第２の電圧源は駆動電流を段階的に低下せしめる構成とする。

第２の電圧源の出力電圧の低下により定電流期間の電流値は下がるが、定電流期間の最初に比較的駆動電流が大きな期間を設けることで、その分、第１の電圧源の通電終了時に到達しているべきソレノイドの磁気エネルギーが少なくて済む。したがって、その分、部品の電流容量に対する要求仕様を軽くし、低コストとすることができる。

以下、図面に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。図１に本発明のアクチュエータ駆動回路が付設されるコモンレール式の燃料噴射装置を示す。燃料を噴射するインジェクタ１１が各気筒と１対１に対応して設けられ、インジェクタ１１に共通にコモンレール２４が接続されている。コモンレール２４はインジェクタ１１に供給する加圧燃料を貯留している。インジェクタ１１はピエゾスタックの圧電作用でノズル内に挿置されたニードルの変位を開弁側と閉弁側とに切替えられ、開弁時にはコモンレール２４内の燃料圧力と略等しい噴射圧にて燃料を噴射する。

コモンレール２４はポンプ２３と接続され、ポンプ２３が、燃料タンク２１に貯留する燃料を燃料フィルタ２２を介して吸上げ、コモンレール２４に圧送する。ポンプ２３による燃料の圧送でコモンレール２４内の燃料圧力が上昇する。一方、コモンレール２４には減圧弁２５が接続され、減圧弁２５が開弁すると、コモンレール２４内の燃料が燃料タンク２１へと還流し、コモンレール２４内の燃料圧力が低下する。減圧弁２５はそのソレノイド２５１（図２参照）の電磁力により弁体（バルブ）がリフトして開弁する。

インジェクタ１１および減圧弁２５はＥＤＵ３２による電気駆動で作動し、ＥＤＵ３２はＥＣＵ３１からの作動指令にしたがって所定の時期にインジェクタ１１および減圧弁２５を電気駆動する。ＥＣＵ３１はエンジン各部を各種センサ類からの出力信号から知られる運転状態に基づいて制御するもので、例えばマイクロコンピュータを中心に構成される。前記センサ類として、コモンレール２４にコモンレール２４内の燃料圧力を検出する圧力センサ３３が設けられており、コモンレール２４内の燃料圧力が、ＥＣＵ３１により運転状態から演算された目標圧力になるように、ＥＣＵ３１が前記ポンプ２３および減圧弁２５を制御する。

これらの電気機器は車載のバッテリ４１による給電で作動する。

図２（Ａ）にアクチュエータ駆動回路を示し、図２（Ｂ）にその要部を示す。ＥＤＵ３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２２がバッテリ４１からフィルタ３２１を介して給電されて、第２の電圧源であるバッテリ４１の出力電圧（以下，適宜、バッテリ電圧という）よりも高い電圧値に第１の電圧源であるコンデンサ３２３を充電するようになっている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２２は例えば一般的な昇圧チョッパ型の回路が用いられ得る。

かかるコンデンサ３２３を共通の電圧源としてピエゾ駆動回路３２３およびソレノイド駆動回路３２４とが設けてある。ソレノイド駆動回路３２４には電圧源としてバッテリ４１が接続されている。

また、ピエゾ駆動回路３２３はピエゾスタック１１１の充電と放電とを切替えるもので、充電によりピエゾスタック１１１が伸長し、インジェクタ１１が開弁側に切替えられる。ピエゾ駆動回路３２３の構成としては、例えばコンデンサ３２３とピエゾスタック１１１との間をインダクタを介して接続する通電経路を設けたものが採用し得る。すなわち、該通電経路を閉成することで通電経路に漸増する電流が流れてピエゾスタック１１１が充電されるとともに電流値に応じたエネルギーがインダクタに蓄積され、開成するとインダクタに逆起電力が発生し、開成期間にコンデンサ３２３をバイパスする別の通電経路によりインダクタからピエゾスタック１１１に漸減する電流が流れる。これを繰り返してピエゾスタック１１１に所定の作動力を発生させる。

ソレノイド駆動回路３２４は、減圧弁２５のソレノイド２５１に対し、コンデンサ３２３を電圧源とする通電経路５ａおよびバッテリ４１を電圧源とする通電経路５ｂの２種類が設けられており、ソレノイド２５１に連なる共通線路部分に至る手前部分にソレノイド２５１側をカソードとしてダイオード５１，５２が設けられており、互いの通電経路５ｂ，５ａへの電流の流入が禁止されている。各通電経路５ａ，５ｂには１対１に対応してトランジスタ５３，５４が設けられ、それぞれが対応する通電経路５ａ，５ｂを開閉する。

トランジスタ５３，５４はコントローラ５６により制御される。コントローラ５６は論理演算回路により構成されたものやマイクロコンピュータにより構成されたものが用いられる。ＥＣＵ３１からコモンレール２４内の燃料圧力の減圧指令としての通電指令が入力するとソレノイド２５１に通電するようになっている。通電指令は一定期間オン（「Ｈ」レベル）の信号であり、その長さがソレノイド２５１への通電期間を規定し、前記長さに応じて燃料圧力が減圧される。

ソレノイド２５１と直列に抵抗値の比較的小さな抵抗器５５が接続されており、そこでの電圧降下を検出することにより、コントローラ５６でソレノイド２５１の駆動電流が知られるようになっている。

図３に前記通電指令があったときのコントローラ５６における制御内容を示す。ステップＳ１０１，Ｓ１０２はコントローラ５６のオフ時期設定手段としての処理で、ステップＳ１０１ではバッテリ電圧が低いか否かを判断する。これはバッテリ電圧を予め設定した基準電圧よりも低いか否かに基づいて判断される。肯定判断されるとステップＳ１０２でチャージ電流閾値を増大し、ステップＳ１０３に進む。したがって、チャージ電流閾値には高低２種類が用意されることになる。ステップＳ１０１が否定判断されると、ステップＳ１０２をスキップしてステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、コンデンサ３２３を電圧源として、ソレノイド２５１に開弁可能な磁気エネルギーを供給するチャージを実施する。このチャージにより後述するように駆動電流に尖頭波形が与えられる。前記のごとく尖頭波形に対応する電流をチャージ電流という。

ステップＳ１０４ではチャージ電流がピーク電流値であるチャージ電流オフ閾値以上か否かを判定する。ステップＳ１０２が実行されていればこのときのチャージ電流オフ閾値は高めに設定されていることになる。

ステップＳ１０４が否定判断されるとステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０４が肯定判断されるまで減圧弁２５のチャージが継続される。

チャージ電流がチャージ電流オフ閾値に達し、ステップＳ１０４が肯定判断されると、ステップＳ１０５に進み、トランジスタ５３をオフして減圧弁２５のチャージを停止するとともに定電流制御を実行する。すなわちトランジスタ５４をオン割合が所定値となるようにスイッチング制御することになる。なお、しばらくは、駆動電流として、ソレノイド２５１に蓄積された、ピーク電流に応じた大きさのエネルギーを消費しながら漸減する電流が流れる。駆動電流が前記オン割合に応じた電流値に達した以降は駆動電流は一定値となる。

ステップＳ１０６では通電指令がオフ（「Ｌ」レベル）になっているか否かを判定する。否定判断されるとステップＳ１０５に戻り、定電流制御が実行される。定電流制御開始から所定時間が経過すると、トランジスタ５４のオン割合が減じられてステップ状に電流値が低下する。通電指令がオフになりステップＳ１０６が肯定判断されるとトランジスタ５４をオフに固定して本フローは終了となる。

図４は本アクチュエータ駆動回路の作動を示すもので、バッテリ電圧が低いとチャージ電流オフ閾値が高くなって、チャージを停止した時点におけるソレノイド２５１に蓄積される磁気エネルギーが大きくなる。このため、駆動電流の漸減期間が長くなり、チャージ期間全体が長くなる。これにより、バッテリ電圧の低下により定電流制御時の駆動電流が低下しても、減圧弁２５１の開弁力を確保することができる。

また、定電流制御では最初に駆動電流が比較的、大きな期間が設定されているから、それがチャージ期間を確保する方向に作用する。したがって、その分、大側のチャージ電流オフ閾値を抑制することができる。なお、要求される仕様によっては定電流制御を駆動電流が２段階に低下するのではなく、通電指令オフまで一定でもよい。

なお、本発明はコモンレール式の燃料噴射装置のアクチュエータ駆動回路としてだけではなく、他のアクチュエータ駆動回路に適用することができる。また、アクチュエータの種類も弁に限られない。

本発明を適用したアクチュエータ駆動回路を付設したコモンレール式燃料噴射装置の構成を示す図である。 （Ａ）は前記アクチュエータ駆動回路の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）はその要部の構成を示す回路図である。 前記アクチュエータ駆動回路を構成するＥＣＵにおける制御を説明するフローチャートである。 前記アクチュエータ駆動回路の作動状態を示すタイミングチャートである。 従来の技術の課題を説明する第１のタイミングチャートである。 従来の技術の課題を説明する第２のタイミングチャートである。 従来の技術の課題を説明する第３のタイミングチャートである。

符号の説明

１１ インジェクタ（アクチュエータ）
１１１ ピエゾスタック
２５ 減圧弁（アクチュエータ）
３１ ＥＣＵ
３２ ＥＤＵ
２５１ ソレノイド
３２２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３２３ コンデンサ（第２の電圧源）
３２４ ピエゾ駆動回路
３２５ ソレノイド駆動回路
４１ バッテリ
５６ コントローラ（オフ時期設定手段）

Claims (2)

1. アクチュエータの作動力を発生させるソレノイドを負荷として駆動するための電圧源として、ソレノイドに流れる駆動電流が通電期間中に漸増し駆動電流が所定のピーク電流値に達すると通電が終了される第１の電圧源と、該第１の電圧源よりも出力電圧が低く、かつスイッチング制御により前記ピーク電流値よりも低い電流値に駆動電流を維持するための第２の電圧源とを有し、前記第２の電圧源の前記スイッチング制御を前記第１の電圧源の通電終了時には実行状態として、駆動開始時の駆動電流に尖頭波形が与えられるアクチュエータ駆動回路において、
   前記第２の電圧源の出力電圧が低いほど前記ピーク電流値が高くなるように前記第１の電圧源のオフ時期を設定するオフ時期設定手段を具備せしめたことを特徴とするアクチュエータ駆動回路。
2. 請求項１記載のアクチュエータ駆動回路において、前記第２の電圧源は駆動電流を段階的に低下せしめるアクチュエータ駆動回路。
   

Images