JP2008075516A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁駆動装置において、放電用スイッチング素子（１１）のオフ時に発生するエミッションノイズを低減する。
【解決手段】駆動期間の間、インジェクタ（電磁弁）のコイル２１ａの下流側に設けられたスイッチング素子（以下、スイッチ）１３をオンすると共に、駆動期間の開始時には、スイッチ１１もオンして、高電圧で充電されたコンデンサＣ１からコイル２１ａに放電し、その後は駆動期間の終了時まで、スイッチ１２をオン／オフしてコイル２１ａに一定電流を流し、また、スイッチ１１，１２がオフされた時には、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａに電流が還流する燃料噴射制御装置にて、スイッチ１１がオフされたときにコイル２１ａへの放電を開始して出力端子Ｐ１の電圧変化を緩やかにするコンデンサＣ２が追加されており、コンデンサＣ２の放電が終了すると、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａに電流が還流するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁を駆動する装置に関し、特に、放電用コンデンサに充電した高電圧のエネルギーを電磁弁のコイルに放電して、その電磁弁の作動応答性を向上させるようにした電磁弁駆動装置に関する。

従来より、例えば車両に搭載された内燃機関の各気筒にそれぞれ燃料を噴射供給する燃料噴射弁としては、コイルへの通電により開弁する電磁弁が使用されている。そして、このような燃料噴射弁を駆動して燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置は、コイルへの通電時間や通電タイミングを制御することにより、内燃機関への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御している。

また、こうした燃料噴射制御装置としては、昇圧回路により電源電圧を昇圧して放電用コンデンサを充電すると共に、コイルに通電すべき駆動期間の開始時には、その放電用コンデンサに蓄積しておいた高電圧の電気エネルギーを燃料噴射弁のコイルに放電して所定の大電流（いわゆるピーク電流）を流すことにより、燃料噴射弁を速やかに開弁状態へ移行させ、その後は、駆動期間が終了するまで、コイルに一定電流を流して、燃料噴射弁を開弁状態に保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、この種の燃料噴射制御装置の具体的構成例について、図１２を用い説明する。
尚、図１２の燃料噴射制御装置１００は、例えば車両に搭載された多気筒ディーゼル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、電磁弁という）の各々を駆動するものであるが、図１２では、各気筒毎の電磁弁のうちの１つのみを図示し、以下では、その１つの電磁弁２１の駆動に関して説明する。また、この例において、スイッチング素子として使用している各トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴであり、以下、それらのスイッチング素子をスイッチという。

まず、電磁弁２１は、コイル２１ａ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２１ａ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、燃料噴射が行われる。また、コイル２１ａ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。

そして、燃料噴射制御装置１００は、電磁弁２１のコイル２１ａの上流側端子が接続される出力端子Ｐ１と、コイル２１ａの下流側端子が接続される出力端子Ｐ２と、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電磁弁駆動用のスイッチ１３と、電源電圧としての車載バッテリの電圧（バッテリ電圧）ＶＢが供給される電源ラインに一方の出力端子が接続されたスイッチ１２と、そのスイッチ１２の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが出力端子Ｐ１に接続された逆流防止用のダイオードＤ２と、電磁弁２１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２１ａに流すためのコンデンサ（放電用コンデンサ）Ｃ１と、バッテリ電圧ＶＢを昇圧して、そのバッテリ電圧ＶＢよりも高い高電圧を生成し、その高電圧をダイオードＤ４を介してコンデンサＣ１に供給することにより、そのコンデンサＣ１を充電するＤＣＤＣコンバータ２３と、コンデンサＣ１の正極側（グランドライン側とは反対側）を出力端子Ｐ１（延いては、コイル２１ａの上流側端子）に接続させるスイッチ１１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に接続されたフライホイール（還流）用のダイオードＤ３と、スイッチ１１〜１３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２５とを備えている。

更に、出力端子Ｐ２とコンデンサＣ１の正極側との間には、コイル２１ａの下流側からコンデンサＣ１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２２が設けられており、そのエネルギー回収用経路２２上には、カソードをコンデンサＣ１側にして電流方向制御用のダイオードＤ１が設けられている。

尚、実際には、出力端子Ｐ１は、複数の気筒の電磁弁について共通の端子となっており、その出力端子Ｐ１に、各電磁弁のコイルがそれぞれ接続されている。また、出力端子Ｐ２及びスイッチ１３は、各電磁弁のコイル毎にそれぞれ備えられている。

一方、ＤＣＤＣコンバータ２３は、バッテリ電圧ＶＢの電源ライン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及びスイッチを備えており、そのスイッチがオン／オフされることでインダクタに発生するフライバック電圧によりダイオードＤ４を通じてコンデンサＣ１を充電する周知のものである。

次に、上記のように構成された燃料噴射制御装置１００の作用を、図１３のタイムチャートを用いて説明する。
まず、制御回路２５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、各気筒毎に、電磁弁のコイルに通電すべき駆動期間を設定し、その駆動期間だけ、該当する気筒の電磁弁に対応するスイッチ１３をオンする。

また、制御回路２５は、各電磁弁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Ｃ１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。

そして、図１３に示すように、制御回路２５は、何れかの電磁弁の駆動期間の開始タイミングになると、その電磁弁に対応するスイッチ１３をオンし、それと同時にスイッチ１１もオンする。尚、この例では、スイッチ１１と共にスイッチ１２もオンしている。

すると、コンデンサＣ１の正極側がスイッチ１１を介して出力端子Ｐ１に接続されて、コンデンサＣ１に充電されていたエネルギーがコイル２１ａに放出され、これにより、そのコイル２１ａへの通電が開始される。そして、このとき、コイル２１ａには、コンデンサＣ１の放電により、電磁弁２１を速やかに開弁状態へと移行させるための大電流（ピーク電流）が流れる。

尚、図１３において、点線で示している「出力端子Ｐ１電流」は、コイル電流（コイル２１ａに流れる電流）を示している。また、このようなコンデンサＣ１の放電に際し、高電位となる出力端子Ｐ１側からバッテリ電圧ＶＢの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１３がオンされても、コンデンサＣ１の正極側からエネルギー回収用経路２２を介してスイッチ１３へ直接電流が流れてしまうことは、ダイオードＤ１により防止される。

そして、制御回路２５は、スイッチ１１をオンしてから一定時間が経過すると、スイッチをオフする。尚、コイル電流を抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出し、そのコイル電流がピーク電流の目標電流値になるとスイッチ１１をオフする、という構成もある。

このようにして、駆動期間の開始時には、スイッチ１１がオンされてコンデンサＣ１からコイル２１ａに放電され、これにより、そのコイル２１ａに大電流が流れて、電磁弁２１の開弁応答が早まる。

また、制御回路２５は、スイッチ１１をオンしている間は、コンデンサＣ１からの放電電流を安定させるために、ＤＣＤＣコンバータ２３によるコンデンサＣ１の充電動作を禁止する。

そして、制御回路２５は、スイッチ１１をオフした後は、抵抗Ｒ１に生じる電圧により検出されるコイル電流が、上記ピーク電流の目標電流値よりも小さい一定電流となるように、スイッチ１２のオン／オフ制御を行う。

このようなスイッチ１２による定電流制御により、スイッチ１１のオフ後は、バッテリ電圧ＶＢの電源ラインから、スイッチ１２及びダイオードＤ２を介して、コイル２１ａに一定電流が流れ、その一定電流により、電磁弁２１が開弁状態に保持される。

尚、スイッチ１３がオンしている状態で、スイッチ１１又はスイッチ１２がオフされた時には、ダイオードＤ３を介してグランドライン側からコイル２１ａにフライバック電流が還流する。このため、スイッチ１１がオフされてからスイッチ１２のオン／オフ制御が開始されるまでと、スイッチ１２のオン／オフ制御中に該スイッチ１２がオフされた際とにおいて、コイル２１ａに流れる電流は、そのダイオードＤ３を介して還流するフライバック電流である。

その後、駆動期間が終了すると、制御回路２５は、スイッチ１３をオフすると共に、スイッチ１２のオン／オフ制御（即ち、定電流制御）を終了して、そのスイッチ１２もオフ状態に保持する。すると、コイル２１ａへの通電が停止して電磁弁２１が閉弁し、その電磁弁２１による燃料噴射が終了される。

また、スイッチ１３及びスイッチ１２がオフされた際に、コイル２１ａに発生するフライバックエネルギーは、コイル２１ａの下流側からエネルギー回収用経路２２上のダイオードＤ１を通じてコンデンサＣ１へ、電流の形で回収される。

一方また、制御回路２５は、スイッチ１１をオフした後、或いは、スイッチ１３をオフした後に、ＤＣＤＣコンバータ２３によるコンデンサＣ１の充電を再開させる。これは、次回の電磁弁駆動に備えるためである。尚、図１３の例では、スイッチ１１をオンしている間、スイッチ１２もオンしているが、スイッチ１２は、スイッチ１１のオン中はオフさせる構成でも良い。また、以上のような燃料噴射制御装置１００の構成及び作用は、例えば特許文献１にも詳しく記載されている。
特開２００１−１５３３２号公報

ところで、上記従来の燃料噴射制御装置１００において、スイッチ１１がオンからオフされた時には、ダイオードＤ３によりグランドライン側からコイル２１ａの上流側端子へと電流が供給されることとなる。

このため、ダイオードＤ３の順方向電圧を「Ｖｆ」とすると、スイッチ１１がオフされた時の出力端子Ｐ１の電圧は、図１３における点線の四角内に示すように、コンデンサＣ１の充電電圧（ほぼ充電目標電圧Ｖｃ１）から「−Ｖｆ」へと一気に変化することとなり、単位時間当たりの電圧変化ΔＶが非常に大きくなる。そして、そのような電圧変化に応じた量のエミッションノイズが発生して、例えばラジオ等の受信状態に影響を与えてしまう可能性がある。

尚、こうしたエミッションノイズを抑制するための手法として、例えば、コイル２１ａに投入する電気エネルギー（電圧、電流値自体）を低減するか、或いは、スイッチ１１のスルーレート増加させる（即ち、スイッチ１１を緩やかにオフ状態へと移行させる）ことが考えられる。しかし、前者の手法では、電磁弁２１の開弁応答性を悪化させてしてしまう。また、後者の手法では、スイッチ１１の電力損失が大きくなって発熱量が増加してしまうため、やはり実用的ではない。特に、高温環境下に置かれる車載装置では素子の発熱を極力低減したいのが実情である。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、電磁弁駆動装置において、放電用スイッチング素子のオフ時に発生するエミッションノイズを低減することを目的としている。

上記目的を達成するためになされた請求項１の電磁弁駆動装置では、充電手段が、電源電圧から該電源電圧よりも高い高電圧を生成して放電用コンデンサを充電し、この充電により、電磁弁のコイルに放電するための電気エネルギーが放電用コンデンサに蓄積される。

また、放電用コンデンサから電磁弁のコイルの上流側端子への電流経路に直列に、放電用スイッチング素子が設けられている。そして、放電用スイッチング素子は、電磁弁のコイルに通電すべき駆動期間の開始時にオンされて、放電用コンデンサをコイルに接続させることにより、その放電用コンデンサからコイルへ電磁弁を速やかに作動状態へと移行させるための電流を放電させる。

更に、前記電流経路における放電用スイッチング素子よりもコイル側とグランドラインとの間には、還流手段が設けられており、放電用スイッチング素子がオフされて放電用コンデンサからコイルへの放電が終了すると、その還流手段を介してコイルに電流が還流する。この還流手段を介してコイルに流れる電流は、コイル自身に蓄積された電気エネルギーによるフライバック電流である。

ここで特に、請求項１の電磁弁駆動装置では、前記電流経路における放電用スイッチング素子よりもコイル側に、放電用スイッチング素子がオフされたときにコイルへの放電を開始するサブ放電手段が設けられており、そのサブ放電手段からコイルへの放電が終了すると、還流手段を介してコイルに電流が還流するようになっている。

このような請求項１の電磁弁駆動装置によれば、放電用スイッチがオンからオフされると、コイルへの放電が即座に停止されるのではなく、サブ放電手段からコイルへ放電され、そのサブ放電手段からの放電が終了すると、還流手段を介してコイルに電流が還流するため、放電用スイッチがオンからオフされた時のコイルの上流側端子の電圧変化（図１２，図１３の出力端子Ｐ１の電圧変化に相当）を、緩やかにすることができる。よって、放電用スイッチング素子のオフ時に発生するエミッションノイズを低減することができる。

ところで、請求項２に記載のように、サブ放電手段は、前記電流経路における放電用スイッチング素子よりもコイル側に一端が接続され、他端が前記高電圧（即ち、充電手段が生成して放電用コンデンサを充電する電圧）よりも低い電位に接続されたコンデンサとすることができる。

そして、この構成によれば、サブ放電手段として設ける素子を少なくすることができる。尚、この構成においては、放電用スイッチング素子がオンされると、放電用コンデンサから放電されるエネルギーの一部によってサブ放電手段を成すコンデンサが充電され、放電用スイッチング素子がオフされると、サブ放電手段を成すコンデンサからコイルへの放電が開始されることとなる。

また、請求項３に記載のように、サブ放電手段は、コンデンサと、オンすることでそのコンデンサを前記電流経路における放電用スイッチング素子よりもコイル側と前記高電圧よりも低い電位との間に接続させる接続用スイッチング素子とにより構成することもできる。

そして、この構成によれば、接続用スイッチング素子のオン／オフにより、サブ放電手段の有効／無効を切り替えることができる。例えば、接続用スイッチング素子をオンしたままにすれば、コンデンサが有効となり、請求項２と同じ作用のサブ放電手段が得られる。また、接続用スイッチング素子をオフしたままにすれば、コンデンサが無効となり、サブ放電手段を備えない従来装置と同じになる。このため、放電用スイッチング素子のオフ時に発生するエミッションノイズを低減する必要がある場合にのみサブ放電手段を有効にする、という切替制御が可能になる。

より詳しく説明すると、サブ放電手段を有効にする場合、電磁弁のコイルには、放電用コンデンサとサブ放電手段を成すコンデンサとの２つから電気エネルギーが供給されることとなり、そのコイルへの供給エネルギーをばらつかせる要素が従来装置よりも多くなる。このため、エミッションノイズの低減と、電磁弁の作動開始タイミングの精度（即ち、コイルへの供給エネルギー量の精度）とのうち、前者を優先する場合には、サブ放電手段を有効にし、後者を優先する場合には、サブ放電手段を無効にする、という切替制御を行うことができ有利である。

尚、サブ放電手段を有効にする場合、接続用スイッチング素子は、例えば、放電用スイッチング素子がオンされるのと同時にオンし、サブ放電手段を成すコンデンサからコイルへの放電が終了したらオフする、といった具合にオン／オフさせても良い。

次に、請求項４の電磁弁駆動装置では、請求項３の電磁弁駆動装置において、サブ放電手段を複数組備えている。
そして、この構成によれば、オンする接続用スイッチング素子の数（即ち、有効にするサブ放電手段の数）により、サブ放電手段の総静電容量を変化させることができる。このため、放電用スイッチング素子のオフ時に発生するエミッションノイズを低減したい度合いに応じて、サブ放電手段の総静電容量をアクティブに変更することができ有利である。具体的には、エミッションノイズの低減と、電磁弁の作動開始タイミングの精度とのうち、前者を一層優先する場合には、オンする接続用スイッチング素子の数を増やしてサブ放電手段の総静電容量を増加させ、逆に、後者を優先する場合には、オンする接続用スイッチング素子の数を減らしてサブ放電手段の総静電容量を減少させることができる。そして、例えば、この発明を図１２のような燃料噴射制御装置に適用した場合、エンジン回転数等の車両走行状態に応じてサブ放電手段の総静電容量を変更することができるようになる。

次に、請求項５の電磁弁駆動装置では、請求項３，４の電磁弁駆動装置において、サブ放電用充電手段が備えられており、そのサブ放電用充電手段は、放電用スイッチング素子と接続用スイッチング素子とがオフされている場合に、サブ放電手段を成すコンデンサを充電する。そして、接続用スイッチング素子は、放電用スイッチング素子がオンからオフされたとき、或いは放電用スイッチング素子がオンされてからオフされるまでの間にオンされ、サブ放電手段を成すコンデンサからコイルへの放電が終了するとオフされるようになっている。

この構成によれば、サブ放電手段を成すコンデンサを放電用コンデンサとは別のサブ放電用充電手段によって充電することができるため、放電用コンデンサから放電されるエネルギーのほぼ全てをコイルに供給することができる。よって、放電用スイッチング素子がオンされた時のコイルへの放電を急峻なものにすることができ、延いては、放電用スイッチング素子のオン時から電磁弁を作動状態に移行させるまでの作動応答時間を短縮することができる。

ところで、請求項２〜５の電磁弁駆動装置において、サブ放電手段を成すコンデンサは、放電用スイッチング素子がオフされてから、還流手段を介してコイルに電流が還流するよりも先に、コイルに放電を開始することのできる放電応答性を有したコンデンサであれば良い。そして、そのようなコンデンサとしては、請求項６に記載のように、放電用コンデンサよりも放電速度の速い種類のコンデンサが考えられる。具体的には、一般に、放電用コンデンサとしては、静電容量の大きいアルミ電解コンデンサやフィルムコンデンサが用いられるが、サブ放電手段を成すコンデンサとしては、それらよりも等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が小さく放電速度の速い積層セラミックコンデンサが好ましい。また、サブ放電手段を成すコンデンサとして、放電速度の速い積層セラミックコンデンサ等を用いれば、サブ放電手段による放電遅れを低減して、電磁弁の作動応答性への影響も低減することができる。

次に、請求項７の電磁弁駆動装置では、請求項１〜６の電磁弁駆動装置において、放電用スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段は、サブ放電手段からの放電時間（詳しくは、サブ放電手段からコイルに放電されている時間）を計測すると共に、その計測した過去の放電時間に基づいて、放電用スイッチング素子のオフタイミングを調整するようになっている。

そして、この構成によれば、サブ放電手段を構成する部品に特性のばらつき（製造によるばらつきや、時間経過によるばらつきや、温度等の環境によるばらつき）があっても、放電用コンデンサとサブ放電手段との双方からコイルへ供給される総投入エネルギーが目標投入エネルギーとなるように安定させることができる。

例えば、サブ放電手段を構成するコンデンサの静電容量が大きめにばらついたならば、サブ放電手段からコイルへの放電時間が長くなるとと共に、そのサブ放電手段からコイルへの投入エネルギーも大きくなる。そこで、サブ放電手段からコイルへの放電時間が基準値よりも長ければ、その長くなった分に応じた時間だけ放電用スイッチング素子のオフタイミングを早めて、その放電用コンデンサからコイルへの投入エネルギーを減少させるといった制御を行えば、コイルへの総投入エネルギーを一定に保つことができる。

尚、サブ放電手段からの放電時間は、例えば、毎回或いは複数回に１回計測したり、当該装置が動作を開始してから最初の１回だけ計測するようにしても良い。そして、前者の場合には、複数回の計測値の平均値を用いるようにすることができ、また、後者の場合には、計測するための処理負荷を低減することができる。

次に、請求項８の電磁弁駆動装置では、請求項１〜６の電磁弁駆動装置において、放電用スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段は、当該装置内の温度に基づいて放電用スイッチング素子のオフタイミングを調整するようになっている。

そして、この構成によれば、サブ放電手段を構成する部品に、温度による特性のばらつきがあっても、放電用コンデンサとサブ放電手段との双方からコイルへ供給される総投入エネルギーが目標投入エネルギーとなるように安定させることができる。

例えば、サブ放電手段を構成するコンデンサとして、温度が高いほど静電容量が大きくなるコンデンサを用いた場合には、温度が高い場合ほど、サブ放電手段からコイルへの投入エネルギーが大きくなる。そこで、温度が高い場合ほど放電用スイッチング素子のオフタイミングを早める、といった制御を行えば、コイルへの総投入エネルギーを一定に保つことができる。また逆に、例えば、サブ放電手段を構成するコンデンサとして、温度が低いほど静電容量が大きくなるコンデンサを用いた場合には、温度が低い場合ほど放電用スイッチング素子のオフタイミングを早める、といった制御を行えば、コイルへの総投入エネルギーを一定に保つことができる。

また、制御手段は、当該装置内の温度を検出するように構成することもできるが、請求項９に記載のように、制御手段は、当該装置の外部の環境温度に基づいて当該装置内の温度を推定するように構成することもできる。そして、この構成によれば、当該装置内に、温度を検出するための素子及び回路を設ける必要が無くなる。尚、この発明を図１２のような燃料噴射制御装置に適用した場合、当該装置の外部の環境温度としては、例えば、エンジンの冷却水温や吸気温度等が考えられる。

以下に、本発明が適用された実施形態の電磁弁駆動装置としての燃料噴射制御装置について、図面に従い説明する。
尚、本実施形態の燃料噴射制御装置は、図１２の燃料噴射制御装置１００と同様に、車両用多気筒ディーゼルエンジンの各気筒に燃料を噴射供給する電磁弁（電磁ソレノイド式ユニットインジェクタ）の各々を駆動するものであり、その各電磁弁は周知のコモンレールに蓄圧された高圧の燃料を開弁することで噴射する。そして、本実施形態においても、各気筒毎の電磁弁のうちの１つのみを図示し、その１つの電磁弁の駆動に関して説明する。また、以下に説明する各図において、図１２に示した構成要素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を省略する。そして、以下では、図１２の燃料噴射制御装置１００と異なる点のみ説明する。また、本実施形態においても、スイッチング素子をスイッチと称し、そのスイッチとしては、ＭＯＳＦＥＴを用いている。また更に、本実施形態では、コンデンサＣ１からコイル２１ａへの放電をメイン放電と言い、コンデンサＣ１以外のコンデンサからコイル２１ａへの放電をサブ放電と言う。
［第１実施形態］
まず図１に示すように、第１実施形態の燃料噴射制御装置１０は、図１２の燃料噴射制御装置１００と比較すると、下記（１−１）及び（１−２）の点が異なっている。

（１−１）メイン放電に続いてサブ放電を行うために、ダイオードＤ３と並列に、コンデンサＣ２とスイッチ１４との直列回路が追加されている。そして、スイッチ１４がオンすることで、コンデンサＣ２が、出力端子Ｐ１（換言すれば、スイッチ１１と出力端子Ｐ１とを結ぶ配線）とグランドラインとの間に接続されるようになっている。また、そのスイッチ１４も、制御回路２５によって制御される。

尚、コンデンサＣ１がアルミ電解コンデンサ又はフィルムコンデンサであるのに対して、コンデンサＣ２は、そのコンデンサＣ１よりも等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）が小さくて充放電速度の速い種類のコンデンサ（本実施形態では、積層セラミックコンデンサ）である。

（１−２）制御回路２５は、図２に示すように、エンジン回転数が規定値Ｎｔｈ以下か否かを判定し（Ｓ１１０）、規定値Ｎｔｈ以下でなければ（Ｓ１１０：ＮＯ）、サブ放電用のスイッチ１４をオフのままにするが（Ｓ１２０）、エンジン回転数が規定値Ｎｔｈ以下であれば（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、スイッチ１４を図３（Ｂ）及び図４に示すように制御する（Ｓ１３０）。

即ち、制御回路２５は、スイッチ１４を、スイッチ１１のオンと同時にオンし、スイッチ１１のオフから所定時間が経過するとオフする。
このため、エンジン回転数が規定値Ｎｔｈ以下の場合には、スイッチ１１がオンされると、コンデンサＣ１から放電されるエネルギーの一部によってサブ放電用のコンデンサＣ２が充電される。そして、スイッチ１１がオフされると、図３（Ｂ）及び図４における一点鎖線の楕円内に示すように、コンデンサＣ２からコイル２１ａへの放電（サブ放電）が開始される。すると、出力端子Ｐ１の電圧は、コンデンサＣ２の電荷量の減少に伴って、徐々に低下していく。その後、コンデンサＣ２からコイル２１ａへの放電が終了すると、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａにフライバック電流が還流することとなる。

つまり、従来装置１００では、図３（Ａ）に示すように、スイッチ１１のオフと同時にダイオードＤ３を介してコイル２１ａにフライバック電流が還流するようになっていたが、本実施形態では、図３（Ｂ）及び図４に示すように、スイッチ１１がオフしてコンデンサＣ１からコイル２１ａへのメイン放電が終了すると同時にコンデンサＣ２からコイル２１ａへのサブ放電が開始され、そのコンデンサＣ２からの放電が終了すると、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａにフライバック電流が還流する。

尚、スイッチ１１がオフされてからスイッチ１４がオフされるまでの上記所定時間は、コンデンサＣ２からコイル２１ａへの放電が終了すると考えられる時間よりも長く設定されている。また、駆動期間の開始時にコイル２１ａへ投入すべきエネルギー量をＰｉｎｊとし、コンデンサＣ２からコイル２１ａへ投入されるエネルギー量をＰｃ２とすると、本実施形態において、サブ放電を行う場合、スイッチ１１のオフタイミング（換言すれば、スイッチ１１をオンしている時間）は、ＰｉｎｊからＰｃ２を差し引いた分（＝Ｐｉｎｊ−Ｐｃ２）がコンデンサＣ１からコイル２１ａへ投入されるようにしたタイミングに設定される。一方、図４の最下段において、「メイン放電期間」とは、コンデンサＣ１からコイル２１ａへ放電されている期間であり、「サブ放電期間」とは、コンデンサＣ２からコイル２１ａへ放電されている期間であり、「フライバック期間」とは、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａにフライバック電流が還流している期間である。

以上のような第１実施形態の燃料噴射制御装置１０によれば、エンジン回転数が規定値Ｎｔｈ以下の場合であって、例えばラジオに入る雑音が気になりやすい低回転時においては、スイッチ１１がオンからオフされると、コイル２１ａへの放電が即座に停止されるのではなく、コンデンサＣ２からコイル２１ａへのサブ放電が行われる。そして、そのサブ放電が終了したら、ダイオードＤ３を介してコイル２１ａにフライバック電流が流れるようになる。

このため、図４に示すように、スイッチ１１がオフされると、出力端子Ｐ１の電圧は、従来装置１００よりも長い時間Ｔ１をかけて「−Ｖｆ」まで低下することとなり、スイッチ１１がオフされた時の出力端子Ｐ１の電圧変化（コイルの上流側端子の電圧変化）を緩やかにすることができる。よって、スイッチ１１のオフ時における電圧変化によるエミッションノイズを、発熱悪化等のエネルギーロスを伴うことなく確実に低減することができる。

また、エンジン回転数が規定値Ｎｔｈ以下でない場合には、コンデンサＣ２が無効化されて（Ｓ１２０）、サブ放電は行われないため、コイル２１ａへの供給エネルギーをばらつかせる要素が従来装置１００と同じになる。よって、電磁弁２１の開弁タイミングの精度（延いては、燃料噴射の精度）を従来装置１００よりも低下させることがない。つまり、エンジンの作動音によりラジオに入る雑音が気にならないような場合には、エミッションノイズの低減よりも燃料噴射精度を優先することができる。

ところで、Ｐｉｎｊに対するＰｃ２の割合（＝Ｐｃ２／Ｐｉｎｊ）を、分割投入エネルギー率Ｐｘと称することにすると、そのＰｘとエミッションノイズの発生量との関係は、実験により図５のようになることが確認できた。

そして、その図５から、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）の規格ＣＩＳＰＲ２５におけるＣｌａｓｓ３を目標のノイズ量としたならば、Ｐｘを３％にすれば良いことが分かる。

そこで、本実施形態では、コンデンサＣ２の容量値Ｃｃ２を、Ｐｘが３％以上となるように設定している。
具体的に説明すると、まず、下記の式１，式２が成立する。

Ｐｃ２＝Ｐｉｎｊ×Ｐｘ ，Ｐｉｎｊ＝Ｐｃ１＋Ｐｃ２ …式１
Ｐｃ２＝（１／２）×Ｃｃ２×Ｖｃ１＾２ …式２
尚、Ｐｃ１は、コンデンサＣ１からコイル２１ａへ投入するエネルギー量である。また、式における「＾ｎ」は、ｎ乗（ｎは整数）を意味している。

そして、式１，式２から下記の式３が成立する。
Ｃｃ２＝[２×（Ｐｘ×Ｐｉｎｊ）]／Ｖｃ１＾２ …式３
ここで、本実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ２３によるコンデンサＣ１の充電目標電圧Ｖｃ１が５０（Ｖ）であり、Ｐｉｎｊが５０（ｍＪ）である。

よって、式３より、「Ｃｃ２＝[２×（０．０３×５０×１０＾−３）]／５０＾２＝１．２（μＦ）」となり、Ｃｃ２は、１．２（μＦ）以上に設定すれば良い。
以上のことから、コンデンサＣ２の容量値Ｃｃ２を、少なくとも１．２（μＦ）という比較的小容量に設定すれば、ＣＩＳＰＲ２５におけるＣｌａｓｓ３以上のノイズ性能を達成することができる。

尚、本実施形態では、コンデンサＣ１が放電用コンデンサに相当し、ＤＣＤＣコンバータ２３が充電手段に相当し、スイッチ１１が放電用スイッチング素子に相当し、ダイオードＤ３が還流手段に相当し、コンデンサＣ２及びスイッチ１４がサブ放電手段に相当している。また、スイッチ１４が接続用スイッチング素子に相当している。

一方、上記第１実施形態は、下記（１）〜（４）の各々のように変形することができる。
（１）制御回路２５は、図２のＳ１３０でスイッチ１４をオンしたままにしても良い。

（２）スイッチ１４を設けずに、コンデンサＣ２をダイオードＤ３と並列に接続したままにする構成でも良い。このように構成すれば、エンジン回転数等に関係なく、スイッチ１１がオンからオフされる毎にコンデンサＣ２からコイル２１ａへのサブ放電が必ず実施されることとなる。そして、この構成によれば、サブ放電を行うために設ける素子数を最小にすることができる。

（３）コンデンサＣ２の出力端子Ｐ１側とは反対側の端部は、Ｖｃ１よりも低い電位に接続すれば良いため、グランドラインに限らず、例えばバッテリ電圧ＶＢの電源ラインに接続するようにしても良い。

（４）図６に示すように、コンデンサＣ２とスイッチ１４との直列回路と同様の回路を、複数設けても良い。尚、図６の燃料噴射制御装置２０では、コンデンサＣ３とスイッチ１５との直列回路を追加している。

そして、図６の構成によれば、スイッチ１４，１５のうち、オンするスイッチの数により、サブ放電を行うための総静電容量を変化させることができる。このため、スイッチ１１のオフ時に発生するエミッションノイズを低減したい度合いに応じて、サブ放電用の総静電容量をアクティブに変更することができる。

例えば、制御回路２５は、エンジン回転数が第１の規定値Ｎｔｈ１以下である場合には、スイッチ１４，１５の両方を図３（Ｂ）及び図４のようにオン／オフさせるかオンしたままにし、エンジン回転数が第１の規定値Ｎｔｈ１よりも大きく、且つ、第２の規定値Ｎｔｈ２以下である場合には、スイッチ１４，１５のうちの一方だけを図３（Ｂ）及び図４のようにオン／オフさせるかオンしたままにし、エンジン回転数が第２の規定値Ｎｔｈ２よりも大きい場合には、スイッチ１４，１５の両方をオフしたままにする、といった制御を行うことができる。
［第２実施形態］
次に、図７に示すように、第２実施形態の燃料噴射制御装置３０は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１０と比較すると、下記（２−１）及び（２−２）の点が異なっている。

（２−１）ＤＣＤＣコンバータ２３と同様のＤＣＤＣコンバータ２９が追加されている。そして、ＤＣＤＣコンバータ２９は、バッテリ電圧ＶＢよりも高い高電圧を生成し、その高電圧をダイオードＤ５を介してコンデンサＣ２に供給することにより、そのコンデンサＣ２を充電する。また、ＤＣＤＣコンバータ２９も制御回路２５によって制御される。

（２−２）図８に示すように、制御回路２５は、サブ放電を実施する場合、スイッチ１１とスイッチ１４とをオフしている際に、ＤＣＤＣコンバータ２９を作動させて、コンデンサＣ２を、そのコンデンサＣ２の充電電圧が目標電圧Ｖｃ２になるまで充電させる。尚、本実施形態ではＶｃ２＝Ｖｃ１である。

尚、このように、本第２実施形態では、コンデンサＣ２が、コンデンサＣ１からではなくＤＣＤＣコンバータ２９によって充電されるため、スイッチ１４は、必ずしもスイッチ１１と同時にオンしなくても良く、図８の最下段における点線で示すように、スイッチ１１がオフされたとき、或いは、スイッチ１１がオンされてからオフされるまでの間にオンすれば良い。

以上のような第２実施形態によれば、コンデンサＣ２をＤＣＤＣコンバータ２９によって充電するため、コンデンサＣ１から放電されるエネルギーのほぼ全てをコイル２１ａに供給することができる。

よって、スイッチ１１がオンされた時のコイル２１ａへの放電を急峻なものにすることができ、延いては、スイッチ１１のオン時から電磁弁２１を開弁状態に移行させるまでの作動応答時間を短縮することができる。

つまり、第１実施形態の場合には、図８の３，４段目における点線で示すように、コンデンサＣ１から放電されるエネルギーの一部がコンデンサＣ２の充電に用いられるため、コイルへの通電開始が若干遅れ、その分、電磁弁２１の作動応答時間が長くなる可能性がある。これに対して、第２実施形態の構成によれば、そのような可能性を回避することができる。

尚、本第２実施形態では、ＤＣＤＣコンバータ２９がサブ放電用充電手段に相当している。また、Ｖｃ２はＶｃ１と異なる値であっても良い。また、本第２実施形態においても、前述した（３），（４）の変形を適用することができる。
［第３実施形態］
次に、図９に示すように、第３実施形態の燃料噴射制御装置４０は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１０と比較すると、下記（３−１）及び（３−２）の点が異なっている。

（３−１）コンデンサＣ２と直列に、そのコンデンサＣ２からコイル２１ａへ放電される電流を検出するための抵抗Ｒ２が接続されている。
（３−２）制御回路２５では、抵抗Ｒ２の両端電圧がアンプ２５ａにより増幅される。

そして、制御回路２５は、サブ放電を実施する場合、スイッチ１１をオンからオフする度に、アンプ２５ａの出力をモニタすることにより、コンデンサＣ２からコイル２１ａへ放電しているか否かを判定すると共に、放電していると判定している継続時間を、コンデンサＣ２からコイル２１ａへの放電時間として計測する。更に、制御回路２５は、コンデンサＣ２からの放電が終了したと判定すると、今回測定した放電時間をメモリ（図示省略）に記憶する。そして、制御回路２５は、サブ放電を実施する場合において、スイッチ１１をオン／オフさせる際には、このように計測した前回まので放電時間に基づいて、スイッチ１１のオフタイミングを調整する。

より具体的に説明すると、制御回路２５は、放電時間の計測を終える毎に、今回の計測値を含めた最新のＭ回分（Ｍは２以上の整数）の放電時間の平均値を算出してメモリに記憶する。そして、次回にスイッチ１１をオン／オフさせる際には、その記憶した放電時間の平均値に基づいて、スイッチ１１のオフタイミングを調整する。

例えば、コンデンサＣ２の静電容量が、製造ばらつきや、時間経過によるばらつきや、温度変化等によって、大きめにばらついたならば、そのコンデンサＣ２からの放電時間が長くなると共に、そのコンデンサＣ２からコイル２１ａへの投入エネルギーも大きくなる。そこで、図１０に例示するように、計測した放電時間の平均値ｔｂが理想状態での基準値ｔａよりも長ければ、その長くなった分に応じた時間だけスイッチ１１のオフタイミングを早めて、コンデンサＣ１からコイル２１ａへの投入エネルギーを減少させる。また逆に、放電時間の平均値ｔｂが理想状態での基準値ｔａよりも短ければ、その短くなった分に応じた時間だけスイッチ１１のオフタイミングを遅くして、コンデンサＣ１からコイル２１ａへの投入エネルギーを増加させる。このようにして、コイル２１ａへの総投入エネルギーを一定に保つ。

以上のような第３実施形態によれば、製造ばらつき、経時ばらつき、温度変化等によって、コンデンサＣ２の容量にばらつきが生じても、そのコンデンサＣ２とコンデンサＣ１との双方からコイル２１ａへ供給される総投入エネルギーを安定させることができ、延いては、高い燃料噴射精度を確保することができる。

尚、本第３実施形態では、制御回路２５が制御手段に相当している。
一方、例えば、計測した放電時間の平均値を求めるのではなく、スイッチ１１のオフタイミングを、前回の放電時間だけに基づいて調整するように構成しても良い。

また、放電時間は、毎回計測するのではなく、例えば、複数回に１回計測したり、当該燃料噴射制御装置４０が起動してから最初の１回又は複数回の燃料噴射時にだけ計測するようにしても良い。

また、計測した放電時間又はそれの平均値を不揮発性メモリやバックアップＲＡＭ（電源がバックアップされたＲＡＭ）に学習値として記憶しておき、次に起動して燃料噴射を実施する場合には、その学習値を用いるようにしても良い。

また、本第３実施形態においても、前述した（１）〜（４）の変形を適用することができる。
［第４実施形態］
次に、図１１に示すように、第４実施形態の燃料噴射制御装置５０は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１０と比較すると、下記（４−１）及び（４−２）の点が異なっている。

（４−１）当該燃料噴射制御装置５０内の温度を検出する温度検出回路２７が設けられている。この温度検出回路２７は、例えば、温度検出用ダイオードを備えると共に、そのダイオードの順方向電圧が温度に応じて変化することを利用した周知のものであり、温度検出用ダイオードの順方向電圧を増幅して、その電圧を温度情報として出力する。

（４−２）制御回路２５は、サブ放電を実施する場合において、スイッチ１１をオン／オフさせる際には、温度検出回路２７からの温度情報に基づいて、スイッチ１１のオフタイミングを調整する。

例えば、コンデンサＣ２として、温度が高いほど静電容量が大きくなるコンデンサを用いた場合には、温度が高い場合ほど、そのコンデンサＣ２からコイル２１ａへの投入エネルギーが大きくなる。そこで、制御回路２５は、温度検出回路２７からの温度情報によって検出される温度が高い場合ほど、スイッチ１１のオフタイミングを早めて、コイル２１ａへの総投入エネルギーを一定に保つようにする。また逆に、コンデンサＣ２として、温度が低いほど静電容量が大きくなるコンデンサを用いたとすると、制御回路２５は、温度検出回路２７からの温度情報によって検出される温度が低い場合ほど、スイッチ１１のオフタイミングを早めることで、コイル２１ａへの総投入エネルギーを一定に保つ。

このような第４実施形態によれば、コンデンサＣ２に温度による特性の変化が生じても、そのコンデンサＣ２とコンデンサＣ１との双方からコイル２１ａへ供給される総投入エネルギーを安定させることができ、延いては、高い燃料噴射精度を確保することができる。

尚、本第４実施形態では、制御回路２５が制御手段に相当している。
一方、制御回路２５は、当該燃料噴射制御装置５０内の温度を、エンジンの冷却水温や吸気温度等、当該装置５０の外部の環境温度に基づいて推定するように構成しても良い。この場合、冷却水温や吸気温度が高い場合ほど、当該装置５０内の温度が高いと推定するように構成することができる。そして、このように構成すれば、当該装置５０内に温度検出回路２７を設ける必要が無くなる。

また、本第４実施形態においても、前述した（１）〜（４）の変形を適用することができる。
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、コンデンサＣ２，Ｃ３は、積層セラミックコンデンサに限らず、他の種類のコンデンサでも良い。また、前述した各スイッチ１１〜１５は、バイポーラトランジスタ等の他の種類のトランジスタでも良い。

また、ＤＣＤＣコンバータ２３、２９としては、インダクタのフライバック電圧を利用して昇圧するものに限らず、例えば、チャージポンプ式の昇圧回路を用いても良い。
また、本発明は燃料噴射制御装置に限らず、電磁弁を駆動する装置であれば同様に適用することができる。また、電磁弁は、コイルへの通電により閉弁する常開式（ノーマルオープンタイプ）の電磁弁でも良い。

第１実施形態の燃料噴射制御装置の構成図である。 制御回路によるサブ放電用スイッチの制御内容を表すフローチャートである。 第１実施形態の動作及び作用を表すタイムチャートの、その１である。 第１実施形態の動作及び作用を表すタイムチャートの、その２である。 分割投入エネルギー率Ｐｘとエミッションノイズの発生量との関係を表すグラフである。 第１実施形態の変形例を表す構成図である。 第２実施形態の燃料噴射制御装置の構成図である。 第２実施形態の動作及び作用を表すタイムチャートである。 第３実施形態の燃料噴射制御装置の構成図である。 第３実施形態の動作及び作用を表すタイムチャートである。 第４実施形態の燃料噴射制御装置の構成図である。 従来の燃料噴射制御装置の構成図である。 従来装置の動作及び課題を表すタイムチャートである。

符号の説明

１０，２０，３０，４０，５０…燃料噴射制御装置、１１〜１５…スイッチ（スイッチング素子）、２１…電磁弁（インジェクタ）、２１ａ…コイル、２２…エネルギー回収用経路、２３，２９…ＤＣＤＣコンバータ、２５…制御回路、２５ａ…アンプ、２７…温度検出回路、Ｃ１…放電用コンデンサ、Ｃ２，Ｃ３…サブ放電手段を成すコンデンサ、Ｄ１〜Ｄ５…ダイオード、Ｐ１，Ｐ２…出力端子、Ｒ１，Ｒ２…電流検出用抵抗

Claims (9)

1. 電磁弁のコイルに放電するための電気エネルギーが蓄積される放電用コンデンサと、
   電源電圧から該電源電圧よりも高い高電圧を生成して前記放電用コンデンサを充電する充電手段と、
   前記放電用コンデンサから前記コイルの上流側端子への電流経路に直列に設けられ、前記コイルに通電すべき駆動期間の開始時にオンされて、前記放電用コンデンサを前記コイルに接続させることにより、前記放電用コンデンサから前記コイルへ前記電磁弁を速やかに作動状態へと移行させるための電流を放電させる放電用スイッチング素子と、
   前記電流経路における前記放電用スイッチング素子よりも前記コイル側とグランドラインとの間に設けられ、前記放電用スイッチング素子がオフされて前記放電用コンデンサから前記コイルへの放電が終了すると、前記コイルに電流を還流させる還流手段と、
   を備えた電磁弁駆動装置において、
   前記電流経路における前記放電用スイッチング素子よりも前記コイル側に、前記放電用スイッチング素子がオフされたときに前記コイルへの放電を開始するサブ放電手段が設けられており、そのサブ放電手段から前記コイルへの放電が終了すると、前記還流手段を介して前記コイルに電流が還流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。
2. 請求項１に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記サブ放電手段は、前記電流経路における前記放電用スイッチング素子よりも前記コイル側に一端が接続され、他端が前記高電圧よりも低い電位に接続されたコンデンサからなること、
   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、
   前記サブ放電手段は、コンデンサと、オンすることでそのコンデンサを前記電流経路における前記放電用スイッチング素子よりも前記コイル側と前記高電圧よりも低い電位との間に接続させる接続用スイッチング素子とにより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３に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記サブ放電手段を複数組備えていること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記放電用スイッチング素子と前記接続用スイッチング素子とがオフされている場合に、前記サブ放電手段を成すコンデンサを充電するサブ放電用充電手段を備えると共に、
   前記接続用スイッチング素子は、前記放電用スイッチング素子がオンからオフされたとき、或いは前記放電用スイッチング素子がオンされてからオフされるまでの間にオンされ、前記サブ放電手段を成すコンデンサから前記コイルへの放電が終了するとオフされること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
6. 請求項２ないし請求項５の何れか１項に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記サブ放電手段を成すコンデンサは、前記放電用コンデンサよりも放電速度の速い種類のコンデンサであること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
7. 請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記放電用スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段は、前記サブ放電手段からの放電時間を計測すると共に、その計測した過去の放電時間に基づいて、前記放電用スイッチング素子のオフタイミングを調整すること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
8. 請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記放電用スイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段は、当該装置内の温度に基づいて前記放電用スイッチング素子のオフタイミングを調整すること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
9. 請求項８に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記制御手段は、当該装置の外部の環境温度に基づいて当該装置内の温度を推定すること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。

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