JP2014134126A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁駆動装置のエネルギ効率を良くする。
【解決手段】コンデンサの充電電圧が電源電圧よりも高い所定電圧となるように、コンデンサを充電する充電手段と、電磁弁のコイルに電流を流すための通電経路におけるコイルよりも上流側に、前記コンデンサを接続させる放電スイッチと、放電スイッチをオンしてコンデンサから前記コイルに放電させることにより、前記コイルに電磁弁の弁体を速やかに動かすためのピーク電流を流すピーク電流供給手段と、を備えた電磁弁駆動装置において、ピーク電流供給手段は、電磁弁の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過したときに、前記コイルに流れる電流がピーク電流の目標最大値Ｉｐに達するように、放電スイッチをオン／オフさせる。コイル電流が目標最大値Ｉｐになるまでのピーク電流期間を目標時間Ｔｐにすることができ、そのピーク電流期間が短すぎることによる電気エネルギの損失を防ぐことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁弁を駆動する装置に関し、特に、コンデンサに充電した高電圧のエネルギ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ようにした電磁弁駆動装置に関する。

例えば内燃機関の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）としては、コイルへの通電により弁体がリフトして開弁する電磁弁が使用されている。
このような電磁弁の駆動装置としては、電源電圧よりも高い電圧を生成してコンデンサを充電する昇圧回路と、電磁弁のコイルの上流側に上記コンデンサを接続させる放電スイッチとを備えたものがある。

この種の電磁弁駆動装置では、電磁弁の駆動期間における初期に、放電スイッチをオンしてコンデンサからコイルに放電させることにより、電磁弁の弁体を速やかに動かす（リフトさせる）ためのピーク電流をコイルに流す。そして、コイルに流れる電流（以下、コイル電流ともいう）がピーク電流の目標最大値（ピーク値）に達すると、放電スイッチをオフし、その後は、駆動期間が終了するまで、電源電圧からコイルに一定電流を流して電磁弁を開弁状態に保持する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５２９８７号公報

従来の電磁弁駆動装置では、電磁弁の駆動開始時からコイル電流が目標最大値となるまでの間、放電スイッチをオンし続けるようになっている。このため、電磁弁の駆動開始時からコイル電流が目標最大値に達するまでの期間（以下、ピーク電流期間という）は、コンデンサの電圧（以下、コンデンサ電圧ともいう）が高いほど短くなる。

ここで、ピーク電流期間が短くなりすぎると、電磁弁の弁体の移動速度は期待するほど大きくならなくなる。重い物を一気に動かそうとしても動かしにくいからであり、この傾向は、弁体の質量が大きいほど顕著である。そして、ピーク電流期間が短すぎる場合、ピーク電流によって発生した磁力が、弁体のリフト運動に十分に使用されず、電磁弁の内部にて熱に変換されてしまうことから、コンデンサからの電気エネルギの損失が大きくなってしまう。このような損失のことを、駆動初期の損失という。

このため、ピーク電流期間が短くなりすぎる場合、コンデンサには、電磁弁の弁体をリフトさせるのに使用されるエネルギに加え、駆動初期の損失分だけ余計にエネルギを蓄える必要が生じ、その結果、静電容量の大きなコンデンサが必要になってしまう。

特に、コンデンサの電気エネルギを、駆動対象の電磁弁とは別の電気負荷（例えば他の用途の電磁弁）の駆動にも使用し、且つ、その電気負荷の駆動に必要な電圧Ｖ１が、駆動対象の電磁弁を駆動するのに最適な電圧Ｖ２よりも高い場合、コンデンサ電圧は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とのうち、高い方の電圧Ｖ１に設定されることとなる。その場合、駆動対象の電磁弁に関しては、コンデンサ電圧が最適な電圧Ｖ１よりも高くなることから、ピーク電流期間が短くなりすぎて駆動初期の損失が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、エネルギ効率を良くすることができる電磁弁駆動装置の提供を目的としている。

本発明の電磁弁駆動装置は、コンデンサの充電電圧が電源電圧よりも高い所定電圧となるように、該コンデンサを充電する充電手段と、電磁弁のコイルに電流を流すための通電経路における該コイルよりも上流側に、前記コンデンサを接続させる放電スイッチと、放電スイッチをオンしてコンデンサからコイルに放電させることにより、該コイルに電磁弁の弁体を速やかに動かすためのピーク電流を流すピーク電流供給手段と、を備える。

そして、ピーク電流供給手段は、電磁弁の駆動開始時から目標時間が経過したときに、コイルに流れる電流（コイル電流）がピーク電流の目標最大値に達するように、放電スイッチをオン／オフさせる。

このため、電磁弁の駆動開始時からコイル電流が目標最大値になるまでのピーク電流期間を、目標時間にすることができ、そのピーク電流期間が短すぎることによる電気エネルギの損失（前述した駆動初期の損失）を防ぐことができる。よって、エネルギ効率を良くすることができる。

実施形態の燃料噴射制御装置を示す構成図である。 駆動制御回路の動作を説明する説明図である。 駆動制御回路の動作及び燃料噴射制御装置の作用を説明する説明図である。 放電スイッチをオン／オフさせる理由を説明する説明図である。 マイコンが行う初期設定処理を表すフローチャートである。 駆動制御回路が行うピーク電流供給処理を表すフローチャートである。

以下に、本発明の電磁弁駆動装置が適用された実施形態の燃料噴射制御装置について、図面を用い説明する。尚、本実施形態の燃料噴射制御装置は、車両に搭載された多気筒（この例では４気筒）ディーゼルエンジンの各気筒＃１〜＃４に燃料を噴射供給する４個の電磁ソレノイド式インジェクタ（以下、電磁弁という）を駆動するものであり、その各電磁弁のコイルへの通電開始タイミング及び通電時間を制御することにより、各気筒＃１〜＃４への燃料噴射タイミング及び燃料噴射量を制御する。また、本実施形態において、スイッチとして使用しているスイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴであるが、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の他種類のスイッチング素子でも良い。

図１に示すように、燃料噴射制御装置３１は、駆動対象である電磁弁４１のコイル４１ａの一端（上流側）が接続される端子ＣＭと、コイル４１ａの他端（下流側）が接続される端子ＩＮＪと、端子ＩＮＪに一方の出力端子が接続されたスイッチング素子である気筒選択スイッチＴ１０と、気筒選択スイッチＴ１０の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続された電流検出用の抵抗Ｒ１０と、を備える。

電磁弁４１は、常閉式の電磁弁である。電磁弁４１では、コイル４１ａに通電されると、図示しない弁体（いわゆるノズルニードル）が開弁位置に移動し（換言すれば、リフトし）、燃料噴射が行われる。また、コイル４１ａ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。

尚、図１では、４個の電磁弁４１のうち、第ｎ気筒＃ｎ（ｎは１〜４の何れか）に対応する１つの電磁弁４１だけを示しており、以下では、その１つの電磁弁４１の駆動に関して説明する。実際には、端子ＣＭは、各気筒の電磁弁４１について共通の端子となっており、その端子ＣＭに、各電磁弁４１のコイル４１ａがそれぞれ接続されている。また、端子ＩＮＪ及び気筒選択スイッチＴ１０は、各電磁弁４１について（換言すれば、各気筒について）それぞれ備えられている。気筒選択スイッチＴ１０は、駆動対象の電磁弁４１（換言すれば、噴射対象の気筒）を選択するためのスイッチング素子である。

更に、燃料噴射制御装置３１は、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Ｌｐに一方の出力端子が接続されたスイッチング素子である定電流スイッチＴ１１と、定電流スイッチＴ１１の他方の出力端子にアノードが接続され、カソードが上記端子ＣＭに接続された逆流防止用のダイオードＤ１１と、アノードがグランドラインに接続され、カソードが端子ＣＭに接続された電流還流用のダイオードＤ１２と、昇圧回路３３とを備える。

ダイオードＤ１２は、気筒選択スイッチＴ１０がオンされている状態で定電流スイッチＴ１１がオンからオフされた時に、コイル４１ａに電流を還流させる。
昇圧回路３３は、コンデンサＣ０と、インダクタＬ０と、スイッチング素子である昇圧スイッチＴ０と、逆流防止用のダイオードＤ０と、電流検出用の抵抗Ｒ０と、昇圧スイッチＴ０を駆動する充電制御回路３５とを備える。

コンデンサＣ０は、電磁弁４１の弁体を開弁方向へ速やかに動かす（リフトさせる）ためのピーク電流を、コイル４１ａに流すための電気エネルギを蓄積する。インダクタＬ０は、それの一端が電源ラインＬｐに接続され、他端が昇圧スイッチＴ０の一方の出力端子に接続されている。抵抗Ｒ０は、昇圧スイッチＴ０の他方の出力端子とグランドラインとの間に接続されている。インダクタＬ０と昇圧スイッチＴ０との接続点に、ダイオードＤ０を介してコンデンサＣ０の一端（正極側）が接続され、コンデンサＣ０の他端（負極側）は、昇圧スイッチＴ０と抵抗Ｒ０との接続点に接続されている。

このような昇圧回路３３においては、昇圧スイッチＴ０がオン／オフされると、インダクタＬ０と昇圧スイッチＴ０との接続点に、バッテリ電圧ＶＢよりも高いフライバック電圧（逆起電圧）が発生し、そのフライバック電圧によりダイオードＤ０を通じてコンデンサＣ０が充電される。このため、コンデンサＣ０はバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧で充電される。

そして、充電制御回路３５は、昇圧スイッチＴ０をオン／オフさせるが、その際に、コンデンサＣ０の正極側の電圧（以下、コンデンサ電圧という）ＶＣをモニタすると共に、コンデンサＣ０の充電電流を抵抗Ｒ０に生じる電圧によりモニタして、コンデンサＣ０が効率の良い周期で充電されるように昇圧スイッチＴ０をオン／オフさせる。また、充電制御回路３５は、コンデンサ電圧ＶＣが予め設定された目標電圧（＞ＶＢ）になると、昇圧スイッチＴ０をオフのままにして、コンデンサＣ０の充電を止める。このため、コンデンサＣ０は、それの充電電圧であるコンデンサ電圧ＶＣが目標電圧となるように充電される。

また更に、燃料噴射制御装置３１は、コンデンサＣ０の正極側を端子ＣＭに接続させるスイッチング素子である放電スイッチＴ１２と、アノードが端子ＩＮＪに接続され、カソードがコンデンサＣ０の正極側に接続されたエネルギ回収用のダイオードＤ１３と、気筒選択スイッチＴ１０、定電流スイッチＴ１１及び放電スイッチＴ１２を制御することで、コイル４１ａに流す電流を制御する駆動制御回路３７と、マイコン（マイクロコンピュータ）３９とを備えている。

マイコン３９は、プログラムを実行するＣＰＵ６１、プログラムや固定のデータ等が記憶されたＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１による演算結果等が記憶されるＲＡＭ６３等を備えている。

そして、マイコン３９は、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＣＣ、エンジン水温ＴＨＷなど、各種センサにて検出されるエンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に噴射指令信号を生成して駆動制御回路３７に出力する。噴射指令信号は、その信号のレベルがハイの間だけ電磁弁４１のコイル４１ａに通電する（つまり、電磁弁４１を開弁させる）、という意味を持っている。このため、マイコン３９は、エンジンの運転情報に基づいて、気筒毎に、電磁弁４１のコイル４１ａへの通電期間を設定し、その通電期間だけ、該当する気筒の噴射指令信号をハイにしていると言える。

次に、燃料噴射制御装置３１が電磁弁４１のコイル４１ａに流す電流（即ち、電磁弁４１の駆動電流）と、電磁弁４１の動作状態との関係について説明する。
図２における１段目及び２段目に示すように、燃料噴射制御装置３１は、電磁弁４１の弁体を開弁位置までリフトさせるリフト期間（引き上げ期間）の初期にて、コンデンサＣ０からコイル４１ａに放電することにより、コイル４１ａに他の期間よりも大きなピーク電流を流す。そして、リフト期間において、コイル４１ａに流れる電流（以下、コイル電流という）がピーク電流の目標最大値Ｉｐに達した後は、更に確実な開弁を実現するため、電磁弁４１の開弁保持に最低限必要な電磁力よりも大きい電磁力を発生させるための一定電流であるピックアップ電流を、コイル４１ａにバッテリ電圧ＶＢを用いて流す。

そして、燃料噴射制御装置３１は、リフト期間が終了した後の開弁保持期間では、電磁弁４１の開弁保持に最低限必要な電磁力を発生させるための一定電流であるホールド電流（＜ピックアップ電流）を、コイル４１ａにバッテリ電圧ＶＢを用いて流す。

また、燃料噴射制御装置３１は、電磁弁４１からの燃料噴射を停止する際には、コイル４１ａへの電流供給を停止して、電磁弁４１を閉弁させる。コイル４１ａへの電流供給を停止してから電磁弁４１が閉弁するまでの期間が、閉弁期間となる。

次に、駆動制御回路３７の動作について、図２と図３を用い説明する。尚、ここでは、第ｎ気筒＃ｎの電磁弁４１について説明するが、他の気筒の電磁弁４１についても同様である。また、燃料噴射の開始前において、コンデンサ電圧ＶＣは目標電圧になっている。

図２に示すように、マイコン３９から駆動制御回路３７への、第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号がローからハイになると、駆動制御回路３７は、第ｎ気筒＃ｎに対応する気筒選択スイッチＴ１０をオンさせる。更に、駆動制御回路３７は、後述するピーク電流供給処理を行うことにより、放電スイッチＴ１２を例えば図３に例示するように一定の周期Ｔｓでオン／オフさせると共に、少なくとも放電スイッチＴ１２をオフさせているときには、定電流スイッチＴ１１をオンさせて、端子ＣＭにバッテリ電圧ＶＢを供給する。尚、本実施形態では、図２及び図３に示すように、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせている期間中、定電流スイッチＴ１１をオンしたままにするが、定電流スイッチＴ１１は、放電スイッチＴ１２のオン／オフと反対の状態にオン／オフさせても良い。

すると、放電スイッチＴ１２のオン時には、コンデンサＣ０からコイル４１ａに放電される。つまり、「コンデンサＣ０→放電スイッチＴ１２→コイル４１ａ→気筒選択スイッチＴ１０→抵抗Ｒ１０→グランドライン」の経路で電流が流れる。このようなコンデンサＣ０の放電に際し、高電位となる端子ＣＭ側から電源ラインＬｐ側への回り込みは、ダイオードＤ１１によって防止される。このため、定電流スイッチＴ１１をオンしたままにしても問題はない。また、放電スイッチＴ１２がオンしているときに、定電流スイッチＴ１１がオンしていても、コンデンサ電圧ＶＣの方がバッテリ電圧ＶＢより高いため、コイル４１ａにはコンデンサＣ０の方から電流が流れる。

一方、放電スイッチＴ１２のオフ時には、バッテリ電圧ＶＢ（電源ラインＬｐ）から定電流スイッチＴ１１を介してコイル４１ａに電流が流れる。つまり、「電源ラインＬｐ→定電流スイッチＴ１１→ダイオードＤ１１→コイル４１ａ→気筒選択スイッチＴ１０→抵抗Ｒ１０→グランドライン」の経路で電流が流れる。

このため、コイル電流は、図３における例えば実線で示すように増加していく。コイル電流は、放電スイッチＴ１２のオン期間では、コンデンサ電圧ＶＣに応じた傾き（Ａｏｎ）で増加し、放電スイッチＴ１２のオフ期間では、バッテリ電圧ＶＢに応じた傾き（Ａｏｆｆ）で増加する。

また、駆動制御回路３７は、電磁弁４１の駆動開始時（換言すれば、コイル４１ａへの通電開始時）から、コイル４１ａにピーク電流を供給する期間（ピーク電流期間）の目標時間Ｔｐが経過したときに、コイル電流がピーク電流の目標最大値Ｉｐに達するように、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる。このことについては、後で説明する。

そして、駆動制御回路３７は、コイル電流を抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出し、コイル電流が目標最大値Ｉｐになったと判定すると、放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御を終了して、放電スイッチＴ１２をオフしたままにすると共に、定電流スイッチＴ１１もオフさせる。この時点で、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過していることとなる。

本実施形態において、電磁弁４１の駆動開始時からコイル電流が目標最大値Ｉｐに達するまでの期間は、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過するまでの期間でもあり、その期間が、コイル４１ａにピーク電流を供給するピーク電流期間である。尚、図３において、点線の波形は、比較例であり、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達するまで放電スイッチＴ１２をオンさせ続けた場合のコイル電流の波形である。

そして、駆動制御回路３７は、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達した後は、電磁弁４１の駆動開始時からリフト期間の長さである一定時間Ｔｆが経過する時点（つまり、リフト期間の終了時）まで、抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出されるコイル電流が目標最大値Ｉｐよりも小さい一定のピックアップ電流となるように、定電流スイッチＴ１１のオン／オフ制御を行う。

具体的に説明すると、駆動制御回路３７は、コイル４１ａにピックアップ電流を流すための定電流制御として、「コイル電流がピックアップ電流制御の下側閾値ｐｕＬ以下になると定電流スイッチＴ１１をオンさせ、コイル電流がピックアップ電流制御の上側閾値ｐｕＨ以上になると定電流スイッチＴ１１をオフさせる」という制御を行う。下側閾値ｐｕＬと、上側閾値ｐｕＨと、目標最大値Ｉｐとの関係は、「ｐｕＬ＜ｐｕＨ＜Ｉｐ」である。

このため、コイル電流が目標最大値Ｉｐから低下して下側閾値ｐｕＬ以下になると、以後は、定電流スイッチＴ１１のオン／オフが繰り返されて、コイル電流の平均値が、上側閾値ｐｕＨと下側閾値ｐｕＬとの間のピックアップ電流に制御される。

尚、このような定電流制御において、定電流スイッチＴ１１のオン時には、ピーク電流期間における放電スイッチＴ１２のオフ時と同様に、バッテリ電圧ＶＢ（電源ラインＬｐ）からコイル４１ａに電流が流れる。また、定電流スイッチＴ１１のオフ時には、コイル４１ａに、グランドライン側からダイオードＤ１２を介して電流が流れる（還流する）。

更に、駆動制御回路３７は、電磁弁４１の駆動開始時から上記一定時間Ｔｆが経過した後は（つまり、リフト期間が終了した後は）、抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出されるコイル電流がピックアップ電流よりも小さい一定のホールド電流となるように、定電流スイッチＴ１１のオン／オフ制御を行う。

具体的に説明すると、駆動制御回路３７は、コイル４１ａにホールド電流を流すための定電流制御として、「コイル電流がホールド電流制御の下側閾値ｈｄＬ以下になると定電流スイッチＴ１１をオンさせ、コイル電流がホールド電流制御の上側閾値ｈｄＨ以上になると定電流スイッチＴ１１をオフさせる」という制御を行う。下側閾値ｈｄＬは、ピックアップ電流制御の下側閾値ｐｕＬより小さく、上側閾値ｈｄＨも、ピックアップ電流制御の上側閾値ｐｕＨより小さい。

このため、リフト期間が終了した後は、コイル電流の平均値が、上側閾値ｈｄＨと下側閾値ｈｄＬとの間のホールド電流（＜ピックアップ電流）に制御される。
その後、マイコン３９からの第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号がハイからローになると、駆動制御回路３７は、第ｎ気筒＃ｎに対応する気筒選択スイッチＴ１０をオフさせると共に、定電流スイッチＴ１１のオン／オフ制御（即ち、定電流制御）を終了して、定電流スイッチＴ１１もオフ状態に保持する。すると、コイル４１ａへの通電が停止して電磁弁４１が閉弁し、その電磁弁４１による燃料噴射が終了される。

リフト期間の終了時から噴射指令信号がローになるまでの期間が、コイル４１ａにホールド電流を流す開弁保持期間となる。噴射指令信号のハイ時間が上記一定時間Ｔｆよりも短い場合には、開弁保持期間はなくなり、ピックアップ電流の供給期間中にコイル４１ａへの通電が停止されることとなる。

また、噴射指令信号がローになって、気筒選択スイッチＴ１０及び定電流スイッチＴ１１がオフされると、コイル４１ａにフライバックエネルギが発生するが、そのフライバックエネルギは、エネルギ回収経路をなすダイオードＤ１３を通じて、コンデンサＣ０へ電流の形で回収される。

次に、ピーク電流期間において、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる理由について説明する。
電磁弁４１のコイル４１ａにピーク電流を供給する方式として、電磁弁４１の駆動開始時からコイル電流が目標最大値Ｉｐに達するまで放電スイッチＴ１２をオンし続ける方式、を採用したと仮定する。この方式を、連続放電方式という。

連続放電方式の場合、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達するまでのピーク電流期間は、コンデンサ電圧ＶＣに依存し、コンデンサ電圧ＶＣが高くなるほど短くなる。
ここで、図４において、実線は、ピーク電流期間が最適長の場合を示し、一点鎖線は、ピーク電流期間が最適長よりも長い場合を示し、二点鎖線は、ピーク電流期間が最適長よりも短い場合を示している。

また、図４の最上段において、点線で示す波形は、図４の二段目にて二点鎖線で示すピーク電流を電磁弁４１のコイル４１ａに流した場合（即ち、ピーク電流期間が最適長よりも短い場合）の、リフト量変化の期待値を示しているが、その場合の実際のリフト量変化は、図４の最上段における二点鎖線のようになる。

つまり、ピーク電流期間が短くなりすぎると（即ち、最適長よりも短くなると）、電磁弁４１の弁体の移動速度は期待するほど大きくならなくなる。重い物を一気に動かそうとしても動かしにくいからである。そして、ピーク電流期間が短すぎる場合、ピーク電流によって発生した磁力が、弁体のリフト運動に十分に使用されず、電磁弁４１の内部にて熱に変換されてしまうことから、コンデンサＣ０からの電気エネルギの損失が大きくなってしまう。この損失が、駆動初期の損失である。

このため、ピーク電流期間が短くなりすぎる場合、図４の最下段に示すように、コンデンサＣ０には、電磁弁４１の弁体をリフトさせるのに使用されるエネルギに加え、駆動初期の損失分だけ余計にエネルギを蓄える必要が生じ、その結果、コンデンサＣ０として、静電容量の大きなものが必要になってしまう。

また、本実施形態の電磁弁４１では、連続放電方式で駆動する場合のコンデンサ電圧ＶＣの最適値（即ち、連続放電方式でピーク電流期間が最適長になるコンデンサ電圧ＶＣ）が、例えば５０Ｖである。しかし、本実施形態の燃料噴射制御装置３１において、実際のコンデンサ電圧ＶＣは、電磁弁４１を連続放電方式で駆動する場合の最適値（５０Ｖ）よりも高い目標電圧（例えば６０Ｖ）に制御される。

本実施形態の燃料噴射制御装置３１では、コンデンサＣ０の電気エネルギが、電磁弁４１とは別の電気負荷を駆動するためにも使用されるからである。その別の電気負荷とは、例えば、他の用途の電磁弁であり、更に具体的には、例えば、燃料タンク内の燃料を高圧にしてコモンレールに圧送する燃料ポンプの燃料吐出量を制御するための電磁弁（以下、ポンプ用電磁弁という）である。

図１において、符号「Ｔ２２」を付したスイッチは、オンすることでコンデンサＣ０からポンプ用電磁弁５１のコイル５１ａに放電させるスイッチである。そして、ポンプ用電磁弁５１のコイル５１ａには、連続放電方式によってピーク電流が供給されるようになっており、ポンプ用電磁弁５１を駆動することにおいて最適なコンデンサ電圧ＶＣが、例えば上記６０Ｖである。

このため、電磁弁４１のコイル４１ａに対しても連続放電方式でピーク電流を供給すると、ピーク電流期間が短くなりすぎて駆動初期の損失が大きくなってしまう。
そこで、本実施形態の燃料噴射制御装置３１では、電磁弁４１のピーク電流期間において、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる方式を採ることにより、ピーク電流期間が短くなりすぎることを防止し、延いては、駆動初期の損失が大きくなってしまうことを防止している。

次に、電磁弁４１のコイル４１ａにピーク電流を供給するために、マイコン３９と駆動制御回路３７との各々が行う処理の内容について、図５及び図６を用い説明する。
マイコン３９は、燃料噴射制御装置３１への電源投入に伴って起動すると、電磁弁４１の制御を開始する前（噴射指令信号の出力を開始する前）に、図５の初期設定処理を行う。

図５に示すように、マイコン３９は、初期設定処理を開始すると、まずＳ１１０にて、駆動対象の電磁弁４１の種類を判別する。
例えば、当該燃料噴射制御装置３１に接続される電磁弁４１の種類を区別可能な識別信号が、マイコン３９と共にプリント配線基板に実装されるジャンパー線やディップスイッチ等によってマイコン３９に入力されるようにしておけば、マイコン３９は、その識別信号を読み取ることで、電磁弁４１の種類を判別することができる。また例えば、マイコン３９と電磁弁４１とが有線または無線で通信可能になっているのであれば、マイコン３９は、電磁弁４１から、その電磁弁４１の種類を示す型番情報を通信で取得することにより、電磁弁４１の種類を判別することができる。

次にマイコン３９は、Ｓ１２０にて、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じた制御パラメータを決定する。
制御パラメータは、電磁弁４１のコイル４１ａにピーク電流を供給するために使用する情報である。制御パラメータとしては、ピーク電流の目標最大値Ｉｐと、ピーク電流期間の目標時間Ｔｐと、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる周期Ｔｓと、放電スイッチＴ１２の制御開始状態とがある。制御開始状態は、放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御をオンとオフとの何れで開始するか、を示す情報である。周期Ｔｓは、目標時間Ｔｐの「１／Ｎ」の時間（Ｎは１以上の整数）に設定される。

このような制御パラメータは、例えばＲＯＭ６２に、電磁弁４１の複数の種類毎に記憶されている。そして、マイコン３９は、Ｓ１２０では、ＲＯＭ６２に記憶されている複数組の制御パラメータの中から、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じた制御パラメータを選択し、その選択した制御パラメータを、電磁弁４１の制御に使用する制御パラメータとして決定する。このため、電磁弁４１の制御に使用される制御パラメータは、電磁弁４１の種類に応じて変更されることとなる。

更にマイコン３９は、次のＳ１３０にて、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じたバッテリ電圧対電流傾きテーブルを選択する。
バッテリ電圧対電流傾きテーブルは、バッテリ電圧ＶＢと、そのバッテリ電圧ＶＢをコイル４１ａの上流側に印加した場合の、コイル電流の傾き（コイル電流の時間変化率であり、単位時間あたりの増加量）との関係を、複数通りのバッテリ電圧ＶＢについて示したデータテーブルである。このため、バッテリ電圧対電流傾きテーブルは、バッテリ電圧ＶＢが大きいほど、コイル電流の傾き（以下、電流傾きともいう）が大きくなることを示す。また、バッテリ電圧対電流傾きテーブルは、例えばＲＯＭ６２に、電磁弁４１の複数の種類毎に記憶されている。そして、マイコン３９は、Ｓ１３０では、ＲＯＭ６２に記憶されている複数通りのバッテリ電圧対電流傾きテーブルの中から、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じたバッテリ電圧対電流傾きテーブルを選択する。

次にマイコン３９は、Ｓ１４０にて、実際のバッテリ電圧ＶＢを検出する。
図１にて図示を省略しているが、例えば、バッテリ電圧ＶＢは、抵抗により分圧されてマイコン３９に入力される。そして、マイコン３９は、入力される分圧後の電圧を内部のＡ／Ｄ変換器で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。

次にマイコン３９は、Ｓ１５０にて、放電スイッチＴ１２のオン期間でのコイル電流の傾き（以下、オン電流傾きという）Ａｏｎと、放電スイッチＴ１２のオフ期間でのコイル電流の傾き（以下、オフ電流傾きという）Ａｏｆｆとを、それぞれ決定する。

オン電流傾きＡｏｎは、コンデンサ電圧ＶＣをコイル４１ａの上流側に印加した場合の、電流傾きであり、コンデンサ電圧ＶＣと電磁弁４１の種類（詳しくは、コイル４１ａの電気特性）に依存するが、コンデンサ電圧ＶＣは既知の目標電圧（本実施形態では前述の６０Ｖ）に制御される。このため、例えばＲＯＭ６２には、電磁弁４１の複数の種類毎にオン電流傾きＡｏｎが記憶されている。そして、マイコン３９は、Ｓ１５０では、ＲＯＭ６２に記憶されている複数通りのオン電流傾きＡｏｎの中から、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じたオン電流傾きＡｏｎを選択する。その選択されたオン電流傾きＡｏｎが、オン電流傾きＡｏｎの決定値となる。

オフ電流傾きＡｏｆｆは、バッテリ電圧ＶＢをコイル４１ａの上流側に印加した場合の、電流傾きであり、バッテリ電圧ＶＢと電磁弁４１の種類に依存する。このため、マイコン３９は、Ｓ１５０では、Ｓ１３０にて電磁弁４１の種類に応じて選択したバッテリ電圧対電流傾きテーブルから、Ｓ１４０で検出したバッテリ電圧ＶＢに対応する電流傾きを算出する。その算出された電流傾きが、オフ電流傾きＡｏｆｆの決定値となる。

尚、変形例として、オン電流傾きＡｏｎについても、オフ電流傾きＡｏｆｆと同様に、実際のコンデンサ電圧ＶＣに基づいて決定しても良い。その場合、バッテリ電圧対電流傾きテーブルと同様のコンデンサ電圧対電流傾きテーブルを、電磁弁４１の種類毎に作成してＲＯＭ６２に記憶しておく。コンデンサ電圧対電流傾きテーブルは、コンデンサ電圧ＶＣと、そのコンデンサ電圧ＶＣをコイル４１ａの上流側に印加した場合の、コイル電流の傾きとの関係を、複数通りのコンデンサ電圧ＶＣについて示したデータテーブルである。そして、マイコン３９は、Ｓ１３０では、コンデンサ電圧対電流傾きテーブルについても、ＲＯＭ６２に記憶されているものの中から、Ｓ１１０で判別した電磁弁４１の種類に応じたものを選択し、Ｓ１４０では、実際のコンデンサ電圧ＶＣも、バッテリ電圧ＶＢと同様の手法で検出し、更にＳ１５０では、Ｓ１３０で選択したコンデンサ電圧対電流傾きテーブルから、Ｓ１４０で検出したコンデンサ電圧ＶＣに対応する電流傾きを算出し、その算出した電流傾きを、オン電流傾きＡｏｎの決定値とすれば良い。

次にマイコン３９は、Ｓ１６０にて、Ｓ１２０で決定した目標最大値Ｉｐ及び目標時間Ｔｐと、Ｓ１５０で決定したオン電流傾きＡｏｎ及びオフ電流傾きＡｏｆｆとから、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過したときにコイル電流が目標最大値Ｉｐとなるようにするための、放電スイッチＴ１２の駆動デューティ比（即ち、オン／オフ制御のデューティ比）Ｄを決定する。

具体的には、駆動デューティ比Ｄは、周期Ｔｓに対するオン時間Ｔｏｎの割合（＝Ｔｏｎ／Ｔｓ）である。そして、マイコン３９は、Ｓ１６０では、下記の式１を満たす駆動デューティ比Ｄを算出する。尚、目標時間Ｔｐにおけるオン時間Ｔｏｎの総和を、ΣＴｏｎとすると、駆動デューティ比Ｄは、目標時間Ｔｐに対するΣＴｏｎの割合でもある。

｛Ａｏｎ×Ｔｐ×Ｄ｝＋｛Ａｏｆｆ×Ｔｐ（１−Ｄ）｝＝Ｉｐ…式１
次にマイコン３９は、Ｓ１７０にて、Ｓ１６０で決定した駆動デューティ比Ｄと、Ｓ１２０で決定した制御パラメータのうちの周期Ｔｓ及び制御開始状態と、Ｓ１２０で決定した制御パラメータのうちの目標最大値Ｉｐ又は目標時間Ｔｐとを、制御情報として駆動制御回路３７に指令する。そして、その後、当該初期設定処理を終了する。尚、図１に示すように、マイコン３９と駆動制御回路３７との間には、マイコン３９から駆動制御回路３７へ制御情報を与えるための信号線６５が配設されている。

そして、駆動制御回路３７は、図６に示すピーク電流供給処理を行う。
図６に示すように、駆動制御回路３７は、第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号がローからハイになったことを検知すると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、第ｎ気筒＃ｎに対応する気筒選択スイッチＴ１０をオンさせる（Ｓ２２０）。更に、駆動制御回路３７は、定電流スイッチＴ１１をオンさせる（Ｓ２３０）と共に、放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御を開始する（Ｓ２４０）。

放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御は、マイコン３９から制御情報として指令された駆動デューティ比Ｄ、周期Ｔｓ及び制御開始状態に従って行われる。即ち、駆動制御回路３７は、放電スイッチＴ１２を、指令された周期Ｔｓ及び駆動デューティ比Ｄでオン／オフさせると共に、その各周期Ｔｓの開始時における放電スイッチＴ１２の駆動状態は、指令された制御開始状態にする。このため、指令された制御開始状態が“オン”であれば、放電スイッチＴ１２は、｛「Ｔｓ×Ｄ」だけオンの後、「Ｔｓ×（１−Ｄ）」だけオフ｝を１周期として繰り返しオン／オフされ、逆に、指令された制御開始状態が“オフ”であれば、放電スイッチＴ１２は、｛「Ｔｓ×（１−Ｄ）」だけオフの後、「Ｔｓ×Ｄ」だけオン｝を１周期として繰り返しオン／オフされる。

駆動制御回路３７は、コイル電流の検出値と、マイコン３９から指令された目標最大値Ｉｐとを比較し、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達したと判定するまで、放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御と、定電流スイッチＴ１１のオンとを続ける（Ｓ２５０：ＮＯ）。

そして、駆動制御回路３７は、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達したと判定すると（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、放電スイッチＴ１２と定電流スイッチＴ１１をオフさせ（Ｓ２６０）、その後は、コイル４１ａにピックアップ電流を流すための定電流制御を行う状態に移行する。

尚、上記Ｓ２５０の判定例は、マイコン３９から駆動制御回路３７へ、目標最大値Ｉｐと目標時間Ｔｐとのうち、目標最大値Ｉｐの方が指令された場合の例である。
これに対して、マイコン３９から駆動制御回路３７へ、目標時間Ｔｐが指令される場合には、駆動制御回路３７は、Ｓ２５０では、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過したか否かを判定し、目標時間Ｔｐが経過したと判定したなら（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、放電スイッチＴ１２と定電流スイッチＴ１１をオフさせる（Ｓ２６０）ように構成することができる。本実施形態では、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過したときにコイル電流が目標最大値Ｉｐとなるように、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせており、駆動開始時から、目標時間Ｔｐが経過するタイミングと、コイル電流が目標最大値Ｉｐに達するタイミングとが、同じになるからである。

以上のような燃料噴射制御装置３１において、マイコン３９及び駆動制御回路３７は、電磁弁４１の駆動開始時から目標時間Ｔｐが経過したときに、コイル電流がピーク電流の目標最大値Ｉｐに達するように、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる。このため、コンデンサ電圧ＶＣが、電磁弁４１を連続放電方式で駆動する場合の最適値よりも高い電圧に制御されるにも拘わらず、電磁弁４１の駆動開始時からコイル電流が目標最大値Ｉｐになるまでのピーク電流期間を、目標時間Ｔｐにすることができる。よって、ピーク電流期間が短すぎることによる電気エネルギの損失（駆動初期の損失）を防ぐことができ、エネルギ効率を良くすることができる。

また、ピーク電流期間において、定電流スイッチＴ１１はオフさせたままにしても良いが、本実施形態では、定電流スイッチＴ１１をオンさせているため、少なくとも放電スイッチＴ１２がオフしているときに、コイル４１ａの上流側（端子ＣＭ）にバッテリ電圧ＶＢが供給される。このため、図３における例えば実線で示すように、ピーク電流期間において放電スイッチＴ１２がオフしているときにも、コイル４１ａにバッテリ電圧ＶＢから電流を流して、コイル電流を増加させることができる。よって、電磁弁４１を速やかに開弁させるのに必要な電流増加率を確保し易い。

また、ピーク電流期間において、定電流スイッチＴ１１をオンさせることにより、コイル４１ａの上流側にバッテリ電圧ＶＢを供給するため、バッテリ電圧ＶＢを供給するための他の手段を別途設ける必要がない。他の手段としては、例えば、定電流スイッチＴ１１と並列に設けられるスイッチ（スイッチング素子）が考えられるが、そのようなスイッチは不要となる。

また、マイコン３９は、バッテリ電圧ＶＢを検出し（Ｓ１４０）、その検出したバッテリ電圧ＶＢに応じたオフ電流傾きＡｏｆｆを算出し（Ｓ１５０）、そのオフ電流傾きＡｏｆｆを用いて駆動デューティ比Ｄを決定している（Ｓ１６０）。このため、検出したバッテリ電圧ＶＢに応じて、駆動デューティ比Ｄが変更されることとなり、詳しくは、バッテリ電圧ＶＢが低い場合ほど、駆動デューティ比Ｄは大きい値に設定される。

よって、バッテリ電圧ＶＢが変動しても、ピーク電流期間の長さを目標時間Ｔｐにすることができる。例えば、エアコン装置のような消費電流の大きい電気負荷が作動したことにより、バッテリ電圧ＶＢが通常の１４Ｖから１０Ｖに低下した場合、オフ電流傾きＡｏｆｆは小さくなるが、その分、駆動デューティ比Ｄが大きくなることで、ピーク電流期間の長さを一定に保つことができる。

また、マイコン３９は、目標時間Ｔｐと目標最大値Ｉｐとを、電磁弁４１の種類に応じて変更する（Ｓ１１０，Ｓ１２０）ため、電磁弁４１にとって最適な長さのピーク電流期間とピーク電流の最大値とを実現することができる。

尚、変形例として、目標時間Ｔｐと目標最大値Ｉｐとのうちの一方又は両方が、電磁弁４１の種類によって変更されるのではなく、固定値であっても良い。
また、マイコン３９は、放電スイッチＴ１２をオン／オフさせる周期Ｔｓも、電磁弁４１の種類に応じて変更する（Ｓ１１０，Ｓ１２０）ため、電磁弁４１に適したコイル電流の波形を実現して、電磁弁４１を適切に駆動することができる。

例えば、駆動対象の電磁弁４１が、弁体の引上げ初期（リフト開始時）の荷重が比較的小さいものである場合には、図３における実線で示したコイル電流の波形を実現する周期Ｔｓよりも、大きい周期Ｔｓを採用して、コイル電流の波形が例えば図３おける一点鎖線で示すような波形となるようにすることにより、弁体を一気に引き上げることができる。尚、図３おける一点鎖線の波形は、周期Ｔｓを目標時間Ｔｐと同じ値に設定した場合の、コイル電流の波形であり、その一点鎖線の波形においては、最初の傾きが、オン電流傾きＡｏｎであり、後の緩い方の傾きが、オフ電流傾きＡｏｆｆである。

また、マイコン３９は、放電スイッチＴ１２のオン／オフ制御をオンとオフとの何れで開始するかという制御開始状態も、電磁弁４１の種類に応じて変更する（Ｓ１１０，Ｓ１２０）。このことによっても、電磁弁４１に適したコイル電流の波形を実現して、電磁弁４１を適切に駆動することができる。制御開始状態を切り替える手法は、特に周期Ｔｓを長く設定した場合に有利である。

例えば、駆動対象の電磁弁４１が、弁体の引き上げ初期の荷重が比較的大きいものである場合には、制御開始状態を“オフ”に設定して、コイル電流の最初の増加傾きを、オフ電流傾きＡｏｆｆにすれば良い。更に具体的には、制御開始状態を“オフ”に設定して、コイル電流の波形が例えば図３おける二点鎖線で示すような波形となるようにすることにより、まず、コイル４１ａにバッテリ電圧ＶＢから緩やかに電流を流して弁体を動きやすくし、その後、コイル４１ａにコンデンサＣ０から電流を流して（つまり放電スイッチＴ１２をオンして）弁体の引上げ速度を上げる、ということが実現できる。尚、図３おける二点鎖線の波形も、一点鎖線の波形と同様に、周期Ｔｓを目標時間Ｔｐと同じ値に設定した場合の、コイル電流の波形であるが、その二点鎖線の波形においては、最初の傾きが、オフ電流傾きＡｏｆｆであり、後の急な方の傾きが、オン電流傾きＡｏｎである。

また例えば、駆動対象の電磁弁４１が、弁体の引上げ初期の荷重が比較的小さいものである場合には、制御開始状態を“オン”に設定して、コイル電流の最初の増加傾きを、オン電流傾きＡｏｎにすれば良い。更に具体的には、制御開始状態を“オン”に設定して、コイル電流の波形が例えば図３おける一点鎖線で示すような波形となるようにすることにより、まず、コイル４１ａにコンデンサＣ０から電流を流して弁体を一気に引き上げ、その後、コイル４１ａにバッテリ電圧ＶＢから電流が流れるようにして弁体の移動速度を低下させることにより、弁体の引上げ停止位置でのバウンスを抑える、ということが実現できる。

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、駆動制御回路３７が行うことを、マイコン３９が行うようになっていても良い。駆動対象の電磁弁４１は、インジェクタに限らず、例えば、燃料ポンプの電磁弁であっても良い。駆動対象の電磁弁４１が設けられるエンジンは、ガソリンエンジンでも良い。

また、特許請求の範囲に記載された内容の範囲において、前述した実施形態の構成や処理のうちの、何れかの組み合わせを変える変形や、一部を削除する変形等を行うことも勿論可能である。

例えば、電磁弁４１の種類に応じて前述の制御パラメータを変更することを、実施しない構成にすることもできる。その場合、制御パラメータは、駆動対象の電磁弁４１について適した値を、予めＲＯＭ６２等に記憶しておけば良い。

３３…昇圧回路、３７…駆動制御回路、３９…マイコン、４１…電磁弁、４１ａ…コイル、Ｔ１１…定電流スイッチ、Ｔ１２…放電スイッチ、Ｃ０…コンデンサ、ＣＭ…端子、Ｌｐ…電源ライン、ＶＢ…バッテリ電圧

Claims (7)

1. コンデンサ（Ｃ０）の充電電圧が電源電圧（ＶＢ）よりも高い所定電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段（３３）と、
   電磁弁（４１）のコイル（４１ａ）に電流を流すための通電経路における前記コイルよりも上流側（ＣＭ）に、前記コンデンサを接続させる放電スイッチ（Ｔ１２）と、
   前記放電スイッチをオンして前記コンデンサから前記コイルに放電させることにより、前記コイルに前記電磁弁の弁体を速やかに動かすためのピーク電流を流すピーク電流供給手段（３７，３９，Ｓ１１０〜Ｓ１７０，Ｓ２３０〜Ｓ２５０）と、
   を備えた電磁弁駆動装置において、
   前記ピーク電流供給手段は、前記電磁弁の駆動開始時から目標時間が経過したときに、前記コイルに流れる電流が前記ピーク電流の目標最大値に達するように、前記放電スイッチをオン／オフさせること、
   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、
   前記ピーク電流供給手段は、前記駆動開始時から前記コイルに流れる電流が前記目標最大値に達するまでのピーク電流期間において、少なくとも前記放電スイッチをオフさせているときには、前記通電経路における前記コイルよりも上流側に前記電源電圧を供給する給電手段（Ｓ２３０）を備えること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
3. 請求項２に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記電源電圧が供給される電源ライン（Ｌｐ）と前記通電経路における前記コイルよりも上流側との間には、前記コイルに一定の電流を流すためにオン／オフされる定電流スイッチ（Ｔ１１）が設けられており、
   前記給電手段は、前記定電流スイッチをオンさせることにより、前記通電経路における前記コイルよりも上流側に前記電源電圧を供給すること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記ピーク電流供給手段は、前記電源電圧を検出する電圧検出手段（Ｓ１４０）を備え、該電圧検出手段により検出される電源電圧に応じて、前記放電スイッチをオン／オフさせるデューティ比を変更すること（Ｓ１５０，Ｓ１６０）、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
5. 請求項２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、
   前記ピーク電流供給手段は、前記放電スイッチのオン／オフ制御をオンとオフとの何れで開始するかを、前記電磁弁の種類に応じて変更すること（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
6. 請求項１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、
   前記ピーク電流供給手段は、前記目標時間と前記目標最大値との少なくとも一方を、前記電磁弁の種類に応じて変更すること（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、
   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、
   前記ピーク電流供給手段は、前記放電スイッチをオン／オフさせる周期を、前記電磁弁の種類に応じて変更すること（Ｓ１１０，Ｓ１２０）、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。

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