JP2015105605A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁弁駆動装置にて、コンデンサからコイルへの放電用スイッチがオープン故障した場合に、コンデンサの充電電圧が上昇していってしまうことを抑制する。
【解決手段】噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになる通電期間の間、インジェクタのコイルの下流側に設けられたトランジスタＴ１０をオンすると共に、通電期間の開始時には、コンデンサとコイルの上流側との間に設けられた放電用のトランジスタをオンして、コンデンサからコイルにピーク電流を流し、その後は通電期間の終了時まで、バッテリ電圧とコイルの上流側との間に設けられたトランジスタＴ１１をオン／オフ制御して、コイルに一定の電流を流す装置では、放電用のトランジスタのオープン故障を検出した場合には、トランジスタＴ１０のオフタイミングを通電期間の終了時から遅延時間Ｔｄだけ遅らせて、コイルの下流側からコンデンサへ回収されるフライバックエネルギー（回生電流）を低減する。
【選択図】図７

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電気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と共に、コイルへの通電終了時に生じるフライバックエネルギーをコンデンサへ回収するようにした電磁弁駆動装置に関する。

例えば、車両に搭載されたエンジンの各気筒に燃料を噴射供給するインジェクタ（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、このようなインジェクタ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及び通電タイミングを制御することにより、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では、昇圧回路によって電源電圧を昇圧してコンデンサを充電することにより、そのコンデンサの充電電圧を目標の電圧にする。そして、コイルへの通電期間の開始時には、コンデンサをコイルの上流側に接続させるためのトランジスタからなるスイッチ（以下、放電用スイッチともいう）をオンさせて、コンデンサからコイルに所定の大電流（いわゆるピーク電流）を流すことにより、インジェクタを速やかに開弁させ、その後は、通電期間が終了するまで、コイルに一定の電流を流して、インジェクタを開弁状態に保持する。そして更に、コイルへの通電終了時に生じるフライバックエネルギー（逆起電力エネルギー）を、ダイオードを介して上記コンデンサへ回収するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３０３１８５号公報

従来の燃料噴射制御装置では、放電用スイッチにオン不能なオープン故障が生じた場合に、以下のような問題が起こる。
放電用スイッチにオープン故障が生じた場合には、インジェクタのコイルにコンデンサからの放電電流は流せないものの、コイルに一定の電流を流すための回路によって、インジェクタを開弁作動させることができる。

しかし、その場合にも、コイルへの通電終了時に生じるフライバックエネルギーが、上記ダイオードを介してコンデンサへ回収されることとなる。そして、放電用スイッチはオープン故障しているため、コンデンサの放電は実施されない。

このため、コンデンサの充電電圧は、インジェクタの駆動時毎（詳しくは、コイルへの通電終了時毎）に、コイルから回収されるフライバックエネルギーによって上昇していくこととなる。よって、コンデンサの充電電圧は、放電用スイッチとは別の回路素子の故障（即ち多重故障）を招くような異常値へと、すぐに到達してしまう。

そして、このような充電電圧の異常上昇によって多重故障が起こると、もはやインジェクタを正常に駆動できる保証はなく、エンジンが停止して車両の走行が不能になる。また例えば、多重故障を防ぐために、コンデンサの充電電圧が所定値を超えたことを検知したなら、インジェクタの駆動を故意に停止することも考えられるが、そのように構成しても、結果的には同じである。つまり、放電用スイッチがオープン故障した場合に、コンデンサの充電電圧がすぐに上記所定値を超えてしまい、その結果、エンジンが停止して車両の走行が不能になる。

よって、従来の燃料噴射制御装置では、放電用スイッチにオープン故障が生じた場合に、例えば、運転者が車両を退避走行（安全な場所に移動させるための最低限の走行）させたくても、それができないという不都合が生じる。

そこで、本発明は、電磁弁を駆動する装置において、コンデンサから電磁弁のコイルへの放電経路を形成する放電用のスイッチにオープン故障が生じた場合に、コンデンサの充電電圧が上昇していってしまうことを抑制して、電磁弁の駆動制御を長く継続できるようにすること、を目的としている。

第１発明の電磁弁駆動装置では、電磁弁のコイルに電流を流すための通電経路上において、そのコイルよりも下流側に、下流側スイッチが直列に設けられており、電源電圧が供給される電源ラインと前記通電経路におけるコイルよりも上流側との間に、第１上流側スイッチが直列に設けられている。

また、この電磁弁駆動装置は、コイルに放電する電気エネルギーが蓄積されるコンデンサと、コンデンサの充電電圧が電源電圧よりも高い目標電圧となるように、コンデンサを充電する充電手段と、コンデンサを前記通電経路におけるコイルよりも上流側に接続させる第２上流側スイッチと、下流側スイッチがオンされている状態で第１上流側スイッチがオンからオフされた時に、コイルに電流を還流させる還流手段と、コイルへの通電期間を設定する通電期間設定手段とを備える。

そして、この電磁弁駆動装置では、電流制御手段が、通電期間設定手段により設定された通電期間の間、下流側スイッチをオンすると共に、通電期間の開始時には、第２上流側スイッチもオンすることにより、コンデンサからコイルに電磁弁を速やかに作動させるためのピーク電流を流し、そのピーク電流の供給後は、第２上流側スイッチをオフすると共に第１上流側スイッチをオン／オフ制御することにより、コイルへ前記ピーク電流よりも小さい一定の電流が流れるようにし、通電期間が終了すると、第１上流側スイッチのオン／オフ制御を終了して該第１上流側スイッチをオフさせる。

更に、この電磁弁駆動装置では、下流側スイッチ及び第１上流側スイッチのオフに伴い発生するコイルのフライバックエネルギーが、回収手段を介してコンデンサへと回収される。

そして特に、この電磁弁駆動装置は、第２上流側スイッチにオン不能なオープン故障が生じていることを検出する故障検出手段と、遅延手段とを備える。
そして、遅延手段は、故障検出手段により第２上流側スイッチのオープン故障が検出された場合に、下流側スイッチがオフされるタイミングを、通電期間の終了時から所定の遅延時間だけ遅らせる。

この遅延手段が下流側スイッチのオフタイミングを通電期間の終了時よりも遅らせることにより、コイルへの通電終了時に回収手段を介してコンデンサへと回収されるフライバックエネルギーが低減する。

つまり、遅延手段が機能しない通常の場合には、通電期間の終了時に、下流側スイッチがオフされると共に、第１上流側スイッチのオン／オフ制御が終了されて該第１上流側スイッチがオフ状態に保持され、その際に、コイルから大きなフライバックエネルギーが発生する。

これに対して、下流側スイッチを、通電期間が終了してからも所定の遅延時間だけオンしたままにすれば、その遅延時間の間、「下流側スイッチ＝オン」且つ「第１上流側スイッチ＝オフ」という状態となり、還流手段によってコイルに電流が還流する。そして、その還流により、コイルに蓄積されていたエネルギーを消費して、下流側スイッチがオフされた時点では、もはやコイルからのフライバックエネルギーが発生しないか、あるいは、発生しても極小さくなるようにすることができる。

よって、この電磁弁駆動装置によれば、コンデンサからコイルへの放電経路を形成する第２上流側スイッチにオープン故障が生じた場合に、回収手段を介してコンデンサへと回収されるフライバックエネルギーを低減して、コンデンサの充電電圧が上昇していってしまうことを抑制することができる。このため、第２上流側スイッチ以外の部品を故障させずに、電磁弁の駆動制御を長く継続することができる。また、コンデンサを強制的に放電させるための回路を追加する必要もない。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態の燃料噴射制御装置（ＥＣＵ）の構成を表す構成図である。 電流制御部の通常制御動作を説明するタイムチャートである。 課題を説明する第１の図である。 課題を説明する第２の図である。 第１実施形態のフェールセーフ制御部の動作を表すフローチャートである。 コンデンサ電圧と遅延時間との関係を示すデータマップの説明図である。 第１実施形態の作用を説明する第１の図である。 第１実施形態の作用を説明する第２の図である。 第２実施形態のフェールセーフ制御部の動作を表すフローチャートである。

以下に、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、図面を用い説明する。
本実施形態の燃料噴射制御装置（以下、ＥＣＵという）は、車両（自動車）に搭載された多気筒（この例では４気筒）エンジンの各気筒＃１〜＃４に燃料を噴射供給する４個の電磁弁としてのインジェクタを駆動するものである。そして、ＥＣＵは、各インジェクタ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、スイッチとしてのトランジスタ（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）等の他種類のトランジスタでも良い。

［第１実施形態］
図１に示すように、ＥＣＵ１は、駆動対象であるインジェクタ２のコイル２ａの一端（上流側）が接続される端子５と、コイル２ａの他端（下流側）が接続される端子７と、端子７に一方の出力端子が接続されたトランジスタＴ１０と、トランジスタ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抵抗Ｒ１０と、を備える。グランドラインは、基準電位（＝０Ｖ）のラインである。

インジェクタ２では、コイル２ａ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（つまり、開弁し）、燃料噴射が行われる。また、コイル２ａの通電が遮断されると、弁体が元の閉弁位置に戻り（つまり、閉弁し）、燃料噴射が停止される。

尚、図１では、４個のインジェクタ２のうち、第ｎ気筒＃ｎ（ｎは１〜４の何れか）に対応する１つのインジェクタ２だけを示しており、以下では、その１つのインジェクタ２の駆動に関して説明する。実際には、端子５は、各気筒のインジェクタ２について共通の端子となっており、その端子５に、各インジェクタ２のコイル２ａがそれぞれ接続されている。また、端子７及びトランジスタＴ１０は、各インジェクタ２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。トランジスタＴ１０は、駆動対象のインジェクタ２（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り、気筒選択スイッチとも呼ばれる。

そして、ＥＣＵ１は、電源電圧としてのバッテリ電圧（車載バッテリのプラス端子の電圧）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定電流用スイッチング素子としてのトランジスタＴ１１と、トランジスタ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５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５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。

昇圧回路３３は、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータであり、コイル２ａに放電される電気エネルギーが蓄積されるコンデンサＣ０と、バッテリ電圧ＶＢを昇圧してコンデンサＣ０を充電する充電回路３５と、を備える。

充電回路３５は、電源ラインＬｐに一端が接続されたコイルＬ０と、コイルＬ０の他端とグランドラインとの間の経路上に直列に設けられた昇圧用スイッチング素子としてのトランジスタＴ０と、コイルＬ０の他端とトランジスタＴ０のコイルＬ０側の端子（この例ではドレイン）とを結ぶ電流経路にアノードが接続された逆流防止用のダイオードＤ０と、を備える。コンデンサＣ０は、ダイオードＤ０のカソードとグランドラインとの間の経路上に直列に設けられている。尚、コンデンサＣ０は、例えばアルミ電解コンデンサであるが、他の種類のコンデンサでも良い。

昇圧回路３３においては、トランジスタＴ０がオン／オフされると、コイルＬ０とトランジスタ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。

更に、ＥＣＵ１は、コンデンサＣ０の正極側を端子５に接続させる放電用スイッチング素子としてのトランジスタＴ１２と、アノードが端子７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ー回収用のダイオードＤ１３と、トランジスタＴ０，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御する駆動制御回路３７と、コンデンサＣ０の正極側の電圧（コンデンサＣ０の充電電圧であり、以下、コンデンサ電圧という）ＶＣを所定の比率で分圧して駆動制御回路３７に入力させる分圧回路３８と、マイコン（マイクロコンピュータ）３９と、を備える。

駆動制御回路３７は、例えばＩＣであり、充電回路３５のトランジスタＴ０を制御する充電制御部３７ａと、トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２を制御することで、コイル２ａに流す電流を制御する電流制御部３７ｂと、トランジスタＴ１２にオン不能なオープン故障が生じた場合のフェールセーフを実施するフェールセーフ制御部３７ｃと、を備える。

マイコン３９は、プログラムを実行するＣＰＵ４１、プログラムや固定のデータ等が記憶されたＲＯＭ４２、ＣＰＵ４１による演算結果等が記憶されるＲＡＭ４３、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）４４等を備えている。

また、マイコン３９には、エンジン回転数ＮＥを表す信号や、車両の運転者によるアクセル開度ＡＣＣを表す信号や、エンジンの冷却水温ＴＨＷを表す信号などが入力される。
そして、マイコン３９は、入力される各種信号により検出されるエンジンの運転状態に基づいて、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アクティブレベル（本実施形態では例えばハイ）の間だけインジェクタ２のコイル２ａに通電する（換言すれば、インジェクタ２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、インジェクタ２のコイル２ａ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。

駆動制御回路３７では、分圧回路３８から入力される電圧に基づいてコンデンサ電圧ＶＣを検出する。そして、駆動制御回路３７において、充電制御部３７ａは、マイコン３９からの気筒毎の噴射指令信号が全てローになっている場合（即ち、燃料噴射を実施していない場合）に、コンデンサ電圧ＶＣが目標電圧となるように、充電回路３５のトランジスタＴ０をオン／オフさせる。そして、充電制御部３７ａは、コンデンサ電圧ＶＣが目標電圧以上になると、トランジスタＴ０をオフのままにして、コンデンサＣ０の充電を止める。目標電圧は、バッテリ電圧よりも高く、例えば６５Ｖである。

次に、駆動制御回路３７における電流制御部３７ｂの通常制御動作について、図２を用い説明する。
図２に示すように、電流制御部３７ｂは、マイコン３９から出力される第ｎ気筒＃ｎの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、その噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになっている間、第ｎ気筒＃ｎのインジェクタ２に対応するトランジスタＴ１０をオンさせる。また、電流制御部３７ｂは、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになると、トランジスタＴ１２もオンする。

すると、コンデンサＣ０の正極側が端子５に接続されて、コンデンサＣ０からコイル２ａに放電され、この放電により、コイル２ａへの通電が開始される。
そして、電流制御部３７ｂは、トランジスタＴ１２をオンした後において、コイル２ａに流れる電流（インジェクタ２の駆動電流でもあり、以下、コイル電流ともいう）を電流検出用抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出し、コイル電流が通電開始時の目標最大値ｉｐ（例えば１２Ａ）になったことを検知すると、トランジスタＴ１２をオフする。

このようにして、コイル２ａへの通電開始時には、コンデンサＣ０に蓄積されていた電気エネルギーがコイル２ａに放電される。この例では、コンデンサＣ０からコイル２ａへの、目標最大値ｉｐになるまでの放電電流が、インジェクタ２を速やかに開弁作動させるためのピーク電流である。尚、例えばトランジスタＴ１２を一定時間だけオンする構成でも良い。

そして、電流制御部３７ｂは、トランジスタＴ１２をオフした後は、電流検出用抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出されるコイル電流が、上記目標最大値ｉｐよりも小さい一定の電流となるように、トランジスタＴ１１をオン／オフさせる定電流制御を行う。

具体的に説明すると、電流制御部３７ｂは、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになった時（通電期間の開始時）から一定の時間Ｔａが経過する時点までの間は、コイル電流が第１下側閾値ｉｃ１Ｌ以下であることを検知するとトランジスタＴ１１をオンさせ、コイル電流が第１上側閾値ｉｃ１Ｈ以上であることを検知するとトランジスタＴ１１をオフさせる、という制御を行う。そして、電流制御部３７ｂは、上記時間Ｔａが経過した時点から噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになるまでの間は、コイル電流が第２下側閾値ｉｃ２Ｌ以下であることを検知するとトランジスタＴ１１をオンさせ、コイル電流が第２上側閾値ｉｃ２Ｈ以上であることを検知するとトランジスタＴ１１をオフさせる、という制御を行う。

尚、第１及び第２下側閾値ｉｃ１Ｌ，ｉｃ２Ｌと、第１及び第２上側閾値ｉｃ１Ｈ，ｉｃ２Ｈと、目標最大値ｉｐとの大小関係は、図２の如く「ｉｐ＞ｉｃ１Ｈ＞ｉｃ１Ｌ＞ｉｃ２Ｈ＞ｉｃ２Ｌ」になっている。

このような定電流制御により、コイル電流が目標最大値ｉｐから低下して第１下側閾値ｉｃ１Ｌ以下になると、トランジスタＴ１１のオン／オフが繰り返されて、通電期間の開始時から上記時間Ｔａが経過する時点（以下、定電流値切替時点という）までは、コイル電流の平均値が、ｉｃ１Ｈとｉｃ１Ｌとの間の第１一定電流ｉｃ１に維持される。そして、定電流値切替時点から噴射指令信号がローになるまで（即ち、通電期間の終了時まで）は、コイル電流の平均値が、ｉｃ２Ｈとｉｃ２Ｌとの間の第２一定電流ｉｃ２（＜ｉｃ１）に維持される。

つまり、この例では、コイル２ａに流す一定の電流を、第１一定電流ｉｃ１（例えば６Ａ）から、それよりも小さい第２一定電流ｉｃ２（例えば４Ａ）へと、２段階に切り替えるようにしている。第１一定電流ｉｃ１は、インジェクタ２を確実に開弁状態にするための電流（いわゆるピックアップ電流）であり、第２一定電流ｉｃ２は、インジェクタ２の開弁状態を維持するために必要な最小限の電流（いわゆるホールド電流）である。

尚、コイル２ａへは、トランジスタＴ１１のオン時には、電源ラインＬｐ側からトランジスタＴ１１とダイオードＤ１１を介して電流が流れ、トランジスタＴ１１のオフ時には、グランドライン側からダイオードＤ１２を介して電流が還流する。また、図２の下から２段目に示すように、噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイになってから少しの間（詳しくは、コイル電流が第１上側閾値ｉｃ１Ｈに到達するまでの間）、トランジスタＴ１１がオンされているのは、上記定電流制御によるものである。

その後、マイコン３９からの噴射指令信号Ｓ＃ｎがハイからローになると、電流制御部３７ｂは、トランジスタＴ１０をオフすると共に、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御（定電流制御）を終了して、トランジスタＴ１１もオフ状態に保持する。

すると、コイル２ａへの通電が停止してインジェクタ２が閉弁し、そのインジェクタ２による燃料噴射が終了する。
また、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになって、トランジスタＴ１０とトランジスタＴ１１が共にオフされると、コイル２ａ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、エネルギー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。ダイオードＤ１３を通じてコンデンサＣ０に流れ込む電流のことを、回生電流という（図３の下から２段目参照）。

尚、第ｎ気筒＃ｎ以外のインジェクタ２についても、上記と同様の手順で駆動される。
次に、駆動制御回路３７のフェールセーフ制御部３７ｃについて説明する。
まず、フェールセーフ制御部３７ｃを設けている理由について説明する。

放電用のトランジスタＴ１２にオン不能なオープン故障が生じた場合、インジェクタ２のコイル２ａには、コンデンサ電圧ＶＣを供給できないものの、コイル２ａに一定の電流を流すための上流側回路（トランジスタＴ１１及びダイオードＤ１１，Ｄ１２を含む回路）により、バッテリ電圧ＶＢは供給することができる。このため、インジェクタ２は、正常時よりも開弁応答性が低下するものの、バッテリ電圧ＶＢだけで開弁駆動することが可能である。

図３は、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合に、電流制御部３７ｂの通常制御動作（図２で説明した動作）によってコイル２ａに通電する場合の、トランジスタＴ１０，Ｔ１１の動き等を表している。尚、図３において、「コイルの下流側電圧」とは、端子７の電圧である。そして、このことは、後述する他の図においても同様である。

図３に示すように、コイル２ａには、少なくとも前述の第１一定電流ｉｃ１（ピックアップ電流）を流すことができるため、インジェクタ２を開弁作動させることができる。また例えば、他の例として、図３の「コイル電流」の段における点線波形で示すように、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合の特別モードの制御として、通電開始からコイル電流が第１上側閾値ｉｃ１Ｈよりも大きい所定の目標値（この例では前述の目標最大値ｉｐ）になるまで、トランジスタＴ１１の最初のオンを継続するようにしても良い。この制御によれば、トランジスタＴ１２のオープン故障に伴うインジェクタ２の開弁応答遅れを、小さくすることができる。

しかし、図３（特に下から２段目）に示すように、バッテリ電圧ＶＢだけでインジェクタ２を駆動する場合でも、コイル２ａへの通電終了時において、トランジスタＴ１０のオフに伴い発生するコイル２ａのフライバックエネルギーが、ダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ０へ回収される。そして、トランジスタＴ１２はオープン故障しているため、コンデンサＣ０の放電は実施されない。

このため、コンデンサ電圧ＶＣは、たとえ充電制御部３７ａによる目標電圧に達していても、上昇することとなる。トランジスタＴ１０がオフするときのコイル電流が大きいほど、ダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ０に流れ込む回生電流が大きくなるため、コンデンサ電圧ＶＣの上昇も大きくなる。尚、ダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ０に回生電流が流れる場合、コイル２ａの下流側電圧（端子７の電圧）は、コンデンサ電圧ＶＣよりもダイオードＤ１３の順方向電圧だけ低い電圧となる（図３の上から４段目参照）。

よって、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合には、図４に例示するように、コンデンサ電圧ＶＣは、インジェクタ２を駆動する毎（詳しくはコイル２ａへの通電終了時毎）に、回生電流により上昇していくこととなる。尚、図４では、図示の便宜上、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになるタイミングと、トランジスタＴ１１がコイル電流の検出値に基づいて最初にオフされるタイミングとが、同じになっている場合を例示しているが、噴射指令信号Ｓ＃ｎのハイ時間は、エンジンの運転状態に応じて設定される。このことは、後述する図８についても同様である。

そして、図４の最下段に示すように、コンデンサ電圧ＶＣが上昇して、該コンデンサ電圧ＶＣが直接印加される回路素子（例えばダイオードＤ０，Ｄ１３）の許容電圧（例えば８０Ｖ）を超えると、その回路素子が更に故障してしまう。つまり、二次故障が起こる。そして更に、例えば、ダイオードＤ１３がショート故障してしまうと、端子７にコンデンサ電圧ＶＣが印加されて、トランジスタＴ１０が故障する可能性がある。また例えば、ダイオードＤ０がショート故障してしまうと、トランジスタＴ０が故障する可能性がある。このように、二次故障、三次故障といった多重故障を招く。

このような多重故障が起こると、もはやインジェクタ２を正常に駆動できる保証はなく、エンジンが停止して車両の走行が不能になる。
また例えば、多重故障を防ぐために、コンデンサ電圧ＶＣが所定値を超えたことを検知したなら、インジェクタ２の駆動を強制停止することも考えられるが、ただ単にそうしただけでは、結果的には同じである。つまり、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合には、すぐにコンデンサ電圧ＶＣが上記所定値を超えて、インジェクタ２の駆動が強制停止されることとなり、やはりエンジンが停止して車両の走行が不能になる。

以上のことから、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合に、何も処置をしないと、コンデンサ電圧ＶＣがすぐに異常上昇して、インジェクタ２を駆動できなくなり、延いては、運転者が車両を退避走行させたくても、それができないという不都合が生じる。

このような不具合を解消するために、ＥＣＵ１では、フェールセーフ制御部３７ｃを設けている。
次に、フェールセーフ制御部３７ｃの動作内容について、図５を用い説明する。

図５に示すように、フェールセーフ制御部３７ｃは、トランジスタＴ１２にオープン故障が生じているか否かを判定する（Ｓ１１０）。例えば、フェールセーフ制御部３７ｃは、当該駆動制御回路３７からトランジスタＴ１２への駆動信号が、該トランジスタＴ１２をオンさせる方のアクティブレベルになっているときに、分圧回路３８からの入力電圧が所定の閾値以上であるか否かを判定する。そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、分圧回路３８からの入力電圧が閾値以上であれば、トランジスタＴ１２は正常にオンしていると判定し、逆に、分圧回路３８からの入力電圧が閾値以上でなければ、トランジスタＴ１２にオープン故障が生じていると判定する。

フェールセーフ制御部３７ｃは、トランジスタＴ１２が正常（オープン故障が生じていない）と判定している場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、電流制御部３７ｂに通常制御動作を行わせる（Ｓ１２０）。通常制御動作とは、図２を用いて説明した動作である。

一方、フェールセーフ制御部３７ｃは、トランジスタＴ１２にオープン故障が生じていると判定している場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、分圧回路３８からの入力電圧に基づき検出されるコンデンサ電圧ＶＣが、所定値Ｖｍａｘを超えているか否かを判定する（Ｓ１３０）。所定値Ｖｍａｘは、前述の許容電圧（例えばダイオードＤ０，Ｄ１３の耐圧）と同じか、あるいは、それよりも所定の余裕分だけ小さい値に設定されている。

そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、コンデンサ電圧ＶＣが所定値Ｖｍａｘを超えていないと判定した場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、検出した実際のコンデンサ電圧ＶＣに基づいて遅延時間Ｔｄを設定する（Ｓ１４０）。

遅延時間Ｔｄとは、図７に示すように、トランジスタＴ１０のオフタイミングを、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになった時（換言すれば、マイコン３９によって設定された通電期間の終了時）から遅らせる時間である。そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、コンデンサ電圧ＶＣが高い場合ほど、遅延時間Ｔｄを長い時間にする。

例えば、駆動制御回路３７には、メモリが備えられており、そのメモリには、コンデンサ電圧ＶＣと遅延時間Ｔｄとの関係を示す図６のようなデータマップが記憶されている。そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、そのデータマップから、実際のコンデンサ電圧ＶＣに対応する遅延時間Ｔｄの値を読み出し、その読み出した値を、トランジスタＴ１０の制御に用いる遅延時間Ｔｄとして設定する。尚、他の構成例として、フェールセーフ制御部３７ｃは、コンデンサ電圧ＶＣの複数通りの範囲毎に定められている遅延時間Ｔｄの中から、実際のコンデンサ電圧ＶＣに対応する遅延時間Ｔｄを選択するようになっていても良い。このように構成すれば、複雑な情報処理をしなくても済むという利点がある。

そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、電流制御部３７ｂに、図２の通常制御動作に変えて、トランジスタＴ１０のオフ遅延制御動作を行わせる（Ｓ１５０）。
トランジスタＴ１０のオフ遅延制御動作は、通常制御動作と比較すると、「トランジスタＴ１０のオフタイミングを、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになった時から、フェールセーフ制御部３７ｃが設定した遅延時間Ｔｄだけ遅らせる」という点が異なる。また更に、フェールセーフ制御部３７ｃは、トランジスタＴ１２のオープン故障を検出した場合には、電流制御部３７ｂに、トランジスタＴ１１の最初のオンに関して、前述した特別モードの制御を実施させるようになっていても良い。

一方、フェールセーフ制御部３７ｃは、コンデンサ電圧ＶＣが所定値Ｖｍａｘを超えていると判定した場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、電流制御部３７ｂに、トランジスタＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２の駆動を停止させる（Ｓ１６０）。つまり、噴射指令信号Ｓ＃ｎに拘わらず、インジェクタ２の駆動を強制的に停止する。

尚、フェールセーフ制御部３７ｃによる判定結果（トランジスタＴ１２がオープン故障していることや、コンデンサ電圧ＶＣが所定値Ｖｍａｘを超えたこと）を示す情報を、駆動制御回路３７からマイコン３９に送信するように構成しても良い。そのように構成すれば、マイコン３９は、駆動制御回路３７においてインジェクタ２の駆動が強制停止された場合に、噴射指令信号Ｓ＃ｎを出力するための処理等、無駄な処理をする必要がなくなる。また、マイコン３９は、トランジスタＴ１２がオープン故障したことを検知して、警告灯を点灯させる等の処理を行うことができるようになる。

本実施形態のＥＣＵ１において、駆動制御回路３７は、以上のようなフェールセーフ制御部３７ｃを備える。このため、駆動制御回路３７は、トランジスタＴ１２のオープン故障を検出した場合には、インジェクタ２をバッテリ電圧ＶＢだけで駆動するが、図７に示すように、トランジスタＴ１０のオフタイミングを、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになった時から遅延時間Ｔｄだけ遅らせることとなる。

そして、トランジスタＴ１０のオフタイミングが遅らされることにより、コイル２ａへの通電終了時にダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ０へと回収されるフライバックエネルギー（回生電流）が低減する。

つまり、トランジスタＴ１０を、噴射指令信号Ｓ＃ｎがローになってからも遅延時間Ｔｄだけオンしたままにすれば、その遅延時間Ｔｄの間、「トランジスタＴ１０＝オン」且つ「トランジスタＴ１１＝オフ」という状態になり、ダイオードＤ１２によってコイル２ａに電流が還流する。そして、その還流により、コイル２ａに蓄積されていたエネルギーを消費して、トランジスタＴ１０がオフするときのコイル電流を、図３に示した場合よりも非常に小さくすることができる。よって、トランジスタＴ１０がオフされた時点では、もはやコイル２ａからのフライバックエネルギーが発生しないか、あるいは、発生しても極小さくなるようにすることができる。図３における回生電流に比べて、図７における回生電流の方が小さいのは、このためである。

従って、本実施形態のＥＣＵ１によれば、トランジスタＴ１２にオープン故障が生じた場合に、コンデンサＣ０へと回収されるフライバックエネルギーを低減することができる。このため、図８に示すように、トランジスタＴ１２がオープン故障した状態で、インジェクタ２の駆動を繰り返しても、コンデンサ電圧ＶＣが前述の許容電圧を超えてしまうことを防止することができる。また、コンデンサ電圧ＶＣが上昇していったとしても、その上昇速度を非常に低く抑えることができる。

よって、前述した多重故障を招かずに、インジェクタ２の駆動を長く継続することができ、延いては、車両の退避走行が可能となる。また、コンデンサＣ０を強制的に放電させるための回路を追加する必要もない。

尚、図７において、「コイル電流」の段における点線波形は、フェールセーフ制御部３７ｃが、トランジスタＴ１２のオープン故障を検出した場合に、前述した特別モードの制御を電流制御部３７ｂに実施させた場合のコイル電流を表している。そして、前述した通り、この特別モードの制御を行うように構成すれば、トランジスタＴ１２のオープン故障に伴うインジェクタ２の開弁応答遅れを、小さくすることができる。

また、本実施形態では、遅延時間Ｔｄをコンデンサ電圧ＶＣに応じて変更しているため、その遅延時間Ｔｄを最適化することができる。
特に、本実施形態では、コンデンサ電圧ＶＣが高い場合ほど、遅延時間Ｔｄを長い時間にしている。このため、コンデンサ電圧ＶＣの上昇を抑えることと、トランジスタＴ１０のオフタイミングを遅延させることによる燃料噴射制御への影響を抑えることとを、両立させることができる。

つまり、コンデンサ電圧ＶＣが低い場合には、遅延時間Ｔｄを短めにすることで、燃料噴射間隔が短い場合でも、次の燃料噴射開始前にトランジスタＴ１０がオフされるようにすることができる。また、コンデンサ電圧ＶＣが高くなれば、遅延時間Ｔｄを長くすることで、コンデンサＣ０へと回収されるフライバックエネルギーを一層低減して、コンデンサ電圧ＶＣの上昇を一層抑制したり防止したりすることができる。

また、本実施形態において、駆動制御回路３７（フェールセーフ制御部３７ｃ）は、コンデンサ電圧ＶＣが所定値Ｖｍａｘを超えたと判定すると、インジェクタ２の駆動を強制的に停止する（Ｓ１３０：ＹＥＳ，Ｓ１６０）。このため、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合に、もし、コンデンサ電圧ＶＣが少しずつ上昇していったとしても、回路素子の多重故障を確実に防ぐことができる。尚、このような場合でも、トランジスタＴ１２がオープン故障してからインジェクタ２の駆動が強制停止されるまでの、燃料噴射実施回数を非常に多くすることができるため、車両の退避走行を実現することができる。

一方、変形例として、遅延時間Ｔｄは、固定の一定時間でも良い。例えば、遅延時間Ｔｄを、コンデンサＣ０への回生電流が０になる時間に設定すれば、トランジスタＴ１２がオープン故障した場合のコンデンサ電圧ＶＣの上昇をなくすことができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態のＥＣＵについて説明するが、ＥＣＵの符号としては、第１実施形態と同じ“３１”を用いる。また、第１実施形態と同様の構成要素や処理についても、第１実施形態と同じ符号を用いる。

第２実施形態のＥＣＵ１は、第１実施形態のＥＣＵ１と比較すると、駆動制御回路３７のフェールセーフ制御部３７ｃが、図５の動作に代えて、図９に示す動作を行う点が異なる。そして、図９の動作は、図５の動作と比較すると、Ｓ１４０の動作に代えて、Ｓ１４５の動作が行われる点が異なる。

即ち、フェールセーフ制御部３７ｃは、コンデンサ電圧ＶＣとエンジン回転数ＮＥとの両方に基づいて、遅延時間Ｔｄを設定する（Ｓ１４５）。
例えば、駆動制御回路３７のメモリには、遅延時間Ｔｄを設定するためのデータマップとして、コンデンサ電圧ＶＣに対しては、第１実施形態と同様に、コンデンサ電圧ＶＣが高い場合ほど遅延時間Ｔｄが長くなり、エンジン回転数ＮＥに対しては、エンジン回転数ＮＥが高い場合ほど遅延時間Ｔｄが短くなるようなデータマップが記憶されている。そして、フェールセーフ制御部３７ｃは、そのデータマップから、実際のコンデンサ電圧ＶＣとエンジン回転数ＮＥとに対応する遅延時間Ｔｄの値を読み出し、その読み出した値を、トランジスタＴ１０の制御に用いる遅延時間Ｔｄとして設定する。

このような、第２実施形態のＥＣＵ１によれば、第１実施形態のＥＣＵ１による効果に加えて、エンジン回転数ＮＥも考慮した遅延時間Ｔｄの最適化を実現することができる。
つまり、エンジン回転数が高くなるにつれて、インジェクタ２の単位時間あたりの駆動回数は多くなり、このことは、インジェクタ２の駆動間隔（燃料噴射間隔でもある）が短くなることを意味する。そして、本第２実施形態のＥＣＵ１によれば、エンジン回転数ＮＥが高い場合には、遅延時間Ｔｄを短くして、次の燃料噴射開始前（インジェクタ２の駆動開始前）にトランジスタＴ１０がオフされるようにすることができる。また、エンジン回転数ＮＥが低い場合には、遅延時間Ｔｄを長くすることで、コンデンサ電圧ＶＣの上昇を一層抑制したり防止したりすることができる。尚、遅延時間Ｔｄは、エンジン回転数ＮＥだけに応じて設定するように構成しても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。また、前述の数値も一例であり他の値でも良い。
例えば、駆動対象の電磁弁は、インジェクタ２に限らず、例えば、インジェクタ２に高圧の燃料を圧送する燃料供給ポンプにおける吐出量調整用の電磁弁であっても良い。尚、このような燃料供給ポンプの電磁弁も、インジェクタ２と同様に、エンジン回転数が高くなるにつれて、単位時間あたりの駆動回数が多くなる。

また、上記実施形態において、フェールセーフ制御部３７ｃは、図５，図９におけるＳ１３０及びＳ１６０の動作を、トランジスタＴ１２のオープン故障を検出した場合に実施するようになっていたが、Ｓ１３０及びＳ１６０の動作は、トランジスタＴ１２のオープン故障の検出結果とは関係なく実施されるように構成しても良い。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。具体例としては、例えば、駆動制御回路３７における複数の制御部３７ａ，３７ｂ，３７ｃを、別体の構成要素として分散させたり、マイコン３９が、駆動制御回路３７の機能の一部又は全部を果たすように構成しても良い。

また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。また、上述したＥＣＵ１の他、当該ＥＣＵ１を構成要素とするシステム、当該ＥＣＵ１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、電磁弁の駆動方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２…インジェクタ、２ａ…コイル、３５…充電回路、３７ａ…充電制御部、３７ｂ…電流制御部、３７ｃ…フェールセーフ制御部、３９…マイコン、Ｔ１０…トランジスタ（下流側スイッチ）、Ｔ１１…トランジスタ（第１上流側スイッチ）、Ｔ１２…トランジスタ（第２上流側スイッチ）、ＶＢ…バッテリ電圧、Ｌｐ…電源ライン、Ｃ０…コンデンサ、ＶＣ…コンデンサ電圧、Ｄ１２，Ｄ１３…ダイオード

Claims (5)

1. 電磁弁（２）のコイル（２ａ）に電流を流すための通電経路上において、前記コイルよりも下流側に直列に設けられた下流側スイッチ（Ｔ１０）と、
   電源電圧（ＶＢ）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直列に設けられた第１上流側スイッチ（Ｔ１１）と、
   前記コイルに放電する電気エネルギーが蓄積されるコンデンサ（Ｃ０）と、
   前記コンデンサの充電電圧（ＶＣ）が前記電源電圧よりも高い目標電圧となるように、前記コンデンサを充電する充電手段（３５，３７ａ）と、
   前記コンデンサを前記通電経路における前記コイルよりも上流側に接続させる第２上流側スイッチ（Ｔ１２）と、
   前記下流側スイッチがオンされている状態で前記第１上流側スイッチがオンからオフされた時に、前記コイルに電流を還流させる還流手段（Ｄ１２）と、
   前記コイルへの通電期間を設定する通電期間設定手段（３９）と、
   前記通電期間設定手段により設定された通電期間の間、前記下流側スイッチをオンすると共に、前記通電期間の開始時には、前記第２上流側スイッチもオンすることにより、前記コンデンサから前記コイルに前記電磁弁を速やかに作動させるためのピーク電流を流し、そのピーク電流の供給後は、前記第２上流側スイッチをオフすると共に前記第１上流側スイッチをオン／オフ制御することにより、前記コイルへ前記ピーク電流よりも小さい一定の電流が流れるようにし、前記通電期間が終了すると、前記第１上流側スイッチのオン／オフ制御を終了して該第１上流側スイッチをオフさせる電流制御手段（３７ｂ）と、
   前記下流側スイッチ及び前記第１上流側スイッチのオフに伴い発生する前記コイルのフライバックエネルギーを、前記コンデンサへと回収させる回収手段（Ｄ１３）と、
   を備えた電磁弁駆動装置において、
   前記第２上流側スイッチにオン不能なオープン故障が生じていることを検出する故障検出手段（３７ｃ，Ｓ１１０）と、
   前記故障検出手段により前記オープン故障が検出された場合に、前記下流側スイッチがオフされるタイミングを、前記通電期間の終了時から所定の遅延時間だけ遅らせる遅延手段（３７ｃ，Ｓ１４０，Ｓ１４５，Ｓ１５０）と、
   を備え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、
   前記遅延手段（３７ｃ，Ｓ１４０，Ｓ１４５，Ｓ１５０）は、
   前記コンデンサの充電電圧に応じて前記遅延時間を変更すること、
   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、
   前記遅延手段は、
   前記充電電圧が高い場合ほど、前記遅延時間を長い時間にすること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記電磁弁は、
   エンジンの回転数が高くなるにつれて、単位時間あたりの駆動回数が多くなる電磁弁であり、
   前記遅延手段（３７ｃ，Ｓ１４５，Ｓ１５０）は、
   前記エンジンの回転数に応じて前記遅延時間を変更すること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
5. 請求項４に記載の電磁弁駆動装置において、
   前記遅延手段は、
   前記エンジンの回転数が高い場合ほど、前記遅延時間を短い時間にすること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。