JP3121303B2

JP3121303B2 - 電磁弁駆動装置

Info

Publication number: JP3121303B2
Application number: JP09322009A
Authority: JP
Inventors: 弘三河野
Original assignee: Bosch Corp; Bosch Automotive Systems Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-11-10
Filing date: 1997-11-10
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2017-11-10
Also published as: JPH11141721A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁の駆動初期
段階において電磁弁コイルに昇圧回路からの高電圧をハ
イサイドスイッチを介して印加し、これにより電磁弁コ
イルに大電流を通電して電磁弁を高速で作動させるよう
にした電磁弁駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車両用燃料噴射システムにおい
て燃料噴射制御弁として用いられる電磁弁の動作を制御
する場合、電磁弁を高速に作動させることができ、電磁
弁のソレノイドコイルの焼付きを防止することができる
ようにした電磁弁駆動装置として、特開平６−２６５８
９号公報に開示されている構成が公知である。ここに開
示されている電磁弁駆動装置は、昇圧チョッパ回路によ
りバッテリ電圧よりも高い電圧を発生させてコンデンサ
に蓄えておき、コンデンサに蓄積された高電圧を電磁弁
の駆動初期に電磁弁のソレノイドコイルに印加し、電磁
弁を高速で作動させる構成となっている。高速で作動さ
せた後の電磁弁動作保持電流はバッテリより電流制限抵
抗器を介してソレノイドコイルに流される。

【０００３】ところで、この種の電磁弁を上述の如く駆
動制御する場合、電磁弁への通電制御はハイサイドスイ
ッチにより行うことが望ましい。これは、自動車等のボ
ディーがバッテリの−端子に接続されているので、電磁
弁を内燃機関車両の燃料噴射制御システムに用いた場合
に、電磁弁駆動用の配線がボディーとショートした場合
であっても、電磁弁をハイサイドスイッチで駆動制御す
る構成としておけば電磁弁はオンとはならず、安全であ
るとの理由による。

【０００４】電磁弁をハイサイドスイッチで駆動制御す
る構成を採用する場合、制御回路の構成が簡素化される
等の理由からそのハイサイドに設けられるスイッチ素子
をＰＮＰトランジスタやＰチャンネル電界効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）とすることが考えられる。しかし、これ
らはＮＰＮトランジスタやＮチャンネルＦＥＴに比べて
耐圧が低く、若し高耐圧のものを使用しようとするとコ
ストが高くなってしまうといった問題点を有しているた
め、特開平６−２６５８９号公報に記載されている電磁
弁駆動装置に見られるように、ハイサイドスイッチとし
てＮＰＮトランジスタを用いた回路が広く採用されてい
る。この従来の回路は、公報の図３の（ｂ）に示されて
いるように、電磁弁への駆動電流を制御するＮＰＮトラ
ンジスタをＰＮＰトランジスタによって駆動するように
構成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の回路構
成によると、ＮＰＮトランジスタのコレクタ−エミッタ
間電圧ＶCEは、ＰＮＰトランジスタのコレクタ−エミッ
タ間電圧ＶCEとＮＰＮトランジスタのベース−エミッタ
間電圧ＶBEとの和であるから約２．３Ｖとなる。ここ
で、電磁弁の電流を例えば２Ａとすると、ＮＰＮトラン
ジスタでの消費電力は４．６Ｗとなり、この値が無駄に
消費されてしまうのでバッテリにとって好ましくないば
かりか、無駄な発熱という点でも好ましいものではな
い。

【０００６】また、電磁弁の最低作動電圧も２．３Ｖ上
昇してしまうので、バッテリ電圧の有効利用という点か
らも好ましくない。つまり、電磁弁への印加電圧はバッ
テリ電圧よりも２．３Ｖ程度低くなってしまうので、バ
ッテリ電圧が何らかの理由で低下したときに、昇圧回路
の動作が不十分となり、電磁弁が作動しなくなるおそれ
があるためである。

【０００７】このように、ハイサイドスイッチとして働
くＮＰＮトランジスタ又はＮチャンネルＦＥＴをＰＮＰ
トランジスタによって駆動させるようにした従来の回路
構成によると、消費電力の無駄を招いてしまうばかり
か、発熱という点で好ましいものではなく、しかも電磁
弁の最低作動電圧が上昇してしまうことにより、バッテ
リ電圧が低下したときに、電磁弁が作動しなくなる虞れ
があるといった種々の問題点を生じる。

【０００８】本発明の目的は、昇圧回路からの高電圧を
電磁弁へ印加するのを制御する場合に、電磁弁のハイサ
イドに設けられたＮＰＮトランジスタ又はＮチャンネル
ＦＥＴを用いてハイサイドスイッチを構成した場合にお
ける上述の問題点を解決することができるようにした、
電磁弁駆動装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路
と、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタがスイ
ッチング素子として用いられており該昇圧回路からの高
電圧を電磁弁のコイルのハイサイドに印加するのをオ
ン、オフ制御するためのハイサイドスイッチ部とを有
し、前記電磁弁の駆動初期段階において該ハイサイドス
イッチ部を介して前記高電圧を前記電磁弁のコイルに印
加し前記電磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆
動装置において、前記ハイサイドスイッチ部を駆動する
ための駆動回路を有し、該駆動回路には前記スイッチン
グ素子を駆動するために用いられる電圧を供給するため
のコンデンサが設けられており、該コンデンサが前記バ
ッテリ電圧と前記コイルのローサイド端に生じる逆起電
圧とのうち高い方の電圧によって充電されるようになっ
ている点にある。

【００１０】この構成によると、コンデンサがバッテリ
電圧によって充電された場合、この充電された電圧がス
イッチング素子のオン、オフ駆動のために用いられる。
コンデンサは、また、電磁弁への電流遮断時にそのコイ
ルのローサイド端に生じるバッテリ電圧よりは充分に高
い逆起電圧によっても充電されるようになっている。し
たがって、バッテリ電圧が何らかの理由で低下してコン
デンサに充分なレベルの電圧を充電することができず、
そのままではハイサイドスイッチ部を駆動できないよう
な状況が生じても、コンデンサが別途、上記逆起電圧に
よって充電され、ハイサイドスイッチ部を確実にオン、
オフ駆動することができる。

【００１１】なお、コンデンサの充電は、バッテリ電圧
及び逆起電圧のほか、昇圧回路に生じる高電圧を利用す
る構成とすることもできる。この場合、コンデンサの端
子電圧が過度に上昇するのを防止するため、その充電路
に適宜の値の抵抗器を挿入する構成としてもよいし、コ
ンデンサと並列に定電圧ダイオードを接続する構成とし
てもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面を参照して説明する。図１は、本発明の電磁弁駆
動装置の一実施の形態を示すブロック図である。図１に
示されている電磁弁駆動装置１は図示しない車両用燃料
噴射システムの燃料噴射制御用の電磁弁を駆動するため
のものであり、電源部１０、ハイサイド通電制御部２
０、ローサイド通電制御部３０、駆動電流検出部４０、
タイミング制御部５０を備えている。

【００１３】電源部１０は、端子１０Ａに接続される例
えば１２Ｖのバッテリ１２のバッテリ電圧ＶＢを例えば
１６０Ｖまで昇圧して高圧出力ＨＶを出力する昇圧回路
１１を備えている。

【００１４】昇圧回路１１は、図２に示されるように、
昇圧用スイッチングＦＥＴ素子１１Ａのオン／オフ動作
に伴い昇圧用コイル１１Ｂにバッテリ１２から蓄積され
る高電圧エネルギーを、ダイオード１１Ｃを通して昇圧
用コンデンサ１１Ｄに蓄積する公知の構成とされてい
る。

【００１５】図１に戻ると、ハイサイド通電制御部２０
には、ハイサイド駆動回路２１、ハイサイド駆動回路２
１に応答して高圧出力ＨＶを電磁弁のコイル２に与える
のをオン、オフするためのハイサイドスイッチ部２２、
ホールドドライブ駆動回路２３、ホールドドライブ駆動
回路２３に応答してバッテリ電圧ＶＢをコイル２に与え
るのをオン、オフするためのホールドドライブスイッチ
部２４が設けられている。

【００１６】ハイサイド駆動回路２１は、タイミング制
御部５０のハイサイドタイミング発生部５１からのタイ
ミング信号ＰＥＡＫに応答して、ＮチャンネルＦＥＴで
構成されるハイサイドスイッチ部２２のオン、オフ動作
を制御するものである。ここで、ハイサイドスイッチ部
２２は高耐圧特性に優れたＮチャンネルＦＥＴで構成さ
れており、ハイサイドスイッチ部２２を構成するＮチャ
ンネルＦＥＴのオン、オフを駆動するために、ハイサイ
ド駆動回路２１が設けられている。ハイサイド駆動回路
２１は、後で図３を参照して詳細に説明されるように、
ＮチャンネルＦＥＴをオン、オフ駆動するために用いら
れる電圧を供給するためのコンデンサを具備しており、
このコンデンサが、バッテリ電圧ＶＢとコイル２のロー
サイド端に生じる逆起電圧との少なくとも一方により充
電され、これによりハイサイドスイッチ部２２の駆動を
確実に行うことができる構成となっている。

【００１７】ホールドドライブ駆動回路２３は、コイル
２の高速駆動のためにハイサイドスイッチ部２２により
高圧出力ＨＶをコイル２に印加してコイル２に大電流を
所定期間流すのが終了した後、コイル２にこの大電流よ
りも小さい所要の電流を電磁弁の動作保持のために供給
する目的で、ハイサイドスイッチ部２２がオフとされた
後、電磁弁の保持駆動が必要な所要の期間だけホールド
ドライブスイッチ部２４をオン状態とし、バッテリ電圧
ＶＢをコイル２に印加させるための回路である。ホール
ドドライブ駆動回路２３はタイミング制御部５０のホー
ルドドライブタイミング発生部５２から後述の如くして
出力されるタイミング信号ＨＯＬＤに応答してホールド
ドライブスイッチ部２４を構成するスイッチング素子で
あるＰチャンネルＦＥＴ２４Ａをオン、オフ制御する。

【００１８】このＰチャンネルＦＥＴ２４Ａのドレイン
とアースとの間には、ダイオード３、４が図示の如く接
続されている。ダイオード４はフライホイールダイオー
ドであり、ＰチャンネルＦＥＴ２４Ａが後述するように
してオフとなった場合、そのときコイル２に生じた逆起
電圧によりその直後にコイル２にフライホイール電流を
供給することができる公知の回路構成である。

【００１９】ここで、ホールドドライブスイッチ部２４
には、バッテリ電圧ＶＢが低い場合でも確実に作動させ
るためにＰチャンネル型のＦＥＴが用いられているが、
Ｎチャンネル型のＦＥＴ素子を用いることもできる。

【００２０】ローサイド通電制御部３０には、ローサイ
ド駆動回路３１、ローサイドスイッチ部３２、及び逆起
電圧検出部３３が設けられている。ローサイド駆動回路
３１は、タイミング制御部５０のローサイドタイミング
発生部５３からのタイミング信号ＬＯＷのレベルが高レ
ベル状態になったことに応答して、ローサイドスイッチ
部３２を構成するスイッチング素子であるＮチャンネル
ＦＥＴ（図示せず）がオン状態となる。駆動電流検出部
４０はコイル２を流れる電磁弁駆動電流ＩＶのレベルを
検出するために設けられている。

【００２１】コイル２に流れている電流が急激に遮断さ
れた場合にコイル２に生じる逆起電圧は逆起電圧検出部
３３において検出され、逆起電圧の値が所定値（例えば
６０Ｖ）以上となった場合にローサイドスイッチ部３２
をオン状態とし、これにより逆起電圧の値が所定値以上
に上昇するのを防止している。

【００２２】タイミング制御部５０は、ハイサイドタイ
ミング発生部５１、ホールドドライブタイミング発生部
５２、ローサイドタイミング発生部５３から成ってい
る。各タイミング発生部５１、５２、５３は、電磁弁の
開弁期間を示すために外部から入力される電磁弁駆動信
号ＤＲＶに基づき、ハイサイド駆動回路２１、ホールド
ドライブ駆動回路２３、ローサイド駆動回路３１に対し
タイミング信号ＰＥＡＫ、タイミング信号ＨＯＬＤ、及
びタイミング信号ＬＯＷを出力する。

【００２３】ここで、タイミング信号ＰＥＡＫは、コイ
ル２に高速駆動用の大きな電流を流すためのピーク期間
（図４参照）を規定するための信号である。タイミング
信号ＨＯＬＤは、コイル２に上述のように大きな電流を
流して電磁弁を迅速に開弁完了させた後、電磁弁のこの
作動状態を保持するに足る比較的小さい電流をコイル２
に供給するのを制御するための信号である。タイミング
信号ＬＯＷは、コイル２に対する駆動電流の供給を停止
させるための制御を行うための信号である。なお、電磁
弁駆動信号ＤＲＶに応答して各タイミング信号ＰＥＡ
Ｋ、ＨＯＬＤ及びＬＯＷを発生させるための回路構成そ
れ自体は公知であるから、ここでは、タイミング制御部
５０の回路構成についてのこれ以上詳しい説明を行うこ
とを省略する。

【００２４】次に、ハイサイド駆動回路２１及びハイサ
イドスイッチ部２２のより具体的な構成について図３を
参照して説明する。

【００２５】ハイサイド駆動回路２１は、既に説明した
ように、スイッチング素子として働くＮチャンネルＦＥ
Ｔ２２Ａから構成され、そのドレインには高圧出力ＨＶ
が供給され、そのソースはコイル２のハイサイド端に接
続されている。そして、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲ
ートにハイサイド駆動回路２１が設けられている。

【００２６】ハイサイド駆動回路２１は、タイミング信
号ＰＥＡＫに応答してＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオ
ン、オフ制御するための回路であり、ＮチャンネルＦＥ
Ｔ２２Ａの駆動のための電圧を蓄積しておくためのコン
デンサ２１１を有している。コンデンサ２１１の一端は
共通線２１２を介してコイル２のハイサイド端に接続さ
れ、コンデンサ２１１の他端は抵抗器２１３を介してダ
イオード２１４、２１５の各カソードに共通に接続され
ている。ダイオード２１４のアノードは端子２１Ａを介
してバッテリ電圧ＶＢが供給されている端子１０Ａに接
続され、ダイオード２１５のアノードは端子２１Ｂを介
してコイル２のローサイド端子に接続されている（図１
参照）。コンデンサ２１１と並列に接続されている定電
圧ダイオード２１６は、コンデンサ２１１の両端に過大
な充電電圧が印加されるのを防止するためのものであ
り、例えば１８０Ｖ程度のツェナー電圧のものが使用さ
れる。

【００２７】２１７はＰＮＰ型トランジスタ、２１８〜
２２０は抵抗器であり、これらは図３に示されているよ
うに接続されている。ＰＮＰ型トランジスタ２１７のベ
ースには抵抗器２１９を介してタイミング信号ＰＥＡＫ
が印加される構成となっている。

【００２８】ハイサイド駆動回路２１は上述の如く構成
されているので、端子２１Ａに印加されているバッテリ
電圧ＶＢによりダイオード２１４及び抵抗器２１３を介
してコンデンサ２１１が充電される。これの経路によ
り、コンデンサ２１１に充電される電圧のレベルはバッ
テリ電圧ＶＢまでである。

【００２９】さらに、端子２１Ｂには、コイル２に生じ
る逆起電圧（約６０Ｖ程度）がそのローサイドから取り
込まれ、ダイオード２１５、抵抗器２１３を介してコン
デンサ２１１がこの逆起電圧によっても充電される。こ
のため、例えばバッテリ電圧ＶＢが低下（最低６Ｖ程度
まで低下することがある）し、コンデンサ２１１のその
ときの充電電圧のレベルがＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを
オンさせるに足りない場合であっても、バッテリ電圧Ｖ
Ｂよりは充分に高い逆起電圧による充電によってコンデ
ンサ２１１をＮチャンネルＦＥＴ２２Ａをオンさせるの
に充分なレベルにまで充電することが可能となる。この
結果、バッテリ電圧が低下してしまった場合であっても
ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを確実に動作させることがで
きるようになっている。

【００３０】定電圧ダイオード２１６は、ハイサイドス
イッチ部２２のＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲート−ソ
ース間電圧がその絶対最大定格を超えないようにコンデ
ンサ２１１の充電電圧を制限する。

【００３１】そして、タイミング制御部５０のハイサイ
ドタイミング発生部５１から、タイミング信号ＰＥＡＫ
が抵抗器２１９を介してトランジスタ２１７のベースに
印加されると、トランジスタ２１７がオンされ、Ｎチャ
ンネルＦＥＴ２２Ａのゲートにコンデンサ２１１の充電
電圧が印加されることで、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａが
バッテリ電圧ＶＢのいかんに拘らず、確実にオンするよ
うになっている。

【００３２】ハイサイド駆動回路２１を上述の如く構成
してＮチャンネルＦＥＴをオン、オフ制御する回路構成
によれば、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａのゲート−ソース
間の電圧Ｖgsを５Ｖ程度とすると、そのオン抵抗はＮチ
ャンネルＦＥＴ２２Ａの動作特性上、０．１Ωとなり損
失は低下する。このとき、５Ｖ程度の電位差をもってＮ
チャンネルＦＥＴ２２Ａを駆動したとき、オン抵抗が
０．１Ω程度であることから、２Ａの通電電流でも損失
は０．４Ｗ程度である。また、ＮＰＮ型のスイッチング
トランジスタの場合、ベース−エミッタ間の電圧Ｖbeを
２Ｖ程度とすることで、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖ
ceが０．３Ｖ程度となり損失は低下する。

【００３３】したがって、図１に示した構成によれば、
ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタをハイサ
イドスイッチ部２２に用いるので、いずれにしても電力
損失が少なくて通電電流による発熱の点で有利となるほ
か、バッテリ電圧ＶＢ及び又はコイル２に生じる逆起電
圧によりコンデンサを充電してこの充電電圧を用いてハ
イサイドスイッチ部２２を駆動するので、Ｎチャンネル
ＦＥＴ又はＮＰＮ型トランジスタをバッテリ電圧ＶＢの
低下に拘らず確実にオン、オフ制御することができる。

【００３４】次に、以上のように構成された電磁弁駆動
装置１の動作について説明する。まず、図４に示すよう
に、ｔ＝ｔｌのタイミングで電磁弁駆動信号ＤＲＶが立
ち下がると（同図（Ａ））、図１のハイサイドタイミン
グ発生部５１及びローサイドタイミング発生部５３か
ら、ハイサイド駆動回路２１、ローサイド駆動回路３１
に対して、与えられるタイミング信号ＰＥＡＫ及びタイ
ミング信号ＬＯＷの各レベルが立ち上がる（同図（Ｂ）
〜（Ｄ））。

【００３５】すなわち、電磁弁駆動信号ＤＲＶのレベル
の立ち下がり（電磁弁オン）に同期してタイミング信号
ＰＥＡＫ及びタイミング信号ＬＯＷの各レベルが立ち上
がる。この結果、ｔ＝ｔ１において、タイミング信号Ｐ
ＥＡＫに応答して、ハイサイド駆動回路２１がハイサイ
ドスイッチ部２２をオン状態にすると共に、タイミング
信号ＬＯＷに応答してローサイド駆動回路３１がローサ
イドスイッチ部３２をオン状態にする。昇圧回路１１か
らの高圧出力ＨＶによるコイル２の両端の印加電圧ＶＡ
は、図４の（Ｆ）に示されるように、急激に大きくなっ
た後、タイミング信号ＰＥＡＫがオフされるまで徐々に
下がる電圧波形となる。これは、ｔ＝ｔ１において昇圧
回路１１からの電圧が（この例では、約１６０Ｖ程度）
がコイル２に印加されることにより、コイル２に大きな
電流が流れ、昇圧回路１１から電気エネルギーが放出さ
れるので、昇圧回路１１からの高圧出力ＨＶのレベルが
時間の経過と共に低下するからである。コイル２を流れ
る電磁弁駆動電流ＩＶは、同図の（Ｅ）に示されるよう
に、一旦増大した後、ｔ＝ｔ２のタイミング信号ＰＥＡ
Ｋの立ち下がりに合わせてタイミング信号ＬＯＷも立ち
下がることで、急激に低下し、第２しきい値Ｌｂよりも
小さくなる電流波形となる。

【００３６】このとき、タイミング信号ＬＯＷの立ち下
がりに伴い電磁弁に生じる渦電流のために、電磁弁駆動
電流ＩＶは、点線ａで示されるように、第２しきい値Ｌ
ｂを下回った後に上昇しようとする。しかし、コイル２
に生じる逆起電力の大きさは逆起電圧検出部３３におい
て検出されており、電磁弁コイル２に生じる逆起電力の
大きさが所定の値を超えた場合にローサイドスイッチ部
３２がオフとなり、コイル２に流れる電磁弁駆動電流Ｉ
Ｖを遮断する構成となっている。ｔ２直後にあっては第
２しきい値Ｌｂを境として図１のローサイドスイッチ部
３２がオン、オフ動作を繰返すことで、コイル２の逆起
電力による電磁弁駆動電流ＩＶの上昇が抑制され、コイ
ル２の駆動電流が略一定の値に保たれる。この一定の値
は、ｔ１〜ｔ２において電磁弁を迅速に作動させるため
に与えられるコイル２への高電流よりも小さな値であ
る。図４の（Ｄ）にタイミング信号ＬＯＷの波形を示
す。

【００３７】またこのとき、コイル２に生じる逆起電圧
ＶＲ（図４の（Ｇ））は、図１のハイサイド駆動回路２
１に与えられており、図３に示したコンデンサ２１１に
充電される。これにより、何らかの理由によりバッテリ
電圧ＶＢが低下し、バッテリ電圧ＶＢによるコンデンサ
２１１の充電電圧が低く、トランジスタ２１７での電圧
降下のためにハイサイドスイッチ部２２のＮチャンネル
ＦＥＴ２２Ａをオンさせるに足りない場合であっても、
コイル２に生じる逆起電力による充電により、コンデン
サ２１１の充電電圧をハイサイド駆動回路２１及びハイ
サイドスイッチ部２２を駆動するのに十分な程度にまで
高められることから、ＮチャンネルＦＥＴ２２Ａを正常
に動作させることができることは既述の通りである。

【００３８】次に、図５を参照し、コンデンサ２１１へ
の充電動作について詳細に説明する。タイミングＴ１に
おいてコンデンサ２１１がバッテリ電圧ＶＢ（この例で
は１２Ｖ）にまで充電されており、ここでタイミング信
号ＰＥＡＫの入力によりトランジスタ２１７がオンし、
ハイサイドスイッチ部２２をオン状態とすると、図４の
（Ｃ）にしめされるように電磁弁駆動電流ＩＶのレベル
は急激に上昇する。

【００３９】ハイサイドスイッチ部２２のオン動作のた
めにコンデンサ２１１に蓄積された電荷が放電するた
め、図４の（Ａ）に示されるように、コンデンサ２１１
の充電電圧レベルは徐々に低下する。しかし、タイミン
グＴ２において電磁弁のコイル２の大電流駆動が終了す
ると、コイル２のローサイド端には逆起電圧ＶＲ１が生
じ、これによりコンデンサ２１１が充電される。この結
果、コンデンサ２１１の充電電圧レベルは１２Ｖより大
きな値にまで戻る。さらに、タイミングＴ３において電
磁弁の駆動が終了することにより生じる別の逆起電圧Ｖ
Ｒ２によってコンデンサ２１１が再び充電され、コンデ
ンサ２１１の充電電圧は更に上昇する。

【００４０】以上の説明から判るように、コンデンサ２
１１はバッテリ電圧ＶＢのみならず、コイル２の駆動に
よって生じる逆起電圧をも利用して充電されるので、バ
ッテリ電圧ＶＢの低下によってハイサイドスイッチ部２
２のオン、オフ制御が不可能となることがなく、ハイサ
イドスイッチ部２２を確実に駆動することができるよう
になる。

【００４１】また、逆起電圧による充電は、電磁弁に与
えたエネルギーを回生することであるから、本来ならば
フライホイール素子の熱として消費しなければならなか
ったエネルギーを有効に利用することとなり、熱負荷が
軽減されるという利点も有している。

【００４２】さらに、ＮチャンネルＦＥＴやＮＰＮトラ
ンジスタをハイサイドスイッチ部２２の素子として使用
するから、Ｐ型の素子の使用に比べて電力損失が少な
く、発熱も少ない。また、ハイサイドスイッチ部２２に
おける電圧降下が小さくでき、電磁弁の最低動作電圧を
低くすることが可能である。

【００４３】図４に戻ると、時間の経過により、コイル
２に生じた逆起電力が減少し、図４の（Ｅ）に示すよう
に電磁弁駆動電流ＩＶが第１しきい値Ｌａを下回ると、
タイミング信号ＨＯＬＤのオン／オフによって電磁弁駆
動電流ＩＶが略第１しきい値Ｌａのレベルに維持され
る。これは、駆動電流検出部４０において検出されたそ
の時の電磁弁駆動電流ＩＶの値がホールドドライブタイ
ミング発生部５２に入力されており、電磁弁駆動電流Ｉ
Ｖが第１しきい値Ｌａよりも小さくなった場合にタイミ
ング信号ＨＯＬＤのレベルを「Ｈ」とすることにより実
現される。

【００４４】このようにして、電磁弁の駆動期間が終了
するｔ＝ｔ５のタイミングになると、電磁弁駆動信号Ｄ
ＲＶのレベルが立ち上がり（電磁弁オフ）、タイミング
信号ＬＯＷのレベルが立ち下がる。この結果、コイル２
への電流供給が遮断され、電磁弁駆動電流ＩＶは急速に
減少し、零となる。なお、この場合、図４の（Ｇ）に示
されるように、電磁弁駆動終了時であるｔ＝ｔ５におい
て、コイル２に逆起電力が生じることになるが、ハイサ
イドスイッチ部２２及びローサイドスイッチ部３２は両
方共オフとなっており、この逆起電力によりハイサイド
駆動回路２１のコンデンサ２１１が充電される。

【００４５】この実施の形態では、Ｎ型のスイッチング
素子として電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた場
合について説明したが、この例に限らずＮＰＮトランジ
スタ等の他のＮ型の半導体スイッチング素子を用いるこ
ともできる。

【００４６】さらに、この実施の形態では、コイル２の
逆起電圧をハイサイド駆動回路２１のコンデンサ２１１
の充電用電圧として用いた場合について説明したが、昇
圧回路１１の高圧出力等をコンデンサ２１１の充電電圧
として用いるようにしてもよい。この場合には抵抗器を
介してコンデンサ２１１の充電を行うようにしてコンデ
ンサ２１１の充電電圧が過度に上昇するのを抑えるよう
にすることが望ましい。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、スイッチング素子とし
てＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタを用いて
電磁弁のコイルのハイサイドでコイルに印加する高電圧
のオン、オフを制御する構成において、ハイサイドスイ
ッチング素子のオン、オフ駆動のための電圧として、バ
ッテリ電圧又はコイルの逆起電圧を用いてコンデンサに
蓄積された電圧を用いる構成としたので、例えばバッテ
リ電圧が低下した場合であっても、ハイサイドのスイッ
チング素子の動作が確実に行われ、電磁弁を確実に作動
させることができる。

【００４８】また、電磁弁に与えたエネルギーの一部を
コンデンサに充電することによりエネルギーの回生が行
われるので、従来全て熱エネルギーとして放出していた
エネルギーの有効利用が図られ、熱負荷の軽減に役立
つ。

【００４９】このように、ＮチャンネルＦＥＴ又はＮＰ
Ｎトランジスタを用いてハイサイドスイッチング動作が
良好に行われるため、ハイサイドスイッチング素子での
損失が小さく、発熱の問題も解決することができる。

【００５０】そして、ＮチャンネルＦＥＴを使用するこ
とにより、ハイサイドスイッチングでの電圧降下が小さ
くでき、電磁弁の最低作動電圧を低くすることができる
という利点を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁弁駆動装置の一実施の形態を示す
ブロック図。

【図２】図１の昇圧回路の詳細を示す回路図。

【図３】図１のハイサイド駆動回路及びハイサイドスイ
ッチ部の詳細を示す回路図。

【図４】図１の電磁弁駆動装置の動作を説明するための
波形図。

【図５】図１のハイサイド駆動回路の動作を説明するた
めの波形図。

【符号の説明】

１電磁弁駆動装置２コイル１０電源部１１昇圧回路１２バッテリ２０ハイサイド通電制御部２１ハイサイド駆動回路２２ハイサイドスイッチ部２２ＡＮチャンネルＦＥＴ５０タイミング制御部２１１コンデンサ２１３抵抗器２１４、２１５ダイオード２１７ＰＮＰ型トランジスタＤＲＶ電磁弁駆動信号ＨＶ高圧出力ＩＶ電磁弁駆動電流ＰＥＡＫタイミング信号ＶＢバッテリ電圧ＶＲ、ＶＲ１、ＶＲ２逆起電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 31/06 310 F02D 41/20 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、Ｎ
チャンネルＦＥＴ又はＮＰＮトランジスタがスイッチン
グ素子として用いられており該昇圧回路からの高電圧を
電磁弁のコイルのハイサイドに印加するのをオン、オフ
制御するためのハイサイドスイッチ部とを有し、前記電
磁弁の駆動初期段階において該ハイサイドスイッチ部を
介して前記高電圧を前記電磁弁のコイルに印加し前記電
磁弁を高速で作動させるようにした電磁弁駆動装置にお
いて、前記ハイサイドスイッチ部を駆動するための駆動回路を
有し、該駆動回路には前記スイッチング素子を駆動するために
用いられる電圧を供給するためのコンデンサが設けられ
ており、該コンデンサが前記バッテリ電圧と前記コイル
のローサイド端に生じる逆起電圧とのうち高い方の電圧
によって充電されるようになっていることを特徴とする
電磁弁駆動装置。
【請求項２】前記スイッチング素子がＮチャンネルＦ
ＥＴである請求項１記載の電磁弁駆動装置。
【請求項３】前記コンデンサが前記昇圧回路において
生成される高電圧によっても充電される請求項１記載の
電磁弁駆動装置。