JP3644148B2

JP3644148B2 - 電磁弁駆動装置

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Publication number: JP3644148B2
Application number: JP23523996A
Authority: JP
Inventors: 和利西村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: JPH1077896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁の駆動装置に係るものであって、詳しくは、バッテリ電圧よりも高い電圧を蓄える高電圧充電用コンデンサを備え、電磁弁の開弁駆動初期に前記高電圧充電用コンデンサに蓄えられた高電圧を一気に放電すると共に、引き続きその放電によるピーク電流より電流値の小さいホールド電流によって当該電磁弁の開弁状態を維持するようにした電磁弁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の関連技術として、特開平２−１９１８６５号公報の「燃料噴射装置」が開示されている。同燃料噴射装置では、高圧燃料を蓄える蓄圧配管（コモンレール）内の圧力を制御すると共に、方向制御弁により高圧燃料の供給方向を切り換え、該高圧燃料によって駆動される燃料噴射弁の開弁時間を制御する。そして、燃料を内燃機関の負荷に応じた圧力で適量制御するようにしていた。また特に、上記装置では、前記方向制御弁に燃料の供給方向の切り換え過程で蓄圧配管を燃料系の低圧側に連通する流路を設け、畜圧配管内の燃料の圧力が制御目標圧より大きい場合には、方向制御弁を前記流路が連通する位置まで駆動して蓄圧配管と燃料系の低圧側とを連通させるようにしていた。具体的には、方向制御弁による燃料噴射の制御可能な最小時間（即ち、方向制御弁の切り換えから燃料噴射弁の燃料噴射開始に至る遅延時間）よりも短い通電パルスで、当該方向制御弁を切り換え制御していた。この場合、実際の燃料噴射は実施されないが、蓄圧配管内の燃料の一部が燃料系の低圧側に排出されることにより蓄圧配管内の燃料圧が降下する。その結果、フューエルカット等により燃料噴射弁の開弁動作が行われていない場合でも、燃料圧は速やかに制御目標圧に追従できることとなる。
【０００３】
つまり、全負荷走行（アクセル開度＝１００％）から無負荷走行（アクセル開度＝０％）へ移行した際には、燃料の制御目標圧が大きく下降するのに対し、フューエルカットの実行により蓄圧配管内の燃料は消費されず燃料圧は僅かなリ−クによって若干量下降するのみとなる。このため、その状態からアクセルペダルを踏み込むと、アクセル操作量により決定される燃料の制御目標圧より高い圧力の燃料が噴射されることとなり、結果として燃費や排気浄化性が低下したり、加速ショックや過剰なエンジン騒音が生じたりする。しかし、上記公報によれば、既述した諸問題が解消される旨が記載されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の技術では、以下に示す新たな問題が生ずる。即ち、近年の燃料噴射装置では、燃料噴射弁の高速駆動を実現すべく、車載用バッテリの出力電圧よりも高い電圧を蓄えることができるチャージコンデンサ（高電圧充電用コンデンサ）が多用されている。かかる場合、燃料噴射弁の駆動時に前記コンデンサに蓄えた電荷を一気に放電することにより、当該燃料噴射弁の安定した開弁応答性を確保すると共に、同コンデンサの電荷放電後は放電に伴い生じるコイルのピーク電流より低いホールド電流によって開弁状態を保持するようにしている。
【０００５】
他方、こうした燃料噴射装置においては、既述したように制御可能な最小時間よりも短い通電パルスにて燃料噴射弁を駆動させると、前記コンデンサによる高圧電荷の放電途中に、即ち大電流が流れている最中に通電を遮断させなければならず、当該遮断時に過大なフライバックエネルギが発生するという事態を招く。これを図１１を用いて説明する。
【０００６】
同図１１（ａ），（ｂ）に示すように、通電パルスが立ち上げられると、高電圧充電用コンデンサに蓄えられていた電荷が一気に放電され、当該電圧が急降下する。またそれに伴ない、通電パルスの立ち上がり当初には電磁弁の電磁コイルに通電電流のピーク電流Ｐが流れる。かかる場合、通電パルスが比較的長い、図１１（ａ）の場合には、通電期間内において通電電流が所定の小電流（ホールド電流Ｈ）にまで低下しており、通電遮断時に発生するフライバックエネルギは十分に小さい。これに対して、通電パルスが短い、図１１（ｂ）の場合には、通電遮断時に通電電流が十分に低下していない状態で通電が遮断されることになり、その時に発生するフライバックエネルギはかなり大きなものになってしまう。この場合、フライバックエネルギが燃料噴射弁を駆動するためのトランジスタの最大定格を超え、当該トランジスタが破損するおそれがあった。また、トランジスタの破損を防止するべく諸部品の高性能化を図ることも可能であるが、こうした対策では気筒毎に駆動トランジスタが必要なこともあり、構成部品の大型化や高コスト化を招くという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、過大なフライバックエネルギの発生を抑制し、ひいては構成の簡素化を実現することができる電磁弁駆動装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電磁弁駆動装置ではその前提として、バッテリ電圧よりも高い電圧を蓄える高電圧充電用コンデンサを備え、電磁弁の開弁駆動初期に前記高電圧充電用コンデンサに蓄えられた高電圧を一気に放電すると共に、引き続きその放電によるピーク電流より電流値の小さいホールド電流によって当該電磁弁の開弁状態を維持するように構成している。なお、コンデンサ放電後に電磁弁の通電電流を所定のホールド電流に維持する構成としては、前記通電電流を監視しつつその電流値を保持する、定電流回路を用いることが一般に知られている。
【０００９】
そして、請求項１に記載の発明ではその特徴として、コンデンサ放電後に発生するピーク電流がホールド電流付近にまで低下しないような短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される条件下であるか否かを判定し（判定手段）、当該短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される場合、前記高電圧充電用コンデンサに充電される電圧値を低下させるようにしている（充電電圧調整手段）。
【００１０】
上記構成によれば、電磁弁への通電遮断時において比較的大きな通電電流が瞬断されるような事態が回避でき、過大なフライバックエネルギの発生を抑制することができる。また、特別に高性能トランジスタを必要とせずとも当該トランジスタの破損等を招くこともなく、構成の簡素化を実現することができるという優れた効果が得られる。因みに、通電遮断時の電流値が所定値まで低下しないような短い通電パルスとは、コンデンサ放電後に発生するピーク電流がホールド電流付近にまで低下しないような通電パルスのことを意味する。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明では、高圧燃料を蓄える蓄圧配管内の圧力を制御すると共に、前記電磁弁としての方向制御弁により高圧燃料の供給方向を切り換えて該高圧燃料によって駆動される燃料噴射弁の開弁時間を制御し、前記燃料の供給方向の切り換え過程で前記蓄圧配管を燃料系の低圧側に連通可能とした燃料噴射装置に適用されるものであって、前記判定手段は、前記方向制御弁の切り換えから前記燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅延時間未満の通電パルスで、前記方向制御弁が切り換え駆動される旨を判定するようにしている。
【００１２】
要するに、上記構成の燃料噴射装置では、方向制御弁の切り換えから燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅延時間未満の通電パルスで、方向制御弁を切り換え駆動するため、全負荷運転から無負荷運転への過渡時等においても燃料圧を制御目標圧に追従させることができるという効果が得られる反面、短い通電パルスで通電が遮断されるために過大なフライバックエネルギが発生するという問題を招く。因みに、方向制御弁の切り換えから燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅延時間とは、図５のグラフに示すΔｔ１〜Δｔ２の範囲内における通電パルス幅がそれに相当する。しかし、本発明の構成によれば、上記のような短い通電パルスで方向制御弁が駆動される旨が識別され、その際に高電圧充電用コンデンサの充電電圧が低い値に変更されるため、フライバックエネルギが許容域の低レベルにまで抑制される。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、前記高電圧充電用コンデンサの充電電圧を所定のしきい値電圧と比較する比較手段を備え、充電電圧調整手段は、前記比較手段により比較されるしきい値電圧を通常時に用いる高電圧しきい値から低電圧しきい値に変更する。上記構成によれば、しきい値電圧の調整処理が容易に実現できる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、前記判定手段により前記コンデンサ放電後に発生するピーク電流がホールド電流付近にまで低下しないような短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される旨が判定された場合、前記高電圧充電用コンデンサの充電を禁止する。つまり、電磁弁の駆動に際しては、その応答性を確保するために高電圧充電用コンデンサの充電電圧を用いるのが好ましいが、同コンデンサの充電電圧を使用しなくとも例えば定電流回路により供給される通電電流（ホールド電流）により駆動できる。そのため、同コンデンサの充電電圧の放電後の通電遮断時に過大なフライバックエネルギが生じるおそれのある場合、即ち、通電遮断時の電流値が所定値（ホールド電流）以下に低下しないような場合には、前記コンデンサの充電を禁止して過大なフライバックエネルギの発生を抑制する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、多気筒ディーゼル機関の燃料噴射装置を具体化したものであり、図３はその燃料噴射装置について１気筒分の燃料噴射弁及び配管系を中心に示す概略構成図である。
【００１６】
この燃料噴射装置の燃料供給機構として大きくは、燃料タンク４１から流路４３を介して燃料を汲み上げる燃料ポンプ４５と、燃料ポンプ４５から流路４７を通じて供給した燃料を蓄圧する蓄圧配管（コモンレール）４９と、この蓄圧配管４９からの燃料の供給方向を切り替える方向制御弁としての三方電磁弁５１と、該三方電磁弁５１により開閉制御され、前記蓄圧配管４９より供給される燃料を各気筒に噴射する燃料噴射弁１とを備える。また、本機構において、蓄圧配管４９と三方電磁弁５１との間は流路５５にて連通され、三方電磁弁５１と燃料タンク４１との間は流路５７にて連通されている。
【００１７】
次に、燃料噴射弁１の詳細な構成について説明する。図３に示すように、燃料噴射弁１の弁ケーシング２内には、弁体摺動孔３及び燃料溜り室５が形成され、ケーシング２の先端には上記燃料溜り室５に連通するノズル孔７が形成されている。燃料溜り室５には流路５３を介して前記蓄圧配管４９より高圧燃料が供給されるようになっている。
【００１８】
上記弁体摺動孔３には、ノズルニードル９の大径部１１が摺動自在に嵌挿されている。このノズルニードル９の大径部１１の上部には連結部１３が、同じく下部には小径部１５及び弁体部１７が一体形成され、この弁体部１７によりノズル孔７が開閉されるようになっている。
【００１９】
上記ノズルニードル９の連結部１３の上端には、フランジ１９、ピストンピン２１及びピストン２３が一体的に連結されている。上記フランジ１９とハウジング２５との間には、圧縮コイルばね２７が配設されており、この圧縮コイルばね２７のばね力によりノズルニードル９が常時閉弁方向（図の下方向）に付勢されている。
【００２０】
上記ピストン２３は、ハウジング２５に設けられたシリンダ２９内に摺動自在に嵌挿されており、シリンダ２９と共に作動室３１を形成している。作動室３１の上部に設けた高圧燃料の流出入口３３には、オリフィス３５を有するプレート体３７が当接され、該プレート体３７はピストン２３の上端面で支持されたばね体３９の付勢力により押圧されている。
【００２１】
図４は三方電磁弁５１の詳細な構成を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、三方電磁弁５１の弁本体６１には摺動孔６３が形成されており、同摺動孔６３内には第１弁体６５が摺動可能に配設されている。この第１弁体６５は、スプリング６７の付勢力により第１弁座６９に着座し、ソレノイド７１を励磁することにより図の上方向に摺動して第１弁座６９から離間するように構成されている。さらに、弁本体６１には、前記摺動孔６３に連通し、蓄圧配管４９より高圧燃料を吸入するための吸入孔７３と、同じく摺動孔６３に連通し、燃料タンク４１へ燃料を排出するための排出孔７５と、前記第１弁座６９を介して燃料噴射弁１の流出入口３３に連通する第１接続孔７７とが形成されている。
【００２２】
一方、第１弁体６５には、第２弁体８１を摺動可能に嵌挿するための摺動孔７９と摺動孔７９に連通する圧力室８５とが形成されている。圧力室８５の内壁には、前記第２弁体８１を着座させるための第２弁座８３が形成されている。また、第１弁体６５には、圧力室８５と供給孔７３とを連通する連通孔８７と、第２弁体８１及び第２弁座８３の間隙を介して当該圧力室８５と第１接続孔７７とを連通する第２接続孔８９とが穿設されている。
【００２３】
この三方電磁弁５１の動作を説明すると、図４（ａ）に示すように、ソレノイド７１が励磁されていないときにはスプリング６７の付勢力により第１弁体６５が第１弁座６９に着座して、第１接続孔７７と排出孔７５とが遮断されている。このとき、供給孔７３及び連通孔８７を介して圧力室８５に高圧燃料が吸入されるため、その作用圧力により第２弁体８１が図の上方に押し上げられ、第２弁体８１と第２弁座８３とが離間される。そして、第２弁体８１の上端が規制部９１に当接するまで当該弁体８１が移動する。これにより、連通孔８７、圧力室８５及び第２接続孔８９を介して供給孔７３と第１接続孔７７とが連通され、前記燃料噴射弁１の作動室３１に高圧燃料が供給される。かかる場合には、燃料噴射弁１のノズルニードル９が押し下げされることとなり、燃料噴射が停止状態で保持される。
【００２４】
これに対して、同図（ｂ）に示すように、ソレノイド７１が励磁されるとこのソレノイド７１はスプリング６７の付勢力に抗して第１弁体６５を引き上げ、第１弁体６５と第１弁座６９とが離間される。このとき、第１弁体６５が移動して、第２弁体８１が第２弁座８３に着座する。これにより、供給孔７３と第１接続孔７７との間が遮断される。また、第１接続孔７７と排出孔７５とが連通され、前記燃料噴射弁１の作動室３１から燃料が排出される。この結果、燃料噴射弁１に流路５３（図３参照）を介して供給される高圧燃料によりノズルニードル９が開弁方向に移動されて、燃料噴射が実行される。即ち、燃料溜り室５内の燃料の圧力により生じる開弁方向の力が、作動室３１内の燃料の圧力により生じる閉弁方向の力とばね２７等による付勢力との総和を上回った時、ノズルニードル９が開弁方向に移動する。
【００２５】
因みに、本実施の形態では、図３に示すオリフィス３５により燃料の移動は制限されているので、三方電磁弁５１を切り換えるべくソレノイド７１を通電してから、開弁方向への力が閉弁方向への力を上回ってノズルニードル９が上方に移動を開始するまでに、約０．４ｍｓｅｃの遅延時間を要する。また、その後のノズルニードル９の移動速度は、図３に示す燃料噴射弁１の作動室３１から排出される燃料の移動速度に依存する。この結果、本実施の形態における燃料噴射弁１では、開弁初期の高圧燃料の過剰な噴射が抑制され、三方電磁弁５１への通電時間（ひいては開弁時間）と燃料噴射量との対応関係等が良好になっている。ここで、図５は、三方電磁弁５１の通電パルス幅ＴＱに対応する燃料噴射特性について、燃料圧をパラメータとして示すグラフである。同図の横軸は三方電磁弁５１の通電パルス幅ＴＱを表し、縦軸は燃料噴射量を表す。同図によれば、１００，８０，６０，４０ＭＰａのいずれの燃料圧であっても、三方電磁弁５１のソレノイド７１を通電してからΔｔ２（約０．４ｍｓｅｃ）経過後に燃料の噴射が開始されるのが分かる。
【００２６】
以上のように、この三方電磁弁５１は、ソレノイド７１の励磁に応じて図４（ａ）及び（ｂ）の２位置に切り替えられるが、この際、当該２位置の中間状態として、同図（ｃ）に示す状態が存在する。即ち、図４（ｃ）では、蓄圧配管４９側の供給孔７３が、連通孔８７、第２接続孔８９及び第１接続孔７７を介して、有意の時間、燃料系の低圧側である燃料タンク４１側の排出孔７５と連通する。換言すれば、同図（ｃ）では、蓄圧配管４９と燃料系の低圧側とを連通する流路が形成されることとなる。
【００２７】
以上の動作を前記図５のグラフを用いて更に説明すれば、三方電磁弁５１への通電パルス幅ＴＱがΔｔ１（約０．２ｍｓｅｃ）未満の領域は、燃料噴射弁１は全く作動しないため無噴射の領域であり、また、三方電磁弁５１も切換作動しないため、蓄圧配管４９内の圧力が保持される領域となっている。また、三方電磁弁５１への通電パルス幅ＴＱがΔｔ１〜Δｔ２（約０．２〜０．４ｍｓｅｃ）の領域では、三方電磁弁５１を介して流路５５，５７が連通され、蓄圧配管４９と燃料系の低圧側（燃料タンク４１側）とが連通する。つまり、Δｔ１〜Δｔ２の領域は、燃料が低圧側へ排出され蓄圧配管４９内の圧力が降下する領域となっている。しかし、この領域は、燃料噴射弁１による燃料噴射がまだ開始されない、いわゆる遅延時間の領域である。一方、三方電磁弁５１の通電パルス幅ＴＱがΔｔ２を超えると燃料噴射が開始され、図５の特性に従って通電パルス幅ＴＱの長さが長くなるにつれ燃料噴射量が増大する。
【００２８】
ここで、三方電磁弁５１への通電パルス幅ＴＱがΔｔ１〜Δｔ２の領域では、三方電磁弁５１の動作開始に伴い燃料圧が低下するものの、実際には燃料噴射弁１による燃料噴射が実施されないため、こうした短い通電パルスを出力することを「空打ち」と言うこととする。
【００２９】
一方、図３に示すように、本実施の形態の燃料噴射装置は、以上説明した燃料噴射弁１及び燃料供給機構の制御機構として、燃料ポンプ４５を駆動するためのポンプ制御装置９５と、蓄圧配管４９に設けられ、同配管４９内に蓄圧された燃料圧を検出するための圧力センサ９７と、ポンプ制御装置９５や三方電磁弁５１を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１００とを備える。
【００３０】
図１及び図２に、車載用ディーゼル機関にあって、燃料噴射制御システムとして一般に採用されているＥＣＵ１００、並びに該ＥＣＵ１００に内蔵されるドライバの構成をそれぞれ示す。
【００３１】
まず、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、各種センサやスイッチを通じて入力される信号を取り込むためのバッファ１０１及び１０２と、それら取り込まれる信号に基づいて燃料噴射量や噴射時期等を演算するマイクロコンピュータ１０３と、該演算された内容に基づいて三方電磁弁５１を駆動するドライバ１０４と、そしてバッテリ電圧に基づきこれらマイクロコンピュータ１０３やドライバ１０４に対して所定の給電を行う電源回路１０５とを具える構成となっている。
【００３２】
なおここで、何れも図示は割愛しているものの、上記センサ類やスイッチ類としては、
・当該機関の回転速度を検出するためのセンサ、
・同機関の気筒判別を行うためのセンサ、
・同機関の吸気圧を検出するためのセンサ、
・同機関の吸気温を検出するためのセンサ、
・同機関の冷却水温を検出するためのセンサ、
・当該車両のアクセル操作量を検出するためのセンサ、
・機関の始動の有無や各種運転状態を示すスイッチ、
等々がある。
【００３３】
また、上記マイクロコンピュータ１０３は、同図２に併せ示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）をはじめ、主にプログラムメモリとして用いられるＲＯＭやデータメモリとして用いられるＲＡＭ、更にはアナログ信号をディジタル変換するためのＡ／Ｄ変換器等を内蔵して構成されるものであり、基本的には、
（１）上記各種センサによる検出信号やスイッチの状態を直接、若しくはＡ／Ｄ変換器を介してＲＡＭに取り込みつつ、ＲＯＭに格納されている制御プログラムに従って、その都度の燃料噴射量や噴射時期等を演算する、
（２）該演算結果に応じて、上記三方電磁弁５１の駆動を制御するための信号をドライバ１０４に出力する、
といった処理を実行する。
【００３４】
一方、こうしたマイクロコンピュータ１０３による制御のもとに三方電磁弁５１を駆動するドライバ１０４は、図１に示す構成となっている。
以下、同図１に基づき、該ドライバ１０４としての構成並びに各部の機能について順次説明する。
【００３５】
ドライバ１０４には、燃料噴射に用いられる、高電圧充電用コンデンサとしてのチャージコンデンサ１１０が設けられており、同コンデンサ１１０にチャージされた電荷が、上記マイクロコンピュータ１０３からの制御信号に基づき三方電磁弁５１（ソレノイド７１）を介して放電される。なお、上記マイクロコンピュータ１０３から該ドライバ１０４に加えられる制御信号としては、
・例えば２５ＫＨｚの周波数で交番するチャージパルスＣＰ、
・燃料噴射に対応した時期、並びに通電パルス幅を有する電磁弁通電パルスＤＰ、そして、
・三方電磁弁５１が空打ち動作されることを指示する空打ち要求信号ＢＰ、
がある。これら制御信号の印加態様は、同図１に併せ示す通りである。
【００３６】
さてこのドライバ１０４において、ゲート回路１１１は、上記電磁弁通電パルスＤＰが加えられていないことを条件に上記チャージパルスＣＰをチャージ回路１１２に印加せしめる回路であり、チャージ回路１１２は、この印加されるチャージパルスＣＰに基づいて前記チャージコンデンサ１１０をチャージする回路である。
【００３７】
因みに、このチャージ回路１１２においては、上記チャージパルスＣＰに基づくトランジスタ１１３のＯＮ／ＯＦＦに同期してチャージ用トランス１１７の１次側トランジスタ１１５がＯＮ／ＯＦＦすることにより、同チャージ用トランス１１７の２次側から、ダイオード１１８により整流された直流電圧が上記コンデンサ１１０のチャージ用電圧として出力されることとなる。なお、回路１１６は、上記トランジスタ１１５の保護回路である。
【００３８】
また、同チャージ回路１１２において、上記チャージコンデンサ１１０に接続された分圧回路１１９は、同コンデンサ１１０によるチャージ電圧を検出するための回路である。分圧回路１１９の分圧出力、即ちコンデンサ１１０によるチャージ電圧は、チャージ完了判定回路１２０の比較器１２１において所定の電圧しきい値と比較される。詳しくは、比較器１２１の正側入力端子には前記分圧回路１１９の分圧出力が入力され、同比較器１２１の負側入力端子にはスイッチ回路１２２を介して通常時判定用の高電圧しきい値（本実施の形態では、１１０ボルト）を供給する第１のしきい値電源１２３、又は空打ち時判定用の低電圧しきい値（本実施の形態では、８０ボルト）を供給する第２のしきい値電源１２４が択一的に接続されるようになっている。このスイッチ回路１２２の切り換え動作は、マイクロコンピュータ１０３より入力される空打ち要求信号ＢＰに応じて行われる。
【００３９】
そして、同コンデンサ１１０によるチャージ電圧がチャージ完了を示す該電圧しきい値（１１０ボルト、又は８０ボルト）に達することで、同チャージ完了判定回路１２０の比較器１２１からチャージ回路１１２のトランジスタ１１４に対してこれをＯＮとする論理Ｈレベル信号（チャージ完了判定信号）が印加され、該チャージ回路１１２による上述したチャージ動作が禁止される。
【００４０】
また、ドライバ１０４において、通電制御回路１２５は、マイクロコンピュータ１０３から加えられる上記電磁弁通電パルスＤＰに基づき上記三方電磁弁５１への通電を制御する回路である。定電流回路１２６は、これもマイクロコンピュータ１０３から加えられる上記電磁弁通電パルスＤＰに基づき、該パルスＤＰが印加されている間、上記三方電磁弁５１に対して定電流（ホールド電流）を流す回路である。
【００４１】
次に、本実施の形態における燃料噴射装置の作用を図６及び図７を用いて説明する。ここで、図６は、マイクロコンピュータ１０３により実行されるメインルーチン中で起動される空打ち制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００４２】
さて、図６のルーチンが開始されると、マイクロコンピュータ１０３は、先ずステップ２００でフューエルカットの状態であるか否かをアクセル操作量検出センサの出力に基づいて判別する。このとき、フューエルカットの状態であると判別される場合としては、例えば全負荷状態（アクセル開度＝１００％）から無負荷状態（アクセル開度＝０％）に移行した時であり、かかる場合には機関出力の低下のためにフューエルカットが実行される。
【００４３】
フューエルカットの状態であると判別されれば、マイクロコンピュータ１０３は、続くステップ２１０で燃料圧Ｐａが制御目標圧Ｐｂより大きいか否かを判別する。フューエルカットの状態でないと判別された場合、或いはフューエルカットの状態であっても燃料圧Ｐａが制御目標圧Ｐｂ以下であると判別された場合、マイクロコンピュータ１０３はこの処理を一旦終了する。これらの場合は燃料ポンプ４５による燃料供給量の調節によって燃料圧Ｐａを制御目標圧Ｐｂに追従させることができるからである。
【００４４】
フューエルカットの状態にあり、且つ燃料圧Ｐａが制御目標圧Ｐｂより大きいと判別された場合、マイクロコンピュータ１０３は、ステップ２２０で燃料ポンプ４５の運転を停止する。つまり、燃料圧Ｐａのそれ以上の上昇を防止する。続いて、マイクロコンピュータ１０３は、ステップ２３０で三方電磁弁５１の開閉２位置の往復切替を行なうための電磁弁通電パルスＤＰを所定時間に設定する。２位置往復切替を行う所定時間とは、前記図５のΔｔ１〜Δｔ２（０．２〜０．４ｍｓｅｃ）の範囲内の時間であって、本実施の形態では０．３ｍｓｅｃとする。つまり、当該時間は、燃料噴射の実施のために最低限必要な時間Δｔ２（０．４ｍｓｅｃ）以下の時間であり、前記所定時間の通電パルスＤＰ出力時には、この２位置の往復切替時において燃料噴射が行われず、前記図４（ｃ）に示すように、三方電磁弁５１の供給孔７３と排出孔７５とが連通して蓄圧配管の高圧燃料の一部が燃料タンク４１へ戻されることとなる。上記０．３ｍｓｅｃの電磁弁通電パルスＤＰが空打ち時の通電信号に相当する。
【００４５】
その後、マイクロコンピュータ１０３は、ステップ２４０で空打ち要求信号ＢＰを出力する。こうした一連の処理は、燃料圧Ｐａが制御目標圧Ｐｂに対して略一致するまで繰り返し実施される。
【００４６】
なお、本実施の形態においては、前記図６のステップ２００，２１０が請求項記載の判定手段に相当し、同ステップ２４０及び図１に示すスイッチ回路１２２が請求項記載の充電電圧調整手段に相当する。また、請求項記載の比較手段は図１に示す比較器１２１により構成されている。
【００４７】
図７は、前記ドライバ１０４による三方電磁弁５１の駆動態様を示したタイムチャートであり、次に、同図７を併せ参照して、該システムによる燃料噴射制御態様を更に説明する。なお、図７において、時間ｔ１０以前は空打ち要求信号ＢＰが論理Ｌレベルであって、時間ｔ１０以降、当該ＢＰが論理Ｈレベルに操作されるようになっている。
【００４８】
ドライバ１０４にあっては、図７（ａ）に示すチャージパルスＣＰに基づき、図７（ｃ）に示す態様で、チャージコンデンサ１１０に対するチャージが行われる。
【００４９】
そしていま、時間ｔ１０以前において、チャージ電圧が上記チャージ完了判定回路１２０に設定された高電圧しきい値（１１０ボルト）に達したとすると、同チャージ完了判定回路１２０からは、図７（ｂ）に示す態様で、チャージ回路１１２のトランジスタ１１４に対しチャージ完了判定信号が出力される。このチャージ完了判定信号が出力されている間、チャージ回路１１２にあっては、そのチャージ動作が禁止される（チャージ電圧が１１０ボルトに保持される）。
【００５０】
そしてその後、図７（ｅ）に示す態様で上記電磁弁通電パルスＤＰが印加されることにより、チャージコンデンサ１１０にチャージされている電荷が上記三方電磁弁５１（ソレノイド７１）を通じて一気に放電され、当該通電パルスＤＰに対応した時間域に「Ｐ」として示すような例えば１２アンペア程度のピーク電流が同三方電磁弁５１に流れるようになる。これにより、燃料噴射弁１の開弁応答性も好適に確保されるようになる。また、上記コンデンサ１１０の電荷放電後は、前記通電パルスＤＰに対応した同時間域に「Ｈ」として示すように、燃料噴射弁１の開弁保持に必要とされる例えば３アンペア程度のホールド電流が上記定電流回路１２６を通じて供給されるようになる。
【００５１】
一方、時間ｔ１０以降において、図７（ｄ）に示す空打ち要求信号ＢＰが出力されると、チャージ完了判定回路１２０内のスイッチ回路１２２が操作され、チャージ完了判定回路１２０のしきい値電圧が低電圧しきい値（８０ボルト）に変更される。そして、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧が低電圧しきい値（８０ボルト）に達すると、チャージ完了判定信号がチャージ回路１１２に出力される。かかる場合、０．３ｍｓｅｃ程度の電磁弁駆動パルスＤＰが出力されることにより、前記ホールド電流と同程度の通電電流（「Ｈ’」で示す）が三方電磁弁５１に流れることになる。
【００５２】
以上のように構成された実施の形態の効果を以下に説明する。
（ａ）本実施の形態では、通電遮断時の電流値が所定値まで低下しないような短い通電パルス（通電時間＝０．３ｍｓｅｃ）により三方電磁弁５１が駆動される条件下であるか否かを判定し（図６のステップ２００，２１０）、当該短い通電パルスにより三方電磁弁５１が駆動される場合（空打ちが実施される場合）、チャージコンデンサ１１０にチャージされる電圧値を低下させるようにした。上記構成によれば、三方電磁弁５１への通電遮断時において比較的大きな通電電流が瞬断されるような事態が回避でき、過大なフライバックエネルギの発生を抑制することができる。また、特別に高性能トランジスタを必要とせずとも当該トランジスタの破損等を招くこともなく、構成の簡素化を実現することができるという優れた効果が得られる。
【００５３】
上記効果を図８のタイムチャートを用いて説明すれば、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧が高電圧（１１０ボルト）であれば、同図に破線で示すように、三方電磁弁５１のピーク電流が大きく、通電遮断時において過大なフライバックエネルギが生じる。しかし、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧を低電圧（８０ボルト）に変更すれば、同図に実線で示すように、ピーク電流が低下し、通電遮断時に発生するフライバックエネルギが抑制されるのが分かる。
【００５４】
（ｂ）本実施の形態では特に、高圧燃料を蓄える蓄圧配管４９内の圧力を制御すると共に、三方電磁弁５１により高圧燃料の供給方向を切り換えて該高圧燃料によって駆動される燃料噴射弁１の開弁時間を制御し、前記燃料の供給方向の切り換え過程で前記蓄圧配管を燃料系の低圧側に連通可能とした燃料噴射装置に本発明を適用し、所定条件下（本実施の形態では、図６のステップ２００，２１０）において三方電磁弁５１の切り換えから燃料噴射弁１における燃料噴射の開始に至る遅延時間未満の通電パルス（前記図５のΔｔ１〜Δｔ２の間の通電パルス幅）で三方電磁弁５１を切り換え駆動するようにした。そしてこの時に、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧を低電圧側に変更するようにした。
【００５５】
上記構成の燃料噴射装置では、前記の如く短い通電パルスで三方電磁弁５１を切り換え駆動することにより、全負荷運転（アクセル開度＝１００％）から無負荷運転（アクセル開度＝０％）への過渡時等においても、燃料噴射を行なわずに蓄圧配管４９内の高圧燃料をリークできる。そのため、燃料圧を制御目標圧に速やかに追従させることができるという効果が得られる。即ち、アクセル操作量を０％とするような急減速時であっても、燃料圧を制御目標圧に応答性よく追従させることができるので、常に内燃機関の負荷に応じた最適な圧力で適量の燃料噴射を行うことができる。しかも、このような効果を実現するために短パルス（空打ちパルス信号）を使用する際にも、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧を低い値に変更することで、従来のように過大なフライバックエネルギが生じることはなく、フライバックエネルギを許容域の低レベルに抑制できるという効果が併せて得られる。
【００５６】
（ｃ）また、本実施の形態では、チャージコンデンサ１１０の充電電圧のしきい値電圧（１１０ボルト又は８０ボルト）を変更する構成として、図１に示すスイッチ回路１２２を用いた。こうした構成によれば、しきい値電圧の調整処理が容易に実現できる。
【００５７】
（ｄ）また、本実施の形態の燃料噴射装置では、蓄圧配管４９を低圧側である燃料タンク４１に連通、遮断する構成とし、燃料噴射弁１の開閉制御を行なう三方電磁弁５１によりその連通を図るようにしたため、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態について説明する。但し、以下の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについてはその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００５９】
上記第１の実施の形態では、図１のチャージ完了判定回路１２０において、空打ち要求信号ＢＰが「０」か「１」かに応じて通常のしきい値電圧（１１０ボルト）と、それよりも低いしきい値電圧（８０ボルト）とを切り換えるようにしていたが、この構成を変更する。具体的には、空打ちのような短い通電パルス信号が出力される場合において（空打ち要求信号ＢＰ＝１）、しきい値電圧を０ボルトに切り換える。この場合、チャージコンデンサ１１０の充電動作が禁止されることになるが（チャージ電圧＝０ボルト）、定電流回路１２６により流れるホールド電流にて三方電磁弁５１が駆動されることとなる。その構成及び動作を図９を用いて説明する。
【００６０】
図９に示すように、定電流回路１２６は、電磁弁通電パルスＤＰに従いＯＮ／ＯＦＦ動作するトランジスタ１３４，１３５，１３６を有する。また、トランジスタ１３５のベースに接続された比較器１３１の負側入力端子には、三方電磁弁５１のソレノイド７１に流れる通電電流を検出するための電流検出抵抗１４０の一端が接続され、同比較器１３１の正側入力端子には、定電圧Ｖｃｃを抵抗１３２，１３３にて分圧する分圧点が接続されている。つまり、比較器１３１は、電流検出抵抗１４０により検出される電位と、抵抗１３２，１３３により決定される基準電位Ｖｒｅｆとに応じて論理Ｈレベル又は論理Ｌレベルの信号を出力する。
【００６１】
また、比較器１３１の正側入力端子と出力端子との間には抵抗１３７が接続されており、この抵抗１３７により前記基準電位Ｖｒｅｆは、次の（１）式及び（２）式により求められる２つの値Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２を持つ。
【００６２】
【数１】

つまり、抵抗１３７は基準電位Ｖｒｅｆにヒステリシスを設けるものであって、上記（１），（２）式において、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｒｅｆ２という関係が成立している。なお、上記各数式中、Ｒ132 ，Ｒ133 ，Ｒ137 はそれぞれ、抵抗１３２，１３３，１３７の抵抗値を示す。
【００６３】
次に、図９の動作を説明する。上記定電流回路１２６において、電磁弁駆動パルスＤＰの立ち上がりに伴いトランジスタ１３４がＯＦＦされると、トランジスタ１３５並びにトランジスタ１３６が共にＯＮになる。すると、三方電磁弁５１のソレノイド７１が通電され、かかる場合、図の「Ａ」で示す経路で電流が流れる。そして、通電電流が一定値に達し、電流検出抵抗１４０の電位が基準電位Ｖｒｅｆ１を上回ると、比較器１３１の出力は論理Ｈレベルから論理Ｌレベルに反転し、トランジスタ１３５並びにトランジスタ１３６が共にＯＦＦになる。このとき、三方電磁弁５１のソレノイド７１には、図の「Ｂ」で示す経路で電流が流れる。
【００６４】
こうして「Ｂ」で示す経路にて電流が流れる際には、時間の経過と共にその電流値が減少し、電流検出抵抗１４０の電位が基準電位Ｖｒｅｆ２を下回ると、比較器１３１の出力が論理Ｌレベルから論理Ｈレベルに反転し、再びトランジスタ１３５並びにトランジスタ１３６がＯＮとなる。そして、再び「Ａ」で示す経路にて電流が流れることとなる。
【００６５】
以上のように、論理Ｈレベルの電磁弁駆動パルスＤＰが出力されている間は、トランジスタ１３５，１３６がＯＮ／ＯＦＦのスイッチングを繰り返し、基準電位Ｖｒｅｆで規定される電流値は、ヒステリシス抵抗１３７で規定されるリプル電流の幅を持って制御されることとなる。
【００６６】
本実施の形態の動作を図１０のタイムチャートに示す。但し、同タイムチャートは、前記図７のタイムチャートの一部を変更して示すものであり、時間ｔ１０以前の動作は既述した通りである。同図ではその特徴として、時間ｔ１０以降においてチャージ電圧が０ボルトのままで保持されている。また、電磁弁通電パルスＤＰの入力に際しては、定電流回路１２６により制御される定電流（ホールド電流）が流れることとなる。
【００６７】
本第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、過大なフライバックエネルギの発生を抑制し、ひいては構成の簡素化を実現することができるという効果が得られる。
【００６８】
なお、本発明は、上記各実施の形態の他に次の形態にて実現できる。
（１）三方電磁弁５１の開閉２位置の往復切替時間（空打ち時の通電パルス幅）は０．３ｍｓｅｃに限定されるものではなく、燃料噴射弁１が開弁を開始するのに要する時間より短かければ足りうる。燃料圧Ｐａが制御目標圧Ｐｂより十分に大きい場合には、三方電磁弁５１の切替時間を更に短時間にして、一度の空打ち制御処理中に複数回、三方電磁弁５１の２位置往復切替を行うようにしてもよい。
【００６９】
（２）また、三方電磁弁５１に流す電流の大きさを調節してソレノイド７１による第１弁体６５の引き上げ速度を小さくし、蓄圧配管４９と燃料タンク４１との連通状態の時間を長くするようにしてもよい。
【００７０】
（３）上記第１の実施の形態では、空打ち時の通電パルスが出力される際に、チャージコンデンサ１１０のチャージ電圧を１１０ボルトから８０ボルトに制限したが、これは既述の値に限定されるものではない。要は、通電遮断時に電磁弁に流れる通電電流が所定のホールド電流（例えば、３アンペア程度）付近に抑制されるような電圧値であれば、そのチャージ電圧を任意に変更できる。
【００７１】
（４）上記各実施の形態では、コモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、他の装置に具体化してもよい。要は、通電遮断時の電流値が所定値まで低下しないような短い通電パルス（空打ち時のような通電パルス）により電磁弁が駆動される装置であれば任意に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態において、三方電磁弁を駆動するためのドライバの構成を示す回路図。
【図２】ＥＣＵ内の構成を示すブロック図。
【図３】燃料噴射装置の概要を示す構成図。
【図４】三方電磁弁の構成及び作動を説明するための断面図。
【図５】三方電磁弁の通電パルス幅と燃料噴射特性との関係を示すグラフ。
【図６】空打ち制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】第１の実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図８】第１の実施の形態における効果を説明するためのタイムチャート。
【図９】定電流回路の構成を示す回路図。
【図１０】第２の実施の形態における作用を説明するためのタイムチャート。
【図１１】従来技術の問題を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁、４９…蓄圧配管（コモンレール）、５１…方向制御弁としての三方電磁弁、１００…ＥＣＵ（電子制御装置）、１０３…判定手段，充電電圧調整手段を構成するマイクロコンピュータ、１１０…高電圧充電用コンデンサとしてのチャージコンデンサ、１１２…チャージ回路、１２１…比較手段を構成する比較器、１２２…充電電圧調整手段を構成するスイッチ回路、１２６…定電流回路。

Claims

バッテリ電圧よりも高い電圧を蓄える高電圧充電用コンデンサを備え、電磁弁の開弁駆動初期に前記高電圧充電用コンデンサに蓄えられた高電圧を一気に放電すると共に、引き続きその放電によるピーク電流より電流値の小さいホールド電流によって当該電磁弁の開弁状態を維持する電磁弁駆動装置において、
前記コンデンサ放電後に発生するピーク電流がホールド電流付近にまで低下しないような短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される条件下であるか否かを判定する判定手段と、
当該短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される場合、前記高電圧充電用コンデンサに充電される電圧値を低下させる充電電圧調整手段と
を備えたことを特徴とする電磁弁駆動装置。
高圧燃料を蓄える蓄圧配管内の圧力を制御すると共に、前記電磁弁としての方向制御弁により高圧燃料の供給方向を切り換えて該高圧燃料によって駆動される燃料噴射弁の開弁時間を制御し、前記燃料の供給方向の切り換え過程で前記蓄圧配管を燃料系の低圧側に連通可能とした燃料噴射装置に適用されるものであって、
前記判定手段は、
前記方向制御弁の切り換えから前記燃料噴射弁における燃料噴射の開始に至る遅延時間未満の通電パルスで、前記方向制御弁が切り換え駆動される旨を判定するものである請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
前記高電圧充電用コンデンサの充電電圧を所定のしきい値電圧と比較する比較手段を備え、
前記充電電圧調整手段は、前記比較手段により比較されるしきい値電圧を通常時に用いる高電圧しきい値から低電圧しきい値に変更するものである請求項１又は２に記載の電磁弁駆動装置。
前記判定手段により前記コンデンサ放電後に発生するピーク電流がホールド電流付近にまで低下しないような短い通電パルスにより前記電磁弁が駆動される旨が判定された場合、前記高電圧充電用コンデンサの充電を禁止する請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁駆動装置。