JP4655828B2 - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

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、コイルへの通電遮断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。

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。

そして更に、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コンデンサを充電すると共に、コイルへの通電期間の開始時には、そのコンデンサに充電しておいた高電圧の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（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させ、その後は、通電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し、更に、コイルへの通電遮断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たものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、この種の燃料噴射制御装置では、コンデンサの充電電圧を監視して、その充電電圧が規定値よりも高くなった異常を検出すると、下記（１）及び（２）の処置を行うようになっていた。

（１）昇圧回路の動作を停止させると共に、コンデンサからコイルへの放電経路を断続させるトランジスタをオフ状態に保持する（即ち、コンデンサの放電経路を遮断する）。
（２）燃料噴射弁を駆動する動作自体も停止する。

以下、この（１）及び（２）の処置が行われる理由を説明する。
まず、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高い異常が発生した場合に、コンデンサの充電電圧がそれ以上高くならないように、また、そのような異常な高電圧がコンデンサから他の回路素子や燃料噴射弁のコイルに印加されて、他の部分の故障を招かないように、上記（１）の処置が行われる。

また、上記（１）の処置を行っても、燃料噴射弁を駆動する動作を引き続き行ったとすると、その場合には、燃料噴射弁のコイルにコンデンサの放電によるピーク電流は流せないものの、コイルへ一定電流を流す動作によって燃料噴射弁を開弁作動させることができる。よって、この場合にも、コイルへの通電遮断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。しかし、上記（１）の処置により、コンデンサの放電経路は遮断されているため、燃料噴射弁の駆動時毎（詳しくは、コイルへの通電遮断時毎）にコンデンサの電圧がコイルから回収されるフライバックエネルギーにより上昇していってしまう。そこで、上記（１）の処置だけでなく、上記（２）の処置を行うことにより、コンデンサの電圧が上記規定値から更に上昇していかないようにして、回路の高電圧による焼損などを防止しているのである。
特開２００１−１５３３２号公報

しかしながら、上記従来の燃料噴射制御装置では、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高くなった異常が発生した場合に、上記（２）の処置により、内燃機関が停止することとなるため、車両は走行不能となる。よって、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問題が生じる。

そこで、本発明は、電磁弁のコイルにピーク電流を流すためのコンデンサの充電電圧が規定値よりも高い異常が発生した場合に、そのコンデンサの充電電圧を更に上昇させてしまうことなく、電磁弁の駆動制御を継続して実施可能な電磁弁駆動装置の提供を目的としている。

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、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、主スイッチング素子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、副スイッチング素子が直列に設けられている。

また、この電磁弁駆動装置には、電源電圧よりも高い高電圧を生成してコンデンサを充電する充電手段と、その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高電圧印加用スイッチング素子と、主スイッチング素子がオンされている状態で副スイッチング素子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が備えられている。

そして、この電磁弁駆動装置では、電流供給制御手段が、通電期間設定手段により設定された通電期間の間、主スイッチング素子をオンすると共に、通電期間の開始時には、高電圧印加用スイッチング素子もオンすることにより、前記コンデンサに充電されている高電圧を前記通電経路に印加して、その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、高電圧印加用スイッチング素子をオフすると共に副スイッチング素子をオン／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電流が流れるようにし、通電期間が終了すると、副スイッチング素子のオン／オフ制御を終了して該副スイッチング素子をオフさせる。

更に、この電磁弁駆動装置では、主スイッチング素子及び副スイッチング素子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、エネルギー回収経路を介してコンデンサへと回収される。また、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高くなった異常を、異常検出手段が検出する。そして、その異常検出手段により異常が検出された場合には、高電圧印加禁止手段が、充電手段が作動するのを禁止すると共に、電流供給制御手段が高電圧印加用スイッチング素子をオンさせるのを禁止する。

そして特に、請求項１の電磁弁駆動装置は、エネルギー回収機能無効化手段を備えており、そのエネルギー回収機能無効化手段は、異常検出手段により異常が検出された場合に、エネルギー回収経路によってコイルのフライバックエネルギーが前記コンデンサへと回収されないようにする。

このような請求項１の電磁弁駆動装置において、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高い異常が発生した場合には、従来装置と同様に、上記（１）の処置が実施されることとなる。つまり、高電圧印加禁止手段により、充電手段の作動が禁止されると共に、高電圧印加用スイッチング素子のオンが禁止されて、コンデンサの放電経路が遮断される。

そして更に、この状態において、請求項１の電磁弁駆動装置では、エネルギー回収機能無効化手段により、コイルのフライバックエネルギーがコンデンサへと回収されないようになる。

よって、請求項１の電磁弁駆動装置によれば、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高い異常が発生した場合に、そのコンデンサの充電電圧を更に上昇させてしまうことなく、電磁弁の駆動制御を継続して実施することができる。尚、この場合、電磁弁のコイルへは、コンデンサの放電によるピーク電流は流せないが、電源ラインの方から副スイッチング素子を介して電流を流すことができ、その電流により電磁弁を作動させることができる。具体的には、通電期間の開始時から副スイッチング素子のオン／オフによりコイルに一定電流を流し、その一定電流により電磁弁を作動させることができる。

また、このため、当該電磁弁駆動装置を、内燃機関に燃料を噴射供給する電磁式燃料噴射弁の駆動制御に用いたならば、コンデンサの充電電圧が規定値よりも高い異常が発生した場合でも、コンデンサの充電電圧を更に上昇させてしまうことなく、燃料噴射弁の駆動制御を継続して実施することができ、内燃機関を運転可能にすることができる。よって、車両の退避走行が可能となり、車両の信頼性を高めることができる。

ここで、請求項１の電磁弁駆動装置におけるエネルギー回収機能無効化手段は、具体的には、主スイッチング素子がオフされるタイミングを、通電期間設定手段により設定された通電期間の終了時から遅らせることにより、エネルギー回収経路によってフライバックエネルギーがコンデンサへと回収されないようにする。

つまり、通常は、通電期間の終了時に、主スイッチング素子がオフされると共に、副スイッチング素子のオン／オフ制御が終了されて該副スイッチング素子がオフ状態に保持され、その際に、コイルからのフライバックエネルギーが発生するが、請求項１の構成では、通電期間が終了しても、ある時間だけ主スイッチング素子をオンしたままにすることで、その時間の間、主スイッチング素子＝オン且つ副スイッチング素子＝オフという状態を発生させて、還流手段によりコイルに電流を還流させ、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失させて、主スイッチング素子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ようにするのである。

ところで、主スイッチング素子のオフタイミングを通電期間の終了時から遅らせる時間は、固定の一定時間にすることができる。そして、この場合、その一定時間は、還流手段によってコイルに流れる電流が確実に０になる（換言すれば、コイルに蓄積されていたエネルギーが完全に消失される）と設計上考えられる時間に設定しておけば良い。また、主スイッチング素子のオフタイミングを通電期間の終了時から遅らせる時間は、常に一定値ではなく、例えば周囲温度や電源電圧などの環境条件に応じて能動的に変更するように構成することもできる。

一方、請求項１の電磁弁駆動装置におけるエネルギー回収機能無効化手段は、請求項２に記載のように構成することもできる。
即ち、エネルギー回収機能無効化手段は、主スイッチング素子がオフされるタイミングを、コイルに流れる電流が所定値以下となるまで遅らせるように構成することもできる。換言すれば、通電期間が終了してから還流手段によってコイルに流れる実際の電流が所定値以下となるまで、主スイッチング素子をオンしたままにするのである。

そして、このような請求項２の構成によれば、コイルや回路素子の特性ばらつき、或いは電源電圧などに影響されることなく、確実にフライバックエネルギーが発生しないようにすることができる。更に、主スイッチング素子のオフを遅らせる時間を、常に最小限にすることもできる。

次に、請求項３の電磁弁駆動装置は、請求項１の電磁弁駆動装置と比較すると、エネルギー回収機能無効化手段が異なっており、そのエネルギー回収機能無効化手段は、副スイッチング素子のオン／オフ制御が終了されるタイミングを、通電期間設定手段により設定された通電期間の終了時よりも早めることにより、エネルギー回収経路によってフライバックエネルギーがコンデンサへと回収されないようにする。

つまり、請求項１の構成とは逆に、副スイッチング素子のオン／オフ制御の終了タイミングを、通電期間の終了時よりも、ある時間だけ早めることで、その通電期間が終わるまでの間、主スイッチング素子＝オン且つ副スイッチング素子＝オフという状態を発生させて、還流手段によりコイルに電流を還流させ、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失させて、主スイッチング素子がオフされる通電期間の終了時では、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ようにするのである。

尚、副スイッチング素子のオン／オフ制御の終了タイミングを早める時間は、固定の一定時間にすることができる。そして、この場合、その一定時間は、還流手段によってコイルに流れる電流が確実に０になる（換言すれば、コイルに蓄積されていたエネルギーが完全に消失される）と設計上考えられる時間に設定しておけば良い。また、副スイッチング素子のオン／オフ制御の終了タイミングを早める時間は、常に一定値ではなく、例えば周囲温度や電源電圧などの環境条件に応じて能動的に変更するように構成することもできる。

また、請求項１〜３の何れの構成によっても、エネルギー回収経路を断続させるための電子部品を追加しなくても済む。

以下に、本発明が適用された実施形態の燃料噴射制御装置について、図面に従い説明する。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ユニットインジェクタ（以下単に、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時間及び通電タイミングを制御することにより、ディーゼルエンジンの各気筒＃１〜＃４への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する。また、本実施形態において、スイッチング素子として使用しているトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴである。
［第１実施形態］
まず図１は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１００を示す構成図である。但し、図１では、４個の電磁弁１０１のうち、例えば第１気筒＃１に対応する１つの電磁弁１０１のみを示しており、以下では、その１つの電磁弁１０１の駆動に関して説明する。

まず、電磁弁１０１は、コイル１０１ａを有した常閉式の電磁弁であり、そのコイル１０１ａ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１０１ａ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１０１のコイル１０１ａの一端（上流側）が接続される端子ＣＭと、コイル１０１ａの他端（下流側）が接続される端子ＩＮＪと、その端子ＩＮＪに一方の出力端子が接続されたトランジスタＴ１０と、そのトランジスタ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の抵抗Ｒ１０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Ｌｐに一方の出力端子が接続されたトランジスタＴ１１と、そのトランジスタ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ＣＭに接続された逆流防止用のダイオードＤ１１と、電磁弁１０１を速やかに開弁作動させるためのピーク電流をコイル１０１ａに流すためのコンデンサＣ１０と、バッテリ電圧ＶＢを昇圧して、そのバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧を生成しコンデンサＣ１０を充電する充電回路（昇圧回路）５０と、コンデンサＣ１０の正極側を端子ＣＭに接続させる放電用のトランジスタＴ１２と、アノードがグランドラインに接続されると共に、カソードが端子ＣＭに接続され、トランジスタＴ１０がオンされている状態でトランジスタＴ１１がオンからオフされた時に、コイル１０１ａに電流を還流させるダイオードＤ１２と、アノードが端子ＩＮＪに接続されると共に、カソードがコンデンサＣ１０の正極側に接続され、トランジスタＴ１０及びトランジスタＴ１１のオフに伴い発生するコイル１０１ａのフライバックエネルギーをコンデンサＣ１０へと回収させるダイオードＤ１０と、トランジスタＴ１０〜Ｔ１２と充電回路５０を制御する駆動制御回路１２０と、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる周知のマイコン（マイクロコンピュータ）１３０とを備えている。

尚、実際には、端子ＣＭは、各気筒の電磁弁１０１のコイル１０１ａ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１０１のコイル１０１ａがそれぞれ接続されている。また、端子ＩＮＪ及びトランジスタＴ１０は、各電磁弁１０１のコイル１０１ａ毎にそれぞれ備えられている。

ここで、マイコン１３０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１２０に出力する。尚、この噴射指令信号は、その信号のレベルがハイの間だけ電磁弁１０１のコイル１０１ａに通電する（つまり、電磁弁１０１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１３０は、エンジンの運転情報に基づいて、各気筒毎に、電磁弁１０１のコイル１０１ａ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。

一方、充電回路５０は、インダクタＬ００と、トランジスタＴ００と、トランジスタＴ００を駆動する充電制御回路１１０とを備えている。そして、インダクタＬ００は一端が電源ラインＬｐに接続され、他端がトランジスタＴ００の一方の出力端子に接続されている。

また、トランジスタＴ００の他方の出力端子とグランドラインとの間には、電流検出用の抵抗Ｒ００が接続されている。そして、トランジスタＴ００のゲート端子には充電制御回路１１０が接続され、この充電制御回路１１０の出力に応じてトランジスタＴ００がオン／オフされる。尚、充電制御回路１１０としては、詳しくは自励式の発振回路が使用されている。

更に、インダクタＬ００とトランジスタＴ００との接続点に、逆流防止用のダイオードＤ１３を介してコンデンサＣ１０の一端（正極側）が接続されている。そして、コンデンサＣ１０の他端（負極側）は、トランジスタＴ００と抵抗Ｒ００との接続点に接続されている。

このような充電回路５０においては、トランジスタＴ００がオン／オフされると、インダクタＬ００とトランジスタＴ００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Ｄ１３を通じてコンデンサＣ１０が充電される。これにより、コンデンサＣ１０がバッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に充電される。

そして、充電制御回路１１０は、駆動制御回路１２０からの充電許可信号がアクティブレベル（例えばハイレベル）になると、トランジスタＴ００をオン／オフさせるが、その際に、コンデンサＣ１０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Ｃ１０の充電電流を抵抗Ｒ００に生じる電圧によりモニタして、コンデンサＣ１０が効率の良い周期で充電されるようにトランジスタＴ００をオン／オフさせ、コンデンサ電圧ＶＣが予め設定された目標値（＞ＶＢ）になるか、駆動制御回路１２０からの充電許可信号が非アクティブレベルになると、トランジスタＴ００をオフのままにして、コンデンサＣ１０の充電を止める。

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２のタイムチャートを用いて説明する。尚、前述したように、駆動制御回路１２０には、マイコン１３０から各気筒の噴射指令信号がそれぞれ入力されるが、ここでは、第１気筒＃１に関してのみ説明する。

まず、燃料噴射の開始前において、駆動制御回路１２０は、上記充電制御回路１１０への充電許可信号をアクティブレベルにして充電回路５０を作動させ、コンデンサＣ１０を、コンデンサ電圧ＶＣが目標値になるまで充電させている。

そして、図２に示すように、マイコン１３０から駆動制御回路１２０への第１気筒＃１の噴射指令信号Ｓ＃１が、コイル１０１ａへの通電オフ（噴射停止）を示すローから通電オン（噴射実施）を示すハイになると、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１０をオンし、それと同時にトランジスタＴ１２もオンさせる。

すると、コンデンサ電圧ＶＣが、コイル１０１ａへの通電経路をなす端子ＣＭに印加されて、コンデンサＣ１０に充電されていたエネルギーがコイル１０１ａに放出され、これにより、そのコイル１０１ａへの通電が開始される。そして、このとき、コイル１０１ａには、コンデンサＣ１０の放電により、電磁弁１０１を速やかに開弁させるための大電流（ピーク電流）が流れる。また、このようなコンデンサＣ１０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。尚、図２において、「インジェクタ電流Ｉ」とは、コイル１０１ａに流れる電流である。

そして、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１２をオンした後において、コイル１０１ａに流れる電流Ｉを抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出し、その電流Ｉがピーク電流の目標電流値ｉｐになると、トランジスタＴ１２をオフする。尚、電流Ｉの検出値の代わりに、コンデンサ電圧ＶＣを検出し、そのコンデンサ電圧ＶＣに基づいてトランジスタＴ１２のオン／オフを制御してもよい。

このようにして、コイル１０１ａへの通電期間の開始時には、トランジスタＴ１２がオンされて、コンデンサＣ１０の蓄積エネルギーがコイル１０１ａに放出され、これにより、そのコイル１０１ａに大電流が流れて、電磁弁１０１の開弁応答が早まる。

また、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１２をオンさせている間は、コンデンサＣ１０からの放電電流を安定させるために、上記充電制御回路１１０への充電許可信号を非アクティブレベルにして、充電回路５０によるコンデンサＣ１０の充電動作（即ち、トランジスタＴ００のオン／オフ）を禁止する。

そして、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１２をオフした後は、抵抗Ｒ１０に生じる電圧により検出されるコイル１０１ａの電流Ｉが、上記ｉｐよりも小さい一定電流となるように、トランジスタ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１２０は、噴射指令信号がハイになっている間、コイル１０１ａに一定電流を流すための定電流制御として、コイル１０１ａの電流Ｉが下側閾値ｉｃＬ以下になるとトランジスタＴ１１をオンさせ、コイル１０１ａの電流Ｉが上側閾値ｉｃＨ以上になるとトランジスタＴ１１をオフさせる、という制御を行う。尚、下側閾値ｉｃＬと、上側閾値ｉｃＨと、ピーク電流の目標電流値ｉｐとの関係は、「ｉｃＬ＜ｉｃＨ＜ｉｐ」である。また、こうした定電流制御を行うための回路部分は、抵抗Ｒ１０に生じる電圧を入力としたウィンドウコンパレータによって構成することができる。

このため、コイル１０１ａの電流Ｉがピーク電流の目標電流値ｉｐから低下して下側閾値ｉｃＬ以下になると、以後は、トランジスタＴ１１のオン／オフが繰り返されて、コイル１０１ａの電流Ｉの平均値が、上側閾値ｉｃＨと下側閾値ｉｃＬとのほぼ中間の一定電流に制御されることとなる。

尚、図２の３段目に示すように、噴射指令信号がハイレベルになってから少しの間だけトランジスタＴ１１がオンされているのは、この定電流制御によるものである。つまり、トランジスタＴ１１は、噴射指令信号がハイレベルになってからコイル１０１ａの電流Ｉが上側閾値ｉｃＨに到達するまではオンされ続けるが、図２の場合、コンデンサ電圧ＶＣの方が電源ラインＬｐの電圧（バッテリ電圧ＶＢ）よりも高いため、コイル１０１ａへはコンデンサＣ１０によって電流が流れている。

このような定電流制御により、トランジスタＴ１２のオフ後は、電源ラインＬｐから、トランジスタＴ１１及びダイオードＤ１１を介して、コイル１０１ａに一定電流を流し、その一定電流により、電磁弁１０１を開弁状態に保持するのである。尚、ダイオードＤ１２は、このような定電流制御のための還流用ダイオードであり、トランジスタＴ１１のオフ時にコイル１０１ａに流れる電流は、そのダイオードＤ１２を介して還流される。

その後、マイコン１３０からの噴射指令信号Ｓ＃１がハイからローになると、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１０がオフすると共に、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御（即ち、定電流制御）を終了して、そのトランジスタＴ１１もオフ状態に保持する。すると、コイル１０１ａへの通電が停止して電磁弁１０１が閉弁し、その電磁弁１０１による燃料噴射が終了される。

また、噴射指令信号Ｓ＃１がローになって、トランジスタＴ１０及びトランジスタＴ１１がオフされると、コイル１０１ａ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Ｄ１０を通じてコンデンサＣ１０へ、電流の形で回収される。

一方また、駆動制御回路１２０は、トランジスタＴ１２をオフした後、上記充電制御回路１１０への充電許可信号をアクティブレベルに戻して、充電回路５０によるコンデンサＣ１０の充電動作（トランジスタＴ００のオン／オフ）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、第１気筒＃１以外の電磁弁１０１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１２０にて実施される異常検出処理について、図３のフローチャートに従い説明する。尚、この異常検出処理は、駆動制御回路１２０に備えられたＣＰＵ又は専用の論理回路によって実施される。

図３に示すように、駆動制御回路１２０は、コンデンサ電圧ＶＣを検出すべき検出タイミングになると（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、コンデンサ電圧ＶＣを測定し（Ｓ１２０）、その測定したコンデンサ電圧ＶＣが規定値よりも高いか否かを判定する（Ｓ１３０）。

尚、上記規定値は、充電回路５０によるコンデンサＣ１０の充電目標値よりも高く、且つ、コンデンサＣ１０の耐圧よりは低い値である。また、コンデンサ電圧ＶＣの検出タイミングは、例えば、トランジスタＴ１２をオフさせてから一定時間が経過したタイミング、或いは、何れかの気筒の噴射指令信号がローになってから一定時間が経過したタイミングなどであり、何れにしても、コンデンサ電圧ＶＣが目標値にまで十分充電されると設計上考えられ、且つ、次の気筒の電磁弁駆動開始タイミング（燃料噴射開始タイミング）よりは前となるタイミングに設定されている。また例えば、マイコン１３０と駆動制御回路１２０とが１つのマイコンによって構成される場合のように、次の気筒の電磁弁駆動開始タイミングが事前に分かる構成の場合には、コンデンサ電圧ＶＣの検出タイミングを、電磁弁駆動開始タイミングの直前に設定することもできる。

そして、駆動制御回路１２０は、測定したコンデンサ電圧ＶＣが規定値より高くなければ（Ｓ１３０：ＮＯ）、正常であると判断して、正常処理を行う動作モードに設定する（Ｓ１４０）。つまり、図２に沿って説明した正常時の動作を行うように設定する。

また、駆動制御回路１２０は、測定したコンデンサ電圧ＶＣが規定値よりも高ければ（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、充電回路５０に異常が生じていると判断し、上記充電制御回路１１０への充電許可信号を非アクティブレベルにして、トランジスタＴ００のオンを禁止する（即ち、充電回路５０の作動を禁止する）と共に、トランジスタＴ１２のオンを禁止する設定を行う（Ｓ１５０）。そして更に、エネルギー回収機能無効化処理を実施する動作モードに設定する（Ｓ１６０）。

このエネルギー回収機能無効化処理は、コイル１０１ａのフライバックエネルギーがコンデンサＣ１０へと回収されないようにするための処理であるが、その処理を行う理由について説明する。

まず、コンデンサ電圧ＶＣが規定値よりも高い異常が発生した場合には、コンデンサ電圧ＶＣがそれ以上高くならないように、また、そのような異常な高電圧がコンデンサＣ１０から他の回路素子や電磁弁１０１のコイル１０１ａに印加されて、他の部分の故障を招かないように、トランジスタＴ００，Ｔ１２のオン禁止という上記Ｓ１５０の処置が行われる。

ここで、上記Ｓ１５０の処置を行っても、正常時と同様に電磁弁１０１を駆動する動作（即ち、トランジスタＴ１０をオンさせる動作と、定電流制御の動作）を引き続き行ったとすると、その場合には、図４に示すように、電磁弁１０１のコイル１０１ａにコンデンサＣ１０の放電によるピーク電流は流せないものの、定電流制御による一定電流を流すことによって電磁弁１０１を開弁作動させることができる。よって、この場合、エネルギー回収機能無効化処理を行わなければ、コイル１０１ａへの通電遮断時に生じるフライバックエネルギーがダイオードＤ１０を介してコンデンサＣ１０へ回収されることとなる。

しかし、上記Ｓ１５０の処置により、トランジスタＴ１２のオンが禁止されてコンデンサＣ１０の放電経路は遮断されているため、図４に示すように、電磁弁１０１の駆動時毎（詳しくは、コイル１０１ａへの通電遮断時毎）にコンデンサ電圧ＶＣがコイル１０１ａから回収されるフライバックエネルギーにより上昇していってしまう。

そこで、従来装置では、上記Ｓ１５０の処置を行うだけでなく、電磁弁１０１の駆動動作自体も止めてしまうことで、コンデンサ電圧ＶＣが上記規定値から更に上昇していかないようにして、回路の高電圧による焼損などを防止していたが、そのようにすると、エンジンが停止することとなり、車両の走行が不能となってしまう。

そこで、本第１実施形態では、コンデンサ電圧ＶＣが規定値よりも高くなった場合に、エネルギー回収機能無効化処理により、コイル１０１ａのフライバックエネルギーがコンデンサＣ１０へと回収されないようにすることで、コンデンサ電圧ＶＣを更に上昇させてしまうことなく、トランジスタＴ１０，Ｔ１１による電磁弁１０１の駆動制御を継続して行うようにしている。

具体的に説明すると、エネルギー回収機能無効化処理としては、図５に示すように、トランジスタＴ１０をオフさせるタイミングを、噴射指令信号がローに変化したタイミング（即ち、通電期間の終了時）から一定時間Ｔａだけ遅らせる、という処理を行う。

つまり、マイコン１３０からの噴射指令信号が通電期間の終了を示すローになっても、一定時間ＴａだけトランジスタＴ１０をオンしたままにすることで、その一定時間Ｔａの間、トランジスタＴ１０＝オン且つトランジスタＴ１１＝オフという状態を発生させて、ダイオードＤ１２によりコイル１０１ａに電流を還流させ、その還流により、コイル１０１ａに蓄積されていたエネルギーを消失させて、トランジスタＴ１０がオフされた時点では、もはやコイル１０１ａからのフライバックエネルギーが発生しないようにしている。

このため、本第１実施形態において、上記一定時間Ｔａは、ダイオードＤ１２によりコイル１０１ａに還流する電流が確実に０になる（換言すれば、コイル１０１ａに蓄積されていたエネルギーが完全に消失される）と設計上考えられる時間に設定している。尚、トランジスタＴ１０のオフタイミングを遅らせる時間Ｔａは、常に一定値ではなく、例えば周囲温度やバッテリ電圧ＶＢなどの環境条件に応じて能動的に変更するように構成することもできる。

以上のような第１実施形態の燃料噴射制御装置１００によれば、コンデンサ電圧ＶＣが規定値よりも高い異常が発生していることを検知した場合に、コイル１０１ａからのフライバックエネルギーがコンデンサＣ１０へと回収されないようにするエネルギー回収機能無効化処理を行うため、コンデンサ電圧ＶＣを更に上昇させてしまうことなく、トランジスタＴ１０，Ｔ１１による電磁弁１０１の駆動制御を継続して実施することができ、エンジンの運転を可能にすることができる。よって、車両の退避走行が可能となり、車両の信頼性を高めることができる。

尚、本第１実施形態では、トランジスタＴ１０が主スイッチング素子に相当し、トランジスタＴ１１が副スイッチング素子に相当し、充電回路５０が充電手段に相当し、トランジスタＴ１２が高電圧印加用スイッチング素子に相当し、マイコン１３０が通電期間設定手段に相当し、そのマイコン１３０から出力される噴射指令信号がハイになっている期間が通電期間に相当し、駆動制御回路１２０が電流供給制御手段に相当し、ダイオードＤ１０及びそのダイオードＤ１０のカソードとコンデンサＣ１０とを結ぶ配線とが、エネルギー回収経路に相当している。また、図３におけるＳ１２０及びＳ１３０の処理が、異常検出手段に相当し、図３におけるＳ１５０の処理が、高電圧印加禁止手段に相当している。そして、駆動制御回路１２０にて、図５に示すエネルギー回収機能無効化処理を実施する部分が、エネルギー回収機能無効化手段に相当している。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の燃料噴射制御装置について説明する。尚、第２実施形態の燃料噴射制御装置は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１００とハードウェア構成は同じであるため、以下では、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。

第２実施形態の燃料噴射制御装置は、第１実施形態と比較すると、駆動制御回路１２０が実施するエネルギー回収機能無効化処理の内容だけが異なっている。
そして、本第２実施形態において、駆動制御回路１２０は、エネルギー回収機能無効化処理として、図６に示すように、トランジスタＴ１０をオフさせるタイミングを、噴射指令信号がローに変化しても、コイル１０１ａに流れる電流Ｉが所定値ｉｔｈ以下となるまで遅らせる、という処理を行う。つまり、噴射指令信号がローになってからもダイオードＤ１２によってコイル１０１ａに還流する電流Ｉが所定値ｉｔｈ以下となるまで、トランジスタＴ１０をオンしたままにするのである。尚、上記所定値ｉｔｈは、トランジスタＴ１０がオフされた際に、もはやコイル１０１ａからフライバックエネルギーが発生しないと設計上考えられる値に設定している。

このような第２実施形態の燃料噴射制御装置によれば、コイル１０１ａや回路素子の特性ばらつき、或いはバッテリ電圧ＶＢなどに影響されることなく、確実にコイル１０１ａからコンデンサＣ１０へエネルギーが回収されないようにすることができる。更に、トランジスタＴ１０のオフを遅らせる時間を、常に最小限にすることもできる。

尚、本第２実施形態では、駆動制御回路１２０にて、図６に示すエネルギー回収機能無効化処理を実施する部分が、エネルギー回収機能無効化手段に相当している。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の燃料噴射制御装置は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１００と比較すると、マイコン１３０と駆動制御回路１２０とが、１つのマイコン（以下、統合マイコンという）に置き換えられている。つまり、その統合マイコンが、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、各気筒毎に、電磁弁１０１のコイル１０１ａへの通電期間を設定すると共に、正常時には、図２に示した手順で充電回路５０及びトランジスタＴ１０〜Ｔ１２を制御する。

そして、本第３実施形態において、統合マイコンは、図３の異常検出処理を実施すると共に、エネルギー回収機能無効化処理としては、図７に示すように、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御（定電流制御）を終了させるタイミングを、通電期間の終了タイミングよりも一定時間Ｔｂだけ早める、という処理を行う。

つまり、第１及び第２実施形態とは逆に、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御の終了タイミングを、通電期間の終了時よりも一定時間Ｔｂだけ早めることで、その通電期間が終わるまでの一定時間Ｔｂの間、トランジスタＴ１０＝オン且つトランジスタＴ１１＝オフという状態を発生させて、ダイオードＤ１２によりコイル１０１ａに電流を還流させ、その還流により、コイル１０１ａに蓄積されていたエネルギーを消失させて、トランジスタＴ１０がオフされる通電期間の終了時では、もはやコイル１０１ａからのフライバックエネルギーが発生しないようにするのである。

このため、上記一定時間Ｔｂは、ダイオードＤ１２によりコイル１０１ａに還流する電流が確実に０になる（換言すれば、コイル１０１ａに蓄積されていたエネルギーが完全に消失される）と設計上考えられる時間に設定している。尚、トランジスタＴ１１のオン／オフ制御の終了タイミングを早める時間は、常に一定値ではなく、例えば周囲温度やバッテリ電圧ＶＢなどの環境条件に応じて能動的に変更するように構成することもできる。

そして、以上のような第３実施形態の燃料噴射制御装置によっても、第１実施形態の燃料噴射制御装置１００と同様の効果が得られる。
尚、本第３実施形態では、上記統合マイコンにて、図７に示すエネルギー回収機能無効化処理を実施する部分が、エネルギー回収機能無効化手段に相当している。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の燃料噴射制御装置について説明する。尚、この第４実施形態は参考例として開示するものである。

図８に示すように、第４実施形態の燃料噴射制御装置１０３は、第１実施形態の燃料噴射制御装置１００と比較すると、ダイオードＤ１０のカソードとコンデンサＣ１０とを結ぶ配線を断続させるスイッチ素子１０５が追加されており、そのスイッチ素子１０５は、駆動制御回路１２０によってオン／オフされるようになっている。尚、スイッチ素子１０５としては、例えばＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタを用いることができる。

そして、駆動制御回路１２０は、エネルギー回収機能無効化処理として、そのスイッチング素子１０５をオフさせる、という処理を行う。
つまり、本第４実施形態では、コイル１０１ａからコンデンサＣ１０へのエネルギー回収経路を遮断することにより、そのエネルギー回収経路によってフライバックエネルギーがコンデンサＣ１０へと回収されないようにしている。

このような第４実施形態の燃料噴射制御装置１０３によれば、コンデンサＣ１０へのフライバックエネルギーの回収機能を確実に無効化することができる。
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、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンのインジェクタ制御にも適用することができる。また、駆動対象の電磁弁は、インジェクタ以外の電磁弁でも良い。

一方、前述した第１、第２及び第４実施形態において、マイコン１３０と駆動制御回路１２０は、第３実施形態と同様に、１つのマイコンによって構成しても良い。

第１実施形態の燃料噴射制御装置を示す構成図である。 燃料噴射制御装置の正常時の動作を表すタイムチャートである。 異常検出処理を表すフローチャートである。 コンデンサの電圧が電磁弁の駆動時毎に上昇していくことを説明するタイムチャートである。 第１実施形態のエネルギー回収機能無効化処理を表すタイムチャートである。 第２実施形態のエネルギー回収機能無効化処理を表すタイムチャートである。 第３実施形態のエネルギー回収機能無効化処理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を示す構成図である。

符号の説明

５０…充電回路、１００，１０３…燃料噴射制御装置、１０１…電磁弁（インジェクタ）、１０１ａ…コイル、１０５…スイッチング素子、１１０…充電制御回路、１２０…駆動制御回路、１３０…マイコン、Ｔ００，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２…トランジスタ、
Ｃ１０…コンデンサ、Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３…ダイオード、Ｌ００…インダクタ、Ｌｐ…電源ライン、Ｒ００，Ｒ１０…抵抗

Claims (3)

1. 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、前記コイルよりも下流側に直列に設けられた主スイッチング素子と、
   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前記コイルよりも上流側との間に直列に設けられた副スイッチング素子と、
   前記電源電圧よりも高い高電圧を生成してコンデンサを充電する充電手段と、
   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高電圧印加用スイッチング素子と、
   前記主スイッチング素子がオンされている状態で前記副スイッチング素子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、前記主スイッチング素子をオンすると共に、前記通電期間の開始時には、前記高電圧印加用スイッチング素子もオンすることにより、前記コンデンサに充電されている高電圧を前記通電経路に印加して、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、前記高電圧印加用スイッチング素子をオフすると共に前記副スイッチング素子をオン／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電流が流れるようにし、前記通電期間が終了すると、前記副スイッチング素子のオン／オフ制御を終了して該副スイッチング素子をオフさせる電流供給制御手段と、
   前記主スイッチング素子及び前記副スイッチング素子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エネルギー回収経路と、
   前記コンデンサの充電電圧が規定値よりも高くなった異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段により異常が検出された場合に、前記充電手段が作動するのを禁止すると共に、前記電流供給制御手段が前記高電圧印加用スイッチング素子をオンさせるのを禁止する高電圧印加禁止手段と、
   を備えた電磁弁駆動装置において、
   前記異常検出手段により異常が検出された場合に、前記エネルギー回収経路によって前記フライバックエネルギーが前記コンデンサへと回収されないようにするエネルギー回収機能無効化手段を備え、
   前記エネルギー回収機能無効化手段は、前記主スイッチング素子がオフされるタイミングを、前記通電期間の終了時から遅らせることにより、前記エネルギー回収経路によって前記フライバックエネルギーが前記コンデンサへと回収されないようにすること、
   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、
   前記エネルギー回収機能無効化手段は、前記主スイッチング素子がオフされるタイミングを、前記コイルに流れる電流が所定値以下となるまで遅らせること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。
3. 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、前記コイルよりも下流側に直列に設けられた主スイッチング素子と、
   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前記コイルよりも上流側との間に直列に設けられた副スイッチング素子と、
   前記電源電圧よりも高い高電圧を生成してコンデンサを充電する充電手段と、
   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高電圧印加用スイッチング素子と、
   前記主スイッチング素子がオンされている状態で前記副スイッチング素子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、前記主スイッチング素子をオンすると共に、前記通電期間の開始時には、前記高電圧印加用スイッチング素子もオンすることにより、前記コンデンサに充電されている高電圧を前記通電経路に印加して、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、前記高電圧印加用スイッチング素子をオフすると共に前記副スイッチング素子をオン／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電流が流れるようにし、前記通電期間が終了すると、前記副スイッチング素子のオン／オフ制御を終了して該副スイッチング素子をオフさせる電流供給制御手段と、
   前記主スイッチング素子及び前記副スイッチング素子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エネルギー回収経路と、
   前記コンデンサの充電電圧が規定値よりも高くなった異常を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段により異常が検出された場合に、前記充電手段が作動するのを禁止すると共に、前記電流供給制御手段が前記高電圧印加用スイッチング素子をオンさせるのを禁止する高電圧印加禁止手段と、
   を備えた電磁弁駆動装置において、
   前記異常検出手段により異常が検出された場合に、前記エネルギー回収経路によって前記フライバックエネルギーが前記コンデンサへと回収されないようにするエネルギー回収機能無効化手段を備え、
   前記エネルギー回収機能無効化手段は、前記副スイッチング素子のオン／オフ制御が終了されるタイミングを、前記通電期間の終了時よりも早めることにより、前記エネルギー回収経路によって前記フライバックエネルギーが前記コンデンサへと回収されないようにすること、
   を特徴とする電磁弁駆動装置。

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