JP7489884B2 - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁駆動装置に関する。
下記特許文献１には、燃料噴射弁のソレノイドコイルに通電することで燃料噴射弁を開弁させる電磁弁駆動装置が開示されている。前記電磁弁駆動装置は、ソレノイドコイルの逆起電圧によって発生する電流（以下、「回生電流」という。）を、グランドからスイッチング素子（以下、「同期スイッチング素子」という。）を介してソレノイドコイルに還流させる制御部を備える。
特開２０１８－３１２９４号公報
例えば、様々な原因によって、同期スイッチング素子のドレイン端子がオープンになってしまうなどの異常が発生した場合には、ソレノイドコイルに回生電流を還流させる経路が無くなる。これにより、ソレノイドコイルに逆起電圧が発生した場合には、制御部からソレノイドコイルにむけて規定値を超える電流が流れてしまう可能性がある。そこで、同期スイッチング素子の異常を検出する構成が必要になるが、特許文献１には、その構成が記載されていない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、同期スイッチング素子の異常を検出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。
（１）本発明の一態様は、ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、前記ソレノイドコイルの第１端部とグランドとの間に配置される回生用スイッチング素子と、前記回生用スイッチング素子をオン状態及びオフ状態のいずれかに制御する制御部と、バッテリの出力電圧であるバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路と前記ソレノイドコイルの第１端部との間に配置される第１スイッチング素子と、前記バッテリと前記第１端部との間に配置される第２スイッチング素子と、前記ソレノイドコイルの第２端部とグランドとの間に配置される第３スイッチング素子と、前記第２端部とグランドとの間に配置され、前記第３スイッチング素子とは異なる第１スイッチと、 を備え、前記制御部は、前記ソレノイドコイルの第１端部の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出した電圧に基づいて、前記回生用スイッチング素子の異常を検出する異常検出部と、を有し、前記異常検出部が前記回生用スイッチング素子の異常を検出した場合には前記燃料噴射弁の駆動を停止し、前記異常検出部は、前記回生用スイッチング素子及び前記第１スイッチがともにオン状態である場合において前記電圧検出部が検出した電圧が所定値以上である場合には前記回生用スイッチング素子の異常を検出する電磁弁駆動装置である。
（２）上記（１）の電磁弁駆動装置であって、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオン状態にするために必要な電圧を生成するブートストラップコンデンサと、前記ブートストラップコンデンサとグランドとの間に配置される第２スイッチと、を備え、前記制御部は、前記第２スイッチをオン状態に制御することで、前記ブートストラップコンデンサに対して充電させ、前記異常検出部は、前記第２スイッチがオフ状態であって、且つ、前記回生用スイッチング素子及び前記第１スイッチがともにオン状態である場合において、前記電圧検出部が検出した電圧が前記所定値以上である場合には前記回生用スイッチング素子の異常を検出する。
以上説明したように、本発明によれば、同期スイッチング素子の異常を検出することができる。
本実施形態に係る燃料噴射弁の構成例を示す図である。 本実施形態に係る電磁弁駆動装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る異常検出モードを説明する図である。 本実施形態に係る異常検出モードを説明する図である。 本実施形態に係る異常検出モードを説明する図である。 本実施形態に係る電磁弁駆動装置の動作タイミングを示す図である。
以下、本実施形態に係る電磁弁駆動装置を、図面を用いて説明する。
本実施形態に係る電磁弁駆動装置１は、燃料噴射弁Ｌを駆動する駆動装置である。具体的には、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１は、車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁Ｌ（電磁弁）を駆動対象とする電磁弁駆動装置である。
燃料噴射弁Ｌは、車両に搭載されたガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を噴射する電磁弁（ソレノイド弁）である。
以下に、燃料噴射弁Ｌの構成例について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、燃料噴射弁Ｌは、固定コア２、弁座３、ソレノイドコイル４、ニードル５、弁体６、リテーナ７、ロアストッパ８、弁体付勢バネ９、可動コア１０、及び可動コア付勢バネ１１を備える。本実施形態では、固定コア２、弁座３、及びソレノイドコイル４が固定部材であり、ニードル５、弁体６、リテーナ７、ロアストッパ８、弁体付勢バネ９、可動コア１０、及び可動コア付勢バネ１１が可動部材である。
固定コア２は、円筒状の部材であり、燃料噴射弁Ｌのハウジング（不図示）に固定されている。固定コア２は、磁性材料によって形成されている。
弁座３は、燃料噴射弁Ｌのハウジングに固定されている。弁座３は、噴射孔３ａを有する。
噴射孔３ａは、燃料が噴射される孔であって、弁座３に弁体６が着座した場合に閉鎖し、弁体６が弁座３から離間した場合に開放される。
ソレノイドコイル４は、電線が環状に巻回されることにより形成されている。ソレノイドコイル４は、固定コア２と同心状に配置されている。
ソレノイドコイル４は、電磁弁駆動装置１と電気的に接続されている。ソレノイドコイル４は、電磁弁駆動装置１から通電されることで、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路を形成する。
ニードル５は、固定コア２の中心軸に沿って延在する長尺状の棒部材である。ニードル５は、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路により発生する吸引力によって、固定コア２の中心軸の軸方向（ニードル５の延在方向）に移動する。なお、以下の説明において、固定コア２の中心軸の軸方向において、上記吸引力により可動コア１０が移動する方向を上方と称し、上記吸引力により可動コア１０が移動する方向と反対の方向を下方と称する。
弁体６は、ニードル５における下方の先端に形成されている。弁体６は、弁座３に着座することによって噴射孔３ａを閉鎖し、弁座３から離間することによって噴射孔３ａを開放する。
リテーナ７は、ガイド部材７１及びフランジ７２を備える。
ガイド部材７１は、ニードル５における上方の先端に固定された円筒状の部材である。
フランジ７２は、上方におけるガイド部材７１の端部において、ニードル５の径方向に突出するように形成されている。
フランジ７２は、下方の端面が可動コア付勢バネ１１との当接面である。また、フランジ７２における上方の端面は、弁体付勢バネ９との当接面である。
ロアストッパ８は、弁座３とガイド部材７１との間のニードル５に固定された円筒状の部材である。このロアストッパ８は、上方の端面が可動コア１０との当接面である。
弁体付勢バネ９は、固定コア２の内部に収容された圧縮コイルバネであり、ハウジングの内壁面と、フランジ７２と間に介挿されている。弁体付勢バネ９は、弁体６を下方に付勢する。すなわち、ソレノイドコイル４に通電されてない場合には、弁体付勢バネ９の付勢力により、弁体６が弁座３に当接される。
可動コア１０は、ガイド部材７１とロアストッパ８との間に配置されている。可動コア１０は、円筒状の部材であり、ニードル５と同軸に設けられている。この可動コア１０は、中央にニードル５が挿通される貫通孔が形成されており、ニードル５の延在方向に沿って移動可能である。
可動コア１０の上方の端面は、固定コア２及び可動コア付勢バネ１１との当接面である。一方、可動コア１０の下方の端面は、ロアストッパ８との当接面である。可動コア１０は、磁性材料によって形成されている。
可動コア付勢バネ１１は、フランジ７２と可動コア１０との間に介挿されている圧縮コイルバネである。可動コア付勢バネ１１は、可動コア１０を下方に付勢する。すなわち、可動コア１０は、ソレノイドコイル４に通電されていない場合には、可動コア付勢バネ１１の付勢力により、ロアストッパ８に当接される。
次に、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１について、説明する。
図２に示すように、電磁弁駆動装置１は、昇圧回路２０、第１電圧生成部２１、第２電圧生成部２２、ブートストラップ回路２３、切替部２４、第１スイッチング素子２５～第４スイッチング素子２８、第１ダイオード２９、第２ダイオード３０、電流検出用抵抗器３１、第１スイッチ３２、制限抵抗器３３、第２スイッチ３４、制限抵抗器３５、抵抗器３６及び制御部３７を備える。なお、第１スイッチ３２等は制御部３７内に実装されていてもよい。
昇圧回路２０は、車両に搭載されたバッテリＢＴの出力電圧であるバッテリ電圧Ｖｂを所定の電圧まで昇圧する。例えば、昇圧回路２０は、チョッパ回路である。昇圧回路２０は、バッテリ電圧を昇圧することで昇圧電圧Ｖｓを生成する。昇圧回路２０は、昇圧比が例えば十～数十程度であり、制御部３７によって動作が制御される。
第１電圧生成部２１は、バッテリ電圧Ｖｂを降圧することで第１電圧Ｖ１を生成する。例えば、第１電圧生成部２１は、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータなどのＤＣ－ＤＣコンバータを備える。
第２電圧生成部２２は、昇圧電圧Ｖｓを降圧することで第２電圧Ｖ２を生成する。例えば、第２電圧生成部２２は、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータなどのＤＣ－ＤＣコンバータを備える。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、同一の電圧値である。ただし、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、互いに異なる電圧値であってもよい。
ブートストラップ回路２３は、ハイサイド側のスイッチング素子（以下、「ハイサイド側スイッチング素子」という。）をオン状態に制御するために必要な電圧（以下、「ブート電圧」という。）Ｖｂｏｏｔを生成する。ハイサイド側スイッチング素子とは、第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６の少なくともいずれかである。ブートストラップ回路２３は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のいずれかの電圧からブート電圧を生成する。ブートストラップ回路２３は、ダイオード４０及びブートストラップコンデンサ４１を備える。
ダイオード４０は、アノードが切替部２４に接続され、カソードがブートストラップコンデンサ４１に接続されている。
ブートストラップコンデンサ４１は、第１端部がダイオード４０のカソードに接続され、第２端部が第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６の各ソースに接続されている。ブートストラップ回路２３は、ブートストラップコンデンサ４１が充電されることでブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。
切替部２４は、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路又は第２充電経路に切り替える。第１充電経路は、昇圧回路２０を経由せずにバッテリＢＴからブートストラップコンデンサ４１に対して充電する経路である。本実施形態の第１充電経路は、第１電圧生成部２１で生成した第１電圧Ｖ１をブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路である。ただし、これに限定されず、第１充電経路は、バッテリ電圧Ｖｂをブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路であってもよい。
第２充電経路は、昇圧回路２０からブートストラップコンデンサ４１に対して充電する経路である。本実施形態の第２充電経路は、第２電圧生成部２２で生成した第２電圧Ｖ２をブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路である。ただし、これに限定されず、第２充電経路は、昇圧電圧Ｖｓをブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路であってもよい。
切替部２４は、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路又は第２充電経路に切り替え可能であれば、その構成には特に限定されないが、例えば、三路スイッチを有してもよい。
例えば、切替部２４は、第１端子２４ａ、第２端子２４ｂ及び第３端子２４ｃを備える。切替部２４は、第１端子２４ａと第３端子２４ｃとを電気的に接続する第１状態と、第２端子２４ｂと第３端子２４ｃとを電気的に接続する第２状態と、を切り替え可能である。第１端子２４ａは、第１電圧生成部２１の出力端子に接続されている。第２端子２４ｂは、第２電圧生成部２２の出力端子に接続されている。第３端子２４ｃは、ダイオード４０のアノードに接続されている。切替部２４は、制御部３７によって第１状態に制御されることで、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を第１充電経路に切り替える。切替部２４は、制御部３７によって第２状態に制御されることで、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を第２充電経路に切り替える。
第１スイッチング素子２５は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、昇圧回路２０の出力端とソレノイドコイル４の第１端部との間に設けられている。すなわち、第１スイッチング素子２５は、ドレインが昇圧回路２０の出力端子に接続され、ソースが抵抗器３６を介してソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。第１スイッチング素子２５のゲートは、制御部３７に接続されている。第１スイッチング素子２５は、制御部３７によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。
第２スイッチング素子２６は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、バッテリＢＴの出力端子とソレノイドコイル４の第１端部との間に設けられている。第２スイッチング素子２６は、ドレインが第２ダイオード３０を介してバッテリＢＴの出力端子に接続され、ソースが抵抗器３６を介してソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。第２スイッチング素子２６のゲートは、制御部３７に接続されている。第２スイッチング素子２６は、制御部３７によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。
第３スイッチング素子２７は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ソレノイドコイル４の第２端部に接続され、ソースが電流検出用抵抗器３１の第１端部に接続されている。第３スイッチング素子２７は、ゲートが制御部３７に接続されている。第３スイッチング素子２７は、制御部３７によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。
第４スイッチング素子２８は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ドレインがソレノイドコイル４の第１端部に接続され、ソースがグランド（ＧＮＤ：基準電位）に接続されている。第４スイッチング素子２８のゲートは、制御部３７に接続されている。第４スイッチング素子２８は、制御部３７によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。第４スイッチング素子２８は、オン状態（開状態）となることで回生電流の経路を形成するスイッチである。第４スイッチング素子２８は、上記同期スイッチング素子に相当する。
第１ダイオード２９は、カソードが昇圧回路２０の出力端子に接続され、アノードがソレノイドコイル４の第２端部に接続されている。
第２ダイオード３０は、カソードが第２スイッチング素子２６のドレインに接続され、アノードがバッテリＢＴの出力端子に接続されている。第２ダイオード３０は、逆流防止用のダイオードである。第２ダイオード３０は、第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６がいずれもオン状態になった場合に、昇圧回路２０の出力電流がバッテリＢＴの出力端に流入することを防止する。
電流検出用抵抗器３１は、第１端部が第４スイッチング素子２８のソースに接続され、第２端部がＧＮＤ（基準電位）に接続されたシャント抵抗器である。電流検出用抵抗器３１は、第４スイッチング素子２８を介してソレノイドコイル４に直列接続されており、ソレノイドコイル４を流れる電流が通過する。電流検出用抵抗器３１は、第１端部と第２端部との間において、ソレノイドコイル４を流れる電流の大きさに応じた電圧（以下、「検出電圧」という。）が発生する。
第１スイッチ３２は、ソレノイドコイル４の第２端部と、ＧＮＤとの間に接続されている。第１スイッチ３２は、第１端子３２ａ及び第２端子３２ｂを備え、第１端子３２ａと第２端子３２ｂとを電気的に接続するオン状態と、当該接続を解除するオフ状態とを切り替え可能である。第１スイッチ３２は、制御部３７によって制御される。第１端子３２ａは、ソレノイドコイル４の第２端部に接続されている。第２端子３２ｂは、制限抵抗器３３の第１端部に接続されている。例えば、第１スイッチ３２は、トランジスタなどの電気的なスイッチであってもよいし、機械スイッチであってもよい。
制限抵抗器３３は、第１端部が第１スイッチ３２に接続され、第２端部がＧＮＤに接続されている。
第２スイッチ３４は、ソレノイドコイル４の第１端部と、ＧＮＤとの間に接続されている。第２スイッチ３４は、第１端子３４ａ及び第２端子３４ｂを備え、第１端子３４ａと第２端子３４ｂとを電気的に接続するオン状態と、当該接続を解除するオフ状態とを切り替え可能である。第２スイッチ３４は、制御部３７によって制御される。第１端子３４ａは、抵抗器３６を介してソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。第２端子３４ｂは、制限抵抗器３５の第１端部に接続されている。第２スイッチ３４は、例えば、トランジスタなどの電気的なスイッチであってもよいし、機械スイッチであってもよい。第２スイッチ３４は、ブートストラップコンデンサ４１を充電させるためのスイッチである。
制限抵抗器３５は、第１端部が第２スイッチ３４に接続され、第２端部がＧＮＤに接続されている。
抵抗器３６は、第１端部がブートストラップコンデンサ４１の第２端部及び第２スイッチ３４の第１端子３４ａに接続され、第２端部がソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。
制御部３７は、上位制御系から入力される指令信号に基づいて、昇圧回路２０、切替部２４、第１スイッチング素子２５～第４スイッチング素子２８、第１スイッチ３２及び第２スイッチ３４を制御する。例えば、制御部３７は、ＣＰＵ又はＭＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＭＣＵなどのマイクロコントローラなどの集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）により構成されている。以下において、制御部３７の機能部について説明する。
制御部３７は、昇圧制御部５０、切替制御部５１、駆動制御部５２、電流検出部５３、開弁検出部５４、制限抵抗器５５及び異常検出部５６を備える。
昇圧制御部５０は、昇圧回路２０の動作を制御するための昇圧制御信号（ＰＷＭ信号）を生成して昇圧回路２０に出力する。これにより、昇圧回路２０は、昇圧電圧Ｖｓを生成する。
切替制御部５１は、切替部２４の切り替え動作を制御する。例えば、切替制御部５１は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合には、切替部２４を制御して、ブートストラップ回路２３に対する充電経路を第１充電経路から第２充電経路に切り替えさせる。例えば、切替制御部５１は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上である場合には、切替部２４を第１状態に制御することでブートストラップ回路２３に対する充電経路を第１充電経路に制御する。切替制御部５１は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合のみ切替部２４を第２状態に制御することで前記充電経路を第２充電経路に制御する。例えば、所定値Ｖｔｈは、バッテリＢＴの電圧が十分であるかを判定する閾値であり、予め設定されている。バッテリＢＴの電圧が十分であるとは、例えば、第１電圧生成部２１で第１電圧Ｖ１を生成できるのに十分な電圧であることである。例えば、所定値Ｖｔｈは、第１電圧Ｖ１に対して、第１電圧生成部２１で降圧する分の電圧を加算した電圧よりも高い電圧値である。
駆動制御部５２は、充電制御部６０、通電制御部６１及び回生制御部６２を備える。
充電制御部６０は、第２スイッチ３４をオン状態又はオフ状態に制御する。充電制御部６０は、第２スイッチ３４をオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に充電させる。これによって、ブートストラップ回路２３は、ブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。例えば、充電制御部６０は、車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する前において、第２スイッチ３４を一定周期Ｔ１ごとにオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に間欠的に充電させる間欠充電を実行する。
通電制御部６１は、第１スイッチング素子２５をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第１スイッチング素子２５を制御するための第１ゲート信号を生成し、当該第１ゲート信号を第１スイッチング素子２５のゲートに出力する。これにより、第１スイッチング素子２５は、オン状態となる。
通電制御部６１は、第２スイッチング素子２６をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第２スイッチング素子２６を制御するための第２ゲート信号を生成し、当該第２ゲート信号を、第２スイッチング素子２６のゲートに出力する。これにより、第２スイッチング素子２６は、オン状態となる。
通電制御部６１は、第３スイッチング素子２７をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第３スイッチング素子２７を制御するための第３ゲート信号を生成し、当該第３ゲート信号を第３スイッチング素子２７のゲートに出力する。これにより、第３スイッチング素子２７は、オン状態となる。
回生制御部６２は、第４スイッチング素子２８をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、回生制御部６２は、第４スイッチング素子２８を制御するための第４ゲート信号を生成し、当該第４ゲート信号を第４スイッチング素子２８のゲートに出力する。これにより、第４スイッチング素子２８は、オン状態となる。
異常制御部６３は、第４スイッチング素子２８の異常の有無を検出する異常検出モードにおいて、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２をともにオン状態に制御する。異常検出モードは、燃料噴射弁Ｌを開弁させる前の所定期間において実行される。例えば、前記所定期間は、車両のイグニッションスイッチがオン状態に操作されてから、燃料噴射弁Ｌを開弁させるためにソレノイドコイル４に対して通電を開始する前までの期間の任意の期間である。前記異常とは、例えば、第４スイッチング素子２８のドレインとソレノイドコイル４の第１端部とを接続する配線が断線することによって、当該ドレインがオープンになってしまう場合である。
電圧検出部６４は、異常検出モードにおいて、ソレノイドコイル４の第１端部の電圧である電圧Ｖｆｂｈを検出する。具体的には、電圧検出部６４は、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２がともにオン状態である場合において、電圧Ｖｆｂｈを検出する。ただし、電圧検出部６４は、第２スイッチ３４がオン状態である場合には、電圧Ｖｆｂｈを検出しない。すなわち、本実施形態の電圧検出部６４は、第２スイッチ３４がオフ状態であって、且つ、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２がともにオン状態である場合において、電圧Ｖｆｂｈを検出する。
電流検出部５３は、一対の入力端子を備え、一方の入力端子が電流検出用抵抗器３１の一端に接続され、他方の入力端子が電流検出用抵抗器３１の他端に接続されている。電流検出部５３は、電流検出用抵抗器３１で発生した検出電圧が入力され、この検出電圧に基づいて検出電流を検出する。電流検出部５３は、検出した検出電流を開弁検出部５４及び駆動制御部５２に出力する。
開弁検出部５４は、電流検出部５３から入力される検出電流に基づいて、燃料噴射弁Ｌの開弁を検出する。具体的には、開弁検出部５４は、電流検出部５３で検出された検出電流の１階微分値又は２階微分値における変曲点を特定することにより、燃料噴射弁Ｌが開弁したことを検出する。
制限抵抗器５５は、バッテリＢＴと第２スイッチ３４との間に設けられている。制限抵抗器５５は、第１端部がバッテリＢＴの出力端子に接続され、第２端部が第２スイッチ３４の第１端子３４ａに接続されている。
異常検出部５６は、異常検出モードにおいて電圧検出部６４が検出した電圧Ｖｆｂｈに基づいて、第４スイッチング素子２８の異常を検出する。異常検出部５６は、駆動制御部５２が第４スイッチング素子２８をオン状態に制御した場合において電圧検出部６４が検出した電圧Ｖｆｂｈに基づいて、第４スイッチング素子２８の異常を検出する。
次に、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１の異常検知モードの動作について図３～図６を用いて説明する。
燃料噴射弁Ｌを開弁させる前の第１期間Ｔ１において、制御部３７は、異常検出モードに移行して、第４スイッチング素子２８の異常の有無を一回以上判定する。例えば、制御部３７に含まれているＭＣＵは、イグニッションスイッチがオン状態に操作されると、第１期間Ｔ１において、イニシャル処理を実行する。制御部３７は、このイニシャル処理が行われている期間において、異常検出モードに移行して、第４スイッチング素子２８の異常の有無を判定する。
制御部３７は、異常検出モードに移行すると、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２をともにオン状態に制御し、ソレノイドコイル４の第１端部の電圧である電圧Ｖｆｂｈを検出する。
第４スイッチング素子２８に異常が発生していない場合において、第４スイッチング素子２８がオフ状態であり、第１スイッチ３２がオン状態である場合には、バッテリＢＴからの電流は、抵抗器３６、ソレノイドコイル４、第１スイッチ３２を経由してＧＮＤに流れる経路１００を流れる（図３）。このとき、抵抗分圧により、電圧ＶｆｂｈがＶｂ／２になるように、制限抵抗器５５、抵抗器３６及び制限抵抗器３３の各抵抗値が調整されている。ここで、第４スイッチング素子２８がオン状態に制御されると、バッテリＢＴからの電流は、抵抗器３６、第４スイッチング素子２８を経由してＧＮＤに流れる経路２００を通る（図４）。したがって、電圧Ｖｆｂｈは基準電位（例えば、０Ｖ）まで低下する。すなわち、第４スイッチング素子２８に異常が発生していない場合において、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２がオン状態に制御されると、電圧Ｖｆｂｈは基準電位（例えば、０Ｖ）となる。
一方、図５に示すうように、×で示す位置が断線する異常が発生した場合には、第４スイッチング素子２８のドレインがオープンとなる。この場合において、第４スイッチング素子２８及び第１スイッチ３２がオン状態に制御されると、バッテリＢＴからの電流は、図３と同様に、経路１００を流れる。したがって、電圧ＶｆｂｈはＶｂ／２となる。
そこで、制御部３７は、異常検出モードで検出した電圧Ｖｆｂｈが基準電位である場合には第４スイッチング素子２８が正常であると判定し、電圧ＶｆｂｈがＶｂ／２である場合には第４スイッチング素子２８が異常であると判定する。例えば、制御部３７は、異常検出モードで検出した電圧Ｖｆｂｈが所定値以上である場合には第４スイッチング素子２８の異常を検出する。この所定値は、０ＶとＶｂ／２との間の値である。
このように、第４スイッチング素子２８がオン状態である場合とオフ状態である場合とで電圧Ｖｆｂｈに電位差が生じることから、制御部３７は、この電位差を利用して第４スイッチング素子２８の異常の有無を判定する。
ここで、制御部３７は、第１期間Ｔ１において、ブートストラップコンデンサ４１を間欠充電する場合がある（図６）。具体的には、制御部３７は、第１期間Ｔ１において、第２スイッチ３４を間欠的にオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に間欠的に充電させる。これによって、ブートストラップ回路２３は、ブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。ただし、第２スイッチ３４がオン状態である場合には、第４スイッチング素子２８がオン状態か否かにかかわらず、電圧Ｖｆｂｈが基準電位又は基準電位に近い値まで低下する。このため、このときの電圧Ｖｆｂｈを第４スイッチング素子２８の異常判定に用いると、誤判定を招く恐れがある。そのため、制御部３７は、第２スイッチ３４がオン状態でない期間Ｔｘの少なくとも１つ以上の期間において、電圧Ｖｆｂｈを検出する。これにより、制御部３７は、第１期間Ｔ１において、ブートストラップ回路２３によるブート電圧Ｖｂｏｏｔの生成と、第４スイッチング素子２８の異常判定とを行うことができる。なお、図６に示す第１期間Ｔ１における電圧Ｖｆｂｈの波形は、第４スイッチング素子２８が正常の場合であって、異常検知モードを実施していない場合（第４スイッチング素子２８をオン状態に制御していない場合）の波形である。
電磁弁駆動装置１で燃料噴射弁Ｌを閉弁状態から開弁状態に駆動する場合には、制御部３７は、異常検出モードを脱出して、図６に示すように、駆動開始時の第２期間Ｔ２において昇圧回路２０が生成する昇圧電圧Ｖｓを燃料噴射弁Ｌに供給する。ただし、異常検出モードで第４スイッチング素子２８に異常があると判定した場合には、燃料噴射弁Ｌを開弁状態に駆動せずに、システムを停止させる。すなわち、制御部３７は、昇圧電圧Ｖｓを燃料噴射弁Ｌに供給せず、燃料の噴射を停止する。
例えば、第２期間Ｔ２は、ソレノイドコイル４に昇圧電圧Ｖｓが供給されてから、ソレノイドコイル４に流れる電流が予め設定された閾値を超えるまでの期間である。
この第２期間Ｔ２では、通電制御部６１は、第１ゲート信号を第１スイッチング素子２５のゲートに出力することによって昇圧電圧Ｖｓをソレノイドコイル４の第１端部に供給すると共に、第３スイッチング素子２７に第３ゲート信号を出力することによって、ソレノイドコイル４の第２端部を、電流検出用抵抗器３１を介してＧＮＤ（基準電位）に接続させる。
この結果、第２期間Ｔ２では、図６に示すように比較的高い昇圧電圧Ｖｓがソレノイドコイル４に供給され、ピーク状の立ち上がり駆動電流がソレノイドコイル４に流れる。このような駆動電流は、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路を形成し、この磁路により発生する吸引力によって可動コア１０を固定コア２側（上方）に移動させる。すなわち、ニードル５は、駆動電流に起因する吸引力によって上方に移動し、以って弁体６が弁座３から離間する。
ここで、第２期間Ｔ２において、バッテリ電圧Ｖｂよりも高い電圧の昇圧電圧Ｖｓを用いるのは、駆動電流の立ち上がりを高速化させて燃料噴射弁Ｌの開弁動作を高速化するためである。すなわち、第２期間Ｔ２では、前記駆動電流によって燃料噴射弁Ｌの開弁速度がバッテリ電圧を用いた場合よりも高速化される。
第２期間Ｔ２が経過すると、通電制御部６１は、第１ゲート信号の出力を停止させて、ソレノイドコイル４に対する昇圧電圧Ｖｓの供給を停止する。この場合には、第１スイッチング素子２５、第２スイッチング素子２６、及び第４スイッチング素子２８はオフ状態であり、第３スイッチング素子２７はオン状態である。
回生制御部６２は、通電制御部６１によりソレノイドコイル４に対する昇圧電圧Ｖｓの供給が停止されると、第４ゲート信号を第４スイッチング素子２８のゲートに出力することにより、ソレノイドコイル４の逆起電力に起因する電流（以下、「回生電流」という。）をＧＮＤに回生させる。
具体的には、回生制御部６２が第４スイッチング素子２８をオン状態に制御すると、ソレノイドコイル４の逆起電力により発生した回生電流は、ソレノイドコイル４から、第３スイッチング素子２７、電流検出用抵抗器３１、ＧＮＤ、第４スイッチング素子２８を経由してソレノイドコイル４に還流する。
ここで、第４スイッチング素子２８に異常があると、ソレノイドコイル４に回生電流を還流させる経路が無くなる。これにより、ソレノイドコイル４に逆起電圧が発生した場合には、制御部３７からソレノイドコイル４にむけて規定値を超える電流が流れてしまう可能性がある。本実施形態では、制御部３７は、ソレノイドコイル４の第１端部の電圧である電圧Ｖｆｂｈに基づいて、第４スイッチング素子２８の異常を判定する。これにより、第４スイッチング素子２８の異常を検出することができ、制御部３７からソレノイドコイル４にむけて規定値を超える電流が流れてしまうことを抑制可能である。
第４スイッチング素子２８が正常である場合には、回生電流が流れることによってソレノイドコイル４の起電圧が時間の経過とともに徐々に低下する。そして、ソレノイドコイル４に流れる電流は、この起電圧の低下を主因として徐々に減衰するが、可動コア１０は固定コア２側への移動を継続し、最終的に固定コア２に衝突する。
開弁検出部５４が燃料噴射弁Ｌの開弁を検出すると、通電制御部６１は、昇圧電圧Ｖｓよりも低いバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４に出力させる。例えば、通電制御部６１は、第２ゲート信号を第２スイッチング素子２６に出力することによってバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４の第１端部に供給すると共に、第３スイッチング素子２７に第３ゲート信号を出力する。
このように、開弁検出部５４が燃料噴射弁Ｌの開弁を検出すると、通電制御部６１は、燃料噴射弁Ｌの開弁状態を保持するために昇圧電圧よりも低いバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４に出力させる。このとき、第１スイッチング素子２５及び第４スイッチング素子２８はオフ状態であり、第２スイッチング素子２６及び第３スイッチング素子２７はオン状態である。
ここで、通電制御部６１は、電流検出部５３が検出した検出電流の大きさに基づいて燃料噴射弁Ｌの開弁状態を保持するための保持電流が所定の目標値を維持するようにフィードバック制御する。これは、第２ゲート信号を適宜第２スイッチング素子２６に供給することで行われるが、ＰＷＭ信号を用いることもできる。ＰＷＭ信号による場合は、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を第２ゲート信号として第２スイッチング素子２６に供給する。そのため、バッテリ電圧Ｖｂはソレノイドコイル４に対して断続的に供給される。
前記デューティ比は電流検出部５３が検出した検出電流の大きさに基づいて設定される。すなわち、通電制御部６１は、電流検出部５３が検出した検出電流の大きさに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を設定することにより燃料噴射弁Ｌの開弁状態を保持するための保持電流が所定の目標値を維持するようにフィードバック制御する。この結果、燃料噴射弁Ｌの開弁状態が保持される。また、前記デューティ比を２段階に変更することによって、駆動電流を段階的に変化させてもよい。
以上、説明したように、制御部３７は、ソレノイドコイル４の第１端部の電圧である電圧Ｖｆｂｈに基づいて、回生用スイッチング素子である第４スイッチング素子２８の異常を検出する。この構成により、同期スイッチング素子の異常を検出することができ、同期スイッチング素子に異常が発生した場合に、制御部３７の内部において規定値を超える電流が流れることを抑制することができる。
上記制御部３７は、燃料噴射弁Ｌを駆動する前において、電圧検出部が検出した電圧Ｖｆｂｈが所定値以上である場合には第４スイッチング素子２８の異常を検出したが、これに限定されない。例えば、制御部３７は、燃料噴射弁Ｌを駆動している場合においても、定期的に異常検出モードに移行し、第４スイッチング素子２８の異常を検出してもよい。この場合において、制御部３７は、第４スイッチング素子２８の異常を検出した場合には、即座に、燃料噴射弁Ｌの駆動を停止して、燃料の噴射を停止させてもよい。
なお、上述した制御部３７の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、上記制御部３７の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
１ 電磁弁駆動装置
２３ ブートストラップ回路
２５ 第１スイッチング素子
２６ 第２スイッチング素子
２７ 第３スイッチング素子
２８ 第４スイッチング素子
３２ 第１スイッチ
３４ 第２スイッチ
３７ 制御部
６３ 異常制御部
６４ 電圧検出部

Claims (2)

  1. ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、
    前記ソレノイドコイルの第１端部とグランドとの間に配置される回生用スイッチング素子と、
    前記回生用スイッチング素子をオン状態及びオフ状態のいずれかに制御する制御部と、
    バッテリの出力電圧であるバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路と前記ソレノイドコイルの第１端部との間に配置される第１スイッチング素子と、
    前記バッテリと前記第１端部との間に配置される第２スイッチング素子と、
    前記ソレノイドコイルの第２端部とグランドとの間に配置される第３スイッチング素子と、
    前記第２端部とグランドとの間に配置され、前記第３スイッチング素子とは異なる第１スイッチと、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記ソレノイドコイルの第１端部の電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部が検出した電圧に基づいて、前記回生用スイッチング素子の異常を検出する異常検出部と、を有し、前記異常検出部が前記回生用スイッチング素子の異常を検出した場合には前記燃料噴射弁の駆動を停止し、
    前記異常検出部は、前記回生用スイッチング素子及び前記第１スイッチがともにオン状態である場合において前記電圧検出部が検出した電圧が所定値以上である場合には前記回生用スイッチング素子の異常を検出する電磁弁駆動装置。
  2. 前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオン状態にするために必要な電圧を生成するブートストラップコンデンサと、
    前記ブートストラップコンデンサとグランドとの間に配置される第２スイッチと、
    を備え、
    前記制御部は、前記第２スイッチをオン状態に制御することで、前記ブートストラップコンデンサに対して充電させ、
    前記異常検出部は、前記第２スイッチがオフ状態であって、且つ、前記回生用スイッチング素子及び前記第１スイッチがともにオン状態である場合において、前記電圧検出部が検出した電圧が前記所定値以上である場合には前記回生用スイッチング素子の異常を検出する、
    請求項１に記載の電磁弁駆動装置。
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