JPH0828333A - アクチュエータ用ソレノイド駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時の高速化を図るとともに、エネルギー
効率をも向上することのできるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置を提供する。 【構成】 電源1 により充電されるキャパシタ3 と、動
作初期にキャパシタ3 の充電エネルギーをソレノイドコ
イル4 へ放電させる放電回路(SW₁) と、残余の期間にコ
イル4 へ電源1 から直接保持電流を供給してアクチュエ
ータを動作状態に保持する保持回路(SW₂,D₁)とを備えた
アクチュエータ用ソレノイド駆動装置において、放電回
路をキャパシタ3 とソレノイドコイル4 とにより決定さ
れる共振サイクルのほぼ半サイクルに設定して、一旦コ
イルに4 蓄積されたエネルギーをキャパシタ3 に回収さ
せるようにする。また、それに加えて、放電回路(SW₁)
の作動後、保持回路(SW₂,D₁)の作動までに所定時間の不
作動期間を設定して、起動用の共振電流の消滅後にも残
留する残留磁力の低下を図るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクチュエータ用ソレ
ノイド駆動装置、特に内燃機関の燃料噴射弁や油圧バル
ブ等を操作するアクチュエータ用ソレノイドの駆動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料噴射弁を操作するアクチ
ュエータ用ソレノイドすなわちインジェクタソレノイド
や或る種の油圧バルブを操作するアクチュエータ用ソレ
ノイド等のような高速動作が必要なアクチュエータ用ソ
レノイドの駆動回路としては、例えば、バッテリ電源に
より駆動されるインジェクタソレノイドに関する実開昭
６３−１９８４４３号公報に示されているように、ソレ
ノイドの駆動に先立ってバッテリ電源を昇圧して蓄電装
置に蓄積しておき、駆動の際にその電荷を放電してソレ
ノイドに急速に大電流を供給して高速起動し、その後バ
ッテリ電源から保持電流を供給することが行われてい
る。

【０００３】図２０は、そのような従来のアクチュエー
タ用ソレノイド駆動回路の基本的な構成を示す回路図で
あり、図中、１は電圧Ｅ₀ のバッテリ電源、２は例えば
ＤＣ−ＤＣコンバータからなる出力電圧Ｖ₀ の高圧電源
回路、３は大容量Ｃの蓄電用キャパシタ、４は例えば燃
料噴射弁を操作するためのインダクタンスＬおよび抵抗
Ｒを有するアクチュエータ用ソレノイドコイル、ＳＷ₁
は起動用の第１のスイッチ、ＳＷ₂ は保持用の第２のス
イッチ、Ｄ₁ は保持回路の逆流防止用ダイオードであ
る。

【０００４】図２１は、その従来のアクチュエータ用ソ
レノイド駆動回路の基本的な構成における各部の動作波
形の一例を示すタイムチャートである。例えば内燃機関
の運転状態に応じて決定される燃料噴射信号である制御
入力信号に対応して作成された制御信号により、それぞ
れ、スイッチＳＷ₁ およびＳＷ₂ が初期のＴ₁'時間およ
び残余のＴ₂'時間オンに制御される。まず、スイッチＳ
Ｗ₁ がオンになると、バッテリ電源１を高圧電源回路２
により昇圧した電圧Ｖ₀ に充電されていたキャパシタ３
がソレノイドコイル４を通して放電され、キャパシタ３
の容量Ｃとコイル４のインダクタタンスＬにより決まる
共振電流Ｉ₁ が流れる。これにより、ソレノイドコイル
４が急速に起動され、燃料噴射弁（図示せず）が高速で
開弁作動される。

【０００５】制御信号ＳＷ₁ の時間Ｔ₁'すなわち起動期
間は、共振電流Ｉ₁ のほぼ１／４サイクルの終了時、例
えばキャパシタ３の両端電圧Ｖ₁ あるいはソレノイドコ
イル４の両端電圧Ｖ_sol がバッテリ電圧Ｅ₀ 以下となる
時点、例えば、ほぼゼロに設定されている。この時点に
おいて、スイッチＳＷ₁ が開かれ、制御信号ＳＷ₂ によ
りスイッチＳＷ₂ がオンにされる。これにより、残りの
制御時間Ｔ₂'すなわち保持期間の間、高圧電源回路２を
介することなく、バッテリ電源１からダイオードＤ₁ を
通して直接ソレノイドコイル４に保持電流Ｉ₂ が供給さ
れる。なお、Ｖ _C はキャパシタ３の両端電圧、Ｉ_sol は
ソレノイドコイル４を流れる動作電流を示している。

【０００６】図２２は、従来のアクチュエータ用ソレノ
イド駆動回路の基本的な構成における各部の動作波形の
他の例を示しており、図２１の例と異なるところは、保
持期間Ｔ₂'においてスイッチＳＷ₂ が断続的なスイッチ
ング動作を行いながら、ほぼ一定の保持電流Ｉ₂ したが
って保持期間Ｔ₂'のソレノイドコイル４の動作電流Ｉ
_sol を供給するようにして、ソレノイドの保持用エネル
ギーが節約されるように設計されている点である。な
お、図中、ソレノイドコイル４の動作電流Ｉ_sol の波形
にはスイッチング時の過渡的な状態が例示されており、
また、磁力の波形は、アクチュエータを作動させるソレ
ノイドコイル４の磁界の強さの時間的変化を示してお
り、更に、可動子位置の波形は、その磁力により移動さ
れるアクチュエータ可動子の位置の時間的変化を示して
いる。これらの波形は、図２１には特に例示されてはい
ないが、図２１に示されている動作例の場合もほぼ同様
なものとなるのであり、ここに代表して例示されてい
る。

【０００７】また、図２３は、従来のアクチュエータ用
ソレノイド駆動回路の基本的な構成を示す回路図の変形
例であり、図２０の構成例と異なるところは、スイッチ
ＳＷ ₂ が省略されて、スイッチＳＷ₁ およびスイッチＳ
Ｗ₂ を兼用するスイッチＳＷ ₁'がソレノイドコイル４の
起動および保持に共通な回路部分に設けられている点で
ある。なお、保持期間Ｔ₂'中スイッチＳＷ₁'は図２２の
動作例と同様にスイッチングされており、また、特に図
示されてはいないが、その間高圧電源回路２の高圧供給
動作は停止されている。更に、動作電流Ｉ_sol 、磁力お
よび可動子位置の波形は、図２２と同様なものとして例
示されている。

【０００８】上述したように、従来のアクチュエータ用
ソレノイド駆動回路においては、ソレノイドコイル４に
は図示されているような初期に急速に立ち上がるほぼ１
／４サイクルの共振電流が流れ、その後ほぼ一定の保持
電流となる動作電流Ｉ_sol が流れる。これにより、作動
初期に瞬間的に大電流により燃料噴射弁を高速起動さ
せ、以後開弁状態を保持するための保持電流が供給され
て制御入力信号の期間中開弁状態が保持されることとな
る。このような構成により、アクチュエータ用ソレノイ
ドの高速化を実現しつつ、シンプルでかつ信頼性が高
く、しかも、エネルギーロスの少ない回路設計を可能と
し、また、高圧電源回路としてのＤＣ−ＤＣコンバータ
の小型化をも可能とするものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た構成のアクチュエータ用ソレノイド駆動装置において
は、起動時の高速化のためにキャパシタ３の放電により
ソレノイドコイル４に大量に供給されたエネルギーが同
コイル中４に不要に蓄積され、その抵抗Ｒ等により消費
されることとなることから、エネルギー効率が良好でな
いという問題がある。加えて、上記した回路構成におい
ては、起動用の共振電流Ｉ₁ がほぼ最大の時点におい
て、その電流Ｉ₁ を遮断してほぼ一定の保持電流Ｉ₂ に
切り換える必要があり、例えば図２２の動作電流Ｉ_sol
波形に示されているように、スイッチングノイズが発生
したり、また、スイッチング手段に高耐圧が必要となる
という問題がある。

【００１０】また、ソレノイドコイルの電磁特性から、
ソレノイドコイル４を流れる起動電流Ｉ₁ に対して、ソ
レノイドコイル４により発生される磁界、したがって、
ソレノイドアクチュエータを作動させる磁力は位相遅れ
を持っている。そこで、上記したソレノイドの起動後に
磁力は直ちに低下せず、しばらくの間は、ソレノイドア
クチュエータの作動力、すなわち、例えば燃料噴射弁を
開弁方向に付勢する推力が残存することとなる。それに
もかかわらず、起動期間Ｔ₁'の終了後直ちに保持電流Ｉ
₂ が供給されており、余分なエネルギーの供給がなされ
ているばかりでなく、その保持電流Ｉ₂ に基づく磁力が
図２２の磁力波形中に一点鎖線により例示されているソ
レノイドアクチュエータの復帰用バネ力を打ち消してし
まい、却ってその推力の低下を遅らせることとなってい
る。

【００１１】したがって、例えば図２２（あるいは図２
４）の磁力波形中に例示されているように、そのような
推力が残存している間に制御入力、例えば、燃料噴射弁
の開弁制御信号が終了する場合には、保持期間Ｔ₂'の終
了時にその残存する推力のうちのバネ力以上の余分な力
に基づく動作遅れが生じて、バネ力に見合う保持力から
復帰するための最小の復帰動作時間にその動作遅れが加
算され、それだけソレノイドアクチュエータの実際の復
帰動作時間、例えば、燃料噴射弁の実閉弁時間が長引く
という問題がある。

【００１２】そこで、本発明は、ソレノイドの作動の高
速化を図るとともに、不要なエネルギーをも回収するこ
とのできるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置を提供
することを目的とする。また、本発明は、ソレノイドの
作動の高速化を図るとともに、不要なエネルギーを回収
することができ、しかも、復帰動作にも遅延のないアク
チュエータ用ソレノイド駆動装置を提供することを目的
とする。

【００１３】更に、本発明は、ソレノイドの作動の高速
化を図るとともに、不要なエネルギーを回収し、かつ、
それを有効利用することによって、エネルギー効率をも
向上することのできるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置を提供することを目的とする。更にまた、本発明
は、ソレノイドの作動の高速化を図るとともに、不要な
エネルギーを回収し、かつ、それを有効利用することに
よって、エネルギー効率を向上することができ、しか
も、復帰動作にも遅延のないアクチュエータ用ソレノイ
ド駆動装置を提供することを目的とする。

【００１４】具体的には、本発明は、ソレノイドの作動
の高速化のためにキャパシタの放電を用いてソレノイド
コイルにエネルギーを供給するとともに、供給されたエ
ネルギーをそのキャパシタに回収することによって、起
動動作の高速化を図るとともに不要なエネルギーをも回
収することのできるアクチュエータ用ソレノイド駆動装
置を提供することを目的とする。

【００１５】また具体的には、本発明は、ソレノイドの
作動の高速化のためにキャパシタの放電を用いてソレノ
イドコイルにエネルギーを供給するとともに、供給され
たエネルギーをそのキャパシタに回収し、かつ、そのキ
ャパシタに回収されたエネルギーを次回のソレノイドの
作動、あるいは、引き続くソレノイドの保持動作や復帰
動作に有効利用することによって、ソレノイドの作動の
高速化を図るとともにエネルギー効率を向上することが
できるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置を提供する
ことを目的とする。

【００１６】更に具体的には、本発明は、ソレノイドの
作動の高速化のためにキャパシタの放電を用いてソレノ
イドコイルにエネルギーを供給するとともに、供給され
たエネルギーをそのキャパシタに回収することによっ
て、ソレノイドの作動の高速化を図るとともにエネルギ
ー効率を向上し、しかも、ソレノイド作動用推力の低下
を待って保持動作を行うことによって、更にエネルギー
効率を向上することのできるアクチュエータ用ソレノイ
ド駆動装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によるアクチュエ
ータ用ソレノイド駆動装置は、基本的に、電源により充
電されるキャパシタと、ソレノイドアクチュエータを作
動させるためのソレノイドコイルと、ソレノイドアクチ
ュエータの動作制御時間の初期の第１の期間においてキ
ャパシタの充電エネルギーをソレノイドコイルへ放電さ
せてソレノイドアクチュエータを作動させる放電回路
と、ソレノイドアクチュエータの動作制御時間のうち第
１の期間を除く残余の期間内であって、少なくとも終了
時点が一致する第２の期間において電源からソレノイド
コイルに保持電流を供給してソレノイドアクチュエータ
を動作状態に保持する保持回路とを備えたアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置において、放電回路が作動され
る第１の期間がキャパシタとソレノイドコイルとにより
決定される共振サイクルのほぼ半サイクルに設定されて
おり、その第１の期間内において、キャパシタの充電エ
ネルギーがソレノイドコイルに転送され、その後、再び
上記キャパシタに回収されるように構成されるまた、そ
のような構成において、放電回路が作動される第１の期
間と保持回路が作動される第２の期間との間に所定時間
の第３の期間が設定され、かつ、その第３の期間におい
て、放電回路および保持回路がともに不作動とされるよ
うに構成される。

【００１８】次に、それらの構成のいずれかにおいて、
放電回路がキャパシタとソレノイドコイルとの接続関係
を反転させるための第１の切替スイッチ手段を有してお
り、その第１の切替スイッチ手段は、放電回路が作動さ
れる第１の期間の後半のキャパシタにエネルギーが回収
される期間において、キャパシタとソレノイドコイルと
の接続関係を反転させるように構成される。

【００１９】また、同じく上記した構成のいずれかであ
って、キャパシタと電源との接続関係を反転させるため
の第２の切替スイッチ手段を更に備え、かつ、その第２
の切替スイッチ手段は、引き続くソレノイドアクチュエ
ータの動作制御のためにキャパシタを電源により充電す
る際に、キャパシタと電源との接続関係を反転させるよ
うに構成される。

【００２０】また更に、同じく上記した構成のいずれか
であって、キャパシタに並列に接続された第３のスイッ
チ手段およびダミーコイルの直列接続回路であって、そ
の第３のスイッチ手段が、放電回路が作動される第１の
期間の終了後で引き続くソレノイドアクチュエータの動
作制御の開始前の間の適当な時期に、キャパシタとダミ
ーコイルとにより決定される共振サイクルのほぼ半サイ
クルの間オンに制御される直列接続回路を更に備え、そ
して、その第３のスイッチ手段のオン制御により、キャ
パシタに回収されたエネルギーに基づいてキャパシタと
その直列接続回路とで形成される閉回路に共振電流を流
し、キャパシタを逆充電するように構成される。

【００２１】また更に、同じく上記した構成のいずれか
であって、ソレノイドアクチュエータの動作制御時間の
終了直後から所定時間作動され、キャパシタに回収され
たエネルギーをソレノイドコイルへ放出するための放出
回路を更に備えるように構成される。本発明によるアク
チュエータ用ソレノイド駆動装置は、更に、電源により
充電されるキャパシタと、ソレノイドアクチュエータを
作動させるためのソレノイドコイルと、ソレノイドアク
チュエータの動作制御時間の初期の第１の期間において
キャパシタの充電エネルギーをソレノイドコイルへ放電
させてソレノイドアクチュエータを作動させる放電回路
であって、その第１の期間がキャパシタとソレノイドコ
イルとにより決定される共振サイクルのほぼ半サイクル
に設定されており、かつ、その第１の期間内において、
キャパシタの充電エネルギーがソレノイドコイルに転送
され、その後、再びキャパシタに回収されるようになっ
ている放電回路と、ソレノイドアクチュエータの動作制
御時間のうち第１の期間を除く残余の期間内であって、
少なくとも終了時点が一致する第２の期間において、キ
ャパシタに回収されたエネルギーに基づいてソレノイド
コイルへ保持電流を供給してソレノイドアクチュエータ
を動作状態に保持する保持回路とを備えるように構成さ
れる。

【００２２】加えて、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置は、上記した全ての構成のいずれかで
あって、更に、ソレノイドコイルへの保持電流の供給開
始時点近傍におけるコイルエネルギーを検出するコイル
エネルギー検出手段と、そのコイルエネルギー検出手段
により検出されたコイルエネルギーに応じて放電回路を
作動させる第１の期間をフィードバック制御するフィー
ドバック制御手段とを備えるように構成される。

【００２３】

【作用】上記構成によれば、ソレノイドアクチュエータ
の動作制御初期にキャパシタからソレノイドコイルに共
振作用によりエネルギーが供給されて、ソレノイドアク
チュエータの高速起動が実現されるとともに、その高速
起動に消費されるエネルギー以外のエネルギーはソレノ
イドコイルに蓄積されることなく、第１の期間の後半に
再びキャパシタに回収される。これにより、ソレノイド
アクチュエータの制御性を改善し、かつ、エネルギー効
率を向上することが可能となる。

【００２４】この場合、ソレノイドアクチュエータの高
速起動後、所定時間を置いて、保持電流を供給するよう
にすれば、残留磁力を低下させることができ、ソレノイ
ドアクチュエータの復帰時間を短縮することができる。
次に、キャパシタとソレノイドコイルとの接続関係を反
転させて、回収されるエネルギーによりキャパシタが同
極性に再充電されるようにすれば、ソレノイドアクチュ
エータの引き続く動作のための充電エネルギーとして利
用することが可能となる。また、ソレノイドアクチュエ
ータの引き続く動作において、キャパシタと電源との接
続関係を反転させて充電し、かつ、ソレノイドコイルへ
の動作電流を引き続く動作毎に反転させれば、同様に、
キャパシタに回収されたエネルギーをソレノイドアクチ
ュエータの引き続く動作のための充電エネルギーとして
利用することが可能となる。

【００２５】また更に、キャパシタへのエネルギーの回
収後に、キャパシタにダミーコイルを時限的に接続して
共振電流を流し、更に逆極性に充電させるようにすれ
ば、同様に、キャパシタに回収されたエネルギーをソレ
ノイドアクチュエータの引き続く動作のための充電エネ
ルギーとして利用することが可能となる。また更に、ソ
レノイドアクチュエータの動作制御時間の終了時にキャ
パシタに回収されたエネルギーをソレノイドコイルに放
出するようにすれば、ソレノイドコイルに逆方向の電流
を流すことができ、ソレノイドアクチュエータの復帰時
間を短縮することが可能となる。

【００２６】更に、ソレノイドアクチュエータの動作状
態を保持するための第２の期間に、キャパシタに回収さ
れたエネルギーをソレノイドコイルに供給することがで
きるように保持回路を構成すれば、回収されたエネルギ
ーを保持電流として利用することが可能となる。加え
て、フィードバック制御手段を設けることにより、エネ
ルギーの放電および回収に必要な時間を必要最小限のも
のとして、ソレノイドアクチュエータ動作制御の最小制
御可能時間を広げることができるとともに、エネルギー
ロスを低減することが可能となる。

【００２７】

【実施例】図１は、本発明によるアクチュエータ用ソレ
ノイド駆動装置の基本原理を実施するための基本回路構
成図であり、電圧Ｅ₀ のバッテリ電源１、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータからなる出力電圧Ｖ₀ の高圧電源回路２、大容
量Ｃの蓄電用キャパシタ３、インダクタンスＬおよび抵
抗Ｒを有する例えば内燃機関の燃料噴射弁操作のための
アクチュエータ用ソレノイドコイル４、起動用の第１の
スイッチＳＷ₁ 、保持用の第２のスイッチＳＷ₂ および
保持回路の逆流防止用ダイオードＤ₁ は、上記した図２
０に示されている従来のアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の構成要素と同等である。

【００２８】図２は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の基本回路構成における動作波形すな
わち基本動作波形の一例を示すタイムチャートであり、
図イと同様にＩ₁ は共振電流、Ｉ₂ は保持電流、Ｖ_C は
キャパシタ３の両端電圧、Ｉ _sol およびＶ_sol はそれぞ
れソレノイドコイル４の電流およびその両端電圧を示し
ている。上記した従来のアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の動作と異なるところは、起動用の第１のスイッ
チＳＷ₁ の作動時間Ｔ₁ が共振電流Ｉ₁ のほぼ半サイク
ルに設定されており、コイル４の両端電圧Ｖ_sol が反転
し、共振電流Ｉ ₁ が極大値に達した後再びゼロとなる時
点においてスイッチＳＷ₁ がオフとなる。同時に、第２
のスイッチＳＷ₂ がオンとなり、ソレノイドコイル４に
バッテリ電源１から第２のスイッチＳＷ₂ およびダイオ
ードＤ₁ を経て直接に保持電流Ｉ ₂ が供給される。した
がって、燃料噴射弁（図示せず）は、上記従来の装置と
同様に、共振電流Ｉ₁ の初期の１／４サイクルにおいて
高速に起動され、その後、共振電流Ｉ₁ の後半ほぼ１／
４サイクルおよび保持電流Ｉ₂ により開弁状態に保たれ
ることとなる。

【００２９】このような基本動作においては、電圧Ｖ_C
波形に示されているように、高圧電源回路２の高圧Ｖ₀
に充電されていたキャパシタ３は、上述した共振サイク
ルの最初の１／４サイクルで放電し、次の１／４サイク
ルで逆充電される。そして、コイルのエネルギーＥ波形
に示されているように、最初の１／４サイクルにおいて
ソレノイドコイル４中に蓄えられたエネルギーは、ソレ
ノイド起動の仕事に消費された分低下するが、次の１／
４サイクルにおいてキャパシタ３に転送され、ソレノイ
ドコイル４中に不要に蓄えられることはなくなる。

【００３０】すなわち、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の基本動作においては、ＬＣ共振作
用によりキャパシタ３に蓄えられたエネルギーをソレノ
イドコイル４に急速に供給してソレノイドアクチュエー
タを高速起動するとともに、そのＬＣ共振作用を更に積
極的に利用して、キャパシタ３が再充電されるように
し、それを可能とするように起動期間Ｔ₁ が設定されて
いることとなる。これにより、ソレノイドアクチュエー
タの起動のために消費されたエネルギー以外の余分なエ
ネルギーはキャパシタ３に回収されることとなり、コイ
ルのエネルギーＥの波形中に点線により示されているよ
うにソレノイドコイル４に不要に蓄積されることがなく
なる。

【００３１】このような本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の基本構成によれば、アクチュエー
タ用ソレノイドの高速起動および保持に必要なエネルギ
ーのみが供給され、前述した従来の装置のように不要に
蓄積され、無駄に消費されることがなくなる。こうして
エネルギーロスを軽減することができるので、前述した
ようなアクチュエータ用ソレノイドの高速化を実現しつ
つ、シンプルかつ信頼性が高く、しかも、エネルギーロ
スの少ない回路設計を可能とし、また、高圧電源回路と
してのＤＣ−ＤＣコンバータの小型化をも可能とすると
いうこの種高速作動回路の利点に加えて、更にキャパシ
タの容量、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧や電力容量
を減少させることができ、小型化かつ低コスト化を図る
ことが可能となる。

【００３２】更に、本発明によるアクチュエータ用ソレ
ノイド駆動装置の基本構成によれば、ソレノイドコイル
４の起動用の動作電流Ｉ₁ がほぼゼロとなった時点にお
いて、スイッチＳＷ₁ およびスイッチＳＷ₂ を切替え制
御することができるので、スイッチングノイズの発生を
極力低減することが可能となる。また、スイッチに要求
される耐圧性を緩和することも可能となり、例えば、ス
イッチＳＷ₁ におけるサージ吸収回路が不要となる。

【００３３】更にまた、ソレノイドアクチュエータの起
動に共振を利用しつつ、電流がゼロとなる時点まで動作
電流を流すようにしているので、スイッチＳＷ₁ にサイ
リスタを利用することができ、高電圧の流し出し回路が
安価かつ簡単に構成される。また、サイリスタを利用す
れば、電流＝０の時点でサイリスタ自身がオフとなるの
で、オフタイミングの制御が不要となり、タイミング制
御が簡単となる。

【００３４】加えて、ソレノイドコイル４に不要に蓄え
られるエネルギーがなくなり、ソレノイドアクチュエー
タに送られるエネルギーを必要最少限のものとすること
ができるので、ソレノイドの発熱が抑制され、そして、
発熱が少なく、かつ、上述したようにサージも小さいこ
とから、ソレノイドアクチュエータを小型化することが
可能となり、それだけ高速化を図ることが可能となる。
しかも、後述するように、ソレノイドコイル４に送られ
るエネルギーのうち不要な分はキャパシタに回収され、
例えば引き続くアクチュエータ動作のための昇圧のため
等に利用することができ、省エネルギーを図ることがで
きる。

【００３５】ところで、上述したように、ソレノイドコ
イルの電磁特性によれば、ソレノイドコイル４を流れる
共振電流Ｉ₁ に対して、ソレノイドコイル４により発生
される磁界、したがって、ソレノイドを作動させる磁力
は位相遅れを持っている。そこで、上記した起動期間Ｔ
₁ 内の共振の半サイクルの後半の１／４サイクルにおけ
るように共振電流Ｉ₁ が減少しても、磁力は直ちに低下
せず、ソレノイドアクチュエータの起動が減速あるいは
停止されることはない。そして、その磁力が働いている
しばらくの間は、ソレノイドアクチュエータに作動保持
力を供給することは不要となる。本発明によるアクチュ
エータ用ソレノイド駆動装置の第１の実施例は、そのよ
うなソレノイドアクチュエータの作動原理に基づくもの
であり、その回路構成は図１に示されている本発明によ
るアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の基本回路構成
と同等である。

【００３６】図３は、この本発明によるアクチュエータ
用ソレノイド駆動装置の第１の実施例における動作波形
の一例を示すタイムチャートであり、上記した本発明に
よるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の基本回路構
成における動作波形を示す図２と同様に、Ｉ₁ はソレノ
イドアクチュエータ起動用の共振電流、Ｉ₂ は保持電
流、Ｖ_C はキャパシタ３の両端電圧、Ｉ_sol およびＶ
_sol はそれぞれソレノイドコイル４の電流およびその両
端電圧を示している。この第１の実施例においては、起
動期間Ｔ₁ と保持期間Ｔ₂ との間に所定時間のスイッチ
ＳＷ₁ およびスイッチＳＷ₂ がオフの期間Ｔ₃ 、すなわ
ち、ソレノイド電流Ｉ_sol ＝０の期間が設けられてお
り、この期間Ｔ₃ において、上記した起動用共振電流Ｉ
₁ に基づいた残存磁力を所望のレベルにまで低下させる
ことができる。

【００３７】この本発明によるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第１の実施例によれば、上記した本発明
によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の基本構成
に基づいてソレノイドの起動の高速化を図り、かつ、不
要なエネルギーを回収することができるとともに、図中
の磁力波形に示されているように、起動後早期に磁力を
バネ力より少し大きい値にまで低下させることができる
ので、残存磁力によるソレノイド復帰時の動作遅れを僅
かなものとすることができ、例えば燃料噴射弁の実閉弁
時間が長引くことは解消される。図４（Ａ）（Ｂ）およ
び（Ｃ）は、それぞれ、この第１の実施例に基づく実例
を用いて実測したコイル電流（Ａ）、上記した磁力に代
わる推力(kgf) および上記した可動子位置に代わる可動
子移動量(μm)を示している。

【００３８】次に、上述した本発明によるアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置の基本構成および第１の実施例
においては、起動期間Ｔ₁ の後半におけるエネルギー回
収のためのキャパシタ３の再充電は放電前の極性と逆極
性に行われ、その両端電圧Ｖ _C は図２あるいは図３に示
されているように負の値となる。そのため、例えば次の
燃料噴射のために電源側からキャパシタ３を正極性に再
充電する際に、それを打ち消すために余分なエネルギー
を供給する必要が生じ、回収されたエネルギーの有効利
用が行われていないこととなる。そこで、更に本発明
は、上述したように回収されたエネルギーを有効に利用
するために、以下のような各種の改善策を提案する。

【００３９】図５は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第２の実施例の構成を示す回路構成
図であり、電圧Ｅ₀ のバッテリ電源１、ＤＣ−ＤＣコン
バータからなる出力電圧Ｖ₀ の高圧電源回路２、大容量
Ｃの蓄電用キャパシタ３、インダクタンスＬおよび抵抗
Ｒを有する内燃機関の燃料噴射弁操作のためのアクチュ
エータ用ソレノイドコイル４、起動用の第１のスイッチ
ＳＷ₁ 、保持用の第２のスイッチＳＷ₂ および保持回路
の逆流防止用ダイオードＤ₁ は、上記した図１に示され
ている本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装
置の基本回路構成の構成要素と同等である。本実施例に
おいては、更に、キャパシタ３とソレノイドコイル４と
の間に、それらの接続を反転するための同期制御される
二個の二端子スイッチからなる切替スイッチ、例えば、
連動切替スイッチＳＷ₃ が設けられている。

【００４０】図７は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第２の実施例における動作波形の一
例を示すタイムチャートである。例えば燃料噴射信号で
ある制御入力信号から生成された制御信号により第１の
スイッチＳＷ₁ および第２のスイッチＳＷ₂ が、それぞ
れ、初期のＴ₁ 時間および残余のＴ₂ 時間オンに制御さ
れる。通常、切替スイッチＳＷ₃ は起動用の第１のスイ
ッチＳＷ₁ が接続されている端子側、すなわち正の側、
に接続されており、起動用の第１のスイッチＳＷ₁ がオ
ンになると、それまでバッテリ電源１を高圧電源回路２
により昇圧した電圧Ｖ₀ に充電されていたキャパシタ３
の電荷は、切替スイッチＳＷ₃ 、スイッチＳＷ₁ および
ソレノイドコイル４を経て、キャパシタ３の容量Ｃおよ
びソレノイドコイル４のインダクタンスＬにより決定さ
れる共振電流Ｉ₁ として放電される。

【００４１】第１のスイッチＳＷ₁ のオン制御時間Ｔ₁
は、前記した本発明によるアクチュエータ用ソレノイド
駆動装置の基本構成におけるように、共振電流Ｉ₁ のほ
ぼ半サイクルに設定されており、コイル４の両端電圧Ｖ
_sol が反転し、共振電流Ｉ₁が極大値に達した後再びゼ
ロとなる時点においてスイッチＳＷ₁ がオフとなる。そ
の後、第２のスイッチＳＷ₂ がオンとなり、ソレノイド
コイル４にバッテリ電源１から第２のスイッチＳＷ₂ お
よびダイオードＤ₁ を経て直接に保持電流Ｉ₂が供給さ
れる。したがって、燃料噴射弁（図示せず）は、共振電
流Ｉ₁ の初期の１／４サイクルにおいて高速に起動さ
れ、その後、共振電流Ｉ₁ の後半ほぼ１／４サイクルお
よび保持電流Ｉ₂ により開弁状態に保たれることとな
る。なお、図２におけると同様に、Ｖ_C はキャパシタ３
の両端電圧、Ｉ_sol はソレノイドコイル４の電流を示し
ている。

【００４２】このような燃料噴射弁の作動に並行して、
図７に示されているように、例えば、ソレノイドコイル
４の両端電圧Ｖ_sol が反転する時点、すなわち、共振電
流Ｉ ₁ の初期の１／４サイクルに達した時点において、
切替スイッチＳＷ₃ がスイッチＳＷ₁ が接続されていな
い方の端子の側、すなわち逆の側、に切替えられる。こ
れにより、共振電流Ｉ₁ の前半の１／４サイクルにおい
てキャパシタ３に充電されていたエネルギーがソレノイ
ドコイル４に移り、次いで、共振電流Ｉ₁ の後半の１／
４サイクルにおけるキャパシタ３が逆充電される期間
に、切替スイッチＳＷ₃ によりキャパシタ３とソレノイ
ドコイル４の接続関係が反転されるので、キャパシタ３
は再び最初の充電極性に充電されることとなる。

【００４３】すなわち、ソレノイドアクチュエータの作
動のためにソレノイドコイル４に大量に供給され、そし
て、その高速起動という仕事に消費されるエネルギー以
外のエネルギーはソレノイドコイル４に蓄積されるが、
その蓄積されたエネルギーは再びキャパシタ３を元の極
性に充電し、キャパシタ３に回収されることとなる。し
たがって、図７のキャパシタ３の両端電圧Ｖ_C の波形に
示されているように、その後、次の燃料噴射のためにキ
ャパシタ３を充電するには、このソレノイドの高速起動
の仕事に消費された不足分ΔＶ_C をバッテリ電源１およ
び高圧電源回路２により補充すればよいこととなる。

【００４４】なお、この第１の実施例においては、更に
必要に応じて、高圧電源回路２とキャパシタ３との間に
スイッチスイッチＳＷ₄ を挿入し、スイッチＳＷ₁ と同
期してオンオフ制御するように構成する。こうすれば、
ソレノイドコイル４に蓄積されたエネルギーがキャパシ
タ３に戻されるタイミングにおいて、キャパシタ３が高
圧電源側から充電されることが防止され、より多くのエ
ネルギーが回収されることとなる。

【００４５】このように、本発明によるアクチュエータ
用ソレノイド駆動装置の第２の実施例によれば、アクチ
ュエータ用ソレノイドの高速起動および保持に必要なエ
ネルギーのみが供給され、前述した従来の装置のように
不要に蓄積され、無駄に消費されることがなくなり、エ
ネルギーロスを実質的に保持回路中のダイオードＤ₁に
よるもののみとすることができる。こうしてエネルギー
ロスを軽減することができるので、前述したようなアク
チュエータ用ソレノイドの高速化を実現しつつ、シンプ
ルかつ信頼性が高く、しかも、エネルギーロスの少ない
回路設計を可能とし、また、高圧電源回路としてのＤＣ
−ＤＣコンバータの小型化をも可能とするというこの種
高速作動回路の利点に加えて、更にキャパシタの容量、
ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧や電力容量を減少させ
ることができ、小型化かつ低コスト化を図ることが可能
となる。

【００４６】図６は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第２の実施例の変形実施例の構成を
示す回路構成図であり、図５に示されている第２の実施
例の構成中、切替スイッチＳＷ₃ の代わりに、ソレノイ
ドコイル４の両端電圧Ｖが反転した時にキャパシタ３と
コイル４とを自動的に逆接続するようにブリッジ接続さ
れたダイオードＤ₂ 、Ｄ₃ 、Ｄ₄ およびＤ₅ が設けられ
ており、そして、スイッチＳＷ₁ は、例えば図７の動作
波形における波形ＳＷ₁ 中に点線図示されているよう
に、ソレノイドコイル４の両端電圧が正から負に反転す
るタイミングにおいてオフにされる。

【００４７】この変形実施例の動作は、基本的には、上
述した第２の実施例と同様である。すなわち、起動用の
第１のスイッチＳＷ₁ がオンになると、それまでバッテ
リ電源１を高圧電源回路２により昇圧した電圧Ｖ₀ に充
電されていたキャパシタ３の電荷は、ダイオードＤ₂ お
よびＤ₅ 、スイッチＳＷ₁ およびソレノイドコイル４を
経て、キャパシタ３の容量Ｃおよびコイル４のインダク
タンスＬにより決定される共振電流Ｉ₁ として放電され
る。なお、この期間においては、ダイオードＤ ₃ および
Ｄ₄ は、逆電圧が印加されているので、導通しない。

【００４８】第１のスイッチＳＷ₁ のオン制御時間は、
ほぼＴ₁ ／２に設定されており、コイル４の両端電圧Ｖ
_sol が正から負に反転する時点にスイッチＳＷ₁ がオフ
となる。それにより、以後の共振電流Ｉ₁ はダイオード
Ｄ₃ およびＤ₄ を通ることとなり、キャパシタ３に対し
て反転された共振電流Ｉ₁ によりキャパシタ３は放電前
と同じ極性に充電される。すなわち、放電したエネルギ
ーのうち、ソレノイドの起動に用いられ仕事に消費され
るエネルギーを除いたエネルギーがキャパシタ３に戻さ
れることとなる。なお、それ以後の共振電流Ｉ₁ は、既
にスイッチＳＷ ₁ がオフに制御されているので、流れる
ことはない。

【００４９】そして、共振電流Ｉ₁ のほぼ半サイクル後
に、第２のスイッチＳＷ₂ がオン制御され、逆流防止ダ
イオードＤ₁ を経て、それ以後の制御入力信号の継続時
間であるＴ₂ 時間中バッテリ電源１から直接コイル４に
保持電流Ｉ₂ を供給する。また、同時に、第２の実施例
と同様に、キャパシタ３は、回収されたエネルギーに加
えて、バッテリ電源１を高圧電源回路２により昇圧した
電圧Ｖ₀ によって充電され、消費された不足分ΔＶ_C が
補足され、その両端電圧Ｖ_C は図示のように変化する。

【００５０】この本発明によるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第２の実施例の変形実施例によれば、上
記第２の実施例と同様に、ソレノイドコイルに不要に蓄
積され、無駄に消費されるエネルギーロスを軽減しつ
つ、アクチュエータ用ソレノイドの高速化を実現するこ
とができ、更に、同期制御される切替スイッチに代えて
ダイオードによる自動接続切替回路を用いていることか
ら、よりシンプルかつ信頼性が高くなり、更に、小型化
かつ低コスト化を図ることが可能となる。

【００５１】図８は、本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の第３の実施例の構成を示す回路構成
図であり、電圧Ｅ₀ のバッテリ電源１、ＤＣ−ＤＣコン
バータからなる出力電圧Ｖ₀ の高圧電源回路２、大容量
Ｃの蓄電用キャパシタ３、インダクタンスＬおよび抵抗
Ｒを有する内燃機関の燃料噴射弁操作のためのアクチュ
エータ用ソレノイドコイル４、起動用の第１のスイッチ
ＳＷ₁ 、保持用の第２のスイッチＳＷ₂ および保持回路
の逆流防止用ダイオードＤ₁ は、上記した図１に示され
ている本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装
置の基本的構成要素と同等であり、この第３の実施例に
おいては、上記した第２の実施例における極性転換スイ
ッチＳＷ₃ に代えて、高圧電源回路２とキャパシタ３と
の間にそれらの接続関係を転換するための連動切替スイ
ッチＳＷ₅ および保持回路とソレノイドコイル４との接
続関係を転換するための逆流防止用ダイオードＤ₆ およ
び連動切替スイッチＳＷ₆ が設けられている。

【００５２】図９は、本発明のアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第３の実施例における動作波形の一例を
示すタイムチャートである。この第３の実施例において
は、図９の切替スイッチＳＷ₅ の制御波形およびキャパ
シタ３の両端電圧Ｖ_C 波形から明らかなように、引き続
く燃料噴射において、電源からのキャパシタ３の充電極
性が反転され、キャパシタ３からソレノイドコイル４に
供給する駆動用電流の極性が反転される。それにより、
上述した図１および図２に示されている本発明によるア
クチュエータ用ソレノイド駆動装置の基本原理において
説明した共振の半サイクルにおいてキャパシタ３に返送
されたエネルギーが、次の燃料噴射のために行われるキ
ャパシタ３の反転された極性への充電に有効利用される
こととなる。

【００５３】なお、図示された回路構成においては、切
替スイッチＳＷ₅ は保持期間Ｔ₂ の終了後すなわち一つ
のソレノイドアクチュエータ制御入力の終了後に切替え
られて、キャパシタ３の反転された極性への充電が開始
されるように制御されることが必要であり、そのために
は、高圧電源回路２の出力制御あるいは上記した本発明
の第２の実施例におけるスイッチＳＷ₄ と同様なスイッ
チを設けて、キャパシタ３の充電開始を制御することが
有効である。

【００５４】このソレノイドコイル４への駆動用電流の
反転と同期して切替スイッチＳＷ₆を切替えて、バッテ
リ１から供給されるソレノイドコイル４への保持電流も
反転される。これにより、図中のＩ_sol 波形に示されて
いるように、保持電流もまた起動電流の反転と同期して
その極性が反転されることとなる。なお、反転時の保持
回路は、保持期間中は起動用スイッチＳＷ₁ がオフにさ
れており、切替スイッチＳＷ₅ の切替えによってはソレ
ノイドコイル４の図中上端とバッテリ１の負極とが接続
されないので、連動切替スイッチＳＷ₆ によりそれらを
接続する回路を形成することが必要となるが、例えば、
図中のＩ_sol 波形に点線で示すように、簡単化のために
保持電流を、反転することなく、常に正極性で供給する
ようにすることも可能である。この場合、起動電流の反
転時に、保持電流を供給する際にエネルギーロスが生じ
ることとなるが、保持電流の供給開始時にはほぼコイル
電流はゼロとなっているので、格別大きなロスとはなら
ない。

【００５５】この第３の実施例によれば、上記第２の実
施例と同様に、ソレノイドコイル４に不要に蓄積されて
いたエネルギーをキャパシタ３に回収し、かつ、次の燃
料噴射のために回収したエネルギーを有効利用すること
ができるので、エネルギーロスを軽減してアクチュエー
タ用ソレノイドの高速化を実現しつつ、シンプルかつ信
頼性が高く、しかも、小型化かつ低コスト化を図ること
が可能となるとともに、ソレノイドコイル４に交互に逆
向きの電流を流すことによって、アクチュエータの着磁
に基づく磁気飽和のために作動電流が低下する等の性能
劣化を防止することが可能となる。

【００５６】図１０は、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の第４の実施例の構成を示す回路構
成図であり、電圧Ｅ₀ のバッテリ電源１、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータからなる出力電圧Ｖ₀ の高圧電源回路２、大容
量Ｃの蓄電用キャパシタ３、インダクタンスＬおよび抵
抗Ｒを有する内燃機関の燃料噴射弁操作のためのアクチ
ュエータ用ソレノイドコイル４、起動用の第１のスイッ
チＳＷ₁ 、保持用の第２のスイッチＳＷ₂ および保持回
路の逆流防止用ダイオードＤ₁ は、上記した図１に示さ
れている本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の基本的構成要素と同等であり、この第４の実施例
においては、上記した第２あるいは第３の実施例におけ
る極性転換スイッチＳＷ₃ あるいはＳＷ₅ に代えて、キ
ャパシタ３の両端にスイッチＳＷ₇ およびダミーコイル
Ｌ₁ が接続されている。

【００５７】図９は、本発明のアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第４の実施例における動作波形の一例を
示すタイムチャートである。この第４の実施例において
は、図９のスイッチＳＷ₇ の制御波形と、キャパシタ
３、スイッチＳＷ₇ およびダミーコイルＬ₁ の閉回路を
流れる電流Ｉ₃ 波形から明らかなように、共振電流Ｉ₁
の最初のほぼ半サイクルにおいて一旦ソレノイドコイル
４に移ったエネルギーが再びキャパシタ３を逆極性に充
電するように返送された後、適当な時期にスイッチＳＷ
₇ が閉成される。それにより、キャパシタ３、スイッチ
ＳＷ₇ およびダミーコイルＬ₁ の閉回路に、キャパシタ
３に蓄積されていた電荷に基づいて、キャパシタ３とダ
ミーコイルＬ₁ とにより決定される共振電流Ｉ₃ が流れ
る。

【００５８】この共振電流Ｉ₃ の半サイクルが経過した
時点においてスイッチＳＷ₇ が開成されると、キャパシ
タ３から放出されて一旦ダミーコイルＬ₁ へ移ったエネ
ルギーが、再びキャパシタ３を放電前とは逆極性に充電
するように、キャパシタ３に返送された状態で充放電が
停止する。ここでキャパシタ３、スイッチＳＷ₇ および
ダミーコイルＬ₁ の閉回路の損失が無視しうる程度のも
のとすれば、キャパシタ３の充電極性は反転されること
となる。この状態において、次の燃料噴射に備えるた
め、高圧電源回路２からキャパシタ３への追加充電が開
始される。したがって、キャパシタ３に回収されたエネ
ルギーは次の燃料噴射のために有効利用されることとな
る。

【００５９】この第４の実施例によれば、スイッチとコ
イルとからなる簡単な付加回路をキャパシタに並列に設
けることによって、上記した第２および第３の実施例と
同様に、キャパシタ３に回収されたエネルギーを有効利
用してエネルギーを節約することができるので、アクチ
ュエータ用ソレノイドの高速化を実現しつつ、シンプル
かつ信頼性が高く、しかも、小型化かつ低コスト化を図
ることができる。

【００６０】図１２は、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の第４の実施例の変形実施例の構成
を示す回路構成図であり、図１０に示されている第４の
実施例の構成中の高圧電源回路２をスイッチＳＷ₈ およ
びコイルＬ₂ からなる共振を利用したキャパシタ３の充
電回路により置き換えたものである。図１３は、本発明
によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の第４の実
施例の変形例における動作波形の一例を示すタイムチャ
ートである。

【００６１】この変形実施例の動作に当たっては、ま
ず、初期駆動時、ｔ₁ においてスイッチＳＷ₈ をオンに
し、バッテリ１、コイルＬ₂ およびキャパシタ３の容量
Ｃにより共振電流Ｉ₄ を流す。キャパシタ３が、例え
ば、バッテリ１の電圧Ｅ₀ の２倍の２Ｅ₀ に充電される
ように回路定数を選択しておき、その充電状態に達した
時点ｔ₂ 、例えば、共振電流Ｉ₄ が０となる半サイクル
後においてスイッチＳＷ₈をオフにする。次いで、その
後の適当な時点ｔ₃ においてスイッチＳＷ₇ をオンに
し、ダミーコイルＬ₁ およびキャパシタ３の容量Ｃによ
り共振電流Ｉ₃ を流して、共振の半サイクル後のｔ₄ に
おいてスイッチＳＷ₇ をオフとすることにより上記した
第４の実施例と同様にキャパシタ３の充電極性を反転さ
せてほぼ−２Ｅ ₀ に充電させる。

【００６２】その後、再びｔ₅ においてスイッチＳＷ₈
をオンにし、共振電流Ｉ₄ を流す。この時、キャパシタ
３は−２Ｅ₀ に充電されているので、キャパシタ３はよ
り大きな共振電流Ｉ₄ により充電され、スイッチＳＷ₈
をオフとするｔ₆ 時点においてキャパシタ３の充電電圧
は、例えば、４Ｅ₀ に達する。次いで、ｔ₇ 時点にスイ
ッチＳＷ₇ をオンにして共振電流Ｉ₃ を流し、ｔ₈ 時点
においてスイッチＳＷ ₇ をオフとしてキャパシタ３を極
性反転したほぼ−４Ｅ₀ に充電させる。以下同様にし
て、ｔ₉ およびｔ₁₀の間スイッチＳＷ₈ をオンにしてキ
ャパシタ３を例えば６Ｅ₀ に充電し、次いで、それを反
転し、更に、より高い電圧へ充電する動作を繰り返し、
図示されているように、ｔ_n およびｔ_n+1 間の充電によ
り、所望の電圧Ｖ₀ に達する。

【００６３】上記した充電状態が確立された後、前述し
た各実施例と同様に、スイッチＳＷ ₁ を閉成してソレノ
イドコイル４に共振電流Ｉ₁ を流して、アクチュエータ
用ソレノイドを起動させるとともに、キャパシタ３にエ
ネルギーを回収して逆極性に充電する。この時の充電電
圧の大きさはソレノイドの起動に消費されたエネルギー
分低下するので、上記したスイッチＳＷ₇ およびスイッ
チＳＷ₈ を用いた充電操作を繰り返してキャパシタ３の
充電電圧を元の電圧Ｖ₀ に復帰させることができる。

【００６４】この本発明によるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第４の実施例の変形実施例によれば、上
記した第４の実施例と同様にエネルギーの有効利用を図
ることができるとともに、ＤＣ−ＤＣコンバータのよう
な高圧電源回路２を簡略化することができ、より低コス
ト化を実現することができる。更に、この変形例におけ
る昇圧のためのスイッチＳＷ₇ およびスイッチＳＷ₈ に
よるスイッチング操作は、電流Ｉ₃ およびＩ₄ が０の時
点において実行することができるので、軽負担で、か
つ、低ノイズ化を実現することができる。

【００６５】以上述べた実施例や変形例においては、キ
ャパシタ３に回収したエネルギーを引き続く燃料噴射の
ための起動用エネルギーに利用しているが、これをソレ
ノイドアクチュエータの作動状態保持用のエネルギーと
して利用することもできる。図１４は、そのための本発
明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の第５の
実施例の構成を示す回路構成図であり、この第５の実施
例においては、図１に示されている本発明によるアクチ
ュエータ用ソレノイド駆動装置の基本構成中のスイッチ
ＳＷ₂ およびダイオードＤ₁ からなる保持回路に代え
て、保持期間Ｔ₂にキャパシタ３の蓄積エネルギーをソ
レノイドコイル４に供給するための同期切替スイッチＳ
Ｗ_9-1 、ＳＷ_9-2 およびＳＷ_10-1、ＳＷ_10-2が設けられ
ている。

【００６６】図１５は、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の第５の実施例における動作波形の
一例を示すタイムチャートである。同期切替スイッチＳ
Ｗ_{9- 1} 、ＳＷ_9-2 は少なくとも保持期間を除いてキャパ
シタ３の充電に必要な期間、例えば保持期間以外の全期
間中、閉成され、また、同期切替スイッチＳＷ_10-1、Ｓ
Ｗ_10-2は保持期間のみ閉成されるようになっており、起
動期間Ｔ₁ にスイッチＳＷ₁ がオンとなり、ソレノイド
コイル４に起動用共振電流を流し、余分なエネルギーを
キャパシタ３に回収して、それを逆極性に再充電する。
保持期間Ｔ₂ においてスイッチＳＷ₁ および同期切替ス
イッチＳＷ_9-1 、ＳＷ_9-2 をオフとするとともに、同期
切替スイッチＳＷ_10-1、ＳＷ_10-2をオンにする。

【００６７】この第５の実施例においては、図１５の動
作波形例に示されているように、一方の切替スイッチＳ
Ｗ_10-2がパルス状にスイッチング制御されており、キャ
パシタ３の充電電荷をソレノイドコイル４に共振電流と
して一気に流すのではなく、間歇的に保持電流として供
給するようにしている。これにより、前述した従来技術
における図２２あるいは図２４に示されている動作例と
同様な保持作用を実現することができる。なお、例えば
ダンピングコイルや抵抗により共振電流を抑制しつつ、
この切替スイッチＳＷ_10-2を切替スイッチＳＷ_10-1と同
様に単にオン制御することも可能であることはいうまで
もない。

【００６８】また、上述したキャパシタ３に回収したエ
ネルギーを、ソレノイドアクチュエータの復帰動作の高
速化、例えば、燃料噴射弁の閉弁動作の高速化のため
に、利用することもできる。図１６は、そのための本発
明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置の第６の
実施例の構成を示す回路構成図であり、この第６の実施
例においては、図１に示されている本発明によるアクチ
ュエータ用ソレノイド駆動装置の基本構成中のスイッチ
ＳＷ₂ およびダイオードＤ₁ からなる保持回路に加え
て、保持期間の終了時にキャパシタ３に回収されて蓄え
られている電荷を保持電流路を経てソレノイドコイル４
に放出するためのスイッチＳＷ₁₁が、例えばスイッチＳ
Ｗ₁ に並列に、設けられている。

【００６９】図１７は、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の第６の実施例における動作波形の
一例を示すタイムチャートであり、スイッチＳＷ₁ のオ
ンによる起動期間Ｔ₁ においてソレノイドアクチュエー
タを起動した後、キャパシタ３に回収されたエネルギー
は、その後ＳＷ₂ のオンによる保持期間Ｔ₂ が経過する
まで蓄えられており、保持期間Ｔ₂ の終了後のソレノイ
ドアクチュエータの復帰動作期間内の適当な期間Ｔ₃ の
間スイッチＳＷ₁₁がオンにされて、キャパシタ３に蓄え
られていた電荷がソレノイドコイル４に放出される。上
述したようにキャパシタ３に回収されたエネルギーはキ
ャパシタ３を逆極性に充電されており、このキャパシタ
３の負電圧がスイッチＳＷ₁₁のオンによりソレノイドコ
イル４に逆向きのソレノイド電流Ｉ_sol を流し、前述し
たソレノイドアクチュエータの復帰動作時における残留
推力を打ち消す。これにより、ソレノイドアクチュエー
タの推力の低下が速まり、結果として、ソレノイドアク
チュエータの復帰動作時間、例えば、燃料噴射弁の閉弁
時間が短縮されることとなる。

【００７０】この本発明によるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第６の実施例によれば、上述した本発明
の基本原理に基づくエネルギー回収作用に基づく省エネ
ルギー効果とともに、回収されたエネルギーをソレノイ
ドアクチュエータの復帰時にソレノイドコイルに放出す
るようにして、ソレノイドアクチュエータの復帰時間、
例えば燃料噴射弁の閉弁時間、の短縮のために有効に利
用することが可能となる。

【００７１】上述した本発明によるアクチュエータ用ソ
レノイド駆動装置の基本原理を実現する構成および各種
実施例ならびにそれらの変形実施例においては、ソレノ
イドの起動のために第１のスイッチＳＷ₁ をオン制御す
るするＴ₁ 時間あるいはソレノイドの作動を保持するた
めの時間Ｔ₂ の開始時点を共振電流Ｉ₁ がソレノイドコ
イル４の保持電流にほぼ等しくなる時点、あるいは、共
振電流Ｉ₁ ＝０となる時点とすることが望ましいが、燃
料噴射制御すなわち制御入力の最小制御可能時間を確保
するためにＴ₁ 時間を最適制御することもできる。図１
８は、そのための本発明によるアクチュエータ用ソレノ
イド駆動装置の第７の実施例の制御原理を示す制御線図
であり、ソレノイドコイル４の保持力、例えば、保持電
流（Ｉ₂）、の目標値Ｋと、実際にソレノイドコイル４
に蓄積されているコイルエネルギーＥとを比較し、最適
な時間Ｔ₁ をフィードバック制御する。これにより、ソ
レノイド起動用のＴ₁ 時間を不要に長くすることがなく
なり、エネルギーロスを更に低減することが可能とな
る。

【００７２】なお、上述した本発明によるアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置の第２の実施例の変形実施例に
おいても、図１８に示されている制御原理を用いて、キ
ャパシタ３の放電に必要な時間Ｔ₁ ／２を最適制御する
ことにより、結果として、時間Ｔ₁ を最適制御すること
ができる。この場合、この変形実施例においては，ソレ
ノイドの起動のためのキャパシタ３の放電時間を制御す
ることができることとなるので、ソレノイドの起動に必
要なエネルギー量に応じた放電量の制御が可能となり、
放電およびエネルギー回収に必要な時間をより最適に制
御するとともに、エネルギー効率を最適なものとするこ
とができる。

【００７３】コイルエネルギーＥの検出に当たっては、
例えば保持電流の供給開始時点においてソレノイドコイ
ル４に蓄積されているエネルギーを測定することが必要
であり、そのための手段としては、磁気的な手段、例え
ば、簡便な手段としてホール素子を利用することができ
る。図１９は、そのための本発明によるアクチュエータ
用ソレノイド駆動装置の第７の実施例におけるソレノイ
ドのコイルエネルギー検出手段の原理を示す概念構成図
であり、ソレノイドコイル４により駆動される例えば燃
料噴射弁操作用のソレノイドコア５の磁気回路中に埋め
込まれたホール素子６により実現することができる。よ
り簡便な構成として、やや感度は低下するが、ホール素
子６をソレノイドコイル４に接触配置することにより、
実現することも可能である。更に、電気的な手段とし
て、例えば、保持電流供給開始時点のソレノイドコイル
４を流れる電流を検出することにより、蓄積されたエネ
ルギー量を測定することも可能である。

【００７４】以上述べた本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の第２の実施例以降の各実施例、あ
るいはその変形実施例、においては、図１および図２に
示されている本発明によるアクチュエータ用ソレノイド
駆動装置の基本原理を実現する構成と、図１と同等の回
路構成を用いつつ図３に示されている本発明によるアク
チュエータ用ソレノイド駆動装置の第１の実施例とのい
ずれか一方の構成に対してそれぞれの改善を適用した例
が示されているが、その改善を他方の構成に対しても適
用しうることはいうまでもない。

【００７５】また、上述した本発明によるアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置の第５の実施例を除く基本構成
および他の実施例においては、特に明示してはいない
が、前述した従来の装置に用いられている図２２あるい
は図２４に示されているような保持電流のスイッチング
を組み合わせることが可能である。この場合は、保持電
流のスイッチングを電流＝０の近傍で開始することがで
き、また、保持電流自体も低減されていることから、ノ
イズの発生が少なく、また、スイッチング手段の耐圧性
も緩和されることとなる。

【００７６】また、上述した本発明によるアクチュエー
タ用ソレノイド駆動装置の基本構成および各種実施例に
おいては、説明の簡便化のために各スイッチ手段として
機械的な接点切替え構成のものを例示して説明がなされ
ているが、これらの一部あるいは全てを電子的素子を用
いて構成することができる。特に、本発明の基本原理に
おける第１のスイッチ等のように、共振電流がゼロとな
る時点においてオフにされるスイッチ手段にサイリスタ
を用いれば、サイリスタが自身でオフすることから、ス
イッチ手段のオフのタイミング制御が不要となり、それ
だけ制御系の設計が簡単となる。

【００７７】更に、上述した本発明の実施例の大部分に
おいては、電源としてバッテリの電圧を昇圧する高圧電
源回路を用いているが、本発明によるアクチュエータ用
ソレノイド駆動装置の基本原理および各種実施例におけ
る改善は、非昇圧時においても成立するものであること
はいうまでもない。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明のアクチュエータ
用ソレノイド駆動装置によれば、アクチュエータ用ソレ
ノイドの高速化を実現しつつ、シンプルかつ信頼性が高
く、しかも、エネルギーロスの少ない回路設計を可能と
し、また、高圧電源回路としてのＤＣ−ＤＣコンバータ
の小型化をも可能とするというこの種高速作動回路の利
点に加えて、更にキャパシタの容量、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータの出力電圧や電力容量を減少させることができ、小
型化かつ低コスト化を図ることが可能となる。

【００７９】また、ソレノイドに不要に蓄積されるエネ
ルギーを回収し、回収されたエネルギーを有効に利用し
て、省エネルギー化を図り、かつ、ソレノイドの復帰動
作の高速化を実現することが可能となる。更に、本発明
によるアクチュエータ用ソレノイド駆動装置によれば、
動作制御のための各種のスイッチング動作を動作電流が
ゼロとなった時点において実行することができ、スイッ
チングノイズの発生を低減するとともに、スイッチに要
求される耐圧性を緩和することも可能となる。加えて、
ソレノイドコイルに不要に蓄えられるエネルギーがなく
なり、ソレノイドアクチュエータに送られるエネルギー
を必要最少限のものとすることができるので、ソレノイ
ドの発熱が抑制され、そして、発熱が少なく、かつ、上
述したようにサージも小さいことから、ソレノイドアク
チュエータを更に小型化することが可能となり、それだ
けより高速化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の基本原理を実施するための基本回路構成図であ
る。

【図２】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の基本回路構成における動作波形すなわち基本動作
波形の一例を示すタイムチャートである。

【図３】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第１の実施例における動作波形すなわち基本動作
波形の一例を示すタイムチャートである。

【図４】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第１の実施例の実例に対する実測例を示すタイム
チャートである。

【図５】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第２の実施例の構成を示す回路構成図である。

【図６】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第２の実施例の変形例の構成を示す回路構成図で
ある。

【図７】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第２の実施例における動作波形の一例を示すタイ
ムチャートである。

【図８】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第３の実施例の構成を示す回路構成図である。

【図９】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆動
装置の第３の実施例における動作波形の一例を示すタイ
ムチャートである。

【図１０】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第４の実施例の構成を示す回路構成図である。

【図１１】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第４の実施例における動作波形の一例を示すタ
イムチャートである。

【図１２】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第４の実施例の変形実施例の構成を示す回路構
成図である。

【図１３】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第４の実施例の変形実施例における動作波形の
一例を示すタイムチャートである。

【図１４】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第５の実施例の構成を示す回路構成図である。

【図１５】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第５の実施例における動作波形の一例を示すタ
イムチャートである。

【図１６】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第６の実施例の構成を示す回路構成図である。

【図１７】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第６の実施例における動作波形の一例を示すタ
イムチャートである。

【図１８】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第７の実施例における制御原理を示す制御線図
である。

【図１９】本発明によるアクチュエータ用ソレノイド駆
動装置の第７の実施例におけるソレノイドのコイルエネ
ルギー検出手段の一例を示す概念構成図である。

【図２０】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の基本的な構成を示す回路図である。

【図２１】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の動作波形の一例を示すタイムチャートである。

【図２２】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の基本的な構成における各部の動作波形の他の例を示す
タイムチャートである。

【図２３】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の基本的な構成の変形例の構成を示す回路図である。

【図２４】従来のアクチュエータ用ソレノイド駆動回路
の基本的な構成の変形例における各部の動作波形を示す
タイムチャートである。

【符号の説明】

１…バッテリ電源 ２…ＤＣ−ＤＣこんばーた ３…キャパシタ ４…ソレノイドコイル ５…ソレノイドコア ６…ホール素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 基志 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 稲熊 幸雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41の １ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源により充電されるキャパシタと、ソ
   レノイドアクチュエータを作動させるためのソレノイド
   コイルと、ソレノイドアクチュエータの動作制御時間の
   初期の第１の期間において該キャパシタの充電エネルギ
   ーを該ソレノイドコイルへ放電させてソレノイドアクチ
   ュエータを作動させる放電回路と、該ソレノイドアクチ
   ュエータの動作制御時間のうち該第１の期間を除く残余
   の期間内であって、少なくとも終了時点が一致する第２
   の期間において該電源から該ソレノイドコイルに保持電
   流を供給してソレノイドアクチュエータを動作状態に保
   持する保持回路とを備えたアクチュエータ用ソレノイド
   駆動装置において、 上記放電回路が作動される第１の期間が上記キャパシタ
   と上記ソレノイドコイルとにより決定される共振サイク
   ルのほぼ半サイクルに設定されており、 上記第１の期間内において、上記キャパシタの充電エネ
   ルギーが上記ソレノイドコイルに転送され、その後、再
   び上記キャパシタに回収されるようになっているアクチ
   ュエータ用ソレノイド駆動装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアクチュエータ用ソレ
   ノイド駆動装置において、 放電回路が作動される第１の期間と保持回路が作動され
   る第２の期間との間に所定時間の第３の期間が設定さ
   れ、かつ、該第３の期間において、上記放電回路および
   上記保持回路がともに不作動とされるようになっている
   アクチュエータ用ソレノイド駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載のアク
   チュエータ用ソレノイド駆動装置において、 放電回路がキャパシタとソレノイドコイルとの接続関係
   を反転させるための第１の切替スイッチ手段を有してお
   り、 上記第１の切替スイッチ手段は、上記放電回路が作動さ
   れる第１の期間の後半のキャパシタにエネルギーが回収
   される期間において、上記キャパシタと上記ソレノイド
   コイルとの接続関係を反転させるようになっているアク
   チュエータ用ソレノイド駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項１あるいは請求項２に記載のアク
   チュエータ用ソレノイド駆動装置であって、 キャパシタと電源との接続関係を反転させるための第２
   の切替スイッチ手段を更に備えており、 上記第２の切替スイッチ手段は、引き続くソレノイドア
   クチュエータの動作制御のために上記キャパシタを上記
   電源により充電する際に、上記キャパシタと上記電源と
   の接続関係を反転させるようになっているアクチュエー
   タ用ソレノイド駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１あるいは請求項２に記載のアク
   チュエータ用ソレノイド駆動装置であって、 キャパシタに並列に接続された第３のスイッチ手段およ
   びダミーコイルの直列接続回路であって、上記第３のス
   イッチ手段が、放電回路が作動される第１の期間の終了
   後で引き続くソレノイドアクチュエータの動作制御の開
   始前の間の適当な時期に、上記キャパシタと上記ダミー
   コイルとにより決定される共振サイクルのほぼ半サイク
   ルの間オンに制御される直列接続回路を更に備え、 上記第３のスイッチ手段のオン制御により、上記キャパ
   シタに回収されたエネルギーに基づいて上記キャパシタ
   と上記直列接続回路とで形成される閉回路に共振電流を
   流し、上記キャパシタを逆充電するようになっているア
   クチュエータ用ソレノイド駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１あるいは請求項２に記載のアク
   チュエータ用ソレノイド駆動装置であって、 ソレノイドアクチュエータの動作制御時間の終了直後に
   所定時間作動され、上記キャパシタに回収されたエネル
   ギーを上記ソレノイドコイルへ放出するための放出回路
   を更に備えたアクチュエータ用ソレノイド駆動装置。
7. 【請求項７】 電源により充電されるキャパシタと、 ソレノイドアクチュエータを作動させるためのソレノイ
   ドコイルと、 ソレノイドアクチュエータの動作制御時間の初期の第１
   の期間において上記キャパシタの充電エネルギーを上記
   ソレノイドコイルへ放電させてソレノイドアクチュエー
   タを作動させる放電回路であって、該第１の期間が上記
   キャパシタと上記ソレノイドコイルとにより決定される
   共振サイクルのほぼ半サイクルに設定されており、か
   つ、該第１の期間内において、上記キャパシタの充電エ
   ネルギーが上記ソレノイドコイルに転送され、その後、
   再び上記キャパシタに回収されるようになっている放電
   回路と、 上記ソレノイドアクチュエータの動作制御時間のうち上
   記第１の期間を除く残余の期間内であって、少なくとも
   終了時点が一致する第２の期間において、上記キャパシ
   タに回収されたエネルギーに基づいて上記ソレノイドコ
   イルへ保持電流を供給してソレノイドアクチュエータを
   動作状態に保持する保持回路とを備えたアクチュエータ
   用ソレノイド駆動装置。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
   のアクチュエータ用ソレノイド駆動装置であって、 ソレノイドコイルへの保持電流の供給開始時点近傍にお
   けるコイルエネルギーを検出するコイルエネルギー検出
   手段と、 上記コイルエネルギー検出手段により検出されたコイル
   エネルギーに応じて放電回路を作動させる第１の期間を
   フィードバック制御するフィードバック制御手段とを更
   に備えたアクチュエータ用ソレノイド駆動装置。