JPH11200931A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】定電流回路の異常発生時にも電磁弁のオン状態
を少なくとも必要最小限の時間で維持する。 【解決手段】車両用エンジンの高圧燃料噴射制御装置に
適用される電磁弁駆動回路５は、電磁弁駆動信号を受け
て駆動に必要な電圧を燃料噴射弁３に供給し、同燃料噴
射弁３の電磁弁１７を開弁させる。電磁弁駆動回路５
は、所定の定電流を生成する定電流回路と、電源電圧よ
りも高い電圧を蓄える複数の充電手段（コンデンサ）と
を備え、電磁弁１７の駆動開始当初に充電手段の高電圧
を一気に放電すると共に、引き続き定電流回路の定電流
によって該電磁弁１７のオン状態を維持する。マイコン
４は、エンジンの気筒に対してパイロット噴射とメイン
噴射とを実施する。また、マイコン４は、定電流回路の
異常の有無を判定し、異常有りの場合、複数の充電手段
による放電を連続して行ってこれら充電手段の放電によ
り１回の燃料噴射を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁駆動装置に
係り、例えばディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に
適用されてメイン噴射やそれに先立つパイロット噴射を
実施すべく、燃料噴射弁の電磁弁を駆動するための電磁
弁駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁弁を高速駆動する手法として、コン
デンサにバッテリ電圧（電源電圧）以上の電圧を予め蓄
え、駆動ソレノイドに対してコンデンサから高電圧を一
気に放電し（ピーク電流を流し）、その後、バッテリ電
圧から生成した定電流（ホールド電流）を流すものがあ
る。こうした手法によれば、電磁弁の駆動ソレノイドに
おける磁束が急峻に立ち上げられて高速なるオン動作が
実現できると共に、その後のオン状態が所望の期間で維
持できる。また、エンジンの１サイクル中に一気筒に対
してパイロット噴射とメイン噴射との２回の燃料噴射を
行う燃料噴射制御装置において、パイロット噴射用、メ
イン噴射用の２つのコンデンサを充電する充電回路と、
１つの定電流回路とにより電磁弁駆動装置を構成する技
術が従来より開示されている（例えば、特開平９−８９
１４７号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、定電流回路
がオープン故障などして異常が発生すると、ピーク電流
後の定電流が流れなくなる。そのため、ピーク電流によ
る電磁弁の駆動後において、当該電磁弁のオン状態（駆
動状態）を維持することができず、本来の電磁弁のオン
時間を確保することができなくなる。上述のように燃料
噴射制御装置に適用した場合、十分な燃料噴射量が得ら
れなくなり、エンジンが極低速運転に陥るか、或いは最
悪エンジンストールに至るという問題が生ずる。つま
り、定電流回路の異常時において、電磁弁の駆動エネル
ギはパイロット噴射用、メイン噴射用の２つのコンデン
サに蓄えられた電荷だけであり、各々単独に放電してピ
ーク電流を流しても十分な燃料噴射量が確保できない。

【０００４】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、定電流回路の異
常発生時にも電磁弁のオン状態を少なくとも必要最小限
の時間で維持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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁弁駆動装置
はその前提として、電源電圧から所定の定電流を生成す
る定電流回路と、電源電圧よりも高い電圧を蓄える複数
の充電手段とを備え、電磁弁の駆動開始当初に前記充電
手段の高電圧を一気に放電すると共に、引き続き前記定
電流回路の定電流によって当該電磁弁のオン状態を維持
する。

【０００６】そして請求項１に記載の発明において、第
１の駆動手段は、前記複数の充電手段によりそれぞれ高
電圧を放電して前記電磁弁を所定間隔で駆動させる。ま
た、第２の駆動手段は、前記定電流回路が異常であると
判定した場合、前記複数の充電手段による放電の間隔を
狭め１回分のオン動作として前記電磁弁を駆動させる。

【０００７】上記構成によれば、仮に定電流回路がオー
プン異常になった場合、充電手段の単発的な放電による
極短時間の電磁弁駆動が行われるのではなく、複数の充
電手段の放電が連続的に行われる。この場合、複数の充
電手段の連続的な放電により電磁弁がオンし続け、これ
により１回当たりの電磁弁のオン時間が調整できる（オ
ン時間を長引かせることができる）。その結果、定電流
回路の異常発生時にも電磁弁のオン状態を少なくとも必
要最小限の時間で維持することができる。

【０００８】なお、複数の充電手段による放電の間隔
は、電磁弁を構成する駆動ソレノイドの残留磁束に応じ
て決定されればよく、先の充電手段の放電による残留磁
束が無くなる前（電磁弁がオフする前）に、後続の放電
手段の放電を行うようにする。また本明細書において、
電磁弁のオン状態とは、電磁弁の駆動ソレノイドを通電
して当該電磁弁を駆動させた状態のことを言い、常閉弁
にあっては開弁状態を、常開弁にあっては閉弁状態を指
す。

【０００９】請求項２に記載の発明では、前記第２の駆
動手段は、先の充電手段による放電を一気に行うと共
に、後続の充電手段による放電を小刻みで行い電磁弁の
オン状態を維持する。かかる場合、請求項３に記載した
ように、前記後続の充電手段による放電で電磁弁のオン
状態を維持する際、当該電磁弁のオン時間を徐々に増加
させていくとよい。

【００１０】すなわち、電磁弁は通常、オフからオンに
移行する際に多大なエネルギを要し、オフ→オンの切換
え完了後には比較的少ないエネルギでオン状態が維持で
きる。そのため、上述したように、先の充電手段の放電
後に、後続の充電手段の放電を小刻みに行うことで、電
磁弁のオン状態が長時間にわたり保持できる。なお望ま
しくは、後続の充電手段による放電時において、定電流
回路による定電流と同程度の電流を電磁弁に流すとよ
い。

【００１１】特に請求項３の構成によれば、後続の放電
開始から放電の終了までの期間において、常に必要分だ
けのエネルギが電磁弁に供給され、オン状態の長期化が
促される。つまり、充電手段（コンデンサ）の充電電圧
が比較的大きい放電当初には放電時間を短くし、充電電
圧の低下に伴い放電時間を長くする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、車両用エンジン
の高圧燃料噴射制御装置に適用され、エンジンの気筒に
対してメイン噴射とそれに先立つパイロット噴射とを実
施するものとしている。そして、前記第１の駆動手段
は、前記複数の充電手段による放電とそれに続く定電流
の通電によりパイロット噴射及びメイン噴射をそれぞれ
に実施する。また、前記第２の駆動手段は、前記複数の
充電手段による放電を連続して行い、これら充電手段の
放電により１回の燃料噴射を実施する。この場合、エン
ジンの運転に最小限必要な燃料噴射量が確保でき、エン
ジンが極低速運転に陥る、或いはエンジンストールに至
るなどの問題が回避できる。

【００１３】請求項５に記載の発明では、前記異常判定
手段は、前記充電手段の放電から所定時間が経過した
後、前記定電流回路の出力レベルに基づき異常の有無を
判定する。この場合、定電流回路の異常の有無が確実に
検出でき、ひいては電磁弁を適正に駆動させることがで
きる。

【００１４】

【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、多気筒ディーゼルエンジンの
コモンレール式燃料噴射装置に具体化しており、コモン
レールに蓄えられた高圧燃料は電磁弁の通電又は通電遮
断に従い燃料噴射弁（インジェクタ）からエンジン燃焼
室に噴射供給される。電磁弁は、定電流回路及び複数の
充電手段（コンデンサ）を備える電磁弁駆動回路により
駆動され、同電磁弁の開閉駆動によりメイン噴射とそれ
に先立つパイロット噴射などが適宜実施される。以下に
燃料噴射装置の詳細を説明する。

【００１５】図１には、ディーゼルエンジンのコモンレ
ール式燃料噴射装置の全体構成を示す。同燃料噴射装置
は、燃料を加圧する高圧ポンプ１と、高圧ポンプ１にて
加圧された高圧燃料を蓄えるコモンレール２と、コモン
レール２からの高圧燃料を噴射する燃料噴射弁３と、燃
料噴射制御を司る電子制御ユニット（以下、ＥＣＵとい
う）３２とを備える。燃料噴射弁３は多気筒ディーゼル
エンジンにおける各気筒にそれぞれ設けられている。

【００１６】ＥＣＵ３２は、論理演算回路からなるマイ
クロコンピュータ（以下、マイコンという）４と、マイ
コン４の指令により燃料噴射弁３を開閉駆動する電磁弁
駆動回路５と、電磁弁駆動回路５を流れる定電流レベル
を検出する定電流検出回路７０とにより構成されてい
る。

【００１７】マイコン４には、図示しない各種センサ群
からアクセル開度信号、エンジン回転数信号ＮＥ、気筒
判別信号Ｇなどのエンジン運転情報が入力される。マイ
コン４は、各種のエンジン運転情報に基づき最適な燃料
噴射量や燃料噴射時期を演算し、その演算結果を電磁弁
駆動信号として電磁弁駆動回路５に送信する。またマイ
コン４は、バッテリ電圧をその電圧値よりも高電圧に昇
圧するための昇圧許可信号や、メイン噴射の実施を許可
するためのメイン噴射許可信号を電磁弁駆動回路５に対
して送信する。

【００１８】電磁弁駆動回路５は、電磁弁駆動信号を受
けて駆動に必要な電圧を燃料噴射弁３に供給し、同燃料
噴射弁３の電磁弁１７（本実施の形態では、三方電磁
弁）を開弁させる。定電流検出回路７０は、電流駆動回
路５（電磁弁１７）を流れる定電流の異常の有無を判定
するための定電流検出信号をマイコン４に対して出力す
る。

【００１９】高圧ポンプ１は、ハウジング６内にドライ
ブシャフト７が回転可能に支持され、このドライブシャ
フト７はディーゼルエンジンの出力軸と駆動連結されて
いる。ドライブシャフト７にはカム８が偏心した状態で
固定され、カム８のカム面（外周面）にはバネ１０によ
りピストン９が押圧付勢されている。ピストン９はシリ
ンダ１１内に摺動可能に支持され、ドライブシャフト７
の回転に伴うカム８の回転により図の上下方向に摺動す
る。このとき、ピストン９の下動に伴い燃料タンク１２
から燃料がシリンダ１１内に導入されると共に、ピスト
ン９の上動に伴いシリンダ１１内の燃料が加圧され、加
圧された燃料が逆止弁１３を介してコモンレール２に供
給される。

【００２０】マイコン４は、コモンレール２に設けられ
た圧力センサ１４にてコモンレール２内の燃料圧力を監
視しつつ、高圧ポンプ１に設けられた電磁弁１５を開閉
制御して加圧燃料をタンク１２側にスピルさせる。これ
により、コモンレール２内の燃料の圧力が一定値に保持
されるようになっている。

【００２１】燃料噴射弁３は、燃料噴射弁本体１６と三
方電磁弁１７とからなり、コモンレール２からの高圧燃
料が燃料噴射弁本体１６及び三方電磁弁１７に供給され
る。燃料噴射弁本体１６において、燃料室１８内にはニ
ードル弁１９が配置されている。ニードル弁１９はピス
トン２０に連結され、バネ２１により噴射口を閉じる方
向に付勢されている。

【００２２】三方電磁弁１７はハウジング２２を備え、
その内部孔２２ａにはアウタバルブ２３が上下に摺動可
能に支持されている。ハウジング２２には、第１ポート
（燃料吸入ポート）２４、第２ポート２５及びドレイン
ポート２６が設けられており、第１ポート２４はコモン
レール２に、第２ポート２５はピストン２０の上面空間
に、ドレインポート２６はドレインタンク２７に、それ
ぞれ接続されている。アウタバルブ２３には第１ポート
２４に対応するポート２８と、第２ポート２５に対応す
るポート２９とが設けられている。

【００２３】ハウジング２２の上側には駆動ソレノイド
３０が設けられている。ここで、アウタバルブ２３はバ
ネ３１により下方に付勢されており、駆動ソレノイド３
０の非通電状態では、ハウジング２２の第１ポート２４
とアウタバルブ２３のポート２８とが連通すると共にハ
ウジング２２の第２ポート２５とアウタバルブ２３のポ
ート２９とが連通する。よって、コモンレール２からの
高圧燃料がこれらポート２４，２８，２９，２５及びア
ウタバルブ２３の内部孔２３ａを介してピストン２０の
上面に印加され、この圧力によりニードル弁１９が下方
に押しつけられて噴射口が閉鎖状態で保持される（図示
の状態）。

【００２４】駆動ソレノイド３０の通電時には、アウタ
バルブ２３が吸引上昇し、ポート２４が塞がれてポート
２５及び２６が連通するため、ピストン２０に加わる圧
力はポート２５及び２６を経てドレインタンク２７側
（低圧側）にリークする。このため、ニードル弁１９が
燃料室１８の高圧燃料により上昇し、燃料噴射弁３は噴
射口を開いて燃料を噴射する。

【００２５】また、駆動ソレノイド３０の非通電時に
は、アウタバルブ２３に対して下向きにコモンレール２
からの高圧燃料とバネ３１の付勢力とが作用しており、
ポート２５及び２６を連通させてコモンレール２内の高
圧燃料を噴射するためにはアウタバルブ２３の下向きの
力「Ｆ」に打ち勝つだけの吸収エネルギが必要になるば
かりでなく、アウタバルブ２３を吸引する動作を高速で
行わないとポート２４及び２６が連通し燃料がドレイン
タンク２７に抜けてしまう。さらに、噴射開始時期を精
密に制御する上からもアウタバルブ２３の吸引動作は極
めて高速に行わなければならない。

【００２６】そこで、最高１５０ＭＰａにも達する燃料
圧力に逆らって三方電磁弁１７の動作を迅速に行うため
に、電磁弁駆動回路５により、車載用の直流電源である
バッテリの電圧（１２ボルト又は２４ボルト）を越える
高電圧を発生させて三方電磁弁１７の駆動ソレノイド３
０の通電時に放電するようにしている。このような高電
圧の放電に伴う急激な立ち上がりの電流により磁束が急
増し、高い燃料圧力下でも高い応答を可能にしている。

【００２７】図２は、ＥＣＵ３２内の電磁弁駆動回路５
や定電流検出回路７０の具体的構成を示す電気回路図で
ある。直流電源であるバッテリ（図２においてはバッテ
リ端子３３）には、トランス３４の一次コイル３４ａと
昇圧用スイッチング素子としてのトランジスタ３５と抵
抗３６とが直列に接続されている。トランス３４の二次
コイル３４ｂにはダイオード３７とメイン噴射用コンデ
ンサ３８とが直列に接続されている。また、トランス３
４の二次コイル３４ｂにはダイオード３９とパイロット
噴射用コンデンサ４０が直列に接続されている。

【００２８】ダイオード３７とメイン噴射用コンデンサ
３８との間の接続点ａには、切り離し回路４１と、ダイ
オード４２と、三方電磁弁１７の駆動ソレノイド３０
と、電磁弁駆動用スイッチング素子としてのトランジス
タ４３とが直列に接続されている。ここで、トランジス
タ４３は、各気筒に設けられた燃料噴射弁３（三方電磁
弁１７）に対応してそれぞれ設けられており、各燃料噴
射弁３に対応するトランジスタ４３をオンすることによ
り駆動ソレノイド３０に電流が流れる。つまり、第１気
筒の駆動ソレノイド３０には電磁弁駆動電流Ｉ1 が、次
の燃焼気筒である第２気筒の駆動ソレノイド３０には電
磁弁駆動電流Ｉ2 が、以下同様に、第ｎ気筒の駆動ソレ
ノイド３０には電磁弁駆動電流Ｉn が流れる。

【００２９】切り離し回路４１は、切離用スイッチング
素子としてのトランジスタ４４とダイオード４５とトラ
ンジスタ４６と抵抗４７，４８，４９とからなる。前記
接続点ａとダイオード４２との間にはトランジスタ４４
が配置され、トランジスタ４４のゲート端子とソース端
子との間にはダイオード４５が介在されている。トラン
ジスタ４４のゲート端子には抵抗４７とトランジスタ４
６とが接続され、トランジスタ４６のベース端子とエミ
ッタ端子との間には抵抗４８が介在されている。トラン
ジスタ４６のベース端子は抵抗４９を介してマイコン４
に接続されている。切り離し回路４１のトランジスタ４
４は、マイコン４からのメイン噴射許可信号Ｍによりト
ランジスタ４６を介してオン・オフされる。トランジス
タ４４のオフ状態においてはメイン噴射用コンデンサ３
８と駆動ソレノイド３０とが電気的に遮断され、同トラ
ンジスタ４４のオン状態においてはメイン噴射用コンデ
ンサ３８と駆動ソレノイド３０とが電気的に接続され
る。

【００３０】ダイオード３９とパイロット噴射用コンデ
ンサ４０との間の接続点ｂには、ダイオード５０と、三
方電磁弁１７の駆動ソレノイド（負荷）３０と、トラン
ジスタ４３とが直列に接続されている。

【００３１】電磁弁駆動用の各トランジスタ４３のゲー
ト端子は駆動信号線によりマイコン４に接続されてい
る。各トランジスタ４３はマイコン４からの電磁弁駆動
信号Ｔ1 ，Ｔ2 ，…，Ｔn によりオンする。また、バッ
テリ端子３３には定電流回路５１が接続され、定電流回
路５１にて生成された定電流がダイオード５２を介して
駆動ソレノイド３０に供給される。なお、図２中の６４
は、駆動ソレノイド３０への電力供給ラインにおいてグ
ランド側に設けたダイオードである。

【００３２】一方、パイロット噴射用コンデンサ４０に
対し抵抗５３，５４からなる直列回路（分圧回路）が設
けられ、抵抗５３と５４との間の接続点ｃが抵抗５５を
介してコンパレータ５６の反転入力端子に接続されてい
る。つまり、パイロット噴射用コンデンサ４０の端子間
電圧に対応したレベルの信号が電圧監視信号としてコン
パレータ５６に送られる。また、コンパレータ５６の非
反転入力端子には定圧電源５７が接続され、コンパレー
タ５６は電圧監視信号のレベルと定圧電源５７による定
電圧値（昇圧終了値に相当）とを比較する。

【００３３】コンパレータ５６の出力端子はアンドゲー
ト５８の一方の入力端子に接続されている。アンドゲー
ト５８の他方の入力端子には発振回路５９が接続され、
この発振回路５９はマイコン４からの昇圧許可信号に応
じて発振信号をアンドゲート５８に出力する。アンドゲ
ート５８の出力端子は抵抗６０を介してトランジスタ６
２のベース端子に接続されている。トランジスタ６２の
ベース・エミッタ間には抵抗６１が設けられている。ト
ランジスタ６２のコレクタ端子は、抵抗６３を介してバ
ッテリ端子３３に接続されると共に、同コレクタ端子は
トランジスタ３５のゲート端子に接続されている。

【００３４】ここで、コンデンサ３８及び４０の充電動
作について簡単に説明する。ある気筒における燃料噴射
（メイン噴射）が終了すると、次の燃焼気筒での燃料噴
射開始（パイロット噴射開始）まで昇圧許可信号が許可
側に設定される。これにより、電圧監視信号が定圧電源
５７の電位以下となる条件下において、トランジスタ６
２，３５がオン・オフ動作する。そして、トランジスタ
３５のオン・オフに伴いトランス３４の二次コイル３４
ｂに二次電流が流れ、ダイオード３７，３９を通してコ
ンデンサ３８，４０に電荷がチャージされる。このと
き、トランス３４の二次コイル３４ｂにはコンデンサ３
８とコンデンサ４０とが共に接続されているので、二つ
のコンデンサ３８，４０にはより充電の少ない側が充電
され、両コンデンサ３８，４０には略同等の電圧（同容
量なら同等エネルギ）が蓄えられる。

【００３５】一方、定電流検出回路７０は、定電流回路
５１による定電流で三方電磁弁１７が駆動される際に、
駆動ソレノイド３０に流れる電流レベルを検出し、その
検出結果を定電流検出信号ＤＧとしてマイコン４に出力
する。つまり、定電流検出回路７０において、電磁弁駆
動用の各トランジスタ４３のソース端子には電流検出用
抵抗７１が接続されている。この電流検出用抵抗７１に
は抵抗７２を介してコンパレータ７３の非反転入力端子
が接続されている。また、コンパレータ７３の反転入力
端子には定圧電源７４が接続されている。

【００３６】コンパレータ７３は定電流相当の電圧値と
定圧電源７４による所定の定電圧値とを比較し、その比
較結果をマイコン４に対して出力する。定電流回路５１
の正常時には、駆動ソレノイド３０を流れる定電流が３
Ａ〔アンペア〕程度となる。この場合、駆動ソレノイド
３０を流れる駆動電流が例えば１Ａ〔アンペア〕以上で
あれば、コンパレータ７３はＨレベルの定電流検出信号
ＤＧを出力する。また、駆動ソレノイド３０を流れる駆
動電流が例えば１Ａ〔アンペア〕未満であれば、コンパ
レータ７３はＬレベルの定電流検出信号ＤＧを出力す
る。

【００３７】次に、上記の如く構成された燃料噴射制御
装置の作用を図３〜図５を用いて説明する。ここで、図
３はマイコン４が実行する燃料噴射制御ルーチンを示す
フローチャートである。また、図４は定電流回路５１の
正常時における動作を示すタイムチャート、図５は定電
流回路５１の異常時における動作を示すタイムチャート
である。

【００３８】先ずは図４を用いて正常時における電磁弁
駆動回路５の基本動作を説明する。エンジン回転数信号
ＮＥは、所定クランク角毎のパルス信号として生成され
る。本実施の形態では、エンジン１回転（３６０°Ｃ
Ａ）につき４８個のＮＥパルスを出力する構成としてお
り、４気筒エンジンの場合、各気筒の噴射毎（１８０°
ＣＡ毎）に「０番」〜「２３番」のＮＥパルスが出力さ
れる。また、気筒判別信号Ｇは例えばエンジン２回転毎
に出力される。

【００３９】第ｎ，第ｎ＋１気筒電磁弁に対する駆動信
号Ｔn ，Ｔn+1 は、「０番」のＮＥパルスを基準とする
パイロット噴射時期ＴＴＰとメイン噴射時期ＴＴＭとに
基づいて出力される。また、駆動信号Ｔn ，Ｔn+1 は、
パイロット噴射量ＱＰ及びメイン噴射量ＱＭに応じた各
々の噴射時間ＴＰ，ＴＭでオンのまま保持される。

【００４０】パイロット噴射時期に対応する図の時刻ｔ
１で駆動信号Ｔn がオンされると、第ｎ気筒電磁弁に対
応するトランジスタ４３がオンされる。このとき、メイ
ン噴射許可信号Ｍがオフされている。すなわち、切り離
し回路のトランジスタ４４がオフされてメイン噴射が禁
止されている。従って、この時刻ｔ１では、パイロット
噴射用コンデンサ４０の電荷が一気に放電されて駆動ソ
レノイド３０が通電される。この際、駆動ソレノイド３
０に大電流（ピーク電流）が流れ高い燃料圧力下でも高
速応答性が実現できる。つまり、パイロット噴射のため
の開弁時においてパイロット噴射用コンデンサ４０から
の電流により速やかに開弁動作が行われる。

【００４１】放電後は、それに引き続いて駆動ソレノイ
ド３０に定電流回路５１から一定電流が供給される。こ
うして燃料噴射弁３の燃料噴射時には、この定電流回路
５１からの定電流（ホールド電流）により開弁状態が保
持される。その後、時刻ｔ２で駆動信号Ｔn がオフされ
ると、それに伴い燃料噴射弁３による燃料噴射が停止さ
れる。因みに、燃料噴射弁３の開弁による実際の燃料噴
射時期は、図の斜線域で示すように駆動信号Ｔn よりも
若干遅れることとなる。

【００４２】また、メイン噴射時期に対応する図の時刻
ｔ３で駆動信号Ｔn がオンされると、第ｎ気筒電磁弁に
対応するトランジスタ４３が再度オンされる。このと
き、メイン噴射許可信号Ｍがオンされる。すなわち、切
り離し回路のトランジスタ４４がオンされてメイン噴射
が許可される。従って、この時刻ｔ３では、メイン噴射
用コンデンサ３８の電荷が一気に放電されて駆動ソレノ
イド３０が通電される。この際、駆動ソレノイド３０に
大電流（ピーク電流）が流れ高い燃料圧力下でも高速応
答性が実現できる。つまり、メイン噴射のための開弁時
においてメイン噴射用コンデンサ３８からの電流により
速やかに開弁動作が行われる。

【００４３】放電後はパイロット噴射時と同様に、それ
に引き続いて駆動ソレノイド３０に定電流回路５１から
一定電流が供給され、この定電流（ホールド電流）によ
り開弁状態が保持される。その後、時刻ｔ４で駆動信号
Ｔn がオフされると、それに伴い燃料噴射弁３による燃
料噴射が停止される。またこの時刻ｔ４ではメイン噴射
許可信号Ｍがオフされる。

【００４４】メイン噴射終了後の時刻ｔ５では、図示し
ない昇圧許可信号が禁止側から許可側に切り換えられ、
それに伴いメイン噴射用及びパイロット噴射用のそれぞ
れのコンデンサ３８，４０の充電が開始される。この昇
圧許可信号は、次の燃焼気筒のパイロット噴射時期で禁
止側に切り換えられる。

【００４５】一方、図５には例えば定電流回路５１がオ
ープン異常となった状態を示す。かかる場合、パイロッ
ト噴射用コンデンサ４０の放電後並びにメイン噴射用コ
ンデンサ３８の放電後において、定電流回路５１の異常
により定電流が流れなくなる。すなわち、コンデンサ４
０，３８の放電に伴うピーク電流の発生においてホール
ド電流を流すことができない。

【００４６】図５の場合、パイロット噴射とメイン噴射
とに対応する２つの電磁弁駆動信号が１つの電磁弁駆動
信号としてマイコン４から出力される。例えば第ｎ気筒
電磁弁に対する駆動信号Ｔn は、「０番」のＮＥパルス
を基準とする噴射時期ＴＴに基づいて出力され、総噴射
量ＱＴＬに応じた噴射時間（ＴＰ＋ＴＭ）でオンのまま
保持される。

【００４７】つまり、図の時刻ｔ１１で駆動信号Ｔn が
オンされると、第ｎ気筒電磁弁に対応するトランジスタ
４３がオンされる。このとき当初は、メイン噴射許可信
号Ｍがオフされている。従って、この時刻ｔ１１では、
パイロット噴射用コンデンサ４０の電荷が一気に放電さ
れて駆動ソレノイド３０が通電され、駆動ソレノイド３
０に大電流（ピーク電流）が流れる。第ｎ気筒電磁弁の
駆動電流Ｉn はパイロット噴射用コンデンサ４０の放電
に伴いピーク電流に達した後、減少に転じる。駆動電流
Ｉn が減少する際、電磁弁１７の残留磁束によってその
値が比較的緩やかに低下する。

【００４８】そして、第ｎ気筒電磁弁の閉弁前の時刻ｔ
１２ではメイン噴射許可信号Ｍが出力される。これによ
り、第ｎ気筒電磁弁の開弁状態が保持されたままメイン
噴射用コンデンサ３８の電荷が一気に放電され、駆動ソ
レノイド３０に再びピーク電流が流れる。第ｎ気筒電磁
弁はピーク電流後の残留磁束によりその開弁状態が保持
される。

【００４９】その後、時刻ｔ１３で駆動信号Ｔn がオフ
されると、それに伴い燃料噴射弁３による燃料噴射が停
止される。結果として、噴射時間（ＴＰ＋ＴＭ）に相当
する燃料量がエンジンに噴射供給される。

【００５０】なお、第ｎ気筒電磁弁の駆動信号Ｔn をオ
フからオンに移行させるための噴射時期ＴＴは、前記図
４のメイン噴射時期ＴＴＭに略一致させるのが望まし
い。「ＴＴ≒ＴＴＭ」とすることで、本来のメイン噴射
に相当する燃料噴射時期にて当該燃料噴射による燃焼ト
ルクが確保できる。また、コンデンサ３８，４０による
放電の間隔は、駆動ソレノイド３０の残留磁束に応じて
決定されればよく、先のコンデンサの放電による残留磁
束が無くなる前（電磁弁１７がオフする前）に、後続の
コンデンサの放電を行うようにする。

【００５１】次に、図３の燃料噴射制御ルーチンを説明
する。当該ルーチンは、各気筒の燃料噴射毎にスタート
し、マイコン４は先ずステップ１０１でエンジン回転
数、アクセル開度、燃料噴射圧力（コモンレール圧）な
どの各種センサ情報を取り込む。また、マイコン４は、
続くステップ１０２で定電流異常フラグＦが「１」であ
るか否かを判別する。定電流異常フラグＦは、定電流回
路５１の異常の有無を表すものであって、Ｆ＝０は異常
無しを、Ｆ＝１は異常有りを示す。

【００５２】Ｆ＝０であれば、マイコン４はステップ１
０３に進み、パイロット噴射量ＱＰ、メイン噴射量Ｑ
Ｍ、パイロット噴射時期ＴＴＰ、メイン噴射時期ＴＴＭ
を演算する。これらの各値は、周知の演算手法を用い、
例えばエンジン回転数やアクセル開度（エンジン負荷）
などに基づき求められる。その後、マイコン４は、ステ
ップ１０４で前記演算したＱＰ，ＱＭ，ＴＴＰ，ＴＴＭ
に基づき電磁弁駆動信号Ｔn を求め、この電磁弁駆動信
号Ｔn を電磁弁駆動回路５（トランジスタ４３）に出力
する。このとき、電磁弁駆動信号Ｔn は、パイロット噴
射用信号（図４のｔ１〜ｔ２の信号）とメイン噴射用信
号（図４のｔ３〜ｔ４の信号）とからなる。

【００５３】その後、マイコン４は、定電流検出回路７
０から取り込んだ定電流検出信号ＤＧがＨレベルである
か否かを判別する。詳細には、電磁弁駆動信号Ｔn の出
力（Ｔn の立ち上がり）から５００μｓ後の定電流検出
回路７０の出力レベルを判定する。このＴn 立ち上がり
５００μｓ後のタイミングは、コンデンサ３８，４０の
放電によるピーク電流が収まり、定電流回路５１から所
定の定電流が流れているはずのタイミングに相当する
（ピーク電流は、Ｔn 出力後約３００μｓ間流れる）。

【００５４】この場合、定電流回路５１が正常であれ
ば、Ｔn 出力から５００μｓ後のＤＧ信号が「Ｈ」とな
り、マイコン４はそのまま本ルーチンを一旦終了する。
また、Ｔn 出力から５００μｓ後に所定の定電流が流れ
ず、定電流回路５１が異常であれば、ＤＧ信号が「Ｌ」
となる。この場合、マイコン４はステップ１０６に進
み、定電流異常フラグＦに「１」をセットした後、本ル
ーチンを終了する。

【００５５】定電流異常フラグＦに「１」がセットされ
ると、それ以降、ステップ１０２が毎回肯定判別され
る。従って、マイコン４は、ステップ１０７でコンデン
サ３８，４０の連続的な放電による１回分の燃料噴射量
（総噴射量ＱＴＬ）とその噴射時期ＴＴとを演算する。
この場合、コンデンサ３８，４０のみによる燃料噴射で
は、その最大量が制限される。そのため、例えば図６の
関係に従い、アクセル開度（エンジン負荷）に応じた総
噴射量ＱＴＬを演算する。

【００５６】その後、マイコン４は、ステップ１０８で
前記演算した総噴射量ＱＴＬ及び噴射時期ＴＴに基づき
電磁弁駆動信号Ｔn を求め、この電磁弁駆動信号Ｔn を
電磁弁駆動回路５（トランジスタ４３）に出力する。本
実施の形態では、電磁弁駆動信号Ｔn の立ち上がり３０
０μｓ後にメイン噴射分に相当する燃料噴射が開始され
るよう設定されている。つまり、電磁弁駆動信号Ｔn の
立ち上がり３００μｓ後にメイン噴射許可信号Ｍがオン
に切り換えられる。このとき、電磁弁駆動信号Ｔn は、
パイロット噴射用信号とメイン噴射用信号とを合成した
ものとなる（図５のｔ１１〜ｔ１３）。

【００５７】なお本実施の形態では、前記図３のステッ
プ１０３，１０４が請求項記載の第１の駆動手段に相当
し、同ステップ１０７，１０８が第２の駆動手段に相当
する。また、同ステップ１０６が異常判定手段に相当す
る。

【００５８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、定電流回路５１の異常の有無
を判定し、異常の有りの場合には、パイロット噴射用及
びメイン噴射用の２つのコンデンサ４０，３８の放電の
間隔を狭め、１回分のオン動作として電磁弁１７を駆動
させるようにした。すなわち、コンデンサ３８，４０に
よる放電を連続して行い、これらコンデンサ３８，４０
の放電により１回の燃料噴射を実施するようにした。

【００５９】上記構成によれば、仮に定電流回路５１が
オープン異常になった場合、コンデンサ３８，４０の単
発的な放電による極短時間の電磁弁駆動を行うのではな
く、コンデンサ３８，４０の放電を連続的に行って電磁
弁１７のオン時間を長引かせることができる。その結
果、定電流回路５１の異常発生時にも電磁弁１７のオン
状態を少なくとも必要最小限の時間で維持することがで
き、必要分の燃料噴射量が確保できる。この場合、エン
ジンの運転に最小限必要な燃料噴射量が確保でき、エン
ジンが極低速運転に陥る、或いはエンジンストールに至
るなどの問題が回避できる。

【００６０】（ｂ）コンデンサ３８，４０の放電開始か
ら所定時間が経過した後、定電流回路５１の出力レベル
に基づき異常の有無を判定するようにした。この場合、
定電流回路５１の異常の有無が確実に検出でき、ひいて
は電磁弁１７を適正に駆動させることができる。

【００６１】（ｃ）２つのコンデンサ３８，４０の充電
を行うためのトランス３４、トランジスタ３５及び発振
回路５９を単一の構成としたため、構成の簡素化を図り
つつ電磁弁１７の高速駆動が可能となる。

【００６２】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態を図７を用いて説明する。但し、第
２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図面に同一の記号を付
すと共に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。

【００６３】図７は、本実施の形態における電磁弁駆動
回路５の動作の概要を示すタイムチャートであり、同図
には定電流回路５１の異常時における動作を示す（正常
時の動作は、前記図４と同じため省略する）。

【００６４】図７では、パイロット噴射とメイン噴射と
に対応する２つの電磁弁駆動信号が１つの電磁弁駆動信
号としてマイコン４から出力される。例えば第ｎ気筒電
磁弁に対する駆動信号Ｔn は、「０番」のＮＥパルスを
基準とする噴射時期ＴＴに基づいて出力され、総噴射量
ＱＴＬに応じた噴射時間でオンのまま保持される。噴射
時期ＴＴは、前記図５と同様に、前記図４のメイン噴射
時期ＴＴＭに略一致している。

【００６５】つまり、図の時刻ｔ２１で駆動信号Ｔn が
オンされると、第ｎ気筒電磁弁に対応するトランジスタ
４３がオンされる。このとき当初は、メイン噴射許可信
号Ｍがオフされている。従って、この時刻ｔ２１では、
パイロット噴射用コンデンサ４０の電荷が一気に放電さ
れて駆動ソレノイド３０が通電され、駆動ソレノイド３
０に大電流（ピーク電流）が流れる。

【００６６】そして、時刻ｔ２２（例えばｔ２１から３
００μｓ後）において、メイン噴射許可信号Ｍが出力さ
れる。メイン噴射許可信号Ｍは、オン・オフを小刻みに
繰り返す信号であり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間におい
てメイン噴射用コンデンサ３８の充電電圧が徐々に低下
する。このとき、メイン噴射用コンデンサ３８の充電電
圧が比較的大きい放電当初にはオン時間（放電時間）を
短くし、充電電圧の低下に伴いオン時間を長くする。但
し、オフ時間は一定でよい。

【００６７】第ｎ気筒電磁弁の駆動電流Ｉn は、時刻ｔ
２１でのパイロット噴射用コンデンサ４０の放電に伴い
ピーク電流に達した後、減少に転じる。そして、時刻ｔ
２２〜ｔ２３におけるメイン噴射許可信号Ｍのオン・オ
フ期間では、駆動電流Ｉn は略一定の電流値で保持され
る。従って、時刻ｔ２１〜ｔ２３の期間において、第ｎ
気筒電磁弁の開弁状態が保持されることとなる。ここ
で、時刻ｔ２２〜ｔ２３の駆動電流Ｉn が定電流回路５
１による定電流と同程度の値になるよう、メイン噴射許
可信号Ｍのオン・オフそれぞれの時間が調整される。

【００６８】なお上記図７の動作を実現するためのマイ
コン４の処理は、その殆どが前記図３に準ずるものであ
り、相違点としては図３のステップ１０８の内容が一部
変更されるのみである。従って、ここではその図示を省
略するが、その概略としては、マイコン４は、当該ステ
ップ１０８で総噴射量ＱＴＬ及び噴射時期ＴＴに応じた
電磁弁駆動信号Ｔn を求めて電磁弁駆動回路５に出力す
ると共に、メイン噴射許可信号Ｍをオン・オフさせる旨
の指令を出力する。

【００６９】本実施の形態によれば、上記第１の実施の
形態と同様に、定電流回路５１の異常発生時にも電磁弁
１７のオン状態を少なくとも必要最小限の時間で維持す
ることができ、必要分の燃料噴射量が確保できる。また
本実施の形態では、パイロット噴射用コンデンサ４０
（先の充電手段）による放電を一気に行うと共に、メイ
ン噴射用コンデンサ３８（後続の充電手段）による放電
を小刻みで行い電磁弁１７のオン状態を維持するように
した。すなわち、電磁弁１７は通常、オフからオンに移
行する際に多大なエネルギを要し、オフ→オンの切換え
完了後には比較的少ないエネルギでオン状態が維持でき
る。そのため上述したように、先のコンデンサ４０の放
電後に、後続のコンデンサ３８の放電を小刻みに行うこ
とで、電磁弁１７のオン状態が長時間にわたり保持でき
る。

【００７０】また、メイン噴射用コンデンサ３８による
放電時において当該電磁弁１７のオン時間を徐々に増加
させるようにした。そのため、コンデンサ３８の放電開
始から放電の終了までの期間において、常に必要分だけ
のエネルギが電磁弁１７に供給され、当該電磁弁１７の
オン状態の長期化が促される。

【００７１】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。定電流回路５１の異常発生時
において、パイロット噴射用コンデンサ４０の放電とメ
イン噴射用コンデンサ３８の放電との間隔を、コモンレ
ール圧などのエンジン運転状態に応じて可変に設定す
る。かかる場合、エンジン運転状態に応じてコンデンサ
３８，４０による各々の放電の間隔を大きくすれば、異
常の発生時にも燃焼トルクの増大を図ることができる。

【００７２】上記第２の実施の形態では、定電流回路５
１の異常時において、パイロット噴射用コンデンサ４０
の放電に続くメイン噴射用コンデンサ３８の放電を小刻
みに行うと共に、同コンデンサ３８のオン時間（放電時
間）を可変に設定したが、この際、コンデンサ３８のオ
ン時間を駆動電流に基づいてフィードバック制御しても
よい。かかる場合、駆動電流を検出してその検出結果を
マイコン４に取り込むための構成を付加する。そして、
駆動電流が定電流回路５１の定電流に一致するようフィ
ードバック量を演算し、その演算結果に応じてコンデン
サ３８のオン時間を設定する。また、コンデンサ３８の
オン時間を一定値として構成の簡素化を図るようにして
もよい。

【００７３】上記各実施の形態では、複数の充電手段と
してメイン噴射用とパイロット噴射用の２つのコンデン
サ３８，４０を用いて電磁弁駆動回路５を構成したが、
３つ以上のコンデンサを用いて電磁弁駆動回路５を構成
することも可能である。例えば上記２つのコンデンサ３
８，４０に加えて、メイン噴射後に実施されるポスト噴
射用のコンデンサを設ける。そして、定電流回路５１の
異常発生時には、これら３つのコンデンサの放電を連続
して行わせ、１回分の燃料噴射を実施する。因みに、ポ
スト噴射は、燃料（ＨＣ分）を触媒の還元剤として用い
るために実施され、エンジン回転数や負荷から予測され
るＮＯx 生成量に応じた量の燃料を噴射する。

【００７４】本発明の電磁弁駆動装置は、高圧ポンプに
おける電磁弁の駆動装置として具体化したり、分配型燃
料噴射ポンプにおける電磁スピル弁の駆動装置として具
体化したりすることもできる。上記実施の形態では電磁
弁（三方電磁弁１７）を常閉弁として具体化したが、こ
れに代えて、常開弁として具体化することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるディーゼルエンジン
のコモンレール式燃料噴射装置の概要を示す全体構成
図。

【図２】電磁弁駆動回路を示す電気回路図。

【図３】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。

【図４】電磁弁駆動回路の動作説明のためのタイムチャ
ート。

【図５】電磁弁駆動回路の動作説明のためのタイムチャ
ート。

【図６】定電流回路の異常時における総噴射量を設定す
るための図。

【図７】第２の実施の形態において、電磁弁駆動回路の
動作説明のためのタイムチャート。

【符号の説明】

３…燃料噴射弁、４…第１の駆動手段，第２の駆動手
段，異常判定手段としてのマイクロコンピュータ（マイ
コン）、５…電磁弁駆動回路、１７…三方電磁弁、３８
…充電手段を構成するメイン噴射用コンデンサ、４０…
充電手段を構成するパイロット噴射用コンデンサ、５１
…定電流回路、７０…定電流検出回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｆ 7/18 Ｈ０１Ｆ 7/18 Ｋ // Ｆ０２Ｍ 45/10 Ｆ０２Ｍ 45/10 47/00 47/00 Ｅ Ｆ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源電圧から所定の定電流を生成する定電
   流回路と、電源電圧よりも高い電圧を蓄える複数の充電
   手段とを備え、 電磁弁の駆動開始当初に前記充電手段の高電圧を一気に
   放電すると共に、引き続き前記定電流回路の定電流によ
   って当該電磁弁のオン状態を維持する電磁弁駆動装置に
   おいて、 前記複数の充電手段によりそれぞれ高電圧を放電して前
   記電磁弁を所定間隔で駆動させる第１の駆動手段と、 前記定電流回路の異常の有無を判定する異常判定手段
   と、 前記定電流回路が異常であると判定した場合、前記複数
   の充電手段による放電の間隔を狭め１回分のオン動作と
   して前記電磁弁を駆動させる第２の駆動手段とを備える
   ことを特徴とする電磁弁駆動装置。
2. 【請求項２】前記第２の駆動手段は、先の充電手段によ
   る放電を一気に行うと共に、後続の充電手段による放電
   を小刻みで行い電磁弁のオン状態を維持する請求項１に
   記載の電磁弁駆動装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の電磁弁駆動装置におい
   て、 前記後続の充電手段による放電で電磁弁のオン状態を維
   持する際、当該電磁弁のオン時間を徐々に増加させてい
   く電磁弁駆動装置。
4. 【請求項４】車両用エンジンの高圧燃料噴射制御装置に
   適用され、電磁弁の駆動に伴い燃料噴射弁からエンジン
   に燃料を噴射供給するものであって、前記エンジンの気
   筒に対してメイン噴射とそれに先立つパイロット噴射と
   を実施するための電磁弁駆動装置において、 前記第１の駆動手段は、前記複数の充電手段による放電
   とそれに続く定電流の通電によりパイロット噴射及びメ
   イン噴射をそれぞれに実施するものであり、 前記第２の駆動手段は、前記複数の充電手段による放電
   を連続して行い、これら充電手段の放電により１回の燃
   料噴射を実施するものである請求項１〜請求項３のいず
   れかに記載の電磁弁駆動装置。
5. 【請求項５】前記異常判定手段は、前記充電手段の放電
   から所定時間が経過した後、前記定電流回路の出力レベ
   ルに基づき異常の有無を判定する請求項１〜請求項４の
   いずれかに記載の電磁弁駆動装置。