KR101498809B1 - 전자기 밸브의 구동 회로 - Google Patents

전자기 밸브의 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 구동 코일에 발생시킨 서지 전압을 회생할 때 불필요한 에너지 소비가 발생하는 것을 저지한다.
전자기 밸브의 구동 코일(2)의 작동용 고전압을 공급 가능한 콘덴서(2)의 고전압을 구동 코일(2)에 IGBT(8)가 인가한다. 구동 코일(2)에의 유지 전압을 DC/DC 변환기(30)로부터 구동 코일(2)에 IGBT(26)가 인가한다. 구동 코일(2)에 고전압 또는 유지 전압을 IGBT(10)가 인가 가능하게 한다. IGBT(10)의 온, 오프에 의해 구동 코일(2)에 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 콘덴서(4)에 IGBT(14)가 축적한다.

Description

전자기 밸브의 구동 회로{DRIVING CIRCUIT FOR ELECTROMAGNETIC VALVE}
본 발명은 전자기 밸브의 구동 회로에 관한 것이며, 특히, 구동용 전압에 구동 코일의 서지 전압을 이용하는 것이다.
전자기 밸브로서는, 예를 들어 커먼 레일 방식의 내연 기관용 연료 분사 장치에 있어서, 커먼 레일 내에 축적된 고압 연료를 분사하는 연료 분사 밸브가 있다. 이 연료 분사 밸브의 구동 회로로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 것이 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, 콘덴서에 이미 축적되어 있는 고전압을, 연료 분사 밸브의 구동 코일에 인가하고, 인가 직후로부터 급격하게 구동 코일의 전압을 상승시키며, 연료 분사 밸브를 밸브 개방 상태로 한다. 콘덴서에 의한 고전압 구동이 종료된 후, 구동 코일에 직류 전원으로부터 구동 전류가 공급되어, 밸브 개방 상태가 유지된다. 연료 분사 밸브의 구동 종료의 시점으로부터 다음 구동 개시까지의 기간 중에, 직류 전원에 대하여 저항기와 구동 코일과 스위칭 소자와 저항기의 직렬 회로를 접속하고, 스위칭 소자에 대하여 병렬로 콘덴서를 접속하여, 스위칭 소자를 온, 오프시킴으로써 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압에 의해 콘덴서에 고전압 에너지를 충전한다.
일본 특허 공개 제 2002-21680호 공보
특허문헌 1의 기술에 의하면, 서지 전압을 발생시킬 때, 저항기를 개재하여 전류가 흐르므로, 저항기에 의해 에너지가 불필요하게 소비된다.
본 발명은 구동 코일에 서지 전압을 발생시키고 이를 회생시킬 때 불필요한에너지 소비가 발생하는 것을 저지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태의 전자기 밸브의 구동 회로는, 전자기 밸브의 구동 코일을 갖고 있다. 이 전자기 밸브로서, 다양한 용도에 사용되는 전자기 밸브를 사용할 수 있다. 이 구동 코일에의 작동용 고전압을 고전압 축적 수단이 공급 가능하게 되어 있다. 고압 축적 수단으로서는, 예를 들어 통상의 콘덴서를 사용할 수도 있고, 충전 가능한 배터리를 사용할 수도 있다. 상기 고압 축적 수단의 고전압을 상기 구동 코일에 고전압용 스위칭 소자가 인가한다. 고전압 축적 수단과 상기 구동 코일 사이에, 고전압용 스위칭 소자가 개재하는 것이 바람직하다. 상기 구동 코일에의 유지 전압을 전원 수단이 발생시키고, 이 전원 수단으로부터 상기 구동 코일에 유지용 스위칭 소자가 유지 전압을 인가한다. 이 유지용 스위칭 소자는, 전원 수단과 구동 코일 사이에 개재하는 것이 바람직하다. 구동용 스위칭 소자가, 상기 구동 코일에 상기 고전압 또는 상기 유지 전압을 인가 가능하게 한다. 상기 구동용 스위칭 소자가 온, 오프함으로써 상기 구동 코일에 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 축적용 스위칭 소자가 온, 오프함으로써 상기 고전압 축적 수단에 축적한다. 이 축적용 스위칭 소자는, 고전압 축적 수단과 상기 구동 코일 사이에 개재하는 것이 바람직하다. 상술한 각 스위칭 소자로서는, 예를 들어 소정의 전압이 양단부 간에 인가되었을 때, 자동으로 도통하는 자려식 스위칭 소자 또는, 제어 신호를 받았을 때 도통하는 타려식 스위칭 소자를 사용할 수 있다. 자려식 스위칭 소자로서는, 단방향성 도통 소자, 예를 들어 다이오드를 사용할 수 있으며, 타려식 스위칭 소자로서는, 예를 들어 바이폴라 트랜지스터, FET 또는 IGBT 등을 사용할 수 있다.
이렇게 구성된 전자기 밸브의 구동 회로에서는, 구동용 스위칭 소자를 온, 오프함으로써 서지 전압을 발생시키고, 고전압 축적 수단에 고전압 에너지를 축적하고 있다.
상기 서지 전압을, 상기 유지 전압을 구동 코일에 인가할 때 발생시킬 수 있다. 이렇게 유지 전압을 온, 오프함으로써, 특허문헌 1의 기술과는 달리, 콘덴서에 고압 에너지를 축적하기 위한 기간을 특별히 설정하고 있지 않다. 그로 인해, 축적 기간 중에 불필요한 에너지 소비가 발생하지 않는다.
또한, 상기 서지 전압을, 상기 구동 코일에 통상 통전하지 않는 기간, 예를 들어 전자기 밸브를 밸브 개방하지 않는 기간에 발생시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 서지 전압은, 상기 전자기 밸브가 비구동인 크기이다. 이렇게 구성하면, 구동 코일에 통상 통전하지 않는 기간에도, 고전압 축적 수단에 에너지를 축적할 수 있다. 게다가, 그때의 서지 전압의 크기에서는, 구동 밸브가 구동되는 일은 없으므로, 이 에너지 축적이, 구동 밸브의 정상적인 동작에 악영향을 주는 일은 없다.
축적 수단을 고전압 축적 수단과 별개로 설치할 수도 있다. 이 경우, 이 축적 수단에 상기 서지 전압을 축적하는 별개의 축적용 스위칭 소자가 설치된다. 별개의 축적 수단으로서는, 예를 들어 통상의 콘덴서를 사용할 수도 있고, 전기 이중층 콘덴서를 사용할 수도 있으며, 충전 가능한 배터리를 사용할 수도 있다. 별개의 축적 수단에의 축적은, 예를 들어 고전압 축적 수단의 전압이 미리 정한 값으로 되었을 때, 행할 수도 있다.
전자기 밸브에 따라서는, 구동 코일에 유지 전압을 인가하는 시간을 길게 하여, 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄 시간을 길게 하는 경우가 있는 것이 있다. 이러한 경우, 유지 전압의 인가 시간이 길어지면, 고전압 축적 수단에 공급된 고전압 에너지가 고전압 축적 수단의 용량을 초과할 가능성이 있다. 그 경우, 예를 들어 저항기에 의해 용량을 초과한 고전압 에너지를 소비하는 것도 생각할 수 있지만 에너지 낭비가 된다. 따라서, 다른 축적 수단을 설치하여, 용량을 초과한 고전압 에너지를 축적하고, 불필요한 에너지 소비를 피하고 있다.
또한, 상기 축적 수단에 축적된 에너지를 상기 유지 전압에 사용할 수도 있다.
이렇게 축적 수단에 축적된 에너지를 사용함으로써, 전원 수단으로부터의 유지 전압의 공급을 감소시킬 수 있어, 전원 수단에서의 에너지 소비를 억제할 수 있다.
상술한 각 형태에 있어서, 상기 고전압을 상기 구동 코일에 인가할 때, 상기 구동용 스위칭 소자를 온, 오프함으로써 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 상기 고압 축적 수단에 축적할 수도 있다.
이렇게 구성하면, 고전압에서 구동 시에도 에너지의 회수를 행할 수 있으며, 또한 에너지 절약화를 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 전자기 밸브의 구동 회로에서는, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 구동 회로의 블록도이다.
도 2는, 도 1의 구동 회로에 있어서 피크 전류를 솔레노이드 코일(2)에 흐르게 했을 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 1의 구동 회로에 있어서 피크 전류를 콘덴서(4)에 회생시킬 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 1의 구동 회로에 있어서 피크 전류를 전기 이중층 콘덴서(22)에 회생시킬 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 5는, 도 1의 구동 회로에 있어서 DC/DC 변환기(40)로부터 유지 전류를 솔레노이드 코일(2)에 흐르게 했을 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 6은, 도 1의 구동 회로에 있어서 유지 전류를 콘덴서(4)에 회생시킬 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 7은, 도 1의 구동 회로에 있어서 유지 전류를 전기 이중층 콘덴서(22)에 회생시킬 때의 전류 경로를 도시하는 도면이다.
도 8은, 도 1의 구동 회로에 있어서 솔레노이드 코일(2)에 흐르는 전류를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로의 블록도이다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로의 블록도이다.
도 11은, 본 발명의 제4 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로의 블록도이다.
본 발명의 제1 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로는, 예를 들어 커먼 레일 방식의 내연 기관용 연료 분사 장치의 연료 분사 밸브를 구동하기 위한 것으로, 연료 분사 밸브의 구동 코일, 예를 들어 솔레노이드 코일(2)을 갖고 있다. 이 솔레노이드 코일(2)의 일단부는, 고전압 축적 수단, 예를 들어 콘덴서(4)의 일단부, 예를 들어 정극에, 고전압용 스위칭 소자를 개재하여 접속되어 있다. 고전압용 스위칭 소자로서는, 예를 들어 자려식 스위칭 소자와 타려식 스위칭 소자와의 직렬 회로를 사용할 수 있다. 자려식 스위칭 소자로서는, 예를 들어 단방향성 소자, 구체적으로는 다이오드(6)를 사용할 수 있고, 타려식 스위칭 소자로서는, 예를 들어 반도체 스위칭 소자, 예를 들어 IGBT(8)를 사용할 수 있다. 다이오드(6)는 콘덴서(4)의 정극측으로부터 솔레노이드 코일(2)측으로 전류가 흐르는 방향으로 배치되어 있다. 즉 애노드가 콘덴서(4)의 정극측에, 캐소드가 솔레노이드 코일(2)측에 위치하고 있다. IGBT(8)는, 그 콜렉터-이미터 도전로가, 다이오드(6)의 캐소드측과 솔레노이드 코일(2)의 일단부와의 사이에 위치하도록 접속되어 있다. IGBT(8)는, 후술하는 제어 수단, 예를 들어 제어 회로(9)에 의해 온·오프 제어된다.
솔레노이드 코일(2)의 타단부는, 구동용 스위칭 소자, 예를 들어 타려식 스위칭 소자, 구체적으로는 반도체 스위칭 소자, 보다 구체적으로는 IGBT(10)의 콜렉터-이미터 도전로를 개재하여 콘덴서(4)의 부극에 접속되어 있다. IGBT(10)는, 제어 회로(9)에 의해 온·오프 제어된다. IGBT(8, 10)가 온일 때, 콘덴서(4)의 정극으로부터의 전류는, 다이오드(6), IGBT(8), 솔레노이드 코일(2), IGBT(10)를 개재하여 콘덴서(4)의 부극으로 흐른다.
또한, 솔레노이드 코일(2)의 타단부와 IGBT(10)와의 접속점은, 축적용 스위칭 소자, 예를 들어 다이오드(12)와 IGBT(14)와의 직렬 회로를 개재하여 콘덴서(4)의 정극에 접속되어 있다. 다이오드(12)는 자려식 스위칭 소자, 예를 들어 단방향성 소자의 일례이며, IGBT(14)는, 타려식 스위칭 소자, 예를 들어 반도체 스위칭 소자의 일례이다. 다이오드(12)는 솔레노이드 코일(2)의 타단부측으로부터 콘덴서(4)의 정극측으로 전류가 흐르는 방향성으로 배치되어 있다. 즉 애노드가 솔레노이드 코일(2)의 타단부측에 위치하고, 캐소드가 콘덴서(4)의 정극측에 위치한다. IGBT(14)의 콜렉터-이미터 도전로가, 다이오드(6)의 캐소드측과 콘덴서(4)의 정극측 사이에 위치하도록 접속되어 있다. IGBT(14)는, 제어 회로(9)에 의해 온·오프 제어된다. 또한, 콘덴서(4)의 부극측과 솔레노이드 코일(2)의 일단부측 사이에, 자려식 스위칭 소자, 예를 들어 단방향성 소자, 구체적으로는 다이오드(16)가 접속되어 있다. 그 접속은, 콘덴서(4)의 부극측으로부터 솔레노이드 코일(2)의 일단부측으로 전류가 흐르는 방향성으로 행해져 있다.
즉 애노드가 콘덴서(4)의 부극측에, 캐소드가 솔레노이드 코일(2)의 일단부측에, 각각 위치한다. IGBT(14)가 온일 때, 솔레노이드 코일(2)의 일단부측으로부터의 전류는, 다이오드(12), IGBT(14), 콘덴서(4), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)의 타단부로 흐른다.
솔레노이드 코일(2)의 타단부와 콘덴서(4)의 부극 사이에는, 축적용 스위칭 소자를 개재하여 축적 수단도, 다이오드(12), IGBT(14), 콘덴서(4)의 직렬 회로에 병렬로 설치되어 있다. 축적용 스위칭 소자는, 다이오드(18)와 IGBT(20)와의 직렬 회로로 이루어진다. 다이오드(18)는 자려식 스위칭 소자, 예를 들어 단방향성 소자의 일례이며, IGBT(20)는, 타려식 스위칭 소자, 예를 들어 반도체 스위칭 소자의 일례이다. IGBT(20)는, 제어 회로(9)에 의해 온·오프 제어된다. 축적 수단으로서는, 예를 들어 전기 이중층 콘덴서(22)가 사용되어 있다. IGBT(20)가 온일 때, 솔레노이드 코일(2)의 일단부로부터의 전류는, 다이오드(18), IGBT(20), 전기 이중층 콘덴서(22), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)의 타단부로 흐른다.
솔레노이드 코일(2)의 일단부에는, 유지용 스위칭 소자와 역류 저지 소자와의 직렬 회로를 개재하여 전원 수단의 일단부가 접속되어 있다. 유지용 스위칭 소자로서는, 자려식 스위칭 소자, 예를 들어 단방향성 소자, 구체적으로는 다이오드(24)와, 타려식 스위칭 소자, 예를 들어 반도체 스위칭 소자, 구체적으로는 IGBT(26)가 사용되어 있다. 역류 저지 소자로서는, 단방향성 소자, 예를 들어 다이오드(28)가 사용되고, 전원 수단으로서는 예를 들어 DC/DC 변환기(30)가 사용되어 있다. DC/DC 변환기(30)의 일단부는, 예를 들어 정극이고, 타단부가 예를 들어 부극이며, 부극은 콘덴서(4)의 부극측에 접속되어 있다. 다이오드(26)는 DC/DC 변환기(30)측으로부터만 전류가 흐르는 방향성으로, 즉 애노드가 DC/DC 변환기(30)의 정극측에 위치하고, 캐소드가 다이오드(24)의 캐소드측에 위치하도록 배치되어 있다. 다이오드(24)도 솔레노이드 코일(2)측으로 전류가 흐르는 방향성으로 배치되어 있다. 즉 애노드가 상술한 바와 같이 다이오드(28)의 캐소드측에 접속되고, 다이오드(28)의 캐소드는, IGBT(26)의 콜렉터-이미터 도전로를 개재하여 솔레노이드 코일(2)의 일단부에 접속되어 있다. IGBT(26)는, 제어 회로(9)에 의해 온·오프 제어된다. IGBT(26)가 온일 때, DC/DC 변환기(28)로부터 다이오드(28, 24), IGBT(26)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)의 일단부에 전류가 흐른다.
또한, 전기 이중층 콘덴서(22)의 정극측과 다이오드(28)의 캐소드 사이에는, 역류 저지 소자, 예를 들어 단방향성 소자, 예를 들어 다이오드(32)가 접속되어 있다. 다이오드(32)은 그 애노드가 전기 이중층 콘덴서(22)의 정극에 접속되고, 캐소드가 다이오드(28)의 캐소드에 접속되어 있다. 따라서, DC/DC 변환기(28)로부터의 전류는, 다이오드(32)에 저지되어, 전기 이중층 콘덴서(22)로는 흐르지 않고, 전기 이중층 콘덴서(22)의 정극으로부터의 전류는, 다이오드(28)에 저지되어, DC/DC 변환기(28)측으로는 흐르지 않으며, 다이오드(24), IGBT(26)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)의 일단부측으로 흐른다.
각 IGBT(8, 10, 14, 20)를 제어하기 위하여, 제어 회로(9)에는 전류 검출 신호와 전압 검출 신호가, 공급되고 있다. 전류 검출 신호는, 전류 검출기(34)에 의해 검출된 솔레노이드 코일(2)을 흐르는 전류를 나타내고, 전압 검출 신호는, 전압 검출기(36)에 의해 검출된 콘덴서(4)의 양단부 간 전압을 나타낸다. 전류 검출기(34)는 솔레노이드 코일(2)과 직렬로 접속되고, 전압 검출기(36)는 콘덴서(4)에 병렬로 접속되어 있다.
이렇게 구성된 구동 회로는 다음과 같이 동작한다. 지금, 콘덴서(4)에는, 초기 전하가 충분히 충전되어, DC/DC 변환기(30)의 전압보다도 높은 전압으로 충전되어 있다고 가정한다. 이 상태에 있어서, 제어 회로(9)가 IGBT(8, 10)를 온시키면, 도 2에 화살표로 나타낸 바와 같이, 콘덴서(4)의 정극으로부터 다이오드(6), IGBT(8), 솔레노이드 코일(2), IGBT(10)를 개재하여 콘덴서(4)의 부극으로 큰 피크 전류가 흐르기 시작한다. 이 피크 전류는, 후술하는 유지 전류보다도 크다. 이 피크 전류의 솔레노이드 코일(2)에의 공급에 의해, 연료 분사 밸브는, 고속으로 동작하고, 예를 들어 밸브 개방 상태로 된다. 솔레노이드 코일(2)에 피크 전류가 흐른 것에 의해, 솔레노이드 코일(2)에 에너지가 축적된다.
이렇게 피크 전류가 솔레노이드 코일(2)로 흐르고 있는 동안에, IGBT(10)를 오프로 하고, IGBT(14)를 온으로 하는 것이 복수 회에 걸쳐 소정 주기마다 반복된다. 즉, PWM 제어가 행해진다. 이것에 의해, 솔레노이드 코일(2)에 축적된 에너지에 의해 서지 전압이 발생하고, 이 서지 전압에 의한 전류가 도 3에 도시한 바와 같이, 다이오드(12), IGBT(14), 콘덴서(4), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)로 흐르고, 솔레노이드 코일(2)에 축적된 에너지가 콘덴서(4)에 축적되어, 에너지의 회생이 행해진다.
이 회생에 의해 콘덴서(4)의 전압은 서서히 상승하고, 도 1에 도시하는 전압 검출기(36)가 콘덴서(4)의 양단부 간 전압이 미리 정한 값 이상으로 된 것을 검출했을 때, 제어 회로(9)는 IGBT(14)의 온, 오프 제어를 중지하고, IGBT(10)가 오프일 때, IGBT(20)를 온하며, IGBT(10)가 온일 때, IGBT(20)를 오프로 하는, 온, 오프 제어를 소정 주기마다 반복한다. 즉, PWM 제어가 행해진다. IGBT(20)가 온일 때는, 도 4에 도시한 바와 같이, 솔레노이드 코일(2)로부터의 전류가 다이오드(18), IGBT(20), 전기 이중층 콘덴서(22), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)로 흐른다. 그 결과, 콘덴서(4) 대신, 전기 이중층 콘덴서(22)에 에너지의 회생이 행해진다. 또한, 피크 전류가 흐르고 있는 동안에, 콘덴서(4)의 양단부 간 전압이 미리 정한 전압 이상으로 되지 않는 경우에는, 전기 이중층 콘덴서(22)에의 충전은 행해지지 않는다.
이윽고, 콘덴서(4)로부터의 피크 전류가 소정값 이하로 저하한 것이, 도 1에 도시하는 전류 검출기(34)에 의해 검출되면, 제어 회로(9)는 IGBT(20)를 오프로 하고, IGBT(26)를 온으로 한다. IGBT(10)는 온인 채이다. 그 결과, 도 5에 도시한 바와 같이 DC/DC 변환기(30)(도 5에서는 배터리로서 도시되어 있음)로부터 다이오드(24), IGBT(26), 솔레노이드 코일(2), IGBT(10)를 개재하여 DC/DC 변환기(30)로 전류가 흐르고, 솔레노이드 코일(2)에는, 밸브 개방 상태를 유지하는 일정한 유지 전류가 흐른다. 또한, 솔레노이드 코일(2)에는 에너지가 축적된다.
이 유지 전류가 흐르고 있는 동안에, IGBT(10)를 오프로 하고, IGBT(14)를 온으로 하는 것을 소정 주기마다 반복한다. 즉, PWM 제어가 행해진다. 이 IGBT(10)가 오프이고, IGBT(14)가 온일 때, 솔레노이드 코일(2)에는 서지 전압이 발생하고, 이 서지 전압에 의해 발생한 전류가, 도 6에 도시한 바와 같이, 다이오드(12), IGBT(14), 콘덴서(4), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)로 흘러, 콘덴서(4)가 충전된다. 즉, 에너지 회생이 행해진다.
콘덴서(4)가 충전되어, 그 전압이 미리 정한 전압 이상의 값으로 되면, IGBT(14) 대신, IGBT(20)가 온, 오프로 되는 것이 소정 주기마다 반복된다. 물론, IGBT(20)가 온일 때, IGBT(10)는 오프이며, IGBT(20)가 오프일 때, IGBT(10)는 온이다. 즉, PWM 제어가 행해진다. IGBT(20)가 온일 때, 도 7에 도시한 바와 같이 솔레노이드 코일(2)로부터의 전류는, 다이오드(18), IGBT(20), 전기 이중층 콘덴서(22), 다이오드(16)를 개재하여 솔레노이드 코일(2)로 흘러, 전기 이중층 콘덴서(22)를 충전한다. 또한, 콘덴서(4)의 양단부 간 전압이 미리 정한 전압 이상으로 되지 않는 경우에는, 전기 이중층 콘덴서(22)에의 충전은 행해지지 않는다.
소정의 시간이 경과하고, 연료 분사 밸브의 밸브 개방 상태를 유지할 필요가 없어지면, 모든 IGBT가 오프로 되고, 연료 분사 밸브는 밸브 폐쇄 상태로 되어, 다음 번 연료 분사 밸브의 밸브 개방에 대비한다.
이렇게 하여, 충전된 콘덴서(4)의 전압은, 상술한 바와 같은 피크 전류를 다음 번 밸브 개방 시에 솔레노이드 코일(2)에 공급하기 위하여 사용된다. 또한, 전기 이중층 콘덴서(22)의 전압이 DC/DC 변환기(30)의 전압보다도 커지면, 유지 전류를 솔레노이드 코일(2)에 흐르게 할 때, 도 1에 도시하는 다이오드(32)를 개재하여 전기 이중층 콘덴서(22)의 전류가 다이오드(24), IGBT(26)으로 흐른다. 이때, 다이오드(28)가 설치되어 있으므로, 전기 이중층 콘덴서(22)의 전류가 DC/DC 변환기(30)로 흐르는 일은 없다. 즉, 전기 이중층 콘덴서(22)는 유지 전류를 흐르게 하기 위해서만 사용된다. 또한, 전기 이중층 콘덴서(22)의 전압이 DC/DC 변환기(30)의 전압보다도 낮은 경우에도, 다이오드(32)가 설치되어 있으므로, 전기 이중층 콘덴서(22)가 DC/DC 변환기(30)에 의해 충전되는 일도 없다.
도 8은 솔레노이드 코일(2)에 흐르는 전류를 개략적으로 도시한 것으로, 각 피크 전류가 흐르고 있는 기간 및 유지 전류가 흐르고 있는 기간 각각에, 구동 밸브는 밸브 개방 상태로 되고, 또한 이들 기간에 상술한 바와 같이 PWM 제어에 의한 회생이 행해져, 콘덴서(4) 또는 전기 이중층 콘덴서(22)에의 충전이 행해진다. 이 PWM 제어에 의한 회생이 행해지고 있을 때, 도 8에는 도시되어 있지 않지만, 각 피크 전류 및 각 유지 전류에는, IGBT(14 또는 20)의 온, 오프에 따라 진동이 발생하고 있다.
이 구동 회로에 의하면, 콘덴서(4)나 전기 이중층 콘덴서(22)에, 이들을 충전하기 위하여 솔레노이드 코일(2)로부터 전류가 흐르는 경로 중에는, 에너지를 소비하는 저항기는 전혀 배치되어 있지 않다. 따라서, 콘덴서(4)나 전기 이중층 콘덴서(22)의 충전 시에 불필요한 전력 소비를 억제할 수 있어, 에너지 절약화를 도모할 수 있다. 게다가, 연료 분사 밸브의 밸브 개방 상태를 유지하기 위하여 일정한 유지 전류를 솔레노이드 코일(2)로 흐르게 하고 있을 때, 즉 정상 상태에 있어서 회생을 행하고 있으며, 유지 전류의 상승이나 하강 시의 과도 상태에 있어서 콘덴서(4) 등의 충전을 행하는 것이 아니다. 또한, 전기 이중층 콘덴서(22)를 설치하여, 콘덴서(4)가 소정 용량까지 충전되었을 때, 전기 이중층 콘덴서(22)에 충전하도록 구성되어 있으므로, 솔레노이드 코일(2)에 축적된 에너지를 낭비 없이 사용할 수 있다. 특히, 전기 이중층 콘덴서(22)로부터의 전류를 유지 전류로서 사용하고 있으므로, DC/DC 변환기(30)에서의 에너지 소비를 억제할 수 있다. 또한, 피크 전류를 솔레노이드 코일(2)로 흐르게 하고 있을 때도, 콘덴서(4) 등에 회생시키고 있으므로, 더욱 에너지 절약화를 도모할 수 있다.
도 9에 제2 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로를 도시한다. 이 전자기 밸브의 구동 회로는, 제1 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로에 있어서, 고압용 스위칭 소자를 타려식 스위칭 소자의 IGBT(8)만으로 하고, 축적용 스위칭 소자를 자려식의 스위칭 소자의 다이오드(12)만으로 한 것이다. 다른 구성은, 제1 실시 형태의 전자기 밸브 구동 회로의 구성과 동일하다. 동일 부분에는 동일 부호를 붙여, 설명을 생략한다. 이 전자기 밸브의 구동 회로도 제1 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로와 마찬가지로 동작하지만, 콘덴서(4)에 충전하는 경우, IGBT(10)가 온, 오프 제어되어, 축적용 스위칭 소자로서 기능한다.
도 10에 제3 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로를 도시한다. 이 전자기 밸브의 구동 회로도, 제1 및 제2 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로와 마찬가지로 커먼 레일 방식의 내연 기관용 연료 분사 장치의 연료 분사 밸브를 구동하는 것이다. 단, 제1 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로와 비교하여, 전기 이중층 콘덴서(22) 및 전기 이중층 콘덴서(22)에의 축적용 스위칭 소자인 다이오드(18) 및 IGBT(10)가 제거되어 있다. 그 대신, 솔레노이드(2)에 통상 통전하지 않는 기간, 예를 들어 연료 분사 밸브의 밸브 개방 상태를 유지할 필요가 없는 기간, 구체적으로는 도 8에 도시하는 밸브 폐쇄 기간 A에도, 콘덴서(4)를 솔레노이드(2)의 축적 에너지에 의해 충전하기 위하여, IGBT(10)를 온했을 때, IGBT(14)를 오프로 하고, IGBT(10)를 오프했을 때, IGBT(14)를 온으로 하는 것을 반복한다. 이때, 솔레노이드(2)에 서지 전압이 발생하지만, 그때 흐르는 전류는, 밸브 개방되어 있는 연료 분사 밸브의 밸브 개방 상태를 유지할 수는 있지만, 연료 분사 밸브를 밸브 개방시키는 데 필요한 크기에는 도달하고 있지 않으므로, 연료 분사 밸브가 밸브 개방되는 일은 없다.
도 11에 제4 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로를 도시한다. 이 전자기 밸브의 구동 회로는, 예를 들어 가스 밸브를 구동하기 위한 것이다. 가스 밸브를 구동하는 경우, 커먼 레일 방식의 내연 기간용 연료 분사 장치의 분사 밸브를 구동하는 경우보다도, 솔레노이드(2)에 있어서의 소비 전력이 커지므로, 콘덴서(4)에의 충전용으로 충전용 코일(38)이 추가되어 있다. 단, 제2 실시 형태와 마찬가지로 고압용 스위칭 소자를 타려식 스위칭 소자의 IGBT(8)만으로 하고, 축적용 스위칭 소자를 자려식의 스위칭 소자의 다이오드(12)만으로 하며, 제3 실시 형태의 전자기 밸브의 구동 회로와 마찬가지로, 전기 이중층 콘덴서(22) 및 전기 이중층 콘덴서(22)에의 축적용 스위칭 소자인 다이오드(18) 및 IGBT(10)가 제거되어 있다.
충전용 코일(38)은 그 일단부가, 솔레노이드(2)의 일단부(IGBT(8)측의 단부)에 접속되어 있다. 충전용 코일(38)의 타단부는, 구동용 스위칭 소자, 예를 들어 타려식 스위칭 소자, 구체적으로는 반도체 스위칭 소자, 보다 구체적으로는 IGBT(42)의 콜렉터-이미터 도전로를 개재하여 콘덴서(4)의 부극에 접속되어 있다. 또한, 충전용 코일(38)의 타단부와 IGBT(40)와의 접속점은, 축적용 스위칭 소자, 예를 들어 자려식 축적용 스위칭 소자, 구체적으로는 다이오드(12)를 개재하여 콘덴서(4)의 정극에 접속되어 있다.
IGBT(40)는, IGBT(10)와 동기하여 제어 회로(40)에 의해 온, 오프 제어된다. 따라서, IGBT(10, 40)이 온되었을 때, 콘덴서(4) 또는 DC/DC 변환기(30)로부터의 전류가 솔레노이드(2)에 흐르는 동시에, 충전용 코일(38)에도 흘러, 솔레노이드(2)와 함께 충전용 코일(38)에도 에너지가 축적된다. 그리고, IGBT(10, 40)가 오프되었을 때, 솔레노이드(2) 및 충전용 코일(38)로부터 전류가 다이오드(12) 및 다이오드(40)을 거쳐 콘덴서(4)로 흘러, 에너지의 회생이 행해진다.
상기 제1 실시 형태에서는, 고전압 축적 수단으로서 콘덴서(4)를, 축적 수단으로서 전기 이중층 콘덴서(22)를 사용했지만, 이들 대신에, 예를 들어 충전 가능한 배터리를 사용할 수도 있다. 전기 이중층 콘덴서(22) 대신에, 콘덴서(4)와 마찬가지의 통상의 콘덴서를 사용할 수도 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 콘덴서(4)가 미리 정한 전압 이상으로 전압되었을 때, 전기 이중층 콘덴서(22)에 충전하도록 구성했지만, 콘덴서(4)와 전기 이중층 콘덴서(22)에 동시에 충전하도록 구성할 수도 있다. 그 경우, IGBT(14, 20)는 동기시켜 온, 오프된다. 상기 각 실시 형태에서는, 반도체 스위칭 소자로서 IGBT를 사용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 바이폴라 트랜지스터, FET, 예를 들어 MOSFET 등을 사용할 수도 있다. 상기 각 실시 형태에서는, 밸브를 밸브 개방하기 위하여, 본 발명을 사용했지만, 반대로 밸브를 밸브 폐쇄하기 위하여, 본 발명을 사용할 수도 있다.
2: 솔레노이드(구동 코일)
4: 콘덴서(고전압 축적 수단)
6: 다이오드(고전압용 스위칭 소자)
8: IGBT(고전압용 스위칭 소자)
10: IGBT(구동용 스위칭 소자)
12: 다이오드(축적용 스위칭 소자)
14: IGBT(축적용 스위칭 소자)
24: 다이오드(유지용 스위칭 소자)
26: IGBT(유지용 스위칭 소자)

Claims (9)

  1. 전자기 밸브의 구동 코일과,
    상기 구동 코일의 작동용 고전압을 공급 가능한 고전압 축적 수단과,
    상기 고전압 축적 수단의 고전압을 상기 구동 코일에 인가하는 고전압용 스위칭 소자와,
    상기 구동 코일에의 유지 전압을 전원 수단으로부터 상기 구동 코일에 인가하는 유지용 스위칭 소자와,
    상기 구동 코일에 상기 고전압 또는 상기 유지 전압을 인가 가능하게 하는 구동용 스위칭 소자,
    를 구비한 전자기 밸브의 구동 회로에 있어서,
    상기 구동용 스위칭 소자의 온, 오프에 의해 상기 구동 코일에 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 상기 고전압 축적 수단에 축적하는 축적용 스위칭 소자를 설치한 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서지 전압은, 상기 유지 전압을 상기 구동 코일에 인가할 때 발생하는 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서지 전압은, 상기 구동 코일에 통상 통전하지 않는 기간에 발생하고, 상기 서지 전압은, 상기 전자기 밸브가 비구동인 크기인 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    축적 수단을 설치하고, 이 축적 수단에 상기 서지 전압을 축적하는 별도의 축적용 스위칭 소자를 설치한 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축적 수단에 축적된 에너지를 상기 유지 전압에 사용하는 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고전압을 상기 구동 코일에 인가할 때, 상기 구동용 스위칭 소자를 온, 오프함으로써 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 상기 고전압 축적 수단에 축적하는 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  7. 제2항에 있어서,
    축적 수단을 설치하고, 이 축적 수단에 상기 서지 전압을 축적하는 별도의 축적용 스위칭 소자를 설치한 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 축적 수단에 축적된 에너지를 상기 유지 전압에 사용하는 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고전압을 상기 구동 코일에 인가할 때, 상기 구동용 스위칭 소자를 온, 오프함으로써 서지 전압을 발생시키고, 이 서지 전압을 상기 고전압 축적 수단에 축적하는 것을 특징으로 하는 전자기 밸브의 구동 회로.
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