| 【発明の名称】 |
電磁弁駆動方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】河野 弘三
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| 【要約】 |
【課題】電磁弁の高速駆動のために必要な大電流を流した後の保持動作のための電流を電磁弁コイルに安定に流す。
【解決手段】電磁弁２のコイル２Ａのハイサイドに第１及び第２ＦＥＴ５、６とフライホイールダイオード７とを設け、駆動開始後の所定期間ＴＡ〜ＴＣだけ第１ＦＥＴ５を閉じてコイル２Ａに大電流を流した後、逆起電圧によるフライホイール電流をコイル２Ａに流し、次いで第２ＦＥＴ６のオン、オフ動作により動作保持電流をコイル２Ａに流すようにした電磁弁駆動方法において、コイル２Ａのローサイドに第３ＦＥＴ９を設け、フライホイール電流によるコイル２Ａの駆動期間中においてフライホイール電流が所定レベルＩＦ以下の場合にのみ第３ＦＥＴ９を閉じることによりフライホイール電流の過度の上昇を抑えるようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記電磁弁コイルに大電流を流し、前記所定期間経過後、前記コイルに流れる前記大電流を遮断したことにより前記コイルに生じる逆起電圧を利用してフライホイール電流を前記コイルに動作保持電流として流した後、前記コイルに所要期間だけ前記大電流よりも小さい所定の動作保持電流を電源から供給するようにした電磁弁駆動方法において、前記コイルのローサイドに通電制御手段を設け、前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中、前記コイルに流れる電流のレベルの検出結果に応答し、検出されたレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記通電制御手段をオンとすることにより前記フライホイール電流の過度の上昇を抑えるようにしたことを特徴とする電磁弁駆動方法。
【請求項２】 電磁弁のコイルのハイサイドに第１及び第２スイッチング手段と前記コイルに接続されたフライホイールダイオードとを設け、前記電磁弁の駆動開始後の所定期間だけ前記第１スイッチング手段を閉じることにより前記コイルに電源部から大電流を流し、前記所定期間経過後、前記コイルに生じる逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流し、前記フライホイール電流が前記大電流よりも小さい所定の動作保持電流のレベル以下になった場合、所要期間だけ前記第２スイッチング手段のオン、オフ動作により所定の動作保持電流を電源部から前記コイルに流すようにした電磁弁駆動方法において、前記コイルのローサイドに第３スイッチング手段を設け、前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中において前記フライホイール電流が所定レベル以下の場合にのみ前記第３スイッチング手段を閉じることにより前記フライホイール電流の過度の上昇を抑えるようにしたことを特徴とする電磁弁駆動方法。
【請求項３】 電磁弁のコイルのハイサイドと電源部との間に設けられた第１スイッチング手段及び第２スイッチング手段と、前記コイルに接続されたフライホイールダイオードと、電磁弁駆動信号に応答し前記電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記コイルに大電流を流すよう前記第１スイッチング手段のオン、オフ制御を行うための第１制御信号を発生する第１信号発生手段と、前記電磁弁駆動信号に応答し前記所定期間経過後に前記コイルに前記大電流よりは小さいレベルの動作保持電流を流すよう前記第２スイッチング手段のオン、オフ制御を行うための第２制御信号を発生する第２信号発生手段とを備え、前記所定期間経過直後に前記コイルに生じた逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流した後、前記第２制御信号により前記第２スイッチング手段をオン、オフ動作させて前記コイルに動作保持電流を供給するようにした電磁弁駆動装置において、前記コイルのローサイドに設けられた第３スイッチング手段と、前記コイルに流れる電流のレベルを検出するための検出手段と、前記電磁弁駆動信号と前記第１制御信号と該検出手段とに応答し前記フライホイール電流による前記電磁弁の駆動期間中において前記検出手段によって検出された電流のレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記第３スイッチング手段を閉じるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電磁弁駆動装置。
【請求項４】 電磁弁のコイルのハイサイドと電源部との間に設けられたハイサイドスイッチング手段と、前記コイルに接続されたフライホイールダイオードと、電磁弁駆動信号に応答し前記電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記コイルに大電流を流すと共に、前記所定期間経過後に前記コイルに前記大電流よりは小さいレベルの動作保持電流を流すように前記ハイサイドスイッチング手段のオン、オフ制御を行うハイサイド制御信号を発生する手段とを備え、前記所定期間経過直後においては前記コイルに生じた逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流すようにした電磁弁駆動装置において、前記コイルのローサイドに設けられたローサイドスイッチング手段と、前記コイルに流れる電流のレベルを検出するための検出手段と、前記電磁弁駆動信号と該検出手段とに応答し前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中において前記検出手段によって検出された前記コイルに流れる電流のレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記ローサイドスイッチング手段を閉じるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電磁弁駆動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁コイルに、通電初期は大電流を所定期間に亘り通電して電磁弁を高速で作動させ、大電流通電終了後はより小さい電流を通電させて電磁弁の所要の動作を保持させるようにした電磁弁駆動方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、車両用燃料噴射システムに燃料噴射制御弁として用いられる電磁弁の動作を制御する従来技術として、特開昭６３−５５３４５号公報に記載されている車両用燃料噴射装置が知られている。これは、駆動ループの閉成により電磁弁コイルを流れる電流が第１の基準値を超えると比較制御手段からの指令によって電磁弁の駆動ループが遮断され、電磁弁コイルを流れる電流値が低下してその電流が第２の基準値以下になると、比較制御手段からの指令によってフライホイール回路が作動状態となり、電磁弁コイルに蓄積された電力の出力の伝送回路が形成されるように構成されたものである。この駆動方法によると、電磁弁を開弁するための開弁電流から電磁弁の開弁状態を保持しておくための保持電流への移行期間が短縮されると共に、電磁弁コイルへの電流遮断時の電流立ち下がりが早くなり、使用できる有効燃料噴射期間を拡大することができる。
【０００３】ところが、この構成では、電磁弁駆動電流のレベルが一度第２の基準値を下回ると、その後電磁弁駆動中に駆動電流のレベルが第２の基準値を上回ったとしてもフライホイール回路が不作動となる構成となっている。このため、図３に示すように、最初にフライホイール駆動信号がオフからオンになったとき、電磁弁の渦電流によって引き起される電磁弁電流の上昇をフライホイール回路によって防止することができず、電磁弁の閉弁時間が予定のタイミングより遅れたり、バラついたりするという不具合を生じることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の構成では、電磁弁の高速駆動のための初期大電流が一度基準値を下回って保持動作に入った後は、電磁弁の駆動電流がこの基準値を上回ったとしてもフライホイール回路が作動しない構成となっているため、最初のフライホイール駆動信号がオフからオンになったとき、電磁弁に生じる渦電流によって引き起される駆動電流の上昇を防止することができない。この結果、電磁弁の閉弁タイミングが遅れたり、閉弁タイミングにバラツキ等が生じるため、電磁弁を応答性よく駆動することができないという問題点を有している。
【０００５】本発明の目的は、電磁弁の高速駆動のために必要な大電流を流した後の保持動作のための電流を電磁弁コイルに安定に流すことができるようにした、電磁弁駆動方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記電磁弁コイルに大電流を流し、前記所定期間経過後、前記コイルに流れる前記大電流を遮断したことにより前記コイルに生じる逆起電圧を利用してフライホイール電流を前記コイルに動作保持電流として流した後、前記コイルに所要期間だけ前記大電流よりも小さい所定の動作保持電流を電源から供給するようにした電磁弁駆動方法において、前記コイルのローサイドに通電制御手段を設け、前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中、前記コイルに流れる電流のレベルの検出結果に応答し、検出されたレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記通電制御手段をオンとすることにより前記フライホイール電流の過度の上昇を抑えるようにしたことを特徴とする。
【０００７】この発明では、電磁弁の駆動初期の段階において電磁弁のコイルに流されている電流を遮断することによりコイルに生じた逆起電圧を用いて電磁弁のコイルにフライホイール電流を動作保持電流として流すようにした方法において、フライホイール電流が所定レベルを超えた場合には通電制御手段がオフとなり、フライホイール電流のレベルを低下させ、フライホイール電流が所定レベル以下の場合には通電制御手段がオンとなってフライホイール電流の通電を妨げないようにしている。この結果、電磁弁の駆動初期段階直後に電磁弁に渦電流が生じても、コイルに流れるフライホイール電流のレベルが過度に上昇するのを有効に防止することができる。
【０００８】請求項２の発明は、電磁弁のコイルのハイサイドに第１及び第２スイッチング手段とフライホイールダイオードとを設け、前記電磁弁の駆動開始後の所定期間だけ前記第１スイッチング手段を閉じることにより前記コイルに電源部から大電流を流し、前記所定期間経過後、前記コイルに生じる逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流し、前記フライホイール電流が前記大電流よりも小さい所定の動作保持電流のレベル以下になった場合、所要期間だけ前記第２スイッチング手段のオン、オフ動作により所定の動作保持電流を電源部から前記コイルに流すようにした電磁弁駆動方法において、前記コイルのローサイドに第３スイッチング手段を設け、前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中において前記フライホイール電流が所定レベル以下の場合にのみ前記第３スイッチング手段を閉じることにより前記フライホイール電流の過度の上昇を抑えるようにしたことを特徴とする。
【０００９】この発明では、電磁弁の駆動初期段階において第１スイッチング手段をオンからオフに切り換えることにより電磁弁のコイルに生じた逆起電圧をフライホイールダイオードを介して電磁弁のコイルにフライホイール電流として流すようにした方法において、フライホイール電流が所定レベルを超えた場合には第３スイッチング手段がオフとなり、フライホイール電流のレベルを低下させ、フライホイール電流が所定レベル以下の場合には第３スイッチング手段がオンとなってフライホイール電流の通電を妨げないようにしている。この結果、コイルに流れるフライホイール電流のレベルが過度に上昇するのを有効に防止できるので、電磁弁の駆動初期段階直後に電磁弁に生じる渦電流の影響を抑えることができる。
【００１０】請求項３の発明は、電磁弁のコイルのハイサイドと電源部との間に設けられた第１スイッチング手段及び第２スイッチング手段と、前記コイルに接続されたフライホイールダイオードと、電磁弁駆動信号に応答し前記電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記コイルに大電流を流すよう前記第１スイッチング手段のオン、オフ制御を行うための第１制御信号を発生する第１信号発生手段と、前記電磁弁駆動信号に応答し前記所定期間経過後に前記コイルに前記大電流よりは小さいレベルの動作保持電流を流すよう前記第２スイッチング手段のオン、オフ制御を行うための第２制御信号を発生する第２信号発生手段とを備え、前記所定期間経過直後に前記コイルに生じた逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流した後、前記第２制御信号により前記第２スイッチング手段をオン、オフ動作させて前記コイルに動作保持電流を供給するようにした電磁弁駆動装置において、前記コイルのローサイドに設けられた第３スイッチング手段と、前記コイルに流れる電流のレベルを検出するための検出手段と、前記電磁弁駆動信号と前記第１制御信号と該検出手段とに応答し前記フライホイール電流による前記電磁弁の駆動期間中において前記検出手段によって検出された電流のレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記第３スイッチング手段を閉じるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】この発明では、第１スイッチング手段を介してコイルへ大電流が供給されるのが停止されてから第２スイッチング手段によるコイルへの動作保持電流の供給が開始されるまでの間のフライホイール電流による駆動期間中、検出手段の検出結果に応答して第３スイッチング手段がオン、オフ制御され、コイルに過度の電流が流れるのを防止することができる。したがって、第１スイッチング手段がオンからオフに切り換えられた直後に電磁弁に生じる渦電流の影響を有効に抑えることができる。
【００１２】請求項４の発明は、電磁弁のコイルのハイサイドと電源部との間に設けられたハイサイドスイッチング手段と、前記コイルに接続されたフライホイールダイオードと、電磁弁駆動信号に応答し前記電磁弁の駆動開始直後の所定期間だけ前記コイルに大電流を流すと共に、前記所定期間経過後に前記コイルに前記大電流よりは小さいレベルの動作保持電流を流すように前記ハイサイドスイッチング手段のオン、オフ制御を行うハイサイド制御信号を発生する手段とを備え、前記所定期間経過直後においては前記コイルに生じた逆起電圧によるフライホイール電流を前記フライホイールダイオードを介して前記コイルに流すようにした電磁弁駆動装置において、前記コイルのローサイドに設けられたローサイドスイッチング手段と、前記コイルに流れる電流のレベルを検出するための検出手段と、前記電磁弁駆動信号と該検出手段とに応答し前記フライホイール電流による前記コイルの駆動期間中において前記検出手段によって検出された前記コイルに流れる電流のレベルが所定レベル以下の場合にのみ前記ローサイドスイッチング手段を閉じるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】この発明は、電磁弁を高速動作させるための初期駆動用の大電流とその後の動作保持電流が共にハイサイドスイッチング手段を介してコイルに供給される点で請求項３の発明と異なっている。
【００１４】ハイサイドスイッチング手段によりコイルへの大電流の供給が停止された直後のフライホイール電流による駆動期間中、検出手段の検出結果に応答してローサイドスイッチング手段がオン、オフ制御され、コイルに所定レベルより過度に大きい電流が流れるのを防止することができる。したがって、コイルへの大電流の供給が停止された直後に電磁弁に生じる渦電流の影響を有効に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の電磁弁駆動装置の一実施の形態に係る電磁弁駆動装置を示すものである。図１に示されている電磁弁駆動装置１は、車両用燃料噴射装置の燃料噴射弁として用いられる電磁弁２を開閉駆動するためのものであり、たとえば１２Ｖのバッテリ３と、このバッテリ３のバッテリ電圧ＶＢをたとえば１６０Ｖまで昇圧して高圧出力ＨＶを出力する昇圧回路４とを備えている。
【００１６】昇圧回路４は、図２に示すように、昇圧用スイッチングＦＥＴ素子４Ａのオン／オフ動作に伴い昇圧用コイル４Ｂにバッテリ電圧ＶＢを印加し、これにより生じた高電圧をダイオード４Ｃを通してコンデンサ４Ｄに蓄積する公知の構成とされている。
【００１７】図１に戻ると、電磁弁２のコイル２Ａのハイサイドには、高圧出力ＨＶを電磁弁２のコイル２Ａに与えるのをオン、オフするための第１電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５と、バッテリ電圧ＶＢをコイル２Ａに与えるのをオン、オフするための第２ＦＥＴ６と、フライホイールダイオード７とが設けられている。本実施の形態では、第２ＦＥＴ６とコイル２Ａとの間にダイオード８が図示の如く直列に接続されており、高圧出力ＨＶによる電流がバッテリ３に流れ込むのを防止している。
【００１８】コイル２Ａのローサイドには、第３ＦＥＴ９が設けられている。本実施の形態では、第３ＦＥＴ９のドレインがコイル２Ａのローサイド端に接続され、第３ＦＥＴ９のソースが検出抵抗器１０を介してアースされている。第３ＦＥＴ９のゲート回路には、定電圧ダイオード１１、ダイオード１２、及び抵抗器１３が図示の如く接続され、これにより、コイル２Ａに生じる逆起電力によって第３ＦＥＴ９が破壊するのが防止される回路構成となっている。第３ＦＥＴ９がオンとなった場合、コイル２Ａに流れる電磁弁駆動電流ＩＶは同時に検出抵抗器１０にも流れ、したがって、検出抵抗器１０の両端にはコイル２Ａに流れる電磁弁駆動電流ＩＶのレベルに応じた検出電圧ＶＤが生じる。
【００１９】電磁弁２の開弁期間を定める電磁弁駆動信号Ｓは信号入力部１４で雑音除去処理されてから第１信号発生部１５及び第２信号発生部１６に入力される。
【００２０】電磁弁駆動信号Ｓは図３の（Ａ）に示されるように電磁弁２の開弁開始タイミングＴＡにおいて立ち上がり、電磁弁２の閉弁タイミングＴＢにおいて立ち下がるパルス信号であり、タイミングＴＡ〜ＴＢの電磁弁駆動信号Ｓが高レベルとなる期間において電磁弁２が開弁状態となる。
【００２１】第１信号発生部１５は電磁弁駆動信号Ｓに応答し開弁開始タイミングＴＡから駆動初期段階終了タイミングＴＣまでの所定期間だけ第１ＦＥＴ５をオンとし、これにより高圧出力ＨＶをコイル２Ａに印加してコイル２Ａに大電流を流し、電磁弁２を可及的速やかに開弁状態とするための第１制御信号Ｃ１（図３の（Ｂ）参照）を出力する回路である。第１制御信号Ｃ１は第１駆動部１７に入力され、第１駆動部１７は第１制御信号Ｃ１が高レベルとなっている場合に第１ＦＥＴ５を導通状態にする。
【００２２】一方、第２信号発生部１６は、信号入力部１４からの電磁弁駆動信号Ｓと検出電圧ＶＤとに応答し、検出電圧ＶＤが、後述する電磁弁２の開弁動作を保持するのに必要な電磁弁駆動電流ＩＶのレベルであるホールドしきい値ＩＨ以下となった場合に、電磁弁駆動電流ＩＶにおいてこのホールドしきい値ＩＨが保持されるように第２ＦＥＴ６をオン、オフするための第２制御信号Ｃ２（図３の（Ｃ）参照）を出力する回路である。第２制御信号Ｃ２は第２駆動部１８に入力され、第２駆動部１８は第２制御信号Ｃ２が高レベルとなっている場合に第１ＦＥＴ６を導通状態にする。
【００２３】第３信号発生部１９は、電磁弁駆動信号Ｓ、第１制御信号Ｃ１及び検出電圧ＶＤに応答し、以下に示す、（１）及び（２）の場合に第３ＦＥＴ９をオンとするための第３制御信号Ｃ３を出力する。
（１） 第１ＦＥＴ５がオンとなっている場合。
（２） 電磁弁駆動信号Ｓが高レベルであり、且つ電磁弁駆動電流ＩＶがホールドしきい値ＩＨよりも高レベルのフライホイールしきい値ＩＦよりも小さい場合。
第３制御信号Ｃ３は第３駆動部２０に入力され、第３駆動部２０は第３制御信号Ｃ３が高レベルの場合に第３ＦＥＴ９をオンとする。
【００２４】図４には、第２信号発生部１６及び第３信号発生部１９の具体的な回路構成が示されている。
【００２５】第３信号発生部１９において、３０は、オペアンプ３１及び抵抗器３２〜３４から成る増幅回路であり、検出電圧ＶＤを増幅して成る増幅検出電圧ＶＡを出力する。４０は、コンパレータ４１と抵抗器４２〜４６及びバッファ増幅器４７から成るレベル弁別回路であり、増幅検出電圧ＶＡのレベルが所定電圧Ｖｒのレベル以上となっている場合にその出力が低レベル状態となる。この所定電圧Ｖｒの値は、コイル２Ａにフライホイールしきい値ＩＦに相当するレベルの電磁弁駆動電流ＩＶが流れたときの増幅検出電圧ＶＡの値に等しく設定されている。このフライホイールしきい値ＩＦのレベルは図３の（Ｅ）に示されている。レベル弁別回路４０の出力は論理回路５０に入力されている。
【００２６】論理回路５０は、アンド回路５１とオア回路５２とから成り、一方の入力端子に電磁弁駆動信号Ｓが入力されているアンド回路５１の他方の入力端子にレベル弁別回路４０の出力が入力されている。そして、論理回路５０の出力は、第１制御信号Ｃ１が一方の入力端子に印加されているオア回路５２の他方の入力端子に印加されており、オア回路５２からの出力が第３制御信号Ｃ３として出力される。
【００２７】したがって、第３制御信号Ｃ３は、図３の（Ｄ）に示されるように、電磁弁駆動信号Ｓが高レベルとなるＴＡ〜ＴＢまでの期間中において、第１制御信号Ｃ１が高レベルとなるＴＡ〜ＴＣの期間には高レベルとなり、ＴＣ〜ＴＢの期間中であって、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルがフライホイールしきい値ＩＦよりも小さくなる場合にのみ高レベルとなる。
【００２８】第２信号発生部１６は、コンパレータ６１と抵抗器６２〜６６とから成り、増幅回路３０からの増幅検出電圧ＶＡをレベル弁別するレベル弁別回路６０を備えている。レベル弁別回路６０は、コンパレータ６１と抵抗器６２〜６６とから成り、増幅検出電圧ＶＡのレベルが所定電圧Ｖｓ以上となっている場合にはその出力が低レベル状態となる。この所定電圧Ｖｓのレベルは、コイル２Ａにホールドしきい値ＩＨのレベルの電流が流れたときの増幅検出電圧ＶＡの値に等しく設定されている。レベル弁別回路６０からの出力は、一方の入力端子に電磁弁駆動信号Ｓが入力されているアンド回路７０の他方の入力端子に入力されており、アンド回路７０からの出力が第２制御信号Ｃ２として出力される。したがって、第２制御信号Ｃ２は、図３の（Ｃ）に示されるようにレベル変化することになる。
【００２９】次に、図１に示した電磁弁駆動装置１の動作について図３を参照しながら説明する。タイミングＴＡにおいて電磁弁駆動信号Ｓのレベルが立ち上がると、第１信号発生部１５から第１制御信号Ｃ１が出力され、第１ＦＥＴ５がオンとなる。これと同時に、第３信号発生部１９から出力される第３制御信号Ｃ３により第３ＦＥＴもオンとなるので、コイル２Ａには昇圧回路４から出力される高圧出力ＨＶが印加され、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルは急速に上昇する。このように、電磁弁２の駆動初期段階においてコイル２Ａに大電流が供給され、電磁弁２の開弁動作が迅速に行われる。
【００３０】なお、タイミングＴＡ直後において電磁弁駆動電流ＩＶのレベルがフライホイールしきい値ＩＦを超えるまでは第２制御信号Ｃ２が短時間の間高レベルとなり第２ＦＥＴ６がオンとなるが、高圧出力ＨＶの印加による電磁弁２の高速作動に何ら影響を与えるものではない。
【００３１】タイミングＴＢにおいて第１制御信号Ｃ１が高レベルから低レベルに変化すると、第１ＦＥＴ５がオフとなり、コイル２Ａに大きな逆起電圧が発生する。この逆起電圧により、第１ＦＥＴ５及び第２ＦＥＴ６がオフとなった後も、コイル２Ａにフライホイールダイオード７を介してフライホイール電流が電磁弁駆動電流ＩＶとして流れる。ここで、コイル２Ａのローサイドには、定電圧ダイオード１１、ダイオード１２及び抵抗器１３から成る直列回路がアースとの間に設けられているので、逆起電力の値は定電圧ダイオード１１によって制限される。定電圧ダイオード１１の値は例えば５８Ｖに選ぶことができ、これによりコイル２Ａの両端に生じる逆起電圧の値を最大６０Ｖ程度に抑えることができる。
【００３２】第１ＦＥＴ５がタイミングＴＣにてオフとなることにより、上記逆起電圧のほか、電磁弁２には渦電流が生じ、これにより電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが図３の（Ｅ）に点線で示されるように上昇する。渦電流によるこのような電磁弁駆動電流ＩＶのレベル上昇は、電磁弁２の駆動初期段階終了後に所定の一定レベルの動作保持電流をコイル２Ａに流すという予定の動作を実現することができなくなり、この結果、電磁弁２の閉弁タイミングが予定したタイミングよりも遅れてしまい、電磁弁２の開弁時間のバラツキを生じさせることになる。この不具合は、電磁弁２を車両用燃料噴射弁に適用した場合、シリンダ内へ供給すべき燃料噴射量のバラツキを生じさせることになり、エンジンを良好に制御することができないという問題を生じる。
【００３３】この不具合を生じさせないようにするため、検出抵抗器１０に生じる検出電圧ＶＤが第３信号発生部１９に入力されており、ここで、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルがフライホイールしきい値ＩＦを超えた場合に第３ＦＥＴ９をオフとし、電磁弁駆動電流ＩＶがフライホイールしきい値ＩＦより小さくなった場合に第３ＦＥＴ９を再びオンとするというオン、オフ制御を行わせるための第３制御信号Ｃ３が出力される。この結果、タイミングＴＣ以後、電磁弁２に渦電流が生じても、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが略フライホイールしきい値ＩＦに抑えられる。
【００３４】タイミングＴＣ以後、逆起電圧及び渦電流の影響が小さくなると電磁弁駆動電流ＩＶのレベルがフライホイールしきい値ＩＦを超えることがなくなるので、第３ＦＥＴ９がオン状態に維持されつづける。そして、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが漸次低下してホールドしきい値ＩＨより小さくなると、第２制御信号Ｃ２が高レベル状態となって第２ＦＥＴ６をオンとし、バッテリ３からコイル２Ａに電磁弁２の動作保持のために電磁弁駆動電流ＩＶが供給される。これにより、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが上昇してホールドしきい値ＩＨ以上となると、第２制御信号Ｃ２が低レベル状態となり、第２ＦＥＴ６がオフとされ、電磁弁駆動電流ＩＶの上昇を抑える。このように、第２ＦＥＴ６をオン、オフ制御することにより、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが略ホールドしきい値ＩＨのレベルに保たれ、コイル２Ａに動作保持電流が供給されることになる。
【００３５】そして、タイミングＴＢにおいて電磁弁駆動信号Ｓのレベルが立ち下がることにより、以後、第２ＦＥＴ６及び第３ＦＥＴ９が共にオフとなり、電磁弁駆動電流ＩＶは急速に零となる。
【００３６】電磁弁駆動装置１は以上のように動作するので、電磁弁２の駆動初期段階においてコイル２Ａへの高電圧の印加終了後、電磁弁２に生じる渦電流によりコイル２Ａに予定されているフライホイール電流よりも大きな電流が流れるのを有効に防止することができる。この結果、電磁弁２を電磁弁駆動信号Ｓに従って安定に且つ精度よく開閉制御することができる。更に、電磁弁駆動装置１は、コイル２Ａのハイサイドとローサイドとにそれぞれスイッチ素子を設けて電磁弁を駆動する構成であるから、電磁弁への配線がアースや電源にショートしても燃料の連続噴射等の不具合を防止することができ、極めて安全性に優れた信頼性の高い利点を有している。
【００３７】以上、本発明を一実施の形態に基づいて説明したが、本発明はバッテリ電圧からの低電圧と、昇圧回路からの高電圧とを用いた２電源方式による場合に限定されるものではなく、バッテリ電圧からの低電圧のみを用いて電磁弁駆動を行うようにした方式の電磁弁駆動装置にも同様にして適用することができるものである。
【００３８】図５は、本発明による電磁弁駆動装置の別の実施の形態を示すブロック図である。図５に示した電磁弁駆動装置１００において、１０１はバッテリ、１０２は電磁弁２のコイル２Ａのハイサイドに設けられたハイサイドＦＥＴ、１０３はハイサイドＦＥＴ１０２をオン、オフ制御するためのハイサイドＦＥＴ駆動部、１０４はフライホイールダイオードである。コイル２Ａのローサイドには、ローサイドＦＥＴ１０５が設けられており、ローサイドＦＥＴ１０５のソース回路に設けられた検出抵抗器１０６に生じる検出電圧ＶＤによってコイル２Ａに流れる電磁弁駆動電流ＩＶのレベルを検出する構成である。ローサイドＦＥＴ１０５に接続されている定電圧ダイオード１０７、ダイオード１０８及び抵抗器１０９は、図１の第３ＦＥＴ９に接続されている定電圧ダイオード１１、ダイオード１２及び抵抗器１３と同様の目的で設けられている。１１０はローサイドＦＥＴをオン、オフ駆動するためのローサイドＦＥＴ駆動部である。
【００３９】信号入力部１４及び第１信号発生部１５は図１に示したものと同じものである。ハイサイドＦＥＴ制御部１１１は信号入力部１４からの出力と、第１制御信号Ｃ１と、検出電圧ＶＤとに応答し、ハイサイドＦＥＴ制御信号ＣＨを出力する。一方、ローサイドＦＥＴ制御部１１２は、電磁弁駆動信号Ｓ、第１制御信号Ｃ１及び検出電圧ＶＤに応答し、ローサイドＦＥＴ１０５をオン、オフ制御するためのローサイドＦＥＴ制御信号ＣＬを出力する。
【００４０】図６には、図５に示した各部の信号の波形図が示されている。
【００４１】図６の（Ａ）は、電磁弁駆動信号Ｓの波形であり、図１において説明したものと同じである。
【００４２】図６の（Ｂ）はハイサイドＦＥＴ制御信号ＣＨの波形図であり、第１制御信号Ｃ１に従いタイミングＴＡ〜ＴＣの期間高レベルとなるほか、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルがホールドしきい値ＩＨより小さくなった場合に高レベルとなってハイサイドＦＥＴ１０２をオンとし、コイル２Ａに所要の動作保持電流を流すことができるようにしている。以上の説明から判るように、ハイサイドＦＥＴ制御部１１１は、図１の第１信号発生部１５及び第２駆動部１８との各機能を兼ね備えている。
【００４３】図６の（Ｃ）は、ローサイドＦＥＴ制御信号ＣＬの波形図である。この波形図は図３の（Ｄ）に示したものと同様であり、ローサイドＦＥＴ駆動部１１０は、図１の第３信号発生部１９と同様の機能を果たすものである。
【００４４】電磁弁駆動装置１００は以上のように構成されているため、図６の（Ｄ）に示した電磁弁駆動電流ＩＶの波形から判るように、タイミングＴＡ〜ＴＣの間においてはハイサイド及びローサイドＦＥＴ１０２、１０５が共にオンとなってコイル２Ａに大電流が供給され、これにより電磁弁２を短時間で開弁させることができる。タイミングＴＣではハイサイド及びローサイドＦＥＴ１０２、１０５が共にオフとなって、コイル２Ａに生じる逆起電圧によってコイル２Ａにフライホイール電流が流れる。この駆動状態においては、図１の電磁弁駆動装置１の場合と同様に、電磁弁駆動電流ＩＶがフライホイールしきい値ＩＦを超えることがないように、ローサイドＦＥＴ１０５がローサイドＦＥＴ制御信号ＣＬに従ってオン、オフされる。この結果、電磁弁２に生じる渦電流の存在に拘らず、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルの過度の上昇を図１の装置の場合と同様にして抑えることができる。
【００４５】そして、電磁弁駆動電流ＩＶのレベルが低下し、フライホイールしきい値ＩＦより小さくなると、ハイサイドＦＥＴ制御信号ＣＨによってハイサイドＦＥＴ１０２がオン、オフ動作し、バッテリ１０１からコイル２Ａに所要の動作保持電流を供給する。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、電磁弁の駆動初期段階でコイルに大電流を流すことにより電磁弁を高速で開弁、又は閉弁動作させた後、電磁弁への電流供給を遮断し、これにより電磁弁コイルに生じる逆起電圧によって電磁弁コイルにフライホイール電流を流し、フライホイール電流のレベルが所要の動作保持電流レベルよりも小さくなった場合に電磁弁コイルに電源から保持電流を供給するようにして電磁弁を駆動する場合において、電磁弁コイルに流れる電流のレベルを検出し、駆動初期段階における電磁弁コイルへの電流遮断後に電流が予定されたフライホイール電流のレベルを超えることがないように電磁弁コイルのローサイドに設けられたスイッチング手段をオン、オフする構成としたので、駆動初期段階における電磁弁コイルへの電流遮断後に生じる渦電流の影響による電磁弁駆動電流の過度の増加を有効に抑え、電磁弁を安定に且つ精度よく駆動することができる。更に、本発明によれば、電磁弁のコイルのハイサイドとローサイドとにそれぞれ電磁弁駆動電流のオン、オフを制御するスイッチ素子を設けて電磁弁を駆動する構成であるから、電磁弁への配線がアースや電源にショートしても電磁弁の開閉状態が意図しない状態に陥る等の危険がなく、極めて安全性に優れた信頼性の高い利点を有している。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ゼクセル
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月１０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 昌俊
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１４１７２２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２２０１０ |
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