(57)【要約】【課題】本発明は、特別な制御やＤＣＤＣコンバータを必要とせず簡便な回路構成でフライバックエネルギーを回収して熱損失を低減することを目的とする。【解決手段】本発明の電磁スピル弁制御装置では、オンすることにより電源から電磁スピル弁のソレノイドの上流側に電流を供給するスイッチ（１０）と、電磁スピル弁のソレノイド（Ｌ１）よりも下流側に直列に設けられ、ソレノイドに通電すべき駆動期間の間、オンすることにより、ソレノイドに電流を流して電磁スピル弁を作動させるスイッチ（１１）と、電磁スピル弁とスイッチ（１１）との間に並列に設けられ、電磁スピル弁側への逆流を防止するダイオード（１２）と、ダイオード（１２）の下流側に設け、スイッチ（１１）のオフに伴い発生するソレノイドのフライバックエネルギーを回収するコンデンサ（１３）と、を備え、コンデンサ（１３）の下流側は電源と同電位に接続されたことを特徴とする。【選択図】図３
2015031260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続され、オンすることにより前記電源から電磁スピル弁のソレノイド（Ｌ１）の上流側に電流を供給する第１のスイッチング手段（１０）と、
前記電磁スピル弁のソレノイドよりも下流側に直列に設けられ、前記ソレノイドに通電すべき駆動期間の間、オンすることにより、前記ソレノイドに電流を流して前記電磁スピル弁を作動させる第２のスイッチング手段（１１）と、
前記電磁スピル弁と前記第２のスイッチング手段との間に並列に設けられ、前記電磁スピル弁側への逆流を防止する逆流防止手段（１２）と、
この逆流防止手段の下流側に設け、前記第２のスイッチング素子のオフに伴い発生する前記ソレノイドのフライバックエネルギーを回収するエネルギー回収手段（１３）と、を備え、
前記エネルギー回収手段の下流側は前記電源と同電位に接続されたことを特徴とする電磁スピル弁制御装置。
【請求項２】
前記エネルギー回収手段はセラミックコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の電磁スピル弁制御装置。
【請求項３】
前記エネルギー回収手段の上流側に設けられ、オンすることにより前記エネルギー回収手段が回収したエネルギーに基づいて前記電磁スピル弁のソレノイドの上流側に電流を供給する第３のスイッチング手段（１４）をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁スピル弁制御装置。
【請求項４】
前記第１のスイッチング手段（１１）と前記第３のスイッチング手段（１４）とは同期してオンされることを特徴とする請求項３に記載の電磁スピル弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ポンプ内のスピル弁、特に筒内噴射エンジンシステムに用いられる高圧ポンプ内の電磁スピル弁を駆動する駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
排出ガス低減・燃費向上を目的として、従来から筒内噴射エンジンシステムを搭載したガソリンエンジン車の開発・製品化が進められてきた。筒内噴射エンジンシステムは、気筒の燃焼室内に直接、高圧の燃料噴射を行うものであり、従前のポート噴射よりも空燃比の調整がしやすい・圧縮比が高めやすいといった利点がある。
【０００３】
図１に筒内噴射エンジンシステムの概略図を示す。図１に示すように、筒内噴射エンジンシステム１では、ＥＣＵ１００内の電磁スピル弁駆動回路１０６の指令により、高圧ポンプ１０２内の電磁弁１０３が開弁する。電磁弁１０３が開弁すると、フューエルタンク１０１から、電磁弁１０３を通り、高圧ポンプ１０２に燃料が入る。そして図示しないエンジンの回転エネルギーを利用してカムシャフト１０４が回転駆動することで、ピストン１０８が押され高圧ポンプ１０２内の燃圧が高められる。高圧の燃料は、デリバリーパイプ１０９を通り、インジェクタ１０５に供給される。インジェクタ駆動回路１０７の指令によりインジェクタ１０５は供給された高圧の燃料を筒内噴射する。電磁弁１０３は各インジェクタ１０５が噴射する度に失われた燃料を供給する必要がある。そのため、電磁スピル弁駆動回路１０６は、各インジェクタ１０５を駆動するインジェクタ駆動回路１０７よりも作動頻度が高く（インジェクタ１０５の気筒数倍）、熱的な成立性はインジェクタ１０５より厳しいという背景がある。
【０００４】
次に、筒内噴射エンジンシステムの電磁スピル弁駆動回路の構成例について図２を用いて説明する。
【０００５】
図２では以下のように動作する。まず、ＣＰＵやメモリで構成される制御回路２０１からの制御に基づいて例えばＦＥＴなどのトランジスタであるスイッチ２１１とスイッチ２１２がＯＮし、電源＋Ｂから、誘導性負荷である電磁弁の負荷２２１、抵抗Ｒ１にバッテリ電圧を供給して電流を流す。抵抗Ｒ１に流れる電流は電流検出回路２２３によって検出される。電磁弁が開弁するのに十分な電流が負荷２２１に流れたら、制御回路２０１はスイッチ２１１がＯＮ−ＯＦＦを繰り返す定電流制御を行う。この制御によって開弁状態が保持される。そして、制御回路２０１からの制御に基づいてスイッチ２１１・２１２がＯＦＦされる、これによって負荷２２１の電流が遮断され、電磁弁が閉弁する。
【０００６】
ここで、電磁弁の閉弁時、誘導性負荷である電磁弁２２１は電流を流し続けようとするためスイッチ２１２にサージ電圧が発生する。そこで、スイッチ２１２に並列に設けられたアクティブクランプ回路２２２が、サージ電圧が一定電圧以下になるように制御しながら電流を遮断する。しかし、この構成では電磁弁のフライバックエネルギーを閉弁時にスイッチ２１２で熱損失として発散させる構成のためスイッチ２１２での熱損失対策が課題となる。
【０００７】
ここで、サージによる熱対策として、インジェクタ駆動回路では閉弁時のフライバックエネルギーをインジェクタ駆動用の高電圧コンデンサに回収して次回の開弁時に再利用する手法が知られている。（例えば特許文献１を参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−６３９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１においては、インジェクタ駆動用の高電圧コンデンサでフライバックエネルギーを回収する構成をとっており、この構成を単純に電磁スピル弁に応用しようとすると回路構成の複雑化するという問題がある。また、制御に関しても、エネルギー回収回路と高電圧コンデンサ用のＤＣＤＣコンバータとの協調制御が必要になるなど複雑化する。制御の複雑化はＣＰＵの計算負荷増加に繋がり、ハードリアルタイム処理が求められるエンジンＥＣＵにおいて望ましいことではないという問題があった。
【００１０】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、特別な制御やＤＣＤＣコンバータを必要とせず簡便な回路構成・少ない部品点数でフライバックエネルギーを回収して熱損失を低減することができる電磁スピル弁制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の電磁スピル弁制御装置は、第２のスイッチング素子のオフに伴い発生するソレノイドのフライバックエネルギーを回収するエネルギー回収手段を備え、エネルギー回収手段の下流側が電源と同電位に接続されたことを特徴とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電磁スピル弁制御装置によれば、特別な制御やＤＣＤＣコンバータを必要とせず簡便な回路構成でフライバックエネルギーを回収して熱損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】筒内噴射エンジンシステムの概略図
【図２】筒内噴射エンジンシステムの電磁スピル弁駆動回路の構成例を説明する図
【図３】本実施形態における電磁スピル弁制御装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る電磁スピル弁制御装置について図３を用いて説明する。
【００１５】
図３の回路図に示される電磁スピル弁制御装置は、図１の電磁スピル弁駆動回路に相当する。図３において、ＦＥＴなどのトランジスタであるスイッチ１０、１１、１４のＯＮ−ＯＦＦ制御は図示しない制御回路（図２の制御回路２０１に相当）の命令によって行われる。まず、電磁スピル弁の開弁制御として、スイッチ１０とスイッチ１１がＯＮされる。これによって電源＋Ｂから、誘導性負荷である電磁スピル弁のソレノイドＬ１、スイッチ１１とグランドＧＮＤの間に直列接続された抵抗Ｒにバッテリ電圧が供給され、電流が流れる。なお、ソレノイドＬ１とスイッチ１０、ソレノイドＬ１とスイッチ１１との間には電源＋Ｂ側への逆流を防止するダイオードＤ２、Ｄ３がそれぞれ直列に接続されている。
【００１６】
電磁弁が開弁するのに十分な電流が電磁スピル弁のソレノイドＬ１に流れたら、スイッチ１０がＯＮ−ＯＦＦを繰り返す定電流制御が行われる。この制御によって開弁状態が保持される。ソレノイドＬ１とダイオードＤ２、Ｄ３の間にはフライホイールダイオードＤ４が設けられ、スイッチ１０がＯＦＦされたときにソレノイドＬ１に生じる誘導起電力がグランドＧＮＤを介して流される。スイッチ１０がＯＦＦされたときは少なくともスイッチ１４も同期してＯＦＦされる。これによって、コンデンサ１３に蓄えられているエネルギーが低下するのを防止することができる。なお、スイッチ１０がＯＮのとき、スイッチ
１４は必ずしも同期してＯＮしなくてもよいが、同期してＯＮする場合は、スイッチ１０と１４の制御を容易にすることができる。
【００１７】
そして、電磁スピル弁の閉弁に際しては、スイッチ１０、１１がＯＦＦされる。これによってソレノイドＬ１への電流は遮断され、電磁スピル弁は閉弁する。電磁スピル弁の閉弁時には、誘導性負荷であるソレノイドＬ１は電流を流し続けようとする。ここで、ソレノイドＬ１とスイッチ１１との間には、電磁スピル弁のソレノイドＬ１側への逆流を防止するダイオード１２が並列に設けられている。コンデンサ１３はこのダイオード１２の下流側に設けられ、スイッチ１０、１１のオフに伴い発生するソレノイドＬ１のフライバックエネルギーを回収する。これによって、スイッチ１１でのサージ電圧による熱損失を低減することができる。また、スイッチ１０、１１に同期してスイッチ１４もＯＦＦされる。
【００１８】
電磁スピル弁では開弁のためにインジェクタのような高電圧を必要としないため、電源電圧＋Ｂでの駆動が可能である。そのためＤＣＤＣコンバータのような昇圧回路を設ける必要がなく、それにかかわる電圧制御も不要となる。一方で、従来の回路構成ではＤＣＤＣコンバータによる定電圧制御によって閉弁時間が制御可能であったが、本実施形態では閉弁時間をコンデンサ１３の容量値で設定する必要がある。コンデンサ１３の容量値は電磁スピル弁のソレノイドＬ１のインダクタンス（Ｌ）と所望の遮断時間（Ｔ）に応じた値によって選択する必要がある。ここでコンデンサ１３の容量値を大きくしすぎると電磁弁の電流遮断時間の劣化につながる。電磁スピル弁のインダクタンス（Ｌ）を数ｍＨ、遮断時間（Ｔ）を数１００μｓｅｃとすると、下式の関係よりフライバックエネルギー吸収用のコンデンサ１３の容量（Ｃ）は、高々数１０μＦあれば十分である。
【００１９】
【数１】
2015031260.tif 000003
【００２０】
ここで、数１０μＦの容量を有するコンデンサ１３としては、ＥＳＲ・耐リプル電流・寿命の観点からセラミックコンデンサが最適である。さらに、無極性のセラミックコンデンサでは負極をグランドＧＮＤ以外（ここでは電源電圧＋Ｂ）に接続することでセラミックコンデンサの端子間電圧を緩和し、ＤＣバイアス効果による容量低下を抑える事ができる。これにより、セラミックコンデンサの容量を節約できるため、比較的高価な部品である高耐圧セラミックコンデンサの部品点数を減らすことができる。
【００２１】
エネルギー回収後、ソレノイドＬ１のフライバックエネルギーによってコンデンサ１３に蓄えられたエネルギーは次回の電磁スピル弁の開弁時に開弁用のエネルギーとして再利用されることになる。スイッチ１０のＯＮに同期して、コンデンサ１３の上流側に設けられたスイッチ１４がＯＮされると、電磁スピル弁のソレノイドＬ１の上流側には、まずコンデンサ１３が回収したエネルギーに基づく電流が供給される。そして、コンデンサ１３に蓄えられたエネルギーが放出され終わると、スイッチ１０から電源電圧＋Ｂに基づく電流が供給される。
【００２２】
以上のように、本実施形態の電磁スピル弁制御装置によれば、特別な制御やＤＣＤＣコンバータを必要とせず簡便な回路構成でフライバックエネルギーを回収して熱損失を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係る電磁スピル弁制御装置は、高圧ポンプ内の電磁スピル弁、特に筒内噴射エ
ンジンシステムに用いられる高圧ポンプ内の電磁スピル弁を駆動する駆動回路として有用である。
【符号の説明】
【００２４】
１０、１１、１４    スイッチ
１２  ダイオード
１３  コンデンサ
Ｌ１  ソレノイド
【図１】
2015031260.tif 000004
【図２】
2015031260.tif 000005
【図３】
2015031260.tif 000006