(57)【要約】【課題】駆動用スイッチング素子の素子サイズを増大させることなくサージ電圧を消弧することができるサージ電圧消弧回路を提供する。【解決手段】燃料噴射弁及ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４及び駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４が設けられる構成において、両者の共通接続点２（１）〜２（４）とグランドとの間に消弧用スイッチング素子ＴｒＦを１つのみ接続し、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のエネルギー耐量を、消弧用スイッチング素子ＴｒＦよりも小さく設定する。前記共通接続点２（１）〜２（４）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのゲートとの間にツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４及びダイオードＤ１１〜Ｄ１４からなるクランプ回路３（１）〜３（４）を接続する。更に、前記共通接続点２（１）〜２（４）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのドレインとの間にダイオードＤ２１〜Ｄ２４をそれぞれ接続してサージ電圧消弧回路５を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源とグランドとの間に、内燃機関に配置される燃料噴射弁（ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４）と直列に接続される駆動用スイッチング素子（Ｔｒ１〜Ｔｒ４）がオフした際に、両者の共通接続点（２（１）〜２（４））に発生するサージ電圧を消弧する回路であって、
複数の気筒に対応して、前記燃料噴射弁及び駆動用スイッチング素子が複数組設けられており、
前記共通接続点とグランドとの間に接続される１つの消弧用スイッチング素子（ＴｒＦ）と、
前記共通接続点と前記消弧用スイッチング素子の導通制御端子との間に接続され、互いが逆方向に接続されたツェナーダイオード（ＺＤ１〜ＺＤ４）及び整流素子（Ｄ１１〜Ｄ１４）からなる複数のクランプ回路（３（１）〜３（４））と、
前記共通接続点と前記消弧用スイッチング素子の電源側導通端子との間にそれぞれ接続される、複数の回り込み阻止用整流素子（Ｄ２１〜Ｄ２４）とを備えたことを特徴とするサージ電圧消弧回路。
【請求項２】
前記駆動用スイッチング素子のエネルギー耐量は、前記消弧用スイッチング素子のエネルギー耐量よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載のサージ電圧消弧回路。
【請求項３】
前記消弧用スイッチング素子が、前記駆動用スイッチング素子と同一の回路基板（４）上に配置される際に、双方の素子を極力離間させて配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のサージ電圧消弧回路。
【請求項４】
電源とグランドとの間に、複数の燃料噴射弁（ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４）とそれぞれ直列に接続される複数の駆動用スイッチング素子（Ｔｒ１〜Ｔｒ４）と、
この駆動用スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路（１，８）と、
請求項１から３の何れか一項に記載のサージ電圧消弧回路（５）とを備えたことを特徴とする燃料噴射弁駆動装置（６，７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源とグランドとの間に、燃料噴射弁と直列に接続される駆動用スイッチング素子がオフした際に、両者の共通接続点に発生するサージ電圧を消弧する回路，及びその消弧回路を備えてなる燃料噴射弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、負荷１０をＭＯＳＦＥＴ１６によりローサイド駆動する構成において、ＭＯＳＦＥＴ１６のドレイン−ゲート間にダイオード２８及びツェナーダイオード３０の直列回路を備えた構成が開示されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１６がオフしている期間に電源ライン１４にサージ電圧が印加され、そのサージ電圧が負荷１０を介してＭＯＳＦＥＴ１６のドレインに印加される。すると、上記直列回路を介してＭＯＳＦＥＴ１６のゲート電圧が上昇してＭＯＳＦＥＴ１６がオンするので、サージ電圧のエネルギーをグランド側に逃がすようにしている（消弧動作）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２６５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の負荷１０を、内燃機関において燃料噴射を行うインジェクタに適用することを想定すると、以下のような問題がある。インジェクタを介して高圧の燃料を噴射する際には、燃料の切れを良くするために駆動電圧を高くするのが望ましいことから、結果として発生するサージ電圧も高くなる。特許文献１の構成では、負荷１０を駆動する素子と消弧用の素子とが共通のＭＯＳＦＥＴ１６であるため、消弧エネルギーによるアバランシェ破壊を回避するには、それに応じたＭＯＳＦＥＴ１６のエネルギー耐量を確保する必要がある。それに伴い、素子のサイズが大型化すると共に、コストの上昇を招くことになる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動用スイッチング素子の素子サイズを増大させることなくサージ電圧を消弧することができるサージ電圧消弧回路及び燃料噴射弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載のサージ電圧消弧回路によれば、複数の気筒に対応して燃料噴射弁及び駆動用スイッチング素子が複数組設けられる構成において、両者の共通接続点とグランドとの間に消弧用スイッチング素子を１つのみ接続する。そして、前記共通接続点と消弧用スイッチング素子の導通制御端子との間にツェナーダイオード及び整流素子からなる複数のクランプ回路を接続し、更に、前記共通接続点と消弧用スイッチング素子の電源側導通端子との間に、複数の回り込み阻止用整流素子をそれぞれ接続する。
【０００７】
このように構成すれば、何れかの駆動用スイッチング素子がターンオフしたタイミングで、対応する燃料噴射弁との共通接続点にサージ電圧が発生すると、対応するクランプ回路のツェナーダイオードが導通する。これにより、消弧用スイッチング素子の導通制御端子に、サージ電圧より少なくともツェナー電圧分を減じた電圧が印加されて消弧用スイッチング素子が導通し、電流がグランドに流れてサージ電圧が消弧される。
【０００８】
この時、回り込み阻止用整流素子により、１つの駆動用スイッチング素子がターンオフすることで発生したサージ電圧が、その他の駆動用スイッチング素子が接続されている燃料噴射弁との共通接続点に回り込むことは阻止される。そして、サージ電圧を消弧する作用は、複数の駆動用スイッチング素子に対して１つのみ接続された消弧用スイッチング素子により行われるので、各駆動用スイッチング素子に、サージ電圧を消弧するために必要となるエネルギー耐量を持たせる必要がなくなる。したがって、サージ電圧消弧回路を小型に構成することが可能になる。
【０００９】
そこで、請求項２記載のサージ電圧消弧回路のように、各駆動用スイッチング素子のエネルギー耐量を、消弧用スイッチング素子のエネルギー耐量よりも小さく設定すれば、サージ電圧消弧回路を確実に小型に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態であり、燃料噴射弁駆動装置の構成を示す図
【図２】各素子を回路基板上に配置したレイアウトの一例を示す図
【図３】２気筒分の制御シーケンスを示すタイミングチャート
【図４】４気筒分の図３相当図
【図５】第２実施形態を示す図１相当図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１に示すように、駆動用電源の電源ラインとグランドとの間には、ソレノイドのシンボルで示す燃料噴射弁（インジェクタ）ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４との直列回路が接続されている。燃料噴射弁）ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４は、例えば車両用のエンジン（内燃機関）を構成する４つの気筒に対応して配置されており、各気筒のシリンダ内に例えばガソリンや軽油などの燃料を噴射するものである。
【００１２】
駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のゲート（導通制御端子）は、それぞれ制御回路１の出力端子に接続されている。制御回路１は、例えばマイクロコンピュータで構成され、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のゲートに駆動信号を与えてこれらのオンオフを制御する。また、前記各ゲートとグランドとの間には、それぞれ抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４が接続されている。
【００１３】
燃料噴射弁ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４と、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４との共通接続点は負荷接続端子２（１）〜２（４）となっている。これらの負荷接続端子２（１）〜２（４）と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる消弧用スイッチング素子ＴｒＦのドレイン（電源側導通端子）との間には、順方向のダイオード（整流素子）Ｄ２１〜Ｄ２４がそれぞれ接続されている。消弧用スイッチング素子ＴｒＦのソースはグランドに接続されており、ゲートは抵抗素子ＲＦを介してグランドに接続されている。尚、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４及び消弧用スイッチング素子ＴｒＦのエネルギー耐量は、前者が相対的に小さく、後者が相対的に大きくなるように設定されている。
【００１４】
また、負荷接続端子２（１）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのゲートとの間には、ツェナーダイオードＺＤ１及び順方向のダイオードＤ１１との直列回路からなるクランプ回路３（１）が接続されている。同様に、負荷接続端子２（２）〜２（４）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのゲートとの間には、クランプ回路３（２）〜３（４）が接続されている。クランプ回路３（２）〜３（４）は、それぞれツェナーダイオードＺＤ２〜ＺＤ４及び順方向のダイオードＤ１２〜Ｄ１４との直列回路で構成されている。尚、ツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４のツェナー電圧Ｖｚは、サージ電圧をクランプするため電源電圧よりも高いレベルに設定されている。
【００１５】
図２に示すように、回路基板４の図中左方には、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４それぞれの形成領域が縦方向に並ぶように配置されている。その右隣の領域には、クランプ回路３（１）〜３（４）とダイオードＤ２１〜Ｄ２４との形成領域が、対応する素子ごとに群をなして縦方向に並ぶように配置されている。更にその右隣には、消弧用スイッチング素子ＴｒＦの形成領域が配置されている。このように、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４と消弧用スイッチング素子ＴｒＦとを、回路基板４上で極力離間させて配置することで、消弧用スイッチング素子ＴｒＦが発生する熱の影響が、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４側に及ぶことを極力回避している。
【００１６】
以上の構成において、クランプ回路３（１）〜３（４），ダイオードＤ２１〜Ｄ２４，消弧用スイッチング素子ＴｒＦ及び抵抗素子ＲＦがサージ電圧消弧回路５を構成している。そして、サージ電圧消弧回路５に、制御回路１，駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４及び抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を加えたものが、燃料噴射弁駆動装置６を構成している。
【００１７】
次に、本実施形態の作用について説明する。制御回路１は、４つの燃料噴射弁ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４を所定の間隔をおいて順次通電するように、各駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４をオンオフ制御する。図３に示すように、全ての駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４をオフしている初期状態から（Step1）駆動用スイッチング素子Ｔｒ１をオンすると（Step2）、負荷接続端子２（１）の電圧は、電源電圧から０Ｖ付近に低下すると共に燃料噴射弁ＩＮＪ１に通電が行われる（図３（ａ〜ｃ）参照）。これにより弁が開いて、燃料が内燃機関のシリンダ内に噴射される。また、図３（ｂ）に示す「＋Ｂ」は、車載バッテリの電圧を示す。
【００１８】
その後、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１をオフすると、負荷接続端子２（１）にサージ電圧が発生し、その電圧レベルは数１０Ｖ程度になる（Step3）。すると、クランプ回路３（１）のツェナーダイオードＺＤ１が導通して、消弧用スイッチング素子ＴｒＦのゲートがハイレベルになる（図３（ｆ）参照）。この時のゲート電位Ｖｇは、サージ電圧をＶｓとすると、
Ｖｇ＝Ｖｓ−Ｖｚ−Ｖｆ
となる。尚、ＶｆはダイオードＤ１１の順方向電圧である。
【００１９】
これにより、消弧用スイッチング素子ＴｒＦがオンするので、このオン期間に燃料噴射弁ＩＮＪ１がダイオードＤ２１を介して引き続き通電され（図３（ｃ）参照）、サージ電圧のエネルギーが消費される（消弧動作）。この期間に流れる電流は漸減し、電流が減少する過程で燃料噴射弁ＩＮＪ１が閉じる。また、この期間に消費されるエネルギー（消弧エネルギー）はサージ電圧に電流を乗じたものとなるから、模式的に図３（ｇ）に示すように表される。加えて、この期間に流れる電流は、ダイオードＤ２２〜Ｄ２４によって他の負荷接続端子２（２）〜２（４）側への回り込みが阻止される。
【００２０】
その後、再び全ての駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４をオフする状態になると（Step4）、次の駆動対象である燃料噴射弁ＩＮＪ２について、対応する駆動用スイッチング素子Ｔｒ２，クランプ回路３（２），ダイオードＤ２２により同様のシーケンス（Step2〜4）が繰り返される。これを、４つの燃料噴射弁ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４の全てについて示すと、図４のようになる。
【００２１】
以上のように本実施形態によれば、内燃機関の４つの気筒に対応して燃料噴射弁及ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４及び駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４が設けられる構成において、両者の共通接続点２（１）〜２（４）とグランドとの間に消弧用スイッチング素子ＴｒＦを１つのみ接続する。この場合、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のエネルギー耐量を、消弧用スイッチング素子ＴｒＦのエネルギー耐量よりも小さく設定した。
【００２２】
そして、前記共通接続点２（１）〜２（４）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのゲートとの間にツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４及びダイオードＤ１１〜Ｄ１４からなるクランプ回路３（１）〜３（４）を接続する。更に、前記共通接続点２（１）〜２（４）と消弧用スイッチング素子ＴｒＦのドレインとの間に、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４をそれぞれ接続してサージ電圧消弧回路５を構成した。また、そのサージ電圧消弧回路５を備えて燃料噴射弁駆動装置６を構成した。
【００２３】
これにより、サージ電圧を消弧する作用は、複数の駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に対して１つのみ接続された消弧用スイッチング素子ＴｒＦにより行われるので、各駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４に、サージ電圧を消弧するために必要となるエネルギー耐量を持たせる必要がなくなる。したがって、サージ電圧消弧回路５及び燃料噴射弁駆動装置６を小型に構成できる。
【００２４】
また、消弧用スイッチング素子ＴｒＦを、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４と同一の回路基板４上に配置する際に、双方の素子を極力離間させて配置した。これにより、消弧用スイッチング素子ＴｒＦが発生する熱の影響が駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４側に及ぶことを極力回避できる。
【００２５】
（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。第２実施形態の燃料噴射弁駆動装置７は、第１実施形態の燃料噴射弁駆動装置６に、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる高電圧開閉素子ＴｒＨを加えたものである。燃料噴射弁及ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４の電源側端子は、高電圧開閉素子ＴｒＨのソースに共通に接続されており、高電圧開閉素子ＴｒＨのドレインは高電圧電源に接続されている。前記高電圧電源は、燃料噴射弁駆動装置７が備えている図示しない昇圧回路により生成されている。
【００２６】
高電圧開閉素子ＴｒＨのゲートは、制御回路１に替わる制御回路８の出力端子に接続されており、高電圧開閉素子ＴｒＨのオンオフ制御も制御回路８によって行われる。制御回路８は、駆動用スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４の何れかをオンする期間に対応して高電圧開閉素子ＴｒＨをオンさせて、燃料噴射弁ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４の電源側端子に高電圧電源を印加させる。以上のように構成される第２実施形態についても、サージ電圧消弧回路５を適用して第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００２７】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
クランプ回路を構成するツェナーダイオードＺＤ１〜ＺＤ４とダイオードＤ１１〜Ｄ１４とは、カソードを共通にして接続しても良い。
内燃機関の気筒数は「４」に限らず、複数であれば良い。
回路基板４における各素子のレイアウトは、図２に示すものに限らず、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
高電圧開閉素子ＴｒＨは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いても良い。
また、各スイッチング素子はＭＯＳＦＥＴに限ることなく、ＩＧＢＴなどを用いても良い。
【符号の説明】
【００２８】
図面中、１は制御回路、２（１）〜２（４）は負荷接続端子（共通接続点）、３（１）〜３（４）はクランプ回路、４は回路基板、５はサージ電圧消弧回路、６は燃料噴射弁駆動装置、ＩＮＪ１〜ＩＮＪ４は燃料噴射弁、Ｔｒ１〜Ｔｒ４は駆動用スイッチング素子、ＴｒＦは消弧用スイッチング素子、ＺＤ１〜ＺＤ４はツェナーダイオード、Ｄ１１〜Ｄ１４，Ｄ２１〜Ｄ２４はダイオード（整流素子，回り込み阻止用整流素子）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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