(57)【要約】【課題】電磁弁制御装置において発熱低減と良好な制御性能とを両立させる。【解決手段】電磁弁のコイルＬに通電する出力トランジスタＴｒ１と、コイルＬのエネルギーを消弧させる際の消弧電圧が切り替え可能な消弧手段（Ｄ１，Ｄ２，ＺＤ，Ｔｒ２，Ｔｒ３，１９〜２３）とを備え、電磁弁を開弁させてから制御期間が終了するまでの間は、トランジスタＴｒ１への駆動信号を所定周波数の信号にすると共に、消弧手段による消弧電圧を小さい値にして電磁弁を開弁状態に維持し、制御期間の終了時には、トランジスタＴｒをオフさせると共に、消弧手段による消弧電圧を大きい値にして電磁弁を速やかに閉弁させる制御装置において、制御期間の終了直前に、切替回路２５により駆動信号の周波数を、それまでの低い周波数から高い周波数に切り替える。このため、電磁弁の閉弁所要時間のばらつきを抑えつつトランジスタＴｒ１のスイッチング損失を低減できる。【選択図】  図１
2004263807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁のコイルに接続されると共に、供給される駆動信号に応じてオンすることで前記コイルに電流を流す出力トランジスタと、
該出力トランジスタがオフされた時の前記コイルのフライバックエネルギーを消弧させると共に、その消弧時の消弧電圧が、第１の消弧電圧と該第１の消弧電圧よりも大きい第２の消弧電圧とに切り替え可能な消弧手段と、
前記電磁弁の制御期間の開始タイミングから所定期間の間、前記出力トランジスタへの駆動信号をアクティブレベルにして該出力トランジスタをオンさせることにより、前記電磁弁を非作動状態から作動状態に移行させ、その所定期間の終了時から前記制御期間が終了するまでの作動状態保持期間の間は、前記出力トランジスタへの駆動信号を所定周波数で且つ所定デューティ比の信号にして該出力トランジスタをオン／オフさせると共に、前記消弧手段による消弧電圧を前記第１の消弧電圧に設定することにより、前記コイルに前記駆動信号のデューティ比に応じた電流を流して前記電磁弁を作動状態に保持し、更に、前記制御期間の終了時には、前記駆動信号をパッシブレベルにして前記出力トランジスタをオフさせると共に、前記消弧手段による消弧電圧を前記第２の消弧電圧に設定することにより、前記コイルに流れる電流を急速に減少させて前記電磁弁を非作動状態にする制御手段と、を備えた電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、前記作動状態保持期間中の特定のタイミングにて、前記出力トランジスタへの駆動信号の周波数を、それまでの第１周波数から該第１周波数よりも高い第２周波数に切り替えること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、前記第１周波数の駆動信号と前記第２周波数の駆動信号とを発生させる手段として、マイクロコンピュータを備え、そのマイクロコンピュータは、前記第１周波数の駆動信号と前記第２周波数の駆動信号とを、１つの出力ポートから出力するように構成されていること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、
前記第１周波数の信号と前記第２周波数の信号とを、２つの出力端子からそれぞれ出力する信号出力手段と、
該信号出力手段から出力される前記２つの信号が入力され、そのうちの何れか一方を、供給される選択信号に応じて選択して出力する切替手段とを備え、
前記切替手段から出力される信号を前記作動状態保持期間において前記出力トランジスタへ前記駆動信号として供給すると共に、前記作動状態保持期間の開始時から前記特定のタイミングまでの第１期間には前記信号出力手段からの前記第１周波数の信号が前記出力トランジスタへ前記駆動信号として供給され、前記特定のタイミングから前記制御期間の終了時までの第２期間には前記信号出力手段からの前記第２周波数の信号が前記出力トランジスタへ前記駆動信号として供給されるように、前記切替手段への選択信号を切り替えること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、
前記作動状態保持期間の開始時から前記特定のタイミングまでの第１期間における前記コイルの通電電流の最小値が、前記特定のタイミングから前記制御期間の終了時までの第２期間における前記コイルの通電電流の最小値よりも小さくならないように、前記第１期間における前記出力トランジスタへの駆動信号のデューティ比を前記第２期間における前記出力トランジスタへの駆動信号のデューティ比よりも大きくすること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、
前記出力トランジスタへの前記第１周波数の駆動信号が前記パッシブレベルから前記アクティブレベルに変化する各タイミングのうち、前記制御期間の終了タイミングに最も近いタイミングを、前記特定のタイミングとし、そのタイミングにて、前記出力トランジスタへの駆動信号の周波数を前記第１周波数から前記第２周波数に切り替えると共に、前記第２周波数の駆動信号が前記アクティブレベルから始まるようにすること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の電磁弁制御装置において、
前記制御手段は、
前記制御期間の終了タイミングから前記第１周波数の１周期分の時間だけ前のタイミングを、前記特定のタイミングとし、そのタイミングにて、前記出力トランジスタへの駆動信号の周波数を前記第１周波数から前記第２周波数に切り替えること、を特徴とする電磁弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁を制御する電磁弁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両の自動変速機制御装置などにおいては、油圧を調節する電磁弁（所謂ソレノイドバルブ）の開弁時間を「開弁→開弁状態保持→閉弁」といったシーケンスで制御して、変速制御を実施している。
【０００３】
そして、こうした電磁弁制御用の駆動回路として、電磁弁のコイルのフライバックエネルギーを消弧させる際の消弧電圧を、大小に切り替え可能なものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような駆動回路を用いれば、電磁弁の制御期間の終了時に、消弧電圧を開弁状態保持期間よりも大きくして、コイルに流れる電流を急速に減少させることにより、電磁弁を速やかに閉弁させることができる。
【０００４】
ここで、上記技術が適用された電磁弁制御装置の具体的な構成例について、図３及び図４を用いて説明する。
まず図３に例示する電磁弁制御装置では、ハイサイド駆動形態であるため、電磁弁のコイルＬの一端が接地電位（ＧＮＤ＝０Ｖ）に接続されている。
【０００５】
そして、この電磁弁制御装置は、電磁弁を制御するための各種処理を行うマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１１と、そのマイコン１１からの信号Ｓ１〜Ｓ３に応じて電磁弁を駆動する駆動回路１２とを備えている。
また、駆動回路１２は、ドレインがコイルＬの接地電位側とは反対側の端部に接続され、ソースが電源電圧ＶＢに接続された出力トランジスタ（この例ではＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ）Ｔｒ１と、マイコン１１からの２つの信号Ｓ２，Ｓ３が入力されるオア回路１３と、そのオア回路１３の出力とマイコン１１からの信号Ｓ１とが入力されるナンド回路１５と、ナンド回路１５の出力端子と出力トランジスタＴｒ１のゲートとの間に接続された抵抗１７と、エミッタが電源電圧ＶＢに接続されたＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴｒ２と、マイコン１１からの信号Ｓ１がハイレベルの時に上記トランジスタＴｒ２をオンさせる反転回路（インバータ）１９と、接地電位にドレインが接続されたＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＴｒ３と、そのトランジスタＴｒ３のソースにアノードが接続され、カソードが出力トランジスタＴｒ１のドレインに接続されたダイオードＤ１と、トランジスタＴｒ３のソースとゲートとの間に接続された抵抗２３と、接地電位にアノードが接続されたダイオードＤ２と、アノードがトランジスタＴｒ３のゲートに接続され、カソードがダイオードＤ２のカソードに接続されたツェナーダイオードＺＤと、トランジスタＴｒ３のゲートとトランジスタＴｒ２のコレクタとの間に接続された抵抗２１とから構成されている。
【０００６】
そして、この駆動回路１２では、マイコン１１からの信号Ｓ１がハイレベルで且つマイコン１１からの信号Ｓ２又はＳ３がハイレベルのときに、ナンド回路１５から出力トランジスタＴｒ１のゲートへの駆動信号がアクティブレベルとしてのローレベルになって出力トランジスタＴｒ１がオンし、その出力トランジスタＴｒ１からコイルＬに電流を流す。つまり、この例では、マイコン１１からの信号Ｓ１がハイレベルであるときに、そのマイコン１１から出力されるハイアクティブの信号Ｓ２又はＳ３が、ナンド回路１５によりレベル反転されて、出力トランジスタＴｒ１のゲートへローアクティブの駆動信号として供給される。
【０００７】
また、マイコン１１からの信号Ｓ１がハイレベルのときには、トランジスタＴｒ２がオンし、そのトランジスタＴｒ２のオンにより、トランジスタＴｒ３もオンする。
そして、この電磁弁制御装置では、図４に示すように、マイコン１１が、電磁弁を作動させようとする制御期間（▲１▼を付した期間）の間、開弁時間指令信号としての信号Ｓ１をハイレベルにすると共に、その制御期間の開始タイミングから一定時間の間（▲２▼を付した期間）、電磁弁を開弁状態に移行させるための過励磁信号としての信号Ｓ２をハイレベルにする。また、マイコン１１は、少なくとも上記一定時間の終了時から制御期間が終了するまでの開弁状態保持期間（▲３▼を付した期間）の間は、一定の周波数で且つコイルＬに流したい電流に応じたデューティ比の信号（即ち、電磁弁を開弁状態に保持するための保持デューティ信号）Ｓ３を継続して出力している。
【０００８】
尚、上記一定時間は、出力トランジスタＴｒ１をオンさせてコイルＬへの通電を開始してから電磁弁が確実に開弁すると見なされる時間に設定されており、この一定時間の期間（図４における▲２▼の期間）は、過励磁期間とも呼ばれる。また、図４において、Ｖｏの段（４段目）は、出力トランジスタＴｒ１のドレイン電圧（換言すれば、コイルＬの端子電圧）を表しており、Ｉ３の段（５段目）は、コイルＬに流れる電流を表している。
【０００９】
このため、まず、制御期間の開始時から上記一定時間の間は、マイコン１１からのハイレベルの信号Ｓ２が、オア回路１３及びナンド回路１５を介して出力トランジスタＴｒ１のゲートへローレベルの駆動信号として供給されるため、出力トランジスタＴｒ１が継続的にオンし、コイルＬに流れる電流（コイル電流）Ｉ３が徐々に増加して、電磁弁が閉弁状態から開弁状態に移行する。尚、出力トランジスタＴｒ１のオン中は、その出力トランジスタＴｒ１に流れる電流Ｉ１が、コイル電流Ｉ３となる。
【００１０】
そして、上記一定時間の終了時（即ち、信号Ｓ２がローレベルに戻った時点）から制御期間が終了するまでの開弁状態保持期間の間は、マイコン１１からの保持デューティ信号Ｓ３が、ナンド回路１５によりレベル反転されて出力トランジスタＴｒ１のゲートへ駆動信号として供給されるため、出力トランジスタＴｒ１は、その信号Ｓ３に応じてオン／オフされることとなる。つまり、出力トランジスタＴｒ１は、信号Ｓ３がハイレベルの時にオンされ、信号Ｓ３がローレベルの時にはオフされる。
【００１１】
また、この開弁状態保持期間では、トランジスタＴｒ３がトランジスタＴｒ２によって完全にオンされているため、出力トランジスタＴｒ１がオフされた時に発生するコイルＬのフライバックエネルギーは、接地電位からトランジスタＴｒ３及びダイオードＤ１を通してコイルＬに電流Ｉ２が流れることにより消弧（放電）される。よって、図４におけるＶｏの段に示すように、この開弁状態保持期間においては、出力トランジスタＴｒ１のオフ時の消弧電圧Ｖｓ１が、ダイオードＤ１の順方向降下電圧（約０．７Ｖ）程度の小さい値であり、出力トランジスタＴｒ１がオフされても、コイル電流Ｉ３は緩やかに減少することとなる。
【００１２】
このため、開弁状態保持期間では、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号のデューティ比（信号Ｓ３のデューティ比）に応じた電流がコイルＬに平均的に流れることとなり、この電流により電磁弁が開弁状態に維持される。尚、図４におけるＩ３の段（５段目）に示したＩｐｐは、開弁状態保持期間において脈動するコイル電流Ｉ３の変動幅を示している。
【００１３】
そして、制御期間の終了時（開弁状態保持期間の終了時でもある）には、マイコン１１からの信号Ｓ１がローレベルになるため、ナンド回路１５から出力トランジスタＴｒ１のゲートへの駆動信号は、他の信号Ｓ２，Ｓ３に拘わらずパッシブレベルとしてのハイレベルになり、出力トランジスタＴｒ１はオフされる。そして更に、マイコン１１からの信号Ｓ１がローレベルになると、トランジスタＴｒ２もオフされる。
【００１４】
すると、この時には、コイルＬのフライバックエネルギーが、以下の様な電流経路で消弧される。
即ち、トランジスタＴｒ３のスレッシュホールド電圧（トランジスタＴｒ３がオンするゲート・ソース間電圧）をＶｔｈとし、ダイオードＤ１の順方向降下電圧をＶｆ１とし、ダイオードＤ２の順方向降下電圧をＶｆ２とし、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧をＶｚとすると、コイルＬの逆起電力によって、トランジスタＴｒ３のソース電圧（ダイオードＤ１のアノードの電圧）が、接地電位よりも「Ｖｔｈ＋Ｖｚ＋Ｖｆ２」だけ低くなると、トランジスタＴｒ３がオン状態になり、そのオン状態となったトランジスタＴｒ３とダイオードＤ１とを通してコイルＬにフライバック電流が流れ消弧が行われることとなる。
【００１５】
このため、図４におけるＶｏの段に示すように、制御期間の終了時における消弧電圧Ｖｓ２は、「Ｖｔｈ＋Ｖｚ＋Ｖｆ２＋Ｖｆ１」という大きな値になる。よって、制御期間の終了時には、コイルＬに蓄えられたエネルギーが急速に消費されて、コイル電流Ｉ３も急速に減少し、その結果、電磁弁は速やかに閉弁状態になる。
【００１６】
尚、このように消弧電圧を開弁状態保持期間よりも大きくして電磁弁を速やかに閉弁させることは、“早切り消弧”と呼ばれている。そして、この“早切り消弧”は、コイルＬの残留磁気エネルギーを短時間に消滅させて電磁弁の閉弁所要時間（即ち、制御期間の終了時である閉弁指令時点から電磁弁が実際に閉弁するまでの所要時間）のばらつきを小さくするために行われる。
【００１７】
【特許文献１】
特許第２８１５７４４号公報（段落［００１４］〜［００１９］、図１、図２）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような早切り消弧を行う電磁弁制御装置において、上記閉弁所要時間の精度を良好にするという制御性能の面では、開弁状態保持期間での出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数（図３の例では信号Ｓ３の周波数）をできるだけ高く設定することが好ましい。
【００１９】
つまり、閉弁所要時間は、制御期間の終了時におけるコイル電流Ｉ３（以下、閉弁開始電流という）によって変わる。そして、開弁状態保持期間におけるコイル電流Ｉ３の変動幅Ｉｐｐが大きければ、その分、閉弁開始電流がその時々で大きく変わることとなり、閉弁所要時間がばらつくこととなる。そこで、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を高く設定すれば、開弁状態保持期間におけるコイル電流Ｉ３の変動幅Ｉｐｐが小さくなるため、閉弁開始電流のばらつきが小さくなり、閉弁所要時間のばらつきも小さくなるのである。
【００２０】
一方、出力トランジスタＴｒ１のスイッチング損失を低減させて発熱を抑えるという面では、開弁状態保持期間での出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を、電磁弁の開弁状態を維持可能な範囲で極力低く設定することが好ましい。
【００２１】
このため、従来より、出力トランジスタへの駆動信号の周波数は、閉弁所要時間のばらつきと、スイッチング損失による発熱との、両方を許容できる範囲内で設定していた。
しかしながら、近年においては、制御対象負荷の電流増加、制御装置が搭載される環境の高温化（例えば、車両のエンジンルームに搭載される場合等）、制御装置内の総発熱量の増加、制御装置の小型化といった、熱的に不利な各種条件が複合して存在しており、その結果、従来の設定方法では、熱設計と電磁弁の制御性能とを両立することができなくなってきている。つまり、発熱量を要求値まで減らすために、開弁状態保持期間における出力トランジスタへの駆動信号の周波数を低く設定すると、閉弁所要時間のばらつきが制御上の要求値よりも大きくなってしまうという事態が発生している。
【００２２】
そして、この為に、熱対策として、例えばスイッチング損失が少ない高性能な素子の使用や特別な放熱構造の追加が必要となり、大幅なコストアップを招いてしまう。
尚、以上の説明では、制御対象の電磁弁が、コイルへの通電によって開弁するノーマルクローズタイプのものである場合を例に挙げたが、上記問題は、電磁弁がコイルへの通電によって閉弁するノーマルオープンタイプのものである場合についても同様である。
【００２３】
そこで、本発明は、電磁弁制御装置において、特別な熱対策を施すことなく、出力トランジスタの発熱低減と電磁弁の良好な駆動時間制御性能とを両立させることを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の電磁弁制御装置は、電磁弁のコイルに接続されると共に、供給される駆動信号に応じてオンすることで前記コイルに電流を流す出力トランジスタと、該出力トランジスタがオフされた時の前記コイルのフライバックエネルギーを消弧させると共に、その消弧時の消弧電圧が、第１の消弧電圧と該第１の消弧電圧よりも大きい第２の消弧電圧とに切り替え可能な消弧手段と、制御手段とを備えている。
【００２５】
そして、制御手段は、基本的には前述した従来例の装置と同様に、電磁弁の制御期間の開始タイミングから所定期間の間、出力トランジスタへの駆動信号をアクティブレベルにして該出力トランジスタをオンさせることにより、電磁弁を非作動状態から作動状態に移行させ、その所定期間の終了時から制御期間が終了するまでの作動状態保持期間（前述した従来例の開弁状態保持期間に相当）の間は、出力トランジスタへの駆動信号を所定周波数で且つ所定デューティ比の信号にして該出力トランジスタをオン／オフさせると共に、消弧手段による消弧電圧を第１の消弧電圧に設定することにより、電磁弁のコイルに駆動信号のデューティ比に応じた電流を流して該電磁弁を作動状態に保持（維持）し、更に、制御期間の終了時には、出力トランジスタへの駆動信号をパッシブレベルにして該出力トランジスタをオフさせると共に、消弧手段による消弧電圧を第１の消弧電圧よりも大きい第２の消弧電圧に設定することにより、電磁弁のコイルに流れる電流を急速に減少させて該電磁弁を速やかに非作動状態にする。
【００２６】
尚、電磁弁が作動状態になるとは、その電磁弁がノーマルクローズタイプであれば、開弁状態になることを意味し、逆に、その電磁弁がノーマルオープンタイプであれば、閉弁状態になることを意味している。また、所定期間としては、予め定められた固定の一定時間であっても良いし、コイルに流れる電流の検出値が目標値に達するまでの期間であっても良い。
【００２７】
そして特に、この請求項１の電磁弁制御装置では、制御手段が、前記作動状態保持期間中の特定のタイミングにて、出力トランジスタへの駆動信号の周波数を、それまでの第１周波数から該第１周波数よりも高い第２周波数に切り替えるように構成されている。換言すれば、作動状態保持期間の開始時から特定のタイミングまでの第１期間における駆動信号の周波数（＝第１周波数）を、その特定のタイミングから制御期間の終了時（＝作動状態保持期間の終了時）までの第２期間における駆動信号の周波数（＝第２周波数）よりも低くするようにしている。
【００２８】
このため本電磁弁制御装置によれば、特別な熱対策を施すことなく、出力トランジスタの発熱低減と電磁弁の良好な制御性能とを両立させることができる。
例えば、（１）：第２周波数を従来装置での駆動信号の周波数と同等にし、第１周波数をその第２周波数よりも低く設定すれば、電磁弁が制御期間の終了時から非作動状態になるまでの所要時間（前述した従来例の閉弁所要時間に相当し、以下、非作動所要時間という）のばらつきを従来装置と同等にしつつ、出力トランジスタのスイッチング損失による発熱を従来装置よりも抑えることができる。
【００２９】
（２）：また、第１周波数を従来装置での駆動信号の周波数と同等にし、第２周波数をその第１周波数よりも高く設定すれば、出力トランジスタのスイッチング損失による発熱を従来装置と同等にしつつ、電磁弁の非作動所要時間のばらつきを従来装置よりも小さくして制御性能を向上させることができる。
【００３０】
次に、請求項２に記載の電磁弁制御装置では、請求項１の電磁弁制御装置において、制御手段が、第１周波数の駆動信号と第２周波数の駆動信号とを発生させる手段として、マイコン（マイクロコンピュータ）を備えている。そして、そのマイコンは、第１周波数の駆動信号と第２周波数の駆動信号とを、１つの出力ポートから出力するようになっている。
【００３１】
つまり、請求項２の電磁弁制御装置では、２種類の周波数の駆動信号をマイコンが１つの出力ポートから切り替えて出力するようにしており、この構成によれば、出力トランジスタへ異なる周波数の駆動信号を切り替えて供給するための回路を別途設けなくても済み、小型化及び低コスト化という面で有利である。
【００３２】
一方、請求項３に記載の電磁弁制御装置では、請求項１の電磁弁制御装置において、制御手段は、第１周波数の信号ＳＦ１と第２周波数の信号ＳＦ２とを、２つの出力端子からそれぞれ出力する信号出力手段と、その信号出力手段から出力される２つの信号ＳＦ１，ＳＦ２が入力され、そのうちの何れか一方を、供給される選択信号に応じて選択して出力する切替手段とを備えている。そして更に、制御手段は、前記切替手段から出力される信号を作動状態保持期間において出力トランジスタへ駆動信号として供給すると共に、作動状態保持期間の開始時から前記特定のタイミングまでの第１期間には信号出力手段からの第１周波数の信号ＳＦ１が出力トランジスタへ駆動信号として供給され、前記特定のタイミングから制御期間の終了時までの第２期間には信号出力手段からの第２周波数の信号ＳＦ２が出力トランジスタへ駆動信号として供給されるように、前記切替手段への選択信号を切り替えるようになっている。
【００３３】
つまり、請求項３の電磁弁制御装置では、第１周波数の駆動信号として使用される信号ＳＦ１と、第２周波数の駆動信号として使用される信号ＳＦ２とを、信号出力手段から並列に出力しておき、その２つの信号を切替手段により切り替えて、出力トランジスタへ駆動信号として供給するようにしている。
【００３４】
そして、このような請求項３の電磁弁制御装置によれば、２種類の周波数の駆動信号を１つの端子から切り替えて出力可能なマイコンを用いなくても、また、マイコンにそのような信号出力処理（即ち、出力信号の周波数を途中で変える処理）を行わせなくても、出力トランジスタへの駆動信号の周波数を第１周波数から第２周波数に切り替えることができる。
【００３５】
次に、請求項４に記載の電磁弁制御装置では、請求項１〜３の電磁弁制御装置において、制御手段は、作動状態保持期間の開始時から前記特定のタイミングまでの第１期間における前記コイルの通電電流の最小値が、前記特定のタイミングから制御期間の終了時までの第２期間における前記コイルの通電電流の最小値よりも小さくならないように、前記第１期間における出力トランジスタへの駆動信号のデューティ比を前記第２期間における出力トランジスタへの駆動信号のデューティ比よりも大きくするようになっている。
【００３６】
そして、このような請求項４の電磁弁制御装置によれば、出力トランジスタへの駆動信号の周波数が第２周波数よりも低い第１周波数となる第１期間において、コイルの通電電流（コイル電流）の最小値が小さくなり過ぎることが防止され、特に上記（１）のような設定を行った場合に、電磁弁が上記第１期間中に機械的な衝撃等によって非作動状態に戻ってしまうことを確実に防ぐことができる。
【００３７】
ところで、請求項１〜４の電磁弁制御装置において、上記特定のタイミングとしては、制御期間の終了タイミングの直前であることが好ましい。駆動信号の周波数が第２周波数となる第２期間をできるだけ短くして、出力トランジスタのスイッチング損失による発熱を極力小さくすることができるからである。
【００３８】
そして、そのためには、例えば請求項５に記載のように、制御手段は、出力トランジスタへの第１周波数の駆動信号がパッシブレベルからアクティブレベルに変化する各タイミングのうち、制御期間の終了タイミングに最も近いタイミングを、前記特定のタイミングとし、そのタイミングにて、出力トランジスタへの駆動信号の周波数を第１周波数から第２周波数に切り替えると共に、そのタイミングで第２周波数の駆動信号がアクティブレベルから始まるようにすれば良い。
【００３９】
そして、このようにすれば、上記第２期間の長さを最小限にすることができる上に、出力トランジスタへの駆動信号の周波数を不連続性無くスムースに切り替えることができる（つまり、第１周波数の１周期の終了時から第２周波数に切り替えることができる）。そして更に、脈動するコイル電流が最小になるタイミングで駆動信号の周波数切り替えが行われると共に、その切替タイミングで第２周波数の駆動信号がパッシブレベルからアクティブレベルに変化することとなるため、その切替タイミングでコイル電流が不必要に大きくなったり小さくなってしまうことを確実に防止できるという利点がある。
【００４０】
また、出力トランジスタへの駆動信号の周波数をスムースに切り替えることを重要視しないのであれば、例えば請求項６に記載のように、制御手段は、制御期間の終了タイミングから第１周波数の１周期分の時間だけ前のタイミングを、前記特定のタイミングとし、そのタイミングにて、出力トランジスタへの駆動信号の周波数を第１周波数から第２周波数に切り替えるようにしても良い。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施形態の電磁弁制御装置について、図１及び図２を用いて説明する。
尚、図１は、実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図であり、図２は、その電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。また、図１及び図２において、前述した図３及び図４と同様の構成要素，信号，電圧，電流及び期間などについては、同一の符号を付しているため、詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１に示す本実施形態の電磁弁制御装置は、図３に例示した従来装置と比較すると、下記の（ａ）〜（ｃ）の点が異なっている。
（ａ）：まず、マイコン１１は、少なくとも前述した過励磁期間（図２における▲２▼の期間）の終了時から制御期間（図２における▲１▼の期間）が終了するまでの開弁状態保持期間（図２おける▲３▼の期間）の間、周波数が異なる２つの保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２を、２つの出力ポート（２つの出力端子に相当）からそれぞれ出力している。
【００４３】
そして、本実施形態において、一方の保持デューティ信号Ｓ３１の周波数Ｆ１は、電磁弁の開弁状態を維持可能な範囲で、他方の保持デューティ信号Ｓ３２の周波数Ｆ２よりも低く設定されている。具体的には、保持デューティ信号Ｓ３１の周波数Ｆ１（第１周波数に相当）は、保持デューティ信号Ｓ３２の周波数Ｆ２（第２周波数に相当）の自然数分の１（この例では２分の１）に設定されている。そして更に、マイコン１１は、２つの保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２を、信号Ｓ３２の立ち上がりタイミングが信号Ｓ３１の立ち上がりタイミングと一致するように同期させて出力する。また、本実施形態では、保持デューティ信号Ｓ３２の周波数Ｆ２が、図３及び図４に例示した従来装置での保持デューティ信号Ｓ３の周波数と同程度に設定されているものとする。
【００４４】
（ｂ）：マイコン１１の外部に、そのマイコン１１からの２つの保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２が入力される切替回路２５が設けられている。
そして、その切替回路２５は、マイコン１１から供給される選択信号Ｓ４に応じて、２つの保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２のうちの何れか一方を、オア回路１３の一方の入力端子に出力する。尚、本実施形態では、選択信号Ｓ４がハイレベルの場合に、保持デューティ信号Ｓ３１の方が選択されてオア回路１３へ出力され、選択信号Ｓ４がローレベルの場合に、保持デューティ信号Ｓ３２の方が選択されてオア回路１３へ出力される。
【００４５】
（ｃ）：そして、マイコン１１は、開弁時間指令信号Ｓ１をハイレベルにする時（制御期間の開始時）に、切替回路２５への選択信号Ｓ４をハイレベルにし、その後、過励磁信号Ｓ２をローレベルにしてから開弁時間指令信号Ｓ１をローレベルにするまでの開弁状態保持期間中において、次に述べる切替タイミングで、切替回路２５への選択信号Ｓ４をハイレベルからローレベルに切り替える。
【００４６】
即ち、その切替タイミングは、保持デューティ信号Ｓ３１がローレベルからハイレベルに立ち上がる各タイミングのうち、制御期間の終了タイミング（開弁時間指令信号Ｓ１を立ち下げるタイミング）に最も近いタイミングであり、図２における時刻ｔ１のタイミングである。尚、マイコン１１は、保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２が立ち上がる予定の各タイミングと制御期間の終了タイミングとの両方を把握している。そして、マイコン１１は、開弁時間指令信号Ｓ１を立ち下げる予定の時刻と、保持デューティ信号Ｓ３１が立ち上がると予想される各時刻とから、上記切替タイミングを決定する。
【００４７】
このような本実施形態の電磁弁制御装置では、図２に示すように、過励磁信号Ｓ２がローレベルになって過励磁期間が終わると、この時点では、マイコン１１からの選択信号Ｓ４がハイレベルであるため、マイコン１１からの保持デューティ信号Ｓ３１が、切替回路２５により選択されて、オア回路１３の出力信号Ｓ５としてナンド回路１５に入力されることとなる。
【００４８】
よって、過励磁期間が終わると、まず、マイコン１１からの保持デューティ信号Ｓ３１が、ナンド回路１５によりレベル反転されて出力トランジスタＴｒ１のゲートへ駆動信号として供給される。そして、出力トランジスタＴｒ１が保持デューティ信号Ｓ３１に応じてオン／オフされ、電磁弁のコイルＬには、その場合の駆動信号となる保持デューティ信号Ｓ３１のデューティ比に応じた電流が平均的に流れることとなり、この電流により電磁弁が開弁状態に維持される。尚、図２におけるＩ３の段（６段目）に示したＩｐｐ１は、出力トランジスタＴｒ１が保持デューティ信号Ｓ３１によってオン／オフされる期間（図２における▲４▼の期間であり、第１期間に相当）において脈動するコイル電流Ｉ３の変動幅を示している。
【００４９】
そして、その後、前述した切替タイミングになると、マイコン１１からの選択信号Ｓ４がローレベルになり、今度は、マイコン１１からの保持デューティ信号Ｓ３２が、切替回路２５により選択されて、オア回路１３の出力信号Ｓ５としてナンド回路１５に入力されることとなる。
【００５０】
よって、その切替タイミングから制御期間の終了時までの期間（図２における▲５▼の期間であり、第２期間に相当）においては、マイコン１１からの保持デューティ信号Ｓ３２が、ナンド回路１５によりレベル反転されて出力トランジスタＴｒ１のゲートへ駆動信号として供給される。そして、出力トランジスタＴｒ１が保持デューティ信号Ｓ３２に応じてオン／オフされ、電磁弁のコイルＬには、その場合の駆動信号となる保持デューティ信号Ｓ３２のデューティ比に応じた電流が平均的に流れることとなり、この電流により電磁弁が開弁状態に維持される。
【００５１】
尚、図２におけるＩ３の段（６段目）に示したＩｐｐ２は、出力トランジスタＴｒ１が保持デューティ信号Ｓ３２によってオン／オフされる期間において脈動するコイル電流Ｉ３の変動幅を示している。また、図２では、時刻ｔ１の切替タイミングから制御期間の終了時までの時間が、保持デューティ信号Ｓ３２の半周期強しかないため、コイル電流Ｉ３が脈動する状態までは描かれておらず、コイル電流Ｉ３が切替タイミングから１回上昇し切った直後に、制御期間が終了して、電磁弁が前述した早切り消弧により閉弁される状態を表すものとなっている。
【００５２】
一方、本実施形態では、ダイオードＤ１，Ｄ２、ツェナーダイオードＺＤ、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３、抵抗２１，２３、及び反転回路１９からなる消弧用の回路が、消弧電圧を第１の消弧電圧と第２の消弧電圧とに切り替え可能な消弧手段に相当している。そして、トランジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ３がオンされている場合の消弧電圧Ｖｓ１（＝Ｖｆ１）が、第１の消弧電圧に相当し、トランジスタＴｒ２によってはトランジスタＴｒ３がオンされない場合の消弧電圧Ｖｓ２（＝Ｖｔｈ＋Ｖｚ＋Ｖｆ２＋Ｖｆ１）が、第２の消弧電圧に相当している。また、マイコン１１、切替回路２５、オア回路１３、及びナンド回路１５が、制御手段に相当している。そして、その中で、切替回路２５が切替手段に相当し、マイコン１１において、２つの出力ポートから２つの保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２を出力する機能の部分が、信号出力手段に相当している。また更に、開弁状態保持期間が、作動状態保持期間に相当している。
【００５３】
以上のような本実施形態の電磁弁制御装置では、開弁状態保持期間中の特定のタイミング（前述した切替タイミング）にて、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を、それまでの第１周波数Ｆ１（保持デューティ信号Ｓ３１の周波数）から、それよりも高い第２周波数Ｆ２（保持デューティ信号Ｓ３２の周波数）に切り替えるようになっている。
【００５４】
そして、こうした切り替えにより、開弁状態保持期間の開始時からは、電磁弁の開弁状態保持に支障がない範囲の低い周波数Ｆ１（従来装置における保持デューティ信号Ｓ３よりも低い周波数）で出力トランジスタＴｒをオン／オフさせ、電磁弁を閉弁させる直前になると、それまでよりも高い周波数Ｆ２（従来装置における保持デューティ信号Ｓ３と同程度の周波数）で出力トランジスタＴｒ１をオン／オフさせてコイル電流Ｉ３の変動幅（図２におけるＩｐｐ２）を小さく抑え、その上で、前述した早切り消弧により電磁弁を閉弁させるようにしている。
【００５５】
よって、本実施形態の電磁弁制御装置によれば、図２の最下段における点線に示すように、従来装置よりも出力トランジスタＴｒ１のスイッチング回数を減らして発熱を抑えることができ、しかも、電磁弁の閉弁所要時間のばらつきを従来装置と同等にすることができる。つまり、図２のＩｐｐ２は図４のＩｐｐと同程度である。そして、このような本実施形態の電磁弁制御装置によれば、特別な熱対策を施すことなく、出力トランジスタＴｒ１の発熱低減と電磁弁の良好な制御性能とを両立させることができる。
【００５６】
また、上記実施形態では、第１周波数Ｆ１の駆動信号として使用される保持デューティ信号Ｓ３１と、第２周波数Ｆ２の駆動信号として使用される保持デューティ信号Ｓ３２とを、マイコン１１から並列に出力しておき、その２つの信号Ｓ３１，Ｓ３２を切替回路２５により切り替えて、出力トランジスタＴｒ１へ駆動信号として供給するようにしているため、２種類の周波数の駆動信号を１つのポートから切り替えて出力可能なマイコンを用いなくても、また、マイコン１１に保持デューティ信号の出力周波数を途中で変える処理を行わせなくても、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えることができる。
【００５７】
また更に、上記実施形態では、出力トランジスタＴｒ１への第１周波数Ｆ１の駆動信号（保持デューティ信号Ｓ３１）が出力トランジスタＴｒ１をオンさせる方のアクティブレベルに変化する各タイミングのうち、制御期間の終了タイミングに最も近いタイミングにて、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えると共に、その切替タイミングで第２周波数Ｆ２の駆動信号（保持デューティ信号Ｓ３２）がアクティブレベルから始まるようにしている。
【００５８】
このため、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号を第２周波数Ｆ２にする第２期間の長さを最小限にして、出力トランジスタＴｒ１のスイッチング損失による発熱を極力小さくすることができる上に、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を不連続性無くスムースに切り替えることができる。そして更に、脈動するコイル電流Ｉ３が最小になるタイミングで駆動信号の周波数切り替えが行われると共に、その切替タイミングで第２周波数Ｆ２の駆動信号がアクティブレベルに変化することとなるため、その切替タイミングでコイル電流Ｉ３が不必要に大きくなったり小さくなってしまうことを確実に防止できる。
【００５９】
一方、上記実施形態の電磁弁制御装置において、開弁状態保持期間の開始時から切替タイミングまでの第１期間（図２にて▲４▼を付した期間）におけるコイル電流Ｉ３の最小値が、切替タイミングから制御期間の終了時までの第２期間（図２にて▲５▼を付した期間）におけるコイル電流Ｉ３の最小値よりも小さくならないように（又は同じになるように）、マイコン１１が、上記第１期間における出力トランジスタＴｒ１への駆動信号のデューティ比（即ち、保持デューティ信号Ｓ３１のデューティ比）を、上記第２期間における出力トランジスタＴｒ１への駆動信号のデューティ比（即ち、保持デューティ信号Ｓ３２のデューティ比）よりも大きくすれば、出力トランジスタＴｒへの駆動信号の周波数が第２周波数Ｆ２よりも低い第１周波数Ｆ１となる第１期間において、脈動するコイル電流Ｉ３の最小値が小さくなり過ぎることが防止され、電磁弁が上記第１期間中に機械的な衝撃等によって非作動状態としての閉弁状態に戻ってしまうことを確実に防ぐことができる。尚、デューティ比を大きくするとは、信号１周期におけるアクティブレベルの時間割合を大きくするという意味である。
【００６０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
例えば、上記本実施形態では、保持デューティ信号Ｓ３２の周波数Ｆ２を、従来装置での保持デューティ信号Ｓ３の周波数と同程度に設定したが、保持デューティ信号Ｓ３１の周波数Ｆ１を、従来装置での保持デューティ信号Ｓ３の周波数と同程度にし、保持デューティ信号Ｓ３２の周波数Ｆ２を更に高く設定すれば、出力トランジスタＴｒ１のスイッチング損失による発熱を従来装置と同等にしつつ、電磁弁の閉弁所要時間のばらつきを従来装置よりも小さくして制御性能を一層向上させることができる。
【００６１】
また、上記実施形態において、切替回路２５を削除し、マイコン１１が、第１周波数の駆動信号と第２周波数の駆動信号とを、１つの出力ポートから出力するように構成しても良い。つまり、図３の従来装置と同様に、マイコン１１の１つの出力ポートから、出力トランジスタＴｒ１の駆動信号となる保持デューティ信号Ｓ３が１系統で出力されるように構成するのであるが、マイコン１１が、その保持デューティ信号Ｓ３の周波数を、開弁状態保持期間中の切替タイミングで、第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えるようにしても良い。そして、このように、切替回路２５の機能をマイコン１１の内部処理に分担させれば、小型化及び低コスト化という面で有利である。
【００６２】
一方、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数をスムースに切り替えることを重要視しないのであれば、マイコン１１は、制御期間の終了タイミングから第１周波数Ｆ１の所定周期分の時間だけ前のタイミングにて、出力トランジスタＴｒ１への駆動信号の周波数を第１周波数Ｆ１から第２周波数Ｆ２に切り替えるようにしても良い。そして特に、この場合、上記所定周期分を１周期分とすれば、出力トランジスタＴｒ１のスイッチング損失による発熱を極力小さくすることができるため好ましい。
【００６３】
また、保持デューティ信号Ｓ３１，Ｓ３２は、マイコン１１とは別の回路（ＩＣ等）から出力するように構成しても良い。
また更に、切替回路２５とオア回路１３との機能をマイコン１１に担わせて、マイコン１１が、図２に示すオア回路１３の出力信号Ｓ５と同様の信号を、ナンド回路１５へ出力するように構成することもできる。そして更に、ナンド回路１５の機能をもマイコン１１に担わせることも可能である。
【００６４】
一方、消弧手段としては、図１及び図３に示した消弧用の回路（Ｄ１，Ｄ２，ＺＤ，Ｔｒ２，Ｔｒ３，１９〜２３）に限らず、他の構成の回路であっても良い。例えば、図１において、ダイオードＤ２，ツェナーダイオードＺＤ，及び抵抗２３を削除すると共に、トランジスタＴｒ３のドレイン・ソース間に、ダイオードＤ１と同じ向きで複数のダイオードを直列に接続し、トランジスタＴｒ２によってトランジスタＴｒ３オンされない場合には、その複数のダイオードとダイオードＤ１との直列回路全体での順方向降下電圧が第２の消弧電圧Ｖｓ２（＞Ｖｓ１＝Ｖｆ１）となる、といった回路でも良い。
【００６５】
また、制御対象の電磁弁は、コイルＬへの通電により閉弁するノーマルオープンタイプであっても良い。
また更に、過励磁期間は、予め定められた一定時間に限らず、例えば、コイルＬに流れる電流の検出値が目標値に達するまでの期間であっても良い。また、駆動形態は、ハイサイド駆動形態に限らず、ローサイド駆動形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の電磁弁制御装置の構成を表す構成図である。
【図２】実施形態の電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。
【図３】従来の電磁弁制御装置の構成例を表す構成図である。
【図４】図３の電磁弁制御装置の作用を表すタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｌ…電磁弁のコイル、１１…マイコン（マイクロコンピュータ）、１３…オア回路、１５…ナンド回路、１７，２１，２３…抵抗、１９…反転回路、２５…切替回路、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、ＺＤ…ツェナーダイオード、Ｔｒ１…出力トランジスタ、Ｔｒ２…ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ、Ｔｒ３…Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ
【図１】
2004263807.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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