(57)【要約】【課題】バッテリとコンデンサとによりインジェクタのソレノイドに給電してインジェクタを作動せしめる駆動装置において、インジェクタの作動応答性を向上することである。【解決手段】コンデンサＣの負極側の端子ＣＴ1 をバッテリＢの正極側の端子ＢＴ1 と接続する第１の状態と、コンデンサＣの負極側の端子ＣＴ1 をバッテリＢの負極側の端子ＢＴ2 と接続する第２の状態とのいずれかに切り替えるスイッチＳb ，Ｓc を設け、インジェクタＡi の作動時には第１の状態としてソレノイドＬi の印加電圧をバッテリＢの分、嵩上げして、ソレノイドＬi に流れる電流の立ち上がりを急峻なものとし、インジェクタＡi の応答性を向上させる。インジェクタＡi の作動停止時にはソレノイドＬi への給電を停止するとともに第２の状態として、ソレノイドＬi に蓄積されたエネルギーをコンデンサＣに回収する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導性素子を有する電磁負荷にその作動時に前記誘導性素子に給電する給電源として、直流の低圧電源と容量性素子とを有する電磁負荷駆動装置であって、前記給電により前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを、前記電磁負荷の作動停止時に前記容量性素子に回収する電磁負荷駆動装置において、
前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子とは反対側の端子と接続する第１の状態と、前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子と接続する第２の状態とのいずれかに切り替えるスイッチ手段と、
該スイッチ手段を制御して、前記電磁負荷の作動時には前記第１の状態として、直列接続された前記容量性素子と前記低圧電源とから前記誘導性素子に給電せしめ、前記電磁負荷の作動停止時には前記第２の状態とする制御手段とを具備することを特徴とする電磁負荷駆動装置。
【請求項２】
誘導性素子を有する電磁負荷にその作動時に前記誘導性素子に給電する給電源として、直流の低圧電源と容量性素子とを有する電磁負荷駆動装置であって、前記給電により前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを、前記電磁負荷の作動停止時に前記容量性素子に回収する電磁負荷駆動装置において、
前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子とは反対側の端子と接続する第１の状態と、前記容量性素子の基準電位側の端子を前低圧電源の基準電位側の端子と接続する第２の状態とのいずれかに切り替えるスイッチ手段と、
該スイッチ手段を制御して、前記電磁負荷の作動時には前記第１の状態として直列接続された前記容量性素子と前記低圧電源とから前記誘導性素子に給電せしめ、前記電磁負荷の作動停止時には前記第２の状態とする制御手段と、
前記容量性素子と並列的に前記誘導性素子に給電する別の容量性素子であって、前記第２の状態のときには前記低圧電源により充電可能なアシスト容量性素子とを具備することを特徴とする電磁負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載の電磁負荷駆動装置において、前記低圧電源から前記アシスト容量性素子を充電する充電ラインには、前記低圧電源から前記アシスト容量性素子への充電電流の方向を順方向とするダイオードを設けた電磁負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか記載の電磁負荷駆動装置において、前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記容量性素子に回収する回収ラインには、前記誘導性素子から前記容量性素子への回収電流の方向を順方向とするダイオードを設けた電磁負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の電磁負荷駆動装置において、前記低圧電源から前記誘導性素子に給電する低圧電源用の給電ラインには、前記低圧電源から前記誘導性素子への供給電流の方向を順方向とするダイオードを設けた電磁負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の電磁負荷駆動装置において、前記容量性素子から前記誘導性素子に給電する容量性素子用の給電ラインには、前記容量性素子から前記誘導性素子への供給電流の方向を順方向とするダイオードを設けた電磁負荷駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の電磁負荷駆動装置において、前記低電圧電源用給電ラインを開閉するスイッチ手段と、
前記誘導性素子から前記容量性素子へのエネルギー回収時に前記スイッチ手段がオンオフするように前記スイッチ手段を制御して、該スイッチ手段のオン期間に前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記スイッチ手段のオフ期間に前記容量性素子に移動せしめ、前記容量性素子の端子間電圧が所定の終了電圧になると前記スイッチ手段のオンオフを停止する制御手段とを具備せしめた電磁負荷駆動装置。
【請求項８】
請求項７記載の電磁負荷駆動装置において、前記制御手段は、前記低圧電源の端子間電圧と前記終了電圧との加算値が予め設定された所定値となるように、前記終了電圧を設定する電磁負荷駆動装置。
【請求項９】
請求項７記載の電磁負荷駆動装置において、前記制御手段は、前記低圧電源の端子間電圧と前記終了電圧との加算値が、前記低圧電源の端子間電圧に基づいて設定された所定値となるように、前記終了電圧を設定し、かつ、前記所定値を、前記低圧電源の端子間電圧が小さいほど大きな値に設定する電磁負荷駆動装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９いずれか記載の電磁負荷駆動装置において、複数の前記誘導性素子から選択的にいずれか一つを選択する選択手段と、前記誘導性素子のそれぞれに対応して、前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記容量性素子に回収する回収ラインとを設けた電磁負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁負荷駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ソレノイド等の誘導性素子に電流を流し、電磁的な状態を変化させることで駆動力等を発生するアクチュエータは種々、実用化されている。例えば内燃機関では、燃料を噴射するインジェクタに搭載されており、インジェクタのバルブを駆動することで、燃料の噴射と停止とを切り替えるのに用いられている。
【０００３】
前記誘導性素子を有する電磁負荷を駆動する駆動装置として、誘導性素子に給電する給電源として、直流の低圧電源であるバッテリに加えて容量性素子であるコンデンサを設けたものがある。このものでは、さらに、前記給電により誘導性素子に蓄積されたエネルギーを、電磁負荷の作動停止時に逆起電力を発生させて容量性素子に回収する（特許文献１等参照）。
【０００４】
このものでは、容量性素子の端子間電圧が低圧電源の端子間電圧と同じ電圧になるまでは容量性素子から誘導性素子に給電され、以後は低圧電源から給電される。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５９８５９５号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる誘導性素子を応用したアクチュエータは、誘導性素子に供給される電流の立ち上がりがよいほど、アクチュエータとしての応答性が高く望ましい。この誘導性素子に供給される電流の立ち上がりは、誘導性素子への印加電圧に略比例する。
【０００７】
誘導性素子の印加電圧を高くしようとすれば容量性素子の容量を小さくしてエネルギー回収後の容量性素子の端子間電圧を高くすればよいが、容量性素子の耐圧等の要請から徒に容量性素子の端子間電圧を高くすることはできない。
【０００８】
また、低圧電源による給電に移行すると、誘導性素子に流れる電流は殆ど変化しない、すなわち誘導性素子の蓄積エネルギーはあまり増大しない。そして、容量性素子には、作動前に保持されていたエネルギーがすべて回収される訳ではないから、次の作動までにエネルギーの損失分を補充しておく必要があるが、次のアクチュエータの作動までの間隔が短いものでは、十分にエネルギーを補充し切れない。例えば、内燃機関における多段噴射のように同じインジェクタを短時間の間に連続して作動させるものでは、後の作動になるほど応答性が低下するという問題がある。
【０００９】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、十分な応答性が得られる電磁負荷駆動装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、誘導性素子を有する電磁負荷にその作動時に前記誘導性素子に給電する給電源として、直流の低圧電源と容量性素子とを有する電磁負荷駆動装置であって、前記給電により前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを、前記電磁負荷の作動停止時に前記容量性素子に回収する電磁負荷駆動装置において、
前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子とは反対側の端子と接続する第１の状態と、前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子と接続する第２の状態とのいずれかに切り替えるスイッチ手段と、
該スイッチ手段を制御して、前記電磁負荷の作動時には前記第１の状態として、直列接続された前記容量性素子と前記低圧電源とから前記誘導性素子に給電せしめ、前記電磁負荷の作動停止時には前記第２の状態とする制御手段とを具備する構成とする。
【００１１】
誘導性素子が作動する際には、その印加電圧が低圧電源の端子間電圧と、容量性素子の端子間電圧とを合わせた電圧値となるから、低圧電源の端子間電圧の分、前記特許文献１のものに比して誘導性素子に流れる電流の立ち上がりが急峻なものになる。すなわち電磁負荷の応答性が向上する。
【００１２】
また、低圧電源の端子間電圧の分、誘導性素子の作動開始時に容量性素子に保持されていたエネルギー以上のエネルギーが誘導性素子に蓄積されることになるので、容量性素子への回収エネルギーが電磁負荷の作動開始時の値に比して大きく減じられるのを回避することができる。したがって、次の電磁負荷の作動までの間隔が短いものでも、応答性が低下しない。なお、誘導性素子の作動停止時には、作動時に比して容量性素子の電位が基準電位に近づけられるから、誘導性素子からのエネルギー回収を容易になし得る。
【００１３】
請求項２記載の発明では、誘導性素子を有する電磁負荷にその作動時に前記誘導性素子に給電する給電源として、直流の低圧電源と容量性素子とを有する電磁負荷駆動装置であって、前記給電により前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを、前記電磁負荷の作動停止時に前記容量性素子に回収する電磁負荷駆動装置において、
前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子とは反対側の端子と接続する第１の状態と、前記容量性素子の基準電位側の端子を前記低圧電源の基準電位側の端子と接続する第２の状態とのいずれかに切り替えるスイッチ手段と、
該スイッチ手段を制御して、前記電磁負荷の作動時には前記第１の状態として直列接続された前記容量性素子と前記低圧電源とから前記誘導性素子に給電せしめ、前記電磁負荷の作動停止時には前記第２の状態とする制御手段と、
前記容量性素子と並列的に前記誘導性素子に給電する別の容量性素子であって、前記第２の状態のときには前記低圧電源により充電可能なアシスト容量性素子とを具備する構成とする。
【００１４】
誘導性素子が作動する際には、その印加電圧が低圧電源の端子間電圧と、容量性素子の端子間電圧とを合わせた電圧値となるから、低圧電源の端子間電圧の分、前記特許文献１のものに比して誘導性素子に流れる電流の立ち上がりが急峻なものになる。すなわち電磁負荷の応答性が向上する。
【００１５】
また、低圧電源の端子間電圧の分、誘導性素子の作動開始時に容量性素子に保持されていたエネルギー以上のエネルギーが誘導性素子に蓄積されることになるので、容量性素子への回収エネルギーが電磁負荷の作動開始時の値に比して大きく減じられるのを回避することができる。したがって、次の電磁負荷の作動までの間隔が短いものでも、応答性が低下しない。なお、誘導性素子の作動停止時には、作動時に比して容量性素子の電位が基準電位に近づけられるから、誘導性素子からのエネルギー回収を容易になし得る。
【００１６】
しかも、容量性素子を、その端子間電圧を高くすべく小容量としても、容量性素子の端子間電圧の急減後にもアシスト容量性素子により十分に給電することができるから、誘導性素子に十分にエネルギーが蓄積され、当該エネルギー回収後の容量性素子の端子間電圧を、容易に電磁負荷作動開始時の電圧値まで略回復することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記低圧電源から前記アシスト容量性素子を充電する充電ラインには、前記低圧電源から前記アシスト容量性素子への充電電流の方向を順方向とするダイオードを設ける。
【００１８】
前記充電電流とは逆方向の電流が禁止されるので、低圧電源を保護することができる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項１ないし３の発明の構成において、前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記容量性素子に回収する回収ラインには、前記誘導性素子から前記容量性素子への回収電流の方向を順方向とするダイオードを設ける。
【００２０】
誘導性素子に正規の方向の電流とは逆方向の電流が流れるのを禁止することができるので、誘導性素子に逆方向の電磁作用が生じるのを回避することができる。
【００２１】
また、電磁負荷が作動中に、容量性素子の基準電位側の端子とは反対側の端子が回収ラインを介して基準電位部に短絡するのを、スイッチ類を設けることなく防止することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記低圧電源から前記誘導性素子に給電する低圧電源用の給電ラインには、前記低圧電源から前記誘導性素子への供給電流の方向を順方向とするダイオードを設ける。
【００２３】
前記供給電流とは逆方向の電流が禁止されるので、低圧電源を保護することができる。
【００２４】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記容量性素子から前記誘導性素子に給電する容量性素子用の給電ラインには、前記容量性素子から前記誘導性素子への供給電流の方向を順方向とするダイオードを設ける。
【００２５】
容量性素子と誘導性素子とで共振回路が形成されて、前記供給電流とは逆方向の電流が流れようとする作用が生じるが、供給電流とは逆方向の電流が流れるのを禁止することができるので、誘導性素子に逆方向の電磁作用が生じるのを回避することができる。
【００２６】
請求項７記載の発明では、請求項１ないし６の発明の構成において、前記低電圧電源用給電ラインを開閉するスイッチ手段と、
前記誘導性素子から前記容量性素子へのエネルギー回収時に前記スイッチ手段がオンオフするように前記スイッチ手段を制御して、該スイッチ手段のオン期間に前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記スイッチ手段のオフ期間に前記容量性素子に移動せしめ、前記容量性素子の端子間電圧が所定の終了電圧になると前記スイッチ手段のオンオフを停止する制御手段とを具備せしめる。
【００２７】
スイッチ手段のオフ期間に誘導性素子に発生する逆起電力を利用して、誘導性素子に蓄積されたエネルギーを容量性素子に回収し、容量性素子の端子間電圧を所定の終了電圧まで上昇させることができる。
【００２８】
請求項８記載の発明では、請求項７の発明の構成において、前記制御手段は、前記低圧電源の端子間電圧と前記終了電圧との加算値が予め設定された所定値となるように、前記終了電圧を設定する構成とする。
【００２９】
低圧電源の端子間電圧が変動しても、作動開始時の誘導性素子の印加電圧を一定にすることができるので、作動開始時における誘導性素子に流れる電流の立ち上がりを一定にすることができる。
【００３０】
請求項９記載の発明では、請求項７の発明の構成において、前記制御手段は、前記低圧電源の端子間電圧と前記終了電圧との加算値が、前記低圧電源の端子間電圧に基づいて設定された所定値となるように、前記終了電圧を設定し、かつ、前記所定値を、前記低圧電源の端子間電圧が小さいほど大きな値に設定する。
【００３１】
誘導性素子に印加される電圧のうち、低圧電源による電圧分は、電磁負荷作動開始後に略一定値をとるのに対し、容量性素子による電圧分は、誘導性素子への給電が進行するに応じて低下する。請求項８の発明の構成において、この２種類の電圧分の割合が、低圧電源の端子間電圧に応じて変化すると、誘導性素子に流れる電流の上昇速度の鈍り方も変わってくる。具体的には、低圧電源の端子間電圧が低下して容量性素子による電圧分の割合が大きくなるほど、誘導性素子に流れる電流の上昇速度の鈍り方も顕著になる。本請求項９記載の発明では、低圧電源の端子間電圧が低下したときに前記電流の上昇速度の鈍り方が顕著になる方向の作用を、前記低圧電源の端子間電圧と前記終了電圧との加算値がとるべき所定値を増大して前記終了電圧を高めにすることで、前記電流の上昇速度の鈍り方を緩和する。これにより、低圧電源の端子間電圧が変化した場合の、電磁負荷の作動の応答性のばらつきを抑制することができる。
【００３２】
請求項１０記載の発明では、請求項１の発明の構成において、複数の前記誘導性素子から選択的にいずれか一つを選択する選択手段と、前記誘導性素子のそれぞれに対応して、前記誘導性素子に蓄積されたエネルギーを前記容量性素子に回収する回収ラインとを設ける。
【００３３】
前記のごとく低圧電源の端子間電圧の分、誘導性素子への印加電圧に余裕が生じるので、複数の電磁負荷を選択的に駆動する電磁負荷駆動装置に好適である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態になる電磁負荷駆動装置を示す。電磁負荷駆動装置Ｍは、複数の電磁負荷Ａi に共通のもので、各電磁負荷Ａi を選択的に駆動する。このようなものの例としては、例えば、内燃機関のＭＰＩ方式の燃料噴射装置がある。すなわち、内燃機関において燃料を噴射する電磁負荷であるインジェクタが各気筒ごとに設けられ、インジェクタに搭載された誘導性素子であるソレノイドが、その電磁吸引力の切り替え制御により、インジェクタのノズル内に挿置されたバルブを着座状態とリフト状態とに切り替えて燃料の噴射と停止とを切り替える。図例のものでは電磁負荷Ａi は４つ設けられており、これは４気筒内燃機関に適用したものの代表的な実施形態である。
【００３５】
電磁負荷Ａi は、各電磁負荷Ａi に１対１に対応してソレノイドＬi を有しており、各ソレノイドＬi にそれぞれ給電ラインＷb ，Ｗc が設けられる。給電ラインＷb は基端で１本になり、給電ラインＷb に設けられたダイオードＤb を介して共通の低圧電源であるバッテリＢから給電可能である。ダイオードＤb はバッテリＢの、基準電位側の端子とは反対側の端子である正極側の端子ＢＴ1 （以下、適宜、バッテリ正極側端子ＢＴ1 という）と接続される。バッテリＢの基準電位側の端子である負極側の端子ＢＴ2 （以下、適宜、バッテリ負極側端子ＢＴ2 という）は接地されており、基準電位部となっている。ダイオードＤb は、アノードがバッテリ正極側端子ＢＴ1 と接続され、バッテリＢからソレノイドＬi への供給電流の方向を順方向としてある。これにより、前記供給電流とは逆方向の電流が禁止されて、バッテリＢが保護される。
【００３６】
給電ラインＷc は、ソレノイドＬi へのもう一つの給電源としての容量性素子であるコンデンサＣ用のもので、コンデンサＣは一方の端子ＣＴ1 がスイッチＳＷr およびダイオードＤc を介して前記ダイオードＤb と接続されている。ダイオードＤc は、アノードがスイッチＳＷr を介してコンデンサＣの一方の端子ＣＴ1 と接続され、コンデンサＣからソレノイドＬi への供給電流の方向を順方向としてある。コンデンサＣとソレノイドＬi とで共振回路が形成されて、前記供給電流とは逆方向の電流が流れようとする作用が生じるが、この供給電流とは逆方向の電流が禁止されるので、ソレノイドＬi に正規の電流とは逆方向の電流が流れるのが防止される。これにより、ソレノイドＬi に正規の方向とは逆方向の電磁作用が生じるのを防止することができる。
【００３７】
ソレノイドＬi の、バッテリ正極側端子ＢＴ1 とダイオードＤb を介して接続される端子（以下、適宜、正極側の端子という）ＬＴ1 とは反対側の端子（以下、適宜、負極側の端子という）ＬＴ2 と接地間には、スイッチ手段であり選択手段であるスイッチＳＷi が設けられ、前記バッテリＢおよびコンデンサＣからの給電と停止とを切り替えるようになっている。したがって、作動すべき電磁負荷Ａi の選択およびその作動期間、すなわち内燃機関であれば、噴射気筒の選択並びに噴射期間を規定する。また、後述するように、スイッチＳＷi はコンデンサ端子間電圧Ｖc を制御するのに用いられる。
【００３８】
コンデンサＣの基準電位側の端子である他方の端子ＣＴ2 はスイッチ手段であるスイッチＳＷc を介して接地され、スイッチＳＷc のオン時には基準電位となる（以下、適宜、一方の端子ＣＴ1 を正極側の端子ＣＴ1 といい、他方の端子ＣＴ2 を負極側の端子ＣＴ2 という）。また、スイッチ手段であるスイッチＳＷb を介してバッテリ正極側端子ＢＴ1 と接続されている。これらスイッチＳＷb ，ＳＷc の切り替えにより、バッテリＢとコンデンサＣ1 との接続状態を切り替えることができる。すなわち、スイッチＳＷb がオンでスイッチＳＷc がオフであれば、バッテリ正極側端子ＢＴ1 とコンデンサ負極側端子ＣＴ2 とが導通して、スイッチＳＷi ，ＳＷr のオンを条件として、ソレノイドＬi への印加電圧が、バッテリＢの端子間電圧（以下、適宜、バッテリ端子間電圧という）Ｖb と、コンデンサＣの端子間電圧（以下、適宜、コンデンサ端子間電圧という）Ｖc とを合わせた電圧値となる（第１の状態）。
【００３９】
一方、スイッチＳＷb がオフでスイッチＳＷc がオンであれば、コンデンサ負極側端子ＣＴ2 は、バッテリ負極側端子ＢＴ2 と接続される（第２の状態）。後述するように、スイッチＳＷi のオンを条件として、ソレノイドＬi からコンデンサＣにエネルギーの回収が可能となる。
【００４０】
ソレノイド負極側の端子ＬＴ2 とコンデンサ正極側端子ＣＴ1 との間には、各ソレノイドＬi に１対１に対応して、ソレノイドＬi に蓄積されたエネルギーをコンデンサＣに回収するための回収ラインＷi が設けられ、回収ラインＷi には、ソレノイドＬi からコンデンサＣへの回収電流の方向を順方向として、すなわち、アノードをソレノイドＬi と接続してダイオードＤi が設けられている。
【００４１】
ダイオードＤi により回収電流とは逆方向の電流が禁止されるから、ソレノイドＬi からコンデンサＣ1 への回収電流が０になり、ソレノイドＬi のすべてのエネルギーがコンデンサＣ1 に移動すると、スイッチ操作等を伴うことなくエネルギーの回収を完了させることができる。また、電磁負荷Ａi が作動中のようにスイッチＳＷi がオンのとき、コンデンサ正極側端子ＣＴ1 が接地に短絡するのを防止する。
【００４２】
前記各スイッチＳＷi ，ＳＷb ，ＳＷc ，ＳＷr はパワーＭＯＳＦＥＴ等により構成され、それぞれ制御手段である中央制御装置Ｘにより制御されるようになっている。中央制御装置Ｘは、マイクロコンピュータ等により構成され、各スイッチＳＷi ，ＳＷb ，ＳＷc ，ＳＷr に制御信号Ｓi ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓr を出力し、スイッチＳＷi ，ＳＷb ，ＳＷc ，ＳＷr をオンとオフとに切り替える。また、中央制御装置Ｘには、コンデンサ正極側端子ＣＴ1 の電位（以下、適宜、コンデンサ電位という）Ｖi と、バッテリ正極側端子ＢＴ1 の電位（＝バッテリ端子間電圧Ｖb ）が入力しており、これらの入力に基づいて制御信号Ｓi ，Ｓb ，Ｓc ，Ｓr の出力時期等を演算する。
【００４３】
本電磁負荷駆動装置Ｍの作動を説明する。図２は電磁負荷駆動装置Ｍの各部の作動状態を示すもので、電磁負荷Ａi の作動開始に先立って、スイッチＳc をオフし（Ｔ0 ）、次いで、スイッチＳＷb ，ＳＷr をオンする（Ｔ1 ）。これは前記第１の状態であり、コンデンサ電位Ｖi が、コンデンサ端子間電圧Ｖc から、バッテリ端子間電圧Ｖb とコンデンサ端子間電圧Ｖc とを加算した電圧（Ｖc ＋Ｖｂ）に上昇する。また、スイッチＳＷr がオンしているので、コンデンサ正極側端子ＣＴ1 はダイオードＤb ，Ｄc の接続点まで通じている。このとき、ダイオードＤc は順バイアスであり、ダイオードＤb は逆バイアスである。
【００４４】
次いで、電磁負荷Ａi の作動開始時になると（Ｔ2 ）、４つの電磁負荷Ａi のうち作動すべきものに対応するスイッチＳＷi をオンする。これにより、ソレノイドＬi に電圧（Ｖc ＋Ｖｂ）が印加され、ソレノイドＬi に電流Ｉi が流れはじめる。このときの電流Ｉi の立ち上がり、すなわち、電流Ｉi の上昇速度はソレノイドＬi の印加電圧（Ｖc ＋Ｖｂ）に比例することになる。ソレノイド電流Ｉi が流れるのに伴い、コンデンサ端子間電圧Ｖc 、コンデンサ電位Ｖi は減少していく。
【００４５】
そして、コンデンサ電位Ｖi がバッテリ端子間電圧Ｖｂと等しくなると（Ｔ3 ）、ダイオードＤb が順バイアスとなる。これにより、ソレノイドＬi に印加される電圧がバッテリ端子間電圧Ｖb となる。ソレノイド電流Ｉi の上昇速度はそれまでよりも鈍る。
【００４６】
電磁負荷Ａi の作動停止は次のように行う。先ず、電磁負荷Ａi の作動停止時（Ｔ4 ）に先立ち、スイッチＳＷr をオフする。これは後述するようにソレノイドＬi からコンデンサＣにエネルギーが回収されるとコンデンサ電位Ｖi が上昇するので、再びコンデンサＣからダイオードＤc を介してソレノイドＬi に電流が流れるのを禁止するためである。
【００４７】
そして、Ｔ4 になると、スイッチＳＷi ，ＳＷb をオフするとともに、スイッチＳＷc をオンする。これは前記第２の状態である。また、スイッチＳi は続いてオンオフする。スイッチＳi のオフ期間（Ｔ4 〜Ｔ5 ）には、ソレノイドＬi に逆起電力が発生して、ダイオードＤi が順バイアスとなり、ソレノイドＬi 〜ダイオードＤi 〜コンデンサＣ〜スイッチＳＷb 〜ダイオードＤb 〜ソレノイドＬi という経路で、ソレノイドＬi に蓄積されたエネルギーをコンデンサＣに回収する回収電流が流れる。これにより、コンデンサ端子間電圧Ｖc が上昇し、コンデンサ電位Ｖi が、作動開始前のコンデンサ電位Ｖc に向かって回復していく。
【００４８】
スイッチＳi のオン期間（Ｔ5 〜Ｔ6 ）には、再びバッテリＢ〜ダイオードＤb 〜ソレノイドＬi 〜スイッチＳＷi 〜バッテリＢという経路で、ソレノイドＬi にエネルギーを蓄積する電流が流れる。そして、次のオフ期間（Ｔ6 〜Ｔ7 ）にソレノイドＬi 〜ダイオードＤi 〜コンデンサＣ〜スイッチＳＷb 〜ダイオードＤb 〜ソレノイドＬi という経路で、ソレノイドＬi に蓄積されたエネルギーをコンデンサＣに回収する回収電流が流れる。
【００４９】
中央制御装置Ｘは、コンデンサ電位Ｖi すなわちコンデンサ端子間電圧Ｖc が予め設定した終了電圧になると（Ｔ7 ）、スイッチＳＷi をオフに固定する。
【００５０】
なお、図例のものでは、オン期間とオフ期間とが同じ長さに設定されているが必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばオン期間は一定の長さとし、オフ期間は、ソレノイドＬi に流れる電流をモニタして、モニタ電流が０になるごとにオフ期間を終了、すなわちオン期間に入るようにしてもよい。
【００５１】
また、最初のスイッチＳi のオフ期間（Ｔ4 〜Ｔ5 ）の長さは、ソレノイド電流Ｉi が電磁負荷Ａi が作動停止する値まで十分に下がる長さとするのは勿論である。
【００５２】
以降、順次、選択された電磁負荷Ａi について制御が実行される。
【００５３】
本電磁負荷駆動装置Ｍはかかる構成となっており、電磁負荷Ａi の作動開始時には、ソレノイドＬi への印加電圧がコンデンサ端子間電圧Ｖc に、バッテリ端子間電圧Ｖb が加算されたもの（Ｖc ＋Ｖb ）となるので、その分、ソレノイドＬi に流れる電流の立ち上がりが向上し、電磁負荷Ａi の応答性がよくなる。
【００５４】
また、バッテリ端子間電圧Ｖb の分、電磁負荷Ａi の作動開始時にコンデンサＣに保持されていたエネルギー以上のエネルギーがソレノイドＬi に蓄積されることになるので、コンデンサＣへの回収エネルギーが電磁負荷Ａi の作動開始時に比して大きく減じられるのを回避することができる。したがって、僅かの回数のスイッチＳi のオンオフによりコンデンサ電位Ｖi が作動開始時の電圧値まで回復する。したがって、次の電磁負荷Ａi の作動までの間隔が短いものでも、応答性が低下しない。なお、ソレノイドＬi の作動停止時には、作動時に比してコンデンサＣの電位がバッテリ端子間電圧Ｖb だけ基準電位に近づけられるから、ソレノイドＬi からのエネルギー回収を容易になし得る。
【００５５】
ソレノイドＬi からの回収電流は、バッテリＢを通るようになっているが、ソレノイドＬi の正極側端子ＬＴ1 と接地間に接地側をアノードとして別途ダイオードを設けて、スイッチＳi のオフ期間に、ソレノイドＬi 〜ダイオードＤi 〜コンデンサＣ〜別途設けたダイオード〜ソレノイドＬi という経路で回収電流を流すようにしてもよい。
【００５６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態になる電磁負荷駆動装置を図３に示す。電磁負荷駆動装置ＭＡは第１実施形態のものと同じであり、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５７】
第１実施形態では、作動停止時におけるエネルギー回収を、コンデンサ端子間電圧Ｖc が所定の終了電圧になると、完了としているが、本実施形態では、さらに電磁負荷Ａi の作動特性の向上を図ることができる。
【００５８】
中央制御装置ＸＡには、コンデンサ電位Ｖi とともに、バッテリ正極側電位（＝バッテリ端子間電圧Ｖb ）が入力しており、コンデンサ電位Ｖi およびバッテリ端子間電圧Ｖb に基づいてコンデンサ充電完了時期を設定する。
【００５９】
すなわち、中央制御装置ＸＡは、前記終了電圧が一定ではなく、バッテリ端子間電圧Ｖb とコンデンサ端子間電圧Ｖc との加算値（Ｖb ＋Ｖc ）が一定値（Ｖk ）となるように、コンデンサ電位Ｖi （＝コンデンサ端子間電圧Ｖc ）の終了電圧を設定する。すなわち、該終了電圧は、（Ｖk −Ｖb ）で与えられる。
【００６０】
したがって、バッテリＢの他の負荷の状態等によってバッテリ端子間電圧Ｖb が変動すると、それに応じて該終了電圧も変化することになる。図４に示すように、バッテリ端子間電圧Ｖb がＶb2からＶb1に低下すると、終了電圧は、Ｖc2（＝Ｖk −Ｖb2）からＶc1（＝Ｖk −Ｖb1＞Ｖc2）に上昇する。
【００６１】
これにより、バッテリ端子間電圧Ｖb が変動しても、作動開始時のソレノイドＬi の印加電圧を一定にすることができるので、作動開始時におけるソレノイド電流Ｉi の立ち上がりを一定にすることができる。
【００６２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態になる電磁負荷駆動装置を図５に示す。電磁負荷駆動装置ＭＢは第２実施形態のものと同じであり、第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６３】
中央制御装置ＸＢは、コンデンサ電位Ｖi およびバッテリ端子間電圧Ｖb に基づいてコンデンサ充電完了時期を設定する。
【００６４】
すなわち、中央制御装置ＸＢは、バッテリ端子間電圧Ｖb とコンデンサ端子間電圧Ｖc との加算値（Ｖb ＋Ｖc ）が所定値Ｖs となるように、コンデンサ電位Ｖi （＝コンデンサ端子間電圧Ｖc ）の終了電圧を設定するが、所定値Ｖs がバッテリ端子間電圧Ｖb に応じて可変である。すなわち、所定値Ｖs は、バッテリ端子間電圧Ｖb が低いほど大きな値が与えられる。
【００６５】
したがって、図６に示すように、バッテリ端子間電圧Ｖb がＶb2からＶb1に低下すると、所定値Ｖs がＶs2からＶs1に上昇し、終了電圧は、Ｖc2（＝Ｖs2−Ｖb2）からＶc1（＝Ｖs1−Ｖb1＞Ｖc2）に上昇する。Ｖs2＜Ｖs1であるから、本実施形態では、バッテリ端子間電圧Ｖb が低下したときに、コンデンサ電位Ｖi （＝コンデンサ端子間電圧Ｖc ）の終了電圧が第２実施形態のものに比してより大きく増大することになる。
【００６６】
図７は、前記各実施形態の電磁負荷駆動装置を内燃機関の燃料噴射装置に適用した結果で、バッテリ端子間電圧Ｖb を変化させてインジェクタのバルブ応答性を測定した結果を示すものである。バルブ応答性は、例えば、ソレノイドＬi に給電を開始してからバルブがフルリフトするまでの時間により定義する。第１実施形態のように単にコンデンサ端子間電圧Ｖc を所定の終了電圧まで充電するものでは、バッテリ端子間電圧Ｖb の変動分がそのまま電磁負荷作動開始時におけるソレノイド電流Ｉi の立ち上がりに反映されて、バルブ応答性がばらつくが、第２実施形態のものでは、電磁負荷作動開始時におけるソレノイド電流Ｉi の上昇速度が揃えられるので、バルブ応答性がばらつきが改善される。
【００６７】
さらに第３実施形態になると、第２実施形態のものよりもさらにバルブ応答性のばらつきが改善される。
【００６８】
これは、ソレイノイドＬi に印加される電圧のうち、バッテリＢによる電圧分（Ｖb ）は、電磁負荷作動開始後に略一定値をとるのに対し、コンデンサＣによる電圧分（Ｖc ）は、ソレイノイドＬi への給電が進行するに応じて低下する性質を有することに基因している。すなわち、第２、第３実施形態のいずれも、バッテリ端子間電圧Ｖb が低くなるほど、その低下分は、ソレイノイドＬi への給電が進行するに応じて低下する性質を有するコンデンサＣ1 による電圧分に置き換わることになるため、第２実施形態のものでは、電磁負荷作動開始直後の立ち上がり特性は揃えられても、電磁負荷作動開始の一定時間内（例えば図２でいえばＴ2 からＴ3 までの期間）の立ち上がり特性は、バッテリＢによる電圧分（Ｖb ）とコンデンサＣによる電圧分（Ｖc ）との比率により異なってくる。具体的には、バッテリ端子間電圧Ｖb が低くなって、コンデンサＣによる電圧分（Ｖc ）の割合が増えるほど、電磁負荷作動開始の一定時間内のうち後半における立ち上がり特性の鈍り方が顕著になる。
【００６９】
第３実施形態のものでは、バッテリ端子間電圧Ｖb が低くなると、第２実施形態（Ｖb ＋Ｖc ＝Ｖk （一定））のものに比してより大きなコンデンサ電位Ｖi が与えられるから、電磁負荷作動開始の一定時間内のうち後半における立ち上がり特性の鈍り方を緩和し、バッテリ端子間電圧Ｖb によらず、バルブ応答性のばらつきを抑制することができる。
【００７０】
インジェクタの構造には、噴孔を開閉するバルブをソレノイドが直接駆動するものや、制御用のバルブをソレノイドが駆動するもの等、種々のものが提案されているが、いずれの構造のものにおいても、ソレノイドに流れる電流が十分な大きさに到達するまでの期間が、ソレノイドにより駆動されるバルブの開弁圧を越える駆動力に到達するまでの応答時間や、フルリフトするまでの時間に強く寄与するため、燃料噴射装置は本実施形態の特に好適な適用例となる。
【００７１】
（第４実施形態）
図８に本発明の第４実施形態になる電磁負荷駆動装置を示す。電磁負荷駆動装置は第１実施形態のものと同じであり、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
電磁負荷駆動装置ＭＣは、給電源として容量性素子であるコンデンサＣ1 とアシスト容量性素子であるコンデンサＣ2 との２つが設けられている。コンデンサＣ1 は実質的に第１実施形態のコンデンサＣと同じものである。コンデンサＣ2 には、コンデンサＣ1 よりも大容量のものが用いられている（以下、適宜、コンデンサＣ1 を小容量コンデンサＣ1 といい、コンデンサＣ2 を大容量コンデンサＣ2 という）。小容量コンデンサＣ1 からは、給電ラインＷc1によりソレノイドＬi に給電可能で、大容量コンデンサＣ2 からは、給電ラインＷ c2 によりソレノイドＬi に給電可能である。小容量コンデンサＣ1 と大容量コンデンサＣ2 とは、並列的にソレノイドＬi に給電可能なコンデンサである。
【００７３】
給電ラインＷc1，Ｗ c2 はともにスイッチＳＷr で１本化するラインであり、それぞれにダイオードＤc1，Ｄc2が設けられている。ダイオードＤc1は、アノードをコンデンサＣ1 の正極側の端子Ｃ1 Ｔ1 と接続されて、コンデンサＣ1 からソレノイドＬi への供給電流の方向を順方向としてある。ダイオードＤc2は、アノードをコンデンサＣ2 の正極側の端子Ｃ2 Ｔ1 と接続されて、コンデンサＣ2 からソレノイドＬi への供給電流の方向を順方向としてある。
【００７４】
小容量コンデンサＣ1 側のダイオードＤc1は第１実施形態等のダイオードＤc と実質的に同じ作用をするもので、ダイオードＤc2は、大容量コンデンサＣ2 とソレノイドＬi とで共振回路が形成されて、前記供給電流とは逆方向の電流が流れようとする作用が生じることに鑑み挿入されており、この供給電流とは逆方向の電流が禁止されるので、ソレノイドＬi に正規の電流とは逆方向の電流が流れるのを防止する。
【００７５】
また、大容量コンデンサＣ2 のダイオードＤc2側の端子と、バッテリ正極側端子ＢＴ1 との間は充電ラインＷa により接続されており、バッテリＢから大容量コンデンサＣ2 を充電可能である。充電ラインＷa にはアノードをバッテリＢ側としてダイオードＤa が設けてあり、バッテリＢから大容量コンデンサＣ2 への充電電流の方向を順方向としてある。
【００７６】
本電磁負荷駆動装置ＭＣの作動を説明する。電磁負荷駆動装置ＭＣのの中央制御装置ＸＣは、前記第１実施形態のものと実質的に同じ制御を実行するようになっている。図９は電磁負荷駆動装置ＭＣの各部の作動状態を示すもので、電磁負荷Ａi の作動開始するためのスイッチＳＷc ，ＳＷb ，ＳＷr ，ＳＷi の制御は第１実施形態と同じである。なお、スイッチＳＷc がオンでスイッチＳＷb がオフの状態ではダイオードＤa が順バイアスとなって大容量コンデンサＣ2 はバッテリ端子間電圧Ｖb まで充電されている。このため、スイッチＳb がオンする（Ｔ1 ）ことにより、大容量コンデンサＣ2 のダイオードＤc2側の電位（以下、適宜、大容量コンデンサ電位という）Ｖi2は、小容量コンデンサＣ1 のダイオードＤc1側の電位（以下、適宜、小容量コンデンサ電位という）Ｖi1  のごとく、バッテリ端子間電圧Ｖb だけ上昇する。また、小容量コンデンサＣ1 には後述するソレノイドＬi からのエネルギー回収により、大容量コンデンサＣ2 の端子間電圧（＝Ｖb ）よりも高い電圧値まで充電されている。したがって、大容量コンデンサ電位Ｖi2は小容量コンデンサ電位Ｖi1  よりも低く、ダイオードＤc2が逆バイアスとなっている。
【００７７】
Ｔ2 以降のソレノイドＬi への給電では、前記のごとく、ダイオードＤ6 が逆バイアスとなっているので、小容量コンデンサＣ1 からソレノイドＬi に給電がなされる。
【００７８】
そして、小容量コンデンサ電位Ｖi1  が大容量コンデンサ電位Ｖi2（＝２Ｖb ）まで低下すると、以降の給電は、小容量コンデンサＣ1 と大容量コンデンサＣ2 との両方からなされることになる。これにより、図９より知られるように、ソレノイドＬi の印加電圧である小容量コンデンサ電位Ｖi1（＝大容量コンデンサ電位Ｖi2）が、それまでのソレノイドＬi の印加電圧である小容量コンデンサ電位Ｖi1の下がり方より鈍り、ソレノイド電流Ｉi も大きく上昇速度を減じることなく、上昇する。
【００７９】
電磁負荷Ａi の作動停止は第１実施形態と同様にスイッチＳＷi ，ＳＷb をオフするとともにスイッチＳＷc をオンすることでなされる（Ｔ4 ）が、本実施形態では、前記のごとく、小容量コンデンサＣ1 と大容量コンデンサＣ2 との両方で給電がなされるから、回収先を小容量コンデンサＣ1 のみとするエネルギー回収において、一気に、小容量コンデンサ端子間電圧Ｖc1を、作動開始前の電圧値まで回復させることができる。したがって、中央制御装置ＸＣはスイッチＳi のオンオフによる小容量コンデンサＣ1 の充電制御は非実行であるが、勿論、経時変化によるエネルギー損失に備えるべく、小容量コンデンサＣ1 の充電制御を実行するようにしてもよい。
【００８０】
これにより、別途、小容量コンデンサＣ1 を充電することを行う（第１実施形態のＴ5 〜Ｔ7 参照）ことなく、次の作動に備えることができるので、次の電磁負荷Ａi の作動までの間隔がごく短いものであっても、好適に適用することができる。必要な印加電圧を得るためのＤＣ−ＤＣコンバータやその電圧で蓄電する大容量のコンデンサが不要であり、低コスト化が実現できる。
【００８１】
なお、電磁負荷Ａi の作動停止時のスイッチＳＷi ，ＳＷb ，ＳＷc の切り替えにより、ダイオードＤa が順バイアスとなって、大容量コンデンサＣ2 の充電が、バッテリＢからダイオードＤa を介してなされるのは勿論である。
【００８２】
図１０は、次の電磁負荷Ａi の作動までの間隔が短い例を示すもので、例えば、内燃機関の燃料噴射における多段噴射が相当する。一気に、小容量コンデンサ端子間電圧Ｖc1を、作動開始前の電圧値まで回復させることができるので、次々と、同一の電磁負荷を作動させていくことができる。
【００８３】
また、複数の電磁負荷を順次、短い間隔で作動していくことこともできる。この場合、電磁負荷ごとに駆動回路を設ける必要がないから、低コスト化が実現できる。
【００８４】
ソレノイドＬi に蓄積されたエネルギーの回収により回復する小容量コンデンサ端子間電圧Ｖc1は、大容量コンデンサＣ2 の容量に依存することになるが、Ｔ3 におけるソレノイド電流Ｉi 等で規定される必要なソレノイド電流Ｉi の立ち上がり特性を考慮して設定すればよい。
【００８５】
図１１は大容量コンデンサＣ2 を有しない第１実施形態のものと、本実施形態のものとをバルブ応答性により比較するものである。バッテリ端子間電圧Ｖb によらず、本実施形態のものの方が、バルブ応答性に優れることが分かる。
【００８６】
なお、本実施形態では、大容量コンデンサＣ2 を有しているので、小容量コンデンサＣ1 の容量は十分に小さくしてソレノイド電流Ｉi の立ち上がり特性を向上させることができる。したがって、Ｃ1 ，Ｃ2 によりコンデンサＣ1 ，Ｃ2 の容量を表すこととして、本実施形態のごとく、Ｃ1 ＜Ｃ2 とするのがよい。勿論、コンデンサＣ2 は、ソレノイドＬi のエネルギー回収先となるコンデンサＣ1 の給電能力の不足を補充するものであるから、要求される給電能力の補充量によっては、コンデンサＣ2 の容量がコンデンサＣ1 の容量よりも小さくなるような実施形態を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になる電磁負荷駆動装置の回路図である。
【図２】前記電磁負荷駆動装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態になる電磁負荷駆動装置の回路図である。
【図４】前記電磁負荷駆動装置の作動を示すグラフである。
【図５】本発明の第３実施形態になる電磁負荷駆動装置の回路図である。
【図６】前記電磁負荷駆動装置の作動を示すグラフである。
【図７】前記各実施形態の電磁負荷駆動装置を比較するグラフである。
【図８】本発明の第４実施形態になる電磁負荷駆動装置の回路図である。
【図９】前記電磁負荷駆動装置の作動を示す第１のタイミングチャートである。
【図１０】前記電磁負荷駆動装置の作動を示す第２のタイミングチャートである。
【図１１】前記電磁負荷駆動装置と前記第１実施形態の電磁負荷駆動装置とを比較するグラフである。
【符号の説明】
１  電磁負荷駆動装置
Ｂ  バッテリ（低圧電源）
ＢＴ1   正極側の端子（基準電位側の端子とは反対側の端子）
ＢＴ2   負極側の端子（基準電位側の端子）
Ｃ，Ｃ1   コンデンサ（容量性素子）
ＣＴ1 ，Ｃ1 Ｔ1   正極側の端子
ＣＴ2 ，Ｃ1 Ｔ2   負極側の端子（基準電位側の端子）
Ｃ2   コンデンサ（アシスト容量性素子）
Ｃ2 Ｔ1   正極側の端子
Ｃ2 Ｔ2   負極側の端子
Ｗb ，Ｗc ，Ｗc1，Ｗc2  給電ライン
Ｗi   回収ライン
Ｗa   充電ライン
Ｄb ，Ｄc ，Ｄc1，Ｄc2，Ｄi ，Ｄa   ダイオード
ＳＷi ，ＳＷb ，ＳＷc ，ＳＷr   スイッチ（スイッチ手段）
Ｘ，ＸＡ，ＸＢ，ＸＣ  中央制御装置（制御手段）
Ａi   電磁負荷
Ｌi   ソレノイド（誘導性素子）
【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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【図６】
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【図７】
2004197629.tif 000009
【図８】
2004197629.tif 000010
【図９】
2004197629.tif 000011
【図１０】
2004197629.tif 000012
【図１１】
2004197629.tif 000013