(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射用のソレノイドと、
前記ソレノイドの駆動を停止したときに前記ソレノイドに蓄えられた電力を一時的に蓄え、再度前記ソレノイドを駆動するときに放電して、その蓄えた電力を前記ソレノイドに供給するコンデンサと、
前記コンデンサの放電を制御する放電制御素子と、
前記コンデンサのピーク電圧を利用した充電により発生する電圧を電源とし、前記放電制御素子を制御する放電制御回路と、
を具備することを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項２】
前記放電制御素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項３】
燃料噴射用のソレノイドと、
電源電圧が印加される電源端子と、
前記ソレノイドの駆動を停止したときに前記ソレノイドに蓄えられた電力を一時的に蓄え、再度前記ソレノイドを駆動するときに放電して、その蓄えた電力を前記ソレノイドに供給するコンデンサと、
前記コンデンサの放電を制御する放電制御素子と、
前記コンデンサのピーク電圧を利用した充電により発生する電圧を電源とし、前記放電制御素子を制御する放電制御回路と、
前記コンデンサの充電により発生する電圧が電源電圧よりも高いときに前記電源端子と前記ソレノイドとの間を遮断するスイッチング素子と、
を具備することを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項４】
前記コンデンサのピーク電圧を利用した充電により発生する電圧を電源とし、前記スイッチング素子のオン、オフを制御するスイッチング素子制御回路をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項５】
前記スイッチング素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項３または４に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、外部から入力される制御信号に基づいて、前記電源端子から前記ソレノイドへ電流が流れるときに前記電源端子と前記ソレノイドとの間の電流経路をつなぐように制御されることを特徴とする請求項３に記載のソレノイド駆動装置。
【請求項７】
燃料噴射用のソレノイドと、
電源電圧が印加される電源端子と、
前記ソレノイドの駆動を停止したときに前記ソレノイドに蓄えられた電力を一時的に蓄え、再度前記ソレノイドを駆動するときに放電して、その蓄えた電力を前記ソレノイドに供給するコンデンサと、
前記コンデンサの放電を制御する放電制御素子と、
前記コンデンサのピーク電圧を利用した充電により発生する電圧を電源とし、前記放電制御素子を制御する放電制御回路と、
前記コンデンサの充電により発生する電圧が電源電圧よりも高いときに前記電源端子と前記ソレノイドとの間を遮断する第１のスイッチング素子と、
前記ソレノイドの駆動を停止したときに前記ソレノイドに蓄えられた電力を前記コンデンサに蓄えるときに前記ソレノイドと前記コンデンサとの間の電流経路をつなぎ、前記コンデンサに蓄えた電力を前記ソレノイドに供給するときに前記ソレノイドと前記コンデンサとの間を遮断する第２のスイッチング素子と、
を具備することを特徴とするソレノイド駆動装置。
【請求項８】
前記第２のスイッチング素子は電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載のソレノイド駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等に燃料を供給する電子制御式の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射用ソレノイドの駆動装置に関し、特にソレノイドの駆動を停止したときにソレノイドに蓄えられた電力を一時的にコンデンサに蓄え、再度ソレノイドを駆動するときにコンデンサに蓄えた電力をソレノイドに供給する方式のソレノイド駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、一般的なソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。このソレノイド駆動装置は、ソレノイド１１、ソレノイド１１を駆動するためのソレノイド駆動素子１２、外部から入力される制御信号に基づいてソレノイド駆動素子１２のオン、オフを制御するソレノイド駆動素子制御回路１３、およびソレノイド１１の駆動停止時にソレノイド１１に蓄えられた電力を消費するためのスナバ回路１４により構成される。図８において、符号１５は、電源電圧（バッテリ電圧）ＶBが印加される電源端子であり、符号１６は制御信号入力端子である。
【０００３】
図８に示す構成のソレノイド駆動装置では、ソレノイド駆動素子１２がオン状態になると、ソレノイド１１に電流が流れて一定時間後に燃料が噴射される。その状態で一定時間が経過すると、燃料噴射を停止するためにソレノイド駆動素子１２はオフ状態に切り替わる。その際、ソレノイド１１に流れていた電流はスナバ回路１４に流れ、そこで電力が消費される。それによって、ソレノイド１１に流れる電流は徐々に減少し、やがてゼロになって燃料の噴射が停止する。
【０００４】
図９は、図８に示すソレノイド駆動装置の具体的な構成を示す回路図である。ソレノイド駆動素子１２はＮチャンネルの電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴとする）１２１で構成される。ソレノイド駆動素子制御回路１３はｎｐｎトランジスタ１３１および４個の抵抗１３２，１３３，１３４，１３５により構成される。スナバ回路１４はツェナーダイオード１４１により構成される。
【０００５】
ソレノイド１１の一端は電源端子１５に接続され、他端はＦＥＴ１２１のドレイン端子およびツェナーダイオード１４１のカソード端子に接続される。ＦＥＴ１２１のソース端子およびツェナーダイオード１４１のアノード端子は接地される。ＦＥＴ１２１のゲート端子にはｎｐｎトランジスタ１３１のコレクタ端子が接続される。そのコレクタ端子と電源端子１５との間には第１の抵抗１３２が接続される。ｎｐｎトランジスタ１３１のベース端子は第２の抵抗１３３を介して制御信号入力端子１６に接続される。制御信号入力端子１６は第３の抵抗１３４により電源電圧ＶCCにプルアップされている。ｎｐｎトランジスタ１３１のエミッタ端子は第４の抵抗１３５を介してベース端子に接続されているとともに、接地されている。
【０００６】
図１０は、図８に示すソレノイド駆動装置の具体的な構成のほかの例を示す回路図である。図１０に示すソレノイド駆動装置は、図９に示す装置においてツェナーダイオード１４１のアノード端子を接地する代わりに、第５の抵抗１３６を介してｎｐｎトランジスタ１３１のコレクタ端子に接続するとともに、ツェナーダイオード１４１のカソード端子とソレノイド１１との間に、ソレノイド１１からツェナーダイオード１４１へ電流が流れる向きにダイオード１４２を接続したものである。
【０００７】
しかし、図８〜図１０に示す構成のソレノイド駆動装置では、ソレノイド１１の容量が大きくなると、スナバ回路１４で消費される電力がかなり大きくなり、発熱が問題となる。そこで、この発熱を低減し、電力の有効活用と駆動の高速化を図るため、ソレノイドに流れるコイル電流を止めるときのエネルギーを一旦コンデンサに蓄え、再度ソレノイドにコイル電流を流すときに、コンデンサに蓄えたエネルギーを利用してコイル電流を急激に増加させる構成のソレノイド駆動装置が公知である。
【０００８】
図１１は、従来のコンデンサに蓄えたエネルギーを利用してソレノイドの再駆動をおこなうタイプのソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。このソレノイド駆動装置は、ソレノイド１１、ソレノイド駆動素子１２、ソレノイド駆動素子制御回路１３、ソレノイド１１の駆動停止時のエネルギーを一時的に蓄えるコンデンサ２１、コンデンサ２１の放電を制御する放電制御素子２２、放電制御素子２２のオン、オフを制御する放電制御回路２３、電源電圧ＶBを昇圧して放電制御回路２３に高電圧を供給するＤＣ−ＤＣコンバータ回路２４、コンデンサ２１に蓄えられた高電圧をソレノイド１１に印加したときにその電圧が電源側に回り込むのを防ぐ電流逆流防止回路２５、およびコンデンサ２１に蓄えられた高電圧によりコンデンサ２１からソレノイド駆動素子１２に直接電流が流れ込むのを防ぐ整流素子２６により構成される。なお、図８に示す装置と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【０００９】
図１１に示す構成のソレノイド駆動装置の作用について説明する。まず、ソレノイド駆動素子制御回路１３の制御によりソレノイド駆動素子１２がオフ状態からオン状態に切り替えられると、電源端子１５から電流逆流防止回路２５を通ってソレノイド１１に電流が流れ始める。そして、一定時間が経過すると燃料噴射が始まる。さらに一定時間が経過すると、燃料噴射を停止させるため、ソレノイド駆動素子１２がオフ状態に切り替えられる。その際、ソレノイド１１に流れていた電流は整流素子２６を通ってコンデンサ２１へ流れる。コンデンサ２１の電圧ＶＣは電流が流れ込むと同時に上昇していき、ソレノイド１１に蓄えられた電力がコンデンサ２１に吸収されていく。コンデンサ２１に流れ込む電流がゼロになると同時にコンデンサ２１の電圧ＶＣの上昇が停止する。
【００１０】
この状態の後に再び燃料噴射をおこなうときには、ソレノイド駆動素子１２がオン状態に切り替えられると同時に放電制御素子２２がオン状態に切り替えられる。それによって、ソレノイド１１の高電位側の電圧ＶＳＨはコンデンサ２１の充電により発生する電圧ＶＣと同じになり、電源電圧ＶBよりも高くなる。したがって、ソレノイド１１に急激に電流が流れ始める。この電流はコンデンサ２１から流れ出るため、コンデンサ２１の電圧ＶＣ、すなわちソレノイド１１の高電位側の電圧ＶＳＨは降下していく。そして、ソレノイド１１の高電位側の電圧ＶＳＨが電源電圧ＶBより低くなった時点で、コンデンサ２１から流れ出る電流はゼロとなり、その一方で、電源電圧ＶBからソレノイド１１へ電流が流れ始める。その際、ソレノイド１１に流れる電流は、ソレノイド１１の巻線抵抗で制限される電圧まで増加し続ける。
【００１１】
このように、初回の燃料噴射を除いて、二回目以降の燃料噴射の際には、ソレノイド１１に流れる電流は、コンデンサ２１の充電によって発生する電圧によって急激に増加する。その急激な増加の間は、電源端子１５から流れる電流はゼロである。このため、全体的に電源端子１５から流れる電流量が減少し、消費電力が低減される。また、ソレノイド１１を流れる電流が必要電流の近くまで急激に立ち上がるため、応答性が向上する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のコンデンサに蓄えたエネルギーを利用してソレノイドの再駆動をおこなうタイプのソレノイド駆動装置では、図１１に示すように、放電制御回路２３に高電圧を供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータ回路２４が必要であり、回路の複雑化や回路規模の増大を招くという問題点がある。また、通常、電流逆流防止回路２５はダイオードで構成されるため、ここに大きな電源電流が流れると、ダイオードの０．７Ｖ程度の電圧降下により発熱量が大きくなるという問題点もある。さらには、ソレノイド駆動素子１２とコンデンサ２１との間の整流素子２６もダイオードで構成されるため、ここを流れる電流による発熱が問題となる。
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、コンデンサに蓄えたエネルギーを利用してソレノイドの再駆動をおこなうタイプのソレノイド駆動装置において、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が不要で、電源端子への電流の逆流を防ぐ電流逆流防止回路での発熱を抑え、またコンデンサへ流れる電流が通る整流素子での発熱を抑えることができるソレノイド駆動装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかるソレノイド駆動装置は、ソレノイドの駆動停止時にソレノイドに蓄えられた電力をコンデンサに一時的に蓄え、そのコンデンサの放電を制御するための放電制御回路の電源として、コンデンサのピーク電圧を利用した充電により発生する高電圧を利用するものである。この発明によれば、コンデンサに発生する高電圧により放電制御回路が駆動される。
【００１５】
また、本発明にかかるソレノイド駆動装置は、電流逆流防止回路をＦＥＴ等のスイッチング素子で構成するものである。この発明によれば、電源端子からソレノイドへ電流が流れる際に電流逆流防止回路での電圧降下が小さくなり、ここでの発熱が抑えられる。
【００１６】
また、本発明にかかるソレノイド駆動装置は、コンデンサへ流れる電流が通る整流素子をＦＥＴ等のスイッチング素子で構成するものである。この発明によれば、ソレノイドからコンデンサへ電流が流れる際に整流素子での電圧降下が小さくなり、ここでの発熱が抑えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態にかかるソレノイド駆動装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。このソレノイド駆動装置は、ソレノイド３１、ソレノイド駆動素子３２、ソレノイド駆動素子制御回路３３、コンデンサ３４、電源端子３５、制御信号入力端子３６、放電制御素子３７、放電制御回路３８、ピーク電圧保持回路３９、電流逆流防止回路４０、および整流素子４１により構成される。
【００１９】
ピーク電圧保持回路３９は、コンデンサ３４の充電により発生するピーク電圧を保持して放電制御回路３８に供給する。ピーク電圧保持回路３９を除く構成は、図１１に示す従来構成のソレノイド駆動装置と同様である。また、このソレノイド駆動装置のソレノイド３１の駆動および駆動停止時の動作は、図１１に示す従来構成のソレノイド駆動装置と同様である。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。このソレノイド駆動装置は、ソレノイド３１、２個のコンデンサ３４，５１、２個のＮチャンネルＦＥＴ５２，５３、ｎｐｎトランジスタ５４、５個のダイオード５５，５６，５７，５８，５９、ツェナーダイオード６０、８個の抵抗６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８、電源端子３５および制御信号入力端子３６を有する。第１のＮチャンネルＦＥＴ５２はソレノイド駆動素子３２を構成する。第２のＮチャンネルＦＥＴ５３は放電制御素子３７を構成する。第１のダイオード５５は整流素子４１を構成する。第２のダイオード５６は電流逆流防止回路４０を構成する。
【００２１】
電源端子３５には第２のダイオード５６のアノード端子が接続される。第２のダイオード５６のカソード端子はソレノイド３１の一端に接続される。ソレノイド３１の他端は第１のＮチャンネルＦＥＴ５２のドレイン端子および第１のダイオード５５のアノード端子に接続される。第１のＮチャンネルＦＥＴ５２のソース端子は接地される。第１のダイオード５５のカソード端子は第１のコンデンサ３４の正極の端子に接続される。第１のコンデンサ３４の負極の端子は接地される。また、第１のコンデンサ３４の正極の端子は第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のドレイン端子に接続される。第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のソース端子はソレノイド３１の、第２のダイオード５６を介して電源端子３５に接続される側の一端に接続される。
【００２２】
また、電源端子３５には第１の抵抗６１を介して第３のダイオード５８のアノード端子が接続される。第３のダイオード５８のカソード端子はｎｐｎトランジスタ５４のコレクタ端子に接続される。ｎｐｎトランジスタ５４のエミッタ端子は接地される。ｎｐｎトランジスタ５４のベース端子は第２の抵抗６２を介して制御信号入力端子３６に接続される。制御信号入力端子３６は第３の抵抗６３により電源電圧ＶCCにプルアップされている。ｎｐｎトランジスタ５４のベース端子とエミッタ端子との間には第４の抵抗６４が接続される。第１の抵抗６１と第３のダイオード５８との接続ノードには第５の抵抗６５を介して第１のＮチャンネルＦＥＴ５２のベース端子が接続される。ｎｐｎトランジスタ５４、第１〜第５の抵抗６１，６２，６３，６４，６５および第３のダイオード５８はソレノイド駆動素子制御回路３３を構成する。
【００２３】
また、電源端子３５にはツェナーダイオード６０のアノード端子が接続される。ツェナーダイオード６０のカソード端子は、第６の抵抗６６を介して第１のコンデンサ３４の正極の端子に接続されるとともに、第４のダイオード５９のアノード端子に接続される。第４のダイオード５９のカソード端子と第２のダイオード５６のカソード端子との間には第２のコンデンサ５１が接続される。ツェナーダイオード６０、第６の抵抗６６、第４のダイオード５９および第２のコンデンサ５１はピーク電圧保持回路３９を構成する。
【００２４】
第４のダイオード５９と第２のコンデンサ５１との接続ノードと、第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のゲート端子との間には、第７の抵抗６７および第８の抵抗６８が直列に接続されている。第７の抵抗６７と第８の抵抗６８との接続ノードはｎｐｎトランジスタ５４のコレクタ端子に接続される。第５のダイオード５７は、そのアノード端子を第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のソース端子に接続し、かつそのカソード端子を第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のゲート端子に接続する。ｎｐｎトランジスタ５４、第２〜第４の抵抗６２，６３，６４、第７および第８の抵抗６７，６８、並びに第５のダイオード５７は放電制御回路３８を構成する。
【００２５】
一例として、各素子の特性値を例示する。第１のコンデンサ３４および第２のコンデンサ５１の容量はたとえばそれぞれ１００μＦおよび０．１μＦである。ツェナーダイオード６０の出力電圧はたとえば９Ｖである。第１の抵抗６１の抵抗値はたとえば３．３ｋΩである。第２の抵抗６２の抵抗値はたとえば４．７ｋΩである。第３の抵抗６３、第６の抵抗６６および第７の抵抗６７の抵抗値はたとえば１０ｋΩである。第４の抵抗６４の抵抗値はたとえば４７ｋΩである。第５の抵抗６５の抵抗値はたとえば１ｋΩである。第８の抵抗６８の抵抗値はたとえば２ｋΩである。
【００２６】
図２に示す構成のソレノイド駆動装置の作用について、図３を参照しながら説明する。図３は、ソレノイド３１の低電位側の電圧ＶＳＬ、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣ、ソレノイド３１の高電位側の電圧ＶＳＨおよびソレノイド３１に流れる電流Ｉの各波形を示す図である。
【００２７】
まず、制御信号入力端子３６から入力された制御信号に基づいて、ｎｐｎトランジスタ５４がオン状態からオフ状態に切り替わると、第１のＮチャンネルＦＥＴ５２がオフ状態からオン状態に切り替わり、電源端子３５から第２のダイオード５６を通ってソレノイド３１に電流が流れ始める。そして、一定時間が経過すると燃料噴射が始まる。このとき、第２のＮチャンネルＦＥＴ５３は、第２のコンデンサ５１が充電されていないため、オフ状態のままである。
【００２８】
一定時間経過した時点で、ｎｐｎトランジスタ５４がオフ状態からオン状態に切り替わり、第１のＮチャンネルＦＥＴ５２がオフ状態に切り替わる。その際、ソレノイド３１に流れていた電流は第１のダイオード５５を通って第１のコンデンサ３４へ流れる。それによって、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣは上昇し、ソレノイド３１に蓄えられた電力が第１のコンデンサ３４に吸収されていく。第１のコンデンサ３４に流れ込む電流がゼロになると同時に第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣの上昇が停止する。この第１のコンデンサ３４の充電とともに、第２のコンデンサ５１も充電される。この時点でソレノイド３１には電流が流れなくなるので、燃料噴射が停止する。
【００２９】
この状態の後に再び燃料噴射をおこなうときには、ｎｐｎトランジスタ５４がオン状態からオフ状態に切り替わり、第１のＮチャンネルＦＥＴ５２がオン状態に切り替わる（図３、時刻ｔ０）。このとき第２のコンデンサ５１が充電されているため、第２のＮチャンネルＦＥＴ５３のゲート電位がＨレベルとなるので、同時に第２のＮチャンネルＦＥＴ５３もオン状態に切り替わる。それによって、ソレノイド３１の高電位側の電圧ＶＳＨは第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣと同じになり、電源電圧ＶBよりも高くなるので、第１のコンデンサ３４からソレノイド３１に急激に電流が流れ始める。この電流が流れることによって、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣ、すなわちソレノイド３１の高電位側の電圧ＶＳＨは降下していく。
【００３０】
そして、ソレノイド３１の高電位側の電圧ＶＳＨが電源電圧ＶBより低くなった時点（図３、時刻ｔ１）で、第１のコンデンサ３４から流れ出る電流はゼロとなり、それに代わって電源端子３５から第２のダイオード５６を通ってソレノイド３１へ電流が流れ始める。このときのソレノイド３１に流れる電流は、ソレノイド３１の巻線抵抗で制限される電圧まで増加し続ける。ソレノイド３１に電流が流れている間は、燃料噴射が継続しておこなわれる。
【００３１】
この状態で一定時間が経過すると、ｎｐｎトランジスタ５４がオフ状態からオン状態に切り替わる。それによって、第１のＮチャンネルＦＥＴ５２がオフ状態に切り替わり（図３、時刻ｔ２）、上述したように、ソレノイド３１に流れていた電流が第１のコンデンサ３４へ流れ、ソレノイド３１に蓄えられた電力が第１のコンデンサ３４に蓄えられることになる。このとき、第２のコンデンサ５１も充電される。そして、第１のコンデンサ３４に流れ込む電流がゼロになる（図３、時刻ｔ３）と燃料噴射が停止する。再び燃料噴射をおこなうときには、上述したように、第１のコンデンサ３４に蓄えられた電力がソレノイド３１に供給されることになり、これを繰り返す。
【００３２】
上述した実施の形態１によれば、ソレノイド３１の駆動停止時にソレノイド３１に流れていた電流により第１のコンデンサ３４が充電され、それによってピーク電圧保持回路３９の第２のコンデンサ５１が充電され、その第２のコンデンサ５１の充電により発生する電圧により放電制御素子３７の第２のＮチャンネルＦＥＴ５３が駆動されるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が不要となり、回路の簡素化および回路規模の縮小を図ることができる。また、放電制御素子３７として、Ｐチャンネルより安価で高性能のＮチャンネルのＦＥＴ（第２のＮチャンネルＦＥＴ５３）を用いることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。実施の形態２のソレノイド駆動装置が、図２に示す実施の形態１と異なるのは、実施の形態１の電流逆流防止回路４０を構成する第２のダイオード５６の代わりに、電流逆流防止回路としてスイッチング素子を設けたものである。このスイッチング素子は、特に限定しないが、たとえばＮチャンネルのＦＥＴ（以下、第３のＮチャンネルＦＥＴとする）６９により構成される。
【００３４】
また、実施の形態２では、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のオン、オフを制御するためのスイッチング素子制御回路としてｎｐｎトランジスタ（以下、第２のｎｐｎトランジスタとする）７０、第３のコンデンサ７１、第５のダイオード７２、および第９〜第１２の抵抗７３，７４，７５，７６が設けられている。実施の形態２のその他の構成は実施の形態１と同じであるので、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３５】
第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のソース端子は電源端子３５に接続される。第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のドレイン端子は、ソレノイド３１と第２のＮチャンネルＦＥＴ５３との接続ノードに接続される。第５のダイオード７２のアノード端子は、ツェナーダイオード６０のカソード端子と第６の抵抗６６との接続ノードに接続される。第５のダイオード７２のカソード端子は第３のコンデンサ７１を介してツェナーダイオード６０のアノード端子（電源端子３５）に接続される。第５のダイオード７２、第３のコンデンサ７１、ツェナーダイオード６０および第６の抵抗６６は、スイッチング素子制御回路を駆動するために、第１のコンデンサ３４の充電により発生するピーク電圧を保持する。
【００３６】
第５のダイオード７２と第３のコンデンサ７１との接続ノードは第９の抵抗７３に接続され、この第９の抵抗７３は第１０の抵抗７４を介して第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のベース端子に接続される。第９の抵抗７３と第１０の抵抗７４との接続ノードには、第２のｎｐｎトランジスタ７０のコレクタ端子が接続される。第２のｎｐｎトランジスタ７０のエミッタ端子は電源端子３５に接続される。第２のｎｐｎトランジスタ７０のベース端子は第１１の抵抗７５を介して第１のコンデンサ３４の正極の端子に接続される。第２のｎｐｎトランジスタ７０のベース端子とエミッタ端子との間には第１２の抵抗７６が接続される。
【００３７】
一例として、各素子の特性値を例示する。第３のコンデンサ７１の容量はたとえば０．１μＦである。第９の抵抗７３の抵抗値はたとえば１０ｋΩである。第１０の抵抗７４の抵抗値はたとえば１００Ωである。第１１の抵抗７５の抵抗値はたとえば２０ｋΩである。第１２の抵抗７６の抵抗値はたとえば１０ｋΩである。
【００３８】
図４に示す構成のソレノイド駆動装置では、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが、電源端子３５に印加される電源電圧ＶBよりも高い場合には、第２のｎｐｎトランジスタ７０がオン状態となり、それによって第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオフ状態となる。したがって、第１のＮチャンネルＦＥＴ５２と第２のＮチャンネルＦＥＴ５３がともにオン状態となって、第１のコンデンサ３４からソレノイド３１に急激に電流が流れるときに、その電流が電源端子３５へ向かって逆流するのを防ぐことができる。
【００３９】
第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが電源電圧ＶBよりも低くなると、第２のｎｐｎトランジスタ７０がオフ状態となり、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオン状態になる。それによって、電源端子３５からソレノイド３１へ電流が流れる。燃料噴射を停止するためにソレノイド駆動素子制御回路３３のｎｐｎトランジスタ５４がオン状態に切り替えられると、第２のｎｐｎトランジスタ７０がオン状態となって第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオフ状態となる。このとき、電源端子３５からソレノイド３１および第１のダイオード５５を通って第１のコンデンサ３４へ流れる電流は、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９に内蔵されたダイオードを通る。
【００４０】
上述した実施の形態２によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の不要によって回路の簡素化および回路規模の縮小を図ることができるという効果と、放電制御素子３７にＮチャンネルのＦＥＴ（第２のＮチャンネルＦＥＴ５３）を用いることができるという効果のほかに、電流逆流防止回路がスイッチング素子で構成されていることによって、ここを流れる電流による発熱を抑えることができるという効果が得られる。また、スイッチング素子としてＰチャンネルより安価で高性能のＮチャンネルのＦＥＴ（第３のＮチャンネルＦＥＴ６９）を用いることができる。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。実施の形態３のソレノイド駆動装置は、図４に示す実施の形態２において第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のオン、オフ制御を、外部から入力される制御信号（以下、逆流防止制御信号とする）に基づいておこなうようにしたものである。なお、実施の形態２と同じ構成については、実施の形態２と同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ以下に説明する。
【００４２】
第２のｎｐｎトランジスタ７０のベース端子は、実施の形態２では第１１の抵抗７５を介して第１のコンデンサ３４の正極の端子に接続されていたが、実施の形態３では抵抗７５を介して、逆流防止制御信号が入力される端子（逆流防止制御信号入力端子）７７に接続される。逆流防止制御信号入力端子７７は第１３の抵抗７８により電源電圧ＶCCにプルアップされている。また、実施の形態３では、第２のｎｐｎトランジスタ７０のエミッタ端子は接地される。
【００４３】
また、第１４の抵抗７９および第１５の抵抗８０が電源端子３５と接地点との間に直列に接続されており、その分圧点には、外部の制御装置等に電源電圧値を出力するための端子（電源電圧入力端子）８１が接続されている。また、第１６の抵抗８２および第１７の抵抗８３が第１のコンデンサ３４の正極の端子と接地点との間に直列に接続されており、その分圧点には、外部の制御装置等に第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣを出力するための端子（コンデンサ電圧入力端子）８４が接続されている。また、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のソース端子には第６のダイオード８５のアノード端子が接続され、第６のダイオード８５のカソード端子は第３のＮチャンネルＦＥＴ６９のゲート端子に接続される。
【００４４】
一例として、各素子の特性値を例示する。第１０の抵抗７４の抵抗値はたとえば２ｋΩである。第１１の抵抗７５の抵抗値はたとえば４．７ｋΩである。第１２の抵抗７６の抵抗値はたとえば４７ｋΩである。第１３の抵抗７８の抵抗値はたとえば１０ｋΩである。第１４の抵抗７９および第１６の抵抗８２の抵抗値はたとえば１９ｋΩである。第１５の抵抗８０および第１７の抵抗８３の抵抗値はたとえば１ｋΩである。
【００４５】
図５に示す構成のソレノイド駆動装置では、外部の制御装置等により、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが電源電圧ＶBよりも高い場合には、第２のｎｐｎトランジスタ７０をオン状態にして、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９をオフ状態にする。それによって、第１のコンデンサ３４からソレノイド３１に急激に流れる電流が電源端子３５へ向かって逆流するのを防ぐ。第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが電源電圧ＶBよりも低いときには、第２のｎｐｎトランジスタ７０をオフ状態にして、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９をオン状態とし、電源端子３５からソレノイド３１へ電流が流れるようにする。燃料噴射を停止するためにソレノイド３１の駆動を停止したときにも、第２のｎｐｎトランジスタ７０をオフ状態にして、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９をオン状態とし、電源端子３５からソレノイド３１へ電流が流れるようにする。
【００４６】
上述した実施の形態３によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の不要によって回路の簡素化および回路規模の縮小を図ることができるという効果と、ＮチャンネルのＦＥＴ５３，６９を用いることができるという効果のほかに、第１のコンデンサ３４に充電している間も第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオン状態となるので、実施の形態２よりもさらに電流逆流防止回路での発熱を抑えることができるという効果が得られる。
【００４７】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。実施の形態４のソレノイド駆動装置が、図５に示す実施の形態３と異なるのは、実施の形態３の整流素子を構成する第１のダイオード５５の代わりに、スイッチング素子を設けたものである。このスイッチング素子は、特に限定しないが、たとえばＮチャンネルのＦＥＴ（以下、第４のＮチャンネルＦＥＴとする）８６により構成され、外部から入力される制御信号（以下、コンデンサ充電制御信号とする）によりオン、オフ制御される。また、実施の形態４では、第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のオン、オフを制御するためのスイッチング素子制御回路としてｎｐｎトランジスタ（以下、第３のｎｐｎトランジスタとする）８７、第４のコンデンサ８８、第７および第８のダイオード８９，９０、第２のツェナーダイオード９１、並びに第１８〜第２３の抵抗９２，９３，９４，９５，９６，９７が設けられている。実施の形態４のその他の構成は実施の形態３と同じであるので、実施の形態３と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４８】
第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のソース端子は、ソレノイド３１と第１のＮチャンネルＦＥＴ５２との接続ノードに接続される。第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のドレイン端子は第１のコンデンサ３４の正極の端子に接続される。第２のツェナーダイオード９１は、そのアノード端子を第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のソース端子に接続し、カソード端子を第１８の抵抗９２を介して第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のドレイン端子に接続する。第７のダイオード８９のアノード端子は、第２のツェナーダイオード９１のカソード端子と第１８の抵抗９２との接続ノードに接続される。第７のダイオード８９のカソード端子は第４のコンデンサ８８を介して第２のツェナーダイオード９１のアノード端子に接続される。第７のダイオード８９、第４のコンデンサ８８、第２のツェナーダイオード９１および第１８の抵抗９２は、スイッチング素子制御回路を駆動するために、第１のコンデンサ３４の充電により発生するピーク電圧を保持する。
【００４９】
第７のダイオード８９と第４のコンデンサ８８との接続ノードは第１９の抵抗９３に接続され、この第１９の抵抗９３は第２０の抵抗９４を介して第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のベース端子に接続される。第１９の抵抗９３と第２０の抵抗９４との接続ノードには、第３のｎｐｎトランジスタ８７のコレクタ端子が接続される。第３のｎｐｎトランジスタ８７のエミッタ端子は接地される。第３のｎｐｎトランジスタ８７のベース端子は、第２１の抵抗９５を介して、コンデンサ充電制御信号が入力される端子（コンデンサ充制御信号入力端子）９８に接続される。コンデンサ充制御信号入力端子９８は第２２の抵抗９６により電源電圧ＶCCにプルアップされている。第３のｎｐｎトランジスタ８７のベース端子とエミッタ端子との間には第２３の抵抗９７が接続される。また、第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のソース端子には第８のダイオード９０のアノード端子が接続され、第８のダイオード９０のカソード端子は第４のＮチャンネルＦＥＴ８６のゲート端子に接続される。
【００５０】
一例として、各素子の特性値を例示する。第４のコンデンサ８８の容量はたとえば０．１μＦである。第２のツェナーダイオード９１の出力電圧はたとえば９Ｖである。第１８、第１９および第２２の抵抗９２，９３，９６の抵抗値はたとえば１０ｋΩである。第２０の抵抗９４の抵抗値はたとえば２ｋΩである。第２１の抵抗９５の抵抗値はたとえば４．７ｋΩである。第２３の抵抗９７の抵抗値はたとえば４７ｋΩである。
【００５１】
図７は、ソレノイド３１の低電位側の電圧ＶＳＬ、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣ、ソレノイド３１の高電位側の電圧ＶＳＨ、ソレノイド３１に流れる電流Ｉ、制御信号入力端子３６を介して入力されるインジェクタ駆動パルス、逆流防止制御信号、およびコンデンサ充電制御信号の各波形を示す図である。図６に示す構成のソレノイド駆動装置では、外部の制御装置等により、第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが電源電圧ＶBよりも高い場合に、逆流防止制御信号をＨレベルにして第２のｎｐｎトランジスタ７０をオン状態にする。それによって第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオフ状態となり、第１のコンデンサ３４からソレノイド３１に急激に流れる電流が電源端子３５へ向かって逆流するのを防ぐ。
【００５２】
第１のコンデンサ３４の電圧ＶＣが電源電圧ＶBよりも低いときには、逆流防止制御信号をＬレベルにして第２のｎｐｎトランジスタ７０をオフ状態にする。それによって、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９がオン状態となり、電源端子３５からソレノイド３１へ電流が流れる。燃料噴射を停止させるためにインジェクタ駆動パルスをＬレベルからＨレベルに切り替えた時点で、コンデンサ充電制御信号をＨレベルからＬレベルに切り替え、オン状態にあった第３のｎｐｎトランジスタ８７をオフ状態にする。それによって、第４のＮチャンネルＦＥＴ８６がオフ状態からオン状態に切り替わり、第１のコンデンサ３４に電流が流れる。第１のコンデンサ３４の充電期間中は、逆流防止制御信号をＬレベルに保ち、第３のＮチャンネルＦＥＴ６９をオン状態にして、電源端子３５からソレノイド３１へ電流を流す。第１のコンデンサ３４の充電がほぼ終了した時点で逆流防止制御信号およびコンデンサ充電制御信号をＨレベルに戻し、第３および第４のＮチャンネルＦＥＴ６９，８６をオフ状態にする。
【００５３】
上述した実施の形態４によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の不要によって回路の簡素化および回路規模の縮小を図ることができるという効果と、ＮチャンネルのＦＥＴ５３，６９を用いることができるという効果と、電流逆流防止回路での発熱を抑えることができるという効果と、整流素子が第４のＮチャンネルＦＥＴ８６よりなるスイッチング素子で構成されているため、ここでの発熱を抑えることができるという効果が得られる。また、スイッチング素子としてＰチャンネルより安価で高性能のＮチャンネルのＦＥＴ（第４のＮチャンネルＦＥＴ８６）を用いることができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態１〜４によれば、第１のコンデンサに蓄えたエネルギーを利用してソレノイド３１のコイル電流を急激に増加させるため、高速駆動が可能となり、また消費電流が減少するという効果が得られる。消費電流が減少するため、ソレノイド３１の発熱が抑制される。コイル電流の立ち上がりが速くなると、インジェクタ駆動パルス幅に対して実際に燃料が噴射される時間の割合としてのダイナミックレンジが広くなるため、燃料噴射の制御が容易となる。また、電流逆流防止回路をＦＥＴで構成したことによって、電流逆流防止回路での電圧降下が０．１Ｖ程度となり、ダイオードを用いた場合の電圧降下（０．７〜１．０Ｖ）よりも小さくなるので、ソレノイドの駆動電圧が実質的に増え、燃料噴射性能が向上するという効果が得られる。
【００５５】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。
たとえば、電流逆流防止回路や整流素子を構成するスイッチング素子は、ＮチャンネルＦＥＴに限らず、ＰチャンネルＦＥＴでもよいし、またｎｐｎやｐｎｐのバイポーラトランジスタでもよい。また、ソレノイド駆動素子や放電制御素子についても、ＮチャンネルＦＥＴに限らず、ＰチャンネルＦＥＴでもよいし、またｎｐｎやｐｎｐのバイポーラトランジスタでもよい。さらには、本発明は、燃料ポンプやレギュレータにより加圧されて送られてきた燃料を噴射する従来タイプのインジェクタはもちろん、インジェクタが燃料ポンプを兼ね、燃料を加圧しながら噴射する新しいタイプのインジェクタ装置にも適用できる。インジェクタが燃料ポンプを兼ねたシステムでは、前記ダイナミックレンジが従来タイプのインジェクタに比較して小さくなる傾向があるため、本発明は特に有効である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、放電制御回路が、コンデンサに発生する高電圧により駆動されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が不要となり、回路の簡素化および回路規模の縮小を図ることができる。また、本発明によれば、電源端子からソレノイドへ電流が流れる際に電流逆流防止回路での電圧降下が小さくなり、ここでの発熱が抑えられる。また、本発明によれば、ソレノイドからコンデンサへ電流が流れる際に整流素子での電圧降下が小さくなり、ここでの発熱が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるソレノイド駆動装置の各部の波形の一例を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかるソレノイド駆動装置の構成の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態４にかかるソレノイド駆動装置の各部の波形の一例を示す波形図である。
【図８】従来の一般的なソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示すソレノイド駆動装置の具体的な構成を示す回路図である。
【図１０】図８に示すソレノイド駆動装置の具体的な構成のほかの例を示す回路図である。
【図１１】従来のコンデンサに蓄えたエネルギーを利用してソレノイドの再駆動をおこなうタイプのソレノイド駆動装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３１    ソレノイド
３４    第１のコンデンサ
３５    電源端子
３８    放電制御回路
５３    第２のＮチャンネルＦＥＴ（放電制御素子）
６９    第３のＮチャンネルＦＥＴ（スイッチング素子、第１のスイッチング素子）
７０〜７６    スイッチング素子制御回路
８６    第４のＮチャンネルＦＥＴ（第２のスイッチング素子）
【図１】
0004794768.tif 000002
【図２】
0004794768.tif 000003
【図３】
0004794768.tif 000004
【図４】
0004794768.tif 000005
【図５】
0004794768.tif 000006
【図６】
0004794768.tif 000007
【図７】
0004794768.tif 000008
【図８】
0004794768.tif 000009
【図９】
0004794768.tif 000010
【図１０】
0004794768.tif 000011
【図１１】
0004794768.tif 000012