(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、
前記直流電源に一端が接続されたコイルと、
前記コイルの他端に接続され、イグニッションスイッチによって動作するＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧によりスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦが繰返され、前記スイッチング素子に直列に挿入されたコイルに発生する自己誘導エネルギによって昇圧する昇圧スイッチング回路と、
前記昇圧スイッチング回路に逆流防止用ダイオードを介して並列に接続され、電磁式アクチュエータに供給するエネルギを蓄積するエネルギ蓄積用コンデンサと、
前記エネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧をエネルギ蓄積用の所定電圧と比較判定する第１のコンパレータと、
前記エネルギ蓄積用コンデンサと同時に昇圧開始されるロック防止時間設定用コンデンサと、
前記ロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧をロック防止時間設定用の所定電圧と比較判定する第２のコンパレータと、
前記エネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧が前記エネルギ蓄積用の所定電圧に到達したときには、前記第１のコンパレータからの出力に基づき前記ＤＣ−ＤＣコンバータが作動停止され、前記ロック防止時間設定用コンデンサを放電する放電回路と、
前記ロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧が前記ロック防止時間設定用の所定電圧以下であるときには、前記昇圧スイッチング回路による前記エネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧の前記エネルギ蓄積用の所定電圧への昇圧を許容し、前記ロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧が前記ロック防止時間設定用の所定電圧を越えたときには、前記第２のコンパレータからの出力に基づき前記昇圧スイッチング回路による前記エネルギ蓄積用コンデンサの昇圧を停止するロック防止時間設定回路と
を具備することを特徴とする電磁式アクチュエータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式アクチュエータの駆動装置に関し、例えば、インジェクタ（燃料噴射弁）等の駆動に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エネルギ蓄積用コンデンサに蓄積された高電圧な充電エネルギを利用して電磁式アクチュエータに対する初期駆動を行う電磁式アクチュエータ駆動装置が知られている。ここで、通常、コンデンサ電圧は充電したのち放置しておくと徐々に放電してしまうため所定タイミングにて充電を繰返し実施する必要がある。
【０００３】
一方、エネルギ蓄積用コンデンサに異常が発生すると所定の充電時間で十分に昇圧できなくなり、充電時間が延びてしまうことでコンデンサ自身にとどまらず、更には周りの素子までもが損傷されることが想定される。このため、充電制御回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータによるエネルギ蓄積用コンデンサの充電に対して、ロック防止時間を設定し所定時間後に停止させる充電制御が行われている。
【０００４】
即ち、この充電制御では、エネルギ蓄積用コンデンサの充電と同時にロック防止時間設定用コンデンサの充電が開始され、ロック防止時間設定用コンデンサ電圧が所定電圧（閾値電圧）を越えるまでの所定時間がロック防止時間として設定されている。したがって、このロック防止時間を過ぎるとＤＣ−ＤＣコンバータが停止され、エネルギ蓄積用コンデンサに対する充電が停止され、異常なエネルギ蓄積用コンデンサに対して余分な電流が流れないようにされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の充電制御では、図３に各種信号等の遷移状態のタイムチャートを示すように、運転者のイグニッションスイッチの操作に伴ってＩＧＳＷ信号がＯＮ（オン）となり、エネルギ蓄積用コンデンサが所定電圧まで昇圧開始される（図３の時刻ｔ21）。これと同時に、ロック防止時間設定用コンデンサが昇圧開始され、ロック防止時間設定用コンデンサ電圧Ｖ′が所定電圧（閾値電圧）Ｖth′を越えると、ＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号が「Ｌｏ（Ｌｏｗ）」から「Ｈｉ（Ｈｉｇｈ）」となりエネルギ蓄積用コンデンサに対する充電が停止される。
【０００６】
ところが、前述のように、エネルギ蓄積用コンデンサが正常であっても、運転者の操作によるＩＧＳＷ信号のＯＮからスタータによる内燃機関クランキングのためのＳＴＡ信号のＯＮまでの経過時間（図３の時刻ｔ21〜時刻ｔ31）が長いとエネルギ蓄積用コンデンサ電圧Ｖが降下してしまう。そして、このように電圧降下したエネルギ蓄積用コンデンサ電圧Ｖでは、電磁式アクチュエータとして例えば、インジェクタの駆動信号であるＩＪｔ信号の初回の入力時に、インジェクタを初期駆動させるための十分なエネルギが残っていないこととなる（図３の時刻ｔ32）。つまり、エネルギ蓄積用コンデンサ電圧Ｖが低過ぎて、ＳＴＡ信号のＯＮによる初回のＩＪｔ信号に対するインジェクタの初期駆動ができず燃料噴射が適切に行われないという不具合があった。
【０００７】
なお、ＩＪｔ信号の初回の入力によって、ＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号は「Ｈｉ」から「Ｌｏ」となり、ロック防止時間設定用コンデンサ電圧Ｖ′が放電され、エネルギ蓄積用コンデンサの充電が再開される。このため、次回のＩＪｔ信号の入力時からは、エネルギ蓄積用コンデンサに十分な充電エネルギを保持させることができ、インジェクタからの燃料噴射を適切に実施させることができる。
【０００８】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、運転者の操作によるイグニッションスイッチのＯＮからスタータのＯＮまでの経過時間の如何にかかわらず、スタータのＯＮ直後における電磁式アクチュエータの初期駆動を確実に実行可能な電磁式アクチュエータ駆動装置の提供を課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁式アクチュエータ駆動装置によれば、エネルギ蓄積用コンデンサが正常であるときには、このエネルギ蓄積用コンデンサと同時に昇圧開始されるロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧が所定電圧を越えるまでにエネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧が所定電圧に到達するため、放電回路によりこの時点で第１のコンパレータからの出力に基づきロック防止時間設定用コンデンサが放電される。このとき、ロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧は常に、所定電圧以下で遷移され、ロック防止時間設定回路により昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサの昇圧が許容状態のままとなるため、エネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧は所定電圧近傍に保持される。これにより、運転者の操作によるイグニッションスイッチのＯＮからスタータのＯＮまでの経過時間の如何にかかわらず、スタータのＯＮ直後におけるインジェクタの初期駆動を確実に実行することができる。
【００１０】
一方、エネルギ蓄積用コンデンサが異常であるときには、エネルギ蓄積用コンデンサの両端電圧が所定電圧に到達するまでにロック防止時間設定用コンデンサの両端電圧が所定電圧を越えるため、ロック防止時間設定回路により第２のコンパレータからの出力に基づき昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサの昇圧が停止される。これにより、エネルギ蓄積用コンデンサの異常で、その周りの素子までに損傷等が及ぶことを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる電磁式アクチュエータ駆動装置が適用されたインジェクタ駆動装置の電気的構成を示す回路図である。
【００１３】
図１において、インジェクタ駆動装置（Electric Driver Unit；以下、単に『ＥＤＵ』と記す）１００には、図示しない内燃機関を構成する複数の気筒に対して燃料噴射を実施するインジェクタ（電磁式アクチュエータ）１１０（図には便宜上、１つからなる構成を示す）が接続され、図示しないバッテリからの直流電源であるバッテリ電源ＶB が入力され、また、図示しない周知のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）からインジェクタ１１０による燃料噴射のための駆動信号であるＩＪｔ信号が入力されている。
【００１４】
電源電圧ＶB は、コイルＬ1 及び電解コンデンサＣ1 からなるフィルタ回路を介してコイルＬ2 の一端に接続されている。このコイルＬ2 の他端は、昇圧スイッチング回路を形成するトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ1 及び抵抗Ｒ1 を介してグランドに接続されている。また、スイッチング素子ＳＷ1 のゲート側は抵抗Ｒ2 を介し、ドレイン側はそれぞれ後述のＥＤＵ１００の電圧制御回路１０を形成する充電制御回路２０に接続されている。また、コイルＬ2 の他端は、逆流防止用ダイオードＤ1 を介してエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 に接続されている。
【００１５】
このエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の充電エネルギが、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ2 を介してインジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１の一端に与えられる。また、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧が、抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 で分圧され、後述のＥＤＵ１００の電圧制御回路１０を形成する充電制御回路２０に入力されている。
【００１６】
更に、コイルＬ2 、ダイオードＤ1 及びスイッチング素子ＳＷ2 と並列にトランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ3 及び逆流防止用ダイオードＤ2 が接続されている。また、インジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１の他端は、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ4 を介してグランドに接続されている。このスイッチング素子ＳＷ4 のゲート側は抵抗Ｒ5 を介して後述のＥＤＵ１００の電圧制御回路１０に接続されている。
【００１７】
ＥＤＵ１００の電圧制御回路１０は主として、充電制御回路２０、定電圧回路３０及びロック防止回路４０からなる。充電制御回路２０は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータとコンパレータ２１とを有し、コンパレータ２１の非反転（＋）入力端子側には抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 で分圧されたエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧が入力され、反転（−）入力端子側には所定電圧Ｖcc1 が入力されている。また、定電圧回路３０はロック防止回路４０の抵抗Ｒ6 及びロック防止時間設定用コンデンサＣ3 を介してグランドに接続されている。そして、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧はコンパレータ４１の非反転（＋）入力端子側に入力され、コンパレータ４１の反転（−）入力端子側には所定電圧Ｖcc2 が入力されている。また、コンパレータ４１の出力端子側は充電制御回路２０に接続されている。更に、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧は抵抗Ｒ7 及びトランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ5 を介してグランドに接続されている。このスイッチング素子ＳＷ5 のベース側は、充電制御回路２１のコンパレータ２１の出力端子側と接続されている。
【００１８】
次に、図１及び図２を参照し、その動作について説明する。ここで、図２は図１における各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【００１９】
図１及び図２において、図示しないイグニッションスイッチがＯＮとされ、ＩＧＳＷ信号がＯＮとなると、ＥＤＵ１００に電源電圧ＶB が供給開始される。すると、充電制御回路２０において、ＤＣ−ＤＣコンバータからの出力電圧によるスイッチング素子ＳＷ1 のＯＮ／ＯＦＦが繰返され、コイルＬ2 に発生する自己誘導エネルギでダイオードＤ1 を介してエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 が充電開始される（図２の時刻ｔ01）。そして、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 は所望の高電圧である所定電圧（閾値電圧）Ｖthとなるまで充電される（図２の時刻ｔ02）。なお、図２に示すように、所定電圧Ｖthには予め所定のヒステリシス分が設定されているため、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の充電電圧は一旦、所定電圧Ｖthとなったのち、後述のように、充電が繰返され所定電圧Ｖth近傍に保持される。
【００２０】
同時に、定電圧回路３０からの電気エネルギによって、ロック防止回路４０の抵抗Ｒ6 を介してロック防止時間設定用コンデンサＣ3 が充電開始される（図２の時刻ｔ01）。また、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧は、抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 で分圧され充電制御回路２０のコンパレータ２１の非反転（＋）入力端子側に入力され反転（−）入力端子側の所定電圧Ｖcc1 と比較される。そして、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖが、図２に示す所定電圧Ｖthまで到達すると、ＤＣ−ＤＣコンバータが作動停止されエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の充電が一旦停止される。同じく、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖが、図２に示す所定電圧Ｖthまで到達すると、充電制御回路２０のコンパレータ２１の出力端子側からの出力電圧によってロック防止回路４０のスイッチング素子ＳＷ5 がＯＮとなりコンデンサＣ3 の充電エネルギが抵抗Ｒ7 を介して放電される（図２の時刻ｔ02）。
【００２１】
このため、ロック防止回路４０のロック防止時間設定用コンデンサＣ3 電圧Ｖ′が一点鎖線にて示す所定電圧（閾値電圧）Ｖth′を越えることがない。したがって、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖが所定電圧Ｖthからヒステリシス分だけ低下すると、充電制御回路２０のＤＣ−ＤＣコンバータが再び作動されエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の充電が繰返される。つまり、ＩＧＳＷ信号ＯＮからの経過時間にかかわらず、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖが所定電圧Ｖth近傍に保持されることとなる。これにより、ＩＧＳＷ信号がＯＮ（図２の時刻ｔ01）ののちＳＴＡ信号がＯＮ（図２の時刻ｔ11）とされ、ＥＣＵ側からＩＪｔ信号がＯＮ（図２の時刻ｔ12）とされた際、インジェクタ１１０による初回の燃料噴射が確実に達成されることとなる。
【００２２】
一方、図２に二点鎖線にて示すように、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 に何らかの異常が生じており、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖの上昇が実線にて示す正常なものより遅い場合には、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 電圧Ｖが所定電圧Ｖthになかなか到達しないこととなり、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 電圧Ｖ′がその時間分だけより高く上昇されることとなる。ここで、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 電圧Ｖ′は、コンパレータ４１の非反転（＋）入力端子側に入力されている。このため、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 電圧Ｖ′がコンパレータ４１の反転（−）入力端子側の所定電圧Ｖcc2 （図２に一点鎖線にて示す所定電圧Ｖth′に相当）を越えてしまうこととなる（ＩＧＳＷ信号ＯＮからロック防止時間Ｔののち）。すると、コンパレータ４１の出力端子側からの出力電圧によって充電制御回路２０のＤＣ−ＤＣコンバータに対するＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号が「Ｌｏ」から「Ｈｉ」となり（図２の時刻ｔ03）、充電制御回路２０のエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 に対する充電が停止される。これにより、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の異常が周りの素子に影響を与え、それらに損傷等が広がることを防止することができる。
【００２３】
このように、本実施例の電磁式アクチュエータ駆動装置としてのＥＤＵ（インジェクタ駆動装置）１００は、直流電源としてのバッテリ電源ＶB と、バッテリ電源ＶB に一端が接続されたコイルＬ2 と、コイルＬ2 の他端に接続されたスイッチング素子ＳＷ1 、抵抗Ｒ1,Ｒ2 、充電制御回路２０等にて構成される昇圧スイッチング回路と、昇圧スイッチング回路に逆流防止用ダイオードＤ1 を介して並列に接続され、電磁式アクチュエータとしてのインジェクタ１１０に供給するエネルギを蓄積するエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 と、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧が抵抗Ｒ3,Ｒ4 で分圧された電圧を所定電圧Ｖcc1 と比較判定する第１のコンパレータ２１と、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 と同時に昇圧開始されるロック防止時間設定用コンデンサＣ3 と、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧を所定電圧Ｖcc2 （図２に示す所定電圧Ｖth′に同じ）と比較判定する第２のコンパレータ４１と、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧の分圧が所定電圧Ｖcc1 に到達したときには、第１のコンパレータ２１からの出力に基づきロック防止時間設定用コンデンサＣ3 を放電する抵抗Ｒ7 、スイッチング素子ＳＷ5 等にて構成される放電回路と、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧が所定電圧Ｖcc2 以下であるときには、前記昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧の所定電圧Ｖthへの昇圧を許容し、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧が所定電圧Ｖcc2 を越えたときには、第２のコンパレータ４１からの出力に基づき前記昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の昇圧を停止するロック防止時間設定回路とを具備するものである。
【００２４】
つまり、イグニッションスイッチのＯＮで昇圧開始されるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 が正常であるときには、同時に昇圧開始されるロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧が所定電圧Ｖcc2 を越えるまでにエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧が所定電圧Ｖthに到達するため、この時点で第１のコンパレータ２１からの出力に基づきスイッチング素子ＳＷ5 がＯＮとなり、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 が放電されることとなる。このとき、ロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧は常に、所定電圧Ｖcc2 以下で遷移され、ロック防止回路４０によるＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号は「Ｌｏ」のままであり、昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の昇圧が許容状態のままとなるため、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧は所定電圧Ｖth近傍に保持される。これにより、運転者の操作によるＩＧＳＷ信号のＯＮからＳＴＡ信号のＯＮまでの経過時間（図２の時刻ｔ01〜時刻ｔ11）の如何にかかわらず、ＳＴＡ信号のＯＮ直後におけるＩＪｔ信号のＯＮ（図２の時刻ｔ12）によるインジェクタ１１０の初期駆動を確実に実行することができる。なお、これ以降においても、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 が正常であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号が「Ｈｉ」となることはない。
【００２５】
一方、イグニッションスイッチのＯＮで昇圧開始されるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 が異常であり、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の両端電圧が所定電圧Ｖthに到達するまでにロック防止時間設定用コンデンサＣ3 の両端電圧が所定電圧Ｖcc2 を越えると、ＤＣ−ＤＣコンバータ停止信号が「Ｈｉ」となり、昇圧スイッチング回路によるエネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の昇圧が停止される。これにより、エネルギ蓄積用コンデンサＣ2 の異常で、その周りの素子までに損傷等が及ぶことを防止することができる。
【００２６】
ところで、上記実施例では、１つのインジェクタに対するエネルギ蓄積用コンデンサの充電制御について説明したが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関が多気筒である場合にも各気筒のインジェクタに対するエネルギ蓄積用コンデンサについて同様に充電制御することができる。なお、この場合には、各気筒のインジェクタに対する各ＩＪｔ信号の入力に対処する必要があるため、従来の充電制御回路では増えた気筒数に対してかなりの素子が増加することとなるが、本発明によれば、増えたインジェクタのソレノイドコイルを制御するためには、図１に示すスイッチング素子ＳＷ4 及び抵抗Ｒ5 に相当する素子だけを追加すればよく、最小限の増加に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる電磁式アクチュエータ駆動装置が適用されたＥＤＵの電気的構成を示す回路図である。
【図２】  図２は図１における各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【図３】  図３は従来のＥＤＵにおける各種信号等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２０          充電制御回路
２１          コンパレータ（第１のコンパレータ）
４０          ロック防止回路
４１          コンパレータ（第２のコンパレータ）
１００        ＥＤＵ（インジェクタ駆動装置）
１１０        インジェクタ
Ｃ2           エネルギ蓄積用コンデンサ
Ｃ3           ロック防止時間設定用コンデンサ
Ｄ1           逆流防止用ダイオード
Ｌ2           コイル
ＳＷ1,ＳＷ5   スイッチング素子
【図１】
0004665359.tif 000002
【図２】
0004665359.tif 000003
【図３】
0004665359.tif 000004