(57)【要約】 【課題】  電磁弁２２およびデューティ制御用スイッチング素子２５の発熱を抑制し、ノイズの発生を抑制し、構成を小形化すること。【解決手段】  内燃機関の燃料噴射装置に備えられる燃料供給のための電磁弁２２には、直流電源２３との間にスイッチング素子２５が介在される。負荷電流ＩＬを負荷電流検出手段回路３１によって検出する。電磁弁２２を駆動する初期の期間Ｗ１では、突入電流Ｉ０３などの負荷電流が、予め定める大きな第１の値Ｉ０１以下に制限されるようにスイッチング素子２５をデューティ制御する。その後の保持期間Ｗ２には、スイッチング素子２５をデューティ制御して、電磁弁２２が開状態を保持するのに必要な最小限の電流値Ｉ０４以上の小さな第２の値Ｉ０２とする。【選択図】      図１
2005158870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と負荷との間の介在されるデューティ制御のためのスイッチング素子と、
負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬを検出する負荷検出手段と、
負荷検出手段の出力に応答し、スイッチング素子をデューティ制御し、負荷を駆動する初期の期間に、負荷電流または負荷電圧が大きな第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、その後の保持期間に、第１の値未満であって負荷の駆動された動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４，Ｖ０４以上の小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２とするスイッチング制御手段４１，４７，５６とを含むことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項２】
スイッチング制御手段は、
初期の期間に、第１の値に対応する第１基準信号を発生し、保持期間に、第２の値に対応する第２基準信号を発生する基準信号発生手段４７と、
負荷検出手段からの検出出力と、基準信号発生手段からの第１および第２基準信号とに応答し、スイッチング素子を駆動制御するスイッチング素子駆動手段４１，５６とを含むことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項３】
基準信号発生手段は、
前記電源の電圧を分圧する複数の分圧抵抗を含む分圧回路４８と、
分圧回路に関連して接続され、分圧抵抗の組合せを変え、これによって分圧回路から、第１および第２の値にそれぞれ対応するレベルを有する第１および第２基準信号を導出する分圧用スイッチング素子４９と、
分圧用スイッチング素子を制御する分圧制御手段３７とを含むことを特徴とする請求項２記載の負荷制御装置。
【請求項４】
負荷検出手段の出力は、負荷電流または負荷電圧の検出値に対応するレベルを有し、
スイッチング素子駆動手段４１，５６は、
負荷検出手段からの検出出力のレベルと第１および第２基準信号のレベルとを比較する比較手段５６と、
比較手段の出力に応答し、負荷電流または負荷電圧の検出値が、第１または第２基準信号のレベルが表わす値以上であるとき、スイッチング素子を遮断し、前記検出値が、第１または第２基準信号のレベルが表わす前記値未満であるとき、導通するスイッチング信号発生手段４１とを含むことを特徴とする請求項３記載の負荷制御装置。
【請求項５】
スイッチング制御手段は、
第２の値に対応する基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記初期の期間および保持期間を表わす期間信号を発生する期間信号発生手段と、
負荷検出手段からの検出出力と基準信号発生手段から基準信号と期間信号発生手段からの期間信号とに応答し、初期の期間に、負荷検出手段の検出値が第１の値以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、保持期間に、スイッチング素子を、負荷電流または負荷電圧が前記第２の値となるように、デューティ制御するスイッチング素子駆動手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項６】
スイッチング素子からの出力を負荷に平滑して与える平滑回路を含み、
前記負荷検出手段は、
平滑回路の出力を検出する平滑出力検出手段と、
平滑出力検出手段の検出出力に応答し、負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬを演算する負荷演算手段とを含み、
スイッチング制御手段は、
負荷演算手段の出力に応答し、演算された負荷電流または負荷電圧が、初期の期間に、第１の値Ｖ０１以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、その後の保持期間に、第２の値Ｖ０２となるようにスイッチング素子をデューティ制御することを特徴とする請求項１記載の負荷制御装置。
【請求項７】
電源と負荷との間に介在されるデューティ制御のためのスイッチング素子と、
負荷の動作環境を検出する動作環境検出手段と、
負荷電流または負荷電圧を検出する負荷検出手段と、
動作環境検出手段と負荷検出手段との各出力に応答し、スイッチング素子をデューティ制御し、負荷を駆動する初期の期間に、負荷電流または負荷電圧を大きな第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるようにスイッチング制御し、その後の保持期間では、第１の値未満であって前記動作環境に適した負荷の動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４，Ｖ０４以上の小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２とするスイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷制御装置。
【請求項８】
スイッチング制御手段は、
動作環境検出手段の検出出力に応答し、第１の値に対応する第１基準信号を前記初期の期間に発生し、第２の値に対応する第２基準信号を、前記動作環境に基づいて前記初期の期間の後の保持期間に発生する基準信号発生手段と、
負荷検出手段の出力と基準信号発生手段からの第１および第２基準信号とに応答し、負荷電流または負荷電圧が、第１基準信号に対応した第１の値以下に制限されるようにスイッチングを制御し、第２基準信号に対応した第２の値となるようにスイッチング素子をデューティ制御するスイッチング素子駆動手段とを含むことを特徴とする請求項７記載の負荷制御装置。
【請求項９】
負荷の動作によって予め定める動作を行なう動作手段と、
動作手段に設けられ、動作手段の動作環境を検出する補助検出手段と、
動作環境検出手段の故障を検出する故障検出手段とをさらに含み、
スイッチング制御手段は、
補助検出手段と故障検出手段との出力にも応答し、
動作環境検出手段の故障が検出されたとき、前記第２の値を、補助検出手段の出力に基づいて設定することを特徴とする請求項７または８記載の負荷制御装置。
【請求項１０】
負荷は、電磁弁であり、
動作手段は、内燃機関であり、
動作環境検出手段および補助検出手段は、温度センサであることを特徴とする請求項９記載の負荷制御装置。
【請求項１１】
負荷に関して前記スイッチング素子と反対側で電源との間に介在される駆動制御用スイッチング素子と、
前記駆動制御用スイッチング素子を導通、遮断制御し、スイッチング制御手段を、その導通時、能動化し、その遮断時、不能動化する処理手段とを含むことを特徴とする請求項１〜１０のうちの１つに記載の負荷制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば電磁弁などの負荷を制御するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
負荷制御装置は、たとえば車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置（略称ＥＦＩ）において、燃料を噴射する電磁弁を制御するために必要となる。
【０００３】
典型的な先行技術は図２１に示される。燃料噴射装置の電磁弁である負荷１には、電源２との間に、電子制御装置（略称ＥＣＣ）８のハイサイド駆動回路３が接続され、またローサイド駆動回路４が接続される。負荷１は、電子制御装置８の端子９，１０に接続される。ハイサイド駆動回路３には、負荷１に過電流が流れたことを検出する過電流検出回路５が接続され、この過電流が検出されたとき、ハイサイド駆動回路３は負荷１を遮断する。ローサイド駆動回路４には、電流検出回路６が接続され、この検出電流が、予め定める一定の電流値になるように、デューティ制御する。コンピュータなどの処理回路７からは、各駆動回路３，４で能動化信号が与えられ、これによって各駆動回路３，４が負荷１を駆動するように能動化される。
【０００４】
図２２は、図２１に示される先行技術の動作を説明するための波形図である。処理回路７から図２２（１）に示される能動化信号が時刻ｔ１において各駆動回路３，４に与えられる。これによってハイサイド駆動回路３は、図２２（２）に示されるように時刻ｔ１以降、導通する。ローサイド駆動回路４は、図２２（３）に示されるように時刻ｔ１〜時刻ｔ２まで、導通したままとされ、その後、図２２（１）の能動化信号が遮断される時刻ｔ３まで、デューティ制御する。これによって負荷１に流れる負荷電流は、図２２（４）に示されるように時刻ｔ１〜ｔ２の期間に、時間経過に伴って増大し、時刻ｔ２〜ｔ３では、負荷１の予め定める一定の電流値に保たれる。これによって負荷１の異常な発熱を抑制し、負荷１の破壊を防ぐ。
【０００５】
この先行技術では、負荷１には、その負荷１の発熱による破壊を防ぐための比較的大きな負荷電流が、図２２に示される時刻ｔ２〜ｔ３にわたって流れ続けることになる。したがってその負荷１に流れるそのような比較的大きな負荷電流に起因して、各駆動回路３，４に備えられているスイッチング素子の発熱が大きい。またこの比較的大きな電流のデューティ制御が行われるので、ノイズが発生する。
【０００６】
この問題を解決する他の先行技術は、特許文献１に開示される。燃料噴射装置における電磁弁のインジェクタソレノイドを駆動するために、バッテリの出力を昇圧回路によって昇圧してコンデンサに予め充電しておき、このコンデンサに充電された高電圧をインジェクタソレノイドに印加する。その後、インジェクタソレノイドによるニードルバルブを開状態に維持するための必要最小限の電流値である保持電流を、インジェクタソレノイドに供給する。
【０００７】
この先行技術の新たな問題は、インジェクタソレノイドの励磁によるニードルバルブを高速度で開状態にするために、前述のようにコンデンサには高電圧の充分な電荷を有していなければならない。したがって大容量のコンデンサを必要とし、その結果、構成が大形化する。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−５３０３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、電磁弁などの負荷の発熱を抑制し、その負荷に電力を供給するスイッチング素子の発熱を抑制し、ノイズの発生を抑制し、さらに構成の小形化を図ることができるようにした負荷制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電源と負荷との間の介在されるデューティ制御のためのスイッチング素子と、
負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬを検出する負荷検出手段と、
負荷検出手段の出力に応答し、スイッチング素子をデューティ制御し、負荷を駆動する初期の期間に、負荷電流または負荷電圧が大きな第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、その後の保持期間に、第１の値未満であって負荷の駆動された動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４，Ｖ０４以上の小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２とするスイッチング制御手段４１，４７，５６とを含むことを特徴とする負荷制御装置である。
【００１１】
本発明に従えば、図１〜図１４に関連して後述されるように、電源からの電力は、スイッチング素子を介して電磁弁などの負荷に供給されてデューティ制御され、この負荷に供給される電力の負荷電流または負荷電圧を負荷検出手段によって検出し、負荷の駆動初期の期間Ｗ１に負荷電流または負荷電圧が第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるようにスイッチング素子を制御する。
【００１２】
本発明において、デューティ制御というのは、電磁弁２２などの負荷が駆動されるべき期間Ｗ１，Ｗ２において、デューティ制御用スイッチング素子２５が前記期間Ｗ１，Ｗ２未満の短い期間に導通／遮断を繰返すスイッチング制御を言う。これによって負荷には、上限値Ｉ０１，Ｖ０１以下の大きな負荷電流または負荷電圧が与えられることが許容され、負荷を高速度で動作させることができる。そのため、たとえば電磁弁を高い応答速度で、閉状態から開状態に変化させることができる。第１の値Ｉ０１，Ｖ０１は、定格電流、定格電圧を超えるたとえば突入電流Ｉ０３以上の値に定められてもよく、負荷が破壊するに至る値未満に定められ、または異常な発熱が生じる値未満に選ばれてもよいが、定格電流、定格電圧などの値に定められてもよい。
【００１３】
前記初期の期間を経過した後の保持期間Ｗ２では、負荷には、予め定める小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２が与えられ、この第２の値Ｉ０２，Ｖ０２は、第１の値Ｉ０１，Ｖ０１未満であって、負荷の駆動された動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４以上の値に定められる。たとえば負荷が電磁弁である場合、第２の値Ｉ０２，Ｖ０２は、前述のように一旦、開状態となった後、その開状態を保持するために必要最小限の値であってもよい。前述の初期の期間Ｗ１は、たとえば１００ｍｓｅｃ未満の時間であって、たとえば５〜２０ｍｓｅｃである。
【００１４】
この負荷の駆動初期の期間Ｗ１に、負荷に第１の値を超える過大な負荷電流が流れ、または過大な負荷電圧を印加したとき、スイッチング素子は遮断され、負荷は保護される。スイッチング素子は、保持期間Ｗ２だけでなく、初期の期間Ｗ１にも、デューティ制御されてもよく、または初期の期間Ｗ１にはデューティ制御されず、導通したままに保たれてもよい。保持期間Ｗ２は、初期の期間Ｗ１の後に引き続いて負荷が駆動される残余の期間の全てであってもよいが、本発明の実施の他の形態では、その残余の期間の一部分の期間であってもよく、たとえば前記残余の期間の最後の予め定める期間だけ、または前記残余の期間内でたとえば中央などの予め定める期間だけ、負荷電流、または負荷電圧を高く変化するようにしてもよく、このように保持期間Ｗ２というのは、前記初期の期間Ｗ１の後に負荷が駆動される前記残余の期間のうちの少なくとも一部分をいう。
【００１５】
また本発明は、スイッチング制御手段は、
初期の期間に、第１の値に対応する第１基準信号を発生し、保持期間に、第２の値に対応する第２基準信号を発生する基準信号発生手段４７と、
負荷検出手段からの検出出力と、基準信号発生手段からの第１および第２基準信号とに応答し、スイッチング素子を駆動制御するスイッチング素子駆動手段４１，５６とを含むことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、基準信号発生手段は、
前記電源の電圧を分圧する複数の分圧抵抗を含む分圧回路４８と、
分圧回路に関連して接続され、分圧抵抗の組合せを変え、これによって分圧回路から、第１および第２の値にそれぞれ対応するレベルを有する第１および第２基準信号を導出する分圧用スイッチング素子４９と、
分圧用スイッチング素子を制御する分圧制御手段３７とを含むことを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、負荷検出手段の出力は、負荷電流または負荷電圧の検出値に対応するレベルを有し、
スイッチング素子駆動手段４１，５６は、
負荷検出手段からの検出出力のレベルと第１および第２基準信号のレベルとを比較する比較手段５６と、
比較手段の出力に応答し、負荷電流または負荷電圧の検出値が、第１または第２基準信号のレベルが表わす値以上であるとき、スイッチング素子を遮断し、前記検出値が、第１または第２基準信号のレベルが表わす前記値未満であるとき、導通するスイッチング信号発生手段４１とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、図１〜６に関連して後述されるように、スイッチング制御手段では、基準信号発生手段によって前記初期の期間と前記保持期間とに第１および第２基準信号をそれぞれ発生し、スイッチング素子駆動手段は、負荷検出手段によって検出される検出出力ＩＬ，ＶＬが、初期の期間Ｗ１に、第１基準信号に対応する第１の値以下に制限されるようにスイッチング素子を駆動制御し、保持期間Ｗ２に、第２基準信号に対応する第２の値になるようにスイッチング素子をデューティ制御して駆動する。
【００１９】
基準信号発生手段は、分圧回路を構成する複数の分圧抵抗を分圧用スイッチング素子で切換え、こうして得られる分圧された出力電圧を、第１および第２基準信号としてそれぞれ用いることができる。
【００２０】
スイッチング素子をデューティ制御するために、比較手段５６は負荷検出手段からの検出出力のレベル、すなわち負荷電流の値または負荷電圧の値と、第１および第２基準信号のレベルとを比較し、検出出力のレベルが第１または第２基準信号のレベル以上であるときスイッチング素子２５を遮断し、これによって前述の初期の期間に負荷に第１の値を超える過大な電流または電圧が与えられることを防ぎ、前記保持期間に、検出出力が第２の値となるように導通／遮断してデューティ制御する。
【００２１】
また本発明は、スイッチング制御手段は、
第２の値に対応する基準信号を発生する基準信号発生手段と、
前記初期の期間および保持期間を表わす期間信号を発生する期間信号発生手段と、
負荷検出手段からの検出出力と基準信号発生手段から基準信号と期間信号発生手段からの期間信号とに応答し、初期の期間に、負荷検出手段の検出値が第１の値以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、保持期間に、スイッチング素子を、負荷電流または負荷電圧が前記第２の値となるように、デューティ制御するスイッチング素子駆動手段とを含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、図７〜図１０に関連して後述されるように、期間信号発生手段からの期間信号（図８（２）参照）によって表わされる前述の初期の期間には、スイッチング素子駆動手段は、負荷検出手段によって得られる検出出力が、基準信号発生手段からの基準信号に対応した第１の値以下に制限されるようにスイッチング素子を制御する。その後の保持期間には、スイッチング素子駆動手段は、基準信号発生手段の出力に応答して、スイッチング素子をデューティ制御して検出出力を第２の値とする。
【００２３】
また本発明は、スイッチング素子からの出力を負荷に平滑して与える平滑回路を含み、
前記負荷検出手段は、
平滑回路の出力を検出する平滑出力検出手段と、
平滑出力検出手段の検出出力に応答し、負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬを演算する負荷演算手段とを含み、
スイッチング制御手段は、
負荷演算手段の出力に応答し、演算された負荷電流または負荷電圧が、初期の期間に、第１の値Ｖ０１以下に制限されるように、スイッチング素子を制御し、その後の保持期間に、第２の値Ｖ０２となるようにスイッチング素子をデューティ制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、図１１〜図１４に関連して後述されるように、電源からスイッチング素子および負荷を介して電力が供給されるループの途中に平滑回路が介在され、この平滑回路によって、スイッチング素子を介する出力が平滑されて負荷に与えられ、負荷検出手段は、この平滑出力を検出し、負荷演算手段は、検出された平滑出力から、前述の負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬを演算して求める。こうして得られた演算結果である検出出力ＩＬ，ＶＬがスイッチング制御手段に与えられ、スイッチング素子の前記初期の期間および保持期間のスイッチング動作が制御される。
【００２５】
負荷検出手段は、負荷に流れる負荷電流または負荷に印加される負荷電圧を直接に検出する構成だけでなく、これらの負荷電流または負荷電圧を演算によって求める構成をも含む。
【００２６】
平滑回路は、スイッチング素子と負荷の一端子との間に介在されてもよく、または電源と負荷の他端子との間などに介在されてもよい。
【００２７】
また本発明は、電源と負荷との間に介在されるデューティ制御のためのスイッチング素子と、
負荷の動作環境を検出する動作環境検出手段と、
負荷電流または負荷電圧を検出する負荷検出手段と、
動作環境検出手段と負荷検出手段との各出力に応答し、スイッチング素子をデューティ制御し、負荷を駆動する初期の期間に、負荷電流または負荷電圧を大きな第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるようにスイッチング制御し、その後の保持期間では、第１の値未満であって前記動作環境に適した負荷の動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４，Ｖ０４以上の小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２とするスイッチング制御手段とを含むことを特徴とする負荷制御装置である。
【００２８】
また本発明は、スイッチング制御手段は、
動作環境検出手段の検出出力に応答し、第１の値に対応する第１基準信号を前記初期の期間に発生し、第２の値に対応する第２基準信号を、前記動作環境に基づいて前記初期の期間の後の保持期間に発生する基準信号発生手段と、
負荷検出手段の出力と基準信号発生手段からの第１および第２基準信号とに応答し、負荷電流または負荷電圧が、第１基準信号に対応した第１の値以下に制限されるようにスイッチングを制御し、第２基準信号に対応した第２の値となるようにスイッチング素子をデューティ制御するスイッチング素子駆動手段とを含むことを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、負荷の動作によって予め定める動作を行なう動作手段と、
動作手段に設けられ、動作手段の動作環境を検出する補助検出手段と、
動作環境検出手段の故障を検出する故障検出手段とをさらに含み、
スイッチング制御手段は、
補助検出手段と故障検出手段との出力にも応答し、
動作環境検出手段の故障が検出されたとき、前記第２の値を、補助検出手段の出力に基づいて設定することを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、負荷は、電磁弁であり、
動作手段は、内燃機関であり、
動作環境検出手段および補助検出手段は、温度センサであることを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、図１５〜図２０に関連して後述されるように負荷の動作環境を動作環境検出手段によって検出し、この動作環境検出手段は、たとえば負荷がソレノイドコイルを有する電磁弁などのソレノイド負荷である場合、そのソレノイドコイルの温度を検出する温度センサなどによって実現することができ、負荷駆動の初期の期間には負荷検出手段によって検出された負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬが第１の値以下に制限されるようにスイッチング素子をスイッチング制御し、その後の保持期間では、負荷検出手段の検出出力ＩＬ，ＶＬが、負荷の動作状態を保持するために必要な、たとえば最小限の電流値Ｉ０４以上であって、前記動作環境に適した第２の値Ｉ０２，Ｖ０２となるようにスイッチング素子がスイッチング制御される。こうして動作環境がたとえば温度である場合、たとえば電磁弁のコイルが、その動作環境に適した状態、たとえば室温〜８０℃の範囲に保たれるように第２の値が設定され、これによって負荷の発熱を抑制することができる。
【００３２】
本発明に従えば、スイッチング制御手段は、基準信号発生手段を備え、第１の値Ｉ０１，Ｖ０１に対応する第１基準信号を発生するとともに、第２の値Ｉ０２，Ｖ０２に対応する第２基準信号を、前記動作環境、たとえば前述のように負荷の温度に基づいて発生する。これによってスイッチング素子駆動手段は、スイッチング素子を第１および第２基準信号によって、前記初期の期間Ｗ１および前記保持期間Ｗ２に、駆動制御する。
【００３３】
さらに本発明に従えば、たとえば車両に搭載された内燃機関に燃料を供給する燃料噴射装置に用いられる燃料供給のためのインジェクタである電磁弁を負荷とする。この負荷の動作によって動作手段であるたとえば内燃機関に燃料が供給されて、その内燃機関が動作する。動作手段に設けられる補助検出手段は、動作手段の動作環境を検出し、たとえば動作手段が内燃機関である場合、潤滑油の温度、燃焼用空気の吸気温度または液冷式内燃機関の冷却液の温度などを検出する温度センサによって実現される。故障検出手段は、動作環境検出手段、たとえば前述の電磁弁のソレノイドコイルの温度を検出する温度センサが故障したかどうかを検出する。スイッチング制御手段は、動作環境検出手段が故障したことが検出されたとき、スイッチング素子のデューティ制御で達成されるべき前記第２の値を、動作環境検出手段の出力に代えて、補助検出手段の出力によって設定する。こうして動作環境検出手段の故障時にも、負荷、したがって動作手段が、適切な動作環境で動作することができ、たとえばソレノイドコイルを含む電磁弁が過熱することを抑制することができる。
【００３４】
また本発明は、負荷に関して前記スイッチング素子と反対側で電源との間に介在される駆動制御用スイッチング素子と、
前記駆動制御用スイッチング素子を導通、遮断制御し、スイッチング制御手段を、その導通時、能動化し、その遮断時、不能動化する処理手段とを含むことを特徴とする。
【００３５】
本発明に従えば、デューティ制御するたとえばハイサイドのスイッチング素子のほかに、たとえばローサイドの駆動制御用スイッチング素子を、負荷に関してデューティ制御用スイッチング素子とは反対側に設ける。負荷を駆動するとき、マイクロコンピュータなどによって実現される処理手段は、その駆動用制御用スイッチング素子を導通したままとする。
【００３６】
負荷を駆動せず、電力を供給しないとき、駆動制御用スイッチング素子を遮断したままとする。こうして負荷を、その動作させないとき、電源から遮断することができる。処理手段は、デューティ制御用スイッチング素子のためのスイッチング制御手段を、負荷を動作させないとき、不能動化したままとする。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、負荷の駆動の初期の期間Ｗ１には、負荷電流ＩＬまたは負荷電圧ＶＬが第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限されるので、大きな負荷電流または負荷電圧を負荷に与えて負荷の応答速度を向上することができ、この初期の期間は、比較的短期間である。その後の保持期間Ｗ２には、小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２である負荷電流または負荷電圧が負荷に与えられるので、負荷の発熱を抑制することができる。この保持期間には、負荷には前述の小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２が与えられるので、スイッチング素子の発熱を抑制し、またスイッチング素子のデューティ制御によるノイズの発生を抑制することができる。しかも本発明によれば、前述の先行技術に関連して述べた大容量のコンデンサを必要とせず、構成の小形化を図ることができる。
【００３８】
本発明によれば、第１および第２基準信号によって前記初期の期間に負荷電流または負荷電圧が第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下に制限し、保持期間に、小さな第２の値Ｉ０２，Ｖ０２とすることができるようになる。この基準信号発生手段を、分圧回路を含んで実現し、さらにスイッチング素子駆動手段を、比較手段を含んで実現することによって、ノイズなどによって誤動作を生じない確実な負荷の駆動を行なうことができる。
【００３９】
本発明によれば、初期の期間に基準信号発生手段からの基準信号によって負荷検出手段の検出出力を第１の値以下に制限し、保持期間に、検出出力が第２の値Ｉ２となるようにスイッチング素子をデューティ制御し、こうして負荷の動作を確実に達成することができる。
【００４０】
本発明によれば、負荷電流または負荷電圧は、平滑回路の出力によって演算して求めてもよい。これによって負荷にはスイッチング素子によってデューティ制御される負荷電流または負荷電圧が平滑化される。その平滑出力を用いて前述のように負荷電流または負荷電圧が演算されるので、電気回路素子の大きな増加を抑制し、構成の小形化を図ることができる。
【００４１】
本発明によれば、負荷を駆動する初期の期間に、第１の値Ｉ０１，Ｖ０１以下の大きな負荷電流または負荷電圧が負荷に与えられることが許容される。その後の保持期間では、負荷の動作状態を保持するために必要な値Ｉ０４以上、たとえば負荷が電磁弁である場合、その開状態または閉状態を保持するために最小限必要な負荷電流または負荷電圧の値Ｉ０４以上であって、動作環境検出手段によって検出される動作環境が適切な値、たとえば前述のように室温〜８０℃となるように第２の値Ｉ０２，Ｖ０２が定められる。負荷検出手段によって検出される検出出力ＩＬ，ＶＬが、この第２の値となるように、スイッチング素子がデューティ制御される。したがって負荷の発熱を抑制して、発熱に起因した破壊を防ぐことができるとともに、第２の値は前述の第１の値に比べて小さく、この保持期間におけるスイッチング素子の発熱を抑制するとともに、ノイズの発生を抑制することができる。しかも本発明によれば、前述の先行技術のように、大容量のコンデンサを必要とせず、構成の小形化を図ることが容易である。
【００４２】
スイッチング制御手段を基準信号発生手段と、その基準信号発生手段からの第１および第２基準信号によってスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動手段とを含んで構成し、負荷の駆動制御を、確実に達成することができる。
【００４３】
さらに本発明によれば、たとえば内燃機関の燃料噴射装置における燃料を供給するインジェクタなどの電磁ソレノイドを備える電磁弁などの負荷に備えられた温度センサなどの動作環境検出手段が故障しても、その内燃機関などの動作手段に関連して設けられている潤滑油の温度、燃焼用空気の吸気温度、または冷却液の温度などの内燃機関の動作環境を補助検出手段によって検出し、これによって動作環境検出手段の故障時にも、負荷および動作手段を確実に動作させることが可能になる。
【００４４】
本発明によれば、デューティ制御用スイッチング素子だけでなく、駆動制御用スイッチング素子をさらに設け、負荷を駆動しないとき、電源の両端子から負荷を遮断し、さらにデューティ制御用スイッチング素子のためのスイッチング制御手段は、負荷を駆動しないとき不能動化し、負荷の誤動作を確実に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は、本発明の実施の一形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。この負荷制御装置２１は、ソレノイドコイルを備える電磁弁２２を含む。車両に搭載された内燃機関の燃料噴射装置（略称ＥＦＩ）において、燃料を適切な量だけ供給するために、インジェクタの電磁弁２２が励磁されて開閉制御される。バッテリなどの直流電源２３からの直流電力は、その一端子からライン２４を介して、ハイサイドのデューティ制御用スイッチング素子２５および平滑回路２６を経て、本件負荷制御装置２１の両端子２７，２８間に接続された電磁弁２２に供給され、さらにローサイドの駆動制御用スイッチング素子２９は、負荷電流検出回路３１の負荷電流検出用抵抗３２を介して、電源２３のたとえば接地された他端子に接続される。
【００４６】
ライン２４には、電磁弁２２に流れる過大な電流を検出するための低抵抗値を有する過大電流検出用抵抗３３が介在される。デューティ制御用スイッチング素子２５および駆動制御用スイッチング素子２９は、制御端子であるゲートを有する電界効果トランジスタ（略称ＦＥＴ）によって実現されるが、そのほかのトランジスタなどのスイッチング素子によって実現されてもよい。
【００４７】
負荷電流検出回路３１は、前述の負荷電流検出用抵抗３２と、この負荷電流検出用抵抗３２に流れる負荷電流ＩＬに対応する電圧が与えられるバッファ３５とを含む。バッファ３５は、ライン３６に、負荷電流に対応する電圧ＶＬのレベルを有する検出出力を導出する。
【００４８】
マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路３７は、ライン３８を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータなどによって実現される制御回路４１の端子４２および駆動制御用スイッチング素子２９のゲートに、能動化信号を与える。駆動制御用スイッチング素子２９は、このライン３８を介する能動化信号に応答して導通する。
【００４９】
制御回路４１は、端子４３からデューティ制御用スイッチング素子２５のゲートに、ライン４４を介して指示信号を与える。このデューティ制御用スイッチング素子２５は、ライン４４を介する指示信号に応答して、導通／遮断する。
【００５０】
制御回路４１はまた、過大電流検出用抵抗３３の両端子が接続される端子４５を有する。ライン２４、したがって電磁弁２２に過大な電流が流れて一対の端子４５間の電圧が、予め定める値以上になったとき、制御回路４１は後述のように端子４３からライン４４を介して指示信号を発生し、スイッチング素子２５を遮断したままに保ち、安全を確保する。
【００５１】
デューティ制御用スイッチング素子２５の制御のために、基準信号発生回路４７が設けられる。基準信号発生回路４７は、分圧回路４８と、この分圧回路４８に関連して接続される分圧用スイッチング素子４９とを含む。分圧用スイッチング素子４９は、制御端子を有し、処理回路３７からライン５１を介する分圧制御信号によって導通／遮断される。分圧回路４８は、電源２３間に直列接続される複数の分圧抵抗５１，５２と、分圧抵抗５２に並列に接続されるもう一つの分圧抵抗５３とを有する。分圧用スイッチング素子４９は、分圧抵抗５３に直列に介在されて接続される。分圧回路４８の分圧抵抗５１，５２との接続点５５からは、分圧用スイッチング素子４９の遮断時における第１基準信号と、その分圧用スイッチング素子４９の導通時における第１基準信号が表す負荷電流の第１の値Ｉ０１に対応する電圧ＶＳ１のレベルよりも低い負荷電流の第２の値Ｉ０２に対応する電圧ＶＳ２のレベルを有する第２基準信号とが、導出される（Ｉ０２＜Ｉ０１、ＶＳ２＜ＶＳ１）。
【００５２】
スイッチング素子４９の駆動制御のために、比較回路５６が設けられる。比較回路５６は、一対の入力端子５８，５９と、出力端子６１とを有し、この出力端子６１からライン６２を介して制御回路４１の端子６３に、指示信号を与える。比較回路５６において、一方の入力端子５８には、負荷電流検出回路３１からライン３６を介する負荷電流ＩＬの値に対応した電圧ＶＳのレベルを有する検出出力が、抵抗６４を介して入力される。もう一つの入力端子５９には、分圧回路４８の接続点５５から、第１および第２基準信号が、抵抗６５を介して与えられる。比較回路５６は、一方の入力端子５８に与えられる検出出力のレベルＶＬ３が、他方の入力端子５９に与えられる第１または第２基準信号のレベルＶＳ１，ＶＳ２以上であるとき（ＶＳ１≦ＶＬ３またはＶＳ２≦ＶＬ３）、出力端子６１からライン６２には、Ｈレベルの指示信号を導出し、検出出力のレベルＶＬ３が第１または第２基準信号のレベルＶ０１，Ｖ０２未満であるとき（ＶＳ１＞ＶＳ３、またはＶＳ２＞ＶＳ３）、出力端子６１からライン６２には、Ｌレベルの指示信号を導出する。
【００５３】
制御回路４１は、端子６３に与えられる指示信号に応答し、その指示信号がＨレベルであるとき、端子４３からライン４４を介してデューティ制御用スイッチング素子２５を遮断するスイッチング信号を発生し、指示信号がＬレベルであるとき、デューティ制御用スイッチング素子２５を導通するスイッチング信号を発生する。こうして制御回路４１は、スイッチング信号発生手段として働く。比較回路５６と制御回路４１とは、スイッチング素子駆動手段を構成する。
【００５４】
平滑回路２６は、デューティ制御用スイッチング素子２５に直列に接続されるコイルなどのインダクタンス素子６６と、このインダクタンス素子６６と電磁弁２２との間に一端子が接続され、他端子が電源２３の前記他端子に接続される平滑用コンデンサ６７とを含み、さらにダイオード６８とを含む。ダイオード６８のアノードは、スイッチング素子２５とインダクタンス素子６６との間に接続され、カソードは、電源２３の前記他端子に接続され、こうしてダイオード６８は逆方向性結合される。
【００５５】
図２は、図１に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。処理回路３７は、ライン３８に、図２（１）に示されるＨレベルを有する能動化信号を、時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって導出し、これによって制御回路４１が能動化されるとともに、駆動制御用スイッチング素子２９が導通される。
【００５６】
処理回路３７はまた、ライン５１に、図２（２）に示される分圧制御信号を導出する。この分圧制御信号は、時刻ｔ１１から予め定める初期の期間Ｗ１だけ経過した時刻ｔ１２でＬレベルからＨレベルとなり、時刻ｔ１２〜ｔ１３の保持期間Ｗ２が終了する時刻ｔ１３でＬレベルに戻る波形を有する。これによって分圧用スイッチング素子４９は、分圧制御信号がＨレベルの時刻ｔ１２〜ｔ１３で導通したままとなり、時刻ｔ１２以前および時刻ｔ１３以降では、分圧制御信号がＬレベルであって、分圧用スイッチング素子４９は遮断したままである。このような分圧用スイッチング素子４９の遮断および導通の動作に従って、比較回路５６の前記他方入力端子５９には、図２（３）に示されるように時刻ｔ１２以前で予め定める電圧レベルＶＳ１を有する第１基準信号が導出され、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３にわたって、第１基準信号のレベルＶＳ１未満である電圧レベルＶＳ２を有する第２基準信号が導出される。
【００５７】
ハイサイドのデューティ制御用スイッチング素子２５は、能動化された制御回路４１からのライン４４を介するスイッチング信号に応答してデューティ制御される。その結果、出力端子２７から電磁弁２２に与えられる平滑された電圧は、図２（４）に示されるように時刻ｔ１１〜ｔ１２の初期の期間Ｗ１では、第１基準信号の電圧レベルＶＳ１に対応した高い電圧の第１の値ＶＬ１となり、時刻ｔ１２〜ｔ１３の保持期間Ｗ２では、第１の値ＶＬ１未満の第２の値ＶＬ２とされ（ＶＬ２＜ＶＬ１）、この第２の値ＶＬ２は、第２基準信号の電圧レベルＶＳ２に対応する。駆動制御用スイッチング素子２９は、処理回路３７からライン３８を介する能動化信号に応答し、図２（５）に示されるように時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって、導通したままに保たれる。
【００５８】
電磁弁２２に流れる負荷電流ＩＬは、図２（６）に示されるように、初期の期間Ｗ１では、大きな突入電流の値Ｉ０３を有し、第１基準信号の電圧レベルＶＳ１、したがって平滑出力電圧ＶＬ１は、電磁弁２２に流れる電流の上限値である第１の値Ｉ０１に対応する。その後の保持期間Ｗ２では、予め定める第２の電流の値Ｉ０２に保たれる（Ｉ０２＜Ｉ０３）。時刻ｔ１２〜ｔ１３の保持期間Ｗ３における負荷電流ＩＬが保持される第２の値Ｉ０２は、負荷である電磁弁２２の駆動された動作状態である、たとえば開状態を保持するために必要な最小限の値Ｉ０４以上の小さな値に定められる。この第２の値Ｉ０２に対応して、前述の電圧の第２の値ＶＬ２が定められる。前記値Ｉ０４は、前述のように、初期の期間Ｗ１において第１の電流値Ｉ０１で励磁されて閉状態から開状態に変化した後、その開状態を保持するために必要最小限の値であり、保持期間Ｗ２では、この値Ｉ０４以上の第２の値Ｉ０２に定められる（Ｉ０１≧Ｉ０３＞Ｉ０２≧Ｉ０４）。
【００５９】
したがって初期の期間Ｗ１では、電磁弁２２に、大きな第１の電圧値ＶＬ１が印加され、このとき負荷電流ＩＬが、予め定める大きな第１の電流値Ｉ０１以下に制限されるように、制御回路４１は、デューティ制御用スイッチング素子２５を制御する。この最初の期間Ｗ１を経過した時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの保持期間Ｗ２では、電磁弁２２の負荷電流ＩＬは、第１の電流値Ｉ０１未満の予め定める第２の電流値Ｉ０２に保たれる。第１の電流値Ｉ０１は、電磁弁２２がその大きな負荷電流によって破壊されない程度の値に定められ、たとえば前述の図２（６）のように電源投入時の突入電流Ｉ０３を超える値に選ばれてもよく、またはその突入電流Ｉ０３の最大値未満の値に定められてもよい。このように図２（４）に示される電磁弁２２に与えられる負荷電圧ＶＬ１，ＶＬ２は、第１および第２の電流値Ｉ０１，Ｉ０２にそれぞれ対応し、図２（３）に示される第１および第２基準信号の各電圧ＶＳ１，ＶＳ２のレベルにそれぞれ対応する。
【００６０】
図３は、デューティ制御用スイッチング素子２５のデューティ制御動作を説明するための波形図である。スイッチング素子２５は、第１の期間Ｗ１１だけ導通し、次の第２の期間Ｗ１２では遮断し、このときデューティ比Ｄは、第１および第２の期間Ｗ１１，Ｗ１２の和をＷ１３（＝Ｗ１１＋Ｗ１２）とするとき、Ｄ＝Ｗ１１／Ｗ１３で表わされる。制御回路４１は、この合計の期間Ｗ１３を比較回路５６の指示信号に従って変化し、期間Ｗ１３は一定の値でなくてもよいが、本発明の実施の他の形態では、この合計の時間Ｗ１３は、予め定める一定の値であってもよい。このデューティ比Ｄが制御回路４１によって制御されて、電磁弁２２に与えられる第１および第２の電圧値ＶＬ１，ＶＬ２が変化され、これによって第１および第２の電流値Ｉ０１，Ｉ０２がそれぞれ変化されて設定される。
【００６１】
図４は、処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路３７は、図４に示されるステップａ１〜ａ８を、短時間に繰返す。処理回路３７は、ステップａ１からステップａ２に移り、負荷である電磁弁２２を駆動すべき時刻ｔ１１になったことが判断されると、ステップａ３で、ライン３８に前述の図２（１）に示されるＨレベルの能動化信号を導出する。ステップａ４では、ライン５１の分圧制御信号を図２（２）に示されるようにＬレベルとして分圧用スイッチング素子４９を遮断したままとする。ステップａ５において時刻ｔ１１から予め定める初期の期間Ｗ１経過したかどうかが判断され、その初期の期間Ｗ１が経過した時刻ｔ１２に達すると、次のステップａ６では、分圧制御信号を図２（２）のようにＨレベルとし、分圧用スイッチング素子４９を導通する。こうして前述のように初期の期間Ｗ１では、図２（３）に示される電圧ＶＳ１を有する第１基準信号が導出され、その後の保持期間Ｗ２では、第１基準信号の電圧ＶＳ１未満である電圧値ＶＳ２を有する第２基準信号が基準信号発生回路４７から導出されて、前述のように比較回路５６に与えられることになる。
【００６２】
負荷である電磁弁２２が駆動されない時刻ｔ１１よりも前、および時刻ｔ１３よりも後では、ステップａ２からステップａ７に移り、ライン３８の能動化信号をＬレベルとする。これによって制御回路４１は不能動化され、駆動制御用スイッチング素子２９は遮断されたままである。ステップａ６またはステップａ７の後、ステップａ８に移り、一連の動作を終了する。
【００６３】
図５は、制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。制御回路４１は、図５に示されるステップｂ１〜ｂ８の動作を短時間に繰返す。ステップｂ１からステップｂ２に移り、制御回路４１が端子４２でＨレベルの能動化信号を受信したことを判断すると、次のステップｂ３では、端子４５間の電圧、すなわち過大電流検出用抵抗３３の両端電圧が、予め定める過大な電流ＩＬＬに対応した高い電圧ＶＬＬ以上であるかが判断され、そうでなければ、次のステップｂ４に移る。予め定める過大電流ＩＬＬは、前述の第１の電流値Ｉ０１を超える値であり（Ｉ０１≦ＩＬＬ）、このような過大な電流が電磁弁２２に流れることによって、電磁弁２２は焼損する恐れがある。
【００６４】
ステップｂ４では、端子６３に与えられるライン６２からの指示信号が、Ｈレベルであるかが判断される。Ｈレベルの指示信号は、電磁弁２２に流れる負荷電流ＩＬが、各期間Ｗ１またはＷ２における第１または第２基準信号の電圧ＶＳ１，ＶＳ２にそれぞれ対応する第１または第２の値Ｉ０１，Ｉ０２以上であるとき、前述のように比較回路５６から得られる。
【００６５】
図５のステップｂ５では、Ｌレベルの指示信号によって、デューティ制御用スイッチング素子２５を、その指示信号がＨレベルである期間にわたって導通する。
【００６６】
ステップｂ４において、指示信号がＨレベルであると判断されたとき、ステップｂ６に移る。ステップｂ６では、Ｈレベルの指示信号に応答してデューティ制御用スイッチング素子２５を、そのＬレベルの期間にわたって、遮断する。Ｌレベルの指示信号は、負荷電流ＩＬに対応するライン３６の検出電圧ＶＳが、第１または第２基準信号の第１および第２電圧ＶＳ１，ＶＳ２以上であるとき、前述のように比較回路５６から得られる。こうして制御回路４１は、各期間Ｗ１，Ｗ２で、図５のステップｂ４，ｂ５，ｂ６の動作によって、デューティ制御が行われる。
【００６７】
図５のステップｂ３において、制御回路４１は、過大電流検出用抵抗３３に、予め定める過大な電流値を超える電流が流れたことが判断されると、次のステップｂ８では、デューティ制御用スイッチング素子２５を、その後、遮断したままに保持し、安全性を確保する。このような過大電流は、電磁弁２２のソレノイドコイルの短絡などによって生じる。ステップｂ５，ｂ６，ｂ７の後、ステップｂ８に移り、一連の動作を終了する。
【００６８】
図６は、本発明の実施の他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。この実施の形態は、前述の図１〜図５の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、処理回路４７がライン３８に導出する能動化信号は、遅延回路７１に与えられる。この遅延回路７１は、前述の図２（１）に示される能動化信号に応答し、ライン５１に図２（２）の分圧制御信号を導出する。分圧制御信号は、ＨレベルとＬレベルとの間で変化し、たとえばこの実施の形態では、図２（２）に示されるように、その時刻ｔ１１から予め定める前述の初期の期間Ｗ１経過した時刻ｔ１２でＬレベルからＨレベルに立上がる。そのほかの構成と動作は、前述の実施の形態と同様である。図６に示される実施の形態では、処理回路３７は、能動化信号をライン３８に導出する構成を有し、分圧制御信号は発生しないので、処理回路３７の演算処理動作を簡略化することができる。
【００６９】
図７は、本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。この負荷制御装置２１は、前述の図１〜図６の実施の各形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、処理回路３７は、ライン７３から制御回路４１の入力端子７４に、期間信号を発生して与える。比較回路５６の前記他方端子５９には、分圧回路によって実現される基準信号発生回路４７からの前記第２の値Ｉ０２に対応する電圧ＶＳ２を有する基準信号を、抵抗６５を介して与える。基準信号発生回路４７は、電源２３間に直列接続される複数の分圧抵抗５１，５２を有し、それらの接続点５５から、前述の電圧ＶＳ２のレベルを有する基準信号を、導出する。
【００７０】
図８は、図７に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。図８（１）、図８（３）〜図８（５）は、前述の図２（１）、図２（４）〜図２（６）の各波形にそれぞれ対応する。処理回路３７は、ライン３８に、図８（１）に示されるＨレベルを有する能動化信号を、時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって導出する。本発明の実施の形態では特に、処理回路３７はまた、図８（２）に示される期間信号を、ライン７３に導出して制御回路４１の端子７４に与える。この期間信号は、時刻ｔ１１から予め定める処理の期間Ｗ１だけ経過した時刻ｔ１２でＬレベルからＨレベルとなり、時刻ｔ１３でＬレベルに戻る波形を有する。したがって期間信号は、時刻ｔ１１以降のＬレベルであるとき、前記初期の期間Ｗ１を表し、Ｈレベルとなった時刻ｔ１２以降で、そのＨレベルが持続される期間にわたって保持期間Ｗ１を表す。
【００７１】
図８（３）は、デューティ制御用スイッチング素子２５のデューティ制御によって出力端子２７から電磁弁２２に与えられる平滑された電圧ＶＬ１の波形を示し、図８（４）は、駆動制御用スイッチング素子２９が能動化信号に応答してスイッチング動作する状態を示す波形図であり、図８（５）は、電磁弁２２に流れる負荷電流ＩＬの波形を示す。デューティ制御用スイッチング素子２５は、図８（６）に示される制御回路４１からのスイッチング信号に応答し、導通／遮断の動作を行って、デューティ制御される。
【００７２】
図９は、図７の処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。処理回路３７は、ステップｃ１からステップｃ２に移り、負荷である電磁弁２２を駆動すべき時刻ｔ１１になったことが判断されると、ステップｃ３で、ライン３８に前述の図８（１）に示されるＨレベルの能動化信号を導出する。ステップｃ４において時刻ｔ１１から予め定める初期の期間Ｗ１が経過したかどうかが判断され、その初期の期間Ｗ１が経過した時刻ｔ１２に達すると、次のステップｃ５では、ライン７３に図８（２）に示されるＨレベルの期間信号を導出する。
【００７３】
負荷である電磁弁２２が駆動されない時刻ｔ１１よりも前、および時刻ｔ１３よりも後では、ステップｃ２からステップｃ６に移り、ライン３８の能動化信号をＬレベルとするとともに、ステップｃ７では、ライン７３の期間信号をＬレベルとする。
【００７４】
図１０は、図７の制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｄ１からステップｄ２に移り、制御回路４１が端子４２でＨレベルの能動化信号を受信したことを判断すると、次のステップｄ３では、端子４５間の電圧が、予め定める過大な電流ＩＬＬに対応した高い電圧ＶＬＬ以上であるかが判断され、そうでなければ、次のステップｄ４に移る。
【００７５】
ステップｄ４では、端子６３に与えられるライン６２からの指示信号が、Ｈレベルであるかが判断され、その指示信号が初期の期間Ｗ１でＬレベルであれば、次のステップｄ５では、前記第１の値Ｉ０１に対応して制御回路４１のメモリに予めストアされている第１の基準信号の電圧レベルＶＳ１を設定する。ステップｄ６では、デューティ制御用スイッチング素子２５を導通する。ステップｄ７では、たとえば過大電流検出用抵抗３３の両端子が接続される端子４５の電圧によって、負荷電流ＩＬを検出する。ステップｄ８では、負荷電流ＩＬが、第１の値ＩＬ０以下に制限されるように、デューティ制御用スイッチング素子２５がスイッチング制御される。すなわち負荷電流ＩＬは、第１の値Ｉ０１以下（ＩＬ≦Ｉ０１）となるように、デューティ制御用スイッチング素子２５が、時刻ｔ１１〜ｔ１２の初期の期間Ｗ１においてデューティ制御されることになる。こうして初期の期間Ｗ１では、負荷電流ＩＬは、第１の値Ｉ０１以下となるように制限される。
【００７６】
ステップｄ１０において期間信号が時刻ｔ１２でＨレベルになったかが判断され、そうであれば、保持期間Ｗ２のためにステップｄ１１では、指示信号のレベルがＨか否かが判断される。すなわち負荷電流ＩＬに対応するライン３６を介する比較回路５６の一方入力端子５８に与えられる検出出力ＶＳが、基準信号発生回路４７から他方入力端子５９に与えられる電圧ＶＳ１以上であって、出力端子６１からの指示信号がＨレベルであるか、またはその検出出力のレベルＶＳが基準信号のレベルＶＳ１未満であって、Ｌレベルの指示信号が与えられたかが判断される。ステップｄ１３では、指示信号がＨレベルであれば、デューティ制御用スイッチング素子２５を遮断し、指示信号がＬレベルであれば、ステップｄ１２では、スイッチング素子２５を導通するスイッチング信号を発生して出力端子４３からデューティ制御用スイッチング素子２５のゲートにライン４４を介して与える。こうしてステップｄ１１〜ｄ１３では、負荷電流ＩＬが、前記第２の値Ｉ０２と等しくなるように（ＩＬ＝Ｉ０２）、デューティ制御用スイッチング素子２５がデューティ制御される。したがって保持期間Ｗ２では、負荷電流ＩＬは、前記第１の値Ｉ０１未満の小さい第２の値Ｉ０２に保たれる。図７〜図１０に示される本発明の実施の一形態のそのほかの構成と動作は、前述の図１〜図６に示される本発明の実施の各形態と同様である。
【００７７】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。この実施の形態は、前述の図１〜図１０に示される本発明の実施の各形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、平滑回路２６の出力は、ライン７６を介して制御回路４１の検出用入力端子７７に与えられ、これによって制御回路４１では、平滑回路２６の出力である電圧Ｖ２６が検出される。平滑回路２６の検出されるべき出力は、本発明の実施の他の形態では、電圧の代りに電流であってもよい。
【００７８】
この平滑回路２６の出力電圧Ｖ２６は、この実施の形態では、負荷制御装置２１の端子２７における電源２３の前記他端子である接地電位との間の電圧である。
【００７９】
負荷制御装置２１のもう１つの端子２８と電源２３の前記他端子との間の電圧Ｖ２９、すなわち駆動制御用スイッチング素子２９の電圧降下は、電圧検出回路７８によって検出される。この検出電圧Ｖ２９は、ライン７９から制御回路４１の電圧検出用入力端子８１に与えられる。
【００８０】
図１２は、図１１に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。図１２（１）〜図１２（５）は、前述の図８（１）、図８（３）〜図８（６）にそれぞれ対応する。処理回路３７は、ライン３８に、図１２（１）に示されるＨレベルを有する能動化信号を導出して、制御回路４１を能動化するとともに、駆動制御用スイッチング素子２９を導通する。デューティ制御用スイッチング素子２５のデューティ制御によって、電磁弁２２に端子２７から与えられる平滑電圧は、図１２（２）に示されるように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の初期の期間Ｗ１では高い予め定める電圧の値ＶＬ１となり、残りの時刻ｔ１２〜ｔ１３の保持期間Ｗ２では、予め定める第２の値ＶＬ２とされる。駆動制御用スイッチング素子２９は、前述のように処理回路３７からライン３８を介する能動化信号によって、図１２（３）に示されるように、時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって、導通したままに保たれる。第１および第２の値ＶＬ１，ＶＬ２は、制御回路４１に設けられるメモリにストアされて設定される。
【００８１】
電磁弁２２に流れる負荷電流ＩＬは、図１２（４）に示されるように、初期の期間Ｗ１では、第１の値Ｉ０１以下の大きな突入電流の値Ｉ０３を有し、その後の保持期間Ｗ２では、予め定める第２の電流の値ＩＬ２に保たれる。デューティ制御用スイッチング素子２５は、図１２（５）に示されるようにスイッチング制御されてデューティ制御される。これによって平滑回路２６の出力電圧ＶＬ２は、図１２（６）に示されるように、初期の期間Ｗ１では、第１の値ＶＬとされ、保持期間Ｗ２では、第２の値ＶＬ２に保たれる。初期の期間Ｗ１では、電磁弁２２に与えられる電圧が第１の値ＶＬ１に制限されることによって、その電磁弁２２に過大な高い電圧が与えられて電磁弁２２が破壊されることを防ぎ、したがって電磁弁２２には、破壊に至る過大な突入電流が流れることが防がれる。
【００８２】
電圧検出回路７８は、駆動制御用スイッチング素子２９の両端電圧Ｖ２９を検出し、図１２（７）に示される。こうして電磁弁２２の両端子間に印加される負荷電圧ＶＬは、
ＶＬ＝Ｖ２６−Ｖ２９                                            …（１）
で表わされる。
【００８３】
図１３は、図１１に示される負荷制御装置２１における処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。図１３のステップｅ１〜ｅ４は、前述の図９のステップｃ１〜ｃ３，ｃ６にそれぞれ対応する。処理回路３７は、ステップｅ１からｅ２に移り、電磁弁２２を駆動すべき時刻ｔ１１になったことが判断されると、ステップｅ３で、ライン３８に前述の図１２（１）に示されるＨレベルの駆動信号を導出する。電磁弁２２が駆動されない時刻ｔ１１よりも前、および時刻ｔ１３よりも後では、ステップｅ２からステップｅ４に移り、ライン３８の能動化信号をＬレベルとする。
【００８４】
図１４は、図１１に示される制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｆ１からｆ２に移り、制御回路４１が端子４２でＨレベルの能動化信号を受信したことを判断すると、次のステップｆ３では、電磁弁２２に過大な電流が流れたかどうかが、前述の図１０のステップｄ３と同様にして判断され、そうでなければ、ステップｆ４に移る。
【００８５】
ステップｆ４では、デューティ制御用スイッチング素子２５を導通し、これによってステップｆ５では、電圧検出回路７８による電圧Ｖ２９が検出されて制御回路４１の端子８１に入力される。次のステップｆ６では、平滑回路７６の出力電圧Ｖ２６を検出する。これによってステップｆ７では、電磁弁２２に与えられる負荷電圧ＶＬを、前述の式（１）に従って演算して求める。
【００８６】
ステップｆ８では、制御回路４１は、予め定める第１の電圧の値Ｖ０１を設定し、この第１の値Ｖ０１に対応する第１基準信号を発生する。ステップｆ９では、この第１基準信号に応答し、前述のステップｆ７で演算して求めた負荷電圧ＶＬが、第１の値Ｖ０１以下となるように（ＶＬ≦Ｖ０１）、換言するとＶ２６≦Ｖ０１＋Ｖ２９となるように、デューティ制御用スイッチング素子２５をデューティ制御する。こうして初期の期間Ｗ１では、負荷電圧ＶＬが、第１の値Ｖ０１以下（ＶＬ≦Ｖ０１）となるように制限されることになる。
【００８７】
ステップｆ１０において初期の期間Ｗ１が経過したかどうかが判断され、その初期の期間Ｗ１が経過した時刻ｔ１２に達すると、次のステップｆ１１では、保持期間Ｗ２のための第２の電圧の値Ｖ０２を設定し、この第２の値Ｖ０２に対応する第２基準信号を発生する。ステップｆ１２では、電圧検出回路７８によって検出された電圧Ｖ２９が制御回路４１に与えられ、次のステップｆ１３では、平滑回路２６の平滑出力電圧Ｖ２６が与えられて検出される。ステップｆ１４では、前述のステップｆ７と同様に、電磁弁２２に与えられる負荷電圧ＶＬが、式（１）に従って演算して求められる。こうしてステップｆ１５では、負荷電圧ＶＬが、第２の値Ｖ０２となるように、すなわちＶ２６＝Ｖ０２＋Ｖ２９となるように、保持期間Ｗ２においてデューティ制御用スイッチング素子２５がデューティ制御される。
【００８８】
ステップｆ３で、端子４５間の電圧が予め定める過大な電流ＩＬＬに対応した高い電圧ＶＬＬ以上であることが判断されたとき、ステップｆ１６に移る。このステップｆ１６では、デューティ制御用スイッチング素子２５を遮断したままに保ち、安全を確保する。
【００８９】
電圧検出回路７８によって検出される駆動制御用スイッチング素子２９の両端電圧Ｖ２９は、小さい値である。したがって本発明の実施の他の形態では、この電圧検出回路７８が省略され、前述の電圧Ｖ２９を予め定める値、たとえば零、または零を超える２〜３Ｖの値などに、固定的に設定されてもよく、これによって構成の簡素化を図ることができる。この実施の形態では、前述のように電圧検出回路７８が省略されるとともに、制御回路４１の端子８１が省略され、さらに電圧Ｖ２９を零を超える固定値に設定する構成では図１４のステップｆ５，ｆ１２が省略され、Ｖ２９を無視して零とする構成では、ステップｆ７，ｆ１４もまた省略される。
【００９０】
図１５は、本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。この実施の形態は、前述の図１〜図１４の実施の各形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、電磁弁２２のソレノイドコイルの温度を検出する温度センサ８３が設けられる。温度センサ８３は、半導体素子から成るサーミスタなどによって実現されてもよい。
【００９１】
図１６は、温度センサ８３の温度特性を示すグラフである。検出される負荷の温度の上昇に伴って、その温度に対応した電気抵抗が、たとえば１次直線などの関数に従って高くなるように変化する。電磁弁２２のソレノイドコイルの平常時の動作温度は、たとえば室温〜８０℃の範囲であり、この動作温度の範囲を超える異常な高温度では、電磁弁２２が熱によって破損する。この実施の形態では、電磁弁２２の負荷であるソレノイドコイルの異常な高温度に達しないように、制御回路４１はデューティ制御用スイッチング素子２５をデューティ制御する。
【００９２】
再び図１５を参照して、温度センサ８３のアナログ出力は、負荷制御装置２１の端子８４からアナログ／デジタル変換器８５に与えられてデジタル値に変換され、ライン８６から制御回路４１の入力端子８７に入力される。
【００９３】
図１７は、制御回路４１の動作を説明するための図である。温度センサ８３によって検出される温度に対応した電気抵抗Ｒが高くなるにつれて、保持期間Ｗ２で電磁弁２２に印加されるべき第２の電圧の値Ｖ０２が低下するように、設定される。電磁弁２２のソレノイドコイルは、温度上昇に伴って電気抵抗が低下する特性を有する。したがってソレノイドコイルに流れる電流に対応した電磁力を一定に保つために、第２の電圧の値Ｖ０２が、前述のように、制御回路４１によって、温度上昇に伴い、低下される。
【００９４】
電磁弁２２は、前述のように車両に搭載された内燃機関８８に燃料を供給する燃料噴射装置に用いられる燃料供給のためのインジェクタである。この電磁弁２２の燃料供給動作によって、内燃機関８８に燃料が供給されて、その内燃機関８８が動作し、車両の走行のための動力が出力される。この内燃機関８８には、補助検出手段であるもう１つの温度センサ８９が設けられる。この温度センサ８９は、前述の温度センサ８３と同様な構成を有し、内燃機関８８の潤滑油の温度、燃焼用空気の吸気温度を検出する構成であってもよく、または内燃機関８８が冷却液によって冷却される液冷式内燃機関である場合、その冷却液の温度を検出する構成であってもよく、内燃機関８８のそのほかの動作時の温度を検出する構成であってもよい。
【００９５】
温度センサ８９は、電磁弁２２のソレノイドコイルの温度上昇に伴って、温度が上昇する内燃機関８８の部分に装着されることが好ましく、たとえば電磁弁２２の温度上昇によってその電磁弁の付近を通過する燃焼用空気の吸気温度が上昇し、このような吸気温度を温度センサ８９によって検出するように構成してもよい。
【００９６】
温度センサ８９は内燃機関８８の運転のために本来設けられているものであってもよく、たとえば吸気温度の検出のために設けられ、この吸気温度に依存した燃料噴射量を演算して決定し、電磁弁２２の開弁時間を求めるために設けられ、このような内燃機関８８に本来設けられている不可欠の温度センサ８９の出力を、制御回路４１に入力して使用するようにしてもよい。温度センサ８３，８９のほかに、そのほかの構成によって負荷の動作環境を検出する動作環境検出手段が用いられてもよい。
【００９７】
温度センサ８９からの出力は、負荷制御装置２１の端子９１からアナログ／デジタル変換器９２に与えられてデジタル信号に変換され、ライン９３を介して制御回路４１の入力端子９４に入力される。前述の温度センサ８３は動作環境検出手段として働き、内燃機関８８は動作手段であり、もう１つの温度センサ８９は補助検出手段として働く。温度センサ８３の故障が制御回路４１において検出されたとき、もう１つの温度センサ８９によって検出される温度、したがってその温度センサ８９の電気抵抗Ｒに従って、たとえば図１７と同様に、第２の電圧の値Ｖ０２が制御回路４１によって設定される。
【００９８】
図１８は、図１５に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。図１８（１）〜図１８（４）は、前述の図１２（１）〜図１２（４）にそれぞれ対応する。処理回路３７は、時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって、Ｈレベルを有する能動化信号を、図１８（１）に示されるように導出する。デューティ制御用スイッチング素子２５のデューティ制御によって、出力端子２７から電磁弁２２に与えられる平滑電圧は、図１８（２）に示されるように時刻ｔ１１〜ｔ１２の初期の期間Ｗ１では高い電圧の値ＶＬ１となり、時刻ｔ１２〜ｔ１３の保持期間Ｗ２では、第２の値ＶＬ２とされる。駆動制御用スイッチング素子２９は、前述の能動化信号によって、図１８（３）に示されるように時刻ｔ１１〜ｔ１３にわたって、導通したままに保たれる。電磁弁２２に流れる負荷電流ＩＬは、図１８（４）に示されるように、初期の期間Ｗ１では、第１の値Ｉ０１以下に制限された大きな突入電流の値Ｉ０３を有し、その後の保持期間Ｗ２では、前述の予め定める第２の電圧の値Ｖ０２に対応した電流の値ＩＬ２に保たれる。
【００９９】
図１９は、図１５の処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。図１９のステップｇ１〜ｇ５は、前述の図１３のステップｅ１〜ｅ５に対応する。処理回路３７は、ステップｇ２において電磁弁２２を駆動すべき時刻ｔ１１〜ｔ１３が判断されると、次のステップｇ３でライン３８にＨレベルの能動化信号を導出し、それ以外の時刻ｔ１１よりも前、および時刻ｔ１３よりも後では、ステップｇ４でライン３８の能動化信号をＬレベルとする。
【０１００】
図２０は、図１５の制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。図２０のステップｈ１〜ｈ３は、前述の図１４のステップｆ１〜ｆ３に対応し、ステップｈ８，ｈ１０，ｈ１１は、図１４のステップｆ８〜ｆ１０にそれぞれ対応し、図２０のステップｈ１２，ｈ１４は、図１４のステップｆ１１，ｆ１５にそれぞれ対応し、図２０のステップｈ１５は、図１４のステップｆ１６に対応する。制御回路４１は、図２０のステップｈ１からｈ２に移り、Ｈレベルの能動化信号を端子４２で受信したことを判断すると、次のステップｈ３では、過大な電流が電磁弁２２に流れたかどうかを判断し、そのような過大な電磁が流れていなければ、ステップｈ４で、温度センサ８３の出力を受信する。
【０１０１】
ステップｈ５では、温度センサ８３が故障しているかどうか、すなわち温度センサ８３からの出力が得られないとき、または電磁弁２２から平常時に発生しえない出力が得られたとき、故障であるものと判断する。このような故障が発生していなければ、ステップｈ７に移る。温度センサ８３の故障が発生していれば、ステップｈ５からｈ６に移り、もう１つの温度センサ８９からの制御回路４１の端子９４に与えられる検出出力を用いて演算処理を行う。
【０１０２】
ステップｈ７では、予め定める第１の電圧の値Ｖ０１を設定し、この第１の値Ｖ０１に対応する第１基準信号を発生する。
【０１０３】
ステップｈ８では、デューティ制御用スイッチング素子２５を導通する。ステップｈ９では、平滑回路２６からライン７６を経て端子７７に与えられる平滑電圧Ｖ２６の出力を、電磁弁２２に与えられる負荷電圧ＶＬとして検出して用いる（Ｖ２６≒ＶＬ）。ステップｈ１０では、この第１基準信号に応答し、前述のステップｈ９で演算して求めた負荷電圧ＶＬが、第１の値Ｖ０１以下となるように（ＶＬ≦Ｖ０１）、換言すると、Ｖ２６≦Ｖ０１＋Ｖ２９（ただしＶ２９≒０）となるように、デューティ制御用スイッチング素子２５をデューティ制御する。こうして初期の期間Ｗ１では、負荷電圧ＶＬが、第１の値Ｖ０１以下となるように制限されることになる。
【０１０４】
ステップｈ１１において初期の期間Ｗ１が経過したかどうかが判断され、その初期の期間Ｗ１が経過した時刻ｔ１２に達すると、次のステップｈ１２では、保持期間Ｗ２のための第２の電圧の値Ｖ０２を設定し、この第２の値Ｖ０２に対応する第２基準信号を発生する。
【０１０５】
ステップｈ１３では、前述のステップｈ９と同様に、平滑回路２６の出力電圧Ｖ２６を電磁弁２２の負荷電圧ＶＬとして検出する。ステップｈ１４では、前述のステップｈ９と同様に、電磁弁２２に与えられる負荷電圧ＶＬが求められる。こうしてステップｈ１４では、負荷電圧ＶＬが、第２の値Ｖ０２となるように、すなわちＶ２６＝Ｖ０２＋Ｖ２９となるように、保持期間Ｗ２においてデューティ制御用スイッチング素子２５がデューティ制御される。
【０１０６】
ステップｈ１５では、制御回路４１は、前述の実施の形態と同様に予め定める過大な電流値を超える電流が流れたことが判断されたとき、デューティ制御用スイッチング素子２５を遮断したままに保つ。
【０１０７】
本発明は、自動車に搭載された内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置の電磁弁に関連して実施されるだけでなく、そのほかの負荷の制御のために、広範囲の技術分野において実施されることができる。負荷は、コイルなどのインダクタンス成分を含んでもよいが、抵抗であってもよく、そのほかの構成を有してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施の一形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。
【図２】図１に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。
【図３】デューティ制御用スイッチング素子２５のデューティ制御動作を説明するための波形図である。
【図４】処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。
【図７】本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。
【図８】図７に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。
【図９】図７に示される処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図７に示される制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。
【図１２】図１１に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。
【図１３】図１１に示される負荷制御装置２１における処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１１に示される制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施のさらに他の形態の負荷制御装置２１の全体の構成を示す電気回路図である。
【図１６】温度センサ８３の温度特性を示すグラフである。
【図１７】制御回路４１の動作を説明するための図である。
【図１８】図１５に示される負荷制御装置２１の動作を説明するための波形図である。
【図１９】図１５に示される処理回路３７の動作を説明するためのフローチャートである。
【図２０】図１５に示される制御回路４１の動作を説明するためのフローチャートである。
【０１０９】
【図２１】先行技術の電気回路図である。
【図２２】図２１に示される先行技術の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【０１１０】
２１  負荷制御装置
２２  電磁弁
２３  直流電源
２５  デューティ制御用スイッチング素子
２６  平滑回路
２９  駆動制御用スイッチング素子
３１  負荷電流検出回路
３７  処理回路
４１  制御回路
４７  基準信号発生回路
４８  分圧回路
４９  分圧用スイッチング素子
５１〜５３  分圧抵抗
５６  比較回路
６６  インダクタンス素子
６７  平滑用コンデンサ
７１  遅延回路
７８  電圧検出回路
８３，８９  温度センサ
【図１】
2005158870.tif 000003
【図２】
2005158870.tif 000004
【図３】
2005158870.tif 000005
【図４】
2005158870.tif 000006
【図５】
2005158870.tif 000007
【図６】
2005158870.tif 000008
【図７】
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【図８】
2005158870.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005158870.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2005158870.tif 000018
【図１７】
2005158870.tif 000019
【図１８】
2005158870.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2005158870.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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