(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドコイルへの通電時にアーマチャをステータに吸引し、それに伴い弁体を所定の動作位置に移動させるようにした電磁弁を駆動するための電磁弁駆動回路において、
電磁弁を駆動するための駆動信号に応答して直流電源電圧をソレノイドコイルに印加し、当該ソレノイドコイルに所定方向の駆動電流を流す第１の電流供給回路と、
ソレノイドコイルが非作動状態になるときにソレノイドコイル内のエネルギを蓄える蓄電回路と、
電磁弁の駆動信号がオフになった後に、ソレノイドコイルに流れる駆動電流がゼロになるタイミングで前記蓄電回路に蓄えられた電荷を放電して、前記第１の電流供給回路による駆動電流とは逆向きにソレノイドコイルに電流を流す第２の電流供給回路と
を備えることを特徴とする電磁弁駆動回路。
【請求項２】
前記第２の電流供給回路は、前記蓄電回路の放電に際し、蓄えられた電荷の一部のみを放電させる請求項１に記載の電磁弁駆動回路。
【請求項３】
前記第１の電流供給回路には、ソレノイドコイルに接続されて電磁弁の駆動信号に応答してオン／オフするトランジスタと、該トランジスタに接続されてソレノイドコイルへの電流遮断時に発生する高電圧を吸収するためのツェナーダイオードとを設け、
前記第１の電流供給回路内のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低い値で、前記蓄電回路の充電電圧が規制される請求項１又は請求項２に記載の電磁弁駆動回路。
【請求項４】
前記第１の電流供給回路は、前記直流電源電圧よりも高い電圧を蓄える高電圧回路と、直流電源電圧を受けてソレノイドコイルに所定の定電流を供給する定電流供給回路とを備え、
電磁弁の駆動開始当初に前記高電圧回路の高電圧を一気に放電すると共に、引き続き前記定電流供給回路の定電流によって当該電磁弁のオン状態を維持する請求項１〜請求項３の何れかに記載の電磁弁駆動回路。
【請求項５】
請求項４に記載の電磁弁駆動回路において、
前記第２の電流供給回路には、ソレノイドコイルに接続されて前記蓄電回路の放電に際してオン／オフするトランジスタと、該トランジスタに接続されて蓄電回路の放電終了時に発生する高電圧を吸収するためのツェナーダイオードとを設け、
前記第２の電流供給回路内のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低い値で、前記高電圧回路の充電電圧が規制される電磁弁駆動装置。
【請求項６】
プランジャの往復動に伴い燃料を高圧化し、その高圧燃料を内燃機関へ供給する際の噴射量を制御するための燃料噴射装置に適用され、メイン噴射とそれに先立つパイロット噴射とを行うべくソレノイドコイルを通電する、或いはプランジャによる燃料加圧当初、その加圧途中で燃料噴射を開始するプレストローク噴射を行うべくソレノイドコイルを通電する請求項１〜請求項５の何れかに記載の電磁弁駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ソレノイドコイルへの通電に伴い電磁弁を開弁又は閉弁させるための電磁弁駆動回路に関し、特にエンジンの燃料噴射装置に用いられる電磁弁駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃料噴射装置において、制御コンピュータからの所定タイミングの駆動信号に応答して高圧燃料を溢流（スピル）せしめる電磁弁が知られている。このような電磁弁は概略として、燃料通路を開放又は閉鎖するための弁体と、弁体駆動用のソレノイドコイルと、弁体に一体化されたアーマチャと、ソレノイドコイルを収容するステータとを有し、ソレノイドコイルへの駆動信号がオンされると、アーマチャがステータに吸引されて弁体が所定の開弁位置又は閉弁位置に移動するようになっている。
【０００３】
また、電磁弁の駆動の一手法として、コンデンサにバッテリ電圧（電源電圧）以上の電圧を予め蓄えておき、電磁弁の駆動初期にはソレノイドコイルに対してコンデンサから高電圧を一気に放電し（突入電流を流し）、その後、バッテリ電圧から生成した定電流（保持電流）を流すものがある。こうした手法によれば、電磁弁のソレノイドコイルにおける磁束が急峻に立ち上げられて高速なる開弁又は閉弁動作が実現できると共に、その後の開弁又は閉弁の状態が所望の期間で維持できる。
【０００４】
因みに、特開平８−１４０９１号公報には、ソレノイドコイルが非作動状態になるときに、ソレノイドコイル内のエネルギを蓄電回路（コンデンサ）に蓄えるようにした電磁弁駆動回路が開示されている。かかる電磁弁駆動回路では、蓄電回路の蓄電電圧をソレノイドコイルに印加する時、当該蓄電電圧が直流電源電圧よりも高い所定電圧まで減少した時に終了すると共に、その後、ソレノイドコイルが非作動状態になりソレノイドコイル内のエネルギを回収する際、直流電源電圧よりも高い電圧を用いてエネルギ回収を行うようにしている。これにより、ソレノイドコイル内の電流の立ち下がりを急峻にするようにしていた。なお、蓄電回路の蓄電電圧が直流電源電圧と同じ向きでソレノイドコイルに印加されるように構成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年のディーゼルエンジンにあっては、各気筒におけるメイン噴射に先立って微少量の燃料を噴射する、いわゆるパイロット噴射を行うことで、燃費の向上や排ガス対策及び騒音対策等を図るようにした燃料噴射制御システムが提案され、実用化されている。
【０００６】
ところが、上記従来公報を含む既存の電磁弁駆動回路でパイロット噴射を行う場合、以下に示す課題がある。すなわち、電磁弁のステータ及びアーマチャに通電終了後に残る残留磁束のため通電遮断時における弁体の開弁動作が遅くなり、・パイロット噴射とメイン噴射との間隔（パイロット間隔）が短くできない。
・メイン噴射の最小噴射量が小さくできない。
といった問題が生ずる。
【０００７】
かかる場合、騒音やエミッションを低減させるべくエンジン運転状態に応じてパイロット間隔を短くする、或いはメイン噴射の最小噴射量を減少させるといった要望もあるが、既存の駆動回路ではその要望に応えることができず、十分にパイロット間隔を短くする、或いはメイン噴射の最小噴射量を減少させることはできない。
【０００８】
一方、カムの使用域を変えることで、エンジン運転状態に応じて燃料の噴射率を変える、いわゆるプレストローク噴射のニーズも高まっているが、これについてもやはり、電磁弁のステータ及びアーマチャの残留磁束に起因して弁体動作の追従性が十分に得られず、エンジン運転状態に合わせて噴射量を要求通りに減少させることはできない。
【０００９】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ソレノイドコイルへの電流遮断時における電磁弁の応答性を向上させることができる電磁弁駆動回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、電磁弁を駆動するための駆動信号に応答して直流電源電圧をソレノイドコイルに印加し、当該ソレノイドコイルに所定方向の駆動電流を流す第１の電流供給回路と、ソレノイドコイルが非作動状態になるときにソレノイドコイル内のエネルギを蓄える蓄電回路と、電磁弁の駆動信号がオフになった後に、ソレノイドコイルに流れる駆動電流がゼロになるタイミングで前記蓄電回路に蓄えられた電荷を放電して、前記第１の電流供給回路による駆動電流とは逆向きにソレノイドコイルに電流を流す第２の電流供給回路とを備える。
【００１１】
上記構成によれば、第１の電流供給回路によるソレノイドコイルへの駆動電流の供給により電磁弁が駆動される。すなわち、アーマチャがステータに吸引され、それに伴い弁体が所定の動作位置に移動する。また、ソレノイドコイルが作動状態から非作動状態に変わるとき、ソレノイドコイル内のエネルギが電荷として蓄電回路に速やかに蓄えられる。第２の電流供給回路は、電磁弁の駆動信号がオフになりソレノイドコイルの通電が一旦遮断された後、蓄電回路に蓄えられた電荷を放電して、第１の電流供給回路による駆動電流とは逆向きにソレノイドコイルに電流を流す。ソレノイドコイルへの通電遮断時にはステータ及びアーマチャの残留磁束が原因で弁体動作の追従性が低下しがちになるが、上記の通り逆電流をソレノイドコイルに流すことで、弁体動作の追従性が良好となる。その結果、ソレノイドコイルへの電流遮断時における電磁弁の応答性を向上させることができる。また、上記放電をソレノイドコイルに流れる駆動電流がゼロになるタイミングで行うようにしているため、蓄電回路を放電する際に、その放電電荷を逆電流として有効に使うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、前記第２の電流供給回路は、前記蓄電回路の放電に際し、蓄えられた電荷の一部のみを放電させるので、蓄電回路には一部の電荷が放電されることなく残り、その電圧は常に比較的高い電圧（例えば、直流電源電圧よりも高い６０〜１００Ｖ程度）で維持される。従って、ソレノイドコイルの非作動状態でソレノイドコイル内のエネルギを蓄電回路に回収する際、比較的高い電圧を用いてエネルギの回収が行われるために、ソレノイドコイルから蓄電回路に電流が流れ込む時間は短く、ソレノイドコイルの電流の立ち下がりが早くなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、第１の電流供給回路において、ソレノイドコイルに接続されたトランジスタは電磁弁の駆動信号に応答してオン／オフする。また、前記トランジスタに接続されたツェナーダイオードは、ソレノイドコイルへの電流遮断時に発生する高電圧を吸収する。蓄電回路の充電電圧は、第１の電流供給回路内のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低い値で規制されるため、蓄電回路の放電に際し、その放電電圧により第１の電流供給回路内においてツェナーダイオードを介してトランジスタが不用意にオンされるといった不都合は生じない。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、前記第１の電流供給回路は、前記直流電源電圧よりも高い電圧を蓄える高電圧回路と、直流電源電圧を受けてソレノイドコイルに所定の定電流を供給する定電流供給回路とを備え、電磁弁の駆動開始当初に前記高電圧回路の高電圧を一気に放電すると共に、引き続き前記定電流供給回路の定電流によって当該電磁弁のオン状態を維持する。
【００１６】
本構成によれば、電磁弁の作動当初において電流の急峻な立ち上がりが得られ、弁体が速やかに所定の動作位置に移動する。また、電磁弁の作動後においてその状態が所望の期間で維持できる。こうした電磁弁駆動方式を併せ持つことで、本発明の電磁弁駆動回路では駆動信号のオン時及びオフ時の何れにも電磁弁の高速駆動が実現できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、第２の電流供給回路において、ソレノイドコイルに接続されたトランジスタは前記蓄電回路の放電に際してオン／オフする。また、前記トランジスタに接続されたツェナーダイオードは、蓄電回路の放電終了時に発生する高電圧を吸収する。高電圧回路の充電電圧は、第２の電流供給回路内のツェナーダイオードのツェナー電圧よりも低い値で規制されるため、高電圧回路の放電に際し、その放電電圧により第２の電流供給回路内においてツェナーダイオードを介してトランジスタが不用意にオンされるといった不都合は生じない。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、プランジャの往復動に伴い燃料を高圧化し、その高圧燃料を内燃機関へ供給する際の噴射量を制御するための燃料噴射装置に適用され、メイン噴射とそれに先立つパイロット噴射とを行うべくソレノイドコイルを通電する、或いはプランジャによる燃料加圧当初、その加圧途中で燃料噴射を開始するプレストローク噴射を行うべくソレノイドコイルを通電する。
【００１９】
例えばパイロット噴射を行う場合、電磁弁のステータ及びアーマチャの残留磁束に起因して通電遮断時における弁体動作が遅くなり、
・パイロット噴射とメイン噴射との間隔（パイロット間隔）が短くできない。
・メイン噴射の最小噴射量が小さくできない。
といった問題が生ずるが、本発明によれば、既述の通りソレノイドコイルへの電流遮断時における電磁弁の応答性が向上することで、上記従来の諸問題が解決される。従って、騒音やエミッションを低減させるべくエンジン運転状態に応じてパイロット間隔を短くする、或いはメイン噴射の最小噴射量を減少させるといった要望に十分に応えることが可能となる。
【００２０】
また、プレストローク噴射を行う場合にもやはり、ソレノイドコイルへの電流遮断時における電磁弁の応答性が向上することで、エンジン運転状態に応じて噴射量を適宜減少させることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る電磁弁駆動回路の第１の実施の形態を図面と共に説明する。本実施の形態では、車両用多気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装置を例にとり、同装置における分配型燃料噴射ポンプの電磁式燃料スピル弁を駆動してエンジンへの燃料噴射量を最適に制御するための電磁弁駆動回路について詳細に説明する。
【００２２】
先ず図３を用いて燃料噴射ポンプ並びにその電磁弁の構成について説明する。燃料噴射ポンプ２０のケーシング２１にはドライブシャフト２２が回転可能に配設され、そのドライブシャフト２２には公知のカップリングを介してカムプレート２３が結合されている。カムプレート２３に形成されたカム面２３ａは、ローラリング２４に支持される複数のローラ２５に当接しており、カムプレート２３はドライブシャフト２２の回転に従いその軸方向で周期的に前後（図の左右方向）に往復動する。これにより、シリンダ２６内のプランジャ２７がカムプレート２３と共に前後に往復動し、その前進時にはプランジャ２７の先端に形成された圧力室２８内の燃料を圧縮して分配ポート２９、分配流路３０を通して噴射弁３１に供給し、その後退時には吸入流路３２、吸入グループ３３を通して低圧室３４内の燃料を圧力室２８に導入する。圧力室２８から図の上方に延びた圧力室流路３５の下流側には常開式の電磁弁（電磁式燃料スピル弁）３６が配設されており、圧力室２８は、圧力室流路３５、電磁弁３６内の流路３７、及び低圧流路３８を通して低圧室３４に連通している。
【００２３】
ドライブシャフト２２にはシグナルロータ４０が配設され、ピックアップコイルからなる回転センサ４１は、シグナルロータ４０の歯の通過を検出して気筒判別信号とエンジン回転数信号とを出力する。
【００２４】
公知の燃料噴射制御を実行するためのマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）５０は、回転センサ４１の気筒判別信号とエンジン回転数信号とを入力すると共に、図示しない各種センサからアクセル開度信号やエンジン冷却水温信号等、燃料噴射制御用の各状態信号を入力する。マイコン５０は、上記各状態信号に基づいて最適な燃料噴射時期及び燃料噴射量を決定し、電磁弁駆動回路１００に駆動信号を与える。この駆動信号により電磁弁３６内のソレノイドコイル４２が作動することで、電磁弁３６内の弁体としてのニードル弁４３の開弁／閉弁動作が制御され、エンジン運転状態に応じた適切な燃料噴射量が噴射弁３１からエンジンの各気筒に与えられる。
【００２５】
電磁弁駆動回路１００による電磁弁３６の駆動に際し、ソレノイドコイル４２への通電が行われると、アーマチャ４５がステータ４４側に吸引され、アーマチャ４５と一体となったプッシュロッド４６がスプリング４７の付勢力に抗してニードル弁４３を下方に移動させる。これにより、ニードル弁４３が閉弁位置に移動し、圧力室２８から低圧室３４への燃料の流れ（スピル）が停止される。そして、プランジャ２７のリフトに伴い、圧力室２８内の高圧燃料が噴射弁３１から噴射される。
【００２６】
また、ソレノイドコイル４２への通電が遮断されると、スプリング４７の付勢力によりニードル弁４３が開弁位置に戻る（図示の状態）。これにより、圧力室２８内の高圧燃料が低圧室３４へスピルされ、噴射弁３１による燃料噴射が停止される。
【００２７】
また本実施の形態では、燃料噴射ポンプ２０からディーゼルエンジンへの燃料噴射に際し、メイン噴射とそれに先立つパイロット噴射とを実施することとしている。つまり、マイコン５０は、電磁弁の駆動信号としてパイロット噴射用の駆動信号とメイン噴射用の駆動信号とを生成し、それら各信号を電磁弁駆動回路１００に順次出力することで双方の噴射を実現する。
【００２８】
次に、電磁弁駆動回路１００の構成を図１及び図２を用いて説明する。なお、図１及び図２では、説明を分かり易くするために、電磁弁３６内のソレノイドコイル４２を含めて電磁弁駆動回路１００が示されている。
【００２９】
電磁弁駆動回路１００は主要な構成として、制御回路ＩＣ１０１と、突入電流供給回路１１０と、保持電流供給回路１３０と、通電回路１４０と、逆電流供給回路１５０と、蓄電回路１８０とを備える。それらを略述すれば、制御回路ＩＣ１０１は、マイコン５０からの駆動信号を入力し、それを基に各回路１１０，１３０，１４０に対して信号を出力する。突入電流供給回路１１０は、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧を蓄え、その高電圧をソレノイドコイル４２に印加して電磁弁３６の駆動初期における突入電流（約１０Ａ）を供給する。保持電流供給回路１３０は、前記突入電流に引き続きそれよりも小さな所定の保持電流（約３Ａ）をソレノイドコイル４２に供給する。通電回路１４０は、マイコン５０からの駆動信号のオン期間中においてソレノイドコイル４２への通電を許容する。逆電流供給回路１５０は、マイコン５０からの駆動信号がオフされる時に所定の短時間だけソレノイドコイル４２に逆向きの電流を流す。さらに、蓄電回路１８０は、ソレノイドコイル４２が非作動状態になるときにソレノイドコイル４２内のエネルギを蓄える。
【００３０】
なお本実施の形態では、制御回路ＩＣ１０１、突入電流供給回路１１０、保持電流供給回路１３０及び通電回路１４０が本発明の「第１の電流供給回路」に相当し、制御回路ＩＣ１０１及び逆電流供給回路１５０が本発明の「第２の電流供給回路」に相当する。また、突入電流供給回路１１０が「高電圧回路」に、保持電流供給回路１３０が「定電流供給回路」に相当する。
【００３１】
詳細には、制御回路ＩＣ１０１において、端子Ａにはマイコン５０からの駆動信号が入力される。制御回路ＩＣ１０１は、その駆動信号と端子Ｄ，Ｈに入力される電圧信号とに基づいて端子Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇからオン信号（５Ｖ）又はオフ信号（０Ｖ）の何れかを出力する。なお、制御回路ＩＣ１０１の端子Ｂには５Ｖが入力され、端子Ｉは接地電位端子に接続されている。
【００３２】
また、突入電流供給回路１１０において、トランス１１１の１次側の一端は直流電源としてのバッテリ電源（ＶＢ）に接続され、同じく他端はＮＰＮ型のトランジスタ１１２のコレクタに接続されている。トランジスタ１１２のエミッタは接地電位端子に接続されている。トランジスタ１１２のベースは、抵抗１１３を介して接地電位端子に接続されると共に、抵抗１１４を介して制御回路ＩＣ１０１の端子Ｃに接続されている。
【００３３】
トランス１１１の２次側の一端は、ダイオード１１５を介してコンデンサ１１６に接続され、同じく他端は接地電位端子に接続されている。コンデンサ１１６の高電位端子は、抵抗１１７，１１８を通して接地電位端子に接続され、これらの抵抗によりコンデンサ１１６の電圧が分圧されて検出される。抵抗１１７，１１８間の接続点は制御回路ＩＣ１０１の端子Ｄに接続されている。ここで、コンデンサ１１６に蓄えられた電荷が抵抗１１７，１１８を介して接地電位端子に流れる量を少なくするため、抵抗１１７，１１８の抵抗値を比較的大きな値とするのが望ましく、本実施の形態では抵抗１１７は３ＭΩ、抵抗１１８は１ＭΩとしている。
【００３４】
コンデンサ１１６の静電容量は１０μＦであり、充電電圧が１５０Ｖになるまで充電される。すなわち、制御回路ＩＣ１０１は、抵抗１１７，１１８間の接続点にてコンデンサ１１６の充電電圧を検出し、その電圧が１５０Ｖより低い時は１５０Ｖになるまでトランジスタ１１２をスイッチングしてコンデンサ１１６を充電する。
【００３５】
また、コンデンサ１１６の高電位端子は、ＰＮＰ型のトランジスタ１１９のエミッタに接続されると共に、抵抗１２０を介してトランジスタ１１９のベースに接続されている。また、トランジスタ１１９のコレクタは、ダイオード１２５を介してソレノイドコイル４２に接続され、同じくベースは、抵抗１２１を介してＮＰＮ型のトランジスタ１２２のコレクタに接続されている。トランジスタ１２２のエミッタは接地電位端子に接続され、同じくベースは抵抗１２３を介して接地電位端子に接続されると共に、抵抗１２４を介して制御回路ＩＣ１０１の端子Ｅに接続されている。
【００３６】
制御回路ＩＣ１０１は、端子Ａに入力されるマイコン５０からの駆動信号がオフからオンになった時から所定時間（本実施の形態では０．７ｍｓ間）だけ、端子Ｅの出力をＯＮ信号（５Ｖ）とし、トランジスタ１１９，１２２をオンにする。このとき、コンデンサ１１６に蓄えられた高電圧電荷により、ピークが約１０Ａとなる突入電流がソレノイドコイル４２に供給される。
【００３７】
また、保持電流供給回路１３０において、ＰＮＰ型のトランジスタ１３１のエミッタはバッテリ電源（ＶＢ）に接続されている。トランジスタ１３１のベースは、抵抗１３２を介してバッテリ電源（ＶＢ）に接続されると共に、抵抗１３３を介して制御回路ＩＣ１０１の端子Ｆに接続されている。トランジスタ１３１のコレクタは、ダイオード１３４を介してソレノイドコイル４２に接続されている。また、ダイオード１３５のアノードは接地電位端子に接続され、同カソードはソレノイドコイル４２に接続されている。
【００３８】
制御回路ＩＣ１０１は、マイコン５０からの駆動信号がオン（５Ｖ）の間、所定の保持電流（約３Ａ）がソレノイドコイル４２に供給されるよう、同コイル４２の駆動電流を監視しつつ端子Ｆの出力信号をオン／オフさせる。
【００３９】
更に、通電回路１４０において、ＮＰＮ型のトランジスタ１４１のコレクタはソレノイドコイル４２に接続され、同エミッタは抵抗１４２を介して接地電位端子に接続されている。トランジスタ１４１のベース−コレクタ間には、図示の如くツェナーダイオード１４３及びダイオード１４４が接続されている。ツェナーダイオード１４３は、ソレノイドコイル４２への電流遮断時に発生する高電圧を吸収するための役割をなす。また、トランジスタ１４１のベースは、抵抗１４５を介して制御回路ＩＣ１０１の端子Ｇに接続されると共に、抵抗１４６を介して接地電位端子に接続されている。
【００４０】
ここで、抵抗１４２の抵抗値は、ソレノイドコイル４２の抵抗値に比べて十分に小さく設定されており、ソレノイドコイル４２を流れる電流量にあまり影響しないようになっている。実際には、ソレノイドコイル４２の抵抗値が１．５Ωであるのに対し、抵抗１４２の抵抗値は０．０５Ωである。図中、ａ点の電圧は抵抗１４２を流れる電流によって決まり、その電圧が制御回路ＩＣ１０１の端子Ｈに入力される。すなわち、制御回路ＩＣ１０１の端子Ｈには、ソレノイドコイル４２、トランジスタ１４１及び抵抗１４２に流れる電流値に相当する電圧が入力される。
【００４１】
以上の構成（図１の制御回路ＩＣ１０１及び回路１１０，１３０，１４０）は、電磁弁３６を駆動するための基本構成に相当し、次にその動作を図４のタイムチャートを用いて説明する。
【００４２】
制御回路ＩＣ１０１の端子Ｇの出力は、マイコン５０からの駆動信号に応答してオン／オフし、端子Ｇの出力がオンの期間ではトランジスタ１４１はオンとなり、同じく端子Ｇの出力がオフの期間ではトランジスタ１４１はオフとなる。また、マイコン５０からの駆動信号がオンになると、制御回路ＩＣ１０１の端子Ｅからの出力が０．７ｍｓ間だけオンとなる。これにより、トランジスタ１２２，１１９がオンとなり、コンデンサ１１６に蓄えられている高電圧電荷によってソレノイドコイル４２に突入電流が供給される。なお、コンデンサ１１６の充電電圧は一時的に低下するが、トランジスタ１１２のオン／オフにより１５０Ｖになるまで再充電される。
【００４３】
制御回路ＩＣ１０１の端子Ｈには抵抗１４２を流れる電流値（図１のａ点の電圧）が入力され、制御回路ＩＣ１０１は、マイコン５０からの駆動信号がオンの間、抵抗１４２を流れる電流値が約３Ａとなるように端子Ｆからの出力をオン／オフさせる。詳細には、電流値が３．１Ａ以上になると出力をオフとし、２．９Ａ以下になると出力をオンとするよう、約０．２Ａのヒステリシスを持たせている。
【００４４】
マイコン５０からの駆動信号がオフになると、制御回路ＩＣ１０１は端子Ｆ，Ｇの出力を何れもオフとし、ソレノイドコイル４２への電流の供給を停止する。端子Ｆ，Ｇの出力をオフする時、図１中のｂ点の電圧は一時的にツェナーダイオード１４３のツェナー電圧Ｖｚ（＝１７０Ｖ）となり、トランジスタ１４１は能動域で作動する。このとき、ソレノイドコイル４２のインダクタンスをＬとすると、電流の傾き、
ｄｉ／ｄｔ＝−Ｖｚ／Ｌ
でもって電流が急速に減少して電流値は０Ａとなる。なお、ソレノイドコイル４２が非作動状態に移行する時（コイル電流が０Ａまで減少する時）、電流は接地電位端子→ダイオード１３５→ソレノイドコイル４２→トランジスタ１４１→抵抗１４２という経路で流れる。但しこれは、後述する逆電流供給回路１５０を持たない場合の動作であり、回路１５０を備えるとその動作は若干変わる。
【００４５】
一方、図２の逆電流供給回路１５０において、単安定マルチバイブレータ１５１は、マイコン５０からの駆動信号の立下がりを検出し、抵抗１５２及びコンデンサ１５３により決定される所定時間だけ出力をオンとする。また、単安定マルチバイブレータ１５４は、単安定マルチバイブレータ１５１の出力信号の立下がりを検出し、抵抗１５５及びコンデンサ１５６により決定される所定時間だけ出力をオンとする。単安定マルチバイブレータ１５４の出力は、ＮＰＮ型のトランジスタ１５７，１６５のベースに各々入力される。
【００４６】
トランジスタ１５７のベースは更に、抵抗１５８を介して接地電位端子に接続され、エミッタは接地電位端子に接続されている。また、トランジスタ１５７のコレクタは、抵抗１５９を介してＰＮＰ型のトランジスタ１６０のベースに接続されている。トランジスタ１６０のベース−エミッタ間には抵抗１６１が接続され、同トランジスタ１６０のコレクタは、ダイオード１６２を介してソレノイドコイル４２に接続されている。ダイオード１６３のアノードは接地電位端子に接続され、同カソードはソレノイドコイル４２に接続されている。
【００４７】
トランジスタ１６５のベースは更に、抵抗１６６を介して接地電位端子に接続され、エミッタは接地電位端子に接続されている。また、トランジスタ１６５のコレクタはソレノイドコイル４２に接続されている。トランジスタ１６５のベース−コレクタ間には、図示の如くダイオード１６７及びツェナーダイオード１６８が接続されている。
【００４８】
また、蓄電回路１８０は、ダイオード１８１とコンデンサ１８２とから構成され、コンデンサ１８２の一端はダイオード１８１を介してソレノイドコイル４２に接続されると共にトランジスタ１６０のエミッタに接続され、コンデンサ１８２の他端は接地電位端子に接続されている。
【００４９】
ここで、コンデンサ１８２には、ソレノイドコイル４２が非作動状態となる時にソレノイドコイル４２内のエネルギが蓄えられる。実際には、コンデンサ１８２の静電容量は１μＦであり、コンデンサ１８２は約１５０Ｖに充電される。そして、単安定マルチバイブレータ１５１，１５４を介して出力される信号がオンとなる期間にてコンデンサ１８２の高電圧電荷が放電される。但し、コンデンサ１８２の放電は、蓄えられた電荷の一部のみを放電させるものであり、コンデンサ１８２の放電期間はその充電電圧が約１５０Ｖから約１００Ｖに低下するまでの比較的短い時間で規制される。従って、充電電圧は１００Ｖ以上で常に維持される。
【００５０】
次に、本実施の形態における特徴的な作用を、逆電流供給回路１５０及び蓄電回路１８０の動作を中心に図５のタイムチャートを参照しつつ説明する。
時刻ｔ１にてパイロット噴射用の駆動信号がオンになると、既述の通りコンデンサ１１６に蓄えられている高電圧電荷によりソレノイドコイル４２に約１０Ａの突入電流が供給され、ニードル弁４３は速やかに閉弁位置に移動する。突入電流が供給された後は、ソレノイドコイル４２には約３Ａの保持電流が流れ、ニードル弁４３の閉弁状態が維持される。また、時刻ｔ１では、電磁弁３６のステータ４４及びアーマチャ４５に発生する磁束が増大する。
【００５１】
その後、時刻ｔ２にてプランジャ２７のリフトが始まり、噴射弁３１から燃料の噴射が開始される。そして、時刻ｔ３にてマイコン５０からの駆動信号がオフになると、噴射弁３１による燃料噴射は一旦停止される。時刻ｔ２〜ｔ３の期間ではパイロット噴射に相当する燃料噴射が行われる。
【００５２】
時刻ｔ３では、ソレノイドコイル４２を流れ続けようとする電流が、接地電位端子から保持電流供給回路１３０内のダイオード１３５、ソレノイドコイル４２及び蓄電回路１８０内のダイオード１８１を通ってコンデンサ１８２に流れ込み、その結果、コンデンサ１８２が約１５０Ｖに充電される。
【００５３】
このとき、コンデンサ１８２に流れ込む電流の傾き「ｄｉ／ｄｔ」は、それ以前にコンデンサ１８２が約１００Ｖに充電されているので、
ｄｉ／ｄｔ＝−Ｖｃ（ｔ）／Ｌ
の関係から大きい値を達成する（Ｌはソレノイドコイル４２のインダクタンス、Ｖｃはコンデンサ１８２の電圧）。つまり、コンデンサ１８２は常に１００Ｖ以上で保持されるため、ソレノイドコイル４２からコンデンサ１８２に電流が流れ込む時間は短く、ソレノイドコイル４２に流れる電流の立ち下がりが長くなることが防止できる。
【００５４】
また、時刻ｔ３では、Ｔ１〔ｍｓ〕の間、単安定マルチバイブレータ１５１の出力がオンとなる。Ｔ１〔ｍｓ〕は、抵抗１５２及びコンデンサ１５３により決定される時間であり、ソレノイドコイル４２を流れる電流が０ｍＡにまで低下する時間とほぼ一致するように設定される。
【００５５】
その後、Ｔ１〔ｍｓ〕が経過すると単安定マルチバイブレータ１５１の出力がオフになり、それに引き続きＴ２〔ｍｓ〕の間、単安定マルチバイブレータ１５４の出力がオンとなる。Ｔ２〔ｍｓ〕は、抵抗１５５及びコンデンサ１５６により決定される時間であり、コンデンサ１８２の電圧が約１５０Ｖから約１００Ｖに低下するまでの時間に設定される。
【００５６】
単安定マルチバイブレータ１５４の出力がオンの間はトランジスタ１５７，１６０，１６５がオンとなり、コンデンサ１８２に蓄えられた高電圧電荷はトランジスタ１６０、ダイオード１６２、ソレノイドコイル４２、トランジスタ１６５を通って接地電位端子に流れ込む。このとき、ソレノイドコイル４２には、バッテリ電源（ＶＢ）をソレノイドコイル４２に印加した時と逆方向の電流（ｔ１〜３の期間とは逆方向の電流）が流れる。換言すれば、ｔ１〜ｔ３期間の電流を正の電流とすると、コンデンサ１８２の放電時には負の電流が流れることとなる。そのため、ステータ４４及びアーマチャ４５内の磁束が速やかに消滅される。従って、逆電流供給回路１５０及び蓄電回路１８０を持たない従来装置に比べ、ニードル弁４３の開弁動作が速くなり、パイロット噴射とそれに続くメイン噴射との間隔（パイロット間隔）を短縮することが可能となる。
【００５７】
本願発明者によれば、例えばエンジン回転数が８００ｒｐｍの時に、従来装置では、パイロット間隔を１．５ｍｓよりも短くするとメイン噴射量のサイクル毎のバラツキが大きくなるのに対し、本実施の形態の装置では、従来装置より０．３ｍｓ短い１．２ｍｓまで短くしても安定した燃料噴射が可能となることが確認されている。
【００５８】
なお、通電回路１４０内のツェナーダイオード１４３のツェナー電圧Ｖｚは、コンデンサ１８２の最高充電電圧１５０Ｖより高いＶｚ＝１７０Ｖとなっており、コンデンサ１８２に蓄えた電荷を放電した時、トランジスタ１４１が不用意にオンされることがないように構成されている。
【００５９】
Ｔ２〔ｍｓ〕が経過して単安定マルチバイブレータ１５４の出力がオフになると、トランジスタ１５７，１６０がオフとなり、ソレノイドコイル４２を流れ続けようとする逆電流は、接地電位端子からダイオード１６３、ソレノイドコイル４２、トランジスタ１６５を通って接地電位端子に流れ込む。このとき、図２のｃ点の電圧がツェナーダイオード１６８のツェナー電圧Ｖｚ’となることで、トランジスタ１６５が能動域で作動し、電流の傾き「ｄｉ／ｄｔ＝−Ｖｚ’／Ｌ」でもって逆電流は急速に減少する。なお、ツェナーダイオード１６８のツェナー電圧Ｖｚ’は、突入電流供給回路１１０内のコンデンサ１１６の最高充電電圧１５０Ｖより高いＶｚ’＝１７０Ｖとなっており、突入電流をソレノイドコイル４２に流す時、トランジスタ１６５が不用意にオンされることがないように構成されている。
【００６０】
その後、時刻ｔ４にてメイン噴射用の駆動信号がオンになると、ソレノイドコイル４２には再び約１０Ａの突入電流が供給され、ニードル弁４３は再び閉弁位置に移動する。突入電流が供給された後は、ソレノイドコイル４２には約３Ａの電流が流れ、ニードル弁４３の閉弁状態が維持される。そして、時刻ｔ５にてマイコン５０からの駆動信号がオフになると、噴射弁３１による燃料噴射が終了する。時刻ｔ４〜ｔ５の期間ではメイン噴射に相当する燃料噴射が行われる。
【００６１】
時刻ｔ５では、パイロット噴射が終了する時刻ｔ３と同様に、ソレノイドコイル４２を流れ続けようとする電流により蓄電回路１８０内のコンデンサ１８２が約１５０Ｖに充電される。また、Ｔ１〔ｍｓ〕の経過後において、コンデンサ１８２の高電圧電荷の放電に伴いソレノイドコイル４２に逆電流が流れ、ステータ４４及びアーマチャ４５内の磁束が速やかに消滅される。従って、ニードル弁４３の開弁動作が速やかに行われ、メイン噴射の最小噴射量を従来装置よりも少なくすることが可能となる。
【００６２】
本願発明者によれば、例えばエンジン回転数が８００ｒｐｍの時に、従来装置では、メイン噴射量を１５ｍｍ^3よりも少なくするとメイン噴射量のサイクル毎のバラツキが大きくなるのに対し、本実施の形態の装置では、従来装置より５ｍｍ^3少ない１０ｍｍ^3まで少なくしても安定した燃料噴射が可能となることが確認されている。
【００６３】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）ソレノイドコイル４２が非作動状態になるときに同コイル４２内のエネルギをコンデンサ１８２に蓄え、電磁弁３６の駆動信号がオフになった後に、コンデンサ１８２の充電電圧をソレノイドコイル４２に印加し、通常の駆動電流とは逆向きにソレノイドコイル４２に電流を流すこととした。ソレノイドコイル４２への通電遮断時にはステータ４４及びアーマチャ４５の残留磁束が原因でニードル弁４３の動作の追従性が低下しがちになるが、上記の通り逆電流をソレノイドコイル４２に流すことで、ソレノイドコイル４２への電流遮断時における電磁弁３６の応答性を向上させることができる。
【００６４】
（ｂ）コンデンサ１８２の放電に際し、蓄えられた電荷の一部のみを放電させるので、コンデンサ１８２には一部の電荷が放電されることなく残り、その電圧は常に約１００Ｖで維持される。従って、ソレノイドコイル４２が非作動状態となり同コイル４２内のエネルギをコンデンサ１８２に回収する際、比較的高い電圧を用いてエネルギの回収が行われるために、ソレノイドコイル４２からコンデンサ１８２に電流が流れ込む時間は短く、ソレノイドコイル４２の電流の立ち下がりが早くなる。
【００６５】
（ｃ）電磁弁３６の駆動信号がオフになった後、ソレノイドコイル４２に流れる駆動電流がほぼゼロになるタイミングでコンデンサ１８２に蓄えた電荷を放電してソレノイドコイル４２に逆電流を流すので、コンデンサ１８２の放電電荷を逆電流として有効に使うことができる。
【００６６】
（ｄ）コンデンサ１８２の充電電圧は、通電回路１４０内のツェナーダイオード１４３のツェナー電圧Ｖｚよりも低い値で規制されるため、コンデンサ１８２の放電に際し、その放電電圧によりツェナーダイオード１４３を介してトランジスタ１４１が不用意にオンされるといった不都合は生じない。
【００６７】
（ｅ）電磁弁３６の駆動開始当初にコンデンサ１１６の高電圧を一気に放電すると共に、引き続き所定の保持電流によって当該電磁弁３６のオン状態を維持するので、電磁弁３６の作動当初において電流の急峻な立ち上がりが得られ、ニードル弁４３が速やかに所定の閉作位置に移動する。また、電磁弁３６の作動後において閉弁状態が所望の期間で維持できる。こうした電磁弁駆動方式を併せ持つことで、電磁弁駆動回路１００は駆動信号のオン時及びオフ時（開弁時及び閉弁時）の何れにも電磁弁３６の高速駆動が実現できる。
【００６８】
（ｆ）コンデンサ１１６の充電電圧は、逆電流供給回路１５０内のツェナーダイオード１６８のツェナー電圧Ｖｚ’よりも低い値で規制されるため、コンデンサ１１６の放電に際し、その放電電圧によりツェナーダイオード１６８を介してトランジスタ１６５が不用意にオンされるといった不都合は生じない。
【００６９】
（ｇ）電磁弁３６のステータ４４及びアーマチャ４５の残留磁束に起因して通電遮断時におけるニードル弁４３の動作が遅くなり、
・パイロット噴射とメイン噴射との間隔（パイロット間隔）が短くできない。
・メイン噴射の最小噴射量が小さくできない。
といった従来の問題が解消され、騒音やエミッションを低減させるべくエンジン運転状態に応じてパイロット間隔を短くする、或いはメイン噴射の最小噴射量を減少させるといった要望に十分に応えることが可能となる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明における第２の実施の形態を説明する。但し、第２の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００７１】
上記第１の実施の形態では、パイロット噴射及びメイン噴射を実施する装置で本発明を具体化したが、本実施の形態ではこれに代えてプレストローク噴射を実施する装置で具体化する。因みに、プレストローク噴射とは、カムの使用域を変えることでプランジャ２７による圧送途中でニードル弁４３の閉弁を行わせる噴射手法である。
【００７２】
図６はプレストローク制御を行った時のタイムチャートである。図６において、所定のプレストローク期間が経過して時刻ｔ１１でマイコン５０からの駆動信号がオンになると、ソレノイドコイル４２には約１０Ａの突入電流と、それに引き続いて約３Ａの保持電流が流れ、噴射弁３１による燃料噴射が開始される。そして、時刻ｔ１２にてマイコン５０からの駆動信号がオフになると、噴射弁３１による燃料噴射が終了する。
【００７３】
特に時刻ｔ１２では、前記図５中の時刻ｔ３，ｔ５と同様に、ソレノイドコイル４２を流れ続けようとする電流により蓄電回路１８０内のコンデンサ１８２が約１５０Ｖに充電される。また、Ｔ１〔ｍｓ〕の経過後において、コンデンサ１８２の高電圧電荷の放電に伴いソレノイドコイル４２に逆電流が流れ、ステータ４４及びアーマチャ４５内の磁束が速やかに消滅される。従って、ソレノイドコイル４２への電流遮断時におけるニードル弁４３の開弁動作が速やかに行われ、プレストローク噴射の最小噴射量を従来装置よりも少なくすることが可能となる。
【００７４】
本願発明者によれば、例えばエンジン回転数が８００ｒｐｍの時に、従来装置では、噴射量を１５ｍｍ^3よりも少なくすると噴射量のサイクル毎のバラツキが大きくなるのに対し、本実施の形態の装置では、従来装置より５ｍｍ^3少ない１０ｍｍ^3まで少なくしても安定した燃料噴射が可能となることが確認されている。
【００７５】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、蓄電回路１８０のコンデンサ１８２の放電に際し、放電時間を単安定マルチバイブレータ１５４でＴ２〔ｍｓ〕に設定したが、この構成を変更する。例えばコンデンサ１８２の電圧を常時モニタし、放電時にコンデンサ電圧が所定値（約１００Ｖ）まで低下すると、その時点で放電を終了するよう構成してもよい。かかる場合にも、コンデンサ１８２に蓄えられた電荷の一部のみが放電され、既述の通り、通電遮断時にはソレノイドコイル４２内のエネルギ回収が速やかに行われることとなる。
【００７６】
図１の突入電流供給回路１１０では、コンデンサ１１６への充電をトランス１１１の昇圧により実施したが、この構成を変更する。例えばトランス１１１をなくし、ソレノイドコイル４２の通電遮断時に発生する高電圧によりコンデンサ１１６を充電するように構成する（特開平８−１４０９１号公報に同じ）。この場合、コンデンサ１１６の放電を電磁弁の駆動開始時における僅かな時間に限定し、充電電圧の一部を残すようにすれば、コンデンサ１１６の充電電圧は常に比較的高い電圧で維持される。その結果、ソレノイドコイル４２内の電流の立ち下がりを急峻にすることが可能となる。また併せて、低コスト化を図ることもできる。
【００７７】
上記実施の形態中のトランジスタは何れも、電磁弁３６の駆動信号に応答してオン／オフするスイッチ手段であればよく、バイポーラトランジスタに代えて例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いてもよい。
【００７８】
上記実施の形態では、パイロット噴射又はプレストローク噴射を行う燃料噴射装置について特徴的な作用及び効果を説明したが、それ以外にも、燃料（ＨＣ分）を触媒の還元剤として用いるためにメイン噴射後に実施されるポスト噴射や、例えばエンジンの低温始動時においてメイン噴射前に実施される多段のスプリット噴射など、他の噴射形態を持つ装置に具体化してもよい。かかる場合にも、間欠噴射を行う際に噴射間隔が短縮できる、或いは噴射量が少なくできる等の優れた効果が得られる。
【００７９】
本発明に係る電磁弁駆動回路の他の適用として、コモンレール式燃料噴射装置に具体化してもよい。このコモンレール式燃料噴射装置においても同様に、例えばパイロット噴射やプレストローク噴射等を行う際において噴射間隔が短縮できる、或いは噴射量が少なくできる等の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁弁駆動回路の構成を示す回路図。
【図２】電磁弁駆動回路の構成を示す回路図。
【図３】燃料噴射ポンプの構成を示す断面図。
【図４】電磁弁駆動回路の動作を示すタイムチャート。
【図５】電磁弁駆動回路の動作を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施の形態において電磁弁駆動回路の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
２０…燃料噴射ポンプ、２７…プランジャ、３６…電磁弁、４２…ソレノイドコイル、４３…弁体としてのニードル弁、４４…ステータ、４５…アーマチャ、５０…マイコン、１００…電磁弁駆動回路、１０１…制御回路ＩＣ、１１０…高電圧回路としての突入電流供給回路、１３０…定電流供給回路としての保持電流供給回路、１４０…通電回路、１４１…トランジスタ、１４３…ツェナーダイオード、１５０…逆電流供給回路、１６５…トランジスタ、１６８…ツェナーダイオード、１８０…蓄電回路、１８２…コンデンサ。
【図１】
0004118432.tif 000002
【図２】
0004118432.tif 000003
【図３】
0004118432.tif 000004
【図４】
0004118432.tif 000005
【図５】
0004118432.tif 000006
【図６】
0004118432.tif 000007