JP2003065128A - 電磁式アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インジェクタ（電磁式アクチュエータ）の動
作間隔の短い連続動作を可能とし、かつインジェクタを
正常／異常とする信号を的確に出力すること。 【解決手段】 インジェクタ１１０を流れる電流値に相
当する抵抗Ｒ1 を流れる電流がピーク電流値（Ｖref に
相当）に到達すると、コンパレータ２１からの出力によ
るスイッチング素子ＳＷ5 の「ＯＮ」に伴うスイッチン
グ素子ＳＷ2 の「ＯＦＦ」によりエネルギ蓄積用コンデ
ンサＣ1 からインジェクタ１１０への放電が停止され
る。このとき、ＩＪｆ信号が反転されることでインジェ
クタ１１０が正常と分かり、かつエネルギ蓄積用コンデ
ンサＣ1 に電荷が残っており次回の充電時間を短くでき
るため、噴射間隔が短く複数回に分けた噴射供給が可能
となる。一方、インジェクタ１１０を流れる電流がピー
ク電流値に到達しないときには、ＩＪｆ信号が反転せず
インジェクタ１１０が異常であると分かる。

Description

【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の放電を利用して電磁式ア
クチュエータとして例えば、インジェクタに対する初期
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。このインジェクタの初期駆動に際しては、エネルギ
蓄積用コンデンサに蓄積された全電荷を放電したのち再
び充電するというコンデンサ充放電制御が一般的であっ
た。 【０００３】前述のインジェクタの駆動状況（正常／異
常）は、インジェクタを駆動制御するインジェクタ駆動
装置（Electric Driver Unit；以下、単に『ＥＤＵ』と
記す）からのＩＪｆ信号（フェイル信号）の状態によっ
て知ることができる。即ち、このＩＪｆ信号は、インジ
ェクタのソレノイドコイルに流れる電流がその立上がり
途中で異常判定のための閾値電流を越えると反転するこ
とで、インジェクタが正常に駆動されていることが分か
るのである。 【０００４】ここで、インジェクタの内部インピーダン
スが元来、大きいものでは、インジェクタのソレノイド
コイルに何らかの異常、例えば、リークが生じて内部イ
ンピーダンスが多少、小さくなったとしても、インジェ
クタのソレノイドコイルを流れる電流が閾値電流を越え
て流れることがない。つまり、このものでは、異常が起
こったときにＩＪｆ信号が反転することがないため、所
定のタイミングにおけるＩＪｆ信号によれば、インジェ
クタの駆動状況（正常／異常）を的確に知ることができ
るのである。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】近年、内燃機関の排気
浄化を向上するため、インジェクタからの燃料噴射量を
複数回に分け噴射間隔を短くして噴射供給することが求
められている。これに対処するため、インジェクタは内
部インピーダンスの小さなものが採用される傾向にあ
る。つまり、この内部インピーダンスの小さなインジェ
クタを用いることで、インジェクタの初期駆動のために
必要なエネルギを少なくでき、大容量のエネルギ蓄積用
コンデンサの採用と相まって噴射間隔の短い連続した噴
射にも対応できるのである。 【０００６】ところが、前述のものでは、インジェクタ
の内部インピーダンスが小さくなることで、インジェク
タを流れる電流に正常時と異常時とで差がなくなり、閾
値電流に基づく正常／異常判定が困難となっている。ま
た、エネルギ蓄積用コンデンサは蓄積された全電荷を一
度に放電しているため、放電後の充電時間がかかり放電
間隔に制約が生じ連続する複数回の放電が難しいという
不具合があった。 【０００７】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、電磁式アクチュエータの動作
間隔の短い連続した動作を可能とし、かつ電磁式アクチ
ュエータを流れる電流値の所定電流値への到達状況に応
じて電磁式アクチュエータが正常／異常とする信号を的
確に出力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。 【０００８】 【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、制御回路による昇圧スイッチ
ング回路の駆動により蓄積されたエネルギ蓄積用コンデ
ンサの放電による電磁式アクチュエータを流れる電流値
が電流検出手段で検出され、この電流値と電磁式アクチ
ュエータを初期駆動するための所定電流値とが比較判定
手段で比較判定される。この比較判定手段で電流値が所
定電流値に到達したと判定されたときには、放電停止手
段によってエネルギ蓄積用コンデンサから電磁式アクチ
ュエータへの放電が停止され、信号出力手段から電磁式
アクチュエータを正常とする信号が出力される。これに
より、次回の充電時間が短くて済み、結果として、電磁
式アクチュエータに対する動作間隔の短い連続した動作
が可能となる。一方、比較判定手段で電流値が所定電流
値に到達しないと判定されたときには、信号出力手段か
ら電磁式アクチュエータを異常とする信号が出力され
る。これにより、電磁式アクチュエータの内部インピー
ダンスに影響されず、的確に正常／異常の判定が可能と
なる。 【０００９】 【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。 【００１０】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
（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。 【００１１】図１において、ＥＤＵ１００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、バッテリＢＡＴからの直流電源であるバッテリ電源
＋Ｂが入力され、また、図示しない周知のＥＣＵ（Elec
tronic 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ＩＪ
ｔ信号が入力されている。そして、ＥＤＵ１００からＥ
ＣＵに対してインジェクタ１１０の駆動状況（正常／異
常）を表わすフェイル信号であるＩＪｆ信号が出力され
る。なお、本実施例では、後述するように、所定のタイ
ミングにおけるＩＪｆ信号が「Ｈｉ（ハイ）」状態とな
っておれば、インジェクタ１１０の駆動状況が正常で適
切な燃料噴射量が内燃機関（図示略）に噴射供給された
とＥＣＵによって判定することができる。 【００１２】ＥＤＵ１００内において、バッテリ電源＋
ＢはコイルＬ1 の一端に接続され、コイルＬ1 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（ＭＯＳ
ＦＥＴ）からなるスイッチング素子ＳＷ1 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ＳＷ1 の
ゲート側は後述の制御回路１０に接続されている。ま
た、コイルＬ1 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Ｃ1 に接続されている。 【００１３】このエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 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。このスイッ
チング素子ＳＷ2 のゲート側は後述の制御回路１０に接
続されている。 【００１４】更に、コイルＬ1 、逆流防止用ダイオード
Ｄ1 及びスイッチング素子ＳＷ2 と並列にトランジスタ
（ＭＯＳＦＥＴ）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。このスイ
ッチング素子ＳＷ3 のゲート側は後述の制御回路１０に
接続されている。なお、ダイオードＤ3 は電流還流用ダ
イオードである。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（ＭＯＳＦＥ
Ｔ）からなるスイッチング素子ＳＷ4 及び抵抗Ｒ1 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 のゲート側は後述の制御回路１０に接続されてい
る。 【００１５】ＥＤＵ１００の制御回路１０は主として、
図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを含む充電回路及び定
電圧回路等からなり、ＥＤＵ１００に入力されるバッテ
リ電源＋Ｂ、ＩＪｔ信号を受け、駆動信号１０を出力す
ることでスイッチング素子ＳＷ1 ，ＳＷ2 ，ＳＷ3 ，Ｓ
Ｗ4 がＯＮ／ＯＦＦ制御される。 【００１６】また、スイッチング素子ＳＷ4 と抵抗Ｒ1
との間が制御回路１０に接続され、かつコンパレータ２
１の非反転（＋）入力端子側に接続されている。一方、
コンパレータ２１の反転（−）入力端子側には制御回路
１０からの所定電圧が抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 で分圧された比較
電圧Ｖref が入力されている。この比較電圧Ｖref はイ
ンジェクタ１１０のソレノイドコイル１１１が正常であ
るときに流れると想定される好適な電流値に相当するよ
う予め設定されている。 【００１７】そして、コンパレータ２１の出力端子側は
抵抗Ｒ4 を介して制御回路１０と抵抗Ｒ2 との間に接続
され、かつトランジスタからなるスイッチング素子ＳＷ
5 のベース側に接続されると共に、フリップフロップ回
路２２のＳ（セット）端子側に接続されている。このス
イッチング素子ＳＷ5 のコレクタ側は、スイッチング素
子ＳＷ2 のゲート側を駆動してスイッチング素子ＳＷ2
をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御回路１０からの信号線に接
続されている。なお、コンパレータ２１の出力端子側と
反転（−）入力端子側との間に並列に接続されている抵
抗Ｒ5 による帰還作用によって、コンパレータ２１はヒ
ステリシス特性を有したものとなっている。 【００１８】更に、フリップフロップ回路２２のＲ（リ
セット）端子側は制御回路１０に接続されている。この
フリップフロップ回路２２のＱ（出力）端子側は駆動回
路２３を介してＩＪｆ端子に接続されている。 【００１９】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。 【００２０】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」状態で、ＥＤＵ１００にバ
ッテリＢＡＴからバッテリ電源＋Ｂが供給状態となる。
すると、ＥＤＵ１００内の制御回路１０によって、ＤＣ
−ＤＣコンバータ（図示略）からの出力電圧によるスイ
ッチング素子ＳＷ1 のＯＮ／ＯＦＦ制御が繰返され、コ
イルＬ1 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Ｃ1 が充電開始され
る（図２の時刻ｔ1 ）。そして、制御回路１０によるス
イッチング素子ＳＷ1 のＯＮ／ＯＦＦ制御によって、エ
ネルギ蓄積用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1〔Ｖ〕が所
望の高電圧である所定電圧となるまで昇圧される（図２
の時刻ｔ2 ）。 【００２１】次に、ＥＣＵ側からのＩＪｔ信号が「Ｌｏ
（ロー）」から「Ｈｉ」と立上がると、制御回路１０に
よってスイッチング素子ＳＷ2 ，ＳＷ3 ，ＳＷ4 が「Ｏ
Ｎ」とされる（図２の時刻ｔ2 ）。すると、まず、エネ
ルギ蓄積用コンデンサＣ1 からの充電エネルギに基づく
電流が、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、更に、スイッチング
素子ＳＷ4 を介して抵抗Ｒ1 を通って流れることとな
る。この抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1は、図２に示すよう
に時刻ｔ2 から徐々に増大される。 【００２２】そして、抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1に基づ
くコンパレータ２１の非反転（＋）入力端子側の電圧
が、コンパレータ２１の反転（−）入力端子側に入力さ
れている比較電圧Ｖref に等しくなると、コンパレータ
２１の出力端子側からの出力電圧によってスイッチング
素子ＳＷ5 が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」とされる（図２の
時刻ｔ3 ）。このとき、インジェクタ１１０はソレノイ
ドコイル１１１を流れる大電流によって開弁駆動され、
周知の燃料噴射が開始される。この際、抵抗Ｒ1を流れ
る電流ＩR1がインジェクタ１１０を初期駆動するための
所定電流値としてのピーク電流値Ｉp となる。 【００２３】すると、スイッチング素子ＳＷ2 が「ＯＦ
Ｆ」とされエネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からの放電が
停止され、同時に、制御回路１０によってスイッチング
素子ＳＷ3 が一旦「ＯＦＦ」とされる（図２の時刻ｔ3
）。これにより、抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1が少なく
なり所定電流まで下降すると（図２の時刻ｔ4 ）、制御
回路１０によってスイッチング素子ＳＷ3 によるＯＮ／
ＯＦＦ制御が開始されインジェクタ１１０のソレノイド
コイル１１１にバッテリ電源＋Ｂに基づく所定電流が流
され、インジェクタ１１０の開弁状態が保持される。こ
のとき、スイッチング素子ＳＷ5 は「ＯＮ」から「ＯＦ
Ｆ」に戻される。 【００２４】同時に、制御回路１０によってスイッチン
グ素子ＳＷ1 によるＯＮ／ＯＦＦ制御が再開され、エネ
ルギ蓄積用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1が所定電圧と
なるまで再び充電開始される（図２の時刻ｔ4 ）。そし
て、インジェクタ１１０からの今回の燃料噴射量に見合
う燃料噴射時間が終了すると（図２の時刻ｔ5 ）、ＥＣ
Ｕ側からのＩＪｔ信号が「Ｈｉ」から「Ｌｏ」と立下が
る。すると、制御回路１０によってスイッチング素子Ｓ
Ｗ3 が「ＯＦＦ」及びスイッチング素子ＳＷ4が「ＯＦ
Ｆ」とされ（図２の時刻ｔ5 ）、インジェクタ１１０の
ソレノイドコイル１１１に流れる所定電流（抵抗Ｒ1 を
流れる電流に相当）が停止される。なお、エネルギ蓄積
用コンデンサＣ1 の両端電圧ＶC1は、遅くとも時刻ｔ5
までに、一旦、低下した電圧から所定電圧まで昇圧され
る。 【００２５】ここで、インジェクタ１１０のソレノイド
コイル１１１に流れる電流ＩR1が、上述のように、予め
設定された電流であるピーク電流Ｉp に到達したときに
は、インジェクタ１１０から適切な燃料噴射量が内燃機
関（図示略）に噴射供給されたとして、コンパレータ２
１の出力端子側からの出力電圧がフリップフロップ回路
２２のＳ端子に入力される。このため、フリップフロッ
プ回路２２のＱ端子側から電流増幅用の駆動回路２３を
介してＩＪｆ端子にＩＪｆ信号の「Ｈｉ」が出力される
（図２の時刻ｔ3 〜時刻ｔ5 ）。 【００２６】なお、フリップフロップ回路２２のＱ端子
側からの出力状態は、ＩＪｔ信号の「Ｈｉ」から「Ｌ
ｏ」への立下がりと同時にスイッチング素子ＳＷ3 が
「ＯＦＦ」とされ、インジェクタ１１０のソレノイドコ
イル１１１に流れる電流ＩR1が「０（零）」となった時
点（図２の時刻ｔ5 ）で、制御回路１０からフリップフ
ロップ回路２２のＲ端子側へ出力される信号によってリ
セットされ「Ｌｏ」に反転される。したがって、ＥＣＵ
はＥＤＵ１００に対するＩＪｔ信号を「Ｌｏ」から「Ｈ
ｉ」とした所定時間後、ＥＤＵ１００からのＩＪｆ信号
が「Ｈｉ」状態となっておれば、インジェクタ１１０か
ら適切な燃料噴射量が噴射供給されたと判定することが
できる。 【００２７】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＋Ｂと、バッ
テリ電源＋Ｂに一端が接続されたコイルＬ1 と、コイル
Ｌ1 の他端に接続されたスイッチング素子ＳＷ1 、制御
回路１０等にて構成される昇圧スイッチング回路と、こ
の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Ｃ1 と、エネルギ蓄積用コンデン
サＣ1 の放電によるインジェクタ１１０を流れる電流値
を抵抗Ｒ1 を流れる電流ＩR1として検出する電流検出手
段と、この電流検出手段で検出される電流ＩR1とインジ
ェクタ１１０を初期駆動するための所定電流値として所
定電圧が抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 で分圧された比較電圧Ｖref に
相当するピーク電流値Ｉp とを比較判定する制御回路１
０、コンパレータ２１、抵抗Ｒ5 等からなる比較判定手
段と、比較判定手段で電流ＩR1がピーク電流値Ｉp に到
達したと判定されたときには、エネルギ蓄積用コンデン
サＣ1 からインジェクタ１１０への放電を停止するスイ
ッチング素子ＳＷ2，ＳＷ5 からなる放電停止手段と、
この放電停止手段でインジェクタ１１０への放電が停止
されたときには、インジェクタ１１０を正常とするＩＪ
ｆ信号を出力すると共に、比較判定手段で電流ＩR1がピ
ーク電流値Ｉp に到達しないと判定されたときには、イ
ンジェクタ１１０を異常とするＩＪｆ信号を出力する制
御回路１０、フリップフロップ回路２２、駆動回路２３
等からなる信号出力手段とを具備するものである。 【００２８】つまり、制御回路１０による昇圧スイッチ
ング回路の駆動により蓄積されたエネルギ蓄積用コンデ
ンサＣ1 からのエネルギが、スイッチング素子ＳＷ2 の
「ＯＮ」でインジェクタ１１０に供給される。そして、
インジェクタ１１０を流れる電流値に相当する抵抗Ｒ1
を流れる電流ＩR1がピーク電流値Ｉp （Ｖref に相当）
に到達すると、コンパレータ２１からの出力によるスイ
ッチング素子ＳＷ5 の「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に伴うス
イッチング素子ＳＷ2 の「ＯＮ」から「ＯＦＦ」によっ
て、エネルギ蓄積用コンデンサＣ1 からインジェクタ１
１０への放電が停止される。このときには、コンパレー
タ２１からの出力によってフリップフロップ回路２２、
駆動回路２３を介してＩＪｆ信号が反転されることでイ
ンジェクタ１１０が正常であるとされ、かつエネルギ蓄
積用コンデンサＣ1 に電荷が残っているため、次回の充
電時間が短くて済み、結果として、インジェクタ１１０
からの燃料噴射量を噴射間隔を短くし複数回に分け噴射
供給することが可能となる。一方、インジェクタ１１０
を流れる電流ＩR1がピーク電流値Ｉp に到達しないとき
にはコンパレータ２１からの出力がなくＩＪｆ信号が反
転されないためインジェクタ１１０が異常であると分か
る。これにより、インジェクタ１１０の内部インピーダ
ンスに影響されず、的確に正常／異常の判定が可能とな
る。 【００２９】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放電制御
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放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
放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Ｒ1 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。 【符号の説明】 １０ 制御回路 ２１ コンパレータ ２２ フリップフロップ回路 １００ ＥＤＵ（インジェクタ駆動装置） Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3 抵抗 ＳＷ1 〜ＳＷ5 スイッチング素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AD07 BA31 BA51 CD26 CE22 CE29 DA09 3G301 HA06 JA08 JB02 LB02 LC01 MA11 MA23 NB20 PG02Z 3H106 EE01 FA02 FB04 KK18 5H730 AS04 BB13 DD10 FD31 FG01

Claims (1)

1. 【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た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放電による前記電磁式
   アクチュエータを流れる電流値を検出する電流検出手段
   と、 前記電流検出手段で検出される前記電流値と前記電磁式
   アクチュエータを初期駆動するための所定電流値とを比
   較判定する比較判定手段と、 前記比較判定手段で前記電流値が前記所定電流値に到達
   したと判定されたときには、前記エネルギ蓄積用コンデ
   ンサから前記電磁式アクチュエータへの放電を停止する
   放電停止手段と、 前記放電停止手段で前記電磁式アクチュエータへの放電
   が停止されたときには、前記電磁式アクチュエータを正
   常とする信号を出力すると共に、前記比較判定手段で前
   記電流値が前記所定電流値に到達しないと判定されたと
   きには、前記電磁式アクチュエータを異常とする信号を
   出力する信号出力手段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。