JP3478054B2 - アクチュエータ駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えばインジェク
タソレノイド等のアクチュエータを駆動するアクチュエ
ータ駆動回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、 燃焼効率の向上を図るため、 ガソ
リンエンジンのシリンダにインジェクタ（燃料噴射弁）
を配設し、 シリンダ内に燃料を直接噴射することが試み
られている。 このシリンダ内への燃料の直接噴射によれ
ば、 インジェクタから供給されるガソリン燃料は全てシ
リンダ内に供給されるので、より理論値に近い燃焼を実
現することが可能となり、 燃費の向上、排気ガス中のＮ
Ｏx 、ＨＣ等の低減を実現することができる。

【０００３】しかし直接噴射の場合、 ガソリン燃料が噴
射される空間はシリンダブロック、ピストン及びシリン
ダヘッドによって構成される空間であり、 圧縮行程中で
の噴射を考えるとインテークマニホルド内に噴射される
場合と比較して、非常に高い圧力下で噴射を行わなけれ
ばならない。また、燃料噴射後において燃料が充分拡散
される空間的、 時間的余裕がない。従って、このような
条件下において、 従来と同等の燃焼条件を得るために
は、 インジェクタに供給されるガソリン燃料の燃圧を高
くして、シリンダ内に噴射された瞬間から燃料を充分に
拡散させる必要がある。そのためには、 高い燃圧に抗し
てインジェクタを高速駆動させるとともに、燃料噴射時
間を正確にコントロールする必要があり、 その駆動回路
としても、アクチュエータ（インジェクタソレノイド）
に短時間に高電圧を印加して、 インジェクタのニードル
バルブを高速で開閉動作させる必要がある。

【０００４】ここで、上述したような直接噴射インジェ
クタ用のアクチュエータ駆動回路としては、例えば図１
０に示すようなものが考えられている。以下、その構成
について説明する。

【０００５】バッテリＢの両端子には昇圧回路５１が接
続され、昇圧回路５１の出力端子にはスイッチＳＷ３を
介してコンデンサＣ５１が接続されている。コンデンサ
Ｃ５１の両端子間には、スイッチＳＷ１、インジェクタ
ソレノイドＬ、抵抗Ｒが直列に接続されている。

【０００６】一方、バッテリＢのプラス端子には降圧回
路５２、定電流回路５３、スイッチＳＷ２とツェナーダ
イオードＺＤとの並列回路、 及び逆流防止ダイオードＤ
が直列に接続され、該ダイオードＤのカソード端子が上
記インジェクタソレノイドＬとスイッチＳＷ１との接続
点に接続されている。前記逆流防止ダイオードＤは、コ
ンデンサＣ５１の充電電流が同コンデンサＣ５１からス
イッチＳＷ２側へ流れるのを防止するものである。な
お、前記各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は図示しない制御装
置によってオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御されるトラ
ンジスタ、トライアック等のスイッチング素子によって
構成されている。また、ツェナーダイオードＺＤはスイ
ッチＳＷ２を構成するそれらスイッチング素子を過電圧
から保護するために設けられている。

【０００７】次に、図１１を併せ参照して、上記のよう
に構成されたアクチュエータ駆動回路の動作を説明す
る。いま、コンデンサＣ５１の電圧Ｖｃ51が、図１１
（ｅ）に示す態様で、昇圧回路５１により予め充電され
て高電圧状態にあるとすると、まず、インジェクタソレ
ノイドＬの駆動時期並びに駆動時間情報が含まれるアク
チュエータ駆動信号がＯＮとなる時刻ｔ１にスイッチＳ
Ｗ１をＯＮとして、この充電による高電圧をインジェク
タソレノイドＬに印加する。このときＬＣＲ共振により
インジェクタソレノイド電流Ｉ_SOL はピーク値に達する
とともにインジェクタのニードルバルブが全開する。そ
して、このスイッチＳＷ１をそのままＯＮし続けること
により、コンデンサ電圧Ｖｃ51はゼロクロスして、イン
ジェクタソレノイド電圧Ｖ_SOL も負電圧になる。

【０００８】次に、時刻ｔ２に、 図１１（ｂ）及び
（ｃ）に示す態様でスイッチＳＷ１をＯＦＦするととも
にスイッチＳＷ２をＯＮし、上記ピーク値に比べ小さな
インジェクタソレノイド電流Ｉ_SOL （保持電流）を降圧
回路５２及び定電流回路５３を通じてインジェクタソレ
ノイドＬに供給する。 この保持電流は、上記ニードルバ
ルブを所定時間開状態に維持するための定電流である。
そしてその値は、同ニードルバルブを開くための必要最
小限の電流値とし、インジェクタソレノイドＬの発熱を
防止している。

【０００９】続いて、上記アクチュエータ駆動信号のＯ
ＦＦタイミングとなる時刻ｔ３で、スイッチＳＷ２をＯ
ＦＦし、上記保持電流の供給を停止する。これによりニ
ードルバルブは閉弁され、当該インジェクタによる燃料
の噴射も停止される。

【００１０】その後、適当なタイミングである時刻ｔ４
にスイッチＳＷ３をＯＮし、昇圧回路５１による昇圧の
もとに、図１１（ｅ）に示す態様でコンデンサＣ５１を
再充電する。充電完了後は時刻ｔ５にスイッチＳＷ３を
ＯＦＦとして、次にスイッチＳＷ１がＯＮとされるタイ
ミング（ｔ１）まで待機する。

【００１１】図１０に示したアクチュエータ駆動回路を
通じてこうした動作が繰り返し実行されることにより、
インジェクタソレノイドＬには、図１１（ｇ）に示され
る態様でその駆動電流が供給されるようになる。すなわ
ち上述のように、こうした回路では、高い燃圧に抗して
ニードルバルブを高速駆動させるとともに、燃料噴射時
間を正確にコントロールする必要があるため、図１１の
時刻ｔ１，ｔ２間においてインジェクタソレノイド電流
Ｉ_SOL のピーク部分（１０〜２０Ａ）が必要となる。 と
ころが、インジェクタソレノイドＬにこのピーク電流を
流してニードルバルブを高速駆動するためには、車載バ
ッテリＢの電圧１２Ｖでは不足である。そのため、昇圧
回路５１で約１８０Ｖ〜２５０Ｖの電圧を発生させ、そ
れをコンデンサＣ５１に充電し、所定タイミングで一気
にインジェクタソレノイドＬに印加して上記所望のピー
ク電流値を得ている。また、一旦ニードルバルブを開弁
した後は、インジェクタソレノイド電流Ｉ_SOL 値を上記
保持電流に切替えて同ニードルバルブの開状態を所定時
間維持している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記駆動回
路にあっては、エンジンの回転数によらない常に安定し
た燃料噴射を実現すべく、昇圧回路５１及びコンデンサ
Ｃ５１を複数ある気筒の各気筒に対応して共通に設ける
構成とした場合、それら昇圧回路５１及びコンデンサＣ
５１の電力容量も自ずと大きくする必要がある。そのた
め、昇圧回路５１及びコンデンサＣ５１としてそれぞれ
大型のものを使用する必要が生じ、同回路を小型化する
ことが困難となっている。

【００１３】また、上記駆動回路にあっては、上記降圧
回路５２が各気筒に対応して配される構成となるため、
それら気筒毎に専用の降圧回路５２，定電流回路５３，
スイッチＳＷ２及び逆流防止ダイオードＤ等を設ける必
要がある。そのため、回路構成が複雑であるとともに部
品点数も自ずと多いものとならざるを得なかった。

【００１４】なお、上述したインジェクタ用アクチュエ
ータ駆動回路に限らず、複数のアクチュエータに対し、
図１１（ｇ）に例示した態様で駆動電流を供給する回路
にあっては、こうした実情も概ね共通したものとなって
いる。

【００１５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、複数のアクチュエータ
に上記態様の電流を供給する場合であれ、小型化、簡素
化の可能なアクチュエータ駆動回路を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、複数のアクチュエータを
構成する複数のソレノイドをその各駆動当初のみ大電流
駆動するとともに、その後の所定時間はより小さな電流
にて定電流駆動すべく、前記大電流駆動信号を生成する
昇圧回路と前記定電流駆動信号を生成する降圧回路とを
共通接続するとともに、それら共通接続点と前記各ソレ
ノイドとを並列接続し、それら各ソレノイドに対する通
電の有無を選択するスイッチング回路を同各ソレノイド
に対して各々直列に設けたアクチュエータ駆動回路にお
いて、前記昇圧回路と前記降圧回路とは、各々昇圧用、
降圧用のインダクタンス素子を有して構成されるととも
に、昇圧回路から降圧回路への逆流電流を阻止するダイ
オードを介して互いに並列接続され、その並列接続点に
同昇圧回路と降圧回路とで共通の平滑コンデンサを備え
てなることをその要旨とする。

【００１７】

【００１８】上記請求項１記載の構成によれば、昇圧回
路及び降圧回路を共通接続するとともに、複数のアクチ
ュエータに対して共有化している。そのため、アクチュ
エータの駆動回路において、昇圧回路及び降圧回路を小
型化、簡素化でき、ひいてはシステムを小型化して低コ
ストにできる。また、昇圧回路及び降圧回路が小型化、
簡素化できることにより、スペース的に自由度が増え、
同駆動回路の設計レイアウトも容易となる。

【００１９】請求項２記載の発明は、複数のアクチュエ
ータを構成する複数のソレノイドをその各駆動当初のみ
大電流駆動するとともに、その後の所定時間はより小さ
な電流にて定電流駆動すべく、前記大電流駆動信号を生
成する昇圧回路と前記定電流駆動信号を生成する降圧回
路とを共通接続するとともに、それら共通接続点と前記
各ソレノイドとを並列接続し、それら各ソレノイドに対
する通電の有無を選択するスイッチング回路を同各ソレ
ノイドに対して各々直列に設けたアクチュエータ駆動回
路において、前記降圧回路は降圧用スイッチング素子と
降圧用インダクタンス素子との直列回路を有して構成さ
れ、前記昇圧回路は前記降圧用インダクタンス素子に設
けられたインダクタンス可変端子と接地との間に設けら
れた昇圧用スイッチング素子を有して構成され、前記降
圧用インダクタンス素子の出力端は、逆流電流を阻止す
るダイオードを介してそれら昇圧回路と降圧回路とで共
通の平滑コンデンサに接続されてなることをその要旨と
する。

【００２０】同構成によれば、降圧用のインダクタンス
素子により昇圧用のインダクタンス素子を構成すること
ができ、アクチュエータ駆動回路をさらに小型化、簡素
化できるとともに低コストにできる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

［第１の実施の形態］以下、本発明をエンジンのインジ
ェクタソレノイドを駆動する回路に具体化した第１の実
施の形態を図１〜図５にしたがって説明する。

【００２２】図１は、第１の実施の形態である４気筒エ
ンジンのインジェクタソレノイドを駆動するアクチュエ
ータ駆動回路１０を示している。図１において、バッテ
リＢａは駆動回路１０の電源であり、その出力電圧は１
２Ｖである。この出力電圧が印加される昇圧コンバータ
回路（以下、昇圧コンバータ）１１は、インダクタンス
素子であるコイルＬ１、昇圧スイッチングトランジスタ
（以下、昇圧トランジスタ）Ｑ１、フリーホイールダイ
オード（逆流防止も兼ねる）Ｄ１、コンデンサＣ１等で
構成されている。なお、昇圧トランジスタＱ１は、ベー
ス端子ｂ１に入力される図２に示すコントロール信号発
生部１６からの制御信号によりデューティ制御される。

【００２３】一方、同じく上記バッテリＢａから出力電
圧が印加される降圧コンバータ回路（以下、降圧コンバ
ータ）１２は、降圧スイッチングトランジスタ（以下、
降圧トランジスタ）Ｑ２、フリーホイールダイオードＤ
５、逆流防止ダイオードＤ２、インダクタンス素子であ
るコイルＬ２、コンデンサＣ１等で構成されている。な
お、降圧トランジスタＱ２も、前記昇圧トランジスタＱ
１と同様に、そのベース端子ｂ２に入力される図２に示
すコントロール信号発生部１６からの制御信号によりデ
ューティ制御される。

【００２４】前記昇圧コンバータ１１と降圧コンバータ
１２とは、フリーホイールダイオードＤ１の出力端とコ
イルＬ２の出力端とにおいて共通接続され、負荷（イン
ジェクタソレノイド）に対して共通化されている。

【００２５】また、気筒切替回路１３Ａ〜１３Ｄは、そ
れぞれ噴射制御スイッチングトランジスタ（以下、噴射
制御トランジスタ）Ｑ３Ａ〜Ｑ３Ｄ及び消弧回路（ダイ
オードＤ３Ａ〜Ｄ３Ｄ及びツェナーダイオードＤ４Ａ〜
Ｄ４Ｄのそれぞれの直列接続よりなる）を備えている。
この噴射制御トランジスタＱ３Ａ〜Ｑ３Ｄのコレクタに
は各インジェクタソレノイドＩＮＪ_A 〜ＩＮＪ_D が直列
に接続されている。

【００２６】なお、前記インジェクタソレノイドＩＮＪ
_A 〜ＩＮＪ_D は、図示しないインジェクタ（燃料噴射弁
装置）に内蔵されるアクチュエータコイルである。前記
インジェクタは周知のように、インジェクタソレノイド
ＩＮＪ_A 〜ＩＮＪ_D 内を摺動するプランジャと、 プラン
ジャに固定されたニードルバルブと、 ニードルバルブを
閉弁方向に付勢するスプリングを備えている。 そして、
インジェクタソレノイドＩＮＪ_A 〜ＩＮＪ_D に所定の電
圧が印加され同ソレノイドＩＮＪ_A 〜ＩＮＪ_Dに所定の
電流が流れると、同ソレノイドＩＮＪ_A 〜ＩＮＪ_D の電
磁作用によりプランジャがニードルバルブに付与されて
いる前記スプリングの弾性力及び燃圧に抗して開弁方向
に移動し、 ニードルバルブ先端にて閉塞されていた噴射
孔が開放され燃料が気筒内に噴射される。

【００２７】図２に示す制御回路１４は、電子制御ユニ
ット（以下「ＥＣＵ」という）１５、コントロール信号
発生部１６を備えている。 ＥＣＵ１５は図示しない中央
処理装置（ＣＰＵ）を備えている。またＥＣＵ１５に
は、エンジンの作動状態を検出するために、各種センサ
（図示しない）が接続されている。すなわちＥＣＵ１５
には例えば、エアーフローメータ、吸気温センサ、スロ
ットルセンサ、水温センサ、酸素センサ、エンジン回転
数センサ等からの検出信号が入力される。ここでエアー
フローメータはエンジンが吸入する吸入空気量を計測す
るものであり、吸気温センサは吸気通路を流通する吸入
空気の温度変化を検出する。吸気温は、インジェクタの
先端部の周囲の雰囲気温度に相当する。スロットルセン
サは吸気通路に設けられたスロットル弁の開度（スロッ
トル開度）を検出する。水温センサはエンジンのウォー
タアウトレット部に取付けられ、エンジンの冷却水の温
度（冷却水温）を検出する。酸素センサは排気マニホル
ド内の排気ガス中の酸素濃度を検出する。

【００２８】また前記ＥＣＵ１５には、コントロール信
号発生部１６が信号線１７を介して接続されている。前
記ＣＰＵは図示しないＲＯＭに格納した制御プログラム
に従い前記各センサからの検出信号に基づいてエンジン
の運転状態を判断し、その運転状態に対応した制御信号
をこのコントロール信号発生部１６に対して信号線１７
を介して入力する。コントロール信号発生部１６は、前
記昇圧トランジスタＱ１、降圧トランジスタＱ２及び各
噴射制御トランジスタＱ３Ａ〜Ｑ３Ｄの各ベース端子ｂ
１、ｂ２及びｂ３Ａ〜ｂ３Ｄに対して各信号線を介して
接続されている。そしてこのコントロール信号発生部１
６は、ＥＣＵ１５から入力される制御信号に基づいて、
所定タイミンング毎に昇圧トランジスタＱ１、降圧トラ
ンジスタＱ２及び各噴射制御トランジスタＱ３Ａ〜Ｑ３
Ｄを個別にオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）制御する。

【００２９】次に、上記構成による駆動回路１０の動作
を制御回路１４の動作とともに図３〜図５に従って説明
する。駆動回路１０の動作に先立って、昇圧コンバータ
１１及び降圧コンバータ１２の動作を図３及び図４に基
づいて説明する。

【００３０】先ず昇圧コンバータ１１の動作を図３に基
づいて説明する。同図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すよ
うに、昇圧トランジスタＱ１のＯＮ期間において、コイ
ルＬ１に流れる電流ＩL1( 以下、コイル電流ＩL1）は時
間経過とともにほぼ直線状に増加する。そして、昇圧ト
ランジスタＱ１のターンＯＦＦに同期してコイルＬ１に
蓄積された電磁エネルギーは、フリーホイールダイオー
ドＤ１を経由しコンデンサＣ１を充電しながら放出され
る。そのため、コンデンサＣ１の電圧ＶC1（以下、コン
デンサ電圧ＶC1）は図３（ｃ）に示すように、昇圧トラ
ンジスタＱ１のターンＯＦＦのたびに階段状に増加し、
所定電圧に達する。このとき、前記コントロール信号発
生部１６からの制御信号により昇圧トランジスタＱ１の
デューティ制御が休止され、同昇圧トランジスタＱ１は
所定期間ＯＦＦ状態とされる。

【００３１】なお、コンデンサＣ１の充電期間τｃは、
トランジスタＱ１のターンＯＦＦからコイル電流ＩL1が
ゼロになるまでの期間であり、無負荷の場合は以下に示
すコイルＬ１とコンデンサＣ１の共振周期Ｔ、すなわち Ｔ＝２π√（Ｌ１・Ｃ１） の１／４の期間となる。

【００３２】また、一充電当たりのコンデンサ電圧ＶC1
の電圧上昇ΔＶは ΔＶ＝ＩL1ｐ√（Ｌ１／Ｃ１） である。

【００３３】ここで、Ｌ１はコイルＬ１のインダクタン
ス、Ｃ１はコンデンサＣ１のキャパシタンス、ＩL1ｐは
コイル電流ＩL1のピーク値とする。また、昇圧コンバー
タ１１によるこうした昇圧動作が行われている期間、噴
射制御トランジスタＱ３（ここでは例えば同トランジス
タＱ３Ａ）は、図３（ｄ）に示すようにＯＦＦ状態に保
たれる。

【００３４】次に、降圧コンバータ１２の動作を図４に
基づいて説明する。この降圧コンバータ１２が降圧動作
を行う期間は、噴射制御トランジスタＱ３Ａ〜Ｑ３Ｄの
いずれかがＯＮ状態に制御されている。ここでは図４
（ｄ）に示すように、同トランジスタＱ３ＡがＯＮ状態
にあるものとして説明する。

【００３５】同図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、同
じくデューティ制御されている降圧トランジスタＱ２の
ＯＮ期間において、コイルＬ２には、バッテリＢａ、降
圧トランジスタＱ２、逆流防止ダイオードＤ２、コイル
Ｌ２、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A 、これに直列接
続されている噴射制御トランジスタＱ３Ａの閉ループに
対応した電流ＩL2( 以下、コイル電流ＩL2）が流れ、時
間経過とともに対数的に増加する。一方、降圧トランジ
スタＱ２のＯＦＦ期間においては、コイルＬ２に蓄積さ
れた電磁エネルギーは、コンデンサＣ１を充電しながら
放出される。ただし、コンデンサ電圧ＶC1は図４（ａ）
に示すように、、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A との
直列共振状態後半における同インジェクタソレノイドＩ
ＮＪ_A に蓄積された電磁エネルギーが放出されるまでの
期間、ダイオードＤ６によりダンパ（クランプ）されつ
つ負電圧を維持する。降圧トランジスタＱ２は、前記コ
ントロール信号発生部１６からの制御信号によりコンデ
ンサ電圧ＶC1が所定値を維持あるいはコイル電流ＩL2の
ピーク値が所定値となるようデューティ制御される。

【００３６】次に、図５に基づいて駆動回路１０の動作
を説明する。なお、各気筒において動作は同じであるた
め、ここでは便宜上、Ａ気筒に関する動作についてのみ
説明する。

【００３７】ＥＣＵ１５は、各種センサからの入力信号
に基づき、図５（ａ）に示される態様でインジェクタソ
レノイドＩＮＪ_A の駆動開始タイミングｔ１及び同駆動
ＯＦＦタイミングｔ６（すなわちアクチュエータ駆動信
号のＯＮ時期並びにＯＮ時間）を燃料噴射制御プログラ
ムに従って決定する。次にＥＣＵ１５は、アクチュエー
タ駆動信号を時刻ｔ１に信号線１７を介してコントロー
ル信号発生部１６に出力する。コントロール信号発生部
１６は、このアクチュエータ駆動信号の立ち上がりに基
づき、図５（ｂ）に示す態様で昇圧トランジスタＱ１の
デューティ制御を開始する。これによりコンデンサ電圧
ＶC1、は昇圧トランジスタＱ１のターンＯＦＦのたびに
図５（ｇ）に示す態様で階段状に増加する。そして、同
コンデンサ電圧ＶC1が所定電圧に達すると、それを見計
らった時刻に前記コントロール信号発生部１６からの制
御信号により昇圧トランジスタＱ１のデューティ制御が
休止され、同昇圧トランジスタＱ１は所定期間ＯＦＦ状
態とされる。

【００３８】また、時刻ｔ２には、図５（ｄ）に示すよ
うに、コントロール信号発生部１６がＡ気筒の噴射制御
トランジスタＱ３ＡをＯＮとする。このトランジスタＱ
３ＡのターンＯＮ直後、コンデンサＣ１とＡ気筒のイン
ジェクタソレノイドＩＮＪ_Aは直列共振状態になり、イ
ンジェクタソレノイドＩＮＪ_A の電圧ＶINJA（以下、イ
ンジェクタソレノイド電圧ＶINJA）は図５（ｅ）に示す
ように、短時間でゼロクロスする。そしてそのとき、図
５（ｉ）及び（ｊ）に示すように、共振による大電流の
インジェクタソレノイド電流ＩINJAが同ソレノイドＩＮ
Ｊ_A に流れ、時刻ｔ３において噴射ニードルバルブが確
実に開かれる。なお、トランジスタＱ３Ａのコレクタ−
エミッタ間電圧ＶCEの変化を図５（ｈ）に示す。

【００３９】コンデンサ電圧ＶC1がゼロクロスした後、
時刻ｔ４にコントロール信号発生部１６は降圧コンバー
タ１２の降圧トランジスタＱ２に対するデューティ制御
を図５（ｃ）に示す態様で開始し、以後、図５（ｅ）に
示すように、同降圧コンバータ１２による降圧変換した
直流電圧をインジェクタソレノイドＩＮＪ_A に供給す
る。この降圧コンバータ１２のデューティ制御は、所定
時間を経た時刻ｔ５に休止され、その直後の時刻ｔ６に
図５（ｄ）に示す態様で噴射制御トランジスタＱ３Ａが
ターンＯＦＦされる。なお、この時刻ｔ４〜ｔ６の期間
中、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A には前記降圧変換
された直流電圧が印加されるため、同インジェクタソレ
ノイドＩＮＪ_A には図５（ｉ）に示すような０．５Ａ〜
１．５Ａ程度の定電流が流れ、ニードルバルブも図５
（ｊ）に示す態様で開状態が保持される。 また、噴射制
御トランジスタＱ３ＡのターンＯＦＦ時には、ダイオー
ドＤ３Ａ及びツェナーダイオードＤ４Ａによる一時的な
動作電圧の維持によって同トランジスタＱ３Ａがサステ
イン（持続）動作し、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A
の蓄積電磁エネルギーが短時間で放出されるため、同時
刻ｔ６には確実に噴射ニードルバルブが閉じられる。

【００４０】なお、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ７
においてアクチュエータ駆動信号が立ち上がると、Ｂ気
筒に関する動作がＡ気筒と同一の態様で引き続き実行さ
れる。Ｂ気筒の噴射制御トランジスタＱ３ＢのＯＮ／Ｏ
ＦＦタイミングを、図５（ｆ）にて示す。

【００４１】ところで、上記駆動回路１０にあっては、
噴射制御トランジスタＱ３ＡがターンＯＮされる時刻ｔ
２以前に降圧コンバータ１２の動作が開始されるように
しても、ダイオードＤ３Ａが逆バイアスによりＯＦＦし
ているため、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A への通電
は起こらない。また、さらに噴射制御トランジスタＱ３
ＡがターンＯＦＦされる時刻ｔ６以後まで降圧コンバー
タ１２の動作が継続されるようにしても、噴射制御トラ
ンジスタＱ３ＡのターンＯＦＦによりインジェクタソレ
ノイドＩＮＪ_A への通電は好適に遮断される。

【００４２】以上説明した第１の実施の形態により得ら
れる効果について以下に記載する。 ・コストが高く実装面積の大きいコンバータ部分（昇圧
コンバータ１１及び降圧コンバータ１２）を複数気筒で
共有化するため、アクチュエータ駆動回路１０の低コス
ト、小型化が実現される。

【００４３】・インジェクタソレノイドＩＮＪ_A への高
電圧印加エネルギーは小容量のコンデンサＣ１への蓄積
電荷で決まるため、制御が容易であるとともにインジェ
クタソレノイドを磁気飽和しない領域で安定して使用で
きる。

【００４４】・サステイン動作は噴射制御トランジスタ
Ｑ３Ａ〜Ｑ３Ｄで行うため、発熱が分散され放熱設計が
容易となる。 ・降圧コンバータ１２の動作タイミングのずれはシステ
ムの性能に大きな影響を与えないため、高精度なタイミ
ング回路等は不要となる。

【００４５】・インジェクタソレノイドＩＮＪ（ＩＮＪ
_A ）の蓄積電磁エネルギーは噴射制御トランジスタＱ３
（Ｑ３Ａ）のターンＯＦＦ後急速に放出されるため、燃
料噴射制御性も良い。

【００４６】［第２の実施の形態］次に本発明を具体化
した第２の実施の形態について、上記第１の実施の形態
との相違点を中心に説明する。なお、第２の実施の形態
の説明において、第１の実施の形態と同様の構成につい
ては同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００４７】図６は第２の実施の形態である４気筒エン
ジンのインジェクタソレノイドを駆動するアクチュエー
タ駆動回路２０を示している。本実施の形態と第１の実
施の形態との相違点は、前記昇圧コンバータ回路１１の
コイルＬ１と前記降圧コンバータ１２のコイルＬ２と
を、中間タップを有する１個の単巻トランス（以下、単
にトランス）Ｔ１で共用するようにした点である。

【００４８】すなわち、本実施の形態の昇圧コンバータ
回路２１は、トランスＴ１、昇圧トランジスタＱ１、フ
リーホイールダイオード（逆流防止も兼ねる）Ｄ１、コ
ンデンサＣ１等で構成される。一方、降圧コンバータ２
２は、降圧トランジスタＱ２、フリーホイールダイオー
ドＤ５、トランスＴ１、コンデンサＣ１等で構成され
る。なお、トランスＴ１には中間タップＴＰが設けら
れ、同中間タップＴＰには昇圧トランジスタＱ１のコレ
クタが接続されている。

【００４９】以下、これら昇圧コンバータ回路２１及び
降圧コンバータ２２の動作を順次説明する。まず、昇圧
コンバータ２１の動作を図７に基づいて説明する。な
お、本実施の形態にあって、アクチュエータ駆動回路２
０を昇圧コンバータ２１として動作させる昇圧モードで
は、降圧トランジスタＱ２は常時ＯＮ状態に維持されて
いる。

【００５０】同図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、デ
ューティ制御される昇圧トランジスタＱ１のＯＮ期間に
おいて、トランスＴ１に流れる電流ＩT1( 以下、トラン
ス電流ＩT1）は時間経過とともにほぼ直線状に増加す
る。そして、昇圧トランジスタＱ１のターンＯＦＦに同
期してトランスＴ１に蓄積された電磁エネルギーはダイ
オードＤ１を経由しコンデンサＣ１を充電しながら放出
される。そのため、コンデンサ電圧ＶC1は図７（ｃ）に
示すように、昇圧トランジスタＱ１のターンＯＦＦのた
びに階段状に増加し、所定電圧に達する。このとき、コ
ントロール信号発生部１６からの制御信号により昇圧ト
ランジスタＱ１のデューティ制御が休止され、同昇圧ト
ランジスタＱ１は所定期間ＯＦＦ状態とされる。

【００５１】なお、コンデンサＣ１の充電期間τｃは、
トランジスタＱ１のターンＯＦＦ時からトランス電流Ｉ
T1がゼロになるまでの期間であり、無負荷の場合は以下
に示すトランスＴ１の２次側コイルＬ２とコンデンサＣ
１との共振周期Ｔ、すなわち Ｔ＝２π√（Ｌ２・Ｃ１） の１／４の期間となる。ここで、Ｌ２はトランスＴ１の
２次側コイル（トランスＴ１の全体を構成するコイル）
のインダクタンス、Ｃ１はコンデンサＣ１のキャパシタ
ンスである。

【００５２】また、一充電の電圧上昇ΔＶは、ＩT1p を
トランス電流ＩT1のピーク値とし、Ｌ１をトランスＴ１
の１次側コイル（トランスＴ１の中間タップＴＰより降
圧トランジスタＱ２側を構成するコイル）のインダクタ
ンスとすると、 ΔＶ＝ＩT1p √（ Ｌ１／Ｃ１） となる。昇圧コンバータ２１によるこうした昇圧動作が
行われている期間、噴射制御トランジスタＱ３（ここで
は例えば同トランジスタＱ３Ａ）は、図７（ｄ）に示す
ようにＯＦＦ状態に保たれる。

【００５３】次に、降圧コンバータ２２の動作を図８に
基づいて説明する。なお、本実施の形態にあって、アク
チュエータ駆動回路２０を降圧コンバータ２２として動
作させる降圧モードでは、昇圧トランジスタＱ１は常時
ＯＦＦ状態に維持されている。また、この降圧コンバー
タ２２が降圧動作を行う期間は、噴射制御トランジスタ
Ｑ３Ａ〜Ｑ３ＤのいずれかがＯＮ状態に制御されてい
る。ここでは図８（ｄ）に示すように、同トランジスタ
Ｑ３ＡがＯＮ状態にあるものとして説明する。

【００５４】同図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、同
じくデューティ制御されている降圧トランジスタＱ２の
ＯＮ期間において、トランスＴ１には、バッテリＢａ、
降圧トランジスタＱ２、トランスＴ１、ダイオードＤ
１、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A 、及び同ソレノイ
ドＩＮＪ_A に直列接続されている噴射制御トランジスタ
Ｑ３Ａの閉ループに対応した電流ＩT1( 以下、トランス
電流ＩT1）が流れ、時間経過とともに対数的に増加す
る。一方、降圧トランジスタＱ２のＯＦＦ期間において
は、トランスＴ１に蓄積された電磁エネルギーは、コン
デンサＣ１を充電しながら放出される。ただし、コンデ
ンサ電圧ＶC1は図８（ａ）に示すように、インジェクタ
ソレノイドＩＮＪ_A との直列共振状態後半における同イ
ンジェクタソレノイドＩＮＪ_A に蓄積された電磁エネル
ギーが放出されるまでの期間、ダイオードＤ６によりダ
ンパ（クランプ）されつつ負電圧を維持する。降圧トラ
ンジスタＱ２は、前記コントロール信号発生部１６によ
りコンデンサ電圧ＶC1が所定値を維持あるいはトランス
電流ＩT1のピーク値が所定値となるようデューティ制御
される。

【００５５】次に、上記構成による駆動回路２０の動作
を図９に基づいて説明する。なお、各気筒において動作
は同じであるため、ここでは便宜上、Ａ気筒に関する動
作についてのみ説明する。

【００５６】ＥＣＵ１５は、図９（ａ）に示される態様
で先の第１の実施の形態と同様に、そのＯＮ／ＯＦＦタ
イミングが決定されるアクチュエータ駆動信号を、時刻
ｔ１に信号線１７を介してコントロール信号発生部１６
に出力する。コントロール信号発生部１６は、このアク
チュエータ駆動信号の立ち上がりに基づき、図９（ｂ）
に示す態様で昇圧トランジスタＱ１のデューティ制御を
開始する。これによりコンデンサ電圧ＶC1は、昇圧トラ
ンジスタＱ１のターンＯＦＦのたびに図９（ｇ）に示す
態様で階段状に増加する。そして、同コンデンサ電圧Ｖ
C1が所定電圧に達するとそれを見計らった適宜の時刻に
前記コントロール信号発生部１６からの制御信号により
昇圧トランジスタＱ１のデューティ制御が休止され、一
旦昇圧モードが終了する。なお前述したように、また図
９（ｃ）に示すように、この昇圧モード期間中、降圧ト
ランジスタＱ２は常時ＯＮ状態に維持される。

【００５７】また、時刻ｔ２には、図９（ｄ）に示すよ
うに、コントロール信号発生部１６がＡ気筒の噴射制御
トランジスタＱ３ＡをＯＮとする。このトランジスタＱ
３ＡのターンＯＮ直後、コンデンサＣ１とＡ気筒のイン
ジェクタソレノイドＩＮＪ_Aは直列共振状態になり、イ
ンジェクタソレノイド電圧ＶINJAは図９（ｅ）に示すよ
うに、短期間でゼロクロスする。そして、そのとき、図
９（ｉ）及び（ｊ）に示すように、共振による大電流の
インジェクタソレノイド電流ＩINJAが同ソレノイドＩＮ
Ｊ_A に流れ、時刻ｔ３において噴射ニードルバルブを確
実に開く。なお、トランジスタＱ３Ａのコレクタ−エミ
ッタ間電圧ＶCEの変化を図９（ｈ）に示す。

【００５８】また、ほぼ時刻ｔ２には、図９（ｂ）及び
（ｃ）に示すように、前記コントロール信号発生部１６
からの制御信号により昇圧トランジスタＱ１のデューテ
ィ制御が休止され同昇圧トランジスタＱ１は所定期間Ｏ
ＦＦ状態とされるとともに、降圧コンバータ２２の降圧
トランジスタＱ２に対するデューティ制御が開始され
る。そして、コンデンサ電圧ＶC1がゼロクロスした後、
時刻ｔ４以降において図９（ｅ）に示すように、同降圧
コンバータ２２による降圧変換した直流電圧をインジェ
クタソレノイドＩＮＪ_A に供給する。この降圧コンバー
タ２２のデューティ制御は、所定時間を経た時刻ｔ５に
休止され、その直後の時刻ｔ６に図９（ｄ）に示す態様
で噴射制御トランジスタＱ３ＡがターンＯＦＦされる。
なお、この時刻ｔ４〜ｔ６の期間中、インジェクタソレ
ノイドＩＮＪ_A には前記降圧変換された直流電圧が印加
されるため、同インジェクタソレノイドＩＮＪ_A には図
９（ｉ）に示すような０．５Ａ〜１．５Ａ程度の定電流
が流れ、ニードルバルブも図９（ｊ）に示す態様で開状
態が保持される。 また、噴射制御トランジスタＱ３Ａの
ターンＯＦＦ時には、ダイオードＤ３Ａ及びツェナーダ
イオードＤ４Ａによる一時的な動作電圧の維持により同
トランジスタＱ３Ａがサステイン（持続）動作し、イン
ジェクタソレノイドＩＮＪ_A の蓄積電磁エネルギーが短
時間で放出されるため、同時刻ｔ６には確実に噴射ニー
ドルバルブが閉じられる。

【００５９】なお、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ７
においてアクチュエータ駆動信号が立ち上がると、Ｂ気
筒に関する動作がＡ気筒と同一の態様で引き続き実行さ
れる。Ｂ気筒の噴射制御トランジスタＱ３ＢのＯＮ／Ｏ
ＦＦタイミングを、図９（ｆ）に示す。

【００６０】ところで、上記駆動回路２０にあっても、
噴射制御トランジスタＱ３ＡがターンＯＮされる時刻ｔ
２以前に降圧コンバータ２２の動作が開始されるように
しても、ダイオードＤ３Ａが逆バイアスによりＯＦＦし
ているため、インジェクタソレノイドＩＮＪ_A への通電
は起こらない。また、さらに噴射制御トランジスタＱ３
ＡがターンＯＦＦされる時刻ｔ６以後まで降圧コンバー
タ２２の動作が継続されるるようにしても、噴射制御ト
ランジスタＱ３ＡのターンＯＦＦによりインジェクタソ
レノイドＩＮＪ_A への通電は好適に遮断される。

【００６１】以上説明した実施の形態により得られる効
果について以下に記載する。 ・昇圧、降圧用のコイルを単巻トランスＴ１で共用化し
たため、駆動回路２０としてその更なる低コスト、小型
化が図られる。

【００６２】・昇圧動作ではこのトランスＴ１が平滑コ
イル並びにステップアップトランスになり、昇圧トラン
ジスタＱ１に印加する電圧を低く設定することができ
る。このため、同トランジスタＱ１として低耐圧トラン
ジスタが利用できより低コスト化できる。

【００６３】・昇圧トランジスタＱ１及び降圧トランジ
スタＱ２の循環電流の経路が、トランスＴ１及び２つの
フリーホイールダイオードＤ１，Ｄ５により確保されて
いるため、同昇圧トランジスタＱ１及び降圧トランジス
タＱ２のいかなる動作モードにおいてもその高い動作信
頼性が確保される。

【００６４】・昇圧モードでのフリーホイールダイオー
ドＤ１は降圧モードにおいては降圧コンバータ２２の逆
流防止ダイオードとして機能する。従って、従来降圧コ
ンバータに必要だった逆流防止ダイオードが不要とな
り、同駆動回路２０が更に低コスト、小型化される。

【００６５】・コストが高く実装面積の大きいコンバー
タ部分（昇圧コンバータ２１及び降圧コンバータ２２）
を複数気筒で共有化することでも、アクチュエータ駆動
回路２０の低コスト、小型化が実現される。

【００６６】・インジェクタソレノイドＩＮＪ（ＩＮＪ
_A ）への高電圧印加エネルギーは小容量の平滑コンデン
サＣ１への蓄積電荷で決まるため、制御が容易であると
ともにインジェクタソレノイドを磁気飽和しない領域で
安定して使用できる。

【００６７】・サステイン動作は噴射制御トランジスタ
Ｑ３Ａ〜Ｑ３Ｄで行うため、発熱が分散され放熱設計が
容易となる。 ・降圧コンバータ２２の動作タイミングのずれはシステ
ムの性能に大きな影響を与えないため、高精度なタイミ
ング回路等は不要となる。

【００６８】・インジェクタソレノイドＩＮＪ（ＩＮＪ
_A ）の蓄積電磁エネルギーは噴射制御トランジスタＱ３
（Ｑ３Ａ）のターンＯＦＦ後急速に放出されるため、燃
料噴射制御性も良い。

【００６９】なお、前記各実施の形態は次のように構成
を変更して具体化することもできる。 ・前記第１の実施の形態においては、逆流防止ダイオー
ドＤ２がフリーホイールダイオードＤ５と降圧トランジ
スタＱ２のコレクタのと間に介挿されている例を示した
が、同逆流防止ダイオードＤ２はコイルＬ２とフリーホ
イールダイオードＤ１との間に介挿される構成としても
よい。この場合、逆流防止ダイオードＤ２に逆バイアス
が印加される周波数は昇圧コンバータ１１の動作周期で
決まり、一般には同昇圧コンバータ１１のスイッチング
周波数の１／１０以下となる。このため、逆流防止ダイ
オードＤ２には高速スイッチング性能が要求されず、同
逆流防止ダイオードＤ２として逆回復時間の遅い一般の
整流用ダイオードを使用することができるようになる。
また、高電圧印加時は逆流防止ダイオードＤ２のカット
オフによりフリーホイールダイオードＤ５には高電圧が
印加されないため、フリーホイールダイオードＤ５とし
て低耐圧品を使用することができるようになる。

【００７０】・前記両実施の形態においては、昇降圧用
スイッチング素子及び噴射制御スイッチング素子として
バイポーラトランジスタを使用する例を示したがこれに
限定されるものではない。例えば、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ
（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等を使用して
もよい。 ・前記両実施の形態においては、アクチュエータ駆動回
路としてエンジンのインジェクタソレノイドを駆動する
回路に具体化した例を示したが、これに限定されるもの
ではない。要は、複数のアクチュエータに対し、図５
（ｉ）、図９（ｉ）あるいは図１１（ｇ）に示される態
様で駆動電流を供給する回路であればよい。

【００７１】その他、前記実施の形態から把握できる請
求項以外の技術的思想について、以下にその効果ととも
に記述する。 （１） 請求項１又は２記載のアクチュエータ駆動回路
において、前記各スイッチング回路は、前記各対応する
ソレノイドに直列接続されたスイッチング素子と、同ス
イッチング素子に並列接続されて各対応するソレノイド
に蓄積された電磁エネルギーに基づき同スイッチング素
子をサステイン動作せしめる消弧回路とを備えて構成さ
れることを特徴とするアクチュエータ駆動回路。

【００７２】上記構成によれば、アクチュエータ駆動回
路を小型化、簡素化できるとともに、ソレノイド（アク
チュエータ）駆動終了時、消弧回路によりソレノイドに
蓄えられた電磁エネルギーを迅速に放出することができ
る。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータの駆動
回路において、昇圧回路及び降圧回路を小型化、簡素化
でき、ひいてはシステムを小型化して低コストにでき
る。また、昇圧回路及び降圧回路が小型化、簡素化でき
ることにより、スペース的に自由度が増え、設計レイア
ウトも容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のアクチュエータ駆動回路の第１の実
施の形態を示す回路図。

【図２】同じく駆動回路の制御回路のブロック図。

【図３】第１の実施の形態の昇圧コンバータの動作態様
を示すタイミングチャート。

【図４】第１の実施の形態の降圧コンバータの動作態様
を示すタイミングチャート。

【図５】第１の実施の形態の動作態様を示すタイミング
チャート。

【図６】この発明のアクチュエータ駆動回路の第２の実
施の形態を示す回路図。

【図７】第２の実施の形態の昇圧コンバータの動作態様
を示すタイミングチャート。

【図８】第２の実施の形態の降圧コンバータの動作態様
を示すタイミングチャート。

【図９】第２の実施の形態の動作態様を示すタイミング
チャート。

【図１０】従来例のアクチュエータ駆動回路の回路図。

【図１１】同じくその動作態様を示すタイミングチャー
ト。

【符号の説明】

１０，２０…インジェクタソレノイド（アクチュエー
タ）駆動回路、１１，２１…昇圧コンバータ、１２，２
２…降圧コンバータ、１３Ａ〜１３Ｄ…気筒切替回路、
１４…制御回路、１５…ＥＣＵ、１６…コントロール信
号発生部、Ｂａ…バッテリ、Ｃ１…コンデンサ、ＩＮＪ
_A 〜ＩＮＪ_D …インジェクタソレノイド、Ｌ１，Ｌ２…
コイル、Ｑ１…昇圧トランジスタ、Ｑ２…降圧トランジ
スタ、Ｑ３Ａ〜Ｑ３Ｄ…噴射制御トランジスタ、Ｔ１…
トランス。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアクチュエータを構成する複数のソ
   レノイドをその各駆動当初のみ大電流駆動するととも
   に、その後の所定時間はより小さな電流にて定電流駆動
   すべく、前記大電流駆動信号を生成する昇圧回路と前記
   定電流駆動信号を生成する降圧回路とを共通接続すると
   ともに、それら共通接続点と前記各ソレノイドとを並列
   接続し、それら各ソレノイドに対する通電の有無を選択
   するスイッチング回路を同各ソレノイドに対して各々直
   列に設けたアクチュエータ駆動回路において、 前記昇圧回路と前記降圧回路とは、各々昇圧用、降圧用
   のインダクタンス素子を有して構成されるとともに、昇
   圧回路から降圧回路への逆流電流を阻止するダイオード
   を介して互いに並列接続され、その並列接続点に同昇圧
   回路と降圧回路とで共通の平滑コンデンサを備えてなる
   ことを特徴とするアクチュエータ駆動回路。
2. 【請求項２】複数のアクチュエータを構成する複数のソ
   レノイドをその各駆動当初のみ大電流駆動するととも
   に、その後の所定時間はより小さな電流にて定電流駆動
   すべく、前記大電流駆動信号を生成する昇圧回路と前記
   定電流駆動信号を生成する降圧回路とを共通接続すると
   ともに、それら共通接続点と前記各ソレノイドとを並列
   接続し、それら各ソレノイドに対する通電の有無を選択
   するスイッチング回路を同各ソレノイドに対して各々直
   列に設けたアクチュエータ駆動回路において、 前記降圧回路は降圧用スイッチング素子と降圧用インダ
   クタンス素子との直列回路を有して構成され、前記昇圧
   回路は前記降圧用インダクタンス素子に設けられたイン
   ダクタンス可変端子と接地との間に設けられた昇圧用ス
   イッチング素子を有して構成され、前記降圧用インダク
   タンス素子の出力端は、逆流電流を阻止するダイオード
   を介してそれら昇圧回路と降圧回路とで共通の平滑コン
   デンサに接続されてなることを特徴とするアクチュエー
   タ駆動回路。