特許 7446197 電磁弁駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】電磁弁駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/20 20060101AFI20240301BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20240301BHJP

   F02M 51/06 20060101ALI20240301BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20240301BHJP

   H01F 7/18 20060101ALI20240301BHJP

【ＦＩ】

F02D41/20

F02M51/00 G

F02M51/06 M

F16K31/06 310A

F16K31/06 385A

H01F7/18 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020164324

(22)【出願日】2020-09-30

(65)【公開番号】P2022056528

(43)【公開日】2022-04-11

【審査請求日】2023-04-05

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520133916

【氏名又は名称】ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】加藤 大顕

(72)【発明者】

【氏名】小川 功史

(72)【発明者】

【氏名】野村 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】黒田 啓介

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２０１６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４１４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００５２９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／２０

Ｆ０２Ｍ ５１／００

Ｆ０２Ｍ ５１／０６

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

Ｈ０１Ｆ ７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、
バッテリの出力電圧であるバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と
前記昇圧回路と前記ソレノイドコイルの第１端部との間に配置される第１スイッチング素子と、
前記バッテリと前記第１端部との間に配置される第２スイッチング素子と、
前記第１端部とグランドとの間に配置される第３スイッチング素子と、
前記ソレノイドコイルの第２端部とグランドとの間に配置される第４スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオン状態にするために必要な電圧を生成するブートストラップコンデンサと、
前記昇圧回路を経由せずに前記バッテリから前記ブートストラップコンデンサに対して充電する第１充電経路と、
前記昇圧回路から前記ブートストラップコンデンサに対して充電する第２充電経路と、
前記ブートストラップコンデンサに対して充電する充電経路を、前記第１充電経路又は前記第２充電経路に切り替える切替制御部とを有し、
前記切替制御部は、前記バッテリ電圧が所定値を下回った場合には前記充電経路を第１充電経路から第２充電経路に切り替える電磁弁駆動装置。

【請求項2】

前記第１充電経路に設けられ、前記バッテリ電圧を降圧することで前記ブートストラップコンデンサに対して充電するための電圧を生成する第１電圧生成部と、
前記第２充電経路に設けられ、前記昇圧回路で昇圧された昇圧電圧を降圧することで前記ブートストラップコンデンサに対して充電するための電圧を生成する第２電圧生成部と、
を更に備える、
請求項１に記載の電磁弁駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁弁駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、燃料噴射弁のソレノイドコイルに通電することで燃料噴射弁を開弁させる電磁弁駆動装置が開示されている。電磁弁駆動装置は、ハイサイド側のスイッチング素子（以下、「ハイサイド側スイッチング素子」という。）と、ローサイド側のスイッチング素子（以下、「ローサイド側スイッチング素子」という。）を有している。電磁弁駆動装置は、ハイサイド側スイッチング素子及びローサイド側スイッチング素子のそれぞれをオン状態に制御することで、バッテリ電圧及びバッテリ電圧を昇圧した昇圧電圧のいずれかをソレノイドコイルに通電する。

【0003】

電磁弁駆動装置は、ハイサイド側スイッチング素子をオン状態に制御するための電圧（以下、「ブート電圧」という。）を生成するブートストラップ回路を備える場合がある。ブートストラップ回路は、ダイオード及びコンデンサを備え、このコンデンサに充電することでブート電圧を生成する。

【0004】

ブート電圧を生成するためには、前記コンデンサを充電するための電圧（以下、「充電電圧」という。）を生成する必要がある。そこで、従来の電磁弁駆動装置は、前記昇圧電圧を所定の電圧まで降圧することで充電電圧を生成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－３１２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ただし、昇圧電圧を所定の電圧まで降圧すると損失が大きい。そこで、発明者は、バッテリ電圧から充電電圧を生成するという着想を得た。ただし、バッテリ電圧は車両の走行状態や異常などの様々な要因により低下したり不安定になることが想定され、安定したブート電圧を生成することができない虞がある。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ハイサイド側スイッチング素子をオン状態に制御するためのブート電圧を安定して生成可能な電磁弁駆動装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明の一態様は、ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、バッテリの出力電圧であるバッテリ電圧を昇圧する昇圧回路と、前記昇圧回路と前記ソレノイドコイルの第１端部との間に配置される第１スイッチング素子と、前記バッテリと前記第１端部との間に配置される第２スイッチング素子と、前記第１端部とグランドとの間に配置される第３スイッチング素子と、前記ソレノイドコイルの第２端部とグランドとの間に配置される第４スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子をオン状態にするために必要な電圧を生成するブートストラップコンデンサと、前記昇圧回路を経由せずに前記バッテリから前記ブートストラップコンデンサに対して充電する第１充電経路と、前記昇圧回路から前記ブートストラップコンデンサに対して充電する第２充電経路と、前記ブートストラップコンデンサに対して充電する充電経路を、前記第１充電経路又は前記第２充電経路に切り替える切替制御部とを有し、前記切替制御部は、前記バッテリ電圧が所定値を下回った場合には前記充電経路を第１充電経路から第２充電経路に切り替える電磁弁駆動装置である。

【0009】

（２）上記（１）の電磁弁駆動装置であって、前記第１充電経路に設けられ、前記バッテリ電圧を降圧することで前記ブートストラップコンデンサに対して充電するための電圧を生成する第１電圧生成部と、前記第２充電経路に設けられ、記昇圧回路で昇圧された昇圧電圧を降圧することで前記ブートストラップコンデンサに対して充電するための電圧を生成する第２電圧生成部と、を更に備えてもよい。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように、ハイサイド側スイッチング素子をオン状態に制御するためのブート電圧を安定して生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る燃料噴射弁の構成例を示す図である。

【図2】本実施形態に係る電磁弁駆動装置の構成例を示す図である。

【図3】本実施形態に係る第１充電経路及び第２充電経路の一例を示す図である。

【図4】本実施形態に係る電磁弁駆動装置の動作タイミングを示す図である。

【図5】本実施形態に係る電磁弁駆動装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本実施形態に係る電磁弁駆動装置を、図面を用いて説明する。

【0014】

本実施形態に係る電磁弁駆動装置１は、燃料噴射弁Ｌを駆動する駆動装置である。具体的には、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１は、車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁Ｌ（電磁弁）を駆動対象とする電磁弁駆動装置である。

【0015】

燃料噴射弁Ｌは、車両に搭載されたガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を噴射する電磁弁（ソレノイド弁）である。
以下に、燃料噴射弁Ｌの構成例について、図１を用いて説明する。

【0016】

図１に示すように、燃料噴射弁Ｌは、固定コア２、弁座３、ソレノイドコイル４、ニードル５、弁体６、リテーナ７、ロアストッパ８、弁体付勢バネ９、可動コア１０、及び可動コア付勢バネ１１を備える。本実施形態では、固定コア２、弁座３、及びソレノイドコイル４が固定部材であり、ニードル５、弁体６、リテーナ７、ロアストッパ８、弁体付勢バネ９、可動コア１０、及び可動コア付勢バネ１１が可動部材である。

【0017】

固定コア２は、円筒状の部材であり、燃料噴射弁Ｌのハウジング（不図示）に固定されている。固定コア２は、磁性材料によって形成されている。

【0018】

弁座３は、燃料噴射弁Ｌのハウジングに固定されている。弁座３は、噴射孔３ａを有する。
噴射孔３ａは、燃料が噴射される孔であって、弁座３に弁体６が着座した場合に閉鎖し、弁体６が弁座３から離間した場合に開放される。

【0019】

ソレノイドコイル４は、電線が環状に巻回されることにより形成されている。ソレノイドコイル４は、固定コア２と同心状に配置されている。
ソレノイドコイル４は、電磁弁駆動装置１と電気的に接続されている。ソレノイドコイル４は、電磁弁駆動装置１から通電されることで、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路を形成する。

【0020】

ニードル５は、固定コア２の中心軸に沿って延在する長尺状の棒部材である。ニードル５は、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路により発生する吸引力によって、固定コア２の中心軸の軸方向（ニードル５の延在方向）に移動する。なお、以下の説明において、固定コア２の中心軸の軸方向において、上記吸引力により可動コア１０が移動する方向を上方と称し、上記吸引力により可動コア１０が移動する方向と反対の方向を下方と称する。

【0021】

弁体６は、ニードル５における下方の先端に形成されている。弁体６は、弁座３に着座することによって噴射孔３ａを閉鎖し、弁座３から離間することによって噴射孔３ａを開放する。

【0022】

リテーナ７は、ガイド部材７１及びフランジ７２を備える。
ガイド部材７１は、ニードル５における上方の先端に固定された円筒状の部材である。
フランジ７２は、上方におけるガイド部材７１の端部において、ニードル５の径方向に突出するように形成されている。
フランジ７２は、下方の端面が可動コア付勢バネ１１との当接面である。また、フランジ７２における上方の端面は、弁体付勢バネ９との当接面である。

【0023】

ロアストッパ８は、弁座３とガイド部材７１との間のニードル５に固定された円筒状の部材である。このロアストッパ８は、上方の端面が可動コア１０との当接面である。

【0024】

弁体付勢バネ９は、固定コア２の内部に収容された圧縮コイルバネであり、ハウジングの内壁面と、フランジ７２と間に介挿されている。弁体付勢バネ９は、弁体６を下方に付勢する。すなわち、ソレノイドコイル４に通電されてない場合には、弁体付勢バネ９の付勢力により、弁体６が弁座３に当接される。

【0025】

可動コア１０は、ガイド部材７１とロアストッパ８との間に配置されている。可動コア１０は、円筒状の部材であり、ニードル５と同軸に設けられている。この可動コア１０は、中央にニードル５が挿通される貫通孔が形成されており、ニードル５の延在方向に沿って移動可能である。
可動コア１０の上方の端面は、固定コア２及び可動コア付勢バネ１１との当接面である。一方、可動コア１０の下方の端面は、ロアストッパ８との当接面である。可動コア１０は、磁性材料によって形成されている。

【0026】

可動コア付勢バネ１１は、フランジ７２と可動コア１０との間に介挿されている圧縮コイルバネである。可動コア付勢バネ１１は、可動コア１０を下方に付勢する。すなわち、可動コア１０は、ソレノイドコイル４に通電されていない場合には、可動コア付勢バネ１１の付勢力により、ロアストッパ８に当接される。

【0027】

次に、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１について、説明する。

【0028】

図２に示すように、電磁弁駆動装置１は、昇圧回路２０、第１電圧生成部２１、第２電圧生成部２２、ブートストラップ回路２３、切替部２４、第１スイッチング素子２５～第４スイッチング素子２８、第１ダイオード２９、第２ダイオード３０、電流検出用抵抗器３１、スイッチ３２、制限抵抗器３３、抵抗器３４及び制御部３５を備える。なお、スイッチ３２等は制御部３５内に実装されていてもよい。

【0029】

昇圧回路２０は、車両に搭載されたバッテリＢＴから入力されるバッテリ電圧Ｖｂを所定の電圧まで昇圧する。例えば、昇圧回路２０は、チョッパ回路である。昇圧回路２０は、バッテリ電圧を昇圧することで昇圧電圧Ｖｓを生成する。昇圧回路２０は、昇圧比が例えば十～数十程度であり、制御部３５によって動作が制御される。

【0030】

第１電圧生成部２１は、バッテリ電圧Ｖｂを降圧することで第１電圧Ｖ１を生成する。例えば、第１電圧生成部２１は、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータなどのＤＣ－ＤＣコンバータを備える。

【0031】

第２電圧生成部２２は、昇圧電圧Ｖｓを降圧することで第２電圧Ｖ２を生成する。例えば、第２電圧生成部２２は、リニアレギュレータやスイッチングレギュレータなどのＤＣ－ＤＣコンバータを備える。第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、同一の電圧値である。ただし、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、互いに異なる電圧値であってもよい。

【0032】

ブートストラップ回路２３は、ハイサイド側のスイッチング素子（以下、「ハイサイド側スイッチング素子」という。）をオン状態に制御するための電圧（以下、「ブート電圧」という。）Ｖｂｏｏｔを生成する。ハイサイド側スイッチング素子とは、第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６の少なくともいずれかである。ブートストラップ回路２３は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２のいずれかの電圧からブート電圧を生成する。ブートストラップ回路２３は、ダイオード４０及びブートストラップコンデンサ４１を備える。

【0033】

ダイオード４０は、アノードが切替部２４に接続され、カソードがブートストラップコンデンサ４１に接続されている。

【0034】

ブートストラップコンデンサ４１は、第１端部がダイオード４０のカソードに接続され、第２端部が第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６の各ソースに接続されている。ブートストラップ回路２３は、ブートストラップコンデンサ４１が充電されることでブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。

【0035】

切替部２４は、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路１００又は第２充電経路２００に切り替える。第１充電経路１００は、昇圧回路２０を経由せずにバッテリＢＴからブートストラップコンデンサ４１に対して充電する経路である。本実施形態の第１充電経路１００は、第１電圧生成部２１で生成した第１電圧Ｖ１をブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路である。ただし、これに限定されず、第１充電経路１００は、バッテリ電圧Ｖｂをブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路であってもよい。

【0036】

第２充電経路２００は、昇圧回路２０からブートストラップコンデンサ４１に対して充電する経路である。本実施形態の第２充電経路２００は、第２電圧生成部２２で生成した第２電圧Ｖ２をブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路である。ただし、これに限定されず、第２充電経路２００は、昇圧電圧Ｖｓをブートストラップコンデンサ４１に印加することでブートストラップコンデンサ４１を充電する経路であってもよい。

【0037】

切替部２４は、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路１００又は第２充電経路２００に切り替え可能であれば、その構成には特に限定されないが、例えば、三路スイッチを有してもよい。

【0038】

例えば、切替部２４は、第１端子２４ａ、第２端子２４ｂ及び第３端子２４ｃを備える。切替部２４は、第１端子２４ａと第３端子２４ｃとを電気的に接続する第１状態と、第２端子２４ｂと第３端子２４ｃとを電気的に接続する第２状態と、を切り替え可能である。第１端子２４ａは、第１電圧生成部２１の出力端子に接続されている。第２端子２４ｂは、第２電圧生成部２２の出力端子に接続されている。第３端子２４ｃは、ダイオード４０のアノードに接続されている。切替部２４は、制御部３５によって第１状態に制御されることで、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を第１充電経路１００に切り替える。切替部２４は、制御部３５によって第２状態に制御されることで、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を第２充電経路２００に切り替える。

【0039】

第１スイッチング素子２５は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、昇圧回路２０の出力端とソレノイドコイル４の第１端部との間に設けられている。すなわち、第１スイッチング素子２５は、ドレインが昇圧回路２０の出力端子に接続され、ソースが抵抗器３４を介してソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。第１スイッチング素子２５のゲートは、制御部３５に接続されている。第１スイッチング素子２５は、制御部３５によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。

【0040】

第２スイッチング素子２６は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、バッテリＢＴの出力端子とソレノイドコイル４の第１端部との間に設けられている。第２スイッチング素子２６は、ドレインが第２ダイオード３０を介してバッテリＢＴの出力端子に接続され、ソースが抵抗器３４を介してソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。第２スイッチング素子２６のゲートは、制御部３５に接続されている。第２スイッチング素子２６は、制御部３５によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。

【0041】

第３スイッチング素子２７は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ドレインがソレノイドコイル４の第１端部に接続され、ソースがＧＮＤ（基準電位）に接続されている。第３スイッチング素子２７のゲートは、制御部３５に接続されている。第３スイッチング素子２７は、制御部３５によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。第３スイッチング素子２７は、オン状態（開状態）となることで回生電流の経路を形成するスイッチである。

【0042】

第４スイッチング素子２８は、例えば、ＭＯＳトランジスタであり、ソレノイドコイル４の第２端部に接続され、ソースが電流検出用抵抗器３１の第１端部に接続されている。第４スイッチング素子２８は、ゲートが制御部３５に接続されている。第４スイッチング素子２８は、制御部３５によってオン／オフ（閉／開）動作が制御される。

【0043】

第１ダイオード２９は、カソードが昇圧回路２０の出力端子に接続され、アノードがソレノイドコイル４の第２端部に接続されている。

【0044】

第２ダイオード３０は、カソードが第２スイッチング素子２６のドレインに接続され、アノードがバッテリＢＴの出力端子に接続されている。第２ダイオード３０は、逆流防止用のダイオードである。第２ダイオード３０は、第１スイッチング素子２５及び第２スイッチング素子２６がいずれもオン状態になった場合に、昇圧回路２０の出力電流がバッテリＢＴの出力端に流入することを防止する。

【0045】

電流検出用抵抗器３１は、第１端部が第４スイッチング素子２８のソースに接続され、第２端部がＧＮＤ（基準電位）に接続されたシャント抵抗器である。電流検出用抵抗器３１は、第４スイッチング素子２８を介してソレノイドコイル４に直列接続されており、ソレノイドコイル４を流れる電流が通過する。電流検出用抵抗器３１は、第１端部と第２端部との間において、ソレノイドコイル４を流れる電流の大きさに応じた電圧（以下、「検出電圧」という。）が発生する。

【0046】

スイッチ３２は、ブートストラップ回路２３とＧＮＤ（基準電位）との間に接続されている。スイッチ３２は、第１端子３２ａ及び第２端子３２ｂを備え、第１端子３２ａと第２端子３２ｂとを電気的に接続するオン状態と、当該接続を解除するオフ状態とを切り替え可能である。第１端子３２ａは、ブートストラップコンデンサ４１の第２端部に接続されている。第２端子３２ｂは、制限抵抗器３３の第１端部に接続されている。スイッチ３２は、ブートストラップコンデンサ４１を充電させるためのスイッチである。

【0047】

制限抵抗器３３は、第１端部がスイッチ３２に接続され、第２端部がＧＮＤ（基準電位）に接続されている。
抵抗器３４は、第１端部がブートストラップコンデンサ４１の第２端部に接続され、第２端部がソレノイドコイル４の第１端部に接続されている。

【0048】

制御部３５は、上位制御系から入力される指令信号に基づいて、昇圧回路２０、切替部２４及び第１スイッチング素子２５～第４スイッチング素子２８を制御する。例えば、制御部３５は、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）である。以下において、制御部３５の機能部について説明する。

【0049】

制御部３５は、昇圧制御部５０、電圧検出部５１、切替制御部５２、駆動制御部５３、電流検出部５４、及び開弁検出部５５を備える。

【0050】

昇圧制御部５０は、昇圧回路２０の動作を制御するため、電流フィードバック制御を行う。このとき、制御手法としては、ＰＷＭ信号（昇圧制御信号）を用いてもよい。ＰＷＭ信号を用いた場合は、昇圧制御部５０は、ＰＷＭ信号を生成して昇圧回路２０に出力する。これにより、昇圧回路２０は、昇圧電圧Ｖｓを生成する。

【0051】

電圧検出部５１は、バッテリＢＴの出力であるバッテリ電圧Ｖｂを検出する。電圧検出部５１は、検出したバッテリ電圧Ｖｂを切替制御部５２に出力する。

【0052】

切替制御部５２は、切替部２４の切り替え動作を制御する。切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合には、ブートストラップ回路２３に対する充電経路を第１充電経路１００から第２充電経路２００に切り替えさせる。例えば図３に示すように、切替制御部５２は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上である場合にはブートストラップ回路２３に対する充電経路を第１充電経路１００に制御し、所定値Ｖｔｈを下回った場合のみ前記充電経路を第２充電経路２００に制御する。例えば、所定値Ｖｔｈは、バッテリＢＴの電圧が十分であるかを判定する閾値であり、予め設定されている。バッテリＢＴの電圧が十分であるとは、例えば、第１電圧生成部２１で第１電圧Ｖ１を生成できるのに十分な電圧であることである。例えば、所定値Ｖｔｈは、第１電圧Ｖ１に対して、第１電圧生成部２１で降圧する分の電圧を加算した電圧よりも高い電圧値である。

【0053】

例えば、切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合には、切替部２４に対して切替信号を出力する。切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上の場合には切替部２４に対する切替信号の出力を停止する。切替部２４は、切替信号を受信した場合にのみ第２状態に移行し、それ以外では第１状態となる。

【0054】

駆動制御部５３は、充電制御部６０、通電制御部６１及び回生制御部６２を備える。

【0055】

充電制御部６０は、スイッチ３２をオン状態又はオフ状態に制御する。充電制御部６０は、スイッチ３２をオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に充電させる。これによって、ブートストラップ回路２３は、ブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。例えば、充電制御部６０は、車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する前において、スイッチ３２を一定周期ごとにオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に間欠的に充電させる間欠充電を実行する。

【0056】

通電制御部６１は、第１スイッチング素子２５をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第１スイッチング素子２５を制御するための第１ゲート信号を生成し、当該第１ゲート信号を第１スイッチング素子２５のゲートに出力する。これにより、第１スイッチング素子２５は、オン状態となる。

【0057】

通電制御部６１は、第２スイッチング素子２６をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第２スイッチング素子２６を制御するための第２ゲート信号を生成し、当該第２ゲート信号を、第２スイッチング素子２６のゲートに出力する。これにより、第２スイッチング素子２６は、オン状態となる。

【0058】

通電制御部６１は、第４スイッチング素子２８をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、通電制御部６１は、第４スイッチング素子２８を制御するための第４ゲート信号を生成し、当該第４ゲート信号を第４スイッチング素子２８のゲートに出力する。これにより、第４スイッチング素子２８は、オン状態となる。

【0059】

回生制御部６２は、第３スイッチング素子２７をオン状態又はオフ状態に制御する。具体的には、回生制御部６２は、第３スイッチング素子２７を制御するための第３ゲート信号を生成し、当該第３ゲート信号を第３スイッチング素子２７のゲートに出力する。これにより、第３スイッチング素子２７は、オン状態となる。

【0060】

電流検出部５４は、一対の入力端子を備え、一方の入力端子が電流検出用抵抗器３１の一端に接続され、他方の入力端子が電流検出用抵抗器３１の他端に接続されている。電流検出部５４は、電流検出用抵抗器３１で発生した検出電圧が入力され、この検出電圧に基づいて検出電流を検出する。電流検出部５４は、検出した検出電流を開弁検出部５５及び駆動制御部５３に出力する。

【0061】

開弁検出部５５は、電流検出部５４から入力される検出電流に基づいて、燃料噴射弁Ｌの開弁を検出する。具体的には、開弁検出部５５は、電流検出部５４で検出された検出電流の１階微分値又は２階微分値における変曲点を特定することにより、燃料噴射弁Ｌが開弁したことを検出する。

【0062】

次に、本実施形態に係る電磁弁駆動装置１の動作について説明する。
燃料噴射弁Ｌを開弁させる前の第１期間Ｔ１において、制御部３５は、ブートストラップコンデンサ４１を充電する。具体的には、切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上か否かを一定周期ごとに判定している。切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上である場合には、常に切替部２４を第１状態に制御する。一方、切替制御部５２は、電圧検出部５１で検出されたバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合には、切替部２４を第２状態に制御する。充電制御部６０は、第１期間Ｔ１において、スイッチ３２を間欠的にオン状態に制御することで、ブートストラップコンデンサ４１に間欠的に充電させる。これによって、ブートストラップ回路２３は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ以上である場合には、第１充電経路１００が形成され、昇圧回路２０を経由せずにバッテリ電圧Ｖｂからの電力からブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成する。

【0063】

例えば、バッテリ電圧Ｖｂが１４Ｖ、昇圧電圧Ｖｓが６５Ｖ、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２が１０Ｖであると仮定する。この場合において、第１充電経路１００でブートストラップコンデンサ４１を充電すると、１４Ｖから１０Ｖへ降圧されるため、Ｗ１＝４Ｖ×Ｉの電力損失が生じる。一方、第２充電経路２００でブートストラップコンデンサ４１を充電すると、６５Ｖから１０Ｖへ降圧されるため、Ｗ２＝５５Ｖ×Ｉの電力損失が生じる。よって、切替制御部５２は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回る場合にのみ、第２充電経路２００でブートストラップコンデンサ４１を充電し、それ以外の場合には、第１充電経路１００でブートストラップコンデンサ４１を充電する。これにより、電磁弁駆動装置１は、電力損失を最小限にしながら、安定してブート電圧Ｖｂｏｏｔを生成することができる。

【0064】

電磁弁駆動装置１で燃料噴射弁Ｌを閉弁状態から開弁状態に駆動する場合、通電制御部６１は、図４に示すように、駆動開始時の第２期間Ｔ２において昇圧回路２０が生成する昇圧電圧Ｖｓを燃料噴射弁Ｌに供給する。すなわち、第２期間Ｔ２では、昇圧制御部５０が昇圧回路２０に昇圧制御信号を出力することによって、所定の昇圧電圧Ｖｓを昇圧回路２０から出力させる。例えば、第２期間Ｔ２は、ソレノイドコイル４に昇圧電圧Ｖｓが供給されてから、ソレノイドコイル４に流れる電流が予め設定された閾値を超えるまでの期間である。

【0065】

この第２期間Ｔ２では、通電制御部６１は、第１ゲート信号を第１スイッチング素子２５のゲートに出力することによって昇圧電圧Ｖｓをソレノイドコイル４の第１端部に供給すると共に、第４スイッチング素子２８に第４ゲート信号を出力することによって、ソレノイドコイル４の第２端部を、電流検出用抵抗器３１を介してＧＮＤ（基準電位）に接続させる。

【0066】

この結果、第２期間Ｔ２では、図４に示すように比較的高い昇圧電圧Ｖｓがソレノイドコイル４に供給され、ピーク状の立ち上がり駆動電流がソレノイドコイル４に流れる。このような駆動電流は、固定コア２及び可動コア１０を含む磁路を形成し、この磁路により発生する吸引力によって可動コア１０を固定コア２側（上方）に移動させる。すなわち、ニードル５は、駆動電流に起因する吸引力によって上方に移動し、以って弁体６が弁座３から離間する。

【0067】

ここで、第２期間Ｔ２において、バッテリ電圧Ｖｂよりも高い電圧の昇圧電圧Ｖｓを用いるのは、駆動電流の立ち上がりを高速化させて燃料噴射弁Ｌの開弁動作を高速化するためである。すなわち、第２期間Ｔ２では、前記駆動電流によって燃料噴射弁Ｌの開弁速度がバッテリ電圧を用いた場合よりも高速化される。

【0068】

第２期間Ｔ２が経過すると、通電制御部６１は、第１ゲート信号の出力を停止させて、ソレノイドコイル４に対する昇圧電圧Ｖｓの供給を停止する。この場合には、第１スイッチング素子２５、第２スイッチング素子２６、及び第３スイッチング素子２７はオフ状態であり、第４スイッチング素子２８はオン状態である。

【0069】

回生制御部６２は、通電制御部６１によりソレノイドコイル４に対する昇圧電圧Ｖｓの供給が停止されると、第３ゲート信号を第３スイッチング素子２７のゲートに出力することにより、ソレノイドコイル４の逆起電力に起因する電流（以下、「回生電流」という。）をＧＮＤに回生させる。

【0070】

具体的には、回生制御部６２が第３スイッチング素子２７をオン状態に制御すると、ソレノイドコイル４で発生する逆起電力によりＧＮＤ、第３スイッチング素子２７、ソレノイドコイル４、第４スイッチング素子２８、電流検出用抵抗器３１を経由してＧＮＤに前記逆起電力に起因する回生電流が流れる。なお、第３スイッチング素子２７をオン状態に制御されると、ブートストラップコンデンサ４１は、第１電圧Ｖ１又は第２電圧Ｖ２によって充電される。例えば、切替部２４が第１状態である場合には、ブートストラップコンデンサ４１を充電する第１充電経路１００は、第１電圧生成部２１、切替部２４、ブートストラップ回路２３、抵抗器３４、第３スイッチング素子２７を通る経路となる。切替部２４が第２状態である場合には、ブートストラップコンデンサ４１を充電する第２充電経路２００は、第２電圧生成部２２、切替部２４、ブートストラップ回路２３、抵抗器３４、第３スイッチング素子２７を通る経路となる。

【0071】

回生電流が流れることによってソレノイドコイル４の起電圧が時間の経過とともに徐々に低下する。そして、ソレノイドコイル４に流れる電流は、この起電圧の低下を主因として図４に示すように徐々に減衰するが、可動コア１０は固定コア２側への移動を継続し、最終的に固定コア２に衝突する。

【0072】

開弁検出部５５が燃料噴射弁Ｌの開弁を検出すると、通電制御部６１は、昇圧電圧Ｖｓよりも低いバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４に出力させる。例えば、通電制御部６１は、第２ゲート信号を第２スイッチング素子２６に出力することによってバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４の第１端部に供給すると共に、第４スイッチング素子２８に第４ゲート信号を出力する。

【0073】

このように、開弁検出部５５が燃料噴射弁Ｌの開弁を検出すると、通電制御部６１は、燃料噴射弁Ｌの開弁状態を保持するために昇圧電圧よりも低いバッテリ電圧Ｖｂをソレノイドコイル４に出力させる。このとき、第１スイッチング素子２５及び第３スイッチング素子２７はオフ状態であり、第２スイッチング素子２６及び第４スイッチング素子２８はオン状態である。

【0074】

ここで、通電制御部６１は、電流フィードバック制御を行う。このとき、制御手法としては、ＰＷＭ信号を用いてもよい。ＰＷＭ信号を用いた場合は、通電制御部６１は、所定のデューティ比のＰＷＭ信号を第２ゲート信号として第２スイッチング素子２６に供給する。そのため、バッテリ電圧Ｖｂはソレノイドコイル４に対して断続的に供給される。したがって、ブートストラップコンデンサ４１に対しても断続的に充電される。

【0075】

前記デューティ比は電流検出部５４が検出した検出電流の大きさに基づいて設定される。すなわち、通電制御部６１は、電流検出部５４が検出した検出電流の大きさに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を設定することにより燃料噴射弁Ｌの開弁状態を保持するための保持電流が所定の目標値を維持するようにフィードバック制御する。この結果、燃料噴射弁Ｌの開弁状態が保持される。また、前記デューティ比を２段階に変更することによって、駆動電流を段階的に変化させてもよい。

【0076】

制御部３５は、燃料噴射弁Ｌを駆動している間においては、第１充電経路１００によってブートストラップコンデンサ４１を充電させてもよい。制御部３５は、燃料噴射弁Ｌを開弁して燃料を噴射している期間においては、第１充電経路１００によってブートストラップコンデンサ４１を充電させてもよい。燃料噴射弁Ｌを開弁して燃料を噴射している期間とは、例えば、第２期間Ｔ２が経過した後の期間であってもよい。

【0077】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【0078】

例えば、電磁弁駆動装置１は、切替部２４を備えなくてもよい。例えば、図５に示すように、切替制御部５２は、第１電圧生成部２１及び第２電圧生成部２２のそれぞれの動作を制御してもよい。切替制御部５２は、第１電圧生成部２１を動作させることでブートストラップコンデンサ４１に対する充電経路を第１充電経路１００に制御し、第２電圧生成部２２を動作させることで前記充電経路を第２充電経路２００に制御してもよい。この場合において、ダイオード４０は、図５に示すように、第１電圧生成部２１及び第２電圧生成部２２の出力のそれぞれに設けてもよい。

【0079】

以上、説明したように、本実施形態の電磁弁駆動装置１は、昇圧回路２０を経由せずにバッテリＢＴからブートストラップコンデンサ４１に対して充電する第１充電経路１００と、昇圧回路２０からブートストラップコンデンサ４１に対して充電する第２充電経路２００と、を有し、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路１００又は第２充電経路２００に切り替える切替制御部５２を備える。

【0080】

このような構成によれば、ハイサイド側スイッチング素子をオン状態に制御するためのブート電圧を安定して生成することが可能となる。

【0081】

また、切替制御部５２は、バッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈを下回った場合にのみ充電経路を第１充電経路１００から第２充電経路２００に切り替えてもよい。ただし、これに限定されず、切替制御部５２は、任意のタイミングでブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を、第１充電経路１００から第２充電経路２００に切り替えてもよい。すなわち、通常、切替制御部５２は、ブートストラップコンデンサ４１に対して充電する充電経路を第１充電経路１００としており、例外的に第１充電経路１００から第２充電経路２００に切り替える。この例外とは、例えば、バッテリ電圧Ｖｂが車両の走行状態や異常などの様々な要因により低下したり、不安定になることである。バッテリ電圧Ｖｂの低下やバッテリ電圧Ｖｂが不安定であることは、バッテリ電圧Ｖｂを直接検出することで検出してもよいし、車両に設けられた種々のセンサの信号や車両の走行状態によって間接的に検出してもよいし、車両に設けられた種々のセンサの信号に基づいて予測してもよい。

【0082】

なお、上述した駆動制御部５３の全部または一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。この場合、上記コンピュータは、ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えてもよい。そして、駆動制御部５３の全部または一部の機能をコンピュータで実現するためのプログラムを上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを上記プロセッサに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。ここで、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

【符号の説明】

【0083】

１ 電磁弁駆動装置
２１ 第１電圧生成部
２２ 第２電圧生成部
２３ ブートストラップ回路
２５ 第１スイッチング素子
２６ 第２スイッチング素子
２７ 第３スイッチング素子
２８ 第４スイッチング素子
３５ 制御部
５２ 切替制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】