JP2002357149A - 電磁式燃料噴射弁の駆動回路 - Google Patents

電磁式燃料噴射弁の駆動回路

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恒明 青木
Junji Okada
淳司 岡田
Kazuhiro Yoneshige
和裕 米重
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁式燃料噴射弁の駆動回路において、保
持電流値を可変にして、燃料圧力に応じた必要最小の保
持電流による保持力を得ることを課題とする。 【解決手段】 電磁式燃料噴射弁を駆動するソレノイド
Ｌと、電源に接続された高電圧チャージ制御部20により
充電されるコンデンサーＣと、噴射指令信号に応答して
コンデンサーＣ４からソレノイドＬへの高圧電流をオン
オフ制御するスイッチ回路６と、電源からソレノイドＬ
へ保持電流を供給する保持電流供給回路７を備えてい
る。保持電流供給時には、ソレノイドＬに流れる電流値
を検出用抵抗Ｒ４で変換した電圧と、燃圧センサ信号に
応じた電圧とを比較回路41によって比較制御し、比較制
御された出力信号により保持電流の電流値が可変とな
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、燃料をシリンダ内
に直接噴射する直噴ガソリンエンジン用の電磁式燃料噴
射弁の駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンの燃焼効率の向上を図
るため、シリンダにインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）
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、インジェクタから噴射されるガソリン燃料はすべて
シリンダ内に供給されるため、より理論値に近い燃焼を
実現させることが可能となり、燃費の向上、排気ガス中
のＮＯX 、ＨＣ等の低減を図ることができる。
【０００３】この直接噴射の場合には、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
されるポート噴射の場合と比べて、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、燃料を充分拡散するための空間的、時間的余裕がな
い。従って、このような条件下において、ポート噴射と
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圧力を高くして、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。
【０００４】従来、図３に示す直噴ガソリンエンジン用
のインジェクタ駆動回路１（特開平１１−３５１０３９
号公報参照）が知られている。インジェクタ駆動回路１
は、エンジンのインジェクタ（ＩＮＪ）のソレノイドＬ
を励磁し駆動する回路である。図示を省略するが、イン
ジェクタ駆動回路により励磁されるソレノイドＬは、イ
ンジェクタ（電磁式燃料噴射弁）に内蔵され、ソレノイ
ドの内側で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
勢するスプリングが備えられている。
【０００５】図３のインジェクタ駆動回路１は、高電圧
印加部２、タイミング制御部（ＴＣ）３、定電流制御部
４、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３等により構成されている。
高電圧印加部２は、高電圧チャージ制御部（ＨＶＣ）20
と充電用のコンデンサＣとにより構成されている。高電
圧チャージ制御部20は、バッテリＢ（電源）とコンデン
サＣとの間に接続され、バッテリ電圧（＋Ｂ，例えば12
Ｖ）を200 Ｖ程度の高電圧に変換し、コンデンサＣへの
充電制御を行う。タイミング制御部３は、不図示のエン
ジン制御ユニット（ＥＣＵ）から出力される噴射指令信
号に基づいて、所定のタイミング毎にスイッチスイッチ
ＳＷ１〜ＳＷ３を個別にオン／オフ制御する。なお、Ｅ
ＣＵは、各種センサから入力された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て
エンジンの各制御部へ噴射指令信号等の信号を出力して
いる。
【０００６】定電流制御部４は、比較回路41、抵抗42，
43及び基準電圧発生抵抗44，45によって構成されてい
る。比較回路41の非反転入力端には基準電圧発生抵抗4
4，45により得られる基準電圧が入力され、比較回路41
の反転入力端には検出用抵抗Ｒの検出値（電圧）が入力
される。スイッチＳＷ３は、タイミング制御部３からの
信号又は比較回路41の出力信号によりオン／オフ制御さ
れる。そして、タイミング制御部３からの制御信号に基
づき、あるいはインジェクタ電流が所定値を超えないと
きにスイッチＳＷ３をオンにし、インジェクタソレノイ
ドＬ（内部抵抗Ｒ１を含む）にバッテリ電圧（＋Ｂ）を
印加する。バッテリ電圧の電流は保持電流供給回路７を
通ってインジェクタソレノイドＬへ流される。なお、Ｄ
１は印加電圧逆流防止用のダイオードである。
【０００７】タイミング制御部３から抵抗Ｒ２，Ｒ３，
抵抗43・42を介して伝送される制御信号が、スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ３のスイッチ制御部に入力され、スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ３がそれぞれオン／オフ制御される。スイッ
チＳＷ１によってコンデンサＣからインジェクタソレノ
イドＬへの高電圧の印加が制御され、高圧電流はスイッ
チ回路６を通ってインジェクタソレノイドＬへ流され
る。スイッチＳＷ２によってインジェクタソレノイドＬ
に流れる電流、すなわちインジェクタＩＮＪの駆動が制
御される。ここで、ツェナーダイオードＺＤ１及びダイ
オードＤ３は、消弧回路を形成する。
【０００８】図４のタイミングチャートを参照して、図
３のインジェクタ駆動回路の動作を説明する。いま、コ
ンデンサＣは高電圧チャージ制御部20によって充電され
て、図４(f) に示すとおりソレノイド印加電圧Ｖｄは高
電圧Ｖc の状態にあるとする。噴射指令信号によりタイ
ミング制御部３が作動し、時刻ｔ１において図４(b)〜
(d) に示すように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が同時にオ
ンとなる。
【０００９】スイッチＳＷ１のオンにより、コンデンサ
Ｃに充電された高電圧がインジェクタソレノイドＬに印
加される。インジェクタソレノイドＬには、図４(e) に
示す態様で、インジェクタソレノイド励磁電流（以下
「励磁電流」という）ＩSOL が流れ、ニードルバルブが
開き始める。そして、励磁電流値がインジェクタのニー
ドルバルブを全開させる規定電流（大電流）値Ｉthを超
える時刻ｔ２において、スイッチＳＷ１がオフとなり、
インジェクタソレノイドＬへの高電圧の印加を終了す
る。
【００１０】時刻ｔ１においてスイッチＳＷ３がオンと
なっているので、時刻ｔ２からスイッチＳＷ３がオフと
される時刻ｔ３に至るまでは、バッテリ電圧（＋Ｂ）が
インジェクタソレノイドＬに印加される。この印加は、
図４(d) に示すように、スイッチＳＷ３のオン状態は、
時刻ｔ１から時刻ｔ３に至るまでの期間τ２のあいだ継
続され、時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間においてニードル
バルブはほぼ全開状態に維持される。
【００１１】図４(f) に示されるように、ソレノイド印
加電圧Ｖｄは、時刻ｔ１からスイッチＳＷ１がオフとさ
れる時刻ｔ２に至るまで、すなわち図４(b) に示される
期間τ１の間、矩形波状の高電圧Ｖｄとなる。なお、図
４(f) に示される電圧波形は、インジェクタソレノイド
Ｌの端子電圧ではなく、同ソレノイドＬへの印加電圧、
すなわち印加する側の合成電圧波形を示す。また、期間
τ１は確実な開弁を見込んだ時間（一定値）として設定
される。
【００１２】時刻ｔ３においてスイッチＳＷ３はオフと
なり、バッテリ電圧（＋Ｂ）のソレノイドＬへの印加を
終了する。時刻ｔ３から噴射指令信号がオフとされる時
刻ｔ４に至るまでの期間τ３において、スイッチＳＷ３
を所定間隔でオン・オフさせて、パルス状のバッテリ電
圧（＋Ｂ）をソレノイドｌに印加する。すなわち、図４
(e) に示すように、規定電流値Ｉthに比べて小さな一定
電流・励磁電流ＩSOL（保持電流）がソレノイドＬに流
れ、全開したニードルバルブをほぼ全開状態に保持す
る。
【００１３】噴射指令信号のオフタイミングとなる時刻
ｔ４にて、スイッチＳＷ２及びＳＷ３をオフとなし保持
電流（開弁保持電流）の供給を停止すると、ニードルバ
ルブは急速に閉弁され、このインジェクタによる燃料の
噴射も停止される。図３のインジェクタ駆動回路１の作
動によりこうした動作が繰り返し実行され、エンジンの
各インジェクタソレノイドＬには、図４(e) に示される
態様で励磁電流ＩSOLが順次供給される。
【００１４】前述のように、直噴ガソリンエンジンの供
給燃料の圧力は、ポート噴射に比べて高い圧力に設定さ
れている。そして、従来の直噴ガソリンエンジンでは、
燃料圧力の大小にかかわらず、インジェクタの保持電流
（時刻ｔ３〜ｔ４間の励磁電流ＩSOL ）値は大きめの一
定電流となるように設定されている。小噴射量域で燃料
圧力が低く閉弁力が小さい場合に、時刻ｔ４において、
スイッチＳＷ３をオフにして励磁電流ＩSOL をゼロにし
ようとしても、保持電流が大きめに設定されているた
め、保持電流による保持力が余剰となり、励磁電流Ｉ
SOL をゼロとするのに余分の時間が必要となる。その結
果、インジェクタの閉弁時間が長くなり、インジェクタ
の噴射特性低下の一原因となっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】電磁式燃料噴射弁の駆
動回路において、保持電流値を可変にして、燃料圧力に
応じた必要最小の保持電流による保持力を得ることを課
題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、電磁式燃料噴
射弁を駆動するインジェクタソレノイドと、電源に接続
された高電圧チャージ制御部により充電されるコンデン
サーと、噴射指令信号に応答してコンデンサーからイン
ジェクタソレノイドへの高圧電流をオンオフ制御するス
イッチ回路と、電源からインジェクタソレノイドへ保持
電流を供給する保持電流供給回路を備えた電磁式燃料噴
射弁の駆動回路において、保持電流供給時には、インジ
ェクタソレノイドに流れる電流値を検出用抵抗で変換し
た電圧と、燃圧センサ信号に応じた電圧とを比較回路に
よって比較制御し、比較制御された出力信号により保持
電流の電流値を可変とすることを第１構成とする。本発
明は、第１構成において、インジェクタソレノイドに流
れる電流値を検出用抵抗で変換した電圧が比較回路の反
転入力端に入力され、燃圧センサ信号が定電流制御部で
増幅されて比較回路の非反転入力端に入力され、比較回
路の出力信号が保持電流供給回路中のスイッチのスイッ
チ制御部に入力されることを第２構成とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明の電磁式
燃料噴射弁の駆動回路の実施の形態を示す。図３のイン
ジェクタ駆動回路１では比較回路41の非反転入力端へ抵
抗44及び抵抗45間の基準電圧を入力していたが、図１の
本発明のインジェクタ駆動回路10では比較回路41の非反
転入力端へ燃圧センサー信号に応じた電圧を入力するこ
とを特徴としている。
【００１８】図１に示すように、インジェクタ駆動回路
10の電流制御部40は抵抗42、43及び比較回路41により構
成され、インジェクタ駆動回路10に増幅機能を有する電
流値制御部５が設けられている。電流値制御部５に燃圧
センサ信号が入力され、燃圧センサ信号に応じて増幅さ
れた電流比較電圧信号（電流値制御部５の出力信号）が
比較回路41の非反転入力端に入力される。比較回路41の
反転入力端には、従来例と同様に検出抵抗Ｒの検出値が
入力される。図１のその他の構成は図１と同様であるの
で、同一の構成の部材には同一の符号を付し、その説明
を省略する。
【００１９】図１のインジェクタ駆動回路10の動作は、
スイッチＳＷ１のオンによりインジェクタソレノイドＬ
に高圧チャージ電圧が印加され、スイッチＳＷ３がオフ
となりバッテリ電圧の印加が終了するまで（時刻ｔ１か
ら時刻ｔ３まで）は、従来例（図４のタイミングチャー
トに示す内容）と同じであるので説明を省略する。時刻
ｔ３以降のインジェクタ駆動回路10の動作（駆動電流，
バルブに働く力，弁挙動）は、図２のタイミングチャー
トに示す通りである。
【００２０】時刻ｔ３においてスイッチＳＷ３はオフと
なり、バッテリ電圧（＋Ｂ）のソレノイドＬへの印加を
終了する。その後、比較回路41において、インジェクタ
ソレノイドＬに流れる電流値を検出用抵抗Ｒ4 で電圧に
変換した入力値と、定電流値制御部４から出力される燃
圧センサ信号に応じた定電流比較電圧の入力値とが比較
され、比較回路41から燃料圧力に応じた電圧が出力され
る。
【００２１】時刻ｔ３から噴射指令信号がオフとされる
時刻ｔ４に至るまでの期間τ３において、図２(b) に示
すように、規定電流値Ｉthに比べて小さな可変の励磁電
流Ｉ SOL （保持電流）がインジェクタソレノイドＬに流
れ、全開したニードルバルブをほぼ全開状態に保持す
る。図２(b),(c) に示すように、燃料圧力が高いときに
は比較回路41に入力される電流比較電圧が高くなって保
持電流が増加し、バルブに働く保持力が大きくなる。反
対に燃料圧力が低いときには比較回路41に入力される比
較電圧が低くなって保持電流が減少し、バルブに働く保
持力が小さくなる。このように燃圧に応じて保持電流が
可変となり、燃料圧力に応じた必要最小の保持力を得る
ことができる。
【００２２】インジェクタ駆動回路10によれば、燃圧が
低くて燃圧による閉弁力が小さいとき、保持電流が減少
して開弁保持力が小さくなる。従って、噴射指令信号・
スイッチＳＷ３がオフとなる時刻ｔ４において、励磁電
流（保持電流）ＩSOL が急速にゼロとなり、インジェク
タの閉弁時間が短い。
【００２３】
【発明の効果】本発明の電磁式燃料噴射弁の駆動回路に
よれば、保持電流供給時には、インジェクタソレノイド
に流れる電流値を検出用抵抗で変換した電圧と、燃圧セ
ンサ信号に応じた電圧とを比較回路によって比較制御
し、比較制御された出力信号により保持電流の電流値を
可変とする。従って、燃圧に応じて保持電流が可変とな
り、燃料圧力に応じた必要最小の保持力を得ることがで
きる。そのため、インジェクタの閉弁時間が短くなり、
インジェクタの良好な噴射特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁式燃料噴射弁の駆動回路の実施の
形態を示す回路図である。
【図２】本発明の電磁式燃料噴射弁の駆動回路の実施の
形態の動作態様の特徴部分を示すタイミングチャートで
ある。
【図３】従来の電磁式燃料噴射弁の駆動回路を示す回路
図である。
【図４】従来の電磁式燃料噴射弁の駆動回路の動作態様
を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
６ スイッチ回路 ７ 保持電流供給回路 20 高電圧チャージ制御部 41 比較回路 Ｃ コンデンサー Ｌ インジェクタソレノイド Ｒ４ 検出用抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米重 和裕 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛 三工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AD12 BA00 BA19 CC06U CD25 CD26 CE22 CE29 DC08 3G301 HA01 HA04 JA03 JA14 LB04 LC01 LC10 MA11 MA18 ND02 PB03A PB03Z PB05A PB05Z PB08Z PG02A PG02Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電磁式燃料噴射弁を駆動するインジェク
    タソレノイドと、電源に接続された高電圧チャージ制御
    部により充電されるコンデンサーと、噴射指令信号に応
    答してコンデンサーからインジェクタソレノイドへの高
    圧電流をオンオフ制御するスイッチ回路と、電源からイ
    ンジェクタソレノイドへ保持電流を供給する保持電流供
    給回路を備えた電磁式燃料噴射弁の駆動回路において、
    保持電流供給時には、インジェクタソレノイドに流れる
    電流値を検出用抵抗で変換した電圧と、燃圧センサ信号
    に応じた電圧とを比較回路によって比較制御し、比較制
    御された出力信号により保持電流の電流値を可変とする
    ことを特徴とする電磁式燃料噴射弁の駆動回路。
  2. 【請求項２】 インジェクタソレノイドに流れる電流値
    を検出用抵抗で変換した電圧が比較回路の反転入力端に
    入力され、燃圧センサ信号が定電流制御部で増幅されて
    比較回路の非反転入力端に入力され、比較回路の出力信
    号が保持電流供給回路中のスイッチのスイッチ制御部に
    入力される請求項１の電磁式燃料噴射弁の駆動回路。
JP2001163948A 2001-05-31 2001-05-31 電磁式燃料噴射弁の駆動回路 Pending JP2002357149A (ja)

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