JP2526180Y2 - 電子燃料噴射装置用ソレノイド駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は、ソレノイドにより駆動されるスプール弁の
移動速度を一定にするソレノイド駆動装置に関するもの
である。

【従来の技術】

従来の電子燃料噴射装置用ソレノイド駆動装置を説明
するに先立ち、それが組み込まれている電子燃料噴射装
置の概要について説明する。 第５図は、従来の電子燃料噴射装置の概要を示す図で
ある。第５図において、１は燃料タンク、２は圧力レギ
ュレータ、３は燃料ポンプ、４はパイプ、５は制御回
路、６はソレノイド、７はスプール弁、７−１はスプー
ル、７−２はロッド、７−3,7−4,7−５は開口、８はス
プリング、９はスプリング・ストッパ、11は増圧プラン
ジャー部、11−１はシリンダ室、11−3,11−４は燃料
室、12は電磁三方弁、12−１はスプール、12−2,12−3,
12−４は開口、13はスプリング、14はソレノイド、15は
計量用電磁弁、16が逆止弁、17は燃料噴射ノズル、17−
１は流入口である。 圧力レギュレータ２は、燃料ポンプ３から出て来た燃
料の圧力を一定に調整する。燃料ポンプ３からの燃料
は、スプール弁７へ送られると共に、計量用電磁弁15,
逆止弁16を経て増圧プランジャー部11へ送られる。 スプール弁７はソレノイド６によって駆動され、ソレ
ノイド６に通電されない時、スプール７−１は図示の位
置にある。ソレノイド６に通電されると、スプール７−
１は、スプリング８の弾発力に抗して左方に移動する。
その移動速度（ストローク速度）は、ソレノイド６に印
加される電圧が大であれば大である。 増圧プランジャー部11は、燃料噴射ノズルへ供給する
燃料を高圧するためのものであり、大径部と小径部とを
有するプランジャー11−２を具えている。噴射される燃
料は、プランジャー11−２の下方にある燃料室11−3,11
−４へ入れられる。 大径部の上方のシリンダ室11−１は、プランジャー11
−２を下降させる時に下方への圧力をかけるため、燃料
ポンプ３から送られて来た燃料を流入させるための室で
ある。 増圧プランジャー部の作動行程には、噴射する燃料の
量を予め計量する計量行程と、計量した燃料を燃料噴射
ノズルを経て噴射する噴射行程とがある。以下、それら
について説明する。 〔計量行程〕 計量行程は、プランジャー11−２より下方にある燃料
室11−3,11−４に、次に噴射する分だけの燃料を、計量
して流入させる行程である。この時、プランジャー11−
２は、流入する燃料により押し上げられる。 この行程の時には、シリンダ室11−１内の燃料が開口
７−４より燃料タンク１へ還流できるよう、スプール７
−１は図示の位置にされる（ソレノイド６に通電せ
ず）。計量用電磁弁15が開かれ、燃料は逆止弁16を通っ
て燃料室11−４へ流入する。計量用電磁弁15が閉じられ
ることにより、流入させる燃料が計量される。 計量用電磁弁15の開閉は、制御回路５からの指令によ
り制御されるが、その制御は、エンジンの運転状態（エ
ンジン回転数やエンジン負荷等の状態）に応じて行われ
る。 なお、通常運転時には燃料室11−４のみに燃料を入
れ、その場合にはソレノイド14に通電して、開口12−２
をふさぐ。また、始動時等のように多量の燃料を噴射す
る必要がある時には、ソレノイド14に通電せず、開口12
−2,12−３を図示のように開いて、燃料室11−４のみな
らず燃料室11−３にも燃料を入れる。いずれの場合も、
計量用電磁弁15が開いている時間で、噴射燃料が計量さ
れる。 〔噴射行程〕 この行程の時には、ソレノイド６に通電する信号が制
御回路５から出され、スプール７−１が左方へ移動され
る。すると開口７−３が開かれると共に開口７−４が閉
じ、開口７−３→開口７−５→シリンダ室11−１へと燃
料が供給される。この燃料の圧力により、プランジャー
11−２が下降されるが、この時、小径部にある燃料室11
−４内の圧力は、大径部と小径部の面積比により増大さ
れる。そのため、高圧にされた燃料が燃料噴射ノズル17
へ供給され、噴射が行われる。 なお、噴射のタイミングとか噴射中における燃料量の
時間的変化とかは、ソレノイド６によるスプール弁７の
駆動の仕方に依存している。このソレノイド６の通電時
期は、制御回路によって決定される。 第６図は、従来の電子燃料噴射装置用ソレノイド駆動
装置であり、符号は第５図のものに対応し、24は車載の
バッテリである。制御回路５からの信号によりトランジ
スタ21がオンされると、オンされている期間だけバッテ
リ24の電圧が直接印加される。 このようなソレノイド駆動装置に関する従来の文献と
しては、例えば特開昭60-256548号公報がある。

【考案が解決しようとする課題】

（問題点） しかしながら、前記した従来のソレノイド駆動装置で
は、ソレノイドのストローク時間（言い換えれば、スプ
ール弁のスプールが移動されるストローク速度）が安定
しないという問題点があった。 （問題点の説明） ストローク時間が安定しない主な原因としては、バッ
テリ電圧の変化と燃料の粘度（これは温度によって変わ
る）の変化がある。バッテリ電圧が変化するとソレノイ
ドの駆動力が変化するし、燃料の粘度が変化するとスプ
ールの移動抵抗が変化し、ストローク時間を不安定なも
のとする。 第７図は、ソレノイドに印加されていた従来の電圧の
波形図である。バッテリ電圧は、その充電状態，経年変
化等により変化する。そのため、ソレノイド６に印加さ
れる電圧値も、時によって異なる。 イは過充電によりバッテリ電圧が過大となっている場
合の波形であり、ロはバッテリ電圧が正常値である場合
の波形であり、ハは正常値より低下している場合の波形
である。 Ｋは印加時間であるが、バッテリ電圧であるから、Ｋ
の期間中、電圧値は変化しない。 第８図は、ソレノイドのストローク時間を説明する図
である。横軸は時間，縦軸はストローク量を示す。S_Sは
ストローク開始検知閾値、S_Eはストローク終了検知閾
値、S_Fは全ストロークである。 曲線イ，ロ，ハは、３種類のストロークの場合につい
て、時間とストローク量との関係を表したものである。
曲線イの場合が最も早く全ストロークS_Fに到達している
から、最もストローク速度が大であり、曲線ロ，ハの順
に小である。 ストローク時間を、ストローク量がストローク開始検
知閾値S_Sを超えてからストローク終了検知閾値S_Eを超え
るまでの時間と定義すると、曲線イ，ロ，ハのストロー
ク時間は、図示するように、それぞれT₁，T₀，T₂であ
る。 ストローク時間が短いと排気ガス中のNo_xの量が多く
なり、ストローク時間が長いと燃料噴射ノズルからの噴
霧の状態が悪くなるという不都合がある。従って、スト
ローク時間は、短くもなく長くもない所定時間（例えば
T₀）であることが望ましい。 ところが、従来のソレノイドにはバッテリ電圧が直接
印加されていたので、バッテリ電圧の変化によってスト
ローク時間が短くなったり長くなったりして、安定しな
かった。そのため、上記のような不都合が生じることが
あった。 本考案は、以上のような問題点を解決することを課題
をするものである。

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本考案の電子燃料噴射装置
用ソレノイド駆動装置では、ソレノイドのストローク時
間を検出するためのストロークセンサと、バッテリ電圧
が入力され前記ストローク時間が所定値となるよう出力
電圧が制御される電圧変換手段と、該電圧変換手段の出
力電圧により充電され燃料噴射時に前記ソレノイドへ放
電されるコンデンサとを具えることとした。

【作用】

バッテリ電圧が入力されソレノイドのストローク時間
が所定値となるよう出力電圧が制御される電圧変換手段
により、コンデンサの充電を行うので、バッテリ電圧の
変化にかかわらず、ソレノイドのストローク時間を所定
値にすることが可能となる。 また、時間と共に低下する性質を有するコンデンサの
放電電圧をソレノイドに印加する電圧として利用するこ
とにより、大きな駆動力を要する駆動開始時には高い電
圧を印加し、少ない駆動力で済む駆動開始以後は低い電
圧を印加することが可能となる。これにより、駆動開始
に必要な高い電圧を、駆動開始より終了まで印加し続け
る場合（例、バッテリ電圧を直接印加する場合）に比
し、消費電力を少なくすることが出来る。

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第３図は、本考案を適用した電子燃料噴射装置の概要
を示す図である。符号は第５図のものに対応し、10はス
トロークセンサ、10−１は一次コイル、10−２は二次コ
イル、10−３は交流電源である。 構成上、第５図の従来例と異なる点は、後に第１図で
説明する電子燃料噴射装置用ソレノイド駆動装置への検
出信号を得るため、ストロークセンサ10を設けると共
に、ロッド７−２の左端を延長した点である。第５図と
同じ構成の部分は、従来と同様に動作するので、その説
明は省略し、主としてストロークセンサ10について説明
する。 ストロークセンサ10は、交流電源10−３に接続された
一次コイル10−１と、それと相互コンダクタンスをもっ
て結合している二次コイル10−２とから成る。二次コイ
ル10−２の両端に現れる信号が、ストローク時間を検出
するための信号として使われる。 スプール７−１と一体になっているロッド７−２の左
端部を延長し、スプール７−１が左方へ移動した時、そ
の端部が一次コイル10−１に入るようにする。ロッド７
−２は磁性体で作られているから、一次コイル10−１に
入ることによって、二次コイル10−２との相互コンダク
タンスが変化する。その変化の仕方は、ロッド７−２が
一次コイル10−１に入る速度（ストローク速度）に応じ
て変わる。この現象を利用して、二次コイル10−２の出
力よりストローク速度を検出することが出来る。ストロ
ークの長さは一定であるから、ストローク速度によりス
トローク時間は決まり、結局ストローク時間を検出する
ことが出来る。 第１図は、本考案にかかわるソレノイド駆動装置であ
る。第１図において、符号は第３図のものに対応してお
り、20,21はトランジスタ、22はコンデンサ、23はDC−D
Cコンバータ、24はバッテリである。 制御回路５からのオン信号によりトランジスタ20がオ
ンされると、DC-DCコンバータ23より点線矢印イの経路
で電流が流れ、コンデンサ22が充電される。次にトラン
ジスタ21がオンされると、コンデンサ22より点線矢印ロ
の経路でソレノイド６に放電する。 ソレノイド６に電流が流れることにより、第３図のス
プール弁７が駆動される。その駆動時のストローク時間
が、ストロークセンサ10により検出される。 ストローク時間はコンデンサ22の充電電圧に依存して
いる（充電電圧が大であれば大）ので、ストロークセン
サ10からの検出信号に応じてDC-DCコンバータ23の電圧
を制御することにより、次のストロークの時のストロー
ク時間を所定値にすることが出来る。 第２図は、ソレノイド印加電圧とコンデンサ電圧の波
形図である。第２図（イ）はソレノイド６への印加電圧
であり、第２図（ロ）はコンデンサ22の電圧である。 時刻t₀でトランジスタ20がオンされると、コンデンサ
22は充電されて電圧は上昇し、やがてDC-DCコンバータ2
3の出力電圧と等しくなる。時刻t₁でトランジスタ21が
オンされると、コンデンサ22は放電し、その電圧は徐々
に低下する。時刻t₂でトランジスタ21をオフすると、放
電は停止し、電圧の低下も停止する。時刻t₃でトランジ
スタ20をオンすると、コンデンサ22の電圧は、再び上昇
する。 ソレノイド６に印加される電圧（第２図（イ））は、
時刻t₁〜t₂間のコンデンサ22の電圧に外ならない。 ソレノイド６によりスプール弁７を駆動するには、駆
動開始時に大きな力を要し、駆動が始まってしまってか
らはそれほど大きな力は必要としない。そのような力の
出し方をするには、ソレノイド６に印加する電圧を最初
に大きく、その後は小さく変化させるのが良いが、第２
図（イ）に示す放電電圧は、まさにそのような変化をす
る電圧であるので、上記のような要請によく適合してい
る。 更に、DC-DCコンバータ23で昇圧して当初の電圧を高
くしても、その後減少するから、全体として消費する電
力は、従来と比べて多くなるわけではない。なぜなら、
従来はバッテリ電圧をソレノイド６に直接印加していた
ので、駆動の開始から終了まで同じ値の電圧が印加され
たままとなっている（第７図参照）。そのため、駆動の
後半では、必要以上に電力を消費していたからである。 なお、コンデンサ22としては、小型で大容量のコンデ
ンサが望ましいが、そのようなコンデンサとしては、例
えば、電気二重層コンデンサがある。 第４図は、制御回路５によるコンデンサの充電制御を
説明するフローチャートである。以下の説明における項
番〜は、フローチャートのステップ〜に対応し
ている。 ストロークセンサ10からの検出出力を入力する。 ストローク開始検知閾値S_S（第８図参照）と比較す
ることにより、ストロークが開始されたか否かを判断す
る。 開始したと判断されれば、ストロークセンサ10から
の検出出力を入力し続ける。 ストローク終了検知閾値S_E（第８図参照）と比較す
ることにより、ストロークが終了したか否かを判断す
る。 ストロークがストローク開始検知閾値S_Sを超えてか
らストローク終了検知閾値S_Eを超えるまでの時間（スト
ローク時間：第８図参照）を算出する。 算出したストローク時間を所定のストローク時間T₀
と比べ、次回のストローク時間がT₀になるよう、コンデ
ンサ22の充電目標電圧を算出する。 例えば、ストローク時間がT₀より小であった場合に
は、充電電圧が高過ぎたのであるから、それより低い電
圧が、次回の充電目標電圧として算出される。ストロー
ク時間がT₀より大であった場合には、それとは逆にされ
る。 充電目標電圧が算出されると、DC-DCコンバータ23
の出力電圧がその値になるよう、制御回路５によって電
圧制御される。そして、その電圧によりコンデンサ22が
充電される。

【考案の効果】

以上述べた如く、本考案の電子燃料噴射装置用ソレノ
イド駆動装置によれば、ストローク時間が所定値になる
よう予め調整した電圧をソレノイドに印加するようにし
たので、バッテリ電圧や燃料の粘度の変化に関係なくス
トローク時間を安定化することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図…本考案にかかわる電子燃料噴射装置用ソレノイ
ド駆動装置 第２図…ソレノイド印加電圧とコンデンサ電圧の波形図 第３図…本考案を適用した電子燃料噴射装置の概要を示
す図 第４図…制御回路によるコンデンサの充電制御を説明す
るフローチャート 第５図…従来の電子燃料噴射装置の概要を示す図 第６図…従来の電子燃料噴射装置用ソレノイド駆動装置 第７図…ソレノイドに印加されていた従来の電圧の波形
図 第８図…ソレノイドのストローク時間を説明する図 図において、１は燃料タンク、２は圧力レギュレータ、
３は燃料ポンプ、４はパイプ、５は制御回路、６はソレ
ノイド、７はスプール弁、７−１はスプール、７−２は
ロッド、７−3,7−4,7−５は開口、８はスプリング、９
はスプリング・ストッパ、10はストロークセンサ、10−
１は一次コイル、10−２は二次コイル、10−３は交流電
源、11は増圧プランジャー部、12は電磁三方弁、13はス
プリング、14はソレノイド、15は計量用電磁弁、16は逆
止弁、17は燃料噴射ノズル、20,21はトランジスタ、22
はコンデンサ、23はDC-DCコンバータ、24はバッテリで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 中田 輝男 神奈川県藤沢市土棚８番地 いすゞ自動 車株式会社藤沢工場内 (72)考案者 戸澤 知 神奈川県藤沢市土棚８番地 いすゞ自動 車株式会社藤沢工場内 (72)考案者 中西 晋一 神奈川県川崎市川崎区殿町３丁目25番１ 号 いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)考案者 原田 哲也 神奈川県川崎市川崎区殿町３丁目25番１ 号 いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (72)考案者 阿部 義幸 神奈川県川崎市川崎区殿町３丁目25番１ 号 いすゞ自動車株式会社川崎工場内 (56)参考文献 特開 平４−66745（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−103970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−237879（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−256548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−30448（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ソレノイドのストローク時間を検出するた
   めのストロークセンサと、バッテリ電圧が入力され前記
   ストローク時間が所定値となるよう出力電圧が制御され
   る電圧変換手段と、該電圧変換手段の出力電圧により充
   電され燃料噴射時に前記ソレノイドへ放電されるコンデ
   ンサとを具えたことを特徴とする電子燃料噴射装置用ソ
   レノイド駆動装置。