JP5882081B2

JP5882081B2 - インジェクタ駆動回路

Info

Publication number: JP5882081B2
Application number: JP2012039320A
Authority: JP
Inventors: 片田　寛; 寛片田
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013174186A

Description

本発明は、ＬＰＧやＣＮＧ等のガス燃料エンジン等において、各気筒にガス燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）を制御するインジェクタ駆動回路に関するものである。

ＬＰＧやＣＮＧ等のガス燃料エンジン等に用いられているインジェクタは、短期間に大容量の天然ガス燃料等の燃料を噴射することが必要であり、開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間インジェクタに供給して短時間に開弁し、その後開閉駆動態を維持するのに必要な値以上の開閉駆動電流をインジェクタに供給するように構成されており、例えば、特公昭６３−３５８２７号公報、特開平８−１４４８５９号公報、特開平１１−２９４２６２号公報などに提示されている。

図２は前記公報に提示されているような従来のインジェクタ駆動回路の概要を示すものであり、開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間ソレノイドコイル等により開閉動作させるインジェクタＩに供給して短時間に開弁するための開弁開始回路ＯＣと、その後開閉駆動態を維持するのに必要な値以上の開維持用駆動電流をインジェクタＩに供給するための開弁回路ＭＣをＰＷＭ制御している。

前記開弁開始回路ＯＣが、電源オン位置を経てオンされる起動信号（図示せず）から発せられる開弁信号により作動する制御装置（図示せず）からの駆動信号により前記インジェクタ１をＨｉのときにオンとして、Ｌｏｗのときにオフとなる大電流型であるｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１をスイッチング素子として備えているとともに、前記開弁回路ＭＣが前記起動信号とともにオン操作される電源スイッチ（図示せず）から発せられる駆動電流により前記制御装置（図示せず）からの駆動電流によりオン・オフする前記開弁始動回路ＯＣと同様な、エンジン起動操作で発せられる開弁信号により前記インジェクタ１をオン・オフする開弁トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ２は、前記開弁開始回路ＯＣと異なりｐチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をスイッチング素子として備えている。これを開弁始動回路ＯＣのＰＷＭ（ＰｕｉｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によりオン・オフを繰り返し噴射終了時にｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１，ｐチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ２の両方オフにしてインジェクタ１を閉じるツエナーダイオードＺＤは閉動作を短時間で実施するとともにＦＥＴを過電圧サージから保護するために接続している。

このような従来のインジェクタ駆動回路は、特に、低温時の始動時やインジェクタ弁が張り付いていたりする場合に大きな開弁電流が必要であり、大電流型であるｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１を使用することは仕方がないが、開弁回路ＭＣに用いる電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に対しても同等の電流容量の大電流型であるｐチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ２を使用しており、抵抗値が２個のＦＥＴの合計となり省電力でない。

特公昭６３−３５８２７号公報特開平８−１４４８５９号公報特開平１１−２９４２６２号公報

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、特に、開弁開始時の駆動動作時のＦＥＴの内部抵抗増加を押さえて低い電圧でも駆動可能で且つ安価な部品を用いて廉価に提供することが可能なＬＰＧやＣＮＧ等のガス燃料エンジン等において、各気筒にガス燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）を制御するインジェクタ駆動回路を提供するものである。

前記課題を解決するためになされた本発明であるインジェクタ駆動回路は、開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間インジェクタに供給して短時間に開弁させるための開弁開始回路と、その後開閉駆動態を維持するのに必要な値以上の開維持用駆動電流をインジェクタに供給するためのＰＷＭ制御機能を有する開弁回路を備えたインジェクタ駆動回路において、前記開弁開始回路が電源オン位置を経てオンされる起動信号から発せられる開弁信号により作動する制御装置からの駆動信号の入力線をゲート端子に接続するとともに一方端を電源ライン（Ｖ _Ｂ）に接続したインジェクタのもう一方端をドレイン端子に接続し、且つソース端子をアースに接続して、前記ゲート端子に入力される駆動信号がＨｉのときにオンとして、前記ゲート端子に入力される駆動信号がＬｏｗのときにオフとなる大電流型である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をスイッチング素子として備えているとともに、前記開弁回路が、前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン端子にアノード側を接続したＰＷＭ制御機能用として前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をＰＷＭ動作させた時のフライホイル電流を流す第１のダイオードのカソード側にドレイン端子を接続するとともに前記電源ライン（Ｖ _Ｂ）にソース端子を接続した第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備え、前記インジェクタが開いている期間は前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をオンさせるとともに、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン端子とソース端子間に接続されたツェナーダイオードと、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート端子に接続されるドライバー論理回路ＬＣとからなり、インジェクタ閉動作時には前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）および前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をオフさせることにより前記開弁開始回路と前記開弁回路の双方をオフさせることを特徴とする。

本発明によれば、インジェクタ駆動回路にエンジン始動により起動信号がオン操作されて開弁電流が開弁始動回路に流れると、大電流型であるスイッチング素子である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１のゲートに電流が流れてオンとなり、開弁始動回路からインジェクタに予め設定されている値の起動電流を設定時間にわたって開弁電流が流れて開弁させる。

従って、低温時の始動時やインジェクタ弁が張り付いていたりする場合など大きな開弁電流が必要であっても、大電流型である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１個だけが直列に入る回路を使用することにより、開弁について支障がない。

また、開弁電流により開弁した後は、従来のものと同様に制御装置（図示せず）から開閉駆動信号（ＰＷＭ波）が発信される。次いで、本発明では、インジェクタＩの閉動作時、インジェクタの電流はダイオードＤ１およびＤ２を介してｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン、ソース間に接続されたコンデンサに流れて前記コンデンサを充電し小容量の第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３を駆動する電源を形成する。

このとき、第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン、ソース間に接続されたツエナダイオードの効果により、サージを吸収させるが、本発明では、１回電源が形成されると２回目以降はドライバー論理回路からの信号に同期してオン・オフ動作を繰り返す。

また、本発明において、特に、第２のＦＥＴのドレインからダイオードのアノードを接続しそのダイオードのカソードと電源ライン間にコンデンサを接続しそのコンデンサに蓄えられた電荷を第２のｎチャンネル型のＦＥＴのゲート駆動用電源とすることにより簡易で且つ安定した電源を提供することができる。

本発明によれば、従来のように高価で大容量のｐチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と大容量ｎチャンネル型の電界効果トランジスタＦＥＴ各１つずつ使用する代わりに大容量ｐチャンネル型の電界効果トランジスタＦＥＴを廉価で少容量のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に置きかえることにより、経済的に有利なインジェクタ駆動回路を提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態についての回路図。従来例における代表的なインジェクションについての実施の形態である回路図。

以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の好ましい実施の形態であるインジェクタ駆動回路の要部を示すものであり、開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間ソレノイドコイル等により開閉動作させるインジェクタＩに供給して短時間に開弁するための開弁開始回路ＯＣと、その後開閉駆動態を維持するのに必要な値以上の開閉駆動電流をインジェクタＩに供給するための開閉回路ＭＣを備えている点、更に、前記開弁開始回路ＯＣが、電源オン位置を経てオンされる起動信号により作動する制御装置（図示せず）からの駆動電流により前記インジェクタＩをＨｉのときにオンとして、Ｌｏｗのときにオフとなる大電流型である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１をスイッチング素子として備えている点については前記図２に示した従来のインジェクタ駆動回路と同様である。

しかしながら、開閉回路ＭＣが第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３と、この電界効果トランジスタＴ３のドレインＤ、ソースＳ間に接続されたダイオードＤ２とコンデンサＣと、ＨｉとＬｏｗの電圧を前記電界効果トランジスタＴ３のゲートＧに創出するドライバー論理回路ＬＣと、ダイオードＤ１とからなるスイッチング回路を有している。

また、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３のドレインＤ、ソースＳ間にツエナダイオードＺＤ２が接続されている。尚、図面中、Ｄ１はフライホイル電流を流すためのダイオードである。

本実施の形態は、開弁開始時は、前記図２に示した従来例と同様に、電源オン位置を経てオンされる起動信号発生器（図示せず）から発せられる信号により作動する制御装置（図示せず）からの駆動電流により前記インジェクタ１をＨｉのときにオンとして、Ｌｏｗのときにオフとなる大電流型である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１がスイッチング素子として機能して、開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間ソレノイドコイル等により開閉動作させるインジェクタＩに供給して短時間に開弁する。

その後、第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３がＰＷＭ制御によりオンオフを繰り返すと、ダイオードＤ２を通して第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３のゲート用電源回路が充電されドライバー論理回路ＬＣからの信号が第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３のゲートＧに入力されると第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタＴ３がオンとなってダイオードＤ２とともにフライホイル電流の回路が形成されてＰＷＭ（ＰｕｉｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によるインジェクタＩの開動作保持電流が形成される。

特に、本実施の形態では最初の時だけコンデンサＣを充電するがコンデンサＣを１回充電すると、２回目からはゲート電源が確保されることにより起動信号に同期してオン・オフ動作を繰り返すことができる。また、第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ３のオフの時にはツエナダイオードＺＤ２が接続されていることによりサージを押さえながらから速やかに電流が減少してインジェクタ１を閉弁することができる。

以上のように本実施の形態は、従来、高価で大電流型であるｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を開弁スイッチとして使用するだけで、その後の開閉には廉価で小電流で駆動するｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用することにより全体として従来と異なり低価格なインジェクタ駆動回路を提供することができる。

Ｉインジェクタ、ＯＣ開弁開始回路、ＭＣ開弁回路、Ｔ１第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、Ｔ２ｐチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、Ｔ３第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＬＣドライバー論理回路、Ｄダイオード、ＺＤ，ＺＤ２ツエナダイオード

Claims

開弁時間の初期に予め設定されている値の起動電流を設定時間インジェクタに供給して短時間に開弁させるための開弁開始回路と、その後開閉駆動態を維持するのに必要な値以上の開維持用駆動電流をインジェクタに供給するためのＰＷＭ制御機能を有する開弁回路を備えたインジェクタ駆動回路において、前記開弁開始回路が電源オン位置を経てオンされる起動信号から発せられる開弁信号により作動する制御装置からの駆動信号の入力線をゲート端子に接続するとともに一方端を電源ライン（Ｖ _Ｂ）に接続したインジェクタのもう一方端をドレイン端子に接続し、且つソース端子をアースに接続して、前記ゲート端子に入力される駆動信号がＨｉのときにオンとして、前記ゲート端子に入力される駆動信号がＬｏｗのときにオフとなる大電流型である第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をスイッチング素子として備えているとともに、前記開弁回路が、前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン端子にアノード側を接続したＰＷＭ制御機能用として前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をＰＷＭ動作させた時のフライホイル電流を流す第１のダイオードのカソード側にドレイン端子を接続するとともに前記電源ライン（Ｖ _Ｂ）にソース端子を接続した第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備え、前記インジェクタが開いている期間は前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をオンさせるとともに、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン端子とソース端子間に接続されたツェナーダイオードと、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート端子に接続されるドライバー論理回路ＬＣとからなり、インジェクタ閉動作時には前記第１のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）および前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）をオフさせることにより前記開弁開始回路と前記開弁回路の双方をオフさせることを特徴とするインジェクタ駆動回路。
前記開弁回路に、前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のドレイン端子から第２のダイオードのアノード側を接続し前記第２のダイオードのカソード側と電源ライン（Ｖ _Ｂ）間にコンデンサを接続しそのコンデンサに蓄えられた電荷を前記第２のｎチャンネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート駆動用電源とすることを特徴とする請求項１記載のインジェクタ駆動回路。