JPH03275957A - 電磁弁駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子制御電磁弁装置の電磁弁の駆動回路に関
するものであり、特に自動車用エンジンにおける電子制
御燃料噴射装置に用いられる電子制御電磁弁装置の開弁
特性および／または閉弁特性を改善した駆動回路に関す
るものである。

（従来の技術） 電子制御燃料噴射装置は、自動車の排ガスの低減、燃費
の改善、出力の向上等、エンジンの総合的な性能向上に
大きな効果があるため、その搭載率は急速に増大してい
る。燃料噴射装置による上記の優れた効果は、燃料噴射
量をエンジンの種々の運転条件に合わせた最適な値に制
御することにより得られるものであるから、噴射量制御
の精度の向上が強く望まれている。

燃料噴射の制御は、制御信号発生器からのオン・オフ噴
射制御信号に基づいて燃料供給通路に設けられたニード
ルバルブ、すなわち電磁噴射弁の励磁コイルへの通電を
制御することによって行われているが、その噴射量の制
御は噴射信号のオン期間、すなわち噴射弁の開弁時間を
制御することにより行われる。したがって、燃料噴射量
制御の精度は、噴射制御信号に対する噴射弁の時間的追
従性に大きく依存しているので、噴射量制御の精度を向
上するには噴射弁の応答性の向上が絶対に必要である。

このような燃料噴射弁の応答性は、噴射弁の構造や使用
されている鉄心材料等に係る電磁弁自体の性能の良否に
大きく影響されるが、電磁弁の励磁コイルを電気的に駆
動する方式にも大きく影響される。本発明はこの電磁弁
駆動方式を改善するものである。この電磁弁駆動方式と
しては、大きく分けて電圧駆動方式と電流駆動方式の２
種類が実用化されている。

第２３図は、従来の電圧駆動方式による電磁弁駆動回路
の構成を示すものである。燃料噴射弁の開閉タイミング
を制御する制御信号発生器ｌの出力信号をトランジスタ
３のヘースに供給するようにする。このトランジスタ３
の工旦ツターコレクタ通路を、電磁弁励磁コイル４およ
び抵抗５を経て直流電源、すなわち自動車に搭載されて
いるノ＼ノテリ６に接続する。

制御信号発生器１から発生される電磁弁の開閉制御信号
によってトランジスタ３をオン、オフさせ、励磁コイル
４を流れる電流をオン、オフ制御して燃料噴射弁のニー
ドルバルブを開閉すようにしている。

第２４図は従来の電流駆動方式による電磁弁駆動回路の
構成を示すものである。制御信号発生器１からの制御信
号によって動作制御されるタイミング制御器２からの制
御信号を第１および第２のスインチングトランジスタ３
および７のベースに供給する。これらのトランジスタ３
および７はそれぞれＰＮＰ型およびＮＰＮ型とする。第
１トランジスタ３のコレクタをダイオード８を経て第２
トランジスタフのエミッタに接続し、トランジスタ７と
ダイオード８の直列回路と並列に電磁弁の励磁コイル４
を接続する。トランジスタ７のコレクタを直流電源、す
なわちバッテリ６の正端子に接続し、トランジスタ３の
エミッタを抵抗５を経てバッテリ６の負端子に接続する
。また、トランジスタ３と抵抗５との接続点をスイッチ
ング制御器２に接続して、電磁弁励磁コイル４を流れる
電流の大きさを検出している。

ニードルバルブを開いて燃料を噴射するときには、制御
信号発生器１からの信号によって第１トランジスタ３を
オン、第２トランジスタ７をオフとし、バッテリ６の電
圧をトランジスタ３を介して電磁弁励磁コイル４に印加
してこのコイルを経テ電流を流し、ニードルバルブを開
とする。このとき、励磁コイル４を流れる電流の大きさ
はバッテリ６の電圧および電流制限抵抗５の値によって
決まる。次に、タイミング制御器２は第１トランジスタ
３をオフ、第２トランジスタ７をオフとするような制御
信号を発生する。このように、制御信号発生器１が電磁
弁を閉弁するオフ信号を発生するまでの開弁期間中は、
トランジスタ３および７を通常数１０　ＫＨｚの繰り返
し周波数で交互にオン、オフさせて電磁弁励磁コイル４
に電流を流して燃料噴射弁のニードルバルブを開として
いる。この場合、励磁コイルを流れる電流は脈動するが
、励磁コイル４の逆起電力をトランジスタ７およびダイ
オード８を経て放電させているので、励磁コイル４を流
れる電流の脈動を小さく抑えている。制御信号発生器１
からの開弁信号の巾を制御することによって燃料噴射量
の制御を行っている。さらに、タイミング制御器２は抵
抗５の端子電圧を検出して励磁コイル４を流れる電流が
噴射弁の開弁に必要な電流まで立ち上がったことを検出
したら直ちにトランジスタ３および７のオン、オフ制御
に入るようにして、余分なエネルギーの消費を防いでい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の電圧駆動方式の電磁弁駆動回路は、回路
構成は簡単であるが、第２５図にその動作波形を示すよ
うに、回路に挿入された電流制限用抵抗５と、励磁コイ
ル４のインダクタの影響により、励磁コイルを流れる電
流が制御信号発生器１から供給される開弁信号の立ち上
がりに比べて大きく遅れるため、燃料噴射弁の鉄心の磁
化も遅れ、したがってリフト波形で示すように開弁時間
が著しく遅れる欠点がある。すなわち、開弁遅れ時間Ｔ
ｕが長（なる欠点がある。

第２４図に示した電流駆動方式の電磁弁駆動回路におい
ては、抵抗５は十分小さい値となっているため、電圧降
下は小さく、励磁コイル４にはバッテリ６の電圧がほぼ
そのまま印加されることになるので第２６図に示すよう
に、開弁時には比較的大きな電流が励磁コイル４に流れ
、開弁遅れ時間は電圧駆動方式に比べて短くなる。また
、開弁期間中は、トランジスタ３および７を交互にオン
、オフ動作させて、励磁コイル４を流れる電流の大きさ
を燃料噴射弁の開弁保持に必要な最小電流に維持してい
るので、電磁弁の鉄心の磁化も最小となり、したがって
閉弁時の遅れ時間Ｔｄも電圧駆動方式に比べて短くなる
。このように、電流駆動方式は、電圧駆動方式に比べて
開弁遅れ時間Ｔｕおよび閉弁遅れ時間Ｔｄが共に短縮さ
れ、応答性は比較的良好であるが、ガソリンエンジンの
燃料噴射を高精度で制御するに充分速い応答性を有して
いるものではない。

従来の電流駆動方式においては、燃料噴射弁の励磁コイ
ル４に印加される電圧は最大でも）＼・ンテリ６の電圧
に制限されるため、励磁コイルを流れる電流の立ち上が
りを改善し、開弁時間を短くすることには限界がある。

特に、低温におけるエンジン始動時などバッテリ６の電
圧が低下した状態では、さらに電流の立ち上がりが遅れ
、応答性の悪化により燃料噴射量が減少すると言う欠点
がある。

また、燃料噴射量制御の精度を、噴射量の広い範囲に亘
って確保すること、すなわち制御のダイナ累ツクレンジ
の拡大には、噴射制御信号しこ対する噴射弁の開弁、閉
弁の時間的安定性も重要である。開弁、閉弁の僅かなタ
イミングの不安定さが、特に小噴射時の流量制御に大き
く影響し、自動車の燃費の悪化となって現れることにな
る。従来より、噴射弁の安定動作を燃料噴射弁自体の改
良に求めているため、噴射弁として高品質のものが求め
られ、多大の努力やコストを費やしていた。さらに、最
近の技術動向は、エンジン性能向上のため、燃料圧力を
高め、噴射時の燃料霧化を促進しようとする方向にある
が、燃料圧力の上昇は噴射弁の開弁時における駆動力を
弱めるる作用をするため応答性が一層悪化し、従来の駆
動回路では対応が困難であり、より一層の改善が望まれ
ている。

本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去し開弁およ
び／または閉弁の遅れ時間を短くし、したがって燃料噴
射制御に適用する場合には、燃料噴射量を高精度に制御
してエンジンの性能を最大限に発揮させることができ、
特にバッテリ電圧が低下した場合にも制御の不安定性が
生しないようにした電磁弁駆動回路を提供しようとする
ものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、電子制御電磁弁装置の電磁弁励磁コイルを流
れる電流を制御して電磁弁を開閉駆動する電磁弁駆動回
路において、開弁時に前記電磁弁励磁コイルに、その開
弁保持電流よりも大きな第１０）電流を流す第１の回路
を瞬時に閉成する第１のスイッチング手段と、開弁後電
磁弁を開弁状態に維持するに必要な第２の電流を定常的
に流す第２の回路を閉成する第２のスイッチング手段と
、前記第１のスイッチング手段により閉成される第１の
回路内に接続される第１の電源手段と、前記第２のスイ
ッチング手段により閉成される第２の回路内に少なくと
も接続される第２の電源手段とを具えることを特徴とす
るものである。

このような本発明の電磁弁駆動回路を、自動車エンジン
の燃料噴射弁に適用する場合には、前記第２の電源手段
を自動車のバッテリを以て構威し、前記第１の電源手段
をこのバッテリ電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを
以て構成する。

本発明の電磁弁駆動回路においては、電磁弁の開弁時に
励磁コイルに印加する電圧をバッテリ電圧よりも高くす
ることができ、したがって開弁時に励磁コイルを流れる
電流は急速に立ち上がり、電磁弁の鉄心を速やかに磁化
し、開弁時間の遅れを著しく短くすることができる。

電磁弁の励磁コイルを流れる電流は、励磁コイルのイン
ダクタンスおよび直流抵抗の影響により印加電圧の変化
に対して常に遅れ、その変化は次式で表される。

ここで、 ■：　電流（八） Ｅ：電圧ｍ Ｌ：励磁コイルのインダクタンス（Ｈ）Ｒ：回路の抵抗
（Ω） ｔ：時間（秒） である。したがって、短時間に大きな駆動電流を得るた
めには高い電源電圧と低い回路抵抗とが必要であるが、
本発明によればバッテリとは別個にＤＣ−ＤＣコンバー
タを設け、その昇圧した電圧を励磁コイルに印加するよ
うにしているため、駆動電流を急激に増大させることが
でき、開弁遅れ時間を短縮することができる。

本発明は、さらに電子制御電磁弁装置の電磁弁励磁コイ
ルを流れる電流を制御して電磁弁を駆動する電磁弁駆動
回路において、前記電磁弁励磁コイルに、電磁弁を開弁
し、その状態を保持する第１の電流を流す第１の回路を
閉成する第１のスイッチング手段と、閉弁時に前記第１
の電流と方向が反対の第２の電流を電磁弁励磁コイルに
流す第２の回路を瞬時に閉成する第２のスイッチング手
段と、前記第１のスイッチング手段によって閉成される
第１の回路に少なくとも接続される第１の電源手段と、
前記第２のスイッチング手段により閉成される第２の回
路に接続される第２の電源手段とを具えることを特徴と
するものである。

このような本発明の１を磁弁駆動回路においては、電磁
弁の閉弁時に開弁時とは反対方向の大きな電流を流すこ
とができるので、電磁弁の鉄心の残留磁気を速やかに減
磁させることができ、閉弁開始時の弁の復帰力を大幅に
高めることができ、したがって閉弁時の遅れ時間を大幅
に短縮することができる。

本発明はさらに、電子制御電磁弁装置のｔｖＬ弁励磁コ
イルを流れる電流を制御してｔ磁弁を駆動する電磁弁駆
動回路において、開弁時に前記電磁弁励磁コイルに、そ
の開弁保持電流よりも大きな第１の電流を流す第１の回
路を瞬時に閉成する第１のスイッチング手段と、開弁後
、電磁弁を開弁状態に維持するに必要な第２の電流を電
磁弁励磁コイルに流す第２の回路を閉成する第２のスイ
ッチング手段と、閉弁時に前記第１と方向が反対の第３
の電流をｔ磁弁励磁コイルに流す第３の回路を瞬時に閉
成する第３のスイッチング手段と、前記第１のスイッチ
ング手段によって閉成される第１の回路内に接続される
第１の電源手段と、前記第２のスイッチング手段により
閉成される第２の回路内に少なくとも接続される第２の
電源手段と、前記第３のスイッチング手段により閉成さ
れる第３の回路内に接続される第３の電源手段とを具え
ることを特徴とするものである。

このような、本発明の電磁弁駆動回路においては、開弁
時に励磁コイルに急速に立ち上がる大電流を流すことが
できるので、開弁時間の遅れを短くすることができ、ま
た閉弁時には反対方向の大電流を励磁コイルに流すこと
ができるので、閉弁時間の遅れを短くすることができ、
さらに開弁期間中は比較的小さな開弁保持電流を励磁コ
イルに流すことができるので、電磁弁鉄心の磁化を必要
最小限に抑えることができ、したがって閉弁時の遅れを
さらに短くすることができる。

（実施例） 第１図は電磁弁の開弁時間の遅れを短縮した本願の第１
番目の発明による電磁弁駆動回路の一実施例の槽底を示
すものであり、自動車用ガソリンエンジンの電子制御燃
料噴射弁に通用したものである。自動車に搭載されてい
るバッテリ１１の電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ
１２を設け、これらを直列に接続する。バッテリ１１の
負端子は接地する。

バッテリ１１の正端子を、電磁弁励磁コイル１３、第１
および第２のトランジスタ１４および１５を経てコンバ
ータ１２の負端子に接続する。トランジスタ１４のエミ
ッタとトランジスタ１５のコレクタとの接続点をダイオ
ードＩ６および電流制限抵抗１７を経てバッテリ１１の
負端子およびコンバータ１２の正端子との接続点に接続
する。トランジスタ１４のヘースは制御信号発生器１８
の出力端子に接続し、トランジスタ１５のヘースは、制
御信号発生器によって制御されるタイミング制御器１９
の出力端子に接続する。

次に、上述した本発明の電磁弁駆動回路の動作を第２図
に示す信号波形をも参照して説明する。

制御信号発生器１８からは、第２図Ａに示す開弁信号が
発生される。この開弁信号がハイレベルにあるときに、
ｔＮ噴射弁が動作して、ニードルバルブを開とするのが
理想であるが、開弁時の遅れおよび閉弁時の遅れによっ
てずれが生じる。このずれをできるだけ小さくすること
が燃料噴射量の制御精度を向上する上で重要である。開
弁信号はトランジスタ１４のヘースに直接供給されると
ともにタイミング制御器１９に供給され、このタイミン
グ制御器から第２図Ｂに示すように開弁信号の立ち上が
りエツジに同期してパルス信号を発生させ、これをトラ
ンジスタ１５のベースに供給する。したがって、これら
のトランジスタ１４および１５は同時にオンとなる。こ
のため、電磁弁励磁コイル１３には、バッテリ１１およ
びコンバータ１２の直列回路が接続されることになるが
、この回路の抵抗は非常に低いので励磁コイル１２には
バッテリ１１およびコンバータ１２の出力電圧の和に等
しい電圧が印加され、励磁コイル１３には第２図Ｃに示
すように急速に立ち上がり、振幅の大きな電流ｉ１が瞬
時に流れることになり、電磁弁の鉄心は急速に磁化され
、ニードルバルブは瞬時に開弁することになる。パルス
信号の立ち下がりに同期してトランジスタ１５がオフと
なると、励磁コイル１２を流れる電流は急速に減少し、
バッテリ１１の電圧と抵抗１７の値によって決まる電流
１２が流れるようになる。この電流ｉ２の値は、を磁弁
の開弁を保持するのに必要な最小電流値とすることがで
きる。電磁弁の開弁制御信号がロウレベルになると、ト
ランジスタ１４はオフとなり、励磁コイル１３を流れる
電流は零となる。

この場合、開弁期間中の電流１２の値は抵抗１７によっ
て開弁保持電流に維持されているので、開弁期間中の励
磁コイル１３の発熱量は小さくなるとともに電磁弁の鉄
心の残留磁気は小さく、第２３図に示した従来の電圧駆
動方式のものよりも閉弁動作は迅速に行われることにな
る。また、ダイオード１６はトランジスタ１５がオンと
なるときに、コンバータ１２から抵抗１７を経て電流が
流れるのを阻止するように作用するものである。

第３図は上述した本発明の電磁弁駆動回路の開弁特性を
、横軸にバッテリ１１の電圧をとり、縦軸に開弁遅れ時
間をとって示したものである。第３図には、さらに比較
のために第２３図に示した従来の電磁弁駆動回路の開弁
特性をも示した。この特性は、バッテリ１１の電圧を可
変としまたコンバータ１２は、バッテリ１１の電圧を２
倍に昇圧するようにして、開弁遅れ時間、すなわち制御
信号発生器■８から開弁信号が発生されてから、ニード
ルバルブが全開するまでの時間を非接触変位センサーで
測定したものである。この場合、燃料噴射弁からは実際
にはガソリンは噴射させないで、空気中で測定した。

本発明の電磁弁駆動回路においては、励磁コイルを流れ
る電流の立ち上がりが急峻になっているので、開弁遅れ
時間は著しく短縮され、自動車バッテリの通常の動作電
圧範囲において従来の電磁弁駆動回路にくらべて５０〜
６０％も短縮されていることが分かる。また、バッテリ
電圧が低下した場合の開弁遅れ時間の増大も非常に小さ
なものとなり、殆ど無視することができる。さらに、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータ１２の出力電圧を２４ボルトとした
が、さらに出力を高くすることによって開弁遅れ時間を
さらに短縮することができるが、この出力電圧の上限値
はスイッチング素子として使用するトランジスタの耐圧
によって制限される。

第４図および第５図は、第１図に示した本発明の電磁弁
駆動回路の変形例を示すものであり、第１図に示した素
子と同一の素子には同じ符号を付けて示し、トランジス
タは単にスイッチ接点として示した。第４図に示す実施
例においては、バッテリ１１とトランジスタ１４との直
列回路およびＤＣ−ＤＣコンバータ１２とトランジスタ
１５との直列回路よりなる並列回路を電磁弁の励磁コイ
ル１３と直列に接続したものであり、電磁弁の開弁時に
は、トランジスタ１５のみをオンとしてコンバータ１２
の高い出力電圧を励磁コイル１３に印加して急速に立ち
上がる電流を励磁コイルに流して開弁遅れを短縮し、そ
の後トランジスタ１５をオフとし、トランジスタ１４を
オンとしてバッテリ１１の電圧を励磁コイル１３に印加
して開弁保持電流を流すようにしたものである。本例に
おいて、バッテリ１１と直列にダイオード２０を破線で
示すような極性に接続する場合には、開弁時にトランジ
スタ１４をトランジスタ１５と同時にオンとすることが
できる。

第５図に示す変形例においては、バッテリ１１とＤＣ−
ＤＣコンバータ１２とをトランジスタＩ５を介して直列
に接続し、ハッテリエ１の正端子をｉｔ電磁弁励磁コイ
ル１３の一端に接続し、励磁コイルの他端を、トランジ
スタ１４を介してバッテリ１１の負端子とトランジスタ
エ５との接続点に接続するとともにコンバータ１２の負
端子に接続する。本例においては、開弁時にトランジス
タ１５をオンとしてバッテリ１１の電圧およびコンバー
タエ２の電圧の和の電圧を励磁コイル１３に印加して急
速に立ち上がる電流を流して開弁遅れを小さくし、開弁
後はトランジスタ１５をオフとし、トランジスタ１４を
オンとしてバッテリ１１の電圧を励磁コイル１３に印加
して開弁保持電流を流すようにしている。本例において
もトランジスタ１４と直列にダイオード２０を接続する
ことができ、この場合には開弁時においてトランジスタ
１４をトランジスタ１５と同時にオンとすることができ
る。

上述したように本発明の電磁弁駆動回路においては、電
磁弁の開弁時には、コンバータ１２の出力電圧（第４図
の実施例）またはコンバータの出力電圧とバッテリ電圧
との和の電圧（第１図および第５図の実施例）が励磁コ
イル１３に印加されるが、これらの電圧はいずれもバッ
テリ電圧よりも高い電圧となっているので、励磁コイル
を流れる電流は急速に立ち上がるものとなり、開弁遅れ
時間をきわめて短くすることができる。また、開弁後は
、励磁コイルに流す電流は開弁保持電流とすることがで
きるので無駄な発熱を防ぐことができるとともに鉄心の
残留磁気を小さく抑えることができ、したがって閉弁遅
れ時間もある程度短縮することができる。

第６図は、第１図に示した本発明の電磁弁駆動回路のさ
らに他の変形例を示すものであり、第１図に示したｉｉ
ｔ磁電磁励磁コイル１３と並列にコンデンサ２１を接続
したものであり、その他の構成は第１図に示したものと
同一である。本例においては、第７図に示したように、
開弁時において電流１１は急峻に立ち上がり、開弁後は
開弁保持電流１２が流れ、閉弁時には励磁コイルＩ３の
逆起電力はコンデンサ２１と励磁コイル１３との共振回
路をリンギング電流として流れて消滅し、電流は急速に
立ち下がり、反対方向の電流ｉ、が流れることになり、
この結果としてｔ磁弁の鉄心の残留磁気を強制的に打消
すことができ、閉弁遅れ時間を短縮することができる。

第８図は、第６図に示した実施例のコンデンサ２１の容
量と閉弁遅れ時間との関係を示すものであり、コンデン
サの容量を０．３５μＦとするときに閉弁遅れ時間を最
も短くすることができる。この閉弁遅れ時間は、第１図
に示すようにコンデンサを接続しない場合に比べて２０
％以上短縮することができる。このコンデンサ２１の容
量の最適値は、電磁弁のインダクタンス、磁路を構成す
る磁性材料によって異なるので、それぞれの場合につい
て最適値を決定する必要がある。

上述したように、本発明によれば電磁弁の開弁時の遅れ
時間を短縮することができるが、これによって開弁時間
の変動範囲を減少することもできる。

第９図は本発明の電磁弁駆動回路の他の実施例を示す回
路図であり、本例ではｔｍ弁の閉弁時の遅れを改善する
ものであり、基本的には電圧駆動方式のものである。電
磁燃料噴射弁の励磁コイル３Ｉの一端を抵抗器３３を経
てトランジスタ３２のコレクタに接続し、そのエミッタ
を接地する。励磁コイル３１の他端をバッテリ３４の正
端子に接続し、バッテリの負端子は接地する。励磁コイ
ル３１とバッテリ３４の正端子との接続点をＤＣ−ＤＣ
コンバータ３５の負端子に接続し、このコンバータの正
端子をトランジスタ３６のエミッタに接続し、そのコレ
クタは励磁コイル３１と抵抗器３３との接続点に接続す
る。

トランジスタ３２のベースは抵抗３７を介して制御信号
入力端子３８に接続し、トランジスタ３６のエミッタお
よびベースをそれぞれ抵抗３９および４０を経てコンデ
ンサ４１の一端に接続し、その他端は制御信号入力端子
３８に接続する。前例と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ
３５はバッテリ３４によって駆動され、バッテリ電圧を
昇圧した電圧を出力することができるように構成されて
いる。

次に、本例の駆動回路の動作を第１０図に示す信号波形
をも参照して説明する。第１０図Ａは入力端子３８に供
給される開弁制御信号を示すものであり、この制御信号
によってトランジスタ３２がオンとなるとともにトラン
ジスタ３６のベースには、第工Ｏ図Ｂに示すように制御
信号の立ち上がりにおいてスパイク状のパルス電圧が印
加されるが、トランジスタ３６はオフ状態のままである
。トランジスタ３２がオンとなると、バッテリ３４の電
圧が抵抗３３を経て電磁弁の励磁コイル３１に印加され
、励磁コイルには第１０図Ｃに示すように徐々に立ち上
がる電流が流れ、電磁弁は第１０図りにリフト波形を示
すように開弁状態となる。本例においては、この開弁時
にはバッテリ電圧を印加しているだけであるので、開弁
の遅れ時間Ｔｕは従来の電圧駆動方式による駆動回路と
同様である。制御パルスが立ち下がると、トランジスタ
３２はオフとなるが、トランジスタ３６のベースには負
のスパイク状パルスが印加され、トランジスタのエミッ
ターベース間の導通電圧である０、６ボルト以上の電圧
が印加されている間はオンとなり、コンバータ３５の高
電圧が励磁コイル３１に印加され、励磁コイルには方向
が反対で急激に変化する電流が流れる。このように、閉
弁時には励磁コイル３１には、方向が開弁時とは反対方
向で、急激に変化する電流が流れるため、電磁弁の鉄心
の残留磁気は急速に低減し、電磁弁は迅速に閉弁動作を
行うようになる。このため、閉弁遅れ時間Ｔｄは従来の
ものに比べて著しく小さな値となる。

第１１図は上述した実施例と同様に、閉弁特性を改善し
た本発明の駆動回路の実施例を示すものであるが、本例
では電流駆動方式を採用したものである。本例において
、前例と同し素子には同一符号を付けて示す。本例では
、電磁弁の励磁コイル３１の一端をトランジスタ３２お
よび抵抗３３を経て接地し、他端をバッテリ３４の正端
子に接続し、バッテリ３４によって駆動されるＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ３５の負端子を励磁コイル３１とバッテリ
との接続点に接続し、正端子をトランジスタ３６を介し
て励磁コイル３１の他端に接続する。トランジスタ３６
のコレクタとベースとの間にはフォトカプラ４３を接続
し、ベースとエミッタとの間には抵抗４４を接続する。

励磁コイル３１と並列にダイオード４５およびトランジ
スタ４６を接続する。本例では、さらに制御信号入力端
子３８にタイミング制御器４７を接続し、このタイミン
グ制御器の出力信号をトランジスタ３２．４６のベース
に供給するとともに抵抗４８を経てフォトカプラ４３に
接続する。

本例の駆動回路の動作を第１２図の信号波形をも参照し
て説明、する。制御信号入力端子３８に第１２図Ａに示
す開弁制御信号を供給すると、タイミング制御器４７は
第１２図Ｂ、ＣおよびＤに示す制御パルスをトランジス
タ３２および４６のベースおよびフォトカプラ４３に供
給する。開弁時にはトランジスタ３２が先ずオンとなり
、励磁コイル３１にはバッテリ３４の電圧が印加され、
励磁コイルには第１２図已に示すように電流が流れ、電
磁弁は開弁される。タイミング制御器４７は、開弁制御
信号がハイレベルにある間は、例えば１０ＫＨｚの周波
数の制御パルスを発生し続け、トランジスタ３２および
４６を交互にオン、オフさせる。トランジスタ４６がオ
ンとなると、励磁コイル３１の逆起電力はダイオード４
５およびトランジスタ４６を経て放電される。このよう
にして、トランジスタ３２および４６を交互にオン、オ
フさせることによって励磁コイル３１には開弁保持電流
が流れることになる。開弁制御信号の立ち下がりにおい
て、タイミング制御器４７は第１２図りに示すようなパ
ルスをフォトカプラ４３に供給し、トランジスタ３６を
オンとする。このため、コンバータ３５の出力高電圧が
トランジスタ３６を経て励磁コイル３１に印加され、励
磁コイルには第１２図已に示すように開弁時とは反対方
向の電流が急激に流れることになり、電磁弁の閉弁遅れ
時間Ｔｄを短縮することができる。開弁遅れ時間Ｔｕは
前例と同様に従来の電流駆動方式の駆動回路に比べて改
善されてはいない。本例においては、電磁弁の開弁期間
中、励磁コイル３１に開弁保持電流を流すようにしため
閉弁には電磁弁の鉄心の残留磁気は急激に消滅するので
閉弁遅れ時間を、前例に比べてさらに短縮することがで
きる。

第１３図は、電磁弁の開弁時および閉弁時の遅れを短縮
するとともに開弁期間中に励磁コイルに流れる電流を開
弁保持電流とした本願の第３番目の発明による電磁弁駆
動回路の基本的構成をを示すものである。本例では、バ
ッテリ５１と、このバッテリによって駆動される第１お
よび第２のＤＣ−ＤＣコンバータ５２および５３を設け
、バッテリ５１の正端子を抵抗５４およびトランジスタ
５５を経て電磁弁の励磁コイル５６の一端に接続し、コ
ンバータ５２の正端子をトランジスタ５７を経て励磁コ
イルの一端に接続し、コンバータ５３の負端子をトラン
ジスタ５８を経て励磁コイル５６の一端に接続する。ま
た、バッテリ５１およびコンバータ５２の負端子および
コンバータ５３の正端子を接地するとともに励磁コイル
５６の他端を接地する。制御信号入力端子５９にはタイ
ミング制御器６０を接続し、このタイミング制御器の出
力端子をトランジスタ５５．５７および５８のベースに
接続する。

次に、本例の駆動回路の動作を第１４図に示す信号波形
をも参照して説明する。入力端子５９に第１４図Ａに示
す制御信号が供給されると、トランジスタ５５．５７お
よび５８のベースには第１４図Ｃ，ＢおよびＤに示す制
御パルスがタイミング制御器６０から供給される。すな
わち、制御信号の立ち上がりにおいてトランジスタ５７
がオンとなり、コンバータ５２の電圧が励磁コイル５６
に印加され、励磁コイルには、第１４図Ｅに示すように
急激に増大する電流が流れ、したがって開弁時における
遅れ時間Ｔｕを短くすることができる。電磁弁の開弁後
は、トランジスタ５５がオンとなり、バッテリ５１の電
圧が励磁コイル５６に印加され、励磁コイルには抵抗５
４で制限されたｔ流が流れ、電磁弁を開弁状態に維持す
る。制御信号の立ち下がりにおいて、トランジスタ５８
がオンとなり、コンバータ５３の電圧が励磁コイルに印
加されるが、この電圧はバッテリ５１およびコンバータ
５２の電圧とは反対極性となっているので、励磁コイル
５６には反対方向の電流が急激に流れるようになり、閉
弁遅れ時間Ｔｄを短縮することができる。このように、
本例においては、電磁弁の開弁時および閉弁時の遅れ時
間を短縮することができるとともに開弁期間中の電流は
抵抗５４によって開弁保持電流にすることができるので
、閉弁遅れ時間をさらに短縮することができるとともに
励磁コイルでの発熱を抑えることができる。

第■３図に示した実施例におけるタイミング制御器６０
は既知の再トリガ可能な単安定マルチバイブレータを用
いたパルス発生器を以て構成することができるが、この
ようなパルス発生器の一例を第１５図に示す。第１５図
に示すように、開弁制御信号を受ける入力端子ＩＮに３
段のリトリガブル単安定マルチバイブレータＭＭＶ−Ａ
〜ＭＭＶ−Ｃを縦続接続する。開弁制御信号が入力端子
ＩＮに与えられると、ＭＭＶ−ＡのＱ端子はハイレベル
となり、抵抗ＲＩｌＡとコンデンサＣＸＡとの積によっ
て決まる巾を有するパルスが出力される。このパルスを
出力端子０−１に供給する。ＭＭＶ−ＢのＱ端子は、Ｍ
ＭＶ−ＡのＱ端子に現れる上述したパルスの立ち下がり
に応答してハイレベルとなり、抵抗ＲＸＩ＋とコンデン
サＣＸＩとの積によって決まる巾を有するパルスが出力
される。

このパルス巾は、電磁弁繰り返し開閉周期よりも十分に
長くなるように設定する。またＭＭ−ＢのＣＬＲ端子は
入力端子ＩＮに接続されているので、開弁制御信号の立
ち下りに同期してＭＭＶ−ＢのＱ端子はローレヘルにな
る。このパルスを出力端子０−２に供給する。ＭＭＶ−
ＣのＱ端子は、ＭＭＶ−ＢのＱ端子に現れる上述したパ
ルスの立ち下がりに応答してハイレベルとなり、抵抗Ｒ
ＸＣとコンデンサＣＸＣとの積によって決まる巾を有す
るパルスが出力される。このパルスは出力端子０−３に
出力される。このようにして、第１３図に示す電磁弁駆
動回路に必要な制御パルスを発生させることができるが
、タイミング制御器は上述した例だけに限定されるもの
ではなく、他の種々の回路構成が可能である。

第１６図は本発明の駆動回路のさらに他の実施例を示す
ものであり、第１３図に示した素子と同し素子には同じ
符号を付けて示した。第１７図Ａに示す様な開弁制御信
号が供給されると、電磁弁の開弁時には第１７図Ｃおよ
びＢに示すようにトランジスタ５５および５７がオンと
なり、バッテリ５１およびコンバータ５２の和の電圧が
励磁コイル５６に印加され、急速に立ち上がる電流が流
れ、開弁遅れ時間を短くすることができる。開弁後はト
ランジスタ５５のみが引き続きオンとなり、バッテリ５
１から抵抗５４およびダイオード９０を経て励磁コイル
５６に開弁保持電流が流れる。閉弁時には第１７図りに
示すようにトランジスタ５８のみがオンとなり、励磁コ
イル５６には反対方向の急激に増大する電流が流れ、閉
弁遅れ時間を短くすることができる。

第１８図は本発明の駆動回路のさらに他の実施例を示す
ものである。本例では、第１９図Ａに示す様な開弁制御
信号が供給されると、電磁弁の開弁時には第１９図Ｂに
示すようにトランジスタ５７のみがオンとなり、バッテ
リ５１およびコンバータ５２の和の高い電圧が励磁コイ
ル５６に印加され、励磁コイル５６には急速に立ち上が
る電流が流れ、開弁遅れ時間を短くすることができる。

開弁後は、第１９図Ｃに示すようにトランジスタ５５の
みがオンとなり、バッテリ５１から抵抗５４を経て励磁
コイル５６に開弁保持電流が流れる。閉弁時には第１９
図りに示すようにトランジスタ５８のみがオンとなり、
励磁コイル５６には反対方向の急激に増大する電流が流
れ、閉弁遅れ時間を短くすることができる。

第２０図は第１６図に基本構成を示した本発明の電磁弁
駆動回路の一実施例の構成を示す回路図である。本例は
電流駆動方式を適用したものであり、電磁弁の励磁コイ
ル７１の一端をハツチリフ２の正端子に接続し、バッテ
リの負端子は接地する。励磁コイル７１の他端はトラン
ジスタ７３および７４を経てＤＣ−ＤＣコンバータ７５
の出力端子７６に接続し、これらトランジスタの接続点
をダイオード７７および抵抗７８を経て接地する。励磁
コイル７１とトランジスタ７３のコレクタとの接続点を
トランジスタ７９を経てコンバータ７５の出力端子８０
に接続する。このトランジスタ７９のエミッタは抵抗８
１および８２を介してヘースに接続する。トランジスタ
７３のヘースは抵抗８３を経て、直列接続した反転段８
４および８５の出力端子に接続する。また、トランジス
タ７４のベースは抵抗８６およびコンデンサ８７を介し
て反転段８５の出力端子に接続する。さらに、トランジ
スタ７４のエミッタを抵抗８８を経て、抵抗８６とコン
デンサ８７との接続点に接続し、抵抗８１と８２との接
続点をコンデンサ８９を経て反転段８５の出力端子に接
続する。反転段８４の入力端子は制御信号を受ける制御
信号入力端子９０に接続する。ＤＣ−ＤＣコンバータ７
５は既知のジエンセン型のコンノ＼−夕を以て構成し、
バッテリ７２の＋１２ボルトの電圧を昇圧して出力端子
７６に、−２４ボルト、出力端子８０に＋１６０ボルト
の電圧を発生するものである。

次に、本例の駆動回路の動作を第２１図に示す信号波形
を参照して説明する。入力端子９０には、第２１図Ａに
示す開弁制御信号が供給される。この開弁制御信号によ
って、トランジスタ７３はオンとなる。また、トランジ
スタ７４および７９のヘースには、開弁制御信号の立ち
上がりにおいて正、立ち下がりにおいて負のスパイク状
パルスが印加され、立ち上がりにおいてトランジスタ７
４がオン、立ち下がりにおいトランジスタ７９がオンと
なる。したがって、開弁時には電磁弁ので励磁コイル７
１には、バッテリ７２の電圧とコンバータ７５の出力端
子７６の電圧の和の電圧が印加され、励磁コイルには急
激に立ち上がる電流が流れ、開弁時の遅れ時間を短縮す
ることができる。開弁後は、トランジスタ７３のみがオ
ンとなり、バッテリ７２の電圧が印加され、励磁コイル
には抵抗７８によって制限された開弁保持電流が流れる
。開弁制御信号の立ち下がり時に、トランジスタ７３お
よび７４はオフとなり、トランジスタ７９がオンとなる
。したがって、励磁コイル７１にはコンバータ７５の出
力端子８０に現れる】６０ボルトの電圧が印加され、励
磁コイルを経てそれまでとは反対方向の急激に増大する
電流が流れ、電磁弁の鉄心の残留磁気は速やかに消滅し
、電磁弁の閉弁遅れ時間を短縮することができる。

（発明の効果） 上述したように、本出願の第１番目の発明においては、
電磁弁の開弁時に急激に増大する電流を励磁コイルに流
すようにしたため、電磁弁の開弁遅れ時間を短縮すると
ともに、この遅れ時間のばらつきを小さくすることがで
きる。また、本出願の第２番目の発明においては、電磁
弁の閉弁時に、励磁コイルに開弁期間中とは反対方向で
、急激に増大する電流を流すようにしたため、励磁コイ
ルに発生する逆起電力を迅速に消滅させるとともに電磁
弁の鉄心の残留磁気を強制的に打ち消すことができ、し
たがって閉弁時の遅れ時間をきわめて短くすることがで
きる。さらに、本願の第３番目の発明においては、３つ
の電源手段を設け、開弁時、開弁期間中および閉弁時の
それぞれにおいて最適の電流を励磁コイルに流すように
したので開弁遅れ時間および閉弁遅れ時間を短縮するこ
とができるとともに開弁期間中は励磁コイルを流れる電
流を開弁保持電流に維持することができるので、励磁コ
イルの発熱を最少に抑えることができるとともに電磁弁
の鉄心の残留磁気を最少とすることができので閉弁遅れ
時間をさらに短縮することができる。

上述した本発明の効果を実証するために、第２２図Ａ、
ＢおよびＣに示した従来の電圧駆動方式による電磁弁駆
動回路における閉弁遅れ時間、従来の回路において励磁
コイルと並列にコンデンサを接続した駆動回路の閉弁遅
れ時間および本発明による電圧駆動方式の電磁弁駆動回
路において、閉弁時に励磁コイルに印加する電圧を１２
０．１４０および１６０ボルトとした場合の閉弁遅れ時
間をそれぞれ測定した結果を以下に示す。なお、第２２
図において、Ｔｒはスイッチングトランジスタ、ＥＦＴ
は電磁弁の励磁コイル、Ｅｌはバッテリ、Ｅ２はＤＣ−
ＤＣコンバータ、Ｒは電流制限抵抗、Ｃはコンデンサで
ある。また、この実験ではバッテリ電圧を１４ボルトと
し、開弁制御信号の周期を１０ミリ秒、パルス巾を２当
り秒とし、ニードルバルブは空気中で動作させ、その開
閉は非接触変位センサによって検出した。

この実験結果から明らかなように、本発明の電磁弁駆動
回路によれば、従来の駆動回路に比べて閉弁時の遅れ時
間を大幅に短くすることができ、したがって燃料噴射弁
に適用した場合、噴射燃料を精度良く制御することがで
き、エンジンの性能を最大限に発揮させることができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は開弁特性を改善した本発明の電磁弁駆動回路の
一実施例の構成を示す回路図、第２図は同じくその動作
を説明するための信号波形図、 第３図はバッテリの電圧と開弁遅れ時間との関係を示す
グラフ、 第４図および第５図は第１図の変形例の構成を示す回路
図、 第６図は励磁コイルと並列にコンデンサを接続した第１
図の変形例を示す回路図、 第７図は同しくその動作を説明するための電流波形図、 第８図はコンデンサの容量と開弁遅れ時間との関係を示
すグラフ、 第９図は閉弁特性を改善した本発明の電磁弁駆動回路の
一実施例の構成を示す回路図、第１Ｏ図は同じくその動
作を説明するための信号波形図、 第１１図は第９図の変形例の構成を示す回路図、第１２
図は同しくその動作を説明するための信号波形図、 第１３図は開弁特性および閉弁特性の双方を改善した本
発明の電磁弁駆動回路の一実施例の構成を示す回路図、 第１４図は同しくその動作を説明するための信号波形図
、 第１５図は同しくそのタイミング制御器の一例の構成を
示す回路図、 第１６図は第１３図の変形例を示す回路図、第１７図は
同しくその動作を説明するための信号波形図、 第１８図は第１３図の他の変形例を示す回路図、第１９
図は同しくその動作を説明するための信号波形図、 第２０図は第１３図に示した回路の詳細な構成を示す回
路図、 第２１図は同しくその動作を説明するための信号波形図
、 第２２図は本発明の効果を示すための実験に使用した電
磁弁駆動回路の構成を示す回路図、第２３図は従来の電
圧駆動方式による電磁弁駆動回路の構成を示す回路図、 第２４図は同しく従来の電流駆動方式による電磁弁駆動
回路の構成を示す回路図、 第２５図は第２３図に示す回路の動作を説明するための
信号波形図、 第２６図は第２４図に示す回路の動作を説明するための
信号波形図である。 １．１８・・・制御信号発生器 ２．１９・・・タイミング制御器 ３、７、１４．１５・・・トランジスタ５、３３．３７
．３９．４０．４４．４８．７８．８Ｌ　８２．８３゜
８６、８８・・・抵抗器 ６．１１・・・バッテリ ４．１３・・・励磁コイル　　８．１６・・・ダイオー
ド１２・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ　１７・・・電流制
限抵抗２０・・・ダイオード　　　　２１・・・コンデ
ンサ３１・・・励磁コイル　　　　３２．３６・・・ト
ランジスタ３４・・・バッテリ　　　　　３５・・・Ｄ
Ｃ−ＤＣコンパータ４Ｌ　８７．８９・・・コンデンサ ４３・・・フォトカブラ ４５７７、９０・・・ダイオード ４６・・・トランジスタ ４７・・・タイミング制御器 ５１・・・バッテリ ５２、５３・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ５４・・・電流
制限抵抗 ５５．５７．５８・・・トランジスタ ５６・・・励磁コイル　　　　６０・・・タイくング制
御器７１・・・励磁コイル　　　　７２・・・バッテリ
７３７４．７９　　・−・トランジスタ７５・・・ＤＣ
−ＤＣコンバータ ８４、８５・・・インバータ 第３図 …ＳｅＣ バ・／テリ電圧 １図 ２ ｏｃ−ｖｃコ７バータ 第２図 間＃信号 −「］− 第６図 （箔５ｅｃ） 鴫 に） 第８図 コ・／デ゛・／す容量 口 （ｐＦ） 第１２図 第２０図 ｑ５ 第１６図 第１８図 第１７図 第１９図 第２２図 第２３図 第２４図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．電子制御電磁弁装置の電磁弁励磁コイルを流れる電
   流を制御して電磁弁を開閉駆動する電磁弁駆動回路にお
   いて、開弁時に前記電磁弁励磁コイルに、その開弁保持
   電流よりも大きな第１の電流を流す第１の回路を瞬時に
   閉成する第１のスイッチング手段と、開弁後電磁弁を開
   弁状態に維持するに必要な第２の電流を定常的に流す第
   ２の回路を閉成する第２のスイッチング手段と、前記第
   １のスイッチング手段により閉成される第１の回路内に
   接続される第１の電源手段と、前記第２のスイッチング
   手段により閉成される第２の回路内に少なくとも接続さ
   れる第２の電源手段とを具えることを特徴とする電磁弁
   駆動回路。
2. ２．前記第２の電源手段をバッテリを以て構成し、前記
   第１の電源手段をこのバッテリの電圧を昇圧するＤＣ−
   ＤＣコンバータを以て構成したことを特徴とする請求項
   １記載の電磁弁駆動回路。
3. ３．前記電磁弁励磁コイルと並列に接続されたコンデン
   サを設けて共振回路を構成したことを特徴とする請求項
   １記載の電磁弁駆動回路。
4. ４．電子制御電磁弁装置の電磁弁励磁コイルを流れる電
   流を制御して電磁弁を駆動する電磁弁駆動回路において
   、前記電磁弁励磁コイルに、電磁弁を開弁し、その状態
   を保持する第１の電流を流す第１の回路を閉成する第１
   のスイッチング手段と、閉弁時に前記第１の電流と方向
   が反対の第２の電流を電磁弁励磁コイルに流す第２の回
   路を瞬時に閉成する第２のスイッチング手段と、前記第
   １のスイッチング手段によって閉成される第１の回路に
   少なくとも接続される第１の電源手段と、前記第２のス
   イッチング手段により閉成される第２の回路に接続され
   る第２の電源手段とを具えることを特徴とする電磁弁駆
   動回路。
5. ５．電子制御電磁弁装置の電磁弁励磁コイルを流れる電
   流を制御して電磁弁を駆動する電磁弁駆動回路において
   、開弁時に前記電磁弁励磁コイルに、その開弁保持電流
   よりも大きな第１の電流を流す第１の回路を瞬時に閉成
   する第１のスイッチング手段と、開弁後、電磁弁を開弁
   状態に維持するに必要な第２の電流を電磁弁励磁コイル
   に流す第２の回路を閉成する第２のスイッチング手段と
   、閉弁時に前記第１の電流と方向が反対の第３の電流を
   電磁弁励磁コイルに流す第３の回路を瞬時に閉成する第
   ３のスイッチング手段と、前記第１のスイッチング手段
   によって閉成される第１の回路内に接続される第１の電
   源手段と、前記第２のスイッチング手段により閉成され
   る第２の回路内に少なくとも接続される第２の電源手段
   と、前記第３のスイッチング手段により閉成される第３
   の回路内に接続される第３の電源手段とを具えることを
   特徴とする電磁弁駆動回路。
6. ６．前記第２の電源手段をバッテリを以て構成し、前記
   第１および第３の電源手段を、このバッテリの電圧を昇
   圧するＤＣ−ＤＣコンバータを以て構成したことを特徴
   とする請求項５記載の電磁弁駆動回路。