JPH03501760A

JPH03501760A - ソレノイド作動型燃料噴射装置用の駆動回路

Info

Publication number: JPH03501760A
Application number: JP1503308A
Authority: JP
Inventors: グレンボウィック　コンラード　ジー; ハーレル　ブラッドリー　ダブリュー
Original assignee: キャタピラー　インコーポレーテッド
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1991-04-18
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: AU3217589A; EP0395741A4; WO1990004715A1; BR8907114A; EP0395741A1; AU627721B2; EP0395741B1; US4905120A; JP2635790B2

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】ソレノイド作動型燃料噴射装置用の駆動回路〔技術分野〕本発明は、一般的には内燃機関エンジンに用いる燃料制御に関し、より詳細には燃料噴射装置を作動させる駆動回路に関する。

〔背景技術〕

圧縮型内燃機関エンジンにおいては、一または二辺上のシリンダに加圧燃料を送り込む燃料噴射装置が必要とされる。そのような燃料噴射装置としてソレノイドで作動する型式のものを用いることができる。この型式の燃料噴射装置は、シリンダ内のピストンの位置に応じて適当な時間において、正確に量を測定された燃料をシリンダに送り込むように、エンジン制御によって作動するものである。各燃料噴射工程における燃料噴射のタイミングおよび噴射される燃料の量はエンジンの効率およびエンジンの出力に影響する。このように、燃料噴射装置を正確に制御するソレノイド駆動回路によって、タイミングおよびシリンダに送り込まれる燃料の量を正確に制御することは重要である。

正確にタイミングおよび燃料の量を制御することができるソレノイド駆動回路の先行技術として米国特許第４，６０４．６７５号（名称は「燃料噴射ソレノイド駆動回路」。特許権者は米国キャタピラ−社。）に示されたものがある。この米国特許は本件出願においても参照されているものである。第１図は前記米国特許が開示する駆動回路の概略図である。同図においては前記米国特許と同じ番号を用いて同じ構成要素を表すものとする。六個の燃料噴射ソレノイドコイル１６８ａ−１６８ｆの各々は変調スイッチ１６４を介して電源１０と接続している。ソレノイドコイル１６８ａ−１６８ｆと、直列に接続されたインダクタ１８６及び電流検出抵抗１８８との間にはシリンダ選択スイッチ１８４ａ〜１８４ｆが接続されている。フライバックダイオード２６０ａ〜２６０ｆは、コイル１６８ａ− １６８ｆとスイッチ１８４ａ　〜１８４ｆとの間にある接点と接続したアノード端子を備えている。フライバックダイオード２６０ａ〜２６０ｆのカソード端子はいずれも電源１０と接続している。この回路が作動している間においては、エンジン制御手段１２はコマンド信号を発する。エンジン制御手段１２はシリンダ選択回路１４および電流検知・制御回路１６と接続しており、これら二つの回路はスイッチ１８４ａ〜１８４ｆおよび変調スイッチ１６４を作動させる。ある特定のソレノイドコイル、例えばソレノイドコイル１６８ａが付勢されると、スイッチ１８４ａはシリンダ選択回路１４によって閉じられる。

さらに、電流検知・制御回路１６はパルス幅変調（ＰＷＭ）モードにおいて作動し、出力が低レベルに保たれるように、所定の制御にしたがって、ソレノイドコイル１６８ａに送る電流を制御する。

適正量の燃料がエンジンシリンダに供給されるように、十分な時間をもってコイル１６８ａが付勢されると、スイッチ１８４ａとスイッチ１６４とが開き、次いで、フライバック電流は、並列に接続された抵抗２５２およびインダクタ２５４と、ダイオード２５６と、コイル１６８ａと、ダイオード２６０ａとを介Ｌ　− Ｃ接地電位から電源１０へ流れる。これによって、コイル１６８ａには逆電位が生じ、コイル１６８ａは即座に消勢される。

前記米国特許に示された駆動回路はソＩツノイド作動型燃料噴射装置を効率的に制御するには効果的であるが、この駆動回路は、ある状況の下では全く作動せず、エンジンを完全に停止させてしまうことがあり得ることが判明した。特に、コイル１６８ａ〜１６８ｆのいずれかの端子が接地電位とショートすると、他のコイルを制御下において付勢し続けることは不可能になる。このような状況下では、燃料をシリンダに供給することはできなくなり、したがって、車両がゆっ（り走行して帰還することさえも不可能となる。

〔発明の開示〕

本発明に従えば、少な（とも第一および第二のコイルを付勢する駆動回路は、一方のコイルが接地電位とショート電流ているときであっても、他方のコイルを制御下において付勢することができる。

さらには、第−及び第二コイル用の駆動回路は、第−及び第二コイルのそれぞれの第一端子と第一共通端子との間において、直列に接続された第−及び第二選択スイッチを備えている。第−及び第二ダイオードは、第−及び第二コイルのそれぞれの第二端子と第二共通端子との間において、直列に接続されている。第一電位源は第一共通接点と接続しており、変調スイッチは第二共通接点と第二電位源との間に接続されている。選択スイッチと接続しており、所望の時刻において選択スイッチを選択的に閉じる手段と、少な（とも一つの選択スイッチが閉じている間に変調スイッチを作動させ、制御された大きさの電流がコイルを通過するようにする手段とが設けられている。

本発明の好適な実施例においては、駆動回路は、特に、内燃機関エンジンのシリンダへの燃料の流量を制御するソレノイド作動型燃料噴射装置を制御するように構成されている。詳細には、ダイオードがコイルを絶縁し、ショート電流が他のコイルに流れな電位とショートしてもエンジンを全く停止させることはない。このように、他のコイルの少なくとも一部は制御し続けることができるので、一または二辺上のエンジンシリンダへ燃料を供給することができる。これによって、先行技術として掲げた前記米国特許によっては達成できなかったエンジン不調時の走行も可能にすることができる。

図面の簡単な説明第１図は前記米国特許に開示された先行技術としてのソレノイド駆動回路の概略的なブロック線図、第２図は本発明に係る制御および駆動回路を備えた内燃機関エンジンのブロック線図、第３図は本発明に係る駆動回路のブロック線図、第４図は、第３図に示したソレノイドコイルに送られる電流および電圧を示す一対の波形線図である。

〔実施例〕

第２図はＮ個のシリンダ２２を有する圧縮型またはディーゼル型の内燃機関エンジン２０を示す。Ｎ個のシリンダ２２はＮ個のソレノイド作動型燃料噴射装置２４によって燃料を供給される。

図示の実施例においてはＮ＝６としているので、６個のシリンダ２２ａ〜２２ｆと６個の燃料噴射装置２４ａ〜２４ｆとが示されている。燃料噴射装置２４ａ〜２４ｆは、本発明に係るソレノイド駆動回路２６によって付勢されるソレノイドコイルを備えている。ソレノイド駆動回路２６はエンジン制御手段２８が発する信号を受信する。

なお、注意的に言えば、エンジン制御手段２８は本発明の一部をなすものではない。このため、ここではこれ以上詳細には述べない。

第３−図は駆動回路２６の単純化したブロック線図を示す。燃料噴射装置２４ａ〜２４ｆのソレノイドコイル３０ａ〜３０ｆはそれぞれ、第一端子３２ａ〜３２ｆおよび第二端子３４ａ〜３４ｆを備えている。複数の選択スイッチ３６ａ〜３６ｆはそれぞれコイル３０ａ〜３０ｆの第一端子３２ａ〜３２ｆと第一共通接点３８との間において直列に接続されている。選択スイッチ３６ａ〜３６ｆは、例えばバイポーラトランジスタを備えるようにすることもできるが、本実施例においては不要である。選択スイッチ３６ａ〜３６ｆは、エンジン制御手段２８が発したコマンド信号に応答するシリンダ選択回路４０によって制御される。

コイル３０ａ〜３０ｆの第二端子は結合され、Ｎ／２個（すなわち、本実施例においては３個）のコイル接点４２−１〜４２−３を形成する。例えば、コイル３０ａ、３０ｂの第二端子３４ａ１３４ｂは結合してコイル接点４２−１を形成する。同様に、コイル３０ｃ、３０ｄの第二端子３４ｃ、３４ｄは結合してコイル接点４２−２を形成し、コイル３０ｅ、３０ｆの第二端子３４ｅ１３４ｆは結合してコイル接点４２−３を形成する。

Ｎ／２個（すなわち、本実施例においては３個）の絶縁ダイオード４４−１〜４４−３は、それぞれコイル接点４２−１〜４２−３と結合したアノード端子を有する。絶縁ダイオード４４−１〜４４−３のカソード端子は第二共通接点４４において結合している。

ここでは電源４６として表されている第一電位源は電流検出回路４８を介して第一共通接点３８と接続している。第二共通接点４４と電源４６との間にはターンオフフライバックダイオード５０が接続されている。後に詳述するように、絶縁ダイオード４４−１〜４４−３とダイオード５０とは、第一端子３２ａ〜３２ｆとシャシ接地電位との間に接続されたダイオード５２ａ〜５２ｆとともに、それぞれフライバック電流がコイル３０ａ〜３０ｆを即座に消勢するための通路を提供する。

第二共通接点４４と、シャシ接地シンボル５８により表された第二電位源との間には変調スイッチ５Ｇが接続されている。変調スイッチ５６は電流制御ロジック回路５９によって作動する。電流制御ロジック回路５９は、電流検出回路４８により検出された電流と、エンジン制御手段２８により発せられた信号とに応答するものである。

第３図に示す回路の作動においては、エンジン制御手段２８はシリンダ選択回路４０と電流制御ロジック回路５９とを作動させ、ピストン２３　（第２図には三つのピストン２３ｂ、２３ｄ、２３ｆのみを示す）の位置と同期させてスイッチ３６ａ〜３６ｆのうちの一つ一つを順次閉じていく。各スイッチ３６ａ〜３６ｆが閉じられると、電流制御ロジック回路５９は、第４図の波形線図のうち下方に示した波形線図にしたがって、変調スイッチ５６を作動させる。上記の波形線図かられかるように、スイッチ５６はＰＷＭモードにおいて作動される。このＰＷＭモードでは、スイッチ５６が閉じられている継続時間は電源４６から供給された電流に依存する。コイルが付勢されてアクチュエータ（図示せず）を閉位置から完全開位置へ移動させる時間帯である第一時間帯（以下「引張時間帯」という）においては、コイルに送られた電流は第一制限値と第二制限値との間において制御される。より詳細には、電源からの電流が所定の第一上限値に達すると、電流検出回路４８によって検出され、電流制御ロジック回路５９はスイッチ５６を開き、電源４６によって供給された電流の指数関数的な減衰をもたらす。電流の大きさが所定の第二の下限値まで減少すると、スイッチ５６は再び閉じ、電源から供給された電流を増加させる。

引張時間帯の終期において、電流制御ロジック回路５９は、引張時間帯において有効とされていた第一および第二制限値よりも小さい第三および第四電流電流制限値と入れ換える。このようにして、次の時間帯（以下「保持時間帯」という）においてコイルを流れる平均電流は引張時間帯において流れた平均電流より小さくなる。

保持時間帯の終期において、それまで閉じていた選択スイッチ３６ａ〜３６ｆは、スイッチ５６が開いているのと同様に、開く。

コイル３０ａ〜３０ｆを流れる電流は瞬間的には零に減衰しないので、電流は、ダイオード５２ａ　〜５２ｆ、コイル３０ａ〜３０ｆ１ダイオード４４−１〜４４−３のうちの一つ、およびダイオード５０を介して、シャシ接地から電源４６へ流れる。このフライバック電流によって各コイル３０ａ〜３０ｆには極性を変換させる電位が生じ、次いでコイル３０ａ〜３０ｆを流れる電流の急速な減衰が起こる。このフライバック作用によって燃料噴射装置は即座に停止し、このため、各エンジンシリンダに送られる燃料の量の正確な制御が可能になる。

第３図に示す回路の特別な態様として、コイル３０ａ〜３０ｆの第一端子または第二端子がシャシ接地とショートした場合には、そのコイルと、同じコイル接点４２−１〜４２−３と接続しているコイルだけが逆方向に作用することになる。

これは、ダイオード４４−１〜４４−３によってなされる絶縁によるものであり、これによって、ショートが他のコイルに広がるような方向に電流が流れることが防止される。このようにして、そのような不調時においてもエンジンの連続作動は可能であり、出力は減少しているが、車両は修理工場までは走行することができる。このように、不調時においても走行し得るような性能は本発明によって達成し得る顕著な利点である。

本発明の更なる利点は、変調スイッチ５６がコイル３０とシャシ接地との間において接続されているという点である。いずれかのコイルがシャシ接地とショートした場合には、電流検出回路４８および変調スイッチ５６には、それらが電流をショートしていないコイルに供給するときに、ともに大きな電流が流れることはなく、これによって、スイッチ５６はショートしていないコイル３０を流れる電流を、制御下において、変調し続ける。一方、スイッチ５６が電源４６とコイル３０との間に接続されている場合には、コイル端子が接地とショートすると、ショートしていないコイルに電流を供給しようとする場合でさえ、電流検出回路４８には大電流が流れ、このため電流制御ロジック回路５９はスイッチ５６を開き、制御された電流がそのコイルに流れることを防止する。このように、スイッチ５６をコイル３０と接地との間に接続することは、前述した不調時の走行可能性をより高めるものであることがわかる。

シャシ接地ショートの逆方向の作用をより制限するために、さらに多くの絶縁がなされるようにすることもできる。これは、各コイルの各第二端子をダイオードを介して第二共通接点４４と接続することによって行うことができる。これによって、コイル３０ａ〜３０ｆのいずれかの端子におけるシャシ接地へのショートはそのコイルのみに限定され、他のコイルは正常に作動し続ける。

この更なる絶縁は、Ｎ／２個の絶縁ダイオードを使用するよりはＮ個の絶縁ダイオードを使用することによって、より確実に得ることができる（上述の実施例においてはＮ／２個の絶縁ダイオードを使用している）。

本発明に係る駆動回路は単純な構成であり、接地ショートが起こった場合のエンジンの完全な停止に対しても所望の防護手段を提供する。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】（１）第一および第二コイル用の駆動回路（２６）であって、第一および第二コイル（３０ａ，３０ｃ）のそれぞれの第一端子（３２ａ，３２ｃ）と第一共通接点（３８）との間に直列に接続された第一および第二選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）と、第一および第二コイル（３０ａ，３０ｃ）のそれぞれの第二端子（３４ａ，３４ｃ）と第二共通接点（４４）との間に直列に接続された第一および第二ダイオード（４４−１，４４−２）と、前記第一共通接点（３８）と接続した第一電位（４６）源と、第二電位（５８）源と、前記第二共通接点（４４）と前記第二電位（５８）源との間に接続された変調スイッチ（５６）と、前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）と接続し、所望の時刻において前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）を選択的に閉じる手段（４０）と、前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）の少なくとも一つが閉じている間に前記変調スイッチ（５６）を操作し、制御された大きさの電流を前記コイル（３０ａ，３０ｃ）に流す手段（５９）とを備える駆動回路（２６）。（２）前記第一および第二コイル（３０ａ，３０ｃ）のそれぞれの第一端子（３２ａ，３２ｃ）と前記第二電位（５８）源との間に接続された第三および第四ダイオード（５２ａ，５２ｃ）と、前記第二共通接点（４４）と前記第一電位（４６）源との間に接続された第五ダイオード（５０）とを備え、前記コイル（３０ａ，３０ｃ）と直列に接続された前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）が閉じると各コイル（３０ａ，３０ｃ）には順方向の電位があたえられ、前記コイル（３０ａ，３０ｃ）と直列に接続された前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）が開くと、即座に、前記第一および第二ダイオード（４４−１，４４− ２）の一方、前記第三および第四ダイオード（５２ａ，５２ｃ）の一方および前記第五ダイオード（５０）を介して流れる電流によって、各コイル（３０ａ，３０ｃ）には逆方向の電位があたえられることを特徴とする請求項（１）記載の駆動回路（２６）。（３）前記第一電位（４６）は正の極性であり、前記第二電位（５８）はシャシ接地からなり、前記第一および第二ダイオード（４４−１，４４−２）のそれぞれは電流を、前記コイル（３０ａ，３０ｃ）の第二端子（３４ａ，３４ｃ）から前記第二共通接点（４４）へ導くように極性を有しており、これによって、前記コイル（３０ａ）のいずれかの端子（３２ａ，３４ａ）が前記シャシ接地とショートしても、他方のコイル（３０ｃ）に電流が流れることは妨げられないことを特徴とする請求項（２）記載の駆動回路（２６）。（４）Ｎ個のソレノイド作動型燃料噴射装置（２４ａ，２４ｆ）用として用いられ、前記燃料噴射装置（２４ａ，２４ｆ）のそれぞれは内燃機関エンジン（２０）のシリンダ（２２ａ，２２ｆ）への燃料の供給量を制御するように操作されるとともに、ソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）を備えている駆動回路（２６）であって、前記ソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）のうちのいずれか一方のコイルの第一端子（３２ａ，３２ｆ）と第一共通接点（３８）との間に直列に接続されているＮ個の選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）を備え、前記ソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）のそれぞれは第二端子（３４ａ，３４ｆ）を備え、前記各ソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）はその第二端子（３４ａ，３４ｆ）において他のソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）と接続してＮ／２個のコイル接点（４２−１，４２−２，４２−３）を形成しており、前記コイル接点（４２−１，４２−２，４２−３）と第二共通接点（４４）との間において直列に接続されたＮ／２個のダイオード（４４−１，４４−２，４４−３）と、前記第一共通接点（３８）と接続した第一電位（４６）源と、第二電位（５８）源と、前記第二共通接点（４４）と前記第二電位（５８）源との間に接続された変調スイッチ（５６）と、Ｎ個の前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）と接続し、所望の時刻において前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｃ）を選択的に閉じる手段（４０）と、前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｆ）が閉じている間に前記変調スイッチ（５６）を操作し、制御された大きさの電流を前記コイル（３０ａ，３０ｆ）に流す手段（５９）とを備える駆動回路（２６）。（５）前記ソレノイドコイル（３０ａ，３０ｆ）の第一端子（３２ａ，３２ｆ）と前記第二電位（５８）源との間に接続されたＮ個のダイオード（５２ａ，５２ｆ）と、前記第二共通接点（４４）と前記第一電位（４６）源との間に接続されたターンオフフライバックダイオード（５０）とを備え、前記コイル（３０ａ，３０ｆ）と直列に接続された前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｆ）が閉じると各コイル（３０ａ，３０ｆ）には順方向の電位があたえられ、前記コイル（３０ａ，３０ｆ）と接続された前記選択スイッチ（３６ａ，３６ｆ）が開くと、即座に、前記Ｎ／２個のダイオード（４４−１，４４−２，４４− ３）の一つ、前記Ｎ個のダイオード（５２ａ，５２ｆ）の一つおよび前記ターンオフフライバックダイオード（５０）を介して流れる電流によって、各コイル（３０ａ，３０ｆ）には逆方向の電位があたえられることを特徴とする請求項（４）記載の駆動回路（２６）。（６）エンジン（２０）はシャシ上に搭載され、前記第一電位（４６）は正の極性であり、前記第二電位（５８）はシャシ接地からなり、前記Ｎ／２個のダイオード（４４−１，４４−２．４４−３）のそれぞれは電流を、コイル接点（４２ −１，４２−２，４２−３）から前記第二共通接点（４４）へ導くように極性を有しており、これによって、前記ソレノイドコイル（３０ａ）のいずれかの端子（３２ａ，３４ａ）が前記シャシ接地とショートしても、同じコイル接点（４２ −１）と接続しているソレノイドコイル（３２ｂ）以外の他のソレノイドコイル（３０ｂ，３０ｆ）に電流が流れることは妨げられないことを特徴とする請求項（５）記載の駆動回路（２６）。