JPH06213047A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
内燃機関の燃料噴射制御装置Info
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Abstract
御することによって、ピエゾ圧電素子の信頼性及び耐久
性を向上させることを目的とする。 【構成】電源電圧をDC−DCコンバータによって昇圧
し、その昇圧された出力電圧を第1のチョークコイル及
び第1のサイリスタを介してピエゾ圧電素子に充電し、
第2のサイリスタ及び第2のチョークコイルを介して放
電する内燃機関の燃料噴射制御装置において、第1のチ
ョークコイルと第1のサイリスタの接続点の電圧を検出
する正電圧検出手段と、正電圧検出手段の出力信号によ
って制御されると供に第1のチョークコイルの両端を短
絡する正電圧制御手段とを備え、第1のサイリスタの電
流を遮断することによってピエゾ圧電素子に印加される
過電圧を制御する。
Description
御装置に係り、特に、ピエゾ圧電素子を燃料噴射弁に用
い、ピエゾ圧電素子への電圧印加による形状変化を利用
した燃料噴射制御装置に関するものである。
料の噴射制御を行なうことは、従来においても知られて
いた。例えば、特開昭64−69756には、温度変化
によって生じるピエゾ圧電素子の静電容量変化に対して
の安定化のための手段が記載されている。ピエゾ圧電素
子は、温度の上昇と共にその静電容量が増大し、静電容
量が増えると同一印加電圧に対するピエゾ圧電素子の変
形量が大きくなる。このため、ピエゾ圧電素子の温度変
化を検出し、印加電圧を制御することによってピエゾ圧
電素子の変位量を制御するための手段が提示されてい
る。
おいては、ピエゾ圧電素子に印加される過電圧あるいは
負電圧についての提示はなかった。ピエゾ圧電素子は、
耐電圧以上の電圧が印加されると素子の劣化又は破損を
招き、また、過大な負電圧が加わると分極劣化を起こ
し、信頼性及び耐久性を損なうという問題がある。
して保護回路を設け、ピエゾ圧電素子の信頼性及び耐久
性を向上させることを目的とする。
に本発明は、イグニッションスイッチを介して電源電圧
が供給され、前記電源電圧を昇圧するDC−DCコンバ
ータの出力電圧が、第1のチョークコイル及びピエゾ圧
電素子への充電タイミングを制御する第1のサイリスタ
を介して前記ピエゾ圧電素子に印加される内燃機関の燃
料噴射制御装置において、前記第1のサイリスタのアノ
ード端子の電圧を検出する正電圧検出手段と、前記正電
圧検出手段の出力信号によって制御され前記第1のチョ
ークコイルの両端を短絡制御する正電圧制御手段とを備
えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
れた電荷が、放電タイミングを制御する第2のサイリス
タ、第2のチョークコイル及びイグニッションスイッチ
を介して電源電圧に放電される内燃機関の燃料噴射制御
装置において、前記第2のサイリスタのカソード端子の
電圧を検出する負電圧検出手段と、前記負電圧検出手段
の出力信号によって制御され前記第2のサイリスタのカ
ソード端子を略接地電位に制御する負電圧制御手段とを
備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
された電荷が、放電タイミングを制御する第2のサイリ
スタ、第2のチョークコイル及びイグニッションスイッ
チを介して電源電圧に放電される内燃機関の燃料噴射制
御装置において、前記第2のサイリスタのカソード端子
の電圧を検出すると共に電荷を保持する負電圧検出保持
手段と、前記第2のチョークコイルと前記イグニッショ
ンスイッチの間に配設され、前記負電圧検出保持手段に
よって制御されると共に放電を制御するスイッチング手
段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御
装置。
は、ピエゾ圧電素子に耐電圧に近い所望の電圧が印加さ
れると、正電圧検出手段から出力信号が流れ、正電圧制
御手段が働き、第1のチョークコイルの両端を短絡する
ことによって、第1のチョークコイルから第1のサイリ
スタへと流れていた電流を正電圧制御手段に引き込む。
その結果、第1のサイリスタの電流が遮断され第1のサ
イリスタはOFFとなり、ピエゾ圧電素子への耐電圧以
上の電圧印加が防止される。(請求項1)
時は、第2のチョークコイルによりピエゾ圧電素子の電
圧の位相が電流の位相より90度進むため、電荷の流出
に伴ってピエゾ圧電素子の端子電圧は、正電位から負電
位へと変化していく。所望の負電圧を越えると負電圧検
出手段が働き、その出力信号によって負電圧制御手段が
導通し、第2のサイリスタのカソード電位をほぼGND
電位に保持する。その結果、第2のサイリスタは逆バイ
アスになり、第2のサイリスタは遮断しピエゾ圧電素子
の負電圧が抑制される。(請求項2)
次のものもある。負電圧検出保持手段によって所望の負
電圧を検出し、負電圧検出保持手段からの出力信号によ
ってスイッチング手段がONからOFFに変換され、ピ
エゾ圧電素子の放電電流によって負電圧検出保持手段の
中に備えられたコンデンサに電荷が蓄積され電圧保持電
位が上がる。
繰り返されることによってさらに保持電位が上昇し、所
望の負電圧を越えるとスイッチング手段がONになる。
その結果、目標とする負電圧になった時にピエゾ圧電素
子の放電電流が終了するようになり、ピエゾ圧電素子の
負電圧は一定に制御される。(請求項3)
細する。
電素子に印加される正電圧の過電圧対策としての保護回
路を備えた回路図を示している。
入力端子には、イグニッションスイッチSwを介してバ
ッテリーVccの電圧が供給される。DC−DCコンバ
ータ1の出力端子は、第1のチョークコイルLcを介し
て第1のサイリスタSCR1のアノードに接続され、そ
のカソードはピエゾ圧電素子PZTに接続されており、
外部制御信号によってサイリスタSCR1が導通すると
ピエゾ圧電素子PZTには電荷が充電される。また一
方、ピエゾ圧電素子PZTは、第2のサイリスタSCR
2のアノードに接続され、そのカソードは第2のチョー
クコイルLdを介してDC−DCコンバータ1の入力端
子及びイグニッションスイッチSwに接続されている。
サイリスタSCR2が外部制御信号によって導通すると
ピエゾ圧電素子PZTの電荷は、サイリスタSCR2、
チョークコイルLd及びイグニッションスイッチSwを
介してバッテリーVccに放電される。
の接続点には正電圧検出手段10が接続されている。そ
の出力は、正電圧制御手段20に入力され、正電圧制御
手段20の出力端子はチョークコイルLcの両端に接続
されている。
ツェナーダイオードZD1及びトランジスタQ1から構
成される。抵抗R1の一端はサイリスタSCR1のアノ
ードに接続され、他端は抵抗R2とトランジスタQ1の
ベースとの接続点に接続されている。抵抗R2の他端は
ツェナーダイオードZD1のカソードに接続され、その
アノードは接地されている。トランジスタQ1のエミッ
タはサイリスタSCR1のアノードに接続されている。
ジスタQ2及びダイオードD1から構成される。抵抗R
3の一端はトランジスタQ1のコレクタに接続され、他
端はトランジスタQ2のベースに接続されている。トラ
ンジスタQ2のエミッタはダイオードD1のアノードに
接続されており、コレクタはチョークコイルLcの一端
とサイリスタSCR1のアノードの接続点に接続されて
いる。ダイオードD1のカソードは、チョークコイルL
cの他端に接続される。
イグニッションスイッチSwを介して供給されたバッテ
リーVccの電圧は、DC−DCコンバータ1によって
例えば200〜500Vに昇圧される。サイリスタSC
R1のゲート端子は燃料噴射を遮断するためのトリガ信
号に接続されており、トリガ信号が印加されるとサイリ
スタSCR1は導通し、DC−DCコンバータ1の出力
電圧はチョークコイルLc及びサイリスタSCR1を介
してピエゾ圧電素子PZTに供給される。ピエゾ圧電素
子PZTは電圧が加えられると変形し、形状寸法が大き
くなる。ピエゾ圧電素子PZTは燃料噴射装置の噴射孔
の弁に用いられており、ピエゾ圧電素子PZTに電圧が
印加されると形状寸法が伸び、燃料噴射孔は閉じられ
る。つまり、サイリスタSCR1のトリガ信号に同期し
て、ピエゾ圧電素子PZTは張伸し燃料噴射孔を閉じ
る。
子PZTの静電容量はLC共振回路を構成しており、ピ
エゾ圧電素子PZTにはDC−DCコンバータの出力電
圧以上の電圧が加わり、ピエゾ圧電素子PZTの耐電圧
を越える場合がある。
ナー電圧900Vのものを用いており、サイリスタSC
R1のアノード端子電圧(つまりピエゾ圧電素子PZT
の印加電圧)が900Vを越えると、トランジスタQ1
のベース電流が流れ、そのコレクタ電流は抵抗R3を介
してトランジスタQ2のベースに流れ込み、トランジス
タQ2が導通してコレクタ電流が流れる。従って、チョ
ークコイルLcからサイリスタSCR1に流れていた電
流がトランジスタQ2のコレクタ電流として流れ、サイ
リスタSCR1の電流は保持電流以下となる。その結
果、サイリスタSCR1は遮断され、ピエゾ圧電素子P
ZTは、過電圧が防止され、直前まで印加されていた電
圧を保持するため、燃料噴射孔の閉弁状態は保たれる。
スタSCR1のアノードから取り出しているため、ピエ
ゾ圧電素子PZTにリークなどの影響を与えることなく
検出が可能となる。正電圧検出手段10にツェナーダイ
オードZD1を用いているが、抵抗R1、R2の分圧抵
抗のみでも過電圧の検出は可能である。
ける、負電圧の過電圧対策としての保護回路を備えた回
路図である。
符号を用いている。図2では、サイリスタSCR2のカ
ソードにその電位を検出する負電圧検出手段30が接続
され、負電圧検出手段30の出力は負電圧制御手段40
に接続され、負電圧制御手段40はサイリスタSCR2
のカソードに接続されサイリスタSCR2に逆バイアス
をかける働きがある。
ゾ圧電素子PZTが電荷を保持している時は、ピエゾ圧
電素子PZTは伸長しており燃料噴射孔は閉じている。
燃料噴射孔を開くにはピエゾ圧電素子PZTの電荷を放
電する必要がある。放電は、サイリスタSCR2のゲー
ト端子にトリガ信号が加えられサイリスタSCR2が導
通状態になることによって始まり、電荷はサイリスタS
CR2、チョークコイルLd及びイグニッションSwを
介してバッテリーVccに放電される。
電容量とチョークコイルLdによって共振作用が働き、
またチョークコイルLdのインダクタンスによって電流
の位相は電圧の位相より90度遅れる。このため、チョ
ークコイルLdの両端の電圧波形が正電位から徐々にO
Vになった時、電流波形は正弦波のピーク値を迎え、電
流がピーク値から下がって行く時は、チョークコイルL
dの両端の電圧はOVから負電位へと向って行く。従っ
て、ピエゾ圧電素子PZTは放電の時に負電圧になって
しまい、過大な負電圧が掛かると蝶特性により形状寸法
の変化に乱れが生じる。
ードZD2は、所望の負電圧が印加されると導通し抵抗
R4に電流が流れサイリスタSCR3のゲート端子に電
流が流れるため、サイリスタSCR3は導通しそのカソ
ード端子はほぼGND電位になる。従って、サイリスタ
SCR2のカソード端子も同一の電位になり、このた
め、サイリスタSCR2には逆バイアスが掛かり遮断さ
れる。その結果、ピエゾ圧電素子PZTに過大な負電圧
が印加されることが防止される。
よって負電圧を検出しているが、分圧抵抗のみでも検出
はできる。また、サイリスタSCR3の替わりにトラン
ジスタあるいはFET等を組み合わせることによって
も、サイリスタSCR2のカソード端子をほぼGND電
位に制御することは可能である。
制御の他の実施例を示している。同図のピエゾ圧電素子
PZTの放電経路において、ピエゾ圧電素子PZTの一
端はGNDに他端は第2のサイリスタSCR2のアノー
ド端子に接続され、そのカソード端子は第2のチョーク
コイルLdの一端に接続され、チョークコイルLdの他
端はスイッチング手段60に接続されている。サイリス
タSCR2のカソード端子とチョークコイルLdの接続
点には負電圧検出保持手段50の電圧検出端子が接続さ
れ、チョークコイルLdとスイッチング手段60の接続
点には負電圧検出保持手段50の電圧保持端子が接続さ
れている。負電圧検出保持手段50の出力端子はスイッ
チング手段60に接続されている。スイッチング手段6
0の出力端子はイグニッションスイッチSwの一端及び
DC−DCコンバータ1の入力端子に接続されている。
にダイオードD3のカソードが接続され、そのアノード
端子は抵抗R5の一端及び電圧保持端子に接続されてい
るコンデンサC1の一端に接続され、抵抗R5の他端は
ツェナーダイオードZD3のアノードに接続している。
そのカソード端子は抵抗R6の一端及びトランジスタQ
4のベースに接続され、抵抗R6の他端とトランジスタ
Q4のエミッタはトランジスタQ6のエミッタに接続さ
れている。トランジスタQ4のコレクタは抵抗R7、R
8を介して接地され、分圧抵抗R7、R8の接続点はト
ランジスタQ5のベースに接続されている。トランジス
タQ5のエミッタは接地され、そのコレクタはスイッチ
ング手段60のトランジスタQ6のベースに接続されて
いる。トランジスタQ6のコレクタは負荷抵抗R9及び
バイアス抵抗10を介してそのベースに接続され、抵抗
R9と抵抗10の接続点はコンデンサC2の一端及びチ
ョークコイルLdの電圧保持端子に接続され、コンデン
サC2の他端はGNDに接続している。トランジスタQ
6のエミッタはDC−DCコンバータ1の入力及びイグ
ニッションスイッチSwの一端に接続されている。
に基づいて説明する。ピエゾ圧電素子PZTに1回目の
充電が成された後の放電は、サイリスタSCR2、チョ
ークコイルLd及びトランジスタQ6を通して行なわれ
る。この時のVREG電圧はバッテリー電圧Vccにほぼ
等しい。VPPZT電圧はダイオードD3が遮断されている
のでほぼOVである。これは図4におけるA点である。
圧と電流の位相は、90度の位相差が生じ、ピエゾ圧電
素子PZTの放電電流がピーク値になった時にピエゾ圧
電素子PZTの端子電圧はVREG電圧になる。ピエゾ圧
電素子PZTの放電電流がピーク値から減少していく
と、ピエゾ圧電素子PZTの端子電圧は負電圧になり、
チョークコイルLdのサイリスタSCR2側の電位も同
一な負電圧になるが、VREG電圧はVcc電圧にほぼ等
しい電圧のままである。チョークコイルLdのサイリス
タSCR2側の電位が負になると、チョークコイルLd
の両端の電位差によってダイオードD3には順方向バイ
アスが掛かり、VREG電圧からコンデンサC1及びダイ
オードD3へと電荷が流れ、VPPZT電圧は、ピエゾ圧電
素子PZTの端子電圧とほぼ等しい負電圧となりその端
子電圧に応じて減少していく。
下がってツェナーダイオードZD3によって設定された
所望の負電圧(例えば−300V)になると、ダイオー
ドD3、抵抗R5、ツェナーダイオードZD3及びトラ
ンジスタQ4のベースに電流が流れ、トランジスタQ4
がONし、分圧抵抗R7、R8を介してトランジスタQ
5のベースにベース電流が流れ、トランジスタQ5がO
Nし、トランジスタQ6のベース電流は流れなくなるの
でトランジスタQ6はOFFになる。これは図4におけ
るB点である。
ゾ圧電素子PZTの放電電流はサイリスタSCR2、チ
ョークコイルLd及びトランジスタQ5に流れる。この
時コンデンサC2は充電され、放電電流が流れ終わるま
で数ボルト(ΔVREG)充電されるため、VREG電圧はV
cc+ΔVREG電圧となる。VPPZT電圧は、ピエゾ圧電
素子PZTの端子電圧と共にさらに減少する。放電電流
がゼロになると、VPPZTにはコンデンサC1によって負
電圧(例えば−400V)が保持される。この時のコン
デンサC1の両端電圧は、VREG側がVcc+ΔVREG電
圧(例えば25V)で、VPPZT側は例えば−400Vで
ある。
た後の放電においては、トランジスタQ6がOFFであ
るため、ピエゾ圧電素子PZTからの放電電流は、サイ
リスタSCR2、チョークコイルLdを介してコンデン
サC2に流れ、VREG電圧は徐々に上昇する。抵抗R1
0が大きい値であるため、トランジスタQ5に流れる電
流はほとんど無視できる。
てVPPZT電位を押上げ、VPPZT電位はVREG電圧の上昇
分のみ上昇する。これは図4におけるC点である。
電のたびに上昇する。ピエゾ圧電素子PZTの充放電が
何十回か繰り返えされ、VREG電圧が例えば100V増
加すると、VPPZT電圧は例えば−400Vから−300
Vに上昇する。VPPZT電圧がツェナーダイオードDZ3
による設定電圧(例えば−300V)より高くなるとト
ランジスタQ4、Q5はOFFし、トランジスタQ6が
ONとなる。トランジスタQ6のONによって、コンデ
ンサC2は放電され、VREG電位が下がる。コンデンサ
C1を介してVPPZT電位も下がり、ツェナーダイオード
ZD3に電流が流れトランジスタQ4、Q5はONし、
トランジスタQ6はOFFとなる。この時のピエゾ圧電
素子PZTの端子電圧は、VPPZT電圧とほぼ同じであ
る。これは図4におけるD点である。
てVREG電位及びVPPZT電位が上下し、ツェナーダイオ
ードDZ3による設定電圧近傍でトランジスタQ6のO
N−OFFが繰り返えされるため、VPPZT電位はほぼ一
定に保たれる。したがって、ピエゾ圧電素子PZTの放
電終了時の負電圧も同様に一定に保たれる。
ピエゾ圧電素子に印加される正電圧及び負電圧の過電圧
が一定値に制御できるため、耐電圧以上の電圧が印加さ
れることは無い。また、サイリスタの端子で過電圧を検
出しているため、ピエゾ圧電素子にはリーク等の影響を
与えない。従って、ピエゾ圧電素子の特性の劣化及び破
損を防止でき、信頼性及び耐久性が向上するという利点
が発揮される。
実施例である。
実施例である。
第2の実施例である。
Claims (3)
- 【請求項1】イグニッションスイッチを介して電源電圧
が供給され、前記電源電圧を昇圧するDC−DCコンバ
ータの出力電圧が、第1のチョークコイル及びピエゾ圧
電素子への充電タイミングを制御する第1のサイリスタ
を介して前記ピエゾ圧電素子に印加される内燃機関の燃
料噴射制御装置において、 前記第1のサイリスタのアノード端子の電圧を検出する
正電圧検出手段と、 前記正電圧検出手段の出力信号によって制御され前記第
1のチョークコイルの両端を短絡制御する正電圧制御手
段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御
装置。 - 【請求項2】ピエゾ圧電素子に充電された電荷が、放電
タイミングを制御する第2のサイリスタ、第2のチョー
クコイル及びイグニッションスイッチを介して電源電圧
に放電される内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記第2のサイリスタのカソード端子の電圧を検出する
負電圧検出手段と、 前記負電圧検出手段の出力信号によって制御され前記第
2のサイリスタのカソード端子を略接地電位に制御する
負電圧制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の
燃料噴射制御装置。 - 【請求項3】ピエゾ圧電素子に充電された電荷が、放電
タイミングを制御する第2のサイリスタ、第2のチョー
クコイル及びイグニッションスイッチを介して電源電圧
に放電される内燃機関の燃料噴射制御装置において、 前記第2のサイリスタのカソード端子の電圧を検出する
と共に電荷を保持する負電圧検出保持手段と、 前記第2のチョークコイルと前記イグニッションスイッ
チの間に配設され、前記負電圧検出保持手段によって制
御されると共に放電を制御するスイッチング手段とを備
えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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