JPH09310652A

JPH09310652A - インジェクタ駆動回路

Info

Publication number: JPH09310652A
Application number: JP12578596A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okamura; 武志岡村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高速駆動が要求されるインジェクタ駆動回路に
おいて、インジェクタの開から閉となる時間が短い場合
でも、安定した保持電流供給中に確実にインジェクタを
オフとすることができ、オフ特性を向上することができ
る。【解決手段】ソレノイド駆動信号のオンに応答してスイ
ッチＳＷ１がオンすると、コンデンサＣは放電され、そ
の放電電流はソレノイドＬに供給される。電子制御ユニ
ット（ＥＣＵ）は、電圧検出回路１６がソレノイド電圧
の０Ｖを検出すると、放電電流がピーク値に達したもの
とし、コントロール信号発生部１４を介してスイッチＳ
Ｗ１をオフさせるとともに、スイッチＳＷ２をオン作動
する。この結果、ソレノイドＬには、安定した保持電流
が供給され、その後、スイッチＳＷ２がソレノイド駆動
信号のオフに応じてオフされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関のインジ
ェクタを駆動するインジェクタ駆動回路に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンにおけるインジェクタ
（燃料噴射弁）は、インテークマニホルドに配設される
のが、一般的であり、又、インジェクタによって噴射さ
れたガソリン燃料は、インテークマニホルド内において
燃焼用空気と所望の混合比に混合された後、シリンダ内
に供給されていた。

【０００３】ここで、従来より用いられているインジェ
クタ駆動回路としては、例えば、特開昭５７−４９０５
９号公報に記載されているインジェクタ駆動回路があ
る。図５を参照して、従来のインジェクタ駆動回路の構
成について説明する。

【０００４】バッテリＢの両端子にはＤＣ−ＤＣコンバ
ータよりなる昇圧回路２１が接続され、昇圧回路２１の
両出力端子にはスイッチＳＷ４、及びコンデンサＣが接
続されている。コンデンサＣの両端子間には、スイッチ
ＳＷ１，ＳＷ３の並列回路、ソレノイドＬ、抵抗Ｒが直
列に接続されている。バッテリＢのプラス端子と、ソレ
ノイドＬとスイッチＳＷ１（スイッチＳＷ３）との接続
点との間には、スイッチＳＷ２、ツェナーダイオードＺ
Ｄとの並列回路、及びダイオードＤとからなる直列回路
が接続されている。前記ダイオードＤはソレノイドＬに
コンデンサＣより印加された電圧が逆流することを防止
するための印加電圧逆流防止用である。又、昇圧回路２
１の一次側マイナス端子と、二次側マイナス端子は接地
されている。なお、前記各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は図
示しない制御手段によってオン、オフ制御されるべく、
トランジスタ、トライアック等のスイッチング回路等に
よって構成される。又、スイッチＳＷ２は定電流回路も
含んでいる。

【０００５】上記のように構成されたインジェクタ駆動
回路を使用してインジェクタの駆動制御の説明をする。
まず、ソレノイド駆動信号のオンに基づいて、スイッチ
ＳＷ１をオン（図６のｔ１時）駆動し、昇圧回路２１に
よりコンデンサＣに充電した高電圧をソレノイドＬに印
加して高速に動作させる。

【０００６】次に、そのままスイッチＳＷ１をオンし続
け、ＬＣＲ共振によってソレノイド電圧ＶSOL が負電圧
になるまで保持電流の供給を遅らせる（保持ディレイ方
式）。保持ディレイ期間終了（図６のｔ２時）後、スイ
ッチＳＷ２をオンし、保持電流を供給する。この時、ス
イッチＳＷ１をオフする。

【０００７】図６のｔ２〜ｔ３の期間中はリミッタやス
イッチＳＷ２のスイッチングを利用して、保持電流を調
節する（保持電流制御方式）。続いて、ソレノイド駆動
信号のオフに基づき、ソレノイドＬのオフタイミング
（ｔ３時）で、スイッチＳＷ２をオフする。この時点か
らわずかに遅らせて、スイッチＳＷ３をオン（ｔ４時）
し、コンデンサＣの逆電圧をソレノイドＬに印加し、逆
電流を流す（逆電圧印加方式）。そして、この後、適当
なタイミングでスイッチＳＷ３をオフ（ｔ５時）する。
次に、適当なタイミングで、ＳＷ４をオンし（ｔ６
時）、昇圧回路２１によりコンデンサＣを充電する。充
電完了後はスイッチＳＷ４をオフする（Ｔ７時）。な
お、図６中、ＶC はコンデンサ電圧である。又、ソレノ
イド駆動信号のオン時間（ｔ１〜ｔ３時間）は、エンジ
ン回転数に応じて例えば最短噴射時間である０．４ｍｓ
〜５．０ｍｓの範囲である。

【０００８】上述したように、インジェクタ駆動回路で
は、高い燃圧に抗してインジェクタを高速駆動して燃料
噴射時間を正確にコントロールする必要があるため、図
６のｔ１，ｔ２間においてインジェクタのソレノイド電
流ＩSOL のピーク部分が必要となる。

【０００９】このソレノイド電流ＩSOL のピーク部分を
つくるためには、車載バッテリＢの電圧１２Ｖでは不足
であり、昇圧回路２１で約１８０Ｖ〜２５０Ｖの電圧を
発生させ、それをコンデンサＣに充電し、上記のように
インジェクタＯＮタイミングで一気に印加している。

【００１０】すなわち、車載電源であるバッテリ電圧１
２ＶをＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路２１によって
数１００Ｖに昇圧してコンデンサＣに充電し、このコン
デンサＣを放電することにより、高電圧をアクチュエー
タに印加して、同アクチュエータを高速駆動している。

【００１１】上記のようにインジェクタを効率良く駆動
させるためには、できるだけ多くのピーク電流（ＩSO
L）を与えることが必要である。従って、このために
は、上記ｔ１〜ｔ２において、コンデンサＣ１を負電圧
にすることが必要不可欠となっている。すなわち、ＩSO
LとＶcの位相の関係上、ＩSOLがピークとなる時には既
にＶc1はＶc≒０（Ｖ）となっており、高速駆動のため
には、ＩSOLを少しでも大きく、長く流したいため、Ｖc
＜０となるまでスイッチＳＷ１をオンさせ続けている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、燃費
向上、ノイズ低減等のため、低エネルギー化の要求があ
る。そこで、この要求を満足させるため、コンデンサ電
圧（駆動電圧）Ｖｃを低減（ピーク値１８０〜２５０Ｖ
→１００〜１２０Ｖ）させることが考えられる。この場
合、従来と同様に高速駆動するためには従来と同じ放電
電流ＩSOLのピーク値を得る必要がある。図３のＢは、
従来の駆動電圧で放電電流ＩSOLのピーク値を得る場合
を示し、Ｃは駆動電圧を従来よりも低くした場合の放電
電流ＩSOLのピーク値を得る場合の時間変化を示してい
る。同図に示すように、従来の駆動電圧よりも低い駆動
電圧の場合には、放電電流ＩSOLのピークに達するまで
の時間が長くなり、その結果、放電電流が流れている時
間が長くなり、ソレノイド駆動信号の最短噴射時間０．
４ｍｓよりも長くなる。なお、このソレノイド駆動信号
の最短噴射時間は、エンジン回転数が高い時、或いは非
同期噴射時等におけるインジェクタの必要最小開弁時間
に対応させたものである。

【００１３】図４は、上記のように最短噴射時間近傍で
ＳＷ１がオフされた場合のタイミングチャートを示して
いる。この最短噴射時間の閉じ時刻近傍では、前記従来
技術におけるスイッチＳＷ２をオンして保持電流を供給
することなく、保持電流（通常、０．５〜１．５Ａ）よ
りも大きな電流（図４のＡ点において、２〜３Ａ）が流
れている最中にＳＷ１をオフし、ＳＷ３をオンする。

【００１４】このように電流値が大きく変化している途
中で、その電流を強制オフしなくてはならないため、従
来の安定な保持電流をオフするときよりオフ特性（イン
ジェクタが噴射をオン→オフさせる移行時間）がばらつ
くことになる。すなわち、上記のように大きな電流が流
れている際に、スイッチＳＷ１をオフすると、回路を構
成している素子のバラツキ等に起因して、放電電流ＩSO
Lが０になるまでの時間（インジェクタが「開」から
「閉」となるタイミング）のバラツキが大きくなる。例
えば図４において、スイッチＳＷ１がオフされた時の放
電電流の大きさにより、インジェクタの閉弁タイミング
がｔｃ１であったり、或いは、ｔｃ２であったりするの
である。この結果、インジェクタの噴射量がばらつく問
題がある。

【００１５】なお、コンデンサの容量Ｃや、ソレノイド
Ｌのインダクタンスを小さくし、時定数を小さくしてイ
ンジェクタ駆動時間（最短噴射時間）を短くする方法が
考えられるが、この方法はソレノイドＬの励磁力が小さ
くなり、ソレノイドの吸引力が不足するため、採用でき
ない。

【００１６】この発明の目的は、高速駆動が要求される
インジェクタ駆動回路において、インジェクタの開から
閉となる時間が短い場合でも、安定した保持電流供給中
に確実にインジェクタをオフとすることができ、オフ特
性を向上することができるインジェクタ駆動回路の提供
を目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに請求項１の発明は、インジェクタを駆動するソレノ
イドと、電源により充電されるコンデンサと、ソレノイ
ド駆動信号に応答して前記コンデンサから前記ソレノイ
ドへの放電電流をオンオフ制御するスイッチ回路と、前
記スイッチ回路の制御による放電電流供給後、前記電源
からソレノイドへの保持電流を供給する保持電流供給回
路とを含むインジェクタ駆動回路において、前記放電電
流のピーク値を検出する放電電流ピーク値検出手段と、
前記放電電流ピーク値検出手段のピーク値の検出に基づ
き前記スイッチ回路をオフさせるとともに、前記保持電
流供給回路を駆動する保持電流供給回路制御手段とを備
えたインジェクタ駆動回路をその要旨としている。

【００１８】（作用）請求項１の発明によれば、ソレノ
イド駆動信号に応答してスイッチ回路はコンデンサから
ソレノイドへの放電電流をオン制御する。放電電流ピー
ク値検出手段は、前記放電電流のピーク値を検出する
と、保持電流供給回路制御手段は前記スイッチ回路をオ
フさせるとともに、保持電流供給回路を駆動する。従っ
て、ソレノイドに流れるソレノイド電流Ｉsolのピーク
値は従来のままで（吸引力のピークは従来のまま）、Ｉ
sol立ち下がりの早い電流波形が得られ、又、ソレノイ
ドには安定した保持電流が供給される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をエンジンのインジ
ェクタの駆動回路に具体化した実施の一形態を図１乃至
図３に従って説明する。

【００２０】図１は本発明に係る１気筒分のインジェク
タ駆動回路１０及びインジェクタ駆動回路１０を制御す
る保持電流供給回路制御手段としての制御回路１２を示
している。図２はソレノイド駆動信号、スイッチＳＷ１
及びＳＷ２、コンデンサ電圧、ソレノイド電圧、ソレノ
イド電流、インジェクタの作動位置のタイムチャートを
示している。図１のインジェクタ駆動回路１０の構成の
うち、図５の従来のインジェクタ駆動回路の構成と同一
構成及び相当する構成は同一符号を付して、その説明を
省略する。

【００２１】図１のインジェクタ駆動回路１０の昇圧回
路２１は、図４の従来のインジェクタ駆動回路の昇圧回
路２１と比較して、二次側の出力電圧が小さくなるよう
に構成されている。

【００２２】ソレノイドＬは燃料噴射弁に内蔵されるソ
レノイド式のアクチュエータであって、ソレノイドＬ内
を摺動するプランジャと、プランジャに固定されたニー
ドルバルブと、ニードルバルブを閉弁方向に付勢するス
プリングを備えている。そして、ソレノイドＬに電圧が
印加されると、プランジャがニードルバルブに付与され
ているスプリング弾性力及び燃圧に抗して開弁方向に移
動し、ニードルバルブ先端にて閉塞されていた噴射孔が
開放される。

【００２３】本実施の形態では、バッテリＢが電源を構
成し、スイッチＳＷ１は本発明におけるスイッチ回路を
構成し、スイッチＳＷ２が保持電流供給回路を構成して
いる。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は後記制御回路１２によ
り駆動されるべく、トランジスタ、トライアック等のス
イッチング回路により構成されている。

【００２４】前記インジェクタ駆動回路１０を制御する
保持電流供給回路制御手段としての制御回路１２を図１
に従って説明する。前記インジェクタ駆動回路１０のソ
レノイドＬと抵抗Ｒの直列回路の両端子は放電電流ピー
ク値検出手段としての電圧検出回路１６に接続されてい
る。電圧検出回路１６は比較器等から構成されており、
同直列回路の電圧、すなわちソレノイド電圧ＶSOLが０
Ｖになった時、後記ＥＣＵ１３にその検出信号を入力す
る。すなわち、ソレノイド電圧ＶSOLがＯＶとなったとき
は、ソレノイド電流ＩSOLはピーク値となっているのを
利用して、ソレノイド電圧ＶSOLを検出しているのであ
る。

【００２５】制御回路１２は、電子制御ユニット（以下
「ＥＣＵ」という。）１３、コントロール信号発生部１
４を備えている。ＥＣＵ１３は図示しない中央処理装置
（ＣＰＵ）を備えている。前記ＥＣＵ１３には、内燃機
関としてのエンジンの作動状態を検出するために、各種
センサ（図示しない）が接続されている。すなわち、Ｅ
ＣＵ１３にはエアーフローメータ、吸気温センサ、スロ
ットルセンサ、水温センサ、酸素センサ、エンジン回転
数センサ等が通信線を介して接続されている。エアーフ
ローメータはエンジンが吸入する吸入空気量を計測する
ものであり、吸気温センサは吸気通路を流通する吸入空
気の温度変化を検出する。吸気温は、インジェクタの先
端部の周囲の雰囲気温度に相当する。スロットルセンサ
は吸気通路に設けられたスロットル弁の開度（スロット
ル開度）を検出する。水温センサはエンジンのウォータ
アウトレット部に取付けられ、エンジンの冷却水の温度
（冷却水温）を検出する。酸素センサは排気マニホルド
内の排気ガス中の酸素濃度を検出する。

【００２６】前記ＥＣＵ１３には、コントロール信号発
生部１４が通信線１５を介して接続されている。ＥＣＵ
１３は図示しないＲＯＭに格納した制御プログラムに従
い前記各センサからの検出信号に基づいてエンジンの運
転状態を判断し、その運転状態に対応した制御信号をコ
ントロール信号発生部１４に対して通信線１５を介して
入力する。コントロール信号発生部１４は各スイッチＳ
Ｗ１〜ＳＷ４及びピークホールド回路１６に対して各信
号線を介して接続されている。コントロール信号発生部
１４はＥＣＵ１３から入力した制御信号に基づいて、前
記制御信号が入力した後のいくつかの所定時間を経過す
る毎にスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を各別にオン・オフ制御
可能としている。

【００２７】次に前記インジェクタ駆動回路１０の作用
を図２を参照して説明する。なお、以下の制御はこの実
施の形態ではエンジン回転数が所定回転数以上の高速回
転の条件を満足したときに実行されるものである。

【００２８】ＥＣＵ１３は、各種センサからの入力信号
に基づいて駆動開始タイミングｔ１及び駆動オフタイミ
ングｔ３（すなわち、ソレノイド駆動信号のオンタイム
時間）を燃料噴射制御プログラムに従って決定する。次
にＥＣＵ１３はソレノイド駆動信号をｔ１時に通信線１
５を介してコントロール信号発生部１４に入力する。コ
ントロール信号発生部１４は、このソレノイド駆動信号
の立ち上がりに基づいてスイッチＳＷ１をオンする。

【００２９】この結果、コンデンサＣ１に充電した高電
圧をソレノイドＬに印加し、高速に動作させる。そし
て、電圧検出回路１６からのソレノイド電圧ＶSOLが０
Ｖになった時の検出信号をＥＣＵ１３が入力すると、放
電電流ＩSOLがピーク値に達したものとして、ＥＣＵ１
３はコントロール信号発生部１４にスイッチＳＷ１のオ
フ制御信号及びスイッチＳＷ２のオン制御信号を出力さ
せるべくコントロール信号発生部１４に制御信号を入力
する。コントロール信号発生部１４はこの制御信号に基
づいてスイッチＳＷ１をオフ作動させるとともに、スイ
ッチＳＷ２をオン作動させる（図２のｔ１０時）。この
結果、スイッチＳＷ１はＬＣＲ共振を強制的にオフさ
せ、スイッチＳＷ２のオン作動により、保持電流がソレ
ノイドＬに供給される。ｔ１０〜ｔ３の期間中はリミッ
タやスイッチＳＷ２のスイッチングを利用して、保持電
流を調節する。

【００３０】そして、ソレノイド駆動信号のオフに基づ
き、ソレノイドＬのオフタイミング（ｔ３時）で、スイ
ッチＳＷ２をオフする。以下、ｔ３時以降は従来と同様
にスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオン・オフ制御する。

【００３１】（ａ）さて、この実施の形態によれば、
電圧検出回路１６からのソレノイド電圧ＶSOLが０Ｖに
なった時の検出信号をＥＣＵ１３が入力すると、放電電
流ＩSOLがピーク値に達したものとして、制御回路１２
はスイッチＳＷ１をオフ作動させるとともに、スイッチ
ＳＷ２をオン作動させるようにした。

【００３２】すなわち、放電電流ＩSOLがピーク値に達
したときすぐにスイッチＳＷ１をオフしているため、図
３の一点鎖線Ｄに示すように放電電流ＩSOLがピーク値
に達してからの電流波形は急激に立ち下がることにな
り、スイッチＳＷ１のオフとともにオンされたスイッチ
ＳＷ２により保持電流を流す時間を確保することができ
る。

【００３３】（ｂ）このため、大きな電流値を有した
放電電流よりも小さい電流値である安定した保持電流を
オフすることになる。従って、インジェクタのニードル
バルブの位置の「開」から「閉」のタイミングのバラツ
キを抑制でき、インジェクタのオフ特性が低下すること
はない。

【００３４】（ｃ）自動車においては、電力はバッテ
リとともにオルタネータにより供給され、バッテリはオ
ルタネータによって充電されるが、オルタネータはエン
ジンにより駆動されるため、大きな電力を消費すること
は、エンジンの負荷を大きくし、燃料を多く消費するこ
とになる。

【００３５】この実施の形態では、上記（ａ）に述べた
ように放電電流ＩSOLのピーク値に達したと同時に保持
電流を供給するため、ＩSOLがピーク値に達するまでの
時間に余裕度を持たせることができる。従って、この実
施の形態によれば、昇圧回路２１により昇圧するコンデ
ンサ電圧を小さくすることができる。この結果、バッテ
リＢに大きな電力を消費させることがなく、従って、オ
ルタネータによるバッテリの充電を少なくすることがで
き、オルタネータによるエンジンの負荷を少なくするこ
とができることから低燃費とすることができる。

【００３６】なお、この発明は前記実施の形態に限定さ
れるものではなく、下記のようにすることも可能であ
る。（イ）前記実施の形態では昇圧回路は、Ｄ／Ｄコンバ
ータにて構成したが、トランスにて構成してもよい。

【００３７】（ロ）前記実施の形態では高速回転時に
おいて説明したが、これに限定されるものではなく、例
えば燃料噴射量が少なくてすむ低負荷時の場合において
も、同様に実現できる。

【００３８】（ハ）前記実施の形態では、放電電流ピ
ーク値検出手段を電圧検出回路１６にて構成したが、ソ
レノイド電流ＩSOを検出するとともに、そのピーク値を
保持するピークホールド回路に具体化してもよい。

【００３９】この明細書中に記載された事項から特許請
求の範囲に記載された請求項以外に把握される技術的思
想についてその効果とともに記載する。（１）請求項１において、放電電流ピーク値検出手段
は、ソレノイド電圧が０Ｖに達したか否かを検出する電
圧検出回路である。この構成によれば、ソレノイド電圧
が０Ｖになったことを検出すれば、放電電流ピーク値を
検出することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、高速駆動が要求されるアクチュエータの駆動回路に
おいて、インジェクタの開から閉となる時間が短い場合
でも、安定した保持電流供給中に確実にインジェクタを
オフとすることができ、オフ特性を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の一形態のインジェクタ駆動回路の電気回
路図。

【図２】最短噴射時間におけるソレノイド駆動信号、ス
イッチＳＷ１及びＳＷ２、コンデンサ電圧、ソレノイド
電圧、ソレノイド電流、インジェクタの作動位置のタイ
ムチャート。

【図３】コンデンサ電圧の大小によるソレノイド電流
（放電電流）の時間変化を示す説明図。

【図４】従来例の最短噴射時間におけるソレノイド駆動
信号、スイッチＳＷ１、ソレノイド電圧、ソレノイド電
流、インジェクタの作動位置のタイムチャート。

【図５】従来例のインジェクタ駆動回路の電気回路図。

【図６】同じくソレノイド駆動信号、スイッチＳＷ１〜
ＳＷ４、コンデンサ電圧、ソレノイド電圧、ソレノイド
電流のタイムチャート。

【符号の説明】

１０…インジェクタ駆動回路、１２…制御回路（保持電
流供給回路制御手段）、１３…ＥＣＵ、１４…コントロ
ール信号発生部、１５…通信線、１６…電圧検出回路
（放電電流ピーク値検出手段）、Ｂ…バッテリ、Ｃ…コ
ンデンサ、Ｌ…ソレノイド、Ｌ…ソレノイド、ＳＷ１…
スイッチ（スイッチ回路）、ＳＷ２…スイッチ、ＳＷ３
…スイッチ、ＳＷ４…スイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インジェクタを駆動するソレノイドと、電源により充電されるコンデンサと、ソレノイド駆動信号に応答して前記コンデンサから前記
ソレノイドへの放電電流をオンオフ制御するスイッチ回
路と、前記スイッチ回路の制御による放電電流供給後、前記電
源からソレノイドへの保持電流を供給する保持電流供給
回路とを含むインジェクタ駆動回路において、前記放電電流のピーク値を検出する放電電流ピーク値検
出手段と、前記放電電流ピーク値検出手段のピーク値の検出に基づ
き前記スイッチ回路をオフさせるとともに、前記保持電
流供給回路を駆動する保持電流供給回路制御手段とを備
えたインジェクタ駆動回路。