JPH11159378A

JPH11159378A - 電磁弁駆動装置

Info

Publication number: JPH11159378A
Application number: JP9341864A
Authority: JP
Inventors: Kozo Kono; 弘三河野; Takao Fujii; 隆夫藤居
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁弁の部分的な短絡事故や劣化等の検出も
可能な故障診断パルス信号を安価で小型な回路構成にて
出力することができる電磁弁駆動装置を提供すること。【解決手段】電磁弁３のコイル３Ａの駆動電流を電界
効果トランジスタ４によってオン、オフ制御するように
した電磁弁駆動装置１において、電界効果トランジスタ
４のドレイン−ソース間に設けられた定電圧ダイオード
６１を含んで成る電圧検出回路６によりコイル３Ａに誘
起される逆起電力が所定レベルを越えたことを示すパル
ス電圧信号Ｐを得、パルス電圧信号Ｐのパルス幅Ｗ１に
応答してコンデンサ７２の放電を制御して逆起電力の持
続時間に応じたパルス幅Ｗ２の故障診断パルス信号ＭＰ
を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁のコイル又
はその駆動回路の障害状況を示す故障診断パルス信号を
出力することができるようにした電磁弁駆動装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両用の内燃機関に供給すべき加
圧燃料の噴射量を電磁弁の開閉により制御するため、マ
イクロコンピュータを用いて構成される制御ユニットか
らの信号に応答して電磁弁の駆動回路を作動させ、これ
により所要量の燃料が電磁弁を介して内燃機関の気筒内
に噴射供給されるように構成された電磁弁駆動装置が公
知である。

【０００３】この種の駆動回路が故障したことを検出す
るための回路構成として、特公平７−９２０１６号公報
には、燃料噴射弁のコイルの通電回路に直列に接続され
た開閉素子と、この開閉素子をオン／オフさせる駆動信
号を発生する手段と、抵抗とコンデンサとが直列に接続
され上記開閉素子が閉路したときに上記燃料噴射弁のコ
イルに発生するサージを吸収するサージ吸収回路と、上
記サージ量を基準値と比較するサージ比較回路と、上記
駆動信号が上記開閉素子をオフさせる時期から設定時間
後に信号を発生するタイマ手段とを備え、このタイマ手
段の出力信号発生時における上記サージ比較回路の出力
状態に応じて故障判定を行うようにした構成が開示され
ている。

【０００４】上述の従来回路では、燃料噴射弁の開閉を
行わせるためのスイッチング回路のトランジスタの断線
及び短絡故障、電磁弁コイルの断線故障、電磁弁コイル
の部分的な短絡又は劣化、サージ吸収回路の抵抗器又は
コンデンサの断線、短絡又は劣化などの故障を検出しよ
うというものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の回
路によると、フリップフロップ及びワンショットマルチ
バイブレータ等が必要とされるので、故障検出のための
回路構成が複雑となり、故障検出のための回路が高価で
大型となってしまうという問題点を有している。

【０００６】本発明の目的は、回路規模が小さく安価な
回路構成にして、電磁弁の部分的な短絡事故や劣化等の
検出も可能な故障診断パルス信号を出力することができ
る電磁弁駆動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明では、電磁弁のコイルの通電回路に
設けられた電界効果トランジスタを電磁弁駆動パルス信
号に応答してオン、オフ制御して前記電磁弁の開閉制御
を行うようにした電磁弁駆動装置において、前記電界効
果トランジスタのドレイン−ソース間に設けられた定電
圧ダイオードとダイオードとの直列回路を含んで成り前
記電界効果トランジスタのオフ動作に応答して前記コイ
ルに誘起される逆起電力が所定レベルを越えたことを示
すパルス電圧信号を取り出すための電圧検出回路と、前
記パルス電圧信号のパルス幅に応答してコンデンサへの
充放電が制御され前記コイルに誘起される逆起電力の持
続時間に応じたパルス幅の故障診断パルス信号を出力す
る信号発生回路とを備えた点にある。

【０００８】電圧検出回路は、定電圧ダイオードとダイ
オードとを逆極性で直列に接続した回路とすることがで
き、電界効果トランジスタのドレインに定電圧ダイオー
ドとダイオードのツェナー電圧を越えるレベルの逆起電
力が印加された場合に例えば５Ｖ程度の電圧を定電圧ダ
イオードとダイオードとの接続点から取り出すことがで
きる。この電圧は逆起電力の持続時間に一致したパルス
幅となっているが、その持続時間は電磁弁のコイルに流
れる駆動電流が駆動時の値から零に落ちるまでの時間で
あり約数１０μ秒である。

【０００９】このように時間幅の極めて短いパルス電圧
信号をマイクロコンピュータにおいて検知しうるより長
いパルス幅のパルス信号に変換するため、信号発生回路
では、コンデンサの充放電を電圧検出回路からのパルス
電圧信号のパルス幅に従って制御することにより、コイ
ルに誘起される逆起電力の持続時間に応じたパルス幅の
故障診断パルス信号を出力する。故障診断パルス信号
は、そのパルス幅がマイクロコンピュータで検知可能な
程度の長さとなっている上に、逆起電力の持続時間に応
じた値となっている。したがって、故障診断パルス信号
のパルス幅をマイクロコンピュータ等を用いてチェック
することにより、電磁弁駆動装置の故障診断を行うこと
ができる。

【００１０】信号発生回路は、例えば、コンデンサに抵
抗器を介して充電電流を供給しておくと共に、パルス電
圧信号に応答してそのパルス幅の時間だけコンデンサの
充電電荷の放電を行い、これによりコンデンサの充電電
圧が所定レベル以下となっている時間をコンパレータ等
を用いて検出し、この検出時間に応じたパルス幅のパル
ス信号を故障診断パルス信号として出力するように構成
することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。図１は、本発明
による電磁弁駆動装置の実施の形態の一例を示す回路図
である。電磁弁駆動装置１は、マイクロコンピュータを
用いて構成される制御ユニット２から出力される駆動パ
ルス信号ＤＶに応答して、電磁弁３の開閉駆動を行うた
めの装置である。本実施の形態においては、電磁弁３
は、図示しない内燃機関の気筒内へ加圧燃料を所要量噴
射するためのインジェクタとして使用されているが、こ
れは一例であり、本発明の適用がこの実施の形態に限定
されるものではない。

【００１２】電磁弁３のコイル３Ａの一端には図示しな
い直流電源（例えばバッテリ）から所定の電圧ＶＢが印
加され、コイル３Ａの他端は電界効果トランジスタ４の
ドレイン−ソース回路を介してアースされており、これ
により、電界効果トランジスタ４のオン、オフに応答し
て直流電源からコイル３Ａに流れる駆動電流をオン、オ
フ制御できる構成となっている。コイル３Ａの通電回路
に上述の如く設けられた電界効果トランジスタ４を駆動
パルス信号ＤＶに応答してオン、オフさせるため、電界
効果トランジスタ４のゲート側には、増幅回路５が設け
られている。増幅回路５はスイッチングトランジスタ５
１、５２、及び抵抗器５３、５４が図示の如く接続され
て成る公知の回路構成であり、入力端子５５に印加され
た駆動パルス信号ＤＶが増幅されて、電界効果トランジ
スタ４のゲートにスイッチング制御信号として印加され
る。

【００１３】電界効果トランジスタ４がオンからオフに
切り換えられたときにコイル３Ａに発生する逆起電力を
検出するため、電界効果トランジスタ４のドレイン−ソ
ース間には、電圧検出回路６が設けられている。

【００１４】電圧検出回路６は、定電圧ダイオード６
１、ダイオード６２及び抵抗器６３から成り、これらの
素子が図１に示されるように接続されている。この結
果、コイル３Ａにおける逆起電力のレベルが定電圧ダイ
オード６１のツェナー電圧ＺＶよりも大きくなった場合
に定電圧ダイオード６１が導通状態となり、定電圧ダイ
オード６１とダイオード６２との接続点Ｍに約５Ｖ程度
の電圧が発生し、この電圧がパルス電圧信号Ｐとして出
力される。

【００１５】上記説明から判るように、パルス電圧信号
Ｐはコイル３Ａに生じる逆起電力のレベルが定電圧ダイ
オード６１のツェナー電圧を超えている期間だけ出力さ
れるものであり、パルス電圧信号Ｐのパルス幅はこの逆
起電力の接続時間に略一致している。したがって、パル
ス電圧信号Ｐのパルス幅は、数１０μ秒程度の短いもの
である。

【００１６】パルス電圧信号Ｐのパルス幅の状態から電
磁弁駆動装置１における各種障害を制御ユニット２内の
マイクロコンピュータ２Ａにおいて判別することができ
るようにするため、パルス電圧信号Ｐは信号発生回路７
に入力され、これに応答して故障診断パルス信号ＭＰが
出力される。故障診断パルス信号ＭＰは、そのパルス幅
が、パルス電圧信号Ｐのパルス幅よりは広くマイクロコ
ンピュータ２Ａにおいてパルス幅を検知することができ
る程度のものであり、且つパルス電圧信号Ｐのパルス幅
に応じたものとなっている。すなわち、故障診断パルス
信号ＭＰは、そのパルス幅がコイル３Ａに生じた逆起電
力の接続時間に関する情報を有している、マイクロコン
ピュータ２Ａに取り込むことのできるパルス信号であ
る。

【００１７】信号発生回路７は、図示しない安定化直流
電源から供給される直流電圧Ｖｃｃによって抵抗器７１
を介して充電されるコンデンサ７２を有し、コンデンサ
７２の充電電圧ＶＣが、直流電圧Ｖｃｃを抵抗器７３、
７４で分圧して成る基準電圧ＶＲと電圧比較器７５でレ
ベル比較される構成となっている。そして、コンデンサ
７２を、パルス電圧信号Ｐのパルス幅に応じた時間だけ
放電させるため、パルス電圧信号Ｐが抵抗器７６を介し
てベースに入力されているトランジスタ７７のコレクタ
−エミッタ回路が抵抗器７８を介してコンデンサ７２と
並列に接続されている。

【００１８】したがって、コンデンサ７２が電圧Ｖｃｃ
にまで充電されている状態においてパルス電圧信号Ｐが
入力されると、パルス電圧信号Ｐのパルス幅に応じた時
間だけトランジスタ７７がオンとなってコンデンサ７２
が抵抗器７８を介して放電され充電電圧ＶＣが低下す
る。このときの放電時定数τ１は、抵抗器７１の抵抗値
をＲ１、抵抗器７８の抵抗値をＲ２、コンデンサ７２の
容量値をＣ１とすれば、 τ１＝Ｃ１・Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。そして、トランジスタ７７がオフとなった後、
充電電圧Ｖｃは抵抗器７１を介して充電され、充電電圧
ＶＣのレベルは徐々に増大する。この場合の充電時定数
τ２は、 τ２＝Ｒ１・Ｃ１である。この結果、後で詳しく説明するように、パルス
電圧信号Ｐのパルス幅に応じた時間だけ電圧比較器７５
の出力が低レベルとなり、電圧比較器７５の出力側に抵
抗器７９を介して接続されているトランジスタ８０か
ら、故障診断パルス信号ＭＰが出力されることになる。

【００１９】次に、図２を参照しながら、電圧検出回路
６及び信号発生回路７の動作について詳しく説明する。
図２において、（Ａ）は駆動パルス信号ＤＶの波形、
（Ｂ）はコイル３Ａの他端の電圧波形、（Ｃ）はパルス
電圧信号Ｐの波形、（Ｄ）は充電電圧ＶＣの波形、
（Ｅ）は電圧比較器７５の出力電圧波形、（Ｆ）は故障
診断パルス信号ＭＰの波形をそれぞれ示している。

【００２０】時刻Ｔ＝Ｔ１において駆動パルス信号ＤＶ
が高レベルとなると、電界効果トランジスタ４がオンと
なり、コイル３Ａの他端の電圧レベルは略アースレベル
となり、電磁弁３が開状態となる。Ｔ＝Ｔ２において駆
動パルス信号ＤＶが低レベルとなると、電界効果トラン
ジスタ４がオンからオフに切り換えられ、コイル３Ａに
流れていた駆動電流が遮断されることにより、コイル３
Ａの他端には逆起電力による高圧電圧が発生する。この
高圧電圧は、定電圧ダイオード６１により例えば６０Ｖ
程度に抑えられ、接続点Ｍにパルス電圧信号Ｐが発生す
る。この場合、パルス電圧信号Ｐのレベルは４Ｖ程度で
ある。

【００２１】パルス電圧信号Ｐは、コイル３Ａの他端の
電圧レベルが６０Ｖ以下となるＴ＝Ｔ３において低レベ
ルとなる。すなわち、パルス電圧信号Ｐのパルス幅Ｗ１
の値はコイル３Ａに生じる逆起電力の接続時間に略一致
した値となっている。

【００２２】信号発生回路７のトランジスタ７７は、パ
ルス電圧信号Ｐが高レベルとなることによりオンとな
り、コンデンサ７２の充電電荷を放電する。この結果、
図２の（Ｄ）に示されるように、Ｔ＝Ｔ２の直後におい
て充電電圧ＶＣのレベルが急激に低下してＶＣ＜ＶＲと
なり、電圧比較器７５の出力レベルが低レベルとなる
（同図（Ｅ））。

【００２３】充電電圧ＶＣの低下はＴ＝Ｔ３まで続き、
Ｔ＝Ｔ３においてトランジスタ７７がオフに戻ると、充
電電圧ＶＣのレベルは上昇しはじめ、Ｔ＝Ｔ４において
ＶＣ＞ＶＲとなったときに電圧比較器７５の出力のレベ
ルが高レベルに戻る（同図（Ｄ）、（Ｅ）参照）。コン
デンサ７２はこの後も充電されつづけ、電圧Ｖｃｃにま
で達する。

【００２４】この結果、故障診断パルス信号ＭＰのレベ
ルはＴ＝Ｔ２で立ち上がり、Ｔ＝Ｔ４において立ち下が
る。ここで、トランジスタ７７がＴ３でオフになった後
の充電電圧ＶＣの上昇カーブの特性はパルス電圧信号Ｐ
のパルス幅Ｗ１の値に拘らず一定であるが、Ｔ２〜Ｔ３
の長さがパルス電圧信号Ｐのパルス幅に応じて変化する
ことによりコンデンサ７２への充電が再び開始される時
点Ｔ３での充電電圧ＶＣの値がパルス電圧信号Ｐのパル
ス幅に応じて変化することになる。このため、充電電圧
ＶＣの値が基準電圧ＶＲに達するまでに必要な時間がパ
ルス電圧信号Ｐのパルス幅に応じて変化することにな
る。以上の理由により、パルス幅Ｗ１に相応したパルス
幅Ｗ２のパルス信号が信号発生回路７から故障診断パル
ス信号ＭＰとして出力される。

【００２５】電磁弁３のコイル３Ａの断線、ショートが
生じた場合、及び電界効果トランジスタ４がオン故障、
オフ故障の場合には、コイル３Ａに逆起電力が発生しな
くなるので、駆動パルス信号ＤＶのレベルの立ち下がり
タイミングで故障診断パルス信号ＭＰが出力されないと
いう状態が生じる。また、電磁弁３のコイル３Ａのレア
ショートや劣化が生じた場合、及び電界効果トランジス
タ４の劣化や定電圧ダイオード６１の断線、ショート、
劣化の場合には、故障診断パルス信号ＭＰのパルス幅が
正常動作時に比べて狭くなる。さらに、定電圧ダイオー
ド６１及び電界効果トランジスタ４の劣化又はダイアグ
回路の故障の場合には、故障診断パルス信号ＭＰのパル
ス幅が正常動作時に比べて広くなる。したがって、これ
らの障害の有無を故障診断パルス信号ＭＰのパルスの出
力の有無、及びそのパルス幅から容易に判別することが
できる。

【００２６】故障診断パルス信号ＭＰの状態をチェック
することにより電磁弁駆動装置１の故障診断を行うた
め、制御ユニット２を構成する公知のハードウェア構成
のマイクロコンピュータ２Ａには、故障診断プログラム
がセットされており、故障診断パルス信号ＭＰに基づい
て電磁弁駆動装置１の故障診断が実行される構成となっ
ている。

【００２７】図３は、マイクロコンピュータ２Ａにおい
て実行される故障診断プログラムを示すフローチャート
である。このフローチャートを参照しながら、マイクロ
コンピュータ２Ａにおいて実行される故障診断の手順に
ついて説明する。

【００２８】故障診断プログラムの実行が開始される
と、先ず、ステップ９１で駆動パルス信号ＤＶが出力さ
れたか否かが判別される。駆動パルス信号ＤＶが出力さ
れていない場合にはステップ９１が繰り返し実行され、
駆動パルス信号ＤＶが出力されるとステップ９１の判別
結果がＹＥＳとなり、ステップ９２に入る。

【００２９】ステップ９２では、故障診断パルス信号Ｍ
Ｐが入力されたか否かが判別される。故障診断パルス信
号ＭＰが入力されたことが判別されない場合にはステッ
プ９２の判別結果はＮＯとなり、ステップ９３に進む。

【００３０】ステップ９３では、駆動パルス信号ＤＶが
出力されてから所定時間が経過したか否かが判別され
る。この所定時間は、駆動パルス信号ＤＶが出力されて
から故障診断パルス信号ＭＰが出力されるまでに要する
時間よりも若干長めに設定される。この所定時間が経過
していないと判別されると、ステップ９３の判別結果は
ＮＯとなり、ステップ９２に戻る。すなわち、駆動パル
ス信号ＤＶが出力されてから所定時間が経過するまでは
ステップ９２において故障診断パルス信号ＭＰが入力さ
れたか否かの判別が行われる構成である。所定時間が経
過しても故障診断パルス信号ＭＰの入力が判別されない
場合にはステップ９３の判別結果はＹＥＳとなり、ステ
ップ９４に入る。

【００３１】この場合は、コイル３Ａの断線、又は電界
効果トランジスタ４のオン故障又はオフ故障であると考
えられる。ステップ９４では故障フラグＥＲＲ−ＦＬＧ
がこの故障内容を示す３にセットされ、ステップ９５に
入る。

【００３２】一方、ステップ９２で故障診断パルス信号
ＭＰが入力したと判別されると、ステップ９２の判別結
果はＹＥＳとなり、ステップ９６に入る。ここでは、故
障診断パルス信号ＭＰのパルス幅の正常値はｔ１〜ｔ２
（ｔ１＜ｔ２）と定められており、ステップ９６では、
故障診断パルス信号ＭＰのその時の実際のパルス幅Ｗ２
がｔ１より大きいか否かが判別される。Ｗ２＜ｔ１であ
ると、ステップ９６の判別結果はＹＥＳとなり、ステッ
プ９７に入る。

【００３３】ステップ９７では、Ｗ２＜ｔ２であるか否
かが判別される。Ｗ２＜ｔ２であると判別されると、す
なわち、故障診断パルス信号ＭＰのパルス幅Ｗ２が正常
状態であると、ステップ９７の判別結果はＹＥＳとな
り、ステップ９１に戻る。

【００３４】故障診断パルス信号ＭＰのパルス幅が長す
ぎることにより、ステップ９７でＷ２≧ｔ２であると判
別されると、この場合には、定電圧ダイオード６１また
は電界効果トランジスタ４の劣化、あるいはダイアグ回
路の故障が考えられるので、ステップ９８に入り、故障
フラグＥＲＲ−ＦＬＧの内容を上述の障害内容を示す１
にセットし、ステップ９５に入る。

【００３５】一方、故障診断パルス信号ＭＰのパルス幅
が狭すぎることにより、ステップ９６でＷ２≦ｔ１と判
別されると、ステップ９６の判別結果はＮＯとなり、ス
テップ９８に入る。この場合、コイル３Ａのレアショー
ト又は定電圧ダイオード６１の劣化が考えられるので、
ステップ９９において故障フラグＥＲＲ−ＦＬＧの内容
を上述の障害内容を示す２にセットし、ステップ９５に
入る。

【００３６】ステップ９５では、故障フラグＥＲＲ−Ｆ
ＬＧの内容１〜３に応じて予め定められた障害処理を実
行し、このプログラムの実行が終了する。

【００３７】なお、図１に示した信号発生回路７では充
電電圧ＶＣのレベル弁別のために電圧比較器７５を用い
た例を示したが、図４に示されるように、電圧比較器７
５に代えてトランジスタ８１を用い、充電電圧Ｖｃのレ
ベルに応じてトランジスタ８１をオン、オフさせる構成
としてもよい。この構成を採用する場合には、回路構成
がより一層簡単になるという利点を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、コンデン
サの充放電を利用する回路構成により、電磁弁コイル、
その通電制御用の電界効果トランジスタ及び電圧検出回
路の定電圧ダイオードの故障状況を知るための故障診断
パルス信号を発生させることができるので、従来の構成
に比べて部品数が少なくて済み、省スペース化を図るこ
とができる。さらに、回路のコストが安くなり、安価な
回路で、電磁弁コイルの部分的なショートや劣化等をも
判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁弁駆動装置の実施の形態の一
例を示す回路図。

【図２】図１に示した電磁弁駆動装置の作動を説明する
ための各部の信号の電圧波形図を示す図。

【図３】図１のマイクロコンピュータにおいて実行され
る故障診断プログラムを示すフローチャート。

【図４】図１の信号発生回路の他の回路構成を示す回路
図。

【符号の説明】

１電磁弁駆動装置３電磁弁３Ａコイル４電界効果トランジスタ６電圧検出回路７信号発生回路６１定電圧ダイオード６２ダイオード６３、７１抵抗器７２コンデンサ７５電圧比較器ＤＶ駆動パルス信号ＭＰ故障診断パルス信号Ｐパルス電圧信号ＶＣ充電電圧ＶＲ基準電圧Ｗ１、Ｗ２パルス幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 7/18 Ｈ０１Ｆ 7/18 Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁弁のコイルの通電回路に設けられた
電界効果トランジスタを電磁弁駆動パルス信号に応答し
てオン、オフ制御して前記電磁弁の開閉制御を行うよう
にした電磁弁駆動装置において、前記電界効果トランジスタのドレイン−ソース間に設け
られた定電圧ダイオードとダイオードとの直列回路を含
んで成り前記電界効果トランジスタのオフ動作に応答し
て前記コイルに誘起される逆起電力が所定レベルを越え
たことを示すパルス電圧信号を取り出すための電圧検出
回路と、前記パルス電圧信号のパルス幅に応答してコンデンサへ
の充放電が制御され前記コイルに誘起される逆起電力の
持続時間に応じたパルス幅の故障診断パルス信号を出力
する信号発生回路とを備えたことを特徴とする電磁弁駆
動装置。
【請求項２】前記電圧検出回路において、前記逆起電
力の電圧レベルが所定値を超えた場合に前記定電圧ダイ
オードが導通状態とされ、前記定電圧ダイオードに流れ
る電流に応答して前記ダイオードと前記定電圧ダイオー
ドとの接続点に生じる電圧が前記パルス電圧信号として
出力される請求の範囲第１項記載の電磁弁駆動装置。
【請求項３】前記信号発生回路において、前記コンデ
ンサに抵抗器を介して充電電流が供給されており、前記
パルス電圧信号に応答し、前記パルス電圧信号のパルス
幅の時間だけ前記コンデンサの充電電荷の放電を行い、
前記コンデンサの充電電圧が所定レベル以下となってい
る時間に応じたパルス幅のパルス信号を前記故障診断パ
ルス信号として出力するようにした請求項１記載の電磁
弁駆動装置。