JPH11182727A - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コスト及び回路規模を増大させることなし
に、電磁弁の閉弁動作を安定して行うことができるよう
にする。 【解決手段】 電磁弁２のコイル２Ａに流れる駆動電流
をオン、オフするためのＦＥＴ３に直列に接続された抵
抗器７に生じる検出電圧ＶＤに応答して駆動電流のレベ
ルを所定の範囲内に抑えるための制御回路３０を備えて
成る電磁弁駆動装置１において、制御回路３０に検出電
圧ＶＤのレベルが所定の基準レベルを超えたか否かを判
別するための電圧比較器６３を設け、電圧比較器６３の
出力のレベル変化に相応したスパイク電圧を電圧比較器
６３の入力側に生じさせるためのコンデンサ６７を電圧
比較器の入出力端子間に接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁の開弁後、
電磁弁を所要の動作状態に保持するために定電流駆動す
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】電磁弁を高速にて動作させるため抵抗値
の小さい電磁弁を用いて駆動開始直後に大電流を流し、
開弁後は電流値を下げるために定電流駆動させるように
した電磁弁駆動装置が公知である。

【０００３】このような駆動方法を実現するために用い
る電磁弁駆動装置の定電流制御回路として、電磁弁に流
れる電流をスイッチングして電磁弁の駆動電流を一定に
させる回路構成が公知である。

【０００４】また、別の定電流制御のための回路構成と
して、電磁弁に流す電流を制御するためのトランジスタ
を完全にスイッチングさせず一定の電流を流すレギュレ
ータ方式があるが、この場合にはトランジスタが発熱
し、放熱器にコストがかかるため装置のコストアップを
招き、エネルギー損失も大きくなるという問題を生じ
る。

【０００５】したがって、従来におけるこの種の電磁弁
駆動装置においてはスイッチング方式による構成のもの
が多く採用されている。

【０００６】スイッチング方式による従来の電磁弁駆動
装置は、例えば図５に示されるように、端子１０１に印
加される直流電圧ＶＢによって駆動される電磁弁１０２
のコイル１０３に流れる電流をオン、オフ制御するため
のスイッチングトランジスタ１０４のエミッタ回路に電
流検出用の抵抗器１０５を設け、抵抗器１０５に生じる
電圧ＶＡが所定のレベル範囲内に保たれるように、電圧
ＶＡに応答してスイッチングトランジスタ１０４のオ
ン、オフ制御を行うためのスイッチング制御回路１１０
を設けた構成となっている。

【０００７】そして、スイッチング制御回路１１０で
は、電圧ＶＡのレベルを演算増幅器１１１で増幅した
後、この増幅出力が所定の設定値を超えたか否かを電圧
比較器１１２によって判別し、電圧比較器１１２の出力
によって動作する駆動トランジスタ１１３によりスイッ
チングトランジスタ１０４をオン、オフ制御する構成と
なっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このため、図５に示す
ような従来の回路構成によると、コイル１０３に流れる
駆動電流に雑音信号が重畳した場合、電圧比較器１１２
の入力電圧信号ＶＩＮは図６の（Ａ）に示すような状態
となり、この入力電圧信号ＶＩＮを所定の電圧ＶＲＥＦ
と比較すると、電圧比較器１１２の出力電圧ＶＯＵＴは
同図（Ｂ）に示すような形態のパルス信号となってしま
う。したがって、スイッチングトランジスタ１０４の安
定したスイッチングを行うことができず、所定レベルの
動作保持電流をコイル１０３に安定に供給することがで
きないので、保持動作のための電流レベルが大きく変化
してしまうことになる。この結果、電磁弁１０２の閉弁
タイミングにおける電磁弁電流の値が大きくばらついて
しまい、電磁弁１０２の閉弁動作を迅速且つ精度よく行
うことができないという不具合を招いている。

【０００９】この不具合を解決するため、抵抗器１０５
の値を大きくすると、抵抗器１０５の発熱が大きくな
り、その放熱のために大きな発熱器が必要となるのでコ
ストの上昇要因となるという別の問題を生じる。さら
に、抵抗器１０５での電圧降下が大きくなり、電磁弁の
最低作動電圧が高くなってしまうという問題も生じる。

【００１０】また、Ｒ−Ｃフィルタを用いて雑音信号成
分の除去をする構成を採用する場合には、スイッチング
制御回路１１０によるオン、オフスイッチング制御ルー
プの周波数応答性が低下してしまい、結局、コイル１０
３に流れる電流の振幅が大きくなり、電磁弁１０２の閉
弁タイミングにおける電磁弁電流の値が大きくばらつい
てしまうということになる。

【００１１】この問題を解決する別の従来技術として、
図５に示される回路において、電圧比較器１１２の−入
力端子に一定電圧でなく三角波電圧信号を与えるように
した構成が知られている。

【００１２】この構成では、雑音除去用のＲ−Ｃフィル
タの時定数を大きくしても、スイッチングトランジスタ
１０４のスイッチング周波数は三角波電圧信号の周波数
と同一となるので、コイル１０３に流れる電流値の振幅
を小さく抑えることが可能である。しかし、三角波電圧
を発生させるための回路を別途必要とするため、コスト
アップ及びスペースを拡大しなければならないという問
題を生じる。

【００１３】本発明の目的は、コスト及び回路規模を増
大させることなしに、電磁弁の動作保持のための駆動電
流を安定に供給し、電磁弁の閉弁動作を安定して行うこ
とができるようにした電磁弁駆動装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、直流電源から電磁弁のコイルに流れ
る駆動電流をオン、オフするための半導体スイッチング
素子と、該駆動電流に応じた電圧を出力するため該駆動
電流の通電路中に設けられた電流検出抵抗器と、該電流
検出抵抗器に生じる検出電圧に応答して前記半導体スイ
ッチング素子をオン、オフして前記駆動電流のレベルを
所定の範囲内に抑えるための制御回路とを備えて成る電
磁弁駆動装置において、前記制御回路が、前記検出電圧
のレベルが所定の基準レベルを超えたか否かを判別する
ための電圧比較器を有しており、該電圧比較器の出力の
レベル変化に相応したスパイク電圧を前記電圧比較器の
入力側に生じさせるためのコンデンサが該電圧比較器の
入出力端子間に接続されている点にある。

【００１５】この構成によると、検出電圧のレベルが上
昇して電圧比較器の入力のレベルが基準レベルを超える
と、電圧比較器の出力のレベルが例えば低レベルから高
レベルに変化する。このレベル変化はコンデンサを介し
てその入力側にスパイク電圧として帰還される。この例
では、電圧比較器の入力のレベルがスパイク状に高くな
り電圧比較器の入力のレベルが急激に上昇することにな
る。この結果、電圧比較器への入力信号に雑音が重畳さ
れていたとしても、このスパイク電圧が重畳されるため
に電圧比較器の出力レベルが一旦高レベルになるとその
状態が保持されることになる。電圧比較器の出力レベル
が高レベルから低レベルに変化した場合も同様である。

【００１６】この結果、電圧比較器の入力信号に雑音が
重畳されていたとしても、電圧比較器のレベル弁別動作
がこれに影響されて短時間のうちにその出力レベルが高
レベルと低レベルとの間で激しく変化するという不具合
が生じるのを確実に防止することができる。

【００１７】

【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、図示しない内燃機関の燃料
噴射システムのインジェクタとして用いられている電磁
弁２の駆動を行うための装置であり、電磁弁２のコイル
２Ａに流れる駆動電流をオン、オフするためのスイッチ
ング素子として働く電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３
を備えている。ＦＥＴ３のドレイン−ソース回路は、コ
イル２Ａの一端と直流電圧ＶＢが印加されている電源端
子４との間にダイオード５を介して接続され、そのゲー
トにはゲート駆動回路２０が接続されている。

【００１８】ゲート駆動回路２０は、トランジスタ２
１、２２及び抵抗器２３、２４が図示の如く接続されて
成る公知の回路構成であり、後述するようにしてトラン
ジスタ２１、２２のベースに与えられる信号に応答して
ＦＥＴ３をオン、オフする。

【００１９】コイル２Ａの他端は別のＦＥＴ６のドレイ
ン−ソース回路及び抵抗器７を介してアースされてい
る。ＦＥＴ６は図示しない別の制御ユニットからそのゲ
ートに供給される電磁弁の開弁時間を定めるための電磁
弁駆動パルス信号ＤＰに応答し、電磁弁駆動パルス信号
ＤＰが高レベル状態となった場合にオン状態とされる。

【００２０】８はコイル２Ａに生じる逆起電力によりＦ
ＥＴ６に印加される高電圧が所定の許容レベルを超えな
いようにするための定電圧ダイオード、９はフライホイ
ールダイオードである。

【００２１】抵抗器７は、コイル２Ａに流れる駆動電流
を検出するためにコイル２Ａの通電路に設けられた電流
検出用の抵抗器であり、抵抗器７にはコイル２Ａに流れ
る電流が流れ、抵抗器７の両端にはコイル２Ａの駆動電
流に応じたレベルの検出電圧ＶＤが発生する。

【００２２】ＦＥＴ６が電磁弁駆動パルス信号ＤＰによ
りオン状態となって電磁弁２が開弁した後、ＦＥＴ３を
オン、オフ制御し、これにより電磁弁２の開弁状態を保
つに足る所要のレベルの保持電流をコイル２Ａに供給す
るため、電磁弁駆動装置１は、検出電圧ＶＤに応答して
作動する制御回路３０を備えている。

【００２３】制御回路３０において、４０は検出電圧Ｖ
Ｄを増幅するための増幅回路であり、演算増幅器４１及
び抵抗器４２、４３が図示の如く接続されて成る公知の
回路構成となっている。

【００２４】増幅回路４０からの増幅出力は、抵抗器５
１とコンデンサ５２とから成るＲ−−Ｃフィルタ回路５
０に入力され、ここで高周波雑音成分が抑制される。Ｒ
−Ｃフィルタ回路５０から出力された出力電圧Ｖは、検
出電圧ＶＤに略相応する信号であり、電圧比較部６０に
入力される。

【００２５】電圧比較部６０は、出力電圧Ｖに基づいて
検出電圧ＶＤが所定の電圧レベルより高くなったか否か
を判別するため、安定化直流電圧ＶＳを抵抗器６１、６
２で分圧して成る基準電圧ＶＲを出力電圧Ｖとレベル比
較するための電圧比較器６３を有している。ここで、所
定の電圧レベルとは、電磁弁２が一旦開弁状態とされた
後、この開弁状態を保持するために必要なコイル２Ａの
駆動電流レベルに相当する検出電圧ＶＤのレベルであ
る。

【００２６】基準電圧ＶＲのレベルは検出電圧ＶＤが所
定の電圧レベルより高くなったか否かを電圧比較器６３
によって判別することができるように設定されており、
したがって、検出電圧ＶＤが所定のレベルを超えるまで
はＶ＜ＶＲで電圧比較器６３の出力は低レベル状態であ
るが、検出電圧ＶＤが所定のレベルを超えるとＶ≧ＶＲ
となり電圧比較器６３の出力は高レベル状態となる。こ
こで、抵抗器６４とダイオード６５との直列回路は、電
圧比較器６３の動作にヒステリシス特性を持たせるため
その入出力間に接続されたものであり、省略も可能であ
る。６６はプルアップ抵抗器である。

【００２７】出力電圧Ｖに雑音信号が重畳されている場
合において、出力電圧Ｖが基準電圧ＶＲと略等しくなっ
た状態で、雑音信号のために電圧比較器の出力レベルが
高レベル状態と低レベル状態との間で短時間内に頻繁に
切り換えられるのを防止するため、電圧比較器６３の＋
入力端子とその出力端子との間にはコンデンサ６７が接
続されている。

【００２８】コンデンサ６７をこのように設けることに
より、電圧比較器６３の出力レベルが一方の状態から他
方の状態に変化した場合、電圧比較器６３の出力側にお
ける急激なレベル変化を同時にその＋入力端子において
もスパイク電圧として生ぜしめ、これにより＋入力端子
のレベルは一時的に他方の状態に向けて引っ張られる。
この結果、電圧比較器６３が出力電圧Ｖに重畳されてい
る雑音信号に影響されず、そのレベル弁別動作を安定に
行うことができる。この点については後で詳しく説明す
る。

【００２９】次に、図２を参照しながら、電磁弁駆動装
置１の動作について説明する。図２において、（Ａ）は
電磁弁駆動パルス信号ＤＰの波形、（Ｂ）はコイル２Ａ
を流れる電磁弁電流ＩＶの波形、（Ｃ）は出力電圧Ｖの
波形、（Ｄ）は電圧比較器６３の出力電圧ＶＣの波形で
ある。

【００３０】タイミングＴ＝Ｔ１において、電磁弁駆動
パルス信号ＤＰのレベルが立ち上がると、ＦＥＴ６がオ
ンとなる。このとき電磁弁電流ＩＶは零であるから、検
出電圧ＶＤも略零であり、したがって、電圧比較器６３
の出力電圧ＶＣは低レベル状態になっている。このた
め、ＦＥＴ３はゲート駆動回路２０によってオン状態と
されており、電磁弁電流ＩＶのレベルが時間の経過と共
に増大する。

【００３１】Ｔ＝Ｔ２において、出力電圧Ｖのレベルが
基準電圧ＶＲのレベルを超えると、電圧比較器６３の出
力電圧ＶＣのレベルが低レベル状態から高レベル状態に
変化する。電圧比較器６３の出力電圧ＶＣにおけるこの
急激なレベル変化はコンデンサ６７を介して電圧比較器
６３の＋入力端子に帰還され、電圧比較器６３の＋入力
端子は正方向のスパイク電圧を生じる。

【００３２】図３には、この正方向のスパイク電圧が拡
大して示されている。図３から判るように、スパイク電
圧はＴ＝Ｔ２において急峻に立ち上がり、所定の時定数
に従うカーブを描いて低下する。この時定数τ１は、抵
抗器５１、６６の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、コンデ
ンサ６７の容量値をＣ１とすると、 τ１＝（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｃ１ となる。

【００３３】τ１の値は、Ｔ＝Ｔ２において生じた正方
向のスパイク電圧により出力電圧Ｖのレベルがスパイク
電圧の重畳なしでも完全に基準電圧ＶＲのレベルを超え
ることになるまで正方向に引っ張ることができるような
値に設定されており、出力電圧Ｖが一旦基準電圧ＶＲを
超えると、電圧比較器６３の出力電圧ＶＣの値は高レベ
ルに維持される。この結果、ＦＥＴ３はオフとされ、フ
ライホイールダイオード９によるフライホイール電流が
コイル２Ａに流れ、電磁弁電流ＩＶがＴ＝Ｔ２以後ゆる
やかに減少することになる。

【００３４】そして、Ｔ＝Ｔ３において出力電圧Ｖが基
準電圧ＶＲよりも小さくなると、電圧比較器６３の出力
電圧ＶＣは高レベル状態から低レベル状態に変化する。
このレベル変化はコンデンサ６７を介して電圧比較器６
３の＋入力端子に帰還され、電圧比較器６３の＋入力端
子は負方向のスパイク電圧を生じることになる。

【００３５】図４には、この負方向のスパイク電圧が拡
大して示されている。図４から判るように、負方向のス
パイク電圧はＴ＝Ｔ３において急峻に立ち下がり、所定
の時定数に従うカーブを描いて上昇する。この時定数τ
２は、 τ２＝Ｒ１×Ｃ１ となる。

【００３６】τ２の値は、Ｔ＝Ｔ３において生じた負方
向のスパイク電圧により出力電圧Ｖのレベルがスパイク
電圧の重畳なしでも完全に基準電圧ＶＲのレベル以下に
なるまで負方向に引っ張ることができるような値に設定
されており、出力電圧Ｖが一旦ＶＲを下回ると、電圧比
較器６３の出力電圧ＶＣの値は低レベルに維持される。
この結果、ＦＥＴ３はオンとされ、コイル２Ａに直流電
圧ＶＢから再び駆動電流が流され、電磁弁電流ＩＶのレ
ベルが上昇する。

【００３７】電圧比較器６３は、コンデンサ６７のため
に、雑音信号が重畳されている出力電圧Ｖが入力されて
いてもこれに影響されず、ＦＥＴ３を安定にオン、オフ
させ、電磁弁電流ＩＶのレベルの変化を所定レベルＬＴ
近くでせまい振幅内に納めることができる。

【００３８】この結果、Ｔ＝Ｔ４において電磁弁駆動パ
ルス信号ＤＰのレベルが立ち下がった場合、電磁弁電流
ＩＶを予定通りに減衰させることが可能となり、ＦＥＴ
３の閉弁動作を電磁弁駆動パルス信号ＤＰに応答して精
度よく行うことができる。したがって、電磁弁２によっ
て構成されるインジェクタから噴射される燃料の量を精
度よく制御することができ、トルク変動なしに内燃機関
の運転が安定に行われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く電磁弁に流
れる駆動電流のレベルに相応する検出電圧を検出抵抗器
により取り出し、この検出電圧を電圧比較器により所定
の基準電圧とレベル比較して駆動電流レベルが一定値と
なるよう、電磁弁のコイルの通電路に設けた半導体スイ
ッチング素子をオン、オフ制御する構成において、電圧
比較器の入出力間に、電圧比較器の出力のレベル変化に
相応したスパイク電圧を電圧比較器の入力側に生じさせ
るためのコンデンサを設けたので、検出電圧に重畳され
る雑音信号成分の影響なしにスイッチング素子を安定に
オン、オフ制御し、電磁弁駆動電流のレベルの変化幅を
小さくすることができる。この結果、電磁弁の開弁動作
を安定に行うことができる。

【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動作を説明する
ための各部の電圧波形図。

【図３】図１の電圧比較器の＋入力端子に生じる正方向
パルスの波形図。

【図４】図１の電圧比較器の＋入力端子に生じる負方向
パルスの波形図。

【図５】従来の電磁弁駆動装置を示す回路図。

【図６】図５に示した従来の電磁弁駆動装置の問題点を
説明するための各部の波形図。

【符号の説明】

１ 電磁弁駆動装置 ２ 電磁弁 ２Ａ コイル ３ ＦＥＴ ７ 抵抗器 ３０ 制御回路 ４０ 増幅回路 ６０ 電圧比較部 ６３ 電圧比較器 ６７ コンデンサ ＩＶ 電磁弁電流 ＶＣ 電圧比較器６３の出力電圧 ＶＤ 検出電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源から電磁弁のコイルに流れる駆
   動電流をオン、オフするための半導体スイッチング素子
   と、該駆動電流に応じた電圧を出力するため該駆動電流
   の通電路中に設けられた電流検出抵抗器と、該電流検出
   抵抗器に生じる検出電圧に応答して前記半導体スイッチ
   ング素子をオン、オフして前記駆動電流のレベルを所定
   の範囲内に抑えるための制御回路とを備えて成る電磁弁
   駆動装置において、 前記制御回路が、前記検出電圧のレベルが所定の基準レ
   ベルを超えたか否かを判別するための電圧比較器を有し
   ており、該電圧比較器の出力のレベル変化に相応したス
   パイク電圧を前記電圧比較器の入力側に生じさせるため
   のコンデンサが該電圧比較器の入出力端子間に接続され
   ていることを特徴とする電磁弁駆動装置。