JPH1182130A - 内燃機関の燃料噴射弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気エネルギの消費量を増やすことなく閉弁
時における燃料噴射弁の応答性を向上させる。 【解決手段】 開弁電流Ｉopenを供給するための高電圧
ＶCHG をコンデンサＣ３に発生させる高電圧発生部１０
０と、駆動パルスτに応答してＦＥＴ１がオンすると、
高電圧発生部１００のコンデンサＣ３からコンデンサＣ
４への充電電流で燃料噴射弁９０を開弁方向へ励磁する
順方向励磁部２００と、保持電流Ｉholdを燃料噴射弁９
０へ供給する定電流回路３００と、コンデンサＣ４およ
び燃料噴射弁９０と共に閉ループを構成するＦＥＴ３を
含み、逆電流パルスＰr に応答して燃料噴射弁９０へ開
弁時とは逆方向の励磁電流を供給する逆方向励磁部５０
０と、放電パルスＰd に応答してコンデンサＣ４を強制
的に放電させる放電回路６００とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に燃料を
供給する燃料噴射弁駆動装置に係り、特に、開弁時に比
較的大きな開弁電流を供給した後は、開弁状態の維持に
必要な比較的小さな保持電流のみを供給する内燃機関の
燃料噴射弁駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁では、プランジャがバネ力に
よって常時は燃料噴射口に当接されて閉弁状態を保って
いる。燃料噴射弁の駆動コイルに励磁電流が供給される
と、プランジャがバネ力に抗して移動し、内容物はプラ
ンジャと燃料噴射口との間隙を通って噴射される。この
ため、燃料噴射弁では駆動コイルに与える噴射パルスの
パルス幅を制御することによって噴射量が制御される。

【０００３】このような構成では、噴射パルスが供給さ
れても、バネ力に抗する力が駆動コイルに発生するまで
開弁しないために応答遅れが生じる。また、閉弁時に燃
料噴射パルスをオフにしても、駆動コイルに残留磁束が
あるため直ぐにはプランジャが戻らない。したがって、
このような燃料噴射弁では、噴射パルスに即応した噴射
量制御が難しいという問題を本質的に抱えていた。

【０００４】しかも、内燃機関に気体燃料を供給するた
めに燃料噴射弁のシール性を更に高めたい場合や、内燃
機関の燃焼室に燃料を直接噴射するために燃料の供給圧
力を高くしたい場合には、更に大きなバネ力が必要とさ
れるため、上記した問題が特に顕著であった。

【０００５】このような問題点を解決するために、燃料
噴射パルスのオン期間中、初期の開弁時には比較的大き
な励磁電流（開弁電流）を流して素早い開弁動作を確保
すると共に、一旦開弁した後は、開弁状態の維持に必要
な最低限の励磁電流（保持電流）のみを流すことによ
り、閉弁時の残留磁束を小さくする工夫が提案されてい
る。また、特公平７−２６７０１号公報では、上記した
開弁電流および保持電流の制御方法の一例として、図３
に示した電磁弁駆動回路が提案されている。図４は図３
の主要部の信号波形図である。

【０００６】図３において、高電圧発生部１０は、開弁
電流Ｉopenを供給するためのチャージ電圧ＶCHG をコン
デンサＣ１に発生させる。駆動制御部２０は、電磁弁９
０の開閉を制御すると共に保持電流Ｉholdの供給を制御
する。定電流回路３０は電磁弁９０への給電を制御す
る。演算装置４０は、電磁弁９０のオン／オフを制御す
る駆動パルスτおよび高電圧発生部１０を起動するため
のチャージパルスＰc を出力する。

【０００７】このような構成において、高電圧発生部１
０のチャージ電流制御回路１１は、演算装置４０からチ
ャージパルスＰc を受け取ると、ＦＥＴ２を制御してコ
イルＬ１に流れるチャージ電流ＩCHG をスイッチングす
ることにより、コンデンサＣ１にチャージ電圧ＶCHG を
発生させる。電流検出回路１２は、抵抗Ｒ２の端子間電
圧に基づいてチャージ電流ＩCHG を検出する。チャージ
電流制御回路１１は、チャージ電流ＩCHG が予定の基準
値Ｉ0 に達するまでＦＥＴ２を導通させる。ここでは、
図４に示したように、各開弁期間Ｔopenに先立って２つ
のチャージパルスＰc が供給され、チャージ電圧ＶCHG
は２度に分けて昇圧されている。

【０００８】駆動制御部２０では、演算装置４０から出
力される駆動パルスτが“Ｈ”レベルになるとＦＥＴ１
が導通するので、高電圧発生部１０のコンデンサＣ１に
蓄積された電気エネルギが、ダイオードＤ３，Ｄ２、電
磁弁９０、ＦＥＴ１および抵抗Ｒ１を通じて急速に放電
される。このため、電磁弁電圧Ｖv が急速に低下する一
方で、電磁弁９０を流れる順方向の電磁弁電流Ｉv は急
速に立ち上がってピーク値ＩP に達する。電流検出回路
２１は、コンデンサＣ１の放電が進んで電磁弁電流Ｉv
が予定値を下回ると、定電流回路３０を付勢してホール
ド電流Ｉholdを供給させる。

【０００９】また、特公昭６０−３２８９７号公報で
は、燃料噴射弁の閉弁時に開弁時とは逆方向の電流を供
給することにより、燃料噴射弁の閉弁応答性を向上させ
る工夫が提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で
は、保持電流Ｉholdを開弁電流Ｉopenよりも十分に小さ
くできるので、閉弁時における電磁弁の残留磁束を小さ
くすることができる。このため、従来の内燃機関用の燃
料噴射弁として用いた場合には、比較的良好な応答性を
得ることができた。しかしながら、近年になってより一
層の燃費向上と排ガス浄化を図る観点から、燃料噴射弁
の開弁応答性と共に、閉弁応答性を更に改善する必要性
が生じている。

【００１１】上記した従来技術では、いわゆるＨブリッ
ジ回路を利用して順方向電流と逆方向電流とを選択的に
供給していたため、回路構成が複雑化してしまうという
問題があった。また、Ｈブリッジ回路に固有の貫通電流
の影響を排除するために、大容量のスイッチング素子を
少なくとも４個は設けなければならず、コスト面、サイ
ズ面および放熱面で不利になるという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、開弁時のみならず閉弁時における燃料噴射
弁の応答性を更に改善できる内燃機関の燃料噴射弁駆動
装置を提供するこことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、燃料噴射弁を開弁させるのに必要
な開弁電流を供給した後は、開弁状態の維持に必要な保
持電流を燃料噴射弁へ供給する内燃機関の燃料噴射弁駆
動装置において、以下のような手段を講じた点に特徴が
ある。

【００１４】(1) 燃料噴射弁と直列に接続されたコンデ
ンサと、前記コンデンサの充電電流によって前記燃料噴
射弁を開弁方向へ励磁する順方向励磁手段と、前記燃料
噴射弁の閉弁時に前記コンデンサを放電させ、その放電
電流で前記燃料噴射弁を逆方向へ励磁する逆方向励磁手
段とを設けた。

【００１５】上記した構成によれば、開弁時に電磁弁を
順方向（開弁させる方向）へ励磁するために利用した電
気エネルギの残りを、閉弁時には電磁弁を逆方向（閉弁
させる方向）へ励磁するために利用できるので、電磁弁
を逆方向へ励磁するためのエネルギを新たに消費するこ
となく、閉弁時の残留磁束を消滅させることができる。
このため、電気エネルギの消費量を増やすことなく閉弁
時における電磁弁の応答性を向上させることができる。

【００１６】(2) 前記逆方向励磁手段は、前記コンデン
サおよび燃料噴射弁と共に閉ループを構成するスイッチ
ング手段を含むようにした。このような構成によれば、
燃料噴射弁の逆方向励磁を簡単な構成で実現できるよう
になる。

【００１７】(3) 前記コンデンサと並列接続された放電
手段をさらに設け、前記放電手段は、前記逆方向励磁が
終了した後に前記コンデンサを放電させるようにした。
このような構成によれば、コンデンサは燃料噴射弁の閉
弁中に短絡されて蓄積電荷を完全に放電することができ
るので、次回の開弁時には十分な開弁電流を供給するこ
とができ、燃料噴射弁の開弁応答性を向上させることが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は本発明の一実施形態である燃料噴
射弁駆動装置の主要部の構成を示したブロック図であ
り、図２は図１の主要部の信号波形を示した図である。

【００１９】本発明の駆動装置は、開弁電流Ｉopenを燃
料噴射弁９０へ供給するための高電圧ＶCHG をコンデン
サＣ３に発生させる高電圧発生部１００と、高電圧発生
部１００と燃料噴射弁９０との間に直列接続されたコン
デンサＣ４と、駆動パルスτに応答してスイッチングす
るＦＥＴ１を含み、ＦＥＴ１がオンすると高電圧発生部
１００のコンデンサＣ３に蓄積されたエネルギをコンデ
ンサＣ４へ充電し、その充電電流で燃料噴射弁９０を開
弁方向へ励磁する、順方向励磁手段としての順方向励磁
部２００と、保持電流Ｉholdを燃料噴射弁９０へ供給す
る定電流回路３００と、駆動パルスτ、逆電流パルスＰ
r および放電パルスＰd を発生する演算装置４００と、
直列接続されたコンデンサＣ４および燃料噴射弁９０と
共に閉ループを構成するスイッチング手段としてのＦＥ
Ｔ３を含み、逆電流パルスＰr に応答してＦＥＴ３がオ
ンすると、コンデンサＣ４の放電電流を燃料噴射弁９０
へ、開弁時とは逆方向に供給する、逆方向励磁手段とし
ての逆方向励磁部５００と、放電パルスＰd に応答して
コンデンサＣ４を強制的に放電させる、放電手段として
の放電回路６００とによって構成されている。

【００２０】高電圧発生部１００では、デューティ制御
回路１０１がＦＥＴ２を制御してコイルＬ１に流れる電
流をスイッチングし、コンデンサＣ３にチャージ電圧Ｖ
CHGを発生させる。順方向励磁部２００では、演算装置
４００から出力される駆動パルスτが“Ｈ”レベルにな
るとＦＥＴ１が導通し、燃料噴射弁９０へ順方向の噴射
弁電流Ｉv が供給される。電流検出回路２０１は、抵抗
Ｒ１の端子電圧に基づいて噴射弁電流Ｉv を検知し、噴
射弁電流Ｉv が予定値を下回ると、定電流回路３００を
付勢してホールド電流Ｉholdを燃料噴射弁９０へ供給さ
せる。定電圧ダイオードＺＤ１は、燃料噴射弁９０が発
生するフライバック電圧を吸収する。

【００２１】逆方向励磁部５００では、演算装置４００
から出力される逆電流パルスＰr が抵抗Ｒ３を介してト
ランジスタＴＲ１のベースに供給される。逆電流パルス
Ｐrが“Ｌ”レベルになるとトランジスタＴＲ１が導通
してＦＥＴ３が導通するので、コンデンサＣ４に蓄積さ
れたエネルギが、ダイオードＤ４およびＦＥＴ３を介し
て燃料噴射弁９０へ逆方向の噴射弁電流Ｉr として供給
される。放電回路６００では、演算装置４００から出力
される放電パルスＰd が抵抗Ｒ４を介してトランジスタ
ＴＲ２のベースに供給される。放電パルスＰd が“Ｌ”
レベルになるとトランジスタＴＲ２が導通してＦＥＴ４
が導通するので、コンデンサＣ４がダイオードＤ１およ
び抵抗Ｒ５を介して短絡される。

【００２２】このような構成において、開弁タイミング
になると演算装置４００は、図２に示されているよう
に、時刻ｔ１において、逆電流パルスＰr を“Ｈ”レベ
ルに保ったまま、駆動パルスτおよび放電パルスＰd を
“Ｈ”レベルにする。この結果、順方向励磁部２００で
はＦＥＴ１が導通し、放電回路６００ではＦＥＴ４が遮
断するので、高電圧発生部１００のコンデンサＣ３に予
め蓄積されていたエネルギが、ダイオードＤ２を介して
コンデンサＣ４へ急速に充電される。この充電電流は噴
射弁電流Ｉv 、特に、開弁電流Ｉopenとして燃料噴射弁
９０へ供給され、図２に示したように、急速に立ち上が
ってピーク値ＩP に達する。デューティ制御回路１０１
は、コンデンサＣ３からコンデンサＣ４への充電中もコ
ンデンサＣ３のチャージ電圧ＶCHG が高電圧に保たれる
ように、ＦＥＴ２を継続的にスイッチングする。

【００２３】その後、コンデンサＣ３からコンデンサＣ
４への充電が進んで噴射弁電圧Ｖvが低下し、これに伴
って、時刻ｔ２において噴射弁電流Ｉv が保持電流Ｉho
ldのレベルまで低下すると、電流検知回路２０１によっ
て定電流回路３００が付勢され、今度は保持電流Ｉhold
が順方向の噴射弁電流Ｉv として燃料噴射弁９０へ供給
され始める。

【００２４】その後、閉弁タイミングになると、演算装
置４００は時刻ｔ３において、放電パルスＰd を“Ｈ”
レベルに保ったまま、駆動パルスτおよび逆電流パルス
Ｐrを“Ｌ”レベルにする。この結果、順方向励磁部２
００ではＦＥＴ１が遮断し、逆方向励磁部５００ではト
ランジスタＴＲ１が導通してＦＥＴ３が導通する。この
ため、コンデンサＣ４に蓄積されていたエネルギがダイ
オードＤ４およびＦＥＴ３を介して燃料噴射弁９０へ、
逆方向の噴射弁電流Ｉr として供給され、燃料噴射弁９
０の残留磁束が消滅される。

【００２５】なお、逆電流パルスＰr のパルス幅ΔＰr
を長くし過ぎると燃料噴射弁９０が開弁時とは逆方向に
励磁されてしまい、次回の開弁時の応答性が損なわれて
しまうので、逆電流パルスＰr のパルス幅ΔＰr は適宜
の期間に設定する必要がある。本実施形態ではパルス幅
ΔＰr を、噴射弁電流Ｉv がピーク値ＩP の１／１０〜
１／２の電流値に達するまでの時間に設定することで顕
著な効果が得られた。したがって、演算装置４００は時
刻ｔ３直後の時刻ｔ４において、駆動パルスτを“Ｌ”
レベルに保ったまま逆電流パルスＰr を“Ｈ”レベルに
する。このとき、放電パルスＰd も同時に“Ｌ”レベル
にする。

【００２６】放電回路６００では、放電パルスＰd が
“Ｌ”レベルになるとトランジスタＴＲ２が導通してＦ
ＥＴ４が導通するので、コンデンサＣ４に依然として蓄
積されているエネルギが、ダイオードＤ１、ＦＥＴ４お
よび抵抗Ｒ５の閉回路で消費され、その放電が急速に進
む。このため、次回の開弁タイミングまでにはコンデン
サＣ４がほぼ完全に放電されることになり、コンデンサ
Ｃ３に蓄積されていたエネルギをコンデンサＣ４へ充電
する際に、十分な充電電流を燃料噴射弁９０へ供給でき
るようになる。

【００２７】なお、抵抗Ｒ５の抵抗値は、コンデンサＣ
４および抵抗Ｒ５による放電時定数が、内燃機関の許容
最高回転数における噴射間隔よりも小さくなるように設
定することが望ましく、例えば、コンデンサＣ４の容量
が１０μＦであれば、抵抗Ｒ５の抵抗値は１００オーム
程度に設定する。

【００２８】本実施形態では、燃料噴射弁９０を順方向
へ励磁して開弁させた際にコンデンサＤ４に蓄積された
電気エネルギを、閉弁時には燃料噴射弁９０を逆方向へ
励磁するために利用したので、燃料噴射弁９０を逆方向
へ励磁するためのエネルギを新たに消費することなく、
閉弁時の残留磁束を消滅させることができる。したがっ
て、電気エネルギの消費量を増やすことなく、閉弁時に
おける燃料噴射弁の応答性を向上させることができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。 (1) 開弁時に燃料噴射弁を順方向へ励磁するために利用
した電気エネルギの残りを、閉弁時には燃料噴射弁を逆
方向へ励磁するために利用できるので、燃料噴射弁を逆
方向へ励磁するためのエネルギを新たに消費することな
く、閉弁時の残留磁束を消滅させることができる。この
結果、電気エネルギの消費量を増やすことなく、燃料噴
射弁の閉弁応答性を向上させることができる。 (2) 前記コンデンサおよび燃料噴射弁と共に閉ループを
構成するスイッチング手段を設け、当該スイッチング手
段を導通させることによって燃料噴射弁へ逆方向電流を
供給するようにしたので、燃料噴射弁の逆方向励磁を簡
単な構成で実現できるようになる。 (3) 開弁電流を自身の充電電流として供給したコンデン
サは、燃料噴射弁の閉弁中に短絡されて蓄積電荷を完全
に放電することができるので、次回の開弁時には十分な
開弁電流を供給することができ、燃料噴射弁の開弁応答
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用した燃料噴射弁駆動装置のブロ
ック図である。

【図２】 図１の主要部の信号波形図である。

【図３】 従来の燃料噴射弁駆動装置のブロック図であ
る。

【図４】 図３の主要部の信号波形図である。

【符号の説明】

９０…燃料噴射弁，１００…高電圧発生部，２００…順
方向励磁部，３００…定電流回路，４００…演算装置，
５００…逆方向励磁部，６００…放電回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉弁状態の燃料噴射弁を開弁させるのに
   必要な開弁電流を供給した後は、開弁状態の維持に必要
   な保持電流を燃料噴射弁へ供給する内燃機関の燃料噴射
   弁駆動装置において、 前記燃料噴射弁と直列に接続されたコンデンサと、 前記コンデンサの充電電流によって前記燃料噴射弁を開
   弁方向へ励磁する順方向励磁手段と、 前記燃料噴射弁の閉弁時に前記コンデンサを放電させ、
   その放電電流で前記燃料噴射弁を逆方向へ励磁する逆方
   向励磁手段とを具備したことを特徴とする内燃機関の燃
   料噴射弁駆動装置。
2. 【請求項２】 前記逆方向励磁手段は、前記コンデンサ
   および燃料噴射弁と共に閉ループを構成するスイッチン
   グ手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機
   関の燃料噴射弁駆動装置。
3. 【請求項３】 前記コンデンサと並列接続された放電手
   段をさらに具備し、前記放電手段は、前記逆方向励磁が
   終了した後に前記コンデンサを放電させることを特徴と
   する請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射弁駆
   動装置。