JPS6231229B2

JPS6231229B2 -

Info

Publication number: JPS6231229B2
Application number: JP54017317A
Authority: JP
Inventors: Taiji Hasegawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-02-19
Filing date: 1979-02-19
Publication date: 1987-07-07
Also published as: JPS55109864A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電磁弁駆動回路に係り、内燃機関の燃
料噴射装置において使用される電磁弁を高速駆動
する電磁弁駆動回路の改良に関する。

〔発明の背景〕

従来、電磁弁駆動回路において、電磁弁の開弁
を早くするために電磁弁の駆動電流の立上り時を
急峻にするなど種々の方法が採られており、例え
ば特開昭48−88320号、特公昭47−40219号記載さ
れているような方法もある。第１図にはかかる従
来技術等の採用する一般的な回路が示されてい
る。図において、電磁弁の電磁コイル１には電流
制限抵抗器２、駆動トランジスタ３を介して電源
４が給電されている。電流制限抵抗器２の両端に
は両端をシヨートするトランジスタ５が接続さ
れ、各トランジスタ３，５には、関数発生器６の
端子Ａ，Ｂから第２図Ａ，Ｂに示す波形を有する
信号が与えられるようになつている。

このような回路構成で、必要なパルス幅t₁に対
し、電流制限抵抗器２をパルス幅t₂の間トランジ
スタ５によつてシヨートし立上りの急峻な電流波
形を得ている。

このように電磁弁の開弁において、急峻な波形
が必要な理由は、電磁弁を動作させる為の保持電
流があるためで、動作前にある電流が流れ保持電
流を超えるまで開弁しないからである。この保持
電流は機械的な閉弁状態の保持力に打ち勝つて開
弁することのできない最大電流で、電磁弁は一度
開弁してしまうと逆に開弁状態を維持するには少
ない励磁状態を保つ保持電流でよく、これは第３
図の様に開弁直前の保持電流と開弁状態を続ける
保持電流にはヒステリシスが存在しているからで
ある。従つて、電磁弁を高速で駆動するために第
２図Icに示す駆動電流において、開弁直前の保持
電流Ic₁を流して開弁直前の状態にしておき、こ
の状態から急峻な波形の電流Ic₂を流すことと
し、開弁を早めている。しかし、この保持電流
Ic₁は第１図に示すバツテリ４の電源電圧と電流
制限抵抗２によつて決まつてしまうため例えば
12Vで開弁直前になる様に電源制限抵抗２の抵抗
値をセツトすると、電源電圧が上昇した時に開弁
し、制御不可能となる欠点がある。

また、第３図に示すヒステリシスより明らかな
ように、電磁弁の開弁状態を維持するための保持
電流は小さくてよく、従つて、トランジスタ５を
オフして第２図のIcに示す保持電流Ic₃のように
電流制限をしている。しかし、このような電流制
限を行なうと、トランジスタ４は非飽和状態とな
るので大きな電力を消費することになる。この状
態が第２図Ｂの波形のあと開弁が終了するまで続
くと、開弁時間が長い時に発熱が大きくなるの
で、この区間も第２図Ｂの区間と同様、電流制限
機能を停止すれば発熱は低減される。ところが、
停止すると開弁している時の保持電流が高くトラ
ンジスタ４の電流遮断時の特性が悪くなる欠点が
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電源電圧などの電圧変動に関
係なく保持電流を電磁弁の電磁コイルを流れる動
作直前の保持電流に維持し、電圧変動に伴う誤動
作の防止を図つた電磁弁駆動回路の提供にある。

また、本発明の他の目的は電磁弁の作動状態維
持のための保持電流を遮断時直前のある区間だけ
電流制限して電磁弁の動作を高速化した電磁弁駆
動回路の提供にある。

〔発明の概要〕

本発明は、電磁弁の電磁コイルに流れる保持電
流を検出し動作前の保持電流を超える電流の通流
を制限することを特徴とする。

また、他の発明は、電磁弁動作のための保持電
流において、遮断動作直前の一定区間において電
磁コイルに流れる電流を制限することを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。

第４図には本発明の電磁弁駆動回路の好適な実
施例であるエンジンの制御系統が示されている。
図において、吸入空気は、エアクリーナ２、スロ
ツトルチヤンバ４、吸気管６を通り、シリンダ８
へ供給される。シリンダ８で燃焼したガスは、シ
リンダ８から排気管１０を通り、大気中へ排出さ
れる。

スロツトルチヤンバ４には、燃料を噴射するた
めのインジエクタ１２が設けられており、このイ
ンジエクタ１２から噴出した燃料はスロツトルチ
ヤンバ４の空気通路内で霧化され、吸入空気と混
合して混合気を形成し、この混合気は吸気管６を
通つて、吸気弁２０の開弁により、シリンダ８の
燃焼室へ供給される。本発明はこのインジエクタ
１２を構成する電磁弁の駆動に利用されるもので
ある。

インジエクタ１２の出口近傍には絞り弁１４，
１６が設けられている。絞り弁１４は、アクセル
ペダルと機械的に連動するように構成され、運転
者により駆動される。一方絞り弁１６はダイヤフ
ラム１８により駆動されるように配置され、空気
流量が小の領域で全閉状態となり、空気流量が増
大するにつれてダイヤフラム１８への負圧が増大
することにより絞り弁１６は開き始め、吸入抵抗
の増大を抑止する。

スロツトルチヤンバ４の絞り弁１４，１６の上
流に空気通路２２が設けられ、この空気通路２２
には熱式空気流量計を構成する電気的発熱体２４
が配設され、空気流速と発熱体の伝熱量の関係か
ら定まる空気流速に応じて変化する電気信号が取
り出される。発熱体２４は台気通路２２内に設け
られているので、シリンダ８のバツクフアイア時
に生じる高温ガスから保護されると共に、吸入空
気中のごみなどによつて汚染されることからも保
護される。この空気通路２２の出口はベンチユリ
の最狭部近傍に開口され、その入口はベンチユリ
の上流側に開口されている。

インジエクタ１２に供給される燃料は、燃料タ
ンク３０から、フユーエルポンプ３２、フユーエ
ルダンパ３４及びフイルタ３６を介して燃圧レギ
ユレータ３８へ供給される。一方、燃圧レギユレ
ータ３８からはインジエクタ１２へパイプ４０を
介して加圧燃料が供給され、そのインジエクタか
ら燃料が噴射される吸気管６の圧力と上記インジ
エクタ１２への燃料圧の差が常に一定になるよう
に、燃圧レギユレータ３８から燃料タンク３０へ
リターンパイプ４２を介して燃料が戻されるよう
になつている。

吸気弁２０かから吸入された混合気はピストン
５０により圧縮され、点火プラグ５２よるスパー
クにより燃焼し、この燃焼は運動エネルギに変換
される。シリンダ８は冷却水５４により冷却さ
れ、この冷却水の温度は水温センサ５６により計
測される。点火プラグ５２へは点火コイル５８よ
り点火タイミングに合せて高電圧が供給される。

また、図示しないクランク軸エンジンの回転に
応じて基準クランク角毎におよび一定角度（例え
ば0.5度）毎に基準角信号およびポジシヨン信号
を出すクランク角センサが設けられている。

このクランク角センサの出力、水温センサ５６
の出力及び発熱体２４からの電気信号は、マイク
ロコンピユータなどからなる制御回路７０に入力
され、この制御回路７０で演算処理された後制御
出力から出力され、この演算出力でインジエクタ
１２及び点火コイル５８が駆動される。

第５図Ａは４気筒エンジンにおけるインジエク
タからの燃料の噴射タイミングを示したものであ
る。横軸はエンジンのクランク軸の回転角度であ
り、改気筒の吸入行程をハツチングで示してい
る。図から明らかなようにクランク角の180度毎
に吸入行程が存在し、０度〜180度の間は第１気
筒、180度〜360度の間は第３気筒、360度〜540度
の間は第４気筒、540度〜720度の間は第２気筒で
ある。

第５図Ｂに示す如く、クランク角の180度毎に
基準クランク角パルスを発生させ、このパルスに
基づいてインジエクタ１２を開弁させ、既に計測
されたデータに基づき制御回路７０で処理された
演算結果に基づきインジエクタ１２の開弁時間が
決定される。このインジエクタ１２の開弁時間で
ある燃料噴射時間を第５図Ｃに示す。

第６図には第４図に示す制御回路７０の詳細ブ
ロツクが示され、図において、入力信号としては
大別すると３種類に分類できる。即ち、第１に吸
入空気量を検出するセンサ２４の出力、エンジン
冷却水を検出するセンサ５６の出力などから送ら
れてくるアナログ入力である。これらアナログ入
力はマルチプレクサ（以下MPXと記す）100に入
力され、時々分割的に各センサの出力がセレクト
され、アナログデイジタル変換器（ADCと記
す）１０２に送られる。このADC１０２とデイ
ジタル値に変換される。第２に、オン、オフ信号
として入力される情報であつて、これは例えば絞
り弁の全閉状態等を表わす信号θTHで、絞り弁
と連動して動作するスイツチ１０４から送られて
くる信号がある。これらの信号は１ビツトのデイ
ジタル信号として取り扱うことができる。

さらに第３に考えられる入力信号はパルス列と
して入力される信号で、例えば基準クランク角信
号（以下CRPと記す。）やポジシヨンパルス信号
（以下CPPと記す）があり、クランク角センサ１
０６よりこれらの信号が送られてくる。CRPは
４気筒の場合、クランク角180度毎に出力され、
６気筒の場合120度毎、８気筒の場合90度毎に出
力される。CPPは例えばクランク角の0.5度毎に
出力される。

CPU１０８はデイジタル演算処理を行うプロ
セツシングセントラルユニツトであり、ROM１
１０は制御プログラムおよび固定データを格納す
るための記憶素子であり、RAM１１２は読み出
しおよび書込み可能な記憶素子である。入出力イ
ンターフエイス回路１１４は入力信号をADC１
０２およびセンサ１０４，１０６から信号を受
け、CPU１０８へ信号を送る。またCPU１０８
からの信号を信号INJやIGNとしてインジエクタ
１２や点火コイル５８へ送る。なお上記制御回路
７０を構成する各回路および素子へ電源端子１１
６より電圧が印加されているが、図面上その記載
は省略する。さらに、インジエクタ１２および点
火コイル５８にはそれぞれに弁を駆動するための
電磁コイルおよび電磁エネルギを蓄積するための
１次コイルが設けられ、これらコイルの一端は電
源端子１１６に接続され、他端に入出力インター
フエイス回路１１４に接続され、インジエクタ１
２や点火コイル５８へ流れ込む電流が制御され
る。

本発明の電磁弁駆動回路は、以上説明したエン
ジン系統において燃料噴射装置であるインジエク
タ１２を構成する電磁弁を駆動するための回路で
ある。以下、その具体的実施例について説明す
る。

第７図には、本発明の電磁弁駆動回路の好適な
実施例が示されている。図において、電源１２０
には電磁弁の電磁コイル１２２を駆動する励磁回
路１２４及び電流制限回路１２６が接続され、励
磁回路１２４及び電流制限回路１２６には前記制
御回路７０の一部を構成する入出力インターフエ
イス回路１１４の関数発生数１２８が接続され、
各回路１２４，１２６は駆動制御されるようにな
つている。

励磁回路１２４は電磁コイル１２２を励磁する
ための回路で、電磁コイル１２２に駆動用トラン
ジスタ１３０及び電流制限抵抗１３２を直列に接
続するとともに、電流制限抵抗１３２の両端には
両端をシヨートするトランジスタ１３４を接続し
て構成されている。電流制限抵抗１３２は電磁コ
イル１２２に電磁弁駆動前の保持電流を流すため
に、その保持電流の値を設定するために挿入され
ている。従つて、トランジスタ１３４はこの抵抗
１３２による電流制限を解除して電磁コイル１２
２に電磁弁駆動のための電流を流すために付加さ
れている。

電流制限回路１２６は、電磁コイル１２２の保
持電流を一定に保持するための電流制限機能と、
電磁弁遮断前即ち開弁後閉弁直前において一定区
間保持電流を制限するための電流制限機能とを併
有している。即ち、トランジスタ１３０のエミツ
タとアースとの間には電圧検出用の抵抗１４２が
挿入され、この抵抗１４２の高電位側には抵抗１
４４を介してトランジスタ１４６，１４８が接続
されている。抵抗１４２は電磁コイル１２２の保
持電流を超える電流を検出するために挿入され、
トランジスタ１４６はこの検出に基づきトランジ
スタ１３０のコレクタ電流即ち保持電流を一定値
以下に制限するために設けられている。トランジ
スタ１４８は閉弁前において保持電流を一定区間
制限するために設けられている。

以上の構成において、第８図Ａに示すパルスが
関数発生器１２８の端子Ａよりトランジスタ１３
０のベースに付与されると、第８図Icに示すよう
に保持電流Ic₁が電磁コイル１２２に流れる。こ
の場合、トランジスタ１３４はオンしていないの
で、抵抗１３２によつて電流値は制限されてい
る。

この場合において、抵抗１４２に保持電流が流
れると電圧降下V₁が発生する。この電圧降下V₁
が即ち保持電流を超える電流値に相当する電圧
V₂（V₂＞V₁）に達すると、トランジスタ１４６の
ベース電流が抵抗１４４を通して流れトランジス
タ１３０のベース電流を分流する。この結果、ト
ランジスタ１３０はベース電流が不足となり、コ
レクタ電流はある値で制限され、このため、保持
電流Ic₁は一定に保持される。従つて、電源１２
０の電圧が変動しても電磁コイル１２２の保持電
流は開弁即ち駆動直前の電流値に維持することが
できる。

つぎに、関数発生器１２８の端子Ｂから第８図
Ｂに示すパルスＢがトランジスタ１３４のベース
に付与されると、トランジスタ１３４はオンし、
電磁コイル１２２には第８図Icに示すIc₂の急峻
な駆動電流が流れ、電磁弁は駆動される。このと
き、関数発生器１２８の端子Ｃから第８図Ｃに示
すパルスC₁がトランジスタ１４８のベースに付
与され、トランジスタ１４８がオンされるが、こ
れは電流制限を解除して電流値を大きくするため
である。

電磁弁は一旦駆動されると、その駆動状態即ち
開弁状態を維持するためには、駆動に要する電流
より小さい電流でよいことから、トランジスタ１
３４は再びオフされ、電磁コイル１２２には抵抗
器１３２を通して第８図Icに示す電流Ic₃が流れ
る。そして、電磁弁の駆動遮断前即ち開弁前にお
いて、関数発生器１２８から第８図Ｃに示すパル
スC₂を停止させると、トランジスタ１４８がオ
フし、電磁コイル１２２には抵抗器１３２、トラ
ンジスタ１３０、抵抗器１４２を介して電流が流
れるその時抵抗器１４４、トランジスタ１４６，
１４４を介して電流が流れる為、その電流値は第
８図Icに示す電流Ic₄となり、制限されたものと
なる。従つて、このようにすれば、電磁弁の遮断
時、早い遮断特性が得られる。

つぎに、電流制限回路１２６の変形例を第９図
ないし第１６図に基づき説明する。各図におい
て、第７図に示す回路と同一部分には同一符号を
付しその説明を省略する。

第９図に示す回路は、トランジスタ１４６のベ
ースに、ベースエミツタ間電圧Ｖ_BEの温度補償用
のダイオード１５１を抵抗１５２を介して挿入し
たものである。このようにすれば、全温度範囲で
所定の電流値を安定できる。

第１０図に示す回路は、トランジスタ１３０の
ベースとアース間にダイオード１５４，１５５及
びアナログスイツチ１５６を挿入して構成されて
いる。即ち、保持電流による抵抗１４２の電圧降
下V₁とトランジスタ１３０のベースエミツタ間
の電圧Ｖ_BEを加えた電圧とダイオード１５４，１
５５の電圧が等しくなるとベース電流はダイオー
ド１５４，１５５の方へ流れ所定のコレクタ電流
に制限できる。この場合においてアナログスイツ
チ１５６は関数発生器１２８の出力信号で動作さ
れる。

この回路は電流制限について特にトランジスタ
を必要としないので安価になる利点がある。な
お、トランジスタ１３０がダーリントントランジ
スタの場合、ダイオードは３個必要となる。トラ
ンジスタ１３１はトランジスタ１３０の制御用ト
ランジスタであつて、この場合の回路は第７図に
示す回路とは形式が異なつており、トランジスタ
１３０はトランジスタ１３１で駆動が制御される
ようになつている。

第１１図に示す回路は、第７図に示す回路のト
ランジスタ１４６の代用としてトランジスタ１３
０の制御用トランジスタ１３１を代用したもの
で、抵抗１４２の高電位側と、トランジスタ１３
１のベース間には抵抗１５７を介してアナログス
イツチ１５８が挿入されている。抵抗１４２の電
圧が前記した電圧降下V₁に達すると、制御用ト
ランジスタ１３１のベースに抵抗１５７を通して
電流が流れトランジスタ１３０のベース電流を分
流するため電流制限がかかる。アナログスイツチ
１５８のオン、オフは関数発生器１２８の出力信
号を用いて行うものである。

この回路の場合には別の電流制限用のトランジ
スタをもちいることなく、制御利得の高い回路で
構成することができ安価にできる。

なお、トランジスタ１３１のベースに接続され
たサーシスタ１５９は温度補償のためのものであ
る。

第１２図に示す回路は、トランジスタ１３０の
制御用トランジスタ１３１を利用し、このトラン
ジスタ１３１のベースコレクタ間に温度補償用の
ダイオード１６０抵抗１６１及びアナログスイツ
チ１６２からなる直列回路を挿入して構成したも
ので、温度補償も兼ねた簡単でかつ精度の良い回
路である。このような構成によれば、抵抗１４２
の電圧V₁とトランジスタ１３０のベースエミツ
タ間の電圧Ｖ_BEの和がダイオード１６０の順方向
電圧V₁と制御用トランジスタ１３１のベースエ
ミツタ間Ｖ_BEの和と抵抗１６１の電圧降下を超え
ると、制御用トランジスタ１３１にベース電流が
分流し電流制御ができる。この電流制限の機能は
アナログスイツチ１６２のオンにより行い、その
動作指令は関数発生器１２６からの第８図Ｃに示
すC₂の信号波形により行うことができる。

なお、トランジスタ１３０がシングルトランジ
スタの場合はダイオード１６０は不要となる。

第１３図に示す電磁弁駆動回路は、電流制限回
路１２６の電流検出用の抵抗１４２に、抵抗１４
２の電圧を分割する複数の抵抗を並列に付加した
ものである。即ち、図３に示す様に電磁弁の特性
は、開弁状態の保持電流は開弁前の保持電流に比
べてヒステリシスがあり低いので、電流遮断直前
の保持電流を閉弁直前まで下げる様にすればさら
に早い閉弁状態が得られる。これを達成したの
が、第１３図に示す回路である。図のように、電
流検出用の小抵抗１４に並列にこの電位V₁を分
割する抵抗器１７１，１７２，１７３を設け、電
流制限用トランジスタ１４６を動作させる電圧を
アナログスイツチ１７４，１７５で切り換え、そ
の信号には関数発生器１２８の端子D₁，D₂から
発生される第１４図のD₁，D₂に示す信号を使う
様にすれば、開弁前の電流値は抵抗１７１，１７
２の電圧Ｖ_aで決まる電流値で、また閉弁前の電
流値は抵抗１７１の電圧Ｖ_bで決まる電流にで
き、Ｖ_a＞Ｖ_bのため開弁前の電流値を大きくでき
る。従つて、この回路によればさらに早い遮断が
得られ、高速化が可能となる効果が得られる。

なお、その他の動作は第７図に示す回路と同様
であるので省略する。第１４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Icは
第８図Ａ，Ｂ，Ｃ，Icに対応する。

第１５図はトランジスタ１９２〜１９８により
電磁弁２００を制御する回路であり、Ｉ／Ｏイン
ターフエイス１１４内のA₁〜H₁よりなるレジス
タにCPUよりデータがセツトされるそのレジス
タA₁〜D₁の出力が各トランジスタを駆動する。
第１６図の１に電磁弁２００へ流れる電流を示
し、２〜５にレジスタA₁〜D₁の設定値を示す。
時間t₁でレジスタのA₁〜D₁に0100がセツトされ
る。これによりトランジスタ１９６がONし、電
源より抵抗２０２，２０４、電流弁２００、ト
ランジスタ１９６を介してバイアス電流が流れ
る。これにより電磁弁は開弁の少し手前まで励磁
される。次に時刻t₂でレジスタA₁〜D₁に0110をセ
ツトする。これによりB₁とC₁のハイレベルがア
ンプ２０６で増幅され、トランジスタ１９４と１
９６がONする。これにより電源よりトランジ
スタ１９４、電磁弁２００、トランジスタ１９６
を介して電流が流れ、電磁弁は開弁する。時刻t₃
でレジスタA₁〜D₁に0100の値がそれぞれセツト
され、B₁のみがハイレベルとなりトランジスタ
１９６のみがONとなる。これにより抵抗２０
２，２０４、トランジスタ１９４、電磁弁２０
０、トランジスタ１９６を介して電流が流れる。
この値は時刻t₁〜t₂までの値とほとんど等しくな
るが、１度開弁すると電磁関の電気抵抗が減少
し、この値の電流でも開弁状態に保持できる。時
刻t₄でレジスタA₁〜D₁に1001の値をセツトする。
これによりA₁とD₁のハイレベルの値がアンプ２
０６を介してトランジスタ１９２と１９８のベー
スに加えられ、トランジスタ１９２，１９８が
ONとなり、電流はトランジスタ１９２、電磁弁
１９８を介して流れる。これにより電磁弁の電磁
エネルギが消滅し、弁に閉じる。従つて第１６図
のt₃の少し前より、t₄の少し後まで電磁弁は開弁
する。時刻t₅でレジスタA₁〜D₁に総て0000をセツ
トし、トランジスタ１９２〜１９８を総てOFF
にする。尚トランジスタ１９２と１９４はベース
レベルをローレベルにするとトランジスタはON
するのでレジスタA₁〜D₁の内A₁とC₁のアンプは
インバータ型のアンプを用いる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、電源電圧
の変動などにより異常電圧が付加されても常に電
磁弁の電磁コイルの保持電流が一定に維持される
ので、電磁弁の異常電圧の付加による誤動作が未
然に防止できる。

また、他の発明によれば、電磁弁の遮断動作直
前の一定区間において電磁コイルの保持電流をそ
の区間以前の保持電流より小さくを制限するの
で、励磁回路の電力消電を少なくできるととも
に、電磁弁の遮断動作が迅速化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電磁弁駆動回路を示す回路図、
第２図はその動作を示すタイムチヤート、第３図
は電磁弁のヒステリシスを示す説明図、第４図は
本発明が実施されるエンジン系統の説明図、第５
図はエンジンの動作を示すタイムチヤート、第６
図はエンジンの制御回路のブロツク図、第７図は
本発明の電磁弁駆動回路の実施例を示す回路図、
第８図はその動作を示すタイムチヤート、第９図
ないし第１６図は電磁弁駆動回路の電流制限回路
の変形例を示す回路図である。１１４……制御回路、１２２……電磁コイル、
１２４……励磁回路、１２６……電流制限回路、
１２８……関数発生器。

Claims

【特許請求の範囲】１励磁によつて電磁弁を駆動する電磁コイル
と、この電磁コイルに接続され電磁弁の作動のた
めの急峻な励磁電流を流すとともに電磁弁の動作
前に動作直前の保持電流を流す励磁回路とを具備
する電磁弁駆動回路において、前記励磁回路に付
加され前記電磁弁の動作前に電磁コイルに流れる
保持電流を検出し、前記検出保持電流が一定値を
超えないように制限する電流制限回路を設けたこ
とを特徴とする電磁弁駆動回路。２励磁によつて電磁弁を駆動する電磁コイル
と、この電磁コイルに接続され電磁弁の作動のた
めの急峻な励磁電流を流すとともに電磁弁の動作
後その動作を保持するため保持電流を流す励磁回
路とを具備する電磁弁駆動回路において、前記励
磁回路に接続され前記電磁弁の遮断動作の直前の
区間までは電磁コイルにその動作を保持するに充
分な所定の保持電流を流し、この区間以降は電磁
コイルに流れる保持電流を前記区間以前の保持電
流より小さく制限する電流制限回路を設けたこと
を特徴とする電磁弁駆動回路。