KR100212105B1 - 연료분사용 인젝터의 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 전압에 관계되지 않고 인젝터를 빠르게 구동할 수 있는 제어응답성이 좋은 연료 분사용 인젝터의 제어장치를 제공하는 것으로서, 전원으로부터의 전력에 근거하여 전압을 승압하여 전원보다도 높은 전압을 발생하는 고전압 발생수단과, 이 고전압 발생수단으로부터 인젝터에의 전력공급경로에 설치되는 동시에, 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방시기에 도통하는 제 1 스위칭수단과, 마이너스 극성의 전압을 발생하는 마이너스 전압(부전압)발생수단과, 이 마이너스 전압 발생수단으로부터 인젝터로의 전력공급경로에 설치됨과 함께 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 폐쇄시기에 도통하는 제 2 스위칭수단을 구비하였다.

Description

연료분사용 인젝터의 제어장치

본 발명은 내연기관에 연료를 공급하는 인젝터의 제어를 행하는 연료 분사용 인젝터의 제어장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

종래부터 내연기관의 연료 분사장치로서 전자 밸브식의 인젝터가 채용되고 있다. 이 인젝터를 제어하는 장치는, 엔진의 운전상태에 관련하는 정보를 입수하고, 이 정보에 근거하여 내연기관의 공연비를 원하는 공연비로 하는 연료분사량을 인젝터의 구동시간으로 연산하고 있다. 이 구동시간 중에서는 인젝터에 전류가 공급되고 있고, 인젝터는 도통되면 밸브가 개방되어 연료를 분사하는 동시에 도통이 정지되면 밸브가 폐쇄되어 연료의 공급을 정지한다.

이러한 인젝터에 있어서는 연산한 구동시간과 연료분사량을 정확하게 일치시키기 위해서, 도통되면 빠르게 밸브 개방되는 동시에 도통이 정지되면 빠르게 밸브가 폐쇄되는 것이 바람직하다. 이 때문에 인젝터의 응답성을 높이기 위해서, 예를들면 일본 특허공개 평1-318740호 공보에 나타나는 것이 제안되고 있다.

상기 공보에서는, 인젝터의 도통개시시에 과여자전류라 칭하는 과대한 전류를 공급함으로써 인젝터의 밸브개방 동작을 빠르게 하는 동시에, 밸브개방후는 도통 전류를 인젝터의 밸브 개방상태를 유지하기 위해 필요한 유지전류까지 낮추면서, 이 유지전류를 유지하여 인젝터의 발열억제와 전력 손실의 절감을 도모하는 이른바 과여자 도통제어가 행하여지고 있다.

그러나 해당 공보의 것으로서는, 인젝터의 도통개시시에 과여자 전류를 공급하고 있는 것, 이 과여자 전류는 배터리 전압에 의존하고 있고, 배터리 전압이 낮은 경우는 과여자 전류의 값도 작아지고 밸브 개방 동작을 충분히 빠르게 하기가 곤란했다.

또한, 종래의 인젝터의 제어장치에 있어서는 인젝터의 밸브 폐쇄 때에는, 인젝터의 려자회로에, 축적된 에너지를 LCR 공진회로에 의해서 소비하는 고속차단에만 의지하고 있고, 밸브 개방동작을 충분히 빠르게 하기가 곤란했다.

이 때문에, 높은 연료압력을 제어하는 것 같은 고속응답용도의 인젝터, 예를들면 가솔린의 통내 분사용 인젝터 혹은 디젤엔진의 연료 분사용 인젝터등의 제어에는, 제어응답성 및 제어분해능의 면에서 충분하지 않고 인젝터의 제어범위를 충분히 넓히는 것이 곤란하였다.

또한, 종래의 인젝터의 제어장치에서는 인젝터의 밸브 개방상태를 유지하기 위해서 인젝터의 도통 전류값을 목표값보다도 작을 때에는 상승하는 동시에, 전류값이 목표값보다도 클때에는 하강하는 삼각파를 생성하고, 이 삼각파를 유지전류로서 공급하고 있지만, 이 삼각파는 배터리 전압에 의존하는 것이었다. 상세히는 전류값을 하강시킬 때의 속도는 배터리 전압이외의 요소에 의존하고 있는 것, 전류값을 상승시킬 때의 속도는 배터리 전압에도 의존하고 있다.

즉 배터리 전압이 낮은 경우는 충분한 전력이 공급되지 않기 때문에 전류값을 상승시키도록 하여도 배터리 전압이 충분히 높은 경우에 비하여 시간을 요한다. 이 때문에, 배터리 전압이 낮은 경우는 이 삼각파가 하부에서 상부에 상승할 때까지의 시간이 오래 걸려 결과로서 삼각파의 리플주기가 길어진다.

여기에서 목표값이 인젝터의 유지 전류값이었다고 하면, 리플주기가 짧은 경우는 인젝터가 삼각파에 추종할 수 없기 때문에 인젝터는 밸브 개방상태를 유지하지만, 리플주기가 길어지면 인젝터가 삼각파에 추종하게 되어 유지 전류이하로 되어 있을 때에 밸브 폐쇄할 가능성이 있다.

이 때문에, 삼각파의 하부라도 유지 전류값 이상이 되도록 하기 위해서, 목표값을 유지 전류값보다도 높은 전류값으로 설정해 둘 필요가 있고 소비전력이 크다고 하는 과제가 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 배터리전압에 관계하지 않고 인젝터를 빠르게 구동할 수 있는 제어응답성이 좋은 연료 분사용 인젝터의 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은, 제어응답성이 좋은 연료 분사용 인젝터의 제어장치에 있어서, 인젝터에 공급하는 유지 전류값을 절감하여 소비전력을 절감시키는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 유지전류를 발생하는 부위의 소비전력을 절감하여 발열의 억제 및 장치의 소형화를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 제어응답성이 좋은 인젝터의 제어장치에 있어서, 필요없는 동작을 정지하고 소비전력을 절감하는 동시에 노이즈의 발생을 억제하는 것을 목적으로 하고 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명과 관계되는 연료 분사용 인젝터의 제어장치는, 내연기관의 운전상태에 관련하는 정보를 검출하는 검출수단과, 이 검출수단의 검출결과에 근거하여 내연기관에 공급하는 연료량을 연산하는 연료량 연산수단과, 이 연료량 연산수단의 연산결과를 받아 내연기관에 연료를 공급하는 인젝터를 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄시키는 구동신호를 발생하는 구동신호 발생수단과, 전원과, 이 전원으로부터의 전력에 근거하여 전압을 승압하여 전원보다도 높은 전압을 발생하는 고전압 발생수단과, 이 고전압 발생수단으로부터 인젝터에의 전력공급경로에 설치되는 동시에 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방시기에 도통하는 제 1의 스위칭수단과, 마이너스 극성의 전압을 발생하는 마이너스 전압 발생수단과, 이 마이너스 전압 발생수단으로부터 인젝터에의 전력공급경로에 설치되는 동시에 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 폐쇄시기에 도통하는 제 2의 스위칭 수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명과 관계되는 연료분사용 인젝터의 제어장치는, 전원으로부터의 전력에 근거하여 소정의 정전압을 발생하는 정전압 발생수단과, 정전압과 구동신호 발생수단으로부터의 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방후에 인젝터의 밸브 개방상태를 유지하는 유지전류를 공급하는 유지전류 발생수단을 구비한 것이다.

또한, 본 발명과 관계되는 연료분사용 인젝터의 제어장치는, 전원보다도 낮은 전압을 발생하는 저전압 발생수단을 정전압 발생수단으로 하는 것이다.

또한, 본 발명과 관계되는 연료분사용 인젝터의 제어장치는, 내연기관의 운전상태에 관련하는 정보를 검출하는 검출수단과, 이 검출수단의 검출결과에 근거하여 내연기관에 공급하는 연료량을 연산하는 연료량 연산수단과, 이 연료량 연산수단의 연산결과를 받아 내연기관에 연료를 공급하는 인젝터를 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄시키는 구동신호를 발생하는 구동신호 발생수단과, 전원과, 이 전원으로부터의 전력에 근거하여 전압을 승압하여 전원보다도 높은 전압을 발생하는 고전압 발생수단과, 이 고전압 발생수단으로부터 인젝터에의 전력공급경로에 설치되는 동시에 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방시에 도통하는 제 1의 스위칭 수단과, 구동신호 발생수단으로부터의 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방시기에서 소정기간은 고전압 발생수단의 승압동작을 금지하는 금지수단을 구비한 것이다.

도 1은 실시예 1의 구성을 나타내는 블록도.

도 2a 내지 도 2e는 실시예 1의 동작을 나타내는 타임차트.

도 3은 실시예 1의 구성을 나타내는 회로도.

* 도면부호의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 센서류 2 : 연료량 연산수단

3 : 구동신호 발생수단 4 : 인젝터

5 : 배터리 6 : 고전압 발생수단

7 : 금지수단 8 : 저전압 발생수단

9 : 마이너스 전압(부전압)발생수단 10 : 제 1의 스위칭수단

11 : 제 2의 스위칭수단 12 : 유지 전류 발생수단

13 : 역류 저지용 다이오드 14 : 바이패스 다이오드

15 : 전원 안정용 콘덴서

(실시예 1)

도 1은 실시예 1의 구성을 나타내는 블록도이다.

도면에 있어서, 부호 1은 내연기관의 운전상태에 관련하는 정보를 검출하는 검출수단으로서의 센서류로, 흡기량, 흡기관압력, 크랭크각, 회전수, 공연비, 냉각수온, 대기압등 여러가지의 정보를 입수하는 것이다. 부호 2는 센서류(1)로부터의 정보에 근거하여 내연기관에 공급하는 연료량을 연산하는 연료량 연산수단, 부호 3은 연료량 연산수단의 연산결과를 받아 인젝터(4)를 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄시키는 구동신호를 발생하는 구동신호 발생수단, 부호 5는 전원인 배터리, 6은 배터리 전압(VB)을 승압하여 배터리 전압(VB)보다도 높은 전압(VH)을 발생하는 고전압 발생수단, 부호 7은 고전압 발생수단(6)의 승압동작을 금지하는 금지수단, 부호 8은 배터리(VB)를 강압하여 배터리 전압(VB)보다도 낮은 일정한 저전압(VL)을 발생하는 정전압 발생수단으로서의 저전압 발생수단, 9는 배터리 전압(VB) 혹은 고전압(VH)를 받아 마이너스 극성의 전압 (-V)를 발생하는 마이너스 전압발생수단, 부호 10은 고전압 발생수단(6)으로부터 인젝터(4)에의 전력공급경로에 설치되는 동시에 구동신호 발생수단(3)으로부터의 구동신호를 받아 인젝터(4)의 밸브 개방시기에 도통하는 제 1의 스위칭수단, 부호 11은 마이너스 전압 발생수단(9)으로부터 인젝터(4)에의 전력공급경로에 설치되는 동시에, 구동신호 발생수단(3)에서의 구동신호를 받아 인젝터(4)의 밸브 폐쇄시기에 도통하는 제 2의 스윗칭수단, 부호 12는 저전압(VL)과 연료 연산수단(2)의 연산결과를 받아 인젝터(4)의 밸브 개방후에 인젝터(4)의 밸브 폐쇄상태를 유지하는 유지전류를 공급하는 유지전류 발생수단이다.

도 2a 내지 도 2e는 실시예 1의 각 부분의 동작을 나타내는 타임 챠트이다.

도면에 있어서 도 2a는 연료량 연산수단(2)의 출력신호, 도 2b는 구동신호 발생수단(3)의 도시하는 상측 출력단자로부터 출력되는 구동신호, 도 2c는 구동신호 발생수단(3)의 도시하는 하측 출력단자로부터 출력되는 구동신호, 도 2d는 인젝터(4)의 도시하는 상측 출력단자의 전압, 도 2e는 인젝터(4)에 공급되는 전류를 나타내고 있다.

우선, 인젝터의 밸브 개방시의 동작에 대하여 설명한다.

연료량 연산수단(2)은 센서류(1)의 정보에 근거하여 연료량을 연산하고, 그 연산결과를 도 2a와 같이 출력한다. 도면에서는 시각 t1에서 시각 t2의 기간으로 인젝터가 밸브 개방상태가 되도록 지시되어 있다. 이 기간이 짧으면 연료량은 적게 분사되는 동시에 기간이 길면 연료량은 많이 분사된다. 구동신호 발생수단(3)은 이 연산결과를 받아 제 1의 스위칭 수단(10)에 도 2b와 같이 구동신호를 공급한다.

도 2b는 시각 t1에서 시각 t3의 기간으로 레벨의 신호로 되어 있고, 이 레벨의 기간은 인젝터(4)에 과여자 전류를 공급하는 기간이다. 제 1의 스위칭 수단(10)은 이 구동신호(b)를 받아, 구동신호(도 2b)가 H레벨에 있을 때 도통하여 고전압(VH)를 인젝터(4)에 공급한다. 이때 인젝터(4)의 도시하는 상측 출력단자에는 (도 2d)와 같이 고전압이 인가되고, 이것에 의해 인젝터(4)의 전류의 입상이 (도 2e)에 나타낸 바와 같이 급격하게 되어, 인젝터(4)를 단시간에 밸브 개방하는 것이 가능해 진다.

이것에 의해 인젝터(4)의 밸브 개방시의 제어응답성을 향상시킬 수 있다.

그런데 일반적으로 승압회로는, 초크 코일의 도통 전류를 초핑하여, 이것에 의해 얻은 플러스 극성의 전압만을 콘덴서에 축적하도록 되어 있다.

따라서, 인젝터(4)에의 공급에 의해 콘덴서에 축적된 전하가 급격히 소비되면, 시각 t1에서 시각 t3의 기간에 있어서 인젝터(4)의 과여자 상태를 유지할 수 없게 된다.

이것에 대응하기 위해서 실시예 1에서는, 배터리 전압(VB)를 고전압 발생수단(6)의 출력에 다이오드를 통해 공급하고 있다.

따라서, 고전압(VH)가 배터리 전압(VB)보다도 저하한 경우는, 고전압 발생수단(6)에 대신하여 배터리(5)가 인젝터(4)에 전류를 공급하여 과여자 상태를 유지한다.

따라서, 2개의 전원에 의해 과여자 전류가 과여자 기간중에 안정하여 공급된다.

또한 실시예 1에서는 고전압 발생수단(6)의 승압동작을 금지하는 금지수단(7)을 가지고 있다.

구동신호(도 2b)는 도시하는 바와 같이 제 1의 스위칭 수단뿐만아니라 금지수단(7)에도 주어져 있고, 금지수단(7)은 구동신호(도 2b)를 받아 소정시간으로서의 시각 t1으로부터 시각 t3의 기간은 고전압 발생수단(6)의 승압동작을 금지한다.

이것에 의해 과여자 기간중에 있어서 배터리(5)로부터 고전압 발생수단(6)에 흘러 들어오는 고속으로 대전류의 무효전류를 정지한다.

그 결과, 고전압 발생수단(6)이 내부에서 소비하는 낭비 전력을 절감할 수 있는 동시에 고속이면서 대전류의 유입에 의해 발생하는 노이즈를 억제 할 수 있다.

다음에 인젝터(4)의 밸브 개방를 유지하는 시각 t3에서 시각 t2의 기간에 있어서의 동작에 관해서 설명한다.

시각 t3이 되면 구동신호 발생수단(3)은 구동신호(도 2b)를 L 레벨으로 전환한다. 제 1의 스위칭 수단(10)은 이 신호를 받고, 도통상태로부터 비도통상태로 전환한다. 이 때문에, 고전압(VH) 혹은 배터리 전압(VB)에서의 전류공급이 차단되어 인젝터(4)의 도통전류는 즉시에 감소된다.

한편, 유지전류 발생수단(12)은 저전압(VL)과 연료량 연산수단(2)의 연산결과(도 2a)를 받아, 연산 결과(도 2a)가 L 레벨에 있는 시각 t1으로부터 시각 t2의 기간중은 배터리 전압(VB)보다도 낮은 일정한 저전압(VL)에 근거하여 유지전류를 발생하고, 인젝터(4)에 공급한다. 이 유지전류 발생수단(12)로부터의 전류공급은 도 1에 나타내는 바와 같이 다이오드를 통해 행하여지고 있다.

따라서, 제 1의 스윗칭수단(10)을 통해 공급되는 전류가 유지 전류 발생수단(12)에 흘러 들어 오는 일이 없는 동시에 시각 t1에서 시각 t3의 기간중은 유지 전류 발생수단(12)로부터의 유지 전류의 출력이 금지된다. 그리고 시각 t3이 되어 제 1의 스위칭 수단(10)이 비도통이 되면 유지 전류 발생수단(12)으로부터의 유지전류가 인젝터(4)에 빠르게 공급된다.

또한, 유지 전류 발생수단(12)은, 일정한 전압을 바탕으로 하여 유지 전류를 발생하고 있다. 따라서, 종래의 장치와 같이 배터리 전압(VB)의 변동의 영향을 가미하여 출력하는 전류의 목표값을 인젝터의 유지전류보다도 높게 설정할 필요가 없다.

이 때문에 유지 전류 발생수단(12)으로부터 출력되는 전류의 목표값을 종래의 장치에 비하여 작게 할 수 있고 소비전력의 절감을 도모할 수 있다.

또한, 유지 전류 발생수단(12)은, 배터리 전압(VB)보다도 낮은 전압(VL)에 근거하여 유지전류를 발생하고 있다.

따라서, 내부회로에 의한 전력 손실이 절감되는 동시에 발열을 억제하고 이것에 의해 장치의 소형화을 도모할 수 있다.

또, 유지 전류 발생수단(12)은 시각 t1에서 시각 t2의 기간중에 유지 전류를 발생하도록 하였지만, 구동신호(도 2b, 도 2c)를 사용하여 시각 t3으로부터 시각 t2의 유지 전류가 필요한 기간만 유지전류를 발생하도록 하여도 좋다.

다음에 인젝터(4)의 밸브 폐쇄시의 동작에 관해서 설명한다.

시각 t2가 되면 연료량 연산수단(2)의 연산 결과(도 2a)가 L 레벨로부터 L레벨로 전환되고, 유지 전류 발생수단(12)은 유지 전류의 출력을 정지한다. 이것에 의해 인젝터(4)에의 전류 공급이 정지되고, 인젝터(4)는 저장된 전력을 방출하면서 서서히 밸브 폐쇄하려고 한다.

한편, 구동신호 발생수단(3)은 연산 결과(도 2a)를 받아, 제 2의 스위칭 수단(11)에 구동신호(도 2c)를 공급한다. 제 2의 스윗칭수단(12)은 이 구동신호(도2c)를 받아 도통하고 인젝터(4)에 마이너스전압 (-V)를 공급한다.

이것에 의해 인젝터(4)에 저장된 전력은 마이너스 전압(-V)에 즉시 흘러 들어 오고, 인젝터(4)를 강제적으로 소자시켜 밸브 폐쇄 동작을 빠르게 행한다.

이것에 의해 인젝터(4)의 밸브 폐쇄시의 제어응답성이 향상된다.

그러면, 다음에 실시예 1을 상세한 회로도를 이용하여 설명한다.

도 3은 실시예 1의 구성을 나타내는 회로도이다. 도 3에 있어서 도 1과 동일 혹은 상당부분에는 동일부호를 붙이고 있다.

부호 1은 센서류, 부호 2는 연료량 연산수단으로서의 제어부, 부호 3은 제어부(2)로부터의 연산 결과로서의 연료공급량 신호를 받아 시간 타이밍을 분배하는 구동신호로서의 타이밍신호를 발생하는 소동신호 발생수단인 타이밍 신호발생회로, 부호 4는 인젝터, 부호 5는 배터리이다.

부호 6은 고전압 발생수단으로서의 DC/DC 컨버터를 구성하는 고전압 발생회로에서 다음의 것으로부터 구성되어 있다.

부호 601은, 유도기 전압 발생용의 초크 코일, 602는 초크 코일(601)의 도통 전류를 온 혹은 오프하여 스위칭 제어하는 초퍼용 FET 트랜지스터, 부호 603은 초크 코일로 발생한 전압중 플러스 극성의 전압만을 통과시키는 정류 다이오드, 부호 604는 정류 다이오드(603)를 통과한 플러스 극성의 전압을 축적하는 콘덴서, 부호 605는 초크 코일(601)의 정류 경로를 확보하기 위한 정류 다이오드, 부호 606은 FET 트랜지스터(602)에 흐르는 정류값을 계측하는 션트저항, 부호 607은 콘덴서(604)의 축적 전압과 션트 저항(606)의 출력전압을 받아 콘덴서(604)의 축적 전압을 소정의 고전압(VH)에 정전압 제어하는 동시에 초크 코일(601)의 차단 전류값을 검출하여 제어하는 승압전압 제어회로, 부호 608은 승압전압 제어회로(607)로부터의 신호를 받아 FET 트랜지스터(602)를 구동하는 드라이버회로이다.

부호 7은 타이밍 신호발생회로(3)의 도시하는 상측의 출력단자에 접속되어, 해당 출력단자로부터의 타이밍 신호를 받아 고전압 발생회로(6)의 승압동작을 금지하는 금지수단으로서의 승압기능 정지용의 트랜지스터로, 승압전압 제어회로(607)로부터 드라이버회로(608)에 공급되는 신호를 어스에 떨어뜨리어 FET 트랜지스터(602)의 스위칭 동작을 강제적으로 정지시키는 것이다. 부호 8은 배터리 전압(VB)을 받아 이 전압(VB)을 강압하여 배터리 전압(VB)보다도 낮은 일정한 전압을 발생하는 저전압 발생수단으로서의 저전압 발생회로에서, 이 저전압 발생회로(8)는, 동시에 정전압 발생회로를 구성하고 있다. 부호 9는 마이너스 전압 발생수단으로서의 마이너스 전압 발생회로에서, 고전압 발생회로(6)의 전압을 반전하여 형성되는 것이다.

부호 10은 제 1의 스위칭 수단으로 다음의 것으로 구성되어 있다.

부호 1001은 베이스가 타이밍 신호발생회로(3)에 접속되어 타이밍 신호발생회로(3)의 도시하는 상측 출력단자로부터의 타이밍 신호에 의해 구동되는 트랜지스터로, 이미터는 이미터 저항(1002)을 통해 어스에 접속되어 있는 동시에 컬렉터는 트랜지스터(1003)의 베이스에 접속되어 있다. 트랜지스터(1003)는 트랜지스터(1001)에 구동되는 트랜지스터로 이미터가 고전압(VH)에 접속되어 있는 동시에 컬렉터가 FET 트랜지스터의 게이트에 접속되어 있다. 부호 1005는 FET 트랜지스터의 게이트·소스간 저항, 1006은 FET 트랜지스터(1004)의 게이트·소스간 보호 다이오드인 FET1004의 드레인은 고전압(VH)에 접속되고, 소스는 인젝터(4)에 접속되어 있고, 트랜지스터(1003)의 스위칭 동작에 따라서 인젝터(4)에 고전압(VH)를 공급 혹은 차단한다.

부호 11은 제 2의 스위칭 수단으로 다음의 것으로 구성되어 있다.

부호 1101은 베이스가 타이밍 신호 발생회로(3)에 접속되어, 타이밍 신호 발생회로(3)의 도시하는 하측 출력단자로부터의 타이밍 신호에 의해 구동되는 트랜지스터로, 이미터는 이미터 저항(1102)을 통해 어스에 접속되어 있는 동시에 컬렉터는 트랜지스터(1103)의 베이스에 접속되어 있다. 트랜지스터(1103)는 트랜지스터(1101)에 의해 구동되는 트랜지스터로, 이미터가 배터리 전압(VB)에 접속되어 있는 동시에 컬렉터가 FET 트랜지스터(1104)의 게이트에 접속되어 있다. 부호 1105는 FET 트랜지스터의 게이트·소스간 저항, 1106은 FET 트랜지스터(1104)의 게이트·소스간 보호 다이오드이다. FET1104의 드레인은 인젝터(4)에 접속되고, 소스는 마이너스 전압 (-V)에 접속되어 있고, 트랜지스터(1103)의 스위칭 동작에 따라서 인젝터(4)에 마이너스 전압 (-V)를 공급 혹은 차단한다.

부호 12는 유지 전류 발생수단으로 다음의 것으로 구성되어 있다.

부호 1201은 인젝터(4)에 공급되는 유지 전류값을 전압값으로 변환하여 검출하기 위한 션트 저항으로, 한쪽 끝이 저전압(VL)에 접속되어 있는 동시에 다른 끝이 트랜지스터(1202)의 컬렉터에 접속되어 있다. 부호 1203은 트랜지스터(1202)를 구동하기 위한 트랜지스터로 이미터가 저전압(VL)에 접속되어 있는 동시에 컬렉터가 트랜지스터(1202)의 베이스에 접속되어 있다. 부호 1204는 제어부(2)의 연산 결과와 션트 저항(1201)의 양끝 전압을 받아, 저항(1205)을 통해 트랜지스터(1203)의 베이스에 신호를 주어 트랜지스터(1203)를 구동하는 가산 오차 증폭회로에서, 제어부(2)로부터의 신호가 온의 기간은 션트 저항(1201)의 양끝 전압이 미리 정한 유지 전류값에 대응하는 값이 되도록 정전류 제어한다.

여기에서 발생한 정전류는 역류저지용 다이오드(13)를 통해 인젝터(4)에 공급된다.

부호 14는 과여자 기간중에 고전압 발생회로(6)의 전압(VH)가 저하하였을 때에 배터리 전압(VB)을 인젝터(4)에 공급하기 위한 바이패스 다이오드로, 애노드가 배터리전압(VB)에 접속되어 있는 동시에 캐소드가 고전압(VH)에 접속되어 있다. 부호 15는 배터리 전압(VB)을 안정시키기 위한 전원 안정용 콘덴서이다.

도 2a 내지 도 2e의 타임차트를 원용하여 도 3 회로의, 동작에 대하여 설명한다.

제어부(2)는 센서류(1)에서 얻은 흡기량, 회전수, 수온등 그 밖의 정보에 근거하여 인젝터(4)로부터 분사하는 연료량을 연산하여, 도 2a로 나타내는 연산결과를 타이밍 신호 발생회로(3)에 공급한다. 타이밍 신호발생회로(3)는 이 연산결과를 받아 도시하는 상측 출력단자로부터는 도 2b로 나타내는 타이밍 신호를 출력하는 동시에, 도시하는 하측 출력단자로부터는 도 2c에 나타내는 타이밍 신호를 각각 출력한다.

먼저 인젝터(4)의 밸브시에 대하여 설명한다.

고전압 발생회로(6)는 승압 DC/DC 컨버터를 구성하고 있고 배터리 전압(VB)을 고전압(VH)까지 승압한다.

배터리(5)로부터의 전력은 초크 코일(601)에 주어진다. 이 초크 코일(601)에 유입하는 도통 전류는 FET 트랜지스터(602)에 의해 통류 혹은 차단되어, 이것에 의해 초크 코일(601)에 고전압의 유기전압이 발생한다. 발생한 유기전압중 플러스 극성의 전압은, 정류 다이오드(603)를 통해서 콘덴서(604)에 축적된다. 콘덴서(604)의 전압은 승압전압 제어회로(607)에 입력되어 있다. 승압전압 제어회로(607)는 콘덴서(607)의 전압, 즉 고전압(VH)가 이미 정한 소정의 전압이 되도록 정전압 제어를 행한다. 이 정전압제어는, 승압전압 제어회로(607)로부터 FET 트랜지스터(602)를 구동하는 드라이버회로(608)에 주어지는 드라이버 신호를 조정함으로써 실현된다.

한편, 타이밍 신호 발생회로(3)는, 도시하는 상측 출력단자로부터 도 2b에 나타내는 과여자 기간에 대응한 신호를 트랜지스터(1001)의 베이스 및 트랜지스터(7)의 베이스에 준다.

타이밍 신호(b)는 시각 t1에서 H레벨로 되고, 트랜지스터(1001)의 베이스에서 이미터를 통해 전류가 흘러 들어와 트랜지스터(1001)가 도통한다. 트랜지스터(1001)의 도통에 의해 고전압(VH)에서 트랜지스터(1003)의 이미터, 베이스, 트랜지스터(1001)의 컬렉터, 이미터 및 어스의 경로로 전류가 흘러, 이것에 의해 트랜지스터(1003)가 도통한다. 트랜지스터(1003)의 도통에 의해, 고전압(VH), 트랜지스터(1003)의 이미터, 컬렉터, 게이트·소스간 저항(1005), 인젝터(4) 및 어스의 경로에서 전류가 흘러, FET 트랜지스터(1004)의 게이트·소스간에 전위차가 발생하여 FET 트랜지스터(1004)가 도통한다.

이것에 의해 고전압(VH)와 인젝터(4)가 접속되고, 고전압(VH), FET 트랜지스터의 드레인, 소스, 인젝터(4) 및 어스의 경로에 전류가 흐른다. 이 전류는 도 2e에서 나타내는 바와 같이 전류의 입상이 매우 급준해져 있고 최대값 1X까지 즉시 입상한다. 따라서, 인젝터(4)의 밸브 개방 전류값에 도달할 때까지의 시간이 단축되어 있고, 인젝터(4)는 이 전류에 의해 빠르게 밸브 개방된다.

그런데, 인젝터(4)에의 전류는 최대값(IX)로 된 후, 감소하고 있다.

이것은 고전압 발생회로(6)의 콘덴서(604)에 축적된 전하가 즉시 방출되었기 때문이다. 여기에서, 인젝터의 특성에 의해 과여자 기간이 길게 설정되어 있다고 하면, 콘덴서(604)는 방전을 지속하고, 마침내는 인젝터(4)의 밸브 개방 전류값을 공급할 수 없게 될 때가 있다. 그 때문에, 실시예 1에서는 바이패스 다이오드(14)를 채용하고 있다. 이 바이패스 다이오드(14)에 의하면, 고전압(VH)의 값이 콘덴서(604)의 방전과 동시에 저하하고, 배터리 전압(VB) 이하로 된 경우에 고전압(VH)에 대신하여 배터리 전압(VB)에서 인젝터(4)에 전류를 공급시킨다.

타이밍 신호(도 2b)는, 트랜지스터(7)의 베이스에도 공급되고 있다. 트랜지스터(7)는 타이밍 신호(도 2b)에 의해 고전압 발생회로(6)의 승압동작을 과여자 기간중 금지한다.

H레벨의 타이밍 신호(도 2b)에 의해 트랜지스터(7)의 베이스, 이미터 및 어스의 경로로 전류가 흘러 트랜지스터(7)가 도통한다. 트랜지스터(7)의 컬렉터는 승압전압 제어회로(607)로부터 드라이버 회로(608)에의 드라이버 신호의 공급경로에 접속되어 있으면 동시에 이미터는 어스에 접속되어 있다. 이 때문에, 트랜지스터(7)가 도통하면 승압전압 제어회로(607)로부터 출력되는 드라이버 신호가 어스에 떨어뜨려 무효화되고, 드라이버 회로(608)는 FET 트랜지스터(602)의 구동을 정지한다.

이것에 의해 과여자 기간중에 있어서는, 배터리(5)에서 고전압 발생회로(6)에 흘러 들어 오는 고속으로 대전류의 무효전력을 정지할 수 있다.

또한, 이것에 기인하여, 고전압 발생수단(6)에서의 소비전력을 감소할 수 있는 동시에 노이즈성분이 많은 고속·대전류에 의해 발생하는 노이즈를 절감할 수 있다.

다음에 인젝터(4)의 밸브 개방상태의 유지에 대하여 설명한다.

저전압 발생회로(8)는, 배터리 전압(VB)을 입력전압으로 하여 트랜스 또는 초크 코일 및 콘덴서를 사용한 스위칭 레귤레이터 방식의 강압회로, 혹은 리니어 드롯퍼 방식으로 실현한다.

저전압 발생회로(8)는, 배터리 전압(VB)을 입력하여 배터리 전압(VB)보다도 낮은 소정의 일정한 전압(VL)을 발생하고, 션트저항(1201) 및 트랜지스터(1203)의 컬렉터에 공급한다. 가산 오차 증폭회로(1204)는 제어부(2)의 연산결과(도 2a)가 L 레벨의 신호로 되어 있는 기간중, 션트 저항(1201)의 양끝 전압을 감시하여, 양끝 전압이 유지 전류값에 대응하는 전압값이 되도록 트랜지스터(1203) 및 트랜지스터(1202)를 구동 제어한다.

이 유지 전류는 역류저지용 다이오드(13)를 통해 인젝터(4)에 공급된다. 따라서, 시각 t1에서 시각 t3의 기간중은 역류저지용 다이오드(13)에 의해 유지 전류의 공급이 금지되는 동시에, 시각 t3 이후가 되어 FET 트랜지스터(1004)가 비도통으로 된 후에 도 2e에 전류(IH)에서 나타내는 유지전류가 인젝터(4)에 공급된다.

여기에서, 유지 전류 발생회로(8)는, 배터리 전압(VB)가 변동하였다고 해도 일정한 전압을 발생하는 정전압회로의 출력을 전원으로 하고 있다. 이 때문에 유지 전류 IH를 설정하는데 있어서, 배터리 전압(VB)의 변동을 가미할 필요가 없다.

따라서, 유지전류(IH)의 설정을 인젝터(4)의 밸브 개방상태를 유지하는 유지전류값을 최대로 하여, 소비전력의 절감을 도모할 수 있다.

또한, 이 실시예에서는, 배터리 전압(VB)보다도 낮은 전압(VL)을 정전압으로서 발생하는 저전압회로를 특히 채용하고 있다.

따라서, 션트저항(1201)에 정전류(IH)가 흐르도록 제어할 때, 트랜지스터(1202)의 스위칭 동작에 의해 발생하는 손실을 절감하는 동시에 발열을 억제할 수 있다. 이 때문에, 트랜지스터(1202 및 1203)로서 소 전력의 트랜지스터를 채용할 수 있고 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

다음에 인젝터(4)의 밸브 폐쇄시의 동작에 대하여 설명한다.

우선, 시각 t2에 있어서 제어부(2)는 연산결과(a)를 L레벨로부터 H레벨로 전환한다. 가산 오차 증폭회로선(1204)은 이 신호를 받아 목표로 하는 전류값을 유지전류(IH)에서 0A(암페어)로 변경한다. 이것에 의해 트랜지스터(1203) 및 트랜지스터(1202)가 비도통으로 되어 인젝터(4)로의 전류공급이 정지된다.

인젝터(4)는 전류의 공급정지에 의해 밸브 개방상태로부터 밸브 폐쇄상태로 이행한다. 이 밸브 폐쇄 동작은 인젝터(4)에 저장된 잔류자속을 소비하면서 서서히 행하여진다.

한편, 시각 t2에 있어서 타이밍 신호 발생회로(3)는, 도시하는 하측 출력끝부에서 타이밍 신호(도 2c)를 출력한다. 이 타이밍 신호(도 2c)는 시각 t2로부터 시각 t4의 기간에 H레벨이 되는 것으로, 이 신호는 역여자 신호로서 작용한다.

상기 H레벨의 신호는 트랜지스터(1101)의 베이스, 이미터, 저항(1102) 및 어스의 경로로 전류가 흘러 트랜지스터(1101)를 도통시킨다. 트랜지스터(1101)의 도통에 의해, 배터리 전압(VB), 트랜지스터(1103)의 이미터, 베이스, 트랜지스터(1101)의 컬렉터, 이미터, 저항(1102) 및 어스의 경로로 전류가 흘러 트랜지스터(1103)가 도통한다. 트랜지스터(1103)의 도통에 의해 배터리 전압(VB), 트랜지스터(1103)의 이미터, 컬렉터, 게이트·소스간 저항(1105), 마이너스 전압 (-V)의 경로로 전류가 흐른다.

상기 마이너스 전압 (-V)는 마이너스 전압 발생회로(9)에서 생성된다. 마이너스 전압 발생회로(9)는, 고전압(VH) 혹은 배터리 전압(VB)을 입력전압으로 하는 콘덴서를 사용한 펌프회로로 구성되어 있다.

게이트·소스간 저항(1105)에 전류가 흐름으로써 이 저항의 양단에 전압강하가 생기고, FET 트랜지스터(1104)의 게이트·소스간에 발생한 전위차에 의해 FET 트랜지스터(1104)가 도통한다.

상기 FET 트랜지스터(1104)의 드레인은 인젝터(4)에 접속되어 있는 동시에 소스는 마이너스 전압 (-V)에 접속되어 있다.

따라서, 시각 t2에 있어서 인젝터(4)가 저장된 잔류자속을 소비하면서 서서히 밸브 폐쇄하고자 하고 있는 데에 마이너스 전압(-V)가 접속된다. 이 때문에, 인젝터(4), FET 트랜지스터(1104)의 드레인, 소스, 마이너스 전압(-V)의 경로로 전류가 흘러, 인젝터(4)에 축적된 잔류자속을 즉시 소비한다.

이 때문에, 인젝터(4)의 밸브 폐쇄 동작을 저해하는 잔류시각을 단시간에 소비하고, 이것에 의해 인젝터(4)의 밸브 폐쇄 동작을 단시간에 행할 수 있다.

상기 마이너스 전압 (-V)에 의한 역여자는, 시각 t2로부터 시각 t4의 역여자 기간동안 행하여진다.

또한, 마이너스 전압 발생회로의 입력전압을 고전압(HV)혹은 배터리 전압(VB)로 하였지만, 저전압(VL)이라도 좋다.

따라서, 배터리 전압에 관계되지 않고, 인젝터의 고속 밸브 개방 및 고속 밸브 폐쇄가 가능하게 되고, 이것에 의해 인젝터의 제어범위를 확대할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 의하면, 배터리 전압에 관계되지 않고 인젝터를 빠르게 구동할 수 있는 제어응답성이 좋은 연료분사용 인젝터의 제어장치가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 정전압을 입력하여 유지전류를 발생하도록 하였기 때문에, 인젝터에 공급하는 유지전류값을 절감하여 소비 전력을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 배터리 전압보다도 낮은 일정한 전압을 발생하는 저전압 발생수단을 채용하였기 때문에, 유지 전류를 발생하는 부위의 소비전력을 감소하여 발열의 억제 및 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 과여자 기간에 있어서의 필요없는 동작을 정지하여 소비전력을 감소하는 동시에 노이즈의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (4)

1. 내연기관의 운전상태에 관련하는 정보를 검출하는 검출수단과, 이 검출수단의 검출결과에 근거하여 상기 내연기관에 공급하는 연료량을 연산하는 연료량 연산수단과, 이 연료량 연산수단의 연산결과를 받아 상기 내연기관에 연료를 공급하는 인젝터를 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄시키는 구동신호를 발생하는 구동신호 발생수단과, 전원과, 이 전원으로부터의 전력에 근거하여 전압을 승압하며 상기 전원보다도 높은 전압을 발생하는 고전압 발생수단과, 이 고전압 발생수단으로부터 상기 인젝터로의 전력공급경로에 설치되는 동시에 상기 구동신호를 받아 상기 인젝터의 개방밸브시기에 도통하는 제 1의 스위칭 수단과, 마이너스(부) 극성의 전압을 발생하는 마이너스 전압 발생수단과, 이 마이너스 전압 발생수단으로부터 상기 인젝터로의 전력 공급경로에 설치되는 동시에 상기 구동신호를 받아 상기 인젝터의 밸브 폐쇄시기에 도통하는 제 2의 스위칭 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료분사용 인젝터의 제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 전원으로부터의 전력에 근거하여 소정의 정전압을 발생하는 정전압 발생수단과, 상기 정전압과 구동신호 발생수단으로부터의 구동신호를 받아 인젝터의 밸브 개방후에 상기 인젝터의 밸브 개방상태를 유지하는 유지 전류를 공급하는 유지전류 발생수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료분사용 인젝터의 제어장치.
3. 제 2항에 있어서, 정전압 발생수단은, 전원보다도 낮은 전압을 발생하는 저전압 발생수단인 것을 특징으로 하는 연료분사용 인젝터의 제어장치.
4. 내연기관의 운전상태에 관련하는 정보를 검출하는 검출수단과, 이 검출수단의 검출결과에 근거하여 상기 내연기관에 공급하는 연료량을 연산하는 연료량 연산수단과, 이 연료량 연산수단의 연산결과를 받아 상기 내연기관에 연료를 공급하는 인젝터를 밸브 개방 혹은 밸브 폐쇄시키는 구동신호를 발생하는 구동신호 발생수단과, 전원과, 이 전원으로부터의 전력에 근거하여 전압을 승압하여 상기 전원보다도 높은 전압을 발생하는 고전압 발생수단과, 이 고전압 발생수단으로부터 상기 인젝터로의 전력공급경로에 설치되는 동시에 상기 구동신호를 받아 상기 인젝터의 개방밸브시기에 도통하는 제 1의 스위칭 수단과, 상기 구동신호 발생수단으로부터의 상기 구동신호를 받아 상기 인젝터의 개방밸브시기로부터 소정기간은 상기 고전압 발생수단의 승압동작을 금지하는 금지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 연료분사용 인젝터의 제어장치.

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