JPH0771639A - 電磁弁駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 補助電源部のエネルギー負担を軽減すること
ができる電磁弁駆動回路を提供することにある。 【構成】 バッテリ１とパワートランジスタ５と電磁弁
４とが直列接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ部１
４のコンデンサ１１はパワートランジスタ５の閉路時に
大電流を電磁弁４に供給する。制御回路１２は噴射信号
の入力に伴い電磁弁４の通電初期にパワートランジスタ
５を飽和領域で一定時間閉路動作させＤＣ−ＤＣコンバ
ータ部１４による電流及びバッテリ１による電流を電磁
弁４に供給する。この一定時間とは、電磁弁４のニード
ルがフルリフトする時間にニードルがバウンドする時間
を加えたものである。その後に、制御回路１２はパワー
トランジスタ５の能動領域を用いた定電流動作させ、電
磁弁４の開弁を保持させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁弁駆動回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関で用いる燃料噴射用電磁
弁の駆動装置において、電磁弁の高速駆動のためには、
電磁弁内部のコアに磁束を短時間で形成する必要があ
る。このため、例えば、図９に示すように、バッテリ３
１に対しイグニッションキー３２を介してＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部３３および定電流供給部３４が接続されてい
る。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ部３３のＤＣ−ＤＣ
コンバータ３８により予めコンデンサ３５を高電圧に充
電しておき、噴射開始時期にその高電圧を電磁弁（電磁
コイル）３６に印加するとともに定電流供給部３４から
定電流を電磁弁３６に供給して電磁弁３６を開弁させ、
その後開弁を保持するため定電流供給部３４による定電
流制御を行うようになっていた。つまり、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ３８にて高電圧を発生しその電圧をコンデンサ
３５に蓄えておき、電磁弁３６に突入電流を供給すると
ともに定電流供給部３４にて一定電流を電磁弁３６に供
給する。又、電磁弁遮断部３７により噴射信号に従って
電磁弁３６に流れる電流を遮断するようにっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法では
電磁弁３６の開弁までに必要なエネルギのほとんどをコ
ンデンサ３５に蓄えたエネルギで賄っているためＤＣ−
ＤＣコンバータ部３３で発生させるエネルギが非常に大
きくなって駆動装置のコストが高くなるという問題が生
じている。

【０００４】そこで、この発明の目的は、ＤＣ−ＤＣコ
ンバータ部よりなる補助電源部のエネルギー負担を軽減
することができる電磁弁駆動回路を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、電源と通電
制御用トランジスタと電磁弁とが直列接続されるととも
に、前記通電制御用トランジスタの閉路時に大電流を前
記電磁弁に供給する補助電源を備え、さらに、前記電磁
弁の通電初期に前記通電制御用トランジスタを飽和領域
で一定時間閉路動作させ前記補助電源による電流及び前
記電源による電流を前記電磁弁に供給し、その後に前記
通電制御用トランジスタの能動領域を用いた定電流動作
させる駆動制御回路を備えた電磁弁駆動回路をその要旨
とするものである。

【０００６】

【作用】駆動制御回路は、電磁弁の通電初期に通電制御
用トランジスタを飽和領域で一定時間閉路動作させ補助
電源による電流及び電源による電流を電磁弁に供給し、
その後に通電制御用トランジスタの能動領域を用いた定
電流動作させる。即ち、電磁弁の通電初期において、補
助電源による電流及び電源による電流が電磁弁に供給さ
れる。よって、電磁弁の通電初期において、従来のよう
に補助電源による電流及び定電流源による電流が電磁弁
に供給されていた場合に比べ、本発明では補助電源にお
ける弁作動のためのエネルギー負担を小さくできる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明を、内燃機関で用いる燃料噴
射用電磁弁の駆動装置に具体化した一実施例を図面に従
って説明する。

【０００８】図１には全体構成を示す。電源としてのバ
ッテリ１に対しイグニッションスイッチ２とダイオード
３とインジェクション用電磁弁（電磁コイル）４と通電
制御用トランジスタとしてのパワートランジスタ（ＮＰ
Ｎバイポーラトランジスタ）５と電流検出用抵抗６とが
直列に接続されている。そのイグニッションスイッチ２
とダイオード３との間の接続点ａには昇圧トランス７の
一次巻線７ａとパワートランジスタ（ＮＰＮバイポーラ
トランジスタ）８と電流検出用抵抗９とが直列に接続さ
れている。又、昇圧トランス７の二次巻線７ｂとダイオ
ード１０とコンデンサ１１とが直列に接続されている。
ダイオード１０とコンデンサ１１との間の接続点ｂはダ
イオード３と電磁弁４との間の接続点ｃと接続されてい
る。

【０００９】電流検出用抵抗９はパワートランジスタ８
に流れる電流を検出するためのものである。又、ダイオ
ード１０は昇圧トランス７の二次巻線７ｂに発生した電
流を整流する。コンデンサ１１は高電圧を蓄えておくた
めのものである。ダイオード３はコンデンサ１１が高電
圧になった時にバッテリ１に電流が逆流しないように阻
止するためのものである。電流検出用抵抗６は、パワー
トランジスタ５を制御するために必要なパワートランジ
スタ５のエミッタに流れる電流を検出するための抵抗で
ある。

【００１０】パワートランジスタ５のベース端子は、駆
動制御回路としての制御回路１２と接続されている。そ
して、制御回路１２はパワートランジスタ５のベース電
流を制御してインジェクション用電磁弁４に流れる電流
を断続および制限する。又、パワートランジスタ８のベ
ース端子は制御回路１２と接続されている。そして、制
御回路１２はパワートランジスタ８をオン・オフするこ
とにより昇圧トランス７の一次巻線７ａに流れる電流を
断続し、二次巻線７ｂに高電圧を発生させる。又、パワ
ートランジスタ５のエミッタ端子（電流検出用抵抗６の
一端）は制御回路１２と接続されている。同様に、パワ
ートランジスタ８のエミッタ端子（電流検出用抵抗９の
一端）は制御回路１２と接続されている。

【００１１】制御回路１２はエンジンコントロール用Ｅ
ＣＵ１３と接続され、エンジンコントロール用ＥＣＵ１
３から制御回路１２に噴射信号が出力されるようになっ
ている。

【００１２】本実施例では、昇圧トランス７とパワート
ランジスタ８と電流検出用抵抗９とダイオード１０とコ
ンデンサ１１とにより補助電源としてのＤＣ−ＤＣコン
バータ部１４が構成されている。このＤＣ−ＤＣコンバ
ータ部１４によりパワートランジスタ５のオン（閉路）
時に大電流が電磁弁４に供給される。又、ダイオード３
と電磁弁４とパワートランジスタ５と電流検出用抵抗６
とにより電磁弁駆動部１４が構成されている。

【００１３】そして、制御回路１２は噴射信号を入力し
てＤＣ−ＤＣコンバータ部１４および電磁弁駆動部１５
の動作を制御するようになっている。図２には制御回路
１２の具体的構成を示す。

【００１４】制御回路１２は、波形整形回路１６と立上
り単安定発生回路１７とドライブ回路１８と定電流制御
回路１９と立下り単安定発生回路２０とドライブ回路２
１とコンパレータ２２とから構成されている。波形整形
回路１６にはエンジンコントロール用ＥＣＵ１３からの
噴射信号が入力され、波形整形回路１６にて噴射信号中
のノイズが除去される。波形整形回路１６の出力信号
は、立上り単安定発生回路１７とドライブ回路１８と立
下り単安定発生回路２０に送られる。立上り単安定発生
回路１７は波形整形回路１６の出力信号（噴射信号）の
立ち上がりエッジを検出してドライブ回路１８にワンシ
ョット信号を出力する。ドライブ回路１８は電磁弁駆動
部１５のパワートランジスタ５のベース端子と接続され
ている。又、ドライブ回路１８には定電流制御回路１９
が接続され、定電流制御回路１９は電磁弁駆動部１５の
パワートランジスタ５のエミッタ端子（電流検出用抵抗
６の一端）と接続されている。そして、立上り単安定発
生回路１７が噴射信号の立ち上がりエッジを検出する
と、ドライブ回路１８を介してパワートランジスタ５を
飽和領域でオン動作させる。又、定電流制御時には、電
流検出用抵抗６に流れる電流を一定に保つべく定電流制
御回路１９がドライブ回路１８を介してパワートランジ
スタ５の能動領域を用いてベース電流を調整するように
なっている。

【００１５】又、立下り単安定発生回路２０にはドライ
ブ回路２１が接続され、ドライブ回路２１にはＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ部１４のパワートランジスタ８のベース端
子が接続されている。コンパレータ２２の非反転入力端
子にはＤＣ−ＤＣコンバータ部１４のパワートランジス
タ８のエミッタ端子（電流検出用抵抗９の一端）と接続
され、コンパレータ２２の反転入力端子には比較電圧Ｖ
ref が印加されている。そして、立下り単安定発生回路
２０は噴射信号の立ち下がりエッジを検出すると、ドラ
イブ回路２１を介してパワートランジスタ８をオンする
とともに、電流検出用抵抗９に流れる電流に対応する電
圧値がコンパレータ２２で比較電圧Ｖref と比較され、
電流検出用抵抗９に流れる電流がコンデンサ１１を設定
電圧まで充電するのに必要な昇圧トランジスタ７の一次
巻線７ａの遮断電流になると立下り単安定発生回路２０
はドライブ回路２１を介してパワートランジスタ８をオ
フする。

【００１６】次に、このように構成した燃料噴射用電磁
弁の駆動装置の作用を図３を用いて説明する。エンジン
コントロール用ＥＣＵ１３からパルス状の噴射信号が制
御回路１２に出力されると（図３のｔ１のタイミン
グ）、図２の制御回路１２の立上り単安定発生回路１７
が噴射信号の立ち上がりエッジを検出し電磁弁４を開弁
すべくドライブ回路１８を介してパワートランジスタ５
を飽和領域にてオンする。その結果、コンデンサ１１に
既に蓄えられていた高電圧が電磁弁４を通って放電され
る。そして、コンデンサ１１の電圧がバッテリ１の電圧
よりも低下すると、バッテリ１よりダイオード３を通っ
て電磁弁４に電流が流れる。又、この時、制御回路１２
が噴射信号の立ち上がりエッジからパワートランジスタ
５を一定時間（Ｔ１）飽和領域にて継続的にオン状態
（閉路状態）にする（図３のｔ１〜ｔ３のタイミン
グ）。この時間Ｔ１を電圧駆動時間という。

【００１７】ここで、電圧駆動時間Ｔ１は、電磁弁４の
ニードルがフルリフト（完全に開弁）する時間Ｔ２（図
３のｔ１〜ｔ２のタイミング）に対し、ニードルがバウ
ンドする時間Ｔ３（例えば、０．１〜０．３ｍｓ）を加
えた時間に設定されている。

【００１８】パワートランジスタ５が電磁弁４の通電初
期においてＴ１時間オンした後（電圧駆動がｔ３のタイ
ミングで終了した後）、まだ噴射時間がある場合は、パ
ワートランジスタ５は開弁を保持するため定電流動作を
行う。即ち、図２において、電磁弁４に流れる電流を一
定に保つべく定電流制御回路１９がドライブ回路１８を
介してパワートランジスタ５の能動領域を用いてベース
電流を調整する（図３のｔ３〜ｔ４のタイミング）。

【００１９】そして、噴射信号が立ち下がると（図３の
ｔ４のタイミング）、制御回路１２のドライブ回路１８
はパワートランジスタ５をオフし電磁弁４を閉じて噴射
を終了させる。

【００２０】又、噴射信号の立ち下がりにおいて、制御
回路１２は図２の立下り単安定発生回路２０が同立ち下
がりエッジを検出してドライブ回路２１を介してパワー
トランジスタ８をオンさせ、コンデンサ１１を設定電圧
まで充電するのに必要な昇圧トランス７の一次巻線遮断
電流値に達するとパワートランジスタ８をオフする。即
ち、昇圧トランス７の一次巻線７ａに流れる電流を電流
検出用抵抗９で検出し、制御回路１２のコンパレータ２
２で比較電圧Ｖref と比較してその比較結果に基づき設
定電流に達したら立下り単安定発生回路２０がドライブ
回路２１を介してパワートランジスタ８をオフする。こ
のようにして、コンデンサ１１が再び充電される。

【００２１】以後はこの動作が繰り返される。次に、図
９に示した従来の装置と、本実施例の装置の相違点を図
４を用いて説明する。

【００２２】図４には、従来装置の電磁弁駆動電流ａ
と、本実施例による電磁弁駆動電流ｂとの比較を示す。
ただし、開弁時間は等しいものとする。ここで、図中の
ハッチング部は開弁までにバッテリから供給される電流
を示す。ただし、コンデンサの放電による電磁弁突入電
流の還流電流は除く。

【００２３】従来装置の電磁弁駆動電流ａと、本実施例
による電磁弁駆動電流ｂとのハッチング部を比較する
と、従来装置の電磁弁駆動電流ａは定電流制御により電
流が制限されるため本実施例による電磁弁駆動電流ｂよ
り小さくなっている。即ち、その不足電流をコンデンサ
から供給される電流で補わなければならず、ＤＣ−ＤＣ
コンバータの負担が大きくなる。しかし、本実施例では
ＤＣ−ＤＣコンバータの負担が軽減でき、小型化、コス
トダウン等に有利となる。

【００２４】このように本実施例の電磁弁駆動回路で
は、バッテリ１（電源）とパワートランジスタ５（通電
制御用トランジスタ）と電磁弁４とが直列接続されると
ともに、パワートランジスタ５の閉路時に大電流を電磁
弁４に供給するＤＣ−ＤＣコンバータ部１４（補助電
源）を備え、さらに、電磁弁４の通電初期にパワートラ
ンジスタ５を飽和領域で一定時間Ｔ１（＝電磁弁４のニ
ードルのフルリフト時間＋ニードルのバウンド時間）閉
路動作させＤＣ−ＤＣコンバータ部１４による電流及び
バッテリ１による電流を電磁弁４に供給し、その後にパ
ワートランジスタ５の能動領域を用いた定電流動作させ
る制御回路１２（駆動制御回路）を備えた。即ち、電磁
弁４の通電初期において、ＤＣ−ＤＣコンバータ部１４
による電流及びバッテリ１による電流が電磁弁４に供給
される。よって、電磁弁４の通電初期において、図９の
従来のようにＤＣ−ＤＣコンバータ部３３による電流及
び定電流供給部３４による電流が電磁弁３６に供給され
ていた場合に比べ、本実施例ではＤＣ−ＤＣコンバータ
部１４における開弁のためのエネルギー負担を小さくで
き、小型化、コストダウン等を図ることができる。

【００２５】又、本実施例では、図９の従来装置におい
て用いられていた定電流用素子が不要になるため、さら
にコストダウンを図ることができる。尚、この発明は上
記実施例に限定されるものではなく、例えば、前記実施
例では内燃機関に用いられる燃料噴射用電磁弁の駆動装
置に具体化したが、他にもコイルに電流を流し、その磁
束により弁を開閉動作する電磁弁であればその種別は限
定されない。又、電磁弁は電流を流した時に閉弁するタ
イプの電磁弁でもよい。

【００２６】又、図５に示すように、多気筒エンジンに
設けられた電磁弁４を駆動する場合において、電磁弁４
およびその通電電流を断続する回路（パワートランジス
タ５）を並列に設けると各気筒の電磁弁４への電流がオ
ーバーラップした場合、コンデンサ１１に高電圧が蓄え
られなくなるためコンデンサ１１から電磁弁４に至る経
路にパワートランジスタ２３等を用いたスイッチを設
け、コンデンサ１１から電磁弁４へ電流を放電する時の
み同スイッチをオン（閉路）させるようにしてもよい。

【００２７】又、図５の回路は、図６に示すように噴射
信号がオーバーラップしなくても噴射タイミングが接近
してＤＣ−ＤＣコンバータによるコンデンサ１１の充電
が間に合わなくなる場合にもパワートランジスタ２３を
用いてもよい。

【００２８】尚、図５のパワートランジスタ２３を使用
した場合には、図７に示すようにＤＣ−ＤＣコンバータ
はパワートランジスタ２３がオフした後、直ちに動作を
開始するようになっている。

【００２９】さらに、図８に示すように、絶対に噴射信
号がオーバーラップせず、かつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ
によるコンデンサの充電時間も確保できる気筒の電磁弁
４のみを並列に接続し、それぞれに１つのＤＣ−ＤＣコ
ンバータおよびコンデンサ１１を設ける構造としてもよ
い。

【００３０】さらには、通電制御用トランジスタとして
はバイポーラトランジスタ（パワートランジスタ５）の
他にもＦＥＴを用いてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
補助電源部のエネルギー負担を軽減することができる優
れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電磁弁駆動回路の全体構成図である。

【図２】制御回路の詳細を示す電気的構成図である。

【図３】各種信号及び動作を示すタイムチャートであ
る。

【図４】各種信号及び動作を示すタイムチャートであ
る。

【図５】別例の電磁弁駆動回路の全体構成図である。

【図６】別例の電磁弁駆動回路の各種信号及び動作を示
すタイムチャートである。

【図７】別例の電磁弁駆動回路の各種信号及び動作を示
すタイムチャートである。

【図８】別例の電磁弁駆動回路の全体構成図である。

【図９】従来の電磁弁駆動回路の全体構成図である。

【符号の説明】

１ 電源としてのバッテリ ４ 電磁弁 ５ 通電制御用トランジスタとしてのパワートランジス
タ １２ 駆動制御回路としての制御回路 １４ 補助電源としてのＤＣ−ＤＣコンバータ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源と通電制御用トランジスタと電磁弁
   とが直列接続されるとともに、前記通電制御用トランジ
   スタの閉路時に大電流を前記電磁弁に供給する補助電源
   を備え、さらに、前記電磁弁の通電初期に前記通電制御
   用トランジスタを飽和領域で一定時間閉路動作させ前記
   補助電源による電流及び前記電源による電流を前記電磁
   弁に供給し、その後に前記通電制御用トランジスタの能
   動領域を用いた定電流動作させる駆動制御回路を備えた
   ことを特徴とする電磁弁駆動回路。