JP3837750B2 - インジェクタの駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に使用されるインジェクタの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の燃料噴射装置に使用されるインジェクタの駆動装置の一例として、例えば特開昭５９−８５４３４公報に開示されているものがある。この従来技術の概略を表した回路図を図１０に示す。この図１０において、バッテリ１からソレノイド２に通電される電流は、トランジスタ３によってスイッチング制御され、ソレノイド２に電磁エネルギとして蓄積される。蓄積された電磁エネルギは、ダイオード４を介してコンデンサ５に充電され、コンデンサ５は、高電圧に昇圧される。
【０００３】
そして、図１１中の領域Ａで示すように、大電流を必要とするインジェクタ６の開弁時には、トランジスタ７をオンすると同時に、コンデンサ５の高電圧をトランジスタ８を介して放電することによりインジェクタ６のソレノイド６ａに通電する。また、インジェクタ６が開弁した状態を保持する期間は比較的低電流で維持できるため（図１１中の領域Ｂ）、バッテリ１からトランジスタ９及びダイオード１０を介してソレノイド６ａに直接通電するようにしている。また、ダイオード１１は、フライホイール用に設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では次のような問題があった。第１に、インジェクタ６の開弁保持期間（図１１中の領域Ｂ）にはバッテリ１から直接通電するため、インジェクタ６のソレノイド６ａは低インピーダンスのものを使用する必要があり、結果としてソレノイド６ａに流れる電流値が高くなるため消費電力が大で、回路素子たるトランジスタ７，８の発熱量も大きい。
【０００５】
第２に、インジェクタ６の開弁及び保持でコンデンサ５の高電圧及びバッテリ１の低電圧の２電源を用いるため、両電圧の印加を制御するためにトランジスタ７乃至９やダイオード１０のように多くの回路素子が必要であり、また、これらを制御するのに複雑な制御回路を要する。
【０００６】
第３に、インジェクタ６の開弁時に放電完了したコンデンサ５を再充電するには時間が必要であり、そのため、１個の高電圧源では、独立噴射方式で使用することは可能であるが、複数気筒のインジェクタを同時に開弁する同時噴射方式で使用することができない。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、その目的は、インジェクタの開弁及びその保持を、１つの高電圧源からインジェクタの駆動用ソレノイドに通断電制御して行うことにより、回路素子の発熱量を低減し、また、回路素子数を削減して回路の簡素化を図ることができ、且つ、同時噴射方式にも対応できるインジェクタの駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のインジェクタの駆動装置は、低電圧直流電源と、この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びにスイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路と、前記駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗とを備え、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記起動電流並びに前記保持電流を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載のインジェクタの駆動装置は、インジェクタ電流駆動回路を、高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備して構成し、この第２の制御回路を、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載のインジェクタの駆動装置は、低電圧直流電源と、この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び前記昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びに前記スイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路とを具備し、前記インジェクタ電流駆動回路は、高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、インジェクタの駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗と、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、前記駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備し、この第２の制御回路は、前記電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは前記制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成され、インジェクタ電流駆動回路の制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子が共にオフした時に駆動用ソレノイドに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路に回生する回生用ダイオードを備えるものである。
【００１１】
【作用及び発明の効果】
請求項１記載のインジェクタの駆動装置によれば、インジェクタ電流駆動回路の作用により、インジェクタの駆動用ソレノイドに対して高電圧安定化電源回路から起動電流及びその後の保持電流を供給する。従って、１つの高電圧安定化電源回路によりインジェクタの開弁及びその保持を行うことができるので、従来のような高，低電圧の２電源を用いる場合とは異なり、回路素子数を削減し得て、回路の簡素化を図り得、また、インジェクタの駆動用ソレノイドとして従来のそれよりも高インピーダンスのものを用いることができて、回路素子の発熱量を低減し得、しかも、高電圧安定化電源回路のコンデンサは常に高電圧に一定に保持されるので、独立噴射方式のみならず同時噴射方式にも採用することができる。
【００１２】
請求項２記載のインジェクタの駆動装置によれば、第１の制御回路によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて駆動用スイッチング素子にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路が動作を開始して、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える。この制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子によって、高電圧安定化電源回路よりの高電圧安定化電源が、インジェクタの駆動用ソレノイドに供給される。そして、第２の制御回路は、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて制御するので、１つの高電圧安定化電源によってインジェクタの起動及び保持を確実に行うことができる。
【００１３】
請求項３記載のインジェクタの駆動装置によれば、インジェクタ電流駆動回路の作用により、インジェクタの駆動用ソレノイドに対して高電圧安定化電源回路から起動電流及びその後の保持電流を供給する。従って、１つの高電圧安定化電源回路によりインジェクタの開弁及びその保持を行うことができるので、従来のような高，低電圧の２電源を用いる場合とは異なり、回路素子数を削減し得て、回路の簡素化を図り得、また、インジェクタの駆動用ソレノイドとして従来のそれよりも高インピーダンスのものを用いることができて、回路素子の発熱量を低減し得、しかも、高電圧安定化電源回路のコンデンサは常に高電圧に一定に保持されるので、独立噴射方式のみならず同時噴射方式にも採用することができる。
また、第１の制御回路によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて駆動用スイッチング素子にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路が動作を開始して、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える。この制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子によって、高電圧安定化電源回路よりの高電圧安定化電源が、インジェクタの駆動用ソレノイドに供給される。そして、第２の制御回路は、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて制御するので、１つの高電圧安定化電源によってインジェクタの起動及び保持を確実に行うことができる。
更に、インジェクタ電流駆動回路の制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子が共にオフした時に駆動用ソレノイドに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路に回生する回生用ダイオードを備えるので、電力効率を高めることができる。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の第１実施例について図１乃至図５を参照して説明する。インジェクタの駆動装置の全体の電気的構成を示す図１において、バッテリ（低電圧直流電源）２０の負端子はグランドに接続されており、正端子は昇圧用ソレノイド２１の一方の端子に接続されている。昇圧用ソレノイド２１の他方の端子はダイオード２２のアノードに接続されており、ダイオード２２のカソードとグランドとの間にはコンデンサ２３が接続されている。また、ダイオード２２のアノードにはＦＥＴ（スイッチング素子）２４のドレイン端子に接続され、ＦＥＴ２４のソース端子はグランドに接続されている。
【００１５】
ダイオード２２とコンデンサ２３の共通接続点には、高電圧電源線２５が接続されており、これにより後述するインジェクタ電流駆動回路に高電圧電源を供給するようになっている。また、高電圧電源線２５には高電圧検出線２６が接続されており、この高電圧検出線２６は、図２に示す制御回路２７の入力端子に接続されている。
【００１６】
制御回路２７の電気的構成を示す図２において、高電圧検出線２６とグランドとの間には抵抗２８及び２９の直列回路が接続されており、抵抗２８及び２９の共通接続点は、比較器３０の反転入力端子に接続されている。また、比較器３０の非反転入力端子とグランドとの間には、基準電圧源３１が接続されている。そして、比較器３０の出力端子は、ＡＮＤ回路３２の一方の入力端子に接続されている。
【００１７】
シュミットトリガＮＯＴ回路３３の入力端子とグランドとの間にはコンデンサ３４が接続され、シュミットトリガＮＯＴ回路３３の入力端子と出力端子との間には、抵抗３５ａ及び３５ｂの直列回路が接続されている。また、抵抗３５ａ及び３５ｂの共通接続点とシュミットトリガＮＯＴ回路３３の出力端子との間には、ダイオード３６が順方向に接続されている。以上のシュミットトリガＮＯＴ回路３３，コンデンサ３４，抵抗３５ａ及び３５ｂ並びにダイオード３６は、所定のデュ−ティ比をもって発振する矩形波発振回路３７を構成している。
【００１８】
そして、シュミットトリガＮＯＴ回路３３の出力端子は、ＡＮＤ回路３２の他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路３２の出力端子は、ｎチャネルのＦＥＴ２４のゲート端子に接続されており、ゲート信号Ｇを与えるように構成されている。以上が制御回路２７を構成しており、図１について前述した部分と合わせて、高電圧安定化電源回路３８を構成している。
【００１９】
再び、図１において、第１の制御回路であるＥＣＵ３９は、図示しない内燃機関が有する複数の気筒に対応する複数のインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…に対して制御信号線４１ａ，４１ｂ，…によって制御信号を与えるように構成されている。その内の制御信号線４１ａは、バッファ４２を介してｎチャネルのＦＥＴ（駆動用スイッチング素子）４３のゲート端子に接続され、制御信号をゲート信号Ｇ１として与えると共に、そのゲート信号Ｇ１は、図３に示す第２の制御回路４５の入力端子にも与えられるように構成されている。
【００２０】
第２の制御回路４５の電気的構成を示す図３において、ゲート信号Ｇ１は、Ｄフリップフロップ４６のクロック入力端子に与えられると共に、ＡＮＤ回路４７の一方の入力端子にも与えられるように構成されている。また、Ｄフリップフロップ４６のデータ入力端子及び負論理のプリセット入力端子は、共に回路電源Ｖccに接続されてプルアップされている。そして、Ｄフリップフロップ４６のセット出力端子は、ＯＲ回路４８の一方の入力端子に接続されている。
【００２１】
回路電源Ｖccとグランドとの間には、抵抗４９，５０及び５１の直列回路が接続されている。その抵抗４９及び５０の共通接続点は、比較器５２の非反転入力端子に接続され、抵抗５０及び５１の共通接続点は、比較器５３の非反転入力端子に接続されている。そして、電流検出信号線５４は、比較器５２の反転入力端子に接続されていると共に、抵抗５５を介して比較器５３の反転入力端子に接続されている。比較器５３の出力端子は、ＯＲ回路４８の他方の入力端子に接続されていると共に、その出力端子と比較器５３の反転入力端子との間には、帰還抵抗５６が接続されている。また、比較器５２の出力端子は、Ｄフリップフロップ４６の負論理のクリア入力端子に接続されている。
【００２２】
ＯＲ回路４８の出力端子は、ＡＮＤ回路４７の他方の入力端子に接続され、ＡＮＤ回路４７の出力端子は、ｎチャネルのＦＥＴ５７のゲート端子に接続されている。ＦＥＴ５７のソース端子はグランドに接続されており、ＦＥＴ５７のドレイン端子（出力端子）は、抵抗５８を介して図１に示すｐチャネルのＦＥＴ（制御用スイッチング素子）５９のゲート端子に接続され、ゲート信号Ｇ２を与えるように構成されている。以上が第２の制御回路４５を構成している。
【００２３】
図１において、ＦＥＴ５９のソース端子とゲート端子との間には、抵抗６０及びツェナーダイオード６１の並列回路が接続され、ＦＥＴ５９のソース端子には、高電圧電源線２５が接続されている。そして、ＦＥＴ５９のドレイン端子とグランドとの間には、フライホイールダイオード６２が逆方向に接続されている。また、ＦＥＴ５９のドレイン端子とＦＥＴ４３のドレイン端子との間には、複数の気筒に対応した複数のインジェクタに対応する駆動用ソレノイド６３ａ，６３ｂ，…の内の１つの駆動用ソレノイド６３ａが接続されている。更に、ＦＥＴ４３のドレイン端子と高電圧電源線２５との間には、回生用ダイオード６４が順方向に接続されており、ＦＥＴ４３のソース端子とグランドとの間には、電流検出抵抗６５が接続されている。以上がインジェクタ電流駆動回路４０ａを構成しており、他のインジェクタ電流駆動回路４０ｂ，…も全て同一の構成である。また、高電圧安定化電源回路３８とインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…とは、インジェクタの駆動装置６６を構成している。
【００２４】
次に、本実施例の作動を図４及び図５をも参照して説明する。まず、高電圧安定化電源回路３８の動作について説明する。バッテリ２０の直流電圧を例えば１４Ｖとして、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧を例えば５６Ｖに設定すると、両電圧の差は４２Ｖとなる。ＦＥＴ２４がオン状態になると、バッテリ２０から昇圧用ソレノイド２１に通電が行われてエネルギが蓄積され、ＦＥＴ２４がオフ状態になると、その蓄積エネルギによりコンデンサ２３が充電される。シュミットトリガＮＯＴ回路３３を中心とする矩形波発振回路３７は、この通断電のサイクルを発生させるものである。
【００２５】
ここで、昇圧用ソレノイド２１の通電時間（ＦＥＴ２４のオン時間）をｔ１とし、コンデンサ２３の充電時間（ＦＥＴ２４のオフ時間）をｔ２とすると、通電時間ｔ１とバッテリ電圧１４Ｖの積と、充電時間ｔ２と前記差電圧４２Ｖとの積は等しくなるように、即ち、１４×ｔ１＝４２×ｔ２となるように決定される。従って、ｔ１とｔ２との比は３対１になる。インダクタンスＬの昇圧用ソレノイド２１に１４Ｖの電圧をｔ１時間通電したときに流れる電流ｉは、ｉ＝１４×ｔ１／Ｌで与えられるので、インダクタンスを１４μＨ、ｔ１を１０μｓとしてｉを１０Ａと決定すれば、ｔ２は３．３３μｓとなる。
【００２６】
従って、昇圧用ソレノイド２１を流れる電流ｉは、図４（ａ）に示すような電流波形にすれば良い。よって、矩形波発振回路３７の出力を、図４（ｃ）に示すような波形、即ち、周期１３．３３μｓ（周波数７５ＫＨｚ）でデュ−ティ比７５％の矩形波となるように、抵抗３５ａ及び３５ｂ並びにコンデンサ３４の値を決定する。
【００２７】
また、比較器３０は、高電圧安定化電源回路３８の高電圧出力５６Ｖのレベルを検出する。例えば抵抗２８及び２９の値を１ＫΩ及び５５ＫΩとして基準電圧源３１を１Ｖとすれば、高電圧電源線２５が５６Ｖ未満の場合、比較器３０の出力端子はハイレベルとなり、ＡＮＤ回路３２から矩形波発振回路３７の出力波形が出力されてコンデンサ２３が充電され、高電圧電源線２５が５６Ｖ以上の場合は、比較器３０の出力端子はローレベルとなる（図４（ｄ）参照）。
【００２８】
そして、ＡＮＤ回路３２の出力，即ちゲート信号Ｇとしては、比較器３０の出力レベルがハイレベルのときのみ矩形波発振回路３７の出力波形が出力される（図４（ｂ）参照）。ゲート信号ＧがハイレベルのときにはＦＥＴ２４はオンとなり、昇圧用ソレノイド２１を流れる電流ｉは０Ａから次第に増加して１０μｓ後には１０Ａに達する。すると、ゲート信号ＧはローレベルとなってＦＥＴ２４はオフとなり、電流ｉは１０Ａから次第に減少して行くと共にコンデンサ２３を充電する。それに伴ってコンデンサ２３の電位は上昇し、電流ｉが０Ａになると５６Ｖに達して、比較器３０の出力はローレベルになる。以上のようにして、電流ｉは図４（ａ）に示すような電流波形となり、コンデンサ２３の端子電圧は常に５６Ｖに保たれる。
【００２９】
一方、ＥＣＵ３９は、内燃機関の各気筒毎の燃料噴射タイミングに応じてそれぞれに制御信号を与える。ここで、インジェクタの駆動用ソレノイド６３ａに通電してインジェクタを開弁するための起動電流を設定電流値１．２Ａまで流し、インジェクタが開弁した状態を保持するための保持電流を０．４Ａ流すように制御を行うものとする。ＥＣＵ３９の制御信号は、図５（ａ）に示すように出力され、バッファ４２を介してゲート信号Ｇ１としてＦＥＴ４３のゲート端子及び第２の制御回路４５のＤフリップフロップ４６のクロック入力端子に与えられる。
【００３０】
ＦＥＴ４３は、ゲート信号Ｇ１がハイレベルの間オン状態となる（図５（ｂ）参照）。Ｄフリップフロップ４６は、図示しないイニシャルリセット回路によってリセットされており、そのセット出力端子は、初期状態でローレベルとなっている。そして、Ｄフリップフロップ４６は、ゲート信号Ｇ１がクロック入力端子に与えられると、その立ち上がりエッジでセット出力端子はハイレベルとなる（図５（ｆ）参照）。すると、ＯＲ回路４８及びＡＮＤ回路４７を介してＦＥＴ５７のゲート端子がハイレベルとなってＦＥＴ５７はオン状態となり、ゲート信号Ｇ２がローレベルとなってＦＥＴ５９はオン状態となる（図５（ｄ）及び（ｅ）参照）。従って、ＦＥＴ４３及び５９が共にオン状態になることにより、駆動用ソレノイド６３ａに通電が開始される。
【００３１】
また、抵抗４９，５０及び５１は回路電源Ｖccを分圧しており、比較器５２の非反転入力端子は１２０ｍＶ、比較器５３の非反転入力端子は４０ｍＶの電位となるようにその抵抗値が決定されている。そして、電流検出抵抗６５を０．１Ωとすれば、電流検出抵抗６５の端子電圧は、駆動用ソレノイドに流れる駆動電流Ｉが設定電流値１．２Ａのときに１２０ｍＶになる。従って、比較器５２の出力端子は駆動電流Ｉの電流値が０〜１．２Ａの間でハイレベルとなり、比較器５３の出力端子は駆動電流Ｉの電流値が０〜０．４Ａの間でハイレベルとなる。
【００３２】
今、駆動用ソレノイド６３ａに高電圧電源線２５から高電圧が供給されて通電が開始されると、駆動電流Ｉは起動電流として流れて０から次第に上昇して行き（図５（ｃ）参照）、それに伴って電流検出抵抗６５の端子電圧も上昇する。そして、図示しないインジェクタのコアが電磁力により吸引されてインジェクタが開弁する方向に動き出し、駆動電流Ｉの電流値が１．２Ａに達すれば、コアは最大ストロークまで達して完全に開弁した状態になる。
【００３３】
駆動電流Ｉが１．２Ａに達して電流検出抵抗６５の端子電圧が１２０ｍＶになると、比較器５２の出力端子はローレベルとなり、Ｄフリップフロップ４６はクリアされ、そのセット出力端子は図５（ｆ）に示すようにローレベルとなる。このとき、ＯＲ回路４８の入力端子はどちらもローレベルであるから、ＦＥＴ５７及び５９はオフ状態となる。従って、駆動用ソレノイド６３ａの遅れ電流は、ＦＥＴ４３，電流検出抵抗６５及びフライホイールダイオード６２の経路で循環する。
【００３４】
そして、駆動電流Ｉの電流値は１．２Ａから低下して行き、０．４Ａを下回ると比較器５３の出力端子がハイレベルとなる。すると、ＡＮＤ回路４７の出力端子はハイレベルとなり、駆動用ソレノイド６３ａに再び通電が開始される。比較器５３の出力端子は、駆動電流Ｉの電流値が０．４Ａを超えるとローレベルになるので、以降、ゲート信号Ｇ１がハイレベルの間は、ＦＥＴ５９のゲート信号は図５（ｄ）に示すように間欠的に与えられる。従って、ＦＥＴ５９は図５（ｅ）に示すように間欠的にオン状態となって、駆動電流Ｉは０．４Ａを維持するように制御され、その間インジェクタは開弁状態を保持する。尚、帰還抵抗５６の抵抗値は１ＭΩ程度として、駆動電流Ｉの電流値０．４Ａ付近での比較器５３の出力の切替わりにヒステリシスを持たせるようにする。
【００３５】
その後、ＥＣＵ３９が出力する制御信号がオフ状態になると、ゲート信号Ｇ１もオフ状態となり、且つ、ＡＮＤ回路４７の出力端子もローレベルとなるので、ＦＥＴ４３及び５９は共にオフ状態となる。このとき、駆動用ソレノイド６３ａに蓄えられている電磁エネルギは、回生用ダイオード６４，コンデンサ２３及びフライホイールダイオード６２の経路で回生電流として流れて高電圧安定化電源回路３８に回生される。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、ＥＣＵ３９によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じてＦＥＴ４３にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路４５が動作を開始して、電流検出抵抗６５により検出された電流値に応じてＦＥＴ５９にゲート信号を与えることにより、インジェクタの駆動用ソレノイド６３ａに高電圧安定化電源回路３８から駆動電流Ｉが流れる。そして、第２の制御回路４５は、電流検出抵抗６５が駆動電流Ｉの設定電流値１．２Ａを検出するまではＦＥＴ５９にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流を０．４Ａに維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成した。
【００３７】
従って、１つの高電圧安定化電源回路３８によってインジェクタの開弁及びその保持が制御されるので、従来の２電源を使用する場合に必要としたトランジスタ９やダイオード１０に対応する回路素子を削減することができ、回路構成を簡素化できる。また、保持電流をバッテリ２０から供給しないので、駆動用ソレノイド６３ａには高インピーダンスのものを使用することができる。これは、ソレノイドの吸引力はソレノイドの巻数と電流との積に比例し、また、ソレノイドのインピーダンスは巻数の２乗に比例することから、同一の吸引力を得る場合に高インピーダンスのソレノイドに通電して得る方が電流値は低く押さえられることになるので、本実施例のインジェクタの駆動装置６６によれば、従来の駆動装置よりも消費電力及び回路素子の発熱量を低減することができる。
【００３８】
尚、駆動用ソレノイド６３ａが高インピーダンスであることにより、ＥＣＵ３９から制御信号が与えられてから設定電流値１．２Ａに達するまでの時間に遅れを生じるが、この遅れ時間の分だけＥＣＵ３９が制御信号を与えるタイミングを早めれば良いので、実動作上は何等問題はない。
【００３９】
また、本実施例によれば、インジェクタ電流駆動回路４０ａのＦＥＴ４３及び５９が共にオフした時に駆動用ソレノイド６３ａに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路３８に回生する回生用ダイオード６４を備えたので、ＦＥＴ４３の耐圧は、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧５６Ｖ以上を必要とすることはなく、加えて、駆動装置６６の電力効率を高めることができる。
【００４０】
更に、本実施例によれば、高電圧安定化電源回路３８を、その制御回路２７が、コンデンサ２３の電位が高電圧出力電位５６Ｖの低下を検出すると、直ちに充電して昇圧を行うように構成したので、１つの高電圧安定化電源回路３８によって複数のインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…を順次駆動することができ（独立噴射方式）、また、複数の気筒のインジェクタが同時に燃料を噴射する同時噴射方式にも対応することが可能である。
【００４１】
図６は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第２実施例では、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８から基準電圧源３１及び矩形波発振回路３７並びにＡＮＤ回路３２が除かれている。そして、比較器３０の非反転入力端子には三角波発振器６７の出力端子が接続され、比較器３０の出力端子はＦＥＴ２４のゲート端子に接続されており、以て、制御回路２７に代わる制御回路６８が構成されている。また、他は第１実施例と同一構成であり、以て、高電圧安定化電源回路６９が構成されている。
【００４２】
次に、第２実施例の作用を説明する。比較器３０では、三角波発振器６７の発振出力のレベルと、抵抗２８及び２９により適当な値に分圧された高電圧出力レベルとが比較され、両者のレベル差に応じたＰＷＭ信号が出力されてゲート信号ＧとしてＦＥＴ２４のゲート端子に与えられる。ＦＥＴ２４は、そのＰＷＭ信号のハイレベルのパルス幅に応じて昇圧用ソレノイド２１を通断電制御するので、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８と同様な高電圧出力が得られる。
【００４３】
図７は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第３実施例では、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８の昇圧用ソレノイド２１の代わりにパルストランス（昇圧用ソレノイド）７０の１次コイル７０ａが接続され、グランドとダイオード２２のアノードとの間には、パルストランス７０の２次コイル７０ｂが接続されており、以て、高電圧安定化電源回路７１が構成されている。他は第１実施例と同一構成である。
【００４４】
次に、第３実施例の作用を説明する。高電圧安定化電源回路７１は、ＦＥＴ２４によってパルストランス７０の１次コイル７０ａを通断電することにより、その２次コイル７０ｂに誘起される電流でコンデンサ２３を充電する所謂フライバック方式で構成されているので、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８と同様な高電圧出力が得られる。
【００４５】
図８は本発明の第４実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第４実施例では、第１実施例のインジェクタ電流駆動回路４０ａにおけるＦＥＴ５９の代わりに、ＰＮＰ型のトランジスタ７２が、エミッタ端子を高電圧電源線２５側にして接続されている。また、ＦＥＴ４３は、駆動用ソレノイド６３ａと電流検出抵抗６５との間から除かれており、両者は直結されている。
【００４６】
そして、その駆動用ソレノイド６３ａ及び電流検出抵抗６５の直列回路と並列に、逆方向のダイオード８０とＮＰＮ型のトランジスタ７３との直列回路がコレクタ端子をグランド側にして接続され、トランジスタ７３のコレクタ及びエミッタ端子間には、ツェナーダイオード７４が逆方向に接続されており、フライホイールダイオード６２及び回生用ダイオード６４は除かれている。他は、第１実施例と同一構成である。以上がインジェクタ電流駆動回路７５ａを構成している。しかして、トランジスタ７２及び７３のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ２及びＧ１がそれぞれに与えられるようになっており、従って、第１実施例と略同様の作用効果が得られる。
【００４７】
図９は本発明の第５実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第５実施例では、インジェクタ電流駆動回路４０ａにおけるＦＥＴ４３の代わりにＮＰＮ型のトランジスタ７６が接続されている。
【００４８】
そして、ＦＥＴ５９は除かれており、駆動用ソレノイド６３ａの一端子は高電圧電源線２５に直結されている。また、駆動用ソレノイド６３ａに並列に、逆方向のダイオード８１とＮＰＮ型のトランジスタ７７との直列回路がエミッタ端子を高電圧電源線２５側にして接続され、更に、ツェナーダイオード７８もまた、トランジスタ７７のコレクタ及びエミッタ間に接続されている。尚、第４実施例と同様に、フライホイールダイオード６２及び回生用ダイオード６４は除かれており、他は、第１実施例と同一構成である。以上がインジェクタ電流駆動回路７９ａを構成している。しかして、トランジスタ７６のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ２と逆相のゲート信号が与えられ、トランジスタ７７のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ１が与えられるようになっており、従って、第１実施例と略同様の作用効果が得られる。
【００４９】
本発明は上記しかつ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
第１乃至第３実施例におけるスイッチング素子の内、ｎチャネルのＦＥＴはＮＰＮ形のトランジスタに置き換えても良い。また、ＦＥＴ５９は、抵抗６０及びツェナーダイオード６１を削除してＰＮＰ形トランジスタに置き換えても良い。
【００５０】
矩形波発振回路３７の発振周波数及びデュ−ティ比は、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧、昇圧用ソレノイド２１のインダクタンスや通電時間及び通電時間後の電流値を変更することにより適宜変更が可能である。
起動電流の設定電流値１．２Ａ及び保持電流の電流値０．４Ａについても駆動用ソレノイド６３ａの選択に応じて変更して良く、その変更に応じて電流検出抵抗６５の抵抗値を変更したり、抵抗４９乃至５１の抵抗値を変えて分圧比を適宜変更すれば良い。
抵抗２８及び２９の分圧比を、基準電圧源３１の出力電圧に応じて適宜変更して良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すインジェクタの駆動装置の電気的構成を示す図
【図２】高電圧安定化電源回路の制御回路の電気的構成を示す図
【図３】インジェクタ電流駆動回路の第２の制御回路の電気的構成を示す図
【図４】高電圧安定化電源回路の動作波形図
【図５】インジェクタの駆動装置の図４相当図
【図６】本発明の第２実施例の要部を示す図１相当図
【図７】本発明の第３実施例の要部を示す図１相当図
【図８】本発明の第４実施例の要部を示す図１相当図
【図９】本発明の第５実施例の要部を示す図１相当図
【図１０】従来技術を示す図１相当図
【図１１】動作波形図
【符号の説明】
２０はバッテリ（低電圧直流電源）、２１は昇圧用ソレノイド、２３はコンデンサ、２４はＦＥＴ（スイッチング素子）、２７は制御回路、３８は高電圧安定化電源、３９はＥＣＵ（第１の制御回路）、４０ａ，４０ｂ，…はインジェクタ電流駆動回路、４３はＦＥＴ（駆動用スイッチング素子）、４５は第２の制御回路、５９はＦＥＴ（制御用スイッチング素子）、６３ａ，６３ｂ，…は駆動用ソレノイド、６４は回生用ダイオード、６５は電流検出抵抗、６６は駆動装置、６８は制御回路、６９は高電圧安定化電源回路、７０はパルストランス（昇圧用ソレノイド）、７１は高電圧安定化電源回路、７２及び７３はトランジスタ、７５ａはインジェクタ電流駆動回路、７６及び７７はトランジスタ、７９ａはインジェクタ電流駆動回路を示す。
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に使用されるインジェクタの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の燃料噴射装置に使用されるインジェクタの駆動装置の一例として、例えば特開昭５９−８５４３４公報に開示されているものがある。この従来技術の概略を表した回路図を図１０に示す。この図１０において、バッテリ１からソレノイド２に通電される電流は、トランジスタ３によってスイッチング制御され、ソレノイド２に電磁エネルギとして蓄積される。蓄積された電磁エネルギは、ダイオード４を介してコンデンサ５に充電され、コンデンサ５は、高電圧に昇圧される。
【０００３】
そして、図１１中の領域Ａで示すように、大電流を必要とするインジェクタ６の開弁時には、トランジスタ７をオンすると同時に、コンデンサ５の高電圧をトランジスタ８を介して放電することによりインジェクタ６のソレノイド６ａに通電する。また、インジェクタ６が開弁した状態を保持する期間は比較的低電流で維持できるため（図１１中の領域Ｂ）、バッテリ１からトランジスタ９及びダイオード１０を介してソレノイド６ａに直接通電するようにしている。また、ダイオード１１は、フライホイール用に設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来技術では次のような問題があった。第１に、インジェクタ６の開弁保持期間（図１１中の領域Ｂ）にはバッテリ１から直接通電するため、インジェクタ６のソレノイド６ａは低インピーダンスのものを使用する必要があり、結果としてソレノイド６ａに流れる電流値が高くなるため消費電力が大で、回路素子たるトランジスタ７，８の発熱量も大きい。
【０００５】
第２に、インジェクタ６の開弁及び保持でコンデンサ５の高電圧及びバッテリ１の低電圧の２電源を用いるため、両電圧の印加を制御するためにトランジスタ７乃至９やダイオード１０のように多くの回路素子が必要であり、また、これらを制御するのに複雑な制御回路を要する。
【０００６】
第３に、インジェクタ６の開弁時に放電完了したコンデンサ５を再充電するには時間が必要であり、そのため、１個の高電圧源では、独立噴射方式で使用することは可能であるが、複数気筒のインジェクタを同時に開弁する同時噴射方式で使用することができない。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、その目的は、インジェクタの開弁及びその保持を、１つの高電圧源からインジェクタの駆動用ソレノイドに通断電制御して行うことにより、回路素子の発熱量を低減し、また、回路素子数を削減して回路の簡素化を図ることができ、且つ、同時噴射方式にも対応できるインジェクタの駆動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のインジェクタの駆動装置は、低電圧直流電源と、この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びにスイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路と、前記駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗とを備え、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記起動電流並びに前記保持電流を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２記載のインジェクタの駆動装置は、インジェクタ電流駆動回路を、高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備して構成し、この第２の制御回路を、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３記載のインジェクタの駆動装置は、低電圧直流電源と、この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び前記昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びに前記スイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路とを具備し、前記インジェクタ電流駆動回路は、高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、インジェクタの駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗と、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、前記駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備し、この第２の制御回路は、前記電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは前記制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成され、インジェクタ電流駆動回路の制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子が共にオフした時に駆動用ソレノイドに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路に回生する回生用ダイオードを備えるものである。
【００１１】
【作用及び発明の効果】
請求項１記載のインジェクタの駆動装置によれば、インジェクタ電流駆動回路の作用により、インジェクタの駆動用ソレノイドに対して高電圧安定化電源回路から起動電流及びその後の保持電流を供給する。従って、１つの高電圧安定化電源回路によりインジェクタの開弁及びその保持を行うことができるので、従来のような高，低電圧の２電源を用いる場合とは異なり、回路素子数を削減し得て、回路の簡素化を図り得、また、インジェクタの駆動用ソレノイドとして従来のそれよりも高インピーダンスのものを用いることができて、回路素子の発熱量を低減し得、しかも、高電圧安定化電源回路のコンデンサは常に高電圧に一定に保持されるので、独立噴射方式のみならず同時噴射方式にも採用することができる。
【００１２】
請求項２記載のインジェクタの駆動装置によれば、第１の制御回路によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて駆動用スイッチング素子にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路が動作を開始して、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える。この制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子によって、高電圧安定化電源回路よりの高電圧安定化電源が、インジェクタの駆動用ソレノイドに供給される。そして、第２の制御回路は、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて制御するので、１つの高電圧安定化電源によってインジェクタの起動及び保持を確実に行うことができる。
【００１３】
請求項３記載のインジェクタの駆動装置によれば、インジェクタ電流駆動回路の作用により、インジェクタの駆動用ソレノイドに対して高電圧安定化電源回路から起動電流及びその後の保持電流を供給する。従って、１つの高電圧安定化電源回路によりインジェクタの開弁及びその保持を行うことができるので、従来のような高，低電圧の２電源を用いる場合とは異なり、回路素子数を削減し得て、回路の簡素化を図り得、また、インジェクタの駆動用ソレノイドとして従来のそれよりも高インピーダンスのものを用いることができて、回路素子の発熱量を低減し得、しかも、高電圧安定化電源回路のコンデンサは常に高電圧に一定に保持されるので、独立噴射方式のみならず同時噴射方式にも採用することができる。
また、第１の制御回路によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて駆動用スイッチング素子にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路が動作を開始して、電流検出抵抗により検出された電流値に応じて制御用スイッチング素子にゲート信号を与える。この制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子によって、高電圧安定化電源回路よりの高電圧安定化電源が、インジェクタの駆動用ソレノイドに供給される。そして、第２の制御回路は、電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて制御するので、１つの高電圧安定化電源によってインジェクタの起動及び保持を確実に行うことができる。
更に、インジェクタ電流駆動回路の制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子が共にオフした時に駆動用ソレノイドに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路に回生する回生用ダイオードを備えるので、電力効率を高めることができる。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の第１実施例について図１乃至図５を参照して説明する。インジェクタの駆動装置の全体の電気的構成を示す図１において、バッテリ（低電圧直流電源）２０の負端子はグランドに接続されており、正端子は昇圧用ソレノイド２１の一方の端子に接続されている。昇圧用ソレノイド２１の他方の端子はダイオード２２のアノードに接続されており、ダイオード２２のカソードとグランドとの間にはコンデンサ２３が接続されている。また、ダイオード２２のアノードにはＦＥＴ（スイッチング素子）２４のドレイン端子に接続され、ＦＥＴ２４のソース端子はグランドに接続されている。
【００１５】
ダイオード２２とコンデンサ２３の共通接続点には、高電圧電源線２５が接続されており、これにより後述するインジェクタ電流駆動回路に高電圧電源を供給するようになっている。また、高電圧電源線２５には高電圧検出線２６が接続されており、この高電圧検出線２６は、図２に示す制御回路２７の入力端子に接続されている。
【００１６】
制御回路２７の電気的構成を示す図２において、高電圧検出線２６とグランドとの間には抵抗２８及び２９の直列回路が接続されており、抵抗２８及び２９の共通接続点は、比較器３０の反転入力端子に接続されている。また、比較器３０の非反転入力端子とグランドとの間には、基準電圧源３１が接続されている。そして、比較器３０の出力端子は、ＡＮＤ回路３２の一方の入力端子に接続されている。
【００１７】
シュミットトリガＮＯＴ回路３３の入力端子とグランドとの間にはコンデンサ３４が接続され、シュミットトリガＮＯＴ回路３３の入力端子と出力端子との間には、抵抗３５ａ及び３５ｂの直列回路が接続されている。また、抵抗３５ａ及び３５ｂの共通接続点とシュミットトリガＮＯＴ回路３３の出力端子との間には、ダイオード３６が順方向に接続されている。以上のシュミットトリガＮＯＴ回路３３，コンデンサ３４，抵抗３５ａ及び３５ｂ並びにダイオード３６は、所定のデュ−ティ比をもって発振する矩形波発振回路３７を構成している。
【００１８】
そして、シュミットトリガＮＯＴ回路３３の出力端子は、ＡＮＤ回路３２の他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路３２の出力端子は、ｎチャネルのＦＥＴ２４のゲート端子に接続されており、ゲート信号Ｇを与えるように構成されている。以上が制御回路２７を構成しており、図１について前述した部分と合わせて、高電圧安定化電源回路３８を構成している。
【００１９】
再び、図１において、第１の制御回路であるＥＣＵ３９は、図示しない内燃機関が有する複数の気筒に対応する複数のインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…に対して制御信号線４１ａ，４１ｂ，…によって制御信号を与えるように構成されている。その内の制御信号線４１ａは、バッファ４２を介してｎチャネルのＦＥＴ（駆動用スイッチング素子）４３のゲート端子に接続され、制御信号をゲート信号Ｇ１として与えると共に、そのゲート信号Ｇ１は、図３に示す第２の制御回路４５の入力端子にも与えられるように構成されている。
【００２０】
第２の制御回路４５の電気的構成を示す図３において、ゲート信号Ｇ１は、Ｄフリップフロップ４６のクロック入力端子に与えられると共に、ＡＮＤ回路４７の一方の入力端子にも与えられるように構成されている。また、Ｄフリップフロップ４６のデータ入力端子及び負論理のプリセット入力端子は、共に回路電源Ｖccに接続されてプルアップされている。そして、Ｄフリップフロップ４６のセット出力端子は、ＯＲ回路４８の一方の入力端子に接続されている。
【００２１】
回路電源Ｖccとグランドとの間には、抵抗４９，５０及び５１の直列回路が接続されている。その抵抗４９及び５０の共通接続点は、比較器５２の非反転入力端子に接続され、抵抗５０及び５１の共通接続点は、比較器５３の非反転入力端子に接続されている。そして、電流検出信号線５４は、比較器５２の反転入力端子に接続されていると共に、抵抗５５を介して比較器５３の反転入力端子に接続されている。比較器５３の出力端子は、ＯＲ回路４８の他方の入力端子に接続されていると共に、その出力端子と比較器５３の反転入力端子との間には、帰還抵抗５６が接続されている。また、比較器５２の出力端子は、Ｄフリップフロップ４６の負論理のクリア入力端子に接続されている。
【００２２】
ＯＲ回路４８の出力端子は、ＡＮＤ回路４７の他方の入力端子に接続され、ＡＮＤ回路４７の出力端子は、ｎチャネルのＦＥＴ５７のゲート端子に接続されている。ＦＥＴ５７のソース端子はグランドに接続されており、ＦＥＴ５７のドレイン端子（出力端子）は、抵抗５８を介して図１に示すｐチャネルのＦＥＴ（制御用スイッチング素子）５９のゲート端子に接続され、ゲート信号Ｇ２を与えるように構成されている。以上が第２の制御回路４５を構成している。
【００２３】
図１において、ＦＥＴ５９のソース端子とゲート端子との間には、抵抗６０及びツェナーダイオード６１の並列回路が接続され、ＦＥＴ５９のソース端子には、高電圧電源線２５が接続されている。そして、ＦＥＴ５９のドレイン端子とグランドとの間には、フライホイールダイオード６２が逆方向に接続されている。また、ＦＥＴ５９のドレイン端子とＦＥＴ４３のドレイン端子との間には、複数の気筒に対応した複数のインジェクタに対応する駆動用ソレノイド６３ａ，６３ｂ，…の内の１つの駆動用ソレノイド６３ａが接続されている。更に、ＦＥＴ４３のドレイン端子と高電圧電源線２５との間には、回生用ダイオード６４が順方向に接続されており、ＦＥＴ４３のソース端子とグランドとの間には、電流検出抵抗６５が接続されている。以上がインジェクタ電流駆動回路４０ａを構成しており、他のインジェクタ電流駆動回路４０ｂ，…も全て同一の構成である。また、高電圧安定化電源回路３８とインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…とは、インジェクタの駆動装置６６を構成している。
【００２４】
次に、本実施例の作動を図４及び図５をも参照して説明する。まず、高電圧安定化電源回路３８の動作について説明する。バッテリ２０の直流電圧を例えば１４Ｖとして、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧を例えば５６Ｖに設定すると、両電圧の差は４２Ｖとなる。ＦＥＴ２４がオン状態になると、バッテリ２０から昇圧用ソレノイド２１に通電が行われてエネルギが蓄積され、ＦＥＴ２４がオフ状態になると、その蓄積エネルギによりコンデンサ２３が充電される。シュミットトリガＮＯＴ回路３３を中心とする矩形波発振回路３７は、この通断電のサイクルを発生させるものである。
【００２５】
ここで、昇圧用ソレノイド２１の通電時間（ＦＥＴ２４のオン時間）をｔ１とし、コンデンサ２３の充電時間（ＦＥＴ２４のオフ時間）をｔ２とすると、通電時間ｔ１とバッテリ電圧１４Ｖの積と、充電時間ｔ２と前記差電圧４２Ｖとの積は等しくなるように、即ち、１４×ｔ１＝４２×ｔ２となるように決定される。従って、ｔ１とｔ２との比は３対１になる。インダクタンスＬの昇圧用ソレノイド２１に１４Ｖの電圧をｔ１時間通電したときに流れる電流ｉは、ｉ＝１４×ｔ１／Ｌで与えられるので、インダクタンスを１４μＨ、ｔ１を１０μｓとしてｉを１０Ａと決定すれば、ｔ２は３．３３μｓとなる。
【００２６】
従って、昇圧用ソレノイド２１を流れる電流ｉは、図４（ａ）に示すような電流波形にすれば良い。よって、矩形波発振回路３７の出力を、図４（ｃ）に示すような波形、即ち、周期１３．３３μｓ（周波数７５ＫＨｚ）でデュ−ティ比７５％の矩形波となるように、抵抗３５ａ及び３５ｂ並びにコンデンサ３４の値を決定する。
【００２７】
また、比較器３０は、高電圧安定化電源回路３８の高電圧出力５６Ｖのレベルを検出する。例えば抵抗２８及び２９の値を１ＫΩ及び５５ＫΩとして基準電圧源３１を１Ｖとすれば、高電圧電源線２５が５６Ｖ未満の場合、比較器３０の出力端子はハイレベルとなり、ＡＮＤ回路３２から矩形波発振回路３７の出力波形が出力されてコンデンサ２３が充電され、高電圧電源線２５が５６Ｖ以上の場合は、比較器３０の出力端子はローレベルとなる（図４（ｄ）参照）。
【００２８】
そして、ＡＮＤ回路３２の出力，即ちゲート信号Ｇとしては、比較器３０の出力レベルがハイレベルのときのみ矩形波発振回路３７の出力波形が出力される（図４（ｂ）参照）。ゲート信号ＧがハイレベルのときにはＦＥＴ２４はオンとなり、昇圧用ソレノイド２１を流れる電流ｉは０Ａから次第に増加して１０μｓ後には１０Ａに達する。すると、ゲート信号ＧはローレベルとなってＦＥＴ２４はオフとなり、電流ｉは１０Ａから次第に減少して行くと共にコンデンサ２３を充電する。それに伴ってコンデンサ２３の電位は上昇し、電流ｉが０Ａになると５６Ｖに達して、比較器３０の出力はローレベルになる。以上のようにして、電流ｉは図４（ａ）に示すような電流波形となり、コンデンサ２３の端子電圧は常に５６Ｖに保たれる。
【００２９】
一方、ＥＣＵ３９は、内燃機関の各気筒毎の燃料噴射タイミングに応じてそれぞれに制御信号を与える。ここで、インジェクタの駆動用ソレノイド６３ａに通電してインジェクタを開弁するための起動電流を設定電流値１．２Ａまで流し、インジェクタが開弁した状態を保持するための保持電流を０．４Ａ流すように制御を行うものとする。ＥＣＵ３９の制御信号は、図５（ａ）に示すように出力され、バッファ４２を介してゲート信号Ｇ１としてＦＥＴ４３のゲート端子及び第２の制御回路４５のＤフリップフロップ４６のクロック入力端子に与えられる。
【００３０】
ＦＥＴ４３は、ゲート信号Ｇ１がハイレベルの間オン状態となる（図５（ｂ）参照）。Ｄフリップフロップ４６は、図示しないイニシャルリセット回路によってリセットされており、そのセット出力端子は、初期状態でローレベルとなっている。そして、Ｄフリップフロップ４６は、ゲート信号Ｇ１がクロック入力端子に与えられると、その立ち上がりエッジでセット出力端子はハイレベルとなる（図５（ｆ）参照）。すると、ＯＲ回路４８及びＡＮＤ回路４７を介してＦＥＴ５７のゲート端子がハイレベルとなってＦＥＴ５７はオン状態となり、ゲート信号Ｇ２がローレベルとなってＦＥＴ５９はオン状態となる（図５（ｄ）及び（ｅ）参照）。従って、ＦＥＴ４３及び５９が共にオン状態になることにより、駆動用ソレノイド６３ａに通電が開始される。
【００３１】
また、抵抗４９，５０及び５１は回路電源Ｖccを分圧しており、比較器５２の非反転入力端子は１２０ｍＶ、比較器５３の非反転入力端子は４０ｍＶの電位となるようにその抵抗値が決定されている。そして、電流検出抵抗６５を０．１Ωとすれば、電流検出抵抗６５の端子電圧は、駆動用ソレノイドに流れる駆動電流Ｉが設定電流値１．２Ａのときに１２０ｍＶになる。従って、比較器５２の出力端子は駆動電流Ｉの電流値が０〜１．２Ａの間でハイレベルとなり、比較器５３の出力端子は駆動電流Ｉの電流値が０〜０．４Ａの間でハイレベルとなる。
【００３２】
今、駆動用ソレノイド６３ａに高電圧電源線２５から高電圧が供給されて通電が開始されると、駆動電流Ｉは起動電流として流れて０から次第に上昇して行き（図５（ｃ）参照）、それに伴って電流検出抵抗６５の端子電圧も上昇する。そして、図示しないインジェクタのコアが電磁力により吸引されてインジェクタが開弁する方向に動き出し、駆動電流Ｉの電流値が１．２Ａに達すれば、コアは最大ストロークまで達して完全に開弁した状態になる。
【００３３】
駆動電流Ｉが１．２Ａに達して電流検出抵抗６５の端子電圧が１２０ｍＶになると、比較器５２の出力端子はローレベルとなり、Ｄフリップフロップ４６はクリアされ、そのセット出力端子は図５（ｆ）に示すようにローレベルとなる。このとき、ＯＲ回路４８の入力端子はどちらもローレベルであるから、ＦＥＴ５７及び５９はオフ状態となる。従って、駆動用ソレノイド６３ａの遅れ電流は、ＦＥＴ４３，電流検出抵抗６５及びフライホイールダイオード６２の経路で循環する。
【００３４】
そして、駆動電流Ｉの電流値は１．２Ａから低下して行き、０．４Ａを下回ると比較器５３の出力端子がハイレベルとなる。すると、ＡＮＤ回路４７の出力端子はハイレベルとなり、駆動用ソレノイド６３ａに再び通電が開始される。比較器５３の出力端子は、駆動電流Ｉの電流値が０．４Ａを超えるとローレベルになるので、以降、ゲート信号Ｇ１がハイレベルの間は、ＦＥＴ５９のゲート信号は図５（ｄ）に示すように間欠的に与えられる。従って、ＦＥＴ５９は図５（ｅ）に示すように間欠的にオン状態となって、駆動電流Ｉは０．４Ａを維持するように制御され、その間インジェクタは開弁状態を保持する。尚、帰還抵抗５６の抵抗値は１ＭΩ程度として、駆動電流Ｉの電流値０．４Ａ付近での比較器５３の出力の切替わりにヒステリシスを持たせるようにする。
【００３５】
その後、ＥＣＵ３９が出力する制御信号がオフ状態になると、ゲート信号Ｇ１もオフ状態となり、且つ、ＡＮＤ回路４７の出力端子もローレベルとなるので、ＦＥＴ４３及び５９は共にオフ状態となる。このとき、駆動用ソレノイド６３ａに蓄えられている電磁エネルギは、回生用ダイオード６４，コンデンサ２３及びフライホイールダイオード６２の経路で回生電流として流れて高電圧安定化電源回路３８に回生される。
【００３６】
以上のように本実施例によれば、ＥＣＵ３９によって、インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じてＦＥＴ４３にゲート信号が与えられる。それと同時に、そのゲート信号を受けて第２の制御回路４５が動作を開始して、電流検出抵抗６５により検出された電流値に応じてＦＥＴ５９にゲート信号を与えることにより、インジェクタの駆動用ソレノイド６３ａに高電圧安定化電源回路３８から駆動電流Ｉが流れる。そして、第２の制御回路４５は、電流検出抵抗６５が駆動電流Ｉの設定電流値１．２Ａを検出するまではＦＥＴ５９にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流を０．４Ａに維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成した。
【００３７】
従って、１つの高電圧安定化電源回路３８によってインジェクタの開弁及びその保持が制御されるので、従来の２電源を使用する場合に必要としたトランジスタ９やダイオード１０に対応する回路素子を削減することができ、回路構成を簡素化できる。また、保持電流をバッテリ２０から供給しないので、駆動用ソレノイド６３ａには高インピーダンスのものを使用することができる。これは、ソレノイドの吸引力はソレノイドの巻数と電流との積に比例し、また、ソレノイドのインピーダンスは巻数の２乗に比例することから、同一の吸引力を得る場合に高インピーダンスのソレノイドに通電して得る方が電流値は低く押さえられることになるので、本実施例のインジェクタの駆動装置６６によれば、従来の駆動装置よりも消費電力及び回路素子の発熱量を低減することができる。
【００３８】
尚、駆動用ソレノイド６３ａが高インピーダンスであることにより、ＥＣＵ３９から制御信号が与えられてから設定電流値１．２Ａに達するまでの時間に遅れを生じるが、この遅れ時間の分だけＥＣＵ３９が制御信号を与えるタイミングを早めれば良いので、実動作上は何等問題はない。
【００３９】
また、本実施例によれば、インジェクタ電流駆動回路４０ａのＦＥＴ４３及び５９が共にオフした時に駆動用ソレノイド６３ａに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路３８に回生する回生用ダイオード６４を備えたので、ＦＥＴ４３の耐圧は、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧５６Ｖ以上を必要とすることはなく、加えて、駆動装置６６の電力効率を高めることができる。
【００４０】
更に、本実施例によれば、高電圧安定化電源回路３８を、その制御回路２７が、コンデンサ２３の電位が高電圧出力電位５６Ｖの低下を検出すると、直ちに充電して昇圧を行うように構成したので、１つの高電圧安定化電源回路３８によって複数のインジェクタ電流駆動回路４０ａ，４０ｂ，…を順次駆動することができ（独立噴射方式）、また、複数の気筒のインジェクタが同時に燃料を噴射する同時噴射方式にも対応することが可能である。
【００４１】
図６は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第２実施例では、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８から基準電圧源３１及び矩形波発振回路３７並びにＡＮＤ回路３２が除かれている。そして、比較器３０の非反転入力端子には三角波発振器６７の出力端子が接続され、比較器３０の出力端子はＦＥＴ２４のゲート端子に接続されており、以て、制御回路２７に代わる制御回路６８が構成されている。また、他は第１実施例と同一構成であり、以て、高電圧安定化電源回路６９が構成されている。
【００４２】
次に、第２実施例の作用を説明する。比較器３０では、三角波発振器６７の発振出力のレベルと、抵抗２８及び２９により適当な値に分圧された高電圧出力レベルとが比較され、両者のレベル差に応じたＰＷＭ信号が出力されてゲート信号ＧとしてＦＥＴ２４のゲート端子に与えられる。ＦＥＴ２４は、そのＰＷＭ信号のハイレベルのパルス幅に応じて昇圧用ソレノイド２１を通断電制御するので、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８と同様な高電圧出力が得られる。
【００４３】
図７は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第３実施例では、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８の昇圧用ソレノイド２１の代わりにパルストランス（昇圧用ソレノイド）７０の１次コイル７０ａが接続され、グランドとダイオード２２のアノードとの間には、パルストランス７０の２次コイル７０ｂが接続されており、以て、高電圧安定化電源回路７１が構成されている。他は第１実施例と同一構成である。
【００４４】
次に、第３実施例の作用を説明する。高電圧安定化電源回路７１は、ＦＥＴ２４によってパルストランス７０の１次コイル７０ａを通断電することにより、その２次コイル７０ｂに誘起される電流でコンデンサ２３を充電する所謂フライバック方式で構成されているので、第１実施例の高電圧安定化電源回路３８と同様な高電圧出力が得られる。
【００４５】
図８は本発明の第４実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第４実施例では、第１実施例のインジェクタ電流駆動回路４０ａにおけるＦＥＴ５９の代わりに、ＰＮＰ型のトランジスタ７２が、エミッタ端子を高電圧電源線２５側にして接続されている。また、ＦＥＴ４３は、駆動用ソレノイド６３ａと電流検出抵抗６５との間から除かれており、両者は直結されている。
【００４６】
そして、その駆動用ソレノイド６３ａ及び電流検出抵抗６５の直列回路と並列に、逆方向のダイオード８０とＮＰＮ型のトランジスタ７３との直列回路がコレクタ端子をグランド側にして接続され、トランジスタ７３のコレクタ及びエミッタ端子間には、ツェナーダイオード７４が逆方向に接続されており、フライホイールダイオード６２及び回生用ダイオード６４は除かれている。他は、第１実施例と同一構成である。以上がインジェクタ電流駆動回路７５ａを構成している。しかして、トランジスタ７２及び７３のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ２及びＧ１がそれぞれに与えられるようになっており、従って、第１実施例と略同様の作用効果が得られる。
【００４７】
図９は本発明の第５実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分のみ説明する。第５実施例では、インジェクタ電流駆動回路４０ａにおけるＦＥＴ４３の代わりにＮＰＮ型のトランジスタ７６が接続されている。
【００４８】
そして、ＦＥＴ５９は除かれており、駆動用ソレノイド６３ａの一端子は高電圧電源線２５に直結されている。また、駆動用ソレノイド６３ａに並列に、逆方向のダイオード８１とＮＰＮ型のトランジスタ７７との直列回路がエミッタ端子を高電圧電源線２５側にして接続され、更に、ツェナーダイオード７８もまた、トランジスタ７７のコレクタ及びエミッタ間に接続されている。尚、第４実施例と同様に、フライホイールダイオード６２及び回生用ダイオード６４は除かれており、他は、第１実施例と同一構成である。以上がインジェクタ電流駆動回路７９ａを構成している。しかして、トランジスタ７６のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ２と逆相のゲート信号が与えられ、トランジスタ７７のベース端子には、第１実施例のゲート信号Ｇ１が与えられるようになっており、従って、第１実施例と略同様の作用効果が得られる。
【００４９】
本発明は上記しかつ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
第１乃至第３実施例におけるスイッチング素子の内、ｎチャネルのＦＥＴはＮＰＮ形のトランジスタに置き換えても良い。また、ＦＥＴ５９は、抵抗６０及びツェナーダイオード６１を削除してＰＮＰ形トランジスタに置き換えても良い。
【００５０】
矩形波発振回路３７の発振周波数及びデュ−ティ比は、高電圧安定化電源回路３８の出力電圧、昇圧用ソレノイド２１のインダクタンスや通電時間及び通電時間後の電流値を変更することにより適宜変更が可能である。
起動電流の設定電流値１．２Ａ及び保持電流の電流値０．４Ａについても駆動用ソレノイド６３ａの選択に応じて変更して良く、その変更に応じて電流検出抵抗６５の抵抗値を変更したり、抵抗４９乃至５１の抵抗値を変えて分圧比を適宜変更すれば良い。
抵抗２８及び２９の分圧比を、基準電圧源３１の出力電圧に応じて適宜変更して良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すインジェクタの駆動装置の電気的構成を示す図
【図２】高電圧安定化電源回路の制御回路の電気的構成を示す図
【図３】インジェクタ電流駆動回路の第２の制御回路の電気的構成を示す図
【図４】高電圧安定化電源回路の動作波形図
【図５】インジェクタの駆動装置の図４相当図
【図６】本発明の第２実施例の要部を示す図１相当図
【図７】本発明の第３実施例の要部を示す図１相当図
【図８】本発明の第４実施例の要部を示す図１相当図
【図９】本発明の第５実施例の要部を示す図１相当図
【図１０】従来技術を示す図１相当図
【図１１】動作波形図
【符号の説明】
２０はバッテリ（低電圧直流電源）、２１は昇圧用ソレノイド、２３はコンデンサ、２４はＦＥＴ（スイッチング素子）、２７は制御回路、３８は高電圧安定化電源、３９はＥＣＵ（第１の制御回路）、４０ａ，４０ｂ，…はインジェクタ電流駆動回路、４３はＦＥＴ（駆動用スイッチング素子）、４５は第２の制御回路、５９はＦＥＴ（制御用スイッチング素子）、６３ａ，６３ｂ，…は駆動用ソレノイド、６４は回生用ダイオード、６５は電流検出抵抗、６６は駆動装置、６８は制御回路、６９は高電圧安定化電源回路、７０はパルストランス（昇圧用ソレノイド）、７１は高電圧安定化電源回路、７２及び７３はトランジスタ、７５ａはインジェクタ電流駆動回路、７６及び７７はトランジスタ、７９ａはインジェクタ電流駆動回路を示す。
Claims (3)
- 低電圧直流電源と、
この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び前記昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びに前記スイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、
この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路と、
前記駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗とを備え、
前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて、前記起動電流並びに前記保持電流を制御することを特徴とするインジェクタの駆動装置。 - インジェクタ電流駆動回路は、
高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、
インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、前記駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、
この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備し、
この第２の制御回路は、前記電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは前記制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のインジェクタの駆動装置。 - 低電圧直流電源と、
この低電圧直流電源により昇圧用ソレノイドに通断電するスイッチング素子及び前記昇圧用ソレノイドの蓄積エネルギが蓄積されるコンデンサ並びに前記スイッチング素子をオンオフ制御してコンデンサの端子間電圧を高電圧に一定に保持する制御回路を備えた高電圧安定化電源回路と、
この高電圧安定化電源回路によりインジェクタの駆動用ソレノイドに起動電流を供給した後保持電流を供給するインジェクタ電流駆動回路とを具備し、
前記インジェクタ電流駆動回路は、
高電圧安定化電源回路より供給される高電圧安定化電源をインジェクタの駆動用ソレノイドに供給する制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子と、
インジェクタの駆動用ソレノイドに流れる電流を検出する電流検出抵抗と、
インジェクタを開弁させるタイミングと時間に応じて、前記駆動用スイッチング素子にゲート信号を与える第１の制御回路と、
この第１の制御回路のゲート信号を受けて動作を開始し、前記電流検出抵抗により検出された電流値に応じて前記制御用スイッチング素子にゲート信号を与える第２の制御回路とを具備し、
この第２の制御回路は、前記電流検出抵抗が設定電流値を検出するまでは前記制御用スイッチング素子にゲート信号を連続的に与え、その後は保持電流に維持するように間欠的にゲート信号を与えて電流制御するように構成され、
前記インジェクタ電流駆動回路の制御用スイッチング素子及び駆動用スイッチング素子が共にオフした時に駆動用ソレノイドに残った電磁エネルギを高電圧安定化電源回路に回生する回生用ダイオード備えたことを特徴とするインジェクタの駆動装置。
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