JP2631070B2

JP2631070B2 - 電磁ポンプの位相制御装置

Info

Publication number: JP2631070B2
Application number: JP14145893A
Authority: JP
Inventors: 和雄鹿又
Original assignee: NIPPON KONTOROORU KOGYO KK
Current assignee: NIPPON KONTOROORU KOGYO KK
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH06330855A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電磁ポンプの燃料圧
力や油量を位相制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃焼装置に用いられる電磁ポンプは、電
磁プランジャーの往復動によって圧縮された燃料をノズ
ルに供給するが、その動作原理のために吐出圧力が脈動
してしまう。この脈動圧力は、燃焼状態に影響を与える
ので、これを低減することが望まれており、従来におい
ては、例えば電磁ポンプにアキュームレータを組み込む
ようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この脈
動圧力を低減するアキュームレータも、種々の制約上そ
の効果に限界があるので、脈動圧力を低減する別の対策
として、電磁ポンプの駆動周波数を商用周波数である５
０ＨＺまたは６０ＨＺより高くし、電磁プランジャのス
トロークを相対的に小さくすることで脈動圧力を低減す
ることが考えられている。

【０００４】駆動周波数を高くする回路方式としては、
交流電圧を整流平滑して直流電圧を形成し、この直流電
圧を矩形パルス電圧に変換して電磁ポンプを任意の周波
数で駆動する方法と、交流電源を全波整流して位相制御
する方法とがあるが、前者においては、電源部分の整流
コンデンサの外形寸法が大きくなり、発信回路部を別に
追加する必要があることから回路基板が大きくなり、コ
ストがかさむ不都合がある。

【０００５】また、後者の方法においては、一般的に部
品点数も少なく、コストの点で有利であるが、ソレノイ
ドコイル（インダクタンス）を有する電磁ポンプを全波
整流した後に位相制御する場合には、電圧を断った時に
発生する逆起電圧によってサイリスタが転流失敗し、事
実上位相制御が不能となる。この様子を図８に基づいて
説明すると、図８（ａ）に示す商用交流電圧波形を図８
（ｂ）で示すように全波整流し、仮に抵抗負荷をサイリ
スタで位相制御する場合には図８（ｃ）に示すような電
圧波形になるが、インダクタンスを含む負荷（電磁ポン
プ）を位相制御する場合には、各半サイクルの終わりで
転流失敗を起こし、図８（ｄ）に示すように、全く位相
制御できなくなる。

【０００６】また、このような全波整流位相制御の問題
は、逆起電圧をダイオードでバイパスして取り除けば、
図８（ｃ）に示す抵抗負荷のように制御可能であるが、
逆起電圧が取り除かれると電磁ポンプは所定の吐出圧力
が得られず、油を吸入する能力も極端に低下する傾向が
ある。

【０００７】そこで、この発明においては、全波整流位
相制御の上述した制御不能状態を解消し、また、逆起電
圧を電磁ポンプに印加できるようにしておいて電磁ポン
プの所定の性能を確保するようにした電磁ポンプの位相
制御装置を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明の要
旨とするところは、交流電圧を全波整流する整流手段に
対して少なくとも電磁ポンプのソレノイドコイル、サイ
リスタ、及び開閉素子を直列に接続し、前記整流手段で
得られた電圧波形を、半サイクル毎に所定の位相角を両
端に残して中央を境に対称となる波形に変換する波形変
換手段と、前記開閉素子を閉成し、前記波形変換手段で
得られた波形の立上がり時点で前記サイリスタを点弧さ
せる信号を出力するターンオン形成手段と、前記波形変
換手段で得られた波形の立下がり時点で前記サイリスタ
のターンオフ時間よりも長い期間、前記開閉素子を開成
するターンオフ形成手段と、前記波形変換手段で得られ
た波形のパルス巾を調節するパルス巾調節手段とを有す
ることにある。

【０００９】ここで、波形変換手段は、整流手段で得ら
れた電圧波形を所望のゲインで縮小する縮小手段と、基
準電圧を形成する基準電圧形成手段と、前記縮小手段に
よって縮小された電圧波形が前記基準電圧より大きい場
合に出力をＨＩとする手段とによって構成してもよく、
この場合にパル巾調節手段は、基準電圧を変更する可変
抵抗としてもよい。

【００１０】また、ターンオン形成手段は、波形変換手
段で得られた波形の立上がり時点でサイリスタのゲート
にパルスを出力する微分回路を有し、ターンオフ形成手
段は、波形変換手段で得られた波形を反転するインバー
タと、このインバータの出力波形の立上がり時点でパル
スを出力する微分回路と、この微分回路から出力された
パルス時間だけ開閉素子を開成する手段とを具備する構
成としてもよい。

【００１１】

【作用】したがって、整流手段によって交流電圧は全波
整流されて図４（ａ）に示すような波形となり、この全
波整流された直流電圧に基づき、波形変換手段により各
半サイクルの中央を境にして対称となる例えば図４
（ｃ）の波形が形成される。そして、ターンオン形成手
段により、波形変換手段で得られた波形の立上がり時点
でサイリスタの点弧に必要な信号が出力されると、サイ
リスタはターオンして電磁ポンプのソレノイドコイルに
電流が流れ始め、その後、ターンオフ形成手段により、
波形変換手段で得られた波形の立下がり時点で開閉素子
が開成すると、サイリスタはターンオフする。しかも、
波形変換手段で得られた波形は、所定の位相角を両端に
残して中央を境に対称的な形状であるので、全波整流さ
れた半サイクル波形の０度から１８０度の電圧変化の中
で、同じ電圧に達した時にサイリスタがターンオン・タ
ーンオフすることとなる。また、サイリスタは各半サイ
クルの１８０度より小さい位相角でターンオフするの
で、ソレノイドコイルによる逆起電圧がターンオフに伴
って発生できる時間を確保することができ、このため、
ソレノイドコイルの両端に印加される電圧は図４（ｇ）
に示されるようになる。

【００１２】そして、パルス巾調節手段により波形変換
手段で得られた波形のパルス巾を調節すれば、サイリス
タの導通角が変更されてソレノイドコイルへの電流供給
時間を所望の時間に変更することができ、燃料噴射ポン
プの位相制御が可能となる。

【００１３】また、波形変換手段が、整流手段の出力を
所望のゲインで縮小する縮小手段と、基準電圧を形成す
る基準電圧形成手段と、前記縮小手段によって縮小され
た電圧波形が前記基準電圧より大きい場合に出力をＨＩ
とする手段とで構成すれば、整流手段の出力を半サイク
ル毎に中央を境にして対称となる矩形波に変換すること
ができ、パルス巾調節手段が、基準電圧を変更する可変
抵抗で構成されれば、可変抵抗の抵抗値を調整すること
により、縮小手段によって縮小された電圧波形の基準電
圧より大きくなる領域が可変されて、矩形波のパルス巾
を変更でき、ターンオン・ターンオフの位相角を変える
ことができる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。

【００１５】図１及び図２において、電磁ポンプ１は、
ソレノイドコイル２の断続電磁力により往復動する電磁
プランジャ３が上部保持ばね４と下部保持ばね５とによ
り電磁プランジャ作動室６内に保持されている。

【００１６】そして、電磁プランジャ３の下方には、ピ
ストン７が電磁プランジャ３と一体に接続されてシリン
ダ８内に嵌挿され、このピストン８の往復動によりポン
プ室９が容積変化し、吸入弁１０及び吐出弁１１と協動
してポンプ作用を行う。即ち、吸入孔１２から吸入弁１
０を介してポンプ室９に吸入された燃料は、吐出弁１１
を介して電磁プランジャ作動室６内に吐出され、さらに
電磁プランジャ３に形成された孔１３、固定磁気ロッド
１４に形成された孔１５から電磁弁１６に至り、ソレノ
イドコイル２に吸引されて開かれた電磁弁１６を介し
て、吐出継手１７に形成の吐出孔１８から吐出されるよ
うになっている。吐出圧は、ノズル１９、このノズル１
９を閉鎖するリターンバルブ２０及びこのリターンバル
ブ２０をノズル側に押し付けるスプリング２１から構成
された圧力調整装置２２により調整されるようになって
いる。

【００１７】しかして、ソレノイドコイル２に通電する
と、電磁プランジャ３及びピストン７が上方へ移動し、
ポンプ室９の容積が増大してこのポンプ室９に吸入弁１
０を介して燃料が供給され、しかる後にソレノイドコイ
ル２への通電を止めると、上部保持ばね４のばね力によ
り電磁プランジャ３及びピストン７が下方へ押し戻さ
れ、ポンプ室内の燃料が加圧されて吐出孔１８から吐出
されることになる。

【００１８】上記電磁ポンプ１は、図３に示される駆動
回路によって駆動制御されるもので、以下、その駆動回
路を説明する。

【００１９】駆動回路は、例えば１００Ｖ、５０ＨＺま
たは６０ＨＺの商用交流電源３０に接続され、この商用
交流電源３０から供給される交流電圧を、先ず、ブリッ
ジダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）を介して全波整流する。ブ
リッジダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）の出力端子間（ノード
とレファレンスノードとの間）には、ダイオードＤ５
を介して抵抗Ｒ１とＲ２が直列接続され、これらの抵抗
間のノード電圧が、ボルテージフォロア３１の比反転入
力端子に印加されるようになっている。このボルテージ
フォロア３１の出力端子（ノード）は、コンパレータ
３２の比反転入力端子に接続され、コンパレータ３２の
反転入力端子は、直列に接続されたダイオードＤ６と抵
抗Ｒ３とを介してノードに接続されると共に、並列接
続されたコンデンサＣ１と可変抵抗ＶＲ１とを介してレ
ファレンスノードに接続されている。しかして、コンパ
レータ３２は、Ｒ３とＶＲ１との間のノード電圧をＶＲ
１で調節可能な基準電圧Ｖ_Oとし、この基準電圧Ｖ_Oと
ボルテージフォロア３１の出力電圧とを比較して、ボル
テージフォロア３１の出力電圧が基準電圧Ｖ_Oより高く
なれば、出力端子（ノード）よりＨＩの信号を出力す
るようになっている。

【００２０】コンパレータ３２の出力信号は、第１の微
分回路３３に入力されると共に、第２の微分回路３４に
インバータ３５を介して入力される。これら第１および
第２の微分回路３４，３５は、２つのインバータ（３６
と３７、３８と３９）の間にコンデンサＣ２，Ｃ３を接
続し、出力側インバータ３７，３９とコンデンサＣ２，
Ｃ３との間に定電圧電源（Ｖｃｃ）とつながるが抵抗Ｒ
４，Ｒ５が接続される構成となっている。

【００２１】第１の微分回路３３の出力端子（ノード
）は、抵抗Ｒ６を介してサイリスタ４０のゲート端子
（Ｇ）に接続され、また、サイリスタ４０のゲート端子
（Ｇ）は、並列接続された抵抗Ｒ７とコンデンサＣ４と
を介してレファレンスノードに接続されており、コンパ
レータ３２の出力がＬＯＷからＨＩとなる立上がり時に
ゲート・カソード間に電圧を印加するようになってい
る。

【００２２】サイリスタ４０のカソード端子（Ｋ）は、
トランジスタＴＲ１のコレクタに接続され、アノード端
子（Ａ）は、電磁ポンプ１のソレノイドコイル２を介し
てノードに接続されていると共に、抵抗Ｒ８およびダ
イオードＤ７の直列回路を介してノードに接続されて
いる。トランジスタＴＲ１のエミッタはレファレンスノ
ードに接続され、トランジスタＴＲ１のベースは、ブリ
ッジダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）の出力端子間に直列接続
されている抵抗Ｒ９とツェナーダイオードＴＤとの間
（ノード）に接続されている。また、サイリスタ４０
のゲート端子（Ｇ）に電圧が印加されると、その時点で
はツェナーダイオードＴＤのブレークダウン電圧で決ま
る電位にてトランジスタＴＲ１がＯＮしており、サイリ
スタ４０のターンオンを許すようになっている。

【００２３】これに対して、第２の微分回路３４の出力
端子は、抵抗Ｒ１０を介してトランジスタＴＲ２のベー
スに接続され、コレクタがノードに、エミッタがレフ
ァレンスノードにそれぞれ接続されており、コンパレー
タ３２の出力がＨＩからＬＯＷになる時点でトランジス
タＴＲ２のコレクタ・エミッタ間が導通し、トランジス
タＴＲ１のベース・エミッタ間を短絡するようになって
いる。尚、トランジスタＴＲ２のコレクタ・エミッタ間
が導通する時間は、サイリスタ４０のターンオフ時間以
上に設定されている。

【００２４】上記構成の駆動回路において、商用交流電
源３０の交流電圧は、ブリッジダイオード（Ｄ１〜Ｄ
４）で全波整流されると、図４（ａ）に示す波形とな
り、ボルテージフォロア３１の出力端子（ノード）で
得られる波形は、抵抗Ｒ１とＲ２とによって決まる振幅
に縮小されて、図４（ｂ）に示されるようになる。

【００２５】そして、この図４（ｂ）の波形は、コンパ
レータ３２にて基準電圧Ｖ_Oと比較され、基準電圧Ｖ_O
より大きくなる領域、即ち、各半サイクルの最大値を中
心に両側に対称的に広がる領域でＨＩとなる矩形波（図
４（ｃ））に変換される。

【００２６】第１の微分回路３３では、図４（ｃ）の波
形が入力されると、その立ち上がり時点でＨＩとなる図
４（ｄ）に示すようなパルス波が出力され、また、第２
の微分回路３４では、図４（ｃ）の波形が反転して入力
されるので、図４（ｃ）の波形がＨＩからＬＯＷになる
時点でＨＩとなる図４（ｅ）に示すようなパルス波が出
力される。

【００２７】第１の微分回路３３から出力されたパルス
波がサイリスタ４０のゲート端子に入力されると、この
時点でトランジスタＴＲ１はオンになっているので、サ
イリスタ４０はターンオンして電磁ポンプ１のソレノイ
ドコイル２に電流を流し始める。その後、第２の微分回
路３４から出力されたパルス波が、トランジスタＴＲ２
のベースに印加されると、トランジスタＴＲ１のベース
・エミッタ間が短絡するので、トタンジスタＴＲ１は開
成し、トランジスタＴＲ１のベース電圧（ノードの電
圧）は、図４（ｆ）に示すように、図４（ｅ）を反転し
た波形となる。このトランジスタＴＲ１が開成する期間
は、サイリスタ４０のターンオフ時間以上に設定されて
いるので、サイリスタ４０のアノード電流は保持電流以
下となり、サイリスタ４０はターンオフする。

【００２８】したがって、サイリスタ４０は、図４
（ｃ）で示す矩形波のパルス巾と同じ時間だけ導通する
ことになり、しかも、コンパレータ３２の基準電圧Ｖ_O
は可変抵抗ＶＲ１によって変更することができるので、
コンパレータ３２の出力波形のパルス巾を変更して、ソ
レノイドコイル２に印加する電圧波形のパルス巾（Ｔ）
を変更することができる。

【００２９】このように、電磁ポンプ１を商用電源周波
数の２倍の周波数を用いて位相制御することができるの
で、電磁ポンプ１の電磁プランジャ３のストロークが商
用電源周波数で駆動させたときに比べて相対的に少なく
なり、電磁ポンプ１の脈動圧力を、図５（ｂ）に示すよ
うに、従来の脈動圧力（図５（ａ））に対して半分以下
とすることができる。

【００３０】また、サイリスタ４０がターンオフする
と、ソレノイドコイル２に蓄積された電磁エネルギーが
行き場を失い、ソレノイドコイル２の両端に逆起電圧が
発生する。特に、この実施例のように、ソレノイドコイ
ル両端間の電圧が比較的高い状態でサイリスタ４０がタ
ーンオフされると、逆起電圧は非常に大きくなるが、ソ
レノイドコイル２と平行に設けられた抵抗Ｒ８とダイオ
ードＤ７により、逆起電圧のピーク値が正方向の電圧ピ
ーク値とほぼ同じ値に抑えられ、ソレノイドコイル２の
両端に印加する電圧波形は全体として図４（ｇ）に示さ
れるようになる。

【００３１】このため、サイリスタ４０のターンオフ時
に生じる逆起電圧により、ソレノイドコイル２には逆方
向の電流が流れ、電磁プランジャ３を下方へ動かす電磁
力が生じ、上部保持バネに抗して押し上げられていた電
磁プランジャ３は、上部保持バネ４のバネ力に加えてこ
の電磁力によって加速的に下方へ戻される。したがっ
て、電磁プランジャ３を電磁力によって素早く上下動さ
せることができ、電磁ポンプ１の吸入・吐き出し能力を
向上させることができるものである。

【００３２】尚、電磁ポンプ１の商用電源を１００Ｖと
２００Ｖとで共用する場合には、図３の破線で囲まれた
パルス巾調節手段を、図６に示すように、可変抵抗ＶＲ
１に対し、可変抵抗ＶＲ２をスイッチＳＷを介して並列
に接続し、スイッチＳＷをオンにしてＶＲ２で決定され
る１００Ｖ時の位相制御波形（図７の実線で示す）と、
スイッチＳＷをオフにしてＶＲ１で決定される２００Ｖ
時の位相制御波形（図７の２点鎖線で示す）とを得るよ
うにしてもよい。このような回路を導入すれば、ソレノ
イドコイル２を変える必要がなく、位相制御だけで１０
０Ｖと２００Ｖの切替えが可能になる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
整流手段に対して電磁ポンプのソレノイドコイル、サイ
リスタ、及び開閉素子を直列に接続し、全波整流された
波形を半サイクル毎に所定の位相角を両端に残して中央
を境に対称となる波形に変換し、この変換された波形の
立上がり時点でサイリスタをターンオンしてソレノイド
コイルに電流を流し、その後、変換された波形の立下が
り時点でサイリスタのターンオフ時間よりも長い時間、
開閉素子を開成するようにしたので、各半サイクルの終
わりで転流失敗を起こすことなくサイリスタをターンオ
フさせることができる。このため、波形変換手段で得ら
れた波形のパルス巾をパルス巾調節手段で調節すれば、
ソレノイドコイルへの電流供給時間を所望の値に変更す
ることができ、電磁ポンプの位相制御を正確におこなう
ことができる。

【００３４】また、サイリスタを確実にターンオフし
て、逆起電圧の発生する時間を確保できるようにしたの
で、電磁ポンプの吐出圧力や油の吸入能力を高め、電磁
ポンプの所定の性能を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に用いられる電磁ポンプを示す縦断面
図である。

【図２】この発明に用いられる電磁ポンプを示す横断面
図である。

【図３】この発明に係る電磁ポンプの位相制御装置を示
す回路図である。

【図４】図４（ａ）は図３の回路図のノードの電圧を
示し、図４（ｂ）は図３の回路図のノードの電圧を示
し、図４（ｃ）は図３の回路図のノードの電圧を示
し、図４（ｄ）は図３の回路図のノードの電圧を示
し、図４（ｅ）は図３の回路図のノードの電圧を示
し、図４（ｆ）は図３の回路図のノードの電圧を示
し、図４（ｇ）はソレノイドコイル両端の電圧を示す波
形図である。

【図５】図５（ａ）は従来の駆動周波数（５０／６０Ｈ
Ｚ）で電磁ポンプを駆動した場合の脈動圧力を示し、図
５（ｂ）は本発明の位相制御装置で電磁ポンプを駆動し
た場合の脈動圧力を示す実験特性線図である。

【図６】図３の破線で囲まれた回路の他の例を示す回路
図である。

【図７】図６で示す回路を用いて商用電源を１００Ｖと
２００Ｖとに切替えた場合のソレノイドコイル両端の電
圧を示す波形図である。

【図８】従来の電磁ポンプの全波整流位相制御を説明す
る波形図である。

【符号の説明】

１電磁ポンプ２ソレノイドコイル３０商用交流電源３１ボルテージフォロア３２コンパレータ３３第１の微分回路３４第２の微分回路３５〜３９インバータ４０サイリスタＤ１〜Ｄ４ブリッジダイオードＴＲ１，ＴＲ２トランジスタＶＲ１，ＶＲ２可変抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電圧を全波整流する整流手段に対し
て少なくとも電磁ポンプのソレノイドコイル、サイリス
タ、及び開閉素子を直列に接続し、前記整流手段で得られた電圧波形を、半サイクル毎に所
定の位相角を両端に残して中央を境に対称となる波形に
変換する波形変換手段と、前記開閉素子を閉成し、前記波形変換手段で得られた波
形の立上がり時点で前記サイリスタを点弧させる信号を
出力するターンオン形成手段と、前記波形変換手段で得られた波形の立下がり時点で前記
サイリスタのターンオフ時間よりも長い期間、前記開閉
素子を開成するターンオフ形成手段と、前記波形変換手段で得られた波形のパルス巾を調節する
パルス巾調節手段とを具備することを特徴とする電磁ポ
ンプの位相制御装置。
【請求項２】波形変換手段は、整流手段で得られた電
圧波形を所望のゲインにて縮小する縮小手段と、基準電
圧を形成する基準電圧形成手段と、前記縮小手段によっ
て縮小された電圧波形が前記基準電圧より大きい場合に
出力をＨＩとする手段とを備えている請求項１記載の電
磁ポンプの位相制御装置。
【請求項３】パルス巾調節手段は、基準電圧を変更す
る可変抵抗であることを特徴とする請求項２記載の電磁
ポンプの位相制御装置。
【請求項４】ターンオン形成手段は、波形変換手段で
得られた波形の立上がり時点でサイリスタのゲートにパ
ルスを出力する微分回路を備え、ターンオフ形成手段
は、前記波形変換手段で得られた波形を反転するインバ
ータと、このインバータの出力波形の立上がり時点でパ
ルスを出力する微分回路と、この微分回路から出力され
たパルス時間だけ開閉素子を開成する手段とを備えてい
る請求項１記載の電磁ポンプの位相制御装置。