JP3237618B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の燃料
噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は内燃機関に用いられている燃料噴
射装置の全体的な構成を示したもので、この噴射装置
は、噴射指令信号が与えられたときに内燃機関１の吸気
管１ａ内（燃料噴射空間内）に燃料を噴射するインジェ
クタ２と、燃料タンク３から燃料を汲み上げてインジェ
クタ２に至る燃料供給管路４に燃料を圧送する燃料ポン
プ５と、燃料供給管路４と燃料タンク３との間に設けら
れた圧力調整器（プレッシャレギュレータ）６とを備え
ている。

【０００３】燃料ポンプ５はバッテリ７を電源として動
作し、インジェクタ２に燃料を供給している。

【０００４】インジェクタ２は電磁石により駆動されて
開閉するニードルバルブと該ニードルバルブが開かれた
ときに燃料を噴射するノズルとを備えていて、このイン
ジェクタ２には燃料ポンプ側から加えられる圧力と機関
１の吸気管内の圧力との差圧が燃圧として常時印加され
ている。

【０００５】圧力調整器６には通常燃料ポンプから与え
られる圧力の外に内燃機関の吸気マニホルド内の圧力が
与えられていて、両圧力の差（燃圧）が設定値を超えた
ときに燃料ポンプから供給される燃料の一部を燃料タン
ク３に戻すようになっている。この圧力調整器により、
インジェクタに加わる燃圧が回転数に対してほぼ一定に
保たれるようになっている。

【０００６】インジェクタ２を駆動するため、インジェ
クタ駆動装置８が設けられている。このインジェクタ駆
動装置は、インジェクタの励磁コイルに印加する駆動電
圧を発生する駆動電源回路と、マイクロコンピュータに
より実現される噴射指令信号発生手段９から噴射指令信
号Ｖs が与えられたときに上記駆動電源回路からインジ
ェクタ２の励磁コイルに駆動電流を流すインジェクタト
リガ回路とにより構成されている。

【０００７】噴射指令発生手段９は、例えば内燃機関に
より駆動される信号発電機１０から得られるパルス信号
Ｖp から回転数情報と機関の回転角度情報とを得て、各
回転数における噴射開始位置を演算し、該噴射開始位置
でインジェクタ駆動装置８に所定の時間幅の噴射指令信
号Ｖs を与える。この噴射指令信号Ｖs が与えられてい
る間、駆動電源回路からインジェクタの励磁コイルに図
６に示すような駆動電圧Ｖi が与えられる。励磁コイル
にはインダクタンスがあるため、励磁コイルを流れる駆
動電流Ｉijの立上りが遅れる。噴射指令信号が与えられ
た後一定の遅れ時間ｔb が経過して駆動電流Ｉijが所定
の噴射開始レベルＩonに達するとインジェクタ２のニー
ドルバルブが開いて吸気マニホルド内に霧状の燃料が噴
射される。

【０００８】インジェクタ２からの燃料噴射量は燃圧と
噴射時間とにより決まる。また噴射時間を一定とした場
合、燃圧が大きいほど噴射量が多くなる。

【０００９】機関への燃料の供給は定められた区間内で
行う必要があるため、インジェクタからの燃料の噴射が
有効な期間（噴射有効期間と言う。）は図８に示したよ
うに機関の回転数Ｎ［ｒｐｍ］の上昇に伴って短くなっ
ていく。即ち、機関の回転数が高くなればなるほど短い
時間内に所定量の燃料を噴射させることが必要になり、
機関の高速時に必要な燃料噴射量を確保しようとする
と、燃圧はある程度高く設定せざるを得ない。

【００１０】インジェクタからの燃料の噴射量は、噴射
指令信号を与える時間の長さを変えることにより調整で
きるが、機関が必要とする燃費（燃料消費量）［l ／Ｈ
ｒ］は一般に回転数の上昇及びスロットル開度の増大に
伴って増加していくため、インジェクタに噴射指令信号
を与える時間の長さは回転数の上昇に伴って長くしてい
く必要があり、スロットル開度の増大に伴って長くして
いく必要がある。

【００１１】実際の燃料噴射装置においては、燃料ポン
プ５とインジェクタ２との間に更に燃料の脈動を緩和す
るためのダンパ等が挿入されることがあるが、図９では
これらの図示を省略してある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】燃料噴射装置のインジ
ェクタは電磁石により駆動されるため、励磁コイルのイ
ンダクタンスにより、図６に示したように駆動電圧が印
加されてから駆動電流Ｉijが所定の噴射開始レベルＩon
に達して燃料の噴射が開始されるまでに遅れ時間ｔb が
生じるのを避けられない。

【００１３】従来は機関の低速時から高速時まで駆動電
圧Ｖi を回転数の如何に拘らず一定に保持していたた
め、図７に示した直線ａのように駆動電圧が印加されて
から燃料が噴射されるまでの遅れ時間（噴射遅れ時間と
言う。）が回転数の如何に拘らず一定であった。

【００１４】ところが、噴射有効期間は図８に示したよ
うに回転数の上昇に伴って短くなっていくため、上記の
ように、噴射遅れ時間が回転数の如何に拘らず一定であ
ると、噴射有効期間に対して噴射遅れ時間が占める割合
が、回転数の上昇に伴って大きくなっていき、機関の回
転数が高くなればなるほど燃料の増量の要求に応えるこ
とが困難になるという問題があった。

【００１５】本発明の目的は、機関の高速時の噴射遅れ
時間を短くして、高速時にも燃料の増量の要求に容易に
応えることができるようにした燃料噴射装置を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、励磁コイルを
備えて該励磁コイルに所定レベル以上の駆動電流が与え
られているときに内燃機関の燃料噴射空間に燃料を噴射
するインジェクタと、燃料タンクからインジェクタに燃
料を供給する燃料ポンプと、励磁コイルに印加する駆動
電圧を発生する駆動電源回路と、噴射指令信号が与えら
れたときにインジェクタの励磁コイルに駆動電流を流す
インジェクタトリガ回路とを備えた燃料噴射装置に係わ
るものである。

【００１７】本発明においては、上記駆動電源回路が、
内燃機関の始動時から高速時にかけて機関の回転数の上
昇に伴って駆動電圧の大きさを増大させる特性を有する
回路からなっていて、インジェクタトリガ回路は、内燃
機関の始動時から高速時までの全回転領域で駆動電源回
路からインジェクタの励磁コイルに駆動電流を流すよう
に構成されている。上記駆動電源回路は、内燃機関によ
り駆動される交流発電機と、該交流発電機の出力を整流
する整流器とを備えた回路により構成するのが好まし
い。

【００１８】なおインジェクタの励磁コイルに印加する
駆動電圧は、必ずしも機関の全回転速度領域で回転数の
上昇に伴って増大させる必要はなく、所定の回転数以上
の領域でのみ回転数の上昇に伴って駆動電圧を増大させ
るようにしても良い。

【００１９】また回転数の上昇に伴う駆動電圧の増大は
必ずしも連続的に行わせる必要はなく、幾つかの設定回
転数を定めておいて、各設定回転数で段階的に駆動電圧
を変化させるようにしても良い。

【００２０】上記のように、内燃機関の始動時から高速
時にかけて回転数の上昇に伴ってインジェクタの励磁コ
イルに印加される駆動電圧の大きさを増大させるように
しておくと、インジェクタの励磁コイルに印加される駆
動電圧は、図５に符号ａ，ｂ，ｃで示したように、機関
の回転数の上昇に伴って高くなっていく。一般にコイル
に電圧を印加した際に流れる電流の立上がりは、印加す
る電圧が高ければ高い程速くなるため、上記のように、
機関の回転数の上昇に伴って駆動電圧を増大させるよう
に駆動電源回路を構成しておくと、図５の曲線Ａ，Ｂ，
Ｃのように、インジェクタの励磁コイルに流れる駆動電
流の立上がりが回転数の上昇に伴って速くなっていき、
励磁コイルに駆動電圧を印加してから駆動電流が噴射開
始レベルＩonに達するまでの遅れ時間は、図５のｔ3 ，
ｔ2 及びｔ1 のように、回転数の上昇に伴って短くなっ
ていく。

【００２１】したがって上記のように構成すると、機関
の回転数の上昇に伴って噴射遅れ時間を短くして、機関
の高速時に噴射有効期間に対して噴射遅れ時間が占める
割合が大きくなるのを防ぐことができ、機関の高速時に
も燃料の増量要求に容易に応えることができる。

【００２２】また、駆動電源回路を内燃機関により駆動
される交流発電機と該交流発電機の出力を整流する整流
器とにより構成した場合には、特別の制御回路を設ける
ことなく、簡単な構成で、機関の高速時に燃料の増量要
求に応えることができる燃料噴射装置を得ることができ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。

【００２４】図１は本発明に係わる燃料噴射装置の構成
例を概略的に示したもので、同図において１は内燃機
関、２はインジェクタ、３は燃料タンク、５は燃料ポン
プ、６は圧力調整器であり、これらは図９に示した従来
のものと同様である。

【００２５】インジェクタ駆動装置８は、励磁コイルに
印加する駆動電圧を発生する駆動電源回路８０１と、噴
射指令信号Ｖs が与えられたときに駆動電源回路８０１
からインジェクタ２の励磁コイルに駆動電流を流すイン
ジェクタトリガ回路８０２とからなっている。この例で
は駆動電源回路８０１が、内燃機関１の出力軸に取り付
けられた磁石式交流発電機１１と、該交流発電機１１の
出力を整流する全波整流器１２とを備えた回路からなっ
ていて、内燃機関の始動時から高速時にかけて、インジ
ェクタ２の励磁コイルに印加される駆動電圧の大きさ
が、機関の回転数の上昇に伴って増大していくように構
成されている。

【００２６】図示してないが、内燃機関の高速時にイン
ジェクタ２の励磁コイルに印加される電圧が過大になる
のを防ぐために、駆動電源回路８０１の整流器の出力側
に電圧調整器が接続されていて、該電圧調整器により、
駆動電圧が設定値を超えるのが防止されるようになって
いる。この電圧調整器は例えば、インジェクタ２の励磁
コイルの両端の電圧を検出して、該検出電圧が設定値を
超えたときに整流器の出力を短絡するか、または整流器
の出力がインジェクタに印加されるのを阻止する回路
（スイッチ回路）により構成できる。

【００２７】インジェクタトリガ回路８０２は噴射指令
信号Ｖs が与えられている間導通状態を保持するスイッ
チからなり、該スイッチが導通状態にある期間駆動電源
回路８０１の直流出力電圧がインジェクタ２の励磁コイ
ルに印加されるようになっている。

【００２８】磁石式交流発電機１１は内燃機関の出力軸
に取り付けられたフライホイール磁石回転子１１ａと、
機関のケース等に取り付けられた固定子１１ｂとからな
り、固定子１１ｂの電機子巻線に誘起する交流電圧が駆
動電源回路８０１の整流器１２の入力端子に印加されて
いる。

【００２９】上記交流発電機の回転子１１ａのヨークを
構成するフライホイールの外周に信号発生用の誘導子磁
極部が設けられ、この磁極部に信号発電子１１ｃが対向
させられている。フライホイールの外周の磁極部と信号
発電子１１ｃとにより信号発電機が構成され、機関の所
定の回転角度位置でフライホイールの外周の磁極部が信
号発電子１１ｃに対向する毎に信号発電子１１ｃがパル
ス信号Ｖp を発生する。

【００３０】噴射指令発生手段９は、パルス信号Ｖp か
ら回転数情報と機関の回転角度情報とを得て、各回転数
における噴射開始位置を演算し、該噴射開始位置でイン
ジェクタトリガ回路８０２に所定の時間幅の噴射指令信
号Ｖs を与える。

【００３１】インジェクタ２の一例を図３に示した。同
図において２０１はインジェクタ本体で、この本体の一
端には、噴射口２０２の周囲にバルブシート２０３を有
するバルブボディ２０４と、該バルブボディ内に設けら
れて噴射口２０２を開閉するニードル２０５とからなる
ニードルバルブ２０６が取り付けられている。本体２０
１内には励磁コイル２０７と鉄心２０８と、鉄心２０８
に吸引されるアマチュア２０９とからなる電磁石２１０
が配置され、アマチュア２０９がニードル２０５に連結
されている。本体２０１内にはまた復帰ばね２１１が設
けられ、この復帰ばねによりニードル２０５が常時噴射
口２０２を閉じるように付勢されている。本体２０１の
他端側には燃料の入口２１２が設けられ、この入口側に
はフィルタ２１３が取り付けられている。本体２０１に
はまたコネクタ２１４が取り付けられ、該コネクタの端
子２１５からコイル２０７に給電されるようになってい
る。

【００３２】上記のインジェクタ２は例えば機関の吸気
管に取り付けられ、噴射口２０２が吸気管内（燃料噴射
空間内）に指向される。インジェクタ２の入口２１２は
配管４を介して燃料ポンプ５の吐出口に接続され、該入
口２１２に所定の圧力（燃圧）で燃料が供給される。ま
たコネクタ２１４に図示しないケーブルが接続されて、
該ケーブルを介してインジェクタ駆動装置８に接続され
る。

【００３３】インジェクタ駆動装置８から駆動コイル２
０７に駆動電圧Ｖi が与えられると、鉄心２０８が励磁
されるため、アマチュア２０９が該鉄心に吸引され、ニ
ードル２０５が電磁石側に移動してニードルバルブが開
く。これにより噴射口２０２から燃料が霧状となって吸
気管内に噴射される。噴射指令信号が消滅すると、コイ
ル２０７が消磁され、復帰ばね２１１の付勢力によりニ
ードル２０５が噴射口２０２を閉じる位置に復帰する。

【００３４】図１に示した例において、噴射指令発生手
段９から噴射指令信号が与えられると、インジェクタト
リガ回路８０２のスイッチが導通して駆動電源回路８０
１の出力電圧を駆動電圧としてインジェクタの励磁コイ
ルに印加する。これによりインジェクタの励磁コイルに
駆動電流Ｉijが流れ、該駆動電流が所定の噴射開始レベ
ルＩonに達するとインジェクタのニードルバルブが開か
れて燃料の噴射が開始される。噴射指令信号が消滅する
とインジェクタトリガ回路８０２のスイッチが遮断状態
になるため、インジェクタの駆動電流が零になり、ニー
ドルバルブが閉じて燃料の噴射が停止する。

【００３５】上記のように、インジェクタ駆動装置８の
駆動電源回路８０１を、内燃機関により駆動される交流
発電機と、該発電機の出力を整流する整流器とを備えた
回路により構成すると、インジェクタの駆動電圧Ｖi は
内燃機関の始動時から高速時にかけて機関の回転数Ｎの
上昇に伴って増大していく。また上記のように電圧調整
器を設けておくと、インジェクタの励磁コイルに印加さ
れる駆動電圧Ｖi は、機関の高速時に過大になることが
ないように設定値以下に制限される。駆動電圧Ｖi の回
転数Ｎに対する変化の特性は例えば図４の曲線ａのよう
になる。

【００３６】このようにインジェクタの駆動電圧を回転
数の上昇に伴って増大させるように構成すると、インジ
ェクタの噴射遅れ時間を回転数の上昇に伴って短くする
ことができる。

【００３７】例えば機関の回転数Ｎが2,000rpm，4,000r
pm及び6,000rpmのときの駆動電圧Ｖi がそれぞれ図５に
符号ａ，ｂ，及びｃで示した通りであったとすると、こ
れらの回転数においてインジェクタの励磁コイルに流れ
る駆動電流Ｉijはそれぞれ図５の曲線Ａ，Ｂ及びＣのよ
うになり、噴射指令信号が与えられてから駆動電流Ｉij
が噴射開始レベルＩonに達して実際に噴射が開始される
までの遅れ時間は、ｔ3 →ｔ2 →ｔ1 のように回転数の
上昇に伴って短くなっていく。したがって回転数Ｎに対
する噴射遅れ時間の特性は図７の曲線ｂのようになる。

【００３８】上記のように、回転数の上昇に伴ってイン
ジェクタの駆動電圧を増大させてやると、回転数の上昇
に伴って噴射遅れ時間を短くして機関の高速時に噴射有
効期間に対して噴射遅れ時間が占める割合が大きくなる
のを防ぐことができるため、機関の高速時にも燃料の増
量要求に容易に応えることができる。

【００３９】上記の例では、駆動電源回路の電源として
内燃機関により駆動される発電機を用いたが、本発明に
おいてはインジェクタの駆動電圧を回転数の上昇に伴っ
て増大させるようにすればよく、駆動電圧の増大のさせ
方は任意である。

【００４０】例えば図２に示したように、内燃機関の回
転数Ｎに比例した回転数検出信号Ｖn を入力とし、直流
定電圧Ｅを入力として、図４の直線ｂに示すように機関
の始動時から高速時にかけて回転数Ｎの上昇に伴って直
線的に増大する駆動電圧Ｖiを出力する駆動電源回路８
０１を用いることもできる。

【００４１】インジェクタトリガ回路８０２は、例え
ば、図２に示すように、抵抗Ｒ1 と、コレクタエミッタ
回路が抵抗Ｒ1 を通してインジェクタの励磁コイル２０
７に直列に接続されたＮＰＮトランジスタＴr1とにより
構成できる。この例では、トランジスタＴr1のエミッタ
が接地されていて、励磁コイル２０７と抵抗Ｒ1 とトラ
ンジスタＴr1のコレクタエミッタ回路との直列回路の両
端に駆動電源回路８０１が出力する駆動電圧Ｖi が印加
され、トランジスタＴr1のベースに噴射指令信号Ｖs が
与えられる。

【００４２】上記の例において、燃料ポンプ５はバッテ
リにより駆動しても良いが、この燃料ポンプを内燃機関
により駆動される発電機１１の出力により駆動するよう
にしても良い。燃料ポンプ５を発電機１１により駆動す
るようにすると、機関の回転数の上昇に伴って燃料ポン
プの駆動電圧が上昇してその吐出圧が増大するため、イ
ンジェクタ２の入口に加えられる燃圧を機関の回転数の
上昇に伴って増大させるようにすることができる。この
ように回転数に応じて燃圧を変化させる場合には、圧力
調整器６を通して燃料タンク３に燃料を戻す経路を省略
することができる。

【００４３】インジェクタからの単位時間当たりの燃料
噴射量は燃圧の上昇に伴って増加していくため、上記の
ように機関の回転数の上昇に応じて燃圧を増大させるよ
うにすると、機関の高速時の単位時間当たりの噴射量を
増大させることができ、噴射有効期間が短くなる高速時
においても、燃料増量要求に容易に応えることができ
る。

【００４４】また機関の低速時には単位時間当たりの噴
射量が少なくなるため、機関の低速時に過剰な燃料が供
給されるのを防ぐことができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、内燃機
関の始動時から高速時にかけて機関の回転数の上昇に伴
ってインジェクタの駆動電圧を増大させるようにしたの
で、回転数の上昇に伴って噴射遅れ時間を短くして機関
の高速時に噴射有効期間に対して噴射遅れ時間が占める
割合が大きくなるのを防ぐことができ、機関の高速時に
も燃料の増量要求に容易に応えることができる利点があ
る。

【００４６】特に請求項２に記載した発明によれば、駆
動電源回路を内燃機関により駆動される交流発電機と該
交流発電機の出力を整流する整流器とにより構成したの
で、特別の制御回路を設けることなく、簡単な構成で、
機関の高速時に燃料の増量要求に応えることができる燃
料噴射装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる燃料噴射装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明に係わる燃料噴射装置の他の構成例の要
部を示すブロック図である。

【図３】本発明で用いることができるインジェクタの構
造例を示した断面図である。

【図４】本発明に係わる燃料噴射装置におけるインジェ
クタの駆動電圧と機関の回転数との関係の一例を示した
線図である。

【図５】本発明に係わる燃料噴射装置におけるインジェ
クタの駆動電圧と駆動電流との関係を示した波形図であ
る。

【図６】従来の噴射装置におけるインジェクタの駆動電
圧と駆動電流との関係を示した波形図である。

【図７】噴射遅れ時間と回転数との関係を示した線図で
ある。

【図８】機関の燃料噴射有効機関と回転数との関係の一
例を示した線図である。

【図９】従来の燃料噴射装置の構成を示したブロック図
である。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…インジェクタ、３…燃料タンク、５
…燃料ポンプ、８…インジェクタ駆動装置、８０１…駆
動電源回路、８０２…インジェクタトリガ回路、１１…
磁石式交流発電機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 祥伸 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株 式会社内 (72)発明者 薩川 龍次 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株 式会社内 (72)発明者 遠藤 常昭 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株 式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−259129（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−60141（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 F02D 41/20 F02D 45/00 F02M 51/00 F02M 51/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルを備えて該励磁コイルに所定
   レベル以上の駆動電流が与えられているときに内燃機関
   の燃料噴射空間に燃料を噴射するインジェクタと、燃料
   タンクから前記インジェクタに燃料を供給する燃料ポン
   プと、前記励磁コイルに印加する駆動電圧を発生する駆
   動電源回路と、噴射指令信号が与えられたときに前記イ
   ンジェクタの励磁コイルに前記駆動電流を流すインジェ
   クタトリガ回路とを備えた燃料噴射装置において、 前記駆動電源回路は、前記内燃機関の始動時から高速時
   にかけて機関の回転数の上昇に伴って前記駆動電圧の大
   きさを増大させる特性を有する回路からからなり、 前記インジェクタトリガ回路は、前記内燃機関の始動時
   から高速時までの全回転領域で前記駆動電源回路から前
   記インジェクタの励磁コイルに前記駆動電流を流すよう
   に構成されている ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 励磁コイルを備えて該励磁コイルに所定
   レベル以上の駆動電流が与えられているときに内燃機関
   の燃料噴射空間に燃料を噴射するインジェクタと、燃料
   タンクから前記インジェクタに燃料を供給する燃料ポン
   プと、前記励磁コイルに印加する駆動電圧を発生する駆
   動電源回路と、噴射指令信号が与えられたときに前記イ
   ンジェクタの励磁コイルに前記駆動電流を流すインジェ
   クタトリガ回路とを備えた燃料噴射装置において、 前記駆動電源回路は、前記内燃機関により駆動される交
   流発電機と、該交流発電機の出力を整流する整流器とを
   備えた回路からなっていて、前記内燃機関の始動時から
   高速時にかけて該内燃機関の回転数の上昇に伴って前記
   駆動電圧の大きさを増大させる特性を有し、前記インジェクタトリガ回路は、前記内燃機関の始動時
   から高速時までの全回転領域で前記駆動電源回路から前
   記インジェクタの励磁コイルに前記駆動電流を流すよう
   に構成されている ことを特徴とする燃料噴射装置。