JPH03500672A - 燃料噴射型スパーク点火エンジンにおける噴射装置および点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射型スパーク点火エンジン における噴射装置および点火装置 本発明は燃料噴射型のスパーク点火エンジンにおける噴射および点火装置に関す るものである。

そのようなエンジンの設計上の問題は、エンジンが大きくなり過ぎないよう、常 °に、必要な構成要素の収容用のスペースを最小にするよう配慮することである 。

そのため設計者は、必要な構成要素の数を減らす方法を捜しめ続けている。問題 となる特別の部分は、点火装置と燃料噴射バルブである。公知のエンジン設計に おいては、点火コイル、スパークプラグおよび燃料噴射バルブは総て分離した要 素となってし〜る。本発明に関する一般的な課題は、それらの要素を可能な限り 小さな７ペースに収容することである。

この課題の１つの解決策は、シリンダー当り１つのコイルを有する静止形イグニ ションを持つ装置によって図られた。点火コイルとスパークプラグを単一のユニ ット内に結合させることが提案されてきた。こうして、そのようなユニットの１ つ１つが、エンジンの各シリンダー毎に設けられる。この装置はある程度スペー スを削減するとはいえ、スノく一りプラグは比較的頻繁に変換されるべきもので あり、その場合、複雑さが増し、さらにスパークプラグが点火コイルを持つユニ ットの１部を形成しているのであれば、高価なものとなるので実用化には至らな かった。

本発明は、点火タイミング信号が燃料噴射バルブの開閉を樹」御するのにも用い られるようにして実施され、る。

本発明によれば、その開閉を興行するだめのコイルを含む電気機械式のアクチュ エーターを持つエンジンのシリンダーまたは吸気マニホールド内に燃料を噴射す るためのパルプを有する、内燃エンジンに用いられるパルプ組立て体において、 コイルもまたエンジン点火装置の１部として作用することを＊似とするパルプ組 立て体を提供することができる。

本発明は、エンジン点火装置の構成要素の数を減少させることができる。本発明 の望ましい実施例においては、噴射パルプアクチュエーターおよびエンジン点火 装置の点火コイルとは、共通の１次巻線２よび／またはコアを有している。こう して、内燃エンジンのための噴射パルプと点火コイルとは、単独のユニット、す なわち本発明によるパルプ組立て体（アセンブリ）として製造できる。

噴射と点火に必要なコイルの数が減少するにつれ、接続されるべき分離された個 別構成要素が少なくなるので、本発明を用いる際に必要となる配線も少なくなる 。結果的に、エンシンの重さも全体として減少させらルる。

本発明のパルプ組立て体は、シリンダー当９１つのコイルを持つような、すなわ ち静止形（スタチック）ディストリビューション方式を持つような、そして各シ リンダー毎に分離した（別個の）個別噴射／ぐルゾを持つような、内燃エンジン に特に適切である。出力段の数は、パルプ自身のために分離されたコイルを有す る一般的な装置に比して半分である。点火コイルと共にユニットとして形成され る各噴射ｌぐルプにおいては、コイル／パルプ組立て体のだめの出力段は組立て 体自身の中に集約されてしまうので、さらにスペースおよび構成要素数を削減で きる。

点火および／または噴射が十分に電子的に制御されるならば、燃料噴射装置およ び／または点火装置の動作を制御するだめの制御処理ユニットを、本発明の／々 ルプ組立て体内に統合することもできる。このことは殊に中央集中噴射を待つ装 置において好適であシ、この装置においては、１つの燃料噴射器〃；エンジンの 吸気マニホールド内に燃料を噴射するために設けられる。

本発明は、１つ以上のディス）　ＩＪビューターにわたるグループ噴射およびデ ィストリビューションを持つ内燃エンジンに、例えば、４つの噴射ｌぐルゾの２ つのグループと、４つのシリンダーに点火するために各々が高電圧パルスを発生 する２つのディスト１）ビューターとを持つシリンダーエンジンに、適用するこ ともできる。高圧２次巻線は、高電圧をそれぞれのディストリビュータ−に供給 するだめに、その、または各グループの噴射バルブのコイルの回シに巻かれる。

こうして、その、または各ディスト＋７ビユークーに関する分離された点火コイ ルは備えられる必要がない。

本発明はまた、中央噴射を持つ内燃エンジンおよびディストＩ）ビューターを持 つ点火装置にも適用できる。

高圧２次巻線は、ディス）　ＩＪビューターに高電圧を供給するために噴射器の コイルの回りに巻かれる。ここでもまた、ディス）　ＩＪビューターのために分 離した（別個の）点火コイルを備える必要はない。

本発明の第２の特徴点によるならば、噴射装置の、その、または各燃料噴射バル ブが、その開閉を実行するだめのコイルを含む電気機械式のアクチュエーターを 持っているような内燃エンジンの点火および燃料噴射装置を制御する方法におい て、コイルが点火装置に使用されること金番徴とする方法を提供できる。

シリンダー当り１つの燃料噴射バルブと、シリンダー当り１つのコイルを持つ装 置においては、１つのシリンダーの噴射パルプのコイルは点火系の要領で他のシ リンダーに接続され得る。言葉を変えるならば、或１つの７リンダーの噴射パル プのコイルは他のシリンダーの点火回路の１部として用いられるということであ る。以下に詳細に説明されるように、そのような装置は吸気および排気の両方の バルブが共に閉まっている時、各特定のシリンダーにおいて点火が起こるよう要 求されるならば、必要なことである。もし、吸気と排気の両方のバルブが共に閉 じている時に噴射が起こるよう要求されないのであれば、以下に説明される理由 によって、各シリンダーの噴射パルプのコイルは同じシリンダーの点火装置の１ 部を形成するのに用いられ得る。

本発明の方法によれば、その、または各バルブのコイルには少なくとも１つの「 オン」状態と１つの「オフ」状態との間で切替わる電気的なパルスが供給され、 そのパルスの「オン」時間の長さは、バルブの燃料噴射周期を決め、そしてパル スが「オフ」状態に切替わるる点ハエンジンシリンダーの１つに関する点火タイ ミングを決めるものとなることが望ましい。

噴射パルプを開くのに要するコイル電流は普通、点火を確実にさせるのに要する それよりも小さい。こうして、満足できる動作を確保する１方でコイル中で消失 する電力を最少とするように、前もって決めた時間の長さよりも長い各燃料噴射 周期の間に、その、または各コイルに供給される電流を変化させるよう、このパ ルスは配される。

噴射が要求さｎる前の、前もって決められた時間の長さに到るまでにコイルに供 給される電流は、前もって決められた時間の長さの間に印加される電流よりも少 ない。噴射パルプの開放を確実にするために十分な程度の、より小さなフィル電 流が選択される。より大きなコイル電流や前もって決められた時間の長さは、点 火を確実にするのに十分であるように選択される。

不発明の実施例が単に例として、そして添付図面を参照しながら、説明される。

第１図は、本発明の方法によった４シリンダーの内燃エンジンの噴射と点火を制 御するだめの電気的回路の概略図であり、 第２図は、第１図に示した各バルブのコイル電流の時間に関する変化を示す図で あり、 第６図は、電流制限が適用されている時の、第１図に示した各バルブのコイル電 流の時間に関する変化を示す図であり、 第４図は、第１図に示した装置に関する、吸気および排気バルブ位置、点火タイ ミングおよび噴射タイミング、の間の関係を表わす図である。

最初に第１図を見ると、本発明にこる４つのバルブ組立て体が概略的に示されて おり、それらは参照番号１０によって衣わされている。各バルブ組立て体はエン ジンのそれぞれのシリンダーと結び付いている。シリンダーはローマ字数字Ｉ、 ｎ、ＩＩＩ、　ＩＶによって衣わされている。各バルブ組立て体はコイルと閉じ 素子とを含むアクチュエーターを持つ噴射パルプを有している。第１図では単に 閉じ素子とコイルが描かれておシ、閉じ素子は参照番号１１によって表わされ、 そしてコイルは参照番号１２によって表わされている。

本発明によれば、バルブ組立て体の各コイルは用いらｎているエンジンの点火装 置の１部を形成する。この実施例によれば、各コイル１２は１次および２次の巻 線を含んでおり、そしてそれぞれのシリンダーに関する点火コイルとして作用す る。こうして、分離した（別個の）コイルがエンジンの各シリンダーに関して設 けられているので、このエンジンは「静止ディストリビューション」と呼ばれて いる。分版した点火回路が各シリンダーのために設けられ、セして各コ・イルは １つの点火回路の１部を形成する。この実施例においては、バルブ組立て体の各 コイルは、バルブが所属している別々のシリンダーの点火回路に接続さｎている 。

各点火回路の単に１部が第１図中に示されており、スパークプラグが参照番号１ ５によって表わされている。点線は、異なるシリンダーに結び付いている構成要 素を分離させている。こうして、第１図の装置においては、シリンダー■のバル ブ組立て体のコイルがシリンダー■の点火回路内に接続され、シリンダー■のバ ルブ組立てのコイルがシリンダー■の点火回路内に接続され、シリンダー■のバ ルブ組立て体のコイルがシリンダー■の点火回路内に接続され、そしてシリンダ ー■のバルブ組立て体のコイルがシリンダー■の点火回路内に接続されているこ とが明らかとなる。

各点火回路においては、電池電圧がスイッチング回路Ａを経てコイル１２の１次 巻線に印加される。電流は、抵抗Ｒ１＞よびＲ２によってバイアスされたトラン ジスタＴ１を経てアースに導かれる。１方、１次巻線を流れる電流によって磁界 が生じ、これは閉じ素子１１を動作させて燃料噴射バルブを開けるので、燃料が シリンダー内に噴射される。今日の技術において知られている通り、点火は、１ 次巻線への電流を遮断することによシ１次巻線中の磁界を急激に減少させること によって実施される。この時、１次巻線中の急速に変化する磁界は２次巻線中に 高電圧を誘起し、スパークプラグの電極間にスパークを生じさせる。こうして、 ここで説明されている装置においては、シリンダー■の、１次コイルにおける電 流が遮断さｎた時に、シリンダー■のスパークプラグの電極間にスパークが生じ る。

スイッチング回路Ａは１次巻線中の電流を規制して、それにより）ランゾスタＴ １を保護するために設けられている。各スイッチング回路は同じ構成要素を含ん でいるため、単に１つだけが詳細に示されている。各々はコンパレーターに１、 ダイオードＤ１、第２トランジスタＴ２および抵抗Ｒ３とＲ４とを含んでいる。

抵抗Ｒ３は正の電源とコンパレーターに１の反転入力との間に接続され、その入 力に正の電圧を供給するために用いられている。抵抗Ｒ４はに１とＲ３の接続点 をグランドに接続する。コンパレーターの出力はトランジスタＴ２のベースに接 続されて、Ｋ１の出力がローすなわち論理“０″を表わすレベル、にある時にベ ース電流がＴ２に供給されて、そしてＴ２は電池からコイル１２へと電流を導く 。Ｔ１のエミッターはコンパレータ〜の非反転入力にＦｉＪｔｔされる。こうし て、電流が１次コイルとトランジスタＴ１を通して流れる時、電圧かに１の非反 転入力に加えられる。通常は、この電圧はに１の反転入力における電圧よりも小 さく、そしてそのために１の出力は論理“０”の状態に留まる。

しかし、１次コイルにおける電流が、ある値を越えると、Ｋ１の反転入力におけ る電圧は、非反転入力における電圧よりも大きくなって、それによりに１の出力 が論理”１　″状態に切替わシ、そしてＴ２へのベース電流を停止させる。次に Ｔ２はオフに切替わり、そして１次巻線への電流導通が停止する。トランジスタ Ｔ１における電流は直ちに降下し、コンパレーターに１の出力はいくらかの時間 の後に論理状態”１　”に戻シ、そして１次コイルへの電ｖｖ供給が再開される 。

その時間は、コンパレーターに１のヒステリシスおよび、コイル１２、ダイオー ドＤ１、トランジスタＴ１および抵抗Ｒ１を含む回路におけるロスに依存する。

トランジスタＴ２の、この瞬間的なスイッチングオフは、Ｔ１が低コレクタ電圧 を持つスイッチとして動作するために、Ｔ１を高電力消費から保護する。電流の 供給が瞬間的に停止した時の、コイルの１次側の最大電圧変化は印加されている 電圧＋７以上のものではないため、相応する２次電圧は放電々圧以下に留まって おシ、そのためスパー・りが生ずることはない。

遮断それ自体のような、各コイルおよびスパークプラグに関する点火回路の他の 詳細、ならびに電池への接続は一般的なものであって、ここではこれ以上の説明 は要しない。

第２図は、第１図に示された４つのコイルの各々に関する、時間に関連したコイ ル電流の変化を示している。コイルを通して流れる電流に関する時間の長さは、 エンジンの変化する動作条件に依存するはずの、望ましい燃料噴射時間に依存す る。第１図に示された装置に関しては、噴射時間はコイルを充電するのに十分な 時間を含むようにされている。実線は、遮断によって、スパークを生じさせるの に十分な電圧が２次巻線内に誘起されること全確実にするために、１次巻線中に 流されるべき電流に関する、最少の時間の長さを示゛している。最少の時間の長 さとは１般的に約６ｍｓである。

点線Ｆｉ噴射時間における変化の広がりを示している。

噴射時間は点線で示さルた最大値と゛実線で示された最小値との間で変化する。

第２図において、Ｘで表わさｎる矢印は、７２０度回転、すなわち完全な４スト ロークサイクルを表わしている。噴射時間の長さを制御するための回路は１般的 なものであって、ここではこれ以上の説明を要しない。実際には、３ｍＳよりも 短かためタイミングに関しては点火コイルとしての、バルブ組立て体のコイルの 使用における困難さはない。１般的には、ここで説明される装置においては、ア イドル状態における約６ｍｓからフルスロットルにおける約１５ｍ５まで噴射時 間は変化する。コイル中における電力消失を減少させるために、コイル電流は各 噴射時間の間にも変化する。この可能性は、コイルを励磁してバルブ閉め部分１ １の動作を確実にさせるために要する電流はスパークを生じさせるために要する 電流よりも少ないという事実から得られるものである。このため、前に説明した ように噴射時間が、スパークを確実に生じさせるのに要する最少時間よりも大き な時は、各燃料噴射時間の開始時に印加される電流は制限される。本発明の、こ の変更による時間に関するコイル電流の変化は第６図に示される。再び、実線は スパーク発生を確実とするためにコイルに流ｎるべき電流に関する、最少の時間 の長さを示している。それらの時間の間に、コイル電流は、スパークが生じさせ るのを確実にするために前もって決めらｎた値を越えることになる。点線は再び 、噴射時間の変化の広がりを示している。点火が望まれる前の、この例では約３ ｍＳの前もって決められた時間だけコイルに加えられる電流は、前もって決めら れた時間の間に加えられる電流よりも小さいが、しかし噴射バルブを確実に開か せるには十分である。電流制限は、第１図において示されているビンＸＹに加え られる電圧によって制御することができる。

第４図は、本発明のこの実施例における、吸気および排気バルブの位置、ならび に点火および燃料噴射時間の間の関係を示したものである。垂直軸は閉じた位置 に対して測定されたバルブ位置を表わしている。実線は排気バルブの位置を表わ し、そして点、線は吸気バルブの位置を表わしている。バルブ位置のこの関係は ４ストロ一ク行程を特長づけるものである。図中の水平軸は時間を表わしている 。図中の最大値はバルブの完全に開いた位置を表わしている。

図中のジグデグの矢印は点火ポイントを表わし、そして水平の矢印は燃料噴射時 間の終わりを表わしている。前に指摘したように、燃料噴射時間の長さは、そし てそれらが開始されるポイントは、変化する。示されている装置は両方のパルプ が閉じている時に燃料を噴射するように選ばれている。現在では、これが望まし い配置方法となっている。各パルプ組立て体コイルが異なるシリンダーに対して 点火条件と同様にリンクされている本発明のこの実施例においては、排気バルブ が開く直前に噴射が行なわ扛で、両方のパルプが完全に閉じている時に点火され ることを確実にすることが可能である。このことは、それが示されている第６図 から明らかとなるのであって、例えばシリンダーＩでの点火と同時にシリンダー Ｈにおいては燃料噴射が終了する。シリンダー■における点火は、その吸気およ び排気バルブの両方が閉じている時に実行される。

相当する燃料噴射がシリンダーＨにおいて行なわれ、そして吸気ｌぐルブがまだ 閉じていて、しかも排気バルブが開く直前に終了する。

これまでに説明した配置は、各シリンダー毎に点火と噴射が分離し−Ｃ（別個に ）実行されるような装置に適している。しかしながら、本発明はまだ、特定のシ リンダーに関して噴射周期の終わりが点火と同時になるよう発展させた「直接噴 射」と呼ばれる装置にも適用可能である。直接噴射装置は、いくらかの利点を有 している。例えば、シリンダー制御が実行されて、１つのシリンダーがその時に スイッチオンされることも可能である。これは、そのシリンダーに欠陥がある場 合に望ましいことである。続いてこのエンジンは残りのシリンダーによって動作 し続ける。前に説明した装置は、２つのシリンダーが同時にスイッチオフされる −すなわち１つのシリンダーに関する噴射のスイッチオフは他のシリンダーに関 するスイッチオンを伴う−ので、このような種類のシリンダー制御は不可能であ る。実際、本発明は直接噴射形の装置において利点を有するものであって、これ は１つのシリンダの点火上のスイッチオフが自動的に噴射をもスイッチオンさせ 得ることによるものである。

いかなる時にでも、例えば全速時におけるアイドリングにおいてでも、燃料がエ ンゾ／から遮断されれば、点火もまた、前に説明した装置においてＬ１スイッチ オフされる。一旦燃料が連断されれば、点火は必要ではなく、そしてそのため、 この同時のスイッチオンは電力消費を減少させる。

Ｆｔｃ、　４゜ 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．アクチュエーターの開閉を実行するためのコイル（１２）を含む電気機械式 のアクチュエーターを持つエンジンのシリンダーまたは吸気マニホールド内に燃 料を噴射するためのバルブを有する内燃エンジンにおいて用いられるバルブ組立 て体において、上記コイルはまた、用いられているエンジン点火装置の１部とし ても作用することを特徴とするバルブ組立て体。
2. ２．バルブアクチユエーターおよびエンジン点火装置の点火コイルとが共通の１ 次巻線を持つような、請求の範囲第１項記載のバルブ組立て体。
3. ３．バルブアクチユエーターがソレノイドであつて、その巻線は、用いられてい るエンジン点火装置の点火コイルの１次巻線を形成するような、請求の範囲第１ 項記載のバルブ組立て体。
4. ４．バルブアクチユエーターのコイルが、エンジン点火装置のコイルのコアを形 成するのに用いられるコアを有しているような、前記いずれかの請求の範囲の項 に記載のバルブ組立て体。
5. ５．噴射バルブおよびエンジン点火装置の点火コイルのための共通出力段が、こ の組立て体の内部に集約されるような、前記いずれかの請求の範囲の項に記載の バルブ組立て体。
6. ６．燃料噴射装置の動作を制御するための中央処理装置および／またはエンジン の点火装置がこの組立て体の内部に集約されるような、前記いずれかの請求の範 囲の項に記載のバルブ組立て体。
7. ７．１つ以上のデイストリビユーターにわたるグループ噴射および点火を持つ内 燃エンジンの噴射および点火を制御するための装置で、各噴射バルブはコイルを 含む電気機械式のアクチュエーターを有している装置において、 それぞれのデイストリビユーターに高電圧を供給するために高電圧２次巻線が、 その、または各グループのバルブのコイルの回りに巻かれていることを特徴とす る装置。
8. ８．中央噴射およびデイストリビューターを含む点火装置とを有する内燃エンジ ンの噴射および点火を制御するための装置で、噴射バルブが、コイルを含む電気 機械式のアクチュエーターを有している装置において、高電圧をデイストリビュ ーターに供給するために高電圧２次巻線が噴射器のコイルの回りに巻かれている ことを特徴とする装置。
9. ９．噴射装置の、その、または各燃料噴射バルブが、その開閉を実行させるため のコイルを含む電気機械式アクチュエーターを有している内燃エンジンの点火お よび燃料噴射装置を制御するための方法において、そのコイルが点火装置内で用 いられることを特徴とする方法。
10. １０．１つの燃料噴射バルブが各シリンダー毎に設けられ、そして１つのシリン ダーの噴射バルブのコイルが異なるシリンダーの点火回路の１部として用いられ るような、請求の範囲第９項記載の方法。
11. １１．１つの燃料噴射バルブが各シリンダー毎に設けられ、そして各シリンダー の噴射バルブのコイルが同じシリンダーの点火回路の１部として用いられるよう な、請求の範囲第９項記載の方法。
12. １２．その、または各々の、バルブのコイルには、少なくとも１つの「オン」状 態と１つの「オフ」状態の間を切替わる電気的パルスが供給され、このパルスが 「オン」である時間の長さはバルブの燃料噴射周期を決め、そしてこのパルスが 「オフ」状態に切替わる点は、１つのエンジンシリンダーに関する点火タイミン グを決めるような、請求の範囲第９項記載の方法。
13. １３．前もつて決められた時間の長さよりも長い各燃料噴射周期の間に、その、 または各々の、コイルに供給される電流を変化させるようにパルスが配され、こ れによつて、点火の前の前記前もつて決められた時間の長さまでにコイルに加え られる電流が、前記前もつて決められた時間の長さの間にコイルに加えられる電 流よりも少なくされるような、請求の範囲第１２項記載の方法。