JPH10339201A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射パルス入力からの応答遅れが小さく、か
つ、その応答遅れ時間が一定である制御性が良好な燃料
噴射装置を簡単な構成で実現する。 【解決手段】 噴射弁の電気コイルに電流を流す駆動回
路に、該当気筒の行程を検出する機構や燃料圧を検出す
る機構からの信号を入力し、上記駆動回路は、筒内圧力
が急激に高くなる領域を避けた上で、電気コイルに、そ
れだけでは噴射弁が開弁してしまわない程度の電流をバ
イアス電流として予め流しておくように燃料噴射装置を
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の燃料
噴射装置に係り、特に、自動車用エンジンの気筒内へ燃
料を供給する電磁ソレノイド式の燃料噴射装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用エンジンヘの燃料供給装
置においては、自動車の運転状態に応じたきめ細かな燃
料制御を行う必要性から、燃料噴射量の高い精度が求め
られている。特に、エンジンの気筒内に燃料を噴射する
筒内直接噴射式エンジンでは、その要求精度は一段と高
い上、噴射量のダイナミックレンジも高く、電磁石の作
動遅れ時間を極力小さくする必要がある。さらに、燃圧
の変化が噴射量に与える影響も大きいので、燃圧その他
の状況に応じた噴射量制御を行う必要がある。

【０００３】このような目的を持つ従来の燃料噴射装置
としては、例えば、特開平４−２８４１５９号公報に示
すようなものが公知である。

【０００４】この従来の燃料噴射装置は、針弁と一体の
プランジャを電磁石の吸引力によってばねの閉弁力に抗
して移動せしめ開弁動作を行う電磁弁において、ばねの
一方の固定端を他の電磁石によって移動可能とし、燃圧
が比較的高い場合には、上記ばねの閉弁力を小さくする
ことで、燃圧による閉弁力とばねによる閉弁力との合力
が燃圧が低い場合と大きく違わないように調整し、電磁
石の動作遅れを小さくすると共に、その遅れ時間の変動
を小さくするように構成していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の燃料噴射装置にあっては、電磁石の電気コイルおよ
びその電気コイルに電流を通電するための駆動回路が２
系統必要であるため、燃料噴射弁そのものの構成が非常
に複雑となり、コストの増大や大型化により取付性が悪
化し、さらには、電磁石で開弁動作の調整を行うように
構成されているので、その構造上、２段階しかばね力の
調整が行えないため、始動時等の燃圧変化には対応する
ことができず、これを解決するためには、別途何らかの
噴射量の補正手段が必要となる、という課題を有してい
た。

【０００６】この発明は、かかる現状に鑑み創案された
ものであって、その目的とするところは、燃料噴射弁の
電磁石の駆動回路に、エンジンの該当気筒の回転角を示
す電気信号や燃圧を示す電気信号等の燃料噴射弁の動作
速度に影響を与える情報を入力し、この状態において燃
料噴射弁が開弁しない程度の電流を噴射開始を示すパル
ス信号が入る以前から電磁石にバイアス電流として流し
ておくことで、簡易な構成で上記電磁石の動作遅れを小
さくすることができると共に、その遅れ時間の変動を小
さくすることができる燃料噴射装置を提供しようとする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にあっては、磁性体からなる可動子である
プランジャと、該プランジャと微小空隙を隔てて設置さ
れ上記プランジャを電磁力により上記空隙間において変
位させる電気コイルと磁性体ヨークおよびコア部からな
るソレノイドと、上記プランジャを上記コア部から離間
させる方向に付勢するばねと、上記プランジャに固定さ
れた針弁と、該針弁の動きに伴って開閉動作を行うノズ
ル部分と、上記電気コイルに電気的に接続され入力パル
ス信号のタイミングにより上記電気コイルに電流を流す
駆動回路と、を有する電磁ソレノイド式の燃料噴射装置
を技術的前提とし、上記駆動回路は、エンジンクランク
シャフトの回転位置が電気信号によって入力され、該電
気信号がエンジンの燃焼行程およびその前後の所定回転
位置を示している間は上記電磁ソレノイドの電気コイル
には電流を流さず、上記電気信号がエンジンの吸気行程
と圧縮行程およびその前後の所定回転位置を示している
間は上記電気コイルに上記電磁ソレノイドが動作しない
程度の電流をバイアス電流として流すように駆動制御さ
れていることを特徴とするものである。

【０００８】そして、この発明にあっては、上記駆動回
路は、燃料噴射弁或は該燃料噴射弁に接続される燃料配
管内部の燃圧が電気信号によって入力され、該電気信号
が示す燃圧の大きさによって、前記電磁ソレノイドの電
気コイルに流すバイアス電流の大きさを変化させるよう
に駆動制御するのが望ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す発明の実施
の形態例に基づき、この発明を詳細に説明する。

【００１０】図１は、この発明の実施の第１形態例を示
す図である。図中、符号１はエンジンのシリンダブロッ
クを、符号２はシリンダヘッドを、符号３はピストンを
夫々示しており、これらに囲まれた空間４は燃焼室を示
している。そして、該燃焼室４には噴射弁の噴孔１８が
面して形成されている。

【００１１】また、符号１１は軟磁性体からなるヨーク
であり、コア１２とともに磁気回路を構成している。そ
して、このコア１２の内径部分には、ばねシート１３が
コア１２と共に固定されて設置されており、ばね１４の
片方の端部を受けている。

【００１２】このばね１４は、圧縮された状態で一方の
端部をプランジャ１６に当接させており、プランジャ１
６を上記コア１２から引き離す方向にセット荷重を掛け
ている。また、上記プランジャ１６の小径部１６ａの先
端には、ボール弁体１７が固定されており、該ボール弁
体１７は、上記噴孔１８とともに開閉弁を構成してい
る。

【００１３】一方、図中符号２１は高圧燃料ポンプを示
しており、該高圧燃料ポンプ２１は、ガソリンを数ＭＰ
ａから十数ＭＰａに加圧し、燃料配管２２を介して噴射
弁へ供給している。

【００１４】また、図中符号３１は、噴射弁の駆動回路
であり、該駆動回路３１は、ハーネス３２によって噴射
弁の電気コイル１５に接続されており、図示しない制御
回路からの噴射パルス信号により上記電気コイル１５へ
の通電を行うように構成されている。そして、符号３３
はエンジンのクランク角センサであり、クランクシャフ
トの回転位置を上記駆動回路３１に出力している。

【００１５】次に、上記のように構成されてなる燃料噴
射装置の作用を説明する。

【００１６】先ず、上記駆動回路３１に噴射パルスが入
力されず、電気コイル１５に電流が流れていない場合に
は、上記ボール弁体１７および該ボール弁体１７と固定
されているプランジャ１６に作用している力は、図２に
示すように、主として、ばねセット荷重による力Ｆｓ
（閉弁方向）と、燃料圧力による力Ｆｆ（閉弁方向）及
びエンジンの筒内圧力による力Ｆｃ（負圧から正圧まで
変化するので開閉両方向が考えられる）、の３つに分け
られる。

【００１７】この内、燃料圧力Ｐｆによる閉弁力Ｆｆ
は、ボール弁体１７と噴孔１８とが作るシート面積をＳ
ａとすると、 Ｆｆ＝Ｐｆ×Ｓａ であり、燃料圧力の変化がある場合、上記閉弁力Ｆｆも
それについて比例的に変化することになる。

【００１８】また、筒内圧力Ｐｃによる開閉弁力Ｆｃも
エンジンの行程により変化する。 Ｆｃ＝Ｐｃ×Ｓａ

【００１９】ここで、開閉弁力Ｆｃが正のときには開弁
力となり、負のときには閉弁力となる。

【００２０】筒内圧力Ｐｃの変化を図３に示す。この図
３からも明らかなように、エンジンの吸気、圧縮、排気
行程では筒内圧力Ｐｃの変化は殆ど無いが、燃焼行程に
おいては筒内圧力Ｐｃが極めて高くなるため、ボール弁
体１７に働く開弁力Ｆｃも極めて大きくなる。これらの
ことから、燃料圧が最も低いときの閉弁力をＦｆｉｎ
ｈ、筒内圧力が最も高いときの開弁力をＦｃｍａｘとし
たとき、エンジンが如何なる行程にあっても上記電気コ
イル１５に電流が流れていないときに噴射弁が開かない
ようにするためには、 （Ｆｓ＋Ｆｆｍｉｎ）＞Ｆｃｍａｘ なる関係が成り立つよう、ばねセット荷重Ｆｓを決めて
おく必要がある。

【００２１】しかしながら、駆動回路３１に噴射パルス
が入力されるには、即ち、実際に噴射弁から燃料を噴射
するには、エンジンの該当気筒が吸気或は圧縮行程にあ
る場合のみである。

【００２２】そのため、この状態で駆動回路３１が電気
コイル１５に通電を開始したときには、噴射弁のプラン
ジャ１６およびボール弁体１７の動作は、図４（ｃ）に
示すようになる。同図（ａ）はそのときの噴射パルス信
号、同図（ｂ）は電気コイル１５の電流波形である。そ
して、上記噴射パルス信号が駆動回路３１に入力される
と、該駆動回路３１は電気コイル１５に通電を始める。

【００２３】電気コイル１５の電流は、インダクタンス
の作用により図のように遅れて立ち上がる。すると、電
流の増加につれてヨーク１１とコア１２およびプランジ
ャ１６で構成される磁気回路の作用により、プランジャ
１６とコア１２の端面との間に吸引力が生じる。このと
きの電流ｉに対するソレノイドの吸引力Ｆａ（ｉ）の関
係を図５に示す。

【００２４】しかしながら、上記Ｆｆ＝Ｐｆ×Ｓａで与
えられた関係でばねセット荷重Ｆｓが決められているの
に対して、実際の筒内圧力による開弁力Ｆｃは、該当気
筒が吸気あるいは圧縮行程であるために、筒内圧力が最
も高いときの開弁力Ｆｃｍａｘと比較して極めて小さい
（Ｆｃ＜Ｆｃｍａｘ）。また、燃料圧による閉弁力Ｆｆ
もＦｆｍｉｎよりも大きい（Ｆｆ＞Ｆｆｍｉｎ）。

【００２５】従って、噴射弁が開弁する、即ち、式〔Ｆ
ｓ＋Ｆｆ−Ｆｃ＝Ｆａ（ｉ）〕で示すようなプランジャ
１６が、ばねセット荷重Ｆｓおよび燃料圧力による閉弁
力Ｆｆに抗して移動を開始する電流値Ｉ１に到達するま
でには、相当の時間ｔ１を必要とする。

【００２６】そこで、この形態例では、クランク角セン
サ３３の信号を駆動回路３１に入力し、該当気筒の燃焼
行程前後の筒内圧力が高くなる領域を避けた上で、噴射
パルス信号が入る前に予め電気コイル１５にバイアス電
流Ｉ２を流しておく。

【００２７】このバイアス電流Ｉ２の値は、電流Ｉ１よ
りも小さく、かつ、バイアス電流Ｉ２が電気コイル１５
に流れるのは筒内圧力が高くなる燃焼行程以外の領域の
みであるので、この電流によってプランジャ１６が動き
出すことはない。

【００２８】この状態から噴射パルス信号が上記駆動回
路３１に入力されると、電流はバイアス電流Ｉ２から増
加し始めるため、上記相当の時間ｔ１よりも遥かに短い
時間ｔ２で上記移動を開始する電流値Ｉ１に到達するこ
とになる。

【００２９】これにより、噴射弁のプランジャ１６の動
き始めまでの時間が短縮できるために、図６に示すよう
に、噴射弁をより短いパルスで駆動でき、噴射量のダイ
ナミックレンジの拡大を図ることができる。

【００３０】図７は、この発明の実施の第２形態例を示
す図であり、図中符号２３は、前記高圧燃料ポンプ２１
から噴射弁へ燃料を供給する燃料配管２２の途中に設け
られた燃圧センサであり、該燃圧センサ２３は、例え
ば、内部に設けられたダイヤフラムに燃料の圧力を受
け、そのダイヤフラムの歪み量を歪ゲージで電気抵抗変
化に変換するように構成されており、上記燃料配管２２
内の燃料圧力を検出して、電気信号として駆動回路３１
に伝えている他は、他の構成及び作用は前記第１形態例
と同様であるので、その詳細な説明をここでは省略す
る。

【００３１】本形態例において、プランジャ１６が動き
始める電流値Ｉ１を決定している要素は、燃圧による閉
弁力Ｆｆと、ばねセット荷重による閉弁力Ｆｓと、筒内
圧力による開閉弁力Ｆｃおよびそれらに抗して電気コイ
ル１５の電流ｉが作り出す磁界によってプランジャ１６
をコア１２に吸引する電磁石の開弁力Ｆａ（ｉ）であ
る。このうち、実際に燃料噴射を必要とする吸気行程及
び圧縮行程での筒内圧力による開閉弁力Ｆｃは極めて小
さいので、その影響を無視すると、開弁電流Ｉ１は、 Ｆａ（Ｉ１）＝Ｆｆ＋Ｆｓ の関係で表せる。

【００３２】これは、即ち、燃料の圧力が変化すると噴
射弁の開弁電流Ｉ１も変化するということを示してい
る。

【００３３】ここで本形態例によれば、上記燃圧センサ
２３からの信号により、駆動回路３１は電気コイル１５
のバイアス電流Ｉ２を、図８に示すように、燃圧が高い
ほど大きくするように変化させる。この作用により噴射
パルス信号が入力されてから噴射弁が開き始めるまでの
時間ｔ２を燃圧によらず一定にすることができる。

【００３４】そして、実際には、図９に示すように、バ
イアス電流Ｉ２を変化させると噴射弁のプランジャ１６
が動き出してからの電流（吸引力）の時間的な推移も変
わってくるため、厳密にはプランジャ１６の動作中の挙
動までを一定にすることはできないが、通常電流の定常
値Ｉ３と比べてバイアス電流Ｉ２の絶対値および変化幅
は充分小さいので、このことが噴射量へ及ぼす影響は無
視できる。

【００３５】このように、燃料圧が変化するような燃料
系システムにおいても、噴射パルス信号の立上りから噴
射弁の開弁開始までの時間的な遅れを、図１０に示すよ
うに、小さく、かつ、一定にすることができる。

【００３６】

【発明の効果】この発明にかかる燃料噴射装置は、以上
説明したように、噴射弁の電気コイルに電流を流す駆動
回路に、該当気筒の行程を検出する機構や燃料圧を検出
する機構からの信号を入力し、上記駆動回路は、筒内圧
力が急激に高くなる領域を避けた上で、電気コイルに、
それだけでは噴射弁が開弁してしまわない程度の電流を
バイアス電流として予め流しておくように構成したた
め、噴射パルス入力からの応答遅れが小さく、かつ、そ
の応答遅れ時間が一定である制御性が良好な燃料噴射装
置を簡単な構成で実現することができる、という優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の第１形態例に係る燃料噴射装
置の概略的な構成を示す断面図である。

【図２】同燃料噴射装置のプランジャに作用する力を示
す説明図である。

【図３】同燃料噴射装置における筒内圧力の変化を示す
グラフである。

【図４】同燃料噴射装置における噴射弁のプランジャと
ボール弁体の動作を示す説明図であり、（ａ）はそのと
きの噴射パルス信号を、（ｂ）は電気コイルの電流波形
を、（ｃ）は針弁変位を、（ｄ）は電流波形を、（ｅ）
針弁変位を夫々示す説明図である。

【図５】同燃料噴射装置における電流に対するソレノイ
ドの吸引力の関係を示すグラフである。

【図６】同燃料噴射装置の燃料噴射量とパルス幅との関
係を示すグラフである。

【図７】この発明の実施の第２形態例に係る燃料噴射装
置の概略的な構成を示す断面図である。

【図８】同燃料噴射装置のバイアス電流と燃料圧との関
係を示すグラフである。

【図９】同燃料噴射装置におけるプランジャが動き出し
てからの電流（吸引力）の時間的な推移を示すグラフで
ある。

【図１０】同燃料噴射装置における噴射パルス信号の立
上りから噴射弁の開弁開始までの時間的な遅れの関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ２ シリンダヘッド ３ ピストン ４ 燃焼室 １１ ヨーク １２ コア １４ ばね １５ 電流コイル １６ プランジャ １７ ボール弁体 １８ 噴孔 ２１ 高圧燃料ポンプ ２２ 燃料配管 ３１ 噴射弁の駆動回路 ３３ クランク角センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体からなる可動子であるプランジャ
   と、該プランジャと微小空隙を隔てて設置され上記プラ
   ンジャを電磁力により上記空隙間において変位させる電
   気コイルと磁性体ヨークおよびコア部からなるソレノイ
   ドと、上記プランジャを上記コア部から離間させる方向
   に付勢するばねと、上記プランジャに固定された針弁
   と、該針弁の動きに伴って開閉動作を行うノズル部分
   と、上記電気コイルに電気的に接続され入力パルス信号
   のタイミングにより上記電気コイルに電流を流す駆動回
   路と、を有する電磁ソレノイド式の燃料噴射装置におい
   て、上記駆動回路は、エンジンクランクシャフトの回転
   位置が電気信号によって入力され、該電気信号がエンジ
   ンの燃焼行程およびその前後の所定回転位置を示してい
   る間は上記電磁ソレノイドの電気コイルには電流を流さ
   ず、上記電気信号がエンジンの吸気行程と圧縮行程およ
   びその前後の所定回転位置を示している間は上記電気コ
   イルに上記電磁ソレノイドが動作しない程度の電流をバ
   イアス電流として流すように駆動制御されることを特徴
   とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記駆動回路は、燃料噴射弁或は該燃料
   噴射弁に接続される燃料配管内部の燃圧が電気信号によ
   って入力され、該電気信号が示す燃圧の大きさによっ
   て、前記電磁ソレノイドの電気コイルに流すバイアス電
   流の大きさを変化させるように駆動制御されていること
   を特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。