JP2001152940A - 燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最小噴射量の低減とバウンスの抑制とを可能
にし、筒内噴射インジェクタに適した制御内容を持つ燃
料噴射システムを得る。 【解決手段】 電磁駆動されるインジェクタ７と、この
インジェクタ７に第一通電時間Ｔ１と第二通電時間Ｔ２
とを有する駆動信号を出力する制御手段２と、第一通電
時間Ｔ１にはインジェクタ７を開弁させる大電流を通電
し、第二通電時間Ｔ２にはインジェクタ７を開弁状態に
保持するための小電流を通電する駆動手段６とを備え、
第一通電時間Ｔ１が、インジェクタ７の通電開始から全
開に至るまでの開弁所要時間Ｔ０より短い時間に設定さ
れ、この時間差が第一通電時間Ｔ１における電流を遮断
したとき、インジェクタ７の電流遮断から閉弁動作を開
始するまでの閉弁動作遅延時間より短い値に設定される
ようにした。

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、車両に搭載され
た内燃機関の燃料噴射量の制御、特にシリンダ内に直接
燃料を噴射する直噴形内燃機関の燃料噴射量を制御する
燃料噴射システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料噴射量制御に関しては従
来から各種の技術が開示されており、例えば、特公平４
−２３１００号公報には内燃機関の吸気通路にマルチポ
イントで燃料を噴射する所謂ＭＰＩインジェクタに適し
た制御法が開示されている。従来より電磁駆動のインジ
ェクタを開弁して内燃機関に燃料を噴射する場合、開弁
時には大電流値の開弁電流をインジェクタのソレノイド
に通電して開弁動作を速め、開弁完了後は開弁状態の維
持に必要な小電流値の開弁保持電流に切り替え、この開
弁保持電流をソレノイドに所定時間通電させて噴射量を
制御することが知られているが、上記の従来例には、開
弁電流の通電時間Ｔ１を、通電が開始されてから弁が完
全に開くまでの開弁所要時間Ｔ０に対してＴ１＞Ｔ０＋
０．１ｍｓの関係を持たせ、この開弁所要時間Ｔ１の経
過後に保持電流に移行させることが開示されている。

【０００３】このような電磁駆動のインジェクタに使用
されるニードル弁の機構では、弁の開度を規制するため
に、弁体を固定するプランジャの移動量を制限するスト
ッパが設けられており、このストッパにプランジャが衝
突することによるバウンスが発生し、このバウンスが噴
射時間に対する燃料噴射量特性の直線性を阻害して燃料
噴射量制御の精度に悪影響を与えるため、上記の従来例
では開弁所要時間より開弁電流の通電時間を長くして強
い電磁吸引力をプランジャに与え、バウンスを抑制する
と共に、一動作当たりの燃料噴射量の最小値を確保する
ためにその延長時間を０．１ｍｓに規制したものであ
る。

【０００４】また、このバウンス現象を抑制して燃料噴
射量の制御性を改善する他の従来技術例としては特公平
３−７８３４号公報が開示されている。この公報に開示
された技術は、上記の開弁電流の通電時間Ｔ１を開弁所
要時間Ｔ０より短く設定して一旦電流を遮断するか、も
しくは、低レベルの電流値に切り替えて開弁速度を低下
させ、プランジャがストッパに衝突する直前、すなわ
ち、Ｔ０に達する直前に保持電流より大きな値の電流を
通電してバウンスを抑制し、弁の開度が安定した後に保
持電流に切り替えるようにしたものであり、このように
制御することにより、プランジャとストッパとの衝突速
度を低下させ、さらに、バウンス発生時の吸引力を高め
てバウンスを抑制しようとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関のシリンダ内
に直接燃料を噴射する筒内噴射インジェクタ、所謂ＤＩ
インジェクタではシリンダ内での層状燃焼を前提として
いるため、空気と燃料との質量混合比を理論混合比の１
４．７より大きくするのが通常であり、このために、燃
料の最小噴射量をＭＰＩインジェクタと比べて小さくす
る必要がある。また、層状燃焼を前提としない場合で
も、筒内噴射の場合にはより短時間で所定量の燃料を噴
射する必要があり、インジェクタの流量ゲインを大きく
設定するので時間当たりの噴射量が大きくなり、最小噴
射量の燃料を噴射するときの噴射時間をより小さくしな
ければならないという課題を有するものである。このイ
ンジェクタの最小噴射量を安定した値として得るために
は、噴射パルス幅を上記の開弁所要時間Ｔ０とほぼ同一
にするか、もしくは、それ以上にする必要のあることが
実験結果などから求められており、上記の従来例と同様
にバウンス現象は抑制する必要がある。

【０００６】また、インジェクタに使用される弁の構成
では、ソレノイドの通電が遮断された後、閉弁するまで
の閉弁所要時間が存在し、この閉弁所要時間は、弁機構
の機械的慣性の他にプランジャに電磁吸引力として加わ
る磁束の減衰率が影響する。この磁束の減衰率はプラン
ジャの各諸元により決まる時定数に従って減衰するもの
で、通称、残留磁束、または、磁束の応答遅れなどと呼
ばれ、電流遮断時における起磁力の強さにより電流遮断
から閉弁動作開始までの遅延時間が変わるもので、起磁
力が大であるほど残留磁束が大となり磁束の消滅に時間
がかかるため、この閉弁動作遅延時間が長くなり、従っ
て閉弁所要時間が大となって最小噴射量も大きくなる。

【０００７】上記に説明した従来例の特公平４−２３１
００号公報に開示された技術では、開弁電流の通電時間
Ｔ１を開弁所要時間Ｔ０より０．１ｍｓ大きくしてバウ
ンスを抑制しており、上記の閉弁動作遅延時間と相俟っ
て、この０．１ｍｓの開弁時間の延長が最小噴射量の制
御には大きく影響し、噴射量を所定値以下に制御するこ
とが困難になる。また、特公平３−７８３４号公報に開
示された技術でも、開弁速度を低下させているのでＴ０
が長くなり、さらに、Ｔ０に達する直前に大きな値の電
流を通電して弁の開度が安定するまでこれを継続するよ
うに構成されているので開弁時間が長くなり、最小噴射
量を小さくすることは不可能であり、いずれも直噴形内
燃機関には適合しないものである。

【０００８】この発明は、単純な制御構成で最小噴射量
の低減とバウンスの抑制とを可能にし、内燃機関のシリ
ンダ内に直接燃料を噴射する筒内噴射インジェクタに適
した制御内容を持つ燃料噴射システムを得ることを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる燃料噴
射システムは、電磁駆動されるインジェクタと、このイ
ンジェクタに第一通電時間と第二通電時間とを有する駆
動信号を出力する噴射制御手段と、第一通電時間にはイ
ンジェクタを開弁させる大電流を通電し、第二通電時間
にはインジェクタを開弁状態に保持するための小電流を
通電するインジェクタ駆動手段とを備え、第一通電時間
が、通電開始からインジェクタの全開に至るまでの開弁
所要時間より短い時間に設定され、この時間差が第一通
電時間における電流が遮断されたとき、この電流遮断か
らインジェクタが閉弁動作を開始するまでの閉弁動作遅
延時間より短い値に設定されるようにしたものである。

【００１０】また、第一通電時間と第二通電時間との間
に通電を休止する通電休止時間が設定され、この通電休
止時間が、第一通電時間の電流遮断後に弁が閉弁するま
での第一閉弁所要時間と、第二通電時間の電流遮断後に
弁が閉弁するまでの第二閉弁所要時間との時間差とほぼ
等しく設定されるようにしたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１の燃料噴射システムの構成を説明するブ
ロック図、図２ないし図４は、この発明の実施の形態１
の燃料噴射システムの動作を説明する説明図であり、以
下の説明に使用する符号は上記の従来例の説明と符号を
対応させている。図１において、１は内燃機関の回転角
や吸入空気量および冷却水温度など、内燃機関の作動パ
ラメータを検出する各種センサ類、２は各種センサ類１
からの入力により燃料の必要量や噴射タイミングなどを
演算する噴射制御手段であり、噴射制御手段２には通電
条件を設定する励磁電流制御部３と、開弁動作用の過励
磁電流の通電時間を設定する過励磁タイマ４と、保持電
流の通電時間を設定する噴射タイマ５とが含まれてい
る。６はこれらのタイマ４と５との出力により図示しな
い電源からの電流を制御して筒内噴射用の電磁駆動イン
ジェクタ７を駆動するインジェクタ駆動手段である。

【００１２】噴射制御手段２は噴射タイミングを演算し
て図２に示すインジェクタ駆動信号を出力する。このイ
ンジェクタ駆動信号は、過励磁タイマ４を動作させる第
一通電時間Ｔ１と、通電を休止させる通電休止時間Ｔ３
と、噴射タイマ５を動作させて保持電流を通電する第二
通電時間Ｔ２とからなり、インジェクタ駆動手段６は第
一通電時間Ｔ１の間は開弁動作用の過励磁電流を、第二
通電時間Ｔ２の間は開弁保持用の保持電流をインジェク
タ７の図示しないソレノイドに通電する。筒内噴射用の
インジェクタ７は、内燃機関のシリンダ内に発生する燃
焼圧に耐えるため開弁圧が５Ｍｐａ以上に設定されてお
り、開弁動作時にはインジェクタ７のソレノイドには磁
路を過励磁状態にして開弁力を増大させるための大電流
が通電される。また、保持電流は開弁状態の保持に必要
な小電流に設定されるため、インジェクタ駆動手段６は
チョッパ制御などにより電源電圧を低下させ、ソレノイ
ドに通電する電流値を制御するように構成されている。

【００１３】インジェクタ７のソレノイドに対する通電
を遮断したとき、インジェクタ７の磁路の磁束変化の状
態を示したのが図４である。励磁電流Ｉの遮断に対し、
磁路の磁束は図のФに示すように、インジェクタ７の各
諸元により決まる時定数に従って一定の減衰率により減
衰する。図に示したインジェクタの構成の詳細説明は省
略するが、標準的な各諸元を持つインジェクタの磁路に
図に示すようなサーチコイル７を設けて測定した結果、
第一通電時間Ｔ１における過励磁電流の通電を遮断した
とき、初期の磁束量の９０％まで磁束量が低下するのに
０．１ｍｓを必要とした。この磁束の応答遅れは励磁電
流Ｉの遮断後も電磁吸引力が残留し、磁束が開弁を保持
できない値に低下するまでの間、閉弁動作が開始されな
いことを示しており、この閉弁動作遅延時間は電流遮断
時の磁束量、すなわち、励磁電流値により変化し、例え
ば、保持電流を遮断するときには過励磁電流を遮断する
ときと比べ、短時間で閉弁動作を開始することになる。

【００１４】この発明の実施の形態１の燃料噴射システ
ムは、この磁束の応答遅れの時間に着目して通電を制御
するようになされたもので、図２に示すように、開弁時
の通電時間である第一通電時間Ｔ１をインジェクタ７の
開弁所要時間Ｔ０より所定の時間短く設定するようにし
たものであり、第一通電時間Ｔ１に通電する過励磁電流
の遮断に対する磁束の応答遅れにより、磁束が閉弁動作
を開始する値まで減衰する時間、すなわち、閉弁動作遅
延時間をＴΦ１とすると、 ＴΦ１＞Ｔ０−Ｔ１ （１） に設定し、少なくともＴ１がＴ０より短くなるようにし
たものである。

【００１５】第一通電時間Ｔ１には上記のように開弁圧
５Ｍｐａに対応するためと筒内噴射に対応して開弁速度
を高めるために大電流値の過励磁電流が通電されるの
で、上記のように第一通電時間Ｔ１を設定しても、通電
遮断直後にはインジェクタ７の図示しないプランジャに
は磁束の応答遅れによる強い吸引力が働くことになり、
開弁時間が低下することなく弁はＴ０において全開し、
全開状態となったときのバウンス現象も抑制される。ま
た、時間Ｔ０においてはプランジャに働く吸引力は減衰
途上にあるため、この直後にインジェクタ駆動信号がオ
フとなった場合、磁束は速やかに消滅して閉弁動作を開
始し、閉弁時間が速くなる結果、燃料の最小噴射量を小
さな値にすることができる。

【００１６】図３はこのように設定された燃料噴射シス
テムの噴射特性を示すものである。図はインジェクタ駆
動信号の時間幅に対する噴射量の関係を示すもので、実
線にて示した特性ａは第一通電時間Ｔ１と開弁所要時間
Ｔ０との関係を、この発明の実施の形態１に基づきＴ１
＜Ｔ０とした場合であり、また、点線にて示した特性ｂ
は通電条件がＴ１＞Ｔ０の場合である。噴射量は通電時
間と共に増加するが、公知のように第一通電時間が終了
して保持電流に移行するときに噴射状態が変化し、その
後に再び安定して増加するようになる。ここで、代表的
な諸元を持つインジェクタにて両者を比較すると、特性
ａのものとして、開弁所要時間Ｔ０が１ｍｓで、図４に
示したような磁束の応答遅れが０．１ｍｓのインジェク
タを使用し、通電時間を上記の（１）式の限界値である
Ｔ１＝Ｔ０−ＴΦ１とした場合、特性ｂのもの、すなわ
ち、通電時間を開弁所要時間より僅かに大きくしたもの
と比較して最小噴射量を約１０％低減させることができ
た。

【００１７】実施の形態２．この発明の実施の形態２の
燃料噴射システムは、実施の形態１の設定に加え、図２
の動作説明図において、第一通電時間Ｔ１と第二通電時
間Ｔ２との間に通電休止時間Ｔ３を設定し、この通電休
止時間Ｔ３を所定の値に規制するようにしたもので、第
一通電時間Ｔ１においてインジェクタ７に供給される過
励磁電流が遮断された時の磁束の遅れによる第一閉弁所
要時間をＴＣ１とし、第二通電時間Ｔ２に供給される保
持電流が遮断されたときの第二閉弁所要時間をＴＣ２と
したとき、通電休止時間Ｔ３の値が式 Ｔ３≒ＴＣ１−ＴＣ２ （２） となるように設定したものである。

【００１８】図５はこの休止期間Ｔ３を変化させてイン
ジェクタ駆動信号の時間幅に対する噴射量の関係を示し
た実験データである。筒内噴射インジェクタのように第
一通電時間を過励磁状態にして開弁速度を大きくしたも
のにおいては、第一通電時間完了後の通電休止期間Ｔ３
をＴ３＜ＴＣ１−ＴＣ２として直ちに保持電流を通電し
た場合、通電切換時に噴射量の変化に不安定な現象が生
ずる結果となる。図の特性３に示したものがその内容で
あり、時間Ｔａにて第一通電を終了し、時間Ｔｂにて保
持電流である第二通電を開始した場合、Ｔａにおける燃
料噴射量ＱａがＴｂにおいてはＱｂに低下して流量管理
上の精度が悪化することになる。

【００１９】これとは逆に、第一通電後の休止期間Ｔ３
をＴ３＞ＴＣ１−ＴＣ２と設定すると特性１のように安
定した特性を示すようになるが、時間ＴａからＴｂにか
けて噴射量が増加傾向にあるため最小噴射量を低く押さ
えることができないことになる。インジェクタ駆動信号
の時間幅に対する噴射量特性をほぼ安定な状態に保ちな
がら最小噴射量を抑制するには、時間Ｔ３を上記（２）
式にほぼ合致させることが最良の結果となり、これによ
り安定した流量制御と、大きな流量ダイナミックレンジ
とを得ることができるようになる。

【００２０】なお、以上の説明では第二の通電時間を電
流制限するためにチョッパ制御するように説明したが、
インジェクタ７のソレノイドのインピーダンスが極端に
低い場合など、第一の通電時間における電流立ち上がり
が早く飽和電流が高過ぎる場合などには、図６に示すよ
うに、第一の通電時間における最大電流の制限のために
チョッパ制御を行う必要があるが、このような場合にお
いても実施の形態１，および実施の形態２に説明した第
一通電時間Ｔ１と休止時間Ｔ３の特定化による効果を得
ることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の燃料
噴射システムによれば、開弁動作を行わせる第一通電時
間をインジェクタの開弁所要時間より短く設定すると共
に、その時間差を、第一通電時間終了時の電流値による
磁束の遅れ時間より短い時間に設定し、また、第一通電
時間と保持電流を通電する第二通電時間との間に通電休
止時間を設け、この通電休止時間を、第一通電時間に供
給される過励磁電流遮断時の閉弁所要時間と第二通電時
間に供給される保持電流遮断時の閉弁所要時間との差の
時間とほぼ等しい時間としたので、燃料の最小噴射量を
小さな値に設定することが可能となり、安定した流量制
御と、大きな流量ダイナミックレンジとを得ることがで
き、筒内噴射インジェクタに適した燃料噴射システムを
得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の燃料噴射システム
の構成を説明するブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の燃料噴射システム
の動作を説明する説明図である。

【図３】 この発明の実施の形態１の燃料噴射システム
の動作特性を説明する説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１の燃料噴射システム
の動作を説明する説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態２の燃料噴射システム
の動作特性を説明する説明図である。

【図６】 この発明の燃料噴射システムの通電電流の変
形例を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 各種センサ類、２ 噴射制御手段、３ 励磁電流制
御部、４ 過励磁タイマ、５ 噴射タイマ、６ インジ
ェクタ駆動手段、７ インジェクタ。

フロントページの続き (72)発明者 青田 雅之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 BA51 CC05U CD26 CE22 CE29 DA01 3G301 HA04 LB04 LC10 MA11 NE19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁駆動されるインジェクタ、このイン
   ジェクタに第一通電時間と第二通電時間とを有する駆動
   信号を出力する噴射制御手段、前記第一通電時間には前
   記インジェクタを開弁させる大電流を通電し、前記第二
   通電時間には前記インジェクタを開弁状態に保持する小
   電流を通電するインジェクタ駆動手段を備え、前記第一
   通電時間が、通電開始から前記インジェクタの全開に至
   るまでの開弁所要時間より短い時間に設定され、この時
   間差が、前記第一通電時間における電流が遮断されたと
   き、この電流遮断から前記インジェクタが閉弁動作を開
   始するまでの閉弁動作遅延時間より短い値に設定された
   ことを特徴とする燃料噴射システム。
2. 【請求項２】 第一通電時間と第二通電時間との間に通
   電を休止する通電休止時間が設定され、この通電休止時
   間が、第一通電時間の電流遮断後に弁が閉弁するまでの
   第一閉弁所要時間と、第二通電時間の電流遮断後に弁が
   閉弁するまでの第二閉弁所要時間との時間差とほぼ等し
   く設定されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴
   射システム。