JP2003301756A - ディーゼルエンジン及びディーゼルエンジン運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置に
適用される電磁弁１を開閉することに利用されるソレノ
イド２と、ソレノイド２に直列に接続されるスイッチ６
と、ソレノイド２に直列に接続され、スイッチ６に並列
に接続される定電圧ダイオード８とを具備している。ス
イッチ６が導通から非導通になったときに、ソレノイド
２に蓄積されたエネルギーにより定電圧ダイオード８に
印加される電圧が瞬間的に大きく閾値電圧以上に増加す
る。このとき、定電圧ダイオード８は、電流を流してそ
のエネルギーを消費する。この結果、電磁弁１は、速く
閉じることができ、本発明によるディーゼルエンジン
は、燃費が向上し、アイドリング時の回転速度が安定
し、黒煙の排気を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン及びディーゼルエンジン運転方法に関し、特に、燃料
を燃焼室に供給する燃料噴射装置に電磁弁が適用されて
いるディーゼルエンジン及びディーゼルエンジン運転方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルを燃料として回転動力を生成
するディーゼルエンジンが広く用いられている。図６
は、公知のディーゼルエンジンに適用され、燃焼室に燃
料を供給する燃料噴射装置を示している。その燃料噴射
装置５０は、電磁弁１００、ポンプ５１およびノズル５
２を備えている。ポンプ５１は、燃料を加圧して電磁弁
１００に供給する。電磁弁１００は、供給された燃料を
所定の圧力に変換してノズル５２に供給する。ノズル５
２は、電磁弁１００から所定の圧力で出力される燃料を
図示されていない燃焼室に供給する。ディーゼルエンジ
ンは、供給される燃料を燃焼室で燃焼させたときに発生
する圧力をクランク軸の回転運動に変換する。このよう
な燃料噴射装置５０は、燃焼室に燃料を適切な圧力で供
給することが望まれている。

【０００３】図７は、電磁弁１００を詳細に示してい
る。電磁弁１００は、電磁弁１００を開閉させるソレノ
イド１０２が直流電力を供給する電源端子１０３と接地
端子１０４とともに設けられている。ソレノイド１０２
は、電流が流れると、磁界を発生して電磁弁１００を開
け、電流が遮断されると電磁弁１００を閉じる。電源端
子１０３の電位は、外部の図示されていない電源から供
給される。接地端子１０４は電源端子１０３のリターン
グランドであり、接地端子１０４の電位は電源端子１０
３の電位より２４Ｖだけ低い。電磁弁１００は、さら
に、トランジスタ１０５、回生ダイオード１０７および
制御装置１０９を備えている。

【０００４】トランジスタ１０５は、ソレノイド１０２
と電源端子１０３との間に介設されている。回生ダイオ
ード１０７は、トランジスタ１０５と接地端子１０４と
の間に介設され、ソレノイド１０２に並列に接続されて
いる。制御装置１０９は、トランジスタ１０５に接続さ
れている。

【０００５】トランジスタ１０５は、制御装置１０９か
ら送信される信号に基づいて、ソレノイド１０２と電源
端子１０３とを接続し、または、遮断するスイッチとし
て使用される。回生ダイオード１０７は、接地端子１０
４の側の電位がトランジスタ１０５の側の電位より低い
ときに接地端子１０４とトランジスタ１０５との間に電
流を流さないで、接地端子１０４の側の電位がトランジ
スタ１０５の側の電位より高いときに接地端子１０４か
らソレノイド１０２に電流を流す。ソレノイド１０２
は、電流が遮断された瞬間に、その両端に電圧が大きく
増加するサージが発生する。回生ダイオード１０７は、
そのサージによる電圧によりトランジスタ１０５が故障
することを防止する。

【０００６】制御装置１０９は、電磁弁１００の動作を
制御し、スイッチング運転と、サージエネルギー吸収運
転とを切り換える。制御装置１０９は、スイッチング運
転で、図示されていない測定装置を用いてソレノイド１
０２に流れる電流Ｉ_ｓｏｌを測定し、トランジスタ１０
５を用いて電流Ｉ_ｓｏｌを制御する。すなわち、制御装
置１０９は、トランジスタ１０５を介して電源端子１０
３からソレノイド１０２に流れる電流の導通・遮断を交
互に繰り返して、ソレノイド１０２に所定範囲の電流Ｉ
_ｓｏｌを流す。たとえば、制御装置１０９は、その所定
範囲の上限に達したときに、トランジスタ１０５に電源
端子１０３からソレノイド１０２に流れる電流を遮断さ
せ、所定範囲の下限に達したときにトランジスタ１０５
に電源端子１０３からソレノイド１０２に電流を流れさ
せる。

【０００７】制御装置は、サージエネルギー吸収運転で
は、トランジスタ１０５を介して電源端子１０３からソ
レノイド１０２に流れる電流を遮断する。ソレノイド１
０２は、電流Ｉ_ｓｏｌが遮断された瞬間に、その両端に
電圧が大きく増加するサージが発生する。回生ダイオー
ド１０７は、電流を流すことにより、そのサージによる
電圧を下降させてトランジスタ１０５が故障することを
防止する。

【０００８】図８は、ソレノイド１０２に流れる電流を
示している。その電流Ｉ_ｓｏｌは、スイッチング運転が
実行されているときには、所定の範囲に属している。さ
らに、電流Ｉ_ｓｏｌは、スイッチング運転からサージエ
ネルギー吸収運転に切り換わる時刻ｔ_ｏｆｆから下降
し、時刻ｔ_ｏｆｆから期間Δｔ後に０になる。すなわ
ち、電磁弁１００は、閉じるときに、期間Δｔだけ遅れ
る。このため、ディーゼルエンジンは、燃費が悪くな
り、排気中に黒煙が含まれ、アイドリング時の回転が不
安定になる。ディーゼルエンジンは、燃費が良く、排気
中の黒煙の量が少なく、アイドリング時の回転が安定し
ていることが望まれ、電磁弁は、速く閉じられることが
望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、燃費
を向上させるディーゼルエンジン及びディーゼルエンジ
ン運転方法を提供することにある。本発明の他の課題
は、排気中の黒煙の量を低減するディーゼルエンジン及
びディーゼルエンジン運転方法を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、アイドリング時の回転を安
定させるディーゼルエンジン及びディーゼルエンジン運
転方法を提供することにある。本発明のさらに他の課題
は、電磁弁の発熱をより低減するディーゼルエンジン及
びディーゼルエンジン運転方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課
題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符
号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形
態］の記載との対応を明らかにするために付加されたも
のであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の
技術的範囲の解釈に用いてはならない。

【００１１】本発明によるディーゼルエンジンは、燃料
を燃焼室に供給する燃料噴射装置に適用される電磁弁を
開閉することに利用されるソレノイド（２）と、ソレノ
イド（２）に直列に接続されるスイッチ（６）と、ソレ
ノイド（２）に直列に接続され、スイッチ（６）に並列
に接続される定電圧ダイオード（８）とを具備してい
る。定電圧ダイオード（８）は、閾値電圧以上の逆電圧
が印加されたときに電流を流す。

【００１２】スイッチ（６）が導通から非導通になった
ときに、ソレノイド（２）に蓄積されたエネルギーによ
り定電圧ダイオード（８）に印加される電圧が瞬間的に
大きく増加する。このとき、定電圧ダイオード（８）
は、電流を流してそのエネルギーを消費する。この結
果、電磁弁（１）は、速く閉じることができ、本発明に
よるディーゼルエンジンは、燃費が向上し、アイドリン
グ時の回転速度が安定し、黒煙の排気を防止する。

【００１３】スイッチ（６）は、トランジスタであり、
閾値電圧は、トランジスタが耐えることができる電圧よ
り小さい。このとき、スイッチ（６）は、耐圧より大き
い電圧がかからないで、故障し難い。

【００１４】本発明によるディーゼルエンジンは、さら
に、ソレノイド（２）のスイッチ（６）と反対側に直列
に接続される他のスイッチ（５）と、スイッチ（６）が
導通のときにスイッチ（５）の導通非導通を制御してソ
レノイド（２）に流れる電流を所定の範囲に制御する制
御装置（９）とを具備していることが好ましい。スイッ
チ（５）は、スイッチ（６）が遮断されているときに、
遮断される。

【００１５】本発明によるディーゼルエンジンは、さら
に、ソレノイド（２）と定電圧ダイオード（８）とに並
列に接続され、スイッチ（５）に直列に接続される回生
ダイオード（７）を具備している。回生ダイオード
（７）は、スイッチ（５）が導通しているときに電流を
流さない。ソレノイド（２）は、電流が遮断された瞬間
に、その両端に電圧が大きく増加するサージを発生させ
る。回生ダイオード（７）は、そのサージによる電圧に
よりスイッチ（５）が故障することを防止する。本発明
によるディーゼルエンジンによれば、ソレノイド（２）
に蓄積されたエネルギーは、この回生ダイオード（７）
のみで消費されるより、速く消費され、さらに、発熱量
が小さい。

【００１６】本発明によるディーゼルエンジン運転方法
は、燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置に適用される
電磁弁を開閉することに利用されるソレノイド（２）
と、ソレノイド（２）に並列に接続される第１スイッチ
（６）と、ソレノイド（２）の第１スイッチ（６）と反
対側に直列に接続される第２スイッチ（６）と、ソレノ
イド（２）に直列に接続され、第２スイッチ（６）に並
列に接続される定電圧ダイオード（８）とを備えている
ディーゼルエンジンを用いて実行される。本発明による
ディーゼルエンジン運転方法は、第２スイッチ（６）を
導通させ、第１スイッチ（６）の導通非導通を制御し
て、ソレノイド（２）に流れる電流を所定の範囲に制御
するスイッチング運転と、第２スイッチ（６）を非導通
にし、第１スイッチ（６）を非導通にするサージエネル
ギー吸収運転とを具備している。

【００１７】サージエネルギー吸収運転のときに、ソレ
ノイド（２）に蓄積されたエネルギーは、速く消費され
る。この結果、電磁弁（１）は、速く閉じて、燃料の供
給を速く停止することができる。この結果、ディーゼル
エンジンは、燃費が向上し、アイドリング時の回転速度
が安定し、黒煙の排気を防止する。

【００１８】閾値電圧は、第２スイッチ（６）が耐える
ことができる電圧より小さい。このとき、スイッチ
（６）は、耐圧より大きい電圧がかかからないで、故障
し難い。

【００１９】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明によるデ
ィーゼルエンジンに適用される電磁弁の実施の形態を説
明する。その電磁弁１は、図１に示されているように、
電磁弁１を開閉させるソレノイド２が直流電力を供給す
る電源端子３と接地端子４とともに設けられている。ソ
レノイド２は、電流が流れると、磁界を発生して電磁弁
１を開け、電流が遮断されると電磁弁１を閉じる。電源
端子３の電位は、外部の図示されていない電源から供給
される。接地端子４は電源端子３のリターングランドで
あり、接地端子４の電位は電源端子３の電位より２４Ｖ
だけ低い。電磁弁１は、さらに、第１トランジスタ５、
第２トランジスタ６、回生ダイオード７、定電圧ダイオ
ード８および制御装置９を備えている。

【００２０】第１トランジスタ５は、ソレノイド２と電
源端子３との間に介設されている。第２トランジスタ６
は、ソレノイド２と接地端子４との間に介設されてい
る。回生ダイオード７は、第１トランジスタ５と接地端
子４との間に介設され、ソレノイド２と第２トランジス
タ６とに並列に接続されている。定電圧ダイオード８
は、ソレノイド２と接地端子４との間に介設され、第２
トランジスタ６に並列に接続されている。制御装置９
は、第１トランジスタ５に接続され、第２トランジスタ
６に接続されている。

【００２１】第１トランジスタ５は、制御装置９から送
信される信号に基づいて、ソレノイド２と電源端子３と
を接続し、または、遮断するスイッチとして使用され
る。第２トランジスタ６は、制御装置９から送信される
信号に基づいて、ソレノイド２と接地端子４とを接続
し、または、遮断するスイッチとして使用される。回生
ダイオード７は、接地端子４の側の電位が第１トランジ
スタ５の側の電位より低いときに接地端子４と第１トラ
ンジスタ５との間に電流を流さないで、接地端子４の側
の電位が第１トランジスタ５の側の電位より高いときに
接地端子４からソレノイド２に電流を流す。ソレノイド
２は、電流が遮断された瞬間に、その両端に電圧が大き
く増加するサージが発生する。回生ダイオード７は、そ
のサージによる電圧により第１トランジスタ５が故障す
ることを防止する。

【００２２】定電圧ダイオード８は、ソレノイド２の側
の電位が接地端子４の側の電位より高い場合で、ソレノ
イド２の側の電位と接地端子４の側の電位との差がツェ
ナー電圧（たとえば、約９０Ｖ）以上であるときに電流
を流し、その差がツェナー電圧未満であるときに電流を
流さない。定電圧ダイオード８は、ソレノイド２に蓄積
されたエネルギーを消費して、ソレノイド２に流れる電
流を速く打ち消す。このツェナー電圧は、第２トランジ
スタ６の耐圧より小さい。定電圧ダイオード８は、第２
トランジスタ６が故障することを防止する。

【００２３】制御装置９は、図示されていない測定装置
を用いてソレノイド２に流れる電流Ｉ_ｓｏｌを測定し、
第１トランジスタ５と第２トランジスタ６とを用いて電
流Ｉ _ｓｏｌを制御する。すなわち、制御装置９は、第２
トランジスタ６にソレノイド２から接地端子４に電流を
流させ、第１トランジスタ５を介して電源端子３からソ
レノイド２に流れる電流の導通・遮断を交互に繰り返し
て、ソレノイド２に所定範囲の電流Ｉ_ｓｏｌを流す。た
とえば、制御装置９は、その所定範囲の上限に達したと
きに、第１トランジスタ５に電源端子３からソレノイド
２に流れる電流を遮断させ、所定範囲の下限に達したと
きに第１トランジスタ５に電源端子３からソレノイド２
に電流を流させる。

【００２４】本発明によるディーゼルエンジン運転方法
の実施の形態は、ディーゼルエンジン１を運転する方法
であり、ソレノイド２に流れる電流を所定の範囲に制御
するスイッチング運転と、ソレノイド２に蓄積されたエ
ネルギーを消費するサージエネルギー吸収運転とを備え
ている。

【００２５】図２は、第２トランジスタ６の状態を示し
ている。第２トランジスタ６は、ソレノイド２から接地
端子４に電流を流してスイッチング運転を実行し、ソレ
ノイド２から接地端子４に流れる電流を遮断してサージ
エネルギー吸収運転を実行する。すなわち、第２トラン
ジスタ６は、スイッチング運転とサージエネルギー吸収
運転とを切り換える。図２のグラフは、時刻ｔ
_ｏｆｆに、第２トランジスタ６がソレノイド２から接地
端子４に流れる電流を遮断して、スイッチング運転から
サージエネルギー吸収運転に切り換わっていることを示
している。

【００２６】図３は、第１トランジスタ５の状態を示し
ている。第１トランジスタ５は、スイッチング運転のと
きに、制御装置９により、電源端子３からソレノイド２
に電流を流すことと、その電流を遮断することとを繰り
返して、ソレノイドに流れる電流を所定の範囲に属する
ように制御される。すなわち、第１トランジスタ５は、
時刻ｔ_１、ｔ_３…で電源端子３からソレノイド２に電流
を流し、時刻ｔ_２、ｔ _４…で電源端子３からソレノイド
２に流れる電流を遮断する。第１トランジスタ５は、時
刻ｔ_ｏｆｆ以降のサージエネルギー吸収運転のときに、
電源端子３からソレノイド２に流れる電流を遮断する。

【００２７】図４は、ソレノイド２と定電圧ダイオード
８との間のノード１０の電位を示している。その電位Ｖ
は、スイッチング運転のときは、接地端子４の電位Ｖ_ｇ
と等しく、時刻ｔ_ｏｆｆで電位Ｖ_ｇからツェナー電圧だ
け高い電位Ｖｚまで急激に上昇し、期間Δｔ後に電位Ｖ
_ｇに下降する。図４のグラフは、ソレノイド２に蓄積さ
れたエネルギーにより電位Ｖが上昇し、定電圧ダイオー
ド８と回生ダイオード７とがソレノイド２から接地端子
４に電流を流してそのエネルギーを消費していることを
示している。期間Δｔは、回生ダイオード７のみがその
エネルギーを消費するのに必要な期間より短く、電磁弁
１は速く閉じることができることを示している。本発明
による電磁弁によれば、さらに、ソレノイド２に蓄積さ
れたエネルギーは、回生ダイオード７と定電圧ダイオー
ド８とで消費され、発熱量が小さい。

【００２８】図５は、ソレノイド２に流れる電流を示し
ている。その電流Ｉ_ｓｏｌは、スイッチング運転が実行
されているときには、所定の範囲に属している。すなわ
ち、電流Ｉ_ｓｏｌは、時刻ｔ_１、ｔ_３から上昇し、時刻
ｔ_２、ｔ_４から下降する。さらに、電流Ｉ_ｓｏｌは、時
刻ｔ_ｏｆｆから下降し、時刻ｔ_ｏｆｆから期間Δｔ後に
０になる。期間Δｔは、ノード１０の電位Ｖが電位Ｖｚ
まで急激に上昇してから電位Ｖ_ｇに下降するまでの期間
Δｔと一致しており、電磁弁１は速く閉じることができ
ることを示している。

【００２９】

【発明の効果】本発明によるディーゼルエンジン及びデ
ィーゼルエンジン運転方法は、燃費を低減し、アイドリ
ング時の回転を安定させ、黒煙を排気することを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によるディーゼルエンジンに適
用されている電磁弁の実施の形態を示す回路図である。

【図２】図２は、第２トランジスタの状態を示すグラフ
である。

【図３】図３は、第１トランジスタの状態を示すグラフ
である。

【図４】図４は、ソレノイドと第２トランジスタとの間
のノードの電位を示すグラフである。

【図５】図５は、ソレノイドを流れる電流を示すグラフ
である。

【図６】図６は、公知のディーゼルエンジンの実施の形
態を示す図である。

【図７】図７は、公知のディーゼルエンジンに適用され
ている電磁弁の実施の形態を示す回路図である。

【図８】図８は、ソレノイドを流れる電流を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ ：電磁弁 ２ ：ソレノイド ３ ：電源端子 ４ ：接地端子 ５ ：第１トランジスタ ６ ：第２トランジスタ ７ ：回生ダイオード ８ ：定電圧ダイオード ９ ：制御装置 １０：ノード

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置に
   適用される電磁弁を開閉することに利用されるソレノイ
   ドと、 前記ソレノイドに直列に接続されるスイッチと、 前記ソレノイドに直列に接続され、前記スイッチに並列
   に接続される定電圧ダイオードとを具備し、 前記定電圧ダイオードは、閾値電圧以上の逆電圧が印加
   されたときに電流を流すディーゼルエンジン。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記スイッチは、トランジスタであり、 前記閾値電圧は、前記トランジスタが耐えることができ
   る電圧より小さいディーゼルエンジン。
3. 【請求項３】請求項２において、更に、 前記ソレノイドの前記スイッチと反対側に直列に接続さ
   れる他のスイッチと、 前記スイッチが導通のときに前記他のスイッチの導通非
   導通を制御して前記ソレノイドに流れる電流を所定の範
   囲に制御する制御装置とを具備するディーゼルエンジ
   ン。
4. 【請求項４】請求項３において、更に、 前記ソレノイドと前記定電圧ダイオードとに並列に接続
   され、前記他のスイッチに直列に接続される回生ダイオ
   ードを具備し、 前記回生ダイオードは、前記他のスイッチが導通してい
   るときに電流を流さないディーゼルエンジン。
5. 【請求項５】 燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置に
   適用される電磁弁を開閉することに利用されるソレノイ
   ドと、 前記ソレノイドに並列に接続される第１スイッチと、 前記ソレノイドの前記第１スイッチと反対側に直列に接
   続される第２スイッチと、 前記ソレノイドに直列に接続され、前記第２スイッチに
   並列に接続される定電圧ダイオードとを備えるディーゼ
   ルエンジンを用いて実行されるディーゼルエンジン運転
   方法であり、 前記第２スイッチを導通させ、前記第１スイッチの導通
   非導通を制御して、前記ソレノイドに流れる電流を所定
   の範囲に制御するスイッチング運転と、 前記第２スイッチを非導通にし、前記第１スイッチを非
   導通にするサージエネルギー吸収運転とを具備するディ
   ーゼルエンジン運転方法。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記閾値電圧は、前記第２スイッチが耐えることができ
   る電圧より小さいディーゼルエンジン運転方法。