JP2014214613A - 燃料噴射弁 - Google Patents

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    • G01M15/04Testing internal-combustion engines
    • G01M15/08Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders

Abstract

【課題】筒内圧検出手段から出力される出力信号に対するノイズの影響を低コストで抑制する。
【解決手段】燃料噴射弁10の先端近傍には、気筒内の筒内圧を検出し、検出した筒内圧に応じた第1センサ信号Ss1を出力する筒内圧センサ20が設けられている。また、筒内圧センサ20と燃料噴射弁10の基端部側に設けられたソレノイド部14との間には、第1センサ信号Ss1に対して所定の信号処理を行うことにより第2センサ信号Ss2に変換する信号処理部78が設けられている。
【選択図】図2

Description

本発明は、アクチュエータの駆動に起因して開弁状態になることで、内燃機関の気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁に関する。
従来より、燃料直噴式の内燃機関には、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、前記気筒内の筒内圧を検出し、検出した前記筒内圧に応じた出力信号を出力する筒内圧検出手段とが設けられている(特許文献1参照)。
特開2001−20779号公報
特許文献1では、点火プラグの側部に筒内圧検出手段が設けられている。
これに対して、筒内圧検出手段からの出力信号に基づいて開弁時間を制御するために、燃料噴射弁に筒内圧検出手段を設ける場合、燃焼室に臨む燃料噴射弁の先端近傍に筒内圧検出手段を設けることが望ましい。
ところで、燃料直噴式の内燃機関において、燃料噴射弁は、アクチュエータの駆動によって開弁状態になることで、燃焼室に燃料を直接噴射することができる。アクチュエータは、燃料噴射弁の基端部側に配置され、当該基端部側には、ECU(Engine Control Unit)から延びるハーネスのコネクタに接続されたカプラが設けられている。従って、ECUは、ハーネス、コネクタ及びカプラを介してアクチュエータに、燃料噴射弁を開弁させるための駆動信号を供給し、一方で、筒内圧検出手段は、アクチュエータの側部の配線を経由し、カプラ、コネクタ及びハーネスを介してECUに出力信号を出力する。
この場合、出力信号は、駆動信号よりも信号レベルの低い微弱な信号である。また、アクチュエータでは、駆動信号の供給によってコイルに電流が流れることにより該コイルが励磁し、コイルの励磁作用下に、弁体に連結された可動コアを移動させることにより、噴射口から弁体を離間させて、燃料噴射弁を弁閉状態から弁開状態に移行させる。従って、筒内圧検出手段がアクチュエータ近傍の配線を介してECUに出力信号を出力する場合、該配線を通過する出力信号に、駆動信号に起因したノイズや、コイルの励磁に起因したノイズが重畳してしまう。
このように、ノイズの影響を受けた出力信号がECUに入力された場合、該ECUは、ノイズの重畳した出力信号に基づいて駆動信号を生成し、該駆動信号を燃料噴射弁に供給することになるので、当該燃料噴射弁を正確に且つ精度よく制御することができなくなる。
そこで、ECUでは、フィルタを用いてノイズを除去するか、又は、信号処理によってノイズを除去する必要がある。しかしながら、フィルタを増設した場合には、ECU側での部品点数が増大する。一方、信号処理によってノイズを除去する場合には、複雑且つ高性能な信号処理装置としてECUを構成する必要がある。従って、どちらのノイズ除去対策を採用しても、コストがかかる。
本発明は、前記の種々の課題を考慮してなされたものであり、筒内圧検出手段から出力された出力信号に対するノイズの影響を低コストで抑制することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明では、燃料噴射弁の先端近傍に設けられ、気筒内の筒内圧を検出し、検出した前記筒内圧に応じた出力信号を出力する筒内圧検出手段と、該筒内圧検出手段と前記燃料噴射弁の基端部側に設けられたアクチュエータとの間に配置され、前記出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理手段とを有する。
この構成によれば、前記筒内圧検出手段と前記アクチュエータとの間に前記信号処理手段を設けることで、前記アクチュエータ近傍の配線を介して前記出力信号が通過する前に、該出力信号に対する信号処理を行う。これにより、前記出力信号が耐ノイズ性の高い信号に変換され、低コストで前記出力信号に対するノイズの影響を抑制することができる。この結果、ECUは、ノイズの影響が少ない出力信号を取得し、取得した前記出力信号に基づいて、前記燃料噴射弁を正確に且つ精度よく制御することが可能となる。このように、本発明では、前記信号処理手段を設けたことにより、前記出力信号を高精度に検出することができる。
ここで、前記信号処理手段は、前記出力信号をA/D変換するA/D変換器を備えることが好ましい。前記A/D変換器によって前記出力信号をデジタル化(デジタル信号に変換)することにより、耐ノイズ性がより高い信号に変換することができるので、ノイズによる影響を一層小さくすることができる。また、前記ECU側でのノイズ除去処理を容易に行うことができる。
また、前記信号処理手段は、前記出力信号を増幅する増幅器を備えてもよい。前記増幅器によって前記出力信号を増幅することで、増幅後の前記出力信号の信号レベルをノイズのレベルよりも相対的に高くすれば、耐ノイズ性の高い信号に変換されるので、この場合でも、ノイズによる影響を一層小さくすることができる。
さらに、前記信号処理手段が前記A/D変換器及び前記増幅器を備える場合に、前記筒内圧検出手段に対して前記増幅器及び前記A/D変換器の順に電気的に接続されているか、又は、前記筒内圧検出手段に対して前記A/D変換器及び前記増幅器の順に電気的に接続されていてもよい。このように、前記A/D変換器と前記増幅器とを電気的に直列に接続することにより、ノイズに対する影響を一層低減することができる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、筒内圧検出手段とアクチュエータとの間に信号処理手段を設けることで、前記アクチュエータ近傍の配線を介して出力信号が通過する前に、該出力信号に対する信号処理を行う。これにより、前記出力信号が耐ノイズ性の高い信号に変換され、低コストで前記出力信号に対するノイズの影響を抑制することができる。この結果、ECUは、ノイズの影響が少ない出力信号を取得し、取得した前記出力信号に基づいて、燃料噴射弁を正確に且つ精度よく制御することが可能となる。このように、本発明では、前記信号処理手段を設けたことにより、前記出力信号を高精度に検出することができる。
本実施形態に係る燃料噴射弁について、その一部を破断して図示した正面図である。 図2A〜図2Cは、図1の燃料噴射弁のブロック図である。 図3A及び図3Bは、図1の燃料噴射弁のブロック図である。 図4A及び図4Bは、比較例に係る燃料噴射弁のブロック図である。
本発明に係る燃料噴射弁の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
[本実施形態の基本構成]
本実施形態に係る燃料噴射弁10の基本構成について、図1を参照しながら説明する。
燃料噴射弁10は、例えば、燃料直噴式の内燃機関に適用され、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁として好適である。
すなわち、燃料噴射弁10は、ハウジング12と、ハウジング12の先端に設けられるソレノイド部14(アクチュエータ)と、ソレノイド部14の先端に設けられる燃料噴射部16と、ハウジング12の基端に連結され、燃料噴射部16に燃料を供給する燃料供給部18と、燃料噴射部16の先端に装着される筒内圧センサ20(筒内圧検出手段)と、ハウジング12に設けられた端子22と筒内圧センサ20とを電気的に接続する信号伝達部24とを有する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁10の燃料供給部18側を基端側(矢印A方向)とし、燃料噴射部16側を先端側(矢印B方向)とする。
ハウジング12は、本体部26と、本体部26の基端から側方に突出したカプラ28とを有する。この場合、燃料供給部18は、本体部26内に挿入される。燃料供給部18は、例えば、燃料を供給する図示しない供給通路を内部に有し、燃料配管を通じて外部から供給された燃料を、前記供給通路から燃料噴射部16に供給する。カプラ28には、図示しないハーネスのコネクタが着脱自在に装着される。
ソレノイド部14は、円筒状のコイルハウジング30と、コイルハウジング30の内部に収納されるボビン32と、ボビン32に巻回されるコイル34とを有する。ボビン32の基端側は、一対の給電端子22a、22cと、信号端子22bとの先端部分を保持する端子支持部36として形成されている。また、ソレノイド部14の内部であって、ボビン32の内方には、可動コア38が収納されている。可動コア38には、ソレノイド部14及び燃料噴射部16の内部を貫通して、矢印A方向及び矢印B方向に延在するニードル40が連結されている。
ここで、給電端子22a、22cは、コイル34と電気的に接続されている。また、給電端子22a、22c及び信号端子22bの基端側は、カプラ28に形成された凹部から外部に露出している。カプラ28とハーネスのコネクタとが嵌合し、外部からハーネス、コネクタ及びカプラ28を介して給電端子22a、22cに通電すると、コイル34が励磁されて磁力が生じる。これにより、コイル34の励磁作用下に、可動コア38をボビン32の内部で矢印A方向に変位させることができる。
燃料噴射部16は、ソレノイド部14の先端に連結されるバルブハウジング42を有する。バルブハウジング42は、例えば、金属製材料から形成され、ソレノイド部14の先端を閉塞するフランジ部44と、フランジ部44から矢印B方向に向かって一直線に延在する筒部46とを有する。
筒部46の先端には、噴射口50が形成され、該噴射口50は、ニードル40の先端に取り付けられた球状の弁体52に閉塞されている。前述のように、コイル34の励磁作用下に可動コア38が矢印A方向に変位すると、ニードル40及び弁体52は、矢印A方向に一体的に移動する。これにより、弁体52が噴射口50から離間して、燃料噴射弁10が閉弁状態から開弁状態に移行し、噴射口50から燃焼室内に燃料を所定圧力で噴射させることができる。
筒部46の先端の外周側には、円筒状の筒内圧センサ20が圧入され嵌合される。筒内圧センサ20は、例えば、その内部に図示しない圧電素子を備え、該圧電素子に接続端子48が接続されている。従って、筒内圧センサ20は、圧電センサを用いて気筒内の燃焼室の圧力(筒内圧)を検出し、検出した筒内圧に応じた検出信号をセンサ信号(出力信号)として接続端子48を介して出力する。
信号伝達部24は、バルブハウジング42の外周側に設けられ、接続端子48に接続された第1信号伝達部材54と、コイルハウジング30に収納され、第1信号伝達部材54と信号端子22bとを接続する第2信号伝達部材56とを有する。
第1信号伝達部材54は、筒部46の外周側に設けられ、耐熱性樹脂等の樹脂製材料からなる絶縁体58と、絶縁体58の内部に設けられ、メッキ層等の通電可能な部材からなる第1導電層60とを有する。絶縁体58の外周側には、絶縁体58を覆うカバー部材62が装着されている。
第2信号伝達部材56は、例えば、樹脂製材料から形成され、矢印A方向及び矢印B方向に沿って所定長さを有する板形状からなる。その内部には、メッキ層等の通電可能な部材からなる第2導電層72が形成されている。第2導電層72の先端には、第1導電層60と第2導電層72とを電気的に接続する第1接続部74が形成されている。また、第2導電層72の基端には、第2導電層72と信号端子22bとを電気的に接続する第2接続部76が形成されている。
これにより、筒内圧センサ20は、接続端子48、第1導電層60、第1接続部74、第2導電層72、第2接続部76及び信号端子22bを介して、コネクタ及びハーネスと電気的に接続される。
[本実施形態の特徴的な構成]
次に、本実施形態に係る燃料噴射弁10の特徴的な構成について、図2A〜図3Bを参照しながら説明する。
本実施形態に係る燃料噴射弁10は、図2Aに示すように、筒内圧センサ20とソレノイド部14との間に信号処理部78(信号処理手段)が設けられている。
具体的に、第1導電層60は、接続端子48を介して筒内圧センサ20と電気的に接続される入力側導電部60aと、第1接続部74と電気的に接続される出力側導電部60bとから構成され、入力側導電部60aと出力側導電部60bとの間に信号処理部78が介挿されている。
ここで、筒内圧センサ20が筒内圧を検出し、検出した筒内圧に応じたセンサ信号Ss1(以下、第1センサ信号Ss1ともいう。)を出力した場合、信号処理部78は、接続端子48及び入力側導電部60aを介して入力された第1センサ信号Ss1に対して所定の信号処理を施し、耐ノイズ性の高い第2センサ信号Ss2に変換する。なお、第1センサ信号Ss1は、後述するドライブ信号Sdよりも信号レベルが低い微弱なアナログ信号である。
第2センサ信号Ss2は、出力側導電部60b、第1接続部74、第2導電層72、第2接続部76及び信号端子22b、コネクタ及びハーネスを介して、燃料直噴式の内燃機関を搭載した車両のECU80に出力される。ECU80は、入力された第2センサ信号Ss2に基づいて、燃料噴射弁10を開弁状態にするためのドライブ信号Sd(駆動信号)を生成し、給電端子22a、22cを介してソレノイド部14に供給する。これにより、コイル34に電流が流れ該コイル34が励磁され、コイル34の励磁作用下に、可動コア38が矢印A方向に移動されることで、噴射口50に対して弁体52が離間し、燃料噴射弁10を開弁状態に移行させることができる。
前述のように、第2センサ信号Ss2は、耐ノイズ性の高い信号であるため、ソレノイド部14のコイル34等の近傍に設けられた第1接続部74、第2導電層72、第2接続部76を通過しても、ドライブ信号Sdに起因したノイズ(例えば、ドライブ信号Sdに起因して第2導電層72等に発生する誘起電圧)や、コイル34の励磁に起因したノイズ(例えば、コイル34の励磁に起因して第2導電層72等に発生する電流)の影響を抑制することが可能である。
なお、信号処理部78は、筒内圧センサ20とソレノイド部14との間に配置されていればよいので、図1を参照して説明すると、(1)接続端子48の近傍、(2)第1導電層60の途中、(3)第1接続部74の近傍、のうち、いずれかの場所に配置されていればよい。いずれの配置であっても、第1センサ信号Ss1を耐ノイズ性の高い第2センサ信号Ss2に変換することにより、ドライブ信号Sdに起因したノイズや、コイル34の励磁に起因したノイズの影響を抑制することができる。このように、本実施形態では、筒内圧センサ20とソレノイド部14との間の任意の場所に信号処理部78を配置することが可能であるため、図1では、信号処理部78の図示を省略している。
次に、信号処理部78の具体的構成について、図2B〜図3B(第1〜第3実施例)を参照しながら説明する。
図2Bの第1実施例は、信号処理部78がA/D変換器78aで構成され、A/D変換器78aが、アナログ信号の第1センサ信号Ss1をデジタル信号の第2センサ信号Ss2に変換する場合を図示したものである。アナログ信号の第1センサ信号Ss1が、耐ノイズ性の高いデジタル信号(第2センサ信号Ss2)に変換されることで、上述したノイズによる影響を低減することができる。
図2Cの第2実施例は、信号処理部78が増幅器78bで構成され、増幅器78bが、アナログ信号の第1センサ信号Ss1を増幅して、高い信号レベルの第2センサ信号Ss2に変換した場合を図示したものである。第2センサ信号Ss2の信号レベルがノイズのレベルよりも相対的に高ければ、耐ノイズ性の高い信号に変換されるので、上述したノイズによる影響を低減することができる。
図3A及び図3Bの第3実施例は、信号処理部78がA/D変換器78a及び増幅器78bの直列回路で構成される場合を図示したものである。
図3Aは、筒内圧センサ20に対して、増幅器78bとA/D変換器78aとが順に電気的に接続されている場合を図示している。この場合、増幅器78bは、アナログ信号の第1センサ信号Ss1を増幅し、A/D変換器78aは、増幅後の第1センサ信号Ss1をA/D変換して、デジタル信号の第2センサ信号Ss2として出力する。これにより、第2センサ信号Ss2の耐ノイズ性がさらに高められ、ノイズの影響を一層低減することができる。また、デジタル信号の第2センサ信号Ss2がECU80に出力されるので、ECU80でのノイズ除去処理を容易に行うことができる。
図3Bは、筒内圧センサ20に対して、A/D変換器78aと増幅器78bとが順に電気的に接続されている場合を図示している。この場合、A/D変換器78aは、第1センサ信号Ss1をA/D変換し、増幅器78bは、A/D変換後の第1センサ信号Ss1を増幅し、デジタル信号の第2センサ信号Ss2として出力する。このように、A/D変換器78aでA/D変換を行った後に増幅器78bで増幅するので、この場合でも、第2センサ信号Ss2の耐ノイズ性がさらに高められ、ノイズの影響を一層低減することができる。また、デジタル信号の第2センサ信号Ss2がECU80に出力されることで、ECU80でのノイズ除去処理も容易に行うことができる。
[本実施形態の効果]
図4A及び図4Bは、比較例に係る燃料噴射弁82を図示したものである。図4Aは、本実施形態での信号処理部78が存在しない場合を図示し、図4Bは、増幅器84が第2接続部76と信号端子22bとの間に介挿された場合を図示している。なお、図4A及び図4Bでは、説明の容易化のため、本実施形態に係る燃料噴射弁10(図1〜図3B参照)と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて説明する。
図4Aの場合、信号処理部78が存在しないため、筒内圧センサ20から出力された第1センサ信号Ss1は、接続端子48、第1導電層60、第1接続部74、第2導電層72、第2接続部76、信号端子22b、コネクタ及びハーネスを介して、ECU80に出力される。
しかしながら、第1センサ信号Ss1は、ドライブ信号Sdよりも信号レベルが低い微弱信号である。そのため、ドライブ信号Sdの供給によってコイル34に電流が流れ、該コイル34が励磁されて可動コア38が移動する際に、第1接続部74、第2導電層72及び第2接続部76を第1センサ信号Ss1が通過すれば、ドライブ信号Sdに起因したノイズや、コイル34の励磁に起因したノイズが、当該第1センサ信号Ss1に重畳する可能性がある。この結果、ECU80は、ノイズが重畳した第1センサ信号Ss1に基づいて、ドライブ信号Sdを生成するおそれがある。
また、図4Bの場合、第2接続部76と信号端子22bとの間に介挿された増幅器84は、第1接続部74、第2導電層72及び第2接続部76において前述のノイズが重畳した第1センサ信号Ss1を増幅することになる。この場合、増幅前の第1センサ信号Ss1の信号レベルがノイズのレベルよりも大幅に低ければ、増幅器84は、実質的にノイズを増幅することになる。この結果、ECU80は、入力された増幅後の信号(実質的にノイズを増幅した信号)に基づいて、ドライブ信号Sdを生成するおそれがある。
従って、図4A及び図4Bのいずれの比較例においても、第1センサ信号Ss1にノイズが重畳すれば、ECU80は、燃料噴射弁82を正確且つ精度よく制御することができなくなる。
そこで、ECU80では、フィルタを用いてノイズを除去するか、又は、信号処理によってノイズを除去する必要がある。しかしながら、フィルタを増設した場合には、ECU80側での部品点数が増大する。一方、信号処理によってノイズを除去する場合には、複雑且つ高性能な信号処理装置としてECU80を構成する必要がある。従って、どちらのノイズ除去対策を採用しても、コストがかかる。
これに対して、本実施形態に係る燃料噴射弁10は、図2Aに示すように、筒内圧センサ20とソレノイド部14との間に信号処理部78を設け、筒内圧センサ20からのセンサ信号(第1センサ信号Ss1)がソレノイド部14のコイル34等の近傍に配置された第1接続部74、第2導電層72及び第2接続部76を通過する前に、該第1センサ信号Ss1に対する信号処理を行う。
これにより、筒内圧センサ20から出力される第1センサ信号Ss1は、耐ノイズ性の高い第2センサ信号Ss2に変換される。この結果、低コストでセンサ信号に対するノイズの影響を抑制することができる。この結果、ECU80は、ノイズの影響が少ない第2センサ信号Ss2を取得し、取得した第2センサ信号Ss2に基づいてドライブ信号Sdを生成し、生成したドライブ信号Sdを燃料噴射弁10に供給することにより、該燃料噴射弁10を正確に且つ精度よく制御することが可能となる。このように、本実施形態では、信号処理部78を設けたことにより、センサ信号を高精度に検出することができる。
また、信号処理部78は、図2B及び図2Cに示すように、第1センサ信号Ss1をA/D変換するA/D変換器78a、又は、第1センサ信号Ss1を増幅する増幅器78bを備えている。
A/D変換器78aによって第1センサ信号Ss1をデジタル化して第2センサ信号Ss2に変換すれば、耐ノイズ性がより高い信号に変換されるので、ノイズによる影響を一層小さくすることができる。また、ECU80側でのノイズ除去処理を容易に行うことができる。
一方、増幅器78bによって第1センサ信号Ss1を増幅することで、増幅後の第2センサ信号Ss2の信号レベルをノイズのレベルよりも相対的に高くすれば、耐ノイズ性の高い信号に変換されるので、ノイズによる影響を一層小さくすることができる。
また、信号処理部78は、図3Aに示すように、筒内圧センサ20に対して増幅器78b及びA/D変換器78aの順に電気的に接続されているか、又は、図3Bに示すように、筒内圧センサ20に対してA/D変換器78a及び増幅器78bの順に電気的に接続されていてもよい。このように、A/D変換器78aと増幅器78bとを電気的に直列に接続することにより、第2センサ信号Ss2の耐ノイズ性をさらに高めることができ、ノイズに対する影響を一層低減することができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
10…燃料噴射弁 14…ソレノイド部
20…筒内圧センサ 22a、22c…給電端子
22b…信号端子 24…信号伝達部
28…カプラ 34…コイル
38…可動コア 48…接続端子
54…第1信号伝達部材 56…第2信号伝達部材
60…第1導電層 60a…入力側導電部
60b…出力側導電部 72…第2導電層
74…第1接続部 76…第2接続部
78…信号処理部 78a…A/D変換器
78b…増幅器 80…ECU

Claims (4)

  1. アクチュエータの駆動に起因して開弁状態になることで、内燃機関の気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁において、
    前記燃料噴射弁の先端近傍に設けられ、前記気筒内の筒内圧を検出し、検出した前記筒内圧に応じた出力信号を出力する筒内圧検出手段と、
    前記筒内圧検出手段と、前記燃料噴射弁の基端部側に設けられた前記アクチュエータとの間に配置され、前記出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理手段と、
    を有することを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 請求項1記載の燃料噴射弁において、
    前記信号処理手段は、前記出力信号をA/D変換するA/D変換器を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
  3. 請求項1又は2記載の燃料噴射弁において、
    前記信号処理手段は、前記出力信号を増幅する増幅器を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
  4. 請求項3記載の燃料噴射弁において、
    前記信号処理手段が前記A/D変換器及び前記増幅器を備える場合に、前記筒内圧検出手段に対して前記増幅器及び前記A/D変換器の順に電気的に接続されているか、又は、前記筒内圧検出手段に対して前記A/D変換器及び前記増幅器の順に電気的に接続されていることを特徴とする燃料噴射弁。
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