JP2016156305A

JP2016156305A - 減圧装置

Info

Publication number: JP2016156305A
Application number: JP2015033830A
Authority: JP
Inventors: 林野々山; Hayashi Nonoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01

Abstract

【課題】閉弁の際に電磁弁の弁体等が受ける衝撃を抑制できるコモンレール圧を減圧可能な減圧装置を提供する。
【解決手段】減圧装置は、コイルへの通電に伴い弁体がリフトして開弁する常閉型の電磁弁と、制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで、コイルへの通電量を制御する制御手段とを備える。
そして、車両に搭載されるエンジンに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールの圧力を電磁弁の開弁によって減圧することができる。
ここで、制御手段は、コイルへの通電により電磁弁を開弁した後に、デューティ比を経時的に漸減させてコイルへの通電量を０とすることにより電磁弁を閉弁する。
このため、電磁弁の閉弁直前における弁体のシート部に対する近接速度を減少させることができる。
この結果、レール圧を減圧可能な減圧装置において、閉弁の際に弁体等が受ける衝撃を緩和することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジンに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールの圧力を減圧調整可能な減圧装置に関する。

従来から、コイルへの通電に伴い弁体がリフトして開弁する常閉型の電磁弁と、制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで、コイルへの通電量を制御する制御手段とを備え、車両に搭載されるエンジンに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールの圧力を電磁弁の開弁によって減圧可能な減圧装置が周知となっている（特許文献１参照。）。

ところで、近年、更なる燃費向上および排気エミッション低減等を目的として、エンジンに燃料をより高圧噴射供給する必要性が生じている。これに伴い、エンジンに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールの圧力（以下、レール圧と呼ぶことがある。）も車両の走行時に２００ＭＰａ以上の高圧になることがある。このため、この高圧のレール圧に抗して電磁弁を閉弁する必要性が生じ、電磁弁の閉弁機構、例えば、リターンスプリングを強力なものとする必要性が生じている。

しかし、閉弁機構を強力なものとすると、閉弁の際に弁体、または、弁体の弁部の着座する弁座が衝撃を受け、摩耗してしまい常閉型の電磁弁の信頼性が低下してしまうという問題があった。
また、この問題は、車両のアイドリング時等のコモンレールの圧力が３０ＭＰａ程度の比較的低圧に保たれる際の電磁弁の閉弁時に特に顕著であった。
なお、レール圧が低圧である場合、弁体に作用する閉弁機構に抗する力が小さく、短期間で、すなわち弁体の弁座に対する近接速度が速い状態で、閉弁してしまう（図５（ａ）従来例弁体リフト量参照。）。

なお、特許文献２、３には、閉弁時における弁体等の衝撃を緩和する構成が開示されているが、何れも閉弁時におけるデューティ比は一定のままであるため、閉弁機構が強力なものに変更された際の閉弁時における弁体等の衝撃の緩和に関しては十分ではない。
また、常開型の電磁弁の閉弁時の衝撃を緩和する構成として特許文献４に示す構成が開示されているが、弁体を吸引する吸引力を燃料が弁体に作用する力に応じて設定することで閉弁時における衝撃を緩和する構成となっており、直接的に関係のある構成とはなっていない。

特開２００１−１８２６３８号公報特開２００４−８４７５３号公報特開２０１３−３２７４０９号公報特開２００７−０４１９１２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、閉弁の際に電磁弁の弁体等が受ける衝撃を緩和することができるレール圧を減圧可能な減圧装置を提供することにある。

本発明の減圧装置は、コイルへの通電に伴い弁体がリフトして開弁する常閉型の電磁弁と、制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで、コイルへの通電量を制御する制御手段とを備える。
そして、車両に搭載されるエンジンに供給する高圧燃料を蓄えるコモンレールの圧力を電磁弁の開弁によって減圧することができる。
ここで、制御手段は、コイルへの通電により電磁弁を開弁した後に、デューティ比を経時的に漸減させてコイルへの通電量を０とすることにより電磁弁を閉弁する。

これにより、電磁弁を閉弁するときにコイルへの通電量を経時的に漸減させながら弁体を弁座に着座させることができる。
このため、弁体の弁座に対する近接速度が経時的に漸減し、電磁弁の閉弁直前における弁体の弁座に対する近接速度を減少させることができる。
この結果、レール圧を減圧可能な減圧装置において、閉弁の際に弁体等が受ける衝撃を緩和することができる。

燃料噴射装置の概略構成図である（実施例）。電磁弁の概略構成図である（実施例）。駆動回路の概略構成図である（実施例）。処理手順のフローチャートである（実施例）。電磁弁動作のタイムチャートである（実施例）。駆動回路の概略構成図である（変形例）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

減圧装置１の構成を図１〜図３を用いて説明する。
減圧装置１は、車両に搭載されるエンジン２に２００ＭＰａを超える高圧の燃料を直接噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置３を構成している。そして、減圧装置１は、高圧燃料を蓄える蓄圧容器としてのコモンレール５から燃料を逃がすことで、コモンレール５の圧力を減圧することができる。
より詳細には、減圧装置１は、コイル７への通電に伴い弁体８がリフトして開弁する常閉型の電磁弁１０を備えており、コモンレール５の圧力を電磁弁１０の開弁によって減圧している。

燃料噴射装置３は、燃料タンク１５から燃料を吸引するとともに高圧化してコモンレール５に供給するサプライポンプ１６、コモンレール５から燃料の分配を受けて高圧の燃料をエンジン２の気筒内に噴射供給するインジェクタ１７、コモンレール５に装着されてレール圧を検出するレール圧センサ１８、レール圧センサ１８等の各種センサから得られる検出値に基づいてサプライポンプ１６等の動作を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１９を備える。
なお、各種センサには、エンジン２に付帯する図示しないエンジン回転数センサ等が含まれており、これらセンサによって取得される検出値がＥＣＵ１９に送られている。
そして、電磁弁１０から逃された燃料は、インジェクタ１７から逃された燃料とともに逃し流路２０を介して燃料タンク１５に戻される。

電磁弁１０は、図２に示すように、コモンレール５内に連通する高圧流路２３と逃し流路２０に通じる低圧流路２４とを形成する弁ボディ２５に設けられた弁座２６に対し離着することで高圧流路２３と低圧流路２４との間を開閉する弁体８と、ＥＣＵ１９からの指令に応じて駆動回路２７を介して動作し弁体８を駆動する電磁ソレノイド装置２８とを備え、電磁ソレノイド装置２８により弁体８を駆動することで高圧流路２３と低圧流路２４との間を開閉して、コモンレール５からの燃料の逃しを開始したり、停止したりする。

電磁ソレノイド装置２８は、ボビン３１に巻線されたコイル７と、コイル７への通電により励磁される固定子としてのステータコア３３、および、弁体８と一体に形成される可動子としてのアーマチャコア３４とを備える。
なお、以下の説明においては、図示上下方向を軸方向とし、図示下方側を軸方向一端側、図示上方側を軸方向他端側としている。
ステータコア３３は、ボビン３１の内周側および他端側に固定されるものであり、コイル７の内周側および他端側にて磁路を形成する。また、ボビン３１の外周側および一端側にはヨーク３６が配されており、ヨーク３６の他端はステータコア３３の他端部に、かしめ固定される。

これにより、コイル７への通電が始まると、ステータコア３３→ヨーク３６→アーマチャコア３４→ステータコア３３の順に磁束が通る磁気回路が形成され、アーマチャコア３４がステータコア３３の方に吸引されて移動する。
なお、ボビン３１の内周側には、アーマチャコア３４を、励磁に伴う移動方向とは逆方向である一端側に付勢するリターンスプリング３７がセットされている。
このため、コイル７への通電が終わると磁束が消滅し、アーマチャコア３４はスプリング３７の付勢力によりステータコア３３から離れるように移動する。

以上の構成により、電磁弁１０では、コイル７への通電が始まるとアーマチャコア３４がステータコア３３により他端側に吸引されるので、図２（ｂ）に示すように、弁体８は他端側に移動し、弁体８は弁座２６から離座して高圧流路２３と低圧流路２４との間を開放する。このためコモンレール５内から逃し流路２０への燃料の逃しが始まる。

また、コイル７への通電が終わるとアーマチャコア３４がリターンスプリング３７により一端側に付勢されるので、図２（ａ）に示すように、弁体８は、弁体８が弁座２６に着座するまで一端側に移動する。このため、高圧流路２３と低圧流路２４との間が閉鎖されることにより、コモンレール５内から逃し流路２０への燃料の逃しが終わる。
なお、本実施例において、弁体８は、開弁時にいわゆるフルリフト状態となっており、このフルリフト状態の期間を調整することで、レール圧を減圧調整している。

そして、コイル７の通電において、制御手段４０により、制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで通電量が制御されている。
ここで、制御手段４０は、ＥＣＵ１９の制御信号によりスイッチング素子等を含む駆動回路２７を介してコイル７に電流を流すものである。

ＥＣＵ１９、および、駆動回路２７を含む制御手段４０の具体例を図３に示す。
Ｄ／Ａコンバータ４７は、ＥＣＵ１９の制御信号を受けることで、コンパレータ４８の非反転入力端子に入力信号としての電圧を印加する。コンパレータ４８の出力端子は、スイッチング素子４９のベース端子に接続されており、ベース端子に出力信号としての電圧を印加している。
また、スイッチング素子４９のコレクタ端子はバッテリに接続されており、エミッタ端子は電磁弁１０のコイル７の一端に接続されている。
コイル７の他端は検出抵抗５１を介して接地されるとともにコンパレータ４８の反転入力端子に接続されている。
なお、検出抵抗５１は両端の電圧値を取得することでコイル７の通電量が検出でき、この通電量の検出値はＥＣＵ１９に送られている。

先ず、コンパレータ４８の非反転入力端子に電圧が印加されるとコンパレータ４８の出力端子から矩形状の「Ｈ」信号が出力され、コイル７が通電する。
次いで、コイル７の通電量の上昇に伴い、コンパレータ４８反転入力端子の電位が上昇し、コンパレータ４８の非反転入力端子の電位を上回ると、コンパレータ４８の出力端子から矩形状の「Ｌ」信号が出力され、コイル７の通電が遮断される。
そして、コイル７の通電量の減少に伴い、コンパレータ４８反転入力端子の電位が下降し、コンパレータ４８の非反転入力端子の電位を下回ると、再びコンパレータ４８の出力端子から矩形状の「Ｈ」信号が出力され、コイル７が再び通電し、以下、同様の工程が繰り返される。

すなわち、Ｄ／Ａコンバータ４７の出力する出力信号（コンパレータ４８の非反転入力端子に入力される入力信号）の電圧の時間変化の波形を変化させることによって、コンパレータ４８の出力端子から所望の矩形状の「Ｈ」信号および「Ｌ」信号を生み出すことができる。
なお、スイッチング素子４９はベース端子に「Ｈ」信号が入力されている間、バッテリとコイル７と導通することでコイル７に通電し、ベース端子に「Ｌ」信号が入力されている間、バッテリとコイル７との導通を遮断することでコイル７への通電を遮断する。
これにより、電磁弁１０は制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比が矩形状の「Ｈ」信号および「Ｌ」信号によって制御されている。

ここで、Ｄ／Ａコンバータ４７の出力する出力信号（コンパレータ４８の非反転入力端子に入力される入力信号）の電圧の時間変化を、ステップ状に立ち上がり、所定期間、所定値を保った後、一定の減少率で減少し０となる波形とした場合を考える。
この場合、コンパレータ４８の出力端子から出力される出力信号の時間変化の波形は、制御周期当たりの「Ｈ」信号出力期間の比率が一定である部分と、その後に続く制御周期当たりの「Ｈ」信号出力期間の比率が経時的に漸減し０となる部分から構成される。
そして、制御周期当たりの「Ｈ」信号出力期間の比率が一定である部分によって電磁弁１０を開弁させ、その後に続く制御周期当たりの「Ｈ」信号出力期間の比率が経時的に漸減し０となる部分によってデューティ比を経時的に漸減させてコイル７への通電量を０とすることにより電磁弁１０を閉弁させる構成とすることができる。

なお、本実施例においては、デューティ比は、図５（ｂ）に示すように、コイル７への通電量が一定の減少率で経時的に漸減するように、経時的に漸減されている。
具体的には、電磁弁１０を閉弁するときに、ＥＣＵ１９が、コイル７への通電量をフィードバックすることにより、Ｄ／Ａコンバータ４７の出力する出力信号の電圧の減少率を調整することで実現している。
なお、図５（ｂ）には、参考として弁体８に対する吸引力、および、弁体８のリフト量の時間変化も付記してある。

ここで、具体的処理手順の一例を図４のフロー図を用いて説明する。
先ず、Ｓ１００において、ＥＣＵ１９は、レール圧、エンジン回転数をそれぞれのセンサから取得し、エンジン回転数の検出値等に基づいて、目標とすべき目標レール圧を算出する。
次いで、Ｓ１１０において、レール圧が目標レール圧より高いか否かを判定する。
レール圧が目標レール圧より低い場合は処理を終了する。
そして、レール圧が目標レール圧より高い場合は、減圧装置１によってレール圧を減少させる必要があるため、Ｓ１２０へと移行する。

Ｓ１２０では、レール圧が予め設定される設定レール圧より高いか否かを判定する。
レール圧が設定レール圧より高い場合は、Ｓ１５０に移行し、図５（ａ）に示す従来例のように、即デューティ比を０として電磁弁１０を閉弁し、処理を終了する。
一方、レール圧が設定レール圧より低い場合は、Ｓ１３０に移行する。

Ｓ１３０では、エンジン回転数が予め設定される設定エンジン回転数より高いか否かを判定する。
エンジン回転数が設定エンジン回転数より高い場合は、Ｓ１５０に移行し、図５（ａ）に示す従来例のように、即デューティ比を０として電磁弁１０を閉弁し、処理を終了する。
一方、エンジン回転数が設定エンジン回転数より低い場合は、Ｓ１４０に移行し、デューティ比を経時的に漸減させて電磁弁１０を閉弁し、処理を終了する。

〔実施例の効果〕
実施例の減圧装置１は、コイル７への通電に伴い弁体８がリフトして開弁する常閉型の電磁弁１０と、制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで、コイル７への通電量を制御する制御手段４０とを備える。
そして、車両に搭載されるエンジン２に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール５の圧力を電磁弁１０の開弁によって減圧することができる。
ここで、制御手段４０は、コイル７への通電により電磁弁１０を開弁した後に、デューティ比を経時的に漸減させてコイル７への通電量を０とすることにより電磁弁１０を閉弁する。

これにより、電磁弁１０を閉弁するときにコイル７への通電量を経時的に漸減させながら弁体８を弁座２６に着座させることができる。
このため、弁体８の弁座２６に対する近接速度が経時的に漸減し、電磁弁１０の閉弁直前における弁体８の弁座２６に対する近接速度を減少させることができる。
この結果、レール圧を減圧可能な減圧装置１において、閉弁の際に弁体８等が受ける衝撃を緩和することができる。
なお、レール圧が比較的低い状態、例えば、車両がアイドリング状態の場合において、効果はより顕著なものとなる。

また、減圧装置１において、電磁弁１０を閉弁するときに、コイル７への通電量は一定の減少率で経時的に漸減している。
これにより、容易にコイル７への通電量が０となる時点が分かるため、電磁弁１０の閉弁時を容易に推定することができる。
なお、実施例において、コイル７への通電量は制御周期当たりの平均値として取得されている。
また、コイル７への通電量を経時的に漸減させることで、弁体８は弁座２６に近接する速度を徐減されながら接近するため閉弁直前の弁体８の弁座２６に対する近接速度をある程度一定とすることができ、弁体８、および、弁座２６の摩耗速度を管理することが可能となる。

なお、実施例においては、レール圧が予め設定される設定レール圧より高い場合、および、エンジン回転数が予め設定される設定エンジン回転数より高い場合は、図５（ａ）に示す従来例のように、即デューティ比を０として電磁弁１０を閉弁していた。
これは、設定レール圧、および、設定エンジン回転数をエンジン２が高負荷の場合における値としたときを想定したものである。
ここで、エンジン２が高負荷の場合には、次の燃料噴射までの減圧調整許容期間が短くなる傾向があるため、即デューティ比を０として電磁弁１０をできるだけ早く閉弁させて対応する必要がある。

しかし、エンジン２が高負荷の場合であっても、減圧調整許容期間の許す範囲で、デューティ比を経時的に漸減させて電磁弁１０を閉弁させることもできる。
すなわち、電磁弁１０を閉弁するときに、デューティ比の減少率はコモンレール５の圧力に応じて変化させてもよく、エンジン２の回転数に応じて変化させてもよい。
これにより、機動的に電磁弁１０の閉弁タイミングを調整するとともに、閉弁直前の弁体８の弁座２６に対する近接速度を減少させることができる。

〔変形例〕
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
実施例においては、Ｄ／Ａコンバータ４７の出力する出力信号を基準としていたが、Ｄ／Ａコンバータ４７を用いず、図６に示すような構成で同様の出力信号を生成することもできる。

図６に示す構成では、第１スイッチング素子６０のコレクタ端子はバッテリに接続されており、エミッタ端子はコンパレータ４８の非反転入力端子に接続されている。
また、コンパレータ４８の非反転入力端子は並列するダイオード６１およびコンデンサ６２を介してそれぞれ接地しているとともに、第２スイッチング素子６４のコレクタ端子と接続している。ここで、ダイオード６１は接地側からの電流の流れを許可する向きに配されている。
さらに、第２スイッチング素子６４のエミッタ端子は、抵抗６５を介して接地されている。

ここで、第１スイッチング素子６０、および、第２スイッチング素子６４は実施例におけるスイッチング素子４９と同様の素子であり、ベース端子に「Ｈ」信号が入力されている間、エミッタ−コレクタ間を導通し、「Ｌ」信号が出力されている間、エミッタ−コレクタ間の導通を遮断する。

そして、ＥＣＵ１９からの第１スイッチング素子６０のベース端子への矩形状の「Ｈ」信号の入力によりコンデンサ６２が先ず充電された後に、第１スイッチング素子６０のベース端子に矩形状の「Ｌ」信号が入力されるとともにＥＣＵ１９から第２スイッチング素子６４のベース端子に矩形状の「Ｈ」信号が入力されることによりコンデンサ６２は抵抗６５を介して徐々に放電されることで電位が徐々に下がり、Ｄ／Ａコンバータ４７の出力信号と同様の出力信号を生成することができる。

なお、ＥＣＵ１９からの第２スイッチング素子６４のベース端子への入力信号を、例えば、矩形状の「Ｈ」信号と矩形状の「Ｌ」信号を交互に繰り返すように調整することで、コンパレータ４８の非反転入力端子に印加される入力信号の電圧の減少率を調整することができ、コイル７への通電量の減少率を制御することもできる。
これにより、Ｄ／Ａコンバータ４７のような高価な機材を用いずとも、簡便な構成でＤ／Ａコンバータ４７と同様の出力信号を生成できるため、コスト的に有利となる。

１減圧装置２エンジン５コモンレール７コイル８弁体１０電磁弁
４０制御手段

Claims

コイル（７）への通電に伴い弁体（８）がリフトして開弁する常閉型の電磁弁（１０）と、
制御周期当たりのオン時間の時間比であるデューティ比を制御することで、前記コイル（７）への通電量を制御する制御手段（４０）とを備え、
車両に搭載されるエンジン（２）に供給する高圧燃料を蓄えるコモンレール（５）の圧力を前記電磁弁（１０）の開弁によって減圧可能な減圧装置（１）において、
前記制御手段（４０）は、前記コイル（７）への通電により前記電磁弁（１０）を開弁した後に、デューティ比を経時的に漸減させて前記コイル（７）への通電量を０とすることにより前記電磁弁（１０）を閉弁することを特徴とする減圧装置（１）。
請求項１に記載の減圧装置（１）において、
前記電磁弁（１０）を閉弁するときに、前記コイル（７）への通電量は一定の減少率で経時的に漸減することを特徴とする減圧装置（１）。
請求項１または請求項２に記載の減圧装置（１）において、
前記電磁弁（１０）を閉弁するときに、デューティ比の減少率は前記コモンレール（５）の圧力に応じて変化することを特徴とする減圧装置（１）。
請求項１ないし請求項３の内のいずれか一つに記載の減圧装置（１）において、
前記電磁弁（１０）を閉弁するときに、デューティ比の減少率は前記エンジン（２）の回転数に応じて変化することを特徴とする減圧装置（１）。