JP2591267B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

特開昭62−186038号公報には、ピエゾ圧電素子を伸縮
させることによってニードルがノズル口を開閉するよう
にした燃料噴射弁を複数有する内燃機関において、各燃
料噴射弁の開弁期間およびニードルのリフト量を各燃料
噴射弁毎に補正することによって各気筒への燃料噴射量
を均一化するようにした燃料噴射装置が開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

電磁コイル、例えば電磁弁に電流を印加することによ
ってニードルを駆動せしめてノズル口を開弁するように
した燃料噴射弁を各気筒毎に備えた内燃機関において、
電磁弁に電流を印加したときからニードルが駆動開始さ
れるまでの遅延時間やニードルが駆動開始されてからの
変位速度が各燃料噴射弁毎にばらつくために燃料噴射開
始時期や燃料噴射開始直後の初期噴射率が各燃料噴射弁
毎にばらつくという問題を生ずる。また、燃料噴射開始
時期がばらつくと実際の燃料噴射時間もばらつくために
燃料噴射量も各燃料噴射弁毎にばらつくという問題を生
ずる。

この結果各気筒の燃焼状態にばらつきを生じる。

これらの問題は前述の従来の装置によっては解決する
ことができない。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば、アクチュ
エータに電流を供給した該アクチュエータを駆動し、該
アクチュエータによりニードルを開閉制御するようにし
た燃料噴射弁を各気筒毎に備えた内燃機関の燃料噴射装
置において、燃料噴射を開始すべきときにニードルを開
弁させるための突入電流をアクチュエータに供給する第
一の電流供給手段と、ニードルが開弁した後、ニードル
を開弁状態に保持するために噴射期間中に亘ってアクチ
ュエータに電流を供給する第二の電流供給手段と、突入
電流の供給を開始してから一定時間経過したときにニー
ドルを開弁させるのに必要な突入電流の増加率の指令値
を各燃料噴射弁毎に記憶した記憶手段と、前記第一の電
流供給手段により各燃料噴射弁のアクチュエータに供給
される突入電流の増加率を前記記憶手段に記憶された指
令値に基づいた突入電流の増加率に制御する制御手段と
を具備する。

〔作 用〕

燃料噴射を開始すべきときにニードルを開弁させるの
に必要な突入電流の増加率を燃料噴射弁毎に制御したこ
とにより、各アクチュエータへの突入電流の供給を開始
してから一定時間経過したときに各ニードルが開弁され
る。

〔実施例〕

第２図を参照すると、１はディーゼル機関本体、２は
各気筒、３は各気筒２内に配置された燃料噴射弁、４は
吸気マニホルド、５は過給機を夫々示す。各燃料噴射弁
３は燃料供給管６を介して各気筒に共通の蓄圧室７に連
結される。蓄圧室７は一定の容積を有し、この蓄圧室７
内の燃料が燃料供給管６を介して燃料噴射弁３に供給さ
れる。一方、蓄圧室７は燃料供給管８を介して吐出圧制
御可能な高圧燃料ポンプ９の吐出口に連結される。高圧
燃料ポンプ９の吸込口は燃料ポンプ10の吐出口に連結さ
れ、この燃料ポンプ10の吸入口は燃料タンク11に連結さ
れる。また、各燃料噴射弁３は燃料返戻導管12を介して
燃料タンク11に連結される。燃料ポンプ10は燃料タンク
11内の燃料を高圧燃料ポンプ９内に送り込むために設け
られており、燃料ポンプ10がなくても高圧燃料ポンプ９
内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料ポンプ10を
特に設ける必要はない。これに対して高圧燃料ポンプ９
は高圧の燃料を吐出するために設けられており、高圧燃
料ポンプ９から吐出された高圧の燃料は蓄圧室７内に蓄
積される。

機関クランクシャフトには一対のディスク20,21が取
付けられ、これらディスク20,21の歯付外周面に対向し
てクランク基準位置センサ22及びクランク角センサ23が
配置される。クランク基準位置センサ22は例えば１番気
筒が吸気上死点にあることを示す出力パルスを発生し、
従ってこのクランク基準位置センサ22の出力パルスから
いずれの気筒の燃料噴射弁３を作動せしめるかを決定す
ることができる。クランク角センサ23はクランクシャフ
トが一定角度回転する毎に出力パルスを発生し、従って
クランク角センサ23の出力パルスから機関回転数を計算
することができる。蓄圧室７には蓄圧室７内の燃料圧を
検出するための圧力センサ24が設けられる。

30は電子制御ユニット（EUC）であり、クランク基準
位置センサ22、クランク角センサ23、圧力センサ24、お
よびアクセル開度センサ25が接続される。電子制御ユニ
ット30はこれらの入力信号に基づき、各燃料噴射弁３お
よび高圧燃料ポンプ９を制御せしめる。

第３図には燃料噴射弁３の縦断面図を示す。第３図を
参照すると、ノズルボディ40先端にはノズル口41が形成
され、ノズルボディ40内にはノズル口41を開閉するため
のニードル42が挿入されている。ニードル42のほぼ中央
部には図中上方に向かって広がる円錐状の受圧面43が形
成され、この受圧面43の周りにはノズル室44が形成され
ている。このノズル室44はニードル42の周りに形成され
たニードル通路45を介してノズル口41に連通される。ま
たノズル室44は燃料通路46を介して燃料供給管６に接続
され、このためノズル室44内は高圧燃料で常に満たされ
ている。ニードル42の上端にはコマンドピストン47が係
合され、コマンドピストン47はばね48によって常時ニー
ドル42に向かって付勢されている。ボディ49内にはコマ
ンドピストン47の上端によって油圧室50が形成され、こ
の油圧室50は電気的に駆動されるアクチュエータとして
の電磁弁51に接続されている。この電磁弁51はさらに燃
料供給管６を介して蓄圧室７に接続され、また燃料返戻
管12を介して燃料タンク11に接続されている。電磁弁51
はオフ状態のときには油圧室50を蓄圧室７内に連通せし
め、このため油圧室50内には高圧の燃料が導入されてい
る。このためコマンドピストン47には燃料圧によって下
向きの力が作用し、一方、ノズル室44内の燃料圧によっ
てニードル42には上向きの力が作用する。ところがコマ
ンドピストン47上端の受圧面積は受圧面43の受圧面積よ
りも大きいために下向きの力が上向きの力より大きく、
さらにばね48による下向きのばね力も加わってコマンド
ピストン47およびニードル42は下方に向かって押圧さ
れ、ニードル42はノズル口41を閉弁せしめる。

一方、電磁弁51をオンせしめると電磁弁51は油圧室50
を燃料タンク11に連通せしめ油圧室50内の圧力は低下す
る。このためニードル42に作用する上向きの力がコマン
ドピストン47に作用する下向きの力より大きくなり、コ
マンドピストン47およびニードル42は上方に向かって押
圧され、ノズル口41が開弁せしめられる、すなわちニー
ドルはアクチュエータにより開閉駆動される。

第４図には従来例の場合の動作説明を示す。第４図を
参照すると、（イ）時点においてノズル口41を開弁せし
める信号、すなわち電磁弁51をオンせしめる信号が送出
され、（ロ）時点においてノズル口41を閉弁せしめる信
号、すなわち電磁弁51をオフせしめる信号が送出される
ものとする。（イ）時点において電磁弁51をオンせしめ
る信号を送出しても電磁弁51は直ちに切り換わらず、遅
延時間をもって切り換わり始める。ところがこの遅延時
間は各気筒の各電磁弁51夫々においてばらついており、
このため電磁弁51の切り換え開始時期は第４図において
a,b,cのようにばらつく。この結果コマンドピストン47
の変位開始時期もd,e,fのようにばらつき、斯くして燃
料噴射開始時期がg,h,iのようにばらつくという問題を
生ずる。燃料噴射開始時期がばらつくと、各燃料噴射弁
３から噴射される燃料噴射量もばらつくという問題を生
ずる。

また電磁弁51の切り換わり速度も各気筒の各電磁弁51
毎にばらついている。この結果コマンドピストン47の変
位速度もばらつき、斯くして燃料噴射開始時における燃
料噴射率もばらつくという問題を生ずる。この結果前述
と同様、燃料噴射量もばらつくという問題を生ずる。

このように燃料噴射開始時期、燃料噴射量、および燃
料噴射率が各気筒毎にばらつくと、各気筒における燃焼
状態がばらつくという問題を生ずる。

なお、燃料噴射率のばらつきによって生じる燃料噴射
量のばらつきは、燃料噴射開始時期のばらつきによって
生じる燃料噴射量のばらつきより小さい。

そこで本実施例では電磁弁51への突入電流を制御する
ことによって、燃料噴射開始時期および燃料噴射開始時
における燃料噴射率を各燃料噴射弁３についてほぼ等し
くなるようにしている。

第１図には電磁弁51を制御するための制御回路の第１
の実施例を示す。第１図を参照すると昇圧コイル60の１
次側には電源61およびトランジスタ62が直列に接続され
る。一方、昇圧コイル60の２次側にはダイオード63、サ
イリスタ64、および電磁弁51の駆動コイル（電磁コイ
ル）65が接続され、昇圧コイル60の２次コイルおよびダ
イオード63と並列にコンデンサ66が接続される。また駆
動コイル65には定電流源67が接続されている。

第５図には本実施例の動作説明図を示す。第１図およ
び第５図を参照すると、t₁時点においてトランジスタ62
がオンせしめられると、ダイオード63の順方向に起電力
が発生し電流が流れる。このときサイリスタ64はオフさ
れており、従ってコンデンサ66が重電されてコンデンサ
66の端子電圧V_Cが上昇する。次いでt₂時点においてトラ
ンジスタ62がオフせしめられるとコンデンサ66への充電
は停止され、コンデンサ66の端子電圧V_Cはトランジスタ
62のオフ時における電圧に保持される。第５図に示され
るようにコンデンサ66の端子電圧V_Cはトランジスタ62が
オンされている時間T_ON（t₁−t₂間の時間）の増大に応
じて増大せしめられる（ただしコンデンサ66の端子電圧
V_Cの最高到達電圧は昇圧コイル60の巻数比によって決ま
る。）。次いでt₃においてノズル口41開閉信号が開信号
となると、サイリスタ64がターンオンせしめられる。こ
れによってコンデンサ66が放電し駆動コイル65に突入電
流が流れる。この突入電流の大きさはコンデンサ66の端
子電圧が高い程大きい。すなわち突入電流の大きさはト
ランジスタ62がオンされている時間T_ONによって制御さ
れる。このようにトランジスタ62がオンされている時間
T_ONを制御することによって、図５に示したように、各
電磁コイル65へ供給される電流の増加率が制御される。

電磁弁51の駆動コイル65に通電開始されてから電磁弁
51が切り換え変位を開始するまでの遅延時間、および電
磁弁51の切り換わり速度は前述のように各電磁弁51毎に
異なる。そこで各電磁弁51の遅延時間および切り換わり
速度を予め計測しておき、遅延時間が大きい程あるいは
切り換わり速度が小さい程駆動コイル65への突入電流を
大きくし、これによって各電磁弁51の遅延時間および切
り換わり速度を均一化するようにしている。このように
遅延時間および切り換わり速度を均一化するためのトラ
ンジスタオン時間T_ONを各電磁弁51、すなわち燃料噴射
弁３毎に予め記憶しておき、各燃料噴射弁３に対応する
トランジスタオン時間T_ONを使用するようにしている。
このため各電磁弁51の切り換え変位開始時期は均一化さ
れてt₄時点で変位開始し、切り換わり速度も均一化され
る。このためコマンドピストン47の変位開始時期および
変位速度も均一化され、斯くして燃料噴射開始時期およ
び燃料噴射開始時期における燃料噴射率も均一化される
ことになる。従って各気筒の燃料噴射量も均一化される
ことになる。

コンデンサ66の端子電圧V_Cが0Vになる前に定電流源67
から定電流が駆動コイル65に供給され制御弁51はオン状
態に保持される。次いでt₅時点においてノズル口41開閉
信号が閉信号になると、定電流源67からの電流供給が停
止され燃料噴射が停止される。

第６図には以上の動作を実行するためのルーチンを示
す。第６図を参照すると、まずステップ70においてトラ
ンジスタオン時間T_ONが、予め記憶されているメモリか
ら読み出される。ステップ71ではトランジスタ62をオン
すべき時期か否か判定される。トランジスタ62をオンす
べき時期と判定されるとステップ72に進みトランジスタ
62がオンせしめられる。ステップ73ではトランジスタ62
がオンされたときからトランジスタオン時間T_ONが経過
したか否か判定される。トランジスタオン時間T_ONが経
過したと判定されるとステップ74に進みトランジスタ62
がオフされる。ステップ75ではノズル口41を開弁すべき
ときか否か判定される。ノズル口41を開弁すべきときと
判定されるとステップ76に進みサイリスタ64をオンせし
める。次いでステップ77で、定電流源67から定電流を供
給開始する。ステップ78ではノズル口41を閉弁すべき時
期か否かか判定される。ノズル口41を閉弁すべき時期で
あればステップ79に進み定電流源67からの電流供給を停
止せしめる。

以上のように本実施例においては、各燃料噴射弁の燃
料噴射開始敷、燃料噴射量、および燃料噴射率を均一化
することができ、斯くして各気筒の燃料状態を均一化す
ることができる。

第７図には制御回路の異なる第２の実施例を示す。こ
の実施例はフライバックコンバータ方式であり、第１図
に示したフォワードコンバータ方式とは昇圧コイル60の
極性が逆極性となるように巻かれている。第７図を参照
すると、コンデンサ66と並列に分圧抵抗81,82が接続さ
れ、これら分圧抵抗81,82の中間点がコンパレータ83の
一方の入力端子83aに接続される。コンパレータ83の他
方の入力端子83bには基準電圧が入力される。

第８図にはこの実施例の動作説明図を示す。第７図お
よび第８図を参照すると、トランジスタ62制御信号はパ
ルス状に与えられる。トランジスタ62がオンするときに
は昇圧コイル60の２次側に発生する電圧はダイオード63
の逆方向に発生するために電流は流れず、トランジスタ
62がオフするときにはダイオード63の順方向の電圧が発
生して電流が流れコンデンサ66に充電される。従ってト
ランジスタ制御信号のパルスのオフ毎にコンデンサ66が
充電され昇圧される。すなわちコンデンサ66の端子電圧
V_Cはトランジスタ制御信号のパルス数の増大に応じて増
大する。コンパレータ83の他方の入力端子83bには、各
電磁弁の遅延時間および切り換わり速度を均一化するた
めの基準コンデンサ電圧に相当する基準電圧が入力さ
れ、この基準電圧と一方の入力端子83aに入力されるコ
ンデンサ66の電圧の分圧された電圧が等しくなったとき
にトランジスタ制御信号のパルスの送出が停止される。
このように本実施例によれば、コンデンサ66の端子電圧
が基準電圧と等しくなったか否か判定しているためにコ
ンデンサ66の端子電圧を正確に制御することができる。
すなわち、駆動コイル65への突入電流の大きさをより正
確に制御することができるために、各燃料噴射弁３の燃
料噴射開始時期、燃料噴射量、および燃料噴射率をより
均一化することができる。

なお以上の実施例においては、各電磁弁51の遅延時間
および切り換わり速度を均一化するためのトランジスタ
オン時間あるいはコンデンサ端子電圧を予め与えておい
て、これに基づいて駆動コイル65への突入電流を制御す
るようにしていたが、コンデンサ電圧の初期値を各燃料
噴射弁毎に予め与えておき、各気筒の燃焼行程毎の機関
回転数変動を検出し、この機関回転数変動を小さくする
ようにコンデンサ電圧を制御するようにしてもよい。こ
のようにすることによって、電磁弁51の経年変化によっ
て遅延時間等の特性が変化した場合においても、各電磁
弁51の遅延時間等を均一化することが可能となる。

また、以上の実施例では電磁弁51によって燃料圧を制
御してニードルを駆動する燃料噴射弁について説明した
が、電磁コイルを制御することによってノズル口を開閉
制御するものであればどのような燃料噴射弁であっても
よく、例えば電磁コイルによってニードルを電磁的に直
接駆動する燃料噴射弁であってもよい。

〔発明の効果〕

各燃料噴射弁の燃料噴射開始時期および燃料噴射量を
均一化することができ、このため各気筒の燃焼状態を均
一化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は駆動コイルの制御回路の第１の実施例を示す
図、第２図は４気筒ディーゼル機関の全体図、第３図は
燃料噴射弁の縦断面図、第４図は従来例の動作説明図、
第５図は第１の実施例の動作説明図、第６図は電磁弁を
制御するための第１の実施例のフローチャート、第７図
は駆動コイルの制御回路の第２の実施例を示す図、第８
図は第２の実施例の動作説明図である。 ３……燃料噴射弁、30……電子制御ユニット、 41……ノズル口、42……ニードル、 51……電磁弁、65……駆動コイル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチュエータに電流を供給した該アクチ
   ュエータを駆動し、該アクチュエータによりニードルを
   開閉制御するようにした燃料噴射弁を各気筒毎に備えた
   内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射を開始すべ
   きときにニードルを開弁させるための突入電流をアクチ
   ュエータに供給する第一の電流供給手段と、ニードルが
   開弁した後、ニードルを開弁状態に保持するために噴射
   期間中に亘ってアクチュエータに電流を供給する第二の
   電流供給手段と、突入電流の供給を開始してから一定時
   間経過したときにニードルを開弁させるのに必要な突入
   電流の増加率の指令値を各燃料噴射弁毎に記憶した記憶
   手段と、前記第一の電流供給手段により各燃料噴射弁の
   アクチュエータに供給される突入電流の増加率を前記記
   憶手段に記憶された指令値に基づいた突入電流の増加率
   に制御する制御手段とを具備することを特徴とする内燃
   機関の燃料噴射装置。