JP2917705B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用燃料噴射装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に用いられる燃料噴射装置は、
駆動コイルを有する電磁石と該電磁石により駆動される
燃料噴射弁とを有して前記駆動コイルに所定の駆動電流
が与えられたときに燃料噴射弁を開くフューエルインジ
ェクタと、駆動用の電源と、電源とインジェクタとの間
に設けられて、燃料噴射指令が与えられたときに電源か
らインジェクタの駆動コイルに駆動電流を供給するスイ
ッチ回路とにより構成される。駆動用電源としては、内
燃機関に取り付けられた磁石発電機を用いることも提案
されているが、一般にはバッテリが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】インジェクタは、駆動
コイルの巻数が多く、その抵抗値が高い高抵抗形インジ
ェクタと、駆動コイルの巻数が少なく、その抵抗値が低
い低抵抗形インジェクタとに大別できる。

【０００４】高抵抗形インジェクタは、駆動コイルの抵
抗値が１２〜１７Ω程度で、簡単な駆動回路で駆動でき
るという特長がある反面、駆動コイルのインダクタンス
が大きいため応答性が劣り、機関の高回転時には制御可
能な最大噴射量と最小噴射量との比（ダイナミックレン
ジ）が小さくなるという不具合がある。

【０００５】これに対し低抵抗形インジェクタは、駆動
コイルの抵抗値が１〜３Ω程度のもので、コイルのイン
ダクタンスが小さいため、駆動電流の立上がりが早く、
応答性が優れているという特長がある。しかし１２Ｖの
バッテリを電源とした従来の燃料噴射装置では、駆動コ
イルに過大な電流が流れてコイルが焼損する恐れがあ
る。これを防ぐためには、駆動コイルに対して直列に保
護抵抗を接続して駆動電流を制限すればよいが、駆動コ
イルに直列に保護抵抗を接続すると、応答性が悪くな
り、ダイナミックレンジが低下するのを避けられない。
そこで、応答性を高めるためにインジェクタの駆動コイ
ルに流れる電流を検出して、駆動電流を制限する制御回
路を設けることが行われているが、この場合は駆動回路
の構成が複雑になるという問題があった。

【０００６】本発明の目的は、駆動電流を制限するため
の複雑な制御回路を用いること無く、応答性を向上させ
ることができるようにした内燃機関用燃料噴射装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、駆動コイル１
を有する電磁石と該電磁石により駆動される燃料噴射弁
とを有して駆動コイルに所定の駆動電流が与えられたと
きに燃料噴射弁を開くフューエルインジェクタと、内燃
機関により駆動される磁石式交流発電機と、駆動コイル
に対して直列に接続されて燃料噴射指令信号が与えられ
たときに導通するスイッチ回路２とを備えて、燃料噴射
指令信号が与えられたときにスイッチ回路２を導通させ
て磁石式交流発電機からスイッチ回路２を通してインジ
ェクタの駆動コイル１に駆動電流を供給することにより
燃料噴射弁を開いて燃料を噴射させる内燃機関用燃料噴
射装置に係わるものである。

【０００８】本発明においては、上記磁石発電機が、イ
ンジェクタの駆動コイルに燃料噴射弁を開くための開弁
用駆動電流を供給する開弁用発電コイル４と、インジェ
クタの駆動コイルに燃料噴射弁を開状態に保持するため
の開弁保持電流を供給する開弁保持用発電コイル５とを
備えている。

【０００９】上記開弁用発電コイル４は、無負荷時に高
い出力電圧を発生し、出力電流の増加に伴って出力電圧
が急速に低下する特性を持つようにその巻数が多く巻回
され、開弁保持用発電コイル５は、無負荷時の出力電圧
が前記開弁用発電コイルよりも低く、出力電流の増加に
伴う出力電圧の低下が少ない特性を持つように開弁用発
電コイルよりもその巻数が少なく巻回されている。

【００１０】そして、開弁用発電コイル４の整流出力及
び開弁保持用発電コイル５の整流出力がそれぞれ開弁用
コンデンサ７及び開弁保持用コンデンサ１０に印加さ
れ、開弁用コンデンサ７の両端の電圧がインジェクタの
駆動コイル１とスイッチ回路２との直列回路の両端に印
加されている。

【００１１】また開弁保持用コンデンサ１０の両端の電
圧が順方向に印加され、開弁用コンデンサ７の両端の電
圧が逆方向に印加される逆流阻止用ダイオード１１が開
弁保持用コンデンサ１０の正電位側の端子と開弁用コン
デンサ７の正電位側端子との間に設けられて、開弁保持
用コンデンサ１０の両端の電圧が逆流阻止用ダイオード
１１を通してインジェクタの駆動コイル１とスイッチ回
路２との直列回路の両端に印加されている。

【００１２】

【作用】電磁石により駆動される燃料噴射弁を備えたイ
ンジェクタにおいては、高抵抗形のものであっても、開
弁時に駆動コイルに印加する電圧を高くすることによ
り、開弁所要時間（インジェクタの駆動コイルに電圧が
印加されてから実際に弁が開くまでに要する時間）を短
くすることができ、応答性を高くすることができる。燃
料噴射弁が一旦開いた後は、インジェクタの駆動コイル
に比較的低い電圧を印加して比較的小さい開弁保持電流
を流すことにより、燃料噴射弁を開状態に保持すること
ができる。

【００１３】上記のように構成すると、開弁時には、開
弁用発電コイルの整流出力により充電された開弁用コン
デンサからインジェクタの駆動コイルに高い電圧が印加
されるため、開弁所要時間を短くして応答性を高めるこ
とができる。インジェクタに駆動電流が流れると開弁用
発電コイルの出力電圧は急速に低下するが、開弁後は、
開弁保持用発電コイルの整流出力により充電されている
開弁保持用コンデンサの両端の電圧により、インジェク
タの駆動コイルに燃料噴射弁を開状態に保持するのに必
要な駆動電流を流すことができるため、消費電力を必要
以上に多くすることなしに燃料噴射弁を開状態に保持す
ることができる。

【００１４】また開弁保持用コンデンサと開弁用コンデ
ンサとの間には、開弁用コンデンサの両端の電圧が逆方
向に印加された逆流阻止用ダイオードが設けられている
ため、開弁用コンデンサの電荷を開弁保持用コンデンサ
側に放電させるこなく、開弁用発電コイルの出力により
開弁用コンデンサを充分に高い電圧まで充電することが
できる。そのため、常に開弁用コンデンサを高い電圧ま
で充電して、該開弁用コンデンサからインジェクタの駆
動コイルとスイッチ回路との直列回路の両端に高い電圧
を印加して、高い応答性を維持することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例を示したもので、同図
において１はインジェクタの駆動コイル、２は駆動コイ
ル１への通電を制御するスイッチ回路である。インジェ
クタとしては、駆動コイル１の巻数が多く、その抵抗値
が高い高抵抗形のものを用いている。

【００１６】図示のスイッチ回路２はＮＰＮトランジス
タＴr1からなっていて、該トランジスタのエミッタは接
地され、コレクタは駆動コイル１の一端に接続されてい
る。トランジスタＴr1のコレクタエミッタ間には、消弧
回路３を構成する抵抗Ｒ1 とコンデンサＣ1 との直列回
路が接続されている。

【００１７】４は内燃機関に取り付けられた磁石式交流
発電機内に設けられた開弁用発電コイル、５は同じく磁
石式発電機内に設けられた開弁保持用発電コイルであ
る。開弁用発電コイル４の一端は接地され、該発電コイ
ルの非接地側の端子はダイオード６を通して開弁用コン
デンサ７の一端に接続されている。コンデンサ７の他端
は接地され、該コンデンサの両端の電圧が駆動コイル１
とスイッチ回路２との直列回路の両端に印加されてい
る。発電コイル４の両端には、アノードを接地側に向け
たダイオード８が接続されている。

【００１８】開弁保持用発電コイル５の一端は接地さ
れ、他端はダイオード９を通して開弁保持用コンデンサ
１０の一端に接続されている。コンデンサ１０の他端は
接地され、該コンデンサ１０の両端の電圧が逆流阻止用
ダイオード１１を通して駆動コイル１とスイッチ回路２
との直列回路の両端に印加されている。逆流阻止用ダイ
オード１１は、開弁保持用コンデンサ１０の両端の電圧
が順方向に印加され、開弁用コンデンサ７の両端の電圧
が逆方向に印加される向きにして、開弁保持用コンデン
サ１０の正電位側端子と開弁用コンデンサ７の正電位側
の端子との間に接続されている。発電コイル５の両端に
はアノードを接地側に向けたダイオード１２が並列接続
されている。

【００１９】図示してないが、内燃機関の燃料噴射時期
に矩形波状の燃料噴射指令信号Ｖｄを発生する噴射指令
発生回路が設けられ、該燃料噴射指令信号Ｖd がトラン
ジスタＴr1のベースに供給されている。

【００２０】図１の実施例において、開弁用発電コイル
４は、図３（Ａ）に示したように、無負荷時に高い電圧
を発生し、出力電流の増加に伴って出力電圧が急減する
ほぼ垂下特性を持つように、十分な巻数をもって巻回さ
れている。また開弁保持用発電コイル５は、図３（Ｂ）
に示すように、開弁用発電コイルよりも無負荷時の出力
電圧が低く、出力電流の増加に伴う出力電圧の低下が少
ないほぼ定電圧特性を有するように、開弁用発電コイル
４よりも十分に少ない巻数をもって巻回され、一旦開い
たインジェクタの燃料噴射弁を開状態に保持するために
必要最小限の出力電圧及び電流を発生する。尚図３
（Ａ）及び（Ｂ）においてＮ1 〜Ｎ3 はそれぞれ、機関
の回転数がＮ1 ，Ｎ2 及びＮ3 （Ｎ1 ＜Ｎ2 ＜Ｎ3 ）の
時の特性を示している。

【００２１】図１の実施例において、内燃機関が回転さ
せられると、発電コイル４及び５が電圧を発生する。発
電コイル４が図示の矢印方向の半サイクルの電圧を発生
すると、該発電コイルの出力でダイオード６を通して開
弁用コンデンサ７が図示の極性に充電される。また発電
コイル５の図示の矢印方向の半サイクルの出力電圧でダ
イオード９を通して開弁保持用コンデンサ１０が図示の
極性に充電される。

【００２２】図４に示したように、時刻ｔ1 において、
トランジスタＴr1のベースに燃料噴射指令信号Ｖｄが与
えられると、該トランジスタが導通するため、開弁用コ
ンデンサ７及び開弁保持用コンデンサ１０の両端の電圧
が駆動コイル１に印加される。開弁用コンデンサ７は発
電コイル４のほぼピーク電圧まで充電されているため、
燃料噴射指令信号Ｖｄが与えられてトランジスタＴr1が
導通すると同時に図４（Ｂ）に示すように開弁用コンデ
ンサ７から駆動コイル１とトランジスタＴr1とを通して
大きな放電電流Ｉc1が流れる。最初はコンデンサ７の両
端の電圧がコンデンサ１０の両端電圧よりも高いため、
コンデンサ１０から駆動コイル１に放電電流が流れるこ
とはない。コンデンサ７の放電電流は発電コイル４の出
力電流の急速な低下に伴って急減していく。開弁用コン
デンサ７の放電が進んでその両端の電圧が開弁保持用コ
ンデンサ１０の両端の電圧よりも低くなると、図４
（Ｃ）に示すように、コンデンサ１０からダイオード１
１と駆動コイル１とトランジスタＴr1とを通して放電電
流Ｉc2が流れる。時刻ｔ2 において燃料噴射指令信号Ｖ
ｄが零になると、コンデンサ１０の放電が停止する。

【００２３】従ってインジェクタ１に流れる駆動電流Ｉ
i の波形は図４（Ｄ）に実線で示したようになる。図４
（Ｄ）に鎖線で示した波形は、インジェクタの駆動電源
としてバッテリを用いた場合に、駆動コイル１に流れる
駆動電流Ｉi の波形である。尚、図４（Ｄ）に示したＩ
o は燃料噴射弁を開状態に保つために駆動コイルに流し
ておく必要がある最小電流値である。このようにバッテ
リを用いた場合には、駆動電流Ｉi の立上がりが遅く、
しかも開弁時の駆動電流値が低いため、開弁所要時間が
長くなり、応答性が悪くなる。これに対し、本発明によ
れば、開弁時に充分に高い電圧まで充電されている開弁
用コンデンサの両端の電圧により駆動コイルに十分大き
な駆動電流Ｉi が流れるため、燃料噴射指令信号が与え
られてから燃料噴射弁が開くまでに要する時間を短くし
て応答性を高めることができる。また一旦弁が開いた後
は、駆動電流Ｉi が小さい値に保持されるため、無駄な
電力を消費させることなく弁を開いた状態に保持するこ
とができる。

【００２４】上記の実施例では、磁石式交流発電機内
に、特に開弁用発電コイル４と開弁保持用発電コイル５
とを設けているが、他の負荷を駆動する目的で磁石式交
流発電機内に設けられている発電コイルを開弁用発電コ
イル４及び開弁保持用発電コイル５として利用すること
もできる。

【００２５】例えば、内燃機関用の点火装置として、コ
ンデンサ放電式の点火装置が用いられている場合には、
コンデンサ充電用の発電コイルとして、巻数が十分に多
いエキサイタコイルが設けられるので、このエキサイタ
コイルを開弁用発電コイルとして利用することができ
る。また点火時期制御装置等を駆動するための比較的低
い電圧を得る目的で、比較的巻数が少ない発電コイルが
設けられている場合には、その発電コイルを開弁保持用
発電コイルとして利用することができる。

【００２６】図２は、コンデンサ放電式点火装置のエキ
サイタコイルを開弁用発電コイルとして利用するように
した実施例を示したものである。この例では、内燃機関
に取り付けられた磁石式交流発電機内に、十分に多い巻
数をもって巻回されたエキサイタコイル２１と、比較的
少ない巻数をもって巻回された発電コイル２２とが設け
られている。発電コイル２１の一端はダイオード２３を
通してコンデンサ２４の一端に接続され、コンデンサ２
４の他端は点火コイル２５の１次コイルの非接地側端子
に接続されている。コンデンサ２４の一端と接地間にサ
イリスタ２６が接続され、該サイリスタ２６のゲートに
は点火時期制御回路２７から点火信号が与えられるよう
になっている。点火コイルの１次コイルの両端にはダイ
オード２８が接続され、該点火コイルの２次コイルには
機関の気筒に取り付けられた点火プラグ２９が接続され
ている。エキサイタコイル２１の一端と接地間及び他端
と接地間にそれぞれアノードを接地側に向けたダイオー
ド３０及び３１が接続されている。エキサイタコイル２
１の他端はダイオード６を通して開弁用コンデンサ７の
非接地側端子に接続されている。

【００２７】また発電コイル２２の一端はダイオード９
を通して開弁保持用コンデンサ１０の非接地側端子に接
続され、発電コイル２２の他端はダイオード３２と電圧
レギュレータ回路３３とダイオード３４とを通して電源
コンデンサ３５の非接地側端子に接続されている。また
発電コイル２２の一端と接地間及び他端と接地間にそれ
ぞれダイオード３６及び３７が接続されている。

【００２８】この実施例では、ダイオード２３，２８、
コンデンサ２４、点火コイル２５、サイリスタ２６、点
火時期制御回路２７及び点火プラグ２９によりコンデン
サ放電式の点火回路３８が構成されている。

【００２９】この実施例では、エキサイタコイル２１の
図示の実線矢印方向の半サイクルの出力電圧でダイオー
ド２３を通してコンデンサ２４が充電される。点火時期
にサイリスタ２６のゲートに点火信号が与えられると、
該サイリスタ２６が導通し、コンデンサ２４の電荷がサ
イリスタ２６を通して点火コイル２５の１次コイルに放
電する。これにより点火コイル２５の２次コイルに高電
圧が誘起し、点火プラグ２９に火花が生じる。

【００３０】エキサイタコイル２１が図示の破線矢印方
向の半サイクルの出力電圧を発生すると、エキサイタコ
イル２１→ダイオード６→コンデンサ７→ダイオード３
０→エキサイタコイル２１の経路で開弁用コンデンサ７
が充電される。

【００３１】また発電コイル２２が図示の実線矢印方向
の半サイクルの電圧を発生すると、発電コイル２２→ダ
イオード９→コンデンサ１０→ダイオード３７→発電コ
イル２２の経路で開弁保持用コンデンサ１０が充電され
る。発電コイル２２が図示の破線矢印方向の電圧を発生
すると、ダイオード３２と電圧レギュレータ回路３３と
ダイオード３４とを通して電源コンデンサ３５に一定の
電圧が印加され、該電源コンデンサ３５の両端に一定の
電圧が得られる。この電源コンデンサ３５の両端の電圧
は例えば点火時期制御装置２７や、インジェクタに燃料
噴射指令信号Ｖｄを与える時期や噴射継続時間を制御す
る燃料噴射制御装置（図示せず。）を駆動するために用
いられる。

【００３２】開弁用コンデンサ７及び開弁保持用コンデ
ンサ１０からインジェクタの駆動コイル１に駆動電流が
与えられる際の動作は図１の実施例と同様である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、インジ
ェクタの開弁時に、ほぼ垂下特性を有する開弁用発電コ
イルコイルの整流出力で開弁用コンデンサを高い電圧ま
で充電して、該コンデンサからインジェクタに高い電圧
を印加することができるようにしたため、開弁所要時間
を短くして応答性を高めることができる。また開弁後
は、開弁保持用発電コイルからインジェクタの駆動コイ
ルに燃料噴射弁を開状態に保持するのに必要な駆動電流
を流すため、消費電力を必要以上に多くすることなしに
燃料噴射弁を開状態に保持することができる。

【００３４】従って、本発明によれば、複雑な駆動回路
を用いること無く、また消費電力を必要以上に多くする
ことなしに、インジェクタの応答性を向上させることが
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回路図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す回路図である。

【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明で用いる
開弁用発電コイル及び開弁保持用発電コイルの出力電圧
対出力電流特性の一例を示した線図である。

【図４】（Ａ）ないし（Ｄ）は図１の実施例の各部の信
号または電流波形を示した波形図である。

【符号の説明】

１ インジェクタの駆動コイル ２ スイッチ回路 ４ 開弁用発電コイル ５ 開弁保持用発電コイル ６，９，１１ ダイオード ７ 開弁用コンデンサ １０ 開弁保持用コンデンサ ２１ エキサイタコイル（開弁用発電コイル） ２２ 発電コイル（開弁保持用発電コイル） ３８ コンデンサ放電式点火回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動コイル（１）を有する電磁石と該電
   磁石により駆動される燃料噴射弁とを有して前記駆動コ
   イルに所定の駆動電流が与えられたときに前記燃料噴射
   弁を開くフューエルインジェクタと、内燃機関により駆
   動される磁石式交流発電機と、前記駆動コイルに対して
   直列に接続されて燃料噴射指令信号が与えられたときに
   導通するスイッチ回路（２）とを備え、前記燃料噴射指
   令信号が与えられたときに前記スイッチ回路を導通させ
   て前記磁石式交流発電機から前記スイッチ回路を通して
   前記インジェクタの駆動コイルに駆動電流を供給するこ
   とにより前記燃料噴射弁を開いて燃料を噴射させる内燃
   機関用燃料噴射装置において、 前記磁石発電機は、 前記インジェクタの駆動コイルに前記燃料噴射弁を開く
   ための開弁用駆動電流を供給する開弁用発電コイル
   （４）と、 前記インジェクタの駆動コイルに前記燃料噴射弁を開状
   態に保持するための開弁保持電流を供給する開弁保持用
   発電コイル（５）とを具備し、 前記開弁用発電コイル（４）は、無負荷時に高い出力電
   圧を発生し、出力電流の増加に伴って出力電圧が急速に
   低下する特性を持つようにその巻数が多く巻回され、 前記開弁保持用発電コイル（５）は、前記開弁用発電コ
   イルよりも無負荷時の出力電圧が低く、出力電流の増加
   に伴う出力電圧の低下が少ない特性を持つように前記開
   弁用発電コイルよりもその巻数が少なく巻回され、前記開弁用発電コイル（４）の整流出力及び開弁保持用
   発電コイル（５）の整流出力がそれぞれ開弁用コンデン
   サ（７）及び開弁保持用コンデンサ（１０）に印加さ
   れ、 前記開弁用コンデンサ（７）の両端の電圧は、前記イン
   ジェクタの駆動コイル（１）と前記スイッチ回路（２）
   との直列回路の両端に印加され、 前記開弁保持用コンデンサ（１０）の両端の電圧が順方
   向に印加され、前記開 弁用コンデンサ（７）の両端の電
   圧が逆方向に印加される逆流阻止用ダイオード（１１）
   が前記開弁保持用コンデンサ（１０）の正電位側の端子
   と開弁用コンデンサ（７）の正電位側端子との間に設け
   られて、前記開弁保持用コンデンサ（１０）の両端の電
   圧が前記逆流阻止用ダイオード（１１）を 通して前記イ
   ンジェクタの駆動コイル（１）と前記スイッチ回路
   （２）との直列回路の両端に印加されていることを特徴
   とする内燃機関用燃料噴射装置。