JP3527862B2

JP3527862B2 - 燃料噴射装置及び内燃機関

Info

Publication number: JP3527862B2
Application number: JP10097299A
Authority: JP
Inventors: 山門　　誠; 天羽　　清; 良雄岡本; 裕三門向; 博雅久保; 憲司田渕; 敏夫高畑; 好之田辺; 泰久濱田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2004-05-17
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000291506A; US6634338B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁体を駆動するた
めの複数のコイルを備えた電磁式燃料噴射弁に係り、弁
体を駆動する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁式燃料噴射弁（以後、インジェクタ
と呼ぶ）は、その内部のコイルに通電することにより発
生した磁気力でプランジャを吸引し、弁体を弁座から引
き離すことによって弁体と弁座との間の燃料通路を開
き、燃料噴射孔から燃料を噴射する構造を有する。この
ようなインジェクタには、弁体を弁座に押し付けるよう
に付勢する手段としてリターンスプリングが設けられて
おり、コイルへの通電が中止されるとプランジャに対す
る磁気吸引力が減衰し、弁体と弁座との間の燃料通路が
閉じられる、すなわち弁が閉じられる構造になってい
る。

【０００３】特開平８−３２６６２０号公報には、コイ
ルＡ及びコイルＢの２つのコイルを設け、開弁動作時の
通電開始から一定期間はコイルＡとコイルＢの両方に通
電し、一定期間経過後はコイルＡへの通電を停止してコ
イルＢのみに通電する電磁式燃料噴射弁が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−３２６６２
０号公報の電磁式燃料噴射弁では、コイルＡ及びコイル
Ｂの２つのコイルの特性については十分な配慮がなされ
ておらず、開弁動作の高速応答性を確保しようとすれば
開弁状態を維持するために必要な起磁力を得ることが難
しく、開弁状態保持時の安定性を確保しようとすれば開
弁動作の高速応答化、すなわち吸引力の応答性の改善に
限界が生じてしまう可能性がある。

【０００５】本発明者らは、コイルの巻数とこのコイル
を流れる電流値の積で与えられる起磁力の時間変化率が
大きい第一のコイル（コントロールコイル）と、この第
一のコイルよりも起磁力の時間変化率が小さい第二のコ
イル（ホールドコイル）とを有したインジェクタについ
て、開動作初期段階ではコントロール及びホールドコイ
ルの両方のコイルに同じ向きに磁束が発生するようにバ
ッテリ電圧を印加し、大量の起磁力を短時間に投入して
開弁させ、開弁後はホールドコイルのみにバッテリ電圧
を印加するように制御することにより、保持に必要な起
磁力のみを投入して安定保持することにより、システム
コストの増加なく、高い噴射率、広いダイナミックレン
ジを達成可能な電磁式燃料噴射弁について特許出願を行
っている（特願平１０−５７６９９号）。

【０００６】より高い噴射率、噴霧の微粒化の要求に従
い、インジェクタの作動燃圧は高くなる傾向である。す
なわち、弁体の保持に必要な力も増加する。このような
状況においては、ホールドコイルに大きな電流を流す
か、巻き数を増大して起磁力を増加する必要がある。し
かしながら、大きな電流を流すと発熱量が増加する恐れ
が好ましくない。特にインジェクタがバッテリ電圧など
低電圧で駆動されると、発熱量（電力）は、バッテリ電
圧とコイル電流の積で表され、例えば電流を2倍にする
と発熱量は2倍となり温度上昇も2倍となる。また、ホー
ルドコイルの巻き数を増加するとそのインダクタンスは
巻き数の二乗で増加する。例えば巻き数を2倍にすると
インダクタンスは4倍となる。インダクタンスが増加す
ると保持のための電流の立ち上がり、立ち下がりに時間
遅れを生じダイナミックレンジ拡大を可能とする高速な
弁体駆動が不可能となる。

【０００７】そこで本発明の目的は、インジェクタの動
作状態に対して望ましい特性の駆動力を発生可能にする
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、電磁式燃料噴射弁に起磁力の時間変化
率が大きい第一のコイルと、この第一のコイルよりも起
磁力の時間変化率が小さい第二のコイルとを備え、開弁
時の開動作では、少なくとも第一のコイルに電流を流
し、開弁保持状態では、第一のコイルと前記第二のコイ
ルとを直列に前記電源に接続し、前記第一のコイル及び
第二のコイルに開動作時よりも小さな電流値の電流を流
すように通電を行う。

【０００９】本明細書において、開弁時の開動作とは、
弁体がシ−ト面に着座した状態からそのストロ−ク一杯
まで変化する（開く）までを言い、その後の開弁状態を
保持する開弁保持状態と区別する。また、開動作を特に
開動作初期段階とことわる場合もある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面をもとに、本発明の実
施例について説明する。

【００１１】図１は本実施例のインジェクタ１０の側断
面図とインジェクタ１０のコネクタ部６を図面の左方向
（コネクタの接続端面側）から見た図とを示している。
図２は（ａ）にインジェクタ１０内に設けられるボビン
に巻装されたコイルを側方から見た外観図を示し、
（ｂ）に（ａ）のボビンを図面上方（弁軸心に沿う方向
において燃料噴射孔の反対側（上流側））から見た図を
示している。図３はインジェクタ１０の等価回路モデル
を示す図である。

【００１２】まず、図１を用いて本実施例のインジェク
タ１０の構造を説明する。本実施例のインジェクタ１０
は、燃料ポンプで加圧された燃料が供給されており、弁
体を成すボール弁１６とノズル側に形成されたシート面
（弁座面）４との間で燃料通路の開閉を行い、シート面
４の下流側に形成された燃料噴射孔５からの燃料の噴射
量を制御している。ボール弁１６はプランジャ１５の先
端に取り付けられており、シート面４の上流側には燃料
に旋回力を付与する燃料通路１７ａが形成されたスワー
ラ（燃料旋回素子）１７が配設されている。このスワー
ラ１７により燃料噴射孔５から噴射される燃料の微粒化
が促進される。

【００１３】ボール弁（弁体）１６を駆動するために、
インジェクタ１０には第一のコイルであるコントロール
コイル１１と第二のコイルであるホールドコイル１２が
設けられている。これらのコイル１１，１２が通電され
ると磁束が発生し、コア１３、ヨーク１４とプランジャ
１５を磁路として通り、コア１３、ヨーク１４とプラン
ジャ１５との間に吸引力が発生する。これによりプラン
ジャ１５及びボール弁１６が図では上側（シート面４か
ら離れる向き）に変位し、燃料はシート面４とボール弁
１６との間に開かれた燃料通路を通って燃料噴射孔５か
ら噴射される。またインジェクタ１０には、コントロー
ルコイル１１とホールドコイル１２による吸引力が無い
ときは、プランジャ１５及びボール弁１６をシート面４
に押し付けて閉弁するように、付勢手段が設けられてい
る。本実施例では付勢手段としてばね部材であるリター
ンスプリング１８を設けている。

【００１４】図１及び図２に示すように、コントロール
コイル１１とホールドコイル１２はボビン７に巻かれて
いる。コントロールコイル１１の両端はボビン７を貫通
し、ロングターミナル３３，３４を経由してコネクタ上
側に導かれC+端子、C-端子となり、ホールドコイル１２
のの両端はボビン７を貫通し、ショートターミナル３
１，３２を経由してコネクタ下側に導かれH+端子、H-端
子となっている。H+、C+端子に正の電圧を加え、H+、C
-、をバッテリのマイナス端子につなぐとコントロール
コイル１１とホールドコイル１２に等しい向きの磁束が
発生するように、２つのコイルの巻き方、配線が決定さ
れている。

【００１５】図３に示すように、本実施例のインジェク
タ１０のボール弁１６を駆動する駆動手段は、コア１３
にコントロールコイル１１とホールドコイル１２が巻き
付けられた等価回路で示すことができる。以下、配線、
電流の向き等を説明するときには、図３の等価回路モデ
ルで示すことにする。

【００１６】本実施例においては、上述したように、２
つのコイルを備えている。第一のコイルであるコントロ
ールコイル１１は、起磁力の立ち上がり特性を最大限考
慮する必要があり、開弁状態を維持するために必要な起
磁力を発生し続けることについては、第二のコイルの補
助的な役割を担う。一方、第二のコイルであるホールド
コイル１２は、コントロールコイル１１によって開弁状
態がある程度確保された時点で、単独で或いはコントロ
ールコイル１１と共に、開弁状態を維持するのに必要な
起磁力を発生できれば良いので、高速な立ち上がり特性
については配慮する必要が無い。

【００１７】そこで本実施例では、コントロールコイル
１１とホールドコイル１２とは、それぞれ異なった電気
特性を持つように構成されている。コントロールコイル
１１は巻き数（インダクタンス）が少なく、電気抵抗が
小さい。これに対してホールドコイル１２は巻き数が多
く、電気抵抗が大きい。さらに詳細には、コントロール
コイル１１はホールドコイル１２に対して線材の長さを
短くかつ断面積を大きくしており、電気抵抗が小さくな
っている。

【００１８】コントロールコイル１１とホールドコイル
１２が、それぞれ閉弁・開弁・開弁保持・閉弁の各段階
においての役割が違う。コントロールコイル１１は、本
実施例においては、主として開弁初期状態で使い、開弁
保持状態ではホールドコイルの補助として使うコイルで
あり、ホールドコイル１２は主として開弁保持状態での
使用を意図したコイルである。以下、それぞれの電流特
性の違いを述べる。

【００１９】図４（ａ）は、同一電圧Ｖが印加されたと
きの、コントロールコイル１１とホールドコイル１２に
流れる電流特性を時間経過と共に示した図である。前述
のようにコントロールコイル１１は巻き数が少なく抵抗
が小さいため、短い時間で大きな電流値に到達すること
ができる。一方ホールドコイル１２は巻き数が大きく抵
抗が大きいため電流値が収束するまで時間がかかり、さ
らにその収束値もコントロールコイル１１に比べて小さ
い。一方、図４（ｂ）は、それぞれのコイル１１，１２
がインジェクタ１０の磁気回路に及ぼす起磁力応答を示
した図である。起磁力はコイル巻き数と電流値の積で表
され、磁気吸引力に直結した物理量と考えられる。図４
（ａ）に示したようにコントロールコイル１１に流れる
電流は急激に立ちあがるが、巻き数が少ないため起磁力
の収束値はホールドコイル１２に比べて電流値の差ほど
大きくない。逆にホールドコイル１２の起磁力応答はコ
ントロールコイル１１に比べて鈍い。

【００２０】開弁動作時には、前述のリターンスプリン
グ１８によるセット荷重と、加圧された燃料による燃圧
がボール弁に働くため、開弁保持時に比べ大きな電磁吸
引力が要求される。電磁吸引力が、これらの力に打ち勝
つ大きさに到達した時点で、初めてプランジャ１５が変
位を始める。従って、電磁吸引力を発生するのに必要な
時間は、開弁遅れに影響を及ぼすため、出来るだけ短く
する必要がある。

【００２１】例えば、開弁動作に用いられるコイルでは
巻数で起磁力を稼ぐよりも電流で起磁力を稼ぐほうが効
果的である。通電時間も開弁までの短時間に限られ、発
熱の影響が出難い。コイルの巻数が少ないほうが、イン
ダクタンス及び内部抵抗が少なくなり電流が流れ易くな
る。すなわち、ピークホールド方式に用いられるような
コイルの特性が望ましい。また、電流の流れ易さは、イ
ンジェクタ内のコイルのみならず、駆動回路側の内部抵
抗、スイッチングデバイスの抵抗、電圧降下にも影響さ
れる。このため、駆動回路側の内部抵抗、スイッチング
デバイスの抵抗、電圧降下は極力小さくする必要があ
る。

【００２２】一方、開弁保持動作では、開弁時よりは、
小さな起磁力で弁体を開状態に保持できる。これは、開
弁により燃料が噴射されボール弁１６の前後で圧力がバ
ランスし、燃圧による力が小さくなると同時に、コア１
３、ヨーク１４とプランジャ１５のエアギャップが小さ
くなるため、空間ギャップの磁束密度が上昇し起磁力を
有効に使えるためである。しかしながら、高噴射率、微
粒化の促進のため高い燃圧が要求される際は、開弁保持
のためにも比較的大きな起磁力が連続して必要となる。

【００２３】保持状態が連続すると、消費電力（発熱
量）は印加電圧と電流値の積となるため、インジェクタ
の温度が上昇するため、インジェクタの耐熱容量を大き
くする必要も生じてくる。例えば開弁用に望ましいコイ
ルに連続で電圧を印加することは過大な電力が投入され
ることになる。開弁状態を保持するための電流の上限は
耐熱範囲内に限られることになる。このため開弁状態を
保持するためのコイルには、必要な起磁力をこの上限電
流で割った値の巻き数が必要となる。しかしながら、コ
イルのインダクタンスは、巻き数の二乗で増加する。従
って、閉弁時の応答遅れを短縮するためには、巻き数は
ある程度の増加に留め、開弁時に用いたコイルに、開弁
時より少ない電流を通電し、保持のための起磁力を補っ
てやれば良い。

【００２４】図５は上述のような駆動を可能とする本実
施例の燃料噴射装置の回路配線構成を示す図である。

【００２５】上述したように、開弁時には、主としてコ
ントロールコイル１１に短時間、大きな電流を流し、保
持時には、ホールドコイル１２に電流を流すとともに、
コントロールコイル１１にもホールドコイル１２と同じ
電流を流すような構成となっている。

【００２６】コントロールコイル１１、ホールドコイル
１２による機能分担により、コイル巻き数やコイル抵
抗、線径などをそれぞれの機能に最適化することが可能
になる。

【００２７】本実施例の燃料噴射装置はインジェクタ１
０とその駆動回路１００とを備えて構成される。場合に
よっては、噴射タイミングを制御する制御回路を含めて
もよい。また、通常、制御回路はエンジンコントローラ
（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）１内に設け
られる。

【００２８】インジェクタ駆動回路１００には、バッテ
リ電圧Ｖｂが供給されており、エンジンコントローラ
（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）１からの噴
射指令信号に基づき、コントロールコイル１１、ホール
ドコイル１２への通電制御を行う。インジェクタ駆動回
路１００には、コントロールコイル１１への通電制御を
行うコントロールコイルトランジスタモジュール１１０
と、ホールドコイル１２への通電制御を行うホールドコ
イルトランジスタモジュール１２０とがある。それぞれ
のトランジスタモジュール１１０，１２０は、パワート
ランジスタ１１１、１２１とサージアブソーブドダイオ
ード１１２、１２２で構成されている。

【００２９】コントロールコイル１１の一端（Ｃ＋）端
子は、バッテリ２のプラス端子に接続されている。コン
トロールコイル１１のもう一端（Ｃ−端子）とホールド
コイル１２の一端（Ｈ+端子）は、接続されるととも
に、コントロールコイルトランジスタモジュール１１０
を介して電源のグランド側に接続されている。ホールド
コイル１２のもう一端（Ｈ−端子）は、ホールドコイル
トランジスタモジュール１２０を介して電源のグランド
側に接続されている。以下、コントロールコイル１１に
流れる電流をIc、ホールドコイル１２に流れる電流をIh
とする。

【００３０】図６に各トランジスタモジュールがオン・
オフしたときの各モードでの回路構成、各コイルに流れ
る電流を模式的に示す。

【００３１】まず（ａ）の場合は１１０、１２０ともに
オフの状態である。コントロールコイル１１、ホールド
コイル１２とも電源側のグランド（マイナス側）に接続
されず、回路はオープン状態である。従ってコントロー
ルコイル１１、ホールドコイル１２ともに電流は流れな
い（Ic=Ih=0）。

【００３２】つぎに（ｂ）の場合は１１０のみオンで１
２０がオフの状態である。図のようにコントロールコイ
ル１１のみが電源側のグランドに接続され、クローズ状
態となる。コントロールコイル１１は上で述べたとおり
低抵抗でかつ巻き数も少ないため、短時間に大きな電流
が流れ、起磁力が急速に投入可能である。

【００３３】また（ｃ）の場合は、１１０、１２０とも
にオンである。この場合、コントロールコイル１１とホ
ールドコイル１２が直列接続されクローズ状態となると
同時に、コントロールコイル１１とホールドコイル１２
の接続点がグランドに接続されることになる。すなわち
ホールドコイル１２と、極めて線路抵抗の小さいライン
が並列に繋がることになる。上述のようにホールドコイ
ル１２の抵抗は比較的大きいため、コントロールコイル
１１を流れた電流のうちほとんどが、コントロールコイ
ルトランジスタモジュール１１０を流れることになる。
従って回路構成は（ｂ）と異なるが起磁力投入効果とし
ては（ｂ）とほぼ等しいと考えられる。

【００３４】開弁初期時には、起磁力が急速に投入可能
なモード（ｂ）あるいは（ｃ）が適している。ここで留
意しなければならないのは連続時間である。（ｂ）
（ｃ）ともにコントロールコイル１１に大電流が流れる
ため、これらのモードは短時間に留めておく必要があ
る。

【００３５】次に（ｄ）の場合は、コントロールコイル
１１とホールドコイル１２が直列接続でクローズ状態に
なる。このためコントロールコイル１１とホールドコイ
ル１２には等しい電流が流れる（Ic=Ih）。電流値は、
バッテリ電圧をコントロールコイル１１とホールドコイ
ル１２の抵抗値の和で除した値となる。ホールドコイル
１２の巻き数と抵抗は、コントロールコイル１１よりも
大きいため、電流はほぼホールドコイル１２の抵抗で決
定される。

【００３６】開弁保持状態にはモード（ｄ）が適してい
る。比較的巻き数の多いホールドコイル１２に電流が流
れて起磁力を稼ぐと同時に、巻き数の少ないコントロー
ルコイル１１にも電流が流れる。ホールドコイル１２に
のみ通電している場合に比べても、合計では大きな起磁
力を投入することができる。

【００３７】本実施例のように、コントロールコイル１
１とホールドコイル１２とを直列に接続しておき、開弁
初期時には電源電圧がコントロールコイル１１にかか
り、開弁保持状態では電源電圧が直列接続されたコント
ロールコイル１１とホールドコイル１２との両端にかか
るように駆動回路を構成することにより、駆動回路の構
成を簡単にして、開弁動作と開弁保持動作とをより確実
に行うことが可能になる。

【００３８】図７に本実施例の燃料噴射装置のインジェ
クタ駆動方法を示す。

【００３９】長さTiの噴射指令信号に対し、ホールドコ
イル側には噴射指令信号（Ti）の間、ホールドコイルト
ランジスタモジュール１２０をオンしつづけ、噴射指令
信号が立ち下がると同時にホールドコイルトランジスタ
モジュール１２０をオフする。一方、開弁初期Tc（＜T
i）の間のみ、コントロールコイルトランジスタ１１０
をオンにする。従って、開弁初期Tc（＜Ti）は図６のモ
ード（ｃ）となる。このためコントロールコイル１１に
大電流が流れることになり短時間に大きな起磁力を投入
し開弁を促進する。一方、Tc以降ではコントロールコイ
ルトランジスタモジュール１１０のみオフとなり、すな
わち図６のモード（ｄ）となり、コントロールコイル１
１とホールドコイル１２の両方に電流が流れ、ホールド
コイルのみに通電している状態に比べ、大きな起磁力が
投入でき、高燃圧に対しても安定した保持が可能とな
る。

【００４０】T=Tiで噴射パルスが立ち下がると同時に、
ホールドコイルトランジスタモジュール１２０はオフと
なり、図６のモード（a）となる。回路はオープンし、
コントロールコイル１１、ホールドコイル１２への通電
は停止され、弁体は速やかに閉弁動作を開始するように
なる。

【００４１】図８にコントロールコイル１１とホールド
コイル１２の間に相互インダクタンスが形成されている
場合に起こる相互誘導現象、また、本発明における改善
方法について示す。図７と同様にトランジスタモジュー
ルをオン・オフした場合、 Tc（＜Ti）の間にコントロ
ールコイル１１の電流が大きく立ち上がる際に、ホール
ドコイル１２に逆向きの起電力が発生する。これは相互
誘導と呼ばれ変圧器などに発生する磁気現象と同等のも
のである。このような起電力が発生すると図５に示すホ
ールドコイルトランジスタモジュール１２０のサージア
ブソーブドダイオード１２２を経由し電流が電源グラン
ド側から流れることになる（a)。この電流はホールドコ
イル１２を端子Ｈ−からＨ＋の方向（電圧印加時と逆方
向）に流れ、磁気回路に発生する磁束を弱める働きがあ
る。この電流は、コントロールコイルトランジスタモジ
ュールを経由し電源グランドに流れ込む。 Tc（＜Ti）
のときこの逆電流を容認すると実質上の開弁時の投入起
磁力が低下し、開弁遅れ、弁体保持不良が発生する可能
性がある。

【００４２】これを避けるためには図８（ｂ）に示すよ
うに順方向のみの通電を可能とするダイオードを挿入す
れば良い。ホールドコイル１２に流れる逆電流は無くな
り、電流の順方向の立ち上がり特性も改善される。

【００４３】また、逆電流を完全に遮断せず、その値を
調整したいときは、ダイオ−ドと並列に抵抗を挿入し、
この抵抗値により逆電流の量を調整しても良い。

【００４４】図９（ａ）に示すように、本実施例では、
巻き数が少なく短時間に大電流を流せて高速応答可能と
いう特性をコントロールコイル１１に持たせるととも
に、小電流で安定した吸引力を得られる特性をホールド
コイル１２に持たせる。開弁初期にはコントロールコイ
ル１１に主に通電し、開弁保持時にはコントロールコイ
ル１１とホールドコイル１２を直列に接続し等しい電流
を流す。開弁動作及び開弁保持状態の各段階において、
理想的なコイル特性に理想的な通電方法を組み合わせ、
高燃圧等に対しても安定した保持を実現でき最適動作を
可能としている。

【００４５】これに対し、図９（ｂ）は、従来の高電圧
駆動燃料噴射装置の動作を示すものである。高電圧イン
ジェクタにおいては、一つのコイルで開弁動作と開弁状
態を保持する必要があるため、それぞれの段階において
理想的なコイルの特性を得ることが難しい。例えば、開
弁動作時の応答性を良くするように本実施例のコントロ
ールコイル１１と同様に巻き数を少なく、抵抗を小さく
すると、保持時に大電流を継続して流す必要があり、発
熱が多くなる。逆に、巻き数、抵抗を本実施例のホール
ドコイルと同様にすると、開弁が出来ないか、開弁遅れ
が非常に大きくなる。このため、両方の妥協点でコイル
を設計せざるを得ない。

【００４６】高電圧駆動インジェクタは非常に大きな電
圧VHH(>>VH)を昇圧回路２０２を用いてバッテリから作
り、コイルに印加して急速に電流を立上げて開弁させ
る。開弁後はバッテリ電圧VL’(<<VHH)を直接印加して
も電流が流れすぎるため、電流制御回路２０３でスイッ
チングをし、電流値を保持限界で一定にするように電流
制御が加えられる。昇圧回路２０２と電流制御回路２０
３の回路規模は大きく、従来のエンジンコントロールユ
ニット内に配置することは困難である。このため、高電
圧駆動燃料噴射装置においてはインジェクタ駆動回路２
１０はエンジンコントローラ（エンジンコントロールユ
ニット：ＥＣＵ）２０１と別置きされている。別置きす
ることにより、インジェクタ駆動回路２１０はケースが
必要となる。また、エンジンコントローラ２０１からの
信号のやり取りをするためにハーネス２０４、コネクタ
２０５が必要となる。また、電流制御回路駆動時のスイ
ッチングノイズでエンジンコントローラ２０１あるいは
ラジオ等に影響を与えないように高価なシールド線を使
う必要が生じてくる。

【００４７】ここで、図５にも示したように、本実施例
の燃料噴射装置の駆動回路の規模は、基本的にはパワー
トランジスタ２個で構成されたON/OFF回路であるために
非常に安価であるとともに、コンパクトである。さらに
スイッチング動作を必要としないのでノイズも発生しな
い。したがってエンジンコントローラ（エンジンコント
ロールユニット：ＥＣＵ）1内にインジェクタ駆動回路
１００を内臓することが可能である。

【００４８】図９（ｃ）は従来の高電圧燃料噴射装置と
本実施例の燃料噴射装置とのコスト又はサイズを比較し
たものである。昇圧回路及び電流制御回路を廃止するこ
とができ、回路規模を小さくするとともに、ケース、ハ
ーネス、コネクタなども不要となり大幅なコストダウン
及び小型化が可能である。

【００４９】本実施例の燃料噴射装置を適用した内燃機
関の実施例を図１０を用いて説明する。本実施例の内燃
機関は、燃料を噴射する燃料噴射装置（電磁式燃料噴射
弁１０１０，駆動回路１１００）と、燃料噴射装置に燃
料を供給する燃料供給手段（燃料ポンプ１０３０，フィ
ードポンプ１０４０，高圧プレッシャレギュレータ１０
５０）と、燃料噴射装置で噴射された燃料を内部で燃焼
させるシリンダ１０６０と、このシリンダ内で往復運動
するピストン１０７０と、シリンダ１０６０内に空気を
吸入する吸気手段１０８０と、シリンダ１０６０内の混
合気に点火する点火装置１０９０と、シリンダ１０６０
内から排気する排気手段１１１０と、吸気手段（吸気
管，バルブ等）１０８０、排気手段（排気管，バルブ
等）１１１０、点火装置１０９０及び燃料噴射装置を制
御するエンジンコントロールユニット１とを備えてい
る。また、バッテリ電圧Ｖｂが駆動回路１１００に供給
されている。

【００５０】この内燃機関では、燃料がフィードポンプ
１０４０により燃料ポンプ１０３０に導かれ、チェック
弁１１２０を経由しインジェクタ１０１０に加圧された
状態で供給される。エンジンコントローラ１は、各種セ
ンサ情報から噴射タイミングと噴射量を決定し、噴射信
号をインジェクタ駆動回路１１００に出力し、インジェ
クタ１０１０は駆動回路１１００により駆動されて燃料
を噴射する。本実施例は筒内噴射エンジンで説明した
が、他の種類のエンジンに用いることができるのはもち
ろんである。

【００５１】本実施例によれば、開弁動作及び開弁保持
状態の各段階において、理想的なコイル特性に理想的な
通電方法を組み合わせ、高燃圧等に対しても安定した保
持を実現でき最適動作を可能としている。

【００５２】閉弁状態から開弁し、開弁状態を保持した
後、再び閉弁するまでに、それぞれの状態に対して理想
的なコイル特性に理想的な通電方法を組み合わせ、高燃
圧等に対しても安定した保持を実現でき弁体を最適駆動
することにより、広いダイナミックレンジを安定して実
現する燃料噴射装置を安価に提供することができる。

【００５３】インジェクタ及びその駆動回路方式につい
て説明しておく。インジェクタ及びその駆動回路方式と
しては、サチュレーティッド方式（電圧駆動）とピーク
ホールド方式（電流駆動）が良く知られている。

【００５４】一般的にサチュレーティッド方式は、コイ
ル巻数も多く、駆動電流は、弁体がリフトを終了しても
増加を続け、コイル内部抵抗及び、駆動回路内の抵抗に
よって制限される飽和電流値に近づく。回路インピーダ
ンスは、ピークホールド方式に比して高く、インダクタ
ンスの影響により、コイルに流れる電流の立上りはゆる
やかである。コイル内部抵抗及び、駆動回路内の抵抗を
調整することにより飽和電流値を適当に設定しておけ
ば、電流制御回路の必要も無く、安価に構成できる。

【００５５】一方、ピークホールド方式は、コイル巻数
が少なく、回路インダクタンス、インピーダンスが低
く、開弁時の電流立上りは、サチュレーティッド方式に
比して速い。しかし、このままでは過電流が流れる可能
性があるので、駆動回路内に電流制御機構を設け、全リ
フト後は、開弁保持に必要な値に電流を制限する。

【００５６】インジェクタの性能基準となる高い噴射
率、広いダイナミックレンジを達成するためには、電流
の応答性が高いピークホールド方式を採用する場合が多
い。また、昇圧回路により高電圧を作り、インジェクタ
に投入することにより短時間に電流を強制的に流し込
み、開弁立上り特性を改善することが可能である。ま
た、閉弁時には逆にこの高電圧を印加し閉弁特性を改善
することが可能である。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、電気特性の異なる複数
のコイルを備え、理想的なコイル特性に理想的な通電方
法を組み合わせ、高燃圧等に対しても安定した保持を実
現でき弁体を最適駆動することにより、広いダイナミッ
クレンジを安定して実現する燃料噴射装置を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインジェクタの構造
を示す図である。

【図２】本発明の一実施例で用いられる複数のコイルが
巻装されたボビンの外観を示す図である。

【図３】本発明の一実施例におけるインジェクタの等価
回路モデルを示す図である。

【図４】コントロールコイル、ホールドコイルの電流、
起磁力応答特性を示す図である。

【図５】本発明の一実施例における燃料噴射装置の回路
配線構成を示す図である。

【図６】本発明の一実施例における駆動モードを示す図
である。

【図７】本発明の一実施例における燃料噴射装置のイン
ジェクタ駆動方法を示す図である。

【図８】本発明の一実施例における燃料噴射装置のダイ
オード挿入状態でのインジェクタ駆動方法を示す図であ
る。

【図９】従来の高電圧駆動燃料噴射装置と本発明の燃料
噴射装置の構成、コスト及びサイズの比較を示す図であ
る。

【図１０】本発明を適用した内燃機関の一実施例の図で
ある。

【符号の説明】

１、２０１…エンジンコントローラ、２、２２…バッテ
リ、１０、２００…インジェクタ、１１…コントロール
コイル、１２…ホールドコイル、１３…コア、１４…ヨ
ーク、１５…プランジャ、１６…ボール弁、１７…スワ
ーラ、１８…スプリング、６…コネクタ、３１、３２…
ショートターミナル、３３、３４…ロングターミナル、
７…ボビン、１００…インジェクタ駆動回路、１１０…
コントロールコイルトランジスタモジュール、１１１…
コントロールコイルパワートランジスタ、１１２…コン
トロールコイルサージアブソーブドダイオード、１２０
…ホールドコイルトランジスタモジュール、１２１…ホ
ールドコイルパワートランジスタ、１２２…ホールドコ
イルサージアブソーブドダイオード、２０２…昇圧回
路、２０３…電流制御回路、２０４…ハーネス、２０５
…コネクタ、２１０…高電圧駆動回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本良雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者門向裕三茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者久保博雅茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者田渕憲司茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者高畑敏夫茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者田辺好之茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者濱田泰久茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献特開昭61−212645（ＪＰ，Ａ) 特開平８−326620（ＪＰ，Ａ) 特開平10−77925（ＪＰ，Ａ) 特開平11−148439（ＪＰ，Ａ) 特開2000−2163（ＪＰ，Ａ) 特開2000−192871（ＪＰ，Ａ) 特開2000−265921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 51/06 F02D 41/20 330

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁式燃料噴射弁とこの電磁式燃料噴射弁
を駆動する駆動回路とを備えた燃料噴射装置において、前記電磁式燃料噴射弁に、起磁力の時間変化率が大きい
第一のコイルと、この第一のコイルよりも起磁力の時間
変化率が小さい第二のコイルとを備え、前記駆動回路に、前記第一のコイル及び第二のコイルに
電流を供給する電源と、前記第一のコイル及び第二のコ
イルの前記電源への接続を切り替えるスイッチ手段とを
備え、開弁時の開動作では、少なくとも第一のコイルに電流を
流し、開弁保持状態では、前記第一のコイルと前記第二のコイ
ルとを直列に前記電源に接続し、前記第一のコイル及び
第二のコイルに開動作時よりも小さな電流値の電流を流
すようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】電磁式燃料噴射弁とこの電磁式燃料噴射弁
を駆動する駆動回路とを備えた燃料噴射装置において、前記電磁式燃料噴射弁に起磁力の時間変化率が大きい第
一のコイルと、この第一のコイルよりも起磁力の時間変
化率が小さい第二のコイルとを備え、第一のコイルの一端は駆動回路の電源のプラス側に接続
され、第一のコイルのもう一端は、第二のコイルの一端
に接続されるとともに、第一の通電をオンオフするスイ
ッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側に接続さ
れ、第二のコイルのもう一端は、第二の通電をオンオフ
するスイッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側
に接続され、開弁開動作初期段階では、少なくとも第一のスイッチ手
段をオンにし、少なくとも第一のコイルに電流を流し、
その後、第二のスイッチ手段のみオンにし、第一及び第
二の両方のコイルに電流を流すように制御することを特
徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】電磁式燃料噴射弁とこの電磁式燃料噴射弁
を駆動する駆動回路とを備えた燃料噴射装置において、前記電磁式燃料噴射弁に巻き数の少ない第一のコイル
と、この第一のコイルよりも巻き数の多い第二のコイル
とを備え、第一のコイルの一端は駆動回路の電源のプラス側に接続
され、第一のコイルのもう一端は、第二のコイルの一端
に接続されるとともに、第一の通電をオンオフするスイ
ッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側に接続さ
れ、第二のコイルのもう一端は、第二の通電をオンオフ
するスイッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側
に接続され、開弁開動作初期段階では、少なくとも第一のスイッチ手
段をオンにし、少なくとも第一のコイルに電流を流し、
その後、第二のスイッチ手段のみオンにし、第一及び第
二の両方のコイルに電流を流すように制御することを特
徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】電磁式燃料噴射弁とこの電磁式燃料噴射弁
を駆動する駆動回路とを備えた燃料噴射装置において、前記電磁式燃料噴射弁に線材の断面積が大きい第一のコ
イルと、この第一のコイルよりも線材の断面積が小さい
第二のコイルとを備え、第一のコイルの一端は駆動回路の電源のプラス側に接続
され、第一のコイルのもう一端は、第二のコイルの一端
に接続されるとともに、第一の通電をオンオフするスイ
ッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側に接続さ
れ、第二のコイルのもう一端は、第二の通電をオンオフ
するスイッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側
に接続され、開弁開動作初期段階では、少なくとも第一のスイッチ手
段をオンにし、少なくとも第一のコイルに電流を流し、
その後、第二のスイッチ手段のみオンにし、第一及び第
二の両方のコイルに電流を流すように制御することを特
徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】電磁式燃料噴射弁とこの電磁式燃料噴射弁
を駆動する駆動回路とを備えた燃料噴射装置において、前記電磁式燃料噴射弁に端子間の電気抵抗が小さい第一
のコイルと、この第一のコイルよりも端子間の電気抵抗
が大きい第二のコイルとを備え、第一のコイルの一端は駆動回路の電源のプラス側に接続
され、第一のコイルのもう一端は、第二のコイルの一端
に接続されるとともに、第一の通電をオンオフするスイ
ッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側に接続さ
れ、第二のコイルのもう一端は、第二の通電をオンオフ
するスイッチ手段を用いて駆動回路の電源のマイナス側
に接続され、開弁開動作初期段階では、少なくとも第一のスイッチ手
段をオンにし、少なくとも第一のコイルに電流を流し、
その後、第二のスイッチ手段のみオンにし、第一及び第
二の両方のコイルに電流を流すように制御することを特
徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料
噴射装置に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料噴
射装置で噴射された燃料を内部で燃焼させるシリンダ
と、このシリンダ内で往復運動するピストンと、前記シ
リンダ内に空気を吸入する吸気手段と、前記シリンダ内
の混合気に点火する点火装置と、前記シリンダ内から排
気する排気手段と、前記吸気手段、排気手段、点火装置
及び燃料噴射装置を制御するエンジンコントロールユニ
ットを備え、前記燃料噴射装置に電磁式燃料噴射弁とこ
の電磁式燃料噴射弁を駆動する駆動回路とを備え、前記
電磁式燃料噴射弁に燃料噴射孔とこの燃料噴射孔の上流
側に弁座とこの弁座との間で燃料通路の開弁を行う弁体
と前記弁体の駆動力を発生するためのコイルとを備えた
内燃機関において、前記電磁式燃料噴射弁に起磁力の時間変化率が大きい第
一のコイルと、この第一のコイルよりも起磁力の時間変
化率が小さい第二のコイルとを備え、第一のコイルの一
端は駆動回路の電源のプラス側に接続され、第一のコイ
ルのもう一端は、第二のコイルの一端に接続されるとと
もに、第一の通電をオンオフするスイッチ手段を用いて
駆動回路の電源のマイナス側に接続され、第二のコイル
のもう一端は、第二の通電をオンオフするスイッチ手段
を用いて駆動回路の電源のマイナス側に接続され、開弁
開動作初期段階では、少なくとも第一のスイッチ手段を
オンにし、少なくとも第一のコイルに電流を流し、その
後、第二のスイッチ手段のみオンにし、第一及び第二の
両方のコイルに電流を流すように制御することを特徴と
する内燃機関。