JP3890331B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

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。

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。

特許文献１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。

特開平８−３２６６２０号公報

特許文献１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。

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）。

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。

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。

本発明の燃料噴射装置は、第一のコイルと第二のコイルとを前記第一のコイルの方が前記第二のコイルよりも大きな起磁力の時間変化率を有するように設けた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、前記第一のコイルの一方の端子を電源のプラス側に接続し、前記第一のコイルの他方の端子と前記第二のコイルの一方の端子とを接続し且つ前記第一のコイルの前記他方の端子と前記第二のコイルの前記一方の端子とを共にパワートランジスタとサージアブソーブドダイオードとで構成した第一のスイッチ手段を介して電源のグランド側に接続し、前記第二のコイルの他方の端子をパワートランジスタとサージアブソーブドダイオードとで構成した第二のスイッチ手段を介して電源のグランド側に接続し、前記第二のコイルと前記第二のスイッチ手段との間、あるいは前記第二のスイッチ手段と電源のマイナス側との間に、前記第二のコイルから前記第二のスイッチ手段に向う方向にのみ電流が流れるようなダイオードを設け、開弁時の開動作では少なくとも前記第一のスイッチ手段をオンにして前記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スイッチ手段をオフにし且つ前記第二のスイッチ手段をオンにすることにより前記第一のコイルと前記第二のコイルとを前記電源に対して直列に接続するように、接続を切り替えるものである。

第一のコイルと第二のコイルとの間の相互誘導現象による逆電流が第二のコイルに流れなくなり、電流の順方向の立ち上がり特性も改善されるため、電磁式燃料噴射弁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なる。

以下、図面をもとに、本発明の実施例について説明する。

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。

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。

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。

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３１，３２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１３、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。

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。

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。

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。

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。

本実施例の燃料噴射装置はインジェクタ１０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。

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。

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。

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。

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）。

つぎに（ｂ）の場合は１１０のみオンで１２０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。

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。

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。

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。

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。

本実施例のように、コントロールコイル１１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。

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。

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（＜Ti）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１１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２０３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２１０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。

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。

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。

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１０５０）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 本発明の一実施例における駆動モードを示す図である。 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。 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。 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。 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。

Claims (1)

1. 第一のコイルと第二のコイルとを前記第一のコイルの方が前記第二のコイルよりも大きな起磁力の時間変化率を有するように設けた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、
   前記第一のコイルの一方の端子を電源のプラス側に接続し、
   前記第一のコイルの他方の端子と前記第二のコイルの一方の端子とを接続し且つ前記第一のコイルの前記他方の端子と前記第二のコイルの前記一方の端子とを共にパワートランジスタとサージアブソーブドダイオードとで構成した第一のスイッチ手段を介して電源のグランド側に接続し、
   前記第二のコイルの他方の端子をパワートランジスタとサージアブソーブドダイオードとで構成した第二のスイッチ手段を介して電源のグランド側に接続し、
   前記第二のコイルと前記第二のスイッチ手段との間、あるいは前記第二のスイッチ手段と電源のマイナス側との間に、前記第二のコイルから前記第二のスイッチ手段に向う方向にのみ電流が流れるようなダイオードを設け、
   開弁時の開動作では少なくとも前記第一のスイッチ手段をオンにして前記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スイッチ手段をオフにし且つ前記第二のスイッチ手段をオンにすることにより前記第一のコイルと前記第二のコイルとを前記電源に対して直列に接続するように、接続を切り替えることを特徴とする燃料噴射装置。

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