JP3972685B2

JP3972685B2 - 蓄圧式燃料噴射システム

Info

Publication number: JP3972685B2
Application number: JP2002059623A
Authority: JP
Inventors: 博文妹尾
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-03-06
Also published as: JP2003254124A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コモンレールに蓄圧された高圧燃料をインジェクタから内燃機関の気筒内に噴射する蓄圧式燃料噴射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄圧式燃料噴射システムに使用されるインジェクタは、ニードルを内蔵するノズルと、ニードルの背圧（圧力室の燃料圧力）を制御する電磁弁とを有し、この電磁弁（ソレノイド）が通電されると、電磁弁に内蔵されるバルブがソレノイドの吸引力を受けてリフトし、圧力室を低圧通路に開放する。その結果、圧力室の燃料圧力が低下してニードルが開弁することにより、高圧燃料がノズルから内燃機関の気筒内へ噴射される。
【０００３】
ここで、電磁弁（ソレノイド）に通電されるソレノイド電流は、図１Ａ（ａ）に示す様に、バルブを動かすために必要なチャージ電流と、そのバルブをフルリフト位置まで駆動するために必要な高定電流（現状８Ａ）、及びバルブをフルリフト位置に保持するために必要な低定電流（現状４Ａ）の３段階に制御されている。これにより、バルブは、図１Ａ（ｂ）に示す様に、チャージ電流によって生じるソレノイドの吸引力を受けてリフトした後、高定電流によって生じる吸引力でフルリフト位置まで移動し、低定電流によって生じる吸引力でフルリフト位置に保持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、極低温時等にバッテリ電圧が大きく低下する（例えば、常温時１４Ｖ→極低温時８Ｖ）と、図１Ａ（ａ）の破線で示す様に、ソレノイド電流（特に高定電流）が落ち込むため、ソレノイドの吸引力が低下してバルブをフルリフト位置まで吸引できなくなる（図１Ａ（ｂ）の破線で示す様に、バルブは一旦リフトするが、フルリフト位置まで移動することなく、途中で閉弁する）。その結果、インジェクタからの噴射が不能となり、内燃機関を始動できなくなるという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、極低温時等にバッテリ電圧が大きく低下した場合でも、電磁弁の開弁保持を可能にして、インジェクタからの噴射を実施できる蓄圧式燃料噴射システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
内燃機関の運転状態に応じてインジェクタの電磁弁を通電制御する電磁弁制御手段は、電磁弁に対する通電電流を、電磁弁の開弁開始時に必要なチャージ電流から、開弁動作を維持するために必要な高定電流へ切替え、さらに、この高定電流から開弁状態を保持するために必要な低定電流へと切り替えて、チャージ電流と高定電流と低定電流との３段階に制御し、且つ内燃機関を始動する際にバッテリ電圧が所定電圧以下まで低下している場合には、高定電流から低定電流に切り替える時期を所定時間遅らせることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、バッテリ電圧が低下した場合に、高定電流から低定電流に切り替える時期を遅らせることにより、主に高定電流の通電期間が長くなる。その結果、通電電流（特に高定電流）の落ち込みによる電磁弁の開弁力低下を抑制でき、電磁弁の開弁保持が可能になるため、極低温時等にバッテリ電圧が低下している様な場合でも、インジェクタからの噴射を実施でき、内燃機関を始動させることができる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した蓄圧式燃料噴射システムにおいて、
電磁弁制御手段は、バッテリ電圧の低下度合いに応じて高定電流から低定電流に切り替える時期を可変することを特徴とする。
この場合、バッテリ電圧が低くなる程、高定電流から低定電流に切り替える時期を遅らせることにより、高定電流の通電時間をより長くできるので、電磁弁の開弁力低下を抑制でき、電磁弁の開弁保持を可能にできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図２は蓄圧式燃料噴射システムの全体図である。
本実施例の蓄圧式燃料噴射システムは、例えば６気筒のディーゼル機関１に適用されるもので、図２に示す様に、高圧ポンプ２より圧送された燃料を蓄圧するコモンレール３と、このコモンレール３より供給される高圧燃料をディーゼル機関１の気筒内に噴射するインジェクタ４、及びディーゼル機関１の運転状態に基づいて本システムを制御する電子制御装置（以下ＥＣＵ５と呼ぶ）等より構成される。
【００１２】
インジェクタ４は、図３に示す様に、ニードル６を内蔵するノズル７と、コモンレール３から高圧燃料が供給され、その燃料圧力がニードル６を閉弁方向に付勢する圧力制御室８と、この圧力制御室８の燃料圧力を制御する電磁弁９等より構成される。
ノズル７は、ボディ先端部に設けられる噴孔１０と、コモンレール３から供給される高圧燃料を噴孔１０に導く円錐状のシート面１１とを有し、このシート面１１に対向してニードル６がボディ内部を摺動可能に嵌挿され、スプリング１２により閉弁方向（図示下方）に付勢されている。
【００１３】
圧力制御室８は、ニードル６とロッド１３を介して連結される油圧ピストン１４の上部に形成され、入口オリフィス１５を介してコモンレール３より高圧燃料が供給され、出口オリフィス１６を介して低圧側に連通可能に設けられている。
電磁弁９は、出口オリフィス１６を開閉できるバルブ１７と、このバルブ１７を閉弁方向（図示下方）へ付勢するスプリング１８と、通電を受けて磁力を発生し、その磁力でバルブ１７を開弁方向へ吸引するソレノイド１９等より構成される。
【００１４】
この電磁弁９は、ソレノイド１９がOFF の時に、バルブ１７を開弁方向へ付勢する油圧力（バルブ１７のシート面積×圧力制御室８の燃料圧力）よりバルブ１７を閉弁方向に付勢するスプリング力の方が大きいため、図３（ａ）に示す様に、バルブ１７が出口オリフィス１６を閉じている。ソレノイド１９がONの時は、バルブ１７を開弁方向へ付勢する油圧力にソレノイド１９の吸引力が加わり、その合計した開弁力がスプリング１８による閉弁力を上回るため、図３（ｂ）に示す様に、バルブ１７が出口オリフィス１６を開口する。
【００１５】
ＥＣＵ５は、ディーゼル機関１の運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいてコモンレール３の目標燃料圧力（目標レール圧と呼ぶ）を算出し、実際のコモンレール圧（圧力センサ２０の検出値）が目標レール圧と一致する様に高圧ポンプ２の燃料吐出量を制御する。また、ＥＣＵ５は、ディーゼル機関１の運転状態から噴射時期と噴射量を算出し、その噴射時期と噴射量から生成された噴射指令パルスを駆動回路（図示しない）へ出力し、その駆動回路を介してインジェクタ４に内蔵される電磁弁９（ソレノイド１９）を通電制御している。
【００１６】
ここで、ＥＣＵ５は、図１Ｂ（ａ）に示す様に、ソレノイド１９に対する通電電流を３段階に制御している。即ち、バルブ１７を開弁方向へ動かすために必要なチャージ電流と、そのバルブ１７をフルリフト位置まで駆動するために必要な高定電流（例えば８Ａ）、及びバルブ１７をフルリフト位置に保持するために必要な低定電流（例えば４Ａ）である。
【００１７】
これにより、電磁弁９のバルブ１７は、図１Ｂ（ｂ）に示す様に、チャージ電流によって生じるソレノイド１９の吸引力を受けてリフトした後、高定電流によって生じる吸引力でフルリフト位置まで移動し、低定電流によって生じる吸引力でフルリフト位置に保持される。
しかし、ディーゼル機関１の始動時にバッテリ電圧が大きく低下していると、通電電流（特に高定電流）が落ち込むことにより、ソレノイド１９の吸引力が低下してバルブ１７を開弁保持できなくなる可能性がある。
【００１８】
これに対し、ＥＣＵ５（本発明の電磁弁制御手段）は、ディーゼル機関１の始動時にバッテリ電圧が所定電圧以下まで低下している場合に、ソレノイド１９に対して高定電流から低定電流に切り替える時期を所定時間遅らせる（通電開始から電流切り替え時までの通電時間を延長する）始動時制御を実施する。
以下に、ＥＣＵ５による始動時制御の一例を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
Step10…バッテリ電圧を読み込む。
Step20…バッテリ電圧が所定電圧（例えば１０Ｖ）以下か否かを判定する。
判定結果がYES の時はStep30へ進み、判定結果がNOの時はStep40へ進む。
Step30…ソレノイド１９に対する高定電流から低定電流に切り替える時期をバッテリ電圧に応じて遅らせる。言い換えると、通電開始から電流切り替え時期までの通電期間を高定電流期間Ｔ1 （図５参照）と呼ぶ時に、その高定電流期間Ｔ1 をバッテリ電圧に応じて延長する（図６参照）。
【００２０】
一例を示すと、バッテリ電圧が１４Ｖ→８Ｖに低下した場合、図１Ｂ（ａ）に示す様に、高定電流期間Ｔ1 を800 μsec （通常は500 μsec ）に延長する。
なお、高定電流期間Ｔ1 を延長しても全体の通電時間（通電開始から低定電流終了までの通電期間）は延長されない。従って、高定電流期間Ｔ1 が延長される分だけ、低定電流の通電時間が短縮されることになる。
Step40…高定電流期間Ｔ1 を通常のバッテリ電圧（例えば１４Ｖ）に応じて設定（500 μsec ）する。
Step50…ソレノイド１９に通電してインジェクタ４を駆動する。
【００２１】
（第１実施例の効果）
本実施例では、バッテリ電圧が通常時より大きく低下した場合に、電磁弁９のソレノイド１９に対して高定電流から低定電流に切り替える時期を遅らせることにより、高定電流期間Ｔ1 をバッテリ電圧の低下度合いに応じて延長することができる。これにより、通電電流（特に高定電流）の落ち込みによるソレノイド１９の吸引力低下を抑制できるので、図１Ｂ（ｂ）に示す様に、バルブ１７をフルリフト位置まで吸引することができ、バルブ１７の開弁保持が可能になる。その結果、極低温時等にバッテリ電圧が低下する様な場合でも、インジェクタ４からの噴射不能を回避でき、ディーゼル機関１を始動させることができる。
【００２２】
（比較例）
図７は始動時制御の処理手順を示すフローチャートである。本比較例では、ディーゼル機関１の始動時にバッテリ電圧が所定電圧以下まで低下している場合に、コモンレール３に蓄えられる燃料の目標圧力（以下目標レール圧と呼ぶ）を増大する方法を説明する。ＥＣＵ５（本発明の目標圧力設定手段）は、ディーゼル機関１の始動時にバッテリ電圧が大きく低下している場合に、目標レール圧をバッテリ電圧に応じて増大させる始動時制御を実施する。以下に、ＥＣＵ５による始動時制御の一例を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
Step10…バッテリ電圧を読み込む。
Step20…バッテリ電圧が所定電圧（例えば１０Ｖ）以下か否かを判定する。
判定結果がYES の時はStep30へ進み、判定結果がNOの時はStep40へ進む。
Step30…目標レール圧をバッテリ電圧に応じて増大する（図８参照）。
一例を示すと、バッテリ電圧が１４Ｖ→８Ｖに低下した場合、目標レール圧を60MPa に増大する。
Step40…目標レール圧を通常のバッテリ電圧（例えば１４Ｖ）に応じて設定（例えば40MPa ）する。
Step50…Step30またはStep40で設定された目標レール圧が得られる様に、高圧ポンプ２を駆動する。
【００２４】
（比較例の効果）
本比較例では、バッテリ電圧が通常時より大きく低下した場合に、目標レール圧を増大することにより、電磁弁９の開弁力低下を抑制できる。つまり、本システムに使用されるインジェクタ４は、圧力制御室８の燃料圧力（コモンレール３の燃料圧力）がバルブ１７の開弁方向に作用するため、燃料圧力が高くなる程、その燃料圧力による開弁力が大きくなる。従って、バッテリ電圧の低下によりソレノイド１９の吸引力が低下しても、目標レール圧を増大させることにより、電磁弁９の開弁力低下を抑制できる。その結果、図９に示す様に、バルブ１７の開弁保持が可能になるので、極低温時等にバッテリ電圧が低下する様な場合でも、インジェクタ４からの噴射不能を回避でき、ディーゼル機関１を始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ソレノイド電流とバルブリフトの対応図である（第１実施例）。
【図２】蓄圧式燃料噴射システムの全体図である。
【図３】インジェクタの構成を示す断面図である。
【図４】始動時制御の処理手順を示すフローチャートである（第１実施例）。
【図５】ソレノイド電流の高定電流期間を説明する図面である（第１実施例）。
【図６】バッテリ電圧と高定電流期間との関係を示す特性図である（第１実施例）。
【図７】始動時制御の処理手順を示すフローチャートである（比較例）。
【図８】バッテリ電圧と目標レール圧との関係を示す特性図である（比較例）。
【図９】ソレノイド電流とバルブリフトの対応図である（比較例）。
【符号の説明】
１ディーゼル機関（内燃機関）
３コモンレール
４インジェクタ
５ＥＣＵ（電磁弁制御手段、目標圧力設定手段）
６ニードル
７ノズル
９電磁弁

Claims

燃料を高圧状態で蓄えるコモンレールと、
ニードルを内蔵するノズル、前記コモンレールから高圧燃料が供給され、その燃料圧力が前記ニードルを閉弁方向に付勢する圧力制御室、この圧力制御室の燃料圧力を制御する電磁弁を有し、この電磁弁の開弁時に前記圧力制御室の燃料圧力が低下して前記ニードルがリフトすることにより、前記コモンレールから供給された高圧燃料を前記ノズルから内燃機関の気筒内へ噴射するインジェクタと、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記電磁弁を通電制御する電磁弁制御手段とを備えた蓄圧式燃料噴射システムであって、
前記電磁弁制御手段は、前記電磁弁に対する通電電流を、前記電磁弁の開弁開始時に必要なチャージ電流から、開弁動作を維持するために必要な高定電流へ切替え、さらに、この高定電流から開弁状態を保持するために必要な低定電流へと切り替えて、前記チャージ電流と前記高定電流と前記低定電流との３段階に制御し、前記内燃機関を始動する際にバッテリ電圧が所定電圧以下まで低下している場合には、前記高定電流から前記低定電流に切り替える時期を所定時間遅らせることを特徴とする蓄圧式燃料噴射システム。
請求項１に記載した蓄圧式燃料噴射システムにおいて、
前記電磁弁制御手段は、前記バッテリ電圧の低下度合いに応じて前記高定電流から前記低定電流に切り替える時期を可変することを特徴とする蓄圧式燃料噴射システム。