JP4389140B2

JP4389140B2 - 燃料噴射装置および燃料噴射弁の制御方法

Info

Publication number: JP4389140B2
Application number: JP2001111071A
Authority: JP
Inventors: 正博岡嶋; 信男太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: JP2002309991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置および燃料噴射弁の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のガソリンエンジンやディーゼルエンジンは、高出力、低騒音等に加え、低燃費で、厳しい排ガス規制等を満足することが求められる。このため、エンジンへの燃料供給は燃料噴射弁によって正確に行われている。
ところで、この燃料噴射弁は電磁コイル（ソレノイド）により駆動され、通常、その電磁コイルは燃料噴射弁ごとに一つである。閉弁駆動は、閉弁方向に作用するスプリングの付勢力によりなされ、開弁駆動は、その付勢力に抗して電磁コイルが固定コアを磁化し可動コアを吸引する吸引力によりなされる。
一方、開弁用ソレノイドと閉弁用ソレノイドとの二つの電磁コイルを備えた燃料噴射弁が、例えば、特開平７−２３９０５０号公報に開示されている。開弁と閉弁とを二つの電磁コイルで制御することにより、開閉弁応答性や制御性の向上が図れるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、その二つの電磁コイルを備えた燃料噴射弁の場合、閉弁駆動は、閉弁用ソレノイドによる電磁力（吸引力）とスプリングによる付勢力との両方により行われる。なお、スプリングによる閉弁方向への付勢は、燃料噴射弁への通電遮断時にも、燃料の流出を防止するために必要である。
従って、その燃料噴射弁の弁体が閉弁時に弁座へ着座する場合、弁体には付勢力と電磁力（吸引力）とを併せた大きな力が作用する。その結果、弁体の着座時の衝突速度が増大して、燃料噴射弁の作動音が大きくなる。また、弁体や弁座の摩耗（いわゆるシート摩耗）が生じて、燃料噴射弁の耐久性が低下し得る。
この対策として、弁体の着座直前に閉弁用ソレノイドへの通電を遮断して、作動音等を抑制することも考えられる。しかし、その場合、閉弁方向への吸引力が急になくなるため、閉弁応答性の悪化を招き得る。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。つまり、弁体の開閉駆動を二つの電磁コイルで行なう燃料噴射弁を用いる場合に、作動音やシート摩耗を抑制できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。また、その燃料噴射弁の制御方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、閉弁駆動用の電磁コイルへの通電を弁体の着座前に低減することを思い付き、本発明を完成させたものである。
【０００６】
（燃料噴射装置）
すなわち、本発明の燃料噴射装置は、燃料噴射孔の周囲に形成された弁座との離着座により該燃料噴射孔を開閉する閉弁方向に付勢された弁体と該弁体と一体的に可動する磁性材料からなる可動コアと該可動コアの一端側に設けられた磁性材料からなる第１固定コアと該可動コアの他端側に設けられた磁性材料からなる第２固定コアと通電により該第１固定コアを磁化し該第１固定コアへ該可動コアを吸引させ該弁体を開弁方向に駆動する第１電磁コイルと通電により該第２固定コアを磁化し該第２固定コアへ該可動コアを吸引させて該弁体を閉弁方向に駆動する第２電磁コイルとを有する燃料噴射弁と、該第１電磁コイルおよび第２電磁コイルへの通電を制御する電子制御装置とを備える燃料噴射装置において、前記電子制御装置は、前記第１電磁コイルへの通電終了後で前記弁体の前記弁座への着座前に前記第２電磁コイルへの通電量を低減させることを特徴とする。
【０００７】
閉弁駆動用の第２電磁コイルへの通電量を弁体の弁座への着座前に低下させるため、その着座前に可動コアへ加わる吸引力（電磁力）が低減される。そして、その低減に応じて、弁体の閉弁速度が低減し、弁体が弁座に軟着座（ソフトランディング）する。つまり、弁体の弁座への衝突速度が低下するため、弁体と弁座との間で発生する作動音が低減する。また、その着座時に発生する衝撃力（または衝撃エネルギー）も低減されるため、シート摩耗も抑制される。
なお、開弁駆動用の第１電磁コイルへの通電終了後に、第２電磁コイルへの通電量を低減しているため、燃料噴射弁の閉弁応答性が犠牲になることも殆どない。
【０００８】
ここで「通電量」とは、直接的には電磁コイルに流れる電流量であるが、その電流を直接制御する必要はない。電磁コイルに印可する電圧を制御することで、通電量の制御を容易に行える。
また、「通電量を低減する」とは、通電量を零にする、つまり通電を遮断することを意味するものではない。
ところで、前記電子制御装置は、前記第１電磁コイルへの通電終了前に前記第２電磁コイルへの通電を開始すると、好適である。
電流の立上がりや磁化の遅れ等を見込んで、第１電磁コイルへの通電終了前に第２電磁コイルへの通電を開始しておくと、第１電磁コイルへの通電終了と共に閉弁動作に移行できるため、閉弁応答性が向上する。
また、前記電子制御装置は、前記弁体の前記弁座への着座後に前記第２電磁コイルへの通電を終了すると、好適である。
弁体の着座時にも第２電磁コイルへの通電が行われているため、弁体には電磁力による閉弁駆動力が作用している。このため、２次噴射の発生原因となる弁体の着座時のバウンシングを抑制、防止でき、燃料噴射弁の制御性が向上する。
【０００９】
（燃料噴射弁の制御方法）
これまでは燃料噴射装置について説明したが、本発明は、その本質からして、燃料噴射装置に限られるものではない。
すなわち、本発明は、燃料噴射孔の周囲に形成された弁座との離着座により該燃料噴射孔を開閉する閉弁方向に付勢された弁体と、該弁体と一体的に可動する磁性材料からなる可動コアと、該可動コアの一端側に設けられた磁性材料からなる第１固定コアと、該可動コアの他端側に設けられた磁性材料からなる第２固定コアと、通電により該第１固定コアを磁化し該第１固定コアへ該可動コアを吸引させ該弁体を開弁方向に駆動する第１電磁コイルと、通電により該第２固定コアを磁化し該第２固定コアへ該可動コアを吸引させて該弁体を閉弁方向に駆動する第２電磁コイルとを備える燃料噴射弁において、前記第２電磁コイルへの通電量が、前記第１電磁コイルへの通電終了後で前記弁体の前記弁座への着座前に低減することを特徴とする燃料噴射弁の制御方法としても良い。
この場合にも、前述した内容が当てはまることは言うまでもない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施形態である燃料噴射装置１は、燃料噴射弁１０とこれを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）８０とからなる。これらを図１に示す。なお、図示していないが、高圧燃料供給ポンプからコモンレールに供給された高圧燃料が、コモンレール内の蓄圧室で一定の高圧に蓄圧され、各気筒に配設された燃料噴射弁１０に供給されている。
【００１１】
燃料噴射弁１０は、燃料噴射孔１４の周囲に弁座１３が形成された段付き円筒状の本体１１に、嵌挿固定された円筒状のハウジング５０により、筐体が形成される。ハウジング５０の内部には、弁体であるノズルニードル２１と、ノズルニードル２１と一体的に軸方向に移動可能な磁性材料により形成された可動コア２２と、可動コア２２の一方側（燃料噴射孔と反対側）に配設された磁性材料からなる第１固定コア３１と、可動コア２２の他方側（燃料噴射孔側）に配設された磁性材料からなる第２固定コア４１とが収納されている。それらの中央軸方向には、燃料通路１２が延びている。なお、ノズルニードル２１の先端には、テーパ状のシート面が形成されており、そのシート面が弁座１３内側の座面に当接可能となっている。以降では、それら両者の当接状態を着座と称する。
【００１２】
また、ハウジング５０の外周側には、第１固定コア３１と第２固定コア４１との配設位置に対応して、それぞれ第１電磁コイル３２と第２電磁コイル４２とが配設されている。ＥＣＵ８０から、第１電磁コイル３２または第２電磁コイル４２に通電されると、可動コア２２がそれぞれ第１固定コア３１または第２固定コア４１に吸引されて、ノズルニードル２１が開閉動作を行う。本実施形態では、可動コア２２が第１固定コア３１に吸引される方向が開弁方向であり、可動コア２２が第２固定コア４１に吸引される方向が閉弁方向である。なお、ノズルニードル２１は、第１固定コア３１の中央内部に配設されたコイルスプリング２４により、閉弁方向に付勢されている。
【００１３】
ところで、ハウジング５０は、軸方向に磁性材料よりなる磁性部５１と非磁性材料よりなる非磁性部５２とが交互に形成されている。特に、可動コア２２が第１固定コア３１または第２固定コア４１と対向する部分には、非磁性部５２が形成されている。また、可動コア２２の軸方向中央には、大きく縮径した環状溝２３が形成されている。この環状溝２３は、断面積が小さいため、磁気抵抗の大きな部分となる。
こうして、ＥＣＵ８０から第１電磁コイル３２や第２電磁コイル４２に通電がなされると、発生した起磁力に応じて、可動コア２２と第１固定コア３１との間、または可動コア２２と第２固定コア４１との間を磁束が伝わる。つまり、可動コア２２の両側でほぼ独立した磁気回路が形成される。そして、可動コア２２が第１固定コア３１や第２固定コア４１に吸引されることとなる。
【００１４】
次に、ＥＣＵ８０による燃料噴射弁１０の制御について説明する。図２に、ＥＣＵ８０による第１電磁コイル３２と第２電磁コイル４２への印可電圧とそのコイル電流とのタイムチャートを１パルス分だけ示した。図２中の開弁駆動電圧と開弁駆動電流とが、それぞれ第１電磁コイル３２への印可電圧とそのコイル電流であり、閉弁駆動電圧と閉弁駆動電流とが、それぞれ第２電磁コイル４２への印可電圧とコイル電流である。それに対応したノズルニードル２１のリフト量を弁リフトとして併せて示した。
なお、ＥＣＵ８０から第１電磁コイル３２と第２電磁コイル４２とへの通電は、燃料噴射弁１０の外周から延出したコネクタに設けられたターミナル６０とターミナル７０とからそれぞれ行われる。また、ＥＣＵ８０からのその通電は、バッテリ電圧の印可として行われる。
【００１５】
以降、時系列に沿って説明する。
先ず、第１電磁コイル３２への通電がされていないとき（開弁駆動電圧が遮断されているとき）、コイルスプリング２４が可動コア２２とノズルニードル２１とを閉弁方向に付勢している。このため、ノズルニードル２１は弁座１３に着座して燃料噴射孔１４を閉塞している。
次に、エンジンの運転状態に応じて、ＥＣＵ８０が、開弁駆動電圧を第１電磁コイル３２に印可すると、可動コア２２と第１固定コア３１とに磁気回路が形成されて、可動コア２２が第１固定コア３１に吸引される。この開弁吸引力により、ノズルニードル２１が開弁方向にリフトし、弁座１３から離座し始める。そして、燃料噴射孔１４が開孔され、燃料の噴射が開始される。
【００１６】
次に、ノズルニードル２１がフルリフト状態となってから、開弁駆動電圧の遮断前に、ＥＣＵ８０は閉弁駆動電圧を第２電磁コイル４２に印可する。このとき、可動コア２２と第２固定コア４１との間に磁気回路が形成され、可動コア２２に第２固定コア４１への吸引力が作用する。しかし、この吸引力とコイルスプリング２４による付勢力との和よりも、第１固定コア３１側への可動コア２２の吸引力が大きく設定されているため、ノズルニードル２１はフルリフト状態を維持する。
【００１７】
次に、所望の開弁時間後、開弁駆動電圧が遮断されると、ノズルニードル２１には開弁方向への吸引力が作用しなくなる。このため、ノズルニードル２１は、コイルスプリング２４の付勢力と第２固定コア４１側への吸引力とにより、急激な閉弁動作を開始する。つまり、閉弁応答性の向上が図られている。
但し、本実施形態の場合、その開弁駆動電圧の遮断後に閉弁駆動電圧の低減が開始される。この低減幅は、燃料噴射弁ごとの設計事項であるが、例えば、２０〜１００％（２０％以上１００％未満）とすることができる。
【００１８】
この制御により、ノズルニードル２１の閉弁応答性を殆ど犠牲にすることなく、その着座直前の閉弁速度が低減される。そして、ノズルニードル２１がバウンド等することなく弁座１３に軟着座して、燃料噴射孔１４を閉塞する。こうして、そのサイクルの燃料噴射が終了する。このとき、ノズルニードル２１の着座直前の衝突速度が低下しているため、作動音やシート摩耗等が抑制される。
さらに、本実施形態の場合、その低減した閉弁駆動電圧は、ノズルニードル２１の着座後も持続して第２電磁コイル４２に印可される。このため、ノズルニードル２１には、その着座後もコイルスプリング２４による付勢力と、可動コア２２の第２固定コア４１への吸引力とが作用する。この閉弁吸引力がノズルニードル２１の着座後にも残存することにより、ノズルニードル２１が着座時に弁座１３から跳ね返ること（バウンシング）が一層抑制される。その結果、二次噴射の発生等が抑制され、最小燃料噴射量等の安定した制御性に優れた燃料噴射弁１０が得られる。
【００１９】
なお、上述したように、本実施形態の燃料噴射弁１０は、開弁用と閉弁用とに別々の電磁コイルを備え、それぞれの電磁コイルがバッテリ電圧で駆動される。このため、一つの電磁コイルからなる従来の燃料噴射弁と異なり、コンデンサを備えた高価な高圧駆動回路を必要としない。つまり、ＥＣＵ８０の低コスト化を図れる。
【００２０】
本実施形態では、閉弁駆動電圧を低減するタイミングを開弁駆動電圧の遮断直後としたが、それに限らない。例えば、開弁駆動電圧の遮断後、弁体の着座前であれば、任意のタイミングで閉弁駆動電圧を低減させ得る。燃料噴射弁の特性に応じて、適宜、そのタイミングを決定すれば良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射装置または燃料噴射弁の制御方法によれば、閉弁駆動用の第２電磁コイルへの通電量を弁体の着座前に低減しているため、その着座時の衝突速度が低下し、作動音の低減やシート摩耗等の抑制ができる。また、その際、通電量を完全に遮断するものではないため、閉弁応答性を犠牲にすることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。
【図２】その燃料噴射弁の電磁コイルに印可する駆動電圧駆動と、その駆動電流と、弁体のリフト量とを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０燃料噴射弁
１３弁座
１４燃料噴射孔
８０ＥＣＵ
２１ノズルニードル（弁体）
２２可動コア
３１第１固定コア
４１第２固定コア
３２第１電磁コイル
４２第２電磁コイル

Claims

燃料噴射孔の周囲に形成された弁座との離着座により該燃料噴射孔を開閉する閉弁方向に付勢された弁体と該弁体と一体的に可動する磁性材料からなる可動コアと該可動コアの一端側に設けられた磁性材料からなる第１固定コアと該可動コアの他端側に設けられた磁性材料からなる第２固定コアと通電により該第１固定コアを磁化し該第１固定コアへ該可動コアを吸引させ該弁体を開弁方向に駆動する第１電磁コイルと通電により該第２固定コアを磁化し該第２固定コアへ該可動コアを吸引させて該弁体を閉弁方向に駆動する第２電磁コイルとを有する燃料噴射弁と、該第１電磁コイルおよび第２電磁コイルへの通電を制御する電子制御装置とを備える燃料噴射装置において、
前記電子制御装置は、前記第１電磁コイルへの通電終了後で前記弁体の前記弁座への着座前に前記第２電磁コイルへの通電量を低減させることを特徴とする燃料噴射装置。
前記電子制御装置は、前記第１電磁コイルへの通電終了前に前記第２電磁コイルへの通電を開始する請求項１記載の燃料噴射装置。
前記電子制御装置は、前記弁体の前記弁座への着座後に前記第２電磁コイルへの通電を終了する請求項１または２記載の燃料噴射装置。
燃料噴射孔の周囲に形成された弁座との離着座により該燃料噴射孔を開閉する閉弁方向に付勢された弁体と、該弁体と一体的に可動する磁性材料からなる可動コアと、該可動コアの一端側に設けられた磁性材料からなる第１固定コアと、該可動コアの他端側に設けられた磁性材料からなる第２固定コアと、通電により該第１固定コアを磁化し該第１固定コアへ該可動コアを吸引させ該弁体を開弁方向に駆動する第１電磁コイルと、通電により該第２固定コアを磁化し該第２固定コアへ該可動コアを吸引させて該弁体を閉弁方向に駆動する第２電磁コイルとを備える燃料噴射弁において、
前記第２電磁コイルへの通電量が、前記第１電磁コイルへの通電終了後で前記弁体の前記弁座への着座前に低減することを特徴とする燃料噴射弁の制御方法。