JP4660424B2

JP4660424B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4660424B2
Application number: JP2006135685A
Authority: JP
Inventors: 真服部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP2007303450A

Description

この発明は燃料噴射装置に関し、より詳しくは内燃機関の加圧燃料を噴射する燃料噴射装置（いわゆるインジェクタ）に関する。

この種の燃料噴射装置としては、例えば特許文献１に記載される技術が知られている。その技術にあっては、起磁力の時間変化率が大きい開弁用コイルと、それよりも時間変化率の小さい開弁保持用コイルと、それらに対して逆方向に巻回された閉弁用コイルからなる３種のコイルを配置し、開弁用コイルに通電してプランジャ（バルブ体）を吸引して開弁した後、開弁保持用コイルに通電して開弁位置を保持すると共に、閉弁時には閉弁用コイルに通電して開弁保持用コイルで発生させられた残留磁力を除去して吸引力を取り除くことでスプリングの付勢力で閉弁させ、よって低パルス域でも安定した応答性が得られるように構成している。
特開２０００−２６５９２０

このように、従来技術においては固定側に配置された、特性の異なる３種のコイルへの通電を制御することで応答性を改善しているが、コイルを装置の固定側に配置したに止まるため、応答性および消費電力の低減などで改良すべき余地を残していた。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、固定側のみならず、可動側にもコイルを配置することで応答性を一層向上させると共に、消費電力も一層低減するようにした燃料噴射装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、加圧燃料の供給路に接続されると共に、噴口が穿設されたボディと、前記ボディの内部に前記噴口に対して移動自在に収容されたバルブ体と、前記バルブ体を前記噴口に向けて付勢する付勢手段と、前記バルブ体と前記付勢手段の間に形成された室と、前記ボディに配置された第１の固定側コイルと、前記室を挟んで前記第１の固定側コイルと反対側において前記ボディに配置された第２の固定側コイルと、前記バルブ体に取り付けられて前記第１、第２の固定側コイルの間に配置される可動部と、前記可動部に配置された少なくとも１個の可動側コイルと、前記可動側コイルへの通電方向を切り替え可能な通電回路と、前記加圧燃料の噴射量を算出すると共に、前記算出された噴射量に基づいて算出される開閉弁時期から決定される前記バルブ体の位置に応じて前記通電回路を介して前記可動側コイルの通電方向を切り替え、前記可動側コイルと前記第１の固定側コイルの間、前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルの間で引力と斥力を作用させ、前記第１の固定側コイルと前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルとの間に磁力を生成する通電制御装置とを備える如く構成した。

請求項２に係る燃料噴射装置にあっては、前記通電制御装置は、前記バルブ体が閉弁状態のとき、前記通電回路を介して前記可動側コイルの通電方向を正方向に切り替えて前記可動側コイルと前記第１の固定側コイルの間に斥力を、前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルの間に引力を作用させて前記バルブ体を開弁方向に移動させた後、前記可動側コイルの通電を停止して前記第２の固定側コイルに帯磁された引力によって前記バルブ体を開弁させるように前記可動側コイルの通電方向を切り替える如く構成した。

請求項１に係る燃料噴射装置にあっては、バルブ体に取り付けられて第１、第２の固定側コイルの間に配置される可動部に配置された少なくとも１個の可動側コイルと、可動側コイルへの通電方向を切り替え可能な通電回路と、加圧燃料の噴射量を算出すると共に、算出された噴射量に基づいて算出される開閉弁時期から決定されるバルブ体の位置に応じて通電回路を介して可動側コイルの通電方向を切り替え、可動側コイルと第１の固定側コイルの間、可動側コイルと第２の固定側コイルの間で引力と斥力を作用させ、第１の固定側コイルと可動側コイルと第２の固定側コイルとの間に磁力を生成する通電制御装置とを備える如く構成したので、応答性を一層向上できると共に、消費電力も一層低減することができる。即ち、可動側であるバルブ体に可動側コイルを配置すると共に、その可動側コイルへの通電方向を切り替え可能に構成したので、固定側コイルと可動側コイルの帯磁方向を個別に制御することで、例えば固定側コイルとの間に、引力のみならず、斥力として磁力を作用させることも可能となり、それらを適宜利用することでバルブ体の移動を促進することができ、よって応答性を一層向上できる。また、自己インダクタンスのより小さいコイルを使用することも可能となり、よって消費電力も一層低減することができる。

請求項２に係る燃料噴射装置にあっては、通電制御装置は、バルブ体が閉弁状態のとき、通電回路を介して可動側コイルの通電方向を正方向に切り替えて可動側コイルと第１の固定側コイルの間に斥力を、可動側コイルと第２の固定側コイルの間に引力を作用させてバルブ体を開弁方向に移動させた後、可動側コイルの通電を停止して第２の固定側コイルに帯磁された引力によってバルブ体を開弁させるように可動側コイルの通電方向を切り替える如く構成したので、開弁時には第１の固定側コイルと可動側コイルの間に引力を、可動側コイルと第２の固定側コイルの間に斥力を作用させるも可能となり、それによって応答性を一層向上できると共に、消費電力も一層低減することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料噴射装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る燃料噴射装置を模式的に示す説明断面図である。

図１において、符号１０は燃料噴射装置を示す。燃料噴射装置１０はいわゆるインジェクタであり、車両に搭載された内燃機関（図示せず）の気筒燃焼室（あるいは吸気ポート）を臨む位置に配置され、開弁されるとき、燃料を噴射する。

燃料噴射装置１０は、断面円形状のボディ（筐体）１２を備える。ボディ１２の先端には噴口（開口）１２ａが穿設されると共に、その内部は中空に形成され、そこに小径の断面円形状の第１室１２ｂと、第１室１２ｂに連続すると共に、それより大径の断面円形状の第２室１２ｃと、第２室１２ｃに連続する、第１室１２ｂと同様の形状を備える第３室１２ｄが形成される。

第３室１２ｄの先端側には、縮径されて噴口１２ａに連続するバルブシート１２ｄ１が形成される。第３室１２ｄにはニードルバルブ（バルブ体）１４が噴口１２ａに対して移動自在に収容される。ニードルバルブ１４は尖端に縮径部１４ａが形成され、縮径部１４ａがバルブシート１２ｄ１に当接させられるとき、噴口１２ａを閉鎖する（燃料噴射装置１０が閉弁する）。

ボディ１２において第１室１２ｂの周囲には第１の固定側コイル１６が配置されると共に、第３室１２ｄの周囲にも第２の固定側コイル１８が配置される。第１、第２のコイル１６，１８は通電されると、励磁されて磁束を発生する。発生された磁束はボディ１２を介して形成される磁気回路を通って流れる。

ニードルバルブ１４にはコア部（鉄心）１４ｂが取り付けられると共に、コア部１４ｂの付近には１個の可動側コイル２０が配置される。可動側コイル２０も通電されると、励磁されて磁束を発生する。発生された磁束は、コア部１４ｂを介して形成される磁気回路を通って流れる。第１、第２の固定側コイル１６，１８および可動側コイル２０は共に環状を呈すると共に、それらの巻き数などは同一とし、自己インダクタンスも同程度とする。

ボディ１２の磁気回路を形成する部位はフェライトなどから製作されると共に、それを除くボディ１２の本体はアルミニウム合金などから製作される。ニードルバルブ１４のコア部１４ｂも同様に、フェライトなどから製作される。

可動側コイル２０（とコア部１４ｂ）は、ボディ１２の第２室１２ｃの内部でニードルバルブ１４の移動に応じて移動する。ボディ１２において第２室１２ｃから第１室１２ｂにわたる空間には、スプリング（付勢手段）２２が収容される。スプリング２２はコイルスプリング（圧縮スプリング）からなり、ニードルバルブ１４を噴口１２ａに向けて付勢する。

燃料噴射装置１０において、第１室１２ｂから第３室１２ｄおよびそれに連続する噴口１２ａは、燃料ポンプ（図示せず）によって燃料タンク（図示せず）から汲み上げられて加圧された燃料が供給される燃料供給路２４に接続される。

燃料噴射装置１０は、第１、第２の固定側コイル１６，１８と可動側コイル２０への通電を制御して加圧燃料を噴口１２ａから噴射させる通電制御装置２６を備える。通電制御装置２６は、通電回路２８とその動作を制御する電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）３０からなる。

図２は、図１に示す通電回路２８などの詳細を示す回路図である。

通電回路２８において、第１の固定側コイル１６は電源（車載バッテリ）２８ａとグラウンドの間にスイッチＳＷ１を介して接続されると共に、第２の固定側コイル１８は電源２８ａとグラウンドの間にスイッチＳＷ６を介して接続される。可動側コイル２０は電源２８ａとグラウンドの間に、スイッチＳＷ２，ＳＷ５を介して接続される一方、スイッチＳＷ４，ＳＷ３を介して接続される。スイッチＳＷ１からＳＷ６はパワートランジスタ（ＦＥＴ）からなり、そのゲート端子はＥＣＵ３０に接続される。

第１の固定側コイル１６などの付近に記載された黒点は、いわゆるドットマークではなく、その方向から見たとき、コイルの巻回方向が時計回りであることを示す。可動側コイル２０にあってはスイッチＳＷ２，ＳＷ５が通電されたときに流れる電流を正電流とすると共に、スイッチＳＷ４，ＳＷ３が通電されたときに流れる電流を負電流（逆電流）とする。このように、通電回路２８は、可動側コイル２０への通電方向を切り替え可能に構成される。

ＥＣＵ３０はマイクロコンピュータからなり、内燃機関の気筒位置を示す信号を出力するクランク角センサ３２、および機関負荷など運転パラメータを示す、符号３４で総称される、他のセンサ群に接続されてその出力を入力する。ＥＣＵ３０はクランク角センサ３２の出力をカウントして機関回転数を算出すると共に、他のセンサ群３４から得た入力値に基づき、燃料噴射量を算出する。

次いで、ＥＣＵ３０は算出された噴射量から開閉弁時期を算出し、それに相当するクランク角度でスイッチＳＷ１からＳＷ６をＯＮ（導通）・ＯＦＦ（非導通）して第１、第２の固定側コイル１６，１８と可動側コイル２０への通電を制御する。

図３は、図２に示すＥＣＵ３０の上記した通電制御を示すタイム・チャートである。

以下、図３タイム・チャートを参照してＥＣＵ３０の通電制御を説明する。

時刻ｔ１までの、電源が入れられず、燃料ポンプも稼動しない状態にあるとき（燃料圧力が低いとき）、いずれのコイルも通電されず、ニードルバルブ１４はスプリング２２で付勢され、縮径部１４ａをバルブシート１２ｄ１に当接して閉弁している。

次いで電源が入れられて燃料ポンプが稼動すると、燃料圧力が上昇するが、その前に、時刻ｔ１でスイッチＳＷ６をＯＮし、第２の固定側コイル１８に通電（励磁）して帯磁する。

これにより、図１に示す如く、ニードルバルブ１４には第２のコイル１８が可動側のコア部１４ｂを吸引する磁力（引力）とスプリング２２の付勢力の両方が作用し、燃料圧力に打ち勝って縮径部１４ａをバルブシート１２ｄ１に当接して閉弁状態を継続する。この閉弁状態の継続には第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０の通電は必要とされないので、その分、消費電力を低減することができる。

次いで時刻ｔ２で、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ５をＯＮし、第１の固定側コイル１６に通電（励磁）すると共に、可動側コイル２０にも通電（正電流を通電）（励磁）し、第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０の間に磁力（引力）が、可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８の間に磁力（斥力）が作用させるように、それらを帯磁する。尚、スイッチＳＷ６はＯＮしたままとする。

図４にその状態を示す。図示の如く、第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０は隣接する側の極性が互いに異なることから吸引し合う引力が作用する一方、可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８は隣接する側の極性が同一となることから反発し合って斥力が作用する。ニードルバルブ１４はその合力からなる開弁方向の力が作用するため、迅速に開弁する。可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８は接近して配置されることから、それらの間に作用する斥力は大きくなる。

ニードルバルブ１４が一旦開弁した後は、時刻ｔ３で、スイッチＳＷ１をＯＮしたまま、スイッチＳＷ２，ＳＷ５，ＳＷ６をＯＦＦする。即ち、図５に示す如く、第１の固定側コイル１６を帯磁して可動側コイル２０の可動側のコア部１４ｂを吸引させるに止め、可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８への通電を停止する。これにより、開弁時に比して少ない消費電力で、開弁状態を保持することができる。

次いで、閉弁に際しては、時刻ｔ４で、スイッチＳＷ１をＯＮしたまま、スイッチＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ６をＯＮし、第１の固定側コイル１６に通電（励磁）した状態で、第２の固定側コイル１８に通電すると共に、可動側コイル２０にも逆電流（負電流）を通電（励磁）し、第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０の間に磁力（斥力）が、可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８の間に磁力（引力）が作用させるように、それらを帯磁する。

図６にその状態を示す。図示の如く、第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０は隣接する側の極性が同一となることから反発し合う斥力が作用する一方、可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８は隣接する側の極性が互いに異なることから吸引し合う引力が作用する。ニードルバルブ１４にはその合力とスプリング２２による閉弁方向の力が作用するため、迅速に閉弁する。

次いで時刻ｔ５で、スイッチＳＷ６をＯＮしたまま、スイッチＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ４をＯＦＦする。これにより、燃料圧力に打ち勝ちつつ、閉弁状態を継続することができる。

このように、この実施例においては加圧燃料の供給路に接続されると共に、噴口１２ａが穿設されたボディ１２と、ボディ１２の内部に噴口１２ａに対して移動自在に収容されたニードルバルブ（バルブ体）１４と、ニードルバルブ１４を噴口１２ａに向けて付勢するスプリング（付勢手段）２２と、ボディ１２に配置された第１の固定側コイル１６と第２の固定側コイル１８とを備えた燃料噴射装置において、ニードルバルブ１４に配置された少なくとも１個の可動側コイル２０と、可動側コイル２０への通電方向を切り替え可能な通電回路２８とを備える如く構成したので、応答性を一層向上できると共に、消費電力も一層低減することができる。

即ち、可動側であるニードルバルブ１４に可動側コイル２０を配置すると共に、その可動側コイル２０への通電方向を切り替え可能に構成したので、第１、第２の固定側コイル１６，１８と可動側コイル２０の帯磁方向を個別に制御することで第１の固定側コイル１６と可動側コイル２０、および可動側コイル２０と第２の固定側コイル１８の間で引力と斥力からなる磁力を作用させることができ、それらを適宜利用することでニードルバルブ１４の移動を促進することができ、よって応答性を一層向上できる。また、自己インダクタンスのより小さいコイルを使用することも可能となり、よって消費電力も一層低減することができる。

尚、上記において、固定側に第１、第２の固定側コイル１６，１８からなる２個のコイルを、可動側に可動側コイル２０からなる１個のコイルを配置するようにしたが、固定側には第２の固定側コイル１８のみを設けるようにしても良い。その場合、実施例のように第２の固定側コイル１８に加え、可動側コイル２０を挟むように第１の固定側コイル１６を設ける構成に比し、引力と斥力を同時に作用させることはできないが、これによっても実施例の効果をある程度得ることができる。さらには、固定側に３個以上のコイルを、可動側に２個以上のコイルを設けるようにしても良い。

以上の如く、この発明の実施例にあっては、加圧燃料の供給路に接続されると共に、噴口１２ａが穿設されたボディ１２と、前記ボディの内部に前記噴口１２ａに対して移動自在に収容されたバルブ体（ニードルバルブ１４）と、前記バルブ体を前記噴口に向けて付勢するスプリング（付勢手段）２２と、前記バルブ体と前記付勢手段の間に形成された室１２ｃと、前記ボディに配置された第１の固定側コイル（第２の固定側コイル１８）と、前記室１２ｃを挟んで前記第１の固定側コイルと反対側において前記ボディに配置された第２の固定側コイル（第１の固定側コイル１６）と、前記バルブ体に取り付けられて前記第１、第２の固定側コイルの間に配置される可動部１４ｂと、前記可動部に配置された少なくとも１個の可動側コイル２０と、前記可動側コイルへの通電方向を切り替え可能な通電回路２８と、前記加圧燃料の噴射量を算出すると共に、前記算出された噴射量に基づいて算出される開閉弁時期から決定される前記バルブ体の位置に応じて前記通電回路２８を介して前記可動側コイルの通電方向を切り替え、前記可動側コイル２０と前記第１の固定側コイル（第２の固定側コイル１８）の間、前記可動側コイル２０と前記第２の固定側コイル（第１の固定側コイル１６）の間で引力と斥力を作用させ、前記第１の固定側コイルと前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルとの間に磁力を生成する通電制御装置２６、より具体的には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０とを備える如く構成した。

また、前記通電制御装置２６は、前記バルブ体が閉弁状態のとき、前記通電回路２８を介して前記可動側コイル２０の通電方向を正方向に切り替えて前記可動側コイル２０と前記第１の固定側コイル（第２の固定側コイル１８）の間に斥力を、前記可動側コイル２０と前記第２の固定側コイル（第１の固定側コイル１６）の間に引力を作用させて前記バルブ体１４を開弁方向に移動させた後(図４)、前記可動側コイル２０の通電を停止して前記第２の固定側コイル（第１の固定側コイル１６）に帯磁された引力によって前記バルブ体１４を開弁させるように前記可動側コイル２０の通電方向を切り替える(図５)如く構成した。

この発明の実施例に係る燃料噴射装置を模式的に示す説明断面図である。図１に示す通電回路などの詳細を示すブロック図である。図２に示す電子制御ユニットの通電制御を示すタイム・チャートである。図２に示す電子制御ユニットの通電制御を説明する、図１と同様な燃料噴射装置の説明断面図である。同様に、図２に示す電子制御ユニットの通電制御を説明する、図１と同様な燃料噴射装置の説明断面図である。同様、図３に示す電子制御ユニットの通電制御を説明する、図１と同様な燃料噴射装置の説明断面図である。

符号の説明

１０燃料噴射装置、１２ボディ、１２ａ噴口、１２ｂ第１室、１２ｃ第２室、１２ｄ第３室、１２ｄ１バルブシート、１４ニードルバルブ（バルブ体）、１４ａ縮径部、１４ｂコア部、１６第１の固定側コイル、１８第２の固定側コイル、２０可動側コイル、２２スプリング（付勢手段）、２６通電制御装置、２８通電回路、３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）、３２クランク角センサ、３４その他のセンサ

Claims

加圧燃料の供給路に接続されると共に、噴口が穿設されたボディと、前記ボディの内部に前記噴口に対して移動自在に収容されたバルブ体と、前記バルブ体を前記噴口に向けて付勢する付勢手段と、前記バルブ体と前記付勢手段の間に形成された室と、前記ボディに配置された第１の固定側コイルと、前記室を挟んで前記第１の固定側コイルと反対側において前記ボディに配置された第２の固定側コイルと、前記バルブ体に取り付けられて前記第１、第２の固定側コイルの間に配置される可動部と、前記可動部に配置された少なくとも１個の可動側コイルと、前記可動側コイルへの通電方向を切り替え可能な通電回路と、前記加圧燃料の噴射量を算出すると共に、前記算出された噴射量に基づいて算出される開閉弁時期から決定される前記バルブ体の位置に応じて前記通電回路を介して前記可動側コイルの通電方向を切り替え、前記可動側コイルと前記第１の固定側コイルの間、前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルの間で引力と斥力を作用させ、前記第１の固定側コイルと前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルとの間に磁力を生成する通電制御装置とを備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
前記通電制御装置は、前記バルブ体が閉弁状態のとき、前記通電回路を介して前記可動側コイルの通電方向を正方向に切り替えて前記可動側コイルと前記第１の固定側コイルの間に斥力を、前記可動側コイルと前記第２の固定側コイルの間に引力を作用させて前記バルブ体を開弁方向に移動させた後、前記可動側コイルの通電を停止して前記第２の固定側コイルに帯磁された引力によって前記バルブ体を開弁させるように前記可動側コイルの通電方向を切り替えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。