JP6380484B2 - 燃料噴射制御装置および燃料噴射システム - Google Patents
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第2発明は、コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、コイルを内部に収容するハウジング(16)と、コイルへの通電により生じた磁束の通路となる磁気回路の一部を形成して前記電磁力を生じさせる固定コア(14)とを有し、ハウジングは、コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、ハウジングのうちコイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、取付穴の環状の内面(4a)により囲まれており、コイル電流が目標値にまで上昇する間に弁体の開弁作動を開始させ、可動コアが固定コア上で弾んだバウンス量と、燃料噴射弁へ供給される燃料圧力との関係を表した特性曲線を燃圧バウンス特性曲線と呼ぶ場合において、上昇制御手段による制御は、燃圧バウンス特性曲線の2階微分値が最大となる点の燃料圧力よりも高い燃料圧力で実施することを特徴とする。
第3発明は、コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、コイルを内部に収容するハウジング(16)を有し、ハウジングは、コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、ハウジングのうちコイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、取付穴の内面(4a)により囲まれており、コイル電流が目標値にまで上昇する間に弁体の開弁作動を開始させ、燃料噴射弁は、コイルへの通電により生じた磁束の通路となる磁気回路の一部を形成して電磁力を生じさせる固定コア(14)を備え、可動コアが固定コア上で弾んだバウンス量と、燃料噴射弁へ供給される燃料圧力との関係を表した特性曲線を燃圧バウンス特性曲線と呼ぶ場合において、上昇制御手段による制御は、燃圧バウンス特性曲線の2階微分値が最大となる点の燃料圧力よりも高い燃料圧力で実施することを特徴とする。
第4発明は、コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、コイルを内部に収容するハウジング(16)を有し、ハウジングは、コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、ハウジングのうちコイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、取付穴の内面(4a)により囲まれており、コイル電流が目標値にまで上昇する間に弁体の開弁作動を開始させ、コイル電流が目標値にまで上昇する間に弁体の開弁作動を開始させ、燃料噴射弁へ供給される燃料圧力であって、弁体が開弁可能となる限界の圧力を噴射限界燃圧と呼ぶ場合において、上昇制御手段による制御は、噴射限界燃圧の50%以上の燃料圧力で実施することを特徴とする。
図1に示す燃料噴射弁10は、点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)に搭載されており、内燃機関の燃焼室2へ直接燃料を噴射するものである。具体的には、燃焼室2を形成するシリンダヘッド3のうちシリンダの軸線Cと一致する位置に、燃料噴射弁10を挿入する取付穴4が形成されている。燃料噴射弁10へ供給される燃料は燃料ポンプPにより圧送され、燃料ポンプPは内燃機関により駆動する。
上昇制御手段21aは、初期電流投入時間Taが所定の閾値Tth未満となるようにコイル電流を制御する。閾値Tthは、シート絞り領域B1と噴孔絞り領域B2との境界に達するのに要する通電時間Tiである。このように、初期電流投入時間Ta<Tthとする本実施形態によれば、図5〜図7を用いて先述した通り、温特ズレ抑制効果が顕著に発揮され、コイル温度変化に対する制御のロバスト性を向上できる。
図4(a)に示すように、通電停止のt60時点直後において、コイル電流を逆向きに流すことで、閉弁速度を増大させて閉弁遅れ時間の短縮を図っている。同様にして、仮に、第1目標値I1から第2目標値I2まで降下する降下期間(t20〜t30)にコイル電流を逆向きに流せば、コイル電流の降下速度を速くすることができ、第2目標値I2にまで低下させることを迅速にできる。
さて、最大開弁位置まで弁体12をリフトアップさせると可動コア15が固定コア14に衝突することになるが、衝突の反動で可動コア15が閉弁側に一瞬動いて再度衝突するというように、可動コア15が固定コア14上で弾むバウンス現象が生じる場合がある。この場合には、図4(d)中の一点鎖線に示すようにTi−q特性線に脈動が生じることとなり、噴射量制御の精度が悪化する。特に、上記特徴1の如くTa<Tthとなるように初期電流投入時間Taを短くすると、可動コア15の衝突速度が速くなるので、バウンス発生の懸念が大きくなる。
ボデー11、ハウジング16、蓋部材18、固定コア14および可動コア15が磁気回路を構成することは先述した通りである。これらのうち、コイル13、ボビン13aおよび樹脂材13bにより構成されるコイル体に隣接する隣接部材は、ボデー11、ハウジング16および蓋部材18である。コイル体に隣接しない非隣接部材は、固定コア14および可動コア15である。そして、隣接部材11、16、18の電気抵抗率(比抵抗ρ)が、非隣接部材14、15の電気抵抗率よりも高くなるように構成している。例えば、隣接部材11、16、18には、金属粉を圧縮して固めて形成した焼結材を用い、隣接部材11、16、18には、金属を溶かして形成した溶成材を用いればよい。
本実施形態に適用される燃料噴射弁10は、ハウジング16のコイル領域部16aの少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、取付穴4の内周面4aにより囲まれている。ここで、燃焼室2を構成するシリンダヘッド3は高温になるため、コイル領域部16aが取付穴4で囲まれていると、コイル温度が高温になりやすい。そのため、コイル温度変化が大きくなり、Ti−q特性の温特ズレが懸念されるようになる。
上昇制御手段21aは、1燃焼サイクル中に複数回に分割して燃料を噴射する分割噴射時、或いは内燃機関のアイドル運転時に、先述したTa<Tthとの条件を満たすようにコイル電流を制御する。ここで、シート絞り領域B1の噴射量q上昇傾きは、噴孔絞り領域B2に比べて急峻である。そのため、Ti−q特性の温特ズレが生じやすいことは先述した通りである。そして、分割噴射やアイドル運転時には噴射量が少なく、シート絞り領域B1を用いる蓋然性が高い。そのため、このような時にTa<Tthを満たす制御を実施する本実施形態によれば、特徴1による「コイル温度変化に対する制御のロバスト性向上」といった先述の効果が好適に発揮される。
ここで、上記特徴1の如くTa<Tthとなるように初期電流投入時間Taを短くすると、上昇制御によるコイル電流上昇速度を速くしなければならなくなる。そのため、昇圧回路23で生じる発熱が大きくなり、また、コイル温度も高くなる。この点を鑑み、本実施形態では、図4(a)(b)に示すように、定電流制御手段21bによりコイル電流を第2目標値I2に保持させる時には、バッテリ電圧を用いる。そのため、定電流制御にブースト電圧を用いた場合に比べて、昇圧回路23の発熱を低減できるので、回路熱損傷のおそれを低減できる。また、コイル温度の上昇も抑制できるようになるので、コイル温度変化を低減でき、温特ズレが生じる機会を少なくできる。
図10に示す本実施形態では、上昇制御手段21aによるブースト電圧の印加に先立ち、バッテリ電圧をコイル13へ印加するプレチャージ制御を実施する。詳細には、上昇制御開始のt10時点より所定時間前に設定されたt0時点で、バッテリ電圧をコイル13へ印加するプレチャージ制御を開始している。これにより、上昇制御開始に先立ち、吸引力が上昇を開始している。なお、このようにプレチャージ制御を実施している時のマイコン21がプレチャージ制御手段に相当する。
ここで、燃料噴射弁10へ供給される燃料圧力(供給燃圧)に応じて、Ti−q特性線は異なってくる。具体的には、供給燃圧が低い程、弁体12の開弁に必要な力が小さくなるので、シート絞り領域B1と噴孔絞り領域B2との境界に達するのに要する通電時間Ti(閾値Tthに相当)は短くなる。
図11は、可動コア15が固定コア14上で弾んで生じるストローク変動量(バウンス量)と、供給燃圧との関係を表した燃圧バウンス特性曲線である。図示されるように、供給燃圧が大きいほどバウンス量は小さくなる。図中のA点は、燃圧バウンス特性曲線の2階微分値が最大となる点であり、このA点で、曲線の傾き変化が最大となる。
図12は、図4(b)の拡大図であり、上昇制御によるコイル電流の波形を示す。この電流波形は、コイル温度に応じて異なってくることは先述した通りであり、実線が常温時、点線が高温時の波形である。図中の斜線E1および網点E2を付した面積は、第1目標値I1までコイル電流を上昇させるのに投入した電流の積算値であり、初期エネルギ投入量と呼ぶ。したがって、コイル温度に応じて初期エネルギ投入量は異なってくる。そしてコイル温度変化に起因して生じる初期エネルギ投入量E1、E2のズレ量が所定値未満となるように、上昇制御手段21aはコイル電流を制御している。本実施形態では、上記所定値を10%に設定している。
上記第1実施形態にかかる上昇制御では、コイル電流が第1目標値I1に達した時点で、ブースト電圧のコイル13への印加を停止させている。したがって、図4(b)や図12に例示するように、コイル電流は第1目標値I1に達した時点で低下を開始する。しかし、コイル電流の応答性等を考慮すると、厳密には、図14に示すように、第1目標値I1をオーバーシュートしてコイル電流は上昇する。そのため、コイル温度が異なることに起因してコイル電流の波形が異なってくると、コイル電流のピーク値Ipeakも厳密には異なる値になる(図14中の実線および点線参照)。
上記第1実施形態では、初期電流投入時間Taが所定の閾値Tth未満となるようにコイル電流を制御しており、その閾値Tthは、シート絞り領域B1と噴孔絞り領域B2との境界に達するのに要する通電時間Tiである。換言すれば、シート絞り割合50%に達した時点で、ブースト電圧の印加を終了させている。これに対し、図15に示す本実施形態では、以下に説明する変化点P1が現れるtd時点までにブースト電圧の印加を終了させている。つまり、t20時点がtd時点よりも先である。なお、図15の上段は、経過時間に対する噴射量qの変化を示し、図中の符号は図4(d)に対応する。図15の下段は、コイル13への印加電圧波形を示し、図中の符号は図4(a)に対応する。
上記第1実施形態ではシート絞り領域B1と噴孔絞り領域B2との境界に達するのに要する通電時間Tiを閾値Tthとして設定し、初期電流投入時間Ta<Tthとなるようにコイル電流を制御している。これに対し、本実施形態では、弁体12が最大開弁位置の50%の開弁位置に達するのに要する通電時間Tiを閾値Tthaとして設定し、初期電流投入時間Ta<Tthaとなるようにコイル電流を制御する。
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
Claims (14)
- コイル(13)へ通電して生じた電磁力により吸引される可動コア(15)と、前記可動コアに連結される弁体(12)と、前記弁体が離着座する着座面(17b)と、前記着座面に通じる噴孔(17a)と、を備え、吸引される前記可動コアとともに前記弁体が移動して前記着座面から離座することにより、内燃機関の燃焼に用いる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁(10)に適用され、
前記コイルに流れるコイル電流を制御することにより、前記噴孔からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置(20)であって、
前記コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、前記コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、
前記燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、前記コイルを内部に収容するハウジング(16)を有し、
前記ハウジングは、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、
前記ハウジングのうち前記コイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、該コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、前記取付穴の環状の内面(4a)により囲まれており、
前記コイル電流が前記目標値にまで上昇する間に前記弁体の開弁作動を開始させ、
前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力であって、前記弁体が開弁可能となる限界の圧力を噴射限界燃圧と呼ぶ場合において、
前記上昇制御手段による制御は、前記噴射限界燃圧の50%以上の燃料圧力で実施することを特徴とする燃料噴射制御装置。 - コイル(13)へ通電して生じた電磁力により吸引される可動コア(15)と、前記可動コアに連結される弁体(12)と、前記弁体が離着座する着座面(17b)と、前記着座面に通じる噴孔(17a)と、を備え、吸引される前記可動コアとともに前記弁体が移動して前記着座面から離座することにより、内燃機関の燃焼に用いる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁(10)に適用され、
前記コイルに流れるコイル電流を制御することにより、前記噴孔からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置(20)であって、
前記コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、前記コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、
前記燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、前記コイルを内部に収容するハウジング(16)と、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路となる磁気回路の一部を形成して前記電磁力を生じさせる固定コア(14)とを有し、
前記ハウジングは、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、
前記ハウジングのうち前記コイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、該コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、前記取付穴の環状の内面(4a)により囲まれており、
前記コイル電流が前記目標値にまで上昇する間に前記弁体の開弁作動を開始させ、
前記可動コアが前記固定コア上で弾んだバウンス量と、前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力との関係を表した特性曲線を燃圧バウンス特性曲線と呼ぶ場合において、
前記上昇制御手段による制御は、前記燃圧バウンス特性曲線の2階微分値が最大となる点の燃料圧力よりも高い燃料圧力で実施することを特徴とする燃料噴射制御装置。 - コイル(13)へ通電して生じた電磁力により吸引される可動コア(15)と、前記可動コアに連結される弁体(12)と、前記弁体が離着座する着座面(17b)と、前記着座面に通じる噴孔(17a)と、を備え、吸引される前記可動コアとともに前記弁体が移動して前記着座面から離座することにより、内燃機関の燃焼に用いる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁(10)に適用され、
前記コイルに流れるコイル電流を制御することにより、前記噴孔からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置(20)であって、
前記コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、前記コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、
前記燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、前記コイルを内部に収容するハウジング(16)を有し、
前記ハウジングは、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、
前記ハウジングのうち前記コイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、該コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、前記取付穴の内面(4a)により囲まれており、
前記コイル電流が前記目標値にまで上昇する間に前記弁体の開弁作動を開始させ、
前記燃料噴射弁は、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路となる磁気回路の一部を形成して前記電磁力を生じさせる固定コア(14)を備え、
前記可動コアが前記固定コア上で弾んだバウンス量と、前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力との関係を表した特性曲線を燃圧バウンス特性曲線と呼ぶ場合において、
前記上昇制御手段による制御は、前記燃圧バウンス特性曲線の2階微分値が最大となる点の燃料圧力よりも高い燃料圧力で実施することを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力であって、前記弁体が開弁可能となる限界の圧力を噴射限界燃圧と呼ぶ場合において、
前記上昇制御手段による制御は、前記噴射限界燃圧の50%以上の燃料圧力で実施することを特徴とする請求項2または3に記載の燃料噴射制御装置。 - コイル(13)へ通電して生じた電磁力により吸引される可動コア(15)と、前記可動コアに連結される弁体(12)と、前記弁体が離着座する着座面(17b)と、前記着座面に通じる噴孔(17a)と、を備え、吸引される前記可動コアとともに前記弁体が移動して前記着座面から離座することにより、内燃機関の燃焼に用いる燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁(10)に適用され、
前記コイルに流れるコイル電流を制御することにより、前記噴孔からの燃料噴射状態を制御する燃料噴射制御装置(20)であって、
前記コイル電流が目標値(I1)以上にまで上昇するよう、前記コイルへ電圧印加する上昇制御手段(21a)を備え、
前記燃料噴射弁は、内燃機関の所定箇所(3a)に形成された取付穴(4)に挿入して取り付けられており、かつ、前記コイルを内部に収容するハウジング(16)を有し、
前記ハウジングは、前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路の一部を形成し、
前記ハウジングのうち前記コイルを収容する領域の部分をコイル領域部(16a)と呼ぶ場合において、該コイル領域部の少なくとも一部の外周面が、全周に亘って、前記取付穴の内面(4a)により囲まれており、
前記コイル電流が前記目標値にまで上昇する間に前記弁体の開弁作動を開始させ、
前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力であって、前記弁体が開弁可能となる限界の圧力を噴射限界燃圧と呼ぶ場合において、
前記上昇制御手段による制御は、前記噴射限界燃圧の50%以上の燃料圧力で実施することを特徴とする燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁は、
前記コイルへの通電により生じた磁束の通路となる磁気回路の一部を形成して前記電磁力を生じさせる固定コア(14)と、
前記弁体に相対移動可能な状態で組付けられ、前記電磁力により吸引されて前記弁体とともに移動する可動コア(15)と、
前記弁体へ弾性力を閉弁方向に付与するメインスプリング(SP1)と、
前記可動コアを介して前記弁体へ弾性力を開弁方向に付与するサブスプリング(SP2)と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。 - 前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力が低いほど、前記目標値を低く設定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
- 前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路のうち、前記コイルに隣接配置された部分の部材を隣接部材、隣接しない部分の部材を非隣接部材と呼ぶ場合において、
前記隣接部材の電気抵抗率が前記非隣接部材の電気抵抗率よりも高いことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。 - 前記コイルへの通電により生じた磁束の通路を構成する磁気回路は、金属の焼結材が含まれた部材を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
- 前記内燃機関により駆動して、前記燃料噴射弁へ供給される燃料圧力を生じさせる燃料ポンプを備える燃焼システムに適用され、
前記内燃機関のアイドル運転時に、前記上昇制御手段による制御を実施することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。 - 1燃焼サイクル中に複数回に分割して燃料を噴射する分割噴射を実施する時に、前記上昇制御手段による制御を実施することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。
- 前記上昇制御手段により流れたコイル電流の積算値を、初期エネルギ投入量と呼ぶ場合において、
前記コイルの温度変化に起因して生じる前記初期エネルギ投入量のずれ量が所定値未満となるように、前記上昇制御手段は前記コイル電流を制御することを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置。 - 前記コイルの温度が高いほど、前記上昇制御手段により流れるコイル電流のピーク値を低くするよう、前記上昇制御手段は前記コイル電流を制御することを特徴とする請求項12に記載の燃料噴射制御装置。
- 請求項1〜13のいずれか1つに記載の燃料噴射制御装置と、
前記燃料噴射弁と、
を備えることを特徴とする燃料噴射システム。
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