JPH03206349A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関、特に、２サイクル等の燃料噴射内
燃機関において筒内への直接燃料噴射を行う燃料噴射内
燃機関に使用するのに適した電磁式燃料噴射弁に関する
。

〔従来の技術〕

ガソリン直接燃料噴射内燃機関では、筒内圧が下がるピ
ストンが下死点から幾分上昇したクランク角度位置と、
ピストンが上死点まで向かって動くとき吸気ポートがピ
ストンによって閉鎖される付近のクランク角度位置との
間のクランク角度範囲内において燃料噴射を行うように
なっている。

この燃料噴射を行うことができるクランク角度範囲は通
常のマニホルド噴射において燃料噴射を行うことができ
るクランク角度範囲より相当に狭く限定されており、通
常の燃料噴射方式では所望の燃料噴射量を得ることが困
難である。そこで、インジェクタの駆動をコンデンサデ
ィスチャージ方式（内燃機関の点火装置におけるＣＤ点
火方式に類似する）とし、インジェクタの駆動エネルギ
を多くする、又は特公昭６１−５５４３号公報に示され
るように一つの気簡に２本のインジェクタを設け、１本
と２本とを切り換えることによってストローク当たりの
燃料噴射量を多くし、所望量の燃料噴射を短いクランク
角度範囲で行うようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、コンデンディスチャージ方式の場合はコ
ンデンサの信頼性が若干欠ける面があり、一つの気簡に
複数のインジエクタを設ける場合は燃焼室回りのレイア
ウトが制約され、性能を低下させるなどの別の問題点を
発生する恐れがある。

この発明は充分な信頼性を確保しつつ、レイアウト的な
制約も受けることがない燃料噴射弁の構造を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば、燃料噴射内燃機関の電磁弁において
、一つの電磁弁ハウジングに複数の二ドルが弁軸方向に
平行に設けられ、弁軸方向に間隔を置いて夫々のニード
ルの駆動のためのソレノイドがハウジングに固定される
ことを特徴とする電磁式燃料噴射弁が提供される。

〔作用〕

各ニードルは夫々のソレノイドによって独立に開弁駆動
され、独立に燃料噴射が制御される。

〔実施例〕 第４図は吸気弁および排気弁を備えた２サイクル内燃機
関を示しており、図において、１００はシリンダブロッ
ク、１０２はシリンダヘッド、１０４はピストン、１０
６は吸気弁、１０８は吸気ポート、１１０は排気弁、１
１２は排気ポート、１１３は燃焼室である。吸気ポート
１０８は掃気ポンブとしての複葉回転ポンプ等１１４に
接続され、その駆動軸１１４ａ上にプーＩＪ１１４ｂが
設けられ、図示しないベルトによって内燃機関のクラン
ク軸に接続される。燃料噴射弁１１６がシリンダヘッド
１０２に設けられ、燃料噴射弁１１６は燃焼室１１３に
直接に開口するように配置される。燃料噴射弁１１６は
マイクロコンピュータとしての制御回路１１８によって
駆動される。

制御回路１１８にクランク角度センサ１２０が接続され
、クランク軸の所定回転角度、例えば３０°ＣＡ毎のパ
ルス信号が入力される。また、吸入空気量センサ１２２
が吸気管に設けられ、エンジンに導入される吸入空気量
に応じた信号が入力される。また、必要に応じてその外
のセンサが設けられる。

第１図は燃料噴射弁の全体を示す。フランジ１はボルト
孔２を有し、図示しないボルトによってフランジ１はシ
リンダヘッドｌ０２（第４図）に固定される。外開弁３
，４は内燃機関の燃焼室１１３に面するように配置され
る。ニードル５，６はそれぞれスプリング７　８によっ
て図の上方に押し上げられ、外開弁３，４はバルブシー
１−　３４．　３５にそれぞれ着座（閉弁）している。

磁性体で造られるムービングコア９，１０はスプリング
１１．１２によって下方に押され、ニ一ドル５．６に接
触している。

ムービングコアｌＯの周囲にコイル１３が設けられ、そ
れぞれ磁性材料から戒る中空円筒状のハウジングｌ４、
コネクタｌ５、ステータｌ６と共にソレノイドｌ７を構
成している。ムービングコア９の周囲にはコイルｌ８が
設けられ、それぞれ磁性材料よりなる中空円筒状のハウ
ジングｌ９、コネクタ２０、ステータ２ｌと共にソレノ
イド２２を構成している。コイルｌ３とステータｌ６と
の間、コイル１３とコネクタ１５との間にはそれぞれＯ
リング２３．２４が配置される。同様にコイル１８とス
テータ２１との間、コイルｌ８とコネクタとの間にそれ
ぞれＯリング２５、２６が配置される。

コネクタ２０の上側部は図示しない燃料供給管にＯリン
グ２７を介して連結されており、コネク夕２０内には供
給燃料中に混在する異物を補集するためのフィルタ２８
が設けられる。燃料はフィルタ２８、スプリング１２を
調整するパイプ２９を通り、ムービングコア１０とコネ
クタｌ５の間の隙間、ステータｌ６の孔３０を通り、更
に馬蹄形状のシム３１、３２からストツパ３３を通って
シ一ト３４、３５まで来る。

ニ一ドル５は円形断面の上側ロツド部５−１と、中間の
三角断面部５−２と、円形断面の下側ロツド部５−３と
から或り、ロッド部５−３の下端面が前記外聞弁３を形
威している。ロツド部５−３と外聞弁３との接合部にス
ワール溝部５−４があり、スワール溝部５−４はらせん
状の突起とその間のらせん状溝とを形威し、その結果本
体との内周にらせん通路が形戊され、開弁時にスワール
状の噴射流が得られる。同様に、ニードル６は円形断面
の上側ロッド部６−１と、中間の三角断面部６−２と、
円形断面の下側ロッド部６−３とから戒り、ロツド部６
−３の下端面が前記外聞弁４を形成している。また、ス
ワール噴射を行うためのスワール溝部６−４が設けられ
る。ニードル５，６の具体的な形状は第２図参照。三角
形状の中間部５−２．　６−２はストツパ３３の内周に
対して摺動接触している（第３図参照）が、その三角形
状故に中間部５−２．　６−２の外面とストッパ３３の
内面との間に燃料が通過する通路が形威される。一方、
円形断面のロッド部５−１はその外径がコネクタ１５．
　１６の内周より相当小さく、その間を燃料が自由に通
過することができる。また、円形断面のロッド部６−１
はその外径がコネクタ１６の内周より相当小さく、同様
にその間を燃料が通過することができる。

第２図に示すようにシム３１は円錐状の凹部３１１を有
し、この凹部３ｌ−１はニードル５，６の上側部５−１
．　６−１　と中間部５−２．　６−２との接合部にお
ける円錐状部５−５．　６−５に係合され、一方シム３
２は前記シム３１とストツパ３３との間に配置され、ス
プリング７．８による圧縮量はシムの厚みにより調節す
ることができる。即ち、ニードル５．６をストッパ３３
に挿入した状態で馬蹄形のシム３１，３２は外部より挿
入される。

第１図において、コイル１３、１８はターミナル３６、
３７に接続されており、第４図の制御回路１１８からワ
イヤーハーネスを介して電圧が引加される。ターミナル
３６、３７はハウジングｌ４１９と一体にされる合成樹
脂製のコネクタ３８内に埋設固定される。

コネクタ２０はコネクタｌ５に向かって延びるボス部５
４を有し、このボス部５４内にムービングコア９が配置
され、スプリングｌ１によってムービングコア９はコネ
クタ１５に向かつて付勢される。しかし、スプリング１
１と７との強さを比較した場合、スプリング１１〈スプ
リング７であり、ムービングコア９は上方にばね力によ
って付勢され、ニードル５はバルブシート３４に着座し
、このときムービングコア９とコネクタ１５との間には
小さな隙間Ｓｌが形成される。同様に、コネクタ１５は
ステータ１６と対向するボス部５６を有しており、ボス
部５６にムービングコアＩＯか配置され、スプリング１
２によってムービングコアＩＯはコネクタｌ６に向かっ
て下方に付勢される。

しかし、スプリング１２と８との強さを比較した場合、
スプリング１２〈スプリング８であり、ムビングコアｌ
Ｏは上方にスプリング８によって上方に付勢され、ニー
ドル６はバルブシート３５に着座し、このときムービン
グコアＩＯとコネクタｉ６との間に小さな隙間Ｓ２が形
或される。

次に、第ｌ図の電磁式燃料噴射弁の作動を説明すると、
ターミナル３７、３８を介してコイルｌ３、１８に電圧
が引加されていない状態では、コイル１３、１８より上
方への吸引力が働かすムービングコア９、１０にはスプ
リング７、８による上向きの力とスプリングｌ１、１２
による下向きの力とが働《が、前述のようにスプリング
１１＜スプリング７であり、スプリング１２〈スプリン
グ８であるため、上向きの力が優勢となりニードル５．
６はそれぞれハルブシート３４．　３５に着座される。

そして、ムービングコア９，ＩＯはニードル５，６によ
り押上られ、ムービングコア９とコネクタｌ５との間、
ムービングコア１０とコネクタｌ６との間には幾分の隙
間Ｓ１，Ｓ２が形成される。

コイル１８が通電されると、コイル１８を出てムービン
グコア９に入り、ムービングコア９を出て、ムービング
コア９とコネクタ１５の間の隙間Ｓ，を通り、コイルｌ
８に戻る閉ループの磁力線ｌ１が形威され、ムービング
コア９は下方にコネクタ２ｌと接触するまで（即ちクリ
ャランスＳ−ｏとなるまで）移動され、ムービングコア
９はこの動きをニードル５に伝達し、ニードル５はスプ
リング７に抗して下方に移動されバルブシ一ト３４は開
けられ、燃料が噴射される。

コイル１３が通電されると、コイルｌ３を出てムービン
グコア１０に入り、ムービングコア１０を出て、ムービ
ングコア１０とコネクタ■６との間の隙間Ｓ２を通り、
コイル１３に戻る閉ループの磁力線１２が形或され、ム
ーヒングコア１０は下方にコネクタ１６と接触するまで
く即ちクリャランスＳ２＝０となるまで）移動され、ム
ービングコア１０はこの動きをニードル６に伝達し、ニ
ードル６はスプリング８に抗して下方に移動されパルブ
シ一ト３５は開けられ、燃料が噴射される。

第５図において、縦軸は動的燃料噴射量ｑを示しており
、横軸は燃料噴射パルスの幅である。Ｘはエンジンのｌ
周期に相当し、Ｙは吸気マニホルド噴射で使うことが可
能な燃料噴射期間であり、Ｚは筒内直接噴射で使うこと
が可能な燃料噴射期間を示す。Ｔ，は最小駆動パルス幅
（これ以上パルス幅が短いと燃料噴射が行われない最小
のパルス幅であり、燃料噴射制御の遅れ要因に原因して
パルス幅がこれ以下であると安定な燃料噴射制御が不可
能どなる）。Ｔ２は筒内直接噴射における最大パルス幅
であり、Ｔ２゛　　はマニホルド噴射の場合の最大パル
ス幅である。最小パルス幅Ｔ，が最小燃料噴射量ｑ　ｍ
ａｎに対応し、最大パルス幅Ｔ２，　Ｔ２’　が最大の
燃料噴射量ｑ６，、に対応しよう。従って、筒内噴射の
場合はｍのような噴射特性となり、マニホルト噴射の場
合はｍ′の噴射特性となる。

（Ｔｏはｍ，ｍ−を外挿したときのｑ・０に対応するパ
ルス幅でδ・Ｔ，−Ｔｏが最小有効パルス幅となる。）
図から分かるように筒内直接噴射では燃料噴射を行うこ
とができるクランク角度の期間がマニホルド噴射と比較
して限定されているため、必然的に最大燃料噴射を得る
ための燃料噴射弁の駆動パルス幅が小さくなり、必要な
特性はｍのように急峻となる。ところが、このｍの特性
では最小噴射量Ｑ　ｍｌａを得ることができない。特性
的には第５図のＴ，゛　を駆動パルス幅とすればよいよ
うに見えるがこのパルス幅Ｔ１′　ではパルス幅が短す
ぎるため安定な燃料噴射制御を行いえない。しかるに、
この発明の実施例のように一つの燃料噴射弁に複数のニ
ードル５，６を設け、ニードルを選択的に駆動すること
により駆動パルス幅の制限内で必要量の燃料を噴射する
ことが可能である。即ち、第６図において０１は一本の
ニードルのみを作動させたときの燃料噴射量特性を示し
、Ｔ２の最大パルス幅においてＱ　ａｍ。／２の燃料量
を得ることができ、二本のニードルを作動させることで
Ｔ２の最大パルス幅においてｑｍａｘまでの燃料を得る
ことができる。

第７図はこの発明の燃料噴射弁による燃料噴射方式を説
明する概略的なフローチャートであり、このルーチンは
各気簡の燃料噴射タイミング毎に実行され、このタイミ
ングは、周知のように、基準位置から計測されるクラン
ク角度センサ１２０からの例えば３０°ＣＡ毎のパルス
信号の数により識別することができる。ステップ１５０
では燃料噴射量Ｔが吸入空気量及びエンジン回転数によ
り算出される。ステップ１５２ではＴ＞７２か否か判定
される。

Ｔ２は筒内直接噴射において一本の燃料噴射弁で噴射可
能な燃料噴射量である（第６図の■）。Ｔ＜Ｔ２のとき
は一本の燃料噴射弁で必要な燃料噴射量を得ることがで
きる運転域であり、ステップ１５４に進みＦ＝１か否か
判定される。ここにＦは二つの外開弁の何れを開弁させ
るかを決定するフラグである。Ｆ＝１　とすれば、ステ
ップ１５６に進みＦ・０とし、ステップ１５８では第１
の二一トル５からの噴射を行うべく、ソレノイド２２に
信号が印加され、ニートル５はステップ１５０で算出さ
れた燃料噴射量Ｔに応じた時間開弁せしめらる。

次の噴射のときはＦ＝０であるためステップ１５４より
ステップ１６０に進み、Ｆ＝１　とされ、次いでステソ
プ１６２に進み、第２ニードル６からＴｅの噴射を行う
べく、ソレノイトｌ７に制御信号が印加される。このよ
うにして、一本のニードルによって必要燃料噴射量を賄
える低回転時はニードル５．６は交互に噴射せしめられ
る。

Ｔ＞Ｔ２のときはステップ１５２よりステップ１６４に
進み、ステップ１５０で算出されるＴの半分が燃料噴射
量とされ、ステップ１６６では第１のニードル５からの
その量の噴射を行うべく、ソレノイド２２に信号が印加
され、ステップ１６８では第２のニードル６から同量噴
射を行うべく、ソレノイド１７に信号が印加される。か
くして、高回転時は二本のニードル５，６より同時に半
分づつ燃料噴射が行われる。

第８図は燃料噴射弁の変形実施例を示すものであり、二
つのニードル５．６は同一の長さを有し、ムービングコ
ア９．１０は並列に設置され、同一のコイル１３によっ
てムービングコア９，１０は駆動される。片方のムービ
ングコア９を付勢するスプリングｌ１の上端は別のムー
ビングコア４０の下端に当接しており、ムービングコア
４０の上端とステータ４５との間にスプリング４８が配
置される。ムービングコア４０の囲りにコイル４３が配
置され、コイル４ｌは、ヨーク４２，４３．４４及びス
テータ４４と共にソレノイド４６を構或する。コイル４
１はターミナル４７によって外部の制御回路からの通電
を受ける。他の構或は第ｌ図と同様であるので、同一部
材には同一番号を付して表し、詳細説明は省略する。

片側ニードル作動のときは、ソレノイド１７のコイル↓
３に通電すると共にソレノイド４６のコイル４丁に通電
する。コイルｌ３に通電することにより、コイル１３よ
りコネクタ１５を介してムビングコア９に入り、ムービ
ングコア９よりステータ１６を介してコイル１３に戻る
閉ループの磁束ｌ１及びコイル１３よりコネクタ１５を
介してムービングコアＩＯに入り、ムービングコア１０
よりステータ１６を介してコイル１３に戻る閉ルブの磁
束ｌ２が形或される。コイル４１に通電することにより
、コイル４１よりヨーク４２を介してムーヒングコア４
０に入り、ムービングコア４０よりステータ４５、ヨー
ク４３を４１に戻るｌ３のような閉ループの磁束が形成
される。磁束ｌ１によってムービングコアＩＯは下降し
、スプリング８に抗してニードル６は開弁ずる。一方、
磁束ｌ３によりムービングコア４０はスプリング４８に
抗して上方にステータ４５に当接するまで移動され、こ
の移動のストローク分だけスプリング１１のセット力が
弱くなる。そのため、スプリング７により上方への付勢
力が上回り、磁束１２によるムービングコア９の下方へ
の付勢力に係わらずニードル５は閉弁を維持する。即ち
、ソレノイド１７．４６の通電により片方のニートル６
のみ開弁ずることができる。

ソレノイド４６の通電をしない場合は磁束ｌ３の磁束が
消失し、ムービングコア４０は下降し、スプリング１ｌ
のセット力は本来の大きさとなり、相対的にスプリング
７か弱くなるので、ソレノイト１７に通電することによ
りムービングコア９はスプリング７に抗して下降し、ニ
ートル５は開弁ずることができ、結果として二本のニー
ドル５６が作動することになる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、一つの弁ハウシング内に複数のニー
ドルが弁軸方向に平行に設けられ、これらのニートルを
独立に駆動するためのソレノイドが弁軸方向に離間して
設置される。そのため、設置上の制約なく、一つの気簡
に複数のニードルを設けることができ、かつ所期の作動
信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の燃料噴射弁の弁軸方向断面図。 第２図は第１図の燃料噴射弁のニードルの構成を示す斜
視図。 第３図はストツパとニードルの位置関係を示す断面図。 第４図は第ｌ図の燃料噴射弁を備えた内燃機関の概略図
。 第５図は筒内噴射と、マニホルド噴射とで駆動パルス幅
と燃料噴射量との関係を説明するグラフ。 第６図はこの発明における駆動パルス幅と燃料噴射量と
の関係を説明するグラフ。 第７図は第１図の燃料噴射弁による燃料噴射制御の概略
フローチャート。 第８図は第２実施例における燃料噴射弁を示す。 ３，４・・・外開弁、５，６・・・ニードル、７．８・
・・スプリング、９，１０・・ムービングコア、１１．
　１２・・・スプリング、１３・・・コイル、１７・・
・ソレノイド、１８・・・コイル、２２・・ソレノイド
、２８・・・フィルタ、３３・・・ストツパ、３４．　
３５・・・バルブシ一ト、４１・・・コイル、４６・・
・ソレノイト。 ３３・・・ストツバ ｌ１ 第 ５ 図 Ｔ１ Ｔ２ 駆動パルス幅 第 ６ 図 第 ７ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射内燃機関の電磁弁において、一つの電磁弁ハウ
   ジングに複数のニードルが弁軸方向に平行に設けられ、
   弁軸方向に間隔を置いて夫々のニードルの駆動のための
   ソレノイドがハウジングに固定されることを特徴とする
   電磁式燃料噴射弁。