(57)【要約】【課題】高価なコンデンサを用いることなく、温度に関わらず内燃機関の始動性が向上する燃料噴射装置を提供する。【解決手段】コンデンサ４２の温度が低いとき、ＥＣＵ１１は駆動回路部３０にインジェクタ２１から燃料が噴射されない程度の無噴射パルスを出力する。そのため、インジェクタ２１からは燃料が噴射されないものの、駆動回路部３０のコンデンサ４２は充電および放電を繰り返す。コンデンサ４２が充電および放電を繰り返すことにより、コンデンサ４２は加熱され、内部抵抗が減少し、蓄えられる電荷が増大する。コンデンサ４２の充電および放電は、ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ噴射パルスが出力されるまでの間に行われる。そのため、噴射パルスによってインジェクタ２１から正規の燃料の噴射が開始されるるとき、インジェクタ２１にはコンデンサ４２に蓄えられた十分な電荷が供給される。【選択図】図１
2007321626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を噴射するインジェクタと、
前記インジェクタに供給する電荷を蓄えるコンデンサを有し、前記インジェクタを駆動する電力を供給する駆動回路部と、
前記駆動回路部へ、前記インジェクタから燃料を噴射する放電を指示する噴射信号、および前記インジェクタから燃料が噴射されない程度の放電を指示する無噴射信号を出力する噴射制御手段と、
前記内燃機関の運転または始動を入力する入力手段と、を備え、
前記噴射制御手段は、前記入力手段に前記内燃機関の始動が入力されてから、前記内燃機関の自立運転に対応する燃料の噴射が開始されるまでの間に、前記駆動回路部へ前記無噴射信号を出力する燃料噴射装置。
【請求項２】
前記コンデンサは、電解コンデンサである請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記コンデンサの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記噴射制御手段は、前記コンデンサの温度が所定の温度より低いとき、前記無噴射信号を前記駆動回路部へ出力する請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を噴射するインジェクタを電気的に駆動する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。インジェクタは、電磁弁を有しており、電磁弁に電力を供給することにより燃料の噴射が断続される。このようなインジェクタを駆動する駆動回路部では、インジェクタに供給する電荷を蓄えるコンデンサを有している。例えばＥＣＵなどの制御装置から燃料の噴射が入力されると、コンデンサに蓄えられた電荷が放電され、コンデンサからインジェクタへ電流が供給される。これにより、インジェクタの電磁弁は開弁し、インジェクタから燃料が噴射される。燃料の噴射が終了すると、次回の燃料噴射を行うためにコンデンサには電荷が充電される。
【０００３】
しかしながら、電荷を蓄えるコンデンサは、温度によって充電または放電の特性が変化する。特に、低温時、コンデンサの内部抵抗は増大する。そのため、低温時には、コンデンサに十分な電荷が充電されず、コンデンサからインジェクタへ供給される電流は不足する。その結果、インジェクタの作動が妨げられ、内燃機関の始動性が悪化するという問題がある。そこで、コンデンサには低温時における十分な作動保証が要求される。しかし、この作動保証の要求を満たすコンデンサは高価であるという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特願平１０−４７１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、高価なコンデンサを用いることなく、温度に関わらず内燃機関の始動性が向上する燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１から３のいずれか一項記載の発明では、噴射制御手段は入力手段へ内燃機関の始動が入力されてから内燃機関の自立運転に対応する燃料の噴射が開始されるまでの間に駆動回路部へ無噴射信号を出力する。内燃機関は、例えばスタータなどの始動手段によって始動される。このとき、入力手段に内燃機関の始動を入力してから、内燃機関が自立的な運転に移行するまでの間には、時間的な間隔がある。ここで、内燃機関の自立運転とは、例えば内燃機関が始動手段による支援を要することなく、噴射された燃料の燃焼によって運転を継続する状態を意味する。内燃機関が自立運転するとき、内燃機関の自立的な運転を確保するために十分な燃料がインジェクタから噴射される。そこで、この内燃機関の始動が入力されてから、内燃機関の自立運転に対応する燃料の噴射が開始されるまでの間に、噴射制御手段は無噴射信号を出力する。無噴射信号は、コンデンサの放電期間に対応する信号の時間的な長さが噴射信号と比較して短い。そのため、無噴射信号を駆動回路部へ供給しても、インジェクタにはコンデンサに蓄えられた電荷が短期間供給されるのみである。その結果、インジェクタは作動せず、インジェクタから燃料は噴射されない。これにより、コンデンサは充放電が繰り返されるものの、インジェクタからは燃料が噴射されない。このように、インジェクタから燃料が噴射されない程度にコンデンサへの充放電を繰り返すことにより、コンデンサは加熱される。また、コンデンサへの充放電の繰り返しは、入力手段に内燃機関の始動が入力されてから内燃機関に自立運転に対応する燃料の噴射が開始されるまでの間に行われる。そのため、インジェクタが内燃機関の始動に十分な燃料を噴射するまでにはコンデンサは十分に加熱される。その結果、高価なコンデンサを用いることなく、コンデンサの温度特性は向上する。これにより、コンデンサからインジェクタへ十分に電荷が供給され、インジェクタからは確実に燃料が噴射される。したがって、温度に関わらず内燃機関の始動性を高めることができる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、コンデンサは電解コンデンサである。電解コンデンサは、温度特性の良好な例えばフィルムコンデンサなどと比較して安価である。そのため、請求項２記載の発明では、安価なコンデンサでも、低温時においてインジェクタへ十分な電荷が供給することができる。
請求項３記載の発明では、コンデンサの温度を検出する温度検出手段を備えている。コンデンサは、温度が低くなると、内部抵抗が増大し、十分な電荷の充電が困難になる。一方、コンデンサが所定の温度より高いとき、無噴射信号によりコンデンサの充放電を繰り返さなくても、コンデンサには十分な電荷が充電される。そこで、噴射制御手段は、コンデンサの温度が所定の温度より低いときのみ無噴射信号を出力する。これにより、コンデンサの温度が高いとき、噴射制御手段は無噴射信号を出力せず、コンデンサでは充放電は繰り返されない。したがって、消費電力を低減しつつ、内燃機関の始動性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態による燃料噴射装置を適用したエンジンシステムを図１に示す。本発明の一実施形態による燃料噴射装置１０は、車両に搭載された内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）２０へ燃料を噴射するインジェクタ２１を制御する。燃料噴射装置１０は、電子制御装置（以下、「ＥＣＵ」）１１、駆動回路部３０、バッテリ１２およびインジェクタ２１から構成されている。
【０００９】
駆動回路部３０は、制御回路部３１、平滑回路部３２、昇圧回路部３３、切換回路部３４、および気筒選択回路部３５を有している。制御回路部３１は、ＥＣＵ１１から出力された信号に応じて駆動回路部３０の各部を制御する。制御回路部３１は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。平滑回路部３２は、昇圧回路部３３の動作にともなって変動するバッテリ１２の出力電圧を平滑化する。
【００１０】
昇圧回路部３３は、ＤＣ−ＤＣコンバータによって構成されている。昇圧回路部３３は、制御回路部３１の制御信号に応じてバッテリ１２の出力電圧を所定の電圧レベルまで昇圧する。昇圧回路部３３は、コイル４１およびコンデンサ４２を有している。コイル４１では、バッテリ１２から供給された電源電圧が変圧される。コンデンサ４２は、電解コンデンサであり、インジェクタ２１に供給する電荷を蓄える。
【００１１】
切換回路部３４は、制御回路部３１からの制御信号に基づいて、昇圧回路部３３から供給される吸引電流と、バッテリ１２から直接供給される保持電流と、のいずれか一方をインジェクタ２１へ切り換えて供給する。ここで、吸引電流とは、インジェクタ２１の開弁初期にインジェクタ２１へ供給される比較的大きな電流である。また、保持電流とは、インジェクタ２１の開弁状態を維持するためにインジェクタ２１へ供給される比較的小さな電流である。本実施形態の場合、吸引電流は１５Ａから２０Ａ程度に設定されているのに対し、保持電流は３Ａから５Ａ程度に設定されている。
【００１２】
気筒選択回路部３５では、ＥＣＵ１１から制御回路部３１を経由して出力された制御信号に基づいて、エンジン２０の各気筒に設置された複数のインジェクタ２１のうちいずれに電流を供給するかを選択する。気筒選択回路部３５により、複数のインジェクタ２１へ順に吸引電流および保持電流が供給される。そして、インジェクタ２１に吸引電流または保持電流を供給することにより、インジェクタ２１からの燃料の噴射が断続される。
【００１３】
エンジン２０は、例えばディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンのいずれであってもよい。インジェクタ２１は、図示しない噴孔を開閉する図示しないニードルを有している。ニードルは、インジェクタ２１の図示しない駆動部によって駆動される。比較的燃料の圧力が低いガソリンエンジンの場合、駆動部は電磁吸引力によってニードルを駆動する電磁駆動部である。
【００１４】
一方、燃料の圧力が高いディーゼルエンジンの場合、インジェクタ２１のニードルは燃料の圧力を利用して駆動される。すなわち、ニードルを燃料の圧力によって開弁方向および閉弁方向へ押し付けるとともに、ニードルを押し付ける燃料の圧力バランスを制御することによりニードルは駆動される。ここで、駆動部は、ニードルを閉弁方向へ押し付ける燃料の圧力を制御する。特に、コモンレール式のディーゼルエンジンの場合、燃料の圧力は高い。そのため、インジェクタ２１は、ニードルを閉弁方向へ押し付ける燃料の圧力を調整する背圧調整弁を備えている。背圧調整弁は、ガソリンエンジンと同様に電磁吸引力または例えばピエゾ素子などの圧電素子の伸縮によって駆動される。
【００１５】
上述したいずれのインジェクタ２１の場合でも、インジェクタ２１の開弁時、すなわち燃料の噴射開始時には、電磁駆動部または圧電素子に大きな電流を供給する必要がある。そこで、インジェクタ２１の開弁時には、昇圧回路部３３のコンデンサ４２に蓄えられた電荷がインジェクタ２１へ供給される。これにより、瞬時に大きな電流がインジェクタ２１へ供給される。
【００１６】
ＥＣＵ１１は、燃料噴射装置１０をはじめとするエンジン２０が搭載された車両の全体を制御する。ＥＣＵ１１は、例えばエンジン２０の温度、エンジン２０の回転数、エンジン２０の負荷、あるいはアクセル開度など車両の各所から種々の情報を入手する。そして、ＥＣＵ１１は、入手した情報に応じて、エンジン２０の各気筒への燃料の噴射量を設定する。ＥＣＵ１１は、設定した噴射量に基づいて燃料噴射装置１０へ噴射信号を出力する。その結果、ＥＣＵ１１から各インジェクタ２１に所定の時期に噴射信号が出力され、インジェクタ２１から所定量の燃料が噴射される。ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを有するマイクロコンピュータから構成されている。ＥＣＵ１１は、特許請求の範囲における噴射制御手段を構成している。
【００１７】
スタータ２２は、エンジン２０に設置されている。スタータ２２は、バッテリ１２から供給される電力によって停止しているエンジン２０をクランキングする。スタータ２２は、ＥＣＵ１１からエンジン２０の始動の指令を受けると、エンジン２０をクランキングする。
ＥＣＵ１１には、温度センサ５１が接続している。温度センサ５１は、昇圧回路部３３のコンデンサ４２の温度を検出する。温度センサ５１は、検出したコンデンサ４２の温度をＥＣＵ１１へ出力する。また、ＥＣＵ１１には、入力手段としてのエンジンスイッチ６０が接続している。エンジンスイッチ６０は、車両の搭乗者によって操作される。エンジンスイッチ６０は、エンジンキー６１を差し込んで回転させることにより、例えば「ＯＦＦ」、「ＯＮ」または「ＳＴＡＲＴ」のいずれかに設定される。なお、例えば「ＯＦＦ」と「ＯＮ」との間にエンジン２０は運転しないものの、車両の各部の電源がオンとなる「ＡＣＣ」モードを設定してもよい。
【００１８】
エンジン２０を始動する場合、搭乗者はエンジンキー６１をエンジンスイッチ６０に差し込む。そして、エンジンキー６１を回転させることにより、エンジンスイッチ６０は「ＯＦＦ」から「ＯＮ」へ移行する。そして、さらにエンジンキー６１を回転させることにより、エンジンスイッチ６０は「ＳＴＡＲＴ」へ移行する。エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」へ移行すると、ＥＣＵ１１はスタータ２２へ電力を供給し、エンジン２０を始動させる。
【００１９】
次に、上記構成の燃料噴射装置１０の作動について説明する。
ＥＣＵ１１は、エンジンスイッチ６０の位置が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」になると、温度センサ５１からコンデンサ４２の温度を入手する。ＥＣＵ１１は、温度センサ５１から入手したコンデンサ４２の温度が所定の温度以下であるか否かを判断する。コンデンサ４２は、温度によって内部抵抗が変化する。特に、コンデンサ４２の温度が低いとき、内部抵抗は大きくなる。その結果、コンデンサ４２は十分な電荷を蓄えることができず、コンデンサ４２からインジェクタ２１へ供給される電流は不十分となるおそれがある。そこで、ＥＣＵ１１は、コンデンサ４２の温度が所定の温度よりも低いと判断すると、コンデンサ４２を加熱する。
【００２０】
ＥＣＵ１１は、コンデンサ４２の温度が所定の温度よりも低いと判断すると、駆動回路部３０へ噴射信号を出力する。ＥＣＵ１１が出力する噴射信号は、噴射パルスおよび無噴射パルスのいずれかである。噴射パルスは、図２の噴射信号として示すように正規噴射に対応して出力されるパルスである。正規噴射とは、エンジン２０がインジェクタ２１から噴射された燃料の燃焼によってスタータ２２の補助を受けることなく自立的に運転を継続可能な燃料の噴射状態である。ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ噴射パルスが出力されると、コンデンサ４２に蓄えられた電荷は放電され、インジェクタ２１へ電流が供給される。これにより、インジェクタ２１は開弁し、燃料を噴射する。
【００２１】
一方、無噴射パルスは、噴射パルスに比較して時間的に短いパルス信号である。本実施形態の場合、噴射パルスの時間的な幅が０．２５ｍｓｅｃであるのに対し、無噴射パルスの時間的な幅は０．１５ｍｓｅｃである。また、無噴射パルスの間隔は３．０ｍｓｅｃに設定されている。無噴射パルスは、図２に示すようにコンデンサ４２を加熱するときに出力されるパルスである。ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ無噴射パルスが出力されると、コンデンサ４２に蓄えられた電荷は放電される。しかし、放電期間が短いため、コンデンサ４２からインジェクタ２１へ供給される電流は小さい。その結果、コンデンサ４２に蓄えられた電荷は放電されるものの、インジェクタ２１は駆動されず、燃料も噴射されない。
【００２２】
ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ無噴射パルスを出力すると、コンデンサ４２は放電し、インジェクタ２１には電流が供給される。コンデンサ４２は、バッテリ１２に接続されているため、放電するとすぐにバッテリ１２から電荷が充電される。そのため、ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ無噴射パルスを出力するとき、無噴射パルスが「ＯＮ」になるとコンデンサ４２は放電され、無噴射パルスが「ＯＦＦ」になるとバッテリ１２から供給される電流によってコンデンサ４２は充電される。その結果、ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ無噴射パルスを複数回出力することにより、コンデンサ４２は放電と充電とを繰り返す。本実施形態の場合、ＥＣＵ１１は無噴射パルスを４回出力する。なお、無噴射パルスの回数は、コンデンサ４２の容量、あるいはコンデンサ４２の温度などによって任意に変更可能である。
【００２３】
コンデンサ４２は、充電されることにより電荷が蓄えられる、すなわち電流が供給されるため、温度が上昇する。コンデンサ４２の温度が上昇するにしたがってコンデンサ４２の内部抵抗が減少する。その結果、コンデンサ４２の充電および放電を繰り返すことにより、コンデンサ４２から放電される電流およびインジェクタ２１へ供給される電流は徐々に増大する。そして、無噴射パルスによってコンデンサ４２が十分に加熱されると、コンデンサ４２に蓄えられる電荷はインジェクタ２１の駆動に十分な程度に達する。
【００２４】
ＥＣＵ１１は、エンジンスイッチ６０が「ＯＮ」から「ＳＴＡＲＴ」へ移行すると、スタータ２２へ電力を供給する。これにより、スタータ２２は、エンジン２０をクランキングする。これとともに、ＥＣＵ１１は、上記の無噴射パルスを駆動回路部３０へ出力する。エンジン２０は、スタータ２２によってクランキングが開始されても、自立的に運転、すなわちスタータ２２による補助を受けることなくインジェクタ２１から噴射された燃料の燃焼による正規運転までに時間的な間隔が必要となる。そのため、エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」に切り換えられたとき、ＥＣＵ１１は正規運転における燃料噴射量に対応する噴射パルスの出力に先立って、無噴射パルスを出力する。そして、ＥＣＵ１１は、エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」に切り換えられてから所定時間が経過した後、駆動回路部３０へ噴射パルスを出力する。本実施形態の場合、エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」へ切り換えられてから噴射パルスが噴射されるまで１０分の数秒程度が確保されている。したがって、ＥＣＵ１１は、エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」に切り換えられてから、噴射パルスの出力が開始されるまでの間に駆動回路部３０へ無噴射パルスを出力する。
【００２５】
ＥＣＵ１１は、スタータ２２が作動し、駆動回路部３０へ噴射信号の出力を開始するまでの間にコンデンサ４２を加熱する。これにより、スタータ２２が作動し、ＥＣＵ１１から駆動回路部３０へ噴射パルスが出力されるとき、インジェクタ２１には駆動回路部３０のコンデンサ４２から作動に十分な大きな電流が供給される。したがって、インジェクタ２１からは正規運転が可能な十分な燃料が噴射され、エンジン２０は円滑に始動する。エンジン２０が始動し、自立運転に移行すると、車両の搭乗者によりエンジンスイッチ６０は「ＯＮ」に移行し、スタータ２２は停止する。
【００２６】
一方、温度センサ５１により検出されたコンデンサ４２の温度が所定値よりも高いとき、ＥＣＵ１１はコンデンサ４２を加熱するための無噴射パルスを出力しない。コンデンサ４２の温度が所定値よりも高いとき、コンデンサ４２の内部抵抗は小さいため、コンデンサ４２にはインジェクタ２１の駆動に十分な電荷が蓄えられる。そのため、スタータ２２の作動時にコンデンサ４２から放電される電荷によってインジェクタ２１の作動は確保される。これにより、コンデンサ４２の温度が所定値よりも高いとき、無噴射パルスによるコンデンサ４２の充電および放電は行われない。したがって、消費電力を低減することができる。
【００２７】
以上、説明したように、本発明の一実施形態では、コンデンサ４２の温度が低いとき、ＥＣＵ１１は駆動回路部３０に無噴射パルスを出力する。そのため、駆動回路部３０のコンデンサ４２は、充電および放電を繰り返す。コンデンサ４２が充電および放電を繰り返すことにより、コンデンサ４２は加熱され、内部抵抗が減少する。その結果、コンデンサ４２に蓄えられる電荷は増大する。また、無噴射パルスによるコンデンサ４２の充電および放電は、エンジンスイッチ６０が「ＳＴＡＲＴ」へ移行してから、インジェクタ２１からエンジン２０へ正規噴射に対応する燃料の噴射が開始されるまでの間に行われる。そのため、エンジン２０の始動時にインジェクタ２１には駆動回路部３０のコンデンサ４２に蓄えられた十分な電荷が供給される。したがって、コンデンサ４２の温度が低い場合でも、エンジン２０の始動性を高めることができる。
【００２８】
また、一実施形態では、コンデンサ４２を加熱することによりコンデンサ４２の内部抵抗を低減している。そのため、コンデンサ４２には、特に低温時における充電および放電特性の向上が要求されない。その結果、コンデンサ４２として安価な電解コンデンサを適用しても、エンジン２０の始動性を高めることができる。
【００２９】
なお、上述した一実施形態では、温度センサ５１によってコンデンサ４２の温度を検出する例について説明した。しかし、温度センサ５１を廃止して、コンデンサ４２の温度を検出することなく無噴射パルスを出力する構成としてもよい。また、温度センサ５１でコンデンサ４２の温度を測定することなく、例えば車両に搭載されている吸気温センサ、水温センサなどからコンデンサ４２の周辺の温度の情報を入手する構成としてもよい。さらに、温度センサ５１で温度を検出するのではなく、コンデンサ４２の内部抵抗から直接コンデンサ４２の容量を検出する構成としてもよい。
【００３０】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による燃料噴射装置を適用したエンジンシステムを示す概略図。
【図２】本発明の一実施形態による燃料噴射装置のタイミングチャートを示す概略図。
【符号の説明】
【００３２】
１０：燃料噴射装置、１１：ＥＣＵ（噴射制御手段）、２０：エンジン（エンジン）、２１：インジェクタ、３０：駆動回路部、４２：コンデンサ、５１：温度センサ（温度検出手段）、６０：エンジンスイッチ（入力手段）
【図１】
2007321626.tif 000003
【図２】
2007321626.tif 000004