(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁ソレノイドに通電することにより開弁し燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関の運転状態に応じて燃料噴射を行程中で複数回分割噴射可能な筒内直接燃料噴射式内燃機関に於て、
機関の運転状態に応じて燃料噴射を吸気行程と圧縮行程に複数回分割噴射する際に、
圧縮行程中の燃料噴射は前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動による燃料噴射とし、
吸気行程中の燃料噴射では前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動をしない燃料噴射とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の燃料噴射装置としては、例えば図６に示す特開昭５６−８３５３１号公報に開示されたものがある。
【０００３】
図６で示すように、燃料噴射弁１の内部には燃料通路２が形成され、その先端にはノズル孔３が設けられている。燃料を噴射しない際には、ばね６によってシート部５に弁体４が押しつけられ燃料が遮断されているが、噴射弁駆動信号端子７からソレノイドコイル８に通電させると、弁体４がシート部５より開き、ノズル孔３と燃料通路２を連通させる。すると、燃料通路２内には燃料ポンプ（図示せず）から加圧、圧送された燃料が供給されているので、ノズル孔３より燃料が噴射される。
【０００４】
ところで、燃料噴射時の弁体４の動作は、図７に示すように、ソレノイドコイル８に通電し、弁体４がシート部５より離れて開弁開始してからＴａ後に所定のリフトだけ動作して保持状態になる。そして、通電が終了してからＴｂ後に、弁体４がシート部５に着座し閉弁終了となる。
このような弁体４の動作により、噴射弁の通電時間Ｔと燃料噴射量Ｍとの関係は図８（ａ）に示すようになる。即ち、通電時間ＴがＴａより短くなると開弁開始から保持状態になる前に閉弁してしまうために、トリガ信号と燃料噴射量の関係がリニアでなく、動作も不安定になり、Ｔｍｉｎに対応する最小燃料噴射量Ｍｍｉｎ以下では機関の出力を制御することが不可能となる。
そこで、最小燃料噴射量Ｍｍｉｎを確保するためには、弁体４の動作遅れＴａを小さくし、図８（ｂ）の点線で示すような燃料噴射量特性にする必要がある。
【０００５】
そのために、本従来例では燃料噴射弁を動作させるための駆動回路を図９に示すようにしており、本従来例の各部電気信号は図１０に示すとおりとなる。
即ち、燃料噴射弁１から燃料を噴射するためのトリガ電圧Ｖｐがスイッチング素子９に入力された際に、ソレノイドコイル８に流れる電流ＩL は、コイル８のインダクタンスにより立上がりがなだらかになる。本従来例では保護抵抗１０に並列にコンデンサ１２を接続しているので、コイル８に加わる電圧はＶL 、流れる電流はＩL のようになり、コンデンサ１２が無いときの電圧ＶL ′および電流ＩL ′で駆動される時に比べ、弁体４の開弁直後の動作を速くする。なお抵抗１１とコンデンサ１３はソレノイドコイル８への通電を遮断した際に発生する誘導電流を吸収するものである。
【０００６】
特に、このような電磁ソレノイドに通電することにより開弁し燃料を噴射する燃料噴射弁を機関の燃焼室内に直接取り付けた所謂筒内直接燃料噴射式内燃機関に適用する場合には、行程中で燃料噴射可能な時期が限定される為に燃料噴射期間を長く設定できないことから、燃料噴射弁の噴射率を高くしなければならず最小燃料噴射量Ｍｍｉｎを確保することが困難になる。そのため図１１に示すような燃料噴射弁駆動回路を用いて弁保持状態よりも更に高電圧の開弁時電圧を印加するようにしてＴａを小さくしたり、閉弁時に逆電圧を印加することでＴｂを小さくして図８（ｃ）の点線に示すような燃料噴射量特性にする必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の燃料噴射装置にあっては、該燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するために、開弁時に弁保持状態よりも該電磁ソレノイドに高い電圧を印加したり、閉弁時に逆電圧を印加したりするために電力消費が多くなるため、燃費の悪化やコストの上昇を招いていた。
一方、機関の運転領域中で燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮する必要が有るのは、最小燃料噴射量が必要となる即ち機関の低負荷運転領域と行程中で燃料噴射可能な時期が限定される機関の高負荷運転領域であり、その中間領域では燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮する必要が無かった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、電磁ソレノイドに通電することにより開弁して燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接燃料噴射式内燃機関に於て、機関の特定の運転領域中で燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するように燃料噴射弁を駆動し、その他の領域では燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮する駆動を行なわないように、その駆動を切替えることによって、上記問題点を解決することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、電磁ソレノイドに通電することにより開弁して燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関の運転状態に応じて燃料噴射を行程中で複数回分割噴射可能な筒内直接燃料噴射式内燃機関に於て、機関の運転状態に応じて燃料噴射を吸気行程と圧縮行程に複数回分割噴射する際に、圧縮行程中の燃料噴射は前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動による燃料噴射とし、吸気行程中の燃料噴射では前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動をしない燃料噴射とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下の記載においては、前記従来技術の説明で示した部品や部材と同一の部品や部材等については、同一の参照番号を用いて説明する。
【００１１】
図１は筒内直接燃料噴射式内燃機関を示している。シリンダヘッド３０に備えられている燃料噴射弁１は燃料ギャラリ３２から供給された燃料を燃焼室３１内に直接燃料を噴射するように、その先端部を開口している。
【００１２】
点火プラグ３３は吸気弁３４と排気弁３５の間に備わっており、吸気弁３４が開いている間にピストン３８の動きにより吸気ポート３６から吸入した吸気と噴射弁１から噴射された燃料の混合気に対して電気火花による点火で燃焼を開始させる。燃焼後のガスは排気弁３５が開いている間にピストン３８の動きにより排気弁３５から排出される。
【００１３】
燃料噴射弁１の噴射弁駆動信号端子７には燃料噴射弁駆動回路２４が電気的に接続されている。また、燃料噴射弁駆動回路２４には燃料噴射弁駆動トリガ信号、および弁体の動作遅れを短縮するように燃料噴射弁を駆動するかしないかの信号を出力する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２５が電気的に接続されている。
なお、電子制御ユニット２５にはエンジンの各運転状態が入力され、その運転状態に応じた燃料噴射弁駆動トリガ信号を決定する。
【００１４】
次に、上記筒内直接燃料噴射式内燃機関の作用を説明する。
図２に、機関負荷と燃料噴射量の関係を示す。機関負荷が小さい領域では燃料噴射量が小さいため、図７で示したＴａを小さくするために弁保持状態よりも更に高電圧の開弁時電圧を印加するようにしたり、Ｔｂを小さくするために図１１で示すように閉弁時に逆電圧を印加したりして燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するように燃料噴射弁駆動回路を駆動させる。
また、機関負荷が大きい領域では、行程中で燃料噴射可能な時期が限定されるため同様に、図７に示すＴａやＴｂを小さくし燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮する。一方、その中間領域では最小燃料噴射量や燃料噴射可能な時期に余裕が有るため、弁保持状態よりも更に高電圧の開弁時電圧を印加するようにしたり閉弁時に逆電圧を印加したりして燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような燃料噴射弁駆動をしないことで、電力消費を抑えることが出来る。
【００１５】
図３は、上記筒内直接燃料噴射式内燃機関における燃料噴射のフローチャートである。ステップＳ４１（以下、Ｓ４１と記す）で機関の要求燃料噴射量を読み込み、Ｓ４２で要求燃料噴射量が小流量側しきい値Ｍ１よりも少ないかを判定する。このＭ１は、燃料噴射弁を弁体の動作遅れが短縮するように駆動しない場合の最小燃料噴射量である。要求燃料噴射量がＭ１よりも少ない場合には、Ｓ４６で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう場合の噴射開始時期および噴射終了時期を決定し、Ｓ４７で弁体の動作遅れを短縮するように燃料噴射弁を駆動する。Ｓ４２で要求燃料噴射量が小流量側しきい値Ｍ１よりも多い場合には、Ｓ４３で要求燃料噴射量が大流量側しきい値Ｍ２よりも多いかを判定する。このＭ２は、燃料噴射弁を弁体の動作遅れが短縮するように駆動しない場合の最大燃料噴射量である。要求燃料噴射量がＭ２よりも多い場合には、Ｓ４２で要求燃料噴射量がＭ１よりも少ない場合と同様にＳ４６で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう場合の噴射開始時期および噴射終了時期を決定し、Ｓ４７で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう。
【００１６】
次に、Ｓ４３で要求燃料噴射量が大流量側しきい値Ｍ２よりも少ない場合には、Ｓ４４で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なわない場合の噴射開始時期や噴射終了時期を決定し、Ｓ４５で弁体の動作遅れを短縮しない燃料噴射弁駆動を行なう。
【００１７】
図４には、本発明の実施の形態に於ける機関負荷と燃料噴射量の関係を示す。この実施の形態の機関は、低負荷運転時には圧縮行程付近に燃料噴射を行い点火栓１付近に点火可能な混合気塊を形成することで、内全体の平均混合気濃度を希薄なものとし、高負荷運転時には吸気行程付近で燃料噴射を行い燃料を筒内に均一に混合させることで空気利用率を高め出力の向上を実現するようにし、さらに中負荷時には圧縮行程に点火栓付近に点火可能な混合気を形成した上で筒内に火炎伝播させるのに十分な希薄混合気を形成させる為に吸気行程に分割して燃料を噴射し、広い運転領域で適切な混合気形成をするものである（例えば特開平２−１６９８３４号公報参照）。
【００１８】
このような機関に於て、機関の運転が中負荷状態で吸気行程と圧縮行程に複数回分割噴射する際に、各々の噴射に対して弁体の動作遅れを短縮するように燃料噴射弁を駆動すると、特にコンデンサに充電している期間が非常に短くなるために、駆動回路の中の高圧電源部の数を増やしたり強力にしたりしなければならず、また、消費電力が多くなるため、コストが高くなったり、駆動回路が大きく重くなったり、燃費の悪化をまねいてしまう。
【００１９】
そのため、複数行程中で複数回分割噴射する場合には、燃料噴射後の混合、気化時間が短くまた出来るだけ集中した混合気塊を形成したい圧縮行程中の燃料噴射は動作遅れを短縮するような駆動による燃料噴射とし、比較的余裕のある吸気行程中の燃料噴射では動作遅れを短縮するような駆動をしない燃料噴射とするものである。なお、このように分割噴射する運転領域は中負荷領域であり、先に述べたとおり燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮する必要が無い。
【００２０】
図５には、本発明の実施の形態のフローチャートを示す。Ｓ４１で機関の要求燃料噴射量を、Ｓ４９で燃料噴射モードを読み込む。次にＳ５０で燃料噴射モードが分割噴射かを判定する。分割噴射モードの場合には、Ｓ５１で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なわない吸気行程燃料噴射開始時期および噴射終了時期を決定し、Ｓ５２で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう圧縮行程燃料噴射開始時期および噴射終了時期を決定する。その後、Ｓ５３で弁体の動作遅れを短縮しないで吸気行程に燃料噴射弁を駆動し、Ｓ５４で弁体の動作遅れを短縮して圧縮行程に燃料噴射弁を駆動する。
【００２１】
Ｓ５０で燃料噴射モードが分割噴射で無い時には、Ｓ４６で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう場合の噴射開始時期および噴射終了時期を決定し、Ｓ４７で弁体の動作遅れを短縮する燃料噴射弁駆動を行なう。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、電磁ソレノイドに通電することにより開弁し燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関の運転状態に応じて燃料噴射を行程中で複数回分割噴射可能な筒内直接燃料噴射式内燃機関に於て、例えば、圧縮行程中の燃料噴射は前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動による燃料噴射とし、吸気行程中の燃料噴射では前記燃料噴射弁の弁体の動作遅れを短縮するような駆動をしない燃料噴射とすることにより、通常の筒内直接燃料噴射式内燃機関に比べて、燃料噴射弁駆動回路の中でも非常に高価で大きな容積を占めるコンデンサの容量を大きくしたり高圧電源を強力にする必要がなく、また、消費電力が過大に多くなるのを防げるため、コストが高くなったり、駆動回路が大きく重くなったり、燃費の悪化をまねいたりすることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  筒内直接燃料噴射式内燃機関を示す図である。
【図２】  上記筒内直接燃料噴射式内燃機関於ける機関負荷と燃料噴射量の関係を示す図である。
【図３】  上記筒内直接燃料噴射式内燃機関における燃料噴射のフローチャートである。
【図４】  本発明の実施の形態に於ける機関負荷と燃料噴射量の関係を示す図である。
【図５】  本発明の実施の形態のフローチャートである。
【図６】従来の内燃機関の燃料噴射装置示す図である。
【図７】燃料噴射弁の弁体の動作を示す図である。
【図８】燃料噴射弁の通電時間と燃料噴射量の関係を示す図である。
【図９】燃料噴射弁駆動回路の例を示す図である。
【図１０】燃料噴射弁駆動回路の電気信号を示す図である。
【図１１】燃料噴射弁駆動回路の例を示す図である。
【符号の説明】
１    燃料噴射弁
２    燃料通路
３    ノズル孔
４    弁体
５    シート部
６    ばね
７    噴射弁駆動信号端子
８    ソレノイドコイル
９，１７〜２１    スイッチング素子
１０，１１    抵抗
１２，１３，２２，２３    コンデンサ
１４    低圧電源
１５，１６    高圧電源
２４    燃料噴射弁駆動回路
２５    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３０    シリンダヘッド
３１    燃焼室
３２    燃料ギャラリ
３３    点火プラグ
３４    吸気弁
３５    排気弁
３６    吸気ポート
３７    排気ポート
３８    ピストン
Ｓ４０〜Ｓ５４    制御ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003758249.tif 000008
【図８】
0003758249.tif 000009
【図９】
0003758249.tif 000010
【図１０】
0003758249.tif 000011
【図１１】
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