(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超磁歪素子と、超磁歪素子に初期変位を付与する永久磁石と、永久磁石に抗して超磁歪素子を変位させるコイルとを有するアクチュエータを備え、前記コイルに供給する制御電流に応じた超磁歪素子の伸縮変位に基づきノズルを開閉する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、機関始動時を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動回路に接続してコイルに減磁回復電流を供給する手段と、前記減磁回復手段を制御して機関始動時に予め定められた期間減磁回復電流をコイルに供給させる制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
減磁回復電流の供給を、キースイッチが閉成されてから当該燃料噴射弁による最初の噴射が開始されるまでの期間に設定したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
超磁歪素子と、超磁歪素子に初期変位を付与する永久磁石と、永久磁石に抗して超磁歪素子を変位させるコイルとを有するアクチュエータを備え、前記コイルに供給する制御電流に応じた超磁歪素子の伸縮変位に基づきノズルを開閉する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、前記アクチュエータの駆動回路に接続してコイルに減磁回復電流を供給する手段と、前記減磁回復手段を制御して予め定められた期間減磁回復電流をコイルに供給させる制御手段とを有し、かつ前記制御手段は、減磁回復電流供給後のアクチュエータ作動回数を記憶する手段を備え、前記作動回数が予め定めた基準値を超える毎に減磁回復電流を供給するように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
少なくともコイルに減磁回復電流を供給する手段はアクチュエータの駆動回路に対して切り離し自在に設けられることを特徴とする請求項１または請求項３の何れかに記載の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】
この発明は、超磁歪素子をアクチュエータとして使用した内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内燃料噴射方式の火花点火式内燃機関に適用する燃料噴射弁には高度の応答性及び開閉精度が求められる。このような要求に応える燃料噴射弁として、超磁歪素子を利用したアクチュエータに信号電流を供給して伸縮作動させることによりニードル弁の開閉を制御するようにしたものが知られている（例えば特開平４−８１５６５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
超磁歪素子を利用したアクチュエータは、超磁歪素子を包囲するように設けられたコイルと、超磁歪素子に所定の初期変位を付与する永久磁石とを備えており、コイルに供給する電流により永久磁石に抗して超磁歪素子を伸縮変位させるようになっている。
【０００４】
しかしながら、コイルには永久磁石による初期変位方向とは対抗する方向に超磁歪素子が変位するように電流が供給されるので、使用回数の増加に従って永久磁石が徐々に劣化を起こすという不都合がある。この永久磁石の減磁現象により超磁歪素子の初期変位量が不足することになるので、燃料噴射弁にこのようなアクチュエータを用いた場合には使用経過に従って燃料噴射量特性にも変動をきたし燃料噴射量が不正確になる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、超磁歪素子と、超磁歪素子に初期変位を付与する永久磁石と、永久磁石に抗して超磁歪素子を変位させるコイルとを有するアクチュエータを備え、前記コイルに供給する制御電流に応じた超磁歪素子の伸縮変位に基づきノズルを開閉する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射装置である。
【０００６】
請求項１の発明ではさらに、機関始動時を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動回路に接続してコイルに減磁回復電流を供給する手段と、前記減磁回復手段を制御して機関始動時に予め定められた期間減磁回復電流をコイルに供給させる制御手段とを備えた。
【０００７】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、減磁回復電流を供給する期間を、キースイッチが閉成されてから当該燃料噴射弁による最初の噴射が開始されるまでの期間に設定した。
【０００８】
請求項３の発明は、超磁歪素子と、超磁歪素子に初期変位を付与する永久磁石と、永久磁石に抗して超磁歪素子を変位させるコイルとを有するアクチュエータを備え、前記コイルに供給する制御電流に応じた超磁歪素子の伸縮変位に基づきノズルを開閉する燃料噴射弁を備えた内燃機関において、前記アクチュエータの駆動回路に接続してコイルに減磁回復電流を供給する手段と、前記減磁回復手段を制御して予め定められた期間減磁回復電流をコイルに供給させる制御手段とを有し、かつ前記制御回路は減磁回復電流供給後のアクチュエータ作動回数を記憶する手段を備え、前記作動回数が予め定めた基準値を超える毎に減磁回復電流を供給するように構成したものとする。
【０００９】
請求項４の発明は、上記請求項１または請求項３の発明において、少なくとも減磁回復電流を供給する手段はアクチュエータの駆動回路に対して切り離し自在に設けるものとした。
【００１０】
【作用・効果】
請求項１以下の各発明によれば、アクチュエータのコイルに供給される励磁電流（減磁回復電流）により、それまでの噴射作動により低下していた永久磁石の磁力が回復する。したがって内燃機関の運転状態において燃料噴射弁に所期の噴射特性を発揮させて正確な燃料噴射を行わせることができる。
【００１１】
また、機関始動のたびに減磁回復処理が行われるので、燃料噴射弁を常に正確な作動状態に維持することができる。これに加えて請求項２の発明によれば、燃料噴射弁が始動時噴射を開始するまでの間に減磁回復電流の供給が終了するので、減磁回復処理が機関の始動までに要する時間に影響を及ぼすことがなく、所期の始動性能が得られる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、アクチュエータの噴射作動の回数がある所定の回数に達する毎に減磁回復処理が行われるので、超磁歪素子からなるアクチュエータの性能を長期間にわたって維持させることができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、減磁回復電流を供給する手段をアクチュエータの駆動回路に対して切り離し自在としたので、必要なときのみアクチュエータの回復を図ることができ、それ以外の時には駆動回路から切り離して電源の負担を軽減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態につき図面を示して説明する。図１において、１は燃料噴射弁、２はその駆動回路、３は減磁回復回路である。
【００１５】
燃料噴射弁１は、筒状の本体１１の内部にアクチュエータ１２が収装されるとともに、この本体１１の先端部には、内部に針弁１３を収装したノズルボディ１４が設けられている。
【００１６】
アクチュエータ１２は、円柱状の超磁歪素子１２ａと、その周囲にボビン１２ｂを介して設けられるコイル１２ｃと、さらにその外側を包囲するように設けられる永久磁石１２ｄとからなる。
【００１７】
超磁歪素子１２ａの背後側の端部に設けられた端板１５は、本体１１に嵌合したキャップ１６に対してボール１７を介して位置決めされている。超磁歪素子１２ａの先端側にはピストン１８が設けられており、このピストン１８は本体内に形成されたシリンダ部１９にシールリング２０を介して油密的にかつ摺動可能に嵌合している。
【００１８】
ピストン１８の前方にはシリンダ部１９との間に圧力室２１が画成されており、この圧力室２１に収装された皿ばね２２の張力によりピストン１８は背後方向に付勢されている。また圧力室２１は通路３０を介して圧力室２６と連通している。
【００１９】
ノズルボディ１４にはその先端部に開口した噴孔２３を開閉する針弁１３が収装されている。この針弁１３は、基端部が太径のピストン部２４となっており、このピストン部２４がホルダ内周に形成されたシリンダ部２５に沿って摺動可能に保持されている。ピストン部２４の背後部に画成された圧力室２６にはコイルスプリング２７が介装されており、このスプリング２７の張力により針弁１３は閉弁方向に付勢されている。
【００２０】
ピストン部２４よりも前方のノズルボディ１４内の空間は燃料室２８となっており、この燃料室２８には燃料供給口２９を介して図示しない燃料系統から所定圧力に調圧された燃料が供給される。
【００２１】
駆動回路２は、図示しない運転状態検出手段からの情報に基づき、例えば内燃機関の回転数及び吸入空気量をパラメータとして燃料噴射料を決定し、該燃料噴射量に相当するパルス幅を有する噴射信号を燃料噴射弁のアクチュエータ１２（コイル１２ｃ）に付与して燃料噴射を行わせる。
【００２２】
このような噴射信号が入力したときの燃料噴射弁１の作動の詳細は次のとおりである。まず、この燃料噴射弁では、非噴射時には永久磁石の励磁力により超磁歪素子１２ａに伸び方向の所定量の初期変位が付与されている。これにより、アクチュエータ１２は圧力室２１の容積を小さく保っている。燃料室２８に供給されている燃料の圧力は、針弁ピストン部２４とシリンダ部２５との間の摺動間隙を介して圧力室２６にも作用しているため、針弁１３の前後圧力は平衡しており、したがって針弁１３はスプリング２７の張力により閉弁保持されている。
【００２３】
この状態から、永久磁石１２ｄに抗して超磁歪素子１２ａが収縮する方向にコイル１２ｃに制御電流を供給すると、ピストン１８が後退するので圧力室２１はその容積を拡大して圧力を低下させる。この圧力低下は通路３０を介して直ちに針弁背後の圧力室２６に伝えられるが、このとき針弁ピストン部２４とシリンダ部２５との間の摺動間隙がオリフィスとして作用するので、圧力室２６の圧力低下に対して燃料室２８の圧力変化に遅れを生じ、燃料室２８は相対的に高圧になる。このピストン部２４の前後圧力差に基づき、針弁１３はスプリング２７に抗して背後方向にリフト作動し、噴孔２３を開放して燃料噴射を行う。
【００２４】
そのときの要求燃料噴射量に応じて定められた時間が経過したコイル１２ｃへの通電を終了すると、アクチュエータ１２の超磁歪素子１２ａが永久磁石１２ｄの磁力により再度伸張して圧力室２１及び２６の圧力を上昇させるため針弁１３が閉弁方向に移動して燃料噴射は終了する。非噴射時の針弁１３の閉弁状態は上述のようにピストン２４前後の圧力平衡状態下でのコイルスプリング２７の張力により保持される。
【００２５】
ところで、既述したとおり針弁１３を開放方向に作動させるためのコイル１２ｃへの通電は、永久磁石１２ｄに対してはその励磁力を減じる方向に作用するため、燃料噴射弁の開閉作動回数が増えるにしたがって永久磁石１２ｄによる超磁歪素子１２ａの初期変位量が不足して燃料噴射量が初期値から変動してしまうという問題を生じる。
【００２６】
この対策として本発明では、アクチュエータのコイルに、開弁作動時とは逆方向の、永久磁石を励磁する方向の電流を供給して、その磁力を回復させるように図る。実施の形態としては、図１に示したように、燃料噴射弁１の駆動回路に減磁回復回路３を接続し、内燃機関の始動のたびに、または燃料噴射弁の作動回数が所定回数を超えるたびに減磁回復電流を供給するように図る。
【００２７】
この減磁回復電流を供給するタイミングとしては、上述のとおり、機関始動時または燃料噴射弁の作動回数が所定値を超えるたびごとである。機関始動時に減磁回復電流を供給する場合には、例えばエンジンキースイッチのＯＮにより電圧を立ち上げ、燃料噴射弁が始動のための噴射を開始するまでの間に電流供給を終えるようにすれば、機関の始動性に影響を及ぼすことなく、燃料噴射弁のアクチュエータ１２の劣化を回復させて、所期の特性による正確な燃料噴射を行わせることが可能となる。
【００２８】
図２は減磁回復処理を始動時のみならず一定の噴射回数が経過する毎に行うようにした例を示す流れ図である。これを説明すると、この処理ではまず機関始動のためのイグニッションスイッチのＯＮ作動に伴い始動時の減磁回復電流の供給を行うと共に、噴射回数カウンタｎを０にリセットする（ステップ２０１、２０１）。次に、この始動時減磁処理が終了したのちにスタータモータを作動させて機関を始動し（ステップ２０３）、機関始動後は燃料噴射弁駆動回路の駆動信号から噴射回数つまりアクチュエータ１２の作動回数ｎを計数し、この回数ｎが予め定めた基準値ｎ０を超過する毎にアクチュエータ１２に減磁回復電流を供給し、供給後はカウンタ値ｎをリセットしたのち再び噴射弁駆動回数ｎのカウントを再開する（ステップ２０４〜２０６）。この繰り返しにより、機関運転中は燃料噴射弁の噴射回数がｎ０回を超えるたびにアクチュエータ１２のコイルに減磁回復電流が供給されて永久磁石１２ｄの磁力回復が行われ、これにより超磁歪素子１２ａの初期変位量が常に適正値に保たれ、すなわち燃料噴射弁の燃料噴射特性が常時所期通りに維持される。
【００２９】
ところで、減磁回復電流の大きさ及び供給期間としては、例えば同一駆動電圧にてそれぞれ１００００Ａ、０．５ｍｓｅｃ程度とすることができ、したがって機関運転中であっても減磁回復処理が可能である。機関始動前の減磁についてはさらに時間的に余裕があるので、より低い電流で減磁回復を行うことが可能である。
【００３０】
なお、減磁回復回路３を駆動回路２に対して切り離し可能に設けることにより、減磁回復操作を整備工場等において必要に応じて行うことが可能となり、燃料噴射装置としてのコスト低減と車両等に搭載される電源の負担軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】実施形態の作動内容を示す流れ図。
【符号の説明】
１    燃料噴射弁
２    駆動回路
３    減磁回復回路
１１  燃料噴射弁の本体
１２  アクチュエータ
１２ａ  超磁歪素子
１２ｃ  コイル
１２ｄ  永久磁石
１３  針弁
１４  ノズルボディ
１５  端板
１６  キャップ
１７  ボール
１８  ピストン
１９  シリンダ部
２０  シールリング
２１  圧力室
２２  皿ばね
２３  噴孔
２４  ピストン部
２５  シリンダ部
２６  圧力室
２７  コイルスプリング
２８  燃料室
２９  燃料供給口
３０  通路
【図１】
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【図２】
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