JP2016133055A - 燃料噴射弁の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃焼室110に燃料を噴射する燃料噴射弁10を制御する燃料噴射弁制御装置1は、エンジン11のクランク角を検出するクランク角センサ22が検出するクランク角に基づいて燃料噴射弁10の燃料噴射条件を算出する運転条件算出部241、運転条件算出部241が算出する燃料噴射条件に基づいて燃料噴射弁10に供給する電流の電流波形を設定する電流波形設定部242などを備える。電流波形設定部242では、燃料の噴射開始時期が180度BTDC以上のとき、燃料噴射弁10が有するニードルのピックアップ電流の時間変化を所定の基準値以下とするよう電流波形を設定する。また、燃料の噴射開始時期が180度BTDCより小さいとき、ニードルのピックアップ電流の時間変化を所定の基準値より大きくなるよう電流波形を設定する。
【選択図】 図1
Description
本発明の燃料噴射弁の制御装置は、内燃機関のクランク角が所定のクランク角以上のときはニードルの開弁方向への移動速度が基準移動速度以下となるよう電流波形を設定し、内燃機関のクランク角が所定のクランク角より小さいときはニードルの開弁方向への移動速度が基準移動速度より速くなるよう電流波形設定手段が電流波形を設定することを特徴とする。
本発明の第一実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図1〜7に基づいて説明する。「燃料噴射弁の制御装置」としての燃料噴射弁制御装置1は、供給される電流によって開弁しエンジン11の燃焼室110に燃料を噴射する燃料噴射弁10における燃料の噴射を制御する。
最初に、燃料噴射弁制御装置1を備えるエンジンシステム5について、図1に基づいて説明する。エンジンシステム5は、エンジン11、吸気系12、排気系13、点火プラグ14、燃料タンク15、燃料ポンプ16、燃料デリバリパイプ17、燃料噴射弁10、燃料噴射弁制御装置1などを備える。
ピストン113は、シリンダ111及びシリンダヘッド112により区画形成される燃焼室110に往復移動に収容されている。ピストン113は、コネクティングロッド114を介してクランクケース115に回転可能に収容されているクランクシャフト116に連結されている。
排気系13は、燃焼室110における燃料の燃焼によって発生する燃焼排ガスが流れる排気通路130を有する。排気通路130は、シリンダヘッド112が有する排気ポート131を介して燃焼室110に連通可能である。排気ポート131は、排気弁118によって開閉される。
点火プラグ14は、シリンダヘッド112に設けられている。点火プラグ14は、燃焼室110に導入される空気と燃料噴射弁10が噴射する燃料との混合気を点火する。
燃料ポンプ16は、燃料タンク15の燃料を燃料噴射弁10が噴射可能な圧力まで昇圧し吐出する。
燃料デリバリパイプ17は、燃料ポンプ16が昇圧した燃料を一時貯留し燃料噴射弁10が噴射する燃料の圧力を一定に保つ。
運転条件算出部241は、吸気圧センサ21、クランク角センサ22及び噴射圧センサ23と電気的に接続している。運転条件算出部241は、吸気圧センサ21、クランク角センサ22及び噴射圧センサ23が出力する電気信号に基づいて燃料噴射弁10が燃料を噴射する燃料噴射条件を算出するとともに、点火プラグ14の点火タイミングを算出する。
燃料噴射設定部242は、運転条件算出部241が算出する燃料噴射条件に基づいて燃料噴射弁10に供給する電流の大きさや電流を供給するタイミングなどの情報が含まれる電流波形を設定するとともに、燃料ポンプ16の運転条件を設定する。
点火プラグ制御部243は、運転条件算出部241が算出する点火タイミングに基づいて点火プラグ14を点火する。
弁制御部251は、燃料噴射弁10と電気的に接続している。弁制御部251は、燃料噴射設定部242が出力する電流波形に基づいて燃料噴射弁10に電流を供給する。
ポンプ制御部252は、燃料ポンプ16と電気的に接続している。ポンプ制御部252は、燃料噴射設定部242が出力する運転条件に基づいて燃料ポンプ16の作動を制御するよう電流を出力する。ポンプ制御部252及び燃料ポンプ16は、特許請求の範囲に記載の「噴射圧変更手段」に相当する。
軸部41は、円筒棒状の部位である。軸部41とシール部42との間には摺接部44が設けられている。摺接部44は、略円筒状の部位であって、外壁441の一部が面取りされている。摺接部44は、外壁441の面取りされていない部分が噴射ノズル34の内壁と摺接可能である。これにより、噴射ノズル34は、ニードル40の弁座342側の先端部の往復移動を案内する。軸部41は、軸部41の固定コア46側の端部の内側と外側とを接続する孔411を有する。
本実施形態では、スプリング48の付勢力は、スプリング49の付勢力より大きく設定されている。これにより、コイル47に電流が流れていない状態では、ニードル40のシール部42は、弁座342に当接した状態、すなわち、閉弁状態となる。
S102に続くS103において、燃料噴射設定部242は、これから設定する電流波形が一回の燃焼サイクルにおける第一次燃料噴射の電流波形であることを確認する。
次に、S104において、燃料噴射設定部242は、S102において算出された第一次燃料噴射の噴射開始時期SOI(1)がエンジン11の吸気行程と圧縮行程との間の下死点に当たる180度BTDC以上であるか否かを判定する。S102において算出された第一次燃料噴射の噴射開始時期SOI(1)が180度BTDC以上の場合、すなわち、エンジン11が吸気行程であるかまたはピストン113がエンジン11の吸気行程と圧縮行程との間の下死点の位置にある場合、S105に移行する。S102において算出された第一次燃料噴射の噴射開始時期SOI(1)が180度BTDCより小さい場合、すなわち、エンジン11が圧縮行程である場合、S106に移行する。180度BTDCは、特許請求の範囲に記載の「所定のクランク角」に相当する。
ここで、第一実施形態におけるニードル40のピックアップ電流について図4に基づいて説明する。図4(a)に燃料噴射制御部25がコイル47に供給する電流Iの時間変化を示す。また、図4(b)に電流の供給によって開弁方向に移動するニードル40のリフト量Lの時間変化を示す。
次に、S108において、S105からS107において設定された電流波形の情報を第一次燃料噴射の情報I(1)としてROM、RAMなどに保存する。
次に、S110において、直前の電流波形の設定を行った燃料噴射の順番に1を加え、燃料噴射の順番を2とし、S104に移行する。
次に、S104からS108において、当該一回の燃焼サイクルにおける第二次燃料噴射における電流波形を第一次燃料噴射と同じように設定する。
燃料噴射弁10においてニードル40の移動速度が変化すると燃焼室110に噴射される燃料の噴霧到達距離Dinjは変化する。具体的には、ニードル40の移動速度が基準移動速度より遅くなると、図5の点線Do1に示すように、噴射開始直後には、噴霧到達距離Dinjは実線Ds1に比べ短くなる(図5の時刻0から時刻t15)。しかしながら、比較的長い時間燃料を噴射するため、時刻t15以降では、噴霧到達距離Dinjは実線Ds1に比べ長くなる。
一方、ニードル40の移動速度が基準移動速度より速くなると、図5の点線Dh1に示すように、噴射開始直後には、噴霧到達距離Dinjは実線Ds1に比べ長くなる(図5の時刻0から時刻t14)。しかしながら、比較的短い時間しか燃料を噴射しないため、時刻t14以降では、噴霧到達距離Dinjは実線Ds1に比べ短くなる。
第一実施形態による燃料噴射弁制御装置1では、このニードル40の移動速度の変化による燃料の噴霧到達距離Dinjの変化を利用し、燃焼室110を形成するシリンダ111の内壁やピストン113のピストン面119に噴射した燃料が衝突しないよう燃料を噴射することができる。
次に、本発明の第二実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図8に基づいて説明する。第二実施形態は、ニードルの開弁方向への移動速度を変更する方法が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第三実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図9、10に基づいて説明する。第三実施形態は、ニードルの開弁方向への移動速度を変更する方法が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
最初に、S301において、第一実施形態のS101と同様にエンジン11の運転状態を読み込む。次に、S302において、第一実施形態のS102と同様に燃料噴射弁10の燃料噴射条件を算出する。次にS303において、第一実施形態のS103と同様にこれから設定する電流波形が一回の燃焼サイクルにおける第一次燃料噴射の電流波形であることを確認する。
ここで、プレチャージ電流の有無によるニードル40の開弁方向への移動速度の変化について図10に基づいて説明する。図10(a)に燃料噴射制御部25がコイル47に供給する電流Iの時間変化を示す。また、図10(b)にニードル40のリフト量Lの時間変化を示す。
S305において、燃料噴射制御部25がプレチャージ電流をオフする電流波形を設定すると、コイル47には、図10(a)の実線Is3のように時刻t30に電流値がピーク電流Ipsとなる電流が流れる。これにより、ニードル40のリフト量Lは、図10(b)の実線Ls3のように変化し、時刻t31においてリフト量Lが最大となる。
一方、S306において、燃料噴射制御部25がプレチャージ電流をオンする電流波形を設定すると、コイル47には、図10(a)の点線Ih3に示すように、時刻0より前に可動コア45が固定コア46に吸引されない程度のプレチャージ電流Ipcが流れる。プレチャージ電流Ipcが流れた後、実線Ls3と同じ電流波形となる電流がコイル47に流れると、ニードル40のリフト量は、図10(b)の点線Lh3のように、実線Ls3に比べニードル40の移動速度が速くなるため、リフト量Lは、時間t31より短い時間t32で最大となる。
次に、本発明の第四実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図11に基づいて説明する。第四実施形態は、ニードルの開弁方向への移動速度が時間変化する点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
このとき、第四実施形態では、図11(a)の点線Io4に示すように、ピックアップ電流を流し始めた直後にはピックアップ電流の時間変化ΔIpu(i)が所定の基準値ΔIstdより比較的小さくなるよう電流波形を設定する。さらに、ピックアップ電流の電流値がピーク電流Ipsに近くなるとピックアップ電流の時間変化ΔIpu(i)がピックアップ電流を流し始めた直後より大きくなるよう電流波形を設定する。これにより、ニードル40の開弁方向への移動速度は、図11(b)の点線Lo4に示すように、移動直後には基準移動速度に比べ遅いもののリフト量が最大のリフト量Lmに近づくと基準移動速度に比べ速くなる。
次に、本発明の第五実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図12、13に基づいて説明する。第五実施形態は、ニードルの開弁方向への移動速度が燃料噴射毎に異なる点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
最初に、S401において、第一実施形態のS101と同様にエンジン11の運転状態を読み込む。次に、S402において、第一実施形態のS102と同様に燃料噴射弁10の燃料噴射条件を算出する。次にS403において、第一実施形態のS103と同様にこれから設定する電流波形が一回の燃焼サイクルにおける第一次燃料噴射の電流波形であることを確認する。
ΔIup(i)=ΔIstd−[a×{SOI(i)−180}]・・・(1)
なお、式(1)の定数aは、任意に設定可能な係数である。
ピックアップ電流の時間変化ΔIup(i)を算出すると、S405に移行する。
次に、本発明の第六実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図14,15に基づいて説明する。第六実施形態は、制御される燃料噴射弁の構成が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
複数のピエゾ素子73は、固定部71及び可動部72に挟まれつつ積層されている。複数のピエゾ素子73は、電圧が印可され充電されると固定部71と可動部72とが離れる方向に伸長する。一方、電圧が印可されないとき、放電により固定部71と可動部72とが近づく方向に収縮する。
軸部81は、第一燃料通路602、背圧室603、及び、第二燃料通路604に収容されている棒状の部材である。軸部81の噴孔605とは反対側は、可動部72と接合している。これにより、軸部81は、可動部72と一体となって往復移動可能である。軸部81の噴孔605側の端部には、シール部82が設けられている。
図15(a)に燃料噴射制御部25がピエゾ素子73に供給する電流Iの時間変化を示す。また、図15(b)に開弁方向に移動するニードル80のリフト量の時間変化を示す。
次に、本発明の第七実施形態による燃料噴射弁の制御装置を図16、17に基づいて説明する。第七実施形態は、燃料噴射開始時期に応じて燃料の噴射圧を制御する点が第三実施形態と異なる。なお、第三実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
最初に、S701において、第三実施形態のS301と同様にエンジン11の運転状態を読み込む。次に、S702において、第三実施形態のS302と同様に燃料噴射弁10の燃料噴射条件を算出する。このとき、燃料の噴射圧として基準噴射圧Pfbaseを算出する。
また、S703に続くS705において、今回の燃焼サイクルにおける燃料噴射圧Pfを基準の燃料噴射圧Pfbaseとする設定を行う。
図17(a)に示す実線Ls7は、圧縮行程において燃料噴射がないときのニードル40のリフト量Lの時間変化を示している。実線Ls7に示すように、時刻t70においてニードル40のリフト量が最大のリフト量Lmsとなるようニードル40は駆動する。
一方、図17(a)に示す実線Lh7は、圧縮行程において燃料噴射があるときのニードル40のリフト量Lの時間変化を示している。実線Lh7に示すように、時刻t71においてニードル40のリフト量がリフト量Lmsより大きいリフト量Lmhとなるようニードル40は駆動する。
次に、S707において、第三実施形態のS304と同様にS702において算出された噴射開始時期SOI(i)がクランク角180度BTDC以上であるか否かを判定する。S702において算出された噴射開始時期SOI(i)が180度BTDC以上の場合、S708に移行する。S702において算出された噴射開始時期SOI(i)が180度BTDCより小さい場合、S709に移行する。
次に、S711において、S704及びS705において設定された燃料噴射圧Pfの情報、並びに、S708、S709及びS710において設定された電流波形の情報I(i)を第一次燃料噴射の情報としてROM、RAMなどに保存する。次に、S712において、第三実施形態のS309と同様に今回設定された電流波形が当該一回の燃焼サイクルにおけるN回目の燃料噴射の電流波形であるか否かを判定する。今回の電流波形の設定が当該一回の燃焼サイクルにおける噴射回数Nより小さい場合、S713に移行する。S713において、第三実施形態のS310と同様に直前の電流波形の設定を行った燃料噴射の順番に1を加え、S607に移行する。今回の電流波形の設定が当該一回の燃焼サイクルにおける噴射回数Nと同じ回数の場合、当該一回の燃焼サイクルにおける燃料噴射の電流波形の設定を終了する。
(ア)上述の実施形態では、「所定のクランク角」をエンジンの吸気行程と圧縮行程との間の下死点に当たる180度BTDCとした。しかしながら、「所定のクランク角」はこれに限定されない。
10 ・・・燃料噴射弁、
11 ・・・エンジン(内燃機関)、
110・・・燃焼室、
21 ・・・吸気圧センサ(運転状態検出手段)、
22 ・・・クランク角センサ(運転状態検出手段)、
23 ・・・噴射圧センサ(運転状態検出手段)、
241・・・運転条件算出部(運転条件算出手段)、
242・・・燃料噴射設定部(電流波形設定手段)、
25 ・・・燃料噴射制御部(電流供給部)。
Claims (8)
- 燃料を噴射可能な噴孔(35、605)を有するハウジング(30、60)、前記噴孔の周囲に形成される弁座(342、606)に当接または離間するニードル(40、80)、及び、電流が供給されると前記ニードルと前記弁座とが離間するよう前記ニードルを駆動する駆動部(45、46、47、70)を有する燃料噴射弁(10、50)の前記噴孔の開閉を制御する燃料噴射弁の制御装置(1)であって、
前記燃料噴射弁が燃料を噴射する燃焼室(110)を有する内燃機関(11)の運転状態を検出する運転状態検出手段(21、22、23)と、
前記運転状態検出手段が検出する前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃料噴射弁の燃料噴射条件を算出する噴射条件算出手段(241)と、
前記噴射条件算出手段が算出する燃料噴射条件に基づいて、前記内燃機関のクランク角が所定のクランク角以上のときは前記ニードルの開弁方向への移動速度が基準移動速度以下となるよう、前記内燃機関のクランク角が所定のクランク角より小さいときは前記ニードルの開弁方向への移動速度が前記基準移動速度より速くなるよう前記駆動部に供給する電流の電流波形を設定する電流波形設定手段(242)と、
前記電流波形設定手段が設定する電流波形に基づいて前記駆動部に電流を供給する電流供給部(251)と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。 - 前記所定のクランク角は、前記内燃機関の吸気行程と圧縮行程との間の下死点におけるクランク角であることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記電流波形設定手段は、前記燃料噴射弁の燃料の噴射開始時期が進角側であるほど前記ニードルの開弁方向への移動速度を遅くするよう電流波形を設定することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記電流波形設定手段は、前記燃料噴射弁が前記内燃機関の一回の燃焼サイクルにおいて複数回の燃料噴射を行うとき、当該一回の燃焼サイクルの最初の燃料噴射における前記ニードルの開弁方向への移動速度を前記最初の燃料噴射以降の燃料噴射における前記ニードルの開弁方向への移動速度に比べ遅くするよう電流波形を設定し、当該一回の燃焼サイクルの最後の燃料噴射における前記ニードルの開弁方向への移動速度を前記最後の燃料噴射以前の燃料噴射における前記ニードルの開弁方向への移動速度に比べ速くするよう電流波形を設定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記電流波形設定手段は、前記ニードルと前記弁座とが離間するよう前記駆動部に電流を供給する前に前記ニードルが前記弁座に当接した状態を維持可能な前電流を前記駆動部に供給するよう電流波形を設定することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記電流波形設定手段は、前記ニードルのリフト量が最大となるときの電流値であるピーク電流値、及び、前記駆動部に供給される電流の電流値が前記ピーク電流値になるまでの時間の少なくとも一方を変更する電流波形を設定可能であることを特徴する請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記電流波形設定手段は、前記駆動部に供給される電流の電流値が前記ニードルのリフト量が最大となるときの電流値であるピーク電流値となるまでの電流値の時間変化を変更する電流波形を設定可能であることを特徴する請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
- 前記燃料噴射弁が噴射する燃料の噴射圧を変更可能な噴射圧変更手段(16、252)をさらに備え、
前記噴射条件算出手段が前記内燃機関の圧縮行程において前記燃料噴射弁が燃料を噴射する燃料噴射条件を算出すると、前記噴射圧変更手段は、前記燃料噴射弁が噴射する燃料の噴射圧を圧縮行程を除く他の行程のみで噴射するサイクルの前記燃料噴射弁が噴射する燃料の噴射圧より高くすることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
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