JP2017025806A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel.
従来より、噴孔へ燃料を流通させるメイン通路を内部に形成するボデーと、メイン通路を開閉して噴孔からの燃料噴射と停止を制御する弁体と、を備える燃料噴射弁が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a fuel injection valve that includes a body that internally forms a main passage through which fuel flows to an injection hole, and a valve body that opens and closes the main passage to control fuel injection and stop from the injection hole. Yes.
この種の燃料噴射弁では、弁体が開弁作動または閉弁作動することに伴い、メイン通路内で燃圧変化（脈動）が生じる。この点に着目した特許文献１では、燃圧力変化を検出する燃圧センサをボデーに取り付け、メイン通路から分岐して燃圧センサへ燃料を導く分岐通路をボデー内部に形成している。これによれば、弁体の開閉弁作動に伴い生じた燃圧変化を取得でき、燃圧波形に特定の変化点が出現する時期を検出することで、その出現時期から噴射開始時期や終了時期等の噴射状態を高精度で推定できる。
In this type of fuel injection valve, a change in fuel pressure (pulsation) occurs in the main passage as the valve element opens or closes. In
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、開閉弁作動に伴いメイン通路から分岐通路へ伝播される燃圧脈動（噴射脈動）とは別に、メイン通路と分岐通路の境界で反射して分岐通路内を往復移動する燃圧脈動（反射脈動）が生じる。そのため、燃圧センサで検出される燃圧波形には、噴射脈動による周波数成分に加えて、反射脈動による周波数成分が含まれるので、燃圧波形に現れる噴射脈動による変化点の出現時期の検出精度が悪くなり、噴射状態の推定精度低下を招いていた。
However, in the configuration described in
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、噴射状態の推定精度向上を図った燃料噴射弁を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection valve that improves the estimation accuracy of the injection state.
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。 The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and do not limit the technical scope of the invention. .
開示される発明のひとつは、燃料を噴射する噴孔（１１ｂ）を形成するとともに、噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（１１ａ）を内部に形成するボデー（１１）と、メイン通路を開閉する弁体であって、開弁作動して噴孔から燃料を噴射させ、閉弁作動して噴孔からの燃料噴射を停止させる弁体（１２）と、ボデーに取り付けられ、燃料の圧力変化を表した燃圧波形を検出する燃圧センサ（２０）と、を備え、ボデーの内部には、メイン通路から分岐して燃圧センサへ燃料を導く分岐通路（１１ｅ、２１ｂ）が設けられ、燃圧波形に含まれる周波数成分のうち、開弁作動または閉弁作動に伴いメイン通路から分岐通路へ伝播された燃圧脈動の周波数成分を噴射波成分（Ｗｉ）と呼び、メイン通路と分岐通路の境界で反射して分岐通路内を往復移動する燃圧脈動の周波数成分を反射波成分と呼び、噴射波成分の周波数帯域を噴射帯域（Ｂｉ）と呼び、反射波成分の周波数帯域を反射帯域（Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３）と呼ぶ場合に、反射帯域が噴射帯域から外れることとなるように、分岐通路の長さが設定されていることを特徴とする。 One of the disclosed inventions is to form a nozzle hole (11b) for injecting fuel, and to open and close the main passage, and a body (11) that internally forms a main channel (11a) through which fuel flows to the nozzle hole. A valve body (12) for opening the fuel to inject fuel from the nozzle hole and closing the valve to stop the fuel injection from the nozzle hole; A fuel pressure sensor (20) for detecting the fuel pressure waveform shown, and a branch passage (11e, 21b) for branching from the main passage to guide the fuel to the fuel pressure sensor is provided inside the body, and is included in the fuel pressure waveform. The frequency component of the fuel pressure pulsation propagated from the main passage to the branch passage with the valve opening operation or the valve closing operation is called an injection wave component (Wi) and reflected at the boundary between the main passage and the branch passage. Going through the branch passage When the frequency component of the moving fuel pressure pulsation is called a reflected wave component, the frequency band of the injection wave component is called an injection band (Bi), and the frequency band of the reflected wave component is called a reflection band (Br1, Br2, Br3), The length of the branch passage is set so that the reflection band deviates from the injection band.
この発明によれば、燃圧センサで検出される燃圧波形に含まれる反射波成分の反射帯域が噴射波成分の噴射帯域から外れることとなる。そのため、噴射波成分中に特定の変化点が出現する時期を検出するにあたり、反射波成分が噴射波成分に重畳することにより上記検出の精度が低下することを抑制できる。よって、上記検出の結果に基づき噴射開始時期等の噴射状態を推定する精度を向上できる。 According to this invention, the reflection band of the reflected wave component included in the fuel pressure waveform detected by the fuel pressure sensor deviates from the injection band of the injection wave component. Therefore, when detecting the time when a specific change point appears in the ejection wave component, it is possible to suppress the detection accuracy from being lowered due to the reflected wave component being superimposed on the ejection wave component. Therefore, it is possible to improve the accuracy of estimating the injection state such as the injection start timing based on the detection result.
以下、本発明にかかる燃料噴射弁を、車両に搭載された内燃機関の燃料噴射弁に適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。上記内燃機関には、複数の気筒＃１〜＃４について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
Hereinafter, embodiments in which a fuel injection valve according to the present invention is applied to a fuel injection valve of an internal combustion engine mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings. The internal combustion engine is assumed to be a diesel engine that injects high-pressure fuel into a plurality of
（第１実施形態）
図１は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁１０、各々の燃料噴射弁１０に搭載された燃圧センサ２０、及び車両に搭載された電子制御装置であるＥＣＵ３０等を示す模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
先ず、燃料噴射弁１０を含むエンジンの燃料噴射システムについて説明する。燃料タンク４０内の燃料は、高圧ポンプ４１によりコモンレール４２に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）へ分配供給される。複数の燃料噴射弁１０（＃１〜＃４）は、予め設定された順番で燃料の噴射を順次行う。なお、高圧ポンプ４１にはプランジャポンプが用いられているため、プランジャの往復動に同期して間欠的に燃料は圧送される。
First, an engine fuel injection system including the
燃料噴射弁１０は、ボデー１１、弁体１２、アクチュエータ１３、制御弁１４及び燃圧センサ２０等を備える。弁体１２、アクチュエータ１３及び制御弁１４はボデー１１の内部に収容されている。ボデー１１には、メイン通路１１ａ、噴孔１１ｂ、背圧室１１ｃ、低圧通路１１ｄ、およびボデー側分岐通路１１ｅ、着座面１１ｆが形成されている。例えば、低圧通路１１ｄおよびボデー側分岐通路１１ｅは、ボデー１１にドリル加工することで形成されている。
The
弁体１２には、ボデー１１の着座面１１ｆに離着座するシート面１２ａが形成されており、弁体１２が着座面１１ｆに着座すると、シート面１２ａによりメイン通路１１ａが閉弁される。弁体１２が着座面１１ｆから離座するとメイン通路１１ａが開弁される。
The
メイン通路１１ａ及び低圧通路１１ｄは、背圧室１１ｃと接続されている。メイン通路１１ａと背圧室１１ｃとの連通状態、及び低圧通路１１ｄと背圧室１１ｃとの連通状態は、制御弁１４により切り替えられる。
The
電磁コイルやピエゾ素子等のアクチュエータ１３へ通電して制御弁１４を図１の下方へ押し下げ作動させると、制御弁１４が第１シート面１１ｐから離座して第２シート面１１ｑに着座し、背圧室１１ｃは低圧通路１１ｄと連通する。その結果、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は低下し、弁体１２へ付与される背圧力が低下して、弁体１２は開弁作動する。
When the
一方、アクチュエータ１３への通電をオフして制御弁１４を図１の上方へ作動させると、制御弁１４が第２シート面１１ｑから離座して第１シート面１１ｐに着座し（図１参照）、背圧室１１ｃはメイン通路１１ａと連通する。その結果、背圧室１１ｃ内の燃料圧力は上昇し、弁体１２へ付与される背圧力が上昇して弁体１２は閉弁作動する。
On the other hand, when the energization of the
このように、ＥＣＵ３０がアクチュエータ１３への通電を制御することで、制御弁１４の開閉作動が制御され、その結果、弁体１２の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール４２からメイン通路１１ａへ供給された高圧燃料は、弁体１２の開閉作動に応じて噴孔１１ｂから噴射される。例えばＥＣＵ３０は、エンジン出力軸の回転速度及びエンジン負荷等に基づき、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射量等の目標噴射状態を算出する。さらに、算出した目標噴射状態となるようアクチュエータ１３へ噴射指令信号を出力して、燃料噴射弁１０の作動を制御する。
In this way, the
次に、図２を用いてＥＣＵ３０の制御内容を説明する。ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ（マイコン）を有する。マイコンの演算装置が、所定のプログラムにしたがって演算処理を実行することで、以下に説明する目標噴射状態算出手段３１および噴射指令信号設定手段３３として機能する。噴射指令信号設定手段３３については、パラメータ取得手段３３ａおよび学習手段３３ｂとしての機能も有する。
Next, the control contents of the
目標噴射状態算出手段３１は、アクセル操作量等から算出されるエンジン負荷やエンジン回転速度に基づき目標噴射状態を算出する。例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度に対応する最適噴射状態を噴射状態マップＭ１にして、メモリ３２に予め記憶させておく。記憶される噴射状態の具体例として、噴射段数、噴射開始時期、噴射終了時期、噴射量等が挙げられる。そして、現時点でのエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づき、噴射状態マップＭ１を参照して目標噴射状態を算出する。
The target injection state calculation means 31 calculates the target injection state based on the engine load and engine speed calculated from the accelerator operation amount and the like. For example, the optimal injection state corresponding to the engine load and the engine rotation speed is set in the injection state map M1 and stored in the
噴射指令信号設定手段３３は、算出した目標噴射状態に基づき噴射指令信号ｔ１、ｔ２、Ｔｑを設定する。例えば、目標噴射状態に対応する噴射指令信号を指令マップＭ２にして、メモリ３２に予め記憶させておく。そして、算出した目標噴射状態に基づき、指令マップＭ２を参照して噴射指令信号を設定する。以上により、エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じた噴射指令信号が設定され、ＥＣＵ３０から燃料噴射弁１０へ出力される。
The injection command signal setting means 33 sets the injection command signals t1, t2, and Tq based on the calculated target injection state. For example, the injection command signal corresponding to the target injection state is set to the command map M2 and stored in the
ここで、噴孔１１ｂの磨耗等、燃料噴射弁１０の経年劣化に起因して、噴射指令信号に対する実際の噴射状態は変化していく。そこで、後に詳述する燃圧センサ２０により検出された燃圧波形に基づき、燃料の噴射率波形を演算して噴射状態を検出し、検出した噴射状態と出力した噴射指令信号との相関関係を学習する。そして、その学習結果に基づき、指令マップＭ２に記憶された噴射指令信号を補正する。これにより、実噴射状態が目標噴射状態に一致するよう、燃料噴射状態を高精度で制御できる。
Here, the actual injection state with respect to the injection command signal changes due to deterioration of the
図１の説明に戻り、燃圧センサ２０は、ボデー１１に取り付けられ、ボデー側分岐通路１１ｅの燃料の圧力を検出する。燃圧センサ２０は、本体部２１、圧力センサ素子２２及びモールドＩＣ２３等を備えて構成されている。
Returning to the description of FIG. 1, the
圧力センサ素子２２及びモールドＩＣ２３は本体部２１に保持され、本体部２１はボデー１１に取り付けられている。本体部２１は、ボデー側分岐通路１１ｅの燃料が導入される導入通路２１ｂを内部に形成するとともに、導入通路２１ｂの燃料圧力を受けて弾性変形する起歪部２１ａを有する。起歪部２１ａは、本体部２１のうち導入通路２１ｂの突き当たり部分、つまり導入通路２１ｂの最下流部分に形成されている。本体部２１は有底円筒形状であり、本体部２１の底部が起歪部２１ａに相当し、本体部２１の円筒開口部が導入通路２１ｂの流入口に相当する。
The
なお、特許請求の範囲に記載の「分岐通路」は、ボデー側分岐通路１１ｅおよび導入通路２１ｂの両方を含んだ通路であって、メイン通路１１ａから分岐して燃圧センサ２０の起歪部２１ａへ燃料を導く通路に相当する。図１に示す分岐通路の長さ（分岐通路長Ｌ）は、ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１に導入通路２１ｂの長さＬ２を加算した長さである。ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１は、導入通路２１ｂの長さＬ２よりも長い。
The “branch passage” described in the claims is a passage including both the body-
圧力センサ素子２２は、起歪部２１ａに取り付けられており、起歪部２１ａの弾性変形量に応じた圧力検出信号を出力する。モールドＩＣ２３は、圧力センサ素子２２から出力された圧力検出信号を増幅する増幅回路や、圧力検出信号を送信する送信回路等の電子部品を樹脂モールドして形成されている。
The
ボデー１１にはコネクタ１５が設けられており、コネクタ１５に接続されたハーネス１６により、モールドＩＣ２３及びアクチュエータ１３とＥＣＵ３０とはそれぞれ電気接続される。そして、増幅された圧力検出信号はＥＣＵ３０に送信されて、ＥＣＵ３０が有する受信回路により受信される。この送受信にかかる通信処理は、各気筒の燃圧センサ２０毎に実施される。
The
ここで、噴孔１１ｂから燃料の噴射を開始することに伴いメイン通路１１ａ内の燃料の圧力（燃圧）は低下し、噴射を終了することに伴い燃圧は上昇する。つまり、燃圧の変化と、単位時間当たりに噴射される噴射量（噴射率）の変化とは相関があり、燃圧変化から噴射率変化（実噴射状態）を検出できると言える。そして、検出した実噴射状態が目標噴射状態となるよう、先述した指令マップＭ２中の噴射指令信号を補正する。これにより、噴射状態を精度良く制御できる。
Here, the fuel pressure (fuel pressure) in the
次に、燃料噴射中に燃圧センサ２０により検出された圧力の波形である検出波形と、燃料噴射率の変化を表した噴射率波形との相関について、図３を用いて説明する。
Next, the correlation between the detection waveform, which is the waveform of the pressure detected by the
図３（ａ）は、燃料噴射弁１０のアクチュエータ１３へＥＣＵ３０から出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンによりアクチュエータ１３が通電作動して弁体１２が開弁作動する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期ｔ１により噴射開始が指令され、パルスオフ時期ｔ２により噴射終了が指令される。よって、指令信号の通電期間（噴射指令期間Ｔｑ）により噴孔１１ｂの開弁時間（噴射時間）を制御することで、噴射量Ｑを制御している。
FIG. 3A shows an injection command signal output from the
図３（ｂ）は、上記噴射指令に伴い生じる噴孔１１ｂからの燃料噴射率の変化（噴射率波形）を示し、図３（ｃ）は、燃料噴射中に燃圧センサ２０により検出された、噴射率の変化に伴い生じる検出圧力の変化（燃圧波形）を示す。
FIG. 3B shows a change (injection rate waveform) of the fuel injection rate from the
燃圧波形と噴射率波形とは以下に説明する相関があるため、検出された燃圧波形から噴射率波形を推定（検出）することができる。すなわち、先ず、図３（ａ）に示すように噴射開始指令がなされたｔ１時点で制御弁１４が作動し、その後、応答遅れ時間経過後に弁体１２が開弁作動を開始すると、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、Ｒ１の時点で噴射率が上昇を開始してから遅れ時間Ｃ１が経過した時点で、変化点Ｐ１にて下降を開始する。その後、Ｒ２の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点Ｐ２にて停止する。
Since the fuel pressure waveform and the injection rate waveform have a correlation described below, the injection rate waveform can be estimated (detected) from the detected fuel pressure waveform. That is, first, as shown in FIG. 3 (a), when the
次に、噴射終了指令がなされたｔ２時点で制御弁１４が作動し、その後、応答遅れ時間経過後に弁体１２が閉弁作動を開始すると、Ｒ３の時点で噴射率が下降を開始する。一方、検出圧力は、Ｒ３の時点で噴射率が下降を開始してから遅れ時間Ｃ３が経過した時点で、変化点Ｐ３にて上昇を開始する。その後、Ｒ４の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点Ｐ５にて停止する。
Next, when the
以上説明したように、燃圧波形と噴射率波形とは相関が高い。そして、噴射率波形には、噴射開始時期（Ｒ１出現時期）や、噴射終了時期（Ｒ４出現時期）、最大噴射率Ｒｈ、噴射率上昇速度Ｒα，噴射率下降速度Ｒβが表わされている。また、図３（ｂ）中の網点部分の面積は噴射量に相当する。そのため、燃圧波形から噴射率波形を推定することで噴射状態を検出できる。 As explained above, the fuel pressure waveform and the injection rate waveform are highly correlated. The injection rate waveform represents the injection start time (R1 appearance time), the injection end time (R4 appearance time), the maximum injection rate Rh, the injection rate increase rate Rα, and the injection rate decrease rate Rβ. Further, the area of the halftone dots in FIG. 3B corresponds to the injection amount. Therefore, the injection state can be detected by estimating the injection rate waveform from the fuel pressure waveform.
例えば、検出した燃圧波形中に変化点Ｐ１，Ｐ２が出現した時期を検出し、その検出時期から遅れ時間Ｃ１，Ｃ３を減算して、噴射開始時期Ｒ１及び噴射率低下開始時期Ｒ３を算出する。また、圧力下降速度Ｐα及び上昇速度Ｐβを燃圧波形から検出し、その検出値を所定の変換値で変換して、噴射率上昇速度Ｒα及び噴射率下降速度Ｒβを算出する。また、圧力最大降下量Ｐ１−Ｐ２を燃圧波形から検出し、その検出値を所定の変換値で変換して、最大噴射率Ｒｈを算出する。また、上述の如く算出した噴射率低下開始時期Ｒ３及び噴射率下降速度Ｒβに基づき噴射終了時期Ｒ４を算出する。このようにして検出した燃圧波形に基づき噴射率波形のパラメータを算出している時のマイコンの演算装置は、噴射指令信号設定手段３３のうちのパラメータ取得手段３３ａとして機能する。 For example, the timing at which the change points P1, P2 appear in the detected fuel pressure waveform is detected, and the delay times C1, C3 are subtracted from the detected timing to calculate the injection start timing R1 and the injection rate decrease start timing R3. Further, the pressure decrease rate Pα and the increase rate Pβ are detected from the fuel pressure waveform, and the detected values are converted by predetermined conversion values to calculate the injection rate increase rate Rα and the injection rate decrease rate Rβ. Further, the maximum pressure drop P1-P2 is detected from the fuel pressure waveform, and the detected value is converted by a predetermined conversion value to calculate the maximum injection rate Rh. Further, the injection end timing R4 is calculated based on the injection rate decrease start timing R3 and the injection rate decrease speed Rβ calculated as described above. The calculation device of the microcomputer when calculating the parameters of the injection rate waveform based on the detected fuel pressure waveform functions as the parameter acquisition means 33 a of the injection command signal setting means 33.
さらに上記演算装置は、噴射率波形のパラメータ算出に用いた燃圧波形に対応する噴射指令信号と、算出したパラメータとを関連付けする。そして、関連付けられた噴射指令信号及びパラメータである学習値を、指令マップＭ２に記憶して更新させる。この時の演算装置は、噴射指令信号設定手段３３のうちの学習手段３３ｂとして機能する。 Further, the arithmetic device associates the calculated parameter with the injection command signal corresponding to the fuel pressure waveform used for calculating the parameter of the injection rate waveform. Then, the associated injection command signal and the learned value that is a parameter are stored in the command map M2 and updated. The arithmetic device at this time functions as the learning means 33 b of the injection command signal setting means 33.
なお、指令マップＭ２はコモンレール４２内の燃料圧力毎に設けられており、噴射開始時点で燃料噴射弁１０に供給されている燃料の圧力毎に分類して、指令マップＭ２に学習値を記憶更新させる。噴射開始時点での圧力は、変化点Ｐ１が出現する直前の圧力（Ｐ０参照）に相当する。
The command map M2 is provided for each fuel pressure in the
ここで、燃圧センサ２０からＥＣＵ３０へ送信される圧力検出信号に基づく燃圧波形には、様々な周波数成分が含まれている。主な周波数成分は、噴孔１１ｂからの噴射開始または噴射停止に伴いメイン通路１１ａから分岐通路へ伝播された燃圧脈動の周波数成分（噴射波成分Ｗｉ）である。この噴射波成分Ｗｉは、図３（ｃ）および図４に示す波形に含まれ、弁体１２の開弁作動開始、弁体１２の閉弁作動開始、制御弁１４の開弁作動開始、および制御弁１４の閉弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分である。
Here, the fuel pressure waveform based on the pressure detection signal transmitted from the
上記燃圧波形に含まれる他の周波数成分は、メイン通路１１ａとボデー側分岐通路１１ｅの境界部分である境界部１１ｈで反射して分岐通路内を往復移動する燃圧脈動の周波数成分（反射波成分）である。また、上記燃圧波形には、電気的ノイズによる高周波数の成分（ノイズ成分）も含まれている。
Other frequency components included in the fuel pressure waveform are reflected by the
図２に示すフィルタ回路３４は、ノイズ成分および反射波成分を燃圧波形から除去して、噴射波成分Ｗｉを抽出する回路である。具体的には、所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタ回路により、燃圧センサ２０から出力された燃圧波形から噴射波成分Ｗｉを抽出する。
The
さて、ノイズ成分の周波数は、噴射波成分Ｗｉの周波数に比べて極めて高い。そのため、フィルタ回路３４は、噴射波成分Ｗｉを残しつつノイズ成分を除去することを容易に実現できる。一方、反射波成分の周波数は、分岐通路の長さによっては、噴射波成分Ｗｉの周波数と重なる場合がある。その場合には、フィルタ回路３４で反射波成分を除去することが困難になり、反射波成分が図４に示す噴射波成分Ｗｉに重畳して、図５に示す燃圧波形Ｗになってしまう。
Now, the frequency of the noise component is extremely higher than the frequency of the ejection wave component Wi. Therefore, the
図４に示す燃圧波形から変化点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５、下降速度Ｐαおよび上昇速度Ｐβを検出した場合には、その検出値と噴射率波形との相関は高いので、噴射状態を高精度で推定できる。しかし、図５に示す燃圧波形から検出した場合には、その検出値と噴射率波形との相関が低くなり、噴射状態を高精度で推定できなくなる。特に、変化点Ｐ３および上昇速度Ｐβについては検出が困難となり、噴射終了時期Ｒ４および噴射量の推定が困難となる。したがって、反射波成分の周波数が噴射波成分Ｗｉの周波数と同一になっていなければ、フィルタ回路３４により噴射波成分Ｗｉを抽出するにあたり、反射波成分を除去する精度を向上できる。
When the change points P1, P2, P3, P5, the descending speed Pα, and the ascending speed Pβ are detected from the fuel pressure waveform shown in FIG. 4, the correlation between the detected value and the injection rate waveform is high. Can be estimated. However, when detecting from the fuel pressure waveform shown in FIG. 5, the correlation between the detected value and the injection rate waveform becomes low, and the injection state cannot be estimated with high accuracy. In particular, it is difficult to detect the change point P3 and the rising speed Pβ, and it is difficult to estimate the injection end timing R4 and the injection amount. Therefore, when the frequency of the reflected wave component is not the same as the frequency of the ejection wave component Wi, the accuracy of removing the reflected wave component can be improved when the ejection wave component Wi is extracted by the
図６は、フィルタ回路３４で処理される前の燃圧波形であって、図１に示す本実施形態の燃料噴射弁１０から出力された燃圧波形について、該燃圧波形に含まれる各種周波数成分の分布を試験した結果を示す。図６の縦軸は、横軸に示す周波数の成分のエネルギ強度を示す。図中の符号Ｂｉは、噴射波成分Ｗｉの周波数帯域（噴射帯域）を示す。図中の符号Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３は、反射波成分の周波数帯域（反射帯域）を示す。
FIG. 6 is a fuel pressure waveform before being processed by the
反射波成分の周波数は、（２ｎ−１）ａ／４Ｌの式で表わされる。式中のＬは、起歪部２１ａを固定端、境界部１１ｈを自由端とする分岐通路の長さ（分岐通路長Ｌ）である。式中のａは音速である。式中のｎは整数である。したがって、反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３は、所定ピッチで離散して複数存在することになる。図中の符号Ｂｒ１は、ｎ＝１の場合の反射波成分による周波数帯域を示し、符号Ｂｒ２は、ｎ＝２の場合の反射波成分による周波数帯域を示し、符号Ｂｒ３は、ｎ＝３の場合の反射波成分による周波数帯域を示す。
The frequency of the reflected wave component is expressed by the equation (2n-1) a / 4L. L in the formula is the length of the branch passage (branch passage length L) with the
図示されるように、本実施形態に係る燃料噴射弁１０では、反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３が噴射帯域Ｂｉから外れている。詳細には、複数の反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３のうち最も低周波数の反射帯域Ｂｒ１が、噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外れている。換言すれば、全ての反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３が噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外れている。反射帯域Ｂｒ１と噴射帯域Ｂｉとは重複していない。
As illustrated, in the
反射波成分の周波数は分岐通路長Ｌに応じて変化することは先述した通りであり、分岐通路長Ｌを短くするほど反射波成分の周波数は大きくなる。よって、反射帯域Ｂｒ１が、噴射帯域Ｂｉに対して大きく外れることとなるよう、分岐通路長Ｌは十分に短く設定されている。 As described above, the frequency of the reflected wave component changes according to the branch path length L. The shorter the branch path length L, the higher the frequency of the reflected wave component. Therefore, the branch passage length L is set to be sufficiently short so that the reflection band Br1 is greatly deviated from the injection band Bi.
反射波成分には、弁体１２の開弁作動開始、弁体１２の閉弁作動開始、制御弁１４の開弁作動開始、および制御弁１４の閉弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分が存在する。このうち、制御弁１４の閉弁作動開始、つまり第１シート面１１ｐへ着座して閉弁する作動を開始したことに伴い生じる燃圧脈動の周波数成分のエネルギ強度が１番高い。そこで本実施形態では、制御弁１４の閉弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしており、図６に示す反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３は、上記対象の周波数成分の帯域である。
The reflected wave component includes a frequency component due to fuel pressure pulsation caused by starting the valve opening operation of the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３が噴射帯域Ｂｉから外れることとなるように分岐通路長Ｌが設定されている。そのため、噴射波成分Ｗｉ中に特定の変化点が出現する時期を検出するにあたり、反射波成分が噴射波成分Ｗｉに重畳することにより上記検出の精度が低下することを抑制できる。よって、上記検出の結果に基づき噴射開始時期等の噴射状態を推定する精度を向上できる。 The branch passage length L is set so that the reflection bands Br1, Br2, and Br3 deviate from the injection band Bi. Therefore, when detecting the time when a specific change point appears in the ejection wave component Wi, it is possible to suppress the detection accuracy from being lowered due to the reflected wave component being superimposed on the ejection wave component Wi. Therefore, it is possible to improve the accuracy of estimating the injection state such as the injection start timing based on the detection result.
具体的には、上述の如く分岐通路長Ｌが設定されているので、フィルタ回路３４により燃圧波形から噴射波成分Ｗｉを抽出するにあたり、反射波成分を除去する精度を向上できる。よって、フィルタ回路３４により抽出された燃圧波形から変化点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５、下降速度Ｐαおよび上昇速度Ｐβを検出して得られた検出結果は、噴射率波形との相関が高くなる。よって、上記検出結果から、噴射開始時期Ｒ１、噴射終了時期Ｒ４および噴射量を推定するにあたり、その推定精度を向上できる。
Specifically, since the branch path length L is set as described above, the accuracy of removing the reflected wave component can be improved when the
ここで、本実施形態に反して、ｎ＝１に係る反射帯域Ｂｒ１を噴射帯域Ｂｉに対して低周波数の側に外し、ｎ＝２に係る反射帯域Ｂｒ２を噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外した場合（図７参照）を、本実施形態と比較して以下に説明する。図７の場合には、反射帯域Ｂｒ２を噴射帯域Ｂｉから遠ざけるほど反射帯域Ｂｒ１が噴射帯域Ｂｉに近づき、反射帯域Ｂｒ１を噴射帯域Ｂｉから遠ざけるほど反射帯域Ｂｒ２が噴射帯域Ｂｉに近づく。つまり、反射帯域Ｂｒ１および反射帯域Ｂｒ２の両方を噴射帯域Ｂｉから遠ざけるには限界がある。 Here, contrary to the present embodiment, the reflection band Br1 related to n = 1 is removed to the low frequency side with respect to the injection band Bi, and the reflection band Br2 related to n = 2 is set to be higher than the injection band Bi. The case of removing to the side (see FIG. 7) will be described below in comparison with the present embodiment. In the case of FIG. 7, the farther the reflection band Br2 is from the injection band Bi, the closer the reflection band Br1 is to the injection band Bi, and the farther the reflection band Br1 is from the injection band Bi, the closer the reflection band Br2 is to the injection band Bi. That is, there is a limit to keep both the reflection band Br1 and the reflection band Br2 away from the injection band Bi.
これに対し本実施形態では、複数の反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３のうち最も低周波数の反射帯域Ｂｒ１が、噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外れている。そのため、反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２の両方を噴射帯域Ｂｉから遠ざけることを実現でき、反射波成分が噴射波成分Ｗｉに重畳するおそれを抑制できる。 On the other hand, in the present embodiment, the lowest frequency reflection band Br1 out of the plurality of reflection bands Br1, Br2, and Br3 is out of the high frequency side with respect to the injection band Bi. Therefore, it is possible to realize both of the reflection bands Br1 and Br2 away from the injection band Bi, and it is possible to suppress the possibility that the reflected wave component is superimposed on the injection wave component Wi.
さて、図４および図５を比較してみると、燃圧波形のうち変化点Ｐ２以前の波形に比べて、変化点Ｐ２以後の波形の方が、反射波成分による影響を大きく受けていることが分かる。また、弁体１２の閉弁作動に伴い生じた燃圧脈動の周波数成分は、弁体１２の開弁作動に伴い生じた周波数成分に比べてエネルギ強度が高い。
Now, comparing FIG. 4 and FIG. 5, it can be seen that the waveform after the change point P2 of the fuel pressure waveform is more influenced by the reflected wave component than the waveform before the change point P2. I understand. Further, the frequency component of the fuel pressure pulsation generated by the valve closing operation of the
この点を鑑みた本実施形態では、弁体１２の閉弁作動に伴い生じた燃圧脈動の周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしている。より厳密には、制御弁１４の閉弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしている。そのため、反射波成分を噴射波成分Ｗｉに重畳させないことによる上記効果が、顕著に発揮される。
In the present embodiment in view of this point, the frequency component of the fuel pressure pulsation caused by the valve closing operation of the
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、全ての反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３が噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外れるように、分岐通路長Ｌが設定されている。これに対し本実施形態では、図７に示すように、最も低周波数の反射帯域Ｂｒ１が噴射帯域Ｂｉに対して低周波数の側に外れ、かつ、２番目に低周波数の反射帯域Ｂｒ２が噴射帯域Ｂｉに対して高周波数の側に外れるように、分岐通路長Ｌが設定されている。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the branch passage length L is set so that all the reflection bands Br1, Br2, and Br3 deviate to the high frequency side with respect to the injection band Bi. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the lowest frequency reflection band Br1 deviates to the low frequency side with respect to the injection band Bi, and the second lowest frequency reflection band Br2 is the injection band. The branch path length L is set so as to be out of the high frequency side with respect to Bi.
これによれば、最も低周波数の反射帯域Ｂｒ１が噴射帯域Ｂｉの低周波数側に外しているので、第１実施形態に比べて分岐通路長Ｌが長くなる。よって、分岐通路長Ｌを長くせざるを得ない場合であっても、全ての反射帯域Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３を噴射帯域Ｂｉから外すことを実現できる。 According to this, since the lowest frequency reflection band Br1 is removed to the low frequency side of the injection band Bi, the branch path length L is longer than that in the first embodiment. Therefore, even if it is necessary to increase the branch passage length L, it is possible to remove all the reflection bands Br1, Br2, Br3 from the injection band Bi.
（第３実施形態）
上記第１実施形態に係る図１の燃料噴射弁１０では、ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１を導入通路２１ｂの長さＬ２よりも長く設定している。これに対し、図８に示すように、本実施形態に係る燃料噴射弁１０Ａでは、ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１を導入通路２１ｂの長さＬ２よりも短く設定している。
(Third embodiment)
In the
また、上記第１実施形態では、ボデー側分岐通路１１ｅの全長に亘って通路径が均一である。これに対し本実施形態では、小径部１１ｅ１および大径部１１ｅ２の２段階に通路径を変化させている。そして、導入通路２１ｂの通路径を大径部１１ｅ２と一致させている。なお、反射波成分の周波数は、分岐通路長Ｌに依存し、通路径には依存しない。
In the first embodiment, the passage diameter is uniform over the entire length of the body-
また、上記第１実施形態では、ボデー側分岐通路１１ｅの延伸方向と導入通路２１ｂの延伸方向とが非平行である。これに対し、本実施形態では、ボデー側分岐通路１１ｅの延伸方向と導入通路２１ｂの延伸方向とが平行である。
In the first embodiment, the extending direction of the body-
以上により、本実施形態では、ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１が導入通路２１ｂの長さＬ２よりも短く設定されている。そのため、図１の燃料噴射弁１０と同一の燃圧センサ２０を図８の燃料噴射弁１０Ａに採用した場合において、ボデー側分岐通路１１ｅの長さＬ１が短くなった分だけ、図１の燃料噴射弁１０と比較すると分岐通路長Ｌが短くなる。よって、最も低周波数の反射帯域Ｂｒ１が噴射帯域Ｂｉから高周波数側に外れる度合いを大きくできる。よって、反射波成分が噴射波成分Ｗｉに重畳することの抑制効果を向上できる。
As described above, in the present embodiment, the length L1 of the body
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be modified as follows. Moreover, you may make it combine the characteristic structure of each embodiment arbitrarily, respectively.
上記第２実施形態では、ｎ＝１番目の反射帯域Ｂｒ１を噴射帯域Ｂｉの低周波数側に位置させて、ｎ＝１番目の反射帯域Ｂｒ１とｎ＝２番目の反射帯域Ｂｒ２との間に噴射帯域Ｂｉを位置させている。これに対し、２番目以降のいずれかの反射帯域を噴射帯域Ｂｉの低周波数側に位置させてもよい。 In the second embodiment, n = 1st reflection band Br1 is positioned on the lower frequency side of the injection band Bi, and injection is performed between the n = 1st reflection band Br1 and the n = 2nd reflection band Br2. The band Bi is located. On the other hand, any of the second and subsequent reflection bands may be positioned on the low frequency side of the ejection band Bi.
上記各実施形態では、制御弁１４が第１シート面１１ｐへ着座する作動を開始したことに伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしている。これに対し、制御弁１４が第２シート面１１ｑへ着座する作動を開始したことに伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしてもよい。また、弁体１２の開弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしてもよい。弁体１２の閉弁作動開始に伴い生じる燃圧脈動による周波数成分を、噴射帯域Ｂｉから外す対象にしてもよい。
In each of the above embodiments, the frequency component due to the fuel pressure pulsation that occurs when the
上記各実施形態では、ボデー側分岐通路１１ｅとメイン通路１１ａとが直交して連通している。これに対し、ボデー側分岐通路１１ｅとメイン通路１１ａとを鋭角または鈍角（非直交）に連通させてもよい。
In each of the above embodiments, the body
１０、１０Ａ…燃料噴射弁、１１ｂ…噴孔、２０…燃圧センサ、１１ａ…メイン通路、１１…ボデー、１２…弁体、１１ｅ…ボデー側分岐通路（分岐通路）、２１ｂ…導入通路（分岐通路）、Ｗｉ…噴射波成分、Ｂｉ…噴射帯域、Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３…反射帯域。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記メイン通路を開閉する弁体であって、開弁作動して前記噴孔から燃料を噴射させ、閉弁作動して前記噴孔からの燃料噴射を停止させる弁体（１２）と、
前記ボデーに取り付けられ、燃料の圧力変化を表した燃圧波形を検出する燃圧センサ（２０）と、
を備え、
前記ボデーの内部には、前記メイン通路から分岐して前記燃圧センサへ燃料を導く分岐通路（１１ｅ、２１ｂ）が設けられ、
前記燃圧波形に含まれる周波数成分のうち、前記開弁作動または前記閉弁作動に伴い前記メイン通路から前記分岐通路へ伝播された燃圧脈動の周波数成分を噴射波成分（Ｗｉ）と呼び、前記メイン通路と前記分岐通路の境界で反射して前記分岐通路内を往復移動する燃圧脈動の周波数成分を反射波成分と呼び、前記噴射波成分の周波数帯域を噴射帯域（Ｂｉ）と呼び、前記反射波成分の周波数帯域を反射帯域（Ｂｒ１、Ｂｒ２、Ｂｒ３）と呼ぶ場合に、
前記反射帯域が前記噴射帯域から外れることとなるように、前記分岐通路の長さが設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。 A body (11) that forms a nozzle hole (11b) for injecting fuel and forms a main passage (11a) through which fuel flows to the nozzle hole;
A valve body that opens and closes the main passage, and opens the valve to inject fuel from the nozzle hole, and closes the valve to stop fuel injection from the nozzle hole (12);
A fuel pressure sensor (20) attached to the body for detecting a fuel pressure waveform representing a change in fuel pressure;
With
Inside the body, there are provided branch passages (11e, 21b) that branch from the main passage and guide the fuel to the fuel pressure sensor,
Of the frequency components included in the fuel pressure waveform, the frequency component of the fuel pressure pulsation propagated from the main passage to the branch passage in association with the valve opening operation or the valve closing operation is called an injection wave component (Wi), and The frequency component of the fuel pressure pulsation reflected at the boundary between the passage and the branch passage and reciprocating in the branch passage is referred to as a reflected wave component, the frequency band of the injection wave component is referred to as an injection band (Bi), and the reflected wave When the frequency band of the component is called a reflection band (Br1, Br2, Br3),
The fuel injection valve characterized in that the length of the branch passage is set so that the reflection band deviates from the injection band.
複数の前記反射帯域のうち最も低周波数の反射帯域（Ｂｒ１）が、前記噴射帯域に対して高周波数の側に外れていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。 A plurality of the reflection bands exist discretely at a predetermined pitch,
The fuel injection valve according to claim 1, wherein a reflection band (Br1) having a lowest frequency among the plurality of reflection bands is deviated to a higher frequency side with respect to the injection band.
前記ボデーに取り付けられ、前記分岐通路の燃料が導入される導入通路（２１ｂ）を内部に形成するとともに前記導入通路の燃料圧力により弾性変形する起歪部（２１ａ）を有する本体部（２１）と、
前記起歪部の弾性変形量に応じた信号を出力する圧力センサ素子（２２）と、
を備え、
前記分岐通路は、前記ボデーに形成されたボデー側分岐通路（１１ｅ）および前記導入通路を含み、
前記ボデー側分岐通路の長さは、前記導入通路の長さよりも短く設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。 The fuel pressure sensor is
A main body (21) which is attached to the body, forms an introduction passage (21b) into which fuel in the branch passage is introduced, and has a strain generating portion (21a) which is elastically deformed by fuel pressure in the introduction passage; ,
A pressure sensor element (22) for outputting a signal corresponding to the amount of elastic deformation of the strain-generating portion;
With
The branch passage includes a body side branch passage (11e) formed in the body and the introduction passage,
The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3, wherein a length of the body side branch passage is set shorter than a length of the introduction passage.
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