JPH11270428A

JPH11270428A - 筒内噴射装置

Info

Publication number: JPH11270428A
Application number: JP9532298A
Authority: JP
Inventors: Koji Aihara; 浩司相原; Kozo Kono; 弘三河野
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 1999-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】筒内噴射装置において、点火プラグ周辺の燃
料濃度が過度に濃くなるのを防止する。【解決手段】燃料噴射ノズル９に２個のノズルばね１
６Ａ，１６Ｂを設ける。下段のノズルばね１６Ｂは、常
時針弁１４（弁体）を下方に付勢している。一方、上段
のノズルばね１６Ａは、針弁１４のリフト量が所定値以
上であるとき針弁１４を下方に付勢する。また、ＥＣＵ
（燃料噴射制御手段）２０にデューティ比調節部（励磁
電流可変部）２１を設ける。このデューティ比調節部２
１によって、各噴射期間の後期ごとにＥＣＵ２０からソ
レノイド１５に出力される励磁電流のデューティ比が低
下される。これによって、針弁１４のリフト量が上記所
定値に保持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、筒内噴射式ガソ
リンエンジンに用いられる筒内噴射装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の筒内噴射装置は、ガソ
リン燃料を所定の圧力で蓄えるコモンレールと、エンジ
ンの燃焼室内に臨む燃料噴射ノズルと、燃料噴射動作を
制御するエンジンコントロールユニット（燃料噴射制御
手段。以下、「ＥＣＵ」という。）とを備えている。

【０００３】燃料噴射ノズルは、噴射孔を開閉する針弁
（弁体）と、この針弁を弁座に着座させるノズルばね
と、磁気吸引力によって針弁を弁座からリフトさせるソ
レノイドとを有している。ＥＣＵの指令信号によってソ
レノイドが励磁されると、針弁がノズルばねの付勢力に
抗して弁座からリフトし、噴射孔から燃料が噴射され
る。ソレノイドが消磁されると、針弁がノズルばねの付
勢力によって弁座に着座し、燃料噴射が終了する。

【０００４】このような筒内噴射装置においては、コモ
ンレールによって燃料圧が一定に維持されているので、
燃料は一定の速度でエンジンの燃焼室に噴射される。こ
の燃料の速度は、空気の抵抗を受けて前方へ至るほど低
下する。したがって、噴射孔の前方の所定場所では、燃
料濃度が時間とともに濃くなり、噴射終了直後に最も濃
くなる。その後、燃料は時間の経過とともに拡散し、燃
焼室全体に均一に分布する。

【０００５】ところで、ガソリンエンジンでは、燃料濃
度が着火時に少なくとも点火プラグ周辺で着火に適した
濃さに達している必要がある。そこで、高負荷時のよう
に多量の燃料を噴射する場合には、燃料濃度が燃焼室全
体にわたって均一に分布した後に着火燃焼させている
（このような燃焼モードを均質燃焼モードという。）。
一方、低負荷時などにおいてなるべく少量の燃料で燃焼
したい場合には、燃料濃度が燃焼室全体にわたって均一
になってしまうと、薄すぎてうまく燃焼させることがで
きない。そこで、筒内噴射装置を用いたガソリンエンジ
ンでは、噴射終了直後に燃料濃度が最も濃くなる上記所
定場所もしくはその近傍に点火プラグを配置している。
そして、低負荷時には噴射終了直後に着火を行ってい
る。このような燃焼モードを成層燃焼モードという。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の筒内噴射装置を
用いたガソリンエンジンにおいては、成層燃焼モードの
中でも比較的低負荷で運転されているときに合わせて、
点火プラグ周辺の着火燃焼時の燃料濃度が適度な値にな
るように構成されている。ところが、そのように構成す
ると、成層燃焼モードの中でも比較的高負荷で運転され
ている場合に、点火プラグ周辺の着火燃焼時の燃料濃度
が過度に濃くなってしまうという問題があった。負荷が
高くなると、噴射期間を長くして燃料の噴射量を多くし
なければならないからである。勿論、点火プラグ周辺の
着火燃焼時の燃料濃度を、成層燃焼モードにおける高負
荷時に合わせればそのような問題を解消することができ
るが、そうすると、低負荷時に燃料濃度が過度に薄くな
ってしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、高圧の燃料を蓄えるコモン
レールと、このコモンレールから供給された燃料をエン
ジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルと、この燃料
噴射ノズルの燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御手段
とを備え、上記燃料噴射ノズルが、噴射孔を開閉する弁
体と、この弁体を弁座に着座させるノズルばねと、磁気
吸引力によって上記弁体を上記ノズルばねの付勢力に抗
して弁座からリフトさせるソレノイドとを有し、上記燃
料噴射制御手段が、上記ソレノイドを励磁電流を出力し
てソレノイドに磁気吸引力を発生させる筒内噴射装置に
おいて、上記燃料噴射制御手段が、上記ソレノイドへの
励磁電流を、上記燃料噴射ノズルが燃料を噴射する燃料
噴射期間の後期に、それまでの励磁電流よりも小さくす
る励磁電流可変部を有していることを特徴とする。

【０００８】ここで、上記励磁電流可変部が、励磁電流
の大きさをデューティ制御するものであることが望まし
い。

【０００９】また、上記ノズルばねを、上記弁体を常時
付勢する第一のノズルばねと、上記弁体のリフト量が所
定量以上であるときに上記弁体を付勢する第二のノズル
ばねとから構成し、上記励磁電流可変部が励磁電流を小
さくしたときにおける上記ソレノイドの磁気吸引力を、
上記弁体が上記所定量だけリフトしているときの上記第
一のノズルばねのばね力よりも強く、かつ上記第二のノ
ズルばねのばね力よりも弱くなるようにするとよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る筒内
噴射装置１を示したものである。この筒内噴射装置１
は、コモンレール５と、複数の（図１には１つだけ図
示）燃料噴射ノズル９と、ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
２０とを備えている。そして、コモンレール５によって
畜圧されたガソリン燃料が、ＥＣＵ２０の指令に基づ
き、燃料噴射ノズル９からエンジンの燃焼室（図示しな
い）内へ噴射される。

【００１１】コモンレール５には、燃料タンク２内のガ
ソリン燃料が低圧ポンプ３および高圧ポンプ４によって
供給される。コモンレール５に供給された燃料の一部
は、配管８を介して燃料噴射ノズル９に供給され、他の
一部は高圧レギュレータ６および低圧レギュレータ７を
介して燃料タンク２に戻される。高圧レギュレータ６に
よってコモンレール５内の燃料の圧力が一定に維持され
る。

【００１２】燃料噴射ノズル９はノズル本体１０を備え
ており、このノズル本体１０の内部には針弁１４（弁
体）が設けられている。針弁１４がソレノイド１５によ
って弁座１３ｂからリフトさせられると、噴射孔１３ｃ
が開口して燃料が噴射される。一方、針弁１４がノズル
ばね１６Ａ，１６Ｂによって弁座１３ｂに着座させられ
ると、噴射孔１３ｃが閉塞されて燃料噴射が終了する。

【００１３】詳述すると、ノズル本体１０は、筒状をな
すノズルホルダ１１と、このノズルホルダ１１の内部に
嵌合固定されたパイプ１２と、ノズルホルダ１１の下端
部に設けられたノズルボディ１３とから構成されてい
る。ノズルボディ１３の内部には、上端面から下方へ向
かって順次、弁摺動孔１３ａ、下方へ至るにしたがって
縮径するテーパ孔状の弁座１３ｂ、およびノズルボディ
１３の下端面に貫通する噴射孔１３ｃが形成されてい
る。弁摺動孔１３ａには、針弁１４が摺動自在に挿入さ
れている。針弁１４の上側部は、弁摺動孔１３ａから上
方に突出しており、そこにアーマチュア１７が嵌合固定
されている。針弁１４の下端部には、下方へ至るにした
がって縮径するテーパ状の弁部１４ｃが形成されてい
る。

【００１４】図２にも示すように、パイプ１２の内周面
には段差１２ａが形成され、この段差１２ａの上側の内
径よりも下側の内径が小さくなっている。パイプ１２の
内部には、段差１２ａの上方に中空円柱状のばね受け１
８が挿入固定されており、このばね受け１８の下方に円
筒部材１９が昇降自在に挿入されている。円筒部材１９
の上端部には、全周にフランジ１９ａが設けられてい
る。フランジ１９ａは、ばね受け１８と段差１２ａとの
間に配置されており、その外径は、段差１２ａの上側の
内径よりも小さく、かつ段差１２ａの下側の内径よりも
大きくなっている。したがって、円筒部材１９を下降さ
せていくと、フランジ１９ａが段差１２ａに係止する。
よって、円筒部材１９は、フランジ１９ａが段差１２ａ
に係止する位置から下方へは移動不能である。

【００１５】パイプ１２の内部には、ばね受け１８と円
筒部材１９との間に上段ノズルばね１６Ａ（第二のノズ
ルばね）が挿入されている。上段ノズルばね１６Ａは、
上端部がばね受け１８に突き当たる一方、下端部が円筒
部材１９に突き当たっている。これによって、円筒部材
１９が押し下げられ、フランジ１９ａが段差１２ａに係
止させられる。このとき、円筒部材１９の下端部がパイ
プ１２の下端部よりも距離ｈ₂だけ下方へ突出すること
になる。

【００１６】パイプ１２の内周面と円筒部材１９の外周
面との間には、下段ノズルばね１６Ｂ（第一のノズルば
ね）が設けられている。下段ノズルばね１６Ｂは、上端
部がフランジ１９ａに突き当たる一方、下端部が針弁１
４に突き当たり、針弁１４を下方へ付勢している。これ
によって、針弁１４の弁部１４ｃが弁座１３ｂに着座さ
せられ、噴射孔１３ｃが閉塞される。このとき、針弁１
４およびアーマチュア１７の上端面とパイプ１２の下端
面との間に距離ｈ₃の間隙が形成されている。

【００１７】ここで、フランジ１９ａが段差１２ａに係
止しているときの上段ノズルばね１６Ａのばね力をＦ_A0
とし、フランジ１９ａが段差１２ａに係止し、かつ針弁
１４が弁座１３ｂに着座しているときの下段ノズルばね
１６Ｂのばね力をＦ_B0として、両者を比較すると、Ｆ_A0＞Ｆ_B0 になっている。したがって、針弁１４が弁座１３ｂに着
座されているときは、フランジ１９ａが段差１２ａに係
止されている。よって、このとき、針弁１４の上端面と
円筒部材１９の下端面との間に距離ｈ₁（＝ｈ₃−ｈ₂）
の間隙が形成され、下段ノズルばね１６Ｂが、円筒部材
１９の下端面よりも距離ｈ₁だけ下方に突出している。

【００１８】ノズル本体１０の内部には、パイプ１２の
外周にソレノイド１５が設けられている。このソレノイ
ド１５とＥＣＵ２０とが信号線２２によって結ばれてい
る。ＥＣＵ２０は、信号線２２を介してソレノイド１５
に励磁電流を出力する。これによって、ソレノイド１５
が励磁され、磁気吸引力が発生する。一方、ＥＣＵ２０
にはデューティ比調節部２１（励磁電流可変部）が格納
されており、このデューティ比調節部２１によって上記
励磁電流のデューティ比を変更調節することができる。
そのため、ソレノイド１５の磁気吸引力は、励磁電流の
デューティ比に比例して増減することになる。

【００１９】デューティ比が所定の値ｒ₀（＞０）を越
えたとき、ソレノイド１５の磁気吸引力が上記下段ノズ
ルばね１６Ｂのばね力Ｆ_B0を上回る。これによって、ア
ーマチュア１７がソレノイド１５に引き寄せられ、この
アーマチュア１７と一体になった針弁１４が弁座１３ｂ
からリフトする。

【００２０】ところで、下段ノズルばね１６Ｂを上記し
たばね力Ｆ_B0の状態から長さｈ₁だけ収縮させたとして
も（このときの下段ノズルばね１６Ｂのばね力をＦ
_B1（＞Ｆ_B0）とする。）、上段ノズルばね１６Ａの上記
ばね力Ｆ_A0の方が、下段ノズルばね１６Ｂのばね力Ｆ_B1
よりも大きい（Ｆ_A0＞Ｆ_B1）。したがって、針弁１４の
リフト量が０からｈ₁に達するまでの間は、円筒部材１
９のフランジ１９ａが段差１２ａに係止した状態のま
ま、下段ノズルばね１６Ｂが収縮し、そのばね力がＦ_B0
からＦ_B1まで増大していく。

【００２１】ソレノイド１５の磁気吸引力は、励磁電流
のデューティ比が所定の値ｒ₁（＞ｒ₀）のとき、下段ノ
ズルばね１６Ｂの上記ばね力Ｆ_B1と等しくなる。このと
き、針弁１４のリフト量がｈ₁に達し、針弁１４が円筒
部材１９に突き当たる。デューティ比がｒ₁を上回るこ
とになっても、針弁１４が直ちにリフト量ｈ₁からさら
にリフトするわけではない。デューティ比がｒ₁を僅か
に上回っただけでは、磁気吸引力が、未だ上段ノズルば
ね１６Ａのばね力Ｆ_A0よりも小さいからである。

【００２２】ソレノイド１５の磁気吸引力は、デューテ
ィ比がｒ₁よりも大きな所定の値ｒ₂のとき、上記ばね力
Ｆ_A0と等しくなる。したがって、励磁電流のデューティ
比がｒ₁からｒ₂までの範囲内であるときは、針弁１４の
リフト量がｈ₁に保持される。励磁電流のデューティ比
がｒ₂よりも大きいとき、ソレノイド１５の磁気吸引力
がＦ_A0よりも大きくなる。これによって、針弁１４が、
円筒部材１９を押し上げて上段ノズルばね１６Ａを収縮
させながら、再びリフトする。励磁電流のデューティ比
が所定の値ｒ₃（＞ｒ₂）以上のとき、アーマチュア１９
がパイプ１２に突き当たり、針弁１４が最大リフト量ｈ
₃に達する。

【００２３】針弁１４のリフトに伴い、噴射孔１３ｃが
開口する。これによって、コモンレール５から配管８を
介して燃料噴射ノズル９に供給された燃料が、順次、パ
イプ１２の内部（途中、ばね受け１８および円筒部材１
９の内部を経由）、針弁１４の上端部に設けられた縦孔
１４ａおよび横孔１４ｂ、ノズルボディ１３の弁摺動孔
１３ａの内周面と針弁１４との外周面との間隙、並びに
弁座１３ｂと弁部１４ｃとの間隙を通過して、噴射孔１
３ｃから噴射される。

【００２４】励磁電流の出力が終了すると、ソレノイド
１５の磁気吸引力が消滅する。このため、針弁１４がノ
ズルばね１６Ａ，１６Ｂの付勢によって押し下げられ、
弁座１３ｂに着座する。これによって、燃料の噴射が終
了する。

【００２５】上記のように構成された筒内噴射装置１の
作用について説明する。いま、エンジンが成層燃焼モー
ドで、しかも低負荷で運転されているものとする。この
運転状態における励磁電流は、常にデューティ比ｒ₃以
上で出力される。したがって、噴射期間中、針弁１４が
最大リフト量ｈ₃に保持される。針弁１４のリフト量と
噴射率とは比例関係にあるので、噴射率も、噴射期間中
一定に維持される。これによって、点火プラグ周辺（図
示せず）の燃料濃度が時間の経過とともに上昇してい
く。そして、噴射期間終了の直後に着火が行われる。こ
の着火の瞬間、燃料の濃度が点火プラグ周辺で着火に適
した値になるように設定されている。

【００２６】一方、成層燃焼モードにおいて高負荷で運
転されているときは、励磁電流のデューティ比を、各噴
射期間の後期ごとに低下させる。これにより、点火プラ
グ周辺の燃料濃度が過度に濃くなるのを防止することが
できる。

【００２７】この点を図３に基づいて説明する。高負荷
時には低負荷時よりも所要の噴射量が多くなるので、噴
射期間を長くする必要がある。したがって、図３におい
て想像線で示すように、励磁電流のデューティ比を噴射
期間中ｒ₃以上に維持し続けたとすると、最大リフト量
ｈ₃に対応する噴射率Ｑ₃で噴射される時間が長くなり、
点火プラグ周辺の燃料濃度が過度に濃くなってしまう。

【００２８】そこで、各噴射期間の後期ごとに、デュー
ティ比調節部２１によってデューティ比をｒ₁〜ｒ₂の範
囲内まで低下させる。すると、針弁１４が、最大リフト
量ｈ₃から距離ｈ₂だけ降下して、リフト量ｈ₁に保持さ
れる。そのため、弁座１３ｂと弁部１４ｃとの間隙が最
大リフト量ｈ₃のときよりも狭くなって、それだけ噴射
孔１３ｃへの燃料の通路が絞られる。これによって、噴
射率がＱ₃よりも小さな値Ｑ₁になり、噴射孔１３ｃから
噴射される燃料の噴射速度が遅くなる。したがって、噴
射期間の後期に噴射された燃料が点火プラグ周辺に到達
することはほとんどない。よって、点火プラグ周辺での
燃料濃度が過度に濃くなるのを防止することができる。
その結果、スモークや失火を抑制することができ、燃焼
の安定化が可能になるとともに、排気中のＨＣ濃度も低
減させることができる。

【００２９】しかも、筒内噴射装置１では、針弁１４を
極めて容易に中間のリフト量ｈ₁に保持することができ
る。ソレノイド１５の磁気吸引力を厳密に設定する必要
はなく、Ｆ_B1以上Ｆ_A0以下の一定の範囲内に収めるだけ
でよいからである。そのうえ、磁気吸引力がこの範囲内
に収まってさえいれば、たとえ磁気吸引力が変動したと
しても、針弁１４のリフト量が変動することはない。し
たがって、噴射期間の後期の噴射率を正確に制御するこ
とができる。

【００３０】なお、噴射期間の後期に噴射率が小さくな
った分、ソレノイド１５が想像線の場合よりも遅いタイ
ミングで消磁されることによって、長い期間噴射が行わ
れる。これによって、想像線の場合と同じ噴射量を確保
することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３に係
る発明では、成層燃焼モードにおける負荷の高い運転領
域で、各噴射期間の後期の噴射率を低下させることによ
って、点火プラグ周辺の燃料濃度が過度に濃くなるのを
防止することができる。特に、請求項３に係る発明で
は、弁体を所定の中間高さに安定的に保持することがで
きるので、噴射期間の後半の噴射率を正確に制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る筒内噴射装置の一実施の形態を示
す図である。

【図２】図１の針弁の上端および段差の周辺を拡大した
断面図である。

【図３】成層燃焼モードの高負荷時における１噴射期間
の諸動作を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１筒内噴射装置５コモンレール９燃料噴射ノズル１３ｂ弁座１３ｃ噴射孔１４針弁（弁体）１５ソレノイド１６Ａ上段ノズルばね（第二のノズルばね）１６Ｂ下段ノズルばね（第一のノズルばね）２０ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）２１デューティ比調節部（励磁電流可変部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｋ 31/06 ３８５Ｆ１６Ｋ 31/06 ３８５Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧の燃料を蓄えるコモンレールと、こ
のコモンレールから供給された燃料をエンジンの燃焼室
内に噴射する燃料噴射ノズルと、この燃料噴射ノズルの
燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御手段とを備え、上記燃料噴射ノズルが、噴射孔を開閉する弁体と、この
弁体を弁座に着座させるノズルばねと、磁気吸引力によ
って上記弁体を上記ノズルばねの付勢力に抗して弁座か
らリフトさせるソレノイドとを有し、上記燃料噴射制御手段が、上記ソレノイドに励磁電流を
出力してソレノイドに磁気吸引力を発生させる筒内噴射
装置において、上記燃料噴射制御手段が、上記ソレノイドへの励磁電流
を、上記燃料噴射ノズルが燃料を噴射する燃料噴射期間
の後期に、それまでの励磁電流よりも小さくする励磁電
流可変部を有していることを特徴とする筒内噴射装置。
【請求項２】上記励磁電流可変部が、励磁電流の大き
さをデューティ制御することを特徴とする請求項１に記
載の筒内噴射装置。
【請求項３】上記ノズルばねが、上記弁体を常時付勢
する第一のノズルばねと、上記弁体のリフト量が所定量
以上であるときに上記弁体を付勢する第二のノズルばね
とからなり、上記励磁電流可変部が励磁電流を小さくしたときにおけ
る上記ソレノイドの磁気吸引力が、上記弁体が上記所定
量だけリフトしているときの上記第一のノズルばねの付
勢力よりも強く、かつ上記第二のノズルばねの付勢力よ
りも弱いことを特徴とする請求項１または２に記載の筒
内噴射装置。