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JP2013224630A - Fuel injection device - Google Patents

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JP2013224630A
JP2013224630A JP2012097579A JP2012097579A JP2013224630A JP 2013224630 A JP2013224630 A JP 2013224630A JP 2012097579 A JP2012097579 A JP 2012097579A JP 2012097579 A JP2012097579 A JP 2012097579A JP 2013224630 A JP2013224630 A JP 2013224630A
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JP
Japan
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coil
valve
needle
energization
fuel injection
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Application number
JP2012097579A
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Japanese (ja)
Inventor
Masami Nishida
正美 西田
Toshihiro Handa
利宏 半田
Junichi Ichimura
淳一 市村
Yuki Shimokawa
祐輝 下川
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance accuracy of fuel injection control and to suppress increasing of power consumption in a fuel injection device in which an injection ratio is set high.SOLUTION: A fuel injection valve 10 opening a valve by attracting a needle valve 14 inserted into valve bodies 11, 12 by energization to coils has a first coil 16and a second coil 16as the coils, an attracting stroke of the needle valve 14 by the energization to the first coil 16is set smaller than an attracting stroke of the needle valve 14 by the energization to the second coil 16, only the first coil 16is energized in a range where a required injection quantity is small, and the first coil 16and the second coil 16are energized in a range where a required injection quantity is large.

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射装置、特に噴射時間の短縮化に適した燃料噴射装置に関し、エンジンの燃料供給技術の分野に属する。   The present invention relates to an engine fuel injection device, and more particularly to a fuel injection device suitable for shortening injection time, and belongs to the field of engine fuel supply technology.

近年、車両用等のガソリンエンジンとして、圧縮比を高く設定し、圧縮工程で混合気の温度を高めることにより、低負荷領域で該混合気を圧縮着火させるようにしたものが提案されており、この着火方式によれば、低負荷領域における熱効率が高くなり、従来の希薄混合気を火花点火させるリーンバーン方式よりもさらに燃費性能の向上が期待される。   In recent years, gasoline engines for vehicles and the like have been proposed in which the compression ratio is set high and the temperature of the mixture is increased in the compression process so that the mixture is compressed and ignited in a low load region. According to this ignition method, the thermal efficiency in the low load region becomes high, and further improvement in fuel efficiency is expected compared to the lean burn method in which a conventional lean air-fuel mixture is spark-ignited.

このエンジンにおいては、高負荷領域では火花点火により着火されるが、圧縮比が高く設定されているために、特に高負荷低回転領域で、圧縮行程中に未燃混合気が自己着火する過早着火や、燃焼開始後に混合気の未燃部分が局部的に自己着火するノッキングが発生しやすくなるという問題がある。   In this engine, ignition is performed by spark ignition in the high load region, but since the compression ratio is set high, the unburned mixture is self-ignited during the compression stroke, particularly in the high load low rotation region. There is a problem that ignition or knocking in which an unburned portion of the air-fuel mixture is locally self-ignited after the start of combustion is likely to occur.

これに対しては、燃料噴射弁の噴射率(単位時間当たりの噴射量)を大きくし、圧縮上死点付近のタイミングで短時間に噴射することにより、燃料噴射開始から点火までの時間を短くすることが有効であると考えられる。つまり、噴射開始から点火までの時間を短縮することにより過早着火が抑制され、また、噴射時間の短縮による噴霧速度の上昇により混合気の攪拌が促進されてノッキングが抑制されると考えられるのである。   In response to this, by increasing the injection rate (injection amount per unit time) of the fuel injection valve and injecting in a short time at a timing near the compression top dead center, the time from the start of fuel injection to ignition is shortened. It is considered effective to do. In other words, premature ignition is suppressed by shortening the time from the start of injection to ignition, and it is considered that the agitation of the air-fuel mixture is promoted by the increase of the spraying speed due to the shortened injection time and knocking is suppressed. is there.

そして、燃料噴射弁の噴射率を高くし、燃料噴射時間を短縮するために、開弁時における弁体のストローク量を大きくすることが考えられている。   In order to increase the injection rate of the fuel injection valve and shorten the fuel injection time, it is considered to increase the stroke amount of the valve body when the valve is opened.

なお、特許文献1には、低負荷時における希薄燃焼による低燃費化と、高負荷時における均質燃焼による高出力化とを実現するために、外開き式の燃料噴射弁において、プランジャのストロークを大小切り換え可能としたものが開示されている。   In Patent Document 1, in order to realize low fuel consumption by lean combustion at low load and high output by homogeneous combustion at high load, the stroke of the plunger is set in the open-type fuel injection valve. A switchable size is disclosed.

特開2010−19194号公報JP 2010-19194 A

ところで、燃料噴射弁は、噴射率を高くすると、噴射量の少ない低負荷領域で噴射量の制御精度が低下するという性質がある。   By the way, when the injection rate is increased, the fuel injection valve has a property that the control accuracy of the injection amount is lowered in a low load region where the injection amount is small.

つまり、図7(a)に示すように、燃料噴射弁の噴射率は、噴射指令の出力後、開弁開始時からニードルバルブ等の弁体のストロークに従って増大し、最大ストローク量で一定噴射率に達した後、噴射指令出力時から所定時間が経過した時点から減少し、その結果、時間に対する変化の特性が台形状をなすのであるが、開弁時における噴射率が増大する期間、及び閉弁時における噴射率が減少する期間は、開弁速度の個体差等によってばらつきが生じやすいという特性がある。   That is, as shown in FIG. 7A, the injection rate of the fuel injection valve increases according to the stroke of the valve body such as the needle valve after the start of the valve opening after the output of the injection command, and is constant at the maximum stroke amount. After a predetermined time has elapsed from when the injection command is output, the change characteristic with respect to time has a trapezoidal shape, but the injection rate at the time of valve opening increases and closes. There is a characteristic that the period during which the injection rate at the time of valve reduction tends to vary due to individual differences in valve opening speed.

これを、開弁開始時からのトータルの噴射量で見ると、同図(b)に示すように、噴射量の特性は、前記図(a)の開弁時及び閉弁時における斜線を施した面積に相当する噴射量で変曲点Pを形成し、この変曲点Pより噴射量が少ない領域は、噴射量に対するばらつき量の比率が大きくなる領域となる。   Looking at this as the total injection amount from the start of valve opening, as shown in FIG. 5B, the injection amount characteristic is shaded when the valve is opened and closed as shown in FIG. The inflection point P is formed with the injection amount corresponding to the area, and the region where the injection amount is smaller than the inflection point P is a region where the ratio of the variation amount to the injection amount is large.

したがって、同図(b)に示すように、低負荷時における最低噴射量Qminが前記変曲点Pにおける噴射量より高噴射量側に位置するように設定することが必要となるが、前述のように、噴射時間を短くするために、弁体のストロークを大きくして噴射率を高くすると、同図(a)に斜線を施した面積が広くなり、同図(b)に符合P’で示すように、前記変曲点が最低噴射量Qminより高くなる。この場合、噴射量が少ない低負荷時に、符号xで示すように、ばらつきが大きい領域だけで噴射する状態が発生し、燃料噴射量の制御精度が低下化することになる。   Therefore, as shown in FIG. 5B, it is necessary to set the minimum injection amount Qmin at the time of low load so that it is located on the higher injection amount side than the injection amount at the inflection point P. Thus, in order to shorten the injection time, if the stroke of the valve body is increased and the injection rate is increased, the hatched area in FIG. As shown, the inflection point is higher than the minimum injection amount Qmin. In this case, when the injection amount is low and the load is low, as shown by the symbol x, a state of injection occurs only in the region where the variation is large, and the control accuracy of the fuel injection amount is lowered.

そこで、本発明は、例えば前述のような圧縮比が高く設定されたエンジン等で用いられる噴射率が高く設定された燃料噴射装置において、低負荷時における噴射量のばらつきを抑制して、燃料噴射制御の精度を向上させると共に、消費電力の増大を抑制することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides a fuel injection device that suppresses variations in the injection amount at low loads in a fuel injection device that is set to have a high injection rate, such as used in an engine that has a high compression ratio as described above. It is an object to improve control accuracy and suppress an increase in power consumption.

前記課題を解決するため、本願発明は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

まず、請求項1に係る発明は、エンジンに備えられ、バルブボディに挿入されたニードルバルブをコイルへの通電により吸引して開弁し、前記バルブボディの先端の噴孔から燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置であって、前記コイルとして第1コイルと第2コイルとが備えられ、第1コイルへの通電による前記ニードルバルブの吸引ストロークが、第2コイルへの通電による前記ニードルバルブの吸引ストロークより小さくされていると共に、要求噴射量が少ない領域では、前記第1コイルにのみ通電し、要求噴射量が多い領域では、前記第1コイルと第2コイルとに通電する通電制御手段を備えたことを特徴とする。   First, an invention according to claim 1 is provided in an engine, and a needle valve inserted in a valve body is sucked by energization of a coil to open the valve, and fuel is injected from a nozzle hole at the tip of the valve body into a combustion chamber. A fuel injection device for injecting, wherein the coil is provided with a first coil and a second coil, and the suction stroke of the needle valve by energizing the first coil depends on the suction stroke of the needle valve by energizing the second coil. An energization control means for energizing only the first coil in a region where the required injection amount is small and smaller than the suction stroke and energizing the first coil and the second coil in a region where the required injection amount is large. It is characterized by having.

また、請求項2に係る発明は、前記請求項1に係る発明において、前記通電制御手段は、第1、第2コイルに通電する領域において、第1コイルへの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、第2コイルの通電により発生する吸引力より大きくなるように、これらのコイルへの通電を制御することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the energization control unit is provided for the needle valve that is generated by energizing the first coil in a region where the first and second coils are energized. The energization of these coils is controlled so that the attraction force becomes larger than the attraction force generated by energization of the second coil.

また、請求項3に係る発明は、前記請求項1又は請求項2に係る発明において、前記通電制御手段は、第1、第2コイルに通電する領域において、第1コイルへの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、該ニードルバルブの開弁動作開始に要する吸引力より大きくなり、第2コイルの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、該ニードルバルブの開弁動作開始に要する前記吸引力より小さくなるように、これらのコイルへの通電を制御することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the energization control means is generated by energizing the first coil in a region energizing the first and second coils. The suction force for the needle valve is larger than the suction force required for starting the opening operation of the needle valve, and the suction force for the needle valve generated by energization of the second coil is required for starting the opening operation of the needle valve. The power supply to these coils is controlled so as to be smaller than the attraction force.

上記の構成により、請求項1に係る発明によれば、コイルへの通電によりニードルバルブを吸引して開弁させるように構成された燃料噴射装置において、要求噴射量が少ない領域では第1コイルにのみ通電されるので、ニードルバルブの吸引ストロークが小さくされ、開弁時における噴射率が増大する期間、及び閉弁時における噴射率が減少する期間の噴射量がストローク量が大きい場合に比べて少なくなる。つまり、ばらつきやすい期間における噴射量が少なくなり、トータルの噴射量に対するばらつき量の比率が小さくなって、燃料噴射制御の精度が向上することになる。   With the above configuration, according to the first aspect of the invention, in the fuel injection device configured to suck and open the needle valve by energizing the coil, the first coil is provided in a region where the required injection amount is small. Since the needle valve suction stroke is reduced, the injection amount during the period when the injection rate increases when the valve is opened and during the period when the injection rate decreases when the valve is closed is smaller than when the stroke amount is large. Become. That is, the injection amount in a period that tends to vary is reduced, the ratio of the variation amount to the total injection amount is reduced, and the accuracy of fuel injection control is improved.

また、要求噴射量が多い領域では、第2コイルが通電されることによりニードルバルブの吸引ストロークが大きくなり、したがって、噴射率が高くなって要求された量の燃料を短時間で噴射することが可能となり、例えば、高圧縮比化に伴って高負荷領域で燃料噴射時間を短くすることが要求されるエンジンなどで、その要求が満足されることになる。   Also, in the region where the required injection amount is large, the suction stroke of the needle valve is increased by energizing the second coil, so that the injection rate is increased and the required amount of fuel can be injected in a short time. For example, an engine that is required to shorten the fuel injection time in a high load region as the compression ratio increases is satisfied.

そして、この発明によれば、要求噴射量が多い領域では、前記第2コイルに加えて前記第1コイルにも通電するようにしたので、第2コイルへの通電だけで開弁して大きな吸引ストロークを実現する場合に比べて、消費電力が低減されることになる。   According to the present invention, in the region where the required injection amount is large, the first coil is energized in addition to the second coil. Compared with the case where the stroke is realized, the power consumption is reduced.

つまり、閉弁状態にあるニードルバルブの開弁動作を開始させるためには、そのストローク量に相当する距離の空隙を介して、該ニードルバルブに閉方向に作用するスプリングの付勢力とバルブボディ内の燃圧とに打ち勝つだけの吸引力を該ニードルバルブに作用させる必要があるが、ニードルバルブの吸引ストロークが大きく、前記空隙が大きくなると、コイルに通電する電流値を高くして該コイルで発生する吸引力、換言すれば磁場の強さを大きくしなければならず、それだけ、開弁時の消費電力が増大するのである。   In other words, in order to start the valve opening operation of the needle valve in the valve closing state, the biasing force of the spring acting on the needle valve in the closing direction and the inside of the valve body through the gap corresponding to the stroke amount. However, if the needle valve has a large suction stroke and the gap becomes large, the current flowing through the coil is increased and generated in the coil. The attractive force, in other words, the strength of the magnetic field has to be increased, and the power consumption at the time of valve opening increases accordingly.

また、コイルへの通電により発生する磁力をニードルバルブに対する吸引力として効率よく作用させるために、コイルが大型化することにもなる。   Moreover, in order to make the magnetic force generated by energizing the coil act as an attractive force for the needle valve efficiently, the coil becomes large.

そこで、請求項1に係る発明では、ニードルバルブの大きなストロークが要求されるときに、前記第2コイルと共に、ニードルバルブに対する吸引ストローク、即ち前記空隙が小さい第1コイルにも通電し、この第1コイルへの通電によって開弁動作開始に必要な吸引力を発生させ、これにより、吸引ストロークが大きい第2コイルへの通電で開弁動作を開始させる場合に比較して、低い電流値で開弁させることが可能となる。   Therefore, in the invention according to claim 1, when a large stroke of the needle valve is required, the first coil is energized together with the second coil and the suction stroke with respect to the needle valve, that is, the first gap is small. The suction force necessary for starting the valve opening operation is generated by energizing the coil, and this opens the valve at a lower current value than when the valve opening operation is started by energizing the second coil having a large suction stroke. It becomes possible to make it.

そして、開弁動作が開始し、ニードルバルブの先端が座面から離間すれば、前記燃圧による付勢力が消滅するので、その後は、第2コイルへの比較的低い電流値の通電により、必要とされている大きなストロークが実現されることになる。これにより、要求噴射量が多い領域での開弁に必要なトータルの消費電力が低減されると共に、コイルのコンパクト化ないしバルブボディの小型化が達成される。   Then, when the valve opening operation is started and the tip of the needle valve is separated from the seating surface, the urging force due to the fuel pressure disappears. After that, it is necessary to apply a relatively low current value to the second coil. The large stroke that is being done will be realized. As a result, the total power consumption required for valve opening in a region where the required injection amount is large is reduced, and the coil is made compact or the valve body is made compact.

また、請求項2に係る発明によれば、前記第1、第2コイルとも通電されるときに、第1コイルへの通電により発生する吸引力が第2コイルへの通電により発生する吸引力より大きくなるように制御されるので、第1コイルへの通電による吸引力によって開弁動作を開始させることができると共に、その後、第2コイルへの通電による小さな吸引力でニードルバルブを所定ストローク移動させることができるので、第2コイルへの通電電流値を低くすることが可能となり、無駄な電力消費が抑制される。   According to the invention of claim 2, when both the first and second coils are energized, the attraction force generated by energizing the first coil is greater than the attraction force generated by energizing the second coil. Since it is controlled so as to increase, the valve opening operation can be started by the suction force generated by energizing the first coil, and then the needle valve is moved by a predetermined stroke with a small suction force generated by applying the current to the second coil. Therefore, it is possible to reduce the energization current value to the second coil, and wasteful power consumption is suppressed.

また、請求項3に係る発明によれば、前記第1、第2コイルとも通電されるときに、第1コイルへの通電により発生する吸引力が前記ニードルバルブの開弁動作の開始に要する吸引力より大きくされるので、該第1コイルへの通電によって確実に開弁動作が開始されることになる。   According to the invention of claim 3, when both the first and second coils are energized, the suction force generated by energizing the first coil is the suction required to start the valve opening operation of the needle valve. Since it is made larger than the force, the valve opening operation is surely started by energizing the first coil.

そして、第2コイルの通電による吸引力は開弁動作開始に要する吸引力より小さくされるので、該第2コイルへの通電電流値を必要以上に高くすることによる無駄な電力消費が抑制される。   And since the attraction | suction force by energization of the 2nd coil is made smaller than the attraction | suction force required for valve opening operation start, the useless power consumption by making the energization current value to this 2nd coil higher than necessary is suppressed. .

本発明の実施形態における燃料噴射弁の断面図である。It is sectional drawing of the fuel injection valve in embodiment of this invention. 同噴射弁の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the injection valve. 本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of a fuel injection device concerning an embodiment of the present invention. 吸引ストロークと開弁動作開始に必要な吸引力及び電流値との関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between an attraction | suction stroke and the attraction | suction force required for a valve opening operation | movement start, and an electric current value. 各コイルに対する通電制御を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the electricity supply control with respect to each coil. 燃料噴射弁の開弁動作状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the valve opening operation state of a fuel injection valve. 従来技術の問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the problem of a prior art.

以下、本発明に係る燃料噴射装置の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel injection device according to the present invention will be described.

図1は、燃料噴射装置を構成する燃料噴射弁10の構成を示すもので、この燃料噴射弁10の本体は、大径筒状の第1バルブボディ(以下、「第1ボディ」という)11と、該第1ボデイ11の一端から延び、先端が閉じられた小径筒状の第2バルブボディ(以下、「第2ボディ」という)12とを結合部材13で連結した構成とされている。   FIG. 1 shows a configuration of a fuel injection valve 10 constituting a fuel injection device. A main body of the fuel injection valve 10 is a large-diameter cylindrical first valve body (hereinafter referred to as “first body”) 11. And a small-diameter cylindrical second valve body (hereinafter referred to as “second body”) 12 extending from one end of the first body 11 and closed at the tip, is connected by a coupling member 13.

そして、前記第1、第2ボディ11、12内に、その中心線に沿って第1ボディ11の中間部から第2ボディ12の先端部まで延びるニードルバルブ(以下、「ニードル」という)14が挿入されており、前記第2ボディ12の先端部12aとニードル14の先端部14aとで燃料噴射部15が構成されている。   A needle valve (hereinafter referred to as “needle”) 14 that extends from the intermediate portion of the first body 11 to the distal end portion of the second body 12 along the center line thereof is provided in the first and second bodies 11 and 12. The fuel injection unit 15 is configured by the distal end portion 12 a of the second body 12 and the distal end portion 14 a of the needle 14.

また、前記第1ボディ11内には、第2ボディ12側から第1コイル16と第2コイル16とが収納されていると共に、第1コイル16の内側には筒状の第1固定鉄心17が、第2コイル16の内側には同じく筒状の第2固定鉄心17がそれぞれ配設されている。 Further, in the said first body 11, with the second body 12 side first coil 16 1 and the 2 second coil 16 is housed, the first inner coil 16 1 tubular first stationary core 17 1, the second inner coil 16 2 likewise 2 cylindrical second fixed iron core 17 are disposed respectively.

さらに、第1固定鉄心17とその反第2固定鉄心17側に配設されたスペーサ18との間、及び、第1固定鉄心17と第2固定鉄心17との間に、それぞれ軸方向の空隙X、X(図2参照)を設けて、リング状の第1、第2可動鉄心19、19がそれぞれ配設されている。 Furthermore, between the first fixed core 17 1 and spacer 18 that is disposed in the counter second fixed core 17 2 side, and between the first fixed core 17 1 and the second fixed iron core 17 2, respectively Ring-shaped first and second movable iron cores 19 1 and 19 2 are respectively provided with axial gaps X 1 and X 2 (see FIG. 2).

そして、前記ニードル14の第1ボディ11内に位置する部分が、先端部14a側から、第1可動鉄心19、第1固定鉄心17、第2可動鉄心19をそれぞれ貫通し、かつ、該ニードル14の後端部側に、該ニードル14を前記先端部14a側へ、即ち、閉弁方向に付勢するスプリング20が備えられている。 And the part located in the 1st body 11 of the needle 14 penetrates the 1st movable iron core 19 1 , the 1st fixed iron core 17 1 , the 2nd movable iron core 19 2 from the tip part 14a side, and A spring 20 is provided on the rear end side of the needle 14 to urge the needle 14 toward the distal end portion 14a, that is, in the valve closing direction.

また、前記ニードル14の第1可動鉄心19を貫通する部位の第1固定鉄心17側と、第2可動鉄心19を貫通する部位の第2固定鉄心17側とに、第1、第2段付部14、14がそれぞれ設けられている。 Further, the first fixed iron core 17 1 side portion passing through the first movable iron core 19 1 of the needle 14, and a second fixed iron core 17 2 side of the portion penetrating the second movable iron core 19 2, first, Second stepped portions 14 1 and 14 2 are provided, respectively.

これにより、前記第1コイル16の通電によって発生する吸引力により第1可動鉄心19が第1固定鉄心17側へ吸引されると共に、前記第1段付部14を介して、ニードル14が前記スプリング20の付勢力等に抗して前記空隙Xに相当する距離だけ開弁方向へストロークし、同様に、前記第2コイル16の通電によって発生する吸引力により第2可動鉄心19が第1固定鉄心17側へ吸引されると共に、前記第2段付部14を介して、ニードル14が前記スプリング20の付勢力等に抗して前記空隙Xに相当する距離だけ開弁方向へストロークするようになっている。 Thus, the by first suction force generated by energization of the coil 16 1 together with the first movable iron core 19 1 is sucked to the first stationary core 17 1 side, via the first stepped portion 14 1, a needle 14 is a stroke by the valve opening direction distance against the biasing force or the like corresponding to the gap X 1 of the spring 20, likewise, the second movable iron core by the suction force generated by energization of the second coil 16 2 with 19 2 is sucked to the first fixed core 17 2 side, the second through the stepped portion 14 2, the distance the needle 14 corresponds to the gap X 2 against the biasing force or the like of the spring 20 Only strokes in the valve opening direction.

その場合に、図2に拡大して示すように、前記空隙X、Xは、X<Xの関係に設定されており、したがって、第1コイル16への通電によるニードル14の開弁方向へのストローク量が、第2コイル16への通電によるニードル14の同方向へのストローク量より小さくなる。 In this case, as shown enlarged in FIG. 2, the gap X 1, X 2 is, X 1 <a is set to the relationship X 2, therefore, the needle 14 due to energization of the first to the coil 16 1 stroke of the valve opening direction is smaller than the stroke of the same direction of the needle 14 due to energization of the second to the coil 16 2.

一方、前記第2ボディ先端部12aとニードル先端部14aとで構成される燃料噴射部15は、図2に拡大して示すように、第2ボディ先端部12aの壁面の内側に設けられた円錐状の座面12bに、同じく円錐状とされたニードル先端部14aが、該ニードル14の移動に応じて対接、離間することにより、閉弁、開弁するように構成されている。   On the other hand, the fuel injection portion 15 composed of the second body tip portion 12a and the needle tip portion 14a is a cone provided inside the wall surface of the second body tip portion 12a as shown in an enlarged view in FIG. The needle tip portion 14a, which is also conically shaped, is configured to close and open when the needle 14 contacts and separates according to the movement of the needle 14.

そして、開弁時には、第1ボディ11の後端のコネクタ21に接続されたパイプ(図示せず)から該第1ボディ11内の燃料通路(図示せず)を経由して、第2ボディ12とニードル14との間の燃料溜り部12cまで圧送されている高圧の燃料が、前記第2ボディ先端部12aの壁面に設けられた複数の噴孔12d…12dから外部(燃焼室内)へ霧状とされて噴射されるようになっている。   When the valve is opened, the second body 12 passes from a pipe (not shown) connected to the connector 21 at the rear end of the first body 11 via a fuel passage (not shown) in the first body 11. The high-pressure fuel pumped to the fuel reservoir 12c between the needle 14 and the needle 14 mists from the plurality of nozzle holes 12d... 12d provided on the wall surface of the second body tip 12a to the outside (combustion chamber). It is made to be injected.

以上の構成の燃料噴射弁10に加えて、図3に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置1は燃料制御部30を有する。   In addition to the fuel injection valve 10 having the above configuration, as shown in FIG. 3, the fuel injection device 1 according to this embodiment includes a fuel control unit 30.

この燃料制御部30は、エンジンコントロールユニット内に設けられ、エンジンの運転状態を示す各種信号を入力し、これらの信号が示す運転状態に応じて要求される噴射量となるように、燃料噴射弁10の第1、第2コイル16、16にパルス状の制御電流を出力する。 The fuel control unit 30 is provided in the engine control unit, inputs various signals indicating the operating state of the engine, and the fuel injection valve so as to obtain an injection amount required according to the operating state indicated by these signals. Pulse-shaped control currents are output to the ten first and second coils 16 1 and 16 2 .

次に、この燃料制御部30の制御電流出力動作を具体的に説明する。   Next, the control current output operation of the fuel control unit 30 will be specifically described.

まず、コイルへの通電量とニードルのストローク量との関係を説明すると、一般に、閉弁状態にあるニードルの開弁動作を開始させるためには、いずれもニードルに閉方向に作用するスプリングの付勢力とバルブボディ内の燃圧とに打ち勝つだけの吸引力をニードルに作用させる必要があり、その場合に、コイルへの通電によって発生する吸引力が同一であっても、ストローク量が大きいほど可動鉄心と固定鉄心との間の空隙が大きいので、実際にニードルに作用する吸引力は小さくなる。   First, the relationship between the energization amount to the coil and the stroke amount of the needle will be explained. Generally, in order to start the valve opening operation of the needle in the valve closing state, the spring is applied to the needle in the closing direction. It is necessary to apply a suction force that overcomes the force and the fuel pressure in the valve body to the needle. In this case, even if the suction force generated by energizing the coil is the same, the larger the stroke amount, the movable iron core Since the gap between the core and the fixed iron core is large, the suction force actually acting on the needle is small.

したがって、図4(a)に示すように、開弁動作開始に必要な吸引力をニードルに作用させるためには、コイルへの通電によって発生する吸引力、換言すれば、コイルへの通電電流値ないしこれによって生じる磁場の強さを、ストローク量が大きくなるほど大きくしなければならないことになる。   Therefore, as shown in FIG. 4 (a), in order to apply the suction force necessary for starting the valve opening operation to the needle, the suction force generated by energization of the coil, in other words, the value of the energization current to the coil. Or, the strength of the magnetic field generated by this must be increased as the stroke amount increases.

その結果、同図(b)に示すように、ストローク量が小さい第1コイル16への通電で開弁させるときの電流値Iに比べて、ストローク量が大きい第2コイル16への通電で開弁させるときの方が通電開始初期に供給する電流値Iを高くしなければならず、後者の場合、開弁時の電力消費量が増大し、また、コイルで発生した磁力をニードルに対する吸引力として効率的に作用させるために、第2コイル16の大型化を招くことになる。 As a result, as shown in FIG. (B), as compared to the current value I 1 at which to open at the energization of the first coil 16 one stroke amount is small, the stroke amount is large in the second to the coil 16 2 It is it is necessary to increase the current value I 2 is supplied to the energization start early towards the time for opening energization, in the latter case, power consumption is increased at the time of valve opening, also, the magnetic force generated in the coil to act effectively as a suction force to the needle, which leads to a second size of the coil 16 2.

そこで、前記燃料噴射装置1の制御部30は、まず、要求噴射量が少ないとき、即ち、ニードル14のストローク量が小さい方の空隙Xに等しいストローク量で足りるときは、図5(a)に示すように、第1コイル16に対して、まず、ストローク量が小さいときの開弁動作開始に必要な前記電流値Iで通電し、その後、電流値を、ニードル14をストローク量Xだけ移動させ、その状態で保持するのに必要な電流値I’まで低下させる。そして、この状態を要求噴射量に対応する時間Tが経過するまで保持する。なお、このとき、第2コイル16に対しては制御電流を出力しない。 Therefore, the control unit 30 of the fuel injection device 1, first, when the amount of the required injection is small, i.e., when sufficient equal stroke the gap X 1 towards stroke amount is small the needle 14, FIGS. 5 (a) as shown in, the first coil 16 1, first, energized by the current value I 1 required valve opening operation start when the stroke amount is small, then the current value, the needle 14 stroke X It is moved by 1 and lowered to the current value I 1 ′ necessary for holding in that state. The hold up time T 1 corresponding to this state to the required injection amount has elapsed. At this time, does not output the control current for the second coil 16 2.

これにより、燃料噴射弁10においては、図6(a)に示すように、第1コイル16への前記電流値Iの通電によって生じた磁力により、第1可動鉄心19が第1固定鉄心17側に吸引され、第1段付部14を介して、スプリング20の付勢力および燃圧に抗してニードル14の先端部14aが座面12bから離間されると共に、符号aで示すように、ニードル14が空隙Xに相当するストローク量だけ移動し、第1可動鉄心19が第1固定鉄心17の端面に吸着される。 Thus, in the fuel injection valve 10, as shown in FIG. 6 (a), by the magnetic force generated by the energization of the current value I 1 of the first coil 16 1, the first movable iron core 19 1 is first fixed is attracted to the iron core 17 1 side, via the first stepped portion 14 1, the tip portion 14a of the needle 14 is separated from the seat surface 12b against the biasing force and the fuel pressure of the spring 20, indicated by the symbol a as such, the needle 14 is moved by the stroke amount equivalent to the gap X 1, the first movable iron core 19 1 is adsorbed by the first end surface of the fixed iron core 17 1.

そして、この状態が前記時間Tが経過するまで保持されることにより、前記ストローク量Xに応じた噴射率で、第2ボディ12の先端の噴孔12d…12dから、要求された比較的少量の燃料が噴射される。 By this state is maintained until the time T 1 is elapsed, the injection rate corresponding to the stroke amount X 1, from the tip of the nozzle hole 12d ... 12d of the second body 12, relatively requested A small amount of fuel is injected.

一方、要求噴射量が多く、これを短時間で噴射する必要があるとき、即ち、ニードル14を大きなストローク量Xだけ移動させる必要があるときは、図5(b)に示すように、第1コイル16に対し、まず、要求噴射量が少ないときと同様、前記電流値Iで通電し、その後、該第1コイル16に対する通電を終了する。 On the other hand, many required injection amount, when it is required to inject a short time this, i.e., when it is necessary to move the needle 14 by a large stroke X 2, as shown in FIG. 5 (b), the 1 to coil 16 1, first, as when the amount required injection is small, energized by the current value I 1, then ends the energization of the first coil 16 1.

また、第2コイル16に対しては、第1コイルへの通電開始と同時に又はこれより多少タイミングを遅らせて、ニードル14を先端部14aが座面12bから離間した状態でストローク量Xだけ移動させるのに要する電流値I’で通電し、この状態を要求噴射量に対応する時間Tが経過するまで保持する。 Further, with respect to the second coil 16 2, delays the same time or slightly timing than this energization start and to the first coil, the needle 14 tip 14a is in a state of being separated from the seat surface 12b by stroke X 2 Energization is performed at a current value I 2 ′ required for movement, and this state is maintained until a time T 2 corresponding to the required injection amount elapses.

なお、この電流値I’は、スプリング20の付勢力に抗してニードル14を移動させるだけで足りるので、前記第1コイル16に通電する開弁動作開始のための電流値Iより小さく、該第1コイル16に対するその後の電流値I’と大差がない。 Note that the current value I 2 ', since it is only necessary to move the needle 14 against the biasing force of the spring 20, than the current value I 1 for a valve opening operation start energizing the first coil 16 1 small, there is no great difference between the subsequent current value I 1 'for the first coil 16 1.

これにより、燃料噴射弁10においては、図6(b)に示すように、第1コイル16への電流値Iの通電によって発生した吸引力により、要求噴射量が少ないときと同様、第1可動鉄心19が第1固定鉄心17側に吸引され、第1段付部14を介して、スプリング20の付勢力および燃圧に抗してニードル14の先端部14aが座面12bから離間される。 Thus, in the fuel injection valve 10, as shown in FIG. 6 (b), by the suction force generated by energization of the current value I 1 of the first coil 16 1, similar to when the amount of required injection is small, the 1 movable iron core 19 1 is attracted to the first stationary core 17 1 side, via the first stepped portion 14 1, the tip portion 14a is the seat surface 12b of the needle 14 against the biasing force and the fuel pressure of the spring 20 Spaced apart.

そして、これと並行して、第2コイル16への電流値I2’の通電によって発生した吸引力により、第2可動鉄心19が第2固定鉄心17側に吸引され、第2段付部14を介して、スプリング20の付勢力に抗してニードル14が空隙Xに相当するストローク量だけ移動し、符号bで示すように、第2可動鉄心19が第2固定鉄心17の端面に吸着される。 In parallel with this, the suction force generated by energization of the current value I2 'of the second to the coil 16 2, 2 second movable core 19 is attracted to the second fixed core 17 2 side, with the second stage via the part 14 2, the needle 14 is moved by the stroke amount equivalent to the gap X 2 against the urging force of the spring 20, as shown at b, 2 a second movable iron core 19 and the second fixed iron core 17 2 is adsorbed on the end face.

そして、この状態が上記時間Tだけ保持されることにより、前記ストローク量Xに応じた大きな噴射率で、第2ボディ1の先端の噴孔12d…12dから、要求された多量の燃料が噴射される。 By this state is maintained by the time T 2, a large injection rate corresponding to the stroke amount X 2, the second body 1 2 of the tip of the injection holes 12d ... 12d, the requested quantity of fuel Is injected.

以上のようにして、要求噴射量に応じてニードル14のストローク量が変更されることになるが、大きなストローク量Xが要求される場合に、小ストローク用の第1コイル16への通電によって、ニードル14の先端部14aを座面12bから離間させるので、図4(b)に示す大ストローク用の第2コイル16への通電のみによって開弁動作を開始する場合に比べて、トータルとしての通電量を低減することが可能となる。 As described above, so that the stroke of the needle 14 is changed according to the required injection amount, large when the stroke amount X 2 is required, the energization of the first coil 16 1 for a small stroke Accordingly, since to separate the front end portion 14a of the needle 14 from the seating surface 12b, as compared with the case of starting the opening operation only by energizing the second coil 16 2 for a large stroke shown in FIG. 4 (b), total It is possible to reduce the energization amount.

これにより、特に噴射時間の短縮のため高噴射率が要求される場合に、開弁時の電力消費量が低減されると共に、コイルで発生した磁力を吸引力としてニードルに効率よく作用させるためにコイルを大型化する必要もなくなる。   As a result, when a high injection rate is required for shortening the injection time, the power consumption at the time of valve opening is reduced, and the magnetic force generated in the coil is effectively applied to the needle as an attractive force. There is no need to increase the size of the coil.

以上のように、本発明によれば、例えば高圧縮比を採用するエンジンにおいて、高負荷低回転領域で過早装着火やノッキングを抑制するなどのために、ニードルのストローク量を大きくして噴射率を高めるようにした場合に、燃料噴射弁の電力消費量の増大及び大型化が回避されることになる。したがって、この種のエンジンの製造産業分野ないしこの種のエンジンを搭載した車両の製造技術分野において、好適に利用される可能性がある。   As described above, according to the present invention, for example, in an engine that employs a high compression ratio, in order to suppress premature wearing fire or knocking in a high load low rotation region, the needle stroke amount is increased and injection is performed. When the rate is increased, an increase in power consumption and an increase in size of the fuel injection valve are avoided. Therefore, it may be suitably used in the field of manufacturing this type of engine or in the field of manufacturing technology of a vehicle equipped with this type of engine.

1 燃料噴射装置
10 燃料噴射弁
14 ニードル
16、16 第1、第2コイル
30 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection apparatus 10 Fuel injection valve 14 Needle 16 1 , 16 2 1st, 2nd coil 30 Control part

Claims (3)

エンジンに備えられ、バルブボディに挿入されたニードルバルブをコイルへの通電により吸引して開弁し、前記バルブボディの先端の噴孔から燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
前記コイルとして第1コイルと第2コイルとが備えられ、
第1コイルへの通電による前記ニードルバルブの吸引ストロークが、第2コイルへの通電による前記ニードルバルブの吸引ストロークより小さくされていると共に、
要求噴射量が少ない領域では、前記第1コイルにのみ通電し、要求噴射量が多い領域では、前記第1コイルと第2コイルとに通電する通電制御手段を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
A fuel injection device that is provided in an engine and sucks and opens a needle valve inserted into a valve body by energizing a coil, and injects fuel into a combustion chamber from a nozzle hole at the tip of the valve body,
The coil includes a first coil and a second coil,
The suction stroke of the needle valve by energizing the first coil is made smaller than the suction stroke of the needle valve by energizing the second coil,
A fuel injection system comprising an energization control means for energizing only the first coil in a region where the required injection amount is small and energizing the first coil and the second coil in a region where the required injection amount is large. apparatus.
前記通電制御手段は、第1、第2コイルに通電する領域において、第1コイルへの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、第2コイルの通電により発生する吸引力より大きくなるように、これらのコイルへの通電を制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。   The energization control means is configured such that, in a region where the first and second coils are energized, an attraction force to the needle valve generated by energizing the first coil is larger than an attraction force generated by energizing the second coil. The fuel injection device according to claim 1, wherein energization of these coils is controlled. 前記通電制御手段は、第1、第2コイルに通電する領域において、第1コイルへの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、該ニードルバルブの開弁動作開始に要する吸引力より大きくなり、第2コイルの通電により発生する前記ニードルバルブに対する吸引力が、該ニードルバルブの開弁動作開始に要する前記吸引力より小さくなるように、これらのコイルへの通電を制御することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料噴射装置。   In the energization control means, in the region where the first and second coils are energized, the attraction force to the needle valve generated by energizing the first coil is greater than the attraction force required to start the valve opening operation of the needle valve. The energization of these coils is controlled so that the attraction force to the needle valve generated by energization of the second coil is smaller than the attraction force required to start the opening operation of the needle valve. The fuel injection device according to claim 1 or 2.
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