JP2743637B2 - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジンの燃
料噴射制御装置に係り、特に主噴射に先立って予備噴射
（パイロット噴射）を行うようにした燃料噴射制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧縮着火を行うディーゼルエ
ンジンの低速運転時や低負荷運転時においては、燃焼室
に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼して、
燃焼騒音や排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X ）が増大す
ることがある。これに対しては、燃料の主噴射に先立っ
てパイロット噴射を行うことが有効とされ、例えば特開
昭６３−７１５４４号公報等において、パイロット噴射
に関する種々の技術が提案されている。このパイロット
噴射は、その時々の噴射期間に噴射される全燃料噴射量
のうちの一部を主噴射に先立って予備的に噴射させ、そ
のパイロット噴射による燃料を着火させて燃焼室内の温
度を充分に高め、その後に続く主噴射の燃料着火を効果
的に行わせるものである。

【０００３】前記パイロット噴射及び主噴射を行うため
に、前記公報では高速応答性に優れたＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）等の圧電素子を有するスピル弁が用いら
れている。このスピル弁は、燃料噴射ポンプの高圧室内
の高圧燃料を低圧側へ溢流させるスピル通路に配設され
ている。スピル弁は前記スピル通路を開閉可能な弁体
と、所定の電圧が印加されることにより伸縮動作して前
記弁体を移動させ、その弁体にて前記スピル通路を開閉
させる圧電素子とを備えている。そして、圧電素子に電
圧を印加してスピル弁を駆動し、燃料噴射ポンプにおけ
る高圧室内の燃料圧力を調整し、燃料噴射弁にてパイロ
ット噴射及び主噴射を行わせるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記ＰＺＴ
等の圧電素子は強誘電体であるので、電荷の供給及び放
出に基づき伸縮動作する際に、他部材から熱が伝わった
り自身が発熱したりすると昇温し、自発分極が小さくな
る。特に、圧電素子への印加電圧を発生するために共振
回路を用いた場合には、その圧電素子の温度上昇を免れ
ることができない。そして、圧電素子の温度がキュリー
点（例えば、ＰＺＴの場合２１０℃）を越えると前記自
発分極が消失し、圧電素子は電圧を印加しても伸縮動作
しなくなる。その結果、圧電素子が伸張したまま収縮し
なくなるとエンジンのオーバランを引き起こし、同圧電
素子が収縮したまま伸張しなくなるとエンジンストール
を引き起こすおそれがある。

【０００５】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであって、その目的は、圧電素子の温度上昇を抑制し
て、同圧電素子が伸縮動作しなくなるのを未然に防止で
きるディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては図１に示すように、ディーゼル
エンジンＭ１の回転を、フェイスカムＭ２が形成された
カムＭ３を介してプランジャＭ４に伝達し、そのプラン
ジャＭ４を駆動させることにより高圧室Ｍ５内へ燃料を
吸入し加圧する高圧ポンプＭ６と、前記高圧ポンプＭ６
の高圧室Ｍ５で加圧された高圧燃料を前記ディーゼルエ
ンジンＭ１に噴射する燃料噴射弁Ｍ７と、電圧印加によ
り伸縮動作する圧電素子Ｍ８にて弁体Ｍ９を移動させて
前記高圧室Ｍ５内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射
弁Ｍ７にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射
を行わせるスピル弁Ｍ１０と、前記ディーゼルエンジン
Ｍ１の運転状態を検出する運転状態検出手段Ｍ１１と、
前記圧電素子Ｍ８の温度を検出する素子温度検出手段Ｍ
１２と、前記運転状態検出手段Ｍ１１によるディーゼル
エンジンＭ１の運転状態が所定状態のときに、前記素子
温度検出手段Ｍ１２により検出された圧電素子Ｍ８の温
度が予め定めた所定値よりも低い場合には、前記カムＭ
３のフェイスカム領域における低噴射率領域を用いたパ
イロット噴射を行わせるとともに、その低噴射率領域に
続く領域を用いた主噴射を行わせる第１の噴射制御手段
Ｍ１３と、前記運転状態検出手段Ｍ１１によるディーゼ
ルエンジンＭ１の運転状態が所定状態のときに、前記素
子温度検出手段Ｍ１２により検出された圧電素子Ｍ８の
温度が前記所定値以上になるとパイロット噴射を停止す
るとともに、パイロット噴射実行時に相当する噴射率と
なるフェイスカム領域を用いた主噴射を行わせる第２の
噴射制御手段Ｍ１４とを備えている。

【０００７】

【作用】ディーゼルエンジンＭ１の回転は、フェイスカ
ムＭ２が形成されたカムＭ３を介してプランジャＭ４に
伝達される。すると、そのプランジャＭ４が駆動され、
高圧ポンプＭ６の高圧室Ｍ５内へ燃料を吸入し加圧す
る。この加圧された高圧燃料は燃料噴射弁Ｍ７に供給さ
れ、同燃料噴射弁Ｍ７から前記ディーゼルエンジンＭ１
に噴射される。このとき、スピル弁Ｍ１０の圧電素子Ｍ
８は、電圧印加により伸縮動作し弁体Ｍ９を移動させて
前記高圧室Ｍ５内の燃料の圧力を調整する。この圧力の
調整により、前記燃料噴射弁Ｍ７にて主噴射及び同主噴
射に先立つパイロット噴射が行われる。

【０００８】前記ディーゼルエンジンＭ１の運転時に
は、その運転状態が運転状態検出手段Ｍ１１によって検
出されるとともに、前記圧電素子Ｍ８の温度が素子温度
検出手段Ｍ１２によって検出される。

【０００９】そして、第１の噴射制御手段Ｍ１３は、前
記運転状態検出手段Ｍ１１によるディーゼルエンジンＭ
１の運転状態が所定状態のときに、前記素子温度検出手
段Ｍ１２により検出された圧電素子Ｍ８の温度が予め定
めた所定値よりも低い場合には、前記カムＭ３のフェイ
スカム領域における低噴射率領域を用いたパイロット噴
射を行わせるとともに、その低噴射率領域に続く領域を
用いた主噴射を行わせる。

【００１０】また、第２の噴射制御手段Ｍ１４は、前記
運転状態検出手段Ｍ１１によるディーゼルエンジンＭ１
の運転状態が所定状態のときに、前記素子温度検出手段
Ｍ１２により検出された圧電素子Ｍ８の温度が前記所定
値よりも高くなるとパイロット噴射を停止するととも
に、パイロット噴射実行時に相当する噴射率となるフェ
イスカム領域を用いた主噴射を行わせる。

【００１１】従って、ディーゼルエンジンＭ１の運転状
態が所定状態であっても圧電素子Ｍ８の温度が所定値以
上になるとパイロット噴射が停止され、主噴射のみが実
行される。これにより、圧電素子Ｍ８の作動回数はパイ
ロット噴射及び主噴射が実行される場合の１／２とな
り、圧電素子Ｍ８の発熱が減少する。

【００１２】このときの主噴射をフェイスカム領域にお
ける高噴射率領域を用いて行わせると噴射率が急激に上
昇する。しかし、本発明では前記のように、パイロット
噴射実行時に相当する噴射率となるフェイスカム領域を
用いて主噴射を行うので、パイロット噴射時に近い低噴
射率が維持される。そのため、パイロット噴射実行時か
らパイロット噴射が停止された場合には噴射率の急激な
変化がない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
基いて詳細に説明する。図２は本実施例の燃料噴射制御
装置を備えた過給機付ディーゼルエンジン２の概略構成
を示す図であり、図３は高圧ポンプとしての分配型燃料
噴射ポンプ１の断面図である。燃料噴射ポンプ１は、デ
ィーゼルエンジン２のクランク軸４４にベルト等を介し
て駆動連結されたドライブプーリ３を備えている。そし
て、ドライブプーリ３の回転によって燃料噴射ポンプ１
が駆動され、ディーゼルエンジン２の気筒（この場合は
４気筒）毎に設けられた燃料噴射弁としての燃料噴射ノ
ズル４に燃料が圧送されて燃料噴射を行う。

【００１４】ドライブプーリ３にはドライブシャフト５
が連結され、そのドライブシャフト５には、べーン式ポ
ンプよりなる燃料フィードポンプ（図では９０度展開さ
れている）６と、円板状のパルサ７とが取付けられてい
る。パルサ７の外周面には、ディーゼルエンジン２の気
筒数と同数の欠歯（この場合４個）が等角度間隔で形成
され、さらに隣接する欠歯間には１４個ずつ（合計で５
６個）の突起が等角度間隔で形成されている。そして、
前記ドライブシャフト５の基端部（図の右端部）は、図
示しないカップリングを介してカムとしてのカムプレー
ト８に接続されている。パルサ７とカムプレート８との
間にはローラリング９が設けられ、そのローラリング９
にはカムプレート８のフェイスカム８ａに対向する複数
のカムローラ１０が取付けられている。そして、カムプ
レート８はスプリング１１によって常にカムローラ１０
に付勢係合されている。

【００１５】カムプレート８には燃料加圧用プランジャ
１２が一体回転可能に取付けられており、前記ドライブ
シャフト５の回転力がカップリングを介してカムプレー
ト８に伝達されることにより、同カムプレート８及びプ
ランジャ１２が回転しながら図中左右方向へ往復駆動さ
れる。プランジャ１２はポンプハウジング１３に形成さ
れたシリンダ１４に嵌挿されており、これらのプランジ
ャ１２の先端面（図の右端面）とシリンダ１４の内底面
との間が高圧室１５となっている。プランジャ１２の先
端側外周には、ディーゼルエンジン２の気筒数と同数の
吸入溝１６及び分配ポート１７が形成されている。ま
た、吸入溝１６及び分配ポート１７に対応して、ポンプ
ハウジング１３には吸入ポート１９及び分配通路１８が
形成されている。

【００１６】そして、ドライブシャフト５の回転に基づ
き燃料フィードポンプ６が駆動されると、図示しない燃
料タンクからの燃料が燃料供給ポート２０を介して燃料
室２１内へ供給される。また、プランジャ１２が図中左
方向へ移動（復動）して高圧室１５が減圧される吸入行
程においては、吸入溝１６の一つが吸入ポート１９と連
通して、燃料室２１から高圧室１５へ燃料が導入され
る。一方、プランジャ１２が図中右方向へ移動（往動）
して高圧室１５が加圧される圧縮行程においては、分配
通路１８から各気筒毎の燃料噴射ノズル４へ燃料が圧送
されて噴射される。

【００１７】前記ポンプハウジング１３には、高圧室１
５と燃料室２１とを連通させる燃料溢流用のスピル通路
２２が形成され、その途中にピエゾスピル弁２３が設け
られている。ピエゾスピル弁２３は、前記高圧室１５内
の燃料の圧力を調整することにより、前記燃料噴射ノズ
ル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を
行わせるためのものである。

【００１８】ピエゾスピル弁２３は上下動可能な弁体２
４を備えており、この弁体２４は、弁座２５に接触する
ことにより同スピル通路２２を閉塞（閉弁）し、同弁座
２５から離間することによりスピル通路２２を開放（開
弁）する。前記弁体２４を駆動してスピル通路２２を開
閉させるために、弁体２４の下側にはスプリング２６の
付勢力が作用し、同弁体２４の上側には燃料による圧力
が作用するようになっている。すなわち、弁体２４の直
下にはスプリング２６が圧縮状態で配設されており、ス
ピル通路２２が開放されるようにスプリング２６が弁体
２４を常に上方へ付勢している。

【００１９】また、弁体２４の上方には変圧室２７が形
成されており、この変圧室２７内の燃料が小径の連通孔
２８を介し前記弁体２４を下方へ押圧している。前記変
圧室２７の容積を変えて、弁体２４上面に作用する燃料
の押圧力を調整するために、その変圧室２７の上側に
は、圧電素子としてのピエゾ素子３０とピストン２９と
が配設され、同変圧室２７の下側にスプリング３１が配
置されている。スプリング３１はピストン２９を常に上
方へ付勢している。また、ピエゾ素子３０は、ＰＺＴ等
からなる板状部材を複数枚積層した構造をなし、電荷が
供給されると伸張してスプリング３１の付勢力に抗しピ
ストン２９を下動させ、電荷が放電されると収縮してス
プリング３１の付勢力によるピストン２９の上動を許容
する。

【００２０】さらに、前記変圧室２７内の燃料がリーク
により減少した場合においても弁体２４の挙動を安定化
させるために、変圧室２７と高圧室１５とがリセット通
路３２によって連通可能となっている。このリセット通
路３２の開閉は、プランジャ１２の回転運動と往復運動
とが所定のタイミングとなったときに行われる。このリ
セット通路３２の開閉により、ピエゾ素子３０が伸張す
る前に変圧室２７に燃料が補充され、変圧室２７内の初
期圧力が一定にリセットされる。

【００２１】ここで、前記ピエゾスピル弁２３による燃
料の噴射制御を図５〜図９に従って簡単に説明する。ま
ず、図５はプランジャ１２が同図の左方へ移動（復動）
する燃料吸入行程を示しており、この状態ではプランジ
ャ１２の吸入溝１６が吸入ポート１９と連通するととも
に、分配ポート１７が分配通路１８から遮断されてい
る。そして、ピエゾ素子３０が収縮し弁体２４がスピル
通路２２を開放している。このため、燃料は吸入ポート
１９から高圧室１５内へ吸入され、さらにはリセット通
路３２を通って変圧室２７に導かれる。

【００２２】前記状態から、図６に示すようにプランジ
ャ１２が回転を伴って同図の右方へ移動（往動）する
と、吸入ポート１９及びリセット通路３２がともに遮断
され、高圧室１５内の燃料が加圧され始める。このとき
には、ピエゾ素子３０はまだ収縮されたままであり、ス
ピル通路２２は開かれている。

【００２３】図７に示すように、ピエゾ素子３０に所定
の電圧が印加されると、圧電効果によりピエゾ素子３０
が伸張する。これにより変圧室２７内の燃料が加圧さ
れ、その燃料の押圧力がスプリング２６の付勢力に打ち
勝って弁体２４を下動させ、スピル通路２２を閉塞す
る。このとき、プランジャ１２の往動で高圧室１５が加
圧されても、弁体２４の受圧面積差と変圧室２７の圧力
が高くなっていることで、弁体２４は閉弁し続ける。そ
して、図８に示すようにプランジャ１２の分配ポート１
７が分配通路１８と連通すると、燃料噴射ノズル４から
燃料が噴射される（燃料噴射開始）。

【００２４】所定の噴射量を得た時に、図９で示すよう
にピエゾ素子３０の電荷が放出されると、ピエゾ素子３
０は収縮し変圧室２７の圧力が低下する。すると、スプ
リング２６の付勢力によって弁体２４が上動し、スピル
通路２２が開放される。これにより、高圧室１５内の高
圧の燃料が燃料室２１へ溢流され、噴射が終了する（燃
料噴射終了）。

【００２５】従って、ピエゾスピル弁２３のピエゾ素子
３０に電圧を印加するタイミング、ピエゾ素子３０の電
荷を放電させるタイミングを調節することにより、パイ
ロット噴射量、パイロット噴射の開始時期及び終了時
期、主噴射量、主噴射の開始時期及び終了時期を制御す
ることが可能である。

【００２６】図２に示すように、前記ポンプハウジング
１３の下側には、燃料噴射時期制御用のタイマ装置（図
では９０度展開されている）３４が設けられている。タ
イマ装置３４は、ドライブシャフト５の回転方向に対す
るローラリング９の位置を制御することにより、フェイ
スカム８ａがカムローラ１０に係合する時期、すなわち
カムプレート８及びプランジャ１２の往復動タイミング
を制御するものである。

【００２７】このタイマ装置３４は油圧によって作動さ
れるものであり、タイマハウジング３５と、同タイマハ
ウジング３５内に嵌装されたタイマピストン３６と、同
じくタイマハウジング３５内一側の低圧室３７にてタイ
マピストン３６を他側の加圧室３８へ押圧付勢するタイ
マスプリング３９等とから構成されている。そして、タ
イマピストン３６はスライドピン４０を介して前記ロー
ラリング９に接続されている。

【００２８】タイマハウジング３５の加圧室３８には、
燃料フィードポンプ６により加圧された燃料が導入され
るようになっている。そして、その燃料圧力とタイマス
プリング３９の付勢力との釣り合い関係によってタイマ
ピストン３６の位置が決定される。また、タイマピスト
ン３６の位置が決定されることによりローラリング９の
位置が決定され、カムプレート８を介してプランジャ１
２の往復動タイミングが決定される。

【００２９】タイマ装置３４の燃料圧力を制御するため
に、加圧室３８と低圧室３７とを繋ぐ連通路４２にはタ
イミングコントロールバルブ４１が設けられている。タ
イミングコントロールバルブ４１はデューティ制御され
た通電信号によって開閉制御される電磁弁であり、同タ
イミングコントロールバルブ４１の開閉制御によって加
圧室３８内の燃料圧力が調整される。そして、その燃料
圧力調整によってプランジャ１２のリフトタイミングが
制御され、各燃料噴射ノズル４からの燃料噴射時期が調
整される。

【００３０】なお、前記ローラリング９の上部には、電
磁ピックアップコイルよりなる回転数センサ４３が前記
パルサ７の外周面に対向して取付けられている。この回
転数センサ４３はパルサ７の突起等が横切る際に、それ
らの通過を検出してエンジン回転数ＮＥに相当するタイ
ミング信号（エンジン回転パルス）を出力する。また、
この回転数センサ４３は前記ローラリング９と一体であ
るため、タイマ装置３４の制御動作に関わりなく、プラ
ンジャリフトに対して一定のタイミングで基準となるタ
イミング信号を出力する。

【００３１】次に、ディーゼルエンジン２について説明
する。図２に示すように、このディーゼルエンジン２で
はシリンダ４５、ピストン４６及びシリンダヘッド４７
によって各気筒毎に対応する主燃焼室４８が形成されて
いる。また、シリンダヘッド４７には、同じく各気筒毎
に対応して副燃焼室４９が設けられており、これらの副
燃焼室４９は前記主燃焼室４８に連通している。そし
て、各副燃焼室４９に各燃料噴射ノズル４から噴射され
る燃料が供給される。また、各副燃焼室４９には、始動
補助装置としての周知のグロープラグ５０がそれぞれ取
付けられている。

【００３２】ディーゼルエンジン２には吸気管５２及び
排気管５５がそれぞれ接続され、その吸気管５２にはタ
ーボチャージャ５３のコンプレッサ５４が配設され、排
気管５５にはターボチャージャ５３のタービン５６が配
設されている。また、排気管５５には過給圧を調節する
ウェイストゲートバルブ５７が取付けられている。

【００３３】また、ディーゼルエンジン２には、排気管
５５内の排気の一部を吸気管５２の吸入ポート５８へ還
流させるための還流管５９が設けられている。還流管５
９の途中には排気の還流量を調節するＥＧＲバルブ６０
が設けられ、このＥＧＲバルブ６０はバキュームスイッ
チングバルブ（ＶＳＶ）６１の制御によって開閉制御さ
れる。

【００３４】さらに、吸気管５２の途中には、アクセル
ペダル６２の踏込量に連動して開閉されるスロットルバ
ルブ６３が設けられている。また、そのスロットルバル
ブ６３に平行してバイパス路６４が形成され、その途中
には、各種運転状態に応じてアクチュエータ６８によっ
て開閉制御されるバイパス絞り弁６５が設けられてい
る。アクチュエータ６８は、二つのＶＳＶ６６，６７の
制御によって駆動される。バイパス絞り弁６５は各種運
転状態に応じて開閉制御されるものであって、例えば、
アイドル運転時には騒音振動等の低減のために半開状態
に制御され、通常運転時には全開状態に制御され、さら
に運転停止時には安全のために全閉状態に制御される。

【００３５】そして、上記のように燃料噴射ポンプ１及
びディーゼルエンジン２に設けられたピエゾスピル弁２
３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ
５０及び各ＶＳＶ６１，６６，６７は、電子制御装置
（以下単に「ＥＣＵ」という）７１にそれぞれ電気的に
接続され、同ＥＣＵ７１によってそれらの駆動タイミン
グが制御される。

【００３６】前記ディーゼルエンジン２の運転状態を検
出する手段として、前記回転数センサ４３に加えて以下
のセンサが設けられている。すなわち、エアクリーナ６
９を介して吸気管５２に吸い込まれる空気の吸気温度を
検出する吸気温センサ７２、スロットルバルブ６３の開
閉位置からディーゼルエンジン２の負荷に相当するアク
セル開度ＡＣＣＰＡを検出するアクセル開度センサ７
３、吸入ポート５８内の吸入圧力を検出する吸気圧セン
サ７４、ディーゼルエンジン２の冷却水温を検出する水
温センサ７５、ディーゼルエンジン２のクランク軸４４
の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に対するクラ
ンク軸４４の回転位置を検出するクランク角センサ７６
が設けられている。

【００３７】さらに、前記ピエゾスピル弁２３には、素
子温度検出手段としての熱電対７７が装着され、この熱
電対７７は前記ピエゾ素子３０の表面に当接して、その
ピエゾ素子３０の温度（素子温度Ｔ）を検出する。

【００３８】前記ＥＣＵ７１には、上述した各センサ４
３，７２〜７６及び熱電対７７がそれぞれ接続されてい
る。そして、ＥＣＵ７１は各センサ４３，７２〜７６及
び熱電対７７から出力される信号に基づいて、ピエゾス
ピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロ
ープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制
御する。

【００３９】次に、前述したＥＣＵ７１の構成につい
て、図４のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は
第１の噴射制御手段及び第２の噴射制御手段を構成する
中央処理装置（ＣＰＵ）８１、所定の制御プログラム及
びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯ
Ｍ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデ
ータを保存するバックアップＲＡＭ８４等と、これら各
部と入力ポート８５及び出力ポート８６等とをバス８７
によって接続した論理演算回路として構成されている。

【００４０】入力ポート８５には、前記吸気温センサ７
２、アクセル開度センサ７３、吸気圧センサ７４及び水
温センサ７５がバッファ８８，８９，９０，９１，９
２、マルチプレクサ９３及びＡ／Ｄ変換器９４を介して
接続されている。同じく、入力ポート８５には、前記回
転数センサ４３及びクランク角センサ７６が波形整形回
路９５を介して接続されている。そして、ＣＰＵ８１は
入力ポート８５を介して入力される各センサ４３，７２
〜７７等の検出信号を入力値として読み込む。また、出
力ポート８６には各駆動回路９６，９７，９８，９９，
１００，１０１を介してピエゾピル弁２３、タイミング
コントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ
６１，６６，６７等が接続されている。

【００４１】そして、ＣＰＵ８１は各センサ４３，７２
〜７６及び熱電対７７から読み込んだ入力値に基づき、
ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４
１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を
好適に制御する。

【００４２】次に、前記のように構成された本実施例の
作用及び効果を図１１のフローチャートに基づいて説明
する。ＣＰＵ８１はまずステップ１０１において、熱電
対７７によるそのときのピエゾ素子３０の素子温度ＴAC
T を読み込み、ステップ１０２でその読み込んだ素子温
度ＴACT と、予め定めた所定値としての上限素子温度Ｔ
max とを比較する。この上限素子温度Ｔmax は、電圧を
印加してもピエゾ素子３０が伸縮動作しなくなるときの
温度（キュリー点）よりも若干低い値であり、予めＲＯ
Ｍ８２に記憶されている。

【００４３】前記ステップ１０２においてそのときの素
子温度ＴACT が上限素子温度Ｔmaxよりも低いと、ＣＰ
Ｕ８１はステップ１０３でパイロット噴射及び主噴射を
行うためのパイロット噴射実行モードを設定する。そし
て、ＣＰＵ８１はステップ１０４で回転数センサ４３に
よるエンジン回転数ＮＥを読み込み、ステップ１０５で
アクセル開度センサ７３によるアクセル開度ＡＣＣＰＡ
を読み込む。次に、ＣＰＵ８１はステップ１０６におい
て、図１２で示すように基準となるクランク角θ0 から
のパイロット噴射開始指令角θ1 、パイロット噴射終了
指令角θ2 、主噴射開始指令角θ3 、主噴射終了指令角
θ4 をそれぞれ算出し、このルーチンを終了する。ここ
で、パイロット噴射開始指令角θ1 は、パイロット噴射
を開始させるためにピエゾ素子３０に電圧を印加すると
きのクランク角であり、パイロット噴射終了指令角θ2
は、パイロット噴射を終了させるためにピエゾ素子３０
への電圧印加を停止するときのクランク角である。また
主噴射開始指令角θ3 は、主噴射を開始させるためにピ
エゾ素子３０に電圧を印加するときのクランク角であ
り、主噴射終了指令角θ4 は、主噴射を終了させるため
にピエゾ素子３０への電圧印加を停止するときのクラン
ク角である。

【００４４】そして、ＣＰＵ８１はこれらの指令角θ1
〜θ4 に基づき、駆動回路９６を介してピエゾ素子３０
への電圧印加を開始又は停止し、同ピエゾ素子３０を充
電又は放電させる。これにより、ピエゾ素子３０が伸張
動作及び収縮動作を２回繰り返し、パイロット噴射及び
主噴射が行われる。このときには、前記カムプレート８
のフェイスカム８ａにおける全領域のうち、低噴射率領
域（フェイスカム８ａの勾配のなだらかな領域）Ｚ1 で
パイロット噴射が行われ、高噴射率領域（フェイスカム
８ａの勾配の急な領域）Ｚ2 で主噴射が行われる。従っ
て、この場合の主噴射の噴射率は図１２で示すように大
きい。

【００４５】ところで、前記パイロット噴射及び主噴射
の実行により、ピエゾ素子３０が伸縮動作を繰り返す
と、他部材から熱が伝わったり自身が発熱したりして同
ピエゾ素子３０の温度が上昇する。そして、前記ステッ
プ１０２において素子温度ＴACT が上限素子温度Ｔmax
以上になると、ＣＰＵ８１はステップ１０７へ移行し、
パイロット噴射を停止し主噴射のみを行うためのパイロ
ット噴射禁止モードを設定する。そして、ＣＰＵ８１は
ステップ１０８で回転数センサ４３によるエンジン回転
数ＮＥを読み込み、ステップ１０９でアクセル開度セン
サ７３によるアクセル開度ＡＣＣＰＡを読み込む。

【００４６】続いて、ＣＰＵ８１はステップ１１０へ移
行し、図１０のマップを用いてそのときの運転状態に応
じた主噴射開始指令角θ5 を算出し、このルーチンを終
了する。このマップは、パイロット噴射実行時に近い低
噴射率で主噴射を行わせるためのものであり、エンジン
回転数ＮＥに対する主噴射開始指令角θ5 がアクセル開
度ＡＣＣＰＡ毎に規定されている。本実施例では、エン
ジン回転数ＮＥが高くなるに従い主噴射開始指令角θ5
が小さくなるように、またアクセル開度ＡＣＣＰＡが大
きくなるに従い主噴射開始指令角θ5が小さくなるよう
に規定されている。

【００４７】さらに、前記マップにおいては、主噴射開
始指令角θ5 を前記パイロット噴射実行時の主噴射開始
指令角θ3 よりも大きくして、前記フェイスカム８ａに
おける勾配のなだらかな領域で主噴射が行われるよう考
慮されている。加えて、前記マップにおける主噴射開始
指令角θ5 はプランジャ１２の吸入溝１６が吸入ポート
１９と連通し（閉塞状態の吸入ポート１９が開き）、高
圧室１５の圧力が低下するまでに主噴射が終了するよう
に考慮されている（図１３参照）。

【００４８】そして、ＣＰＵ８１はステップ１１０で算
出した主噴射開始指令角θ5 に基づき、前記パイロット
噴射実行時と同じ噴射量を確保するために必要な主噴射
終了指令角θ6 を求める。ＣＰＵ８１は前記両指令角θ
5，θ6 に基づき駆動回路９６を介してピエゾ素子３０
に電圧印加を開始又は停止し、同ピエゾ素子３０を充電
又は放電させる。これにより、パイロット噴射が停止さ
れるとともに、ピエゾ素子３０の１回の伸縮動作により
主噴射が行われる。このときの主噴射は、前記カムプレ
ート８のフェイスカム８ａにおける低噴射率領域（フェ
イスカム８ａの勾配のなだらかな領域）Ｚ3 で行われ
る。従って、主噴射の噴射率は図１３で示すように前記
パイロット噴射実行時の主噴射の噴射率（図１２参照）
よりも小さい。

【００４９】このように、本実施例では熱電対７７によ
って検出されたピエゾ素子３０の素子温度ＴACT が上限
素子温度Ｔmax よりも低い場合には、フェイスカム領域
における低噴射率領域Ｚ1 を用いたパイロット噴射を行
わせるとともに、その低噴射率領域Ｚ1 に続く高噴射率
領域Ｚ2を用いた主噴射を行わせ、前記素子温度ＴACT
が上限素子温度Ｔmax 以上になるとパイロット噴射を停
止し、かつ、パイロット噴射実行時に相当する噴射率と
なる低噴射率領域Ｚ3 を用いた主噴射を行わせるように
した。

【００５０】このため、ディーゼルエンジン２の運転状
態が本来ならばパイロット噴射を行うべき状態であって
も、ピエゾ素子３０の温度が上限素子温度Ｔmax 以上に
なるとパイロット噴射が停止され、主噴射のみが実行さ
れる。これにより、ピエゾ素子３０の作動回数は、パイ
ロット噴射実行時の１／２となりピエゾ素子３０の温度
上昇が抑制される。従って、本実施例は従来技術とは異
なり、ピエゾ素子３０の素子温度ＴACT がキュリー点を
越えることが阻止され、同ピエゾ素子３０が伸張したま
ま収縮しなくなってディーゼルエンジン２のオーバラン
を引き起こしたり、収縮したまま伸張しなくなってエン
ジンストールを引き起こしたりするおそれがない。

【００５１】ここで、パイロット噴射停止時において、
パイロット噴射実行時と同様に、フェイスカム領域にお
ける高噴射率領域Ｚ2 を用いた主噴射を行わせると噴射
率が急激に上昇する問題がある。しかし、本実施例では
前記のように低噴射率領域Ｚ３を用いて主噴射を行うの
で、パイロット噴射実行時に近い低噴射率が維持され
る。そのため、パイロット噴射実行時からパイロット噴
射が停止された場合には噴射率の急激な変化がなく、燃
料の燃焼状態の急変を防止できる。

【００５２】さらに、本実施例ではピエゾ素子３０の温
度が上限素子温度Ｔmax 以上になると、ピエゾ素子３０
への電圧印加の回数を１／２にしてパイロット噴射を停
止するので、その分消費エネルギが低減され、ひいては
燃費向上を図ることが可能となる。また、ピエゾ素子３
０の作動回数が減少するので、同ピエゾ素子３０の耐久
性が向上し、信頼性向上を図ることもできる。

【００５３】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から
逸脱しない範囲で変更してもよい。 （１）前記実施例ではパイロット噴射実行時においてパ
イロット噴射をフェイスカム８ａの低噴射率領域Ｚ１で
行い、主噴射を高噴射率領域Ｚ２で行う場合について説
明したが、パイロット噴射及び主噴射をともに低噴射率
領域で行う場合には、次のように変更してもよい。すな
わち、ピエゾ素子３０の素子温度ＴACT が上限素子温度
Ｔmax 以上になると、パイロット噴射を停止させるが、
主噴射の噴射開始タイミングはパイロット噴射実行時の
主噴射の噴射開始タイミングを変更せずにそのまま用い
る。なお、この場合には、所定の噴射量を得るために主
噴射の噴射終了タイミングを、パイロット噴射実行時の
主噴射の噴射終了タイミングよりも若干遅くする。 （２）前記実施例では図１０のマップを用いて主噴射開
始指令角θ5 を求め、その主噴射開始指令角θ5 に基づ
いてピエゾ素子３０への電圧印加タイミングを調整する
ようにしたが、主噴射が低噴射率領域Ｚ3 で行われるよ
うにタイマ装置３４によってフェイスカム８ａの位相を
ずらすようにしてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、圧
電素子の温度が予め定めた所定値よりも低い場合には、
フェイスカム領域における低噴射率領域を用いたパイロ
ット噴射を行わせるとともにその低噴射率領域に続く領
域を用いた主噴射を行わせ、前記圧電素子の温度が前記
所定値以上になるとパイロット噴射を停止し、かつパイ
ロット噴射実行時に相当する噴射率となるフェイスカム
領域を用いた主噴射を行わせるようにしたので、圧電素
子の温度上昇に基づき同圧電素子が伸縮動作しなくなる
のを未然に防止でき、さらには、パイロット噴射実行状
態から停止されたときの燃料噴射率の急激な変化を防止
できるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念構成図である。

【図２】本発明を具体化した一実施例におけるディーゼ
ルエンジンの燃料噴射制御装置を示す概略構成図であ
る。

【図３】一実施例における分配型燃料噴射ポンプを示す
断面図である。

【図４】一実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック
図である。

【図５】一実施例において、プランジャが復動して高圧
室内に燃料が吸入される状態を示す部分断面図である。

【図６】一実施例において、図５の状態からプランジャ
が往動して高圧室内の燃料が加圧される状態を示す部分
断面図である。

【図７】一実施例において、図６の状態からピエゾ素子
が伸張してスピル通路が閉塞された状態を示す部分断面
図である。

【図８】一実施例において、燃料が噴射される状態を示
す部分断面図である。

【図９】一実施例において、図８の状態からピエゾ素子
が収縮して燃料噴射が終了する状態を示す部分断面図で
ある。

【図１０】一実施例において、エンジン回転数及びアク
セル開度に対する主噴射開始指令角が定められたマップ
を示す図である。

【図１１】一実施例の作用を説明するためのフローチャ
ートである。

【図１２】一実施例において、パイロット噴射実行時の
信号処理を説明するためのタイミングチャートである。

【図１３】一実施例において、パイロット噴射停止時の
信号処理を説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…高圧ポンプとしての燃料噴射ポンプ、２…ディーゼ
ルエンジン、４…燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル、
８…カムとしてのカムプレート、８ａ…フェイスカム、
１２…プランジャ、１５…高圧室、２３…スピル弁とし
てのピエゾスピル弁、２４…弁体、３０…圧電素子とし
てのピエゾ素子、４３…運転状態検出手段の一部を構成
する回転数センサ、７３…運転状態検出手段の一部を構
成するアクセル開度センサ、７７…素子温度検出手段と
しての熱電対、８１…第１の噴射制御手段及び第２の噴
射制御手段を構成するＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 41/12 ３５０ Ｆ０２Ｍ 41/12 ３５０Ａ 45/06 45/06 Ａ 51/04 51/04 Ｌ (56)参考文献 特開 平５−10154（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−283840（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−191566（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−150053（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−228175（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−95742（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−147371（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの回転を、フェイス
   カムが形成されたカムを介してプランジャに伝達し、そ
   のプランジャを駆動させることにより高圧室内へ燃料を
   吸入し加圧する高圧ポンプと、 前記高圧ポンプの高圧室で加圧された高圧燃料を前記デ
   ィーゼルエンジンに噴射する燃料噴射弁と、 電圧印加により伸縮動作する圧電素子にて弁体を移動さ
   せて前記高圧室内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射
   弁にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行
   わせるスピル弁と、 前記ディーゼルエンジンの運転状態を検出する運転状態
   検出手段と、 前記圧電素子の温度を検出する素子温度検出手段と、 前記運転状態検出手段によるディーゼルエンジンの運転
   状態が所定状態のときに、前記素子温度検出手段により
   検出された圧電素子の温度が予め定めた所定値よりも低
   い場合には、前記カムのフェイスカム領域における低噴
   射率領域を用いたパイロット噴射を行わせるとともに、
   その低噴射率領域に続く領域を用いた主噴射を行わせる
   第１の噴射制御手段と、 前記運転状態検出手段によるディーゼルエンジンの運転
   状態が所定状態のときに、前記素子温度検出手段により
   検出された圧電素子の温度が前記所定値以上になるとパ
   イロット噴射を停止するとともに、パイロット噴射実行
   時に相当する噴射率となるフェイスカム領域を用いた主
   噴射を行わせる第２の噴射制御手段とを備えたことを特
   徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。