JP2754913B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ピエゾ圧電素子は電荷を充電すると軸方向に伸長し、
ピエゾ圧電素子に充電された電荷を放電すると軸方向に
収縮する。このピエゾ圧電素子の伸縮作用を利用して燃
料噴射を制御するようにした燃料噴射制御装置が公知で
ある（特開昭64−69756号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのピエゾ圧電素子は電荷を充電した状
態で放置しておくとこの電荷が自然放電し、ピエゾ圧電
素子は徐々に収縮する。その結果、その後ピエゾ圧電素
子の電荷を放電してもピエゾ圧電素子の収縮量が少く、
斯くして良好な燃料噴射制御を行えないという問題があ
る。また、ピエゾ圧電素子は通常共振作用を利用して放
電せしめられるために放電時のピエゾ圧電素子の端子電
圧は負電圧となる。ところがピエゾ圧電素子を放電した
状態で放置しておくとピエゾ圧電素子の端子電圧は徐々
に零電位まで戻ってしまう。このようにピエゾ圧電素子
の端子電圧が零電位まで戻った状態でピエゾ圧電素子を
共振作用を利用して充電してもピエゾ圧電素子に十分な
量の電荷を充電できないためにピエゾ圧電素子の伸長量
が少く、斯くして良好な燃料噴射制御を行えないという
問題がある。従って減速運転時にピエゾ圧電素子の充放
電作用を停止して燃料噴射を停止するようにした場合に
は燃料噴射を再開すべくピエゾ圧電素子を伸長又は収縮
させてもピエゾ圧電素子がただちに十分に伸長又は伸縮
しないために良好な燃焼を得ることができないという問
題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば第１図の
発明の構成図に示されるように圧電素子を用いて燃料噴
射を制御するようにした内燃機関において、減速運転時
に燃料噴射を停止する燃料噴射停止手段Ａと、減速運転
時における燃料噴射の停止時間が予め定められた時間よ
りも長いか否かを判別する判別手段と、燃料の噴射を再
開する燃料噴射再開手段と、燃料噴射の停止時間が予め
定められた時間よりも長いときには燃料噴射を再開する
ときに正規の燃料噴射を行う前に圧電素子の充放電作用
を行い、燃料噴射の停止期間が予め定められた時間より
も短かいときには燃料噴射を再開するときに正規の燃料
噴射を行う前の圧電素子の充放電作用を行わない充放電
手段Ｃを具備している。

〔作 用〕

減速運転時における燃料噴射の停止時間が予め定めら
れた時間よりも長いときには燃料噴射を再開するときに
正規の燃料噴射を行う前に圧電素子の充放電作用が行わ
れ、燃料噴射の停止期間が予め定められた時間よりも短
かいときには燃料噴射を再開するときに正規の燃料噴射
を行う前の圧電素子の充放電作用が行われない。

〔実施例〕

第２図を参照すると、機関本体１は４つの気筒1aを具
備する。各気筒1aは夫々対応する吸気枝管２を介して共
通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気
ダクト４を介してエアクリーナ５に接続される。吸気ダ
クト４内にはステップモータ６によって駆動されるスロ
ットル弁７が配置される。このスロットル弁７は機関負
荷が極く低いときのみ或る程度閉弁しており、機関負荷
が少し高くなると全開状態に保持される。また、このス
ロットル弁７にはスロットル弁７がアイドリング開度で
あるときにオンとなるアイドルスイッチ８が取付けられ
る。一方、各気筒1aは排気マニホルド９に連結され、ま
た各気筒1aには燃料噴射弁10が取付けられる。これら燃
料噴射弁10は電子制御ユニット20の出力信号に基いて制
御される。

電子制御ユニット20はディジタルコンピュータからな
り、双方向性バス21を介して相互に接続されたRAM（ラ
ンダムアクセスメモリ）22、ROM（リードオンリメモ
リ）23、CPU（マイクロプロセッサ）24、入力ポート25
および出力ポート26を具備する。第２図に示されるよう
にアイドルスイッチ８は入力ポート25に接続される。ま
た、アクセルペダル11はアクセスペダル11の踏込み量に
比例した出力電圧を発生する負荷センサ12に接続され、
負荷センサ12の出力電圧はAD変換器27を介して入力ポー
ト25に入力される。また、入力ポート25には機関回転数
を表わす出力パルスを発生する回転数センサ13が接続さ
れる。一方、出力ポート26は駆動回路28を介してステッ
プモータ６に接続され、また対応する駆動回路29を介し
て各燃料噴射弁10に接続される。

第３図は第２図に示す燃料噴射弁10の拡大側面断面図
を示す。第３図を参照すると燃料噴射弁10はそのハウジ
ング30内に摺動可能に挿入されてノズル口31の開閉制御
をするニードル32と、ニードル32の円錐状受圧面33周り
に形成されたニードル加圧室34と、ハウジング30内に摺
動可能に挿入されたピストン35と、ハウジング30とピス
トン35間に挿入されたピエゾ圧電素子36と、ピストン35
をピエゾ圧電素子36に向けて付勢する皿ばね37と、ニー
ドル32とピストン35間に形成された圧力制御室38と、ニ
ードル32をノズル口31に向けて付勢する圧縮ばね39とを
具備する。圧力制御室38はニードル32周りに形成され絞
り通路40を介してニードル加圧室34に連結され、ニード
ル加圧室34は燃料通路41を介して高圧燃料蓄圧室42内に
連結される。従ってニードル加圧室34内には高圧燃料蓄
圧室42内の高圧の燃料が導かれ、この高圧燃料の一部は
絞り通路40を介して圧力制御室38内に送り込まれる。斯
くしてニードル加圧室34内および圧力制御室38内の燃料
圧は高圧燃料蓄圧室42内とほぼ同じ高圧となっている。

ピエゾ圧電素子36に充電された電荷が放電されてピエ
ゾ圧電素子36が収縮するとピストン35が上昇するために
圧力制御室38内の燃料圧が急激に低下する。その結果、
ニードル32が上昇し、ノズル口31からの燃料噴射が開始
される。燃料噴射が行われいる間、ニードル加圧室34内
の燃料が絞り通路40を介して圧力制御室38に送り込まれ
るために圧力制御室38内の燃料圧は次第に上昇する。次
いでピエゾ圧電素子36に電荷が充電されてピエゾ圧電素
子36が伸長するとピストン35が下降するために圧力制御
室38内の燃料圧が急激に上昇する。その結果、ニードル
32が下降してノズル口31を閉鎖し、斯くして燃料噴射が
停止せしめられる。燃料噴射が停止されている間、圧力
制御室38内の燃料が絞り通路40を介してニードル加圧室
34内に流出するために圧力制御室38内の燃料圧は徐々に
低下し、元の高圧に戻る。

第４図にピエゾ圧電素子36を駆動するための駆動回路
29（第２図）の回路図を示す。第４図を参照すると駆動
回路29は定電圧源50と、定電圧源50によって充電される
コンデンサ51と、充電制御用サイリスタ52と、充電用コ
イル53と、放電制御用サイリスタ54と、放電用コイル55
からなる。

第５図に示すようにサイリスタ54がオンになるとピエ
ゾ圧電素子36に充電された電荷が放電用コイル55を介し
て放電される。その結果、ピエゾ圧電素子36が収縮する
ために正規の燃料噴射Ｑが開始される。次いでサイリス
タ52がオンになるとコンデンサ51に充電された電荷が充
電用コイル53を介してピエゾ圧電素子36に充電される。
その結果、ピエゾ圧電素子36が伸長するために正規の燃
料噴射Ｑが停止せしめられる。なお、ピエゾ圧電素子36
に電荷が充電されたときにはピエゾ圧電素子36の端子電
圧Ｖは600（Ｖ）程度となり、ピエゾ圧電素子36に充電
された電荷が放電されたときにはピエゾ圧電素子36の端
子電圧Ｖは−200（Ｖ）程度となる。

第５図に示されるように減速運転が開始されて燃料噴
射が停止すべく各サイリスタ52,54の作動が停止せしめ
られるとピエゾ圧電素子36は充電された状態に保持され
る。しかしながら燃料噴射を停止している時間が長くな
ると第５図に示すようにピエゾ圧電素子36の端子電圧Ｖ
が次第に低下してくる。ピエゾ圧電素子36の端子電圧Ｖ
が低くなると燃料噴射を再開すべくサイリスタ54をオン
にしてもピエゾ圧電素子36の端子電圧Ｖの降下量が少
く、従ってピエゾ圧電素子36の収縮量が不十分となる。
その結果、ニードル32が十分に上昇しないために正規の
燃料噴射を行えないという問題を生ずる。

そこで本発明では燃料噴射を再開すべきときには第６
図に示されるように正規の燃料噴射が行われる前に一回
又は複数回のピエゾ圧電素子36の充放電作用を行うよう
にしている。即ち、第６図（Ａ）に示す第１実施例では
各燃料噴射弁10から正規の燃料噴射Ｔが行われる前に各
燃料噴射弁10のピエゾ圧電素子36の充放電作用を二回行
うようにしている。即ち、サイリスタ54をオンとした
後、ｔ時間経過後にサイリスタ52をオンとし、これを二
回繰返すようにしている。また、第６図（Ｂ）に示す第
２実施例では各燃料噴射弁10から正規の燃料噴射Ｔが行
われる前に全燃料噴射弁10のピエゾ圧電素子36の充放電
作用を同時に一回行うようにしている。即ち、全てのサ
イリスタ54をオンとした後、ｔ時間経過後に全てのサイ
リスタ52をオンとするようにしている。このように正規
の燃料噴射Ｔを行う前にピエゾ圧電素子36の充放電作用
を行うと第６図からわかるように充電時におけるピエゾ
圧電素子36の端子電圧Ｖが上昇する。その結果、正規の
燃料噴射Ｔを行うべくサイリスタ54がオンにされたとき
にはピエゾ圧電素子36の端子電圧Ｖが十分に降下する。
斯くしてニードル32が十分に上昇するために正規の燃料
量を噴射することができる。なお、正規の燃料噴射時間
Ｔに比べてピエゾ圧電素子36の充放電作用を行うときの
サイリスタ54のオンからサイリスタ52のオンまでの時間
ｔはかなり短かい。このように時間ｔが短かくしかもピ
エゾ圧電素子36の端子電圧Ｖが低下しているのでこのと
きに燃料噴射は行われない。また、燃料噴射が行われた
としても極めて少量であるので大きな問題は生じない。

第７図は第６図（Ａ）に示す制御を実行するためのフ
ローチャートを示している。

第７図を参照するとまず初めにステップ60において燃
料噴射を停止すべきときにセットされるカットフラグが
セットされているか否かが判別される。カットフラグが
セットされていない場合にはステップ61に進んでアイド
ルスイッチ８がオンであるか否かが判別される。アイド
ルスイッチ８がオンでないときにはステップ67に進み、
アイドルスイッチ８がオンのときにはステップ62に進
む。ステップ62では機関回転数Ｎが予め定められた一定
値、例えば1200r.p.m.以上であるか否かが判別される。
Ｎ1200r.p.m.のときにはステップ67に進み、Ｎ＞1200
r.p.m.のときにはステップ63に進んでカットフラグがセ
ットされる。即ち、アイドルスイッチ８がオンであって
Ｎ＞1200r.p.m.であるときには減速運転時であると判断
され、カットフラグがセットされる。

カットフラグがセットされるとステップ60からステッ
プ64に進んでアイドルスイッチ８がオンになったか否か
が判別される。アイドルスイッチ８がオンでなくなった
ときにはステップ66に進んでカットフラグがリセットさ
れ、アイドルスイッチ８がオンになっていればステップ
65に進んで機関回転数Ｎが900r.p.m.よりも低くなった
か否かが判別される。Ｎ900r.p.m.であればステップ6
7に進み、Ｎ＜900r.p.m.であればステップ66に進んでカ
ットフラグがリセットされる。即ち、減速運転開始後ス
ロットル弁７が開弁せしめられるか、或いはＮ＜900rr.
p.m.になるとカットフラグがリセットされる。

ステップ67ではカットフラグがリセットされているか
否かが判別される。カットフラグがリセットされている
とき、即ち燃料噴射をすべきときにはステップ68に進ん
でカットフラグがリセットされてから機関が720クラン
ク角度だけ回転したか否かが判別される。カットフラグ
がリセットされてから機関が720クランク角度以上回転
しているときにはステップ69に進んで各燃料噴射弁10か
ら正規の燃料噴射が行われる。

一方、燃料噴射を停止すべくカットフラグがセットさ
れたときにはステップ67を経てただちに処理サイクルを
完了する。従ってこのときには燃料噴射弁10からの燃料
噴射が停止せしめられる。

次いで燃料噴射を再開すべくカットフラグがリセット
されるとステップ67からステップ68に進み、このときカ
ットフラグがリセットされてから機関が720クランク角
度だけ回転していないときはステップ70に進んで第６図
（Ａ）に示す正規噴射開始前のピエゾ圧電素子36の充放
電処理が行われる。次いでステップ69に進んで正規の燃
料噴射が行われる。第２図に示す４気筒機関では720ク
ランク角度内に各燃料噴射弁10から順次燃料噴射が行わ
れる。従ってステップ70では各燃料噴射弁10から最初の
正規の燃料噴射が行われる前に限って各ピエゾ圧電素子
36の充放電作用を行うようにしている。

第８図は第６図（Ｂ）に示す制御を実行するためのフ
ローチャートを示している。このフローチャートにおい
てステップ60から66までは第７図のステップ60から66ま
でと同じであり、鎖線で囲まれた部分のみが第７図に示
すフローチャートと異なるので鎖線で囲まれた部分につ
いてのみ説明する。

第８図を参照すると、ステップ67ではカットフラグが
リセットされているか否かが判別される。カットフラグ
がリセットされているとき、即ち燃料噴射をすべきとき
にはステップ68aに進んでカットフラグが今リセットさ
れたか否かが判別される。カットフラグが今リセットさ
れたのではないときにはステップ69aに進んで各燃料噴
射弁10から正規の燃料噴射が行われる。

一方、燃料噴射を停止すべくカットフラグがセットさ
れたときはステップ67を経てただちに処理サイクルを完
了する。従ってこのときには燃料噴射弁10からの燃料噴
射が停止せしめられる。

次いで燃料噴射を再開すべくカットフラグがリセット
されるとステップ67からステップ68aに進む。このとき
ステップ68aでは今カットフラグがリセットされたと判
断されるのでステップ70aに進んで第６図（Ｂ）に示す
正規噴射開始前の全ピエゾ圧電素子36の充放電処理が同
時に行われる。次いでステップ69に進んで正規の燃料噴
射が行われる。

第９図は更に別の制御を実行するためのフローチャー
トを示している。このフローチャートにおいてステップ
60から66までは第７図のステップ60から66までと同じで
あり、鎖線で囲まれた部分のみが第７図に示すフローチ
ャートと異なるので鎖線で囲まれた部分についてのみ説
明する。

第９図を参照すると、ステップ67ではカットフラグが
リセットされているか否かが判別される。カットフラグ
がリセットされているとき、即ち燃料噴射をすべきとき
にはステップ68bに進んでカットフラグがセットされて
いた時間、即ち燃料噴射が停止せしめられていた時間が
一定時間T₀よりも長いか否かが判別される。燃料噴射が
停止せしめられていた時間が一定時間T₀よりも短かいと
きにはステップ70bに進んで各燃料噴射弁10から正規の
燃料噴射が行われる。

一方、燃料噴射が停止せしめられていた時間が一定時
間T₀よりも長いときにはステップ69bに進んでカットフ
ラグがリセットされてから機関が720クランク角度だけ
回転したか否かが判別される。カットフラグがリセット
されてから機関が720クランク角度以上回転していると
きにはステップ70bに進んで各燃料噴射弁10から正規の
燃料噴射が行われる。一方、カットフラグがリセットさ
れてから機関が720クランク角度だけ回転していないと
きはステップ71bに進んで第６図（Ａ）に示す正規噴射
開始前のピエゾ圧電素子36の充放電処理が行われる。次
いでステップ70bに進んで正規の燃料噴射が行われる。
なお、この実施例においてカットフラグがリセットされ
たときに第６図（Ｂ）に示すように全燃料噴射弁10のピ
エゾ圧電素子36の充放電処理を同時に行ってもよい。

燃料噴射が停止せしめられていた時間が短かいときは
ピエゾ圧電素子36の端子電圧Ｖはさほど低下しないから
特に正規噴射前の充放電処理をする必要がないと考えら
れ、またこのとき充放電処理を行うと少量ではあるが無
駄に燃料が噴射される危険性がある。そこでこの実施例
では燃料噴射が停止せしめられていた時間が一定時間T₀
よりも短かいときには正規噴射前の充放電処理は行わ
ず、燃料を再開すべきときにはただちに正規噴射を行う
ようにしている。

〔効 果〕

減速運転時における燃料噴射の停止時間が長いときに
は燃料噴射を再開すべく圧電素子を伸長又は収縮させて
も圧電素子がただちに十分に伸長又は収縮しない。しか
しながらこのとき本発明では正規の燃料噴射が開始され
る前に圧電素子の充放電作用が行われるために燃料噴射
が再開されたときには正規の燃料噴射が行われ、斯くし
て良好な燃料を得ることができる。一方、減速運転時に
おける燃料噴射の停止時間が短かいときには圧電素子は
十分に伸長又は収縮し、従ってこのとき正規の燃料噴射
の前に圧電素子の充放電作用を行うと無駄に燃料が噴射
される。しかしながらこのとき本発明では正規の燃料噴
射が開始される前の圧電素子の充放電作用を行わないよ
うにしているので無駄に燃料が噴射されるのを阻止する
ことができ、また圧電素子の無駄な充放電制御を回避す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は発明の構成図、第２図は内燃機関の全体図、第
３図は燃料噴射弁の側面断面図、第４図はピエゾ圧電素
子の駆動回路図、第５図および第６図はタイムチャー
ト、第７図から第９図は夫々物の実施例を示すフローチ
ャートである。 ７……スロットル弁、８……アイドルスイッチ、 10……燃料噴射弁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子を用いて燃料噴射を制御するよう
   にした内燃機関において、減速運転時に燃料噴射を停止
   する燃料噴射停止手段と、減速運転時における燃料噴射
   の停止時間が予め定められた時間よりも長いか否かを判
   別する判別手段と、燃料の噴射を再開する燃料噴射再開
   手段と、該燃料噴射の停止時間が予め定められた時間よ
   りも長いときには燃料噴射を再開するときに正規の燃料
   噴射を行う前に圧電素子の充放電作用を行い、該燃料噴
   射の停止期間が予め定められた時間よりも短かいときに
   は燃料噴射を再開するときに正規の燃料噴射を行う前の
   圧電素子の充放電作用を行わない充放電手段とを具備し
   た内燃機関の燃料噴射制御装置。