JPH01147143A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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装置に関する。

〔従来の技術〕

絞り通路を介して高圧燃料源に連結された圧力制御室を
具備すると共に圧力制御室内の燃料圧によってニードル
が閉弁方向に付勢され、圧力制御室の容積を制御するピ
エゾ圧電素子を具備すると共にピエゾ圧電素子により圧
力制御室の容積が増大せしめられたときに燃料噴射が開
始され、ピエゾ圧電素子により圧力制御室の容積が減少
せしめられたときに燃料噴射が停止せしめられる燃料噴
射弁を具えたディーゼル機関が公知である（特開昭５９
−２０６６６８号公報および特開昭６１−２７１８８１
号公報参照）。これらの燃料噴射弁では燃料噴射を開始
するときにはピエゾ圧電素子に蓄えられた電荷がディス
チャージされ、燃料噴射を停止するときにはピエゾ圧電
素子に電荷がチャージされる。

特に特開昭６１−２７１８８１号公報に記載された燃料
噴射弁では燃料噴射を開始するときに電荷のディスチャ
ージ量を制御することによりニードルのリフト量を制御
し、それによって燃料噴射率を変えるようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこのように燃料噴射を開始するときの電荷
のディスチャージ量を制御すると、即ち一部の電荷のみ
ディスチャージすると燃料噴射を停止するときにチャー
ジしうる電荷量が減少し、斯くしてピエゾ圧電素子によ
るニードルの閉弁力が弱まるためにニードルが即座に閉
弁しないという問題がある。

〔問題点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絞り通路を
介して高圧燃料源に連結された圧力制御室を具備すると
共に圧力制御室内の燃料圧によってニードルが閉弁方向
に付勢され、圧力制御室の容積を制御するピエゾ圧電素
子を具備すると共にピエゾ圧電素子により圧力制御室の
容積が増大せしめられたときに燃料噴射が開始され、ピ
エゾ圧電素子により圧力制御室の容積が減少せしめられ
たときに燃料噴射が停止せしめられ、燃料噴射を開始さ
せるのに必要な圧力制御室の容積増大量よりも少量だけ
圧力制御室の容積をピエゾ圧電素子により燃料噴射開始
前に増大せしめるようにしている。

〔実施例〕

第２図および第３図を参照すると、１はディーゼル機関
本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４
はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は排気弁、８
は燃焼室５内に配置された燃料噴射弁、９は吸気マニホ
ルドを夫々示し、吸気マニホルド９の入口部は過給機Ｔ
に接続される。

燃料噴射弁８は燃料供給管１０を介して各気筒に共通の
燃料蓄圧管１１に連結される。燃料蓄圧管１１はその内
部に容積一定の蓄圧室１２を有し、この蓄圧室１２内の
燃料が燃料供給管１０を介して燃料噴射弁８に供給され
る。一方、蓄圧室１２は燃料供給管１３を介して吐出圧
制御可能な燃料供給装置１４に連結される。この燃料供
給装置１４は流量制御弁１４ａとポンプ１４ｂからなる
。燃料供給装置１４は燃料ポンプ１５の吐出口に連結さ
れ、この燃料ポンプ１５の吸込口は燃料タンク１６に連
結される。また、各燃料噴射弁８は燃料返戻導管１７を
介して燃料タンク１６に連結される。燃料供給装置１４
から吐出された高圧の燃料は蓄圧室１２内に蓄積される
。

第１図に燃料噴射弁８の側面断面図を示す。第１図を参
照すると、２０は燃料噴射弁本体、２１はノズル、２２
はノズル２１を燃料噴射弁本体２０に固定するためのノ
ズルホルダ、２３は燃料流入口、２４はノズル２１の先
端部に形成されたノズル孔を夫々示す。燃料噴射弁本体
２０およびノズル２１内には互いに直列に配置された制
御ロック２５およびニードル２６が摺動可能に挿入され
る。制御ロンド２５の上方部には圧力制御室２７が形成
され、ニードル２６は圧縮ばね２８により常時下方に向
けて押圧される。ニードル２６は円錐状をなす受圧面２
９を有し、この受圧面２９の周りにニードル加圧室３０
が形成される。

ニードル加圧室３０は一方では燃料通路３１を介して燃
料流入口２３に連結され、他方ではニードル２６の周り
に形成された環状の燃料通路３２を介してノズル孔２４
に連結される。また、ニードル加圧室３０内の燃料は絞
り通路３３　、３４を介して圧力制御室２７内に供給さ
れる。従って圧力制御室２７内は燃料で満されており、
この燃料の圧力は通常蓄圧室１２内の燃料圧と等しくな
っている。

一方、燃料噴射弁本体２０の上端部にはニードル開閉制
御装置３５が取付けられる。ニードル開閉制御装置３５
のケーシング３６内には油圧ピストン３７が摺動可能に
挿入され、油圧ピストン３７の下方には圧力制御室２７
に連通ずる圧力制御室３８が形成される。油圧ピストン
３７にはＯリング３９が取付けられ、油圧ピストン３７
とケーシング３６間にはピエゾ圧電素子４０が配置され
る。このピエゾ圧電素子４０は薄板状の圧電素子を多数
枚積層した積層構造をなしており、更にこのピエゾ圧電
素子４０は多数枚からなる第１の圧電素子群４０ａと、
少数枚からなる第２の圧電素子群４０ｂとにより構成さ
れる。第１圧電素子群４０ａはニードル２６の開閉制御
にのみ使用され、第２圧電素子群４０ｂは基本的には圧
力制御室２７゜３８内の燃料圧を制御するために使用さ
れる。圧電素子群４０ａ、或いは４０ｂに電荷をチャー
ジさせると圧電素子群４０ａ、４０ｂは電歪効果によっ
て長手方向の歪を生ずる、即ち長手方向に伸びる。この
伸び量は少量であるが応答性が極めて良好であり、電荷
をチャージしてから伸びるまでの応答時間は８０μｓｅ
ｃ程度である。電荷をディスチャージすれば圧電素子群
４０ａ、４０ｂはただちに縮む。第１図に示されるよう
に油圧ピストン３７とケーシング３６間には皿ばね４１
が挿入され、この皿ばね４１のばね力によって油圧ピス
トン３７はピエゾ圧電素子４０に向けて押圧される。

前述したように圧力制御室２７　、３８内の燃料圧は通
常蓄圧室１２内の燃料圧と等しくなっている。

第１圧電素子群４０ａ、場合によっては両圧電素子群４
０ａ、４０ｂに貯えられた電荷がディスチャージされる
と第１圧電素子群４０ａ、或いは両圧電素子群４０ａ、
４０ｂが収縮するために圧力制御室２７　、３８内の燃
料圧が一時的に低下する。その結果、ニードル２６が上
昇して燃料噴射が開始される。ニードル２６が上昇する
と圧力制御室２６　、３８内の燃料圧は再び蓄圧室１２
内の燃料圧と等しくなるがニードル２６の先端部に燃料
圧が加わるためにニードル２６は開弁状態に保持される
。次いで第１圧電素子群４０ａ、場合によっては両圧電
素子群４０ａ。

４０ｂに電荷チャージされると第１圧電素子群４０ａ、
或いは両圧電素子群４Ｑａ、４０ｂが伸長するために圧
力制御室２７　、３８内の燃料圧が高くなり、その結果
ニードル２６が下降して燃料噴射が停止する、ニードル
２６が下降すると圧力制御室２７　、３８内の燃料圧は
再び蓄圧室１２内の燃料圧に等しくなる。

再び第２図を参照すると、燃料噴射弁８および流量制御
弁１４ａを制御するための電子制御ユニット５０が設け
られる。この電子制御ユニット５０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス５１によって相互に接続
されたＲＯＭ　（リードオンメモリ）５２、ＲＡＭ　（
ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ　（マイクロプ
ロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６
を具備する。

第２図に示されるように燃料蓄圧管１１の端部には蓄圧
室１２内の燃料圧を検出する燃料圧センサ５７が取付け
られる。燃料圧センサ５７は蓄圧室１２内の燃料圧に比
例した出力電圧を発生し、この燃料圧センサ５７はＡＤ
変換器５８を介して入力ポート５５に接続される。一方
、吸気マニホルド９内には吸気マニホルド９内の過給圧
を検出する過給圧センサ５９が取付けられる。過給圧セ
ンサ５９は吸気マニホルド９内の圧力に比例した出力電
圧を発生し、この過給圧センサ５９はＡＤ変換器６０を
介して入力ポート５５に接続される。

また、機関本体１には機関冷却水温を検出する水温セン
サ６１が取付けられる。水温センサ６１は機関冷却水温
に比例した出力電圧を発生し、この水温センサ６１はＡ
Ｄ変換器６２を介して入力ポート５５に接続される。ま
た、アクセルペダル６３にはアクセルペダル６３の踏込
み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６４が取
付けられる。この負荷センサ６４はＡＤ変換器６５を介
して入力ポート５５に接続される。また、機関クランク
シャフトには一対のディスク６６　、６７が取付けられ
、これらディスク６６　、６７の歯付外周面に対向して
一対のクランク角センサ６８　、６９が配置される。一
方のクランク角センサ６８は例えば１番気筒が吸気上死
点にあることを示す出力パルスを発生し、従ってこのク
ランク角センサ６８の出力パルスからいずれの気筒の燃
料噴射弁８を作動せしめるかを決定することができる。

他方のクランク角センサ６９はクランクシャフトが一定
角度回転する毎に出力パルスを発生し、従ってクランク
角センサ６９の出力パルスから機関回転数を計算するこ
とができる。これらのクランク角センサ６８゜６９は入
力ポート５５に接続される。一方、出力ポート５６は駆
動回路７０を介して流動制御弁１４ａに接続され、駆動
回路７１を介して対応する燃料噴射弁８の第１圧電素子
群４０ａおよび第２圧電素子群４０ｂに接続される。第
４図は本発明による燃料噴射制御の一実施例を示してい
る。この実施例では主噴射Ｍに先立ってパイロット噴射
Ｐが行なわれ、このパイロット噴射Ｐの噴射率が第２圧
電素子群４０ｂに印加される電荷のチャージ量によって
制御される。

即ち、第４図に示されるようにパイロット噴射Ｐに先立
って第２圧電素子群４０ｂの制御信号Ｐ２が発せられ、
制御信号Ｐ２の立上りによって第２圧電素子群４０ｂに
貯えられた電荷がディスチャージされる。その結果、第
２圧電素子群４０ｂは収縮し、斯くして圧力制御室２７
　、３８の容積が増大する。

しかしながら第２圧電素子群４０ｂの長さは短かいので
第１圧電素子４０ａが収縮した場合に比べて圧力制御室
２７　、３８の容積減少量は少なく、従って圧力制御室
２７　、２８内の燃料圧は第４図に示されるようにわず
かばかり低下する。従ってこのときにはニードル２６は
開弁じない。言い換えるとニードル２６が開弁じない範
囲で第２圧電素子群４０ｂにより圧力制御室２７　、２
８の容積が増大せしめられる。

第２圧電素子群４０ｂが収縮して暫らくすると圧力制御
室２７　、３８内の燃料圧は再び蓄圧室１２内の燃料圧
に等しくなる。次いで第１圧電素子群４０ａの制御信号
Ｐ１が発せられこの制御信号Ｐ、の立上りによって第１
圧電素子群４０ａに貯えられた電荷がディスチャージさ
れる。その結果、第１圧電素子群４０ａが収縮する。第
１圧電素子群４０ａの長さは長く、従って収縮量も大き
なために圧力制御室２７　、２８の容積増大量も大きく
なる。斯くして圧力制御室２７　、２８の圧力降下ΔＦ
が大きなためにニードル２６が開弁じ、燃料噴射が開始
される。

ところでニードル２６のリフト量はこの圧力降下ΔＦに
比例する。一方、圧力降下ΔＦの大きさは第１圧電素子
群４０ａが収縮する前の圧力制御室２７　、２８の容積
に反比例しており、この容積は第２圧電素子群４０ｂの
収縮量に保存している。従って結局、第２圧電素子群４
０ｂの収縮量によってニードル２６のリフト量が制御で
きることになる。即ち、第２圧電素子群４０ｂにチャー
ジした電荷量が多ければ多いほど第２圧電素子群４０ｂ
に貯えられた電荷をディスチャージしたときの第２圧電
素子群４０ｂの収縮量が大きく、従って圧力降下ΔＰが
小さくなるためにニードル２６のリフト量が小さくなる
。このように第２圧電素子群４０ｂにチャージされる電
荷量、即ち、第２圧電素子群４０ｂに印加する電圧を制
御することによってパイロット噴射Ｐの噴射率を制御す
ることができる。次いで第１圧電素子群４０ａの制御信
号Ｐｉおよび第２圧電素子群４０ｂの制御信号Ｐ２が同
時に立下り、このとき両圧電素子群４０ａ、４０ｂに同
時に電荷がチャージされる。従って両圧電素子群４０ａ
、４０ｂが同時に伸長するために圧力制御室２７　、３
８内の容積は急激に小さくなる。その結果、圧力制御室
２７　、３８内の圧力は急激に圧力上昇し、ニードル２
６に強力な閉弁方向の力が作用するためにニードル２６
が即座に閉弁することになる。

次いで主噴射Ｍを行なうために第１圧電素子群４０ａの
制御信号Ｍ、が発せられる。制御信号Ｍ。

が発せられる前には両圧電素子群４０ａ、４０ｂが伸長
しているので圧力制御室２７　、３８の容積はかなり小
さくなっており、従って制御信号Ｍ、の立上りによって
第１圧電素子群４０ａに貯えられた電荷がディスチャー
ジされるとそのときの圧力降下ΔＧはΔＦに比べて大き
くなり、従ってニードル２６のリフト量も大きくなる。

従って主噴射Ｍの噴射率はパイロット噴射Ｐの噴射率よ
りも大きくなる。

次いで制御信号Ｍ、立下りによって第１圧電素子群４０
ａに電荷がチャージされ、その結果第１圧電素子群４０
ａが伸長するためにニードル２６が即座に閉弁せしめら
れる。

なお、第４図において破線Ｍ２で示されるように制御信
号Ｍ、と同時に制御信号Ｍ２を発生させることもできる
。

また、ピエゾ圧電素子４０を２分割せず、パイロット噴
射が行なわれる前にピエゾ圧電素子４０から一部の電荷
をディスチャージし、パイロット噴射開始時に残りの電
荷をディスチャージし、パイロット噴射停止時に電荷を
チャージさせることもできる。

次に第４図に示す実施例の作動を第５図に基いて説明す
る。

第５図は燃料噴射制御を実行するためのルーチンを示し
ており、このルーチンは一定のクランク角度毎の割込み
によって実行される。第５図を参照するとまず始めにス
テップ８０において機関回転数Ｎを表わすクランク各セ
ンサ６９の出力信号、アクセルペダルの踏込み量りを表
わす負荷センサ６４の出力信号、過給圧Ｂを表わす過給
圧センサ５９の出力信号および機関冷却水温Ｔを表わす
水温センサ６１の出力信号がＣＰＵ　５４内に順次入力
され、クランク角センサ６９の出力信号から機関回転数
Ｎが計算される。これらの機関回転数Ｎ、アクセルペダ
ルの踏込み量し、過給圧Ｂおよび水温ＴはＲＡＭ　５３
に記憶される。次いでステップ８１では負荷し、過給圧
Ｂおよび水温Ｔから主噴射Ｍの噴射量が計算され、次い
でステップ８２では負荷し、回転数Ｎ、過給圧Ｂおよび
水温Ｔから主噴射期間が計算される。この主噴射期間の
計算結果に基いて制御信号Ｍ１、場合によっては制御信
号Ｍ１およびＭ２が発せられる。次いでステップ８３で
は例えば負荷し、過給圧Ｂおよび水温Ｔに基いてバイロ
フト噴射Ｐの噴射量が計算され、次いでステップ８４で
は回転数Ｎ１負荷Ｌ１過給圧Ｂおよび水温Ｔに基いてパ
イロット噴射時期が計算される。このバイロフト噴射時
期の計算結果に基いて制御信号Ｐ、が発せられる。次い
でステップ８５では回転数Ｎおよび負荷りから第２圧電
素子群４０ｂにチャージすべき電荷量、すなわち第２圧
電素子群４０ｂに印加すべき制御電圧■が計算される。

この制御電圧Ｖと回転数Ｎ、負荷りとの関係は第６図に
示すアップの形で予めＲＯＭ　５２内に記憶されている
。ここで計算された制御電圧■は計算後に第２圧電素子
群４０ｂに電荷をチャージするときに第２圧電素子群４
０ｂに印加される。次いでステップ８６では回転数Ｎ、
負荷Ｌ５過給圧Ｂおよび水温Ｔに基いて第２圧電素子群
４０ｂに貯えられた電荷をディスチャージすべき時期お
よび電荷をチャージすべき時期が計算され、この計算結
果に基いて制御信号Ｐ！が発せられる。

第１図に示される実施例では第２圧電素子群４０ｂの長
さが短かいので電荷をチャージ或いはディスチャージし
たときの誤差が小さく、従ってパイロットの噴射量を正
確に制御することができるという利点がある。

〔発明の効果〕

噴射開始前に圧力制御室の容積を増大することによって
噴射率を容易に変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射弁の側面断面図、第２図はディーゼル
機関を図解的に示した平面図、第３図はディーゼル機関
の側面断面図、第４図は各圧電素子群の制御信号等を示
すタイムチャート、第５図は燃料噴射制御を実行するた
めのフローチャート、第６図は制御電圧と回転数、負荷
の関係を示す図である。 ２６・・・ニードル、２７　、３８・・・圧力制御室、
４０・・・ピエゾ圧電素子、４０ａ・・・第１圧電素子
群、４０ｂ・・・第２圧電素子群。 ２６・・・ニードル ４０ａ・・・第１圧電素子群 ４０ｂ・・・第２圧電素子群 第３図 勿４回 Ｎ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絞り通路を介して高圧燃料源に連結された圧力制御室を
   具備すると共に該圧力制御室内の燃料圧によってニード
   ルが閉弁方向に付勢され、該圧力制御室の容積を制御す
   るピエゾ圧電素子を具備すると共にピエゾ圧電素子によ
   り圧力制御室の容積が増大せしめられたときに燃料噴射
   が開始され、ピエゾ圧電素子により圧力制御室の容積が
   減少せしめられたときに燃料噴射が停止せしめられ、燃
   料噴射を開始させるのに必要な圧力制御室の容積増大量
   よりも少量だけ圧力制御室の容積をピエゾ圧電素子によ
   り燃料噴射開始前に増大せしめるようにした内燃機関の
   燃料噴射装置。