JPH0544554A - デイーゼルエンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低回転時において、圧電素子に連続して電圧を
印加することなく適正なタイミングでスピル弁を駆動
し、圧電素子での電荷リークによる噴射量不足を防止し
て始動性の向上を図る。 【構成】燃料噴射制御装置は燃料噴射ポンプ１、燃料噴
射ノズル４、ピエゾ素子３０を有するピエゾスピル弁２
３、電磁式回転数センサ４３を備えている。ＣＰＵはデ
ィーゼルエンジン２の回転数が所定値よりも低い場合、
前回の瞬間最大回転時から今回の瞬間最大回転時までの
経過時間を算出し、その経過時間に基づいて、前記瞬間
最大回転時から印加開始クランク角に相当する時間が経
過したときピエゾ素子３０に電圧を印加してピエゾスピ
ル弁２３を閉弁させる。また、ＣＰＵは印加停止クラン
ク角に相当する時間が経過したときピエゾ素子３０への
電圧印加を停止してピエゾスピル弁２３を開弁させる。

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、特に圧電素子を用いた燃料噴射
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、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を設け、このスピル通路に電磁スピ
ル弁を配設した技術が知られている。この技術では、電
磁スピル弁を閉弁又は開弁させて高圧室内の燃料の圧力
を調整することにより、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】また、特開昭６１−１６０５６３号公報に
開示された技術では、前記電磁スピル弁に代えて高速応
答性に優れた圧電素子を有するピエゾスピル弁を用いて
いる。このピエゾスピル弁は、前記スピル通路に配設さ
れた弁体と、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
路を開閉させるピエゾ素子とを備えている。そして、ピ
エゾ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。

【０００５】ところで、前記各スピル弁を備えた燃料噴
射制御装置においては、電磁スピル弁及びピエゾスピル
弁のオン・オフ時期が、電磁ピックアップ式回転数セン
サにより所定クランク角毎に発生されるパルス信号に基
づいて決定される。この回転数センサは磁束の変化を検
出するタイプのセンサである。そのため、例えば始動時
等の極低回転（例えば１５０ｒｐｍ以下）時には、パル
ス信号の一部が欠落してしまい、適正なタイミングで前
記電磁スピル弁等をオン・オフ制御することができなく
なる問題がある。

【０００６】そこで、燃料噴射制御が電磁スピル弁を用
いて実行される場合においては、エンジン始動時にパル
ス信号とは関係なく常時電磁スピル弁を噴射状態にする
（連続通電する）ことで前記問題解消を図っている。そ
のため、このような対策をピエゾスピル弁にも適用し、
ピエゾ素子に電圧を連続して印加することが考えられ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、連続通電に
よりピエゾ素子に蓄えられた電荷は時間の経過とともに
徐々にリークし、電圧が低下する。そのため、ピエゾ素
子に印加される電圧は所定電圧に達することがなく、同
ピエゾ素子の伸長量が減少する。従って、本来ならばピ
エゾ素子が所定量伸長して弁体にてスピル通路を閉塞す
べきところを、低回転時には同弁体の移動量が不足して
スピル通路の気密性が低下し、この部分から燃料がリー
クする。これにより、燃料噴射弁から要求噴射量が得ら
れず、始動困難となってしまう。

【０００８】また、エンジン始動時においてピエゾ素子
に電圧を連続して印加することは、燃料噴射を停止する
ために吸入ポートが開いている期間にも電圧が印加され
ていることになる。従って、この期間にピエゾ素子に電
圧を印加することは何の意味もなく、エネルギを無駄に
消費していることになる。

【０００９】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、低回転時において圧電素子に
連続して電圧を印加しなくても適正なタイミングでスピ
ル弁を駆動することができ、圧電素子での電荷リークに
よる噴射量不足を防止して始動性の向上を図ることが可
能な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。

【００１０】

【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の回転に基づきプランジャＭ２を駆動させ
ることにより高圧室Ｍ３内へ燃料を吸入し加圧する高圧
ポンプＭ４と、前記高圧ポンプＭ４の高圧室Ｍ３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Ｍ５と、前記燃料噴射弁Ｍ５にて燃料噴射
を行わせるべく、電圧印加により伸縮動作する圧電素子
Ｍ６にて弁体Ｍ７を移動させて閉弁及び開弁を行わせ、
前記高圧室Ｍ３内の燃料の圧力を調整するスピル弁Ｍ８
と、前記ディーゼルエンジンＭ１の所定のクランク角毎
にパルス信号を出力する電磁式クランク角センサＭ９
と、前記ディーゼルエンジンＭ１の回転数が所定値以上
の場合において、前記クランク角センサＭ９によるクラ
ンク角が予め定めた印加開始クランク角のときに前記圧
電素子Ｍ６に電圧を印加してスピル弁Ｍ８を閉弁させ、
クランク角センサＭ９によるクランク角が予め定めた印
加停止クランク角のときに前記圧電素子Ｍ６への電圧印
加を停止してスピル弁Ｍ８を開弁させ、前記燃料噴射弁
Ｍ５にて燃料噴射を行わせる第１の噴射制御手段Ｍ１０
と、前記ディーゼルエンジンＭ１の回転数が所定値より
も低い場合において、所定気筒での瞬間最大回転時から
次に燃焼する気筒での瞬間最大回転時までの経過時間を
算出し、その経過時間に基づいて、前記瞬間最大回転時
から前記印加開始クランク角に相当する時間が経過した
とき前記圧電素子Ｍ６に電圧を印加してスピル弁Ｍ８を
閉弁させるとともに、その後の前記印加停止クランク角
に相当する時間が経過したとき前記圧電素子Ｍ６への電
圧印加を停止してスピル弁Ｍ８を開弁させ、前記燃料噴
射弁Ｍ５にて燃料噴射を行わせる第２の噴射制御手段Ｍ
１１とを備えている。

【００１１】

【作用】ディーゼルエンジンＭ１が回転すると、その回
転に基づき高圧ポンプＭ４のプランジャＭ２が作動し、
高圧室Ｍ３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Ｍ５に供給され、同燃料噴射弁Ｍ
５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Ｍ８の圧電素子Ｍ６は電圧印加により伸
縮動作し、弁体Ｍ７を移動させて閉弁及び開弁を行わ
せ、前記高圧室Ｍ３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Ｍ５にて燃料噴射が行わ
れる。このようなディーゼルエンジンＭ１の運転時に
は、電磁式クランク角センサＭ９から所定のクランク角
毎にパルス信号が出力される。

【００１２】そして、前記ディーゼルエンジンＭ１の回
転数が所定値以上の場合、第１の噴射制御手段Ｍ１０
は、前記クランク角センサＭ９によるクランク角が予め
定めた印加開始クランク角のときに前記圧電素子Ｍ６に
電圧を印加してスピル弁Ｍ８を閉弁させる。また、第１
の噴射制御手段Ｍ１０は、前記クランク角センサＭ９に
よるクランク角が予め定めた印加停止クランク角のとき
に前記圧電素子Ｍ６への電圧印加を停止してスピル弁Ｍ
８を開弁させる。これにより前記燃料噴射弁Ｍ５にて燃
料噴射が行われる。

【００１３】一方、前記ディーゼルエンジンＭ１の回転
数が所定値よりも低い場合、第２の噴射制御手段Ｍ１１
は、所定気筒での瞬間最大回転時から次に燃焼する気筒
での瞬間最大回転時までの経過時間を算出する。そし
て、第２の噴射制御手段Ｍ１１は、前記経過時間に基づ
いて、前記瞬間最大回転時から前記印加開始クランク角
に相当する時間が経過したとき前記圧電素子Ｍ６に電圧
を印加してスピル弁Ｍ８を閉弁させる。また、第２の噴
射制御手段Ｍ１１は、前記印加停止クランク角に相当す
る時間が経過したとき前記圧電素子Ｍ６への電圧印加を
停止してスピル弁Ｍ８を開弁させる。これにより前記燃
料噴射弁Ｍ５にて燃料噴射が行われる。

【００１４】すなわち、低回転時にはクランク角センサ
Ｍ９にパルス信号の欠落が起こる可能性があるが、クラ
ンク角センサＭ９によらずに瞬間最大回転時の間の経過
時間に基づき燃料射が確実に行われる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、その途中にスピル弁としてのピエゾス
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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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）。

【００２６】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、噴射が停止する（燃
料噴射停止）。

【００２７】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停止時
期、主噴射量、主噴射の開始時期及び停止時期を制御す
ることが可能である。

【００２８】図２及び図３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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】なお、前記ローラリング９の上部には、電
磁式クランク角センサとしての回転数センサ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は電磁ピックアップコイルよりなり、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。つまり、回転数センサ４３
は前記ディーゼルエンジン２の所定のクランク角（１
１．２５°ＣＡ）毎に図１１に示すような「０」〜「１
３」の１４個のパルス信号を出力する。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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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
セル開度を検出するアクセル開度センサ７３、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７
５、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。

【００３９】前記ＥＣＵ７１には、上述した各センサ４
３，７２〜７６がそれぞれ接続されている。そして、Ｅ
ＣＵ７１は各センサ４３，７２〜７６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。

【００４０】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。

【００４１】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、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４３，７２〜７６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ＶＳＶ６１，６
６，６７等が接続されている。

【００４２】そして、ＣＰＵ８１は各センサ４３，７２
〜７６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４１、グロープラ
グ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制御す
る。

【００４３】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１０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、回転
数センサ４３によるエンジン回転数ＮＥが所定回転数
（例えば１５０ｒｐｍ）以上であるか否かを判定する。
このエンジン回転数ＮＥは、クランク角毎に変化する瞬
間の回転数の平均値である。つまり、図１１及び図１３
（ａ）で示すように実際のエンジン回転数は、ディーゼ
ルエンジン２の１サイクル内においてクランク角毎に変
動しており、特に爆発行程後（回転数センサ４３からの
１３番目のパルス信号発生時）にはエンジン回転数が瞬
間的に最も高くなっている。このため、前記瞬間回転数
の変動の平均値をとってエンジン回転数ＮＥとしてい
る。

【００４４】前記ステップ１０１においてエンジン回転
数ＮＥが所定回転数（１５０ｒｐｍ）以上であると、Ｃ
ＰＵ８１は回転数センサ４３から出力されるパルス信号
に基づいて常に瞬間の回転数を演算可能であると判断
し、ステップ１０２で通常の燃料噴射制御を実行する。
この燃料噴射制御は、例えば予めＲＯＭ８２に記憶され
ているマップを参照して行われる。

【００４５】すなわち、図１２に示すように、基準とな
るクランク角θ0 からの印加開始クランク角ＴＤＬＡ，
ＴＤＬＣ、印加停止クランク角ＴＤＬＢ，ＴＤＬＤをそ
れぞれ読み込む。ここで、印加開始クランク角ＴＤＬＡ
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、印加停止ク
ランク角ＴＤＬＢは、パイロット噴射を停止させるため
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、印加開始クランク角ＴＤＬＣ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、印加停止クランク角ＴＤＬ
Ｄは、主噴射を停止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。

【００４６】そして、ＣＰＵ８１は前記クランク角が印
加開始クランク角ＴＤＬＡ，ＴＤＬＣのときに駆動回路
９６を介してピエゾ素子３０に電圧を印加してピエゾス
ピル弁２３を閉弁させ、印加停止クランク角ＴＤＬＢ，
ＴＤＬＤのときに前記ピエゾ素子３０への電圧印加を停
止してピエゾスピル弁２３を開弁させ、前記燃料噴射ノ
ズル４にてパイロット噴射及び主噴射を行わせる。

【００４７】ＣＰＵ８１は、前記ステップ１０１におい
てエンジン回転数ＮＥが所定回転数（１５０ｒｐｍ）よ
りも低いと、図１３（ｂ）において破線で示すように、
回転数センサ４３からのパルス信号の一部が欠落して瞬
間の回転数を演算できない箇所（同図において限界回転
数よりも低い箇所）があると判断する。そして、ＣＰＵ
８１はステップ１０３において、前回処理で記憶した瞬
間最大回転時刻Ｔpk(i-1) を読み出す。

【００４８】続いて、ＣＰＵ８１はステップ１０４〜１
０９で今回の瞬間最大回転時刻Ｔpk(i) を求めるための
処理を行う。まず、ＣＰＵ８１はステップ１０４で回転
数ＮＥp の初期設定を行う。この回転数ＮＥp として
は、前記所定回転数（１５０ｒｐｍ）よりも若干低い値
である１００ｒｐｍが設定される。次に、ＣＰＵ８１は
ステップ１０５において、所定のクランク角（１１．２
５°ＣＡ）に要する時間ＴＳ１１２５を算出する。その
ためにＣＰＵ８１は、例えば図１１に示すように、１３
番目のパルスの立下がりの時刻を読み込むとともに、そ
の１１．２５°ＣＡ後に発生する０番目のパルスの立下
がりの時刻を読み込む。そして、ＣＰＵ８１は両時刻の
差を求め、これを１１．２５°ＣＡに要する時間ＴＳ１
１２５とする。次に、ＣＰＵ８１はステップ１０６へ移
行し、前記ステップ１０５での時間ＴＳ１１２５に基づ
きそのときの瞬間回転数ＮＥi を算出する。この瞬間回
転数ＮＥi の算出は、１１．２５°ＣＡに要する時間Ｔ
Ｓ１１２５をかろうじて演算できる領域、つまり、その
ときの瞬間回転数ＮＥi が回転変動成分の高回転側にあ
る場合（図１３（ｂ）において限界回転数よりも高い場
合）にのみ行われる。

【００４９】さらに、ＣＰＵ８１はステップ１０７にお
いて、前記ステップ１０６での瞬間回転数ＮＥi が、前
記ステップ１０４での回転数ＮＥp よりも高いか否かを
判定する。瞬間回転数ＮＥi が回転数ＮＥp よりも高い
（ＮＥi ＞ＮＥp ）と、ＣＰＵ８１は同瞬間回転数ＮＥ
i が上昇していると判断し、ステップ１０８でこの瞬間
回転数ＮＥi を新たな回転数ＮＥp とし、前記ステップ
１０５〜１０７の処理を繰り返す。そして、ステップ１
０７において瞬間回転数ＮＥi が回転数ＮＥp以下（Ｎ
Ｅi ≦ＮＥp ）になると、ＣＰＵ８１は同瞬間回転数Ｎ
Ｅi の上昇が止まり最大値になったと判断し、このとき
の瞬間回転数ＮＥi を今回燃焼した気筒での瞬間最大回
転数とする。

【００５０】続いて、ＣＰＵ８１はステップ１０９にお
いて、瞬間回転数ＮＥi が瞬間最大回転数になったとき
の時間である瞬間最大回転時刻Ｔpk(i) を読み込み、ス
テップ１１０において、前記ステップ１０２と同様にし
て印加開始クランク角ＴＤＬＡ，ＴＤＬＣ及び印加停止
クランク角ＴＤＬＢ，ＴＤＬＤをそれぞれ読み込む。そ
して、ＣＰＵ８１は、前記ステップ１０３及びステップ
１０９での瞬間最大回転時刻Ｔpk(i-1) ，Ｔpk(i) をも
とに、ステップ１１１でクランク角が１８０°ＣＡ経過
するのに要する時間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) を、次式に基づ
いて算出する。

【００５１】 Ｔ１８０ＣＡ(i-1) ＝Ｔpk(i) −Ｔpk(i-1) このように時間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) を算出するのは、瞬
間最大回転時刻Ｔpk(i) ，Ｔpk(i-1) が図１１及び図１
３（ｃ）で示すように、回転数センサ４３から１３番目
のパルス信号が出力される時刻とほぼ一致し、しかも、
両瞬間最大回転時刻Ｔpk(i-1) ，Ｔpk(i) 間のクランク
角が約１８０°ＣＡであるからである。

【００５２】次に、ＣＰＵ８１はステップ１１２へ移行
し、パイロット噴射を実行するための印加開始時刻ＴA
及び印加停止時刻ＴB 、主噴射を実行するための印加開
始時刻ＴC 及び印加停止時刻ＴD を、次式によりそれぞ
れ算出する。

【００５３】 ＴA ＝Ｔpk(i) ＋（ＴＤＬＡ／１８０）×Ｔ１８０ＣＡ(i-1) ＴB ＝Ｔpk(i) ＋（ＴＤＬＢ／１８０）×Ｔ１８０ＣＡ(i-1) ＴC ＝Ｔpk(i) ＋（ＴＤＬＣ／１８０）×Ｔ１８０ＣＡ(i-1) ＴD ＝Ｔpk(i) ＋（ＴＤＬＤ／１８０）×Ｔ１８０ＣＡ(i-1) なお、ＣＰＵ８１はステップ１１３で次回の演算に備
えて今回の瞬間最大回転時刻Ｔpk(i) を前回の瞬間最大
回転時刻Ｔpk(i-1) とし、さらに同時刻をステップ１１
４で記憶する。そして、ＣＰＵ８１はステップ１１５に
おいて、図１３（ｄ）で示すように、前記通電開始時刻
ＴA ，ＴC に駆動回路９６を介してピエゾ素子３０に電
圧を印加してピエゾスピル弁２３を閉弁させ、通電停止
時刻ＴB ，ＴD に前記ピエゾ素子３０への電圧印加を停
止してピエゾスピル弁２３を開弁させ、前記燃料噴射ノ
ズル４にてパイロット噴射及び主噴射を行わせる。これ
らのパイロット噴射及び主噴射は吸入ポート１９が閉じ
ている期間に行われる。

【００５４】このように本実施例では、エンジン回転数
ＮＥが所定回転数（１５０ｒｐｍ）以上の場合、回転数
センサ４３によるクランク角が予め定めた印加開始クラ
ンク角ＴＤＬＡ，ＴＤＬＣのときにピエゾ素子３０に電
圧を印加してピエゾスピル弁２３を閉弁させ、前記クラ
ンク角が予め定めた印加停止クランク角ＴＤＬＢ，ＴＤ
ＬＤのときに前記ピエゾ素子３０への電圧印加を停止し
てピエゾスピル弁２３を開弁させ、前記燃料噴射ノズル
４にてパイロット噴射及び主噴射を行わせている（ステ
ップ１０２）。また、エンジン回転数ＮＥが所定回転数
（１５０ｒｐｍ）よりも低い場合、前回の瞬間最大回転
時刻Ｔpk(i-1) から今回の瞬間最大回転時刻Ｔpk(i) ま
での経過時間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) を算出する（ステップ
１１１）。この経過時間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) は、所定気
筒の燃焼開始時期から、次に燃焼開始する気筒の燃焼開
始時期までの経過時間に相当する。そして、前記経過時
間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) に基づいて、瞬間最大回転時Ｔpk
(i) から印加開始クランク角ＴＤＬＡ，ＴＤＬＣに相当
する通電開始時刻ＴA ，ＴC が経過したときピエゾ素子
３０に電圧を印加してピエゾスピル弁２３を閉弁させる
とともに、その後の印加停止クランク角ＴＤＬＢ，ＴＤ
ＬＤに相当する通電停止時刻ＴB ，ＴD が経過したとき
ピエゾ素子３０への電圧印加を停止してピエゾスピル弁
２３を開弁させ、燃料噴射ノズル４にてパイロット噴射
及び主噴射を行わせる（ステップ１１５）ようにした。

【００５５】そのため、エンジン回転数ＮＥが所定回転
数よりも低い低回転時には回転数センサ４３にパルス信
号の欠落が起こる可能性があるが、同回転数センサ４３
によらずに瞬間最大回転時刻Ｔpk(i-1) ，Ｔpk(i) の間
の経過時間Ｔ１８０ＣＡ(i-1) に基づき、パイロット噴
射及び主噴射が確実に行われる。

【００５６】従って、本実施例では始動時等の極低回転
時にピエゾ素子３０に電圧を連続して印加しなくても適
正なタイミングでピエゾスピル弁２３を駆動することが
できるので、ピエゾ素子３０での電荷リークによる噴射
量不足を防止して始動性の向上を図ることができる。ま
た、本実施例では従来技術と異なり、吸入ポート１９が
開いている期間には電圧が印加されないので、その分消
費エネルギを低減して燃費向上を図ることもできる。

【００５７】なお、本発明はパイロット噴射を行わない
ディーゼルエンジン２にも適用可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、デ
ィーゼルエンジンの回転数が所定値よりも低い場合にお
いて、所定気筒での瞬間最大回転時から、次に燃焼する
気筒での瞬間最大回転時までの経過時間を算出し、その
経過時間に基づいて、瞬間最大回転時から印加開始クラ
ンク角に相当する時間が経過したとき圧電素子に電圧を
印加してスピル弁を閉弁させるとともに、その後の印加
停止クランク角に相当する時間が経過したとき圧電素子
への電圧印加を停止してスピル弁を開弁させ、燃料噴射
弁にて燃料噴射を行わせるようにしたので、低回転時に
おいて圧電素子に連続して電圧を印加しなくても適正な
タイミングでスピル弁を駆動することができ、圧電素子
での電荷リークによる噴射量不足を防止して始動性の向
上を図ることが可能にな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停止する状態を示す部分断面図で
ある。

【図１０】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１１】一実施例においてエンジン回転数信号と、ク
ランク角に対するエンジン回転数の変動との関係を示す
図である。

【図１２】一実施例において、エンジン回転数が限界回
転数以上の場合の電圧印加指令信号と噴射率との関係を
示す図である。

【図１３】一実施例において、エンジン回転数が限界回
転数よりも低い場合のエンジン回転数と瞬間最大回転数
と電圧印加指令信号との関係を示す図である。

【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、
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…電磁式クランク角センサとして
の回転数センサ、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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの回転に基づきプラ
   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、 前記燃料噴射弁にて燃料噴射を行わせるべく、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閉弁
   及び開弁を行わせ、前記高圧室内の燃料の圧力を調整す
   るスピル弁と、 前記ディーゼルエンジンの所定のクランク角毎にパルス
   信号を出力する電磁式クランク角センサと、 前記ディーゼルエンジンの回転数が所定値以上の場合に
   おいて、前記クランク角センサによるクランク角が予め
   定めた印加開始クランク角のときに前記圧電素子に電圧
   を印加してスピル弁を閉弁させ、クランク角センサによ
   るクランク角が予め定めた印加停止クランク角のときに
   前記圧電素子への電圧印加を停止してスピル弁を開弁さ
   せ、前記燃料噴射弁にて燃料噴射を行わせる第１の噴射
   制御手段と、 前記ディーゼルエンジンの回転数が所定値よりも低い場
   合において、所定気筒での瞬間最大回転時から次に燃焼
   する気筒での瞬間最大回転時までの経過時間を算出し、
   その経過時間に基づいて、前記瞬間最大回転時から前記
   印加開始クランク角に相当する時間が経過したとき前記
   圧電素子に電圧を印加してスピル弁を閉弁させるととも
   に、その後の前記印加停止クランク角に相当する時間が
   経過したとき前記圧電素子への電圧印加を停止してスピ
   ル弁を開弁させ、前記燃料噴射弁にて燃料噴射を行わせ
   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。