JPH0612101B2

JPH0612101B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH0612101B2
Application number: JP60143855A
Authority: JP
Inventors: 岳志 ▲高▼橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPS627969A

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〕

内燃機関、特にディーゼル機関において応答性のよい燃
料噴射制御を行なうためにピエゾ圧電素子を利用した燃
料噴射弁が公知である（特開昭１３６９号公報参照）。
ピエゾ圧電素子は電圧を印加すると軸線方向に伸長し、
電圧を印加してから伸長するまでの時間が５０μsecか
ら１００μsecという極めて短かい時間であるのでピエ
ゾ圧電素子の伸長作用を利用すると応答性のよい燃料噴
射制御が可能となる。そこで特開昭６０−17250号公報
に記載された燃料噴射弁ではピエゾ圧電素子の伸長作用
によりニードルの受圧面に作用する高圧燃料の燃料圧を
高めてニードルを開弁させ、それによつて燃料噴射を行
なうようにしている。一方、特開昭６０−１３６９号公
報に記載された燃料噴射弁ではノズル孔と反対側のニー
ドル端面に高圧燃料の燃料圧を作用させ、ピエゾ圧電素
子の収縮作用によりニードル端面に作用する高圧燃料の
燃料圧を低下させてニードルを開弁させ、それによつて
燃料噴射を行なうようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこれらの燃料噴射弁では高圧の燃料圧がピ
エゾ圧電素子に直接作用する構造となつているので高圧
の燃料圧に耐え得るために大型のピエゾ圧電素子が必要
となり、それに伴なつて消費電力が増大するという問題
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、燃料噴射
弁が閉弁方向にばね付勢されかつ開弁方向の燃料圧を受
けるニードルと、燃料で満たされかつピエゾ圧電素子に
よつて容積が変化せしめられる加圧室とを具備し、ピエ
ゾ圧電素子に電荷がチヤージされて加圧室内の燃料圧が
上昇したときにニードルが加圧室内の燃料圧により閉弁
方向に付勢されて閉弁せしめられ、ピエゾ圧電素子から
電荷がディスチャージされて加圧室内の燃料圧が低下し
たときにニードルが開弁する燃料噴射制御装置におい
て、機関の運転状態に応じて吐出圧が制御される燃料供
給ポンプを具備すると共に燃料供給ポンプから吐出され
た燃料をニードル周りに供給してニードルを開弁方向に
付勢すると共にニードルが開弁したときにこの燃料を噴
射させ、駆動電源を具備すると共に駆動電源からピエゾ
圧電素子に供給すべき電荷量を制御してニードルに加わ
る燃料圧が減少するに従いピエゾ圧電素子に供給される
電荷量を減少せしめるピエゾ圧電素子駆動制御回路を具
備している。

〔実施例〕

第１図および第２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、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１
２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ポン
プ１４の吐出口に連結される。燃料供給ポンプ１４の吸
込口は燃料ポンプ１５の吐出口に連結され、この燃料ポ
ンプ１５の吸込口は燃料リーサバタンク１６に連結され
る。燃料ポンプ１５は燃料リザーバタンク１６内の燃料
を燃料供給ポンプ１４内に送り込むために設けられてお
り、燃料ポンプ１５がなくても燃料供給ポンプ１４内に
燃料を吸込むことが可能な場合には燃料ポンプ１５に特
に設ける必要はない。これに対して燃料供給ポンプ１４
は高圧の燃料を吐出するために設けられており、燃料供
給ポンプ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３図に燃料噴射弁８の側断断面図を示す。第３図を参
照すると、２０は燃料噴射弁本体、２１はノズル、２２
はスペーサ、２３はノズル２１およびスペーサ２２を燃
料噴射弁本体２０に固定するためのノズルホルダ、２４
は燃料流入口、２５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、スペーサ２
２、ノズル２１内には互いに直列に配置された制御ロッ
ド２６、加圧ピン２７およびニードル２８が摺動可能に
挿入される。ニードル２８は円錐状をなす受圧面３０を
有し、この受圧面３０の周りにニードル加圧室３１が形
成される。ニードル加圧室３１は一方では燃料通路３
２、燃料流入口２４および燃料供給管１０を介して蓄圧
室１２（第２図）に連結され、他方ではニードル２８の
周りに形成された環状の燃料通路３３を介してノズル孔
２５に連結される。燃料噴射弁本体２０内には加圧ピン
２７を下方に向けて付勢する圧縮ばね３４が挿入され、
ニードル２８はこの圧縮ばね３４によつて下方に押圧さ
れる。制御ロツド２６上方の燃料噴射弁本体２０内には
互いに整列配置された小径孔３５と大径孔３６とが形成
される。制御ロツド２６はその上端部に拡大頭部２６ａ
を有し、この拡大頭部２６ａは小径孔３５内に摺動可能
に挿入される。一方、小径孔３５および大径孔３６内に
は一体的に形成された小径部３７ａと大径部３７bから
なる副ピストン３７が摺動可能に挿入される。制御ロッ
ド２６の拡大頭部２６ａと副ピストン３７の小径部３７
ａ間には加圧室３８が形成される。一方、燃料噴射弁本
体２０の上端部にはシール部材３９を介して加圧制御装
置４０が取付けられる。加圧制御装置４０のケーシング
４１内には油圧ピストン４２が摺動可能に挿入され、こ
の油圧ピストン４２はＯリング４３を具えている。油圧
ピストン４２の小径部４２ａと副ピストン３７の大径部
３７ｂ間には加圧室４４が形成され、油圧ピストン４２
の大径部４２ｂとケーシング４１間にはピエゾ圧電素子
４５が配置される。このピエゾ圧電素子４５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、この
ピエゾ圧電素子４５に電圧を印加するとピエゾ圧電素子
４５は電歪効果によつて長手方向の歪を生ずる、即ち長
手方向に伸びる。この伸び量は例えば５０μｍ程度の少
量であるが応答性が極めて良好であり、電圧を印加して
から伸びるまでの応答時間は８０μsec程度である。電
圧の印加を停止すればピエゾ圧電素子４５はただちに縮
む。第３図に示されるように油圧ピストン４２とケーシ
ング４１間には皿ばね４６が挿入され、この皿ばね４６
のばね力によつて油圧ピストン４２はピエゾ圧電素子４
５に向けて押圧される。

加圧室３８内の燃料が加圧されていない場合にはニード
ル２８には圧縮ばね３４による下向きの力と、ニードル
２８の受圧面３０に作用する上向きの力が加わる。この
とき上向きの力が下向きの力よりも若干大きくなるよう
に圧縮ばね３４のばね力およびニードル２８の受圧面３
０の面積が設定されている。従つてこのときニードル２
８には上向きの力が作用し、斯くしてニードル２８が上
昇してノズル孔２５から燃料が噴射される。次いでピエ
ゾ圧電素子４５に電圧が印加されるとピエゾ圧電素子４
５が伸びるために油圧ピストン４２が下降し、その結果
加圧室４４内の燃料圧が上昇する。加圧室４４内の燃料
圧が上昇すると副ピストン３７が下降し、加圧室３８内
の燃料圧が上昇する。その結果、制御ロツド２６に下向
きの力が作用するためにニードル２８が下降せしめら
れ、燃料噴射が停止せしめられる。このときの応答性は
上述したように８０μsec程度であつて極めて速い。一
方、ピエゾ圧電素子４５への電圧の印加が停止せしめら
れるとピエゾ圧電素子４５は縮み、その結果加圧室３８
内の燃料圧が低下するために制御ロッド２６およびニー
ドル２８が上昇して燃料噴射が開始せしめられる。この
ときの応答性も８０μsec程度であつて極めて速い。な
お、上述したように加圧室３８内の燃料が加圧されてい
ない場合にニードル２８に作用する上向きの力が下向き
の力よりも若干大きくなるように圧縮ばね３４のばね力
およびニードル２８の受圧面３０の面積が定められてい
る。従つて制御ロツド２６の拡大頭部２６ａに小さな下
向きの力を加えればニードル２８を下降させることがで
きる。即ち、ニードル２８を下降させるために昇圧すべ
き加圧室３８内の燃料圧は小さくてすみ、しかも副ピス
トン３７を用いることによつて加圧室４４内の燃料圧は
加圧室３８内の燃料圧よりも更に小さくてすむのでピエ
ゾ圧電素子４５に加えるべき電力が小電力で足りる。

第５図および第６図は吐出圧制御可能な燃料供給ポンプ
１４の一例を示す。第５図を参照すると燃料供給ポンプ
１４はポンプケーシング５０により固定支持された固定
軸５１と、固定軸５１回りで回転するロータ５２と、ピ
ボットピン５３を介してポンプケーシング５０に揺動可
能に取付けられたステータ５４と、ステータ５４内にお
いて軸受５５を介して回転可能に支持されたリング５６
とを有する。ロータ５２は放射状に配置された多数個の
ラジアルピストン５７を具備し、各ラジアルピストン５
７とリング５６との間にはラジアルピストン５７と共に
回転するシュー５８が挿入される。ロータ５２が回転す
るとそれに伴なつてラジアルピストン５７も回転し、こ
のときシュー５８がリング５６の内周面を摺動すると共
にシュー５８との摩擦力によってリング５６も回転す
る。固定軸５１には吸込口５９と吐出口６０とが形成さ
れ、吸込口５９は燃料ポンプ１５（第１図）へ、吐出口
６０は蓄圧室１２（第１図）へ夫々連結される。各ラジ
アルピストン５７のシリンダ室６１は吸込口５９および
吐出口６０と交互に連通する。シリンダ室６１が吸込口
５９と連通したときにラジアルピストン５７が半径方向
外方に移動するためにシリンダ室６１内に燃料が吸込ま
れ、シリンダ室６１が吐出口６０と連通したときに圧縮
された燃料がシリンダ室６１から吐出口６０に排出され
る。吐出口６０に排出される燃料の圧力はラジアルピス
トン５７のストロークに依存しており、ラジアルピスト
ン５７のストロークはステータ５４の位置によって定ま
る。従ってステータ５４をピボットピン５３回りに揺動
せしめることによって燃料供給ポンプ１４の吐出圧を制
御することができる。

第５図および第６図を参照するとポンプケーシング５０
の下部には固定軸５１の軸線方向に摺動可能な制御レバ
ー６２が配置される。この制御レバー６２は制御レバー
６２の軸線に対して傾斜した長溝６３を有し、この長溝
６３内にステータ５４の下部に形成されたアーム６４が
摺動可能に挿入される。従つて制御レバー６２をその軸
線方向に移動させるとステータ５４が揺動し、それによ
つて燃料供給ポンプ１４の吐出圧が制御される。制御レ
バー６２は減速機構６５を介して駆動装置６６に連結さ
れる。この実施例では駆動装置６６はステップモータか
ら形成されるが必ずしもステップモータを使用する必要
はなく、例えば駆動装置６６としてリニアソレノイドそ
の他の手段を用いることができる。駆動装置６６により
制御レバー６２はその軸線方向に移動せしめられ、従つ
て燃料供給ポンプ１４の吐出圧は駆動装置６６によつて
制御される。

再び第１図を参照すると、燃料噴射弁８および駆動装置
６６を制御するための電子制御ユニット７０が設けられ
る。この電子制御ユニット７０はディジタルコンピュー
タからなり、双方向性バス７１によつて相互に接続され
たROM（リードオンリメモリ）７２、RAM（ランダムアク
セスメモリ）７３、CPU（マイクロプロセッサ）７４、
入力ポート７５および出力ポート７６を具備する。

第１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力センサ８０が取付
けられる。燃料圧センサ８０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８０はＡ
Ｄ変換器８１を介して入力ポート７５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８２が取付けられる。過給圧
センサ８２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８２はＡＤ変換器８３
を介して入力ポート７５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８４が取付け
られる。水温センサ８４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８４はＡＤ変換器８５を
介して入力ポート７５に接続される。また、アクセルペ
ダル８６にはアクセルペダル８６の踏込み量に比例した
出力電圧を発生する負荷センサ８７が取付けられる。こ
の負荷センサ８７はＡＤ変換器８８を介して入力ポート
７５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８９，９０が取付けられ、これらディスク
８９，９０の歯付外周面に対向して一対のクランク角セ
ンサ９１，９２が配置される。一方のクランク角センサ
９１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９１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９２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、従つてクランク角センサ９２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９１，９２は入力ポート７５に接続さ
れる。一方、出力ポート７６は駆動回路９３を介してス
テップモータからなる駆動装置６６に接続され、駆動回
路９４を介して対応する燃料噴弁８のピエゾ圧電素子４
５に接続される。また、出力ポート７６は電圧制御回路
９５を介して各駆動回路９４（第１図においては一個の
駆動回路のみを示す）に接続される。

第４図に駆動回路９４および電圧制御回路９５からなる
ピエゾ圧電素子駆動制御回路を示す。駆動回路９４は一
対のコンデンサＣ_１，Ｃ_２と、一対のコイルＬ_１，Ｌ_２
と、一対のサイリスタＳ_１，Ｓ_２とを具備する。一方、
電圧制御回路９５は電源ＥとＤＣ−ＤＣコンバータ９６
とを具備し、電圧制御回路９５は各燃料噴射弁８のピエ
ゾ圧電素子４５に対して夫々設けられた駆動回路９４の
入力端子に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ９６の出
力電圧は電子制御ユニット７０により制御され、従つて
電圧制御回路９５は電子制御ユニット７０の出力信号に
よつて定まる電圧を出力する。両サイリスタＳ_１，Ｓ_２
が非導通状態にあるときにはコンデンサＣ_１に電圧制御
回路９５の出力電圧に比例した電荷がチャージされる。
次いでサイリスタＳ_１が導通状態になるとコンデンサＣ
_１にチヤージされた電荷がピエゾ圧電素子４５に供給さ
れ、次いでサイリスタＳ_１が非導通状態になるとピエゾ
圧電素子４５に電荷がチャージされ続ける。ピエゾ圧電
素子４５の伸び量はピエゾ圧電素子４５にチヤージされ
た電荷の量に比例しており、ピエゾ圧電素子４５にチヤ
ージされる電荷の量は電圧制御回路９５の出力電圧に比
例する。一方、加圧室３８（第３図）内の燃料圧はピエ
ゾ圧電素子４５の伸び量に比例しており、従つて加圧室
３８内の燃料圧は電圧制御回路９５の出力電圧に比例す
る。即ち、加圧室３８内の燃料圧は電圧制御回路９５の
出力電圧を変えることによつて制御される。サイリスタ
Ｓ_２が一時的に導通状態になるとピエゾ圧電素子４５に
チヤージされた電荷がディスチャージされ、ピエゾ圧電
素子４５はただちに縮む。

次に第７図から第１３図を参照して本発明による燃料噴
射制御装置の作動について説明する。

第７図はメインルーチンを示しており、このメインルー
チンは一定のクランク角度毎の割込みによつて実行され
る。第７図を参照するとまず始めにステップ１００にお
いて機関回転数Ｎを表わすクランク角センサ９２の出力
信号、アクセルペダルの踏込み量Ｌを表わす負荷センサ
８７の出力信号、過給圧Ｂを表わす過給圧センサ８２の
出力信号、機関冷却水温Ｔを表わす水温センサ８４の出
力信号、および蓄圧室１２内の燃料圧Ｐを表わす燃料圧
センサ８０の出力信号がCPU７４内に順次入力され、ク
ランク角センサ９２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Ｌ、過給圧Ｂ、水温Ｔおよび燃料圧ＰはRAM７３に
記憶される。次いでステップ２００では燃料圧の制御が
行なわれ、ステップ３００では電圧制御が行なわれ、ス
テップ４００では噴射量τの計算が行なわれ、ステップ
５００では噴射時期の計算が行なわれる。ステップ２０
０における燃料圧の制御は第８図に示され、ステップ３
００における電圧制御は第９図に示され、ステップ４０
０における噴射量τの計算は第１０図に示され、ステッ
プ５００における噴射時期の計算は第１１図に示され
る。

第８図は蓄圧室１２内の燃料圧Ｐの制御を行なうための
フローチャートを示す。第８図を参照すると、まず始め
にステップ２０１において機関回転数Ｎと負荷Ｌから基
準燃料圧Ｐ_０が計算される。第１３図(a)に示すように
基準燃料圧Ｐ₁₁…Ｐ_ｍｎと機関回転数Ｎ，負荷Ｌとの関
係はマップの形で予めROM７２内に記憶されており、こ
のマップから基準燃料圧Ｐ_０が計算される。次いでステ
ップ２０２では水温Ｔから水温補正係数Ｋ_１が計算され
る。水温補正係数Ｋ_１は第１３図(c)に示すように水温
Ｔが高くなるにつれて大きくなり、第１３図(c)に示す
関係は予めROM７２内に記憶されている。次いでステッ
プ２０３では過給圧Ｂから過給圧補正係数Ｋ_２が計算さ
れる。過給圧補正係数Ｋ_２は第１３図(b)に示すように
過給圧Ｂが高くなるにつれて大きくなり、第１３図(b)
に示す関係は予めROM７２内に記憶されている。次いで
ステップ２０４ではステップ４０１で求められた基準燃
料圧Ｐ_０に補正係数Ｋ_１，Ｋ_２を乗算することにより目
標とする基準燃料圧Ｐ_０、即ち目標燃料圧Ｐ₀が求めら
れる。この目標燃料圧Ｐ_０は水温Ｔが高くなるほど大き
くなり、過給圧Ｂが高くなるほど大きくなる。次いでス
テップ２０５では目標燃料圧Ｐ_０と現在の燃料圧Ｐとの
差の絶対値がΔＰよりも小さいか否かが判別される。｜
Ｐ₀−Ｐ｜≧ΔＰのときはステップ２０６に進んでＰ＞
Ｐ_０であるか否かが判別される。Ｐ＞Ｐ_０のときはステ
ップ２０７に進んで駆動装置６６、即ちステップモータ
６６のステップ位置ＳＴから一定ステップ数Ａが減算さ
れる。その結果燃料供給ポンプ１４の制御レバー６２
（第５図，第６図）が燃料供給ポンプ１４の吐出圧を減
少する方向に移動せしめられるために蓄圧室１２内の燃
料圧はただちに減少する。一方、Ｐ≦Ｐ_０のときはステ
ップ２０８に進んでステップモータ６６のステップ位置
ＳＴに一定スチツプ数Ａが加算される。その結果燃料供
給ポンプ１４の制御レバー６２が燃料供給ポンプ14の吐
出圧を増大する方向に移動せしめられるために蓄圧室１
２内の燃料圧はただちに上昇する。一方、ステップ２０
５において｜Ｐ₀−Ｐ｜＜ΔＰであると判別されたとき
は処理ルーチンを完了し、このときステップモータ６６
は静止状態に保持される。このようにして蓄圧室１２内
の燃料圧Ｐが目標燃料圧Ｐ_０に維持される。

第９図は電圧制御回路９５の出力電圧を制御するための
フローチャートを示す。第９図を参照すると、まず始め
にステップ３０１において燃料圧Ｐから目標電圧値Ｖが
計算される。第１３図(d)に示すように燃料圧Ｐが高く
なるにつれて目標電圧値Ｖは高くなり、第１３図(d)に
示す関係は予めROM72内に記憶されている。次いでステ
ップ３０２において目標電圧値Ｖが出力ポート７５に出
力され、電圧制御回路９５の出力電圧が目標電圧値Ｖと
なるようにＣＤ−ＣＤコンバータ９６が制御される。

蓄圧室１２内の燃料圧が低くなるほどニードル加圧室３
１内の燃料圧が低くなり、従ってニードル２８に作用す
る上向きの力が弱くなる。従って蓄圧室１２内の燃料圧
が低くなるにつれてニードル２８を閉弁するのに必要な
加圧室３８内の燃料圧は低くなり、斯くしてピエゾ圧電
素子４５にチャージすべき電荷の量も減少する。従つて
本発明では第１３図(d)に示すように蓄圧室１２内の燃
料圧Ｐが低下するにつれて電圧制御回路９５の出力電圧
Ｖを低下させるようにしている。こうすることによつて
ピエゾ圧電素子４５にチャージすべき電荷の量が過多と
なることがなく、必要最低限の電荷をチャージすること
ができるのでピエゾ圧電素子４５を駆動するための電力
を低減することができる。

なお、第８図を参照して説明したように燃料圧Ｐは機関
回転数Ｎおよび負荷Ｌによつて定まるので電圧制御回路
９５の出力電圧を蓄圧室１２内の燃料圧Ｐによらずに機
関回転数Ｎおよび負荷Ｌに基いて定めるようにしてもよ
い。この場合には目標電圧値Ｖと機関回転数Ｎ、負荷Ｌ
との関係をマップの形で予めROM７２内に記憶させてお
き、このマップから目標電圧値Ｖを定めることになる。

第１０図は燃料噴射量τを計算するためのフローチャー
トを示す。第１０図を参照すると、まず始めにステップ
４０１においてアクセルペダルの踏込み量、即ち負荷Ｌ
から基本燃料噴射量τ_０が計算される。第１３図(f)は
基本燃料噴射量τ_０と負荷Ｌとの関係を示しており、こ
の関係は予めROM７２内に記憶されている。次いでステ
ップ４０２では過給圧Ｂから過給補正係数Ｋ_３が計算さ
れる。第１３図(g)に示すように過給圧補正係数Ｋ_３は
過給圧Ｂが高くなるにつれて大きくなる。第１３図(g)
に示す関係は予めROM７２内に記憶されている。次いで
ステップ４０３では噴射量τ＝Ｋ₃，τ₀が計算される。
次いでステップ４０４では水温Ｔから最大噴射量MAXが
計算される。第１３図(h)に示す如く白煙の発生を防止
するために最大噴射量MAXは水温Ｔが高くなるにつれて
小さくなる。次いでステップ４０５では噴射量τが最大
噴射量MAXよりも大きいか否かが判別される。τ＞MAXで
あればステップ４０６に進んでτ＝MAXとされる。従つ
て最大噴射量MAXは水温Ｔによって制限されることにな
る。

第１１図は燃料噴射期間を計算するためのフローチャー
トを示す。第１１図を参照すると、まず始めにステップ
５０１において機関回転数Ｎと負荷Ｌから噴射開始時期
τ_ａが計算される。第１３図(i)に示すように噴射開始
時期τ₁₁，…τ_mnと機関回転数Ｎ、負荷Ｌとの関係はマ
ップの形で予めROM７２内に記憶されており、このマッ
プから噴射開始時期τ_ａが計算される。次いでステップ
５０２では水温Ｔから水温補正係数Ｋ_４が計算される。
水温補正係数Ｋ_４は第１３図(k)に示すように水温Ｔが
高くなると小さくなり、第１３図(k)に示す関係は予めR
OM７２内に記憶されている。次いでステップ５０３では
過給圧Ｂから過給補正係数Ｋ_５が計算される。過給圧補
正係数Ｋ_５は第１３図(j)に示すように過給圧Ｂが高く
なると大きくなり、第１３図(j)に示す関係は予めROM７
２内に記憶されている。次いでステップ５０４ではステ
ップ５０１で求められた噴射開始時期τ_ａに補正係数Ｋ
_４，Ｋ_５が加算されて実際の噴射開始時期τ_ａが求めら
れる。実際の噴射開始時期τ_ａはＫ_４，Ｋ_５が増大する
につれて大きくなる。即ち早められる。次いでステップ
５０５では第１０図に示すルーチンにおいて計算された
噴射量τと、実際の噴射開始時期τ_ａから噴射完了時期
τ_ｂが計算される。斯くして得られた噴射開始時期τ_ａ
および噴射完了時期τ_ｂはステップ５０６において出力
ポート７６に出力され、これらτ_a，τ_bに従つて駆動回
路９４が制御されて各燃料噴射弁８の噴射制御が行なわ
れる。

次にピエゾ圧電素子４５のより精密な制御について説明
する。第３図を参照するとピエゾ圧電素子４５を精密に
制御するために加圧室３８内の燃料圧を検出する加圧力
センサ９７が燃料噴射弁本体２０に取付けられる。この
加圧力センサ９７は第１図に示されるようにマルチプレ
クサ機能を有するＡＤ変換器９８を介して入力ポート７
５に接続される。加圧力センサ９７は加圧室３８内の燃
料圧に比例した出力電圧を発生し、各燃料噴射弁８に取
付けられた加圧力センサ９７の出力信号がＡＤ変換器９
８を介して順次入力ポート７５内に入力される。

第１２図は加圧力センサ９７を用いたときの電圧制御の
フローチャートを示す。第１２図を参照すると、まず始
めにステップ３１０において蓄圧室１２内の燃料圧Ｐか
ら加圧室３８内の目標燃料圧ＰＰ_０が計算される。第１
３図(e)に示すように燃料圧Ｐが高くなるにつれて目標
燃料圧ＰＰ₀は高くなり、第１３図(e)に示す関係は予め
ROM７２内に記憶されている。次いでステップ３１１で
は加圧室３８内の燃料圧ＰＰを表わす加圧センサ９７の
出力信号が入力ポート７５に入力される。次いでステッ
プ３１２ではピエゾ圧電素子４５に電荷がチャージ中で
あるか否かが判別される。チャージ中であればステップ
３１３に進んでＰＰ＞ＰＰ_０であるか否かが判別され
る。ＰＰ＞ＰＰ₀の場合にはステップ３１４で進んで電
圧制御回路９５の出力電圧値Ｖから一定値Ｂが減算さ
れ、減算結果を出力電圧値Ｖとする。次いでステップ３
１５において出力電圧値Ｖが出力ポート７６に出力され
る。一方、ステップ３１３においてＰＰ≦ＰＰ_０と判別
された場合にはステップ316に進んで出力電圧値Ｖに一
定値Ｂが加算され、加算結果を出力電圧値Ｖとする。こ
のようにＰＰ＞ＰＰ_０の場合には出力電圧値Ｖを低下さ
せ、ＰＰ≦ＰＰ₀のときは出力電圧値Ｖを増大させるこ
とによつて加圧室３８内の燃料圧は目標燃料圧ＰＰ_０に
制御される。

上述したように本発明では蓄圧室１２内の燃料圧が制御
される。その結果、燃料噴射弁８から噴射される燃料の
噴射率を機関の運転状態に応じた最適の噴射率に制御す
ることができる。斯くして機関の運転状態にかかわらず
に常時最適な燃焼を確保することができ、従つて騒音の
発生を抑制し、出力および燃料消費量を向上することが
できる。また、燃料供給ポンプ１４の吐出圧を制御する
のに大きな力を必要とせず、小型の駆動装置６６を用い
ることができるので吐出圧制御のために小電力しか必要
としないという利点もある。

〔発明の効果〕

ピエゾ圧電素子に供給される電荷量を噴射燃料圧が減少
するにつれて減少させることによりニードルの開閉制御
に必要な消費電力を最小限にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はディーゼル機関を図解的に示した平面図、第２
図はディーゼル機関の側面断面図、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制御回路
図、第５図は燃料供給ポンプの側面断面図、第６図は第
５図の制御レバーおよびその駆動装置の平面図、第７図
はメインルーチンを示すフローチャート、第８図は燃料
圧の制御を実行するためのフローチャート、第９図は電
圧制御のためのフローチャート、第１０図は噴射量の計
算を実行するためのフローチャート、第11図は噴射期間
の計算を実行するためのフローチャート、第１２図は電
圧制御のための別の実施例のフローチャート、第１３図
は補正係数等を示す線図である。８……燃料噴射弁、１０，１３……燃料供給管、１２…
…蓄圧室、１４……燃料供給ポンプ、４５……ピエゾ圧
電素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料噴射弁が閉弁方向にばね付勢されかつ
開弁方向の燃料圧を受けるニードルと、燃料で満たされ
かつピエゾ圧電素子によって容積が変化せしめられる加
圧室とを具備し、ピエゾ圧電素子に電荷がチャージされ
て加圧室内の燃料圧が上昇したときにニードルが加圧室
内の燃料圧により閉弁方向に付勢されて閉弁せしめら
れ、ピエゾ圧電素子から電荷がディスチャージされて加
圧室内の燃料圧が低下したときにニードルが開弁する燃
料噴射制御装置において、機関の運転状態に応じて吐出
圧が制御される燃料供給ポンプを具備すると共に燃料供
給ポンプから吐出された燃料をニードル周りに供給して
ニードルを開弁方向に付勢すると共にニードルが開弁し
たときにこの燃料を噴射させ、駆動電源を具備すると共
に駆動電源からピエゾ圧電素子に供給すべき電荷量を制
御して上記ニードルに加わる燃料圧が減少するに従いピ
エゾ圧電素子に供給される電荷量を減少せしめるピエゾ
圧電素子駆動制御回路を具備した内燃機関の燃料噴射制
御装置。