JPH0745847B2

JPH0745847B2 - デイ−ゼル機関用燃料噴射率制御装置

Info

Publication number: JPH0745847B2
Application number: JP4461186A
Authority: JP
Inventors: 豊鈴木; 信史保浦; 成年亀岡
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS62203960A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はディーゼル機関の例えばアイドル時の騒音や振
動の低下をはかるために、燃料の主噴射に先立ってパイ
ロット噴射を行なう機構を有する燃料噴射率制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のパイロット噴射の方式には、燃料を圧送するプラ
ンジャを２つとしてそれぞれ別に駆動するもの、或いは
燃料噴射ノズルを２つとしてパイロット噴射と主噴射と
をそれぞれのノズルで行なうもの、更には燃料噴射ノズ
ルの開弁圧を２段階にするものがある。

上記従来技術のうちプランジャやノズルを２つとする方
式はその駆動手段が複雑となったり装置が大型化する欠
点がある。また、開弁圧を２段階としてパイロット噴射
と主噴射を別々に行なうものではノズルが大型化しエン
ジンへの取付けが困難である。

また特開昭59−18249号公報に示されるように、ポンプ
の高圧室内に取付けられたピエゾスタックに電圧を印加
することによりピエゾスタックを伸縮させ、パイロット
噴射を含む噴射率制御を行なうものが考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術の中でピエゾ素子を用いたものは、ピエゾ
アクチュエータの構造が簡単でかつ小型軽量である反
面、燃料のパイロット噴射と主噴射との間隔を調整する
事ができず、その間隔が適切な値でないと主噴射におけ
る燃料の着火性が悪化する事から問題が生じている。

そこで本発明は、ピエゾアクチュエータを作動させ、噴
射ポンプによるパイロット噴射を実現し、燃料のパイロ
ット噴射と主噴射との間隔、さらにはパイロット噴射量
を最適な値にするディーゼル機関用燃料噴射率制御装置
を提供する事を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成する為の本発明のディーゼル機関用燃
料噴射率制御装置は、ディーゼル機関に燃料を噴射する
時期を検出する燃料噴射時期検出手段と、前記ディーゼ
ル機関の各気筒内に噴射された燃料が実際に燃焼し始め
る時期を検出する着火時期検出手段と、前記ディーゼル
機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、燃料噴
射ポンプの高圧室に面して取付けられたピエゾアクチュ
エータと、前記燃料噴射時期検出手段と前記着火時期検
出手段とからの信号により着火遅れ期間を演算する着火
遅れ期間演算手段と、前記着火遅れ期間演算手段と前記
運転状態検出手段とからの信号に応じて前記ピエゾアク
チュエータに充電する電荷量を演算するピエゾ充電電荷
量演算手段と、前記着火遅れ期間演算手段と前記運転状
態検出手段とからの信号に応じて前記ピエゾアクチュエ
ータに発生した電荷を放電する放電時期を演算するピエ
ゾ放電時期演算手段と、前記ピエゾ充電電荷量演算手段
からの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータに充電を
行ない、前記ピエゾ放電時期演算手段からの信号に応じ
て前記ピエゾアクチュエータの放電を行なうピエゾ駆動
手段とから構成される。

〔作用〕

そして本発明は上記の構成により、着火遅れ期間及びデ
ィーゼル機関の運転状態に応じてピエゾアクチュエータ
にあらかじめ充電する電荷量とピエゾアクチュエータに
発生した電荷量を放電させる時期を決めて、そのあらか
じめ充電する電荷量に応じて決まる放電時のピエゾアク
チュエータの端子電圧差より燃料のパイロット噴射と主
噴射の間隔を調整し、また、放電させる時期により同時
にパイロット噴射量を調整する。

〔実施例〕

以下、本発明のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置を
図面に示す実施例により詳細に説明する。先だって、第
１図に本発明の全体の構成を明示するためのブロック図
を示す。図示しないディーゼル機関に燃料を噴射する時
期を検出する噴射時期検出手段１と、噴射された燃料が
実際に燃焼し始める時期を検出する着火時期検出手段２
とから着火遅れ期間を着火遅れ期間演算手段４により演
算し、該着火遅れ期間とその他の運転状態検出手段３の
信号からピエゾアクチュエータ８にあらかじめ充電する
電荷量をピエゾ充電電荷量演算手段５により演算すると
ともに、ピエゾアクチュエータ８に生じた電荷を放電す
る放電時期をピエゾ放電時期演算手段６により演算し、
ピエゾ駆動手段７によりピエゾアクチュエータ８の適切
な充電及び放電を行ない燃料噴射率を制御している。

次に、本発明のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置を
ボッシュ式４気筒分配型噴射ポンプに適用した一実施例
について説明する。第２図に該一実施例の全体構成図を
示す。まず噴射時期検出手段１としては、例えばノズル
弁リフト検出器を用いることができる。第３図はその構
造を示す断面図であり、燃料噴射ノズル９内の弁体90上
に、磁性材91を備え、それに対向して検出コイル92を置
く。噴射ポンプから燃料が圧送され、弁体90がバネ93の
弾性力に反して持ち上がると磁性材91がコイル92に近付
きコイル92のインダクタンスが変化する。このインダク
タンスの変化を公知の波形整形回路41aで整形すること
により燃料の噴射された時期を検出するものである。

燃料の実際に着火する時期を検出する着火時期検出手段
２としては、例えば第４図に示す構造の着火検出器を用
い機関の第１気筒の燃焼室に一つ装着する。第４図にお
いて、中空筒状の耐熱性物質からなるハウジング23の中
空部に、光透過性物質よりなる棒状体、例えば石英ガラ
スのような耐熱ガラス棒20を貫通設定して構成されるも
ので、このガラス棒20は適宜接着剤21を用いてハウジン
グ23の中空部内に接着固定する。ハウジング23の基端部
には、ガラス棒20を伝達される着火性を検知するフォト
トランジスタのような受光素子22が、ガラス棒20の軸線
方向に整合して設けられ、ガラス棒20を伝播した着火光
を検知して電気信号に変換するように構成している。そ
して、この電気信号を公知の波形整形回路41bで波形整
形する。

次にディーゼルの機関の運転状態検出手段３について
は、本実施例ではクランク角基準信号を発生するための
クランク角基準信号検出器3aと兼用してクランク角基準
信号検出器3aの信号周期により回転数を算出するように
しており、そのクランク角基準信号検出器3aはディーゼ
ル機関のクランクシャフトの回転角度位置を検出するも
のであり、その構成は第５図の左側に図示する如きもの
である。即ち、クランク角基準信号検出器3aはクランク
シャフトに直結され、例えば８ヶ所の等分された突起を
もちその１つが例えば上死点前10〜30度クランク角の位
置にパルス信号を発生するように取付けられた歯車3a₁
を備えており、歯車3a₁の回転に伴う磁束変化に応じて
電磁ピックアップ3a₂の両端には交流信号が発生し、公
知の波形整形回路41cによりこの信号が波形整形されパ
ルス電圧信号が発生するものである。

40は電子制御ユニットであり前述の波形整形回路41a,41
b,41c及びCPU,ROM,RAMを有するマイクロコンピュータ4
3,D/A変換器44,ピエゾ駆動手段であるピエゾ駆動回路７
からなり、波形整形回路41a,41bから入力される信号に
応じて、マイクロコンピュータ43にて燃料のパイロット
噴射時期とパイロット噴射された燃料が実際に着火する
時期との差、すなわち着火遅れ期間を演算し、さらに、
該着火遅れ期間と波形整形回路41cから入力される信号
に応じて、ピエゾアクチュエータ８にあらかじめ充電さ
せておく電荷量及びピエゾアクチュエータ８に生じた電
荷量を放電させる放電時期を演算し、それぞれの値に応
じた信号をピエゾ駆動回路７に出力し、ピエゾ駆動回路
７にてピエゾアクチュエータ８に対する充電及び放電を
行うものである。80はボッシュ式分配型噴射ポンプ、81
はプランジャで、図示せぬフェースカムにより図の左方
向に押され、高圧室82内の燃料を高圧とし、ノズル９よ
り図示せぬディーゼル機関の燃焼室に燃料を噴射するも
のである。８は高圧室82に面して取付けられたピエゾ電
圧効果を応用したピエゾアクチュエータである。このピ
エゾアクチュエータ８は、圧電効果素子を積層した構成
のものである。

第６図にピエゾ駆動回路７の本実施例における構成を示
す。図において、71はピエゾアクチュエータ８にあらか
じめ電荷を充電させるためのエネルギーをたくわえてお
くインダクタ、72はピエゾアクチュエータ８からインダ
クタ71へ電流が流れこむのを防止するダイオード、73は
ピエゾアクチュエータ８の断線時にインダクタ71の両端
に発生する異常高電圧を吸収するバリスタ、74はマイク
ロコンピュータ（以下MPU）43からの信号を受けて、デ
ジタル信号をアナログ電圧に変換するD/A変換器44から
の信号に応じて電流をインダクタ71に流すための公知の
定電流回路、75はMPU43の出力するタイミング信号によ
りピエゾアクチュエータ８にたくわえられている電荷を
放電するトランジスタ、76は放電時のピーク電流をおさ
えるための抵抗である。

そこで、上記構成における本実施例の作動を第７図に示
すタイミングチャートと共に説明する。第７図におい
て、同図（ａ）は始動直後におけるようなディーゼル機
関が冷えているような場合で、着火遅れ期間が比較的長
い場合、同図（ｂ）は暖機後のような場合で着火遅れ期
間が比較的短い場合を示す。図において、（イ）は噴射
ポンプのプランジャリフト量である。（ｂ）はクランク
角基準信号検出器３より出力されるクランク角基準信
号、（ハ）はインダクタ71に流す電流指令値、（ニ）は
インダクタ71に流れる電流値を示す。ここで、着火遅れ
期間に応じた大きさのインダクタ電流指令値の発生時期
t₁点およびt₂点は前記クランク角基準信号をもとにして
ポンププランジャが圧送を終え、次の圧送行程に入るま
でにインダクタ71の電流が指令電流になり、かつ、この
インダクタ71にたくわえられたエネルギーがピエゾアク
チュエータ８に充電が完了するような適当な時期に調整
される。（ホ）はトランジスタ75のショート指令電圧で
放電時期t₃点は前記着火遅れ期間に応じて変化し、着火
遅れ期間が比較的長い場合は放電時期を遅くしてパイロ
ット噴射量を多くしている。（ヘ）はピエゾアクチュエ
ータ８の両端電圧で、t₂点でインダクタ71に流れる電流
に応じた充電電荷により電圧が発生し、さらにt₄点でポ
ンププランジャ圧送による高圧差82の圧力上昇によりピ
エゾ素子の性質から電圧上昇が起り、t₃点で放電される
ため電圧降下する。（ト）及び（チ）はそれぞれノズル
弁リフト検出器１の生波形及び波形整形後の波形を示
す。（リ）及び（ヌ）はそれぞれ着火検出器３の生波形
と波形整形後の波形を示す。ここで着火遅れ期間Ｔは温
度により変化するものであり、その値はパイロット噴射
時期t₅点とパイロット着火信号の立ち上り点t₆からMPU4
3により算出される。また、着火遅れ期間はばらつきが
大きいので実際に演算する時は数個のデータを平均した
ものを使用している。MPU43はこの着火遅れ期間とディ
ーゼル機関の回転数とから第８図に示す如き二次元マッ
プのその両者に対応するデータを選出する事により、例
えば（ａ）のように着火遅れ期間が比較的長い場合はイ
ンダクタ71に流す電流指令値を大きく出力する。これに
よりピエゾアクチュエータ８の両端端子に発生する電圧
は大きくなり、放電により変化する電圧ΔPZTも大きく
なり、従って、ピエゾアクチュエータ８の収縮量が大き
くなることによりパイロット噴射と主噴射間隔が大きく
なり、パイロット噴射による噴射された燃料の燃焼期間
の最適時期に合せて主噴射を行うことができる。

以上の説明は着火遅れ期間Ｔが比較的長い時（（ａ）
図）について行ったが、比較的短い時（（ｂ）図）も同
様の作動によりピエゾアクチュエータ８の両端端子に発
生電圧は低くおさえられ、従ってショート電圧ΔPZT′
も小さくパイロット噴射と主噴射の間隔も短いものとな
りパイロット噴射の燃料の燃焼期間の最適時期に主噴射
が行なわれる。

また、パイロット噴射量についても着火遅れ期間Ｔに応
じてトランジスタ75を動作させる時期を変化させる事に
より、パイロット噴射量を適切な値に調整できる。

尚、本発明は上記実施例に限定される事なく、その主旨
を逸脱しない限り以下の如く種々変形可能である。

（１）運転状態検出手段３としては、クランク角基準信
号検出器3aだけに限定される事なく、他の手段によりデ
ィーゼル機関の運転状態を検出してもよく、即ち、第９
図の他の実施例の全体構成図に示す如く、例えばポテン
ショメータあるいは差動トランスによるアクセル操作量
検出器3b、半導体圧力検出器等から構成される吸気圧検
出器3c、サーミスタ等による吸気温検出器3d、ディーゼ
ル機関の冷却水温度を検出するためサーミスタ等による
冷却水温検出器3e等により運転状態を検出して、そのア
ナログ信号をA/D変換器42によりディジタル信号に変換
し、MPU43に入力し、着火遅れ時期、充電電荷量、放電
時期等の演算結果を補正してより良い噴射率制御を行っ
てもよい。

（２）噴射時期検出手段１としては例えば特開昭55−18
6262号公報に示される噴射時期制御装置におけるタイマ
ピストン位置検出器の信号から噴射時期を算出してもよ
く、また、コンピュータ内部における目標噴射時期の指
令値で代用してもよい。

（３）上記実施例は、着火遅れ期間、充電電荷量及び放
電時期の演算を一つのマイクロコンピュータにより行っ
ているが、別々に電気回路を設け演算を行ってよい事は
言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のディーゼル機関用燃料噴射率
制御装置によれば、パイロット噴射の着火遅れ時期を演
算し、その値と運転状態検出手段とからの信号によりピ
エゾアクチュエータにあらかじめ充電する電荷量と、さ
らに加えてピエゾ素子自体がポンプ高圧室の高圧を受け
て発生した電荷を含める電荷量全体を放電させる時期を
調整する事により、パイロット噴射と主噴射との間隔を
ディーゼル機関の運転状態を常に最適なものに調整する
事ができ、さらにはパイロット噴射量を適量にする事が
できるので、主噴射における燃料の着火性を向上させ、
ディーゼル機関のアイドル時の騒音や振動を低下させる
事ができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体の構成を示すブロック図、第２図
は本発明の一実施例を示す全体構成図、第３図はノズル
弁リフト検出器の構造を示す断面図、第４図は着火検出
器の構造を示す断面図、第５図はクランク角基準信号検
出器及び波形整形回路を示す図、第６図はピエゾ駆動回
路の電気回路図、第７図は第２図における実施例の作動
を説明するためのクイミングチャート、第８図はマイク
ロコンピュータ動作を説明するための二次元マップの模
式図、第９図は本発明の他の実施例を示す全体構成図で
ある。１……噴射時期検出手段,2……着火時期検出手段,3……
運転状態検出手段,4……着火遅れ期間演算手段,5……ピ
エゾ充電電荷量演算手段,6……ピエゾ放電時期演算手
段,7……ピエゾ駆動手段,8……ピエゾアクチュエータ,9
……噴射ノズル,40……電子制御ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼル機関に燃料を噴射する時期を検
出する燃料噴射時期検出手段と、前記ディーゼル機関の
各気筒内に噴射された燃料が実際に燃焼し始める時期を
検出する着火時期検出手段と、前記ディーゼル機関の運
転状態を検出する運転状態検出手段と、燃料噴射ポンプ
の高圧室に面して取付けられたピエゾアクチュエータ
と、前記燃料噴射時期検出手段と前記着火時期検出手段
とからの信号により着火遅れ期間を演算する着火遅れ期
間演算手段と、前記着火遅れ期間演算手段と前記運転状
態検出手段とからの信号に応じて前記ピエゾアクチュエ
ータに充電する電荷量を演算するピエゾ充電電荷量演算
手段と、前記着火遅れ期間演算手段と前記運転状態検出
手段とからの信号に応じて前記ピエゾアクチュエータに
発生した電荷を放電する放電時期を演算するピエゾ放電
時期演算手段と、前記ピエゾ充電電荷量演算手段からの
信号に応じて前記ピエゾアクチュエータに充電を行な
い、前記ピエゾ放電時期演算手段からの信号に応じて前
記ピエゾアクチュエータの放電を行なうピエゾ駆動手段
とを備える事を特徴とするディーゼル機関用燃料噴射率
制御装置。
【請求項２】前記運転状態検出手段が、少なくとも回転
数を検出すべく前記ディーゼル機関のクランクシャフト
の回転角度位置を検出するクランク角基準位置検出器を
有するものである特許請求の範囲第１項記載のディーゼ
ル機関用燃料噴射率制御装置。
【請求項３】前記着火遅れ期間演算手段において演算さ
れた着火遅れ期間が長い程、前記ピエゾアクチュエータ
に充電する電荷量を多くする，又は、前記放電時期を遅
くするようにした特許請求の範囲第１項又は第２項記載
のディーゼル機関用燃料噴射率制御装置。