JPH0759912B2

JPH0759912B2 - デイ−ゼルエンジン用燃料噴射装置の噴射率制御方法および装置

Info

Publication number: JPH0759912B2
Application number: JP12023886A
Authority: JP
Inventors: 誠幸阿部; 猪頭　　敏彦; 康行榊原; 明宏井沢; 昌宏滝川
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPS62279252A

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エンジン用燃料噴射装置の噴射率制
御方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

ディーゼルエンジンにおいて、各噴射サイクル毎に主噴
射に先行してパイロット噴射を行うと、燃焼騒音やNO_X
を低減させる上で有効であることが従来から知られてい
る。

そこで本出願人は、先に、燃料噴射装置の噴射率を制御
してパイロット噴射を実施することの可能な噴射率制御
装置を提案した（昭和59年７月16日付けの特願昭59−14
7788号、特開昭61−25925号公報参照）。この装置は燃
料噴射ポンプのポンプ室に接続した可変容積室と電歪式
アクチュエータを備えており、ポンプによる燃料の圧送
によってポンプ室圧力が上昇するに伴い、アクチュエー
タの電歪素子に圧電効果により電圧を発生させると共
に、噴射開始後にこの電圧を放電させることにより電歪
素子を収縮させて可変容積室の容積を増大させて、ポン
プ室圧力を一時低下させるというものである。

更に、本出願人が昭和59年11月13日付けで出願した特願
昭59−239664号（特開昭61−118528号公報参照）では、
放電に際して電歪素子の電荷をコンデンサに蓄えてお
き、噴射行程でない時にこの電荷を予め電歪素子に戻し
ておくことにより、電歪素子の収縮量を増大させてアク
チュエータの性能を高めた駆動回路を提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような電歪式アクチュエータを使用する噴射率制御
装置では、電歪素子の放電時期を最適時期に制御しなけ
れば最適のパイロット噴射を行うことができない。そこ
で、ポンプ圧力に比例してアクチュエータの電歪素子に
発生する電圧を検出し、この電圧が所定値になった時に
放電を行うことを前述のように特願昭59−147788号にお
いて提案したものである。この従来技術は簡素な方法で
あるが、その後の検討において、電歪素子には温度に応
じて出力電圧が変化するという性質があるため、この方
法のように電歪素子の発生電圧の絶対値をそのまま制御
のために用いると、電歪素子の放電時期を最適の時期に
制御することができないという問題が見出された。

また、前述の特願昭59−239664号の方法は、コンデンサ
に蓄電した電荷を電歪式アクチュエータに戻すものであ
るが、この場合のアクチュエータ電圧の変化の波形は、
ポンプ圧力の変化の波形と同じ値を示さない（後に説明
する第６図（Ｂ）及び（Ｃ）の相違参照）ので、先の従
来技術と同様な問題を生じることが判った。仮に、圧送
開始時期を検出して、その時期から所定の角度の後に制
御を行うというような方法をとるとしても、コンデンサ
から戻された電圧（後に説明する第６図（Ｂ）に示す
V_G）のレベルが温度によって変化するので、電圧V_Gのた
めのサンプルホールド回路を設ける必要があり、これに
はコストの上昇を伴うという問題がある。

電歪素子の最適の放電時期を設定するための他の方法と
して、間欠的に制御を一時オープン状態にし、オープン
時の電歪素子の最大発生電圧を予め検出しておいて、制
御時の電歪素子の発生電圧が最大値の例えば３分の５に
なった時期に放電を行うという方法がある（本出願人が
先に昭和61年２月６日付けで出願した特願昭61−22931
号、特公昭62−182445号公報参照）。

この方法は、補正のために制御を一時中止し、ピーク電
圧に対する所定比率の電圧となる時期を検出して、それ
を制御の時期とするものであるが、この方法では噴射率
制御の途中で間欠的に制御を中止してオープン状態にす
る必要があるために、その時に燃料噴射量が急増してエ
ンジンの出力が急変するので、そのエンジンが例えば自
動車に搭載されている場合には、自動車のドライバビリ
ティが低下するという問題を生じる。

このように、従来の技術においては、電歪式アクチュエ
ータのセンサ機能を利用して、温度変化、ノズル開弁圧
変化に対してアクチュエータだけで対応しようとしてい
たため、どうしても回路が複雑になったり、制御を一時
中止することによってドライバビリティの悪化を招くと
いうような問題があった。なお、これらの問題について
は、後に図面を参照して更に詳細に説明する。

本発明は、従来技術におけるこれらの問題に鑑み、温度
補正のためのサンプルホールドや制御の一時中止のよう
な前処理を行うことなく、電歪式アクチュエータの機能
に対してポンプ室圧力のための圧力センサの機能を分
離、独立させて、後者によって直接にポンプ室圧力を検
出して温度補正のみを行うことにより、簡素で、且つド
ライバビリティを確保することができるようなパイロッ
ト噴射の制御手段を提供すること目的としている。

〔問題点を解決するための手段および作用〕

本発明は、アクチュエータの電歪素子とポンプ室圧力検
出用の電歪素子とを電気的に分離し、可変容積室の容積
増減と電圧の検出とを夫々分担させる様にしたものであ
る。

〔実施例〕

第１図から第４図に従って全体構成を説明する。第１図
において１はディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプの圧
送部である。周知の様に、噴射ポンプのポンプ室16を燃
料噴射弁に接続することにより燃料噴射装置が構成され
る。噴射ポンプ圧送部はディストリビュータハウジング
２、シリンダ３、プランジャ４から構成される。プラン
ジャ４はシリンダ３内貫通穴部を往復回転運動する。一
般にVE型と呼ばれる分配型ポンプである。その右端部の
ネジ５によって噴射率制御用の可変容積装置６を取り付
け噴射率を制御する。

可変容積装置６はハウジング７、ピストン８、圧電素子
を用いたアクチュエータ９、バネ10より構成される。ポ
ンプ室16と可変容積室6Aは連通している。さらに本発明
に従いアクチュエータ９の直列方向にセンサ部11を一体
的に積層してある。12は制御回路、13は駆動回路であ
る。これらはリード線14,15でセンサ部11及びアクチュ
エータ９と結ばれている。

可変容積装置のハウジング７は、ディストリビュータハ
ウジング４に締結する為のネジ7A、ピストン８が油密で
しかも軸方向摺動可能に嵌合されたシリンダ部7B、アク
チュエータ９を収納する為の空間部7C、リード線を取り
出す為の４つの穴7Dを有する。ピストン８は凹部形状
で、凹部にはアクチュエータ９が収納される。可変容積
室6A内には板バネ10が設置され、ピストン８をアクチュ
エータ９側に押圧している。

アクチュエータ９は多数の円盤状の圧電素子17を電極板
18を介して機械的に直列、電気的に並列に積層してな
る。端部には電気絶縁部材19を形成する。電極板18は圧
電素子17より外形の小さな金属板であり、一部にアクチ
ュエータ９用リード20と溶接等で接合する為の取手状部
分18Aを設けている。

センサ部11は電気絶縁部材19によりアクチュエータ部９
と隔離され、１枚の圧電素子9Aが両端の電極板21,22に
はさまれる様に形成し、22側は電気絶縁部材23によりハ
ウジング７から絶縁されている。又、電極板21,22から
はリード24,25が伸びている。リード24,25はリード線14
に接続され、リード20はリード線15に接続される。アク
チュエータ９及びセンサ部11は一体的にチューブ26によ
って固定される。

第１図から６図を参照して作動原理を説明する。この装
置は噴射率制御、特にパイロット噴射を実現するのであ
るが、ポンプの圧送行程の進行に伴い可変容積室6A内の
圧力は上昇する。この時アクチュエータ部９には圧電素
子の特性の為、その圧力に見合った電圧が発生する。こ
の電圧は噴射開始時には300V以上にもなる。この時、こ
の電圧をショートしてやればやはり圧電素子の特性によ
り、その合電圧に見合った縮み量が得られる。この縮み
はピストン８に伝わり可変容積室6Aの体積を増加させる
為、ポンプ室16内の圧力は低下する。この圧力は噴射ノ
ズルの開閉弁圧力を下回るので噴射は一時停止する。よ
って少量のパイロット噴射が出来る。その後はポンプが
まだ圧送を継続している為、圧力が上昇し、再び噴射さ
れる。これが特願昭59−147788号で提案した装置の作動
原理である。

本出願人はアクチュエータ９の性能を高める為特願昭59
−239664号に提案したような駆動回路を用いている。第
６図（Ｂ）にその制御電圧を示してあるが、噴射後V_TH
なる電圧で急に電圧を降下させアクチュエータ９を縮め
る。その時の電荷放出分を他のコンデンサに蓄えてお
く。その後噴射行程でない回転位置でコンデンサに蓄え
た電荷をアクチュエータ９に戻してやるのである。その
戻された分がV_Gで示した電圧である。V_Gがあることによ
りV_THがより大きくとれ、アクチュエータの縮みも大き
くとれるのである。

さてこの時、最適なパイロット状態（アイドル騒音の低
減、及びNO_Xの低減効果が大きい）を得る為にはV_TMを降
下させる時を適切に選ばなければならない。本出願人
は、先に、所定の電圧V_THなった時電圧を降下させる方
法、及び基準信号（TDC）からθ_１ずれた角度で電圧を
降下させる方法等で考えた。しかし前者はV_THの絶対値
で制御する為、アクチュエータ温度特性あるいは固体間
のバラツキ等で広い条件下で満足な効果が得られないと
いった欠点があった。即ち、第５図に示すようにアクチ
ュエータの出力電圧は温度に応じて変化するので、最適
なパイロット状態を得る為には低温ほどV_THを大きくと
らなければならない。後者のものは温度特性の心配はな
いが、エンジンの噴射時期は各条件で異なるのでエンジ
ン側基準信号を基準とすることはできない。ポンプの圧
送開始がエンジンの基準信号と一致しないのである。こ
のため、圧送開始を検出するセンサが必要となる。そこ
で、圧電素子を用いたアクチュエータであることに着目
し、ポンプの圧送開始を検出し、そこを基準位置として
θ_２なる角度で制御することも考えられる。この方式で
あれば噴射時期が変わっても、温度特性があっても充分
な効果が得られる。しかし、V_Gの電圧はV_THによって高
くも、低くなる。よって、やはり絶対値で圧送開始を検
出することは出来ず、V_Gを所定期間サンプルホールド
し、最小の電圧を測定し、そこからポンプの圧送開始に
より若干電圧プラスの電圧になったところを基準位置と
しなければならない。よってサンプルホールド回路が必
要となりコスト高となるという問題があった。

これはアクチュエータ部９をそのままセンサとして使っ
ている為におこる問題である。そこで、本発明は、セン
サ部だけ別に設け、センサ部を伸び縮みさせずに（即
ち、外部からの電荷補充あるいは外部への電荷放出を行
うことなく）、センサ部の発生電圧が0Vから生じる様に
しようというものである。即ち、第６図（Ｃ）のＡ点を
センサ部11の発生電圧による圧送開始時期として備え、
そこからθ_２なるクランク角度でポンプ室圧力を制御す
るのである。よってサンプルホールド回路は不要であ
る。積層型アクチュエータ９の一枚の圧電素子9Aを他の
圧電素子17と隔離し、リード24,25を設けるだけでそれ
が実現できる。しかも同一ハウジング７内に納められる
ので大型化、あるいは別のものを付加するといったマイ
ナス面が無い。上記制御を行うための制御回路について
は、第11図および第12図を参照して後述する。

以上には、制御電圧の中でV_Gをサンプルホールドしなく
ても、センサ部11の発生電圧の立ち上がりＡ点を検出す
ることにより、圧送開始を知ることができ、噴射時期、
温度特性の影響等を受けずに最適パイロット時期が得ら
れることを説明した。しかし、噴射ノズルのプレッシャ
スプリングのばね力の経時変化によりノズルの開弁圧が
漸減する場合には噴射時期が進角方向にずれていく為、
第６図のＡ点からθ_２の角度を正確なものとしても最適
なパイロットが得られないという問題がある。これにつ
いては、既に提案した特願昭61−22931号に詳細を説明
してあるが、オープン時（制御無での圧送圧に対応）発
生電圧に特定の比（たとえば3/5）を乗じた点を制御時
期とするという方法がある。この方法は最適に制御でき
るが制御途中で一瞬、オープン状態を作ってやらねばな
らず、その瞬間、噴射量が増減し、運転者に不快感を与
えてしまうという問題があった。

本発明の他の態様においては、１枚のセンサによってオ
ープン状態を作らずにオープン時のピーク電圧を測定
し、最適制御状態を得ようというものである。

本発明の方法と特願昭61−22931号の方法を対比説明す
るに、第７図において、破線で示したのはオープン（制
御無）の状態で、実線が制御有の状態である。制御時の
（Ｈ）のカーブにおいて制御時期はオープン電圧（破線
で示した）のV_s1に相当し、V_s1はV_o1（オープンピーク
電圧）の特定比倍（たとえば3/5）になっている。しか
し、この制御時期を決める際、一瞬オープン状態としな
ければならず（Ｉ）の噴射率に示した様にｑの噴射量が
増減する為、アイドル時においてはエンジン回転数の上
昇を招く。これは一瞬ではあるが不快感をもたらす。

そこで本発明の様に一枚のセンサを用いた場合、（Ｇ）
の発生電圧に示す様にオープン時、制御時ともにセンサ
部11のピーク電圧V_o2はほとんど変化しない。（ただし
制御時期後はポンプ室内圧（Ｆ）の減少に伴い一旦電圧
を低下する。）よって、V_s2/V_o2の比を例えば3/5にとる
ことにより、制御を一瞬中断することなく最適な制御時
期を選択することができる。

この比は、エンジン冷却水温に応じて変え、冷間時には
パイロット噴射量を増大させることも可能であるし、回
転数に応じて変えて高回転時にはパイロット噴射量を減
じることも可能である。即ち、第８図はエンジン冷却水
温によってV_s2/V_o2比を変えた例である。（１）の線の
様に段階的に変えても良いし、（２）の線の様に連続的
に変えても良い。第９図はエンジン回転数によってV_s2/
V_o2比を変えた例である。（３）の様に段階的に変えて
も良いし、（４）の様に連続的に変えても良い。

第10図に従ってセンサ部11の変形例を説明する。第１実
施例においてはセンサ部11をアクチュエータ本体９と一
体的に構成したが、この変形例ではセンサ部11を分離
し、ケーシング７の凹部27に設置した。これによりセン
サ部11のみ、あるいはアクチュエータ部のみの交換がで
きる。センサ部11は、センサ用圧電素子9A、正電極板2
8、負電極板29、両端の電気絶縁部材30をチューブ31で
ユニット化することにより構成してある。また、外周を
シリコンゴム等の電気絶縁性樹脂でコーティングしても
良い。ユニット化しているので組付等の取扱いが容易に
なる。作動は第１実施例と同様である。

次に第６図の制御を行うための制御回路について第11図
を参照して説明する。第11図は制御回路12の構成を示す
図である。センサ部11の圧電素子の信号はダイオード10
1を経て抵抗102,103によりたとえば1/300に分圧されて
コンパレータ105の非反転入力に接続される。ダイオー
ド101はセンサ部11の圧電素子に逆電圧が加わるのを防
止するとともに、その発生信号を0Vにクランプするため
のものである。コンパレータ105の反転入力には所定の
微少基準電圧104が接続されており、非反転入力がこの
基準電圧より高くなった時点でコンパレータ105の出力
は“1"レベルとなる。この信号はワンショットマルチ10
6のトリガ入力に接続されており、コンデンサ107、抵抗
108で決まる約10μsecのパルス幅の信号をそのＱ端子に
出力する。すなわちワンショットマルチ106により、コ
ンパレータ105の出力の立上りエッジを検出している。
この信号は第１プリセッタブルダウンカウンタ110、お
よび第２プリセッタブルダウンカウンタ111のロード端
子に接続されており、“1"レベルのときＰ端子に設定さ
れたデータがプリセットされる。この設定データとし
て、第１プリセッタブルダウンカウンタ110に対しては
θ_２の値が、第２プリセッタブルダウンカウンタ111に
対してはコンデンサに蓄えた電荷をアクチュエータに戻
してやる時期θ_３に設定してある。詳細は後述する。50
は図示しないエンジンクランク軸に取りつけられた角度
信号検出用パルサーで所定の角度毎に外周上に突起また
はスリットを有している。51はこのパルサー50の角度を
検出する角度センサで前記パルサーの突起またはスリッ
トを、マグネットピックアップまたはフォトインタラプ
タ等で検出し角度信号に変換する。この角度センサ51か
らの角度信号は整形回路112によりデジタル値に整形さ
れ、前述の第１、第２プリセッタブルダウンカウンタ11
0,111のクロック端子に接続される。第１プリセッタブ
ルダウンカウンタ110はクロック信号に同期してカウン
トダウンしていきその内容が０になった時点でキャリー
アウト端子に“1"レベルの信号を発生する。すなわち、
コンパレータ105の出力が立上がってからθ_２パルス
（θ_２゜CA）後キャリーアウト信号が発生する。同様に
第２プリセッタブルダウンカウンタ111のキャリーアウ
ト端子には、コンパレータ105の出力が立上がってから
θ_３パルス（θ_３゜CA）後にキャリーアウト信号が発生
する。13は駆動回路である。その構成作動に関しては特
願昭59−147788号に詳述してあるが簡単に説明する。前
述の第１プリセッタブルダウンカウンタ110のキャリー
アウト信号は抵抗131,132を介してトランジスタ133のベ
ースに接続されている。トランジスタ133のエミッタは
接地されており、コレクタはパルストランス134の１次
コイルが接続されている。パルストランス134の２次側
は第１サイクリスタ135のゲート端子に接続されてお
り、前記第１プリセッタブルダウンカウンタ110のキャ
リアウト信号が“1"レベルになった時点でトランジスタ
133が“ON"となり第１サイリスタ135がトリガされ導通
する。第１サイリスタ135のアノードは第１のコイル136
が直列に接続されアクチュエータ９に接続される。第１
サイリスタ135のカソードはコンデンサ137に接続され
る。同様に、前述の第２プリセッタブルダウンカウンタ
111のキャリーアウト信号は抵抗138,139を介してトラン
ジスタ140のベースに接続されている。トランジスタ140
のコレクタにはパルストランス141が接続され第２サイ
リスタ142をトリガする。第２サイリスタ142のアノード
は、前記コンデンサ137に接続され、カソードは第２の
コイル143が直列に接続されアクチュエータ９に接続さ
れる。144はダイオードでアクチュエータ９に並列に接
続されている。このダイオードは、アクチュエータ９に
逆電圧がかかるのを防止すると共に、アクチュエータ９
が伸張する際の電荷を供給するためのものである。

上記構成における制御回路12の作動について第12図に基
いて次に説明する。第12図は作動説明に供する各部波形
図である。プランジャがリフト開始し、圧送が始まると
ポンプ室内圧力は上昇し始め、その圧力により押圧され
てセンサ発生電圧も第12図（Ｂ）のように0Vから上昇し
ていく。この電圧が所定の基準電圧104よりも高くなっ
た時点でコンパレータ105の出力は“1"レベルとなり、
ワンショットマルチ106のＱ出力に第12図（Ｃ）のパル
スを発生する。この信号により、プリセッタブルダウン
カウンタ110および111には予め台上試験等で求められた
設定値θ_２およびθ_３がロードされる。このロードされ
た値は角度信号（第12図（Ｄ））によりカウントダウン
されていき、カウンタの内容が０になった時点でキャリ
ーアウト信号を発生する。すなわち第12図（Ｅ）および
（Ｆ）に示したように、圧送開始後θ_２およびθ_３後に
各々トリガ信号が発生することになる。θ_２の第１トリ
ガ信号により第１サイリスタ135が導通し、アクチュエ
ータ９の電荷がコンデンサ137へ吸収される。このため
アクチュエータ９の電圧は第12図（Ｇ）のように低下
し、アクチュエータ９は収縮することになる。このため
噴射が中断し、パイロット噴射を実現できることは前述
した通りである。その後アクチュエータの電圧はポンプ
の圧送とともに変化していくがやがて0Vに戻る。この後
所定の時期θ_３に第２サイリスタ142のトリガ信号が発
生し（第12図（Ｆ））、コンデンサ137に蓄電されてい
た電荷がアクチュエータ９へ戻される。このためアクチ
ュエータ９の電圧は第12図（Ｇ）のように上昇する。こ
の上昇分は、アクチュエータ９の再分極による劣化防止
および、制御時の電圧振幅を大きくして、収縮量を多く
し、パイロット噴射の効果を高めると共に、さらに、θ
_３の時期をポンプの吸入行程終了後に設定することによ
りポンプ室内圧を予圧し、アクチュエータを付加したこ
とによる噴射時期の遅れ、噴射量の減少を改善する作用
がある。

上記説明で、制御時期θ₂,θ_３の信号を得るために、角
度信号を用いたが、この角度信号の分解能が不足する場
合には、角度信号間をエンジン回転数から補間計算によ
り時間として求めてやればよい。

次に第７図の制御を行うための制御回路について第13図
を参照して説明する。第13図は制御回路12′の構成を示
す。センサ部11の圧電素子の信号はダイオード201を経
て抵抗202,203により、例えば1/300に分圧されてオペレ
ーションアンプ（以下、オペアンプと略称する）204の
非反転入力に接続されている。ダイオード201はセンサ
部11の圧電素子に逆電圧が加わるのを防止すると共に、
その発生信号を0Vにクランプするためのものである。オ
ペアンプ204の反転入力は出力に接続されており、オペ
アンプ204はバッファアンプとして作動する。オペアン
プ204の出力はコンパレータ205の非反転入力に接続され
ている。コンパレータ205の反転入力には制御時期を決
定するためのスレッシュホールドレベルの信号が入力さ
れるが、このことについては後述する。オペアンプ204
の出力はピーク値検出回路220,230,240,250に接続され
ている。ピーク値検出回路220,230,240,250は、本実施
例を４気筒エンジンを例にとって説明しているためであ
り、本来気筒数分だけ用意すればよい。ピーク値検出回
路220,230,240,250はその構成は同じであるため、第１
のピーク値検出回路220についてのみ説明し、他は省略
する。221はアナログスイッチで、前記オペアンプ204の
出力（センサ信号）をオペアンプ223の非反転入力に接
続するか否かを行う。アナログスイッチ221のS1入力が
“1"レベルのときONとなり、オペアンプ204の出力信号
はオペアンプ223の非反転入力に伝わる。222は入力抵抗
で、アナログスイッチ221がOFFのとき、オペアンプ223
の非反転入力が開放状態にならないために設けてある。
オペアンプ223の出力はダイオード224を介してピークホ
ールド用コンデンサ225に接続されている。このコンデ
ンサ225の電圧はオペアンプ223の反転入力にフィードバ
ックされている。コンデンサ225に並列にアナログスイ
ッチ226が接続されている。アナログスイッチ226のR1入
力が“1"レベルになるとアナログスイッチ226はONとな
り、コンデンサ225をショートし、その電圧を0Vにす
る。227はオペアンプで、前記コンデンサ225の電荷を逃
がさないようにハイインピーダンスのバッファとして働
くように構成してある。前記アナログスイッチ221、入
力抵抗222、オペアンプ223、ダイオード224、コンデン
サ225、アナログスイッチ226、オペアンプ227でピーク
ホールド回路を構成している。すなわち、信号R1を“1"
にしてコンデンサ225を0Vにクリアし、信号R1を“0"に
戻す。信号S1を“1"にするとセンサ信号はオペアンプ22
3に入力される。コンデンサ225の電圧よりもセンサ信号
の方が高ければ、ダイオード224が順方向に導通し、コ
ンデンサ225の電圧をセンサ信号に追従させる。コンデ
ンサ225の電圧よりセンサ信号が低くなるとダイオード2
24は非導通となるため、コンデンサ225の電荷は保存さ
れる。所定の期間信号S1を“0"に戻すとセンサ信号は遮
断されるため、以後コンデンサ225の電圧はホールドさ
れることになる。ピーク値検出回路220の出力は後述の
セレクタ266に接続されている。オペアンプ204の出力で
あるセンサ信号はコンパレータ261の非反転入力にも接
続されている。コンパレータ261の反転入力には微少な
基準電圧V_R262が接続されており、センサ信号の立上り
を検出するようになっている。コンパレータ261の出力
はバイナリカウンタ263のクロック入力に接続されてお
り、クロック入力の立上りでバイナリカウンタ263はカ
ウントアップする。バイナリカウンタ263は本実施例で
は４気筒を考えているため４進カウンタとなっている。
バイナリカウンタ263の出力Q₁,Q₂はセレクタ264,265,26
6のセレクト入力A,Bにそれぞれ接続されており、セレク
タ264,265,266はセレクト入力A,Bの値に応じて所定のセ
レクタを行なう。セレクタ264は例えば東芝製TC4052BP
を用いたもので、セレクト入力A,Bの値が0,0のときコモ
ンとS1が、0,1のときS₂が、1,0のときS₃が、1,1のときS
4が接続される。セレクタ264のコモンは電源に接続され
ており、すなわち“1"レベルとなっているため、セレク
タ入力A,Bの値に応じて、S1からS4のいずれかが“1"レ
ベルとなる。S1〜S4は前述のピーク値検出回路のS1〜S4
へ接続されている。セレクタ265もセレクタ264と同様で
あるが、コモン端子は後述のディケードカウンタ（東芝
製TC4017BP）のQ₁出力に接続されている。この信号はセ
レクタ265によりR1〜R4に分配されて、前述のピーク値
検出回路のR1〜R4に接続される。

60は図示しないエンジンクランクシャフトあるいはカム
シャフト等と同期して回転する角度信号検出用パルサー
であり、所定の角度毎に外周上に突起またはスリットを
有している。本実施例ではたとえばカムシャフト１回転
あたり32パルス発生するようにしてある。61は前記パル
サー60の角度を検出する角度センサで、前記パルサー60
の突起またはスリットを、マグネットピックアップまた
はフォトインタラプタ等で検出し、角度信号に変換す
る。この角度センサ61からの角度信号は整形回路270に
よりデジタル信号に整形される。整形回路270からの角
度信号は、エンジン回転数検出回路271に接続される。
エンジン回転数検出回路271は所定の時間内に発生した
角度信号のパルス数をカウントし、例えば８ビットのエ
ンジン回転数データを出力する。このエンジン回転数デ
ータはROM272のアドレスに入力される。70は水温センサ
で、図示しないエンジンのウォータジャケットに設置さ
れ、エンジン冷却水温を検出する。本実施例ではサーミ
スタを示したが他に電熱対、ダイオード等でもよい。水
温センサの信号は抵抗275のプルアップにより電圧に変
換される。この電圧信号はAD変換回路276に入力され、
例えば６ビットの水温データとして出力される。AD変換
回路276からの水温データも先のROM272のアドレスに入
力されている。ROM272は予め台上試験等で、所定のエン
ジン回転数、所定の水温における最適分圧比に対応した
バイナリデータが記憶してある。したがって、エンジン
回転数検出回路271からのエンジン回転データおよび、A
D変換回路からの水温データをアドレス情報として、最
適分圧比データを出力する。この分圧比データは乗算型
DA変換回路278のデジタル入力に接続されている。乗算
型DA変換回路278は、そのデジタル入力信号に応じて、
入力信号を所定の比に分圧した信号を出力する。この乗
算型DA変換回路278は、例えばデイテル社製DAC−HA10B
とオペアンプを組み合わせたもので、デジタル入力信号
に応じてＲ−2Rのラダー抵抗が切り換わり、リファレン
ス入力に蓄積された電圧を所定の比に分圧した電圧が出
力されるように構成されている。セレクタ266により所
定の気筒の対応するピーク電圧信号は、乗算型DA変換回
路で所定の比に分圧されて、前述のコンパレータ205の
反転入力に接続される。コンパレータ205の出力はリト
リガラブルなワンショットマルチ280の立上りトリガ入
力に接続されている。ワンショットマルチ280の出力パ
ルス幅はコンデンサ281と抵抗282により決定され、この
値は後述の誤動作を回避するため約2msecとしてある。
ワンショットマルチ280の出力信号はワンショットマル
チ283の立上り入力に接続されている。ワンショットマ
ルチ283の出力パルス幅はコンデンサ284、抵抗285によ
って決定され、この値はサイリスタのトリガ信号パルス
として使うため約30μsecとしてある。ワンショットマ
ルチ283の出力は駆動回路13のTRIG1入力に接続されてい
る。駆動回路13に関しては第11図に関して説明したので
省略する。ワンショットマルチ283の出力はディケード
カウンタ（例えば東芝製TC4017BP）290,291のリセット
入力に接続されている。ディケードカウンタ290のクロ
ック入力には例えば10KHIの一定周波数のクロック信号
が入力されている。ディケードカウンタ290のQ₂出力は
クロックイネーブル入力に接続されている。クロックイ
ネーブル入力は“1"レベルになるとクロックによるカウ
ントを禁止するため、次のリセット入力が来るまでQ₂信
号を出力し続ける。すなわち、リセット入力に同期して
Q₁出力に100μsecのパルスを発生するワンショットマル
チとして作動していることになる。このQ₁出力は前述の
セレクタ265により所定の気筒に分配され、ピーク値ホ
ールド用のコンデンサ223をショートするためのアナロ
グスイッチ226をONする。ディケードカウンタ291のクロ
ック入力には前記整形回路270からの角度信号が接続さ
れており、Q_n（ｎは角度信号の１回転当りのパルス数に
よって定まる。例えば本実施例の32パルス／カム１回転
においては、ｎ＝５とすればQ₅の発生するタイミング
は、ポンプ吸入行程後となる。）はクロックイネーブル
入力に接続されている。この回路も前と同様デジタル的
なワンショットマルチとして作用する。すなわちリセッ
ト入力にパルスが入力されてから角度信号ｎパルス発生
後Q_n出力が“1"レベルとなる。このQ_n出力はワンショッ
トマルチ292の立上り入力に接続されている。ワンショ
ットマルチ292の出力パルス幅はコンデンサ293、抵抗29
4によって決定され、実施例では約30μsecとしてある。
ワンショットマルチ292の出力は駆動回路13のTRIG2入力
に接続されており、サイリスタのトリガ信号となる。駆
動回路13の出力にはアクチュエータ９が接続されてい
る。

上記構成による制御回路12′の作動について第14図によ
り次に説明する。第14図は作動説明に供する各部波形の
状態を示すグラフである。ポンププランジャがリフト開
始し圧送が始まるとポンプ室内圧は上昇し始め、その圧
力により押圧されて、センサ発生電圧も第14図（Ａ）の
ように0Vから上昇していく。このセンサ発生電圧は抵抗
202,203により分圧されオペアンプ204によりバッファさ
れてコンパレータ261に入る。コンパレータ261の出力は
第14図（Ｂ）のような圧送期間中“1"レベルとなる信号
となる。この信号の立上りエッジにより、バイナリカウ
ンタ263はカウントアップし、そのQ₁,Q₂出力が気筒毎に
切りかわる。このQ₁,Q₂出力により、アナログスイッチ2
64,265,266がそれぞれ切りかわる。アナログスイッチ16
4のS1〜S4信号は第14図（Ｃ）〜（Ｆ）のようになり、
ピーク値検出回路220〜250を制御する。たとえばS1が
“1"レベルのときには、ピーク値検出回路220のアナロ
グスイッチ221がONとなる。したがってオペアンプ204の
出力であるセンサ信号がオペアンプ223の非反転入力に
接続される。この電圧はダイオード224を介してコンデ
ンサ225を充電する。オペアンプ223の入力電圧がコンデ
ンサ224の電圧より低いとダイオード224は非導通となり
コンデンサ225の電圧はホールドされる。したがってコ
ンデンサ225には入力信号のピーク値がホールドされ
る。このピーク値信号はオペアンプ227から成るバッフ
ァアンプにより低インピーダンスでとり出され（第14図
（Ｌ））、アナログスイッチ266へ入る。他の気筒のピ
ーク値信号（第14図（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｏ））もアナロ
グスイッチ266へ接続されており、先のカウンタ263の
Q₁,Q₂信号により所定の気筒の信号が同期して出力され
る。この信号は乗算型AD変換回路278により、エンジン
回転、水温に応じた所定の分圧比に分圧され、基準電圧
としてコンパレータ205へ入る（第14図（Ｐ））。コン
パレータ205はセンサ信号が、この基準信号より高くな
ると出力が“1"レベルとなり、ワンショットマルチ280
をトリガする（第14図（Ｑ））。ワンショットマルチ28
0はリトリガラブルであり、コンパレータ205の出力は短
パルスのノイズ等が混入しても、除去できる。ワンショ
ットマルチ280のＱ出力の立上りでワンショットマルチ2
83がトリガされ、そのＱ出力は約30μsecのパルスを発
生する。このパルスは第１サイリスタのトリガ信号とし
て駆動回路13へ入る（第14図（Ｇ）、（Ｒ））。さら
に、ワンショットマルチ283のＱ出力は、ディケードカ
ウンタ290,291のリセット端子に入る。これらディケー
ドカウンタ290,291はデジタル的なワンショットマルチ
で、リセット端子の信号が“0"レベルになった直後、ク
ロック端子中に入力されたクロック信号の立上りに同期
してパルスを出力するように作動する。すなわち、ディ
ケードカウンタ290のQ₁出力は第１サイリスタトリガ信
号が発生した直後に短かいパルスを出力する。この信号
は前記アナログスイッチ265により各気筒に分配され
（第14図（Ｈ）〜（Ｋ））、アナログスイッチ226をON
し、ピークホールド用コンデンサ225の電荷をショート
し、初期状態にする（第14図（Ｌ）〜（Ｏ））。一方、
ディケードカウンタ291のQ_n出力は、第14図（Ｓ）のよ
うに、リセット端子の信号（第１サイリスタ用トリガ信
号）が“0"レベルによってから、角度信号がｎだけ（本
実施例ではｎ＝５）入力された時点で“1"レベルとな
る。すなわち、第１サイリスタがトリガされてから、角
度信号５パルス後、いいかえるとクランク角で112.5゜C
A後にディケードカウンタ291のQ_n出力が“1"レベルとな
る。このQ_n信号によりワンショットマルチ292がトリガ
されそのＱ出力は約30μsecのパルスを発生する。この
Ｑ出力信号は第２サイリスタトリガ信号として駆動回路
13に接続されており（第14図（Ｔ））、コンデンサ137
の電荷をアクチュエータ９へ戻す（第14図（Ｕ））。駆
動回路の作動については先の実施例で詳述したので省略
する。

以上の説明のように、本実施例においては、センサ11の
発生電圧のピーク値を各気筒毎にピークホールドし、各
気筒に同期したそのピーク値を所定の比に分圧した値を
基準電圧として用い、センサ発生電圧と比較して、アク
チュエータ９の制御信号を発生させているため、ノズル
開弁圧の変動、個体間の特性バラツキ、アクチュエータ
の温度特性等を補償でき、常に最適なパイロット噴射を
実現できるという優れた効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明の噴射率制御方法および装置によれば、アクチュ
エータの電歪素子とは電気的に独立したセンサ部によっ
て、ポンプ室圧力に応じた電圧を0Vから発生させること
により、制御中であってもポンプ室圧力を正確に検出す
ることが可能になる。そして、このようにして得られた
ポンプ室圧力の検出値に基づいてアクチュエータの電歪
素子の放電時期の決定を行うので、従来技術のように温
度補正のための前処理としてサンプルホールドや制御の
一時中止のような手段を用いる必要がなくなるから、そ
れによって装置の構成が複雑になってコストが上昇した
り、ドライバビリティが低下するというような問題が解
消する。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射ポンプに本発明の噴射率制御装置を見
付けたところを示す部分断面図、第２図は電歪アクチュエータの圧電素子積層体の斜視
図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図、第４図は第２図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図はアクチュエータの温度特性を示すグラフ、第６図は制御の一態様を示すダイアグラム、第７図は制御の他の態様を示すダイアグラム、第８図および第９図は制御の変化形を示し、第10図はセンサ部11の構成の変化形を示す部分断面図、第11図は第６図の態様で制御を行うための制御回路の構
成を示すブロック図、第12図は第11図の制御回路による各部の作動を示すダイ
アグラム、第13図は第７図の態様で制御を行うための制御回路の構
成を示すブロック図、第14図は第13図の制御回路による場合の各部の作動を示
すダイアグラムである。１……噴射ポンプのポンプ部、３……ポンプシリンダ、４……ポンププランジャ、６……可変容積装置、７……ハウジング、８……ピストン、９……電歪式アクチュエータ、 10……ばね、11……センサ部、 12……制御回路、13……駆動回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井沢明宏愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者滝川昌宏愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電歪式アクチュエータにより容積変化する
可変容積室にディーゼルエンジンの燃料噴射装置の燃料
噴射ポンプのポンプ室を接続し、噴射装置の噴射行程で
ない時にアクチュエータの電歪素子を予め帯電してお
き、ポンプ室圧力上昇に伴い発生する電荷により電歪素
子の電荷を増大させ、噴射開始後に電歪素子の電荷を放
電させて電歪素子を収縮させて可変容積室を膨張させる
ことによりパイロット噴射を形成することからなるディ
ーゼルエンジン用燃料噴射装置の噴射率制御方法におい
て、アクチュエータの電歪素子とは別個の電歪式センサによ
りポンプ室圧力に応じて電圧を発生させ、前記発生電圧
に基く所定時期にアクチュエータの電歪素子の電荷を放
電することを特徴とする噴射率制御方法。
【請求項２】前記放電は、電歪式センサの発生電圧の立
上り点から所定クランク角で行われる特許請求の範囲第
１項記載の噴射率制御方法。
【請求項３】前記放電は、電歪式センサの発生電圧がそ
のピーク電圧の所定比の値になった時に行われる特許請
求の範囲第１項記載の噴射率制御方法。
【請求項４】エンジンの冷却液温度に応じて前記比を変
えることからなる特許請求の範囲第３項記載の噴射率制
御方法。
【請求項５】エンジン回転数に応じて前記比を変えるこ
とからなる特許請求の範囲第３項記載の噴射率制御方
法。
【請求項６】燃料を周期的に加圧するポンプ室を有する
燃料噴射ポンプを備えたディーゼルエンジン用燃料噴射
装置において、パイロット噴射を行うべく燃料噴射率を
制御する装置であって、（イ）噴射ポンプのポンプ室に連通した可変容積室と、（ロ）電圧変化に応じて伸縮する電歪素子を備え、該電
歪素子の伸縮に応じて前記可変容積室の容積を増減する
電歪式アクチュエータと、（ハ）前記電歪素子と同軸的に配置されポンプ室の圧力
変化に応じて電圧を出力する電歪式圧力センサと、（ニ）前記電歪素子の電圧を制御する駆動回路と、（ホ）前記駆動回路を制御して噴射行程でない時に予め
電歪素子を帯電させておき、噴射開始後に前記圧力セン
サからの出力に基いて所定時期に電歪素子の電荷を放電
させる制御回路、とを備えてなる、ディーゼルエンジン
用燃料噴射装置の噴射率制御装置。
【請求項７】前記制御装置は、圧力センサからの出力電
圧の立上り点から所定クランク角で電歪素子を放電させ
る特許請求の範囲第６項記載の噴射率制御装置。
【請求項８】前記制御装置は、圧力センサの出力電圧が
ピーク電圧の所定比になった時に電歪素子を放電させる
特許請求の範囲第６項記載の噴射率制御装置。
【請求項９】前記電歪式圧力センサはアクチュエータの
電歪素子から独立して交換自在に配置されている特許請
求の範囲第６項記載の噴射率制御装置。
【請求項１０】前記圧力センサは可変容積室のハウジン
グおよびアクチュエータから電気絶縁されている特許請
求の範囲第９項記載の噴射率制御装置。