JPH089976B2

JPH089976B2 - デイ−ゼル機関用燃料噴射装置の噴射率制御方法

Info

Publication number: JPH089976B2
Application number: JP61146205A
Authority: JP
Inventors: 誠幸阿部; 猪頭　　敏彦; 康行榊原; 明宏井沢; 文明小林
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS635139A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は圧電式アクチュエータを用いたディーゼル機
関用燃料噴射装置の噴射率制御方法に関する。

〔従来の技術、及び発明が解決しようとする問題点〕

圧電式アクチュエータを燃料噴射ポンプに装着し、燃
料圧送時の燃圧に押圧されて発生した電荷を所定の制御
時期に抜くことにより圧電式アクチュエータを収縮さ
せ、もってパイロット噴射を実現してディーゼル機関が
発生する騒音及びNOxの低減を図ったディーゼル機関用
燃料噴射装置は本出願人により例えば特願昭59−260639
号において提案されている。

ところで、上記装置を用いて噴射率制御を行う場合、
従来の制御方法においては、第12図に示すように、燃料
噴射ポンプの構成要素であるプランジャが基準信号発生
時点から一定角度θだけ回転した時点を上記所定の制御
時期とし（（ａ）参照）、この時点で圧電式アクチュエ
ータの電荷を抜くようにしている（（ｂ）参照）。この
ため、例えば開弁圧が160kg/cm²の噴射弁で最適なパイ
ロット噴射が得られたとしても（（ｃ）参照）、噴射弁
の開弁圧が、例えば経時変化により、140kg/cm²に低下
するとパイロット噴射部分が拡大し（（ｄ）参照）、騒
音及びNOxの低減に有効なパイロット噴射が実現されな
くなるという問題点が従来方法にはあった。

〔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、本発明においては、シリ
ンダボア及び該シリンダボア内に摺動自在に嵌合された
プランジャによって画成されるポンプ室と、該ポンプ室
に連通し且つ印加電圧に応じて伸縮する圧電式アクチュ
エータによって容積が変化させられ得る可変容積室とを
具備し、該ポンプ室内に導入された燃料を該ポンプ室の
容積を変化させることにより加圧送出し、該ポンプ室に
デリバリ弁を介して導通可能な噴射弁から噴出させるデ
ィーゼル機関用燃料噴射装置の噴射率を制御する方法で
あって、前記ポンプ室内の燃料圧力に応じて発生する前
記圧電式アクチュエータの発生電圧を検出し、検出した
発生電圧が基準電圧を超えたときに該圧電式アクチュエ
ータを短絡させるか、あるいは該圧電式アクチュエータ
の電荷を抜き取るか、又は該圧電式アクチュエータの分
極方向と逆方向の電圧を印加することにより該圧電式ア
クチュエータを収縮させ、もって前記可変容積室の容積
を拡大して前記噴射弁から噴射される燃料の噴射率を低
下させることによりパイロット噴射を行うと共に、前記
基準電圧はパイロット噴射後に前記圧電式アクチュエー
タが発生するピーク電圧に基づいて設定されることを特
徴とするディーゼル機関用燃料噴射装置の噴射率制御方
法が提供される。

〔実施例〕

本発明の実施例について以下説明する。第１図は本発
明方法が適用される燃料噴射装置の構造図である。

まず燃料噴射ポンプ１について説明する。ケーシング
４のシリンダボア５内に摺動自在に指示されたプランジ
ャ６は、エンジン回転数の1/2に同期して回転往復運動
を行う。即ち、エンジンの回転はギヤ又はタイミングベ
ルトを介して駆動軸（図示せず）に伝達され、プランジ
ャ６はこの駆動軸により同軸的に回転駆動されるととも
に、フェイスカム７がローラ８に係合することにより往
復運動する。フェイスカム７はばね（図示せず）により
常時図の左方に付勢されてローラ８に係合しており、プ
ランジャ６の往復運動は、軸心周りに回転してフェイス
カム７のカム面の形状に従うことにより行われる。プラ
ンジャ６はその外周に、１ケの分配ポート９とエンジン
気筒数と同数の吸入ポート10,10′とが形成され、この
プランジャ６の先端面とシリンダボア５との間にはポン
プ室２が形成される。

ケーシング４には、低圧室11と、この低圧室11をシリ
ンダボア５に連通する吸入通路12と、外部の各噴射弁13
をシリンダボア５に導通可能な分配通路14が形成され
る。分配通路14はエンジン気筒数と同数設けられるとと
もに、その途中にはそれぞれデリバリ弁15が設けられ
る。デリバリ弁15はばね16に抗して開放可能であり、逆
止弁としての機能及び吸戻し弁としての機能を有する。

然してプランジャ６が左行してポンプ室２が膨張する
時、いずれかの吸入ポート10が吸入通路12に導通して低
圧室11内の燃料がポンプ室２に吸入され、これとは逆
に、プランジャ６が右行してポンプ室２が加圧される
時、分配ポート９がいずれかの分配通路14に導通してポ
ンプ室２内の燃料が外部に送出される。燃料の送出はプ
ランジャ６が右行を始めた時に始まり、さらにプランジ
ャ６が右行してスピルポート17がスピルリング18の右端
面より低圧室11内へと開放された時に終わる。ここでス
ピルポート17とはプランジャ６に設けられてポンプ室２
と低圧室11とを導通する為の開口であり、スピルリング
18は短いシリンダ状であって、その内孔をプランジャ６
が摺動するものである。スピルリング18はレバー19によ
ってその固定位置をかえることができ、スピルリング18
の位置によってポンプ室２の吐出量をかえることができ
る。レバー19は間接的にアクセルレバーと連動してい
る。以上は公知部分の説明である。

次に噴射率制御装置について説明する。噴射率制御装
置３はケーシング20の中に、図の右から圧電式アクチュ
エータ21、ピストン22、皿ばね23、ディスタンスピース
24を収納して構成されている。ケーシング20は底のある
円筒の形、即ち袋状であって、その開放端部の雄ねじ29
によって噴射ポンプ１に取り付け固定してある。

圧電式アクチュエータ21は薄い円盤状（φ15×t0.5）
の圧電素子を約50枚積層して円柱状となしたものであ
る。この圧電素子はPZTと呼ばれるセラミック材であ
り、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としており、その厚
み方向に500V程度の電圧を印加すると１μｍ程度伸び
る。これを50枚積層して各々の素子の厚み方向に500V印
加すると全体として50μｍの伸張が得られる。この電圧
を解除するか、あるいは電荷を抜くか、又は若干の負電
圧を印加すれば50μｍの収縮を起こして元の長さに戻
る。また、この圧電式アクチュエータ21に軸方向圧縮の
荷重をかけた時、１枚１枚の圧電素子には第２図のよう
な電圧が発生する。即ち500kgの負荷で500Vの電圧が発
生する。

次にこの電圧を短絡即ちショートさせると、圧電式ア
クチュエータ21全体として第３図のような軸方向の収縮
が生じる。即ち、ピストン22に500kgの荷重が加わって
いる状態で圧電式アクチュエータ21をショートさせると
50μｍの収縮が生じる。これらの圧電素子及び圧電式ア
クチュエータの性質は公知である。

圧電式アクチュエータ21への所定の時期における電圧
の印加、ショート、オープン等の操作はリード線25を介
して外部の制御回路200及び駆動回路400によってなされ
る。

圧電式アクチュエータ21の伸縮作用はピストン22に伝
えられ、ピストン22とディスタンスピース24とケーシン
グ20を室壁として形成される可変容積室26の容積を拡大
・縮小する。皿ばね23は可変容積室26の中にあって、圧
電式アクチュエータ21を縮小する方向に付勢している。
ディスタンスピース24は円盤状であって、その中央には
貫通孔27を有している。ディスタンスピース24の直径は
ピストン22の直径よりも一回り大きく、ケーシング20の
雄ねじ29を締め込んで行くと、ケーシング20とケーシン
グ４とにはさみ込まれるようになってシールを行う。可
変容積室26は貫通孔27を介してポンプ室２と導通してい
る。

可変容積室26の圧力がピストン22を介して圧電式アク
チュエータ21側に漏洩しないようにＯリング28がピスト
ン22の外周に配設されている。

ここで、本実施例の具体的な説明に先立ち、圧電式ア
クチュエータを用いた一般的な噴射率制御方法について
説明する。

圧電式アクチュエータ21に外部からの電圧を印加せ
ず、又ショートもさせなかった時、即ち電気的にオープ
ンした時、ポンプ室２の圧力は第４図（Ａ）の「従来」
と記入した曲線となる。図中に示す凸の部分が吐出行程
であって、即ち、プランジャ６が右行しつつかつ、スピ
ルポート17がスピルリング18によっておおわれている時
である。このうち、噴射弁13の開弁圧より高い部分が噴
射に寄与する部分である。即ち、この期間、噴射弁13は
開弁しており、その開弁リフト量はその圧力と比例して
いる。よって噴射量もその圧力と概ね比例している。

又、圧電式アクチュエータ21にはポンプ室２の圧力に
比例した電荷が生じ、第２図に示される電圧が発生す
る。なお、ポンプ室２の圧力を第２図に示される圧縮荷
重に換算するには、圧力にピストン22の受圧面積をかけ
てやればよく、第１図に示される燃料噴射ポンプ１のピ
ストン22の受圧面積を4cm²とし、噴射弁13の開弁圧を10
0kg/cm²とすると、噴射開始時に圧電式アクチュエータ2
1によって発生する電圧は400Vである。

制御回路200は、圧電式アクチュエータ21に発生した
電圧がさらに上昇して例えば500Vに達した時、即ち、噴
射弁13が噴射を開始した直後の所定の時期に、圧電式ア
クチュエータ21をショートして発生した電圧を0Vに落と
すように制御する。この時、圧電式アクチュエータ21は
第３図に示すように50μｍの収縮を起こすので、可変容
積室26は4cm²×50μｍ＝20mm³の膨張を生じる。よって
ポンプ室２の圧力は低下して噴射弁13からの噴射は低下
する。もしくはポンプ室２の圧力は第４図（Ａ）の「制
御」と記入した曲線となる。後者の場合、噴射弁13から
の噴射は一時中断され、パイロット噴射の形態を実現す
ることができる。

その後、プランジャ６はさらに右行を続けるためポン
プ室２の圧力は再び開弁圧を越え、噴射が再開される。

ところで、圧電式アクチュエータ21の収縮量が大きい
程、ポンプ室２の圧力の低下は顕著となり、この結果、
パイロット噴射が明確になり、又、パイロット噴射とメ
イン噴射との間隔を広げることが可能となるので、騒音
及びNOxの低減に対する効果が顕著となる。そこで、本
実施例では、アクチュエータ21の収縮量を拡大するた
め、本出願人によって前記特願昭59−260639号に提案さ
れているものと同様の駆動回路400が用いられている。
この駆動回路400の詳細については後述する。

次に、上記駆動回路400を用いた場合の、前述したパ
イロット噴射制御について、第５図を参照して説明す
る。

制御回路200は、圧電式アクチュエータ21の端子電圧
が所定の制御電圧V_TH（（Ｄ）参照）に達した時、即
ち、噴射弁13が噴射を開始した直後の所定の時期に、ア
クチュエータ21の電荷を抜き取り、抜き取った電荷を駆
動回路400が具備するコンデンサに蓄えるよう駆動回路4
00を制御する。この結果、アクチュエータ21は収縮し、
パイロット噴射が実現される（（Ｅ）参照）。その後、
ディーゼル機関が噴射行程でない適切な時期に、制御回
路200は、コンデンサに蓄えられている電荷をアクチュ
エータ21に戻すよう駆動回路400を制御する。そして、
電荷が戻されることにより、アクチュエータ21には初期
電圧V_Gが印加される（（Ｄ）参照）。この初期電圧V_Gが
アクチュエータ21に印加されることにより、制御電圧V
_THを大きな値に設定することが可能になり、この結果、
アクチュエータ21の収縮量を大きくすることができる。

さて、この制御電圧V_THは、最適なパイロット噴射を
得るために重要な値である。換言すると、この制御電圧
V_THを降下させる制御時期は、ディーゼル機関の使用状
態、環境条件、噴射率制御装置３の個体差等、あらゆる
条件で最適なものでなければならない。

ここで、例えば噴射弁13の開弁圧が変化する場合を考
えてみると、従来の噴射率制御方法のように制御時期を
固定すると、先に第12図を用いて述べたように、適切な
パイロット噴射ができなくなる。従って、この問題を解
決することが本発明の主旨である。

噴射弁13の開弁圧の変化に起因する制御時期のずれを
防止するためには、開弁圧に応じて制御電圧V_THを設定
すればよい。この制御電圧V_THをどのように設定すべき
かを知るため、種々の実験を行った結果、第６図に示す
ように、噴射弁13の開弁圧と圧電式アクチュエータ21の
発生電圧との間に強い相関があることを見出した。

第６図はそれぞれの噴射弁13の開弁圧140〜170Kg/cm²
を用いた時、最適なパイロット噴射量が得られた時の、
第５図における電圧Vsと電圧Voの値をプロットしたもの
である。電圧Vsはアクチュエータ21の初期電圧V_Gから電
圧上昇値であり、以後基準電圧という。また、電圧Voは
アクチュエータ21をショートさせてパイロット噴射を行
った後の、アクチュエータ21に発生するピーク電圧であ
る。

噴射弁13の開弁圧が高ければ高いほど、噴射開始時期
は遅れるため、第５図（Ｄ）に示すアクチュエータ21を
ショートさせる時期は遅らせる必要がある。アクチュエ
ータ21をショートさせる時期を遅らせると、基準電圧Vs
は大きくなり、従って制御電圧V_THも大きな値になる。
また、ショート時期後のピーク電圧Voの値も、噴射弁13
の開弁圧が高い場合は、噴射弁13のスプリング力が大き
い分だけポンプ室圧力も高くなるため、大きい値とな
る。

我々の実験の結果、このピーク電圧Voと基準電圧Vsと
の間には第６図に示すような強い相関があることが分か
った。そして、これらの電圧比Vs/Voはほぼ一定の値0.7
6である。従って、ピーク電圧と定義した電圧Voを測定
し、測定した値に一定比（本実施例では0.76）を乗じて
基準電圧V_Sを求め、初期電圧V_G（第５図（Ｄ）参照）に
求めた基準電圧V_Sを加えた値を制御電圧V_TH（第５図
（Ｄ）参照）とし、アクチュエータ21の発生電圧が制御
電圧V_THに達した時点でアクチュエータ21をショートさ
せることにより、最適なパイロット噴射が得られること
になる。そして、制御電圧V_THは噴射弁13の開弁圧に応
じて設定されるので、開弁圧が変化しても最適なパイロ
ット噴射が得られる。

第７図は本発明方法を適用した場合のパイロット噴射
を説明する図である。同図に示すように、噴射弁13の開
弁圧が160kg/cm²から140kg/cm²まで低下すると、回転角
θ_１だけ噴射開始が進角してしまう。しかし、開弁圧が
140kg/cm²まで低下した時は、第７図（Ｆ）に破線で示
したように、ピーク電圧V_O2が開弁圧が160kg/cm²の時の
ピーク電圧V_O1より小さくなるので、ピーク電圧V_O2に一
定比（0.76）を乗じて求めた基準電圧V_S2も開弁圧が160
kg/cm²の時の基準電圧V_S1より小さくなる。従って、制
御電圧（V_G＋V_S2）が低くなるので、制御時期も第７図
（Ｆ）に破線で示したように開弁圧が160kg/cm²の時よ
り早くなり、開弁圧の低下に起因する噴射開始の進角に
対応できる。

本発明方法は噴射率制御装置３の個体差に関連して発
生する問題に対しても効果を発揮する。特に問題なのは
圧電式アクチュエータ21の温度特性である。すなわち、
同一荷重を加えても、アクチュエータ21はその温度によ
って発生電圧が異なるのである。第８図に、アクチュエ
ータ21の温度が異なっている場合の発生電圧（Ｉ）と噴
射弁13の開弁リフト量（Ｊ）との関係を示す。同図にお
いて、実線はアクチュエータ21の温度が低い場合（20
℃）であり、破線は高い場合（80℃）を示す。噴射開始
時においてアクチュエータ21には同一の圧力が作用する
のに対し、発生電圧は異なっている。これが温度特性に
よるものである。開弁圧が同一であれば、温間又は冷間
に拘わらず、同一の制御時期になる制御方法が望まし
い。本発明方法によれば、20℃の時にはピーク電圧V_OL
×0.76で菊純電圧V_SLを求め、80℃の時にはピーク電圧V
_OH×0.76で基準電圧V_SHを求めるので、制御時期はほぼ
同一の時期になる。よって温間、冷間を問わず、最適な
パイロット噴射が得られる。

以下、本発明方法を実現する制御回路200及び駆動回
路400について説明する。

第９図は制御回路200の一実施例の構成を示す図であ
る。圧電式アクチュエータ21の発生電圧は抵抗201,202
により例えば1/300に分圧されてオペアンプ203の非反転
入力端子に印加されている。オペアンプ203の反転入力
端子はその出力端子に接続されており、オペアンプ203
は単なるバッファとして構成されている。オペアンプ20
3の出力端子は各気筒毎に対応したピークホールド回路2
10,220,230,240に接続されている。

次に、ピークホールド回路210について説明する。211
はアナログスイッチ（以下SWという）であり、このアナ
ログSW211はS1信号が“1"レベルの時にオンする。アナ
ログSW211の入力端子には前述のオペアンプ203の出力端
子が接続されており、抵抗212が並列に接続されている
出力端子はオペアンプ213の非反転入力端子に接続され
ている。オペアンプ213の出力端子はダイオード214を介
してピークホールド用コンデンサ215に接続されてい
る。このコンデンサ215の信号はオペアンプ213の反転入
力端子に戻されている。216はアナログSWであり、この
アナログSW216は前記コンデンサ215に並列に接続されて
おり、R1信号が“1"レベルのときにオンとなり、コンデ
ンサ215に蓄電されていた電荷をショートすることによ
りピークホールド値を初期化する。217はオペアンプで
あり、このオペアンプ217は出力端子から反転入力端子
に帰還がかけられてバッファとして構成されており、前
記コンデンサ215の電荷を逃がさないようにハイインピ
ーダンスでコンデンサ215の電圧を検出する。オペアン
プ217の出力端子はセレクタ250に接続されている。ピー
クホールド回路220〜240の構成も同様であり、説明は省
略する。

セレクタ250は例えば東芝製TC4052BPを用いたアナロ
グSWであり、入力A,Bのコードに応じて、接続されるチ
ャンネルが切換わるものである。すなわち、入力A,Bの
コードに応じて、ピークホールド回路210〜240のいずれ
かの出力をセレクトすることができるようになってい
る。この出力は抵抗251,252で所定の分圧比（本実施例
では0.76）に分圧され、オペアンプ263の非反転入力端
子に印加される。

オペアンプ263はバッファとして構成されており、そ
の出力端子は抵抗265を介してオペアンプ267の反転入力
端子に接続されている。260はアナログSWであり、この
アナログSW260は制御信号（後述）が“1"レベルになる
とオンする。アナログSW260の入力端子は前述のオペア
ンプ203の出力端子に接続されており、出力端子はサン
プルホールド用コンデンサ261に接続されている。コン
デンサ261の電圧はオペアンプ262の非反転入力端子に印
加されている。オペアンプ262はバッファとして構成さ
れており、その出力端子は抵抗264を介してオペアンプ2
67の反転入力端子に接続されている。オペアンプ267の
出力端子から反転入力端子に抵抗266を介して帰還がか
けられている。オペアンプ267の非反転入力端子は接地
されている。オペアンプ267の出力端子は抵抗268を介し
てオペアンプ270の反転入力端子に接続されており、そ
の出力端子から反転入力端子に抵抗269を介して帰還が
かけられている。オペアンプ270の非反転入力端子は接
地されている。ここで、抵抗264,265,266,268,269は全
て同じ値に設定されている。これにより、前記アナログ
SW260でサンプルホールドした電圧と、前記ピークホー
ルド値を所定の比に分圧した電圧とを加算した電圧をオ
ペアンプ270の出力に得ることができる。このオペアン
プ270の出力端子はコンパレータ271の反転入力端子に接
続されている。コンパレータ271の非反転入力端子には
前記オペアンプ203の出力すなわち圧電式アクチュエー
タ21の発生電圧が印加されている。コンパレータ271の
出力は、抵抗272及びツェナーダイオード273により振幅
を所定のデジタル値に収まるようにリミットされた後、
ワンショットマルチバイブレータ（以下ワンショットマ
ルチと略称する）274の立上りトリガ入力端子に供給さ
れている。

ワンショットマルチ274の出力パルス幅はコンデンサ2
75及び抵抗276により決定され、そ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274の出力端子はワンショットマルチ278の立上りトリ
ガ入力端子に接続されている。この出力パルス幅はコン
デンサ279及び抵抗280によって決定され、約50μsecと
してある。この信号はTRIG1信号として後述のサイリス
タのトリガとして使われる。ワンショットマルチ278の
出力端子は駆動回路400のTRIG1入力端子に接続されてい
る。駆動回路400については後で詳述する。

30は図示しないエンジンのカムシャフトあるいはポン
プドライブシャフトに設置された角度信号検出用パルサ
ーであり、このパルサー30は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。なお、本実施例では４
気筒エンジンを例にとって説明する。本実施例のパルサ
ー30は、カムシャフト１回転当り32パルス発生するよう
に構成されている。31は前記パルサー30の角度を検出す
るための角度センサーであり、この角度センサー31は前
記パルサー30の突起またはスリットを、マグネットピッ
クアップあるいはフォトインタラプタ等で検出し、角度
信号に変換する。この角度センサー31からの信号は整形
回路290によりデジタル信号に整形される。整形後の角
度信号はバイナリカウンタ291のクロック端子に供給さ
れる。バイナリカウンタ291のリセット入力端子には後
述のトリガ信号TRIG2が供給され、TRIG2信号が発生する
たびにバイナリカウンタ291はリセットされる。バイナ
リカウンタ291のQ₃出力はクロック信号を1/8に分周した
信号である。本実施例においては角度信号を32パルス／
カム１回転及び４気筒エンジンとして説明しているの
で、バイナリカウンタ291のQ₃出力はカム１回転当り４
パルスすなわち各気筒毎に信号を発生することになる。
このQ₃出力はバイナリカウンタ292のクロック端子に供
給される。バイナリカウンタ292のQ₁,Q₂出力はクロック
信号をそれぞれ1/2,1/4に分周した信号であり、バイナ
リデータとして0,1,2,3の値をとる。このQ₁,Q₂出力はセ
レクタ293,294,250のセレクト入力端子A,Bにそれぞれ供
給され、Q₁,Q₂のコードに応じて所定のチャンネルが選
択される。

セレクタ293のコモン入力端子にはセットリセットフ
リップフロップ295のＱ出力端子が接続されている。フ
リップフロップ295のセット入力端子には前述のTRIG1信
号が供給され、TRIG1信号が“1"レベルになると、Ｑ出
力が“1"となる。リセット入力端子には後述のディケー
ドカウンタ296のQ₄出力が供給される。すなわちTRIG1信
号が発生してからQ₄出力が出るまでの期間フリップフロ
ップ295のＱ出力は“1"レベルとなり、この期間ピーク
検出が行なわれるのである。

296は例えば東芝製TC4017BPを用いたディケードカウ
ンタで、そのクロック入力端子には前記角度信号が供給
され、リセット入力端子には前記TRIG1信号が供給され
る。ディケードカウンタ296のQ₄出力端子は前記セット
リセットフリップフロップ295のリセット入力端子に接
続されている。Q₅出力端子はワンショットマルチ297の
立上りトリガ入力端子に接続されている。Q₆出力端子は
ワンショットマルチ300の立上りトリガ入力端子に接続
されている。ワンショットマルチ297の出力パルス幅は
コンデンサ298及び抵抗299で決定され、本実施例におい
てはサイリスタのトリガ信号として使用するため約50μ
secとしてある。ワンショットマルチ297のＱ出力はTRIG
2信号として駆動回路400に供給されると共に、前述のバ
イナリカウンタ291のリセット入力にも供給され、バイ
ナリカウンタ291のQ₃出力の同期すなわちセレクタ293,2
94,250の切換わりタイミングの同期をとるために使用さ
れる。ワンショットマルチ300の出力パルス幅は、コン
デンサ301及び抵抗302により決定され、サンプルホール
ド用の信号として使うため約200μsecとしてある。この
ワンショットマルチ300のＱ出力は、前述のアナログSW2
60の制御入力端子に供給される。なおセレクタ293の出
力S1〜S4はピークホールド回路210〜240のS1〜S4端子
に、セレクタ294の出力R1〜R4は同じくピークホールド
回路210〜240のR1〜R4端子にそれぞれ供給される。

次に駆動回路400の構成について説明する。第10図は
駆動回路400の構成を示す図である。前述の制御回路200
からのTRIG1,TRIG2信号が供給される。TRIG1信号は抵抗
401,402を介してトランジスタ403のベースに供給され
る。トランジスタ403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404の１次コイルに接続されて
いる。パルストランス404の２次コイルは第１サイリス
タ405のゲート端子に接続されており、前記TRIG1信号が
“1"レベルになったとき、トランジスタ403がオンとな
り、第１サイリスタ405はトリガされて導通する。第１
サイリスタ405のアノード端子はコイル406を介して圧電
式アクチュエータ21に接続される。第１サイリスタ405
のカソード端子はコンデンサ407に接続される。同様
に、前述のTRIG2信号は、抵抗408,409を介してトランジ
スタ410のベースに供給される。トランジスタ410のコレ
クタにはパルストランス411が接続され、第２サイリス
タ412をトリガする。第２サイリスタ412のアノード端子
は前記コンデンサ407に接続され、カソード端子はコイ
ル413を介して圧電式アクチュエータ21に接続される。4
14はダイオードであり、ダイオード414は圧電式アクチ
ュエータ21に並列に接続されている。このダイオード41
4は、圧電式アクチュエータ21に逆電圧がかかるのを防
止すると共に、圧電式アクチュエータ21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200及び駆動回路400の作動
について次に説明する。第11図は説明に供する各部波形
の状態を示す図である。

プランジャ６が右行すなわちリフトを開始し、圧送が
始まるとポンプ室２内の圧力が上昇し始め、その圧力に
より押圧されて、圧電式アクチュエータの電圧は第11図
に示すように上昇していく。ここで、圧送開始前にす
でに高電圧がステップ的に印加されていることについて
は後で説明する。このアクチュエータの電圧は抵抗201,
202で分圧されオペアンプ203によるバッファを通ってコ
ンパレータ271に印加される。コンパレータ271は、この
アクチュエータ発生電圧を、所定の手順により求めたス
レッショールドレベルと比較する。アクチュエータ21の
電圧の方が該スレッショールドレベルよりも高くなると
コンパレータ271の出力は“1"レベルとなり、抵抗272、
ツェナーダイオード273によるリミッタを通ってワンシ
ョットマルチ274をトリガする（第11図）。

ワンショットマルチ274の出力はワンショットマルチ2
78をトリガし、TRIG1信号を発生させる（第11図）。
ワッショットマルチ274の働きは、誤動作防止である。
ワンショットマルチ274が無い場合を考えてみると、ア
クチュエータ発生電圧が上昇し、所定のスレッショール
ド電圧を越えた時点でコンパレータ271の出力は“1"レ
ベルとなるが、この立上りによりTRIG1信号が発生さ
れ、後述のサイリスタ405をトリガすると、アクチュエ
ータ21の電圧は急激に下がってしまう。しかし、噴射量
が多いときには圧送が長時間に亘って行われるため、ア
クチュエータ21は再び押圧され電圧が上昇する。この電
圧がスレショールドをこえると再びTRIG1信号が発生し
てしまうため、パイロット噴射が何回も発生してしまう
ことになる。これを防ぐためにワンショットマルチ274
を設け、そのリトリガラブルな機能を利用することによ
り、所定の時間内に何回トリガされようと、１パルスし
か出力しないようにしている。

TRIG1信号は駆動回路400へ入力される。駆動回路の作
動については後述する。TRIG1信号はまたディケードカ
ウンタ296をリセットする。ディケードカウンタ296のク
ロック入力には角度信号（第11図）が入力されてお
り、TRIG2信号でリセットされた後、４クロック後にQ₄
出力が（第11図）、５クロック後にQ₅出力が（第11図
）、６クロック後にQ₆出力が（第11図）発生する。
フリップフロップ295はTRIG1信号でセットされ、ディケ
ードカウンタ296のQ₄出力でリセットされるため、その
出力は第11図のような信号となる。すなわち、TRIG1
信号が出た直後の４クロック間（90℃Ａ）“1"レベルと
なる。この信号はセレクタ293により当該気筒のピーク
ホールド回路210〜240のアナログSW211をオンし、ピー
クホールドを行なう。ピークホールド用のコンデンサ21
6のイニシャライズはTRIG1信号を利用し、セレクタ294
により当該気筒のピークホールド用コンデンサをイニシ
ャライズする。ピークホールド回路210〜240の出力すな
わち第５図におけるピーク電圧V_Oは第11図〜のよう
になる。この信号はセレクタ250により選択され、当該
気筒に同期した信号となる（第11図）。

ディケードカウンタ296のQ₅出力はワンショットマル
チ297に入り、TRIG2信号を発生する。（第11図）。こ
のTRIG2信号は駆動回路400に入力されると共に、バイナ
リカウンタ291をリセットする。すなわち気筒毎の同期
をとっている。バイナリカウンタ291は角度信号を８分
周した信号をQ₃出力に発生する。このQ₃出力はTRIG2信
号により同期がかかっている。このQ₃出力によりバイナ
リカウンタ292がカウントを行い、各気筒に対応したバ
イナリコードをQ₁,Q₂端子に出力する。このQ₁,Q₂端子か
らの信号によりセレクタ293,294,250は当該気筒の信号
を選択する。

ディケードカウンタ296のQ₆出力はワンショットマル
チ300をトリガし、サンプルホールド信号（第11図）
を発生させる。この信号によりアナログSW260がオン
し、この時のアクチュエータ電圧すなわち第５図におけ
る初期電圧V_Gがホールド用コンデンサ261に記憶され
る。この電圧はバッファを介して、オペアンプ267,270
からなる加算回路に入る。一方セレクタ250の出力は、
抵抗251,252により所定の分圧比（0.76）に分圧され
（第５図における基準電圧V_Sである）、オペアンプ263
によるバッファを介して加算回路に入り、先のサンプル
ホールド電圧に加算される。すなわち第５図における制
御電圧V_THを得ることができる。このスレッショールド
電圧を用いてコンパレータ271でアクチュエータ21の電
圧を比較し、スレッショールドレベルをこえた時点でア
クチュエータ21の制御を行うのである。

次に駆動回路400の作動について説明する。第10図に
おいて、TRIG1信号が入力するとトランジスタ403はオン
し、パルストランス404を介して第１サイリスタ405をト
リガし、これを導通させる。このとき、アクチュエータ
21は約800V〜900Vと高電圧であるがコンデンサ407は0V
に近いため、アクチュエータ21からコンデンサ407へ電
流が流れる。ここで、直列にコイル406が挿入されてい
るため直列共振が生じ、電流、電圧とも正弦波的に変化
し、アクチュエータ21の電圧は0V近くまで低下し、コン
デンサ407の電圧は500Vぐらいまで上昇する。この時点
で電流が０となり、第１サイリスタ405は転流して非導
通となる。アクチュエータ21は電圧が急激に低下した分
だけ収縮し、前述の如くパイロット噴射を実現する。

次に、所定の期間後にTRIG2信号が発生する。このTRI
G2信号によりトランジスタ410はオンとなり、パルスト
ランス413を介して第２サイリスタ412をトリガし、これ
を導通させる。今度は、コンデンサ407が500V、アクチ
ュエータ21は0Vに近いため、コンデンサ407からアクチ
ュエータ21へ向けて電流が流れる。この電流経路にも直
列にコイル413が挿入されているため、直列共振が生
じ、アクチュエータ21の電圧は約350Vまで上昇し、コン
デンサ407が0V近くまで低下したところで第２サイリス
タ412はターンオフする。アクチュエータ21に350Vの電
圧が上乗せされた分だけその伸縮量を大きくすることが
でき、再分極効果により性能の劣化を防止し、初期の性
能を維持することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、噴射弁の開弁
圧に経時変化が生じても、圧電式アクチュエータの発生
電圧によりこの変化を検出し、スレッショールドレベル
に反映させることで、適切な制御時期を得ることが可能
となり、パイロット噴射の効果を維持できるという優れ
た効果がある。さらに、本発明方法によれば、圧電式ア
クチュエータの個体差、温度特性による変化に対しても
自動的に補正することができるため、最良のパイロット
噴射効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る噴射率制御方法が適用される燃料
噴射装置の構成図、第２図は圧電素子における圧縮荷重と発生電圧との関係
を示す図、第３図は圧電式アクチュエータにおける圧縮荷重とショ
ート時の収縮との関係を示す図、第４図はポンプ室内の圧力の変化を示す図、第５図はポンプ室内の圧力と圧電式アクチュエータの端
子電圧と噴射弁の開弁リフト量との関係を示す図、第６図は噴射弁の開弁圧と圧電式アクチュエータの端子
電圧との関係を示す図、第７図は圧電式アクチュエータの端子電圧と噴射弁の開
弁リフト量との関係を示す図、第８図は圧電式アクチュエータの端子電圧と噴射弁の開
弁リフト量との関係を示す図、第９図は第１図の制御回路200の一実施例を示す回路
図、第10図は第１図の駆動回路400の一実施例を示す回路
図、第11図は第９図及び第10図に示される回路図の各部にお
ける信号波形図、第12図は従来の噴射率制御方法における圧電式アクチュ
エータの端子電圧と噴射弁の開弁リフト量との関係を示
す図である。１……燃料噴射ポンプ、２……ポンプ室、３……噴射率制御装置、５……シリンダボア、６……プランジャ、13……噴射弁、 15……デリバリ弁、 21……圧電式アクチュエータ、 26……可変容積室、200……制御回路、 400……駆動回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榊原康行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)発明者小林文明愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭61−138859（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−248853（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダボア及び該シリンダボア内に摺動
自在に嵌合されたプランジャによって画成されるポンプ
室と、該ポンプ室に連通し且つ印加電圧に応じて伸縮す
る圧電式アクチュエータによって容積が変化させられ得
る可変容積室とを具備し、該ポンプ室内に導入された燃
料を該ポンプ室の容積を変化させることにより加圧送出
し、該ポンプ室にデリバリ弁を介して導通可能な噴射弁
から噴出させるディーゼル機関用燃料噴射装置の噴射率
を制御する方法であって、前記ポンプ室内の燃料圧力に応じて発生する前記圧電式
アクチュエータの発生電圧を検出し、検出した発生電圧
が基準電圧を超えたときに該圧電式アクチュエータを短
絡させるか、あるいは該圧電式アクチュエータの電荷を
抜き取るか、又は該圧電式アクチュエータの分極方向と
逆方向の電圧を印加することにより該圧電式アクチュエ
ータを収縮させ、もって前記可変容積室の容積を拡大し
て前記噴射弁から噴射される燃料の噴射率を低下させる
ことによりパイロット噴射を行うと共に、前記基準電圧はパイロット噴射後に前記圧電式アクチュ
エータが発生するピーク電圧に基づいて設定されること
を特徴とするディーゼル機関用燃料噴射装置の噴射率制
御方法。
【請求項２】前記基準電圧は前記ピーク電圧に所定値を
乗じた電圧である特許請求の範囲第１項記載の方法。
【請求項３】前記ディーゼル機関が多気筒機関の場合、
前記基準電圧の設定が各気筒毎に行われる特許請求の範
囲第１項又は第２項記載の方法。
【請求項４】前記基準電圧の設定が前記ディーゼル機関
の噴射行程毎に行われる特許請求の範囲第１項、第２項
又は第３項記載の方法。