JPS61241438A - 燃料噴射弁の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関における燃料噴射弁の制御方法ならび
に装置に関し、特に電歪式アクチュエータの伸縮作用に
よって弁の開閉が行われ、それによって所定の燃料が噴
射される燃料噴射弁の制御方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、この種の燃料噴射弁を用いた内燃機関は例え
ば第１３図に示されるように構成されている。

すなわち第１３図において、１は電歪式アクチュエータ
２によって駆動されて開閉する噴射弁である。該噴射弁
１はディーゼル機関５の筒内にノズルから燃料を噴射す
るように該ディーゼル機関５に取り付けてあり、この噴
射弁１にはアキュームレータ３２から高圧の燃料が供給
されている。

このアキュームレータ３２には内燃機関によって駆動さ
れる高圧ポンプ３１から、例えば２００ｋｙ　／　ｃｔ
Ａの燃料圧が供給され蓄圧されている。

次に第１４図は、該噴射弁１の側断面図である。

電歪式アクチュエータ２は制御回路４によって印加電圧
が制御されており、その印加電圧が一２００Ｖのときに
噴射弁１は開弁して噴口１１６から内燃機関の筒内に燃
料を噴射し、また、印加電圧が＋５００Ｖのときに噴射
弁１は閉弁して燃料噴射を停止する。

第１４図において、噴射弁１は電歪式アクチュエータ２
の伸縮により動作する。電歪式アクチュエータ２は電歪
効果を有する薄い円盤状の圧電素子を積層したものであ
る。たとえば圧電素子としてＰＺＴと称されるチタン酸
ジルコン酸鉛を焼結したセラミックを用い、その直径を
１５１ｍ、厚さを０．５　ｗｒとした場合、厚さ方向に
５００Ｖ印加すると約０．５μｍ伸長し、逆に、−２０
０Ｖ印加すると約０．５μｍ収縮する。従って、このよ
うな素子を１００枚積層すれば、１００倍の伸縮が得ら
れる。

電歪式アクチュエータ２の各圧電素子の両面には銀電極
が形成されており、その１つはリード線２０１に接続さ
れ、他の１つは接地されている。

リード線２０１はグロメット１０１を介してケーシンン
グアッパ１０２を貫通して外部へ取出されて制御回路４
に接続されている。電歪式アクチュエータ２の伸縮動作
はピストン１０４に直接伝達され、この結果、ピストン
１０４は上下往復運動を行う。

ピストン１０４はケーシングアッパ１０２内のシリンダ
１０３内を摺動し、ポンプ室１０５の容積を拡大および
縮小してポンプの作用を行う。ポンプ室１０５内には電
歪式アクチュエータの収縮方向にピストン１０４を付勢
する皿ばね１０６が設けられている。これにより、電歪
式アクチュエータ２の伸長力に比べて弱い収縮力を補っ
ている。

ポンプ室１０５は円盤状のディスタンスピース１０７を
介してノズルボディ１１０のニードルシリンダ１１１内
に導通している。ニードルシリンダ１１１内にはノズル
ニードル１１３が摺動可能に収納されており、このノズ
ルニードル１１３の上端面にポンプ室１０５の圧力が作
用する。

ディスタンスピース１０７の軸方向には導通孔１０８が
設けられており、これにより、ポンプ室１０５とニード
ルシリンダ１１１とが導通している。

ノズルニードル１１３の中央部より下部は外径が細くな
っている。ノズルニードル１１３の上端部はフラット面
であり、ノズルニードルが上方へ移動した時、ディスタ
ンスピース１０７の下端面と密着するようになっており
、このとき導通孔１０８は閉じられるようになっている
。ノズルニードル１１３の上部はニードルシリンダ１１
１内を摺動するようになっているが、外周上の一部が二
面幅のように削られており、わずかながらクリアランス
１１２を有している。ノズルニードル１１３の下端部は
テーパー状になっており、ノズルボデー１１０のシート
面１１５と密着すムようになっているため、ノズルニー
ドル１１３が下方に移動した時には、噴口１１６は閉じ
られ、ノズルニードル１１３が上方へ移動した時には噴
口１１６は開かれる。

ニードルシリンダ１１１の中央部には、リング状に拡大
した燃料だまり１１４が設けられており、この燃料だま
り１１４は、燃料通路１１８に導通している。燃料通路
１１８は、ノズルボデー１１０、ディスタンスピース１
０７およびケーシングアッパ１０２を貫通している。

上述のケーシングアッパ１０２、ディスタンスピース１
０７およびノズルボデー１１０は同径であって、この順
序で積み重ねられ、そして、袋状のケーシングロア１２
０によって軸方向に押圧されて固定される。このとき、
ケーシングロア１２０の雌ねじはケーシングアッパ１０
２の雄ねじにねじ込まれる。さらに、ケーシングロア１
２０の外周に雄ねじ１２１が形成されており、これによ
り、ディーゼル機関５に固定することができる。

なお、１１９は０リング、１０９はノックピン、１１７
はケーシングアッパ１０２に設けられた燃料入口である
。

次に、第１４図の燃料噴射弁の動作を説明する。

始めに、電歪式アクチュエータ２に＋５００Ｖを印加す
ると、電歪式アクチュエータ２は伸長し、従って、ポン
プ室１０５の容積は縮少してこの中の燃料圧は高くなる
。この高□圧はノズルニードル１１３の上端面に作用し
てノズルニードル１１３をニードルシリンダ１１１の下
端面に押圧させる。

この結果、噴口１１６は閉じて燃料噴射は行われない、
このとき、燃料だまり１１４には燃料通路１１８を介し
てアキュムレータ３２によって２００ｋｇ　／　ｄの燃
料が供給されており、この燃料圧はノズルニードル１１
３のクリアランス１１２を介してノズルニードル１１３
の上端面全体に作用するので、ノズルニードル１１３の
下端のテーパ面はニードルシリンダ１１１のシート面１
１５に密着し続ける。

上述の状態において、電歪式アクチュエータ２に一２０
０ｖの電圧を印加すると、電歪式アクチュエータ２は収
縮し、従って、ポンプ室１０５の容積が拡大する。この
結果、ノズルニードル１１３は上方に吸い上げられる。

このとき、ノズルニードル１１３のクリアランス１１２
を介して燃料だまり１１４の燃料も吸引されるが、ノズ
ルニードル１１３がニードルシリンダ１１１の下端に密
着しているときのノズルニードル１１３の上端とディス
タンスピース１０７の下端との距離は大体０．２Ｎであ
り且つクリアランス１１２の通路面積はわずかであるた
め、クリアランス１１２を介して吸引される燃料量は無
視できる。さらに、このとき、ノズルニードル１１３の
上端面がディスタンスピース１０７の下端面に密着すれ
ば、導通孔１０８は閉じられる。従って、この状態では
、ノズルニードル１１３の下面全体に２００　ｋｇ／Ｊ
の燃料圧が作用するので、ノズルニードル１１３の上端
面はディスタンスピース１０７の下端面に密着し続け、
この間、噴口１１６から燃料噴射が行われる。

第１４図に戻り、制御回路４には４個のセンサ５１〜５
４からそれぞれ信号Ｓｓ、〜ＳＳ４が入力されている。

センサ５１は例えばマグネ、トピックア、プ等を用いた
角度センサであって、内燃機関の回転速度Ｎｔ　（ｒｐ
ｍ）に対応した角度信号ＳＳＩを発する。

この角度センサ５１はエンジン・クランクシャフトの１
７２の回転に同期して１回転するシャフト５５に装着さ
れたシグナルプレート５６の近傍に配置され、該シグナ
ルプレート５６の外周部に刻設された突起部５７を検出
してシグナルプレートの１回転あたり７２０個のパルス
からなる角度信号ＳＳ＋を発生するものであり、この角
度信号ＳＳ＋の１パルスはエンジン・クランクシャフト
の１’ＣＡの回転に対応している。

センサ５２は例えばマグネットピックアップ等を用いた
基準センサであり、上記のシグナルプレート５６に設け
られた１個の突起部５８を検出し、基準信号ＳＳＺを発
生する。この基準信号ｓｓ！は基準位置、例えば本実施
例では内燃機関の圧縮上死点前３０＠ＣＡに発生される
ようになっており、そのための適当な位置に突起部５８
が設けである。

センサ５３は例えばアクセルペダル５９と連動するポテ
ンショメータを用いた負荷センサであり、アクセルペダ
ルの開度θ（ｄｅｇ）に対応した電圧の信号ＳＳ２を発
生する。

センサ５４はサーミスタ等を用いた温度センサであり、
内燃機関のウォータジャケットに設置されており、内燃
機関の冷却水の温度Ｔ（＠Ｋ）に対応して抵抗値が変化
して信号ＳＳａを発生する。

なお、この温度センサ５４は該冷却水の代わりに吸入空
気の温度を検出する構成となっていてもよい。

制御回路４は、内燃機間の回転速度Ｎｔ１アクセル開度
θ、冷却水温Ｔにそれぞれ相当する各センサ５１，５３
．５４からの出力信号Ｓ　Ｓｉ　　Ｓ　１１３．４に基
づいて適正なる噴射燃料量（１（ｇ／ｓｔ）を計算し、
該燃料量ｑを噴射するために必要な噴射時間τ（μ５ｅ
ｃ）を計算する。同時に適正なる燃料噴射開始時期を計
算して、その時期の到来を回転速度センサ５１および基
準位置センサ５２により判断し、その噴射開始時期に電
歪式アクチュエータ２に所定の電圧を印加して噴射弁１
を開弁する。

上記構成における燃料噴射の従来例を第１５図に示す。

この場合噴射率（単位時間当りの噴射量）は、噴口１１
６の面積と燃料供給圧力（２００ｋｇ　／　ｃａｌ　）
で決まってしまい常に二定の値である。

この点を更に詳細に説明すると、第１６図はノズルニー
ドル１１３のリフト量に対する噴射量の関係を示したグ
ラフである。同時にリフト量は電歪式アクチュエータの
印加電圧に対応していることも示しているリフト量が小
さい領域では、通路面積がシート部で制限されるためリ
フト量に比例して噴射量が増加していく。さらにリフト
量を大きくしていき、０．１５ｍを越えると通路は噴口
１１６の開口面積で制限されるため噴射率は一定となる
。そして上記従来例においてはフルリフト０．２鶴のと
ころで使用されている。

また第１７図は、従来より用いられていた電歪式アクチ
ュエータ駆動回路であり、その構成作動について説明す
る。噴射信号が“１”レベルになると（第１８図（Ａ）
）　、それに同期してトリガ発生回路４９０から第２ト
リガ信号が発生しく第１８図（Ｂ））　、第２サイリス
タ４９２を導通させる。電歪式アクチュエータ２の電圧
が＋５００■であったとすると、コイル４９４と電歪式
アクチュエータ２の容量分とで直列共振を起こし、電歪
式アクチュエータ２の電圧は負電圧まで振れる。

損失がなければ−５ｏｏｖまで振れるはずであるが、実
際には一２００Ｖ程度である。（第１８図（Ｄ））電歪
式アクチュエータ２の電圧が＋５００ｖから−２００Ｖ
まで低下したことにより電歪式アクチュエータ２は収縮
し、ポンプ室１０５の圧力低下によりノズルニードル１
１３がリフトし噴口１１６から燃料を噴射する。（第１
８図（Ｅ））次に、噴射信号が“０”レベルになるとこ
れに同期してトリガ発生回路４９０から第１トリガ信号
が発生しく第１８図（Ｃ））第１サイリスタ４９１を導
通させる。これによりコイル４９３と電歪式アクチュエ
ータ２とで直列共振を起こし、電源４９５（３５０Ｖ）
から電流が供給され電歪式アクチュエータ２の電圧は＋
５００ｖまで上昇する。（第１８図（Ｄ））これにより
電歪式アクチュエータ２は伸長し、ポンプ室１０５の圧
力が上昇しノズルニードル１１３を下方へ押し下げ噴口
１１６は閉じられるため燃料噴射を停止する。（第１８
図（Ｅ））このように従来の駆動回路は、電源電圧の約
２倍の振幅の電圧を電歪式アクチュエータ２に供給でき
るという優れたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記従来例においては第１８図（Ｅ）に示
されるようにその噴射率は一定（矩形波状）にしかなら
ず、換言すれば低速低負荷時でも高速高負荷時でも同じ
噴射率で噴射することになる。

一般に、高速高負荷時の出力を引きだすためは噴射期間
に制限があることから、噴射率は高速高負荷時に適正と
なるようにマツチングさせる。したがって、低速低負荷
時に対しては該噴射率が高くなりすぎ、短時間で噴射が
終わってしまい、そのために騒音、エミッションが悪化
するという問題点を生ずる。これを回避する対策として
、噴射を２回以上に分けて行なういわゆるバイロフト噴
射を行なえば効果があることは既に知られているが、こ
の場合にも前述の噴射弁１の最小噴射量が、適正なパイ
ロット噴射量（約１ｍ″）以下でないと制御できないこ
とになり、したがって極めて短時間で応答することが要
求されるという問題点が残される。

本発明は、この点に鑑み、電歪式アクチュエータの収縮
量を２段階に制御し、ノズルニードル１１３のリフト量
を微小とフルとに制御し、もって噴射率を可変とするこ
とで噴射期間を長くし主に低回転低負荷時の騒音、振動
、エミッションの改善を計ることを目的とするものであ
る。

さらに本発明においては、それほど高速応答が必要でな
くなるため、安定に噴射する領域を使用でき調量精度も
向上することになる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の一形態によれば、電歪式アクチュエータの収縮
量に応じてノズルニードルをリフトさせ所定の燃料を噴
射するようにした燃料噴射弁の制御方法であって、該燃
料の噴射信号としてパイロット噴射信号とメイン噴射信
号とを用い、該パイロット噴射信号にもとづく該電歪式
アクチュエータに対する印加電圧によっては該ノズルニ
ードルのリフト量をフルリフト時より低減させ、該メイ
ン噴射信号にもとづく該電歪式アクチュエータに対する
印加電圧によって該ノズルニードルをフルリフトさせる
ようにして、異なる噴射率での燃料噴射を行わせるよう
にした燃料噴射弁の制御方法が提供される。

また本発明の他の形態によれば、電歪式アクチュエータ
の収縮量に応じてノズルニードルをリフトさせ所定の燃
料を噴射するようにした燃料噴射弁の制御装置であって
、該電歪式アクチュエータを充電するために直流電源と
該電歪式アクチュエータとの間に直列に設けられた第１
の電流制限素子（例えば第１のコイル）および第１のス
イッチ素子（例えば第１のサイリスタ）と、該電歪式ア
クチュエータの電荷を放電するために該電歪式アクチュ
エータの両端間に直列に設けられた第２の電流制限素子
（例えば第２のコイル）および第２のスイッチ素子（例
えば第２のサイリスタ）と、該電歪式アクチュエータの
電荷の一部を抜くためのコンデンサと、該電歪式アクチ
ュエータと該コンデンサとの間に直列に設けられた第３
の電流制限素子（例えば第３のコイル）および第３のス
イッチ素子（例えば第３のサイリスタ）と、該コンデン
サの電圧を所定の電圧になるように制御する回路とから
なり、該電歪式アクチュエータに対する印加電圧を変化
させて異なる噴射率での燃料噴射を行わせるようにした
燃料噴射弁の制御装置が提供される。

〔作　用〕

上記構成の制御方法によればパイロット噴射信号とメイ
ン噴射信号とによって電歪式アクチュエータへの印加電
圧を異なる値に制御して低噴射率の噴射と高噴射率の噴
射すなわちノズルニードルフルリフト時の噴射とが行わ
れる。

その場合、上記構成の制御装置によれば該第３のスイッ
チ素子を閉じて電歪式アクチュエータに充電された電圧
を該コンデンサの電圧まで下げ（この特低噴射率の噴射
が行われる）、次に第２のスイッチ素子を閉じて該電歪
式アクチュエータの印加電圧を更に低下させて該ニード
ルリフトをフルリフトさせ（この特高噴射率の噴射が行
われる）、更に噴射終了時には第１のスイッチ素子を閉
じて再び該電歪式アクチュエータを充電する。

このようにして電歪式アクチュエータの印加電圧を変化
させてその収縮量を変え、異なる噴射率での噴射が行わ
れる。

〔実施例〕

第１図は本発明にかかる燃料噴射弁制御装置に用いられ
る駆動回路４７の１実施例を示すもので、４７７は３５
０ｖの高電圧電源、４７８は前記高電圧電源４７７に並
列に接続された大容量のコンデンサで、電歪式アク・チ
ェエータ２を駆動する際に必要な過渡的な大電流を供給
する。４７１は第１サイリスタで、そのゲート入力には
、後述のトリガ発生回路４３より第１トリガ信号が接続
されている。４７４はインダクタンスを有する第１のコ
イルである。コンデンサ４７８、第１サイリスタ４７１
、第１コイル４７４、電歪式アクチュエータ２は各々直
列に接続されている。４７５は同じく第２のコイルであ
る。４７２は第２サイリスタで、そのゲート入力にはト
リガ発生回路４３からの第２トリガ信号が接続されてい
る。電歪式アクチュエータ２、第２コイル４７５、第２
サイリスタ４７２もまた各々直列に接続されている。

４７６は第３のコイル、４７３は第３サイリスタで、そ
のゲート入力にはトリガ発生回路４３から第３トリガ信
号力ｊ接続されている。４７９は電歪式アクチュエータ
２の電荷を所定の量だけ抜きとるためのコンデンサで、
その静電容量は電歪式アクチュエータ２の約３倍にしで
ある。電歪式アクチュエータ２、第３のコイル４７６、
第３サイリスタ４７３、コンデンサ４７９もまた図のよ
うに各々直列に接続されている。４８０はコンデンサ４
７９の電圧を制御するためのトランジスタで電流制限用
抵抗４８１を介してコレクタがコンデンサ４７９の高圧
側に接続されている。トランジスタ４８０のエミッタは
接地されている。４８４はオペアンプでその出力は抵抗
４８５を介してトランジスタ４８０のベースに接続され
ている。オペアンプ４８４の非反転入力は抵抗４８２．
４８３により分圧されたコンデンサ４７９の高圧が接続
されている。オペアンプ４８４の反転入力には基準電圧
ｖｌＩが端子４８６を介して印加されている。

次にトリガ発生回路４３について説明する。第２図はト
リガ発生回路４３の回路図である。パイロット噴射信号
およびメイン噴射信号がそれぞれ端子４３１および４３
２を通して入力されており、パイロット噴射信号の立上
りで第１ワンシヨツトマルチ４３６がトリガされる。百
出力に、コンデンサ４４１、抵抗４４２で決まるパルス
幅（約３０μｓ）の“０”レベルの信号が出力される。

この信号は抵抗４４５，４５１を介してトランジスタ４
４８のベースに接続されている。トランジスタ４４８の
エミッタは電源に接続されており、コレクタはパルスト
ランス４５４の１次側に接続されている。第１ワンシヨ
ツトマルチ４３６のζ出力が“０”レベルのとき、トラ
ンジスタ４４８が導通し、パルストランス４５４の１次
側に電流が流れ、２次側に信号が発生する。この信号は
グイオ−ド４６３．抵抗４６４を介して第３サイリスタ
４７３のゲート入力に接続される。抵抗４６５、コンデ
ンサ４６６はノイズ防止用である。メイン噴射信号の立
上りで第２ワンシツツト４３５がトリガされ、同様な回
路により第２サイリスタ４７３のゲート入力に第２トリ
ガ信号が供給される。パイロット噴射信号とメイン噴射
信号は２人力ＯＲゲート４３３により論理和がとられ第
３ワンシツツトマルチ４３４に入力される。この信号の
立下りに同期して、すなわちパイロット噴射信号の立下
りとメイン噴射信号の立下りに同期して第１サイリスタ
４７１のゲート入力にトリガ信号が供給される。

次にバイロフト噴射信号、メイン噴射信号の発生回路に
ついて説明する。第３図にコンピュータ部の構成を示し
た。４１１は入力インターフェースで、負荷センサ５３
からのアクセル開度に対応した電圧およ、び、温度セン
サ５４からの水温に対応した電圧をＡＤ変換してパスラ
イン４１５に接続する。さらに基準センサ５２と角度セ
ンサ５１からの信号によりエンジン回転数を計数し、パ
スライン４１５に接続する。４１２はＣＰＵで、前記入
力インターフェース４１１からのデータをとりこみ、各
種データおよびプログラムを格納したＲＯＭ４１３に従
い演算を行なう。４１４はＣＰＵ４１２の演算に用いる
ＲＡＭである。４１５はパスラインで、入力インターフ
ェース４１１等各種構成回路間でデータをやりとりする
経路である。

４１６は出力インターフェースで、前記ＣＰＵ４１２の
演算した噴射信号のデータがセットされると、所定のカ
ウント動作を行ない、定められたタイミングでパイロッ
ト噴射信号およびメイン噴射信号を出力する。

以上の構成による作動について説明する。説明の都合に
より第１図において、コンデンサ４７９の電圧は３２５
ｖに充電されており、電歪式アクチュエータ２の電圧は
５００ｖであるとする。このため電歪式アクチュエータ
２は伸張し噴射は停止している。パイロット噴射信号の
立上りで第３トリガ信号が発生しく第４図（Ｃ））　、
第３サイリスタ４７３が導通する。電歪式アクチュエー
タの電圧は５ｏｏｖであり、コンデンサ４４８の電圧は
３２５ｖであるから、第３コイル４７６を介して電歪式
アクチュエータ２からコンデンサ４７９へ電流が流れる
。電歪式アクチュエータ２およびコンデンサ４７９は容
量性であり、第３コイル４７６は誘導性であるため、直
列共振を起こし、回路には正弦波状の電流が流れ、その
電流値が０となった時点で第３サイリスタ４７６は転流
して非導通となる。このとき、電歪式アクチュエータ２
の電圧は、コンデンサ４７９の容量が無限大で、回路の
損失がなければ＋１５０ｖまで下がることになるが、実
際にはコンデンサ４７９は電歪式アクチュエータ２の３
倍の容量であるし、その電圧も電流が流れるにつれて上
昇するため、最終的には電歪式アクチュエータの電圧は
３２５Ｖに（第４図（Ｆ））　、コンデンサ４７９の電
圧は３８０Ｖ程度になる（第４図（Ｇ））。したがって
、電歪式アクチュエータ２の電圧は１７５■電圧が減少
したことになり、この電圧の減少分に対応した収縮を生
じる。第１６図よりこのときのインジェクタ１のニード
ルリフト量はフルリフトの１／３となり、噴射量も１／
３となる（第４図（Ｈ））。

この噴射量特性を第５図に示す。応答性の制約からリフ
ト量０．２　Ｍでは最小噴射量が３ｍ”であったのがリ
フト量０．０５ｍにすると最小噴射量として１ｗ″を噴
射することができる。これを実現するには電歪式アクチ
ュエータ２の印加電圧を制御し収縮量を細かく制御する
必要があるが、本発明によってこれを実現することが可
能となる。

次に所定のパイロット噴射量（例えば１鶴３）に対応し
た時間τｐ（例えば１００μ５ｅｃ）経過後、パイロッ
ト噴射信号は“０″レベルに立下る（第４図（Ａ））、
、これに同期して第１トリガ信号が発生しく第４図（Ｄ
））　、第１サイリスタ４７１が導通する。そして電源
から第１コイル４７４を介して電流が流れ、電歪式アク
チュエータは再び＋５００Ｖまで充電されるため（第４
図（Ｆ））、最初の長さまで伸長し、ノズルニードル１
１３を押し下げ噴射は停止する（第４図（Ｈ））。次に
所定のパイロット噴射とメイン噴射との間隔τｄ経過後
、今度はメイン噴射信号が“１”レベルとなる（第４図
（Ｂ））。これにより第２トリガ信号が発生しく第４図
（Ｅ））第２サイレスタ４７２が導通する。このため電
歪式アクチュエータ２、第２コイル４７５から成る直列
共振回路が形成され、電歪式アクチュエータ２の電圧は
一２００ｖまで低下する（第４図（Ｆ）’）、第１６図
よりこのとき、ノズルニードル１１３はフルリフト（０
，２鶴）シメイン噴射を行なう。メイン噴射量はメイン
噴射信号の“１”レベルの時間τｍで決定される。メイ
ン噴射信号の立下りに同期して、第１トリガ信号が発生
しく第４図（Ｄ））第１サイリスタ４７１が導通ずる。

そして先と同様にして電歪式アクチュエータ２に＋５０
０ｖが印加され伸長するため、ノズルニードル１１３を
押し下げ噴射を終了する（第４図（Ｈ））。ところで、
コンデンサ４７９は３８０ｖに充電されているため、こ
のままでは次回のパイロット噴射量の噴射量はさらに少
なくなってしまう。最初に説明したように３２５ｖにし
てやる必要がある。その作動について以下説明する。コ
ンデンサ４７９の電圧（３８０Ｖ）は抵抗４８２．４８
３により例えば１　／１００に分圧されてオペアンプ４
８４の非反転入力に接続されている０反転入力には基準
電圧Ｖ、が接続されており、この電圧が３．２５　Ｖで
あるとすると、オペアンプ４８４の出力は高くなり抵抗
４８５を介してトランジスタ４８０を導通させる。した
がりて、コンデンサ４７９の電荷は電流制限抵抗４８１
を介して放電され、コンデンサ４７９の電圧は低下して
いく。この電圧が３２５ｖまで低下するとオペアンプ４
８４の出力は低くなりトランジスタ４８０はカットオフ
し、それ以上電圧は低下しなくなる。すなわち、基準電
圧ＶｍＸ１００倍の電圧値に制御されることになる。電
流制限抵抗４８１の抵抗値を１００Ω、コンデンサ４７
９の容量を３μＦとすると、放電に要する時間は３００
μｓｅｃ以下ですみ、次の噴射行程までにはコンデンサ
４７９の電圧は元の３２５ｖになっており、毎回安定し
たパイロット噴射を実現することができる。

パイロット噴射信号、メイン噴射信号の演算は前述の演
算回路４１　（第３図）で行なう、入力インターフェー
ス４１１より、エンジン回転数Ｎ！、およびアクセル開
度θ、水温Ｔを読みこみ、予め台上試験で求めＲＯＭ４
１３に記憶しておいたマツプから所定のエンジン条件に
おける、パイロット噴射時期θｐ、パイロット噴射期間
τｐ、パイロット−メイン噴射間隔τｄ、メイン噴射期
間τ曽を計算する。これらの値を出力インターフェース
４１６に出力する。出力インターフェース４１６は基準
信号、角度信号、基準クロック信号により所定のタイミ
ングでパイロット噴射信号、メイン噴射信号を出力する
。

以上説明したように、電歪式アクチュエータの電荷を、
一定の初期電圧値に制御されたコンデンサ４７９に放電
させることにより、電歪式アクチュエータの伸縮量を従
来に比べて少ない量に制御することが可能となるため、
インジェクタの噴射動作をパイロット噴射とメイン噴射
という流量の異なる２段階に切り替えることができ、と
くにパイロット噴射では、従来できなかった微小量の噴
射を安定に高精度に行なえるという優れた効果がある。

次に本発明の他の実施例について説明する。先の実施例
では基準電圧ｖ１は例えば３．２５　Ｖ一定であったが
、この電圧を変えることで、噴射率を連続的に変化させ
ることができる。第６図は基準電圧ｖｌｌを変えたとき
の噴射率の関係を示したグラフである０本来、ｖｌＩを
Ｏ■にすれば噴射率は従来のフルリフトと同じレベル（
Ａで示した部分）になるはずであるが、コンデンサ４７
９の容量が無限大でないため、２／３ぐらいにしかなら
ない。

基準電圧が２．５ｖ以上では、はぼリニアに噴射率を制
御できる。したがって、この部分を使うことにより、基
準電圧ｖｌＩによりインジェクタの噴射率を制御するこ
とができる。本実施例の駆動回路は第１図のものと同じ
であるが、演算回路は第３図とは異なっており、第７図
に示したようにＤＡ変換回路４１７により基準電圧■８
を発生するようになっている。第７図においてＤＡ変換
回路４１７はパスライン４１５に接続されており、ＣＰ
Ｕ４１２の演算した噴射率に応じた基準電圧Ｖｌを出力
する。

制御方法について説明する。上述したようにエンジンが
高回転時には出力の向上を図るために所定の最大噴射量
（３０ｍ”とする）をある限られた噴射期間（３０°Ｃ
Ａ）以内に噴射してやらなければならない。この制約の
ために、インジェクタの噴射率は最高回転時（５０００
ｒｐｍ）の最大噴射量時にあわせてあり、そのために低
速時には噴射期間が短かくなりすぎあるいは最小噴射量
の下限がパイロット噴射をやるには大きすぎるという問
題があるが、本実施例によれば、高速時には従来通りフ
ルリフトにより最大噴射率で噴射を行なうが、低速時に
は噴射率をエンジン回転数に応じて下げてやり、緩慢な
燃焼を行なわせることで騒音振動の低減を図ることがで
きる。

今、エンジンの要求する最大噴射量を３０ｍ”とし、こ
の噴射量を３０ｓＣＡ以内に噴射することを考える。噴
射量をｑ（ｆｉ３）、噴射率をＱ（ｍ”　／５ｅｃ）、
噴射期間をｒ（ｓｅｅ）、エンジン回転数をＮ　（ｒｐ
ｍ）とすると ｑ　＝　Ｑ　Ｘτ　　　　　　　　　・−（１）式を代
入すると Ｑ−６Ｎ　　　　　　　　　　　・・・（２）式となる
。したがって、エンジン回転数Ｎと基準電圧Ｖ、の関係
は第８図のようになる。なお１０００ｒｐｎ＋以上では
騒音振動はあまり問題とならないので、従来通りフルリ
フトで制御を行なう、上記制御は第７図に示した演算回
路４１′で行なう。ＣＰＵ４１２はエンジン回転数Ｎ、
アクセル開度θ、水温Ｔを入力インターフェース４１１
よりとりこみ、エンジンが要求する噴射量ｑと噴射時期
θを演算する。また、エンジン回転数Ｎが、１１０００
ｒｐ以上かを判別し、１１０００ｒｐ以上ならＱ−３０
０００ｍｓ３７ｓｅｃとして（１）式より噴射期間τを
計算し、出力インターフェース４１６のメイン噴射信号
に出力する。エンジン回転数Ｎが１１００Ｏｒｐ以下で
あれば（２）式より噴射率Ｑを計算し、さらに（１）式
より噴射期間τを求め、出力インターフェース４１６の
バイロフト噴射信号に出力する。同時に、第８図から、
エンジン回転数Ｎに対する基準電圧ｖｌＩを求め、ＤＡ
変換回路４１７へ出力する０以上の作動による噴射率の
変化を第９図に示す。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第１．第２の実施例は、インジェクタのノズルがホール
ノズルの場合であったが、本実施例は、スロットルノズ
ルに適用したものである。一般にスロットルノズルのニ
ードルリフトに対する噴射率の関係を第２０図に示す。

ホールノズルと異なりスロットル部を有するため低噴射
率の部分（第２０図Ａ）と高噴射率の部分（第２０図Ｂ
）を有している。スロットルノズルに第１実施例を適用
すれば、パイロット噴射時において電歪式アクチュエー
タの伸縮量が多少変動しリフト量がばらついても噴射率
への誤差が少ないという特徴があるが、本実施例は電歪
式アクチュエータの伸縮量を２段階に制御することによ
り第１０図のような噴射パターンを実現するものである
。

第１９図はスロットルノズルを用いたインジェクタの構
造図である。第１４図のホールノズルを用いたものとほ
とんど同じ構造であるため相異点だけを説明する。１１
０’はノズルボデーで、その中心軸上にニードルシリン
ダ１１１′がありニードルシリンダ１１１′内にはノズ
ルニードル１１３′が摺動可能に収納されており、ノズ
ルニードル１１３′の上端面にポンプ室１０５の圧力が
作用する。ノズルニードル１１３′の上端面はフラット
面でありノズルニードル１１３′が上方へ移動した時デ
ィスタンスピース１０７の下端面と密着するようになっ
ている。このとき導通孔１０８は閉じられるようになっ
ている。ノズルニードル１１３゛はニードルシリンダ１
１１′内を摺動するようになっているが外周上の一部は
二面幅のように削られておりわずかながらクリアランス
１１２　’を有している。ノズルニードル１１３′の下
部はテーパ状になっておりノズルボデー１１０′のシ−
ト部１１５′と密着するようになっているためノズルニ
ードル１１３′が下方に移動した時には噴口１１６′は
閉じられ、ノズルニードル１１３′が上方へ移動した時
には噴口１１６′が開かれ燃料を噴射する。ノズルニー
ドル１１３′の下端には噴口１１６′よりもわずかなが
ら小径のスロットル部１２２があり、さらにその先端に
は噴霧角を拡げるためのテーパ状の突起１２３がある。

スロットル部１２２と噴口１１６′とのすきまにより絞
りが形成され低噴射率の領域となる。ノズルニードル１
１３′がリフトしていくとスロットル部１２２と噴口１
１６′との重なる部分がな（なり絞り効果がなくなるた
め高噴射率の領域となる。

ニードルシリンダの下部にはリング状に拡大した燃料だ
まり１１４′が設けられており、この燃料たまり１１４
′は燃料通路１１８に導通している。

以上が第１４図と構造上具なる点である。次に作動につ
いて説明するが、作動も第１実施例での説明と同様であ
る。ただノズルニードル１１３′のリフト量は２倍であ
る０、４鶴にしである。

次に制御回路について説明する。演算回路４１は第３図
のものと同じであり、パイロット噴射信号とメイン噴射
信号を発生する。ただし、パイロット噴射信号はその立
上りのタイミングのみが重要でパルス幅は意味をもたな
い。駆動回路４７は第１図のものとはトリガ発生回路４
３のみが異なる。第１１図に本実施例におけるトリガ発
生回路４３′を示した。第２図と異なるのは、２人力Ｏ
Ｒゲートがなくなり、第３ワンシヨツトマルチ４３４の
トリガ入力にメイン噴射信号が直接接続された点である
。上記構成における作動について以下説明する。

第１２図は説明に供するタイムチャートである。

説明にあたり、電歪式アクチュエータ２は５００■に、
コンデンサ４７９は３２５ｖに、■えは３．２５Ｖにな
っているものとする。まずパイロット噴射信号の立上り
で第３トリガ信号が発生する（第１２図（Ｃ））。これ
により第３サイリスタ４７３が導通し、第１実施例で述
べたように電歪式アクチュエータの電圧は・３２５ｖま
で低下する（第１２図（Ｆ））。このため、フルリフト
の１／４である０、１鶴だけニードル１１３′はリフト
し、第２０図で示したように低噴射率の領域で噴射を行
なう（第１２図（Ｈ））。次にメイン噴射信号の立上り
で第２トリガ信号が発生しく第１２図（Ｄ））、第２サ
イリスタ４７２を導通させる。このため電歪式アクチュ
エータ２の電圧は一２００Ｖまで低下しく第１２図（Ｆ
））　、ニードル１１３′はフルリフトするため第２０
図の高噴射率の領域で噴射を行なう（第１２図（Ｈ））
。所定の噴射期間後メイン噴射信号が立下がると第１ト
リガ信号が発生しく第１２図（Ｅ）”）　、第１サイリ
スタ４７１が導通する。そして電歪式アクチュエータ２
は５００■に充電されるため（第１２図（Ｆ））、ニー
ドル１１３′は押し下げられ噴射は停止する（第１２図
（Ｈ））。コンデンサ４７９の電圧は次の噴射行程まで
に所定の３２５■に戻されるのは第１実施例で説明した
通りである。

以上のように、第３実施例においては、スロットルノズ
ルの低噴射率領域と高噴射率領域とを利用することによ
り、−噴射期間中に噴射率を変えることができるため、
初期噴射率を下げることができ騒音振動の低減に有効で
ある。さらに、低噴射率領域においてはリフト量が多少
変動しても、スロットル部のために噴射率が変化せず、
誤差が少ないという特徴がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、単一の電源を用い
ていながら、電歪式アクチュエータへの印加電圧を応答
性良く広範囲に変化させることができ、インジェクタに
適用することによりその噴射率を自由に変えることがで
きるため、従来の方法に比べ、ダイナミックレンジを拡
大できるという効果がある。特に低速時に噴射率を下げ
ることができるため、エンジンの騒音振動の低減および
エミッションの改善に著しい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる制御方法を実施するのに使用
される燃料噴射弁制御装置における電歪式アクチュエー
タの駆動回路の一実施例を示す回路図、 第２図は、同じく上記燃料噴射弁制御装置におけるトリ
ガ信号発生回路の一実施例を示す回路図、第３図は、同
じく上記燃料噴射弁制御装置におけるパイロット噴射信
号とメイン噴射信号を演算発生する回路の１実施例を示
すブロック図、第４図は、第２図に示されるトリガ信号
発生回路によって第１図に示される駆動回路を駆動した
場合の動作を説明するためのタイミング図、第５図は、
第１図に示される駆動回路を用いた場合の燃料噴射弁の
噴射量特性を示す図、第６図は、第１図に示される駆動
回路に入力される基準電圧を変えた場合の噴射特性を示
す図、第７図は、上記パイロット噴射信号とメイン噴射
信号の演算発生回路の他の実施例を示すブロック図、 第８図は、第７図に示される回路を用いてエンジン回転
数に応じて上記基準電圧を変化させる場合の対応関係を
説明する図、 第９図は、第７図に示される回路を用いてエンジン回転
数に応じて噴射率を制御する場合の１例を示すタイミン
グ図、 第１０図は、本発明をスロットルノズル型の燃料噴射弁
に適用した場合の該噴射弁の動作を説明するためのタイ
ミング図、 第１１図は、第２図に示されるトリガ信号発生回路の他
の実施例を示す回路図、 第１２図は、第１１図に示されるトリガ信号発生回路に
よって第１図に示される駆動回路を駆動した場合の動作
を説明するためのタイミング図、第１３図は、本発明に
よって制御される燃料噴射弁を含む内燃機関の全体構成
を概略的に示す図、。 第１４図は、本発明によって制御される燃料噴射弁の構
成を示す断面図、 第１５図は、従来技術によって燃料噴射弁を制御する場
合の１例を示すタイミング図、第１６図は、第１４図に
示される燃料噴射弁の噴射特性を示す図、 第１７図は、従来技術における電歪式アクチュエータの
駆動回路の一例を示す図、 第１８図は、第１７図に示される駆動回路の動作を説明
するためのタイミング図、 第１９図は、本発明によって制御されるスロットルノズ
ル型の燃料噴射弁の構成を示す断面図、第２０図は、第
１９図に示される燃料噴射弁の噴射特性を示す図である
。 （符号の説明） １・・・燃料噴射弁 ２・・・電歪式アクチュエータ ４・・・制御回路　　　′ ４１．４１’・・・演算回路 ４３．４３’・・・トリガパルス発生回路４７・・・電
歪式アクチュエータ駆動回路４７１・・・第１サイリス
タ ４７２・・・第２サイリスタ ４７３・・・第３サイリスタ ４７９・・・アクチュエータの電荷の一部を抜くコンデ
ンサ ４８４・・・オペアンプ ４９・・・従来の電歪式アクチュエータ駆動回路５・・
・ディーゼル機関

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．電歪式アクチュエータの収縮量に応じてノズルニー
   ドルをリフトさせ所定の燃料を噴射するようにした燃料
   噴射弁の制御方法であって、該燃料の噴射信号としてパ
   イロット噴射信号とメイン噴射信号とを用い、該パイロ
   ット噴射信号にもとづく該電歪式アクチュエータに対す
   る印加電圧によっては該ノズルニードルのリフト量をフ
   ルリフト時より低減させ、該メイン噴射信号にもとづく
   該電歪式アクチュエータに対する印加電圧によって該ノ
   ズルニードルをフルリフトさせるようにして、異なる噴
   射率での燃料噴射を行わせるようにしたことを特徴とす
   る燃料噴射弁の制御方法。
2. ２．所定量の燃料噴射を、該パイロット噴射信号にもと
   づく低噴射率の噴射と、該メイン噴射信号にもとづく高
   噴射率の噴射とに分けて行なうことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の燃料噴射弁の制御方法。
3. ３．所定量の燃料噴射を行なうにあたり、その初期に該
   低噴射率の噴射を行ない、その後、該高噴射率の噴射を
   行なうことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃
   料噴射弁の制御方法。
4. ４．エンジン回転数が所定の値以上では、該メイン噴射
   信号にもとづく高噴射率の噴射を行い、所定の値以下で
   は、該パイロット噴射信号にもとづく低噴射率の噴射を
   行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃
   料噴射弁の制御方法。
5. ５．エンジン回転数が低下するほど、該低噴射率の割合
   を低下させることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の燃料噴射弁の制御方法。
6. ６．該燃料噴射弁のノズルとしてスロットルノズルが用
   いられることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   燃料噴射弁の制御方法。
7. ７．電歪式アクチュエータの収縮量に応じてノズルニー
   ドルをリフトさせ所定の燃料を噴射するようにした燃料
   噴射弁の制御装置であって、該電歪式アクチュエータを
   充電するために直流電源と該電歪式アクチュエータとの
   間に直列に設けられた第１の電流制限素子および第１の
   スイッチ素子と、該電歪式アクチュエータの電荷を放電
   するために該電歪式アクチュエータの両端間に直列に設
   けられた第２の電流制限素子および第２のスイッチ素子
   と、電歪式アクチュエータの電荷の一部を抜くためのコ
   ンデンサと、該電歪式アクチュエータと該コンデンサと
   の間に直列に設けられた第３の電流制限素子および第３
   のスイッチ素子と、該コンデンサの電圧を所定の電圧に
   なるように制御する回路とからなり、該電歪式アクチュ
   エータに対する印加電圧を変化させて異なる噴射率での
   燃料噴射を行わせるようにしたことを特徴とする燃料噴
   射弁の制御装置。
8. ８．該電歪式アクチュエータが圧電素子で構成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の燃料噴
   射弁の制御装置。
9. ９．該第１乃至第３のスイッチ素子のいずれか又はすべ
   てがサイリスタであることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項記載の燃料噴射弁の制御装置。
10. １０．該第１乃至第３の電流制限素子のいずれか又はす
    べてがインダクタンスを有するコイルであることを特徴
    とする特許請求の範囲第７項記載の燃料噴射弁の制御装
    置。
11. １１．該コンデンサの電圧が可変とされ、それによって
    該低噴射率の割合が制御されることを特徴とする特許請
    求の範囲第７項記載の燃料噴射弁の制御装置。
12. １２．該コンデンサの電圧がエンジン回転数に応じて変
    化させられることを特徴とする特許請求の範囲第１１項
    記載の燃料噴射弁の制御装置。
13. １３．該燃料噴射弁のノズルとしてスロットルノズルが
    用いられることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載
    の燃料噴射弁の制御装置。