JPS635139A - デイ−ゼル機関用燃料噴射装置の噴射率制御方法 - 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５９−２６０
６３９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
時期としく（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／　ｃｕｔ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、１４０
ｋｇ／ｃＩＩＩに低下するとパイロット噴射部分が拡大
しく（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ｌについて説明する。ケーシング４
のシリンダボア５内に摺動自在に支持されたプランジャ
６は、エンジン回転数の１７２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ボート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ｌｌをシ
リンダボア５に連通ずる吸入通路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−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、デイスタンス
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
の誰ねじ２９によって噴射ポンプ１に取り付は固定しで
ある。

圧電式アクチュエータ２１は薄い円盤状（φ１５ｘｔＯ
，５）の圧電素子を約５０積層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
ｓｏｏ　ｖ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をシ目−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とデイスタンスピース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。デイスタンスピース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。デイスタ
ンスピース２４の直径はピストン２２の直径よりも−回
り大きく、ケーシング２０の誰ねじ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０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、圧型式アク
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は開弁じており、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４ＣＩ１１とし、噴射弁１３の
開弁圧を１００ｋｇ／−とすると、噴射開始時に圧電式
アクチュエータ２１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、
圧電式アクチエエータ２１をショートして発生した電圧
をＯｖ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４ａＪＸ　５０μｍ＝２０
鶴３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、圧電式アクチエエータ２１の端子電
圧が所定の制御電圧ＶｙＨ（（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４００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
■６が印加される（（Ｄ）参照）。この初期電圧ｖｒ、
がアクチュエータ２１に印加されることにより、制御電
圧Ｖｒｕ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ＶＴＮ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
ｖｔｎ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？Ｎを設
定すればよい、この制御電圧Ｖ？ｌｌ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図において、Ｖｏは、第５図（Ｄ）に示すように、
圧電式アクチュエータ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。同時に、最適パイロット噴射時における
基準電圧■、（第５図（Ｄ）参照）も又噴射弁１３の開
弁圧と相関があり、しかも基準電圧Ｖ、とピーク電圧ｖ
０との比がほぼ一定であり、その−足止が本実施例では
０．７６であることが分った。従って、ピーク電圧■。

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■３を求め、初期電圧Ｖ、（第５図
（Ｄ）参照）に求めた基準電圧ｖｓを加えた値を制御電
圧Ｖｔｎ　（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ＶＴＮに達した時点でアクチ
ュエータ２１をシュ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
？Ｎ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／ｃＪから１４０ｋｇ／ｃｎｌまで低
下すると、回転角θ、たけ噴射開始が進角してしまう。

しかし、開弁圧が１４０ｋｇ／ｃｏｔ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ＶＯ
ｆｆｉが開弁圧が１６０ｋｇ／ｃＩＩＩの時のピーク電
圧ｖ０１より小さくなるので、ピーク電圧■。２に一定
比（０，７６）を乗じて求めた基準電圧ＶＳ２も開弁圧
が１６０ｋｇ／　ｃｄの時の基準電圧ＶＳ＋より小さく
なる。従って、制御電圧（Ｖ、＋Ｖ、□）が低くなるの
で、制御時期も第７図ＣＦ）に破線で示したように開弁
圧が１６０ｋｇ／ｃｄ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（１）
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０本発明方法によれば、２０℃の時には
ピーク電圧■。、ｘｏ、７６で基準電圧ＶＳＬを求め、
８０℃の時にはピーク電圧Ｖ。ＨｘＯ，７６で基準電圧
ｖｓＨ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２０３の出力端子は各気筒毎に対応
したピークホールド回路２Ｌ０．２２０，２３０．２４
０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。２
１１はアナログスイッチ（以下ＳＷという）であり、こ
のアナログ５Ｗ２１１はＳ１信号が“１”レベルの時に
オンする。アナログ５Ｗ２１１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２１
２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５Ｗ２１６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５Ｗ２６０は制御信号（後述）が“
１”レベルになるとオンする。

アナログ５Ｗ２６０の入力端子は前述のオペアンプ２０
３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２６７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　、２６
８　、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５Ｗ２６０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２
７２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ク（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
２７５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２１１Ｉｓｅｃとしである。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としである。この信号は
ＴＲＩＧＩ信号として後述のサイリスクのトリガとして
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ＴＲ［Ｇ１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ン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ＴＲＩＧ　２が
供給され、ＴＲｒＧ２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２９
１のＱ、出力はクロック信号を１７８に分周した信号で
ある０本実施例においては角度信号を３２パルス／力ム
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Ｑ、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Ｑ、、Ｑ！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Ｑｌ、ＱＺ比出力セレクタ２９３，２９４，
２５０のセレクト入力端子Ａ、Ｂにそれぞれ供給され、
Ｑ、、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Ｔ
ＲＩＧ　１信号が供給され、ＴＲＩＧ　１信号が″１″
レベルになると、Ｑ出力がｌ°となる。

リセット入力端子には後述のデイケードカウンタ２９６
のＱ、出力が供給される。すなわちＴＲＩＧ　１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°ｌ”レヘルとなり、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ＴＣ４０１７８Ｐを用いたデイケ
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ＴＲＩＧ　１
信号が供給される。デイケードカウンタ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。Ｑ、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。Ｑ、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ク
のトリガ信号として使用するため約５０μｓｅｃとしで
ある。ワンショットマルチ２９７のＱ出力はＴＲｒＧ２
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Ｑ、出力の同期すなわちセレ
クタ２９３，２９４．２５０の切換ねりタイミングの同
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としである。このワンショットマル
チ３００のＱ出力は、前述のアナログ５Ｗ２６０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〜Ｓ
４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ＴＲＩＧ　１　、　ＴＲＩＧ　２信号が
供給される。ＴＲＴＧ　１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ＴＲＩＧ　
１　（Ｉｔ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サイリスク４０５のアノード端子は
コイル４０６を介して圧電弐アクチュエータ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ＴＲｌＧ２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４０
７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。４１４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４１４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
の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２７．１　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トソトマルチ２７４をトリガする（
第１１図Ｏ）。

ワンショットマルチ２７４の出力はワンショットマルチ
２７８をトリガし、ＴＲｌＧ１信号を発生させる（第１
１図Ｏ）、ワンショットマルチ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２７
１の出力は“１”レベルとなるが、この立上りによりＴ
ＲＩＧ　１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。この電圧がスレッショールドをこえると再び
ＴＩ？ＩＧ　！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。

ＴＲＩＧＩ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。ＴＲＩＧ　１信号はまた
デイケードカウンタ２９６をリセットする。デイケード
カウンタ２９６のクロック入力には角度信号（第１１図
０）が入力されており、ＴＲｌＧ２信号でリセットされ
た後、４クロンク後にＱ４出力が（第１１図Ｏ）、５ク
ロツク後にＱ、出力が（第１１図［Ｆ］）、６クロツク
後にＱ、出力が（第１１図０）発生する。フリップフロ
ップ２９５はＴＲＩＧ　１信号でセットされ、デイケー
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０のような信号となる。すなわち、Ｔ
ＲＩＧ　１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５Ｗ２１１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２１６のイニシャライズ
はＴＲＩＧ　１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Ｖ０は第第１１図■〜Ｏ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Ｏ）。

デイケードカウンタ２９６のＱ、出力はワンショットマ
ルチ２９７に入り、ＴＲＩＧ　２信号を発生する。

（第１１図８）、このＴＲＩＧ　２信号は駆動回路４０
０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
Ｑ、出力に発生する。このＱ、出力はＴＲｌＧ２信号に
より同期がかかっている。このＱ、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Ｑ、、Ｑ！端子に出力する。このＱ、、
Ｑｔ端子からの信号によりセレクタ２９３，２９４，２
５０は当該気筒の信号を選択する。

デイケードカウンタ２９６のＱ、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Ｏ）を発生させる。この信号によりアナログ５Ｗ２６
０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、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。−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、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■Ｔ、ｌ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
ク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７クチユエータ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１Ｏ図
において、ＴＲＩＧＩ信号が入力するとトランジスタ４
０３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Ｏｖ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Ｏｖ近くまで低下し、コンデンサ４０
７の電圧はｓｏｏ　ｖぐらいまで上昇する。この時点で
電流がＯ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ＴＲＩＧ　２信号が発生する。

このＴＲｌＧ２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４
１２をトリガし、これを導通させる。今度は、コンデン
サ４０７がｓｏｏ　ｖ、アクチュエータ２１はＯｖ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４１
３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４
０７がＯｖ近くまで低下したところで第２サイリスタ４
１２はターンオフする。アクチュエータ２１に３５０　
Ｖ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通用される燃料
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−夕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１Ｏ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。 ■・・・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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。