JPH0219629A - 内燃機関の燃料噴射装置 - 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〕 本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

ピエゾ圧電素子により燃料噴射制御を行なうようにした
燃料噴射制御装置において、燃料噴射時に初めてピエゾ
圧電素子の駆動制御パルスを発生する駆動制御回路が公
知である（特開昭６０−２３７８６９号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらピエゾ圧電素子に駆動制御パルスを印加し
始めた当初はピエゾ圧電素子に十分な電荷がチャージ及
びディスチャージされず、その結果ピエゾ圧電素子が十
分に伸縮しない。従って機関始動時に燃料噴射をすべく
ピエゾ圧電素子に駆動制御パルスを印加してもピエゾ圧
電素子が十分に伸縮しないために少量の燃料しか噴射さ
れず、斯くして機関の始動が困難であるという問題があ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本発明によれば、機関運転
時に高圧燃料が常時燃料噴射弁に供給され、この燃料噴
射弁からの高圧燃料の噴射が圧電素子の充放電作用によ
り制御される燃料噴射装置において、機関始動時に正規
の燃料噴射に先立って圧電素子を少なくとも一回充放電
するようにしている。

〔作　用〕

本発明は上記した構成によって、機関始動時に正規の燃
料噴射に先立って圧電素子を少なくとも−・回充放電す
ることとなる。このため、初回噴射時から圧電素子充放
電電位差を大きくとることができるので、圧電素子の十
分な変位量が得られ、機関の始動性が向上する。

〔実施例〕

第２図および第３図を参照すると、１はディーゼル機関
本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４
はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は排気弁、８
は燃焼室５内に配置された燃料噴Ｉ・１弁、９は吸気マ
ニホルドを夫々示し、吸気マニホルド９の人口部は過給
機］゛に接続される。

燃料噴射弁８は燃料供給管ｌＯを介して各気筒に共通の
燃料蓄圧管１１に連結される。燃料蓄圧管１１はその内
部に容積一定の蓄圧室１２を佇し、この蓄圧室１２内の
燃料が燃料供給管１０を介して燃料噴射弁８に供給され
る。一方、蓄圧室１２は燃料供給管１；３を介して吐出
圧制御可能な燃料供給ポンプ１４の吐出［１に連結され
る。燃料供給ポンプ１４の吸込口は燃料ポンプ１５の吐
出口に連結され、この燃料ポンプ１５の吸込口は燃料り
ＩＪ’−バタンク１６に連結される。また、各燃料噴射
弁８は燃料返戻導管１７を介して燃料リザーバタンク１
６に連結される。燃料ポンプ１５ば燃料リザーバタンク
１６内の燃料を燃料供給ポンプ１４内に送り込むために
設けられており、燃料ポンプ１５がなくても燃料供給ポ
ンプ１４内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料ポ
ンプ１５を特に設ける必要はない。これに対して燃料供
給ポンプ１４は高圧の燃料を吐出するために設けられて
おり、燃料供給ポンプ１４から吐出された高圧の燃料は
蓄圧室１２内に蓄積される。

機関クランクシャフトには一対のディスク７２゜７３が
取付けられ、これらディスク７２　、７３の歯付外円面
に対向してクランク基準位置センサ６７及びクランク角
センサ６６が配置される。クランク基準位置センサ６７
は例えば１番気筒が吸気上死点にあることを示す出力パ
ルスを発生し、従ってこのクランク基準位置センサ６７
の出力パルスからいずれの気筒の燃料噴射弁８を作動せ
しめるかを決定することができる。クランク角センサ６
６はクランクシャツＩ・が一定角度回転する毎に出力パ
ルスを発生し、従ってクランク角センサ６６の出力パル
スから機関回転数を計算することができる。

８２は駆動制御回路であり、クランク角センサ６６、ク
ランク基準位置センサ６７、スタータスイッチ６８及び
イグニッションスイッチ７１の信号に基づき、燃料噴射
弁８を制御する。

第４図に燃料噴射弁８の側断面図を示す。第４図を参照
すると、２０は先端に噴射孔２１を有するノズルボディ
を示しており、ノズルボディ２０内には噴射孔２１を開
閉可能にニードル２２が挿入されている。

ノズルボディ２０はボディ２３に嵌合され、燃料は燃料
導入口２４、封止プラグ２５の装着された燃料通路２６
、燃料通路２７、燃料溜り室２８、貯留室２９を介して
噴射孔２１から噴射される。

ニードル２２開閉による燃料噴射の制御は、直接的には
噴射孔２１の直上流側のシー！・部３０で行われる。ニ
ードル２２には、テーバ状の受圧面３１が形成されてお
り、受圧面３１に燃料圧力を受けることによりニードル
２２は開弁方向に動く。

この受圧面３１周りに燃料溜り室２８が形成されている
。貯留室２９は、燃料溜り室２８と噴射孔２１との間に
形成され、噴射孔２１近傍まで細長く延びている。この
貯留室２９の通路断面積は、燃料溜り室２８に至る燃料
通路２７の断面積よりも大に形成されている。また、貯
留室２９の断面積は、噴射孔２１の総面積に比べ１０倍
以上とすることが好ましく、さらに貯留室２９の容積は
、０、５　ｃｃ以上確保することが好ましい。

ニードル２２の上端部は、デイスタンスピース３２、ノ
ックピン３３を介してボディ２３に接続され、この部分
には圧縮スプリング３４が介装されている。ノズルボデ
ィ２０はリテーニングナツト３５によりボディ２３に連
結されている。二ドル２２の上部とノズルボディ２０の
内周部との間には、僅かなりリアランス３６が形成され
ており、クリアランス３６を介して燃料溜り室２８から
燃料が上方に形成される圧力室３７に充満されるように
なっている。

圧力室３７は、ピストン３８下端とボディ２３上端との
間に形成され、圧力室３７における燃料圧力はニードル
２２の開閉方向の力として作用できるようになっている
。ピストン３８は、ケース３９内に摺動可能に嵌挿され
、皿ハネ４ｏにより−Ｆ方に付勢されている。ケース３
９は、ノックビン４■により位置決めされ、圧力室３７
は、ビス１−ン３８外周に設けられた０リング４２、パ
ンクアンプリング４３によってシールされている。ケー
ス３９は、ナツト４４を介してボディ２３に固定されて
いる。

ケース３９内に伸縮作動可能な電子式アクチュエータ４
５が設けられている。４６はピエゾ圧電素子であり、そ
の両側にセラミックプレー１−４７゜４８、金属プレー
１−４９．５０が設げられている。５１は調整シムを示
している。電歪式アクナユエータ４５は、リード線５２
を介して接続された駆動制御回路８２により伸縮制御さ
れる。

燃料導入口２４は、燃料供給導管■０に接続される。

上記のように構成された燃料噴射弁においては、供給さ
れてくる燃料は、燃料導入口２４、燃料通路２Ｇ　、　
２７を介して燃料溜り室２８に送られ、さらにはクリア
ランス３６を介して圧力室３７、噴射孔側の貯留室２９
に充満される。ピエゾ圧電素子４６が収縮すると、受圧
面３１で受ける燃料圧力によりニードル２２がリフトシ
て開弁され、噴射孔２１から燃料が噴射される。ピエゾ
圧電素子４Ｇが伸畏すると、圧力室３７の圧力が高まり
、この圧力を介してニードル２２が下方に押されて閉弁
され、噴射が終了する。

第１図に示される駆動制御回路８２は電子制御ユニット
８０と駆動回路８１とにより（１４成される。

駆動回路８１は電源５７と、す゛イリスタ５３と、充電
側コイル５４と、放電側コイル５５と、ナイリスタ５６
とを具備する。ピエゾ圧電素子４６の一方の端子は電源
５７のマイナス側端子に接続される。ピエゾ圧電素子４
Ｇの他方の端子は一方では充電用コイル５４およびサイ
リスタ５３を介して電源５７のプラス側端子に接続され
、他方では放電用コイル５５およびサイリスタ５６を介
して電源５７のマイナス側端子に接続される。駆動回路
８１と同様の駆動回路が、燃料噴射弁８の数に対応した
数だけ設けられるが、第１図には代表的に１つだけ示し
ている。駆動回路６９　、７０も同様に代表的に各１ず
つ示している。

一方、電子制御ユニット８０はディジタルコンピュータ
からなり、双方向性バス６ｏによって相互に接続された
ＲＯＭ（リートオンリメモリ）６１、ＲＡＭ　（ランダ
ムアクセスメモリ）６２、ＣＩ）Ｕ（マイクロプロセッ
サ）６３、入力ポートロ４および出力ポートロ５を具備
する。人力ポートロ４にはクランク角センサ６６及びク
ランク基準位置センサ６７の出力パルスが入力される。

更に入力ポートロ４にはスタータスイッチ６８が接続さ
れる。一方、出力ポートロ５は対応する駆動回路６９　
、７０を介して各サイリスク５３　、５６のゲート端子
に接続される。また、電子制御ユニッｌ−８０はイグニ
ッションスイッチ７１に接続され、イグニッションスイ
ッチ７１がオンになったときに電子制御ユニット８０に
電力が供給される。

第５図はピエゾ圧電素子４６の駆動制御が開始されてか
ら暫くした後のピエゾ圧電素子４６の駆動制御のタイム
チャートを示している。電子制御ユニット８０の制御信
号の立上がり時に、サイリスク５６のゲートにトリガパ
ルスが与えられ、ナイリスタ５６がオンになる。サイリ
スク５６がオンになるとピエゾ圧電素子４６にチャージ
された電荷が放電用コイル５５およびサイリスタ５６を
介してディスチャージされ、斯くしてピエゾ圧電素子４
６の端子電圧が低下する。このとき放電用コイル５５と
ピエゾ圧電素子４６からなる発振回路によってピエゾ圧
電素子４６の端子電圧は０（Ｖ）以下となる。これによ
りピエゾ圧電素子４６が収縮して圧力室３７内の圧力が
低下するため、受圧面３１で受ける燃料圧力により二一
ドル２２がリフトして燃料噴射が開始される。

次に電子制御ユニット８０の制御信号の立下がり時に、
サイリスタ５３のゲーＩ・にトリガパルスが与えられ、
（ノイリスタ５３がオンになる。サイリスタ５３がオン
になると電源５７からサイリスタおよび充電用コイル５
４を介して電荷がピエゾ圧電素子４６に次第にチャージ
され、それに伴なってピエゾ圧電素子４６の端子電圧が
次第に増大する。このときピエゾ圧電素子３２の端子電
圧は充電用コイル５４とピエゾ圧電素子３２　（コンデ
ンサとみなしうる）からなる発振回路によって電源５２
の電圧Ｅよりも高くなる。次いでサイリスタ５３に逆方
向の電圧が印加されるとサイリスタ５３はオフとなる。

これによりピエゾ圧電素子４６が伸長して圧力室３７の
圧力が増大し、この圧力を介してニードル２２が下方に
押されて燃ネ、）噴射が停止する。

ピエゾ圧電素子４６にチャージされた電荷がディスチャ
ージされると燃料噴射が開始され、電荷がチャージされ
ると燃料噴射が停止するので電子制御ユニソＩ−８０の
制御信号の立上がり時に燃料噴射が開始され、立下がり
時に燃料噴射が停止することになる。

第５図は前述したようにピエゾ圧電素子４６の駆動制御
が開始されてから暫く経過した後を示しており、ごのと
きにはピエゾ圧電素子４６に十分な量の電荷がチャージ
される。しかしながらピエゾ圧電素子４６の駆動制御を
開始した直後ではピエゾ圧電素子４６にチャージおよび
ディスチャージされる電荷量は少なく、従ってピエゾ圧
電素子４６の伸縮量が小さくなる。次にこのごとについ
て第６図を参照しつつ説明する。

第６図はピエゾ圧電素子４６の端子電圧を示しており、
第６図に示されるようにピエゾ圧電素子４６の駆動制御
が開始される前はピエゾ圧電素子４６の端子電圧は０　
（Ｖ）となっている。ところでピエゾ圧電素子４６ヘチ
ヤージしうる電荷量は電源５７の電圧Ｅとピエゾ圧電素
子４６の端子電圧との差ΔＶ、に比例する。従ってｔ、
ではΔＶに比例した電荷量がチャージされる。一方、ピ
エゾ圧電素子４６からディスチャージしうる電荷量はピ
エゾ圧電素子４６の端子電圧Δ■２に比例する。従って
ｔ２ではΔＶ２に比例した電荷量がディスチャージされ
、その結果ピエゾ圧電素子４６の端子電圧は０　（Ｖ）
以下となる。次いで（３ではΔｖ３に比例した電荷量が
チャージされるのでチャージされる電荷量が増大し、ピ
エゾ圧電素子４Ｇの端子電圧Δ■４が高くなる。次いで
Ｌ４ではΔ■４に比例した電荷量がディスチャージされ
るのでディスチャージされる電荷量が増大し、ピエゾ圧
電素子４６の端子電圧が更に低くなる。ごのようにピエ
ゾ圧電素子４６のチャージおよびディスチャージが繰返
されるとチャージおよびディスチャージされる電荷量が
次第に増大して最終的に一定値に落ちつく。このときが
第５図に示されている。従ってピエゾ圧電素子４６の駆
動制御を開始したときにはピエゾ圧電素子４６にチャー
ジおよびディスチャージされる電荷量が少ないためにピ
エゾ圧電素子４６の伸縮量が小ざ（、従って少量の燃料
しか噴射できないことになる。従って機関始動時に燃料
噴射をずべくピエゾ圧電素子４６を駆動しても少量の燃
料しか噴射されず、ピエゾ圧電素子４６の駆動が何回か
繰返されてピエゾ圧電素子４６に十分な量の電荷をチャ
ージできるようになってから所望の燃料量を噴射できる
ようになる。従って機関の始動に時間を要し、始動性が
悪化するという問題がある。そこで本発明では機関始動
時において、正規の燃料噴射に先立ってピエゾ圧電素子
４６を少なくとも１回充放電し、正規の燃料噴射を行な
うべきときにはピエゾ圧電素子４６が十分な量の電荷を
充放電できるようにしておき、それによって機関を容易
に始動できるようにしている。

次に第７図を参照して本発明によるピエゾ圧電素子４６
の駆動制御方法の第１の実施例について説明する。

第７図を参照すると機関始動時にはイグニッションスイ
ッチ７１がオンされた後スタータスイッチ６８がオンさ
れる。スタータスイッチ６８オン後、例えば第１気筒の
吸気行程と判定されると、電子制御ユニイト８０から第
１気筒のピエゾ圧電素子制御信号が２パルス出力される
。これによりピエゾ圧電素子４６はダミー駆動される。

ピエゾ圧電素子４６をダミー駆動するための制御信号（
以下「ダミーパルス」という）の１パルス幅は、通常運
転状態における正規の燃料噴射を制御する信号の１パル
ス幅より短か（設定され、例えばｏ、　ｔ　ｍａに設定
される。第１のダミーパルスの立上がり時■に第１気筒
のピエゾ圧電素子４６が放電される。しかし、このとき
もともとピエゾ圧電素子４Ｇには電荷が充電されていな
いため、ピエゾ圧電素子の端子電圧はＯ■のままである
。従って燃料は全く噴射されない。第１ダミーパルスの
立下がり時◎で、第１気筒のピエゾ圧電素子４６が充電
される。このときのピエゾ圧電素子４６の端子電圧はｖ
ｌである。次に第２ダミーパルスの立上がり時Ｏでピエ
ゾ圧電素子４６が放電される。

このとき燃料が噴射されるが、燃料噴射時間がＱ、　ｌ
　ｍｓと非常に短時間であるため、噴射される燃料量は
非常に微量である。この噴射された燃料は予混合気を形
成し、着火遅れを防止して良好な燃焼に寄与することが
できる。第２ダミーパルスの立下がり時■でピエゾ圧電
素子４６が再び充電される。このときのピエゾ圧電素子
４６の端子電圧■２は、定常状態におけるピエゾ圧電素
子４６の端子電圧Ｖ、とほぼ等しくなり、機関を回転駆
動するための正規の噴射を支障なく実行することが可能
な状態となる。正規噴射すべき時期■において、通常の
正規燃料噴射が実行される。以後、正規燃料噴射すべき
時期毎に正規燃料噴射が実行され、これにより機関が回
転駆動される。同様に、他の気筒においても、始動時、
正規の燃料噴射に先立って、各気筒の吸気行程において
各圧電素子４６がダミー駆動される。

以上のように本実施例によれば、正規の燃料噴射に先立
ってピエゾ圧電素子４６を充放電し、正規の燃料噴射を
行なうべきときにはピエゾ圧電素子４６に十分な量の電
荷を充放電できるので、正規燃料噴射の最初から所望の
燃料量を噴射することができ、斯くして良好な機関の始
動が確保される。

上記実施例を実行するためのルーチンを第８図に示す。

このルーチンは一定クランク角毎の割込みによって実行
される。イグニッションスイッチ７１がオンになったと
き、フラグＦＸが０に、カウンタＣが８にセットされ、
スタータスイッチ６８がオンになったときこのルーチン
が起動される。

まずステップ９０でカウンタＣが０でないか否か判定さ
れる。始動時初期においてはＣ＝８のため肯定判定され
ステップ９１に進む。ステップ９１では、クランク角が
吸入下死点から圧縮上死点の間にある第Ｘ気筒が第１ダ
ミー駆動タイミングか否か判定される。例えば第１気筒
のクランク角が吸入下死点と圧縮上死点の間にある場合
ｘ−１であり、第１気筒が第１ダミー駆動タイミングか
否か判定される。肯定判定されるとステップ１１０でダ
ミー駆動時間ＴＤを０．１　ｍｓとした後、ステップ９
２に進み、第１気筒のピエゾ圧電素子４６がダミー駆動
される。ステップ９３ではフラグＦＸずなわらフラグＦ
１が１にセットされる。

ステップ９４ではＣが１だげ滅しられ、例えばこの場合
Ｃ＝７となる。ステップ９１で否定判定されるとステッ
プ９５でＦｘ＝　１か否か判定される。

例えばこの場合、ｘ＝１であるためＦｌ−１か否か判定
される。ＦＩＮｌの場合、第１ダミー駆動が実行されて
いないため、何も実行しないでこのルーチンを終了する
。Ｆ１＝１の場合ステップ９６に進み第１気筒第２ダミ
ー駆動タイミングか否か判定される。すなわちフラグＦ
　ｘ　＝　１か否か判定するごとによって、ダミー駆動
を行なう場合には必ず第１ダミー駆動から実行されるこ
ととなる。ステップ９６で肯定判定されると、ステップ
Ｌｉｔでダミー駆動時間Ｔ　ＤをＯ，ｌ　ｍｓとした後
ステ・７ブ９７で第２ダミー駆動が実行される。この後
、ステップ９４でＣがさらに１だけ減じられ、例えばこ
の場合６になる。第１及び第２ダミー駆動実行後、ステ
ップ９８で第１気筒正規噴射タイミングか否か判定され
る。肯定判定されるとステップ９９で正規噴射が実行さ
れる。正規噴射の噴射時朋及び噴射時間は図示しない他
のルーチンにより算出される。否定判定されると何も実
行しないでこのルーチンを終了する。

次に第１気筒の圧縮上死点を過ぎるとＸは３とされ、第
３気筒について同様の処理が実行される。

その後同様にＸは順番に４，２とされ同様の処理が実行
される。カウンタＣは、ダミー駆動１回毎に１ずつ減じ
られ、全気筒について２回ずつダミ駆動が実行されたと
きＣ−０となる。Ｃ−０となった後はダミー駆動は実行
されず正規噴射だけが実行され、通常の機関運転がなさ
れる。

次に第９図を参照して第２の実施例につい゛Ｃ説明する
。

第９図を参照して、イグニッションスイッチ７１がオン
されたとき（５からｌＱＯｍｓ経過した時点Ｌｂで全気
筒−斉に第１ダミー駆動が実行され、さらにｔ６から１
０＋ｍｓ経過した時点ｔ７で第２ダミー駆動が実行され
る。その後り、でスタータスイッチ６８がオンされて機
関が始動され、各気筒の正規噴射タイミング毎に正規噴
ル１が実行される。

本実施例によれば第１の実施例同様、正規噴射の最初か
ら所望の燃料量を噴射することができ、良好な機関の始
動が確保される。

また本実施例では機関始動前に圧電素子４６をダミー駆
動しているため、ダミー駆動時には蓄圧室１２　（第２
図参照）内の燃料には圧力がかかっていない。このため
、ダミー駆動によって燃料が噴射されるおそれがない。

第２の実施例を実行するためのルーチンを第１０図に示
す。本ルーチンは機関始動時のみ起動される。

まずステップｌＯＯに、拾いてイグニッションスイッチ
７１がオンか否か判定される。１定判定された場合のみ
、ステップ１０１に進みダミー駆動時間′１”　Ｉ）が
０．１１１１３とされる。ステップ１０２ではタイマが
起動される。ステップ１０３ではタイマのカウント値′
Ｉ″ｌが１００ｍ５以上か否か判定される。［ｒ定判定
された場合のみ、ステップ１０４に進み、第１ダミー駆
動が実行される。ステップ１０５では他のタイマが駆動
され、ステップ１０６でこのタイマの）Ｊラント値Ｔ　
２がｌＱｍｓ以上か否か判定される。肯定判定されると
ステップ１０７で第２ダミー駆動が実行され本ルーチン
を終了する。以後スタータスイノチロ８がオンされた後
他のルーチンによって正規噴射が実行される。

〔発明の効果〕

本発明によれば正規の燃料噴射に先立って圧電素子を充
放電する。その結果、正規の燃料噴射を行なうべきとき
には圧電素子に上置な量の電荷を充放電できるので、正
規燃料噴射の最初から所望の燃料量を噴射することがで
き、斯（して良好な機関の始動を確保することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はピエゾ圧電素子の駆動制御回路の構成図、第２
図は４気筒デイ一ゼル機関を図解的に示した平面図、第
３図はディーゼル機関の側面断面図、第４図は燃料噴射
弁の側面断面図、第５図はピエゾ圧電素子の駆動制御が
開始されてから暫らく経過したときの駆動制御のタイム
チャート、第６図はピエゾ圧電素子の駆動制御を開始し
たときのピエゾ圧電素子の端子電圧を示すタイムチャー
ト、第７図は第１の実施例によるピエゾ圧電素子の駆動
制御のタイムチャート、第８図は第１の実施例を実行す
るためのフローチャー１・、第９図は第２の実施例によ
るピエゾ圧電素子の駆動制御のタイムチャート、第１０
図は第２の実施例を実行するためのフローチャー１−を
示す。 ８・・・燃料噴射弁、　　　　４６・・・圧電素子、８
２・・・駆動制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　機関運転時に高圧燃料が常時燃料噴射弁に供給され、
   該燃料噴射弁からの前記高圧燃料の噴射が圧電素子の充
   放電作用により制御される燃料噴射装置において、機関
   始動時に正規の燃料噴射に先立って前記圧電素子を少な
   くとも一回充放電するようにした内燃機関の燃料噴射装
   置。