JPH04342854A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、噴射ポンプによる燃料
の圧送前に行うパイロット噴射の噴射時期制御を行う内
燃機関の燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子制御式ディーゼルエンジンでは、主
噴射の前に微量のパイロット噴射を行い、排気ガス中の
ＮＯｘおよびエンジン騒音の低減を図る技術がある。パ
イロット噴射を行う技術として、駆動電圧を印加するこ
とによってピエゾ素子を伸長し、噴射ポンプの高圧室の
圧力を上昇させてパイロット噴射を行うピエゾアクチュ
エータを噴射ポンプに取り付けたものがある。そして、
ピエゾ素子に駆動電圧を印加する時期制御として、スレ
ッショルド制御法や、角度制御法が知られている。スレ
ッショルド制御法は、ピエゾ素子が高圧室内の圧力に応
じた出力信号を発生することを利用し、ピエゾ素子の出
力信号が所定値に達した際にピエゾ素子に駆動電圧を印
加する制御技術である。また、角度制御法は、噴射ポン
プの燃料噴射タイミングに対応して設定された基準信号
から所定時間後に、ピエゾ素子に駆動電圧を印加する制
御技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スレッ
ショルド制御法を用いた制御技術は、高圧室内の圧力を
ピエゾ素子で検出しているため、内燃機関の高速運転時
では、ピエゾ素子の圧力伝播の応答遅れによって、パイ
ロット噴射が噴射ポンプの燃料圧送と重なり、パイロッ
ト噴射の機能を果たさなくなってしまう。また、角度制
御法を用いた制御技術は、パイロット噴射時期を時間に
て制御しているため、回転変動の大きい低速運転時では
、回転変動した際に、適切なタイミングでパイロット噴
射が行われない問題点を有していた。

【０００４】

【発明の目的】本発明の目的は、内燃機関の低速運転時
から高速運転時の全運転域に亘って、適切な時期にパイ
ロット噴射を行うことのできる内燃機関の燃料噴射装置
の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、次の技術的
手段を採用した。内燃機関の燃料噴射装置は、ピストン
の移動によって、このピストンとシリンダとによって囲
まれる高圧室内が容積変化し、この高圧室内に吸引され
た燃料を加圧圧縮する噴射ポンプと、前記高圧室に連通
した可変チャンバ、およびこの可変チャンバ内に配置さ
れたピエゾ素子を備え、このピエゾ素子は前記可変チャ
ンバ内の圧力に応じた信号を発生するとともに、前記ピ
エゾ素子に駆動電圧を印加することによって前記ピエゾ
素子を伸長して前記可変チャンバの容積を小さくし、前
記高圧室内の圧力を上昇させるピエゾアクチュエータと
、前記ピエゾ素子への駆動電圧の印加制御を行い、前記
噴射ポンプによる燃料の圧送前のパイロット噴射の噴射
時期制御を行う制御回路とを具備する。この前記制御回
路は、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度セン
サを備えるとともに、前記ピストンの移動位置に応じた
基準信号を発生する基準信号発生手段を備える。そして
、前記内燃機関の低速時は、前記高圧室内の燃料の加圧
状態を前記ピエゾ素子の出力信号で検出し、前記ピエゾ
素子の出力信号が所定値に達した際に前記ピエゾ素子へ
駆動電圧を印加する。また、前記内燃機関の高速時は、
前記基準信号から所定時間後に前記ピエゾ素子へ駆動電
圧を印加する。

【０００６】

【発明の作用】制御回路は、内燃機関が低速運転である
と判断すると、ピエゾ素子の出力信号が所定値に達した
際に、ピエゾ素子へ駆動電圧を印加する。制御回路は、
内燃機関が高速運転であると判断すると、クランク角度
センサによって基準位置を検出してから所定時間後に、
ピエゾ素子へ駆動電圧を印加する。ピエゾ素子に駆動電
圧が印加されると、ピエゾ素子が伸長して、可変チャン
バおよび高圧室内の圧力が上昇し、結果的にパイロット
噴射を行う。

【０００７】

【発明の効果】本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、上
記の作用で示したように、低速時ではピエゾ素子の圧力
検出における応答遅れがパイロット噴射制御に影響を与
えないため、低速時に回転変動が発生しても、適切な時
期にパイロット噴射を行うことができる。また、高速時
は、回転の変動が小さく、かつ基準信号と時間制御によ
ってパイロット噴射を行う時期が設定されるため、高速
時においても適切な時期にパイロット噴射を行うことが
できる。つまり、本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、
内燃機関の全運転領域に亘って適切な時期にパイロット
噴射を行うことができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の内燃機関の燃料噴射装置を、
図に示す一実施例に基づき説明する。 〔実施例の構成〕図１は内燃機関の燃料噴射装置１の概
略図を示す。燃料噴射装置１は、燃料噴射弁２より内燃
機関内に燃料を噴射する装置で、燃料噴射弁２に燃料を
圧送する噴射ポンプ３を備える。

【０００９】この噴射ポンプ３は、ポンプケーシング４
に設けられたシリンダ５内に、往復駆動されるピストン
６を摺動自在に配する。このピストン６は、内燃機関の
回転の１／２に同期して回転駆動されるとともに、ピス
トン６と一体に回転するフェイスカム７がローラ８に係
合し、フェイスカム７とともにピストン６が往復運動す
る。すなわち、ピストン６は、内燃機関の回転の１／２
に同期して、シリンダ５内で回転往復運動を行う。ピス
トン６は、周囲に１つの分配ポート９と、内燃機関の気
筒数に応じた吸気ポート１０とを有する。ピストン６に
は、スピルポート１１が形成され、燃料の圧送量が、ス
ピルポート１１と低圧室１２とを断続させるスピルリン
グ１３によって調節される。なお、ピストン６の端面と
シリンダ５との間に高圧室１４が形成される。ポンプケ
ーシング４には、低圧室１２と高圧室１４とを連通する
吸入通路１５を備えるとともに、各気筒毎に設けられた
燃料噴射弁２と高圧室１４とを連通する分配通路１６を
備える。この分配通路１６は、その途中に、逆止弁およ
び吸戻し弁として機能するデリバリ弁１７が設けられる
。

【００１０】燃料噴射装置１は、噴射ポンプ３の作動に
より燃料噴射弁２から燃料の噴射を行う前に、微量の燃
料を燃料噴射弁２より噴出させるパイロット噴射を行う
ためのピエゾアクチュエータ１８を備える。このアクチ
ュエータ１８は、噴射ポンプ３の高圧室１４に連通した
可変チャンバ１９を形成するアクチュエータケース２０
、この可変チャンバ１９内に多数積層して配置されたピ
エゾ素子２１、このピエゾ素子２１によって駆動される
プランジャ２２から構成される。ピエゾ素子２１は、可
変チャンバ１９内の圧力が上昇し、プランジャ２２によ
ってピエゾ素子２１が加圧されると、可変チャンバ１９
内の圧力に比例した電圧を発生する。つまり、ピエゾ素
子２１は可変チャンバ１９内の圧力に応じた信号を発生
する。また、ピエゾ素子２１は、駆動電圧を印加するこ
とによって伸長し、プランジャ２２を駆動して可変チャ
ンバ１９の容積を小さくし、結果的に噴射ポンプ３の高
圧室１４内の圧力を上昇させる。ピエゾ素子２１の発生
した信号は、制御回路２３に出力されるとともに、制御
回路２３によって駆動電圧がピエゾ素子２１に印加され
る。

【００１１】次に、制御回路２３の説明を行う。制御回
路２３は、マイクロコンピュータを使用したもので、内
燃機関の回転速度を検出するための回転速度センサ２４
、噴射ポンプ３による燃料の圧送開始前に設定された基
準位置を検出する基準信号検出センサ２５、エンジン水
温を検出する水温センサ２６、アクセル開度を検出する
開度センサ２７からの信号を受け、これら内燃機関の運
転状態に応じてピエゾ素子２１への駆動電圧の印加制御
を行う。なお、基準位置は、ピストン６の移動位置に応
じて設定されたもので、例えばフェイスカム７と一体に
回転するパルス発生用プレート（図示しない）に設けら
れ、この基準位置をセンサによって検出するものである
。また、本実施例では、基準信号検出センサ２５が本発
明の基準信号発生手段で、基準信号検出センサ２５は、
基準位置を検出すると、基準信号を発生する。

【００１２】次に、制御回路２３によるピエゾ素子２１
の通電制御を、図２のフローチャートに基づき、説明す
る。初めに、電源がＯＮされると、割り込みは禁止され
ており、メインルーチンのみが起動する。先ず、ステッ
プＳ１　で各部のイニシャライズを行い、ステップＳ２
で割り込みを許可した後、アイドルループへ入る。ステ
ップＳ３　で内燃機関が始動したか否かの判断を行い、
内燃機関が始動されると各噴射工程毎に割り込みルーチ
ンが実行される。このルーチンでは、先ずステップＳ４
　で回転速度センサ２４から信号を取込み、内燃機関の
回転速度Ｎｅを算出する。次いで、ステップＳ５　で内
燃機関の運転状態が制御切替回転速度Ｎｅｃよりも、大
きいか否かの判断を行う。

【００１３】この判断がＮＯの場合、つまり内燃機関の
運転状態が低速運転の時は、ピエゾ素子２１の発生電圧
に基づいて駆動電圧の印加時期を制御するスレッショル
ド制御を行う。つまり、ステップＳ６　で水温センサ２
６の出力および開度センサ２７の出力から、水温ＴＨＷ
およびアクセル開度ＡＣＣＰを算出する。ついで、ステ
ップＳ７　で、予めコンピュータ内に格納されたデータ
（Ｎｅ−ＴＨＷ−ＡＣＣＰと駆動電圧印加時期の関係マ
ップ）から駆動電圧を印加する時期に対応するピエゾ素
子２１の発生電圧（所定電圧Ｖｔｈ）を算出する。ステ
ップＳ８　で実際ピエゾ素子２１が発生する電圧Ｖａｃ
ｔを認識し、ステップＳ９　で発生電圧Ｖａｃｔが所定
電圧Ｖｔｈに達したか否かの判断を行う。この判断結果
がＮＯの場合はステップＳ８　へ戻り、ＹＥＳ　の場合
はステップＳ１０でピエゾ素子２１に駆動電圧を印加す
る。

【００１４】ステップＳ５　の判断がＹＥＳ　の場合、
つまり内燃機関の運転状態が高速運転の時は、基準信号
検出センサ２５の発生する基準信号に基づいて駆動電圧
の印加時期を制御する角度制御を行う。つまり、ステッ
プＳ１１で水温センサ２６の出力および開度センサ２７
の出力から、水温ＴＨＷおよびアクセル開度ＡＣＣＰを
算出する。ついで、ステップＳ１２で、予めコンピュー
タ内に格納されたデータ（Ｎｅ−ＴＨＷ−ＡＣＣＰと駆
動電圧印加時期の関係マップ）から、基準位置から駆動
電圧を印加する時期までの時間（所定時間Θｐ）を算出
する。ステップＳ１３で基準信号の検出後、検出後の経
過時間Θｃ（進行角度をパルス等で検出し、進行角度を
時間の代わりに用いても良い）をカウントし、ステップ
Ｓ１４で経過時間Θｃが所定時間Θｐに達したか否かの
判断を行う。 この判断結果がＮＯの場合はステップＳ１３へ戻り、Ｙ
ＥＳ　の場合はステップＳ１０へ進み、ピエゾ素子２１
に駆動電圧を印加する。

【００１５】なお、制御切替回転速度Ｎｅｃは、図３に
示すようにヒステリシスを持ち、内燃機関の回転速度が
低速から高速へ移行する際は、制御切替回転速度Ｎｅｃ
は高く設定され、逆に内燃機関の回転速度が高速から低
速へ移行する際は、制御切替回転速度Ｎｅｃは低く設定
される。

【００１６】〔実施例の作動〕次に、上記実施例の作動
を簡単に説明する。

【００１７】内燃機関の回転速度が低速運転の場合は、
制御回路２３の働きによって、ピエゾ素子２１への印加
時期制御がスレッショルド制御で行われる。つまり、図
４の実線Ａに示すように、フェイスカム７の回転によっ
てカムリフトが上昇すると、ピストン６が高圧室１４を
圧縮し、高圧室１４内の圧力が上昇する。高圧室１４内
の圧力の上昇に伴い、可変チャンバ１９の圧力も上昇し
てプランジャ２２が押され、積層されたピエゾ素子２１
が圧縮されて、実線Ｂに示すようにピエゾ素子２１が電
圧Ｖｃｔｈを発生する。この発生電圧Ｖｃｔｈが所定電
圧Ｖｔｈに達すると、図４の実線Ｃに示すように、駆動
電圧をピエゾ素子２１へ印加する。すると、図４の実線
Ｄに示すように、ピエゾ素子２１が伸長し、プランジャ
２２を押して可変チャンバ１９内の容積を小さくし、図
４の実線Ｅに示すように、高圧室１４内の圧力を上昇さ
せる。そして、高圧室１４内の圧力が、ノズル開弁圧力
に達すると、図４の実線Ｆに示すように、燃料噴射弁２
から燃料を噴射する。

【００１８】内燃機関の回転速度が高速運転の場合は、
制御回路２３の働きによって、ピエゾ素子２１への印加
時期制御が角度制御で行われる。つまり、図５の実線Ｇ
に示すように、基準信号の発生後、実線Ｈに示すように
フェイスカム７の回転によってカムリフトが上昇する。 一方、基準信号の発生後、所定時間Θｐに達すると、図
５の実線Ｉに示すように、駆動電圧をピエゾ素子２１へ
印加する。すると、図５の実線Ｊに示すように、ピエゾ
素子２１が伸長し、プランジャ２２を押して可変チャン
バ１９内の容積を小さくし、図５の実線Ｋに示すように
、高圧室１４内の圧力を上昇させる。そして、高圧室１
４内の圧力が、ノズル開弁圧力に達すると、図５の実線
Ｌに示すように、燃料噴射弁２から燃料を噴射する。

【００１９】〔実施例の効果〕本実施例では、上記の作
用で示したように、低速時ではピエゾ素子２１の圧力検
出における応答遅れがパイロット噴射制御に影響を与え
ないため、低速時に回転変動が発生しても、適切な時期
にパイロット噴射を行うことができる。また、高速時は
、回転の変動が小さく、かつ基準信号と時間制御によっ
てパイロット噴射を行う時期が設定されるため、高速時
においても適切な時期にパイロット噴射を行うことがで
きる。つまり、本発明の内燃機関の燃料噴射装置１は、
内燃機関の全運転領域に亘って適切な時期にパイロット
噴射を行うことができる。この結果、内燃機関の全運転
領域に亘ってＮｏｘを低減するとともに、内燃機関の騒
音を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の燃料噴射装置の概略図である。

【図２】制御回路の作動を示すフローチャート。

【図３】制御切替回転速度の切り替えヒステリシスを示
すグラフ。

【図４】スレッショルド制御による作動説明のためのタ
イムチャート。

【図５】角度制御による作動説明のためのタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１　　燃料噴射装置 ３　　噴射ポンプ ５　　シリンダ ６　　ピストン １４　　高圧室 １８　　ピエゾアクチュエータ １９　　可変チャンバ ２１　　ピエゾ素子 ２３　　制御回路 ２４　　回転速度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストンの移動によって、このピストンと
   シリンダとによって囲まれる高圧室内が容積変化し、こ
   の高圧室内に吸引された燃料を加圧圧縮する噴射ポンプ
   と、前記高圧室に連通した可変チャンバ、およびこの可
   変チャンバ内に配置されたピエゾ素子を備え、このピエ
   ゾ素子は前記可変チャンバ内の圧力に応じた信号を発生
   するとともに、前記ピエゾ素子に駆動電圧を印加するこ
   とによって前記ピエゾ素子を伸長して前記可変チャンバ
   の容積を小さくし、前記高圧室内の圧力を上昇させるピ
   エゾアクチュエータと、前記ピエゾ素子への駆動電圧の
   印加制御を行い、前記噴射ポンプによる燃料の圧送前の
   パイロット噴射の噴射時期制御を行う制御回路とを具備
   する内燃機関の燃料噴射装置において、前記制御回路は
   、前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度センサを
   備えるとともに、前記ピストンの移動位置に応じた基準
   信号を発生する基準信号発生手段を備え、前記内燃機関
   の低速時は、前記高圧室内の燃料の加圧状態を前記ピエ
   ゾ素子の出力信号で検出し、前記ピエゾ素子の出力信号
   が所定値に達した際に前記ピエゾ素子へ駆動電圧を印加
   し、前記内燃機関の高速時は、前記基準信号から所定時
   間後に前記ピエゾ素子へ駆動電圧を印加することを特徴
   とする内燃機関の燃料噴射装置。