JPS623134A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - 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制御装置に関する。

従来の技術 内燃機関、特にディーゼル機関において応答性のよい燃
料噴射制御を行なうためにピエゾ圧電素子を利用した燃
料噴射弁が公知である（特開昭６０−１７２５０号公報
或いは特開昭６０−１３６９号公報参照）。ピエゾ圧電
素子は電圧を印加すると軸　　　　　　　□、線方向に
伸長し、電圧を印加してから伸長するまでの時間が５０
μｆｌ＠ｅから１００μｓｅｃという極めて短かい時間
であるのでピエゾ圧電素子の伸長作用を利用すると応答
性のよい燃料噴射制御が可能となる。そこで特開昭６０
−１７２５０号公報に記載された燃料噴射弁ではピエゾ
圧電素子の伸長作用によりニードルの受圧面に作用する
高圧燃料の燃料圧を高めてニードルを開弁させ、それに
よって燃料噴射を行なうようにしている。一方、特開昭
６０−１３６９号公報に記載された燃料噴射弁ではノ　
　　　　　　。

スル孔と反対側のニードル端面に高圧燃料の燃料　　　
　　　　′□圧を作用させ、ピエゾ圧電素子の収縮作用
によシ　　　　　　　、ニードル端面に作用する高圧燃
料の燃料圧を低下させてニードルを開弁させ、それによ
って燃料噴射を行なうようにしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながらこれらの燃料噴射弁では高圧の燃料圧がピ
エゾ圧電素子に直接作用する構造となりているので高圧
の燃料圧に耐え得るために大型のピエゾ圧電素子が必要
となり、それに伴なって消費電力が増大するという問題
がある。

また、特開昭６０−１３６９号公報に記載された燃料噴
射弁ではニードル周シの間隙を介してニードル端面上に
高圧の燃料を導びき、この高圧の燃料の圧力を一時的に
低下させることによシニードルを開弁するようにしてい
る。しかしながら燃料圧が高くなってくるとニードル端
面上に作用する燃料圧が低下せしめられるや否や高圧の
燃料がニードル周カの間隙を介してニードル端面上に導
びかれるためにニードルが開弁後ただちに閉弁し、斯く
して実際上燃料が高圧になると燃料噴射制御を行なうこ
とができないという問題がある。

また、これらの燃料噴射弁では燃料噴射弁毎にピエゾ圧
電素子を取付けて各燃料噴射弁毎にピエゾ圧電素子を制
御することによシ噴射制御するようにしているのでピエ
ゾ圧電素子の特性のばらつきによシ各燃料噴射弁毎に噴
射量がばらつくという問題がある。

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に本発明によれば燃料供給ポ
ンプの加圧室内において加圧された燃料を燃料噴射弁に
供給して加圧燃料を燃料噴射弁から噴射するようにした
燃料噴射制御装置において、加圧室をピエゾ圧電素子に
よって制御される溢流制御弁に連結し、溢流制御弁によ
シ加圧室からの燃料の溢流を制御して燃料噴射時期を制
御するようにしている。

実施例 第２図を参照すると、１は燃料噴射弁、２は燃料噴射弁
本体、３はスペーサ、４はノズル、５はスペーサ３およ
びノズル４を燃料噴射弁本体２に固締するためのノズル
ホルダ、６は燃料流入口、７はノズル孔を夫々示す。ノ
ズル４、スペーサ３および燃料噴射弁本体２内には直列
配置のニードル８、加圧ピン９および制御ロッド１０が
摺動可能に挿入される。ニードル８はその中間部に円錐
状をなす受圧面１１が形成され、との受圧面１１の周り
にはニードル加圧室１２が形成される。このニードル加
圧室１２は一方では燃料通路１３を介して燃料流入口６
に連結され、他方ではニードル８周シに形成された環状
の燃料通路１４を介してノズル孔７に連結される。ニー
ドル８の上端面と当接する加圧ビン９は拡大部１５を有
し、拡大部１５と燃料噴射弁本体２間には圧縮ばね１６
が挿入される。従ってニードル８は圧縮ばね１６のばね
力によって常時閉弁方向に付勢される。

燃料噴射弁本体２内には互いに整列した大径孔１７と小
径孔１８が形成され、小径孔１８内に制御ロッド１０の
上端部が突出する。制御ロッド１０の上端部には受圧ピ
ストン１９が当接する。

一方、大径孔１７および小径孔１８内には一体的に形成
された大径ピストン２０および小径ピストン２１が夫々
摺動可能に挿入され、これら大径ピストン２０および小
径ピストン２１は油圧力を高めるためのサーボピストン
２２を形成する。小径ピストン２１と受圧ピストン１９
間には制御油圧室２３が形成され、大径ピストン２０の
上方には制御油導入室２４が形成される。

第２図に示されるように燃料噴射弁１に燃料および制御
油を供給するための燃料供給ポンプ３０および制御油供
給ポンプ３１が設けられる。燃料供給ポンプ３０は噴射
時期制御弁３２および一定容積のアキュムレータ３３を
介して燃料噴射弁１の燃料流入口６に連結される。一方
、制御油供給ポンプ３１は圧力調整弁３４を介して一方
では燃料噴射弁１の制御油導入室２４に連結され、他方
では制御油圧室２３に開口するポート２５を介して制御
油圧室２３に連結される。制御油供給ポンプ３１は例え
ばベーンポンプからなシ、圧力調整弁３４は制御油供給
ポンプ３１から吐出した加圧制御油の一部を制御油圧ポ
ンプ３１の吸込口に返戻させることによって制御油導入
室２４および制御油圧室２３内に供給される制御油の圧
力を制御する。なお、ここで制御油として燃料が使用さ
れる。燃料供給ポンプ３０、噴射時期制御弁３２、制御
油供給ポンプ３１および圧力調整弁３４は全燃料噴射弁
１に対して共通でｓｂ、従ってこれらは夫々−個ずつ設
けられている。

第２図に示されるように大径ピストン２０と燃料噴射弁
本体２間には圧縮ばね２６が挿入される。

制御油導入室２４内の圧力が低いときは圧縮ばね２６の
ばね力によシサーボピストン２２は下降せず、このとき
サーボピストン２２は第２図に示す位置にある。従って
このときには受圧ピストン１９に制御油圧室２３内の制
御油圧が作用する。

受圧ピストン１９に作用した制御油圧は制御ロッド１０
および加圧ピン９を介してニードル８に加゛わる。従っ
てニードル８には圧縮ばね１６によるニードル閉弁方向
の力と、制御油圧によるニードル閉弁方向の力とが作用
する。斯くして制御油圧が度化すればニードル８の開弁
圧が変化し、燃料噴射率が変化する。制御油導入室２４
内の圧力が低いとき、即ち圧力調整弁３４によって調圧
された制御油圧が低いときは上述したように圧縮はね２
６のばね力によシサーボピストン２２は下降せず、従っ
てこのときにはニードル８の開弁圧は制御油圧室２３内
の制御油圧、即ち圧力調整弁３４によシ調圧された制御
油圧の増大に伴なって大きくなる。一方、制御油導入室
２４内の制御油圧が高くなるとサーボピストン２２が圧
縮ばね２６に抗して下降して弁ボート２５を閉鎖し、こ
のときサーボピストン２２による昇圧作用によって制御
油圧室２３内の制御油圧は制御油導入室２４内の制御油
圧よシも高くなる。次いで制御油導入室２４内の制御油
圧の上昇に伴なりて制御油圧室２３内の制御油圧が高く
なる。従ってニードル８の開弁圧Ｐは第３図に示される
ように制御油導入室２４内の制御油圧ｐｏが一定圧ＰＩ
を越えると急激に上昇する。

ところで機関負荷に対する最適なニードル開弁圧Ｐは第
３図に示す曲線と同じ形になる。即ち、最適な開弁圧ｐ
Ｆｉ機関負荷が小さなときは機関負荷が高くなるにつれ
て徐々に大きくなシ、機関負荷が大きなときは機関負荷
が高くなるにつれて急速に大きくなる。従って第２図に
示される燃料噴射弁１を用いると機関負荷に比例して制
御油導入室２４内の制御油圧を制御すれば最適な開弁圧
Ｐが確保でき、斯くしてニードル開弁圧Ｐの制御を容易
に行７！−りことができる。また、サーボピストン２２
を用いるととＫよシ低い制御油圧でもってニードル８に
大きな開弁圧を与えることができ、斯くして制御油供給
ポンプ３１は小屋かつ低圧のもので十分であるという利
点がある。

第１図は燃料供給ポンプ３０の一部と、噴射時期制御弁
３２を示す。燃料供給ポンプ３０はそのハウジング４０
内に摺動可能でかつ回転可能に挿入されたプランジャ４
１と、プランジャ４１によシ画定された加圧室４２を具
備する。プランジャ４１は図示しない駆動機構を介して
機関によシ回転しつつ軸線方向に往復動せしめられる。

プランジャ４１の内部には加圧燃料流出孔４３が形成さ
れ、プランジャ４１の外周面には燃料流入溝４４が形成
される。また、ハウジング４０には加圧燃料流出孔４３
に連通可能な加圧燃料流出ボート４５、および燃料流入
溝４４に連通可能な燃料流入ポート４６が形成され、加
圧燃料流出ボート４５はアキエムレータ３３を介して燃
料噴射弁１の燃料流入口６に連結される。プランジャ４
１が回転しつつ下降すると燃料流入ポート４６が燃料流
入溝４４内に開口し、燃料が加圧室４２内に供給される
。次いでプランジャ４１が回転しつつ上昇して燃料流入
ポート４６がプランジャ４１によって閉塞されるとプラ
ンジャ４１の上昇に伴なりて加圧室４２内の燃料が加圧
される。次いで加圧燃料流出孔４３が加圧燃料流出ボー
ト４５に連通すると加圧室４２内の加圧燃料が加圧燃料
流出孔４３、加圧燃料流出ボート４５．アキエムレータ
３３、燃料流入口６および燃料通路１３を介してニード
ル加圧室１２内に供給される。この加圧燃　　　　　　
　、料はニードル８の受圧面１１に作用してニードル　
　　　　　　°′８にニードル開弁方向の力を与え、こ
のニードル　　　　　　　□″゛開弁方向の力がニード
ル開弁圧を越えるとノズル孔７から燃料が噴射される。

なお、このときの二づル開弁圧は前述したように圧力調
整弁３４に　　　　　　　、よって制御されている。

一方、第１図に示すように噴射時期制御弁３２はその内
部に整列配置された小径孔５０と大径孔５１とを有し、
小径孔５０内には溢流制御弁５２が摺動可能に挿入され
る。溢流制御弁５２は小径　　　　　　　ン孔５０内に
おいて摺動可能な大径部５３と、小径孔５０と大径孔５
１との連結部を開閉可能な弁体５４とを具備する。大径
部５３と弁体５４との間には溢流室５５が形成され、こ
の溢流室５５は溢流路５６を介して加圧室４２に連結さ
れる。一方、大径孔５１内には燃料排出室５７が形成さ
れ、この燃料排出室５７は燃料返戻通路５８を介して燃
料流入孔４６に連結される。溢流制御弁５２の大径部５
３に関して溢流室５５と反対側の小径孔５０内にはばね
室５９が形成され、とのばね室５９内には溢流制御弁５
２の押圧用圧縮ばね６０が挿入される。ばね室５９内に
漏洩した加圧燃料は溢流制御弁５２内に形成された燃料
排出路６１を介して燃料排出室５７内に排出される。

一方、噴射時期制御弁３２にはスペーサ６２が嵌着され
、このスペーサ６２は噴射時期制御弁３２の一端部に固
着された駆動装置６３によシ噴射時期制御弁３２内で固
定支持される。スペーサ６２内には制御ロッド６４が摺
動可能に挿入され、この制御ロッド６４内には溢流制御
弁５２内に形成された燃料排出路６１と燃料排出室５７
とを連通する燃料排出路６５が形成される。制御ロッド
　　　　　　　、Ｊ、６４の一端は溢流制御弁５２に当
接し、制御ロッド６４の他端線スペーサ６２かられずか
ばかシ突出する。駆動装置６３はそのハウジング６６内
に摺動可能に配置された油圧ピストン６７を有し、油圧
ピストン６７とハウジング６６間にはピエゾ圧電素子６
８が挿入される。このピエゾ圧電素子６８は薄板状の圧
電素子を多数枚積層した積層構造をなしておシ、このピ
エゾ圧電素子６８に電圧を印加するとピエゾ圧電素子６
８は電歪効果によって長手方向の歪を生ずる、即ち長手
方向に伸びる。この伸び量は例えば５０μｍ程度の少量
であるが応答性が極めて良好であシ、電圧を印加してか
ら伸びるまでの応答時間は８０μｓｅｃ程度である。電
圧の印加を停止すればピエゾ圧電素子６８はただちに縮
む。第１図に示されるように油圧ピストン６７とハウジ
ング６６間には皿ばね６９が挿入され、この皿ばね６９
のばね力によって油圧　　　　　　　゛パ。

ピストン６７はピエゾ圧電素子６８に向けて押圧される
・油圧ピストン６７とスペーサ６２間には加圧室７０が
形成され、制御ロッド６４はこの加圧室７０内に突出す
る。油圧ピストン６７内には燃料通路７１が形成され、
この燃料通路７１は一方では加圧室７０に向けてのみ流
通可能な逆止弁７２を介して加圧室７０内に連結され、
他方ではハウジング６６およびスペーサ６２内に形成さ
れた燃料通路７３を介して燃料排出室５７内に連結され
る。

ピエゾ圧電素子６８への電圧の印加が停止されるとピエ
ゾ圧電素子６８が縮むために油圧ピストン６７は皿ばね
６９のばね力によって左方に移動する。このとき溢流制
御弁５２は圧縮ばね６０のばね力によ多制御ロッド６４
と共に左方に移動し、弁体５４が開弁して溢流室５５を
燃料排出室５７に連通せしめる。従ってこのとき燃料供
給ポンプ３０のプランジャ４１が上昇しても加圧室４２
内の燃料が溢流路５６および溢流室５５を介して燃料排
出室５７内に排出されるために加圧室４２内の燃料が加
圧されることがなく、斯くしてプランジャ４１に形成さ
れた加圧燃料流出孔４３が加圧燃料流出ポート４５に連
通していても燃料噴射弁　　　　　　　：１゛、ヵ１．
。７ゎ工ゆおヶゎゎヶい。　　　　　　　□１次いでピ
エゾ圧電素子６Ｂに電圧が印加されるとピエゾ圧電素子
６８が伸長し、その結果油圧ピストン６７が右方に移動
するために加圧室７０内の燃料が加圧される。加圧室７
０内の燃料圧が高くなると制御ロッド６４が右方に移動
し、それによって溢流制御弁５２が圧縮ばね６０に抗し
て右方に移動して弁体５４が第１図に示すように溢流室
５５を閉塞する。従ってこのとき燃料供給ポンプ３０の
プランジャ４１が上昇すると加圧室４２内の燃料が加圧
され、燃料噴射弁１のニードル加圧室１２内の燃料圧が
高まると燃料噴射が行なわれる。一方、ピエゾ圧電素子
６８への電圧の印加が停止されるとピエゾ圧電素子６８
が縮み、前述°゛°°２″“”′°”°“″”°”　　
　。

噴射が停止する。このとき燃料排出室５７内の燃料が燃
料通路７３，７２および逆止弁７２を介して加圧室７０
内に補給される。

上述したよう忙ピエゾ圧電素子６８の応答性は速く、従
って燃料噴射時期および燃料噴射完了時期を正確に制御
することができる。また、本発明を例えば４気筒デイ一
ゼル機関に適用する場合には第１図の加圧燃料流出ボー
ト４５がハウジング４０上に等角度間隔で４個形成され
、各加圧燃料流出ボート４５が各燃料噴射弁１に連結さ
れる。

また、この場合プランジャ４１は一回転する間に゛４回
往復動せしめられる。従って燃料噴射弁１の数に関係な
く燃料供給ポンプ３０および噴射時期制御弁３２は夫々
−側設ければ足シる。

第２図に示されるように噴射時期制御弁３２および圧力
調整弁３４は電子制御ユニｙ　）　８０に連結され、電
子制御ユニット８０の出力信号によ多制御される。電子
制御ユニット８０はディジタルコンビ為−夕からなシ、
双方向性バス８１によって相互に接続されたＲＯＭ（リ
ードオンメモリ）８２　、ＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）８３゜ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）８４．入力
ボート８５および出力ボート８６を具備する。人力ボー
ト８５には回転数センサ８７が接続され、更に入力ボー
ト８５には負荷センサ８８および水温センサ８９が夫々
対応する人り変換器９０．９１を介して接続される。一
方、出力ボート８６は対応する駆動回路９２．９３を介
して噴射時期制御弁　　　　　　　　。

３２のピエゾ圧電素子６８．および圧力調整弁３４のソ
レノイドに接続される。回転数センサ８７紘機関回転数
に比例した数の出力パルスを発　　　　　　　・生じ、
この出力パルスから機関回転数が計算される。負荷セン
サ８８はアクセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧
を発生し、この出力電圧から負荷が計算される。水温セ
ンサ８９は機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する
。電子制御具ニット８０ではこれら機関回転数、負荷お
よび水温に基いて最適な噴射時期および最適なニードル
開弁圧となるように噴射時期制御弁３２および圧力調整
弁３４が制御される。

上述したように噴射時期制御弁３２の制御にピエゾ圧電
素子６８を用いることによってパイロット噴射が可能と
なる。以下、パイロット噴射制御について説明する。

第２図を参照すると、燃料噴射弁１のスペーサ３内にニ
ードルリフト検出器９４が配置される。

このニードルリフト検出器９４は加圧ピン９の拡大部１
５とニードルリフト検出器９４間の間隔に比例した出力
電圧、即ちニードル８のリフトに比例した出力電圧を発
生する。ニードルリフト検出器９４はＡＤ変換器９５を
介してコンパレータ９６の一方の入力端子に接続される
。コンパレータ９６の他方の入力端子には基準電圧が印
加され、コンパレータ９６の出力端子は人力ボート８５
に接続される。ニードルリフト検出器９４の出力電圧が
予め定められた電圧よシも大きくなりたとき、即ちニー
ドル８のリフト量が予め定められたリフト量よシも大き
く々ったときにコンパレータ９６の出力電圧が高レベル
となる。

次に第５図および第６図を参照してパイロット噴射を行
なうときの燃料噴射制御について説明する。第５図を参
照すると、まず始めにステップ１００において機関回転
数Ｎを表わす回転数センサ８７の出力信号、負荷りを表
わす負荷センサ８８の出力信号および水温Ｔを表わす水
温センサ８９の出力信号を取込む。次いでステップ１０
１ではパイロット噴射すべき運転状態であるか否かが判
別され、パイロット噴射すべきときはステップ１０２に
進む。ステップ１０２では機関回転数Ｎ、負荷りおよび
水温Ｔから最適なパイロット噴射間　　　　　　　）始
時期τａが計算され、次いでステップ１０３でパイロッ
トフラグがセットされる。次いでステップ１０４で機関
回転数Ｎ、負負荷および水温Ｔから主噴射開始時期τＣ
および主噴射完了時期ｆｄが計算され、ステップ１０５
においてτａ、τＣ９τｄが出力ボート８６に出力され
る。

パイロット噴射開始τ息になると第４図（ｂ）ＰＣ示　
　　　　　　′されるようにピエゾ圧電素子６８に電圧
Ｅが印加　　　　　　：°′Ｉ″Ｏされ、加圧燃料が燃
料噴射弁１に供給される。その結果、第４図（ａ）に示
すようにニードル８が上昇　　　　　　　。

し、ニードルリフト検出器９４の出力電圧Ｖが上昇する
。ニードル８が上昇するとパイロット噴射が開始される
。ニードルリフト検出器９４の出力電圧Ｖが予め定めら
れた電圧ｖＯを越えるとコンパレータ９６の出力電圧が
高レベルとなシ、コンパレータ９６の出力電圧が高レベ
ルになると第６図に示す割込みルーチンが実行される。

第６図においてまず始めにステップ１１０においてパイ
ロットフラグがセットされているか否かが判別される。

パイロットフラグがセットされているときにはステップ
１１１に進んでピエゾ圧電素子６８への電圧の印加が停
止され、パイロット噴射が停止される。次いでステップ
１１２ではパイロットフラグがリセットされる。次いで
主噴射開始時期τ。

になると第４図（ｂ）に示すようにピエゾ圧電素子６８
へ電圧が印加され、主噴射が行なわれる。このときパイ
ロットフラグがリセットされているためにニードルリフ
ト検出器９４の出力電圧ＶがＶｏを越えても主噴射完了
時期τｄｔで主噴射が続行される。

発明の効果 ピエゾ圧電素子によシ燃料を加圧する構造を採用してお
らず、ピエゾ圧電素子によシ溢流制御弁を制御するよう
にしているのでピエゾ圧電素子に高圧の燃料圧が加わる
ことがない。従って小型のピエゾ圧電素子を使用するこ
とができ、斯くして消費電力を低減することができる。

また、複数の　　　　　　　、燃料噴射弁を具える場合
でも各燃料噴射弁の燃料噴射時期を一個の溢流制御弁で
制御しうるので噴射制御装置を簡素化することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料供給ポンプの一部および噴射時期制御弁の
側面断面図、第２図は燃料噴射制御装置の全体図、第３
図はニードル開弁圧を示す線図、第４図はパイロット噴
射制御を示す線図、第５図および第６図はパイロット噴
射制御を実行するた　　　　　　　１、めのフローチャ
ートである。 ３０・・・燃料供給ポンプ、３２・・・噴射時期制御弁
、　　　　　　　□４１・・・プランジャ、４２・・・
加圧室、４３・・・加圧燃料流出孔、５２・・・溢流制
御弁、５５・・・溢流室、５６・・・溢流路、６４・・
・制御ロッド、６７・・・油圧ピストン、６８・・・ピ
エゾ圧電素子、２ｏ・・・加圧室。 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　燃料供給ポンプの加圧室内において加圧された燃料を
   燃料噴射弁に供給して該加圧燃料を燃料噴射弁から噴射
   するようにした燃料噴射制御装置において、上記加圧室
   をピエゾ圧電素子によって制御される溢流制御弁に連結
   し、該溢流制御弁により加圧室からの燃料の溢流を制御
   して燃料噴射時期を制御するようにした内燃機関の燃料
   噴射制御装置。