燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置
【目的】素子温度が上昇して圧電素子変位の応答時間が長くなってもその変位遅れを補償し、パイロット噴射を所定のタイミングで実行し、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度向上を図る。
【構成】燃料噴射ポンプ１には圧電素子としてピエゾ素子３０が取付けられ、同ピエゾ素子３０は充放電により伸縮動作して高圧室１５内の燃料圧力を調整し、燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる。また、ピエゾスピル弁２３には前記ピエゾ素子３０の温度を検出する熱電対７７が取付けられている。ＣＰＵは、ディーゼルエンジン２の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを算出する。さらに、ＣＰＵは前記熱電対７７により検出された温度が上昇するに従い、前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを早める。
【構成】燃料噴射ポンプ１には圧電素子としてピエゾ素子３０が取付けられ、同ピエゾ素子３０は充放電により伸縮動作して高圧室１５内の燃料圧力を調整し、燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる。また、ピエゾスピル弁２３には前記ピエゾ素子３０の温度を検出する熱電対７７が取付けられている。ＣＰＵは、ディーゼルエンジン２の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを算出する。さらに、ＣＰＵは前記熱電対７７により検出された温度が上昇するに従い、前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを早める。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧燃料を燃料噴射弁に供給するための燃料噴射ポンプに設けられる燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧縮着火を行うディーゼルエンジンの低速運転時や低負荷運転時においては、燃焼室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼して、燃焼騒音や排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）が増大することがある。これに対しては、燃料の主噴射に先立ってパイロット噴射を行うことが有効とされている。このパイロット噴射は、その時々の噴射期間に噴射される全燃料噴射量のうちの一部を主噴射に先立って予備的に噴射させ、そのパイロット噴射による燃料を着火させて燃焼室内の温度を充分に高め、その後に続く主噴射の燃料着火を効果的に行わせるものである。
【０００３】前記パイロット噴射を行うために、燃料噴射ポンプ内の高圧室と燃料室とがスピル通路にて連通され、そのスピル通路の途中にスピル弁が配設される。そして、プランジャの圧縮行程中にそのスピル弁が開閉制御されることにより、前記スピル通路を通って低圧側へ溢流する燃料量が調整されて、パイロット噴射とそれに続く主噴射が実行される。このスピル弁としては、近年圧電素子を用いたものが採用されている。すなわち、圧電素子は電荷が供給（充電）されると伸張し、電荷が放出（放電）されると収縮する性質を有するものであり、前記スピル弁ではこの圧電素子の伸縮動作により弁体を駆動してスピル通路を開閉するようにしている。
【０００４】ところが、前記圧電素子は一般に温度が低くなるに従い静電容量が低下し、これにともない受容し得る電荷量が減少し、伸び量が減少してしまう。このため、前記のように温度が低くなると、良好な燃料噴射制御が行うことができなくなる。
【０００５】そこで、このような問題に対処するものとして特開平１−１８７３４５号公報には、圧電素子の温度を温度センサで検出し、その検出された温度が低くなるに従い、圧電素子に印加する電圧を高くするようにした技術が開示されている。この技術によると、圧電素子に充電される電荷量を一定に保ち、一定の伸び量を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来技術では圧電素子の温度が上昇した場合には、静電容量が増加するために、電荷量一定のもとではその静電容量の増加に応じて印加電圧が低下する。そして、この印加電圧の低下により充電時間が長くなり、圧電素子が所定の伸張量に達するのに要する時間が長くなる。その結果、圧電素子の変位遅れが生じ、パイロット噴射の開始タイミング及び終了タイミングが遅れてしまい、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度が低下する。
【０００７】本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子温度が上昇して圧電素子変位の応答時間が長くなってもその変位遅れを補償することが可能であり、パイロット噴射を所定のタイミングで実行し、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度を向上できる燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置を提供することにある。
【０００８】
【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、本発明は図１に示すように、ディーゼルエンジンＭ１の回転に基づくプランジャＭ２の往復動により高圧室Ｍ３内へ燃料を吸入及び加圧し、その高圧室Ｍ３で加圧された高圧燃料を燃料噴射弁Ｍ４に供給する燃料噴射ポンプＭ５に設けられるものであって、充放電により伸縮動作して前記高圧室Ｍ３内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射弁Ｍ４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる燃料噴射制御用圧電素子Ｍ６と、前記ディーゼルエンジンＭ１の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段Ｍ７と、前記圧電素子Ｍ６の温度を検出する素子温度検出センサＭ８と、前記素子温度検出センサＭ８により検出された温度が上昇するに従い、前記基本タイミング算出手段Ｍ７による圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段Ｍ９とを備えている。
【０００９】
【作用】燃料噴射ポンプＭ５の作動時には、ディーゼルエンジンＭ１の回転に基づきプランジャＭ２が往復動し、その往復動により高圧室Ｍ３内へ燃料が吸入及び加圧される。そして、高圧室Ｍ３で加圧された高圧燃料は燃料噴射弁Ｍ４に供給される。この際、燃料噴射制御用圧電素子Ｍ６が充放電されて伸縮動作すると、前記高圧室Ｍ３内の燃料の圧力が調整され、前記燃料噴射弁Ｍ４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射が行われる。
【００１０】前記主噴射及びパイロット噴射の実行に際し基本タイミング算出手段Ｍ７は、前記ディーゼルエンジンＭ１の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでパイロット噴射を行うために、前記圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを算出する。このときの充放電タイミングは、前記圧電素子Ｍ６の温度に応じて補正される。すなわち、前記圧電素子Ｍ６の温度は素子温度検出センサＭ８によって検出され、この素子温度が上昇するに従い、タイミング補正手段Ｍ９は前記基本タイミング算出手段Ｍ７による圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを早める。
【００１１】従って、前記素子温度が上昇すると、圧電素子Ｍ６が所定の伸張量に達するまでに要する時間（圧電素子Ｍ６の応答時間）が増加するものの、その増加分は、前記のように充放電タイミングが早められることによって補償される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基いて詳細に説明する。図２は、本実施例の燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置が設けられた分配型燃料噴射ポンプ１と、その燃料噴射ポンプ１により燃料が供給される過給機付ディーゼルエンジン２の概略構成を示す図であり、図３は前記燃料噴射ポンプ１を拡大して示す図である。この燃料噴射ポンプ１は、ディーゼルエンジン２のクランク軸４４にベルト等を介して駆動連結されたドライブプーリ３を備えている。そして、ドライブプーリ３の回転によって燃料噴射ポンプ１が駆動され、ディーゼルエンジン２の気筒（この場合は４気筒）毎に設けられた燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル４に燃料が圧送されて燃料噴射を行う。
【００１３】ドライブプーリ３にはドライブシャフト５が連結され、そのドライブシャフト５には、べーン式ポンプよりなる燃料フィードポンプ（図では９０度展開されている）６と、円板状のパルサ７とが取付けられている。パルサ７の外周面には、ディーゼルエンジン２の気筒数と同数の欠歯（この場合４個）が等角度間隔で形成され、さらに隣接する欠歯間には１４個ずつ（合計で５６個）の突起が等角度間隔で形成されている。そして、前記ドライブシャフト５の基端部（図の右端部）は、図示しないカップリングを介してカムプレート８に接続されている。パルサ７とカムプレート８との間にはローラリング９が設けられ、そのローラリング９にはカムプレート８のカムフェイス８ａに対向する複数のカムローラ１０が取付けられている。そして、カムプレート８はスプリング１１によって常にカムローラ１０に付勢係合されている。
【００１４】カムプレート８には燃料加圧用プランジャ１２が一体回転可能に取付けられており、前記ドライブシャフト５の回転力がカップリングを介してカムプレート８に伝達されることにより、同カムプレート８及びプランジャ１２が回転しながら図中左右方向へ往復駆動される。プランジャ１２はポンプハウジング１３に形成されたシリンダ１４に嵌挿されており、これらのプランジャ１２の先端面（図の右端面）とシリンダ１４の内底面との間が高圧室１５となっている。プランジャ１２の先端側外周には、ディーゼルエンジン２の気筒数と同数の吸入溝１６及び分配ポート１７が形成されている。また、吸入溝１６及び分配ポート１７に対応して、ポンプハウジング１３には吸入通路１９及び分配通路１８が形成されている。
【００１５】そして、ドライブシャフト５の回転に基づき燃料フィードポンプ６が駆動されると、図示しない燃料タンクからの燃料が燃料供給ポート２０を介して燃料室２１内へ供給される。また、プランジャ１２が図中左方向へ移動（復動）して高圧室１５が減圧される吸入行程においては、吸入溝１６の一つが吸入通路１９と連通して、燃料室２１から高圧室１５へ燃料が導入される。一方、プランジャ１２が図中右方向へ移動（往動）して高圧室１５が加圧される圧縮行程においては、分配通路１８から各気筒毎の燃料噴射ノズル４へ燃料が圧送されて噴射される。
【００１６】前記ポンプハウジング１３には、高圧室１５と燃料室２１とを連通させる燃料溢流用のスピル通路２２が形成されている。スピル通路２２の途中にはピエゾスピル弁２３が設けられている。このピエゾスピル弁２３は、前記高圧室１５内の燃料の圧力を調整することにより、前記燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせるためのものである。
【００１７】ピエゾスピル弁２３は上下動可能なバルブ２４を備えており、このバルブ２４は、弁座２５に接触することにより同スピル通路２２を閉塞（閉弁）し、同弁座２５から離間することによりスピル通路２２を開放（開弁）する。前記バルブ２４を駆動してスピル通路２２を開閉させるために、バルブ２４の下側にはスプリング２６の付勢力が作用し、同バルブ２４の上側には燃料による圧力が作用するようになっている。すなわち、バルブ２４の直下にはスプリング２６が圧縮状態で配設されており、スピル通路２２が開放されるようにスプリング２６がバルブ２４を常に上方へ付勢している。
【００１８】また、バルブ２４の上方には変圧室２７が形成されており、この変圧室２７内の燃料が小径の連通孔２８を介し前記バルブ２４を下方へ押圧している。前記変圧室２７の容積を変えて、バルブ２４上面に作用する燃料の押圧力を調整するために、その変圧室２７の上側には、圧電素子としてのピエゾ素子３０とピストン２９とが配設され、同変圧室２７の下側にスプリング３１が配置されている。スプリング３１はピストン２９を常に上方へ付勢している。また、ピエゾ素子３０は、ＰＺＴ等からなる板状部材を複数枚積層した構造をなし、電圧が印加されて電荷が供給（充電）されると伸張してスプリング３１の付勢力に抗しピストン２９を下動させ、電荷が放出（放電）されると収縮してスプリング３１の付勢力によるピストン２９の上動を許容する。
【００１９】さらに、前記変圧室２７内の燃料がリークにより減少した場合においてもバルブ２４の挙動を安定化させるために、変圧室２７と高圧室１５とがリセット通路３２によって連通可能となっている。このリセット通路３２の開閉は、プランジャ１２の回転運動と往復運動とが所定のタイミングとなったときに行われる。このリセット通路３２の開閉により、ピエゾ素子３０が伸張する前に変圧室２７に燃料が補充され、変圧室２７内の初期圧力が一定にリセットされる。
【００２０】ここで、前記ピエゾスピル弁２３による燃料の噴射制御を図５〜図９に従って簡単に説明する。まず、図５はプランジャ１２が同図の左方へ移動（復動）する燃料吸入行程を示しており、この状態ではプランジャ１２の吸入溝１６が吸入通路１９と連通するとともに、分配ポート１７が分配通路１８から遮断されている。そして、ピエゾ素子３０が収縮しバルブ２４がスピル通路２２を開放している。このため、燃料は吸入通路１９から高圧室１５内へ吸入され、さらにはリセット通路３２を通って変圧室２７に導かれる。
【００２１】前記状態から、図６に示すようにプランジャ１２が回転を伴って同図の右方へ移動（往動）すると、吸入通路１９及びリセット通路３２がともに遮断され、高圧室１５内の燃料が加圧され始める。このときには、ピエゾ素子３０はまだ収縮されたままであり、スピル通路２２は開かれている。
【００２２】図７に示すように、ピエゾ素子３０に所定の電圧が印加されると、圧電効果によりピエゾ素子３０が伸張する。これにより変圧室２７内の燃料が加圧され、その燃料の押圧力がスプリング２６の付勢力に打ち勝ってバルブ２４を下動させ、スピル通路２２を閉塞する。このとき、プランジャ１２の往動で高圧室１５が加圧されても、バルブ２４の受圧面積差と変圧室２７の圧力が高くなっていることで、バルブ２４は閉弁し続ける。そして、図８に示すようにプランジャ１２の分配ポート１７が分配通路１８と連通すると、燃料噴射ノズル４から燃料が噴射される（燃料噴射開始）。
【００２３】所定の噴射量を得た時に、図９で示すようにピエゾ素子３０の電荷が解除（ショート）されると、ピエゾ素子３０は収縮し変圧室２７の圧力が低下する。すると、スプリング２６の付勢力によってバルブ２４が上動し、スピル通路２２が開放される。これにより、高圧室１５内の高圧の燃料が燃料室２１へ溢流され、噴射が終了する（燃料噴射終了）。
【００２４】従って、ピエゾスピル弁２３のピエゾ素子３０に電圧を印加するタイミング、ピエゾ素子３０の電荷を放出させるタイミングを調節することにより、パイロット噴射の開始時期及び終了時期、主噴射の開始時期及び終了時期を制御することが可能である。
【００２５】図２に示すように、前記ポンプハウジング１３の下側には、燃料噴射時期制御用のタイマ装置（図では９０度展開されている）３４が設けられている。タイマ装置３４は、ドライブシャフト５の回転方向に対するローラリング９の位置を制御することにより、カムフェイス８ａがカムローラ１０に係合する時期、すなわちカムプレート８及びプランジャ１２の往復動タイミングを制御するものである。
【００２６】このタイマ装置３４は油圧によって作動されるものであり、タイマハウジング３５と、同タイマハウジング３５内に嵌装されたタイマピストン３６と、同じくタイマハウジング３５内一側の低圧室３７にてタイマピストン３６を他側の加圧室３８へ押圧付勢するタイマスプリング３９等とから構成されている。そして、タイマピストン３６はスライドピン４０を介して前記ローラリング９に接続されている。
【００２７】タイマハウジング３５の加圧室３８には、燃料フィードポンプ６により加圧された燃料が導入されるようになっている。そして、その燃料圧力とタイマスプリング３９の付勢力との釣り合い関係によってタイマピストン３６の位置が決定される。また、タイマピストン３６の位置が決定されることによりローラリング９の位置が決定され、カムプレート８を介してプランジャ１２の往復動タイミングが決定される。
【００２８】タイマ装置３４の燃料圧力を制御するために、加圧室３８と低圧室３７とを繋ぐ連通路４２にはタイミングコントロールバルブ４１が設けられている。タイミングコントロールバルブ４１はデューティ制御された通電信号によって開閉制御される電磁弁であり、同タイミングコントロールバルブ４１の開閉制御によって加圧室３８内の燃料圧力が調整される。そして、その燃料圧力調整によってプランジャ１２のリフトタイミングが制御され、各燃料噴射ノズル４からの燃料噴射時期が調整される。
【００２９】なお、前記ローラリング９の上部には、電磁ピックアップコイルよりなる回転数センサ４３が前記パルサ７の外周面に対向して取付けられている。この回転数センサ４３はパルサ７の突起等が横切る際に、それらの通過を検出してエンジン回転数ＮＥに相当するタイミング信号（エンジン回転パルス）を出力する。また、この回転数センサ４３は前記ローラリング９と一体であるため、タイマ装置３４の制御動作に関わりなく、プランジャリフトに対して一定のタイミングで基準となるタイミング信号を出力する。
【００３０】次に、ディーゼルエンジン２について説明する。図２に示すように、このディーゼルエンジン２ではシリンダ４５、ピストン４６及びシリンダヘッド４７によって各気筒毎に対応する主燃焼室４８が形成されている。また、シリンダヘッド４７には、同じく各気筒毎に対応して副燃焼室４９が設けられており、これらの副燃焼室４９は前記主燃焼室４８に連通している。そして、各副燃焼室４９に各燃料噴射ノズル４から噴射される燃料が供給される。なお、各副燃焼室４９には、始動補助装置としての周知のグロープラグ５０がそれぞれ取付けられている。
【００３１】ディーゼルエンジン２の吸気管５２にはターボチャージャ５３のコンプレッサ５４が配設され、排気管５５にはターボチャージャ５３のタービン５６が配設されている。また、排気管５５には過給圧を調節するウェイストゲートバルブ５７が取付けられている。さらに、ディーゼルエンジン２には、排気管５５内の排気の一部を吸気管５２の吸入ポート５８へ還流させるための還流管５９が設けられている。還流管５９の途中には排気の還流量を調節するＥＧＲバルブ６０が設けられ、このＥＧＲバルブ６０はバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）６１の制御によって開閉制御される。さらに、吸気管５２の途中には、アクセルペダル６２の踏込量に連動して開閉されるスロットルバルブ６３が設けられている。また、そのスロットルバルブ６３に平行してバイパス路６４が形成され、その途中には、各種運転状態に応じアクチュエータ６８によって開閉制御されるバイパス絞り弁６５が設けられている。アクチュエータ６８は、二つのＶＳＶ６６，６７の制御によって駆動される。
【００３２】そして、上記ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及び各ＶＳＶ６１，６６，６７は、電子制御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）７１にそれぞれ電気的に接続され、同ＥＣＵ７１によってそれらの駆動タイミングが制御される。
【００３３】前記ディーゼルエンジン２の運転状態を検出するセンサとしては、前記回転数センサ４３に加えて以下のセンサが設けられている。すなわち、エアクリーナ６９を介して吸気管５２に吸い込まれる空気の吸気温度を検出する吸気温センサ７２、スロットルバルブ６３の開閉位置からディーゼルエンジン２の負荷に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７３、吸入ポート５８内の吸入圧力を検出する吸気圧センサ７４、ディーゼルエンジン２の冷却水温を検出する水温センサ７５、ディーゼルエンジン２のクランク軸４４の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に対するクランク軸４４の回転位置を検出するクランク角センサ７６が設けられている。
【００３４】さらに、前記ピエゾスピル弁２３には、素子温度検出手段としての熱電対７７が装着され、この熱電対７７は前記ピエゾ素子３０の表面に当接して、そのピエゾ素子３０の温度（素子温度Ｔ）を検出する。
【００３５】前記ＥＣＵ７１には、上述した各センサ４３，７２〜７７がそれぞれ接続されている。そして、ＥＣＵ７１は各センサ４３，７２〜７７から出力される信号に基づいて、ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制御する。
【００３６】次に、前述したＥＣＵ７１の構成について、図４のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は中央処理装置（ＣＰＵ）８１、所定の制御プログラム及びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデータを保存するバックアップＲＡＭ８４等と、これら各部と入力ポート８５及び出力ポート８６等とをバス８７によって接続した論理演算回路として構成されている。
【００３７】ＣＰＵ８１は、ディーゼルエンジン２の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段と、前記熱電対７７により検出された温度が上昇するに従い、ピエゾ素子３０の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段とを構成している。
【００３８】入力ポート８５には、前記吸気温センサ７２、アクセル開度センサ７３、吸気圧センサ７４、水温センサ７５及び熱電対７７がバッファ８８，８９，９０，９１，９２、マルチプレクサ９３及びＡ／Ｄ変換器９４を介して接続されている。同じく、入力ポート８５には、前記回転数センサ４３及びクランク角センサ７６が波形整形回路９５を介して接続されている。そして、ＣＰＵ８１は入力ポート８５を介して入力される各センサ４３，７２〜７７等の検出信号を入力値として読み込む。また、出力ポート８６には各駆動回路９６，９７，９８，９９，１００，１０１を介してピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等が接続されている。
【００３９】そして、ＣＰＵ８１は各センサ４３，７２〜７７から読み込んだ入力値に基づき、ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制御する。
【００４０】次に、前記のように構成された本実施例の作用及び効果について説明する。図１０のフローチャートは、ＣＰＵ８１によって実行される各処理のうち、ピエゾ素子３０の充放電タイミングを補正するために実行されるルーチンを示しており、所定時間毎の定時割り込みで実行される。
【００４１】このルーチンへの移行に先立ち、ＣＰＵ８１はピエゾスピル弁２３を駆動制御して高圧室１５内の燃料の圧力を調整し、燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせている。すなわち、ＣＰＵ８１はそのときのディーゼルエンジン２の運転状態に基づき、基準となるクランク角θ0 からパイロット噴射開始タイミングに相当するパイロット噴射開始指令角θ1 、パイロット噴射終了タイミングに相当するパイロット噴射終了指令角θ2 、主噴射開始タイミングに相当する主噴射開始指令角θ3 、及び主噴射終了タイミングに相当する主噴射終了指令角θ4 を算出する。そして、ＣＰＵ８１はこれらの指令角θ1 〜θ4 に基づき、駆動回路９６を介してピエゾ素子３０を充電又は放電させる。これにより、ピエゾスピル弁２３が駆動され、パイロット噴射及び主噴射が実行される。
【００４２】このような燃料噴射制御中に処理が図１０のルーチンへ移行すると、ＣＰＵ８１はまずステップ１０１で、熱電対７７によるそのときのピエゾ素子３０の素子温度Ｔを読み込む。続いて、ＣＰＵ８１はステップ１０２で前記素子温度Ｔに対応する変位遅れΔｔを算出する。この変位遅れΔｔの算出は、ＲＯＭ８２に予め記憶されているマップを用いて行われる。このマップには、図１１に示すように素子温度Ｔに対する変位遅れ（時間）Δｔが規定されている。本実施例では、素子温度Ｔが低いときにはピエゾ素子３０が短時間で所定の伸張量に達し、同素子温度Ｔが上昇するに従い、ピエゾ素子３０が所定伸張量となるのに要する時間が長くなることから、素子温度Ｔが低いときには変位遅れΔｔが小さく、同素子温度Ｔの上昇にともない変位遅れΔｔが増加するようなマップが規定されている。
【００４３】次に、ＣＰＵ８１はステップ１０３へ移行し、回転数センサ４３によるそのときのエンジン回転数ＮＥを読み込み、ステップ１０４で図１２のマップを用い前記変位遅れΔｔを角度に変換する。すなわち、パイロット噴射及び主噴射の開始・終了タイミングを算出するために、前記のように時間で定められた変位遅れΔｔを角度変換する。このマップには、エンジン回転数ＮＥ毎に、変位遅れΔｔに相当する角度Δθが予め規定されている。つまり、このマップでは同一変位遅れΔｔであってもエンジン回転数ＮＥに応じて角度Δθが異なっており、より詳しくはエンジン回転数ＮＥの上昇に応じて角度Δθが大きくなるように規定されている。そして、ＣＰＵ８１は図１２のマップを用い角度変換を行うとステップ１０５へ移行する。
【００４４】ステップ１０５においてＣＰＵ８１は、図１３１３に示すように、そのときのパイロット噴射開始指令角θ1a、パイロット噴射終了指令角θ2a、主噴射開始指令角θ3a及び主噴射終了指令角θ4aからそれぞれ前記角度Δθを減算して、各指令角θ1a〜θ4aを補正する。ＣＰＵ８１はこのにようにして求めた補正後のパイロット噴射開始指令角θ1b、パイロット噴射終了指令角θ2b、主噴射開始指令角θ3b及び主噴射終了指令角θ4bに基づきそれらの指令角θ1b〜θ4bに相当するタイミングで、駆動回路９６を介してピエゾ素子３０を充電又は放電させる。これにより、ピエゾスピル弁２３が駆動され、パイロット噴射及び主噴射が実行される。
【００４５】このように、本実施例ではピエゾスピル弁２３に熱電対７７を装着し、その熱電対７７によって検出されたピエゾ素子３０の素子温度Ｔに応じた変位遅れΔｔをマップから求め（ステップ１０２）、その変位遅れΔｔを角度Δθに変換し（テップ１０４）、その値をパイロット噴射及び主噴射を行うための指令角θ1a〜θ4aから減算するようにした（ステップ１０５）ので、この減算により変位遅れの影響を相殺することができる。
【００４６】そのため、素子温度の低下に従って圧電素子への印加電圧を高くすることにより充電電荷を一定に保ち、一定の伸び量を得るようにした従来技術とは異なり、素子温度Ｔが上昇した場合には、ピエゾ素子３０が所定の伸張量に達するまでに要する時間（圧電素子の応答時間）が増加するものの、本実施例ではその増加分を前記のように充放電タイミングを早めることによって補償できる。これにより、素子温度Ｔに左右されることなく安定したタイミングでパイロット噴射を行うことができ、排気エミッション上有利である。
【００４７】また、本実施例では変位遅れΔｔを角度に変換する際に、同一変位遅れΔｔであってもエンジン回転数ＮＥの上昇にともない角度Δθが大きくなるようなマップを用いたので、エンジン回転数ＮＥの変動による角度Δθの変動も補償でき、従って、単に変位遅れΔｔから角度変換した場合に比べ、燃料噴射時期等の制御の精度をさらに向上できる。
【００４８】なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。前記実施例では、ピエゾ素子３０に熱電対７７を接触させて、そのピエゾ素子３０の素子温度Ｔを直接検出するようにしたが、このピエゾ素子３０の近傍の燃料、例えば高圧室１５内の燃料や変圧室２７内の燃料の温度を検出して、これをピエゾ素子３０の素子温度として代表させてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、素子温度検出センサにより圧電素子の温度を検出し、その検出された温度が上昇するに従い、基本タイミング算出手段による圧電素子の充放電タイミングを早めるようにしたので、素子温度が上昇して圧電素子変位の応答時間が長くなってもその変位遅れを補償することができ、パイロット噴射を所定のタイミングで実行し、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度を向上することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念構成図である。
【図２】本発明を具体化した一実施例における燃料噴射ポンプ及びディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。
【図３】図２における燃料噴射ポンプを拡大して示す図である。
【図４】一実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】一実施例において、プランジャが復動して高圧室内に燃料が吸入される状態を示す部分断面図である。
【図６】一実施例において、図５の状態からプランジャが往動して高圧室内の燃料が加圧される状態を示す部分断面図である。
【図７】一実施例において、図６の状態からピエゾ素子が伸張してスピル通路が閉塞された状態を示す部分断面図である。
【図８】一実施例において、燃料が噴射される状態を示す部分断面図である。
【図９】一実施例において、図８の状態からピエゾ素子が収縮して燃料噴射が終了する状態を示す部分断面図である。
【図１０】一実施例において、噴射指令角補正処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】一実施例において、素子温度に対する変位遅れが定められたマップを示す図である。
【図１２】一実施例において変位遅れを角度に変換するために、その変位遅れとエンジン回転数とに対する角度が定められたマップを示す図である。
【図１３】一実施例においてピエゾスピル弁に出力される制御信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…燃料噴射ポンプ、２…ディーゼルエンジン、４…燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル、１２…プランジャ、１５…高圧室、３０…圧電素子としてのピエゾ素子、７７…素子温度検出センサとしての熱電対、８１…基本タイミング算出手段及びタイミング補正手段を構成するＣＰＵ、θ0 …基準となるクランク角
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高圧燃料を燃料噴射弁に供給するための燃料噴射ポンプに設けられる燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧縮着火を行うディーゼルエンジンの低速運転時や低負荷運転時においては、燃焼室に噴射された燃料が着火遅れにより爆発的に燃焼して、燃焼騒音や排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX ）が増大することがある。これに対しては、燃料の主噴射に先立ってパイロット噴射を行うことが有効とされている。このパイロット噴射は、その時々の噴射期間に噴射される全燃料噴射量のうちの一部を主噴射に先立って予備的に噴射させ、そのパイロット噴射による燃料を着火させて燃焼室内の温度を充分に高め、その後に続く主噴射の燃料着火を効果的に行わせるものである。
【０００３】前記パイロット噴射を行うために、燃料噴射ポンプ内の高圧室と燃料室とがスピル通路にて連通され、そのスピル通路の途中にスピル弁が配設される。そして、プランジャの圧縮行程中にそのスピル弁が開閉制御されることにより、前記スピル通路を通って低圧側へ溢流する燃料量が調整されて、パイロット噴射とそれに続く主噴射が実行される。このスピル弁としては、近年圧電素子を用いたものが採用されている。すなわち、圧電素子は電荷が供給（充電）されると伸張し、電荷が放出（放電）されると収縮する性質を有するものであり、前記スピル弁ではこの圧電素子の伸縮動作により弁体を駆動してスピル通路を開閉するようにしている。
【０００４】ところが、前記圧電素子は一般に温度が低くなるに従い静電容量が低下し、これにともない受容し得る電荷量が減少し、伸び量が減少してしまう。このため、前記のように温度が低くなると、良好な燃料噴射制御が行うことができなくなる。
【０００５】そこで、このような問題に対処するものとして特開平１−１８７３４５号公報には、圧電素子の温度を温度センサで検出し、その検出された温度が低くなるに従い、圧電素子に印加する電圧を高くするようにした技術が開示されている。この技術によると、圧電素子に充電される電荷量を一定に保ち、一定の伸び量を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来技術では圧電素子の温度が上昇した場合には、静電容量が増加するために、電荷量一定のもとではその静電容量の増加に応じて印加電圧が低下する。そして、この印加電圧の低下により充電時間が長くなり、圧電素子が所定の伸張量に達するのに要する時間が長くなる。その結果、圧電素子の変位遅れが生じ、パイロット噴射の開始タイミング及び終了タイミングが遅れてしまい、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度が低下する。
【０００７】本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子温度が上昇して圧電素子変位の応答時間が長くなってもその変位遅れを補償することが可能であり、パイロット噴射を所定のタイミングで実行し、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度を向上できる燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置を提供することにある。
【０００８】
【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、本発明は図１に示すように、ディーゼルエンジンＭ１の回転に基づくプランジャＭ２の往復動により高圧室Ｍ３内へ燃料を吸入及び加圧し、その高圧室Ｍ３で加圧された高圧燃料を燃料噴射弁Ｍ４に供給する燃料噴射ポンプＭ５に設けられるものであって、充放電により伸縮動作して前記高圧室Ｍ３内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射弁Ｍ４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる燃料噴射制御用圧電素子Ｍ６と、前記ディーゼルエンジンＭ１の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段Ｍ７と、前記圧電素子Ｍ６の温度を検出する素子温度検出センサＭ８と、前記素子温度検出センサＭ８により検出された温度が上昇するに従い、前記基本タイミング算出手段Ｍ７による圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段Ｍ９とを備えている。
【０００９】
【作用】燃料噴射ポンプＭ５の作動時には、ディーゼルエンジンＭ１の回転に基づきプランジャＭ２が往復動し、その往復動により高圧室Ｍ３内へ燃料が吸入及び加圧される。そして、高圧室Ｍ３で加圧された高圧燃料は燃料噴射弁Ｍ４に供給される。この際、燃料噴射制御用圧電素子Ｍ６が充放電されて伸縮動作すると、前記高圧室Ｍ３内の燃料の圧力が調整され、前記燃料噴射弁Ｍ４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射が行われる。
【００１０】前記主噴射及びパイロット噴射の実行に際し基本タイミング算出手段Ｍ７は、前記ディーゼルエンジンＭ１の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでパイロット噴射を行うために、前記圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを算出する。このときの充放電タイミングは、前記圧電素子Ｍ６の温度に応じて補正される。すなわち、前記圧電素子Ｍ６の温度は素子温度検出センサＭ８によって検出され、この素子温度が上昇するに従い、タイミング補正手段Ｍ９は前記基本タイミング算出手段Ｍ７による圧電素子Ｍ６の充放電タイミングを早める。
【００１１】従って、前記素子温度が上昇すると、圧電素子Ｍ６が所定の伸張量に達するまでに要する時間（圧電素子Ｍ６の応答時間）が増加するものの、その増加分は、前記のように充放電タイミングが早められることによって補償される。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に基いて詳細に説明する。図２は、本実施例の燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置が設けられた分配型燃料噴射ポンプ１と、その燃料噴射ポンプ１により燃料が供給される過給機付ディーゼルエンジン２の概略構成を示す図であり、図３は前記燃料噴射ポンプ１を拡大して示す図である。この燃料噴射ポンプ１は、ディーゼルエンジン２のクランク軸４４にベルト等を介して駆動連結されたドライブプーリ３を備えている。そして、ドライブプーリ３の回転によって燃料噴射ポンプ１が駆動され、ディーゼルエンジン２の気筒（この場合は４気筒）毎に設けられた燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル４に燃料が圧送されて燃料噴射を行う。
【００１３】ドライブプーリ３にはドライブシャフト５が連結され、そのドライブシャフト５には、べーン式ポンプよりなる燃料フィードポンプ（図では９０度展開されている）６と、円板状のパルサ７とが取付けられている。パルサ７の外周面には、ディーゼルエンジン２の気筒数と同数の欠歯（この場合４個）が等角度間隔で形成され、さらに隣接する欠歯間には１４個ずつ（合計で５６個）の突起が等角度間隔で形成されている。そして、前記ドライブシャフト５の基端部（図の右端部）は、図示しないカップリングを介してカムプレート８に接続されている。パルサ７とカムプレート８との間にはローラリング９が設けられ、そのローラリング９にはカムプレート８のカムフェイス８ａに対向する複数のカムローラ１０が取付けられている。そして、カムプレート８はスプリング１１によって常にカムローラ１０に付勢係合されている。
【００１４】カムプレート８には燃料加圧用プランジャ１２が一体回転可能に取付けられており、前記ドライブシャフト５の回転力がカップリングを介してカムプレート８に伝達されることにより、同カムプレート８及びプランジャ１２が回転しながら図中左右方向へ往復駆動される。プランジャ１２はポンプハウジング１３に形成されたシリンダ１４に嵌挿されており、これらのプランジャ１２の先端面（図の右端面）とシリンダ１４の内底面との間が高圧室１５となっている。プランジャ１２の先端側外周には、ディーゼルエンジン２の気筒数と同数の吸入溝１６及び分配ポート１７が形成されている。また、吸入溝１６及び分配ポート１７に対応して、ポンプハウジング１３には吸入通路１９及び分配通路１８が形成されている。
【００１５】そして、ドライブシャフト５の回転に基づき燃料フィードポンプ６が駆動されると、図示しない燃料タンクからの燃料が燃料供給ポート２０を介して燃料室２１内へ供給される。また、プランジャ１２が図中左方向へ移動（復動）して高圧室１５が減圧される吸入行程においては、吸入溝１６の一つが吸入通路１９と連通して、燃料室２１から高圧室１５へ燃料が導入される。一方、プランジャ１２が図中右方向へ移動（往動）して高圧室１５が加圧される圧縮行程においては、分配通路１８から各気筒毎の燃料噴射ノズル４へ燃料が圧送されて噴射される。
【００１６】前記ポンプハウジング１３には、高圧室１５と燃料室２１とを連通させる燃料溢流用のスピル通路２２が形成されている。スピル通路２２の途中にはピエゾスピル弁２３が設けられている。このピエゾスピル弁２３は、前記高圧室１５内の燃料の圧力を調整することにより、前記燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせるためのものである。
【００１７】ピエゾスピル弁２３は上下動可能なバルブ２４を備えており、このバルブ２４は、弁座２５に接触することにより同スピル通路２２を閉塞（閉弁）し、同弁座２５から離間することによりスピル通路２２を開放（開弁）する。前記バルブ２４を駆動してスピル通路２２を開閉させるために、バルブ２４の下側にはスプリング２６の付勢力が作用し、同バルブ２４の上側には燃料による圧力が作用するようになっている。すなわち、バルブ２４の直下にはスプリング２６が圧縮状態で配設されており、スピル通路２２が開放されるようにスプリング２６がバルブ２４を常に上方へ付勢している。
【００１８】また、バルブ２４の上方には変圧室２７が形成されており、この変圧室２７内の燃料が小径の連通孔２８を介し前記バルブ２４を下方へ押圧している。前記変圧室２７の容積を変えて、バルブ２４上面に作用する燃料の押圧力を調整するために、その変圧室２７の上側には、圧電素子としてのピエゾ素子３０とピストン２９とが配設され、同変圧室２７の下側にスプリング３１が配置されている。スプリング３１はピストン２９を常に上方へ付勢している。また、ピエゾ素子３０は、ＰＺＴ等からなる板状部材を複数枚積層した構造をなし、電圧が印加されて電荷が供給（充電）されると伸張してスプリング３１の付勢力に抗しピストン２９を下動させ、電荷が放出（放電）されると収縮してスプリング３１の付勢力によるピストン２９の上動を許容する。
【００１９】さらに、前記変圧室２７内の燃料がリークにより減少した場合においてもバルブ２４の挙動を安定化させるために、変圧室２７と高圧室１５とがリセット通路３２によって連通可能となっている。このリセット通路３２の開閉は、プランジャ１２の回転運動と往復運動とが所定のタイミングとなったときに行われる。このリセット通路３２の開閉により、ピエゾ素子３０が伸張する前に変圧室２７に燃料が補充され、変圧室２７内の初期圧力が一定にリセットされる。
【００２０】ここで、前記ピエゾスピル弁２３による燃料の噴射制御を図５〜図９に従って簡単に説明する。まず、図５はプランジャ１２が同図の左方へ移動（復動）する燃料吸入行程を示しており、この状態ではプランジャ１２の吸入溝１６が吸入通路１９と連通するとともに、分配ポート１７が分配通路１８から遮断されている。そして、ピエゾ素子３０が収縮しバルブ２４がスピル通路２２を開放している。このため、燃料は吸入通路１９から高圧室１５内へ吸入され、さらにはリセット通路３２を通って変圧室２７に導かれる。
【００２１】前記状態から、図６に示すようにプランジャ１２が回転を伴って同図の右方へ移動（往動）すると、吸入通路１９及びリセット通路３２がともに遮断され、高圧室１５内の燃料が加圧され始める。このときには、ピエゾ素子３０はまだ収縮されたままであり、スピル通路２２は開かれている。
【００２２】図７に示すように、ピエゾ素子３０に所定の電圧が印加されると、圧電効果によりピエゾ素子３０が伸張する。これにより変圧室２７内の燃料が加圧され、その燃料の押圧力がスプリング２６の付勢力に打ち勝ってバルブ２４を下動させ、スピル通路２２を閉塞する。このとき、プランジャ１２の往動で高圧室１５が加圧されても、バルブ２４の受圧面積差と変圧室２７の圧力が高くなっていることで、バルブ２４は閉弁し続ける。そして、図８に示すようにプランジャ１２の分配ポート１７が分配通路１８と連通すると、燃料噴射ノズル４から燃料が噴射される（燃料噴射開始）。
【００２３】所定の噴射量を得た時に、図９で示すようにピエゾ素子３０の電荷が解除（ショート）されると、ピエゾ素子３０は収縮し変圧室２７の圧力が低下する。すると、スプリング２６の付勢力によってバルブ２４が上動し、スピル通路２２が開放される。これにより、高圧室１５内の高圧の燃料が燃料室２１へ溢流され、噴射が終了する（燃料噴射終了）。
【００２４】従って、ピエゾスピル弁２３のピエゾ素子３０に電圧を印加するタイミング、ピエゾ素子３０の電荷を放出させるタイミングを調節することにより、パイロット噴射の開始時期及び終了時期、主噴射の開始時期及び終了時期を制御することが可能である。
【００２５】図２に示すように、前記ポンプハウジング１３の下側には、燃料噴射時期制御用のタイマ装置（図では９０度展開されている）３４が設けられている。タイマ装置３４は、ドライブシャフト５の回転方向に対するローラリング９の位置を制御することにより、カムフェイス８ａがカムローラ１０に係合する時期、すなわちカムプレート８及びプランジャ１２の往復動タイミングを制御するものである。
【００２６】このタイマ装置３４は油圧によって作動されるものであり、タイマハウジング３５と、同タイマハウジング３５内に嵌装されたタイマピストン３６と、同じくタイマハウジング３５内一側の低圧室３７にてタイマピストン３６を他側の加圧室３８へ押圧付勢するタイマスプリング３９等とから構成されている。そして、タイマピストン３６はスライドピン４０を介して前記ローラリング９に接続されている。
【００２７】タイマハウジング３５の加圧室３８には、燃料フィードポンプ６により加圧された燃料が導入されるようになっている。そして、その燃料圧力とタイマスプリング３９の付勢力との釣り合い関係によってタイマピストン３６の位置が決定される。また、タイマピストン３６の位置が決定されることによりローラリング９の位置が決定され、カムプレート８を介してプランジャ１２の往復動タイミングが決定される。
【００２８】タイマ装置３４の燃料圧力を制御するために、加圧室３８と低圧室３７とを繋ぐ連通路４２にはタイミングコントロールバルブ４１が設けられている。タイミングコントロールバルブ４１はデューティ制御された通電信号によって開閉制御される電磁弁であり、同タイミングコントロールバルブ４１の開閉制御によって加圧室３８内の燃料圧力が調整される。そして、その燃料圧力調整によってプランジャ１２のリフトタイミングが制御され、各燃料噴射ノズル４からの燃料噴射時期が調整される。
【００２９】なお、前記ローラリング９の上部には、電磁ピックアップコイルよりなる回転数センサ４３が前記パルサ７の外周面に対向して取付けられている。この回転数センサ４３はパルサ７の突起等が横切る際に、それらの通過を検出してエンジン回転数ＮＥに相当するタイミング信号（エンジン回転パルス）を出力する。また、この回転数センサ４３は前記ローラリング９と一体であるため、タイマ装置３４の制御動作に関わりなく、プランジャリフトに対して一定のタイミングで基準となるタイミング信号を出力する。
【００３０】次に、ディーゼルエンジン２について説明する。図２に示すように、このディーゼルエンジン２ではシリンダ４５、ピストン４６及びシリンダヘッド４７によって各気筒毎に対応する主燃焼室４８が形成されている。また、シリンダヘッド４７には、同じく各気筒毎に対応して副燃焼室４９が設けられており、これらの副燃焼室４９は前記主燃焼室４８に連通している。そして、各副燃焼室４９に各燃料噴射ノズル４から噴射される燃料が供給される。なお、各副燃焼室４９には、始動補助装置としての周知のグロープラグ５０がそれぞれ取付けられている。
【００３１】ディーゼルエンジン２の吸気管５２にはターボチャージャ５３のコンプレッサ５４が配設され、排気管５５にはターボチャージャ５３のタービン５６が配設されている。また、排気管５５には過給圧を調節するウェイストゲートバルブ５７が取付けられている。さらに、ディーゼルエンジン２には、排気管５５内の排気の一部を吸気管５２の吸入ポート５８へ還流させるための還流管５９が設けられている。還流管５９の途中には排気の還流量を調節するＥＧＲバルブ６０が設けられ、このＥＧＲバルブ６０はバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）６１の制御によって開閉制御される。さらに、吸気管５２の途中には、アクセルペダル６２の踏込量に連動して開閉されるスロットルバルブ６３が設けられている。また、そのスロットルバルブ６３に平行してバイパス路６４が形成され、その途中には、各種運転状態に応じアクチュエータ６８によって開閉制御されるバイパス絞り弁６５が設けられている。アクチュエータ６８は、二つのＶＳＶ６６，６７の制御によって駆動される。
【００３２】そして、上記ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及び各ＶＳＶ６１，６６，６７は、電子制御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）７１にそれぞれ電気的に接続され、同ＥＣＵ７１によってそれらの駆動タイミングが制御される。
【００３３】前記ディーゼルエンジン２の運転状態を検出するセンサとしては、前記回転数センサ４３に加えて以下のセンサが設けられている。すなわち、エアクリーナ６９を介して吸気管５２に吸い込まれる空気の吸気温度を検出する吸気温センサ７２、スロットルバルブ６３の開閉位置からディーゼルエンジン２の負荷に相当するアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７３、吸入ポート５８内の吸入圧力を検出する吸気圧センサ７４、ディーゼルエンジン２の冷却水温を検出する水温センサ７５、ディーゼルエンジン２のクランク軸４４の回転基準位置、例えば特定気筒の上死点に対するクランク軸４４の回転位置を検出するクランク角センサ７６が設けられている。
【００３４】さらに、前記ピエゾスピル弁２３には、素子温度検出手段としての熱電対７７が装着され、この熱電対７７は前記ピエゾ素子３０の表面に当接して、そのピエゾ素子３０の温度（素子温度Ｔ）を検出する。
【００３５】前記ＥＣＵ７１には、上述した各センサ４３，７２〜７７がそれぞれ接続されている。そして、ＥＣＵ７１は各センサ４３，７２〜７７から出力される信号に基づいて、ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制御する。
【００３６】次に、前述したＥＣＵ７１の構成について、図４のブロック図に従って説明する。ＥＣＵ７１は中央処理装置（ＣＰＵ）８１、所定の制御プログラム及びマップ等を予め記憶した読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ＣＰＵ８１の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３、予め記憶されたデータを保存するバックアップＲＡＭ８４等と、これら各部と入力ポート８５及び出力ポート８６等とをバス８７によって接続した論理演算回路として構成されている。
【００３７】ＣＰＵ８１は、ディーゼルエンジン２の所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記ピエゾ素子３０の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段と、前記熱電対７７により検出された温度が上昇するに従い、ピエゾ素子３０の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段とを構成している。
【００３８】入力ポート８５には、前記吸気温センサ７２、アクセル開度センサ７３、吸気圧センサ７４、水温センサ７５及び熱電対７７がバッファ８８，８９，９０，９１，９２、マルチプレクサ９３及びＡ／Ｄ変換器９４を介して接続されている。同じく、入力ポート８５には、前記回転数センサ４３及びクランク角センサ７６が波形整形回路９５を介して接続されている。そして、ＣＰＵ８１は入力ポート８５を介して入力される各センサ４３，７２〜７７等の検出信号を入力値として読み込む。また、出力ポート８６には各駆動回路９６，９７，９８，９９，１００，１０１を介してピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等が接続されている。
【００３９】そして、ＣＰＵ８１は各センサ４３，７２〜７７から読み込んだ入力値に基づき、ピエゾスピル弁２３、タイミングコントロールバルブ４１、グロープラグ５０及びＶＳＶ６１，６６，６７等を好適に制御する。
【００４０】次に、前記のように構成された本実施例の作用及び効果について説明する。図１０のフローチャートは、ＣＰＵ８１によって実行される各処理のうち、ピエゾ素子３０の充放電タイミングを補正するために実行されるルーチンを示しており、所定時間毎の定時割り込みで実行される。
【００４１】このルーチンへの移行に先立ち、ＣＰＵ８１はピエゾスピル弁２３を駆動制御して高圧室１５内の燃料の圧力を調整し、燃料噴射ノズル４にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせている。すなわち、ＣＰＵ８１はそのときのディーゼルエンジン２の運転状態に基づき、基準となるクランク角θ0 からパイロット噴射開始タイミングに相当するパイロット噴射開始指令角θ1 、パイロット噴射終了タイミングに相当するパイロット噴射終了指令角θ2 、主噴射開始タイミングに相当する主噴射開始指令角θ3 、及び主噴射終了タイミングに相当する主噴射終了指令角θ4 を算出する。そして、ＣＰＵ８１はこれらの指令角θ1 〜θ4 に基づき、駆動回路９６を介してピエゾ素子３０を充電又は放電させる。これにより、ピエゾスピル弁２３が駆動され、パイロット噴射及び主噴射が実行される。
【００４２】このような燃料噴射制御中に処理が図１０のルーチンへ移行すると、ＣＰＵ８１はまずステップ１０１で、熱電対７７によるそのときのピエゾ素子３０の素子温度Ｔを読み込む。続いて、ＣＰＵ８１はステップ１０２で前記素子温度Ｔに対応する変位遅れΔｔを算出する。この変位遅れΔｔの算出は、ＲＯＭ８２に予め記憶されているマップを用いて行われる。このマップには、図１１に示すように素子温度Ｔに対する変位遅れ（時間）Δｔが規定されている。本実施例では、素子温度Ｔが低いときにはピエゾ素子３０が短時間で所定の伸張量に達し、同素子温度Ｔが上昇するに従い、ピエゾ素子３０が所定伸張量となるのに要する時間が長くなることから、素子温度Ｔが低いときには変位遅れΔｔが小さく、同素子温度Ｔの上昇にともない変位遅れΔｔが増加するようなマップが規定されている。
【００４３】次に、ＣＰＵ８１はステップ１０３へ移行し、回転数センサ４３によるそのときのエンジン回転数ＮＥを読み込み、ステップ１０４で図１２のマップを用い前記変位遅れΔｔを角度に変換する。すなわち、パイロット噴射及び主噴射の開始・終了タイミングを算出するために、前記のように時間で定められた変位遅れΔｔを角度変換する。このマップには、エンジン回転数ＮＥ毎に、変位遅れΔｔに相当する角度Δθが予め規定されている。つまり、このマップでは同一変位遅れΔｔであってもエンジン回転数ＮＥに応じて角度Δθが異なっており、より詳しくはエンジン回転数ＮＥの上昇に応じて角度Δθが大きくなるように規定されている。そして、ＣＰＵ８１は図１２のマップを用い角度変換を行うとステップ１０５へ移行する。
【００４４】ステップ１０５においてＣＰＵ８１は、図１３１３に示すように、そのときのパイロット噴射開始指令角θ1a、パイロット噴射終了指令角θ2a、主噴射開始指令角θ3a及び主噴射終了指令角θ4aからそれぞれ前記角度Δθを減算して、各指令角θ1a〜θ4aを補正する。ＣＰＵ８１はこのにようにして求めた補正後のパイロット噴射開始指令角θ1b、パイロット噴射終了指令角θ2b、主噴射開始指令角θ3b及び主噴射終了指令角θ4bに基づきそれらの指令角θ1b〜θ4bに相当するタイミングで、駆動回路９６を介してピエゾ素子３０を充電又は放電させる。これにより、ピエゾスピル弁２３が駆動され、パイロット噴射及び主噴射が実行される。
【００４５】このように、本実施例ではピエゾスピル弁２３に熱電対７７を装着し、その熱電対７７によって検出されたピエゾ素子３０の素子温度Ｔに応じた変位遅れΔｔをマップから求め（ステップ１０２）、その変位遅れΔｔを角度Δθに変換し（テップ１０４）、その値をパイロット噴射及び主噴射を行うための指令角θ1a〜θ4aから減算するようにした（ステップ１０５）ので、この減算により変位遅れの影響を相殺することができる。
【００４６】そのため、素子温度の低下に従って圧電素子への印加電圧を高くすることにより充電電荷を一定に保ち、一定の伸び量を得るようにした従来技術とは異なり、素子温度Ｔが上昇した場合には、ピエゾ素子３０が所定の伸張量に達するまでに要する時間（圧電素子の応答時間）が増加するものの、本実施例ではその増加分を前記のように充放電タイミングを早めることによって補償できる。これにより、素子温度Ｔに左右されることなく安定したタイミングでパイロット噴射を行うことができ、排気エミッション上有利である。
【００４７】また、本実施例では変位遅れΔｔを角度に変換する際に、同一変位遅れΔｔであってもエンジン回転数ＮＥの上昇にともない角度Δθが大きくなるようなマップを用いたので、エンジン回転数ＮＥの変動による角度Δθの変動も補償でき、従って、単に変位遅れΔｔから角度変換した場合に比べ、燃料噴射時期等の制御の精度をさらに向上できる。
【００４８】なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、例えば以下のように発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更してもよい。前記実施例では、ピエゾ素子３０に熱電対７７を接触させて、そのピエゾ素子３０の素子温度Ｔを直接検出するようにしたが、このピエゾ素子３０の近傍の燃料、例えば高圧室１５内の燃料や変圧室２７内の燃料の温度を検出して、これをピエゾ素子３０の素子温度として代表させてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、素子温度検出センサにより圧電素子の温度を検出し、その検出された温度が上昇するに従い、基本タイミング算出手段による圧電素子の充放電タイミングを早めるようにしたので、素子温度が上昇して圧電素子変位の応答時間が長くなってもその変位遅れを補償することができ、パイロット噴射を所定のタイミングで実行し、燃料噴射時期及び燃料噴射量の制御の精度を向上することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念構成図である。
【図２】本発明を具体化した一実施例における燃料噴射ポンプ及びディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。
【図３】図２における燃料噴射ポンプを拡大して示す図である。
【図４】一実施例におけるＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図５】一実施例において、プランジャが復動して高圧室内に燃料が吸入される状態を示す部分断面図である。
【図６】一実施例において、図５の状態からプランジャが往動して高圧室内の燃料が加圧される状態を示す部分断面図である。
【図７】一実施例において、図６の状態からピエゾ素子が伸張してスピル通路が閉塞された状態を示す部分断面図である。
【図８】一実施例において、燃料が噴射される状態を示す部分断面図である。
【図９】一実施例において、図８の状態からピエゾ素子が収縮して燃料噴射が終了する状態を示す部分断面図である。
【図１０】一実施例において、噴射指令角補正処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】一実施例において、素子温度に対する変位遅れが定められたマップを示す図である。
【図１２】一実施例において変位遅れを角度に変換するために、その変位遅れとエンジン回転数とに対する角度が定められたマップを示す図である。
【図１３】一実施例においてピエゾスピル弁に出力される制御信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…燃料噴射ポンプ、２…ディーゼルエンジン、４…燃料噴射弁としての燃料噴射ノズル、１２…プランジャ、１５…高圧室、３０…圧電素子としてのピエゾ素子、７７…素子温度検出センサとしての熱電対、８１…基本タイミング算出手段及びタイミング補正手段を構成するＣＰＵ、θ0 …基準となるクランク角
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ディーゼルエンジンの回転に基づくプランジャの往復動により高圧室内へ燃料を吸入及び加圧し、その高圧室で加圧された高圧燃料を燃料噴射弁に供給する燃料噴射ポンプに設けられるものであって、充放電により伸縮動作して前記高圧室内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射弁にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる燃料噴射制御用圧電素子と、前記ディーゼルエンジンの所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記圧電素子の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段と、前記圧電素子の温度を検出する素子温度検出センサと、前記素子温度検出センサにより検出された温度が上昇するに従い、前記基本タイミング算出手段による圧電素子の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置。
【請求項１】 ディーゼルエンジンの回転に基づくプランジャの往復動により高圧室内へ燃料を吸入及び加圧し、その高圧室で加圧された高圧燃料を燃料噴射弁に供給する燃料噴射ポンプに設けられるものであって、充放電により伸縮動作して前記高圧室内の燃料の圧力を調整し、前記燃料噴射弁にて主噴射及び同主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる燃料噴射制御用圧電素子と、前記ディーゼルエンジンの所定のクランク角を基準とした所定タイミングでのパイロット噴射を行うべく前記圧電素子の充放電タイミングを算出する基本タイミング算出手段と、前記圧電素子の温度を検出する素子温度検出センサと、前記素子温度検出センサにより検出された温度が上昇するに従い、前記基本タイミング算出手段による圧電素子の充放電タイミングを早めるタイミング補正手段とを備えたことを特徴とする燃料噴射制御用圧電素子の駆動制御装置。
【図１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図９】
【図１１】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図９】
【図１１】
【図４】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開平５−１０１５４
【公開日】平成５年（１９９３）１月１９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−１６３１６２
【出願日】平成３年（１９９１）７月３日
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成５年（１９９３）１月１９日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）７月３日
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
[ Back to top ]