JP2001173495A - Unit injector and control method therefor - Google Patents

Unit injector and control method therefor

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JP2001173495A
JP2001173495A JP35861499A JP35861499A JP2001173495A JP 2001173495 A JP2001173495 A JP 2001173495A JP 35861499 A JP35861499 A JP 35861499A JP 35861499 A JP35861499 A JP 35861499A JP 2001173495 A JP2001173495 A JP 2001173495A
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JP
Japan
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fuel
shape memory
memory element
injection
valve
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Application number
JP35861499A
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Japanese (ja)
Inventor
Yorito Nakao
頼人 中尾
Masaaki Kubo
賢明 久保
Akihiro Sakakida
明宏 榊田
Yasuyuki Ito
泰之 伊藤
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • High-Pressure Fuel Injection Pump Control (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain highly precise fuel injection in a unit injector using a shape memory alloy as a booster actuator. SOLUTION: The unit injector 1 comprises a shape memory element 14, an injection pump 2 pressurizing fuel in a boosting chamber 9 after receiving the shrinkage of the shape memory element 14, and an injection valve 1 which injects fuel when pressurized fuel is supplied. When a fuel injection signal is received, energizing and heating to the shape memory element 14 is started, the injection time of the fuel is preset according to operating conditions, and the shape memory element 14 is energized and heated until the preset injection time has passed since the start of displacement of the shape memory element 14.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はユニットインジェクタ及
びその制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a unit injector and a control method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】噴射ポンプ部と噴射弁部が一体になった
ユニットインジェクタがディーゼルエンジンやガソリン
エンジンで実用化されている。このユニットインジェク
タは噴射管を持たない分燃料噴射システムの小型化が可
能であり、また、高圧かつ高性能な燃料噴射が可能であ
る。
2. Description of the Related Art A unit injector in which an injection pump section and an injection valve section are integrated has been put to practical use in diesel engines and gasoline engines. This unit injector does not have an injection pipe, so that the fuel injection system can be reduced in size, and high-pressure and high-performance fuel injection can be performed.

【0003】ところで、このようなユニットインジェク
タでは、特開平11-294298号に開示されているように昇
圧ピストンの駆動をカム駆動で行うのが一般的である
が、カム駆動とするとカムシャフト等を設ける必要があ
り、システムの大型化、複雑化、コスト増の原因となっ
ていた。
In such a unit injector, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-294298, the boosting piston is generally driven by a cam drive. It has to be provided, which causes the system to be large, complicated, and costly.

【0004】そこで、エネルギー密度(出力/重量)の
高いアクチュエータとして利用可能な形状記憶合金を昇
圧ピストンを駆動するアクチュエータ(以下、昇圧アク
チュエータという)として用いることが考えられてい
る。
Therefore, it has been considered to use a shape memory alloy that can be used as an actuator having a high energy density (output / weight) as an actuator for driving a boosting piston (hereinafter, referred to as a boosting actuator).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
昇圧アクチュエータとして形状記憶合金を用いた場合、
噴射タイミングに合わせて形状記憶合金の加熱−冷却サ
イクルを繰り返す必要があり、正確な温度制御の困難さ
から高精度の燃料噴射を行うことは難しかった。
[Problems to be solved by the invention]
When a shape memory alloy is used as the boost actuator,
It was necessary to repeat the heating / cooling cycle of the shape memory alloy in accordance with the injection timing, and it was difficult to perform high-precision fuel injection due to difficulty in accurate temperature control.

【0006】さらに、変態温度以上に通電加熱すること
によって形状記憶合金を収縮させ、その収縮変位を利用
して燃料を加圧し噴射する構成の場合、エンジン停止後
にエンジンルーム内の熱を受けてインジェクタ内の燃料
温度が上昇し、形状記憶合金が変態温度を超えると、燃
料が勝手に噴射されてしまうという自然噴射の問題もあ
った。
Further, in the case of a configuration in which the shape memory alloy is contracted by applying electric heating to a temperature equal to or higher than the transformation temperature and the fuel is pressurized and injected using the contraction displacement, the injector receives heat in the engine room after the engine is stopped. When the temperature of the fuel inside the fuel cell rises and the shape memory alloy exceeds the transformation temperature, the fuel is spontaneously injected.

【0007】本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされ
たものであり、昇圧アクチュエータとして形状記憶合金
を利用した場合に高精度の燃料噴射を実現し、さらに
は、エンジン停止後の燃料の自然噴射も防止することを
目的とする。
[0007] The present invention has been made in view of the above technical problems, and realizes highly accurate fuel injection when a shape memory alloy is used as a boosting actuator. The purpose is to prevent injection.

【0008】[0008]

【問題点を解決するための手段】第1の発明は、通電加
熱されると収縮し、燃料により冷却されて伸張する形状
記憶素子と、前記形状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇
圧室内に吸入し、前記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧
室内の燃料を加圧して吐出する噴射ポンプ部と、加圧さ
れた燃料が供給されると燃料を噴射する噴射弁部とを備
えたユニットインジェクタの制御方法であって、燃料噴
射信号を受けると前記形状記憶素子への通電加熱を開始
し、運転状態に応じて燃料の噴射時間を設定し、前記形
状記憶素子の収縮開始から前記設定噴射時間経過した後
に前記形状記憶素子への通電加熱を終了することを特徴
とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a shape memory element which contracts when energized and heated, and is cooled and expanded by fuel, and receives fuel in the pressurized chamber by expansion of the shape memory element. A unit injector including an injection pump unit that inhales and pressurizes and discharges fuel in a pressurized chamber in response to contraction of the shape memory element, and an injection valve unit that injects fuel when the pressurized fuel is supplied. Control method, when receiving a fuel injection signal, to start energization heating to the shape memory element, to set the fuel injection time according to the operating state, from the start of the shape memory element contraction, the set injection time After the lapse of time, the current supply to the shape memory element is terminated.

【0009】第2の発明は、第1の発明において、前記
形状記憶素子の通電加熱は、前記形状記憶素子の収縮開
始までは連続通電とし、収縮開始から前記設定噴射時間
が経過するまでは間欠通電とすることを特徴とするもの
である。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the energization heating of the shape memory element is a continuous energization until the shape memory element starts contraction, and is intermittent until the set injection time elapses from the start of contraction. It is characterized by being energized.

【0010】第3の発明は、第1または第2の発明にお
いて、前記形状記憶素子の収縮開始までの時間を計測
し、前記形状記憶素子の収縮開始までの時間が長いほど
前記間欠通電のデューティ比を大きく設定することを特
徴とするものである。
In a third aspect based on the first or second aspect, the time until the shape memory element starts to contract is measured, and the longer the time until the shape memory element starts to contract, the longer the duty of the intermittent energization. The ratio is set to be large.

【0011】第4の発明は、第1から第3の発明におい
て、前記インジェクタが昇圧室内に排出通路を開閉する
排出弁を備え、エンジン停止後は前記排出弁を開いて前
記昇圧室内の燃料を排出することを特徴とするものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the injector includes a discharge valve for opening and closing a discharge passage in the pressurized chamber. After the engine is stopped, the exhaust valve is opened to discharge fuel in the pressurized chamber. It is characterized by discharging.

【0012】第5の発明は、第4の発明において、排出
弁が、変態温度がエンジン運転中における燃料温度以上
かつ前記形状記憶素子の変態温度以下に設定された形状
記憶合金で構成され、変態温度以上で開弁し、変態温度
以下で閉弁することを特徴とするものである。
In a fifth aspect based on the fourth aspect, the discharge valve is made of a shape memory alloy whose transformation temperature is set to be equal to or higher than the fuel temperature during engine operation and equal to or lower than the transformation temperature of the shape memory element. The valve is opened above the temperature and closed below the transformation temperature.

【0013】第6の発明は、第1から第3の発明におい
て、噴射行程終了時に前記形状記憶素子に集中的に冷却
用燃料を供給することを特徴とするものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the cooling fuel is intensively supplied to the shape memory element at the end of the injection stroke.

【0014】第7の発明は、第6の発明において、イン
ジェクタが前記形状記憶素子の変位に対して遅れを持っ
て冷却用燃料の供給通路を開閉する供給弁を備えること
により、噴射行程終了時に前記形状記憶素子に集中的に
冷却用燃料を供給することを特徴とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the injector is provided with a supply valve for opening and closing the supply passage of the cooling fuel with a delay with respect to the displacement of the shape memory element. The fuel for cooling is intensively supplied to the shape memory element.

【0015】第8の発明は、通電加熱されると収縮し、
燃料により冷却されて伸張する形状記憶素子と、前記形
状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇圧室内に吸入し、前
記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧室内の燃料を加圧し
て吐出する噴射ポンプ部と、加圧された燃料が供給され
ると燃料を噴射する噴射弁部とを備えたユニットインジ
ェクタであって、エンジン停止後に開いて前記昇圧室内
の燃料を排出通路に排出する排出弁を前記昇圧室に備え
たことを特徴とするものである。
According to an eighth invention, when energized and heated, it shrinks,
A shape memory element that is cooled and expanded by the fuel, and an injection pump that draws the fuel into the pressurized chamber when the shape memory element is expanded, and pressurizes and discharges the fuel in the pressurized chamber when the shape memory element contracts. A unit injector having an injection valve unit that injects fuel when pressurized fuel is supplied, wherein the discharge valve opens after the engine stops and discharges fuel in the pressurized chamber to a discharge passage. It is characterized by being provided in a pressurizing chamber.

【0016】第9の発明は、第8の発明において、排出
弁が変態温度がエンジン運転中における燃料温度以上か
つ前記形状記憶素子の変態温度以下に設定された形状記
憶合金で構成され、変態温度以上で開弁し、変態温度以
下で閉弁することを特徴とするものである。
In a ninth aspect based on the eighth aspect, the discharge valve is formed of a shape memory alloy whose transformation temperature is set to be equal to or higher than the fuel temperature during engine operation and equal to or lower than the transformation temperature of the shape memory element. The valve is opened as described above, and the valve is closed below the transformation temperature.

【0017】第10の発明は、通電加熱されると収縮
し、燃料により冷却されて伸張する形状記憶素子と、前
記形状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇圧室内に吸入
し、前記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧室内の燃料を
加圧して吐出する噴射ポンプ部と、加圧された燃料が供
給されると燃料を噴射する噴射弁部とを備えたユニット
インジェクタであって、噴射行程終了時に前記形状記憶
素子に集中的に冷却用燃料を供給するように構成したこ
とを特徴とするものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a shape memory element which contracts when energized and heated, cools and expands with fuel, expands the shape memory element, sucks fuel into a pressurizing chamber, and A unit injector including an injection pump unit that pressurizes and discharges the fuel in the pressurized chamber in response to the contraction of the fuel, and an injection valve unit that injects the fuel when the pressurized fuel is supplied. It is characterized in that the cooling fuel is sometimes concentratedly supplied to the shape memory element.

【0018】第11の発明は、第10の発明において、
前記形状記憶素子の変位に対して遅れを持って冷却用燃
料の供給通路を開閉する供給弁を備え、噴射行程終了時
に前記形状記憶素子に集中的に冷却用燃料を供給するよ
うに構成したことを特徴とするものである。
According to an eleventh aspect, in the tenth aspect,
A supply valve for opening and closing the supply passage of the cooling fuel with a delay with respect to the displacement of the shape memory element, and configured to supply the cooling fuel intensively to the shape memory element at the end of an injection stroke. It is characterized by the following.

【0019】[0019]

【作用及び効果】したがって、第1の発明によると、昇
圧アクチュエータとしての形状記憶素子が収縮を開始、
すなわち、燃料噴射が開始されてからの時間により燃料
噴射量を制御するようにしたことにより、形状記憶素子
が変位を開始するまでのむだ時間の影響を受けることが
無くなり、高精度の燃料噴射量制御が可能となる。
Therefore, according to the first aspect, the shape memory element as the boosting actuator starts contracting.
That is, by controlling the fuel injection amount based on the time from the start of the fuel injection, the dead time until the shape memory element starts to be displaced is not affected, and the high-precision fuel injection amount is prevented. Control becomes possible.

【0020】また、第2の発明によると、形状記憶素子
が変位を開始するまでは連続通電としたことにより、燃
料噴射信号を受けてから形状記憶素子が変位を開始する
までのむだ時間を短縮でき、インジェクタの応答性を向
上させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the continuous energization is performed until the shape memory element starts to be displaced, so that the dead time from when the fuel injection signal is received to when the shape memory element starts to be displaced is reduced. Thus, the responsiveness of the injector can be improved.

【0021】また、形状記憶素子の応答性は冷却用燃料
の温度に影響されるが、第3の発明によると、形状記憶
素子が収縮を開始してから行われる間欠通電におけるデ
ューティ比が、燃料温度を間接的に表している通電開始
から形状記憶素子の変位開始までの時間に応じて変更さ
れるので、燃料温度によって形状記憶素子の応答性が変
化しても噴射される燃料量を一定に保つことができる。
Further, the responsiveness of the shape memory element is affected by the temperature of the cooling fuel. According to the third aspect of the present invention, the duty ratio in the intermittent energization performed after the shape memory element starts contracting is reduced by the fuel. It is changed according to the time from the start of energization, which indirectly represents the temperature, to the start of displacement of the shape memory element, so that even if the response of the shape memory element changes due to the fuel temperature, the amount of injected fuel is kept constant. Can be kept.

【0022】また、第4、第8の発明によると、エンジ
ン停止後は昇圧室内に設けられた弁が開かれ、昇圧室内
の燃料が排出される。これにより、エンジン停止後、エ
ンジンルーム内の熱を受けてインジェクタ内の燃料温度
が上昇し、形状記憶素子が収縮することによる燃料噴射
(燃料の自然噴射)を防止できる。特に、第5、第9の
発明によると、簡単な構成で燃料の自然噴射を防止する
ことができる。
According to the fourth and eighth aspects of the invention, after the engine is stopped, the valve provided in the pressurized chamber is opened, and the fuel in the pressurized chamber is discharged. Thereby, after the engine stops, the fuel temperature in the injector rises due to the heat in the engine room and the fuel injection (natural fuel injection) due to the contraction of the shape memory element can be prevented. In particular, according to the fifth and ninth aspects, it is possible to prevent natural injection of fuel with a simple configuration.

【0023】また、第6、第7、第10、第11の発明
によると、燃料の噴射行程終了時に形状記憶素子に冷却
用燃料が集中的に供給されるので、すなわち、冷却が必
要とされるとき以外は冷却用燃料が形状記憶素子近傍に
供給されないので、通電過熱時の熱効率を向上させるこ
とができる。
According to the sixth, seventh, tenth and eleventh aspects of the present invention, cooling fuel is intensively supplied to the shape memory element at the end of the fuel injection stroke, that is, cooling is required. Since the cooling fuel is not supplied to the vicinity of the shape memory element except when the heating is performed, the thermal efficiency at the time of energizing and overheating can be improved.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0025】図1は本発明に係るユニットインジェクタ
の概略構成を示し、ユニットインジェクタは大きく分け
て噴射弁部1と、噴射弁部1に高圧燃料を供給する噴射
ポンプ部2と、噴射ポンプ部2を駆動する昇圧アクチュ
エータ部3とで構成される。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a unit injector according to the present invention. The unit injector is roughly divided into an injection valve section 1, an injection pump section 2 for supplying high-pressure fuel to the injection valve section 1, and an injection pump section 2. And a step-up actuator unit 3 for driving the motor.

【0026】噴射弁部1は、図示しないエンジンの燃焼
室に開口する噴口4を開閉する弁体5と、その弁体5を
閉弁方向に付勢する反力ばね6とで構成される。通路7
を介して高圧燃料が供給されると弁体5は反力ばね6の
ばね力に抗してリフトし、噴口4から燃料が燃焼室内に
噴射される。
The injection valve section 1 comprises a valve element 5 for opening and closing an injection port 4 opening to a combustion chamber of an engine (not shown), and a reaction spring 6 for urging the valve element 5 in a valve closing direction. Passage 7
When high-pressure fuel is supplied through the valve body 5, the valve body 5 lifts against the spring force of the reaction force spring 6, and fuel is injected from the injection port 4 into the combustion chamber.

【0027】また、噴射ポンプ部2は、軸方向に摺動可
能な昇圧ピストン8と、昇圧ピストン8の先端に形成さ
れた昇圧室9と、昇圧ピストン8を昇圧室9が拡大する
方向(図中右方向)に付勢する反力ばね10とで構成さ
れる。昇圧ピストン8が反力ばね10のばね力に抗して
昇圧室9を縮小する方向(図中左方向)に変位すると、
昇圧室9内の燃料が加圧され、通路7を介して噴射弁部
1に高圧燃料が供給される。そして、その後昇圧ピスト
ン8が昇圧室9を拡大する方向に変位すると、通路11
から逆止弁12を介して新たな燃料が昇圧室9内に供給
される。
The injection pump unit 2 includes a pressure-raising piston 8 slidable in the axial direction, a pressure-raising chamber 9 formed at the tip of the pressure-raising piston 8, and a direction in which the pressure-raising chamber 9 expands the pressure-raising piston 8. And a reaction force spring 10 biased in the middle right direction. When the pressure-raising piston 8 is displaced in the direction of reducing the pressure-rising chamber 9 (leftward in the figure) against the spring force of the reaction force spring 10,
The fuel in the pressurizing chamber 9 is pressurized, and high-pressure fuel is supplied to the injection valve unit 1 through the passage 7. After that, when the pressure-raising piston 8 is displaced in a direction to enlarge the pressure-raising chamber 9, the passage 11
New fuel is supplied into the pressurizing chamber 9 through the check valve 12.

【0028】また、昇圧アクチュエータ部3は、変位反
転ピストン13と、変位反転ピストン13のフランジ部
13aとインジェクタの中間壁との間に介装された形状
記憶素子14と、変位反転ピストン13と連結部15を
介して連結されたスプール弁16とで構成される。変位
反転ピストン13の先端は昇圧ピストン8の背面に接し
ている。なお、図中17は形状記憶素子14の収縮開始
時期を検出するための接点スイッチである。
The boosting actuator section 3 is connected to the displacement reversing piston 13, a shape memory element 14 interposed between the flange 13a of the displacement reversing piston 13 and the intermediate wall of the injector, and connected to the displacement reversing piston 13. And a spool valve 16 connected via a portion 15. The tip of the displacement reversing piston 13 is in contact with the back surface of the pressure-raising piston 8. In the figure, reference numeral 17 denotes a contact switch for detecting the start time of contraction of the shape memory element 14.

【0029】形状記憶素子14は、Ti-NiやCu-Zn-Al等
の形状記憶作用を有する合金で構成され、通電加熱等に
よって変態温度T1を超えると収縮し、変態温度T1を
下回ると元の長さまで伸張する。変態温度T1は燃料に
よる冷却を可能にすべく、燃料温度Tfよりも高く設定
されている。形状記憶素子14の変位特性は使用される
エンジンによって設定され、図2はその特性の一例を示
す。
The shape memory element 14 is made of an alloy having a shape memory effect such as Ti-Ni or Cu-Zn-Al. The shape memory element 14 contracts when the temperature exceeds the transformation temperature T1 due to electric heating or the like, and decreases when the temperature falls below the transformation temperature T1. Stretch to length. The transformation temperature T1 is set higher than the fuel temperature Tf so as to enable cooling by the fuel. The displacement characteristic of the shape memory element 14 is set according to the engine used, and FIG. 2 shows an example of the characteristic.

【0030】形状記憶素子14の収縮変位は変位反転ピ
ストン13によって反転され、これを受けて変位反転ピ
ストン13は図中左方向へ変位する。このとき変位反転
ピストン13の先端が昇圧ピストン8の背面を押し、昇
圧ピストン8は反力ばね10のばね反力に抗して昇圧室
9を縮小する方向に変位する。
The contraction displacement of the shape memory element 14 is reversed by the displacement reversing piston 13, and the displacement reversing piston 13 is displaced in the left direction in FIG. At this time, the tip of the displacement reversing piston 13 pushes the back surface of the boosting piston 8, and the boosting piston 8 is displaced in a direction to reduce the boosting chamber 9 against the spring reaction force of the reaction force spring 10.

【0031】スプール弁16は、冷却用燃料を形状記憶
素子14に導くための通路18を開閉する弁であり、連
結部15を介して変位反転ピストン13と連結されてい
る。スプール弁16は、形状記憶素子14が収縮してい
るときに開き、形状記憶素子14が元の長さに伸張する
と閉じる。
The spool valve 16 is a valve that opens and closes a passage 18 for guiding cooling fuel to the shape memory element 14, and is connected to the displacement reversing piston 13 via a connecting portion 15. The spool valve 16 opens when the shape memory element 14 is contracted and closes when the shape memory element 14 expands to its original length.

【0032】ただし、連結部15と変位反転ピストン1
3とはスプール弁16の開閉タイミングにヒステリシス
を持たせるために遊びをもって接続されており、変位反
転ピストン13が変位を開始してもスプール弁16はし
ばらくの間変位しないようになっている。
However, the connecting portion 15 and the displacement reversing piston 1
3 is connected with a play to give hysteresis to the opening / closing timing of the spool valve 16, and the spool valve 16 is not displaced for a while even when the displacement reversing piston 13 starts displacing.

【0033】スプール弁16の動作を図3を参照しなが
ら詳しく説明すると、まず、図3(a)は形状記憶素子
14が伸張状態にある状態を示し、この状態ではスプー
ル弁16は閉位置にある。
The operation of the spool valve 16 will be described in detail with reference to FIG. 3. First, FIG. 3A shows a state in which the shape memory element 14 is in an extended state. In this state, the spool valve 16 is in the closed position. is there.

【0034】この状態から、形状記憶素子14が通電加
熱されて収縮を開始すると、変位反転ピストン13は昇
圧室9を収縮する方向へ変位を開始し(図3(b))、
燃料噴射が開始される。しかしながら、連結部15と変
位反転ピストン13とは遊びをもって接続されているの
で、この状態ではまだスプール弁16は閉位置から動か
ず、通路18は閉じたままである。
In this state, when the shape memory element 14 is energized and heated and contracts, the displacement reversing piston 13 starts displacing in the direction of contracting the pressurizing chamber 9 (FIG. 3 (b)).
Fuel injection is started. However, since the connecting portion 15 and the displacement reversing piston 13 are connected with play, the spool valve 16 does not yet move from the closed position in this state, and the passage 18 remains closed.

【0035】さらに形状記憶素子14が収縮し、最短長
さに近づくとスプール弁16も左方向に変位を開始し
(図3(c))、通路18が開かれて冷却用燃料が形状
記憶素子14の近傍に導入される。
Further, when the shape memory element 14 contracts and approaches the shortest length, the spool valve 16 also starts displacing to the left (FIG. 3C), the passage 18 is opened and the cooling fuel is released. 14 is introduced.

【0036】形状記憶素子14への通電加熱が終了する
と、形状記憶素子14は燃料によって冷却され、伸張し
始めるが、ここでも変位反転ピストン13と連結部15
の間に設けられた遊びによってスプール弁16は開位置
から変位しない(図3(d))。
When the heating of the shape memory element 14 is completed, the shape memory element 14 is cooled by the fuel and starts to expand.
The spool valve 16 is not displaced from the open position by the play provided between them (FIG. 3D).

【0037】その後形状記憶素子14が伸張し、最大長
さに近づくと、スプール弁16も右方向へ変位を開始
し、通路18を閉鎖する(図3(e))。
Thereafter, when the shape memory element 14 expands and approaches the maximum length, the spool valve 16 also starts displacing to the right and closes the passage 18 (FIG. 3 (e)).

【0038】このように、スプール弁16の開閉タイミ
ングにヒステリシスを持たせたことにより、形状記憶素
子14を冷却したい伸張行程でのみスプール弁16を開
き、形状記憶素子14近傍に冷却用燃料を導入すること
が可能となり、形状記憶素子14を加熱することによる
収縮行程と冷却することによる伸張行程を熱損失なく効
率的に行うことができる。
As described above, by providing the opening and closing timing of the spool valve 16 with hysteresis, the spool valve 16 is opened only in the extension stroke in which the shape memory element 14 is to be cooled, and cooling fuel is introduced near the shape memory element 14. Thus, the contraction process by heating the shape memory element 14 and the expansion process by cooling can be efficiently performed without heat loss.

【0039】また、昇圧室9内には形状記憶合金ででき
た内開き弁19が設けられている。
Further, an inside opening valve 19 made of a shape memory alloy is provided in the pressure increasing chamber 9.

【0040】図4は内開き弁19が設けられる部位の横
断面を示す。この内開き弁19はCリング状のリード弁
で、エンジン運転時は図4(a)に示すように閉弁し、
昇圧室9内の燃料が排出通路20に流れ出すのを阻止す
るが、エンジン停止後昇圧室9内の温度が所定の変態温
度まで上昇すると図4(b)に示すように収縮して開弁
し、昇圧室9内の燃料を通路20に排出する。
FIG. 4 shows a cross section of a portion where the inner opening valve 19 is provided. The inner opening valve 19 is a C-ring reed valve, which closes during engine operation as shown in FIG.
Although the fuel in the pressurizing chamber 9 is prevented from flowing out to the discharge passage 20, when the temperature in the pressurizing chamber 9 rises to a predetermined transformation temperature after the engine stops, it contracts and opens as shown in FIG. Then, the fuel in the pressurizing chamber 9 is discharged to the passage 20.

【0041】ここで内開き弁19を構成する形状記憶合
金の変態温度T2は、エンジン運転中は閉じているよう
に燃料温度Tfよりも高く設定されるが、形状記憶素子
14の変態温度T1よりも低く設定される。変態温度T
2をこのように設定することにより、エンジン停止時に
インジェクタ内の燃料温度が上昇した際、形状記憶素子
14が収縮する前に内開き弁19が開いて昇圧室9内の
燃料を通路20に逃がすことができ、燃料の自然噴射が
起こるのを確実に防止することができる。
Here, the transformation temperature T2 of the shape memory alloy constituting the inner opening valve 19 is set higher than the fuel temperature Tf so that the shape memory alloy is closed during the operation of the engine, but is higher than the transformation temperature T1 of the shape memory element 14. Is also set low. Transformation temperature T
By setting 2 in this way, when the temperature of the fuel in the injector rises when the engine is stopped, the inner opening valve 19 opens before the shape memory element 14 contracts, and the fuel in the pressure boosting chamber 9 escapes to the passage 20. Therefore, occurrence of spontaneous fuel injection can be reliably prevented.

【0042】次に、このユニットインジェクタの制御方
法について、図5に示すフローチャートを参照しながら
説明する。このフローは燃料噴射信号を受けて1噴射毎
に図示しないコントローラにおいて実行される。
Next, a method of controlling the unit injector will be described with reference to a flowchart shown in FIG. This flow is executed by a controller (not shown) for each injection upon receiving a fuel injection signal.

【0043】これについて説明すると、まず、制御に使
用される2つのタイマーt1、t2にゼロがセットさ
れ、タイマーt1がスタートされる(ステップS1)。
タイマーt1は通電開始から形状記憶素子14が収縮を
開始するまでの時間を計測するために用いられ、また、
タイマーt2は形状記憶素子14が収縮を開始してから
の時間、すなわち、燃料噴射が開始されてからの時間を
計測するために用いられる。
To explain this, first, two timers t1 and t2 used for control are set to zero, and the timer t1 is started (step S1).
The timer t1 is used to measure the time from the start of energization until the shape memory element 14 starts contracting.
The timer t2 is used to measure the time from the start of contraction of the shape memory element 14, that is, the time from the start of fuel injection.

【0044】ステップS2へ進むと、形状記憶素子14
の温度を速やかに上昇させるため、形状記憶素子14へ
の連続通電が開始され、ステップS3で接点スイッチ1
7により形状記憶素子14の収縮開始が検出されるまで
形状記憶素子14への連続通電が行われる。
In step S2, the shape memory element 14
In order to quickly increase the temperature of the contact switch 1, the contact switch 1 is turned on in step S3.
Until the start of contraction of the shape memory element 14 is detected by 7, the shape memory element 14 is continuously energized.

【0045】形状記憶素子14の収縮開始が検出される
とステップS4へ進み、タイマーt1をストップすると
もに、タイマーt2をスタートさせる。これにより、タ
イマーt1には通電開始から形状記憶素子14が収縮開
始するまでに要した時間が記録される。
When the start of contraction of the shape memory element 14 is detected, the process proceeds to step S4, where the timer t1 is stopped and the timer t2 is started. Thus, the time required from the start of energization to the start of contraction of the shape memory element 14 is recorded in the timer t1.

【0046】形状記憶素子14が収縮を開始すると、変
位反転ピストン13を介して昇圧ピストン8が押され、
昇圧室9内の燃料が加圧される。そして、この加圧され
た燃料は通路7を介して噴射弁部1に供給され、燃焼室
内への燃料噴射が開始される。
When the shape memory element 14 starts contracting, the pressure-raising piston 8 is pushed via the displacement reversing piston 13,
The fuel in the pressurizing chamber 9 is pressurized. Then, the pressurized fuel is supplied to the injection valve section 1 through the passage 7, and fuel injection into the combustion chamber is started.

【0047】このとき、形状記憶素子14が収縮を開始
してから所定の燃料量を所定の時間内で噴射するため、
タイマーt1の値を燃料噴射に利用する。具体的には、
タイマーt1の値により形状記憶素子14近傍を流れて
いる冷却用燃料温度の高低が間接的に予測されるので、
t1が長いほど噴射時の通電デューティ比を大きくする
ように設定されたマップよりデューティ比Xが読み込ま
れる。t1が長いほど燃料温度が低く形状記憶素子14
の応答性が落ちるが、このようにt1が長いほどデュー
ティ比Xを大きくすることにより、燃料の噴射量を燃料
温度に係らず一定に保つことができる。
At this time, since a predetermined amount of fuel is injected within a predetermined time after the shape memory element 14 starts contracting,
The value of the timer t1 is used for fuel injection. In particular,
Since the value of the timer t1 indirectly predicts the temperature of the cooling fuel flowing near the shape memory element 14,
The duty ratio X is read from a map set so that the energization duty ratio during injection increases as t1 increases. The longer the time t1, the lower the fuel temperature and the lower the shape memory element 14.
However, by increasing the duty ratio X as t1 is longer, the fuel injection amount can be kept constant regardless of the fuel temperature.

【0048】また、ステップS5では、スロットル開
度、エンジン回転数等の運転状態に基づき設定される噴
射時間taが読み込まれる。
In step S5, an injection time ta set based on operating conditions such as the throttle opening and the engine speed is read.

【0049】その後、間欠通電を開始してからの経過時
間t2が設定噴射時間taになるまでデューティ比Xで
形状記憶素子14への間欠通電が行われ(ステップS
6、S7)、経過時間t2が設定噴射時間taになった
ら通電をストップするとともに、タイマーt2をストッ
プする(ステップS8)。
Thereafter, the shape memory element 14 is intermittently energized with the duty ratio X until the elapsed time t2 from the start of the intermittent energization reaches the set injection time ta (step S).
6, S7), when the elapsed time t2 reaches the set injection time ta, the energization is stopped and the timer t2 is stopped (step S8).

【0050】形状記憶素子14への通電がストップされ
ると、形状記憶素子14は近傍に導入された冷却用燃料
により冷却される。そして、変態温度以下まで冷却され
ると元の長さまで伸長し、処理を終了する。
When the power supply to the shape memory element 14 is stopped, the shape memory element 14 is cooled by the cooling fuel introduced in the vicinity. Then, when cooled below the transformation temperature, it extends to its original length, and the process is terminated.

【0051】したがって、燃料噴射信号を受ける度に上
記フローが実行され、燃料噴射が行われるが、形状記憶
素子14が収縮を開始、すなわち、燃料噴射が開始され
てからの時間により燃料噴射量が制御されるので、形状
記憶素子14が変位を開始するまでのむだ時間の影響を
受けることが無く、高精度の燃料噴射量制御が可能とな
る。
Therefore, each time the fuel injection signal is received, the above flow is executed and fuel injection is performed. However, the shape memory element 14 starts contracting, that is, the fuel injection amount is determined by the time from the start of fuel injection. Since the control is performed, the fuel injection amount can be controlled with high accuracy without being affected by the dead time until the shape memory element 14 starts to be displaced.

【0052】また、形状記憶素子14が変位を開始する
までは連続通電としたことにより、燃料噴射信号を受け
てから形状記憶素子14が収縮を開始するまでの時間が
短縮され、インジェクタの応答性を向上させることがで
きる。
Further, since the energization is continuously performed until the shape memory element 14 starts to be displaced, the time from receiving the fuel injection signal until the shape memory element 14 starts contracting is reduced, and the responsiveness of the injector is reduced. Can be improved.

【0053】さらに、形状記憶素子14の応答性はその
近傍に導入される冷却用燃料の温度に影響されるが、形
状記憶素子14が収縮を開始してから行われる間欠通電
におけるデューティ比Xを燃料温度を間接的に表す通電
開始から形状記憶素子の変位開始までの時間に応じて変
更するようにしたことにより、燃料温度によって形状記
憶素子14の応答性が変化しても噴射される燃料量を一
定に保つことができる。
Further, the responsiveness of the shape memory element 14 is affected by the temperature of the cooling fuel introduced in the vicinity thereof, but the duty ratio X in the intermittent energization performed after the shape memory element 14 starts contracting. The amount of fuel to be injected can be changed even if the response of the shape memory element 14 changes due to the fuel temperature by changing the value according to the time from the start of energization indicating the fuel temperature indirectly to the start of displacement of the shape memory element. Can be kept constant.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るユニットインジェクタの概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a unit injector according to the present invention.

【図2】形状記憶素子の特性図の一例である。FIG. 2 is an example of a characteristic diagram of a shape memory element.

【図3】昇圧アクチュエータ部の動作を説明するための
図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of a boost actuator unit.

【図4】内開き弁の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the inward opening valve.

【図5】本発明に係るユニットインジェクタの制御方法
を説明するためのフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for controlling a unit injector according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 噴射弁部 2 噴射ポンプ部 3 昇圧アクチュエータ部 4 噴口 5 弁体 13 変位反転ピストン 14 形状記憶素子 15 連結部 16 スプール弁(供給弁) 17 接点スイッチ 18 通路(供給通路) 19 内開き弁(排出弁) 20 通路(排出通路) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection valve part 2 Injection pump part 3 Boost actuator part 4 Injection port 5 Valve 13 Displacement reversing piston 14 Shape memory element 15 Connecting part 16 Spool valve (supply valve) 17 Contact switch 18 Passage (supply passage) 19 Opening valve (discharge) Valve) 20 passage (discharge passage)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊田 明宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 伊藤 泰之 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G060 AB06 CA02 EA01 FA00 3G301 LB12 LC10 MA20 ND41 NE23 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akihiro Sakakida 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Yasuyuki Ito 2 Takara-cho 2 Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. Terms (reference) 3G060 AB06 CA02 EA01 FA00 3G301 LB12 LC10 MA20 ND41 NE23

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】通電加熱されると収縮し、燃料により冷却
されて伸張する形状記憶素子と、 前記形状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇圧室内に吸入
し、前記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧室内の燃料を
加圧して吐出する噴射ポンプ部と、 加圧された燃料が供給されると燃料を噴射する噴射弁部
と、 を備えたユニットインジェクタの制御方法であって、 燃料噴射信号を受けると前記形状記憶素子への通電加熱
を開始し、 運転状態に応じて燃料の噴射時間を設定し、 前記形状記憶素子の収縮開始から前記設定噴射時間経過
した後に前記形状記憶素子への通電加熱を終了する、こ
とを特徴とするユニットインジェクタの制御方法。
1. A shape memory element that contracts when heated and is cooled by fuel, expands when cooled by fuel, draws fuel into the pressurized chamber due to expansion of the shape memory element, and receives contraction of the shape memory element. A fuel injection signal that pressurizes and discharges the fuel in the pressurized chamber, and an injection valve that injects the fuel when the pressurized fuel is supplied. When the shape memory element is received, the heating of the shape memory element is started, the fuel injection time is set according to the operating state, and the power is supplied to the shape memory element after the set injection time has elapsed from the start of contraction of the shape memory element. A method for controlling a unit injector, wherein heating is terminated.
【請求項2】前記形状記憶素子の通電加熱は、前記形状
記憶素子の収縮開始までは連続通電とし、収縮開始から
前記設定噴射時間が経過するまでは間欠通電とすること
を特徴とする請求項1に記載のユニットインジェクタの
制御方法。
2. The method according to claim 1, wherein the shape memory element is energized and heated continuously until the shape memory element starts contracting, and intermittently until the set injection time elapses from the start of contraction. 2. The method for controlling a unit injector according to item 1.
【請求項3】前記形状記憶素子の収縮開始までの時間を
計測し、 前記形状記憶素子の収縮開始までの時間が長いほど前記
間欠通電のデューティ比を大きく設定する、ことを特徴
とする請求項1または2に記載のユニットインジェクタ
の制御方法。
3. The intermittent energization duty ratio is set to be longer as the time until the start of contraction of the shape memory element is measured, and the time until the start of contraction of the shape memory element is longer. 3. The method for controlling a unit injector according to 1 or 2.
【請求項4】前記インジェクタが昇圧室内に排出通路を
開閉する排出弁を備え、 エンジン停止後は前記排出弁を開いて前記昇圧室内の燃
料を排出する、ことを特徴とする請求項1から3のいず
れかひとつに記載のユニットインジェクタの制御方法。
4. The fuel injection system according to claim 1, wherein the injector is provided with a discharge valve for opening and closing a discharge passage in the pressurized chamber, and after the engine is stopped, the discharge valve is opened to discharge the fuel in the pressurized chamber. The control method of the unit injector according to any one of the above.
【請求項5】前記排出弁が、変態温度がエンジン運転中
における燃料温度以上かつ前記形状記憶素子の変態温度
以下に設定された形状記憶合金で構成され、変態温度以
上で開弁し、変態温度以下で閉弁することを特徴とする
請求項4に記載のユニットインジェクタの制御方法。
5. The exhaust valve comprises a shape memory alloy whose transformation temperature is set to be higher than the fuel temperature during engine operation and lower than the transformation temperature of the shape memory element. The method for controlling a unit injector according to claim 4, wherein the valve is closed below.
【請求項6】噴射行程終了時に前記形状記憶素子に集中
的に冷却用燃料を供給することを特徴とする請求項1か
ら3のいずれか一つに記載のユニットインジェクタの制
御方法。
6. The method according to claim 1, wherein cooling fuel is intensively supplied to the shape memory element at the end of the injection stroke.
【請求項7】前記インジェクタが前記形状記憶素子の変
位に対して遅れを持って冷却用燃料の供給通路を開閉す
る供給弁を備えることにより、噴射行程終了時に前記形
状記憶素子に集中的に冷却用燃料を供給することを特徴
とする請求項6に記載のユニットインジェクタの制御方
法。
7. A fuel injection valve having a supply valve for opening and closing a cooling fuel supply passage with a delay with respect to a displacement of the shape memory element, so that the shape memory element is cooled intensively at the end of an injection stroke. 7. The method for controlling a unit injector according to claim 6, wherein a fuel for use is supplied.
【請求項8】通電加熱されると収縮し、燃料により冷却
されて伸張する形状記憶素子と、 前記形状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇圧室内に吸入
し、前記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧室内の燃料を
加圧して吐出する噴射ポンプ部と、 加圧された燃料が供給されると燃料を噴射する噴射弁部
と、を備えたユニットインジェクタであって、 エンジン停止後に開いて前記昇圧室内の燃料を排出通路
に排出する排出弁を前記昇圧室に備えたことを特徴とす
るユニットインジェクタ。
8. A shape memory element that contracts when energized and heated, cools and expands with fuel, expands the shape memory element, draws fuel into a pressurized chamber, and receives shrinkage of the shape memory element. A unit injector comprising: an injection pump unit that pressurizes and discharges fuel in the pressurized chamber; and an injection valve unit that injects fuel when the pressurized fuel is supplied. A unit injector comprising a discharge valve for discharging fuel in a pressure increasing chamber to a discharge passage in the pressure increasing chamber.
【請求項9】前記排出弁が、変態温度がエンジン運転中
における燃料温度以上かつ前記形状記憶素子の変態温度
以下に設定された形状記憶合金で構成され、変態温度以
上で開弁し、変態温度以下で閉弁することを特徴とする
請求項8に記載のユニットインジェクタ。
9. The discharge valve is formed of a shape memory alloy whose transformation temperature is set to be higher than a fuel temperature during engine operation and lower than a transformation temperature of the shape memory element. The unit injector according to claim 8, wherein the valve is closed below.
【請求項10】通電加熱されると収縮し、燃料により冷
却されて伸張する形状記憶素子と、 前記形状記憶素子の伸張を受けて燃料を昇圧室内に吸入
し、前記形状記憶素子の収縮を受けて昇圧室内の燃料を
加圧して吐出する噴射ポンプ部と、 加圧された燃料が供給されると燃料を噴射する噴射弁部
と、を備えたユニットインジェクタであって、 噴射行程終了時に前記形状記憶素子に集中的に冷却用燃
料を供給するように構成したことを特徴とするユニット
インジェクタ。
10. A shape memory element, which contracts when heated and heated, and which is cooled and expanded by fuel, expands the shape memory element, draws fuel into a pressurized chamber, and receives contraction of the shape memory element. A unit injector comprising: an injection pump unit that pressurizes and discharges the fuel in the pressurized chamber; and an injection valve unit that injects the fuel when the pressurized fuel is supplied. A unit injector configured to intensively supply cooling fuel to a storage element.
【請求項11】前記形状記憶素子の変位に対して遅れを
持って冷却用燃料の供給通路を開閉する供給弁を備え、
噴射行程終了時に前記形状記憶素子に集中的に冷却用燃
料を供給するように構成したことを特徴とする請求項1
0に記載のユニットインジェクタ。
11. A supply valve for opening and closing a supply passage for cooling fuel with a delay with respect to a displacement of the shape memory element,
2. The configuration according to claim 1, wherein the cooling fuel is intensively supplied to the shape memory element at the end of the injection stroke.
0. The unit injector according to 0.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012031743A (en) * 2010-07-28 2012-02-16 Isuzu Motors Ltd Cotter mounting structure

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