JP2003003924A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置

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JP2003003924A
JP2003003924A JP2001185605A JP2001185605A JP2003003924A JP 2003003924 A JP2003003924 A JP 2003003924A JP 2001185605 A JP2001185605 A JP 2001185605A JP 2001185605 A JP2001185605 A JP 2001185605A JP 2003003924 A JP2003003924 A JP 2003003924A
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pilot
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pilot valve
fuel injection
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Tokuaki Ida
徳昭 井田
Masato Mihashi
真人 三橋
Kuninori Ito
邦憲 伊藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関におい
て、燃料噴射弁における針弁移動速度の制御の制御を可
能として、燃料噴射モードのきめ細かい制御をなし得か
つ応答性を向上し、針弁の衝撃的な着座に伴う燃料噴射
不良の発生を防止することにより、機関の高出力化、低
燃費化及びＮＯｘ排出量あるいは黒煙排出量の抑制を実
現し得る高精度の燃料噴射制御をなし得る燃料噴射装置
を提供する。 【解決手段】 内燃機関の蓄圧式燃料噴射装置におい
て、パイロット油室の作動油圧力と針弁室の燃料圧力と
の差により針弁の変位を制御するパイロット弁と、これ
を磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変位せし
める磁歪アクチュエータと、針弁のシート部が弁座に着
座する針弁閉弁時においてパイロット弁が作動油出口を
微小量開口せしめるように磁歪アクチュエータを制御す
る手段を備え、作動油で磁歪アクチュエータを冷却する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関、特にデ
ィーゼル機関の燃料噴射装置に適用され、所定圧力に蓄
圧された燃料を燃料噴射弁の針弁室に導き針弁開閉手段
により駆動される針弁によって前記針弁室と噴孔との間
の油路を開閉して該噴孔からの燃料の噴射を制御するよ
うに構成された燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関においては、高圧型燃料
ポンプにより高圧に加圧された高圧燃料を各シリンダ共
通の燃料コモンレール（蓄圧装置）に蓄圧し、該コモン
レールに接続されている各シリンダの燃料噴射弁を電磁
式アクチュエータにより開閉制御することにより、高精
度の燃料噴射制御を可能として、機関の高出力化、低燃
費（低燃料消費率）化及びＮＯｘ排出量あるいは黒煙排
出量の抑制を図っている。
【０００３】かかる燃料コモンレールを備えた蓄圧式燃
料噴射装置においては、一般に、コモンレールと燃料噴
射弁との間の燃料通路を、オン―オフ制御式の電磁式ア
クチュエータにより、機関運転条件に適応した開閉タイ
ミング即ち噴射タイミングで以って開閉するように構成
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、燃料コ
モンレールによる蓄圧式燃料噴射装置を備えたディーゼ
ル機関においては、各シリンダの燃料噴射弁をオン―オ
フ制御式の電磁式アクチュエータにより開閉制御してい
るが、燃料噴射弁の針弁がオン―オフ制御により全開と
全閉との間を往復して開閉されるため、該針弁の全開と
全閉との間の変位制御は不可能となる。
【０００５】このため、かかる従来の電磁式アクチュエ
ータによる燃料噴射弁の針弁開閉制御手段にあっては、
針弁の全開―全閉間における移動速度の制御が不可能な
ため、該針弁の運動を制御することによる燃料噴射モー
ドのきめ細かい制御は不可能であり、また針弁作動の応
答速度の制御も不可能であり、機関の高出力化、低燃費
化及びＮＯｘ排出量あるいは黒煙排出量の抑制を実現し
得る高精度の燃料噴射制御は困難を伴う。
【０００６】またかかる従来技術にあっては、前記のよ
うに針弁の全開―全閉間における移動速度の制御が不可
能なため、針弁のシート部が高速で衝撃的に弁座に着座
することとなって、該針弁が着座時に弁座から跳ね上が
って完全に閉塞せず燃料の不整噴射を誘発し、機関の出
力低下や黒煙排出量の増大を引き起こす。等の問題点を
有している。
【０００７】本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、
蓄圧式燃料噴射装置を備えた内燃機関において、燃料噴
射弁における針弁移動速度の制御の制御を可能として、
燃料噴射モードのきめ細かい制御をなし得かつ応答性を
向上し、針弁の衝撃的な着座に伴う燃料噴射不良の発生
を防止することにより、機関の高出力化、低燃費化及び
ＮＯｘ排出量あるいは黒煙排出量の抑制を実現し得る高
精度の燃料噴射制御をなし得る燃料噴射装置を提供する
ことを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するため、請求項１記載の発明として、所定圧力に蓄
圧された燃料を燃料噴射弁の針弁室に導き、針弁開閉手
段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によ
って前記針弁室と噴孔との間の油路を開閉することによ
り該噴孔からの燃料の噴射を制御するように構成された
内燃機関の燃料噴射装置において、前記針弁開閉手段
は、前記針弁の反シート部側端面が臨み作動油が給排さ
れるパイロット油室と、該パイロット油室の作動油出口
を開閉して該パイロット油室の作動油圧力と前記針弁室
の燃料圧力との差により前記針弁の変位を制御するパイ
ロット弁と、該パイロット弁を比例制御にて開閉駆動す
るパイロット弁駆動手段と、該パイロット弁駆動手段に
作動信号を出力するとともに前記針弁のシート部が弁座
に着座する針弁閉弁時において前記パイロット弁が前記
作動油出口を微小量開口せしめるように該パイロット弁
駆動手段を制御するパイロット弁駆動制御装置とを備え
てなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置を提案
する。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１におい
て、前記パイロット弁駆動手段は磁界中に配置された磁
歪材の磁気歪みによりパイロット弁を変位せしめる磁歪
アクチュエータからなり、前記パイロット弁駆動制御装
置は前記磁歪アクチュエータに作動信号を出力する磁歪
アクチュエータ制御装置からなることを特徴とする。
【００１０】請求項３ないし４記載の発明は、前記磁歪
アクチュエータ制御装置の具体的構成に係り、請求項３
記載の発明は請求項２において、前記パイロット弁の開
度を検出して前記磁歪アクチュエータ制御装置に入力す
るパイロット弁開度検出器を備え、前記磁歪アクチュエ
ータ制御装置は、前記内燃機関の運転条件における前記
針弁の所要変位モードに対応する基準パイロット弁開度
が設定された基準パイロット弁開度設定部を有するとと
もに前記パイロット弁開度の検出値と基準パイロット弁
開度とによりパイロット弁開度の補正量を算出して該補
正量に基づき前記磁歪アクチュエータの作動信号を調整
する調整手段を有してなることを特徴とする。
【００１１】請求項４記載の発明は請求項２において、
前記磁歪アクチュエータ制御装置は、前記内燃機関の運
転条件における前記針弁の所要変位モードに対応する基
準パイロット弁開度が設定された基準パイロット弁開度
設定部を有するとともに前記磁歪アクチュエータを前記
パイロット弁の開度が前記基準パイロット弁開度になる
ように作動指令する指令手段を有してなることを特徴と
する。
【００１２】かかる発明によれば、請求項２の磁歪アク
チュエータ制御装置等からなるパイロット弁駆動制御装
置によって移動を比例制御される請求項２の磁歪アクチ
ュエータ等からなるパイロット弁駆動手段によって、パ
イロット弁を変位及び速度制御することにより、針弁を
パイロット弁の変位に従った変位及び速度制御にて開閉
することが可能となる。これにより、前記パイロット弁
を、基準パイロット弁開度モード、即ち前記針弁が目標
とする燃料噴射モードつまり機関の高出力及び低燃費を
維持しかつＮＯｘ排出量及び黒煙排出量を抑制し得るよ
うな燃料噴射モードとなるような変位モード及び速度で
開閉することができ、目標とする燃料噴射モードのきめ
細かい制御が可能となる。
【００１３】また、かかる発明によれば、針弁のシート
部が弁座に着座する針弁閉弁時において磁歪アクチュエ
ータによりパイロット弁が作動油出口を微小量開口せし
める隙間を形成するように構成しているので、針弁の閉
弁時においても該隙間を作動油が流れており、この状態
からパイロット弁がリフトされ針弁が開弁されると、該
パイロット弁の開度が同一リフトにおいて、前記隙間が
形成されない場合よりも大きくなる。これにより、該パ
イロット弁の開口部を流れる流量が前記隙間の形成され
ない場合の流量よりも増加せしめられることとなり、パ
イロット制御用油室内の圧力変化が高速化され、針弁開
閉の応答性能が高められる。
【００１４】請求項５記載の発明は、前記燃料噴射弁の
針弁室と前記作動油が給排されるパイロット油室とを流
体シールがなされた隔壁を隔てて区画形成したことを特
徴とする。かかる発明によれば、燃料が充満される針弁
室と、針弁を開閉制御する作動油が給排されるパイロッ
ト油室とを流体シールがなされた隔壁によって分離した
ので、針弁開閉制御用の作動油を使用燃料に無関係に最
適な油に選定できるとともに、Ｃ重油のように粘度が高
く腐食作用の大きい燃料を前記針弁の開閉制御に支障を
きたすことなく使用することができる。
【００１５】請求項６ないし９記載の発明は、前記磁歪
アクチュエータを冷却する手段の発明に係り、請求項６
記載の発明は、所定圧力に蓄圧された燃料を燃料噴射弁
の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁の
シート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との
間の油路を開閉することにより該噴孔からの燃料の噴射
を制御するように構成された内燃機関の燃料噴射装置に
おいて、前記針弁開閉手段は前記針弁の反シート部側端
面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パイ
ロット油室の作動油出口を開閉して該パイロット油室の
作動油圧力と前記針弁室の燃料圧力との差により前記針
弁の変位を制御するパイロット弁と、該パイロット弁を
磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変位せしめ
る磁歪アクチュエータとを備えてなり、前記パイロット
油室の作動油出口には前記パイロット油室から送出され
た作動油により前記磁歪アクチュエータを冷却するアク
チュエータ冷却手段を接続してなることを特徴とする。
【００１６】請求項７記載の発明は請求項６において、
前記アクチュエータ冷却手段は、前記磁歪アクチュエー
タの内部に形成された作動油通路を備えて、前記作動油
出口からの作動油により前記前記磁歪アクチュエータを
直接冷却するように構成されてなることを特徴とする。
【００１７】請求項８記載の発明は請求項６において、
前記アクチュエータ冷却手段は、前記磁歪アクチュエー
タを覆うハウジング及び該ハウジングの外周面に臨んで
形成された作動油通路を備えて、前記作動油出口からの
作動油により前記ハウジングを介して前記磁歪アクチュ
エータを間接冷却するように構成されてなることを特徴
とする。
【００１８】請求項９記載の発明は請求項６において、
前記アクチュエータ冷却手段の作動油出口と作動油タン
クとを接続する戻り油管路に、該アクチュエータ冷却手
段を経た作動油を冷却あるいは加温して該作動油の温度
を所定温度に保持する温度調整手段を設けてなることを
特徴とする。
【００１９】磁歪アクチュエータを備えた燃料噴射弁は
高温のシリンダヘッドに取り付けられるため、磁歪アク
チュエータの温度もかかる高温雰囲気中で加熱されて高
温となり、かかる温度変動による熱膨張もしくは温度変
動によって超磁歪材の磁歪量が変化し、該磁歪アクチュ
エータ及びこれに連結されたパイロット弁の変位量が変
化して該パイロット弁及び針弁を所要の変位制御を行う
ことが困難となる。然るに請求項６ないし９記載の発明
によれば、パイロット制御室用油室において針弁の開閉
作動に用いられた作動油によって、超磁歪材を含む超磁
歪アクチュエータ全体を冷却するので、パイロット弁及
び針弁の開閉制御用の作動油を磁歪アクチュエータの冷
却に兼用することができ、格別な冷却システムを設置す
ることなく、簡単な手段にて磁歪アクチュエータの高温
化を防止することができ、パイロット弁及び針弁の高精
度の変位制御を実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２１】図１は本発明の第１実施例に係るディーゼ
ル機関用燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示
す図、図２の（Ａ）は前記燃料噴射装置の要部構成図で
針弁閉の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡
大図である。図3は超磁歪アクチュエータの制御ハード
構成図、図４は超磁歪アクチュエータの制御ブロック図
である。図５の（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例に
係る超磁歪アクチュエータ冷却装置の２つの例を示す要
部構成図である。図６の（Ａ）、（Ｂ）はパイロット弁
の作動説明図、（Ｃ）はパイロット弁の流量特性線図で
ある。図7は超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁の
特性線図（その１）、図８は超磁歪アクチュエータ及び
パイロット弁の特性線図（その２）である。
【００２２】図１及び図２において、１４は燃料蓄圧管
（燃料コモンレール）、１５は高圧型の燃料ポンプ、１
６は燃料タンク、１７は燃料管で、該燃料タンク１６内
の燃料を燃料ポンプ１５にて高圧に加圧し燃料管１７を
通して燃料蓄圧管１４に送り込み、該燃料蓄圧管１４に
蓄圧するようになっている。２２は共通油管、２３は作
動油ポンプ、２５は作動油タンク、２４は作動油管で、
該作動油タンク２５内の作動油を作動油ポンプ２３によ
り作動油管２４を通して共通油管２２送り込み、該共通
油管２２に収容するようになっている。
【００２３】１は燃料噴射弁で次のように構成されてい
る。５は噴射弁本体、４は該噴射弁本体５の先端部に複
数個穿孔された噴孔、６は該噴孔４に連通される油溜
め、２は該噴射弁本体５内に往復摺動可能に嵌合された
針弁、９は前記噴射弁本体５内に該針弁２の外周面に臨
んで形成された針弁室であり、前記燃料蓄圧管１４から
の高圧燃料が燃料入口８を経て該針弁室９に導入される
ようになっている。また前記針弁２の先端部には円錐状
のシート部２ａが形成され、該シート部２ａが前記噴射
弁本体５に形成された弁座５ａに着脱することにより、
前記針弁室９と油溜め６及び噴孔４とを連通及び遮断す
るようになっている。１３は前記噴射弁本体５に前記針
弁室９と隔壁０１３を隔てて形成された油室で、前記針
弁２の大径部である本体部２ｂの外周面が臨み、前記共
通油管２２からの作動油が作動油入口２７を経て該油室
１３に導入されるようになっている。
【００２４】前記隔壁０１３の内周と針弁２の本体部２
ｂ外周との嵌合部は、該針弁２が往復摺動可能でかつ作
動油あるいは燃料の漏洩を阻止する流体シールがなされ
た嵌合形態とされる。尚、前記針弁２の摺動抵抗が許容
される範囲であれば前記嵌合部にОリングを介装しても
よい。このように、燃料が充満される針弁室９と針弁２
を開閉制御する作動油が給排される油室１３及びパイロ
ット制御室１９とを流体シールがなされた隔壁０１３に
よって分離したので、針弁２開閉制御用の作動油を針弁
室９に導入される使用燃料に無関係に最適な油に選定で
きるとともに、Ｃ重油のように粘度が高く腐食作用の大
きい燃料を前記針弁２の開閉制御に支障をきたすことな
く使用することが可能となる。
【００２５】１９は前記噴射弁本体５に前記油室１３と
隔壁１１を隔てて形成されたパイロット制御室で、前記
針弁２の前記シート部２ａとは反対側の端面１８が臨ん
で形成されている。そして、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示
すように、前記針弁２の前記本体部２ｂ外周面には一定
長さに亘って幅Ｗなる制御用切欠部１２が形成され、後
述するような前記油室１３と針弁室９との差圧による前
記針弁２の軸方向移動により、前記油室１３とパイロッ
ト制御室１９とが該制御用切欠部１２を介して連通可能
となっている。
【００２６】３１はパイロット弁で、前記噴射弁本体５
の端部に穿孔された前記パイロット制御室１９のパイロ
ット油出口穴２１を開閉するものである。即ち、該パイ
ロット弁３１は、その詳細を図２（Ｂ）に示すように、
平板状の当接面３１ａを前記噴射弁本体５の端部に形成
された弁座面５ｃに着脱することにより、前記パイロッ
ト制御室１９のパイロット油出口穴２１を開閉するよう
になっている。
【００２７】３０は超磁歪アクチュエータであり、次の
ように構成されている。３３は磁石（電磁石）、３２は
磁気歪により変位する超磁歪材で一旦側を前記パイロッ
ト弁３１の根元の支持部に固着されており、前記磁石３
３への通電によって超磁歪材３２が軸方向に変位するこ
とにより、前記パイロット弁３１を往復動せしめるよう
になっている。３４は前記パイロット弁３１の支持部と
アクチュエータの本体部３５との間に介装されたばね
で、前記パイロット弁３１を閉弁する方向に付勢されて
いる。かかる超磁歪アクチュエータ３０の基本構成自体
は公知であり、この実施例においては、該超磁歪アクチ
ュエータ３０に前記パイロット弁３１を連結して開閉駆
動するように構成している。
【００２８】次に、前記超磁歪アクチュエータ３０の制
御システムを示す図３において、４０は前記パイロット
弁３１の開度を検出するパイロット弁開度センサ、４２
は機関のクランク角を検出するクランク角検出器、０４
０は前記パイロット弁開度センサからのパイロット弁開
度の検出信号及びクランク角検出器からのクランク角検
出信号が入力され、これらの検出信号あるいは別途設定
された設定信号に基づき前記超磁歪アクチュエータ３０
の作動指令信号を出力する超磁歪アクチュエータ制御装
置、４１は該超磁歪アクチュエータ制御装置０４０から
の作動指令信号に基づき前記超磁歪アクチュエータ３０
を駆動する超磁歪アクチュエータ駆動装置である。かか
る制御システムの動作については後述する。
【００２９】かかる構成からなるディーゼル機関の燃料
噴射装置において、図２に示すように、前記針弁２が閉
じた状態においては、パイロット弁３１は後述するよう
な微小開度Δｈとなっており、前記針弁２の本体部２ｂ
に形成された制御用切欠部１２はこれの端面１２ａと前
記隔壁１１の前記パイロット制御室１９側の平面１１ａ
との間に形成されたＸｌなる軸方向長さにおいて前記パ
イロット制御室１９に連通されている。
【００３０】そして、前記共通油管２２内のパイロット
油供給圧力Ｐｐが前記燃料蓄圧管１４内の燃料圧力Ｐｓ
よりも大きく設定されているので、前記共通油管２２内
の作動油は油室１３及び制御用切欠部１２を経てパイロ
ット制御室１９に入り、前記針弁２の端面１８に作用す
ることにより針弁２のシート部２ａは前記パイロット油
供給圧力Ｐｐと燃料圧力Ｐｓとの圧力差によって噴射弁
本体５の弁座５ａに押し付けられている。これにより、
前記針弁２は高圧下においても高いシール性で以って噴
孔４側を遮断して無噴射状態が保持される。
【００３１】かかる針弁２が閉じた状態においては、前
記超磁歪アクチュエータ制御装置０４０及び超磁歪アク
チュエータ３０による後述する制御動作によって、図２
（Ｂ）に示すように、前記パイロット弁３１の当接面３
１ａと噴射弁本体５の弁座面５ｃとの間には微小隙間Δ
ｈを形成する。
【００３２】前記針弁２の閉弁時において、前記パイロ
ット弁３１によってパイロット油出口穴（作動油出口）
２１を微小量Δｈ開口せしめることにより、次のような
作用効果が得られる。即ち、図６（Ａ）に示すように、
かかる実施例においてはパイロット油出口穴（作動油出
口）２１が微小量隙間Δｈだけ開口せしめられているの
で、前記針弁２の閉弁時においても該隙間Δｈを作動油
がＹ１のように流れており、この状態からパイロット弁
３１がｈだけリフトされ前記針弁２が開弁されると、該
パイロット弁３１の開度はｈ＋Δｈとなり、図６（Ｂ）
に示すような前記隙間Δｈ＝０の場合よりも同一リフト
ｈでのパイロット弁開度が大きくなる（図６（Ａ）、
（Ｂ）において、パイロット弁３１リフト時の作動油の
流れをＹ２で示す）。
【００３３】これにより、図６（Ｃ）に示すように、該
パイロット弁３１の開口部（ｈ＋Δｈ）を流れる流量Ｑ
がＱ２となり、図６（Ａ）の微小隙間Δｈ＝０の場合の
流量Ｑ１よりも増加せしめられることとなり、前記パイ
ロット制御室１９内の圧力変化が高速化され、針弁２開
閉の応答性能が高められる。
【００３４】前記超磁歪アクチュエータ３０の磁石に前
記超磁歪アクチュエータ制御装置０４０及び超磁歪アク
チュエータ駆動装置４１により電流を付与して超磁歪材
３２を変位させこれに連結されたパイロット弁３１をリ
フトさせて前記パイロット油出口穴２１を開口すると、
前記針弁２に作用するパイロット制御室１９内の作動油
による力と針弁室９内の燃料による力とのとが平衡する
位置即ち前記制御用切欠部１２の開口面積とパイロット
弁３１の開口面積（パイロット油出口穴２１の開口面
積）とが等しくなる位置にて針弁２が整定される。かか
る動作により、図１（Ａ）に示すように針弁２が開弁さ
れ、針弁室９内の燃料が油溜め６を経て噴孔４からシリ
ンダ内に噴射される。
【００３５】次に、前記超磁歪アクチュエータ３０によ
る前記パイロット弁３１及び針弁２の開閉制御について
図３及び図４に基づき説明する。パイロット弁開度セン
サ４０にて検出されたパイロット弁開度の検出信号及び
クランク角検出器４２で検出された機関クランク角の検
出信号は超磁歪アクチュエータ制御装置０４０のパイロ
ット弁開度補正部４４に入力される。
【００３６】４３は基準パイロット弁開度設定部で、機
関の回転数、負荷等の機関運転条件における前記針弁２
の全開から全閉までの所要の変位モードを得るに要する
パイロット弁３１の開度変化モード即ち基準パイロット
弁開度が機関のクランク角に対して設定されている。即
ち、基準パイロット弁開度設定部においては、前記針弁
２が、目標とする燃料噴射モードつまり機関の高出力及
び低燃費を維持しかつＮＯｘ排出量及び黒煙排出量を抑
制し得るような燃料噴射モードとなり、かつ該針弁２が
衝撃を伴うことなく弁座に着座可能とするような変位モ
ード及び速度で移動するに必要なパイロット弁開度の変
化モードが基準パイロット弁開度として設定されてい
る。
【００３７】前記パイロット弁開度補正部４４において
は、機関クランク角に対応するパイロット弁開度の検出
信号と前記基準パイロット弁開度とを比較して、目標と
する基準パイロット弁開度に対するパイロット弁開度の
補正値を算出して超磁歪アクチュエータ電流制御部４６
に入力する。超磁歪アクチュエータ電流制御部４６にお
いては、パイロット弁開度の補正値に基づき該補正値に
相当する超磁歪アクチュエータ３０の磁石電流の補正値
を求めて該補正値にて補正した磁石電流値を前記超磁歪
アクチュエータ駆動装置３０に出力する。該前記超磁歪
アクチュエータ駆動装置３０は前記のように補正された
磁石電流値にて超磁歪アクチュエータ３０の磁石を作動
させ、これにより前記パイロット弁３１は補正された磁
石電流値のもとで開閉作動せしめられ、前記針弁２を前
記基準パイロット弁開度設定部に設定された目標とする
変位モード及び速度で移動せしめる。
【００３８】尚、前記パイロット弁開度センサ４０及び
クランク角検出器４２を設けることなく、前記基準パイ
ロット弁開度設定部によって、前記針弁２が、目標とす
る燃料噴射モードつまり機関の高出力及び低燃費を維持
しかつＮＯｘ排出量及び黒煙排出量を抑制し得るような
燃料噴射モードとなり、かつ該針弁２が衝撃を伴うこと
なく弁座に着座可能とするような変位モード及び速度で
移動するに必要なパイロット弁開度の変化モード即ち基
準パイロット弁開度モードの設定値を超磁歪アクチュエ
ータ電流制御部４６に出力し、該超磁歪アクチュエータ
電流制御部４６において基準パイロット弁開度の設定値
に相当する超磁歪アクチュエータ３０の磁石電流を求め
て該磁石電流値を前記超磁歪アクチュエータ駆動装置３
０に出力するような、フォワード制御としてもよい。
【００３９】また、図７及び図８は前記超磁歪アクチュ
エータ３０における磁界及びパイロット弁リフトの時間
変化の１例を示しており、図７は磁気バイアスを印加し
ない場合、図８は磁気バイアスを印加した場合を夫々示
す。図８のように、前記超磁歪アクチュエータ３０に磁
気バイアスＨｂを印加すれば、磁気電流と変位との関係
が正比例に近くなり、前記パイロット弁３１の比例制御
が高精度で可能となる。
【００４０】このように、かかる実施例によれば、超磁
歪アクチュエータ制御装置０４０によって磁気電流を制
御される超磁歪アクチュエータ３０にてパイロット弁３
１を変位及び速度制御することにより、前記針弁２をパ
イロット弁３１の変位に従った変位及び速度制御にて開
閉することが可能となる。これにより、前記パイロット
弁３１を、基準パイロット弁開度モード、即ち前記針弁
２が目標とする燃料噴射モードつまり機関の高出力及び
低燃費を維持しかつＮＯｘ排出量及び黒煙排出量を抑制
し得るような燃料噴射モードとなり、かつ該針弁２のシ
ート部２ａが衝撃を伴うことなく弁座５ａに着座可能と
するような変位モード及び速度で開閉することができ
る。尚、前記超磁歪アクチュエータ３０に代えて、電歪
アクチュエータ等のパイロット弁３１を介して針弁２の
変位を比例制御可能な制御手段を用いることもできる。
【００４１】図５（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例
に係る超磁歪アクチュエータの冷却装置の２例を示す。
図５（Ａ）の実施例は直接冷却型超磁歪アクチュエータ
に係り、図において、０３５は冷却スペースを形成する
ためのケースで、該ケース０３５の内部に油通路５０が
形成され、該油通路５０に超磁歪材３２、ばね３４、パ
イロット弁３１等が浸漬され、該ケース０３５に外側に
磁石３３が配置されている。５１は前記油通路５０の油
出口である。該油出口５１には作動油タンク２５への戻
り油管２６が接続され、該戻り油管２６の管路中には温
度調整装置０２６が介装されている。該温度調整装置０
２６は、通常は、前記超磁歪アクチュエータ３０にて加
温された作動油を冷却するための冷却器が用いられる
が、寒冷時の作動等において作動油温度が低下している
ような場合には加熱器を用いてもよい。
【００４２】かかる実施例において、前記パイロット弁
３１の開弁によりパイロット油出口穴２１から送出され
た作動油は前記油通路５０を流れる過程で超磁歪材３
２、ばね３４、パイロット弁３１等を直接冷却するとと
もに、ケース０３５の外側に配置された磁石３３を間接
的に冷却する。外側に配置された磁石３３は空気によっ
ても冷却される。
【００４３】図５（Ｂ）の実施例は間接冷却型超磁歪ア
クチュエータに係り、図において、０３５は冷却スペー
スを形成するためのケース、５６は該ケースの内部に設
けられた薄肉のハウジングで、該ハウジング５６の内部
に磁石３３、超磁歪材３２、ばね３４等の超磁歪アクチ
ュエータ３０を構成する部材及びパイロット弁３１が流
体シールを施されて収納され、前記ハウジング５６の外
周面とケース０３５の内周面との間に油通路５５が形成
されている。５１は前記油通路５５の油出口である。図
示を省略した部分を含むその他の構成は図５（Ａ）の実
施例と同様である。
【００４４】かかる実施例において、前記パイロット弁
３１の開弁によりパイロット油出口穴２１から送出され
た作動油は薄肉に形成された前記ハウジング５６の外側
の油通路５５を流れる過程で該ハウジング５６を介して
前記磁石３３、超磁歪材３２、ばね３４、パイロット弁
３１等を間接冷却する。
【００４５】前記超磁歪アクチュエータ３０を備えた燃
料噴射弁１は高温のシリンダヘッドに取り付けられるた
め、超磁歪アクチュエータ３０の温度もかかる高温雰囲
気中で加熱されて高温となる。かかる温度変動による熱
膨張もしくは温度変動によって前記超磁歪材３２の磁歪
量が変化し、該アクチュエータ３０及びこれに連結され
たパイロット弁３１の変位量が変化して該パイロット弁
３１及び針弁２を所要の変位制御を行うことが困難とな
る。
【００４６】然るにかかる実施例によれば、パイロット
制御室１９において針弁２の開閉作動に用いられた作動
油によって、超磁歪材３２を含む超磁歪アクチュエータ
３０全体を冷却するので、パイロット弁３１及び針弁２
の開閉制御用の作動油を超磁歪アクチュエータ３０の冷
却に兼用することができ、格別な冷却システムを設置す
ることなく、簡単な手段にて超磁歪アクチュエータ３０
の高温化を防止することができる。
【００４７】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、磁歪
アクチュエータを含むにパイロット弁駆動手段及びパイ
ロット弁駆動制御装置によってパイロット弁を変位及び
速度制御することにより、針弁をパイロット弁の変位に
従った変位及び速度制御にて開閉することが可能とな
る。これにより、前記パイロット弁を、基準パイロット
弁開度モード、即ち前記針弁が目標とする燃料噴射モー
ドつまり機関の高出力及び低燃費を維持しかつＮＯｘ排
出量及び黒煙排出量を抑制し得るような燃料噴射モード
となり、かつ該針弁のシート部が衝撃を伴うことなく弁
座に着座可能とするような変位モード及び速度で開閉す
ることができ、目標とする燃料噴射モードのきめ細かい
制御が可能となる。
【００４８】また、本発明によれば、針弁のシート部が
弁座に着座する針弁閉弁時において磁歪アクチュエータ
を含むパイロット弁駆動手段によりパイロット弁が作動
油出口を微小量開口せしめる隙間を形成するように構成
しているので、針弁の閉弁時においても該隙間を作動油
が流れており、この状態からパイロット弁がリフトされ
針弁が開弁されると、該パイロット弁の開度が同一リフ
トにおいて、前記隙間が形成されない場合よりも大きく
なる。これにより、該パイロット弁の開口部を流れる流
量が前記隙間が形成されない場合の流量よりも増加せし
められることとなり、パイロット制御用油室内の圧力変
化が高速化され、針弁開閉の応答性能が高められる。
【００４９】また請求項５記載の発明によれば、針弁室
とパイロット油室とを流体シールがなされた隔壁によっ
て分離したので、針弁開閉制御用の作動油を使用燃料に
無関係に最適な油に選定できるとともに、Ｃ重油のよう
に粘度が高く腐食作用の大きい燃料を前記針弁の開閉制
御に支障をきたすことなく使用することができる。
【００５０】さらに請求項６ないし９記載の発明によれ
ば、パイロット制御室用油室において針弁の開閉作動に
用いられた作動油によって、超磁歪材を含む超磁歪アク
チュエータ全体を冷却するので、パイロット弁及び針弁
の開閉制御用の作動油を磁歪アクチュエータの冷却に兼
用することができ、格別な冷却システムを設置すること
なく、簡単な手段にて磁歪アクチュエータの高温化を防
止することができて、パイロット弁及び針弁の高精度の
変位制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るディーゼル機関用
燃料噴射装置の要部構成図で針弁開の状態を示す図であ
る。
【図２】 （Ａ）は前記燃料噴射装置の要部構成図で針
弁閉の状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＺ部拡大
図である。
【図３】 超磁歪アクチュエータの制御ハード構成図で
ある。
【図４】 超磁歪アクチュエータの制御ブロック図であ
る。
【図５】 （Ａ）、（Ｂ）は本発明の第２実施例に係る
超磁歪アクチュエータ冷却装置の２つの例を示す要部構
成図である。
【図６】 （Ａ）、（Ｂ）はパイロット弁の作動説明
図、（Ｃ）はパイロット弁の流量特性線図である。
【図７】 超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁の特
性線図（その１）である。
【図８】 超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁の特
性線図（その２）である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁 ２ 針弁 ２ａ シート部 ２ｂ 本体部 ４ 噴孔 ５ 噴射弁本体 ５ａ 弁座 ９ 針弁室 １１、０１３ 隔壁 １２ 制御用切欠部 １４ 燃料蓄圧管 １５ 燃料ポンプ １６ 燃料タンク １９ パイロット制御室 ２１ パイロット油出口穴 ２２ 共通油管 ２３ 作動油ポンプ ２５ 作動油タンク ２６ 戻り油管 ０２６ 温度調整装置 ３０ 超磁歪アクチュエータ ３１ パイロット弁 ３２ 超磁歪材 ３３ 磁石 ３４ ばね ０３５ ケース ４０ パイロット弁開度センサ ０４０ 超磁歪アクチュエータ制御装置 ４１ 超磁歪アクチュエータ駆動装置 ４２ クランク角検出器 ４３ パイロット弁開度設定部 ５０ ５５ 油通路 ５６ ハウジング
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 55/02 ３５０ Ｆ０２Ｍ 55/02 ３５０Ｇ (72)発明者 伊藤 邦憲 横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重 工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA09 BA11 BA16 BA17 BA24 BA25 BA41 BA51 CC06T CC08T CC14 CC68U CD23 CE13 CE22

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定圧力に蓄圧された燃料を燃料噴射弁
    の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁の
    シート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との
    間の油路を開閉することにより該噴孔からの燃料の噴射
    を制御するように構成された内燃機関の燃料噴射装置に
    おいて、前記針弁開閉手段は、前記針弁の反シート部側
    端面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パ
    イロット油室の作動油出口を開閉して該パイロット油室
    の作動油圧力と前記針弁室の燃料圧力との差により前記
    針弁の変位を制御するパイロット弁と、該パイロット弁
    を比例制御にて開閉駆動するパイロット弁駆動手段と、
    該パイロット弁駆動手段に作動信号を出力するとともに
    前記針弁のシート部が弁座に着座する針弁閉弁時におい
    て前記パイロット弁が前記作動油出口を微小量開口せし
    めるように該パイロット弁駆動手段を制御するパイロッ
    ト弁駆動制御装置とを備えてなることを特徴とする内燃
    機関の燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記パイロット弁駆動手段は磁界中に配
    置された磁歪材の磁気歪みによりパイロット弁を変位せ
    しめる磁歪アクチュエータからなり、前記パイロット弁
    駆動制御装置は前記磁歪アクチュエータに作動信号を出
    力する磁歪アクチュエータ制御装置からなることを特徴
    とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記パイロット弁の開度を検出して前記
    磁歪アクチュエータ制御装置に入力するパイロット弁開
    度検出器を備え、前記磁歪アクチュエータ制御装置は前
    記内燃機関の運転条件における前記針弁の所要変位モー
    ドに対応する基準パイロット弁開度が設定された基準パ
    イロット弁開度設定部を有するとともに前記パイロット
    弁開度の検出値と基準パイロット弁開度とによりパイロ
    ット弁開度の補正量を算出して該補正量に基づき前記磁
    歪アクチュエータの作動信号を調整する調整手段を有し
    てなることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料
    噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記磁歪アクチュエータ制御装置は、前
    記内燃機関の運転条件における前記針弁の所要変位モー
    ドに対応する基準パイロット弁開度が設定された基準パ
    イロット弁開度設定部を有するとともに前記磁歪アクチ
    ュエータを前記パイロット弁の開度が前記基準パイロッ
    ト弁開度になるように作動指令する指令手段を有してな
    ることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射
    装置。
  5. 【請求項５】 前記燃料噴射弁の針弁室と前記作動油が
    給排されるパイロット油室とを流体シールがなされた隔
    壁を隔てて区画形成したことを特徴とする請求項１記載
    の内燃機関の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 所定圧力に蓄圧された燃料を燃料噴射弁
    の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁の
    シート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との
    間の油路を開閉することにより該噴孔からの燃料の噴射
    を制御するように構成された内燃機関の燃料噴射装置に
    おいて、前記針弁開閉手段は前記針弁の反シート部側端
    面が臨み作動油が給排されるパイロット油室と、該パイ
    ロット油室の作動油出口を開閉して該パイロット油室の
    作動油圧力と前記針弁室の燃料圧力との差により前記針
    弁の変位を制御するパイロット弁と、該パイロット弁を
    磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変位せしめ
    る磁歪アクチュエータとを備えてなり、前記パイロット
    油室の作動油出口には前記パイロット油室から送出され
    た作動油により前記磁歪アクチュエータを冷却するアク
    チュエータ冷却手段を接続してなることを特徴とする内
    燃機関の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記アクチュエータ冷却手段は、前記磁
    歪アクチュエータの内部に形成された作動油通路を備え
    て、前記作動油出口からの作動油により前記前記磁歪ア
    クチュエータを直接冷却するように構成されてなること
    を特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記アクチュエータ冷却手段は、前記磁
    歪アクチュエータを覆うハウジング及び該ハウジングの
    外周面に臨んで形成された作動油通路を備えて、前記作
    動油出口からの作動油により前記ハウジングを介して前
    記磁歪アクチュエータを間接冷却するように構成されて
    なることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃料噴
    射装置。
  9. 【請求項９】 前記アクチュエータ冷却手段の作動油出
    口と作動油タンクとを接続する戻り油管路に、該アクチ
    ュエータ冷却手段を経た作動油を冷却あるいは加温して
    該作動油の温度を所定温度に保持する温度調整手段を設
    けてなることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の燃
    料噴射装置。
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