JP2559712B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
燃料噴射装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ピエゾ素子を用いて燃料噴射量を制御する
燃料噴射装置に関する。
燃料噴射装置に関する。
従来型のピエゾ素子を用いて燃料を加圧噴射するイン
ジェクタの噴射量制御はピエゾ素子の伸び量と駆動回数
で行っている（特開昭59−77043号公報参照）。一般に
駆動周波数には上限があり噴射量ダイナミックレンジを
確保するために、ピエゾ素子伸び量（ストローク）をリ
ニアまたは多段階に制御する必要がある。ピエゾ素子を
このように使用するためには、素子の分極状態を保つ必
要がある。素子の分極は素子に高電圧を印加することで
行うが、電圧を印加せずに放置すると熱等により徐々に
分極状態が劣化する。劣化すると分極直後と同一条件で
駆動しても伸び量が減少してしまい、そのため燃料噴射
量が減少してしまうという問題点がある。
ジェクタの噴射量制御はピエゾ素子の伸び量と駆動回数
で行っている（特開昭59−77043号公報参照）。一般に
駆動周波数には上限があり噴射量ダイナミックレンジを
確保するために、ピエゾ素子伸び量（ストローク）をリ
ニアまたは多段階に制御する必要がある。ピエゾ素子を
このように使用するためには、素子の分極状態を保つ必
要がある。素子の分極は素子に高電圧を印加することで
行うが、電圧を印加せずに放置すると熱等により徐々に
分極状態が劣化する。劣化すると分極直後と同一条件で
駆動しても伸び量が減少してしまい、そのため燃料噴射
量が減少してしまうという問題点がある。
（発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は前述の従来技術における問題点にかん
がみ、エンジン始動時の第１回目にピエゾ素子に高電圧
を印加するという着想に基づき、ピエゾ素子の分極状態
が劣化していても速やかに再分極を行い所望の噴射量が
得られるようにすることにある。
がみ、エンジン始動時の第１回目にピエゾ素子に高電圧
を印加するという着想に基づき、ピエゾ素子の分極状態
が劣化していても速やかに再分極を行い所望の噴射量が
得られるようにすることにある。
前述の問題点を解決するための手段として、本発明に
おいては、ピエゾ素子に電圧を印加し、その印加する電
圧の大きさによって前記ピエゾ素子の伸縮量を変化さ
せ、この伸縮量の変化により燃料の噴射量を変化させる
燃料噴射装置であって、エンジンが始動状態で、かつ第
１回目の燃料噴射であるかを判定する始動判定手段と、
前記始動判定回路においてエンジンが始動状態で、かつ
第１回目の燃料噴射であると判定された際に、前記ピエ
ゾ素子に対し、前記ピエゾ素子内部の電界強度が抗電界
以上となるような高電圧を印加する高電圧印加回路とを
有することを特徴とする燃料噴射装置が提供される。
おいては、ピエゾ素子に電圧を印加し、その印加する電
圧の大きさによって前記ピエゾ素子の伸縮量を変化さ
せ、この伸縮量の変化により燃料の噴射量を変化させる
燃料噴射装置であって、エンジンが始動状態で、かつ第
１回目の燃料噴射であるかを判定する始動判定手段と、
前記始動判定回路においてエンジンが始動状態で、かつ
第１回目の燃料噴射であると判定された際に、前記ピエ
ゾ素子に対し、前記ピエゾ素子内部の電界強度が抗電界
以上となるような高電圧を印加する高電圧印加回路とを
有することを特徴とする燃料噴射装置が提供される。
ピエゾ素子の印加電界と変位の関係は第１図の特性図
に示される。通常の制御領域は破線で示した内側であ
る。しかし、分極が劣化してくると、ある電界強度（E
c）を越えるまでの電界に対する変位量が減少し、分極
が無くなった場合は一点鎖線で示したように電界強度Ec
までは圧電性を示さず、電界がEcを越えると急に変位が
発生し再分極される。本発明では、この性質を利用し、
ピエゾ素子を用いた燃料噴射装置において、エンジン始
動時、最初のインジェクタ駆動パルスでピエゾ素子に抗
電界（Ec）以上の電界を印加しピエゾ素子の再分極を行
う。
に示される。通常の制御領域は破線で示した内側であ
る。しかし、分極が劣化してくると、ある電界強度（E
c）を越えるまでの電界に対する変位量が減少し、分極
が無くなった場合は一点鎖線で示したように電界強度Ec
までは圧電性を示さず、電界がEcを越えると急に変位が
発生し再分極される。本発明では、この性質を利用し、
ピエゾ素子を用いた燃料噴射装置において、エンジン始
動時、最初のインジェクタ駆動パルスでピエゾ素子に抗
電界（Ec）以上の電界を印加しピエゾ素子の再分極を行
う。
第１図はピエゾ素子の印加電界強度に対する変位量
（歪み量）の関係である。素子が未分極状態から印加電
圧を上げた場合一点鎖線のように変位し、急激に変位量
が増加する電界強度を抗電界Ecとする。その後逆方向に
Ec以上の電界を印加し、再びEc以上の電界を印加すると
実線のように矢印に従って変位する。通常のピエゾアク
チュエータで使用する領域は破線で示される。
（歪み量）の関係である。素子が未分極状態から印加電
圧を上げた場合一点鎖線のように変位し、急激に変位量
が増加する電界強度を抗電界Ecとする。その後逆方向に
Ec以上の電界を印加し、再びEc以上の電界を印加すると
実線のように矢印に従って変位する。通常のピエゾアク
チュエータで使用する領域は破線で示される。
第２図には、本発明の一実施例を行うピエゾ素子を用
いた電子制御燃料噴射装置におけるピエゾ素子に電界を
印加するための駆動回路の回路図が示される。図中、１
はトランジスタ、２は電源としてのバッテリ、４は回生
用ダイオード、５はトランス、６はピエゾ素子、I1はト
ランジスタ１に流れる電流である。
いた電子制御燃料噴射装置におけるピエゾ素子に電界を
印加するための駆動回路の回路図が示される。図中、１
はトランジスタ、２は電源としてのバッテリ、４は回生
用ダイオード、５はトランス、６はピエゾ素子、I1はト
ランジスタ１に流れる電流である。
第３図はトランジスタ１のベース信号、電流I1、ピエ
ゾ素子６の両端の電圧の波形を示したものである。
ゾ素子６の両端の電圧の波形を示したものである。
第４図は電子制御燃料噴射システムのブロック図であ
る。コンピュータ（始動判定回路）は駆動回路に対し第
２図のトランジスタ１のベース信号を出力する。
る。コンピュータ（始動判定回路）は駆動回路に対し第
２図のトランジスタ１のベース信号を出力する。
第４図においてコンピュータがスタータスイッチ投入
を検知し、エンジン回転数等よりエンジンを始動させる
必要があると判断すると以下説明するエンジン始動ルー
チンに入る。
を検知し、エンジン回転数等よりエンジンを始動させる
必要があると判断すると以下説明するエンジン始動ルー
チンに入る。
このルーチンに入るとコンピュータはピエゾ素子に１
回目のみ第１図のEc以上の電界を印加し、２回目以降は
既に知られている通常のエンジン始動制御を行う。例え
ばスロットル開度とエンジン回転数より吸気量を推定し
所望の空燃比となるように制御し、エンジン回転が所定
回転数以上になるか、スタータスイッチがオフされるま
で続ける。この時エンジン冷却水温により補正を加える
などしてもよい。
回目のみ第１図のEc以上の電界を印加し、２回目以降は
既に知られている通常のエンジン始動制御を行う。例え
ばスロットル開度とエンジン回転数より吸気量を推定し
所望の空燃比となるように制御し、エンジン回転が所定
回転数以上になるか、スタータスイッチがオフされるま
で続ける。この時エンジン冷却水温により補正を加える
などしてもよい。
次に噴射量の制御方法を説明する。ピエゾインジェク
タでは、第２図に示した駆動回路（高電圧印加回路）に
よりピエゾ素子に印加する電圧と周波数を制御すること
により燃料噴射量を調量する（特開昭59−77043号公報
参照）。
タでは、第２図に示した駆動回路（高電圧印加回路）に
よりピエゾ素子に印加する電圧と周波数を制御すること
により燃料噴射量を調量する（特開昭59−77043号公報
参照）。
第２図の回路の動作を説明する。まずピエゾ素子電圧
＝０、I1＝０の状態でトランジスタ１をオンすると第３
図に示すようにI1が概略 に従って増加する。ここにＥはバッテリ電圧、L1はトラ
ンス５の１次側インダクタンスである。この時ピエゾ素
子６は だけ負方向に電圧が印加される。ここに、N1およびN2は
それぞれトランス５の１次側および２次側の巻き数であ
る。そして１次電流I1が所定値Ip1まで増加した時トラ
ンジスタ１をターンオフする。電流I1の検出はシャント
抵抗により検出してもホール素子を用いてもよい。トラ
ンジスタ１をターンオフするとI1は０となりこの時、ト
ランスの１次側の電磁エネルギー がトランス作用により２次側のピエゾ素子に印加され
る。ピエゾ素子は容量性負荷であるのでこの容量をＣと
すると （Vc:ピエゾ両端電圧、K:定数）により決まるVcまで電
圧が印加されることになる。つまりピエゾ電圧VcはIp1
により制御できる。ただし （Ip1:トランジスタ１をターンオフさせる１次電流値、
Δt:トランジスタ１のターンオフ時間）なる式が満たさ
れている必要がある。
＝０、I1＝０の状態でトランジスタ１をオンすると第３
図に示すようにI1が概略 に従って増加する。ここにＥはバッテリ電圧、L1はトラ
ンス５の１次側インダクタンスである。この時ピエゾ素
子６は だけ負方向に電圧が印加される。ここに、N1およびN2は
それぞれトランス５の１次側および２次側の巻き数であ
る。そして１次電流I1が所定値Ip1まで増加した時トラ
ンジスタ１をターンオフする。電流I1の検出はシャント
抵抗により検出してもホール素子を用いてもよい。トラ
ンジスタ１をターンオフするとI1は０となりこの時、ト
ランスの１次側の電磁エネルギー がトランス作用により２次側のピエゾ素子に印加され
る。ピエゾ素子は容量性負荷であるのでこの容量をＣと
すると （Vc:ピエゾ両端電圧、K:定数）により決まるVcまで電
圧が印加されることになる。つまりピエゾ電圧VcはIp1
により制御できる。ただし （Ip1:トランジスタ１をターンオフさせる１次電流値、
Δt:トランジスタ１のターンオフ時間）なる式が満たさ
れている必要がある。
ピエゾ素子電圧Vcの波形は周期がトランス５の２次側
インダクタンスL2とピエゾ素子容量Ｃの共振周期とな
り、ピーク電圧が前述のVcである正弦波となる。しか
し、Vcが共振により まで負になるとトランス作用により１次側回路のダイオ
ード４が順バイアスとなり、バッテリを充電する方向に
回生電流が流れる。こうして、この時点で２次側回路の
持っているエネルギーがバッテリに元されるため２次側
回路の共振は1/2周期で止まり第３図のようになる。ピ
エゾ素子駆動周波数はトランジスタ１のオン信号出力周
波数により制御できる。トランジスタ１のオン信号（タ
ーンオン、ターンオフ）は第４図に示したようにエンジ
ン、および車両の状態、駆動回路の１次電流値等をコン
ピュータに入力しこれより駆動回路に出力する。
インダクタンスL2とピエゾ素子容量Ｃの共振周期とな
り、ピーク電圧が前述のVcである正弦波となる。しか
し、Vcが共振により まで負になるとトランス作用により１次側回路のダイオ
ード４が順バイアスとなり、バッテリを充電する方向に
回生電流が流れる。こうして、この時点で２次側回路の
持っているエネルギーがバッテリに元されるため２次側
回路の共振は1/2周期で止まり第３図のようになる。ピ
エゾ素子駆動周波数はトランジスタ１のオン信号出力周
波数により制御できる。トランジスタ１のオン信号（タ
ーンオン、ターンオフ）は第４図に示したようにエンジ
ン、および車両の状態、駆動回路の１次電流値等をコン
ピュータに入力しこれより駆動回路に出力する。
以上のようにして燃料が調量される。
最初に述べた本発明の要点であるエンジン始動ルーチ
ンで第１回目のピエゾ素子駆動時のみEc以上の高電界を
印加する具体的な方法は、１次電流所定値Ip1を１回目
のみ を満たす大きな値とすることにより容易に行える。
ンで第１回目のピエゾ素子駆動時のみEc以上の高電界を
印加する具体的な方法は、１次電流所定値Ip1を１回目
のみ を満たす大きな値とすることにより容易に行える。
第２図に示したピエゾ素子駆動回路の他に種々の回路
構成が考えられる。ピエゾ駆動のための高電圧を発生で
き印加電圧、駆動周波数を制御できればよく、例えば他
の実施例として第５図のようなピエゾ駆動回路がある。
構成が考えられる。ピエゾ駆動のための高電圧を発生で
き印加電圧、駆動周波数を制御できればよく、例えば他
の実施例として第５図のようなピエゾ駆動回路がある。
また、ピエゾインジェクタの構造に関して、従来の電
磁ソレノイドによる弁の開閉により燃料を噴射するイン
ジェクタに類似した、ピエゾ素子の伸縮により弁を開閉
させ開弁時間により噴射量を調量するピエゾ弁式インジ
ェクタにおいても本発明を適用できる。ただし、この場
合の駆動回路は、ピエゾ素子に電圧を印加している時間
を制御する必要があるため第２図の回路は使用できず第
５図のような回路となる。
磁ソレノイドによる弁の開閉により燃料を噴射するイン
ジェクタに類似した、ピエゾ素子の伸縮により弁を開閉
させ開弁時間により噴射量を調量するピエゾ弁式インジ
ェクタにおいても本発明を適用できる。ただし、この場
合の駆動回路は、ピエゾ素子に電圧を印加している時間
を制御する必要があるため第２図の回路は使用できず第
５図のような回路となる。
この回路は、トランジスタ11、電源バッテリ12、ダイ
オード14、トランス15、ピエゾ素子16、サイリスタ17お
よび18から構成される。
オード14、トランス15、ピエゾ素子16、サイリスタ17お
よび18から構成される。
この回路の動作を説明する。ピエゾ素子に電圧を印加
する動作は第２図の回路の動作と同様である。ただし、
トランジスタ11をターンオフすると同時に、サイリスタ
17をターオンさせる。第５図ではピエゾ素子に電圧が印
加されるとこの電圧を保持する。つまりピエゾ素子は伸
びた状態を維持する。次に電圧を解除したいタイミング
でサイリスタ18をターンオンすれば、第２図のピエゾ電
圧が下降していく時の動作と同様にピエゾ電圧が下降し
縮み、エネルギーがバッテリに回生されこの状態を維持
する。つまりトランジスタ11のオフ、サイリスタ17のオ
ンのタイミングと、サイリスタ18のオンのタイミングに
よりピエゾ素子の伸縮の時間、すなわち噴射弁の開弁時
間を制御できる。
する動作は第２図の回路の動作と同様である。ただし、
トランジスタ11をターンオフすると同時に、サイリスタ
17をターオンさせる。第５図ではピエゾ素子に電圧が印
加されるとこの電圧を保持する。つまりピエゾ素子は伸
びた状態を維持する。次に電圧を解除したいタイミング
でサイリスタ18をターンオンすれば、第２図のピエゾ電
圧が下降していく時の動作と同様にピエゾ電圧が下降し
縮み、エネルギーがバッテリに回生されこの状態を維持
する。つまりトランジスタ11のオフ、サイリスタ17のオ
ンのタイミングと、サイリスタ18のオンのタイミングに
よりピエゾ素子の伸縮の時間、すなわち噴射弁の開弁時
間を制御できる。
本発明の適用は第５図においても第２図と全く同様に
行われる。
行われる。
また、ピエゾ素子再分極のための高電圧パルスを印加
することをエンジン始動ルーチンの最初としたが、エン
ジン冷却水温が低い時のエンジン始動ルーチンの最初と
してもよい。あまり頻繁に再分極パルスを印加する必要
はない。一般にエンジン始動時は多量の燃料噴射を必要
とするため、１回目に大電圧でピエゾ素子を駆動しても
なんら問題はない。エンジン始動時必要な噴射量をこの
最初のパルスとこの後の通常の制御により噴射する。
することをエンジン始動ルーチンの最初としたが、エン
ジン冷却水温が低い時のエンジン始動ルーチンの最初と
してもよい。あまり頻繁に再分極パルスを印加する必要
はない。一般にエンジン始動時は多量の燃料噴射を必要
とするため、１回目に大電圧でピエゾ素子を駆動しても
なんら問題はない。エンジン始動時必要な噴射量をこの
最初のパルスとこの後の通常の制御により噴射する。
第６図には本葉名の実施例の流れ図が示される。
本発明によれば、始動判定回路においてエンジンが始
動状態で、かつ第１回目の燃料噴射であると判定された
際に、ピエゾ素子に対し、ピエゾ素子内部の電界強度が
抗電界以上となるような高電圧を印加するため、エンジ
ンの放置時間に関わらず、始動時に確実に再分極させる
ことができる。
動状態で、かつ第１回目の燃料噴射であると判定された
際に、ピエゾ素子に対し、ピエゾ素子内部の電界強度が
抗電界以上となるような高電圧を印加するため、エンジ
ンの放置時間に関わらず、始動時に確実に再分極させる
ことができる。
第１図は本発明の原理を説明するためのピエゾ素子の印
加電界と変位の関係を示す特性図、 第２図は本発明の一実施例を行うピエゾ素子を用いた電
子制御燃料噴射装置におけるピエゾ素子に電界を印加す
るための駆動回路の回路図、 第３図は第２図の回路の波形図、 第４図は本発明が適用される電子制御燃料噴射システム
のブロック図、 第５図は本発明の他の実施例を行うピエゾ素子に電界を
印加するための駆動回路の回路図、 第６図は本発明の実施例の流れ図である。 （符号の説明） １……トランジスタ、２……バッテリ、 ４……ダイオード、５……トランス、 ６……ピエゾ素子、11……トランジスタ、 12……バッテリ、14……ダイオード、 15……トランス、16……ピエゾ素子、 17,18……サイリスタ。
加電界と変位の関係を示す特性図、 第２図は本発明の一実施例を行うピエゾ素子を用いた電
子制御燃料噴射装置におけるピエゾ素子に電界を印加す
るための駆動回路の回路図、 第３図は第２図の回路の波形図、 第４図は本発明が適用される電子制御燃料噴射システム
のブロック図、 第５図は本発明の他の実施例を行うピエゾ素子に電界を
印加するための駆動回路の回路図、 第６図は本発明の実施例の流れ図である。 （符号の説明） １……トランジスタ、２……バッテリ、 ４……ダイオード、５……トランス、 ６……ピエゾ素子、11……トランジスタ、 12……バッテリ、14……ダイオード、 15……トランス、16……ピエゾ素子、 17,18……サイリスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 恭文 刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電装株 式会社内 (72)発明者 榊原 康行 西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会社日 本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 関口 清則 西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会社日 本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−98165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−53183（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ピエゾ素子に電圧を印加し、その印加する
電圧の大きさによって前記ピエゾ素子の伸縮量を変化さ
せ、この伸縮量の変化により燃料の噴射量を変化させる
燃料噴射装置であって、 エンジンが始動状態で、かつ第１回目の燃料噴射である
かを判定する始動判定回路と、 前記始動判定回路においてエンジンが始動状態で、かつ
第１回目の燃料噴射であると判定された際に、前記ピエ
ゾ素子に対し、前記ピエゾ素子内部の電界強度が抗電界
以上となるような高電圧を印加する高電圧印加回路と を有することを特徴とする燃料噴射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61229970A JP2559712B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61229970A JP2559712B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 燃料噴射装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6388246A JPS6388246A (ja) | 1988-04-19 |
| JP2559712B2 true JP2559712B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=16900561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61229970A Expired - Lifetime JP2559712B2 (ja) | 1986-09-30 | 1986-09-30 | 燃料噴射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559712B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19946718C2 (de) * | 1999-09-29 | 2002-01-10 | Siemens Ag | Vorbehandlungsverfahren für einen elektro-mechanischen Wandler |
| DE60309469T2 (de) * | 2003-09-09 | 2007-04-19 | Delphi Technologies, Inc., Troy | Verfahren um ein Einspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktor zu betreiben |
| JP2022014184A (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-19 | 太陽誘電株式会社 | 圧電セラミックス素子の駆動回路 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6198165A (ja) * | 1984-10-17 | 1986-05-16 | Nippon Soken Inc | 圧電アクチユエ−タ制御装置 |
-
1986
- 1986-09-30 JP JP61229970A patent/JP2559712B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6388246A (ja) | 1988-04-19 |
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