JP4582061B2 - ピエゾインジェクタ及びインジェクタ駆動システム - Google Patents
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Description
ところで、ピエゾ素子Pは、コンデンサと同様に容量性負荷であるため、ピエゾ素子Pの充電時に直流電源からピエゾ素子Pに対して直接電流が流れてしまうと、この電流が急激に増加してオーバーシュートが生じてしまい、ピエゾ素子Pが損傷してしまうおそれがある。
また、ピエゾインジェクタのピエゾ素子Pを充電させる際には、ピエゾインジェクタの応答性(燃料噴射の応答性)を向上させるために、充電電流が所定値に到達するまでの応答速度を向上させることが望ましい。
本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものであり、ピエゾ素子に印加する電圧または電流を上げた場合であっても、インジェクタ駆動装置が大型化してしまうのを抑制することを目的としている。
ところで、インダクタ素子のコイル部分には、磁束を大きくするためにコアが配置されていることが一般的である。
そこで、請求項1に記載の発明では、ハウジングの少なくとも一部が磁性体にて構成されている。これにより、この磁性体にて構成された部分を、インダクタ素子のコアとして用いることが可能となるので、インダクタ素子のコアを別途用いるものに比べて、ピエゾインジェクタの部品点数を低減することができる。
ところで、インダクタ素子は、ハウジングの外部に設けられていてもよいし、請求項2に記載のように、ハウジング内に収納されていてもよい。
このような請求項4に記載の発明によれば、インダクタ素子が保護部材により覆われているので、外部からの損傷を防ぐことができる。
[第1実施形態]
(インジェクタ駆動システムの全体構成)
図1は、第1実施形態のインジェクタ駆動システムの構成を説明する説明図である。
DC−DCコンバータ44は、バッテリ50から電力供給を受けてバッテリ50の電圧よりも高い電圧を生成するものであり、昇圧用コイルL2と、昇圧用スイッチSW1と、DC−DCコンデンサC2と、放電防止用ダイオードD1とを備えている。
また、放電防止用ダイオードD1のアノードは、昇圧用コイルL2と昇圧用スイッチSW1との接続点に接続されており、カソードは、EDU46に接続されている。
そして、以上のような構成のDC−DCコンバータ44では、図示しない昇圧制御回路により昇圧用スイッチSW1のオン・オフが繰り返し行われることで、昇圧用コイルL2にエネルギーが蓄積され、その蓄積されたエネルギーがDC−DCコンデンサC2に供給される。
なお、本実施形態において、バッテリ50は12Vの電圧を生成し、DC−DCコンバータ44は数十〜数百Vの高電圧を生成する。
駆動部47は、充電スイッチSW2、放電スイッチSW3、回生用ダイオードD2及びフライホイール用ダイオードD3等を備えており、この駆動部47は、エンジンの制御を行うECU(図示省略)から出力される噴射信号に基づいて、充電スイッチSW2及び放電スイッチSW3をオン・オフすることにより、ピエゾインジェクタ10を駆動する。
放電スイッチSW3の一端側は、充電スイッチSW2とピエゾインジェクタ10との接続点に接続されており、他端側は接地されている。
(ピエゾインジェクタ10の説明)
図2は、ピエゾインジェクタ10の構造を説明する説明図である。
また、ピエゾインジェクタ10は、コモンレールから高圧燃料の供給を受けて、燃料噴射弁12から各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するように構成されている。
燃料噴射弁12は、ピエゾ素子Pの伸縮に応じて後述する燃料噴射孔38の開閉を行うものであり、コモンレールに接続された高圧通路20と、高圧通路20上に形成された背圧室22と、ドレインラインに接続される低圧通路24と、背圧室22と低圧通路24とを導通・遮断する切替弁26と、ピエゾ素子Pの伸長量を拡大して切替弁26に伝達する変位拡大機構28と、燃料噴射部30とを有して構成されている。
また、小径ピストン34の下方には、切替弁26が配置されており、切替弁26は、小径ピストン34により押圧された、すなわちピエゾ素子Pが伸長した場合に、下降することにより背圧室22と低圧通路24とを導通し、逆に、ピエゾ素子Pが収縮した場合には、背圧室22と低圧通路24とを遮断する。
ニードル39は、燃料噴射孔38の開閉を行うためのものであり、このニードル39は、切替弁26により背圧室22と低圧通路24とが導通されることで背圧室22内の燃料圧力が低下すると、上昇して燃料噴射孔38を開口する。
(ピエゾインジェクタ10の作動)
以上のような構成のピエゾインジェクタ10では、ピエゾ素子Pへの充電が開始されることによりピエゾ素子Pが伸長すると、大径ピストン32及び小径ピストン34が下降する。すると、切替弁26が背圧室22と低圧通路24とを導通させてニードル39が上昇する。これにより、燃料噴射孔38が開口されて燃料噴射が開始される。
以上のような構成のインジェクタ駆動システムでは、燃料噴射の際に、4つのピエゾインジェクタ10の中から燃料を噴射させるインジェクタを特定するための噴射信号がECUからEDU46に入力される。
これにより、放電スイッチSW3のオン時には、ピエゾ素子Pの正極側、すなわち充放電用コイルL3側から電流が流れるとともに充放電用コイルL3にエネルギーが蓄積され、放電スイッチSW3のオフ時には、充放電用コイルL3に蓄積されたエネルギーにより、回生電流がDC−DCコンデンサC2に流れるので、ピエゾ素子Pに蓄積された電荷が放電されてピエゾ素子Pが収縮し、上述したように燃料の噴射が終了する。
特許文献1に記載の発明では、本実施形態の充放電用コイルL3に相当するインダクタ素子がインジェクタ駆動装置40に設けられているのに対して、本実施形態では、この充放電用コイルL3がピエゾインジェクタ10に設けられているので、ピエゾ素子Pに印加する電圧または電流を上げる場合には、ピエゾインジェクタ10の充放電用コイルL3を大きくすればよく、インジェクタ駆動装置40を大型化する必要がない。
また、本実施形態では、インジェクタ駆動装置40内に充放電用コイルL3が設けられていないので、従来のインジェクタ装置に比べてインジェクタ駆動装置40の小型化を実現することができる。
また、本実施形態では、充放電用コイルL3がコネクタケース18により覆われているので、外部からの損傷を防ぐことができる。
本実施形態では、充放電用コイルL3が特許請求の範囲に記載されたインダクタ素子に相当し、燃料噴射弁12が特許請求の範囲に記載された開閉弁に相当し、インジェクタハウジング14及びコネクタケース18が特許請求の範囲に記載されたハウジングに相当し、コネクタケース18が特許請求の範囲に記載された保護部材に相当する。
第1実施形態では、インジェクタハウジング14外に充放電用コイルL3を巻くことにより、インジェクタハウジング14を充放電用コイルL3のコアとして用いるようにしていたが、本実施形態は、図3に示すように、インジェクタハウジング14に充放電用コイルL3を内蔵してこのインジェクタハウジング14内に充放電用コイルL3を巻くことにより、インジェクタハウジング14を充放電用コイルL3のコアとして用いるようにしたものである。
(本実施形態に係るインジェクタ駆動システムの特徴)
本実施形態においても、上述した第1実施形態と同様に、この充放電用コイルL3がピエゾインジェクタ10に設けられているので、ピエゾ素子Pに印加する電圧または電流を上げる場合には、ピエゾインジェクタ10の充放電用コイルL3を大きくすればよく、インジェクタ駆動装置40を大型化する必要がない。
[その他の実施形態]
上記実施形態では、インジェクタ駆動装置40の内部に充放電用コイルL3が設けられていないものを例に挙げて説明したが、充放電用コイルL3は、インジェクタ駆動装置40のハウジング48内に設けられていてもよいし、インジェクタ駆動装置40とピエゾインジェクタ10との間に設けられていてもよい。
Claims (6)
- 直流電源から供給される電荷を蓄積することで伸長し、その蓄積した電荷を放出することで収縮するピエゾ素子と、
前記ピエゾ素子の伸縮に応じて開閉する開閉弁と、
前記ピエゾ素子及び前記開閉弁を収納するハウジングと、
インダクタンス成分を有するインダクタ素子と
を備え、
前記ハウジングの少なくとも一部は磁性体にて構成され、その一部が前記インダクタ素子のコアとして用いられていることを特徴とするピエゾインジェクタ。 - 前記インダクタ素子は、前記ハウジング内に収納されていることを特徴とする請求項1に記載のピエゾインジェクタ。
- 前記開閉弁を駆動するインジェクタ駆動装置に接続するためのコネクタを備えており、
さらに、前記インダクタ素子は、前記コネクタと前記ピエゾ素子との間に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のピエゾインジェクタ。 - 前記ハウジングは、前記コネクタを覆う保護部材を有して構成されており、
さらに、前記インダクタ素子は、前記保護部材により覆われていることを特徴とする請求項3に記載のピエゾインジェクタ。 - 請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載のピエゾインジェクタと、
前記ピエゾインジェクタを駆動するインジェクタ駆動装置と
を備えたことを特徴とするインジェクタ駆動システム。 - 前記インダクタ素子は、前記インジェクタ駆動装置の外部に設けられていることを特徴とする請求項5に記載のインジェクタ駆動システム。
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