JPH0219650A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

実願昭６３−９５８４号には、絞り通路を介して燃料が
供給される圧力室を備え、圧電素子が伸長することによ
り圧力室内の燃料圧を増大せしめこれによりニードルが
噴射孔を閉弁せしめるとともに、圧電素子が収縮するこ
とにより圧力室内の燃料圧を低下せしめこれによりニー
ドルが噴射孔を開弁せしめるようにした燃料噴射弁が開
示されている。

この圧電素子を伸縮せしめる従来の駆動回路は、第８図
に示すように、電源５２と、サイリスク５３　、５６と
、充電側及び放電側コイル５４　、５５とを具備する。

この駆動回路５１によって圧電素子２７は、交互に電荷
がチャージ、ディスチャージされ、伸縮せしめられる。

これにより、圧力室内の燃料圧が増大減少せしめられて
、燃料噴射弁が開閉せしめられる。

［発明が解決しようとする課題〕 しかしこのような燃料噴射装置では、機関停止直後にお
いては、圧電素子は電荷が充電された状態で、伸長状態
にある。このため、圧力室の容積は最小となり、圧力室
内に保持される燃料用も最少である。機関停止後、時間
の経過とともに圧電素子は徐々に自然放電し、これに伴
い圧力室の容積は増大する。しかし圧電素子の放電は緩
慢であり、圧電素子が放電し終わる前に燃料供給圧が低
下し圧力が平衡する。このため、絞り通路を介して圧力
室内に燃料を導入することが困難となり、圧力室内の容
積増大に伴ない圧力室内に気泡が発生する可能性がある
。

一方、機関始動時には、圧電素子を充電して伸長させる
ことにより圧力室内の燃料圧を増大せしめ、これにより
ニードルが噴射孔を閉弁せしめるようにしている。しか
し、前述のように圧力室内は燃料が満たされておらず、
このため圧力室内の燃料圧を所望の圧力まで高めること
ができず、十分な閉弁力を得られない。従って、機関始
動初期において誤噴射を生ずるという問題がある。

Ｃ課題を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため本発明によれば、絞り通路を
介して燃料が供給される圧力室を備え、圧電素子が伸長
することにより圧力室内の燃料圧を増大せしめこれによ
りニードルが噴射孔を閉弁せしめるとともに、圧電素子
が収縮することにより圧力室内の燃料圧を低下せしめこ
れにより二ドルが噴射孔を開弁せしめるようにした燃料
噴射弁を有する燃料噴射装置において、内燃機関停止直
後圧電素子を、ニードルが噴射孔を開弁しない程度の速
度でかつ燃料圧力が低下して圧力平衡状態になるよりも
速い速度で収縮せしめることにより絞り通路を介して圧
力室内に燃料を導入するようにしている。

０作　用〕 本発明は上記した構成によって、内燃機関停止直後圧電
素子を、ニードルが噴射孔を開弁しない程度の速度で収
縮せしめるので、絞り通路を介して圧力室内に燃料が導
入され、圧力室内に保持される燃料量が増大することと
なり、始動時の閉弁力が確保される。

〔実施例〕

第２図は、電歪式燃料噴射弁を示している。同図におい
て、■は先端に噴射孔２を有するノズルボディを示して
おり、ノズルボディ１内には噴射孔２を開閉可能にニー
ドル３が挿入されている。

ノズルボディＩはボディ４に嵌合され、塩１′旧よ燃料
導入口５、封止プラグ６の装着された燃料通路７、燃料
通路８、燃料溜り室９、蓄圧室ｌＯを介して噴射孔２か
ら噴射される。ニードル３開閉による燃料噴射の制御は
、直接的には噴射孔２の直上流側のシート部１１で行わ
れる。ニードル３には、テーパ状の受圧面１２が形成さ
れており、受圧面１２に燃料圧力を受けることによりニ
ードル３は開弁方向に動く。この受圧面１２周りに燃料
溜り室９が形成されている。蓄圧室１０は、燃料溜り室
９と噴射孔２との間に形成され、噴射孔２近傍まで細長
く延びている。この蓄圧室１０の通路断面積は、燃料溜
り室９に至る燃料通路８の断面積よりも大に形成されて
いる。また、蓄圧室ｌＯの断面積は、噴射孔２の総面積
に比べ１０倍以上とすることが好ましく、さらに蓄圧室
ｌＯの容積は、０．５　ｃｃ以上確保することが好まし
い。

ニードル３の上端部は、デイスタンスピース１３、ノッ
クピン１４を介してボディ４に接続され、この部分には
圧縮スプリング１５が介装されている。ノズルボディ１
はりテーニングナソト１６によりボディ４に連結されて
いる。ニードル３の上部とノズルボディ１の内周面との
間には、絞り通路である僅かなりリアランス１７が形成
されており、該クリアランス１７を介して燃料溜り室９
から燃料が上方に形成される圧力室１８に充満されるよ
うになっている。

圧力室１８は、ピストン１９下端とボディ４上端との間
に形成され、圧力室１８における燃料圧力はニードル３
の開閉方向の力として作用できるようになっている。ピ
ストン１９は、ケース２０内に摺動可能に嵌挿され、皿
バネ２１により上方に付勢されている。ケース２０は、
ノックビン２２により位置決めされ、圧力室１８は、ピ
ストン１９外周に設けられたＯリング２３、バックアン
プリング２４によってシールされている。ケース２０は
、ナツト２５を介してボディ４に固定されている。

ケース２０内に伸縮作動可能な電歪式アクチュエータ２
６が設けられている。２７は多数のピエゾ圧電素子を積
層したピエゾ圧電素子部であり、その両側にセラミック
プレー１−２８　、２９、金属プレート３０．３１が設
けられている。３２は調整シムを示している。電歪式ア
クチュエータ２６は、リード線３３を介して接続された
駆動制御回路８０により伸縮制御される。

燃料導入口５は、リザーバタンク３５及び燃料ポンプ３
６を介して燃料タンク３７に接続される。

上記のように構成された燃料噴射弁においては、供給さ
れてくる燃料は、燃料導入口５、燃料通路７．８を介し
て燃料溜り室９に送られ、さらにはクリアランス１７を
介して圧力室１８、噴射孔側の蓄圧室ｌＯに充満される
。ピエゾ圧電素子２７が収縮すると、受圧面１２で受け
る燃料圧力によりニードル３がリフトして開弁され、噴
射孔２がら燃料が噴射される。ピエゾ圧電素子２７が伸
長すると、圧力室１８の圧力が高まり、該圧力を介して
ニードル３が下方に押されて閉弁され、噴射が終了する
。

第１図に示される駆動制御回路８０は電子制御ユニット
５０と駆動回路５１とにより構成される。

駆動回路５１は電源５２と、サイリスタ５３と、充電側
コイル５４ど、放電側コイル５５と、サイリスク５６と
を具備する。ピエゾ圧電素子２７の一゛方の端子は電源
５２のマイナス側端子に接続される。ピエゾ圧電素子３
２の他方の端子は一方では充電用コイル５４およびサイ
リスタ５３を介して電源５２のプラス側端子に接続され
、他方では放電用コイル５５およびサイリスタ５６を介
して電源５２のマイナス側端子に接続される。また、ピ
エゾ圧電素子２７と並列に抵抗５７が接続される。

電子制御ユニット５０には、クランク角センサ６０の出
力パルス、アクセルペダルの踏込み星を表わす負荷セン
サ６１の出力信号および機関冷却水温度を表わす水温セ
ンサ６２の出力信号が入力される。また、電子制御ユニ
ット５ｏは、各サイリスク５３　、５６のゲート端子に
接続され、さらに、イグニッションスイッチ６３および
スタータスイノチロ４に接続される。

第３図は機関通常運転時におけるピエゾ圧電素子２７の
駆動制御のタイムチャートを示す。

第３図において、■において、サイリスク５６の制御信
号が電子制御ユニット５０から出力されてサイリスク５
６がオンになる。サイリスク５６がオンになるとピエゾ
圧電素子２７にチャージされた電荷が放電用コイル５５
およびサイリスク５６を介してディスチャージされ、斯
くしてピエゾ圧電素子２７の端子電圧が低下する。この
とき放電用コイル５５とピエゾ圧電素子２７からなる発
振回路によってピエゾ圧電素子２７の端子電圧は一２０
０■になる。ピエゾ圧電素子２７にチャージされた電荷
がディスチャージされるとピエゾ圧電素子２７は収縮す
る。これにより圧力室１８内の燃料圧が低下し、受圧面
１２で受ける燃料圧力によってニードル３がリフトして
開弁せしめることとなる（第２図参照）。

次いで＠において、サイリスタ５３の制御信号によりサ
イリスタ５３がオンになると電ａＳ２からサイリスタ５
３および充電用コイル５４を介して電荷がピエゾ圧電素
子２７にチャージされる。

このときピエゾ圧電素子２７の端子電圧は充電用コイル
５４とピエゾ圧電素子３２（容１ｃのコンデンサとみな
しうる）からなる発振回路によって電源５２の電圧３０
０■よりも高＜　６００Ｖとなる。

次いでサイリスタ５３に逆方向の電圧が印加されるとサ
イリスタ５３はオフとなる。これにより圧力室１８内の
燃料圧が増大し、この圧力によってニードル３が下方に
押されて閉弁される（第２図参照）。

さらにＯにおいて、■と同様にサイリスク５６がオンと
され、燃料噴射弁が開弁され、以下同様の動作を繰り返
すこととなる。

＠においてピエゾ圧電素子２７にチャージされた電荷は
、抵抗５７を介して徐々に放電される。

ピエゾ圧電素子２７の静電容量をＣ１抵抗５７の抵抗値
をＲとすると放電時定数τは、 τ＝ＣＲ で表わされる。τは１秒以上で、好ましくは１０秒とな
るように設定される。これにより、Ｏにおいても、ピエ
ゾ圧電素子２７には燃料噴射弁を閉弁するに十分な電荷
がチャージされており、どのような運転条件においても
、抵抗５７を介しての放電によって燃料噴射弁が開弁す
ることはない。

開弁期間（■−◎間）及び開弁時期（■）は、クランク
角センサ６０、負荷センサ６１及び水温センサ６２の出
力信号から算出される。

第４図は機関停止時におけるリザーバタンク３５内圧力
及びピエゾ圧電素子２７の端子電圧の変化を示す。

第４図において、■−■間で燃料噴射弁が開弁じて燃料
噴射が実行され、■においてイグニッションスイッチ６
３がオフされ、機関停止される。

イグニッションスイッチ６３オフにより燃料ポンプ３６
は停止し、リザーバタンク３５内圧力は徐々に低下する
。一方、ピエゾ圧電素子２７は時定数τで抵抗５７を介
して放電する。時定数τは、どのようなタイミングでイ
グニッションスイッチをオフしても、リザーバタンク３
５内の圧力が低下して平衡するよりも以前にピエゾ圧電
素子２７が放電し終わるように決定される。さらに時定
数τは、ピエゾ圧電素子２７の放電によりピエゾ圧電素
子２７が収縮して圧力室１８内の圧力は低下するが、ピ
エゾ圧電素子２７の放電によりニードル３が噴射孔２を
閉弁しないように決定される。

ピエゾ圧電素子２７の放電により、圧力室１８の容積が
増大して圧力が低下し、リザーバタンク３５内の圧力に
よりクリアランス１７を介して圧力室１８内に燃料が導
入される。ピエゾ圧電素子２７が放電し終わったとき、
圧力室１８の容積は最大となり、リザーバタンク３５内
の圧力によって圧力室１８内は燃料が満たされることと
なる。

第５図には機関始動時におけるリザーバタンク３５内圧
力、ピエゾ圧電素子２７の端子電圧及び圧力室１８内圧
力の変化を示す。

第５図において、■でイグニッションスイッチ６３がオ
ンされ、続いてのでスタータスイソチロ４がオンされる
。スタータスイッチ６４がオンされると同時に、燃料ポ
ンプ３６が駆動され、リザーバタンク３５内圧力が昇圧
し始める。さらに、ピエゾ圧電素子２７に電荷がチャー
ジされ、ピエゾ圧電素子２７は伸長する。圧力室１８内
には、前述のように機関停止時において十分な量の燃料
が満たされているため、ピエゾ圧電素子２７の伸長によ
り圧力室１８内には高圧が発生する。この圧力による閉
弁力は、受圧面１２に作用する二ドル３を開弁方向に付
勢する推力より大きいため、ニードル３は確実に噴射孔
２を閉弁せしめることができる。また、ピエゾ圧電素子
２７の電荷チャージ時期をリザーバタンク３５内圧力昇
圧時期に同期させているため、圧力室１８内の高圧燃料
のクリアランス１７を介しての漏れを抑制することがで
きるので、十分な閉弁力を維持することができる。

以上のように本実施例によれば、機関始動時における誤
噴射を確実に防止することができる。

第６図には、放電抵抗５７に替えて、トランジスタ５８
のコレクタおよびエミッタがピエゾ圧電素子２７に並列
に接続された駆動回路５１を示す。

トランジスタ５８のベースは電子制御ユニット５０に接
続される。機関始動時及び通常運転時においてはベース
電流はＯにされ、トランジスタ５８はオフ状態とされる
。このため、ピエゾ圧電素子２７は、トランジスタ５８
を介して放電しない。イグニッションスイッチ６３オフ
により機関停止を検出すると、電子制御ユニット５０か
ら出力されるパルス信号によってパルス状のベース電流
が流れ、トランジスタ５８がオン−オフ制御される。こ
れによりピエゾ圧電素子２７は放電される。この様子を
第７図に示す。この放電速度は、第１の実施例と同様、
リザーバタンク３５内圧力の低下より速くなるようにさ
れ、かつ燃料噴射弁が開弁しないように電子制御ユニッ
ト５０によって最適に制御される。

本実施例によれば第１の実施例と同様の効果を奏するこ
とができる。さらに、機関始動時及び通常運転時におい
て、ピエゾ圧電素子２７は放電されないため、閉弁力は
ほとんど低下せず、より確実な閉弁を行なうことができ
る。また、機関停止後におけるピエゾ圧電素子２７の放
電特性を任意かつ容易に変更することも可能である。

なお、ピエゾ圧電素子を放電させるため他の素子、例え
ばサイリスクを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、内燃機関始動時における
誤噴射を確実に防上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射弁の駆動制御回路を示す図、第２図は
燃料噴射装置の全体構成図、第３図は機関通常運転時に
おける動作説明図、第４図は機関停止時における動作説
明図、第５図は機関始動時における動作説明図、第６図
は第２の実施例の駆動回路を示す図、第７図は第２の実
施例の動作説明図、第８図は従来の駆動回路を示す図で
ある。 ２・・・噴射孔、　　　　　　３・・・ニードル、１７
・・・クリアランス、　　１８・・・圧力室、２７・・
・ピエゾ圧電素子、５１・・・駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　絞り通路を介して燃料が供給される圧力室を備え、圧
   電素子が伸長することにより前記圧力室内の燃料圧を増
   大せしめこれによりニードルが噴射孔を閉弁せしめると
   ともに、前記圧電素子が収縮することにより前記圧力室
   内の燃料圧を低下せしめこれにより前記ニードルが前記
   噴射孔を開弁せしめるようにした燃料噴射弁を有する燃
   料噴射装置において、内燃機関停止直後前記圧電素子を
   、前記ニードルが前記噴射孔を開弁しない程度の速度で
   かつ燃料圧力が低下して圧力平衡状態になるよりも速い
   速度で収縮せしめることにより前記絞り通路を介して前
   記圧力室内に燃料を導入するようにした内燃機関の燃料
   噴射装置。