JPH0261360A

JPH0261360A - 内燃機関の燃料噴射弁及びその弁を用いた内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH0261360A
Application number: JP21247488A
Authority: JP
Inventors: Teruo Yamauchi; 山内　照夫; Toshiji Nogi; 利治野木; Takashige Oyama; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-08-29
Filing date: 1988-08-29
Publication date: 1990-03-01

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、内燃機関の燃料供給に適した燃料供給装置に
係り、特に燃料の計量と微粒化を行なう機能を有する燃
料供給装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば自動車の内燃機関の分野においては、電磁
コイル式噴射弁を用いて燃料供給を行なっている。この
種の燃料供給方式は周知のように、コイルにより発生す
る電磁力によってばねで押えた弁を引き上げて、燃料を
計量しつつ燃料噴射を行なっている。ところで、従来の
電磁コイル式噴射弁では、噴射される燃料の粒径が３０
０μｍ程度となるが、この粒径では、一部が吸気系の気
流にのって輸送されず吸気管壁面に付着する。この付着
した燃料は、液膜となってシリンダに流入するため、空
燃比が目標値よりずれることもある。

そこで、従来は燃料の微粒化を図るために、電磁コイル
式燃料噴射弁に超音波振動を発生させる振動装置を組合
せて、噴射燃料を振動体に衝突あるいは接触させて微粒
化を促進させることが考えられている。なお、このよう
な振動体を用いて燃料微粒化を図る燃料供給装置として
、例えば特開昭５３−１４０４１７号、特開昭５４−４
７９２６号公報等に開示されたものがある。

以上のように、従来は、電磁コイル式燃料噴射弁と振動
体との組合せにより、燃料の計量と微粒化を図っていた
が、このような従来の燃料供給方式によれば、部品点数
が増加してその分装置が大型化する問題がある。また、
電磁コイル式燃料噴射弁は、電磁コイル通電からプラン
ジャ吸引及び弁体の引上げ動作までに長い時間を要し、
特に機関の高速運転の如く噴射信号が数ｎｎ＋ｓｅｃ間
隔で発せられる場合には弁の開くタイミングが遅れ、燃
料供給量が減少する問題が生じ易く、より一層の＼高速応答化が望まれている。

このような要望に応じて、圧電素子によって励振される
　振動増幅用ホーンの中に形成された燃料通路を介して
ホーンの先端に形成された噴口に燃料を導びき、そこか
ら燃料を吸気管に噴霧供給する燃料供給装置が米国特許
第２８５５２４４号明細書。

特開昭５２−２５９２６号公報、特開昭５４−１０９５
１号公報等に紹介されている。

この提案に係る方式では、ホーンの噴射口にボール弁を
取り付け、ホーンを駆動する圧電素子に対して、ホーン
の共振周波数に等しい周波数のパルス駆動信号を印加す
ることにより、噴射口を開いて燃料を噴射する。

このようにして、前述の提案に係る方式では、ホーンを
駆動する圧電素子に印加するパルス駆動信号の周波数を
変化させることにより、燃料供給装置の燃料流量を制御
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した提案に係る燃料供給装置では、ホーンを共振さ
せて燃料を噴射させる際に、燃料噴射量の定量的な計量
可能な流量範囲が、比較的狭いという難点がある。即ち
１機関の回転数が２〜３０００回転を越えると燃料流量
が多くなりすぎて、もはやこの装置では霧化できない。

また、ホーンは燃料噴射時においてのみ共振状態とされ
るので、ボール弁が閉じる直前に噴出した燃料は微粒化
されず、粗大粒子の燃料が混入するおそれがある６本発明は、前述したようなこの種の燃料供給装置の現状
に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の計量
可能な流量範囲を拡大し、且つ燃料の微粒化機能を向上
させた燃料供給装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、本発明では設定周波数
の電気振動を印加して機械振動を発生する電歪素子と、
内部に燃料通路を有し、この燃料溝路の出口側に前記機
械振動を拡大させる振動拡大面を設けてなるホーンとを
備え、これらの電歪素子及びホーンを一体的に組立てて
燃料供給装置の本体を構成すると共に、前記燃料通路の
一部には、ばね及びばねの力で弁座に圧接する燃料計量
系の弁体を装着し、且つばねは、前記機械振動が成る振
幅レベル以上になるとホーンの振動伝達系を介して励振
されてばね収縮力を発生するばね特性を有し、このばね
収縮力に基づき弁が弁座から離れて燃料を計量すると共
に、計量後に燃料通路の出口から噴射される燃料を振動
拡大面に案内する燃料案内手段を設け、この振動拡大面
にて噴射燃料を微粒化するよう設定してなる。

更に本発明では、内燃機関に取り付けられる燃料供給装
置において、吸気管に取り付けられ、圧電素子によって
変位駆動されるホーンと、該ホーンに形成され、前記吸
気管内の端部を噴射口とする燃料供給路と、前記噴射口
に設けられた弁部と、前記圧電素子に、前記ホーンの共
振周波数に等しい周波数で第１の振幅の第１のパルス駆
動信号及び該第１のパルス駆動信号に挿入され、前記ホ
ーンの共振周波数よりも低い周波数で、前記第１の振幅
よりも大きい第２の振幅の第２のパルス駆動信号を供給
する駆動信号供給手段とを有する構成となっている。

〔作用〕

このような構成によれば、電歪素子に電気振動を印加し
て機械振動（超音波振動）を発生させ、この機械振動を
ホーン或いは振動拡大面等の振動伝達系を介してばねに
伝達すると、ばねが励振されて共振し、この振動レベル
が成る振動レベル以上になると、ばね収縮現象が生じる
。このばね収縮現象は、ばねが励振時に座屈状態となる
ために生じるものと解されるが、このばね収縮力により
弁体が変位して弁座から離れる力が作用し、この時、弁
と弁座間に燃料通路内の加圧燃料がもぐり込つとする力
が作用し、これらの作用の共働作用により弁体が浮上し
て弁座から離れる゛現象が生じる。そして、弁体と弁座
間の環状流路により燃料が計量されつつ流出し燃料通路
出口より噴射される。そして、この燃料が振動拡大面方
向に案内されて、この振動拡大面に燃料が接触して超音
波振動により微粒化される。

しかして、このような装置によれば、従来単機能的に行
われていた燃料の計量化、微粒化を一つの装置で行うこ
とができ、しかも電歪素子の励振作用で弁体を瞬時に浮
上させることができるので、燃料噴射の応答速度を早め
ることができる。

また、計量後の燃料は振動拡大面の振動面に案内され確
実に霧化されるので霧化能力が高く、機関の広い運転範
囲に亘って十分な霧化性能が得られる。

更に本発明では、吸気管に取り付けられているホーンを
変位駆動する圧電素子に対して、ホーンの共振周波数に
同期して発生し、それぞれ振幅の異なる第１のパルス駆
動信号、及び第２のパルス駆動信号が印加される。

このため、ホーンは常時共振周波数の振動を行なってい
るが、第１のパルス駆動信号は振幅が小さいために、第
１のパルス駆動信号が印加された状態では、ホーンの吸
気管内の端部に設けられている噴射口は弁部により塞が
れていて、燃料の噴射は行なわれない。

この第１のパルス駆動信号に対して、ホーンの共振周波
数よりも低い周波数で、第１のパルス駆動信号の第１の
振幅よりも大きい第２の振幅を有する第２のパルス駆動
信号が所定の間隔で、駆動信号供給手段により挿入され
ている。

従って、この第２のパルス駆動信号が圧電素子に印加さ
れると、ホーンの振動が大きくなって、噴射口から弁部
が離れるので噴射口が開口し、燃料の噴射が行なわれる
。

前述したように、圧電素子によってホーンは常時共振周
波数の振動を行なっているので、燃料は常に微粒化され
て供給される。

また、第２のパルス駆動信号のパルス幅により。

燃料の流量が制御される。

〔実施例〕

第１図に示すように１本発明の実施例では、内燃機関の
吸気管４の吸気弁弁側に、ホーン１が取り付けられてい
る。

このホーン１は、端部に設けられている噴射口２１を吸
気管４内に位置させて、吸気管４の管壁にフランジ２２
により取り付けられている。

そして、このフランジ２２の板面に、積層型の圧電素子
５の端面が対接され、この圧電素子５はリング６を介し
て、ボルト１３及びナツト７によってホーン１に取り付
けられている。

また、ホーン１には燃料供給路２３が形成され、この燃
料供給路２３の端部に前述の噴射口２１が形成されてい
る。

この噴射口２１は内径が燃料供給路２３の内径よりも小
さく形成され、噴射口２１には燃料供給路２３内に位置
する耐摩耗性のセラミック材のボール８の一部が嵌合さ
れ、ばね９によって噴射口２１側に偏倚されて、第２図
（ａ）に示すように弁部が構成されている。

さらに、ホーンの噴射口２１側の端部には、円錐筒状の
振動面２４が形成されている。

前述の圧電素子５には、第３図に示すように駆動信号供
給手段２５が接続されていて、この駆動信号供給手段２
５により供給されるパルス駆動信号によって、圧電素子
５が軸心方向に変位を繰り返し、圧電素子５の変位によ
ってホーン１が振動するような構成となっている。

即ち、第３図に示すように、空気吸入通路に設けられた
空気流量或は吸気管圧力センサなどの空気量検出装置１
４と、クランク角度センサを用いて構成される回転数検
出装置１５との出力端子が、パルス幅演算装置１６の入
力端子に接続され、パルス幅演算装置１６の出力端子が
、パルス発生装置１７の入力端子に接続されている。

このパルス発生装置１７の出力端子は、トランジスタＴ
　ｒ　１のベースに接続され、トランジスタＴｒ１のコ
レクタにはバッテリ２７から電圧が供給されている。

また、トランジスタＴｒ１のエミッタは、トランジスタ
Ｔｒａのコレクタに接続され、トランジスタＴｒａのベ
ースには、発振器１８の出力端子が接続されている。

そして、トランジスタＴｒ３のエミッタが、圧電素子５
の一方の電極に接続され、圧電素子５の他方の電極はア
ースされている。

一方、パルス発生装置１７の出力端子が、パルス反転装
置１９の入力端子に接続され、このパルス反転装置１９
の出力端子が、トランジスタＴｒ２のベースに接続され
、トランジスタＴｒ２のコレクタには、バッテリ２８か
ら電圧が供給されている。

また、発振器１８の出力端子が、パルス反転装置２０の
入力端子に接続され、このパルス反転装置２ｏの出力端
子は、トランジスタＴｒ４のベースに接続されている。

そして、トランジスタＴｒｉのコレクタが、前述したト
ランジスタＴｒｚのエミッタに接続され、トランジスタ
Ｔｒ＋のエミッタは、圧電素子５の前述の一方の電極に
接続されている。

このような構成の本発明の実施例において、ばね９とボ
ール８により弁部が構成され、空気量検出装置１４１回
転数検出装置１５．パルス幅演算装置１６．パルス発生
装置１７２発振器１８．バッテリ２７．２８、トランジ
スタＴｒｘ、Ｔｒｚ。

Ｔｒａ、Ｔｒ４及びパルス反転装置１９．２０で駆動信
号供給手段２５が構成されている。

このような構成の本発明の実施例について、その動作を
次に説明する。

第４図のステップＳ１において、発振器１８から、第８
図（３）に示すようなホーン１の共振周波数に等しい、
例えば３３ＫＨｚの周波数のパルス信号ｅ３が発せられ
、トランジスタＴｒａのベースに入力される。

同時に、パルス反転装置２０で反転された第８図（４）
に示すような、反転パルス信号ｅ４がトランジスタＴｒ
４のベースに入力される。

第４図のステップＳ２において、パルス信号ｅ３がＩＩ
　ＨＩＩであると判定されると、ステップＳ３に進んで
トランジスタＴｒ３がＯＮとなり、トランジスタＴｒ４
がＯＦＦとなる。

また、ステップＳ２において、パルス信号ｅ３が“Ｌ”
であると判定されると、ステップＳ４に進んでトランジ
スタＴｒａがＯＦＦとなり、トランジスタＴｒａがＯＮ
となる。

第４図の振動制御ルーチンでは、前述の動作が繰り返し
行なわれる。

次に、第４図のステップＳ５において、空気量検出装置
１４によって吸入空気量が、また、回転数検出装置１５
によって回転数が検出され、それぞれの検出信号がパル
ス幅演算装置１６に入力される、このパルス幅演算装置
１６では、これらの検出信号に基づいて、ステップＳ６
において第５図に示すパルス幅Ｔｉを、Ｋｃを定数、Ｑ
＾を吸入空気量、Ｎを回転数として、次式により演算す
る。

Ｑ＾Ｔｉ＝ＫｃＸ□　　　　　　　　　　　　・・・（１）
このようにして得られたパルス幅演算装置１６の演算結
果に基づいて、パルス発生装置１７からは、ステップＳ
７にパルス幅がＴ＋で回転数Ｎに同期して、第８図（１
）に示すようなパルス信号ｅ１がトランジスタＴｒｘの
ベースに入力される。

そして、ステップＳ８においてパルス信号ｅ１が１１８
　Ｉ＋であると判定されると、ステップＳ９に進んでト
ランジスタＴｒ１がＯＮとなり、トランジスタＴｒ２が
ＯＦＦとなる。

また、ステップＳ８においてパルス信号ｅ１が１１Ｌ”
であると判定されると、ステップＳ１０に進んでトラン
ジスタＴｒｚがＯＦＦとなり、トランジスタＴｒ２がＯ
Ｎとなる。

第４図の燃料量制御ルーチンでは、このような動作が繰
り返し行なわれる。

従って、パルス信号ｅ１が′１　Ｈｎとなる第５図にＤ
ｌ及びＤｚで示す区間では、パルス幅Ｔｉで設定される
時間の間、バッテリ２７からの信号がトランジスタＴｒ
ｚを介してトランジスタＴｒａのコレクタに入力される
。

このため、トランジスタＴｒａのエミッタには。

パルス信号ｅ８の“Ｈ”に対応して振幅がＥ２の第２の
パルス駆動信号が、第９図（１）に示すように現われて
、圧電素子５に印加される。

また、パルス信号ｅｌがＩｇＬ”となる第５図にＤｓ　
ＨＤｌ　ｇ　Ｄａで示す区間では、パルス信号ｅ８が′
Ｈ″である限り、バッテリ２８からの信号がトランジス
タＴｒｚを介してトランジスタＴｒ４のコレクタに入力
される。

このため、トランジスタＴｒｉのエミッタには、パルス
信号ｅ４のｒｉＨ”に対応して振幅がＥｌの第１のパル
ス駆動信号が、第９図（２）に示すように現われて、圧
電素子５に印加される。

このようにして、圧電素子５には、第６図及び第９図（
３）に示すようなパルス駆動信号が入力される。

前述のパルス駆動信号の周波数は、全域にわたって一定
でホーン１の共振周波数に一致しているので、ホーン１
は常に共振周波数で振動をしている。

しかし、第１のパルス駆動信号が印加される区間、即ち
第５図の区間Ｄａ　、Ｄｌ　、Ｄｓでは第１のパルス駆
動信号の振幅が小さいために、第２図（ａ）に示すよう
に、ボール８がばね９の偏倚力で噴射口２１を塞いだま
まであって、燃料供給装置の燃料供給は行なわれない。

そして、第２のパルス駆動信号が印加される区間、即ち
第５図の区間Ｄ１．Ｄｚでは第２のパルス駆動信号の振
幅が大きいために、ホーン１の共振周波数での振動によ
ってボール８が、ばね９の偏倚力に抗して移動するため
に噴射口２１が開き、第２図（ｂ）に示すように燃料が
噴射口２１から噴射される。

ホーン１内に形成されている燃料供給路２３を通過して
噴射口２１から噴射される燃料は、ホーン１の共振周波
数での振動によって微粒化され、特に、噴射口２１の周
縁部に形成されている円錐筒状の振動面２４によって効
率よく微粒化される。

このようにして、噴射口２１から噴射される充分に微粒
化された燃料は、第１図に示す吸気弁２から吸入される
空気と混合されて絞り弁３を介して、内燃機関に供給さ
れる。

この際ホーン１の向きを吸気弁２の方向に向けて配設し
、噴射口２１から噴射された燃料が吸気弁２全面に均一
に当たるようにすると、吸気弁２での燃料の蒸発が促進
され、均質な混合気が内燃機関に供給される。

第７図に示すように、前述したパルス幅Ｔｉを変化させ
ることにより、噴射口２１からの燃料噴射量を精度よく
計算することが出来る。

また、第２のパルス駆動信号の振幅を変化させることに
より、単位噴射量をセットして内燃機関に最適な燃料供
給状態を選択することが出来る。

発明者等の実測によると、ボール８の直径を３膿とし、
ばね９のばね定数を１００ｇ／ｍｍとして、粒径１００
ミクロン以下の燃料を計量精度よく、内燃機関に供給す
ることが出来た。

特にホーン１が常に共振周波数で振動しているために、
弁部が閉じる直前や開放の直後に噴出した。燃料も、円
錐筒状の振動面２４で効率的に微粒化される。

また、燃料流量が大きい場合でも、常に共振周波数で振
動しているホーン１によって、燃料の微粒化が完全に行
なわれる。

このように、前述したパルス幅ＴＩ　を内燃機関の運転
状態に合せて、（１）式のように設定することによって
空燃比を一定に保持して、内燃機関に対して効率的に燃
料の供給を行なうことが出来る。

第１０図は本発明の実施例を、４気筒エンジンに適用し
た場合を示し、クランク角センサに幅の異なるスリット
を設けることにより、（１）に示すような気筒判別信号
を発生させる。

これらの気筒判別信号からθ遅延して、例えば第１気筒
のホーンに、前述のパルス幅ＴＩのパルス信号ｅ１を入
力させる。

これによって、第１気筒の吸気行程に同期してすでに述
べたようにして、燃料を噴射させることが出来る。

他の第２気筒乃至第４気筒についても、全く同様にして
燃料を噴射させることが可能である。

実施例では、ばねとボールでホーンの噴射口に弁部が構
成されているものについて説明したが、ホーンの噴射口
を下向きに配設し、ばねを省いて燃料の圧力によって噴
射口に押し付けられているボールだけで、弁部を構成す
ることも可能である。

本実施例によると、燃料の計量制御可能な流量範囲が拡
大され、且つ燃料の微粒化機能が向上し、内燃機関に対
して最適な噴射量で微粒化された均質な混合気を供給可
能な燃料供給装置を堤供することが出来る。

次に燃料供給装置の具体的構造を以下説明する。

先ず、振動子１０４の構造について第１１図ないし第１
５図に基づき説明する。

振動子１０４は、ホーン１０６と積層型電歪素子１０７
よりなるランジュバン型の振動子で１本実施例における
振動子１０４は、燃料噴射を行う燃料噴射弁として利用
される。この燃料噴射弁は、近年自動車の内燃機関の燃
料供給用として開発されたもので、その動作は後述する
。ホーン１０６の一端には積層型電歪素子１０７がボル
ト１１６によって固定されている。積層型電歪素子１０
７は、多数の電歪素子１０７′を積層してなり、積層型
電歪素子１０７の一部に電圧印加用電極１１０゜１１１
、モニタ電極１１２．モニタ用電歪素子（振幅検出手段
）１０５等が組込まれる。積層型電歪素子１０７は、第
１２図の分解断面図に示すように、各電歪素子１０７′
を正電極面同士及び負極面同士向かい合わせた状態で重
ね合わせである。第１３図は各電歪素子１０７′の両面
及び側面を表わし、同図に示すように電歪素子１０７′
は中心にボルト貫通孔１１３を有する円盤形を呈し、そ
の両面には電極用の銀電極１１８が塗られている。銀電
極１１８の片側は正電極であり、もう片側は負電極にな
っている。これらの各電極には、銀電極の処理をしない
切かき１１９を設ける。

切かき１１９の位置は、正電極側と負電極側の切かき１
１９同士が互いに対向しないように配置され、また各電
歪素子１０７′の側面にも切かき１１９に対応する位置
に銀電極１１８ａ、１１８ｂが設けである。そして、こ
れらの各電歪素子１０７′を第１４図に示すように各電
歪素子１０７′の正電極同士、負電極同士及び正電極側
の切かき同士、負電極側の切かき同士を向かい合せて重
ねる。このようにして積層された電歪素子１０７′は、
第１５図に示すように銀電極１１８ａ、１１８ｂが夫々
一連となった状態で重なり合い、この状態で切かき部１
１９の側面を半田のような４伝性材料でつなぐことによ
って、各電歪素子１ｏ７′の正電極及び負電極同士を干
渉させることなく接続することができる。次に第１１図
に戻り、振動子１０４全体の構成について説明すると、
積層型電歪素子１０７の一部に共通の電圧印加用の正電
極１１０を介在し、他端に共通の負電極１１１を設けで
ある。電極１１０，１１１は、例えばりん青銅板で構成
される。また、ホーン１０６も負電極に接地されている
。

モニタ用電歪素子１０５は、電圧が印加されない状態で
積層型電歪素子１０７の一部に組込まれ、また１本例で
は、一対よりなる。このモニタ用電歪素子１０５は、構
造的には電歪素子１０７′と同様の構造でモニタ用電極
１１２と共に負電極１１１と当て板８及びナツト１０９
の間に介在される。モニタ用電極１１２は電歪素子１０
５の正電極を向かい合わせた面に介在され、リード線１
２５を介して外部に電気的に引出されている。

しかして、積層型電歪素子１０７．モニタ用電歪素子１
０５．各電極１１０〜１１２を重ね合わせた状態で、こ
れらの要素を慣通穴１２０を介してホーン１０６側に設
けたボルト１１６に挿通させ。

当て板１０８を介してナツト１０９によって締め付ける
。ホーン１０６の他端は、先端に近づくにつれて細くな
っており、その内部には、燃料通路１０６ａが設けられ
ている。通路１０６ａの一部には、直径４ｍのｍ製のボ
ール弁１１４及びばね１１５（ばね定数０　、３〜１　
ｋｇ　／　ｃｆｆｉ程度）が内蔵され、ボール弁１１４
はばね１１５により弁シート１０６ｂ側に付勢されて、
電歪素子１０７が非印加状態若しくは低振幅状態にある
時には、閉じられている。電極１１０及び１１１に周波
数電圧を印加すると、積層型電歪素子１０７に変位が生
じ、その変位はホーン１０６で拡大され、ホーン１０６
の先端に比較的大きな振幅の変位が発生する。特にＩＥ
ＩＩＪＩ電圧の周波数とホーン共振周波数例えば３０　
Ｋ　Ｈｚを一致させると、取付フランジ１０４ａを節と
する定常的な振動が発生する。この振動により振動子全
体が共振状態となり、その振幅は、ホーン先端側で最大
となり数１０ミクロンの振幅を得ることができる。ホー
ン１０６に設定以上の充分な振動が生ずると、ボール弁
１１４が浮上し、通路６ａが開く。このボール弁１１４
の浮上の原理は、ばね１１５にホーン１０６を介して共
振周波数の強い振動が加わる、この加振時にばねに座屈
現象が生じ、この現象及びボール弁１１４とシート部１
０６ｂ間に通路中の加圧燃料が潜り込もうとする力の相
乗効果により生じるものと解される。このような弁開動
作により、ホーン１０６一端から通路１０６ａを介して
加圧燃料が噴射される。ここで、燃料に加わる圧力は、
例えば１−３　ｋｇ／　ａｎ”　、各電歪素子１０７’
に、ニー印加される電圧は±７５ボルト程度である。

積層型電歪索子１０７の変位をホーン１０６に有効に伝
えるため、積層型電歪素子１０７とホーン１０６を密着
させる必要がある。そのため、ホーン１０６を数１０ｋ
ｇ／ｃｍｚ以上のトルクで締めつける。

次に第２７図により、上記構成をなすランジュバン型振
動子１０４を用いた共振周波数制御システムの全体的動
作を説明する。

振動子１０４は、前述したように積層型電歪素子１０７
と各素子１０７′に所定の周波数電圧を印加することに
より機械振動を励起し、この機械振動をホーン１０６に
伝達して増幅するもので、ホーン１０６の振幅値を最大
とするには、積層型電歪素子１０７とホーン１０６との
共振周波数を一致させて振動子全体を共振状態にする必
要がある。ところで、振動子１０４の共振周波数はホー
ン１０６等の燃料噴射部に燃料が付着するとその質量に
より振動子の負荷が変化し、ひいては振動子１０４の共
振周波数が変動するので、常に振動子１０４の共振状態
を監視し、共振周波数がずれた場合には、この変動後の
共振周波数をサーチして電歪素子１０７′を印加する必
要がある。

本実施例では、振動子１０４の共振状態の監視をモニタ
用電歪素子１０５及びマイクロコンピュータ１０１によ
り行なう。すなわち、モニタ用電歪素子１０５に振動子
１０４の機械振動を印加すれば１機械振動（振幅）の大
きさに比例した出力電圧をモニタ用電歪素子１０５から
取出せる。このモニタ用電歪素子１０５の検出電圧がマ
イクロコンピュータ１０１にデータとして入力されて、
後述するようにマイクロコンピュータ１０１にて振動子
１０４が共振状態にあるか否かその変動状態が監視され
、その後、共振周波数がずれている場合には、周波数制
御手段１０２が振動子１０４の積層型電歪素子１０７に
印加す・べき電圧が共振周波数となるように調整する。

ここで、マイクロコンピュータ１の動作に先立ち電歪素
子の特性について第２１図〜第２６図に基づき説明する
。

第２１図（ａ）に電歪素子に電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔを加え
た場合の、電圧Ｖ。ｕｔ　と電歪素子の機械的な変位Δ
Ｑの関係を示した。電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ　を大きくする
と、はぼ直線的に変位ΔＱが大きくなる。第２１図（ｂ
）は、電歪素子に機械的な力を加え、電歪素子を変形さ
せたときに、電極に発生する電圧ｖｍと変位−ΔＱの関
係を示した。電歪素子に圧縮力を加えると電歪効果によ
り正電圧が発生する。

ｖｍと一ΔＱの関係はほぼ直線的である。

第２２図には、本実施例の如く積層型電歪素子１０７に
周波数印加電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔを加えた時の電歪素子１
０７及びモニタ用電歪素子１０５の変位ΔＱと、モニタ
用電歪素子１０５の変位ΔＱに対応するモニタ電圧Ｖ、
の時間的変化を示した。

Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ　を時間的に正負に例えばサインカーブ
で変化させる。Ｖ　ｏ　ｕ　ｔが大きくなると、電歪素
子の変位ΔΩも大きくなる゛。八〇が大きくなると、モ
ニタ用の電歪素子には圧縮力が加わり、負の変位を生じ
正の電圧が発生する。Ｖ　ｏ　ｕ　ｔが小さくなる場合
では、その逆である。従って、■、の変化によって、電
歪素子の変位ΔＱを求めることができる。

第２３図は第２２図に比べて、大きな振幅の電圧を加え
た場合である。Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ・が負の方向の変化に対
しては、ΔＵ、Ｖ、の変化が直線的でない。

これは、電歪素子の特性で、負電圧の大きな変化に対し
てΔαの変化が直線的でないことによる。

この場合でもＶ　ｏ　ｕ　ｔが正方向の変化に対しては
、ΔＵ、Ｖ、の変化は直線的に変化するので、■。

によってΔＱを知ることができる。

第２４図はＶ　ｏ　ｕ　ｔをパルス波形で変化させた場
合のＶＯＬｌｔｐ　Δ！ｌ、Ｖ、の時間的変化を示した
。

この場合でもｖｌＩによってΔＱを知ることができる。

第２５図にホーンが共振していないときの電歪素子の変
位ΔＱとホーンの変位ΔＱｈの時間的変化を示した。Δ
ａが大きくなるにしたがい、ΔＱｈも大きくなる。すな
わち、ホーンが共振していない場合でも、Δ℃がわかれ
ばΔＱｈ　を知ることができる。

第２６図（ａ）にホーンが共振しているときの、積層型
電歪素子１０７への印加電圧の周波数ｆとホーンの振幅
Ａｚｈ、積層型電歪素子の変位の振幅ＡＱ、及びモニタ
用電歪素子のモニタ電圧Ａ　ｖ　ｍの振幅の関係を示し
た。共振周波数ｆＲにおいて、Ａ　ａｈ、　Ａｖｍが大
きくなる。これは、ホーンの変位によって、モニタ用の
電歪素子が変形するためである。すなわち、モニタ電圧
Ａ　ｖ　ｍが最大となるように印加電圧周波数ｆを制御
すれば、Ａｓｈを最大にすることができる。なお、第２
６図（ｃ）に示すように積層型電歪素子自身の変位（振
幅）は、印加電圧の振幅に比例するので、印加電圧の周
波数ｆの影響を受けない。

ここで、マイクロコンピュータ１０１２周波数制御手段
１０２及び電圧増幅手段３の動作について第２８図、第
２９図に基づき説明する。

第２８図は積層型電歪素子７に印加される電圧Ｖ　ｏ　
ｕ　ｔの周波数制御ルーチンのフローチャートである。

マイクロコンピュータ１は、初期設定として、ステップ
１００１にて制御ルーチンのためのカウンタｉをＯとす
る。次にステップ１ｏ１１にて制御ルーチンｉをインク
リメントする。ｉがインクリメントされる毎に、振動子
１０４の振幅検出手段（モニタ用電歪素子）１０５で発
生する出力電圧ｖｌＩからモニタ電圧Ｖ□、Ｊを数点か
ら数１００点サンプルし、サンプルした中のモニタ電圧
Ｖ　ｍ　ｌ　ＨＪの最大値と最小値の差からモニタ用電
歪素子１０５の出力電圧Ｖ、の振幅Ａ□を求める（ステ
ップ１０２１．１０３１）。ここで、ＡヨＬは、Ａ□＝
　（Ｖ□、　Ｊ）□Ｋ　　（ｖａｔ、　Ｊ）　ｍ１ｎで
表わされる。第２９図は、ステップ１０２１及び１０３
１の状態を波形により表わしたもので、同図に示すよう
に１点のモニタ電圧Ｖ　ＩＩ　１１　Ｊをサンプリング
する時間をΔｔｓとし、このサンプリング時間Δｔｓを
１〜１００μｓの中から設定する。

例えば、Δｔｓを１００μＳとし、１回当りの制御ルー
チンでモニタ電圧Ｖ　ＩＩ　ｌ　ｌ　Ｊを１００点サン
プルして、Ａ　ｍｉを求めるとすれば、サンプリングす
る時間は、１００μｓ、Ｘ１Ｘ１００＝１０必要である。

それゆえ、周波数のサーチは１０ｍ５毎に行われること
になる。これは、燃料流量の変化に比べて同じ程度であ
るので、充分に負荷の変動に応じて制御しうろことを示
している。周波数のサーチをさらに早く行いたい場合は
、Δｔｓを１０μｓのように小さくするか、サンプル数
を１０点程度に少なくすればよい。

また、負荷の変動が小さい場合には、周波数のサーチの
時間を長くすることも可能であり、またある時間ごとに
インターバルをおいて、サンプルを行ない、周波数のサ
ーチを行ってもよい。−例をあげれば、Δｔｓを１００
μＳ、サンプル数を１００点とし、インターバルを１０
００μｓとする。第１９図のＡ　ｍｌ、Ａｍ２．Ｈ””
”Ａｎｔ−１１Ａｍｔは、制御ルーチンがインクリメン
トｉされる毎にモニタ電圧Ｖ１１１＋７より求めた出力
電圧ｖ１の振幅である。そして、ステップ１０４１．１
０６１にて制御ルーチン毎に現在のＡ　ｗａ　ｔと前回
サンプルしたＡｎｔ−ｔと比較し、Ａ　ｍ　＋が大きく
なっていれば、印加電圧の周波数ｆをホールドする（ス
テップ１０９１）。

またＡ　ｗｒ　ｔがＡ〔−１と同等の場合には、そのＡ
　ｍ　＋が制御ルーチンｉの繰返しで既に最大の域と判
明されていれば周波数ｆが同じくホールドされる。

Ａ１が減少していれば、ｆをΔｆだけインクリメントす
る（ステップ１０７１）。すなわち、ｆを変えて次の制
御ルーチンｉにて再びモニタ電圧Ｖ　ｍ　ｌ　ＨＪをサ
ンプルし、再び共振周波数が見つかるまで制御ルーチン
ｉごとに共振周波数をサーチする。ここで、サーチのた
めに可変制御される周波数ｆが、サーチ周波数の設定上
限値ｆｕまでに達すれば、ステップ１０５１．１０８１
を介してｆを設定下限値ｆｂ　まで戻し、再び、ｆにΔ
ｆをインクリメントして共振周波数のサーチを行なう。

ｆしは振動子の初期設定の共振周波数より小さく設定し
、ｆｕは振動子の初期設定の共振周波数より大きく設定
し、共振周波数ｆに変動が生じた場合には、ｆｕ＝ｆＬ
の範囲内で変動後の共振周波数ｆをΔＪのインクリメン
トによりサーチできるようにしである。

たとえば、基準の共振周波数が３０　ｋ　Ｈｚであれば
、ｆｕを３５ｋＨｚ＋　　ｆしを２５ｋＨｚ、　　Δｆ
を０．１ｋＨｚに設定する。

このようにしてマイクロコンピュータ１０１が、モニタ
用電歪素子１０５の出力電圧■、の振幅の大きさにより
、振動子１０４が共振状態にあるか否か、ひいては積層
型電歪素子１０７が共振周波数で印加されているかを判
別する。そして、本実施例では、この共振状態監視法を
利用して、印加すべき共振周波数がずれた場合には、マ
イクロコンピュータ１０１及び周波数制御手段１０２の
周波数調整動作を介して、積層型電歪素子１０７に印加
すべき変動後の共振周波数をサーチし、この共振周波数
電圧を振動子１０４の積層型電歪素子１０７に印加する
。

以上のように本実施例によれば、積層型電歪素子１０７
にモニタ用の非電圧印加状態の電歪素子１０５を組込む
ことにより、振動子の機械振動の変動状態を直接検出で
きるので、振動子の共振状態監視精度を高めることがで
き、更にこの振動子の共振状態の監視を通して積層型電
歪素子に印加すべき電圧の共振周波数を負荷の変動に対
応して高精度に制御でき、例えば燃料噴射弁の如き振動
子応用機器の性能の向上化を図ることができる。

更に、モニタ用の積層型電歪素子は、積層型電歪素子の
一部に容易に組込めるので、振動子の共振状態監視手段
の組立作業工数の簡略化を図り、しかもモニタ用積層型
電歪素子１０５は、ボルト。

ナツト等の固着手段で積層型電歪素子１０７と共に重ね
合わせ状態で取付けることができるので、使用環境の厳
しい条件で使用しても、機能を損うことのなく、この種
共振状態監視手段の耐久性を向上させることができる。

第３０図は、モニタシステムの他の実施例を示すシステ
ム構成図で、既述した第１実施例と同一符号は、同−或
いは共通する要素を示すものである。本実施例は、第１
実施例のシステムに更に位相制御手段１３０を付加した
ものである。ここで、位相制御手段１３０を設けたのは
、振動子の共振状態を保つには、振動子１０４の出力た
る機械振動（換言すればモニタ用電歪素子１０５の出力
電圧Ｖ、）と振動子１０４の積層型電歪素子１０７に印
加すべき共振周波数電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔの位相差０を零
にする必要があるためである。すなわち、共振周波数電
圧の増幅系は、位相特性をもっており、ｖｌＩとＶ　ｏ
　ｕ　ｔに位相差が生じることもあるので、θが零とな
るようにｖｏｕｔの位相を制御する。

このような位相制御は、マイクロコンピュータ１０１の
位相監視動作と位相制御手段１３０の位相制御実行動作
により行なうもので、第３１図（ａ）にその位相制御フ
ローチャートを示す。

本実施例において、共振周波数電圧の位相制御を行なう
場合には、先ず制御のためのルーチンカウンタｉを零と
しくステップ２００１）、次にｉをインクリメントして
行なう（ステップ２０１１）。

そして、ステップ２ｏ２１にて、マイクロコンピュータ
１０１がモニタ電圧ｖ１及び印加電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔの
値を１周期サンプルし、ステップ２０３１にてＶ、とＶ
　ｏ　ｕ　ｉの位相を比べる。■、とＶ　ｏ　ｕ　ｔの
位相差θが零であれば、Ｖ　ｏ　ｕ　ｔの共振周波数の
位相を現状態にホールドする（ステップ２０５１）。ま
た、位相差がｖｌＩ＞ｖｏｕｔであれば、ステップ２０
６１にて位相差θが零となるようにＶ。ｕｔの位相進み
制御がなされ１位相差がｖ、〈ｖｏｌ、ｔであれば、ス
テップ２０７１にて位相差Ｏが零となるようにＶ　ｏ　
ｕ　ｔの位相遅れ制御がなされる。この位相差の監視、
位相制御の必要性の判断及び位相制御量の演算は、マイ
クロコンピュータ１０１が行ない、この演算値に基づき
位相制御手段１３０が位相制御を実行する。本実施例で
は、制御ルーチンの位相進み量９位相遅れ量の一回当り
の加算量を設定し、位相差θが零となるまで、制御ルー
チンｉをインクリメントして位相制御がなされる。

例えば、Ｖ　ｏ　ｕ　ｔとＶヨを一致させるため、Ｖ　
ｏ　ｕ　ｔの位相を進める場合には、Ｖｏｕｉｔとすればよい。ｋは定数である。そして、このＶ　ｏ　
ｕ　ｔ　を、マイクロコンピュータ１の位相差制御演算
のためデジタル値に換算すれば。

Ｖｏｌｌｔ＋　＝　Ｖｏｕｔｔ　＋　Ｇ　Ａ　Ｉ　Ｎ　
（Ｖｏｕｔｔ　　Ｖｏｕｔｉ−１）となり、このように
して、位相を進める。ＧＡＩＮは位相の進み量を決める
定数である。すなわち、θ＝０となるまで、ＧＡＩＮを
変化させる。

逆にＶ　ｏ　ｕ　ｔの位相を遅らせる場合には、Ｖｏｕ
ｔ”Ｖｏｕｔｔ　ｋ　ｆ　Ｖｏｕｔｄ　ｔとすればよい
。ｋは定数である。これをデジタル値に換算すれば、Ｖｏｕｔｉ＝　Ｖｏｕｔｔ　＋　Ｇ　Ａ　Ｉ　Ｎ　　　
Σ　　Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ　ｔｎ＝１のようにして、位相を遅らせる。０ＡＩＮは位相の遅れ
量を決める定数である。すなわち、θ＝０となるまで、
ＧＡＩＮを変化させる。またｎはたとえば１０〜１００
とする。

本実施例によれば、前述した第１実施例の効果に加えて
、振動子１０４を印加する電圧の増幅系に位相特性があ
り、共振周波数Ｖ　ｏ　ｕ　ｔ　とモニタ電圧Ｖ、どの
間に位相差の変動が生じても、これを自動的に一致する
ように位相補正するので、振動子の共振状態を更に確実
に保持することができる。

第３２図は上記位相制御手段１３０の具体的回路の構成
例を示すもので、その動作波形を第３３図に示す。第３
２図及び第３３図を用いて、前述した位相制御動作の具
体例を説明する。

第３２図に示す各段のトランジスタＴ　ｒ　１．　Ｔ　
ｒ　２１Ｔ　ｒ３１　Ｔｒｉは、振動子１０４の積層型
電歪素子１０７を印加する電圧Ｖ。ｕｔの増幅用トラン
ジスタ、Ｔｔ、　Ｔｚ、Ｔａはトランスを示す。これら
の増幅素子で構成される増幅手段１０３は、既に共振周
波数にセットされた電圧ｖｏｕｔ　を増幅して、振動子
の積層型電歪素子７に印加して振動子に機械振動を励起
させている。そして、積層型電歪素子１０７に組込んだ
モニタ用の電歪素子１０５の信号Ｖ、を増幅器の入力端
子１０３′に加えると共に、積層型電歪素子１０７に加
える印加電圧Ｖ　Ｏｕ　Ｌと上記信号（モニタ電圧）Ｖ
、が位相モニタ手段１′に送られる。ここで、増幅器の
入力端子１０３’に入るモニタ信号ｖ１は、Ｔ　ｒ　１
〜Ｔ　ｒ　４及びＴｌ〜Ｔ３を経て増幅されて、再び積
層型電歪素子７に帰還入力（印加）される。この電圧ｖ
１の振幅は、振動子に加わる負荷（たとえば燃料流量）
の変動によって、たえず増減して変動するので、そのま
ま入力端１０３′に加えると、振動子の入力パワーもた
えず変動する。この変動をおさえるために、入力端に入
っているＲＤ５Ａのツェナーダイオード１３１によって
帰還入力電圧の上限をおさえる〔第３３図（Ｉ）〕。ま
たＴ　ｒ　ａのトランジスタの後にあるツェナーダイオ
ード１３２によってＴｒ４の入力が帰還入力変動に関係
なく一定になるように、リミッタ−とする〔第３３図（
■）〕。

Ｔｒｉの出力回路は、振動子の機械共振周波数に同調す
るＬＣ回路になっている。リミッタ−のかかった矩形波
に近い電圧ｖｏｕｔ１は、この段で正弦波の一定振幅Ｖ
ｏｕｔ２に増幅される〔第３３図（■）〕。そして次段
の駆動段で■ｏｕｔ３にさらに増幅され〔第３３図（ｒ
ｖ））　、出カドランスＴ８を通して振動子にＶ　ｏ　
ｕ　ｔが印加される。

このような増幅系にて増幅回路自身が位相差を有するた
めに、印加電圧■。ｕｌとモニタ電圧Ｖ、とに位相差が
生じるが、本実施例では、この位相差θを位相差モニタ
手段１０１′で監視し、位相差θが生じている場合には
、増幅器ｙ＆１３０に組込まれた位相調整回路１３０の
可変抵抗Ｖ　Ｒｔを調整して、位相差が零となるように
調整する。位相調整回路１３０は、Ｖ　Ｒ１とコンデン
サＣとの組合わせよりなる。

次に上記各実施例に使用される積層型電歪素子の他の具
体的態様を第１６図〜第２０図に基づき説明する。なお
、図中、第１２図の積層型電歪素子（第１態様例）と同
一符号は、同−或いは共通する要素を示す。

第１６図は積層型電歪素子１０７の第２態様例を示すも
ので、本例では、振幅モニタ用の電歪素子として、第１
態様例の如き１対の電歪素子１０５゜１０５を用いるか
わりに、１つの電歪素子１０５を使用し、モニタ用電歪
素子５の正電極と絶縁体１２０の間にモニタ用電極１１
２を介在して、モニタ電圧Ｖ、を取出すようにしたもの
で、このような構成では、モニタ用電歪素子１０５が一
つで良いので、コストの低減を図り得る。

第１７図は積層型電歪素子１０７の第３態様例を示すも
ので、本例は、上記第２態様例の電歪素子積層構造に加
えて、積層型電歪素子１０７とホーンの間に絶縁体１２
０を介在するもので、電歪素子１０７の共通正電極１１
０とホーンとの距離が大きくなり、正電極部からホーン
へ空中放電しにくくなる。そのため、積層型電歪素子１
０７に比較的大きな電圧を印加することができる。

第１８図は積層型電歪素子１０７の第４態様例を示すも
ので、本例は電極板を電歪素子１０７′間に介在させず
に電歪素子１０７′を多数重ね合わせ、重ね合わせによ
り形成される電歪素子１０７外周のリード電極１１８ａ
、１１８ｂの夫々に直接正電極線１２１及び負電極線１
２２を接続したもので、この場合、電極板１１０，１１
１を設ける必要がないので、構造が簡単になり、積層型
電歪素子の小型化を図ることができる。

第１９図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は積層型電歪素子１０
７の第５態様例を示すものである。本例は、各電歪素子
１０７′の正電極面及び負電極面同士を重ね合わせ、そ
の間に内部電極板（たとえばＡｇ−Ｐｄ合金）１２６を
介在し、更に、内部電極板１２６の１つおきに、絶縁ガ
ラス１２４を接着し、その上から共通のリード電極１１
８ａ（１１８ｂ）を電気的に接続する。この絶縁ガラス
１２４及びリード電極１’１８ａ、１１８ｂは、第１９
図（ｂ）に示すように、電歪素子１０７′の正電極面同
士の間に介在される内部電極板１２６（これを符号１２
６ａとする）と、負電極面同士の間に介在される内部電
極板１２６（これを符号１２６ｂとする）とに対応させ
て施されている。

そして、各リード電極１１８ａ、１１８ｂに正電極線１
２１．負電極線１２２を接続する。このようにすれば、
リード電極１１８．ａ、１１８ｂが絶縁ガラス１２４の
存在により、互いに干渉することが防止され、正電極同
士及び負電極同士を接続することができる。更に、第１
９図（ｃ）に示すように、あらかじめ、積層型電歪素子
１０７を電圧印加用の一群Ａとモニタ用電歪素子１０５
の一群Ｂとに分割し、Ａ群を第１９図（ａ）、（ｂ）の
如く構成する他に、Ｂ群にも絶縁ガラス１２４及びモニ
タ用リード電極１１８ｃ、１１８ｄ及びモニタ線１２８
，１２９をＡ群同様に配する。このような構造によれば
、Ａ群の電歪素子１０７′に電極要素１２１，１２２，
１１８ａ、１１８ｂを介して共振周波数電圧を印加でき
、Ｂ群の電歪素子１０５からモニタ要素１，１８ｃ、１
１８ｄ。

１２２’、１２５を介してモニタ電圧Ｖ、を取出すこと
ができる。しかして、このような構造によれば、電歪素
子の一枚の厚さを薄くし、一体焼結することができるの
で、高品質でかつ低電圧駆動することができる。

第２０図（ａ）〜（ｄ）は、積層型電歪素子１０７の電
極配列例を示すものである。

第２０図（ａ）は、積層型電歪素子、電歪素子１０７′
の同じ電極同士を向かい合わせて重ねた状態を表わし、
同じ電極同士を電圧印加用線１２１゜２２によって接続
している。第２０図（ｂ）は。

積層型電歪素子１０７の一端の電差素子に電圧印加用線
の接続に行なわず、この電歪素子１０５にモニタ信号線
１２５，１２２’　を接続する。また、第２０図（Ｑ）
に示すように、積層型電歪素子１０７の両端の電歪素子
１０５を非電圧印加状態のままとし、この両端の電歪素
子１０５の一つにモニタ信号線１２５，１２２’　を接
続してもよい。

この場合、モニタ用電歪素子１０５の存在により印加電
歪素子１０７′の正電極とホーンとの距離が大きくなり
正電極部からホーンへ空中放電しにくくなる。そのため
、電歪素子に比較的大きな電圧を印加することができる
。

第２０図（ｄ）は、積層型電歪素子１０７の一端にモニ
タ用電歪素子１０５を配置し、モニタ用電歪素子１０５
の負電極側をマイカ等の絶縁体１２０によってホーン部
と絶縁した場合の構成を示した。この場合、モニタ用電
歪素子１０５は。

ホーンと電気的に絶縁されるので、ノイズ等の影響の少
ない信号ｖｌＩを得られる。このように本実施例ではラ
ンジュバン型振動子の機械振動源として積層型電歪素子
を使用しつつ、この積層型電歪素子の少なくとも１つを
非電圧印加状態のモニタ用電歪素子とする。このモニタ
用電歪素子に振動子の機械振動を伝達すれば、モニタ用
電歪素子にてこの機械振動に比例した出力電圧（電気振
動）が発生する。このモニタ用電歪素子の出力電圧の振
幅は、振動子全体すなわち積層型電歪素子とホーンとが
共振状態で振動した時に最大値となる。

従って、モニタ用電歪素子の出力電圧の振幅の大きさ、
具体的には、このモニタ用の出力電圧が最大値にあるか
否かを判別すれば、振動子が共振状態にあるか否か知る
ことができる。

そして、この共振状態監視法を用いれば、振動子負荷の
変化に起因する振動子の共振状態の変動ひいては積層型
電歪素子に印加すべき電圧の共振周波数の変動を監視で
き、更にこの共振状態監視法が応用して振動子の機械振
動源（積層型電歪素子）に印加される電圧の変動後の共
振周波数を周波数可変制御により探し出すことが可能と
なる。

また、本実施例によれば共振状態監視用のモニタ用電歪
素子を積層型電歪素子の一部を用いて構成できるので、
モニタ用電歪素子の取付作業の簡便化を図り得、しかも
、モニタ用電歪素子をボルト、ナツトその他適宜の固着
手段の締付けで積層型電歪素子と共にホーンに堅固に取
付けることができ、使用環境が厳しい条件の下でも、モ
ニタ用電歪素子に剥離が生じることなく適正な取付状態
を保持し得る。

次に、計量後の燃料を振動拡大部としての振動面に輸送
、案内する手段について説明する。

燃料は第２図（ｂ）に示す如く、ボール弁８が弁座から
離れて噴射口２１が開くと、噴射口２１を通ってそれに
引き続く７字状の案内通路（輸送通路とも称す）２１ａ
、２１ｂを介して振動面２４に供給される。

この時、燃料は図示の如く噴射口２１の内壁面、案内通
路２１ａ、２１ｂの内壁面に沿って波状になって進む。

これによって従来の様に直接噴射口から燃料粒が霧化さ
れないで噴射されることがなくなる。

この案内通路は必ずしも必要ではなく、第１１図に示す
如くシート部１０６ｂから振動面１０６ｃまでを所定の
径で所定の長さの通路１０６ａで接続するだけでも良い
。

この通路が短かいと先端の吐出口から直接燃料が噴出す
る確立が高くなり、霧化性能が悪くなる。

径にもよるが種々検討したところ粒径１００μｍ以下に
する為には、１０〜１５ｎｍにするのが良い。

以上の実施例では、ホーン先端の振動面を凹状半球面と
したいわゆるパラボラ形状にしたものを説明したが、振
動面は特にこれに限定されるものではない、第３４図（
ａ）に示す如く、フラットな振動面にすることもできる
。また第３４図（Ｑ）に示す如く、西半球面にすること
もできる。

いずれを選択するかは噴霧角θをいくらにするかによっ
て選択できる。

尚、第３４図（ｄ）の如くホーンの径を先端まで−様に
形成し端面を振動面としても良い。

ホーン外径は第１図、第１１図の実施例の如く、取付フ
ランジ部から先端振動拡大部まで先細状に形成しても良
いし、この部分を−様な径の円筒として形成しても良い
。

第３５図に示す例は、ホーン１０６の中心の通路内にス
ペーサ４１１を挿入し、スペーサ４１１とホーン１０６
との間に、３本の絞り通路４１２とそれに引き続く環状
通路４１０を形成したものである。

この様に構成するとスペーサ４１１がホーンと同一の振
動系として構成されるので、スペーサ４１１の周囲表面
にも燃料の波動流が生じ、より多量の燃料を先端の振動
面１０６ｃに供給することができる。

第３６図の例は、先端が振動面１０６ｃに開口する細い
燃料通路４１３を複数本形成し、この通路を平偏な弁体
１１４で開閉する様にしたものである。

この例によれば、燃料通路長を短かくできるので装置全
体の長さを短かくできる。

この場合も燃料通路４１３内表面で燃料の波動流が形成
されることは必要である。

尚、スペーサにかわって、螺線状溝が刻設されたスクー
ルチップをこの案内通路に挿入することもできる。

以上説明した種々の噴射弁では燃料が十分に霧化される
ので、霧化後の燃料微粒子は指向性を持たない従って噴
射弁の振動面を吸気管の中心付近まで延設して噴射弁を
取付け、吸気流にこの微粒子を乗せる様にすると壁面付
着が防止できる。

第３７〜第３９図は、絞弁の上流に唯一の燃料噴射装置
を有する。いわゆる上流噴射型シングルポイントインジ
ェクションシステムに本発明になる燃料噴射弁を適用し
た例を示す。

燃料噴射弁自体は、ホーン部が、全長に亘って−様な径
を有する点、先端の振動面も実施的にホーンの径と同一
径である点及び、ボール弁の上流近傍にホーンを貫通し
て放射状にのびる燃料溢流孔を有する点で違いがあるも
のの他の構成は第１１図のものと実質的に同じである。

吸気管５０１のインジェクションボディ部５０７にはそ
の略中心に形成された容器５０６がある。

この容器５０６の内壁に設けた係止部に弾性リング５２
１とＣリング５２２で噴射弁のフランジ部をはさみ付け
て噴射弁を固定する。

容器のふた５０７ａは容器５０６の上方を密閉する。ふ
た５０７ａにはゴムホース５２４が取付けられていて、
その先端は噴射弁Ｆ／Ｉの上端に開口する燃料流入口に
クリップ５２５で接続される。ゴムホースの他端は吸気
管の外壁に取付けられた燃料圧力調整装置５１３の燃料
供給口５１３ａへ接続されている。噴射弁Ｆ／Ｉのホー
ンの先端は容器５０’６の下部開口から吸気管内へ突出
していて、その開口とホーン外周との間はシールリング
５２６によってシールされている。

シールリング５２６と弾性リング５２１とによって、容
器５０６の下側内部空間は吸気管内の吸気通路から隔離
されている。

この隔離された内部空間はホーンに形成した貫通孔５２
３によってホーン内部のボール弁上流燃料通路に連通し
ている。

５１２は燃料戻しパイプで容器５０６の内部空間と外部
の図示しない燃料通路とを接続している。

かく構成されたインジェクションボディ５０７は熱絶縁
体から成るガスケットを介してスロットルボディ５１０
と接合されている。５０９はスロットルボディ５１０の
内部に取付けられた空気制御弁としてのスロットルバル
ブである。そして、このスロットルボディは吸気マニホ
ールド５１５を介してエンジン５１６に接続されている
。

かくして、燃料は燃料圧力レギュレータ５１３の燃料導
入口５１３ｂから燃料供給口５１３ａを通って、ゴムパ
イプ５２４へ導びかれ、そこから噴射弁の中心に挿通す
る燃料導管に供給される。

５１３Ｃは圧力レギュレータの燃料戻しパイプである。

ボール弁が閉じてあれば燃料導管に供給された燃料は貫
通孔５２３を通って容器内の外径から隔離された空間に
溢流する。この空間に溜った燃料は戻しパイプ５１２を
通って外部の燃料通路へ戻される。

ボール弁がホーンの共振によって弁座から浮上すると燃
料は案内通路を伝ってホーン先端の振動面に供給される
。

振動面の超音波振動によって微粒化された霧化状の燃料
は、吸気管を流れる空気に混合され、絞弁の周囲の通路
を通ってエンジンに供給される。

尚、燃料の流れは、第３７図の逆でも良い。即ち、燃料
圧力レギュレータの燃料供給口５１３ａをパイプ５１２
に接続し、容器の隔離空間１貫通孔５２３．噴射弁の燃
料導管、ゴムパイプ５２４へと導びくこともできる。こ
の場合、ボール弁の収納空間等で発生した燃料気泡がす
みやかに燃料通路から排出できる効果がある。

また、燃料戻り通路は必ずしも必要ではない。

この場合第３７図の戻しパイプ５１２．シールリング５
２６貫通孔５２３は不要である。

別のタイプでは、噴射弁の中心に挿入された燃料導管自
体を燃料供給用パイプと排出用パイプの二重管構造とす
ることもできる。

また別のタイプでは噴射弁の中心の燃料導管部を中実の
棒材とし、ボール弁収納空間に対応するホーンの部位に
外部との連通用貫通孔（第３７図の貫通孔５２３と実質
的に同じ）を穿設するとともに、燃料圧力レギュレータ
からの燃料を第３７図破線で示す如く直接容器５０６の
隔離空間へ供給し、そこから貫通孔５２３を介してボー
ル弁収納空間へ供給する様に構成することもできる。

尚、噴射弁のタイプは第３７図のストレートタイプに限
定されることなく前掲のいずれのタイプの噴射弁を用い
ても良い。

特に絞弁上流噴射型のシングルポイントインジェクショ
ンシステムでは、振動面からの燃料の広がり角の大きい
フラット型振動面か、凸状半球面型振動面を有する噴射
弁が、好適である。

パラボラ型は、燃料の噴霧光が収束する為、エンジンの
吸気バルブを狙って噴射する様な方式のシステムに用い
て特に有効である。

更に噴射弁のボール径に対してボール弁下流の燃料案内
通路長の比を１．５〜２．０以上にすると燃料通路内壁
あるいは振動面に十分な波動流としての液膜が形成され
、噴口から直接噴出する燃料を減少させ振動面へ確実に
燃を供給できる。本実施例では、ホーンの取付ブラケッ
ト部が振動の節となる様に、構成し、その部分を原点と
してホーン先端に行くに従って振幅が増大する様に構成
している。

この結果、ホーン内部の燃料通路を流れる燃料は、振動
なしにこの通路を圧力差だけで流れる場合に比べその速
度が高くなっている。これは、通路内壁面と燃料との間
に作用する粘着力が振動の影響で低下したことによるも
のと考えられる。

この様な性質を利用すれば、ホーンの燃料通路入口部か
ら出口までの間の燃料輸送時間が短縮でき、その結果計
量から吸気管内への噴射までの時間遅れが極少に抑えら
れる。

この作用は、計量弁がホーン内部の燃料通路の途中に形
成された上記実施例に限らず、ホーン外部で計量した燃
料をホーン入口から供給する様に構成した燃料供給装置
においても得られる。

次に本発明の燃料噴射弁を駆動するのに用いる発振器の
別の具体例を第３８図、第３９図に基づき説明する。

第３８図は、発振器の構成を、第３９図（ａ）〜（ｈ）
は第３８図の回路の外部の波形をそれぞれ示す。

周期信号発生器３８ａは第３９図（ａ）に示す如＜３０
ｋＨｚ周期で、信号を発生している。

方カウンタ３８ｂは１０メガＨｚのクロック信号（マイ
クロコンピュータの発生するクロック信号）をリセット
信号Ｒｅ　ｓ　ｅ　ｔが来るまでカウントアツプしてい
る。

比較器３８ｃは新しい周期信号が発生する毎にフリップ
フロップ３８ｆへセット信号を出力する。

このセット信号でフリップフロップがセットされるとそ
の出力電位が”Ｈｉｇｈ’″レベルになる。

と同時に交流結合用のコンデンサＣ１，ダイオードＤＩ
を介してカウンタ３８ｂのＲｅ５ｅｔ端子にＲｅ５ｅｔ
信号が送られる。これによりカウンタ３８ｂは３０ｋＨ
ｚ毎にカウンタ値がクリアされ第３９図（ｂ）に示す如
くカウントアツプとクリアとを３０ｋＨｚで繰返してい
る。

このカウンタ３８ｂの出力は比較器３８ｅにも入力され
ており、別途比較器３８ｅに入力されているデユーティ
信号発生器３８ｄの設定値（例えばデユーティ５０％値
）と比較し、カウンタ３８ｂの出力がこの値に達つする
と比較器３８ｅはフリップフロップ３８ｆのリセット信
号を出力する。

この信号によってリセットされたフリップフロップの出
力端子の電位は”　Ｈｉ　ｇ　ｈ　”レベルから”Ｌｏ
ｗ”レベルに変化する。この状態は比較器３８ｃからセ
ット信号が発生するまで続く。

したがってフリップフロップ３８ｆの出力は。

周波数３０ｋＨｚ、ｄｕｔｙ５０％の定形波となる。一
方フリップフロップ３８には角度カウンタ３８ｎの出力
でセットされ、比較器３８ｊの出力でリセットされ、そ
の結果燃料噴射タイミングパルスを発生する。

そしてＡＮＤゲート３８Ｑは両信号のアンドゲートとし
て作用し、その出力端子Ｖｉには燃料噴射タイミングパ
ルスの出力されている間、３０ｋ　Ｈｚの定形波パルス
状の振動電圧を発生する。

この振動電圧に応じた出力によって前掲の圧電素子５．
あるいは１０７が励振される。

燃料噴射タイミングパルスの形成について詳説する。角
度カウンタ３８ｎは、噴射開始タイミングデータをもと
に各気筒判別信号とクランク角信号とからフリップフロ
ップ３８にのセット信号を出力する。

本実施例では各気筒の吸気工程の前約２０°の地点を噴
射開始タイミングと設定しており、この時点で角度カウ
ンタ３８ｎからセット信号が出る。

燃料噴射パルスＴｉ演算器Ｃ／Ｕはマイクロコンピュー
タで構成され、機関の運転状態に応じて、噴射パルス巾
を演算し、その演算値をＴｉレジスタ３８ｇに書き込む
。この演算値の書き替えは、マイクロコンピュータの演
算周期によって決まり、所定時間毎に角度カウンタから
の信号に同期して新しい値に書き替えられる。

Ｔｉレジスタ３８ｇの書き替えタイミングでリセットさ
れるカウンタ３８ｈは、フリップフロップ３８ｋがセッ
トされると同時にセットされ、アンドゲート３８ｉを通
過したクロック信号をカウントｕｐする。Ｔｉレジスタ
３８ｇの出力とこのカウント値は比較器３８ｊで比較さ
れカウント値がＴｉレジスタの値に達つすると比較器３
８ｊから出力が発生する。この出力でフリップフロップ
３８ｋをリセットする。フリップフロップ３８ｋがリセ
ットされるとその出力が“Ｈｉ　ｇ　ｈ　”レベルから
“Ｌｏｗ”レベルに変化するが、これによってアンドゲ
ート３８ｉからのクロック信号出力がなくなり、カウン
タ３８ｈはその時の値に保持されたまま、角度カウンタ
３８ｎからのリセット信号が来るまで待機する。

かくして、フリップフロップ３８には、角度カウンタ３
８ｎから噴射開始タイミング信号が出力された時点から
比較器３８ｊから出力が発生する時点までの間、出力が
”Ｈｉｇｈ”レベルとなり。

アンドゲート３８Ｑの出力端にこの間だけ距形波パルス
を発生する。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、微粒化の良好な燃料噴射
弁が得られる。

別の発明では、燃料の搬送速度の速い燃料噴射弁が得ら
れる。

また別の発明では、計量機能と超音波微粒化機能の両機
能を兼ね備えた燃料噴射弁を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の吸気管への取り付は状態を示
す断面図、第２図（ａ）（ｂ）は本発明の実施例の弁部
の動作状態でのそれぞれの構成を示す断面図、第３図は
本発明の実施例の駆動信号供給手段の構成を示す回路図
、第４図は本発明の実施例の動作を示すフローチャート
、第５図は本発明の実施例におけるパルス駆動信号の区
分波形図、第６図は本発明の実施例における第１のパル
ス駆動信号とこれに挿入された第２のパルス駆動信号と
の波形図、第７図は本発明の実施例における燃料噴射量
と噴射パルス幅との関係を示す園、第８図及び第９図は
本発明の実施例における駆動信号供給手段各部の信号波
形図、第１０図は本発明の実施例を４気筒エンジンに適
用した場合の気筒の動作に対応した信号波形図、第１１
図は本発明の適用対象となるランジュバン型振動子を用
いた燃料噴射弁の縦断面図、第１２図は、本発明のラン
ジュバン型振動子の第１態様例を示す分解断面図、第１
３図は上記第１態様例に使用される電歪素子の具体例を
表わす外観図、第１４図は上記電歪素子の重ね合わせ状
態を表わす分解斜視図、第１５図は上記電歪素子の重ね
合わせ状態を表わす断面図、第１６図はランジュバン型
振動子の第２態様例を示す分解断面図、第１７図はラン
ジュバン型振動子の第３態様例を示す分解断面図、第１
８図はランジュバン型振動子の第４態様例を示す断面図
、第１９図（、）はランジュバン型振動子の第５態様例
を示す斜視図、第１９図（ｂ）はその部分断面図、第１
９図（ｃ）はその全体断面図、第２０図（ａ）〜（ｄ）
はランジュバン型振動子の電気的接続構造の具体例を表
わす模式図、第２１図（ａ）は電歪素子の印加電圧と機
械的変位の関係を表わす特性線図、第２１図（ｂ）は電
歪素子に入力される機械的変位と出力電圧との関係を表
わす特性線図、第２２図、第２３図、第２４図、第２５
図及び第２６図（ａ）、、（ｂ）。（Ｑ）は、上記ランジュバン型振動子の動作状態を説明
するための波形図、第２７図は本発明の振動子共振状態
監視法を採用した共振周波数制御システムの構成を表わ
すブロック図、第２８図は上記共振周波数制御システム
の動作を説明するためのフローチャート、第２９図は上
記共振周波数制御システムの動作を説明するための信号
波形図、第３０図は共振周波数制御システムの他の例を
示すブロック図、第３１図（、）は第３０図の共振周波
数制御システムの動作を説明するためのフローチャート
、第３１図（ｂ）は印加電圧Ｖ　ｏ　ｕ　ｔとモニタ電
圧ｖＩＩの位相が生じている状態を表わす波形図、第３
２図は第３０図の共振周波数制御システムに用いる位相
制御回路及び増幅回路の具体例を示す回路図、第３３図
（１）〜（Ｖ）は第３２図の回路動作を表わす波形図で
ある。第３４図（ａ）〜（ｄ）は、噴射弁のホーン先端
振動面の形状と噴霧角の関係を示す図面、第３５図（ａ
）。（ｂ）は、噴射弁のホーン部分の別案を示す図面。第３６図は実に別の案を示す図面、第３７図は絞弁上流
に本発明になる燃料噴射弁を配置したシングルポイント
インジェクションシステムの一実施例を示す断面図、第
３８図は別の発振器を示す回路図、第３９図（ａ）〜（
ｈ）は第３８図の各部の出力波形を示す図面である。１．１０６・・・ホーン、５，１０７・・・圧電素子、
８゜１１４・・・ボール弁、９，１１５・・・ばね、　
２４，１０６ｃ・・振動面。＜ＥＬ）第（ｂ）Ｊ２°。ね秦第Ｓ口第 □時間第ノＶルス唱”；（笥Ｓ）（？）第の第早日グ第凶野ｌ第第圀早奉 ■ 第図第凹（α）（ｂ）第第Ｓ第の（α）第２？口第　３１（α）口ｎ間惨目霊／Ｃ）、５第・日１″）６０６ＣＬ第３．５日帛 ■

Claims

【特許請求の範囲】

１．　燃料輸送通路を振動子の内部に形成したものにお
いて、前記振動子の振幅が振動子内の燃料輸送通路入口
部から燃料輸送通路出口部に向つて増大するように構成
したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
２．　特許請求の範囲第１項に記載したものにおいて、
前記燃料輸送通路の出口部が前記振動子先端の振動面に
開口し、該振動面で燃料を微粒化する様に構成したこと
を特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
３．　先端に燃料微粒化用の振動面を有する振動子、該
振動子内に形成され前記振動面に開口する燃料輸送通路
、該振動子内の燃料輸送通路内に配設され、前記振動子
の所定の振動に応答して開く開閉弁手段とを有する内燃
機関の燃料噴射弁。
４．　特許請求の範囲第３項に記載したものにおいて、
前記振動面に開口する燃料通路からの燃料が振動面を越
えて直進するのを制限し、該振動面に効果的に燃料を薄
膜状に供給すべく、前記開閉弁手段と振動面間に燃料薄
膜形成手段を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴
射弁。
５．　内燃機関の絞弁の上流に該絞弁に対面して開口す
る燃料噴射口を有する燃料噴射弁を備えたものにおいて
、前記燃料噴射弁を前記燃料噴口のまわりに振動面を有
する振動子から構成し、且つこの振動子の振動を機関の
運転状態に応じて制御する振動制御手段を設けたことを
特徴とする燃料噴射弁付き内燃機関の燃料供給装置。
６．　特許請求の範囲第５項に記載したものにおいて、
前記振動制御手段は機関の吸入空気量に応じて前記振動
子の振動を制御することを特徴とする内燃機関の燃料供
給装置。
７．　設定周波数の電気振動が印加されて機械振動を発
生する電歪素子と、内部に燃料通路を有し、この燃料通
路の出口側に前記機械振動を拡大させる振動拡大部を設
けてなるホーンとを備え、前記電歪素子及びホーンを一
体的に組立てて燃料供給装置の本体を構成すると共に、
前記ホーンの燃料通路の一部には、ばね及び該ばねの力
で弁座に圧接する燃料計量系の弁体を装着し、且つ前記
ばねは、前記機械振動が或る振幅レベル以上になると前
記ホーンの振動伝達系を介して励振されてばね収縮力を
発生するばね特性を有し、このばね収縮力に基づき前記
弁体が前記弁座から離れて燃料を計量すると共に、計量
後に前記燃料通路の出口から噴射される燃料を前記振動
拡大部に案内する燃料案内手段を設け、この振動拡大部
にて前記噴射燃料を微粒化するよう設定してなることを
特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
８．　特許請求の範囲第７項において、前記弁体は前記
ホーン内部の燃料通路の一部に内蔵される球弁よりなり
、前記振動拡大部は、半球椀形を呈し、前記燃料案内手
段は、前記燃料通路の出口側を分岐させて前記半球椀状
の振動拡大部の内周面の接線方向に向けた分岐通路より
なる内燃機関の燃料噴射弁。
９．　内燃機関に取り付けられる燃料供給装置において
、吸気管に取り付けられ、圧電素子によつて変位駆動さ
れるホーンと、該ホーンに形成され、前記吸気管内の端
部を噴射口とする燃料供給路と、前記噴射口に設けられ
た弁部と、前記圧電素子に、前記ホーンの共振周波数に
等しい周波数で第１の振幅の第１のパルス駆動信号及び
該第１のパルス駆動信号に挿入され、前記ホーンの共振
周波数よりも低い周波数で、前記第１の振幅よりも大き
い第２の振幅の第２のパルス駆動信号を供給する駆動信
号供給手段とを有することを特徴とする燃料供給装置。
１０．　ホーンの噴射口が形成される端部に、円錐筒状
の振動面が形成されてなることを特徴とする特許請求の
範囲第９項記載の内燃機関の燃料供給装置。
１１．　所定の周波数電圧を印加して機械振動を励起す
る電歪素子と、前記電歪素子の機械振動が伝達される振
動増幅用のホーンとを備え、前記電歪素子に印加される
電圧の周波数と前記ホーンの共振周波数とが一致すると
、機械的な共振状態となるランジユバン型の振動子を備
えた内燃機関の燃料噴射弁において、前記電歪素子とし
て複数の電歪素子を積層してなる積層型電歪素子を使用
し、この積層型電歪素子の少なくとも１つの電歪素子に
電圧を印加しないで、この非電圧印加電歪素子をモニタ
用電歪素子とし、このモニタ用電歪素子に前記振動子の
機械振動を加えて該機械振動に比例する出力電圧を発生
させると共に、この出力電圧の振幅の大きさから前記振
動子の共振状態の変動を監視する手段を設けたことを特
徴するランジユバン型振動子を備えた内燃機関の燃料噴
射弁。
１２．　内燃機関の燃料噴射弁であつて、電歪素子によ
つて振動を与えられる振動子を有し、振動子の振幅の最
大位置に燃料微粒化の為の振動面を有し、振動子自体が
この振動面に燃料を輸送する輸送通路を備えており、更
にこの輸送通路の途中に振動子が所定の振動を与えられ
た時弁座が浮上して輸送通路を開く弁体を備えているこ
とを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
１３．　機関の各シリンダに接続された各吸気マニホー
ルドに取付けられ、各吸気マニホールドに所定のタイミ
ングで燃料を噴射するものであつて、機関に吸入される
空気流量に基づいて、振動タイミングパルスを形成する
パルス形成手段と、パルス形成手段の出力に応じて所定
振幅で所定周波数の振動電圧を発生する振動電圧発生手
段と、この振動電圧が印加されている間所定の共振周波
数で振動する振動体と、この振動が最大となる位置に形
成された燃料微粒化の為の超音波振動を生じる振動面に
上記振動体の振動に基づく波動流によつて燃料を輸送す
る輸送通路手段と、この燃料輸送通路手段の途中にあつ
て前記振動電圧が印加されている間振動体の振動の作用
で弁座から浮上してこの輸送通路内の燃料の波動流を許
す弁手段とから成る内燃機関の燃料供給装置。