JPH0565696B2 - - Google Patents

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JPH0565696B2
JPH0565696B2 JP60142744A JP14274485A JPH0565696B2 JP H0565696 B2 JPH0565696 B2 JP H0565696B2 JP 60142744 A JP60142744 A JP 60142744A JP 14274485 A JP14274485 A JP 14274485A JP H0565696 B2 JPH0565696 B2 JP H0565696B2
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injection
pressure chamber
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Masayuki Abe
Toshihiko Ito
Yasuyuki Sakakibara
Akihiro Izawa
Kyonori Sekiguchi
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Nippon Soken Inc
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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制御装置に関する
ものであり、特にはデイーゼルエンジンの燃料噴
射率制御等に用いて特に有効な圧電素子を用いた
パイロツト噴射を行なうものに関するものであ
る。
〔従来の技術〕
発明者らはこれまでに圧電素子を用いたパイロ
ツト噴射を行なわせる内燃機関の燃料噴射制御装
置を開発し、デイーゼルエンジンの騒音低減に大
きな成果を上げてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら圧電素子を用いて高圧燃料の噴射
制御を行う場合の問題点として 圧電素子の小さなヤング率により圧送圧力が
低下し、燃料噴射量の減少、噴射期間の増大が
起きる。この現象は、燃料圧力がアイドリング
時の倍程度となる高速・高負荷域において特に
大きい。
圧電素子にかかる高圧燃料による高荷重履歴
により圧電素子が劣化する。
圧電素子にかかる高荷重により圧電素子の発
生する電圧が高くなるので、圧電素子を駆動す
る回路の耐電圧を大きくしなければならない。
圧電素子にかかる高荷重により圧電素子の発
生する電圧が高くなるので、圧電素子積層間の
フラツシユオーバーが出やすい。
等の問題点があることがわかつた。
本発明は以上の問題点の発見に基づいてなされ
たものであり、前述の〜の問題点を簡易かつ
確実な方法で解決し、高い信頼性の得られる長寿
命の燃料噴射制御装置を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はシリンダボアと該シリンダボア内に摺
動自在に嵌合されたプランジヤとによつて形成さ
れる高圧室内の燃料を加圧送出して噴射弁から高
圧の燃料を噴出させる内燃機関の燃料噴射制御装
置において、印加電圧に応じて伸縮する電歪式ア
クチユエータによつて容積を変化できる可変容積
室を噴射初期のみ前記高圧室に連通させることに
より前記問題点を解決するものである。
〔作用〕
本発明では前記電歪式アクチユエータによつて
容積が変化される可変容積室は前記高圧室には噴
射初期のみ連通させるため、燃料噴射率制御を必
要とする噴射初期は前記電歪式アクチユエータを
伸縮させることにより有効に燃料噴射率を制御す
ることができ、燃料噴射率制御があまり必要では
なく、むしろ前記問題点が発生する噴射後期には
前記可変容積室と前記高圧室とを遮断して圧電素
子に不用な繰り返しの大荷重がかからないように
したものである。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により説明する。
まず本発明の第１実施例を図に基づいて説明す
る。
第１図ないし第１０図は本発明の第１実施例に
関するもので、第１図は本発明を適用した分配型
燃料噴射ポンプの要部断面図、第２図は第１図中
のプランジヤ６の先端部付近の拡大断面図、第３
図は第２図中のＲ−Ｒ線に沿う断面図である。
第１図において、燃料噴射ポンプ１に噴射率制
御装置２が取付けられている。
まず燃料噴射ポンプ１について説明する。ケー
シング４のシリンダボア５内に摺動自在に支持さ
れたプランジヤ６は、エンジン回転数の1/2に同
期して回転往復運動を行なう。即ち、エンジンの
回転はギヤ又はタイミングベルトを介して駆動軸
（図示せず）に伝達され、プランジヤ６はこの駆
動軸により同軸的に回転駆動されるとともに、プ
ランジヤ６と一体的に結合されたフエイスカム７
がローラ８に係合することにより往復運動する。
フエイスカム７はバネ（図示せず）により常時
図の左方に付勢されてローラ８に当接されてお
り、プランジヤ６の往復運動は、軸心周りに回転
してフエイスカム７のカム面の形状に従うことに
より行われる。プランジヤ６はその外周に、１個
の分配ポート９とエンジン気筒数の同数個の吸入
ポート１０とが形成され、このプランジヤ６の先
端面とシリンダボア５との間には高圧室３が形成
される。
ケーシング４には、低圧室１１とこの低圧室１
１をシリンダボア５に連通する吸入通路１２と、
外部の各噴射弁１３をシリンダボア５に導通可能
な分配通路１４が形成される。分配通路１４はエ
ンジン気筒数と同数個設けられるとともに、その
途中にはそれぞれデリバリ弁１５が設けられる。
デリバリ弁１５はばね１６に抗して開口可能であ
り、逆止弁としての機能及び吸戻し弁としての機
能を有する。
然してプランジヤ６が第１図中において左行し
て高圧室３が膨張する時、いずれかの吸入ポート
１０が吸入通路１２に導通して低圧室１１内の燃
料が高圧室３に吸入され、これとは逆に、プラン
ジヤ６が第１図中において右行して高圧室３が縮
小加圧される時、分配ポート９がいずれかの分配
通路１４に導通して高圧室３内の燃料が外部に送
出される。
燃料の送出はプランジヤ６が右行を始めた時に
始まり、さらにプランジヤ６が右行してスピルポ
ート１７がスピルリング１８の右端面より低圧室
１１内へと開放された時に終わる。ここでスピル
ポート１７はプランジヤ６に設けられて、高圧室
３と低圧室１１とを導通する為の開口であり、ス
ピルリング１８は、短いシリンダ状であつて、そ
の内孔をプランジヤ６が摺動するものである。ス
ピルリング１８はレバー１９によつてその固定位
置をかえることができ、スピルリング１８の位置
によつて高圧室３からの燃料の吐出量をかえるこ
とができる。レバー１９は間接的にアクセルレバ
ーと連動している。吸入通路１２と吸入ポート１
０との間に吸入燃料を遮断する為のソレノイド弁
２０を設け、エンジン停止時には常に吸入通路１
２を遮断する。
以上は公知部分の説明である。
本発明はさらに、プランジヤ６の高圧室３とス
ピルポート１７とを結ぶ中央ポート２１に導通す
るポートＢ２２、該ポートＢ２２に導通するプラ
ンジヤ外周の溝部２３を形成している。さらにシ
リンダ２４にはシリンダボア５に開口するポート
Ａ２５、該ポートＡ２５に導通しシリンダ２４の
右端面に開口する横穴のポートＣ２６を設けてい
る。ポートＡ２５と外周溝２３との位置関係は第
２図の部分拡大図に示す用にプランジヤ６が一定
リフト（第２図中に示すリフトＡ）するまで導通
状態であり、一定リフト後に遮断される様にして
ある。さらにポートＡ２５の第２図中のＲ−Ｒ線
に沿う断面図は第３図に示される様に角穴状とし
てある。
次に噴射率制御装置２について説明する。
噴射率制御装置２はアツパーケーシング２７の
中に、第１図中の右から電歪式アクチユエータ２
８、ピストン２９、皿ばね３０を収納し、デイス
タンスピース３１を介してロアケーシング３２内
に収納して構成されている。ロアケーシング３２
は底のある円筒の形、即ちカツプ状であつて、雄
ねじ３３によつて噴射ポンプ１のシリンダ２４の
端面にねじ込んで取付け固定してある。ロアケー
シング３２のシリンダ２４の端面との接合部はポ
ートＣ２６よりも中心側のリング状突起３４とポ
ートＣ２６よりも外周側のリング状突起３５とに
より接合され、高圧室３及びポートＣ２６からの
燃料洩れを防止できる様にしてある。さらにリン
グ状突起３４と３５とによつて囲まれたドーナツ
状空間３６は燃料通路を形成してポートＣ２６と
導通し、ロアケーシング３２に設けた圧力導入口
３７とも導通する。
電歪式アクチユエータ２８は薄い円盤状（φ15
mm×t0.5mm）の電歪素子を約50枚積層して円柱状
となしたものである。この電歪素子はPZTと呼
ばれるセラミツク材料製であり、チタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分としており、その厚み方向に
500V程度の電圧を印加すると1μｍ程度伸びる。
これを50枚積層して各々の素子の厚み方向に
500V印加すると全体として50μｍの伸張が得られ
る。この電圧を解除するか又は若干の負電圧を印
加すれば50μｍの縮小を起こして元の長さに戻
る。また、この電歪式アクチユエータ２８に軸方
向圧縮の荷重をかけた時は１枚１枚の電歪素子に
は荷重に比例した電圧が発生する。例えば500Kg
の負荷で500Vの電圧が発生する。これらの電歪
素子及び電歪式アクチユエータの性質は公知であ
る。
次にこの電圧を短絡、即ちシヨートさせた時、
電歪式アクチユエータ２８は軸方向の縮小を生じ
る。例えばピストン２９に500Kgの荷重が加わつ
ている状態で電歪式アクチユエータ２８をシヨー
トさせると50μｍの縮小を生じるのである。
電歪式アクチユエータ２８への所定の時期にお
ける電圧のシヨート、オープン、印加等の操作は
リード線３８を介して外部の制御回路であるコン
トローラ２００によつて制御される。
電歪式アクチユエータ２８の伸縮作用はピスト
ン２９に伝えられ、ピストン２９とデイスタンス
ピース３１とケーシング２７とを室壁として形成
される可変容積室３９の容積を拡大・縮小する。
皿ばね３０は可変容積室３９の中にあつて、電歪
式アクチユエータ２８を縮小する方向に付勢して
いる。デイスタンスピース３１は円盤状であつ
て、その略中央周辺には貫通孔４０を有してい
る。デイスタンスピース３１の直径はピストン２
９の直径よりも一回り大きく、アツパーケーシン
グ２７とロアケーシング３２とによつてはさみ込
まれるようになつて高圧燃料のシールを行う。可
変容積室３９は貫通孔４０を介して圧力導入口３
７を導通している。
また、可変容積室３９の圧力がピストン２９を
介して電歪式アクチユエータ２８側に漏洩しない
ように、ピストン２９の摺動面とアツパーケーシ
ング２７の摺動面とは僅かなクリアランスを有し
て油密に形成されている。
次にポンプの回転方向及びリフト方向（すなわ
ちプランジヤ６の往復および回転運動の各方向）
に対応するポートＡ２５、分配ポート９、吸入ポ
ート１０の開閉位置関係について説明する。
第４図は第１図中のプランジヤ６（またはフエ
イスカム７）が回転するにつれての回転角とプラ
ンジヤ６の往復動、ポートＡ２５の開閉状態、分
配ポート９の開閉状態、吸入ポート１０の開閉状
態を示す作動説明図である。
第５図は第１図中のプランジヤ６の先端部付近
の各作動状態を示す作動説明図であり、Ａは吸入
行程における状態、Ｂは噴射行程の前期における
状態、Ｃは噴射行程の中期から後期にかけての状
態を各々示す。
第４図において、横軸は第１図中のプランジヤ
６（またはフエイスカム７）の回転角を示してお
り、90°毎にある凸部はプランジヤ６の往復動を
示すものでフエイスカム７のリフトである。第４
図に示される様に90°毎に一気筒の燃料圧送行程、
吸入行程が繰り返される。吸入行程は「吸入ポー
ト１０開」として表わされた線で示す期間で行わ
れ、カムの上死点付近から始まり下死点付近まで
続く。
一方、圧送行程は実質的にカムのリフト開始か
ら上死点までであるが、「分配ポート９開」の線
で示す期間行われる。すなわち、カムの下死点か
ら上死点後15°付近の間である。さらに、本発明
によるポートＡ２５の開閉時期はカムが所定リフ
ト（第４図中にリフトＡとして示す）以上で閉と
なり、所定リフト（リフトＡ）以下で開となる。
このリフトＡは噴射ノズル１３からの噴射が開始
するカムリフト量より、わずかに大きいリフト量
に設定してある。
「ポートＡ２５開」とは第１図および第５図に
示したポートＡ２５とプランジヤ６の外周に設け
た溝部２３とが導通となる状態を言い、「ポート
Ａ２５閉」とはポートＡ２５とプランジヤ６の外
周溝部２３とが遮断された状態を言う。
従つて、吸入行程及び噴射初期においては第５
図Ａ，Ｂの高圧室３の比較的低い圧力に加圧され
た燃料が中央ポート２１→ポートＢ２２→プラン
ジヤ６の外周の溝部２３→Ａ２５→ポートＣ２６
→ドーナツ状空間３６→圧力導入口３７→貫通孔
４０を介して可変容積室３９へと導入される。
一方、プランジヤ６がリフトＡの大きさだけリ
フトするとポートＡ２５はプランジヤ６の外周の
溝部２３により閉じられるので噴射中期以降は第
５図Ｃに示されるように比較的高い圧力に加圧さ
れた燃料は可変容積室３９には導入しない。
次に第１実施例の作用を説明する。
第６図は第１図中のプランジヤ６（またはフエ
イスカム７）の回転角を横軸にとり、各部の状態
変化を示した作動説明図であり、Ａはポンプの高
圧室３内の圧力変化、Ｂは可変容積室３９内の圧
力変化、Ｃは電歪アクチユエータ２８の端子間の
電圧変化、C′は電歪アクチユエータ２８の端子間
のオープン又はシヨートの状態変化、Ｄは噴射弁
１３からの燃料の噴射率変化、Ｅはプランジヤ６
と一体的に形成されたフエイスカム７のカムリフ
トをポートＡ２５の開閉状態、吸入ポート１０の
開閉状態、分配ポート９の開閉状態と共に各々示
したものである。
第６図において第１図に示される電歪式アクチ
ユエータ２８をシヨートさせなかつた時、即ち電
気的にオープンとした時には高圧室３の圧力は第
６図Ａの実線で示した曲線となる。図中に示す凸
部分が燃料圧送行程であつて、プランジヤ６が第
６図Ｅに示すカムリフトにより第１図中において
右行し、かつ、スピルボート１７がスピルリング
１８によつておおわれている時に対応する。この
うち、噴射弁１３の開弁圧及び閉弁圧より高い部
分が噴射に寄与する部分である。即ち、この期
間、噴射弁１３は開弁しており、その開弁リフト
はその圧力と比例している。よつて噴射量もその
圧力と概ね比例している。
噴射弁１３からの単位時間当りの燃料噴射量、
すなわち燃料噴射率は第６図Ｄのようになる。
また、前述した様に電歪式アクチユエータ２８
に高圧室３の圧力が作用するのは噴射初期、すな
わち第５図Ａ，Ｂにおいて示されるプランジヤ６
とポートＡ２５の位置関係の時のみである。
この時期の電歪アクチユエータ２８の端子間電
圧、可変容積室３９等の状態は第６図中の回転角
がそれぞれ，となる時期から知ることができ
る。
第５図Ａの吸入行程においてはポンププランジ
ヤ６による燃料の加圧はないので高圧室３、可変
容積室３９内の圧力はフイード圧のみの低圧であ
る。すなわちエンジンのアイドリング運転時であ
れば1.5Kg／cm2程度である。
次に燃料の圧送行程に入り第６図Ａの様に高圧
室３内の圧力が上昇し始めると、この時点ではま
だ第５図Ｂの如くポートＡ２５と高圧室３とは導
通状態にある為、可変容積室３９内の圧力も上昇
し始める。
電歪式アクチユエータ２８にはこの時の圧力に
比例した電荷が生じ第６図Ｃに示す電圧が発生す
る。
なお、可変容積室３９の圧力を圧縮荷重に換算
するには、圧力にピストン２９の受圧面積をかけ
てやればよく、第１図の場合、ピストン２９の受
圧面積は約４cm2であり、噴射弁１３の開弁圧は
120Kg／cm2に設定してあるので噴射開始時には480
Kgの荷重を電歪式アクチユエータ２８が受けるこ
とになる。ちなみに、この時電歪式アクチユエー
タ２８の端子に発生する電圧としては480Vであ
る。
さらに圧送行程が続き、ポンプの高圧室３の圧
力が上がれば可変容積室３９の圧力も上昇し、同
時に電歪式アクチユエータ２８の発生電圧も大き
くなる。
さらに圧送が続き第５図Ｃに示される噴射中期
にさしかかつた時、すなわちカムリフト量が第６
図のＥ中に示されるリフトＡとなつた時、ポート
Ａ２５と高圧室３との導通は断たれる。この時期
の作動を回転角が第６図中ので示される線上に
おいて見ることができる。の時期においては第
６図Ａの高圧室３の圧力はさに上昇を続けてお
り、また、第６図Ｄの噴射率も上昇している。
一方、第６図Ｂの可変容積室３９の圧力変化は
可変容積室３９がポートＡ２５と導通を絶たれる
と同時に圧力の逃げ場のない密室を形成する為、
圧力の上昇が無く、低下も無い状態で維持され
る。第６図Ｃの電歪式アクチユエータ２８の発生
電圧は第６図Ｂの可変容積室３９の圧力と同様に
変化する。
ここまでは電歪式アクチユエータ２８を電気的
にオープンした時の説明をしてきたが、次に噴射
率制御の説明に入る。
第６図中の破線により噴射率制御時の各部の状
態を示す。コントローラ２００は噴射開始からカ
ムリフト量がリフトＡまで達する所定の時期に電
歪アクチユエータ２８をシヨートして、発生した
電圧を0Vに落とすように制御する（第６図Ｃ，
C′）。この時、電歪式アクチユエータ２８は約
520Vの電圧を発生しており52μｍの縮みを起こす
ので、可変容積室３９は４m2×52μｍ＝20.8ｍm3
の膨張を生じる。よつて第６図Ａ，Ｂの様に高圧
室３の圧力、可変容積室３９の圧力はともに低下
して噴射弁１３からの噴射は一瞬途絶える（第６
図Ｄ）。この形態がパイロツト噴射と呼ばれるも
のである。
第６図C′にシヨートする時期、オープンに戻す
時期を示しているが、このような制御はエンジン
の回転角度信号に基づいて、コントローラ２００
が行なうものであり、エンジンの回転角度信号は
磁気抵抗素子（MRE）やマグネツトピツクアツ
プ（MPU）によつて発生することが容易で、よ
く知られていることなので詳述しない。
さて、電歪式アクチユエータ２８のシヨートに
よつて低下した燃料噴射圧力、可変容積室３９及
び高圧室３内の圧力は再び上昇を開始する。しか
し、ポートＡ２５が導通を断たれてからはその直
前の圧力が可変容積室３９内に閉じこれられる状
態となる（第６図Ｂ）。よつて電歪式アクチユエ
ータ２８の発生電圧（第６図Ｃ）も同様の状態を
示す。
その後圧送行程が終了し、カムリフトが下降行
程に入り、吸入ポート１０が開き、再びポートＡ
２５が高圧室３と導通した時には高圧室３内の圧
力はフイード圧となつているので、可変容積室３
９内に閉じ込められた比較的高い圧力（圧送の最
高圧力よりは低い）は低圧部に向つて流出して圧
力が低下する（第６図Ｂ）。電歪式アクチユエー
タ２８の端子間の発生電圧も同様に変化する（第
６図Ｃ）。
この噴射率制御装置２によつて噴射率を低下す
る制御は、エンジンの状態に応じて例えば高速時
や高負荷時には停止することが望ましく、このこ
とはエンジン速度や負荷を検出して制御回路２０
０のシヨートの動作を解除することにより容易に
達成できる。
次に制御回路であるコントローラ２００につい
て説明する。
第７図は第１図中のコントローラ２００の詳細
を示す回路図であり、第８図は第７図に示したコ
ントローラ２００の作動を示すタイムチヤートで
ある。
第７図において、１０１はコンパレータで、電
歪式のアクチユエータ２８の端子電圧が抵抗１０
２，１０３により分圧されて非反転入力に接続さ
れている。反転入力には基準電圧１０４が接続さ
れており、電歪式アクチユエータ２８の端子電圧
が520V以上になると、コンパレータ１０１の出
力は“１”レベルとなる。
コンパレータ１０１の出力はフリツプフロツプ
１０５のセツト入力に接続されている。このフリ
ツプフロツプ１０５はリセツト優先のもので、リ
セツト入力が“１”レベルであれば出力が常に
“１”レベルとなる。リセツト入力が“０”レベ
ルの時に限り、セツト入力が“１”レベルとなつ
たとき、出力は、“０”レベルとなる。この信
号は抵抗１０６，１０７を介してトランジスタ１
０８のベースに抵抗され、トランジスタ１０８を
ON−OFFする。トランジスタ１０８は抵抗１０
９により接地されており、コレクタ信号は抵抗１
１０を介してサイリスタ１１１のゲート入力に接
続されている。
サイリスタ１１１は電歪式アクチユエータ２８
と並列に、微小抵抗１１２を介して接続されてお
り、ゲート入力が“１”レベル間、サイリスタ１
１１は導通し、電歪式アクチユエータ２８をシヨ
ートする。電歪式アクチユエータ２８はさらにダ
イオード１１３がアノード側を接地側に、カソー
ド側を高圧側に、すなわち逆方向に接続されてお
り、電歪式アクチユエータ２８に逆電圧がかかる
のを防止し、かつ電歪アクチユエータ２８に加わ
る荷重が減少した時にダイオード１１３を介して
電荷補充し、電歪アクチユエータ２８の伸長を助
けるようになつている。
３００は図示しないエンジンの各気筒毎の
ATDC5°に信号を発生する、例えばMREを用い
た回転センサである。この回転センサ３００の出
力は整形回路１１４に入力されており、各気筒の
ATDC5°に“１”レベルのパルスを出力する。整
形回路１１４の出力は３入力ORゲート１１５の
ひとつの入力に接続される。３入力ORゲート１
１５は前記フリツプフロツプ１０５のリセツト入
力に接続されているため３入力ORゲート１１５
の入力のうちいずれかが“１”レベルであればフ
リツプフロツプ１０５はリセツトされるため出
力は“１”レベルとなりサイリスタ１１１はオー
プンとなる。
整形回路１１４の出力はエンジン回転数制御回
路１１６にも接続されており、例えばエンジン回
転数が1200rpm以上で“１”レベル、それ未満で
は“０”レベルの回転数判別信号が出力される。
この回転数判別信号は、前記３入力ORゲート１
１５に接続されている。
２１０は図示しないアクセルと連動して動くポ
テンシヨメータで、負荷に応じた電圧信号を出力
する。この信号は負荷判別回路１１７に入力され
ており、例えばアクセル開度20％以上で“１”レ
ベル、それ未満で“０”レベルの負荷判別信号を
出力する。この負荷判別信号も前記３入力ORゲ
ート１１５に接続されている。
以上の構成におけるコントローラ２００の作動
について、第８図のタイムチヤートを参照して説
明する。
今、低回転、低負荷時を考えると、ポンプ駆動
軸の回転に伴い、カムがリフトし（第８図２）、
高圧室３の圧力が上昇する（第８図３）。それに
つれて、電歪式アクチユエータ２８は加圧され、
電圧を発生する（第８図４）。この発生電圧は抵
抗１０２，１０３で分圧されコンパレータ１０１
により基準電圧と比較される。電歪式アクチユエ
ータ２８の端子電圧が520Vを越えると、コンパ
レータ１０１の出力は“１”レベルとなり（第８
図５）、プリツプフロツプ１０５を反転させその
Ｑ出力が“０”レベルとなる（第８図６）。この
Ｑ出力は抵抗１０６，１０７を介してトランジス
タ１０８を導通させるためサイリスタ１１１がト
リガされて導通し、電歪式アクチユエータ２８を
シヨートする（第８図４）。このため電歪式アク
チユエータ２８の端子電圧は急激に0Vに下がり、
電歪式アクチユエータ２８は収縮するため、前述
の如く高圧室圧が低下し噴射が中断される（第８
図３）。この時カムリフトはリフトの途中である
ためさらに燃料の圧送が行なわれる。したがつて
高圧室３内の圧力は再び上昇して噴射か再開され
る（第８図３）。
しかしプリツプフロツプ１０５がリセツトされ
るまでサイリスタ１１１は導通している。
その後、ATDC5゜まで回転すると、回転センサ
３００が信号を発生し、整形回路１１４でパルス
信号に整形されて（第８図１）、３入力ゲート１
１５を経てフリツプフロツプ１０５をリセツトす
るため出力は“１”レベルに戻り（第８図６）、
サイリスタ１１１はOFFとなり、オープンに戻
る。
さらに圧送が続くと高圧室３の圧力は上昇する
が、電歪式アクチユエータ２８の端子間電圧は第
１図中に示されるポートＡ２５の遮断により、可
変容積室３９の圧力は遮断直前の圧力までしか上
がらない為（第６図Ｂ）低い電圧を維持する。
その後、カムリフトが上死点に達する前に前記
スピルポート１７が開き、高圧室圧がスピルされ
て圧力が低下し、噴射を終了する。
さらにカムが回転するとポートＡ２５と高圧室
３の導通が行われ、可変容積室３９に残つた比較
的高い圧力が吸入行程中で低圧の高圧室３に導入
し、同時に電圧も低下する。
この時電歪式アクチユエータ２８の端子電圧は
第８図４の破線のように負電圧まで下がろうとす
るが、負電圧の値が大きいと電歪式アクチユエー
タの分極がこわれる恐れが生じるためダイオード
１１３により逆電圧をシヨートして保護すると共
に、ダイオード１１３を介して電荷を補充し、電
歪式アクチユエータ２８の伸長を助けるようにな
つている。
次にエンジン条件に応じて前記電歪式アクチユ
エータ２８のシヨートを行わないようにする方法
について説明する。
例えば負荷が高いときを考えると、ポテンシヨ
メータ２１０の出力電圧は高くなり、負荷判別回
路１１７により設定負荷以上では“１”レベルの
信号が出力される（第８図７）。この負荷判別信
号は３入力ORゲート１１５を通り、プリツプフ
ロツプ１０５をリセツトする。すなわち、負荷の
高いときにはフリツプフロツプ１０５は常にリセ
ツトされるため、コンパレータ１０１によるセツ
ト信号の有無にかかわらず、サイリスタ１１１は
導通せず、電歪式アクチユエータ２８はオープン
のままである。エンジン回転数についても同様
で、回転センサの信号によりエンジン回転数判別
回路１１６はエンジン回転数を判別し、設定回転
数以上では回転数判別信号を“１”レベルとし、
フリツプフロツプ１０５を常にリセツトすること
により電歪式アクチユエータ２８をオープンに維
持する。
上述の制御回路２００は所定の時期に電歪式ア
クチユエータ２８をシヨートするための一例であ
り同様の作動をするものであれば他の構成であつ
ても構わない。
以上述べた様に、本第１実施例において電歪式
アクチユエータ２８は電圧を印加することなく、
短絡することのみによつて制御することが可能で
ある。
これに加えて本第１実施例はパイロツト噴射さ
せる初期の噴射行程のみ可変容積室３９に圧力を
導通せしめてパイロツト噴射を行い、噴射中期以
降の高圧室３内の圧力が高い時には可変容積室３
９に圧力を導入させないので電歪式アクチユエー
タ２８に必要以上の高荷重が作用しない。
よつて電歪式アクチユエータの劣化、あるいは
電歪素子の割れ、高電圧発生による電荷のリー
ク、もしくはシヨート、噴射率制御装置２からの
燃料の漏洩等の問題が解決する。
さらに噴射形態も改善される。この噴射形態の
改善について第９図および第１０図により説明す
る。
第９図は噴射形態の改善を高圧導通のままのも
のと本発明のものとの比較により示した作動説明
図、第１０図は噴射形態の改善を従来公知のもの
と本発明のものとの比較により示した作動説明図
である。
第９図Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれパイロツト噴射さ
せる低速、低負荷、パイロツト噴射させない高
速、高負荷、場合によつてはパイロツト噴射させ
る中速、中負荷の噴射率を本発明を適用した場合
とポンプ圧送中の全域において可変容積室３９へ
圧力が導入される「高圧力導通のまま」の場合に
ついて横軸に第１図中のプランジヤ６（またはフ
エイスカム７）の回転角をとつて比較したもので
ある。本発明の場合を破線、もしくは一点鎖線で
示している。
第９図Ａ，Ｂ，Ｃにおいて常に可変容積室３９
に圧力が導入される「高圧力導通のまま」の場合
は本発明と比較して最大噴射率が低下している。
この事は圧送量とした場合には噴射量が減少する
ことを意味し、同一噴射量を得る為には圧送量を
多くしなければならない。
これは電歪式アクチユエータ２８が積層体であ
る為にヤング率運が鋼材と比べ低いために起きる
現象である。この現象がエンジン性能に及ぼす影
響としては燃料噴射期間の増大によりエンジンの
出力低下、燃費悪化、HC排出量の増加を招き、
高速、高負荷時においてはスモークの増加も発生
する。
これに対し、本発明はポートＡ２５の遮断後は
可変容積室３９に高圧が作用しない為、前述した
電歪式アクチユエータ２８の低いヤング率によつ
て発生する問題が解決される。従つて本発明を適
用した場合には第９図Ａ，Ｂ，Ｃの破線に示す様
に噴射率が高く、時間も短くなる。ここで第９図
Ｃの場合、パイロツト制御しているにもかかわら
ず噴射率が落ち切つていない（実線及び破線）の
はポートＡ２５の導通時間が短い為である。一点
鎖線は電歪式アクチユエータ２８の端子間がオー
プンの時である。
次に第１０図において、従来公知の噴射形態と
本発明の噴射形態とを比較して説明する。
第１０図Ａの低速、低負荷ではパイロツト噴射
によりアイドル騒音低域に効果があると同時に最
大噴射率の低下もほとんどなく、噴射時間が大き
くなり過ぎることがない。この場合において１回
当りの噴射量の補正は第１０図Ａの斜線部を補う
程度で良い。
第１０図Ｂの様に高速、高負荷では本発明の場
合初期の噴射率がポートＡ２５の導通により従来
のものよりも若干低下するが、ほぼ従来並の噴射
率になる。導通による不具合が少ないのは高速の
為、導通時間が短い為である。
第１０図Ｃの様に中速、中負荷では電歪式アク
チユエータ２８の端子間がオープンの時（図示の
一点鎖線）、ポートＡ２５の導通による影響が高
速時より出やすいがエンジン性能に影響を与える
程ではない。さらにパイロツト制御しても（図中
の破線）噴射期間が長すぎることがなく、従つて
排気ガス中のIC排出量を抑えて同時にNOx排出
量を低減することが出来る。
第１１図は本発明の第２実施例の構成を示す要
部断面図である。
第２実施例について第１１図に従つて説明す
る。第１実施例においては噴射率制御装置２をプ
ランジヤ６と対向する位置に設置したが、本第２
実施例ではプランジヤ６の垂直方向に設置してい
る。
この位置に設置することにより装置のメンテナ
ンスが容易になるという利点がある。
噴射率制御装置５０はポンプケーシング５１の
凹部５２に設置されている。ケーシング５３の中
には第１１図において上から電歪式アクチユエー
タ２８、ピストン２９が収納されたケーシング５
３の下端面にパツキン５４が配置されると共に雄
ネジ５３Ａによりポンプケーシング５１に固定さ
れている。
ピストン２９の下端面とポンプケーシング凹部
５２の下端面との間で形成される可変容積室３９
内には板バネ３０を配設して電歪式アクチユエー
タ２８に常に上向きの押圧力が加わる様にされて
いる。
シリンダ２４にはポートＡ２５とポートＣ２６
とを形成し第１実施例と同様にプランジヤ６の外
周溝部２３と可変容積室３９とが特定時期のみに
おいて導通する様にされている。
５５は加圧される容積のうち無駄な容積を減ら
す為の目的で設けたブツシユであり、圧入により
固定されている。
シリンダ２４の右端面には盲栓５６をネジ５７
によりネジ込んで三角状の突起５８により高圧室
３からの圧力漏洩を防いでいる。
第２実施例の作動、効果については第１実施例
と同様なので説明を省略する。
次に本発明の第３実施例について説明する。
第１２図ないし第１９図は本発明の第３実施例
に関するもので、第１２図は本発明を適用した分
配型燃料噴射ポンプの要部断面図、第１３図は第
１２図中のプランジヤ６の先端部付近の拡大断面
図、第１４図は第１３図中のＺ−Ｚ線に添う断面
図である。
第１５図は第１２図中のプランジヤ６（または
フエイスカム７）が回転するにつれての回転角と
プランジヤ６の往復動、ポートＡ５９の開閉状
態、分配ポート９の開閉状態、吸入ポート１０の
開閉状態との関係を示す作動説明図である。
第１６図ないし第１８図は第１２図中のプラン
ジヤ６の先端部付近の各作動状態を示す作動説明
図であり、第１６図はプランジヤ６の中心軸に沿
う断面図、第１７図は第１６図中のＸ−Ｘ線に沿
う断面図、第１８図は第１６図中のＹ−Ｙ線に沿
う断面図を各々示し、各図においてＡは吸入行程
の状態、Ｂは噴射行程の前期における状態、Ｃは
噴射行程の中期から後期にかけての状態に各々対
応する。
第１９図は第１２図中のプランジヤ６（または
フエイスカム７）の回転角を横軸にとり、各部の
状態変化を示した作動説明図であり、Ａはポンプ
高圧室３内の圧力変化、Ｂは可変容積室３９内の
圧力変化、Ｃは電歪式アクチユエータ２８の端子
間の電圧変化、Ｄは噴射弁１３からの燃料の噴射
率変化、Ｅはプランジヤ６と一体的に形成された
フエイスカム７のカムリフトをポートＡ５９の開
閉状態、吸入ポート１０の開閉状態、分配ポート
９の開閉状態と共に各々示す。
第３実施例が第１実施例と異なるのは第１２図
においてシリンダ２４に形成したポートＡ５９の
位置が異なることとプランジヤ６には第１、第２
実施例で示したプランジヤ６の外周の溝部２３が
ない事である。噴射率制御装置２は第１実施例と
同一である。
ポートＡ５９の位置及び形状について第１３図
ないし第１５図を用いて説明する。第１３図は１
２図の部分拡大図であり、ポートＡ５９は断面が
第１４図に示す如く角状をしている。シリンダボ
ア５の軸方向におけるポートＡ５９の位置はプラ
ンジヤ６端面がリフトＡだけリフトした時におい
てプランジヤ６端面によつてさえぎられる位置に
開口している。シリンダボア５の回転方向におけ
るポートＡ５９の位置はほぼ吸入通路１２の開口
位置と同じにしてある。すなわち、第１５図に吸
入ポート１０、分配ポート９、ポートＡ５９の回
転方向に対する開、閉の様子を示したが吸入ポー
ト１０、分配ポート９の位置関係は第１実施例と
同じである。
ポートＡ５９については遮断される時期、すな
わちプランジヤ６の右端面によりポートＡ５９が
閉塞される時期はプランジヤ６がリフトＡだけし
た時なので第１実施例と同じである。
異なるのは第１実施例においては再びカムリフ
トがリフトＡの時にポートＡ５９が開けられるの
に対し、本実施例は、リフト量がリフトＡに戻る
より前にポートＡ５９が吸入ポート１０により開
けられることである。（吸入ポート１０開とほぼ
同時期。）すなわち、第１、第２実施例がガムリ
フトだけ（往復運動だけ）で開閉が行なわれるの
に対し、第３実施例は閉じられるのはカムリフト
により、開けられるのは回転によつて行なわれ
る。
作動を第１６図ないし第１９図によつて説明す
る。
第１６図Ａの吸入行程の時、第１７図Ａ、第１
８図Ａの様に高圧室３とホートＡ５９、吸入通路
１２、吸入ポート１０は全て導通している。分配
ポート９と分配通路１４は導通がない。
次にプランジヤがリフトとともに回転し第１６
図Ｂの噴射行程前期の時、吸入ポート１０と吸入
通路１２の導通が断たれ（第１７図Ｂ）、分配ポ
ート９と分配通路１４は導通する。この時、ポー
トＡ５９は回転方向での吸入ポート１０との導通
は断たれる（第１７図Ｂ）が軸方向ではプランジ
ヤ６端面がまだポートＡ５９を閉塞せず高圧室３
と導通している。この時期にパイロツト制御す
る。
さらにプランジヤ６がリフト回転し第１６図Ｃ
の噴射中期以降の時、吸入ポート１０と吸入通路
１２は遮断されたままで（第１７図Ｃ）ポートＡ
５９もプランジヤ６端面により閉塞される。よつ
て高圧室３とポートＡ５９の導通はなくなる。
第１９図中において、１８図Ａ，Ｂ，Ｃに対応
した回転角時期の制御状態を各々、、で示
している。
第１９図に示すタイムチヤートは第１実施例の
説明において第６図に示したタイムチヤートとほ
とんど同じであり、異なるのはポートＡ５９の開
時期が吸入ポート１０と同時期であり、従つて第
１９図Ｂの可変容積室３９の圧力が下がる時期が
早まり、同時に電歪アクチユエータ２８の端子間
電圧の下がる時期が早まつた事である。他は第１
実施例と同様であるため説明を省略する。
新たな効果としては、比較的高圧（噴射初期の
圧力）にさらされる時間が短かいことである。
なお、第３実施例におけるポートＡ５９の穴位
置で噴射率制御装置をプランジヤ６の垂直方向に
位置させることは第２実施例の如く容易に出来
る。
以上の説明においてはポートＡ２５，５９の断
面形状は角形としたが、導通か遮断かを切換える
ものであるからスリツト状でも良いし、円形でも
良い。
更に、噴射率制御装置２もしくは５０をポンプ
のケーシング４の外側に付けたがポンプハウジン
グ内に取り付けても良い。
また、制御方法として電歪式アクチユエータ２
８の出力電圧を検知して電歪式アクチユエータ２
８を縮ませるべき時期を決定したが、回転角度か
らの信号に基づいて時期を制御してもよく、また
噴射弁の噴射開始信号を検出して時期を設定して
もよい。
もちろん本発明の構造で電源を用いて電歪式ア
クチユエータを駆動することもできる。
またさらに、噴射ポンプとしてはメカニカルな
ガバナで調量するもの、あるいは電子制御で調量
するものでも同様に本発明を適用できる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように本発明では電歪式ア
クチユエータによつて容積が変化される可変容積
室は高圧室には噴射初期においてのみ連通される
という簡易かつ確実な構成であるため、燃料噴射
率制を必要とする噴射初期は電歪式アクチユエー
タを伸縮させることにより高い信頼制で有効に燃
料噴射率を制御することができ、燃料噴射率制御
があまり必要ではなく、むしろ問題点の発生する
噴射後期には可変容積室と高圧室とを遮断するこ
とにより圧電素子に不要な繰り返しの大荷重がか
からないので電圧素子を著しく長寿命とすること
ができる。従つて本発明によれば、高い信頼制の
得られる長寿命の燃料噴射制御装置とすることが
できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第１０図は本発明の第１実施例に
関するもので、第１図は本発明を適用した分配型
燃料噴射ポンプの要部断面図、第２図は第１図中
のプランジヤ６の先端部付近の拡大断面図、第３
図は第２図中のＲ−Ｒ線に沿う断面図である。第
４図は第１図中のプランジヤ６（またはフエイス
カム７）が回転するにつれての回転角とプランジ
ヤ６の往復動、ポートＡ２５の開閉状態、分配ポ
ート９の開閉状態、吸入ポート１０の開閉状態を
示す作動説明図である。第５図は第１図中のプラ
ンジヤ６の先端部付近の各作動状態を示す作動説
明図であり、Ａは吸入行程における状態、Ｂは噴
射行程の前期における状態、Ｃは噴射行程の中期
から後期にかけての状態を各々示す。第６図は第
１図中のプランジヤ６（またはフエイスカム７）
を横軸にとり、各部の状態変化を示した作動説明
図であり、Ａはポンプ高圧室３内の圧力変化、Ｂ
は可変容積室３９内の圧力変化、Ｃは電歪アクチ
ユエータ２８の端子間の電圧変化、C′は電歪アク
チユエータ２８の端子間のオープン又はシヨート
の状態変化、Ｄは噴射弁１３からの燃料の噴射率
変化、Ｅはプランジヤ６と一体的に形成されたフ
エイスカム７のカムリフトをポートＡ２５の開閉
状態、吸入ポート１０の開閉状態、分配ポート９
の開閉状態と共に各々示す。第７図は第１図中の
コントローラ２００の詳細を示す回路図であり、
第８図は第７図に示したコントローラ２００の作
動を示すタイムチヤートである。第９図は噴射形
態の改善を高圧導通のままのものと本発明のもの
との比較により示した作動説明図、第１０図は噴
射形態の改善を従来公知のものと本発明のものと
の比較により示した作動説明図である。第１１図
は本発明の第２実施例の構成を示す要部断面図で
ある。第１２図ないし第１９図は本発明の第３実
施例に関するもので、第１２図は本発明を適用し
た分配型燃料噴射ポンプの要部断面図、第１３図
は第１２図中のプランジヤ６の先端部付近の拡大
断面図、第１４図は第１３図中のＺ−Ｚ線に沿う
断面図である。第１５図は第１２図中のプランジ
ヤ６（またはフエイスカム７）が回転するにつれ
ての回転角とプランジヤ６の往復動、ポートＡ５
９の開閉状態、分配ポート９の開閉状態、吸入ポ
ート１０の開閉状態との関係を示す作動説明図で
ある。第１６図ないし第１８図は第１２図中のプ
ランジヤ６の先端部付近の各作動状態を示す作動
説明図であり、第１６図はプランジヤ６の中心軸
に沿う断面図、第１７図は第１６図中のＸ−Ｘ線
に沿う断面図、第１８図は第１６図中のＹ−Ｙ線
に沿う断面図を各々示し、各図においてＡは吸入
行程の状態、Ｂは噴射行程の前期における状態、
Ｃは噴射行程の中期から後期にかけての状態に
各々対応する。第１９図は第１２図中のプランジ
ヤ６（またはフエイスカム７）を横軸にとり、各
部の状態変化を示した作動説明図であり、Ａはポ
ンプ高圧室３内の圧力変化、Ｂは可変容積室３９
内の圧力変化、Ｃは電歪アクチユエータ２８の端
子間の電圧変化、Ｄは噴射弁１３からの燃料の噴
射率変化、Ｅはプランジヤ６と一体的に形成され
たフエイスカム７のカムリフトをポートＡ５９の
開閉状態、吸入ポート１０の開閉状態、分配ポー
ト９の開閉状態と共に各々示す。 ３……高圧室、５……シリンダボア、６……プ
ランジヤ、１０……吸入ポート、１２……吸入通
路、１３……噴射弁、２３……溝部、２５，５９
……ポートＡ、２８……電歪式アクチユエータ、
３９……可変容積室。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダボアと該シリンダボア内に摺動自在
    に嵌合されたプランジヤとによつて形成される高
    圧室内の燃料を加圧送出して噴射弁から噴出させ
    る内燃機関の燃料噴射制御装置において、印加電
    圧に応じて伸縮する電歪式アクチユエータによつ
    て容積を変化できる可変容積室を噴射初期のみ前
    記高圧室に連通させることを特徴とする内燃機関
    の燃料噴射制御装置。 ２ 前記プランジヤの側面外周には円環状の溝部
    を形成すると共に該溝部を前記高圧室に連通さ
    せ、前記シリンダボアの内面には該シリンダボア
    の内面に開口するポートＡを形成すると共に該ポ
    ートＡを前記可変容積室に連通させ、前記プラン
    ジヤのリフト量が所定値以上となつた時に前記溝
    部と前記ポートＡとの重なりがなくなり、前記高
    圧室と前記可変容積室との連通が遮断される特許
    請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃料噴射制御
    装置。 ３ 前記プランジヤの先端部付近の側面外周には
    プランジヤの中心軸方向に沿う縦溝状の吸入ポー
    トを形成すると共に該吸入ポートを前記高圧室に
    連通させ、前記シリンダボアの内面に開口するポ
    ートＡを形成すると共に該ポートＡを前記可変容
    積室に連通させ、前記プランジヤの所定回転角度
    においては前記吸入ポートにより前記高圧室と前
    記可変容積室とを連通し、前記プランジヤのリフ
    ト量が所定値以上となつた時には前記ポートＡが
    前記プランジヤの前記高圧室に面する端面により
    閉塞されて前記高圧室と前記可変容積室との連通
    が遮断される特許請求の範囲第１項記載の内燃機
    関の燃料噴射制御装置。
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