JPH0629600B2

JPH0629600B2 - 機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPH0629600B2
Application number: JP59260639A
Authority: JP
Inventors: 康行榊原; 猪頭　　敏彦; 誠幸阿部; 明宏井沢
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS61138859A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電歪アクチュエータを用いた機関の燃料噴射制
御装置に関する。

従来技術および発明が解決しようとする問題点一般に、圧電素子薄板を多数枚積層して成る電歪アクチ
ュエータを駆動するには外部から高電圧を印加すること
により行なわれている。この場合、直流の高電圧が必要
となるため、特に車載条件下では電源回路が複雑となり
高価なものとなる。電歪アクチュエータ自身が油圧に押
され高電圧を発生する形式のものは、高電圧電源は無く
ても動作するが、その伸縮量は比較的少ないため、用
途、性能が制限されるという問題点がある。

本発明の目的は電歪アクチュエータに発生した電荷を共
振回路を利用してコンデンサに蓄え、伸長時に再利用す
るという着想にもとづき、高電圧電源無しで大きな伸縮
量が得られる電歪アクチュエータを用いた機関の燃料噴
射制御装置を実現することにある。

問題点を解決するための手段本発明においては基本的形態として、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ャとに
よって形成されるポンプ室内に燃料を導入するとともに
該ポンプ室の容積を変化させて燃料を加圧送出して噴射
弁から噴出される機関の燃料噴射制御装置において、前
記ポンプ室内の燃料圧力に応じ繰り返し荷重を受ける電
歪アクチュエータと、前記ポンプ室内と連通し前記電歪
アクチュエータの伸縮にともない変化する可変容積室
と、前記電歪アクチュエータの発生する電荷を蓄電する
ことができるコンデンサと、燃料加圧送出過程の第１の
時期に導通し前記コンデンサへ前記電歪アクチュエータ
の発生する電荷を充電させることができる第１のスイッ
チ素子、および、前記燃料加圧送出過程の第１の時期と
は異なる第２の時期に導通し前記コンデンサに蓄電され
た電荷を前記電歪アクチュエータへ戻すことができる第
２のスイッチ素子を具備し、前記可変容積室の変化によ
り燃料噴射率を制御し得るようにしたことを特徴とする
機関の燃料噴射制御装置が提供される。

本発明においては他の形態として、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ャとによ
って形成されるポンプ室内に燃料を導入するとともに該
ポンプ室の容積を変化させて燃料を加圧送出して噴射弁
から噴出される機関の燃料噴射制御装置において、前記
ポンプ室内の燃料圧力に応じ繰り返し荷重を受ける電歪
アクチュエータと、前記ポンプ室内と連通し前記電歪ア
クチュエータの伸縮にともない変化する可変容積室と、
前記電歪アクチュエータの発生する電荷を蓄電すること
ができるコンデンサと、燃料加圧送出過程の第１の時期
に導通し前記コンデンサへ前記電歪アクチュエータの発
生する電荷を充電させることができる第１のスイッチ素
子と、前記燃料加圧送出過程の第１の時期とは異なる第
２の時期に導通し前記コンデンサに蓄電された電荷を前
記電歪アクチュエータへ戻すことができる第２のスイッ
チ素子、および前記第１および第２の時期とは異なる燃
料加圧送出過程の第３の時期に導通し前記電歪アクチュ
エータの発生する電荷を放電することができる第３のス
イッチ素子を具備し、前記可変容積室の変化により燃料
噴射率を制御し得るようにしたことを特徴とする機関の
燃料噴射制御装置が提供される。

実施例本発明の基本形態の一実施例としての電歪アクチュエー
タ装置が第１図に示される。

第１図に示される電歪アクチュエータ装置を分配型燃料
噴射ポンプに装着した構成が第２図に示される。この構
成上の特徴は、分配型燃料噴射ポンプＰのポンプ室６０
２と直結して噴射率制御装置７が設けられていることで
ある。

まず燃料噴射ポンプＰについて説明する。ケーシング６
０４のシリンダボア６０５内に摺動自在に支持されたプ
ランジャ６０６は、エンジン回転数の２分の１に同期し
て回転往復運動を行う。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、プランジャ６０６はこの駆動軸により同軸的に回
転駆動されるとともに、フェイスカム６０７がローラ６
０８に係合することにより往復運動する。フェイスカム
６０７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６０８に係合しており、プランジャ６０６の
往復運動は、軸心周りに回転してフェイスカム６０７の
カム面の形状に従うことにより行われる。プランジャ６
０６はその外周に、１個の分配ポート６０９とエンジン
気筒数と同数の吸入ポート６１０ａ，６１０ｂとが形成
され、このプランジャ６０６の先端面とシリンダボア６
０５との間にはポンプ室６０２が形成される。

ケーシング６０４には、低圧室６１１とこの低圧室６１
１をシリンダボア６０５に連通する吸入通路６１２と、
外部の各噴射弁８１３をシリンダボア６０５に導通可能
な分配通路６１４が形成される。分配通路６１４はエン
ジン気筒数と同数設けられるとともに、その途中にはそ
れぞれデリバリ弁６１５が設けられる。デリバリ弁６１
５はばね６１６に抗して開放可能であり、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。

然してプランジャ６０６が左行してポンプ室６０２が膨
張する時、いずれかの吸入ポート６１０が吸入通路６１
２に導通して低圧室６１１内の燃料がポンプ室６０２に
吸入され、これとは逆に、プランジャ６０６が右行して
ポンプ室６０２が加圧される時、分配ポート６０９がい
ずれかの分配通路６１４に導通してポンプ室６０２内の
燃料が外部に送出される。燃料の送出はプランジャ６０
６が右行を始めた時に始まり、さらにプランジャ６０６
が右行してスピルポート６１７がスピルリング６１８の
右端面より低圧室６１１内へと開放された時に終わる。

ここでスピルポート６１７とはプランジャ６０６に設け
られて、ポンプ室６０２と低圧室６１１とを導通する為
の開口であり、スピルリング６１８は、短いシリンダ状
であって、その内孔をプランジャ６０６が摺動するもの
である。スピルリング６１８はレバー６１９によってそ
の固定位置をかえることができ、スピルリング６１８の
位置によってポンプ室６０２の吐出量をかえることがで
きる。レバー６１９は間接的にアクセルレバーと連動し
ている。以上は公知部分の説明である。

次に噴射率制御装置について説明する。

噴射制御装置７はケーシング７２０の中に、第２図の右
から電歪式アクチュエータ２００、ピストン７２２、皿
ばね７２３、ディスタンスピース６２４を収納して構成
されている。ケーシング７２０は底のある円筒の形、即
ち袋状であって、その開放端部の雄ねじ７２９によって
噴射ポンプＰに取り付け固定してある。

電歪式アクチュエータ２００は薄い円盤状（φ１５×ｔ
0.5）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と呼ばれるセラミック
材であり、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0.5μ
ｍ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２５μｍの伸長が
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２５μｍの縮小を起こして元の長さに戻る。

また、この電歪式アクチュエータ２００に軸方向圧縮の
荷重をかけた時１枚１枚の電歪素子には第３図のような
電圧が発生する。すなわち５００kgの負荷で５００Ｖの
電圧が発生する。これらの電歪素子および電歪式アクチ
ュエータの性質は公知である。

次にこの電圧を短絡即ちショートさせた時、電歪式アク
チュエータ２００全体として第４図のような軸方向の縮
小が生じたのである。即ち、ピストン７２２に５００kg
の荷重が加わっている状態で電歪式アクチュエータ２０
０をショートさせると２５μｍの縮小を生じたのであ
る。

電歪式アクチュエータ２００へ所定の時期における電圧
の印加、ショート、オープン等の操作はリード線７２５
を介して外部の制御回路であるコントローラＣＯＮＴに
よって制御される。

電歪式アクチュエータ２００の伸縮作用はピストン７２
２に伝えられ、ピストン７２２とディスタンスピース６
２４とケーシング７２０を室壁として形成される可変容
積室７２６の容積を拡大・縮小する。皿ばね７２３は可
変容積室７２６の中にあって、電歪式アクチュエータ２
００を縮小する方向に付勢している。

ディスタンスピース６２４は円盤状であって、その中央
には貫通孔６２７を有している。ディスタンスピース６
２４の直径はピストン７２２の直径よりも一回り大き
く、ケーシング７２０の雄ねじ２９を締め込んで行く
と、ケーシング７２０とケーシング６０４とにはさみ込
まれるようになってシールを行う。可変容積室７２６は
貫通孔６２７を介してポンプ室６０２と導通している。

可変容積室７２６の圧力がピストン７２２を介して電歪
式アクチュエータ２００側に漏洩しないようにＯリング
７２８がピストン７２２の外周に配設されている。

以上の構成に於いて作用を説明すると、電歪式アクチュ
エータ２００に外部からの電圧を印加せず、又ショート
もさせなかった時、即ち電気的にオープンした時、ポン
プ室６０２の圧力は第５図の上方の曲線(a)となる。第
５図中に示す凸の部分が吐出行程であって、即ち、プラ
ンジャ６０６が右行しつつかつ、スピルポート６１７が
スピルリング６１８によっておおわれている時である。
このうち、噴射弁８１３の開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８１３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。よって噴射量もその圧力と概ね比例している。

又、電歪式アクチュエータ２００にはポンプ室６０２の
圧力に比例した電荷が生じ、第３図の電圧が発生する。
なお、ポンプ室６０２の圧力を第３図の圧縮荷重に換算
するには、圧力にピストン７２２の受圧面積をかけてや
ればよく、第２図の場合、ピストン７２２の受圧面積は
４cm²程度であり、噴射弁８１３の開弁圧は１００kg／c
m²に設定してあるので、噴射開始時に電歪式アクチュエ
ータ２００によって発生する電圧は４００Ｖである。

またコントローラＣＯＮＴは電歪式アクチュエータ２０
０に発生した電圧がさらに上昇して５００Ｖに達した
時、即ち、噴射弁８１３が噴射を開始した直後の所定の
時期に、電歪式アクチュエータ２００をショートして発
生した電圧を０Ｖに落とすように制御する。

この時電歪式アクチュエータ２００は第４図に示すよう
に２５μｍの縮小を起こすので、可変容積室７２６は４
cm²×２５μｍ＝１０mm³の膨張を生じる。よってポンプ
室６０２の圧力は低下して噴射弁８１３からの噴射圧は
低下する。もしくはポンプ室６０２の圧力は第５図の上
方の曲線(b)となる。後述の場合、噴射弁８１３からの
噴射は一時中断され、パイロット噴射の形態を実現する
ことができる。

ここで、電歪式アクチュエータ２００の収縮量が大きい
程ポンプ室圧力の低下が顕著となるためパイロット噴射
が明確になり、また、パイロット噴射とメイン噴射の間
隔を広げることが可能となるため騒音、振動の低減に対
する効果が顕著となる。第１図装置においては電歪アク
チュエータ２００から電荷をコンデンサに蓄電し、その
電荷を再使用することで電歪アクチュエータの収縮量を
大きくし、パイロット噴射の効果を高めることがねらい
とされる。

次に第１図装置における電歪アクチュエータの駆動につ
いて従来例と比較して説明される。第６図は従来の電歪
アクチュエータを単にショートするだけの駆動回路で、
電歪式アクチュエータ２００に並列に、電流制限用抵抗
１５２を直列に介してサイリスタ１５１が接続されてい
る。

１５３はダイオードで、カソード側を高圧側に、アノー
ド側を接地側にすなわち逆方向に接続されており、電歪
式アクチュエータ２００に逆電圧がかからないように保
護している。サイリスタ１５１のゲート端子１５４にト
リガ信号が入るとサイリスタ１５１は導通し電歪式アク
チュエータ２００をショートし収縮させる。

この状態を第７図の波形図で説明する。第７図(2)はポ
ンプ室６０２の圧力を示しており、電歪式アクチュエー
タ２００がオープン状態の時には電歪アクチュエータに
ポンプ室６０２の圧力に比例した電圧が発生する（第７
図(4)）。この発生電圧がノズルの開弁圧より大きい所
定の電圧（５００Ｖ）に達した時にこれを検出してトリ
ガ信号が発生しサイリスタ１５１を導通させる。そうす
ると電歪アクチュエータ２００はその時の発生電圧（５
００Ｖ）に相当した収縮を生じる。

このためポンプ室の圧力が低下し噴射が中断されるため
第７図(5)の如くパイロット噴射を行なうことができる
ことは前述した通りである。電歪式アクチュエータ２０
０の収縮量を大きくすれば効果がより顕著になることは
先に説明したが、そのために電歪式アクチュエータ２０
０の電荷をコンデンサに充電し再利用しようというのが
第１図装置における駆動回路である。第８図は本発明の
実施例における駆動回路の一例における主要部分の回路
図である。電歪式アクチュエータ２００の高圧側にコイ
ル１６３、第１サイリスタ１６１が直列に接続され、コ
ンデンサ３００に接続されている。これと並列にコイル
１６４、第２サイリスタ１６２を直列に接続したものが
接続されている。

電歪式アクチュエータ２００の発生電圧が開弁圧以上の
所定の電圧になった時、第１サイリスタ１６１のゲート
端子１６７に第１トリガ信号が送られる（第９図
(2)）。これにより第１サイリスタ１６１は導通する。
この状態で電歪式アクチュエータ２００、コイル１６
３、コンデンサ３００から成る直列共振回路が形成さ
れ、電歪式アクチュエータ２００に発生した電荷はコン
デンサ３００に移るため、電歪式アクチュエータ２００
はショート状態と同様になり収縮を行なう。

このとき、この収縮によりポンプ室の圧力が低下しパイ
ロット噴射の状態を呈することは前述した通りである
（第９図(5)）。次に、ポンプの圧送行程が終了し、か
つ次の圧送行程が開始されるまでの期間内に、第２サイ
リスタ１６２をトリガする（第９図(3)）。そうする
と、第２サイリスタ１６２は導通し、コンデンサ３０
０、コイル１６４、電歪式アクチュエータ２００から成
る直列共振回路が形成され、コンデンサ３００に蓄えら
れていた電荷が、電歪式アクチュエータ２００へ移動す
るため、電歪式アクチュエータ２００に約３００Ｖの電
圧が印加される。これにより、電歪アクチュエータの電
圧は３００Ｖとなり、荷重は電歪アクチュエータが３０
０Ｖ分伸長して皿バネ７２３を押すため約６０kgかかっ
ている。この状態から圧送が開始されると、燃料圧力の
上昇にともなって電歪アクチュエータは５００kgの荷重
が上乗せされる。この時、電圧も５００Ｖ上乗せされる
ので、先程の第１サイリスタ１６１をトリガすべきタイ
ミング時点では３００Ｖ＋５００Ｖ＝８００Ｖの電圧に
達することになる。この時点で第１サイリスタ１６１を
導通させるため、その時の発生電圧８００Ｖに対応した
収縮量が得られる。この収縮量が、従来例の単にショー
トするだけの回路に比べ、電圧が５００Ｖから８００Ｖ
と増しているため、収縮量を１．６倍にすることがで
き、前述の如くパイロット噴射の効果を高めることがで
き、騒音、振動の低減効果を大きくすることができると
いう優れた点がある。ところで、電歪式アクチュエータ
２００の発生した電荷を吸収し、蓄えるコンデンサ３０
０の容量に関して、最適な値がある。第１０図はコンデ
ンサ３００の静電容量を変えた時の、電歪式アクチュエ
ータ２００の収縮量を調べたグラフである。電歪式アク
チュエータ２００の静電容量をＣとすると、３Ｃ以上で
ほぼ飽和しており、３Ｃ以上あればよいことがわかっ
た。

第１図装置におけるコントローラＣＯＮＴについて以下
に記述される。１０１は第１コンパレータで、電歪式ア
クチュエータ２００の端子電圧が抵抗１０２，１０３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（ＶＲ１）１０４が接続されており電歪式
アクチュエータ２００の端子電圧が８００Ｖ以上になる
と第１コンパレータ１０１の出力は「１」レベルとな
る。第１コンパレータ１０１の出力は、リトリガラブル
の第１ワンショットマルチ１０５の立上りトリガ入力に
接続されている。

第１ワンショットマルチ１０５の出力パルス幅はコンデ
ンサ１０６、抵抗１０７により決定される。第１図装置
においては、このパルス幅を、アイドル回転時のポンプ
圧送行程期間より少し長め（約１５msec）に設定してあ
る。

この理由は、第１１図に示されるように高負荷時には圧
送期間が長くなりかつ圧送圧力も高くなるため、パイロ
ット噴射のための１回目のショート以後においても電歪
式アクチュエータの発生電圧が前述の基準電圧（ＶＲ
１）を超えてしまい、複数回のショート動作を行なって
しまう（第１１図(4)）のを防止するためである。

すなわち第１ワンショットマルチ１０５の信号発生期間
中は、不必要な信号はマスクされるようになっている。
第１ワンショットマルチ１０５の出力は第２ワンショッ
トマルチ１０８の立上りトリガ入力に接続されている。
第２ワンショットマルチ１０８の出力パルス幅はコンデ
ンサ１０９、抵抗１１０により決定される。このパルス
幅は第１サイリスタ１６１のトリガ信号のパルス幅であ
るため、短かくてよく約３０μｓに設定してある。

第２ワンショットマルチ１０８の出力は抵抗１１１，１
１２を介してトランジスタ１１３のベースに接続されお
り、第２ワンショットマルチ１０８の出力が「１」レベ
ルのとき、トランジスタ１１３はオンになる。トランジ
スタ１１３のコレクタにはパルストランス１１４が接続
されており、トランジスタ１１３がオンになるとパルス
トランス１１４の１次コイルに電流が流れ、２次コイル
にトリガ信号が誘起される。

このトリガ信号は第１サイリスタ１６１のゲート端子に
接続され、第１サイリスタ１６１をトリガする。ダイオ
ード１１５はバックパルス吸収用である。第１ワンショ
ットマルチ１０５の出力は第３ワンショットマルチ１２
０の立上りトリガ入力にも接続されている。第３ワンシ
ョットマルチ１２０の出力パルス幅はコンデンサ１２
１、抵抗１２２で決定される。このパルス幅は第２サイ
リスタ１６２をトリガするタイミングを決めるためのも
ので、このタイミングをポンプ圧送行程終了から次の圧
送行程開始までの間とするために約２０msとしてある。

第３ワンショットマルチ１２０の出力は第４ワンショッ
トマルチ１２３の立下りトリガ入力に接続されている。
第４ワンショットマルチ１２３の出力パルス幅はコンデ
ンサ１２４、抵抗１２５により決定され、約３０μｓに
設定してある。第４ワンショットマルチ１２３の出力は
抵抗１２６，１２７を介してトランジスタ１２８のベー
スに接続されており、第４ワンショットマルチ１２３の
出力が「１」レベルのときトランジスタ１２８はオンに
なる。トランジスタ１２８のコレクタにはパルストラン
ス１２９が接続されており、第２サイリスタ１６２のゲ
ート端子に接続されている。ダイオード１３０はバック
パルス吸収用である。

抵抗１０２，１０３で分圧された電歪式アクチュエータ
２００の発生電圧は、第２コンパレータ１４０の非反転
入力にも接続されている。反転入力には基準電圧（ＶＲ
２）１４１が接続されており、電歪式アクチュエータ２
００の端子電圧が６００Ｖ以上になると第２コンパレー
タ１４０の出力は「１」レベルとなる。

第２コンパレータ１４０の出力はリトリガラブルの第５
ワンショットマルチ１４２の立上りトリガ入力に接続さ
れている。第５ワンショットマルチ１４２の出力パルス
幅はコンデンサ１４３、抵抗１４４で決定される。この
パルス幅はエンジン回転数が１２００rpmである場合の
ポンプ圧送周期、すなわち４気筒エンジンでは２５msec
に設定されている。

第５ワンショットマルチ１４２の出力はＤフリップフロ
ップ１４５のＤ入力に接続されており、Ｄフリップフロ
ップ１４５のクロック入力には第２コンパレータ１４０
の出力が接続されている。Ｄフリップフロップ１４５の
出力は２入力オア回路１５２の一方の入力に接続されて
いる。

５００は図示しないアクセルペダルと連動して動くポテ
ンショメータで負荷に応じた電圧信号を出力する。この
信号は第３コンパレータ１５０の非反転入力に接続され
ている。反転入力には基準電圧（ＶＲ３）１５１が接続
されており、例えばアクセル開度１０％以上で第３コン
パレータ１５０の出力は「１」レベルとなる。

第３コンパレータ１５０の出力は２入力オア回路１５２
のもう一方の入力に接続されている。２入力オア回路１
５２の出力は、第２ワンショットマルチ１０８および、
第４ワンショットマルチ１２３のリセット入力に接続さ
れており、２入力オア回路１５２の出力が「１」レベル
のときには第２および第４ワンショットマルチはリセッ
トされるため、トリガ信号は発生されないようになって
いる。

上記構成におけるコントローラＣＯＮＴの作動が以下に
記述される。いま、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、ポンプ室６０２
の圧力が上昇する。それにつれて電歪式アクチュエータ
２００は加圧され電圧が発生する。この電圧の初期値は
前回コンデンサ３００から電荷が供給されているため３
００Ｖから上昇することになる。電歪式アクチュエータ
の発生電圧は抵抗１０２，１０３により分圧されて第１
コンパレータ１０１により基準電圧（ＶＲ１）と比較さ
れる。電歪式アクチュエータの端子電圧が８００Ｖを越
えると（第９図(4)）、第１コンパレータ１０１の出力
は「１」レベルとなり、第１ワンショットマルチ１０５
をトリガする。第１ワンショットマルチ１０５の出力の
立上りにて第２ワンショットマルチ１０８がトリガさ
れ、抵抗１１１，１１２を介してトランジスタ１１３が
導通する。これれによりパルストランス１１４を介して
第１サイリスタ１６１がトリガされて（第９図(2)）導
通し、電歪式アクチュエータ２００の電荷をコンデンサ
３００へ吸収する。このため電歪式アクチュエータ２０
０の端子電圧は０Ｖに低下し（第９図(4)）、電歪式ア
クチュエータ２００は約４０μｍ収縮するため、前述の
如くポンプ室６０２の圧力が低下し（第９図(1)）噴射
が中断される（第９図(5)）。第１サイリスタ１６１は
コイル１６３の共振により自動的に転流し非導通とな
る。この時カムリフトは、リフトの途中にあるため、さ
らに燃料の圧送が行なわれ、ポンプ室６０２の圧力は再
び上昇し噴射を再開する。カムリフトが上死点に達する
前に前述のスピルポートが開き、ポンプ室圧がスピルさ
れて噴射を終了する。この時電歪式アクチュエータ２０
０の端子電圧は第９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ュ
エータ２００の分極がこわれるおそれがあるためダイオ
ード１６６により逆電圧をショートし保護するようにな
っている。前記第１ワンショットマルチ１０５の立上り
により第３ワンショットマルチ１２０もトリガされる。
この出力の立下りで第４ワンショットマルチ１２３がト
リガされる。すなわち第１サイリスタ１６１がトリガさ
れてから約２０ms後に第４ワンショットマルチ１２３に
信号が発生し第２サイリスタ１６２をトリガする（第９
図(3)）。この時点では既にポンプは圧送行程を終了し
ており次の圧送行程のための準備段階にありポンプ室圧
は低圧となっている。第２サイリスタ１６２の導通によ
り、コンデンサ３００に蓄えられていた電荷が、電歪式
アクチュエータ２００に戻され電歪式アクチュエータの
端子電圧は約３００Ｖに上昇する。

次にエンジン条件に応じて前記電歪式アクチュエータ２
００の制御を行なわない方法について説明する。高負荷
あるいは高回転時にはパイロット噴射を行なっても騒
音、振動に対して効果が少なく、またパイロット噴射を
行なうと噴射率が低下するためかえってエンジン出力が
低下するため、電歪式アクチュエータ２００の制御は行
なわない。例えば負荷が高い時を考えるとポテンショメ
ータ５００の出力電圧は高くなり、設定負荷以上におい
ては第３コンパレータ１５０の出力は「１」レベルとな
る。この信号は２入力オア回路１５２を通り、第１ワン
ショットマルチ１０８及び第４ワンショットマルチ１２
３をリセットする。すなわち、負荷が高い時には第１サ
イリスタ１６１、第２サイリスタ１６２へのトリガ信号
が発生しないため電歪式アクチュエータの制御は行なわ
れれず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、ポンプの圧送行程毎に第２コンパレータ１４
０の出力が「１」レベルとなるがこの周期が第５ワンシ
ョットマルチ１４２の出力パルス幅２５msよりも短かく
なると、Ｄフリップフロップ１４５の出力が「１」レベ
ルとなり、２入力オア回路を通して第２ワンショットマ
ルチ１０８および第４ワンショットマルチ１２３をリセ
ットする。このため第１サイリスタ１６１、第２サイリ
スタ１６２へのトリガ信号は発生せず電歪式アクチュエ
ータ２００の制御は行なわれなくなる。

第１図装置においては、外部に高電圧電源を必要とせず
に電歪式アクチュエータ２００の制御を行なうことがで
き、しかも、単にショートする方法に比べ、収縮量を倍
増できるため、パイロット噴射の効果を大きくでき、騒
音、振動が低減される。

本発明の他の実施例が第１２図に示される。第１２図装
置においては、駆動回路のコンデンサ３００に蓄えられ
た電荷をトランジスタにより制御することにより、電歪
式アクチュエータ収縮量を電気的に制御する。第１２図
装置においては、コンデンサ３００に蓄えられた電荷を
制御する回路が追加されている。１７０は電荷制御用の
トランジスタで、前記コンデンサ３００の高圧側に電流
制限用抵抗１７１を介してコレクタが、接地側にエミッ
タが接続されている。トランジスタ１７０のベースには
オペアンプ１７２の出力が抵抗１７３を介して接続され
ている。オペアンプ１７２の非反転入力にはコンデンサ
３００の高圧側より抵抗１７４，１７５で分圧された電
圧が入力されている。オペアンプ１７２の反転入力端子
１７６には制御電圧ＶＲ４が入力されている。

第１２図装置の作動について説明する。電荷制御部分は
一種のシャントレギュレータとして働き、コンデンサ３
００の電圧を制御電圧に比例した値となるように作動す
る。今、コンデンサ３００の電圧が６００Ｖ、抵抗１７
４，１７５の分圧比を１／１００とするとオペアンプの
非反転入力には６Ｖの電圧が入力される。制御電圧が
３．５Ｖであるとするとオペアンプ１７２の出力電圧は
高くなり、抵抗１７３を介してトランジスタ１７０を導
通させる。このためコンデンサ３００の電荷は抵抗１７
１を介して放電し、その電圧は降下していく。

コンデンサ３００の電圧が３５０Ｖまで降下すると非反
転入力の電圧は３．５Ｖとなり制御電圧と等しくなるた
めオペアンプ１７２の出力は低くなりトランジスタ１７
０は遮断され、コンデンサ３００の放電は停止し、すな
わち３５０Ｖに維持される。このように制御電圧を変え
ることにより、放電後のコンデンサ３００の電圧を制御
することができる。

ところでこのコンデンサ３００の電圧は、前述の如く第
２サイリスタ１６５が導通した時に、電歪式アクチュエ
ータ２００へ戻され、その端子電圧にゲタをはかせ、ポ
ンプ室の加圧による発生電圧を高めるため、収縮量を大
きくできることは説明した通りである。したがって、コ
ンデンサ３００の電圧が高い程、ゲタ上げ分が高くなり
収縮量も大きい。逆にいえばコンデンサ３００の電圧を
低くすることにより収縮量は少なくなる。コンデンサ３
００の電圧が０Ｖの場合は、電歪式アクチュエータを初
期電圧０Ｖから加圧し単にショートしたのと同等にな
る。

したがって、前記制御電圧ＶＲ４を制御することで、電
歪式アクチュエータ２００の収縮量を単にショートした
場合から、第１図装置における倍増した場合までの範囲
内で自由に制御できることになる。

この駆動回路を使用した実施例が第１３図に示される。
第１図装置と異なる部分は、駆動回路が第１２図のもの
になっているのと基準電圧ＶＲ１とＶＲ４が接続されて
いる点である。コンデンサ３００の電圧を変えると、電
歪式アクチュエータ２００のゲタ上げ分が変わるため、
所定のタイミングにおけるアクチュエータ２００の端子
電圧も影響される。したがってＶＲ１もＶＲ４の変化に
対して同様に変えてやらないとパイロット噴射のタイミ
ングがずれてしまう。第１３図に示される実施例では、
前記制御電圧ＶＲ４を水温に応じて変えるようになって
いる。４００はエンジン（図示せず）のウォータジャケ
ットに装着された水温センサで、例えばサーミスタを使
用したものである。１７８は抵抗で前記水温センサ４０
０と直列に接続され、電流を供給することにより、水温
センサの抵抗値変化を電圧に変換して、オペアンプ１７
２の反転入力に入力する。

今水温が低い場合を考えると、水温センサ４００の抵抗
値は高くなっており、反転入力への電圧は６Ｖであるた
め、コンデンサ３００の電圧は低下することなしに電歪
式アクチュエータ２００へ戻される。したがって電歪式
アクチュエータ２００の収縮量は大きくなり圧力室２の
圧力低下も大きい（第１４図(1)）。故に、再び圧力室
の圧力が上昇して開弁圧以上になるまでの時間が長くか
かり、パイロット噴射と主噴射の間隔は長くなる。この
時間は実際の結果２ms程度とすることができた（第１４
図(4)）。

水温が高い場合には、水温センサ４００の抵抗は小さく
なるため、オペアンプ１７２の反転入力電圧値は小さく
なり、コンデンサ３００の電圧は低くなる。したがっ
て、電歪式アクチュエータ２００の収縮量は減少し、圧
力室２の圧力低下も少なくなり、すぐに開弁圧を超える
ため（第１５図(1)）パイロット噴射と主噴射との間隔
も短かくなる。コンデンサ３００の電圧を０Ｖまで下げ
たときのパイロット噴射と主噴射との間隔は０．８msで
あった（第１５図(4)）。以上のように、水温に応じて
パイロット噴射と主噴射との間隔を制御することが可能
である。

ディーゼルエンジンでは冷間時程、着火遅れが大きい
が、この着火遅れに合わせて適切にパイロット噴射と主
噴射との間隔を制御でるため、常に主噴射が行なわれる
時点でパイロット噴射による火種が生成されており、極
めて良好な燃焼が得られ、騒音振動の低減のみならず、
全炭化水素排出量（ＴＨＣ）、白煙等の低減も実現す
る。

さらに他の実施例が第１６図に示される。第１３図装置
の場合と異なるのは電歪アクチュエータに並列に第３サ
イリスタ１８０と抵抗１８１が接続されている点であ
る。第３サイリスタ１８０はカソードを接地され、アノ
ードは電流制限抵抗１８１を介して電歪式アクチュエー
タ２００の高圧側に接続されている。

第１６図装置による駆動の目的はパイロット噴射を電歪
アクチュエータに電荷を供給し伸長させることにより行
なうことでさらに確実なパイロット噴射を行わしめるこ
とと、コンデンサ３００の電圧を変えることによりパイ
ロット噴射と主噴射との間隔のみならずパイロット噴射
量をも制御することにある。

第１６図装置の作動を説明する。簡単の為に第１３図装
置におけるコンデンサ３００の制御部を除いた状態で説
明する。コンデンサ３００は前回電歪式アクチュエータ
２００からの充電で高電圧（６００Ｖ）に充電されてい
るものとし、電歪アクチュエータ２００の電圧は０Ｖと
する。ポンプが圧送を開始するとポンプ室６０２の圧力
は上昇していき（第１７図(1)）、それに応じて電歪式
アクチュエータ２００の発生電圧も上昇する（第１７図
(2)）。

ポンプ室６０２の圧力が噴射弁８１３の開弁圧直前の所
定の値になったとき、これを検出して第２サイリスタ１
６２をトリガするための第２トリガ信号が発生する（第
１７図(3)）。これにより第２サイリスタ１６２は導通
し、コンデンサ３００に蓄電していた電荷が電歪式アク
チュエータ２００に戻される。このため電歪式アクチュ
エータ２００の端子電圧は第１７図(2)のように急上昇
するため電歪式アクチュエータは１５μｍ伸長する。

このためピストン７２２を左行させポンプ室の容積が減
少するため圧力室６０２の圧力も上昇し、開弁圧を越え
るため、噴射を開始することになる（第１７図(1)）。
すなわち、第２サイリスタ１６２をトリガするタイミン
グによるパイロット噴射の開始時期を制御できる。第２
サイリスタ１６２がトリガされてから所定時間後、第３
サイリスタ１８０をトリガする（第１７図(4)）。第３
サイリスタ１８０は導通し、抵抗１８１を介して電歪ア
クチュエータ２００の電荷はショートされその端子電圧
は０Ｖまで下がり（第１７図(2)）、この時電歪式アク
チュエータ２００は約１５μｍ収縮する。この量は先の
伸長量とほぼ同じである。

これによりポンプ室６０２の圧力は減少し閉弁圧以下に
下がるため噴射弁８１３の噴射は中断する（第１７図
(6)）。プランジャ６０６は圧送を継続しているため、
圧力室６０２の圧力は再び上昇していき再度開弁圧以上
になった時、噴射を再開する。すなわちパイロット噴射
を呈する。電歪式アクチュエータ２１には再び電圧が発
生し上昇をつづける（第１７図(2)）。

この電圧がピークに達したとき（約８００Ｖ）に今度は
第１サイリスタ１６１をトリガする信号が発生する（第
１７図(5)）。第１サイリスタ１６１は導通し、電歪式
アクチュエータ２００の電荷はコンデンサ３００へ移動
しコンデンサ１６３は６００Ｖに充電される（第１７図
(7)）。

このとき圧力室２の圧力は第１７図(1)のように少し減
少するが、圧力が開弁圧よりかなり高い部分であるため
噴射が中断することはない。しばらくしてスピルポート
が開き１サイクルを終了する。

次にコンデンサ３００の制御部分を加えた場合を説明す
ると、トランジスタ１７０によりコンデンサ３００の電
圧が制御できることは前述の通りである。コンデンサ３
００の電圧が高い場合、先の説明で第２サイリスタ１６
２を導通したときの電歪式アクチュエータの伸長量が大
きく、ピストン７２２が押しのける量も多い為、パイロ
ット噴射量が多い。

逆に、コンデンサ３００の電圧が低いときには、電歪式
アクチュエータ２００の伸長量も少なく、パイロット量
が少ない。すなわち基準電圧（ＶＲ４）１７６の値によ
りパイロット噴射の量を制御できることになる。この基
準電圧は第１３図装置の場合のように水温センサを用い
て行なってもよいし、大気圧センサ等他のものを用いて
もよい。

以上のように第１６図装置においては、第２サイリスタ
１６２をコンデンサ３００に蓄電された電荷を利用して
伸長させているため、より極だったパイロット噴射を行
なうことができ、実験によると、第１図装置では困難で
あったノズルのリフト対流量特性（μ特性）の大きさ
ピントルノズル，ホールノズルにおいても明確なパイロ
ット噴射を実現することが可能となりその騒音、振動の
低減を行うことができた。

制御回路ＣＯＮＴはポンプ室６０２の圧力をその圧力に
基づいて電圧を発生する電歪式アクチュエータ２００の
出力電圧によって検知して、電歪式アクチュエータ２０
０を制御するものであるため、別の圧力検出手段を設け
ることなく、ポンプ室６０２の圧力に基づいて所定の時
期にその噴射率制御装置を精度よく制御することが可能
である。

またポンプ室６０２の圧力検出手段としては、他にスト
レインゲージ等による圧力センサを利用することも可能
であることは言うまでもない。また電歪式アクチュエー
タ２００をポンプ室６０２の圧力以外に例えばＭＲＥを
用いて回転センサ等から発生される信号に基づいて制御
回路で所定の時期を計算して制御することも、当業者に
おいては容易に実施可能であろう。

さらに電歪式アクチュエータ２００は上述の実施例で説
明したものに限定されるものでなく、印加電圧によって
伸縮する種々の電歪特性を有する素子を用いることがで
きる。

また電歪式アクチュエータ２００によって容積を変える
可変容積室７２６は、実施例ではプランジャ６０６によ
って加圧されるポンプ室６０２と直接連通する構成であ
ったが、ポンプ室６０２に連通する分配通路６１４に可
変容積室７２６を接続してもよい。

また電歪式アクチュエータを縮小させるに際して、前述
の実施例では制御回路によって電歪式アクチュエータを
短絡するように制御したが、これは電歪素子の耐久性、
伸縮特性の悪化を考慮してなされるものである。すなわ
ち、一般には電歪素子の分極方向と逆方向の電圧を印加
すると分極が破壊される、もしくは分極が劣化するとい
う耐久性上の問題があるため、上述の如く電歪式アクチ
ュエータを短絡制御して縮小させている。しかしその代
りに、電歪素子の分極方向と逆方向の電圧を印加するこ
とによっても電歪式アクチュエータを縮小させることも
可能であることは当業者において容易に理解されよう。
ただし、この場合には電歪素子の分極方向と逆方向の電
圧を印加しても上述の問題が発生しない電歪素子の開発
が待たれる。

発明の効果本発明によれば、期間の燃料噴射制御装置に用いる電歪
アクチュエータに発生した電荷がコンデンサに蓄えら
れ、この電荷を伸長時に再利用することができるので、
高電圧電源無しで電歪アクチュエータの大きな伸縮量が
得られる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の基本形態の一実施例としての電歪アク
チュエータ装置を示す図、第２図は第１図に示されるアクチュエータ装置を分配型
燃料噴射ポンプに装着した構成を示す図、第３図，第４図は電歪アクチュエータにおける圧縮荷重
に対する発生電圧およびショート時縮小量の関係を示す
特性図、第５図は電歪式アクチュエータの動作を説明する波形
図、第６図は従来例の電歪式アクチュエータの駆動回路を示
す図、第７図は第６図回路の動作を説明する波形図、第８図は本発明の実施例における駆動回路の一例を示す
回路図、第９図は第８図回路の動作を説明する波形図、第１０図はコンデンサ静電容量とアクチュエータ収縮量
の関係を示す特性図、第１１図は第１図装置における動作を説明する波形図、第１２図，第１３図は本発明の他の実施例を示す回路
図、第１４図，第１５図は第１２図，第１３図装置の動作を
説明する波形図、第１６図は本発明のさらに他の実施例を説明する回路
図、第１７図は第１６図装置の動作を説明する波形図であ
る。１０１：コンパレータ、１０５：ワンショットマルチ、
１０８：ワンショットマルチ、１２０：ワンショットマ
ルチ、１２３：ワンショットマルチ、１４０：コンパレ
ータ、１４２：ワンショットマルチ、１４５：Ｄフリッ
プフロップ、１５０：コンパレータ、２００：電歪式ア
クチュエータ、１６１，１６２：サイリスタ、１６３，
１６４：コイル、１６６：ダイオード、３００：コンデ
ンサ、５００：ポテンショメータ、６０２：ポンプ室、
６０４：ケーシング、６０５：シリンダボア、６０６：
プランジャ、６０７：フェイスカム、６０８：ローラ、
６０９：分配ポート、６１０ａ，６１０ｂ：吸入ポー
ト、６１１：低圧室、６１２：吸入通路、６１４：分配
通路、６１５：デリバリ弁、６１６：ばね、６１７：ス
ピルポート、６１８：スピルリング、６１９：レバー、
６２４：ディスタンスピース、７：噴射制御装置、７２
０：ケーシング、７２２：ピストン、７２３：皿ばね、
７２５：リード線、７２６：可変容積室、７２８：Ｏリ
ング、７２９：雄ねじ、８１３：噴射弁、８１４：分配
通路、Ｐ：燃料噴射ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井沢明宏愛知県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58−70028（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−18249（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−152161（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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ャとによって形成されるポンプ
室内に燃料を導入するとともに該ポンプ室の容積を変化
させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出される機関の
燃料噴射制御装置において、前記ポンプ室内の燃料圧力
に応じ繰り返し荷重を受ける電歪アクチュエータと、前
記ポンプ室内と連通し前記電歪アクチュエータの伸縮に
ともない変化する可変容積室と、前記電歪アクチュエー
タの発生する電荷を蓄電することができるコンデンサ
と、燃料加圧送出過程の第１の時期に導通し前記コンデ
ンサへ前記電歪アクチュエータの発生する電荷を充電さ
せることができる第１のスイッチ素子、および、前記燃
料加圧送出過程の第１の時期とは異なる第２の時期に導
通し前記コンデンサに蓄電された電荷を前記電歪アクチ
ュエータへ戻すことができる第２のスイッチ素子を具備
し、前記可変容積室の変化により燃料噴射率を制御し得
るようにしたことを特徴とする機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項２】前記燃料加圧送出過程の第１の時期は、前
記ポンプ室内の燃料圧力が一定の圧力を超えた時期であ
り、前記第２の時期は前記ポンプの圧送行程終了時期で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の機関
の燃料噴射制御装置。
【請求項３】前記燃料噴射率の制御が、エンジン回転数
または負荷に応じて前記燃料噴射率制御を中止し、前記
エンジン回転数の検出を前記電歪アクチュエータの発生
電圧に基づき行う燃料噴射率制御であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項４】前記コンデンサが、前記電歪アクチュエー
タの静電容量の３倍以上の静電容量を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の機関の燃料噴射制御
装置。
【請求項５】前記コンデンサに並列にトランジスタが接
続され、前記コンデンサの電圧が所定の電圧になるよう
に前記トランジスタにより前記コンデンサの電荷を放電
させられ、前記電歪アクチュエータの発生電圧が変化し
前記電歪アクチュエータの収縮量が制御され得ることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の機関の燃料噴射
制御装置。
【請求項６】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ャとによって形成されるポンプ
室内に燃料を導入するとともに該ポンプ室の容積を変化
させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出される機関の
燃料噴射制御装置において、前記ポンプ室内の燃料圧力
に応じ繰り返し荷重を受ける電歪アクチュエータと、前
記ポンプ室内と連通し前記電歪アクチュエータの伸縮に
ともない変化する可変容積室と、前記電歪アクチュエー
タの発生する電荷を蓄電することができるコンデンサ
と、燃料加圧送出過程の第１の時期に導通し前記コンデ
ンサへ前記電歪アクチュエータの発生する電荷を充電さ
せることができる第１のスイッチ素子と、前記燃料加圧
送出過程の第１の時期とは異なる第２の時期に導通し前
記コンデンサに蓄電された電荷を前記電歪アクチュエー
タへ戻すことができる第２のスイッチ素子、および前記
第１および第２の時期とは異なる燃料加圧送出過程の第
３の時期に導通し前記電歪アクチュエータの発生する電
荷を放電することができる第３のスイッチ素子を具備
し、前記可変容積室の変化により燃料噴射率を制御し得
るようにしたことを特徴とする機関の燃料噴射制御装
置。
【請求項７】前記燃料噴射率の制御が、前記ポンプ室の
圧力が前記噴射弁の開弁圧直前に前記第２のスイッチ素
子を導通させ、前記電歪アクチュエータを伸長させ、し
かる後、所定の時間経過後に前記第３のスイッチ素子を
導通せしめパイロット噴射を実現し、前記ポンプ室の圧
力が最大または所定の値まで上昇した時に前記第１のス
イッチ素子を導通させ前記コンデンサに充電を行う燃料
噴射率制御であることを特徴とする特許請求の範囲第６
項記載の機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】前記コンデンサに並列にトランジスタ回路
が接続され、前記コンデンサの電圧が所定の値となるよ
うに制御され、前記第２のスイッチ素子が導通したとき
の前記電歪アクチュエータの伸長量が制御され得ること
を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の機関の燃料噴
射制御装置。