JPH0634598Y2 - Fuel injection valve drive - Google Patents

Fuel injection valve drive

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JPH0634598Y2
JPH0634598Y2 JP1986005419U JP541986U JPH0634598Y2 JP H0634598 Y2 JPH0634598 Y2 JP H0634598Y2 JP 1986005419 U JP1986005419 U JP 1986005419U JP 541986 U JP541986 U JP 541986U JP H0634598 Y2 JPH0634598 Y2 JP H0634598Y2
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piezoelectric element
fuel injection
fuel
capacitor
circuit
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Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 [産業上の利用分野] 本考案は圧電素子の伸縮作動を制御して燃料噴射弁から
の燃料噴射量及び燃料噴射時期を調節する燃料噴射弁駆
動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a fuel injection valve drive device for controlling expansion and contraction of a piezoelectric element to adjust the fuel injection amount and fuel injection timing from the fuel injection valve. .

[従来の技術] 近年、圧電素子は、その伸長作用の高い応答性に着目
し、アクチュエータとして、高速応答性が要求される分
野で広く用いられている。こうした分野の一例として
は、内燃機関の高速回転に応じて応答性良く燃料噴射を
行なう燃料噴射装置を挙げることができ、燃料噴射弁に
圧電素子を応用した提案が既になされている(例えば特
開昭58-210357号公報の「燃料噴射装置」)。この種の
燃料噴射装置では、燃料噴射時には、圧電素子への充電
を行ないこれを伸長させ直接もしくは間接的に弁体を開
弁方向にリフトして開弁を行ない、他方、燃料噴射終了
時には、圧電素子の電荷を取り去ってこれを短縮させ弁
体の開弁方向への付勢をなくし、閉弁を行なうよう構成
されている。即ち、燃料噴射弁駆動装置は、圧電素子へ
の充電を行ない圧電素子を伸長させ、また圧電素子の放
電を行ない圧電素子を短縮させるよう構成されている。
[Prior Art] In recent years, a piezoelectric element has been widely used as an actuator in a field where high-speed response is required, paying attention to its high extension response. An example of such a field is a fuel injection device that injects fuel with high response in response to high-speed rotation of an internal combustion engine, and proposals for applying a piezoelectric element to a fuel injection valve have already been made (for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-242242). "Fuel injection device" of Sho 58-210357). In this type of fuel injection device, at the time of fuel injection, the piezoelectric element is charged and extended to directly or indirectly lift the valve element in the valve opening direction to perform the valve opening. On the other hand, at the end of fuel injection, The electric charge of the piezoelectric element is removed and shortened to eliminate the bias of the valve element in the valve opening direction, thereby closing the valve. That is, the fuel injection valve driving device is configured to charge the piezoelectric element to extend the piezoelectric element and discharge the piezoelectric element to shorten the piezoelectric element.

従来より、上記圧電素子の放電は該圧電素子の両端を短
絡させる事により電荷を消費させ、他方、上記圧電素子
の充電は該圧電素子の両端に電圧を加えることにより新
に電荷を蓄積させていた。
Conventionally, the discharge of the piezoelectric element consumes electric charge by short-circuiting both ends of the piezoelectric element, while the charge of the piezoelectric element newly accumulates electric charge by applying a voltage to both ends of the piezoelectric element. It was

更には、圧電素子の充電の為の電源回路と並列にコンデ
ンサを接続し、圧電素子より放電された電荷をコンデン
サに蓄積させ、該蓄積した電荷を再度、圧電素子に充電
させるよう構成することにより、無駄な電力消費を避け
るようというような燃料噴射弁駆動装置も考えられてい
た。
Furthermore, by connecting a capacitor in parallel with the power supply circuit for charging the piezoelectric element, the charge discharged from the piezoelectric element is stored in the capacitor, and the stored charge is charged again in the piezoelectric element. A fuel injection valve drive device that avoids wasteful power consumption has also been considered.

なお、上記の如き燃料噴射弁駆動装置は、圧電素子とコ
ンデンサとの間に、該圧電素子の容量成分と共に直列共
振回路を形成するコイルと、該直列共振回路を開、閉す
るスイッチング素子(例えばサイリスタ)とを備えるよ
う構成し、このスイッチング素子を閉成した時、瞬時に
コンデンサに貯えられた電荷を圧電素子に移している。
他方、上記直列共振回路とは別に、圧電素子とコンデン
サとの間に、該コンデンサと共に直列共振回路を形成す
るコイルと、該直列共振回路を開、閉するスイッチング
素子とを備えるよう構成し、このスイッチング素子を閉
成した時、瞬時に圧電素子に貯えられた電荷をコンデン
サに移している。
In the fuel injection valve driving device as described above, a coil that forms a series resonance circuit together with the capacitance component of the piezoelectric element between the piezoelectric element and the capacitor, and a switching element that opens and closes the series resonance circuit (for example, Thyristor), and when the switching element is closed, the electric charge stored in the capacitor is instantly transferred to the piezoelectric element.
On the other hand, in addition to the series resonance circuit, a coil that forms a series resonance circuit together with the capacitor and a switching element that opens and closes the series resonance circuit are provided between the piezoelectric element and the capacitor. When the switching element is closed, the electric charge stored in the piezoelectric element is instantly transferred to the capacitor.

[考案が解決しようとする問題点] しかしながら、こうした燃料噴射弁駆動装置には以下の
如き問題があり、より一層の改善が望まれていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, such a fuel injection valve drive device has the following problems, and further improvement has been desired.

圧電素子からコンデンサに電荷を移す際、圧電素子の電
荷はコンデンサとコイルとの直列共振回路を介して移さ
れるが、必ずしも圧電素子を総ての電荷が移されるわけ
ではない。というのは、圧電素子の伸縮駆動の応答性を
考えたとき、電源回路からコンデンサへの充電に要する
時間を短縮する必要があり、その為にコンデンサの静電
容量がなるべく大きなものを用いた方が良い。その結
果、圧電素子には少量の電荷が抜け切らず残留すること
になり、圧電素子の充放電が繰り返されるにつれ、その
残留量が増加している。
When transferring the charge from the piezoelectric element to the capacitor, the charge of the piezoelectric element is transferred through the series resonance circuit of the capacitor and the coil, but not all the charges are transferred to the piezoelectric element. This is because it is necessary to shorten the time required to charge the capacitor from the power supply circuit when considering the response of the expansion and contraction drive of the piezoelectric element. Therefore, it is necessary to use a capacitor with as large a capacitance as possible. Is good. As a result, a small amount of electric charge remains in the piezoelectric element without being completely discharged, and the amount of residual electric charge increases as the piezoelectric element is repeatedly charged and discharged.

上記の結果、圧電素子とコンデンサとの電位差が次第に
平衡状態に近付き、圧電素子の伸縮駆動の変位量が減少
し、最悪の場合、圧電素子の駆動が停止して燃料噴射弁
が作動しなくなるといった問題があった。
As a result of the above, the potential difference between the piezoelectric element and the capacitor gradually approaches the equilibrium state, the displacement amount of the expansion and contraction drive of the piezoelectric element decreases, and in the worst case, the drive of the piezoelectric element stops and the fuel injection valve does not operate. There was a problem.

そこで、本考案は上記問題点に鑑みてなされたもので、
圧電素子の伸縮駆動の応答性を高めながらも、圧電素子
の伸縮駆動の変位量を減少させないで、その伸縮駆動の
安定した制御を実現して、気筒内へ噴射される燃料噴射
量及び燃料噴射時期を所期のとおり調節することができ
る燃料噴射弁駆動装置を提供することを目的としてい
る。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems,
While increasing the responsiveness of expansion / contraction drive of the piezoelectric element, stable control of expansion / contraction drive of the piezoelectric element is realized without reducing the displacement amount of expansion / contraction drive of the piezoelectric element, and the fuel injection amount and fuel injection injected into the cylinder are performed. An object of the present invention is to provide a fuel injection valve drive device capable of adjusting the timing as expected.

考案の構成 [問題点を解決するための手段] かかる目的を達成すべく、本考案は問題点を解決するた
めの手段として、次の構成をとった。即ち、本考案は、 ケーシングと、該ケーシング内を貫通して形成された燃
料通路と、該燃料通路内の先端部に配設され該燃料通路
の先端開口を開閉する弁体と、前記燃料通路とは別個独
立のシリンダ内に配設され電荷が供給されて伸長又は短
縮することにより前記弁体を開閉作動させる圧電素子と
を備え、所定圧力の燃料を蓄える蓄圧手段から内燃機関
の気筒へ燃料を導く燃料路の先端に取り付けられた燃料
噴射弁において、前記圧電素子の伸縮作動を制御するこ
とにより前記気筒内へ噴射される燃料噴射量及び燃料噴
射時期を調節する燃料噴射弁駆動装置であって、 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて該電源回路より供給され
た電荷を貯えるコンデンサと、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて、該圧電素子と共に第
1の直列共振回路を形成する第1素子と、 前記第1の直列共振回路を開閉し、該第1の直列共振回
路の閉成時に、前記コンデンサから前記圧電素子へ電荷
を供給する第1スイッチング手段と、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて該コンデンサと共に第
2の直列共振回路を形成する第2素子と、 前記第2の直列共振回路を開閉し、該第2の直列共振回
路の閉成時に、前記圧電素子から前記コンデンサへ電荷
を放出させる第2スイッチング手段と、 前記圧電素子の両端を短絡する短絡回路と、 該短絡回路を、前記圧電素子が前記コンデンサへ電荷を
放出して一回の燃料噴射を終了する度毎に一時的に閉成
すると共に、該圧電素子及び該コンデンサの間で電荷の
供給または放出が行われているときには開放する第3ス
イッチング手段と、を備えてなることを特徴とする燃料
噴射弁駆動装置を要旨として構成されている。
Configuration of the Invention [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following configurations as means for solving the problems. That is, the present invention provides a casing, a fuel passage formed so as to penetrate through the casing, a valve body disposed at a tip portion of the fuel passage to open and close a tip opening of the fuel passage, and the fuel passage. And a piezoelectric element that is disposed in a cylinder independent of that and that opens and closes the valve body by being supplied with an electric charge to expand or shorten, and from a pressure accumulating means that stores fuel of a predetermined pressure to a cylinder of the internal combustion engine. In a fuel injection valve attached to the tip of a fuel passage that guides the fuel injection valve, a fuel injection valve drive device for controlling the expansion and contraction operation of the piezoelectric element to adjust the fuel injection amount and the fuel injection timing injected into the cylinder. A power supply circuit, a capacitor that is connected in parallel with the power supply circuit and stores the electric charge supplied from the power supply circuit, and has a predetermined inductance, and between the piezoelectric element and the capacitor. A first element connected in series to form a first series resonance circuit together with the piezoelectric element, and opening and closing the first series resonance circuit, and when the first series resonance circuit is closed, A first switching means for supplying an electric charge to the piezoelectric element; and a second switching element having a predetermined inductance and connected in series between the piezoelectric element and the capacitor to form a second series resonance circuit together with the capacitor. An element, a second switching unit that opens and closes the second series resonant circuit, and discharges electric charges from the piezoelectric element to the capacitor when the second series resonant circuit is closed; and short-circuits both ends of the piezoelectric element. And a short circuit that temporarily closes each time the piezoelectric element discharges electric charge to the capacitor and completes a single fuel injection. In is a fuel injector driving apparatus characterized by comprising and a third switching means for opening when the supply or discharge of charges have been made as a summary.

ここで、圧電素子とは、電圧を加えることにより力学的
な歪みを発生する性質を有した結晶体であればどのよう
なものでもよく、例えばPZTを積層してなるセラミック
ス等の圧電セラミックス、ポリマー系圧電材料、水晶等
がそうである。
Here, the piezoelectric element may be any crystal as long as it has a property of generating mechanical strain by applying a voltage, for example, piezoelectric ceramics such as ceramics formed by stacking PZT, polymer This is the case with piezoelectric materials such as quartz and quartz.

インダクタンスを有する第1素子とは、例えばコイル等
であって、圧電素子の容量成分と共に所定の共振周波数
を有する第1の直列共振回路を形成する。次に、インダ
クタンスを有する第2素子とは、同じくコイル等であっ
て、コンデンサと共に所定の共振周波数を有する第2の
直列共振回路を形成する。
The first element having an inductance is, for example, a coil or the like, and forms a first series resonance circuit having a predetermined resonance frequency together with the capacitance component of the piezoelectric element. Next, the second element having an inductance is a coil or the like, and forms a second series resonance circuit having a predetermined resonance frequency together with the capacitor.

第1スイッチング手段及び第2スイッチング手段は、そ
れぞれを閉成した時、それぞれの直列共振回路において
瞬時に電荷を移すことから、各共振周波数と比べて同程
度の応答性を有しイオン抵抗の小さなスイッチング手段
であれば、FET、サイリスタやトライアック等の半導体
スイッチング素子を問わず使用することができる。
When the first switching means and the second switching means are closed, the electric charges are instantaneously transferred in the series resonance circuits, so that the first switching means and the second switching means have a similar responsiveness to each resonance frequency and a small ionic resistance. Any switching means can be used regardless of semiconductor switching elements such as FET, thyristor, triac and the like.

短絡回路は、圧電素子の両端を短絡させるもので、その
回路上に開閉するための第3スイッチング素子がある。
第3スイッチング手段は、上記第1,第2スイッチング手
段と同様に、例えばFET、サイリスタやトライアック等
の半導体スイッチング素子を用いている。なお上記第3
スイッチング手段は通常は開放状態にあるが、圧電素子
が放電して一回の燃料噴射が終了する度毎に、一時的に
閉成するようなされている。
The short circuit shorts both ends of the piezoelectric element, and there is a third switching element for opening and closing on the circuit.
The third switching means uses a semiconductor switching element such as a FET, a thyristor or a triac, like the first and second switching means. The above third
The switching means is normally in the open state, but is closed temporarily each time the piezoelectric element discharges and one fuel injection is completed.

[作用] 上記構成を有する本考案の燃料噴射弁駆動装置では、ま
ず第1の直列共振回路を閉成すべく、第1スイッチング
手段を閉成(第2スイッチング手段及び第3スイッチン
グ手段は開放)すると、予めコンデンサに貯えられた電
荷が圧電素子に移る(圧電素子の充電)。そうすると該
圧電素子は伸長(又は短縮)し、弁体が燃料通路の先端
開口を開くことにより、蓄圧手段から燃料路を通じて導
かれた燃料が内燃機関の気筒内へ噴射される。
[Operation] In the fuel injection valve drive device of the present invention having the above-described configuration, first, the first switching means is closed (the second switching means and the third switching means are opened) to close the first series resonance circuit. , Electric charges stored in the capacitor in advance are transferred to the piezoelectric element (charging of the piezoelectric element). Then, the piezoelectric element expands (or shortens), and the valve body opens the tip opening of the fuel passage, so that the fuel guided from the pressure accumulating means through the fuel passage is injected into the cylinder of the internal combustion engine.

次いで、第2の直列共振回路を閉成すべく、第2スイッ
チング手段を閉成(第1スイッチング手段、及び第3ス
イッチング手段は開放)すると、上記圧電素子に貯えら
れた電荷がコンデンサに移り(圧電素子の放電)、圧電
素子は短縮(又は伸長)して弁体が燃料通路の先端開口
を閉じることにより、一回の燃料噴射が終了する。この
時、圧電素子の総ての電荷がコンデンサに移る訳ではな
く、少量の電荷が抜け切らず、圧電素子に残留する。次
いで、上記第4スイッチング手段を閉成する。そうする
と、圧電素子に残留した電荷は短絡し、零となり、圧電
素子は完全に短縮(もしくは伸長)する。
Next, when the second switching means is closed (the first switching means and the third switching means are opened) to close the second series resonance circuit, the electric charge stored in the piezoelectric element is transferred to the capacitor (piezoelectric element). (Discharging of the element), the piezoelectric element is shortened (or extended) and the valve body closes the tip opening of the fuel passage, so that one fuel injection is completed. At this time, not all the electric charge of the piezoelectric element is transferred to the capacitor, and a small amount of electric charge is not completely discharged and remains in the piezoelectric element. Then, the fourth switching means is closed. Then, the electric charge remaining in the piezoelectric element is short-circuited, becomes zero, and the piezoelectric element is completely shortened (or expanded).

[実施例] 以上説明した本考案の構成を一層明らかにする為に、本
考案の一実施例について説明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described in order to further clarify the configuration of the present invention described above.

本考案の一実施例としてのディーゼルエンジンの燃料噴
射装置を図面に基づき説明する。
A fuel injection device for a diesel engine as an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は圧電素子の駆動回路を電子制御装置のブロック
図と共に示す構成図、第2図は4気筒ディーゼルエンジ
ンの概略構成図、第3図(イ)は圧電素子を有する燃料
噴射弁の構造を示す断面図、第3図(ロ)は上記燃料噴
射弁の油圧ピストン部の構造を示す拡大断面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a piezoelectric element drive circuit together with a block diagram of an electronic control device, FIG. 2 is a schematic block diagram of a four-cylinder diesel engine, and FIG. 3 (a) is a structure of a fuel injection valve having a piezoelectric element. FIG. 3 (B) is an enlarged sectional view showing the structure of the hydraulic piston portion of the fuel injection valve.

第2図に示すように、1はディーゼルエンジンで、ディ
ーゼル各気筒毎に燃焼室への直噴を行なう燃料噴射弁8
が設けられている。このディーゼルエンジン1への吸気
は過給機Tより吸気マニホールド9を介して行なわれ
る。
As shown in FIG. 2, reference numeral 1 denotes a diesel engine, which is a fuel injection valve 8 for direct injection into the combustion chamber for each diesel cylinder.
Is provided. The intake of the diesel engine 1 is performed by the supercharger T via the intake manifold 9.

燃料噴射弁8は燃料供給管10を介して各気筒に共通の燃
料蓄圧管11に連結される。燃料蓄圧管11はその内部に容
積一定の蓄圧室12を有し、この蓄圧室12内の燃料が燃料
供給管10を介して燃料噴射弁8に供給される。一方、蓄
圧室12は燃料供給管13を介して吐出圧制御可能な燃料供
給ポンプ14の吐出口に連結される。燃料供給ポンプ14の
吸込口は燃料ポンプ15の吐出口に連結され、この燃料ポ
ンプ15の吸込口は燃料リザーバタンク16に連結される。
また、各燃料噴射弁8は燃料返戻導管17を介して燃料リ
ザーバタンク16に連結される。燃料ポンプ15は燃料リザ
ーバタンク16内の燃料を燃料供給ポンプ14内に送り込む
ために設けられており、燃料ポンプ15がなくても燃料供
給ポンプ14内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料
ポンプ15を特に設ける必要はない。これに対して燃料供
給ポンプ14は高圧の燃料を吐出するために設けられてお
り、燃料供給ポンプ14から吐出された高圧の燃料は蓄圧
室12内に蓄積される。この圧力をレール圧とも呼ぶ。
The fuel injection valve 8 is connected via a fuel supply pipe 10 to a fuel pressure accumulation pipe 11 common to each cylinder. The fuel pressure accumulating pipe 11 has a pressure accumulating chamber 12 having a constant volume therein, and the fuel in the pressure accumulating chamber 12 is supplied to the fuel injection valve 8 via the fuel supply pipe 10. On the other hand, the pressure accumulating chamber 12 is connected via a fuel supply pipe 13 to a discharge port of a fuel supply pump 14 whose discharge pressure can be controlled. The suction port of the fuel supply pump 14 is connected to the discharge port of the fuel pump 15, and the suction port of the fuel pump 15 is connected to the fuel reservoir tank 16.
Further, each fuel injection valve 8 is connected to a fuel reservoir tank 16 via a fuel return conduit 17. The fuel pump 15 is provided to feed the fuel in the fuel reservoir tank 16 into the fuel supply pump 14, and if the fuel can be sucked into the fuel supply pump 14 without the fuel pump 15, It is not necessary to provide the pump 15 in particular. On the other hand, the fuel supply pump 14 is provided for discharging high-pressure fuel, and the high-pressure fuel discharged from the fuel supply pump 14 is accumulated in the pressure accumulating chamber 12. This pressure is also called rail pressure.

また、ディーゼルエンジン1には、エンジン1の運転状
態を検出するために、2つのクランク角センサ21,22、
冷却水温センサ24、過給圧センサ26及び燃料圧センサ28
等が設けられている。電子制御装置30は、上記各センサ
の出力及びアクセルペダル32の踏込量、即ち負荷を検出
するアクセルセンサ34の出力に基づいて、圧電素子駆動
回路40及びポンプ駆動装置45を介して、ディーゼルエン
ジン1の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御し、ディー
ゼルエンジン1の出力を制御するが、電子制御装置30の
構成及びこれが行なう処理については後述する。
Further, in order to detect the operating state of the engine 1, the diesel engine 1 has two crank angle sensors 21, 22,
Cooling water temperature sensor 24, boost pressure sensor 26 and fuel pressure sensor 28
Etc. are provided. The electronic control device 30 uses the piezoelectric element drive circuit 40 and the pump drive device 45 to drive the diesel engine 1 based on the outputs of the above-described sensors and the amount of depression of the accelerator pedal 32, that is, the output of the accelerator sensor 34 that detects a load. The fuel injection amount and the fuel injection timing are controlled to control the output of the diesel engine 1. The configuration of the electronic control unit 30 and the processing performed by the electronic control unit 30 will be described later.

次に燃料噴射弁8の構造について説明する。燃料噴射弁
8は、第3図(イ)に示すように、燃料流入口48を組み
付けた燃料噴射弁本体50、この燃料噴射弁本体50にノズ
ルホルダ51によりスペーサ52を介して固定されるノズル
53及び圧電素子を用いたアクチュエータ54等を備えてい
る。燃料噴射弁本体50、スペーサ52、ノズル53内には互
いに直列に配置された制御ロッド56、加圧ピン57及びニ
ードル58が摺動可能に挿入される。制御ロッド56の上方
には燃料室59が形成され、この燃料室59は流入口48およ
び燃料供給管10を介して蓄圧室12(第2図)に連結され
る。従って燃料室59内には蓄圧室12内の燃料圧が加わっ
ており、燃料室59内の燃料圧が制御ロッド56の上面に作
用する。ニードル58は円錘状をなす受圧面60を有し、こ
の受圧面60の周りにニードル加圧室61が形成される。ニ
ードル加圧室61は一方では燃料通路62を介して燃料室59
に連結され、他方ではニードル58の周りに形成された環
状の燃料通路63を介して、ノズル孔53aの先端に形成さ
れたノズル孔53aに連結される。燃料噴射弁本体50内に
加圧ピン57を下方に向けて付勢する付勢ばね64が挿入さ
れ、ニードル58はこの付勢ばね64によっても下方に押圧
される。制御ロッド56はその中間部に円錘状をなす受圧
面65を有し、この受圧面65の周りに制御ロッド加圧室66
が形成される。制御ロッド加圧室66は燃料噴射弁本体50
内に形成されたシリンダ67内に連通せしめられ、このシ
リンダ67内には油圧ピストン68が摺動可能に挿入され
る。この油圧ピストン68にはOリング69が取付けられて
いる。
Next, the structure of the fuel injection valve 8 will be described. As shown in FIG. 3A, the fuel injection valve 8 includes a fuel injection valve main body 50 having a fuel inlet 48 assembled therein, and a nozzle fixed to the fuel injection valve main body 50 by a nozzle holder 51 via a spacer 52.
53 and an actuator 54 using a piezoelectric element are provided. A control rod 56, a pressurizing pin 57 and a needle 58, which are arranged in series with each other, are slidably inserted into the fuel injection valve main body 50, the spacer 52, and the nozzle 53. A fuel chamber 59 is formed above the control rod 56, and the fuel chamber 59 is connected to the pressure accumulating chamber 12 (FIG. 2) via the inflow port 48 and the fuel supply pipe 10. Therefore, the fuel pressure in the pressure accumulating chamber 12 is applied in the fuel chamber 59, and the fuel pressure in the fuel chamber 59 acts on the upper surface of the control rod 56. The needle 58 has a conical pressure receiving surface 60, and a needle pressurizing chamber 61 is formed around the pressure receiving surface 60. The needle pressurizing chamber 61 is connected to the fuel chamber 59 via the fuel passage 62 on the one hand.
On the other hand, it is connected to the nozzle hole 53a formed at the tip of the nozzle hole 53a via the annular fuel passage 63 formed around the needle 58 on the other hand. A biasing spring 64 that biases the pressure pin 57 downward is inserted into the fuel injection valve main body 50, and the needle 58 is also pressed downward by the biasing spring 64. The control rod 56 has a pressure receiving surface 65 having a conical shape in the middle thereof, and the control rod pressurizing chamber 66 is provided around the pressure receiving surface 65.
Is formed. The control rod pressurizing chamber 66 is the fuel injection valve main body 50.
It is made to communicate with a cylinder 67 formed therein, and a hydraulic piston 68 is slidably inserted into this cylinder 67. An O-ring 69 is attached to the hydraulic piston 68.

次に、制御ロッド加圧室66を介して制御ロッド56を駆動
するアクチュエータ54の構造について説明する。このア
クチュエータ54は燃料噴射弁本体50に固締されたケーシ
ング71と、油圧ピストン68およびケーシング71間に挿入
された圧電素子72からなる。この圧電素子72は薄板状の
圧電素子を多数枚積層した積層構造をなしており、この
圧電素子72に圧電を印加すると圧電素子72は電歪効果に
よって長手方向の歪を生ずる、即ち長手方向に伸びる。
この伸び量は例えば50μ程度の少量であるが応答性が極
めて良好であり、電圧を印加してから伸びるまでの応答
時間は80μsec程度である。電圧の印加を停止すれば電
圧素子72はただちに縮む。第3図(イ)に示されるよう
に油圧ピストン68と燃料噴射弁本体50間には皿ばね73が
挿入され、この皿ばね73のばね力によって油圧ピストン
68は圧電素子72に向けて押圧される。第3図(ロ)に示
すように油圧ピストン68内には燃料通路74が形成され、
この燃料通路74内には逆止弁75が挿入される。ケーシン
グ71と圧電素子72間には圧電素子72を冷却するために図
示しない装置によって燃料が循環せしめられ、制御ロッ
ド加圧室66内の燃料、即ち制御油が漏洩するとケーシン
グ71内の燃料が燃料通路74および逆止弁75を介して制御
ロッド加圧室66内に補給される。
Next, the structure of the actuator 54 that drives the control rod 56 via the control rod pressurizing chamber 66 will be described. The actuator 54 includes a casing 71 fixed to the fuel injection valve main body 50, a hydraulic piston 68 and a piezoelectric element 72 inserted between the casing 71. The piezoelectric element 72 has a laminated structure in which a large number of thin plate piezoelectric elements are laminated, and when piezoelectric is applied to the piezoelectric element 72, the piezoelectric element 72 causes longitudinal strain due to an electrostrictive effect, that is, in the longitudinal direction. extend.
The amount of extension is small, for example, about 50 μ, but the response is extremely good, and the response time from application of voltage to extension is about 80 μsec. When the voltage application is stopped, the voltage element 72 contracts immediately. As shown in FIG. 3 (a), a disc spring 73 is inserted between the hydraulic piston 68 and the fuel injection valve main body 50, and the spring force of the disc spring 73 causes the hydraulic piston 68 to move.
68 is pressed toward the piezoelectric element 72. A fuel passage 74 is formed in the hydraulic piston 68 as shown in FIG.
A check valve 75 is inserted in the fuel passage 74. Fuel is circulated between the casing 71 and the piezoelectric element 72 by a device (not shown) for cooling the piezoelectric element 72, and when the fuel in the control rod pressurizing chamber 66, that is, the control oil leaks, the fuel in the casing 71 becomes the fuel. It is replenished into the control rod pressurizing chamber 66 via the passage 74 and the check valve 75.

制御ロッド加圧室66内の燃料、即ち制御油が加圧されて
いない場合にはニードル58には制御ロッド56の上面に作
用する下向きの力と、圧縮ばね64による下向きの力と、
ニードル58の受圧面60に作用する上向きの力が加わる。
このとき下向きの力の総和が上向きの力よりも若干大き
くなるように制御ロッド56の径、圧縮ばね64のばね力お
よびニードル58の受圧面60の面積が設定されていてる。
従って通常ニードル58には下向きの力が作用しており、
斯くして通常ニードル58はノズル孔53aを閉鎖してい
る。次いで圧電素子72に電圧が印加されると圧電素子72
が伸びるために油圧ピストン68が左方に移動し、その結
果制御ロッド加圧室66内の制御油圧が上昇する。このと
き制御ロッド56の受面圧65に上向きの力が作用するため
に制御ロッド56が上昇し、斯くしてニードル58が上昇す
るためにノズル孔53aから燃料が噴射される。このとき
の応答性は上述したように80μsec程度であって極めて
速い。一方、圧電素子72への電圧の印加が停止せしめら
れると圧電素子72は縮み、その結果制御ロッド加圧室66
内の制御油圧が低下するために制御ロッド66およびニー
ドル58が下降して燃料噴射が停止せしめられる。このと
き応答性も80μsec程度であって極めて速い。
The fuel in the control rod pressurizing chamber 66, that is, the downward force acting on the upper surface of the control rod 56 on the needle 58 when the control oil is not pressurized, and the downward force by the compression spring 64,
An upward force acting on the pressure receiving surface 60 of the needle 58 is applied.
At this time, the diameter of the control rod 56, the spring force of the compression spring 64, and the area of the pressure receiving surface 60 of the needle 58 are set so that the total of the downward force is slightly larger than the upward force.
Therefore, a downward force is normally applied to the needle 58,
Thus, the normal needle 58 closes the nozzle hole 53a. Next, when a voltage is applied to the piezoelectric element 72, the piezoelectric element 72
Is increased, the hydraulic piston 68 moves to the left, and as a result, the control hydraulic pressure in the control rod pressurizing chamber 66 rises. At this time, since the upward force acts on the bearing surface pressure 65 of the control rod 56, the control rod 56 rises, and thus the needle 58 rises, so that fuel is injected from the nozzle hole 53a. The response at this time is about 80 μsec, which is extremely fast, as described above. On the other hand, when the voltage application to the piezoelectric element 72 is stopped, the piezoelectric element 72 contracts, and as a result, the control rod pressurizing chamber 66
Since the control oil pressure inside is lowered, the control rod 66 and the needle 58 are lowered and the fuel injection is stopped. At this time, the response is about 80 μsec, which is extremely fast.

次に本実施例における電子制御装置30と本考案一実施例
の要部である圧電素子駆動回路40の構成及びその働きに
ついて説明する。第1図に示すように、イグニッション
スイッチ100を介してバッテリ101より電力の供給をうけ
て作動する電子制御装置30は、周知のCPU110,ROM111,RA
M112を中心に、タイマ115,入力ポート117,出力ポート11
8等をバス119によって相互に接続した論理演算回路とし
て構成されている。入力ポート117には既述したクラン
ク角センサ21,22、冷却水温センサ24,過給圧センサ26,
燃料圧センサ28及びアクセルセンサ34が接続されてお
り、CPU110はこの入力ポート117を介して、クランク角
(従ってディーゼルエンジン1の回転数N)及び気筒判
別信号、冷却水温Thw、過給圧B、燃料圧P及び負荷L
等のディーゼルエンジン1の運転状態を読み込むことが
できる。一方、出力ポート118は4個の燃料噴射弁8が
備える圧電素子を駆動する圧電素子駆動回路40と燃料供
給ポンプ14を駆動するポンプ駆動装置45とに接続されて
おり、CPU110はこの出力ポート118を介して燃料噴射片
8の開閉及び燃料供給の制御を行なう。尚、燃料供給ポ
ンプ14の制御については本考案の要旨には直接関係しな
いので、ここでは燃料圧Pはディーゼルエンジン1の回
転数Nに比例して制御されるものとして、説明は省略す
る。また第1図には圧電素子駆動回路40のうちひとつの
燃料噴射弁8の備える圧電素子を駆動する回路を除いて
他は省略してある。他の3気筒の燃料噴射弁8の備える
圧電素子も同様の回路構成により、出力ポート118を介
して制御されている。
Next, the configurations and functions of the electronic control unit 30 in this embodiment and the piezoelectric element drive circuit 40 which is the main part of one embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, an electronic control unit 30 that operates by receiving power from a battery 101 via an ignition switch 100 is a known CPU 110, ROM111, RA.
Mainly on M112, timer 115, input port 117, output port 11
It is configured as a logical operation circuit in which 8 and the like are connected to each other by a bus 119. At the input port 117, the crank angle sensors 21, 22, the cooling water temperature sensor 24, the boost pressure sensor 26,
A fuel pressure sensor 28 and an accelerator sensor 34 are connected, and the CPU 110 outputs a crank angle (hence the rotation speed N of the diesel engine 1), a cylinder discrimination signal, a cooling water temperature Thw, and a supercharging pressure B via the input port 117. Fuel pressure P and load L
It is possible to read the operating state of the diesel engine 1 such as. On the other hand, the output port 118 is connected to the piezoelectric element drive circuit 40 that drives the piezoelectric elements of the four fuel injection valves 8 and the pump drive device 45 that drives the fuel supply pump 14, and the CPU 110 outputs the output port 118. The opening and closing of the fuel injection piece 8 and the control of fuel supply are performed via the. Since the control of the fuel supply pump 14 is not directly related to the gist of the present invention, the fuel pressure P is controlled in proportion to the rotational speed N of the diesel engine 1, and the description thereof will be omitted. Further, in FIG. 1, other than the circuit for driving the piezoelectric element included in one fuel injection valve 8 of the piezoelectric element drive circuit 40, the others are omitted. Piezoelectric elements included in the fuel injection valves 8 of the other three cylinders are also controlled via the output port 118 with the same circuit configuration.

圧電素子駆動回路40は、駆動電圧発生回路120がバッテ
リ電圧を昇圧して出力する約250Vの電圧の供給を受けて
おり、サイリスタSCR1,SCR2,SCR3,及びトランジスタTR
をスイッチングさせることにより、圧電素子72を排他的
にドライブするよう構成されている。駆動電圧発生回路
120には並列にコンデンサCが接続されており、その駆
動電圧発生回路120のプラス側の出力とコンデンサCと
の間にはサイリスタSCR1が接続されている。なおサイリ
スタSCR1のアノード側は駆動電圧発生回路120、カソー
ド側はコンデンサCに接続されている。一方、サイリス
タSCR1のカソード側はコイルL1を介して他のサイリスタ
SCR2のアノード側にも接続され、サイリスタSCR2のカソ
ード側はアクチュエータ54の圧電素子72に接続されてい
る。
The piezoelectric element drive circuit 40 is supplied with a voltage of about 250 V that the drive voltage generation circuit 120 boosts and outputs the battery voltage, and the thyristors SCR1, SCR2, SCR3, and the transistor TR.
The piezoelectric element 72 is configured to be exclusively driven by switching. Drive voltage generation circuit
A capacitor C is connected in parallel to 120, and a thyristor SCR1 is connected between the positive side output of the drive voltage generating circuit 120 and the capacitor C. The thyristor SCR1 is connected to the drive voltage generating circuit 120 on the anode side and to the capacitor C on the cathode side. On the other hand, the cathode side of thyristor SCR1 is connected to the other thyristor via coil L1.
The anode side of SCR2 is also connected, and the cathode side of thyristor SCR2 is connected to the piezoelectric element 72 of actuator 54.

またサイリスタSCR2のカソード側はコイルL2を介して他
のサイリスタSCR3のアノード側に、サイリスタSCR3のカ
ソード側はコンデンサCのサイリスタSCR1側に接続され
ている。
The cathode side of the thyristor SCR2 is connected to the anode side of another thyristor SCR3 via the coil L2, and the cathode side of the thyristor SCR3 is connected to the thyristor SCR1 side of the capacitor C.

一方、圧電素子72に貯えられた電荷の短絡回路として、
NPN型のトランジスタTRを介して圧電素子72の両端を短
絡させている。即ち、トランジスタTRのコレクタは圧電
素子72のサイリスタSCR2側に、エミッタは駆動電圧発生
回路120のマイナス側の出力に、ベースは出力ポート118
に接続され、短絡回路の開閉が制御される。
On the other hand, as a short circuit of the charge stored in the piezoelectric element 72,
Both ends of the piezoelectric element 72 are short-circuited via the NPN type transistor TR. That is, the collector of the transistor TR is on the thyristor SCR2 side of the piezoelectric element 72, the emitter is on the minus side output of the drive voltage generating circuit 120, and the base is on the output port 118.
The open / close of the short circuit is controlled.

なお、サイリスタSCR1,SCR2,SCR3のゲートも出力ポート
118に直接接続されドライブされる。ここでサイリスタS
CR2、SCR3はそれぞれ第1スイッチング手段、第2スイ
ッチング手段に相当し、トランジスタTRは第3スイッチ
ング手段に相当するものである。
The gates of thyristors SCR1, SCR2, SCR3 are also output ports.
Driven directly connected to 118. Where thyristor S
CR2 and SCR3 correspond to the first switching means and the second switching means, respectively, and the transistor TR corresponds to the third switching means.

そこで、次に第4図ないし第8図に示すフローチャート
を用いて、電子制御装置30の行なう処理について説明
し、併せて、出力ポート118を介してドライブされるサ
イリスタSCR1,SCR2,SCR3,及びトランジスタTRのオンオ
フ動作とこれに応じて行なわれる圧電素子の伸縮に伴う
燃料噴射弁の開閉について説明する。
Therefore, the processing performed by the electronic control unit 30 will be described next with reference to the flow charts shown in FIGS. 4 to 8 and, at the same time, the thyristors SCR1, SCR2, SCR3, and the transistors driven through the output port 118, and the transistors. The TR on / off operation and the opening / closing of the fuel injection valve in response to the expansion / contraction of the piezoelectric element will be described.

電子制御装置30は、イグニッションスイッチ100がオン
とされると動作を開始し、第4図に示す主制御ルーチン
を実行する。まずステップ200では所謂初期化の処理を
行なう。ここでは、CPU110の内部レジスタのクリアフラ
グ等の初期設定を行なう。続くステップ210では、コン
デンサCに初期電圧供給制御ルーチンを実行する。この
ルーチンについては第5図に依拠して後述する。
The electronic control unit 30 starts its operation when the ignition switch 100 is turned on, and executes the main control routine shown in FIG. First, in step 200, so-called initialization processing is performed. Here, initial settings such as a clear flag of an internal register of the CPU 110 are performed. In the following step 210, the initial voltage supply control routine for the capacitor C is executed. This routine will be described later with reference to FIG.

ステップ210に続くステップ220では、入力ポート117を
介して、各センサよりディーゼルエンジン1の回転数N,
負荷L,冷却水温Thw,過給圧B及び燃料圧P等の運転状態
を読み込む処理が行なわれる。続くステップ230では、
負荷Lを基本とし他の運転状態を加味して燃料噴射量τ
を計算する処理が、更にステップ240では燃料噴射の開
始及び終了時間を計算する処理が、各々行なわれる。
In step 220 following step 210, the number of revolutions N of the diesel engine 1 from each sensor is input via the input port 117.
A process of reading operating states such as the load L, the cooling water temperature Thw, the supercharging pressure B and the fuel pressure P is performed. In the following step 230,
Fuel injection amount τ based on load L and other operating conditions
Further, in step 240, a process of calculating the start and end times of fuel injection is performed.

これらの結果を受けて、CPU110は、ステップ250で、燃
料噴射開始タイミングと終了タイミングとをタイマ115
にセットする処理を行なう。この結果、タイマ115は自
走を開始し、燃料噴射開始タイミング及び終了タイミン
グになると割込信号をCPU110に出力する。
In response to these results, the CPU 110 determines the fuel injection start timing and end timing with the timer 115 in step 250.
Set to. As a result, the timer 115 starts self-propelled, and outputs an interrupt signal to the CPU 110 at the fuel injection start timing and fuel injection start timing.

続くステップ260では、出力ポート118よりポンプ駆動装
置45を介して、燃料供給ポンプ14を制御し、燃料圧Pの
制御が行なわれるが、本考案には直接関係しないのでこ
の制御に関する説明は省略する。続くステップ270は、
圧電素子72の残留電荷を短絡させると共に、コンデンサ
Cに電力補充を行なう初期化制御ルーチンを実行する。
このルーチンについては第8図に依拠して後述する。ス
テップ270の処理の終了後、処理はステップ220に戻っ
て、上述した燃料噴射のための処理を繰返す。
In the following step 260, the fuel supply pump 14 is controlled from the output port 118 via the pump drive device 45, and the fuel pressure P is controlled. However, since this is not directly related to the present invention, description of this control is omitted. . The following step 270 is
An initialization control routine for short-circuiting the residual charge of the piezoelectric element 72 and replenishing the capacitor C with electric power is executed.
This routine will be described later with reference to FIG. After the processing of step 270 ends, the processing returns to step 220, and the above-described processing for fuel injection is repeated.

上述したステップ210の処理について第5図のフローチ
ャートに基づいて詳述する。処理が開始されると、ステ
ップ310では、出力ポート118を介してサイリスタSCR1の
ゲートにパルス信号を出力する処理が行なわれる。この
結果、サイリスタSCR1は導通状態となり、駆動電圧発生
回路120にてコンデンサCが充電される。この時コンデ
ンサCの端子電圧は駆動電圧発生回路120と等しくな
る。以上の処理の終了後、「RTN」へ抜けて本ルーチン
を一旦終了する。なお、上記コンデンサCは上述の充電
に要する時間を短縮する為に約50μF程度の大きな静電
容量のものである。
The process of step 210 described above will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. When the process is started, in step 310, a process of outputting a pulse signal to the gate of the thyristor SCR1 via the output port 118 is performed. As a result, the thyristor SCR1 becomes conductive and the drive voltage generating circuit 120 charges the capacitor C. At this time, the terminal voltage of the capacitor C becomes equal to that of the drive voltage generating circuit 120. After the above processing is completed, the process exits to "RTN" and this routine is once completed. The capacitor C has a large capacitance of about 50 μF in order to reduce the time required for the above-mentioned charging.

上述したステップ250の処理においてセットされた燃料
噴射開始タイミングに至ると、タイマ115より割込が発
生し、CPU110は、第6図に示す燃料噴射弁開弁制御割込
ルーチンを実行する。この割込ルーチンでは、ステップ
410で出力ポート118を介してサイリスタSCR2のゲートに
パルス信号を出力する処理が行なわれる。この結果、サ
イリスタSCR2が導通状態となると、この回路はコイルL1
のインダクタンスと圧電素子72の容量とによる直列共振
回路であることから、数十μsecのうちにコンデンサC
に貯えられていた電荷の一部が圧電素子72に移動する。
この結果、圧電素子72が伸長し、燃料噴射弁8は制御ロ
ッド56が上方へ押し上げられて開弁し、ノズル53の先端
のノズル孔53aより燃料が噴射される。電荷がコンデン
サCから圧電素子72に移動してしまうと、サイリスタSC
R2は保持電流がなくなるのでターンオフし、圧電素子72
に蓄積された電荷はどこにも放出されることはない。も
とより、制御ロッド56を上方に駆動するのに、電力の一
部は用いられているが、圧電素子72に蓄えられるエネル
ギ(電荷)は消費される電力と較べて数倍は大きいの
で、制御ロッド56を駆動した後も、圧電素子72には猶電
荷が蓄えられた状態となっている。なお、圧電素子72が
伸長して開弁状態となってしまえば、圧電素子72はほと
んど仕事をしないので電荷もほとんど失われない。
When the fuel injection start timing set in the process of step 250 described above is reached, an interrupt is generated from the timer 115, and the CPU 110 executes the fuel injection valve opening control interrupt routine shown in FIG. In this interrupt routine,
At 410, a process of outputting a pulse signal to the gate of thyristor SCR2 via output port 118 is performed. As a result, when the thyristor SCR2 becomes conductive, this circuit turns on the coil L1.
Since it is a series resonance circuit consisting of the inductance of the capacitor and the capacitance of the piezoelectric element 72, the capacitor C
Part of the electric charge stored in the piezoelectric element 72 moves to the piezoelectric element 72.
As a result, the piezoelectric element 72 expands, the control rod 56 of the fuel injection valve 8 is pushed upward and the fuel injection valve 8 is opened, and fuel is injected from the nozzle hole 53a at the tip of the nozzle 53. If the charge moves from the capacitor C to the piezoelectric element 72, the thyristor SC
Since R2 has no holding current, it turns off and the piezoelectric element 72
The charge stored on the battery is not discharged anywhere. Of course, a part of the electric power is used to drive the control rod 56 upward, but the energy (charge) stored in the piezoelectric element 72 is several times larger than the consumed electric power. Even after the drive of 56, the piezoelectric element 72 is in a state in which a marginal charge is stored. If the piezoelectric element 72 expands and becomes a valve open state, the piezoelectric element 72 does almost no work, and thus the electric charge is hardly lost.

次に、上述したステップ250の処理においてセットされ
た燃料噴射終了タイミングに至ると、タイマ115より割
込みが発生し、CPU110は、第7図に示す燃料噴射弁閉弁
制御割込ルーチンを実行する。この割込ルーチンでは、
ステップ510で、出力ポート118を介してサイリスタSCR3
のゲートにパルス信号を出力する処理が行なわれる。こ
の結果、サイリスタSCR3が導通状態となると、この回路
はコイルL2のインダクタンスとコンデンサCの容量とに
よる直列共振回路であることから、数十μsecのうちに
圧電素子72に貯えられていた電荷はコンデンサCに移動
する。この結果、圧電素子72が短縮し、その結果制御ロ
ッド加圧室66内の制御油圧が低下するために制御ロッド
56及びニードル58が下降し、燃料噴射を減少せしめる。
なおこの時、圧電素子72の総ての電荷がコンデンサCに
移る訳ではなく、少量の電荷が抜け切らず、圧電素子72
に残留している。以上の処理の終了後、「RTN」へ抜け
て本ルーチンを一旦終了する。
Next, when the fuel injection end timing set in the process of step 250 described above is reached, an interrupt is generated from the timer 115, and the CPU 110 executes the fuel injection valve closing control interrupt routine shown in FIG. In this interrupt routine,
In step 510, thyristor SCR3 via output port 118.
A process of outputting a pulse signal to the gate of is performed. As a result, when the thyristor SCR3 becomes conductive, this circuit is a series resonance circuit formed by the inductance of the coil L2 and the capacitance of the capacitor C. Therefore, the electric charge stored in the piezoelectric element 72 within several tens of microseconds is stored in the capacitor. Move to C. As a result, the piezoelectric element 72 is shortened, and as a result, the control oil pressure in the control rod pressurizing chamber 66 is reduced, so that the control rod is reduced.
56 and needle 58 are lowered to reduce fuel injection.
At this time, not all the electric charge of the piezoelectric element 72 is transferred to the capacitor C, and a small amount of electric charge is not completely exhausted.
Remains in. After the above processing is completed, the process exits to "RTN" and this routine is once completed.

次に上述したステップ270の処理について第8図のフロ
ーチャートに基づいて詳述する。処理が開始されると、
ステップ610では、出力ポート118を介してトランジスタ
TRのベース端子に制御信号を出力する処理が行なわれ
る。この結果、トランジスタTRのエミッタ−コレクタ間
は導通状態となり、圧電素子72の両端が短絡され、上述
した残留電荷が総て抜け切り、零となる。なお、この電
荷の短絡処理に伴い、圧電素子72はより短縮し、燃料噴
射弁8はより閉じ側に動作する。
Next, the process of step 270 described above will be described in detail based on the flowchart of FIG. When the process starts
In step 610, the transistor is output through output port 118.
Processing for outputting a control signal to the base terminal of TR is performed. As a result, the emitter-collector of the transistor TR becomes conductive, both ends of the piezoelectric element 72 are short-circuited, and the above-mentioned residual charge is completely eliminated and becomes zero. Note that the piezoelectric element 72 is further shortened and the fuel injection valve 8 is operated closer to the closing side in accordance with this electric charge short-circuiting process.

こうして燃料噴射弁8が1回燃料噴射動作(開閉弁動
作)を行なうが、コンデンサCには相当量の電荷が貯え
られている。従って、この電力を次回の開閉弁動作に利
用することができ、省電力を図ることができる。しかし
ながら、燃料噴射弁8の開閉弁動作に伴う電力消費及び
一部電力の短絡等の為に、当然コンデンサCに貯えられ
た電荷は初期状態と比較して低下し、エネルギーを補充
する必要が生じる。続くステップ620がこれにあたり、
失われたエネルギーの補充を行なう。即ち、ステップ62
0では、サイリスタSCR1のゲートに制御信号を出力し、
これをオン状態とする処理を行なう。この処理は、燃料
噴射弁8が閉じているタイミングで行なわれるので、初
期化の処理(第4図のステップ200の処理)でサイリス
タSCR1をオンとした時と同様にコンデンサCに、駆動電
圧発生回路120から電力が供給され、燃料噴射弁8の開
閉の為に失われた電荷は補充される。ステップ620の処
理の後、「RTN」へ抜けて本制御ルーチンは終了する。
Thus, the fuel injection valve 8 performs the fuel injection operation (open / close valve operation) once, but the capacitor C stores a considerable amount of electric charge. Therefore, this power can be used for the next on-off valve operation, and power saving can be achieved. However, due to the power consumption accompanying the opening / closing operation of the fuel injection valve 8 and a partial short circuit of the power, the electric charge stored in the capacitor C naturally lowers compared to the initial state, and it becomes necessary to replenish the energy. . This is followed by step 620,
Make up for lost energy. That is, step 62
At 0, a control signal is output to the gate of thyristor SCR1,
Processing for turning this on is performed. Since this process is performed at the timing when the fuel injection valve 8 is closed, the drive voltage is generated in the capacitor C as in the case where the thyristor SCR1 is turned on in the initialization process (process of step 200 in FIG. 4). Electric power is supplied from the circuit 120, and charges lost due to opening / closing of the fuel injection valve 8 are replenished. After the processing of step 620, the control routine ends by exiting to "RTN".

なお、サイリスタSCR2,SCR3,SCR4の動作による圧電素子
72の伸長の様子、及びサイリスタSCR1の動作による上述
した電力補充動作の様子を第9図のタイミングチャート
に示した。同図において、サイリスタSCR1が導通状態に
なると、一点破線710で表わすコンデンサCの端子電圧
が駆動電圧発生回路の出力電圧Voと等しくなる。次い
で、サイリスタSCR2が導通状態になると、実線720で表
わす圧電素子72の端子電圧が上昇し、2倍のV0程度とな
る。次いで、サイリスタCR3が導通状態になると、その
圧電素子72の端子電圧が下降し、所定電圧V1となる。そ
の後、トランジスタTRが導通状態になり、圧電素子72の
端子電圧が零となる。その後、以上の処理を繰り返して
実行している。
In addition, the piezoelectric element by the operation of thyristors SCR2, SCR3, SCR4
The timing chart of FIG. 9 shows the state of extension of 72 and the state of the above-described power replenishing operation by the operation of the thyristor SCR1. In the figure, when the thyristor SCR1 becomes conductive, the terminal voltage of the capacitor C indicated by the one-dot chain line 710 becomes equal to the output voltage Vo of the drive voltage generation circuit. Next, when the thyristor SCR2 is turned on, the terminal voltage of the piezoelectric element 72 indicated by the solid line 720 rises and doubles to about V0. Next, when the thyristor CR3 becomes conductive, the terminal voltage of the piezoelectric element 72 drops and becomes the predetermined voltage V1. After that, the transistor TR becomes conductive and the terminal voltage of the piezoelectric element 72 becomes zero. After that, the above processing is repeatedly executed.

以上のように構成された本実施例においては、圧電素子
72の1回の伸縮動作後の圧電素子72間の端子電圧は第9
図に示す如く、完全に零となる為に、従来の圧電素子を
用いた燃料噴射弁駆動装置のように圧電素子の伸縮駆動
の変位量が減少し、最悪の場合、圧電素子の駆動が停止
して燃料噴射弁が作動しなくなるというようなことがな
い。
In the present embodiment configured as described above, the piezoelectric element
The terminal voltage between the piezoelectric elements 72 after one expansion and contraction operation of 72 is 9th
As shown in the figure, since it becomes completely zero, the displacement amount of expansion and contraction drive of the piezoelectric element decreases like the fuel injection valve drive device using the conventional piezoelectric element, and in the worst case, the drive of the piezoelectric element stops. Therefore, the fuel injection valve does not stop operating.

なお、本実施例においては、圧電素子72より放電された
電荷の多くの量をコンデンサCに蓄積させ、該蓄積した
電荷を再度、圧電素子72に充電させるよう構成され、電
力の浪費を防いでいる。
In this embodiment, a large amount of the electric charge discharged from the piezoelectric element 72 is stored in the capacitor C, and the stored electric charge is charged again in the piezoelectric element 72, thereby preventing waste of electric power. There is.

また本実施例では、圧電素子72の伸長作用を用い、更に
コンデンサの充電時間短縮の為にコンデンサの静電容量
を大きくとってあるので、燃料噴射弁8の開閉の応答性
が数十μsec程度と極めて高速である。この結果、燃料
噴射量,燃料噴射時期の制御も正確に行なうことがで
き、燃費向上や排ガス浄化の改善も達成することができ
る。
Further, in the present embodiment, the expansion action of the piezoelectric element 72 is used, and the capacitance of the capacitor is set large in order to further shorten the charging time of the capacitor. Therefore, the response of opening and closing the fuel injection valve 8 is about several tens of μsec. And is extremely fast. As a result, it is possible to accurately control the fuel injection amount and the fuel injection timing, and it is possible to achieve improvement in fuel consumption and exhaust gas purification.

以上、本考案の一実施例について説明したが、本考案は
こうした実施例に何等限定されるものではなく、本考案
の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様にて実
施しえることは勿論である。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention. is there.

考案の効果 以上詳述したように、本考案にかかる燃料噴射弁駆動装
置にあっては、第3スイッチング手段を設けて、圧電素
子の電荷がコンデンサに移り圧電素子が短縮(又は伸
長)して弁体が燃料通路の先端開口を閉じ一回の燃料噴
射を終了する度毎に、短絡回路を閉成することによって
圧電素子の両端を短絡している。従って、応答性を高め
るために静電容量の大きなコンデンサを用いた場合で
も、燃料噴射が繰り返し行われる度に残留電荷が圧電素
子に貯えられるということがない。それ故、圧電素子の
伸縮作動を安定して制御することができ、その制御に基
づき燃料噴射弁を駆動し所期の燃料噴射量及び燃料噴射
時期の調節を図ることができる。
Effects of the Invention As described in detail above, in the fuel injection valve driving device according to the present invention, the third switching means is provided so that the charge of the piezoelectric element is transferred to the capacitor and the piezoelectric element is shortened (or expanded). Each time the valve body closes the tip opening of the fuel passage and completes one fuel injection, the short circuit is closed to short-circuit both ends of the piezoelectric element. Therefore, even when a capacitor having a large electrostatic capacity is used to improve the responsiveness, the residual charge is not stored in the piezoelectric element every time fuel injection is repeated. Therefore, the expansion / contraction operation of the piezoelectric element can be stably controlled, and the fuel injection valve can be driven based on the control to adjust the desired fuel injection amount and fuel injection timing.

さらに本考案では、一度圧電素子に貯えられた電荷の相
当量をコンデンサに移し、この電力を時間の圧電素子の
駆動に利用するよう構成されているので、電力の節約を
図ることができる。
Further, in the present invention, since a considerable amount of electric charge once stored in the piezoelectric element is transferred to the capacitor and this electric power is used for driving the piezoelectric element in time, it is possible to save the electric power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は圧電素子72の駆動回路を電子制御装置のブロッ
ク図と共に構成図、第2図は4気筒ディーゼルエンジン
の概略構成図、第3図(イ)は燃料噴射弁8の構造を表
す断面図、第3図(ロ)は燃料噴射弁8の一部を成す油
圧ピストン68の構造を表す拡大断面図、第4図乃至第8
図は各々電子制御装置30で実行される各種制御ルーチン
を表すフローチャート、第9図は本実施例における制御
を表すタイムチャート、である。 1……ディーゼルエンジン 8……燃料噴射弁 12……蓄圧室 14……燃料供給ポンプ 40……圧電素子駆動回路 50……燃料噴射弁本体 53……ノズル 58……ニードル 72……圧電素子 120……駆動電圧発生回路 SCR1,SCR2,SCR3……サイリスタ C……コンデンサ L1,L2……コイル TR……トランジスタ
FIG. 1 is a block diagram of a drive circuit for a piezoelectric element 72 together with a block diagram of an electronic control device, FIG. 2 is a schematic block diagram of a 4-cylinder diesel engine, and FIG. 3 (a) is a sectional view showing the structure of a fuel injection valve 8. FIG. 3 (b) is an enlarged sectional view showing the structure of a hydraulic piston 68 forming a part of the fuel injection valve 8, and FIGS. 4 to 8
FIG. 9 is a flow chart showing various control routines executed by the electronic control unit 30, and FIG. 9 is a time chart showing control in this embodiment. 1 …… Diesel engine 8 …… Fuel injection valve 12 …… Accumulator 14 …… Fuel supply pump 40 …… Piezoelectric element drive circuit 50 …… Fuel injection valve body 53 …… Nozzle 58 …… Needle 72 …… Piezoelectric element 120 ...... Drive voltage generation circuit SCR1, SCR2, SCR3 …… Thyristor C …… Capacitor L1, L2 …… Coil TR …… Transistor

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】ケーシングと、該ケーシング内を貫通して
形成された燃料通路と、該燃料通路内の先端部に配設さ
れ該燃料通路の先端開口を開閉する弁体と、前記燃料通
路とは別個独立のシリンダ内に配設され電荷が供給され
て伸長又は短縮することにより前記弁体を開閉作動させ
る圧電素子とを備え、所定圧力の燃料を蓄える蓄圧手段
から内燃機関の気筒へ燃料を導く燃料路の先端に取り付
けられた燃料噴射弁において、前記圧電素子の伸縮作動
を制御することにより前記気筒内へ噴射される燃料噴射
量及び燃料噴射時期を調節する燃料噴射弁駆動装置であ
って、 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて該電源回路より供給され
た電荷を貯えるコンデンサと、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて、該圧電素子と共に第
1の直列共振回路を形成する第1素子と、 前記第1の直列共振回路を開閉し、該第1の直列共振回
路の閉成時に、前記コンデンサから前記圧電素子へ電荷
を供給する第1スイッチング手段と、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて該コンデンサと共に第
2の直列共振回路を形成する第2素子と、 前記第2の直列共振回路を開閉し、該第2の直列共振回
路の閉成時に、前記圧電素子から前記コンデンサへ電荷
を放出させる第2スイッチング手段と、 前記圧電素子の両端を短絡する短絡回路と、 該短絡回路を、前記圧電素子が前記コンデンサへ電荷を
放出して一回の燃料噴射を終了する度毎に一時的に閉成
すると共に、該圧電素子及び該コンデンサの間で電荷の
供給または放出が行われているときには開放する第3ス
イッチング手段と、を備えてなることを特徴とする燃料
噴射弁駆動装置。
1. A casing, a fuel passage formed so as to penetrate through the casing, a valve body arranged at a tip end portion of the fuel passage for opening and closing a tip opening of the fuel passage, and the fuel passage. Is provided in a separate and independent cylinder and is provided with a piezoelectric element that opens and closes the valve body by being supplied with an electric charge to extend or shorten, and supplies fuel to a cylinder of the internal combustion engine from a pressure accumulating means that stores fuel at a predetermined pressure. A fuel injection valve driving device for adjusting a fuel injection amount and a fuel injection timing to be injected into the cylinder by controlling expansion and contraction operation of the piezoelectric element in a fuel injection valve attached to a leading end of a fuel path to be guided. A power supply circuit, a capacitor connected in parallel with the power supply circuit for storing electric charge supplied from the power supply circuit, having a predetermined inductance, and connected in series between the piezoelectric element and the capacitor. A first element connected to the piezoelectric element to form a first series resonant circuit together with the first series resonant circuit, and the first series resonant circuit is opened and closed; and when the first series resonant circuit is closed, the piezoelectric element is removed from the capacitor. First switching means for supplying electric charge to the element, and a second element having a predetermined inductance and connected in series between the piezoelectric element and the capacitor to form a second series resonance circuit together with the capacitor A second switching unit that opens and closes the second series resonant circuit and discharges electric charges from the piezoelectric element to the capacitor when the second series resonant circuit is closed; and a short circuit that short-circuits both ends of the piezoelectric element. The circuit and the short circuit are temporarily closed each time the piezoelectric element discharges electric charge to the capacitor and completes a single fuel injection, and an electric circuit is formed between the piezoelectric element and the capacitor. A fuel injection valve drive device, comprising: a third switching means that opens when a load is supplied or discharged.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS61160563A (en) * 1985-01-10 1986-07-21 Nippon Soken Inc Electrostrictive fluid injection control
JPS60249877A (en) * 1984-05-25 1985-12-10 Nippon Soken Inc Drive circuit for laminated ceramic piezoelectric unit

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