JPH10299606A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
内燃機関の燃料噴射装置Info
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- JPH10299606A JPH10299606A JP9104674A JP10467497A JPH10299606A JP H10299606 A JPH10299606 A JP H10299606A JP 9104674 A JP9104674 A JP 9104674A JP 10467497 A JP10467497 A JP 10467497A JP H10299606 A JPH10299606 A JP H10299606A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel injection
- actuator
- polarization voltage
- engine
- internal combustion
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】内燃機関の燃料噴射弁を駆動するピエゾ素子か
らなるアクチュエータの劣化を回復させ、燃料噴射量の
経時的な変動を防止する。 【解決手段】燃料噴射弁1の駆動回路2に分極回路3を
接続し、機関始動のための燃料噴射に先立ち、所定時間
だけアクチュエータ12に分極電圧を印加してアクチュ
エータ12の経時劣化を回復させる。
らなるアクチュエータの劣化を回復させ、燃料噴射量の
経時的な変動を防止する。 【解決手段】燃料噴射弁1の駆動回路2に分極回路3を
接続し、機関始動のための燃料噴射に先立ち、所定時間
だけアクチュエータ12に分極電圧を印加してアクチュ
エータ12の経時劣化を回復させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ピエゾ素子をア
クチュエータとして使用した内燃機関の燃料噴射弁に関
する。
クチュエータとして使用した内燃機関の燃料噴射弁に関
する。
【0002】
【従来の技術】筒内燃料噴射方式の火花点火式内燃機関
に適用する燃料噴射弁には高度の応答性及び開閉精度が
求められる。このような要求に応える燃料噴射弁とし
て、多数のピエゾ素子を積層した構成のアクチュエータ
に信号電流を供給して伸縮させることによりニードル弁
の開閉を制御するようにしたものが知られている(例え
ば実開平5−7957号公報参照)。
に適用する燃料噴射弁には高度の応答性及び開閉精度が
求められる。このような要求に応える燃料噴射弁とし
て、多数のピエゾ素子を積層した構成のアクチュエータ
に信号電流を供給して伸縮させることによりニードル弁
の開閉を制御するようにしたものが知られている(例え
ば実開平5−7957号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ピエゾ素子は、その製
造時に材質等に応じた分極電圧を印加することで所与の
電圧を印加したときに所与の伸び量を持つ電歪特性を示
すようになるが、この特性は経時的に劣化し、所与の電
圧を印加したときの伸び量が減少する。このため、ピエ
ゾ素子からなるアクチュエータはその製造時点からの経
過時間に応じて特性の異なるものとなり、これを燃料噴
射弁に用いたときに所期の燃料噴射特性に対して誤差を
生じる。
造時に材質等に応じた分極電圧を印加することで所与の
電圧を印加したときに所与の伸び量を持つ電歪特性を示
すようになるが、この特性は経時的に劣化し、所与の電
圧を印加したときの伸び量が減少する。このため、ピエ
ゾ素子からなるアクチュエータはその製造時点からの経
過時間に応じて特性の異なるものとなり、これを燃料噴
射弁に用いたときに所期の燃料噴射特性に対して誤差を
生じる。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ピエ
ゾ素子をアクチュエータとする燃料噴射弁を備えた内燃
機関において、機関始動時に前記アクチュエータに予め
定めた期間分極電圧を印加するものとする。
ゾ素子をアクチュエータとする燃料噴射弁を備えた内燃
機関において、機関始動時に前記アクチュエータに予め
定めた期間分極電圧を印加するものとする。
【0005】請求項2の発明は、ピエゾ素子をアクチュ
エータとする燃料噴射弁を備えた内燃機関において、機
関始動時を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動
回路に接続して分極電圧を印加する手段と、前記分極電
圧印加手段を制御して機関始動時に予め定められた期間
分極電圧をアクチュエータに印加させる制御手段とを備
えるものとする。
エータとする燃料噴射弁を備えた内燃機関において、機
関始動時を検出する手段と、前記アクチュエータの駆動
回路に接続して分極電圧を印加する手段と、前記分極電
圧印加手段を制御して機関始動時に予め定められた期間
分極電圧をアクチュエータに印加させる制御手段とを備
えるものとする。
【0006】請求項3の発明は、前記請求項1または2
の発明において、分極電圧を印加する期間を、キースイ
ッチが閉成されてから当該燃料噴射弁による最初の噴射
が開始されるまでの期間に設定したものとする。
の発明において、分極電圧を印加する期間を、キースイ
ッチが閉成されてから当該燃料噴射弁による最初の噴射
が開始されるまでの期間に設定したものとする。
【0007】請求項4の発明は、前記請求項1から請求
項3の発明において、分極電圧を、アクチュエータ組立
時に印加された分極電圧と同程度に設定したものとす
る。
項3の発明において、分極電圧を、アクチュエータ組立
時に印加された分極電圧と同程度に設定したものとす
る。
【0008】請求項5の発明は、請求項4の制御手段と
して、アクチュエータ組立時に印加された分極電圧を記
憶する手段を備え、該記憶値に基づいて機関始動時に分
極電圧を印加するように図る。
して、アクチュエータ組立時に印加された分極電圧を記
憶する手段を備え、該記憶値に基づいて機関始動時に分
極電圧を印加するように図る。
【0009】請求項6の発明は、請求項1から3の発明
の制御手段を、アクチュエータ組立時から燃料噴射弁が
機関に組み付けられるまでの経過期間を記憶する手段を
備え、予め定められた特性に基づき、該経過期間が長い
ほど分極電圧またはその印加時間を長くするように設定
したものとする。
の制御手段を、アクチュエータ組立時から燃料噴射弁が
機関に組み付けられるまでの経過期間を記憶する手段を
備え、予め定められた特性に基づき、該経過期間が長い
ほど分極電圧またはその印加時間を長くするように設定
したものとする。
【0010】請求項7の発明は、請求項1の発明におい
て、少なくとも分極電圧を印加する手段はアクチュエー
タの駆動回路に対して切り離し自在に設けたものとす
る。
て、少なくとも分極電圧を印加する手段はアクチュエー
タの駆動回路に対して切り離し自在に設けたものとす
る。
【0011】
【作用及び効果】請求項1または請求項2以下の各発明
によれば、ピエゾ素子からなるアクチュエータは機関始
動時に印加された分極電圧により、それまでの放置によ
り低下していた静電容量が回復する。したがって、始動
後の運転状態において燃料噴射弁に所期の噴射特性を発
揮させて正確な燃料噴射を行わせることができる。
によれば、ピエゾ素子からなるアクチュエータは機関始
動時に印加された分極電圧により、それまでの放置によ
り低下していた静電容量が回復する。したがって、始動
後の運転状態において燃料噴射弁に所期の噴射特性を発
揮させて正確な燃料噴射を行わせることができる。
【0012】請求項3の発明によれば、燃料噴射弁が始
動時噴射を開始するまでの間に分極電圧の印加が終了す
るので、分極電圧の印加が機関の始動までに要する時間
に影響を及ぼすことがなく、所期の始動性能が得られ
る。
動時噴射を開始するまでの間に分極電圧の印加が終了す
るので、分極電圧の印加が機関の始動までに要する時間
に影響を及ぼすことがなく、所期の始動性能が得られ
る。
【0013】請求項4または請求項5の発明によれば、
アクチュエータ組立時に設定されたのと同一の分極電圧
が印加されるので、より正確に当初の特性に復帰させる
ことができる。
アクチュエータ組立時に設定されたのと同一の分極電圧
が印加されるので、より正確に当初の特性に復帰させる
ことができる。
【0014】請求項6の発明によれば、アクチュエータ
が組み立てられたときの当初の分極電圧が印加されてか
らの経過時間に応じて回復のための分極電圧またはその
印加時間が決定される。ピエゾ素子の静電容量は分極さ
れてからの経過時間に応じて低下する傾向があるので、
この発明によりアクチュエータの回復をむだなく適切に
行うことができる。
が組み立てられたときの当初の分極電圧が印加されてか
らの経過時間に応じて回復のための分極電圧またはその
印加時間が決定される。ピエゾ素子の静電容量は分極さ
れてからの経過時間に応じて低下する傾向があるので、
この発明によりアクチュエータの回復をむだなく適切に
行うことができる。
【0015】請求項7の発明によれば、分極電圧を印加
する手段をアクチュエータの駆動回路に対して切り離し
自在としたので、必要なときのみアクチュエータの回復
を図ることができ、それ以外の時には駆動回路から切り
離して電源の負担を軽減することができる。
する手段をアクチュエータの駆動回路に対して切り離し
自在としたので、必要なときのみアクチュエータの回復
を図ることができ、それ以外の時には駆動回路から切り
離して電源の負担を軽減することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につき
図面を示して説明する。図1において、1は燃料噴射
弁、2はその駆動回路、3は分極回路である。
図面を示して説明する。図1において、1は燃料噴射
弁、2はその駆動回路、3は分極回路である。
【0017】燃料噴射弁1は、筒状の本体11の内部に
アクチュエータ12が収装されるとともに、この本体1
1の先端部には、内部に針弁13を収装したノズルホル
ダ14が設けられている。
アクチュエータ12が収装されるとともに、この本体1
1の先端部には、内部に針弁13を収装したノズルホル
ダ14が設けられている。
【0018】アクチュエータ12は、薄板状のピエゾ素
子を多数積層して円柱状に形成されている。その背後側
の端部に設けられた端板15は、本体11に嵌合したキ
ャップ16に対してボール17を介して位置決めされて
いる。先端側にはピストン18が設けられており、この
ピストン18は本体内に形成されたシリンダ部19にシ
ールリング20を介して油密的にかつ摺動可能に嵌合し
ている。
子を多数積層して円柱状に形成されている。その背後側
の端部に設けられた端板15は、本体11に嵌合したキ
ャップ16に対してボール17を介して位置決めされて
いる。先端側にはピストン18が設けられており、この
ピストン18は本体内に形成されたシリンダ部19にシ
ールリング20を介して油密的にかつ摺動可能に嵌合し
ている。
【0019】ピストン18の前方にはシリンダ部19と
の間に室21が画成されており、この室21に収装され
た皿ばね22の張力によりピストン18は背後方向に付
勢されている。
の間に室21が画成されており、この室21に収装され
た皿ばね22の張力によりピストン18は背後方向に付
勢されている。
【0020】ノズルホルダ14にはその先端部に開口し
た噴孔23を開閉する針弁13が収装されている。この
針弁13は、基端部が太径のピストン部24となってお
り、このピストン部24がホルダ内周に形成されたシリ
ンダ部25に沿って摺動可能に保持されている。ピスト
ン部24の背後部に画成された室26にはコイルスプリ
ング27が介装されており、このスプリング27の張力
により針弁13は閉弁方向に付勢されている。
た噴孔23を開閉する針弁13が収装されている。この
針弁13は、基端部が太径のピストン部24となってお
り、このピストン部24がホルダ内周に形成されたシリ
ンダ部25に沿って摺動可能に保持されている。ピスト
ン部24の背後部に画成された室26にはコイルスプリ
ング27が介装されており、このスプリング27の張力
により針弁13は閉弁方向に付勢されている。
【0021】ピストン部24よりも前方のノズルホルダ
14内の空間は燃料室28となっており、この燃料室2
8には燃料供給口29を介して図示しない燃料系統から
所定圧力に調圧された燃料が供給される。また前記燃料
室28は通路30を介してその背後の室21と連通して
いる。
14内の空間は燃料室28となっており、この燃料室2
8には燃料供給口29を介して図示しない燃料系統から
所定圧力に調圧された燃料が供給される。また前記燃料
室28は通路30を介してその背後の室21と連通して
いる。
【0022】駆動回路2は、図示しない運転状態検出手
段からの情報に基づき、例えば内燃機関の回転数及び吸
入空気量をパラメータとして燃料噴射量を決定し、該燃
料噴射量に相当するパルス幅を有する噴射信号を燃料噴
射弁のアクチュエータ12に付与して燃料噴射を行わせ
る。
段からの情報に基づき、例えば内燃機関の回転数及び吸
入空気量をパラメータとして燃料噴射量を決定し、該燃
料噴射量に相当するパルス幅を有する噴射信号を燃料噴
射弁のアクチュエータ12に付与して燃料噴射を行わせ
る。
【0023】このような噴射信号が入力したときの燃料
噴射弁1の作動の詳細は次のとおりである。まず、この
燃料噴射弁では、非噴射時にはアクチュエータ12に例
えば200V程度の電圧が印加されている。このとき、
アクチュエータ12は伸張して室21の容積を小さく保
っている。燃料室28に供給されている燃料の圧力は、
針弁ピストン部24とシリンダ部25との間の摺動間隙
を介して室26にも作用しているため、針弁13の前後
圧力は平衡しており、したがって針弁13はスプリング
27の張力により閉弁保持されている。
噴射弁1の作動の詳細は次のとおりである。まず、この
燃料噴射弁では、非噴射時にはアクチュエータ12に例
えば200V程度の電圧が印加されている。このとき、
アクチュエータ12は伸張して室21の容積を小さく保
っている。燃料室28に供給されている燃料の圧力は、
針弁ピストン部24とシリンダ部25との間の摺動間隙
を介して室26にも作用しているため、針弁13の前後
圧力は平衡しており、したがって針弁13はスプリング
27の張力により閉弁保持されている。
【0024】この状態から電圧の印加を停止するとアク
チュエータ12及びピストン19は速やかに初期位置に
まで収縮するため、室21はその容積を拡大して圧力を
低下させる。この圧力低下は通路30を介して直ちに針
弁背後の室26に伝えられるが、このとき針弁ピストン
部24とシリンダ部25との間の摺動間隙がオリフィス
として作用するので、室26の圧力低下に対して燃料室
28の圧力変化に遅れを生じ、燃料室28は相対的に高
圧になる。このピストン部24の前後圧力差に基づき、
針弁13はスプリング27に抗して背後方向にリフト作
動し、噴孔23を開放して燃料噴射を行う。
チュエータ12及びピストン19は速やかに初期位置に
まで収縮するため、室21はその容積を拡大して圧力を
低下させる。この圧力低下は通路30を介して直ちに針
弁背後の室26に伝えられるが、このとき針弁ピストン
部24とシリンダ部25との間の摺動間隙がオリフィス
として作用するので、室26の圧力低下に対して燃料室
28の圧力変化に遅れを生じ、燃料室28は相対的に高
圧になる。このピストン部24の前後圧力差に基づき、
針弁13はスプリング27に抗して背後方向にリフト作
動し、噴孔23を開放して燃料噴射を行う。
【0025】そのときの要求燃料噴射量に応じて定めら
れた時間が経過した後に再び駆動電圧を印加すると、ア
クチュエータ12が再度伸張して室21及び26の圧力
を上昇させるため針弁13が閉弁方向に移動して燃料噴
射は終了する。非噴射時の針弁13の閉弁状態は上述の
ようにピストン24前後の圧力平衡状態により保持され
る。
れた時間が経過した後に再び駆動電圧を印加すると、ア
クチュエータ12が再度伸張して室21及び26の圧力
を上昇させるため針弁13が閉弁方向に移動して燃料噴
射は終了する。非噴射時の針弁13の閉弁状態は上述の
ようにピストン24前後の圧力平衡状態により保持され
る。
【0026】ところで、この種のピエゾ素子を使用した
アクチュエータは、図2に示したように組み立て段階で
分極された後の放置時間が経過するにしたがって静電容
量が減少し、特性としては印加電圧に対する歪量(伸縮
量)が減少する方向に劣化する。このため、上記燃料噴
射弁の構成においては、噴射開始時のアクチュエータ1
2の収縮量及び室22の圧力低下量が不足して、燃料噴
射量が減少方向に誤差を生じることになる。
アクチュエータは、図2に示したように組み立て段階で
分極された後の放置時間が経過するにしたがって静電容
量が減少し、特性としては印加電圧に対する歪量(伸縮
量)が減少する方向に劣化する。このため、上記燃料噴
射弁の構成においては、噴射開始時のアクチュエータ1
2の収縮量及び室22の圧力低下量が不足して、燃料噴
射量が減少方向に誤差を生じることになる。
【0027】ピエゾ素子の伸び方向の歪みに基づいてノ
ズルを直接開弁するようにした構成の燃料噴射弁もある
が、この場合も、ピエゾ素子の歪み量がそのまま針弁リ
フトとなるので、アクチュエータの劣化により燃料噴射
量が減少してしまう。
ズルを直接開弁するようにした構成の燃料噴射弁もある
が、この場合も、ピエゾ素子の歪み量がそのまま針弁リ
フトとなるので、アクチュエータの劣化により燃料噴射
量が減少してしまう。
【0028】この対策として本発明では、内燃機関の運
転に先立って燃料噴射弁のアクチュエータに再度分極電
圧を印加することによりその劣化を回復させるものであ
る。実施の形態としては、図1に示したように、燃料噴
射弁1の駆動回路に分極回路3を接続し、燃料噴射弁が
機関始動のための噴射を開始するまでの間に、アクチュ
エータ12に所定の分極電圧を印加するように図る。こ
の分極電圧を印加するタイミングとしては、図3に例示
したように、エンジンキースイッチのONにより電圧を
立ち上げ、燃料噴射弁が始動のための噴射を開始する直
前まで電圧を保持するものとする。
転に先立って燃料噴射弁のアクチュエータに再度分極電
圧を印加することによりその劣化を回復させるものであ
る。実施の形態としては、図1に示したように、燃料噴
射弁1の駆動回路に分極回路3を接続し、燃料噴射弁が
機関始動のための噴射を開始するまでの間に、アクチュ
エータ12に所定の分極電圧を印加するように図る。こ
の分極電圧を印加するタイミングとしては、図3に例示
したように、エンジンキースイッチのONにより電圧を
立ち上げ、燃料噴射弁が始動のための噴射を開始する直
前まで電圧を保持するものとする。
【0029】このような分圧電極の制御により、機関の
始動性に影響を及ぼすことなく、燃料噴射弁のアクチュ
エータ12の劣化を回復させて、所期の特性による正確
な燃料噴射を行わせることが可能となる。
始動性に影響を及ぼすことなく、燃料噴射弁のアクチュ
エータ12の劣化を回復させて、所期の特性による正確
な燃料噴射を行わせることが可能となる。
【0030】ところで、このときの分極電圧としては、
例えば2KV程度の固定値としてもよいが、好ましくは
アクチュエータ組立時に印加した電圧を記憶しておき、
この組立時と同一の電圧を印加するようにするとより確
実である。また、図2に示したようにアクチュエータの
劣化は経時特性を有し、組立時からの時間経過にしたが
って劣化が進むので、この経過時間をタイマーないし半
導体記憶装置等により記憶しておき、記憶した経過時間
に応じた電圧または時間だけ印加するように図れば効率
よくアクチュエータを回復させることができる。
例えば2KV程度の固定値としてもよいが、好ましくは
アクチュエータ組立時に印加した電圧を記憶しておき、
この組立時と同一の電圧を印加するようにするとより確
実である。また、図2に示したようにアクチュエータの
劣化は経時特性を有し、組立時からの時間経過にしたが
って劣化が進むので、この経過時間をタイマーないし半
導体記憶装置等により記憶しておき、記憶した経過時間
に応じた電圧または時間だけ印加するように図れば効率
よくアクチュエータを回復させることができる。
【0031】なお、分極回路3を駆動回路2に対して切
り離し可能に設けることにより、再分極操作を整備工場
等において必要に応じて行うことが可能となり、燃料噴
射装置としてのコスト低減と車両等に搭載される電源の
負担軽減を図ることができる。
り離し可能に設けることにより、再分極操作を整備工場
等において必要に応じて行うことが可能となり、燃料噴
射装置としてのコスト低減と車両等に搭載される電源の
負担軽減を図ることができる。
【図1】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図2】ピエゾ素子の静電容量の変化特性を片対数表示
で示した特性線図。
で示した特性線図。
【図3】実施形態におけるピエゾアクチュエータへの通
電状態を示すタイミング図。
電状態を示すタイミング図。
1 燃料噴射弁 2 駆動回路 3 分極回路 11 燃料噴射弁の本体 12 アクチュエータ 13 針弁 14 ノズルホルダ 15 端板 16 キャップ 17 ボール 18 ピストン 19 シリンダ部 20 シールリング 21 室 22 皿ばね 23 噴孔 24 ピストン部 25 シリンダ部 26 室 27 コイルスプリング 28 燃料室 29 燃料供給口 30 通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内
Claims (7)
- 【請求項1】 ピエゾ素子をアクチュエータとする燃料
噴射弁を備えた内燃機関において、機関始動時に前記ア
クチュエータに予め定めた期間分極電圧を印加する手段
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 - 【請求項2】 ピエゾ素子をアクチュエータとする燃料
噴射弁を備えた内燃機関において、機関始動時を検出す
る手段と、前記アクチュエータの駆動回路に接続して分
極電圧を印加する手段と、前記分極電圧印加手段を制御
して機関始動時に予め定められた期間分極電圧をアクチ
ュエータに印加させる制御手段とを備えたことを特徴と
する内燃機関の燃料噴射装置。 - 【請求項3】 分極電圧を印加する期間を、キースイッ
チが閉成されてから当該燃料噴射弁による最初の噴射が
開始されるまでの期間に設定したことを特徴とする請求
項1または請求項2の何れかに記載の内燃機関の燃料噴
射装置。 - 【請求項4】 分極電圧を、アクチュエータ組立時に印
加された分極電圧と同程度に設定したことを特徴とする
請求項1から請求項3の何れかに記載の内燃機関の燃料
噴射装置。 - 【請求項5】 制御手段は、アクチュエータ組立時に印
加された分極電圧を記憶する手段を備え、該記憶値に基
づいて機関始動時に分極電圧を印加するようにしたこと
を特徴とする請求項4に記載の内燃機関の燃料噴射装
置。 - 【請求項6】 制御手段は、アクチュエータ組立時から
燃料噴射弁が機関に組み付けられるまでの経過期間を記
憶する手段を備え、予め定められた特性に基づき、該経
過期間が長いほど分極電圧またはその印加時間を長くす
るように設定したことを特徴とする請求項1から請求項
3の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射装置。 - 【請求項7】 少なくとも分極電圧を印加する手段はア
クチュエータの駆動回路に対して切り離し自在に設けた
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9104674A JPH10299606A (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 内燃機関の燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9104674A JPH10299606A (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 内燃機関の燃料噴射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10299606A true JPH10299606A (ja) | 1998-11-10 |
Family
ID=14387029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9104674A Pending JPH10299606A (ja) | 1997-04-22 | 1997-04-22 | 内燃機関の燃料噴射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10299606A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022009820A1 (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-13 | 太陽誘電株式会社 | 圧電セラミックス素子の駆動回路及びその使用方法 |
-
1997
- 1997-04-22 JP JP9104674A patent/JPH10299606A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022009820A1 (ja) * | 2020-07-06 | 2022-01-13 | 太陽誘電株式会社 | 圧電セラミックス素子の駆動回路及びその使用方法 |
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Legal Events
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