JPH11141429A - Fuel injection system and its driving method - Google Patents

Fuel injection system and its driving method

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Publication number
JPH11141429A
JPH11141429A JP9301523A JP30152397A JPH11141429A JP H11141429 A JPH11141429 A JP H11141429A JP 9301523 A JP9301523 A JP 9301523A JP 30152397 A JP30152397 A JP 30152397A JP H11141429 A JPH11141429 A JP H11141429A
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JP
Japan
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fuel
voltage
piezoelectric element
pressure
switch
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Pending
Application number
JP9301523A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidetoshi Kageyama
秀年 影山
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Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep high shock action without lowering a extending speed of a piezoelectric element when supply voltage to the piezoelectric element is lowered in low load operating range. SOLUTION: This injection system comprises a direct voltage source 531, a detecting means for an engine operating condition, a piezoelectric element 704 which is pinched between a positive and negative electrodes, a first switch 701 which is provided between a positive electrode side of the piezoelectric element 704 and the direct voltage source 531, a second switch 702 which is provided between a positive electrode side of the piezoelectric element 704 and a ground, a voltage detecting means 703 for detecting charging voltage between both electrodes of the piezoelectric element 704, and control means 500 and 700 for driving the first switch 701 and the second switch 702, wherein the first switch 701 is driven to apply voltage of the direct voltage source 531 to the piezoelectric element 704 so as to start to charge the piezoelectric element 704, after that, voltage detected by the voltage detecting means 703 reaches a predetermined value, resulting in discharging from the piezoelectric element 704 by driving the second switch 702.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃的高圧により
燃料を噴射する燃料噴射装置およびその駆動方法に関す
るものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a fuel injection device for injecting fuel with an impulsively high pressure and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】衝撃的な高圧を液体に付与して液体を噴
射させる液体噴射装置が本願出願人により提案されてい
る(特願平8−219672号)。この液体噴射装置を
エンジンの燃料噴射装置として用いようとすれば、最も
実用的な構成として、圧電素子を用いてこれに直流電圧
を印加し、電圧の大小によって圧電素子の伸長量を調整
して衝撃的高圧を調整し、これにより噴射量を調整する
構成が考えられる。この場合、圧電素子は正負両電極間
に挟持され、電圧印加により両電極にそれぞれ正負の電
荷が供給されこれが帯電して充電状態になることにより
圧電素子が伸長する。充電により圧電素子を瞬時に伸長
させて衝撃的高圧を発生し、これにより燃料を噴射した
後、両電極の電荷を放電し電圧を非印加状態として圧電
素子を元の状態に戻し次の電圧印加に備える。
2. Description of the Related Art A liquid ejecting apparatus for applying a shocking high pressure to a liquid to eject the liquid has been proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 8-219672). If this liquid injection device is to be used as a fuel injection device for an engine, the most practical configuration is to apply a DC voltage to this using a piezoelectric element and adjust the amount of expansion of the piezoelectric element according to the magnitude of the voltage. A configuration is conceivable in which the impact high pressure is adjusted, and thereby the injection amount is adjusted. In this case, the piezoelectric element is sandwiched between the positive and negative electrodes, and positive and negative charges are respectively supplied to the two electrodes by applying a voltage, and the two are charged and charged to extend the piezoelectric element. After charging, the piezoelectric element instantaneously expands to generate a shocking high voltage, and after injecting fuel, the electric charge of both electrodes is discharged, the voltage is not applied, the piezoelectric element is returned to the original state, and the next voltage is applied Prepare for.

【0003】エンジンの場合、燃焼サイクル毎に燃料噴
射を行うため、このような圧電素子への充電と、圧電素
子からの放電を交互に繰り返す構成になる。ここで噴射
量を制御するためには、電圧調整器等により直流電源か
らの正電荷供給側への出力電圧を調整して、低負荷時等
エンジンの要求噴射量が少ないときには出力電圧を小さ
くし、高負荷時等エンジンの要求噴射量が多いときには
出力電圧を大きくすることにより噴射量制御が可能にな
る。
[0003] In the case of an engine, fuel is injected for each combustion cycle, so that the charging of the piezoelectric element and the discharging of the piezoelectric element are alternately repeated. Here, in order to control the injection amount, the output voltage from the DC power supply to the positive charge supply side is adjusted by a voltage regulator or the like, and the output voltage is reduced when the required injection amount of the engine is small such as at a low load. On the other hand, when the required injection amount of the engine is large, such as when the load is high, the injection amount can be controlled by increasing the output voltage.

【0004】一方、エンジンの燃料噴射装置において
は、噴射量の制御をなるべく広い範囲で可能として最大
噴射量と最小噴射量との間の幅であるダイナミックレン
ジを拡大し、特に最小噴射量を適正に制御して低負荷時
の安定したエンジン出力および希薄燃焼による燃費の改
善を図ることが要求されている。
On the other hand, in an engine fuel injection system, the injection amount can be controlled in a wide range as much as possible to expand the dynamic range, which is the width between the maximum injection amount and the minimum injection amount, and particularly to adjust the minimum injection amount appropriately. To achieve stable engine output at low load and to improve fuel economy by lean combustion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記衝
撃的高圧による燃料噴射装置において、噴射量制御のた
めに圧電素子への供給電圧を調整しても、電圧を印加し
て充電を開始した後電荷が飽和する充電完了までの時間
は電圧の大小にかかわらずほぼ一定である。このため、
充電速度(電荷が供給される速度)は電圧の大小に応じ
て変り、電圧が大きい程大きく、電圧が小さくなると小
さくなる。この充電速度に対応して圧電素子の伸長速度
が変るため、供給電圧を小さくすると、伸長速度が小さ
くなり過ぎて、必要とする衝撃的高圧が得られず噴射量
が極端に少なくなり、あるいは噴射勢いが弱まって噴射
による霧化状態が悪くなり、要求負荷に対応したエンジ
ン出力が得られなくなる場合が考えられる。このため、
特に低負荷運転領域において、適正な燃料噴射制御がで
きず、最小噴射量が制限され、ダイナミックレンジの拡
大が図られない。
However, in the above-described fuel injection device using an impulsively high pressure, even if the supply voltage to the piezoelectric element is adjusted for controlling the injection amount, the charge is started after the voltage is applied and the charge is started. Is substantially constant regardless of the voltage level. For this reason,
The charging speed (the speed at which charges are supplied) changes according to the magnitude of the voltage, and increases as the voltage increases and decreases as the voltage decreases. Since the extension speed of the piezoelectric element changes in accordance with this charging speed, if the supply voltage is reduced, the extension speed becomes too small, and the required high impact pressure cannot be obtained, and the injection amount becomes extremely small. It is conceivable that the momentum is weakened and the atomization state due to the injection becomes worse, so that an engine output corresponding to the required load cannot be obtained. For this reason,
Particularly in the low load operation region, proper fuel injection control cannot be performed, the minimum injection amount is limited, and the dynamic range cannot be expanded.

【0006】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
であって、特に低負荷運転領域において圧電素子への供
給電圧を低くしたときに、圧電素子の伸長速度を低下さ
せることなく高い衝撃的圧力を保って高精度で噴射量を
制御し良好な霧化状態を維持して安定したエンジン出力
が得られる燃料噴射装置およびその駆動方法の提供を目
的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and particularly when the supply voltage to the piezoelectric element is reduced in a low load operation region, a high impact can be obtained without lowering the extension speed of the piezoelectric element. It is an object of the present invention to provide a fuel injection device which can control an injection amount with high accuracy while maintaining a target pressure, maintain a good atomization state, and obtain a stable engine output, and a driving method thereof.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、直流電源と、エンジンの運転状態検出
手段と、正負両電極間に挟持された圧電素子と、この圧
電素子に連結され燃料に衝撃的圧力を付与するためのプ
ランジャと、この圧電素子の正電極側と前記直流電源と
の間に設けた第1スイッチと、この圧電素子の正電極側
とアースとの間に設けた第2スイッチと、前記圧電素子
の両電極間の充電電圧を検出するための電圧検出手段
と、前記運転状態検出手段および電圧検出手段に連結さ
れ、これらの検出信号に基づいて前記第1および第2ス
イッチを駆動するための制御手段とを具備したことを特
徴とする燃料噴射装置を提供する。
According to the present invention, there is provided a DC power supply, an engine operating state detecting means, a piezoelectric element sandwiched between positive and negative electrodes, and a piezoelectric element connected to the piezoelectric element. A plunger for applying an impact pressure to the fuel, a first switch provided between the positive electrode side of the piezoelectric element and the DC power source, and a first switch provided between the positive electrode side of the piezoelectric element and ground. A second switch, a voltage detecting means for detecting a charging voltage between both electrodes of the piezoelectric element, and an operating state detecting means and a voltage detecting means connected to the first switch and the first and second switches based on the detection signals; And a control means for driving the two switches.

【0008】このような構成の燃料噴射装置の駆動方法
において、前記第1スイッチを駆動して前記直流電源の
電圧を圧電素子に印加し、前記圧電素子に電圧印加を開
始した後、前記電圧検出手段による検出電圧が所定値に
達すると、前記第2スイッチを駆動して該圧電素子から
放電する。
In the driving method for a fuel injection device having the above-described structure, the first switch is driven to apply the voltage of the DC power supply to the piezoelectric element. When the voltage detected by the means reaches a predetermined value, the second switch is driven to discharge from the piezoelectric element.

【0009】この方法によれば、低負荷運転時に噴射量
を小さくするために圧電素子への供給電圧を小さくする
場合に、印加電圧そのものを小さくするのではなく、一
定の高い電圧を印加してその電圧に達するまでの立上が
り過程で電圧供給を停止することにより、充電により圧
電素子の正負両電極間に発生する充電電圧を低くする。
すなわち、予め定まった電圧を有する直流電源から電圧
を印加し、その立上がり途中の電圧を検出してこの電圧
が所定値に達したら充電を停止して放電を開始する。こ
れにより、充電時の圧電素子の伸長速度を低下させるこ
となく大きな衝撃作用を保ったまま、低電圧を印加する
ことができ、小さい噴射量を大きな噴射速度で安定して
確実に供給することができる。したがって、特に低負荷
運転領域での燃料噴射制御の信頼性が高まりダイナミッ
クレンジを広げることができ、広い範囲にわたって霧化
状態が良好で高出力の燃焼が達成され、特に低噴射量状
態での霧化を促進し噴射量のばらつきを無くして安定し
た燃焼を達成し、出力向上および燃費の改善を図ること
ができる。
According to this method, when the supply voltage to the piezoelectric element is reduced in order to reduce the injection amount during low load operation, the applied voltage itself is not reduced but a constant high voltage is applied. By stopping the voltage supply during the rising process until the voltage reaches the voltage, the charging voltage generated between the positive and negative electrodes of the piezoelectric element due to charging is reduced.
That is, a voltage is applied from a DC power supply having a predetermined voltage, a voltage in the course of rising is detected, and when this voltage reaches a predetermined value, charging is stopped and discharging is started. This makes it possible to apply a low voltage while maintaining a large impact action without reducing the elongation speed of the piezoelectric element during charging, and to supply a small amount of injection stably at a high injection speed without fail. it can. Therefore, the reliability of the fuel injection control particularly in the low load operation region is enhanced, the dynamic range can be expanded, the atomization state is good and the high output combustion is achieved over a wide range, and especially, the mist in the low injection amount state is achieved. Therefore, stable combustion can be achieved by eliminating the variation in the injection amount, and the output can be improved and the fuel efficiency can be improved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、この発明の燃料噴射装置に
ついて説明する。図1はこの発明に係る燃料噴射装置を
2サイクル内燃機関に適用した例を示す。このエンジン
1は、燃焼室40の上部を構成するシリンダヘッド2、
燃焼室40の筒体を構成するシリンダブロック3、クラ
ンク室を形成するクランクケース4等により構成され
る。クランク室内のクランク軸5は、クランクピン6及
びピストンピン7に連結されたコンロッド100を介し
てピストン8に連結される。シリンダヘッド2の中央部
には点火プラグ13が装着される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fuel injection device according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an example in which a fuel injection device according to the present invention is applied to a two-cycle internal combustion engine. The engine 1 includes a cylinder head 2 that forms an upper part of a combustion chamber 40,
The combustion chamber 40 includes a cylinder block 3 that forms a cylinder, a crankcase 4 that forms a crank chamber, and the like. The crankshaft 5 in the crank chamber is connected to the piston 8 via a connecting rod 100 connected to the crankpin 6 and the piston pin 7. A spark plug 13 is mounted at the center of the cylinder head 2.

【0011】また、エンジン1は、クランク室に連通す
る吸気通路9及びシリンダ内の燃焼室40に連通する排
気通路11を備えている。クランク室と燃焼室40と
を、掃気通路642で連通している。吸気通路9内には
スロットル弁648及び吸気の逆流阻止のためのリード
弁647が設けられる。シリンダヘッド2には、燃焼室
40に臨んで、燃料噴射ユニット44が設けられる。
The engine 1 has an intake passage 9 communicating with the crank chamber and an exhaust passage 11 communicating with the combustion chamber 40 in the cylinder. The crank chamber and the combustion chamber 40 communicate with each other via a scavenging passage 642. A throttle valve 648 and a reed valve 647 for preventing intake air from flowing backward are provided in the intake passage 9. The cylinder head 2 is provided with a fuel injection unit 44 facing the combustion chamber 40.

【0012】この燃料噴射ユニット44は、インジェク
タ14と高圧発生装置16を一体化したものである。高
圧発生装置16は、後述の図2に示すように、圧電素子
を直列に連結した衝撃的伸長素子17aとプランジャー
17bからなる衝撃的高圧発生源17を有する。この衝
撃的高圧発生源17は制御装置302に連結され所定の
タイミングで駆動制御される。
The fuel injection unit 44 is formed by integrating the injector 14 and the high-pressure generator 16. As shown in FIG. 2 to be described later, the high-pressure generator 16 has an impact high-pressure source 17 including an impact extension element 17a in which piezoelectric elements are connected in series and a plunger 17b. The shock high voltage source 17 is connected to the control device 302 and is driven and controlled at a predetermined timing.

【0013】この燃料噴射ユニット44は、燃料供給パ
イプ21を介して、燃料噴射ユニット44より高い位置
に設けた上部に不図示のプリーザ穴を設けた気液分離フ
ロート室646に連通する。この気液分離フロート64
6は、液面を一定するためのフロート式弁646a、燃
料ポンプ19A及びフィルタ620を介して、燃料タン
ク22に連通する。燃料噴射ユニット44は、制御装置
302により制御され、制御装置302は直流電源53
1に連結される。この直流電源531は直流バッテリに
昇圧回路を接続したものでもよいし、あるいは図示した
ように交流電源及び交直変換回路からなる電源回路によ
り直流電源531として構成してもよい。制御装置30
2は後述のようにECU500に組込まれたプログラム
に従って制御される。なお、この燃料噴射ユニット44
は、図1の二点鎖線で示したように、シリンダブロック
3の側壁面あるいは吸気通路9に設けてもよい。さら
に、燃料噴射ユニット44と気液分離フロート室646
の上部を連通する戻り燃料パイプ23が設けられる。
The fuel injection unit 44 communicates via a fuel supply pipe 21 with a gas-liquid separation float chamber 646 provided with a not shown unshown upper portion provided above the fuel injection unit 44. This gas-liquid separation float 64
Numeral 6 communicates with the fuel tank 22 via a float valve 646a for keeping the liquid level constant, a fuel pump 19A and a filter 620. The fuel injection unit 44 is controlled by the control device 302, and the control device 302
Connected to 1. The DC power supply 531 may be one in which a booster circuit is connected to a DC battery, or may be configured as a DC power supply 531 by a power supply circuit including an AC power supply and an AC / DC conversion circuit as illustrated. Control device 30
2 is controlled according to a program incorporated in the ECU 500 as described later. The fuel injection unit 44
May be provided on the side wall surface of the cylinder block 3 or the intake passage 9 as shown by the two-dot chain line in FIG. Further, the fuel injection unit 44 and the gas-liquid separation float chamber 646
A return fuel pipe 23 communicating with the upper part of the fuel cell is provided.

【0014】この構成により、燃料噴射ユニット44内
の不図示の加圧室、噴射通路、弁手段の気泡は、エンジ
ン1停止中に戻り燃料パイプ23へ入り、フロート室6
46方向に浮力により移動する。燃料噴射ユニット44
内で気泡が加圧室に入るのは、ユニット内の弁手段より
噴射通路が上位にあり、噴射通路より加圧室が上位にあ
るからである。また、気泡が加圧室から戻り燃料パイプ
23へ入るのは、戻り燃料パイプ23の加圧室側開口
が、加圧室の上部にあるからである。戻り燃料パイプ2
3の加圧室側開口が、燃料供給パイプ21端部の不図示
の導入ポートより上位にあると、確実に戻り燃料パイプ
23内へ気泡を導くことができる。一方、燃料供給パイ
プ21中の気泡は、エンジン1停止中に浮力によりフロ
ート室646内に移動する。
With this configuration, bubbles in the pressurizing chamber, the injection passage, and the valve means (not shown) in the fuel injection unit 44 return to the fuel pipe 23 while the engine 1 is stopped, and enter the float chamber 6.
It moves by buoyancy in 46 directions. Fuel injection unit 44
The reason why air bubbles enter the pressurizing chamber inside is that the injection passage is higher than the valve means in the unit and the pressurizing chamber is higher than the injection passage. In addition, the reason why air bubbles enter the return fuel pipe 23 from the pressurizing chamber is that the opening of the return fuel pipe 23 on the pressurizing chamber side is located above the pressurizing chamber. Return fuel pipe 2
When the opening 3 on the pressurizing chamber side is higher than the introduction port (not shown) at the end of the fuel supply pipe 21, the air bubbles can be reliably returned and guided into the fuel pipe 23. On the other hand, bubbles in the fuel supply pipe 21 move into the float chamber 646 by buoyancy while the engine 1 is stopped.

【0015】エンジン1の運転中は、燃料噴射ユニット
44が作動し、衝撃的高圧波発生による噴射と、噴射に
より加圧室に発生する負圧とフロート室646の燃料油
面によるヘッド(正圧)とによる加圧室への燃料移動と
が交互に連続して発生する。加圧室への燃料移動時、戻
り燃料パイプ23内の加圧室寄り部分に気泡があると、
気泡が再び加圧室内に戻ることになるので、戻り燃料パ
イプ23内にフロート室646方向のみに流れを許容す
る逆止弁を配置すると、エンジン1運転中にも確実にエ
ア抜きができる。衝撃的高圧波は、発生面の法線方向に
強い指向性があるので、燃料噴射時の戻り燃料パイプ2
3内への燃料押し出し量(噴射洩れ量)は僅かである。
この僅かな戻り燃料パイプ23内への燃料押し出し作用
により、戻り燃料パイプ23内の気泡は確実にフロート
室646へ移動し分離される。なお、燃料噴射時の燃料
供給パイプ21内への燃料押し出し量(噴射洩れ量)は
僅かであるが、燃料供給パイプ21内に加圧室方向のみ
に流れを許容する逆止弁を配置すると、噴射洩れ量を少
なくできる。
During operation of the engine 1, the fuel injection unit 44 operates to perform an injection by generation of a shocking high-pressure wave, a negative pressure generated in the pressurized chamber by the injection, and a head (positive pressure) by the fuel oil level of the float chamber 646. ) And the fuel transfer to the pressurized chamber occurs alternately and continuously. At the time of fuel transfer to the pressurizing chamber, if air bubbles are present in the return fuel pipe 23 near the pressurizing chamber,
Since the air bubbles return to the pressurized chamber again, if a check valve allowing flow only in the direction of the float chamber 646 is arranged in the return fuel pipe 23, air can be reliably released even during the operation of the engine 1. Since the shocking high-pressure wave has a strong directivity in the normal direction of the generation surface, the return fuel pipe 2 during fuel injection
The amount of fuel extruded into 3 (injection leakage amount) is small.
Due to this slight pushing action of the fuel into the return fuel pipe 23, the air bubbles in the return fuel pipe 23 are reliably moved to the float chamber 646 and separated. Although the amount of fuel pushed out into the fuel supply pipe 21 during fuel injection (the amount of injection leakage) is small, if a check valve that allows flow only in the direction of the pressurized chamber is arranged in the fuel supply pipe 21, Injection leakage can be reduced.

【0016】また、燃料供給パイプ21に燃料ポンプ1
9Bを設けてもよく、また戻り燃料パイプ23に調圧弁
101を設けてもよい。調圧弁101により燃料循環経
路Kは所定圧力に維持され、安定した余圧を付加するこ
とが可能であるため、燃料噴射ユニット44の作動によ
り正確な噴射ができる。この場合には気液分離フロート
室646は、液面を一定とするためのフロート式弁64
6aが不要となるが、上限レベル検知センサS11と下
限レベル検知センサS21から構成される燃料レベルメ
ータを設けるようにする。気液分離フロート室46の燃
料レベルが下限レベル検知センサS21の位置より下る
と、燃料ポンプ19Aを駆動してフィルタ20を介して
燃料を燃料タンク22から供給し、上限レベル検知セン
サS11が燃料を検知すると燃料の供給を停止する。
A fuel pump 1 is connected to a fuel supply pipe 21.
9B may be provided, and a pressure regulating valve 101 may be provided in the return fuel pipe 23. The fuel circulation path K is maintained at a predetermined pressure by the pressure regulating valve 101, and a stable excess pressure can be added. Therefore, accurate injection can be performed by operating the fuel injection unit 44. In this case, the gas-liquid separation float chamber 646 is provided with a float valve 64 for keeping the liquid level constant.
Although 6a is unnecessary, a fuel level meter including an upper limit level sensor S11 and a lower limit level sensor S21 is provided. When the fuel level of the gas-liquid separation float chamber 46 falls below the position of the lower limit level detection sensor S21, the fuel pump 19A is driven to supply fuel from the fuel tank 22 via the filter 20, and the upper limit level detection sensor S11 supplies fuel. Upon detection, the supply of fuel is stopped.

【0017】この実施例のエンジン1ではさらに、オイ
ル供給するためにオイル噴射ユニット649を用いてい
る。このオイル噴射ユニット649は、前述の高圧発生
装置16を用いた燃料噴射ユニット44と実質上同じ構
成であり、オイル配管653、654を介してインジェ
クタ655からクランク室及びシリンダ内にオイルが噴
射される。このオイル噴射ユニット649にはストレー
ナ652を介してオイルタンク651からオイルポンプ
650によりオイルが供給される。このオイル噴射ユニ
ット649は、前述を同様に、高圧発生源を有し、衝撃
的高圧によりインジェクタ655からオイルを噴射する
ものであり、その構成や衝撃的高圧波の発生原理や作用
及び噴射動作は燃料噴射ユニット44と同様である。な
お、加圧室には1つの衝撃的高圧発生部に対向した位置
にオイル配管653,654の各々に連通する複数の潤
滑油吐出ポートが設けられる。このオイル噴射ユニット
649にも、上記エア抜き手段を設けることにより、簡
単にエア抜きが可能になる。
The engine 1 of this embodiment further uses an oil injection unit 649 to supply oil. The oil injection unit 649 has substantially the same configuration as the fuel injection unit 44 using the high-pressure generator 16 described above, and oil is injected from the injector 655 into the crank chamber and the cylinder via the oil pipes 653 and 654. . Oil is supplied to the oil injection unit 649 from an oil tank 651 via a strainer 652 by an oil pump 650. The oil injection unit 649 has a high-pressure generation source and injects oil from the injector 655 by an impulsive high pressure similarly to the above, and its configuration, generation principle, action, and injection operation of the impulsive high-pressure wave are as follows. This is the same as the fuel injection unit 44. The pressurizing chamber is provided with a plurality of lubricating oil discharge ports communicating with each of the oil pipes 653 and 654 at positions facing one shocking high-pressure generating section. By providing the air bleeding means also in this oil injection unit 649, air bleeding can be easily performed.

【0018】以下、この発明の燃料噴射装置についてさ
らに説明する。図2は、燃料噴射装置の実施の形態の概
略構成図である。この実施の形態では、図1で示す気液
分離フロート室646は廃止され、燃料タンク22から
直接燃料が燃料ポンプ19により導かれて燃料噴射ユニ
ット44に送られる。また、燃料噴射ユニット44から
の戻し燃料パイプ23は燃料タンク22の上部に連結さ
れる。
Hereinafter, the fuel injection device of the present invention will be further described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an embodiment of the fuel injection device. In this embodiment, the gas-liquid separation float chamber 646 shown in FIG. 1 is eliminated, and the fuel is directly guided from the fuel tank 22 by the fuel pump 19 and sent to the fuel injection unit 44. The return fuel pipe 23 from the fuel injection unit 44 is connected to the upper part of the fuel tank 22.

【0019】高圧発生装置16とインジェクタ14が一
つのユニットとして一体に形成されたこの燃料噴射ユニ
ット44は、燃料噴射の応答性がよく、かつコンパクト
な構造になる。インジェクタ14は、先端に噴射口41
が形成されたノズル本体24を有し、このノズル本体2
4内に噴射弁25が装着される。噴射弁25はスプリン
グ26により常に閉方向に付勢される。このインジェク
タ14は、ノズルカバー200を介してケース本体31
に接続されこれと一体構造となる。このインジェクタ1
4に衝撃的高圧波が伝播してくると、噴射弁25先端の
内側面に衝突しさらに昇圧する。そして、そのエネルギ
ーにより、スプリング26に抗して噴射弁25が押し開
かれ、燃料が噴射される。
The fuel injection unit 44, in which the high-pressure generator 16 and the injector 14 are integrally formed as one unit, has a compact structure with good fuel injection responsiveness. The injector 14 has an injection port 41 at the tip.
Is formed, and the nozzle body 2
Injection valve 25 is mounted in 4. The injection valve 25 is always urged by the spring 26 in the closing direction. The injector 14 is connected to the case body 31 via the nozzle cover 200.
And is integrated with this. This injector 1
When the shocking high-pressure wave propagates to 4, it collides with the inner side surface of the tip of the injection valve 25 and further rises in pressure. Then, the fuel is injected by pushing the injection valve 25 open against the spring 26 by the energy.

【0020】ケース本体31の内部に加圧室50が形成
される。この加圧室50の一方の端部側には、衝撃的伸
長素子17a及びプランジャ17b等を含んで構成され
た衝撃的高圧発生源17が、ケース400及びケース本
体31により形成される収納室43内に配置される。こ
の高圧発生源17により、加圧室50内に衝撃的高圧を
発生させ、加圧室内の燃料に衝撃的圧力を付与する。
A pressure chamber 50 is formed inside the case body 31. On one end side of the pressurizing chamber 50, an impact high-pressure generation source 17 including an impact extension element 17 a and a plunger 17 b and the like is provided in a storage chamber 43 formed by the case 400 and the case main body 31. Is placed within. The high-pressure generation source 17 generates an impulsive high pressure in the pressurizing chamber 50 to apply an impressive pressure to the fuel in the pressurizing chamber.

【0021】プランジャ17bは、衝撃的伸長素子17
aの断面より大きい衝撃的加圧面17b1を有し、プラ
ンジャ17bは、衝撃的伸長素子17aと別部品であ
り、衝撃的伸長素子17aの燃料側端部に圧入固定して
設けられる。衝撃的伸長素子17aは、後述のように、
圧電素子とこれを挟持する電極(図示しない)で構成さ
れる。この電極に直流電源531が制御装置302を介
して接続される。
The plunger 17b is provided with an impact extension element 17
a, the plunger 17b is a separate component from the shock-elongating element 17a, and is press-fitted and fixed to the fuel-side end of the shock-elongation element 17a. The shock-elongating element 17a is, as described later,
It is composed of a piezoelectric element and electrodes (not shown) sandwiching the piezoelectric element. A DC power supply 531 is connected to this electrode via the control device 302.

【0022】また、プランジャ17bの外周には環状の
凹部17b2が形成され、この凹部17b2に衝撃的伸
長素子17a側の収納室43と加圧室50とを区画する
シール部材102を備えている。シール部材102はO
リング等で構成され、シール部材102の位置は、プラ
ンジャ17bの途中部に設けられる。
An annular recess 17b2 is formed on the outer periphery of the plunger 17b, and the recess 17b2 is provided with a seal member 102 for partitioning the storage chamber 43 on the side of the impact extension element 17a and the pressurizing chamber 50. The sealing member 102 is O
The position of the seal member 102 is provided in the middle of the plunger 17b.

【0023】また、プランジャ17bのストローク長
は、衝撃的伸長素子17aのストロークや変形量に対し
て充分の長さを有し、ストローク移動に対する反力は、
燃料圧と摩擦力によるもので余分な力はかからない。ま
た、筒状のケース本体31が熱変形を起こした場合で
も、作動ストロークの変位量は衝撃的伸長素子17aの
変位だけであるため計量精度には影響しない。また、加
圧室50の形状の自由度が高く、しかもエアが溜まりに
くい。なお、この実施の形態においては、加圧室内壁を
漏斗状にしている。
The stroke length of the plunger 17b is long enough for the stroke and the amount of deformation of the shock-elongating element 17a.
No extra force is applied due to fuel pressure and friction. Further, even when the cylindrical case main body 31 is thermally deformed, the displacement amount of the working stroke is only the displacement of the shock-elongating element 17a, and thus does not affect the measurement accuracy. Further, the degree of freedom of the shape of the pressurizing chamber 50 is high, and the air is hardly accumulated. In this embodiment, the inner wall of the pressurized chamber has a funnel shape.

【0024】この加圧室内燃料に対する衝撃的高圧波を
付与する衝撃的加圧面17b1に対向する側の加圧室内
壁50aの端部に加圧室50に臨んで燃料吐出ポート3
3が開口する。この燃料吐出ポート33は、インジェク
タ14に連通する。
The fuel discharge port 3 faces the pressurizing chamber 50 at the end of the pressurizing chamber wall 50a on the side facing the shocking pressurizing surface 17b1 for applying a shocking high-pressure wave to the pressurized chamber fuel.
3 opens. This fuel discharge port 33 communicates with the injector 14.

【0025】衝撃的高圧発生源17の衝撃的伸長素子1
7aは、端部を締め上げるナット403によりケース4
00に固定されている。401はナット締め上げ時の衝
撃的伸長素子17aの回り止めである。衝撃的高圧発生
源17は、ケース400を介してケース本体31に接続
され一体構造になる。この衝撃的高圧発生源17の衝撃
的加圧面17b1に直交する筒状のケース本体31の側
面、即ち、高圧波が伝播する進行方向に直角な側面に
は、燃料入口46aが加圧室50に臨んで開口する。こ
の燃料入口46aには燃料供給パイプ21に連通する第
1分岐供給側燃料通路21aが接続される。燃料入口4
6aの近傍上流部にはスプリングでバックアップされた
逆止弁21a1が配置されている。
The impact extension element 1 of the impact high-pressure source 17
7a is a case 4 with a nut 403 for tightening the end.
00 is fixed. Reference numeral 401 denotes a stopper for preventing the impact extension element 17a from rotating when the nut is tightened. The shock high-voltage source 17 is connected to the case main body 31 via the case 400 to form an integral structure. A fuel inlet 46a is provided in the pressurizing chamber 50 on a side surface of the cylindrical case main body 31 orthogonal to the shocking pressurizing surface 17b1 of the shocking high-pressure generation source 17, that is, a side surface perpendicular to the traveling direction in which the high-pressure wave propagates. It faces and opens. The first branch supply side fuel passage 21a communicating with the fuel supply pipe 21 is connected to the fuel inlet 46a. Fuel inlet 4
A check valve 21a1 backed up by a spring is arranged at an upstream portion near 6a.

【0026】また、ケース本体31の側面には、燃料出
口47aが加圧室50に臨んで開口する。この燃料出口
47aには戻り燃料パイプ23に連通する第1分岐戻り
側燃料通路23aが接続される。燃料出口47aの近傍
上流部にはスプリングでバックアップされた調圧弁23
a1が配置されている。
Further, a fuel outlet 47a is opened on the side surface of the case body 31 so as to face the pressurizing chamber 50. The first branch return-side fuel passage 23a communicating with the return fuel pipe 23 is connected to the fuel outlet 47a. The pressure regulating valve 23 backed up by a spring is located upstream of the fuel outlet 47a.
a1 is arranged.

【0027】このような構成の燃料噴射装置において、
加圧室50内に燃料を充填した状態で、衝撃的高圧発生
源17の衝撃的伸長素子17aに駆動電圧を印加し始め
ると、衝撃的伸長素子17aが形状変化する瞬間に衝撃
的加圧面17b1直近の燃料に衝撃的高圧波が発生す
る。この衝撃的高圧波は、衝撃的加圧面17b1側から
その衝撃的加圧面17b1対し直角方向に、加圧室50
の反対面側の対向する位置の燃料吐出ポート33に向か
って瞬時に伝播する。
In the fuel injection device having such a configuration,
When the driving voltage is started to be applied to the shock expanding element 17a of the shock high pressure source 17 in a state where the pressurizing chamber 50 is filled with the fuel, the shock pressing surface 17b1 is instantaneously changed when the shock expanding element 17a changes its shape. An impressive high-pressure wave is generated in the nearest fuel. The shocking high-pressure wave is applied to the pressing chamber 50 from the shocking pressing surface 17b1 in a direction perpendicular to the shocking pressing surface 17b1.
And instantaneously propagates toward the fuel discharge port 33 at the opposite position on the opposite side of the fuel discharge port 33.

【0028】この圧力波は、加圧室50内を進行中に加
圧室の側面に開口する燃料入口46aを通過するが、こ
の燃料入口46aの開口方向は、高圧波の進行方向に対
し直角方向であるため、これを瞬時に通過し、高圧波の
圧力は、燃料入口46a内の燃料および調圧弁23a1
に対し実質上何等作用せず、高圧波のエネルギーはほと
んど消費されない。衝撃的高圧発生源17の衝撃的加圧
面17b1から発せられ、漏斗状の加圧室内壁50aに
より集められ、さらに昇圧した衝撃的高圧波は、この面
に唯一形成された燃料吐出ポート33内に進入し、噴射
通路33aに到達する。噴射通路33aに到達した衝撃
的高圧波は、スプリング26に抗して噴射弁25を開き
噴射口41から高圧燃料を噴射させる。
The pressure wave passes through the fuel inlet 46a which opens to the side of the pressurizing chamber while traveling in the pressurizing chamber 50. The opening direction of the fuel inlet 46a is perpendicular to the direction of travel of the high-pressure wave. Direction, it passes through it instantaneously, and the pressure of the high pressure wave increases the pressure of the fuel in the fuel inlet 46a and the pressure regulating valve 23a1.
Has substantially no effect on the high-pressure wave, and little energy is consumed in the high-pressure wave. The high-pressure impulsive wave emitted from the impulsive pressurizing surface 17b1 of the impulsive high-pressure source 17 and collected by the funnel-shaped pressurized inner wall 50a and further boosted is introduced into the fuel discharge port 33 formed solely on this surface. Enters and reaches the injection passage 33a. The shocking high-pressure wave that has reached the injection passage 33a opens the injection valve 25 against the spring 26 and injects high-pressure fuel from the injection port 41.

【0029】ケース400の下端側(加圧室側)には、
燃料入口46bが形成され、この燃料入口46bには燃
料供給パイプ21に連通する第2分岐供給側燃料通路2
1bが接続される。また、ケース400の上端側には、
燃料出口47bが形成され、この燃料出口47bには戻
り燃料パイプ23に連通する第2分岐戻り側燃料通路2
3bが接続される。ケース400には、燃料出口47b
より上側の位置にシール部材190が設けられ、収納室
43内の燃料が外部に漏れないようにしている。
At the lower end side (pressurizing chamber side) of the case 400,
A fuel inlet 46b is formed, and the fuel inlet 46b has a second branch supply side fuel passage 2 communicating with the fuel supply pipe 21.
1b is connected. Also, on the upper end side of the case 400,
A fuel outlet 47b is formed, and the fuel outlet 47b has a second branch return-side fuel passage 2 communicating with the return fuel pipe 23.
3b is connected. The case 400 has a fuel outlet 47b.
A seal member 190 is provided at an upper position to prevent the fuel in the storage chamber 43 from leaking to the outside.

【0030】このように、この実施の形態では、燃料循
環路Kの供給側を、第1分岐供給側燃料通路21aと第
2分岐供給燃料通路21bに分岐し、第1分岐供給側燃
料通路21aは逆止弁21a1及び燃料入口46aを介
して加圧室50に連通させ、第2分岐供給側燃料通路2
1bは燃料入口46bを介して収納室43に連通させて
いる。
As described above, in this embodiment, the supply side of the fuel circulation path K is branched into the first branch supply side fuel passage 21a and the second branch supply fuel passage 21b, and the first branch supply side fuel passage 21a Communicates with the pressurizing chamber 50 through the check valve 21a1 and the fuel inlet 46a, and the second branch supply side fuel passage 2
1b communicates with the storage chamber 43 via the fuel inlet 46b.

【0031】一方、燃料循環路Kの戻り側を第1分岐戻
り側燃料通路23aと第2分岐戻り側燃料通路23bに
分岐し、第1分岐戻り側燃料通路23aは調圧弁23a
1及び燃料出口47aを介して加圧室50に連通させ、
第2分岐戻り側燃料通路23bは、燃料出口47bを介
して収納室43に連通させている。
On the other hand, the return side of the fuel circulation path K branches into a first branch return side fuel passage 23a and a second branch return side fuel passage 23b, and the first branch return side fuel passage 23a is connected to a pressure regulating valve 23a.
1 and communicate with the pressurizing chamber 50 through the fuel outlet 47a,
The second branch return-side fuel passage 23b communicates with the storage chamber 43 via a fuel outlet 47b.

【0032】このように、燃料循環路Kを、加圧室50
に燃料を供給する経路と、収納室43に燃料を供給する
経路に分岐したから、特別な冷却装置を備えることな
く、簡単な構造で衝撃的伸長素子17aを冷却すること
ができ、しかも、調圧弁23a1により加圧室50内の
予圧を一定にでき、且つ加圧室50内の燃料を衝撃的に
加圧するときに収納室43に燃料が逆流することを防止
でき、より燃料の噴射精度が向上する。
As described above, the fuel circulation path K is connected to the pressurizing chamber 50.
The fuel supply path is branched into a path for supplying fuel to the storage chamber 43 and a path for supplying fuel to the storage chamber 43. Therefore, the shock-elongating element 17a can be cooled with a simple structure without providing a special cooling device. The pre-pressure in the pressurizing chamber 50 can be made constant by the pressure valve 23a1, and the fuel can be prevented from flowing back into the storage chamber 43 when the fuel in the pressurizing chamber 50 is pressurized by impact. improves.

【0033】図3は、燃料噴射装置の実施の形態に係る
衝撃的高圧発生源17回りの詳細構成図である。この実
施の形態の燃料噴射ユニット44は、高圧発生装置16
とインジェクタ14が一体化され、高圧発生装置16の
密閉ケース71には収納室43が設けられ、この収納室
43に衝撃的高圧発生源17が収納されている。
FIG. 3 is a detailed configuration diagram around the impact high-pressure source 17 according to the embodiment of the fuel injection device. The fuel injection unit 44 according to this embodiment includes the high-pressure generator 16
And the injector 14 are integrated with each other, and a storage chamber 43 is provided in the sealed case 71 of the high-pressure generator 16, and the impact high-pressure generation source 17 is stored in the storage chamber 43.

【0034】密閉ケース71には、燃料入口46および
燃料出口47が設けられ、燃料供給パイプ21からの燃
料が燃料入口46から収納室43に供給され、収納室4
3からの燃料が燃料出口47から戻り燃料パイプ23へ
戻される。このように、燃料循環路Kの途中に衝撃的高
圧発生源17を収納する収納室43を設け、この収納室
43に燃料を循環させるように構成されている。
The sealed case 71 is provided with a fuel inlet 46 and a fuel outlet 47. Fuel from the fuel supply pipe 21 is supplied from the fuel inlet 46 to the storage chamber 43, and the storage chamber 4
3 is returned from the fuel outlet 47 to the fuel pipe 23. As described above, the storage chamber 43 for storing the impact high-pressure generation source 17 is provided in the middle of the fuel circulation path K, and the fuel is circulated through the storage chamber 43.

【0035】衝撃的高圧発生源17を収納する収納室4
3へ燃料を循環させることにより、特別な冷却装置を備
えることなく、簡単な構造で衝撃的高圧発生源17を冷
却することができる。したがって、衝撃的高圧発生源1
7を長時間使用しても温度が上昇しないため、衝撃的高
圧発生源17の変位特性が変化することがなく、燃料の
噴射精度が向上する。
Storage room 4 for storing shocking high-pressure source 17
By circulating the fuel to 3, the impact high-pressure source 17 can be cooled with a simple structure without a special cooling device. Therefore, the shock high pressure source 1
Since the temperature does not rise even after using the fuel cell 7 for a long time, the displacement characteristics of the high-impact high-pressure source 17 do not change, and the fuel injection accuracy is improved.

【0036】衝撃的高圧発生源17は、密閉ケース71
内に設けた複数枚の圧電素子73を有し、各圧電素子7
3間には、例えば正極側の第1極板151aと負極側の
第2極板151bが交互に配設される。これらの圧電素
子73、第1極板151aおよび第2極板151bは、
積層された状態で、保持具74およびプランジャ152
間に挟持され、ボルト72により相互に固定保持され
る。
The high-pressure shock source 17 includes a sealed case 71.
And a plurality of piezoelectric elements 73 provided therein.
For example, the first electrode plates 151a on the positive electrode side and the second electrode plates 151b on the negative electrode side are alternately arranged between the three. The piezoelectric element 73, the first polar plate 151a and the second polar plate 151b
In the stacked state, the holder 74 and the plunger 152
It is sandwiched between and fixedly held by bolts 72.

【0037】このようにボルト72で一体的に固定保持
された圧電素子73は、その保持具74を介して、ねじ
部材75により、密閉ケース71内に取付けられる。各
第1極板151a同士および第2極板151b同士は、
それぞれ導電板76で連結され、正電荷を供給する第1
電荷供給線303及び負電荷を供給する第2電荷供給線
304を介して制御装置302に接続される。密閉ケー
ス71からの各電荷供給線303,304の取り出し部
には、シール用グロメット77が装着され、ケース内の
密封性が保持される。シール用グロメット77はさらに
燃料漏れ防止に寄与する。制御装置302はECU50
0に接続され、後述のように駆動制御される。制御装置
302は、交流電源300を交直変換回路301で直流
に変換した直流電源531に接続される。
The piezoelectric element 73 integrally fixed and held by the bolts 72 is attached to the inside of the closed case 71 by the screw member 75 via the holder 74. Each first electrode plate 151a and each second electrode plate 151b are
The first is connected by a conductive plate 76 and supplies a positive charge.
It is connected to the control device 302 via a charge supply line 303 and a second charge supply line 304 for supplying a negative charge. A sealing grommet 77 is attached to a portion where each of the charge supply lines 303 and 304 is taken out from the sealed case 71 to maintain the hermeticity of the case. The sealing grommet 77 further contributes to preventing fuel leakage. The control device 302 is the ECU 50
0 and drive-controlled as described below. The control device 302 is connected to a DC power supply 531 obtained by converting the AC power supply 300 into a direct current by the AC / DC conversion circuit 301.

【0038】ここで圧電素子とは、いわゆる圧電効果を
有する素子からなる公知の圧電アクチュエータである。
なお、圧電効果を有する材料には、水晶から高分子まで
各種のものがあるが、圧電アクチュエータの材料として
は圧電セラミックスの一種であるジルコン酸チタン酸鉛
(PZT)が代表的である。
Here, the piezoelectric element is a known piezoelectric actuator made of an element having a so-called piezoelectric effect.
In addition, there are various materials having a piezoelectric effect from quartz to a polymer. As a material of a piezoelectric actuator, lead zirconate titanate (PZT), which is a kind of piezoelectric ceramics, is representative.

【0039】プランジャ152は、衝撃的伸長素子を構
成する圧電素子73の断面より大きい衝撃的加圧面15
2aを有する。このプランジャ152は、圧電素子73
と別部品であり、圧電素子73の燃料側端部に設けられ
る。圧電素子73の断面より大きい衝撃的加圧面152
aを有するプランジャ152を用いることにより、簡単
な構成で大きな衝撃的圧力を得て効率よく燃料を供給す
ることができる。
The plunger 152 has an impacting pressure surface 15 larger than a cross section of the piezoelectric element 73 constituting the impacting extension element.
2a. The plunger 152 includes the piezoelectric element 73
And is provided at the fuel-side end of the piezoelectric element 73. Shock pressing surface 152 larger than the cross section of piezoelectric element 73
By using the plunger 152 having “a”, a large impact pressure can be obtained with a simple configuration and fuel can be supplied efficiently.

【0040】また、プランジャ152の外周には、環状
の凹部152bが形成され、この凹部152bに密閉ケ
ース71に対するプランジャ152の摺動を円滑にし、
摩耗を防止する摺動部材153を備えている。摺動部材
153の位置は、プランジャ152の途中部に設けられ
る。プランジャ152のストローク長は、圧電素子73
のストロークや変形量に対して十分確保するようにする
とともに、摺動部材153によりプランジャ152の移
動を円滑にして衝撃的高圧を発生しやすくする。
An annular recess 152b is formed in the outer periphery of the plunger 152, and the recess 152b allows the plunger 152 to slide smoothly with respect to the sealed case 71.
A sliding member 153 for preventing wear is provided. The position of the sliding member 153 is provided in the middle of the plunger 152. The stroke length of the plunger 152 is
In addition to ensuring a sufficient stroke and deformation amount, the sliding member 153 facilitates the movement of the plunger 152 to easily generate an impact high pressure.

【0041】プランジャ152には、燃料循環路Kの一
部を構成する収納室43と加圧室50とを連通させる連
通路160が設けられ、この連通路160は、加圧室5
0が負圧となる燃料供給時に燃料循環路Kの一部を構成
する収納室43から燃料を加圧室50に供給可能にし、
加圧室50内の燃料を衝撃的に加圧するときには絞りと
なり、加圧室50内から収納室43への燃料の逆流を軽
減するように機能する。
The plunger 152 is provided with a communication path 160 for communicating the storage chamber 43, which forms a part of the fuel circulation path K, with the pressurizing chamber 50.
The fuel can be supplied to the pressurizing chamber 50 from the storage chamber 43 which forms a part of the fuel circulation path K when supplying the fuel in which 0 is a negative pressure,
When the fuel in the pressurizing chamber 50 is shockedly pressurized, it becomes a throttle and functions to reduce the backflow of the fuel from the pressurizing chamber 50 to the storage chamber 43.

【0042】複数枚(この例では7枚)の圧電素子(圧
電セラミックス)73及びこれらを挟み込むように配置
され、一体化された第1極板151aと第2極板151
bとにより電歪素子が形成される。交流電源300から
の交流電源は交直変換回路301を経て直流電圧に変換
され、電圧調整のための制御装置302に入力される。
電圧調整用制御装置302は、ECU500により制御
され、電圧を印加する充電時(圧力発生時)に第1電荷
供給線303あるいは第2電荷供給線304とそれぞれ
接続される2つのアウトプットの内、第1電荷供給線3
03を所定の電圧の正電圧に調整する一方、第2電荷供
給線304側をアースする。また、圧力付与が終了した
時点での放電時には第1電荷供給線303側及び第2電
荷供給線304側の両側をアースする。
A plurality of (seven in this example) piezoelectric elements (piezoelectric ceramics) 73 and a first electrode plate 151a and a second electrode plate 151 which are arranged so as to sandwich them and are integrated.
b forms an electrostrictive element. An AC power supply from the AC power supply 300 is converted into a DC voltage via an AC / DC conversion circuit 301 and input to a control device 302 for voltage adjustment.
The voltage adjustment control device 302 is controlled by the ECU 500 and, when charging (when pressure is generated) for applying a voltage, of the two outputs respectively connected to the first charge supply line 303 or the second charge supply line 304, First charge supply line 3
03 is adjusted to a predetermined positive voltage, and the second charge supply line 304 is grounded. Further, at the time of discharge at the time when the application of the pressure is completed, both sides of the first charge supply line 303 and the second charge supply line 304 are grounded.

【0043】このように、燃料噴射ユニット44は、液
体燃料供給源と燃料入口により連通する加圧室50と、
少なくとも一つの圧電体の両側の一方に第1の電極と他
方に第2の電極を配置した圧電素子73からなり、この
圧電素子73は複数配置されるが、第1電荷供給線30
3側の端子TA1と第2電荷供給線304側の端子TA
2に、端子TA1が所定の正電圧値になり、端子TA2
がアースするように電圧印加すると、第1極板151a
から第2極板151bの方向すなわち実線矢印方向に電
界が発生し、第1電板151aと第2電板151bの間
の圧電セラミックスは、電界の大きさに略比例して伸長
する。一方第1電荷供給線303側をアースし、第2電
荷供給線304側を所定の正電圧にすると、第2極板1
51bから第1極板151aの方向すなわち破線矢印方
向に電界が発生し、第1極板151aと第2極板151
bの間の圧電セラミックスは、電界の大きさに略比例し
て収縮する。
As described above, the fuel injection unit 44 includes the pressurizing chamber 50 communicating with the liquid fuel supply source through the fuel inlet,
The piezoelectric element 73 includes a first electrode on one side of at least one piezoelectric body and a second electrode on the other side, and a plurality of the piezoelectric elements 73 are arranged.
Terminal TA1 on the third side and terminal TA on the second charge supply line 304 side
2, the terminal TA1 has a predetermined positive voltage value, and the terminal TA2
When the voltage is applied to ground the first electrode plate 151a
, An electric field is generated in the direction of the second electrode plate 151b, that is, in the direction of the solid line arrow, and the piezoelectric ceramic between the first electric plate 151a and the second electric plate 151b expands substantially in proportion to the magnitude of the electric field. On the other hand, when the first charge supply line 303 side is grounded and the second charge supply line 304 side is set to a predetermined positive voltage, the second electrode plate 1
An electric field is generated from 51b in the direction of the first polar plate 151a, that is, in the direction of the dashed arrow, and the first polar plate 151a and the second polar plate 151 are generated.
The piezoelectric ceramic during b shrinks substantially in proportion to the magnitude of the electric field.

【0044】図3において、第1極板151aと第2極
板151bは交互に配置されるため、各圧電セラミック
スに作用する電界の方向は、圧電セラミックスの配列の
順に180度ずつ反転する。このため、この実施の形態
においては、同一板状の圧電セラミックスを配列の順に
表裏を180度ずつ反転して配置しており、第1電荷供
給線303側及び第2電荷供給線304側への電圧の負
荷に応じて全ての圧電セラミックスを同時に伸長あるい
は同時に収縮されることが可能となる。各圧電セラミッ
クスの変位は集積されて(図3のものでは7つの変位が
集積されて)大きな変位となる。
In FIG. 3, since the first electrode plates 151a and the second electrode plates 151b are alternately arranged, the direction of the electric field acting on each piezoelectric ceramic is reversed by 180 degrees in the order of the arrangement of the piezoelectric ceramics. For this reason, in this embodiment, the same plate-shaped piezoelectric ceramics are arranged with the front and back reversed by 180 degrees in the order of arrangement, and the piezoelectric ceramics are arranged on the first charge supply line 303 side and the second charge supply line 304 side. All the piezoelectric ceramics can be simultaneously expanded or contracted in accordance with the voltage load. The displacements of the respective piezoelectric ceramics are integrated (in FIG. 3, seven displacements are integrated) to be a large displacement.

【0045】なお、誤った組み立てを防ぐため、同一の
圧電素子73の側面外周に2種類の色を塗布し、且つ一
方の色の圧電素子73に伸長する時の電界の方向と同じ
方向の矢印を側面外周に付け、他方の色の圧電素子73
に収縮する時の電界の方向と同じ矢印を側面外周に付
け、これらを端部の第1極板151aにまず指定色のも
のを配置し、その後は順に色の違うものを交互に並べ、
且つ矢印が所定の位置方向を向くように組み立てること
により、確実に各圧電素子73を配列順に180度ずつ
反転させて並べることが可能となる。
In order to prevent erroneous assembly, two kinds of colors are applied to the outer periphery of the side surface of the same piezoelectric element 73, and an arrow in the same direction as the direction of the electric field when the piezoelectric element 73 of one color is extended. Is attached to the outer periphery of the side surface, and the piezoelectric element 73 of the other color is attached.
The same arrow as the direction of the electric field at the time of contraction is attached to the outer periphery of the side surface, these are arranged first on the first electrode plate 151a at the end with the designated color, and then those having different colors are alternately arranged in order,
In addition, by assembling such that the arrow points in the predetermined position direction, it is possible to invert and arrange the piezoelectric elements 73 by 180 degrees in the arrangement order.

【0046】図4は電力供給装置の実施の形態を示す概
略構成図である。ECU500には、パルサーコイルあ
るいはクランク角センサ501からクランク角情報が、
スロットル開度センサ502からスロットル開度情報
が、エンジン回転センサ503からエンジン回転情報が
それぞれ入力される。なお、スロットル開度センサは空
気量センサとしてもよい。またエンジン回転数はクラン
ク角センサのデータから演算してもよい。これらの情報
に基づきECU500は、メモリ510に予め記憶され
ている点火制御マップにより点火制御回路520に制御
指令を送り、エンジンの運転状態に応じた点火タイミン
グで点火プラグをスパークさせる。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of the power supply device. The ECU 500 receives crank angle information from the pulsar coil or the crank angle sensor 501,
The throttle opening information is input from the throttle opening sensor 502 and the engine rotation information is input from the engine rotation sensor 503. Note that the throttle opening sensor may be an air amount sensor. The engine speed may be calculated from the data of the crank angle sensor. Based on this information, the ECU 500 sends a control command to the ignition control circuit 520 according to an ignition control map stored in the memory 510 in advance, and causes the spark plug to spark at an ignition timing according to the operating state of the engine.

【0047】また、ECU500は、予め記憶されてい
る衝撃的伸長素子制御マップにより衝撃的伸長素子の端
子電圧を制御する制御装置302に制御指令を送る。こ
の制御装置302には、直流電源531から所定の電源
電圧が与えられている。制御装置302は、後述のよう
に、制御指令に基づき衝撃的伸長素子17aの端子TA
1及び端子TA2の電圧を制御して所定のタイミングで
衝撃的伸長素子17aを伸長させて噴射口41からエン
ジン1の燃焼室40に燃料を噴射させる。
Further, the ECU 500 sends a control command to the control device 302 which controls the terminal voltage of the shock-expanding element according to the shock-expanding element control map stored in advance. The control device 302 is supplied with a predetermined power supply voltage from a DC power supply 531. The control device 302 controls the terminal TA of the shock-stretching element 17a based on the control command, as described later.
1 and the voltage of the terminal TA2 are controlled to extend the shock-extending element 17a at a predetermined timing to inject fuel from the injection port 41 into the combustion chamber 40 of the engine 1.

【0048】次に図5〜図8を参照して本発明の燃料噴
射装置の駆動電圧制御についてさらに説明する。図5は
本実施例の燃料噴射装置の具体的な回路図、図6は図5
の回路構成による駆動動作の説明図、図7は図5の回路
構成による制御動作のフローチャート、図8はスロット
ル開度に対する圧電素子への供給電圧のグラフである。
Next, the drive voltage control of the fuel injection device of the present invention will be further described with reference to FIGS. FIG. 5 is a specific circuit diagram of the fuel injection device of the present embodiment, and FIG.
7 is a flowchart of a control operation by the circuit configuration of FIG. 5, and FIG. 8 is a graph of a supply voltage to the piezoelectric element with respect to a throttle opening.

【0049】図5に示すように、制御装置302は、E
CU500により駆動される駆動回路700と、抵抗R
1を介して直流電源531と圧電素子704の正極側と
の間に介装された第1スイッチ701と、抵抗R2を介
して圧電素子704の正極側とアース間に介装される第
2スイッチ702と、圧電素子704の正極側に接続さ
れた電圧検出器703とにより構成される。第1および
第2スイッチ701,702はトランジスタからなり、
後述のように駆動回路700によりオンオフ制御され
る。圧電素子704は、前述のように、正負の両電極板
間に挟持され、プランジャに連結された構成であり、前
記図2または図3の衝撃的高圧発生源17と同じ構成で
ある。
As shown in FIG. 5, the control device 302
A driving circuit 700 driven by the CU 500;
1, a first switch 701 interposed between the DC power supply 531 and the positive electrode side of the piezoelectric element 704, and a second switch interposed between the positive electrode side of the piezoelectric element 704 and ground via the resistor R2. 702 and a voltage detector 703 connected to the positive electrode side of the piezoelectric element 704. The first and second switches 701 and 702 are composed of transistors,
ON / OFF control is performed by the drive circuit 700 as described later. As described above, the piezoelectric element 704 is sandwiched between the positive and negative electrode plates and connected to the plunger, and has the same configuration as the high-impact high-voltage source 17 shown in FIG. 2 or FIG.

【0050】直流電源531は、一定電圧のバッテリー
に昇圧回路を接続したものでもよい(例えば12Vのバ
ッテリー電圧を300〜500に昇圧して直流電源53
1とする)。あるいは前述のように、交流電源と交直変
換器からなる直流一定電圧(例えば300〜500V)
を付与する電源回路であってもよい。この直流電源53
1の正側が第1スイッチ701を介して圧電素子704
の正極側に接続される。直流電源531の負側はアース
に接続される。
The DC power supply 531 may be one in which a step-up circuit is connected to a battery of a constant voltage (for example, by boosting the battery voltage of 12 V to 300 to 500 and increasing the DC power supply 531).
1). Alternatively, as described above, a constant DC voltage (for example, 300 to 500 V) including an AC power supply and an AC / DC converter.
Power supply circuit. This DC power supply 53
1 is connected to the piezoelectric element 704 via the first switch 701.
Is connected to the positive electrode side. The negative side of DC power supply 531 is connected to ground.

【0051】第1スイッチ701は、圧電素子704の
充電スイッチとして機能するものであり、直流電源53
1からの電圧を圧電素子704に印加して圧電素子70
4を充電しこれを伸長させることにより衝撃的高圧を発
生させる。
The first switch 701 functions as a charging switch for the piezoelectric element 704,
1 to the piezoelectric element 704 to apply the voltage from
4 is charged and stretched to generate a shocking high voltage.

【0052】第2スイッチ702は、圧電素子704の
放電スイッチとして機能するものであり、充電により伸
長した圧電素子704を放電して電圧印加を停止し高圧
発生を解除して圧電素子704を元の非駆動状態に戻
す。
The second switch 702 functions as a discharge switch for the piezoelectric element 704. The second switch 702 discharges the piezoelectric element 704 extended by charging, stops voltage application, cancels high voltage generation, and restores the piezoelectric element 704 to its original state. Return to non-driving state.

【0053】電圧検出器703は、圧電素子704にチ
ャージされた電圧を検出するためのものであり、圧電素
子704の両極端子(TA1,TA2)間の電圧あるい
は、アースされた負極に対する正極電荷の電位を測定す
る。
The voltage detector 703 detects the voltage charged in the piezoelectric element 704, and detects the voltage between the two terminals (TA1 and TA2) of the piezoelectric element 704 or the positive electric charge with respect to the grounded negative electrode. Measure the potential.

【0054】ECU500には、前述のように、クラン
ク角データ、スロットル開度データおよびエンジン回転
数データ等の運転状態を示すデータが入力され、これら
に応じて、メモリ510に格納されたマップデータ等に
基づいて点火時期や燃料噴射タイミング等について最適
な運転制御データを演算して求める。このような演算値
は制御装置302の駆動回路700に送られる。
As described above, data indicating the operating state such as crank angle data, throttle opening data, and engine speed data is input to the ECU 500, and the map data and the like stored in the memory 510 are input accordingly. Optimum operation control data for ignition timing, fuel injection timing, etc. is calculated based on Such a calculated value is sent to the drive circuit 700 of the control device 302.

【0055】駆動回路700は、ECU500からの指
令値および電圧検出器703の検出電圧に基づき、後述
のように第1および第2のスイッチ701および702
をオンオフ制御して圧電素子704を駆動し最適状態で
燃料を噴射する。
The drive circuit 700, based on the command value from the ECU 500 and the voltage detected by the voltage detector 703, controls the first and second switches 701 and 702 as described later.
Is turned on and off to drive the piezoelectric element 704 to inject fuel in an optimal state.

【0056】次に、上記構成の燃料噴射装置を構成する
回路の動作について図6を参照して説明する。図6にお
いて、(A)は第1スイッチ701の駆動動作による圧
電素子(高圧発生源17)に対する充電信号を表わし、
(B)は高圧発生源17に電圧を印加したときに高圧発
生源17に充電される電圧の立ち上がり状態のグラフで
あり、(C)は第2スイッチ702の駆動動作による高
圧発生源17に対する放電信号を表わし、(D)は高圧
発生源17の駆動により発生する燃料に対する圧力波形
を表わすグラフである。
Next, the operation of the circuit constituting the fuel injection device having the above configuration will be described with reference to FIG. In FIG. 6, (A) shows a charging signal to the piezoelectric element (high-voltage generation source 17) by the driving operation of the first switch 701,
(B) is a graph of a rising state of a voltage charged in the high voltage generation source 17 when a voltage is applied to the high voltage generation source 17, and (C) discharges the high voltage generation source 17 by the driving operation of the second switch 702. FIG. 4D is a graph showing a signal, and FIG. 4D is a graph showing a pressure waveform for fuel generated by driving the high-pressure generating source 17.

【0057】図6に示すように、2サイクルエンジンの
ピストンが下死点(BDC)から上死点(TDC)へ移
行する間の排気ポートおよび掃気ポートのいずれもが閉
じた状態で、同図(A)のように、所定のクランク角α
1に対応する時点t1で第1スイッチ701をオンにす
る。これにより、同図(B)に示すように、この時点t
1から高圧発生源17に対する電圧印加が開始され、圧
電素子を挟持する正負の両電極板に電荷がチャージされ
これに対応して充電電圧が立ち上がる。
As shown in FIG. 6, when both the exhaust port and the scavenging port are closed while the piston of the two-stroke engine shifts from bottom dead center (BDC) to top dead center (TDC). (A), a predetermined crank angle α
At time t1 corresponding to 1, the first switch 701 is turned on. As a result, as shown in FIG.
The application of a voltage to the high-voltage generation source 17 starts from 1 and electric charges are charged to the positive and negative electrode plates sandwiching the piezoelectric element, and the charging voltage rises correspondingly.

【0058】この場合、高圧発生源17を構成する圧電
素子や電極板の形状や特性等に応じて、その高圧発生源
における電荷が飽和するまでの時間TSが定まり、この
時間TSは印加する電圧にかかわらずほぼ一定である。
すなわち、図6(B)に示すように、V1の電圧を印加
した場合(点線)の充電完了時点およびこれより低いV
0の電圧を印加した場合(一点鎖線)の充電完了時点は
ともにt4で変らない。したがって、印加電圧が高い程
充電速度は大きくなり、これに対応して圧電素子の伸長
速度が大きくなって大きな衝撃的圧力が得られる。逆
に、印加電圧を低下させると、短に圧力が低下するだけ
でなく、圧電素子の伸長速度の低下によりその衝撃作用
が低下する。したがって、衝撃的高圧による燃料噴射が
安定して行われなくなる。
In this case, the time TS until the electric charge in the high-voltage generation source is saturated is determined according to the shape and characteristics of the piezoelectric element and the electrode plate constituting the high-voltage generation source 17, and this time TS is the applied voltage. It is almost constant regardless of.
That is, as shown in FIG. 6B, when the voltage of V1 is applied (dotted line), the charging completion point and the lower V
When the voltage of 0 is applied (dashed line), the charging completion time does not change at t4. Therefore, as the applied voltage is higher, the charging speed is higher, and the expansion speed of the piezoelectric element is correspondingly higher, so that a large impact pressure is obtained. Conversely, when the applied voltage is reduced, not only does the pressure drop shortly, but also the impact action of the piezoelectric element decreases due to a decrease in the extension speed of the piezoelectric element. Therefore, the fuel injection by the impulsive high pressure cannot be performed stably.

【0059】本発明では、エンジン高負荷時の最大噴射
量を充分カバーできる電圧V1を常に印加する。噴射量
を小さくする場合には、印加電圧V1の立ち上がり中に
電圧印加を停止する。これにより、充電速度を低下させ
ることなく、低電圧の付与が可能になる。したがって、
圧電素子の伸長速度は最大噴射量の場合と同様に大きく
保って衝撃作用を充分に大きくしたまま、その圧力を下
げて噴射量を少なくすることができる。
In the present invention, the voltage V1 that can sufficiently cover the maximum injection amount under a high engine load is always applied. When reducing the injection amount, the voltage application is stopped during the rise of the applied voltage V1. Thus, a low voltage can be applied without lowering the charging speed. Therefore,
The extension speed of the piezoelectric element is kept high as in the case of the maximum injection amount, and the injection amount can be reduced by lowering the pressure while the impact action is sufficiently increased.

【0060】このように、電圧V1の立ち上がり中に電
圧印加を停止するために、本発明では、電圧検出器を用
いて立ち上がり中の圧電素子への充電電圧を検出し、必
要な噴射量に対応する所定の電圧V0に達したら、その
時点t2で第1スイッチ701をオフにするとともに、
第2スイッチ702をオンにして放電を開始する(図6
(C)参照)。放電が充分に行われた時点t3で第2ス
イッチ702をオフにする。この放電終了時間は、電圧
印加停止後放電が完了するまでの充分な時間を予め見込
んでタイマー設定により第2スイッチをオフにしてもよ
いし、あるいは前述の電圧検出器により充電電圧をさら
にモニターし続け、充電電圧がゼロになった時点で第2
スイッチをオフにしてもよい。
As described above, in order to stop the voltage application during the rising of the voltage V1, the present invention detects the charging voltage to the rising piezoelectric element by using the voltage detector, and responds to the necessary injection amount. When the predetermined voltage V0 is reached, the first switch 701 is turned off at the time t2,
The second switch 702 is turned on to start discharging (FIG. 6
(C)). At time t3 when the discharge is sufficiently performed, the second switch 702 is turned off. The discharge end time may be determined by setting a timer to turn off the second switch in consideration of a sufficient time until the discharge is completed after the voltage application is stopped, or the charge voltage may be further monitored by the above-described voltage detector. When the charging voltage becomes zero, the second
The switch may be turned off.

【0061】このような駆動電圧制御により、(D)に
示すように、電圧印加開始時点t1から数μsの時間遅
れT0後に燃料に圧力が発生し、電圧印加時間経過後に
最大衝撃圧力が得られる。この圧力ピークに達するまで
の時間T2は、第1スイッチオン時点t1から第2スイ
ッチオン時点t2までの電圧印加時間T1の数倍(例え
ば数100μs程度)である。
By such drive voltage control, as shown in (D), pressure is generated in the fuel after a time delay T0 of several μs from the voltage application start time t1, and the maximum impact pressure is obtained after the lapse of the voltage application time. . The time T2 until the pressure peak is reached is several times (for example, about several hundred μs) the voltage application time T1 from the first switch-on time t1 to the second switch-on time t2.

【0062】次に上記構成の制御回路による燃料噴射制
御のフローについて図7を参照して説明する。まずEC
U500が、スロットル開度θおよびエンジン回転数R
PMのデータを測定または演算により求め制御用データ
の演算ベースとして取入れる(ステップS1)。
Next, the flow of the fuel injection control by the control circuit having the above configuration will be described with reference to FIG. First EC
U500 is the throttle opening θ and the engine speed R
PM data is obtained by measurement or calculation and taken in as the calculation base of control data (step S1).

【0063】次にこれらのデータに基づいて、そのとき
のエンジン運転状態に応じた最適の噴射時期α1および
点火時期α2を演算により求めるとともに、噴射量に対
応した圧電素子への制御電圧V0を演算する(ステップ
S2)。この電圧V0は、前述の図6で説明したよう
に、電源電圧V1の立ち上がり中に放電を開始する電圧
である。この場合、必要な噴射量を得るための放電開始
電圧V0は、エンジン負荷に対応している。したがっ
て、図8に示すように、スロットル開度θにほぼ比例す
る。即ち、スロットル開度θが小さいとき(あるいは吸
入空気量が少ないとき)は、噴射量を少なくしこれに対
応して放電開始電圧V0を低く設定する。なお、この放
電開始電圧V0は、エンジンの要求負荷に対応するスロ
ットル開度θのみでなく、エンジン回転数や温度その他
の運転状態の検出データに対応して定めてもよい。この
ようなV0を求める場合、予めスロットル開度等のパラ
メータに対する最適V0のマップを作成してメモリ51
0(図5)に格納し、ECU500が演算処理により求
める。
Next, based on these data, the optimum injection timing α1 and ignition timing α2 according to the engine operating state at that time are obtained by calculation, and the control voltage V0 to the piezoelectric element corresponding to the injection amount is calculated. (Step S2). The voltage V0 is a voltage that starts discharging during the rise of the power supply voltage V1, as described with reference to FIG. In this case, the discharge starting voltage V0 for obtaining the required injection amount corresponds to the engine load. Therefore, as shown in FIG. 8, it is almost proportional to the throttle opening θ. That is, when the throttle opening θ is small (or when the intake air amount is small), the injection amount is reduced, and the discharge start voltage V0 is set low accordingly. The discharge start voltage V0 may be determined not only by the throttle opening θ corresponding to the required load of the engine, but also by detection data of the engine speed, temperature, and other operating conditions. When such a V0 is obtained, a map of the optimum V0 for a parameter such as a throttle opening is created in advance and the memory 51 is created.
0 (FIG. 5), and the ECU 500 obtains the value through arithmetic processing.

【0064】噴射時期α1は、スロットル開度およびエ
ンジン回転数のデータから予め定めたマップを用いて演
算する。この場合、負荷が小さい程噴射量が小さくな
り、燃焼時間も短くなるため、α1は排気ポートおよび
掃気ポート閉後のTDC前の進角側に設定される。負荷
が大きくなる時には、α1は排気ポート及び掃気ポート
閉前に設定される。
The injection timing α1 is calculated from data of the throttle opening and the engine speed using a predetermined map. In this case, the smaller the load, the smaller the injection amount and the shorter the combustion time. Therefore, α1 is set on the advance side before TDC after the exhaust port and the scavenging port are closed. When the load increases, α1 is set before the exhaust port and the scavenging port are closed.

【0065】点火時期α2についても、ECU500に
より、スロットル開度およびエンジン回転数のデータか
ら予め定めたマップを用いて演算する。この場合、さら
に他の運転状態データを考慮して点火時期α2を設定し
てもよい。
The ignition timing α2 is also calculated by the ECU 500 from the data of the throttle opening and the engine speed using a predetermined map. In this case, the ignition timing α2 may be set in consideration of other operation state data.

【0066】次に、ステップS3に進み、演算したタイ
ミングで制御を実行するために、パルサー信号またはク
ランク角信号のデータを取込む。続いて、このクランク
角信号に基づいて、α1の時点t1(図6参照)で第1
スイッチ701(図5)をオンにする(ステップS
4)。これにより、前述のように、直流電源531から
一定電圧V1が印加され充電が開始される。
Next, the process proceeds to step S3, in which data of a pulsar signal or a crank angle signal is fetched in order to execute control at the calculated timing. Subsequently, based on the crank angle signal, at time t1 (see FIG. 6) of α1, the first
Turn on the switch 701 (FIG. 5) (step S
4). Thus, as described above, the constant voltage V1 is applied from the DC power supply 531 to start charging.

【0067】この充電開始後、電圧検出器703(図
5)により検出した高圧発生源17の充電電圧、即ち印
加電圧V1の立ち上がり電圧Vのデータを読み取り(ス
テップS5)、この立ち上がり電圧Vが前述の放電開始
電圧V0に達したかどうかを判別する(ステップS
6)。
After the start of the charging, the charge voltage of the high voltage source 17 detected by the voltage detector 703 (FIG. 5), that is, the data of the rising voltage V of the applied voltage V1 is read (step S5). It is determined whether or not the discharge start voltage V0 has reached (Step S)
6).

【0068】立ち上がり電圧がV0に達したらステップ
S7に進み、その時点t2(図6参照)で第1スイッチ
701をオフにするとともに第2スイッチ702をオン
にして放電を開始する。これにより、前述のように、必
要な噴射量に対応した衝撃的高圧が燃料に付与され、噴
射口から燃料が噴射される。
When the rising voltage reaches V0, the process proceeds to step S7, at which time the first switch 701 is turned off and the second switch 702 is turned on at time t2 (see FIG. 6) to start discharging. Thereby, as described above, an impulsive high pressure corresponding to the required injection amount is applied to the fuel, and the fuel is injected from the injection port.

【0069】続いてステップS8において、前記ステッ
プS2で演算した点火時期α2のクランク角となる時点
で点火プラグをスパークさせる。このようなステップS
1〜S8までの処理をサイクル毎にエンジン停止まで繰
り返す(ステップS9)。
Subsequently, in step S8, the spark plug is sparked at the time when the ignition timing α2 calculated in step S2 reaches the crank angle. Such a step S
The processing from 1 to S8 is repeated every cycle until the engine stops (step S9).

【0070】なお、より多くの燃料を噴射し、より大き
なエンジン出力を発揮させる場合には、クランク角α2
における点火前に複数回の燃料噴射を実施させればよ
い。例えば、図7のステップS2で、第2噴射のための
クランク角α1’(α1より遅角した角度)も算出させ
るようにし、ステップS7とステップS8の間に、ステ
ップS3からステップS7相当を再度実施させるように
してもよい。この場合、ステップS4相当部において
は、α1’で第1スイッチONとして充電を開始する。
In order to inject a larger amount of fuel and achieve a larger engine output, the crank angle α2
May be performed a plurality of times before the ignition. For example, in step S2 in FIG. 7, the crank angle α1 ′ (the angle delayed from α1) for the second injection is also calculated, and between steps S7 and S8, steps S3 to S7 are repeated. You may make it implement. In this case, in the part corresponding to step S4, the charging is started by setting the first switch to ON at α1 ′.

【0071】図9は、本発明の燃料噴射装置を4サイク
ルエンジンに適用した場合の構成図である。エンジン1
は、燃焼室40の上部を構成するシリンダヘッド2と、
燃焼室40の筒体を構成するシリンダブロック3と、ク
ランク室を形成するクランクケース4とにより構成され
る。クランク室内のクランク軸5は、クランクピン6及
びピストンピン7に連結されたコンロッド100を介し
てピストン8に連結される。シリンダヘッド2には吸気
通路9が設けられ、その端部に燃焼室40に臨んで吸気
弁10が装着され、吸気通路9の開口部を開閉する。ま
た、シリンダヘッド2には、排気通路11が設けられ、
その端部に燃焼室40に臨んで排気弁12が装着され、
排気通路11の開口部を開閉する。シリンダヘッド2の
中央部には点火プラグ13が装着される。
FIG. 9 is a configuration diagram in the case where the fuel injection device of the present invention is applied to a four-cycle engine. Engine 1
Is a cylinder head 2 forming the upper part of the combustion chamber 40,
The combustion chamber 40 includes a cylinder block 3 that forms a cylinder, and a crankcase 4 that forms a crank chamber. The crankshaft 5 in the crank chamber is connected to the piston 8 via a connecting rod 100 connected to the crankpin 6 and the piston pin 7. An intake passage 9 is provided in the cylinder head 2, and an intake valve 10 is attached to an end of the cylinder head 2 so as to face the combustion chamber 40, and opens and closes an opening of the intake passage 9. Further, an exhaust passage 11 is provided in the cylinder head 2,
The exhaust valve 12 is attached to the end portion facing the combustion chamber 40,
The opening of the exhaust passage 11 is opened and closed. A spark plug 13 is mounted at the center of the cylinder head 2.

【0072】この実施の形態では、燃焼室40内に直接
燃料を噴射するための燃料噴射ユニット44がシリンダ
ヘッド2の上面から燃焼室40内に臨んで設けられる
が、燃料噴射ユニット44を吸気通路9に燃料を噴射す
るように設けてもよく、あるいはシリンダブロック3か
ら気筒内に燃料を噴射するように設けてもよい。
In this embodiment, a fuel injection unit 44 for directly injecting fuel into the combustion chamber 40 is provided facing the inside of the combustion chamber 40 from the upper surface of the cylinder head 2. 9 may be provided to inject fuel, or may be provided to inject fuel from the cylinder block 3 into the cylinder.

【0073】この燃料噴射ユニット44は、インジェク
タ14と高圧発生装置16が一体化されており、高圧発
生装置16は、後述の衝撃的伸長素子17aの圧電素子
を直列に連結したもの及びプランジャを含むもので構成
される衝撃的高圧発生源17を有する。この衝撃的高圧
発生源17は制御装置18に連結され所定のタイミング
で、例えば燃焼室40内に直接燃料を噴射するもので
は、爆発膨張、排気、吸気、圧縮の4行程の内、吸気行
程あるいは圧縮行程において噴射すべく、駆動制御され
る。
In the fuel injection unit 44, the injector 14 and the high-pressure generator 16 are integrated, and the high-pressure generator 16 includes a series connection of a piezoelectric element of an impact extension element 17a described later and a plunger. It has a shocking high-pressure source 17 composed of a material. The shock high-pressure source 17 is connected to the control device 18 and injects fuel at a predetermined timing, for example, directly into the combustion chamber 40. Among the four strokes of explosion expansion, exhaust, intake, and compression, the intake stroke or Drive control is performed to inject during the compression stroke.

【0074】燃料噴射ユニット44には、燃料供給パイ
プ21を介して燃料ポンプ19により、燃料タンク22
から燃料が導入される。燃料タンク22内の燃料供給パ
イプ21の吸入口には、フィルター20が設けられてい
る。燃料噴射ユニット44には、戻り燃料パイプ23が
接続され、戻り燃料パイプ23には圧力を調整する調圧
弁101が設けられている。
The fuel injection unit 44 is connected to the fuel tank 22 by the fuel pump 19 through the fuel supply pipe 21.
Fuel is introduced from. A filter 20 is provided at an inlet of the fuel supply pipe 21 in the fuel tank 22. The return fuel pipe 23 is connected to the fuel injection unit 44, and the return fuel pipe 23 is provided with a pressure regulating valve 101 for adjusting the pressure.

【0075】燃料噴射ユニット44が閉となる間中、燃
料ポンプ19により常時燃料供給され、戻り燃料パイプ
23に配置した調圧弁101の上流側の圧力が所定以上
の場合に調圧弁101が開となり、燃料供給パイプ21
及び燃料噴射ユニット44内部の空気及び気化燃料等の
気泡は燃料とともに、調圧弁101を通過して不図示の
エアベント孔を上部に持つ燃料タンク側の上部に戻され
循環し、燃料を供給する燃料循環Kが形成される。
While the fuel injection unit 44 is closed, fuel is always supplied by the fuel pump 19, and when the pressure on the upstream side of the pressure regulating valve 101 disposed in the return fuel pipe 23 is higher than a predetermined value, the pressure regulating valve 101 is opened. , Fuel supply pipe 21
In addition, air bubbles and vaporized fuel and the like inside the fuel injection unit 44 pass through the pressure regulating valve 101 together with the fuel, return to the upper portion on the fuel tank side having an air vent hole (not shown) at the upper portion, circulate, and supply the fuel. A circulation K is formed.

【0076】気液分離手段を兼ねる燃料タンク22で気
泡が分離され、再び燃料供給パイプ21へ気泡が流れる
ことはない。このように、燃料循環Kに空気が混入して
もあるいは圧力低下により空気泡あるいは蒸気の気泡が
発生しても、早期に空気あるいは蒸気の気泡を排出する
ことができる。これにより、空気が混入してもあるいは
気泡が発生しても、燃料供給パイプ21及び燃料噴射ユ
ニット44内部は燃料で満たされ、しかも、戻り燃料パ
イプ23からの循環に拘らず調圧弁101により燃料循
環路Kは所定圧力に維持され、安定した余圧を付加する
ことが可能であるため、燃料噴射ユニット44の作動に
よる衝撃的高圧波が確実に伝播するとともに、衝撃的高
圧波が燃料噴射ユニット44内の噴射口直前部に衝突し
てさらに圧力上昇することを可能とし、正確な噴射がで
きる。なお、衝撃的高圧波の一部が調圧弁101に到達
するときにも気泡は、調圧弁101を通過する。
Bubbles are separated in the fuel tank 22 which also serves as a gas-liquid separating means, and the bubbles do not flow to the fuel supply pipe 21 again. As described above, even if air is mixed into the fuel circulation K or air bubbles or steam bubbles are generated due to the pressure drop, the air or steam bubbles can be discharged early. Thus, even if air is mixed in or air bubbles are generated, the inside of the fuel supply pipe 21 and the fuel injection unit 44 is filled with fuel, and the fuel is regulated by the pressure regulating valve 101 regardless of circulation from the return fuel pipe 23. Since the circulation path K is maintained at a predetermined pressure and a stable residual pressure can be applied, the high-pressure shock wave caused by the operation of the fuel injection unit 44 is reliably propagated, and the high-pressure shock wave is generated by the fuel injection unit. It is possible to further increase the pressure by colliding with the portion immediately before the injection port in 44, and to perform accurate injection. When a part of the high-pressure shock wave reaches the pressure regulating valve 101, the air bubbles also pass through the pressure regulating valve 101.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、低負荷運転時に噴射量を小さくするために圧電素子
への供給電圧を小さくする場合に、印加電圧そのものを
小さくするのではなく、一定の高い電圧を印加してその
電圧に達するまでの立上がり過程で電圧供給を停止する
ことにより、充電電圧を低くするため、充電時の圧電素
子の伸長速度を低下させることなく、したがって衝撃作
用を低下させることなく、低電圧を付与することがで
き、小さい噴射量を大きな噴射速度で安定して確実に供
給することができる。これにより、特に低負荷運転領域
での燃料噴射制御の信頼性が高まりダイナミックレンジ
を広げることができ、広い範囲にわたって霧化状態が良
好で高出力の燃焼が達成され、特に低噴射量状態での霧
化を促進し噴射量のばらつきを無くして安定した燃焼を
達成し、出力向上および燃費の改善を図ることができ
る。
As described above, according to the present invention, when the supply voltage to the piezoelectric element is reduced in order to reduce the injection amount at the time of low load operation, the applied voltage itself is not reduced but is fixed. By applying a high voltage and stopping the voltage supply during the rising process until the voltage is reached, the charging voltage is lowered, so that the extension speed of the piezoelectric element during charging is not reduced, and therefore the impact action is reduced. Therefore, a low voltage can be applied, and a small injection amount can be stably and reliably supplied at a high injection speed. This increases the reliability of the fuel injection control, particularly in the low-load operation range, and can widen the dynamic range, achieves good atomization and high-output combustion over a wide range, and particularly achieves low-injection-volume conditions. It is possible to promote atomization and achieve stable combustion by eliminating the variation in the injection amount, thereby improving output and improving fuel efficiency.

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

【図1】 本発明を2サイクルエンジンに適用した場合
の構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram when the present invention is applied to a two-cycle engine.

【図2】 本発明の燃料噴射装置の断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel injection device of the present invention.

【図3】 本発明の燃料噴射装置の別の例の断面図。FIG. 3 is a sectional view of another example of the fuel injection device of the present invention.

【図4】 本発明の燃料噴射装置の制御構成を示すブロ
ック図。
FIG. 4 is a block diagram showing a control configuration of the fuel injection device of the present invention.

【図5】 本発明の燃料噴射装置の制御回路図。FIG. 5 is a control circuit diagram of the fuel injection device of the present invention.

【図6】 図5の回路の動作を説明するためのタイムチ
ャート。
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the circuit in FIG. 5;

【図7】 図5の回路による制御動作のフローチャー
ト。
FIG. 7 is a flowchart of a control operation by the circuit of FIG. 5;

【図8】 スロットル開度に対する放電開始電圧のグラ
フ。
FIG. 8 is a graph of a discharge starting voltage with respect to a throttle opening.

【図9】 本発明を4サイクルエンジンに適用した場合
の構成図。
FIG. 9 is a configuration diagram when the present invention is applied to a four-cycle engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:エンジン、14:インジェクタ、16:高圧発生装
置、17:衝撃的高圧発生源、17a:衝撃的伸長素子
(圧電素子)、17b:プランジャ、40:燃焼室、4
1:噴射口、44:燃料噴射ユニット、50:加圧室、
73:圧電素子、151a:第1極板(正極)、151
b:第2極板(負極)、300:交流電源、301:交
直変換器、302:制御装置、303:第1電荷供給
線、304:第2電荷供給線、500:ECU 531:直流電源、700:駆動回路、701:第1ス
イッチ、702:第2スイッチ、703:電圧検出器。
1: Engine, 14: Injector, 16: High pressure generator, 17: Impact high pressure source, 17a: Impact extension element (piezoelectric element), 17b: Plunger, 40: Combustion chamber, 4
1: injection port, 44: fuel injection unit, 50: pressurized chamber,
73: piezoelectric element, 151a: first electrode plate (positive electrode), 151
b: second electrode plate (negative electrode), 300: AC power supply, 301: AC / DC converter, 302: control device, 303: first charge supply line, 304: second charge supply line, 500: ECU 531: DC power supply, 700: drive circuit, 701: first switch, 702: second switch, 703: voltage detector.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】直流電源と、 エンジンの運転状態検出手段と、 正負両電極間に挟持された圧電素子と、 この圧電素子に連結され燃料に衝撃的圧力を付与するた
めのプランジャと、 この圧電素子の正電極側と前記直流電源との間に設けた
第1スイッチと、 この圧電素子の正電極側とアースとの間に設けた第2ス
イッチと、 前記圧電素子の両電極間の充電電圧を検出するための電
圧検出手段と、 前記運転状態検出手段および電圧検出手段に連結され、
これらの検出信号に基づいて前記第1および第2スイッ
チを駆動するための制御手段とを具備したことを特徴と
する燃料噴射装置。
A DC power supply; an operating state detecting means for an engine; a piezoelectric element sandwiched between positive and negative electrodes; a plunger connected to the piezoelectric element for applying an impact pressure to fuel; A first switch provided between the positive electrode side of the element and the DC power source; a second switch provided between the positive electrode side of the piezoelectric element and ground; and a charging voltage between both electrodes of the piezoelectric element A voltage detecting means for detecting, the operating state detecting means and the voltage detecting means,
Control means for driving the first and second switches based on these detection signals.
【請求項2】請求項1記載の燃料噴射装置の駆動方法に
おいて、 前記第1スイッチを駆動して前記直流電源の電圧を圧電
素子に印加し、 前記圧電素子に電圧印加を開始した後、前記電圧検出手
段による検出電圧が所定値に達すると、前記第2スイッ
チを駆動して該圧電素子から放電することを特徴とする
燃料噴射装置の駆動方法。
2. The method for driving a fuel injection device according to claim 1, wherein the first switch is driven to apply a voltage of the DC power supply to a piezoelectric element. When the voltage detected by the voltage detecting means reaches a predetermined value, the second switch is driven to discharge from the piezoelectric element.
【請求項3】前記検出電圧の所定値は、前記直流電源の
電圧の範囲内で、前記運転状態検出手段により検出され
た運転状態データに基づいて前記制御手段により設定さ
れることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射装置の
駆動方法。
3. The control circuit according to claim 2, wherein the predetermined value of the detected voltage is set by the control unit based on operating state data detected by the operating state detecting unit within a voltage range of the DC power supply. A method for driving a fuel injection device according to claim 2.
【請求項4】前記検出電圧の所定値は、エンジンの要求
負荷が大きい程大きく設定されることを特徴とする請求
項2または3に記載の燃料噴射装置の駆動方法。
4. The driving method for a fuel injection device according to claim 2, wherein the predetermined value of the detection voltage is set to be larger as a required load of the engine is larger.
JP9301523A 1997-11-04 1997-11-04 Fuel injection system and its driving method Pending JPH11141429A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4547796B2 (en) * 2000-12-18 2010-09-22 株式会社デンソー Anomaly detection device for piezo actuators

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