JPH1182224A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】大型化することなく、かつ所定のタイミングで
衝撃的噴射素子へ繰り返し電力供給を可能とする燃料噴
射装置を提供する。 【解決手段】燃料噴射ユニット４４と、この燃料噴射ユ
ニット４４への電力供給を制御する供給エネルギー制御
手段を備えた、燃料噴射装置において、燃料噴射ユニッ
ト４４は、加圧室５０と、磁界発生コイル４１０と、プ
ランジャ１７ｂをアーマチャ４１１により殴打すること
により衝撃的高圧波を発生させる衝撃的噴射素子１７ａ
と、衝撃的高圧波の到達時開となり燃焼室に燃料を噴射
する噴射弁２５とを備え、前記供給エネルギー制御手段
は、第１の端子ＴＡ１に対して第２の端子ＴＡ２を正電
位として芯部空間に逆方向の磁界を発生させ、アーマチ
ャ４１１をプランジャ１７ｂより離間させた後、第２の
端子ＴＡ２に対して第１の端子ＴＡ１を正電位とし、ア
ーマチャ４１１をプランジャ１７ｂに衝突させることに
より燃料噴射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、衝撃的高圧によ
り燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】出願人は燃料噴射装置として、特願平８
−２１９６７２号において内燃機関の燃焼室に高圧で燃
料を噴射する燃料噴射装置を提案しており、この燃料噴
射は衝撃的な高圧で噴射でき噴霧の微粒化の面で有利で
ある。このような燃料噴射装置で加圧源部分に圧電素子
あるいは磁気歪部材などの衝撃的噴射素子を用いると、
比較的簡単な構造で燃料を衝撃的に高圧にでき噴霧の微
粒化を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、衝撃的
噴射素子の内磁界発生制御を利用するものへの電圧付加
開始あるいは電流供給開始の方法、電圧付加解除あるい
は電流供給停止の方法について具体的に開示していな
い。この従来の方法によっては、十分に燃料を噴射する
ようにするために燃料噴射装置が大型化してしまう問題
がある。

【０００４】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、大型化することなく、十分に燃料を噴射可能と
し、かつ所定のタイミングで衝撃的噴射素子へ繰り返し
電力供給を可能とする燃料噴射装置を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するため、この発明は以下のように構成され
る。

【０００６】請求項１記載の発明は、『燃焼室に臨むよ
うに燃料噴射ユニットと、この燃料噴射ユニットへの電
力供給を制御する供給エネルギー制御手段とを備え、こ
の燃料噴射ユニットにより燃料を前記燃焼室に噴射する
燃料噴射装置において、前記燃料噴射ユニットは、液体
燃料供給源と燃料入口により連通する加圧室と、磁界発
生コイルと、この磁界発生コイルの芯部空間に配置され
移動可能なアーマチャと前記加圧室に臨むプランジャか
らなり、この磁界発生コイルの両端の内、第１の端子に
対して第２の端子を正電位とする電力供給を受けて前記
芯部空間に磁界を発生させ、短時間で前記アーマチャを
移動させ、前記プランジャを前記アーマチャにより殴打
することにより前記プランジャ近傍に衝撃的高圧波を発
生させる衝撃的噴射素子と、衝撃的高圧波の到達時開と
なり前記燃焼室に燃料を噴射可能とする噴射弁を配置し
た噴射口と、この噴射口と前記加圧室を連通する噴射通
路とを備え、前記供給エネルギー制御手段は、前記第１
の端子に対して第２の端子を正電位として前記芯部空間
に逆方向の磁界を発生させ、前記アーマチャを前記プラ
ンジャより離間させた後、第２の端子に対して第１の端
子を正電位とし、前記アーマチャを前記プランジャに衝
突させることにより燃料噴射させるようにしたことを特
徴とする燃料噴射装置。』である。

【０００７】この請求項１記載の発明によれば、磁界が
逆方向から変化するので、磁界の変化量を大きくとれ、
大きな運動エネルギーをアーマチャに与えることがで
き、大きな衝撃的高圧を発生できるため、装置を大型化
することなく燃料の噴射量を増大できる。

【０００８】請求項２記載の発明は、『前記第１の端子
に対して第２の端子を正電位として前記芯部空間に逆方
向の磁界を発生させ、前記アーマチャを前記プランジャ
より離間させる時、前記アーマチャを弾発部材で支持
し、この弾発部材を変位させて磁界から前記アーマチャ
に作用するエネルギーを前記弾発部材に蓄えるようにさ
せたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射嚢置。』
である。

【０００９】この請求項２記載の発明によれば、逆方向
の磁界が作用するエネルギーを弾発部材に蓄えることが
できるので、弾発部材の弾性エネルギーと、大きな磁界
の変化量の両方により、より大きな運動エネルギーをア
ーマチャに与えることができ、大きな衝撃的高圧を発生
できるため、装置を大型化することなく燃料の噴射量を
増大できる。

【００１０】請求項３記載の発明は、『燃焼室に臨むよ
うに燃料噴射ユニットと、この燃料噴射ユニットへの電
力供給を制御する供給エネルギー制御手段を備え、この
燃料噴射ユニットにより燃料を前記燃焼室に噴射する燃
料噴射装置において、前記燃料噴射ユニットは、液体燃
料供給源と燃料入口により連通する加圧室と、磁界発生
コイルと、この磁界発生コイルの芯部空間に配置され一
端がユニットケーシングに固定され、他端が直接あるい
はプランジャを介して前記加圧室に臨む磁気歪部材から
なり、この磁界発生コイルの両端の内、第１の端子に対
して第２の端子を正電位とする電力供給を受けて前記芯
部空間に磁界を発生させ、短時間で前記磁気歪部材を伸
長させ、前記他端あるいは前記プランジャ近傍に衝撃的
高圧波を発生させる衝撃的噴射素子と、衝撃的高圧波の
到達時開となり前記燃焼室に燃料を噴射可能とする噴射
弁を配置した噴射口と、この噴射口と前記加圧室を連通
する噴射通路と、前記供給エネルギー制御手段は、前記
第１の端子に対して第２の端子を正電位として前記芯部
空間に逆方向の磁界を発生させ、前記磁気歪部材を収縮
させた後、第２の端子に対して第１の端子を正電位と
し、前記磁気歪部材を伸長させるようにしたことを特徴
とする燃料噴射装置。』である。

【００１１】この請求項３記載の発明によれば、逆方向
の磁界が作用するエネルギーを磁気歪部材に蓄えること
ができるので、磁気歪部材の弾性エネルギーと、大きな
磁界の変化量の両方により、より大きな運動エネルギー
をプランジャに与えることができ、大きな衝撃的高圧を
発生できるため、装置を大型化することなく燃料の噴射
量を増大できる。

【００１２】請求項４記載の発明は、『前記供給エネル
ギー制御手段は、第１の所定のクランク角において、前
記第１の端子と第２の端子との電位差を低電位あるいは
０に保持した状態から、第１の端子に対して第２の端子
を正電位に変化させ、この変化後第２の所定のクランク
角において、前記第１の端子に対する第２の端子の正電
位状態から第２の端子に対して第１の端子を正電位に変
化させ、この変化後第３の所定のクランク角において、
前記第２の端子に対する第１の端子の正電位状態から前
記第１の端子と第２の端子との電位差を低電位あるいは
０にするように変化させ、次の第１の所定のクランク角
まで、前記第１の端子と第２の端子との電位差を低電位
あるいは０に保持するようにしたことを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料噴射装置。』
である。

【００１３】この請求項４記載の発明によれば、燃料を
噴射しない期間において、噴射のため磁界発生コイルに
負荷する逆電位及び正電位より、小さい電位を磁界発生
コイルに負荷するのみであるので、電力消費量を小さく
できる。また、このため、磁界発生コイルの発熱量を小
さくできる。

【００１４】請求項５記載の発明は、『前記供給エネル
ギー制御手段は、第１の所定のクランク角において、前
記第１の端子と第２の端子との電位差を低電位あるいは
０に保持した状態から、第１の端子に対して第２の端子
を正電位に変化させ、この変化後第２の所定のクランク
角において、前記第１の端子に対する第２の端子の正電
位状態から第２の端子に対して第１の端子を正電位に変
化させ、この変化後所定回、前記第２の端子に対して第
１の端子が正電位の状態から、第１の端子に対して第２
の端子を正電位への変化と、この変化後第２の端子に対
して第１の端子を正電位への変化とを繰返した後、前記
第２の端子に対する第１の端子の正電位状態から前記第
１の端子と第２の端子との電位差を低電位あるいは０に
するように変化させ、次の第１の所定のクランク角ま
で、前記第１の端子と第２の端子との電位差を低電位あ
るいは０に保持するようにしたことを特徴とする請求項
１乃至請求項３のいずれかに記載の燃料噴射装置。』で
ある。

【００１５】この請求項５記載の発明によれば、噴射し
ない期間において、噴射のため磁界発生コイルに負荷す
る逆電位及び正電位より、小さい電位を磁界発生コイル
に負荷するのみであるので、電力消費量を小さくでき、
また、このため、磁界発生コイルの発熱量を小さくでき
ることに加え、複数回の噴射が可能となり、燃料の噴射
量を増大できる。

【００１６】

【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。

【００１７】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。

【００１８】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、後述の衝撃的噴射素子１７ａ等で構成さ
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
駆動制御される。

【００１９】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ブ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室６
４６は、液面を一定とするためのフロート式弁６４６
ａ、燃料ポンプ１９Ａ及びフィルタ２０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１８により制御され、制御装置１８は交流電源及び
交直変換回路からなる電源回路６４５に接続される。な
お、この燃料噴射ユニット４４は、図１の一点鎖線で示
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の上部を結ぶ戻り燃料パイ
プ２３が設けられる。

【００２０】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。気泡が加圧室に入るの
は、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２３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。

【００２１】エンジン１運転中は、燃料噴射ユニット４
４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２３
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内への燃料押し戻し量（燃料洩れ量）は僅
かではあるが、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。

【００２２】また、燃料供給パイプ２１に燃料ポンプ１
９Ｂを設けることができ、戻り燃料パイプ２３に調圧弁
１０１を設ける。この調圧弁１０１により燃料循環経路
Ｋは所定圧力に維持され、安定した余圧を負荷すること
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６４６
ａ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の位置より下がる
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。

【００２３】この実施例のエンジン１ではさらに、オイ
ルを供給するために潤滑油噴射装置を用いている。６４
９はオイル噴射ユニットであり、前述の高圧発生装置１
６が用いられる。このオイル噴射ユニット６４９からオ
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。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
述と同様に、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前
記各実施例と同じである。なお、加圧室には一つの衝撃
的高圧発生部に対向した位置にオイル配管６５３に各々
連通する複数の潤滑油吐出ボートが設けられる。この潤
滑油噴射装置にも、上記したようなエア抜き手段を配置
することにより、簡単にエア抜きが可能となる。

【００２４】以下、この発明の燃料噴射装置について説
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
に送られるようにされる。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。

【００２５】高圧発生装置１６とインジェクタ１４が、
一体にユニットに形成され、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
なっている。インジェクタ１４は、先端に噴射口４１が
形成されたケース本体２４を有し、この噴射口４１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に
は、ケース２００を介してケース本体３１に接続され一
体になっている。インジェクタ１４において、衝撃的高
圧波が伝播してくると、噴射弁２５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、噴射通路３
３ａから導かれた燃料が噴射口４１から噴射される。

【００２６】ケース本体３１の内部に加圧室５０が形成
され、このケース本体３１にはアルミニウム合金製ケー
ス４００が接合固定されている。このケース本体３１及
びアルミニウム合金製ケース４００内には、衝撃的噴射
素子１７ａが内蔵されている。この衝撃的噴射素子１７
ａは、主にシリンダ４２０内に配置された磁界発生コイ
ル４１０と、この磁界発生コイル４１０の芯部空間に配
置され移動可能な永久磁石からなるアーマチャ４１１と
加圧室５０に臨むプランジャ１７ｂからなり、この磁界
発生コイル４１０の両端の内、第１の端子ＴＡ１に対し
て第２の端子ＴＡ２を正電位とする電力供給を受けて芯
部空間に磁界を発生させ、短時間でアーマチャ４１１を
移動させ、プランジャ１７ｂをアーマチャ４１１により
殴打することによりプランジャ近傍に衝撃的高圧波を発
生させる。

【００２７】シリンダ４２０は、アルミニウム合金製ケ
ース４００に鋳込まれて磁気回路を構成する。アーマチ
ャ４１１には、パイプ状のハンマー４１１ａが一体化さ
れ、磁気回路を構成する。ハンマー４１１ａの一端はシ
リンダ４２０に移動可能に支持され、他端はキャップ４
３０に移動可能に支持されている。アーマチャ４１１と
キャップ４３０との間には、バネ４４０が配置され、ア
ーマチャ４１１をプランジャ１７ｂ方向へ付勢する。キ
ャップ４３０は、アルミニウム合金製キャップ４３１に
鋳込まれて磁気回路を構成している。アルミニウム合金
製キャップ４３１と、シリンダ４２０及びアルミニウム
合金製ケース４００との間から磁界発生コイル４１０の
第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２がそれぞれケース４
００の内外を密閉した状態で取り出され、図１の制御装
置１８で電圧制御される。

【００２８】プランジャ１７ｂは、衝撃的噴射素子１７
ａの断面より大きい衝撃的加圧面１７ｂ１を有する。こ
のプランジャ１７ｂは、衝撃的噴射素子１７ａと別部品
であり、ケース本体３１内に配置されている。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に衝撃的噴射素子１７ａ側と加圧室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。

【００２９】加圧室５０にはバネ７００が配置され、こ
のバネ７００により常にプランジャ１７ｂはシリンダ４
２０の端部に当接するように付勢される。プランジャ１
７ｂには、凹部１７ｂ３が形成され、この凹部１７ｂ３
はアーマチャ４１１に一体化されたパイプ状のハンマー
４１１ａの先端に対向している。

【００３０】また、プランジャ１７ｂのストローク長
は、衝撃的噴射素子１７ａのストロークや変形量に対し
て十分確保でき、反力は燃料圧と摩擦力によるもので余
分な力は掛からない。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
的噴射素子１７ａの変位だけとな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
かもエアが溜りにくい。なお、この実施の形態において
は、加圧室内壁５０ａを漏斗状にしている。

【００３１】この加圧室内燃料に対する衝撃高圧波を付
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３３
が開口する。この燃料吐出ポート３３は、噴射通路３３
ａと連通し、この噴射通路３３ａは噴射口４１と加圧室
５０を連通し、噴射口４１には衝撃的高圧波の到達時開
となり燃焼室４０に燃料を噴射可能とする噴射弁２５が
配置されている。

【００３２】プランジャ１７ｂ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対する直角な側面には、燃料入口
４６ａが加圧室５０に臨んで開口し、加圧室５０は燃料
入口４６ａにより燃料供給源と連通している。即ち、燃
料入口４６ａには燃料供給パイプ２１が接続され、燃料
入口４６ａ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２１ａが配置される。燃料供給パイプ２１
は燃料タンク２２に接続され、燃料供給パイプ２１には
燃料ポンプ１９Ｂが配置されている。

【００３３】燃料供給パイプ２１は、燃料ポンプ１９Ｂ
の下流側で分岐され、この分岐燃料供給パイプ２１ａは
アルミニウム合金製ケース４００に形成された燃料入口
４００ａに接続される。燃料入口４００ａから供給され
た燃料は、シリンダ４２０に形成された燃料通路４２０
ａを介して磁界発生コイル４１０を収納する収納室４５
０の一方に導かれ、磁界発生コイル４１０及びシリンダ
４２０を冷却する。

【００３４】パイプ状のハンマー４１１ａには、アーマ
チャ４１１の両側に連通孔４１１ａ１，４１１ａ２が形
成されている。ハンマー４１１ａ内の燃料通路４１１ａ
３は、凹部１７ｂ３に連通しており、連通孔４１１ａ１
からハンマー４１１ａ内の燃料通路４１１ａ３に供給さ
れた燃料は、燃料通路４１１ａ３から凹部１７ｂ３はプ
ランジャ１７ｂに形成された連通溝１７ｂ４を介してプ
ランジャ１７ｂとアルミニウム合金製ケース４００との
間に形成された燃料溜り４６０に導かれ、燃料によりシ
リンダ４２０及びアルミニウム合金製ケース４００を冷
却する。

【００３５】また、ハンマー４１１ａ内の燃料通路４１
１ａ３に供給された燃料は、連通孔４１１ａ２から燃料
通路４１１ａ３から収納室４５０の他方に導かれ、シリ
ンダ４２０に形成された燃料通路４２０ｂを介してアル
ミニウム合金製ケース４００に形成された燃料出口４０
０ｂに導かれる。燃料出口４００ｂには戻り燃料パイプ
２３ａが接続され、冷却に使用された燃料は戻り燃料パ
イプ２３ａを介して燃料タンク２２に戻され、特別な冷
却装置を備えることなく、簡単な構造で衝撃的噴射素子
１７ａを冷却することができ、より燃料の噴射精度が向
上する。

【００３６】燃料供給パイプ２１の燃料ポンプ１９Ｂと
分岐燃料供給パイプ２１ａの分岐部との間と、戻り燃料
パイプ２３ａとの間には調圧パイプ４８０が接続され、
この調圧パイプ４８０には調圧弁４８１が配置され、燃
料供給系の圧力変動を抑える。

【００３７】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の衝撃的噴射素子１７ａの磁界発生コイル４１０
の両端の内、第２の端子ＴＡ２に対して第１の端子ＴＡ
１を正電位とする電力供給を行うと、これにより芯部空
間に例えば、磁力線の方向がプランジャ１７ｂの方向と
なる磁界が発生し、磁界が作用する時磁力線方向に力を
受けるように配置した永久磁石からなるアーマチャ４１
１を、短時間でプランジャ１７ｂの方向に移動させるこ
とができ、アーマチャ４１１のハンマー４１１ａがプラ
ンジャ１７ｂを殴打する。このため、加圧室５０のプラ
ンジャ近傍に衝撃的高圧波が発生する。

【００３８】なお、このアーマチャ４１１の動きに先行
し、第１の端子ＴＡ１に対して第２の端子ＴＡ２を正電
位とする電力供給を行うと、磁界発生コイル４１０に流
れる電流の向きが反転するので、芯部空間に磁力線の方
向がプランジャ１７ｂと反対方向となる磁界が発生し、
アーマチャ４１１はキャップ４３０方向に移動し、バネ
４４０を圧縮する。すなわち、供給される電力の一部は
バネ４４０に弾性エネルギーとして蓄えられる。この状
態から上記したように第２のＴＡ２に対して第１の端子
ＴＡ１を正電位とする電力供給を行うと、磁力線の方向
が反転しプランジャ１７ｂ方向となり、アーマチャ４１
１が磁力とバネ４４０の弾撥力の両方により移動させら
れ、アーマチャ４１１のハンマー４１１ａがプランジャ
１７ｂを殴打し、加圧室５０のプランジャ１７ｂの衝撃
的加圧面１７ｂ１近傍に衝撃的高圧波が発生する。

【００３９】この衝撃的高圧波は、衝撃的加圧面１７ｂ
１側からその衝撃的加圧面１７ｂ１に対し直角方向に、
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。この圧力波が加圧室５
０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１７ｂ
１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３３
ａ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。

【００４０】なお、プランジャ１７ｂの外周にはシール
部材１０２が配置されると共に、逆止弁２１ａにより、
加圧室５０とプランジャ１７ｂで容積型のポンプとして
も機能させることができ、衝撃波の電波による高圧の噴
射に加え、プランジャ１７ｂの移動により排斥される容
積分の燃料を確実に噴射することができる。

【００４１】図３は電力供給装置の実施の形態を示す概
略構成図である。制御装置５００には、パルサーコイル
５０１あるいはクランク角センサ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、エンジン回転数センサ５０３からエンジン回転数
情報がそれぞれ入力される。これらの情報に基づき制御
装置５００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。

【００４２】また、制御装置５００は、メモリ５１０に
予め記憶されている衝撃的噴射素子制御マップにより衝
撃的噴射素子端子電圧制御回路５３０に制御指令を送
る。この衝撃的噴射素子端子電圧制御回路５３０には、
電源回路５３１から所定の電源電圧が与えられている。
衝撃的噴射素子端子電圧制御回路５３０では、制御指令
に基づき衝撃的噴射素子１７ａの第１及び第２の端子Ｔ
Ａ１，ＴＡ２の電圧を所定のタイミングで制御して衝撃
的噴射素子１７ａを作動させて噴射口４１からエンジン
１の燃焼室４０に燃料を噴射させる。

【００４３】次に、衝撃的噴射素子１７ａの端子電圧制
御を図４乃至図６に基づいて説明する。図４は衝撃的噴
射素子の具体的な駆動回路図、図５は端子電圧及び点火
信号のタイミングを説明する図、図６は端子電圧の波形
及び衝撃的噴射素子の作動による圧力変動を示す図であ
る。

【００４４】図４に示すように衝撃的噴射素子の駆動回
路は、図３の制御装置５００、衝撃的噴射素子端子電圧
制御回路５３０及び電源回路５３１をさらに具体的に構
成したものであり、電荷の供給を制御する供給エネルギ
ー制御手段を構成している。衝撃的噴射素子端子電圧制
御回路５３０は、ＰＮＰトランジスタＡ、ＰＮＰトラン
ジスタＢ、ＮＰＮトランジスタＣ及びＮＰＮトランジス
タＤを有している。ＰＮＰトランジスタＡのコレクタと
ＮＰＮトランジスタＣのコレクタが抵抗Ｒ１，Ｒ２を介
して接続され、ＰＮＰトランジスタＢのコレクタとＮＰ
ＮトランジスタＤのコレクタが抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して
接続され、この抵抗Ｒ１，Ｒ２の間と、抵抗Ｒ３，Ｒ４
の間に磁界発生コイル４１０が接続され、この接続点を
第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２としている。

【００４５】ＰＮＰトランジスタＡのエミッタ及びＰＮ
ＰトランジスタＢのエミッタには、電源回路５３１から
所定の電圧が印加され、この実施の形態ではＰＮＰトラ
ンジスタＡのエミッタに＋２００Ｖが、ＰＮＰトランジ
スタＢのエミッタに＋１００Ｖが印加される。ＮＰＮト
ランジスタＣのエミッタ及びＮＰＮトランジスタＤのエ
ミッタはアースされている。

【００４６】ＰＮＰトランジスタＡ、ＰＮＰトランジス
タＢ、ＮＰＮトランジスタＣ及びＮＰＮトランジスタＤ
のそれぞれのベースには、制御装置５００から所定のタ
イミングで制御信号が入力される。

【００４７】磁界発生コイル４１０は、十分に燃料を噴
射するようにするために燃料噴射装置が大型化してしま
う問題があるため、図４の衝撃的噴射素子の駆動回路で
は、印加電圧が衝撃的噴射素子１７ａの端子ＴＡ１と端
子ＴＡ２間に図５に示すように印加される。即ち、所定
のクランク角θ０までは、電圧が印加されず、所定のク
ランク角θ０になると、−１００Ｖの端子ＴＡ１−端子
ＴＡ２電圧が印加される。所定のクランク角θ０は噴射
のための予備的収縮を弾発部材であるバネ４４０に与え
るためのクランク角であり、−１００Ｖが印加されると
アーマチャ４１１がキャップ方向に移動してバネ４４０
が収縮し、所定のクランク角θ１までは−１００Ｖが印
加され、クランク角θ１になると＋２００Ｖが印加され
る。

【００４８】このクランク角θ１は、燃料の噴射タイミ
ングであり、クランク角θ１から所定のクランク角θ２
の間に＋２００Ｖが印加される。クランク角θ１におい
て磁界発生コイル４１０を流れる電流の方向が反転する
ので、磁界発生コイル４１０の中央芯部の磁界の方向が
１８０度反転し、アーマチャ４１１はプランジャ１７ｂ
の方向に移動する。

【００４９】所定のクランク角θ２の後は０Ｖが印加さ
れる。所定のクランク角θ２で電圧印加を０Ｖとするの
は、磁界発生コイル４１０を流れる電流を０として磁力
をなくし、アーマチャ４１１が磁力によりプランジャ１
７ｂを押圧する状態を解除し、次の噴射に備えるための
ものであり、この時弾発部材であるバネ４４０は自由長
状態となろうとし、プランジャ１７ｂはバネ７００によ
りシリンダ４２０の端部に当接する位置まで戻される。
また、電圧印加を０Ｖとすることにより噴射のための磁
界発生コイル４１０で消費される以外の無駄な電力消費
を極力０とすることができ、磁界発生コイル４１０の温
度上昇を防ぐこともできる。

【００５０】燃焼室４０に直接燃料を噴射する２サイク
ルエンジンにおいて、この所定のクランク角θ１のタイ
ミングは、２サイクルエンジンの掃気口が閉じた後で、
排気口が閉じる前の排気タイミングＥｘのときである
が、場合によっては、例えば、低負荷（小スロットル開
度）の場合、排気口が閉じた後でも、あるいは高負荷
（大スロットル開度）の場合掃気口が閉じる前でもよ
い。所定のクランク角θ２は所定のクランク角θ１に所
定クランク角位置αが加えられてものである。

【００５１】次に、衝撃的噴射素子の駆動回路の制御
を、図６に基づき説明する。所定のクランク角θ０まで
は、ＰＮＰトランジスタＡ及びＰＮＰトランジスタＢに
はベース電流が与えられずにＯＦＦ状態にあり、ＮＰＮ
トランジスタＣ及びＮＰＮトランジスタＤにはベース電
流が与えられてＯＮ状態にあり、第１及び第２の端子Ｔ
Ａ１，ＴＡ２の電圧が０Ｖである。

【００５２】このように、所定のクランク角θ０まで
は、同電位状態ａ１であるから、アーマチャ４１１は弾
発部材であるバネ４４０の伸長状態で位置している。

【００５３】所定のクランク角θ０になると、ＰＮＰト
ランジスタＢがＯＮになり、ＮＰＮトランジスタＣがＯ
ＦＦになり、この状態が所定のクランク角θ１まで維持
される。このため、端子ＴＡ１の電圧は０Ｖのまま端子
ＴＡ２の電圧が＋１００Ｖになり、端子ＴＡ１−端子Ｔ
Ａ２間の電圧は、−１００Ｖであり、この電流逆方向期
間ａ２で弾発部材であるバネ４４０が収縮する。このと
き、時間ｔ１の応答遅れがある。

【００５４】所定のクランク角θ１になると、ＰＮＰト
ランジスタＡ及びＮＰＮトランジスタＣがＯＮし、ＰＮ
ＰトランジスタＢ及びＮＰＮトランジスタＤがＯＦＦに
切り替わり、この状態が所定のクランク角θ２まで維持
される。このため、端子ＴＡ１が＋２００Ｖになり、端
子ＴＡ２は０Ｖになり、端子ＴＡ１−端子ＴＡ２間の電
圧は、＋２００Ｖである。この切り替わりが電流方向反
転期間ａ３であり、電流方向が反転することにより収縮
状態の弾発部材であるバネ４４０がプランジャ１７ｂを
加速し、さらにこの加速に加え時間ｔ２と時間ｔ３を加
えた時間、磁力によりプランジャ１７ｂを加速し、アー
マチャ４１１のハンマー４１１ａがプランジャ１７ｂを
殴打する。プランジャ１７ｂが殴打されると、加圧室５
０が衝撃的に加圧されて、加圧室５０内の圧力は、図６
に示すように変動する。即ち、衝撃的噴射素子１７ａの
作動により加圧室５０内の衝撃的加圧面１７ｂ１直近の
圧力が噴射弁の開弁圧Ｐ１以上の衝撃波ｂ１が発生し、
この衝撃波ｂ１が噴射弁まで伝播し、これにより噴射弁
が開き噴射口から燃料が噴射される。なお、Ｐ０は調圧
弁による予圧圧力がある。

【００５５】このように、電流方向反転期間ａ３におい
て、アーマチャ４１１のハンマー４１１ａがプランジャ
１７ｂを殴打し、最大正方向電流期間ａ４には弾発部材
であるバネ４４０の伸長状態と弾発部材であるバネ７０
０の収縮状態で、両バネの弾発力と磁力とがバランスす
る位置にプランジャ１７ｂが保持される。

【００５６】所定のクランク角θ２では、ＰＮＰトラン
ジスタＡ及びＰＮＰトランジスタＢにはベース電流が与
えられずにＯＦＦ状態になり、ＮＰＮトランジスタＣ及
びＮＰＮトランジスタＤにはベース電流が与えられてＯ
Ｎ状態になり、電流減少化期間ａ５経過後に同電位状態
ａ１になるため、第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２の
電圧が０Ｖである。このように、第１及び第２の端子Ｔ
Ａ１，ＴＡ２の電圧が０Ｖになると磁力がなくなり、応
答遅れｔ４をもってプランジャ１７ｂがバネ７００によ
り押し戻され、弾発部材であるバネ４４０が自由長状態
となり、次の燃料噴射にそなえる。

【００５７】なお、この時の急激とはならないプランジ
ャ１７ｂの戻りは、加圧室５０内の衝撃的加圧面１７ｂ
１直近に大きな負圧を発生することはない。大きな負圧
が発生する場合には、この負圧が反転して加圧室５０内
の衝撃的加圧面１７ｂ１直近に噴射弁の開弁圧Ｐ１より
大きな衝撃的な正圧が発生し、この正圧が伝播して噴射
弁を開口して噴射がなされるのであるが、急激とはなら
ないプランジャ１７ｂ戻りによっては、燃料噴射がされ
ることはない。

【００５８】また、衝撃的噴射素子１７ａが作動するこ
とによる加圧室５０の衝撃波ｂ１は、噴射弁で一部反射
し、図６に示すように噴射弁２５の開弁圧Ｐ１以上の衝
撃波ｂ２となって衝撃的加圧面１７ｂ１に戻り、この衝
撃波ｂ２は再び噴射弁２５へ伝播するので、噴射弁２５
が開き噴射口４１から燃料が噴射され、２次噴射を行う
ことができる。

【００５９】このように、この供給エネルギー制御手段
は、第１の端子ＴＡ１に対して第２の端子ＴＡ２を正電
位として芯部空間に逆方向の磁界を発生させ、アーマチ
ャ４１１のハンマー４１１ａをプランジャ１７ｂより離
間させた後、第２の端子ＴＡ２に対して第１の端子ＴＡ
１を正電位とし、アーマチャ４１１のハンマー４１１ａ
をプランジャ１７ｂに衝突させることにより燃料噴射さ
せる。従って、磁界が逆方向から変化するので、磁界の
変化量を大きくとれ、大きな磁力エネルギーに基づいて
大きな運動エネルギーをアーマチャ４１１に与えること
ができ、大きな衝撃的高圧を発生できるため、装置を大
型化することなく燃料の噴射量を増大できる。

【００６０】また、第１の端子ＴＡ１に対して第２の端
子ＴＡ２を正電位として芯部空間に逆方向の磁界を発生
させ、アーマチャ４１１のハンマー４１１ａをプランジ
ャ１７ｂより離間させる時、アーマチャ４１１を弾発部
材であるバネ４４０により支持し、この弾発部材を変位
させて磁界からアーマチャ４１１に作用するエネルギー
を弾発部材であるバネ４４０に蓄えるようにさせてい
る。このように、逆方向の磁界が作用するエネルギーを
弾発部材に蓄えることができるので、弾発部材の弾性エ
ネルギーと、大きな磁界の変化量の両方により、より大
きな運動エネルギーをアーマチャ４１１に与えることが
でき、大きな衝撃的高圧を発生できるため、装置を大型
化することなく燃料の噴射量を増大できる。

【００６１】図７はこの発明に係る燃料噴射装置を適用
した４サイクル内燃機関の構成図である。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。

【００６２】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。

【００６３】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、後述の衝撃的噴射素子１７ａの磁気歪部
材と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、例えば燃料室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。

【００６４】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。

【００６５】燃料噴射ユニット４４が閉となる間中、燃
料ポンプ１９により常時燃料が供給され、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２
１及び燃料噴射ユニット４４内部の空気および気化燃料
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経路Ｋが形成され
る。

【００６６】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、燃料循環経路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、安定した余圧を負荷
に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のを可能とし、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
到達する時にも気泡は、調圧弁１０１を通過する。

【００６７】図８は燃料噴射装置のさらに他の実施の形
態の概略構成図であり、図８（ａ）は燃料噴射ユニット
の断面図、図８（ｂ）はプランジャの断面図である。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１
６のケース本体７１ａとインジェクタ１４のケース本体
２４とで加圧室５０が形成されている。

【００６８】高圧発生装置１６には、ケース本体７１ａ
と蓋体７１ｂとで収納室４３が設けられ、この収納室４
３に衝撃的高圧発生源１７が収納され、衝撃的高圧発生
源１７は衝撃的噴射素子１７ａを備えている。この衝撃
的噴射素子１７ａは、磁歪素子を用いた構成である。こ
の磁歪素子とは、磁界発生コイル８０と、その中心部に
配置され磁場の中で磁力に対して伸び縮みする磁気歪部
材７９（例えばテルビウム、ジスプロシウム、鉛の三元
系合金からなるもの）とからなるものである。磁界発生
コイル８０への通電量（例えば電圧、電流）を制御する
ことにより磁気歪部材７９が伸縮する。図８において、
磁気歪部材７９の周囲に磁界発生コイル８０が巻回さ
れ、その周囲に円筒状の鉄心８４が装着される。鉄心８
４、蓋材７１ｂ及びプランジャ１７ｂはケイ素剛板製で
あり、磁気歪部材７９とともに磁気回路を構成する。こ
れにより、ケース本体１７ａより外部への洩れ磁束をな
くし、磁界発生コイル８０の中心部に大きな磁界を発生
させることができる。そして、磁気歪部材７９の一端が
蓋体７１ｂに固着され、他端にはプランジャ１５２が固
定される。このプランジャ１５２はスプリング８２の作
用により常に加圧室５０から引込む方向に付勢される。
磁界発生コイル８０は第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ
２を介して図４に示す供給エネルギー制御手段に接続さ
れ、第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２はシール用グロ
メット７７によりシールされ、燃料が外部に洩れること
を防止できる。

【００６９】プランジャ１５２は、衝撃的噴射素子１７
ａを構成する磁気歪部材７９の断面より大きい衝撃的加
圧面１５２ａを有し、プランジャ１５２は、磁気歪部材
７９と別部品であり、磁気歪部材７９の燃料側端部に設
けられる。磁気歪部材７９の断面より大きい衝撃的加圧
面１５２ａを有するプランジャ１５２を用いることで、
簡単な構成でより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。

【００７０】また、プランジャ１５２には凹状の燃料通
路溝１５２ｂが形成され、この燃料通路溝１５２ｂが収
納室４３と加圧室５０とを連通する。燃料通路溝１５２
ｂにはプランジャ１５２を支持する耐摩耗用リング１７
０が配置され、この耐摩耗用リング１７０はケース本体
７１ａの開口７１ｃに圧接し、燃料通路溝１５２ｂとは
所定の間隙を有して配置され、この隙間から燃料が加圧
室５０から収納室４３に流れるようになっている。

【００７１】耐摩耗用リング１７０の位置は、プランジ
ャ１５２の途中部に設けられ、耐摩耗用リング１７０を
用いることで、プランジャ１５２のストローク長は、磁
気歪部材７９のストロークや変形量に対して十分確保で
き、反力は燃料圧と摩擦力によるもので余分な力は掛か
らない。また、ケース本体７１ａ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磁気歪部材７９の変位
だけとなるため計量精度には影響しない。

【００７２】なお、磁気歪部材７９の燃料側端部の断面
積を他の部分より大きくし、燃料側端部の端面で衝撃的
圧力を発生させるようにしても良い。すなわち、磁気歪
部材７９の端部がプランジャを兼ね、端面が衝撃的加圧
面となる。

【００７３】インジェクタ１４のケース本体２４には、
燃料入口４６が設けられ、高圧発生装置１６のケース本
体７１ａには、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から加圧室５０に供給
され、プランジャ１５２の側面に設けられた燃料通路溝
１５２ｂを通過して収納室４３に入り、収納室４３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。燃料入口４６には、逆止弁１８０が設けられ、燃料
供給時に燃料供給パイプ２１からの燃料を加圧室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
ときに加圧室５０内から燃料供給パイプ２１への燃料の
逆流を規制するから、より燃料の噴射精度が向上する。

【００７４】また、燃料出口４７には、調圧弁１８１が
設けられ、燃料が戻り燃料パイプ２３から収納室４３内
へ逆流することを防止するとともに、スプリング１８１
ａのバネ定数により所定燃料圧に調整することができ、
燃料予圧調整機能を有する。

【００７５】このように、燃料循環経路Ｋの途中に衝撃
的高圧発生源１７を収納する収納室４３に燃料を循環さ
せるように構成され、収納室４３へ燃料を循環させるこ
とで、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。従っ
て、衝撃的高圧発生源１７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。また、加圧
室５０内の空気抜きも可能とする なお、この実施の形態では、燃料を加圧室５０から収納
室４３に循環するようにしているが、収納室４３から加
圧室５０に循環させてもよく、この場合にはこの実施例
とは逆に逆止弁１８０を収納室４３側に設け、調圧弁１
８１を加圧室５０側に設ける。

【００７６】このように、衝撃的噴射素子１７ａは、磁
界発生コイル８０と、この磁界発生コイル８０の芯部空
間に配置され一端がユニットケーシングであるケース本
体７１ａに固着され、他端が直接あるいはプランジャ１
５２を介して加圧室５０に臨む磁気歪部材７９からな
り、この磁界発生コイル８０の両端の内、第２の端子Ｔ
Ａ２に対して第１の端子ＴＡ１を正電位とする電力供給
を受けて芯部空間に磁界を発生させ、短時間で磁気歪部
材７９を伸長させ、他端あるいはプランジャ近傍に衝撃
的高圧波を発生させ、燃料を噴射させるように構成され
ている。

【００７７】この衝撃的噴射素子１７ａの端子電圧制御
を図９に基づいて説明する。図９は端子電圧の波形及び
衝撃的噴射素子の作動による圧力変動を示す図である。

【００７８】図８に示す衝撃的噴射素子１７ａは、図３
乃至図５に示すように電圧制御されるが、この衝撃的噴
射素子の駆動回路の制御を、図６に基づき説明する。所
定のクランク角θ０までは、同様にＰＮＰトランジスタ
Ａ及びＰＮＰトランジスタＢにはベース電流が与えられ
ずにＯＦＦ状態にあり、ＮＰＮトランジスタＣ及びＮＰ
ＮトランジスタＤにはベース電流が与えられてＯＮ状態
にあり、第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２の電圧が０
Ｖである。

【００７９】このように、所定のクランク角θ０まで
は、同電位状態ａ１であるから、磁気歪部材７９は自由
長状態である。

【００８０】所定のクランク角θ０になると、ＰＮＰト
ランジスタＢがＯＮになり、ＮＰＮトランジスタＣがＯ
ＦＦになり、この状態が所定のクランク角θ１まで維持
される。このため、端子ＴＡ１がアースされる一方端子
ＴＡ２の電圧が＋１００Ｖになり、端子ＴＡ１−端子Ｔ
Ａ２間の電圧は、−１００Ｖであり、この電流逆方向期
間ａ２で磁気歪部材７９が収縮する。このとき、時間ｔ
１の応答遅れがある。

【００８１】この磁気歪部材７９が収縮により加圧室５
０では圧力変動があるが、ＰＮＰトランジスタＢをラン
プ的にＯＮさせると、加圧室５０内の圧力変動を抑える
ことができる。即ち、衝撃的加圧面１７ｂ１が後退する
ことにより発生する負圧が反転して発生する正圧の圧力
ｂ０が開弁圧Ｐ１より小さく、圧力ｂ０が噴射弁まで伝
播しても燃料を噴射させないことが可能である。

【００８２】所定のクランク角θ１になると、ＰＮＰト
ランジスタＡ及びＮＰＮトランジスタＣがＯＮし、ＰＮ
ＰトランジスタＢ及びＮＰＮトランジスタＤがＯＦＦに
切り替わり、この状態が所定のクランク角θ２まで維持
される。このため、端子ＴＡ１が＋２００Ｖになり、端
子ＴＡ２は０Ｖになり、端子ＴＡ１−端子ＴＡ２間の電
圧は、＋２００Ｖである。この切り替わりが電流方向反
転期間ａ３であり、電流方向が反転することにより収縮
状態の磁気歪部材７９が応答遅れｔ２をもって延びて加
圧室５０が加圧されて噴射口から燃料を噴射させるが、
加圧室５０内の圧力は、図９に示すように変動する。即
ち、磁気歪部材７９の作動により加圧室５０内の衝撃的
加圧面１７ｂ１直近の圧力が噴射弁の開弁圧以上になる
衝撃波ｂ１が発生する。

【００８３】この衝撃波ｂ１は伝播し噴射弁に到達して
噴射弁を開として燃料を噴射するとともに、一部は反射
し圧力が噴射弁の開弁圧以上のままの衝撃波ｂ２となっ
て衝撃的加圧面１７ｂ１に戻ってくる。この衝撃波ｂ２
は衝撃的加圧面１７ｂ１で反射し再び伝播し噴射弁に到
達して噴射弁を開として燃料を噴射する。

【００８４】このように、電流方向反転期間ａ３におい
て、磁気歪部材７９が伸長して最大正方向電流期間ａ４
は磁気歪部材７９が伸縮状態である。

【００８５】所定のクランク角θ２では、ＰＮＰトラン
ジスタＡ及びＰＮＰトランジスタＢにはベース電流が与
えられずにＯＦＦ状態になり、ＮＰＮトランジスタＣ及
びＮＰＮトランジスタＤにはベース電流が与えられてＯ
Ｎ状態になり、電流減少化期間ａ５経過後に同電位状態
ａ１になるため、第１及び第２の端子ＴＡ１，ＴＡ２の
電圧が０Ｖである。このように、第１及び第２の端子Ｔ
Ａ１，ＴＡ２の電圧が０Ｖになると、応答遅れｔ３をも
って磁気歪部材７９が自由長状態となり、次の燃料噴射
にそなえる。この磁気歪部材７９が自由長状態となると
きに、図９に示すように衝撃的加圧面１７ｂ１が後退す
ることにより発生する負圧が反転して発生する正圧の衝
撃波ｂ３が衝撃的加圧面１７ｂ１直近に発生する。

【００８６】プランジャ１７ｂと磁気歪部材７９が互い
に固着される場合には、磁気歪部材７９が伸長状態から
自由長状態に収縮する短い時間にプランジャ１７ｂも同
時に移動するので、この衝撃波ｂ３の大きさは、噴射弁
の開弁圧以上となり、衝撃的加圧面１７ｂ１直近部から
伝播して噴射弁に到達し、噴射弁が開となり燃料が噴射
される。しかし、プランジャ１７ｂと磁気歪部材７９が
互いに離間可能で、バネ８２の弾発力により互いに固着
される場合には、磁気歪部材７９が伸長状態から自由長
状態への収縮に、プランジャ１７ｂの移動が追従でき
ず、噴射弁の開弁圧以上の衝撃波ｂ３は発生せず、クラ
ンク角θ２の直近では燃料の噴射を実施させないように
することができる。なお、磁気歪部材７９と蓋体７１ｂ
とを離間可能にし、磁気歪部材７９とプランジャ１７ｂ
を互いに固着するようにしても、同様にクランク角θ２
の直近では燃料の噴射を実施させないようにすることが
できる。

【００８７】このように、この供給エネルギー制御手段
は、第１の端子ＴＡ１に対して第２の端子ＴＡ２を正電
位として芯部空間に逆方向の磁界を発生させ、磁気歪部
材７９を収縮させた後、第２の端子ＴＡ２に対して第１
の端子ＴＡ１を正電位とし、磁気歪部材７９を伸長させ
るようにしている。従って、逆方向の磁界が作用するエ
ネルギーを磁気歪部材７９に弾性エネルギーとして蓄え
ることができるので、磁気歪部材７９の弾性エネルギー
と、大きな磁界の変化量の両方により、より大きな運動
エネルギーを磁気歪部材７９を介してプランジャ１７ｂ
に与えることができ、大きな衝撃的高圧を発生できるた
め、装置を大型化することなく燃料の噴射量を増大でき
る。

【００８８】図１０は衝撃的噴射素子の端子電圧の他の
出力を示す図である。この実施の形態では、クランク角
θ１より僅かに先行するクランク角θ０で印加電圧を０
Ｖから−１００Ｖに変化させた後、クランク角θ１で印
加電圧を−１００Ｖから＋２００Ｖに変化させ、複数回
印加電圧を反転させた後、クランク角θ２で印加電圧を
＋２００Ｖから０Ｖに変化させるか、図中破線で示すよ
うに＋２００Ｖから−１００Ｖに一旦変化させた後０Ｖ
に戻すようにしている。これによると、複数回の圧電素
子の伸縮により、複数回の衝撃波ｂ１を発生させて噴射
量を増大でき、より燃料噴射ユニット４４をコンパクト
にできるとともに、燃料噴射に係らない長い期間におい
て印加電圧は０Ｖとされるので、磁界発生コイル８０に
は電流が流れないようにでき、電力消費量を小さくで
き、また、このため磁界発生コイル８０の発熱量を小さ
くできる。

【００８９】また、この前記各実施の形態では、供給エ
ネルギー制御手段は、第１の所定のクランク角θ０にお
いて、第１の端子と第２の端子との電位差を低電位ある
いは０に保持した状態から、第１の端子に対して第２の
端子を正電位に変化させ、この変化後第２の所定のクラ
ンク角θ１において、第１の端子に対する第２の端子の
正電位状態から第２の端子に対して第１の端子を正電位
に変化させ、この変化後第３の所定のクランク角θ３に
おいて、第２の端子に対する第１の端子の正電位状態か
ら第１の端子と第２の端子との電位差を低電位あるいは
０にするように変化させ、次の第１の所定のクランク角
θ０まで、第１の端子と第２の端子との電位差を低電位
あるいは０に保持する。従って、燃料を噴射しない期間
において、噴射のため磁界発生コイルに負荷する逆電位
及び正電位より、小さい電位を磁界発生コイルに負荷す
るのみであるので、電力消費量を小さくできる。また、
このため、磁界発生コイルの発熱量を小さくできる。

【００９０】また、供給エネルギー制御手段は、第１の
所定のクランク角θ０において、第１の端子と第２の端
子との電位差を低電位あるいは０に保持した状態から、
第１の端子に対して第２の端子を正電位に変化させ、こ
の変化後第２の所定のクランク角θ１において、第１の
端子に対する第２の端子の正電位状態から第２の端子に
対して第１の端子を正電位に変化させ、この変化後所定
回、第２の端子に対して第１の端子が正電位の状態か
ら、第１の端子に対して第２の端子を正電位への変化
と、この変化後第２の端子に対して第１の端子を正電位
への変化とを繰返した後、第２の端子に対する第１の端
子の正電位状態から第１の端子と第２の端子との電位差
を低電位あるいは０にするように変化させ、次の第１の
所定のクランク角θ０まで、第１の端子と第２の端子と
の電位差を低電位あるいは０に保持する。従って、噴射
しない期間において、噴射のため磁界発生コイルに負荷
する逆電位及び正電位より、小さい電位を磁界発生コイ
ルに負荷するのみであるので、電力消費量を小さくで
き、また、このため、磁界発生コイルの発熱量を小さく
できることに加え、複数回の噴射が可能となり、燃料の
噴射量を増大できる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、第１の端子に対して第２の端子を正電位として
芯部空間に逆方向の磁界を発生させ、アーマチャをプラ
ンジャより離間させた後、第２の端子に対して第１の端
子を正電位とし、アーマチャをプランジャに衝突させる
ことにより燃料噴射させ、磁界が逆方向から変化するの
で、磁界の変化量を大きくとれ、大きな運動エネルギー
をアーマチャに与えることができ、大きな衝撃的高圧を
発生できるため、装置を大型化することなく燃料の噴射
量を増大できる。

【００９２】請求項２記載の発明では、アーマチャをプ
ランジャより離間させる時、アーマチャを弾発部材で支
持し、この弾発部材を変位させて磁界からアーマチャに
作用するエネルギーを弾発部材に蓄えるようにさせたか
ら、逆方向の磁界が作用するエネルギーを弾発部材に蓄
えることができるので、弾発部材の弾性エネルギーと、
大きな磁界の変化量の両方により、より大きな運動エネ
ルギーをアーマチャに与えることができ、大きな衝撃的
高圧を発生できるため、装置を大型化することなく燃料
の噴射量を増大できる。

【００９３】請求項３記載の発明では、第１の端子に対
して第２の端子を正電位として芯部空間に逆方向の磁界
を発生させ、磁気歪部材を収縮させた後、第２の端子に
対して第１の端子を正電位とし、磁気歪部材を伸長させ
るから、逆方向の磁界が作用するエネルギーを磁気歪部
材に蓄えることができるので、磁気歪部材の弾性エネル
ギーと、大きな磁界の変化量の両方により、より大きな
運動エネルギーをプランジャに与えることができ、大き
な衝撃的高圧を発生できるため、装置を大型化すること
なく燃料の噴射量を増大できる。

【００９４】請求項４記載の発明では、燃料を噴射しな
い期間において、噴射のため磁界発生コイルに負荷する
逆電位及び正電位より、小さい電位を磁界発生コイルに
負荷するのみであるので、電力消費量を小さくでき、ま
たこのため、磁界発生コイルの発熱量を小さくできる。

【００９５】請求項５記載の発明では、噴射しない期間
において、噴射のため磁界発生コイルに負荷する逆電位
及び正電位より、小さい電位を磁界発生コイルに負荷す
るのみであるので、電力消費量を小さくでき、また、こ
のため、磁界発生コイルの発熱量を小さくできることに
加え、複数回の噴射が可能となり、燃料の噴射量を増大
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃料噴射装置を適用した２サイ
クル内燃機関の構成図である。

【図２】燃料噴射装置の実施の形態の概略構成図であ
る。

【図３】電力供給装置の回路図である。

【図４】衝撃的噴射素子の具体的な駆動回路図である。

【図５】端子電圧及び点火信号のタイミングを説明する
図である。

【図６】端子電圧の波形及び衝撃的噴射素子の作動によ
る圧力変動を示す図である。

【図７】この発明に係る燃料噴射装置を４サイクル内燃
機関に適用した例を示す図である。

【図８】燃料噴射装置のさらに他の実施の形態の概略構
成図である。

【図９】端子電圧の波形及び衝撃的噴射素子の作動によ
る圧力変動を示す図である。

【図１０】衝撃的噴射素子の端子電圧の他の出力を示す
図である。

【符号の説明】

５ クランク軸 １６ 高圧発生装置 １７ 衝撃的高圧発生源 １７ａ 衝撃的噴射素子 １７ｂ プランジャ ２５ 噴射弁 ３３ａ 噴射通路 ４０ 燃焼室 ４１ 噴射口 ４４ 燃料噴射ユニット ４６ａ 燃料入口 ５０ 加圧室 ４１０ 磁界発生コイル ４１１ アーマチャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｎ 57/02 57/02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に臨むように燃料噴射ユニットと、
   この燃料噴射ユニットへの電力供給を制御する供給エネ
   ルギー制御手段とを備え、この燃料噴射ユニットにより
   燃料を前記燃焼室に噴射する燃料噴射装置において、前
   記燃料噴射ユニットは、液体燃料供給源と燃料入口によ
   り連通する加圧室と、磁界発生コイルと、この磁界発生
   コイルの芯部空間に配置され移動可能なアーマチャと前
   記加圧室に臨むプランジャからなり、この磁界発生コイ
   ルの両端の内、第１の端子に対して第２の端子を正電位
   とする電力供給を受けて前記芯部空間に磁界を発生さ
   せ、短時間で前記アーマチャを移動させ、前記プランジ
   ャを前記アーマチャにより殴打することにより前記プラ
   ンジャ近傍に衝撃的高圧波を発生させる衝撃的噴射素子
   と、衝撃的高圧波の到達時開となり前記燃焼室に燃料を
   噴射可能とする噴射弁を配置した噴射口と、この噴射口
   と前記加圧室を連通する噴射通路とを備え、前記供給エ
   ネルギー制御手段は、前記第１の端子に対して第２の端
   子を正電位として前記芯部空間に逆方向の磁界を発生さ
   せ、前記アーマチャを前記プランジャより離間させた
   後、第２の端子に対して第１の端子を正電位とし、前記
   アーマチャを前記プランジャに衝突させることにより燃
   料噴射させるようにしたことを特徴とする燃料噴射装
   置。
2. 【請求項２】前記第１の端子に対して第２の端子を正電
   位として前記芯部空間に逆方向の磁界を発生させ、前記
   アーマチャを前記プランジャより離間させる時、前記ア
   ーマチャを弾発部材で支持し、この弾発部材を変位させ
   て磁界から前記アーマチャに作用するエネルギーを前記
   弾発部材に蓄えるようにさせたことを特徴とする請求項
   １記載の燃料噴射嚢置。
3. 【請求項３】燃焼室に臨むように燃料噴射ユニットと、
   この燃料噴射ユニットへの電力供給を制御する供給エネ
   ルギー制御手段を備え、この燃料噴射ユニットにより燃
   料を前記燃焼室に噴射する燃料噴射装置において、前記
   燃料噴射ユニットは、液体燃料供給源と燃料入口により
   連通する加圧室と、磁界発生コイルと、この磁界発生コ
   イルの芯部空間に配置され一端がユニットケーシングに
   固定され、他端が直接あるいはプランジャを介して前記
   加圧室に臨む磁気歪部材からなり、この磁界発生コイル
   の両端の内、第１の端子に対して第２の端子を正電位と
   する電力供給を受けて前記芯部空間に磁界を発生させ、
   短時間で前記磁気歪部材を伸長させ、前記他端あるいは
   前記プランジャ近傍に衝撃的高圧波を発生させる衝撃的
   噴射素子と、衝撃的高圧波の到達時開となり前記燃焼室
   に燃料を噴射可能とする噴射弁を配置した噴射口と、こ
   の噴射口と前記加圧室を連通する噴射通路と、前記供給
   エネルギー制御手段は、前記第１の端子に対して第２の
   端子を正電位として前記芯部空間に逆方向の磁界を発生
   させ、前記磁気歪部材を収縮させた後、第２の端子に対
   して第１の端子を正電位とし、前記磁気歪部材を伸長さ
   せるようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記供給エネルギー制御手段は、第１の所
   定のクランク角において、前記第１の端子と第２の端子
   との電位差を低電位あるいは０に保持した状態から、第
   １の端子に対して第２の端子を正電位に変化させ、この
   変化後第２の所定のクランク角において、前記第１の端
   子に対する第２の端子の正電位状態から第２の端子に対
   して第１の端子を正電位に変化させ、この変化後第３の
   所定のクランク角において、前記第２の端子に対する第
   １の端子の正電位状態から前記第１の端子と第２の端子
   との電位差を低電位あるいは０にするように変化させ、
   次の第１の所定のクランク角まで、前記第１の端子と第
   ２の端子との電位差を低電位あるいは０に保持するよう
   にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
   かに記載の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】前記供給エネルギー制御手段は、第１の所
   定のクランク角において、前記第１の端子と第２の端子
   との電位差を低電位あるいは０に保持した状態から、第
   １の端子に対して第２の端子を正電位に変化させ、この
   変化後第２の所定のクランク角において、前記第１の端
   子に対する第２の端子の正電位状態から第２の端子に対
   して第１の端子を正電位に変化させ、この変化後所定
   回、前記第２の端子に対して第１の端子が正電位の状態
   から、第１の端子に対して第２の端子を正電位への変化
   と、この変化後第２の端子に対して第１の端子を正電位
   への変化とを繰返した後、前記第２の端子に対する第１
   の端子の正電位状態から前記第１の端子と第２の端子と
   の電位差を低電位あるいは０にするように変化させ、次
   の第１の所定のクランク角まで、前記第１の端子と第２
   の端子との電位差を低電位あるいは０に保持するように
   したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
   に記載の燃料噴射装置。