JPS61138859A

JPS61138859A - 機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JPS61138859A
Application number: JP26063984A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Sakakibara; 榊原　康行; Toshihiko Ito; 猪頭　敏彦; Masayuki Abe; 誠幸阿部; Akihiro Izawa; 井沢　明宏
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1986-06-26
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPH0629600B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電歪アクチュエータ装置およびこの電歪アクチ
ュエータ装置を用いたディーゼル機関用燃料噴射装置に
関する。

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

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

問題点を解決するための手段本発明においては基本的形態として、くり返し荷重を受
ける電歪アクチュエータ、該電歪アクチュエータの発生
する電荷を蓄電することができるコンデンサ、第１の時
期に導通し該コンデンサヘ該電歪アクチュエータの発生
する電荷を充電することができる第１のスイッチ素子、
および、該第１の時期とは異なる第２の時期に導通し該
コンデンサに蓄電された電荷を電歪アクチュエータヘ戻
すことができる第２のスイッチ素子、を具備することを
特徴とする電歪アクチュエータ装置が提供される。

本発明においては他の形態として、くり返し荷重を受け
る電歪アクチュエータ、該電歪アクチュエータの発生す
る電荷を蓄電することができるコンデンサ、第１の時期
に導通し、該コンデンサヘ該電歪アクチュエータの発生
する電荷を充電することができる第１のスイッチ素子、
該第１の時期とは異なる第２の時期に導通し該コンデン
サに蓄電された電荷を電歪アクチュエータヘ戻すことが
できる第２のスイッチ素子、該第１および第２の時期と
は異なる第３の時期に導通し、電歪アクチュエータの発
生ずる電荷を放電することができる第３のスイッチ素子
、を具備することを特徴する電歪アクチュエータ装置が
提供される。

本発明においてはさらに他の形態として、くり返し荷重
を受ける電歪アクチュエータ、該電歪アクチュエータの
発生する電荷を蓄電することができるコンデンサ、第１
の時期に導通し該コンデンサヘ該電歪アクチュエータの
発生する電荷を充電することができる第１のスイッチ素
子、および、該第１の時期とは異なる第２の時期に導通
し該コンデンサに蓄電された電荷を電歪アクチュエータ
ヘ戻すことができる第２のスイッチ素子、を具備する電
歪アクチュエータ装置が、シリンダボアと該シリンダポ
ア内に摺動自在に嵌合されたプランジャとによって形成
されるポンプ室内に燃料を導入するとともにポンプ室の
容積を変化させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出さ
れるディーゼル段間用燃料噴射装置に組み合わされ、該ポンプ室に、印加電圧に応じて伸縮する電歪アクチュ
エータによって容積を変化できる可変容積室を連通させ
ると共に、該ポンプ室内の燃料圧力が一定の圧力を超え
た所定の時期に該第１のスイッチ素子を導通させ、該電
歪アクチェエータに発生した電荷をコンデンサに吸いと
り該電歪アクチュエータを収縮させて前記可変容積室の
容積を拡大して前記噴射弁から噴射される燃料の噴射率
を低下させるにあたり、該コンデンサに蓄電された電荷
が、ポンプ圧送行程終了後に電歪アクチュエータに戻さ
れ、該電歪アクチュエータの収縮量が拡大されることを
特徴とする電歪アクチュエータを用いたディーゼル機関
用燃料噴射装置が提供される。

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

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

まず燃料噴射ポンプＰについて説明する。ケーシング６
０４のシリンダボア６０５内に摺動自在に支持されたプ
ランジャ６０６は、エンジン回転数の２分の１に同期し
て回転往復運動を行う。即ち、エンジンの回転はギヤ又
はタイミングベルトを介して駆動軸（図示せず）に伝達
され、プランジャ６０６はこの駆動軸により同軸的に回
転駆動されるとともに、フェイスカム６０７がローラ６
０８に係合することにより往復運動する。フェイスカム
６０７はハネ（図示せず）により常時図の左方に付勢さ
れてローラ６０８に係合しており、プランジャ６０６の
往復運動は、軸心周りに回転してフェイスカム６０７の
カム面の形状に従うことにより行われる。プランジャ６
０６はその外周に、１個の分配ポート６０９とエンジン
気筒数と同数の吸入ボート６１０ａ、６１０ｂとが形成
され、このプランジャ６０６の先端面とシリンダボアロ
０５との間にはポンプ室６０２が形成される。

ケーシング６０４には、低圧室６１１とこの低圧室６１
１をシリンダポア６０５に連通ずる吸入通路６１２と、
外部の各噴射弁８１３をシリンダボア６０５に導通可能
な分配通路６１４が形成される。分配通路６１４はエン
ジン気筒数と同数設けられるとともに、その途中にはそ
れぞれデリバリ弁６．１５が設？・すられる。デリバリ
弁６１５はばね６１６に抗して開放可能であり、逆止弁
としての機能及び吸戻し弁としての可能を宵する。

然してプランジャ６０６が左行してポンプ室６０２が膨
張する時、いずれかの吸入ポート６１．０が吸入通路６
１２に導通して低圧室６１１内の燃料がポンプ室６０２
に吸入され、これとは逆に、プランジャ６０６が右行し
てポンプ室６０２が加圧される時、分配ポート６０９が
いずれかの分配通路６１４に導通してポンプ室６０２内
の燃料が外部に送出される。燃料の送出はプランジャ６
０６が右行を始めた時に始まり、さらにプランジャ６０
６が右行してスピルポート６１７がスピルリング６１８
の右端面より低圧室６１１内へと開放された時に終わる
。

ここでスピルポート６１．７とはプランジャ６０６に設
けられて、ポンプ室６０２と低圧室６１１とを導通する
為の開口であり、スピルリング６１８は、短いシリンダ
状であって、その内孔をプランジャ６０６が摺動するも
のである。スピルリング６１８はレバー６１９によって
その固定位置をかえることができ、スピルリング６１８
の位置によってポンプ室６０２の吐出量をかえることが
でき　゛る。レバー６１９は間接的にアクセルレバ−と
連動している。以上は公知部分の説明である。

次に噴射率制御装置について説明する。

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

電歪式アクチュエータ２００は薄い円盤状（φ１５Ｘｔ
Ｏ，５）の電歪素子を約５０積層層して円柱状となした
ものである。この電歪素子はＰＺＴと呼ばれるセラミッ
ク材であり、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としており
、その厚み方向に５００Ｖ程度の電圧を印加すると０．
５μｍ程度伸びる。

これを５０枚積層して各々の素子の厚み方向に５００ｖ
印加すると全体として２５μｍの伸長が得られる。この
電圧を解除するか又は若干の負電圧を印加すれば２５μ
ｍの縮小を起こして元の長さに戻る。

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

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

電歪式アクチュエータ２００へ所定の時期における電圧
の印加、ショート、オーブン等の操作はリード線７２５
を介して外部の制御回路であるコントローラＣ０ＮＴに
よって制御される。

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

ディスタンスピース６２４は円盤状であって、その中央
には貫通孔６２７を有している。ディスタンスピース６
２４の直径はピストン７２２の直径よりも−回り大きく
、ケーシング７２８の雄ねじ２９を締め込んで行（と、
ケーシング７２０とケーシング６０４とにはさみ込まれ
るようになってソールを行う。可変容積室７２６は貫通
孔６２７を介してポンプ室６０２と導通している。

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

以上の構成に於いて作用を説明すると、電歪式アクチュ
エータ２００に外部からの電圧を印加せず、又ショート
もさせなかった時、即ち電気的にオープンした時、ポン
プ室６０２の圧力は第５図の上方の曲線（ａ）となる。

第５図中に示す凸の部分が吐出行程であって、即ち、プ
ランジャ６０６が右行しつつかつ、スピルボート６１７
がスピルリング６１８によっておおわれている時である
。このうち、噴射弁８１３の開弁圧より高い部分が噴射
に寄与する部分である。即ち、この期間、噴射弁８１３
は開弁じており、その開弁リフトはその圧力と比例して
いる。よって噴射量もその圧力と概ね比例している。

又、電歪式アクチュエータ２００にはポンプ室６０２の
圧力に比例した電荷が生じ、第３図の電圧が発生する。

なお、ポンプ室６０２の圧力を第３図の圧縮荷重に換算
するには、圧力にピストン７２２の受圧面積をかけてや
ればよく、第２図の場合、ピストン７２２の受圧面積は
４ｃｎｔ程度であり、噴射弁８１３の開弁圧は１００　
ｋｇ／ａｎｔに設定しであるので、噴射開始時に電歪式
アクチュエータ２００によって発生する電圧は４００Ｖ
である。

またコントローラＣ０ＮＴは電歪式アクチュエータ２０
０に発生した電圧がさらに上昇して５００■に達した時
、即ち、噴射弁８１３が噴射を開始した直後の所定の時
期に、電歪式アクチュエータ２００をショートして発生
した電圧をＱＶに落とすように制御する。

この時電歪式アクチュエータ２００は第４図に示すよう
に２５μｍの縮小を起こすので、可変容積室７２６は４
ｃ＋＋ｌＸ　２５１１ｍ　＝　１０ｍｍ”の膨張を生じ
る。よってポンプ室６０２の圧力は低下して噴射弁８１
３からの噴射圧は低下する。もしくはポンプ室６０２の
圧力は第５図の上方の曲線（ｂ）となる。後述の場合、
噴射弁８１３からの噴射は一時中断され、パイロット噴
射の形態を実現することができる。

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

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

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

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

このためポンプ室の圧力が低下し噴射が中断されるため
第７図（５）の如くパイロット噴射を行なうことができ
ることは前述した通りである。電歪式アクチュエータ２
００の収縮量を大きくすれば効果がより顕著になること
は先に説明したが、そのために電歪式アクチュエータ２
００の電荷をコンデンサに充電し再利用しようというの
が第１図装置における駆動回路である。第８図は本発明
の実施例における駆動回路の一例における主要部分の回
路図である。電歪式アクチュエータ２００の高圧側にコ
イル１６３、第１サイリスタ１６１が直列に接続され、
コンデンサ３００に接続されている。これと並列にコイ
ル１６４、第２サイリスタ１６２を直列に接続したもの
が接続されている。

電歪式アクチェエータ２００の発生電圧が開弁圧以上の
所定の電圧になった時、第１サイリスタ１６１のゲート
端子１６７に第１トリガ信号が送られる（第９図（２）
）。これにより第１サイリスタ１６１は導通ずる。この
状態で電歪式アクチュエータ２００、コイル１６３、コ
ンデンサ３００から成る直列共振回路が形成され、電歪
式アクチュエータ２００に発生した電荷はコンデンサ３
００に移るため、電歪式アクチュエータ２００はショー
ト状態と同様になり収縮を行なう。

このとき、この収縮によりポンプ室の圧力が低下しパイ
ロット噴射の状態を呈することは前述した通りである（
第９図（５））。次に、ポンプの圧送行程が終了し、か
つ次の圧送行程が開始されるまでの期間内に、第２サイ
リスタ１６２をトリガする（第９図Ｃ３））。そうする
と、第２サイリスタ１６２は導通し、コンデンサ３００
、コイル１６４、電歪式アクチュエータ２００から成る
直列共振回路が形成され、コンデンサ３００に蓄えられ
ていた電荷が、電歪式アクチュエータ２００へ移動する
ため、電歪式アクチュエータ２００に約３００Ｖの電圧
が印加される。しがる後、次の圧送行程が始、まるが、
この時、電歪式アクチュエータ２００の電圧はすでに３
００Ｖになっているため、圧送に伴って電圧が上昇し、
先程の第１サイリスタ１６１をトリガすべきタイミング
時点では３００Ｖ＋５００Ｖ＝８００Ｖの電圧に達する
ことになる。この時点で第１サイリスタ１６１を導通さ
せるため、その時の発生電圧５ｏｏｖに対応した収縮量
が得られる。この収縮量が、従来例の車にショートする
だけの回路に比べ、電圧が５００Ｖから８００■と増し
ているため、収縮量を１．６倍にすることができ、前述
の如くパイロット噴射の効果を高めることができ、騒音
、振動の低減効果を大きくすることができるという優れ
た点がある。

ところで、電歪式アクチュエータ２００の発生した電荷
を吸収し、蓄えるコンデンサ３００の容量に関して、最
適な値がある。第１Ｏ図はコンデンサ３００の静電容量
を変えた時の、電歪式アクチュエータ２００の収縮量を
調べたグラフである。

電歪式アクチュエータ２００の静電容量をＣとすると、
３Ｃ以上でほぼ飽和しており、３Ｃ以上あればよいこと
がわかった。

第１図装置におけるコントローラＣ０ＮＴについて以下
に記述される。１０１は第１コンパレータで、電歪式ア
クチュエータ２００の端子電圧が抵抗１０２．１０３に
より分圧されて非反転入力に接続されている。反転入力
にば４９電圧（ＶＲｌ）１０４が接続されており電歪式
アクチュエータ２００の端子電圧が８００Ｖ以上になる
と第１コンパレータ１０１の出力は「１」レベルとなる
。

第１コンパレータ１０１の出力は、リトリガラブルの第
１ワンシヨツトマルチ１０５の立上りトリガ人力に接続
されている。

第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力パルス幅はコンデ
ンサ１０６、抵抗１０７により決定される。第１図装置
においては、このパルス幅を、アイドル回転時のポンプ
圧送行程期間より少し長め（約１５ｍ５ｅｃ）に設定し
である。

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

すなわち第１ワンシヨツトマルチ１０５の信号発生期間
中は、不必要な信号はマスクされるようになっている。

第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力は第２ワンシヨツ
トマルチ１０８の立上りトリガ入力に接続されている。

第２ワンシヨツトマルチ１０８の出力パルス幅はコンデ
ンサ１０９、抵抗１１０により決定される。このパルス
幅は第１サイリスタ１６１のトリガ信号のパルス幅であ
るため、短かくてよく約３０μｓに設定しである。

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

このトリガ信号は第１サイリスタ１６１のゲート端子に
接続され、第１サイリスタ１６１をトリガする。ダイオ
−）”　１１５はハックパルス吸収用である。第１ワン
シヨツトマルチ１０５の出力は第３ワンシヨツトマルチ
１２０の立上りトリガ人力にも接続されている。第３ワ
ンシヨツトマルチ１２０の出力パルス幅はコンデンサｉ
２ｉ、ｔａ抗１２２で決定される。このパルス幅は第２
サイリスタ１６２をトリガするタイミングを決めるため
のもので、このタイミングをポンプ圧送行程終了から次
の圧送行程開始までの間とするために約２０ｍ５としで
ある。

第３ワンシヨツトマルチ１２０の出力は第４ワンシヨツ
トマルチ１２３の立下りトリガ入力に接続されている。

第４ワンシヨツトマルチ１２３の出力パルス幅はコンデ
ンサ１２４、抵抗１２５により決定され、約３０μｓに
設定しである。第４ワンシヨツトマルチ１２３の出力は
抵抗１２６゜１２７を介してトランジスタ１２８のベー
スに接続されており、第４ワンシヨツトマルチ１２３の
出力が「１」レベルのときトランジスタ１２８はオンに
なる。トランジスタ１２８のコレクタにはパルストラン
ス１２９が接続されており、第２サイリスタ１６２のゲ
ート端子に接続されている。

ダイオード１３０はバックパルス吸収用である。

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

第２コンパレータ１４０の出力はリトリガラブルの第５
ワンシヨツトマルチ１４２の立上りトリガ入力に接続さ
れている。第５ワンシヨツトマルチ１４２の出力パルス
幅はコンデンサ１４３、抵抗１４４で決定される。この
パルス幅はエンジン回転数が１２０Ｏｒｐｍである場合
のポンプ圧送周期、すなわち４気筒エンソンでは２５ｍ
５ｅｃに設定されている。

第５ワンシヨツトマルチ１４２の出力はＤフリップフロ
ップ１４５のＤ入力に接続されており、Ｄフリップフロ
ップ１４５のクロック入力には第２コンパレータ１４０
の出力が接続されている。

Ｄフリップフロップ１４５の出力は２人力オア回路１５
２の一方の入力に接続されている。

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

第３コンパレータ１５０の出力は２人力オア回路１５２
のもう一方の入力に接続されている。２人力オア回路１
５２の出力は、第２ワンショット。

マルチｌＯ８および、第４ワンシヨツトマルチ１２３の
リセット人力に接続されており、２人力オア回路１５２
の出力が「１」レベルのときには第２および第４ワンシ
ヨツトマルチはリセットされるため、トリガ信号は発生
されないようになっている。

上記構成におけるコントローラＣ０ＮＴの作動が以下に
記述される。いま、低回転、低負荷時を考えると、ポン
プ駆動軸の回転に伴いカムがリフトし、ポンプ室６０２
の圧力が上昇する。それにつれて電歪式アクチュエータ
２００は加圧され電圧が発生する。この電圧の初期値は
前回コンデンサ３００から電荷が供給されているため３
００■から上昇することになる。電歪アクチュエータの
発生電圧は抵抗１０２．１０３により分圧されて第１コ
ンパレータ１０１により基準電圧（ＶＲＩ）と比較され
る。電歪式アクチュエータの端子電圧が８００Ｖを越え
ると（第９図（４１）、第１コンパレータ１０１の出力
は「１」レベルとなり、第１ワンシヨツトマルチ１０５
をトリガする。第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力の
立上りにて第２ワンシヨツトマルチ１０８がトリガされ
、抵抗１１１．１１２を介してトランジスタ１１３が導
通ずる。これれによりパルストランス１１４を介して７
４１サイリスタ１６１がトリガされて（第９図（２＋）
！通し、電歪式アクチュエータ２００の電荷をコンデン
サ３００へ吸収する。このため電歪式アクチュエータ２
００の端子電圧はＯ■に低下しく第９１１（４１）、電
歪式アクチェエータ２００は約４０μｍ収縮するため、
前述の如くポンプ室６０２の圧力が低下しく第９図（１
））噴射が中断される（第９図（５１）、’４１サイリ
スタ１６１はコイル１６３の共振により自動的に転流し
非導通となる。この時カムリフトは、リフトの途中にあ
るため、さらに燃料の圧送が行なわれ、ポンプ室６０２
の圧力は再び上昇し噴射を再開する。カムリフトが上死
点に達する前に前述のスピルポートが開き、ポンプ室圧
がスピルされて噴射を終了する。この時電歪式アクチェ
エータ２００の端子電圧は第９図（４）の破線のように
負電圧まで下がろうとするが、負電圧の値が大きいと電
歪式アクチュエータ２００の分極がこわれるおそれがあ
るためダイオード１６６により逆電圧をショートし保護
するようになっている。前記第１ワンシヲノトマルチ１
０５の立上りにより第３ワンソコソトマルチ１２０もト
リガされる。この出力の立下りで第４ワンシヨツトマル
チ１２３がトリガされる。すなわち第１サイリスタ１６
１がトリガされてから約２０ｍ５後に第４ワンシヨツト
マルチ１２３に信号が発生し第２サイリスタ１６２をト
リガする（第９図（３））。

この時点では既にポンプは圧送行程を終了しており次の
圧送行程のための準備段階にありポンプ室圧は低圧とな
っている。第２サイリスタ１６２の導通により、コンデ
ンサ３００に蓄えられていた電荷が、電歪式アクチュエ
ータ２０つに戻され電歪式アクチュエータの端子電圧は
約３００■に上昇する。

次にエンジン条件に応じて前記電歪式アクチュエータ２
００の制御を行なわない方法について説明する。高負荷
あるいは高回転時にはパイロット噴射を行なっても騒音
、振動に対して効果が少なく、またパイロット噴射を行
なうと噴射率が低下するためかえってエンジン出力が低
下するため、電歪式アクチュエータ２００の制御は行な
わない。

例えば負荷が高い時を考えるとポテンショメータ５００
の出力電圧は高くなり、設定負荷以上においては第３コ
ンパレータ１５０の出力はｒｌＪレヘレベなる。この信
号は２人カオア回路１５２を通り、第１ワンシヨツトマ
ルチ１０８及び第４ワンシー？　’７トマルチ、１２３
をリセットする。、すなわち、負荷が高い時には第１ザ
イリスタ１６１、第２サイリスタ１６２へのトリガ信号
が発生しないため電歪式アクチュエータの制御は行なわ
れれずオープンのままである。エンジン回転数について
も同様で、ポンプの圧送行程毎に・第２コンパレータ１
４０の出力が「１」レベルとなるがこの周期が第５ワン
シヨツトマルチ１４２の出力パルス幅２５ｍ５よりも短
かくなると、Ｄフリンプフロノプ１４５の出力が「１」
レベルとなり、２人カオア回路を通して第２ワンシヨツ
トマルチ１０８および第４ワンシヨツトマルチ１２３を
リセットする。

このため第１サイリスタ１６１、第２サイリスタ１６２
へのトリガ信号は発生せず電歪式アクチュエータ２００
の制御は行なわれなくなる。

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

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

第１２図装置の作動について説明する。電荷制御部分は
一種のシャントレギュレータとして働き、コンデンサ３
００の電圧を制御電圧に比例した値となるように作動す
る。今、コンデンサ３００の電圧が６００■、抵抗１７
４．１７５の分圧比を１／１００とするとオペアンプの
非反転入力には６■の電圧が入力される。制御電圧が３
．５■であるとするとオペアンプ１７２の出力電圧は裔
くなり、抵抗１７３を介してトランジスタ１７０を導通
させる。このためコンデンサ３００の電荷は抵抗１７１
を介して放電し、その電圧は降下していく。

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

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

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

この駆動回路を使用した実施例が第１３図に示される。

第１図装置と異なる部分は、駆動回路が第１２０のもの
になっているのと基準電圧ＶＲＩとＶＲ４が接続されて
いる点である。コンデンサ３００の電圧を変えると、電
歪式アクチュエータ２００のゲタ上げ分が変わるため、
所定のタイミングにおけるアクチュエータ２００の端子
電圧も影響される。したがってＶＲＩもＶＲ４の変化に
対して同様に変えてやらないとパイロット噴射のタイミ
ングがずれてしまう。第１３図に示される実施例では、
前記制御電圧ＶＲ４を水温に応じて変えるようになって
いる。４００はエンジン（図示せず）のウォータジャケ
ットに装着された水温センサで、例えばサーミスタを使
用したものである。

１７８は抵抗で前記水温センサ４００と直列に接続され
、電流を供給することにより、水温センサの抵抗値変化
を電圧に変換して、オペアンプ１７２の反転入力に入力
する。

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

この時間は実際の結果２ｍｓ程度とすることができた（
第１　＝ｉ図（４））。

７に温が高い場合には、水温センサ４００の抵抗は小さ
くなるため、オペアンプ１７２の反転入力電圧値は小さ
くなり、コツプ／す３００の電圧は低くなる。したがっ
て、電歪式アクチュエータ２００の収縮量は戚少し、圧
力室２の圧力低下も少なくなり、すくに開弁圧を超える
ため（第１５図（１））パイロット噴射と主噴射との間
隔も短かくなる。コンデンサ３００の電圧をＯ■まで下
げたときのパイロット噴射と主噴射との間隔は０．８ｍ
ｓであった（第１５図（４））。以上のように、水温に
応じてパイロット噴射と主噴射との間隔を制御すること
が可能である。

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

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

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

第１６図装置の作動を説明する。簡単の為に第１３図装
置におけるコンデンサ３００の制御部を除いた状態で説
明する。コンデンサ３００は前回電歪式アクチュエータ
２００からの充電で高電圧（６００Ｖ）に充電されてい
るものとし、電歪アクチュエータ２００の電圧は０■と
する。ポンプか圧送を開始するとポンプ室６０２の圧力
は上昇していき（第１７図（１１）、それに応じて電歪
式アクチュエータ２００の発生電圧も上昇する（第１７
図（２））。

ポンプ室６０２の圧力が噴射弁８１３の開弁圧直前の所
定の値になったとき、これを検出して第２＋ナイリスタ
［６２をトリガするための第２トリ力１訂号が発生ずる
（第１７図Ｆ３１）　、　Ｃれにより第２サイリスタ１
６２は導通し、コンデュ／す３００に慾屯して、また電
荷が電歪式アクチュエータ２００に戻’３　ｆ＋、る。

このため電歪式アクチェエータ２００の端子電圧ば第Ｌ
７図（２）のように急上昇するため電歪式アクチュエー
タは１５μｍ伸長する。

ごのためピストン７２２を左行させポンプ室の容積が減
少するため圧力室６０２の圧力も上昇し、開弁圧を越え
るため、噴射を開始することになる（第１７図（［））
。ずなわら、第２サイ゛ノスタ１６２をトリガするタイ
ミングによるバＩＩコツト噴射の開始時期苓制御できる
。第２ザイリスタ１６２がトリガされてから所定時間後
、第３ザイリスタ１８０をトリガする（第１７図（４）
）。第３サイリスタ１８０は導通し、抵抗１８１を介し
て電歪アクチュエータ２００の電荷はショートされその
端子電圧は０■まで下がり（第１７図（２１）　、、こ
の時電歪式アクチュエータ２００は約１５μｍ収縮する
。この量は先の伸長量とほぼ同じである。

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

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

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

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

逆に、コンデンサ３００の電圧が低いときには、電歪式
アクチュエータ２００の伸長量も少な（、パイロット量
が少ない。すなわち基準電圧（ＶＲ４）１７６の値によ
りパイロット噴射の量を制御できることになる。この基
準電圧は第１３図装置の場合のように水温センサを用い
て行なってもよいし、大気田七ンサ等他のものを用いて
もよい。

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

制御回路Ｃ０ＮＴはポンプ室６０２の圧力をその圧力に
基づいて電圧を発生する電歪式アクチュエータ２００の
出力電圧によって検知して、電歪式アクチュエータ２０
０を制御するものであるため、別の圧力検出手段を設け
ることなく、ポンプ室６０２の圧力に基づいて所定の時
期にその噴射率制御装置を精度よく制御することが可能
である。

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

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

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

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

ただし、この場合には電歪素子の分極方向と逆方向の電
圧を印加しても上述の問題が発生しない電歪素子の開発
が待たれる。

発明の効果本発明によれば電歪アクチュエータに発生した電荷が共
振回路の動作によりコンデンサに蓄えられ、伸長時に再
利用されることができ、高電圧電源無しで電歪アクチュ
エータの大きな伸縮■が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本形態の一実施例としての電歪アク
チュエータ装置を示す図、第２図は第１図に示されるアクチェエータ装置を分配型
燃料噴射ポンプに装着した構成を示す図、第３図、第４
図は電歪アクチュエータにおける圧縮荷重に対する発生
電圧およびンヨート時縮小量の関係を示す特性図、第５図は電歪式アクチュエータの動作を説明する波形図
、第６図は従来形の電歪式アクチュエータの駆動回路を示
す図、第７図１ま第６図回路の動作を説明する波形図、第８図
は本発明の実施例における駆動回路の一例を示す回路図
、第９図は第８図回路の動作を説明する波形図、第１０図
はコンデンサ静電容量とアクチュエータ収縮量の関係を
示す特性図、第１１図は第１図装置における動作を説明する波形図、第１２図、第１３図は本発明の池の実施例を示す回路図
、第１４図、第１５図は第１２図、第１３図装置の動作を
説明する波形図、第１６図は本発明のさらに他の実施例を説明する回路図
、第１７図は第１６図装置の動作を説明する波形図である
。１０１：コンパレータ、１０５：ワンショソトマルチ、
１０８：ワンショソトマルチ、１２０：ワンショソトマ
ルチ、１２３：ワンショ・ノドマルチ、１４０：コンパ
レータ、１４２：ワンショ・ノドマルチ、１４５：Ｄフ
リップフロップ、１５０：コンパレータ、２００：電歪
式アクチュエータ、１６１．１６２ニサイリスタ、１６
３．１６４：コイル、１６６：ダイオード、３００：コ
ンデンサ、５００：ポテンショメータ、６０２：ポンプ
室、６０４：ケーシング、６０５：ソリンダボア、６０
６：プランジャ、６０７：フェイスカム、６０８：ロー
ラ、６０９：分配ポート、６１０ａ。６１０ｂ：吸入ボート、６１１：低圧室、６１２；吸入
通路、６１４：分配通路、６１５：デリノ＼す弁、６１
６：ばね、６１７：スピルボート、６１８ニスピルリン
グ、６１９ニレバー、６２４：ディスクンスピース、７
：噴射制御装置、７２０：ケーシング、７２２：ピスト
ン、７２３二皿ばね、７２５；リード線、７２６：可変
容積室、７２８：０リング、７２９：雄ねし、８１３：
噴射弁、８１４：分配通路、Ｐ：燃料噴射ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

１．くり返し荷重を受ける電歪アクチュエータ、該電歪
アクチュエータの発生する電荷を蓄電することができる
コンデンサ、第１の時期に導通し該コンデンサへ該電歪
アクチュエータの発生する電荷を充電することができる
第１のスイッチ素子、および、該第１の時期とは異なる
第２の時期に導通し該コンデンサに蓄電された電荷を電
歪アクチュエータヘ戻すことができる第２のスイッチ素
子、を具備することを特徴とする電歪アクチュエータ装
置。
２．該第１の所定の時期は、該電歪アクチュエータの発
生電圧がコンデンサの電圧よりも高電圧である時期であ
り、該第２の時期は該電歪アクチュエータの電圧がコン
デンサの電圧よりも低い時期である、特許請求の範囲第
１項記載の装置。
３．該第１および第２のスイッチ素子に電流制限素子が
接続されている、特許請求の範囲第１項記載の装置。
４．該第１または第２のスイッチ素子がサイリスタであ
る、特許請求の範囲第１項記載の装置。
５．該電流制限素子がインダクタンスを有するコイルで
ある、特許請求の範囲第３項記載の装置。
６．該コンデンサが、電歪アクチュエータの静電容量の
３倍以上の静電容量を有する、特許請求の範囲第１項記
載の装置。
７．該くり返し荷重が、ジャーク式油圧ポンプの油圧に
よる荷重である、特許請求の範囲第１項記載の装置。
８．該コンデンサに並列にトランジスタが接続され、該
コンデンサの電圧が所定の電圧になるように該トランジ
スタにより該コンデンサの電荷を放電させられ、電歪ア
クチュエータの発生電圧が変化し該電歪アクチュエータ
の収縮量が制御され得るようになっている特許請求の範
囲第１項記載の装置。
９．該コンデンサの電圧が水温センサの信号により制御
され得るようになっている特許請求の範囲第１項記載の
装置。
１０．くり返し荷重を受ける電歪アクチュエータ、該電
歪アクチュエータの発生する電荷を蓄電することができ
るコンデンサ、第１の時期に導通し、該コンデンサヘ該
電歪アクチュエータの発生する電荷を充電することがで
きる第１のスイッチ素子、該第１の時期とは異なる第２
の時期に導通し該コンデンサに蓄電された電荷を電歪ア
クチュエータヘ戻すことができる第２のスイッチ素子、
該第１および第２の時期とは異なる第３の時期に導通し
、電歪アクチュエータの発生する電荷を放電することが
できる第３のスイッチ素子、を具備することを特徴とす
る電歪アクチュエータ装置。
１１．該コンデンサに並列にトランジスタ回路が接続さ
れ、該コンデンサの電圧が所定の値となるように制御さ
れ、該第２のスイッチ素子が導通したときの該電歪アク
チュエータの伸長量が制御され得る、特許請求の範囲第
１０項記載の装置。
１２．くり返し荷重を受ける電歪アクチュエータ、該電
歪アクチュエータの発生する電荷を蓄電することができ
るコンデンサ、第１の時期に導通し該コンデンサヘ該電
歪アクチュエータの発生する電荷を充電することができ
る第１のスイッチ素子、および、該第１の時期とは異な
る第２の時期に導通し該コンデンサに蓄電された電荷を
電歪アクチュエータヘ戻すことができる第２のスイッチ
素子、を具備する電歪アクチュエータ装置が、シリンダ
ボアと該シリンダボア内に摺動自在に嵌合されたプラン
ジャとによって形成されるポンプ室内に燃料を導入する
とともにポンプ室の容積を変化させて燃料を加圧送出し
て噴射弁から噴出されるディーゼル機関用燃料噴射装置
に組み合わされ、該ポンプ室に、印加電圧に応じて伸縮
する電歪アクチュエータによって容積を変化できる可変
容積室を連通させると共に、該ポンプ室内の燃料圧力が
一定の圧力を超えた所定の時期に該第１のスイッチ素子
を導通させ、該電歪アクチュエータに発生した電荷をコ
ンデンサに吸いとり該電歪アクチュエータを収縮させて
前記可変容積室の容積を拡大して前記噴射弁から噴射さ
れる燃料の噴射率を低下させるにあたり、該コンデンサ
に蓄電された電荷が、ポンプ圧送行程終了後に電歪アク
チュエータに戻され、該電歪アクチュエータの収縮量が
拡大されることを特徴とする電歪アクチュエータを用い
たディーゼル機関用燃料噴射装置。
１３．該噴射率の制御が、エンジン回転数または負荷に
応じて噴射率制御を中止し、エンジン回転数の検出を電
歪アクチュエータの発生電圧に基づき行なう噴射率制御
である、特許請求の範囲第１２項記載の装置。
１４．該噴射率の制御が、該ポンプ室の圧力が噴射弁の
開弁圧直前に第２のスイッチ素子を導通させ、電歪アク
チュエータを伸長させ、しかる後、所定の時間経過後に
第３のスイッチ素子を導通せしめパイロット噴射を実現
し、ポンプ室の圧力が最大または所定の値まで上昇した
時に第１のスイッチ素子を導通させコンデンサに充電を
行なう噴射率制御である、特許請求の範囲第１２項記載
の装置。