JPS62131942A - Fuel injection device - Google Patents

Fuel injection device

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JPS62131942A
JPS62131942A JP27377785A JP27377785A JPS62131942A JP S62131942 A JPS62131942 A JP S62131942A JP 27377785 A JP27377785 A JP 27377785A JP 27377785 A JP27377785 A JP 27377785A JP S62131942 A JPS62131942 A JP S62131942A
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fuel injection
piezoelectric element
fuel
injection valve
valve
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Japanese (ja)
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Masaki Mitsuyasu
正記 光安
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2003Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils using means for creating a boost voltage, i.e. generation or use of a voltage higher than the battery voltage, e.g. to speed up injector opening
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M2200/00Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/70Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
    • F02M2200/703Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger hydraulic

Abstract

PURPOSE:To enhance the responsive characteristic of a fuel injection device to reduce the fuel consumption thereof, by providing a switching means for turning on and off piezoelectric elements adapted to open and close a fuel injection valve and a replenishing circuit for replenishing electrical power. CONSTITUTION:In a fuel injection valve 8, there are provided a first piezoelectric element 90 for driving the fuel injection valve 8 in its opening direction and a second piezoelectric element 91 for driving the same in its closing direction. An electronic control device 30 controls the output of a Diesel engine by means of a fuel injection valve drive device 40 and a pump drive device in accordance with the outputs of several sensors. A drive voltage generating circuit 120 raises the voltage of a battery which is therefore fed to the fuel injection valve drive device 40. Thus, the responsive characteristic of the fuel injection valve is enhanced, thereby it is possible to reduce the electrical power consumption thereof.

Description

【発明の詳細な説明】 及皿辺貝珀 [産業上の利用分野] 本発明は燃料噴射装置に関し、詳しくは弁体を開閉駆動
する2つのピエゾ圧電素子を組み込んだ燃yI31噴射
弁とこのピエゾ圧電素子を駆動する駆動回路とを備えた
燃料噴射装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a fuel injection device, and more specifically, to a fuel injection valve incorporating two piezoelectric elements that drive the opening and closing of a valve body, and the piezoelectric The present invention relates to a fuel injection device including a drive circuit that drives a piezoelectric element.

[従来の技術] 従来、ピエゾ圧電素子の伸長作用の高い応答性に着目し
、ピエゾ圧電素子をアクチュエータとして開閉弁を行な
う燃料噴射弁が知られている(例えば特開昭58−21
0357号公報の「燃料噴射装置」)。この種の燃料噴
射装置では、燃料噴射時には、ピエゾ圧電素子に電圧を
印加してこれを伸長させ直接もしくは制御油圧を介して
面接的に弁体(通常の燃料噴射弁にあってはニードル)
を開弁方向にリフトして開弁を行なうよう構成されてい
る。一方、燃料噴射終了時には、ピエゾ圧電素子の電荷
を取り去って弁体の開弁方向への付勢をなくし、燃料圧
もしくはばねの付勢力によって弁体を閉弁方向へ駆動し
て閉弁を行なっている。
[Prior Art] Conventionally, fuel injection valves have been known that focus on the high responsiveness of the elongation action of a piezoelectric element and use the piezoelectric element as an actuator to open and close the valve (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-21
``Fuel injection device'' of Publication No. 0357). In this type of fuel injection device, when injecting fuel, a voltage is applied to the piezoelectric element to cause it to expand, either directly or via controlled hydraulic pressure to the valve body (or needle in the case of a normal fuel injection valve).
The valve is opened by lifting the valve in the valve opening direction. On the other hand, at the end of fuel injection, the electric charge of the piezoelectric element is removed to eliminate the biasing of the valve body in the valve opening direction, and the valve body is driven in the valve closing direction by the fuel pressure or the biasing force of the spring to close the valve. ing.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、こうした燃料噴射装置には以下の如き問
題があり猶一層の改善が望まれていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, these fuel injection devices have the following problems, and further improvements have been desired.

(1) 通常、開弁はピエゾ圧電素子によって行なわれ
るので数十μsecの時間しか要しないが、閉弁は燃料
圧やばねの付勢力によってなされる。従って燃料圧が低
くなると閉弁時間が長くなり応答性が悪化することがあ
るといった問題があった。
(1) Normally, the valve is opened by a piezoelectric element, so it takes only several tens of microseconds, but the valve is closed by the fuel pressure or the biasing force of a spring. Therefore, there is a problem in that when the fuel pressure becomes low, the valve closing time becomes longer and the responsiveness may deteriorate.

(2) ピエゾ圧電素子は、電気的には所定の容量を有
するので、開弁時に印加された電圧により充電され一定
の電荷を蓄えている。従って閉弁時にはピエゾ圧電素子
に蓄えられた電荷を放出してやらねばならず、一度動作
する毎に充放電を繰返すので無駄な電力消費を避は難い
という問題があった。この事は、燃料噴射の周期が短く
なるに従って、特に問題となることが考えられた。
(2) Since the piezoelectric element electrically has a predetermined capacity, it is charged by the voltage applied when the valve is opened and stores a certain amount of charge. Therefore, when the valve is closed, the electric charge stored in the piezoelectric element must be discharged, and charging and discharging are repeated each time the piezoelectric element is operated, so that it is difficult to avoid wasteful power consumption. This was thought to become a particular problem as the fuel injection cycle became shorter.

そこで本発明はこれらの問題を解決することを目的とし
、開閉弁における高い応答特性を有し、しかも電力消費
の小さな燃″11噴剣装置を提供することを目的として
なされた。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve these problems, and to provide a fuel injection device having high response characteristics in an on-off valve and low power consumption.

発明の構成 [問題点を解決するための手段] かかる目的を達成すべく、本発明は問題点を解決するた
めの手段として、次の構成をとった。即ち、 弁体を開弁方向に駆動する第1のピエゾ圧電素子と上記
弁体を閉弁方向に駆動する第2のピエゾ圧電素子とを組
み込んだ燃料噴射弁と、上記ピエゾ圧電素子を駆動する
駆動回路とを備えた燃料噴tJJ装置で必って、 上記駆動回路は、 所定のインダクタンスを有し、上記第1のピエゾ圧電素
子と第2のピエゾ圧電素子との間に直列に接続されて該
第1.第2のピエゾ圧電素子と共に直列共1辰回路を形
成する素子と、上記直列共振回路を上記第1.第2のピ
エゾ圧電素子の間で開放・閉成するスイッチング手段と
、 上記直列共振回路に、上記ピエゾ圧電素子を駆動する初
期電力を供給すると共に、上記スイッチング手段を開閉
した時、上記燃料噴射弁の開閉弁を行なう第1.第2の
ピエゾ圧電素子の作動に伴って失われる電力を補充する
補充回路とを備えてなる燃料噴射装置の構成がそれでお
る。
Structure of the Invention [Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention has the following structure as a means for solving the problems. That is, a fuel injection valve incorporating a first piezoelectric element that drives the valve body in the valve opening direction and a second piezoelectric element that drives the valve body in the valve closing direction, and a fuel injection valve that drives the piezoelectric element. In a fuel injection tJJ device equipped with a drive circuit, the drive circuit must have a predetermined inductance and be connected in series between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. Part 1. an element which forms a series circuit with the second piezoelectric element; and the series resonant circuit with the first piezoelectric element. a switching means that opens and closes between a second piezoelectric element, and an initial power for driving the piezoelectric element is supplied to the series resonant circuit, and when the switching means opens and closes, the fuel injection valve The first step is to open and close the valve. This is the configuration of the fuel injection device including a replenishment circuit that replenishes the electric power lost due to the operation of the second piezoelectric element.

ここで、第1.第2のピエゾ圧電素子は弁体を各々開弁
方向、閉弁方向へ駆動するものであって、その伸長作用
により直接弁体を燃料圧力に抗して駆動するものであっ
てもよいし、燃料圧力によりある程度バランスしている
弁体を1制御油圧を介して駆動するよう構成してもよい
。後者にあっては、燃料噴射弁の小型化を図ることが容
易である。
Here, the first. The second piezoelectric element drives the valve body in the valve opening direction and the valve closing direction, and may directly drive the valve body against fuel pressure by its expansion action, The valve body, which is balanced to some extent by the fuel pressure, may be configured to be driven via one control oil pressure. In the latter case, it is easy to downsize the fuel injection valve.

弁体は、燃料噴射弁では通常ニードルが用いられるが、
ニードル弁以外の構成を有する燃料噴射弁であっても何
等差支えない。
The valve body is usually a needle in fuel injection valves, but
There is no problem even if the fuel injection valve has a configuration other than a needle valve.

駆動回路は、第1.第2のピエゾ圧電素子と共に閉回路
を形成するインダクタンスを有する素子とスイッチング
手段と補充回路とを備えて構成されている。インダクタ
ンスを有する素子とは、例えばコイル等であって、ピエ
ゾ圧電素子の容量成分と共に所定の共(限局波数を有す
る直列共振回路を形成する。この共振周波数は燃料噴射
弁の作動のサイクルと較べて充分に高(プれば何等差支
えない。またスイッチング手段は、これを閉成した時、
瞬りに一方のピエゾ圧電素子の電荷を他方に移すことか
ら、共振周波数と較べて同程度の応答性を有しオン抵抗
の小さなスイッチング手段であれば、FET、サイリス
タやトライアック等の半導体スイッチング素子を問わず
使用することができる。
The drive circuit is the first one. The device includes an element having an inductance that forms a closed circuit with the second piezoelectric element, switching means, and a supplementary circuit. The element having inductance is, for example, a coil, and together with the capacitive component of the piezoelectric element, forms a series resonant circuit having a predetermined frequency (localized wave number). There is no problem if the voltage is sufficiently high. Also, when the switching means is closed,
Since the electric charge of one piezoelectric element is instantly transferred to the other, semiconductor switching elements such as FETs, thyristors, and triacs can be used as long as the switching means has the same level of response as the resonance frequency and has a small on-resistance. It can be used regardless of.

補充回路は、上述した直列共振回路にピエゾ圧電素子を
駆動する初期電力を供給すると共に、ピエゾ圧電素子が
作動する毎に失われる電力を補充する回路であって、補
充するタイミングを限定して第1.第2いずれかのピエ
ゾ圧電素子の一方に電圧を印加するよう構成してもよい
し、補充を行なう時点で、動作している側のピエゾ圧電
素子に供電するよう構成してもよい。
The replenishment circuit is a circuit that supplies the above-mentioned series resonant circuit with initial power to drive the piezoelectric element, and also replenishes the power lost each time the piezoelectric element is activated. 1. The configuration may be such that a voltage is applied to one of the second piezoelectric elements, or the voltage may be applied to the piezoelectric element on the operating side at the time of replenishment.

[作用] 上記構成を有する本発明の燃料噴射装置は、第1、第2
のピエゾ圧電素子により弁体を駆動して開弁、閉弁を行
なうが、直列共振回路のスイッチング手段によりこの直
列共j辰回路を開放・閉成することにより、一方のピエ
ゾ圧電素子に蓄えられている電荷を他方に移動させて電
力の損失の少ない開弁・閉弁を実現する。これは、第1
のピエゾ圧電素子によって弁体を開弁方向へ駆動し第2
のピエゾ圧電素子によって弁体を閉弁方向へ駆動する構
成をとった場合、開弁状態と閉弁状態との間を切換える
途中では電力(エネルギ)を消費するが、いずれか一方
の状態となった時にはピエゾ圧電素子はほとんど電力を
消費ぜず、単なる電荷蓄積素子、換言すればコンデンサ
として機能していることによる。従って、インダクタン
スを有する素子と共に直列共振回路を形成した時、一旦
一方のピエゾ圧電素子に蓄えられていた電荷のほとんど
を他方へ移動することができる。この時、電荷を失った
側のピエゾ圧電素子は付勢力を失い、電荷を蓄えた側の
ピエゾ圧電素子は伸長して、弁体を開弁もしくは閉弁す
る。
[Operation] The fuel injection device of the present invention having the above configuration has a first and a second
The piezoelectric element drives the valve body to open and close the valve, and by opening and closing this series resonant circuit using the switching means of the series resonant circuit, the energy stored in one piezoelectric element is opened and closed. By transferring the electric charge from one side to the other, opening and closing the valve with less power loss is achieved. This is the first
The second piezoelectric element drives the valve body in the valve opening direction.
When a piezoelectric element is used to drive the valve body in the valve closing direction, power (energy) is consumed while switching between the valve open state and the valve closed state, but when the valve body is in one of the states. At times, the piezoelectric element consumes almost no power and functions simply as a charge storage element, in other words, as a capacitor. Therefore, when a series resonant circuit is formed with an element having inductance, most of the electric charge that was once stored in one piezoelectric element can be transferred to the other. At this time, the piezoelectric element on the side that has lost electric charge loses its biasing force, and the piezoelectric element on the side that has stored electric charge expands to open or close the valve body.

もとより、開弁、閉弁動作の毎にエネルギは失われるの
で、これは補充回路により補充される。
Naturally, energy is lost each time the valve is opened or closed, and this energy is replenished by the replenishment circuit.

[実施例] 以上説明した本発明の構成を一層明らかにする為に、次
に本発明の好適な実施例について説明する。
[Examples] In order to further clarify the configuration of the present invention described above, preferred embodiments of the present invention will be described next.

第1図は本発明一実施例としての燃料噴射装置の回路を
電子制御装置のブロック図と共に示す構成図、第2図は
実施例の燃料噴射装置を用いて構成した4気筒デイーゼ
ルエンジンの概略構成図、第3図は同じくその燃料噴射
弁の構造を示す断面図であり、以下、これらの図面を適
宜援用して説明する。
Fig. 1 is a configuration diagram showing a circuit of a fuel injection device as an embodiment of the present invention together with a block diagram of an electronic control device, and Fig. 2 is a schematic configuration of a 4-cylinder diesel engine configured using the fuel injection device of the embodiment. 3 and 3 are sectional views showing the structure of the fuel injection valve, and the following description will be made with reference to these drawings as appropriate.

実施例の燃料噴射装置を用いて構成した4気筒デイーゼ
ルエンジン1には、第2図に示すように、ディーゼル各
気筒毎に燃焼室への直噴を行なう燃料噴射弁8が設けら
れている。このディーゼルエンジン1への吸気は過給I
Tより吸気マニホールド9を介して行なわれる。
As shown in FIG. 2, a four-cylinder diesel engine 1 constructed using the fuel injection device of the embodiment is provided with a fuel injection valve 8 for direct injection into a combustion chamber for each diesel cylinder. The intake air to this diesel engine 1 is supercharged I
This is done from T through the intake manifold 9.

燃料噴射弁8は燃料供給管10を介して各気筒に共通の
燃料蓄圧管11に連結される。燃料蓄圧管11はその内
部に容積一定の蓄圧室12を有し、この蓄圧室12内の
燃料が燃料供給管10を介して燃料噴射弁8に供給され
る。一方、蓄圧室12は燃料供給管13を介して吐出圧
制御可能な燃料供給ポンプ14の吐出口に連結される。
The fuel injection valve 8 is connected via a fuel supply pipe 10 to a fuel pressure accumulation pipe 11 common to each cylinder. The fuel accumulator pipe 11 has a pressure accumulator chamber 12 with a constant volume inside thereof, and the fuel in this pressure accumulator chamber 12 is supplied to the fuel injection valve 8 via the fuel supply pipe 10. On the other hand, the pressure accumulation chamber 12 is connected via a fuel supply pipe 13 to a discharge port of a fuel supply pump 14 whose discharge pressure can be controlled.

燃料供給ポンプ14の吸込口は燃料ポンプ15の吐出口
に連結され、この燃料ポンプ15の吸込口は燃料リザー
バタンク16に連結される。また、各燃料噴射弁8は燃
料返戻導管17を介して燃料リザーバタンク16に連結
される。燃料ポンプ15は燃料リザーバタンク16内の
燃料を燃料供給ポンプ14内に送り込むために設けられ
ており、燃料ポンプ15がなくても燃料供給ポンプ14
内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料ポンプ15
を特に設ける必要はない。これに対して燃料供給ポンプ
14は高圧の燃料を吐出するために設けられており、燃
料供給ポンプ14から吐出された高圧の燃料は蓄圧室1
2内に蓄積される。この圧力をレール圧とも呼ぶ。
A suction port of the fuel supply pump 14 is connected to a discharge port of a fuel pump 15, and a suction port of the fuel pump 15 is connected to a fuel reservoir tank 16. Each fuel injection valve 8 is also connected to a fuel reservoir tank 16 via a fuel return conduit 17 . The fuel pump 15 is provided to feed the fuel in the fuel reservoir tank 16 into the fuel supply pump 14, and the fuel supply pump 14 can be used even without the fuel pump 15.
If it is possible to suck fuel into the fuel pump 15
There is no need to specifically provide this. On the other hand, the fuel supply pump 14 is provided to discharge high-pressure fuel, and the high-pressure fuel discharged from the fuel supply pump 14 is delivered to the pressure accumulation chamber 1.
It is accumulated within 2. This pressure is also called rail pressure.

また、ディーゼルエンジン1には、エンジン1の運転状
態を検出するために、2つのクランク角センサ21.2
2、冷却水温センサ24、過給圧センサ26及び燃料圧
センサ28等が設けられている。電子制御装置30は、
上記各センサの出力及びアクセルペダル32の踏込量、
即ち負荷を検出するアクセルセンサ34の出力に基づい
て、燃料噴射弁駆動装置40及びポンプ駆動装置45を
介して、ディーゼルエンジン1の燃料噴射量及び燃料噴
射時期を制御し、ディーゼルエンジン1の出力を制御す
るが、電子制御装置30の構成及びこれが行なう処理に
ついては後述する。
The diesel engine 1 also includes two crank angle sensors 21.2 to detect the operating state of the engine 1.
2, a cooling water temperature sensor 24, a boost pressure sensor 26, a fuel pressure sensor 28, etc. are provided. The electronic control device 30 is
The output of each of the above sensors and the amount of depression of the accelerator pedal 32,
That is, based on the output of the accelerator sensor 34 that detects the load, the fuel injection amount and fuel injection timing of the diesel engine 1 are controlled via the fuel injection valve drive device 40 and the pump drive device 45, and the output of the diesel engine 1 is controlled. The configuration of the electronic control device 30 and the processing it performs will be described later.

次に燃料噴射弁8の構造について説明する。燃料噴射弁
8は、第3図に示すように、燃料流入口 ′48”を組
み付けた燃料噴射弁本体50、この燃料噴射弁本体50
にノズルホルダ51によりスペーサ52を介して固定さ
れるノズル53及びピエゾ圧電素子を用いた2gのアク
チュエータ54,55等を備えている。燃料噴射弁本体
50、スペーサ52、ノズル53内には互いに直列に配
置された制御ロッド56、加圧ピン57及びニードル5
8が摺動可能に挿入される。制御ロッド56の上端部6
0は、小径に加工されており、アクチュエータ55のシ
リンダ耶62に嵌合して第1の制御ロッド加圧室63を
形成している。この上端部60と燃料噴射弁本体50と
は燃料室65を形成し、この燃料室65は燃料流入口4
8および燃料供給管10を介して蓄圧室12(第2図)
に連結される。従って燃料室65内には蓄圧室65内の
燃料圧が加わっており、燃料室65内の燃料圧(レール
圧)が制御ロッド56の上端部60の段付部上面56a
に作用して、制御ロッド56を下方(第3図矢印り方向
)に押圧する。
Next, the structure of the fuel injection valve 8 will be explained. As shown in FIG. 3, the fuel injection valve 8 includes a fuel injection valve main body 50 to which a fuel inlet port '48'' is assembled, and a fuel injection valve main body 50.
The nozzle 53 is fixed by a nozzle holder 51 via a spacer 52, and 2g actuators 54, 55 using piezoelectric elements are provided. Inside the fuel injection valve body 50, spacer 52, and nozzle 53, there are a control rod 56, a pressure pin 57, and a needle 5 arranged in series with each other.
8 is slidably inserted. Upper end 6 of control rod 56
0 is machined to have a small diameter, and is fitted into the cylinder sleeve 62 of the actuator 55 to form a first control rod pressurizing chamber 63. This upper end portion 60 and the fuel injection valve main body 50 form a fuel chamber 65, and this fuel chamber 65 is connected to the fuel inlet 4.
8 and a pressure accumulation chamber 12 via a fuel supply pipe 10 (Fig. 2).
connected to. Therefore, the fuel pressure in the pressure accumulation chamber 65 is applied to the fuel chamber 65, and the fuel pressure (rail pressure) in the fuel chamber 65 is increased by the stepped portion upper surface 56a of the upper end portion 60 of the control rod 56.
act to press the control rod 56 downward (in the direction of the arrow in FIG. 3).

一方、ニードル58は円錐状をなす受圧面を有し、この
受圧面70の周りにニードル加圧室71が形成される。
On the other hand, the needle 58 has a conical pressure receiving surface, and a needle pressurizing chamber 71 is formed around this pressure receiving surface 70.

ニードル加圧室71は、一方では燃料通路72を介して
燃料室65に連結され、他方ではニードル58の周りに
形成された環状の燃料通路73を介して、ノズル53の
先端に形成されたノズル孔53aに連結される。燃料噴
射弁本体50内に加圧ピン57を下方に向【プて付勢す
る付勢ばね74が挿入され、ニードル58はこの付勢ば
ね74によっても下方に押圧される。この付勢ばね74
は、アクチュエータ54.55が共に作動していない時
、燃料噴射弁8を閉弁状態に保つためのものである。更
に、制御ロッド56はその中間部に円錐状をなす受圧面
75を有し、この受圧面75の周りに第2の制御ロッド
加圧室76が形成されている。
The needle pressurizing chamber 71 is connected to the fuel chamber 65 via a fuel passage 72 on the one hand, and to the nozzle formed at the tip of the nozzle 53 via an annular fuel passage 73 formed around the needle 58 on the other hand. It is connected to the hole 53a. A biasing spring 74 that biases the pressure pin 57 downward is inserted into the fuel injection valve body 50, and the needle 58 is also pressed downward by the biasing spring 74. This biasing spring 74
is for keeping the fuel injection valve 8 closed when both actuators 54 and 55 are not operating. Further, the control rod 56 has a conical pressure receiving surface 75 at its intermediate portion, and a second control rod pressurizing chamber 76 is formed around this pressure receiving surface 75.

次に、第1の制御ロッドハロ圧室63.第2の制御ロッ
ド加圧室76を介して制御ロッド56を駆動するアクチ
ュエータ54.55の構造について説明する。両アクチ
ュエータはピエゾ圧電素子を駆動源とする同一の構成を
有するので、以下アクチュエータ54について説明し、
アクチュエータ55の構成部品の符号は括弧内に示すも
のとする。
Next, the first control rod halo pressure chamber 63. The structure of the actuator 54,55 that drives the control rod 56 via the second control rod pressurizing chamber 76 will be described. Since both actuators have the same configuration using a piezoelectric element as a driving source, the actuator 54 will be explained below.
The numbers of the components of the actuator 55 are shown in parentheses.

アクチュエータ54 (55>は燃料噴射弁本体50に
固定されているが、その油圧ピストン80(81)は、
シリンダ82 (83)内にOリング84 (85)を
介して摺動自在且つ良好なシール性を保って装着されて
いる。アクチュエータ54(55)は、燃料噴射弁50
に固定されたケーシング86 (87)と、油圧ピスト
ン80(81)およびケーシング86 (87)間に挿
入されたピエゾ圧電素子90(91)からなる。このピ
エゾ圧電素子90(91)は薄板状の圧電素子を多数枚
積層した積層構造をなしており、このピエゾ圧電素子9
0(91)に電圧を印加するとピエゾ圧電素子90(9
1)は電歪効果によって長手方向の歪を生ずる、即ち長
手方向に伸びる。この伸び量は例えば50μ程度の少量
であるが応答性が極めて良好であり、電圧を印加してか
ら伸びるまでの応答時間は80tiSeC程度である。
The actuator 54 (55) is fixed to the fuel injection valve main body 50, and its hydraulic piston 80 (81) is
It is slidably mounted in the cylinder 82 (83) via an O-ring 84 (85) while maintaining good sealing performance. The actuator 54 (55) is the fuel injection valve 50
It consists of a casing 86 (87) fixed to the hydraulic piston 80 (81) and a piezoelectric element 90 (91) inserted between the casing 86 (87). This piezoelectric element 90 (91) has a laminated structure in which a large number of thin plate-shaped piezoelectric elements are laminated.
When voltage is applied to 0 (91), piezoelectric element 90 (9
1) causes longitudinal strain due to electrostrictive effects, ie, extends in the longitudinal direction. Although the amount of elongation is a small amount, for example, about 50μ, the response is extremely good, and the response time from application of voltage to elongation is about 80tiSeC.

ピエゾ圧電素子90(91)が伸長すると、油圧ピスト
ン80(81)はシリンダ8.2(83)内の燃料の充
填された部屋の体積を減少さ−Uる方向へ移動する。こ
の結果、シリンダ82 (83)内の燃料は第2(第1
)の制御ロッド加圧室76 (63)へ流れ込み、制御
ロッド56を移動させる。この時、シリンダ82 (8
3)の断面積と第2(第1)の制御ロッド加圧室76’
(63)の断面積との比に応じて油圧ピストン80(8
1)の動作量は増幅され、ピエゾ圧電素子90(91)
の伸びm 50μmに対して制御ロッド56は約400
μmに移動される。
When the piezoelectric element 90 (91) extends, the hydraulic piston 80 (81) moves in a direction that reduces the volume of the fuel-filled chamber in the cylinder 8.2 (83). As a result, the fuel in the cylinder 82 (83) is
) flows into the control rod pressurizing chamber 76 (63) and moves the control rod 56. At this time, cylinder 82 (8
3) Cross-sectional area and second (first) control rod pressurizing chamber 76'
(63) according to the ratio with the cross-sectional area of the hydraulic piston 80 (8
The amount of operation in 1) is amplified, and the piezoelectric element 90 (91)
The control rod 56 has an elongation m of approximately 400 μm.
is moved to μm.

尚、ピエゾ圧電素子90(91)は、電圧が印加される
と、自身のキャパシティによって電荷を蓄積するので、
電圧の印加を停止しても、特に仕事をさせなければ、伸
長した状態のままとなる。
Note that when a voltage is applied to the piezoelectric element 90 (91), the piezoelectric element 90 (91) accumulates electric charge by its own capacity.
Even if the application of voltage is stopped, it will remain in an extended state unless it does any particular work.

第1もしくは第2の制御ロッド加圧室63,76内の燃
料、即ち制御油が加圧されていない場合にはニードル5
8には制御ロッド56の段付部上面56aに作用する下
向きの力と、付勢ばね74による下向きの力と、ニード
ル58の受圧面70に作用する上向きの力が加わる。こ
のとき下向きの力の総和が上向きの力よりも若干大きく
なるように制御ロッド56の径、付勢ばね74のばねカ
およびニードル58の受圧面70の面積が設定されてい
てる。従って通常ニードル58には下向きの力が作用し
ており、この結果、通常ニードル58はノズル孔53a
を閉鎖している。
If the fuel in the first or second control rod pressurizing chambers 63, 76, that is, the control oil, is not pressurized, the needle 5
A downward force acting on the stepped portion upper surface 56a of the control rod 56, a downward force due to the biasing spring 74, and an upward force acting on the pressure receiving surface 70 of the needle 58 are applied to 8. At this time, the diameter of the control rod 56, the spring force of the biasing spring 74, and the area of the pressure receiving surface 70 of the needle 58 are set so that the sum of the downward forces is slightly larger than the upward forces. Therefore, a downward force is acting on the normal needle 58, and as a result, the normal needle 58 is moved toward the nozzle hole 53a.
is closed.

この状態で、アクチュエータ54のピエゾ圧電素子90
に電圧が印加されるとピエゾ圧電素子90が伸びるため
に油圧ピストン80が左方(第3図矢印り方向)に移動
し、その結果筒2の制御ロットハロ圧室76内の制御油
圧が上昇する。このとき制御ロッド56の受面圧75に
上向ぎ(矢印U方向)の力が作用するために制御ロッド
56が上昇し、この結果ニードル58が上昇してノズル
孔53aから燃料が燃焼室内へ噴射される。このときの
応答性は上述したように80μSEC程度であって極め
て速い。また、制御ロッド56が矢印U方向に移動した
時、アクチュエータ55のピエゾ圧電素子91は伸長し
ておらず、油圧ピストン83も矢印U方向に引き上げら
れた状態となっている。
In this state, the piezoelectric element 90 of the actuator 54
When a voltage is applied to the piezoelectric element 90, the hydraulic piston 80 moves to the left (in the direction of the arrow in FIG. 3), and as a result, the control hydraulic pressure in the control rod halo pressure chamber 76 of the cylinder 2 increases. . At this time, an upward force (in the direction of arrow U) acts on the receiving surface pressure 75 of the control rod 56, so the control rod 56 rises, and as a result, the needle 58 rises and fuel enters the combustion chamber from the nozzle hole 53a. Injected. As mentioned above, the response at this time is about 80 μSEC, which is extremely fast. Further, when the control rod 56 moves in the direction of the arrow U, the piezoelectric element 91 of the actuator 55 is not extended, and the hydraulic piston 83 is also in a state of being pulled up in the direction of the arrow U.

次に、アクチュエータ54のピエゾ圧電素子9Oに蓄え
られた電荷を放出させると共に今ひとつのアクチュエー
タ55のピエゾ圧電素子91に電圧を印加すると、ピエ
ゾ圧電素子90は縮んで第2の制御ロッド加圧室76内
の制御油圧が低下すると共にピエゾ圧電索子91が伸長
して第1の制御ロッド加圧室63内の制御油圧は上昇す
る。この結果、制御ロッド56およびニードル5Bが下
降して燃料噴射が停止される。この動作もピエゾ圧電素
子により行なわれるので、応答性は80μsec程度で
あって極めて速い。
Next, when the charge stored in the piezoelectric element 9O of the actuator 54 is released and a voltage is applied to the piezoelectric element 91 of the other actuator 55, the piezoelectric element 90 contracts and the second control rod pressurizing chamber 76 As the control hydraulic pressure within the first control rod pressurizing chamber 63 decreases, the piezoelectric cord 91 extends, and the control hydraulic pressure within the first control rod pressurizing chamber 63 increases. As a result, the control rod 56 and needle 5B are lowered and fuel injection is stopped. Since this operation is also performed by a piezoelectric element, the response time is approximately 80 μsec, which is extremely fast.

次に本実施例にお1プる電子制御装置30と燃料噴射弁
駆動装置40の構成及びその働きについて説明する。第
1図に示すように、イグニッションスイッチ100を介
してバッテリ102より電力の供給をうけて作動する電
子制御装置30は、周知のCPU1’IO,ROM11
1.RAM112を中心に、タイマ115.入力ポート
117.出力ポート118等をバス119によって相互
に接続した論理演算回路として構成されている。入力ポ
ート117には既述したクランク角センサ21゜22、
冷却水温センサ24.過給圧センサ26゜燃料圧センサ
28及びアクセルセンサ34が接続されており、CPU
110はこの入力ポート117を介して、クランク角(
従ってディーゼルエンジン]の回転数N)及び気筒判別
信号、冷却水温下hw、過給圧B、燃料圧P及び負荷り
等のディーゼルエンジン1の運転状態を読み込むことが
できる。一方、出力ポート118は4個の燃料噴射弁8
を駆動する燃料噴射弁駆動装置40と燃料供給ポンプ1
4を駆動するポンプ駆動装置45とに接続されており、
CPU 110はこの出力ポート118を介して燃料噴
射弁8の開閉及び燃料供給の制御を行なう。尚、燃料供
給ポンプ14の制御については本発明の要旨には直接関
係しないので、ここでは燃料圧Pはディーゼルエンジン
1の回転数Nに比例して制御されるものとして、説明は
省略する。また第1図には燃料噴射弁駆動装置40のう
らひとつの燃料噴射弁8を駆動する回路を除いて他は省
略しである。伯の3気筒の燃料噴射弁8も同様の回路構
成により、出カポ−1−118を介して制御されている
Next, the configuration and function of the electronic control device 30 and fuel injection valve drive device 40 included in this embodiment will be explained. As shown in FIG. 1, an electronic control device 30 that operates by receiving power from a battery 102 via an ignition switch 100 includes a well-known CPU 1'IO, ROM 11,
1. The timer 115 . Input port 117. It is configured as a logic operation circuit in which output ports 118 and the like are interconnected by a bus 119. The input port 117 has the crank angle sensors 21, 22,
Cooling water temperature sensor 24. A boost pressure sensor 26°, a fuel pressure sensor 28 and an accelerator sensor 34 are connected, and the CPU
110 inputs the crank angle (
Therefore, the operating state of the diesel engine 1 such as the engine speed N) of the diesel engine, the cylinder discrimination signal, the cooling water temperature hw, the boost pressure B, the fuel pressure P, and the load can be read. On the other hand, the output port 118 is connected to the four fuel injection valves 8.
The fuel injection valve drive device 40 and the fuel supply pump 1 that drive the
It is connected to a pump drive device 45 that drives 4,
The CPU 110 controls opening and closing of the fuel injection valve 8 and fuel supply through the output port 118. Note that since the control of the fuel supply pump 14 is not directly related to the gist of the present invention, the explanation will be omitted here, assuming that the fuel pressure P is controlled in proportion to the rotation speed N of the diesel engine 1. Further, in FIG. 1, the circuit for driving one of the fuel injection valves 8 of the fuel injection valve driving device 40 is omitted. The three-cylinder fuel injection valve 8 is also controlled by the same circuit configuration via the output capo-1-118.

燃料噴射弁駆動装置40は、駆動電圧発生回路120が
バッテリ電圧を昇圧して出力する約250Vの電圧の供
給を受cプでおり、サイリスタ5CR1,5CR2,S
’CR3をスイッチングさせることにより、ピエゾ圧電
素子90.91を排他的にドライブするよう構成されて
いる。駆動電圧発生回路120のプラス側の出力はリー
イリスタ5CR1のアノードに接続され、サイリスタ5
CRIのカソード側は抵抗器R1の一端に接続されてい
る。抵抗器R1の他端は他の1ナイリスタ5CR2のカ
ソード、サイリスタ5CR3のアノード及びアクチュエ
ータ55のピエゾ圧電素子91に接続されている。サイ
リスタ5CR2のアノードはコイルL2を介して、一方
、サイリスタ5CR3のカソードはコイルL3を介して
、共に今ひとつのアクチュエータ54のピエゾ圧電素子
90に接続されている。尚、各サイリスタ5CRI、5
CR2,5CR3のゲートは出力ポート118に直接接
続されドライブされる。
The fuel injection valve drive device 40 receives a voltage of about 250V that is output by boosting the battery voltage from the drive voltage generation circuit 120, and operates the thyristors 5CR1, 5CR2, and S.
It is configured to exclusively drive the piezoelectric elements 90 and 91 by switching CR3. The positive output of the drive voltage generation circuit 120 is connected to the anode of the thyristor 5CR1, and
The cathode side of CRI is connected to one end of resistor R1. The other end of the resistor R1 is connected to the cathode of another thyristor 5CR2, the anode of the thyristor 5CR3, and the piezoelectric element 91 of the actuator 55. The anode of the thyristor 5CR2 is connected to the piezoelectric element 90 of the other actuator 54 via the coil L2, while the cathode of the thyristor 5CR3 is connected via the coil L3. In addition, each thyristor 5CRI, 5
The gates of CR2 and 5CR3 are directly connected to and driven by the output port 118.

そこで、次に第4図(A>、(B)、(C)に示すフロ
ーチャートを用いて、電子制御装置30の行なう処理に
ついて説明し、併Vて、出力ポート118を介してドラ
イブされる5CR1,5CR2,5CR3のオンオフ動
作とこれに応じて行なわれる燃料噴射弁の開閉について
説明する。
Therefore, the processing performed by the electronic control unit 30 will be explained next using the flowcharts shown in FIGS. , 5CR2, 5CR3 and the corresponding opening/closing of the fuel injection valve will be explained.

電子制御装置30は、イグニッションスイッチ100が
オンとされると動作を開始し、まずステップ200では
所謂初期化の処理を行なう。ここでは、CPU110の
内部レジスタのクリアフラグ等の初期設定の他に、出力
ポート118を介してサイリスタ5CR1のゲートにパ
ルス信号を出力する処理が行なわれる。この結果、サイ
リスタ5CR1は導通状態となり、燃料噴射弁8のアク
チュエータ55のピエゾ圧電素子91に駆動電圧発生回
路120の出力する高電圧が印加され、ピエゾ圧電素子
91の両端の電圧は駆動電圧発生回路120の出力に応
じて定まる。この状態でピエゾ圧電素子91は伸長し、
燃料噴射弁8のニードル58は第3図矢印り方向(下方
)へ押圧され、燃料噴射弁8は仝閉状態となる。
The electronic control device 30 starts operating when the ignition switch 100 is turned on, and first performs a so-called initialization process in step 200. Here, in addition to initializing the clear flag and the like of the internal register of the CPU 110, a process of outputting a pulse signal to the gate of the thyristor 5CR1 via the output port 118 is performed. As a result, the thyristor 5CR1 becomes conductive, and the high voltage output from the drive voltage generation circuit 120 is applied to the piezoelectric element 91 of the actuator 55 of the fuel injection valve 8, and the voltage across the piezoelectric element 91 is It is determined according to the output of 120. In this state, the piezoelectric element 91 expands,
The needle 58 of the fuel injection valve 8 is pressed in the arrow direction (downward) in FIG. 3, and the fuel injection valve 8 is brought into a closed state.

ピエゾ圧電素子91に電荷が蓄えられた後は、もはやサ
イリスタ5CRIを介しては電流は流れないので、サイ
リスタ5CR1はターンオフする。
After electric charge is stored in the piezoelectric element 91, no current flows through the thyristor 5CRI, so the thyristor 5CR1 is turned off.

ステップ200に続くステップ210では、入力ポート
117を介して、各センサよりディービルエンジン1の
回転数N、負負荷、冷却水温ThW、過給圧P及び燃料
圧P等の運転状態を読み込む処理が行なわれる。続くス
テップ220では、負荷りを基本とし他の運転状態を加
味して燃料噴射量τを計算する処理が、更にステップ2
30では燃料噴射の開始及び終了時間を計算する処理が
、各々行なわれる。
In step 210 following step 200, a process is performed to read operating conditions such as the rotation speed N, negative load, cooling water temperature ThW, boost pressure P, and fuel pressure P of the Devil engine 1 from each sensor via the input port 117. It is done. In the following step 220, the process of calculating the fuel injection amount τ based on the load and taking into account other operating conditions is further performed in step 2.
At 30, processing for calculating the start and end times of fuel injection is performed.

これらの結果を受けて、CPUll0は、ステップ24
0で、燃料噴射開始タイミングと終了タイミングとをタ
イマ115にセットする処理を行なう。この結果、タイ
マ115は自走を開始し、燃料噴射開始タイミングにな
ると割込信号をCPU110に出力する。
In response to these results, CPUll0 performs step 24
0, a process is performed to set the fuel injection start timing and end timing in the timer 115. As a result, the timer 115 starts self-running and outputs an interrupt signal to the CPU 110 when the fuel injection start timing comes.

続くステップ250では、出力ポート118よリポンプ
駆動装置45を介して、燃料供給ポンプ14を制御し、
燃料圧Pの制御が行なわれるが、本発明には直接関係し
ないのでこの制御に関する説明は省略する。続くステッ
プ260は、電力補充制御ルーチンであって、燃料噴射
弁駆動装置40を介して、ピエゾ圧電素子90.91の
動作電力の補充が行なわれる。このルーチンについては
、第4図(C)に依拠して後述する。ステップ260の
処理の終了後、処理はステップ210に戻って、上述し
た燃料噴射のための処理を繰返す。
In the following step 250, the fuel supply pump 14 is controlled via the output port 118 and the pump drive device 45,
The fuel pressure P is controlled, but since it is not directly related to the present invention, a description of this control will be omitted. The following step 260 is a power replenishment control routine in which the operating power of the piezoelectric elements 90 and 91 is replenished via the fuel injection valve drive device 40. This routine will be described later with reference to FIG. 4(C). After completing the process in step 260, the process returns to step 210 and repeats the process for fuel injection described above.

上述したステップ240の処理においてセットされた燃
料噴射開始タイミングに至ると、タイマ115より割込
が発生し、CPU110は、第4図(B)に示す燃料噴
射制御割込ルーチンを実行する。この割込ルーチンでは
、まず、ステップ300において、サイリスタ5CR3
のゲートに出カポ−1〜118を介して制御信号を出力
し、これをオン状態とする処理が行なわれる。この時、
アクチュエータ55のピエゾ圧電素子91は伸長して電
荷を蓄えており、他方、アクチュエータ54のピエゾ圧
電素子91は初期状態(縮/νだ状態)にある。そこで
サイリスタ5CR3が導通状態となると、この回路は、
コイルし3のインダクタンスとピエゾ圧電素子90の容
量とにより定まる所定の共振周波数を有する直列共振回
路であることから、数十μSeCのうちにピエゾ圧電素
子91に蓄えられていた電荷はほとんど他方のピエゾ圧
電素子90に移動する。この結果、ピエゾ圧電素子91
が縮むと共にピエゾ圧電素子90は伸長し、燃料噴射弁
8は制御ロッド56が上方へ押し上げられて開弁じ、ノ
ズル53の共喘のノズル孔53aJ:り燃料が噴射され
る。電荷がピエゾ圧電素子91からピエゾ圧電素子90
に移動してしまうと、サイリスタ5CR3は保持電流が
なくなるのでターンオフし、ピエゾ圧電素子90に蓄積
された電荷はどこにも放出されることはない。もとより
、制御ロッド56を上方に駆動するのに、電力の一部は
用いられているが、ピエゾ圧電素子に蓄えられるエネル
ギ(電荷)は消費される電力と較べて数倍は大きいので
、制御ロッド56を駆動した後も、ピエゾ圧電素子90
には猶電荷が蓄えられた状態となっている。尚、ピエゾ
圧電素子90が伸長して開弁状態となってしまえば、ピ
エゾ圧電素子90はほとんど仕事をしないので電荷もほ
と/νど失われない。
When the fuel injection start timing set in the process of step 240 described above is reached, an interrupt is generated by the timer 115, and the CPU 110 executes the fuel injection control interrupt routine shown in FIG. 4(B). In this interrupt routine, first, in step 300, the thyristor 5CR3
A process is performed in which a control signal is output to the gates of the output capos 1 to 118 to turn them on. At this time,
The piezoelectric element 91 of the actuator 55 is expanded and stores electric charge, while the piezoelectric element 91 of the actuator 54 is in an initial state (retracted/v). Therefore, when the thyristor 5CR3 becomes conductive, this circuit becomes
Since it is a series resonant circuit having a predetermined resonant frequency determined by the inductance of the coil 3 and the capacitance of the piezoelectric element 90, almost all the electric charge stored in the piezoelectric element 91 within several tens of μSeC is transferred to the other piezoelectric element. Move to piezoelectric element 90. As a result, the piezoelectric element 91
As the piezoelectric element 90 contracts, the piezoelectric element 90 expands, and the control rod 56 is pushed upward to open the fuel injection valve 8, and fuel is injected through the nozzle hole 53aJ of the nozzle 53. Electric charge is transferred from the piezoelectric element 91 to the piezoelectric element 90
When the piezoelectric element 90 moves to , the thyristor 5CR3 loses its holding current and turns off, and the charges accumulated in the piezoelectric element 90 are not released anywhere. Of course, some of the electric power is used to drive the control rod 56 upward, but since the energy (charge) stored in the piezoelectric element is several times larger than the electric power consumed, the control rod 56 is driven upward. Even after driving the piezoelectric element 90
is still in a state where electric charge is stored. It should be noted that once the piezoelectric element 90 has expanded and entered the valve open state, the piezoelectric element 90 does almost no work, so that almost no electric charge is lost.

続くステップ310では、閉弁タイミングに至ったか否
かの判断がなされる。即ら、タイマ115にセットされ
た燃料噴射終了タイミングに至ったか否かをチェックす
るのである。燃料噴射終了タイミングとなると、処理は
ステップ320に移行し、ここでは出力ボート118を
介してサイリスタ5CR2のゲートに制御信号を出力し
、サイリスタ5CR2をオン状態とする処理がなされる
In the following step 310, it is determined whether the valve closing timing has come. That is, it is checked whether the fuel injection end timing set in the timer 115 has been reached. When the fuel injection end timing comes, the process moves to step 320, where a control signal is output to the gate of the thyristor 5CR2 via the output boat 118 to turn on the thyristor 5CR2.

この時には、アクチュエータ54のピエゾ圧電素子91
が電荷を蓄えており、上述したステップ300での動作
とは逆方向に電荷が移動し、ピエゾ圧電素子90が縮ん
でピエゾ圧電素子91が伸長し、塩11噴射弁8は閉弁
状態とされる。以上の処理の終了後、rRTNJへ汰け
て割込制御ルーチンは終了する。
At this time, the piezoelectric element 91 of the actuator 54
stores an electric charge, and the electric charge moves in the opposite direction to the operation in step 300 described above, the piezoelectric element 90 contracts and the piezoelectric element 91 expands, and the salt 11 injection valve 8 is closed. Ru. After the above processing is completed, the process returns to rRTNJ and the interrupt control routine ends.

こうして燃料噴射弁8が1回燃料噴射動作(開閉弁動作
)を行なった後でも、猶電荷がピエゾ圧電素子91に残
されているので、特に電力を補充することなく、上述し
た動作を数回繰返させることができる。しかしながら開
閉弁を繰返していると当然蓄えられた電荷は低下し、エ
ネルギを補充する必要が生じる。
In this way, even after the fuel injection valve 8 performs one fuel injection operation (opening/closing valve operation), an electric charge remains in the piezoelectric element 91, so the above-mentioned operation can be repeated several times without particularly replenishing the electric power. Can be repeated. However, as the valve is repeatedly opened and closed, the stored charge naturally decreases, and it becomes necessary to replenish the energy.

第4図(A)のフローチャートに示した主制御ルーチン
のステップ260の処理、即ら電ツノ補充制御ルーチン
がこれにあたり、失われたエネルギの補充を行なう。電
力補充制御ルーチンでは、第4図(C)に示すように、
まずステップ400で、ひとつの燃料噴射弁8について
燃料噴射が2回行なわれたか否かの判断を行なう。燃料
噴射2回に1回の割合で補充を行なうので、2回行なわ
れていなければ、何の処理も行なわず、rNEXTJへ
恢ける。一方、燃料噴射が2回行なわれた後であれば、
ステップ410へ進み、サイリスタ5CR1のゲートに
制御信号を出力し、これをオン状態とする処理を行なう
。この処理は、燃料噴射弁8が閉じているタイミングで
行なわれるので、初期化の処理(第4図(A>のステッ
プ200の処理)でサイリスタ5CR1をオンとした時
と同様にアクチュエータ55のピエゾ圧電素子91に、
駆動電圧発生回路120から電力が供給され、燃料噴射
弁8の間開のために失われた電荷は補充される。ステッ
プ410の処理の後、rNEXTJへ抜けて本制御ルー
チンは終了する。9イリスタ5CR2,3の動作による
燃料噴射弁の開閉の様子及びサイリスタ5CRIの動作
による上述した補充動作の様子を第5図のタイミングチ
ャートに示した。
The process of step 260 of the main control routine shown in the flowchart of FIG. 4(A), ie, the electric horn replenishment control routine corresponds to this, and replenishes the lost energy. In the power replenishment control routine, as shown in FIG. 4(C),
First, in step 400, it is determined whether or not one fuel injection valve 8 has been injected twice. Since replenishment is performed once every two fuel injections, if the replenishment is not performed twice, no processing is performed and the replenishment is carried out to rNEXTJ. On the other hand, after two fuel injections,
Proceeding to step 410, a control signal is output to the gate of thyristor 5CR1 to turn it on. Since this process is performed at the timing when the fuel injection valve 8 is closed, the piezoelectric actuator of the actuator 55 is In the piezoelectric element 91,
Electric power is supplied from the drive voltage generation circuit 120, and the charge lost due to the opening of the fuel injection valve 8 is replenished. After the processing in step 410, the process exits to rNEXTJ and this control routine ends. The timing chart in FIG. 5 shows how the fuel injection valve is opened and closed by the operation of the thyristors 5CR2 and 5CR, and the above-mentioned replenishment operation by the operation of the thyristor 5CRI.

以上のように構成された本実施例においては、従来、燃
料噴射弁8を閉弁する際、アクチュエータに用いるピエ
ゾ圧電素子に開弁動作時に蓄積された電荷を放火させて
いたのに対して、2つめピエゾ圧電素子90.91を用
いて一方の電荷を他方へ移すことにより、電力の浪費を
防ぎ、その効率を極めて高くすることができる。実際、
ピエゾ圧電素子のエネルギ変換効率が約75%程度であ
ることから、本実施例では少なくとも1.5倍程度に全
体の動作効率は改善された。更に本実施例の燃料噴射弁
8では、制御ロッド56.ニードル58は燃料圧によっ
てバランスされているので、ピエゾ圧電素子90.91
は燃料圧に抗して開弁。
In the present embodiment configured as described above, conventionally, when closing the fuel injection valve 8, the piezoelectric element used in the actuator is ignited the electric charge accumulated during the valve opening operation. By using the second piezoelectric element 90,91 to transfer the charge from one to the other, it is possible to avoid wasting power and to make the efficiency extremely high. actual,
Since the energy conversion efficiency of the piezoelectric element is approximately 75%, the overall operating efficiency was improved by at least 1.5 times in this example. Furthermore, in the fuel injection valve 8 of this embodiment, the control rod 56. Since needle 58 is balanced by fuel pressure, piezoelectric element 90.91
opens against fuel pressure.

閉弁を行なうのではなく、燃料圧に無関係な第1゜第2
の制御ロッド加圧室63’、76の制御油圧を制御して
いるにすぎず、ピエゾ圧電素子90,91に加える電力
も一層小さなもので済んでいる。
Rather than closing the valve, the first and second valves, which are independent of fuel pressure,
The control rod only controls the hydraulic pressure of the pressurizing chambers 63' and 76, and the electric power applied to the piezoelectric elements 90 and 91 is also much smaller.

また、本実施例では燃料噴射弁を閉じる場合にもピエゾ
圧電素子90の伸長作用を用いているので、その応答性
も80μsec程度と極めて高速である。この結果、燃
料噴射量、燃料噴射時期の制御も正確に行なうことがで
き、燃費向上や排ガス浄化の改善も達成することができ
る。
Further, in this embodiment, since the expansion action of the piezoelectric element 90 is also used when closing the fuel injection valve, its response is extremely fast, about 80 μsec. As a result, it is possible to accurately control the fuel injection amount and fuel injection timing, and it is also possible to improve fuel efficiency and exhaust gas purification.

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は
こうした実施例に回答限定されるものではなく、例えば
サイリスタ5CR2,5CR3に替えて1本のトライア
ックを用いて双方向に電流の流れを切換える構成や制御
ロッドを燃料圧に抗して駆動する構成など、本発明の要
旨を変更しない範囲において、種々なる態様にて実施し
えることは勿論である。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. For example, one triac may be used in place of the thyristors 5CR2 and 5CR3 to allow current to flow in both directions. It goes without saying that the present invention can be implemented in various ways without departing from the gist of the present invention, such as a switching configuration or a configuration in which the control rod is driven against fuel pressure.

発明の効果 以上詳述したように、本発明の燃料噴射装置によれば、
燃料噴射弁を駆動するために消費されるエネルギを極め
て低く抑えることができ、しかも開弁、閉弁を共に高い
速度(応答性)で行なうことができるという極めて優れ
た効果を奏する。
Effects of the Invention As detailed above, according to the fuel injection device of the present invention,
The energy consumed to drive the fuel injection valve can be kept extremely low, and the valves can both be opened and closed at high speed (responsiveness), which is an extremely excellent effect.

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

第1図は本発明一実施例としての燃料噴射装置の回路を
電子制御装置のブロック図と共に示す構成図、第2図は
実施例の燃料噴射装置を用いて構成した4気筒デイーU
ルエンジンの概略構成図、第3図は同じくその燃料噴射
弁の構造を示す断面図、第4図(A>、(B)、(C)
は各々実施例における制御の各部を示すフローチャート
、第5図は実施例における制御の一例を示すタイムチャ
ート、でおる。 1・・・ディービルエンジン 8・・・燃料噴射弁 12・・・蓄圧室 14・・・燃料供給ポンプ 21.22・・・クランク角センザ 28・・・燃料圧センサ 34・・・アクセルセンサ 50・・・燃料噴射弁本体 53・・・ノズル 54.55・・・アクチュエータ 56・・・制御ロッド 58・・・ニードル
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit of a fuel injection device according to an embodiment of the present invention together with a block diagram of an electronic control device, and FIG. 2 is a 4-cylinder D-U constructed using the fuel injection device of the embodiment.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of the fuel injection valve, Figure 4 (A>, (B), (C))
are flowcharts showing each part of control in each embodiment, and FIG. 5 is a time chart showing an example of control in the embodiment. 1...Devil engine 8...Fuel injection valve 12...Accumulation chamber 14...Fuel supply pump 21.22...Crank angle sensor 28...Fuel pressure sensor 34...Accelerator sensor 50 ... Fuel injection valve body 53 ... Nozzle 54, 55 ... Actuator 56 ... Control rod 58 ... Needle

Claims (1)

【特許請求の範囲】 弁体を開弁方向に駆動する第1のピエゾ圧電素子と上記
弁体を閉弁方向に駆動する第2のピエゾ圧電素子とを組
み込んだ燃料噴射弁と、上記ピエゾ圧電素子を駆動する
駆動回路とを備えた燃料噴射装置であつて、 上記駆動回路は、 所定のインダクタンスを有し、上記第1のピエゾ圧電素
子と第2のピエゾ圧電素子との間に直列に接続されて該
第1,第2のピエゾ圧電素子と共に直列共振回路を形成
する素子と、 上記直列共振回路を上記第1,第2のピエゾ圧電素子の
間で開放・閉成するスイッチング手段と、 上記直列共振回路に、上記ピエゾ圧電素子を駆動する初
期電力を供給すると共に、上記スイッチング手段を開閉
した時、上記燃料噴射弁の開閉を行なう第1,第2のピ
エゾ圧電素子の作動に伴って失われる電力を補充する補
充回路と を備えてなる燃料噴射装置。
[Scope of Claims] A fuel injection valve incorporating a first piezoelectric element that drives the valve body in the valve opening direction and a second piezoelectric element that drives the valve body in the valve closing direction; and a drive circuit for driving an element, the drive circuit having a predetermined inductance and connected in series between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. an element configured to form a series resonant circuit together with the first and second piezoelectric elements; a switching means for opening and closing the series resonant circuit between the first and second piezoelectric elements; Initial power is supplied to the series resonant circuit to drive the piezoelectric element, and when the switching means is opened or closed, power is lost due to the operation of the first and second piezoelectric elements that open and close the fuel injection valve. A fuel injection device comprising a replenishment circuit for replenishing the electric power generated.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08177680A (en) * 1994-12-20 1996-07-12 Yamaha Motor Co Ltd Fuel injection type engine

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08177680A (en) * 1994-12-20 1996-07-12 Yamaha Motor Co Ltd Fuel injection type engine

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