JPS623133A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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〕 本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関するものであ
り、特にはディーゼルエンジンの燃料噴射率制御等に用
いて特に有効な圧電素子を用いたパイロット噴射を行な
うものに関するものである。

〔従来の技術〕

発明者らはこれまでに圧電素子を用いたパイロット噴射
を行なわせる内燃機関の燃料噴射制御装置を開発し、デ
ィーゼルエンジンの騒音低減に大きな成果を上げてきた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら圧電素子を用いて高圧燃料の噴射制御を行
う場合の問題点として ■　圧電素子の小さなりフグ率により圧送圧力が低下し
、燃料噴射量の減少、噴射期間の増大が起きる。この現
象は、燃料圧力がアイドリング時の倍程度となる高速・
高負荷域において特に大きい。

■　圧電素子にかかる高圧燃料による高荷重履歴により
圧電素子が劣化する。

■　圧電素子にかかる高荷重により圧電素子の発生する
電圧が高くなるので、圧電素子を駆動する回路の耐電圧
を大きくしなければならない。

■　圧電素子にかかる高荷重により圧電素子の発生する
電圧が高くなるので、圧電素子積層間のフラッシュオー
バーが出やすい。

等の問題点があることがわかった。

本発明は以上の問題点の発見に基づいてなされたもので
あり、前述の■〜■の問題点を簡易かつ確実な方法で解
決し、高い信鯨性の得られる長寿命の燃料噴射制御装置
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は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高圧室内の
燃料を加圧送出して噴射弁から高圧の燃料を噴出させる
内燃機関の燃料噴射制御装置において、印加電圧に応じ
て伸縮する電歪式アクチュエータによって容積を変化で
きる可変容積室を噴射初期のみ前記高圧室に連通させる
ことにより前記問題点を解決するものである。

〔作　用〕

本発明では前記電歪式アクチェエータによって容積が変
化される可変容積室は前記高圧室には噴射初期のみ連通
されるため、燃料噴射率制御を必要とする噴射初期は前
記電歪式アクチュエータを伸縮させることにより有効に
燃料噴射率を制御することができ、燃料噴射率制御があ
まり必要ではなく、むしろ前記問題点が発生する噴射後
期には前記可変容積室と前記高圧室とを遮断して圧電素
子に不要な繰り返しの大荷重がかからないようにしたも
のである。

〔実施例〕

以下本発明を実施例により説明する。

まず本発明の第１実施例を図に基づいて説明する。

第１図ないし第１０図は本発明の第１実施例に関するも
ので、第１図は本発明を適用した分配型燃料噴射ポンプ
の要部断面図、第２図は第１図中のプランジャ６の先端
部付近の拡大断面図、第３図は第２図中のＲ−Ｒ線に沿
う断面図である。

第１図において、燃料噴射ポンプ１に噴射率制御装置２
が取付けられている。

まず燃料噴射ポンプ１について説明する。ケーシング４
のシリンダボア５内に摺動自在に支持されたプランジャ
６は、エンジン回転数の１／２に同期して回転往復運動
を行なう。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６はこの駆動軸により同軸的に回転駆動されると
ともに、プランジャ６と一体的に結合されたフェイスカ
ム７がローラ８に係合することにより往復運動する。

フェイスカム７はバネ（図示せず）により常時図の左方
に付勢されてローラ８に当接されており、プランジャ６
の往復運動は、軸心周りに回転して　　　　　　　′フ
ェイスカム７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はその外周に、１個の分配ポート９とエ
ンジン気筒数と同数個の吸入ポート１０とが形成され、
このプランジャ６の先端面とシリンダボア５との間には
高圧室３が形成される。

ケーシング４には、低圧室１１とこの低圧室１１をシリ
ンダボア５に連通ずる吸入通路１２と、外部の各噴射弁
１３をシリンダボア５に導通可能な分配通路１４が形成
される。分配通路１４はエンジン気筒数と同数個設けら
れるとともに、その途中にはそれぞれデリバリ弁１５が
設けられる。

デリバリ弁１５はばね１６に抗して開口可能であり、逆
止弁としての機能及び吸戻し弁としての機能を有する。

然してプランジャ６が第１図中において左行して高圧室
３が膨張する時、いずれかの吸入ポート１０が吸入通路
１２に導通して低圧室１１内の燃料が高圧室３に吸入さ
れ、これとは逆に、プランジャ６が第１図中において右
行して高圧室３が縮小加圧される時、分配ポート９がい
ずれかの分配通路１４に導通して高圧室３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が右行を始めた時に始まり、
さらにプランジャ６が右行してスピルポート１７がスピ
ルリング１８の右端面より低圧室１１内へと開放された
時に終わる。ここでスピルポート１７はプランジャ６に
設けられて、高圧室３と低圧室１１とを導通する為の開
口であり、スピルリング１８は、短いシリンダ状であっ
て、その内孔をプランジャ６が摺動するものである。ス
ピルリング１８はレバー１９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１８の位置によって高圧
室３からの燃料の吐出量をかえることができる。レバー
１９は間接的にアクセルレバ−と連動している。吸入通
路１２と吸入ポート１０との間に吸入燃料を遮断する為
のソレノイド弁２０を設け、エンジン停止時には常に吸
入通路１２を遮断する。

以上は公知部分の説明である。

本発明はさらに、プランジャ６の高圧室３とスピルポー
ト１７とを結ぶ中央ポート２１に導通するポートＢ２２
、該ポートＢ２２に導通ずるプランジ畢外周の溝部２３
を形成している。さらにシリンダ２４にはシリンダボア
５に開口するポートＡ２５、該ポートＡ２５に導通しシ
リンダ２４の右端面に開口する横穴のボー１−Ｃ２６を
設けている。ポートＡ２５と外周溝２３との位置関係は
第２図の部分拡大図に示す様にプランジャ６が一定リフ
ト（第２図中に示すリフトＡ）するまで導通状態であり
、一定リフト後に遮断される様にしである。さらにポー
トＡ２５の第２図中のＲ−Ｒ線に沿う断面図は第３図に
示される様に角穴状としである。

次に噴射率制御装置２について説明する。

噴射率制御装置２はアッパーケーシング２７の中に、第
１図中の右から電歪式アクチュエータ２８、ピストン２
９、皿ばね３０を収納し、ディスタンスピース３１を介
してロアケーシング３２内に収納して構成されている。

ロアケーシング３２は底のある円筒の形、即ちカップ状
であって、雄　　　　　　−ねじ３３によって噴射ポン
プ１のシリンダ２４の端面にねじ込んで取付は固定しで
ある。ロアケーシング３２のシリンダ２４端面との接合
部はポートＣ２６よりも中心側のリング状突起３４とポ
ートＣ２６よりも外周側のリング状突起３５とにより接
合され、高圧室３及びポートＣ２６からの燃料洩れを防
止できる様にしである。さらにリング状突起３４と３５
とによって囲まれたドーナツ状空間３６は燃料通路を形
成してポートＣ２６と導通し、ロアケーシング３２に設
けた圧力導入口３　　　　　　　°□７とも導通する。

電歪式アクチュエータ２８は薄い円盤状（φ１５ｍｍＸ
　ｔ　０．５ｍｍ）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
るセラミック材料製であり、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１μｍ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５
０μｍの伸張が得られる。この電圧を解除するか又は若
干の負電圧を印加すれば５０μｍ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２８に軸
方向圧縮の荷重をかけた時は１枚１枚の電歪素子には荷
重に比例した電圧が発生する。例えば５００　ｋｇの負
荷で５００Ｖの電圧が発生する。

これらの電歪素子及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２８は軸方向の縮小を生じる。例えばピス
トン２９に５０．０ｋｇの荷重が加わっている状態で電
歪式アクチュエータ２８をショートさせると５０μｍの
縮小を生じるのである。

電歪式アクチュエータ２８への所定の時期における電圧
のショート、オープン、印加等の操作はリード線３８を
介して外部の制御回路であるコントローラ２００によっ
て制御される。

電歪式アクチュエータ２８の伸縮作用はピストン２９に
伝えられ、ピストン２９とディスタンスピース３１とケ
ーシング２７とを室壁として形成される可変容積室３９
の容積を拡大・縮小する。

皿ばね３０は可変容積室３９の中にあって、電歪式アク
チュエータ２８を縮小する方向に付勢している。ディス
タンスピース３１は円盤状であって、その略中央周辺に
は貫通孔４０を有している。ディスタンスピース３１の
直径はピストン２９の直径よりも−回り大きく、アッパ
ーケーシング２７とロアケーシング３２とによってはさ
み込まれるようになって高圧燃料のシールを行う。可変
容積室３９は貫通孔４０を介して圧力導入口３７と導通
している。

また、可変容積室３９の圧力がピストン２９を介して電
歪式アクチュエータ２８側に漏洩しないように、ピスト
ン２９の摺動面とアッパーケーシング２７の摺動面とは
僅かなりリアランスを有して油密に形成されている。

次にポンプの回転方向及びリフト方向（すなわちプラン
ジャ６の往復および回転運動の各方向）に対応するポー
トＡ２５、分配ポート９、吸入ポートｌＯの開閉位置関
係について説明する。

第４図は第１図中のプランジャ６（またはフェイスカム
７）が回転するにつれての回転角とプランジャ６の往復
動、ポートＡ２５の開閉状態、分配ポート９の開閉状態
、吸入ポート１０の開閉状態を示す作動説明図である。

第５図は第１図中のプランジャ６の先端部付近の各作動
状態を示す作動説明図であり、（Ａ）は吸入行程におけ
る状態、（Ｂ）は噴射行程の前期における状態、（Ｃ）
は噴射行程の中期から後期にかけての状態を各々示す。

第４図において、横軸は第１図中のプランジャ６（また
はフェイスカム７）の回転角を示しており、９０″毎に
ある凸部はプランジャ６の往復動を示すものでフェイス
カム７のリフトである。第４図に示される様に９０”毎
に一気筒の燃料圧送行程、吸入行程が繰り返される。吸
入行程は「吸入ポート１０開」として表わされた線で示
す期間行われ、カムの上死点付近から始まり下死点付近
まで続く。

一方、圧送行程は実質的にカムのリフト開始から上死点
までであるが、「分配ポート９開」の線で示す期間行わ
れる。すなわち、カムの下死点から上死点後１５°付近
の間である。さらに、零発　　　　　　明によるポート
Ａ２５の開閉時期はカムが所定り　　　　　　　。

フト（第４図中にリフトＡとして示す）以上で閉となり
、所定リフト（リフトＡ）以下で開となる。

このリフ）Ａは噴射ノズル１３からの噴射が開始するカ
ムリフト量より、わずかに大きいリフト量に設定しであ
る。

？ 「ボー１−Ａ２５開」とは第１図および第５図に示した
ポートＡ２５とプランジャ６の外周に設けた溝部２３と
が導通となる状態を言い、「ポートＡ２５閉」とはポー
トＡ２５とプランジャ６の外周溝部２３とが遮断された
状態を言う。　　　　　　　　　　　２．。

従って、吸入行程及び噴射初期においては第５　　　　
　　　゛・図（Ａ）、（Ｂ）の高圧室３の比較的低い圧
力に加圧された燃料が中央ポート２１−ポートＢ２２−
プランジャ６の外周の溝部２３−ポートＡ　２５　　　
　　　　　”□−ポート０２６−ドーナツ状空間３６→
圧力導入口３７−貫通孔４０を介して可変容積室３９へ
と導入される。

一方、プランジャ６がリフトＡの大きさだけリフトする
とポートＡ２５はプランジャ６の外周の溝部２３により
閉じられるので噴射中期以降は第５図（Ｃ）に示される
ように比較的高い圧力に加圧された燃料は可変容積室３
９には導入しない。

次に第１実施例の作用を説明する。

第６図は第１図中のプランジャ６（またはフェイスカム
７）の回転角を横軸にとり、各部の状、層変化を示した
作動説明図であり、（Ａ）はポンプの高圧室３内の圧力
変化、（Ｂ）は可変容積室３９内の圧力変化、（Ｃ）は
電歪アクチュエータ２８の端子間の電圧変化、（Ｃ′）
は電歪アクチュエータ２８の端子間のオープン又はショ
ートの状態変化、ＣＤ）は噴射弁１３からの燃料の噴射
率変化、（Ｅ）はプランジャ６と一体的に形成されたフ
ェイスカム７のカムリフトをポートＡ２５の開閉状態、
吸入ポート１０の開閉状態、分配ポート９の開閉状態と
共に各々示したものである。

第６図において第１図に示される電歪式アクチュエータ
２８をショートさせなかった時、即ち電気的にオープン
とした時には高圧室３の圧力は第６図（Ａ）の実線で示
した曲線となる。図中に示す画部分が燃料圧送行程であ
って、プランジャ６が第６図（Ｅ）に示すカムリフトに
より第１図中において右行し、かつ、スピルポート１７
がスピルリング１８によっておおわれている時に対応す
る。このうち、噴射弁１３の開弁圧及び閉弁圧より高い
部分が噴射に寄与する部分である。即ち、この期間、噴
射弁１３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。

噴射弁１３からの単位時間当りの燃料噴射量、すなわち
燃料噴射率は第６図（Ｄ）のようになる。

また、前述した様に電歪式アクチュエータ２８に高圧室
３の圧力が作用するのは噴射初期、すなわち第５図（Ａ
）、　　（Ｂ）において示されるプランジャ６とポート
Ａ２５の位置関係の時のみである。

この時期の電歪アクチュエータ２８の端子間電圧、可変
容積室３９等の状態は第６図中の回転角がそれぞれ■、
■となる時期から知ることができる。

第５図（Ａ）の吸入行程においてはポンププランジャ６
による燃料の加圧はないので高圧室３゜可変容積室３９
内の゛圧力はフィード圧のみの低圧である。すなわちエ
ンジンのアイドリング運転時であれば１．５ｋｇ／ａｄ
程度である。

次に燃料の圧送行程に入り第６図（Ａ）の様に高圧室３
内の圧力が上昇し始めると、この時点ではまだ第５図（
Ｂ）の如くポートＡ２５と高圧室３とは導通状態にある
為、可変容積室３９内の圧力も上昇し始める。

電歪式アクチュエータ２８にはこの時の圧力に比例した
電荷が生じ第６図（Ｃ）に示す電圧が発生する。

なお、可変容積室３９の圧力を圧縮荷重に換算するには
、圧力にピストン２９の受圧面積をかけてやればよく、
第１図の場合、ピストン２９の受圧面積は約４−であり
、噴射弁１３の開弁圧は１２０ｋｇ／ａａに設定しであ
るので噴射開始時には４８０ｋｇの荷重を電歪式アクチ
ュエータ２８が受けることになる。ちなみに、この時電
歪式アクチュエータ２８の端子に発生する電圧としては
４８０　　　　　　　。

■である。

さらに圧送行程が続き、ポンプの高圧室３の圧力が上が
れば可変容積室３９の圧力も上昇し、同時に電歪式アク
チュエータ２８の発生電圧も太きくなる。

ざらに圧送が続き第５図（Ｃ）に示される噴射中期にさ
しかかった時、すなわちカムリフト量が第６図の（Ｅ）
中に示されるリフトＡとなった時、ポートＡ２５と高圧
室３との導通は断たれる。この時期の作動を回転角が第
６図中の０で示される線上において見ることができる。

Ｏの時期においでは第６図（Ａ）の高圧室３の圧力はさ
らに上昇を続けており、また、第６図（ＤＪの噴射率も
上昇している。

一方、第６図（Ｂ）の可変容積室３９の圧力変化は可変
容積室３９がポートＡ２５との導通を断たれると同時に
圧力の逃げ場のない密室を形成する為、圧力の上昇が無
く、低下も無い状態で維持される。第６図（Ｃ）の電歪
式アクチュエータ２８の発生電圧は第６図（Ｂ）の可変
容積室３９の圧力と同様に変化する。

ここまでは電歪式アクチュエータ２日を電気的にオーブ
ンした時の説明をしてきたが、次に噴射率制御の説明に
入る。

第６図中の破線により噴射率制御時の各部の状態を示す
。コントローラ２００は噴射開始からカムリフト量がリ
フトＡまで達する所定の時期に電歪アクチュエータ２８
をショートして、発生した電圧をＯｖに落とすように制
御する（第６図（Ｃ）（Ｃ’））。この時、電歪式アク
チュエータ２８は約５２０Ｖの電圧を発生しており５２
μｍの縮みを起こすので、可変容積室３９は４ｎ（Ｘ５
２μｍ＝２０．８ｍｍ３の膨張を生じる。よって第６図
（Ａ）、　　（Ｂ）の様に高圧室３の圧力、可変容積室
３９の圧力はともに低下して噴射弁１３からの噴射は一
瞬途絶える（第６図（Ｄ））。この形態がバイロフト噴
射と呼ばれるものである。

第６図（Ｃ′）にショートする時期、オープンに戻す時
期を示しているが、このような制御はエンジンの回転角
度信号に基づいて、コントローラ２００が行なうもので
あり、エンジンの回転角度信号は磁気抵抗素子（ＭＲＥ
）やマグネットピックアップ（ＭＰＵ）によって発生す
ることが容易で、よく知られていることなので詳述しな
い、　　　　　　　　。

さて、電歪式アクチュエータ２８のショートによって低
下した燃料噴射圧力、可変容積室３９及び高圧室３内の
圧力は再び上昇を開始する。しかし、ポートＡ２５が導
通を断たれてからはその直前の圧力が可変容積室３９内
に閉じこめられる状態となる（第６図（Ｂ））。よって
電歪式アクチュエータ２８の発生電圧（第６図（Ｃ））
も同様の状態を示す。

その後圧送行程が終了し、カムリフトが下降行程に入り
、吸入ポート１０が開き、再びポートＡ２５が高圧室３
と導通した時には高圧室３内の圧力はフィード圧となっ
ているので、可変容積室３９内に閉じ込められた比較的
高い圧力（圧送の最高圧力よりは低い）は低圧部に向っ
て流出して圧力が低下する（第６図（Ｂ））。電歪式ア
クチュエータ２８の端子間の発生電圧も同様に変化する
（第６図（Ｃ））。

この噴射率制御装置２によって噴射率を低下する制御は
、エンジンの状態に応じて例えば高速時や高負荷時には
停止することが望ましく、このことはエンジン速度や負
荷を検出して制御回路２００のショートの動作を解除す
ることにより容易に達成できる。

次に制御回路であるコントローラ２００について説明す
る。

第７図は第１図中のコントローラ２００の詳細を示す回
路図であり、第８図は第７図に示したコントローラ２０
０の作動を示すタイムチャートである。

第７図において、１０１はコンパレータで、電歪式のア
クチュエータ２８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
は基準電圧１０４が接続されており、電歪式アクチュエ
ータ２８の端子電圧が５２０ｖ以上になると、コンパレ
ータ１０１の出力は１”レベルとなる。

コンパレータ１０１の出力はフリップフロップ１０５の
セット入力に接続されている。このフリップフロップ１
０５はリセット優先のもので、リセット入力が“１”レ
ベルであれば百出力が常に“１”レベルとなる。リセッ
ト入力が“Ｏ″レベル時に限り、セット入力が“１”レ
ベルとなったとき、Ｑ出力は“θ″レベ！となる。この
信号は抵抗１０６．１０７を介してトランジスタ１０８
のベースに抵抗され、トランジスタ１０８を０Ｎ−ＯＦ
Ｆする。トランジスタ１０８は抵抗１゜９により接地さ
れており、コレクタ信号は抵抗１１０を介してサイリス
タ１１１のゲート入力に接続されている。

サイリスタ１１１は電歪式アクチュエータ２８と並列に
、微小抵抗１１２を介して接続されており、ゲート入力
が“１”レベルの間、サイリスタ１１１は導通し、電歪
式アクチュエータ２８をショートする。電歪式アクチュ
エータ２８はさらにダイオード１１３がアノード側を接
地側に、カソード側を高圧側に、すなわち逆方向に接続
されており、電歪式アクチュエータ２８に逆電圧がかか
るのを防止し、かつ電歪アクチュエータ２８に加わる荷
重が減少した時にダイオード１１３を介して電荷を補充
し、電歪アクチュエータ２８の伸長を助けるようになっ
ている。

３００は図示しないエンジンの各気筒毎のＡＴＤＣ５°
に信号を発生する、例えばＭＲＥを用いた回転センサで
ある。この回転センサ３００の出力は整形回路１１４に
入力されており、各気筒のＡＴＤＣ５°に“１ルベルの
パルスを出力する。

整形回路１１４の出力は３人力ＯＲゲートエ１５のひと
つの入力に接続される。３人力ＯＲゲート１１５は前記
フリップフロップ１０５のリセット入力に接続されてい
るため３人力ＯＲゲート１１５の入力のうちいずれかが
“１”レベルであればフリップフロップ１０５はリセッ
トされるためＱ出力は“１ルベルとなりサイリスタ１１
１はオープンとなる。

整形回路１１４の出力はエンジン回転数制御回路１１６
にも接続されており、例えばエンジン回転数が１２０Ｏ
ｒｐｍ以上で１”レベル、それ未満では“Ｏ”レベルの
回転数判別信号が出力される。この回転数判別信号は、
前記３人力ＯＲゲート１１５に接続されている。

２１０は図示しないアクセ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
は負荷判別回路１１７に入力されており、例えばアクセ
ル開度２０％以上で“１”レベル、それ未満で“０”レ
ベルの負荷判別信号を出力する。この負荷判別信号も前
記３人力ＯＲゲー）１１５に接続されている。

以上の構成におけるコントローラ２００の作動について
、第８図のタイムチャートを参照して説明する。

今、低回転、低負荷時を考えると、ポンプ駆動軸の回転
に伴い、カムがリフトしく第８図（２））、高圧室３の
圧力が上昇する（第８図（３））。それにつれて、電歪
式アクチュエータ２８は加圧され、電圧を発生する（第
８図（４））。この発生電圧は抵抗１０２，１０３で分
圧されコンパレータ１０１により基準電圧と比較される
。電歪式アクチュエータ２８の端子電圧が５２０Ｖを越
えると、コンパレータ１０１の出力は“１”レベルとな
り（第８図Ｔ５））、フリップフロップ１０５を反転さ
せそのＱ出力が“Ｏ″レベルなる（第８図（６））。こ
のＱ出力は抵抗１０６．１０７を介してトランジスタ１
０８を導通させるためサイリスタ１１１がトリガされて
導通し、電歪式アクチュエータ２８をショートする（第
８図（４））。このため電歪式アクチュエータ２８の端
子電圧は急激にＯｖに下がり、電歪式アクチュエータ２
８は収縮するため、前述の如く高圧室圧が低下し噴射が
中断される（第８図（３））。この時カムリフトはリフ
トの途中であるためさらに燃料の圧送が行なわれる。し
たがって高圧室３内の圧力は再び上昇して噴射か再開さ
れる（第８図（３））。

しかしフリップフロップ１０５がリセットされるまでサ
イリスタ１１１は導通している。

その後、ＡＴＤＣ５°まで回転すると、回転センサ３０
０が信号を発生し、整形回路１１４でパルス信号に整形
されて（第８図（１））　、３人カゲート１１５を経て
フリップフロップ１０５をリセットするためＱ出力は“
１”レベルに戻り（第８図（６））、サイリスタ１１１
はＯＦＦとなり、オープンに戻る。

さらに圧送が続（と高圧室３の圧力は上昇するが、電歪
式アクチュエータ２８の端子間電圧は第１図中に示され
るポートＡ２５の遮断により、可変容積室３９の圧力は
遮断直前の圧力までしか上がらない為（第６図（Ｂ））
低い電圧を維持する。

その後、カムリフトが上死点に達する前に前記スピルポ
ート１７が開き、高圧室圧がスピルされて圧力が低下し
、噴射を終了する。

さらにカムが回転するとポートＡ２５と高圧室３の導通
が行われ、可変容積室３９に残った比較的高い圧力が吸
入行程中で低圧の高圧室３に導入し、同時に電圧も低下
する。

こめ特電歪式アクチュエータ２８の端子電圧は第８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の分極がこわれ
る恐れが生じるためダイオード１１３により逆電圧をシ
ョートして保護すると共に、ダイオード１１３を介して
電荷を補充し、電歪式アクチュエータ２８の伸長を助け
るようになっている。

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
８のショートを行わないようにする方法について説明す
る。

例えば負荷が高いときを考えると、ポテンショメータ２
１０の出力電圧は高くなり、負荷判別回路１１７により
設定負荷以上では“１”レベルの信号が出力される（第
８図（７））。この負荷判別信号は３人力ＯＲゲート１
１５を通り、フリップフロップ１０５をリセットする。

すなわち、負荷の高いときにはフリップフロップ１０５
は常にリセットされるため、コンパレータ１０１による
セット信号の有無にかかわらず、サイリスタ１１１は導
通せず、電歪式アクチュエータ２８はオープンのままで
ある。エンジン回転数についても同様で、回転センサの
信号によりエンジン回転数判別回路１１６はエンジン回
転数を判別し、設定回転数以上では回転数判別信号を“
１”レベルとし、フリップフロップ１０５を常にリセッ
トすることによりｔ歪式アクチュエータ２８をオープン
に維持スる。

上述の制御回路２００は所定の時期に電歪式アクチュエ
ータ２８をショートするための一例であり、同様の作動
をするものであれば他の構成であっても構わない。

以上述べた様に、本第１実施例において電歪式アクチュ
エータ２８は電圧を印加することなく、短絡することの
みによって制御することが可能である。

これに加えて本第１実施例はパイロット噴射させる初期
の噴射行程のみ可変容積室３９に圧力を導通せしめてパ
イロット噴射を行い、噴射中期以降の高圧室３内の圧力
が高い時には可変容積室３９に圧力を導入させないので
電歪式アクチュエータ２８に必要以上の高荷重が作用し
ない。

よって電歪式アクチュエータの劣化、あるいは電歪素子
の割れ、高電圧発生による電荷のリーク、もしくはショ
ート、噴射率制御装置２からの燃料の漏洩等の問題が解
決する。

さらに噴射形態も改善される。この噴射形態の改善につ
いて第９図および第１０図により説明する。

第９図は噴射形態の改善を高圧導通のままのものと本発
明のものとの比較により示した作動説明図、第１０図は
噴射形態の改善を従来公知のものと本発明のものとの比
較により示した作動説明図である。

第９図（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）はそれぞれパイ
ロット噴射させる低速、低負荷、バイロフト噴射させな
い高速、高負荷、場合によってはパイロット噴射させる
中速、中負荷の噴射率を本発明を適用した場合とポンプ
圧送中の全域において可変容積室３９へ圧力が導入され
る「高圧力導通のまま」の場合について横軸に第１図中
のプランジャ６（またはフェイスカム７）の回転角をと
って比較したものである。本発明の場合を破線、もしく
は一点鎖線で示している。

第９図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において常に可変容積室
３９に圧力が導入される「高圧力導通のまま」の場合は
本発明と比較して最大噴射率が低下している。この事は
同じ圧送量とした場合には噴射量が減少することを意味
し、同一噴射量を得る為には圧送量を多くしなければな
らない。

これは電歪式アクチュエータ２８が積層体である為にヤ
ング率が鋼材と比べ低いために起きる現象である。この
現象がエンジン性能に及ぼす影響としては燃料噴射時間
の増大によりエンジンの出力低下、燃費悪化、ＨＣ排出
量の増加を招き、高速、高負荷時においてはスモークの
増加も発生する。

これに対し、本発明はポートＡ２５の遮断後は可変容積
室３９に高圧が作用しない為、前述した電歪式アクチュ
エータ２８の低いヤング率によって発生する問題が解決
される。従って本発明を適用した場合には第９図（Ａ）
、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）の破線に示す様に噴射率が高
く、期間も短くなる。

ここで第９図（Ｃ）の場合、パイロット制御しているに
もかかわらず噴射率が落ち切っていない（実線及び破線
）のはポー）Ａ２５の導通時間が短い為である。一点鎖
線は電歪式アクチュエータ２８の端子間がオープンの時
である。

次に第１０図において、従来公知の噴射形態と本発明の
噴射形態とを比較して説明する。

第１０図（Ａ）の低速、低負荷ではバイロフト噴射によ
りアイドル騒音低減に効果があると同時に最大噴射率の
低下もほとんどなく、噴射時間が大きくなり過ぎること
がない、この場合において１回当りの噴射量の補正は第
１０図（Ａ）の斜線部を補う程度で良い。

第１０図（Ｂ）の様に高速、高負荷では本発明の場合初
期の噴射率がポートＡ２５の導通により従来のものより
も若干低下するが、はぼ従来差の噴射率になる。導通に
よる不具合が少ないのは高速の為、導通時間が短い為で
ある。

第１０図（Ｃ）の様に中速、中負荷では電歪式アクチュ
エータ２８の端子間がオーブンの時（図中の一点鎖線）
、ポートＡ２５の導通による影響が高速時より出やすい
がエンジン性能に影響を与える程ではない。さらにバイ
ロフト制御しても（図中の破線）噴射期間が長すぎるこ
とがなく、従って排気ガス中のＨＣ排出量を抑えて同時
にＮＯＸ排出量を低減することが出来る。

第１１図は本発明の第２実施例の構成を示す要部断面図
である。

第２実施例について第１１図に従って説明する。

第１実施例においては噴射率制御装置２をプランジャ６
と対向する位置に設置したが、本第２実施例ではプラン
ジャ６の垂直方向に設置している。

この位置に設置することにより装置のメンテナンスが容
易になるという利点がある。

噴射率制御装置５０はポンプケーシング５１の凹部５２
に設置されている。ケーシング５３の中には第１１図に
おいて上から電歪式アクチュエータ２８．ピストン２９
が収納されたケーシング５３の下端面にパツキン５４が
配置されると共に雄ネジ５３Ａによりポンプケーシング
５１に固定されている。

ピストン２９の下端面とポンプケーシング凹部５２の下
端面との間で形成される可変容積室３９内には板バネ３
０を配設して電歪式アクチュエータ２８に常に上向きの
押圧力が加わる様にされている。

シリンダ２４にはポートＡ２５とポートＣ２６とを形成
し第１実施例と同様にプランジャ６の外周溝部２３と可
変容積室３９とが特定時期のみにおいて導通する様にさ
れている。

５５は加圧される容積のうち無駄な容積を減らす為の目
的で設けたブツシュであり、圧入により固定されている
。

シリンダ２４の右端面には盲栓５６をネジ５７によりネ
ジ込んで三角状の突起５８により高圧室３からの圧力漏
洩を防いでいる。

第２実施例の作動、効果については第１実施例と同様な
ので説明を省略する。

次に本発明の第３実施例について説明する。

第１２図ないし第１９図は本発明の第３実施例に関する
もので、第１２図は本発明を適用した分配型燃料噴射ポ
ンプの要部断面図、第１３図は第１２図中のプランジャ
６の先端部付近の拡大断面図、第１４図は第１３図中の
ｚ−Ｚ線に沿う断面図である。

第１５図は第１２図中のプランジ中６（または　　　　
　　７フエイスカム７）が回転するにつれての回転角と
　　　　　　　。

プランジャ６の往復動、ポートＡ５９の開閉状態、　　
　　　　１分配ポート９の開閉状態、吸入ポート１０の
開閉状態との関係を示す作動説明図である。

第１６図ないし第１８図は第１２図中のプランジャ６の
先端部付近の各作動状態を示す作動説明図であり、第１
６図はプランジャ６の中心軸に沿う断面図、第１７図は
第１６図中のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第１８図は第１６
図中のＹ−Ｙ線に沿　　　　　　４１．。

う断面図を各々示し、各図において（Ａ）は吸入　　　
　　　　。

行程の状態、（Ｂ）は噴射行程の前期における状態、（
Ｃ）は噴射行程の中期から後期にかけての状態に各々対
応する。

第１９図は第１２図中のプランジャ６（またはフェイス
カム７）の回転角を横軸にとり、各部の状態変化を示し
た作動説明図であり、（Ａ）はポンプ高圧室３内の圧力
変化、（Ｂ）は可変容積室３９内の圧力変化、（Ｃ）は
電歪式アクチュエータ２Ｂの端子間の電圧変化、（Ｄ）
は噴射弁１３からの燃料の噴射率変化、（Ｅ）はプラン
ジャ６と一体的に形成されたフェイスカム７のカムリフ
トをポートＡ５９の開閉状態、吸入ポート１０の開閉状
態、分配ポート９の開閉状態と共に各々示す。

第３実施例が第１実施例と異なるのは第１２図において
シリンダ２４に形成したポートＡ５９の位置が異なるこ
ととプランジャ６には第１．第２実施例で示したプラン
ジ中６の外周の溝部２３がない事である。噴射率制御装
置２は第１実施例と同一である。

ポートＡ５９の位置及び形状について第１３図ないし第
１５図を用いて説明する。第１３図は１２図の部分拡大
図であり、ポートＡ５９は断面が第１４図に示す如く角
状をしている。シリンダボア５の軸方向におけるポート
Ａ５９の位置はプランジャ６端面がリフトＡだけリフト
した時においてプランジャ６端面によってさえぎられる
位置に開口している。シリンダボア５の回転方向におけ
るポートＡ５９の位置はほぼ吸入通路１２の開口位置と
同じにしである。　すなわち、第１５図に吸入ポート１
０．分配ポート９．ポートＡ５９の回転方向に対する開
、閉の様子を示したが吸入ポート１０．分配ポート９の
位置関係は第１実施例と同じである。

ポートＡ５９については遮断される時期、すなわちプラ
ンジャ６の右端面によりポートＡ５９が　　　　　　゛
閉塞される時期はプランジャ６がリフトＡだけした時な
ので第１実施例と同じである。

異なるのは第１実施例においては再びカムリフトがリフ
トＡの時にポートＡ５９が開けられるのに対し、本実施
例は、リフト量がリフトＡに戻るより前にポートＡ５９
が吸入ポート１０により開けられることである。（吸入
ポート１０開とほぼ同時期。）　すなわち、第１．第２
実施例がカムリフトだけ（往復運動だけ）で開閉が行な
われるのに対し、第３実施例は閉じられるのはカムリフ
トにより、開けられるのは回転によって行なわれる。

作動を第１６図ないし第１９図によって説明する。

第１６図（Ａ）の吸入行程の時、第１７図（Ａ）。

第１８図（Ａ）の様に高圧室３とポートＡ５９、吸入通
路１２、吸入ポート１０は全て導通している０分配ポー
ト９と分配通路１４は導通がない。

次にプランジャがリフトとともに回転し第１６図（Ｂ）
の噴射行程前期の時、吸入ポートｌｏと吸入通路１２の
導通が断たれ（第１７図（Ｂ））、分配ポート９と分配
通路１４は導通する。この時、ポートＡ５９は回転方向
での吸入ポート１ｏとの導通は断たれる（第１７図（Ｂ
））が軸方向ではプランジャ６端面がまだポートＡ５９
を閉塞せず高圧室３と導通している。この時期にパイロ
ット制御する。

さらにプランジャ６がリフト回転し第１６図　　　　　
　　　゛（Ｃ）の噴射中期以降の時、吸入ポート１０と
吸入通路１２は遮断されたままで（第１７図（Ｃ））ポ
ートＡ５９もプランジャ６端面により閉塞される。よっ
て高圧室３とポートＡ５９の導通はなくなる。

第１９図中において、１８図（Ａ）、　　（Ｂ）。

（Ｃ）に対応した回転角時期の制御状態を各々■。

■、■で示している。

第１９図に示すタイムチャートは第１実施例の説明にお
いて第６図に示したタイムチャートとはとんど同じであ
り、異なるのはポートＡ５９の開時期が吸入ポー）１０
と同時期であり、従って第１９図Ｂの可変容積室３９の
圧力が下がる時期が早まり、同時に電歪アクチュエータ
２８の端子間電圧の下がる時期が早まった事である。他
は第１実施例と同様であるため説明を省略する。

新たな効果としては、比較的高圧（噴射初期の圧力）に
さらされる時間が短かいことである。

なお、第３実施例におけるポートＡ５９の穴位置で噴射
率制御装置をプランジャ６の垂直方向に位置させること
は第２実施例の如く容易に出来る。

以上の説明においてはポートＡ２５，５９の断面形状は
角形としたが、導通か遮断かを切換えるものであるから
スリット状でも良いし、円形でも良い。

更に、噴射率制御装置２もしくは５０をポンプのケーシ
ング４の外側に付けたがポンプハウジング内に取り付け
ても良い。

また、制御方法として電歪式アクチュエータ２８の出力
電圧を検知して電歪式アクチュエータ２８を縮ませるべ
き時期を決定したが、回転角度からの信号に基づいて時
期を制御してもよく、また噴射弁の噴射開始信号を検出
して時期を設定してもよい。

もちろん本発明の構造で電源を用いて電歪式アクチュエ
ータを駆動することもできる。

またさらに、噴射ポンプとしてはメカニカルなガバナで
調量するもの、あるいは電子制御で調量するものでも同
様に本発明を適用できる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明では電歪式アクチュエ
ータによって容積が変化される可変容積室は高圧室には
噴射初期においてのみ連通されるという簡易かつ確実な
構成であるため、燃料噴射率制御を必要とする噴射初期
は電歪式アクチュエータを伸縮させることにより高い信
頼性で有効に燃料噴射率を制御することができ、燃料噴
射率制御があまり必要ではなく、むしろ問題点の発生す
る噴射後期には可変容積室と高圧室とを遮断することに
より圧電素子に不要な繰り返しの大荷重がかからないの
で圧電素子を著しく長寿命とすることができる。従って
本発明によれば、高い信頼性の得られる長寿命の燃料噴
射制御装置とすることができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１０図は本発明の第１実施例に関するも
ので、第１図は本発明を適用した分配型燃料噴射ポンプ
の要部断面図、第２図は第１図中のプランジャ６の先端
部付近の拡大断面図、第３図は第２図中のＲ−Ｒ線に沿
う断面図である。 第４図は第１図中のプランジャ６（またはフェイスカム
７）が回転するにつれての回転角とプランジャ６の往復
動、ポートＡ２５の開閉状態、分配ポート９の開閉状態
、吸入ポート１０の開閉状態を示す作動説明図である。 第５図は第１図中のプランジャ６の先端部付近の各作動
状態を示す作動説明図であり、（Ａ）は吸入行程におけ
る状態、（Ｂ）は噴射行程の前期における状態、（Ｃ）
は噴射行程の中期から後期にかけての状態を各々示す。 第６図は第１図中のプランジャ６（またはフェイスカム
７）を横軸にとり、各部の状態変化を示した作動説明図
であり、（Ａ）はポンプ高圧室３内の圧力変化、（Ｂ）
は可変容積室３９内の圧力変化、（Ｃ）は電歪アクチュ
エータ２８の端子間の電圧変化、（Ｃ′）は電歪アクチ
ュエータ２８の端子間のオープン又はショートの状態変
化、（Ｄ）は噴射弁１３からの燃料の噴射率変化、　　
　　　　　　２１．。 （Ｅ）はプランジャ６と一体的に形成されたフェイスカ
ム７のカムリフトをポートＡ２５の開閉状態、吸入ポー
ト１０の開閉状態、分配ポート９の開閉状態と共に各々
示す。　　　　　　　　　　　　　　　　　、′・第７
図は第１図中のコントローラ２００の詳細　　　　　　
、を示す回路図であり、第８図は第７図に示したコント
ローラ２００の作動を示すタイムチャートであ６・　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１．
“１第９図は噴射形態の改善を高圧導通のままのも　　
　　　　　１のと本発明のものとの比較により示した作
動説明図、第１０図は噴射形態の改善を従来公知のもの
１″！１１（Ｄｂ（Ｄ！：Ｏ］ｔｌＣ−Ｊ、’）ｉＬＪ
＝６”！ｊＪａＱ”ｌｌ！Ｉ　　　　、□である。 第１１図は本発明の第２実施例の構成を示す要部断面図
である。 第１２図ないし第１９図は本発明の第３実施例に関する
もので、第１２図は本発明を適用した分配型燃料噴射ポ
ンプの要部断面図、第１３図は第１２図中のプランジャ
６の先端部付近の拡大断面図、第１４図は第１３図中の
Ｚ−２線に沿う断面図である。 第１５図は第１２図中のプランジャ６（またはフェイス
カム７）が回転するにつれての回転角とプランジ中６の
往復動、ポートＡ５９の開閉状態、分配ポート９の開閉
状態、吸入ポー１−１０の開閉状態との関係を示す作動
説明図である。 第１６図ないし第１８図は第１２図中のプランジャ６の
先端部付近の各作動状態を示す作動説明図であり、第１
６図はプランジャ６の中心軸に沿う断面図、第１７図は
第１６図中のＸ−Ｘ線に沿う断面図、第１８図は第１６
図中のＹ−Ｙ線に沿う断面図を各々示し、各図において
（Ａ）は吸入行程の状態、（Ｂ）は噴射行程の前期にお
ける状態、（Ｃ）は噴射行程の中期から後期にかけての
状態に各々対応する。 第１９図は第１２図中のプラン゛ジャ６　（またはフェ
イスカム７）を横軸にとり、各部の状態変化を示した作
動説明図であり、（Ａ）はポンプ高圧室３内の圧力変化
、（Ｂ）は可変容積室３９内の圧力変化、（Ｃ）は電歪
アクチュエータ２８の端子間の電圧変化、（Ｄ）は噴射
弁１３からの燃料の噴射率変化、（Ｅ）はプランジャ６
と一体的に形成されたフェイスカム７のカムリフトをポ
ートＡ５９の開閉状態、吸入ポート１０の開閉状態、分
配ポート９の開閉状態と共に各々示す。 ３・・・高圧室、５・・・シリンダボア、６・・・プラ
ンジ　　　　　　″ヤ、１０・・・吸入ポート、１２・
・・吸入通路、１３・・・噴射弁、２３・・・溝部、２
５．５９・・・ポートＡ、　　２８・・・電歪式アクチ
ュエータ、３９・・・可変容積室。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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高圧室内の燃
   料を加圧送出して噴射弁から噴出させる内燃機関の燃料
   噴射制御装置において、印加電圧に応じて伸縮する電歪
   式アクチュエータによって容積を変化できる可変容積室
   を噴射初期のみ前記高圧室に連通させることを特徴とす
   る内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. （２）前記プランジャの側面外周には円環状の溝部を形
   成すると共に該溝部を前記高圧室に連通させ、前記シリ
   ンダボアの内面には該シリンダボアの内面に開口するポ
   ートＡを形成すると共に該ポートＡを前記可変容積室に
   連通させ、前記プランジャのリフト量が所定値以上とな
   った時に前記溝部と前記ポートＡとの重なりがなくなり
   、前記高圧室と前記可変容積室との連通が遮断される特
   許請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置
   。
3. （３）前記プランジャの先端部付近の側面外周にはプラ
   ンジャの中心軸方向に沿う縦溝状の吸入ポートを形成す
   ると共に該吸入ポートを前記高圧室に連通させ、前記シ
   リンダボアの内面に開口するポートＡを形成すると共に
   該ポートＡを前記可変容積室に連通させ、前記プランジ
   ャの所定回転角度においては前記吸入ポートにより前記
   高圧室と前記可変容積室とを連通し、前記プランジャの
   リフト量が所定値以上となった時には前記ポートＡが前
   記プランジャの前記高圧室に面する端面により閉塞され
   て前記高圧室と前記可変容積室との連通が遮断される特
   許請求の範囲第１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置
   。