JPS6255437A - 液圧液体の噴射率制御装置 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は液圧液体の噴射率、例えば、内燃機関の燃料噴
射率を制御する装置に関する。

口、従来の技術、および発明が解決しようとする問題点 例えば内燃機関、特にディーゼルエンジンの燃料噴射に
おいては、燃費の向上、ＨＣ、Ｃｏ　、　ＮＯｘ等の排
気ガスの制御の向上、騒音低減化等のため、電子制御化
が進んでいる。

特に最近の傾向として、運転条件に応じた内燃機関の噴
射率制御が要望されており、か−る噴射率制御としては
、低速低負荷領域においては低噴射率、高速高負荷領域
においては高噴射率であるような制御が必要である。

か＼る要望に沿ったものとして、燃料を一時的に保持す
る制御油圧室および蓄圧室が形成されるとともに、燃料
供給源から間欠的に圧送されてくる燃料をこれら制御油
圧室および蓄圧室に導くための通路が形成され、かつ、
該蓄圧室内の燃料を外部へ噴射するための噴口が穿設さ
れたハウジングと、このハウジング内に収容されるとと
もに上記制御油圧室を区画形成し、印加される電圧に応
じて伸縮してこの制御油圧室を拡縮するピエゾアクチュ
エータと、上記ハウジング内に往復動自在に設けられる
とともに上記制御油圧室および蓄圧室内の圧力を受け、
上記蓄圧室と噴口を連通もしくは遮断するニードル弁と
、上記通路、制御油圧室、および蓄圧室を通常遮断し、
上記通路および制御油圧室内の圧力に応じて開放する逆
止弁と、上記ピエゾアクチュエータの電圧を制御する手
段とを備えた燃料噴射弁が知られている（例えば、特願
昭５９−２７１７８２号「燃料噴射弁」）。該燃料噴射
弁にあっては、上記燃料供給源から供給された燃料は、
上記通路を通り、上記逆止弁を介して制御油圧室および
蓄圧室へ圧送され、上記制御油圧室内の燃料圧が相対的
に高い時、上記ニードル弁は上記蓄圧室と噴口を遮断し
、上記制御油圧室内の燃料圧が相対的に低い時、上記ニ
ードル弁は上記蓄圧室と噴口を連通させてこの噴口から
燃料を噴射し、燃料の噴射率を制御するものである。

しかしながら、上述の燃料噴射弁において、その構造お
よびピエゾアクチュエータの制御性に起因して、噴射率
のダイナミックレンジがまだ充分でない面があり、上記
燃費の向上、排気ガスの制御向上および騒音低下が充分
ではないという問題がある。

ハ１問題を解決するための手段、および作用本発明は上
述の問題点を解決し、広いダイナミックレンジを有する
液圧液体の噴射率を制御する装置を提供することを目的
とする。

上記目的を達成するため、本発明による液圧液体の噴射
率制御装置は、液圧液体を受け入れる一端および逆止弁
手段が設けられた他端を有し所定の液圧を有する液体が
印加された場合のみ上記逆止弁手段を介して液体を排出
する通路手段、および、基台、該基台の一端面と軸方向
において面着する一端を有する第１の中空筒状部材、お
よび該中空筒状部材の中空部に気密封鎖的且つ摺動的に
嵌入される小径部および上記中空筒状部材の中空部の内
径より大きな径を有し上記中空筒状部材の他端に当接す
る大径部を有する第１の摺動部材、により規定された液
圧制御室であって、前記通路手段からの吐出液体を収容
し得るもの、を具備する。また当該装置は、該液圧制御
室とはソ゛同心状、且つ前記基台を介して対向的位置に
、前記基台の他端面、および一端が閉鎖され開口他端面
が前記基台の他端面と面着した第２の中空筒状部材の中
空空隙により規定された蓄圧室であって、前記通路手段
からの液体を逆止弁手段を介して受け入れるもの、を具
備する。さらに当該装置は、軸方向に沿って前記基台に
設けられた大向に摺動的に嵌入され前記蓄圧室内に設け
られたバネ体により前記液圧制御室側に付勢される棒体
、および、該棒体と結合され、前記基台に設けられた穴
とほゞ同軸上に、前記第２・の中空筒状部材の閉鎖部に
穿孔され先端に噴口が形成された噴射穴手段内に挿入さ
れ前記棒体の摺動に応答して前記噴口の開度を変化させ
る弁部を有するニードル弁手段、一端が前記第１の摺動
部材の大径部の他面と面着し、他端が固定された、少く
とも軸方向に伸縮可能な圧電性駆動手段、および該圧電
性駆動手段に所定の電圧を印加する回路部および該圧電
性駆動手段に蓄積された電荷を放出する回路部を有する
電気回路を具備する。

上記制御装置においては、前記液圧制御室内の液体圧力
が、該液圧制御室内に前記通路手段を介して挿入される
液体および前記電気回路により印加された電圧に応答し
て伸縮する前記圧電性駆動手段により摺動される前記第
１の摺動部材により規定される。また上記制御装置にあ
っては、基本的に前記通路手段を介して挿入される液体
により規定される前記蓄圧室内の液体圧力と前記液圧制
御室内の液体圧力との圧力差が所定の関係にあるとき、
前記ニードル弁手段が、上記圧力差に応答して前記噴口
から前記蓄圧室内の液体を排出するように作動するが、
前記電気回路より前記圧電性駆動手段に印加する電圧又
は前記圧電性駆動手段に蓄積された電荷放出量を制御し
て前記液圧制御室内の圧力を制御することにより前記ニ
ードル弁手段のリフト量を制御し前記噴口から排出する
液体の量を制御する。

二、実施例 以下添付図面を参照して本発明の実施例について述べる
。以下の実施例においては、本発明の液圧液体の噴射率
制御装置として、内燃機関の燃料噴射制御装置を例示す
る。

第１図は本発明の一実施例に係る燃料噴射弁すなわちア
キュームレータノズルｌの断面図を示す。

このアキュームレータノズル１はエンジンの燃焼室内に
燃料を噴射するために用いられるものであって、各気筒
に１個ずつ、例えば４気筒の場合４個、装着される。図
示しない公知の列型噴射ポンプから圧送されてきた燃料
は、後述するように、入口ポート１１からこのアキュー
ムレータノズル１内のアキュームレータ（蓄圧）室４０
に流入し、ニードル弁１２の開閉動作によって噴口１３
から噴射される。噴射ポンプによる送油時期は、通常の
ように各々の気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ＞近辺ではなく
、その充分前、例えば圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０”
　クランクアングルには既に終了している。

噴射ポンプによる１回の送油量は、従来公知のように噴
射ポンプのレバー開度で調量される。

アキュームレータノズル１のハウジングは、圧電性アク
チュエータとしてのピエゾアクチュエータ３１を保持す
るアクチュエータ保持体としてのピエゾホルダ２０．後
述するように液圧制御室としての制御油圧室３４を規定
する中空円筒形の隔＃基台（ディスタンスピース）２１
、制御油圧室３４の底部を規定しアキュームレータノズ
ル１を保持する保持基台（ノズルホルダ）２２、および
後述する蓄圧室としてのアキュームレータ室を規定し下
端部が閉鎖された中空円筒形のノズルボディー２３によ
って形成される。ピエゾホルダ２０はピエゾアクチュエ
ータ３１を固定するように一端が閉鎖され、他端の開口
部側にはディスタンスピース２１が固着配設され、この
ディスタンスピース２１のピエゾホルダ２０とは反対側
には対向して同心状にノズルホルダ２２が設けられてい
る。

ノズルホルダ２２はフランジ２４をディスタンスピース
２１に密着されており、このノズルホルダ２２とディス
タンスピース２１とピエゾホルダ２０は、ノズルボディ
ー２３により外周から相互に密着して一体結合されてい
る。例えば、ノズルボディー２３内壁に形成されたネジ
穴にこれらノズルホルダ２０が螺入されることにより、
ノズルホルダ２２、ディスタンスピース２１およびノズ
ルホルダ２０がノズルボディー２３と一体結合される。

ピエゾホルダ２０の内部に形成されたボア３０には、ピ
エゾアクチュエータ３１とピストン３２と皿ばね３３が
収容されている。ピエゾアクチュエータ３１の上端はボ
ア３０の底部すなわち、ピエゾホルダ２０の底部に固定
され、またピエゾアクチュエータ３１の下端がピストン
３２の上面が固着連結されている。ピエゾアクチュエー
タ３１の外径は、後述するようにピエゾアクチュエータ
３１の伸張収縮変位を考慮してボア３０の内径よりも小
さくしである。ピストン３２はボア３０の内径とはソ゛
同じ径を有する大径部３２１と、ボア３０内径、例えば
１５１１φより径の小さい、例えば１２鰭φの小径部３
２２とから成る。すなわちピストン３２は、大径部３２
１がボア３０内において摺動自在であり、且つ、小径部
３２２がディスタンスピース２１のボア２１１内に摺動
自在であるように形成され、これらボア３０　、３１内
に収容されている。尚、上記の如く、小径部３２２の径
をボア３０の内径、すなわちピエゾアクチュエータ３１
の径より小さくしているのは、ピエゾアクチュエータ３
１に大きな応力が繰返し印加した場合、アクチュエータ
３１にか＼る受圧力を緩和し、ピエゾアクチュエータ３
１の劣化および破壊を防止するためである。

ディスタンスピース２１の下部とノズルホルダ２２とが
密着して結合されている。ピストン３２の下面とノズル
ホルダ２２の上面との間、およびディスタンスピース２
１の内壁で規定される空隙には、ピストン３２の摺動に
よりその容積が変化する、制御油圧室３４が形成される
。又、ピストン３２の０リング３２３は制御油圧室３４
の油密を一定に保つのに用いられる。

ノズルホルダ２２の軸中心に穿孔されたボア２２１には
、ニードル弁１２の受圧棒１２１が気密性を保って摺動
自在に収容されている。ニードル弁１２は上記受圧棒１
２１と、弁体１２２に分割されこれらはピン１２３で結
合されている。弁体１２２はノズルボディー２３の中心
軸に穿孔された小径ボア２３１内で摺動自在に収容され
ている。この様にニードル弁１２を受圧棒１２１と弁体
１２２の２つに分割したのは、ノズルホルダ２２のボア
２２１と、ノズルボディ２３のボア２３１の軸が若干ず
れてもニードル弁１２が両者の中で摺動自在となる様に
する為である。

ノズルボディー２３はディスタンスピース２１の内径と
同等の内径を有するボアがアキュームレータ室４０を規
定し、該アキュームレータ室４０内にはニードル弁１２
が昇降自在に収容され、さらにニードル弁１２を常に閉
弁方向へ付勢しているばね４１が設けられている。

ディスタンスピース２１には閉弁方向にばね５０ａによ
り付勢された逆止弁（チェック弁）５０が設けられ、所
定の圧力の燃料が印加された場合、入口ボート１１と油
圧制御室３４とを連通ずる。

また、ノズルホルダ２２にも閉弁方向にばね５１ａによ
り付勢された逆止弁５１が設けられており、入口ボート
１１及び油圧制御室３４とアキュームレータ室４０とを
連通ずる。

ピエゾホルダ２０、ディスタンスピース２１、ノズルホ
ルダ２２は、ノックピン（図示せず）により位置ぎめさ
れている。従って入口ポート１１に流入する燃料は、通
路５４、逆止弁５０、通路５５を通り油圧制御室３４に
導かれる。さらに通路５６、逆止弁５１を通りアキュー
ムレータ室４０に導かれる。

前述の制御油圧室３４の容積は、ピエゾアクチュエータ
３１が軸方向に膨張し、皿ばね３３に抗してピストン３
２を押下げたとき収縮する。一方、ピエゾアクチュエー
タ３１が軸方向に収縮したときあるいはピエゾアクチュ
エータ３１を収縮させるのに充分な高圧の燃料が油圧制
御室３４に供給されたとき、ピストン３２を押し上げて
ピエゾアクチュエータ３１を収縮させ、制御油圧室３４
の容積が膨張する。

ピエゾアクチュエータ３１は、例えば、直径１５鰭、厚
さ０．５鰭の円板状の圧電トランスデユーサ（ＰＺＴ）
素子と、直径１５重１、厚さ０．０１ａ＋ｎの銅板とを
交互に積層して円柱状にしたものであり、各々のｐｚ”
ｒ素子の厚み方向に並列に電圧を印加できるように、第
１図に図示の如く、リードｖＡ３５と上記銅板とが結合
される。リード線３５は絶縁素環（グロメット）３６を
介してピエゾホルダ２０の外部へ伸びており、後述する
電気回路１００に接続されている。ＰＺＴ素子は二例え
ばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分として焼成された強誘
電体セラミックスが用いられる。該強誘電体セラミック
は、ピエゾ効果を有する代表的な素子である。その物性
は、上記の１個当り、厚み方向に５００ｖの電圧を印加
すると０．５μｍだけ厚みが増し、逆に５００ｖの電圧
が発生している時その両端を短絡してその蓄積電荷を放
出させると０．５μｍ厚みが減少する。また厚み方向に
２００　ｋｇ　／　Ｃｎ！の圧力を印加すると、その収
縮に伴って厚み方向に２００ｖの電圧を発生する。本実
施例においては、ピエゾアクチュエータ３１は、ＰＺＴ
素子を１００枚、電気的並列に結合しであるので、５０
０■の電圧を印加すると合計で５０μｍの伸長が得られ
る。

か−るピエゾアクチュエータ３１の軸方向伸張収縮によ
りピストン３２が上下動することとなる。

またピストン３２を介して収縮されることにより、電荷
が蓄積される。

第２図はピエゾアクチュエータ３１に印加する電圧を制
御すると同時にピエゾアクチュエータ３１に蓄積された
電荷を放出制御する電気回路１００を示す。

第２図において、ピエゾアクチュエータ３１がリード線
３５により電気回路に接続されている。

電気回路１００は、ピエゾアクチュエータ３１に電圧を
印加するための回路系統：電源１０１、コンデンサ１２
０、サイリスタ１０３およびコイル１２１、およびピエ
ゾアクチュエータ３１に蓄積された電荷を放出するため
の回路系統：コイル１２２、サイリスタ１０４、コンデ
ンサ１０５、ｎｐｎ　ｌ−ランリスク１０６および抵抗
器１０７から構成されている。

蓄積電荷放出回路系統は、ピエゾアクチュエータ３１に
蓄えられた電荷の放出量を制御するものであり、ピエゾ
アクチューエータ３１の蓄積電荷は、コイル１２２およ
びサイリスタ１０４を介してコンデンサ１０５に移動す
る。その移動量は、コンデンサ１０５と並列に接続され
たｎｐｎ　）ランリスク１０６のオン動作を変化させる
ことによりコンデンサ１０５の両端の電圧を調整するこ
とにより調整できる。尚、か＼る制御については全体の
動作説明時において詳述する。

電圧印加回路系統はサイリスク１０３を導通させて、コ
ンデンサ１２０およびコイル１２１により規定される共
振特性で電Ｒ１０１からの電圧をピエゾアクチュエータ
３１に印加する。

以下、本実施例に基づく燃料噴射率制御装置の動作を述
べる。

エンジンのある気筒のピストンが圧縮上死点前９０°ク
ランクアングルの位置にきた時、その気筒に取り付けら
れているアキュームレータノズル１に対して判型噴射ポ
ンプ（図示せず）の対応するポンプユニット（図示せず
）から燃料が吐出され始める。この吐出された燃料は噴
射鋼管（図示せず）を経てアキュームレータノズル１の
大口ボー）１１に到り、通路５４を経て逆止弁５０を押
し下げる。これにより印加された圧送燃料が、通路５５
を通り油圧制御室３４に流入すると共に、通路５６を経
て逆止弁５６を押し下げアキュームレータ室４０にも流
入する。

ＰＺＴ素子で構成されたピエゾアクチュエータ３１に４
５０ｋｇ／ｃｎｆ以上の圧力（力に換算すると８００ｋ
ｇ以上）が繰り返し加わった場合、ピエゾアクチュエー
タ３１が劣化したり破壊したりする恐れがあるが、前述
の如く、ピストン３２の小径部３２２はピエゾアクチュ
エータ３１の素子の外径に比べ小さくしであるので、ピ
エゾアクチュエータ３１に加わる受圧力が緩和され、劣
化ないし破壊が防止される。また、ピストン３２の大径
部３２１の下面と、ディスタンスピース２１の間に皿ば
ね３３が入れてあり、ピエゾアクチュエータ３１の収縮
の際、ピストン３２を皿ばね３３のバネ力により上昇さ
せることができる。皿ばね３３を制御油圧室３４内に装
入することも可能であるが、制御油圧室３４内の容積は
出来るだけ小さい方が、アキュームレータノズル１２１
の応答性が良好となる為、本実施例においては、皿ばね
３３は制御油圧室３４の外部に設けである。

ここで、ニードル弁１２に作用する燃料圧に関し、下向
きに作用する圧力についての受圧面積はニードル弁１２
の最大断面積に等しいのに対し、上向きに作用する圧力
についての受圧面積は、最大断面積からニードル弁１２
の下端部４６がシート而４７に密着する部分を差引いた
分の断面積である。したがってニードル弁１２に作用す
る力は下向きの成分の方が大きく、また、ばね４１の力
でニードル弁１２は着座状態を維持し、噴口１３を閉塞
している。しかしてアキュームレータノズルｌに供給さ
れた燃料は、アキュームレータ室４０と制御油圧室３４
の中に圧縮されながら流入し、蓄圧される。ポンプ（図
示せず）からの燃料供給量が少ない時、この圧力は１０
０　ｋｇ　／　ｃｔ程度であるが、燃料供給量が多い時
の圧力は６７５ｋｇ／ｅＩＩ！程度になる。ポンプから
の送油は圧縮上死点前６０°には終了する。送油が終了
すると、逆止弁５０はばね５０ａの弾発力によって閉弁
し、同様に逆止弁５１もばね５１ａにより閉弁する。よ
って入口ポート１１からの通路５４を閉じると共に、制
御油圧室３４とアキュームレータ室４０との導通も遮断
される。アキュームレータノズル１はこの状態を維持し
つつ噴射まで待機する。

第２図を参照して述べると、電気回路１００は、圧縮上
死点前９０゛において、サイリスタ１０３を導通して電
源１０１から３００ＶＤＣの電圧をコイル１２１を介し
てピエゾアクチュエータ３１に印加し、ピエゾアクチュ
エータ３１を伸長させておく。この場合、コンデンサ１
２０とコイル１２１のＬＣ共振によりピエゾアクチュエ
ータ３１の端子電圧は４００Ｖ程度に上昇する。その後
サイリスタ１０３をオフにする。ポンププランジャ（図
示せず）により燃料の圧送行程に入ると、油圧制御室３
４、アキュームレータ室４０の圧力が上昇する。これに
よりピエゾアクチュエータ３１には圧力に応じた電荷が
さらに発生蓄積され、■シリンダ１行程あたりの燃料噴
射量が少ない、例えば１０　＋ｎ’／ｓｔ（ストローク
）である場合、ピエゾアクチュエータ３１の端子電圧は
５００■程度まで上昇する。また燃料噴射量が多い、例
えば６０ｍ’／ｓｔである場合、ピエゾアクチュエータ
３１の端子電圧は８００■程度まで上昇する。この状態
で噴射時期まで待機する。

噴射時期、例えば圧縮上死点前１０’になった時、サイ
リスク１０４を導通にすると、ピエゾアクチュエータ３
１の蓄積電荷がコンデンサ１０５に移動し、ピエゾアク
チュエータ３１の電圧は低下する。すなわち、電圧が低
下した分だけピエゾアクチュエータ３１の電圧は低下す
る。それにより電圧が低下した分だけピエゾアクチュエ
ータ３１の電荷が放出される。その電荷の放出量に応じ
ピエゾアクチュエータ３１の容積は収縮するから、皿ば
ね３３の復元力によりピストン３２が押し上げられ油圧
制御室３４の容積が増し、油圧制御室３４内の圧力が低
下する。従って油圧制御室３４とアキュームレータ室４
０との間に急激かつ大きな圧力差が生じニードル弁１２
はその圧力差に応じたリフト量だけ開弁する。これによ
り噴口１３からアキュームレータ室４０内の燃料が噴射
し、か＼る噴射に伴いアキュームレータ室４０の圧力が
低下し、油圧制御室３４との圧力とアキュームレータ室
４０の圧力との差が成る程度の範囲内になった時、ニー
ドル弁１２は閉弁となり、噴口１３からの燃料噴射は停
止する。

従って、固定的に適宜設定された皿ばね３３、ばね４０
　、５０ａ　、　５１ａのばね力の下で、ニードル弁１
２が開弁する際のリフト量はピエゾアクチュエータ３１
の収縮量を変化させることにより制御できる。このピエ
ゾアクチュエータ３１の収縮量は、前述の如く、トラン
ジスタ１０６を適宜オン／オフさせることによりコンデ
ンサ１０５の両端の電圧を制御することで決定できるの
である。

ピエゾアクチュエータ３１の電圧変化（横軸■）に対す
る変位量（′４ｊ１軸：ΔＰ）を荷重Ｌｌ−Ｌ？（単位
ｋｇ）をパラメータとして第３図に示す。尚、荷重り、
〜Ｌ７はピエゾアクチュエータ３１の外径１５龍に対す
るものであり、かっこ内に等価圧力（単位ｋｇ　／　ｃ
ｉ）を示している。第３図より電圧変化が大きい程、変
位量が増加することが判る。

またピエゾアクチュエータ３１に加わる荷重（又は圧力
）が大きい程、その圧縮力によりピエゾアクチュエータ
３１の変位量ΔＰが小さくなる。

噴射量が少ない１０ｍｍ”／ｓｔＯ時、ピエゾアクチュ
エータ３１に加わる荷重は約２００ｋｇ　（圧力では約
１１０ｋｇ／ｃｍ）　、ピエゾアクチュエータ３１の端
子間電圧は約５００Ｖとなる為、この時ピエゾアクチュ
エータ３１の両端を短絡させると、ピエゾアクチュエー
タ３１の収縮する変位量は第３図のｂ点で示され、約３
２μｍである。同様に噴射量の多い６０＋ｍ″／ｓｔの
場合、ピエゾアクチュエータ３１に加わる荷重は８００
ｋｇ　（圧力では約４５０ｋｇ／ｃＪ）、電圧は８００
Ｖとなる。従って変位量はａ点で示される約３１μｍと
なる。この様な制御では、ニードル弁１２が、少量の燃
料噴射の際にも、大量の燃料噴射の際にもほぼ同じ程度
のリフトの変位が瞬時に行なわれる。従ってそのま＼で
は、低流里程噴射圧力が低い為、大流量時より噴射率は
低くはなるが、瞬時に最大リフト量まで達してしまうた
め、少量時に噴射率が高く、噴射期間も短かく、騒音が
高くなってしまう。

望ましい噴射率は、回転数、負荷に応じて噴射率が可変
になることであり、低速低負荷時には噴射率が低く、高
速高負荷時には噴射率が高くなることである。

本発明においてはニードル弁１２のリフト量を可変にし
てこれを可能とする。すなわち、前述の様に、トランジ
スタ１０６によりコンデンサ１０５の両端の電圧を制御
し、最大燃料噴射（６０ｍｍ’／ｓｔ）時にはピエゾア
クチュエータ３１の収縮量を最大となる様に、一方、そ
れよりも燃料噴射量が少なくピエゾアクチュエータ３１
に加わる荷重が減るにつれ、ピエゾアクチュエータ３１
の収縮量が減るように制御する。低速時には第３図の０
点が６点に変化する様に、トランジスタ１０６でピエゾ
アクチュエータ３１の電荷の放出量を制御する。ま　　
　　−た、高速時には第３図のａ点がｅ点に変化する様
に電荷の放出量を制御する。さらに、中速時には、第３
図のｃ−ｄとａ−ｅの線の間をとるように制御すると理
想的な噴射率が得られ、燃料噴射率のダイナミックレン
ジが広がることになる。

以上のトランジスタ１０６による電圧制御は、通常、各
エンジン条件、例えば回転数、レバー開度等での適正値
を求めコンピュータで上記に適合するようマツプ制御を
することにより行うことかできる。または、より簡便な
方法としては、少なくとも回転数、レバー開度に比例す
る様にアナログ制御を行なっても良い。

第２図の抵抗器１０７は次の噴射までにコンデンサ１０
５に蓄積された電荷を放出させるために用いる。

第４図（ａ）〜（ｅｌおよび第５図（ａｌ〜（ｅ）にそ
れぞれ、横軸を時間とし、プランジャー位置ＰＬ−Ｌ、
ピエゾアクチュエータ３１の電圧Ｖ　３１　、制御油圧
室３４の圧力Ｐ３４、アキュームレータ室４０の圧力Ｐ
４Ｇ、および噴射率ＥＲを示す。第４図（ａ）〜（ｅ）
に噴射量の少ない（１０重ｌ３／ｓｔ）場合を第５図（
ａ）〜（ｅ）に噴射量の多い（６０ｍｍ’／ｓｔ）場合
を示す。

燃料噴射量の少ない第４図（ａ）〜（ｅ）についてまず
述べる。

時点ｔ、以前において、第２図のトランジスタ１０６を
作動させ、ピエゾアクチュエータ３１の端子電圧Ｖ　３
１を２００■にする（第４図（ｂ））。この場合、制御
油圧室３４の圧力Ｐ３４およびアキュームレータ室４０
の圧力Ｐ４゜はそれぞれ７０ｋｇ／ｃｎｉ、１００　ｋ
ｇ　／　ｃｎｌであり、この圧力差によってはニードル
弁１２は作動せず、噴口１３からの噴射は生じない（第
４図（Ｃ）〜（ｅ））。次いで圧縮上死点前（ＢＴＤＣ
）９０゛において、すなわち時点Ｌ１において、第２図
に図示のサイリスク１０３を導通させ、ピエゾアクチュ
エータ３１の端子電圧を約４００■まで上げる（第４図
（ｂ））。その後サイリスク１０３をオフにする。燃料
の圧送行程に入ると、油圧制御室３４内の圧力Ｐ３４お
よびアキュームレータ室４０内の圧力Ｐ４０がそれぞれ
、７０　ｋｇ／ｃｏ！−１００ｋｇ／ｃｒＡ、　　１０
０ｋｇ／ｃＩｌ！　−１５０ｋｇ／ｅｎｌに向って上昇
する（第４図（Ｃ１、（ｄ）　）。これによりアクチュ
エータ３１には、以前の圧力差（７０ｋｇ／　ｃｔＡ　
〜１００ｋｇ／−）により大きな圧力差（Ｐ３４〜Ｐ４
゜）に応じた圧力が印加され、この大きな圧力の分だけ
アクチュエータ３１に電荷が蓄積され、端子電圧は５０
０■程度まで上昇する（第４図（ｂ））。上記の燃料の
圧送行程は、圧縮上死点前６０゛程度まで行なわれ、そ
の後は燃料噴射時まで、この状態を維持する。噴射時期
、例えば圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）　１０゜になったと
き、すなわち時点ｔ２になったとき、第２図に図示のサ
イリスク１０４を導通にする。これによりピエゾアクチ
ュエータ３１の蓄積電荷がコンデンサ１０５に移動し、
ピエゾアクチュエータ３１の端子電圧３１は低下する。

ピエゾアクチュエータ３１の端子電圧Ｖ３Ｈの低下に応
じてピエゾアクチュエータ３１の容積は収縮する。ピエ
ゾアクチュエータ３１の端子電圧３１はトランジスタ１
０６の制御により、時点ｔ、以前と同じ値、すなわち２
００■にする。これにより、皿ばね３４によりピストン
３２が押し上げられ、制御油圧室３４の容積が増加し、
その圧力Ｐ３４は７０ｋｇ／ｃＪ程度となる（第４図（
ｂ））。か＼る圧力降下はピエゾアクチュエータ３１の
収縮および制御油圧室３４の容積増加に応じて迅速に行
なわれる。一方、アキュームレータ室４０の圧力Ｐ４Ｇ
は、１５０ｋｇ／ｃＡであるから、その圧力差（１５０
〜７０　ｋｇ　／　ｃ＋Ｉｌ）に応じたリフト量だけニ
ードル弁１２が開弁する。これにより噴口１３からアキ
ュームレータ室４０内の燃料が噴射する（第４図（ｅ）
）。か＼る燃料噴射により、アキュームレータ室４０内
の圧力Ｐ４゜は１００ｋｇ　／　ｃａ！程度に低下する
（第４図（ｄ））。

次いで燃料噴射量の少ない第５図（ａ）〜（８）につい
て述べる。

第５図（ｂ）において、時点ｊ＋’＋ｊ２′はそれぞれ
第４図（ｂ）に図示の、サイリスタ１０３を導通させて
ピエゾアクチュエータ３１の端子電圧Ｖ　３１を上昇さ
せる時点ｔ１１サイリスタ１０４を導通させてピエゾア
クチュエータ３１の端子電圧を低下させる時点ｔ２に対
応する時点である。

時点ｔ、ｌ以前において、ピエゾアクチュエータ３１の
端子電圧Ｖ３１をＯＶにする（第５図（ｂ））。

この場合制御油圧室３４の圧力Ｐ３いアキュームレータ
室４０の圧力Ｐ４゜はそれぞれ１２０ｋｇ／ｃＪ、１８
０ｋｇ／ｃ＋４である（第５図（Ｃ）　、　（ｄ）　）
。この圧力差によってはニードル弁１２は作動しない。

次いで圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）　９０°、すなわち時
点ｔＳにおいてサイリスタ１０３を導通させ、ピエゾア
クチュエータ３１の端子電圧を第４図（ｂｌと同様約４
００■まで上昇させる。その後サイリスク１０３をオフ
にする。燃料の圧送行程に入ると、第４図に図示の場合
と同様、圧力Ｐ３４およびＰ４゜がそれぞれ、１２０ｋ
ｇ／ｃ＋Ｊ　−４５０ｋｇ／ｃ＋Ｊ、　　１８０ｋｇ／
ｃｏｆ−６７５ｋｇ／−に向って上昇する。か＼る圧力
上昇によりピエゾアクチュエータ３１の端子電圧は８０
０■程度まで上昇する。噴射時期、すなわち時点ｔ２′
において、サイリスク１０４を導通し、ピエゾアクチュ
エータ３１の端子電圧Ｖ３１が零になるようにトランジ
スタ１０６を作動させる。これにより制御油圧室３４の
圧力Ｐ３４は時点ｔ、ｌ以前の圧力１２０ｋｇ／ｃｄに
向って急速に低下する。か＼る圧力Ｐ３４の低下により
、制御油圧室３４の圧力Ｐ３４とアキュームレータ室４
０の圧力Ｐ４゜との圧力差（６７５ｋｇ　／　ＣＩＪ〜
１２０ｋｉｒ／ｃｄ）は、燃料噴射量の少ない第４図の
場合に比して大きい。従ってニードル弁１２のリフト量
も第４図に比して大きくなり、その結果として、噴口１
３から噴射する燃料の量も多くなり、その噴射率ＥＲ（
第５図（ｅ））は、第４図（８１の場合に比して大きく
なる。

このように燃料噴射量に応じて噴射率を制御することが
できる。これにより、第１図に図示の制御装置のグイナ
ミソクレンジが大となり、燃費の向上、エミッションの
向上、騒音の低下を図ることができる。

第６図（ａｌ〜（ｅｌにパイロット噴射を行なう場合の
プランジャー位置ＰＬ−Ｌ、ピエゾアクチュエータ３１
の電圧ｖ３い制御油圧室３４の圧力Ｐ３いアキュームレ
ータ室４０内圧力Ｐ４゜および噴射率ＥＲの特性図を示
す。第４図（ａ）〜（１１１）と同様、圧縮上死点前（
ＢＴＤＣ）　９０°、すなわち時点ｔ１′でサイリスタ
１０３を導通し、ピエゾアクチュエータ３１の電圧を４
００■程度まで上昇させて、ピエゾアクチュエータ３１
を伸長させる。圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１０°でサイ
リスタ１０４を導通させピエゾアクチュエータ３１の端
子電圧を４００■に制御する。燃料の圧送行程に入ると
、圧力Ｐ、Ｉｇ、Ｐ＜。はそれぞれ７０　ｋｇ／ｃＩａ
−１００ｋｓｒ／ｃａｌＳ１００ｋｇ／ｃｒ１−１５０
ｋｇ／ｄと昇圧され、ピエゾアクチュエータ３１の端子
電圧Ｖ３１は５００■程度まで上昇する。圧縮上死点前
（ＢＴＤＣ）　１０°、すなわち時点ｔｔ＃で、アクチ
ュエータ３１の端子電圧をＶ３１が４００　Ｖ程度とな
るようにサイリスタ１０４およびトランジスタ１０６を
作動させ、次に、上死点（ＴＤＣ）　、すなわち時点ｔ
３でアクチュエータ３１の端子電圧を２００■程度に階
段状に下げると第６図ｔｅ＋に図示の如くパイロット噴
射が可能となる。

以上の制御により、噴射率の低いパイロット噴射とメイ
ン噴射を行なうことが出来、アイドル時の騒音を低減出
来る。

電気回路についての第２の実施例を第７図に示す。第２
図と異なるのはサイリスク１０８がおよびコイル１２３
の直列回路がピエゾアクチュエータ３１と並列に設けら
れた点である。

第７図に図示の電気回路１００′を用いてパイロット噴
射を行なう場合を第８図に示す。第８図（ａ）〜＋８）
は第６図（ａｌ〜（ｅ）に対応している。上死点前（Ｂ
ＴＤＣ）　１０°、時点ｔｔＩ＃で、サイリスタ１０４
を導通し、ピエゾアクチュエータ３１の電荷をトランジ
スタ１０６で一部放出し、パイロット噴射を行なう。次
にサイリスク１０３を導通し再びピエゾアクチュエータ
３１に端子電圧Ｖ３＋が５００　Ｖ程度になるように電
荷を蓄える。その後サイリスク１０８を導通しピエゾア
クチュエータ３１に残った電荷をすべて放出し、メイン
噴射を行なわせる。

電気回路についての第３の実施例を第９図に示す。

第９図の電気回路１００ｂからは、第２図に図示のトラ
ンジスタ１０６を除去しており、ピエゾアクチュエータ
３１の電荷をサイリスク１０９で固定容量のコンデンサ
１１０に放出し、ニードル弁１２と僅かにリフトさせて
僅かに燃料噴射を行なった後、サイリスク１０８でピエ
ゾアクチュエータ３１の残りの電荷を放出することによ
り初期の噴射率の低い噴射を可能とするためのものであ
る。

この場合も、運転条件全域で行なっても良いしアイドル
時のみ騒音低減のため行なっても良い。

電気回路についての第４実施例を第１０図に示す。

第１０図は、多気筒エンジンにこのアキュームレータノ
ズル１を適用する場合、各気筒の初期噴射率、噴射量を
補正可能とする回路１００ｃを示す。

第１０図に図示の電気回路１００Ｃは、第９図に図示の
電気回路のコイル１２３、サイリスタ１０８の直列回路
に代えて、抵抗３１２４、コンデンサ１２５の並列回路
と該並列回路と直列に設けられたサイリスタ１２６とが
、ピエゾアクチュエータ３１に並列に接続されている。

抵抗器１０７　、１２４はそれぞれ、コンデンサ１１０
　、１２５に蓄積された電荷をその時定数に従って放出
するためのものである。

第１の放出回路系：サイリスタ１２６、コンデンサ１２
５、抵抗器１２４は、初期噴射率を非常に低くした噴射
のために作動する。

第２の放出回路系：コイル１２２、サイリスタ１０９、
コンデンサ１１０、抵抗器１０７は第９図の放出回路と
同様である。すなわち、この回路もニードル弁１２を僅
かにリフトさせ、僅かな燃料噴射を行うことができる。

一方第１０図のコンデンサ１１０　、１２５の容量を各
気筒について調整すると、噴射率、噴射量を各気筒で合
わせることが出来る。

さらに第１０図の回路に第９図に図示の、サイリスタ１
０８およびコイル１２３の直列回路をピエゾアクチュエ
ータ３１に並列に設けることもできる。

これにより２度パイロット噴射した後、メイン噴射をす
ることが可能となる。

以上述べた様に、本発明によれば、アキュームレータノ
ズル１において、ピエゾアクチュエータ３１の電荷の放
出量を任意に制御して、ニードル弁１２のリフト量を任
意に制御し、噴射率のダイナミックレンジを拡大するこ
とが可能となる。

か＼るダイナミックレンジの拡大により、内燃機関の燃
費の向上、排気ガスの排出制御向上および騒音の低下が
図られることとなる。

以上、内燃機関の燃料噴射制御装置に用いられるアキュ
ームレータノズルを例示して本発明を述べたが、本発明
はこれに限定されることなく、一般的な液圧液体の噴射
率制御装置に適用し得ることは云うまでもない。

ホ０発明の効果 本発明によれば、噴射率のダイナミックレンジを拡大し
得る液圧液体の噴射率制御装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての燃料噴射弁の断面図
、 第２図は第１図の燃料噴射弁の噴射率を制御するだめの
電気回路の一実施例を示す回路図、第３図は第１図の燃
料噴射弁のピエゾアクチュエータの変位を示す特性図、 第４図（ａ）〜（ｅ）〜第６図（ａ）〜（ｅ）は、第１
図〜第３図にもとづく燃料噴射制御を示す特性図、第７
図は第２図の電気回路の第１の変形形態図、第８図（ａ
ｌ〜（ｅ）は第７図電気回路による燃料噴射制御を示す
特性図、 第９図〜第１０図は第２図の電気回路の他の変形形態図
、である。 （符号の説明） １・・・アキュームレータノズル、 １工・・・入口ポート、 １２・・・ニードル弁、 １３・・・噴口、 ２０・・・ピエゾホルダ、 ２１・・・ディスタンスピース、 ２２・・・ノズルホルダ、 ２３・・・ノズルボディ、 ２４・・・フランジ、 ３０・・・ボア、 ３１・・・ピエゾアクチュエータ、 ３２・・・ピストン、 ３３・・・皿ばね、 ３４・・・制御油圧室、 ３５・・・リード線、 ３６・・・グロメット、 ４０・・・アキュームレータ室、 ４１・・・ばね、 ４６・・・ニードル弁下端部、 ４７・・・シート面、 ５０　、５１・・・チェック弁、 ５０ａ、５１ａ・・・ばね、 ５４　、５５　、５６・・・通路、 １００・・・電気回路、 １２１・・・受圧棒、 １２２・・・弁体。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．　液圧液体を受け入れる一端および逆止弁手段（５
   ０，５０ａ）が設けられた他端を有し所定の液圧を有す
   る液体が印加された場合のみ上記逆止弁手段を介して液
   体を排出する通路手段（５４）、基台（２２）、該基台
   の一端面と軸方向において面着する一端を有する第１の
   中空筒上部材（２１）、および該中空筒状部材の中空部
   に気密封鎖的且つ摺動的に嵌入される小径部（３２２）
   および上記中空筒状部材の中空部の内径より大きな径を
   有し上記中空筒状部材の他端に当接する大径部（３２１
   ）を有する第１の摺動部材（３２）、により規定された
   液圧制御室（３４）であって、前記通路手段（５４）か
   らの吐出液体を収容し得るもの、 該液圧制御室とほゞ同心状、且つ前記基台（２２）を介
   して対向的位置に、前記基台（２２）の他端面、および
   一端が閉鎖され開口他端面が前記基台の他端面と面着し
   た第２の中空筒状部材（２３）の中空空隙により規定さ
   れた蓄圧室（４０）であって、前記通路手段（５４）か
   らの液体を逆止弁手段（５１，５１ａ）を介して受け入
   れるもの、 軸方向に沿って前記基台（２２）に設けられた穴（２２
   １）内に摺動的に嵌入され前記蓄圧室（４０）内に設け
   られたバネ体（４１）により前記液圧制御室（３４）側
   に付勢される棒体（１２１）、および、該棒体と結合さ
   れ、前記基台（２２）に設けられた穴（２２１）とほゞ
   同軸上に、前記第２の中空筒状部材（２３）の閉鎖部に
   穿孔され先端に噴口（１３）が形成された噴射穴手段（
   １２３）内に挿入され前記棒体の摺動に応答して前記噴
   口の開度を変化させる弁部（１２２，４６，４７）を有
   するニードル弁手段、 一端が前記第１の摺動部材（３２）の大径部（３２１）
   の他面と面着し、他端が固定された、少くとも軸方向に
   伸縮可能な圧電性駆動手段（３１）、および、該圧電性
   駆動手段に所定の電圧を印加する回路部および該圧電性
   駆動手段に蓄積された電荷を放出する回路部を有する電
   気回路（１００）、を具備し、 前記液圧制御室（３４）内の液体圧力が、該液圧制御室
   内に前記通路手段（５４）を介して挿入される液体およ
   び前記電気回路（１００）により印加された電圧に応答
   して伸縮する前記圧電性駆動手段（３１）、により摺動
   される前記第１の摺動部材（３２）により規定され、 前記通路手段（５４）を介して挿入される液体により規
   定される前記蓄圧室（４０）内の液体圧力と前記液圧制
   御室（３４）内の液体圧力との圧力差が所定の関係にあ
   るとき、前記ニードル弁手段が、上記圧力差に応答して
   前記噴口（１３）から前記蓄圧室（４０）内の液体を排
   出するように作動するものであって、前記電気回路（１
   ００）より前記圧電性駆動手段（３１）に印加する電圧
   又は前記圧電性駆動手段に蓄積された電荷放出量を制御
   して前記液圧制御室（３４）内の圧力を制御することに
   より前記ニードル弁手段のリフト量を制御し前記噴口（
   １３）から排出する液体の量を制御することを特徴とす
   る、液圧液体の噴射率制御装置。
2. ２．　前記電気回路（１００）の電圧印加回路部が、直
   流電源（１０１）、該直流電源と前記圧電性駆動手段（
   ３１）とを断続するスイッチング素子（１０３）、およ
   び前記直流電源がＬＣ共振特性に基いて前記圧電性駆動
   手段に印加させるようにしたＬＣ回路（１２０，１２１
   ）を有する、特許請求の範囲第１項に記載の噴射率制御
   装置。
3. ３．　前記電気回路（１００）の蓄積電荷放出回路が、
   前記圧電性駆動手段（３１）と並列に接続されたコンデ
   ンサ（１０５）、抵抗器（１０７）および第１のスイッ
   チング素子（１０６）、および該並列回路素子と前記圧
   電性駆動手段との間に接続された第２のスイッチング素
   子（１０４）を有し、 第２のスイッチング素子を作動させ、且つ第１のスイッ
   チング素子の制御によりおよび前記コンデンサおよび抵
   抗器により規定される特性に従って前記圧電性駆動手段
   の蓄積電荷量を調整する、特許請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の噴射率制御装置。
4. ４．　前記電気回路（１００）の蓄積電荷放出回路が、
   前記圧電性駆動手段（３１）と並列に接続されたコンデ
   ンサ（１０５）、抵抗器（１０７）および第１のスイッ
   チング素子（１０６）、およびこれら並列回路素子と前
   記圧電性駆動手段との間に接続された第２のスイッチン
   グ素子（１０４）を有する第１の蓄積電荷放出回路、お
   よび 該第１の蓄積電荷放出回路、および前記圧電性駆動手段
   （３１）と並列に接続され、第３のスイッチング素子（
   １０８）を有する第２の蓄積電荷放出回路、を具備し、 前記第１の蓄積電荷放出回路の第２のスイッチング素子
   を作動させ且つ第１のスイッチング素子の制御によりお
   よび前記コンデンサおよび抵抗器により規定される特性
   に従って、前記圧電性駆動手段の第１の蓄積電荷放出制
   御を行ない、 前記第２の蓄積電荷放出回路の第３のスイッチング素子
   の作動により前記圧電性駆動手段の第２の蓄積電荷放出
   制御を行う、 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の噴射率制御装
   置。
5. ５．　前記電気回路（１００）の蓄積電荷放出回路が、
   前記圧電性駆動手段（３１）と並列に接続されたコンデ
   ンサ（１１０）および抵抗器（１０７）、およびこれら
   並列回路素子と前記圧電性駆動手段との間に接続された
   第１のスイッチング素子（１０９）を有する第１の蓄積
   電荷放出回路、および 該第１の蓄積電荷放出回路、および前記圧電性駆動手段
   （３１）と並列に接続され、第２のスイッチング素子（
   １０８）を有する第２の蓄積電荷放出回路、を具備し、 前記第１の蓄積電荷放出回路の第１のスイッチング素子
   を作動させ前記コンデンサおよび抵抗器により規定され
   る特性で前記圧電性駆動手段の第１の蓄積電荷放出制御
   を行ない、 前記第２の蓄積電荷放出回路の第２のスイッチング素子
   の作動により前記圧電性駆動手段の第２の蓄積電荷放出
   制御を行う、 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の噴射率制御装
   置。
6. ６．　前記電気回路（１００）の蓄積電荷放出回路が、
   抵抗器およびコンデンサが並列に接続された回路に直列
   に接続されたスイッチング素子を有する回路であって前
   記圧電性駆動手段（３１）に並列に接続されたものを複
   数個有し、 前記複数の並列回路内のコンデンサおよび抵抗器は噴射
   率を規定するように設定され、 前記複数の並列回路内のスイッチング素子を所定の組合
   せにより作動させ、前記圧電性駆動手段（３１）の蓄積
   電荷を放出する、 特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の噴射率制御装
   置。
7. ７．　前記電気回路（１００）の蓄積電荷放出回路が、
   さらに、前記複数の並列回路および前記圧電性駆動手段
   と並列に接続されスイッチング素子を有する電荷放出回
   路を具備し、前記複数の並列回路作動後、該電荷放出回
   路内のスイッチング素子を作動させる、 特許請求の範囲第６項に記載の噴射率制御装置。
8. ８．　前記圧電性駆動手段（３１）の蓄積電荷放出制御
   が、前記圧電性駆動手段に蓄積された電圧および印加さ
   れた荷重に基いて規定される圧電性駆動手段の変位量が
   最大となるように行なわれる、特許請求の範囲第３項〜
   第７項に記載の噴射率制御装置。
9. ９．　前記圧電性駆動手段（３１）が複数の圧電トラン
   スデューサおよび導電体を軸方向に積層されて成る、特
   許請求の範囲第１項に記載の噴射率制御装置。
10. １０．　前記圧電トランスデューサが強誘電体セラミッ
    クで形成されて成る特許請求の範囲第９項に記載の噴射
    率制御装置。
11. １１．　前記液圧制御室（３４）を規定する第１の摺動
    部材（３２）の大径部（３２１）と該大径部と当接する
    第１の中空筒状部材（２１）の他端との間にバネ体（３
    ３）が介設され、前記圧電性駆動手段（３１）には該バ
    ネ体（３３）の復元力が前記第１の摺動部材を介して印
    加される、特許請求の範囲第１項に記載の噴射率制御装
    置。
12. １２．　前記液圧液体の噴射率制御装置が内燃機関の燃
    料噴射弁として用いられ、燃料の噴射率が、少くとも回
    転数、アクセル開度に応答して制御される、特許請求の
    範囲第１項〜第１１項に記載の液圧液体の噴射率制御装
    置。