JPS63120854A - 電子制御式圧電式燃料噴射装置 - 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〕 本発明は火花点火内燃機関の燃料噴射装置に係り、より
詳しくは、電子制御可能な圧電式燃料噴射装置に関する
。

〔従来技術と問題点〕

圧電式アクチュエータによって駆動されるポンプと噴射
ノズルとを一体にまとめてなる圧電式燃料噴射弁は知ら
れている（例えば、特開昭６０−１６４６６０号公！１
り。この噴射弁は圧電式アクチュエータを高周波駆動す
ることにより燃料を噴射するので、ソレノイドにより燃
料噴射を制御するソレノイド型噴射弁に較べて応答性が
良いという長所がある。しかし、多気筒エンジンでは各
気筒毎に１つの圧電式噴射弁を配設することを要するの
で、燃料噴射装置全体としてはコストが高くなると共に
、夫々の圧電式アクチュエータの特性のバラツキにより
各気筒への燃料分配が不均一となる。

そこで、単一の圧電式駆動部により単一のポンプを駆動
し、このポンプで圧送される燃料を各気筒毎に設けた複
数の噴射ノズルに分配する様になった圧電式燃料噴射装
置が提案されている（特開昭６１−１０８８６５号公報
）。この装置のポンプは唯一のポンプ室しか備えておら
ず、このポンプ室は複数の配管を介して夫々の噴射ノズ
ルに接続されているので、夫々の配管の流路特性のバラ
ツキにより各気筒の噴射ノズルへの燃料分配が不均一と
なるという問題がある。

本発明の目的は、各気筒への燃料分配を均一化すること
が可能で、安価に製造可能で、エンジンに容易に取り付
けることができ、部品交換の容易な、一体型の圧電式多
重ノズル式インジェクタを備えた燃料噴射装置を提供す
ることである。圧電式アクチュエータによりポンプを駆
動するインジェクタにおいては、温度変化により圧電式
アクチュエータの電歪量が変化し、燃料噴射量が不正確
となる。そこで、本発明は、特に、温度変化による影響
を受けることなく正確に噴射量を計量することの可能な
燃料噴射装置を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の燃料噴射装置は、複数の噴射ノズルを有する１
つの一体型のインジェクタと、該インジェクタを駆動す
る電子制御手段とを備えてなる。

この一体型インジェクタは単一の圧電式駆動部によって
駆動される単一のポンプを有し、このポンプは複数のポ
ンプ室を有する。夫々のポンプ室は互いに独立した燃料
圧送通路により夫々の噴射ノズルに接続されている。制
御手段は圧電式駆動部の温度に応じて駆動電圧を補正し
、所定のエンジン作動条件下では駆動部の温度変化に関
係なく一定の伸縮量で圧電式駆動部を作動させる。

〔実施例〕

第１図を参照するに、図示した実施例では圧電式一体型
インジェクタ１０は４気筒エンジンに使用するものとし
て設計しである。エンジンの吸気装置１２はサージタン
ク１４およびこれと一体の４つの吸気管１６からなり、
一体型インジェクタ１０は吸気管１６に固定することが
できる。

第１図から第３図を参照するに、圧電式インジェクタＩ
Ｏは１つの一体的なユニットに構成してあり、本体２０
を有する。本体２０は、円柱形の１つの中央部２２と、
中央部２２から延長した４本の分枝部２４から成り、ア
ルミニウム合金等により一体的に鋳造することができる
。各分枝部２４の自由端には噴射ノズル２６が螺着して
あり、各分枝部２４は対応する吸気管１６のノズル取付
部２８　（第１図）に各噴射ノズル２６を位置決めし得
る様な形状および寸法を有する。噴射ノズル２６は従来
型の外聞弁であり、ポベフト型弁体３０、バルブシート
３２、弁体３０を常閉方向に付勢するばね３４、および
燃料フィルタ３６を存する。噴射ノズル２６の開弁圧は
例えば２〜３　ｋｇＺ−である。

本体中央部２２には４つのシリンダボア３８が設けてあ
り、ポンプ部材４０と協働してポンプ４２を構成してい
る。第４図から判る様に、ポンプ部材４０は４つのピス
トン４４を一体的に備えており、各ピストン４４はポン
プ部材４０の軸線を中心とする円に沿って等角度間隔で
配置されている。各ピストン４４は対応するシリンダボ
ア３８に嵌合していて、ポンプ室４６を夫々形成してい
る（第３図）。図示した４気筒エンジン用の実施例では
、ポンプ４２は４つのポンプ室４６を有する。シリンダ
ボア３８に開口した環状溝には０リング４８の様なシー
ル部材が設けである。

各ポンプ室４６は本体中央部２２および分枝部２４内を
延長する燃料圧送通路５０により各噴射ノズル２６の燃
料人口５２に夫々接続されている。

各ポンプ室４６への低圧燃料の供給は燃料入口金具５４
（第１図）および本体中央部２２内の燃料供給通路５６
（第３図）により行われる。図示した実施例では、この
燃料供給通路５６は、入口金具５４に整列した通路５８
　（第３図では紙面に垂直に延長している）と、横断方
向通路６０と、各ポンプ室４６に開口した通路６２とで
構成されている（第３図）。

エンジンへのインジェクタ１０の装着時、燃料欠乏時、
又は高温ベーパロック時に燃料通路５０゜５６およびポ
ンプ室４６中の燃料に空気が混入しまたは蒸気が発生す
ると、エンジンストールまたはエンジンフォルターを招
く。この様な空気または蒸気を除去するため、空気抜き
手段６４を設けるのが好ましい（第３図）。図示した実
施例では、空気抜き手段６４は従来型の空気抜きバルブ
６６から成り、このバルブ６６は本体中央部２２に設け
た横断方向通路６０内に臨んでいる。この空気抜きバル
ブ６６を手で弛めることにより燃料と共に空気を除去す
ることができる。

ポンプ４２のポンプ部材４０は単一の圧電式アクチュエ
ータ（駆動部）６８によって高速駆動される。第３図に
示す様に、圧電式アクチュエータ６８はケーシング７０
と圧電積層体７２を有し、圧電積層体７２の軸線はポン
プ部材４０の軸線と整線されている。ケーシング７０は
複数のねじ７４により着脱自在に本体２０に装着される
。

圧電積層体７２は従来型のもので、複数の薄い圧電セラ
ミック円板を交互に反対極性に積層してなり、セラミッ
ク円板間には眉間電極（図示せず）が配置されている。

この実施例では、各セラミック円板は、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とし、第３成分としてＰｂＣ
Ｙ＋ｉｔ　Ｎｂ＋ｚｚ）Ｏｓを含有する圧電材料から成
り、温度上昇に応じて電歪量が増加する正の温度特性を
有するものである。

この積層体７２は上下一対の絶縁板７６を介してケーシ
ング７０の頂壁とポンプ部材４０との間に挾持され、皿
ばね７８によって予荷重が加えられる。周知の様に、層
間電極は１枚おきにプラス端子８０およびマイナス端子
８２に接続してあり、これらの端子８０　、８２はリー
ド線８４を介して電子制御ユニット（ＥＣＵ）　８６に
接続される。ケーシング７０と圧電積層体７２との間の
空間には燃料の一部を循環させて積層体７２を冷却する
ことが好ましい。ケーシング７０の上部には絶縁ブーツ
８８を被せる。

この一体型のインジェクタ１０は、例えば、分枝部２４
に一体形成した取付部９０（第２図）をいずれかの吸気
管１６にボルト止めすることによりエンジン吸気装置１
２に装着することができる。

なお、第１図にはこれらの取付部９０は示さなかった。

第３図に示す様に、圧電式アクチュエータ６８の圧電積
層体７２の表面には例えば薄膜熱電対から成る温度セン
サ９２が装着してあり、圧電積層体７２の温度を検出で
きる様になっている。温度センサ９２の出力はＥＣＵ　
８６に入力される。

次に、インジェクタ１０の作動を説明するに、ＥＣＵ　
８６から所定の駆動電圧を所定方向９こ圧電式アクチュ
エータ６８に印加すると、圧電積層体７２は瞬間的に伸
長し、ポンプ部材４０を各ピストン４４と共に下方に高
速変位させる。これにより各ポンプ室４６内には圧力波
が発生する。この圧力波は夫々の燃料圧送通路５０を経
て各噴射ノズル２６に伝播して弁体３０をバルブシート
３２からリフトさせ、各気筒の吸気管１６内に微小量の
燃料を一斉に噴射させる。駆動電圧を解除するか逆電圧
を印加すれば圧電積層体７２は収縮し、ポンプ部材４０
が上動するので各ポンプ室４６内には燃料供給通路５６
からの低圧燃料が送り込まれる。

以上のサイクルを高速で反復することにより、エンジン
の作動に必要な燃料が吸入空気中に噴射される。噴射量
の計量は例えばエンジンの一燃焼すイクル当りのポンプ
４２の駆動回数（これは圧電式アクチュエータ６８への
電圧印加回数に等しい）および各駆動サイクルのポンプ
部材４０のストローク（これはアクチュエータ６８への
駆動電圧の関数である）を増減させることにより行うこ
とができる。圧電式アクチュエータ６８をこの様に制御
するためのＥＣＵ　８６の構成は基本的には公知であリ
、例えば、特開昭５９−８７２３８号公報、特開昭６０
−１３９４１号公報、特開昭６０−１７２５０号公報の
開示を参照することができる。これらの先行技術は各気
筒毎に夫々１つの圧電式燃料噴射弁が設置される場合の
ＥＣＵの構成および動作に関するものであるが、本発明
の多重ノズル式インジェクタ１０を駆動する場合には、
−燃焼サイクル当りの圧電式アクチュエータ６８の駆動
回数は気筒数に応じて増加すればよい。

次に、第５図から第７図を参照して、圧電式アクチュエ
ータ６８の温度変化に基く駆動電圧の補正について説明
する。第５図は本発明の燃料噴射装置９４をエンジンに
取付けたところを示すもので、９６は燃料タンク、９８
は燃料フィルタ、１００はフィードポンプ、１０２はス
ロットルバルブ、１０４はアイドルスピード・コントロ
ールバルブ、１０６は排気マニホールド、１０８はディ
ストリビュータを表わす。ＥＣＵ　８６は、ＣＰＵｌｌ
ｏＸＲＡＭ１１２、ＲＯＭ１１４、出力部１１６、入力
部１１８、およびパスライン１２０から成る。吸気温セ
ンサ１２２、アクチュエータ温度センサ９２、吸気圧セ
ンサ１２４、冷却水温センサ１２６、およびディストリ
ビュータ１０８に組込まれたクランク角センサ１２８か
らの出力信号は入力部１１８に入力される。

第６図のフローチャートに示す処理をＣＰυ１１０が実
行することによりアクチュエータ駆動電圧の補正が行わ
れる。ステップ２０１ではクランク角センサ１２８から
の信号により、エンジン回転速度Ｎ。

を計算し、ステップ２０２では例えばエンシフ２回転当
りの圧電式アクチュエータの駆動回数Ｎｔを計算する。

ステップ２０３では吸気圧センサ１２４からの信号に基
いて吸気圧力Ｐ、を計算する。ステップ２０４ではエン
ジン回転速度Ｎ、と吸気圧力Ｐ。

に基いて一燃焼サイクル（エンシフ２回転）当りの基本
燃料噴射ｆｉＱを計算する（Ｑ＝　ｆ　　（Ｎ、。

Ｐ、））。次に、ステップ２０５で圧電式アクチュエー
タ６８の１駆動サイクル当りの噴射Ｗｋ　ｑ　ｒを計気
温センサ１２２、冷却水温センサ１２６等からの信号に
基いて吸気温ＴＡおよび冷却水温Ｔ。等を計算し、ステ
ップ２０７でこれらに応じた補正係数Ｋ。

を計算する。ステップ２０８では噴射量ｑ、を補正係数
に、で補正して、アクチュエータの１駆動す・イクル当
りの要求噴射量ｑ、を計算する。ステップ２０９ではマ
ツプサーチにより要求噴射１ｑｔに応じたアクチュエー
タ駆動電圧ｖ１を計算する。

次に、ステップ２１０でアクチュエータ温度センサ９２
からの信号に基いて圧電積層体７２の表面温度Ｔ、を計
算する。ステップ２１１では表面温度Ｔ。

に応じた補正係数に２を計算する。このステップ２１１
では、補正係数に２は第７図のマツプのサーチにより求
めることができる。第７図に示す様に、補正係数に２は
標準温度（例えば２０℃）に対し１．０とし、温度上昇
に伴い減少する。次に、ステップ２１２で最終駆動電圧
■２を計算する（■３＝に２　・Ｖ、）。ＥＣＵ　８６
は各燃焼サイクル毎に最終駆動電圧■２で圧電式アクチ
ュエータ６８をＮ２回３区動する。

なお、上記実施例では、圧電積層体７２の材料として正
の温度特性を有する圧電材料を用いたので、積層体の温
度上昇に伴い補正係数に２を減少させるものとして説明
した。しかしながら、圧電材料が第３成分としてＰｂ＜
Ｎ！＋７＋　Ｎｂ□ｚｉ）Ｏｘを含有し、温度上昇に伴
い電歪量が減少する負の温度特性を有する場合には、上
記とは逆に温度上昇に応じて補正係数に２を増加させる
ことにより、駆動電圧を増加させればよい。

〔発明の効果〕

本発明の燃料噴射装置９４の一体型インジエクタ１０に
おいては１つのポンプ４２には気筒数に応じた複数のポ
ンプ室４６が設けてあり、ポンプ部材４０は単一の圧電
式アクチュエータ６８によって駆動されるので、すべて
のピストン４４は同一の速度かつ同一のストロークで変
位する。従って、すべてのポンプ室４６内には均一な圧
力波が発生する。この圧力波は互いに独立した燃料圧送
通路５０により夫々の噴射ノズル２６に伝えられるので
、通路５０の特性のバラツキに関係なく各噴射ノズルは
均一な量の燃料を噴射する。従って、各気筒への燃料分
配は著しく均一化される。

しかも、圧電式アクチュエータ６８の駆動電圧はアクチ
ェエータ温度に応じて補正されるので、一定のエンジン
作動条件下ではポンプ部材４０の変位量を一定にするこ
とができ、燃料噴射量を正確に計量することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射装置を吸気装置に取り付けた
ところを示す斜視図、第２図は一体型インジェクタの一
部切り欠き平面図、第３図は第２図のｍ−ｍ矢視断面図
、第４図はポンプ部材を下から見た斜視図、第５図は本
発明の燃料噴射装置の模式図で一部はブロック図で示し
てあり、第６図はＥＣＵの動作を示すフローチャート、
第７図はアクチュエータ表面温度に対する補正係数のマ
ツプの一例を示す。 １０・・・一体型多重ノズルインジェクタ、１２・・・
吸気装置、　　　１４・・・サージタンク、１６・・・
吸気管、　　　２０・・・インジェクタ本体、２２・・
・本体中央部、　２４・・・分校部、２６・・・噴射ノ
ズル（外開弁）、 ３８・・・シリンダボア、４０・・・ポンプ部材、４２
・・・ポンプ、　　　　４４・・・ピストン、４６・・
・ポンプ室、　　５０・・・燃料圧送通路、５４・・・
燃料入口金具、５６・・・燃料供給通路、６８・・・圧
電式アクチュエータ（駆動部）、７２・・・圧電積層体
、　８６・・・ＥＣＵ。 ９２・・・温度センサ。 １０・・・　一体型多重ノズル式インジェクタ１６・・
・　吸気管 ２０・・・　インジェクタ本体 ２４・・・　分校部 ２６・・・　噴射ノズル 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、火花点火式多気筒内燃機関用の電子制御式圧電式燃
   料噴射装置であって、 一体型の多重ノズル式圧電式インジェクタと、機関作動
   条件に応じて該インジェクタを駆動する電子制御手段と
   を備えてなり、 前記インジェクタは１つの中央部と該中央部から延長し
   た複数の分枝部とからなる一体的な本体を有し、各分枝
   部は機関の各吸気通路に関連してその端部を位置決め可
   能に形成してあり、本体の該中央部には複数のシリンダ
   ボアが設けてあって、前記シリンダボアには単一のポン
   プ部材に設けた複数のピストンが夫々係合して複数のポ
   ンプ室を画成しており、前記ポンプ部材には制御手段か
   らの駆動電圧に応じて軸線方向に伸縮してポンプ部材を
   変位させる圧電式駆動部が作動的に連結してあり、本体
   の各分枝部の前記端部には機関の吸気通路に向って燃料
   を噴射可能で所定圧力で開弁する燃料噴射ノズルが夫々
   装着してあり、前記本体には各ポンプ室に低圧燃料を供
   給する燃料供給通路および各ポンプ室を各噴射ノズルに
   接続する複数の燃料圧送通路が設けてあり、 前記制御、手段は圧電式駆動部の温度に応じて駆動電圧
   を補正することを特徴とする電子制御式圧電式燃料噴射
   装置。