JPS63227940A - 燃料噴射ポンプの噴射率制御装置 - 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】 及更Ｌ■ｂ ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子を駆動することにより燃料噴射率を
制御する燃料噴射ポンプの噴射率制御装置に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする問題点〕 近年、ディーゼル機関では燃料噴射ポンプの噴射率を様
々に制御することにより、燃焼騒音を低下したり燃料の
着火性を向上したりすることが色々検討されている。

従来この種の噴射率制御装置として、例えば第８図に示
す如く、燃料噴射ポンプの加圧室９１と連通して取り付
けられたシリンダ９２と、該シリシダ９２内で加圧室９
１の燃料圧力により押圧移動されるピストン９３と、該
ピストン９３に当接され供給された電荷に応じて伸縮す
る圧電素子９４と、該圧電素子９４への供給電荷を制御
する制御回路９５と、から構成されたものが提案されて
いる。制御回路９５は、例えば、燃料主噴射が始まる直
前に、圧電素子９４に電荷を供給させて圧電素子９４を
一時的に伸長させるよう構成されており、燃料主噴射の
前にパイロット噴射を実行することができる。

あるいは、制御回路９５は、燃料噴射開始後、圧電素子
９４から発生する電荷を放電させて、圧電素子９４を短
縮させるよう構成されたものであっても良く、同様なパ
イロット噴射を実行することができる。

しかしながら、上記従来例の前者のように構成された噴
射率制御装置にあっては、圧電素子９４に電荷を供給す
るための高圧電源が必要であるため、装置全体が大形化
、重量化し、電力消費も大きくなるといった問題点を有
していた。

一方、上記従来例の後者のように構成された噴射率制御
装置の一例として、特開昭６１−１３８８５９号公報に
示すように、燃料噴射行程中に圧電素子に蓄えられた電
荷を−Ｈコンデンサに蓄えて、燃料噴射終了後、コンデ
ンサから圧電素子に電荷を供給するといった構成のもの
が提案されていた。しかしながらこうした装置では、コ
ンデンサに大きな電荷を蓄えるために、蓄電は燃料圧力
が高い燃料噴射時に行なう必要があり、自ずとその蓄え
られた電荷の放出は燃料噴射後となってしまう。このた
め、燃料噴射時に圧電素子に発生する電荷を利用して圧
電素子を任意の時期に駆動させることができないという
問題点を有していた。

本発明は上記諸問題点に鑑みてなされたもので、高圧電
源を不要としながらも任意の時期に圧電素子に電荷を供
給して圧電素子を駆動させることができる燃料噴射ポン
プの噴射率制御装置を供給することを目的としている。

及旦り璽感 ［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明は上記問題点を解決するための手段とし
て、以下の構成をとった。即ち、本発明は第１図に示す
ように 燃料噴射ポンプＭ１の加圧室Ｍ２に連通孔Ｍ３を介して
接続されたシリンダＭ４と、 該シリンダＭ４内に嵌挿され、上記加圧室Ｍ２の燃料圧
力により上記加圧室Ｍ２と反対側に押圧移動されるピス
トンＭ５と、 該ピストンＭ５に直接もしくは間接的に当接され、供給
された電圧に応じて伸縮し、上記ピストンＭ５を上記加
圧室Ｍ２側に押圧移動させる第１圧電素子Ｍ６と、 該第１圧電素子Ｍ６へ供給する電荷の供給タイミングを
制御する第１制御手段Ｍ７と、を備えた噴射率制御装置
において、 上記加圧室Ｍ２の燃料圧力を受けて電荷を発生する第２
圧電素子Ｍ８と、 該第２圧電素子Ｍ８で発生した電荷を一時的に蓄える蓄
電手段Ｍ９と、 上記第２圧電素子Ｍ８から上記蓄電手段Ｍ９へ移動する
電荷の移動タイミングを制御する第２制御手段ＭＩＯと を備え、上記蓄電手段Ｍ９にて蓄えられた電荷を上記第
１制御手段Ｍ７を介して上記第１圧電素子Ｍ６に供給す
るよう構成してなることを特徴とする燃料噴射ポンプの
噴射率制御装置を要旨としている。

ここで、第１圧電素子Ｍ６とは、電圧を加えることによ
り力学的な歪みを発生する性質（圧電逆効果）を有した
液晶体であればどのようなものでもよく、例えばＰＺＴ
を積層してなるセラミック等の圧電セラミックス、ポリ
マー系圧電材料、水晶等がそうである。また第２圧電素
子Ｍ８とは、圧力を加えることにより電気エネルギ（電
荷）を発生する性質（圧電圧効果）を有した液晶体であ
ればどのようなものでもよく、例えば、上記第１圧電素
子Ｍ６と同様な圧電セラミックス、ポリマー系圧電材料
、水晶等がそうである。

蓄電手段Ｍ９とは、電荷を一時的に蓄えるもので、具体
的にはコンデンサ等がそうである。

［作用］ 上記の如く構成された燃料噴射ポンプの噴射率制御装置
では、燃料噴射ポンプＭ１の燃料噴射行程で加圧室Ｍ２
が加圧されると、その加圧された燃料圧力を受は第２圧
電素子Ｍ８に電荷が発生する。その後、第２制御手段Ｍ
１０からの指令を受けると、第２圧電素子Ｍ８に発生し
た電荷は蓄電手段Ｍ９に移動し一旦蓄えられる。続いて
、第１制御手段Ｍ７からの指令を受けると、蓄電手段Ｍ
９に蓄えられた電荷は第１圧電素子Ｍ６に移動し、第１
圧電素子Ｍ６を伸長させてピストンＭ５を加圧至Ｍ２側
に押圧移動させる。こうして、燃料噴射ポンプＭ１の圧
力が上昇しその燃料噴射率が制御される。

従って、燃料噴射行程中に第２圧電素子Ｍ８への蓄電を
行ないつつも、即座にその行程中で第１圧電素子Ｍ６を
駆動してピストンＭ５を加圧室Ｍ２側に押圧移動させる
ことができる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第２図は本発明の第１実施例としての噴射率制御装置が
採用されたディーゼル機関の燃料噴射ポンプ及びその周
辺を表わす概略構成図でおる。

同図を用いて燃料噴射ポンプの構成をまず説明する。

燃料噴射ポンプ１は分配型のタイプで、図示しないディ
ーゼル機関のクランク軸にベルト等を介して連結された
ドライブプーリ３の回転により駆動され、上記ディーゼ
ル機関に取り付けられた燃料噴射ノズルに燃料を圧送す
る。ドライブプーリ３には突起５が突設され、燃料噴射
ポンプ１のポンプハウジング６に設けられた回転角パル
ス発生器７を用いて上記ディーゼル機関の各気筒の燃料
噴射行程を検出できるようにされている。なお本実施例
では、突起５が、第３図に示すように、所定位置から２
０’　、２２°、２７°の角度をなすような位置に４気
筒分設けられている。

ポンプハウジング６内にはドライブプーリ３に接続され
たドライブシャフト８と、該ドライブシャフト８に図示
しないカップリングを介して連結されるカムプレート９
と、該カムプレート９と一体で回転及び往復運動するプ
ランジャ１２とが配設されている。このプランジャ１２
はポンプハウジング６内の燃料を吸入する吸入ポート１
３を有するポンプシリンダ１４内に嵌挿され、吸入され
た加圧室１５内の燃料を加圧する。プランジャ１２には
この加圧された燃料を所定のタイミングで各分配通路１
６へ分配し、デリバリバルブ１７を介してディーゼル機
関の各気筒に燃料を圧送するための分配ポート１２ａと
、加圧した燃料を溢流するスピルポート１２ｂが設けら
れている。そしてポンプシリンダ１４の加圧室１５と連
通して圧電アクチュエータ２０が設けられている。なお
圧電アクチュエータ２０の構成については後に詳しく説
明する。

またスピルポート１２ｂの付近でプランジャ１２に摺動
可能に外嵌されたスピルリング２１は、プランジャ１２
による燃料の加圧終了時期を調節し、燃料噴射量を制御
する。このスピルリング２１はサポーテイングレバー２
２によって、フライウェイト２３の動きに応動するガバ
ナスリーフ２４に連結されると共に、テンションレバー
２５及びガバナスプリング２６によってアクセルペダル
と連動したコントロールレバー２７に連結され、車速及
びアクセルペダルの踏み込みに応じて移動される。また
ポンプハウジング６の下部にはポンプハウジング６内の
燃料圧に応じて作動され、燃料噴射時期を制御するタイ
マ装＠２９が設けられている。

以上の如く構成された燃料噴射ポンプ１に取り付けられ
る圧電アクチュエータ２０は、上記プランジャ１２の移
動によって加圧室１５内の燃料圧力が加圧され、デリバ
リバルブ１７から燃料主噴射が実行される以前に、一時
的に加圧室１５内の燃料圧力を上昇させることによって
、パイロット噴射を実行しようとするもので第４図の断
面図に示す如く構成されている。

同図に示す如く、圧電アクチュエータ２０は、筒状のケ
ーシング３１によりボディが形成されており、その一端
には、燃料噴射ポンプ１への取り付けのためのねじ部３
２が形成されている。このケーシング３１の内部には、
図の左側に位置する第１圧電素子３３と図の右側に位置
する第２圧電素子３５とが設けられている。第１圧電素
子３３は円盤状のＰＺＴを複数枚積層して構成されたも
ので、その信号線３４から電荷が供給されると、図にお
ける左右方向に伸縮する。第２圧電素子３５は、同じく
円盤状のＰＺＴを複数枚積層して構成されたもので、燃
料噴射ポンプ１の加圧室１５内の圧力もしくは第１圧電
素子３３の押圧力を受けて電荷が発生され、信号線３６
を介して外部に該電荷が導かれる。なお各圧電素子３３
．３５の両端には円盤状の絶縁部材３８，３９，４０．
４１が備えられており、第１圧電素子３３の右端側の絶
縁部材３９と第２圧電素子３５の左端側の絶縁部材４０
との間には、中間プレート４３が配置され、更に第２圧
電素子３５の右端側の絶縁部材４１はケーシング３１の
内側端面に固定され、しかも第１圧電素子３３の左端側
の絶縁部材３８はピストン４５に当接されている。中間
プレート４３は、低ヤング率で歪み易い性質を持つ両圧
電素子３３．３５が撓んでそれらの内部に応力集中が発
生するのを防止するために、両圧電素子３３゜３５の両
端面を均等に押圧させるものであり、ケーシング３１内
を摺動できるようケーシング３１の内壁に嵌合されてい
る。ピストン４５は、ケーシング３１の内側に液密を保
ちながら摺動自在に挿入されており、ケーシング３１の
左端に嵌合されたディスタンスピース４６とケーシング
３１の内面とで可変容積室４７を形成している。ピスト
ン４５にはＯリング４５ａが周設されており、より一層
液密が保たれるようなされている。また、可変容積室４
７には皿バネ４８が内装されており、ピストン４５を介
して第１圧電素子３３．第２圧電素子３５に初期荷重が
与えられている。ざらにディスタンスピース４６には連
通孔４９が設けられており、該連通孔４９を介して可変
容積室４７と上述した燃料噴射ポンプ１の加圧室１５と
が連通ずるようになされている。

再び第２図に戻り説明を続ける。回転角パルス発生器７
から出力された回転角信号はコントローラ５０に入力さ
れる。なお本実施例では、既述したように回転角信号と
して２０°、２２°、２７゜を表すパルス信号が各気筒
毎に出力されており、こうしたパルス信号を読み込んだ
コントローラ５０は、圧電素子駆動回路６０に第１制御
信号（２０°）、第２制御信＠（２２°）、第３制御信
号（２７°）を夫々出力する。

圧電素子駆動回路６０は、第５図の回路図に示すように
構成されている。即ち、圧電素子駆動回路６０では、第
５図に示すように、第２圧電素子３５の一端側に、端子
Ｔ１を介して第１のサイリスタ５ＣＲ１，第１のコイル
Ｌ１．第２のサイリスタ５ＣＲ２および第２のコイルＬ
２が直列接続されており、その第２のコイルＬ２には端
子Ｔ２を介して第１圧電素子３３の一端が接続されてい
る。一方、各々の圧電素子３３．３５の他端子は互いに
端子Ｔ３．Ｔ４を介して接続されてグランドされている
。また、第１コイルＬ１と第２サイリスタ５ＣＲ２との
間からコンデンサＣが第２圧電素子３５に対して並列に
接続され、第２コイルＬ２と第１圧電素子３３との間か
ら、第３のコイルＬ３と第３のサイリスタ５ＣＲ３とが
第１圧電素子３３に対して並列に接続されている。ざら
に第２圧電素子３５には負電圧がかかるのを防止するた
めのダイオードＤが並列接続されている。このように構
成された圧電素子駆動回路６０では、第１サイリスタ５
ＣＲ１に既述したコントローラ５０からの第３制御信号
（２７°〉が、第２サイリスタ５ＣＲ２に第１制御信号
（２０”　）が、第３サイリスタ５ＣＲ３に第２制御信
＠（２２°）が入力され、各々の圧電素子３３．３５へ
の電荷の供給量が制御される。

続いて、こうした構成の噴射率制御装置の動作を第６図
のタイミングチャートを用いて説明する。

まず、燃料噴射行程時に燃料噴射ポンプ１のプランジャ
１２がリフトされて加圧室１５内の燃料圧力が増大する
につれて、加圧室１５と連通した可変容積室４７の圧力
も増大する。そうすると、それに伴なって両圧電素子３
３．３５に圧縮荷重が働き、第２圧電素子３５の電荷量
（電圧）も増大する。こうした状態（第６図のａ）でコ
ントローラ５０から第１サイリスタ５ＣＲ１に第３制御
信号（２７°）が供給されると（同図ｂ）、その第１サ
イリスタ５ＣＲＩは開状態となり（同図Ｃ）、この回路
は第１コイルＬ１のインダクタンスとコンデンサＣのキ
ャパシタンスによる直列共振回路であることから、数＋
μｓｅｃのうちに、第２圧電素子３５に蓄えられていた
電荷がコンデンサＣに移動する（同図ｄ〉。このとき当
然第２圧電素子３５の電荷量は急下降する（同図ｅ）。

こうして上記プランジャ１２の圧送が終了するが、続く
燃料噴射行程で再びプランジャ１２の圧送が開始される
。この開始後、コントローラ５０から第２サイリスタ５
ＣＲ２に第１制御信号（２０”　）が供給されるとく同
図ｆ）、その第２サイリスタ５ＣＲ２は開状態となり（
同図ｇ）、この回路は第２コイルＬ２のインダクタンス
と圧電素子３３とのキャパシタンスとによる直列共振回
路であることから、数＋μｓｅｃのうちに、コンデンサ
Ｃに蓄えられていた電荷が第１圧電素子３３に移動する
（同図ｈ）。その結果、第１圧電素子３３が伸長しく同
図ｉ）、ピストン４５が第４図の左方向に抑圧され可変
容積室４７と連通した加圧室１５の圧力を上昇させる。

そのため、加圧室１５内の圧力が燃料噴射ポンプ１の開
弁圧以上となり、燃料噴射が開始される（同図ｊ）。

その後、コントローラ５０から第３サイリスタ５ＣＲ３
に第２制御信号（２２°）が供給されると（同図ｋ）、
その第３サイリスタ５ＣＲ３は開状態となり（同図１）
即座に、第１圧電素子３３に蓄えられていた電荷が第３
コイルＬ３を介して接地側へ放射され、第１圧電素子３
３が縮小する（同図ｍ）。そうすると、ピストン４５が
可変容積室４７の圧力によって押し戻されるために可変
容積室４７の圧力が低下し、それに連通した加圧室１５
の圧力を低下させる。その結果、燃料噴射が一時的に停
止する（同図ｎ）ａこうして燃料主噴射前のいわゆるパ
イロット噴射が実行される。

なおこのパイロット噴射開始時の第１圧電素子３３が伸
長したときには、この伸長時の押圧力が第２圧電素子３
５に加わるためにその第２圧電素子３５の発生電圧が同
図の０に示すように一時的に上昇する。

パイロット噴射実行後も加圧室１５は続けて加圧されて
いるため、再び燃料噴射が開始され、燃料主噴射が実行
される（同図ｐ）。なおこの燃料主噴射時においても、
既述したような、第２圧電素子３５の蓄電、第１サイリ
スタの開駆動、第２圧電素子３５からコンデンサＣへの
電荷の移動という一連の蓄電作業が行なわれており、こ
の蓄えられた電荷は、以後の燃料噴射行程における第１
圧電素子３３への供給電源として用いられる。

このように、本実施例の噴射率制御装置にあっては、高
圧電源を用いずにパイロット噴射を行なうことができ、
装置全体を小型、軽量化することができる。

なお本実施例では燃料主噴射前にパイロット噴射を実行
するよう構成されていたが、これに代わり、コントロー
ラ５０から供給される第１制御信号、第２制御信号の供
給タイミングを燃料主噴射時期にすることによって、そ
の燃料主噴射の噴射率を容易に変えることができる。

次に本発明の第２実施例を説明する。本実施例の第１実
施例との相違点は第１圧電素子３３と第２圧電素子３５
とが別々のハウジング７１．７２内に設けられたことに
あり、他の構成は全く同じものである。即ち、作動用の
第１圧電素子３３は第１実施例と同様なプランジャに対
向した位置に固設されたハウジング７１内に、蓄電用の
第２圧電素子３５はプランジャ１２の図の上方に固設さ
れたハウジング７２内に設けられており、しかも両ハウ
ジング７１．７２共、連通孔７３．７４を介して加圧室
１５と連通ずるよう構成されている。

こうした構成により、第１実施例と同様の効果を奏する
ことができる。

以上、本発明の実施例を詳述してきたが、本発明は、上
記実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々なる態様となり得る。

ｌ肌り四里 以上詳述したように、本発明の燃料噴射ポンプの噴射率
制御装置にあっては、高圧電源が不要でおるため、装置
全体の小型、軽量化を図ることができ、しかも任意の時
期に圧電素子を駆動させることができるため、燃料噴射
率を自在に変更することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を例示するブロック図、 第２図ないし第６図は本発明の第１実施例の噴射率制御
装置を示し、第２図はこの噴射率制御装置が取り付けら
れたディーゼル機関の燃料噴射ポンプ及びその周辺を表
わす概略説明図、第３図は回転角パルス発生器を説明す
るための説明図、第４図は圧電アクチュエータの断面図
、第５図は圧電素子駆動回路の回路図、第６図はこの噴
射率制御装置の動作を説明するためのタイミングチャー
ト、 第７図は本発明の第２実施例の噴射率制御装置の圧電ア
クチュエータ周辺の断面図、 第８図は従来の噴射率制御装置の圧電アクチュエータ周
辺の断面図、である。 １・・・燃料噴射ポンプ ７・・・回転角パルス発生器 １５・・・加圧室 ２０・・・圧電アクチュエータ ３１・・・ケーシング ３３・・・第１圧電素子 ３５・・・第２圧電素子 ４５・・・ピストン ４９・・・連通孔 ５０・・・コントローラ ６０・・・圧電素子駆動回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料噴射ポンプの加圧室に連通孔を介して接続されたシ
   リンダと、 該シリンダ内に嵌挿され、上記加圧室の燃料圧力により
   上記加圧室と反対側に押圧移動されるピストンと、 該ピストンに直接もしくは間接的に当接され、供給され
   た電圧に応じて伸縮し、上記ピストンを上記加圧室側に
   押圧移動させる第１圧電素子と、該第１圧電素子へ供給
   する電荷の供給タイミングを制御する第１制御手段と、 を備えた噴射率制御装置において、 上記加圧室の燃料圧力を受けて電荷を発生する第２圧電
   素子と、 該第２圧電素子で発生した電荷を一時的に蓄える蓄電手
   段と、 上記第２圧電素子から上記蓄電手段へ移動する電荷の移
   動タイミングを制御する第２制御手段とを備え、上記蓄
   電手段にて蓄えられた電荷を上記第１制御手段を介して
   上記第１圧電素子に供給するよう構成してなることを特
   徴とする燃料噴射ポンプの噴射率制御装置。