JPS6368746A - 電歪アクチユエ−タ駆動装置 - 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〕 本発明は例えば内燃機関へ燃料を噴射供給する燃料噴射
ポンプの噴射率制御装置に用いる圧電素子の駆動装置、
特に電歪アクチュエータの駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関における噴射率制御装置に使用される電歪アク
チュエータの駆動回路としては、電歪アクチュエータの
発生電圧を単に短絡するだけの回路があるが、この回路
は電歪アクチュエータの荷重が大きい場合には、その荷
重により電歪アクチュエータの分極が劣化し、初期の効
果が薄れてしまうという問題がある。

この問題に対処し、同時に電歪アクチュエータの伸１ｆ
ｆｉを増大する方式として、電歪アクチュエータを収縮
させる際、電歪アクチュエータの発生電圧を短絡せずに
、一旦コンデンサに抜き取り、このコンデンサに蓄えた
電圧を再利用することで、電歪アクチュエータの再分極
を行い、伸縮量の拡大をする方式も提案されている。

しかしながら、この方式においても、直噴ディーゼル用
噴射ポンプのような高圧、高噴射率のポンプにおいては
、過大な荷重が加わり、分極劣化、伸縮量の減少によっ
てパイロット噴射の効果に影響を与えるという問題が残
っている。

さらに、外部にＤＣＤＣコンバータのような静的な高電
圧電源を用意し、この高電圧で電歪アクチュエータを駆
動する回路も提案されているが、ＤＣＤＣコンバータあ
るいは高耐圧コンデンサが不可欠であり高価なものとな
ってしまうことは避けられない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のような従来技術の現状にかんがみ、外部に高電圧
発生回路を設け、高電圧が必要な時期にこれを発生させ
、電歪アクチュエータを駆動するという着想に基づき、
電歪アクチュエータの分極劣化を防止し、伸縮量を拡大
し、パイロット噴射に用いてその効果を格段に向上させ
ることを本発明の目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の形態においては、直流電流を供給するバ
ッテリ、該バッテリがらの電流を受けるインダクタ手段
、該インダクタ手段に供給される電流をオン・オフする
第１のスイッチ手段、該インダクタ手段の電流遮断によ
り発生する高電圧を受ける電歪アクチュエータ、所定の
荷重を受けて該電歪アクチュエータの端子電圧が所定の
電圧に達した時電歪アクチュエータの放電を行い、該電
歪アクチュエータを縮小して燃料噴射ポンプにおけるパ
イロット噴射を行うための第２のスイッチ手段を含む放
電手段、および、該第１のスイッチ手段および該第２の
スイッチ手段の動作を制御する制御手段、を具備する電
歪アクチュエータ駆動装置が提供される。

本発明の第２の形態においては、直流電流を供給するバ
ッテリ、該バッテリからの電流を受けるインダクタ手段
、該インダクタ手段とダイオードを介して直列に接続さ
れたスイッチおよび定電流手段、該ダイオードと該スイ
ッチおよび定電流手段の接続点から高電圧を供給される
電歪アクチュエータ、および、所定の荷重を受けて該電
歪アクチュエータの端子電圧が所定の電圧に達した時放
電を行い、該電歪アクチュエータを縮小して燃料噴射ポ
ンプにおけるパイロット噴射を行うべ（該スイッチおよ
び定電流手段を動作させる制御手段、を具備する電歪ア
クチュエータ駆動装置が提供される。

本発明の第３の形態においては、直流電流を供給するバ
ッテリ、該バッテリからの電流を１次巻線の一方の端子
に受ける昇圧用変圧器、該変圧器の１次巻線の他方の端
子から第１のダイオードを介して接続されたスイッチお
よび定電流手段、該変圧器の２次巻線から第２のダイオ
ードを介して高電圧を供給される電歪アクチュエータ、
該電歪アクチュエータの放電を行うためのスイッチ手段
を含む放電手段、および所定の荷重を受けて該電歪アク
チュエータの端子電圧が所定の電圧に達した時電歪アク
チュエータの充電を行うと共に、その直後に該放電を行
い、該電歪アクチュエータを伸長、縮小して燃料噴射ポ
ンプおけるパイロット噴射を行うために該スイッチ手段
および該スイッチおよび定電流手段の動作を制御する制
御手段、を具備する電歪アクチュエータ駆動装置、が提
供される。

〔作　用〕

本発明の第１の形態は、例えば第１図に示されるような
手段を具備し、第１のスイッチ手段３がオンされるとイ
ンダクタ手段２に電流が流れ、エネルギーが蓄えられる
。所定の時期に第１のスイッチ手段をオフすると、イン
ダクタ手段２に高電圧が発生し、例えばダイオード４を
介して電歪アクチュエータ２００を高電圧で充電する。

これにより電歪アクチュエータ２００は伸長する。その
後電歪アクチュエータの端子電圧が所定の電圧に達した
時第２のスイッチ手段８をオンすることにより、例えば
電流制限素子７を介して電歪アクチュエータ２００を短
絡する。これにより電歪アクチュエータは収縮する。こ
の伸長、収縮を用いて燃料噴射ポンプのポンプ室の容積
を変化させ噴射率の制御を行う。

本発明の第２の形態は、前述の第１の形態に比較し、第
１のスイッチ手段の代りにスイッチおよび定電流手段を
設け、第２のスイッチ手段を省略し電歪アクチュエータ
の放電はスイッチおよび定電流手段の例えばトランジス
タを介して行う。まず電歪アクチュエータ２００に高電
圧が印加されており、ポンプ圧送に伴なってさらに電圧
が上昇して、所定値（例えば９００　Ｖ　）に達すると
制御手段により制御されて上記トランジスタ（第１３図
におけるトランジスタ２３３に相当）が導通し電歪アク
チュエータ２００が短絡される。これにより電歪アクチ
ュエータは収縮する。上記トランジスタが導通するとイ
ンダクタ手段に電流が流れ始め、時間と共に上昇し、所
定のｔ流値で定電流制御される。この電流によりインダ
クタ手段にエネルギーが蓄積される。次いで制御手段か
らの信号によ″って上記トランジスタがオフされ高電圧
を電歪アクチュエータに供給し、その形状を伸長させる
。

この行程を繰り返す。

本発明の第３の形態は、第１の形態と比較し、インダク
タ手段として昇圧用変圧器を用い、第１のスイッチ手段
の代りに第２の形態と同様なスイッチおよび定電圧手段
を用いる。まず所定の時期にスイッチおよび定電圧手段
の例えばトランジスタ（第１６図トランジスタ１５２に
対応）がオンされると、変圧器の１次巻線の電流は時間
と共に増加し、電流制限値まで達しエネルギーが変圧器
のインダクタンスに蓄積される。一方ポンプ室の圧送行
程が開始され、高圧室内の圧力が上界すると電歪アクチ
ュエータ２００は押圧され電圧を発生する。この発生電
圧が所定値に到達すると制御手段により上記トランジス
タがオフされ蓄えられていたエネルギーが高電圧として
電歪アクチュエータ２００に印加される。これにより電
歪アクチュエータは伸長し、可変容積室の圧力は上昇し
、パイロット噴射が行われる。次いでその直後に制御手
段よりの制御信号によりスイッチ手段がオンされ電歪ア
クチュエータが短絡され収縮する。次いで制御手段は設
定された時間の後上記トランジスタをオンする制御信号
を供給し、この行程を繰り返す。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第２図は本発明の第１実施例としての電歪アクチュエー
タ駆動装置の回路図である。第３図は本発明を噴射ポン
プの噴射率制御に適用した場合の噴射率制御装置の構成
を示す図である。

まず燃料噴射ポンプＰについて説明する。ケーシング６
０４のシリンダボア６０５内に摺動自在に支持されたプ
ランジャ６０６は、エンジン回転数の２分の１に同期し
て回転往復運動を行う。すなわち、エンジンの回転はギ
ヤまた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６０６はこの駆動軸により同軸
的に回転駆動されるとともに、フェイスカム６０７がロ
ーラ６０８に係合することにより往復運動する。フェイ
スカム６０７はばね（図示せず）により常時図の左方に
付勢されてローラ６０Ｂに係合しており、プランジャ６
０Ｇの往復運動は、軸心周りに回転してフェイスカム６
０７のカム面の形状に従うことにより行われる。プラン
ジャ６０６はその外周に、１個の分配ポート６０９とエ
ンジン気筒数と同数の吸入ポート６Ｊ、Ｏａ　、　６１
０ｂとが形成され、プランジャ６０６の先端面とシリン
ダボア６０５との間にはポンプ室６０２が形成される。

ケーシング６０４には、低圧室６１１とこの低圧室６１
１をシリンダボア６０５に連Ｊする吸入通路６１２と、
外部の各噴射弁８１３をシリンダボア６０５に導通可能
な分配通路６１４が形成される。分配通路６１４はエン
ジン気筒数と同数設けられるとともに、その途中にはそ
れぞれデリバリ弁６１５が設けられる。デリバリ弁６１
５はばね６１６に抗して開放可能であり、逆止弁として
の機能および吸戻し弁としての機能を有する。

プランジャ６０６が左行してポンプ室６０２が膨張する
時、いずれかの吸入ボートが吸入通路６１２に導通して
低圧室６１１内の燃料がポンプ室６０２に吸入され、こ
れとは逆に、プランジ＋６０６が右行してポンプ室６０
２が加圧される時、分配ボート６０９がいずれかの分配
通路６１４に導通してポンプ室６０２内の燃料が外部に
送出される。燃料の送出はプランジャ６０６が右行を始
めた時に始まり、さらにプランジャ６０６が右けしてス
ピルボート６１７がスピルリング６１８の右端面より低
圧室６１１内へと開放された時に終わる。

ここでスピルボート６１７とはプランジャ６０６に設け
られて、ポンプ室６０２と低圧室６１１　とを導通する
為の開口であり、スピルリング６１８は、短いシリンダ
状であって、その内孔をプランジャ６０６が摺動するも
のである。スピルリング６１８はレバー６１９によって
その固定位置を変えることができ、スピルリング６１８
の位置によってポンプ室６０２の吐出量を変えることが
できる。レバー６１９は間接的にアクセルレバ−と連動
している。

次に噴射率制御装置について説明する。

噴射率制御装置７００はケーシング７２０の中に、第３
図の右から電歪アクチュエータ２００、ピストン７２２
、皿ばね７２３、ディスタンスピース６２４ヲ収納して
構成されている。ケーシング７２０は底のある円筒の形
、すなわち袋状であって、その開放端部の雄ねじ７２９
によって噴射ポンプＰに取り付は固定しである。

この実施例の電歪アクチュエータ２００は薄い円盤状（
φ１５ＸｔＯ，５）ｍｍ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５００　Ｖ程度の電圧
を印加すると０，５μｍ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２５μｍの伸長が得られる。この電圧を解除するか
又は若干の負電圧を印加すれば２５μｍの縮小を起こし
て元の長さに戻る。

また、この電歪アクチュエータ２００に軸方向圧縮の荷
重をかけた時１枚１枚の電歪素子には第４図のような電
圧が発生する、すなわち５００ｋｇの負荷で５００■の
電圧が発生する。更に、５００■の電圧が加わっている
状態で電歪アクチュエータ２００をショートさせると第
５図より２５μｍの縮小を生じる。

電歪アクチュエータ２００へ所定の時期における電圧の
印加、ショート、オープン等の操作はリード線７２５を
介して外部の制御手段であるコントローラＣ０ＮＴによ
って制御される。

電歪アクチュエータ２００の伸縮作用はビス］・ン７２
２に伝えられ、ピストン７２２とディスタンスピース６
２４とケーシング７２０を室壁として形成される可変容
積室７２６の容積を拡大・縮小する。皿ばね７２３は可
変容積室７２６の中にあって、電歪アクチュエータ２０
０を縮小する方向に付勢している。

ディスタンスピース６２４は円盤状であって、その中央
には貫通孔６２７を有している。ディスタンスピース６
２４の直径はピストン７２２の直径よりも−回り大きく
、ケーシング７２０の雄ねじ７２９を締め込んで行くと
、ケーシング７２０とケーシング６０４とにはさみ込ま
れるようになってシールを行う。可変容積室７２６は貫
通孔６２７を介してポンプ室６０２と導通している。

可変容積室７２６の圧力がピストン７２２を介して電歪
アクチュエータ２００側に漏洩しないようにＯリング７
２８がピストン７２２の外周に配設されている。

以上の構成における作動を第６図を参照して説明すると
、噴射ポンプの吸入行程において電歪アクチュエータ２
００に第２図の駆動回路により４５０■の電圧を印加し
た後オープン状態にしておく。

ポンプが圧送を開始するとポンプ室６０２および可変容
積室７２６の圧力は上昇していき、第６図の上方の曲＆
１（ａ）　となる。

第６図中に示す凸の部分が吐出行程であって、すなわち
、プランジャ６０６が右行しっつがっ、スピルボー）６
１７　、スピルリング６１８によっておおわれている時
である。このうち、噴射弁８１３の開弁圧より高い部分
が噴射に寄与する部分である。

すなわち、この期間、噴射弁８１３は開弁しており、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
もその圧力とおおむね比例している。

また、電歪アクチュエータ２００にはポンプ室６０２の
圧力に比例した電荷が生じ、第４図の電圧が発生する。

なお、ポンプ室６０２の圧力を第４図の圧縮荷重に換算
するには、圧力にピストン７２２の受圧面積をかけてや
ればよ（、第３図の場合、ピストン７２２の受圧面積は
４　ｃｔＡ程度であり、噴射弁８１３０開弁圧は１００
　ｋｇ　／　ｅａに設定しであるので、噴射開始時に電
歪アクチュエータ２００によって発生する電圧は４００
Ｖである。すなわち電歪アク千ユエータ２００の端子電
圧は４５０Ｖ　＋４００Ｖ　＝８５０Ｖとなる。

またコントローラＣ０ＮＴは電歪アクチュエータ２００
に発生した電圧がさらに上昇して端子電圧が９００■に
達した時、すなわち、噴射弁８１３が噴射を開始した直
後の所定の時期に、電歪アクチェ１−夕２００を短絡（
ショート）シて電圧をＯＶに落とすように制御する。

この時電歪アクチュエータ２００は第５図に示すように
４５μｍの縮小を起こすので、可変容積室７２６は４ｃ
ｎｌＸ　４５　μｍ＝　１８ｍＩｎ’の膨張を生じる。

よってポンプ室６０２の圧力は低下して噴射弁８１３か
らの噴射圧は低下する。またはポンプ室６０２の圧力は
第６図の下方の曲線（ｂ）となる。後述の場合、噴射弁
８１３からの噴射は一時中断され、パイロ７Ｉ・噴射の
形態を実現することができる。

ここで、電歪アクチュエータには繰り返し荷重がかか、
っているので分極劣化し、次第に伸縮量が低）し、その
結果パイロット噴射の形態を実現できなくなる可能性が
あるが、本発明の構成では前記コントローラＣ０ＮＴ　
（第２図装置）によって４５０■の電圧を電歪アクチュ
エータに印加してやるので分極劣化した電歪アクチュエ
ータを再び分穫させ、パイロット噴射を可能にすること
ができる。

次に第２図装置における電歪アクチュエータの駆動につ
いて説明する。１０は例えば１２Ｖの車載用バッテリで
、キースイッチ１１を介してコントローラＣ０ＮＴに供
給されている。この供給された電源は、例えばけい素鋼
板を多数枚積層してなる鉄心トランス　（変圧器）１０
３の１次コイル１００に接続されている。１次コイル１
００の他端は逆流防止用ダイオード１０１を介してトラ
ンジスタ１０２のコレクタに接続されており、トランジ
スタ１０２のオン・オフにより１次コイル１００に流れ
る電流をスイッチする。トランス１０３には２次コイル
１０４が巻回されている。１次コイル１００と２次コイ
ル１０４０巻数比は、２次側の発生電圧、２次電圧の立
上り時間等を考慮して決められており、１次側の約４倍
の巻数となっている。

２次コイル１０４の一端は接地されており他端は、逆流
防止用ダイオード１０５を介して、電歪アクチュエータ
２００へ接続されている。電歪アクチュエータ２００は
抵抗１０６を介してサイリスタ１０７にてショートされ
るようになっている。１０８は電歪アクチュエータ２０
０に逆方向の電圧がかかるのを防ぐためのダイオードで
、電歪アクチュエータ２００が伸長する時の電荷を供給
する役目もする。電歪アクチュエータ２００の電圧は抵
抗１１０　、１１１により分圧されて、コンパレータ１
１２の非反転入力に接続されている。

コンパレータ１１２の反転入力は基準電圧■８が接続さ
れており、電歪アクチュエータ２００の端子電圧が９０
０Ｖ以上になった時コンパレータ１１２の出力ばｒｌＪ
レベルとなる。コンパレータ１１２の出力はリトリガラ
ブルの第１ワンシヨツトマルチ１１３の立上りトリガ入
力に接続されている。第１ワンシヨツトマルチ１１３の
出力パルス幅は、コンデンサ１１４、抵抗１１５により
決定され、本実施例ではこのパルス幅を約５ｍｓにしで
ある。この理由は、高負荷時には圧送期間が長くなり、
かっ圧送圧力も高くなるため、パイロ−／　）噴射のた
めの第１回目のショート以後においても電歪アクチュエ
ータの発生電圧が前述の基準電圧をこえる恐れがあり、
複数回のショート動作を行ってしまうのを防止するため
である。すなわち、第１ワンシヨツトマルチ１１３の信
号発生期間中は、不必要な信号はマスクされるようにな
っている。第１ワンシヨツトマルチ１１３のＱ出力は第
２ワンシヨツトマルチ１１６の立上りトリガ入力に接続
されている。

第２ワンシヨツトマルチ１１６の出力パルス幅は、コン
デンサ１１７、抵抗１１８により決定される。このパル
ス幅はサイリスタ１０７のトリガ信号であるので短かく
てよく、約３０μｓに設定しである。

第２ワンシヨツトマルチ１１６のＱ出力は、３０μｓの
間「１」レベルとなり、サイリスタ１０７をトリガする
。第１ワンシヨツトマルチ１１３のＱ出力は、第３ワン
シヨツトマルチ１１９の立上り入力にも接続されている
。

第３ワンシヨツトマルチ１１９の出力パルス幅は、コン
デンサ１２０、抵抗１２１により決定される。このパル
ス幅は電歪アクチュエータ２００をショートした後、ト
ランジスタ１０２をオンするときまでの間隔であり、本
実施例では約４ｍｓとしである。

第３ワンシヨツトマルチ１１９のＱ出力は第４ワンシヨ
ツトマルチ１２２の立下りトリガ入力に接続されている
。第４ワンシヨツトマルチ１２２の出力パルス幅は、コ
ンデンサ１２３、抵抗１２４により決定される。このパ
ルス幅は、トランジスタ１０２をオンしている時間、す
なわち１次コイル１０１に電流が流れている時間であり
、トランジスタ１０２がオフした時点での１次コイル１
０１に流れていた電流値により、２次側の発生電圧が変
わってくる。本実施例では、このパルス幅を約１．３　
ｍ　ｓとし、遮断電流を約１５Ａとした。第４ワンシヨ
ツトマルチ１２２のＱ出力はトランジスタ１０２のベー
スに接続されており、Ｑ出力が「１」レベルの間、トラ
ンジスタ１０２は導通する。

以上の構成における作動について説明する。第７図は説
明に供する各部波形図である。所定のタイミングにてト
ランジスタ１０２をオンすると、１次コイル１０１に電
流が流れ始め、時間とともに増加していく　（第７図（
Ｇ））。１次コイル１０１に流れる電流をｉとし、１次
コイルのインダクタンスをＬとすると１／２Ｌｉ”なる
エネルギーが、トランス１０３に蓄えられる。所定の時
期にトランジスタ１０２を遮断すると１次コイルの電流
は急激に減少するため２次コイル１０４に高電圧を誘起
する。この高電圧はダイオード１０５を経て電歪アクチ
ュエータ２００に印加される　（第７図（Ａ））。電歪
アクチュエータ２００の静電容量をＣとすると１／２Ｌ
　ｉ”　＝　１／２ＣＶ”　となるから、電歪アクチュ
エータ２００の電圧はｖ＝、／”Ｔπｉ　となる。本実
施例ではこの電圧を４５０　Ｖとなるようにしである。

この状態の後、噴射ポンプＰの圧送が始まると、油圧に
より電歪アクチュエータ２００は圧縮され、その荷重に
応じた電圧を発生する。この発生電圧が４００ｖになっ
た時、すなわち電歪アクチュエータ２００の端子電圧が
４５０＋４００　＝　８５０Ｖに達したときに、ノズル
８１３より噴射が行われることは前述のとおりである。

噴射開始直後、電歪アクチュエータ２００の端子電圧が
９００■に達した時、コンパレータ１１２の出力は「１
」レベルとなり（第７図（Ｂ））第１ワンシヨツトマル
チ１１３をトリガする（第７図（Ｃ））。これにより第
２ワンシヨツトマルチ１１６がトリガされ（第７図（Ｄ
））さらにサイリスタ１０７がトリガされオンとなる。

このため電歪アクチュエータ２００は抵抗１０６により
ショートされ（第７図（Ａ））、約４５μｍ収縮する。

この結果可変容積室の圧力が低下し噴射が中断すること
でパイロット噴射が実現されることは前述のとおりであ
る。

第１ワンシヨツト１１３の出力により第３ワンシヨツト
マルチ１１９もトリガされ（第７図（Ｅ））、所定の時
間酸第４ワンショットマルチ１２２がトリガされる（第
７図（Ｆ））。この出力により、トランジスタ１０２が
オンし、１次コイル１０１に電流が流れ始め（第７図（
Ｇ））、トランジスタ１０２がオフすると電歪アクチュ
エータ２００に再び高電圧が印加される。

第８図は第１実施例の変形例である。第２図においては
電歪アクチュエータ２００の放電を抵抗１０６、サイリ
スタ１０７により地気（ＧＮＤ）に放電していた。この
ため、電歪アクチュエータに蓄電していたエネルギーが
全て無駄に消費されていた。第８図は放電光をバッテリ
１０にしたものである。サイリスタ１３０の電流制限用
に抵抗１３１を直列に挿入し、サイリスタ１３０のカソ
ードはバッテリ１０に接続されている。サイリスタ１３
０のトリガ信号は、直流レベルが高くなるためパルスト
ランス１３５をトランジスタ１３４によりドライブする
ことにより得ている。作動に関しては第２図と同様であ
るが、電歪アクチュエータに蓄電した電荷をバッテリに
戻している分だけ、消費電力の低減がはかれるという効
果がある。

第９図は第１実施例の他の変形例である。第８図の電流
制限抵抗１３１の代わりにトランス１０３の１次コイル
１００を使用したものである。電歪アクチュエータ２０
０に蓄電した電荷はサイリスク１４０．１次コイル１０
０を介してバッテリ１０へ放電される。第８図と異なる
のは第８図では抵抗１３１に大電流が流れるため発熱が
多く、蓄電エネルギーの半分は無駄になるのに対し、第
９図のコイルを使った場合は損失がないため発熱を抑え
ることができ、装置の小型化、高効率化ができるという
効果がある。

次に本発明の第２実施例について説明する。

第１０図に電歪アクチュエータ駆動回路の構成を示す。

第１実施例（第２図）と異なる点は、２次コイル１０４
が無く、インダクタ手段としての１次コイル２０により
直接高電圧を得ている点である。１次コイルの遮断電流
とｉ、バ・７テリ１０の電圧を■８とすると、電歪アク
チュエータ２００へ印加される電圧はＶ　＝　Ｖ　ｍ　
＋　、／ＵＥ””　ｉ　　となる。

第２実施例においては第１実施例における効果に加えて
、２次コイル１０４が不要であるためさらに簡単になる
ことである。

第１１図は第２実施例第１０図の変形例である。

第８図と同様に、電歪アクチュエータの放電光をパンテ
リｌＯにしたものである。第１２図は電流制限を抵抗１
３１の代わりにコイル２０で代用したものであり第１実
施例と同様な効果がある。

次に第３実施例について説明する。第１３図は第３実施
例における電歪アクチュエータ駆動回路を示す。インダ
クタ手段としてのコイル２３１、ダイオード２３２、ト
ランジスタ２３３は直列に接続される。スイッチおよび
定電流手段はトランジスタ２３３　．２３５および抵抗
２３４から構成される。トランジスタ２３３のエミッタ
には電流検出用抵抗２３４が直列に挿入され、トランジ
スタ２３５のベースに接続される。トランジスタ２３５
のコレクタは、トランジスタ２３３のベースに接続され
ている。今、トランジスタ２３３を流れる電流が大きく
なったとすると、抵抗２３４による電圧降下が増加し、
トランジスタ２３５のベースエミッタ間電圧が大きくな
るため、トランジスタ２３５は導通ずる。これによりト
ランジスタ２３３のベース電流は減少し、トランジスタ
２３３に流れていた電流は減少する。電流がある値以下
になると抵抗２３４による電圧降下は減りトランジスタ
２３５はオフとなるため、トランジスタ２３３のベース
電流は増加し、トランジスタ２３３に流れる電流は回復
する。すなわち、トランジスタ２３３は定電流特性を有
するように作動する。

トランジスタ２３３のコレクタは、電歪アクチュエータ
２００に接続されている。ダイオード２３６は第１実施
例と同じく、逆電圧防止と電歪アクチュエータ２００の
伸長時の電荷供給用である。

電歪アクチュエータ２００の端子電圧は抵抗２４０゜２
４１にて分圧され、コンパレータ２４２の非反転入力に
接続されている。コンパレータ２４２の反転入力は基準
電圧ＶＲに接続されている。コンパレータ２４２の出力
は第５ワンシヨツトマルチ２４３の立上りトリガ入力に
接続されている。第５ワンシヨツトマルチ２４３の出力
パルス幅はコンデンサ２４４、抵抗２４５により決定さ
れ、５ｍｓにしである。この理由は第１実施例で説明し
たのと同じく不要な信号のマスクのためである。第５ワ
ンシヨツトマルチ２４３のＱ出力はセントリセットフリ
ップフロフプ２４６のセット入力に接続されている。す
なわち第５ワンシヨツトマルチ２４３のＱ出力が「１」
レベルになるとフリップフロップ２４６はセントされる
。

第５ワンシヨツトマルチ２４３のＱ出力は第６ワンシヨ
・ノドマルチ２４７の立上りトリガ入力にも接続されて
いる。第６ワンシヨツトマルチ２４７の出力パルス幅は
、コンデンサ２４８、抵抗２４９により決まり、本実施
例では約５．３　ｍ　ｓとしである。この理由は第１実
施例で説明したように、電歪アクチュエータへの高電圧
印加タイミングとして、電歪アクチュエータのショート
後５．３　ｍ　ｓがよいからである。第６ワンシヨツト
マルチ２４７のｄ出力は、フリップフロップ２４６のリ
セット入力に接続されており、第６ワンシヨツトマルチ
２４７がトリガされ５．３　ｍ　ｓのパルスを出し終わ
った時点で百出力が「１」レベルとなりフリップフロッ
プ２４６はリセットされる。すなわち、電歪アクチュエ
ータ２００の端子電圧が所定の電圧（９００Ｖ　）に達
したら、フリップフロップ２４６はセットされ、その５
．３　ｍ　ｓ後すセットされる。フリップフロップ２４
６のＱ出力はトランジスタ２３３のベースに接続されて
おりこれをオン・オフする。

以上の構成による作動について第１４図を参照して説明
する。電歪アクチュエータ２００には４５０Ｖの電圧が
印加されているとする。ポンプ圧送に伴ない電歪アクチ
ュエータ２００の電圧は上昇し、噴射開始直後の９００
■に達するとコンパレータ２４２の出力は「１」レベル
となる（第１４図（Ｂ））。これにより第５ワンシヨツ
トマルチ２４３がトリガされ（第１４図（Ｃ））、その
Ｑ出力によりフリップフロップ２４６がセットされ、そ
のＱ出力は「１」レベルとなる（第１４図（Ｅ））。こ
のためトランジスタ２３３は専通し、電歪アクチュエー
タ２００をショートする（第１４図（Ａ））。これによ
り電歪アクチュエータ２００は収縮し、パイロット噴射
を行う。

トランジスタ２３３が導通すると、コイル２３１にも電
流が流れ始め、時間とともに電流値は上昇していくが、
この電流値が１５Ａに達すると前述の説明にあるように
トランジスタ２３３は定電流制御され、この電流を維持
する（第１４図（Ｆ））。電歪アクチュエータ２００の
ショートａ　５．３　ｍ　ｓたつとフリップフロ・ノブ
２４６がリセットされ、トランジスタ２３３はオフする
。するとコイル２３１に蓄えられていたエネルギーが、
ダイオード２３２を介して電歪アクチュエータへ移動し
、高電圧が印加される。

第３実施例の効果は第１、第２実施例のそれＧこ加えて
、さらに電歪アクチュエータを・−７ヨートするための
素子も兼用しており、回路が極めて簡単になることであ
る。

次に第４実施例について説明する。第１ないし３実施例
においては、パイロット噴射を行うためにノズル８１３
から噴射が行われた直後に電歪アクチュエータを収縮さ
せ、噴射圧を下げることにより、噴射を中断させていた
。第４実施例においては、これを変更し、噴射前に電歪
アクチュエータに電圧を印加することによりこれを伸長
させ、可変容積室の圧力を高め積極的に燃料を押し出し
てパイロット噴射を行おうというものである。

噴射ポンプおよび噴射率制御装置の構成は第３図のもの
と同じであるため説明を省略する。作動については第１
５図を用いて説明する。ポンプが圧送を開始するとポン
プ室６０２および可変容積室７２６の圧力は上昇してい
き第１５図（Ａ）の曲線となる。この時、電歪アクチュ
エータ２００に油圧に比例した押圧力が加わるため、電
歪アクチュエータ２００の端子電圧は第１５図（Ｂ）の
如（上昇していく。この端子電圧が所定の（開弁圧前の
所定の圧力に相当する）電圧になった時に、電歪アクチ
ュエータ２００に外部より高電圧を印加してやると、電
歪アクチュエータ２００は伸長し、可変容積室７２６の
圧力は第１５図（Ａ）の曲線（ｂ）のように急に高（な
り開弁圧を越える。したがってノズル８１３より燃料を
噴射するが、電歪アクチュエータ２００の伸長による仕
事の大半は油圧を開弁圧以上に加圧されるのに費やされ
、吐出量としては１〜２ｍｍ’にすぎない。電歪アクチ
ュエータ２００が伸長してパイロット噴射を行った直後
、電歪アクチュエータ２００の印加電圧を解除すると（
第１５図（Ｂ））、電歪アクチュエータ２００は収縮し
、可変容積室の圧力は低下するため、噴射が中断する（
第１５図（Ｃ））。このようにしてパイロット噴射を実
現している。その後は、プランジャ６０６の右行により
再びポンプ室６０２の圧力は高くなりメイン部の噴射が
行われる。

この方式の優れている点は、第１から第３の各実施例に
比べ、パイロット噴射制御有無の噴射量の差がわずかで
あるため、制御のつなぎが良好であることである。第１
ないし第３実施例においては、第６図の如く、制御無の
（ａ）のカーブと、制御有の（ｂ）カーブとの差に対応
する左上部の燃料量だけ噴射量に差が生ずる。一方、第
４実施例では第１５図の如く制御無しの場合の（ａ）カ
ーブにパイロット部が付加されただけであるため、有無
の差はパイロット部の噴射量だけですむ。

第４実施例の電歪アクチュエータ駆動回路を第１６図に
示す。この実施例は第１実施例および第３実施例で説明
したものを組み合わせである。１次コイル１５１は抵抗
１５３　、）ランジスタ１５４により定電流制御される
トランジスタ１５２のコレクタに接続されている。トラ
ンス１５５０２次コイル１５６の出力は逆流防止用ダイ
オード１５７を介して、電歪アクチュエータ２００に接
続される。電歪アクチュエータ２００は抵抗１５８を介
してサイリスタ１５９によりショートされるようになっ
ている。１６０は電歪アクチュエータ２００に逆電圧が
かかるのを防止し、電歪アクチュエータ２００が伸長す
る際の電荷供給用である。

電歪アクチュエータ２００の端子電圧は抵抗１６１゜１
６２により分圧され、コンパレータ１６３の非反転入力
に接続されている。コンパレータ１６３の反転入力には
所定の基準電圧■、が接続されている。

この電圧■、は電歪アクチュエータ２００の端子電圧の
３００Ｖに相当する。コンパレータ１６３の出力は、第
７ワンシヨツトマルチ１６４の立上りトリガ入力に接続
されている。第７ワンシヨ７）マルチ１６４の出力パル
ス幅はコンデンサ１６５、抵抗１６６により決定され約
５ｍｓに設定しである。この理由は前実施例と同様にマ
スクの効果をもたせるためである。

第７ワンシヨツトマルチ１６４のて出力はトランジスタ
１５２のベースに接続されており、−ζ−出力がｒＯＪ
レベルになるとトランジスタ１５２が遮断し高電圧が電
歪アクチュエータ２００に印加される。

第７ワンシヨツトマルチ１６４のτ出力は第８ワンシツ
ツトマルチ１６７の立上りトリガ入力に接続されている
。第８ワンシヨツトマルチ１６７の出力パルス幅はコン
デンサ１６８、抵抗１６９により決定され、約５００μ
ｓに設定しである。この時間は後述の如く、電歪アクチ
ュエータ２００に高電圧が印加されている時間であり、
この時間だけ、電歪アクチュエータ２００が伸長し、燃
料を押し出すごとになる。第８ワンシヨツトマルチ１６
７のＱ出力は第９ワンシヨツトマルチ１７０の立下リト
リガ入力に接続されている。

第９ワンシヨツトマルチ１７０の出力パルス幅はコンデ
ンサ１７１、抵抗１７２により決定され、３０μｓに設
定しである。第９ワンシヨツトマルチ１７０のＱ出力は
サイリスタ１５９のゲート端子に接続されており、第９
ワンシジツトマルチ１７０のＱ出力が「１」レベルにな
ると、サイリスタ１５９が導通し、電歪７クチユエータ
２００の電圧を抵抗１５８を介してショートするため、
電歪アクチュエータ２００は収縮する。

以上の構成における第４実施例の作動について以下第１
７図を参照して説明する。

所定の時期にトランジスタ１５２をオンすると、１次コ
イル１５１を流れる電流は時間と共に増加していくが、
トランジスタ１５４による電流制限領域まで上昇した時
点から一定電流となる。この電流値をｉとすると、１次
コイルには１／２Ｌｉ”なるエネルギーが蓄えられてい
ることになる。一方、ポンプの圧送行程が始まり高圧室
内の圧力が上昇すると電歪アクチュエータ２００は押圧
され電圧を発生する（第１７図（Ａ））。この発生電圧
が所定の値（ノズル開弁圧直前の所定の圧力に相当する
）になったとき、コンパレータ１６３の出力は「１」レ
ベルとなる（第１７図（Ｂ））。これにより第７ワンシ
ヨツトマルチ１６４がトリガされ、その出力頁は５ｍｓ
は間「０」レベルとなる（第１７図（Ｃ））。

このためトランジスタ１５２はオフし１次コイル１５１
に蓄えられていたエネルギーが高電圧となりダイオード
１５７を介して電歪アクチュエータ２００に印加される
（第１７図（Ａ））。この高電圧印加によって電歪アク
チュエータ２００は伸長し、可変容積室の圧力は上昇し
、ノズル開弁圧を越えるため、ノズルより燃料噴射を行
う。

一方、第７ワンシヨツトマルチ１６４のＱ出力は第８ワ
ンシヨツトマルチ１６７をトリガしく第１７図（Ｄ））
、さらに５００μｓ後第９ワンシヨツトマルチ１７０を
トリガするため第９ワンシヨツトマルチ１７０のＱ出力
にパルスが発生する（第１７図（Ｅ））。

これによりサイリスタ１５９が導通し、抵抗１５８を介
して電歪アクチュエータ２００をショートする（第１７
図（Ａ））。これにより、電歪アクチュエータ２００は
収縮し、可変容積室の圧力は下がり噴射が中断する。し
かし、プランジャは依然として右行して圧送を継続して
いるため、高圧室の圧力は再び上界しやがて噴射を再開
する。すなわち、電歪アクチュエータ２００に高電圧を
印加することによりパイロット噴射が実現できる。第７
ワンシヨツトマルチ１６４がトリガされて５　ｍ　ｓ後
、で出力は「１」レベルへ戻るため、トランジスタ１５
２は再び導通し、１次コイル１５１に電流を流す（第１
７図（Ｆ））。以上のようにして、所定の時期に電歪ア
クチュエータ２００に高電圧を印加することでパイロッ
ト噴射を行うことが可能である。

第４実施例では、電歪アクチュエータ２００に外部から
高電圧を印加することにより、これを伸長させてパイロ
ット噴射を行っているため、第１ないし第３実施例に比
べると、パイロット噴射可能なエンジン条件が拡大され
るという特長がある。

第４実施例の変形例として第１８図、第１９図を示す。

第１実施例と同じく電歪アクチュエータ２００の電荷の
放電光をバッテリ１０にしだ例（第１８図）およびサイ
リスタの電流制限を１次コイルを代用することで、損失
を無（し発熱を抑えたもの（第１９図）である。構成に
関しては第８図、第９図と同様なので説明は省略する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来形の装置に比較して、電歪アクチ
ュエータの伸縮量を大きくとれるため、パイロット噴射
の効果の向上が可能となり、騒音低減、エミッション低
減効果が大きい。さらに、高電圧により再分極が行われ
るため、直噴用の高圧下においても電歪アクチュエータ
の分極劣化を防止できる。

また、ＤＣＤＣコンバータを用いた高電圧発生回路を用
いる装置に比べ構成が極めて簡単であり、必要な時のみ
高電圧を発生させるから、整備中に感電の危険が少ない
という付随的な効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する回路図、第２図は本発
明の第１実施例としての電歪アクチュエータ駆動装置の
回路図、第３図は本発明を噴射ポンプの噴射率制御に適
用した場合の噴射率制御装置の構成を示す図、第４図は
電歪アクチュエータの圧縮荷重と発生電圧の関係を示す
特性図、第５図は電歪アクチュエータの端子電圧とショ
ート時の縮小の関係を示す特性図、第６図は第３図の装
置の動作を説明する図、第７図は第２図の装置の動作を
説明する波形図、第８図は本発明の第１実施例の変形例
を示す回路図、第９図は本発明の第１実施例の他の変形
例を示す回路図、第１０図は本発明の第２実施例の電歪
アクチュエータ駆動装置の回路図、第１１図は第１０図
の装置の１つの変形例を示す部分回路図、第１２図は第
１０図の装置の他の変形例を示す部分回路図、第１３図
は本発明の第３実施例の電歪アクチュエータ駆動装置の
回路図、第１４図は第１３図の装置の動作を説明する波
形図、第１５図は本発明の第４実施例の電歪アクチュエ
ータ駆動装置の動作を説明する図、第１６図は本発明の
第４実施例の装置の回路図、第１７図は第１６図の装置
の動作を説明する波形図、第１８図は第１６図の装置の
１つの変形例を示す部分回路図、および第１９図は第１
６図の装置の他の変形例を示す部分回路図である。 ２・・・インダクタ、　　　３・・・第１スイツチ、４
．６・・・ダイオード、７・・・抵抗、８・・・第２ス
イツチ、　１０・・・バッテリ、２０・・・１次コイル
、 ２００・・・電歪アクチュエータ、 ７００・・・噴射制御装置、 Ｐ・・・燃料噴射ポンプ、 Ｃ０ＮＴ　、　Ｃ０ＮＴ　’　、　Ｃ０ＮＴ　’・・・
コントローラ。 ２・・・インダクタ ３・・・第１スイツチ ４．６・・・ダイオード ７・・・抵抗 ８・・・第２スイツチ １０・・・バッテリ ２００・・・電歪アクチュエータ ＋０１・・・１次コイル　　　　　　　＋１３・・・第
１ワンシヨツトマルチ１０２・・・トランジスタ　　　
　　　１１６・・・第２１１０４・・・２次コイル　　
　　　　　　１１９・・・第３１＋０７・・・サイリス
タ　　　　　　　１２２・・・第４１１０Ｂ・・・ダイ
オード　　　　　　　肛・・・電歪アクチュエータ１１
２・・・コンノぐレータ 第３図 ７００・・・ｌ￥を射１！Ｉ御装置 蓮　佃　−田 ３　　　へｍ−−＝−曹Ｏ耶÷ 第９図 第１ｏ図 第１２図 第１３図 第１５図 第１６図 （ＣＱ　　（Ｊ　　Ｏ巴　　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直流電流を供給するバッテリ、 該バッテリからの電流を受けるインダクタ手段、該イン
   ダクタ手段に供給される電流をオン・オフする第１のス
   イッチ手段、 該インダクタ手段の電流遮断により発生する高電圧を受
   ける電歪アクチュエータ、 所定の荷重を受けて該電歪アクチュエータの端子電圧が
   所定の電圧に達した時電歪アクチュエータの放電を行い
   、該電歪アクチュエータを縮小して燃料噴射ポンプにお
   けるパイロット噴射を行うための第２のスイッチ手段を
   含む放電手段、および 該第１のスイッチ手段および該第２のスイッチ手段の動
   作を制御する制御手段、 を具備する電歪アクチュエータ駆動装置。 ２、該インダクタ手段は昇圧作用を有する変圧器である
   特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、該放電手段は該第２のスイッチ手段と直列に電流制
   限素子を含む特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の装置。 ４、該放電手段は直列に接続された該第２のスイッチ手
   段および電流制限素子により該電歪アクチュエータの一
   方の端子から該バッテリへ放電するようにした特許請求
   の範囲第２項記載の装置。 ５、該放電手段は、該第２のスイッチ手段により該電歪
   アクチュエータの一方の端子から該変圧器の１次巻線の
   該第１のスイッチ手段へ接続される側の端子へ放電する
   よう接続された特許請求の範囲第２項記載の装置。 ６、該放電手段は該第２のスイッチ手段により該電歪ア
   クチュエータの一方の端子から該インダクタ手段と該第
   １のスイッチ手段の接続点へ放電するよう接続された特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。 ７、直流電流を供給するバッテリ、 該バッテリからの電流を受けるインダクタ手段、該イン
   ダクタ手段とダイオードを介して直列に接続されたスイ
   ッチおよび定電流手段、 該ダイオードと該スイッチおよび定電流手段の接続点か
   ら高電圧を供給される電歪アクチュエータ、および 所定の荷重を受けて該電歪アクチュエータの端子電圧が
   所定の電圧に達した時放電を行い、該電歪アクチュエー
   タを縮小して燃料噴射ポンプにおけるパイロット噴射を
   行うべく該スイッチおよび定電流手段を動作させる制御
   手段、 を具備する電歪アクチュエータ駆動装置。 ８、該スイッチおよび定電流手段は、該制御手段からの
   制御信号をベースに受け該インダクタ手段からの電流を
   コレクタに受ける第１のトランジスタ、該第１のトラン
   ジスタのエミッタに一端が接続された抵抗、および、該
   第１のトランジスタのエミッタから接続されたベース、
   該抵抗の他端に接続されたエミッタ、および該第１のト
   ランジスタのベースから接続されたコレクタを有する第
   ２のトランジスタを具備する特許請求の範囲第７項記載
   の装置。 ９、直流電流を供給するバッテリ、 該バッテリからの電流を１次巻線の一方の端子に受ける
   昇圧用変圧器、 該変圧器の１次巻線の他方の端子から第１のダイオード
   を介して接続されたスイッチおよび定電流手段、 該変圧器の２次巻線から第２のダイオードを介して高電
   圧を供給される電歪アクチュエータ、該電歪アクチュエ
   ータの放電を行うためのスイッチ手段を含む放電手段、
   および 所定の荷重を受けて該電歪アクチュエータの端子電圧が
   所定の電圧に達した時電歪アクチュエータの充電を行う
   と共に、その直後に該放電を行い、該電歪アクチュエー
   タを伸長、縮小して燃料噴射ポンプにおけるパイロット
   噴射を行うために該スイッチ手段および該スイッチおよ
   び定電流手段の動作を制御する制御手段、 を具備する電歪アクチュエータ駆動装置。 １０、該放電手段は該スイッチ手段および電流制限素子
   の直列回路を含む特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１、該放電手段は該電歪アクチュエータ端子から該バ
   ッテリへと放電するようにした特許請求の範囲第１０項
   記載の装置。 １２、該放電手段は該電歪アクチュエータ端子から該変
   圧器と該第１のダイオードの接続点へ放電するようにし
   た特許請求の範囲第９項記載の装置。 １３、該スイッチおよび定電流手段は、該制御手段から
   の制御信号をベースに受け、該変圧器の１次巻線からの
   電流をコレクタに受ける第１のトランジスタ、該第１の
   トランジスタのエミッタに一端が接続された抵抗、およ
   び、該第１のトランジスタのエミッタから接続されたベ
   ース、該抵抗の他端に接続されたエミッタ、および該第
   １のトランジスタのベースから接続されたコレクタを有
   する第２のトランジスタを具備する特許請求の範囲第９
   項から１２項までのいずれか一項に記載の装置。