KR20030048377A

KR20030048377A - 연료 분사 장치

Info

Publication number: KR20030048377A
Application number: KR1020027015484A
Authority: KR
Inventors: 오시자와히데카즈; 다케카와요리유키
Original assignee: 가부시키가이샤 봇슈오토모티브시스템
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2003-06-19
Also published as: JP2001323858A; US6910463B2; US20040069872A1; EP1284357B8; WO2001088364A1; DE60124533D1; DE60124533T2; EP1284357B1; KR100706366B1; EP1284357A4; EP1284357A1

Abstract

커먼 레일(5)과 연료 분사 밸브(7)를 연결하는 공급 유로(6) 안에 역지 밸브(8)와 증압기(9)를 병렬로 삽입 연결하고, 유압회로(10)의 피스톤(10E)을 압전 액츄에이터(PA-1)에서 위치 결정 구동하고, 피스톤(10E) 안에 설치되어 저압부에 연결되어 통해 있는 포트(10Eb, 10Ec)와 실린더(10C)의 제1의 실(10A)의 개구(10Aa) 및 제2 실(10B)의 개구(10Ba)의 대향 상태를 제어함으로써, 증압기(9)의 실(9Db)의 압력 및 연료 분사 밸브(7)의 유실(7G)의 압력을 선택적으로 떨어뜨리고, 이것에 의해 연료 분사 밸브(7)의 연료유(7B)에 공급되는 연료의 압력을 커먼 레일(5)로부터의 고압 연료 또는 증압기(9)로부터의 증압 고압 연료 중의 어느 1개로 고속으로 전환하도록 했다.

Description

연료 분사 장치{FUEL INJECTION DEVICE}

고압 펌프로부터 압송(壓送)된 고압 연료를 커먼 레일 안에 축압(蓄壓)해 두고, 전기적으로 연산하여, 설정된 분사 타이밍으로 커먼 레일 안에 있는 고압 연료를 내연 기관의 각 실린더 안에 대응하는 연료 분사 밸브로 분사하도록 구성된 커먼 레일식 연료 분사 장치가 최근 널리 채용되는 것에 이르고 있다.

이 종류의 연료 분사 장치에 있어서, 양호한 운전 특성을 실현하기 위해서는, 예를 들면, 아이들링 때에는 소음을 저감해서 부드러운 회전을 확보하기 위하여, 커먼 레일 압을 비교적 저압으로 하고, 저 부하시는 연비 악화를 방지하기 위해 커먼 레일 압을 약간 높게 하는 것이 기대된다. 또한, 고 부하시는 흑연 및 미립자(particulate)(PM)의 발생을 줄이기 위해서 커먼 레일 압을 될 수 있는 한 높은 압력으로 할 것이 기대된다.

따라서, 커먼 레일 내 고압 연료를 모든 운전 영역에 있어서 그대로 연료 분사 밸브로 공급한 것만으로는 출력 부족이나 흑연의 발생 등의 문제가 생기게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서, 특개평8-21332호 공보에는, 커먼 레일로부터 공급되는 고압 연료의 압력을 증대시키기 위한 증압 피스톤을 설치하고, 그 증압 피스톤의 작동에 근거하는 고압 분사와 그 증압 피스톤의 비작동 상태에 대응하는 저압 분사를 컨트롤러에 의해 전환하여 실행하도록 한 커먼 레일식의 연료분사 장치가 개시되어 있다.

그러나 이 개시된 장치는, 커먼 레일로부터의 고압 연료 또는 증압 피스톤으로부터의 증압 고압 연료를 2개의 전자 밸브를 이용한 전환 제어에 의해 선택적으로 연료 분사 밸브에 공급하는 구성이기 때문에, 전자 밸브 및 그 구동 회로가 2조 필요하며, 비용이 높아지지 않을 수 없다. 또한, 이들 2개의 전자 밸브를 필요한 동기 관계를 가지고 구동시키지 않으면 안 되지만, 전자 밸브의 응답 특성의 변동이나 온도 변화에 대한 전자 밸브 특성 변화를 고려하면 요구되는 전환 특성을 사용 온도 범위 전역에 걸쳐서 확보하는 것은 어렵고, 제어 회로가 복잡해서 고가로 되지 않을 수 없고, 이 점으로부터 비용이 높아진다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 종래 기술에 있어서의 상기의 문제점을 해결할 수 있는 연료 분사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료 분사 밸브로의 공급 연료의 압력의 변경을 간단한 구성으로 상당히 신속하게 실행할 수 있게 한 연료 분사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연료 분사 밸브로의 공급 연료의 압력의 고속 전환을 위한 제어 회로의 소형화를 도모할 수 있게 한 연료 분사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 연료 분사 밸브로의 공급 연료의 압력 변경 시에 구동부에서 출력되는 전기적인 잡음 에너지의 레벨을 작게 억제할 수 있게 한 연료 분사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 커먼 레일 안에 축적된 고압의 연료를 연료 분사 밸브에 의해 내연 기관의 각 실린더 안에 분사 공급하도록 구성된 연료 분사 장치에 관한 것이다.

제1도는 본 발명에 의한 연료 분사 장치의 실시의 형태의 일례를 나타내는 구성도이다.

제2도는 제1도에 나타낸 연료 분사 장치 연료 분사 밸브의 분사 동작을 제어하기 위한 제어회로의 구체적 회로 예를 나타내는 회로도이다.

제3도는 제2도에 나타낸 제어 회로를 설치하기 위한 다층 배선 기판의 단면도이다.

본 발명에 의한 연료 분사 장치는, 고압 펌프에 의해 가압된 고압 연료를 축적해 두는 커먼 레일과, 니들 밸브와, 분사 연료유(燃料溜)와, 그 니들 밸브에 배압을 부여하기 위한 유실(油室)을 구비해서 이루어지는 연료 분사 밸브와, 그 분사 연료유와 상기 커먼 레일을 연결하여 통하게 하는 공급 유로와, 상기 고압 연료를 증압해서 상기 분사 연료유에 증압 고압 연료로서 송출하는 것이 가능하도록, 그 공급 유로 중에 배설된 증압기와, 전기적 액츄에이터를 구비해 상기 연료 분사유에 보내는 연료를 상기 커먼 레일로부터의 상기 고압 연료 또는 상기 증압기로부터의 상기 증압 고압 연료 중 어느 한쪽으로 전환하는 연료압 전환을 위한 전환 장치를 구비하고 있다.

상기 전환 장치는 상기 전기적 액츄에이터에 의해 구동되는 전환 밸브를 포함하고, 그 전환 밸브에 의해 상기 유실 및 또는 상기 증압기의 증압 피스톤 실을 저압부에 연결하여 통하게 함으로써, 상기 연료압 전환을 실행하도록 구성할 수 있다. 상기 전환 밸브는 상기 증압 피스톤 실에 연통하고 있는 제1의 실과 상기 유실에 연통하고 있는 제2의 실을 가지고, 상기 전기적 액츄에이터에 의해 위치 결정 제어되는 밸브체에 설치되어 저압부에 연결되어 통해 있는 포트를 상기 제1의 실 및 또는 상기 제2의 실에 연결하여 통하게 함으로써, 상기 연료압 전환을 실행하는구성으로서도 좋다.

상기 전환 밸브가, 상기 전기적 액츄에이터에 의해 위치 결정 구동되어 저압부에 연결되어 통해 있는 제1 및 제2의 포트가 설치되어 있는 피스톤과, 그 피스톤을 수용하고 있어 상기 증압 피스톤 실에 연결되어 통해 있는 제1의 실과 상기 유실에 연결되어 통해 있는 제2의 실이 설치되어 있는 실린더를 구비하고, 상기 압전(壓電) 액츄에이터에 의해 상기 피스톤을 상기 제1 및 제2의 포트가 상기 제1 및 제2의 실 중, 어느 것에도 연결되어 통해 있지 않는 제1위치와, 상기 제1 포트만을 상기 제2의 실에 연결시켜 통하게 하는 제2위치와 상기 제1의 포트를 상기 제2의 실에 연결시켜 통하게 함과 동시에 상기 제2의 포트를 상기 제1의 실에 연결시켜 통하게 하는 제3위치에 선택적으로 위치 결정할 수 있게 되어 있는 구성으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 연료 분사 장치는 상기한 구성의 연료 분사 장치에 있어서, 상기 전기적 액츄에이터를 구동하기 위한 제어 회로를 더 구비하고, 그 제어 회로가 적어도 3층인 인쇄 배선 기판 상에 조립할 수 있고, 또한 상기 전기적 액츄에이터를 구동하기 위한 회로의 고전압부의 고전압 쪽 배선이 상기 인쇄 배선 기판의 내층을 이용해서 실행되고 있다. 상기 인쇄 배선 기판은 상기 제어 회로를 조립할 수 있는 제1의 영역과 상기 제어회로 이외의 회로를 조립할 수 있는 제2의 영역으로 구획되어 있는 구성으로 할 수 있다.

상기 인쇄 배선 기판은 적어도 4층으로서, 상기 고전압부의 어스 쪽 배선도 상기 인쇄 배선 기판의 내층을 이용해서 실행되고 있는 구성으로 할 수 있다. 상기어스 쪽 배선을 베타 배선으로 함으로써, 불필요한 복사(輻射)를 감소시키도록 해도 좋다.

본 발명에 따르면, 커먼 레일로부터의 고압 연료를 증압하는 증압기를 설치하고, 고압 연료에 더해서 증압 고압 연료도 공급 가능하게 하여, 연료 분사 밸브로의 공급 연료를 고압 연료 또는 증압 고압 연료 중 어느 하나로 전환하는 것은 전기적 액츄에이터에 의해 실행된다. 압전 액츄에이터를 이용하면, 그 전환을 상당히 신속하게 실행할 수 있다. 또한 종래에 있어서 2개의 전자 밸브를 소요의 주기를 유지하면서 구동 제어하고 있던 것과 달리, 1개의 전기적 액츄에이터에 의해 전환 밸브 형식으로 순간에 연료압 전환을 실행할 수 있으므로, 액츄에이터의 특성의 변동이나 온도 특성 등을 고려하지 않아도 되고, 그 구동 제어를 위한 전기적 회로의 구성이 간단하게 되어 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 압전 액츄에이터와 같은 전기적 액츄에이터를 위한 제어 회로를, 다층 인쇄 배선 기판을 이용하고, 고전압부의 고전압 쪽 배선이 내층을 이용해서 실행되도록 했으므로, 고압 전원의 전압을 전기적 액츄에이터에 고속으로 전환해서 인가해도, 내층은 절연물로 피복되어 있기 때문에, 절연 내압이 높아서 절연 불량이 생기기 어렵다. 이 때문에, 고밀도 배선을 실행해서 소형화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 고전압을 사용하는 데에도 불구하고 고집적화를 도모할 수 있다. 또한, 고속화 때문에 구동 전압을 높게 하는 것이 요구되지만, 상기와 같은 절연 성능이 우수하기 때문에, 이 요구에도 대응할 수 있고, 고전압을 인가한 고속도 구동이 가능하고, 정확하고 재빠르게 연료 분사를 실현할 수 있다.

또한, 내층을 이용한 어스 회로의 배선을 베타 배선으로 함으로써, 인쇄 배선 기판으로부터의 불필요한 복사의 레벨을 상당히 저하시켜서, 잡음 신호의 발생을 양호하게 억제할 수 있다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 연료 분사 장치의 한 실시예를 나타내는 구성도이다. 연료 분사 장치(1)는 차량의 구동용에 이용되는 내연 기관(도시하지 않음)에 연료를 분사 공급하기 위한 커먼 레일식의 연료 분사 장치로서, 연료 탱크(2) 안에 있는 연료(3)를 고압 펌프(4)에 의해 가압해서 커먼 레일(5) 안에 축압하고, 커먼 레일(5) 안에 축압된 고압 연료가 유로(6A, 6B)를 구비해서 이루어지는 공급 유로(6)를 통해 후술하는 바와 같이 하여 연료 분사 밸브(7)에 공급되도록 구성되어 있다.

연료 분사 밸브(7)는 도시하지 않는 내연 기관의 복수의 실린더 중 1개의 실린더에 장치할 수 있으며, 연료 분사 밸브(7)에 의해 이 실린더 안에 고압의 연료를 직접 분사하기 위한 것이다. 제1도에서는 연료 분사 밸브(7)가 1개 밖에 나타내고 있지 않지만, 연료 분사 밸브(7)는 내연 기관의 실린더 개수와 같은 수만큼 각 실린더에 대응해서 준비되어 있다.

연료 분사 밸브(7)의 기본 구성 그 자체는 공지되어 있다. 연료 분사 밸브(7)는 그 선단에 복수개로 뚫어 형성된 연료 분사용의 분사 구멍(7A) 및 그 분사 구멍(7A)에 공급되는 연료를 저유(貯溜)하는 연료유(7B)를 구비한 노즐(7C)을 가지고 있다. 노즐(7C) 내에는 연료유(7B)와 분사 구멍(7A)의 소통을 제어하는 니들 밸브(7D)가 접어지는 운동이 자유롭게 수용되어, 니들 밸브(7D)는 노즐 홀더(7E) 안에 수장(收藏)된 스프링(7F)에 의해 상시 폐쇄 방향으로 힘이 가해지고 있다. 노즐 홀더(7E) 안에는 유실(7G)이 형성되고 있어, 그 유실(7G) 안에 니들 밸브(7D)에 대하여 같은 축에 유압 피스톤(7H)이 접어지는 운동이 자유롭게 끼워져 장착되어 있다. 유실(7G)은 오리피스(7I) 및 유로(6C)를 통하여, 유로(6B)가 연결되어 있는 연료유(7B)와 접속되어 있다.

이 결과, 유실(7G)에 고압의 연료를 공급함으로써, 니들 밸브(7D)에 그 연료 압력에 따른 배압을 부여할 수 있고, 이 배압에 의해 니들 밸브(7D)를 분사 구멍(7A)을 향해 꽉 눌러 두는 것이 가능하게 되어 있다.

공급 유로(6)에는 역지 밸브(8)가 도시한 것처럼 설치되어 있다. 즉, 유로(6A)와 유로(6B) 사이에 역지 밸브(8)가 설치되고 있고, 이것에 의해 커먼 레일(5) 안에 있는 고압 연료가 공급 유로(6)를 통해서 연료유(7B)를 향해서 공급되는 것은 허용하지만, 연료유(7B)로부터 커먼 레일(5) 쪽으로 연료가 공급 유로(6)를 통해서 역류하는 것은 허용하지 않는 구성으로 되어 있다.

커먼 레일(5)로부터의 고압 연료를 증압하고 또한 높은 압력의 증압 고압 연료를 연료유(7B)에 공급할 수 있게 하기 위해서, 역지 밸브(8)와 병렬로 증압기(9)가 연결되어 있다. 증압기(9)는 큰 직경 피스톤(9A)과 작은 직경 피스톤(9B)이 일체로 형성되어서 이루어지는 증압 피스톤(9C), 큰 직경 피스톤(9A)이 끼워져 있는 큰 직경 실린더(9D), 작은 직경 피스톤(9B)이 끼워져 있는 작은 직경 실린더(9E) 및 피스톤 복귀 스프링(9F)을 구비하고 있다. 작은 직경 실린더(9E)의 증압실(9Ea)은 유로(6D)를 통해서 연료유(7B)에 연결되어 통해 있어 큰 직경 실린더(9D)의 실(9Da)이 유로(6E)를 통해서 커먼 레일(5)에 연결되어 통하게 됨으로써, 증압기(9)가 역지 밸브(8)에 대하여 병렬로 연결되어 있다. 또한, 큰 직경 실린더(9D)의 다른 실(9Db)과 실(9Da)은 오리피스(9G)에 의해 접속되어 있다. 증압기(9)는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 작은 직경 실린더(9E)의 증압실(9Ea)로부터 큰 직경 피스톤(9A)과 작은 직경 피스톤(9B)의 면적비에 따라서 증압 고압 연료를 출력할 수 있다.

역지 밸브(8)와 증압기(9)는 이상과 같이 병렬 연결되어 있으므로, 증압기(9)가 작동해서 증압실(9Ea)로부터 증압 고압 연료가 송출되면, 역지 밸브(8)는 커먼 레일(5) 쪽에서도 연료유(7B) 쪽이 고압이 되므로 역지 밸브(8)는 폐쇄 상태가 되고, 연료유(7B)에는 커먼 레일(5)로부터의 고압 연료를 대신해서 증압기(9)로부터의 증압 고압 연료가 공급되게 된다. 한편, 증압기(9)가 작동하고 있지 않고, 증압실(9Ea)의 압력이 커먼 레일(5) 안에 있는 고압 연료보다 저압이 되면, 역지 밸브(8)는 개방 상태가 되어 커먼 레일(5) 안에 있는 고압 연료가 역지 밸브(8)를 통과해서 연료유(7B)에 공급된다.

부호 '10'으로 나타내는 것은 연료 분사 밸브(7)의 연료유(7B)에 공급되는 연료를 커먼 레일(5)로부터의 고압 연료 또는 증압기(9)로부터의 증압 고압 연료 중 어느 1개로 전환하는 연료압 전환을 위한 유압 회로이다.

유압 회로(10)는 유로(11) 및 오리피스(12)에 의해 유실(7G)과 연결되어 있는 제1의 실(10A)과 유로(13)에 의해 실(9Db)과 연결되어 있는 제2의 실(10B)이 형성된 실린더(10C)와, 실린더(10C)의 피스톤 수용 구멍(10D) 안에 작동할 수 있게 설치되어 있는 피스톤(10E)으로 이루어지는 전환 밸브를 포함하고, 피스톤(10E)에는 피스톤(10E)을 피스톤 수용 구멍(10D) 안에서 그 축 방향 위치 결정 때문에 구동하는 압전 액츄에이터(PA-1)가 연결되어 있다.

피스톤(10E) 안에는 저압부에 연결되어 통해 있는 배기 통로(10Ea)가 그 축 방향을 따라 형성되어 있고, 이 배기 통로(10Ea)에 연결되어 통해 있는 한 쌍의 포트(10Eb, 10Ec)가 형성되어 있다.

한편, 실(10A)에는 피스톤 수용 구멍(10D)을 들여다보는 개구(10Aa)가 형성되고, 실(10B)에는 피스톤 수용 구멍(10D)을 들여다보는 개구(10Ba)가 형성되어 있다. 이들 개구(10Aa, 10Ba)의 형성 위치는 실린더(10C)의 축 방향을 따라서 어긋나고 있어, 이것에 의해 피스톤(10E)이 개구(10Aa, 10Ba)를 동시에 가로막는제1위치(제1도에 나타내는 위치), 개구(10Aa) 만을 배기 통로(10Ea)에 연결시켜 통하게 하는 제2위치 및 개구(10Aa, 10Ba)를 동시에 배기 통로(10Ea)에 연결시켜 통하게 하는 제3위치 중 어느 하나를 취할 수 있도록 되어 있다.

압전 액츄에이터(PA-1)는 피스톤(10E)을 상기 제1 내지 제3위치 중 어느 하나에 위치 결정시키기 위한 액츄에이터다. 압전 액츄에이터(PA-1)는 거기에 인가되는 전압에 의해 축 방향의 길이가 매우 응답성 좋게 변화되도록 구성된 것이며, 압전 액츄에이터(PA-1)는 제어 회로(14)로부터 인가되는 제어전압 신호(Ⅴ)에 응답해서 피스톤(10E)의 위치 결정을 실행하는 구성으로 되어 있다.

이어서, 연료 분사 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다. 전환 밸브의 밸브체로서 일하는 피스톤(10E)이 제1위치에 있으면, 증압기(9)의 실(9Db)의 압력은 유압 회로(10)를 통해서 배기되는 일없이, 오리피스(9G)에 의해 실(9Da)과 실(9Db)의 압력은 동시에 고압 연료의 압력과 같게 되어 큰 직경 피스톤(9A)에 차압이 작용하지 않는다. 따라서, 증압기(9)에 의한 고압 연료 증압 동작이 실행되는 일이 없다. 한편, 이 때 연료 분사 밸브(7)의 유실(7G)의 압력도 유압 회로(10)를 통해서 배기되는 일없이, 오리피스(7I)에 의해 연료유(7B)와 유실(7G)의 압력은 같아진다. 이 결과, 연료 분사 밸브(7)는 스프링(7F)의 힘에 의해 폐쇄 상태로 유지된 채로 있는다.

피스톤(10E)이 제1위치부터 제2위치로 전환되면, 포트(10Eb)가 제1의 실(10A)을 엿보고, 유실(7G)의 압력이 오리피스(12)를 통해서 저압 쪽으로 배기되기 때문에, 유압 피스톤(7H)에 작용하던 배압이 제거된다. 커먼 레일(5)로부터는고압연료가 역지 밸브(8)를 통해서 연료 분사 밸브(7)의 연료유(7B)에 공급되고 있으므로, 연료유(7B)의 압력이 기름량(7G)의 압력보다도 높아져, 니들 밸브(7D)가 들어올려 지고 분사 구멍(7A)으로부터 고압 연료가 실린더 안으로 분사된다.

피스톤(10E)이 다시 제2위치부터 제3위치로 전환할 수 있으면, 포트(10Ec)가 제2의 실(10B)을 엿보게 됨과 동시에 포트(10Eb)도 아직 제1의 실(10B)을 들여다보고 있어, 이것에 의해 유실(7G)에 더해서 실(9Db)도 유압 회로(10)를 통해서 저압부와 연결되어 통하게 된다.

이 결과, 실(9Db)의 압력이 떨어지고 큰 직경 피스톤(9A)의 양면에 작용하는 압력에 차압이 생겨서 증압기(9)가 작동 상태가 되므로, 증압실(9Ea)에서 고압연료가 증압됨으로써 얻어진 증압 고압 연료가 연료 분사 밸브(7)의 연료유(7B)에 보내져서 증압 고압 연료가 분사 구멍(7A)으로부터 대응하는 실린더 안으로 분사된다.

이렇게, 압전 액츄에이터(PA-1)가 제어 전압 신호(Ⅴ)에 응답해서 피스톤(10E)을 제1위치로 위치 결정됐을 경우에는 분사 정지 모드로 되고, 제2위치로 위치 결정됐을 경우에는 고압 연료 분사 모드로 되고, 제3위치로 위치 결정됐을 경우에는 증압 고압 연료 분사 모드로 된다.

따라서, 압전 액츄에이터(PA-1)에 구동 제어 회로(14)로부터 공급되는 제어 전압 신호(Ⅴ)의 값을 적시에 제어해서 피스톤(10E)을 위치 결정 제어하는 것만으로, 고압 연료 또는 증압 고압 연료의 분사의 온, 오프를 제어할 수 있는 것은 물론, 분사 정지 모드, 고압 연료 분사 모드, 증압 고압 연료 분사 모드 사이에서의 전환을 적시에, 또한 매우 응답성 좋게 실행할 수 있다. 이 결과, 예를 들면, 내연기관의 운전 상태에 의해 증압 고압 연료 분사 모드로부터 고압 연료 분사 모드로 전환하는 것도 단지 제어 전압 신호(Ⅴ)의 전압 레벨을 변경하는 것만으로 가능하고, 종래와 같이 2개의 전자 밸브를 동기시켜서 제어하여야 하는 복잡한 제어가 불필요하게 되므로 제어 회로가 간단하게 되고, 비용 절감을 기대할 수 있음과 함께 제어성도 현저하게 향상시킬 수 있다.

제2도에는 제1도에 나타낸 연료 분사 장치(1)의 연료 분사 밸브(7)의 분사 동작을 제어하기 위한 제어 회로(14)의 구체적 회로의 일례를 나타내고 있다. 이미 설명한 바와 같이, 제1도에서는 연료 분사 밸브(7) 및 이것에 대응해서 설치된 증압기(9) 및 유압 회로(10)만이 나타나고 있지만, 실제로는 연료 분사 밸브(7), 증압기(9) 및 유압 회로(10)는 1조가 아니고, 내연 기관의 실린더 개수에 따른 조의 개수만큼 설치되어 있다. 여기에서는 6실린더의 경우의 예가 나타나고 있다. 따라서, 연료 분사 밸브, 증압기 및 유압 회로는 6조 설치되어 있으므로, 압전 액츄에이터(PA-1) 외에 제1도에는 나타나지 않고 있는 그외 5조 분의 압전 액츄에이터(PA-2~PA-6)가 제어 회로(14)에 의해 구동 제어되는 구성으로 되어 있다. 여기에서, 압전 액츄에이터(PA-1)는 제1실린더에 설치되어 있는 연료 분사 밸브에 대응하는 것을 의미하는 것으로 한다. 압전 액츄에이터(PA-1, PA-3, PA-5)의 각 일단은 커넥터(Cl)에 공통으로 접속되고, 압전 액츄에이터(PA-2, PA-4, PA-6)의 각 일단은 커넥터(C2)에 공통 접속되어 있다. 그리고 압전 액츄에이터(PA-1~PA-6)의 각 타단은 커넥터(C3~C8)들에 각각 접속되어 있다.

제어 회로(14)에 있어서, '21'은 저압의 직류 전원이며, 전원(21)의 출력 전압(Vcc)은, 코일(22)과 스위칭 트랜지스터(Tl)와 다이오드(Dl)로 구성되는 승압 회로에 의해 승압되고, 이것에 의해 얻어진 250Ⅴ정도의 고전압(VH)이 콘덴서(Cll)에 충전되게 되어 있다. 고전압(VH)이 공급되어 있는 고전압부(30)는 스위칭 트랜지스터(T2~T5), 다이오드(D2~D5) 및 저항기(Rl, R2)가 도시한 것처럼 접속되어 이루어지고 있다. 콘덴서(Cll)에 충전된 고전압(VH)은 스위칭 트랜지스터(T2)를 통해서 스위칭 트랜지스터(T4 및 T5)에 공급된다.

스위칭 트랜지스터(T4)는 커넥터(Cl)를 통해서 압전 액츄에이터(PA-1, PA-3, PA-5)의 각 일단에, 스위칭 트랜지스터(T5)는 커넥터(C2)를 통해서 압전 액츄에이터(PA-2, PA-4, PA-6)의 각 일단에 각각 접속되어 있다. 따라서, 스위칭 트랜지스터(T2)가 온의 경우에 스위칭 트랜지스터(T4)를 온으로 하면, 고전압(VH)을 압전 액츄에이터(PA-1, PA-3, PA-5)의 각 일단에 인가할 수 있다. 마찬가지로, 스위칭 트랜지스터(T5)를 온으로 하면, 고전압(VH)을 압전 액츄에이터(PA-2, PA-4, PA-6)의 각 일단에 인가할 수 있다.

압전 액츄에이터(PA-1~PA-6)의 각 타단에는 커넥터(C3~C8)를 통해서 스위칭 트랜지스터(T6~Tll)가 도시한 것처럼 접속되어 있고, 스위칭 트랜지스터(T6~Tll)를 선택적으로 온으로 하면, 대응하는 압전 액츄에이터의 타단을 어스 전위로 할 수 있는 구성으로 되어 있다.

제어 회로(14)는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 예를 들면, 스위칭 트랜지스터(T2)를 온으로 한 상태에서, 스위칭 트랜지스터(T4)와 스위칭 트랜지스터(T6)를 동시에 온으로 하면, 압전 액츄에이터(PA-1)에 고전압(VH)을 인가할 수 있다.이 때, 스위칭 트랜지스터(T2)를 연속적으로 온으로 하는 것이 아니라, 스위칭 트랜지스터(T2)의 기초로 펄스 전압을 인가하고, 그 충격비(duty ratio)를 적시에 설정해서 스위칭 트랜지스터(T2)의 온 동작을 듀티(duty) 제어함으로써, 압전 액츄에이터(PA-1)에 인가되는 전압 레벨을 고전압(VH)의 1/2의 레벨로 할 수 있다. 즉, 스위칭 트랜지스터(T2) 및 스위칭 트랜지스터(T4~T11)의 도통 상태를 적시에 제어함으로써, 소요의 압전 액츄에이터에 대하여, 전압의 비인가 상태, 고전압(VH)의 1/2의 레벨의 전압 인가, 고전압(VH)의 인가의 3개 중 어느 하나의 상태로 할 수 있다. 여기에서는, 전압의 비인가에 의해 분사 정지 모드로 되고, 고전압(VH)의 1/2의 레벨의 전압인가에 의해 고압 연료 분사 모드로 되고, 고전압(VH)의 인가에 의해 증압 고압 연료 분사 모드로 되도록 구성되어 있다. 이 모드 전환은, 스위칭 트랜지스터(T2 및 T4~T11)의 제어 신호 입력 단자(Y2 및 Y4~Y11)에 도시하지 않는 회로로부터 제어용의 펄스 신호를 부여함으로써 실행할 수 있다. 또한, 스위칭 트랜지스터(T1)의 에미터 회로, 콘덴서(Cll)의 어스 쪽, 스위칭 트랜지스터(T3)의 에미터 회로는 어스 쪽 전위로 되어 있다.

제어 회로(14)는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 스위칭 트랜지스터(T2)를 듀티 제어함으로써, 압전 액츄에이터(PA-1~PA-6)에 인가하는 전압을 VH 또는 VH/2로 제어함과 동시에, 스위칭 트랜지스터(T3~Tll)를 선택적으로 온, 오프 제어하고, 압전 액츄에이터(PA-1~PA-6)에 의해 대응하는 피스톤을 제1, 제2 또는 제3위치로 위치 결정할 수 있다. 또한, 스위칭 트랜지스터(T6~T11)를 개방했을 때에 발생하는 압전 액츄에이터(PA-1~PA-6)로부터의 전하 방출은 스위칭 트랜지스터(T3)를 폐쇄함으로써 외부로 방출되고 압전 액츄에이터의 응답성을 향상시키고 있다.

제2도에 나타낸 회로 구성의 제어 회로(14)는 제3도에 나타낸 바와 같이 2개의 바깥층(41, 42)과 2개의 내층(43, 44)이 도시한 것처럼 형성되어 있는 층의 인쇄 배선 기판(40) 상에 조립할 수 있으며, 그 제1영역(40A)에 구동 제어 회로(14)가 설치되어 있고, 그 제2영역(40B)에 제어 회로(14) 이외, 즉 압전 액츄에이터의 구동 제어를 위한 이외의, 그 밖의 회로, 예를 들면, 각 연료 분사 밸브의 개방 밸브, 폐쇄 밸브 타이밍을 연산하기 위한 회로 등이 설치되어 있다.

그리고, 제1영역(40A)에 있어서는 코일(22)과 다이오드(Dl)의 접속 배선부에서 커넥터(Cl, C2)까지의 고압 배선부가 내층(43)을 이용해서 이루어지고, 이 고압 배선부의 어스 쪽 배선이 내층(44)을 이용해서 이루어지는 구성으로 되어 있다. 나머지 바깥층(41, 42)은 그 밖의 배선을 위해 사용되고 있다.

한편, 제2영역(40B)에 있어서는 내층(43)은 그 밖의 회로의 고압 쪽 배선에 사용되고, 내층(44)은 그 밖의 회로의 어스 회로의 배선에 사용되고 있다. 그리고 바깥층(41, 42)은 그 밖의 회로를 위한 다른 배선에 사용되고 있다. 본 실시예에서는, 내층(44)을 이용한 어스 회로의 배선은 베타 배선으로서 이것에 의해 인쇄 배선 기판(40)으로부터의 불필요한 복사의 레벨을 상당히 저하시켜, 잡음 신호의 발생을 양호하게 억제할 수 있도록 하고 있다. 또한, 어스 회로의 배선은 반드시 내층(44)으로 할 필요는 없고 바깥층(41, 42)을 이용할 수도 있다.

제어 회로(14)는 인쇄 배선 기판(40)을 이용해서 이상과 같이 배선되므로, 고압 전원(21)으로서 예를 들면 250V 정도의 전압을 사용해 이 전압을 압전 액츄에이터에 고속으로 전환하여 인가해도, 내층(43)은 절연물로 피복되어 있기 때문에, 절연 내압이 높아 절연 불량이 생기기 어렵다. 이 때문에, 고밀도 배선을 실행해서 소형화를 도모하는 것이 가능하게 되고, 고전압을 사용하는 데에도 불구하고 고집적화를 도모할 수 있다. 또한, 고속화 때문에 구동 전압을 높게 하는 것이 요구되지만, 상기와 같이 절연 성능이 우수하므로 이 요구에도 대응할 수 있고, 고전압을 인가한 고속도 구동이 가능하게 되어, 정확하고 재빠른 연료 분사를 실현할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 연료 분사 장치는 차량 기타의 각종 장치의 구동용 내연 기관의 실린더에 연료를 직접 분사 공급할 경우에 기관의 운전 특성을 개선하는데 유용하다.

Claims

고압 펌프에 의해 가압된 고압 연료를 축적해 두는 커먼 레일;

니들 밸브와, 분사 연료유와, 그 니들 밸브에 배압을 부여하기 위한 유실을 구비하여 이루어지는 연료 분사 밸브;

그 분사 연료유와 상기 커먼 레일을 연결하여 통하는 공급 유로;

상기 고압 연료를 증압해서 상기 분사 연료유에 증압 고압 연료로서 송출할 수 있도록 그 공급 유로 중에 설치된 증압기; 및

전기적 액츄에이터를 구비해 상기 연료 분사유에 보내는 연료를 상기 커먼 레일로부터의 상기 고압 연료 또는 상기 증압기로부터의 상기 증압 고압 연료 중 어느 1개로 전환하는 연료압 전환을 위한 전환 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제1항에 있어서, 상기 전환 장치가 상기 전기적 액츄에이터에 의해 구동되는 전환 밸브를 포함하고, 그 전환 밸브에 의해 상기 유실 및 또는 상기 증압기의 증압 피스톤 실을 저압부에 연결하여 통하게 함으로써 상기 연료압 전환을 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제2항에 있어서, 상기 전환 밸브가 상기 증압 피스톤 실에 연결하여 통해 있는 제1의 실과 상기 유실에 연통하고 있는 제2의 실을 가지고, 상기 전기적 액츄에이터에 의해 위치 결정 제어되는 밸브체에 설치되어 저압부에 연결하여 통해 있는 포트를 상기 제1의 실 및 또는 상기 제2의 실에 연결하여 통하게 함으로써, 상기 연료압 전환을 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제3항에 있어서, 상기 전환 밸브가 상기 전기적 액츄에이터에 의해 위치 결정 구동되어 저압부에 연결되어 통해 있는 제1 및 제2의 포트가 설치되어 있는 피스톤과, 그 피스톤을 수용하고 있어 상기 증압 피스톤 실에 연결되어 통해 있는 제1의 실과 상기 유실에 연결되어 통해 있는 제2의 실이 설치되어 있는 실린더를 구비하고, 상기 전기적 액츄에이터에 의해 상기 피스톤을 상기 제1 및 제2의 포트가 상기 제1 및 제2의 실 중 어느 것에도 연결되어 통해 않는 제1의 위치와, 상기 제1의 포트만을 상기 제2의 실에 연통시키는 제2의 위치와, 상기 제1의 포트를 상기 제2의 실에 연결하여 통하게 함과 동시에 상기 제2의 포트를 상기 제1의 실에 연결시켜 통하게 하는 제3의 위치에 선택적으로 위치 결정할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제1항에 있어서, 연료가 상기 증압기와 병렬로 상기 공급 유로 안을 상기 분사 연료유로부터 상기 커먼 레일을 향해서 흐르는 것을 방지하기 위한 역류 방지용 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적 액츄에이터가 압전액츄에이터인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기적 액츄에이터를 구동하기 위한 제어 회로를 더 포함하며, 그 제어 회로가 적어도 3층의 인쇄 배선 기판 상에 조립되어 있고, 또한 상기 전기적 액츄에이터를 구동하기 위한 회로의 고전압부의 고전압 쪽 배선이 상기 인쇄 배선 기판의 내층을 이용해서 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제7항에 있어서, 상기 인쇄 배선 기판이 상기 제어 회로를 조립할 수 있는 제1의 영역과 상기 제어 회로 이외의 회로를 조립할 수 있는 제2의 영역으로 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제7항에 있어서, 상기 인쇄 배선 기판이 적어도 4층으로서 상기 고전압부의 어스 쪽 배선도 상기 인쇄 배선 기판의 내층을 이용해서 이루어지고 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
제9항에 있어서, 상기 어스 쪽 배선이 베타 배선인 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.