JPH01277676A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JPH01277676A
JPH01277676A JP10392188A JP10392188A JPH01277676A JP H01277676 A JPH01277676 A JP H01277676A JP 10392188 A JP10392188 A JP 10392188A JP 10392188 A JP10392188 A JP 10392188A JP H01277676 A JPH01277676 A JP H01277676A
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JP
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injection
displacement
valve
fuel
control
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JP10392188A
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Haruo Watanabe
春夫 渡辺
Ichiro Nakamura
一朗 中村
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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、燃料噴射装置に係り、特に希薄燃焼エンジン
等の噴射率制御に好適な燃料噴射装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来の噴射率制御可能な燃料噴射装置としては。
一定高圧燃料源から供給される高圧燃料を高速電磁弁で
流量制御して、自動弁タイプの噴射弁へ供給することに
より、噴射率を制御するようになっていた。
なお、この種の装置に関連するものには、例えば特開昭
61−8462号公報が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、基本的に噴射率制御に電磁弁を用いる
ものであり、エンジンの全ての回転数域における応答性
が十分ではない、また、応答性を改善するため電磁弁に
代えて、圧電素子駆動弁にすることも考えられるが、こ
の場合、たとえば数10Vの制御電圧では10μm以下
の変位しか得られず実用性が乏しい6すなわち、従来技
術では、十分な噴射率制御が困難であるという問題点が
あった。そのため、エンジンは、燃料消費率、出力。
排ガスの制御に限界があった。また、応答性が不十分の
ためアイドリング回転数域において回転変動が生じやす
く、振動、騒音の原因になるなどの不具合があった。
本発明の目的は、応答性に優れた圧電素子を用い、かつ
実用レベルの変位の得られる噴射率制御構造をもつ燃料
噴射装置を提供し、これにより。
エンジンの燃焼を制御、改善し、空燃比の大きい希薄燃
焼のエンジン制御を実現することにある。
この結果、エンジンの燃料消費率、出力を向上させ、排
ガスの浄化、振動、騒音の小さいエンジン制御を可能に
するものである。
ciu題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために1本発明に係る燃料噴射装置
の構成は、一定高圧燃料圧力源から供給される高圧燃料
を噴射弁に供給すべき制御弁と、その高圧燃料をエンジ
ン気筒あるいは吸気管内に噴射すべき噴射弁とを有する
燃料噴射部と、その高圧燃料の噴射時期、噴射時間、お
よび噴射率の信号を発生する制御部とからなる燃料噴射
装置において、上記制御弁は、駆動源となる圧電素子と
、圧電素子の変位を拡大して弁体に伝える変位拡大機構
と、この変位拡大機構を介して配置され、上記噴射弁へ
供給する燃料流量を制御する制御弁本体とを備えたもの
である。
なお付記すると、上記目的は、一定高圧燃料圧力源から
供給される高圧燃料を、自動弁タイプの噴射弁に制御弁
を介して供給する構成とし、制御弁を噴射率指令に応じ
て開動作させる弁駆動源として、圧電素子と圧電素子の
変位を拡大する機構とを用いることにより達成される。
〔作用〕
上記の技術的手段による働きを以下に述べる。
制御弁本体は、制御部からの噴射時期、噴射率、および
噴射時間の信号(すなわち噴射率パターン信号)により
開閉するストロークの変わる2方向弁(スプール弁)で
、この信号の間だけ開動作し、高圧燃料を自動弁タイプ
の噴射弁へ供給する。
制御弁は、制御部からの噴射率パターン信号により、圧
電素子がδ変位し、変位拡大機構の力点に相当する部分
をδだけ変位させる。それにより、変位拡大機構は、支
点に相当する個所を中心に作用点に相当する個所を、(
作用点−支点)の長さ/(力点−支点)の長さに相当す
る増幅倍率nで圧電素子の変位δを増幅する。この作用
点に相当する個所で制御弁本体に係る2方向弁を直接駆
動する。
これにより、制御弁本体のストローク又は、X=nδが
得られ、このストロークX分、高圧燃料は自動弁タイプ
の噴射弁に供給される。
噴射弁は、ニードルが圧力に応じてリフトし燃料を噴射
する。
このとき、圧電素子に加える電圧を変えることにより、
制御弁本体のストロークは変わるから。
噴射率の制御は可能となる。
なお、変位拡大機構の増幅倍率をできるだけ大きく、か
つ、できるだけ軽量とすることが望ましい。
〔実施例〕
以下、本発明の各実施例を第1図ないし第8図を参照し
て説明する。
第1図は、本発明の燃料噴射装置の基本構成を示すブロ
ック図、第2図は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装
置に用いる噴射率制御噴射弁の断面図、第3図は、第2
図中の変位拡大機構部の拡大断面図、第4図は、第3図
の上面図、第5図は。
指令電圧に対する圧電素子の変位、制御弁スプールの変
位、および噴射率の各関係を示す線図、第6図、第7図
は、噴射率パターン信号に対する噴射率波形を示す線図
である。
第1図において、1は、燃料をエンジン気筒あるいは吸
気管内に噴射するに必要な一定燃料圧力を発生する高圧
燃料発生装置、2はアキュムレータ、3は、燃料の噴射
時期、噴射時間および噴射率の信号(以下噴射率パター
ン信号という)を発生する制御部、4は、制御部3から
の噴射率パターン信号に応じであるストローク開動作す
る2方向弁で構成される制御弁、5は、自動弁タイプの
噴射弁である。
ここで制御弁4と噴射弁5を一体に構成した噴射率制御
噴射弁6について、その構成および動作を第2図を参照
して説明する。
なお、第2図以降、同一符号は同一個所を示している。
自動弁タイプの噴射弁5は、弁ケース7、ニードル8、
このニードル8を常時閉方向に押しつけるリターンばね
9、スペーサ10を構成要素としている。
11は噴口部で、P n’  は制御燃料圧力ポート、
P6はドレンポートを示す。
なお、第2図は、噴射率信号が零のときの状態を示して
いる。
次に、制御弁4は、制御弁本体に係る2方向のスプール
弁14と、その駆動源15とを主構成要素としている。
スプール弁14は、弁ボデイ16、スプール17、リタ
ーンばね18から構成されており、スプール17は、予
圧縮されたリターンばね18により、前記ニードル8同
様に常時閉方向にテーバシール部28が弁ボデイ16に
押し付けられている。
駆動源15は、電圧に応じて変位する圧電索子19、圧
電索子19の変位を拡大する変位拡大機構20を主構成
要素としている。
圧電素子19の両端には、ボール21.21’を配置し
、このボール21.21’ を保持し、かつ、圧電素子
19とボール21,21’を一体配置するためのシート
22.22’ を介設している。
23は、圧電素子19のケーシングで、変位拡大機構2
0と一体に結合され、かつ、圧電素子19の初期位置を
WR整するためのiuiねじ24および圧電素子の初期
位置固定のためのロックナイト25を具備している。2
6は、これら駆動源全体のケーシングであり、制御弁4
の弁ボデイ16と一体に結合されている。スプール17
への駆動力の伝達は、基本的には全て点接触で行われる
ように配慮し、スプール17の右端部にはボール27を
配置している。また、駆動力伝達部はいずれの個所もガ
タなく当接されるよう微小のセット力を付与して組立て
る。Psは高圧燃料圧力ポート、Pnは、噴射弁5の前
記制御燃料圧力ボートP n /  と連通する制御燃
料圧力ボートである。
第3図および第4図は、圧電索子19の変位拡大機構2
0の詳細を拡大して示すものである。
変位拡大機構20は、圧電素子19のケーシング23と
結合されるベース部20−1と、アーム部20−2と、
支点部20−3とからなる高剛性弾性体を材料としてい
る弾性ヒンジである。2〇−4は、圧電索子19の変位
(力)を受ける力点で、20−5は、スプール17に変
位(力)を伝達する作用点である。
したがって、基本的には、圧電素子の変位をδ、作用点
の変位をxo、アームの力点20−4と支点20−3と
の距離をa、作用点20−5と支点20−3との距離を
bとすれば、 となり、n倍の変位増幅が得られる。
これにより、圧電素子の変位の不足分を補うことができ
、数10Vの入力に対し、数10μmの変位を得ること
が可能となった。
また、変位拡大機構20の支点部20−3は、図示する
ように両側からある曲率半径で削り込んだ凹形状に形成
されており、回転方向に柔で、かつ、応力集中を緩和す
る効果を得ている。アーム部20−2は、力点20−4
から作用点20−5にかけて、下面20−6.側面20
−7に示すように高さ、幅とも小さく形成し、必要最小
限の剛性を確保しながら軽量化を図っている。これによ
り、駆動源の圧電索子19に加わる付加質量を小さく押
えることができ、応答性が向上する。
次に、噴射率制御噴射弁6の動作について、第2.3.
5図を参照して説明する。
第5図は、横軸に指令電圧Eをとり、縦軸に2、圧電素
子変位δ、スプール変位X、噴射率Qをとっている。
いま、制御部3から指令電圧Eが圧電素子19に入力さ
れると、圧電索子19は指令電圧Eにほぼ比例した変位
δを発生する。そして圧電索子19の変位δは、変位拡
大機920により約n倍増幅され、スプール弁14のス
プール17をリターンばね18に抗して変位Xストロー
クさせる。
このとき、制御弁4の高圧燃料圧力ポートPsに供給さ
れている高圧燃料は、スプール弁14の制御燃料圧力ポ
ートPnを介して噴射弁5の制御燃料圧力ポートP n
’  に導かれ、油だめ室12に流入し、ニードル8を
第2図中右方向にリターンばね9のばね力と平衡するま
でリフトさせる。そしてこのとき、ニードルシート部1
3が開くので、制御燃料は、噴口部11から噴出される
。ここで噴口部11の開口面積をニードルリフトに比例
するような形状としておけば、指令電圧Eと圧電素子変
位δ、スプール変位X、噴射率Qの関係は第5図に示す
ような線図となり、指令電圧により任意の噴射率の制御
が可能となる。
なお、エンジンへの取付けに際しては、噴射弁5の部分
が、吸気管あるいはエンジン気筒に埋没する形で取付け
られるので、圧電素子19は比較的エンジンからの熱の
影響を回避できる。また。
第2図に示すように、圧電索子19の周辺に溝29を設
け、スプール弁14からの外部リークを溝29を通して
ドレンポートPaに導くことにより圧電素子19を冷却
している。
次に、制御部3から噴射率パターン信号が圧電素子19
に入力されたときの実際の噴射率波形を第6図および第
7図に示す。
第6図は、吸気管噴射エンジンの場合の一例を示すもの
で、(1)に噴射率パターン信号、(2)に実際の噴射
率波形を示す。
第6図(1)の左側のパターンは、エンジンが低速回転
、低負荷の燃料噴射装置であり、中央のパターンは、高
速回転、高負荷の燃料噴射装置、右側のパターンは、中
速回転、中負荷の燃料噴射装置の特性を示したものであ
る。
第7図は、筒内直接噴射エンジンに用いた場合の上記と
同様の例で、(1)に噴射率パターン信号、(2)に実
際の噴射率波形を示す。
本実施例によれば、応答性に優れた噴射率制御可能な燃
料噴射装置が得られるので、エンジンを、空燃比の大き
い希薄領域まで容易に制御でき、燃料消費率、出力が向
上し、排ガス浄化が促進され、アイドリング回転数域の
回転変動が安定して、振動、騒音が低減するという効果
がある。
次に、第8図は、本発明の他の実施例に係る燃料噴射装
置に用いる噴射率制御噴射弁の駆動源部を示す断面図で
ある。図中、第2図と同一符号の部分は同等部分である
から、その説明を省略する。
第8図の実施例が、第2図の先の実施例と相違するとこ
ろは、駆動源15Aにおいて、変位拡大機構2OAを第
2図とは逆向きに配置したことである。第2図の例では
、支点部がベース部と一体ら圧電索子19側にあるが、
第8図の例では反圧電素子側に位置しでいる。
第8図の実施例によれば、先の実施例と同様の効果が期
待される。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、応答性に優れた圧
電素子を用い、かつ、実用レベルの変位の得られる噴射
率制御構造を持ち、これにより、エンジンの燃焼を制御
、改善し、空燃比の大きい希薄燃焼のエンジン制御を実
現し、この結果、エンジンの燃料消費率、出力を向上さ
せ、排ガスの浄化、振動騒音の減少を可能にした燃料噴
射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の燃料噴射装置の基本碑成を示すブロ
ック図、第2図は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装
置に用いる噴射率制御噴射弁の断面図、第3図は、第2
図中の変位拡大機構部の拡大断面図、第4図は、第3図
の上面図、第5図は、指令電圧に対する圧電素子の変位
、制御弁スプールの変位、および噴射率の各関係を示す
線図、第%  (I)、5) 6  第711ゴ噴射率パターン信号に対する噴対車波
形を示す線図、第8図は、本発明の他の実施例に係る燃
料噴射装置に用いる噴射率制御噴射弁の駆動源部を示す
断面図である。 1・・・高圧燃料発生装置、3・・・制御部、4・・・
制御弁、5・・・噴射弁、6・・・噴射率制御噴射弁、
14・・・スプール弁、15,15A・・・駆動源、1
6・・・弁ボデイ。 17・・・スプール、18・・・リターンばね、19・
・・圧電素子、20.20A・・・変位拡大機構、20
−1・・・ベース部、20−2・・・アーム部、20−
3・・・支点部、20−4・・・力点、20−5・・・
作用点。 一 ■ 1  図 1−一一高瓜撚封谷1誓置 6−−−噌射乎剰l#p旬什 ■ 3  図 第4図 Zの 2ρゴー−一 〜−ス會P 2ρ−2−−−アーム膚ア Zl−3−一−ラ恩(ア Zl−4−一汐ボ・ Zl−5−一一停用焦 茅5図 第6図 第 7 図 (υ 不 3 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. 一定高圧燃料圧力源から供給される高圧燃料を噴
    射弁に供給すべき制御弁と、その高圧燃料をエンジン気
    筒あるいは吸気管内に噴射すべき噴射弁とを有する燃料
    噴射部と、その高圧燃料の噴射時期、噴射時間、および
    噴射率の信号を発生する制御部とからなる燃料噴射装置
    において、上記制御弁は、駆動源となる圧電素子と、圧
    電素子の変位を拡大して弁体に伝える変位拡大機構と、
    この変位拡大機構を介して配置され、上記噴射弁へ供給
    する燃料流量を制御する制御弁本体とを備えたことを特
    徴とする燃料噴射装置。
  2. 2. 特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、変位
    拡大機構は、支点、力点、作用点を有する弾性ヒンジを
    なし、支点部は回転方向に柔となる形状を有し、力点か
    ら作用点にかけての腕部は、支点から力点に至る部分よ
    り幅および高さを小さく形成したことを特徴とする燃料
    噴射装置。
JP10392188A 1988-04-28 1988-04-28 燃料噴射装置 Pending JPH01277676A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0737808A3 (en) * 1995-04-13 1997-06-18 Tiby M Martin High pressure electronic fuel injector for fuel distribution rail and fuel injection control method
DE19636088C2 (de) * 1996-09-05 2003-02-06 Avl Verbrennungskraft Messtech Verfahren zur Steuerung der direkten Einspritzung von Kraftstoff
WO2003018996A3 (de) * 2001-08-17 2007-11-29 Bosch Gmbh Robert Piezoelektrisches aktormodul

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0737808A3 (en) * 1995-04-13 1997-06-18 Tiby M Martin High pressure electronic fuel injector for fuel distribution rail and fuel injection control method
DE19636088C2 (de) * 1996-09-05 2003-02-06 Avl Verbrennungskraft Messtech Verfahren zur Steuerung der direkten Einspritzung von Kraftstoff
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