JPH0427759A - ユニットインジェクタ - 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］ この発明は内燃機関に高圧の燃料を供給するためのユニ
ットインジェクタに係り、特に燃料の圧送に圧電アクチ
ュエータを用いたユニットインジェクタに関する。

［従来の技術］ 内燃機関に燃料を供給するための装置としては、燃料噴
射ポンプと機械式ガバナとを一体化させて構成した機械
式分配型燃料噴射ポンプがある。

しかし、この種の機械式分配型燃料噴射ボン１は駆動系
がｔｌＡ械的に複雑であり、また大きな駆動力を必要と
し、きめの細かな制御が困難であるなめ近年、吸気管内
へ燃料を噴射するインジェクタ（アクチュエータ）へ加
圧燃料を圧送するために燃料を導入するシリンダ内に加
圧ピストンを往復動自在に収容し、その加圧ピストンを
圧電アクチュエータで駆動するように構成した［圧電式
燃料噴射ポンプ」　（特開昭６１−１０８８６５号）か
捷案されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記圧電アクチュエータは、電圧を加えることにより機
械的な変形ひずみを生じる円形の圧電素子（ジアゾ素子
）を軸方向に積層させてユニット状に構成されたもので
、簡便な構造にて優れた応答性、信頼性を発揮する。

しかし、インジェクタへの燃料供給系に単に圧電アクチ
ュエータを設けただけでは吸気管等の低圧部への燃料噴
射が可能であっても高圧のシリンダ内への燃料噴射は不
可能である。

本発明は、特別な増圧機構を採用することなくディーゼ
ル機関のように高圧のシリンダ内への燃料噴射を可能と
するユニットインジェクタを提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、シリンダ内に往復
動自在に収容されたピストンと、このシリンダの燃料加
圧側に連続的に接続され燃料加圧側に順次容積を縮小さ
せて形成されたチャンバと、上記チャンバの最大容積部
に接続された燃料圧送管路と、上記チャンバの最小容積
部に接続されてインジェクタへ燃料を案内するための燃
料圧送管路と、上記ピストンを往復動ずべく上記シリン
ダに設けられた圧電アクチュエータとを有するものであ
る。

［作用］ シリンダ内及びこれに連通させて連続的に形成されたチ
ャンバ内には燃料圧送管路を介して燃料が供給される。

燃料の加圧方向に圧電アクチュエータを動作し、ピスト
ンを燃料の加圧方向へ動作すると、ピストンは、チャン
バ内の燃料を加圧して燃料圧送管路に加圧燃料を供給し
、インジェクタへ加圧燃料を供給する。

このピストンの燃料加圧時にあって、チャンバの容積は
、燃料の加圧側へ順次容積を縮小させて形成されている
なめ、最小容積部の燃料圧力かチャンバの最大容積部側
の燃料圧力に対して大巾に増幅されるようになる。つま
りピストンの短い加圧ストロークで瞬時のうちにチャン
バの最小容積部に高圧な燃料圧力を発生させインジェク
タに高圧の燃料を供給する。圧電アクチュエータは通常
のアクチュエータに対して応答性に優れ、インジェクタ
に要求される燃料噴射特性（噴射時期、噴射期間、噴射
量）に対応しての作動が可能であり、エンジン性能（出
力、燃費、スモーク、燃焼騒音等）を改善することが可
能である。

［実施例］ 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて説明
する。

第１図には本発明に係るユニットインジェクタの構成が
示されている。

図示されるようにポンプハウジング１は上下に上部ハウ
ジング２と下部ハウジング３とに２分割形成されており
、上部ハウジング２と下部ハウジング３との接続部には
相互を同軸的に接続するためのフランジ４．５がそれぞ
れ一体に形成されている。上部ハウジング２はその内部
に筒状の収容部６が形成され、下部ハウジング３には、
その上部ハウジング２側にピストン７を所定ストローク
往復動自在にかつ摺動自在に収容するために筒状にシリ
ンダ８が形成されていると共に、そのシリンダ８の下端
部に連続させて軸方向下方に向い順次容積を円錐体状に
縮小させてチャンバ９が形成されている。上部ハウジン
グ２と下部゛ハウジング３との間には剛性の高い材料か
ら薄板状に形成されなパツキン部材１０が取付けられて
いる。このパツキン部材１０は円周方向に沿う部分を上
記収容部６内に半径方向内方へ適宜突出させて形成され
、その延出部１１にはシール部材としてＷ’Ａｅｓする
金属製のベロ〜ズエ２か吊架状態で取付けられている。

ベローズ１２の下端面には上記ピストン７の上端面が一
体的に接続されている。ピストン７は、その軽量化のな
めにセラミック材料がら形成され、また軽量化のために
軸長をできるだけ短縮して形成されている。ピストン７
の上記シリンダ８に対する摺動面１３には表面をテフロ
ン加工されたピストンリング１４が嵌合されて取付けら
れている。一方、上記収容部６内にはセラミック材料か
ら円形に形成された圧電素子１５を軸方向に積層させて
構成した圧電アクチュエータ１６が収容されている。そ
して上部ハウジング２の天井部１７には、上記各圧電素
子１５を軸方向に貫通させて上記ピストン７を往復動自
在に吊架しておくめため２組のボルト１８ａ、１８ｂが
取付けられている。なお、これらボルト１８ａ、１８ｂ
に対するピストン７の貫通穴にはシールリングなどのシ
ール部材（図示せず）が取付けられる。

そして下部ハウジング３にはその上位側の最大容積位置
にチャンバ９内に連通させて軽油などの燃料をチャンバ
９内へ連続的に供給するための燃料圧送管路１つか逆止
弁２０を介して接続されていると共に、チャンバ９の下
部にチャンバ９内へ供給された燃料をインジェクタ２１
へ圧送するための燃料圧送管路２２が接続されている。

インジェクタ２１は第１図に示されているように、ノズ
ルボディ２３内に、そのノズルボディ２３の先端に開口
した燃料の噴口２４を開閉するための針弁２５を往復動
自在にかつ摺動自在に収容し、ノズルボディ内に一端が
上記燃料圧送管＃１２２に接続されて高圧燃料を導入す
ると共に、その導入した燃料の圧力を針弁２５のコーン
状の燃料圧力作用部２６に作用させて針弁２５をリター
ンスプリング２７の弾発力に抗して開弁方向に作動させ
る燃料供給通路２８を形成して構成されている。この種
のインジェクタ２１としては、周知のホール型燃料噴射
ノズル、スロットル型燃料噴射ノズル、ピント−ノズル
などがある。また下部ハウジング３には、上記チャンバ
９内の上位の最大容積部の燃料圧力を取出して検出する
ための第１圧力ボート２９が形成されていると共に、最
小容積部たる燃料圧送管路２２の入口圧力を取出して検
出するための第２圧力ボート３０が形成されている。こ
れら第１．第２圧力ボート２９．３０にはそれぞれ圧力
センサ３１，３２が取付けられている。

３３はエア抜き穴、３４はリークオフボートである。

以上のように構成し、まず圧電アクチュエータ１６の伸
長方向に電圧を切換えると圧電アクチュエータ１６がピ
ストン７を燃料の加圧方向へ作動し、チャンバ９内の燃
料を加圧して燃料圧送管路２２に加圧燃料を連続的に供
給する。すなわちインジェクタ２１へ高圧の燃料が供給
されるようになる。この逆に電圧の正負を切換えると圧
電アクチュエータ１６は今度は収縮方向へ作動され燃料
の圧送を停止する。圧電アクチュエータ１６は通常のア
クチュエータ１６に対して応答性に優れ、インジェクタ
２１が要求する燃料噴射特性（噴射時期、噴射期間、噴
射量）に対応して作動することが可能であり、エンジン
性能（出力、燃費、スモーク、燃焼騒音等）を改善する
ことが可能である。

このピストン７の加圧時にあってチャンバ９は、燃料の
加圧方向に順次容積を縮小させて形成されているため、
チャンバ９の最大容積部側の燃料圧力に対１．て最小容
積部の燃料圧力は大巾に増幅されるようになる。つまり
ピストン７の短いストワクのうちにチャンバ９の最小容
積部に高圧な燃料圧力を発生させ、インジェクタ２１の
燃料供給通路に高圧の燃料を供給する。従って上記チャ
ンバ９の容積を、ピストン７の加圧方向に第１図中、破
線Ｘに示すように指数関数的に縮小させて形成する場合
、ピストン７の加圧に対して最小容積部の燃料圧力を指
数関数的に増加させることが可能になり、極めて短時間
のうちに所望圧力の燃料をインジェクタ２１の噴口から
エンジンのシリンダ（図示せず）内へ噴射させることが
可能になる。

次に上記圧電アクチュエータ１６を作動制御するための
制御系について説明する。

第１図に示されているようにまず上記圧電素子１５の正
極（陽極）に一方のボルト１８ａを介してスイッチング
回路３５の（＋）側を電気的に接続し、スイッチング回
路３５の（−）［をその−方のボルト１８ａに対して電
気的に絶縁された他方のボルト１８ｂを介して圧電素子
１５の負極（陰極）に電気的に接続する。そしてスイッ
チング回１ｉ’８３５に、バッテリ電圧（２４Ｖ）を可
変的に昇圧できるように構成された可変ＤＣ−ＤＣコン
バータ３６を電気的に接続し、その可変ＤＣ−ＤＣコン
バータ３６の電圧制御部及び上記スイッチング回路３５
の切換え制御部に、コントローラ３７の制御部を電気的
に接続している。コントローラ（ＣＰＵ等）３７はエン
ジンの運転状態の変化に件って上記コンバータ３６の適
正電圧を可変させるため及び上記スイッチング回路３５
を正負に切換えて上記インジェクタ２１への燃料供給時
期とその供給期間を決定するために、コントローラ３７
の外部信号入力部に、エンジンの運転情報（エンジン回
転数、エンジン負荷、タイミング（ＴＤＣ）、上記圧力
センサの検出圧力及び温度（水温、吸気温度等）等）が
入力されるように構成され、コントローラ３７のメモリ
に上記運転データと対応させて演算処理を行うためのデ
ータ（マツプ等）を記憶させて構成されている。

次に上記コントローラ３７の基本的な制御例を簡単に説
明する。

コントローラ３７は、常時入力されるエンジン回転数、
エンジン負荷、タイミング信号（上死点）上記圧力セン
サの検出圧力及び温度（水温、吸気温度等）と、コント
ローラ３７のメモリの記憶データ（マツプ等）とを演算
処理部にて高速処理し、エンジンの運転状態を判断する
。例えばアクセル開度（アクセル角速度）からエンジン
負荷を判定し、エンジン回転速度が一定時と加速時（急
加速）とを判断する。そしてエンジン回転速度が一定の
場合はその回転速度を一定に維持できるように上記ＤＣ
−ＤＣコンバータ３６の電圧を算出すると共に、上記タ
イミング信号に基づいて上記スイッチング回路３５の作
動時期と作動期間を算出し、これら算出値にてＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ３６、スイッチング回路３５を駆動する。

また、加速時（急加速）の場合は、エンジン回転数、エ
ンジン負荷に基づいて、アクセル開度（アクセル角速度
）に見合う量の燃料をインジェクタ１２へ供給するため
に上記ＤＣ−ＤＣコンバータ３６の電圧を算出すると共
に、上記タイミング信号に基づいて上記スイッチング回
路３５の作動時期と作動期間を算出し、これら算出値に
てＤＣ−ＤＣコンバータ３６、スイッチング回路３５を
駆動する。なお上述のように圧電アクチュエータ１６は
高速応答性に優れているためエンジンの１行程に対して
上記タイミング信号を基に複数回の噴射を行うように制
御することも可能である。また、圧力センサ３１．３２
の検出圧力及び温度（水温、吸気温度等）は、精度の高
い制御を実行するための補正情報として取り扱う。

従って従来の機械式分配型燃料噴射ポンプの課題であっ
た構成の複雑さ装置の大形化を一気に解消し、装置全体
をコンパクトに形成できると共に、機械的な駆動部分を
廃止して信頼性が高く高精度の制御が可能になり、そし
て、シリンダ内直接噴射を可能にしてエンジン性能を格
段に向上させることができる。

［発明の効果］ 以上、説明したことから明らかなように本発明によれば
次の如き優れた効果を発揮する。

（１）シリンダ内直接噴射を可能にする耐久性、信頼性
の高い高速応答性のユニットインジェクタを提供できる
。

（２）安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るユニットインジェクタを示す構成
図である。 図中、７はピストン、８はシリンダ、９はチャンバ、１
６は圧電アクチュエータ、１９は燃料圧送管路、２１は
インジェクタ、２２け燃料圧送管路である。 特 許 出 願 人 いすゾ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．シリンダ内に往復動自在に収容されたピストンと、
   該シリンダの燃料加圧側に連続的に接続され燃料加圧側
   に順次容積を縮小させて形成されたチャンバと、上記チ
   ャンバの最大容積部に接続された燃料供給管路と、上記
   チャンバの最小容積部に接続されてインジェクタへ燃料
   を案内するための燃料圧送管路と、上記ピストンを往復
   動すべく上記シリンダに設けられた圧電アクチュエータ
   とを備えたことを特徴とするユニットインジェクタ。