JPH0462983A - 電歪式アクチュエータ - 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） 本発明は電歪式アクチュエータの改良に関し、特にその
動作の制御精度の向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、電歪式アクチュエータとして、例えば特開昭
６０−１０４７６２号公報に開示されるように、電圧の
印加により歪変位するピエゾ圧電素子よりなる電歪素子
を有し、該電歪素子の歪変位を外部に伝達する構成とす
るとともに、上記電歪索子の外周に冷却用の媒体を循環
させることにより、該電歪索子を冷却して、その温度変
化に伴う歪変位量の変化を抑制するようにしたものが知
られている。また、上記の電歪素子の歪変位の温度補正
を行う手段として、他に、電歪素子の側部に該電歪素子
を押圧する形状記憶合金よりなる押圧部材を配置し、電
歪素子付近の温度が変化した場合には、形状記憶合金の
形状変化によりその電歪素子に対、する押圧力を変化さ
せて、電歪素子の伸縮量を調整するようにしたもの、又
は電歪素子の側部に小容積の他の電歪素子を追設し、該
他の電歪素子により電歪素子の歪変位量を検出して、電
歪素子に印加する電圧を補正するようにしたものがある
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、歪変位の温度補正について、上記従来の
ように冷却用媒体を循環させても電歪素子の温度を一定
保持することは困難であるし、構造も複雑になる。また
、形状記憶合金を用いる場合には該合金が微細な温度変
化に良好に追随しては変化しない。更に、小容積の電歪
素子を追設する場合には、小容積ゆえに電歪索子の歪変
位を正確に検出できない。つまり、上記従来のものは何
れも歪変位を正確に温度補正できない欠点がある。

さらに、ピエゾ圧電素子を用いる場合には、これから直
接リード線を取り出す必要があるため、結線部の剥離や
リード線取り出し部のシール性の点で問題があると共に
、その積層構造ゆえに脆く、耐久性、信頼性が低い欠点
もある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、簡易な構成でもって温度変化に拘らず歪変位を正
確に温度補正して、精度良い動作を行い得る電歪アクチ
ュエータを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明では、ピエゾ圧電素
子等の電歪素子に代えて、超磁歪体を使用し、その付近
温度に応じて、超磁歪体を歪変位させる磁場の磁界の強
さを補正する。

つまり、本発明の具体的な構成は、磁場を発生させる電
磁コイルと、該電磁コイルにより発生した磁場の変化で
伸縮する超磁歪体とを設ける。さらに、上記超磁歪体付
近の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段に
より検出した超磁歪体付近の温度の変化に応じて上記電
磁コイルに通電する電流量を補正する補正手段とを設け
る構成としている。

（作用） 上記の構成により、本発明の電歪式アクチュエータでは
、電磁コイルにより形成される磁場の磁界の強さによっ
て該磁場内の超磁歪体が歪変位すると共に、その磁界の
強さの変化によって、その歪変位の量が変化する。

さらに、超磁歪体付近の温度が変化すると、電磁コイル
への通電々流量が補正手段によって補正されるので、超
磁歪体付近の温度変化に拘らず、超磁歪体の歪変位量は
目標値となって、温度補正されることになる。

ここに、歪変位量の温度補正は、電磁コイルへの通電々
流量を補正することによって行われるので、簡易な構成
にできると共に、温度変化に応じて歪変位を微細に補正
でき、温度変化に拘らず精度良い動作を行うことができ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の電歪式アクチュエータに
よれば、歪変位する素子として超磁歪体を使用し、これ
を歪変位させる電磁コイルの通電々流量を超磁歪体付近
の温度変化に応じて補正したので、簡易な構成でもって
、歪変位量を温度変化に応じて微細に補正でき、精度良
い動作を行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図はディーゼルエンジンに使用する分配型の燃料噴
射ポンプに適用した第１の実施例を示し、１は燃料圧送
用のプランジャであって、該プランジャーには、燃料室
２内の燃料を吸入する吸入ホト１ａと、該吸入ポート１
ａに連通し軸方向に形成された縦孔１ｂと、該縦孔１ｂ
に連通し燃料を複数の燃料噴射ノズルに分配するための
分配ホト１ｃとを有する。

上記プランジャ１の図中左方には、エンジンと同期回転
するフェイスカム５が接続固定され、該フェイスカム５
のカム面５ａにはカム６が係合している。一方、プラン
ジャ１の図中右方には、吸入油室７が形成されている。

そして、フェイスカム５の回転動作によりプランジャ１
を回転させながら、フェイスカム５のカム６との係合に
よってプランジャ１に図中左右方向の往復動作を与えて
、その後退勤作詩には、燃料室２内の燃料を吸入ポート
１ａから吸入油室７に吸入し、その前進動作時には、吸
入ポートｌａを閉じると共に吸入油室７内の燃料を縦孔
１ｂから分配ポート１ｃに供給して、該分配ポート１ｃ
から対応する燃料噴射ノズルに圧送する構成である。尚
、図中、８は燃料の圧送量を調整するスピルリング、９
は燃料噴射ノズルからの噴射後の残り燃料を吸い戻すデ
リバリパルプである。

また、上記吸入油室７は、本発明の特徴として、その図
中右端面が超磁歪体としての超磁歪合金１０で形成され
、該超磁歪合金１０の外方には電磁コイル１１が配置さ
れ、該電磁コイル１１は、内部にＣＰＵ等を有するコン
トローラ１２から給電される。よって、電磁コイル１１
の通電時には、超磁歪合金１０を含む空間に、その通電
量に応じた磁界の強さの磁場を発生させて、超磁歪合金
１０をその磁場の磁界の強さにより伸長させることによ
り、吸入油室７の容積を可変として、プランジャ１の分
配ポート１ｃから燃料噴射ノズルに圧送する燃料の圧力
を調整する構成である。

そして、上記超磁歪合金１０の図中上端部及び左端部に
は、各々、超磁歪合金１０付近の温度を検出する温度検
出手段としての熱電対１３．　１４が配置され、その温
度信号は上記コントローラ１２に入力される。上記２つ
の熱電対を設けるのは、超磁歪合金１０内部で温度が異
なるので、その内部の温度分布に合った精度良い温度補
正をするためである。

上記コントローラ１２は、第２図に示すように、熱電対
１３．１４により検出した温度が高いほど電磁コイル１
１への通電々流量を増大補正するように制御して、超磁
歪合金１０の温度が高温度になるほどその伸長量が小さ
くなる温度特性を補償する。

よって、上記コントローラ１２により、２つの熱電対１
３．１４により検出した超磁歪合金１０付近の温度の変
化に応じて、その温度が高いほど電磁コイル１１に通電
する電流量を増大補正する補正手段１５を構成している
。

したがって、上記実施例においては、例えばエンジンが
高回転・高負荷運転を行って、超磁歪合金１０付近の温
度が高くなった場合には、電磁コイル１１に同一量の通
電々流量を与えても、超磁歪合金１０の伸長量は低温度
の場合に比べて少なくなり、このため吸入油室７の容積
がその分だけ拡大して、燃料の噴射圧力は低下する状況
である。

しかし、第３図に示すように、超磁歪合金１０付近の温
度が高い分、電磁コイル１１への通電々流量が通常値■
よりも補正増大分１ｏだけ増大し、これにより超磁歪合
金１０の伸長量が増大して適切量となるので、所定通り
の噴射圧力が得られることになる。

第４図は本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル
に適用した第２の実施例を示す。同図の燃料噴射ノズル
Ａにおいて、ノズルボディ２０の先端に形成した凹所２
０ａには燃料通路２１が開口しているとともに、摺動自
在な針弁２２が着座配置されて該凹所２０ａを閉じてい
る。

上記針弁２２の後端部は、プレッシャースプリング２３
が配置され、該スプリング２３の後端部に配置したその
受は皿２３ａの後方には、油室２４が形成されている。

該油室２４の後端面に配置した超磁歪合金２５の外方に
は電磁コイル２６が配置されている。そして、超磁歪合
金２５の伸長状態では、その分、油室２４の容積を小さ
くし、これにより該油室２４の油圧でもってプレッシャ
スプリング２３の押圧力を高めて、針弁２２が離座する
燃料の圧力をその分上昇させるように構成している。ま
た、上記油室２４周りには、該油室２４内の燃料の温度
を検出して超磁歪合金２５付近の温度を検出する温度セ
ンサ２７が配置されている。尚、図中２８は、油室２４
とプレッシャスプリング２３の配置室とを連通接続する
油路２９に介設された一方向弁であって、超磁歪合金２
５の伸長時に油室２４内の燃料がプレッシャスプリング
２３の配置室に漏れることを防止するものである。その
他、コントローラの設置及び通電々流量の温度補正につ
いては第１実施例と同様であるので、その図示及び説明
を省略する。

したがって、本実施例においては、電磁コイル２６への
通電々流量を第５図に示すように、エンジン回転数の上
昇又はエンジン負荷の増大に応じて増大させるようにコ
ントローラで制御する場合、例えば軽負荷時で通電々流
量が少いときには、第６図（ａ）に示すように、超磁歪
合金２５の伸長量が少く、プレッシャースプリング２３
の押圧力はさほど増大せずに力Ｆ１となるので、燃料の
圧力が上記の力Ｆ１に上昇したとき、針弁２２が離座し
て、この燃圧の燃料が噴射される。これに対し、高回転
時で通電々流量が多いときには、同図（ｂ）に示すよう
に、超磁歪合金２５の伸長量が多くなって、プレッシャ
ースプリング２３の押圧力は大きく増大し、力Ｆ２　　
（＞Ｆｌ　）となるので、燃料は圧力Ｆ２で噴射される
。

その際、超磁歪合金２５付近の温度に応じて上記第１実
施例と同様に、電磁コイル２６への通電々流量が温度の
高いほど増大するよう補正されるので、エンジン運転状
態によって超磁歪合金２５付近の温度が高低変化しても
、その時の運転状態に合致した燃料圧力の燃料を噴射供
給することができる。尚、上記第２実施例においては、
プレッシャースプリング２３の受は皿２３ａを超磁歪台
金で形成してもよい。

また、本発明あ電歪式アクチュエータを燃料噴射ノズル
に適用する場合には、第７図に示すように、超磁歪合金
２５と電磁コイル２６との間のノズルボディに加熱用ヒ
ータ３０を配置する。この加熱用ヒータ３０はエンジン
冷間時における超磁歪合金２５を加熱し温度上昇させる
ためのものである。つまり、第８図に示すように、熱電
対により検出した超磁歪合金２５付近の温度が低いエン
ジン冷間時には、運転席周りに「エンジン始動準備中」
を表示しながら、加熱用ヒータ３０に通電して超磁歪合
金２５の温度を上昇させ、その温度が設定値（図では０
℃）以上になった時点で、加熱用ヒータ３０への通電量
を漸次減少させながら、運転席周りの表示を「始動準備
完了」に表示に切換えて、電磁コイル２６への通電を開
始する。その結果、超磁歪合金２５がその低温度下での
歪変位率の小さい温度特性を有していても、針弁２２の
開弁圧を設定正道りにして設定燃圧の燃料を噴射でき、
良好なエンジン始動性を得ることができる。上記のヒー
タ３０は第１実施例の電磁コイル１１の内側に設置して
もよい。

第９図はディーゼルエンジンの分配型燃料噴射ポンプに
備えるデリバリ−バルブＢに適用した第３実施例を示す
。同図のデリバリ−バルブＢにおいて、バルブシート３
４の内部空間には、弁体３６と、その下方に配置したリ
リーフ弁３７とが上下に摺動自在に設けられている。上
記弁体３６及びリリーフ弁３７とは、上下方向に配置し
た棒状の超磁歪合金３９で接続されているとともに、弁
体３６には、超磁歪合金３９０３外周位置において電磁
コイル４０が配置されている。また、バルブシート３４
のリリーフ弁３７外周には、該リリーフ弁３７を図中上
昇動作させる電磁コイル４１が配置されている。

さらに、バルブシート３４の内部空間の中央部分には、
該部分を半径方向に切欠いて燃料を溜め込むリーク室４
２が形成されているとともに、該リーク室４２の近傍に
は、該リーク室４２内の燃料の温度を検出する温度セン
サ４３が配置されていて、その温度信号はコントローラ
４５に入力される。

上記コントローラ４５は、第１０図（ａ）に示すように
、エンジン回転数が高いほど燃料噴射ノズルに通じる燃
料パイプの燃料噴射終了時の圧力が上昇し、リーク室４
２に吸い戻す燃料量を多くする必要があるので、同図（
ｂ）に示すように、リーク室４２への燃料の吸い戻し量
が多いほど電磁コイル４０への通電々流量を増大するよ
う制御すると共に、燃料温度が高いほど電磁コイル４０
への通電々流量を増大するよう制御する機能を有する。

尚、第９図において、４６は弁体３６を着座する方向に
付勢するスプリングである。

したがって、上記実施例においては、第１１図（イ）に
示すように、電磁コイル４１への通電によりリリーフ弁
３７を上昇動作させて、弁体をスプリング４６に抗して
離座させたときには、内部の燃料を噴射する。そして、
燃料噴射の終了時には、エンジン高回転時はど燃料パイ
プの残圧が高く、リーク室４２に吸い戻す燃料量を多く
必要とする状況であるので、電磁コイル４０への通電々
流量が第１０図（ｂ）に従い増大して、超磁歪合金３９
が上下に伸長し、第１１図（ロ）に示すように弁体３６
とリリーフ弁３７との間隔がｇｌにかって、リーク室４
２の容積が拡大する。その結果、多くの燃料がリーク室
４２に吸い戻されて、燃料パイプの残圧が高エンジン回
転に合った良好な圧力となる。一方、エンジンの低回転
時には、電磁コイル４０への通電々流量が少なくて、超
磁歪合金３９はさほど伸長しない。その結果、第１１図
（ハ）に示すように弁体３６とリリーフ弁３７との間隔
はさほど広がらずΩ２　（くＱ＋）になって、リーク室
４２への燃料吸い込み量はさほど増大しないので、低エ
ンジン回転に合った良好な残圧となる。

しかも、超磁歪合金３９付近の燃料温度が高いほど電磁
コイル４０への通電々流量が増大されて、超磁歪合金３
９の歪変位量が、第１実施例と同様に温度補正されるの
で、エンジン運転状態に合った燃料パイプの残圧を得る
ことができ、燃料の後洩れ、キャビテーションを防止で
きるとともに、燃料噴射ノズルの耐久性の向上を図るこ
とができる。

第１２図はディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの針弁
の変位を検出する構成を示す。同図において、針弁５０
を着座方向に付勢するプレッシャースプリング５１の後
端部とその受は皿５２との間に超磁歪合金５３が配置さ
れているとともに、バルブボディの超磁歪合金５３外周
には電磁コイル５４が配置され、該電磁コイル５４には
リード線５５が接続されている。

したがって、針弁５０が離座し上昇動作すると、プレッ
シャースプリング５１の収縮と共に、超磁歪合金５３が
第１３図（ａ）の通常時（針弁５０の着座時）よりも同
図（ｂ）に示すように幅ｇ１がΩ２（く、Ｃ）Ｉ）に収
縮し、この変位により超磁歪合金５３の性質でもってそ
の変位量に応じた磁界が発生し、その結果、電磁コイル
５４には上記超磁歪合金５３の歪変位の方向及び大きさ
に応じた電流が流れ（第１４図参照）、この電流が９ド
線５５から外部に取り出される。従って、第１５図に示
すように、電磁コイル５４に流れる電流を抵抗Ｒに流し
、その両端の電圧を電圧計５６で検出すれば、針弁５０
の変位量を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す。第１図ないし第３図は本
発明の第１実施例を示し、第１図は燃料噴射ポンプの要
部構成を示す図、第２図は超磁歪合金付近の温度に対す
る電磁コイルへの通電々流量特性を示す図、第３図は作
動説明図である。第４図ないし第８図は本発明の第２実
施例を示し、第４図は燃料噴射ノズルの全体構成図、第
５図はエンジン回転数及びエンジン負荷に対する通電々
流量特性を示す図、第６図は作動説明図、第７図はヒー
タを設けた場合の燃料噴射ノズルの全体構成図、第８図
はヒータ及び電磁コイルへの通電時期の説明図である。 第９図ないし第１１図は本発明の第３実施例を示し、第
９図はデリバリ−バルブの全体構成図、第１０図はエン
ジン回転数に対する燃料の吸い戻し量特性及び燃料吸い
戻し星に対する通電々流量特性を示す図、第１１図は作
動説明図である。第１２図は燃料噴射ノズルの針弁の変
位を検出する構成図、第１３図及び第１４図は同作動説
明図、第１５図は同針弁の変位検出回路を示す図である
。 １０．２５．３９・・・超磁歪合金（超磁歪体）、１１
．２６．４０・・・電磁コイル、２２・・・針弁、１３
．１４・・・熱電対（温度検出手段）、１５・・・補正
手段、２７．４３・・・温度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁場を発生させる電磁コイルと、該電磁コイルに
   より発生した磁場の変化で伸縮する超磁歪体とを備える
   とともに、上記超磁歪体付近の温度を検出する温度検出
   手段と、該温度検出手段により検出した超磁歪体付近の
   温度の変化に応じて上記電磁コイルに通電する電流量を
   補正する補正手段とを備えたことを特徴とする電歪式ア
   クチュエータ。
2. （２）超磁歪体は、燃料噴射ノズルの針弁を動作させる
   ものである請求項（１）記載の電歪式アクチュエータ。
3. （３）温度検出手段は、燃料噴射ノズルに供給される燃
   料の温度を検出するものである請求項（１）記載の電歪
   式アクチュエータ。