JPH0634598Y2 - 燃料噴射弁駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 ［産業上の利用分野］ 本考案は圧電素子の伸縮作動を制御して燃料噴射弁から
の燃料噴射量及び燃料噴射時期を調節する燃料噴射弁駆
動装置に関する。

［従来の技術］ 近年、圧電素子は、その伸長作用の高い応答性に着目
し、アクチュエータとして、高速応答性が要求される分
野で広く用いられている。こうした分野の一例として
は、内燃機関の高速回転に応じて応答性良く燃料噴射を
行なう燃料噴射装置を挙げることができ、燃料噴射弁に
圧電素子を応用した提案が既になされている（例えば特
開昭58-210357号公報の「燃料噴射装置」）。この種の
燃料噴射装置では、燃料噴射時には、圧電素子への充電
を行ないこれを伸長させ直接もしくは間接的に弁体を開
弁方向にリフトして開弁を行ない、他方、燃料噴射終了
時には、圧電素子の電荷を取り去ってこれを短縮させ弁
体の開弁方向への付勢をなくし、閉弁を行なうよう構成
されている。即ち、燃料噴射弁駆動装置は、圧電素子へ
の充電を行ない圧電素子を伸長させ、また圧電素子の放
電を行ない圧電素子を短縮させるよう構成されている。

従来より、上記圧電素子の放電は該圧電素子の両端を短
絡させる事により電荷を消費させ、他方、上記圧電素子
の充電は該圧電素子の両端に電圧を加えることにより新
に電荷を蓄積させていた。

更には、圧電素子の充電の為の電源回路と並列にコンデ
ンサを接続し、圧電素子より放電された電荷をコンデン
サに蓄積させ、該蓄積した電荷を再度、圧電素子に充電
させるよう構成することにより、無駄な電力消費を避け
るようというような燃料噴射弁駆動装置も考えられてい
た。

なお、上記の如き燃料噴射弁駆動装置は、圧電素子とコ
ンデンサとの間に、該圧電素子の容量成分と共に直列共
振回路を形成するコイルと、該直列共振回路を開、閉す
るスイッチング素子（例えばサイリスタ）とを備えるよ
う構成し、このスイッチング素子を閉成した時、瞬時に
コンデンサに貯えられた電荷を圧電素子に移している。
他方、上記直列共振回路とは別に、圧電素子とコンデン
サとの間に、該コンデンサと共に直列共振回路を形成す
るコイルと、該直列共振回路を開、閉するスイッチング
素子とを備えるよう構成し、このスイッチング素子を閉
成した時、瞬時に圧電素子に貯えられた電荷をコンデン
サに移している。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした燃料噴射弁駆動装置には以下の
如き問題があり、より一層の改善が望まれていた。

圧電素子からコンデンサに電荷を移す際、圧電素子の電
荷はコンデンサとコイルとの直列共振回路を介して移さ
れるが、必ずしも圧電素子を総ての電荷が移されるわけ
ではない。というのは、圧電素子の伸縮駆動の応答性を
考えたとき、電源回路からコンデンサへの充電に要する
時間を短縮する必要があり、その為にコンデンサの静電
容量がなるべく大きなものを用いた方が良い。その結
果、圧電素子には少量の電荷が抜け切らず残留すること
になり、圧電素子の充放電が繰り返されるにつれ、その
残留量が増加している。

上記の結果、圧電素子とコンデンサとの電位差が次第に
平衡状態に近付き、圧電素子の伸縮駆動の変位量が減少
し、最悪の場合、圧電素子の駆動が停止して燃料噴射弁
が作動しなくなるといった問題があった。

そこで、本考案は上記問題点に鑑みてなされたもので、
圧電素子の伸縮駆動の応答性を高めながらも、圧電素子
の伸縮駆動の変位量を減少させないで、その伸縮駆動の
安定した制御を実現して、気筒内へ噴射される燃料噴射
量及び燃料噴射時期を所期のとおり調節することができ
る燃料噴射弁駆動装置を提供することを目的としてい
る。

考案の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本考案は問題点を解決するた
めの手段として、次の構成をとった。即ち、本考案は、 ケーシングと、該ケーシング内を貫通して形成された燃
料通路と、該燃料通路内の先端部に配設され該燃料通路
の先端開口を開閉する弁体と、前記燃料通路とは別個独
立のシリンダ内に配設され電荷が供給されて伸長又は短
縮することにより前記弁体を開閉作動させる圧電素子と
を備え、所定圧力の燃料を蓄える蓄圧手段から内燃機関
の気筒へ燃料を導く燃料路の先端に取り付けられた燃料
噴射弁において、前記圧電素子の伸縮作動を制御するこ
とにより前記気筒内へ噴射される燃料噴射量及び燃料噴
射時期を調節する燃料噴射弁駆動装置であって、 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて該電源回路より供給され
た電荷を貯えるコンデンサと、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて、該圧電素子と共に第
１の直列共振回路を形成する第１素子と、 前記第１の直列共振回路を開閉し、該第１の直列共振回
路の閉成時に、前記コンデンサから前記圧電素子へ電荷
を供給する第１スイッチング手段と、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
デンサとの間に直列に接続されて該コンデンサと共に第
２の直列共振回路を形成する第２素子と、 前記第２の直列共振回路を開閉し、該第２の直列共振回
路の閉成時に、前記圧電素子から前記コンデンサへ電荷
を放出させる第２スイッチング手段と、 前記圧電素子の両端を短絡する短絡回路と、 該短絡回路を、前記圧電素子が前記コンデンサへ電荷を
放出して一回の燃料噴射を終了する度毎に一時的に閉成
すると共に、該圧電素子及び該コンデンサの間で電荷の
供給または放出が行われているときには開放する第３ス
イッチング手段と、を備えてなることを特徴とする燃料
噴射弁駆動装置を要旨として構成されている。

ここで、圧電素子とは、電圧を加えることにより力学的
な歪みを発生する性質を有した結晶体であればどのよう
なものでもよく、例えばPZTを積層してなるセラミック
ス等の圧電セラミックス、ポリマー系圧電材料、水晶等
がそうである。

インダクタンスを有する第１素子とは、例えばコイル等
であって、圧電素子の容量成分と共に所定の共振周波数
を有する第１の直列共振回路を形成する。次に、インダ
クタンスを有する第２素子とは、同じくコイル等であっ
て、コンデンサと共に所定の共振周波数を有する第２の
直列共振回路を形成する。

第１スイッチング手段及び第２スイッチング手段は、そ
れぞれを閉成した時、それぞれの直列共振回路において
瞬時に電荷を移すことから、各共振周波数と比べて同程
度の応答性を有しイオン抵抗の小さなスイッチング手段
であれば、FET、サイリスタやトライアック等の半導体
スイッチング素子を問わず使用することができる。

短絡回路は、圧電素子の両端を短絡させるもので、その
回路上に開閉するための第３スイッチング素子がある。
第３スイッチング手段は、上記第1,第２スイッチング手
段と同様に、例えばFET、サイリスタやトライアック等
の半導体スイッチング素子を用いている。なお上記第３
スイッチング手段は通常は開放状態にあるが、圧電素子
が放電して一回の燃料噴射が終了する度毎に、一時的に
閉成するようなされている。

［作用］ 上記構成を有する本考案の燃料噴射弁駆動装置では、ま
ず第１の直列共振回路を閉成すべく、第１スイッチング
手段を閉成（第２スイッチング手段及び第３スイッチン
グ手段は開放）すると、予めコンデンサに貯えられた電
荷が圧電素子に移る（圧電素子の充電）。そうすると該
圧電素子は伸長（又は短縮）し、弁体が燃料通路の先端
開口を開くことにより、蓄圧手段から燃料路を通じて導
かれた燃料が内燃機関の気筒内へ噴射される。

次いで、第２の直列共振回路を閉成すべく、第２スイッ
チング手段を閉成（第１スイッチング手段、及び第３ス
イッチング手段は開放）すると、上記圧電素子に貯えら
れた電荷がコンデンサに移り（圧電素子の放電）、圧電
素子は短縮（又は伸長）して弁体が燃料通路の先端開口
を閉じることにより、一回の燃料噴射が終了する。この
時、圧電素子の総ての電荷がコンデンサに移る訳ではな
く、少量の電荷が抜け切らず、圧電素子に残留する。次
いで、上記第４スイッチング手段を閉成する。そうする
と、圧電素子に残留した電荷は短絡し、零となり、圧電
素子は完全に短縮（もしくは伸長）する。

［実施例］ 以上説明した本考案の構成を一層明らかにする為に、本
考案の一実施例について説明する。

本考案の一実施例としてのディーゼルエンジンの燃料噴
射装置を図面に基づき説明する。

第１図は圧電素子の駆動回路を電子制御装置のブロック
図と共に示す構成図、第２図は４気筒ディーゼルエンジ
ンの概略構成図、第３図（イ）は圧電素子を有する燃料
噴射弁の構造を示す断面図、第３図（ロ）は上記燃料噴
射弁の油圧ピストン部の構造を示す拡大断面図である。

第２図に示すように、１はディーゼルエンジンで、ディ
ーゼル各気筒毎に燃焼室への直噴を行なう燃料噴射弁８
が設けられている。このディーゼルエンジン１への吸気
は過給機Ｔより吸気マニホールド９を介して行なわれ
る。

燃料噴射弁８は燃料供給管10を介して各気筒に共通の燃
料蓄圧管11に連結される。燃料蓄圧管11はその内部に容
積一定の蓄圧室12を有し、この蓄圧室12内の燃料が燃料
供給管10を介して燃料噴射弁８に供給される。一方、蓄
圧室12は燃料供給管13を介して吐出圧制御可能な燃料供
給ポンプ14の吐出口に連結される。燃料供給ポンプ14の
吸込口は燃料ポンプ15の吐出口に連結され、この燃料ポ
ンプ15の吸込口は燃料リザーバタンク16に連結される。
また、各燃料噴射弁８は燃料返戻導管17を介して燃料リ
ザーバタンク16に連結される。燃料ポンプ15は燃料リザ
ーバタンク16内の燃料を燃料供給ポンプ14内に送り込む
ために設けられており、燃料ポンプ15がなくても燃料供
給ポンプ14内に燃料を吸込むことが可能な場合には燃料
ポンプ15を特に設ける必要はない。これに対して燃料供
給ポンプ14は高圧の燃料を吐出するために設けられてお
り、燃料供給ポンプ14から吐出された高圧の燃料は蓄圧
室12内に蓄積される。この圧力をレール圧とも呼ぶ。

また、ディーゼルエンジン１には、エンジン１の運転状
態を検出するために、２つのクランク角センサ21,22、
冷却水温センサ24、過給圧センサ26及び燃料圧センサ28
等が設けられている。電子制御装置30は、上記各センサ
の出力及びアクセルペダル32の踏込量、即ち負荷を検出
するアクセルセンサ34の出力に基づいて、圧電素子駆動
回路40及びポンプ駆動装置45を介して、ディーゼルエン
ジン１の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御し、ディー
ゼルエンジン１の出力を制御するが、電子制御装置30の
構成及びこれが行なう処理については後述する。

次に燃料噴射弁８の構造について説明する。燃料噴射弁
８は、第３図（イ）に示すように、燃料流入口48を組み
付けた燃料噴射弁本体50、この燃料噴射弁本体50にノズ
ルホルダ51によりスペーサ52を介して固定されるノズル
53及び圧電素子を用いたアクチュエータ54等を備えてい
る。燃料噴射弁本体50、スペーサ52、ノズル53内には互
いに直列に配置された制御ロッド56、加圧ピン57及びニ
ードル58が摺動可能に挿入される。制御ロッド56の上方
には燃料室59が形成され、この燃料室59は流入口48およ
び燃料供給管10を介して蓄圧室12（第２図）に連結され
る。従って燃料室59内には蓄圧室12内の燃料圧が加わっ
ており、燃料室59内の燃料圧が制御ロッド56の上面に作
用する。ニードル58は円錘状をなす受圧面60を有し、こ
の受圧面60の周りにニードル加圧室61が形成される。ニ
ードル加圧室61は一方では燃料通路62を介して燃料室59
に連結され、他方ではニードル58の周りに形成された環
状の燃料通路63を介して、ノズル孔53aの先端に形成さ
れたノズル孔53aに連結される。燃料噴射弁本体50内に
加圧ピン57を下方に向けて付勢する付勢ばね64が挿入さ
れ、ニードル58はこの付勢ばね64によっても下方に押圧
される。制御ロッド56はその中間部に円錘状をなす受圧
面65を有し、この受圧面65の周りに制御ロッド加圧室66
が形成される。制御ロッド加圧室66は燃料噴射弁本体50
内に形成されたシリンダ67内に連通せしめられ、このシ
リンダ67内には油圧ピストン68が摺動可能に挿入され
る。この油圧ピストン68にはＯリング69が取付けられて
いる。

次に、制御ロッド加圧室66を介して制御ロッド56を駆動
するアクチュエータ54の構造について説明する。このア
クチュエータ54は燃料噴射弁本体50に固締されたケーシ
ング71と、油圧ピストン68およびケーシング71間に挿入
された圧電素子72からなる。この圧電素子72は薄板状の
圧電素子を多数枚積層した積層構造をなしており、この
圧電素子72に圧電を印加すると圧電素子72は電歪効果に
よって長手方向の歪を生ずる、即ち長手方向に伸びる。
この伸び量は例えば50μ程度の少量であるが応答性が極
めて良好であり、電圧を印加してから伸びるまでの応答
時間は80μsec程度である。電圧の印加を停止すれば電
圧素子72はただちに縮む。第３図（イ）に示されるよう
に油圧ピストン68と燃料噴射弁本体50間には皿ばね73が
挿入され、この皿ばね73のばね力によって油圧ピストン
68は圧電素子72に向けて押圧される。第３図（ロ）に示
すように油圧ピストン68内には燃料通路74が形成され、
この燃料通路74内には逆止弁75が挿入される。ケーシン
グ71と圧電素子72間には圧電素子72を冷却するために図
示しない装置によって燃料が循環せしめられ、制御ロッ
ド加圧室66内の燃料、即ち制御油が漏洩するとケーシン
グ71内の燃料が燃料通路74および逆止弁75を介して制御
ロッド加圧室66内に補給される。

制御ロッド加圧室66内の燃料、即ち制御油が加圧されて
いない場合にはニードル58には制御ロッド56の上面に作
用する下向きの力と、圧縮ばね64による下向きの力と、
ニードル58の受圧面60に作用する上向きの力が加わる。
このとき下向きの力の総和が上向きの力よりも若干大き
くなるように制御ロッド56の径、圧縮ばね64のばね力お
よびニードル58の受圧面60の面積が設定されていてる。
従って通常ニードル58には下向きの力が作用しており、
斯くして通常ニードル58はノズル孔53aを閉鎖してい
る。次いで圧電素子72に電圧が印加されると圧電素子72
が伸びるために油圧ピストン68が左方に移動し、その結
果制御ロッド加圧室66内の制御油圧が上昇する。このと
き制御ロッド56の受面圧65に上向きの力が作用するため
に制御ロッド56が上昇し、斯くしてニードル58が上昇す
るためにノズル孔53aから燃料が噴射される。このとき
の応答性は上述したように80μsec程度であって極めて
速い。一方、圧電素子72への電圧の印加が停止せしめら
れると圧電素子72は縮み、その結果制御ロッド加圧室66
内の制御油圧が低下するために制御ロッド66およびニー
ドル58が下降して燃料噴射が停止せしめられる。このと
き応答性も80μsec程度であって極めて速い。

次に本実施例における電子制御装置30と本考案一実施例
の要部である圧電素子駆動回路40の構成及びその働きに
ついて説明する。第１図に示すように、イグニッション
スイッチ100を介してバッテリ101より電力の供給をうけ
て作動する電子制御装置30は、周知のCPU110,ROM111,RA
M112を中心に、タイマ115,入力ポート117,出力ポート11
8等をバス119によって相互に接続した論理演算回路とし
て構成されている。入力ポート117には既述したクラン
ク角センサ21,22、冷却水温センサ24,過給圧センサ26,
燃料圧センサ28及びアクセルセンサ34が接続されてお
り、CPU110はこの入力ポート117を介して、クランク角
（従ってディーゼルエンジン１の回転数Ｎ）及び気筒判
別信号、冷却水温Thw、過給圧Ｂ、燃料圧Ｐ及び負荷Ｌ
等のディーゼルエンジン１の運転状態を読み込むことが
できる。一方、出力ポート118は４個の燃料噴射弁８が
備える圧電素子を駆動する圧電素子駆動回路40と燃料供
給ポンプ14を駆動するポンプ駆動装置45とに接続されて
おり、CPU110はこの出力ポート118を介して燃料噴射片
８の開閉及び燃料供給の制御を行なう。尚、燃料供給ポ
ンプ14の制御については本考案の要旨には直接関係しな
いので、ここでは燃料圧Ｐはディーゼルエンジン１の回
転数Ｎに比例して制御されるものとして、説明は省略す
る。また第１図には圧電素子駆動回路40のうちひとつの
燃料噴射弁８の備える圧電素子を駆動する回路を除いて
他は省略してある。他の３気筒の燃料噴射弁８の備える
圧電素子も同様の回路構成により、出力ポート118を介
して制御されている。

圧電素子駆動回路40は、駆動電圧発生回路120がバッテ
リ電圧を昇圧して出力する約250Vの電圧の供給を受けて
おり、サイリスタSCR1,SCR2,SCR3,及びトランジスタTR
をスイッチングさせることにより、圧電素子72を排他的
にドライブするよう構成されている。駆動電圧発生回路
120には並列にコンデンサＣが接続されており、その駆
動電圧発生回路120のプラス側の出力とコンデンサＣと
の間にはサイリスタSCR1が接続されている。なおサイリ
スタSCR1のアノード側は駆動電圧発生回路120、カソー
ド側はコンデンサＣに接続されている。一方、サイリス
タSCR1のカソード側はコイルL1を介して他のサイリスタ
SCR2のアノード側にも接続され、サイリスタSCR2のカソ
ード側はアクチュエータ54の圧電素子72に接続されてい
る。

またサイリスタSCR2のカソード側はコイルL2を介して他
のサイリスタSCR3のアノード側に、サイリスタSCR3のカ
ソード側はコンデンサＣのサイリスタSCR1側に接続され
ている。

一方、圧電素子72に貯えられた電荷の短絡回路として、
NPN型のトランジスタTRを介して圧電素子72の両端を短
絡させている。即ち、トランジスタTRのコレクタは圧電
素子72のサイリスタSCR2側に、エミッタは駆動電圧発生
回路120のマイナス側の出力に、ベースは出力ポート118
に接続され、短絡回路の開閉が制御される。

なお、サイリスタSCR1,SCR2,SCR3のゲートも出力ポート
118に直接接続されドライブされる。ここでサイリスタS
CR2、SCR3はそれぞれ第１スイッチング手段、第２スイ
ッチング手段に相当し、トランジスタTRは第３スイッチ
ング手段に相当するものである。

そこで、次に第４図ないし第８図に示すフローチャート
を用いて、電子制御装置30の行なう処理について説明
し、併せて、出力ポート118を介してドライブされるサ
イリスタSCR1,SCR2,SCR3,及びトランジスタTRのオンオ
フ動作とこれに応じて行なわれる圧電素子の伸縮に伴う
燃料噴射弁の開閉について説明する。

電子制御装置30は、イグニッションスイッチ100がオン
とされると動作を開始し、第４図に示す主制御ルーチン
を実行する。まずステップ200では所謂初期化の処理を
行なう。ここでは、CPU110の内部レジスタのクリアフラ
グ等の初期設定を行なう。続くステップ210では、コン
デンサＣに初期電圧供給制御ルーチンを実行する。この
ルーチンについては第５図に依拠して後述する。

ステップ210に続くステップ220では、入力ポート117を
介して、各センサよりディーゼルエンジン１の回転数N,
負荷L,冷却水温Thw,過給圧Ｂ及び燃料圧Ｐ等の運転状態
を読み込む処理が行なわれる。続くステップ230では、
負荷Ｌを基本とし他の運転状態を加味して燃料噴射量τ
を計算する処理が、更にステップ240では燃料噴射の開
始及び終了時間を計算する処理が、各々行なわれる。

これらの結果を受けて、CPU110は、ステップ250で、燃
料噴射開始タイミングと終了タイミングとをタイマ115
にセットする処理を行なう。この結果、タイマ115は自
走を開始し、燃料噴射開始タイミング及び終了タイミン
グになると割込信号をCPU110に出力する。

続くステップ260では、出力ポート118よりポンプ駆動装
置45を介して、燃料供給ポンプ14を制御し、燃料圧Ｐの
制御が行なわれるが、本考案には直接関係しないのでこ
の制御に関する説明は省略する。続くステップ270は、
圧電素子72の残留電荷を短絡させると共に、コンデンサ
Ｃに電力補充を行なう初期化制御ルーチンを実行する。
このルーチンについては第８図に依拠して後述する。ス
テップ270の処理の終了後、処理はステップ220に戻っ
て、上述した燃料噴射のための処理を繰返す。

上述したステップ210の処理について第５図のフローチ
ャートに基づいて詳述する。処理が開始されると、ステ
ップ310では、出力ポート118を介してサイリスタSCR1の
ゲートにパルス信号を出力する処理が行なわれる。この
結果、サイリスタSCR1は導通状態となり、駆動電圧発生
回路120にてコンデンサＣが充電される。この時コンデ
ンサＣの端子電圧は駆動電圧発生回路120と等しくな
る。以上の処理の終了後、「RTN」へ抜けて本ルーチン
を一旦終了する。なお、上記コンデンサＣは上述の充電
に要する時間を短縮する為に約50μＦ程度の大きな静電
容量のものである。

上述したステップ250の処理においてセットされた燃料
噴射開始タイミングに至ると、タイマ115より割込が発
生し、CPU110は、第６図に示す燃料噴射弁開弁制御割込
ルーチンを実行する。この割込ルーチンでは、ステップ
410で出力ポート118を介してサイリスタSCR2のゲートに
パルス信号を出力する処理が行なわれる。この結果、サ
イリスタSCR2が導通状態となると、この回路はコイルL1
のインダクタンスと圧電素子72の容量とによる直列共振
回路であることから、数十μsecのうちにコンデンサＣ
に貯えられていた電荷の一部が圧電素子72に移動する。
この結果、圧電素子72が伸長し、燃料噴射弁８は制御ロ
ッド56が上方へ押し上げられて開弁し、ノズル53の先端
のノズル孔53aより燃料が噴射される。電荷がコンデン
サＣから圧電素子72に移動してしまうと、サイリスタSC
R2は保持電流がなくなるのでターンオフし、圧電素子72
に蓄積された電荷はどこにも放出されることはない。も
とより、制御ロッド56を上方に駆動するのに、電力の一
部は用いられているが、圧電素子72に蓄えられるエネル
ギ（電荷）は消費される電力と較べて数倍は大きいの
で、制御ロッド56を駆動した後も、圧電素子72には猶電
荷が蓄えられた状態となっている。なお、圧電素子72が
伸長して開弁状態となってしまえば、圧電素子72はほと
んど仕事をしないので電荷もほとんど失われない。

次に、上述したステップ250の処理においてセットされ
た燃料噴射終了タイミングに至ると、タイマ115より割
込みが発生し、CPU110は、第７図に示す燃料噴射弁閉弁
制御割込ルーチンを実行する。この割込ルーチンでは、
ステップ510で、出力ポート118を介してサイリスタSCR3
のゲートにパルス信号を出力する処理が行なわれる。こ
の結果、サイリスタSCR3が導通状態となると、この回路
はコイルL2のインダクタンスとコンデンサＣの容量とに
よる直列共振回路であることから、数十μsecのうちに
圧電素子72に貯えられていた電荷はコンデンサＣに移動
する。この結果、圧電素子72が短縮し、その結果制御ロ
ッド加圧室66内の制御油圧が低下するために制御ロッド
56及びニードル58が下降し、燃料噴射を減少せしめる。
なおこの時、圧電素子72の総ての電荷がコンデンサＣに
移る訳ではなく、少量の電荷が抜け切らず、圧電素子72
に残留している。以上の処理の終了後、「RTN」へ抜け
て本ルーチンを一旦終了する。

次に上述したステップ270の処理について第８図のフロ
ーチャートに基づいて詳述する。処理が開始されると、
ステップ610では、出力ポート118を介してトランジスタ
TRのベース端子に制御信号を出力する処理が行なわれ
る。この結果、トランジスタTRのエミッタ−コレクタ間
は導通状態となり、圧電素子72の両端が短絡され、上述
した残留電荷が総て抜け切り、零となる。なお、この電
荷の短絡処理に伴い、圧電素子72はより短縮し、燃料噴
射弁８はより閉じ側に動作する。

こうして燃料噴射弁８が１回燃料噴射動作（開閉弁動
作）を行なうが、コンデンサＣには相当量の電荷が貯え
られている。従って、この電力を次回の開閉弁動作に利
用することができ、省電力を図ることができる。しかし
ながら、燃料噴射弁８の開閉弁動作に伴う電力消費及び
一部電力の短絡等の為に、当然コンデンサＣに貯えられ
た電荷は初期状態と比較して低下し、エネルギーを補充
する必要が生じる。続くステップ620がこれにあたり、
失われたエネルギーの補充を行なう。即ち、ステップ62
0では、サイリスタSCR1のゲートに制御信号を出力し、
これをオン状態とする処理を行なう。この処理は、燃料
噴射弁８が閉じているタイミングで行なわれるので、初
期化の処理（第４図のステップ200の処理）でサイリス
タSCR1をオンとした時と同様にコンデンサＣに、駆動電
圧発生回路120から電力が供給され、燃料噴射弁８の開
閉の為に失われた電荷は補充される。ステップ620の処
理の後、「RTN」へ抜けて本制御ルーチンは終了する。

なお、サイリスタSCR2,SCR3,SCR4の動作による圧電素子
72の伸長の様子、及びサイリスタSCR1の動作による上述
した電力補充動作の様子を第９図のタイミングチャート
に示した。同図において、サイリスタSCR1が導通状態に
なると、一点破線710で表わすコンデンサＣの端子電圧
が駆動電圧発生回路の出力電圧Voと等しくなる。次い
で、サイリスタSCR2が導通状態になると、実線720で表
わす圧電素子72の端子電圧が上昇し、２倍のV0程度とな
る。次いで、サイリスタCR3が導通状態になると、その
圧電素子72の端子電圧が下降し、所定電圧V1となる。そ
の後、トランジスタTRが導通状態になり、圧電素子72の
端子電圧が零となる。その後、以上の処理を繰り返して
実行している。

以上のように構成された本実施例においては、圧電素子
72の１回の伸縮動作後の圧電素子72間の端子電圧は第９
図に示す如く、完全に零となる為に、従来の圧電素子を
用いた燃料噴射弁駆動装置のように圧電素子の伸縮駆動
の変位量が減少し、最悪の場合、圧電素子の駆動が停止
して燃料噴射弁が作動しなくなるというようなことがな
い。

なお、本実施例においては、圧電素子72より放電された
電荷の多くの量をコンデンサＣに蓄積させ、該蓄積した
電荷を再度、圧電素子72に充電させるよう構成され、電
力の浪費を防いでいる。

また本実施例では、圧電素子72の伸長作用を用い、更に
コンデンサの充電時間短縮の為にコンデンサの静電容量
を大きくとってあるので、燃料噴射弁８の開閉の応答性
が数十μsec程度と極めて高速である。この結果、燃料
噴射量，燃料噴射時期の制御も正確に行なうことがで
き、燃費向上や排ガス浄化の改善も達成することができ
る。

以上、本考案の一実施例について説明したが、本考案は
こうした実施例に何等限定されるものではなく、本考案
の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様にて実
施しえることは勿論である。

考案の効果 以上詳述したように、本考案にかかる燃料噴射弁駆動装
置にあっては、第３スイッチング手段を設けて、圧電素
子の電荷がコンデンサに移り圧電素子が短縮（又は伸
長）して弁体が燃料通路の先端開口を閉じ一回の燃料噴
射を終了する度毎に、短絡回路を閉成することによって
圧電素子の両端を短絡している。従って、応答性を高め
るために静電容量の大きなコンデンサを用いた場合で
も、燃料噴射が繰り返し行われる度に残留電荷が圧電素
子に貯えられるということがない。それ故、圧電素子の
伸縮作動を安定して制御することができ、その制御に基
づき燃料噴射弁を駆動し所期の燃料噴射量及び燃料噴射
時期の調節を図ることができる。

さらに本考案では、一度圧電素子に貯えられた電荷の相
当量をコンデンサに移し、この電力を時間の圧電素子の
駆動に利用するよう構成されているので、電力の節約を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電素子72の駆動回路を電子制御装置のブロッ
ク図と共に構成図、第２図は４気筒ディーゼルエンジン
の概略構成図、第３図（イ）は燃料噴射弁８の構造を表
す断面図、第３図（ロ）は燃料噴射弁８の一部を成す油
圧ピストン68の構造を表す拡大断面図、第４図乃至第８
図は各々電子制御装置30で実行される各種制御ルーチン
を表すフローチャート、第９図は本実施例における制御
を表すタイムチャート、である。 １……ディーゼルエンジン ８……燃料噴射弁 12……蓄圧室 14……燃料供給ポンプ 40……圧電素子駆動回路 50……燃料噴射弁本体 53……ノズル 58……ニードル 72……圧電素子 120……駆動電圧発生回路 SCR1,SCR2,SCR3……サイリスタ Ｃ……コンデンサ L1,L2……コイル TR……トランジスタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングと、該ケーシング内を貫通して
   形成された燃料通路と、該燃料通路内の先端部に配設さ
   れ該燃料通路の先端開口を開閉する弁体と、前記燃料通
   路とは別個独立のシリンダ内に配設され電荷が供給され
   て伸長又は短縮することにより前記弁体を開閉作動させ
   る圧電素子とを備え、所定圧力の燃料を蓄える蓄圧手段
   から内燃機関の気筒へ燃料を導く燃料路の先端に取り付
   けられた燃料噴射弁において、前記圧電素子の伸縮作動
   を制御することにより前記気筒内へ噴射される燃料噴射
   量及び燃料噴射時期を調節する燃料噴射弁駆動装置であ
   って、 電源回路と、 該電源回路と並列に接続されて該電源回路より供給され
   た電荷を貯えるコンデンサと、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
   デンサとの間に直列に接続されて、該圧電素子と共に第
   １の直列共振回路を形成する第１素子と、 前記第１の直列共振回路を開閉し、該第１の直列共振回
   路の閉成時に、前記コンデンサから前記圧電素子へ電荷
   を供給する第１スイッチング手段と、 所定のインダクタンスを有し、前記圧電素子と前記コン
   デンサとの間に直列に接続されて該コンデンサと共に第
   ２の直列共振回路を形成する第２素子と、 前記第２の直列共振回路を開閉し、該第２の直列共振回
   路の閉成時に、前記圧電素子から前記コンデンサへ電荷
   を放出させる第２スイッチング手段と、 前記圧電素子の両端を短絡する短絡回路と、 該短絡回路を、前記圧電素子が前記コンデンサへ電荷を
   放出して一回の燃料噴射を終了する度毎に一時的に閉成
   すると共に、該圧電素子及び該コンデンサの間で電荷の
   供給または放出が行われているときには開放する第３ス
   イッチング手段と、を備えてなることを特徴とする燃料
   噴射弁駆動装置。