JPH0814270B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

〔従来の技術〕

実願昭63−9584号には、絞り通路を介して燃料が供給
される圧力室を備え、圧電素子が伸長することにより圧
力室内の燃料圧を増大せしめこれによりニードルが噴射
孔を閉弁せしめるとともに、圧電素子が収縮することに
より圧力室内の燃料圧を低下せしめるこれにニードルが
噴射孔を開弁せしめるようにした燃料噴射弁が開示され
ている。

この圧電素子を伸縮せしめる従来の駆動回路は、第８
図に示すように、電源52と、サイリスタ53,56と、充電
側及び放電側コイル54,55とを具備する。この駆動回路5
1によって圧電素子27は、交互に電荷がチャージ、ディ
スチャージされ、伸縮せしめられる。これにより、圧力
室内の燃料圧が増大減少せしめられて、燃料噴射弁が開
閉せしめられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこのような燃料噴射装置では、機関停止直後に
おいては、圧電素子は電荷が充電された状態で、伸長状
態にある。このため、圧力室の容積は最小となり、圧力
室内に保持される燃料量も最少である。機関停止後、時
間の経過とともに圧電素子は徐々に自然放電し、これに
伴い圧力室の容積は増大する。しかし圧電素子の放電は
緩慢であり、圧電素子が放電し終わる前に燃料供給圧が
低下し圧力が平衡する。このため、絞り通路を介して圧
力室内に燃料を導入することが困難となり、圧力室内の
容積増大に伴ない圧力室内に気泡が発生する可能性があ
る。

一方、機関始動時には、圧電素子を充電して伸長させ
ることにより圧力室内の燃料圧を増大せしめ、これによ
りニードルが噴射孔を閉弁せしめるようにしている。し
かし、前述のように圧力室内は燃料が満たされておら
ず、このため圧力室内の燃料圧を所望の圧力まで高める
ことができず、十分な閉弁力を得られない。従って、機
関始動初期において誤噴射を生ずるという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、絞り通路を介して燃料が供給される
圧力室を備え、圧電素子が伸長することにより前記圧力
室内の燃料圧を増大せしめこれによりニードルが噴射孔
を開弁せしめるとともに、前記圧電素子が収縮すること
により前記圧力室内の燃料圧を低下せしめこれにより前
記ニードルが前記噴射孔を開弁せしめるようにした燃料
噴射弁を有する燃料噴射装置であって、内燃機関停止後
に前記圧電素子に充電された電荷を放電させる放電手段
と、該放電手段による圧電素子からの放電電流を、前記
ニードルが前記噴射孔を開弁しない程度の速度でかつ燃
料圧力が低下して圧力平衡状態になるよりも速い速度で
前記圧電素子が収縮する電流範囲に制限する放電電流制
御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴
射装置が提供される。

〔作 用〕

放電電流制御手段により内燃機関停止後の圧電素子か
らの放電電流を所定の範囲に制限したため、内燃機関停
止後に圧電素子はニードルが噴射孔を開弁しない程度で
かつ圧力室内の燃料圧力が低下して圧力平衡状態になる
よりも速い速度で収縮する。このため、圧電素子の収縮
に伴って圧力室内には絞り通路を通って燃料が導入さ
れ、圧力室内に保持される燃料量が増大することとな
り、始動時の閉弁力が確保される。

〔実施例〕

第２図は、電歪式燃料噴射弁を示している。同図にお
いて、１は先端に噴射孔２を有するノズルボディを示し
ており、ノズルボディ１内には噴射孔２を開閉可能にニ
ードル３が挿入されている。

ノズルボディ１はボディ４に嵌合され、燃料は燃料導
入口５、封止プラグ６の装着された燃料通路７、燃料通
路８、燃料溜り室９、蓄圧室10を介して噴射孔２から噴
射される。ニードル３開閉による燃料噴射の制御は、直
接的には噴射孔２の直上流側のシート部11で行われる。
ニードル３には、テーパ状の受圧面12が形成されてお
り、受圧面12に燃料圧力を受けることによりニードル３
は開弁方向に動く。この受圧面12周りに燃料溜り室９が
形成されている。蓄圧室10は、燃料溜り室９と噴射孔２
との間に形成され、噴射孔２近傍まで細長く延びてい
る。この蓄圧室10の通路断面積は、燃料溜り室９に至る
燃料通路８の断面積よりも大に形成されている。また、
蓄圧室10の断面積は、噴射孔２の総面積に比べ10倍以上
とすることが好ましく、さらに蓄圧室10の容積は、0.5c
c以上確保することが好ましい。

ニードル３の上端部は、ディスタンスピース13、ノッ
クピン14を介してボディ４に接続され、この部分には圧
縮スプリング15が介装されている。ノズルボディ１はリ
テーニングナット16によりボディ４に連結されている。
ニードル３の上部とノズルボディ１の内周面との間に
は、絞り通路である僅かなクリアランス17が形成されて
おり、該クリアランス17を介して燃料溜り室９から燃料
が上方に形成される圧力室18に充満されるようになって
いる。

圧力室18は、ピストン19下端とボディ４上端との間に
形成され、圧力室18における燃料圧力はニードル３の開
閉方向の力として作用できるようになっている。ピスト
ン19は、ケース20内に摺動可能に嵌挿され、皿バネ21に
より上方に付勢されている。ケース20は、ノックピン22
により位置決めされた、圧力室18は、ピストン19外周に
設けられたＯリング23、バックアップリング24によって
シールされている。ケース20は、ナット25を介してボデ
ィ４に固定されている。

ケース20内に伸縮作動可能な電歪式アクチュエータ26
が設けられている。27は多数のピエゾ圧電素子を積層し
たピエゾ圧電素子部であり、その両側にセラミックプレ
ート28,29、金属プレート30,31が設けられている。32は
調整シムを示している。電歪式アクチュエータ26は、リ
ード線33を介して接続された駆動制御回路80により伸縮
制御される。

燃料導入口５は、リザーバタンク35及び燃料ポンプ36
を介して燃料タンク37に接続される。

上記のように構成された燃料噴射弁においては、供給
されてくる燃料は、燃料導入口５、燃料通路7,8を介し
て燃料溜り室９に送られ、さらにはクリアランス17を介
して圧力室18、噴射孔側の蓄圧室10に充満される。ピエ
ゾ圧電素子27が収縮すると、受圧面12で受ける燃料圧力
によりニードル３がリフトして開弁され、噴射孔２から
燃料が噴射される。ピエゾ圧電素子27が伸長すると、圧
力室18の圧力が高まり、該圧力を介してニードル３が下
方に押されて閉弁され、噴射が終了する。

第１図に示される駆動制御回路80は電子制御ユニット
50と駆動回路51とにより構成される。駆動回路51は電源
52と、サイリスタ53と、充電側コイル54と、放電側コイ
ル55と、サイリスタ56とを具備する。ピエゾ圧電素子27
の一方の端子は電源52のマイナス側端子に接続される。
ピエゾ圧電素子27の他方の端子は一方では充電用コイル
54およびサイリスタ53を介して電源52のプラス側端子に
接続され、他方では放電用コイル55およびサイリスタ56
を介して電源52のマイナス側端子に接続される。また、
ピエゾ圧電素子27と並列に抵抗57が接続される。

電子制御ユニット50には、クランク角センサ60の出力
パルス、アクセルペダルの踏込み量を表わす負荷センサ
61の出力信号および機関冷却水温度を表わす水温センサ
62の出力信号が入力される。また、電子制御ユニット50
は、各サイリスタ53,56のゲート端子に接続され、さら
に、イグニッションスイッチ63およびスタータスイッチ
64に接続される。

第３図は機関通常運転時におけるピエゾ圧電素子27の
駆動制御のタイムチャートを示す。

第３図において、イにおいて、サイリスタ56の制御信
号が電子制御ユニット50から出力されてサイリスタ56が
オンになる。サイリスタ56がオンになるとピエゾ圧電素
子27にチャージされた電荷が放電用コイル55およびサイ
リスタ56を介してディスチャージされ、斯くしてピエゾ
圧電素子27の端子電圧が低下する。このとき放電用コイ
ル55とピエゾ圧電素子27からなる発振回路によってピエ
ゾ圧電素子27の端子電圧は−200Vになる。ピエゾ圧電素
子27にチャージされた電荷がディスチャージされるとビ
エゾ圧電素子27は収縮する。これにより圧力室18内の燃
料圧が低下し、受圧面12で受ける燃料圧力によってニー
ドル３がリフトして開弁せしめることとなる（第２図参
照）。

次いでロにおいて、サイリスタ53の制御信号によりサ
イリスタ53がオンになると電源52からサイリスタ53およ
び充電用コイル54を介して電荷がピエゾ圧電素子27にチ
ャージされる。このときピエゾ圧電素子27の端子電圧は
充電用コイル54とピエゾ圧電素子32（容量Ｃのコンデン
サとみなしうる）からなる発振回路によって電源52の電
圧300Vよりも高く600Vとなる。次いでサイリスタ53に逆
方向の電圧が印加されるとサイリスタ53はオフとなる。
これにより圧力室18内の燃料圧が増大し、この圧力によ
ってニードル３が下方に押されて閉弁される（第２図参
照）。

さらにハにおいて、イと同様にサイリスタ56がオンと
され、燃料噴射弁が開弁され、以下同様の動作を繰り返
すこととなる。

ロにおいてピエゾ圧電素子27にチャージされた電荷
は、抵抗57を介して徐々に放電される。ピエゾ圧電素子
27の静電容量をＣ、抵抗57の抵抗値をＲとすると放電時
定数τは、 τ＝CR で表わされる。τは１秒以上で、好ましくは10秒となる
ように設定される。これにより、ハにおいても、ピエゾ
圧電素子27には燃料噴射弁を閉弁するに十分な電荷がチ
ャージされており、どのような運転条件においても、抵
抗57を介しての放電によって燃料噴射弁が開弁すること
はない。

開弁期間（イ−ロ間）及び開弁時期（イ）は、クラン
ク角センサ60、負荷センサ61及び水温センサ62の出力信
号から算出される。

第４図は機関停止時におけるリザーバタンク35内圧力
及びピエゾ圧電素子27の端子電圧の変化を示す。

第４図において、ニ−ホ間で燃料噴射弁が開弁して燃
料噴射が実行され、ヘにおいてイグニッションスイッチ
63がオフされ、機関停止される。イグニッションスイッ
チ63オフにより燃料ポンプ36は停止し、リザーバタンク
35内圧力は徐々に低下する。一方、ピエゾ圧電素子27は
時定数τで抵抗57を介して放電する。時定数τは、どの
ようなタイミングでイグニッションスイッチをオフして
も、リザーバタンク35内の圧力が低下して平衡するより
も以前にピエゾ圧電素子27が放電し終わるように決定さ
れる。さらに時定数τは、ピエゾ圧電素子27の放電によ
りピエゾ圧電素子27が収縮して圧力室18内の圧力は低下
するが、ピエゾ圧電素子27の放電によりニードル３が噴
射孔２を開弁しないように決定される。

ピエゾ圧電素子27の放電により、圧力室18の容積が増
大して圧力が低下し、リザーバタンク35内の圧力により
クリアランス17を介して圧力室18内に燃料が導入され
る。ピエゾ圧電素子27が放電し終わったとき、圧力室18
の容積は最大となり、リザーバタンク35内の圧力によっ
て圧力室18内は燃料が満たされることとなる。

第５図には機関始動時におけるリザーバタンク35内圧
力、ピエゾ圧電素子27の端子電圧及び圧力室18内圧力の
変化を示す。

第５図において、トでイグニッションスイッチ63がオ
ンされ、続いてチでスタータスイッチ64がオンされる。
スタータスイッチ64がオンされると同時に、燃料ポンプ
36が駆動され、リザーバタンク35内圧力が昇圧し始め
る。さらに、ピエゾ圧電素子27に電荷がチャージされ、
ピエゾ圧電素子27は伸長する。圧力室18内には、前述の
ように機関停止時において十分な量の燃料が満たさてて
いるため、ピエゾ圧電素子27の伸長により圧力室18内に
は高圧が発生する。この圧力による閉弁力は、受圧面12
に作用するニードル３を開弁方向に付勢する推力より大
きいため、ニードル３は確実に噴射孔２を閉弁せしめる
ことができる。また、ピエゾ圧電素子27の電荷チャージ
時期をリザーバタンク35内圧力昇圧時期に同期させてい
るため、圧力室18内の高圧燃料のクリアランス17を介し
ての漏れを抑制することができるので、十分な閉弁力を
維持することができる。

以上のように本実施例によれば、機関始動時における
誤噴射を確実に防止することができる。

第６図には、放電抵抗57に替えて、トランジスタ58の
コレクタおよびエミッタがピエゾ圧電素子27に並列に接
続された駆動回路51を示す。トランジスタ58のベースは
電子制御ユニット50に接続される。機関始動時及び通常
運転時においてはベース電流は０にされ、トランジスタ
５はオフ状態とされる。このため、ピエゾ圧電素子27
は、トランジスタ58を介して放電しない。イグニッショ
ンスイッチ63オフにより機関停止を検出すると、電子制
御ユニット50から出力されるパルス信号によってパルス
状のベース電流が流れ、トランジスタ58がオン−オフ制
御される。これによりピエゾ圧電素子27は放電される。
この様子を第７図に示す。この放電速度は、第１の実施
例と同様、リザーバタンク35内圧力の低下より速くなる
ようにされ、かつ燃料噴射弁が開弁しないように電子制
御ユニット50によって最適に制御される。

本実施例によれば第１の実施例と同様の効果を奏する
ことができる。さらに、機関始動時及び通常運転時にお
いて、ピエゾ圧電素子27は放電されないため、閉弁力は
ほとんど低下せず、より確実な閉弁を行なうことができ
る。また、機関停止後におけるピエゾ圧電素子27の放電
特性を任意かつ容易に変更することも可能である。

なお、ピエゾ圧電素子を放電させるため他の素子、例
えばサイリスタを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、内燃機関始動時におけ
る誤噴射を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料噴射弁の駆動制御回路を示す図、第２図は
燃料噴射装置の全体構成図、第３図は機関通常運転時に
おける動作説明図、第４図は機関停止時における動作説
明図、第５図は機関始動時における動作説明図、第６図
は第２の実施例の駆動回路を示す図、第７図は第２の実
施例の動作説明図、第８図は従来の駆動回路を示す図で
ある。 ２……噴射孔、３……ニードル、 17……クリアランス、18……圧力室、 27……ピエゾ圧電素子、51……駆動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絞り通路を介して燃料が供給される圧力室
   を備え、圧電素子が伸長することにより前記圧力室内の
   燃料圧を増大せしめこれによりニードルが噴射孔を開弁
   せしめるとともに、前記圧電素子が収縮することにより
   前記圧力室内の燃料圧を低下せしめこれにより前記ニー
   ドルが前記噴射孔を開弁せしめるようにした燃料噴射弁
   を有する燃料噴射装置であって、 内燃機関停止後に前記圧電素子に充電された電荷を放電
   させる放電手段と、 該放電手段による圧電素子からの放電電流を、前記ニー
   ドルが前記噴射孔を開弁しない程度の速度でかつ燃料圧
   力が低下して圧力平衡状態になるよりも速い速度で前記
   圧電素子が収縮する電流範囲に制限する放電電流制御手
   段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。