JPH1182223A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】大型化することなく、十分に燃料を噴射可能と
し、かつ所定のタイミングで圧電式の衝撃的伸長素子へ
繰り返し電力供給を可能とする燃料噴射装置を提供す
る。 【解決手段】燃料噴射ユニット４４により燃料を燃焼室
に噴射する燃料噴射装置において、燃料噴射ユニット４
４は、液体燃料供給源と燃料入口により連通する加圧室
５０と、少なくとも一つの圧電体の両側の一方に第１の
電極と他方に第２の電極を配置した圧電素子７３からな
る衝撃的高圧波を発生させる衝撃的伸長素子と、衝撃的
高圧波の到達時開となり燃焼室に燃料を噴射する噴射弁
とを備え、燃料噴射装置はさらに電荷の供給を制御する
供給エネルギー制御手段を備え、この供給エネルギー制
御手段は、第１の電極に対して第２の電極を正電位とし
て衝撃的伸長素子を収縮した後、第２の電極に対して第
１の電極を正電位として衝撃的伸長素子を伸長させるこ
とにより燃料噴射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、衝撃的高圧によ
り燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】出願人は燃料噴射装置として、特願平８
−２１９６７２号において内燃機関の燃焼室に高圧で燃
料を噴射する燃料噴射装置を提案しており、この燃料噴
射は衝撃的な高圧で噴射でき噴霧の微粒化の面で有利で
ある。このような燃料噴射装置で加圧源部分に圧電素子
あるいは磁歪素子などの衝撃的伸長素子を用いると、比
較的簡単な構造で燃料を衝撃的に高圧にでき噴霧の微粒
化を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、衝撃的
伸長素子への電圧付加開始あるいは電流供給開始の方
法、電圧付加解除あるいは電流供給停止の方法について
具体的に開示していない。しかも、この従来の方法によ
っては、十分に燃料を噴射するようにするために燃料噴
射装置が大型化してしまう問題がある。

【０００４】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、大型化することなく、十分に燃料を噴射可能と
し、かつ所定のタイミングで圧電式の衝撃的伸長素子へ
繰り返し電力供給を可能とする燃料噴射装置を提供する
ことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するため、この発明は以下のように構成され
る。

【０００６】請求項１記載の発明は、『燃焼室に臨むよ
うに燃料噴射ユニットを備え、この燃料噴射ユニットに
より燃料を前記燃焼室に噴射する燃料噴射装置におい
て、前記燃料噴射ユニットは、液体燃料供給源と燃料入
口により連通する加圧室と、少なくとも一つの圧電体の
両側の一方に第１の電極と他方に第２の電極を配置した
圧電素子からなり、前記第２の電極に対して第１の電極
を正電位とする電力供給を受けて短時間で伸長すること
により加圧室に臨む端部近傍に衝撃的高圧波を発生させ
る衝撃的伸長素子と、衝撃的高圧波の到達時開となり前
記燃焼室に燃料を噴射可能とする噴射弁を配置した噴射
口と、この噴射口と前記加圧室を連通する噴射通路とを
備え、前記燃料噴射装置はさらに、電荷の供給を制御す
る供給エネルギー制御手段を備え、この供給エネルギー
制御手段は、前記第１の電極に対して第２の電極を正電
位として前記衝撃的伸長素子を収縮した後、第２の電極
に対して第１の電極を正電位として前記衝撃的伸長素子
を伸長させるようにしたことを特徴とする燃料噴射装
置。』である。

【０００７】この請求項１記載の発明によれば、逆方向
の電界が作用するエネルギーを圧電体に弾性エネルギー
として蓄えることができるので、圧電体の弾性エネルギ
ーと、大きな電界の変化量の両方により、より大きな運
動エネルギーをアーマチャに与えることができ、衝撃的
伸長素子により大きな衝撃的高圧を発生でき、装置を大
型化することなく燃料の噴射量を増大できる。

【０００８】請求項２記載の発明は、『前記請求項１記
載の燃料噴射装置において、供給エネルギー制御手段
は、所定のクランク角において、前記第１の電極に対し
て第２の電極を正電位に保持した状態から第２の電極に
対して第１の電極を正電位に変化させ、この変化後所定
時間あるいは所定のクランク角を経過する間前記第２の
電極に対する第１の電極の正電位状態を保持した後、前
記第１の電極に対して第２の電極を正電位に変化させ、
この変化後前記第１の電極に対する第２の電極の正電位
状態を、次の燃料噴射サイクルにおける所定のクランク
角まで保持するようにしたことを特徴とする燃料噴射装
置。』である。

【０００９】この請求項２記載の発明によれば、所定の
クランク角において衝撃的伸長素子が大きく伸長し、こ
の伸長により所定のタイミングでより多くの燃料を噴射
できるとともに、所定時間あるいは所定クランク角経過
後大きな収縮によっても噴射が可能となる。

【００１０】請求項３記載の発明は、『前記請求項１記
載の燃料噴射装置において、供給エネルギー制御手段
は、前記第１の電極に対して第２の電極を正電位に保持
した状態から、第２の電極に対して第１の電極を正電位
に変化させる行程と、第１の電極に対して第２の電極を
正電位に変化させる行程からなる衝撃的伸長素子の伸縮
行程を所定のクランク角において開始し且つ複数回実施
した後、前記第１の電極に対する第２の電極の正電位状
態を、次の燃料噴射サイクルにおける所定のクランク角
まで保持するようにしたことを特徴とする燃料噴射装
置。』である。

【００１１】この請求項３記載の発明によれば、請求項
２の特徴に加え、所定のタイミングで衝撃的伸長素子へ
繰り返し大きな電力を供給し、衝撃的伸長素子の伸縮に
よる噴射が複数回可能となり、噴射量を増大できる。

【００１２】請求項４記載の発明は、『前記請求項１記
載の燃料噴射装置において、供給エネルギー制御手段
は、所定のクランク角より先行して前記第１の電極と第
２の電極とが同電位の状態から前記第１の電極に対して
第２の電極を正電位にし、その後前記所定のクランク角
において前記第１の電極に対して第２の電極を正電位に
保持した状態から第２の電極に対して第１の電極を正電
位に変化させ、この変化後所定時間あるいは所定クラン
ク角経過する間前記第２の電極に対する第１の電極の正
電位状態を保持した後、前記第１の電極と第２の電極と
を同電位にするようにするか、一旦前記第１の電極に対
して第２の電極を正電位に変化させた後、前記第１の電
極と第２の電極とを同電位にするようにし、次の燃料噴
射サイクルまで前記第１の電極と第２の電極とが同電位
の状態を保持するようにしたことを特徴とする燃料噴射
装置。』である。

【００１３】この請求項４記載の発明によれば、衝撃的
伸長素子を伸縮する直前に、第１の電極と第２の電極を
同電位の状態から第１の電極に対して第２の電極を正電
位に変化させるとともに、衝撃的伸長素子の伸縮終了
後、再び第１の電極と第２の電極とが同電位の状態にし
ている。これにより、噴射に必要な期間以外において
は、圧電素子には電界は作用せず、衝撃的伸長素子は収
縮あるいは伸長される状態にないので、衝撃的伸長素子
がクリープを起こしたり、電圧の変化に対する衝撃的伸
長素子の伸縮特性が変化する等の不具合は発生しにく
い。

【００１４】請求項５記載の発明は、『前記請求項１記
載の燃料噴射装置において、供給エネルギー制御手段
は、前記第１の電極に対して第２の電極を正電位となる
状態から、第２の電極に対して第１の電極を正電位に変
化させる行程と、第２の電極に対して第１の電極を正電
位となる状態から、第１の電極に対して第２の電極を正
電位に変化させる行程からなる衝撃的伸長素子の伸縮行
程を、所定のクランク角において開始し且つ複数回実施
した後、第１の電極と第２の電極を同電位となるように
変化させるか、複数回の前記伸縮行程の内最後の伸縮行
程において、第２の電極に対して第１の電極を正電位と
なる状態から、直接第１の電極と第２の電極を同電位と
なるように変化させた後、次の燃料噴射サイクルまで前
記第１の電極と第２の電極とが同電位の状態を保持する
ようにするとともに、前記所定のクランク角より先行し
て前記第１の電極と第２の電極とが同電位の状態から前
記第１の電極に対して第２の電極を正電位にするように
したことを特徴とする燃料噴射装置。』である。

【００１５】この請求項５記載の発明によれば、所定の
クランク角において衝撃的伸長素子が大きく伸長し、こ
の伸長により所定のタイミングでより多くの燃料を噴射
できるとともに、所定時間あるいは所定クランク角経過
後大きな収縮によっても噴射が可能となり、所定のタイ
ミングで衝撃的伸長素子へ繰り返し大きな電力を供給
し、衝撃的伸長素子の伸縮による噴射が複数回可能とな
り、噴射量を増大できる。また、噴射に必要な期間以外
においては、衝撃的伸長素子には電界は作用せず、衝撃
的伸長素子は収縮あるいは伸長される状態にないので、
衝撃的伸長素子がクリープを起こしたり、電圧の変化に
対する衝撃的伸長素子の伸縮特性が変化する等の不具合
は発生しにくい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の燃料噴射装置に
ついて説明する。図１はこの発明に係る燃料噴射装置を
２サイクル内燃機関に適用した例を示す。このエンジン
１は、燃焼室４０の上部を構成するシリンダヘッド２、
燃焼室４０の筒体を構成するシリンダブロック３、クラ
ンク室を形成するクランクケース４等により構成され
る。クランク室内のクランク軸５は、クランクピン６及
びピストンピン７に連結されたコンロッド１００を介し
てピストン８に連結される。シリンダヘッド２の中央部
には点火プラグ１３が装着される。

【００１７】また、エンジン１は、クランク室に連通す
る吸気通路９及びシリンダ内の燃焼室４０に連通する排
気通路１１を備えている。クランク室と燃焼室４０と
を、掃気通路６４２で連通している。吸気通路９内には
スロットル弁６４８及び吸気の逆流阻止のためのリード
弁６４７が設けられる。シリンダヘッド２には、燃焼室
４０に臨んで、燃料噴射ユニット４４が設けられる。

【００１８】この燃料噴射ユニット４４は、インジェク
タ１４と高圧発生装置１６が一体化されており、高圧発
生装置１６は、後述の衝撃的伸長素子１７ａの圧電素子
を直列に連結したものとプランジャを含むもので構成さ
れる衝撃的高圧発生源１７を有する。この衝撃的高圧発
生源１７は制御装置１８に連結され所定のタイミングで
駆動制御される。

【００１９】この燃料噴射ユニット４４は、燃料供給パ
イプ２１を介して、燃料噴射ユニット４４より高い位置
に設けた上部に不図示のブリーザ穴を設けた気液分離フ
ロート室６４６に連通する。この気液分離フロート室６
４６は、液面を一定とするためのフロート式弁６４６
ａ、燃料ポンプ１９Ａ及びフィルタ２０を介して、燃料
タンク２２に連通する。燃料噴射ユニット４４は、制御
装置１８により制御され、制御装置１８は交流電源及び
交直変換回路からなる電源回路６４５に接続される。な
お、この燃料噴射ユニット４４は、図１の一点鎖線で示
したように、シリンダブロック３の側壁面あるいは吸気
通路９に設けてもよい。さらに、燃料噴射ユニット４４
と気液分離フロート室６４６の上部を結ぶ戻り燃料パイ
プ２３が設けられる。

【００２０】この構成により、燃料噴射ユニット４４内
の不図示の加圧室、噴射通路、弁手段の気泡は、エンジ
ン１停止中に戻り燃料パイプ２３へ入り、フロート室６
４６方向に浮力により移動する。気泡が加圧室に入るの
は、弁手段より噴射通路が上位にあり、噴射通路より加
圧室が上位にあるからである。また、気泡が加圧室から
戻り燃料パイプ２３へ入るのは、戻り燃料パイプ２３の
加圧室側開口が、加圧室の上部にあるからである。戻り
燃料パイプ２３の加圧室側開口が、燃料供給パイプ２１
端部の不図示の導入ポートより上位にあると、確実に戻
り燃料パイプ２３内へ気泡を導くことができる。一方、
燃料供給パイプ２１中の気泡は、エンジン１停止中に浮
力によりフロート室６４６内に移動する。

【００２１】エンジン１の運転中は、燃料噴射ユニット
４４が作動し、衝撃的高圧波発生による噴射と、噴射に
より加圧室に発生する負圧とフロート室６４６の燃料油
面によるヘッド（正圧）とによる加圧室への燃料移動と
が交互に連続して発生する。加圧室への燃料移動時、戻
り燃料パイプ２３内の加圧室寄り部分に気泡があると、
気泡が再び加圧室内に戻ることになるので、戻り燃料パ
イプ２３内にフロート室６４６方向のみに流れを許容す
る逆止弁を配置すると、エンジン１運転中にも確実にエ
ア抜きができる。衝撃的高圧波は、発生面の法線方向に
強い指向性があるので、燃料噴射時の戻り燃料パイプ２
３内への燃料押し出し量（噴射洩れ量）は僅かである。
この僅かな戻り燃料パイプ２３内への燃料押し出し作用
により、戻り燃料パイプ２３内の気泡は確実にフロート
室６４６へ移動し分離される。なお、燃料噴射時の燃料
供給パイプ２１内への燃料押し戻し量（燃料洩れ量）は
僅かではあるが、燃料供給パイプ２１内に加圧室方向の
みに流れを許容する逆止弁を配置すると、噴射洩れ量を
少なくできる。

【００２２】また、燃料供給パイプ２１に燃料ポンプ１
９Ｂを設けることができ、戻り燃料パイプ２３に調圧弁
１０１を設ける。調圧弁１０１により燃料循環経路Ｋは
所定圧力に維持され、安定した余圧を負荷することが可
能であるため、燃料噴射ユニット４４の作動により正確
な噴射ができる。この場合には気液分離フロート室６４
６は、液面を一定とするためのフロート式弁６４６ａが
不要となるが、上限レベル検知センサＳ１１と下限レベ
ル検知センサＳ２１から構成される燃料レベルメータを
設けるようにする。気液分離フロート室４６の燃料レベ
ルが下限レベル検知センサＳ２１の位置より下がると、
燃料ポンプ１９Ａを駆動してフィルタ２０を介して燃料
を燃料タンク２２から供給し、上限レベル検知センサＳ
１１が燃料を検知すると燃料の供給を停止する。

【００２３】この実施例のエンジン１ではさらに、オイ
ルを供給するために潤滑油噴射装置を用いている。６４
９はオイル噴射ユニットであり、前述の高圧発生装置１
６が用いられる。このオイル噴射ユニット６４９からオ
イル配管６５３、６５４を介してインジェクタ６５５か
らクランク室及びシリンダ内にオイルが噴射される。オ
イル噴射ユニット６４９にはストレーナ６５２を介して
オイルタンク６５１からオイルポンプ６５０によりオイ
ルが供給される。このオイル噴射ユニット６４９は、前
述と同様に、高圧発生源を有し、衝撃的高圧によりイン
ジェクタ６５５からオイルを噴射するものであり、その
構成や衝撃的高圧波の発生原理や作用及び噴射動作は前
記各実施例と同じである。なお、加圧室には一つの衝撃
的高圧発生部に対向した位置にオイル配管６５３に各々
連通する複数の潤滑油吐出ボートが設けられる。この潤
滑油噴射装置にも、上記したようなエア抜き手段を配置
することにより、簡単にエア抜きが可能となる。

【００２４】以下、この発明の燃料噴射装置について説
明する。図２は燃料噴射装置の実施の形態の概略構成図
である。この実施の形態では、図１で示す気液分離フロ
ート室６４６は廃止され、燃料タンク２２から直接燃料
が燃料ポンプ１９により導かれて燃料噴射ユニット４４
に送られるようにされる。また、燃料噴射ユニット４４
からの戻し燃料パイプ２３は燃料タンク２２の上部に連
結される。

【００２５】高圧発生装置１６とインジェクタ１４が、
一体にユニットに形成され、この燃料噴射ユニット４４
は、燃料噴射の応答性がよく、かつコンパクトな構造に
なっている。インジェクタ１４は、先端に噴射口４１が
形成されたケース本体２４を有し、この噴射口４１に噴
射弁２５が装着される。噴射弁２５はスプリング２６に
より常に閉方向に付勢される。このインジェクタ１４に
は、ケース２００を介してケース本体３１に接続され一
体になっている。インジェクタ１４において、衝撃的高
圧波が伝播してくると、噴射弁２５の内側面に衝突しさ
らに昇圧する。そして、そのエネルギーにより、スプリ
ング２６に抗して噴射弁２５が押し開かれ、燃料が噴射
される。

【００２６】ケース本体３１の内部に加圧室５０が形成
される。この加圧室５０の一方の端部側には、衝撃的伸
長素子１７ａ及びプランジャ１７ｂ等を含むもので構成
される衝撃的高圧発生源１７がケース４００及びケース
本体３１により形成される収納室４３に配置され、加圧
室５０内に衝撃的高圧波を発生させ加圧室５０内の燃料
に衝撃的圧力を付与する。プランジャ１７ｂは、衝撃的
伸長素子１７ａの断面より大きい衝撃的加圧面１７ｂ１
を有し、プランジャ１７ｂは、衝撃的伸長素子１７ａと
別部品であり、衝撃的伸長素子１７ａの燃料側端部に圧
入固定して設けられる。衝撃的伸長素子１７ａは、圧電
素子で構成される。

【００２７】また、プランジャ１７ｂの外周には環状の
凹部１７ｂ２が形成され、この凹部１７ｂ２に衝撃的伸
長素子１７ａ側の収納室４３と加圧室５０とを区画する
シール部材１０２を備えている。シール部材１０２はＯ
リング等で構成され、シール部材１０２の位置は、プラ
ンジャ１７ｂの途中部に設けられる。

【００２８】また、プランジャ１７ｂのストローク長
は、衝撃的伸長素子１７ａのストロークや変形量に対し
て十分確保でき、反力は燃料圧と摩擦力によるもので余
分な力は掛からない。また、筒状のケース本体３１が熱
変形を起こした場合でも作動ストロークの変位量は衝撃
的伸長素子１７ａの変位だけとなるため計量精度には影
響しない。また、加圧室５０の形状の自由度が高く、し
かもエアが溜りにくい。なお、この実施の形態において
は、加圧室内壁５０ａを漏斗状にしている。

【００２９】この加圧室内燃料に対する衝撃高圧波を付
与する衝撃的加圧面１７ｂ１に対向する側の加圧室内壁
３２ａの端部に加圧室３２に臨んで燃料吐出ポート３３
が開口する。この燃料吐出ポート３３は、インジェクタ
１４に連通する。

【００３０】衝撃的高圧発生源１７の衝撃的伸長素子１
７ａは、端部を締め上げるナット４０３によりケース４
００に固定されている。４０１はナット締め上げ時の衝
撃的伸長素子１７ａの回り止めである。衝撃的高圧発生
源１７は、ケース４００を介してケース本体３１に接続
され一体になっている。衝撃的伸長素子１７ａは、リー
ド線３０により電源制御回路１８（図１）に連結され
る。衝撃的高圧発生源１７の衝撃的加圧面１７ｂ１に直
交する筒状のケース本体３１の側面、即ち、高圧波が伝
播する進行方向に対する直角な側面には、燃料入口４６
ａが加圧室５０に臨んで開口する。この燃料入口４６ａ
には燃料供給パイプ２１に連通する第１分岐供給側燃料
通路２１ａが接続される。燃料入口４６ａの近傍上流部
にはスプリングでバックアップされた逆止弁２１ａ１が
配置される。

【００３１】また、ケース本体３１の側面には、燃料出
口４７ａが加圧室５０に臨んで開口する。この燃料出口
４７ａには戻り燃料パイプ２３に連通する第１分岐戻り
側燃料通路２３ａが接続される。燃料出口４７ａの近傍
上流部にはスプリングでバックアップされた調圧弁２３
ａ１が配置されている。

【００３２】このような構成の燃料噴射装置において、
加圧室５０内に燃料を充填した状態で、衝撃的高圧発生
源１７の衝撃的伸長素子１７ａに駆動電圧を印加し始め
ると、衝撃的伸長素子１７ａが形状変化する瞬間に衝撃
的加圧面１７ｂ１直近の燃料に衝撃的高圧波が発生す
る。この衝撃的高圧波は、衝撃的加圧面１７ｂ１側から
その衝撃的加圧面１７ｂ１に対し直角方向に、加圧室５
０の反対面側の対向する位置の燃料吐出ポート３３に向
かって瞬時に伝播する。この圧力波が加圧室５０内を進
行中に加圧室の側面に開口する燃料入口４６ａを通過す
るが、この燃料入口４６ａの開口方向は高圧波の進行方
向に対し直角方向であるため、これを瞬時に通過し高圧
波の圧力は、燃料入口４６ａ内の燃料及び調圧弁２３ａ
１に対し実質上何等作用せず、高圧波のエネルギーはほ
とんど消費されない。衝撃的高圧発生源１７の衝撃的加
圧面１７ｂ１から発せられ、漏斗状の加圧室内壁５０ａ
により集められ、さらに昇圧した衝撃的高圧波は、この
面に唯一形成された燃料吐出ポート３３内に進入し、噴
射通路３３ａに到達した衝撃的高圧波は、スプリング２
６に抗して噴射弁２５を開き噴射口４１から高圧燃料を
噴射させる。

【００３３】ケース４００の一端側には、燃料入口４６
ｂが形成され、この燃料入口４６ｂには燃料供給パイプ
２１に連通する第２分岐供給側燃料通路２１ｂが接続さ
れる。また、ケース４００の他端側には、燃料出口４７
ｂが形成され、この燃料出口４７ｂには戻り燃料パイプ
２３に連通する第２分岐戻り側燃料通路２３ｂが接続さ
れている。ケース４００には、燃料出口４７ｂより外側
の位置にシール部材１９０が設けられ、収納室４３内の
燃料が外部に漏れないようになっている。

【００３４】このように、この実施の形態では、燃料循
環路Ｋの供給側を第１分岐供給側燃料通路２１ａと第２
分岐供給燃料通路２１ｂに分岐し、第１分岐供給側燃料
通路２１ａは逆止弁２１ａ１及び燃料入口４６ａを介し
て加圧室５０に連通させ、第２分岐供給燃料通路２１ｂ
は燃料入口４６ｂを介して収納室４３に連通させてい
る。一方燃料循環路Ｋの戻り側を第１分岐戻り側燃料通
路２３ａと第２分岐戻り側燃料通路２３ｂに分岐し、第
１分岐戻り側燃料通路２３ａは調圧弁２３ａ１及び燃料
出口４７ａを介して加圧室５０に連通させ、第２分岐戻
り側燃料通路２３ｂは燃料出口４７ｂを介して収納室４
３に連通させている。このように、燃料循環路Ｋを加圧
室５０に燃料を供給する経路と収納室４３に燃料を供給
する経路に分岐したから、特別な冷却装置を備えること
なく、簡単な構造で衝撃的伸長素子１７ａを冷却するこ
とができ、しかも、調圧弁２３ａ１により加圧室５０内
の余圧を一定にでき、且つ加圧室５０内の燃料を衝撃的
に加圧するときに収納室４３に燃料が逆流することを防
止でき、より燃料の噴射精度が向上する。

【００３５】図３は燃料噴射装置の他の実施の形態の衝
撃的高圧発生源１７回りの詳細構成図である。この実施
の形態の燃料噴射ユニット４４は、高圧発生装置１６と
インジェクタ１４が一体化され、高圧発生装置１６の密
閉ケース７１には収納室４３が設けられ、この収納室４
３に衝撃的高圧発生源１７が収納されている。

【００３６】密閉ケース７１には燃料入口４６及び燃料
出口４７が設けられ、燃料供給パイプ２１からの燃料が
燃料入口４６から収納室４３に供給され、収納室４３か
らの燃料が燃料出口４７から戻り燃料パイプ２３へ戻さ
れる。このように、燃料循環路Ｋの途中に衝撃的高圧発
生源１７を収納する収納室４３を設け、この収納室４３
に燃料を循環させるように構成されている。

【００３７】衝撃的高圧発生源１７を収納する収納室４
３へ燃料を循環させることで、特別な冷却装置を備える
ことなく、簡単な構造で衝撃的高圧発生源１７を冷却す
ることができる。従って、衝撃的高圧発生源１７を長時
間使用しても温度が上昇しないため、衝撃的高圧発生源
１７の変位特性が変化することがなく燃料の噴射精度が
向上する。

【００３８】衝撃的高圧発生源１７は、密閉ケース７１
内に設けた複数枚の圧電素子７３を有し、各圧電素子７
３間には、第１極板１５ｌａと第２極板１５１ｂが交互
に配設される。これらの圧電素子７３、第１極板１５ｌ
ａ及び第２極板１５ｌｂは、積層された状態で、保持具
７４及びプランジャ１５２間に挟持され、ボルト７２に
より相互に固定保持される。

【００３９】このようにボルト７２で一体的に固定保持
された圧電素子７３は、その保持具７４を介して、ねじ
部材７５により、密閉ケース７１内に取付けられる。各
第１極板１５ｌａ同士及び第２極板１５ｌｂ同士は、そ
れぞれ導電板７６で連結され、第１電荷供給線３０３及
び第２電荷供給線３０４を介して電圧調整器３０２に接
続される。密閉ケース７１からの各電荷供給線３０３、
３０４の取り出し部には、シール用グロメット７７が装
着され、ケース内の密封性が保持される。シール用グロ
メット７７は更に燃料洩れ防止に寄与する。電圧調整器
３０２はＥＣＵ９５に接続され、後述のように駆動制御
される。３００は交流電源、３０１は交直変換回路であ
る。

【００４０】ここで、圧電素子とは、いわゆる圧電効果
を有する素子からなる公知の圧電アクチュエータであ
る。なお、圧電効果を有する材料には、水晶から高分子
まで各種のものがあるが、圧電アクチュエータの材料と
しては圧電セラミックスの一種であるチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）が代表的である。

【００４１】プランジャ１５２は、衝撃的伸長素子を構
成する圧電素子７３の断面より大きい衝撃的加圧面１５
２ａを有し、プランジャ１５２は、圧電素子７３と別部
品であり、圧電素子７３の燃料側端部に設けられる。圧
電素子７３の断面より大きい衝撃的加圧面１５２ａを有
するプランジャ１５２を用いることで、簡単な構成でよ
り大きな衝撃的圧力を得て効率よく燃料を供給すること
ができる。

【００４２】また、プランジャ１５２の外周には、環状
の凹部１５２ｂが形成され、この凹部１５２ｂに密閉ケ
ース７１に対するプランジャ１５２の摺動を円滑にし、
摩耗を防止する摺動部材１５３を備えている。摺動部材
１５３の位置は、プランジャ１５２の途中部に設けられ
る。プランジャ１５２のストローク長は、圧電素子７３
のストロークや変形量に対して十分確保するようにする
とともに、摺動部材１５３によりプランジャ１５２の移
動を円滑にして衝撃的高圧を発生しやすくする。

【００４３】プランジャ１５２には、燃料循環路Ｋの一
部を構成する収納室４３と加圧室５０とを連通させる連
通路１６０が設けられ、この連通路１６０は、加圧室５
０が負圧となる燃料供給時に燃料循環路Ｋの一部を構成
する収納室４３から燃料を加圧室５０に供給可能にし、
加圧室５０内の燃料を衝撃的に加圧するときには絞りと
なり加圧室５０内から収納室４３への燃料の逆流を軽減
するように機能する。

【００４４】複数枚（この例では７枚）の圧電素子（圧
電セラミックス）７３及びこれらを挟み込むように配置
され、一体化された第１極板１５１ａと第２極板１５ｌ
ｂとにより電歪素子が形成される。交流電源３００から
の交流電流は交直変換回路３０１を経て直流電圧に変換
され、電圧調整器３０２に入力される。電圧調整器３０
２は、ＥＣＵ９５により制御され、第１電荷供給線３０
３あるいは第２電荷供給線３０４とそれぞれ接続される
２つのアウトプットの内、第１電荷供給線３０３側を所
定の電圧の正電圧に調整する一方、第２電荷供給線３０
４側をアースする。あるいは、第１電荷供給線３０３側
をアースする一方、第２電荷供給線３０４側を所定の正
電圧に調整したり、第１電荷供給線３０３側及び第２電
荷供給線３０４側の両方をアースしたりする。

【００４５】このように、燃料噴射ユニット４４は、液
体燃料供給源と燃料入口により連通する加圧室５０と、
少なくとも一つの圧電体の両側の一方に第１の電極と他
方に第２の電極を配置した圧電素子７３からなり、この
圧電素子７３は複数配置されるが、第１電荷供給線３０
３側の端子ＴＡ１と第２電荷供給線３０４側の端子ＴＡ
２に、端子ＴＡ１が所定の正電圧値になり、端子ＴＡ２
がアースするように電圧印加すると、第１極板１５１ａ
から第２極板１５１ｂの方向すなわち実線矢印方向に電
界が発生し、第１極板１５１ａと第２極板１５１ｂの間
の圧電セラミックは、電界の大きさに略比例して伸長す
る。一方、第１電荷供給線３０３側をアースし、第２電
荷供給線３０４側を所定の正電圧にすると、第２極板１
５１ｂから第１極板１５１ａの方向すなわち破線矢印方
向に電界が発生し、第１極板１５１ａと第２極板１５１
ｂの間の圧電セラミックは、電界の大きさに略比例して
収縮する。

【００４６】図３において、第１極板１５１ａと第２極
板１５１ｂは交互に配置されるため、各圧電セラミック
に作用する電界の方向は、圧電セラミックの配列の順に
１８０度ずつ反転する。このため、この実施の形態にお
いては、同一板状の圧電セラミックを配列の順に表裏を
１８０度ずつ反転して配置しており、第１電荷供給線３
０３側及び第２電荷供給線３０４側への電圧の負荷に応
じて全ての圧電セラミックを同時に伸長あるいは同時に
収縮させることが可能となる。各圧電セラミックの変位
は集積されて（図３のものでは７つの変位が集積され
て）大きな変位となる。

【００４７】なお、誤った組み立てを防ぐため、同一の
圧電素子７３の側面外周に２種の色を塗布し、且つ一方
の色の圧電素子７３に伸長する時の電界の方向と同じ方
向の矢印を側面外周に付け、他方の色の圧電素子７３に
収縮する時の電界の方向と同じ方向の矢印を側面外周に
付け、これらを端部の第１極板１５１ａにまず指定色の
ものを配置し、その後は順に色の違うものを交互に並
べ、且つ矢印が所定の一定方向を向くように組み立てる
ことにより、確実に各圧電素子７３を配列順に１８０度
ずつ反転させて並べていることが可能となる。

【００４８】図４は電力供給装置の他の実施の形態を示
す概略構成図である。制御装置５００には、パルサーコ
イル５０１あるいはクランク角センサからクランク角情
報が、スロットル開度センサ５０２からスロットル開度
情報が、エンジン回転数センサ５０３からエンジン回転
数情報がそれぞれ入力される。これらの情報に基づき制
御装置５００は、メモリ５１０に予め記憶されている点
火制御マップにより点火制御回路５２０に制御指令を送
り、エンジンの運転状態に応じた点火タイミングで点火
プラグをスパークさせる。

【００４９】また、御装置５００は、メモリ５１０に予
め記憶されている衝撃的伸長素子制御マップにより衝撃
的伸長素子端子電圧制御回路５３０に制御指令を送る。
この衝撃的伸長素子端子電圧制御回路５３０には、電源
回路５３１から所定の電源電圧が与えられている。衝撃
的伸長素子端子電圧制御回路５３０では、制御指令に基
づき衝撃的伸長素子１７ａの端子ＴＡ１及び端子ＴＡ１
の電圧を制御して所定のタイミングで衝撃的伸長素子１
７ａを伸長させて噴射口４１からエンジン１の燃焼室４
０に燃料を噴射させる。

【００５０】次に、衝撃的伸長素子１７ａの端子電圧制
御を図５乃至図８に基づいて説明する。図５は衝撃的伸
長素子の具体的な駆動回路図、図６は圧電素子の変位特
性を説明する図、図７は端子電圧及び点火信号のタイミ
ングを説明する図、図８は端子電圧の波形及び衝撃的伸
長素子の作動による圧力変動を示す図である。

【００５１】図５に示すように衝撃的伸長素子の駆動回
路は、図４の制御装置５００、衝撃的伸長素子端子電圧
制御回路５３０及び電源回路５３１をさらに具体的に構
成したものであり、電荷の供給を制御する供給エネルギ
ー制御手段を構成している。衝撃的伸長素子端子電圧制
御回路５３０は、ＰＮＰトランジスタＡ、ＰＮＰトラン
ジスタＢ、ＮＰＮトランジスタＣ及びＮＰＮトランジス
タＤを有している。ＰＮＰトランジスタＡのコレクタと
ＮＰＮトランジスタＣのコレクタが抵抗Ｒ１，Ｒ２を介
して接続され、ＰＮＰトランジスタＢのコレクタとＮＰ
ＮトランジスタＤのコレクタが抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して
接続され、この抵抗Ｒ１，Ｒ２の間と、抵抗Ｒ３，Ｒ４
の間に圧電素子からなる衝撃的伸長素子１７ａが接続さ
れ、この接続点を端子ＴＡ１，ＴＡ２としている。

【００５２】ＰＮＰトランジスタＡのエミッタ及びＰＮ
ＰトランジスタＢのエミッタには、電源回路５３１から
所定の電圧が印加され、この実施の形態ではＰＮＰトラ
ンジスタＡのエミッタに＋４００Ｖが、ＰＮＰトランジ
スタＢのエミッタに＋２００Ｖが印加される。ＮＰＮト
ランジスタＣのエミッタ及びＮＰＮトランジスタＤのエ
ミッタはアースされている。

【００５３】ＰＮＰトランジスタＡ、ＰＮＰトランジス
タＢ、ＮＰＮトランジスタＣ及びＮＰＮトランジスタＤ
のそれぞれのベースには、御装置５００から所定のタイ
ミングで制御信号が入力される。

【００５４】圧電素子からなる衝撃的伸長素子１７ａ
は、一般に図６に示すような変位特性を有している。即
ち、第２極板１５１ｂに対する第１極板１５１ａの印加
電圧を＋５００Ｖから−５００Ｖまで減少し、その後−
５００Ｖから＋５００Ｖ増加するときの圧電素子の変位
量は、実線部と破線部からなる蝶形を矢印で示す方向に
変化する。実線部に沿って印加電圧を減少していくと、
これに連れて圧電素子は伸長量が減少しさらには収縮し
ていく。実線部を越えて印加電圧をさらに減少していく
と、圧電素子は収縮量の増加から反転して収縮量が減少
するようになり、さらには伸長する。印加電圧が−５０
０Ｖで圧電素子が伸長した状態から、印加電圧を増加し
ていくと、これに連れて圧電素子はさらに伸長するので
はなく伸長量が減少しさらには収縮していく。そして、
印加電圧が＋３００Ｖを越えると、圧電素子は収縮量の
増加から反転して収縮量が減少するようになり、さらに
は伸長する。

【００５５】なお、第２極板１５１ｂに対する第１極板
１５１ａの印加電圧を減少していく時、−３００Ｖを越
えない例えば−２００Ｖで印加電圧の減少を止め、逆に
印加電圧を増加して行く時には一点鎖線上を矢印で示す
方向に圧電素子が収縮した状態から収縮量が減少し、さ
らには伸長するようになる。そして＋４００Ｖで一点鎖
線上が実線部と重なるようになる。この＋４００Ｖの電
圧印加状態から印加電圧を減少していく時、再び実線に
戻って変位量が減少し、再び−２００Ｖで印加電圧の減
少を止め、逆に印加電圧を増加していく時には一点鎖線
上を矢印で示す方向に圧電素子の変位量が増加するよう
になる。即ち、ヒステリシスを持つが、印加電圧が正で
大なる程圧電素子が収縮する特性が得られる。このヒス
テリシスを持つ変位曲線がＱ１となる。

【００５６】一方、第２極板１５１ｂに対する第１極板
１５１ａの印加電圧を正の範囲内で印加電圧０Ｖと４０
０Ｖの間で増減する場合の圧電素子の変位量曲線はヒス
テリシスを持つ変位曲線がＱ２となる。

【００５７】従って、本出願人が提案した従来の方法に
よる場合、正電圧のみを印加して衝撃的伸長素子１７ａ
を伸長させており、変位曲線Ｑ２により分る通り正電圧
の印加であるため変位量が少なく、十分に燃料を噴射す
るようにするために燃料噴射装置が大型化してしまう問
題がある。この問題を解決するため、図５に示す衝撃的
伸長素子の駆動回路により第２極板１５１ｂに対する第
１極板１５１ａの印加電圧として負電圧を使用して印加
させることにより、例えば−２００Ｖから０Ｖまでの電
圧を追加して使用すると衝撃的伸長素子１７ａの変位量
が増加し、装置を大型化することなく十分に燃料を噴射
可能とすることができる。

【００５８】従って、図５の衝撃的伸長素子の駆動回路
では、印加電圧が衝撃的伸長素子１７ａの端子ＴＡ１−
端子ＴＡ２間に図７の（Ａ）に示すように印加される。
即ち、所定のクランク角θ１までは−２００Ｖが印加さ
れ、クランク角θ１から所定のクランク角θ２の間に＋
４００Ｖが印加される。所定のクランク角θ２の後は−
２００Ｖが印加される。従って、クランク角θ１におい
て大きく、衝撃的伸長素子１７ａを伸長させることが可
能となる。

【００５９】燃焼室４０に直接燃料を噴射する２サイク
ルエンジンにおいて、この所定のクランク角θ１のタイ
ミングは、掃気口が閉じた後で、排気口が閉じる前の排
気タイミングＥｘのときであるが、場合によっては低負
荷（小スロットル開度）において排気口が閉じた後でも
あるいは高負荷（大スロットル開度）において排気口が
閉じる前でもよい。所定のクランク角θ２は所定のクラ
ンク角θ１に所定クランク角位置αが加えられてもので
ある。

【００６０】なお、図７の（Ｂ）に示すように、クラン
ク角θ１より僅かに先行するクランク角θ０で印加電圧
を０Ｖから−２００Ｖに変化させた後、クランク角θ１
で印加電圧を−２００Ｖから＋４００Ｖに変化させ、ク
ランク角θ２で印加電圧を＋４００Ｖから０Ｖに変化さ
せるか、図中で示すように＋４００Ｖから−２００Ｖに
一旦変化させた後０Ｖに戻すようにしても良い。これに
よると、燃料噴射に係る短い期間において、圧電素子の
両側の極板に負及び正の電圧を印加するが、その他の長
い期間においては、印加電圧は０Ｖとされるので、圧電
素子には電界が作用せず、圧電素子は収縮あるいは伸長
される状態にないので、圧電素子がクリープを起こした
り、電圧の変化に対する圧電素子の伸縮特性が変化する
等の不具合は発生しにくくすることができる。

【００６１】次に、衝撃的伸長素子の駆動回路の制御
を、図７の（Ａ）に対応して図８に基づき説明する。所
定のクランク角θ１までは、ＰＮＰトランジスタＡ及び
ＮＰＮトランジスタＣにはベース電流が与えられずにＯ
ＦＦ状態にあり、ＰＮＰトランジスタＢ及びＮＰＮトラ
ンジスタＤにはベース電流が与えられてＯＮ状態にある
ため、端子ＴＡ１の電圧が０Ｖで、端子ＴＡ２の電圧が
＋２００Ｖである。

【００６２】このときの端子ＴＡ１−端子ＴＡ２間の電
圧は、−２００Ｖであり、逆充電状態期間ａ１であるた
め、衝撃的伸長素子１７ａは伸長しないで収縮状態にあ
る。このため加圧室５０の圧力はＰ０状態にある。

【００６３】所定のクランク角θ１から所定のクランク
角θ２の間は、所定のクランク角θ１において、ＰＮＰ
トランジスタＡ及びＮＰＮトランジスタＣにはベース電
流が与えられてＯＮ状態になり、ＰＮＰトランジスタＢ
及びＮＰＮトランジスタＤにはベース電流が与えられな
いでＯＦＦ状態に切り替わるため、端子ＴＡ１の電圧が
＋４００Ｖで、端子ＴＡ２の電圧が０Ｖになり、この状
態が所定のクランク角θ２まで保持される。

【００６４】この所定のクランク角θ１のタイミング
で、端子ＴＡ２電圧及び端子ＴＡ１−端子ＴＡ２間の電
圧は、逆充電状態からの放電が行われ、この逆充電状態
からの放電期間ａ２経過後に端子ＴＡ１の電圧は正充電
が開始される。端子ＴＡ１の電圧及び端子ＴＡ１−端子
ＴＡ２間の電圧は、正充電期間ａ３経過後に＋４００Ｖ
になり、所定のクランク角θ２のタイミングまで正充電
状態ａ４を保持する。

【００６５】所定のクランク角θ２のタイミングでは、
端子ＴＡ１電圧及び端子ＴＡ１−端子ＴＡ２間の電圧
は、正充電状態からの放電が行われ、この正充電状態か
らの放電期間ａ５経過後に端子ＴＡ２の電圧は逆充電が
開始される。端子ＴＡ２の電圧及び端子ＴＡ１−端子Ｔ
Ａ２間の電圧は、逆充電期間ａ６経過後に−２００Ｖに
なり、その後端子ＴＡ１の電圧が０Ｖで、端子ＴＡ２の
電圧が＋２００Ｖである。

【００６６】所定のクランク角θ１のタイミングから応
答遅れｔ１で、衝撃的伸長素子１７ａに電圧が印加され
て伸長し、伸長状態を維持して所定のクランク角θ２の
タイミングから応答遅れｔ２で収縮し、その後収縮状態
を維持する。この衝撃的伸長素子１７ａが伸長して加圧
室５０が加圧されて噴射口から燃料を噴射させるが、圧
力室５０内の圧力は、図８の（Ａ）に示すように変動す
る。即ち、衝撃的伸長素子１７ａの伸長により圧力室５
０内の圧力が噴射弁の開弁圧Ｐ１以上になると噴射可能
とする衝撃波ｂ１，ｂ２が発生し、これにより噴射弁が
開き噴射口から燃料が噴射され、この後圧力室５０の圧
力変動は減衰し調圧弁により調圧Ｐ０になる。また、燃
料を噴射した後、次の燃料噴射にそなえるために、クラ
ンク角θ２で放電信号を出力するが、この放電信号によ
りＴＡ１端子電圧が立ち下がり衝撃的伸長素子１７ａが
縮む時に圧力室５０の圧力が変動するが、この圧力変動
は同様に減衰し調圧弁により調圧Ｐ０になり、噴射弁の
開閉時の圧力変動を最小限に抑えることができる。

【００６７】また、この衝撃的伸長素子１７ａが縮む時
に圧力室５０の圧力が、図８に示すように噴射弁の開弁
圧Ｐ１以上にさせる衝撃波ｂ３が発生するように設定す
ると噴射弁２５が開き噴射口４１から燃料が噴射され、
２次噴射を行うことができる。

【００６８】なお、抵抗をＲ３をＲ１と等しいかあるい
はそれ以上とするとともに、Ｒ２をＲ４と等しいかある
いはそれ以上とすることにより、図８の圧力（Ｂ）に示
すように衝撃波ｂ１の発生後の圧力室５０の圧力変動を
急激に減衰させることが可能となる。これにより、燃料
噴射を衝撃波ｂ１のみで実施させることができる。

【００６９】このように衝撃的伸長素子１７ａは、圧電
体の両側の一方に第１の電極と他方に第２の電極を配置
した圧電素子からなり、第２の電極に対して第１の電極
を正電位とする電力供給を受けて短時間で伸長すること
により加圧室５０に臨む端部近傍に衝撃的高圧波を発生
させ、衝撃的高圧波の到達時開となり燃焼室４０に燃料
を噴射可能とする噴射弁２５を配置した噴射口４１と、
この噴射口４１と加圧室５０を連通する噴射通路２６
と、電荷の供給を制御する供給エネルギー制御手段とを
備えている。

【００７０】この供給エネルギー制御手段は、第１の電
極に対して第２の電極を正電位として衝撃的伸長素子１
７ａを収縮した後、第２の電極に対して第１の電極を正
電位として衝撃的伸長素子１７ａを伸長させるように
し、逆方向の電界が作用するエネルギーを圧電体に蓄え
ることができるので、圧電体の弾性エネルギーと、大き
な電界の変化量の両方により、より大きな運動エネルギ
ーをアーマチャに与えることができ、衝撃的伸長素子１
７ａにより大きな衝撃的高圧を発生でき、装置を大型化
することなく燃料の噴射量を増大できる。

【００７１】また、供給エネルギー制御手段は、所定の
クランク角θ１において、第１の電極に対して第２の電
極を正電位に保持した状態から第２の電極に対して第１
の電極を正電位に変化させ、この変化後所定時間あるい
は所定のクランク角θ２を経過する間第２の電極に対す
る第１の電極の正電位状態を保持した後、第１の電極に
対して第２の電極を正電位に変化させ、この変化後第１
の電極に対する第２の電極の正電位状態を、次の所定の
クランク角θ２まで保持するようにしており、所定のク
ランク角θ１において衝撃的伸長素子が大きく伸長し、
この伸長により噴射できるとともに、所定時間あるいは
所定クランク角経過後大きな収縮によっても噴射が可能
となる。

【００７２】なお、図５に示す衝撃的伸長素子の駆動回
路を用いて図７の（Ｂ）のように印加電圧を変化させる
には、クランク角θ１に所定角先行するクランク角θ０
より前のクランク角において、ＰＮＰトランジスタＡと
ＰＮＰトランジスタＢをＯＦＦとし、ＮＰＮトランジス
タＣとＮＰＮトランジスタＤをＯＮとし、クランク角θ
０において先行する状態からＰＮＰトランジスタＢをＯ
Ｎ、ＮＰＮトランジスタＣをＯＦＦにするようにする。
そして、クランク角θ１において、ＰＮＰトランジスタ
ＡをＯＮ、ＰＮＰトランジスタＢをＯＦＦ、ＮＰＮトラ
ンジスタＣをＯＮ、ＮＰＮトランジスタＤをＯＦＦに変
化させる。そしてさらにクランク角θ２において、ＰＮ
ＰトランジスタＡをＯＮ、ＰＮＰトランジスタＢをＯＦ
Ｆ、ＮＰＮトランジスタＣをＯＮ、ＮＰＮトランジスタ
ＤをＯＦＦの先行する状態から、ＰＮＰトランジスタＡ
をＯＦＦに変化させるとともに、ＮＰＮトランジスタＤ
をＯＮに変化させる。

【００７３】図９は衝撃的伸長素子の端子電圧の他の出
力を示す図である。この実施の形態では、（Ａ）に示す
様に所定のクランク角θ１から所定のクランク角θ２の
間に複数回衝撃的伸長素子１７ａに電圧を印加するよう
にしている。この場合、所定のクランク角θ１から所定
のクランク角θ２の間に、衝撃的伸長素子１７ａが複数
回伸長と収縮を繰り返して噴射可能とする衝撃波を発生
し、これにより噴射弁２５が開き噴射口４１から燃料が
噴射される。

【００７４】この実施の形態では、供給エネルギー制御
手段は、第１の電極に対して第２の電極を正電位に保持
した状態から、第２の電極に対して第１の電極を正電位
に変化させる行程と、第１の電極に対して第２の電極を
正電位に変化させ行程からなる衝撃的伸長素子１７ａの
伸縮行程を所定のクランク角θ１において開始し且つ複
数回実施した後、第１の電極に対する第２の電極の正電
位状態を、次の所定のクランク角θ２まで保持するよう
にしており、所定のタイミングで衝撃的伸長素子１７ａ
へ繰り返し電力を供給し、衝撃的伸長素子１７ａの伸縮
による噴射が複数回可能となり、噴射量を増大できる。

【００７５】なお、図９の（Ｂ）に示すように、クラン
ク角θ１より僅かに先行するクランク角θ０で印加電圧
を０Ｖから−２００Ｖに変化させた後、クランク角θ１
で印加電圧を−２００Ｖから＋４００Ｖに変化させ、複
数回印加電圧を反転させた後、クランク角θ２で印加電
圧を＋４００Ｖから０Ｖに変化させるか、図中破線で示
すように＋４００Ｖから−２００Ｖに一旦変化させた後
０Ｖに戻すようにしても良い。これによると、複数回の
圧電素子の伸縮により、複数回の衝撃波ｂ１を発生させ
て噴射量を増大でき、より燃料噴射ユニット４４をコン
パクトにできるとともに、燃料噴射に係わらない長い期
間において印加電圧は０Ｖとされるので、圧電素子には
電界が作用せず、圧電素子は収縮あるいは伸長される状
態にないので、圧電素子がクリープを起こしたり、電圧
の変化に対する圧電素子の伸縮特性が変化する等の不具
合は発生しにくくすることができる。

【００７６】図１０はこの発明に係る燃料噴射装置を適
用した４サイクル内燃機関の構成図である。エンジン１
は、燃焼室４０の上部を構成するシリンダヘッド２と、
燃焼室４０の筒体を構成するシリンダブロック３と、ク
ランク室を形成するクランクケース４とにより構成され
る。クランク室内のクランク軸５は、クランクピン６及
びピストンピン７に連結されたコンロッド１００を介し
てピストン８に連結される。シリンダヘッド２には吸気
通路９が設けられ、その端部に燃焼室４０に臨んで吸気
弁１０が装着され、吸気通路９の開口部を開閉する。ま
た、シリンダヘッド２には、排気通路１１が設けられ、
その端部に燃焼室４０に臨んで排気弁１２が装着され、
排気通路１１の開口部を開閉する。シリンダヘッド２の
中央部には点火プラグ１３が装着される。

【００７７】この実施の形態では、燃焼室４０内に直接
燃料を噴射するための燃料噴射ユニット４４がシリンダ
ヘッド２の上面から燃焼室４０内に臨んで設けられる
が、燃料噴射ユニット４４を吸気通路９に燃料を噴射す
るように設けてもよく、あるいはシリンダブロック３か
ら気筒内に燃料を噴射するように設けてもよい。

【００７８】この燃料噴射ユニット４４は、インジェク
タ１４と高圧発生装置１６が一体化されており、高圧発
生装置１６は、後述の衝撃的伸長素子１７ａの圧電素子
を直列に連結したもの等とプランジャを含むもので構成
される衝撃的高圧発生源１７を有する。この衝撃的高圧
発生源１７は制御装置１８に連結され所定のタイミング
で、例えば燃焼室４０内に直接燃料を噴射するもので
は、爆発膨張、排気、吸気、圧縮の４行程の内、吸気行
程あるいは圧縮行程において噴射すべく、駆動制御され
る。

【００７９】燃料噴射ユニット４４には、燃料供給パイ
プ２１を介して燃料ポンプ１９により、燃料タンク２２
から燃料が導入される。燃料タンク２２内の燃料供給パ
イプ２１の吸入口には、フィルター２０が設けられてい
る。燃料噴射ユニット４４には、戻り燃料パイプ２３が
接続され、戻り燃料パイプ２３には圧力を調整する調圧
弁１０１が設けられている。

【００８０】燃料噴射ユニット４４が閉となる間中、燃
料ポンプ１９により常時燃料が供給され、戻り燃料パイ
プ２３に配置した調圧弁１０１の上流側の圧力が所定以
上の場合に調圧弁１０１が開となり、燃料供給パイプ２
１及び燃料噴射ユニット４４内部の空気および気化燃料
等の気泡は燃料とともに、調圧弁１０１を通過して不図
示のエアベント孔を上部に持つ燃料タンク側の上部に戻
され循環し、燃料を供給する燃料循環路Ｋが形成され
る。

【００８１】気液分離手段を兼ねる燃料タンク２２で気
泡が分離され、再び燃料供給パイプ２１へ気泡が流れる
ことはない。このように、燃料循環路Ｋに空気が混入し
てもあるいは圧力低下により空気泡あるいは蒸気の気泡
が発生しても、早期に空気あるいは蒸気の気泡を排出す
ることができる。これにより、空気が混入してもあるい
は気泡が発生しても、燃料供給パイプ２１及び燃料噴射
ユニット４４内部は燃料で満たされ、しかも、戻り燃料
パイプ２３からの循環に拘らず調圧弁１０１により燃料
循環路Ｋは所定圧力に維持され、安定した余圧を負荷に
することが可能であるため、燃料噴射ユニット４４の作
動による衝撃的高圧波が確実に伝播するとともに、衝撃
的高圧波が燃料噴射ユニット４４内の噴射口直前部に衝
突してさらに圧力上昇するのを可能とし、正確な噴射が
できる。なお、衝撃的高圧波の一部が調圧弁１０１に到
達する時にも気泡は、調圧弁１０１を通過する。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、電荷の供給を制御する供給エネルギー制御手段
により、第１の電極に対して第２の電極を正電位として
衝撃的伸長素子を収縮した後、第２の電極に対して第１
の電極を正電位として衝撃的伸長素子を伸長させるよう
にしたから、逆方向の電界が作用するエネルギーを圧電
体に弾性エネルギーとして蓄えることができるので、圧
電体の弾性エネルギーと、大きな電界の変化量の両方に
より、より大きな運動エネルギーをアーマチャに与える
ことができ、衝撃的伸長素子により大きな衝撃的高圧を
発生でき、装置を大型化することなく燃料の噴射量を増
大できる。

【００８３】請求項２記載の発明では、所定のクランク
角において、第１の電極に対して第２の電極を正電位に
保持した状態から第２の電極に対して第１の電極を正電
位に変化させ、この変化後所定時間あるいは所定のクラ
ンク角を経過する間第２の電極に対する第１の電極の正
電位状態を保持した後、第１の電極に対して第２の電極
を正電位に変化させ、この変化後第１の電極に対する第
２の電極の正電位状態を、次の燃料噴射サイクルにおけ
る所定のクランク角まで保持するようにしたから、所定
のクランク角において衝撃的伸長素子が大きく伸長し、
この伸長により所定のタイミングでより多くの燃料を噴
射できるとともに、所定時間あるいは所定クランク角経
過後大きな収縮によっても噴射が可能となる。

【００８４】請求項３記載の発明では、供給エネルギー
制御手段が第１の電極に対して第２の電極を正電位に保
持した状態から、第２の電極に対して第１の電極を正電
位に変化させる行程と、第１の電極に対して第２の電極
を正電位に変化させ行程からなる衝撃的伸長素子の伸縮
行程を所定のクランク角において開始し且つ複数回実施
した後、第１の電極に対する第２の電極の正電位状態
を、次の燃料噴射サイクルにおける所定のクランク角ま
で保持するようにしたから、請求項２の特徴に加え、所
定のタイミングで衝撃的伸長素子へ繰り返し大きな電力
を供給し、衝撃的伸長素子の伸縮による噴射が複数回可
能となり、噴射量を増大できる。

【００８５】請求項４記載の発明では、衝撃的伸長素子
を伸縮する直前に、第１の電極と第２の電極を同電位の
状態から第１の電極に対して第２の電極を正電位に変化
させるとともに、衝撃的伸長素子の伸縮終了後、再び第
１の電極と第２の電極とが同電位の状態にし、噴射に必
要な期間以外においては、圧電素子には電界は作用せ
ず、衝撃的伸長素子は収縮あるいは伸長される状態にな
いので、衝撃的伸長素子がクリープを起こしたり、電圧
の変化に対する衝撃的伸長素子の伸縮特性が変化する等
の不具合は発生しにくい。

【００８６】請求項５記載の発明では、所定のクランク
角において衝撃的伸長素子が大きく伸長し、この伸長に
より所定のタイミングでより多くの燃料を噴射できると
ともに、所定時間あるいは所定クランク角経過後大きな
収縮によっても噴射が可能となり、所定のタイミングで
衝撃的伸長素子へ繰り返し大きな電力を供給し、衝撃的
伸長素子の伸縮による噴射が複数回可能となり、噴射量
を増大できる。また、噴射に必要な期間以外において
は、衝撃的伸長素子には電界は作用せず、衝撃的伸長素
子は収縮あるいは伸長される状態にないので、衝撃的伸
長素子がクリープを起こしたり、電圧の変化に対する衝
撃的伸長素子の伸縮特性が変化する等の不具合は発生し
にくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る燃料噴射装置を適用した２サイ
クル内燃機関の構成図である。

【図２】燃料噴射装置の概略構成図である。

【図３】燃料噴射装置の他の実施の形態の概略構成図で
ある。

【図４】電力供給装置の回路図である。

【図５】衝撃的伸長素子の具体的な駆動回路図である。

【図６】圧電素子の変位特性を説明する図である。

【図７】端子電圧及び点火信号のタイミングを説明する
図である。

【図８】端子電圧の波形及び衝撃的伸長素子の作動によ
る圧力変動を示す図である。

【図９】衝撃的伸長素子の端子電圧の他の出力を示す図
である。

【図１０】この発明に係る燃料噴射装置を４サイクル内
燃機関に適用した例を示す。

【符号の説明】

５ クランク軸 １６ 高圧発生装置 １７ 衝撃的高圧発生源 １７ａ 衝撃的伸長素子 ３３ａ 噴射通路 ４０ 燃焼室 ４１ 噴射口 ４４ 燃料噴射ユニット ５０ 加圧室 ７３ 圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｎ 57/02 57/02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に臨むように燃料噴射ユニットを備
   え、この燃料噴射ユニットにより燃料を前記燃焼室に噴
   射する燃料噴射装置において、前記燃料噴射ユニット
   は、液体燃料供給源と燃料入口により連通する加圧室
   と、少なくとも一つの圧電体の両側の一方に第１の電極
   と他方に第２の電極を配置した圧電素子からなり、前記
   第２の電極に対して第１の電極を正電位とする電力供給
   を受けて短時間で伸長することにより加圧室に臨む端部
   近傍に衝撃的高圧波を発生させる衝撃的伸長素子と、衝
   撃的高圧波の到達時開となり前記燃焼室に燃料を噴射可
   能とする噴射弁を配置した噴射口と、この噴射口と前記
   加圧室を連通する噴射通路とを備え、前記燃料噴射装置
   はさらに、電荷の供給を制御する供給エネルギー制御手
   段を備え、この供給エネルギー制御手段は、前記第１の
   電極に対して第２の電極を正電位として前記衝撃的伸長
   素子を収縮した後、第２の電極に対して第１の電極を正
   電位として前記衝撃的伸長素子を伸長させるようにした
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記請求項１記載の燃料噴射装置におい
   て、供給エネルギー制御手段は、所定のクランク角にお
   いて、前記第１の電極に対して第２の電極を正電位に保
   持した状態から第２の電極に対して第１の電極を正電位
   に変化させ、この変化後所定時間あるいは所定のクラン
   ク角を経過する間前記第２の電極に対する第１の電極の
   正電位状態を保持した後、前記第１の電極に対して第２
   の電極を正電位に変化させ、この変化後前記第１の電極
   に対する第２の電極の正電位状態を、次の燃料噴射サイ
   クルにおける所定のクランク角まで保持するようにした
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記請求項１記載の燃料噴射装置におい
   て、供給エネルギー制御手段は、前記第１の電極に対し
   て第２の電極を正電位に保持した状態から、第２の電極
   に対して第１の電極を正電位に変化させる行程と、第１
   の電極に対して第２の電極を正電位に変化させる行程か
   らなる衝撃的伸長素子の伸縮行程を所定のクランク角に
   おいて開始し且つ複数回実施した後、前記第１の電極に
   対する第２の電極の正電位状態を、次の燃料噴射サイク
   ルにおける所定のクランク角まで保持するようにしたこ
   とを特徴とする燃料噴射装置。
4. 【請求項４】前記請求項１記載の燃料噴射装置におい
   て、供給エネルギー制御手段は、所定のクランク角より
   先行して前記第１の電極と第２の電極とが同電位の状態
   から前記第１の電極に対して第２の電極を正電位にし、
   その後前記所定のクランク角において前記第１の電極に
   対して第２の電極を正電位に保持した状態から第２の電
   極に対して第１の電極を正電位に変化させ、この変化後
   所定時間あるいは所定クランク角経過する間前記第２の
   電極に対する第１の電極の正電位状態を保持した後、前
   記第１の電極と第２の電極とを同電位にするようにする
   か、一旦前記第１の電極に対して第２の電極を正電位に
   変化させた後、前記第１の電極と第２の電極とを同電位
   にするようにし、次の燃料噴射サイクルまで前記第１の
   電極と第２の電極とが同電位の状態を保持するようにし
   たことを特徴とする燃料噴射装置。
5. 【請求項５】前記請求項１記載の燃料噴射装置におい
   て、供給エネルギー制御手段は、前記第１の電極に対し
   て第２の電極を正電位となる状態から、第２の電極に対
   して第１の電極を正電位に変化させる行程と、第２の電
   極に対して第１の電極を正電位となる状態から、第１の
   電極に対して第２の電極を正電位に変化させる行程から
   なる衝撃的伸長素子の伸縮行程を、所定のクランク角に
   おいて開始し且つ複数回実施した後、第１の電極と第２
   の電極を同電位となるように変化させるか、複数回の前
   記伸縮行程の内最後の伸縮行程において、第２の電極に
   対して第１の電極を正電位となる状態から、直接第１の
   電極と第２の電極を同電位となるように変化させた後、
   次の燃料噴射サイクルまで前記第１の電極と第２の電極
   とが同電位の状態を保持するようにするとともに、前記
   所定のクランク角より先行して前記第１の電極と第２の
   電極とが同電位の状態から前記第１の電極に対して第２
   の電極を正電位にするようにしたことを特徴とする燃料
   噴射装置。