JPS63268952A

JPS63268952A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JPS63268952A
Application number: JP10192587A
Authority: JP
Inventors: Haruo Watanabe; 春夫渡辺; Ichiro Nakamura; 一朗中村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1987-04-27
Publication date: 1988-11-07
Anticipated expiration: 2012-07-30
Also published as: JP2635041B2

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、燃料噴射装置に係り、特に噴射率の制御を可
能とし、噴霧を微粒化するのに好適な燃料噴射装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来の噴射率制御可能な燃料噴射装置としては、一定高
圧燃料圧力源から供給される高圧燃料を流量制御して噴
射弁へ供給することにより、噴射率を制御するようにな
っていた。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開昭６１−８４６２号公報が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、噴射弁からの噴霧の微粒化の点につい
て配慮がなされておらず、稀薄燃焼域でのエンジン運転
に問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、噴射率制御を可能とし、かつ噴霧の微粒化
に優れた燃料噴射装置の提供を。

その目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明に係る第１の発明の
燃料噴射装置の構成は、一定高圧燃料圧力源から供給さ
れる高圧燃料を噴射弁に供給すべき制御弁と、その高圧
燃料をエンジン気筒あるいは吸気管内に噴射すべき噴射
弁とを有する燃料噴射部と、その高圧燃料の噴射時期、
噴射時間、および噴射率の信号を発生する制御部とから
なる燃料噴射装置において、制御弁は、燃料の噴射時期
および噴射時間を高圧燃料のオンオフで制御するものと
し、噴射弁は、燃料噴射時に高周波数で振動する手段を
有し、噴射弁の振動の振幅を変えることにより噴射率を
制御しうるようにしたものである。

すなわち、上記目的は、一定高圧燃料圧力源から供給さ
れる高圧燃料を、噴射時期、噴射時間に応じてオンオフ
する制御弁と、噴射時のみ高周波数で振動するニードル
をもつ噴射弁とで燃料噴射部を構成し、制御部からの噴
射時期、噴射時間および噴射率指令により、制御弁を開
動作させ、そのとき同時に噴射弁を噴射率指令に応じた
振幅で振動させることにより、達成される。

また、本発明に係る第２の発明の燃料噴射装置の構成は
、一定高圧燃料圧力源から供給される高圧燃料を噴射弁
に供給すべき制御弁と、その高圧燃料をエンジン気筒あ
るいは吸気管内に噴射すべき噴射弁とを有する燃料噴射
部と、その高圧燃料の噴射時期、噴射時間、および噴射
率の信号を発生する制御部とからなる燃料噴射装置にお
いて、制御弁は、噴射弁を制御しうるスプール弁であっ
て、駆動源になる圧電素子と、その圧電素子の変位に対
して共振周波数で変位をなすスプール、ばね系とを有し
、噴射弁のニードルを励振すべき高圧燃料を供給するも
のとし、噴射弁は、燃料噴射時に高周波数で振動する手
段を有し、噴射弁の振動の振幅を変えることにより噴射
率を制御しうるようにしたものである。

すなわち、第２の発明は−・定高圧燃料圧力源から供給
される高圧燃料を、噴射時期、噴射時間および噴射率に
応じて噴射弁へ半波振動流として供給するようにしたち
のである。

〔作用〕

上記技術的手段による作用を第１の発明と第２の発明に
分けて次に述べる。

第１の発明では、制御弁は、制御部からの噴射時期およ
び噴射時間の信号により開閉動作する２方向弁で、この
信号の間だけ開動作し、高圧燃料を噴射弁へ供給する。

噴射弁は、制御部からの噴射時期、噴射時間。

および噴射率の信号により、ニードルが高周波で変位し
て噴口部の開閉動作を行う。ニードルの駆動部には圧電
素子を用い、ばねでニードルの位置決めを行う。ニード
ル駆動系は、ばね−ｒ！を量系であることから共振周波
数においては、圧電素子の変位に対して共振振幅倍率倍
のニードル変位が得られる。したがって、圧電素子の特
徴である高出力、高応答を生かしつつ、短所である変位
が小さい分を共振周波数を用いることでカバーできる。

一方、噴射弁は、噴口部で高周波数で開閉を繰り返すた
め、噴射弁に供給された高圧燃料は微粒化が促進され、
噴射される。共振周波数を高くすればするほど、この効
果は顕著となり、かつ噴射量の精度も向上する。このと
き、圧電素子に加える電圧を変えることによりニードル
の振幅は変わるから、噴射率の制御が可能となる。

一方、第２の発明では、制御弁は噴射率制御弁で、この
噴射率制御弁は、２方向スプール弁と、スプールを駆動
する圧電素子およびスプールを支持するばねとからなっ
ている。

通常の圧電素子は、他の電気−機械変換アクチュエータ
に較べ、その出力および応答ははるかに高いものである
が、変位は非常に小さいものである。そこで、第２の発
明では、変位を拡大するため、スプール駆動系の共振周
波数を圧電素子への印加電圧としている。噴射時に、こ
の電圧を変えることによりスプールの変位振幅は変わり
、開口面積が変化することによって噴射弁への供給流量
が変わり、結果的には噴射弁からの噴射率が制御できる
。スプール弁を２方向弁としているため、噴射弁へ供給
される流量は半波状の脈動となる。

このため、噴射弁のニードルも励振され、噴霧の微粒化
が促進されるものである。

〔実施例〕

以下１本発明の各実施例を第１図ないし第７図を参照し
て説明する。

まず、本発明に係る第１の発明の実施例を第１図ないし
第３図を参照して説明する。

第１図は、本発明の各実施例に共通した燃料噴射装置の
基本構成を示すブロック図、第２図は、本発明の一実施
例に係る燃料噴射装置に用いられる噴射弁の断面図、第
３図は、制御指令、制御弁。

噴射弁ニードルのそれぞれの挙動および噴射率を示す線
図である。

第１図において、１は、燃料をエンジン気筒あるいは吸
気管内に噴射するに必要に一定燃料圧力を発生する高圧
燃料発生装置、２はアキュムレータ、３は、燃料の噴射
時期、噴射時間および噴射率の信号を発生する制御部、
４は、制御部からの噴射時期および噴射時間に応じて開
閉動作する２方向の制御弁、５は噴射弁である。

ここで噴射弁の構成および動作を第２図を参照して説明
する。

第２図において、６は弁本体、７は、ニードル８の駆動
源となる圧電素子、８は、噴射時にのみ高周波数で振動
するニードル、９，９′は、ニードル８の位置決めを行
うためのばねである。１０は、噴口部で、Ｐｓは高圧燃
料ポート、Ｐｄは外部ドレンポートを示す。

図示の状態は、噴射率信号が零のときを示しており、噴
口部１０はニードル８によって閉じられている。

噴射弁５のニードル８は、このようにばね、質量で定ま
る固有振動数をもつ振動系となっている。

そのため、共振周波数ｆｎによって圧電素子７を振幅ｘ
ｏで駆動するよう、電圧Ｖｃは圧１１！素子７に印加す
れば、ニードル８は、共振振幅倍率をαとするとき、α
ｘｏの振幅で振動する。これは、圧ｆｌｌｉ素子７の変
位が小さい欠点をカバーするために設けた変位拡大機構
の−っである。逆に、十分大きな変位の得られる圧電素
子を使用すれば、入力電圧Ｖｃは小ですみ、省エネルギ
効果も得られる。

ニードル８がαＸＯの振幅で振動しているとき、制御弁
４を開動作することにより高圧燃料を噴射弁５のＰｓポ
ートに供給すれば、噴口部１ｏは。

高周波数で開閉を繰り返しているから、噴口部１０から
は間欠的に噴霧が噴射されることになる。

このとき、噴射率ｑは、ニードル振幅のうち噴口部１０
の開口面積Ａに比例し、ニードル振幅αｘｏに比例する
。したがって、圧電素子７に加える電圧Ｖｃ　を変える
ことにより、噴射弁（１を制御できる。また、ニードル
８の駆動周波数が高いほど噴霧の微粒化が促進される。

このため、極力、ニードル８は小形軽敏とし、ばね９，
９′は高剛性のものを用い、圧電素子７も高出力のもの
を選定することが望ましい。

制御部３から噴射停止の信号が発生すると、制御弁４が
閉動作し、高圧燃料を噴射弁５に供給しなくなり、噴射
弁５は噴射を停止する。また、このとき同時に圧ｆｆｉ
素子７への印荷電圧も零となり、ニードル８は振動を停
止する。

これら一連の挙動を時間軸ｔに対して示したものが第３
図である。

第３図で（１）は、制御部３の指令、すなわち時間ｔに
対して、噴射時期、噴射時間および噴射率を示すもので
ある。（２）は、（１）が与えられたときの制御弁４の
挙動を示すもので、噴射時期および噴射時間に応じて、
開動作となる。（３）は、噴射弁５のニードル８の挙動
を示すもので、（１）の噴射時期、噴射時間および噴射
率に応じて、ある振幅で高周波数で振動する。（４）は
、そのときの噴射弁５の噴射率を示すもので、同図のご
とく間欠的な噴射となる。

本実施例によれば、噴射率制御が可能で、かつ、噴霧の
微粒化に優れた燃料噴射ができるので、エンジン制御範
囲が拡大するという効果がある。

次に、本発明に係る第２の発明の実施例を第１図、およ
び第４図ないし第７図を参照して説明する。

第４図は１本発明の他の実施例に係る燃料噴射装置に用
いられる噴射率制御弁の断面図、第５図は、第４図のス
プール部の部分拡大図、第６図は、スプールの変位およ
び噴射弁圧力ポートからの流量を示す線図、第７図は、
制御部信号、スプール変位、噴射弁の噴射率を示す線図
である。

本実施例では、第１図に示すブロック図の制御弁４の部
分が、第４図に示す噴射制御弁４Ａとなっているもので
ある。

第４図において、１１は弁本体、１２はスリーブ、１３
は、ランドＬ３ａ、１３ｂ、およびステム１３ｃよりな
るスプール、１４．１４’は、スプール１３を支持する
ばね、１５は、スプール１３を駆動するための圧電素子
であり、第４図に示す噴射率制御弁４Ａは、噴射弁５の
ニードルを励振すべき高圧燃料を供給するための２方向
スプール弁を構成するものである。

すなわち、噴射率制御弁４Ａは、軸方向に滑らかにスリ
ーブ１２内を変位できるスプール１３が挿入されており
、このスプール１３は、ばね１４゜１４′による予圧縮
力を受けて支持されている。

１６は、スプール１３の中立位置を調整するための調整
ねじで、圧電素子１５との間にボール１７を介在させ、
スプール駆動系の反力を受けるように構成されている。

スプール１３のランド１３ａ、１３ｂとスリーブ１２と
の間には、オリフィス１２ａ、１２ｂが形成されている
。第４図のスプール位置は、軸方向に左右いずれの方向
に変位しても、供給圧力ポートＰｓ’　　からの高圧燃
料は噴射弁圧力ポートＰ、（第・２図の高圧燃料ポート
Ｐｓに接続）へ連通ずる流路構成となっている。したが
って、スプール１３が中立位置であっても、スプール１
３とスリーブ１２との間にクリアランスが存在するため
、高圧燃料の一部は噴射弁圧力ボートＰｎＡ流出する。

これを防ぐために、スプール１３．スリーブ１２のオリ
フィス１２ａ、１２ｂの重合は、第５図に示すようにΔ
だけ正の重合とし、スプール１３の中立位置での噴射弁
圧力ポートＰｎへの流出を防止している。

制御部３から噴射率制御弁４Ａへの指令、すなわち圧１
を素子１５への電圧は、噴射率に応じて。

ある振幅のスプール駆動系の共振周波数で与えられる。

このことにより、本来、変位の少ない圧電素子１５の欠
点をカバーするとともに半波状の脈動流が効率よく得ら
れる。なお、変位の大きな圧電素子を用いることができ
るときは、共振により変位拡大が得られていることから
、逆に入力を小さくすることができる。また、噴射弁５
への供給燃料は高周波数の脈動である８！（ただし噴射
弁のニードルの固有振動数より小さい範囲）噴霧の微粒
化には効果的である。したがって、極力、大出力で高剛
性な圧電素子を用い、スプール駆動系の共振周波数を高
くすることが望ましい。

第６図は、時間軸ｔに対するスプール１３の変位および
噴射弁圧ポートＰｎからの流量を示すものであり、　（
１）、　（２）はスプール１３の変位、（３）。

（４）は流量を示す。（３）は、スプール１３が（１）
のように中立点を中心に振動しているときの流量波形で
あり、（４）は、スプール１３が（２）のように中立点
よりδだけずれたときの流量波形を示す。いずれの場合
も平均流量をとれば同じとなり、多少のスプールの中立
点変動は平均流量に影響を及ぼすことはない。

第７図は１時間軸ｔに対する制御部３の信号、スプール
１３の変位、噴射弁５への供給流量すなわち噴射弁５の
噴射率を、それぞれ（１）、　（２）。

（３）に示したものである。

同図に示すように、噴射率に応じて、スプール変位を変
えることにより、結果的に噴射率を制御することができ
る。

本実施例によれば、先の実施例と全く同様の効果が期待
される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、噴射率制御を可能
にし、かつ噴霧の微粒化に優れた燃料噴射装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の各実施例に共通した燃料噴射装置の
基本構成を示すブロック図、第２図は。本発明の一実施例に係る燃料噴射装置に用いられる噴射
弁の断面図、第３図は、制御指令、制御弁。噴射弁ニードルのそれぞれの挙動および噴射率を示す線
図、第４図は、本発明の他の実施例に係る燃料噴射装置
に用いられる噴射率制御弁の断面図、第５図は、第４図
のスプール部の部分拡大図、第６図は、スプールの変位
および噴射弁圧力ポートからの流量を示す線図、第７図
は、制御部信号。スプール変位、噴射弁の噴射率を示す線図である。１・・・高圧燃料発生装置、３・・・制御部、４・・・
制御弁。４Ａ・・・噴射率制御弁、５・・・噴射弁、７・・・圧
電素子。８・・・ニードル、９．９’・・・ばね、１０・・・噴
口部、１２・・・スリーブ、１２ａ、１２ｂ・・・オリ
フィス、１３−・・スプール、１３ａ、１３ｂ−ランド
、１３ｃ・・・ステム、１４．１４’・・・ばね、１５
・・・圧電素子。猶ｌ　口第２凹易　３　目第４０第５図ノ３Ｃ・・スデム

Claims

【特許請求の範囲】

１．　一定高圧燃料圧力源から供給される高圧燃料を噴
射弁に供給すべき制御弁と、その高圧燃料をエンジン気
筒あるいは吸気管内に噴射すべき噴射弁とを有する燃料
噴射部と、その高圧燃料の噴射時期、噴射時間、および
噴射率の信号を発生する制御部とからなる燃料噴射装置
において、制御弁は、燃料の噴射時期および噴射時間を高圧燃料の
オンオフで制御するものとし、噴射弁は、燃料噴射時に高周波数で振動する手段を有し
、噴射弁の振動の振幅を変えることにより噴射率を制御
しうるように構成したことを特徴とする燃料噴射装置。
２．　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、噴射
弁の高周波数で振動する手段は、駆動源となる圧電素子
と、その圧電素子の変位に対して共振周波数で変位をな
すニードル、ばね系とからなり、噴口部の開閉を高周波
で行うことを特徴とする燃料噴射装置。
３．　一定高圧燃料圧力源から供給される高圧燃料を噴
射弁に供給すべき制御弁と、その高圧燃料をエンジン気
筒あるいは吸気管内に噴射すべき噴射弁とを有する燃料
噴射部と、その高圧燃料の噴射時期、噴射時間、および
噴射率の信号を発生する制御部とからなる燃料噴射装置
において、制御弁は、噴射弁を制御しうるスプール弁であつて、駆
動源となる圧電素子と、その圧電素子の変位に対して共
振周波数で変位をなすスプール、ばね系とを有し、噴射
弁のニードルを励振すべき高圧燃料を供給するものとし
、噴射弁は、燃料、噴射時に高周波数で振動する手段を有
し、噴射弁の振動の振幅を変えることにより噴射率を制
御しうるように構成したことを特徴とする燃料噴射装置
。
４．　特許請求の範囲第３項記載のものにおいて、噴射
弁を制御しうるスプール弁は、２個のランドと１個のス
テムとを有し、各ランド部にそれぞれ１個の制御オリフ
ィスポート、ステム部に１個のポートを設け、当該スプ
ール弁は、中立位置から軸方向いずれの方向へ変位して
も制御流量を得ることを特徴とする燃料噴射装置。