JPH0874702A - Fuel injection device of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To realize such a fuel injection device of an internal combustion engine that no load is appliod to a engine drive system following the drive of a fuel injection pump and fuel injection control of a fuel injection quantity, a fuel injection timing, etc., can be made independent from the operational timing of the engine, and also the fuel injection control is easy. CONSTITUTION: An unit injector U11 is provided with a fuel injection pump 10 for generating high-pressure fuel, a fuel injection nozzle 30 for injecting fuel discharged from the fuel injection 10 into a cylinder 11. The cylinder 11, a piston 12 for pressurizing the fuel, a PZT actuator 20 for driving the piston 12, a pressure sensor 22 for detecting generation force of the PZT actuator 20 (output waveform) are provided in the fuel injection pump 10. A circular fuel passage 31, a needle 32, and a coil spring 33 are provided in the fuel injection nozzle 30.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射装
置に関し、さらに詳細には、燃料噴射ノズルと、燃料噴
射ノズルに燃料を供給する燃料噴射ポンプとが一体に形
成されている内燃機関の燃料噴射装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine in which a fuel injection nozzle and a fuel injection pump for supplying fuel to the fuel injection nozzle are integrally formed. Fuel injection device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、シリンダ内へ直接燃料の噴射
が行われるエンジンでは、燃料圧力を昇圧するための高
圧ポンプが備えられていた。例えば、シリンダ内噴射が
一般的に行われているディーゼルエンジンにおいては、
高い燃料圧力を発生させるために燃料噴射ポンプと、噴
射管を介して燃料噴射ポンプから供給された燃料をシリ
ンダ内に噴射する燃料噴射ノズルとが各々別々に備えら
れていた。2. Description of the Related Art Conventionally, an engine in which fuel is directly injected into a cylinder has a high-pressure pump for increasing the fuel pressure. For example, in a diesel engine where in-cylinder injection is generally performed,
A fuel injection pump for generating a high fuel pressure and a fuel injection nozzle for injecting the fuel supplied from the fuel injection pump through the injection pipe into the cylinder are separately provided.

【０００３】しかしながら、燃料噴射ポンプと燃料噴射
ノズルとが噴射管によって接続されているため、噴射特
性をコントロールし難いという問題点があった。また、
数百気圧に昇圧された燃料を通す噴射管、及び、その接
続部の耐久性という問題があった。However, since the fuel injection pump and the fuel injection nozzle are connected by the injection pipe, there is a problem that it is difficult to control the injection characteristics. Also,
There is a problem of durability of the injection pipe for passing the fuel whose pressure is increased to several hundreds of atmospheres and the connection portion thereof.

【０００４】そこで、燃料噴射ノズルと、燃料噴射ポン
プとが一体に形成されている燃料噴射装置（以下、「ユ
ニットインジェクタ」という。）がこれまで種々提案さ
れるとともに、実用化されている。Therefore, various fuel injection devices (hereinafter referred to as "unit injectors") in which a fuel injection nozzle and a fuel injection pump are integrally formed have been proposed and put into practical use.

【０００５】例えば、特開平２−８６９５６号公報に
は、図６に示すようなユニットインジェクタＵＩ２が開
示されている。このユニットインジェクタＵＩ２は、タ
ペット１００を介してカム１０１によってプランジャ孔
１０２を上下方向に摺動されるプランジャ１０３と、プ
ランジャ１０３と共軸的に設けられたニードル１０４
と、ニードル１０４の先端部によって開閉される燃料噴
射孔１０５と、ニードル１０４を閉弁方向に付勢するコ
イルスプリング１０６を備えている。また、図中右側に
は、溢流弁１０７の作動時期を制御して燃料吐出量を制
御するＰＺＴアクチュエータ１０８が備えられている。For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-86956 discloses a unit injector UI2 as shown in FIG. The unit injector UI2 includes a plunger 103 that is vertically slid in a plunger hole 102 by a cam 101 via a tappet 100, and a needle 104 coaxially provided with the plunger 103.
A fuel injection hole 105 that is opened and closed by the tip of the needle 104, and a coil spring 106 that biases the needle 104 in the valve closing direction. A PZT actuator 108 that controls the operation timing of the overflow valve 107 to control the fuel discharge amount is provided on the right side of the drawing.

【０００６】このような構成を備えるユニットインジェ
クタＵＩ２は、カムシャフト１０９が回転し、カム１０
１がタペット１００を下側に向けて押圧すると、プラン
ジャ１０３が下側に向けて押圧され、プランジャ１０３
下端とプランジャ孔１０２とによって形成された燃料加
圧室１１０の容積が徐々に減少していく。その結果、燃
料加圧室１１０内に供給されていた燃料が圧縮され、燃
料圧力が急速に高くなる。そして、この高い燃料圧力を
有する燃料は、ニードル１０４の先端に供給され、コイ
ルスプリング１０６の付勢力を超えたところで、ニード
ル１０４が上方に押し上げられ、開弁し、燃料噴射孔１
０５から霧状の燃料がシリンダ内に噴射される。In the unit injector UI2 having such a structure, the cam shaft 109 rotates and the cam 10 is rotated.
When the tappet 100 pushes the tappet 100 downward, the plunger 103 is pushed downward and the plunger 103
The volume of the fuel pressurizing chamber 110 formed by the lower end and the plunger hole 102 gradually decreases. As a result, the fuel supplied into the fuel pressurizing chamber 110 is compressed and the fuel pressure rapidly increases. Then, the fuel having this high fuel pressure is supplied to the tip of the needle 104, and when the urging force of the coil spring 106 is exceeded, the needle 104 is pushed upward and opened, and the fuel injection hole 1
A fuel atomized from 05 is injected into the cylinder.

【０００７】そして、所定の燃料量が噴射されたところ
でＰＺＴアクチュエータ１０８に印加されていた電圧が
除去され、ＰＺＴアクチュエータ１０８が収縮する。す
ると、可変容積室１１１の容積が大きくなり、可変容積
室１１１と、可変圧力室と連通している圧力調整室１１
２の圧力が低下する。この結果、溢流弁１０７が開弁さ
れるため、燃料加圧室１１０内の高圧の燃料が燃料溢流
室１１３内に噴出され、燃料加圧室１１０内の燃料圧力
は急速に低下する。Then, when a predetermined amount of fuel is injected, the voltage applied to the PZT actuator 108 is removed, and the PZT actuator 108 contracts. Then, the volume of the variable volume chamber 111 increases, and the variable volume chamber 111 and the pressure adjustment chamber 11 communicating with the variable pressure chamber 11
The pressure of 2 drops. As a result, since the overflow valve 107 is opened, the high-pressure fuel in the fuel pressurizing chamber 110 is jetted into the fuel overflow chamber 113, and the fuel pressure in the fuel pressurizing chamber 110 is rapidly reduced.

【０００８】したがって、高圧の燃料によって上方に押
し上げられていたニードル１０４は、燃料圧力が消失す
ることでコイルスプリング１０６の付勢力に対する抗力
を失い、コイルスプリング１０６の付勢力によって閉弁
方向に動かされる。Therefore, the needle 104, which has been pushed upward by the high-pressure fuel, loses its resistance to the biasing force of the coil spring 106 due to the disappearance of the fuel pressure, and is moved in the valve closing direction by the biasing force of the coil spring 106. .

【０００９】このユニットインジェクタＵＩ２によれ
ば、燃料の圧力を高くする燃料供給ポンプと、燃料噴射
ノズルとが一体に形成されているので、圧力損失が少な
く燃料特性をコントロールし易いという利点を有してい
る。また、燃料供給ポンプと燃料噴射ノズルとを接続す
る噴射管からの燃料漏れを心配する必要がないという利
点を有している。According to this unit injector UI2, since the fuel supply pump for increasing the fuel pressure and the fuel injection nozzle are integrally formed, there is an advantage that the pressure loss is small and the fuel characteristics are easily controlled. ing. Further, there is an advantage that there is no need to worry about fuel leakage from the injection pipe connecting the fuel supply pump and the fuel injection nozzle.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ユニットインジェクタＵＩ２には、以下のような問題が
あった。However, the conventional unit injector UI2 has the following problems.

【００１１】第１に、プランジャ１０３を駆動する駆動
力をカムシャフト１０９から取り出していたので、エン
ジン高回転時には、カム１０１とタペット１００とが頻
繁に接触することになり、噴射系駆動トルクが増大する
という問題があった。この結果、エンジン駆動系のトル
ク損失が増大してしまい、エンジン出力性能の低下、燃
費性能が悪化するという問題が生じていた。First, since the driving force for driving the plunger 103 is taken out from the cam shaft 109, the cam 101 and the tappet 100 frequently come into contact with each other at a high engine speed, and the injection system driving torque increases. There was a problem of doing. As a result, the torque loss of the engine drive system increases, which causes a problem that engine output performance is deteriorated and fuel efficiency is deteriorated.

【００１２】第２に、燃料噴射量の調量を行う溢流弁１
０７は、間接的ながらＰＺＴアクチュエータ１０８を用
いることで電子的に駆動制御されているものの、燃料圧
力を発生させるとともに、燃料噴射時期を決定するプラ
ンジャ１０３は、機械的に駆動されている。したがっ
て、燃料噴射時期の制御は、プランジャ１０３の駆動時
期と独立させて行うことはできず、このような機構的な
制約のためパイロット噴射や、可変送油率に限度がある
という問題があった。Second, the overflow valve 1 for adjusting the fuel injection amount.
Although 07 is indirectly driven and controlled electronically by using the PZT actuator 108, the plunger 103 that generates the fuel pressure and determines the fuel injection timing is mechanically driven. Therefore, the control of the fuel injection timing cannot be performed independently of the drive timing of the plunger 103, and there is a problem that there is a limit to the pilot injection and the variable oil feed rate due to such mechanical restrictions. .

【００１３】また、これまで独立して設けられてきた燃
料噴射ポンプと燃料噴射ノズルを一体化した上に、シリ
ンダヘッド上に配設可能な程度に小型化しなければなら
ないが、機構的に複雑な機械駆動式の燃料噴射ポンプを
小型化することは困難であり、コストアップにつながっ
てしまう。Further, the fuel injection pump and the fuel injection nozzle, which have been separately provided up to now, must be integrated and downsized to the extent that they can be arranged on the cylinder head, but they are mechanically complicated. It is difficult to reduce the size of a mechanically driven fuel injection pump, which leads to an increase in cost.

【００１４】さらに、各々の燃料噴射装置が独立してい
るために、各シリンダ毎に配設されているユニットイン
ジェクタＵＩ２間の噴射タイミング等がとりがたく、そ
の噴射制御が複雑化してしまうという問題点があった。Further, since each fuel injection device is independent, the injection timing between the unit injectors UI2 arranged for each cylinder is difficult and the injection control becomes complicated. There was a point.

【００１５】第３に、さらに高圧の燃料圧力を得ようと
する場合には、プランジャ１０３をより大きな駆動力で
駆動する必要があるが、かかる場合、エンジン駆動系の
トルク損失がますます増大してしまうという問題があっ
た。したがって、機械駆動式の燃料供給ポンプでは、供
給することができる燃料圧力が限られてしまい、将来へ
の発展性に欠けるという問題があった。Thirdly, in order to obtain a higher fuel pressure, it is necessary to drive the plunger 103 with a larger driving force, but in such a case, the torque loss of the engine drive system is further increased. There was a problem that it would end up. Therefore, in the mechanically driven fuel supply pump, the fuel pressure that can be supplied is limited, and there is a problem of lack of future development.

【００１６】第４に、機械駆動式の燃料供給ポンプの場
合には、各部品が相互に摺動し、各部品に形成されたポ
ート位置、溝位置等が合致することにより燃料通路の形
成等が行われている。したがって、各部品相互に極めて
高い精度が要求されるとともに、摺動により部品が磨耗
するため部品精度を確認するメンテナンスを頻繁に行わ
なければならないという問題が生じていた。Fourthly, in the case of a mechanically driven fuel supply pump, the respective parts slide on each other and the port positions, groove positions, etc. formed in the respective parts are matched with each other to form a fuel passage or the like. Is being done. Therefore, there has been a problem that extremely high accuracy is required for each part and that the parts wear due to sliding, so that maintenance for checking the part accuracy must be frequently performed.

【００１７】本発明は、前記従来の問題点を解消するた
めになされたものであり、燃料噴射ポンプの駆動にとも
ないエンジン駆動系に負荷をかけることがなく、また、
燃料噴射量、燃料噴射時期等の燃料噴射制御をエンジン
の作動タイミングと独立して行うことができる内燃機関
の燃料噴射装置を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and does not impose a load on the engine drive system when the fuel injection pump is driven, and
An object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine, which can perform fuel injection control such as fuel injection amount and fuel injection timing independently of the engine operation timing.

【００１８】また、燃料噴射制御を容易に行うことがで
きるとともに、機構的に簡易で、生産コストのかからな
い内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とす
る。It is another object of the present invention to provide a fuel injection device for an internal combustion engine, which allows easy fuel injection control, is mechanically simple, and does not require a production cost.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、シリンダと、
そのシリンダ内に燃料を供給する燃料供給手段と、前記
シリンダ内に進退可能に配設されているピストンと、そ
のピストンを駆動して、前記シリンダ内に供給された燃
料を加圧する圧電アクチュエータと、エンジン負荷を検
出するエンジン負荷検出手段と、そのエンジン負荷検出
手段により検出されたエンジン負荷データに基づいて燃
料噴射波形を決定する燃料噴射波形決定手段と、前記燃
料噴射波形決定手段によって決定された燃料噴射波形に
基づいて、前記圧電アクチュエータを駆動する圧電アク
チュエータ駆動回路と、スプリングによって閉弁方向に
付勢されているニードルと、前記シリンダにおいて加圧
された燃料を前記ニードル先端に供給する燃料通路と、
その燃料通路先端に形成されているとともに、前記ニー
ドル先端によって閉塞されている燃料噴射孔とを構成と
して備える。To achieve the above object, a fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention comprises a cylinder,
A fuel supply means for supplying fuel into the cylinder; a piston movably arranged in the cylinder; a piezoelectric actuator for driving the piston to pressurize the fuel supplied into the cylinder; Engine load detection means for detecting an engine load, fuel injection waveform determination means for determining a fuel injection waveform based on engine load data detected by the engine load detection means, and fuel determined by the fuel injection waveform determination means A piezoelectric actuator drive circuit that drives the piezoelectric actuator based on an injection waveform, a needle that is biased in a valve closing direction by a spring, and a fuel passage that supplies fuel pressurized in the cylinder to the needle tip. ,
A fuel injection hole formed at the tip of the fuel passage and closed by the tip of the needle is provided as a component.

【００２０】[0020]

【作用】上記構成を備えた本発明に係る内燃機関の燃料
噴射装置では、燃料供給手段によってシリンダとピスト
ン先端面とによって形成されている燃料加圧室内に燃料
が導入される。そして、エンジン負荷検出手段により、
現在のエンジン負荷が検出され、エンジン負荷データと
して燃料噴射波形決定手段に向けて出力される。エンジ
ン負荷データを受けた燃料噴射波形決定手段は、エンジ
ン負荷データに基づいて、燃料の噴射波形、すなわち、
圧電アクチュエータ駆動回路へ出力する駆動信号の波形
を決定する。In the fuel injection system for an internal combustion engine according to the present invention having the above structure, the fuel is introduced into the fuel pressurizing chamber formed by the cylinder and the piston tip surface by the fuel supply means. Then, by the engine load detection means,
The current engine load is detected and output as engine load data to the fuel injection waveform determination means. The fuel injection waveform determination means that has received the engine load data, based on the engine load data, the fuel injection waveform, that is,
The waveform of the drive signal output to the piezoelectric actuator drive circuit is determined.

【００２１】圧電アクチュエータ駆動回路は、燃料噴射
波形に基づき圧電アクチュエータに対して電圧を印加
し、あるいは、印加した電圧を除去して圧電アクチュエ
ータを駆動する。先ず、燃料噴射波形に基づき、圧電ア
クチュエータに電圧が印加されると、圧電アクチュエー
タは伸長し、ピストンを燃料加圧室の容積が減少する方
向へ向けて押圧駆動する。この結果、燃料加圧室内に存
在する燃料の圧力が昇圧され、高圧燃料として燃料通路
へ吐出される。The piezoelectric actuator drive circuit applies a voltage to the piezoelectric actuator based on the fuel injection waveform or removes the applied voltage to drive the piezoelectric actuator. First, when a voltage is applied to the piezoelectric actuator based on the fuel injection waveform, the piezoelectric actuator expands and pushes the piston in the direction in which the volume of the fuel pressurizing chamber decreases. As a result, the pressure of the fuel existing in the fuel pressurizing chamber is increased and discharged as high-pressure fuel into the fuel passage.

【００２２】燃料通路に吐出された高圧燃料は、燃料通
路を通ってニードル先端に到達し、スプリングによって
閉弁方向に付勢されているニードルを開弁方向へ移動さ
せようとする。やがて、ニードル先端にかかる燃料圧力
がスプリングの付勢力を上回った時点で、ニードルは開
弁方向へ移動し、ニードル先端によって閉塞されていた
燃料噴射孔が解放される。この結果、燃料噴射孔から高
圧燃料がエンジン内に噴射される。The high-pressure fuel discharged into the fuel passage reaches the tip of the needle through the fuel passage and tries to move the needle, which is biased in the valve closing direction by the spring, in the valve opening direction. Eventually, when the fuel pressure applied to the tip of the needle exceeds the biasing force of the spring, the needle moves in the valve opening direction, and the fuel injection hole blocked by the tip of the needle is released. As a result, high-pressure fuel is injected into the engine from the fuel injection hole.

【００２３】そして、燃料噴射波形に基づき、燃料の噴
射を終了させる際には、圧電アクチュエータ駆動回路
は、圧電アクチュエータに印加していた電圧を除去す
る。すると、圧電アクチュエータは収縮し、ピストンを
押圧していた駆動力が失われるので、燃料加圧室の容積
が元の容積に戻り、燃料加圧室内の燃料圧力が急速に低
下する。When the fuel injection is ended based on the fuel injection waveform, the piezoelectric actuator drive circuit removes the voltage applied to the piezoelectric actuator. Then, the piezoelectric actuator contracts and the driving force pressing the piston is lost, so that the volume of the fuel pressurizing chamber returns to the original volume, and the fuel pressure in the fuel pressurizing chamber is rapidly reduced.

【００２４】この結果、ニードル先端をニードルの開弁
方向に押圧していた燃料圧力が消失し、ニードルはスプ
リングの付勢力によって閉弁方向に移動される。したが
って、燃料噴射孔は、ニードル先端によって再び閉塞さ
れ、燃料の噴射が終了する。As a result, the fuel pressure pressing the tip of the needle in the valve opening direction of the needle disappears, and the needle is moved in the valve closing direction by the urging force of the spring. Therefore, the fuel injection hole is closed again by the tip of the needle, and the fuel injection is completed.

【００２５】[0025]

【実施例】以下、本発明をディーゼルエンジン用のユニ
ットインジェクタとして具体化した一実施例について図
面を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is embodied as a unit injector for a diesel engine will be described below with reference to the drawings.

【００２６】先ず、本実施例に係るユニットインジェク
タＵＩ１の構成について、図１及び図２を参照して説明
する。ユニットインジェクタＵＩ１は、高圧の燃料を発
生させる燃料噴射ポンプ１０と、燃料噴射ポンプ１０か
ら吐出された燃料をエンジンシリンダ内に噴射する燃料
噴射ノズル３０を備えている。そして、燃料噴射ポンプ
１０と燃料噴射ノズル３０とは、燃料通路２５を介して
連結されている。First, the structure of the unit injector UI1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. The unit injector UI1 includes a fuel injection pump 10 that generates high-pressure fuel, and a fuel injection nozzle 30 that injects the fuel discharged from the fuel injection pump 10 into the engine cylinder. The fuel injection pump 10 and the fuel injection nozzle 30 are connected via the fuel passage 25.

【００２７】燃料噴射ポンプ１０は、シリンダ１１と、
ピストン１２と、ピストン１２を駆動するＰＺＴアクチ
ュエータ２０と、ＰＺＴアクチュエータ２０の発生力を
検出する圧力センサ２２を備えている。この圧力センサ
２２は、ＰＺＴアクチュエータ２０と一体型の圧電式セ
ンサである。The fuel injection pump 10 includes a cylinder 11 and
The piston 12, a PZT actuator 20 that drives the piston 12, and a pressure sensor 22 that detects the force generated by the PZT actuator 20 are provided. The pressure sensor 22 is a piezoelectric sensor integrated with the PZT actuator 20.

【００２８】シリンダ１１は、ユニットインジェクタＵ
Ｉ１本体内部の中央に筒状に形成されており、下端側か
ら圧力センサ２２、ＰＺＴアクチュエータ２０、ピスト
ン１２の順に各構成部材が配設されている。そして、ピ
ストン１２の上端面とシリンダ１１の上側部分によって
形成される空間は、ピストン１２が上方に向けて駆動さ
れた際に、燃料の圧力を昇圧させる燃料加圧室１３とし
て機能する。The cylinder 11 is a unit injector U.
It is formed in a cylindrical shape in the center of the inside of the I1 main body, and the respective constituent members are arranged in this order from the lower end side of the pressure sensor 22, the PZT actuator 20, and the piston 12. The space formed by the upper end surface of the piston 12 and the upper portion of the cylinder 11 functions as a fuel pressurizing chamber 13 that increases the pressure of fuel when the piston 12 is driven upward.

【００２９】燃料加圧室１３の上端面には、燃料タンク
５０からフィードポンプ５１を介して供給される燃料を
燃料加圧室１３内に導入するための燃料導入ポート１４
が形成されている。また、燃料導入ポート１４には、燃
料加圧室１３内において昇圧された燃料が燃料タンク５
０へ向けて逆流することを防止するために、チェックボ
ール式の逆流防止弁１５が接続されている。At the upper end surface of the fuel pressurizing chamber 13, a fuel introduction port 14 for introducing the fuel supplied from the fuel tank 50 through the feed pump 51 into the fuel pressurizing chamber 13.
Are formed. Further, in the fuel introduction port 14, the fuel whose pressure is increased in the fuel pressurizing chamber 13 is supplied to the fuel tank 5.
A check ball type check valve 15 is connected to prevent backflow toward 0.

【００３０】さらに、燃料加圧室１３の上端面には、燃
料加圧室１３内において昇圧された高圧燃料を燃料噴射
ノズル３０へ向けて吐出するための燃料吐出ポート１６
が形成されている。また、燃料吐出ポート１６には、ニ
ードル（後述する）が閉弁された際に、燃料が燃料加圧
室１３内に向けて逆流することを防止するために、チェ
ックボール式の逆流防止弁１７が接続されている。Further, at the upper end surface of the fuel pressurizing chamber 13, a fuel discharge port 16 for discharging high-pressure fuel whose pressure is increased in the fuel pressurizing chamber 13 toward the fuel injection nozzle 30.
Are formed. The check valve type check valve 17 is provided in the fuel discharge port 16 in order to prevent the fuel from flowing back into the fuel pressurizing chamber 13 when a needle (described later) is closed. Are connected.

【００３１】ピストン１２は、シリンダ１１径より若干
小さい径を有する薄い円柱状のピストンであり、その外
周面には２本の溝１２ａ、１２ｂが形成されている。そ
して、上段の溝１２ａには、燃料加圧室１３内に導入さ
れた燃料がピストン１２後方（下方）に漏れ出ることを
防止するためのＯリング１８が嵌合されている。また、
下段の溝１２ｂには、Ｏリング１８が破損等した場合に
備えて、バックアップリング１９が嵌合されている。The piston 12 is a thin columnar piston having a diameter slightly smaller than the diameter of the cylinder 11, and two grooves 12a and 12b are formed on the outer peripheral surface thereof. An O-ring 18 for preventing the fuel introduced into the fuel pressurizing chamber 13 from leaking rearward (downward) of the piston 12 is fitted in the groove 12a in the upper stage. Also,
A backup ring 19 is fitted in the lower groove 12b in case the O-ring 18 is damaged.

【００３２】ＰＺＴアクチュエータ２０は、電圧が印加
されていない状態においてピストン１２下端面と密接さ
れており、電圧印加されると上下方向に伸長し、電圧が
除去されると収縮して元の長さに戻る。また、ＰＺＴア
クチュエータ２０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０
内のＰＺＴアクチュエータ駆動回路４７（後述する）と
接続されている。The PZT actuator 20 is in close contact with the lower end surface of the piston 12 when no voltage is applied, and extends vertically when a voltage is applied, and contracts when the voltage is removed to the original length. Return to. Further, the PZT actuator 20 includes an electronic control unit (ECU) 40.
It is connected to a PZT actuator drive circuit 47 (described later) therein.

【００３３】圧力センサ２２は、ＰＺＴアクチュエータ
２０の下端面とシリンダ１１の下端側面との間に配設さ
れており、ＰＺＴアクチュエータ２０の伸長に伴い圧力
センサ２２に加えられる圧力（ＰＺＴアクチュエータ２
０の発生力）を電気信号に変換し、圧力検出信号として
ＥＣＵ４０へ向けて出力する。The pressure sensor 22 is arranged between the lower end surface of the PZT actuator 20 and the lower end side surface of the cylinder 11, and the pressure applied to the pressure sensor 22 as the PZT actuator 20 extends (PZT actuator 2).
The generated force of 0) is converted into an electric signal and output to the ECU 40 as a pressure detection signal.

【００３４】燃料噴射ノズル３０は、環状燃料通路３１
と、ニードル３２と、コイルスプリング３３とを備えて
いる。環状燃料通路３１は、燃料通路２５を通って供給
された燃料をニードル３２のテーパ部３２ａに供給する
ための筒状の通路であり、ニードル３２のテーパ部３２
ａを係止する係止部３１ａが形成されている下端部付近
を除いて、ニードル３２の外径よりも大きく形成されて
いる。また、環状燃料通路３１は、その上端近傍におい
て燃料通路２５と連結されており、その下端部には燃料
噴射孔３１ｂを備えている。The fuel injection nozzle 30 has an annular fuel passage 31.
A needle 32 and a coil spring 33. The annular fuel passage 31 is a tubular passage for supplying the fuel supplied through the fuel passage 25 to the tapered portion 32 a of the needle 32, and the tapered portion 32 of the needle 32.
The needle 32 is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the needle 32 except for the vicinity of a lower end portion where a locking portion 31a for locking a is formed. The annular fuel passage 31 is connected to the fuel passage 25 in the vicinity of its upper end, and has a fuel injection hole 31b at its lower end.

【００３５】ニードル３２は、その先端にテーパ状に形
成されたテーパ部３２ａを備えており、このテーパ部３
２ａが環状燃料通路３１の係止部３１ａに係止されるこ
とにより環状燃料通路３１（燃料噴射孔３１ｂ）は閉塞
される。また、ニードル３２は、通常、その上端に配設
されているコイルスプリング３３によって閉弁方向に付
勢されており、コイルスプリング３３の有する弾性力を
上回る力（燃料圧力）が環状燃料通路３１に加えられる
ことによって開弁方向に駆動される。The needle 32 has a tapered portion 32a formed at the tip thereof in a tapered shape.
The annular fuel passage 31 (fuel injection hole 31b) is closed by engaging 2a with the engaging portion 31a of the annular fuel passage 31. Further, the needle 32 is normally biased in the valve closing direction by a coil spring 33 arranged at the upper end thereof, and a force (fuel pressure) exceeding the elastic force of the coil spring 33 is applied to the annular fuel passage 31. It is driven in the valve opening direction by being added.

【００３６】次に、本実施例に係るユニットインジェク
タＵＩ１の駆動制御を行うＥＣＵ４０について、図１に
示す全体構成図を参照して説明する。電子制御ユニット
（ＥＣＵ）４０は、エンジン負荷に応じた噴射時期、噴
射圧力等のマップ、各種制御プログラム等を記憶してい
るＲＯＭ４１と、各種演算処理を行うＣＰＵ４２と、検
出データ、演算結果等を一時的に記憶するＲＡＭ４３を
備えている。そして、ＲＯＭ４１、ＲＡＭ４３、及びＣ
ＰＵ４２は、バス４４によって相互に接続されていると
ともに、入出力インタ−フェイス４５に接続されてい
る。Next, the ECU 40 for controlling the drive of the unit injector UI1 according to this embodiment will be described with reference to the overall configuration diagram shown in FIG. An electronic control unit (ECU) 40 stores a map of injection timing, injection pressure and the like according to engine load, a ROM 41 storing various control programs, a CPU 42 for performing various arithmetic processes, detection data, arithmetic results and the like. A RAM 43 for temporary storage is provided. And ROM41, RAM43, and C
The PUs 42 are connected to each other by a bus 44 and also to an input / output interface 45.

【００３７】入出力インタ−フェイス４５には、圧力セ
ンサ２２、エンジン負荷検出手段４６としての、エンジ
ン水温センサ４６ａ、エンジン回転数センサ４６ｂ、及
びアクセル開度センサ４６ｃ等が接続されており、各セ
ンサ２２、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ等によって検出され
たデータがエンジン負荷データとして入力される。The input / output interface 45 is connected to a pressure sensor 22, an engine water temperature sensor 46a as an engine load detecting means 46, an engine speed sensor 46b, an accelerator opening degree sensor 46c, and the like. The data detected by 22, 46a, 46b, 46c, etc. are input as engine load data.

【００３８】また、圧力センサ２２は、決定された燃料
噴射波形に基づいてＰＺＴアクチュエータ２０が作動し
た際に発生する発生力を検出してＥＣＵ４０に向けて出
力する。そして、圧力センサ２０によって検出された発
生力を継時的に並べた現実の燃料噴射波形が、マップに
基づいて決定された燃料噴射波形のフィードバック制御
に用いられる。Further, the pressure sensor 22 detects a generated force generated when the PZT actuator 20 operates based on the determined fuel injection waveform and outputs it to the ECU 40. Then, the actual fuel injection waveform in which the generated forces detected by the pressure sensor 20 are sequentially arranged is used for the feedback control of the fuel injection waveform determined based on the map.

【００３９】また、入出力インターフェイス４５には、
ＰＺＴアクチュエータ２０を駆動するＰＺＴアクチュエ
ータ駆動回路４７が接続されており、エンジン負荷デー
タとマップによって決定された燃料噴射波形に基づい
て、ＰＺＴアクチュエータ２０が駆動制御される。Further, the input / output interface 45 includes
A PZT actuator drive circuit 47 that drives the PZT actuator 20 is connected, and the PZT actuator 20 is drive-controlled based on the engine load data and the fuel injection waveform determined by the map.

【００４０】次に、上記構成を備えたユニットインジェ
クタＵＩ１における燃料の流路について図２を参照して
説明する。燃料タンク５０に貯蔵されている燃料は、フ
ィードポンプ５１によって吸い上げられ、燃料供給管５
２を通って、燃料導入ポート１４を介して燃料加圧室１
３に導入される。燃料加圧室１３に導入された燃料は、
ピストン１２がＰＺＴアクチュエータ２０によって上方
に駆動されるのに伴って、燃料吐出ポート１６から燃料
通路２５へと吐出される。このとき、燃料導入ポート１
４には、チェックボール式の逆流防止弁１５が接続され
ているので、燃料導入ポート１４から燃料供給管５２に
向けて燃料が吐出されることはない。Next, the fuel flow path in the unit injector UI1 having the above structure will be described with reference to FIG. The fuel stored in the fuel tank 50 is sucked up by the feed pump 51, and the fuel supply pipe 5
2 through the fuel introduction port 14 through the fuel pressurizing chamber 1
Introduced in 3. The fuel introduced into the fuel pressurizing chamber 13 is
As the piston 12 is driven upward by the PZT actuator 20, it is discharged from the fuel discharge port 16 into the fuel passage 25. At this time, the fuel introduction port 1
Since the check ball type check valve 15 is connected to 4, fuel is not discharged from the fuel introduction port 14 toward the fuel supply pipe 52.

【００４１】燃料吐出ポート１６から吐出された燃料
は、燃料通路２５を通って、環状燃料通路３１に導か
れ、ニードル３２先端のテーパ部３２ａ近傍に到達す
る。そして、ニードル３２のテーパ部３２ａを押圧する
燃料圧力がコイルスプリング３３の弾性力を上回ったと
ころで、ニードル３２は開弁方向に駆動され、燃料噴射
孔３１ｂからシリンダ１１内に噴射される。The fuel discharged from the fuel discharge port 16 is guided to the annular fuel passage 31 through the fuel passage 25 and reaches the vicinity of the tapered portion 32a at the tip of the needle 32. When the fuel pressure that presses the tapered portion 32a of the needle 32 exceeds the elastic force of the coil spring 33, the needle 32 is driven in the valve opening direction and injected into the cylinder 11 through the fuel injection hole 31b.

【００４２】続いて、上記構成を備えたユニットインジ
ェクタＵＩ１の制御作動について、図３に示すフローチ
ャートを参照して説明する。なお、フローチャート中の
各ステップは、以下「Ｓ」と表すこととする。Next, the control operation of the unit injector UI1 having the above structure will be described with reference to the flowchart shown in FIG. It should be noted that each step in the flowchart will be represented as “S” hereinafter.

【００４３】先ず、エンジン水温センサ４６ａ、エンジ
ン回転数センサ４６ｂ、アクセル開度センサ４６ｃ等に
よって、エンジン回転数、アクセル開度、エンジン水温
等のエンジン負荷を判断するための各種エンジン負荷デ
ータが検出され、ＥＣＵ４０に入力されたか否かが判断
される（Ｓ１０）。エンジン負荷データが入力されてい
ない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、エンジン負荷データが
入力されるのを待機する状態となる。First, the engine water temperature sensor 46a, the engine speed sensor 46b, the accelerator opening sensor 46c, etc. detect various engine load data for determining the engine load such as the engine speed, the accelerator opening, and the engine water temperature. , It is determined whether or not the input is made to the ECU 40 (S10). When the engine load data has not been input (S10: NO), a state is awaited for the engine load data to be input.

【００４４】各種エンジン負荷データが入力されると
（Ｓ１０：ＹＥＳ）、入力された各種エンジン負荷デー
タに基づいて、燃料噴射時期、噴射燃料量、噴射圧力等
が決定されＳ１２）。各種エンジン負荷データに対応す
る燃料噴射時期、噴射燃料量、噴射圧力等は、予めマッ
プとしてＲＯＭ４１に格納されており、検出された各種
エンジン負荷データに最適な燃料噴射時期、噴射燃料
量、噴射圧力等が選択、決定される。When various engine load data are input (S10: YES), the fuel injection timing, the injected fuel amount, the injection pressure, etc. are determined based on the various engine load data that have been input (S12). The fuel injection timing, the injected fuel amount, the injection pressure, etc. corresponding to various engine load data are stored in the ROM 41 as a map in advance, and the optimum fuel injection timing, injected fuel amount, injection pressure for the detected various engine load data are stored. Etc. are selected and determined.

【００４５】そして、選択された燃料噴射時期、噴射燃
料量、噴射圧力等に基づいて燃料噴射波形が決定され
る。ところで、先回、既にこの制御が実行されており、
先の処理において補正データがＲＡＭ４３に格納されて
いる場合には、マップに基づいて選択、決定された燃料
噴射波形に対してその補正データに基づく補正が行われ
る。そして、このように、補正が加えられた燃料噴射波
形がＰＺＴアクチュエータ駆動回路４７に出力される。Then, the fuel injection waveform is determined based on the selected fuel injection timing, the injected fuel amount, the injection pressure and the like. By the way, last time, this control has already been executed,
When the correction data is stored in the RAM 43 in the previous process, the fuel injection waveform selected and determined based on the map is corrected based on the correction data. Then, the fuel injection waveform thus corrected is output to the PZT actuator drive circuit 47.

【００４６】この燃料噴射波形は、燃料噴射開始時から
燃料噴射終了時までの燃料噴射１サイクルの間に、ＰＺ
Ｔアクチュエータ駆動回路４７へ向けて出力されるＰＺ
Ｔアチュエータ駆動信号を経時的に並べたものであり、
１回の燃料噴射サイクルは、この燃料噴射波形に基づい
て行われる。This fuel injection waveform shows that PZ is generated during one cycle of fuel injection from the start of fuel injection to the end of fuel injection.
PZ output toward the T actuator drive circuit 47
T-actuator drive signals are arranged over time,
One fuel injection cycle is performed based on this fuel injection waveform.

【００４７】したがって、一部電子化されていたもの
の、従来、機械式燃料噴射装置において、機械的に制御
されていた燃料の噴射時期、噴射燃料量、噴射圧力等
は、すべて電子的にコントロールされることとなる。こ
の結果、カムの動きと独立した燃料噴射制御を行うこと
が可能となり、燃料噴射制御の自由度が広がることとな
る。Therefore, in the conventional mechanical fuel injection system, the injection timing of fuel, the amount of injected fuel, the injection pressure, etc., which have been partially electronic, are electronically controlled. The Rukoto. As a result, the fuel injection control independent of the movement of the cam can be performed, and the flexibility of the fuel injection control is expanded.

【００４８】こうして燃料噴射波形が決定されると（Ｓ
１２）、噴射開始時期から時間Ｔだけ進行させて燃料噴
射波形がＰＺＴアクチュエータ駆動回路４７に向けて出
力される。ここで、ＰＺＴアクチュエータ駆動回路４７
への燃料噴射波形の出力を実際の噴射開始時期よりも時
間Ｔだけ進行させる理由について、図４及び図５を参照
して説明する。When the fuel injection waveform is determined in this way (S
12) The fuel injection waveform is output toward the PZT actuator drive circuit 47 by advancing the time T from the injection start timing. Here, the PZT actuator drive circuit 47
The reason why the output of the fuel injection waveform is advanced by the time T from the actual injection start timing will be described with reference to FIGS. 4 and 5.

【００４９】先ず、図５を参照してＰＺＴアクチュエー
タ２０の変位とＰＺＴアクチュエータ２０によって生じ
る圧力の関係について説明する。ここに、図５中におい
て、縦軸はＰＺＴアクチュエータ２０によって生じる圧
力を、横軸はＰＺＴアクチュエータ２０の変位を示して
いる。First, the relationship between the displacement of the PZT actuator 20 and the pressure generated by the PZT actuator 20 will be described with reference to FIG. Here, in FIG. 5, the vertical axis represents the pressure generated by the PZT actuator 20, and the horizontal axis represents the displacement of the PZT actuator 20.

【００５０】設計上、導入された燃料の容量よりも燃料
加圧室１３の容量が大きく形成されているので、燃料加
圧室１３に燃料が導入された後、ＰＺＴアクチュエータ
２０が駆動されても直ちに圧力は増加しない。すなわ
ち、燃料加圧室１３に供給されたばかり燃料は、緻密な
状態にないので、ＰＺＴアクチュエータ２０による圧縮
によって、緻密な状態となるまで圧力が増加しないから
である。したがって、ＰＺＴアクチュエータ２０が伸長
してから燃料加圧室１３内に圧力が発生するまでの変位
量（プレストローク）としてＸ0 が存在することとな
る。Since the capacity of the fuel pressurizing chamber 13 is formed larger than the capacity of the introduced fuel by design, even if the PZT actuator 20 is driven after the fuel is introduced into the fuel pressurizing chamber 13. The pressure does not increase immediately. That is, since the fuel just supplied to the fuel pressurizing chamber 13 is not in a dense state, the compression by the PZT actuator 20 does not increase the pressure until it becomes a dense state. Therefore, X0 exists as the displacement amount (prestroke) from the expansion of the PZT actuator 20 until the pressure is generated in the fuel pressurizing chamber 13.

【００５１】そして、必要な圧力がＰ1 の場合には、さ
らにＸ1 だけＰＺＴアクチュエータ２０が変位すること
が要求される。このように、必要な圧力が得られるまで
には、ＰＺＴアクチュエータ２０は所定量だけ変位する
必要があり、その変位に必要な時間だけ、駆動信号の入
力から必要圧力の実現まで遅れることとなる。When the required pressure is P1, the PZT actuator 20 is required to be displaced by X1. As described above, the PZT actuator 20 needs to be displaced by a predetermined amount until the required pressure is obtained, and the time required for the displacement is delayed from the input of the drive signal to the realization of the required pressure.

【００５２】この様子を図４を参照して説明する。図４
には、燃料噴射装置に対して出力される燃料噴射指示信
号が上段に経時的に示されており、その燃料噴射指示信
号に基づいて実際に燃料噴射ノズルから燃料が噴射され
る様子が経時的に示されている。また、縦軸は信号強
度、波形強度を示し、横軸は時間を示している。さら
に、１つ目のピークはパイロット噴射を表し、２つ目の
ピークはメイン噴射を表している。This state will be described with reference to FIG. FIG.
Shows the fuel injection instruction signal output to the fuel injection device in the upper part with time, and the state in which fuel is actually injected from the fuel injection nozzle based on the fuel injection instruction signal is shown with time. Is shown in. Further, the vertical axis represents signal strength and waveform strength, and the horizontal axis represents time. Furthermore, the first peak represents the pilot injection and the second peak represents the main injection.

【００５３】このグラフから分かるように、ＰＺＴアク
チュエータ２０が作動しても必要圧力が得られるまで
は、燃料噴射は行われず、燃料噴射装置に対して出力さ
れる燃料噴射指示信号の立ち上がり時期と、燃料噴射ノ
ズルから実際に燃料が噴射される時期との間には、時間
Ｔだけのタイムラグがある。As can be seen from this graph, fuel injection is not performed until the required pressure is obtained even if the PZT actuator 20 is operated, and the rising timing of the fuel injection instruction signal output to the fuel injection device, There is a time lag of time T between the timing at which fuel is actually injected from the fuel injection nozzle.

【００５４】したがって、本実施例において、現実にＴ
1 の時期に燃料の噴射を行いたいのであれば、Ｔ1 より
も時間Ｔだけ進行させて燃料噴射波形信号をＰＺＴアク
チュエータ駆動回路４７に対して出力するように設定し
ておかなければならないのである。Therefore, in the present embodiment, T
If it is desired to inject fuel at the timing of 1, it must be set so as to output the fuel injection waveform signal to the PZT actuator drive circuit 47 by advancing for a time T after T1.

【００５５】図３に戻りフローチャートの説明を続け
る。Ｓ１４において、ＰＺＴアクチュエータ駆動回路４
７に燃料噴射波形が出力されると、アクチュエータ駆動
回路４７は、その燃料噴射波形に基づいてＰＺＴアクチ
ュエータ２０に対して電圧を印加、あるいは、印加して
いる電圧を除去する。Returning to FIG. 3, the description of the flowchart will be continued. In S14, the PZT actuator drive circuit 4
When the fuel injection waveform is output to 7, the actuator drive circuit 47 applies a voltage to the PZT actuator 20 or removes the applied voltage based on the fuel injection waveform.

【００５６】電圧が印加されたＰＺＴアクチュエータ２
０は、下端側が圧力センサ２２を介してシリンダ１１下
端壁に支持されているので、ピストン１２と密接してい
る上端面側に向かって伸長する。ＰＺＴアクチュエータ
２０が伸長すると、ピストン１２は上方に向けて押圧さ
れ、燃料加圧室１３の容積を減少させる。この結果、燃
料加圧室１３内の燃料は昇圧され、高圧の燃料となる。PZT actuator 2 to which voltage is applied
Since the lower end side of 0 is supported by the lower end wall of the cylinder 11 via the pressure sensor 22, it extends toward the upper end surface side in close contact with the piston 12. When the PZT actuator 20 extends, the piston 12 is pressed upward, and the volume of the fuel pressurizing chamber 13 is reduced. As a result, the fuel in the fuel pressurizing chamber 13 is boosted in pressure and becomes high-pressure fuel.

【００５７】そして、昇圧された燃料は、燃料吐出ポー
ト１６から燃料通路２５を通って、環状燃料通路３１に
供給され、ニードル３２を押し上げ、燃料噴射孔３１ｂ
から霧状に噴射される。Then, the pressurized fuel is supplied from the fuel discharge port 16 through the fuel passage 25 to the annular fuel passage 31, pushes up the needle 32, and the fuel injection hole 31b.
Is sprayed in a mist form.

【００５８】ここで、ＰＺＴアクチュエータ２０によっ
て押圧されたピストン１２の変位は、０．０５ｍｍ以下
と小さく、この変位は、ピストン１２外周面に嵌合され
ているＯリング１８が変形することによって実現され
る。したがって、ピストン１２がシリンダ１１内を摺動
することはなく、ピストン１２とシリンダ１１との潤滑
を図るための潤滑オイルは、塗布されていない。The displacement of the piston 12 pressed by the PZT actuator 20 is as small as 0.05 mm or less, and this displacement is realized by the deformation of the O-ring 18 fitted on the outer peripheral surface of the piston 12. It Therefore, the piston 12 does not slide in the cylinder 11, and the lubricating oil for lubricating the piston 12 and the cylinder 11 is not applied.

【００５９】ＰＺＴアクチュエータ２０への電圧の印加
が終了すると、ＰＺＴアクチュエータ２０は収縮し、こ
れにともない、ピストン１２は押圧力を失い、初期位置
に戻る。この結果、燃料加圧室１３内の燃料圧力は急速
に低下し、燃料通路２５を通ってニードル３２先端に供
給されていた燃料が燃料加圧室１３に向かって逆流しよ
うとする。When the application of the voltage to the PZT actuator 20 is completed, the PZT actuator 20 contracts, and with this, the piston 12 loses the pressing force and returns to the initial position. As a result, the fuel pressure in the fuel pressurizing chamber 13 rapidly drops, and the fuel supplied to the tip of the needle 32 through the fuel passage 25 tries to flow back toward the fuel pressurizing chamber 13.

【００６０】しかしながら、燃料吐出ポート１６には、
逆流防止弁１７が接続されているので、燃料が燃料加圧
室１３に逆流することは防止される。なお、このときの
一時的な圧力変動により、燃料噴射孔３１ｂ近傍に付着
した燃料は、環状燃料通路３１内に吸い戻され、燃料噴
射孔３１ｂにおける燃料漏れが回避される。However, the fuel discharge port 16 has
Since the check valve 17 is connected, the fuel is prevented from flowing back to the fuel pressurizing chamber 13. Note that due to the temporary pressure fluctuation at this time, the fuel adhering to the vicinity of the fuel injection hole 31b is sucked back into the annular fuel passage 31, and the fuel leakage in the fuel injection hole 31b is avoided.

【００６１】続いて、マップに基づいて決定された燃料
噴射波形と、圧力センサ２２により得られた現実の燃料
噴射波形とが一致するか否かが判断される（Ｓ１６）。
そして、圧力センサ２２により得られた現実の燃料噴射
波形と、マップに基づいて決定された燃料噴射波形とが
一致していると判断された場合には（Ｓ１６：ＹＥ
Ｓ）、ステップはＳ１０へ移行する。そこで、次の燃料
噴射に必要な各種エンジン負荷データがエンジン負荷検
出手段４６によって検出され、各種エンジン負荷データ
として入力される。Subsequently, it is determined whether or not the fuel injection waveform determined based on the map matches the actual fuel injection waveform obtained by the pressure sensor 22 (S16).
When it is determined that the actual fuel injection waveform obtained by the pressure sensor 22 and the fuel injection waveform determined based on the map match (S16: YE
S), the step moves to S10. Therefore, various engine load data required for the next fuel injection are detected by the engine load detecting means 46 and input as various engine load data.

【００６２】一方、燃料噴射波形と現実の燃料噴射波形
とが一致していない場合には（Ｓ１６：ＮＯ）、ＰＺＴ
アクチュエータ駆動回路４７へ出力する燃料噴射波形を
補正する処理が実行される（Ｓ１８）。すなわち、例え
ば、実際に得られ燃料圧力が低かった場合には、ＰＺＴ
アクチュエータ２０に印加する電圧を高くし、実際に得
られ燃料圧力が高かった場合には、ＰＺＴアクチュエー
タ２０に印加する電圧を低くすることによって、所望の
燃料噴射波形を得るのである。On the other hand, when the fuel injection waveform does not match the actual fuel injection waveform (S16: NO), PZT
A process of correcting the fuel injection waveform output to the actuator drive circuit 47 is executed (S18). That is, for example, when the fuel pressure actually obtained is low, the PZT
When the voltage applied to the actuator 20 is increased and the fuel pressure actually obtained is high, the voltage applied to the PZT actuator 20 is decreased to obtain a desired fuel injection waveform.

【００６３】そして、Ｓ１８において、今回得られた現
実の燃料噴射波形に基づいて、補正データが演算された
後、ステップはＳ１０に移行し、次の燃料噴射制御が行
われる。また、このとき補正されたデータは、補正デー
タとしてＲＡＭ４３に格納され、次回の燃料噴射波形に
フィードバックされる。Then, in S18, after the correction data is calculated based on the actual fuel injection waveform obtained this time, the step proceeds to S10, and the next fuel injection control is performed. Further, the data corrected at this time is stored in the RAM 43 as correction data and fed back to the next fuel injection waveform.

【００６４】このように、マップに基づいて選択、決定
されＰＺＴアクチュエータ駆動回路４７に出力した燃料
噴射波形と、圧力センサ２２によって得られたＰＺＴア
クチュエータの燃料噴射波形とを比較して、フィードバ
ック処理を行っているので、燃料噴射波形と現実の燃料
噴射波形とのずれが抑制される。したがって、例えば、
ＰＺＴアクチュエータ２０の経年変化等により、入力さ
れた駆動信号に基づいて動作しない場合であっても、影
響されることなく、常に、最適な燃料噴射が実現される
こととなる。As described above, the fuel injection waveform selected and determined based on the map and output to the PZT actuator drive circuit 47 is compared with the fuel injection waveform of the PZT actuator obtained by the pressure sensor 22 to perform the feedback process. Since it is performed, the deviation between the fuel injection waveform and the actual fuel injection waveform is suppressed. So, for example,
Even if the PZT actuator 20 does not operate based on the input drive signal due to secular change or the like, optimum fuel injection is always realized without being affected.

【００６５】以上、実施例に基づき詳細に説明した通
り、本実施例に係るユニットインジェクタＵＩ１は、燃
料加圧室１３に導入された燃料を加圧するピストン１２
を応答性が高く、発生荷重が高いＰＺＴアクチュエータ
２０によって電子的に駆動制御する構成を備えている。As described above in detail with reference to the embodiments, the unit injector UI1 according to the present embodiment has the piston 12 for pressurizing the fuel introduced into the fuel pressurizing chamber 13.
The PZT actuator 20 having high responsiveness and high generated load is electronically drive-controlled.

【００６６】したがって、従来の機械式燃料噴射ポンプ
を備えるユニットインジェクタＵＩ２と異なり、カム１
０１とタペット１００とが接触することによる摩擦抵抗
が発生することがなく、噴射系駆動トルクによるエンジ
ンの出力損失を確実に排除することができる。この結
果、燃費性能が向上し、また、エンジン高回転時におい
ても、噴射系駆動トルクの増大により、エンジン負荷が
増大することはない。Therefore, unlike the unit injector UI2 having the conventional mechanical fuel injection pump, the cam 1
01 does not generate frictional resistance due to contact between the tappet 100 and the output loss of the engine due to the injection system drive torque. As a result, the fuel efficiency is improved, and the engine load is not increased due to the increase in the injection system drive torque even at the time of high engine speed.

【００６７】また、これまでの機械式燃料噴射ポンプと
は異なり、機構的な制約がないので、燃料噴射時期の制
御をクランクシャフトの回転周期（カムシャフト１０９
の回転周期）と完全に独立させて行うことができる。し
たがって、パイロット噴射時期の制御、可変送油率の制
御等といった各制御の自由度が飛躍的に広がるという利
点を有する。Further, unlike the conventional mechanical fuel injection pump, there is no mechanical limitation, so that the fuel injection timing is controlled by the rotation cycle of the crankshaft (camshaft 109).
It can be performed completely independently of the rotation cycle). Therefore, there is an advantage that the degree of freedom of each control such as the control of the pilot injection timing and the control of the variable oil feed rate is dramatically expanded.

【００６８】さらに、従来の機械駆動式の燃料噴射ポン
プでは、燃料の加圧、噴射燃料量の調量、及び、噴射時
期の調整は、それぞれ独立した機構を備えていたが、本
実施例にかかるユニットインジェクタＵＩ１では、１の
ピストン１２によって実現されている。したがって、機
構的に複雑な構成を備える必要がなく、デッドボリュー
ムが小さく、小型のユニットインジェクタを容易に実現
することができる。Further, in the conventional mechanical drive type fuel injection pump, the pressurization of the fuel, the adjustment of the injected fuel amount, and the adjustment of the injection timing are provided with independent mechanisms, respectively. In such a unit injector UI1, it is realized by one piston 12. Therefore, it is not necessary to have a mechanically complicated structure, a dead volume is small, and a small unit injector can be easily realized.

【００６９】またさらに、ユニットインジェクタＵＩ１
（ピストン１２）の駆動を電子的に制御しているので、
各シリンダ毎に配設されているユニットインジェクタ間
の噴射タイミング等といったユニットインジェクタ間の
噴射制御を容易に行うことができるという利点を有して
いる。Furthermore, the unit injector UI1
Since the drive of (piston 12) is electronically controlled,
This has an advantage that the injection control between the unit injectors such as the injection timing between the unit injectors provided for each cylinder can be easily performed.

【００７０】さらにまた、より高圧の燃料圧力を得よう
とする場合にも、エンジン駆動系のトルク損失を増大さ
せることなく燃料の加圧を行うことができ、柔軟な発展
性を有している。Further, even when trying to obtain a higher fuel pressure, it is possible to pressurize the fuel without increasing the torque loss of the engine drive system, and there is a flexible developability. .

【００７１】また、燃料噴射ポンプ１０を構成する部品
のうち機構的に可動するのは、ピストン１２だけであ
り、また、その駆動制御も電子的に行われている。した
がって、機械制御式の従来の燃料噴射ポンプと異なり、
高い精度が要求される部品点数が格段に少なくなり、製
品コストを大幅に抑制することができる。Of the parts constituting the fuel injection pump 10, only the piston 12 is mechanically movable, and its drive control is electronically performed. Therefore, unlike the conventional fuel injection pump of mechanical control type,
The number of parts that require high precision is significantly reduced, and the product cost can be significantly reduced.

【００７２】また、本実施例にかかるユニットインジェ
クタＵＩ１を構成するピストン１２の変位量は、０．０
５ｍｍ以下と小さく、その変位量は、ピストン１２外周
面の上段溝１２ａに嵌合されているＯリング１８の変形
によって実現することができる。したがって、ピストン
がシリンダ内を摺動する場合と異なり、ピストンとシリ
ンダとの潤滑性能を向上させるために潤滑オイル等を塗
布する必要がない。この結果、加圧燃料に潤滑オイルが
混入するオイルダイリューションがなく、燃焼性能に影
響を与えることがない。The displacement amount of the piston 12 constituting the unit injector UI1 according to this embodiment is 0.0
The displacement amount is as small as 5 mm or less, and the amount of displacement can be realized by deformation of the O-ring 18 fitted in the upper groove 12a of the outer peripheral surface of the piston 12. Therefore, unlike the case where the piston slides in the cylinder, it is not necessary to apply lubricating oil or the like to improve the lubrication performance between the piston and the cylinder. As a result, there is no oil dilution in which lubricating oil mixes with the pressurized fuel, and the combustion performance is not affected.

【００７３】以上、実施例に基づき本発明を説明した
が、本発明は上記実施例になんら限定されるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形改良が
可能であることは容易に推察されるものである。The present invention has been described above based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention. It is easily guessed.

【００７４】例えば、本実施例では、ユニットインジェ
クタＵＩ１をディーゼルエンジンに用いているが、ガソ
リンエンジンに用いてもよい。近年、ガソリンエンジン
においても、再びシリンダ内への直接噴射が試みられて
おり、高圧燃料を簡単に発生させることが要求されてい
るからである。For example, although the unit injector UI1 is used in the diesel engine in this embodiment, it may be used in the gasoline engine. This is because, in recent years, direct injection into a cylinder has been attempted again in a gasoline engine, and it is required to easily generate high-pressure fuel.

【００７５】また、本実施例では、各エンジン負荷に対
応する燃料噴射波形をマップとして備えているが、各エ
ンジン負荷データが入力される毎に、ＣＰＵ４２によっ
て演算処理を実行し、燃料噴射波形を決定してもよい。
かかる場合には、より適切な燃料噴射波形を決定するこ
とができるという利点を有する。Further, in the present embodiment, the fuel injection waveform corresponding to each engine load is provided as a map, but the calculation process is executed by the CPU 42 every time each engine load data is input to obtain the fuel injection waveform. You may decide.
In such a case, there is an advantage that a more appropriate fuel injection waveform can be determined.

【００７６】さらに、本実施例においては、シリンダ１
１径の大きさとほぼ同一の径を有するＰＺＴアクチュエ
ータ２０を１つだけ備えているが、シリンダ径より小さ
い径を有するＰＺＴアクチュエータを１または複数備
え、これにシリンダ径と同じ径を有するピストンを組み
合わせてもよい。Further, in this embodiment, the cylinder 1
Although only one PZT actuator 20 having a diameter substantially the same as one diameter is provided, one or a plurality of PZT actuators having a diameter smaller than the cylinder diameter are provided, and a piston having the same diameter as the cylinder diameter is combined therewith. May be.

【００７７】かかる場合には、燃料圧縮面積を大きくす
ることにより、ストローク量が少ないというＰＺＴアク
チュエータの特性をカバーし、小さなＰＺＴアクチュエ
ータを用いつつ、高い燃料圧力を得ることができるとい
う利点を有する。In such a case, by increasing the fuel compression area, the characteristic of the PZT actuator that the stroke amount is small is covered, and there is an advantage that a high fuel pressure can be obtained while using a small PZT actuator.

【００７８】なお、特許請求の範囲には記載していない
が、上記実施例から把握される技術的思想について、以
下にその効果とともに記載する。 （１）請求項１に記載された内燃機関の燃料噴射装置に
おいて、前記圧電アクチュエータの駆動状態を検出する
圧力センサと、前記燃料噴射波形決定手段により決定さ
れた燃料噴射波形と、前記圧力センサによって検出され
た圧電アクチュータの駆動状態とが一致するか否かを判
断する燃料噴射波形判断手段と、その燃料噴射波形判断
手段によって燃料噴射波形が一致しないと判断された場
合には、前記アクチュエータ駆動回路へ出力する燃料噴
射波形を修正する燃料噴射波形修正手段を備えたことを
特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。Although not described in the scope of the claims, the technical idea grasped from the above embodiments will be described below together with the effects thereof. (1) In the fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, a pressure sensor for detecting a driving state of the piezoelectric actuator, a fuel injection waveform determined by the fuel injection waveform determining means, and the pressure sensor are used. The fuel injection waveform determining means for determining whether or not the detected driving state of the piezoelectric actuator matches, and the actuator driving circuit when the fuel injection waveform determining means determines that the fuel injection waveforms do not match. A fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: a fuel injection waveform correction means for correcting a fuel injection waveform output to

【００７９】かかる構成を備える場合には、現実に圧電
アクチュエ−タが駆動されることにより発生した発生力
（圧力）は、圧力センサによって検出され、この圧力セ
ンサによって得られた発生力を経時的に並べることで、
圧電アクチュエータの駆動状態が検出される。With such a structure, the generated force (pressure) generated by actually driving the piezoelectric actuator is detected by the pressure sensor, and the generated force obtained by this pressure sensor is changed with time. By arranging in
The driving state of the piezoelectric actuator is detected.

【００８０】そして、燃料噴射波形判断手段によって、
圧電アクチュエータの駆動状態と燃料噴射波形決定手段
によって決定された燃料噴射波形とが一致していないと
判断された場合には、燃料噴射波形修正手段によって、
アクチュエータ駆動回路に出力される燃料噴射波形が修
正される。Then, by the fuel injection waveform judging means,
When it is determined that the driving state of the piezoelectric actuator does not match the fuel injection waveform determined by the fuel injection waveform determination means, the fuel injection waveform correction means
The fuel injection waveform output to the actuator drive circuit is modified.

【００８１】したがって、常に、エンジン負荷に対応し
た最適の燃料噴射波形を得ることが可能となり、その燃
料噴射波形に基づき燃料噴射を実行することができる。
また、経年変化等により圧電アクチュエータの出力特性
が変化した場合にも、上記構成によって修正、補正され
るので、メンテナンスを施すことなく、常に、最適の燃
料噴射を実現することができる。 （２）請求項１または（１）のうちいずれかに記載され
た内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃料噴射波形
決定手段は、いくつかのエンジン負荷状態における最適
な燃料噴射波形が予め演算され、エンジン負荷データに
対応する燃料噴射波形として記憶されているマップに基
づいて決定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射
装置。Therefore, the optimum fuel injection waveform corresponding to the engine load can always be obtained, and the fuel injection can be executed based on the fuel injection waveform.
Further, even when the output characteristic of the piezoelectric actuator changes due to aging or the like, it is corrected and corrected by the above configuration, so that optimum fuel injection can always be realized without performing maintenance. (2) In the fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 and (1), the fuel injection waveform determining means preliminarily calculates optimum fuel injection waveforms under some engine load conditions. , A fuel injection device for an internal combustion engine, which is determined based on a map stored as a fuel injection waveform corresponding to engine load data.

【００８２】かかる場合には、予めいくつかのエンジン
負荷状態に対応する燃料噴射波形が記憶されているの
で、その記憶された燃料噴射波形に基づいて、得られた
エンジン負荷データに最適な燃料噴射波形を迅速に選
択、決定することができるという利点を有する。In this case, since the fuel injection waveforms corresponding to some engine load states are stored in advance, the optimum fuel injection for the obtained engine load data is based on the stored fuel injection waveforms. This has the advantage that the waveform can be selected and determined quickly.

【００８３】[0083]

【発明の効果】以上説明した通り本発明に係る内燃機関
の燃料噴射装置は、ピストンを圧電アクチュエータによ
り電気的に駆動するとともに、燃料噴射量、燃料噴射時
期、燃料圧力の各制御をピストンの駆動制御によって実
現する構成を備えている。As described above, in the fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention, the piston is electrically driven by the piezoelectric actuator, and each control of the fuel injection amount, the fuel injection timing and the fuel pressure is driven by the piston. It has a configuration realized by control.

【００８４】したがって、燃料噴射ポンプの駆動にとも
ないエンジン駆動系に負荷をかけることがなく、また、
燃料噴射量、燃料噴射時期等の燃料噴射制御をエンジン
の作動タイミングと独立して行うことができる。また、
燃料噴射制御を容易に行うことができるとともに、燃料
噴射装置の機構を簡易化することが可能となり、もって
生産コストを抑制することができる。Therefore, no load is applied to the engine drive system when the fuel injection pump is driven, and
The fuel injection control such as the fuel injection amount and the fuel injection timing can be performed independently of the operation timing of the engine. Also,
The fuel injection control can be easily performed, and the mechanism of the fuel injection device can be simplified, so that the production cost can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本実施例にかかるユニットインジェクタの全
体構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a unit injector according to the present embodiment.

【図２】 本実施例にかかるユニットインジェクタの内
部構成を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing an internal configuration of a unit injector according to the present embodiment.

【図３】 本実施例にかかるユニットインジェクタにお
ける燃料噴射制御フローチャートである。FIG. 3 is a flow chart of fuel injection control in the unit injector according to the present embodiment.

【図４】 圧電アクチュエータが駆動されることにより
発生する圧力と、圧電アクチュエータの変位量との関係
を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a relationship between a pressure generated by driving the piezoelectric actuator and a displacement amount of the piezoelectric actuator.

【図５】 燃料噴射装置に対して出力される燃料噴射指
示信号と、燃料噴射ノズルにおいて現実に噴射される燃
料の噴射波形とを比較して示すタイムチャートである。FIG. 5 is a time chart showing a comparison between a fuel injection instruction signal output to the fuel injection device and an injection waveform of fuel actually injected in the fuel injection nozzle.

【図６】 従来例にかかるユニットインジェクタの全体
構成を示す説明図でる。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a unit injector according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０…燃料噴射ポンプ、１１…シリンダ、１２…ピスト
ン、１２ａ…上段溝、１３…燃料加圧室、１４…燃料導
入ポート、１６…燃料吐出ポート、１８…Ｏリング、１
９…バックアップリング、２０…ＰＺＴアクチュエー
タ、２２…圧力センサ、２５…燃料通路、３０…燃料噴
射ノズル、３１…環状燃料通路、３１ｂ…燃料噴射孔、
３２…ニードル、４０…ＥＣＵ、４７…ＰＺＴアクチュ
エータ駆動回路、５０…燃料タンク、５１…フィードポ
ンプ10 ... Fuel injection pump, 11 ... Cylinder, 12 ... Piston, 12a ... Upper groove, 13 ... Fuel pressurizing chamber, 14 ... Fuel introduction port, 16 ... Fuel discharge port, 18 ... O ring, 1
9 ... Backup ring, 20 ... PZT actuator, 22 ... Pressure sensor, 25 ... Fuel passage, 30 ... Fuel injection nozzle, 31 ... Annular fuel passage, 31b ... Fuel injection hole,
32 ... Needle, 40 ... ECU, 47 ... PZT actuator drive circuit, 50 ... Fuel tank, 51 ... Feed pump

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 シリンダと、 そのシリンダ内に燃料を供給する燃料供給手段と、 前記シリンダ内に進退可能に配設されているピストン
と、 そのピストンを駆動して、前記シリンダ内に供給された
燃料を加圧する圧電アクチュエータと、 エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、 そのエンジン負荷検出手段により検出されたエンジン負
荷データに基づいて燃料噴射波形を決定する燃料噴射波
形決定手段と、 前記燃料噴射波形決定手段によって決定された燃料噴射
波形に基づいて、前記圧電アクチュエータを駆動する圧
電アクチュエータ駆動回路と、 スプリングによって閉弁方向に付勢されているニードル
と、 前記シリンダにおいて加圧された燃料を前記ニードル先
端に供給する燃料通路と、 その燃料通路先端に形成されているとともに、前記ニー
ドル先端によって閉塞されている燃料噴射孔とを備えた
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。1. A cylinder, fuel supply means for supplying fuel into the cylinder, a piston movably arranged in the cylinder, and a piston for driving the piston to be supplied into the cylinder. A piezoelectric actuator for pressurizing fuel, engine load detection means for detecting engine load, fuel injection waveform determination means for determining fuel injection waveform based on engine load data detected by the engine load detection means, and the fuel injection Based on the fuel injection waveform determined by the waveform determination means, a piezoelectric actuator drive circuit for driving the piezoelectric actuator, a needle biased in a valve closing direction by a spring, and fuel pressurized in the cylinder are The fuel passage to supply to the tip of the needle and the fuel passage formed at the tip of the fuel passage A fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: a fuel injection hole closed by the tip of the needle.