JPS6258884A - Electrostriction type actuator device and fuel injector for diesel engine using said device - Google Patents
Electrostriction type actuator device and fuel injector for diesel engine using said deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電歪式アクチュエータ装置およびこの装置を用
いたディーゼル機関用燃料噴射装置に関し、特に、本発
明の電歪式アクチュエータ装置はディーゼル機関の燃料
噴射ポンプに取り付けられ、ディーゼル機関のアイドル
騒音の低減に有効なパイロット噴射を実現するために用
いられる。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electrostrictive actuator device and a fuel injection device for a diesel engine using this device. It is attached to a fuel injection pump and is used to achieve pilot injection, which is effective in reducing idle noise in diesel engines.
ディーゼル機関（以後ディーゼルエンジンと言う）のア
イドル騒音の低減にパイロット噴射が有効であることは
既に知られている。It is already known that pilot injection is effective in reducing the idle noise of diesel engines (hereinafter referred to as diesel engines).
このパイロット噴射を実現するために種々の試みが従来
なされている。本発明者らはこの試みとして、燃料噴射
ポンプの噴射径路に電歪素子（例えばＰＺＴ）をアクチ
ュエータとして組み込み、燃料噴射開始直後に電歪素子
を収縮させ、噴射経路の圧力を一時的に低下させてパイ
ロット噴射を行なわせるものを行なってきた。Various attempts have been made to realize this pilot injection. In this attempt, the present inventors incorporated an electrostrictive element (for example, PZT) as an actuator in the injection path of a fuel injection pump, and contracted the electrostrictive element immediately after the start of fuel injection to temporarily lower the pressure in the injection path. In the past, pilot injection was performed using the following methods.
前述のアクチュエータ（以後電歪式アクチュエータと言
う）は、例えばＰＺＴと呼ばれるセラミック材を電歪素
子として使用し、これの薄い円盤状（φ１５Ｘ ｔ Ｏ
，５）ｍｍのものを約５０積層層して円柱状となしたも
のである。前記円盤状電歪素子は厚み方向に５００■程
度の電圧を印加すると０．５μｍ程度伸びるので、これ
を５０枚積層して各々の素子の厚み方向に５００■印加
すると全体として２５μｍ程度の伸長が得られる。この
電圧を解除するか又は若干の負電圧を印加すれば同程度
の縮小を起こして元の長さに戻る。また、この電歪式ア
クチュエータに軸方向圧縮の荷重をかけた時には前記電
歪素子の各個は第３図に示すように圧縮荷重に比例した
電圧を発生し、前述の構成の電歪式アクチュエータでは
５００ｋｇの荷重で５００■の電圧が発生する。これら
の電歪式アクチュエータの性質は公知である。The above-mentioned actuator (hereinafter referred to as electrostrictive actuator) uses a ceramic material called PZT as an electrostrictive element, and a thin disc-shaped (φ15X t O
, 5) mm are laminated to form a cylindrical shape. The disk-shaped electrostrictive element stretches about 0.5 μm when a voltage of about 500 μm is applied in the thickness direction, so if 50 of these elements are stacked and 500 μm is applied in the thickness direction of each element, the overall elongation is about 25 μm. can get. If this voltage is removed or a slight negative voltage is applied, the same degree of shrinkage will occur and the original length will be restored. Furthermore, when an axial compressive load is applied to this electrostrictive actuator, each of the electrostrictive elements generates a voltage proportional to the compressive load as shown in FIG. A voltage of 500μ is generated with a load of 500kg. The properties of these electrostrictive actuators are known.
そして従来は前記電歪式アクチュエータに高電圧電源を
接続し、燃料噴射開始直後に電歪アクチュエータに印加
されていた高電圧を解除、あるいは負電圧を印加するこ
とによってこれを収縮させ、パイロット噴射を行なわせ
ていた。ところが、このような電歪式アクチュエータの
制御方式では、外部に設置する高電圧発生装置のコスト
が高いという問題があった。Conventionally, a high voltage power source is connected to the electrostrictive actuator, and immediately after the start of fuel injection, the high voltage applied to the electrostrictive actuator is released or a negative voltage is applied to contract it, and pilot injection is performed. I was letting it happen. However, such a control method for an electrostrictive actuator has a problem in that the cost of an externally installed high voltage generator is high.
次に、本発明者らは荷重の印加により電圧を発生してい
る電歪式アクチュエータを短絡即ちショートさせたとこ
ろ、電歪式アクチュエータ全体として第４図のような軸
方向の縮小が生じた。即ち、軸方向に５００ｋｇの荷重
が加わっている状態で電歪式アクチュエータをショート
させたところ、２５μｍの縮小を生じたのである。Next, when the present inventors short-circuited the electrostrictive actuator that was generating a voltage by applying a load, the entire electrostrictive actuator shrank in the axial direction as shown in FIG. 4. That is, when the electrostrictive actuator was short-circuited with a load of 500 kg applied in the axial direction, a reduction of 25 μm occurred.
そこで本発明者らは燃料噴射ポンプのポンプ室に取り付
けた電歪式アクチュエータを、単にショートするだけの
第７図に示す駆動回路を考えた。Therefore, the present inventors devised a drive circuit shown in FIG. 7 in which the electrostrictive actuator attached to the pump chamber of the fuel injection pump is simply short-circuited.
この回路には電歪式アクチュエータ２００に並列に、電
流制限用抵抗１５２を直列に介してサイリスタ１５１が
接続されている。A thyristor 151 is connected to this circuit in parallel to the electrostrictive actuator 200 via a current limiting resistor 152 in series.
１５３はダイオードで、カソード側が高圧側に、アノー
ド側が接地側にすなわち逆方向に接続されており、電歪
式アクチュエータ２００に逆電圧がかからないように保
護している。サイリスタ１５１のゲート端子１５４にト
リガ信号が入るとサイリスタ１５１は導通し電歪式アク
チュエータ２００をショートし収縮させる。A diode 153 has its cathode side connected to the high voltage side and its anode side connected to the ground side, ie, in the opposite direction, to protect the electrostrictive actuator 200 from being applied with a reverse voltage. When a trigger signal is input to the gate terminal 154 of the thyristor 151, the thyristor 151 becomes conductive and short-circuits the electrostrictive actuator 200, causing it to contract.
この状態を第８図の波形図で説明する。第８図（２）は
ポンプ室の圧力を示しており、電歪式アクチュエータ２
００がオープン状態の時には電歪アクチュエータにポン
プ室の圧力に比例した電圧が発生する（第８図（４））
。この発生電圧がノズルの開弁圧より大きい所定の電圧
（５００Ｖ ） に達した時にこれを検出してトリガ信
号が発生しサイリスタ１５１を導通させる。そうすると
電歪アクチュエータ２００はその時の発生電圧（５００
Ｖ ）に相当した収縮を生じる。This state will be explained using the waveform diagram in FIG. Figure 8 (2) shows the pressure in the pump chamber, and shows the pressure in the electrostrictive actuator 2.
When 00 is open, a voltage proportional to the pressure in the pump chamber is generated in the electrostrictive actuator (Fig. 8 (4)).
. When this generated voltage reaches a predetermined voltage (500V) greater than the nozzle opening pressure, this is detected, a trigger signal is generated, and the thyristor 151 is made conductive. Then, the electrostrictive actuator 200 will change the voltage generated at that time (500
V).
このためポンプ室の圧力が低下し噴射が中断されるため
第８図（５）の如くパイロット噴射を行なうことができ
ることは前述した通りである。For this reason, the pressure in the pump chamber decreases and injection is interrupted, so that pilot injection can be performed as shown in FIG. 8(5), as described above.
しかし、この電歪アクチュエータ２００を単にショート
するだけの方式では、電歪式アクチュエータ２００が荷
重のために分極劣化し前述のオーブン状態での電圧が充
分発生しなくなり、その結果パイロット噴射の形態を実
現する伸縮量が得られなくなる。そこで、電歪式アクチ
ュエータ２００をショートするかわりに電歪式アクチュ
エータ２００に発生する電圧をコンデンサに吸いとり、
その後コンデンサに蓄電した電荷を電歪式アクチュエー
タ２００に戻すことで分極劣化を防止しようとするもの
が第９図の電歪式アクチュエータとその制御手段からな
る電歪アクチュエータ装置である。However, if the electrostrictive actuator 200 is simply short-circuited, the polarization of the electrostrictive actuator 200 will deteriorate due to the load, and sufficient voltage will not be generated in the oven state described above, resulting in a pilot injection mode. It becomes impossible to obtain the desired amount of expansion and contraction. Therefore, instead of shorting the electrostrictive actuator 200, the voltage generated in the electrostrictive actuator 200 is absorbed into a capacitor.
The electrostrictive actuator device shown in FIG. 9, which includes an electrostrictive actuator and its control means, attempts to prevent polarization deterioration by returning the charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator 200.
この装置では電歪式アクチュエータ２００の高圧側にコ
イル１６３、スイッチング素子である第１サイリスタ１
６１が直列接続され、コンデンサ３００に接続されてい
る。これと並列にコイル１６５および前記サイリスク１
６１と逆極性の第２サイリスク１６８が接続されている
。また、前記電歪式アクチュエータ２００には並列に逆
電圧防止用ダイオード１６６が接続され、サイリスク１
６１および第２サイリスク１６８のゲートは、それぞれ
パルストランスＰＴＩ、ＰＴ２を介して制御回路Ｃに接
続されている。In this device, a coil 163 is provided on the high voltage side of the electrostrictive actuator 200, and a first thyristor 1 which is a switching element is provided.
61 are connected in series and connected to the capacitor 300. In parallel with this, the coil 165 and the cyrisk 1
A second cylindrical ring 168 having a polarity opposite to that of 61 is connected. Further, a reverse voltage prevention diode 166 is connected in parallel to the electrostrictive actuator 200, and a cyrisk 1
61 and the gates of the second cyrisk 168 are connected to the control circuit C via pulse transformers PTI and PT2, respectively.
前記装置では、燃料噴射ポンプの圧送工程にて電歪式ア
クチュエータ２００に発生した電荷は、制御回路Ｃがパ
ルストランスＰＴＩを介してサイリスク１６１をオンす
ることによりコンデンサ３００に移り、電歪式アクチュ
エータ２００はシ＝１−１−状態と同様になって収縮を
行なってパイロ・７１・噴射が行なわれる。次に、ポン
プの圧送工程が終了し、かつ次の圧送工程が開始される
前に１．制御回路ＣがパルストランスＰＴ２を介して第
２サイリスク１６８をオンさせることにより、コンデン
サ３００に蓄えられていた電荷がコイル１６５を通じて
電歪式アクチュエータ２００に戻され、分極劣化が防止
される。In the device, the electric charge generated in the electrostrictive actuator 200 during the pressure feeding process of the fuel injection pump is transferred to the capacitor 300 by the control circuit C turning on the cyrisk 161 via the pulse transformer PTI, and the electric charge is transferred to the electrostrictive actuator 200. is contracted in the same way as in the 1-1 state, and pyro-71 injection is performed. Next, after the pump's pumping process is completed and before the next pumping process is started, 1. When the control circuit C turns on the second cyrisk 168 via the pulse transformer PT2, the charge stored in the capacitor 300 is returned to the electrostrictive actuator 200 through the coil 165, thereby preventing polarization deterioration.
しかしながら、このような電歪アクチュエータ装置は、
高価なスイッチング素子であるサイリスク、高価なパル
ストランスをそれぞれ２個ずつ用いた構成となっており
、価格の面から見て非常に不利である。However, such an electrostrictive actuator device
The configuration uses two each of Sirisk, which is an expensive switching element, and two expensive pulse transformers, which is extremely disadvantageous in terms of cost.
本発明は前述のように機能する電歪アクチュエータ装置
における高価な素子の使用個数を低減し、比較的安価な
構成でありなから電歪式アクチュエータの分極劣化を防
止できる電歪式アクチュエータ装置およびこの装置を用
いたディーゼル機関用燃料噴射装置を実現することを目
的としたものである。The present invention provides an electrostrictive actuator device that can reduce the number of expensive elements used in an electrostrictive actuator device that functions as described above, has a relatively inexpensive configuration, and can prevent polarization deterioration of the electrostrictive actuator, and the electrostrictive actuator device. The purpose is to realize a fuel injection device for diesel engines using this device.
前記目的を達成する本発明の基本形態にかかる電歪式ア
クチュエータ装置は、くり返し荷重を受ける場所に設置
され、圧縮荷重に応じて電圧を発生し、印加電圧に応じ
て伸縮する電歪式アクチュエータと、この電歪式アクチ
ュエータに電圧を印加する制御手段とからなる電歪式ア
クチュエータ装置であって、該制御手段は、該電歪式ア
クチュエータの発生する電荷を蓄電可能なコンデンサと
、第１の時期に導通し該コンデンサへ該電歪式アクチュ
エータの発生する電荷を充電可能な第１のスイッチ素子
と、該第１の時期とは異なる第２の時期に導通し該コン
デンサに蓄電された電荷を電歪式アクチュエータへ戻せ
る第２のスイッチ素子と、そして該第１と第２のスイッ
チ素子を該第１と第２の時期に導通させる制御回路とを
備え、該第１と第２のスイッチ素子の一端がともに接地
されていることを特徴としている。An electrostrictive actuator device according to a basic form of the present invention that achieves the above object is an electrostrictive actuator that is installed in a place that receives repeated loads, generates voltage in response to compressive loads, and expands and contracts in response to applied voltage. , a control means for applying a voltage to the electrostrictive actuator, the control means comprising: a capacitor capable of storing electric charge generated by the electrostrictive actuator; a first switch element that is electrically conductive to charge the electric charge generated by the electrostrictive actuator to the capacitor; a second switch element that can be returned to the strain actuator; and a control circuit that makes the first and second switch elements conductive during the first and second periods. It is characterized in that both ends are grounded.
また、本発明の他の形態にかかる前記電歪式アクチュエ
ータ装置を用いたディーゼル機関用燃料噴射装置は、燃
料噴射ポンプのシリンダボアと該シリンダボア内に摺動
自在に嵌合されたプランジャとによって形成されるポン
プ室内に燃料を導入するとともにポンプ室の容積を変化
させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出させるディー
ゼル機関用燃料噴射装置における、該ポンプ室に、くり
返し荷重を受けて電圧を発生し、印加電圧に応じて伸縮
する電歪式アクチュエータによって容積を変化できる可
変容積室を連通させると共に、該電歪式アクチュエータ
に電圧を印加する制御手段を接続し、該制御手段は、該
電歪式アクチュエータの発生する電荷を蓄電可能なコン
デンサと、第１の時期に導通し該コンデンサへ該電歪式
アクチュエータの発生する電荷を充電可能な第１のスイ
ッチ素子と、該第１の時期とは異なる第２の時期に導通
し、前記コンデンサに蓄電された電荷を電歪式アクチュ
エータへ戻せる第２のスイッチ素子と、そして前記ポン
プ室内の燃料圧が一定の圧力を超えた第１の時期に前記
第１のスイッチ素子を導通させ、更に、該コンデンサに
蓄電された電荷を電歪式アクチュエータに戻すために、
ポンプ圧送行程終了後の第２の時期に、前記第２のスイ
ッチを導通させる制御回路とを備えており、前記第１と
第２のスイッチ素子は一端がともに接地されていること
を特徴としている。Further, a fuel injection device for a diesel engine using the electrostrictive actuator device according to another aspect of the present invention is formed by a cylinder bore of a fuel injection pump and a plunger slidably fitted into the cylinder bore. In a fuel injection device for a diesel engine, which introduces fuel into a pump chamber and changes the volume of the pump chamber to pressurize the fuel and inject it from an injection valve, the pump chamber receives repeated loads and generates a voltage. , a variable volume chamber whose volume can be changed by an electrostrictive actuator that expands and contracts according to an applied voltage is connected to the variable volume chamber, and a control means for applying a voltage to the electrostrictive actuator is connected, and the control means is connected to the electrostrictive actuator. a capacitor capable of storing electric charge generated by the actuator; and a first switching element that conducts during a first period and can charge the electric charge generated by the electrostrictive actuator to the capacitor, and the first period is different. a second switch element that is conductive at a second time and returns the electric charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator; In order to conduct the switch element 1 and return the charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator,
and a control circuit that makes the second switch conductive at a second time after the end of the pump pressure stroke, and the first and second switch elements are characterized in that one ends of both of the first and second switch elements are grounded. .
以下添付図面を用いて本発明の装置の実施例を説明する
。Embodiments of the apparatus of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の基本形態の一実施例としての電歪式アクチュエ
ータ装置が第１図に示される。An electrostrictive actuator device as an example of the basic form of the present invention is shown in FIG.
第１図に示される電歪式アクチュエータ装置を分配型燃
料噴射ポンプに装着した構成が第２図に示される。この
構成上の特徴は、分配型燃料噴射ポンプＰのポンプ室６
０２と直結して噴射率制御装置７が設けられていること
である。FIG. 2 shows a structure in which the electrostrictive actuator device shown in FIG. 1 is mounted on a distribution type fuel injection pump. This structural feature is that the pump chamber 6 of the distribution type fuel injection pump P
02, an injection rate control device 7 is provided.
まず燃料噴射ポンプＰについて説明する。ケーシング６
０４のシリンダボア６０５内に摺動自在に支持されたプ
ランジャ６０６は、エンジン回転数の２分の１に同期し
て回転往復運動を行う。即ち、エンジンの回転はギヤ又
はタイミングベルトを介して駆動軸（図示せず）に伝達
され、プランジャ６０６はこの駆動軸により同軸的に回
転駆動されるとともに、フェイスカム６０７がローラ６
０８に係合することにより往復運動する。フェイスカム
６０７はバネ（図示せず）により常時図の左方に付勢さ
れてローラ６０８に係合しており、プランジャ６０６の
往復運動は、軸心周りに回転してフェイスカム６０７の
カム面の形状に従うことにより行われる。First, the fuel injection pump P will be explained. Casing 6
A plunger 606, which is slidably supported within a cylinder bore 605 of the engine 04, rotates and reciprocates in synchronization with one-half of the engine speed. That is, the rotation of the engine is transmitted to a drive shaft (not shown) via gears or a timing belt, the plunger 606 is rotationally driven coaxially by this drive shaft, and the face cam 607 is rotated by the roller 6.
08, it reciprocates. The face cam 607 is always biased to the left in the figure by a spring (not shown) and is engaged with the roller 608. This is done by following the shape of .
プランジャ６０６はその外周に、１個の分配ポート６０
９とエンジン気筒数と同数の吸入ボート６１０ａ。Plunger 606 has one distribution port 60 on its outer circumference.
9 and the same number of suction boats 610a as the number of engine cylinders.
６１０ｂとが形成され、プランジャ６０６の先端面とシ
リンダボア６０５との間にはポンプ室６０２が形成され
る。610b is formed, and a pump chamber 602 is formed between the tip surface of the plunger 606 and the cylinder bore 605.
ケーシング６０４には、低圧室６１１とこの低圧室６１
１をシリンダボア６０５に連通ずる吸入通路６１２と、
外部の各噴射弁８１３をシリンダボア６０５に導通可能
な分配通路６１４が形成される。分配通路６１４はエン
ジン気筒数と同数設けられるとともに、その途中にはそ
れぞれデリバリ弁６１５が設けられる。デリバリ弁６１
５はばね６１６に抗して開放可能であり、逆止弁として
の機能及び吸戻し弁とじての機能を有する。The casing 604 includes a low pressure chamber 611 and a low pressure chamber 61.
1 and a suction passage 612 communicating with the cylinder bore 605;
A distribution passage 614 is formed that allows each external injection valve 813 to communicate with the cylinder bore 605 . The same number of distribution passages 614 as the number of engine cylinders are provided, and a delivery valve 615 is provided in each of the distribution passages 614 . Delivery valve 61
5 can be opened against a spring 616, and has the function of a check valve and a suction valve.
然してプランジャ６０６が左行してポンプ室６０２が膨
張する時、いずれかの吸入ボート６１０が吸入通路６１
２に導通して低圧室６１１内の燃料がポンプ室６０２に
吸入され、これとは逆に、プランジャ６０６が右行して
ポンプ室６０２が加圧される時、分配ボート６０９がい
ずれかの分配通路６１４に導通してボン、プ室６０２内
の燃料が外部に送出される。燃料の送出はプランジャ６
０６が右行を始めた時に始まり、さらにプランジャ６０
６が右行してスピルボート６１７がスピルリング６１８
の右端面より低圧室６１１内へと開放された時に終わる
。However, when the plunger 606 moves to the left and the pump chamber 602 expands, one of the suction boats 610 is connected to the suction passage 61.
2 and the fuel in the low pressure chamber 611 is sucked into the pump chamber 602. Conversely, when the plunger 606 moves to the right and the pump chamber 602 is pressurized, the distribution boat 609 The fuel in the bomb chamber 602 is communicated with the passage 614 and is sent out to the outside. Fuel is delivered by plunger 6
It starts when 06 starts moving to the right, and further plunger 60
6 moves to the right, spill boat 617 spill ring 618
It ends when it is opened into the low pressure chamber 611 from the right end surface of.
ここでスピルボート６１７とはプランジャ６０６に設け
られて、ポンプ室６０２と低圧室６１１ とを導通する
為の開口であり、スピルリング６１８は、短いシリンダ
状であって、その内孔をプランジャ６０６が摺動するも
のである。スピルリング６１８はレバー６１９によって
その固定位置を変えることができ、スピルリング６１８
の位置によってポンプ室６０２の吐出量を変えることが
できる。レバー６１９は間接的にアクセルレバ−と連動
している。以上は公知部分の説明である。Here, the spill boat 617 is an opening provided in the plunger 606 to communicate between the pump chamber 602 and the low pressure chamber 611, and the spill ring 618 has a short cylindrical shape, through which the plunger 606 slides. It is something that moves. The spill ring 618 can change its fixing position with a lever 619.
The discharge amount of the pump chamber 602 can be changed depending on the position of the pump chamber 602. The lever 619 is indirectly linked to the accelerator lever. The above is a description of the known parts.
次に噴射率制御装置について説明する。Next, the injection rate control device will be explained.
噴射率制御装置７はケーシング７２０の中に、第２図の
右から電歪式アクチュエータ２００、ピストン７２２、
皿ばね７２３、ディスタンスピース６２４を収納して構
成されている。ケーシング７２０は底のある円筒の形、
即ち袋状であって、その開放端部の雄ねじ７２９によっ
て噴射ポンプＰに取り付は固定しである。The injection rate control device 7 includes an electrostrictive actuator 200, a piston 722, and a piston 722 from the right in FIG.
It is constructed by housing a disc spring 723 and a distance piece 624. The casing 720 has a cylindrical shape with a bottom;
That is, it is bag-shaped and is fixedly attached to the injection pump P by a male screw 729 at its open end.
この実施例の電歪式アクチュエータ２００は従来例同様
に薄い円盤状（φ１５Ｘ ｔ Ｏ，５） ｍｍの電歪素
子を約５０桟積層して円柱状となしたものである。The electrostrictive actuator 200 of this embodiment is made into a cylindrical shape by stacking about 50 thin disk-shaped (φ15×tO, 5) mm electrostrictive elements, as in the conventional example.
従って、この電歪素子はＰＺＴと呼ばれるセラミック材
であり、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としており、そ
の厚み方向に５００■程度の電圧を印加すると０．５μ
ｍ程度伸びる。これを５０枚積層して各々の素子の厚み
方向に５００Ｖ印加すると全体として２５μｍの伸長が
得られる。この電圧を解除するか又は若干の負電圧を印
加すれば２５μｍの縮小を起こして元の長さに戻る。Therefore, this electrostrictive element is a ceramic material called PZT, whose main component is lead zirconate titanate, and when a voltage of about 500 μ is applied in the thickness direction, the
It stretches about m. If 50 of these elements are stacked and 500V is applied in the thickness direction of each element, a total elongation of 25 μm can be obtained. If this voltage is removed or a slight negative voltage is applied, the film will shrink by 25 μm and return to its original length.
また、この電歪式アクチュエータ２００に軸方向圧縮の
荷重をかけた時１枚１枚の電歪素子には第３図のような
電圧が発生する、すなわち５００ｋｇの負荷で５００■
の電圧が発生する。更に、ピストン７２２に５００ｋｇ
の荷重が加わっている状態で電歪式アクチュエータ２０
０をショートさせると第４図より２５μｍの縮小を生じ
ることも従来例同様である。Furthermore, when an axial compressive load is applied to this electrostrictive actuator 200, a voltage as shown in Fig. 3 is generated in each electrostrictive element, that is, 500 lb
voltage is generated. Furthermore, 500 kg is added to the piston 722.
The electrostrictive actuator 20 is
As shown in FIG. 4, when 0 is shorted, a reduction of 25 μm occurs, which is the same as in the conventional example.
電歪式アクチュエータ２００へ所定の時期における電圧
の印加、ショート、オーブン等の操作はリード線７２５
を介して外部の制御手段であるコントローラＣ０ＮＴに
よって制御される。Operations such as applying voltage to the electrostrictive actuator 200 at a predetermined time, short-circuiting, oven, etc. are performed using the lead wire 725.
It is controlled by a controller C0NT which is an external control means.
電歪式アクチュエータ２００の伸縮作用はピストン７２
２に伝えられ、ピストン７２２とディスタンスピース６
２４ とケーシング７２０を室壁として形成される可変
容積室７２６の容積を拡大・縮小する。皿ばね７２３は
可変容積室７２６の中にあって、電歪式アクチュエータ
２００を縮小する方向に付勢している。The expansion and contraction action of the electrostrictive actuator 200 is performed by the piston 72.
2, the piston 722 and the distance piece 6
24 and the casing 720 as chamber walls, the volume of the variable volume chamber 726 is expanded or contracted. The disc spring 723 is located in the variable volume chamber 726 and biases the electrostrictive actuator 200 in the direction of contraction.
ディスタンスピース６２４は円盤状であって、その中央
には貫通孔６２７を有している。ディスタンスピース６
２４の直径はピストン７２２の直径よりも−回り大きく
、ケーシング７２０の雄ねじ７２９を締め込んで行くと
、ケーシング７２０とケーシング６０４とにはさみ込ま
れるようになってシールを行う。可変容積室７２６は貫
通孔６２７を介してポンプ室６０２と導通している。The distance piece 624 is disc-shaped and has a through hole 627 at its center. distance piece 6
The diameter of the piston 24 is one rotation larger than the diameter of the piston 722, and when the male screw 729 of the casing 720 is tightened, the piston 720 is sandwiched between the casing 720 and the casing 604 to form a seal. The variable volume chamber 726 communicates with the pump chamber 602 via a through hole 627.
可変容積室７２６の圧力がピストン７２２を介して電歪
式アクチュエータ２００側に漏洩しないようにＯリング
７２８がピストン７２２の外周に配設されている。An O-ring 728 is disposed around the outer periphery of the piston 722 so that the pressure in the variable volume chamber 726 does not leak to the electrostrictive actuator 200 side via the piston 722.
以上の構成に於いて作用を説明すると、電歪式アクチュ
エータ２００に外部からの電圧を印加せず、又ショート
もさせなかった時、即ち電気的にオーブンした時、ポン
プ室６０２の圧力は第５図の上方の曲線（ａ）となる。To explain the operation in the above configuration, when no external voltage is applied to the electrostrictive actuator 200 and no short circuit is caused, that is, when it is electrically heated, the pressure in the pump chamber 602 is This is the upper curve (a) in the figure.
第５図中に示す凸の部分が吐出行程であって、即ち、プ
ランジャ６０６が右行しつつかつ、スピルボート６１７
、スピルリング６１８によっておおわれている時である
。このうち、噴射弁８１３の開弁圧より高い部分が噴射
に寄与する部分である。即ち、この期間、噴射弁８１３
は開弁じており、その開弁リフトはその圧力と比例して
いる。よって噴射量もその圧力と概ね比例している。The convex part shown in FIG. 5 is the discharge stroke, that is, the plunger 606 moves to the right and the spill boat 617
, is covered by a spill ring 618. Among these, the portion higher than the valve opening pressure of the injection valve 813 is the portion that contributes to injection. That is, during this period, the injection valve 813
is open, and its opening lift is proportional to its pressure. Therefore, the injection amount is also roughly proportional to the pressure.
又、電歪式アクチュエータ２００にはポンプ室６０２の
圧力に比例した電荷が生じ、第３図の電圧が発生する。Further, an electric charge proportional to the pressure in the pump chamber 602 is generated in the electrostrictive actuator 200, and the voltage shown in FIG. 3 is generated.
なお、ポンプ室６０２の圧力を第３図の圧縮荷重に換算
するには、圧力にピストン７２２の受圧面積をかけてや
ればよく、第２図の場合、ピストン７２２の受圧面積は
４ｃｄ程度であり、噴射弁８１３の開弁圧は１００ｋｇ
／ｃｆｆｌに設定しであるので、噴射開始時に電歪式ア
クチュエータ２００によって発生する電圧は４００Ｖで
ある。In addition, in order to convert the pressure in the pump chamber 602 into the compression load shown in FIG. 3, it is sufficient to multiply the pressure by the pressure receiving area of the piston 722. In the case of FIG. 2, the pressure receiving area of the piston 722 is about 4 cd. , the opening pressure of the injection valve 813 is 100 kg.
/cffl, the voltage generated by the electrostrictive actuator 200 at the start of injection is 400V.
またコントローラＣ０ＮＴは電歪式アクチェエータ２０
０に発生した電圧がさらに上昇して５００ Ｖに達した
時、即ち、噴射弁８１３が噴射を開始した直後の所定の
時期に、電歪式アクチュエータ２００をショートして発
生した電圧をＯｖに落とすように制御する。In addition, the controller C0NT is an electrostrictive actuator 20.
When the voltage generated at 0 further increases and reaches 500 V, that is, at a predetermined time immediately after the injection valve 813 starts injection, the electrostrictive actuator 200 is shorted to reduce the generated voltage to Ov. Control as follows.
この時電歪式アクチュエータ２００は第４図に示すよう
に２５μｍの縮小を起こすので、可変容積室７２６は４
ｃ＋ｄＸ２５μｍ＝１０鶴３の膨張を生じる。よってポ
ンプ室６０２の圧力は低下して噴射弁８１３からの噴射
圧は低下する。もしくはポンプ室６０２の圧力は第５図
の下方の曲線（ｂ）となる。後述の場合、噴射弁８１３
からの噴射は一時中断され、パイロット噴射の形態を実
現することができる。At this time, the electrostrictive actuator 200 shrinks by 25 μm as shown in FIG.
c+dX25μm=10 Tsuru 3 expansion occurs. Therefore, the pressure in the pump chamber 602 decreases, and the injection pressure from the injection valve 813 decreases. Alternatively, the pressure in the pump chamber 602 becomes the lower curve (b) in FIG. In the case described below, the injection valve 813
The injection from is temporarily interrupted and a form of pilot injection can be realized.
ここで、電歪式アクチュエータ２００の収縮量が大きい
程ポンプ室圧力の低下が顕著となるためパイロット噴射
が明確になり、また、パイロット噴射とメイン噴射の間
隔を広げることが可能となるため騒音、振動の低減に対
する効果が顕著となる。Here, the larger the amount of contraction of the electrostrictive actuator 200, the more pronounced the drop in the pump chamber pressure becomes, so the pilot injection becomes clearer, and the interval between the pilot injection and the main injection can be widened, which reduces noise. The effect on vibration reduction becomes significant.
第１図装置においては電歪式アクチュエータ２００から
電荷をコンデンサ（後述）に蓄電し、その電荷を再使用
することで電歪式アクチュエータの収縮量を大きくし、
パイロット噴射の効果を高めることがねらいとされる。In the device shown in FIG. 1, the electric charge from the electrostrictive actuator 200 is stored in a capacitor (described later), and the electric charge is reused to increase the amount of contraction of the electrostrictive actuator.
The aim is to increase the effectiveness of pilot injection.
また、電歪素子はくり返し荷重を受けると次第に分極劣
化し、伸縮量が低下し、パイロット噴射の形態を実現で
きなくなる可能性があるが、第１図装置においては、コ
ンデンサに蓄電した電荷を再び電歪式アクチュエータ２
００に戻してやるため分極劣化を防止することもできる
。Furthermore, if the electrostrictive element is subjected to repeated loads, its polarization will gradually deteriorate, the amount of expansion and contraction will decrease, and there is a possibility that the pilot injection mode will not be realized. Electrostrictive actuator 2
Since the value is returned to 00, polarization deterioration can also be prevented.
次に第１図装置における電歪式アクチュエータの駆動に
ついて説明する。Next, driving of the electrostrictive actuator in the apparatus shown in FIG. 1 will be explained.
第１図のＡ部は本発明の電歪式アクチュエータ装置にお
ける電歪式アクチュエータとその制御手段の主要部分で
ある駆動回路を示している。電歪式アクチュエータ２０
０の高圧側にコンデンサ３００を介してコイル１６３、
第１のスイッチ素子であるサイリスク１６１が直列接続
されたものと、コイル１６５、ダイオード１６４、第２
のスイッチ素子であるトライアック１６２を直列接続し
たものとが並列に接続されている。ここで、サイリスタ
１６１のカソード、トライアック１６２のＴ１端子が接
地されているのが本発明の特徴である。Part A of FIG. 1 shows the electrostrictive actuator in the electrostrictive actuator device of the present invention and a drive circuit that is the main part of its control means. Electrostrictive actuator 20
A coil 163 is connected to the high voltage side of 0 via a capacitor 300.
The first switch element, SIRISK 161, is connected in series, the coil 165, the diode 164, and the second switch element.
A triac 162 which is a switching element connected in series is connected in parallel. Here, a feature of the present invention is that the cathode of the thyristor 161 and the T1 terminal of the triac 162 are grounded.
電歪式アクチュエータ２００の発生電圧が開弁圧以上の
所定の電圧になった時（第１の時期）、サイリスク１６
１のゲート端子１６１１に第１トリガ信号が送られる（
第６図（２））。これによりサイリスク１６１は導通す
る。この状態で電歪式アクチュエータ２００、コイル１
６３、コンデンサ３００から成る直列共振回路が形成さ
れ、電歪式アクチュエータ２００に発生した電荷はコン
デンサ３００に移るため、電歪式アクチュエータ２００
はショート状態と同様となり収縮を行う。When the voltage generated by the electrostrictive actuator 200 reaches a predetermined voltage higher than the valve opening pressure (first period), Cyrisk 16
The first trigger signal is sent to the gate terminal 1611 of 1 (
Figure 6 (2)). This makes the cyrisk 161 conductive. In this state, the electrostrictive actuator 200 and the coil 1
63. A series resonant circuit consisting of the capacitor 300 is formed, and the electric charge generated in the electrostrictive actuator 200 is transferred to the capacitor 300, so that the electrostrictive actuator 200
is the same as a short circuit state and contracts.
この時、この収縮によりポンプ室の圧力が低下しパイロ
ット噴射の状態を呈することは前述した通りである（第
６図（５））。次に、ポンプ室の圧送行程が終了し、か
つ次の圧送行程が開始されるまでの期間内の所定の時期
（第２の時期）に、トライアック１６２をトリガする（
第６図（３））。すると、トライアック１６２は導通し
コンデンサ３００、コイル１６５、電歪式アクチュエー
タ２００から成る直列共振回路が形成され、コンデンサ
３００に蓄えられ′ていた電荷が、電歪式アクチュエー
タ２００へ移動するため、電歪式アクチュエータ２００
に約３００ｖの電圧が印加される。しかる後、次の圧送
行程が始まるが、この時、電歪式アクチュエータ２００
の電圧はすでに３００ｖになっているので、圧送に伴っ
て電圧が上昇し、先程のサイリスタ１６１をトリガすべ
きタイミング時点では、３００Ｖ ＋ ５００ν＝ ８
００Ｖの電圧に達することになる。この時点でサイリス
タ１６１を導通させるため、その時の発生電圧８００Ｖ
に対応した収縮量が得られる。この収縮量が、従来例の
単にショートするだけの回路に比べ、電圧が５００■か
ら８００■と増しているので、収縮量を１．６倍にする
ことができ、前述の如くパイロット噴射の効果を高める
ことができ、ｉ音、振動の低減効果を大きくすることが
できるという優れた点がある。At this time, as described above, the pressure in the pump chamber decreases due to this contraction, resulting in a pilot injection state (FIG. 6 (5)). Next, the triac 162 is triggered at a predetermined time (second time) within a period between the end of the pump chamber's pumping stroke and the start of the next pumping stroke.
Figure 6 (3)). Then, the triac 162 forms a series resonant circuit consisting of the conduction capacitor 300, the coil 165, and the electrostrictive actuator 200, and the charge stored in the capacitor 300 moves to the electrostrictive actuator 200, so that the electrostrictive type actuator 200
A voltage of approximately 300V is applied to the After that, the next pumping process begins, but at this time, the electrostrictive actuator 200
Since the voltage is already 300V, the voltage increases with the pumping, and at the timing when the thyristor 161 should be triggered, 300V + 500ν = 8
A voltage of 00V will be reached. At this point, in order to make the thyristor 161 conductive, the generated voltage at that time is 800V.
The amount of contraction corresponding to can be obtained. The amount of contraction increases from 500 ■ to 800 ■ compared to the conventional circuit that simply shorts, so the amount of contraction can be increased by 1.6 times, and as mentioned above, the effect of pilot injection It has the advantage of being able to increase the noise and vibration reduction effect.
第１図装置におけるコントローラＣ０ＮＴの前記サイリ
スタ１６１およびトライアック１６２をトリガする制御
回路について以下に記述する。１０１は第１コンパレー
タで、電歪式アクチュエータ２００の端子電圧が抵抗１
０２．１０３により分圧されて非反転入力に接続されて
いる。反転入力には基準電圧（ＶＲＩ）１０４が接続さ
れており電歪式アクチュエータ２００の端子電圧が８０
０Ｖ以上になると第１コンパレータ１０１の出力は「１
」レベルとなる。第１コンパレータ１０１の出力は、リ
トリガラブルの第１ワンシヨツトマルチ１０５の立上り
トリガ入力に接続されている。A control circuit for triggering the thyristor 161 and triac 162 of the controller C0NT in the apparatus shown in FIG. 1 will be described below. 101 is a first comparator, and the terminal voltage of the electrostrictive actuator 200 is connected to the resistor 1.
02.103 and connected to the non-inverting input. A reference voltage (VRI) 104 is connected to the inverting input, and the terminal voltage of the electrostrictive actuator 200 is 80.
When the voltage exceeds 0V, the output of the first comparator 101 becomes “1”.
” level. The output of the first comparator 101 is connected to a rising trigger input of a retriggerable first one-shot multi 105.
第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力パルス幅はコンデ
ンサ１０６、抵抗１０７により決定される。第１図装置
においては、このパルス幅を、アイドル回転時のポンプ
圧送行程期間より少し長め（約１５ｍ５ｅｃ）に設定し
である。The output pulse width of the first one-shot multiplier 105 is determined by a capacitor 106 and a resistor 107. In the apparatus shown in FIG. 1, this pulse width is set to be slightly longer (approximately 15 m5ec) than the pump pressure stroke period during idle rotation.
この理由は、裔負荷時には圧送期間が長くなりかつ圧送
圧力も高くなるため、パイロ・２ト噴射のための１回目
のショート以後においても電歪式アクチュエータの発生
電圧が前述の基準電圧（ＶＲＩ）を超えてしまい、複数
回のショー１〜動作を行なってしまうのを防止するため
である。The reason for this is that when the descendant is loaded, the pumping period becomes longer and the pumping pressure increases, so even after the first short circuit for pyro-two injection, the voltage generated by the electrostrictive actuator remains at the reference voltage (VRI). This is to prevent the number of shows from exceeding 10,000,000,000,000 from being performed multiple times.
すなわち第１ワンシシソ１−マルチ１０５の信号発生期
間中は、不必要な信号はマスクされるようになっている
。第１ワンシヨツトマルチ１０５のＱ出力は第２ワンシ
ヨツトマルチ１０８の立上りトリガ人力に接続されてい
る。第２ワンショットマルチ１０日の出力パルス幅はコ
ンデンサ１０９、抵抗１１０により決定される。That is, during the signal generation period of the first one-multi 105, unnecessary signals are masked. The Q output of the first one-shot multi 105 is connected to the rising trigger input of the second one-shot multi 108. The output pulse width of the second one-shot multiple 10 days is determined by the capacitor 109 and the resistor 110.
このパルス幅はサイリスタ１６１のトリガ信号のパルス
幅であるので短くてよく、約３０μｓに設定してあり、
３０μｓの間「０」レベルとなる。This pulse width is the pulse width of the trigger signal of the thyristor 161, so it can be short, and is set to about 30 μs.
It remains at "0" level for 30 μs.
第２ワンシヨツトマルチ１０８の百出力は抵抗１１１．
１１２を介してトランジスタ１１３のベースに接続され
ており、第２ワンシヨツトマルチ１０８の百出力が「０
」レベルのときトランジスタ１１３はオンになる。トラ
ンジスタ１１３のコレクタには抵抗１１４が接続されて
おり、トランジスタ１１３がオンすると抵抗１１４に電
流が流れ、サイリスタ１６１のトリガ信号となる。The output of the second one-shot multi 108 is connected to the resistor 111.
112 to the base of the transistor 113, and the output of the second one-shot multi 108 becomes "0".
'' level, the transistor 113 is turned on. A resistor 114 is connected to the collector of the transistor 113, and when the transistor 113 is turned on, current flows through the resistor 114 and becomes a trigger signal for the thyristor 161.
このトリガ信号はサイリスタ１６１のゲート端子１６１
１に接続され、サイリスタ１６１をトリガする。This trigger signal is applied to the gate terminal 161 of the thyristor 161.
1 and triggers the thyristor 161.
ここでサイリスタ１６１のカソードが接地されているの
でゲート回路にパルストランス等でアイソレートする必
要はない。Here, since the cathode of the thyristor 161 is grounded, there is no need to isolate the gate circuit with a pulse transformer or the like.
第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力は第３ワンシヨツ
トマルチ１２０の立上りトリガ入力にも接続されている
。第３ワンシヨツトマルチ１２０の出力パルス幅はコン
デンサ１２１、抵抗１２２で決定される。このパルス幅
はトライアック１６２をトリガするタイミングを決める
ためのもので、このタイミングをポンプ圧送行程終了か
ら次の圧送行程開始までの間とするために約２０ｍ５と
しである。The output of the first one-shot multi 105 is also connected to the rising trigger input of the third one-shot multi 120. The output pulse width of the third one-shot multi 120 is determined by a capacitor 121 and a resistor 122. This pulse width is used to determine the timing to trigger the triac 162, and is set to approximately 20 m5 so that this timing is between the end of the pump pumping stroke and the start of the next pumping stroke.
第３ワンシヨツトマルチ１２０の出力は第４ワンシヨツ
トマルチ１２３の立下りトリガ入力に接続されている。The output of the third one-shot multi 120 is connected to the falling trigger input of the fourth one-shot multi 123.
第４ワンシヨツトマルチ１２３の出力パルス幅はコンデ
ンサ１２４、抵抗１２５により決定され、約３０μｓに
設定しである。第４ワンシヨツトマルチ１２３の出力は
抵抗１２６．１２７を介してトランジスタ１２８のベー
スに接続されており、第４ワンシヨツトマルチ１２３の
百出力が「０」レベルのときトランジスタ１２８はオン
になる。トランジスタ１２８のコレクタには抵抗１２９
が接続されでおり、トライアック１６２のゲート端子１
６２１に接続されている。トライアック１６２のＴ、端
子は接地されており、サイリスク１６１の場合と同様、
ゲート回路は非常に簡便なものとなっている。The output pulse width of the fourth one-shot multi 123 is determined by a capacitor 124 and a resistor 125, and is set to about 30 μs. The output of the fourth one-shot multi 123 is connected to the base of a transistor 128 via resistors 126 and 127, and the transistor 128 is turned on when the output of the fourth one-shot multi 123 is at the "0" level. A resistor 129 is connected to the collector of the transistor 128.
is connected to the gate terminal 1 of the triac 162.
621. The T terminal of TRIAC 162 is grounded, and as in the case of Cyrisk 161,
The gate circuit is extremely simple.
抵抗１０２．１０３で分圧された電歪式アクチュエータ
２００の発生電圧は、第２コンパレータ１４０の非反転
入力にも接続されている。反転入力には基準電圧（ＶＲ
２）１４１が接続されており、電歪式アクチュエータ２
００の端子電圧が６００■以上になると第２コンパレー
タ１４０の出力は「１」レベルとなる。The voltage generated by the electrostrictive actuator 200 divided by the resistors 102 and 103 is also connected to the non-inverting input of the second comparator 140. The inverting input has a reference voltage (VR
2) 141 is connected, and the electrostrictive actuator 2
When the terminal voltage of 00 becomes 600■ or more, the output of the second comparator 140 becomes the "1" level.
第２コンパレータ１４０の出力はリトリガラブルの第５
ワンシヨツトマルチ１４２の立上りトリガ入力に接続さ
れている。第５ワンショ、７トマルチ１４２の出力パル
ス幅はコンデンサ１４３、抵抗１４４で決定される。こ
のパルス幅はエンジン回転数が１２００ｒｐ１０である
場合のポンプ圧送周期、すなわち４気筒エンジンでは２
５ｍ５ｅｃに設定されている。The output of the second comparator 140 is the retriggerable fifth
It is connected to the rising trigger input of the one-shot multi 142. The output pulse width of the fifth one-shot and seventh multiple 142 is determined by a capacitor 143 and a resistor 144. This pulse width is the pump pumping cycle when the engine speed is 1200 rpm, that is, 2 for a 4-cylinder engine.
It is set to 5m5ec.
第５ワンシヨントマルチ１４２のＱ出力はＤフリップフ
ロップ１４５のＤ入力に接続されており、Ｄフリップフ
ロップ１４５のクロック人力Ｃには第２コンパレータ１
４０の出力が接続されている。Ｄフリップフロップ１４
５のＱ出力は２人力オア回路１５２の一方の入力に接続
されている。The Q output of the fifth one-shot multi 142 is connected to the D input of the D flip-flop 145, and the clock input C of the D flip-flop 145 is connected to the second comparator 1.
40 outputs are connected. D flip-flop 14
The Q output of No. 5 is connected to one input of a two-man OR circuit 152.
５００は図示しないアクセルペダルと連動して動くポテ
ンショメータで負荷に応じた電圧信号を出力する。この
信号は第３コンパレータ１５０の非反転入力に接続され
ている。反転入力には基準電圧（ＶＲ３） １５１が接
続されており、例えばアクセル開度１０％以上で第３コ
ンパレータ１５０の出力は「１」レベルとなる。500 is a potentiometer that moves in conjunction with an accelerator pedal (not shown) and outputs a voltage signal according to the load. This signal is connected to the non-inverting input of the third comparator 150. A reference voltage (VR3) 151 is connected to the inverting input, and the output of the third comparator 150 becomes "1" level when the accelerator opening is 10% or more, for example.
第３コンパレータ１５０の出力は２人力オア回路１５２
のもう一方の入力に接続されている。２人力オア回路１
５２の出力は、第２ワンシヨツトマルチ１０８および、
第４ワンシヨツトマルチ１２３のリセット人力Ｒに接続
されており、２人力オア回路１５２の出力が「１」レベ
ルのときには第２および第４ワンシヨツトマルチはリセ
ットされるため、トリガ信号は発生されないようになっ
ている。The output of the third comparator 150 is the two-man OR circuit 152
connected to the other input of the 2-person OR circuit 1
The output of 52 is sent to the second one-shot multi 108 and
It is connected to the reset manual R of the fourth one-shot multi 123, and when the output of the two-man OR circuit 152 is at the "1" level, the second and fourth one-shot multis are reset, so that no trigger signal is generated. It has become.
上記構成におけるコントローラＣ０ＮＴの作動が以下に
記述される。いま、低回転、低負荷時を考えると、ポン
プ駆動軸の回転に伴いカムがリフトし、ポンプ室６０２
の圧力が上昇する。それにつれて電歪式アクチュエータ
２００は加圧され電圧が発生する。この電圧の初期値は
前回コンデンサ３００から電荷が供給されているため３
００■から上昇することになる。電歪アクチュエータの
発生電圧は抵抗１０２、１０３により分圧されて第１コ
ンパレータ１０１により基準電圧（ＶＲＩ）と比較され
る。電歪式アクチュエータの端子電圧が８００Ｖを超え
るとく第６図（４））、第１コンパレータ１０１の出力
は「１」レベルとなり、第１ワンシヨツトマルチ１０５
をトリガする。第１ワンシヨツトマルチ１０５の出力の
立上りにて第２ワンシヨツトマルチ１０８がトリガされ
、抵抗１１１，１１２を介してトランジスタ１１３が導
通ずる。これにより抵抗１１４を介してサイリスク１６
１がトリガされて（第６図（２＋）！通し、電歪式アク
チュエータ２００の電荷をコンデンサ３００へ吸収する
。このため電歪式７クチユエータ２００の端子電圧はＯ
Ｖに低下しく第６図（４１）、電歪式アクチュエータ２
００は約４０μｍ収縮するため前述の如くポンプ室６０
２の圧力が低下しく第６図（１））、噴射が中断される
（第６図（５））。The operation of the controller C0NT in the above configuration will be described below. Now, considering low rotation and low load, the cam lifts as the pump drive shaft rotates, and the pump chamber 602
pressure increases. Accordingly, the electrostrictive actuator 200 is pressurized and a voltage is generated. The initial value of this voltage is 3 because charge was supplied from the capacitor 300 last time.
It will rise from 00■. The voltage generated by the electrostrictive actuator is divided by resistors 102 and 103 and compared with a reference voltage (VRI) by a first comparator 101. When the terminal voltage of the electrostrictive actuator exceeds 800V (Fig. 6 (4)), the output of the first comparator 101 becomes "1" level, and the first one-shot multi 105
trigger. The second one-shot multi 108 is triggered by the rise of the output of the first one-shot multi 105, and the transistor 113 becomes conductive via the resistors 111 and 112. This allows the cyrisk 16 to be connected via the resistor 114.
1 is triggered (Fig. 6 (2+)!) and absorbs the electric charge of the electrostrictive actuator 200 into the capacitor 300. Therefore, the terminal voltage of the electrostrictive actuator 200 becomes O.
Figure 6 (41), electrostrictive actuator 2
00 contracts by about 40 μm, the pump chamber 60
2 pressure decreases (Fig. 6 (1)), and injection is interrupted (Fig. 6 (5)).
サイリスタ１６１ はコイル１６３の共振により自動的
に転流し非ＩＩとなる。この時カムリフトは、リフトの
途中にあるため、さらに燃料の圧送が行なわれ、ポンプ
室６０２の圧力は再び上昇し噴射を再開する。カムリフ
トが上死点に達する前に前述のスピルポートが開き、ポ
ンプ室圧がスピルされて噴射を終了する。この時電歪式
アクチュエータ２００の端子電圧は第６図（４）の破線
のように負電圧まで下がろうとするが、負電圧の値が大
きいと電歪式アクチュエータ２００の分極がこわれるお
それがあるためダイオード１６６により逆電圧をショー
トし保護するようになっている。前記第１のワンショッ
トマルチ１０５の立上りにより第３ワンシヨツトマルチ
１２０もトリガされる。この出力の立下りで第４ワンシ
ヨツトマルチ１２３がトリガされる。すなわち、サイリ
スタ１６１がトリガされてから約２０ ｍ ｓ 後に第
４ワンシヨツトマルチ１２３に信号が発生しトライアッ
ク１６２をトリガする（第６図（３））。The thyristor 161 automatically commutates due to the resonance of the coil 163 and becomes non-II. At this time, since the cam lift is in the middle of its lift, fuel is further fed under pressure, and the pressure in the pump chamber 602 rises again to restart injection. Before the cam lift reaches top dead center, the aforementioned spill port opens, the pump chamber pressure spills, and injection ends. At this time, the terminal voltage of the electrostrictive actuator 200 tries to drop to a negative voltage as shown by the broken line in FIG. 6 (4), but if the value of the negative voltage is large, the polarization of the electrostrictive actuator 200 may be damaged. Therefore, the diode 166 short-circuits the reverse voltage to protect it. The third one-shot multi 120 is also triggered by the rise of the first one-shot multi 105. The fourth one-shot multi 123 is triggered by the fall of this output. That is, approximately 20 ms after the thyristor 161 is triggered, a signal is generated in the fourth one-shot multi 123 to trigger the triac 162 (FIG. 6(3)).
この時点では既にポンプは圧送行程を終了しており、次
の圧送行程のための準備段階にありポンプ室は低圧にな
っている。トライアック１６２の導通により、コンデン
サ３００に蓄えられていた電荷が電歪式アクチュエータ
２００に戻され電歪式アクチュエータの端子電圧は約３
００Ｖに上昇する。ここでダイオード１６４はコンデン
サ３００から電歪式アクチュエータ２００に電荷を戻す
際にコイル１６５に生じるサージ電圧によりトライアッ
ク１６２が逆方向に導通して、いったん電歪式アクチュ
エータ２００に戻された電荷がコンデンサ３００に移っ
てしまうのを防止するためのものである。At this point, the pump has already completed its pressure stroke and is in the preparation stage for the next pressure stroke, and the pump chamber is at a low pressure. Due to the conduction of the triac 162, the charge stored in the capacitor 300 is returned to the electrostrictive actuator 200, and the terminal voltage of the electrostrictive actuator becomes approximately 3
It rises to 00V. Here, when the diode 164 returns charge from the capacitor 300 to the electrostrictive actuator 200, the triac 162 conducts in the opposite direction due to the surge voltage generated in the coil 165, and the charge once returned to the electrostrictive actuator 200 is transferred to the capacitor 300. This is to prevent it from transferring to.
次にエンジンの運転条件に応じて前記電歪式アクチュエ
ータ２００の制御を行なわない方法について説明する。Next, a method of not controlling the electrostrictive actuator 200 according to engine operating conditions will be described.
高負荷あるいは高回転時にはパイロット噴射を行なって
も騒音、振動に対して効果が少なく、またパイロット噴
射を行なうと噴射率が低下するためかえってエンジン出
力が低下するため、電歪式アクチュエータ２００の制御
は行なわない。例えば負荷が高い時を考えるとポテンシ
ョメータ５００の出力電圧は高くなり、設定負荷以上に
おいては第３コンパレータ１５０の出力は「１」レベル
となる。この信号は２人カオア回路１５２を通り、第１
ワンシヨツトマルチ１０８及び第４ワンシヨツトマルチ
１２３をリセットする。すなわち、負荷が高い時にはサ
イリスタ１６１ 、ｌ−ライアソク１６２へのトリガ信
号が発生しないため電歪式アクチュエータの制御は行な
われずオープンのままである。エンジン回転数について
も同様で、ポンプの圧送行程毎に第２コンパレータ１４
０の出力が「１」レベルとなるが、この周期が第５ワン
シヨツトマルチ１４２の出力パルス幅２５ｍｓよりも短
くなると、Ｄフリップフロップ１４５のＱ出力がｒｌＪ
レヘルとなり、２人カオア回路を通して第２ワンシヨツ
トマルチ１０８と第４ワンショットマルチ１２３をリセ
ットする。このためサイリスク１６１、トライアック１
６２へのトリガ信号は発生せず電歪式アクチュエータ２
００の制御は行なわれなくなる。At high loads or high speeds, even if pilot injection is performed, it will have little effect on noise and vibration, and pilot injection will reduce the injection rate, which will actually reduce the engine output, so controlling the electrostrictive actuator 200 is difficult. Don't do it. For example, when the load is high, the output voltage of the potentiometer 500 becomes high, and when the load is higher than the set load, the output of the third comparator 150 becomes "1" level. This signal passes through the two-person chaor circuit 152 and the first
One shot multi 108 and fourth one shot multi 123 are reset. That is, when the load is high, no trigger signal is generated to the thyristor 161 and the l-liasoc 162, so the electrostrictive actuator is not controlled and remains open. The same applies to the engine rotation speed, and the second comparator 14 is activated for each pump stroke.
0 output becomes "1" level, but when this period becomes shorter than the output pulse width of 25 ms of the fifth one-shot multi 142, the Q output of the D flip-flop 145 becomes rlJ.
The second one-shot multi 108 and the fourth one-shot multi 123 are reset through the two-person chaor circuit. Therefore, Cyrisk 161, Triac 1
62 is not generated and the electrostrictive actuator 2
00 control is no longer performed.
第１図装置においては、外部に高電圧電源を必要とせず
に電歪式アクチュエータ２００の制御を行なうことがで
き、しかも、電歪式アクチュエータに発生した電荷を単
にショートする方法に比べ、該電荷が共振回路の動作に
よりコンデンサに蓄えられ、伸長時に再利用するごとに
より収縮量を倍増できるため、パイロット噴射の効果を
大きくでき、騒音、振動が低減されると共に、繰り返し
荷重による電歪式アクチュエータの分極劣化を防止する
こともできる。In the device shown in FIG. 1, the electrostrictive actuator 200 can be controlled without requiring an external high-voltage power supply, and moreover, compared to the method of simply shorting out the electric charge generated in the electrostrictive actuator, the electric charge generated in the electrostrictive actuator is is stored in the capacitor by the operation of the resonant circuit, and the amount of contraction can be doubled each time it is reused during expansion. This increases the effect of pilot injection, reduces noise and vibration, and reduces the impact of electrostrictive actuators due to repeated loads. It is also possible to prevent polarization deterioration.
本発明の実施にあたっては、前述以外の実施例も考えら
れ、例えば前述の実施例のコイル１６５を抵抗に置き換
えても良い。この場合はダイオード１６４は不要である
。In carrying out the present invention, embodiments other than those described above may be considered; for example, the coil 165 of the embodiment described above may be replaced with a resistor. In this case, diode 164 is unnecessary.
以上説明したように本発明の装置は、ともにその主要部
がくり返し荷重を受ける電歪アクチュエータ、該電歪ア
クチュエータの発生する電荷を蓄電できるコンデンサ、
第１の時期に導通し該コンデンサへ該電歪アクチュエー
タの発生する電荷を充電することができる第１のスイッ
チ素子、および、該第１の時期とは異なる第２の時期に
導通し該コンデンサに蓄電された電荷を電歪アクチュエ
ータへ戻すことができる第２のスイッチ素子を具備し、
該第１．第２のスイッチ素子の一端が接地されているの
で、それぞれのゲートトリガは、パルストランス等によ
ってアイソレートして与えてやる必要がなく、ゲート回
路を簡便なものとすることができ、安価な構成でありな
から電歪式アクチュエータの分極劣化を防止できるとい
う効果がある。As explained above, the device of the present invention includes an electrostrictive actuator whose main parts are subjected to repeated loads, a capacitor capable of storing electric charge generated by the electrostrictive actuator,
a first switch element that is electrically conductive at a first time period and can charge the capacitor with an electric charge generated by the electrostrictive actuator; A second switch element capable of returning the stored charge to the electrostrictive actuator,
Part 1. Since one end of the second switch element is grounded, each gate trigger does not need to be provided in isolation using a pulse transformer, etc., and the gate circuit can be simplified, resulting in an inexpensive configuration. This has the effect of preventing polarization deterioration of the electrostrictive actuator.
第１図は本発明の基本形態の一実施例としての電歪式ア
クチュエータ装置を示す図、
第２図は第１図に示されるアクチュエータ装置を分配型
燃料噴射ポンプに装着した構成を示す図、第３図、第４
図は電歪式アクチュエータにおける圧縮荷重に対する発
生電圧およびショート時縮小量の関係を示す特性図、
第５図は電歪式アクチュエータの動作を説明する波形図
、
第６図は第１図に示した電歪式アクチュエータ装置のＡ
部の動作を説明する波形図、
第７図は先行技術における電歪式アクチュエータの駆動
回路を示す図、
第８図は第７図回路の動作を説明する波形図、第９図は
他の先行技術における電歪式アクチュエータ装置の制御
手段の主要部を示す回路図である。
１０１・・・コンパレータ、
１．０５・・・ワンショットマルチ、
１０８・・・ワンショットマルチ、
１２０・・・ワンショットマルチ、
１２３・・・ワンショットマルチ、
１４０・・・コンパレータ、
１４２・・・ワンショ・ントマルチ、
１４５・・・Ｄフリップフロップ、
１５０・・・コンパレータ、
２００・・・電歪式アクチュエータ、
１６１・・・サイリスク、 １６２・・・トライア
ック、１６３、１６５・・・コイル、 １６４・・
・ダイオード、１６６・・・ダイオード ３００・
・・コンデンサ、５００・・・ポテンショメータ、
６０２・・・ポンプ室、 ６０４・・・ケーシン
グ、６０５・・・シリンダボア、 ６０６・・・プラ
ンジャ、６０７・・・フェイスカム、 ６０８・・・
ローラ、６０９・・・分配ポート、
６１０ａ、６１０ｂ−吸入ポート、
６１】・・・低圧室、 ６１２・・・吸入通路
、６１４・・・分配通路、 ６１５・・・デリバ
リ弁、６１６・・・ばね、 ６１７・・・ス
ピルポート、６１８・・・スピルリング、 ６１９・
・・レバー、６２４・・・ディスタンスピース、
７・・・噴射側／ａ装置、 ７２０・・・ケーシング
、７２２・・・ピストン、 ７２３・・・皿ばね
、７２５・・・リード線、 ７２６・・・可変容
積室、７２８・・・Ｏリング、 ７２９・・・雄
ねじ、８１３・・・噴射弁、 ８１４・・・分
配通路、Ｐ・・・燃料噴射ポンプ。
圧縮荷重
第３図
圧縮荷重
第５図
（６）昼ンデン茶３００の 。ヮーーーーーー「−一一
一一一一一−Ｔ−一−第６図FIG. 1 is a diagram showing an electrostrictive actuator device as an example of the basic form of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which the actuator device shown in FIG. 1 is attached to a distribution type fuel injection pump, Figures 3 and 4
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the generated voltage and the short-circuit reduction amount with respect to the compressive load in an electrostrictive actuator. Figure 5 is a waveform diagram explaining the operation of the electrostrictive actuator. Figure 6 is the same as shown in Figure 1. A of electrostrictive actuator device
7 is a diagram showing a driving circuit of an electrostrictive actuator in the prior art. FIG. 8 is a waveform diagram explaining the operation of the circuit shown in FIG. 7. FIG. 9 is a diagram showing another prior art driving circuit. It is a circuit diagram showing the main part of the control means of the electrostrictive actuator device in the technology. 101... Comparator, 1.05... One shot multi, 108... One shot multi, 120... One shot multi, 123... One shot multi, 140... Comparator, 142... One shot multi, 145...D flip-flop, 150...Comparator, 200...Electrostrictive actuator, 161...Sirisk, 162...Triac, 163, 165...Coil, 164...
・Diode, 166...Diode 300・
...Capacitor, 500...Potentiometer, 602...Pump chamber, 604...Casing, 605...Cylinder bore, 606...Plunger, 607...Face cam, 608...
Roller, 609... Distribution port, 610a, 610b - Suction port, 61]... Low pressure chamber, 612... Suction passage, 614... Distribution passage, 615... Delivery valve, 616... Spring , 617... Spill port, 618... Spill ring, 619.
... Lever, 624 ... Distance piece, 7 ... Injection side/a device, 720 ... Casing, 722 ... Piston, 723 ... Belleville spring, 725 ... Lead wire, 726 ...・Variable volume chamber, 728...O ring, 729...male thread, 813...injection valve, 814...distribution passage, P...fuel injection pump. Compressive load Figure 3 Compressive load Figure 5 (6) 300 ml of daytime bean tea.ヮ ヮ ー ー − − − − − − − − − − − − 図 第 第 図
Claims (1)
応じて電圧を発生し、印加電圧に応じて伸縮する電歪式
アクチュエータと、この電歪式アクチュエータに電圧を
印加する制御手段とからなる電歪式アクチュエータ装置
であって、該制御手段は、該電歪式アクチュエータの発
生する電荷を蓄電可能なコンデンサと、第１の時期に導
通し該コンデンサへ該電歪式アクチュエータの発生する
電荷を充電可能な第１のスイッチ素子と、該第１の時期
とは異なる第２の時期に導通し該コンデンサに蓄電され
た電荷を電歪式アクチュエータへ戻せる第２のスイッチ
素子と、そして該第１と第２のスイッチ素子を該第１と
第２の時期に導通させる制御回路とを備え、該第１と第
２のスイッチ素子の一端がともに接地されていることを
特徴とする電歪式アクチュエータ装置。 ２、該第１の時期は、該電歪アクチュエータの発生電圧
がコンデンサの電圧よりも高電圧である時期であり、該
第２の時期は該電歪アクチュエータの電圧がコンデンサ
の電圧よりも低い時期である、特許請求の範囲第１項記
載の装置。 ３、該第１および第２のスイッチ素子に電流制限素子が
接続されている、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４、該第１のスイッチ素子がサイリスタであり、該第２
のスイッチ素子がトライアックである特許請求の範囲第
１項記載の装置。 ５、該第２のスイッチ素子に整流素子を接続した特許請
求の範囲第４項記載の装置。 ６、該電流制限素子がインダクタンスを有するコイルで
ある、特許請求の範囲第３項記載の装置。 ７、該繰り返し荷重が、ジャーク式油圧ポンプの油圧で
ある、特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８、燃料噴射ポンプのシリンダボアと該シリンダボア内
に摺動自在に嵌合されたプランジャとによって形成され
るポンプ室内に燃料を導入するとともにポンプ室の容積
を変化させて燃料を加圧送出して噴射弁から噴出させる
ディーゼル機関用燃料噴射装置における、該ポンプ室に
、くり返し荷重を受けて電圧を発生し、印加電圧に応じ
て伸縮する電歪式アクチュエータによって容積を変化で
きる可変容積室を連通させると共に、該電歪式アクチュ
エータに電圧を印加する制御手段を接続し、該制御手段
は、該電歪式アクチュエータの発生する電荷を蓄電可能
なコンデンサと、第１の時期に導通し該コンデンサへ該
電歪式アクチュエータの発生する電荷を充電可能な第１
のスイッチ素子と、該第１の時期とは異なる第２の時期
に導通し、該コンデンサに蓄電された電荷を電歪式アク
チュエータへ戻せる第２のスイッチ素子と、そして前記
ポンプ室内の燃料圧力が一定の圧力を超えた第１の時期
に該第１のスイッチ素子を導通させ、更に該コンデンサ
に蓄電された電荷を電歪式アクチュエータに戻すために
、ポンプ圧送行程終了後の第２の時期に、前記第２のス
イッチを導通させる制御回路とを備えており、前記第１
と第２のスイッチ素子は一端がともに接地されているこ
とを特徴とする電歪式アクチュエータ装置を用いたディ
ーゼル機関用燃料噴射装置。 ９、該電歪式アクチュエータが電圧の印加により伸長し
、電圧の除去により収縮し、その伸縮による燃料噴射率
の制御が、機関回転数または負荷に応じて中止され、該
機関回転数が該電歪アクチュエータの発生電圧に基づき
検出される特許請求の範囲第８項記載の装置。[Claims] 1. An electrostrictive actuator that is installed in a place that receives repeated loads, generates a voltage in response to compressive loads, and expands and contracts in accordance with the applied voltage, and a voltage is applied to the electrostrictive actuator. An electrostrictive actuator device comprising a control means, a capacitor capable of storing electric charge generated by the electrostrictive actuator, and a capacitor that is electrically connected to the capacitor at a first time. a first switching element capable of charging the electric charge generated by the capacitor; and a second switching element capable of conducting at a second period different from the first period and returning the electric charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator. , and a control circuit that makes the first and second switch elements conductive during the first and second periods, and one ends of the first and second switch elements are both grounded. Electrostrictive actuator device. 2. The first period is a period when the voltage generated by the electrostrictive actuator is higher than the voltage of the capacitor, and the second period is a period when the voltage of the electrostrictive actuator is lower than the voltage of the capacitor. The device according to claim 1, wherein: 3. The device according to claim 1, wherein a current limiting element is connected to the first and second switching elements. 4. The first switching element is a thyristor, and the second switching element is a thyristor.
2. The device according to claim 1, wherein the switching element is a triac. 5. The device according to claim 4, wherein a rectifying element is connected to the second switching element. 6. The device according to claim 3, wherein the current limiting element is a coil having an inductance. 7. The device according to claim 1, wherein the repetitive load is the hydraulic pressure of a jerk-type hydraulic pump. 8. Fuel is introduced into the pump chamber formed by the cylinder bore of the fuel injection pump and the plunger slidably fitted into the cylinder bore, and the volume of the pump chamber is changed to deliver the fuel under pressure to the injection valve. In the fuel injection device for a diesel engine, the pump chamber is connected to a variable volume chamber that generates voltage under repeated loads and whose volume can be changed by an electrostrictive actuator that expands and contracts in accordance with the applied voltage, and A control means for applying a voltage to the electrostrictive actuator is connected, and the control means is electrically connected to a capacitor capable of storing electric charge generated by the electrostrictive actuator at a first time to apply voltage to the electrostrictive actuator. The first actuator can be charged with the electric charge generated by the actuator.
a second switch element that is conductive at a second time period different from the first time period and capable of returning the charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator, and a fuel pressure in the pump chamber. The first switch element is made conductive at a first time when the pressure exceeds a certain level, and at a second time after the end of the pump pressure stroke, in order to return the charge stored in the capacitor to the electrostrictive actuator. , a control circuit that makes the second switch conductive, and a control circuit that makes the second switch conductive.
A fuel injection device for a diesel engine using an electrostrictive actuator device, wherein both ends of the first switch element and the second switch element are grounded. 9. The electrostrictive actuator expands when a voltage is applied and contracts when the voltage is removed, and control of the fuel injection rate by the expansion and contraction is stopped depending on the engine speed or load, and the engine speed changes when the voltage is removed. 9. The device according to claim 8, wherein the detection is based on the voltage generated by the strain actuator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194767A JPS6258884A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Electrostriction type actuator device and fuel injector for diesel engine using said device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60194767A JPS6258884A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Electrostriction type actuator device and fuel injector for diesel engine using said device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6258884A true JPS6258884A (en) | 1987-03-14 |
| JPH056431B2 JPH056431B2 (en) | 1993-01-26 |
Family
ID=16329900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60194767A Granted JPS6258884A (en) | 1985-09-05 | 1985-09-05 | Electrostriction type actuator device and fuel injector for diesel engine using said device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6258884A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104520565A (en) * | 2012-05-23 | 2015-04-15 | 法国大陆汽车公司 | Method for controlling at least one piezoelectric actuator of fuel injector of internal combustion engine |
-
1985
- 1985-09-05 JP JP60194767A patent/JPS6258884A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104520565A (en) * | 2012-05-23 | 2015-04-15 | 法国大陆汽车公司 | Method for controlling at least one piezoelectric actuator of fuel injector of internal combustion engine |
| US10177299B2 (en) | 2012-05-23 | 2019-01-08 | Continental Automotive France | Method for controlling at least one piezoelectric actuator of a fuel injector of an internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH056431B2 (en) | 1993-01-26 |
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