タンデム形超磁歪素子を用いたコモンレール用超高圧電子インジェクタの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650226
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 田中 裕久 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (90092262)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浦井 隆宏 日本ムーグ(株), 開発部, 主任研究員 ; 佐藤 恭一 横浜国立大学, 工学研究院, 助教授 (30262405)
• Keywords: デイーゼルエンジン / インジェクタ / 超磁歪素子 / コモンレール / 可変噴射 / 流体制御 / ボンドグラフ

Research Abstract

本研究は、デイーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物、排気黒煙および黒煙微粒子の低減を目的に、噴射率を電子信号に応じて白在に制御できる高速作動するコモンレール用電子インジェクタの開発に関するもので、連続可変噴射率制御と0.3msの高速噴射を実現するため、パイロット弁にタンデム形超磁歪アクチュエータ(GMA)を、主ニードル弁に流体位置フィードバック機構をもつ比例弁を開発したことにある。GMAは、直径3.5mm、長さ30mmの超磁歪素子3本を1セットとし、これをZ形ホルダに2セット直列結合することにより、1つのコイルで従来の2倍の歪を発生できるものとし、全長40mmのGMAは100kA/mの起磁力(300turnコイル、1.5Ω、インダクタンス1.16mH)で45μの変位を発生できるものとした。また、比例弁はフィードバックスロットをもつことにより、パイロット弁開度に比例する主弁開度を制御でき、かつ液圧支持することにより従来のばね支持に比べ、固有振動数を数kHzと高いものとした。また、設計解析に専用のボンドグラフを作成し、主弁の応答性と安定性に及ぼす設計パラメータの最適化と、油撃圧力に及ぼすパイプ径の影響を容易に解析できるようにした。開発試験例として、4Lデーゼルエンジン用としてノズル径0.16mm穴数6のノズルを用いて、160MPa、30mm^3/msの噴射率を、0.3msで噴射できることを確認するとともに、電流(8A〜11A)ごとに可変噴射できることも確認した。

Research Products

• [Publications] 田中裕久, 佐藤恭一, 浦井隆宏: "タンデム形超磁歪素子を用いたコモンレール用比例インジェクタの開発"自動車技術会論文集. 32巻2号. 85-90 (2001)
• [Publications] H.Tanaka, Y.Sato, T.Urai: "Development of a Common-Rail Proportional Injector Controlled by a Tandem Arrayed Giant-Magnetostrictive-Actuator"ATT, SAE-2001, Barcelona. Vol.2, 01-3182. 11-15 (2001)
• [Publications] 浦井隆宏, 田中裕久: "タンデム形超磁歪アクチュエータの開発とサーボ弁への応用"日本油空圧学会論文集. 32巻3号. 53-57 (2001)
• [Publications] 佐藤恭一, 田中裕久, 伏屋 勉: "コモンレール用比例制御形電子燃料噴射弁の特性に関する研究(第1報、電磁パイロット弁による制御特性)"日本機械学会論文集(c編). 66巻646号. 1857-1860 (2000)
• [Publications] 佐藤恭一, 田中裕久, 浦井隆宏, 山田 賢: "ニモンレール用比例制御形電子燃料噴射弁の特性に関する研究(第2報、タンデム形超磁歪アクチュエータによる制御特性)"日本機械学会論文集(c編). 66巻647号. 2286-2291 (2000)