JP2001021061A - Fluid injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃料噴射弁
等の流体噴射弁に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid injection valve such as an engine fuel injection valve.
【0002】[0002]
【従来の技術】特開平11-50932号公報には、噴射口を開
閉する弁体を駆動するアクチュエータとして、通電によ
って歪を生じる圧電素子(ピエゾ素子)を用いたエンジ
ンの燃料噴射弁が開示されている。2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-50932 discloses a fuel injection valve for an engine using a piezoelectric element (piezo element) which generates a distortion by energization as an actuator for driving a valve element for opening and closing an injection port. ing.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
圧電素子をアクチュエータとして用いた場合、その単位
長さあたりの変化量、すなわち歪率が小さいため、アク
チュエータの十分なストローク量を確保するためには圧
電素子を積層構造として使用する必要がある等、燃料噴
射弁の大型化が避けられないという問題があった。[Problems to be solved by the invention]
When a piezoelectric element is used as an actuator, the amount of change per unit length, that is, the distortion rate is small, so in order to secure a sufficient stroke amount of the actuator, it is necessary to use the piezoelectric element as a laminated structure. There is a problem that the size of the fuel injection valve cannot be avoided.
【0004】本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてな
されたものであり、流体噴射弁を大型化させることなく
その応答性を向上させることである。[0004] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has an object to improve the responsiveness of a fluid injection valve without increasing the size thereof.
【0005】[0005]
【問題点を解決するための手段】第1の発明は、噴射口
を開閉する弁体と、その弁体を駆動するアクチュエータ
とを備え、前記アクチュエータが弁体を駆動して前記噴
射口を開くと供給された流体が噴射される流体噴射弁に
おいて、前記アクチュエータを形状記憶合金で構成し、
変態温度以下に冷却すると伸長し、前記弁体を前記噴射
口を閉じる位置に保持するが、変態温度以上に加熱する
と収縮し、前記弁体を前記噴射口を開く位置まで変位さ
せるように構成したことを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a valve element for opening and closing an injection port, and an actuator for driving the valve element, and the actuator drives the valve element to open the injection port. In the fluid injection valve from which the supplied fluid is injected, the actuator is made of a shape memory alloy,
It is configured to extend when cooled below the transformation temperature and hold the valve at the position where the injection port is closed, but to contract when heated above the transformation temperature and displace the valve to the position where the injection port is opened. It is characterized by the following.
【0006】また、第2の発明は、第1の発明におい
て、前記アクチュエータを構成する形状記憶合金の変態
温度を前記流体の温度より高い温度に設定し、前記アク
チュエータの周囲に前記流体を導いてその冷却を行うよ
うに構成したことを特徴とするものである。In a second aspect based on the first aspect, the transformation temperature of the shape memory alloy constituting the actuator is set to a temperature higher than the temperature of the fluid, and the fluid is guided around the actuator. The cooling is performed.
【0007】また、第3の発明は、第2の発明におい
て、前記アクチュエータを棒形状の形状記憶合金を隙間
をあけて内側に空間を形成するよう複数配置して構成
し、前記流体を前記空間内に供給し、前記隙間を通過す
るように構成したことを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the actuator is constituted by arranging a plurality of rod-shaped shape memory alloys so as to form a space inside with a gap therebetween, and the fluid is provided in the space. , And are configured to pass through the gap.
【0008】また、第4の発明は、第3の発明におい
て、前記アクチュエータが形状記憶合金の線材を撚り合
わせて棒形状にしたものであること特徴とするものであ
る。According to a fourth aspect, in the third aspect, the actuator is formed by twisting a wire made of a shape memory alloy into a rod shape.
【0009】[0009]
【作用及び効果】第1の発明によると、流体噴射弁の弁
体を駆動するアクチュエータを形状記憶合金で構成した
ことにより、燃料噴射弁を大型化することなく高応答化
することができる。すなわち、アクチュエータを構成す
る形状記憶合金は通電抵抗加熱等により変態温度まで加
熱されると瞬時に収縮するが、このときの収縮率が圧電
素子の歪率に比べ極めて大であるため、アクチュエータ
の軸方向長さを小さくしても十分なストローク量を確保
することができる。According to the first aspect of the present invention, the actuator for driving the valve element of the fluid injection valve is made of a shape memory alloy, so that a high response can be achieved without increasing the size of the fuel injection valve. That is, the shape memory alloy constituting the actuator contracts instantaneously when heated to the transformation temperature due to resistance heating or the like. However, since the contraction rate at this time is much larger than the distortion rate of the piezoelectric element, Even if the length in the direction is reduced, a sufficient stroke amount can be secured.
【0010】また、形状記憶合金をアクチュエータとし
て利用するには、その温度を変態温度をまたいで変化さ
せる必要があるが、第2の発明によると、アクチュエー
タを構成する形状記憶合金の変態温度を供給される流体
の温度以下に設定し、流体を利用してアクチュエータを
変態温度以下まで冷却する構成としたことにより、アク
チュエータを冷却する手段を特に設ける必要がなくな
り、噴射弁をさらに小型化できるという利点がある。In order to use the shape memory alloy as an actuator, it is necessary to change the temperature across the transformation temperature. According to the second invention, the transformation temperature of the shape memory alloy constituting the actuator is supplied. By setting the temperature to be equal to or lower than the temperature of the fluid to be cooled and using the fluid to cool the actuator to a temperature equal to or lower than the transformation temperature, it is not necessary to provide a means for cooling the actuator, and the injection valve can be further downsized. There is.
【0011】また、第3によると供給される流体とアク
チュエータの接触面積が広くなり、第4の発明によると
さらに接触面積が広くなる。これにより、アクチュエー
タの冷却効率が向上するので、アクチュエータを変態温
度以下まで急速に冷却することができ、燃料噴射弁の閉
弁応答性が向上する。According to the third aspect, the contact area between the supplied fluid and the actuator is increased, and according to the fourth aspect, the contact area is further increased. As a result, the cooling efficiency of the actuator is improved, so that the actuator can be rapidly cooled to the transformation temperature or lower, and the valve closing response of the fuel injection valve is improved.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0013】図1は本発明に係る燃料噴射弁の概略構成
を示し、1はインジェクターハウジング、2は図示しな
いエンジンの吸気ポートあるいは燃焼室内に開口する燃
料噴射口、3は噴射口2を開閉する針状の弁体(針
弁)、4は針弁3を軸方向に駆動する棒状の形状記憶合
金アクチュエータ(SMAアクチュエータ)、5は針弁
3とSMAアクチュエータ4を絶縁しつつ結合するキャ
ップである。FIG. 1 shows a schematic configuration of a fuel injection valve according to the present invention, wherein 1 denotes an injector housing, 2 denotes a fuel injection opening which opens into an intake port or a combustion chamber of an engine (not shown), and 3 denotes an injection opening / closing opening. A needle-shaped valve element (needle valve), 4 is a rod-shaped shape memory alloy actuator (SMA actuator) that drives the needle valve 3 in the axial direction, and 5 is a cap that connects the needle valve 3 and the SMA actuator 4 while insulating them. .
【0014】ここでSMAアクチュエータ4は、Ti-N
i、Cu-Zn-Al等の形状記憶作用を有する合金4sで構成
され、温度が変態温度を超えると軸方向に収縮し、変態
温度を下回ると元の長さまで伸張する。変態温度を超え
たときの形状記憶合金4sの収縮率は約2%であり、圧
電素子の歪率(約0.1%)に比べて大きい。変態温度
は金属組成に依存し、ここでは燃料噴射弁に供給される
燃料の温度よりも高い値に設定される。Here, the SMA actuator 4 is made of Ti-N
i, made of an alloy 4s having a shape memory effect such as Cu-Zn-Al, which contracts in the axial direction when the temperature exceeds the transformation temperature, and expands to the original length when the temperature falls below the transformation temperature. The shrinkage of the shape memory alloy 4s when the temperature exceeds the transformation temperature is about 2%, which is larger than the distortion (about 0.1%) of the piezoelectric element. The transformation temperature depends on the metal composition, and is set here to a value higher than the temperature of the fuel supplied to the fuel injection valve.
【0015】6は燃料を通すための貫通口7が軸方向に
複数設けられた円形部材であり、SMAアクチュエータ
4と円形部材6はまとめて針弁ホルダー8によってかし
め固定される。Reference numeral 6 denotes a circular member provided with a plurality of through holes 7 for passing fuel in the axial direction. The SMA actuator 4 and the circular member 6 are fixed together by a needle valve holder 8.
【0016】また、9は針弁ホルダー8をハウジング1
へ固定するためのプラグである。プラグ9の燃料供給口
10には図示しない燃料ポンプで加圧された燃料が供給
される。11はSMAアクチュエータ4に電圧をかける
ための電源線であり、図示しないコントローラに接続さ
れる。Reference numeral 9 denotes the needle valve holder 8 and the housing 1
It is a plug for fixing to. Fuel pressurized by a fuel pump (not shown) is supplied to a fuel supply port 10 of the plug 9. Reference numeral 11 denotes a power supply line for applying a voltage to the SMA actuator 4, which is connected to a controller (not shown).
【0017】針弁3、SMAアクチュエータ4、キャッ
プ5、円形部材6及び針弁ホルダー8が一体になったも
のと、ハウジング1との軸方向の位置関係はプラグ9の
締め代により規定され、プラグ9は、SMAアクチュエ
ータ4が伸長状態にあるときに針弁3の先端が噴射口2
を閉塞するように固定される。The axial positional relationship between the needle valve 3, the SMA actuator 4, the cap 5, the circular member 6, and the needle valve holder 8 and the housing 1 is defined by the interference of the plug 9. 9, the tip of the needle valve 3 is connected to the injection port 2 when the SMA actuator 4 is in the extended state.
Is fixed so as to close off.
【0018】図2は図1のA−A断面を示す。FIG. 2 shows a cross section taken along line AA of FIG.
【0019】この図に示すように、SMAアクチュエー
タ4は棒形状の形状記憶合金4sを円形部材6の周囲に
環状に隙間をあけて複数配置して構成される。加圧燃料
は燃料供給口10から、貫通口7を介して形状記憶合金
4sに囲まれた空間内Aに供給され、燃料は形状記憶合
金4sの表面に接して冷却しながら隙間を通過し、SM
A4アクチュエータ4とハウジング1との間の外側空間
Bを通って噴射口2の近傍まで導かれる。As shown in FIG. 1, the SMA actuator 4 is constituted by arranging a plurality of rod-shaped shape memory alloys 4s around a circular member 6 with an annular gap. The pressurized fuel is supplied from the fuel supply port 10 to the space A surrounded by the shape memory alloy 4s through the through hole 7, and the fuel passes through the gap while being in contact with the surface of the shape memory alloy 4s and cooling. SM
It is guided to the vicinity of the injection port 2 through the outer space B between the A4 actuator 4 and the housing 1.
【0020】次に作用について説明する。Next, the operation will be described.
【0021】SMAアクチュエータ4に電圧がかけられ
ていないときは、SMAアクチュエータ4を構成する形
状記憶合金4sの温度は燃料温度にほぼ等しく、変態温
度よりも低くなっている。そのため、SMAアクチュエ
ータ4は伸長状態にあり、針弁3は噴射口2を閉塞する
位置に保持される。When no voltage is applied to the SMA actuator 4, the temperature of the shape memory alloy 4s constituting the SMA actuator 4 is substantially equal to the fuel temperature and lower than the transformation temperature. Therefore, the SMA actuator 4 is in the extended state, and the needle valve 3 is held at a position where the injection port 2 is closed.
【0022】この状態でSMAアクチュエータ4に電圧
をかけると、SMAアクチュエータ4を構成する形状記
憶合金4sの温度はそれ自体の発熱により急速に上昇す
る(通電抵抗加熱)。そして、形状記憶合金4sの温度
が変態温度を超えるとSMAアクチュエータ4は軸方向
に収縮して針弁3の先端がリフトし、噴射口2が開かれ
る。When a voltage is applied to the SMA actuator 4 in this state, the temperature of the shape memory alloy 4 s constituting the SMA actuator 4 rapidly rises due to its own heat generation (heating with electric resistance). When the temperature of the shape memory alloy 4s exceeds the transformation temperature, the SMA actuator 4 contracts in the axial direction, the tip of the needle valve 3 is lifted, and the injection port 2 is opened.
【0023】SMAアクチュエータ4への電圧供給が中
止されると、形状記憶合金4sの表面を流れる燃料によ
り形状記憶合金4sの温度はほぼ燃料温度まで冷却され
る。燃料が形状記憶合金4sの隙間を通過するようにし
ているので、燃料と形状記憶合金4sの接触面積が広
く、形状記憶合金4sの冷却は速やかに行われる。形状
記憶合金4sが変態温度以下まで冷却されると、形状記
憶合金4s、すなわちSMAアクチュエータ4は再び伸
長状態となって、針弁3の先端が噴射口2を閉塞する。When the supply of voltage to the SMA actuator 4 is stopped, the temperature of the shape memory alloy 4s is substantially reduced to the fuel temperature by the fuel flowing on the surface of the shape memory alloy 4s. Since the fuel passes through the gap between the shape memory alloy 4s, the contact area between the fuel and the shape memory alloy 4s is large, and the shape memory alloy 4s is quickly cooled. When the shape memory alloy 4s is cooled to the transformation temperature or lower, the shape memory alloy 4s, that is, the SMA actuator 4 is again expanded, and the tip of the needle valve 3 closes the injection port 2.
【0024】したがって、本発明に係る燃料噴射弁にお
いては、SMAアクチュエータ4に電圧がかけられてい
ると開弁して燃料が噴射され、電圧がかけられていない
と閉弁して燃料噴射が停止されることとなり、SMAア
クチュエータ4への通電、非通電を繰り返すことにより
燃料を間欠噴射することができる。Therefore, in the fuel injection valve according to the present invention, when a voltage is applied to the SMA actuator 4, the valve opens to inject fuel, and when no voltage is applied, the valve closes to stop the fuel injection. As a result, the fuel can be intermittently injected by repeatedly energizing and de-energizing the SMA actuator 4.
【0025】通電時は形状記憶合金4sは変態温度を超
える温度まで即座に加熱され、非通電時は形状記憶合金
4sの表面に導かれる燃料により形状記憶合金4sは変
態温度以下まで急速に冷却されるので、SMAアクチュ
エータ4の収縮及び伸長、すなわち噴射口2の開閉は高
い応答で行われ、応答性の高い燃料噴射弁が実現され
る。When energized, the shape memory alloy 4s is immediately heated to a temperature exceeding the transformation temperature, and when not energized, the fuel introduced to the surface of the shape memory alloy 4s rapidly cools the shape memory alloy 4s below the transformation temperature. Therefore, contraction and extension of the SMA actuator 4, that is, opening and closing of the injection port 2 are performed with high response, and a highly responsive fuel injection valve is realized.
【0026】また、形状記憶合金4sの収縮率が大き
く、形状記憶合金4sの軸方向長さをそれ程大きくしな
くてもSMAアクチュエータ4は十分なストローク量を
確保することができ、高い応答性を確保しつつ燃料噴射
弁を小型化することができる。Further, the shrinkage of the shape memory alloy 4s is large, and the SMA actuator 4 can secure a sufficient stroke amount without increasing the axial length of the shape memory alloy 4s so much that high responsiveness can be obtained. It is possible to reduce the size of the fuel injection valve while ensuring it.
【0027】なお、SMAアクチュエータ4を構成する
形状記憶合金4sは棒形状であるが、形状記憶合金4s
は形状記憶合金の線材を複数撚り合わせて棒形状とした
ものでもよい。この場合、形状記憶合金4sと燃料の接
触面積がさらに増加し、形状記憶合金4sの冷却効率が
高まって、燃料噴射弁をさらに高応答化することができ
る。Although the shape memory alloy 4s forming the SMA actuator 4 has a rod shape, the shape memory alloy 4s
May be a rod shape formed by twisting a plurality of shape memory alloy wires. In this case, the contact area between the shape memory alloy 4s and the fuel further increases, the cooling efficiency of the shape memory alloy 4s increases, and the fuel injection valve can have a higher response.
【0028】以上、本発明をエンジンの燃料噴射弁に適
用した実施例について説明したが、上記実施例はあくま
でも例示的なものであり、本発明が適用可能な範囲がこ
の実施例の構成に限定されるものではない。本発明はエ
ンジンの燃料噴射弁に限らず適用することができ、流体
を噴射する噴射弁について広く適用することができるも
のである。The embodiment in which the present invention is applied to the fuel injection valve of the engine has been described above. However, the above-described embodiment is merely illustrative, and the applicable range of the present invention is limited to the configuration of this embodiment. It is not something to be done. INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be applied not only to the fuel injection valve of an engine, but can be widely applied to the injection valve which injects a fluid.
【図1】本発明に係る燃料噴射弁の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel injection valve according to the present invention.
【図2】図1のA−A横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
1 インジェクターハウジング 2 噴射口 3 針弁 4 SMAアクチュエータ 4s 形状記憶合金 5 キャップ 6 円形部材 7 貫通孔 8 針弁ホルダー 9 プラグ 10 燃料供給口 11 電源線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injector housing 2 Injection port 3 Needle valve 4 SMA actuator 4s Shape memory alloy 5 Cap 6 Circular member 7 Through hole 8 Needle valve holder 9 Plug 10 Fuel supply port 11 Power supply line
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 賢明 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 亀ヶ谷 茂 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 Fターム(参考) 3G066 BA19 BA67 CC06Z CC14 CD22 CD23 CE01 3H057 AA02 BB02 BB32 CC06 DD13 EE02 FC05 HH04 HH17 5H303 AA13 BB01 BB09 BB11 BB17 DD15 MM02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenmei Kubo 2 Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Nissan Motor Co., Ltd. (72) Inventor Shigeru Kamagaya 2 Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama-shi, Kanagawa Nissan Motor Co., Ltd. Terms (reference) 3G066 BA19 BA67 CC06Z CC14 CD22 CD23 CE01 3H057 AA02 BB02 BB32 CC06 DD13 EE02 FC05 HH04 HH17 5H303 AA13 BB01 BB09 BB11 BB17 DD15 MM02
Claims (4)
するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータが弁
体を駆動して前記噴射口を開くと供給された流体が噴射
される流体噴射弁において、 前記アクチュエータを形状記憶合金で構成し、変態温度
以下に冷却すると伸長し、前記弁体を前記噴射口を閉じ
る位置に保持するが、変態温度以上に加熱すると収縮
し、前記弁体を前記噴射口を開く位置まで変位させるよ
うに構成したことを特徴とする流体噴射弁。1. A fluid ejecting apparatus comprising: a valve element for opening and closing an injection port; and an actuator for driving the valve element. When the actuator drives the valve element to open the injection port, a supplied fluid is injected. In the valve, the actuator is made of a shape memory alloy, and expands when cooled below the transformation temperature, and holds the valve body at a position where the injection port is closed, but contracts when heated above the transformation temperature, causing the valve body to shrink. A fluid injection valve configured to be displaced to a position where the injection port is opened.
金の変態温度を前記流体の温度より高い温度に設定し、
前記アクチュエータの周囲に前記流体を導いてその冷却
を行うように構成したことを特徴とする請求項1に記載
の流体噴射弁。2. A transformation temperature of a shape memory alloy constituting the actuator is set to a temperature higher than a temperature of the fluid,
The fluid injection valve according to claim 1, wherein the fluid is guided around the actuator to cool the fluid.
金を隙間をあけて内側に空間を形成するよう複数配置し
て構成し、前記流体を前記空間内に供給し、前記隙間を
通過するように構成したことを特徴とする請求項2に記
載の流体噴射弁。3. The actuator is constituted by arranging a plurality of rod-shaped shape memory alloys so as to form a space inside with a gap therebetween, supplying the fluid into the space, and passing through the gap. The fluid injection valve according to claim 2, wherein the fluid injection valve is configured.
を撚り合わせて棒形状にしたものであること特徴とする
請求項3に記載の流体噴射弁。4. The fluid injection valve according to claim 3, wherein the actuator is formed by twisting shape memory alloy wires into a rod shape.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN101660508A (en) * | 2008-08-29 | 2010-03-03 | 通用电气公司 | Device, system and method for thermally activated displacement |
CN114421329A (en) * | 2021-12-23 | 2022-04-29 | 江苏高仕达电气设备有限公司 | Energy-saving high-low voltage switch cabinet with intelligent temperature adjusting function |
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1999
- 1999-07-08 JP JP19455299A patent/JP3719351B2/en not_active Expired - Fee Related
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CN114421329A (en) * | 2021-12-23 | 2022-04-29 | 江苏高仕达电气设备有限公司 | Energy-saving high-low voltage switch cabinet with intelligent temperature adjusting function |
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