JP2001082284A - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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JP2001082284A
JP2001082284A JP26342099A JP26342099A JP2001082284A JP 2001082284 A JP2001082284 A JP 2001082284A JP 26342099 A JP26342099 A JP 26342099A JP 26342099 A JP26342099 A JP 26342099A JP 2001082284 A JP2001082284 A JP 2001082284A
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JP
Japan
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shape memory
memory alloy
fuel injection
actuator
alloy actuator
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Pending
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JP26342099A
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English (en)
Inventor
Akihiro Sakakida
明宏 榊田
Masaaki Kubo
賢明 久保
Yorito Nakao
頼人 中尾
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型かつ応答性の高い燃料噴射弁を得る。 【解決手段】 温度変化による形状記憶合金アクチュエ
ータの収縮に応じて燃料を噴射する燃料噴射弁におい
て、形状記憶合金アクチュエータ5の周囲に高周波を発
生させるコイル部16を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンの燃料
噴射弁に関する。
【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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】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、その単位長さ当
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。
【0004】この発明は、形状記憶合金からなるアクチ
ュエータを用いて、このような問題点を解決することを
目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、温度変化
による形状記憶合金アクチュエータの収縮に応じて燃料
を噴射する燃料噴射弁において、形状記憶合金アクチュ
エータの周囲に高周波を発生させるコイル部を備える。
【0006】第2の発明は、第1の発明において、形状
記憶合金アクチュエータは、剛体状の形状記憶合金から
なる。
【0007】第3の発明は、第1、第2の発明におい
て、形状記憶合金アクチュエータを中空管状に形成する
と共に、その周壁に内部と外部とを連通する多数の孔を
設ける。
【0008】第4の発明は、第1〜第3の発明におい
て、形状記憶合金アクチュエータは、焼結材からなる。
【0009】第5の発明は、第1〜第4の発明におい
て、燃料が形状記憶合金アクチュエータの内部から外部
へあるいは外部から内部へ流通するように燃料流路を形
成して、形状記憶合金アクチュエータの冷却を行う。
【0010】第6の発明は、第1、第2の発明におい
て、形状記憶合金アクチュエータは、動作端に動作方向
と直交する方向に遊びを持たせて取り付ける。
【0011】第7の発明は、第1、第2の発明におい
て、形状記憶合金アクチュエータに接触する部材および
弁本体は、絶縁材または高電気抵抗材にて形成する。
【0012】第8の発明は、第1、第2の発明におい
て、前記コイル部への高周波電流の通電を制御すると共
に、その電流値、周波数を変えることで、形状記憶合金
アクチュエータの加熱温度を制御する制御回路を備え
る。
【0013】第9の発明は、第8の発明において、前記
制御回路は、形状記憶合金アクチュエータの加熱温度を
変えることで、噴射口を開閉する弁体の可変リフト制御
を行う。
【0014】
【発明の効果】第1の発明では、燃料噴射弁を小型化で
きると共に、高い応答性を確保できる。また、高周波加
熱により、省エネルギにて駆動できる。
【0015】第2、第6の発明では、十分な伸張力を確
保して、高燃圧の燃料噴射に対応できる。
【0016】第3〜第5の発明では、形状記憶合金アク
チュエータを効率良く冷却でき、動作応答を向上でき
る。
【0017】第7の発明では、適正な磁場、磁束を形成
して、形状記憶合金アクチュエータを適切に加熱して、
動作応答を向上できる。
【0018】第8、第9の発明では、針弁のリフトを可
変制御することが可能であり、種々の噴射特性を設定す
ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。
【0020】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(弁本体)、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を開閉する針弁、4
は針弁3を閉方向に付勢するリターンスプリング、5は
針弁3を開閉動するための形状記憶合金アクチュエータ
(SMAアクチュエータ)である。
【0021】SMAアクチュエータ5は、温度が変態温
度を超えると収縮し、変態温度を下回ると元の長さに伸
張する、例えばTi−Ni,Cu−Zn−Al等の形状
記憶合金からなり、剛体状(剛構造)の中空管形状に形
成される。
【0022】ここで、変態温度を超えたときのその形状
記憶合金の収縮率は約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、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。
【0023】SMAアクチュエータ5の周壁には、図
2、図3のように内部と外部とを連通する多数の孔6が
設けられる。この場合、SMAアクチュエータ5を焼結
によって形成して、図4、図5のようにSMAアクチュ
エータ5を多孔質に形成しても良い。
【0024】SMAアクチュエータ5の先端は、針弁3
の後端部に絶縁材または高電気抵抗材からなるセットカ
ラー7を介して連結され、後端は、弁本体1の端部に設
けられる(螺着される)プラグ8を介して押止されるホ
ルダー9に絶縁材または高電気抵抗材からなるセットカ
ラー10を介して支持される。
【0025】この場合、SMAアクチュエータ5の動作
端(先端および後端)を動作方向(軸方向)と直交する
方向(径方向)に固定せず、遊びを持たせるように、S
MAアクチュエータ5の先端および後端の穴にセットカ
ラー7,10の突起部がいくらかの隙間を空けて嵌め合
わされ、取り付けられる。
【0026】プラグ8、ホルダー9には燃料供給口1
1、燃料導孔12が設けられ、これらはSMAアクチュ
エータ5の内部(燃料路13)に接続される。図示しな
い燃料ポンプから燃料供給口11に送られた所定高圧の
燃料は、ホルダー9の燃料導孔12を介してSMAアク
チュエータ5の内部に流入し、SMAアクチュエータ5
の内部からその周壁の多数の孔6を通ってSMAアクチ
ュエータ5の周囲の燃料室14に入り、針弁3の周囲に
導かれる。なお、15は余剰分の燃料を戻す燃料戻し口
で、図示しない戻り側の配管に接続される。
【0027】ホルダー9、SMAアクチュエータ5、針
弁3の軸方向の位置はプラグ8により微調整され、プラ
グ8は弁本体1にSMAアクチュエータ5が伸張状態に
あるときに針弁3の先端が噴射口2を所定の押圧力で閉
塞するように、締結、固定される。
【0028】そして、SMAアクチュエータ5の周囲の
弁本体1の円筒部に高周波電流を流すコイル16が形成
される。
【0029】この場合、弁本体1を分割構造(図示しな
い)にして、コイル16を組み込んだ円筒部を組み付け
る。あるいは、弁本体1の円筒部の外周に凹溝を設け、
凹溝内にコイル16を形成するようにしても良い。
【0030】また、弁本体1あるいはコイル16を組み
込んだ円筒部は、絶縁材または高電気抵抗材により形成
する。なお、コイル16の内側の弁本体1等の肉厚は厚
くならないように形成するそして、このコイル16への
高周波電流の通電を制御する制御回路17が設けられ
る。
【0031】次に、作用を説明する。
【0032】コイル16に高周波電流が通電されないと
きは、SMAアクチュエータ5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、S
MAアクチュエータ5は伸張状態にあり、針弁3は噴射
口2を閉じている。
【0033】制御回路17によってコイル16に高周波
電流が流されると、図6のようにその磁束の変化速度
(周波数)に比例してSMAアクチュエータ5に誘導電
流(渦電流)が発生し、この渦電流によってSMAアク
チュエータ5の温度が急速に上昇して変態温度を超え、
SMAアクチュエータ5が収縮する。この収縮によっ
て、針弁3がリターンスプリング4のバネ力により後退
し、噴射口2が開かれて、燃料が噴射される。
【0034】そして、高周波電流が断たれると、燃料に
よりSMAアクチュエータ5はほぼ燃料温度まで冷却さ
れる。燃料は、SMAアクチュエータ5の内部の燃料路
13からSMAアクチュエータ5の周壁の多数の孔6を
通過してSMAアクチュエータ5の周囲の燃料室14に
流れるので、燃料とSMAアクチュエータ5との接触面
積が広く、SMAアクチュエータ5の冷却は急速に行わ
れ、変態温度以下に低下する。これによって、SMAア
クチュエータ5は再び伸張状態となって、針弁3を押動
し、噴射口2が閉じられて、燃料の噴射が終了される。
【0035】なお、SMAアクチュエータ5を他の部材
(針弁3、ホルダー9)と絶縁すると共に、弁本体1あ
るいはコイル16を組み込んだ円筒部を絶縁材または高
電気抵抗材により形成するので、コイル16に高周波電
流を流すことにより、適正な磁場、磁束を形成すること
ができ、SMAアクチュエータ5に適切に渦電流を発生
させることができる。
【0036】このように、高周波電流の通電時はSMA
アクチュエータ5は変態温度を超える温度まで即座に加
熱され、非通電時は燃料によりSMAアクチュエータ5
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5の収縮および伸張、すなわち噴射口2の開
閉が高い応答で行われ、応答性の高い燃料噴射弁を実現
できる。
【0037】また、形状記憶合金の収縮率が大きく、軸
方向長さをそれほど大きくしなくともSMAアクチュエ
ータ5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。また、高周波加熱により、省エネルギにて駆動で
きる。
【0038】また、SMAアクチュエータ5を剛体状の
中空管に形成してあるため、軸方向に十分な伸張力を保
って針弁3を押動することができ、噴射口2を的確に閉
じることができる。また、剛体状のSMAアクチュエー
タ5のため、高燃料圧力下でも燃料噴射を行うことがで
き、直噴エンジン等に好適である。
【0039】図7にコイル16への高周波電流波形と、
SMAアクチュエータ5の昇温特性、変形特性を示す。
この高周波電流の電流値、周波数を高くすると、SMA
アクチュエータ5の加熱が強まり、SMAアクチュエー
タ5の昇温が早くなる。また、高周波電流の電流値、周
波数を低くすると、SMAアクチュエータ5の加熱が弱
まり、SMAアクチュエータ5の昇温が遅くなる。その
ため、高周波電流の電流値、周波数を低くして、SMA
アクチュエータ5の加熱を弱め、SMAアクチュエータ
5の昇温を遅くすると、SMAアクチュエータ5の収縮
が遅くなって、燃料の噴射期間が短いときほど、針弁3
の変位が小さいうちに噴射を終える。
【0040】即ち、制御回路17が、燃料の噴射期間に
基づき高周波電流の電流値、周波数を低くして、SMA
アクチュエータ5の加熱を制御することで、針弁3のリ
フトを可変制御することが可能である。このようにすれ
ば、種々の噴射特性を設定することができる。
【0041】なお、実施の形態では、SMAアクチュエ
ータ5を冷却するために、燃料をSMAアクチュエータ
5の内部からSMAアクチュエータ5の周壁の多数の孔
6を通してSMAアクチュエータ5の外部に導くように
したが、SMAアクチュエータ5の外部からSMAアク
チュエータ5の周壁の多数の孔6を通してSMAアクチ
ュエータ5の内部に流通するようにしても良い。ただ
し、この場合、燃料供給口11をSMAアクチュエータ
5の周囲の燃料室14に開口すると共に、針弁3内に燃
料を噴射口2側に導く燃料孔等を設ける必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料噴射弁の概略構成図である。
【図2】形状記憶合金アクチュエータの側面図である。
【図3】図2のA−A線断面図である。
【図4】形状記憶合金アクチュエータの側面図である。
【図5】図4のB−B線断面図である。
【図6】磁束の説明図である。
【図7】高周波電流波形、形状記憶合金アクチュエータ
の昇温特性、変形特性図である。
【符号の説明】
1 インジェクターハウジング(弁本体) 2 燃料噴射口 3 針弁 5 形状記憶合金アクチュエータ(SMAアクチュエー
タ) 6 孔 7 セットカラー7 8 プラグ 9 ホルダー 10 セットカラー 11 燃料供給口 16 コイル 17 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // F16K 31/70 F16K 31/70 B 49/00 49/00 B (72)発明者 中尾 頼人 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 AB02 AD12 BA19 BA67 CC06S CC06U CC14 CD22 CD23 CD26 CD30 CE21 CE31 3H057 AA05 BB02 BB32 CC03 DD13 EE10 FA22 FC05 HH17 3H066 AA01 BA17 BA37

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度変化による形状記憶合金アクチュエ
    ータの収縮に応じて燃料を噴射する燃料噴射弁におい
    て、 形状記憶合金アクチュエータの周囲に高周波を発生させ
    るコイル部を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 【請求項2】 形状記憶合金アクチュエータは、剛体状
    の形状記憶合金からなる請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3. 【請求項3】 形状記憶合金アクチュエータを中空管状
    に形成すると共に、その周壁に内部と外部とを連通する
    多数の孔を設けた請求項1または2に記載の燃料噴射
    弁。
  4. 【請求項4】 形状記憶合金アクチュエータは、焼結材
    からなる請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料噴射
    弁。
  5. 【請求項5】 燃料が形状記憶合金アクチュエータの内
    部から外部へあるいは外部から内部へ流通するように燃
    料流路を形成して、形状記憶合金アクチュエータの冷却
    を行う請求項1〜4のいずれか1つに記載の燃料噴射
    弁。
  6. 【請求項6】 形状記憶合金アクチュエータは、動作端
    に動作方向と直交する方向に遊びを持たせて取り付ける
    請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
  7. 【請求項7】 形状記憶合金アクチュエータに接触する
    部材および弁本体は、絶縁材または高電気抵抗材にて形
    成する請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
  8. 【請求項8】 前記コイル部への高周波電流の通電を制
    御すると共に、その電流値、周波数を変えることで、形
    状記憶合金アクチュエータの加熱温度を制御する制御回
    路を備える請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
  9. 【請求項9】 前記制御回路は、形状記憶合金アクチュ
    エータの加熱温度を変えることで、噴射口を開閉する弁
    体の可変リフト制御を行う請求項8に記載の燃料噴射
    弁。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102232823B1 (ko) * 2019-11-14 2021-03-26 중앙대학교 산학협력단 Msm 소자를 구비한 연료 분사장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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