JP2002202023A - 圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁 - Google Patents
圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ピエゾスタックの変位を複数の部材を介して
機械的に伝達し、油圧に変換する機構において、変位伝
達の際の変位の吸収を抑制し、発生する変位を有効に油
圧変換できる圧電アクチュエータ装置を得る。 【解決手段】 両端閉鎖の円筒状ケーシング１１内にピ
エゾスタック１２とロッド１３を収納し、ケーシング１
１の底面となる円盤状部材１４を介してケーシング１１
下端の大径ピストン２にピエゾスタック１２の変位を伝
達し、大径ピストン２を往復動させて変位拡大室３内の
圧力を増減させる。大径ピストン２上半部の細径部２ａ
周りに設けたコイルスプリング２ｃにより大径ピストン
２をケーシング１１方向に付勢するとともに、この付勢
力によってピエゾスタック１２に圧縮予荷重を付与す
る。
機械的に伝達し、油圧に変換する機構において、変位伝
達の際の変位の吸収を抑制し、発生する変位を有効に油
圧変換できる圧電アクチュエータ装置を得る。 【解決手段】 両端閉鎖の円筒状ケーシング１１内にピ
エゾスタック１２とロッド１３を収納し、ケーシング１
１の底面となる円盤状部材１４を介してケーシング１１
下端の大径ピストン２にピエゾスタック１２の変位を伝
達し、大径ピストン２を往復動させて変位拡大室３内の
圧力を増減させる。大径ピストン２上半部の細径部２ａ
周りに設けたコイルスプリング２ｃにより大径ピストン
２をケーシング１１方向に付勢するとともに、この付勢
力によってピエゾスタック１２に圧縮予荷重を付与す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射システムに用いられる圧電アクチュエータ装置および
燃料噴射弁に関する。
射システムに用いられる圧電アクチュエータ装置および
燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジン等に高圧燃料を噴射
するために、近年、圧電アクチュエータを用いた油圧駆
動式の燃料噴射弁を用いることが検討されている。かか
る燃料噴射弁は、一般に、圧電アクチュエータの変位を
油圧ピストンに伝達し、該油圧ピストンの往復動に伴い
油圧室内の圧力を増減させて、該油圧により直接、ある
いは油圧バルブを介して間接的にノズルニードルを駆動
している。圧電アクチュエータは、圧電材料を多数積層
してなるピエゾスタックを主要部として備え、各層間に
介設される電極に通電することによって伸縮し、変位を
発生する。
するために、近年、圧電アクチュエータを用いた油圧駆
動式の燃料噴射弁を用いることが検討されている。かか
る燃料噴射弁は、一般に、圧電アクチュエータの変位を
油圧ピストンに伝達し、該油圧ピストンの往復動に伴い
油圧室内の圧力を増減させて、該油圧により直接、ある
いは油圧バルブを介して間接的にノズルニードルを駆動
している。圧電アクチュエータは、圧電材料を多数積層
してなるピエゾスタックを主要部として備え、各層間に
介設される電極に通電することによって伸縮し、変位を
発生する。
【０００３】ここで、ピエゾスタックの使用に際して
は、破損を防止する目的で圧縮力を付与することが、一
般に行われている。例えば、ピエゾスタックの両端面間
を相互に緊締する予荷重ばねエレメントを設けた圧電ア
クチュエータが、特表２０００−５０６５９０号公報に
記載されているが、ピエゾスタックの周囲に予荷重ばね
エレメントが配置されるため、外径が大きくなりやす
い。また、ピエゾスタックの電極のマイグレーション等
を防止するために、ピエゾスタックをケーシング内に収
納して外気から遮断することが知られている。
は、破損を防止する目的で圧縮力を付与することが、一
般に行われている。例えば、ピエゾスタックの両端面間
を相互に緊締する予荷重ばねエレメントを設けた圧電ア
クチュエータが、特表２０００−５０６５９０号公報に
記載されているが、ピエゾスタックの周囲に予荷重ばね
エレメントが配置されるため、外径が大きくなりやす
い。また、ピエゾスタックの電極のマイグレーション等
を防止するために、ピエゾスタックをケーシング内に収
納して外気から遮断することが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、本発明者等は、
ピエゾスタックを、その変位を伝達する部材としてのロ
ッドとともに円筒状ケーシング内に収納し、さらに、ロ
ッド周りの円筒状ケーシングの一部をベローズ状に成形
することを検討した。この構成では、ベローズによって
ピエゾスタックに圧縮力を付与することができ、また、
小径のロッド周りに変位に追従して伸縮するベローズを
配置することにより、圧電アクチュエータ外径を小さく
し、全体をコンパクトにすることが可能になる。
ピエゾスタックを、その変位を伝達する部材としてのロ
ッドとともに円筒状ケーシング内に収納し、さらに、ロ
ッド周りの円筒状ケーシングの一部をベローズ状に成形
することを検討した。この構成では、ベローズによって
ピエゾスタックに圧縮力を付与することができ、また、
小径のロッド周りに変位に追従して伸縮するベローズを
配置することにより、圧電アクチュエータ外径を小さく
し、全体をコンパクトにすることが可能になる。
【０００５】ところが、このように構成された圧電アク
チュエータの一端側に油圧ピストンを配設し、油圧ピス
トンに伝達された変位を油圧に変換する機構を採用した
場合、以下のような問題が生じる。すなわち、圧電アク
チュエータの作動時、ピエゾスタックで発生する変位
は、第一にピエゾスタックとロッドとの当接部で一部吸
収され、第二にロッドとケーシングの底面構成部材との
当接部で一部吸収され、第三にケーシングの底面構成部
材と油圧ピストンとの当接部で一部吸収されてしまう。
ピエゾスタックの変位は微少であるため、部材間の当接
により変位が吸収されてしまうと、油圧室への変位の伝
達が妨げられ有効に油圧変換されない、という不具合が
ある。
チュエータの一端側に油圧ピストンを配設し、油圧ピス
トンに伝達された変位を油圧に変換する機構を採用した
場合、以下のような問題が生じる。すなわち、圧電アク
チュエータの作動時、ピエゾスタックで発生する変位
は、第一にピエゾスタックとロッドとの当接部で一部吸
収され、第二にロッドとケーシングの底面構成部材との
当接部で一部吸収され、第三にケーシングの底面構成部
材と油圧ピストンとの当接部で一部吸収されてしまう。
ピエゾスタックの変位は微少であるため、部材間の当接
により変位が吸収されてしまうと、油圧室への変位の伝
達が妨げられ有効に油圧変換されない、という不具合が
ある。
【０００６】そこで、本発明は、ピエゾスタックの変位
を複数の部材を介して機械的に伝達し、油圧に変換する
機構において、変位伝達の際の変位の吸収を抑制し、発
生する変位を有効に油圧変換することのできる圧電アク
チュエータ装置およびこれを用いた燃料噴射弁を実現す
ることを目的とする。また、ピエゾスタックに必要な圧
縮力を容易に付与し、圧電アクチュエータ装置の信頼性
を高めることを他の目的とする。
を複数の部材を介して機械的に伝達し、油圧に変換する
機構において、変位伝達の際の変位の吸収を抑制し、発
生する変位を有効に油圧変換することのできる圧電アク
チュエータ装置およびこれを用いた燃料噴射弁を実現す
ることを目的とする。また、ピエゾスタックに必要な圧
縮力を容易に付与し、圧電アクチュエータ装置の信頼性
を高めることを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の圧電アクチュ
エータ装置は、両端閉鎖の筒状ケーシング内に収納され
る圧電アクチュエータの伸縮変位を上記ケーシングの一
端側に設けたピストン部材に伝達し、該ピストン部材の
往復動に伴い流体室内の圧力を増減させるものであり、
上記ピストン部材を上記ケーシング方向に付勢するとと
もに、上記圧電アクチュエータを圧縮方向に付勢してこ
れに予荷重を付与するバネ部材を設けたことを特徴とす
る。
エータ装置は、両端閉鎖の筒状ケーシング内に収納され
る圧電アクチュエータの伸縮変位を上記ケーシングの一
端側に設けたピストン部材に伝達し、該ピストン部材の
往復動に伴い流体室内の圧力を増減させるものであり、
上記ピストン部材を上記ケーシング方向に付勢するとと
もに、上記圧電アクチュエータを圧縮方向に付勢してこ
れに予荷重を付与するバネ部材を設けたことを特徴とす
る。
【０００８】上記構成によれば、上記バネ部材の付勢力
によって上記ピストン部材と上記ケーシング、さらに上
記ケーシングと上記圧電アクチュエータとの間の接触圧
を高めて、これらの当接部での変位の吸収を最小限に抑
制することができる。また、この付勢力が同時に上記圧
電アクチュエータに圧縮方向の予荷重を与えるので、必
要な圧縮力を容易に得ることができ、コンパクトで信頼
性の高い圧電アクチュエータ装置が得られる。
によって上記ピストン部材と上記ケーシング、さらに上
記ケーシングと上記圧電アクチュエータとの間の接触圧
を高めて、これらの当接部での変位の吸収を最小限に抑
制することができる。また、この付勢力が同時に上記圧
電アクチュエータに圧縮方向の予荷重を与えるので、必
要な圧縮力を容易に得ることができ、コンパクトで信頼
性の高い圧電アクチュエータ装置が得られる。
【０００９】請求項２の発明では、上記圧電アクチュエ
ータが、ピエゾスタックとその一端側に当接して変位を
伝達するロッドを上記ケーシング内に収納してなり、該
ロッド外周の上記ケーシング壁を伸縮可能なフレキシブ
ル形状に成形する。
ータが、ピエゾスタックとその一端側に当接して変位を
伝達するロッドを上記ケーシング内に収納してなり、該
ロッド外周の上記ケーシング壁を伸縮可能なフレキシブ
ル形状に成形する。
【００１０】上記ケーシング壁の一部をフレキシブル形
状に成形することで、上記圧電アクチュエータに追従し
て容易に伸縮可能となり、また、この一部をロッド外周
に配することで、外径の大型化が回避できる。
状に成形することで、上記圧電アクチュエータに追従し
て容易に伸縮可能となり、また、この一部をロッド外周
に配することで、外径の大型化が回避できる。
【００１１】請求項３の発明では、上記ケーシングの上
記一端側の端面と、これに当接する上記ピストン部材も
しくは上記ピストン部材と一体に連結する部材の端面の
うちの一方を凹面、他方を凸面として、凹凸曲面にて当
接させている。
記一端側の端面と、これに当接する上記ピストン部材も
しくは上記ピストン部材と一体に連結する部材の端面の
うちの一方を凹面、他方を凸面として、凹凸曲面にて当
接させている。
【００１２】この構成では、上記ケーシングと上記ピス
トン部材の軸にずれが生じても、当接面を凹凸曲面とす
ることで、自動調心が可能であり、ピエゾスタックに偏
心荷重がかかるのを防止できる。
トン部材の軸にずれが生じても、当接面を凹凸曲面とす
ることで、自動調心が可能であり、ピエゾスタックに偏
心荷重がかかるのを防止できる。
【００１３】請求項４の発明では、上記圧電アクチュエ
ータに必要な予荷重の大半が、上記バネ部材によって与
えられるものとする。上記ピストン部材を付勢する上記
バネ部材によって上記圧電アクチュエータに必要な予荷
重を与えることによって、構成が簡易になる。
ータに必要な予荷重の大半が、上記バネ部材によって与
えられるものとする。上記ピストン部材を付勢する上記
バネ部材によって上記圧電アクチュエータに必要な予荷
重を与えることによって、構成が簡易になる。
【００１４】請求項５の発明では、上記バネ部材が、矩
形断面の線材で成形されたコイルスプリングとする。バ
ネ定数の大きな矩形断面のバネを用いることにより、上
記圧電アクチュエータへの圧縮力を大きくすることがで
きる。
形断面の線材で成形されたコイルスプリングとする。バ
ネ定数の大きな矩形断面のバネを用いることにより、上
記圧電アクチュエータへの圧縮力を大きくすることがで
きる。
【００１５】請求項６の発明は、請求項１ないし５のい
ずれか記載の圧電アクチュエータ装置を備えた燃料噴射
弁であり、上記圧電アクチュエータの伸縮変位を上記ピ
ストン部材に伝達して上記流体室内の圧力を増減させる
のに伴い、ノズルニードルを昇降させて燃料噴射の開始
・停止を行う。
ずれか記載の圧電アクチュエータ装置を備えた燃料噴射
弁であり、上記圧電アクチュエータの伸縮変位を上記ピ
ストン部材に伝達して上記流体室内の圧力を増減させる
のに伴い、ノズルニードルを昇降させて燃料噴射の開始
・停止を行う。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明をディーゼルエンジ
ンのコモンレール噴射システムに適用した第１の実施の
形態について説明する。図１に本発明のアクチュエータ
装置を備えた燃料噴射弁の全体構成を示す。図中、燃料
噴射弁は、圧電アクチュエータ１が収容されるハウジン
グＨ１の下端に、流路形成部材Ｈ２、Ｈ３を介してノズ
ルボディＨ４を配設し、リテーナＨ５で油密に固定して
なる。ハウジングＨ１内には、上下方向に高圧燃料通路
６２が形成され、上側部に突設した燃料導入管６３を介
して、外部のコモンレール（図略）に連通している。ハ
ウジングＨ１上側部には、また、ドレーン通路６４に連
通する燃料導出管６５が突設され、燃料導出管６５から
流出する燃料は、燃料タンク（図略）へ戻される。
ンのコモンレール噴射システムに適用した第１の実施の
形態について説明する。図１に本発明のアクチュエータ
装置を備えた燃料噴射弁の全体構成を示す。図中、燃料
噴射弁は、圧電アクチュエータ１が収容されるハウジン
グＨ１の下端に、流路形成部材Ｈ２、Ｈ３を介してノズ
ルボディＨ４を配設し、リテーナＨ５で油密に固定して
なる。ハウジングＨ１内には、上下方向に高圧燃料通路
６２が形成され、上側部に突設した燃料導入管６３を介
して、外部のコモンレール（図略）に連通している。ハ
ウジングＨ１上側部には、また、ドレーン通路６４に連
通する燃料導出管６５が突設され、燃料導出管６５から
流出する燃料は、燃料タンク（図略）へ戻される。
【００１７】ハウジングＨ１は略円柱状で、中心軸に対
し偏心する縦穴６１内に、上記圧電アクチュエータ１を
収容する金属製の薄肉円筒状ケーシング１１が脱着可能
に挿通配設されている。縦穴６１は、高圧燃料通路６２
の側方に平行に設けられ、ドレーン通路６４は、縦穴６
１とケーシング１１との間の隙間を経由してさらに下方
に延びている。圧電アクチュエータ１は、ともにケーシ
ング１１内に収納されるピエゾスタック１２およびピエ
ゾスタック１２の下端面に当接して一体に上下動するロ
ッド１３を有している。ロッド１３の径はピエゾスタッ
ク１２よりも小径となっており、ロッド１３外周を取り
巻くケーシング１１下端部筒壁は伸縮可能に折曲成形さ
れてベローズ１５となっている。この時、ベローズ１５
の外径がケーシング１１本体部の外径と略同一となるよ
うにする。
し偏心する縦穴６１内に、上記圧電アクチュエータ１を
収容する金属製の薄肉円筒状ケーシング１１が脱着可能
に挿通配設されている。縦穴６１は、高圧燃料通路６２
の側方に平行に設けられ、ドレーン通路６４は、縦穴６
１とケーシング１１との間の隙間を経由してさらに下方
に延びている。圧電アクチュエータ１は、ともにケーシ
ング１１内に収納されるピエゾスタック１２およびピエ
ゾスタック１２の下端面に当接して一体に上下動するロ
ッド１３を有している。ロッド１３の径はピエゾスタッ
ク１２よりも小径となっており、ロッド１３外周を取り
巻くケーシング１１下端部筒壁は伸縮可能に折曲成形さ
れてベローズ１５となっている。この時、ベローズ１５
の外径がケーシング１１本体部の外径と略同一となるよ
うにする。
【００１８】ベローズ１５の下端縁は、ケーシング１１
の底面を構成する円盤状部材１４の外周に溶接固定され
ており、円盤状部材１４の上面はロッド１３の下端面に
当接している。これにより、円盤状部材１４は、ケーシ
ング１１の一端（下端）側を閉鎖するとともに、変位伝
達部材として機能し、圧電アクチュエータ１の変位をピ
ストン部材である大径ピストン２に伝達する。ベローズ
１５は、圧電アクチュエータ１の変位に追従して上下方
向に伸縮することにより円盤状部材１４を変位可能とな
すとともに、ピエゾスタック１２に圧縮方向の予荷重を
与える。この圧縮力は必要な予荷重の一部であり、その
大半は後述するコイルスプリング２ｃによって与えられ
る。また、ロッド１３は下端面を凸型の曲面形状に成形
してあり、一方、これに当接する円盤状部材１４の上面
中央部は凹型の曲面形状に成形してあって、凹凸曲面に
て当接させることにより自動調心を可能にしている。こ
の時、ロッド１３下端面の曲率半径は、円盤状部材１４
上面の曲率半径よりも僅かに小さくして接触面積を確保
している。
の底面を構成する円盤状部材１４の外周に溶接固定され
ており、円盤状部材１４の上面はロッド１３の下端面に
当接している。これにより、円盤状部材１４は、ケーシ
ング１１の一端（下端）側を閉鎖するとともに、変位伝
達部材として機能し、圧電アクチュエータ１の変位をピ
ストン部材である大径ピストン２に伝達する。ベローズ
１５は、圧電アクチュエータ１の変位に追従して上下方
向に伸縮することにより円盤状部材１４を変位可能とな
すとともに、ピエゾスタック１２に圧縮方向の予荷重を
与える。この圧縮力は必要な予荷重の一部であり、その
大半は後述するコイルスプリング２ｃによって与えられ
る。また、ロッド１３は下端面を凸型の曲面形状に成形
してあり、一方、これに当接する円盤状部材１４の上面
中央部は凹型の曲面形状に成形してあって、凹凸曲面に
て当接させることにより自動調心を可能にしている。こ
の時、ロッド１３下端面の曲率半径は、円盤状部材１４
上面の曲率半径よりも僅かに小さくして接触面積を確保
している。
【００１９】大径ピストン２は、上半部の径が細くなっ
ており、この細径部２ａの頂面が円盤状部材１４の下面
に当接している。同様に、細径部２ａの頂面も凸型の曲
面形状に成形してあり、これに当接する円盤状部材１４
の下面を凹型の曲面形状に成形することにより、凹凸曲
面にて当接させている。曲率半径は、細径部２ａ側が円
盤状部材１４側より僅かに小さくなるようにする。この
ように、円盤状部材１４とロッド１４、細径部２ａとを
いずれも曲面で当接させるのは、組付け時等に軸のずれ
が生じても自動調心可能として、ピエゾスタック１２に
偏心荷重がかかって破損するといった不具合を防止する
ためである。
ており、この細径部２ａの頂面が円盤状部材１４の下面
に当接している。同様に、細径部２ａの頂面も凸型の曲
面形状に成形してあり、これに当接する円盤状部材１４
の下面を凹型の曲面形状に成形することにより、凹凸曲
面にて当接させている。曲率半径は、細径部２ａ側が円
盤状部材１４側より僅かに小さくなるようにする。この
ように、円盤状部材１４とロッド１４、細径部２ａとを
いずれも曲面で当接させるのは、組付け時等に軸のずれ
が生じても自動調心可能として、ピエゾスタック１２に
偏心荷重がかかって破損するといった不具合を防止する
ためである。
【００２０】大径ピストン２の細径部２ａ周りには、バ
ネ部材としてのコイルスプリング２ｃが配設されてい
る。コイルスプリング２ｃは、細径部２ａの上端部外周
に嵌着固定したリング状部材２ｂを上方に付勢してお
り、このリング状部材２ｂを介してスプリング力が大径
ピストン２に作用し、大径ピストン２を圧電アクチュエ
ータ１方向に付勢している。このコイルスプリング２ｃ
の付勢力は、円盤状部材１４およびロッド１３を介して
ピエゾスタック１２にも作用して、ピエゾスタック１２
の圧縮力となっている。従って、コイルスプリング２ｃ
の圧縮力とベローズ１５によって与えられる圧縮力の和
が、ピエゾスタック１２に必要な所定の予荷重となるよ
うに、これら付勢力を設定すればよい。
ネ部材としてのコイルスプリング２ｃが配設されてい
る。コイルスプリング２ｃは、細径部２ａの上端部外周
に嵌着固定したリング状部材２ｂを上方に付勢してお
り、このリング状部材２ｂを介してスプリング力が大径
ピストン２に作用し、大径ピストン２を圧電アクチュエ
ータ１方向に付勢している。このコイルスプリング２ｃ
の付勢力は、円盤状部材１４およびロッド１３を介して
ピエゾスタック１２にも作用して、ピエゾスタック１２
の圧縮力となっている。従って、コイルスプリング２ｃ
の圧縮力とベローズ１５によって与えられる圧縮力の和
が、ピエゾスタック１２に必要な所定の予荷重となるよ
うに、これら付勢力を設定すればよい。
【００２１】さらに、コイルスプリング２ｃの付勢力
は、変位を伝達する各部材間、すなわち、大径ピストン
２と円盤状部材１４、円盤状部材１４とロッド１３、ロ
ッド１３とピエゾスタック１２の間の接触圧をそれぞれ
高める作用を有する。従って、ピエゾスタック１２の変
位が大径ピストン２まで伝達される際の損失（変位の吸
収）を最小限に抑制し、変位を有効に伝達させる。
は、変位を伝達する各部材間、すなわち、大径ピストン
２と円盤状部材１４、円盤状部材１４とロッド１３、ロ
ッド１３とピエゾスタック１２の間の接触圧をそれぞれ
高める作用を有する。従って、ピエゾスタック１２の変
位が大径ピストン２まで伝達される際の損失（変位の吸
収）を最小限に抑制し、変位を有効に伝達させる。
【００２２】ピエゾスタック１２は、ケーシング１１の
上端に固定したコネクタ部１６のリード線１６ａ、１６
ｂに接続され、また、外周に絶縁部材（図略）を配設し
てケーシング１１との間の絶縁を確保している。ケーシ
ング１１は、コネクタ部１６の外周に配したリテーニン
グナット１７を締め付けることによって縦穴６１の上端
に固定される。コネクタ部１６外周のフランジ部と縦穴
６１の段付部の間には、リング状のシム１８が介設され
てこれらの間をシールするとともに、ケーシング１１の
取付け高さの調整を行っている。
上端に固定したコネクタ部１６のリード線１６ａ、１６
ｂに接続され、また、外周に絶縁部材（図略）を配設し
てケーシング１１との間の絶縁を確保している。ケーシ
ング１１は、コネクタ部１６の外周に配したリテーニン
グナット１７を締め付けることによって縦穴６１の上端
に固定される。コネクタ部１６外周のフランジ部と縦穴
６１の段付部の間には、リング状のシム１８が介設され
てこれらの間をシールするとともに、ケーシング１１の
取付け高さの調整を行っている。
【００２３】大径ピストン２の下方には、流体室として
の変位拡大室３と小径ピストン４が、同軸的に設けら
れ、小径ピストン４によって、３方弁５の弁体５１を駆
動するようになしている。大小ピストン２、４は、これ
らの外径に対応する２つの異なる内径を有するシリンダ
部材６６内に摺動自在に配設され、変位拡大室３は、大
小ピストン２、４間に形成される空間に、作動流体とな
る燃料を充填することにより形成される。変位拡大室３
は、ピエゾスタック１２の変位を油圧変換し、大小ピス
トン２、４の径差によって拡大して、小径ピストン４に
伝達する。
の変位拡大室３と小径ピストン４が、同軸的に設けら
れ、小径ピストン４によって、３方弁５の弁体５１を駆
動するようになしている。大小ピストン２、４は、これ
らの外径に対応する２つの異なる内径を有するシリンダ
部材６６内に摺動自在に配設され、変位拡大室３は、大
小ピストン２、４間に形成される空間に、作動流体とな
る燃料を充填することにより形成される。変位拡大室３
は、ピエゾスタック１２の変位を油圧変換し、大小ピス
トン２、４の径差によって拡大して、小径ピストン４に
伝達する。
【００２４】３方弁５は、ノズルニードル７の背圧室７
１への連通路５２を、高圧通路５３または低圧通路５４
に選択的に連通させることにより、背圧室７１の圧力を
増減する。高圧通路５３は高圧燃料通路６２に、低圧通
路５４はドレーン通路６４にそれぞれ連通している。ピ
エゾスタック１２が通電により伸長すると、その変位が
大径ピストン２に伝えられ、変位拡大室３の燃料圧力を
利用して変位を拡大して小径ピストン４に伝える。これ
により、小径ピストン４とともに弁体５１が下降する
と、低圧通路５４が開放されて、背圧室７１内の燃料が
３方弁５からドレーン通路６４に流出し、ノズルニード
ル７が上昇して燃料が噴射される。一方、通電を終了し
て、ピエゾスタック１２を収縮させると、大径ピストン
２が上昇するのに伴い、小径ピストン４が上昇し、次い
で弁体５１が高圧通路５３の燃料圧で上昇して、背圧室
７１に高圧燃料通路６２から高圧燃料が流入し、ノズル
ニードル７を下降させる。
１への連通路５２を、高圧通路５３または低圧通路５４
に選択的に連通させることにより、背圧室７１の圧力を
増減する。高圧通路５３は高圧燃料通路６２に、低圧通
路５４はドレーン通路６４にそれぞれ連通している。ピ
エゾスタック１２が通電により伸長すると、その変位が
大径ピストン２に伝えられ、変位拡大室３の燃料圧力を
利用して変位を拡大して小径ピストン４に伝える。これ
により、小径ピストン４とともに弁体５１が下降する
と、低圧通路５４が開放されて、背圧室７１内の燃料が
３方弁５からドレーン通路６４に流出し、ノズルニード
ル７が上昇して燃料が噴射される。一方、通電を終了し
て、ピエゾスタック１２を収縮させると、大径ピストン
２が上昇するのに伴い、小径ピストン４が上昇し、次い
で弁体５１が高圧通路５３の燃料圧で上昇して、背圧室
７１に高圧燃料通路６２から高圧燃料が流入し、ノズル
ニードル７を下降させる。
【００２５】大径ピストン２の下端部には、逆止弁２１
が一体に設けられている。逆止弁２１は、大径ピストン
２の下端部外周に固定される断面凹状の逆止弁ホルダ内
にプレート状の弁体と、該弁体を大径ピストン２側に付
勢する皿バネを保持してなる。弁体は、大径ピストン２
内に設けられドレーン通路６４に連通する通路を開閉す
るもので、逆止弁ホルダの中央には、その内外を連通さ
せる貫通穴が設けられる。燃料リーク等により、変位拡
大室３内の圧力が低下すると弁体が開弁し、ドレーン通
路６４から大径ピストン２内の通路を経て変位拡大室３
へ燃料が補充される。これにより、変位拡大室３内の気
泡の発生等を防止することができる。
が一体に設けられている。逆止弁２１は、大径ピストン
２の下端部外周に固定される断面凹状の逆止弁ホルダ内
にプレート状の弁体と、該弁体を大径ピストン２側に付
勢する皿バネを保持してなる。弁体は、大径ピストン２
内に設けられドレーン通路６４に連通する通路を開閉す
るもので、逆止弁ホルダの中央には、その内外を連通さ
せる貫通穴が設けられる。燃料リーク等により、変位拡
大室３内の圧力が低下すると弁体が開弁し、ドレーン通
路６４から大径ピストン２内の通路を経て変位拡大室３
へ燃料が補充される。これにより、変位拡大室３内の気
泡の発生等を防止することができる。
【００２６】なお、変位拡大室３内には、小径ピストン
４の上方への移動量を所定範囲に規制するストッパ８が
配してある。ストッパ８は、中央の穴径が小径ピストン
４の外径より小さいリング状部材よりなり、変位拡大室
３内に圧入固定される。また、ストッパ８中央の穴は、
燃料の流通によって小径ピストン４の振動を減衰するダ
ンパ部としても機能する。この時、リング状部材８の上
端面は、大径ピストン２と干渉しない位置にあり、その
駆動を妨げることはない。
４の上方への移動量を所定範囲に規制するストッパ８が
配してある。ストッパ８は、中央の穴径が小径ピストン
４の外径より小さいリング状部材よりなり、変位拡大室
３内に圧入固定される。また、ストッパ８中央の穴は、
燃料の流通によって小径ピストン４の振動を減衰するダ
ンパ部としても機能する。この時、リング状部材８の上
端面は、大径ピストン２と干渉しない位置にあり、その
駆動を妨げることはない。
【００２７】上記構成において、ピエゾスタック１２の
変位は、ロッド１３、円盤状部材１４、大径ピストン２
の複数の部材を用いて機械的に伝達され、変位拡大室３
で油圧変換される。ここで、本実施の形態では、これら
複数の部材の最終段の部材、すなわち、大径ピストン２
をピエゾスタック１２方向へ付勢するコイルスプリング
２ｃを設けたので、この付勢力によって、ピエゾスタッ
ク１２に必要な所定の予荷重の大半を与えることができ
るとともに、各部材間の接触圧を高めて、変位伝達の際
の損失を抑制し、ピエゾスタック１２の変位を効率よく
伝達することができる。また、ピエゾスタック１２とロ
ッドを密閉されたケーシング１１内に収納したので、外
気や作動油から容易に遮断することができ、さらに、小
径のロッド１３の周囲にベローズ１５を配置したので、
外径が大きくなることもない。従って、発生する変位を
有効に伝達してノズルニードルを駆動し、コンパクトか
つ信頼性に優れる燃料噴射弁が得られる。
変位は、ロッド１３、円盤状部材１４、大径ピストン２
の複数の部材を用いて機械的に伝達され、変位拡大室３
で油圧変換される。ここで、本実施の形態では、これら
複数の部材の最終段の部材、すなわち、大径ピストン２
をピエゾスタック１２方向へ付勢するコイルスプリング
２ｃを設けたので、この付勢力によって、ピエゾスタッ
ク１２に必要な所定の予荷重の大半を与えることができ
るとともに、各部材間の接触圧を高めて、変位伝達の際
の損失を抑制し、ピエゾスタック１２の変位を効率よく
伝達することができる。また、ピエゾスタック１２とロ
ッドを密閉されたケーシング１１内に収納したので、外
気や作動油から容易に遮断することができ、さらに、小
径のロッド１３の周囲にベローズ１５を配置したので、
外径が大きくなることもない。従って、発生する変位を
有効に伝達してノズルニードルを駆動し、コンパクトか
つ信頼性に優れる燃料噴射弁が得られる。
【００２８】ここで、上記第１の実施の形態では、図１
のように、コイルスプリング２ｃを構成する線材を円形
断面としたが、図２に示すように、矩形断面の線材を用
いてコイルスプリング２ｃを成形することもできる。一
般に、ピエゾスタック１２に要求される圧縮付勢力は、
信頼性の面から、ピエゾスタック１２が発生する力の半
分程度と考えられており、通常の燃料噴射弁では約５０
０Ｎに達する。これを円形断面のコイルスプリングで確
保しようとすると、コイルスプリングの体格が大きくな
るおそれがある。このような場合には、図２に示す矩形
断面のコイルスプリング２ｃを用いることが望ましく、
体格を大きくすることなく、必要な付勢力を得ることが
できる。
のように、コイルスプリング２ｃを構成する線材を円形
断面としたが、図２に示すように、矩形断面の線材を用
いてコイルスプリング２ｃを成形することもできる。一
般に、ピエゾスタック１２に要求される圧縮付勢力は、
信頼性の面から、ピエゾスタック１２が発生する力の半
分程度と考えられており、通常の燃料噴射弁では約５０
０Ｎに達する。これを円形断面のコイルスプリングで確
保しようとすると、コイルスプリングの体格が大きくな
るおそれがある。このような場合には、図２に示す矩形
断面のコイルスプリング２ｃを用いることが望ましく、
体格を大きくすることなく、必要な付勢力を得ることが
できる。
【００２９】上記実施の形態では、流体室としての変位
拡大室の油圧の増減により、小径ピストンを介して３方
弁を駆動する構成としたが、３方弁を用いず、油圧の増
減により直接ノズルニードルを駆動する構成とすること
もできる。あるいは、３方弁に代えて２方弁を用いてノ
ズルニードルを開閉する構成としてもよい。
拡大室の油圧の増減により、小径ピストンを介して３方
弁を駆動する構成としたが、３方弁を用いず、油圧の増
減により直接ノズルニードルを駆動する構成とすること
もできる。あるいは、３方弁に代えて２方弁を用いてノ
ズルニードルを開閉する構成としてもよい。
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁
の全体断面図である。
の全体断面図である。
【図２】コイルスプリング形状の他の例を示す図であ
る。
る。
Ｈ１ ハウジング １ 圧電アクチュエータ １１ ケーシング １２ ピエゾスタック １３ ロッド １４ 円盤状部材 １５ ベローズ ２ 大径ピストン（ピストン部材） ２ａ 細径部 ２ｂ リング状部材 ２ｃ コイルスプリング（バネ部材） ２１ 逆止弁 ３ 変位拡大室（流体室） ４ 小径ピストン ５ ３方弁 ５１ 弁体 ６１ 縦穴 ６２ 高圧燃料通路 ６３ 導入管 ６４ ドレーン通路 ６５ 導出管 ７ ノズルニードル ７１ 背圧室
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 31/42 Ｆ１６Ｋ 31/42 Ａ (72)発明者 林 哲史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD07 BA18 BA46 CC01 CC06T CC06U CC08T CC08U CC14 CC51 CE13 CE27 3H056 AA01 BB01 CA01 CB03 CD02 CD06 DD10 GG11 GG18 3H062 AA02 AA12 BB33 CC05 DD11 FF41 HH03 HH10
Claims (6)
- 【請求項１】 両端閉鎖の筒状ケーシング内に収容され
る圧電アクチュエータの伸縮変位を上記ケーシングの一
端側に設けたピストン部材に伝達し、該ピストン部材の
往復動に伴い流体室内の圧力を増減させる圧電アクチュ
エータ装置であって、上記ピストン部材を上記ケーシン
グ方向に付勢するとともに、上記圧電アクチュエータを
圧縮方向に付勢してこれに予荷重を付与するバネ部材を
設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ装置。 - 【請求項２】 上記圧電アクチュエータが、ピエゾスタ
ックとその一端側に当接して変位を伝達するロッドから
なり、該ロッド外周の上記ケーシング壁を伸縮可能なフ
レキシブル形状に成形した請求項１記載の圧電アクチュ
エータ装置。 - 【請求項３】 上記ケーシングの上記一端側の端面と、
これに当接する上記ピストン部材側の端面のうちの一方
を凹面、他方を凸面として、凹凸曲面にて当接させた請
求項１または２記載の圧電アクチュエータ装置。 - 【請求項４】 上記圧電アクチュエータに必要な予荷重
の大半が、上記バネ部材によって与えられる請求項１な
いし３のいずれか記載の圧電アクチュエータ装置。 - 【請求項５】 上記バネ部材が、矩形断面の線材で形成
されたコイルスプリングである請求項１ないし４のいず
れか記載の圧電アクチュエータ装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか記載の圧電
アクチュエータ装置を備え、上記圧電アクチュエータの
伸縮変位を上記ピストン部材に伝達して上記流体室内の
圧力を増減させるのに伴い、ノズルニードルを昇降させ
て燃料噴射の開始・停止を行うことを特徴とする燃料噴
射弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000400086A JP4325110B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000400086A JP4325110B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002202023A true JP2002202023A (ja) | 2002-07-19 |
| JP4325110B2 JP4325110B2 (ja) | 2009-09-02 |
Family
ID=18864746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000400086A Expired - Fee Related JP4325110B2 (ja) | 2000-12-28 | 2000-12-28 | 圧電アクチュエータ装置と燃料噴射弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4325110B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7118046B2 (en) | 2003-01-23 | 2006-10-10 | Denso Corporation | Sliding structure for shaft member with improved abrasion resistance and injector |
| JP2008157058A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Denso Corp | 燃料噴射弁 |
| JP2010507746A (ja) * | 2006-10-25 | 2010-03-11 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 軸方向で圧力補償された制御弁を備えたインジェクタ |
| CN115095460A (zh) * | 2021-03-05 | 2022-09-23 | 日立安斯泰莫株式会社 | 电磁式燃料喷射阀 |
| CN116586248A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-15 | 河北初光汽车部件有限公司 | 一种线束打胶机 |
-
2000
- 2000-12-28 JP JP2000400086A patent/JP4325110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7118046B2 (en) | 2003-01-23 | 2006-10-10 | Denso Corporation | Sliding structure for shaft member with improved abrasion resistance and injector |
| DE102004003318B4 (de) * | 2003-01-23 | 2015-09-03 | Denso Corporation | Injektor |
| JP2010507746A (ja) * | 2006-10-25 | 2010-03-11 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 軸方向で圧力補償された制御弁を備えたインジェクタ |
| JP2008157058A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Denso Corp | 燃料噴射弁 |
| JP4529971B2 (ja) * | 2006-12-21 | 2010-08-25 | 株式会社デンソー | 燃料噴射弁 |
| CN115095460A (zh) * | 2021-03-05 | 2022-09-23 | 日立安斯泰莫株式会社 | 电磁式燃料喷射阀 |
| CN116586248A (zh) * | 2023-06-01 | 2023-08-15 | 河北初光汽车部件有限公司 | 一种线束打胶机 |
| CN116586248B (zh) * | 2023-06-01 | 2023-10-20 | 河北初光汽车部件有限公司 | 一种线束打胶机 |
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|---|---|
| JP4325110B2 (ja) | 2009-09-02 |
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