JP2010043542A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve.
噴孔を開閉する弁要素の駆動を制御するアクチュエータとして、ピエゾ素子を利用した燃料噴射弁が知られている。アクチュエータは、板状のピエゾ素子を複数枚、板厚方向に積層させることにより形成されるスタック、およびそのスタックの一方の端部に電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子の変位をアクチュエータの外部に取り出し、その変位を弁要素に伝達する変位取出部を備えている。 A fuel injection valve using a piezo element is known as an actuator that controls driving of a valve element that opens and closes a nozzle hole. An actuator is a stack formed by laminating a plurality of plate-like piezoelectric elements in the thickness direction, and the displacement of the piezoelectric element that expands and contracts by applying a voltage to one end of the stack is external to the actuator. And a displacement extracting portion for transmitting the displacement to the valve element.
しかしながら、ピエゾ素子の伸長時、慣性により必要以上に伸長することによりピエゾ素子が振動する。その振動は、変位取出部を介して弁要素にまで伝達される。弁要素にピエゾ素子にて発生した振動が伝達されると、弁要素の閉弁時の位置が安定せず、燃料噴射量が安定しないという問題が発生する。 However, when the piezo element is extended, the piezo element is vibrated by extending more than necessary due to inertia. The vibration is transmitted to the valve element via the displacement extraction portion. If the vibration generated by the piezo element is transmitted to the valve element, the position of the valve element when it is closed is not stable and the fuel injection amount is not stable.
例えば、特許文献1や特許文献2には、アクチュエータのケーシングの内部に設けられる積層されたピエゾ素子の一方の端部にショックを吸収するダンピングエレメントや、積層されるピエゾ素子間にピエゾ素子の機械振動を吸収する吸収層を設けることにより、振動を抑制する構造が開示されている。
しかしながら、上記各文献1、2に開示されているアクチュエータでは、振動を吸収する部材がアクチュエータ内部に収容される構造となっているため、アクチュエータの構造が複雑となり、アクチュエータのコストが上昇する。このため、このアクチュエータを使用した燃料噴射弁の製造コストが上昇してしまう。
However, the actuators disclosed in each of the
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造コストの上昇を抑制しつつ、燃料噴射量を安定させることができる燃料噴射弁を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a fuel injection valve capable of stabilizing the fuel injection amount while suppressing an increase in manufacturing cost.
請求項1に記載の発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が形成されているハウジングと、ハウジングに収容され、噴孔を開閉する弁要素と、弁要素の開閉動作を制御するアクチュエータと、を備え、アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、およびピエゾ素子の伸縮する際の変位をアクチュエータの外部に取り出し、弁要素に伝達する変位取出部を有し、アクチュエータの外部には、ピエゾ素子が所定の伸長量に達したときに、変位取出部の移動を規制する移動規制部が設けられていることを特徴としている。 According to a first aspect of the present invention, in a fuel injection valve that injects fuel, a housing in which an injection hole is formed, a valve element that is accommodated in the housing and opens and closes the injection hole, and an opening and closing operation of the valve element is controlled. An actuator, and the actuator has a piezoelectric element that expands and contracts when a voltage is applied, and a displacement extraction unit that extracts a displacement when the piezoelectric element expands and contracts to the outside of the actuator and transmits the displacement to the valve element. The outside is characterized in that a movement restricting portion for restricting the movement of the displacement extracting portion when the piezoelectric element reaches a predetermined extension amount is provided.
この発明によれば、ピエゾ素子に所定の電圧を印加し、ピエゾ素子が所定の伸長量に達したときに、変位取出部の移動を規制する移動規制部がアクチュエータの外部に設けられているため、該素子が所定の伸長量以上に伸びてしまうこと抑制することができる。これにより、該素子の伸長時、慣性により所定の伸長量以上に伸びてしまうことにより発生する該素子の振動が抑えられ、変位取出部に伝達されるのを極力抑えることができる。 According to the present invention, the movement restricting portion that restricts the movement of the displacement extracting portion when the predetermined voltage is applied to the piezoelectric element and the piezoelectric element reaches the predetermined extension amount is provided outside the actuator. The element can be prevented from extending beyond a predetermined extension amount. As a result, when the element is extended, vibration of the element that is generated due to inertia exceeding the predetermined extension amount is suppressed, and transmission to the displacement extraction portion can be suppressed as much as possible.
該素子の伸長時における変位取出部の振動が抑えられるので、弁要素の動作を安定させることができ、ひいては噴射量を安定させることができる。また、この移動規制部は、アクチュエータの外部に設けられているため、ピエゾ素子の伸長時の振動を吸収する部材をアクチュエータ内に設ける従来技術に比べ、アクチュエータの構造を簡単とすることができ、ひいては、燃料噴射弁の製造コストの上昇を抑制することができる。これにより、製造コストの上昇を抑制しつつ、燃料噴射量を安定させることができる燃料噴射弁を提供することができる。 Since the vibration of the displacement extraction portion when the element is extended can be suppressed, the operation of the valve element can be stabilized, and consequently the injection amount can be stabilized. In addition, since this movement restricting portion is provided outside the actuator, the structure of the actuator can be simplified compared to the conventional technique in which a member that absorbs vibration during expansion of the piezo element is provided in the actuator. As a result, an increase in the manufacturing cost of the fuel injection valve can be suppressed. Thereby, it is possible to provide a fuel injection valve capable of stabilizing the fuel injection amount while suppressing an increase in manufacturing cost.
請求項2に記載の発明は、弁要素は、変位取出部の変位を液圧に変換する液圧発生部、および液圧発生部にて発生した液圧を駆動源とし、噴孔を開閉する弁部材を備えており、液圧発生部は、ピストン、およびピストンを軸方向に摺動可能に支持し、ピストンとの間に液圧室を形成するシリンダを有し、移動規制部材は、ピストンとシリンダとの間に設けられていることを特徴としている。 According to the second aspect of the present invention, the valve element opens and closes the nozzle hole using the hydraulic pressure generating unit that converts the displacement of the displacement extracting unit into the hydraulic pressure, and the hydraulic pressure generated at the hydraulic pressure generating unit as a drive source. The hydraulic pressure generating unit includes a piston and a cylinder that slidably supports the piston in the axial direction and forms a hydraulic pressure chamber between the piston and the movement restricting member. It is characterized by being provided between the cylinder and the cylinder.
変位取出部の変位を液圧発生部にて液圧に変換し、変換した液圧を駆動源として弁部材を駆動させる弁要素を備える燃料噴射弁においては、液圧発生部のピストンの振動により発生する液圧の脈動が弁部材の駆動の安定性を損ねる原因の一つとなる。 In a fuel injection valve having a valve element that converts the displacement of the displacement extraction portion into a hydraulic pressure at the hydraulic pressure generation portion and drives the valve member using the converted hydraulic pressure as a drive source, the vibration is caused by the vibration of the piston of the hydraulic pressure generation portion. The pulsation of the generated hydraulic pressure is one of the causes that impairs the driving stability of the valve member.
この発明によれば、液圧発生部のピストンとシリンダとの間に移動規制部を設けているため、アクチュエータの変位取出部の振動を抑制するとともに、直に液圧室内の液圧の脈動を抑制することができる。これにより、液圧で駆動する弁部材の動作を安定させることができ、燃料噴射量を安定させることができる。 According to this invention, since the movement restricting portion is provided between the piston and the cylinder of the hydraulic pressure generating portion, the vibration of the displacement extracting portion of the actuator is suppressed and the pulsation of the hydraulic pressure in the hydraulic pressure chamber is directly caused. Can be suppressed. Thereby, the operation of the valve member driven by the hydraulic pressure can be stabilized, and the fuel injection amount can be stabilized.
請求項3に記載の発明は、移動規制部は、ピストン、またはシリンダのいずれか一方に固定されていることを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、移動規制部はピストンまたはシリンダのいずれか一方に固定されているので、移動規制部がピストンおよびシリンダの移動を規制していない状態のとき、移動規制部がピストンとシリンダとの間で浮遊して、ピストンまたはシリンダに衝突することによる騒音の発生を防ぐことができる。 According to the present invention, since the movement restricting portion is fixed to either the piston or the cylinder, when the movement restricting portion does not restrict the movement of the piston and the cylinder, the movement restricting portion includes the piston and the cylinder. It is possible to prevent generation of noise due to floating between the cylinders and colliding with the piston or the cylinder.
請求項4に記載の発明は、移動規制部は、ピストン、またはシリンダのいずれか一方と一体に形成されていることを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、移動規制部はピストンまたはシリンダのいずれか一方と一体に形成されているので、移動規制部がピストンおよびシリンダの移動を規制していない状態のとき、移動規制部がピストンとシリンダとの間で浮遊して、ピストンまたはシリンダに衝突することによる騒音の発生を防ぐことができる。また、移動規制部を別部品として設ける必要がなくなるため、液圧発生部の構造を簡単にすることができる。 According to this invention, since the movement restricting portion is formed integrally with either the piston or the cylinder, when the movement restricting portion does not restrict the movement of the piston and the cylinder, the movement restricting portion is connected to the piston. It is possible to prevent generation of noise due to floating with the cylinder and colliding with the piston or the cylinder. Further, since it is not necessary to provide the movement restricting part as a separate part, the structure of the hydraulic pressure generating part can be simplified.
請求項5に記載の発明は、移動規制部は、液圧発生部の液圧室内に収容されていることを特徴としている。
The invention according to
ここで、移動規制部が変位取出部の移動を規制すべく、ピストンまたはシリンダのいずれか一方に衝突する際、少なからず騒音が発生するという問題が発生するおそれがある。 Here, when the movement restricting portion collides with either the piston or the cylinder so as to restrict the movement of the displacement extracting portion, there is a possibility that a problem that noise is generated is generated.
この問題に対し、請求項5に記載の発明によれば、移動規制部は、液圧発生部の液圧室内に収容されているため、移動規制部がピストンまたはシリンダに衝突する際の騒音を極力燃料噴射弁の外部に放出させないようにすることができる。
With respect to this problem, according to the invention described in
請求項6に記載の発明では、移動規制部の弾性係数は、ピストンまたはシリンダのうち、移動規制部が衝突するいずれか一方の弾性係数よりも低いことを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that the elastic coefficient of the movement restricting portion is lower than the elastic coefficient of any one of the piston or cylinder that the movement restricting portion collides.
この発明によれば、移動規制部の弾性係数は、ピストンまたはシリンダのうち、移動規制部と衝突するいずれか一方の弾性係数よりも低いので、移動規制部とピストンまたはシリンダとが衝突する際に発生する騒音を極力抑えることができる。 According to this invention, since the elastic coefficient of the movement restricting portion is lower than the elastic coefficient of any one of the piston or cylinder that collides with the movement restricting portion, when the movement restricting portion and the piston or cylinder collide. The generated noise can be suppressed as much as possible.
ここでいう弾性係数とは、移動規制部の材料自体の弾性係数を意味していることはもちろん、ピストンまたはシリンダと衝突する際の移動規制部の捩れや撓みを伴う形状の変化による弾性係数も含んでいる。 The elastic coefficient here means not only the elastic coefficient of the material itself of the movement restricting part, but also the elastic coefficient due to the shape change accompanied by twisting or bending of the movement restricting part when colliding with the piston or the cylinder. Contains.
請求項7に記載の発明は、移動規制部は、ハウジングに固定され、直接、変位取出部の移動を規制することを特徴としている。 The invention described in claim 7 is characterized in that the movement restricting portion is fixed to the housing and directly restricts the movement of the displacement extracting portion.
この発明によれば、液圧発生部よりも体格の大きい部材であるハウジングに、移動規制部を固定しているため、移動規制部を液圧発生部に組み付ける、または液圧発生部に形成する場合に比べ、製造コストの上昇を極力抑えることができる。 According to this invention, since the movement restricting portion is fixed to the housing which is a member having a larger physique than the hydraulic pressure generating portion, the movement restricting portion is assembled to the hydraulic pressure generating portion or formed in the hydraulic pressure generating portion. Compared to the case, an increase in manufacturing cost can be suppressed as much as possible.
請求項8に記載の発明では、移動規制部の弾性係数は、移動規制部が衝突する変位取出部の弾性係数よりも低いことを特徴としている。
The invention according to
この発明によれば、移動規制部の弾性係数は、移動規制部と衝突する変位取出部の弾性係数よりも低いので、移動規制部と変位取出部とが衝突する際に発生する騒音を極力抑えることができる。 According to this invention, since the elastic coefficient of the movement restricting portion is lower than the elastic coefficient of the displacement extracting portion that collides with the movement restricting portion, the noise generated when the movement restricting portion and the displacement extracting portion collide is suppressed as much as possible. be able to.
請求項6と同様に、ここでいう弾性係数とは、移動規制部の材料自体の弾性係数を示すとともに、移動規制部が、ピストンまたはシリンダと衝突する際に形状が変化することによる弾性係数も含んでいる。 As in the sixth aspect, the elastic coefficient here indicates the elastic coefficient of the material of the movement restricting portion itself, and the elastic coefficient due to the change in shape when the movement restricting portion collides with the piston or the cylinder. Contains.
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1および図2は、第1実施形態における燃料噴射弁1の断面図である。図1における燃料噴射弁1は、噴孔57を閉弁した状態を示し、図2における燃料噴射弁1は、噴孔57を開弁した状態を示している。燃料噴射弁1は、図示しない内燃機関の各気筒に直接燃料を供給可能に取付けられている。
(First embodiment)
1 and 2 are cross-sectional views of the
燃料噴射弁1は、アクチュエータ2および弁要素3を備えている。アクチュエータ2および弁要素3は、棒状のハウジング5内に軸方向に並んで収容されている。
The
ハウジング5は、アクチュエータ2および弁要素3の一部を収容するホルダボデー51、および弁要素3の一部を収容するノズルボデー55から構成されている。
The
ホルダボデー51は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、上端部52(ノズルボデー55とは反対側の端部)は塞がっている。上端部52にてアクチュエータ2の上端部を支持している。アクチュエータ2の下端部には、弁要素3が配置されている。下端部は開口しており、ノズルボデー55が接続されている。ホルダボデー51の側壁部53には、ホルダボデー51内部に燃料を供給する吸入口54が形成されている。
The
ノズルボデー55は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、下端部56(ホルダボデー51とは反対側)は塞がっている。ノズルボデー55の空洞は、ホルダボデー51の空洞と繋がっている。下端部56には、ノズルボデー55の内部とノズルボデー55の外部とを連通する噴孔57が形成されている。ホルダボデー51の内部に流入した燃料は、ノズルボデー55の内部に流入し、噴孔57を介して、噴射される。噴孔57は、弁要素3にて開閉が制御される。
The
アクチュエータ2は、ピエゾスタック21、固定部材23、変位取出部24、ダイヤフラム25およびケーシング26等から構成されている。ピエゾスタック21は、複数の板状のピエゾ素子22を板厚方向に積み重ねて形成されるものであり、筒状に形成されているケーシング26内に収容される。ピエゾスタック21は、図1に示すように燃料噴射弁1の外部より電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾ素子22の板厚方向に伸長し、電圧の印加が解除されるとピエゾ素子22は収縮し、ほぼ電圧が印加される前の状態にまで戻る。
The
固定部材23は、ケーシング26の一方の端部に固定されている。固定部材23の内側は、ピエゾスタック21の弁要素3とは反対側の一方の端部を支持する。固定部材23の外側は、ホルダボデー51の上端部52に支持される。
The fixing
変位取出部24は、ケーシング26の内周側に軸方向に摺動可能に支持されている。変位取出部24は、ピエゾスタック21の他方の端部に支持されている。変位取出部24の弁要素3側の端部は、ケーシング26の端部よりも下方に突き出ている。変位取出部24の下端部は、弁要素3の一部である液圧発生部36に常に当接している。
The
ダイヤフラム25は、環状に形成され、ケーシング26の変位取出部24側の端部に固定されている。ダイヤフラム25の外周側の端部は、ケーシング26の端部に固定され、内周側の端部は、変位取出部24の側壁に常に当接している。これにより、変位取出部24が軸方向に往復移動しても、ケーシング26の内部にケーシング26の外部に満たされている燃料が侵入することを抑制することができる。
The
アクチュエータ2のピエゾスタック21に所定の電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾスタック21が所定の長さ伸長する。ピエゾスタック21の上方は、固定部材23にて移動が規制されているため、ピエゾスタック21が伸長すると、ピエゾスタック21の変位取出部24が当接されている他方の端部が下方に伸長量に応じた分だけ移動する。それに伴い、ピエゾスタック21の伸長量に応じた分だけ、変位取出部24も下方に移動する。
When a predetermined voltage is applied to the
その後、電圧の印加を解除するとピエゾスタック21は収縮し、ほぼ電圧が印加される前の状態まで戻る。それに伴い、変位取出部24ももとの位置に移動する。
Thereafter, when the application of the voltage is released, the
アクチュエータ2の下方に配置されている弁要素3は、弁部材31、および液圧発生部36などから構成されている。
The
弁部材31は、先端32がノズルボデー55の下端部の内壁に離着座することにより、噴孔57からの燃料の噴射、非噴射を制御する。弁部材31は、筒状に形成されている。弁部材31は、先端32に向かうほど外径が小さくなっており、途中、段差部33、34が二箇所形成されている。弁部材31の段差部33と、段差部34との間の側壁がノズルボデー55の内壁に軸方向に摺動可能に支持されている。弁部材31の内部には、上端部から下側の段差部34付近にかけて軸方向に延びる通路35が形成されている。先端32側の通路35は、下側の段差部34の側壁と連通している。
The
ノズルボデー55は、弁部材31の上端部との間に、上側の段差部33を取り囲むような収容室58を形成している。収容室58には、内装シリンダ47、スプリング48が収容されている。内装シリンダ47は、段差部33よりも上側の弁部材31の側壁を軸方向に摺動可能に支持する。内装シリンダ47の上端部は、後述するシリンダ39の下端部の外壁に当接する。スプリング48は、収容室58の底部と内装シリンダ47の下端部との間に配置され、常に内装シリンダ47を上方に付勢する。
The
内装シリンダ47がシリンダ39の下端部の外壁に当接すると、通路35と収容室58とが区画される。ノズルボデー55は、下側の段差部34よりも下側に燃料溜り室59を形成する。
When the
通路35の上側から流入した燃料は、通路35を通って、燃料溜り室59に排出される。弁部材31にて噴孔57が閉弁されている状態では、燃料溜り室59に流入した燃料は、そこに留まる。弁部材31にて噴孔57が開弁されると、燃料溜り室59内の燃料が噴孔57を介して外部に噴射される。通路35の上側には、弁部材31を閉弁方向に付勢するスプリング49が収容されている。
The fuel that has flowed in from the upper side of the
通路35には、ホルダボデー51に流入した燃料が流入する。収容室58には、後述する液圧発生部36にて発生した液圧が流入する。上側の段差部33には、液圧発生部36にて発生した液圧が作用する。
The fuel that has flowed into the
液圧発生部36は、弁部材31とアクチュエータ2との間に配置され、アクチュエータ2の変位取出部24の変位量を拡大する機構である。液圧発生部36は、ピストン37、シリンダ39、スリットスプリング44、および移動規制部45などから構成されている。
The hydraulic
ピストン37は、柱状に形成され、上端部の外壁が変位取出部24に当接して配置される。ピストン37の下端部側は、底部41を有する筒状に形成されているシリンダ39に軸方向に摺動可能に収容されている。シリンダ39は、ピストン37の下端部、つまり頂部との間に液圧室46を形成する。シリンダ39は、ノズルボデー55の上端部に支持され、ホルダボデー51に収容されている。
The
液圧室46には常に燃料が充填されており、ピストン37が下方に移動することにより、液圧室46の容積が小さくなり、液圧室46の圧力が高まる。ピストン37が上方に移動すると、液圧室46内の圧力は低くなる。液圧室46には、ピストン37が上方に移動する際の液圧室46と液圧発生部36の周囲との間に発生する液圧差により、ピストン37とシリンダ39との摺動隙間などを介して燃料が充填される。
The
シリンダ39の下端部には、液圧室46と収容室58とを連通する第一連通路42と、弁部材31の通路35と外部とを連通する第二連通路43とが形成されている。図1では、第一連通路42と第二連通路43とが接続されているように見えるが、第一連通路42と第二連通路43は接続されていない。
A lower end portion of the
シリンダ39の周囲には、スリットスプリング44が配置されている。スリットスプリング44は、公知の構成で、例えば筒状の部材に周方向に延びるスリットを複数形成することによりバネ特性を発揮する。スリットスプリング44の上端部は、ピストン37に支持され、下端部はシリンダ39に支持される。スリットスプリング44は、燃料噴射弁1に収容された状態で、シリンダ39とピストン37とを常に引き離す方向に付勢している。スリットスプリング44は、ピストン37および変位取出部24を介してピエゾスタック21に予備荷重を付与している。予備荷重は、ピエゾスタック21が伸長する際の妨げとならない程度に設定されている。
A
ピストン37が下方に移動すると、液圧室46内の燃料の圧力が上昇する。その圧力は、第一連通を通って収容室58に流入し、弁部材31の上側の段差部33に作用する。
When the
次に、弁部材31の開閉動作の仕組みについて説明する。
Next, the mechanism of the opening / closing operation of the
弁部材31の開閉動作は、吸入口54から燃料噴射弁1内に供給される燃料の圧力、液圧発生部36にて発生した燃料の圧力を受けることにより発生する力や、スプリング49の付勢力の釣り合いによって決定される。
The opening / closing operation of the
弁部材31には、段差部33に燃料の圧力が作用することによって上方に向かう力(以下、「上方の力」という)が発生する。上方の力は、燃料の圧力が作用する段差部33の受圧面積、および収容室58内の燃料の圧力によって定まる。
In the
そして、弁部材31には、通路35に燃料の圧力が作用すること、およびスプリング49の付勢力によって下方に向かう力(以下、「下方の力」という)が発生する。下方の力は、燃料の圧力が作用する通路35内の受圧面積、通路35内の燃料の圧力、およびスプリング49の付勢力によって定まる。
In the
上方の力が下方の力よりも勝ったとき、弁部材31は開弁方向に移動し、下方の力が上方の力よりも勝ったとき、弁部材31は閉弁方向に移動する。
When the upper force wins over the lower force, the
燃料溜り室59および通路35内の燃料の圧力は、吸入口54から流入する燃料の圧力とほぼ同じであり、ほぼ一定の値を示している。収容室58内の燃料の圧力は、アクチュエータ2を作動される液圧発生部36により意図的に上昇、下降させられる。収容室58内の燃料の圧力は、アクチュエータ2を作動させ、ピストン37を下方に移動させることにより、燃料溜り室59や通路35内の燃料の圧力よりも高くすることができる。収容室58内の燃料の圧力が高まり、上方の力が下方の力よりも勝ると、弁部材31は開弁方向に移動する。
The pressure of the fuel in the
次に、燃料噴射弁1の動作について図1〜図3に基づき説明する。図3は、燃料噴射弁1の動作を説明するためのタイムチャートである。図3(a)は、図示しない制御装置からアクチュエータ2に送信される駆動パルスの状態を示している。図中、ONの状態のときに、アクチュエータ2に所定の電圧が印加され、OFFの状態のときに、アクチュエータ2への所定の電圧の印加が終了する。図3(b)は、ピストン37の変位を示している。図中、ゼロの状態は、ピストン37が上方に位置している状態を示している。図3(c)は、液圧室46内の燃料の圧力の状体を示している。図3(d)は、弁部材31のリフト量を示している。
Next, operation | movement of the
時刻t1、つまりパルスがOFFからONに切替わるまでは、ピストン37の位置は、上方にある(図3(b)参照)。このため、液圧室46の燃料の圧力は、弁部材31の通路35の燃料の圧力とほぼ同じ圧力となっている(図3(c)参照)。この状態では、弁部材31に発生する上方の力は、下方の力よりも低いため、弁部材31の先端32は、ノズルボデー55に着座した状態を維持し、噴孔57から燃料は噴射されない。
Until time t1, that is, until the pulse is switched from OFF to ON, the position of the
時刻t1となりパルスがONとなると、ピストン37は、変位取出部24によって下方に移動させられる。そして、ピストン37が下方に押されるとともに、液圧室46の燃料の圧力が上昇し始める。
When the pulse is turned on at time t1, the
液圧室46の燃料の圧力がある程度上昇し、時刻t2となると、高まった圧力が上側の段差部33に作用するため、弁部材31に発生する上方の力が下方の力よりも勝る。これにより、弁部材31が開弁方向にリフトし始める。弁部材31が開弁方向にリフトすると、図2に示すように、燃料溜り室59内の燃料が噴孔57より噴射される(図2参照)。
When the fuel pressure in the
時刻t2から時刻t3までは、ピストン37の位置が下方に向かうに従い、液圧室46の圧力が若干低下する。これは、弁部材31が上方にリフトし、収容室58内の容積が広くなるためである。
From time t2 to time t3, the pressure in the
時刻t3となりパルスがONからOFFに切替わると、液圧室46内の燃料の圧力およびスリットスプリング44の付勢力により、ピストン37は上方に移動し始める。この時点では、弁部材31のリフトは開弁状態を維持したままとなっている。
When the pulse is switched from ON to OFF at time t3, the
時刻t3から時刻t4までは、ピストン37の位置が上方に向かうに従い、液圧室46の圧力が通路35内の燃料の圧力よりも低くなる。
From time t3 to time t4, as the position of the
時刻t4となり液圧室46内の燃料の圧力が所定の値まで低くなると、弁部材31に発生する下方の力が上方の力よりも勝る。これにより、弁部材31が閉弁方向に移動し始める。その後、弁部材31の先端32がノズルボデー55に着座し、噴孔57からの燃料噴射が停止する(図1参照)。
When the pressure of the fuel in the
次に、本実施形態の特徴部分について、図4および図5に基づいて詳細に説明する。 Next, the characteristic part of this embodiment is demonstrated in detail based on FIG. 4 and FIG.
図4は、本実施形態の特徴構成を有する液圧発生部36を拡大した図であり、アクチュエータ2が収縮している状態を示している。図5は、液圧発生部36を拡大した図であり、アクチュエータ2を伸長している状態を示している。
FIG. 4 is an enlarged view of the
本実施形態では、液圧発生部36のシリンダ39の上端部40(ピストン37の段差部38と対向する部位)と、ピストン37の段差部38との間には、ピストン37の下方への移動を規制する移動規制部45が設けられている。
In the present embodiment, the
移動規制部45は、ピストン37よりも弾性係数の低い金属材料により、環状に形成されている。図4に示すように、移動規制部45の一方の端部は、シリンダ39の上端部40に溶接などにより固定されている。
The
移動規制部45の他方の端部と、この端部と対向するピストン37の段差部38との間には、図4に示す状態(アクチュエータ2が収縮している状態)で、所定間隔L分だけ隙間が形成されている。上記所定間隔Lは、図5に示すように、アクチュエータ2に所定の電圧を印加したときの変位取出部24の移動量とほぼ同じ間隔となっている。
Between the other end of the
これによれば、アクチュエータ2に所定の電圧を印加し、ピエゾ素子22が印加される電圧の大きさに応じた所定の伸長量に達したとき、つまりピストン37および変位取出部24が所定量移動したとき、移動規制部45にてピストン37および変位取出部24のこれ以上の移動が規制される。アクチュエータ2に所定の電圧を印加したときのピエゾ素子22の慣性による余分な伸長が制限される。このようにして、ピエゾスタック21の振動が抑制される。
According to this, when a predetermined voltage is applied to the
次に、上記特徴部分が奏する作用効果について、図6から図9に基づいて詳細に説明する。 Next, the effect which the said characteristic part show | plays is demonstrated in detail based on FIGS. 6-9.
図6は、移動規制部45を有する本実施形態の燃料噴射弁1におけるタイムチャートである。タイムチャートの項目は、図3と同じであるため説明は省略する。図7は、移動規制部45を有する本実施形態の燃料噴射弁1におけるt−q特性図である。
FIG. 6 is a time chart in the
図8は、移動規制部45が無い比較例の燃料噴射弁1におけるタイムチャートである。タイムチャートの項目は、図3と同じであるため説明は省略する。図9は、移動規制部45が無い比較例の燃料噴射弁1におけるt−q特性図である。
FIG. 8 is a time chart in the
まず、比較例の燃料噴射弁から説明する。比較例の燃料噴射弁について説明する際、本実施形態の燃料噴射弁と共通した部材については、本実施形態の燃料噴射弁と同じ部材名および番号を使用して説明する。 First, the fuel injection valve of the comparative example will be described. When describing the fuel injection valve of the comparative example, members common to the fuel injection valve of the present embodiment will be described using the same member names and numbers as those of the fuel injection valve of the present embodiment.
図8(a)に示すように、パルスのON時間を比較的短くした場合について説明する。図8(b)に示すように、パルスが時刻t1でONに切替わると、ピストン37は変位取出部24に押されて下方に移動し始める。それに伴い、図8(c)に示すように、液圧室46の燃料の圧力がピストン37の移動とともに上昇し始める。
As shown in FIG. 8A, a case where the pulse ON time is relatively short will be described. As shown in FIG. 8B, when the pulse is switched to ON at time t1, the
液圧室46の燃料の圧力がある程度上昇し、時刻t2となると、高まった圧力が段差部33に作用し、弁部材31が開弁方向にリフトし始める(図8(d)参照)。ところが、比較例における液圧発生部36には、移動規制部45が無いため、ピストン37の移動は規制されずに振動する。これは、ピエゾ素子22が慣性により余分に伸長することにより発生する振動が変位取出部24を介してピストン37に伝達されるためである。
When the fuel pressure in the
このピストン37の振動は、液圧発生部36の液圧室46の燃料の圧力にも伝達され、液圧室46内の燃料の圧力が脈動する。この圧力の脈動は時間が経過すると治まるが、この比較例のように、パルスのON時間が比較的短い場合では、圧力の脈動が治まる前にONからOFFに切替えられる(図8(a)および(c)参照)。
The vibration of the
液圧室46の圧力脈動が治まる前にパルスがOFF状態に切替わると、切替わるときの液圧室46の圧力の状態によって、弁部材31の閉弁応答性が変化する。図8(d)に示すように弁部材31の閉弁時期がパルスの切替わりタイミングに応じたタイミングとならなくなる。これにより、図9に示すように、パルスのON時間tと燃料噴射量qとの関係が比例の関係とならず、燃料噴射量が安定しなくなる。
If the pulse is switched to the OFF state before the pressure pulsation of the
図8(a)に示すように、パルスのONからOFFへの切替えタイミングを時刻t3、t4、t5と徐々に遅くした場合、つまり、パルスのON時間を徐々に長くした場合、その時刻のピストン37の動作によって弁部材31の閉弁時期が変化してしまう。
As shown in FIG. 8A, when the switching timing of the pulse from ON to OFF is gradually delayed at times t3, t4, and t5, that is, when the ON time of the pulse is gradually increased, the piston at that time The valve closing timing of the
例えば、切替えタイミングが時刻t4よりも早い時刻t3では、ピストン37は、下方へ向かって移動中である。このため、このタイミングにてパルスがOFFとなっても、ピストン37は慣性により下降し続け、液圧室46の圧力は直ぐには下降せずに、少し上昇した後、下降する。切り替えタイミングの次に遅い時刻t4を基準にすると、一点鎖線で示す時刻t3における液圧室46の圧力曲線は、実線で示す時刻t4における圧力曲線に近づく(図8(c)中の一点鎖線参照)。
For example, at time t3 when the switching timing is earlier than time t4, the
一方、切替えタイミングが時刻t4よりも遅い時刻t5では、ピストン37は、時刻t3の場合とは異なり上方へ向かって移動中である。このため、このタイミングにてパルスがOFFとなると、ピストン37は慣性により上昇し続け、液圧室46の圧力は比較的早く下降する。二点鎖線で示す時刻t5における液圧室46の圧力曲線は、実線で示す時刻t4における圧力曲線に近づく(図8(c)中の二点鎖線参照。)
このため、図9に示すように、パルスのON時間が比較的短いときは、ON時間が長いときと比べると、ON時間tと燃料噴射量qとの関係が比例の関係とならず、アイドリング時などの微小燃料噴射量を必要とするときの燃料噴射量が安定しない。
On the other hand, at time t5 when the switching timing is later than time t4, the
Therefore, as shown in FIG. 9, when the ON time of the pulse is relatively short, the relationship between the ON time t and the fuel injection amount q is not a proportional relationship compared to when the ON time is long. The fuel injection amount when a minute fuel injection amount is required is not stable.
一方、本実施形態では、ピストン37とシリンダ39との間に移動規制部45を設けるよってピストン37が所定量移動したときに、その移動を規制しているため、ピエゾ素子22の慣性による余分な伸長を変位取出部24を介して制限することができる。これによれば、変位取出部24を介して伝達されるピストン37への振動が抑制されるため(図6(b)参照)、液圧室46内の圧力の脈動が安定するまでの時間を短くすることができる(図6(c)参照)。
On the other hand, in this embodiment, since the
これによれば、微小燃料を噴射する目的で、パルスをOFFに切替える時期を早めても、切替える時期には既に液圧室46内の圧力は既に安定している。このため、図6(d)に示すように、弁部材31の閉弁時期をパルスのON時間に応じた時期とすることができる。その結果、図7に示すように、ON時間が比較的短いときであっても、燃料噴射量qをON時間tに対応した量とすることができ、燃料噴射量が安定する。
According to this, even if the timing of switching the pulse to OFF is advanced for the purpose of injecting the minute fuel, the pressure in the
ここで、ピエゾ素子22が余分に伸長することによるピエゾスタック21の振動を抑制するものとして、ピエゾスタック21に付与する予備荷重を増大させておくことが考えられる。本実施形態では、予備荷重は、主に液圧発生部36のスリットスプリング44の付勢力を変更することにより達成できる。
Here, in order to suppress the vibration of the
しかしながら、ピエゾ素子22の余分な伸長を抑制すべく、予備荷重を増大させておくと、前述したようにピエゾスタック21の伸長量自体が極端に小さくなってしまい、変位取出部24の変位量が小さくなる。これでは、液圧発生部36のピストン37を十分に移動させることができなくなり、液圧室46内に弁部材31を開弁方向に移動させるだけの燃料の圧力が発生させられない。
However, if the preliminary load is increased in order to suppress the excessive extension of the
本実施形態では、ピエゾ素子22が印加した電圧の大きさに応じた伸長量に達するまでは、移動規制部45は、ピエゾ素子22の伸長を妨げないようピストン37の移動を規制しないようになっている。このことにより、ピエゾスタック21の十分な伸長量を確保しつつ、伸長した後の振動を効果的に抑制することができるのである。
In the present embodiment, the
アクチュエータ2の変位取出部24の変位を燃料の圧力に変化する液圧発生部36と、液圧発生部36にて発生した燃料の圧力を駆動源とする弁部材31を備える本実施形態のような燃料噴射弁1においては、液圧発生部36のピストン37の慣性による振動にて液圧室46内の燃料の圧力に脈動が発生する可能性がある。この脈動は、弁部材31の駆動の安定性を損ねる可能性がある。
As in the present embodiment, a hydraulic
本実施形態では、この液圧発生部36のピストン37とシリンダ39との間に移動規制部45を設けているため、上述した液圧室46内での燃料の圧力脈動を直に抑制することができる。これにより、変位取出部24の振動を抑制するとともに、燃料の圧力の脈動を効果的に抑制することができる。
In this embodiment, since the
本実施形態では、移動規制部45はピストン37よりも弾性係数の低い金属材料により形成されている。これによれば、移動規制部45がピストン37に衝突する際の、衝撃音を極力抑えることができる。また、ピストン37の摩耗も抑制することができる。
In the present embodiment, the
また、図10に示すように、移動規制部45は、シリンダ39ではなく、ピストン37に固定されていても良い。このことによる作用効果は上述のものと全く同じである。ピストン37に固定される場合では、移動規制部45は、シリンダ39よりも弾性係数の低い金属材料により形成するのが好ましい。
As shown in FIG. 10, the
また、移動規制部45は、金属製に限らない。移動規制部45は、ピストン37の移動を規制する際に当接するピストン37またはシリンダ39の弾性係数よりも低いゴムなどの材料であっても良い。
Moreover, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。ここでは、第2実施形態の特徴的な部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, only characteristic parts of the second embodiment will be described.
第2実施形態では、第1実施形態のように移動規制部45をシリンダ39の上端部40とピストン37の段差部38との間に設けるのではなく、図11および図12に示すように、液圧室46内に設けている。
In the second embodiment, the
図11では、液圧室46の中央部部分に板状の移動規制部45aを設けている。移動規制部45aとピストン37との隙間は、第1実施形態の隙間Lと同じ大きさとしている。また、図12に示すように、液圧室46に設ける移動規制部45bをリング状のものとしても良い。この場合、液圧室46に接続される第一連通路42の開口部を塞がない形状とする必要がある。この移動規制部45aとピストン37との隙間も、第1実施形態の隙間Lと同じ大きさとしている。
In FIG. 11, a plate-like
これらの図11、12に示す実施形態によれば、移動規制部45a、45bが液圧室46内に設けられているため、移動規制部45a、45bとピストン37またはシリンダ39とが当接する際の衝撃音が外部に漏れにくくなる。移動規制部45a、45bの材質を、ピストン37の移動を規制する際に当接するピストン37またはシリンダ39の弾性係数よりも低い材質とすることにより、さらに衝撃音を小さくすることができる。
According to the embodiment shown in FIGS. 11 and 12, since the
また、移動規制部45a、45bは、第1実施形態でも述べたように、ピストン37またはシリンダ39のいずれか一方に固定されていれば良い。
Further, as described in the first embodiment, the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。ここでは、第3実施形態の特徴的な部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, only the characteristic part of the third embodiment will be described.
第3実施形態では、第1、第2実施形態のように、移動規制部45、45a、45bを環状または板状に形成するのではなく、図13に示すように、移動規制部自体が、ピストン37の移動を規制する際に変形する形状、例えば板ばねとして作用するように移動規制部45cを形成している。
In the third embodiment, instead of forming the
移動規制部45cをこのように形成することにより、使用する材料の弾性係数を高めつつ、移動規制部45cの弾性係数の低くすることができる。その結果、移動規制部45cと、ピストン37またはシリンダ39とが当接する際の衝撃音を小さくするとともに、移動規制部45c自体の摩耗の進みを遅らせることができる。
By forming the
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。ここでは、第4実施形態の特徴的な部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, only the characteristic part of the fourth embodiment will be described.
第1から第3実施形態では、移動規制部45、45a〜cをピストン37およびシリンダ39と別体としているのに対し、第4実施形態では、図14、図15に示すように移動規制部45d、45eをピストン37またはシリンダ39の一部として形成している。
In the first to third embodiments, the
図14は、移動規制部45dをシリンダ39の上端部40の一部として一体に形成している例を示している。シリンダ39は、上端部40と、対向するピストン37の段差部38との間の隙間がLとなるようにその寸法が定められている。
FIG. 14 shows an example in which the
図15は、移動規制部45eをピストン37の段差部38の一部として一体に形成している例を示している。ピストン37は、段差部38と、対向するシリンダ39の上端部40との間の隙間がLとなるようにその寸法が定められている。
FIG. 15 shows an example in which the
これによれば、移動規制部45d、45eを別部品として用意する必要がなくなるため、燃料噴射弁1の部品点数が減り、製造コストの上昇を抑えることができる。
According to this, since it becomes unnecessary to prepare the
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。ここでは、第5実施形態の特徴的な部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, only the characteristic part of the fifth embodiment will be described.
第5実施形態では、第1から第4とは異なり、図16に示すように、移動規制部45fをホルダボデー51の内壁から変位取出部24に向かって突出するように形成している。この移動規制部45fは、変位取出部24の移動を直接規制する。移動規制部45fは、変位取出部24が下方にLだけ移動したときに当接する位置に形成されている。
In the fifth embodiment, unlike the first to fourth, as shown in FIG. 16, the
この構成によれば、液圧発生部36よりも部品が大きいホルダボデー51に移動規制部45fを形成しているため、移動規制部を液圧発生部36に組み付ける、または移動規制部を液圧発生部36に形成する場合に比べ、製造コストの上昇を極力抑えることができ、ひいては燃料噴射弁1の製造コストの上昇を抑えることができる。また、この構成によれば、液圧発生部36を持たない形式の燃料噴射弁にも適用することができる。
According to this configuration, since the
1 燃料噴射弁、2 アクチュエータ、3 弁要素、5 ハウジング、21 ピエゾスタック、22 ピエゾ素子、23 固定部材、24 変位取出部、26 ケーシング、31 弁部材(弁要素)、36 液圧発生部(弁要素)、37 ピストン、39 シリンダ、44 スリットスプリング、45 移動規制部、46 液圧室、47 内装シリンダ、48 スプリング、49 スプリング、51 ホルダボデー(ハウジング)、55 ノズルボデー(ハウジング)、57 噴孔、58 収容室、59 燃料溜り室
DESCRIPTION OF
Claims (8)
噴孔が形成されているハウジングと、
前記ハウジングに収容され、前記噴孔を開閉する弁要素と、
前記弁要素の開閉動作を制御するアクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、および前記ピエゾ素子の伸縮する際の変位を前記アクチュエータの外部に取り出し、前記弁要素に伝達する変位取出部を有し、
前記アクチュエータの外部には、前記ピエゾ素子が所定の伸長量に達したときに、前記変位取出部の移動を規制する移動規制部が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。 In a fuel injection valve that injects fuel,
A housing in which a nozzle hole is formed;
A valve element housed in the housing and opening and closing the nozzle hole;
An actuator for controlling the opening and closing operation of the valve element,
The actuator has a piezo element that expands and contracts by applying a voltage, and a displacement extraction unit that takes out a displacement when the piezo element expands and contracts to the outside of the actuator and transmits the displacement to the valve element.
A fuel injection valve characterized in that a movement restricting portion for restricting movement of the displacement extracting portion when the piezoelectric element reaches a predetermined extension amount is provided outside the actuator.
前記液圧発生部は、ピストン、および前記ピストンを軸方向に摺動可能に支持し、前記ピストンとの間に液圧室を形成するシリンダを有し、
前記移動規制部材は、前記ピストンと前記シリンダとの間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。 The valve element includes a hydraulic pressure generating unit that converts the displacement of the displacement extracting unit into a hydraulic pressure, and a valve member that opens and closes the nozzle hole using a hydraulic pressure generated in the hydraulic pressure generating unit as a drive source. And
The fluid pressure generating unit includes a piston and a cylinder that supports the piston so as to be slidable in the axial direction, and forms a fluid pressure chamber between the piston and the piston.
The fuel injection valve according to claim 1, wherein the movement restricting member is provided between the piston and the cylinder.
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