JP2011122467A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ピエゾインジェクタにおいて、圧電素子の積層体２が伸長しても、ベローズが積層体２の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制する。
【解決手段】積層体２が伸長すると、ベローズ組立体２４において、小径ベローズ２７が伸長するとともに大径ベローズ２６が短縮する。この結果、小径ベローズ２７が伸長することで積層体２の伸長に対する抵抗を増しても、大径ベローズ２６が軸方向に短縮することで積層体２の伸長に対する抵抗を減ずるので、ベローズ組立体２４によれば、単一のベローズに比べて、積層体２の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制することができる。以上により、ピエゾインジェクタにおいてベローズ組立体２４を採用することにより、単一のベローズを使用する場合に比べて、積層体２の伸長に対する抵抗を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。

従来から、インジェクタでは、圧電素子の積層体に電圧を印加して積層体を軸方向に伸長させることで、弁体を駆動して噴孔を開放するものが公知となっている（以下、圧電素子の積層体に電圧を印加することで開弁するインジェクタを、ピエゾインジェクタと呼ぶことがある。）。

ところで、従来のピエゾインジェクタ１００では、圧電素子に対する燃料付着回避および電気的絶縁等の観点から、積層体１０１の外周面に電気絶縁性の接着剤を塗布して環状の接着剤層（図示せず）を設けるとともに接着剤層の外周側を絶縁材料（図示せず）で覆い、さらに絶縁材料の外周側に空洞１０２を形成するようにＳＵＳカバー１０３を配している（図４参照）。

そして、圧電素子に対する燃料付着回避および電気絶縁性等を確保した上で積層体１０１の伸長力を他部材に伝達するため、ＳＵＳカバー１０３の一端にベローズ１０４が接続され、ベローズ１０４によりＳＵＳカバー１０３の一端側が封鎖されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、ベローズ１０４は、軸方向に伸長すると縮径して軸方向に関するばね定数が大きくなる。このため、積層体１０１が伸長するほど、積層体１０１の伸長に対するベローズ１０４の抵抗が大きくなってしまい、積層体１０１の伸長力が伝達されにくくなってしまう。

特開２００２−２０２０２３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ピエゾインジェクタにおいて、圧電素子の積層体が伸長しても、ベローズが積層体の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、圧電素子の積層体に電圧を印加して積層体を軸方向に伸長させることで、弁体を駆動して噴孔を開放するものである。
また、インジェクタは、互いに異径の２つのベローズを同軸的に配するとともに、２つのベローズの間を環状の連結部材により連結してなるベローズ組立体を備える。そして、２つのベローズは、径方向に関して外周側と内周側との間で流体の流出入が遮断されるように連結部材により連結され、積層体は、ベローズ組立体の内周側にベローズ組立体と同軸的に収容されている。

さらに、ベローズ組立体の軸方向一端および他端は、それぞれ、積層体の軸方向一端および他端を支持する一端側部材および他端側部材により封鎖されて流体の流出入が遮断されている。
そして、２つのベローズは、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低い。

これにより、積層体が軸方向にどのように伸縮しても、ベローズ組立体の内部容積は変わらない。すなわち、２つのベローズは、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低いため、積層体の伸縮に応じて軸方向に伸縮しても径方向の伸縮量が小さい。このため、積層体が伸長してベローズ組立体が軸方向に長くなれば、径小のベローズが軸方向に伸長し、径小のベローズが伸長することにより径小のベローズに囲われた領域の容積が増加する。そして、径小のベローズに囲われた領域の容積増加分は、径大のベローズが軸方向に短縮することで吸収される。

つまり、積層体が伸長すると、ベローズ組立体において、径小のベローズが伸長するとともに径大のベローズが短縮する。この結果、径小のベローズが伸長することで積層体の伸長に対する抵抗を増しても、径大のベローズが軸方向に短縮することで積層体の伸長に対する抵抗を減ずるので、ベローズ組立体によれば、単一のベローズに比べて、積層体の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制することができる。
以上により、ピエゾインジェクタにおいて、圧電素子の積層体が伸長しても、ベローズが積層体の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタによれば、２つのベローズの内周側には、それぞれ環状体が装着されて径方向の剛性が高められている。
これにより、２つのベローズは、さらに径を可変しにくくなるので、積層体の伸長に応じて、径小、径大のベローズは、それぞれ、確実に径を変えることなく、伸長したり短縮したりするようになる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のインジェクタによれば、連結部材は、所定の支持部材により軸方向に摺動自在に支持されている。
これにより、各ベローズの伸縮動作を軸方向に関して安定させることができる。

インジェクタの全体構成図である（実施例１）。 （ａ）は伸長前のピエゾアクチュエータを示す説明図であり、（ｂ）は伸長後のピエゾアクチュエータを示す説明図である（実施例１）。 ピエゾアクチュエータを示す説明図である（実施例２）。 （ａ）は伸長前のピエゾインジェクタの要部を示す説明図であり、（ｂ）は伸長後のピエゾインジェクタの要部を示す説明図である（従来例）。

実施形態１のインジェクタは、圧電素子の積層体に電圧を印加して積層体を軸方向に伸長させることで、弁体を駆動して噴孔を開放するものである。
また、インジェクタは、互いに異径の２つのベローズを同軸的に配するとともに、２つのベローズの間を環状の連結部材により連結してなるベローズ組立体を備える。そして、２つのベローズは、径方向に関して外周側と内周側との間で流体の流出入が遮断されるように連結部材により連結され、積層体は、ベローズ組立体の内周側にベローズ組立体と同軸的に収容されている。

さらに、ベローズ組立体の軸方向一端および他端は、それぞれ、積層体の軸方向一端および他端を支持する一端側部材および他端側部材により封鎖されて流体の流出入が遮断されている。
そして、２つのベローズは、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低い。

実施形態２のインジェクタによれば、２つのベローズの内周側には、それぞれ環状体が装着されて径方向の剛性が高められている。
また、連結部材は、所定の支持部材により軸方向に摺動自在に支持されている。

〔実施例１の構成〕
実施例１のインジェクタ１の構成を、図１を用いて説明する。
インジェクタ１は、例えば、エンジン（図示せず）の各気筒に搭載されて、燃焼室（図示せず）に直接的に燃料を噴射するものであり、圧電素子の積層体２に電圧を印加して積層体２を軸方向に伸長させることで、弁体３を駆動して噴孔４を開放する。

インジェクタ１は、燃料を噴射するノズル部６と、積層体２を有してノズル部６の弁体３を駆動するピエゾアクチュエータ７と、ピエゾアクチュエータ７で発生した駆動力をノズル部６に伝達する駆動力伝達部８とを備え、例えば、コモンレールから高圧の燃料を受け入れるとともに、受け入れた燃料を内部に形成される燃料流路を介して先端の噴孔４に導き、弁体３を駆動することにより噴孔４を通じて噴射する。

ノズル部６は、噴孔４を開閉する弁体３と、先端に噴孔４を有する弁ボディ９と、弁体３の摺動軸部１０を軸方向に摺動自在に支持する円筒状の第１内部ボディ１１と、弁体３を閉弁側に付勢するスプリング１２と、第１内部ボディ１１の後端側を封鎖してスプリング１２を収容するスプリング室１３を形成する第２内部ボディ１４とを有する。

ここで、弁ボディ９は、弁体３の先端部を軸方向に摺動自在に収容することで、弁体３との間に噴孔４に燃料を導くためのノズル室１８を形成する。また、スプリング室１３は、コモンレールから受け入れた高圧の燃料を噴孔４の方に導くための燃料流路の一部をなし、スプリング室１３は、第２内部ボディ１４に設けられた燃料通路１９を介して高圧の燃料を受け入れる。そして、スプリング室１３とノズル室１８とは弁体３に設けられる燃料通路２０を介して連通している。
以上の構成により、コモンレールから受け入れた高圧の燃料が噴孔４まで導かれる。

また、第１内部ボディ１１は、弁体３に対し開弁側に燃料圧を作用させるための制御室２３を弁体３との間に形成する。そして、制御室２３の燃料圧がピエゾアクチュエータ７の動作に応じて増減することで、弁体３が開弁したり閉弁したりする。

ピエゾアクチュエータ７は、圧電素子の積層体２と、積層体２を収容するベローズ組立体２４とを有する。
ベローズ組立体２４は、互いに異径の２つのベローズ（以下、径が大きい方を大径ベローズ２６、径が小さい方を小径ベローズ２７と呼ぶ。）を同軸的に配するとともに、大径、小径ベローズ２６、２７の間を環状の連結部材２８により連結してなるものである。

大径、小径ベローズ２６、２７は、径方向に関して外周側と内周側との間で燃料の流出入が遮断されるように連結部材２８により連結され、積層体２は、ベローズ組立体２４の内周側にベローズ組立体２４と同軸的に収容されている。さらに、ベローズ組立体２４の先端および後端は、それぞれ、積層体２の先端および後端を支持する先端側部材２９および後端側部材３０により封鎖されて燃料の流出入が遮断されている。そして、大径、小径ベローズ２６、２７は、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低い。

駆動力伝達部８は、ピエゾアクチュエータ７の先端により当接されて先端側に移動するピストン３３と、ピストン３３を摺動自在に支持して第２内部ボディ１４との間に圧力室３４を形成する円筒状の第３内部ボディ３５と、ピストン３３を後端側に付勢するスプリング３６とを有する。ここで、圧力室３４には、逆止弁３７を介して、コモンレールから受け入れた高圧の燃料が供給され、圧力室３４と制御室２３とは第１、第２内部ボディ１１、１４を通る燃料通路３８により連通している。

これにより、積層体２が伸長してピストン３３を先端側に移動させると、圧力室３４が圧縮されて制御室２３の燃料圧が上昇する。このため、弁体３が開弁側に駆動されて噴孔４が開放され、燃料の噴射が開始する。また、積層体２が短縮してピストン３３が後端側に移動すると、圧力室３４が膨張されて制御室２３の燃料圧が低下する。このため、弁体３が閉弁側に駆動されて噴孔４が閉鎖され、燃料の噴射が停止する。
なお、積層体２に対する電圧印加開始および電圧印加停止は、車両に搭載された所定の電子制御装置からの指令に応じて行われる。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１のインジェクタ１の作用効果を、図２を用いて説明する。
積層体２が電圧印加により軸方向に伸長すると、ベローズ組立体２４では、ベローズ組立体２４の内部容積が変化しないように、大径ベローズ２６が短縮するとともに、小径ベローズ２７が伸長する。すなわち、大径、小径ベローズ２６、２７は、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低いため、積層体２の伸縮に応じて軸方向に伸縮しても径方向の伸縮量が小さい。

このため、積層体２が伸長してベローズ組立体２４が軸方向に長くなれば、小径ベローズ２７が軸方向に伸長し、小径ベローズ２７が伸長することにより小径ベローズ２７に囲われた領域の容積が増加する。そして、小径ベローズ２７に囲われた領域の容積増加分は、大径ベローズ２６が軸方向に短縮することで吸収される。

つまり、積層体２が伸長すると、ベローズ組立体２４において、小径ベローズ２７が伸長するとともに大径ベローズ２６が短縮する。この結果、小径ベローズ２７が伸長することで積層体２の伸長に対する抵抗を増しても、大径ベローズ２６が軸方向に短縮することで積層体２の伸長に対する抵抗を減ずるので、ベローズ組立体２４によれば、単一のベローズに比べて、積層体２の伸長に対し抵抗として作用するのを抑制することができる。
以上により、インジェクタ１においてベローズ組立体２４を採用することにより、単一のベローズを使用する場合に比べて、積層体２の伸長に対する抵抗を抑制することができる。

実施例２のインジェクタ１によれば、図３に示すように、大径、小径ベローズ２６、２７の内周側には、それぞれ環状体４１が装着されて径方向の剛性が高められている。
これにより、大径、小径ベローズ２６、２７は、さらに径を可変しにくくなるので、積層体２の伸長に応じて、大径、小径ベローズ２６、２７は、それぞれ、確実に径を変えることなく、伸長したり短縮したりするようになる。
また、連結部材２８は、ピストン３３の内周側で軸方向に摺動自在に支持されている。これにより、大径、小径ベローズ２６、２７の伸縮動作を軸方向に関して安定させることができる。

〔変形例〕
インジェクタ１の態様は、実施例１、２に限定されず種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例１、２のインジェクタ１は燃焼室に燃料を直接的に噴射するものであったが、インジェクタ１をインテークマニホールドに装着して吸気ポートに燃料を噴射するようにしてもよい。

１ インジェクタ
２ 積層体
３ 弁体
４ 噴孔
２４ ベローズ組立体
２６ 大径ベローズ（２つのベローズ）
２７ 小径ベローズ（２つのベローズ）
２８ 連結部材
２９ 先端側部材（一端側部材）
３０ 後端側部材（他端側部材）
４１ 環状体

Claims (3)

1. 圧電素子の積層体に電圧を印加して前記積層体を軸方向に伸長させることで、弁体を駆動して噴孔を開放するインジェクタにおいて、
   互いに異径の２つのベローズを同軸的に配するとともに、前記２つのベローズの間を環状の連結部材により連結してなるベローズ組立体を備え、
   前記２つのベローズは、径方向に関して外周側と内周側との間で流体の流出入が遮断されるように前記連結部材により連結され、
   前記積層体は、前記ベローズ組立体の内周側に前記ベローズ組立体と同軸的に収容され、
   前記ベローズ組立体の軸方向一端および他端は、それぞれ、前記積層体の軸方向一端および他端を支持する一端側部材および他端側部材により封鎖されて流体の流出入が遮断され、
   前記２つのベローズは、両方とも径方向よりも軸方向に剛性が低いことを特徴とするインジェクタ。
2. 請求項１に記載のインジェクタにおいて、
   前記２つのベローズの内周側には、それぞれ環状体が装着されて径方向の剛性が高められていることを特徴とするインジェクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のインジェクタにおいて、
   前記連結部材は、所定の支持部材により軸方向に摺動自在に支持されていることを特徴とするインジェクタ。

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