JP2600881B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《発明の分野》 この発明は、アイドル時等のように微量燃料の噴射時
に噴射燃料量を精度よく調整するのに好適な燃料噴射弁
に関する。

《従来の技術》 従来、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁として、例え
ば第５図に示すようなものが知られている。

すなわち、この種の燃料噴射弁は、燃料入口５の他端
側にリターンスプリング２により付勢されたコア３に支
持されてニードル弁１が配置されており、通常ニードル
弁１の先端部は上記リターンスプリング２の付勢力によ
って燃料噴射口４に圧入嵌合されており、この燃料噴射
口４を開状態としている。しかして、図示しないコント
ロールユニットからコイル6aへ通電が行われると、これ
によりコア３がリターンスプリング２の付勢力に抗して
ソレノイド６側へ電磁吸引されて所定量リフトされる。

このため、コア３先端側に固定されているニードル弁
１もコア３とともに所定量リフトされ、かつニードル弁
１のリフトにより閉状態にある燃料噴射口４は開状態と
なり、一定圧力を有してノズル７部分まで達している燃
料が燃料噴射口４を介して噴射される。

しかして、ニードル弁１のリフト量は一定であり、ま
たニードル弁１のリフトにより開口される燃料噴射口４
の面積も一定であるため、燃料の噴射量は、ニードル弁
１のリフト時間すなわちコイル6aへの通電時間により調
量される。

なお、ニードル弁１のリフト量は通常60〜80μｍに設
定されており、コイル6aへの通電時間により燃料の噴出
量は比例的に制御されている。

（第４図参照） 《発明が解決しようとする課題》 ところで、この種の燃料噴射弁にあっては、ソレノイ
ド６の電気的時定数が大きいため、およびソレノイド６
の推力に対してコア３等の可動部質量が大きいため、ニ
ードル弁１の開弁時および閉弁時の応答性が低いという
問題がある。

したがって、コイル6aへの通電時間が短い場合には、
燃料噴射弁は比例的に制御されず、特にアイドル時のよ
うに燃料の噴射量が小量の場合には精度良く燃料を調量
できないため、アイドル時のエンジン回転が不安定にな
るという問題点があり、またこの状態において回転を上
げると燃費が悪くなるという問題点があった。

《発明の目的》 この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、微量燃料の噴射時
にはニードル弁のリフト量を少量に減少し同時に噴射時
間を長く調整することより、従来比例的に制御すること
ができなかった領域（微量燃料の噴射時）においても、
ニードル弁のリフトを比例的に制御し、微量燃料の噴射
量を精度良く調量することのできる燃料噴射弁を提供す
ることにある。

《課題を解決するための手段》 この発明を第１図に基づいて説明する。

上述の目的を達成するため、本発明は、コイルへの通
電により鉄心を励磁するソレノイドと、ニードル弁の上
端を進退可能な状態で収納し、かつ、前記鉄心の励磁に
よりソレノイド側へリフトするプランジャと、プランジ
ャの上端中央に設けられているストッパと、前記ストッ
パに直接当接するようにニードル弁の上方部内に内蔵さ
れた圧電素子と、前記プランジャとニードル弁との間に
介装されて前記圧電素子をストッパに押しつける弾性体
とを備え、前記圧電素子に対する電圧の印加により、ニ
ードル弁に対するプランジャの相対位置を変化させてニ
ードル弁のリフト量を調整することを特徴とする。

《実施例の説明》 以下、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第２図はこの実施例に係わる燃料噴射弁の断面を示す
概略構成図である。

第２図に示すようにコントロールユニット11からの通
電が行われるソレノイド10を構成するコイル10aが設け
られており、上記ソレノイド10は、燃料噴射弁の上方側
に装着されるとともに、コイル10aの中心上下方向に鉄
心12が挿嵌されており、コイル10aへの通電あるいは通
電の遮断により上記鉄心12が励磁あるいは消磁される。

14は上記鉄心12の下面側に設けられた凹部13内に埋設
されているリターンスプングであり、その下部側は通常
凹部13内より若干突出しており、燃料噴射内の上下方向
に進退自在に配置されているプランジャ15を付勢してい
る。

一方、上記プランジャ15は、下面側を開口部15aとす
る中空部15bが形成されており、さらにこの中空部15bの
上方は大径の中空部15cが形成されている。

16はニードル弁であり、このニードル弁16の上方部分
は上記プランジャ15の中空部15b内に進退可能に挿入さ
れており、上端のフランジ部16aがプランジャ15の上記
大径中空部15c内においてリターンスプリング17を介し
て上方側へ付勢されている。

また、18は隔壁15dより突出しナット19によりロック
されたボルトであり、このボルト19およびリターンスプ
リング17によりプランジャ15は一定位置に停止されてい
る。このボルト19は、圧電素子21と直接当接しており、
ニードル弁16のストッパとしての機能を果たしている。

一方、ニードル弁16の下方部は、側壁19の下面に開設
された燃料噴射口20内に進退自在に挿嵌されており、通
常状態においては燃料噴出口20を閉状態としている。

また、ニードル弁16の上方部内には積層型の圧電素子
21が内蔵されており、この圧電素子21がコントローラユ
ニット11からの電圧の印加によりリターンスプリング17
の付勢力に抗してニードル弁16を所定量燃料噴射口20側
へ逆リフトする。すなわち、圧電素子21の厚み変化量を
直にニードル弁16に伝達し、これによりニードル弁16を
逆リフトするように構成されている。

なお、22は燃料入口である。

コントローラユニット11内には、少なくともコイル10
aへの通電を行なう入力信号のパルス幅を検出するパル
ス幅検出部110,および制御部111を有する。

上記制御部111は、パルス幅検出部110が、入力信号の
パルス幅が予め定められた所定パルス幅（ニードル弁16
の応答性を比例的に制することのできる最小パルス幅）
以上であることを検出した場合には、この入力信号に基
づいて所定時間コイル10aへの通電を行なう。

一方、入力信号のパルス幅が予め定められた所定パル
ス幅以下であると判断した場合には、圧電素子21へ電圧
印加を行なって燃料噴射口20を小量に開口調整すると同
時に、上記パルス幅を予め定められた所定パルス幅以上
であってかつ小量に変更された上記燃料噴射口20が必要
燃料量の噴射を行うのに要する時間コイル10aへの通電
を行い得る所要パルス幅に変更した上でコイル10aへ通
電を行なうものである。

本発明は、上記のような構成よりなり、次にその作用
を説明する。

入力信号に基づきコイル10aに通電を行なうと、励磁
された鉄心12によりプランジャ15に対して電磁吸引力が
働き、その結果鉄心12に取付けられているリターンスプ
リング14の付勢力に抗してプランジャ15が上方すなわち
ソレノイド10側に所定量リフトされ、プランジャ15の上
面が鉄心12の下面に接したところでプランジャ15は保持
される。

このとき、ニードル弁16はプランジャ15に対して固定
的に組合わされているので、プランジャ15のリフトに伴
って移動し、したがって、ニードル弁16の上方向へのリ
フトにより燃料噴出口20が開口する。燃料入口22から流
入したガソリンは加圧状態で閉塞されているが、燃料噴
出口20の開口により噴射される。

次に、コイル10aへの通電時間が予め定められた時間
よりも短い場合、すなわちパルス幅が小さい場合（通常
1.5ms以下）、従来例では第３図（ａ）に示すようにパ
ルス幅に比例して燃料量が調整されず、特に1ms以下の
パルス幅ではニードル弁16がリフトしなくなるため燃料
は噴射できない。

しかしながら、実施例にあっては、積層型の圧電素子
21に150Vの直流電圧を印加するので、上記圧電素子21が
15μｍ程リフトするため、このニードル弁16に対するプ
ランジャ15の相対位置が変化して、ニードル弁16自体が
15μｍだけ逆リフトし、結果としてこのときのニードル
弁16のリフト量は、（コイル10aへの通電によるリフト
量（60〜80μｍ）−（圧電素子21の逆リフト量（15μ
ｍ））となり、単位時間当りの燃料噴射量は逆リフト量
分だけ減少する。

そこで圧電素子21に電圧を印加してニードル弁16を逆
リフトさせた場合における燃料噴射量の減少を補正する
ため、制御部111においてこの入力信号のパルス幅を上
記したような所要パルス幅に変更し、変更した所要パル
ス幅の入力信号に基づき改めてコイル10aへ通電を行な
う。

しかして、コイル10aへ印加するパルス幅（印加時
間）が増加するため、燃料噴射量は再び比例関係とな
り、微量な燃料の噴射であってもコイル10への通電によ
る比例制御によって精度よく調量できるようになり、ア
イドル時等の燃料噴射量の制御が精度良く行なえ、エン
ジン回転が安定しかつその分アイドル回転数が下げられ
るため燃費も向上させることができる。

また、電圧素子21に数Khzから数10hzの高周波を印加
すると、電圧素子21は印加周波数で伸縮を繰り返し、燃
料が微量化されるので低温始動性が向上し、かつ充填効
率の向上により出力の増強を図ることができる。

《発明の効果》 この発明は、入力信号のパルス幅がニードル弁の開閉
応答を比例制御関係とすることができない、いわゆる所
定パルス幅未満の場合には、通常コイルへの通電によっ
てリフトするニードル弁の所定リフト量を、ニードル弁
内に内蔵した積層型の圧電素子への電圧印加によって逆
リフトさせて減量するように構成し、かつこのパルス幅
を制御部において所定パルス幅以上に変更しかつ小量に
開口調整された燃料噴射口が必要燃料量の噴射を行うの
に要する時間コイルへの通電を伴い得る所要パルス幅に
変更した上でコイルへ通電するよう構成したため、微量
燃料の噴射量の調整が比例的に精度良く行なえるように
なり、アイドル時のエンジン回転が安定しかつ燃費の向
上を図ることができる。

さらに、本発明によれば、圧電素子を有するためこの
圧電素子に数Khzから数10hzの高周波を印加し、印加周
波数で収縮を繰り返して燃料を微量化することができる
ので、低温始動性が向上し、かつ充填効率の向上により
出力の増強を図ることができる。

さらに、本発明によれば、圧電素子がストッパに直接
当接しており、かつ、弾性体が圧電素子をストッパに押
しつけるようになっていることにより、コイルに電圧を
印加してプランジャを引き上げ、ニードル弁を開く際
に、プランジャが鉄心に衝突し、圧電体が衝突するのを
防止する。

このため、圧電体の耐衝撃性が優れ、その結果、燃料
噴射弁自体の耐久性を向上させことができる。

さらに、本発明によれば、圧電素子がストッパに直接
当接した状態でニードル弁の上方部内に内蔵されてお
り、かつ、弾性体が圧電素子をストッパに押しつけた構
成になっているため、積層した素子が剥がれるのを防止
することができ、この点においても燃料噴射弁自体の耐
久性を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、圧電素子がニードル弁の上
方部内に内蔵されていることにより、この内蔵された長
さ分、燃料噴射弁の寸法を短縮することができ、小型化
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明に係
わる実施例の燃料噴射弁の断面を示す概略構成図、第３
図（ａ）（ｂ）および第４図は燃料噴射弁の特性図、第
５図は従来の燃料噴射弁の構造を示す断面図である。 10…ソレノイド 11…コントロールユニット 15…プランジャ 16…ニードル弁 21…圧電素子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイルへの通電により鉄心を励磁するソレ
   ノイドと、 ニードル弁の上端を進退可能な状態で収納し、かつ、前
   記鉄心の励磁によりソレノイド側へリフトするプランジ
   ャと、 このプランジャの上端中央に設けられているストッパ
   と、 このストッパに直接当接するようにニードル弁の上方部
   内に内蔵された圧電素子と、 前記プランジャとニードル弁との間に介装されて前記圧
   電素子をストッパに押しつける弾性体とを備え、 前記圧電素子に対する電圧の印加により、前記ニードル
   弁に対するプランジャの相対位置を変化させてニードル
   弁のリフト量を調整することを特徴とする燃料噴射弁。