JP3632337B2 - 噴射弁 - Google Patents
噴射弁 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3632337B2 JP3632337B2 JP32395596A JP32395596A JP3632337B2 JP 3632337 B2 JP3632337 B2 JP 3632337B2 JP 32395596 A JP32395596 A JP 32395596A JP 32395596 A JP32395596 A JP 32395596A JP 3632337 B2 JP3632337 B2 JP 3632337B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- needle
- piezoelectric element
- injection valve
- valve
- lift amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射弁等に適用される、圧電素子をアクチュエータとする弁構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エンジンに備えられる燃料噴射弁等に、印加電圧に応じて伸張する積層圧電素子(ピエゾ素子)を用いてニードル(弁体)を開弁作動させるものがあった。ニードルを圧電素子により駆動することにより、燃料噴射弁の高速応答性が高まり、高出力化に対応するための噴射可能範囲を拡大できる。また、少量の燃料を安定して噴射することが可能となり、燃費の低減がはかれる。
【0003】
従来、この種の燃料噴射弁として、例えば図4に示すようなものがある(特公平7−72520号公報、参照)。
【0004】
これについて説明すると、ノズルボディ51にニードル52が摺動可能に収装される。ノズルボディ51の内部にはニードル52のまわりに燃圧室53が画成される。ノズルボディ51の先端に噴口51bが開口し、噴口51bはニードル52によって開閉される。
【0005】
図示しない燃料噴射ポンプから圧送される燃料は、燃料入口63から燃料通路62を通して燃圧室53に導入され、ニードル52のリフトに伴って噴口51bから噴射される。
【0006】
ニードル52をロッド64等を介して閉弁方向に付勢するスプリング54が設けられる。
【0007】
ニードル52を開弁方向に駆動する圧電素子60が設けられる。圧電素子60はリード線68を介して電圧が印加されることによりスプリング54に抗して伸長すると、リテーナ67を介してロッド64が引き込まれ、ロッド64に追従させてニードル2をリフトさせる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃料噴射弁にあっては、圧電素子60の変位方向とニードル52の変位方向が逆転しているため、圧電素子60の駆動力を逆転させてニードル52に伝達するリテーナ67およびロッド64等の機構が必要となり、構造が複雑化するという問題点が考えられる。
【0009】
また、ニードル52のフルリフト量が圧電素子60の変位量によって決まるため、ニードル52のフルリフト量Aが圧電素子60の固体バラツキに影響され、燃料噴射量にバラツキが生じるという問題点が考えられる。
【0010】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、圧電素子をアクチュエータとする噴射弁において、構造の簡素化をはかるとともに、燃料噴射量のバラツキを抑えることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の噴射弁は、先端に噴口を有するハウジングに摺動可能に収装され、噴口が開口した座面に接離して噴口を開閉するニードルと、ニードルを開弁方向に付勢する手段と、印加される電圧により伸長してニードルを直接的に閉弁方向に駆動し、電圧を遮断することで収縮する、ニードルと直列に配置されてニードルと変位方向が一致する圧電素子と、ハウジングによってニードルの開弁方向への移動を制限することで、ニードルの閉弁位置から最大開弁位置までのリフト量であるフルリフト量Aを規制する手段とを備え、規制手段によってニードルのフルリフト量Aを開弁時の圧電素子の収縮量より小さく設定するものとした。
【0013】
請求項2に記載の噴射弁は、請求項1に記載の発明において、前記ニードルのフルリフト量Aを規制する手段として、ニードルとニードルを収装するハウジングの間にシムを介装するものとした。
【0014】
請求項3に記載の噴射弁は、請求項1または2に記載の発明において、前記ニードルを開弁方向に付勢する手段として、ニードルと同心上に配置されるサラバネを備えるものとした。
【0015】
請求項4に記載の噴射弁は、請求項1から3のいずれか一つに記載の発明において、前記ニードルと圧電素子間の当接部の少なくとも一方を凸面状に形成するものとした。
請求項5に記載の噴射弁は、請求項1から4のいずれか一つに記載の発明において、前記ニードルの基端面と前記圧電素子の駆動端に結合される端板とに形成され、それぞれ互いに対向する凹部と、前記ニードルのフルリフト時に前記ニードルとの間に間隙を生ずるように前記各凹部の間に挟持されるボールとを備えるものとした。
【0016】
【発明の作用および効果】
請求項1に記載の噴射弁において、圧電素子に電圧が印加されると、圧電素子が伸長してニードルを座面に近づけ、噴口を閉じる。
【0017】
圧電素子に印加される電圧を遮断し、かつ両端子を短絡させて内部の電荷を除去することにより瞬時に収縮する。そして、付勢手段がニードルを圧電素子の収縮に追従させてニードルを座面から離し、噴口を開く。
【0018】
圧電素子の変位方向とニードルの変位方向が一致しているため、圧電素子とニードルを直列に並べ、圧電素子にニードルを当接させて駆動することが可能となる。この結果、従来装置のように圧電素子の駆動力を逆転させてニードルに伝達する機構が不要となり、構造の簡素化がはかれる。
【0019】
ニードルのフルリフト量Aを開弁時の圧電素子の収縮量より小さく設定したため、圧電素子の固体バラツキに影響されることなく、一定のフルリフト量Aが得られる。この結果、多気筒エンジンの燃料噴射弁に適用した場合、各気筒の燃料噴射量にバラツキが生じることを抑え、安定した運転性が確保される。
【0020】
請求項2に記載の噴射弁において、シムはニードルに当接してニードルの開弁方向の変位量を規制するため、シムの板厚によってニードルのフルリフト量Aを調節することができる。
【0021】
請求項3に記載の噴射弁において、ニードルを開弁方向に付勢する手段として、ニードルと同心上に配置されるサラバネは、ニードルに対して周方向に均一に分布する力を付与するため、ニードルを偏心方向に付勢することなく、ニードルの動きを円滑にして、安定した作動性が確保される。
【0022】
請求項4に記載の噴射弁において、ニードルと圧電素子の当接部の少なくとも一方に凸面状に形成したため、圧電素子の寸法誤差等に影響されることなく、ニードルの動きを円滑にして、安定した作動性が確保される。
請求項5に記載の噴射弁において、ニードルと端板とに形成されるそれぞれの凹部の間に挟持されるボールは、ニードルのフルリフト時にニードルとの間に間隙を生ずるので、非拘束状態となって回転が許容される。これによりボールとニードル及び端板との接触箇所が噴射弁の作動毎に変化するのでボールの偏磨耗を防止することができる。よって、ニードルの動きを円滑にして安定した作動性を確保することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を筒内噴射式火花点火エンジンに備えられる燃料噴射弁に適用した実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0024】
図1に示すように、ノズルボディ1とハウジング9の内部にニードル2が摺動可能に収装される。ノズルボディ1とハウジング9の内部にはニードル2のまわりに燃圧室3が画成される。ノズルボディ1の先端に噴口1bが開口し、噴口1bはニードル2によって開閉される。
【0025】
図示しない燃料噴射ポンプから圧送される燃料は、燃料入口13から燃料通路12を通して燃圧室3に導入され、ニードル2のリフトに伴って噴口1bから噴射される。ノズルボディ1はエンジンの燃焼室天井壁から燃焼室に臨み、噴口1bから燃料噴霧をピストンの冠部に向けて噴出するようになっている。
【0026】
ノズルボディ1の内側には噴口1bのまわりに座面1aが円錐面状に窪む。一方、ニードル2の先端にはシート部2aが円錐面状に突出する。シート部2aが座面1aに着座することにより、噴口1bが閉塞される。シート部2aが座面1aから離れることにより、噴口1bが開かれる。
【0027】
ニードル2の途中からは支持部2bが外径方向に突出し、支持部2bがノズルボディ1の円筒状をした内壁面に摺接することにより、シート部2aを座面1aと同軸上に案内する。支持部2bとノズルボディ1の内壁面の間には燃料が流通する通路が形成されている。
【0028】
ニードル2はその基端側にピストン部2cが環状に突出形成される。ピストン部2cの外周に形成された環状溝にはOリング5が介装される。Oリング5がハウジング9の円筒状をした内壁面に摺接することにより、燃圧室3の密封がはかれる。環状溝にはOリング5の背後にバックアップリング6が介装され、液圧によりOリング5が環状溝からはみ出さないようになっている。
【0029】
ニードル2を開弁方向に付勢するサラバネ4が設けられる。サラバネ4は底のない皿状をしている。ニードル2のピストン部2cとノズルボディ1の間にはサラバネ4が圧縮された状態で介装され、ニードル2と同心上に配置される。サラバネ4はその弾性復元力によりニードル2のシート部2aを座面1aから離すようになっている。
【0030】
ニードル2を閉弁方向に駆動する圧電素子10が設けられる。圧電素子10はリード線18を介して電圧が印加されることにより、図1に示すようにニードル2の摺動方向に伸長し、シート部2aを座面1aに着座させる。圧電素子10はこれに印加される電圧を遮断し、かつ両端子を短絡させて内部の電荷を除去することにより瞬時に収縮する。そして、ニードル2が燃圧室3の燃料圧力とサラバネ4の付勢力を合わせた力Fによって軸方向に移動し、シート部2aが座面1aから離れる。圧電素子10がニードル2を閉弁方向に駆動する力は、燃圧室3の燃料圧力とサラバネ4の付勢力を合わせた力Fより大きく設定されている。
【0031】
圧電素子10は円盤状をした複数の圧電単体が、同じく円盤状をした内部電極板を挟んで積層される。圧電単体は、電圧が印加され、電荷が蓄えられることによりその板厚が増える一方、電圧を遮断し、内部の電荷を除去することによりその板厚が減るようになっている。
【0032】
圧電素子10の固定端(基端)は端板15とナット16およびカバー14を介してハウジング9に固定される。端板15は圧電素子10の固定端に結合されるとともに、これに螺合するナット16を介してカバー14に締結される。カバー14はハウジング9の外周に螺合して結合される。
【0033】
圧電素子10の駆動端(先端)とニードル2の間には端板11とボール8およびシム7が介装される。
【0034】
圧電素子10の駆動端には端板11が結合される。ボール8は端板11とニードル2の間に介装される。端板11とニードル2の基端面には球面状に窪む一対の凹部がそれぞれ形成される。ボール8は各凹部の間に挟持される。
【0035】
シム7は円盤状に形成される。シム7はニードル2の基端とハウジング9の間に介装され、ニードル2の軸方向の移動を規制する。すなわち、シム7の板厚によってニードル2のフルリフト量Aが決まる。
【0036】
圧電素子10の最大伸長量Yはニードル2のフルリフト量Aより大きく設定される。
【0037】
リード線18はハウジング9の穴17から取り出され、穴17とリード線18の間はシール19を介して密封される。
【0038】
リード線18は図示しない駆動回路へと延びている。図示しないコントロールユニットはエンジンの吸入空気量や回転数に応じて燃料噴射量を演算する。コントロールユニットで演算された燃料噴射量に対応するパルス信号がパルス発生器でつくられ、このパルス信号に応じた電圧が駆動回路を介して圧電素子10に印加される。
【0039】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【0040】
図1はエンジン始動前の状態である燃料噴射弁を示しており、圧電素子10は電圧が印加されて伸長しており、ニードル2のシート部2aを座面1aに着座させている。
【0041】
図2は燃料噴射弁の開弁作動の過程を示している。圧電素子10はエンジン回転に同期して印加される電圧を遮断し、両端子間を短絡することにより瞬時に収縮し、ニードル2は燃圧室3の燃料圧力とサラバネ4の付勢力を合わせた力Fによって軸方向に移動し、図(a)(b)(c)の順にシート部2aが座面1aから離れる。
【0042】
この開弁作動時、サラバネ4はニードル2に対して周方向に均一に分布する力を付与するため、ニードル2を偏心方向に付勢することなく、ニードル2の動きを円滑にして、安定した作動性が確保される。
【0043】
この開弁作動時、圧電素子10の伸長量Yは、ニードル2のフルリフト量Aより大きく設定されているため、ニードル2はシム7に着座して所定のフルリフト量Aだけ移動する。したがって、ニードル2のフルリフト時には、(c)図に示すように、ニードル2のシート部2aと座面1aの間には一定の燃料流路が画成され、燃圧室3に導かれる燃料圧力によって定まる燃料噴射率が得られる。
【0044】
ニードル2のフルリフト時に、ボール8とニードル2の間には距離B(=Y−A)の間隙が空く。圧電素子10の伸長量Yに生じる固体バラツキに対応して、間隙の距離Bを伸長量Yのバラツキ幅より大きく設定することにより、圧電素子10の固体バラツキに影響されることなく、一定のフルリフト量Aが得られる。この結果、多気筒エンジンの場合、各気筒の燃料噴射量にバラツキが生じることを抑え、安定した運転性が確保される。
【0045】
なお、図示した距離Bの寸法は、便宜上実際よりも誇張して大きくしてあるが、実際には数十μmの値であり、ボール8が端板11とニードル2の凹部間から脱落することはない。
【0046】
図3は燃料噴射弁の閉弁作動の過程を示している。圧電素子10はエンジン回転に同期して電圧が印加されることにより伸長し、ニードル2は燃圧室3の燃料圧力とサラバネ4の付勢力を合わせた力Fに抗して軸方向に移動し、図(d)(e)(f)の順にシート部2aが座面1aに近づいて着座する。
【0047】
この閉弁作動時、圧電素子10の伸長量Yは、ニードル2のフルリフト量Aより大きく設定されているため、圧電素子10の伸長に伴ってニードル2のシート部2aは座面1aに着座する。
【0048】
この閉弁作動時、圧電素子10はボール8を介してニードル2に当接するため、圧電素子10の寸法誤差や圧電素子10の傾き等に影響されることなく、ニードル2の動きを円滑にして、安定した作動性が確保される。そして、圧電素子10に偏荷重が加わることを防止でき、圧電素子の耐久性も向上できる。
【0049】
燃料噴射弁は、圧電素子10の変位方向とニードル2の変位方向が一致しているため、圧電素子10とニードル2を直列に並べ、圧電素子10にニードル2を当接させて駆動することが可能となる。この結果、従来装置のように圧電素子10の駆動力を逆転させてニードル2に伝達する機構が不要となり、構造の簡素化がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図2】同じく燃料噴射弁の閉弁作動の過程を示す断面図。
【図3】同じく燃料噴射弁の開弁作動の過程を示す断面図。
【図4】従来例を示す燃料噴射弁の断面図。
【符号の説明】
1 ノズルボディ
1a 座面
1b 噴口
2 ニードル
2a シート部
3 燃圧室
4 サラバネ
5 Oリング
6 バックアップリング
7 シム
8 ボール
9 ハウジング
10 圧電素子
11 端板
12 燃料通路
13 燃料入口
14 カバー
15 端板
18 リード線
Claims (5)
- 先端に噴口を有するハウジングに摺動可能に収装され、前記噴口が開口した座面に接離して噴口を開閉するニードルと、
ニードルを開弁方向に付勢する手段と、
印加される電圧により伸長してニードルを直接的に閉弁方向に駆動し、電圧を遮断することで収縮する、前記ニードルと直列に配置されて前記ニードルと変位方向が一致する圧電素子と、
前記ハウジングによって前記ニードルの開弁方向への移動を制限することで、前記ニードルの閉弁位置から最大開弁位置までのリフト量であるフルリフト量Aを規制する手段とを備え、
前記規制手段によって前記ニードルのフルリフト量Aを開弁時の前記圧電素子の収縮量より小さく設定した、
ことを特徴とする噴射弁。 - 前記ニードルのフルリフト量Aを規制する手段として、ニードルとニードルを収装する前記ハウジングとの間にシムを介装したことを特徴とする請求項1に記載の噴射弁。
- 前記ニードルを開弁方向に付勢する手段として、ニードルと同心上に配置されるサラバネを備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の噴射弁。
- 前記ニードルと圧電素子間の当接部の少なくとも一方を凸面状に形成したことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の噴射弁。
- 前記ニードルの基端面と前記圧電素子の駆動端に結合される端板とに形成され、それぞれ互いに対向する凹部と、
前記ニードルのフルリフト時に前記ニードルとの間に間隙を生ずるように前記各凹部の間に挟持されるボールと、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の噴射弁。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32395596A JP3632337B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 噴射弁 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32395596A JP3632337B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 噴射弁 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10159674A JPH10159674A (ja) | 1998-06-16 |
JP3632337B2 true JP3632337B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=18160501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32395596A Expired - Lifetime JP3632337B2 (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | 噴射弁 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3632337B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10140529A1 (de) * | 2001-08-17 | 2003-03-06 | Bosch Gmbh Robert | Piezoelektrisches Aktormodul |
JP4983782B2 (ja) * | 2008-12-10 | 2012-07-25 | 株式会社デンソー | 燃料噴射装置 |
-
1996
- 1996-12-04 JP JP32395596A patent/JP3632337B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10159674A (ja) | 1998-06-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4637553A (en) | Fuel injection nozzle unit for internal combustion engines | |
JP2004204813A (ja) | 制御弁および燃料噴射弁 | |
JPH0565696B2 (ja) | ||
JPH0454065B2 (ja) | ||
JP3632337B2 (ja) | 噴射弁 | |
JP3758312B2 (ja) | エンジンの燃料噴射装置 | |
JP3680461B2 (ja) | 噴射弁 | |
JP3817826B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JP3709662B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JP3758318B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JPS61149568A (ja) | 燃料噴射弁 | |
JP3814935B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JP3861368B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JP3021674B2 (ja) | 燃料噴射ポンプ | |
JP3823434B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JP4370738B2 (ja) | インジェクタ | |
JP3785735B2 (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JPH09236063A (ja) | 燃料噴射制御弁 | |
JPH10331742A (ja) | エンジンの燃料噴射弁 | |
JPS6299640A (ja) | デイ−ゼルエンジン用燃料噴射装置の噴射率制御装置 | |
JPH10141168A (ja) | 燃料噴射弁 | |
JPH10173248A (ja) | ピエゾアクチュエータとその製造方法 | |
JPH0541206Y2 (ja) | ||
JPH05296117A (ja) | 燃料噴射ポンプ | |
JPS62131931A (ja) | 燃料噴射率制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040513 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041005 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041102 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090107 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120107 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130107 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140107 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |