JP3785735B2 - Engine fuel injection valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電素子または磁歪素子等のアクチュエータを介して針弁前後の燃料圧力を変化させることにより針弁を開閉駆動するエンジンの燃料噴射弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から自動車用エンジンに備えられる燃料噴射弁においては、印加電圧に応じて体積変化する圧電素子や磁界の変化に応じて体積変化する磁歪素子を備えたアクチュエータによって針弁(弁体)を開閉させるものが知られており、針弁をこれらアクチュエータにより駆動することにより、燃料噴射弁の応答性を向上でき、噴射可能範囲が拡大してエンジンの高出力化に対応できるとともに、少量の燃料を安定して噴射することが可能となってエンジンの燃費低減を図ることができる。
【0003】
このような燃料噴射弁としては、例えば特開平6−88559号公報に開示されるものが知られており、アクチュエータとして圧電素子からなるピエゾアクチュエータを用いるとともに、針弁の開閉をその前後差圧に基づいて行うようにしたものである。
【0004】
これについて説明すると、針弁の前後には燃圧室と背圧室が画成されており、燃圧室には所定の圧力で燃料が導入され、背圧室はピエゾアクチュエータの伸縮に応じて容積を増減させ、この容積変化に伴う針弁の前後差圧によって針弁の開閉作動が制御される。すなわち、ピエゾアクチュエータに電圧を印加して伸長させた状態では、背圧室の圧力の方が大きくなって、針弁は閉弁して燃料の噴射を停止する一方、ピエゾアクチュエータの収縮時には背圧室の容積が拡大するため内圧が低下して針弁を開弁駆動する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の燃料噴射弁では、ピエゾアクチュエータに印加される電圧を遮断して針弁を開弁させる構造となっているため、ピエゾアクチュエータに電圧を供給する配線が断線するなどで供給電圧が低下した場合、ピエゾアクチュエータが収縮するのに伴って針弁が開弁し、所定の噴射時期以外でも燃料が一時的に噴射されてしまう可能性があった。
【0006】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジンの燃料噴射弁において、断線時等の一時的な燃料噴射を防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、加圧燃料が導かれる燃圧室と、燃圧室と差圧室の差圧に応じて変位する針弁と、針弁によって開閉されて燃圧室の燃料を噴射する噴口と、針弁を閉弁方向に付勢する弾性部材と、圧電素子または磁歪素子から構成されたアクチュエータと、アクチュエータの伸縮に応じて差圧室の圧力を加減圧するピストンとを備えたエンジンの燃料噴射弁において、前記差圧室は針弁の基端側に形成されたピストン部の背面側に画成され、前記噴口とはほぼ反対側に開口端を備えたケーシングには、開口端側に形成した空間内にアクチュエータを収装するとともに、開口端側のアクチュエータ端部にピストンを取り付ける一方、前記ケーシングとピストンとの間に画成されて、アクチュエータの伸長時に容積を拡大する一方、収縮時に容積を縮小する圧力室を形成して、前記ピストンをアクチュエータの収縮方向へ付勢する付勢手段と、前記圧力室と差圧室を連通する連通路を設ける。
【0008】
また、第2の発明は、前記第1の発明において、前記ピストンの受圧面積A1を針弁のピストン部背面の受圧面積A2より大きく設定する。
【0009】
また、第3の発明は、前記第1の発明において、前記ピストンはアクチュエータを取り囲むような筒状部を備える一方、前記ケーシングには開口端側からこの筒状部を収装する環状溝を形成して、前記圧力室をピストンの筒状部端面と環状溝との間に画成する。
【0010】
また、第4の発明は、前記第3の発明において、前記環状溝と筒状部の内周及び外周の間にはシール部材を介装し、圧力室を挟んでピストン内部と開口端側の外部とを画成する。
【0011】
また、第5の発明は、前記第1の発明において、前記付勢手段は、前記ピストンの開口端側に画成されて加圧燃料が導かれる第2の燃圧室で構成される。
【0012】
【発明の効果】
第1の発明は、燃料噴射弁の開弁動作は、アクチュエータが印加される電圧に応じて、付勢手段に抗して伸長駆動することで行われ、アクチュエータの伸長に伴って、ピストンは開口端側へ変位するため圧力室の容積は急激に増大して圧力が急減し、連通路を介して圧力室と連通した差圧室の圧力も急減するため、針弁のピストン部には前後差圧が生じ、差圧室の容積が減少する方向へ針弁は弾性部材に抗して変位し、針弁は開弁して燃圧室内の加圧燃料は、噴口から燃焼室へ噴射される。一方、燃料噴射弁の閉弁動作は、アクチュエータへの電圧の印加を遮断して収縮駆動させることにより行われ、アクチュエータは収縮するとともに、付勢手段の付勢力によって最収縮位置まで変位し、圧力室の容積は急激に減少して、圧力が急増する。このため、連通路を介して圧力室と連通した差圧室の圧力も急増するため、差圧室の容積が増大する方向へ針弁は変位すると同時に、弾性部材の付勢力が加わるため、針弁は燃圧室に加わる燃圧に抗して閉弁することができ、この閉弁動作は、アクチュエータへの通電経路の断線等で、電圧の印加が遮断された場合にも同様に作動するため、電気系統の故障時のフェイルセーフを確保することができ、前記従来例のように配線の断線等によって燃料が一時的に噴射されてしまうことを確実に防止することが可能となって、圧電素子や磁歪素子からなるアクチュエータを用いた燃料噴射弁の信頼性を向上させることができるのである。
【0013】
また、第2の発明は、ピストンの受圧面積A1を針弁のピストン部背面の受圧面積A2よりも大きく設定したため、アクチュエータの変位量が微少であっても、燃料噴射に必要な針弁の開弁量を確保することができ、燃料噴射弁の設計の自由度を向上させることができるのである。
【0014】
また、第3の発明は、ケーシングの開口端側に形成した環状溝にピストンに設けた筒状部を収装して、筒状部と環状溝でアクチュエータを取り囲むような構造とし、ピストンの筒状部端面と環状溝との間に圧力室を画成することで、アクチュエータ、ピストン及び付勢手段の組付けは、ケーシングの開口端側から行うことができるため、容易に作業を行うことが可能となって、生産性を向上させることができ、さらに、エンジンへ装着した後でも、開口端側からアクチュエータ、ピストン及び付勢手段の整備を容易に行うことが可能となって、燃料噴射弁の整備性及び生産性を大幅に向上させることができるのである。
【0015】
また、第4の発明は、環状溝と筒状部の内周及び外周との間にシール部材を介装したため、アクチュエータを収装する空間を密封して外気の出入りを遮断でき、圧電素子や磁歪素子からなるアクチュエータの外気との接触を防いで、結露などによる短絡を確実に回避でき、燃料噴射弁の信頼性をさらに向上させることができるのである。
【0016】
また、第5の発明は、ピストンをアクチュエータの収縮方向へ付勢する手段を第2燃圧室で構成したため、アクチュエータはピストンに加わる燃圧に抗して伸長、収縮する駆動力を備えればよく、燃圧による荷重は常時一定であり、バネを用いた場合のように荷重変動が生じないため、より小さな力で針弁の開閉を確実に行うことが可能となって、アクチュエータの小型化を可能にすることで、製造コストの低減を図るとともに、燃料噴射弁の設計の自由度をさらに向上させることが可能となる。
【0017】
【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配設される燃料噴射弁に適用した一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0018】
図1において、燃料噴射弁はケーシング9の先端部(隔壁9a側)に、図示しないエンジンの燃焼室に臨ませるノズルボディ1を設けており、このノズルボディ1は先端に開口した噴口1aから、燃料噴霧を燃焼室内へ向けて噴射するように形成される。
【0019】
ノズルボディ1の内部には、噴口1a側に弁体2aを形成する一方、他端にはノズルボディ1内周と摺接するピストン部2cを形成した針弁2が摺動可能に収装され、弁体2aとピストン部2cの間には外径の小さいロッド部2bが形成される。
【0020】
ノズルボディ1の内部には、針弁2のロッド部2bを取り囲むように燃料入口6と連通した燃圧室3が画成され、噴口1aは口述するように、針弁2によって開閉される。なお、燃料入口6はノズルボディ1の側面に開口して図示しない燃料供給手段に接続される。
【0021】
針弁2はピストン部2c側をケーシング9の先端部を構成する隔壁9a側へ向けて配設され、ピストン部2aの背面(隔壁9aとの対向面)と隔壁9aとの間には差圧室8が画成される。
【0022】
そして、この差圧室8には、ピストン部2cの背面と隔壁9aの間に針弁2を閉弁方向へ付勢するリターンスプリング4が弾性部材として介装される。
【0023】
なお、ピストン部2cとノズルボディ1内周との間には間隙などで形成された絞り通路21が設けられ、燃圧室3に供給された加圧燃料は、この絞り通路21を介して差圧室8へ徐々に供給される。
【0024】
ケーシング9は隔壁9aを底部として筒状に形成されており、開口端9bをノズルボディ1とは反対側の図中右側へ向けて、内周の空間90には圧電素子からなるピエゾアクチュエータ10が軸方向(図中左右方向)へ伸縮自在に収装される。そして、ケーシング9の開口端9b(図中右側)には封止部材16が配設されて、ケーシング9の内部は密封される。
【0025】
なお、ピエゾアクチュエータ10は、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系セラミック、PMN(ニオブ酸マグネシウム酸鉛)系セラミックなどからなる圧電素子を円盤状に形成した部材を多数積層し、これら、各圧電素子間及び両端には図示しない電極が介装されて、図示しないコントローラからの印加電圧に応じてピエゾアクチュエータ10は、軸方向へ伸縮する。
【0026】
ケーシング9内に収装されたピエゾアクチュエータ10の一端は、隔壁9aに当接する一方、他端には板状のスペーサ14を介してピストン11が取り付けられ、ピストン11と封止部材16との間には空間18が画成されるとともに、この空間18には、ピストン11を介してピエゾアクチュエータ10を収縮方向へ付勢する付勢手段として皿バネ状のリターンスプリング22が介装される。
【0027】
ここで、ピストン11は「コ」の字状の径方向断面を備え、空間18に面した側を封止した円筒状部材で形成され、空間18側に頂面11aを向ける一方、円筒部11b(筒状部)をノズルボディ1側に向けてケーシング9内に収装される。
【0028】
ピストン11の頂面11aは、上記したようにリターンスプリング22と当接する一方、円筒部11bは開口端9bの内側に形成された内周端面9dから所定の深さに形成された環状溝9cに収装される。内周端面9dは、開口端9bから隔壁9aへ向けて所定の深さに形成され、環状溝9cはこの内周端面9dよりも外周側で所定の深さの円環状溝部として形成される。そして、内周端面9dは、摺動するピストン11の頂面11aの内側と当接しないよう、開口端9bから所定の深さに配設される。
【0029】
そして、環状溝9cに収装されたピストン11の円筒部11bの端面は、環状溝9cの底部との間に圧力室7を画成し、円筒部11bの内周及び外周と対向する環状溝9cの内周にはそれぞれOリング12、12がシール部材として介装され、圧力室7と空間18及びピエゾアクチュエータ10を収装したケーシング9の内部空間90とを画成する。なお、Oリング12は、ピエゾアクチュエータ10の最伸長時にも円筒部11bの内周及び外周と摺接可能な位置に配置され、圧力室7から空間18及びピエゾアクチュエータ10を収装する空間90へ燃料が漏出するのを防ぐとともに、封止部材16側の空間18から空間90への大気の出入りを防いで、ピエゾアクチュエータ10を密封する。
【0030】
次に、ピストン11の円筒部11bの端面と環状溝9cとの間に画成された圧力室7は、ケーシング9内に形成された連通路17を介して針弁2のピストン部2cの背面に画成された差圧室8と連通する。
【0031】
ここで、圧力室7に面したピストン11の受圧面積をA1、ピエゾアクチュエータ10のストローク(軸方向変位量)をS1とすると、圧力室7の容積V1は、
V1=A1×S1 ………(1)
で表される。
【0032】
一方、差圧室8に面したピストン部2cの受圧面積をA2とし、針弁2のストロークをS2とすると、差圧室8の容積V2は、
V2=A2×S2 ………(2)
で表され、V1=V2と仮定した場合、上記(1)、(2)式より、
S2=A1/A2×S1 ………(3)
となるから、ピストン11の受圧面積A1と針弁2のピストン部2cの受圧面積A2の関係を、
A1>A2 ………(4)
と設定することにより、ピエゾアクチュエータ10の微少なストロークS1に比して、針弁2のストロークS2を増大することができる。
【0033】
以上のように構成されて、次に作用について説明する。
【0034】
図1は、エンジン停止時における燃料噴射弁の状態を示しており、図示しないコントローラから電圧が印加されていないため、ピエゾアクチュエータ10は収縮するとともに、リターンスプリング22に付勢されて最収縮位置となるため、ストロークS1は最小値となり、上記(1)式より圧力室7の容積V1は最小となる。
【0035】
このとき、燃圧室3と差圧室8及び圧力室7の圧力は、針弁2のピストン部2cとシリンダボディ1内周との間に設けた絞り通路21によって均一化されるため、針弁2のピストン部2cには前後差圧が生じない。したがって、針弁2はリターンスプリング4の付勢力によって閉弁し、針弁2のストロークS2は最大値となって、上記(2)式より差圧室8の容積V2は最大となる。
【0036】
すなわち、リターンスプリング4の付勢力が針弁2の弁体2aをノズルボディ1のシート部に押圧させて確実に閉弁し、エンジン停止中に噴口1aから燃料が洩れることが防止される。
【0037】
エンジンを始動するため、図示しない燃料供給手段から燃料入口6へ所定の燃圧Pfで燃料が圧送されると、まず、燃圧室3へ燃圧Pfが導かれて圧力が上昇する。加圧燃料がピストン部2cの絞り通路21を通って差圧室8及び圧力室7へ流入し終わるまでの間は、針弁2とのピストン部2cには前後差圧が生じるが、圧力室7はピエゾアクチュエータ10が収縮するとともに、ピストン11がリターンスプリング22で同じく収縮方向へ付勢されるため、容積V1は最小のままであり、さらに、針弁2はリターンスプリング4の付勢力によって、弁体2aをノズルボディ1のシート部へ押し付けることにより、所定の噴射時期以外で針弁
2が開弁するのを確実に防止できる。
【0038】
エンジン始動時および始動後における燃料噴射弁の開弁動作は、ピエゾアクチュエータ10がエンジン回転に同期して印加される電圧に応じて、リターンスプリング22に抗して伸長駆動することで行われる。
【0039】
ピエゾアクチュエータ10の伸長に伴って、ピストン11は封止部材16側へ変位するためストロークS1は増大し、圧力室7の容積V1は急激に増大して、圧力が急減する。
【0040】
したがって、連通路17を介して圧力室7と連通した差圧室8の圧力も急減するため、針弁2のピストン部2cには前後差圧が生じ、差圧室8の容積V2が減少する方向へピストン部2cはリターンスプリング4の付勢力に抗して変位し、針弁2が開弁する。針弁2の開弁によって燃圧室3内の加圧燃料は、噴口1aから図示しない燃焼室へ噴射される。
【0041】
この針弁2の開弁時のストロークS2は、上記(4)式のように、ピストン11の受圧面積A1を弁2のピストン部2cの受圧面積A2よりも大きく設定したため、上記(3)式より、ピエゾアクチュエータ10のストロークS1が微少であっても上記受圧面積の比に応じて針弁2のストロークS2を増大させることができるため、針弁2の開弁に必要なストロークを容易に確保することができるのである。
【0042】
次に、燃料噴射弁の閉弁動作は、ピエゾアクチュエータ10への電圧の印加を遮断して収縮駆動させることにより行われる。
【0043】
ピエゾアクチュエータ10は電圧の遮断によって収縮するとともに、リターンスプリング22の付勢力によって最収縮位置まで変位し、圧力室7の容積V1は再び最小値となる。
【0044】
ピエゾアクチュエータ10の収縮に伴って、ピストン11は針弁2側へ変位するためストロークS1は縮小し、圧力室7の容積V1は急激に減少して、圧力が急増する。
【0045】
したがって、連通路17を介して圧力室7と連通した差圧室8の圧力も急増するため、針弁2のピストン部2cには前後差圧が生じ、差圧室8の容積V2が増大する方向へピストン部2cは変位するとともに、リターンスプリング4の付勢力が加わるため、針弁2は燃圧室3に加わる燃圧Pfに抗して閉弁することができ、弁体2aがノズルボディ1のシート部に当接して噴口1aを封止することで、燃圧室3から燃焼室への燃料噴射が停止する。
【0046】
上記閉弁動作は、ピエゾアクチュエータ10への通電経路の断線等で、電圧の印加が遮断された場合にも同様に作動するため、電気系統の故障時のフェイルセーフを確保することができるのである。
【0047】
こうして、針弁2の基端側にピストン部2cを形成して、このピストン部2cの背面とケーシング9の隔壁9aの間に差圧室8を画成するとともに、このピストン部2cを介して閉弁方向へ付勢するリターンスプリング4を設ける一方、隔壁9aと反対側の端部を開口したケーシング9には、隔壁9a側でピエゾアクチュエータ10の基端を支持する空間90を内周に画成し、さらに、この空間90の端部を取り囲むように環状溝9cを形成して、ピエゾアクチュエータ10の他端に取り付けたピストン11の円筒部11bと環状溝9cの間に圧力室7を画成するとともに、連通路17を介して差圧室8と圧力室7を連通させたため、通電時にピエゾアクチュエータ10を伸長駆動させることで、ピストン部2cに前後差圧を発生させて針弁2の開弁を行う一方、通電遮断時にはアクチュエータ10が収縮してピストン部2cに加わる圧力が増大するとともにリターンスプリング4によって確実に閉弁させることができ、前記従来例のように配線の断線等によってピエゾアクチュエータが収縮した場合、燃料が一時的に噴射されてしまうことを確実に防止することが可能となって、ピエゾアクチュエータ10を用いた燃料噴射弁の信頼性を向上させることができるのである。
【0048】
そして、ピエゾアクチュエータ10、ピストン11及びリターンスプリング22の組付けは、ケーシング9の開口端9b側から行うことができるため、容易に作業を行うことが可能となって、生産性を向上させることができ、さらに、エンジンへ装着した後でも、封止部材16を取り外すだけでピエゾアクチュエータ10、ピストン11及びリターンスプリング22の整備を容易に行うことが可能となって、燃料噴射弁の整備性を大幅に向上させることができるのである。
【0049】
また、ピストン11の受圧面積A1をピストン部2cの受圧面積A2よりも大きく設定したため、ピエゾアクチュエータ10の変位量が微少であっても、燃料噴射に必要な針弁2の開弁量を確保することができ、燃料噴射弁の設計の自由度を向上させることができるのである。
【0050】
さらに、環状溝9c内に設けたOリング12、12によって、ピエゾアクチュエータ10を収装する空間90を密封するとともに、封止部材16側の空間18と環状の圧力室7とを確実に分離することができるため、ピエゾアクチュエータ10の外気との接触を防いで結露などによる短絡を確実に回避でき、ピエゾアクチュエータ10を用いた燃料噴射弁の信頼性をさらに向上させることができるのである。
【0051】
図2は第2の実施形態を示し、前記第1実施形態においてピストン11の頂面11aと封止部材16との間に画成した空間18を燃料入口6と連通させて第2燃圧室20とするとともに、皿バネ状のリターンスプリング22を廃止したもので、その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
【0052】
ピストン11の頂面11aと封止部材16との間に画成された第2燃圧室20は、ケーシング9に形成された燃圧供給通路19を介して燃料入口6と連通する。
【0053】
エンジンの停止状態では、前記第1実施形態と同様に、リターンスプリング4の付勢力によって針弁2の弁体2aがノズルボディ1のシート部に押圧させて確実に閉弁し、エンジン停止中に噴口1aから燃料が洩れることを防止する。
【0054】
エンジンを始動するため、図示しない燃料供給手段から燃料入口6へ所定の燃圧Pfで燃料が圧送されると、まず、燃圧室3と第2燃圧室20へ燃圧Pfがそれぞれ導かれて圧力が上昇し、第2燃圧室20に加わる燃圧Pfは、前記第1実施形態のリターンスプリング22に代わって、ピストン11をピエゾアクチュエータ10の収縮方向へ付勢し、ピストン11に加わる燃圧Pfとリターンスプリング4の付勢力によって針弁2が閉弁状態を保持することができる。
【0055】
燃料噴射弁の開弁を行うために、ピエゾアクチュエータ10へエンジン回転に同期して電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ10は第2燃圧室20の燃圧Pfに抗して伸長し、前記と同様にピストン部2cに前後差圧を発生させて針弁2を開弁駆動する。
【0056】
同様に、燃料噴射弁の閉弁動作は、ピエゾアクチュエータ10への電圧の印加を遮断して収縮駆動させることにより行われる。
【0057】
ピエゾアクチュエータ10は電圧の遮断によって収縮するとともに、ピストン11を介して第2燃圧室20に加わる燃圧Pfによって最収縮位置まで変位し、圧力室7の容積V1を最小とし、前記第1実施形態と同様に、リターンスプリング4の付勢力によって、弁体2aをノズルボディ1のシート部へ当接させて噴口1aを封止することで閉弁し、燃圧室3から燃焼室への燃料噴射が停止する。
【0058】
この場合では、ピエゾアクチュエータ10は、ピストン11に加わる燃圧Pfに抗して伸長、収縮する駆動力を備えればよく、燃圧Pfによる荷重は常時一定であり、前記第1実施形態のリターンスプリング22のように荷重変動が生じないため、より小さな力で針弁2の開閉を確実に行うことが可能となって、ピエゾアクチュエータ10の小型化を可能にすることで、製造コストの低減を図るとともに、燃料噴射弁の設計の自由度をさらに向上させることが可能となる。
【0059】
なお、上記実施形態において、ピストン11を駆動するアクチュエータとして圧電素子からなるピエゾアクチュエータ10を採用した場合を示したが、図示はしないが、磁界の強さに応じて伸縮する磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータまたは超磁歪アクチュエータを採用しても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図2】第2の実施形態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 噴口
2 針弁
2a 弁体
2c ピストン部
3 燃圧室
4 リターンスプリング(弾性部材)
6 燃料入口
7 圧力室
8 差圧室
9 ケーシング
9a 隔壁
9b 開口端
9c 環状溝
10 ピエゾアクチュエータ
11 ピストン
11a 頂面
11b 円筒部(筒状部)
12 Oリング
17 連通路
18 空間
19 燃圧供給通路
20 第2燃圧室(付勢手段)
21 絞り通路
22 リターンスプリング(付勢手段)
90 空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine fuel injection valve that opens and closes a needle valve by changing the fuel pressure before and after the needle valve via an actuator such as a piezoelectric element or a magnetostrictive element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel injection valve provided in an automobile engine, a needle valve (valve element) is opened and closed by an actuator having a piezoelectric element that changes in volume according to an applied voltage and a magnetostrictive element that changes in volume according to a change in magnetic field. What is known is that by driving the needle valve with these actuators, the responsiveness of the fuel injection valve can be improved, the range of injection can be expanded to support higher engine output, and a small amount of fuel can be stabilized This makes it possible to inject fuel and reduce the fuel consumption of the engine.
[0003]
As such a fuel injection valve, for example, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-88559 is known, and a piezoelectric actuator composed of a piezoelectric element is used as an actuator, and the opening and closing of the needle valve is made to have a differential pressure before and after. Based on this.
[0004]
To explain this, a fuel pressure chamber and a back pressure chamber are defined before and after the needle valve. Fuel is introduced into the fuel pressure chamber at a predetermined pressure, and the back pressure chamber increases in volume according to the expansion and contraction of the piezoelectric actuator. The opening / closing operation of the needle valve is controlled by the differential pressure across the needle valve accompanying this volume change. That is, when the voltage is applied to the piezo actuator and extended, the pressure in the back pressure chamber becomes larger, the needle valve closes and fuel injection stops, while the back pressure is reduced when the piezo actuator contracts. Since the volume of the chamber increases, the internal pressure decreases and the needle valve is driven to open.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional fuel injection valve as described above has a structure in which the voltage applied to the piezo actuator is cut off and the needle valve is opened. When the supply voltage decreases, the needle valve opens as the piezo actuator contracts, and fuel may be temporarily injected at times other than the predetermined injection timing.
[0006]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent temporary fuel injection at the time of disconnection or the like in an engine fuel injection valve.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A first invention includes a fuel pressure chamber through which pressurized fuel is guided, a needle valve that is displaced according to a differential pressure between the fuel pressure chamber and the differential pressure chamber, a nozzle that is opened and closed by the needle valve and injects fuel in the fuel pressure chamber, Fuel injection of an engine comprising an elastic member that urges the needle valve in the valve closing direction, an actuator composed of a piezoelectric element or a magnetostrictive element, and a piston that increases or decreases the pressure in the differential pressure chamber according to the expansion and contraction of the actuator In the valve, the differential pressure chamber is defined on the back side of the piston portion formed on the proximal end side of the needle valve, and is formed on the open end side of the casing having an open end on the substantially opposite side to the injection port. The actuator is housed in the space, and a piston is attached to the actuator end on the opening end side, and is defined between the casing and the piston to increase the volume when the actuator is extended, while the volume is set when the actuator is contracted. The To form a pressure chamber for small, and urging means for urging said piston to contraction direction of the actuator, provided with a communicating path communicating the pressure chamber and the differential room.
[0008]
Moreover, 2nd invention sets the pressure receiving area A1 of the said piston larger than the pressure receiving area A2 of the piston part back surface of a needle valve in the said 1st invention.
[0009]
Further, according to a third aspect, in the first aspect, the piston includes a cylindrical portion surrounding the actuator, and the casing is formed with an annular groove for accommodating the cylindrical portion from the opening end side. The pressure chamber is defined between the end surface of the cylindrical portion of the piston and the annular groove.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a seal member is interposed between the annular groove and the inner periphery and the outer periphery of the tubular portion, and the piston chamber and the opening end side are sandwiched between the pressure chambers. Define the outside.
[0011]
In a fifth aspect based on the first aspect, the urging means comprises a second fuel pressure chamber that is defined on the opening end side of the piston and into which the pressurized fuel is guided.
[0012]
【The invention's effect】
According to a first aspect of the present invention, the valve opening operation of the fuel injection valve is performed by extending the actuator against the urging means according to the voltage applied to the actuator, and the piston opens as the actuator extends. Since the displacement of the pressure chamber suddenly increases and the pressure suddenly decreases and the pressure in the differential pressure chamber communicating with the pressure chamber via the communication path also decreases sharply, the needle valve piston part has a longitudinal difference. Pressure is generated and the needle valve is displaced against the elastic member in a direction in which the volume of the differential pressure chamber decreases, the needle valve is opened, and the pressurized fuel in the fuel pressure chamber is injected from the nozzle into the combustion chamber. On the other hand, the closing operation of the fuel injection valve is performed by cutting off the voltage application to the actuator and driving it to contract. The actuator contracts and is displaced to the most contracted position by the urging force of the urging means. The chamber volume decreases rapidly and the pressure increases rapidly. For this reason, since the pressure in the differential pressure chamber communicating with the pressure chamber via the communication passage also increases rapidly, the needle valve is displaced in the direction in which the volume of the differential pressure chamber increases, and at the same time, the urging force of the elastic member is applied. The valve can be closed against the fuel pressure applied to the fuel pressure chamber, and this valve closing operation works in the same way even when the application of voltage is interrupted due to disconnection of the energization path to the actuator, etc. It is possible to ensure fail-safe at the time of failure of the electric system, and it is possible to surely prevent the fuel from being temporarily injected due to disconnection of the wiring as in the conventional example, and the piezoelectric element In addition, the reliability of the fuel injection valve using the actuator including the magnetostrictive element can be improved.
[0013]
In the second aspect of the invention, the pressure receiving area A1 of the piston is set larger than the pressure receiving area A2 on the back surface of the piston portion of the needle valve. Therefore, even if the displacement of the actuator is very small, the needle valve necessary for fuel injection is opened. The valve amount can be secured, and the degree of freedom in designing the fuel injection valve can be improved.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, a cylindrical portion provided on the piston is accommodated in an annular groove formed on the opening end side of the casing, and the actuator is surrounded by the cylindrical portion and the annular groove. By defining a pressure chamber between the end face of the shaped part and the annular groove, the assembly of the actuator, piston and urging means can be performed from the opening end side of the casing, so that the work can be easily performed. It is possible to improve productivity, and further, it is possible to easily perform maintenance of the actuator, piston and urging means from the opening end side even after being mounted on the engine. This can greatly improve the maintainability and productivity.
[0015]
In addition, since the seal member is interposed between the annular groove and the inner periphery and the outer periphery of the cylindrical portion, the fourth invention can seal the space for housing the actuator and block the outside air from entering and exiting, This prevents the actuator made of the magnetostrictive element from coming into contact with the outside air, reliably avoids a short circuit due to condensation or the like, and further improves the reliability of the fuel injection valve.
[0016]
In the fifth aspect of the invention, since the means for urging the piston in the contracting direction of the actuator is configured by the second fuel pressure chamber, the actuator may have a driving force that extends and contracts against the fuel pressure applied to the piston. The load due to the fuel pressure is always constant, and the load does not fluctuate as in the case of using a spring, so the needle valve can be reliably opened and closed with a smaller force, and the actuator can be downsized. As a result, the manufacturing cost can be reduced and the degree of freedom in designing the fuel injection valve can be further improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a fuel injection valve disposed in a direct injection spark ignition engine will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
In FIG. 1, the fuel injection valve is provided with a nozzle body 1 that faces a combustion chamber of an engine (not shown) at the tip end (
[0019]
Inside the nozzle body 1, a
[0020]
Inside the nozzle body 1, a
[0021]
The
[0022]
In the
[0023]
In addition, a
[0024]
The casing 9 is formed in a cylindrical shape with the
[0025]
The
[0026]
One end of the
[0027]
Here, the
[0028]
The top surface 11a of the
[0029]
And the end surface of the
[0030]
Next, the
[0031]
Here, when the pressure receiving area of the
V1 = A1 × S1 (1)
It is represented by
[0032]
On the other hand, when the pressure receiving area of the
V2 = A2 × S2 (2)
And assuming that V1 = V2, from the above equations (1) and (2),
S2 = A1 / A2 × S1 (3)
Therefore, the relationship between the pressure receiving area A1 of the
A1> A2 (4)
As a result, the stroke S2 of the
[0033]
Next, the operation will be described.
[0034]
FIG. 1 shows the state of the fuel injection valve when the engine is stopped. Since no voltage is applied from a controller (not shown), the
[0035]
At this time, the pressure in the
[0036]
That is, the urging force of the return spring 4 presses the
[0037]
In order to start the engine, when fuel is pumped from a fuel supply means (not shown) to the fuel inlet 6 at a predetermined fuel pressure Pf, first, the fuel pressure Pf is guided to the
[0038]
The opening operation of the fuel injection valve at the start of the engine and after the start is performed by the
[0039]
As the
[0040]
Accordingly, the pressure in the
[0041]
The stroke S2 when the
[0042]
Next, the closing operation of the fuel injection valve is performed by cutting off the application of voltage to the
[0043]
The
[0044]
As the
[0045]
Accordingly, the pressure in the
[0046]
Since the valve closing operation operates in the same manner even when the application of voltage is interrupted due to disconnection of the energization path to the
[0047]
Thus, the
[0048]
And since the assembly of the
[0049]
Further, since the pressure receiving area A1 of the
[0050]
Further, the O-
[0051]
FIG. 2 shows a second embodiment, in which the
[0052]
A second
[0053]
When the engine is stopped, as in the first embodiment, the
[0054]
In order to start the engine, when fuel is pumped from a fuel supply means (not shown) to the fuel inlet 6 at a predetermined fuel pressure Pf, first, the fuel pressure Pf is led to the
[0055]
When a voltage is applied to the
[0056]
Similarly, the closing operation of the fuel injection valve is performed by cutting off the application of voltage to the
[0057]
The
[0058]
In this case, the
[0059]
In the above embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel injection valve showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a fuel injection valve showing a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle body
6
12 O-
21
90 spaces
Claims (5)
燃圧室と差圧室の差圧に応じて変位する針弁と、
針弁によって開閉されて燃圧室の燃料を噴射する噴口と、
針弁を閉弁方向に付勢する弾性部材と、
圧電素子または磁歪素子から構成されたアクチュエータと、
アクチュエータの伸縮に応じて差圧室の圧力を加減圧するピストンとを備えたエンジンの燃料噴射弁において、
前記差圧室は針弁の基端側に形成されたピストン部の背面側に画成され、前記噴口のほぼ反対側に開口端を備えたケーシングには、開口端側に形成した空間内にアクチュエータを収装するとともに、開口端側のアクチュエータ端部にピストンを取り付ける一方、前記ケーシングとピストンとの間に画成されて、アクチュエータの伸長時に容積を拡大する一方、収縮時に容積を縮小する圧力室を形成して、前記ピストンをアクチュエータの収縮方向へ付勢する付勢手段と、前記圧力室と差圧室を連通する連通路を設けたことを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。A fuel pressure chamber through which pressurized fuel is guided;
A needle valve that is displaced according to the differential pressure between the fuel pressure chamber and the differential pressure chamber;
A nozzle that is opened and closed by a needle valve to inject fuel in the fuel pressure chamber;
An elastic member for urging the needle valve in the valve closing direction;
An actuator composed of a piezoelectric element or a magnetostrictive element;
In a fuel injection valve of an engine provided with a piston that increases or decreases the pressure in a differential pressure chamber according to expansion and contraction of an actuator,
The differential pressure chamber is defined on the back side of the piston portion formed on the proximal end side of the needle valve, and the casing having an open end on the substantially opposite side of the injection port is in a space formed on the open end side. Pressure that accommodates the actuator and attaches a piston to the actuator end on the open end side, and is defined between the casing and the piston, and expands the volume when the actuator extends, while reducing the volume when contracting An engine fuel injection valve characterized in that a chamber is formed, and a biasing means for biasing the piston in a contracting direction of the actuator and a communication passage communicating the pressure chamber and the differential pressure chamber are provided.
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