JPH02112663A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用の燃料噴射装置に用いる燃料噴射弁
に係り、とくに圧電素子を用いて成る燃料噴射弁の改良
に関するものである。

〔従来の技術〕

圧電素子を用いた燃料噴射弁に特開昭５０−６０６３０
号記載のものがある。この従来技術は、リターンスプリ
ングを使用せず、しかも簡単な構成で磁界の影ｒＪを受
けず開弁、閉弁応答をともに早める噴射弁を提供するこ
とを目的としたもので。

応答性の向上を図らしめ、かつ高圧燃料の供給を可能と
したもので、燃料の微粒化をも促進できるものである。

°また１周知の如く、内燃機関においては燃料経済性の
観点から、燃料系、給気系の改善、機関の小型化、軽量
化等様々の検討がなされている。なかでも燃料噴射装置
に用いる燃料噴射弁においては、燃焼の改善を目的とし
て微粒化の促進、応答性の向−し、小型化が精力的に取
り組まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記燃料噴射弁は、燃料の旋回による微粒化の
促進、磁気抵抗の低減、可動部材の小型化、軽量化等の
検討がなされているが、電磁石が有する電磁力とリター
ンスプリングのばね力との釣り合いによって成り立つこ
とから、開弁、閉弁応答をともに早めることは難しい。

また、電磁石が有する電磁力が小さいことからこの種の
燃料噴射弁では高圧燃料の供給が行えず、低圧燃料自身
の運動エネルギーでは燃料の微粒化におのずと限界があ
る。格言すれば、電磁石式燃料噴射弁は現状より飛躍的
な性能向上が期待できないというのが実情である。

さらに、小型化は内燃機関の運転を適性に行ううえで重
要な因子であり、その要求の根底となるのは内燃機関へ
の取付位置にある。すなわち、ガソリン機関においては
、燃料噴射弁は吸気管に取付けられ、とくに燃料効率の
向−ヒという観点から。

吸気弁（インテークバルブ）に近接して取付けられる。

この場合、吸気弁周辺は、それ自身吸気集合管部に位置
すること、また弁Ｊａ摘を備える部品が混在すること等
から取付スペースが限られる。

現ガソリン機関では、吸気孔よりおおむね１４ｃｌｌの
位置に燃料噴射弁は取付けられている。従って、噴射位
置から燃焼室に至るまでの燃料輸送遅れ時間、あるいは
取付部周辺の吸気管に付着する未燃燃料が存在すること
があって、燃焼効率を向上させるうえで好ましくない状
況にある。燃料噴射弁は、可能な限り吸気孔へ近接して
在ることが好ましく、将来的にはディーゼル機関の如く
直接燃焼室へ取付けられると考えても差し支えない。吸
気孔へ近接して取り付けるとすると、現状よりさらに取
付スペースが狭くなることが必至であり、いずれの場合
からも小型化に対する重要性がクローズ・アップされて
いる。

一方、最近圧電素子を燃料噴射弁へ適用する試みが関係
方面で種々検討されている。この圧電素子（例えばチタ
ン酸ジルコン酸鉛）は、固有振動数が高いことから応答
性に優れること、また圧電素子自身が伸縮することから
発生する力が大きいという特徴を有している。これらの
特徴を燃料噴射弁で発揮できれば、開弁、閉弁時間の短
縮は勿論のこと、発生力の利用により電磁石では得られ
ない高圧燃料を供給することが可能となる。以って燃料
自身のエネルギーを増大ならしめ、その結果燃料の微粒
化の促進が図れることになる。

本発明の目的は、燃料噴射弁の小形化にあり、前述した
ように燃焼効率の向上において重要な役割をもつ燃料噴
射弁を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

１−２目的は、最先端部に噴射孔を有する弁ケースと、
電圧の印加によって高速変位する圧電素子に機械的に結
合されるニードル弁とを備え、該圧電素子の変位に連動
して前記噴射孔を開閉し燃料の噴射を断続する燃料噴射
弁において、前記圧電素子を中空円筒形状に形成し、該
圧電素子の中空部に前記ニードルを配設し、該ニードル
長を中空円筒状圧電素子の軸長と略等しくして構成した
ことによって達成される。

〔作用〕

中空円筒状積層圧電部材の中空部に可動部材より成るニ
ードるを配設し、該ニードル長を積層圧電部材の軸方向
長さと等しくなるように構成したので軸長の長さを小さ
くでき、燃料噴射弁を小さくすることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は本
発明の第２実施例を示す断面図である。

第１図において、１は圧電素子を多数枚積層してなる中
空円筒状に積層圧電部材、２は積層圧電部材】の中空部
にニードル３を配設していなる可動部材で、ニードル３
は先端近傍にシーｈ３ａを有する。また、ニードル３と
連続してなる急拡大部°４には四部４ａ、圧力流体通路
４ｂを有してなる６５は積層圧電部材１の中空部とニー
ドル３間に形成される空間、６は最先端部に噴射孔６ａ
を有する弁ケース、７は弁ケースにネジ固定される弁フ
タで、圧力流体人ロアａを有する。圧力流体人ロアａに
は燃料配管（図示せず）が結合される。

８は、可動部材２の凹部４ａと弁フタ７間に設けた圧縮
ばね、９は積層圧電部材１に電圧を印加する導線である
。かかる構成で、ニードル３のシート３ａは圧縮ばね８
の復元力により弁ケース６の噴射孔６ａを閉Ｉ卜するご
とく押圧されており、圧力流体の外部への漏れを°阻止
する。

第２図は第２の実施例を示す断面図であり、第２の実施
例は別なる構造のニードル１０を有する。

すなわち、ニードル１０は内部に圧力流体通路１０ｂを
、またシート１０ａの近傍に段部を設け。

この段部と積層圧電部材１の中空部間に形成した空間１
１と連通ずる別なる複数個の圧力流体通路１０ｃを有し
てなる。

尚本発明の実施例では、圧縮ばね８はコイル状ばねを用
いたが板状等のものでも差し支えない。

第１図および第２図において、同一符号を付したものは
同一部品を示す６ かかる構成において、以下にその動作を説明する。第１
図において、積層圧電部材１にパルス電圧を印加すると
、パルスのＯＮ時間に対応して積層圧電部材１が変位（
伸び）する。積層圧電部材１の伸びによって可動部材２
が圧縮ばね８のばね力の抗して押され、ニードル３に設
けたシート３ａが弁ケース６より離脱する。以って弁ケ
ース６に設けた噴射孔６ａが開口される。圧力流体は加
圧ポンプ（図示せず）等の搬送機器を経て、圧力流体人
ロアａから可動部材２に設けた凹部４ａに流入し圧力３
９体通路４ｂに至る。その後、圧力流体は空間５に集め
られ、圧力流体の保持する運動エネルギーを損なうこと
なく、シート３ａの隙間より噴射孔６ａに向って流れ、
噴射孔６ａより外部へ噴射される。この際、圧力流体は
広がりをもった簿膜状スプレー形状となり、微細な液滴
に細分される。

一方、電圧が０ドＦ状態になると、可動部材２は圧縮ば
ね８の復元力により、瞬時に元の位置に戻されニードル
３のシート３ａは噴射孔６ａを閉止する。以って、圧力
流体の外部への噴射が止まる。第２の実施例における動
作は、第１の実施例とほぼ同じであるが、圧力流体は可
動部材２の凹部４ａに流入した後、ニードル１ｏ内に設
けた圧力流体通路１０ａから別なる圧力流体通路１０ｃ
に至る。その後、圧力流体は空間１１に集められ、圧力
流体の保持する運動エネルギーを損なうことなく噴射孔
６ａから外部へ噴射される。

以１−の説明から明らか°な様に、その構成において、
積層圧電部材の中空部に可動部材２より成るニードル３
を配設したことにより、燃料噴射弁の軸長は従来のこの
種の燃料噴射弁の約半分になる。

前記した様に、内燃機関の運転を適性に行い機関効率を
向上させるうえで、とくに燃料噴射弁の取付位置が重要
な因子であることが明らかであるが、本発明の如き小形
の燃料噴射弁によって実現が可能となるものである。す
なわち、より吸気孔（燃焼室）に近い位置に取付けるこ
とによって、燃料の輸送遅れ時間の短縮が図れるととも
に、吸気管壁への燃料付着を防止できる。その結果、燃
焼効率を大幅に向上でき燃料の節約が図れるというもの
である。

尚、本実施例に用いた積層圧電部材は、圧電素子を多数
枚積層して成るが、ｎ枚積層した圧電素子に直流電圧Ｖ
を印加すると、変位量δはδ＝ｎ・ｄａｘ・ｖ−ｔ−”
で与えられる。ここにｄ３３＝圧電歪定数、ｔ：素子の
厚み、一般には圧電素子を１００枚積層すると４０ミク
ロン程度の変位が得られる。このときの印加電圧は直流
４００■である。また、圧電素子の固有振動数が高いこ
とがら変位の応答性が良い。通常１００μｓｅｃの応答
が得られる。従って、電磁石式燃料噴射弁（開閉弁応答
時間は１００　ｍ５ｅｃ程度）に比べて非常に優れてい
る。前記した様に可動部材は積層圧電部材に機械的に結
合したので、積層圧電部材の高速動作を有効に生かすこ
とができ噴射孔６ａの開閉弁動作を高速で行うことがで
きる。すなわち、応答性の°向−Ｅによって１回当りの
噴射量を正確に調量し。

噴射量の制御を高精度に行うことができる。また。

積層圧電部材１は、変位を拘束したときに７０−程度の
力を発生する。従って１本実施例においてはシート３ａ
の押圧力を数１０ｋｇに向上させて構成することが可能
である。すなわち、可動部材２の凹部４ａと弁フタ７間
に設けた圧縮ばね８のばね定数を大きくできる。これに
よって５供給燃料の圧力を高めても可動部材２が圧縮ば
ね８のばね力に抗して押されシーｈ３ａが開いて燃料が
外部へ漏れることはない。本実施例によれば、供給燃料
の圧力は５　Ｍ　Ｐ　ａまで°トげても良いことが確認
されている。このとき、噴射孔６ａより噴射される燃料
の粒の大きさは数１０ミクロンとなり、電磁石式燃料噴
射弁の１１５程度になる。以って微粒化の促進が十分図
れる。さらに、圧電素子はコンデンサとして扱えるので
０Ｎ−ＯＦＦ時間の瞬間的にのみ電力を消費するのがＯ
Ｎ時間の間はコンデンサに電力が蓄えられるのみで消費
はしない。

前記した１００枚積層の積層圧電部材１にパルス電圧４
００■を印加した際、消費される電力は５Ｗ程度であり
電磁石式燃料噴射弁の１／３以下になることも本実施例
により確認されている。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明の燃料噴射弁によれば、内燃
機関の運転効率を向上させるうえで様々の効果が得られ
るが、とくにその構成において、中空円筒状積層圧電部
材の中空部に可動部材より成るニードルを配設し、該ニ
ードル長（針弁長）を積層圧電部材の軸方向長さと略等
しくなる様に構成したので、従来のこの種の燃料噴射弁
より、その軸長が約半分程度にできる。すなわち、小形
の燃料噴射弁を提供できる。これによって、内燃機関へ
の取付位置を、従来よりさらに吸気孔（燃焼室）側に置
くことができ、その結果として燃料の輸送遅れ時間を短
縮せしめるとともに、吸気管壁に付着する燃料をなくし
未燃燃料の吸気孔上流での残留を防１トすることができ
る。以って、内燃機関の運転を適確に行わしめ、機関効
率の向上により燃料を大幅に節約できるという実用上の
効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
本発明の第２実施例を示す縦断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、最先端部に噴射孔を有する弁ケースと、電圧の印加
   によつて高速変位する圧電素子に機械的に結合されるニ
   ードル弁とを備え、該圧電素子の変位に連動して前記噴
   射孔を開閉し燃料の噴射を断続する燃料噴射弁において
   、前記圧電索子を中空円筒形状に形成し、該圧電素子の
   中空部に前記ニードルを配設し、該ニードル長を中空円
   筒状圧電素子の軸長と略等しくして構成したことを特徴
   とする内燃機関用の燃料噴射弁。