JPH03210060A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） この発明は、圧電素子を用いて燃料の噴射制御を行う燃
料噴射弁に関する。

（従来の技術） 自動車用内燃機関に使用される燃料噴射弁としては、リ
ターンスプリングによって燃料噴射孔周囲のシート部に
押し付けられた弁体を、ソレノイドによってリフトさせ
、これによって燃料を噴射するようにしたものがよく知
られている。ところが、このンレノイドタイプのものは
、ソレノイドの電気的時定数が大きいこと、及びソレノ
イドの推力に対して可動部である弁体の質量が比較的大
きいこと、などから弁体開閉時の応答性が悪いという問
題がある。

このため近年では、応答性向上のために圧電素子を用い
たものが提案されている。圧電素子を用いた燃料噴射弁
としては、例えば特開昭６０−１５３４６５　（第３図
参照）、特開昭６２−２３５５１（第４図参照〉、特開
昭６２−１９９９６１（第５図参照）、特開昭６１−１
４４６８号公報などに記載されたものがある。

特開昭６０−１５３４６５のものは、圧電素子１にパル
ス状の電圧を印加すると、圧電素子１が伸びてピストン
３を押し下げ、これによりポンプ室５の圧力が増大して
ニードル弁７が噴射孔９を閉塞する。一方、圧電素子１
に電圧を印加しないと、ニードル弁７が上昇し、燃料人
口１１から流入している燃料が、噴射孔９から構成され
る装置して、圧電素子１に高周波電圧を印加した場合に
は、ニードル弁７が押し上げられた状態でポンプ室５の
燃料を介して高周波振動し、燃料の微粒化を図っている
。

特開昭６２−２３５５１のものは、ノズルチップ１３と
燃料配管１５との間に、燃料送給用キャビティ１７を形
成する圧電素子１９を設けたもので、圧電素子１つに例
えば電圧十Ｖ１を印加することで圧電素子１９が第４図
の（ａ）から（ｂ）のように変形してキャビティ１７内
の圧力が上昇し、燃料はノズルチップ１３側に圧送され
る。次に、圧電素子１９に印加する電圧を一■２にする
と、圧電素子１つは第４図（Ｃ）のように変形し、キャ
ビティ１７内の圧力が減少してマイクロバルブ２１が開
弁し、燃料配管１５からキャビティ１７内に燃料が補給
されるとともに、ノズルチップ１３先端から燃料が噴射
され、第４図（ａ）の状態に戻る。

特開昭６２−１９９９６１のものは、薄板状の電歪素子
を積層形成してこれを圧電型アクチュエータ２３とし、
この圧電型アクチュエータ２３の先端側にフラップ弁２
５を設けている。圧電型アクチュエータ２３に電圧を印
加すると、圧電型アクチュエータ２３が伸びフラップ弁
２５が押されて開弁じ、燃料が噴射される。電圧の印加
を停止すると、圧電型アクチュエータ２３の変位はなく
なり、フラップ弁２５はばね２７により、押されて閉じ
、燃料噴射は停止される。そして、圧電型アクチュエー
タ２３に印加する電圧をデユーティ制御することで、噴
射燃料量を制御する。

（発明が解決しようとする課題） ところで、自動車用内燃機関に使用される燃料噴射弁は
、燃料噴射量のダイナミックレンジが広く、かつこの広
い噴射量領域全般にわたって燃料が微粒化されることが
好ましい。ところが、ダイナミックレンジの広さと微粒
化の両立は難しく、上記した従来の燃料噴射弁にあって
も、以下に述べるような欠点がある。

第３図に示した特開昭６０−１５３４６５のものは、燃
料の微粒化を促進するための高周波電圧を与えたときの
ニードル弁１の振動エネルギが小さいため、微粒化促進
が充分ではない。

また、第４図に示した特開昭６２−２３５５１のものは
、圧電素子１つが変位することによってこれがポンプの
役目を果たし、主にこれにより燃料噴射量が決定される
ので、その量は少なく、またノズルチップ１３先端から
燃料漏れが発生する恐れがあり、自動車用内燃機関の燃
料噴射弁として使用するには問題が多い。

第５図に示した特開昭６２−１９９９６１のものは、圧
電型アクチュエータ２３に印加する電圧をデユーティ制
御することで発生するフラップ弁２５の振動エネルギが
、第３図のものと同様小さく、したがって燃料の微粒化
促進が充分ではない。

そこでこの発明は、上記従来技術の問題点を解消し、燃
料噴射量のダイナミックレンジが充分広く、しかも燃料
の微粒化促進を燃料噴射量が少ない領域から多い領域ま
で効率よく行うようにすることを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前述した課題を解決するなめにこの発明は、燃料噴射孔
に対し弾性的に圧接して開閉可能な開閉弁と、燃料噴射
孔に連通可能な圧縮空気通路を備えて開閉弁に振動を伝
える共振弾性体と、共振弾性体を共振させる圧電振動子
と、前記圧縮空気通路の途中に設けた燃料供給口を開閉
可能な制御弁とからなる構成としである。

（作用） 制御弁が開くと圧縮空気通路内の圧縮空気中に燃料が供
給される。上記制御弁の開弁と同時に圧電振動子に交流
電圧を印加すると、共振弾性体が共振振動し、この振動
は開閉弁に伝わる。この振動状態において開閉弁が開い
たときに、圧縮空気とともに燃料は微粒化されて噴射さ
れる。

（実施例） 以下１、この発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は自動車用内燃機関に使用される燃料噴射弁の断
面図で−この燃料噴射弁のほぼ中央には共振弾性体３１
があり、共振弾性体３１にはその長手方向に貫通する圧
縮空気道Ｂ３３が形成されている。圧縮空気通路３３に
は図示しない空気タンク、パイプなどを通じて圧縮空気
（例えば４ｋｇｆ／ｃｍ’）が供給される。共振弾性体
３１のほぼ中央には、つば部３１ａが形成され、このつ
は゛部３１ａより上部側の周囲には、ＰＺＴなどからな
る円筒状の圧電振動子３５が密着して設けられている。

圧電振動子３５は、振動の際の変位量が大きい積層型の
ものが使用される。共振弾性体３１は圧電振動子３５に
交流電圧を印加した場合に、この交流電圧の周波数と同
し縦振動の固有振動数をもつものとする。

圧電振動子３５の上端には環状のスペーサ３７が嵌め込
まれている。これら圧電振動子３５及びスペーサ３７の
周囲は金属あるいは樹脂からなるゲース３９により覆わ
れ、スペーサ３７の上端側は固定ナツト４１及びスナッ
プリング４３により固定されている。

共振弾性体３１のつば部３１ａより下部側には圧縮空気
通路３３に連通する燃料供給口としての燃料メータリン
グ部４５が形成され、燃料メータリング部４５は制御弁
４７により開閉される。制御弁４７は燃料メータリング
部４５の実質的な開閉を行う半球状のボール弁４９と、
このボール弁４９が先端側面に固着された圧電変位体５
１とから構成されている。圧電変位体５１は、金属など
のシムの両面あるいは片面に圧電素子を接着したバイモ
ルフ型圧電素子であり、ボール弁４９と反対側の端部が
ピン５３によって共振弾性体３１に固定されている。ボ
ール弁４９は、圧電変位体５１のシム材自身のばね力で
燃料メータリング部４５に押圧されている。

上記制御弁４７を覆うように共振弾性体３１の周囲には
、共振弾性体３１のつば部３１ａ及び下部先端３１ｂに
かしめにより装着された下部ボディー５５が設けられて
いる。下部ボディー５５と共振弾性体３１との間には燃
料室５７が形成され、燃料室５７に連通ずる燃料入口５
９及び燃料出口６１が、下部ボディー５５の側部に設け
られている。燃料室５７には、例えば２　ｋ　ｇ　ｆ　
／　ｃ　ｍ　２の圧力の燃料が図示しない燃料ポンプに
より供給される。また、共振弾性体３１のつば部３１ａ
及び下部先端３１ｂの周囲には、０リング６３及び６５
が嵌め込まれ、燃料漏れを防いでいる。

下部ボディー５５の下端側にはノズル部５５ａが突出し
て形成され、ノズル部り５ａ内には空間６７が、ノズル
部５５ａ先端には空間６７に連通ずる燃料噴射孔６９が
それぞれ形成されている。

燃料噴射孔６９は半球状の開閉弁７１によって開閉可能
であり、開閉弁７１はそのフランジ部７１ａと共振弾性
体３１との間に介装されたばね７３により閉弁方向に付
勢されている。

ノズル部５５ａ先端周囲にはホーン７５が装着されてい
る。ホーン７５は全体的に半球状であって内部が燃料噴
射孔６９に連通ずる拡散中空部７７が形成されている。

拡散中空部７７におけるホーン７５の内壁は先端側に向
かって広がる階段状のステップ７９が形成されている。

ステップ７９を形成することで、ホーン７５の内壁の表
面積が大きくなるとともに、そのエツジ部７９ａに振動
のエネルギが集中する。

次に、上記のように構成された燃料噴射弁の動作を説明
する。共振弾性体３１の圧縮空気通路３３には、図示し
ない空気タンク、パイプなど金遣じて圧縮空気（例えば
４ｋｇｆ／ｃｍ”）が供給される。−一方、燃料室５７
には例えば２ｋｇｆ／ｃ　ｍ　２の圧力の燃料が図示し
ない燃料ポンプにより供給される。この状態で制御弁４
７を構成する圧電変位体５１の圧電素子に第２図に示す
ようなステップ状の電圧■を時間１．の間印加すると、
圧電変位体５１はボール弁４９が燃料メータリング部４
５から離れるべく図中で左方向に変位して制御弁４７が
開弁状態となる。制御弁４７の開弁により燃料室５７内
の燃料は、燃料メータリング部４５を通して圧縮空気道
８３３内の圧縮空気中に供給される。燃料室５７に供給
される燃料は、制御弁４７の開弁時間ｔ□と燃料メータ
リング部４５の流路径により、小噴射量領域から大噴射
量領域にわたって噴射量のダイナミックレンジが広く確
保でき、精密に計量される。

制御弁４７の開弁と同時に圧電振動子３５に交流電圧（
例えば５ｖのバイアス、ＩＯＶ、、、３０ＫＨｚ＞を印
加してこれを振動させると、これに伴い共振弾性体３１
が共振振動し、この振動はホーン７５で拡大されて、例
えばホーン７５の先端部で振幅約３μｍ１周波数３０Ｋ
Ｈｚの振動が得られる。またこのとき、開閉弁７１は、
共振弾性体３１の振動とばね７３のばね定数によって決
まる振動、例えば振幅４０μｍ１周波数２ＫＨｚで振動
しつつ開弁する。開閉弁７１が開くと同時に、圧縮空気
通路３３内に供給されている燃料が、圧縮空気によって
搬送されつつ上記開閉弁７１の振動により微粒化された
状態で燃料噴射孔６つから噴射される。また、ホーン７
５の内壁に付着している燃料も、ステップ７つがあるこ
とで内壁の表面積が大きくなって噴射燃料が拡散しやす
くなり、エツジ部７９ａに振動のエネルギが集中して小
噴射量領域から大噴射量領域まで効率よく燃料が微粒化
される。

第２図のように、制御弁４７の圧電素子に正の電圧５Ｖ
を印加して制御弁４７を開弁させた後、時間ｔ２の問責
の電圧を印加することで、制御弁４７の閉弁時の応答性
が向上するとともに、圧電素子の残留変位の影響が取除
かれ、制御弁４７の特性が向上する。

［発明の効果コ 以上説明してきたようにこの発明によれば、燃料噴射口
に対し弾性的に圧接して開閉可能な開閉弁と、燃ｆ４噴
射口に連通可能な圧縮空気通路を備えて開閉弁に振動を
伝える共振弾性体と、共振弾性体を共振させる圧電振動
子と、前記圧縮空気通路の途中に設けた燃料供給口を開
閉可能な制御弁とから構成したので、制御弁の開閉によ
り小噴射量領域から大噴射量領域にわたって噴射量のダ
イナミックレンジを広く確保することができるとともに
、共振弾性体の振動により開閉弁が振動して噴射時の燃
料の微粒化が効率よく達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す燃料噴射弁の断面図
、第２図は制御弁に印加する電圧の波形図、第３図ない
し第５図はそれぞれ従来の燃料噴射弁を示す断面図であ
る。 ３１・・・共振弾性体 ３３・・・圧縮空気通路 ３５・・・圧電振動子 ４５・・・燃料メータリング部（燃料供給口）５１・・
・制御弁 ６つ・・・燃料噴射孔 ７１・・開閉弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射孔に対し弾性的に圧接して開閉可能な開閉弁と
   、燃料噴射孔に連通可能な圧縮空気通路を備えて開閉弁
   に振動を伝える共振弾性体と、共振弾性体を共振させる
   圧電振動子と、前記圧縮空気通路の途中に設けた燃料供
   給口を開閉可能な制御弁とからなることを特徴とする燃
   料噴射弁。