JPH0436062A - 内燃機関の燃料噴射弁 - 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、ディーゼル機関等の内燃機関の燃料噴射弁、
特にピエゾ圧電素子を利用した燃料噴射弁に関する。

〔従来技術〕

ディーゼル機関等の内燃機関の燃料噴射弁において、応
答性の良い燃料噴射制御を行う手段の一つとして　特開
昭６０−１７２５０号公報に開示されるごとく、ピエゾ
圧電素子を利用する方法がある。

該ピエゾ圧電素子は、電圧を印加することにより２軸線
方向に伸長する性質を有する。そして該ピエゾ圧電素子
は、電圧を印加してから伸長するまでの時間が、５０μ
ｓｅｃから１００μｓｅｃという極めて短いという性質
の圧電素子である。

そのため　該ピエゾ圧電素子の伸長作用を利用して応答
性の良い燃料噴射制御を行うことが可能である。

上記公報に記載された燃料噴射弁においては。

ピエゾ圧電素子の伸長作用によりノズルニードルの燃料
受圧面に作用する高圧燃料の燃料圧を高めてノズルニー
ドルを開弁させ、これにより燃料噴射を行うようにして
いる。

しかしながら、上記燃料噴射弁のごとく、圧送にピエゾ
圧電素子を用いる方法においては、該ピエゾ圧電素子の
変位が小さいため、噴射量を多くすることができない、
また、ピエゾ圧電素子に高圧の噴射圧が直接作用するた
め、該ピエゾ圧電素子の耐久性が低下する。

上記不具合を解決する手段の一つとして、特開昭６２−
７９６７号公報に記載の燃料噴射弁がある。

これについて、第５図を用いて説明する。

従来の燃料噴射弁は、同図に示すごとく、スプリング９
４により閉弁方向に付勢されたノズルニードル９１と、
該ノズルニードル９１と直列に配設した制御ロッド９２
と、該制御ロッド９２に対して燃料圧とは無関係に制御
された制御油圧を加えるためのピエゾ圧電素子９３とを
有する。

上記ノズルニードル９１には、開弁方向の燃料圧を受け
る燃料受圧面９１１を形成する。また。

上記制御ロッド９２には、ノズルニードル９１の閉弁方
向の燃料圧を受ける９２１と、ノズルニードル９１の閉
弁方向の制御油圧を受ける制御油受圧面９２２とを形成
する。

そして、上記燃料受圧面９１１，９２１に、燃料通路９
５を介してそれぞれ開弁方向と閉弁方向の両方向から燃
料圧を加えるようにしている。

また、ノズルニードル９１は、スプリング９４により常
時閉弁方向には付勢されているが、該ノズルニードル９
１の燃料受圧面９１１に加わる開弁方向の燃料圧の方が
、閉弁方向の燃料圧及びスプリング圧よりも大きい、こ
のため、ピエゾ圧電素子９３に通電しない時には、該ノ
ズルニードル９１は開いたままの状態となっている。

そして、ピエゾ圧電素子９３に通電した時、ｉｆピエゾ
圧電素子９３が伸長して、制御ロッド９２の制御油受圧
面９２２に閉弁方向の制御油圧が加わる。このため、ノ
ズルニードル９１は制御ロッド９２を介して閉弁方向に
移動する。即ち、ピエゾ圧電素子９３に通電が行われた
ときにのみ、ノズルニードル９１が閉止する。

このように、ピエゾ圧電素子によって発生させた制御油
圧を制御ロッドに加えることにより　ノズルニードルの
開閉操作を行うようにしている。

（解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来の燃料噴射弁においては、ピエ
ゾ圧電素子に通電したときのみ、ノズルニードルの閉弁
状態が保たれる。

このため、ピエゾ圧電素子に対する電圧印加時間が長（
なり、該ピエゾ圧電素子が発熱する。その結果、ピエゾ
圧電素子の耐久性、信転性を損なうおそれがある。

また、ピエゾ圧電素子のリード線が断線した場合には、
該ピエゾ圧電素子により制御ロッドに対してノズルニー
ドル閉弁方向の制御油圧を加えることができない。この
ため、ノズルニードルが開いた状態のままとなり、燃料
噴射弁は噴射し続ける。この場合には、安全性を損なう
おそれがある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、信較性。

安全性に優れた内燃機関の燃料噴射弁を提供しようとす
るものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は、スプリングにより閉弁方向に付勢されたノズ
ルニードルと、該ノズルニードルと直列に配設した制御
ロッドと、該制御ロッドに対して燃料圧とは無関係に制
御された制御油圧を加えるためのピエゾ圧電素子とを有
し、上記ノズル二ドルには開弁方向の燃料圧を受ける燃
料受圧面を形成し、また上記制御ロッドにはノズルニー
ドル閉弁方向の燃料圧を受ける燃料受圧面と、ノズルニ
ードル開弁方向の上記制御油圧を受ける制御油受圧面と
を形成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁にあ
る。

本発明において最も注目すべきことは、ピエゾ圧電素子
により、制御ロッドに対して、ノズルニードルを開弁さ
せる方向の制御油圧を加えるように構成したことにある
。

本発明において、上記ピエゾ圧電素子には、制御油圧を
発生するための制御室を付設する。また。

上記制御ロッドには、ピエゾ圧電素子により発生させた
制御油圧を受けるための制御室を付設する。

ピエゾ圧電素子側の制御室と制御ロッド例の制御室とを
連通ずる手段としては１両制御室を通路により結ぶ方法
（第１図）２両制御室を近付けて一体的に形成する方法
（第４図）等がある。

本発明において、上記ピエゾ圧電素子側の制御室には、
チエツク弁を設け、該制御室が減圧により負圧となった
とき、燃料を充填するようにすることが望ましい（第４
図参照）。

また、上記ノズルニードルのリフトを規制するニードル
ストッパを設け、ピエゾ圧電素子のバラツキに拘らずノ
ズルニードルのリフトが等しくなるようにすることが望
ましい（第４図参照）。

〔作　用〕

本発明においては、ピエゾ圧電素子に通電しないとき、
ノズルニードルには、スプリングによる閉弁方向の力Ｆ
Ｓと、該ノズルニードルに設けた燃料受圧面に対する燃
料圧による開弁方向の力ＦＡとが働く、また、制御ロッ
ドには、これに設けた燃料受圧面に対する燃料圧により
、ノズルニードル閉弁方向の力ＦＣが働く、このとき、
ノズルニードル閉弁方向の合力ＦＳ＋ＦＣが、上記ノズ
ルニードル開弁方向の力ＦＡに打ち勝って、ノズルニー
ドルが閉じた状態にある。

そして、ピエゾ圧電素子に通電したとき、該ピエゾ圧電
素子が伸長して、制御ロッドの制御油受圧面にノズルニ
ードル開弁方向の制御油圧を加える。その結果、制御ロ
ッドにノズルニードル開弁方向の力ＦＢが働く、このと
き、ノズルニードル開弁方向の合力ＦＡ＋ＦＢがノズル
ニードル閉弁方向の合力ＦＳ＋ＦＣに打ち勝ってノズル
ニードルが開く。

このように９本発明では、ピエゾ圧電素子に通電したと
きにのみ、ノズルニードルを開き、燃料噴射を行う構成
としている。

〔効　果〕

それ故１本発明によれば、信鯨性、安全性に優れた内燃
機関の燃料噴射弁を提供することができる。

〔実施例〕

第１実施例 本発明の実施例にかかる内燃機関の燃料噴射弁につき、
第１図〜第３図を用いて説明する。

本例の燃料噴射弁１は、第１図に示すごとく。

スプリング１９により閉弁方向に付勢されたノズルニー
ドル１７と、該ノズルニードル１７と直列に配設した制
御ロッド１６と、該制御ロッド１６に対して燃料圧とは
無関係に制御された制御油圧を加えるためのピエゾ圧電
素子１４とを有する。

そ°して、該ノズルニードル１７には、開弁方向の燃料
圧を受ける燃料受圧面１７１を形成する。また、該制御
ロッド１６には、ノズルニードル閉弁方向の燃料圧を受
ける燃料受圧面１６３１と、ノズルニードル開弁方向の
制御油圧を受ける制御油受圧面１６１１とを形成する。

上記制御ロッド１６は、大径ピストン１６１と小径ピス
トン１６２とにより一体に形成した制御ロッド本体と、
該制御ロッド本体に直列に配設したピストン１６３とか
らなる。

そして、該大径ピストン１６１と小径ピストン１６２と
は、ロアボデー１２に形成したシリンダボア１６Ｂ、１
６９内に摺動可能に嵌挿する。

該大径ピストン１６１に形成した上記制御油受圧面１６
１１と、シリンダボア１６８との間には制御室１６１０
を形成する。該制御室１６１０は。

制御油通路２０を介して後述するピエゾ圧電素子１４例
の制御室１４１Ｏに連通ずる。該大径ピストン１６１の
他端とシリンダボア１６８との間には　リターン室１６
７を形成する。該リターン室１６７は、第１図及び第２
図に示すごとく、リターン通路２２２．２２を介して燃
料タンク７に連通ずる。

また、ピストン１６３は、アッパボデー１１に形成した
シリンダボア１６５内に摺動可能に嵌挿する。該ピスト
ン１６３に形成した上記燃料受圧面１６３１とシリンダ
ボア１６５との間には、背圧室１６３０を形成する。

該背圧室１６３０は、第１図及び第２図に示すごとく、
燃料通路２１を介して蓄圧室５に連通する。該蓄圧室５
は、高圧ポンプ６を介して燃料タンク７に接続する。ま
た、該蓄圧室５内の圧力は。

圧力センサ５５によりエンジンコントロールユニット４
に入力され、エンジンコントロールユニット４はこれを
受けて高圧ポンプ６を制御する。

ロアポデー１２には、上記小径ピストン１６２の先端部
と対応させてスプリング室１９０を形成する。該スプリ
ング室１９０は、リターン通路２２３を介して上記リタ
ーン通路２２に接続する。

そして、小径ピストン１６２の先端部に、スプリング座
１９１を配設し、該スプリング座１９１とスプリング室
１９０の内壁との間には、前記スプリング１９を介装す
る。

前記ノズルニードル１７は、上記スプリング座１９１を
介して制御ロッド１６に直列に配設する。

ノズルポデー１３には、ノズルニードル１７に形成した
前記燃料受圧面１７１と対応させて油溜まり１７０を形
成する。核油溜まり１７０は、燃料通路２１１を介して
前記燃料通路２１に接続する。

また、核油溜まり１７０は、ノズルボデー１３の先端部
に開口したノズル孔１３０にも連通させる。

前記ピエゾ圧電素子１４は、第１図に示すごとく、ピス
トン１４１の凹所内に収納する。該ピストン１４１は、
アッパボデー１１に形成したシリンダボア１４３内に摺
動可能に嵌挿する。該ピストン１４１とシリンダボア１
４３との間には７前述の制御室１４１０を形成する。

また、アッパボデー１１には、スプリング室１８０を形
成する。該スプリング室１８０は、リターン通路２２１
を介して前記リターン通路２２に接続する。また、該ス
プリング室１８０内に収納されたスプリング１８により
、上記ピストン１４１を介してピエゾ圧電素子１４をカ
バー１５方向へ付勢することにより、ピエゾ圧電素子１
４の組付は時の隙間を１収し、ピストン１４１の初期位
置を一定に保っている。

また、ピエゾ圧電素子１４のリード線１４２は。

第１図及び第２図に示すごとく　エンジンコントロール
ユニット４に接続する。該エンジンコントロールユニッ
ト４は２回転速度を検出するＮＥセンサ１４５による信
号を受けて、ピエゾ圧電素子１４により噴射制御を行う
ようにしている。なお。

コントロールユニット４は、水温２吸気温等のセンサか
らも信号線４０により信号を受け、噴射制御に利用して
いる。

ここで、上記ノズルニードル１７の燃料受圧面１７１が
燃料圧により受ける開弁方向の力をＦＡ諜亥ノズルニー
ドル ける閉弁方向の力をＦＳ，上記制御ロッド１６の制御油
受圧面１６１１が制御油圧により受けるノズルニードル
開弁方向の力をＦＢ，該制御ロッド１６の燃料受圧面１
６３１が受けるノズルニードル閉弁方向の力をＦＣとす
る。

そして、下記の条件を満たすように，ノズルニードル１
７の形状と．制御ロッド１６の燃料受圧面の面積と．ス
プリング１９の付勢力とを設定する。即ち，ピエゾ圧電
素子１４に通電しないときノズルニードル１７が閉した
状態となるように設定する。

ＦＡ＜ＦＣ＋ＦＳ ＦＡ＞ＦＳ また、次式を満たすように，制御ロッド１６の大径ピス
トン１６１及び小径ピストン１６２の径と，ピエゾ圧電
素子１４のピストン１４１の径とを設定する。即ち，ピ
エゾ圧電素子１４に通電したとき．ノズルニードル１７
が開いた状態となるように設定する。

ＦＣ−１−ＦＳ＜ＦＡ＋ＦＢ 本例の燃料噴射弁１は，上記のように構成されているの
で．次の作用効果を呈する。

即ち．ピエゾ圧電素子１４に通電しないときノズルニー
ドル１７の燃料受圧面１７１と制御口７ド１６の燃料受
圧面１６３１は．第１図及び第２図に示すごとく，燃料
通路２１，２１１を介して蓄圧室５の高圧の燃料圧を受
ける。これにより該ノズルニードル１７には開弁方向の
力ＦＡが働く．一方，該制御ロフト１６には，閉弁方向
の力ＦＣが働く．スプリング１９は，常時ノズルボデー
１７を閉弁方向に付勢している。

このとき、前記条件ＦＡ＜ＦＣ＋ＦＳ　　ＦＡ＞ＦＳを
満足し，ノズルニードル１７は閉した状態となる。

一方、エンジンコントロールユニット４によりピエゾ圧
電素子１４に通電したとき、該ピエゾ圧電素子１４が伸
長して、制御ロッド１６の制御油受圧面１６１１にノズ
ルニードル開弁方向の制御油圧を加える。その結果、該
制御ロッド１６にノズルニードル開弁方向の力ＦＢが働
く。この場合でも、ノズルニードル１７と制御ロッド１
６には上記のごとく、ノズルニードル開弁方向の力ＦＡ
とノズルニードル閉弁方向の力ＦＣ，ＦＳが働いている
。しかし、制御ロッド１６にノズルニードル開弁方向の
力ＦＢが加わるため、前記条件ＦＣ＋ＦＳ＜ＦＡ＋ＦＢ
を満足し、ノズルニードル１７は開いた状態となる。

これにより、ノズル孔１３０からエンジン３内に燃料を
噴射する。このとき、ＦＡ＜＜ＦＣとすることにより、
第３図に示すごとく、噴射率のシャープカットを得るこ
とができる。また、ノズルニードル１７の変位はピエゾ
圧電素子１４の変位に比例するため、ピエゾ圧電素子１
４の印加電圧に対する変位のリニアリティを利用するこ
とにより、同図に示すごとく、自在な噴射率を得ること
ができる。この場合、ノゾルストツパレスの状態におい
ては、最大噴射率はピエゾ圧電素子１４の変位の限界に
より決定される。

このように１本例の燃料噴射弁１は、ピエゾ圧電素子１
４に通電したときのみ、燃料噴射を行う。

このため１通電時間が長くなって該ピエゾ圧電素子１４
が発熱するということもなく、耐久性、信鯨性に優れる
。

また、リード線が断線した場合は、無通電状態。

即ち、ノズルニードル１７を閉じた状態となるため、安
全性にも優れる。

第２実施例 本例の燃料噴射弁につき、第４図を用いて説明する０本
例の燃料噴射弁８は、制御ワンド１６側の制御室８６と
、ピエゾ圧電素子１４側の制御室１４１０とを近付けて
、一体的に形成したものである。

即ち１本例においては、前記第１実施例のアッパボデー
１１及びロアボデー１２に代えて、ボデー８１を用いる
。該ボデー８１には、前記第１実施例と同様のノズルニ
ードル１７と制御ロッド１６とピエゾ圧電素子１４とを
内装する。

この場合、制御ロッド１６には、第４図に示すごとく、
前記第１実施例に示した制御室１６１０に代えて制御室
８６を形成し、ピエゾ圧電素子１４の制御室１４１Ｏが
、制御ロッド１６の制御室８６の近傍に位置するように
配設する。そして。

両制御室１４１０．８６を、長い通路を介することなく
直接連通させる。

また、上記制御室１４１０は、前記リターン通路２２に
連通させる。ボデー８１には、制御室１４１０とリター
ン通路２２との連通部に弁座８４を形成する。そして、
該弁座８４に対してチエツク弁８２をスプリング８３に
より付勢させる。該スプリング８３は、非常に弱い付勢
力を有するように形成する。

また、前記ノズルボデー１３と上記ボデー８１との間に
、ニードルストッパ８５を介設する。

その他は、前記第１実施例と同様である。

本例の燃料噴射弁８は、上記のように構成されているの
で、前記第１実施例と同様の作用効果を呈する。

更に本例においては１両制御室１４１０．８６は直接連
通しているため、前記第１実施例に示した制御油通路２
０の分だけ制御油量が減少する。

そのため、制御性、応答性が向上する。

また、制御室１４１０には、チエツク弁８２を設けたこ
とにより、減圧時に該制御室１４１０が負圧となったと
き、リターン通路２２から燃料を充填することが可能で
ある。

また、ノズルボデー１３とボデー８１との間にはニード
ルストッパ８５を介設したことにより。

ピエゾ圧電素子１４の製造上のバラツキに拘わりなく、
ノズルニードル１７のリフト量を一定にすることができ
る。これにより、噴射量が一定となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第１実施例にかかる内燃機関の燃料噴
射弁を示し、第１図はその側面断面図第２図はシステム
の説明図、第３図は噴射率制御の一例を示す線図、第４
図は第２実施例にかかる燃料噴射弁の側面断面図、第５
回は従来の燃料噴射弁の側面断面図である。 １゜ １４゜ １６゜ １６１１゜ １６３１゜ １７゜ １７１゜ １９゜ ８゜ ８２゜ ８５゜ ８６゜ 燃料噴射弁。 ピエゾ圧電素子。 制御ロッド。 制御油受圧面。 燃料受圧面。 ノズルニードル。 燃料受圧面。 スプリング。 燃料噴射弁。 チエツク弁。 ニードルストッパ。 制御室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スプリングにより閉弁方向に付勢されたノズルニードル
   と、該ノズルニードルと直列に配設した制御ロッドと、
   該制御ロッドに対して燃料圧とは無関係に制御された制
   御油圧を加えるためのピエゾ圧電素子とを有し、 上記ノズルニードルには開弁方向の燃料圧を受ける燃料
   受圧面を形成し、また上記制御ロッドにはノズルニード
   ル閉弁方向の燃料圧を受ける燃料受圧面と、ノズルニー
   ドル開弁方向の上記制御油圧を受ける制御油受圧面とを
   形成したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。