JPH0444843Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、特にデイーゼルエンジンの燃料供給
システムに設けられる燃料噴射弁に関するもので
ある。

〔従来の技術および問題点〕

この種の燃料噴射弁は、高圧燃料を所定時期に
所定量だけ噴射するためにアクチユエータとして
圧電素子を用いて電気的に開閉制御され、燃料噴
射のための噴口を開閉するニードル弁を、圧電素
子に電圧を印加することにより直接閉弁させ、電
圧を開放して開弁させるよう構成されている。と
ころが燃料圧が高い場合、圧電素子はこの燃料圧
に打勝つてニードル弁を閉じるべく大きな付勢力
を発揮する必要があり、構造を大型化せざるを得
ない。また圧電素子の駆動回路に異常が発生して
電圧印加が不可能になると、ニードル弁が開放し
て燃料噴射の状態になり、エンジンにとつてフエ
イルセイフではない。

本考案は、構造が小型であり、かつ圧電素子に
電圧を印加できない状態になつても誤つて燃料噴
射をすることがない燃料噴射弁を得ることを目的
とする。

なお圧電素子を利用した噴射弁として、特公昭
47−35245号公報には、非作動時ばねによりニー
ドル弁を閉じ、燃料噴射時、高圧燃料によりニー
ドル弁を開く構成が開示されている。

この公報には、燃料噴射弁の開弁又は閉弁のい
ずれかの場合に、高圧で供給される燃料の圧力を
ニードル弁を駆動するために利用したものが記載
されているが、それを双方に利用する技術思想ま
では含まれておらず、従来と同様にスプリングの
力に依存している。そのために、開弁或いは閉弁
のどちらかの応答性が良くないという問題があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案による燃料噴射弁は、印加される電圧に
応じて伸縮する圧電素子を有するアクチユエータ
と、所定圧力の高圧燃料を保持するリザーバと常
時連通していることによつて上記リザーバから高
圧燃料を受け入れている燃料溜と、上記燃料溜に
連通することができる噴口と、上記噴口を開閉
し、上記燃料溜の燃料を上記噴口から噴射させる
ために、上記燃料溜へ常時供給されている燃料の
圧力によつて開弁方向に付勢されているニードル
弁と、それとは反対に上記噴口を閉塞させるため
に、上記ニードル片を閉弁方向に付勢するスプリ
ングと、上記スプリングと共働して、上記ニード
ル弁を閉弁方向に付勢する圧力が作用する加圧室
と、上記アクチユエータの伸縮に応じて変位し、
低圧燃料貯溜部と上記リザーバを選択的に上記加
圧室に連通させる切換弁とを備え、上記切換弁
は、上記アクチユエータに電圧が印加されない非
通電時に、上記アクチユエータ側に変位して上記
リザーバ内と上記加圧室内とを連通して上記加圧
室の圧力を高めることにより、上記ニードル弁を
閉弁させる第１弁体と、上記アクチユエータに電
圧が印加される通電時に、上記アクチユエータの
反対側に変位して上記リザーバと上記加圧室間を
遮断する上記第１弁体に設けられているロツドに
よつて開弁位置へ動かされ、上記加圧室を低圧燃
料貯溜部に連通させて、上記加圧室の圧力を迅速
に低下させることにより、上記ニードル弁を開弁
させるボール状の第２弁体とにより構成されてい
ることを特徴とする。

〔実施例〕

以下図示実施例により本考案を説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す。燃料タンク
１０内に貯溜された燃料は、燃料フイード用低圧
ポンプ１１、高圧ポンプ１２、および燃料の圧力
変動を抑制するリザーバ１３を介して燃料噴射弁
へ圧送され、後に詳述するようにニードル弁２１
を押上げて噴口２２から噴射される。ニードル弁
２１はアクチユエータ２３により制御されて、強
制的に閉弁され、あるいは開弁可能にされる。ア
クチユエータ２３は、駆動回路１４が電極プラグ
１５を介して電圧を印加あるいは開放することに
より制御される。マイクロコンピユータを備えた
電子制御部（ECU）１６は、エンジン１７から
得られる種々のデータに基いて駆動回路１４を制
御する。なお、高圧ポンプ１２はエンジン１７に
より駆動される。

アクチユエータ２３は多数の圧電素子を積層重
合して成り、電圧を印加された時軸方向に伸長
し、電圧を開放された時収縮するようになつてい
る。アクチユエータ２３は上部ボデイ２４内に収
容される。アクチユエータの上端部はボデイ２４
の上部内壁に固定され、下端部にはピストン２５
が取付けられるとともにこのピストン２５とボデ
イ２４の内壁段部２７との間に皿ばね２６が介挿
される。ピストン２５と下面とボデイ２４の下部
内壁との間にはポンプ室２８が形成される。しか
して、アクチユエータ２３は、電圧を印加された
時、皿ばね２６に抗してピストン２５を下降さ
せ、ポンプ室２８を圧縮してこの室内を加圧す
る。逆に電圧を開放された時、アクチユエータ２
３が収縮するので、ピストン２５は皿ばね２６に
付勢されて上昇し、ポンプ室２８は膨張して減圧
される。なお、上部ボデイ２４内には、低圧ポン
プ１１を介して燃料が導かれ、アクチユエータ２
３を冷却するようになつている。

上部ボデイ２４の下端に固定された下部ボデイ
３１内には、ハウジング３２、デイスク部材３３
が収容され、ピン３４を介して相互に一体的に連
結されたシリンダ部材３５、デイスタンスピース
３６およびノズルボデイ３７は、デイスク部材３
３の下方に配置される。これらのハウジング３
２、デイスク部材３３、シリンダ部材３５、デイ
スタンスピース３６およびノズルボデイ３７は、
下部ボデイ３１に螺着されるリテーニングナツト
３８により相互に固定される。下部ボデイ３１
は、高圧燃料をこのボデイ３１内に導くための入
口ポート４１と、余剰燃料をボデイ３１の外へ排
出するための出口ポート４２とを有し、入口ポー
ト４１はリザーバ１３に連結され、出口ポート４
２は燃料タンク１０に連通する。

ハウジング３２は上部ボデイ２４の下面に密着
して設けられ、ハウジング３２の軸心部を貫通し
て、形成されたボア４３には、第２図に詳示する
ように、第１弁体４４が摺動自在に収容される。
リターンスプリング４５は、第１弁体４４とデイ
スク部材３３との間に設けられ、第１弁体４４を
常時上方へ付勢する。ボア４３には環状溝４６が
形成され、環状溝４６は入口ポート４１に連通す
る。第１弁体４４は外周面の中央に小径部４４ａ
が形成され、この小径部４４ａは、第１弁体４４
が上方位置にある時環状溝４６に連通し、第１弁
体４４が下方位置にある時環状溝４６から遮断さ
れる。

上部ボデイ２４の下端壁部に形成された孔５１
には変位増巾ピストン５２が摺動自在に支持され
る。この変位増巾ピストン５２はポンプ室２８よ
りも小さい断面積を有し、したがつてピストン２
５の変位よりも大きく変位する。変位増巾ピスト
ン５２の下端部は第１弁体４４の上端面に常時当
接するようになつている。しかしてアクチユエー
タ２３を介してピストン２５が下降しポンプ室２
８が加圧されると、変位増巾ピストン５２が下降
して第１弁体４４をリターンスプリング４５に抗
して押下し、逆にアクチユエータ２３が収縮して
ピストン２５が上昇しポンプ室２８が減圧される
と、第１弁体４４はリターンスプリング４５に付
勢され変位増巾ピストン５２を押上げて上昇す
る。

デイスク部材３３の中央に形成された孔内には
加圧ピストン６１が摺動自在に収容される。この
孔と、加圧ピストン６１の上面とにより形成され
る加圧室６２は、ハウジング３２に穿設された通
路６３を介してボア４３内の小径部４４ａの部分
に連通する。また加圧室６２はボア４３内の第１
弁体４４の下方部分と透孔４７を介して連通可能
であり、この第１弁体４４の下方部分は出口ポー
ト４２に常時連通する。透孔４７はデイスク部材
３３の孔内に収容されたボール状の第２弁体４８
により開閉される。第２弁体４８は、第１弁体４
４の下面から延びるロツド４４ｂに当接し、第１
弁体４４が下降したとき、加圧ピストン６１との
間に設けられたスプリング４９を圧縮させて透孔
４７を開放する。

したがつて、第１弁体４４が上昇位置にある
時、第１弁体４４は通路６３と環状溝４６を介し
て加圧室６２を入口ポート４１に連通させ、また
第２弁体４８は透孔４７を閉塞して加圧室６２を
出口ポート４２から遮断する。逆に第１弁体４４
が下降位置にある時、第１弁体４４は環状溝４６
を閉塞して加圧室６２を入口ポート４１から遮断
し、また第２弁体４８は透孔４７を開放して加圧
室６２を出口ポート４２に連通させる。しかして
加圧室６２は入口ポート４１および出口ポート４
２に選択的に連通し、第１弁体４４および第２弁
体４８は切換弁を構成する。

シリンダ部材３５の軸心部に穿設された室６４
内にはプツシユロツド６５が収容され、このプツ
シユロツド６５はスプリング６６により常時下方
へ付勢される。プツシユロツド６５の上端部は、
デイスク部材３３の孔内に嵌入して加圧ピストン
６１に当接し、一方下端部は、スプリング６６に
付勢されてニードル弁２１の上端部に当接する。
ニードル弁２１はノズルボデイ３７の孔６７内に
摺動自在に支持され、その上端部はデイスタンス
ピース３６の中央孔６８を貫通してシリンダ部材
３５の室６４内に嵌入する。しかしてニードル弁
２１はスプリング６６の弾発力と加圧室６２内の
圧力とにより常時下方へ付勢され、非作動時、下
端位置にあつて噴口２２を閉塞する。

ノズルニードル２１の孔６７の中央部には燃料
溜７１が形成され、またニードル弁２１の燃料溜
７１より下方部分は小径に成形されて孔６７との
間に〓間７２が形成される。燃料通路７３は、ハ
ウジング３２、デイスク部材３３、シリンダ部材
３５、デイスタンスピース３６およびノズルボデ
イ３７を貫通して形成され、入口ポート４１と燃
料溜７１とを連通させ、燃料溜７１に常時高圧燃
料を導く。

本実施例装置は次のように作動して燃料噴射を
行なう。

アクチユエータ２３は、駆動回路１４により電
圧を印加されると伸長してピストン２５を押下
げ、ポンプ室２８の容積をS₁×x₁（S₁はピストン
２５の断面積、x₁はピストン２５の変位）だけ減
少させる。ポンプ室２８内には燃料油が保持され
ており、ポンプ室２８の容積の減少分の油は孔５
１内に流入して変位増巾ピストン５２を押下げ
る。この時変位増巾ピストン５２は、その断面積
をS₂とするとS₁／S₂×x₁だけ変位する。

すなわち、第１弁体４４はスプリング４５を圧
縮してS₁／S₂×x₁だけ下方へ変位し、この結果、第 ３図に示すように第１弁体４４は、環状溝４６を
閉塞するとともに第２弁体４８を押圧して透孔４
７を開放させる。しかして加圧室６２は透孔４７
出口ポート４２を介して燃料タンク１０に連通
し、加圧室６２内の圧力は低下する。ポンプ１
１，１２により供給される高圧燃料は、入口ポー
ト４１から燃料通路７３を通つて燃料溜７１へ導
かれ、ニードル弁２１を上方へ付勢しているが、
加圧室６２内の圧力の低下とともに、この圧力と
スプリング６６の弾発力に抗してニードル弁２１
を上昇させる。すなわち、噴口２２は開放され、
高圧燃料は噴口２２から吐出される。

以上の燃料噴射動作において、変位増巾ピスト
ン５２が第１弁体４４を押下する力は、アクチユ
エータ２３がピストン２５を下方へ変位させる力
のS₂／S₁倍になり、変位増巾ピストン５２の断面
積とポンプ室２８の断面積の比だけ減少する。し
かし本実施例においては、アクチユエータ２３は
ニードル弁２１を直接閉塞させるのではなく、リ
ターンスプリング４５の弾発力と、加圧室６２の
内圧による第２弁体４８への押圧力と、スプリン
グ４９の弾発力との合成力に抗して第１および第
２弁体４４，４８を変位させるだけでよいので、
変位増巾ピストン５２を強く押下する必要はな
く、弁体４４，４８は常に確実に開閉される。

上記とは逆にアクチユエータ２３への電圧印加
を遮断すると、アクチユエータ２３は収縮して元
の長さに戻り、ピストン２５は皿ばね２７に押さ
れて上昇し、ポンプ室２８の容積を拡大する。し
たがつて変位増巾ピストン５２および第１弁体４
４は、ポンプ室２８に発生する負圧とリターンス
プリング４５の弾発力とにより上昇して元の位置
に復帰し、また第２弁体４８はスプリング４９の
弾発力により上昇する。この結果、第１弁体４４
は環状溝４６と通路６３を連通させ、また第２弁
体４８は透孔４７を閉塞する。入口ポート４１に
供給される高圧燃料は、環状溝４６および通路６
３を通つて加圧室６２へ導かれ、加圧ピストン６
１は下方へ付勢される。この付勢力はプツシユロ
ツド６５を介してニードル弁２１へ伝達され、ニ
ードル弁２１は加圧ピストン６１による付勢力と
スプリング６６の弾発力により噴口２２を閉じて
燃料噴射を終了する。

なお変位増巾ピストン５２を省略し、第１弁体
４４をアクチユエータ２３により直接駆動するよ
うにしてもよい。

〔考案の効果〕

本考案においては、圧電素子を有するアクチユ
エータが直接にニードル弁を駆動するのではな
く、高圧ポンプから供給される燃料の高い圧力
を、応答性の高い圧電素子によつて制御して、開
弁及び閉弁のいずれの場合にもニードル弁を駆動
するために利用することができるようにしたの
で、圧電素子を直接ニードル弁の駆動に使用する
従来例に比して、アクチユエータが出力の小さい
小型のもので済み、また、開弁、閉弁のいずれか
一方をスプリングの力によつて行つている従来例
に比して、制御に対する応答性が開弁、閉弁の双
方共良くなり、それによつて燃料噴射弁の噴射時
期及び噴射量を正確に制御することが可能にな
る。また、アクチユエータへ電圧を印加しない時
には、ニードル弁を確実に閉弁させて決して燃料
を放出することがないという、フエイルセイフの
機能も得られる。

特に、本考案においては切換弁を、アクチユエ
ータに電圧が印加されない非通電時に、アクチユ
エータ側に変位してリザーバ内と加圧室とを連通
して加圧室の圧力を高めることによりニードル弁
を閉弁させる第１弁体と、アクチユエータに電圧
が印加される通電時に、第１弁体に設けられてい
るロツドによつて開弁位置へ動かされ、加圧室を
低圧燃料貯溜部に連通させて加圧室の圧力を迅速
に低下させることによりニードル弁を開弁させる
ボール状の第２弁体とにより構成しているので、
ボール状の第２弁体がスプール弁等に比べて小さ
いリフトでも大きく開口する特性をもつているこ
とから、アクチユエータに電圧が印加される通電
時に加圧室内の圧力を迅速に抜くことができ、ニ
ードル弁の開弁速度を一層高くして応答性を良く
することができると共に、リザーバの圧力を加圧
室に導く第１弁体は、第２弁体とは別に構成さ
れ、高圧のリザーバの圧力を確実に加圧室に導
き、或いは遮断することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２
図は第１図の要部を示す断面図、第３図は実施例
の作動状態を示し、構造を簡略化して示す断面図
である。 １０……燃料タンク（低圧燃料貯溜部）、１２
……高圧ポンプ（圧力源）、２１……ニードル弁、
２２……噴口、２３……アクチユエータ、４４…
…第１弁体、４８……第２弁体、６２……加圧
室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 印加される電圧に応じて伸縮する圧電素子を有
   するアクチユエータと、所定圧力の高圧燃料を保
   持するリザーバと常時連通していることによつて
   上記リザーバから高圧燃料を受け入れている燃料
   溜と、上記燃料溜に連通することができる噴口
   と、上記噴口を開閉し、上記燃料溜の燃料を上記
   噴口から噴射させるために、上記燃料溜へ常時供
   給されている燃料の圧力によつて開弁方向に付勢
   されているニードル弁と、それとは反対に上記噴
   口を閉塞させるために、上記ニードル片を閉弁方
   向に付勢するスプリングと、上記スプリングと共
   働して、上記ニードル弁を閉弁方向に付勢する圧
   力が作用する加圧室と、上記アクチユエータの伸
   縮に応じて変位し、低圧燃料貯溜部と上記リザー
   バを選択的に上記加圧室に連通させる切換弁とを
   備え、上記切換弁は、上記アクチユエータに電圧
   が印加されない非通電時に、上記アクチユエータ
   側に変位して上記リザーバ内と上記加圧室内とを
   連通して上記加圧室の圧力を高めることにより、
   上記ニードル弁を閉弁させる第１弁体と、上記ア
   クチユエータに電圧が印加される通電時に、上記
   アクチユエータの反対側に変位して上記リザーバ
   と上記加圧室間を遮断する上記第１弁体に設けら
   れているロツドによつて開弁位置へ動かされ、上
   記加圧室を低圧燃料貯溜部に連通させて、上記加
   圧室の圧力を迅速に低下させることにより、上記
   ニードル弁を開弁させるボール状の第２弁体とに
   より構成されていることを特徴とする燃料噴射
   弁。