JPH06341359A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ニードル弁部材のストロークを大きくして燃
料噴射量を増やし、コンパクト化も可能にすること。 【構成】 先端に噴射口１２を有する小径部１１と大径
部１３とから成る弁本体１と、噴射口１２に当接するイ
ンナバルブ２０を備えた小径の第１部材２１と第２部材
２２および第３部材２３とから成るニードル弁部材２
と、第２部材２２と大径部１３との間に介挿されたスプ
リング部材３と、ニードル弁部材２の第３部材２３と弁
本体１の蓋部１５との間に膨張した状態で装着された中
実円筒体４０であって、負の電圧が印加されたら収縮し
てニードル弁部材２を開く方向に制御する圧電装置４
と、圧電装置４と大径部１３との間に介挿されるバネ部
材７と、圧電装置４に正または負の電圧を印加する駆動
回路５と、駆動回路５を制御するＥＦＩコンピュータ６
とから成る燃料噴射弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正または負の電圧を印
加した状態で弁本体内に筒状体の圧電装置を装着し、燃
料噴射時においては印加電圧を負または正に切り換えら
れた電圧が印加されることによる変形によって噴射口を
開く方向にニードル弁部材を制御する燃料噴射弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射弁（特開平２−１１２６
６３）は、図４に示すように噴射口Ｏを有する弁ケース
Ｃ内に同軸的にニードル弁Ｎが介挿され、ニードル弁Ｎ
と弁フタＦとの間にコイルバネＢが介挿され、ニードル
弁Ｎの肩部Ｓと弁ケースＣの先端部Ｅとの間に図５に示
す中空円筒状の圧電装置Ｐがニードル弁Ｎと同軸的に電
圧を印加しない状態で装着されているものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の燃料噴射弁
は、燃料噴射時においては、圧電装置Ｐに例えば正の電
圧を印加することにより、コイルバネＢのバネ力に抗し
て印加された正の電圧に応じて軸方向に膨張してニード
ル弁Ｎを図４中軸方向左方に移動させ、噴射口Ｏより燃
料を噴射するものであるため、圧電装置Ｐの変形量が小
さく、充分な燃料噴射量が得られず、充分なニードル弁
Ｎのストロークを得るためには圧電素子の積層数を増や
して軸方向の長さを充分長くする必要が有り、燃料噴射
弁が長くなるという問題が有った。

【０００４】そこで本発明者らは、正もしくは負の振幅
を予め与えておいた圧電装置に燃料噴射時においては逆
に負または正の振幅を与えて変形量を大きくするという
本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結
果、ニードル弁部材のストロークを大きくして燃料噴射
量を多くするとともに、圧電装置および燃料噴射弁を短
くしてコンパクトにするという目的を達成する本発明に
到達したものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の燃料噴射弁は、先端に噴射口を有する弁
本体と、弁本体内に介挿され、噴射口を開閉するニード
ル弁部材と、弁本体内に介挿され、ニードル弁部材を一
方の方向に付勢するスプリング部材と、正または負の電
圧を印加した状態で弁本体内に装着された筒状体の圧電
素子であって、スプリング部材の付勢方向とは反対の方
向にニードル弁部材を押圧するとともに、燃料噴射時に
おいては負または正に切り換えられた電圧が印加される
ことにより噴射口を開く方向にニードル弁部材を制御す
る圧電装置とから成るものである。

【０００６】本発明（請求項２に記載の第２発明）の燃
料噴射弁は、先端に噴射口を有する弁本体と、弁本体内
に介挿され、噴射口を開閉するニードル弁部材と、弁本
体内に介挿され、ニードル弁部材を一方の方向に付勢す
るスプリング部材と、正または負の電圧を印加した状態
で弁本体内に装着された筒状体の圧電素子であって、ス
プリング部材の付勢方向とは反対の方向にニードル弁部
材を押圧するとともに、燃料噴射時においては負または
正に切り換えられた電圧が印加されることにより噴射口
を開く方向にニードル弁部材を制御する圧電装置と前記
スプリング部材の付勢力より大きな付勢力が付与され、
前記弁本体と圧電装置との間に介挿されたバネ部材とか
ら成るものである。

【０００７】

【作用】上記構成より成る第１発明の燃料噴射弁は、正
または負の電圧を印加されている圧電装置に逆の電圧で
ある負または正の電圧が印加されることにより、圧電装
置が膨張または収縮している状態から逆に収縮または膨
張している状態に大きく変形することにより、ニードル
弁部材を大きくストロークさせ、噴射口とニードル弁部
材との開口面積を大きくするものである。

【０００８】上記構成より成る第２発明の燃料噴射弁
は、第１発明の作用に加え、エンジン停止時においては
圧電装置に電圧が印加されなくなるため圧電装置が自然
放電により変形しても、スプリング部材の付勢力より大
きな付勢力が付与されたバネ部材が、圧電装置の前記変
形分だけ変形して、ニードル弁部材の開方向への移動を
防止する。

【０００９】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明の燃料噴射弁
は、圧電装置の変形量を大きくしてニードル弁部材のス
トロークを大きくすることにより、燃料噴射量を多くす
るとともに、燃料の噴射量を一定にするのであれば、圧
電装置および燃料噴射弁を短くしてコンパクトにするこ
とができるという効果を奏する。

【００１０】上記作用を奏する第２発明の燃料噴射弁
は、第１発明の効果に加えエンジン停止時においてバネ
部材の変形により圧電装置の自然放電による変形を補償
してニードル弁部材の移動が阻止されるので、ニードル
弁部材が開き、燃料が噴射されることを阻止することが
出来るという効果を奏する。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。

【００１２】（第１実施例）第１実施例の燃料噴射弁
は、第１および第２発明の実施例であり、図１および図
２に示すように、小径部１１の先端に噴射口１２を有す
るとともに大径部１３に燃料入口１４を有する弁本体１
と、弁本体１の小径部１１に介挿されるインナバルブ２
０を備えた小径の第１部材２１と大径部１３に介挿され
る第２部材２２および第２部材２２に当接する第３部材
２３とから成るニードル弁部材２と、ニードル弁部材２
の第２部材と大径部１３との間に介挿されたコイルスプ
リング３０により構成され、ニードル弁部材２を開く方
向に付勢するスプリング部材３と、弁本体１内において
ニードル弁部材２の第３部材２３と弁本体１の蓋部１５
との間に正の電圧が印加され膨張した状態で装着された
中実円筒体４０の圧電素子であって、負の電圧が印加さ
れたら収縮してニードル弁部材２を開く方向に制御し得
る圧電装置４と、圧電装置４と大径部１３の開口部との
間に介挿されるバネ部材７と、圧電装置４に正または負
の電圧を切り換え印加する駆動回路５と、駆動回路５を
制御するＥＦＩコンピュータ６とから成るものである。

【００１３】弁本体１は、図１に示すように、同軸的に
直列に一体形成した小径部１１と大径部１３とから成る
中空円筒体１０である。小径部１１の開口部には、略Ｔ
字状の縦断面の弁座部１１Ｓと、略Ｕ字状の先端部１１
Ｔとが装着されている。大径部１３の肩部１２Ｓには、
燃料導入口１４が形成されている。大径部１３の開口端
には、略Ｕ字状の縦断面の蓋部１５と大径部１３の外周
壁に螺装される環状の係止部材１８とが装着される。大
径部１３は、３つの異なった径の内周面を有し、開口端
に近づくに従い径が階段状に大きくなるように形成され
ている。

【００１４】ニードル弁部材２の第１部材２１は、図１
に示すように略Ｔ字状の縦断面を有する部材で構成さ
れ、弁座部１１Ｓに当接する先細形状のインナバルブ２
０と第２部材２２と係合するＴ字部２１Ｔと、先端のイ
ンナバルブ２０とＴ字部２１Ｔとを連結する小径棒状の
連結部２１Ｎとから成る。

【００１５】ニードル弁部材２の第２部材２２は、略Ｕ
字状の縦断面を有する部材で構成され、先端底部には第
１部材２１のＴ字部２１Ｔを介挿する穴部２２Ｈが形成
され、側壁には貫通穴２２Ｐが形成されている。

【００１６】ニードル弁部材２の第３部材２３は、略Ｕ
字状の縦断面を有する部材で構成され、先端には第２部
材２２の内周面に突出する突出部２３Ｐが形成され、外
周面には環状の溝２３Ｇが形成され、燃料をシールする
ためのＯリング２３Ｏが介挿されている。

【００１７】ニードル弁部材２の第１部材２１のＴ字部
２１Ｔと第３部材の突出部２３Ｐとの間に一定の付勢力
で第１部材２１を弁本体１の弁座部１１Ｓに対して押圧
するコイルスプリング２４が介挿されている。

【００１８】スプリング部材３は、弁本体１の大径部１
３の肩部１３Ｓとニードル弁部材２の第２部材２２Ｓと
の間に介挿されたコイルスプリング３０で構成され、ニ
ードル弁部材２を弁本体１の噴射口１２から遠ざける方
向に常時一定の付勢力で付勢する構成より成る。

【００１９】圧電装置４は、中実円板の圧電素子が軸方
向に多数積層された中実円筒体４０で構成され、正の一
定の印加電圧が印加され軸方向に膨張した状態でニード
ル弁部材２の第３部材２３の底部と弁本体１の蓋部１５
との間に最適な厚さを有するスペーサ４１とともに介挿
され、スプリング部材３の付勢力に抗して噴射口１２に
ニードル弁部材２のインナバルブ２０を当接させる構成
より成る。

【００２０】燃料噴射時には、圧電装置４に印加される
電圧が負の一定電圧に切り換えられると、圧電装置４が
軸方向に収縮するとともに、スプリング部材３のコイル
スプリング３０の付勢力によりニードル弁部材２のイン
ナバルブ２０を噴射口１２の弁座部１１Ｓより離し、ニ
ードル弁部材２と噴射口１２との間に形成される大きな
開口面積より燃料を噴射することを可能にする構成より
成る。

【００２１】バネ部材７は、圧電装置４の一端に当接す
るスペーサ４１の中央に当接するＴ字状縦断面の当接部
材７１と、当接部材７１と弁本体１の蓋部１５の凹部と
の間に介挿された環状の皿バネ７２と、当接部材７１の
突出部の周囲に配設された環状部材７３とで構成され、
前記コイルスプリング３０のバネ荷重（定数）より大き
く、燃料入口１４より導入された燃料の圧力（燃圧）に
よるニードル弁部材２に作用する推力とコイルスプリン
グ３０のバネ荷重との和よりは小さなバネ荷重に設定さ
れている。

【００２２】したがってエンジン運転中においてはコイ
ルスプリング３０のバネ荷重と燃料の圧力（燃圧）によ
る推力との和の方が大きいので皿バネ７２は、ニードル
弁部材２に実質的に作用を及ぼさない。しかしエンジン
が停止（イグニッションスイッチＩＧがオフ）される
と、ポンプより燃料が供給されなくなるので燃圧による
推力がニードル弁部材２に作用しなくなるので、コイル
スプリング３０のバネ荷重に対して皿バネ７２のバネ荷
重が大きいので、皿バネ７２が圧電装置４の自然放電に
よる縮み分だけ変形して、噴射口１２にニードル弁部材
２のインナバルブ２０がぴったり当接した状態を維持し
得る構成より成る。

【００２３】駆動回路５は、図２に示すようにイグニッ
ションスイッチＩＧを介してバッテリＢに接続された回
路であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１と、直列に接続さ
れ中点を接地したコンデンサ５２、５３と、および切換
スイッチ５４とから成り、切換スイッチ５４の切換によ
り圧電装置４に正又は負の一定の電圧を印加する構成よ
り成る。

【００２４】ＥＦＩコンピュータ６は、イグニッション
スイッチＩＧを介してバッテリＢに接続されており、エ
ンジンの回転に同期して各気筒の噴射信号を出力するこ
とにより、各気筒に対応する駆動回路５の切換スイッチ
５４を負の一定電圧が供給されている端子に切り換え得
る構成より成る。

【００２５】上記構成より成る第１実施例の燃料噴射弁
は、燃料を噴射しない時においては、正側のコンデンサ
５２からの正の一定電圧が切換スイッチ５４を介して圧
電装置４に印加されており、圧電装置４はそれによりコ
イルスプリング３０に抗して軸方向に膨張して、ニード
ル弁部材２のインナバルブ２０が噴射口１２の弁座部１
１Ｓに当接している。

【００２６】この状態においてＥＦＩコンピュータ６か
ら燃料の噴射信号が出力されると、切換スイッチ５４が
切り換えられ負側のコンデンサ５３からの負の一定電圧
が圧電装置４に印加され、圧電装置４が膨張状態から収
縮状態まで軸方向に収縮するとともに、コイルスプリン
グ３０の付勢力により、ニードル弁部材２を軸方向図１
中右方に大きくストロークするので、インナバルブ２０
が噴射口１２の弁座部１１Ｓから離れ、燃料が噴射口に
より噴射される。

【００２７】なお、エンジンが停止されると、ポンプ
（図示せず）より燃料入口１４に燃料が供給されなくな
るので燃圧による推力が作用しなくなるので、コイルス
プリング３０のバネ荷重に対して皿バネ７２のバネ荷重
の方が大きいので、駆動回路５から電圧が印加されなく
なり圧電装置４が自然放電して収縮しても、その収縮分
は皿バネ７２がコイルスプリング３０に抗して変形して
噴射口１２の弁座部１１Ｓに対してインナバルブ２０が
当接した状態を維持する。

【００２８】上記作用を奏する第１実施例の燃料噴射弁
は、駆動回路５によって、正から負の一定電圧に切り換
えて印加して、圧電装置４の膨張および収縮の両振幅を
利用するので、従来装置の様に正側の片振幅のみを利用
するものに比べ大振幅を得ることが出来るため、ニード
ル弁部材２のストロークを大きくして多量の燃料噴射量
を可能にするとともに、同一の振幅に揃えるとすれば圧
電装置４における圧電素子の積層枚数を減らすことがで
き、軸長の短い圧電装置の利用を可能とし、燃料噴射弁
をコンパクトにすることができるという効果を奏する。

【００２９】また第１実施例の燃料噴射弁は、エンジン
停止時における圧電装置４の自然放電に伴う収縮分を皿
バネ７２の変形で補償するので、ニードル弁部材２の開
弁および燃料の噴射を防止するという効果を奏する。

【００３０】（第２実施例）第２実施例の燃料噴射弁
は、第１発明の実施例であり、図３に示すように第１実
施例のコイルスプリング３０と圧電装置４との位置関係
を逆にしたもので、ニードル弁部材２を中空円筒体２５
で構成し、側壁に開口２６Ａ、２６Ｂを形成して、弁本
体１の側壁を連結する連結部１６を介挿して、この連結
部１６と中空円筒体２５の開口部に螺装された蓋体２６
との間に負の電圧を印加して収縮した状態の中実多角柱
体の圧電装置４２を装着し、蓋体２６と弁本体１の開口
部に螺装された蓋体１７との端にコイルスプリング３１
を介挿するとともに、バネ部材７を省略した点が第１実
施例との主たる相違点である。なお駆動回路５は、バッ
テリＢに直接接続されている。

【００３１】上記構成より成る第２実施例の燃料噴射弁
は、燃料を噴射しない時には、圧電装置４２に負の一定
電圧が印加されているので、コイルスプリング３１の付
勢力によりニードル弁部材２は軸方向左方に押圧されて
おり、噴射口１２にインナバルブ２０が当接している。

【００３２】この状態において、圧電装置４２に正の電
圧が印加されると、収縮状態から膨張状態に軸方向に膨
張するので、コイルスプリング３１の付勢力に抗してニ
ードル弁部材２を軸方向右方に押圧して、ニードル弁部
材２が大きくストロークして噴射口１２からインナバル
ブ２０が離れ、燃料が噴射される。

【００３３】上記作用を奏する第２実施例の燃料噴射弁
は、中実の多角柱体の圧電装置４２を収縮している状態
から膨張している状態まで膨張するものであるため、正
負の両振幅を利用してニードル弁部材２のストロークを
大きくして、燃料噴射量を多くするとともに、圧電装置
４２および燃料噴射弁を短くしてコンパクトにすること
ができるという効果を奏する。

【００３４】なお、本第２実施例の燃料噴射弁は、中空
円筒体２５の底部と連結部１６との間に第１実施例と同
様の皿バネを介挿すれば、駆動回路５をイグニッション
スイッチＩＧを介してバッテリＢに直接接続しても、エ
ンジン停止時の圧電装置４２の自然放電によるニードル
弁部材２の開弁を防止することができるという効果を奏
する。

【００３５】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００３６】上記第１および第２実施例はいずれもスプ
リング部材と圧電装置とを直列に配設する例について一
例として述べたが、本発明はそれに限るものでは無く、
例えば図３において圧電装置４２とニードル弁部材２５
との間に同軸的に両端を停止して引張りで使用するコイ
ルスプリングを介挿して蓋体２６および１７との間に介
挿されるコイルスプリング３１を省略して、噴射弁の軸
方向長さを短くする態様も採用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の燃料噴射弁を示す縦断面
図である。

【図２】第１実施例の駆動回路を示すブロック図であ
る。

【図３】第２実施例の燃料噴射弁を示す縦断面図であ
る。

【図４】従来装置を示す縦断面図である。

【図５】従来装置の圧電装置を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ 弁本体 ２ ニードル弁部材 ３ スプリング部材 ４ 圧電装置 ５ 駆動回路 ６ ＥＦＩコンピュータ ７ バネ部材 １１ 小径部 １１Ｓ 弁座部 １１Ｔ 先端部 １２ 噴射口 １３ 大径部 １４ 燃料導入口 １８ 係止部材 ２０ インナバルブ ２１Ｔ Ｔ字部 ２１Ｎ 連結部 ２２ 第２部材 ２２Ｈ 穴部 ２２Ｐ 貫通穴 ２３ 第３部材 ２３Ｐ 突出部 ２３Ｇ 溝 ２３Ｏ Ｏリング ２４、３０ コイルスプリング ４０ 中実円筒体 ４１ スペーサ ５１ ＤＣ−ＤＣコンバータ ５２、５３ コンデンサ ５４ 切換スイッチ ７１ 当接部材 ７２ 皿バネ ７３ 環状部材 Ｂ バッテリ ＩＧ イグニッションスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に噴射口を有する弁本体と、 弁本体内に介挿され、噴射口を開閉するニードル弁部材
   と、 弁本体内に介挿され、ニードル弁部材を一方の方向に付
   勢するスプリング部材と、 正または負の電圧を印加した状態で弁本体内に装着され
   た筒状体の圧電素子であって、スプリング部材の付勢方
   向とは反対の方向にニードル弁部材を押圧するととも
   に、燃料噴射時においては負または正に切り換えられた
   電圧が印加されることにより噴射口を開く方向にニード
   ル弁部材を制御する圧電装置とから成ることを特徴とす
   る燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 先端に噴射口を有する弁本体と、 弁本体内に介挿され、噴射口を開閉するニードル弁部材
   と、 弁本体内に介挿され、ニードル弁部材を一方の方向に付
   勢するスプリング部材と、 正または負の電圧を印加した状態で弁本体内に装着され
   た筒状体の圧電素子であって、スプリング部材の付勢方
   向とは反対の方向にニードル弁部材を押圧するととも
   に、燃料噴射時においては負または正に切り換えられた
   電圧が印加されることにより噴射口を開く方向にニード
   ル弁部材を制御する圧電装置と前記スプリング部材の付
   勢力より大きな付勢力が付与され、前記弁本体と圧電装
   置との間に介挿されたバネ部材とから成ることを特徴と
   する燃料噴射弁。