JPH07133748A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料噴射弁の圧力制御室の容積低減とストッ
パ面積の拡大。 【構成】 ニードル１３に、押しばね１７の内径側を挿
通して圧力制御室１５の絞り部１６に向って延びる延長
部２７を形成し、圧力制御室１５の絞り部１６周辺の壁
面にニードルストッパ１８を形成した。押しばね１７が
圧力制御室１５の外にあり、延長部２７を圧力制御室１
５内に突入させたので圧力制御室１５の容積が低減され
る。また、絞り部１６の内径を低減させることにより、
押しばね１７と無関係にストッパ面積を増加できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射弁
に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開平１−１１４９７５号公報は、電歪
式燃料噴射弁を開示している。この従来の燃料噴射弁
は、図４に示すように、弁座２をもつ弁ボデー１、弁ボ
デー１内に可動に設けられ弁座２に対して接近、離反可
能とされ燃圧がかかったときに弁座２からリフトされる
ニードル３、弁ボデー１内でニードル３よりも弁座２か
ら離れた位置に設けられた圧電素子の集積体からなる電
歪式アクチュエータ４、弁ボデー１内に電歪式アクチュ
エータ４とニードル３との間に形成され途中に絞り部６
を有する圧力制御室５、およびニードル３を弁座２側に
付勢する押しばね７を備えている。従来の燃料噴射弁で
は、圧力制御室５内に押しばね７が設けられ、ニードル
３の上昇端を規制するストッパ面８は押しばね７よりも
外周側に形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
次の問題がある。第１に、押しばねが圧力制御室内に配
置されているため、圧力制御室の容積が大となる。圧力
制御室の容積が大になると、ニードルを駆動するための
圧電素子の変位が大、電歪式アクチュエータの消費エネ
ルギが大となってしまう。圧力制御室の容積を小にすれ
ば、その中の押しばねの径、線径も小になって押しばね
の強度不足、へたり、耐久性悪化を招く。第２に、スト
ッパ面が押しばねより外周側に形成されているため、そ
して押しばねは強度上小径化に限度があるため、燃料噴
射弁が大径化する。ストッパ面を小径化するとストッパ
面積が小となり、ニードルとストッパ面の間の液膜によ
る緩衝が小さくなってニードルがストッパ面に当ったと
きのバウンスが大となって燃料噴射が不安定になってし
まう。本発明の目的は、押しばねの強度不足を伴うこと
なく圧力制御室を小容積化でき、押しばねの径の影響を
受けることなくストッパ面積を増加できる燃料噴射弁を
提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明に係る燃料噴射弁は次の噴射弁から成る。弁
座をもつ弁ボデー、該弁ボデー内に可動に設けられ弁座
に対して接近、離反可能とされ燃圧がかかったときに弁
座からリフトされるニードル、弁ボデー内でニードルよ
りも弁座から離れた位置に設けられた圧電素子の集積体
からなる電歪式アクチュエータ、弁ボデー内に電歪式ア
クチュエータとニードルとの間に形成され途中に絞り部
を有する圧力制御室、およびニードルを弁座側に付勢す
る押しばねを備えた燃料噴射弁において、前記ニードル
に、前記押しばねの内径側を挿通して前記圧力制御室の
絞り部に向って延びる延長部を形成し、前記圧力制御室
の絞り部の、前記ニードル延長部の軸方向端面に対向す
る壁面に、ニードルストッパを形成した燃料噴射弁。

【０００５】

【作用】本発明の燃料噴射弁では、ニードルが延長部を
有し、この延長部は押しばねの内径側を挿通して圧力制
御室の絞り部に対向する位置まで延びているので、従来
押しばねを内蔵していた長さ分、圧力制御室が短縮さ
れ、圧力制御室の容積が小となる。押しばねは延長部の
外周側にあり、押しばねの径は小さくする必要がないの
で、押しばねの強度不足は伴わない。また、圧力制御室
の絞り部まわりの、ニードル延長部と対向する壁面に、
ニードル上昇端を規制するストッパ面が形成されている
ので、絞り部の径を縮少することによって、弁ボデー、
押しばねを大径化することなくストッパ面積を増加で
き、開弁バウンス（ニードルのストッパ面への衝突に伴
うニードルのバウンドによるニードルと弁座との間の燃
料もれ）を防止できる。

【０００６】

【実施例】図１〜３は本発明の一実施例の燃料噴射弁と
その特性を示している。図１に示すように、本発明実施
例の燃料噴射弁１０は、弁座１２をもつ弁ボデー１１、
弁ボデー１１内に可動に設けられ弁座１２に対して接
近、離反可能とされ燃圧がかかったときに弁座１２から
リフトされるニードル（針弁）１３、弁ボデー１１内で
ニードル１３よりも弁座１２から離れた位置に設けられ
た圧電素子の集積体からなる電歪式アクチュエータ１
４、弁ボデー１１内に電歪式アクチュエータ１４とニー
ドル１３との間に形成され途中に絞り部１６を有する圧
力制御室１５、およびニードル１３を弁座１２側に付勢
する押しばね１７を備えている。電歪式アクチュエータ
１４は、たとえばＰＺＴ電圧がたとえば５００Ｖのとき
拡大し、たとえば−２００Ｖになると縮退して圧力制御
室１５の圧力が低下し、ニードル１３が上昇する。

【０００７】弁ボデー１１内には燃料通路１９が形成さ
れ、燃料通路１９には、燃料タンク２０からの燃料が燃
料ポンプ２１によって圧送されてくる。ニードル１３は
燃料通路１９内に延びており、上下動することにより、
噴孔２２を開閉して、燃料を間欠的に噴射する。ニード
ル１３の上下動は、摺動クリアランス２３によって燃料
通路１９から隔てられた圧力制御室１５の容積を、電歪
式アクチュエータ１４によって変化させ、圧力制御室１
５内の燃料の圧力を変化させて、制御される。ニードル
１３には押しばね１７により常時弁座１２方向への力が
加えられ、ニードル１３は弁座１２に押しつけられて、
エンジン始動時に燃料圧が上昇したときにニードル１３
が開弁して意図しない噴射が起るのを防止している。

【０００８】燃料通路１９の途中には、所定容積の燃料
だまり２４が形成されており、燃料噴射に伴って燃料通
路１９内の燃料に伝わる衝撃を緩和する。押しばね１７
は、この燃料だまり２４に配設されている。ニードル１
３には、燃料だまり２４の部位に、半径方向に膨出する
ばね座２５が形成されている。押しばね１７は、ばね座
２５よりも弁座１２から遠い側に位置し、ばね座２５と
弁ボデー１１に形成されたばね座２６との間に配置され
ている。押しばね１７はニードル１３のばね座２５を弁
座１２方向に押すことによりニードル１３を弁座１２方
向に付勢している。

【０００９】ニードル１３には、押しばね１７の内径側
を挿通して圧力制御室１５の絞り部１６に向って延びる
延長部２７が形成されている。延長部２７の先端面２８
は、圧力制御室１５の端面の一部をなしており、圧力制
御室１５の圧力を受けてニードル１３を上下動させる。
延長部２７は、弁ボデー１１のばね座２６よりもさらに
絞り部１６側に延びている部分とインジェクタボデー２
９との間には、上記の摺動クリアランス２３が形成され
ている。この摺動クリアランス２３を通して圧力制御室
１５内には、燃料通路１９からの燃料が入るが、摺動ク
リアランス２３は小さいので、電歪式アクチュエータ１
４によって生起される圧力制御室１５内圧力は、燃料通
路１９側に大きく逃げることはない。

【００１０】圧力制御室１５の壁面のうち、絞り部１６
の周辺で、ニードル延長部２７の先端面２８と軸方向に
対向する部分は、ニードル１３の上昇軸の上限を規定す
るニードルストッパ１８を形成している。すなわち、ニ
ードル１３は弁座１２からリフトしたときに、ニードル
延長部２７がニードルストッパ１８に燃料液膜を介して
当ることによって、上昇動を止められる。したがって、
ニードル１３が弁座１２に着座しているときには、ニー
ドル延長部２７とニードルストッパ１８との間には、ニ
ードルリフト量だけの間隔がもたされている。絞り部１
６の内径は、圧力制御室１５の容積を小さくするため
に、ニードル１３の上下動のための燃料の移動を阻害し
ない範囲において、小径に設定されている。

【００１１】つぎに、作用を説明する。圧力制御室１５
に押しばね１７を収容しないため、圧力制御室１５がコ
ンパクトになり、その容積が小さくなっている。したが
って、同じ圧力変化を生じさせるのに必要な容積変化、
すなわち圧電素子の変位量を小さくできる。この関係を
示すと、図２のようになる。ここで、圧力制御室１５の
圧力変化△Ｐは、次式で表わせる。 △Ｐ＝（△Ｖ／Ｖ₀ ）・Ｋ ＝（△Ｘ・Ｓ／Ｖ₀ ）・Ｋ したがって、 △Ｘ＝（△Ｐ／ＳＫ）／Ｖ₀ ここで、 △Ｐ：圧力制御室の圧力変化 △Ｖ：圧力制御室の容積変化 △Ｘ：圧電素子の変位量 Ｓ：圧電素子の断面積 Ｋ：燃料の体積弾性率 Ｖ₀ ：圧力制御室の容積 すなわち、圧電素子の変位量△Ｘと圧力制御室の容積Ｖ
₀ とは比例し、圧力制御室１５が小容積であれば、圧電
素子の変位量も小でよい。したがって、圧電素子の駆動
エネルギも小で済む。また、圧力制御室１５の容積が小
さくなると、応答性が向上する。

【００１２】上記の圧力制御室１５の容積の減少は、押
しばね１７の内径の減少を伴わない。押しばね１７はニ
ードル延長部２７の外周側に配置しているので、十分な
径、線径をとることができ、強度上の不足を生じること
はない。これによって、ばねのへたり等が生じず、耐久
性も向上する。

【００１３】また、圧力制御室１５の絞り部１６の周辺
の壁面にニードルストッパ１８が形成されていて、それ
にニードル延長部２７が対向しているため、押しばね１
７の径に無関係に、絞り部１６の内径を小さくすること
によってニードルストッパ１８の面積が増加されてい
る。すなわち、押しばね１７を大径化することなく、ま
た弁ボデー１１を大径化することなく、ニードルストッ
パ面積が増大されている。これによって、ニードル１３
が上昇してニードル延長部２７がニードルストッパ１８
に当るときの、液膜の緩衝が大になり、衝突によるニー
ドル１３のバウンドが抑制される。

【００１４】図３は、ニードル上端面の当り面積とニー
ドル１３の挙動の時間的変化との関係を示している。当
り面積が大になると、衝撃が吸収されてニードル変位の
バウンドが少なくなるが、反対に当り面積が小になる
と、大きくバウンドすることがわかる。本発明実施例で
は、ニードルストッパ面積が大とされているので、ニー
ドル１３のニードルストッパ１８との当り時のバウンド
が抑制され、安定した燃料噴射が可能になる。たま、絞
り部１６の断面積が小とされているので、ここを通ると
きの燃料の減衰も従来よりは強く働き、ニードル１３の
ニードルストッパ１８への当りを柔らげる。したがっ
て、上記の燃料噴射の安定化がさらに強まる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、ニードルに、押しばね
の内径側を挿通して圧力室制御室の絞り部に向って延び
る延長部を形成したので、押しばねの強度低下を伴うこ
となく圧力制御室を小容積化でき、また圧力制御室の絞
り部の周辺にニードルストッパを形成したので、押しば
ねの径の影響を受けることなくストッパ面積を増加でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の断面図で
ある。

【図２】圧電素子の変位量と圧力制御室の容積の関係図
である。

【図３】当り面積大の場合と小の場合におけるニードル
変位と時間との関係図である。

【図４】従来の燃料噴射弁の断面図である。

【符号の説明】

１１ 弁ボデー １２ 弁座 １３ ニードル １４ 電歪式アクチュエータ １５ 圧力制御室 １６ 絞り部 １７ 押しばね １８ ニードルストッパ １９ 燃料通路 ２３ 摺動クリアランス ２４ 燃料だまり ２５ ばね座 ２７ ニードル延長部 ２８ 先端面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座をもつ弁ボデー、該弁ボデー内に可
   動に設けられ弁座に対して接近、離反可能とされ燃圧が
   かかったときに弁座からリフトされるニードル、弁ボデ
   ー内でニードルよりも弁座から離れた位置に設けられた
   圧電素子の集積体からなる電歪式アクチュエータ、弁ボ
   デー内に電歪式アクチュエータとニードルとの間に形成
   され途中に絞り部を有する圧力制御室、およびニードル
   を弁座側に付勢する押しばねを備えた燃料噴射弁におい
   て、前記ニードルに、前記押しばねの内径側を挿通して
   前記圧力制御室の絞り部に向って延びる延長部を形成
   し、前記圧力制御室の絞り部の、前記ニードル延長部の
   軸方向端面に対向する壁面に、ニードルストッパを形成
   したことを特徴とする燃料噴射弁。