JPH09329068A - Fuel injection valve for internal combustion engine - Google Patents

Fuel injection valve for internal combustion engine

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JPH09329068A
JPH09329068A JP8150980A JP15098096A JPH09329068A JP H09329068 A JPH09329068 A JP H09329068A JP 8150980 A JP8150980 A JP 8150980A JP 15098096 A JP15098096 A JP 15098096A JP H09329068 A JPH09329068 A JP H09329068A
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JP
Japan
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fuel injection
injection valve
piezoelectric element
valve
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP8150980A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Fukuda
隆 福田
Takayuki Arai
孝之 荒井
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP8150980A priority Critical patent/JPH09329068A/en
Publication of JPH09329068A publication Critical patent/JPH09329068A/en
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射弁を構成する各部材の熱膨張差に起
因する燃料噴射弁の誤動作を防止する。 【解決手段】 ノズル5に形成された噴孔5aを開閉す
るニードル弁2と、ニードル弁2を開弁方向に付勢する
コイルバネ10と、ニードル弁2を閉弁方向に押圧すべ
く非作動時の圧縮状態から伸張する圧電素子6と、を含
んで燃料噴射弁を構成し、伸張状態の圧電素子6を、燃
料噴射弁の使用温度範囲内におけるケーシング1の軸方
向の最大熱膨張差と、使用温度範囲内における圧電素子
6の軸方向の最大熱膨張差との偏差よりも大きな初期圧
縮変位を与えて組み込んだ。
(57) [Problem] To prevent a malfunction of a fuel injection valve due to a difference in thermal expansion between members constituting the fuel injection valve. A needle valve (2) for opening and closing a nozzle hole (5a) formed in a nozzle (5), a coil spring (10) for biasing the needle valve (2) in a valve opening direction, and a non-operating state for pressing the needle valve (2) in a valve closing direction. Of the piezoelectric element 6 that expands from the compressed state, and the piezoelectric element 6 in the expanded state includes the piezoelectric element 6 in the expanded state and the maximum thermal expansion difference in the axial direction of the casing 1 within the operating temperature range of the fuel injection valve. The piezoelectric element 6 was incorporated by giving an initial compression displacement larger than the deviation from the maximum thermal expansion difference in the axial direction of the piezoelectric element 6 within the operating temperature range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を噴孔開
閉手段の駆動部として用いた内燃機関の燃料噴射弁に関
し、特に、燃料噴射弁の動作安定性を向上させる技術に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine using a piezoelectric element as a drive unit of an injection hole opening / closing means, and more particularly to a technique for improving the operation stability of the fuel injection valve.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の内燃機関においては、機関のレス
ポンスや燃費、出力を向上する必要性が高まっており、
燃料噴射弁が重要な役割を担っている。そのため、高速
応答性を有する圧電素子を噴孔開閉手段の駆動部として
燃料噴射弁に用いることにより、燃料噴射弁のレスポン
スを向上させると共に、燃費向上を目的とした低アイド
ル回転化や希薄燃焼化を可能とする少量の燃料噴射量の
安定供給、及び、高出力化に対応可能とする多量の燃料
噴射量の安定供給を実現する噴射可能範囲(ダイナミッ
クレンジ)を拡大させる技術が提案されている。
2. Description of the Related Art In internal combustion engines in recent years, there is an increasing need to improve engine response, fuel efficiency and output.
Fuel injectors play an important role. Therefore, by using a piezoelectric element having a high-speed response for the fuel injection valve as a drive unit for the injection hole opening / closing means, the response of the fuel injection valve is improved, and at the same time, low idle rotation and lean combustion for the purpose of improving fuel consumption are achieved. A technique has been proposed for expanding the injectable range (dynamic range) that realizes stable supply of a small amount of fuel injection that enables fuel injection and stable supply of a large amount of fuel injection that enables high output. .

【0003】かかる技術の一例を挙げると、図2に示す
ように、先端部に噴孔6aを有する金属性の弁ケース6
の内周に、噴孔6aの開閉を行う金属製のニードル弁3
を摺動可能に嵌合し、ニードル弁3を閉弁方向に付勢す
るコイルバネ8、及び、ニードル弁3を開弁方向に変位
させる中空円筒形状の圧電素子1を、ニードル弁3と同
心円上に配設したものがある(特開平2−112663
号公報等参照)。
To give an example of such a technique, as shown in FIG. 2, a metallic valve case 6 having an injection hole 6a at its tip is shown.
A metal needle valve 3 for opening and closing the injection hole 6a
Are slidably fitted to each other, and a coil spring 8 for urging the needle valve 3 in the valve closing direction and a hollow cylindrical piezoelectric element 1 for displacing the needle valve 3 in the valve opening direction are arranged concentrically with the needle valve 3. (Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-112663).
Reference).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の燃料噴射弁にあっては、ニードル弁3と同心円上
に配設した中空円筒形状の圧電素子1により燃料噴射弁
の開閉を行う構成となっていたため、燃料噴射弁の周囲
の雰囲気温度が変化すると、圧電素子1の線膨張係数と
ニードル弁3及び弁ケース6の線膨張係数とに差がある
(一般的には、圧電素子1の線膨張係数の方が小さい)
ことに起因して、ニードル弁3の変位にバラツキが生じ
たり、ニードル弁3と圧電素子1との間に隙間が発生し
て燃料噴射弁の開閉に支障を来すおそれがあった。
However, such a conventional fuel injection valve has a configuration in which the fuel injection valve is opened and closed by a hollow cylindrical piezoelectric element 1 disposed concentrically with the needle valve 3. Therefore, when the ambient temperature around the fuel injection valve changes, there is a difference between the linear expansion coefficient of the piezoelectric element 1 and the linear expansion coefficients of the needle valve 3 and the valve case 6 (generally, the linear expansion coefficient of the piezoelectric element 1). Expansion coefficient is smaller)
For this reason, the displacement of the needle valve 3 may vary, or a gap may be generated between the needle valve 3 and the piezoelectric element 1 to hinder the opening and closing of the fuel injection valve.

【0005】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、圧電素子を噴孔開閉手段の駆動部として用い
た燃料噴射弁であって、燃料噴射弁の周囲の雰囲気温度
が変化しても、安定した動作を行うことができる燃料噴
射弁を供給することを目的とする。
In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention is a fuel injection valve using a piezoelectric element as a drive unit for the injection hole opening / closing means, and the ambient temperature around the fuel injection valve changes. Even if it is, it aims at supplying the fuel injection valve which can perform stable operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載
の発明は、燃料噴射弁本体に形成された噴孔を開閉する
噴孔開閉手段と、該噴孔開閉手段を開方向に付勢する付
勢手段と、前記噴孔開閉手段を閉方向に押圧すべく非作
動時の収縮状態から伸張する圧電素子と、を含んで構成
される内燃機関の燃料噴射弁であって、伸張状態の前記
圧電素子を、前記燃料噴射弁の使用温度範囲内における
燃料噴射弁本体の軸方向の最大熱膨張差と、該使用温度
範囲内における前記圧電素子の軸方向の最大熱膨張差と
の偏差よりも大きな初期圧縮変位を与えて組み込んだ。
Therefore, according to the invention of claim 1, the injection hole opening / closing means for opening / closing the injection hole formed in the fuel injection valve main body, and the injection hole opening / closing means are urged in the opening direction. A fuel injection valve for an internal combustion engine, comprising: a biasing means for operating the injection hole opening / closing means and a piezoelectric element that expands from a contracted state when not operating to press the injection hole opening / closing means in a closing direction. From the deviation between the maximum thermal expansion difference in the axial direction of the fuel injection valve main body within the operating temperature range of the fuel injection valve and the maximum thermal expansion difference in the axial direction of the piezoelectric element within the operating temperature range. Was also installed by giving a large initial compression displacement.

【0007】請求項2記載の発明は、前記噴孔開閉手段
をニードル弁により構成した。請求項3記載の発明は、
前記付勢手段をバネにより構成した。請求項4記載の発
明は、前記燃料噴射弁本体は金属系材料からなり、前記
圧電素子はセラミック系材料からなる構成とした。請求
項5記載の発明は、燃料噴射弁本体に形成された噴孔の
開閉を、圧電素子の出力により駆動される手段によって
行う燃料噴射弁おいて、前記燃料噴射弁の温度が変化し
たときに、前記燃料噴射弁本体と圧電素子との熱膨張差
を吸収すべく前記圧電素子に初期圧縮変位を与えた。
According to a second aspect of the invention, the nozzle hole opening / closing means is constituted by a needle valve. The invention according to claim 3 is
The biasing means is composed of a spring. In the invention according to claim 4, the fuel injection valve main body is made of a metal-based material, and the piezoelectric element is made of a ceramic-based material. According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel injection valve in which the injection hole formed in the fuel injection valve main body is opened and closed by means driven by the output of the piezoelectric element, when the temperature of the fuel injection valve changes. The initial compression displacement was applied to the piezoelectric element in order to absorb the difference in thermal expansion between the fuel injection valve body and the piezoelectric element.

【0008】[0008]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、機関の燃
焼熱により燃料噴射弁の周囲の雰囲気温度が上昇した場
合に、例えば請求項4項のように、金属系材料からなる
燃料噴射弁本体とセラミック系材料からなる圧電素子と
の間の線膨張係数に差があることに起因して圧電素子が
相対的に収縮しても、圧電素子がこの収縮長さよりも大
きな初期圧縮変位を与えられて組み込まれているため、
噴孔開閉手段の開閉に支障を来すことがなく、熱膨張に
よる燃料噴射弁の誤動作を防止することができ、安定し
た動作を行う燃料噴射弁とすることができる。さらに、
噴孔開閉手段を開方向に付勢する付勢手段を配設してい
るので、噴孔開閉手段の押圧力が緩和され、噴孔開閉手
段と燃料噴射弁本体との当接面の摩耗を抑制すると共
に、噴孔開閉手段の閉時に発する音を抑制することもで
きる。
According to the invention described in claim 1, when the ambient temperature around the fuel injection valve rises due to the combustion heat of the engine, for example, as in claim 4, the fuel injection made of a metal-based material is performed. Even if the piezoelectric element relatively contracts due to the difference in the coefficient of linear expansion between the valve body and the piezoelectric element made of a ceramic material, the piezoelectric element causes an initial compression displacement larger than this contraction length. Given and built in,
It is possible to prevent malfunction of the fuel injection valve due to thermal expansion without hindering the opening and closing of the injection hole opening / closing means, and to provide a fuel injection valve that operates stably. further,
Since the urging means that urges the injection hole opening / closing means in the opening direction is provided, the pressing force of the injection hole opening / closing means is relieved and the contact surface between the injection hole opening / closing means and the fuel injection valve main body is not worn. In addition to the suppression, it is also possible to suppress the sound generated when the injection hole opening / closing means is closed.

【0009】請求項2記載の発明によれば、噴孔開閉手
段をニードル弁により構成したので、燃料噴射弁の構造
の簡素化及び小型化を促進することができる。請求項3
記載の発明によれば、付勢手段をバネにより構成したの
で、一般的な流通部材の採用によるコストダウンを促進
することができる。請求項5記載の発明によれば、燃料
噴射弁の温度が変化しても、燃料噴射弁本体と圧電素子
との熱膨張差を吸収すべく圧電素子に初期圧縮変位を与
えてあるので、熱膨張による燃料噴射弁の誤動作を防止
することができ、安定した動作を行う燃料噴射弁とする
ことができる。
According to the second aspect of the invention, since the injection hole opening / closing means is constituted by the needle valve, simplification and miniaturization of the structure of the fuel injection valve can be promoted. Claim 3
According to the above-mentioned invention, since the biasing means is constituted by the spring, it is possible to promote the cost reduction due to the adoption of the general circulation member. According to the invention of claim 5, even if the temperature of the fuel injection valve changes, the initial compression displacement is applied to the piezoelectric element in order to absorb the difference in thermal expansion between the fuel injection valve main body and the piezoelectric element. A malfunction of the fuel injection valve due to expansion can be prevented, and the fuel injection valve can be operated stably.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図1は、本発明に係る燃料噴射弁の
一実施形態の構成を示している。燃料噴射弁(以下「噴
射弁」と略記する)の先端部を構成するノズル5の先端
部には、燃料を噴射する噴孔5aと、後述するニードル
弁2の先端部2aが押圧されて燃料をシールする弁座5
bとが形成されている。また、ノズル5の後端部には段
付き状の大径部5cが形成され、ここに燃料のシールを
行うためのOリング9を嵌め込むOリング溝5dが形成
されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a configuration of an embodiment of a fuel injection valve according to the present invention. At the tip of a nozzle 5 that constitutes the tip of a fuel injection valve (hereinafter abbreviated as "injection valve"), a nozzle hole 5a for injecting fuel and a tip 2a of a needle valve 2 to be described later are pressed to push the fuel. Valve seat 5 for sealing
b are formed. Further, a stepped large-diameter portion 5c is formed at the rear end portion of the nozzle 5, and an O-ring groove 5d into which an O-ring 9 for sealing the fuel is fitted is formed therein.

【0011】燃料噴射弁の主要部を構成するケーシング
1の一端には、前記ノズル5の外径部が嵌合しており、
ケーシング1の端部にある薄肉部1gで溶接等により接
合される。この際、ノズル5の大径部5cに嵌め込まれ
たOリング9により、ケーシング1とノズル5の接合部
から燃料が漏洩することが防止される。一方、ケーシン
グ1の他端は、噴射弁を構成する部材を挿入するために
開口しており、かかる部材をケーシング1内部に挿入し
た後、噴射弁の後端部を構成するケーシングエンド3が
ケーシング1の端部に溶接等により接合される。
The outer diameter portion of the nozzle 5 is fitted to one end of the casing 1 constituting the main portion of the fuel injection valve,
The thin portion 1g at the end of the casing 1 is joined by welding or the like. At this time, the O-ring 9 fitted in the large-diameter portion 5c of the nozzle 5 prevents fuel from leaking from the joint between the casing 1 and the nozzle 5. On the other hand, the other end of the casing 1 is opened to insert a member forming the injection valve, and after inserting such a member into the casing 1, the casing end 3 forming the rear end portion of the injection valve is a casing. It is joined to the end of No. 1 by welding or the like.

【0012】また、ケーシング1には、燃料通路1a及
びこれと略直角に連通する燃料通路1bが形成されてお
り、外部から供給される燃料を燃料通路1a及び1bを
介して噴射弁内部に導入している。この燃料通路1b
は、穴開け加工後にめくら栓4により一端が閉塞されて
おり、他端がケーシング1の内部に開口している。な
お、このめくら栓4は、噴射弁内部のエア抜き孔として
も使用できる。
Further, the casing 1 is formed with a fuel passage 1a and a fuel passage 1b communicating with the fuel passage 1a at a substantially right angle, and the fuel supplied from the outside is introduced into the injection valve through the fuel passages 1a and 1b. are doing. This fuel passage 1b
After the boring process, one end is closed by the blind plug 4, and the other end is opened inside the casing 1. The blind plug 4 can also be used as an air vent hole inside the injection valve.

【0013】さらに、ケーシングエンド3には、燃料配
管の接続に使用するテーパねじ形状の燃料入口3aと、
これに連通した燃料通路3bとが形成されており、ケー
シングエンド3の燃料通路3bとケーシング1の燃料通
路1aとが連通している。ここで、ケーシング1とケー
シングエンド3との接合面には、燃料通路3bと1aと
の連通部からの燃料漏れを防止することを目的として、
ケーシング1の端面に形成されたOリング溝1fに、O
リング11が嵌め込まれている。
Further, the casing end 3 is provided with a taper screw-shaped fuel inlet 3a used for connecting a fuel pipe,
A fuel passage 3b communicating with this is formed, and the fuel passage 3b of the casing end 3 and the fuel passage 1a of the casing 1 communicate with each other. Here, at the joint surface between the casing 1 and the casing end 3, for the purpose of preventing fuel leakage from the communicating portion between the fuel passages 3b and 1a,
In the O-ring groove 1f formed on the end surface of the casing 1, O
The ring 11 is fitted.

【0014】また、ケーシング1の燃料通路1aとケー
シングエンド3の燃料通路3bとの連通を確実ならしめ
るために、ケーシング1に接合されるケーシングエンド
3の位置決めを目的として、ノックピン8が使用されて
いる。即ち、ケーシング1の他端面には、ノックピン8
用の穴1cが形成され、ケーシングエンド3の端面に
も、かかるノックピン8用の穴3cが形成され、ここに
ノックピン8を嵌合することで、位置決めが行われてい
る。なお、図1には、ノックピン8及びこれを嵌合する
穴1c、3cは1ヵ所のみ表記されているが、図示しな
い端面にもかかるノックピン8が嵌合され、2本のノッ
クピン8により位置決めが行われる。
A knock pin 8 is used for positioning the casing end 3 joined to the casing 1 in order to ensure communication between the fuel passage 1a of the casing 1 and the fuel passage 3b of the casing end 3. There is. That is, the knock pin 8 is provided on the other end surface of the casing 1.
A hole 1c for the knock pin 8 is formed on the end surface of the casing end 3, and the knock pin 8 is fitted into the hole 3c for positioning. Although only one position is shown in FIG. 1 for the knock pin 8 and the holes 1c and 3c for fitting the knock pin 8, the knock pin 8 is fitted to the end face (not shown), and positioning is performed by the two knock pins 8. Done.

【0015】なお、以上説明しなかった符号1dは、後
述する圧電素子6のリード線12の取り出し穴、13は
リード線12を外部に取り出した後、取り出し穴1dを
簡単に固定するゴムブッシュ若しくは接着剤である。次
に、以上説明したノズル5、ケーシング1及びケーシン
グエンド3から構成される噴射弁ケースの内部に配設さ
れる構成部材について説明する。
Reference numeral 1d not described above is a lead-out hole for a lead wire 12 of the piezoelectric element 6 which will be described later, and 13 is a rubber bush for easily fixing the lead-out hole 1d after the lead wire 12 is taken out. It is an adhesive. Next, the constituent members arranged inside the injection valve case constituted by the nozzle 5, the casing 1, and the casing end 3 described above will be described.

【0016】前記ノズル5の噴孔5aの開閉を行うニー
ドル弁2(噴孔開閉手段)には、前述した弁座5bに押
圧される先端部2aの他、中央部にノズル5の内周に摺
動可能に嵌合する大径部2dと、後端部にケーシング1
の内周に摺動可能に嵌合する後端部2bとが形成されて
いる。この大径部2dには、ノズル5内部とケーシング
1内部とを連通し燃料を通過させるために、ニードル弁
2の軸方向に連通孔2eが4ヵ所(図中2ヵ所及び図示
しない箇所に2ヵ所の計4ヵ所)開設されている。ま
た、後端部2bの外周面には、後述する圧電素子6側に
燃料が漏洩することを防止するためのOリング7が嵌め
込まれるOリング溝2cが形成されている。なお、ニー
ドル弁2の先端部2aとノズル5の弁座5bとでポペッ
ト弁が形成され、ニードル弁2の動作に応じて、燃料を
噴射、非噴射状態とする。
The needle valve 2 (injection hole opening / closing means) for opening and closing the injection hole 5a of the nozzle 5 has a tip portion 2a which is pressed by the valve seat 5b described above, as well as a central portion on the inner circumference of the nozzle 5. A large diameter portion 2d slidably fitted to the casing 1 at the rear end.
And a rear end portion 2b slidably fitted to the inner periphery of the. In this large-diameter portion 2d, four communication holes 2e are provided in the axial direction of the needle valve 2 in order to communicate the inside of the nozzle 5 and the inside of the casing 1 with each other and to allow the fuel to pass therethrough. (4 locations in total). Further, an O-ring groove 2c is formed on the outer peripheral surface of the rear end portion 2b into which an O-ring 7 for preventing fuel from leaking to the piezoelectric element 6 side described later is fitted. A poppet valve is formed by the tip 2a of the needle valve 2 and the valve seat 5b of the nozzle 5, and the fuel is injected or not injected depending on the operation of the needle valve 2.

【0017】前記ニードル弁2の後端部2bの端部は、
圧電素子6の一端を保持している。この圧電素子6は、
例えば、500Vの電圧を印加したときに約50μmの
変位が得られる全長50mmの素子である。この素子の
特性として約3.6kg/mm2の応力を作用させると約6
0μm程度長さが収縮する特性を有しており、圧電素子
6の作動時(電圧印加時)に約3.6kg/mm2 の応力が
作用した状態、即ち約60μm収縮した状態で組上げら
れている。また、この圧電素子6は、5kg/mm 2 までの
応力に対しては変位量の変化が小さい特性を有している
ため、全長の約0.1%の変位である約50μmがこの
素子の変位量すなわちストロークとなる。要するに、圧
電素子6の組上げ状態は伸張時のもので、この状態から
電荷を取り除く、即ち、圧電素子6への電圧の印加を0
Vとすると、約50μm(0.05mm)収縮する。
The end of the rear end 2b of the needle valve 2 is
It holds one end of the piezoelectric element 6. This piezoelectric element 6 is
For example, when a voltage of 500 V is applied, the voltage of about 50 μm
It is an element with a total length of 50 mm that can obtain displacement. Of this element
Approximately 3.6kg / mm as a characteristicTwoWhen applying the stress of about 6
The piezoelectric element has a characteristic that the length shrinks by about 0 μm.
Approximately 3.6kg / mm when 6 is activated (when voltage is applied)TwoThe stress of
Assembled in a working state, that is, a state of contracting about 60 μm
Have been. In addition, this piezoelectric element 6 is 5 kg / mm TwoFor up to
It has a characteristic that the change in displacement is small with respect to stress.
Therefore, the displacement of about 0.1% of the total length is about 50 μm.
It is the amount of displacement of the element, that is, the stroke. In short, pressure
The assembled state of the electric element 6 is when it is extended. From this state
The charge is removed, that is, the voltage applied to the piezoelectric element 6 is set to 0.
When it is V, it shrinks by about 50 μm (0.05 mm).

【0018】さらに、ニードル弁2を開弁方向に付勢す
るコイルバネ10(付勢手段)が、ノズル5の大径部5
cとニードル弁2の後端部2bとの間に配設され、圧電
素子6が伸張されるときにノズル5の弁座5bにかかる
応力を緩和する作用を奏している。なお、本実施形態で
は、一例として、ケーシング1はチタン合金(金属系材
料)で形成されており、その線膨張係数は約8×10-6
〔1/℃〕、圧電素子6はセラミック(セラミック系金
属)から形成されており、その線膨張係数は約2×10
-6〔1/℃〕である。
Further, a coil spring 10 (urging means) for urging the needle valve 2 in the valve opening direction is provided with a large diameter portion 5 of the nozzle 5.
It is arranged between c and the rear end portion 2b of the needle valve 2 and has an effect of relieving the stress applied to the valve seat 5b of the nozzle 5 when the piezoelectric element 6 is expanded. In the present embodiment, as an example, the casing 1 is made of a titanium alloy (metallic material), and its linear expansion coefficient is about 8 × 10 −6.
[1 / ° C.], the piezoelectric element 6 is made of ceramic (ceramic-based metal), and its linear expansion coefficient is about 2 × 10.
-6 [1 / ° C].

【0019】次に、かかる構成の燃料噴射弁の動作を説
明する。機関運転時には、図示しない高圧燃料ポンプ及
び圧力調整器により所定圧力に調整された燃料が燃料入
口3aから流入し、燃料通路3b、1a及び1bを経て
ケーシング1内部に導かれ、さらに、ニードル弁2の大
径部2bに開設された連通孔2eを経てノズル5内部に
導かれる。この状態で、圧電素子6を初期状態にすべく
緩やかに500Vの電圧を印加すると、圧電素子6が約
50μm伸張しようとするが、ニードル弁2の先端部2
aが弁座5bに押圧されているクリアランスがない状態
であるため、圧電素子6内部に発生した歪(内部応力)
を釣り合わせて静止したままである。この状態では、燃
料圧力がニードル弁2の後端部2bに作用して発生する
力(燃料圧力×受圧面積)と、コイルバネ10の付勢力
との合力により圧電素子6に作用する応力が約3.6kg
/mm2 となり、圧電素子6はその作動時に約60μm
(0.06mm)収縮した状態となっている。
Next, the operation of the fuel injection valve thus constructed will be described. During engine operation, fuel adjusted to a predetermined pressure by a high-pressure fuel pump and a pressure regulator (not shown) flows in from the fuel inlet 3a, is guided into the casing 1 through the fuel passages 3b, 1a and 1b, and further, the needle valve 2 Is introduced into the nozzle 5 through a communication hole 2e formed in the large diameter portion 2b. In this state, when a voltage of 500 V is gently applied to put the piezoelectric element 6 into the initial state, the piezoelectric element 6 tries to expand by about 50 μm.
Since there is no clearance in which a is pressed against the valve seat 5b, strain (internal stress) generated inside the piezoelectric element 6
Balance and remain stationary. In this state, the stress acting on the piezoelectric element 6 is about 3 due to the resultant force of the fuel pressure acting on the rear end portion 2b of the needle valve 2 (fuel pressure × pressure receiving area) and the urging force of the coil spring 10. .6 kg
/ Mm 2 , and the piezoelectric element 6 is about 60 μm when activated.
It is in a contracted state (0.06 mm).

【0020】この状態から圧電素子6の電荷を取り除く
と、圧電素子6はそのストロークである約50μm収縮
し、コイルバネ10の付勢力によりニードル弁2が開弁
し、噴孔5aから燃料が噴射される。また、燃料の噴射
を停止する際には、圧電素子6に500Vの電圧を印加
すると、圧電素子6が約50μm伸張するため、コイル
バネ10の付勢力に対抗しつつ、ニードル弁2の先端部
2aが弁座5bに押圧(着座)し、燃料の噴射が停止す
る。このとき、コイルバネ10の付勢力によりニードル
弁2の閉弁力が緩和されるため、弁座5bの摩耗を抑制
すると共に、閉弁音を低減している。
When the electric charge of the piezoelectric element 6 is removed from this state, the piezoelectric element 6 contracts by its stroke of about 50 μm, the needle valve 2 is opened by the urging force of the coil spring 10, and the fuel is injected from the injection hole 5a. It Further, when a voltage of 500 V is applied to the piezoelectric element 6 when stopping the fuel injection, the piezoelectric element 6 expands by about 50 μm. Therefore, the tip portion 2a of the needle valve 2 is opposed while opposing the biasing force of the coil spring 10. Presses (seats) the valve seat 5b, and fuel injection is stopped. At this time, since the valve closing force of the needle valve 2 is relaxed by the biasing force of the coil spring 10, wear of the valve seat 5b is suppressed and the valve closing noise is reduced.

【0021】機関停止時には、圧電素子6が作動状態で
停止し、数分から数10分で電荷の自然放電と共に収縮
する。この場合、燃料圧力は機関の停止後間もなく低下
するため、圧電素子6には約10μm変位分の応力が残
留し、その圧縮応力により発生する付勢力によってニー
ドル弁2の先端部2aがノズル5の弁座5bに押圧さ
れ、燃料がシールされて燃料の噴射停止状態が保たれ
る。
When the engine is stopped, the piezoelectric element 6 is stopped in an operating state, and contracts along with spontaneous discharge of electric charge within a few minutes to a few tens minutes. In this case, since the fuel pressure drops shortly after the engine stops, a stress of about 10 μm displacement remains in the piezoelectric element 6, and the tip portion 2a of the needle valve 2 causes the nozzle 5 to move to the nozzle 5 due to the biasing force generated by the compressive stress. It is pressed by the valve seat 5b, the fuel is sealed, and the fuel injection stopped state is maintained.

【0022】次に、燃料噴射弁に温度変化が生じた場合
について説明する。噴射弁の使用温度範囲を、例えば、
−30℃〜+130℃とすると、約160℃の温度差が
ある。本実施形態では、前述したように、ケーシング1
の線膨張係数が約8×10-6〔1/℃〕、圧電素子6の
全長が50mm、線膨張係数が約2×10-6〔1/℃〕
であり、その線膨張係数差が約6×10-6〔1/℃〕あ
るため、噴射弁に160℃の温度変化が生じたときに
は、 160×6×10-6×50=0.048mm 即ち、約48μmの熱膨張差が生じることとなる。
Next, the case where the temperature of the fuel injection valve changes will be described. The operating temperature range of the injection valve, for example,
If the temperature is from -30 ° C to + 130 ° C, there is a temperature difference of about 160 ° C. In the present embodiment, as described above, the casing 1
Has a linear expansion coefficient of about 8 × 10 −6 [1 / ° C.], the piezoelectric element 6 has a total length of 50 mm, and a linear expansion coefficient of about 2 × 10 −6 [1 / ° C.].
Since the linear expansion coefficient difference is about 6 × 10 −6 [1 / ° C.], when a temperature change of 160 ° C. occurs in the injection valve, 160 × 6 × 10 −6 × 50 = 0.048 mm , A thermal expansion difference of about 48 μm will occur.

【0023】しかしながら、本発明の噴射弁において
は、圧電素子6の作動時に約60μm圧縮した状態で組
み込んでいるため、噴射弁の使用温度範囲(160℃の
温度差)では、線膨張係数の差から生じる線膨張差をか
かる初期圧縮が吸収し、ニードル弁2の変位にバラツキ
が生じたり、ニードル弁2と圧電素子6との間に隙間が
発生して燃料噴射弁の開閉に支障を来すことが防止され
る。
However, in the injection valve of the present invention, since the piezoelectric element 6 is installed in a state of being compressed by about 60 μm when the piezoelectric element 6 is operated, the difference in linear expansion coefficient in the operating temperature range of the injection valve (temperature difference of 160 ° C.). The initial compression absorbs the difference in linear expansion caused by the above, and the displacement of the needle valve 2 is varied, or a gap is generated between the needle valve 2 and the piezoelectric element 6, which hinders the opening and closing of the fuel injection valve. Is prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係る燃料噴射弁の一実施形態を示す
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a fuel injection valve according to the present invention.

【図2】 従来の圧電素子を用いた燃料噴射弁の説明図FIG. 2 is an explanatory view of a fuel injection valve using a conventional piezoelectric element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケーシング 2 ニードル弁 5 ノズル 5a 噴孔 6 圧電素子 10 コイルバネ 1 Casing 2 Needle valve 5 Nozzle 5a Injection hole 6 Piezoelectric element 10 Coil spring

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料噴射弁本体に形成された噴孔を開閉す
る噴孔開閉手段と、該噴孔開閉手段を開方向に付勢する
付勢手段と、前記噴孔開閉手段を閉方向に押圧すべく非
作動時の収縮状態から伸張する圧電素子と、を含んで構
成される内燃機関の燃料噴射弁であって、 伸張状態の前記圧電素子を、前記燃料噴射弁の使用温度
範囲内における燃料噴射弁本体の軸方向の最大熱膨張差
と、該使用温度範囲内における前記圧電素子の軸方向の
最大熱膨張差との偏差よりも大きな初期圧縮変位を与え
て組み込んだことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
1. An injection hole opening / closing means for opening / closing an injection hole formed in a fuel injection valve body, an urging means for urging the injection hole opening / closing means in an opening direction, and the injection hole opening / closing means in a closing direction. A fuel injection valve for an internal combustion engine, comprising: a piezoelectric element that expands from a contracted state when not pressed to press the piezoelectric element in an expanded state within a working temperature range of the fuel injection valve. It is characterized in that it is incorporated by giving an initial compression displacement larger than a deviation between the maximum axial expansion difference of the fuel injection valve main body and the maximum axial expansion difference of the piezoelectric element within the operating temperature range. Fuel injection valve for internal combustion engine.
【請求項2】前記噴孔開閉手段は、ニードル弁により構
成されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃
料噴射弁。
2. A fuel injection valve for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said injection hole opening / closing means is constituted by a needle valve.
【請求項3】前記付勢手段は、バネにより構成されるこ
とを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の燃料
噴射弁。
3. The fuel injection valve for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the urging means is a spring.
【請求項4】前記燃料噴射弁本体は金属系材料からな
り、前記圧電素子はセラミック系材料からなることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関
の燃料噴射弁。
4. The fuel injection valve for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection valve body is made of a metallic material and the piezoelectric element is made of a ceramic material. .
【請求項5】燃料噴射弁本体に形成された噴孔の開閉
を、圧電素子の出力により駆動される手段によって行う
燃料噴射弁おいて、 前記燃料噴射弁の温度が変化したときに、前記燃料噴射
弁本体と圧電素子との熱膨張差を吸収すべく前記圧電素
子に初期圧縮変位を与えたことを特徴とする内燃機関の
燃料噴射弁。
5. A fuel injection valve in which an injection hole formed in a fuel injection valve main body is opened and closed by means driven by an output of a piezoelectric element, wherein the fuel is injected when the temperature of the fuel injection valve changes. A fuel injection valve for an internal combustion engine, wherein an initial compression displacement is applied to the piezoelectric element in order to absorb a difference in thermal expansion between the injection valve body and the piezoelectric element.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7411336B2 (en) 2004-12-06 2008-08-12 Denso Corporation Hollow laminated piezoelectric element and its manufacturing method
US11284891B2 (en) 2016-04-15 2022-03-29 Cilag Gmbh International Surgical instrument with multiple program responses during a firing motion

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