JPS58152986A - ピエゾ式弁装置 - 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】 本発−はピエゾ式弁義置Ｋｒａシ、詳しくは、例えば燃
料噴射システムにおける噴射パターンを制御するための
精密ＩＪ　１７　’！とじて用いるのに好適なピエゾ式
弁装置に関するものである。

ディーゼルエンシンの燃料噴射システムにおいて、あら
ゆる運転条件に応じて適切な噴射・母ターンを実現する
ための制御が望まれているが、このためには応答が速く
、かつ−弁リフトの精密なリリーフ弁が不可欠である。

応答を速くするにはピエゾ素子の電歪効果を利用するこ
とがすでに知られて−いるが、ピエゾ素子の電歪量は極
めて小さいため、相対的に組付けの誤差やケーゾングの
過大な熱歪の影響を受け、精密な開弁り７トを実現し得
ないという問題点がある。

本発明は、このようなピエゾ式弁装置の問題点を解決す
るためになされえもので、ピエゾ素子の伸長時に組付は
時の寸法誤差やケージング勢の熱歪の影響を免れしめ、
燃料のリリーフ量を精密に制御することができ、また燃
料噴射・ダメ　ンを任意に制御することのできるピエゾ
式弁装置を得ることを目的とするものである。

そして本発明は、その目的を達成するために、ピエゾ素
子を積層して棒状体を形成し、該棒状体の一端に弁体な
臨ませ、他端には油圧室を連接せしめ、ピエゾ素子への
通電によって弁体な駆動するとともに１その通電時に前
記油圧室からの流出量を制限して油圧室内の油を剛体と
して使用するよう構成した点にその特徴を有するもので
ある。

本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１図は本
発明の一実施例を示すものであってピエゾ式弁装置１の
ケーシングはシリンダ２とその上端部のケーシング・ア
、／母３と、シリンダ２の下端部のケーシング・ロワ４
の３体よりなっている。

シリンダ２内にはピストン・アッノ譬５とピストン・ロ
ワ６の二つのピストンが摺動自在に収納されている。両
ピストンと４外周部に０リング５１と６１が設けてあシ
、両ピストン間に油が流入することを防止している。両
ピストン間には、円柱状空間５２が形成され、この空間
５２内には円盤状のピエゾ素子がその電極とともに積層
され円柱状のピエゾ体７を形成している。ピエゾ体７に
通電するためのリード纏７１は両ピストンの間隙６２及
びシリンダ２に設けた孔２１を介して外部に取プ出され
ている。孔２１にはグロメット２２が挿入しである。

シリンダ２の下端にはピストン５，６より小径の孔２３
と、孔２３よシやや大径のリング状矩形溝２４が設けで
ある。リング状の溝２４はシリンダ２に設けた二つの通
路２５．２６によってそれぞれポート２７．２８と導通
している。シリンダ２の下端は７ランノ状であり、・−
シング・ロワ４の７ランジ４１とボルト締め結合されて
いる。

その際外部とのシールのために０リング４２が設けられ
ている。ケーシング・ロワ４には、シリンダ２と同軸に
シリンダ４３が設けられており、シリンダ４３内を摺動
自在にピストン状の弁体８が収納しである。シリンダ４
３の内径はリング状の溝２４の外径よりも大きく、また
弁体８の外径との間には０．１〜１ｍｍの十分なりリア
ランス８１がとっである。ケーシング・ロワ４の下端に
はポート４４と導通する小孔４５が設けである。

弁体８の上端面にはリング状矩形＃Ｉ８２が設けられ、
このリング状溝８２の外径は孔２３よりも大きく、溝２
４の内径よシも小さい。またリング状溝８２の内径は孔
２３の内径よりも小さい。リング状溝８２は通路８３に
よって弁体８の下部と導通している。また弁体８の上面
外周には大きな面取り８４が設けである。さらに弁体８
の下部にはコイルスゲリング８５があって弁体８の上面
をシリンダ２の下面に押しつけている。

ピストン・ロワ６の下部には中心に棒状の突起６３があ
って、この突起６３は孔２３を貫通して弁体８の上面と
接触している。突起６３の外径は孔２３の内径よシも十
分に小さく形成され、またその先端は平面でなく凸状に
丸みをおびている。

シリンダ２の上端は７ランノ状となっていて、ケーシン
グ・ア、ノ４３の７ランゾ３１とＩルトで結合されてい
る。この時外部とのシールのために０リング３２が用い
られている。

ケーシング・ア、／譬３とピストンアｙノｑｓと。

関には、コイルスプリング５３があって、ピストン・ア
ラ・４５を軽く下に押圧している。ケーシング・アラ・
量３にはチェック弁９が設けである。このチェック弁９
は弁室９１内を鋼球９２が上下する本のであり、弁１１
９１ｔｉ上に向っては絞り９３を介してポート３３に導
通している。弁室９１は下に向ってはリテーナ３４を介
してシリンダ２内に導通している。このリテーナ３４は
円盤であっ　□て、コイルスゲリング５３によって弁室
９１に蓋をするように押しつけられている。またこのリ
テーナ３４には小孔３５が設けられ、この小孔３５は弁
室９１とわずかに偏心しており、鋼球９２が下に来ても
この小孔３５が塞がれることはない。

しかし絞シ９３は鋼球９２が上に来ることによって塞が
れる。鋼球９２の径はシリンダ２の内径のｌ／１０以下
であり、鋼球９２と弁室９１とのクリアランスは上下、
横方向ともに０．５■よ如も小さい。

ピエゾ式弁装置Ｎは高圧噴射Ｉン７”ＩＯと噴射ノズル
１１とを結ぶ高圧燃料ライン１２の途中に設けられてい
るが、その位置はできるだけノズル１１に近い方がよく
、ノズル１１と一体にすることも可能である。

ピエゾ式弁装置１のポート２７はノズル１１と、ポート
２８は高圧噴射Ｉン７’ｌＯＫそれぞれ連結される。

高圧噴射ポンプ１ｏはディーゼルエンノンによって駆動
されておシその圧縮上死点付近でｉ４ルス状に燃料を供
給するものであって　公知の列型申分１型いずれでもよ
いがタイマやがバナの機構は不要である。

１３はフィードポンプであり、エンジン駆動でも電動式
でも公知のものでよい。燃料タンク１４の軽油をピエゾ
式弁装置１の／−１４４，３３及び＾圧燃料噴射／ｙ７
’ＩＯに供給する。フイードポンプ１３の吐出圧は図示
しないけれども定圧リリーフ弁等によって一定圧に保持
されることが好ま（い。

上記のような構成の実施例についてその作動状態を説明
する。

ピエゾ体７に通電していない時に、弁体８はスプリング
８５によってシリンダ２の下端面に抑圧されて密着して
いる。この時の弁体８の開弁リフトは零である。スプリ
ング５３の力はピストンア７・４５．ピエゾ体７．ピス
トンロワ６、突起６３を経て弁体８の上面に及ぶが、ス
プリング５３はスｆ　１７ング８５よりも十分に弱いの
で弁体８を下方に押し下げるに至らない。

この状態ではリング状溝２４は弁体８に塞がれているの
で、高圧噴射ボンｆ１０から供給される燃料は全量が噴
射ノズルへ供給される。

ピエゾ体７に通電すると、その印加電圧の大きさに応じ
てピエゾ体７は軸方向に伸長する。この伸長する力は上
下方向に及ぶが、上に伸長しようとする時、ピストン・
アラ・４５の上部に形成さｎている油圧案内の燃料油を
外部に排出する必要があるが、この瞬間鋼球９２は絞り
９３を塞き、ピストン・ア、）４５の上方向への移動を
阻止する〇したかってピストン・ロワ６が下向きに移動
し、その突起６３が弁体８を下方に押し下げる７この状
態ではリング状溝２４Ｆｉその下部がわずかに開放する
ため、リング状＄２４内の高圧燃料は弁体８の面取り８
４及び溝８２を介してリークされる。

このリーク量は弁体８の開弁リフトにより異なり、弁体
８の開弁リフトはピエゾ体への印加電圧によって異なる
ので、ピエゾ体への印加電圧によって高圧噴射ポン７’
ＩＯから噴射ノズル１１へ供給される燃料の電圧を制御
することができる。

第２図によってこの作動を説明する。

同図においてムは高圧噴射ポンプ１０の送油量・母ター
ンを示すもので、送油開始時期θ１はエンジンの圧縮上
死点よシも３０’クランクアングル早く、全エンジン条
件において最も早い要求噴射開始時間より十分に早い時
期が選ばれている。送油終了時期θ鵞はエンジンの圧縮
上死点よりも１０゜クランクアングル遅く、全エンジン
条件において最も遅い要求噴射終了時期より十分に遅い
時期が選はれている。

また単位角度当りの送油量も全エンノン条件において飯
も大量の要求送油量より十分に大きい値が選ばれている
。

同図のＢはどニジ体７への印加電圧・にターンであって
、ｖｌからθｓｔでに第１の電圧ｖ１が印加され、θ３
から０４までに第２の電圧Ｖ、力１５Ｊ加さ才Ｌ１　さ
らにθ４からθ、までに第３の電圧Ｖ３が印加される。

この時■３≧Ｖｓ＞Ｖｓである。またθ６はθ２よりも
やや遅くとっである。

この時の弁体８の開弁リフトを同図Ｃに示す。

弁体８はピエゾ体７への印加電圧に応じてリフトし、Ｌ
ｓ≧Ｌ、）Ｌｌとなる。

この時の高圧燃料ライン１２の圧力を同図りに示す。高
圧噴射ポン７’ＩＯの送油開始に伴い、θ亀より圧力は
上昇し始めるが、弁体８の開弁リフトがＬｒ　Ｔｏるた
めに圧力はＰｌで頭打ちＫなる。このｐｉは噴射ノズル
１１の開弁圧Ｐ−より小さくとっであるのでまだ噴射開
始には至らない。θ３で弁体８の開弁リフトがＬｌと小
さくなることによって圧力は急上昇し、噴射ノズルから
噴射を打なう。その後０４で弁体８のリフトが最大のＬ
ｌになることによって圧力は急激に低下し噴射ノズル１
１からの噴射は停止する。

この時の噴射ノズル１１からの噴射量を同図Ｅに示す。

θ・で噴射を開始し、θ７で噴射を終了している。θ藝
はθ３よりわずかに遅く、θ７はθ４よりわずかに遅い
。このようにして、θ３によって噴射開始時期が、θ４
によって噴射終了時期が、ｖｌによって噴射開始の遅れ
時間が、ａｔによって噴射圧力が任意に制御できる。

なお、上記の実施例の伽に実施可能な実施例又は使用例
を挙げると次のとおりである。

（１）　　上記実施例においては、油圧量からの油の流
出を抑える丸めの手段としてチェック弁９を用いている
が、このチェ、り弁９は鋼球９２が重力に逆らって上昇
し走時に開弁するように構成しであるので、緩やかに流
出する油は自由となっている。このチェ、り弁９０代、
ＤＫ単なる絞シのみを設けても一応効果を尭揮できる。

しかし第２図の一覧から＃−迄の時間が大きい場合には
やは〕チェック弁を用いた方がよい。

（２）　　前項で述べたように、チェ、り弁Ｏ銅球９２
は重力に逆らって動いた時に開弁する。しかしこの場合
にはテ、、り弁９の方向が問題となるので、重力の代〕
にスプリングを用いてもよい。

（３）　　上記実施例では、本発明Ｋかかるピエゾ式弁
装置をディーゼルエンシンの燃料噴射ノリ―ンの制御用
として用いた例について説明したが、当然のことながら
、いかなる流体の圧力制御にも用いることが可能である
。

電時の伸長力を利用して一方の端で弁体を駆動させると
ともに１他方の端は油圧で支持するようＫしかつこの油
圧室の油の流出量を極めて小さな値に制限しているので
、ピエゾ体の伸長時にこの油を剛体として作用させるこ
とができ、したがって通常技術のように油の代ルに金属
等で支持し走時に問題になる組付は時の寸法精度やｔ九
ケーシングの熱歪等の影響を回避できるというピエゾ式
弁装電として特有の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピエゾ式弁装置の一実施例の要部を断
面で示すシステム図、 第２図は同上実施例の作動を説明する丸めの作動波形図
である。 １・・・ピエゾ式弁装置、２・・・シリンダ、３・・・
ケーシング・アｙ　ノｌ　％　４・・・ケーシング・ロ
ワ、５・・・ピストン・アッノ譬、６・・・ピストン・
ロワ、７・・・ピエゾ体、８・・・弁体、９・・・チ８
．り弁、１０・・・高圧噴射ポンプ、１１・・・噴射ノ
ズル、１３・・・フィードＩン！、２４．８２・・・リ
ング状鱒、２７．２８゜３３．４４・・・／−）、３４
・・・リテーナ、５３゜８５・・・スゲリンダ、８４・
・・間取〕、９１・・・介意、９２・・・鋼球、９３・
・・絞シ。 特許出願人 株式全社日本１励車部品麹合研究所 特許出願代運人 弁理士　　實　木　　　　朗 弁理士　　画　値　和　之 弁理士　　中　山　巷　介 弁理士　　　山　　口　　昭　　之 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ピエゾ素子を積層して棒状体を形成し、鋏棒状体の一端
   に弁体を臨ませ、他端には油圧室を連接せしめ、ピエゾ
   素子への通電によって弁体を駆動するとと−に、その通
   電時に前記油圧室からの油の流出量を制限するよう構成
   したことを譬黴とするピエゾ式弁装置。