JPS601369A - 燃料噴射弁 - 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】 技術分野 本発明は燃料噴射弁の開閉を電歪式アクチュエータによ
って行なう方式の燃料噴射弁の構造に関するものである
。

技術背景 燃料噴射弁の開閉はそれに要する時間が小さい程、即ち
開閉の応答がよい程制御精度がよく又エンジンの性能も
向上する。従来よシ弁開閉の為のアクチュエータとして
ソレノイドが使われているが、この時の応答時開は１ｍ
５ｅｃ以上を要してぃる。応答の早いアクチュエータと
して電歪式のものが知られているが、これはリフＩｆ大
きくとれないという問題をもっている。

本発明者らは既に特願昭５８−３６３７号において、電
歪式アクチュエータの応答性を利用しつつり７トの大き
い燃料噴射弁を提案している。ところがこの提案装置は
、燃料供給圧が非常に大きくなった場合、アクチュエー
タに作用する負荷が過大となり、装置を小型化するとい
う観点から見ると未だ充分ではない。

発明の目的 本発明は以上の点に鑑み、リフト景が大きくかつ応答性
に優れ、しかもアクチュエータに作用する負荷を軽減す
ることによって小型な燃料噴射弁を得ることを目的とす
る。

発明の構成 本発明は、燃料を噴射するための噴口な有するノズルが
ディと、このノズルボディ内に往復動自在に収容され、
噴口な開閉可能なノズルニードルと、このノズルニード
ルの噴口とは反対側端面に対向して設けられ、往復動可
能なポンプピストンと、このポンプピストンのノズルニ
ードルとは反対側端面に係合してこのポンプピストンを
駆動する電歪式アクチュエータと、この電歪式アクチュ
エータとポンプピストンとの間に設けられた付勢力発生
手段とを備え、ノズルニードルとポンプピストンとの間
に形成されｆｃポンプ室には燃料供給圧が作用し、上記
付勢力発生手段は上記燃料供給圧によるポンプピストン
を電歪式アクチュエータ側へ付勢する力にほぼ等しいが
それよシは少し小さい力でポンプピストンをポンプ室側
へ付勢してお９、電歪効果によシミ歪式アクチュエータ
を伸縮させ、ポングビスト／を介してポンプ室内の圧力
を変化させることによシノズル二一ドルを往復動させて
噴口な開閉すること全特徴としている。

実施例 以下図示実施例によシ本発明を説明する。

第１図は本発明の第１実施例の中心軸に沿う断面図を示
す。本発明の燃料噴射弁１は、その外観及び構成要素に
於て、市販されているディーゼルエンジン用ホールノズ
ルとそのノズルホルダの組み合わせよシなる燃料噴射弁
に近似している。機能的な相違は市販のものが自動弁で
あるのに対し、本発明の燃料噴射弁１は電歪式アクチュ
エータ２によって駆動される制御弁であることであシ、
構成要素上の相違はノズルニードル３をノズルボディ４
に押圧して弁を閉じる為のルッシャスプリングが存在し
ないこと、オーバーフロー機構が存在しないことである
。

燃料噴射弁１のケーシング５はノズルホルダ６とリテー
ニングナツト７よシなってお９、ノズルホルダ６は内部
に円筒状の空間８が形成してめシ、リテーニングナツト
７には空間８よシも内径の大きい円筒状空間９が形成し
である。ノズルホルダ６のオネゾ１０とリテーニングナ
ツト７のメネジ１１によって両者は結合され、内部に段
付円筒状の空間を形成する。この空間には第１図の上側
より電歪式アクチュエータ２、プレッシャプレート４１
、ポンプピストン１２、皿バネ１３、ディスタンスピー
ス１４、ノズルボディ４が収納され、ポンプピストン１
２の大径部外周には大径シリンダ４２、ポンプピストン
１２の小径部外周には小径シリンダ４３がそれぞれ設け
られている。

ノズルボディ４は段付円筒状であってその細い円筒部１
５はリテーニングナツト７の下端部よシ下に突出してい
る。ノズルｙ］ζディ４の内部の役付円筒状の空間内に
はノズルニードル３が収納されている。ノズルニードル
３も段付円柱状であって、その小径部１６はノズルボデ
ィ４の小径部１７に、その大径部１８はノズルボディ４
の大径部１９に収納されかつ軸方向に往復動できる。ノ
ズルニードル３の可動域は約５０μｍでおって、下端は
ノズルボディ４に設けた弁座２０によって、上端はディ
スタンスピース１４によって制限されている。

小径部１６と１７のクリアランス２２は直径にして約１
朋、大径部１些と１９のクリアランス２１は直径にして
約２０μｍである。

ノズルがディ４０段付円筒状空間の大径部１９と小径部
１７の接続部は環状に拡大された空間となってお多燃料
だまシ２３を形成している。燃料だま）２３にはノズル
がディ４、ディスタンスピース１４、大径シリンダ４２
、小径シリンダ４３、ノズルホルダ６を連通する燃料通
路２４が導通しており、この燃料通路２４はノズルホル
ダ６の上端部の入口ポート２５に開口している。燃料だ
まシ２３の燃料はクリアランス２２を通シ、ノズルがデ
ィ４の下端部に設は大噴口２６よシ内燃機関に噴射され
て供給されるべきものであるが、ノズルニードル３が最
下端に位置する時、弁座２０は閉塞されて噴口２６には
燃料は到達しない。

ノズルニードル３の上端面は研磨されて平滑な平面をも
っておシ、同様に研磨されて平滑な平面ｔ４つディスタ
ンスピース１４の下面と＠着することができる。両者の
密着によって円盤状のディスタンスピース１４を軸方向
に貫通する吐出孔２７は閉塞される。

ディスタンスピース１４の上端面とポンプピストン１２
の下端面とはギャップをもって相対しておシ、このギャ
ップによってポンプ室２８が形成されている。ディスタ
ンスピース１４を貫通する吐出孔２７はこのポンプ室２
８に導通している。

又ポンプ室２８内にはポンプピストン１２を上向きに付
勢する皿バネ１３がある。

ポンプピストン１２は、大径のがディ部１２ｉと小径の
ピストン部１２ｂとから成る。ボディ部１２ａは大径シ
リンダ４２内に摺動自在に嵌合され、これらの間のクリ
アランスは１〜３μｍであシ、実質的にシールが保たれ
る。またピストン部１２ｂは小作シリンダ４３内に摺動
自在に嵌合され、その先端部はこのシリンダ４３から突
出し、皿バネ１３に付勢されることによシ常時グレッシ
ャプレート４１に当接する。ポンプピストン１２のがデ
ィ部１２＆と小径シリンダ４３との間に形成された背圧
室４０は、小径シリンダ４３の外周側に設けられた切欠
４５を介して燃料通路２４と連通ずる。ピストン部１２
ｂのこの背圧室４０内の部分にはシールリング４４が嵌
着され、背圧室４０内のシールが確保される。しかして
ポンプピストン１２は電歪式アクチュエータ２の伸縮に
よって駆動され、ポンプ室２８にポンプ作用を生ぜしめ
る。

電歪式アクチュエータ２は薄い円盤状の電歪素子を約５
０積層層して円柱状となしたものである。

電歪素子はＰＺＴと呼ばれるセラミックでオシ、チタン
酸ジルコン酸鉛を主成分としておシ、その厚み方向に５
００Ｖの電圧を印加すると１μｍ伸びる。これを５０枚
積層して各々の素子の厚み方向に５００■印加すると全
体として５０μｍの伸張が得られる。この電圧を解除す
るか又は若干の負電圧を印加すれば５０μｍの縮小を起
して元の長さに戻る。電圧の印加、解除はリード線３０
を介して外部のコントローラによって行なわれる。

なお、ノズルホルダ６、小径シリンダ４３、大径シリン
ダ４２、ディスタンスピース１４、およびノズルボディ
４の相対位置含規制して燃料通路２４を確保するために
、ノックビン３１が用いられる。

又、燃料噴射弁１に燃料を供給する為にはアキュームレ
ータ３２を用いている。アキュームレータ３２には図示
せぬポンプ及び圧力設定弁等によって８００気圧の燃料
が蓄圧されており、これケ維持し続けている。

４１実施例装し１は以上の楕成を有するので次のように
作動する。

燃料の噴射を停止すべき時期に電歪式アクチュエータ２
に５００■の電圧を印加すると、電歪式アクチュエータ
２は約５０μｍ伸長し、ポンプピストン１２透下降させ
ようとする。この時ポンプピストン１２の全面にはアキ
ュムレータ３２に蓄圧されｆｃＳＯＯ気圧の圧力が作用
している。すなわち、２１４部１２ａの下面全面には８
００気圧の圧力が上向きに作用するが、メディ部１２ａ
の上面にも８００気圧の圧力が下向きに働き、シタがっ
て電圧のピストン部１２ｂの断面積相当分がポンプピス
トン１２に上向きに働く。それ以上の力で電歪式アクチ
ュエータ２が伸びることによってポンプピストン１２が
下降すると、ポンプ室２８内の燃料は圧縮され高圧にな
って吐出口２７を経てノズルニードル３の上端面に作用
してこれを下降させ、ノズルニードル３の下端を弁座２
ｏに押し付けてこれを閉塞し、噴口２６への燃料供給な
ｍ３ｆＴｆる。ノズルニードル３の上端に作用した高圧
の燃料はクリアランス２１を経て燃料だま９２３へと漏
洩するが当然ながら燃料だまシ２３の燃料圧、即ちアキ
ュームレータ３２の燃料圧よシも低下することはなく、
少なくとも８００気圧の燃料圧がノズルニードル３の上
端面全体に作用し続ける。ノズルニードル３の大径部１
８と小径部１６の断面積の差に和尚する面積には燃料だ
まシ２３の燃料圧８００気圧が上向きに作用するけれど
も、下向きの力にはかなわずその差の力がノズルニード
ル３の下端を弁座２０に押圧し続ける。即し、燃料噴射
弁１を閉弁し続ける〇 燃料の噴射を開始すべき時期に電歪式アクチュエータ２
に若干の負電圧を印加し、前記５００■の電圧を解除し
てやると、電歪式アクチュエータ２は約５０μｍ収癲し
、ポンプピストン１２はポンプ室２８側から上方へ押さ
れる力と背圧室４０側から下方へ押される力とがつシあ
うまで、押上げられる。この時ポンプピストン１２のポ
ンプ室２８側と背圧室４０側の断面積比の分だけポンプ
室２８の圧力が７威圧する１、よってノズルニードル３
は燃料だめ２３の燃料圧８００気圧によって押し上けら
れ、その上端面はディスタンスピース１４の下端面と密
着する。この状態ではノズルニードル３に作用する下向
きの力は上向きに作用する力と比べ小さく、ノズルニー
ドル３は上端位置にとどまシ、噴口２６は燃料だまシ２
３と導通して燃料噴射を持続する。すなわち燃料噴射弁
１は開弁し続ける。

その後燃料の噴射を停止する時の作動は前述のとおシで
あり、内燃機関の要求に応じて任意の時期、任意の期間
だけ燃料を噴射することができる。

第２図は本発明の第２実施例な示すものである。

この第２実施例は、第１実施例においては導圧室４０に
燃料圧ｆ２ｊ７：いていたのに対し、背圧室４０に皿バ
ネ４６が設けられる。第２実施例ではピストン１２の摺
動部にシールリング２９を備えている。さらにディスタ
ンスピース１４と同形状のスペーサ４７がノズルホルダ
６と大径シリンダ４２との間に設けられる。

したがって、燃料噴射の停止時、ポンプピストン１２は
ポンプ室２８に作用する８００気圧の燃料圧により上方
へ付勢されるが、この力は皿バネ４６と電歪式アクチュ
エータ２の反力につりあっている。噴射の開始時、電歪
式アクチーエータ２が収縮すると、このアクチュエータ
２が受持つ力が減少するため、ポンノビストン１２は上
方へ移動する。しかしてポンプ室２８内の圧力は皿バネ
４６の反力につ９あうようになるまで減少させると、ノ
ズルニードル３は燃料だまシ２３内の８００気圧の燃料
圧によって押上げられる。この結果、燃料の噴射が行な
われる。その他の動作は、上記第１実施例と同様である
。

発明の効果 以上のように不発ψ」は、電歪式アクチュエータによシ
ノズル二一ドルの開閉ヲトリガするようにするとともに
ポンノビストンの電歪式アクチュエータ側の端面に補助
力を作用畑せｋものである。

したがって、開弁リフト量が大きく、かつ応答性に優れ
、しかも小型な帰：にネ１噴射弁を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は第
２芙施例を示すＵｉ面図である。 １・・・燃料噴射弁、２・・・電歪式アクチュエータ、
３・・・ノズルニードル、４・・・ノズルボディ、１２
・・・ポンプピストン、２６・・・噴０．２８・・・ポ
ンプ室、４０・・・背圧室、４５・・・切欠（付勢力発
生手段）、４６・・・皿バネ（付勢力発生手段）。 特許出願人 株式会社　日本自動車部品総合研究所 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士　西　舘　和　之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、燃料（噴射するための噴口（２６）を有するノズル
   がディ（４）と、このノズルがディ（４）内に往復動自
   在に収容され、上記噴口（２６）Ｙ開閉可能なノズルニ
   ードル（３）と、このノズルニードル（３）の上記噴口
   （２６）とは反対側の端面に対向して設けられ、往復動
   可能なポンプピストン（１２）と、このポンプピストン
   （１２）の上記ノズルニードル（３）とは反対側の端面
   に係合してこのポンプピストン（１２）ｉＫ動する電歪
   式アクチュエータ（２）と、との電歪式アクチュエータ
   （２）と上記ポンプピストン（１２）との間に設けられ
   た付勢力発生手段（４５，４６）とを備え、上記ノズル
   ニードル（３）とポンプピストン（１２）の間に形成さ
   れｆｃ、ｐンｆ室（２８）には燃料供給圧が作用し、上
   記付勢力発生手段（４５，４６）は上記燃料供給圧によ
   る上記ポンｆヒ、ｘ、トンＣ１’２　）ｅ電歪式アクチ
   、エータ（２）側へ付勢する力にほぼ等しいがそれよシ
   は少し小さい力でポンプピストン（１２）を上記ポンプ
   室（２８）側へ付勢し、電歪効果にょシ上記電歪式アク
   チュエータ（２）を伸縮させ、上記ポンプピストン（１
   ２）ｖ介して上記ポンプ室（２８）内の圧力を変化させ
   ることにょシ上記ノズルニードル（３）を往復動させて
   上記射口（２６）を開閉することを％徴とする燃料噴射
   ヅＰ０