JPS63198769A - 圧電式燃料噴射弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電式燃料噴射弁に係り、特に内燃機関の燃
料噴射装置用として好適な圧電式燃料噴射弁に関するも
のである。

〔従来の技術〕

内燃機関の燃料噴射装置を制御するための高速アクチュ
エータの駆動源として圧電素子を用いることは特開昭５
０−６０６３０号公報により提案されている。また、圧
電素子を積層してなる中空円筒状の積層圧電部材（以下
円筒形圧電素子という）は知られており、前記従来技術
の圧電素子の代りに積層圧電部材を利用するものすなわ
ち、円筒形圧電素子の中空部にニードルバルブを配設し
て、円筒形圧電素子の機械的変位により直接燃料噴射孔
のバルブを開閉する圧電式燃料噴射弁が考えられる。

このような圧電式燃料噴射弁において、電圧を印加した
際には、円筒形圧電素子には殆んど瞬間的に変位を生じ
、そのタイムラグは極めて短い。

したがって、かかる圧電式燃料噴射弁は高速応答性に優
れ、入力端子信号に応じて正確に燃料噴射量を制御でき
る。

この円筒形圧電素子は、一般に、圧電性材料からなる圧
電素子に係る例えば１００枚程度のドーナツ状の薄い円
盤を積層して構成される。各円盤間には金属箔等からな
る薄い層間電極が挾まれる。

これらの電極は一つおきにプラスリード線とマイナスリ
ード線に接続される０両電極間に例えば約４００ｖの電
圧を印加することにより前記の各圧電性の円盤に電場を
かければ、各円盤は厚さ方向に伸長し、円筒形圧電素子
の端部に４０〜５０μｍ程度の軸方向変位が生ずる。こ
の変位は、ニードルバルブに伝達され、燃料噴射孔の開
閉動作に利用される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記説明の如く、円筒形圧電素子は薄い円盤を複数枚積
層し、各円盤間には金属箔等からなる層間電極が挟まれ
るため、個々の圧電性円盤に局部荷重が作用した場合に
は破壊しやすいという欠点がある。特に、円筒形圧電素
子、ニードルバルブおよびバルブガイド等を収容するバ
ルブケーシングの細心に対して円筒形圧電素子が偏心し
た状態で取り付けられたり、円筒形圧電素子を支承する
面に対して当該圧電素子端面が平行になっていない場合
には１個々の圧電性円盤の周辺部には亀裂が発生したり
、円筒形圧電素子の変位量ひいてはニードルバルブの変
位量が不安定になるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
、常に正確なニードルバルブの変位量を得て安定した燃
料噴射量制御を行いつる圧電式燃料噴射弁を提供するこ
とを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る圧電式燃料噴
射弁の構成は、多数の圧電素子を積層してなる中空円筒
状の積層圧電部材と、バルブガイドに設けた燃料噴射孔
と当該燃料噴射孔に連通ずる燃料流入孔とを具備するバ
ルブケーシングと、前記バルブガイドと前記積層圧電部
材との両者に内接して配設されるニードルバルブとを備
え、前記積層圧電部材をアクチュエータとし、この積層
圧電部材の力、変位が前記ニードルバルブを駆動して前
記燃料噴射孔を開閉せしめるように構成した圧電式燃料
噴射弁において、前記ニードルバルブの一端に、このニ
ードルバルブと一体的に形成された軸受部材を設け、前
記バルブケーシング内に、その端面か支承されてなる前
記積層圧電部材の他面に、弾性部材の復元力によって当
該積層圧電部材に押圧されるように素子プレートを設け
、前記ニードルバルブの軸受部材と前記素子プレートと
の両者の間に、前記素子プレート側とは面接触し、前記
ニードルバルブの軸受部材側とは線接触して連結しうる
運動自在のスペーサを介設せしめたものである。

なお、より詳しく本発明の圧電式燃料噴射弁の構成を説
明すれば、バルブケーシング内でその一端面を支持固定
される積層圧電部材に係る円筒形圧電素子とこの円筒形
圧電素子の支承面に対する圧電素子の端面側に設けられ
る素子プレートと、前記バルブケーシングの上端部を閉
鎖する上部ケーシング側板と前記素子プレートとの間に
配設され当該素子プレートを円筒形圧電素子の端面に抑
圧固定するための弾性部材に係る圧縮ばねと、前記バル
ブケーシング及び圧電素子の中空部内に配設されるバル
ブガイドと、このバルブガイドと同一軸心に収納され軸
方向に摺動するニードルバルブと、このニードルバルブ
のその一方端には、円筒形圧電素子の支承面に対する端
面より突き出て適宜延長され円筒形圧電素子の変位、力
を受けるニードルバルブの軸受部材と、この軸受部材と
前記上部ケーシング側板の軸方向でその位置調整が可能
なスプリングアジャスタ間に配設され、その復元力によ
って前記ニードルバルブを前記バルブガイドに押圧する
弾性部材に係る別なる圧縮ばねと、前記ニードルバルブ
の軸受部材と前記圧電素子の端面に設けられた素子プレ
ートとの間に、この素子プレート側か面接触にて、この
軸受部材側が線接触にて連絡結合され、しかも両者間で
その位置が自在に調整される如く運動可能な可動スペー
サとから構成されるものである。

〔作用〕

円筒形圧電素子に高電圧が印加されると、この円筒形圧
１ｆ１＊子は、圧縮ばねの復元力に抗して瞬時的に軸方
向に変位し、この際に素子プレートとニードルバルブの
軸受部材との間で瞬時に連絡結合される可動スペーサが
同軸方向に変位する。これによって前記ニードルバルブ
の先端部がバルブガイドから離脱する。そこで、既に加
圧供給されている燃料が燃料噴射孔から外部へ噴射され
るというものである。

この発明の特徴とするところは、前記素子プレートと前
記ニードルバルブの軸受部材との間で別に拘束されず運
動自在なる前記可動スペーサが、円筒形圧電素子や上記
各部材の偏心を自己修正する機能を有するものである。

すなわち、前記ニードルバルブは、高いＭｔＬでもって
バルブガイドに同一軸心上に収納されており、このニー
ドルバルブに一体的に形成された軸受部材を基準として
可動スペーサが偏心を修正すべく運動する０例えば、円
筒形圧ｆ１１＊子が偏心した状態やバルブケーシング内
に支持固定された円筒形圧電素子の支承面に対する端面
が平行なっていない状態で取り付けられたとすると、可
動スペーサがニードルバルブの軸受部材面に沿って、そ
の偏心状態、傾き状態に応じて移動するものである。し
たがって、円筒形圧電素子に局部荷重が加わることも少
なく、シかも安定した変位量が得られて的確な噴射量制
御を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の各実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る圧電式燃料噴
射弁の縦断面図である。

第１図において、１は同筒状のバルブケーシング、２は
バルブケーシング１の大径部１ａに挿入固定された上部
ケーシング側板、３はバルブケーシング１の小怪部１ｂ
に固定スペーサ４を介して挿入固定されたバルブガイド
、５はこのバルブガイド３内で極めて高精度に同一軸心
上を摺動するための案内部５ａ、５ｂを有するニードル
バルブ。

６は、このニードルバルブ５の一方端に一体的に形成さ
れた半球面状の軸受部材、７は、バルブケーシング１内
に配設される多数の圧電素子を積層してなる中空円筒状
の積層圧電部材に係る円筒形圧電素子である。

８は、バルブケーシング１内に、その端面がバルブケー
シング１の支承面１ｃに支承されてなる円筒形圧電素子
７の他の端面７ａに密着固定される素子プレートである
。

モして９は、この素子プレート８と半球面状の軸受部材
６との間に運動自在に挿入された可動スペーサで、この
可動スペーサ９は、素子プレート８側が面接触で、半球
面状の軸受部材６側が線接触で連絡結合されている。１
０は、上部ケーシング側板２と素子プレート８との間に
配設される弾性部材に係るコイル状ばねで、素子プレー
ト８は、このコイル状ばね１０の復元力によって円筒形
圧電素子７に密着固定される。すなわち、円筒形圧電素
子７は、コイル状ばね１０の復元力によってバルブケー
シング１の支承面１ｃに密着固定されるものである。１
１は、上部ケーシング側板２内に設けたスプリングアジ
ャスタ１２とニードルバルブ５の半球面状の軸受部材６
の端面６ａとの間に設けられた別なる弾性部材に係るコ
イル状ばねで、ニードルバルブ５の先端部５ｃはバルブ
ガイド３の弁座３ａにコイル状ばね１１の復元力により
押圧されている。

バルブガイド３の弁座３ａの先には燃料噴射孔３ｂを形
成する隙間があり、ニードルバルブ５の。

先端部５ｃの変位によって燃料噴射孔３ｂが開閉される
ように構成されている。

ここに、積層圧電部材に係る円筒形圧電素子７は、チタ
ン酸ジルコンｌ’ｌｌｉ！鉛を主成分とする圧電性材料
からなる圧電素子、すなわち厚さ０．１〜０．５閣のド
ーナツ状薄板（図示せず）を多数枚積層することにより
構成されており１個々の薄板の両端に数百ボルトの電圧
を加えたときには約５０μｍ程度の軸方向変位を生ずる
ものである０周知のように、圧電性薄板の間にはプラス
電極箔とマイナス電極箔（共に図示せず）が交互に挟持
されており各々リード線１３．１４に接続されている。

各各のリード線１３．１４は上部ケーシング側板２に設
けたリード線取出口１５．１６から共に弁外に導かれ図
示しない電気回路に接続される。１７はツユエルキャッ
プで、バルブケーシング１にかしめ固定される。１８は
、ツユエルキャップ１７に溶接等により固定された燃料
バイブ接続管、１９は、バルブケーシング１に設けられ
た燃料流入孔、２０はバルブガイド３に設けられた別な
る燃料通路孔、２１は、バルブケーシング１の小径部１
ｂとバルブガイド３との間に設けられたＯリング弁外へ
の燃料漏れを阻止する。２２は、バルブケーシング１内
に挿入されたバルブガイド３に設けられた０リングで円
筒形圧電素子７側への燃料漏れを阻止する。２３は、バ
ルブガイド３とニードルバルブ５との間に設けられた○
リングで、同じく円筒形圧電素子７側への燃料漏れを阻
止する。２４．２５は、バルブケーシング１とツユエル
キャップ１７との間に設けられた０リングで井外への燃
料漏れを阻止するものである。

かかる構成において、円筒形圧電素子７に電圧が印加さ
れていない場合、ニードルバルブ５の半球面状の軸受部
材６と可動スペーサ９との間には僅かな隙間が確保され
ている。この隙間はニードルバルブ５の変位量（リフト
量）を調節するために設けられるもので、その調節はバ
ルブケーシング】とバルブガイド３との間に設けられた
固定スペーサ４の厚みを変更することによってなされる
。

したがって、可動スペーサ９は半球面状の軸受部材６と
素子プレート８との間で別に拘束されず運動自在に保持
される。すなわち、円筒形圧電素子７が偏心した状態に
取り付けられたり、あるいは円筒形圧電素子７を支承す
るバルブケーシング１の支承面ＩＣに対して円筒形圧電
素子７の端面７ａが平行になっていない状態で取り付け
られた場合に、可動スペーサ９が素子プレート８上を移
動し、前記状態を修正するものである。

次に１円筒形圧電素子７に電圧が印加された場合の弁の
動作について説明する０図示しない制御回路からリード
線１３．１４にパルス状の高電圧が印加されると、パル
ス電圧がＯＮのときに円筒形圧電素子７がコイル状ばね
１０の復元力に抗して変位する。この円筒形圧電素子７
の変位は、素子プレート８を介して可動スペーサ９、さ
らにニードルバルブ５の半球面状の軸受部材６に伝播さ
れる。この際、可動スペーサ９と軸受部材６との間のご
く僅かな隙間が連絡結合されるが、瞬時のうちに可動ス
ペーサ９が移動して、前記した如く偏心や傾きを修正す
る。可動スペーサ９が軸受部材６に連絡結合されると、
さらに円筒形圧電素子７の変位は別なるコイル状ばね１
１の復元力に抗してニードルバルブ５を上方に押し上げ
る。このとき、バルブガイド３の弁座３ａからニードル
バルブ５の先端部５ｃが離脱し、燃料の通過を許す隙間
すなわち燃料噴射孔３ｂが開く、この隙間は。

バルブケーシング１とバルブガイドとの間に設けた固定
スペーサ４により調整されるものである。

言う換えれば、このスペーサ４の厚みの１５１ｍによっ
て、軸受部材６と可動スペーサ９との間のごく僅かな隙
間を調整するものである。一方、燃料は、図示しない燃
料ポンプにより燃料パイプ接続管１Ｂを経てフェニルキ
ャップ１７内に入る。さらに燃料は、バルブケーシング
１に設けた燃料流入孔１９を経て固定スペーサ４の透孔
４ａからバルブガイド３に設けた別なる燃料通路孔２０
に至る。

ここで予め開孔された隙間、すなわち燃料噴射孔３ｂを
経て弁外へ噴射供給される。

一方、円筒形圧電素子７に印加されるパルス電圧がＯＦ
Ｆになると、円筒形圧電素子７は速やかに縮む。これに
ともなって、素子プレート８がコイル状ばね１０の復元
力によって速やかに押し下げられ、ニードルバルブ５の
軸受部材６と素子プレート８との間に隙間が生ずるが、
同時に別なるコイル状ばね１１の復元力により二一ドル
バルブ５は速やかに押し下げられ、バルブガイド３の弁
座３ａに着座し、燃料噴射孔３ｂが閉じられて燃料の噴
射供給が止まる。

本実施例によれば、円筒形圧電素子７や各部材が偏心し
た状態であったり、支承面１ｃに対する円筒形圧電素子
７の端ｆｉ７ａが傾斜した状態で組み立てられたとして
も、運転自在な可動スペーサ９がこれを修正し１円筒形
圧電素子７に加わる局部荷重を排除し高い信頼性をもっ
て弁を駆動できること、また、ニードルバルブ５の往復
動作を安定した状態に保ち、的確な噴射量制御を行うこ
とが可能となるものである。

次に、本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する
。

第２図は、本発明の他の実施例に係る圧電式燃料噴射弁
の可動スペーサ部を示す部分断面図であり１図示しない
部分は第１図と同等である。また図中、第１図と同一符
号のものは、第１図の実施例と同一部品であるから、重
複する説明は省略する。

第２図の実施例は、第１図の実施例とは別なるニードル
バルブ５０を配設し、このニードルバルブ５０に一体的
に形成された軸受部材６０が、傾斜部６０ａ、６０ｂを
有するものである。また、この軸受部材６０と線接触す
る如く球面部９０ａを有する可動スペーサ９０が配設さ
れるものである。すなわち、軸受部材６０の傾斜部６０
ｄ。

６０ｂの交点（線接触部）を基準にして可動スペーサ９
０が円筒形圧＊素子７や各部材の偏心、傾きを修正すべ
く運動するものである。

第２図の実施例によれば、先の第１ｒＡの実施例と同様
の効果が期待される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、常に正確なニード
ルバルブの変位量を得て安定した燃料噴射量制御を行い
うる圧電式燃料噴射弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る圧電式燃料噴射弁の
縦断面図、第２図は、本発明の他の実施例に係る圧電式
燃料噴射弁の可動スペーサ部を示す部分断面図である。 １・・・バルブケーシング、１ｃ・・・支承面、３・・
・バルブガイド、３ａ・・・弁座、３ｂ・・・燃料噴射
孔、５・・・ニードルバルブ、５ｃ・・・先端部、６・
・・軸受部材、７・・・円筒形圧電素子、７ａ・・・端
面、８・・・素子プレート、９・・・可動スペーサ、１
．０．１１・・・コイル状ばね、１９．２０・・・燃料
導入孔、５０・・・ニードルバルブ、（夕０・・・軸受
部材、９０・・・可動スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．多数の圧電素子を積層してなる中空円筒状の積層圧
   電部材と、バルブガイドに設けた燃料噴射孔と当該燃料
   噴射孔に連通する燃料流入孔とを具備するバルブケーシ
   ングと、前記バルブガイドと前記積層圧電部材との両者
   に内接して配設されるニードルバルブとを備え、前記積
   層圧電部材をアクチユエータとし、この積層圧電部材の
   力、変位が前記ニードルバルブを駆動して前記燃料噴射
   孔を開閉せしめるように構成した圧電式燃料噴射弁にお
   いて、前記ニードルバルブの一端に、このニードルバル
   ブと一体的に形成された軸受部材を設け、前記バルブケ
   ーシング内に、その端面が支承されてなる前記積層圧電
   部材の他面に、弾性部材の復元力によつて当該積層圧電
   部材に押圧されるように素子プレートを設け、前記ニー
   ドルバルブの軸受部材と前記素子プレートとの両者の間
   に、前記素子プレート側とは面接触し、前記ニードルバ
   ルブの軸受部材側とは線接触して連結しうる運動自在の
   スペーサを介設せしめたことを特徴とする圧電式燃料噴
   射弁。