JPS639674A - 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、自動車等内燃機関の燃料噴射量を制御する圧
電素子を用いた燃料噴射弁に関する。

（従来の技術） 近時、内燃機関の燃料噴射弁を作動させ、または燃料噴
射装置を制御するために高速アクチュエータの駆動源と
して、圧電素子を用いたものが開発されている。

このような圧電素子（電歪素子）は電圧を印加すると殆
んど瞬間的に変位を生じるので、機械式アクチュエータ
に比べより精密なタイミングで燃料噴射弁および燃料噴
射装置を制御することができる。

従来の圧電素子を用いた内燃機関の燃料噴射弁としては
、例えば、特開昭６０−１０４７６２号公報に提案され
たものがある。この種の圧電素子は電歪性材料の薄い円
盤を、例えば１００枚はど積層して円柱形に形成し、各
円盤の両側に金属箔等からなる薄い電極が介装された構
成になっている。

これら電歪性円盤を横切って、例えば５００ｖの電圧を
印加し、各電歪性円盤に電場をかけて、各円盤を厚さ方
向に伸長し、円柱状の圧電素子の端部を軸方向に変位さ
せる。この変位により出力口７ドまたはピストンのよう
な出力手段を直接に変位させてポンプ室内の燃料を加圧
し、閉弁圧力以上にして噴射ノズルより燃料を噴射させ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の燃料噴射弁にあっては
、円柱状の積層型圧電素子の端部の変位により直接にピ
ストンを変位させて噴射ノズルを開閉する構成となって
いるため、変位量を大きくし、噴射量を多くするために
は、積層枚数を非常に多くする必要がある。ところが、
このような積層枚数の増加は制御精度の低下やコスト高
を招来し実現性に欠ける。

一方、かかる観点から積層枚数を少なくすると、噴射量
が十分にとれない。

（発明の目的） そこで本発明は、圧電素子の電歪によりフラッパを変位
させてプランジャを作動させる圧力を得ることにより、
圧電素子の装着枚数やスペースを低減させて、噴射量を
十分に確保しつつ制御精度の向上とコスト低減を図った
燃料噴射ノズルを提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による燃料噴射弁は上記目的達成のため、軸方向
に延在し先端側が加圧燃料を噴射する噴射ノズルとして
開口し、後端側が制御ノズルとして開口する空洞を有す
るケーシングと、ケーシングの空洞内に軸方向に摺動可
能に収納され、その本体により該空洞を加圧燃料の供給
される先端圧力室および該圧力室と連通ずるとともに制
御ノズルに連なる後端圧力室に区画し、両圧力室間に圧
力差がないとき所定の閉止力を受けて先端部で噴射ノズ
ルを閉止し、両圧力室内に圧力差が生じると軸方向に摺
動して、噴射ノズルを開いて加圧燃料を噴射させるプラ
ンジャと、変位力を受けないときケーシングの制御ノズ
ルを閉止し、変位力を受けると制御ノズルを開いてケー
シングの両圧力室間に圧力差を生じさせるフラッパと、
前記フラッパを支持し、所定電圧が印加されると電歪を
生じてフラッパに変位力を付与し制御ノズルを開かせる
圧電素子と、圧電素子に所定電圧を印加する電圧印加手
段と、を備えている。

（作用） 本発明では、圧電素子の電歪力がフラッパに付与され、
これにより高圧燃料の圧力でプランジャを移動させてノ
ズルが開弁する。

したがって、圧電素子の装着スペースが少なく噴射量を
十分に確保しつつ、制御精度の向上とコスト低減が図ら
れる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第１図において、１は燃料噴射
弁であり、燃料噴射弁１のケーシング２は軸方向に延在
し、先端側が加圧燃料を噴射する噴射ノズル３として開
口し、後端側が制御ノズル４として開口する空洞５を有
している。ケーシング２の空洞５内にはプランジャ６が
軸方向に摺動可能に収納され、プランジャ６の本体６ａ
により空洞５は先端圧力室７および後端圧力室８に区画
される。先端圧力室７には加圧燃料Ｐｐが図示していな
い燃料ポンプから供給孔（供給ボート）９を通って供給
され、後端圧力室８はプランジャ６の軸線上に沿って形
成された細孔１０を通して先端圧力室７と連通ずるとと
もに、制御ノズル４に連なっている。なお、細孔１０の
途中にはオリフィス１１が形成され、オリフィス１１は
細孔１０を流れる油量を所定量に規制する。

また、後端圧力室８にはスプリング１２が縮設されてお
り、スプリング１２はプランジャ６を先端側に（すなわ
ち、噴射ノズル３を閉止する方向に）付勢している。プ
ランジャ６は両圧力室７．８間に圧力差がないときスプ
リング１２による上記閉止力を受けて本体６ａから先端
側に突出する突出部６ｂにより噴射ノズル３を閉止し、
両圧力室７．８間に圧力差が生じてこれがスプリング１
２の閉止力を超えると、後端方向へ移動して噴射ノズル
３を開弁する。

なお、プランジャ６の後端側移動量はケーシング２に固
定された後端圧力室８におけるストッパ１３により規制
される。

ここに、プランジャ６における本体６ａの直径はＤＩ、
突出部６ｂの直径はＤｚ（但し、Ｄ、＜Ｄｌ）、さらに
制御ノズル４の直径はｄ（但し、ｄ＜Ｄｚ）に設定され
る。

ケーシング２の後端側には後端圧力室８の後方に、さら
に収納室１４が画成されており、収納室１４は制御ノズ
ル４を通して後端圧力室８と連通する。

制御ノズル４における収納室１４側の開口端は円板状の
フラッパ１５により閉止可能である。フラッパ１５はド
ーナツ状のバイモルフ型圧電素子１６によって支持され
ており、圧電素子１６はその周辺部がケーシング２に固
定される。フラッパ１５は収納室１４内に縮設されたス
プリング１７により、制御ノズル４を閉止する方向に付
勢されている。また、収納室１４は放出孔１８を通して
外部タンク１９と連通している。

圧電素子１６はリード線２０を介して電圧印加手段２工
に接続されており、電圧印加手段２１は、例えば燃料噴
射装置からの指令に基づき燃料の噴射時期になると所定
の高電圧を発生させて圧電素子１６に印加する。圧電素
子１６は、例えばチタンジルコン酸鉛等を主成分とする
反対方向に分極した２枚の電歪性材料を、中間に金属を
はさんではり合わせて薄い円板状に形成され、所定の高
電圧が印加されると電歪を生じてフラッパ１５に変位力
を付与し、スプリング１７の閉止力に抗して制御ノズル
４が開弁する方向にフラッパ１５を変位させる。

なお、圧電素子１６の周辺部−面側には弾性部材２２が
配設され、弾性部材２２は圧電素子１６の電歪力をその
周辺部で弾性的に支持する。

次に作用を説明する。

燃料噴射弁１の先端圧力室７には燃料ポンプからの高圧
加圧燃料Ｐｐが供給孔９を介して供給され、さらにこの
高圧燃料ｐｐは細孔１０を通して後端圧力室８にも供給
されている。

燃料の噴射時期外であるときは電圧印加手段２１から高
電圧が出力されず、圧電素子１６は図示の状態（電歪し
ない状態）にあって制御ノズル４はフラッパ１５によっ
て閉止されている。したがって、両圧力室７．８のそれ
ぞれの圧力ＰＡ、ｐＨは同一値であり、プランジャ６に
作用する力Ｆは次式０式％ 但し、ＦＳニスプリング１２の付勢力（閉弁力）プラン
ジャ６はこの方Ｆで先端側に押し付けられ、その先端部
６ｂによって噴射ノズル３が閉止される。

いま、第２図（ｃ）に示すように所定の噴射タイミング
で電圧印加手段２１から圧電素子１６に高電圧が印加さ
れると、圧電素子１６が電歪を生じて同図（ｂ）に示す
ようにフラッパ１５がＸ方向（第１図参照）に変位しフ
ラッパー５による制御ノズル４の閉止が解除される。こ
のため、後端圧力室８における圧油が制御ノズル４を通
して収納室１４に抜け、さらに放出孔１８から外部タン
ク１９に抜ける。

したがって、後端圧力室８の圧力Ｐ、が急速に低下する
。このときの圧力Ｐ、は、具体的にはオリフィス１１の
径、制御ノズル４の径ｄおよびフラッパー５の変位量ｘ
によって決まり、ｐ、ｓｏの状態となる。そして、この
状態でプランジャ６に作用−する力Ｆは次式〇で表わさ
れる。

Ｆ＝−−（Ｄ、　”−Ｄ、す・ｐＡ＋　ｌ”　ｓ　−・
−・・・■本実施例では０式の右辺第１項がＦｓよりも
大きくなるように各部寸法が選定されており、この力Ｆ
によりプランジャ６が第１図ｙ方向に移動して噴射ノズ
ル３が開弁する（第２図（ａ）参照）。

これにより、先端圧力室７の高圧燃料が噴射ノズル３か
ら噴射される。

なお、本実施例の作用については第２図に示すように圧
電素子１６に印加する高電圧をパルス幅変調する例を示
したが、これによると、パルス幅に比例して噴射ノズル
３の開口時間（噴射量）を制御することができる。この
場合、圧電素子１６は極めて高速に応答するため、パル
ス幅変調による制御精度を大幅に向上させることができ
る。

但し、このようなパルス幅変調に限ることはなく、他の
方式で高電圧を印加しても同様の制御が可能なことは勿
論である。

以上のことから、従来゛の問題点が次のように解消され
る。

Ｎ）圧電素子１６として本実施例ではバイモルフ型のも
のを装着しているのみであるから、装着スペースが格段
と小さいものとなる。また、多数のものを積層していな
いので、コスト低減を図ることができると共に、制御精
度を向上させることができる。

（ＩＩ）また、圧電素子１６の電歪によってフラッパ１
５を変位させているので、従来において十分な積層枚数
を確保したのと同様の十分な噴射量を確保することがで
き、実用的である。

（効果） 本発明によれば、圧電素子の電歪によりフラッパを変位
させてプランジャを作動させる圧力を得ているので、圧
電素子の装着枚数やスペースを低減させることができ、
噴射量を十分に確保しつつ制御精度の向上とコスト低減
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に係る燃料噴射弁の一実施例を示す
図であり、第１図はその縦断面図、第２図はその作用を
説明するタイミングチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 軸方向に延在し先端側が加圧燃料を噴射する噴射ノズル
   として開口し、後端側が制御ノズルとして開口する空洞
   を有するケーシングと、ケーシングの空洞内に軸方向に
   摺動可能に収納され、その本体により該空洞を加圧燃料
   の供給される先端圧力室および該圧力室と連通するとと
   もに制御ノズルに連なる後端圧力室に区画し、両圧力室
   間に圧力差がないとき所定の閉止力を受けて先端部で噴
   射ノズルを閉止し、両圧力室内に圧力差が生じると軸方
   向に摺動して、噴射ノズルを開いて加圧燃料を噴射させ
   るプランジャと、変位力を受けないときケーシングの制
   御ノズルを閉止し、変位力を受けると制御ノズルを開い
   てケーシングの両圧力室間に圧力差を生じさせるフラッ
   パと、前記フラッパを支持し、所定電圧が印加されると
   電歪を生じてフラッパに変位力を付与し制御ノズルを開
   かせる圧電素子と、圧電素子に所定電圧を印加する電圧
   印加手段と、を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。