JPH0435574Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の目的 ［産業上の利用分野］ 本考案は燃料噴射弁に関し、詳しくは圧電素子
を用いた燃料噴射弁に関する。

［従来の技術］ 従来、圧電素子を用いた燃料噴射弁では、圧電
素子の伸縮により容積を変える加圧室を形成し、
この加圧室の圧力変化によりニードルを移動して
弁の開・閉を行なつていた。このように燃料噴射
弁として特開昭59−206668が提案されている。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、こうした従来の燃料噴射弁で
は、上記加圧室は、燃料通路等と連通することな
く独立した構成とすることが好ましいが、加圧室
からの作動油のリーク等により独立した構成とす
ることが困難である。このため、燃料通路等に絞
りを介して連通し、加圧室内に燃料を導入する構
成としている。この絞り径を大きくすると加圧室
への燃料補給が早く、不適切な時期にニードルが
移動することによる異常噴射を起こさないが、加
圧室の圧力変化が小さくなり十分なニードル作用
力が得られないという問題があつた。また、絞り
径を小さくすると、逆に、加圧室への燃料補給が
遅く、異常噴射を起こす場合があるという問題が
あつた。

そこで本考案は上記の問題点を解決することを
目的とし、適正な燃料噴射を実現し得る燃料噴射
弁を提供することを目的としてなされた。

考案の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本考案は問題点を解
決するための手段として次の構成をとつた。即
ち、 閉弁方向にばね付勢されたニードルがニードル
開弁方向の燃料圧を受ける受圧面を有する燃料噴
射弁において、 絞り通路を介して供給された燃料を加・減圧す
る圧電アクチユエータと、 上記ニードルと直列に配置された制御ロツド
と、 を具備すると共に、 上記制御ロツドに、ニードル閉弁方向の燃料圧
を受ける第１受圧面とニードル開弁方向の上記圧
電アクチユエータにより燃料圧を受ける第２受圧
面とを、開弁状態において、上記第１受圧面、第
２受圧面及びニードルに各々加わる燃料圧により
開弁を維持する面積として形成した ことを特徴とする燃料噴射弁の構成がそれであ
る。

［作用］ 上記構成を有する本考案の燃料噴射弁は、絞り
通路を介して供給された燃料を圧電アクチユエー
タにより加・減圧し、該燃料圧を制御ロツドに形
成された第２受圧面に作用させ、ニードルを開弁
若しくは閉弁方向に移動する。また、開弁状態に
おいて、制御ロツドに形成された第１受圧面、第
２受圧面及びニードルへの燃料圧による作用力に
より開弁位置にニードルを維持する。

［実施例］ 以下本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は本考案の一実施例である燃料噴射弁の
断面図である。この燃料噴射弁は薄板状の圧電単
体を多数枚積層した積層構造体である圧電素子１
を備えている。この圧電素子１には円筒状の冷却
スリーブ２が装着され、冷却スリーブ２の内周に
は溝２ａが形成されている。上記冷却スリーブ２
にはケーシング４が外装され、ケーシング４の外
周には冷却油流入管６と冷却油流出管８とが取付
けられている。また、ケーシング４の上部にはハ
ーメチツクシール１０を介して電極１２が挿着さ
れ、この電極１２は圧電素子１の電極に接続され
ている。

この圧電素子１の下端には圧力室容積調整シム
１３を介してピストン１４が配設され、このピス
トン１４はシリンダチユーブ１６に摺動自在に支
持されている。ピストン１４の下方にはシリンダ
チユーブ１６の内周と接するＯリング１７が配設
されている。また、ピストン１４とシリンダチユ
ーブ１６との間には皿バネ１８が挿着され、ピス
トン１４を図上方に付勢している。このシリンダ
チユーブ１６には接続スリーブ２０が外装され、
この接続スリーブ２０をケーシング４に螺入して
ケーシング４とシリンダチユーブ１６とを固着し
ている。

上記冷却油流入管６及び冷却油流出管８には図
示しない冷却油循環装置が接続され、この冷却油
循環装置により冷却油流入管６を介してケーシン
グ４内に冷却用の燃料油が注入される。注入され
た燃料油は冷却スリーブ２の溝２ａを通過しなが
ら圧電素子１を冷却し、冷却油流出管８を介して
冷却油循環装置に戻る。

これら、圧電素子１，冷却スリーブ２，ケーシ
ング４，冷却油流入管６，冷却流出管８，ハーメ
チツクシール１０，電極１２，ピストン１４，シ
リンダチユーブ１６，皿バネ１８，接続スリーブ
２０により圧電アクチユエータ２１を構成してい
る。

上記接続スリーブ２０の一端にはアツパデイス
タンスピース２２を介して弁本体２４が螺入さ
れ、シリンダチユーブ１６と弁本体２４とを固着
すると共に、アツパデイスタンスピース２２を挾
持している。このアツパデイスタンスピース２２
の上面とシリンダチユーブ１６及びピストン１４
の下面とにより加圧室２６を形成する。このアツ
パデイスタンスピース２２には加圧室２６に連通
する接続孔２８と共に、シリンダチユーブ１６に
形成されたドレン孔３０と連接してドレン孔３２
が穿設されている。

上記弁本体２４には、その外周に燃料流入口３
４を形成すると共に、一端を燃料流入口３４に連
接したＴ字状の燃料孔３６を設けている。また、
弁本体２４内には大径部３８ａと小径部３８ｂと
を有して軸方向に摺動可能に挿入された制御ロツ
ド３８、該制御ロツド３８の下端に接して同じく
軸方向に摺動可能に挿入されたプツシユロツド４
０が配設されている。

この弁本体２４と制御ロツド３８の大径部３８
ａとは所定のクリアランスを具備し、このクリア
ランスにより絞り通路４１を形成し、弁本体２４
と小径部３８ｂとは弁本体２４内を摺動可能な最
小のクリアランスを具備して挿入されている。

この制御ロツド３８の大径部３８ａ上端に凸部
３８ｃを突設すると共に、大径部３８ａ上端を第
１受圧面Ａとし、この第１受圧面Ａとアツパデイ
スタンスピース２２及び本体１により背圧室４２
を形成している。背圧室４２には上記燃料孔３６
の一端が接続されている。また、大径部３８ａと
小径部３８ｂとの段部を第２受圧面Ｂとし、この
第２受圧面Ｂと弁本体１とにより形成された圧力
室４３が設けられると共に、弁本体１には、圧力
室４３と接続孔２８とを連通する接続孔４４、プ
ツシユロツド４０及び弁本体１により形成された
貯蔵室４６とドレン孔３２とを連通するドレン孔
４８が穿設されている。制御ロツド３８の小径部
３８の摺動部をリークした燃料は、一旦貯蔵室４
６に流入し、貯蔵室４６からドレン孔４８，３
２，３０を介して圧電アクチユエータ２１に流出
する。

一方、弁本体２４にはプツシユロツド４０の下
端に接して加圧ピン５０が摺動可能に挿入され、
この加圧ピン５０と弁本体２４との間にスプリン
グ５２が挿着されている。このスプリング５２に
より加圧ピン５０は図下方に付勢されている。

更に、弁本体２４の下部には、弁本体２４の下
端に接したロアデイスタンスピース５４、ノズル
孔５６を有するノズル５８、ノズル５８に摺動可
能に挿入されニードル６０、ニードル６０に外装
されて弁本体２４に螺入されたリテーニングナツ
ト６２も配設されている。このリテーニングナツ
ト６２の螺入により弁本体２４の下端にロアデイ
スタンスピース５４を介してノズル５８が固着さ
れると共に、加圧ピン５０の下端とニードル６０
の上端とが当接し、加圧ピン５０を介してスプリ
ング５２の付勢力がニードル６０に伝達される。
このスプリング５２の付勢力は、外部圧力がノズ
ル孔５６を介してニードル６０に加わる力より極
かに大きい極小さい力に設定されている。

上記ロアデイスタンスピース５４には燃料孔３
６に連設して燃料孔６４が穿設されている。ま
た、ニードル６０には、大径部６０ａ，ニードル
６０の大径部６０ａに連接して順次縮径するテー
パ部６０ｂ，ノズル５８に当接するニードルシー
ト部６０ｃが形成されている。このテーパ部６０
ｂに応じたノズル５８内にはニードル加圧室６６
が形成されると共に、燃料孔６４とニードル加圧
室６６とを連通する燃料孔６８が穿設されてい
る。このニードル加圧室６６は、更に、ニードル
６０の周りに形成された環状の燃料孔７０を介し
てノズル孔５６に連通されている。ニードル加圧
室６６及び燃料孔７０内の圧力は、ニードル６０
のテーパ部６０ｂに作用して、ニードル６０の大
径部６０ａとニードルシート部６０ｃとの面積差
である第３受圧面Ｃに応じた図上方作用力を生じ
る。

上述した制御ロツド３８の大径部３８ａ及び小
径部３８ｂとニードル６０の大径部６０ａ及びニ
ードルシート部６０ｃとの各々の直径は、制御ロ
ツド３８の第１受圧面Ａと第２受圧面Ｂとの面積
差を、ニードル６０の第３受圧面Ｃの面積より大
きく、また、後述するニードル６０の開弁時受圧
面Ｄの面積より小さくなるように定めている。

次に、上述した燃料噴射弁の作動について詳説
する。

燃料流入口３４に図示しない燃料供給ポンプに
より所定圧に加圧された燃料が供給されると、燃
料孔３６，６４，６８を介してニードル加圧室６
６に加圧された燃料が供給される。これと同時
に、燃料孔３６を介して背圧室４２にも加圧され
た燃料が供給されると共に、背圧室４２，絞り通
路４１，圧力室４３，接続孔４４，２８を介して
加圧室２６にも燃料が供給される。

従つて、ニードル加圧室６６内の燃料圧により
ニードル６０にニードル６０の第３受圧面Ｃの面
積に応じた図上方作用力が働く。一方、スプリン
グ５２により加圧ピン５０を介してニードル６０
を図下方に押圧すると共に、背圧室４２内の燃料
圧により制御ロツド３８に制御ロツド３８の第１
受圧面Ａの面積に応じた図下方作用力が働き、プ
ツシユロツド４０及び加圧ピン５０を介してニー
ドル６０を図下方に押圧する。上記第１受圧面Ａ
は第３受圧面Ｃより大きいので、ニードル６０に
働く図上方作用力より図下方作用力が大きく、よ
つて、ニードル６０は図下方に押圧されてノズル
５８に密着し、ノズル孔５６を遮断する。また、
絞り通路４１を介して燃料が圧力室４３に流入
し、圧力室４３内の圧力が燃料圧と同じになつて
も、制御ロツド３８の第１受圧面Ａと第２受圧面
Ｂとの面積差がニードル６０の第３受圧面Ｃの面
積より大きいことから、燃料圧による図上方作用
力より図下方作用力が上回り、ニードル６０を閉
弁状態に保持する。この保持作用により、絞り通
路４１の断面積を十分な燃料通過面積を有する広
さとして形成しても、閉弁に影響を及ぼさない。

次に電極１２を介して圧電素子１に電圧を印加
すると、圧電素子１は伸長し、ピストン１４を図
下方に移動して加圧室２６内の圧力を昇圧する。
この加圧室２６内の高圧力が接続孔２８，４４を
介して圧力室４３に伝わり、第２受圧面Ｂに作用
して背圧室４２内の第１受圧面Ａに作用する燃料
圧による図下方作用力に打ち勝ち、制御ロツド３
８を図上方に移動する。この制御ロツド３８は凸
部３８ｃがアツパデイスタンピース２２の下面に
当接して停止する。この時、同時にニードル加圧
室６６の燃料圧により生じるニードル６０の第３
受圧面Ｃに応じた図上方作用力により、スプリン
グ５２の付勢力に打ち勝つてニードル６０を加圧
ピン５０及びプツシユロツド４０と共に図上方に
移動する。このニードル６０の移動によりノズル
孔５６が開口され、燃料供給口３４に供給された
燃料を燃料孔３６，６４，６８，ニードル加圧室
６６，燃料孔７０を介してノズル孔５６から噴射
する。

この燃料噴射時には、燃料圧によりニードル６
０のニードルシート部６０ｃの断面積に応じた図
上方作用力がニードル６０に働く。従つて、ニー
ドル６０には燃料圧により第３受圧面Ｃにニード
ルシート部６０ｃの断面積を加えた受圧面Ｄに応
じた図上方作用力が働いている。

また、この時に、圧力室４３の圧油は絞り通路
４１を介して序々に背圧室４２に流入する。よつ
て、圧力室４３内の圧力はしだいに燃料圧まで低
下する。この圧力が燃料圧と同じになると、制御
ロツド３８への作用力は燃料圧による第１受圧面
Ａの面積から第２受圧面Ｂの面積を減算した面積
に応じた図下方作用力となる。この減算した面積
は上記受圧面Ｄより小さいので、圧力室４３内の
圧力が燃料圧と同じになつても、受圧面Ｄに応じ
た図上方作用力が上記減算した面積に応じた図下
方作用力を上回り、制御ロツド３８，プツシユロ
ツド４０，加圧ピン５０，ニードル６０を図上方
に移動したままの位置に保持する。この保持作用
によつても閉弁時の保持作用と同様に、絞り通路
４１の断面積を十分な燃料通過面積を有する広さ
として形成しても、開弁に影響を及ぼさない。

次に、圧電素子１の電圧を取り去ると圧電素子
１は縮小し、ピストン１４を皿バネ１８の図上方
付勢力により図上方に移動して加圧室２６内の圧
力を減圧する。この加圧室２６内の圧力低下によ
り接続孔２８，４４により加圧室２６と連通した
圧力室４３内の燃料が加圧室２６に流入し、圧力
室４３内の圧力を減圧する。従つて、第２受圧面
Ｂに作用する圧力が低下し、燃料圧力により制御
ロツド３８の第１受圧面Ａに応じた図下方作用力
とスプリング５２の付勢力による図下方作用力が
燃料圧によりニードル６０の受圧面Ｄに応じた図
上方作用力に打ち勝ち、制御ロツド３８，プツシ
ユロツド４０，加圧ピン５０，ニードル６０を図
下方に移動し、ノズル孔５６を遮断する。これに
より燃料噴射を終了すると共に、絞り通路４１を
介して圧力室４３，加圧室２６に燃料を供給す
る。

上述したごとく本実施例の燃料噴射弁は、制御
ロツド３８の第１受圧面Ａと第２受圧面Ｂとの面
積差を、ニードル６０の第３受圧面Ｃの面積より
大きく、また、ニードル６０の受圧面Ｄの面積よ
りは小さく形成し、絞り通路４１を介して圧力室
４３，加圧室２６に燃料を供給して圧電素子１の
伸縮によりニードル６０を移動してノズル孔５６
を開放・遮断する。また、燃料噴射時には、燃料
圧にりニードル６０を上昇位置に保持する。これ
により燃料の噴射を行なう。

上記構成を有する本実施例の燃料噴射弁による
と、制御ロツド３８の各受圧面とニードル６０の
受圧面Ｄとを適切に定めることにより、十分な燃
料通過面積を有する絞り通路４１を形成し、内燃
機関の始動時に、この絞り通路４１により圧力室
４３及び加圧室２６への燃料流入をすみやかに行
ない、早期に噴射可能な状態とする。また、運転
中にも圧力室４３及び加圧室へ燃料をすみやかに
供給する。更に、制御ロツド３８の小径部３８ｂ
と弁本体２４との最小のクリアランスにより、リ
ーク量を低減し、燃料供給ポンプの駆動損失を低
減する。

一方、制御ロツド３８の各受圧面とニードル６
０の受圧面Ｄとを適切に定めて、ノズル５８から
のニードル６０の離間で、燃料圧によりニードル
６０に開弁方向作用力が働き、ニードル６０を開
弁方向に移動すると共に、上昇位置に保持する。
従つて、圧電素子１に加わる電圧を低くすること
ができ、消費電力を低減することができる。

以上本考案の実施例について説明したが、本考
案はこのような実施例に何等限定されるものでは
なく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において
種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

考案の効果 以上詳述したように本考案の燃料噴射弁による
と、絞り通路により燃料を圧電アクチユエータに
すみやかに供給するという優れたこうあが効果を
奏する。従つて、不適切な時期にニードルが移動
することにより異常噴射を起こすことがない。ま
た、圧電アクチユエータの消費電力を低減するこ
とができるという効果も奏する

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す燃料噴射弁の
断面図である。 ２１……圧電アクチユエータ、３８……制御ロ
ツド、４１……絞り通路、６０……ニードル。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 閉弁方向にばね付勢されたニードルがニードル
   開弁方向の燃料圧を受ける受圧面を有する燃料噴
   射弁において、 絞り通路を介して供給された燃料を加・減圧す
   る圧電アクチユエータと、 上記ニードルと直列に配置された制御ロツド
   と、 を具備すると共に、 上記制御ロツドに、ニードル閉弁方向の燃料圧
   を受ける第１受圧面とニードル開弁方向の上記圧
   電アクチユエータによる燃料圧を受ける第２受圧
   面とを、開弁状態において、上記第１受圧面、第
   ２受圧面及びニードルの各々加わる燃料圧により
   開弁を維持する面積として形成した ことを特徴とする燃料噴射弁。