JPH0519574Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は内燃機関の燃料噴射制御に使用される
ピエゾ圧電素子の冷却制御装置に関する。

〔従来の技術〕

ピエゾ圧電素子はキユーリー点、例えば150℃
を越えると作動が不安定になる。従つて従来より
内燃機関の燃料噴射制御にピエゾ圧電素子を使用
する場合にはピエゾ圧電素子の周りに冷却液体を
導びいてこの冷却液体によりピエゾ圧電素子を常
時冷却するようにしている（特開昭60−19968号
公報或いは特開昭60−104762号公報参照）。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながらピエゾ圧電素子は温度に応じて結
晶構造が変化するために受容しうる電荷量が変化
し、一般的に云つてピエゾ圧電素子の温度が低く
なるにつれて受容しうる電荷量が減少する。受容
しうる電荷量が減少するとピエゾ圧電素子の伸び
量が減少し、従つてピエゾ圧電素子の温度が低下
するほどピエゾ圧電素子の伸び量が減少すること
になる。従つて上述の如く冷却液体によりピエゾ
圧電素子を常時冷却するとピエゾ圧電素子の温度
が低いときにはピエゾ圧電素子の伸び量がかなり
減少し、その結果燃料噴射制御を行なうことがで
きないという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために本考案によればピ
エゾ圧電素子に冷却液体を供給する冷却液体供給
通路内に温度が高くなるにつれて流路面積が増大
する冷却液体流量制御弁を設けている。

〔実施例〕

第１図、第４図および第５図を参照すると、１
はハウジング本体、２はその先端部にノズル口３
を形成したノズル、４はスペーサ、５はスリー
ブ、６はこれらノズル２、スペーサ４、スリーブ
５をハウジング本体１に固締するためのノズルホ
ルダを夫々示す。ノズル２内にはノズル口３の開
閉制御を行なうニードル７が摺動可能に挿入さ
れ、ニードル７の頂部は加圧ピン８を介してスプ
リングリテーナ９に連結される。このスプリング
リテーナ９は圧縮ばね１０により常時下方に向け
て押圧され、この押圧力は加圧ピン８を介してニ
ードル７に伝えられる。従つてニードル７は圧縮
ばね１０によつて常時閉弁方向に付勢されること
になる。

一方、ハウジング本体１内にはニードル７と共
軸的にプランジヤ孔１１が形成され、このプラン
ジヤ孔１１内にプランジヤ１２が摺動可能に挿入
される。プランジヤ１２の上端部はタペツト１３
に連結され、このタペツト１３は圧縮ばね１４に
より常時上方に向けて付勢される。このタペツト
１３は機関駆動のカム（図示せず）により上下動
せしめられ、それによつてプランジヤ１２がプラ
ンジヤ孔１１内において上下動せしめられる。一
方、プランジヤ１２下方のプランジヤ孔１１内に
はプランジヤ１２によつて画定された燃料加圧室
１５が形成される。この燃料加圧室１５は棒状フ
イルタ１６および燃料通路１７を介してニードル
加圧室１８に連結され、このニードル加圧室１８
はニードル７周りの環状燃料通路１９を介してノ
ズル口３に連結される。また、プランジヤ孔１１
の内壁面上には第４図に示すようにプランジヤ１
２が上方位置にあるときに燃料加圧室１５内に開
口する燃料供給ポート２０が形成され、この燃料
供給ポート２０から燃料加圧室１５内に３Kg／cm²
程度の圧力の燃料が供給される。

一方、ハウジング本体１内にはプランジヤ孔１
１内の側方近傍において横方向に延びる摺動孔２
１が形成される。この摺動孔２１内には溢流弁２
２が摺動可能に挿入され、この摺動孔２１に隣接
してこの摺動孔２１よりも大径の燃料溢流室２３
が形成される。この燃料溢流室２３には燃料近傍
口２４から燃料が供給され、図示しない燃料流出
口から燃料が流出する。この燃料溢流室２３内の
燃料圧は３Kg／cm²程度に維持されている。溢流弁
２２は燃料溢流室２３内に位置する拡大頭部２２
ａと、拡大頭部２２ａに隣接して形成された円周
溝２２ｂとを有し、この拡大頭部２２ａが弁ポー
ト２５の開閉制御を行なう。摺動弁２２は拡大頭
部２２ａと反対側に位置する圧縮ばね２６により
第１図において常時右方に向けて付勢される。ま
た、ハウジング本体１内には第４図に示すように
燃料加圧室１５から半径方向上方に向けて延びる
燃料溢流路２７が形成される。この燃料溢流路２
７の一端は常時燃料加圧室１５内に連通してお
り、燃料溢流路２７の他端は常時溢流弁２２の円
周溝２２ｂ内に連通する。

更に、ハウジング本体１内には摺動孔２１と共
軸的にロツド孔２８が形成され、このロツド孔２
８内にロツド２９が摺動可能に挿入される。ロツ
ド２９の一端は溢流弁２２の拡大頭部２２ａと当
接可能に配置され、ロツド２９の他端にはロツド
２９の他端により画定された圧力制御室３０が形
成される。

一方、ハウジング本体１には垂直方向上方に延
びる圧電素子ハウジング３１が固締され、この圧
電素子ハウジング３１内に多数の圧電素子板を積
層したピエゾ圧電素子３２が挿入される。圧電素
子ハウジング３１の下端部にはピストン３３が摺
動可能に挿入され、このピストン３３の下方には
燃料で満たされたシリンダ室３４が形成される。
このシリンダ室３４は燃料通路３５を介して圧力
制御室３０に連結される。また、シリンダ室３４
内にはピストン３３を常時上方に向けて付勢する
皿ばね３６が挿入され、ピエゾ圧電素子３２は圧
電素子ハウジング３１の頂部とピストン３３間に
おいて支持される。このピエゾ圧電素子３２の軸
線は溢流弁２２とロツド２９の共通軸線に対して
ほぼ直角をなしており、従つてピエゾ圧電素子３
２の軸線はプランジヤ１３とニードル７の共通軸
線とほぼ平行をなす。ピエゾ圧電素子３２の上端
部周りには冷却液体、例えば燃料が流入する環状
の冷却液体流入室３７が形成され、この冷却液体
流入室３７は冷却液体供給通路３８を介して冷却
液体供給源、例えば燃料溢流室２３に連結され
る。一方、ピエゾ圧電素子３２の周りには冷却液
体流入室３７から下方に延びる環状の冷却液体通
路３９が形成され、この冷却液体通路３９の下端
部は冷却液体排出通路４０に連結される。この冷
却液体排出通路４０は大気に開放されている。燃
料溢流室２３から冷却液体供給通路３８を介して
冷却液体流入室３７内に流入した冷却液体、即ち
燃料はピエゾ圧電素子３２を冷却しつつ冷却液体
流通路３９内を下降し、次いで冷却液体排出通路
４０から排出される。

圧電素子ハウジング３１の頂部にはピエゾ圧電
素子３２に電力を供給するためのプラグ４１が取
付けられる。

第１図のＡ部の拡大図を示す第２図を参照する
と、冷却液体供給通路３８内には温度が高くなる
につれて流路面積が増大する冷却液体流量制御弁
４３が設けられる。この冷却液体流量制御弁４３
はハウジング本体１と圧電素子ハウジング３１間
に挿入されたシール部材４２内に配置される。こ
の冷却液体流量制御弁４３は第２図に示す実施例
においては円筒孔４４ａを有しかつ温度が上昇す
るにつれて円筒孔４４ａの径が大きくなる中空円
筒体４４と、円筒孔４４ａ内に挿入されたボール
４５と、中空円筒体４４の外周面上に嵌着された
中空円筒状のシール部材４６からなる。中空円筒
体４４は比較的大きな熱膨張率を有する銅或いは
ポリエチレン等の材料から形成され、ボール４５
は中空円筒体４４よりも熱膨張率の小さな材料か
ら形成される。また、シール部材４６は伸縮自在
な例えばゴム材料からなり、このシール部材４６
は中空円筒体４４の外径が変化したときにそれに
伴なつて径が変化する。温度が低いときには第２
図において破線Ｂで示すように中空円筒体４４が
収縮して中空円筒体４４の円筒孔４４ａの内周面
がボール４５の外周面に密封的に接触する。従つ
てこのときには冷却液体流量制御弁４３は完全に
閉弁している。温度が高くなると円筒孔４４ａの
径が実線で示すように次第に大きくなるために円
筒孔４４ａとボール４５間に形成される流路面積
が次第に増大し、斯くしてピエゾ圧電素子３２に
導びかれる冷却水量、即ち燃料量が次第に増大す
る。

第３図は冷却液体流量制御弁４３の別の実施例
を示す。この実施例では冷却液体流量合金から形
成された中空円筒体４７と、円筒孔４７ａ内に挿
入されたボール４８からなる。温度が低いときに
は第３図において破線Ｃで示すように円筒孔４７
ａの内周面がボール４８の外周面に密封的に接触
する。一方、温度が高くなると中空円筒体４７は
形状が変化して第３図において実線で示すように
円筒孔４７ａの径が大きくなる。

第８図は同一電圧を印加した場合のピエゾ圧電
素子３２の伸び量Ｓと温度Ｔとの関係を示す。第
８図からピエゾ圧電素子３２の温度Ｔが低くなる
につれてピエゾ圧電素子３２の伸び量Ｓが減少す
ることがわかる。ところで本考案では前述したよ
うに温度が低いときには冷却液体流量制御弁４３
が完全に閉弁しており、従つてこのときにはピエ
ゾ圧電素子３２への冷却液体、即ち燃料の供給が
停止される。しかも冷却液体流通路３９は垂直配
置されているので冷却液体流通路３９内の全燃料
は冷却液体排出通路４０から外部に排出され、従
つて冷却液体流通路３９内は空気で満たされる。
従つてピエゾ圧電素子３２が冷却液体によつて冷
却されることがないのでピエゾ圧電素子３２の伸
び量Ｓが極度に減少するのを阻止することができ
る。一方、温度が高くなるとピエゾ圧電素子３２
に導びかれる冷却液体、即ち燃料の量が増大せし
められ、斯くしてピエゾ圧電素子３２が良好に冷
却されるのでピエゾ圧電素子３２の温度がキユー
リ点を越えるのを阻止することができる。なお、
冷却液体流量制御弁４３としては構造は多少複雑
になるがバイメタル素子を用いた制御弁等、他の
形式の制御弁を使用することができる。

一方、第６図および第７図に示されるようにハ
ウジング本体１には逆止弁５０が挿入される。こ
の逆止弁５０は弁ポート５１の開閉制御をするボ
ール５２と、ボール５２のリフト量を規制するロ
ツド５３と、ボール５２およびロツド５３を常時
下方に向けて押圧する圧縮ばね５４とを具備し、
従つて弁ポート５１は通常ボール５２によつて閉
鎖される。逆止弁５０の弁ポート５１は環状の燃
料流入通路５５および燃料流入通路５６を介して
燃料溢流室２３に連結され、逆止弁５０の燃料流
出通路５７はシリンダ室３４内に連結される。前
述したように燃料溢流室２３内の燃料圧は３Kg／
cm²程度に維持されており、シリンダ室３４内の燃
料圧が燃料溢流室２３内の燃料圧より低くなると
逆止弁５０が開弁して燃料がシリンダ室３４内に
補給される。従つてシリンダ室３４は常時燃料に
よつて満たされることになる。

前述したようにプランジヤ１２が上方位置にあ
るときには燃料供給ポート２０から燃料加圧室１
５内に燃料が供給され、従つてこのときには燃料
加圧室１５内は３Kg／cm²程度の低圧になつてい
る。一方、このときピエゾ圧電素子３２は最大収
縮位置にあり、このときシリンダ室３４および圧
力制御室３０内の燃料圧は３Kg／cm²程度の低圧に
なつている。従つてこのとき溢流弁２２は圧縮ば
ね２６のばね力により第１図において右方に移動
しており、溢流弁２２の拡大頭部２２ａが弁ポー
ト２５を開口している。斯くしてこのとき燃料溢
流路２７および溢流弁２２の円周溝２２ｂ内の燃
料圧も３Kg／cm²程度の低圧になつている。

次いでプランジヤ１２が下降すると燃料供給ポ
ート２０がプランジヤ１２によつて閉鎖されるが
溢流弁２２が弁ポート２５を開口しているために
燃料加圧室１５内の燃料は燃料溢流路２７、溢流
弁２２の円周溝２２ｂおよび弁ポート２５を介し
て燃料溢流室２３内に流出する。従つてこのとき
も燃料加圧室１５内の燃料圧は３Kg／cm²程度の低
圧となつている。

次いで燃料噴射を開始すべくピエゾ圧電素子３
２に電荷がチヤージされるとピエゾ圧電素子３２
は軸線方向に伸長し、その結果ピストン３３が下
降するためにシリンダ室３４および圧力制御室３
０内の燃料圧が急激に上昇する。圧力制御室３０
内の燃料圧が上昇するとロツド２９は第１図にお
いて左方に移動するためにそれに伴なつて溢流弁
２２も左方に移動し、溢流弁２２の拡大頭部２２
ａが弁ポート２５を閉鎖する。弁ポート２５が閉
鎖されると燃料加圧室１５内の燃料圧はプランジ
ヤ１２の下降運動により急速に上昇し、燃料加圧
室１５内の燃料圧が予め定められた圧力、例えば
1500Kg／cm²以上の一定圧を越えるとニードル７が
開弁してノズル口３から燃料が噴射される。この
とき燃料溢流路２７を介して溢流弁２２の円周溝
２２ｂ内に高圧が加わるが円周溝２２ｂの軸方向
両端面の受圧面積が等しいためにこの高圧によつ
て溢流弁２２に駆動力が作用しない。

次いで燃料噴射を停止すべくピエゾ圧電素子３
２にチヤージされた電荷がデイスチヤージされる
とピエゾ圧電素子３２が収縮する。その結果、ピ
ストン３３が皿ばね３６のばね力により上昇せし
められるためにシリンダ室３４および圧力制御室
３０内の燃料圧が低下する。圧力制御室３０内の
燃料圧が低下するとロツド２９および溢流弁２２
が圧縮ばね２６のばね力により第１図において右
方に移動するために溢流弁２２の拡大頭部２２ｂ
が弁ポート２５を開口する。その結果、燃料加圧
室１５内の高圧の燃料が燃料溢流室２７、溢流弁
２２の円周溝２２ｂおよび弁ポートを介して燃料
溢流室２３内に流出するために燃料加圧室１５内
の燃料圧はただちに3.0Kg／cm²程度の低圧まで低
下し、ニードル７が下降して燃料噴射を停止す
る。次いでプランジヤ１２が上昇して上端位置ま
で戻り、再び下降を開始する。

〔考案の効果〕

ピエゾ圧電素子の過熱を防止しつつピエゾ圧電
素子低温時のピエゾ圧電素子の十分な伸び量を確
保することができるので常時良好な燃料噴射作用
を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第４図の−線に沿つてみたユニツ
トインジエクタの側面断面図、第２図は第１図の
Ａ部の拡大側面断面図、第３図は冷却液体流量制
御弁の別の実施例を示す図、第４図は第１図の
−線に沿つてみた側面断面図、第５図は第１図
の平面図、第６図は第１図の−線に沿つてみ
た断面図、第７図は第６図の−線に沿つてみ
た断面図、第８図はピエゾ圧電素子の伸び量と温
度との関係を示す線図である。 ７……ニードル、１２……プランジヤ、１５…
…燃料加圧室、２１……摺動孔、２２……溢流
弁、２３……燃料溢流室、２９……ロツド、３０
……圧力制御室、３２……ピエゾ圧電素子、３８
……冷却液体供給通路、４３……冷却液体流量制
御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ピエゾ圧電素子に冷却液体を供給する冷却液体
   供給通路内に温度が高くなるにつれて流路面積が
   増大する冷却液体流量制御弁を設けたピエゾ圧電
   素子の冷却制御装置。