JPH11200981A

JPH11200981A - 燃料噴射弁及びその駆動方法

Info

Publication number: JPH11200981A
Application number: JP10002559A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Kato; 毅彦加藤; Hiroshige Matsuoka; 弘芝松岡; Kiyonori Sekiguchi; 清則関口
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JP3922780B2

Abstract

(57)【要約】【課題】制御圧力室１４を加圧することで開弁する噴
射弁の構成とし、１噴射期間中の燃料噴射率を制御する
などの高精度な制御が可能な燃料噴射弁及び、エンジン
条件に応じた最適な噴射率で燃料噴射することが可能と
なり、燃料消費の向上、排気ガスの浄化などが実現でき
る燃料噴射弁の駆動方法を提供する。【解決手段】ニードル２０の第１ガイド軸３０と第２
ガイド軸３２の段差により形成される第１の下向きの受
圧面１３０を、電歪アクチュエータの変位に応じて圧力
変化される制御圧力室１４に連通または露呈させてあ
り、電歪アクチュエータ１に印加する電圧を１噴射期間
内で任意に、あるいは数段階に変化させることで、ニー
ドル２０のリフト量により決定される燃料噴射率をその
１噴射期間内において、任意に、あるいは数段階に制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高圧燃料を噴射
し、かつ、高い噴射量調量精度が要求される直接噴射式
のディーゼルエンジン、ガソリンエンジンに用いられる
燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高圧燃料を噴射する燃料噴射弁として
は、電歪アクチュエータ、及び、ソレノイドをアクチュ
エータとして用いる公知の燃料噴射弁がある。図１３
は、その例として、電歪アクチュエータをアクチュエー
タとして用いる公知の燃料噴射弁である特公平４−５４
０６５に示される燃料噴射弁の横断面図である。

【０００３】ニードル１０１のガイド部１０２により背
圧室１０３と油だまり１０４とが隔離されており、ニー
ドル１０１には、頂面に接するスプリング１０５による
下向き荷重と、ガイド部１０２の直径相当にかかる下向
き背圧荷重と、環状のシート部より内側に相当するサッ
ク部１０７の圧力による上向き荷重と、ガイド部１０２
の直径とシート部１０６の直径の直径差空成る面積に油
だまりの燃料圧がかかることによる上向き荷重が作用し
ている。背圧が規定圧の時には荷重の総和が下向きにな
ることで閉弁しており、電歪アクチュエータ１０９の伸
縮などアクチュエータの作動による背圧室１０３の油圧
低下でニードル１０１を下方に押し下げている背圧荷重
が減少し、荷重が上向きになるとニードル１０１は上昇
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の排気浄化や
燃費改善には、１噴射期間中の噴射率を制御するなどの
高精度な制御が可能となる噴射弁が求められており、そ
のためには、ニードルの変位量、作動応答などの高精度
な制御が求められる。前記公知の燃料噴射弁では、背圧
を低下させることでニードルの上向き荷重を増加させて
開弁を行っているが、本発明の制御圧力室に相当する背
圧室内の燃料は圧力が低下するとともにその圧縮率が下
がり（容積変化量に対する圧力変化量の割合が小さくな
る）、ニードルの微小変位に対して背圧が変化しにくく
なるので、開弁中のニードルのふらつきが大きい。

【０００５】また、電歪アクチュエータを急激に大きく
変位させることで、背圧室内には振幅の大きい圧力脈動
が発生するため、ニードルの荷重も変動し変位量が影響
されてしまう。これらの理由から、背圧室の減圧による
開弁を行う従来公知の噴射弁では、高精度な噴射量制御
は達成できない。

【０００６】本発明は、前記の課題を解決するため、制
御圧力室を加圧することで開弁する噴射弁の構成とし、
１噴射期間中の燃料噴射率を制御するなどの高精度な制
御が可能な燃料噴射弁及び、エンジン条件に応じた最適
な噴射率で燃料噴射することが可能となり、燃料消費の
向上、排気ガスの浄化などが実現できる燃料噴射弁の駆
動方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段
を採用する。請求項１に記載の燃料噴射弁では、第１ガ
イド軸と第２ガイド軸の段差により形成される第１の下
向きの受圧面を制御圧力室に連通または露呈させてあ
り、また電歪アクチュエータの変位量を印加電圧値によ
り制御することにより制御圧力室の圧力を高精度に制御
できる。ニードルは制御圧力室が加圧されることにより
上昇し、ニードルスプリングのスプリング力と制御圧力
室の圧力による荷重により、そのリフト量が決定される
ので、ニードルのリフト量を電歪アクチュエータに印加
する電圧値によって高精度に制御することができる。

【０００８】請求項２に記載の燃料噴射弁では、ニード
ルの第３ガイド軸の頂面周りの燃料室まで燃料噴射弁に
供給される高圧の噴射燃料を導入する燃料圧伝達路を設
けているので、ニードル上部に燃料圧による下向きの荷
重を加えることができ、従って、ニードルの上昇に対抗
するニードルスプリング荷重を前記の荷重相当分小さく
することができ、ニードルスプリングを小型化、低バネ
定数化し易く、低バネ定数ではニードル上昇時の下向き
荷重増加が小さくてすむため、電歪アクチュエータの変
位量が小さくてすみ、電歪アクチュエータも小型にでき
る。

【０００９】請求項３に記載の燃料噴射弁では、更に、
油だまりとドレン穴とを隔離すると共に第１ガイド軸と
第４ガイド軸の段差により形成される第２の下向きの受
圧面をドレン穴に露呈させ、かつ第１ガイド軸より細径
の第４ガイド軸を設けている。従って、第４ガイド軸と
第１ガイド軸の段差に相当する面積に荷重が作用しない
ので、上向き荷重が更に低下する。上向き荷重が減少し
ているので、対抗する下向き荷重は小さくでき、ニード
ルスプリング力は更に小さくできる。

【００１０】スプリング力は設定荷重が小さいほどスプ
リングを小型化、低バネ定数化し易く、低バネ定数では
ニードル上昇時の下向き荷重増加が小さくてすむため、
電歪アクチュエータの変位量が更に小さくてすみ、電歪
アクチュエータも更に小型にできる。請求項４に記載の
燃料噴射弁では、更にロッドがニードルと分割されてい
るが、ニードルとロッドは密着するので、作用・効果は
請求項３の場合と同じになる。

【００１１】請求項５に記載の燃料噴射弁では、逆止弁
より上流側に噴射燃料圧よりも低い一定の圧力にて下流
の逆止弁側に燃料を供給するレギュレータを設けている
ので、噴射燃料圧が高く、制御圧力室と噴射燃料圧を同
等にすると電歪アクチュエータにかかる荷重が許容荷重
を越えてしまう場合には、レギュレータを設けることで
制御圧力室の内圧を電歪アクチュエータの許容荷重を越
えない範囲に制御され、電歪アクチュエータの荷重は許
容範囲内に保たれるので、噴射燃料圧によらず電歪アク
チュエータの適正な作動を得ることができる。

【００１２】請求項６または請求項７に記載の燃料噴射
弁の駆動方法では、電歪アクチュエータに印加する電圧
を１噴射期間内で任意に、あるいは数段階に変化し、電
歪アクチュエータの変位量を１噴射期間内で任意に、あ
るいは数段階に変化させるので、ニードルのソフト量を
その１噴射期間内に任意に、あるいは数段階に変化さ
せ、ニードルのソフト量に応じて決定される燃料噴射率
をその１噴射期間内に任意に、あるいは数段階に変化さ
せることが可能となる。これによりエンジン回転数や負
荷状況などエンジン条件に応じた最適な噴射率で燃料噴
射することが可能となり、燃料消費の向上、排気ガスの
浄化などが実現できる。

【００１３】請求項８に記載の燃料噴射弁の駆動方法で
は、電歪アクチュエータの伸長による制御圧力室の圧力
上昇量が開弁に要求される圧力上昇量よりもわずかに低
くなるような開弁前昇圧をおこなうように電歪アクチュ
エータに印加する電圧を徐々に上昇するので、燃料噴射
遅れがなくなり、燃料消費の向上、排気ガスの浄化など
が実現できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は請求項１ないし請求項４に
記載された第１の発明のうち、請求項１に対応する第１
実施形態のシステム図である。図１において、電歪アク
チュエータ１は噴射弁ケーシング２内において、上端面
３をケーシング壁面４に接し、下端面５をピストン上端
面６に接する。アクチュエータ１の側面上部からリード
線７が出ており、噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴
射弁外部の駆動回路９に連結されている。ピストン１０
は、スプリング１１により上方へ押され、電歪アクチュ
エータ１と密着することで電歪アクチュエータ１の伸縮
により上下動する。ピストン側面１２は、噴射弁ケーシ
ング２のガイド面１３に対してわずかなクリアランスを
有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室１５とを隔離
したまま摺動可能である。

【００１５】ニードル２０は、下方のシート部２１にて
ノズルケーシング２２と着座することで、噴孔２３を経
て外部へ開口するサック部２４とノズルケーシング２２
内の油だまり２５との連通を遮断している。ニードル２
０の第１ガイド軸３０はノズルケーシング２２の第１の
第１ガイド穴３１に対しわずかなクリアランスを有し上
下方向に摺動可能に支持されており、第２ガイド軸３２
は噴射弁ケーシング２の第２のガイド穴３３に対しわず
かなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持され
ている。第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３４
は、一端を噴射弁ケーシング２内に形成されたニードル
スプリング収納室１００に収納されているニードルスプ
リング３５に接している。

【００１６】また、第１ガイド穴３１と第２ガイド穴３
３の差に相当する環状の制御圧力室ニードル部４０は、
制御圧力連通路４１によってピストン１０の底面と噴射
弁ケーシング２の内壁面との微小な隙間で形成される制
御圧力室１４に連通している。すなわち、第１ガイド軸
３０と第２ガイド軸３２の段差により形成される第１の
下向きの受圧面１３０は制御圧力室１４に露呈している
のと同等の構成となっている。制御圧力室１４は制御燃
料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御
燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３
と逆止弁４４を設けている。

【００１７】噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモン
レール、ノズルケーシング２２のインレット４７を経て
油だまり２５までを連通する。図２は第１の発明の第１
実施形態に示す燃料噴射弁の作動を説明する作動説明図
である。無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印加電
圧は低く、電歪アクチュエータ１は基準長さにある。制
御圧力室１４はレギュレータを経た調整された供給圧に
あり、油だまり２５の噴射燃料圧はコモンレールからの
直接の供給圧にある。この状態では、シート部２１の断
面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸
３０の直径の断面積）−（シート部２１の直径の断面
積））にかかる噴射燃料圧と、第１の下向き受圧面１３
０にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニ
ードルスプリング３５による下向き荷重が勝っているこ
とで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。

【００１８】所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ
１の印加電圧を上昇させると、制御圧力室１４が容積減
少により圧力上昇し、制御圧力室１４の圧力がニードル
開弁圧を越えるため、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維
持することで、制御圧力室１４の圧力は高く維持される
ことでニードルのリフト量は維持される。

【００１９】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。図３は、第１の発明の第１実施
形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２に
各々油密を保持するＯリング２０１、２０２を設けた場
合の第１の発明のうち、請求項１に対応する第２の実施
形態のシステム図である。

【００２０】その作動は前記の第１の実施形態と同様で
ある。図４は、請求項１ないし請求項４に記載された第
１の発明のうち、請求項１に対応する第３実施形態のシ
ステム図である。電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケー
シング２内において、上端面３をケーシング壁面４に接
し、下端面５をピストン上端面６に接している。電歪ア
クチュエータ１の側面上部からリード線７が出ており、
噴射弁ケーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回
路９に連結されている。ピストン１０は、スプリング１
１により上方へ押され、電歪アクチュエータ１と密着す
ることで電歪アクチュエータ１の伸縮により上下動す
る。ピストン側面１２は、噴射弁ケーシング２のガイド
面１３に対してわずかなクリアランスを有し、制御圧力
室１４とアクチュエータ室１５とを隔離したまま摺動可
能である。

【００２１】第３実施形態においてはノズルケーシング
２２は上側ノズルケーシング２２０と下側ノズルケーシ
ング２２１とから構成されている。ニードル２０は、下
方のシート部２１にて下側ノズルケーシング２２１と着
座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック部
２４と下側ノズルケーシング２２１内の油だまり２５と
の連通を遮断している。第１ガイド軸３０は上側ノズル
ケーシング２２０のガイド穴３１内径に対してわずかな
クリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されてお
り、第２ガイド軸３２はピストン１０のガイド穴３３に
対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可能に
支持されており、第２ガイド軸３２上方のスプリング座
面３４は、一端を電歪アクチュエータ１の底面端面５に
接しているニードルスプリング３５に接している。

【００２２】第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差
に相当する環状の隙間部分と、ピストン１０の底面と噴
射弁ケーシング２の内壁面との微小な隙間により制御圧
力室１４が形成される。制御圧力室１４は制御燃料導入
路４２で噴射燃料流路４５に連通しており、制御燃料導
入路４２の制御圧力室１４近傍にオリフィス４３と逆止
弁４４をもうけてある。

【００２３】噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモン
レール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油
だまり２５までを連通する。本第３実施形態の作動は、
第１実施形態と同様であるため説明は省略する。図５は
請求項１ないし請求項４に記載された第１の発明のう
ち、請求項２に対応する第４実施形態のシステム図であ
る。

【００２４】電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケーシン
グ２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、
下端面５をピストン上端面６に接する。電歪アクチュエ
ータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケ
ーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連
結されている。電歪アクチュエータ１は、中央に円孔の
ある断面形状のピエゾ素子を複数重ね、円筒状に形成さ
れている。

【００２５】ピストン１０は、その中心軸に第２ガイド
穴３３を有し、スプリング１１により上方へ押され、電
歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエー
タ１の伸縮により上下動する。ピストン摺動面１２は、
噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずかなク
リアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエータ室
１５とを隔離したまま摺動可能である。

【００２６】第４実施形態においても、ノズルケーシン
グ２２は上側ノズルケーシング２２０と下側ノズルケー
シング２２１とから構成されている。ニードル２０は、
下方のシート部２１にて下側ノズルケーシング２２１と
着座することで、噴孔２３を経て外部へ開口するサック
部２４と下側ノズルケーシング２２１内の油だまり２５
との連通を遮断している。第１ガイド穴３０は上側ノズ
ルケーシング２２０の第１ガイド穴３１に対しわずかな
クリアランスを有し上下方向に摺動可能に支持されてお
り、第２ガイド軸３２はピストン１０の第２ガイド穴３
３に対しわずかなクリアランスを有し上下方向に摺動可
能に支持されている。第２ガイド軸３２上方のスプリン
グ座面３６は、ニードルスプリング収納室１００におい
てニードルスプリング３５に接している。第３ガイド軸
５０は、噴射弁ケーシング２の一部をなす噴射弁ボディ
２４０の第３ガイド穴５１に対しわずかなクリアランス
を有し上下方向に摺動可能に支持されている。

【００２７】第１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差
に相当する環状の隙間部分と、ピストン１０の底面と噴
射弁ケーシング２との隙間により制御圧力室１４が形成
され、制御圧力室１４は制御燃料導入路４２で噴射燃料
流路４５に連通しており、制御燃料導入路４２の制御圧
力室１４近傍にオリフィス４３と逆止弁４４を設けてあ
る。

【００２８】噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモン
レール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油
だまり２５までを連通し、その中途から分岐した燃料圧
伝達路４８はニードル２０の頂面周辺の燃料室４９まで
連通する。前記の第２実施形態と同じく、第４実施形態
における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２、第３
ガイド軸５０に油密を保持するＯリングを設けた場合
も、その作動は後述する前記の第４実施形態の作動と同
様である。

【００２９】第１の発明の第４実施形態の燃料噴射弁の
作動を、第１実施形態と比較しながら説明する。図１、
図２及び図５において、無噴射時には、電歪アクチュエ
ータ１の印加電圧は低く、電歪アクチュエータ１は基準
長さにある。また、制御圧力室１４、油だまり２５の噴
射燃料圧とも供給圧にある。この状態では、シート部２
１の断面積にかかるサック部２４の圧力と、（（第１ガ
イド軸３０の直径の断面積）−（シート部２１の直径断
面積））にかかる噴射燃料圧と、制御圧力室１４の受圧
部にかかる制御燃料圧とによる上向きの荷重に対し、ニ
ードル２０頂面にかかる燃料圧と、ニードルスプリング
３５による下向き荷重が勝っていることで、ニードル２
０はシート部２１にて着座している。第１実施形態に対
して、噴射燃料圧による下向きの荷重が増加されるた
め、ニードルスプリング３５の荷重を低く設定する。

【００３０】所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ
１の印加電圧を上昇させると、制御圧力室１４が容積減
少により圧力上昇し、制御圧力室１４の圧力がニードル
開弁圧を越えるため、ニードル２０は直ちに上昇する。
開弁後、所望する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維
持することで、制御圧力室１４の圧力は高く維持される
ことでニードル２０のリフト量は維持される。

【００３１】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。図６は請求項１ないし請求項４
に記載された第１の発明のうち、請求項３に対応する第
５実施形態のシステム図である。

【００３２】電歪アクチュエータ１は、噴射弁ケーシン
グ２内において、上端面３をケーシング壁面４に接し、
下端面５をピストン上端面６に接する。電歪アクチュエ
ータ１の側面上部からリード線７が出ており、噴射弁ケ
ーシング２の穴８を通って噴射弁外部の駆動回路９に連
結されている。電歪アクチュエータ１は、中央に円孔の
ある断面形状のピエゾ素子を複数重ね、円筒状に形成さ
れている。

【００３３】ピストン１０は、その中心軸に第２のガイ
ド穴３３を有し、スプリング１１により上方へ押され、
電歪アクチュエータ１と密着することで電歪アクチュエ
ータ１の伸縮により上下動する。ピストン摺動面１２
は、噴射弁ケーシング２のガイド面１３に対してわずか
なクリアランスを有し、制御圧力室１４とアクチュエー
タ室１５とを隔離したまま油密に摺動可能である。

【００３４】ニードル２０は、下方のシート部２１にて
下側ノズルケーシング２２１と着座することで、噴孔２
３を経て外部へ開口するサック部２４と下側ノズルケー
シング２２１内の油だまり２５との連通を遮断してい
る。第１ガイド軸３０は上方ノズルケーシング２２０の
第１ガイド穴３１に対しわずかなクリアランスを有し、
上下方向に摺動可能に油密に支持されており、第２ガイ
ド軸３２は上側ノズルケーシング２２０の第２ガイド穴
３３に対しわずかなクリアランスを有し、上下方向に摺
動可能に油密に支持されており、第２ガイド軸３２は第
１ガイド軸３０より広径であり、第２ガイド軸３２はピ
ストン１０の第２のガイド穴３３に対しわずかなクリア
ランスを有し、上下方向に摺動可能に油密に支持されて
いる。第２ガイド軸３２上方のスプリング座面３６は、
ニードルスプリング３５に接している。第３ガイド軸５
０は、噴射弁ボディ２４０の第３のガイド穴５１に対し
わずかなクリアランスを有し、上下方向に摺動可能に油
密に支持されている。

【００３５】また、第４のガイド軸９１は上側ノズルケ
ーシング２２０の第４ガイド穴９０に対しわずかなクリ
アランスを有し、摺動可能に油密に支持されている。第
１ガイド軸３０と第２ガイド軸３２の差に相当する環状
の隙間部分と、ピストン１０底面と噴射弁ケーシング２
との隙間により制御圧力室が形成される。制御圧力室１
４は制御燃料導入路４２で噴射燃料流路４５に連通して
おり、制御燃料導入路４２の制御圧力室１４近傍にオリ
フィス４３と逆止弁４４を設けている。

【００３６】噴射燃料流路４５は高圧ポンプからコモン
レール、噴射弁ケーシング２のインレット４７を経て油
だまり２５までを連通し、その中途から分岐した燃料圧
伝達路４８はニードル２０頂面周辺の燃料室４９まで連
通する。第１ガイド軸３０と第４ガイド軸９１の段差に
より形成される第２の下向きの受圧面１１１はドレン穴
１１０に露呈されている。ドレン穴１１０は、図示しな
い噴射弁ケーシング２内部のドレン流路を経て噴射弁外
部のドレン路に連通している。

【００３７】また、前記の実施形態と同じく、第５実施
形態における、第１ガイド軸３０、第２ガイド軸３２、
第３ガイド軸５０、第４ガイド軸９１に油密を保持する
Ｏリングを設けた場合も、その作動は前記の第５実施形
態の作動と同様である。第５実施形態では、作動に関し
ては前記の第４の実施形態と同様であるので省略する。

【００３８】図７は請求項１ないし請求項４に記載され
た第１の発明のうち、請求項４に対応する第６の実施形
態を示すシステム図である。この第６実施形態は、第５
実施形態におけるニードル２０のスプリングガイド部３
００より上方を削除し、第３ガイド穴５１に対してわず
かなクリアランスを有して上下に摺動可能で、かつ、下
端面がニードル２０頂面に接するロッド５２を設けたも
のである。

【００３９】その作動は、第５実施形態と同様である。
請求項５に記載された第２の発明における第１の実施形
態について説明する。第１実施形態の構成は、前記の図
１に示す第１の発明の第１実施形態にて記載した燃料噴
射弁にて、規定の噴射燃料圧にて高圧燃料が圧送される
噴射燃料導入路から分岐し制御圧力室１４に至る制御燃
料導入路において、その中途に設けられている逆止弁４
４より上流側に、噴射燃料圧よりも低い一定の圧力にて
下流の逆止弁４４側に燃料を供給するレギュレータを設
けている。

【００４０】図８は第２の発明における第１実施形態で
用いるレギュレータの作動説明図である。作動は、図８
に示す様に、レギュレータは、規定の噴射燃料圧に制御
されている噴射燃料導入路の圧力に対して、前記逆止弁
４４側への制御圧力室１４への供給圧力を減圧し、制御
圧力室１４の圧力を一定値以下に維持する。

【００４１】この効果としては以下の通りである。一般
的に、電歪アクチュエータ１には強度上許容される荷重
に限界があり、また、その状態では変位性能も著しく悪
化するので、それを越えて使用することは避けなければ
ならない。噴射燃料圧と制御燃料室１４の圧力が同等で
あっても、電歪アクチュエータに負荷される荷重が許容
荷重を越えないような噴射燃料圧である場合には、レギ
ュレータの効果はない。しかし、噴射燃料圧が高く、制
御圧力室１４と噴射燃料圧を同等にすると電歪アクチュ
エータ１にかかる荷重が許容荷重を越えてしまう場合に
は、レギュレータを設けることで、制御圧力室１４の内
圧を電歪アクチュエータの許容荷重を越えない範囲に制
御され、電歪アクチュエータ１の荷重は許容範囲内に保
たれる。これにより、噴射燃料圧によらず、電歪アクチ
ュエータ１の適正な作動を得ることができる。

【００４２】図９は請求項６及び請求項７に記載された
第３の発明のうち、請求項６に対応する第１実施形態と
して、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説
明図である。第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴
射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合について
の作動を図９を参照して説明する。

【００４３】第１の発明の第１実施形態の駆動方法であ
る図２では、印加電圧の変化時間を短くし、ニードルリ
フトの急峻な変化を実現しているのに対して、本第３の
発明の第１実施形態では、開弁後の印加電圧を時間経過
に対して任意に変化させることで、エンジンの負荷状況
や回転数に応じて、１噴射期間内のニードルリフトを変
化させる。

【００４４】無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印
加電圧は低くアクチュエータは基準長さにある。制御圧
力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧にあ
る。この状態では、シート部２１内面積にかかるサック
部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−
（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制
御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによ
る上向きの荷重に対し、ニードル２０頂面にかかる燃料
圧と、スプリング３５による下向き荷重が勝っているこ
とで、ニードル２０はシート部２１にて着座している。

【００４５】所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ
１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧
を越え、ニードル２０は直ちに上昇する。開弁後、電歪
アクチュエータ１は印加電圧を徐々に上昇させると、電
歪アクチュエータ１電圧変化に応じて伸長する。この
時、ニードル２０は、上下方向の荷重が等しくなる位置
まで制御圧力室１４の圧力増加に対応してニードルスプ
リング３５の荷重を増加しながら上昇する。

【００４６】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。この作動により、ニードルリフ
ト量は電歪アクチュエータ１の印加電圧の変化に対応し
て制御できる。

【００４７】図１０は請求項６および請求項７に記載さ
れた第３の発明のうち、請求項７に対応する第２の実施
形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する
作動説明図である。第１の発明の第１実施形態に記載の
燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合の
作動を図１０を参照して説明する。

【００４８】無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印
加電圧は低く電歪アクチュエータ１は基準長さにある。
制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも規定圧
にある。この状態ではシート部２１内面積にかかるサッ
ク部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面積）−
（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧と、制
御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧とによ
る上向きの荷重に対し、ニードル２０の頂面にかかる燃
料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷重が勝
っていることで、ニードル２０はシート部２１にて着座
している。

【００４９】所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ
１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧
を越え、ニードルは直ちに上昇する。開弁後、所望する
噴射率変化時期までの期間（初期噴射率期間）は開弁後
の印加電圧を維持し、ニードル２０のリフト量は維持さ
れる。次に、所望する噴射率変化時期に、電歪アクチュ
エータ１の印加電圧を再び上昇させると、電歪アクチュ
エータ１はさらに伸長する。この時、制御圧力室１４の
圧力が上昇するが、それまで上下方向の荷重が等しくな
って静止していたニードル２０は、制御圧力室１４の圧
力増加に対応してニードルスプリング３５の荷重を増加
しながら上昇し、上下方向の荷重が等しくなった時点で
再び静止する。

【００５０】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。図１１は請求項６及び請求項７
に記載された第３の発明のうち、請求項７に対応する第
３実施形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説
明する作動説明図である。第１の発明の第１実施形態に
記載の燃料噴射弁を作動させる際に、本発明を適用する
場合についての作動を図１１を参照して説明する。

【００５１】無噴射時には、電歪アクチュエータ１の印
加電圧は低く電歪アクチュエータ１は基準長さにある。
また、制御圧力室１４、油だまり２５の噴射燃料圧とも
規定圧にある。この状態では、シート部２１内面積にか
かるサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断
面積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料
圧と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料
圧とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０頂面にか
かる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷
重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１に
て着座している。

【００５２】所望する開弁時期に、電歪アクチュエータ
１の印加電圧を上昇させると、制御圧がニードル開弁圧
を越え、ニードル２０は直ちに上昇する。開弁後、所望
する時期までは開弁後の印加電圧を維持し、ニードル２
０のリフト量は維持される。次に、所望する噴射率変化
時期に、電歪アクチュエータ１の印加電圧を減少させる
と、電歪アクチュエータ１は収縮する。この時、制御圧
力室１４の圧力が低下するが、それまで上下方向の荷重
が等しくなって静止していたニードル２０は、制御圧力
室１４の圧力低下に対応してニードルスプリング３５の
荷重を減少しながら下降し、上下方向の荷重が等しくな
った時点で再び静止する。

【００５３】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。図１２は請求項８に記載された
第４の発明の第１実施形態として、電歪アクチュエータ
の駆動方法を説明する作動説明図である。

【００５４】第１の発明の第１実施形態に記載の燃料噴
射弁を作動させる際に、本発明を適用する場合について
の作動を図１２を参照して説明する。無噴射時には、電
歪アクチュエータ１の印加電圧は低く電歪アクチュエー
タ１は基準長さにあり、制御圧力室１４、油だまり２５
の噴射燃料圧とも規定圧にある。

【００５５】この状態では、シート部２１内面積にかか
るサック部２４の圧力と、（（第１ガイド軸３０の断面
積）−（シート部２１の断面積））にかかる噴射燃料圧
と、制御圧力室１４の受圧面１３０にかかる制御燃料圧
とによる上向きの荷重に対し、ニードル２０の頂面にか
かる燃料圧と、ニードルスプリング３５による下向き荷
重が勝っていることで、ニードル２０はシート部２１に
て着座している。

【００５６】所望する噴射開始時期の数十μｓ〜数十ｍ
ｓ以前の時点から噴射開始直前までの期間において、電
歪アクチュエータ１の印加電圧を徐々に増加し、電歪ア
クチュエータ１を伸長させることで制御圧力室１４の圧
力を上昇させる。この時の印加電圧増加量は、制御圧力
室１４がニードル２０の開弁の必要昇圧量より少なく、
かつ圧力脈動による開弁の発生しない緩やかな電圧増加
のため、ニードル２０は開弁しない。この動作を開弁前
昇圧と言う。

【００５７】開弁前昇圧の後、所望する開弁時期までは
電圧を維持する。所望する開弁時期に、電圧を更に上昇
させると、制御圧力室圧がニードル２０の開弁圧を越え
るため、ニードル２０は直ちに上昇する。開弁後、所望
する閉弁時期までは開弁後の印加電圧を維持し、ニード
ル２０のリフト量は維持される。

【００５８】所望する閉弁時期には、印加電圧を基準電
圧まで低下し、電歪アクチュエータ１を収縮させること
で制御圧力室１４の圧力を低下させ、ニードル２０の下
向き荷重が勝ることでニードル２０は下降し、着座した
時点で噴射は終了する。以上、前述の発明の各種実施形
態を用いて説明した燃料噴射弁及びその駆動方法を用い
ることにより、噴射率をその一噴射の期間内に変化させ
ることが可能となる。これにより、エンジン回転数や負
荷状況などのエンジン条件に応じた最適な噴射率で燃料
噴射することが可能となり、燃料消費の向上、排気ガス
の浄化などが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１ないし請求項４に記載された第１の発
明のうち、請求項１に対応する第１実施形態のシステム
図である。

【図２】第１の発明の第１実施形態に示す燃料噴射弁の
作動を説明する作動説明図である。

【図３】第１の発明の第１実施形態における、第１ガイ
ド軸３０、第２ガイド軸３２に各々油密を保持するＯリ
ング２０１、２０２を設けた場合の第１の発明のうち、
請求項１に対応する第２の実施形態のシステム図であ
る。

【図４】請求項１ないし請求項４に記載された第１の発
明のうち、請求項１に対応する第３実施形態のシステム
図である。

【図５】請求項１ないし請求項４に記載された第１の発
明のうち、請求項２に対応する第４実施形態のシステム
図である。

【図６】請求項１ないし請求項４に記載された第１の発
明のうち、請求項３に対応する第５実施形態のシステム
図である。

【図７】請求項１ないし請求項４に記載された第１の発
明のうち、請求項４に対応する第６の実施形態を示すシ
ステム図である。

【図８】第２の発明における第１実施形態で用いるレギ
ュレータの作動説明図である。

【図９】請求項６及び請求項７に記載された第３の発明
のうち、請求項６に対応する第１実施形態として、電歪
アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図であ
る。

【図１０】請求項６および請求項７に記載された第３の
発明のうち、請求項７に対応する第２の実施形態とし
て、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明
図である。

【図１１】請求項６及び請求項７に記載された第３の発
明のうち、請求項７に対応する第３実施形態として、電
歪アクチュエータの駆動方法を説明する作動説明図であ
る。

【図１２】請求項８に記載された第４の発明の第１実施
形態として、電歪アクチュエータの駆動方法を説明する
作動説明図である。

【図１３】電歪アクチュエータをアクチュエータとして
用いる公知の燃料噴射弁である特公平４−５４０６５に
示される燃料噴射弁の横断面図である。

【符号の説明】

１電歪アクチュエータ２噴射弁ケーシング１０ピストン１４制御圧力室２０ニードル２２ノズルケーシング２５油だまり３０第１ガイド軸３１第１ガイド穴３２第２ガイド軸３３第２ガイド穴４２制御燃料導入路４３オリフィス４４逆止弁４５噴射燃料流路４８燃料圧伝達路４９燃料室５０第３ガイド軸５１第３ガイド穴５２ロッド９０第４ガイド穴９１第４ガイド軸１００ニードルスプリング収納室１１０ドレン穴１１１第２の下向きの受圧面１３０第１の下向きの受圧面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電歪アクチュエータの伸縮に伴う制御圧
力室の容積変化に応じた圧力変化を受けて開閉弁する燃
料噴射弁において、ノズルケーシングの第１ガイド穴に
対して微小なクリアランスを保って油密に摺動可能であ
る第１ガイド軸と、噴射弁ケーシングもしくは中心軸に
貫通穴を有するピストンの第２ガイド穴に対して微小な
クリアランスを保って油密に摺動可能で、前記第１ガイ
ド軸の上方に形成され、かつ前記第１ガイド軸より広径
の第２ガイド軸と、前記第１ガイド軸と前記第２ガイド
軸の段差により形成される第１の下向きの受圧面を前記
制御圧力室に連通または露呈するニードルと、前記制御
圧力室と噴射燃料流路をつなぐ制御燃料導入路の中途
に、前記制御圧力室から前記噴射燃料流路への燃料流れ
を抑制する逆止弁と、急激な燃料流れを抑制するオリフ
ィスとを直列に設け、前記制御圧力室を前記電歪アクチ
ュエータにより加圧することで開弁して燃料を噴射する
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】電歪アクチュエータの伸縮に伴う制御圧
力室の容積変化に応じた圧力変化を受けて開閉弁する燃
料噴射弁において、ノズルケーシングの第１ガイド穴に
対して微小なクリアランスを保って油密に摺動し、油だ
まりと前記制御圧力室とを隔離する第１ガイド軸と、噴
射弁ケーシングに対して摺動するピストンの第２ガイド
穴に対して微小なクリアランスを保って油密に摺動可能
であり、前記制御圧力室とニードルスプリング収納室と
を隔離し、前記第１ガイド軸の上方に形成され、かつ前
記第１ガイド軸より広径の第２ガイド軸と、該第２ガイ
ド軸より上方に前記噴射弁ケーシングの第３ガイド穴に
対してわずかなクリアランスを保ち、油密に摺動する第
３ガイド軸とを有し、前記第１ガイド軸と前記第２ガイ
ド軸の段差により形成される第１の下向きの受圧面を前
記制御圧力室に露呈するニードルと、該ニードルの前記
第３ガイド軸の頂面周りの燃料室まで、燃料噴射弁に供
給される高圧の噴射燃料を導入する燃料圧伝達路と、前
記制御圧力室と噴射燃料流路をつなぐ制御燃料導入路の
途中に、前記制御圧力室から前記噴射燃料流路への燃料
流れを抑制する逆止弁と、急激な燃料流れを抑制するオ
リフィスとを直列に設け、前記制御圧力室を前記電歪ア
クチュエータにより加圧することで開弁して燃料を噴射
することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】電歪アクチュエータの伸縮に伴う制御圧
力室の容積変化に応じた圧力変化を受けて開閉弁する燃
料噴射弁において、ノズルケーシングの第１ガイド穴に
対して微小なクリアランスを保って油密に摺動しドレン
穴と前記制御圧力室とを隔離する第１のガイド軸と、ピ
ストンの第２ガイド穴に対して微小なクリアランスを保
って油密に摺動し、前記制御圧力室とニードルスプリン
グ収納室とを隔離し、前記第１ガイド軸の上方に形成さ
れ、かつ前記第１ガイド軸より広径の第２ガイド軸と、
該第２ガイド軸より上方に噴射弁ケーシングの第３のガ
イド穴に対してわずかなクリアランスを保ち上下方向に
油密に摺動する第３ガイド軸と、ノズルケーシングの第
４ガイド穴に対して微小なクリアランスを保って油密に
摺動し油だまりと前記ドレン穴とを隔離し、かつ前記第
１ガイド軸より細径の前記第４ガイド軸とを有し、前記
第１ガイド軸と前記第２ガイド軸の段差により形成され
る第１の下向きの受圧面を前記制御圧力室に露呈し、前
記第１ガイド軸と前記第４ガイド軸の段差により形成さ
れる第２の下向きの受圧面をドレン穴に露呈するニード
ルと、前記第３ガイド軸の頂面付近の燃料室に燃料噴射
弁に供給される噴射燃料を導入する燃料圧伝達路と、前
記制御圧力室と噴射燃料流路をつなぐ制御燃料導入路の
中途に、前記制御圧力室から前記噴射燃料流路への燃料
流れを抑制する逆止弁と、急激な燃料流れを抑制するオ
リフィスとを直列に設け、前記制御圧力室を前記電歪ア
クチュエータにより加圧することで開弁し燃料を噴射す
ることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】電歪アクチュエータの伸縮に伴う制御圧
力室の容積変化に応じた圧力変化を受けて開閉弁する燃
料噴射弁において、ノズルケーシングの第１ガイド穴に
対して微小なクリアランスを保って油密に摺動しドレン
穴と前記制御圧力室とを隔離する第１ガイド軸と、ピス
トンの第２ガイド穴に対して微小なクリアランスを保っ
て摺動し前記制御圧力室とニードルスプリング収納室と
を隔離し、前記第１ガイド軸の上方に形成され、かつ前
記第１ガイド軸より広径の第２ガイド軸と、ノズルケー
シングの第４ガイド穴に対して微小なクリアランスを保
って油密に摺動し油だまりと前記ドレン穴とを隔離し、
かつ前記第１ガイド軸より細径の前記第４ガイド軸とを
設け、前記第１ガイド軸と前記第２ガイド軸の段差によ
り形成される第１の下向きの受圧面を制御圧力室に露呈
し、前記第１ガイド軸と前記第４ガイド軸の段差により
形成される第２の下向きの受圧面をドレン穴に露呈する
ニードルと、噴射弁ケーシングの第３ガイド穴上方の燃
料室に燃料噴射弁に供給される噴射燃料を導入する燃料
圧伝達路と、前記噴射弁ケーシングの前記第３ガイド穴
に対してわずかなクリアランスを有して上下方向に油密
に摺動し、上端面に燃料室の圧力を受けることで押し下
げられ、下端を前記ニードル上面に接しているロッド
と、前記制御圧力室と噴射燃料流路をつなぐ制御燃料導
入路の中途に、前記制御圧力室から前記噴射燃料流路へ
の燃料流れを抑制する逆止弁と、急激な燃料流れを抑制
するオリフィスとを直列に設け、前記制御圧力室を前記
電歪アクチュエータにより加圧することで開弁し燃料を
噴射することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】前記制御圧力室と前記噴射燃料流路をつ
なぐ前記制御燃料導入路において、前記噴射燃料流路と
前記逆止弁との間にレギュレータを設け、前記制御圧力
室を噴射燃料圧に比べて低圧にしたことを特徴とする請
求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】電歪アクチュエータへの印加電圧を制御
することにより燃料噴射弁を開閉弁させる燃料噴射弁の
駆動方法において、前記電歪アクチュエータの伸長によ
る制御圧力室の圧力上昇により開弁する燃料噴射弁に対
して、前記電歪アクチュエータの印加電圧の時間的変化
を１噴射期間内で任意に変化させ、前記電歪アクチュエ
ータの変位量を１噴射期間内で任意に変化させることを
特徴とする電歪アクチュエータを用いた燃料噴射弁の駆
動方法。
【請求項７】電歪アクチュエータへの印加電圧を制御
することにより燃料噴射弁を開閉弁させる燃料噴射弁の
駆動方法において、前記電歪アクチュエータの伸長によ
る制御圧力室の圧力上昇により開弁する燃料噴射弁に対
して、前記電歪アクチュエータに印加する電圧を１噴射
期間内で数段階に変化して電歪アクチュエータの変位量
を１噴射期間内で段階的に変化させることを特徴とする
電歪アクチュエータを用いた燃料噴射弁の駆動方法。
【請求項８】電歪アクチュエータへの印加電圧を制御
することにより燃料噴射弁を開閉弁させる燃料噴射弁の
駆動方法において、前記電歪アクチュエータの伸長によ
る制御圧力室の圧力上昇により開弁する燃料噴射弁に対
して、前回の噴射終了から今回所望する噴射開始時期直
前までの噴射しない期間中に、前記電歪アクチュエータ
の伸長による前記制御圧力室の圧力上昇量が開弁に要求
される圧力上昇量よりもわずかに低くなるように前記電
歪アクチュエータに印加する電圧を徐々に上昇すること
により、要求開弁時期までは着座を維持する一方で、ニ
ードルに作用する上下方向の荷重差が少ない高圧状態に
まで加圧することを特徴とする電歪アクチュエータを用
いた燃料噴射弁の駆動方法。