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JP3197385B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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JP3197385B2
JP3197385B2 JP08931793A JP8931793A JP3197385B2 JP 3197385 B2 JP3197385 B2 JP 3197385B2 JP 08931793 A JP08931793 A JP 08931793A JP 8931793 A JP8931793 A JP 8931793A JP 3197385 B2 JP3197385 B2 JP 3197385B2
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fuel injection
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back pressure
injection
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猪頭　　敏彦
康行 榊原
和英 渡辺
毅彦 加藤
晃利 友田
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
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Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M2200/21—Fuel-injection apparatus with piezoelectric or magnetostrictive elements
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M2200/70—Linkage between actuator and actuated element, e.g. between piezoelectric actuator and needle valve or pump plunger
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射弁に関し、主噴
射後の二次噴射の発生を効果的に防止した燃料噴射弁に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図７には従来の燃料噴射弁の一例を示
す。図において、段付きに異径とした筒状のリテーナナ
ット４内には、先端面より下方へ突出せしめてノズルボ
デー８が設けてあり、該ノズルボデー８の先端に燃料を
噴射する噴孔８１が形成してある。
【０００３】上記ノズルボデー８内には上下動自在にニ
ードル弁５が設けてあり、その下端はノズルボデー８先
端内周のシートに接して上記噴孔８１を閉鎖している。
ニードル弁５の下半は小径となっており、その外周に
は、上半部との境界周りに形成された油だまり９１を経
て燃料通路９の一端が至っている。
【０００４】燃料通路９の他端は、ノズルボデー８の上
端に接してノックピン８２で位置決めされたディスタン
スピース６を経て、リテーニングナット４の開口にネジ
結合されノックピン３２で位置決めされた上端閉鎖の筒
状ケーシング３の周壁内を上方へ延び、その頂壁に開口
する燃料入口９２に至っている。
【０００５】上記ニードル弁５の上端は上記ディスタン
スピース６の中心に形成された小径の背圧室６１に臨ん
でおり、該背圧室６１内に挿置したコイルバネにより下
方へ付勢されている。上記ケーシング３内には、公知の
円板状セラミクス圧電素子を多数積層した電歪アクチュ
エータ１がその上端をケーシング壁に固定して収納して
あり、その下端面にはこれに接して、ケーシング３の内
周壁に沿って上下動自在のピストン部材２が設けてあ
る。
【０００６】ピストン部材２の下方には大径の変圧室３
１が形成され、この変圧室３１は連通流路６２により上
記背圧室６１と通じている。なお、上記ピストン部材２
は変圧室３１内に挿置した板バネ３３により上方へ付勢
されている。
【０００７】約５００Ｖの電圧を印加して電歪アクチュ
エータ１を伸長せしめた図示の状態から、通電を若干の
負電圧に切り換えると、上記アクチュエータ１は元の長
さに収縮復帰する。これに伴ってピストン部材２が上昇
するとともに、変圧室３１および背圧室６１の内圧の低
下に伴ってニードル弁５が押し上げられて噴孔８１が開
き、燃料が噴射される。
【０００８】かかる構造の燃料噴射弁は例えば特開昭５
９−２０６６６８号公報に記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記従来構造の燃料噴
射弁において、燃料噴射を停止すべく再び電歪アクチュ
エータ１に高電圧を印加し、これを伸長せしめて背圧室
６１を高圧にしニードル弁５を押し下げた時に、ニード
ル弁５のリフト量分、背圧室６１の容積が拡大して圧力
が低下する。この時生じた圧力脈動が連通流路６２から
変圧室３１に至ってピストン部材２に作用しアクチュエ
ータ１を伸縮振動せしめる結果、圧力脈動が増幅され再
び短時間ニードル弁５が開いて甚だしい場合は数回の二
次噴射を生じる。
【００１０】これを図８に示し、噴射時間を変えても、
主噴射Ｍの直後に必ず短時間の二次噴射Ｓが現れて、調
量精度および排気エミッションの悪化をもたらしてい
る。また、電歪アクチュエータの通電時間と燃料噴射量
のリニアリティも、図９に示す如く、二次噴射の存在に
より少噴射量領域で大きく悪化している。
【００１１】本発明はかかる課題を解決するもので、簡
単な構造で二次噴射の発生を防止し、燃料噴射特性を大
きく改善した燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と、通電により伸縮する電歪アクチュエータ１と、これ
と一体に前後動するピストン部材２と、作動流体が封入
され、該ピストン部材２の前進時に昇圧せしめられる変
圧室３１と、該変圧室３１と連通しこれよりも径の小さ
い背圧室６１と、該背圧室６１に基端が臨み、背圧室６
１の圧力上昇に応じて前進して燃料噴孔８１を閉じるニ
ードル弁５とを具備する燃料噴射弁において、上記変圧
室３１と背圧室６１を結ぶ連通流路６２に、上記ピスト
ン部材２の前進時に作動して上記連通流路６２の流路面
積を減少する絞り部２２を設けたものである。
【００１３】
【作用】主噴射を終了する場合には、電歪アクチュエー
タ１によりピストン部材２が前進せしめられる。これに
伴い、変圧室３１の内圧が上昇するとともに、これに連
通する背圧室６１の内圧も上昇してニードル弁５が前進
し燃料噴孔８１が閉じられる。この過程で背圧室６１内
で圧力脈動が生じる。
【００１４】ここにおいて、ピストン部材２の前進時に
絞り部２２が作動して連通流路６２の入口流路面積が縮
小せしめられ、その流通抵抗が増大しているから、背圧
室６１から変圧室３１への圧力脈動の伝達は効果的に抑
制され、ピストン部材２により脈動が増幅されることが
ない為、ニードル弁５の後退は生じない。かくして、主
噴射終了時にニードル弁５が再度開いて二次噴射を生じ
る不具合は防止される。
【００１５】主噴射を開始する場合には、ピストン部材
２が後退せしめられる。この時、絞り部２２は作動しな
いから、変圧室３１の内圧低下は連通流路６２を経て速
やかに背圧室６１へ伝達され、ニードル弁５が速やかに
後退して燃料噴射が開始される。
【００１６】
【実施例１】図１には本発明の一実施例における燃料噴
射弁を示し、基本構造は既に説明した従来のものと同一
である。したがって、以下は相違点を中心に説明する。
【００１７】図において、電歪アクチュエータ１の下端
面に接するピストン部材２は、変圧室３１に臨む下面の
中心部が突出しており、ピストン部材２が前進した図示
の状態で、その突出する絞り部２２がディスタンスピー
ス６の上面に近接して小間隙の絞り流路２１を形成して
対向している。そして、変圧室３１は実質的にピストン
部材２の下面外周部とディスタンスピース６の間に形成
されている。
【００１８】ニードル弁５は背圧室６１の圧力上昇によ
り前進（下降）せしめられて燃料噴孔８１を閉じるが、
この間に背圧室６１内で圧力脈動が生じる。ここにおい
て、背圧室６１と変圧室３１を連通する連通流路６２
は、上記ピストン部材２の前進に伴い形成された絞り流
路２１により実質的にその流路面積が縮小し、流路抵抗
が増大しているから、背圧室６１から変圧室３１への圧
力脈動の伝達が効果的に抑制され、ピストン部材２によ
り脈動が増幅されることがない。これにより、ニードル
弁５の後退が阻止される。
【００１９】この効果を図２に示し、絞り流路２１の間
隙が小さくなる程、変圧室３１の脈動は小さくなり、圧
力脈動の伝達は抑制されていることが知られる。そし
て、上記間隙を０．１ｍｍ以下に設定すると、二次噴射
の発生は完全に防止される。
【００２０】この効果を更に図３に示し、燃料噴射時間
を変更しても、主噴射Ｍの後に二次噴射を生じることは
ない。また、電歪アクチュエータ１の通電時間と燃料噴
射量のリニアリティも、図４に示す如く、二次噴射を防
止したことにより少噴射量領域での大幅な悪化が回避さ
れている。
【００２１】かくして、ピストン部材２の形状を一部変
更するのみで、別体の絞り部材を設けることなく、簡易
な構造で二次噴射を防止することができる。
【００２２】
【実施例２】図５において、背圧室６１と変圧室３１を
連通する連通流路６２は一部を大径として絞り部たる絞
り弁７が収納してある。絞り弁７は下方へ開放する筒状
をなし、その頂壁に絞り孔７１が形成してある。絞り弁
７はその頂壁とニードル弁５の上端との間に配したコイ
ルバネ７３により上方へ付勢されている。絞り弁７の外
周面と頂壁上端には一部に、上方へ延びて頂面に至りさ
らに連通流路６２に通じる側面流路７２、及び上端流路
７４が形成してある。
【００２３】図はピストン部材２が前進してニードル弁
５を閉鎖してから暫く経過した後を示すもので、絞り弁
７はコイルバネ７３により上端位置に保持されている。
この状態でピストン部材２を後退せしめると、背圧室６
１より絞り弁７の側面流路７２、上端流路７４および連
通流路６２を経て作動流体が速やかに変圧室３１へ流入
し、ニードル弁５が後退して燃料噴孔８１が開かれる。
【００２４】噴射停止時にはピストン部材２が前進し、
作動流体が変圧室３１より背圧室６１へ流入するのに伴
って、絞り弁７が下降して下端位置のストッパ壁６３に
当接する。背圧室６１の内圧は上昇してニードル弁５を
前進せしめ、燃料噴孔８１を閉じる。この間に背圧室６
１内で圧力脈動が生じるが、絞り弁７の絞り孔７１によ
り連通流路６２の径は実質的に縮小しているから、圧力
脈動の伝達は抑制され、ピストン部材２により脈動が増
幅されることがない為、ニードル弁５の後退が阻止され
て二次噴射の発生が回避される。
【００２５】この場合の効果を図６に示し、図より知ら
れる如く、側面流路７２と絞り孔７１の断面積の比を一
定の関係（０．０９〜０．４）にすると良好な結果が得
られる（図中○印）。側面流路７２の大きさは絞り弁７
の体格で制限されるから、それ以下で図の関係を満足す
る範囲で使用する。なお、絞り孔７１を小さくしても側
面流路７２が大きいと所期の効果を得ることができない
のは、ピストン２前進時に作動流体が側面流路７２を経
て流通してしまい、絞り弁７の下降が速やかに行われな
いからである。
【００２６】かくして、連通流路６２に簡易な構造の絞
り弁７を設けたことにより、二次噴射を効果的に防止す
ることができ、上記実施例と同様の効果が得られる。ま
た、別体の絞り弁７により種々の使用条件に対応するこ
とができる。
【００２７】
【発明の効果】以上の如く、本発明の燃料噴射弁によれ
ば、簡単な構造で二次噴射を効果的に防止することがで
き、調量精度の向上、噴射量リニアリティの改善等、噴
射特性を大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における燃料噴射弁の全体断
面図である。
【図２】絞り流路の間隙と二次噴射の関係を示すグラフ
である。
【図３】噴射率のタイムチャートである。
【図４】噴射時間と噴射量リニアリティの関係を示すグ
ラフである。
【図５】本発明の実施例２における燃料噴射弁の部分拡
大断面図である。
【図６】二次噴射の有無を示すグラフである。
【図７】従来の燃料噴射弁の全体断面図である。
【図８】噴射率のタイムチャートである。
【図９】噴射時間と噴射量リニアリティの関係を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
１ 電歪アクチュエータ ２ ピストン部材 ２２ 絞り部 ３１ 変圧室 ８１ 燃料噴孔 ５ ニードル弁 ６１ 背圧室 ６２ 連通流路 ７ 絞り弁（絞り部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榊原 康行 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 渡辺 和英 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 加藤 毅彦 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式 会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 友田 晃利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 平４−11256（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 51/06 F02M 47/00 - 47/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通電により伸縮する電歪アクチュエータ
    と、これと一体に前後動するピストン部材と、作動流体
    が封入され、該ピストン部材の前進時に昇圧せしめられ
    る変圧室と、該変圧室と連通しこれよりも径の小さい背
    圧室と、該背圧室に基端が臨み、背圧室の圧力上昇に応
    じて前進して燃料噴孔を閉じるニードル弁とを具備する
    燃料噴射弁において、上記変圧室と背圧室を結ぶ流路
    に、上記ピストン部材の前進時に作動して上記流路面積
    を減少する絞り部を設けたことを特徴とする燃料噴射
    弁。
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