【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の燃料噴射弁として、電歪素子を利用した高速応答性の高い燃料噴射弁が、従来特開平６−２８０７１１号公報等によって提案されている。
【０００３】
これを図４、図５によって説明すると、噴射弁本体１８の先端のハウンジグ３の内部には噴口１を開閉する針弁２が配置される。針弁２が開くと噴口１は主燃圧室２０と接続して燃料を噴射するが、この主燃圧室２０には燃料通路１７を介して加圧燃料が導入される。
【０００４】
針弁２の基端のピストン部２ａはシリンダ状の差圧室６に挿入され、この差圧室６はピストン部２ａの外周の間隙で構成されるオリフィス１０を介して主燃圧室２０と連通する。差圧室６には針弁２を閉弁方向に付勢するバネ２２が介装される。
【０００５】
さらに差圧室６の背面にはシリンダ状の容積の大きな主差圧室７が形成され、主差圧室７にはプランジャ１４が摺動自由に挿入される。この主差圧室７と前記差圧室６とは隔壁８に設けた主通路８ａを介して互いに連通する。プランジャ１４の周囲にはシール性を保持するためにＯリング１３が嵌められる。
【０００６】
主差圧室７はプランジャ１４の移動によって容積が変化し、これにより主差圧室７及び差圧室６の圧力を変化させる。プランジャ１４を移動させるための電歪素子としてプランジャ軸方向に多段に積層したピエゾ素子１１が設けられる。
【０００７】
燃料噴射弁が噴口１を閉じた状態において、燃料通路１７からの加圧燃料が本体１８の内部、つまり主燃圧室２０、差圧室６、主差圧室７に充満している。
【０００８】
この状態において、ピエゾ素子１１への通電を遮断すると、ピエゾ素子１１が瞬時に収縮し、これに追従して皿バネ１２に押されてプランジャ１４が後退する。これにより主差圧室７及びこれと連通する差圧室６の容積空間が拡大し、圧力が低下する。このとき針弁２のピストン部２ａの周囲のオリフィス１０を経由して主燃圧室２０から差圧室６に燃料が流入するが、オリフィス１０による絞り効果で、圧力の回復には所定の時間がかかる。
【０００９】
このようにして差圧室６の圧力が主燃圧室２０の圧力よりも低下すると、ピストン部２ａの前後に作用する圧力差により、バネ２２に抗して針弁２が即座に後退して噴口１を開き、主燃圧室２０の加圧燃料を噴口１から噴射する。
【００１０】
所定の噴射時間が経過によりピエゾ素子１１に通電すると、ピエゾ素子１１が瞬時に膨張し、バネ１２に抗してプランジャ１４が移動し、主差圧室７の容積空間を狭める。このため、即座に主差圧室７及び差圧室６の圧力が回復し、バネ２２の付勢力により、針弁２は瞬時に閉弁し、燃料の噴射が終了する。
【００１１】
したがって、燃料の噴射はピエゾ素子１１への通電を停止すると始まり、通電を再開すると停止し、燃料噴射量は通電停止時間に比例することになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料噴射弁にあっては、図５にも示すように、針弁２が開くときに、差圧室６と主差圧室７との合計の容積空間が大きく、しかもＯリング１３が圧力変化を妨げる方向への変形（主として外周との摩擦により生じる変形）により、ピエゾ素子１１の収縮と共にプランジャ１４が移動したときの圧力変化に遅れが生じる。
【００１３】
この結果、図３にもあるように、開弁時に針弁２の立ち上がりの応答性に遅れが生じ、またこのことは閉弁時にも立ち下がりの応答遅れとなって現れる。さらに、針弁２がフルリフトしたときのバウンシングも発生しやすく、これらは燃料噴射特性の応答性や安定性を低下させる原因となっていた。
【００１４】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、噴口を開閉する針弁と、噴口へ燃料を圧送する主燃圧室と、針弁の背面側のピストン部が摺動自由に挿入される差圧室と、前記主燃圧室と差圧室とを連通するオリフィスと、前記差圧室の容積を電歪素子の伸縮に応じて変化させるプランジャとを備えた燃料噴射弁において、前記ピストン部の背面に形成した補助差圧室と、この補助差圧室に摺動自由に挿入される前記プランジャと一体に設けた補助プランジャと、補助差圧室を差圧室と連通するオリフィスとを備える。
【００１６】
第２の発明は、前記プランジャの外周摺動面にはＯリングが介装され、前記差圧室は補助差圧室よりも容積空間が大きく、前記各オリフィスはそれぞれピストン部並びに補助プランジャの摺動間隙として形成される。
【００１７】
【発明の作用・効果】
第１の発明によると、電歪素子への通電を制御し、電歪素子が収縮すると、プランジャが追従移動し、差圧室の圧力が低下する。同時に補助プランジャの移動により補助差圧室が拡大し、同じく圧力が低下する。補助差圧室は差圧室に比較して容積が小さく、圧力変化の応答性が高い。このため針弁のピストン部にかかる主燃圧室の燃料圧力により針弁が応答よくリフトし、噴口から加圧燃料を噴射する。また、電歪素子の逆方向への変形によりプランジャが移動したときにも、補助差圧室は直ちに容積が減少し、補助差圧室の圧力上昇の応答性が高まり、差圧室の上昇圧力と共にピストン部を押圧し、これらにより燃料噴射特性の応答性が向上する。
【００１８】
また補助差圧室に摺動自由な補助プランジャはダンパとしても機能し、針弁の開閉弁時のバウンシングを抑制できるという効果もあり、燃料噴射の安定性も改善される。
【００１９】
第２の発明では、プランジャ外周のシール用のＯリングがプランジャの摺動に伴って変形しても、補助差圧室の圧力変化は応答よく行われ、燃料噴射特性の応答性が向上する。
【００２０】
【実施の形態】
以下、本発明の最良の実施の形態を図にしたがって説明する。
【００２１】
図１、図２において、針弁２のピストン部２ａには、差圧室６に面する端面から同軸的に軸孔５ａが設けられ、ここにプランジャ１４から同軸的に突出させた補助プランジャ１４ａが挿入され、補助差圧室５を区画形成している。
【００２２】
補助プランジャ１４ａは軸孔５ａの内周とは所定の摺動間隙をもって摺動し、この摺動間隙によりオリフィス９を形成している。つまり、プランジャ１４から突出した補助プランジャ１４ａは、連通路８を通して差圧室６側へと伸び出し、かつ先端部が補助差圧室５に挿入され、針弁２が噴口１を閉じた状態において、補助差圧室５に所定の容積空間を付与している。
【００２３】
なお、連通路８と補助プランジャ１４ａの間隙は、オリフィス９，１０に比較して大きくとってあり、差圧室６と主差圧室７とに圧力差を発生させる絞りとはならない。
【００２４】
その他の構成、例えば、プランジャ１４を移動させるピエゾ素子１１、針弁２によって開閉される噴口１、針弁２の開弁時に噴口１と接続する主燃圧室２０など、前記図４のものと実質的に同一であり、また、針弁２はバネ４によって閉弁方向に付勢される。なお、１５はピエゾ素子１１の他端を支持する素子固定板、１６は栓体、１９はピエゾ素子１１への制御電流を導くリード線である。
【００２５】
次に図３を参照しながら作用を説明する。
【００２６】
図１の状態からピエゾ素子１１への通電を断ち、ピエゾ素子１１を収縮させると、プランジャ１４が皿バネ１２に押されて追従変位し、主差圧室７の容積空間を拡大し、この拡大空間にはオリフィス１０を介して燃料が導入されるが、その絞り効果により、主差圧室７及びこれと連通する差圧室６の圧力が低下する。
【００２７】
これと同時に補助プランジャ１４ａの移動により、補助差圧室５の容積空間が拡大し、この補助差圧室５の拡大空間にはオリフィス９を介して差圧室６から燃料が導かれるが、同じく絞り効果により、補助差圧室５の圧力が低下する。
【００２８】
この場合、主差圧室７及びこれと連通する差圧室６は合計容積が大きく、かつプランジャ１４の外周に嵌めたＯリング１３の摩擦による拡大容積を埋める方向への変形もあり、圧力変化の応答性が遅れがちとなるが、Ｏリングも無く、容積空間の小さい補助差圧室５では、補助プランジャ１４ａの移動による圧力の変化が急峻で、このため、針弁２のピストン部２ａの軸方向の前後には、主としてこの補助差圧室５の急峻な圧力低下に伴って、応答性よく大きな差圧力が発生し、針弁２の開弁方向への立ち上がり速度が速められる。
【００２９】
そして針弁２がフルリフトした直後に戻り方向に動き、バウンシングを生じようとするが、これに対しては、オリフィス９を介してのみ差圧室６と連通する補助差圧室５に挿入される補助プランジャ１４ａが、ダンパとしての機能を発揮し、ピストン部２ａの挙動を安定させ、針弁２のバウンシングを抑制する。このため、開弁直後から針弁２は安定してフルリフト量を維持することができる。
【００３０】
このようにして針弁２の開弁応答速度が向上する結果、噴口１から噴射される燃料噴霧の微粒化も良好となる。
【００３１】
燃料噴射を終了させるためにピエゾ素子１１への通電を再開すると、ピエゾ素子１１の膨張によりプランジャ１４が押され、主差圧室７、差圧室６の容積が圧縮され、同時に補助プランジャ１４ａにより補助差圧室５の容積も圧縮され、これら差圧室圧力の上昇により、針弁２は閉弁方向に駆動され、とくに補助差圧室５の圧力変化の応答性が高いことから、針弁２の立ち下がりの応答性も良く、かつ前記と同じくダンパ機能により、針弁２の閉弁時のバウンシングも抑制され、これらにより応答よく燃料噴射を停止させることができ、かつ噴射停止時の燃料切れも良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】要部の拡大図である。
【図３】開弁作動特性を従来と比較して示す特性図である。
【図４】従来例の概略断面図である。
【図５】同じく要部の拡大図である。
【符号の説明】
１ 噴口
２ 針弁
２ａ ピストン部
４ バネ
５ 補助差圧室
６ 差圧室
７ 主差圧室
９ オリフィス
１０ オリフィス
１１ ピエゾ素子
１２ 皿バネ
１３ Ｏリング
１４ プランジャ
１４ａ 補助プランジャ
２０ 主燃圧室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a fuel injection valve for an internal combustion engine, a high-speed responsive fuel injection valve using an electrostrictive element has been proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-280711.
[0003]
This will be described with reference to FIGS. 4 and 5. A needle valve 2 that opens and closes the nozzle 1 is disposed inside the hound 3 at the tip of the injection valve body 18. When the needle valve 2 is opened, the nozzle 1 is connected to the main fuel pressure chamber 20 to inject fuel, and pressurized fuel is introduced into the main fuel pressure chamber 20 via the fuel passage 17.
[0004]
The piston portion 2a at the base end of the needle valve 2 is inserted into a cylindrical pressure differential chamber 6, and this differential pressure chamber 6 communicates with the main fuel pressure chamber 20 via an orifice 10 formed by a gap on the outer periphery of the piston portion 2a. To do. A spring 22 that biases the needle valve 2 in the valve closing direction is interposed in the differential pressure chamber 6.
[0005]
Further, a main differential pressure chamber 7 having a large cylindrical volume is formed on the back surface of the differential pressure chamber 6, and a plunger 14 is slidably inserted into the main differential pressure chamber 7. The main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 communicate with each other through a main passage 8 a provided in the partition wall 8. An O-ring 13 is fitted around the plunger 14 in order to maintain a sealing property.
[0006]
The volume of the main differential pressure chamber 7 is changed by the movement of the plunger 14, thereby changing the pressure in the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6. Piezoelectric elements 11 stacked in multiple stages in the plunger axial direction are provided as electrostrictive elements for moving the plunger 14.
[0007]
When the fuel injection valve closes the nozzle hole 1, the pressurized fuel from the fuel passage 17 fills the inside of the main body 18, that is, the main fuel pressure chamber 20, the differential pressure chamber 6, and the main differential pressure chamber 7.
[0008]
In this state, when the energization to the piezo element 11 is interrupted, the piezo element 11 contracts instantaneously, and the plunger 14 moves backward by being pushed by the disc spring 12 following this. As a result, the volume space of the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 communicating with the main differential pressure chamber 7 is expanded, and the pressure is reduced. At this time, fuel flows from the main fuel pressure chamber 20 into the differential pressure chamber 6 via the orifice 10 around the piston portion 2a of the needle valve 2, but due to the throttling effect of the orifice 10, a predetermined time is required for pressure recovery. Take it.
[0009]
When the pressure in the differential pressure chamber 6 falls below the pressure in the main fuel pressure chamber 20 in this manner, the needle valve 2 is immediately retracted against the spring 22 due to the pressure difference acting before and after the piston portion 2a, and the nozzle hole. 1 is opened and the pressurized fuel in the main fuel pressure chamber 20 is injected from the nozzle 1.
[0010]
When the piezo element 11 is energized with the passage of a predetermined injection time, the piezo element 11 is instantaneously expanded, the plunger 14 moves against the spring 12, and the volume space of the main differential pressure chamber 7 is narrowed. For this reason, the pressures in the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 are immediately recovered, and the needle valve 2 is instantaneously closed by the biasing force of the spring 22, and the fuel injection is completed.
[0011]
Therefore, the fuel injection starts when the energization to the piezo element 11 is stopped, stops when the energization is resumed, and the fuel injection amount is proportional to the energization stop time.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a fuel injection valve, as shown in FIG. 5, when the needle valve 2 is opened, the total volume space of the differential pressure chamber 6 and the main differential pressure chamber 7 is large, and O Due to the deformation in the direction in which the ring 13 prevents the pressure change (mainly due to the friction with the outer periphery), the pressure change when the plunger 14 moves with the contraction of the piezo element 11 is delayed.
[0013]
As a result, as shown in FIG. 3, a delay occurs in the responsiveness of the rise of the needle valve 2 when the valve is opened, and this also appears as a response delay of the fall when the valve is closed. Further, bouncing when the needle valve 2 is fully lifted is likely to occur, which causes a decrease in the responsiveness and stability of the fuel injection characteristics.
[0014]
The present invention aims to solve such problems.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The first invention includes a needle valve that opens and closes a nozzle hole, a main fuel pressure chamber that pumps fuel to the nozzle hole, a differential pressure chamber in which a piston portion on the back side of the needle valve is slidably inserted, and the main fuel pressure chamber The auxiliary differential pressure chamber formed on the back surface of the piston portion in a fuel injection valve comprising an orifice communicating with the differential pressure chamber and a plunger for changing the volume of the differential pressure chamber according to the expansion and contraction of the electrostrictive element And an auxiliary plunger provided integrally with the plunger that is slidably inserted into the auxiliary differential pressure chamber, and an orifice that communicates the auxiliary differential pressure chamber with the differential pressure chamber.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, an O-ring is interposed on the outer peripheral sliding surface of the plunger, the differential pressure chamber has a larger volume space than the auxiliary differential pressure chamber, and the orifices respectively slide the piston portion and the auxiliary plunger. It is formed as a moving gap.
[0017]
[Operation and effect of the invention]
According to the first invention, when the electrostrictive element is energized and the electrostrictive element contracts, the plunger follows and moves, and the pressure in the differential pressure chamber decreases. At the same time, the auxiliary differential pressure chamber expands due to the movement of the auxiliary plunger, and the pressure also decreases. The auxiliary differential pressure chamber is smaller in volume than the differential pressure chamber and has high response to pressure change. For this reason, the needle valve lifts with good response due to the fuel pressure in the main fuel pressure chamber applied to the piston portion of the needle valve, and the pressurized fuel is injected from the nozzle. Also, when the plunger moves due to the deformation of the electrostrictive element in the reverse direction, the volume of the auxiliary differential pressure chamber immediately decreases, and the responsiveness of the pressure increase in the auxiliary differential pressure chamber increases, and the pressure rise in the differential pressure chamber At the same time, the piston portion is pressed, and these improve the responsiveness of the fuel injection characteristics.
[0018]
In addition, the auxiliary plunger that is freely slidable in the auxiliary differential pressure chamber also functions as a damper, which has the effect of suppressing bouncing when the needle valve is opened and closed, and improves the stability of fuel injection.
[0019]
In the second invention, even if the O-ring for sealing the outer periphery of the plunger is deformed as the plunger slides, the pressure change in the auxiliary differential pressure chamber is performed with good response, and the responsiveness of the fuel injection characteristics is improved.
[0020]
Embodiment
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0021]
1 and 2, the piston portion 2 a of the needle valve 2 is provided with a shaft hole 5 a coaxially from an end surface facing the differential pressure chamber 6, and an auxiliary plunger 14 a coaxially protruding from the plunger 14 here. Is inserted to define the auxiliary differential pressure chamber 5.
[0022]
The auxiliary plunger 14a slides on the inner periphery of the shaft hole 5a with a predetermined sliding gap, and the orifice 9 is formed by this sliding gap. That is, the auxiliary plunger 14 a protruding from the plunger 14 extends to the differential pressure chamber 6 side through the communication path 8, and the distal end is inserted into the auxiliary differential pressure chamber 5, and the needle valve 2 closes the nozzle 1. The auxiliary differential pressure chamber 5 is provided with a predetermined volume space.
[0023]
The gap between the communication passage 8 and the auxiliary plunger 14a is larger than that of the orifices 9 and 10, and does not become a throttle that generates a pressure difference between the differential pressure chamber 6 and the main differential pressure chamber 7.
[0024]
Other configurations such as the piezo element 11 that moves the plunger 14, the nozzle 1 that is opened and closed by the needle valve 2, and the main fuel pressure chamber 20 that is connected to the nozzle 1 when the needle valve 2 is opened are substantially the same as those in FIG. The needle valve 2 is urged in the valve closing direction by the spring 4. Reference numeral 15 denotes an element fixing plate that supports the other end of the piezo element 11, 16 denotes a plug, and 19 denotes a lead wire for guiding a control current to the piezo element 11.
[0025]
Next, the operation will be described with reference to FIG.
[0026]
When the piezo element 11 is de-energized from the state of FIG. 1 and the piezo element 11 is contracted, the plunger 14 is pushed and displaced by the disc spring 12, and the volume space of the main differential pressure chamber 7 is expanded. Fuel is introduced into the space through the orifice 10, but due to the throttling effect, the pressure in the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 communicating therewith decreases.
[0027]
At the same time, the movement of the auxiliary plunger 14 a expands the volume space of the auxiliary differential pressure chamber 5, and fuel is guided from the differential pressure chamber 6 to the expanded space of the auxiliary differential pressure chamber 5 through the orifice 9. Due to the throttling effect, the pressure in the auxiliary differential pressure chamber 5 decreases.
[0028]
In this case, the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 communicating with the main differential pressure chamber 7 have a large total volume, and there is also a deformation in the direction of filling the expanded volume due to friction of the O-ring 13 fitted on the outer periphery of the plunger 14, and the pressure change However, in the auxiliary differential pressure chamber 5 having no O-ring and a small volume space, the pressure change due to the movement of the auxiliary plunger 14a is steep, so that the piston portion 2a of the needle valve 2 is Before and after the axial direction, a large differential pressure is generated with good responsiveness mainly due to a steep pressure drop in the auxiliary differential pressure chamber 5, and the rising speed of the needle valve 2 in the valve opening direction is increased.
[0029]
Immediately after the needle valve 2 is fully lifted, the needle valve 2 moves in the return direction and tries to cause bouncing, but this is inserted into the auxiliary differential pressure chamber 5 that communicates with the differential pressure chamber 6 only through the orifice 9. The auxiliary plunger 14a exhibits a function as a damper, stabilizes the behavior of the piston portion 2a, and suppresses bouncing of the needle valve 2. For this reason, the needle valve 2 can maintain the full lift amount stably immediately after the valve is opened.
[0030]
As a result of improving the valve opening response speed of the needle valve 2 in this way, the atomization of the fuel spray injected from the nozzle 1 is also improved.
[0031]
When energization to the piezo element 11 is resumed to end the fuel injection, the plunger 14 is pushed by the expansion of the piezo element 11, and the volumes of the main differential pressure chamber 7 and the differential pressure chamber 6 are compressed, and at the same time by the auxiliary plunger 14a. The volume of the auxiliary differential pressure chamber 5 is also compressed, and the needle valve 2 is driven in the valve closing direction due to an increase in the pressure of these differential pressure chambers. In particular, the responsiveness of the pressure change in the auxiliary differential pressure chamber 5 is high. 2 has good responsiveness at the fall, and the damper function as described above also suppresses bouncing when the needle valve 2 is closed, so that fuel injection can be stopped responsively, and the fuel when the injection is stopped Cutting is also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a main part.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a valve opening operation characteristic in comparison with a conventional one.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a conventional example.
FIG. 5 is an enlarged view of the main part.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Injection nozzle 2 Needle valve 2a Piston part 4 Spring 5 Auxiliary differential pressure chamber 6 Differential pressure chamber 7 Main differential pressure chamber 9 Orifice 10 Orifice 11 Piezo element 12 Belleville spring 13 O-ring 14 Plunger 14a Auxiliary plunger 20 Main fuel pressure chamber
