JPH10159673A - Injection valve - Google Patents
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- JPH10159673A JPH10159673A JP32285796A JP32285796A JPH10159673A JP H10159673 A JPH10159673 A JP H10159673A JP 32285796 A JP32285796 A JP 32285796A JP 32285796 A JP32285796 A JP 32285796A JP H10159673 A JPH10159673 A JP H10159673A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの燃料噴
射弁等に適用される、圧電素子をアクチュエータとする
弁構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve structure using a piezoelectric element as an actuator, which is applied to an engine fuel injection valve or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】自動車用エンジンに備えられる燃料噴射
弁等に、印加電圧に応じて伸張する積層圧電素子（ピエ
ゾ素子）を用いてニードル（弁体）を開弁作動させるも
のがあった。ニードルを圧電素子により駆動することに
より、燃料噴射弁の高速応答性が高まり、高出力化がは
かれる。また、少量の燃料を安定して噴射することが可
能となり、燃費の低減がはかれる。2. Description of the Related Art Some fuel injection valves and the like provided in an automobile engine open a needle (valve element) using a laminated piezoelectric element (piezo element) that expands in accordance with an applied voltage. By driving the needle by the piezoelectric element, the high-speed response of the fuel injection valve is improved, and the output is increased. In addition, it is possible to stably inject a small amount of fuel, thereby reducing fuel consumption.
【０００３】従来、この種の燃料噴射弁として、例えば
図７に示すようなものがある。(特開平２−１１２６６
３号公報、参照)。Conventionally, as this type of fuel injection valve, for example, there is one as shown in FIG. (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 3, reference).
【０００４】これについて説明すると、ノズルボディ５
１にニードル５２が摺動可能に収装される。ノズルボデ
ィ５１の内部にはニードル５２のまわりに燃料室５３が
画成される。ノズルボディ５１の先端に噴口５１ｂが開
口し、噴口５１ｂはニードル５２によって開閉される。[0004] To explain this, the nozzle body 5
1, the needle 52 is slidably housed. A fuel chamber 53 is defined inside the nozzle body 51 around the needle 52. A nozzle 51b is opened at the tip of the nozzle body 51, and the nozzle 51b is opened and closed by a needle 52.
【０００５】図示しない燃料噴射ポンプから圧送される
燃料は、燃料入口６３から燃料通路６２を通して燃料室
５３に導入され、ニードル５２のリフトに伴って噴口５
１ｂから噴射される。Fuel fed from a fuel injection pump (not shown) is introduced into a fuel chamber 53 from a fuel inlet 63 through a fuel passage 62, and the injection port 5 is moved with the lift of the needle 52.
1b.
【０００６】ニードル５２を閉弁方向に付勢するコイル
状のスプリング５４が設けられる。A coil-shaped spring 54 for urging the needle 52 in the valve closing direction is provided.
【０００７】ニードル５２を開弁方向に駆動する圧電素
子６０が設けられる。圧電素子６０はリード線６８を介
して電圧が印加されることによりスプリング５４に抗し
て伸長し、リテーナ６７を介してニードル６２をリフト
させる。[0007] A piezoelectric element 60 for driving the needle 52 in the valve opening direction is provided. The piezoelectric element 60 expands against the spring 54 when a voltage is applied via the lead wire 68, and lifts the needle 62 via the retainer 67.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料噴射弁にあっては、金属製のニードル５
２とノズルボディ５１の間に線膨張係数の異なる圧電素
子６０が介装される構造のため、燃料噴射弁の温度が変
化すると、ノズルボディ５１と圧電素子６０の間に熱膨
張差が生じ、この結果ニードル５２のリフト量が変わっ
て、所期の燃料噴射量が得られないという問題点が考え
られる。However, in such a conventional fuel injection valve, a metal needle 5 is required.
Due to the structure in which the piezoelectric elements 60 having different linear expansion coefficients are interposed between the nozzle body 51 and the nozzle body 51, when the temperature of the fuel injection valve changes, a thermal expansion difference occurs between the nozzle body 51 and the piezoelectric element 60, As a result, there is a problem that the lift amount of the needle 52 changes and the desired fuel injection amount cannot be obtained.
【０００９】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、圧電素子をアクチュエータとする噴射弁にお
いて、噴射量のバラツキを抑えることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to suppress variations in injection amount in an injection valve using a piezoelectric element as an actuator.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の噴射弁
は、流体通路から導かれる加圧流体を噴射する噴口と、
軸方向に移動して噴口を開閉するニードルと、印加され
る電圧により伸長してニードルを軸方向に押圧する圧電
素子と、圧電素子の基端に結合されるピストンと、ピス
トンを摺動可能に収装するケーシングと、圧電素子を圧
縮する方向にピストンを付勢する付勢手段と、ピストン
とケーシングとの間に画成されるダンパ室と、ダンパ室
に出入りする流体に抵抗を付与する絞り通路とを備える
ものとした。According to a first aspect of the present invention, there is provided an injection valve for injecting a pressurized fluid guided from a fluid passage;
A needle that moves in the axial direction to open and close the nozzle, a piezoelectric element that expands by an applied voltage and presses the needle in the axial direction, a piston that is coupled to the base end of the piezoelectric element, and allows the piston to slide. A casing to be accommodated, biasing means for biasing the piston in a direction to compress the piezoelectric element, a damper chamber defined between the piston and the casing, and a throttle for imparting resistance to the fluid flowing into and out of the damper chamber And a passage.
【００１１】請求項２に記載の噴射弁は、請求項１に記
載の発明において、前記絞り通路がダンパ室に出入りす
る流体に付与する抵抗を、ニードルの開弁期間中におけ
るダンパ室の降下圧力ΔＰをダンパ室の最大圧力差の１
０％以内となるように設定するものとした。According to a second aspect of the present invention, in the injection valve according to the first aspect, the resistance which the throttle passage imparts to the fluid flowing into and out of the damper chamber is controlled by the pressure drop of the damper chamber during the valve opening period of the needle. ΔP is 1 of the maximum pressure difference of the damper chamber.
It was set to be within 0%.
【００１２】請求項３に記載の噴射弁は、請求項１また
は２に記載の発明において、前記流体通路と絞り通路を
連通する連通路をケーシングに形成するものとした。According to a third aspect of the present invention, in the injection valve according to the first or second aspect, a communication passage connecting the fluid passage and the throttle passage is formed in the casing.
【００１３】請求項４に記載の噴射弁は、請求項３に記
載の発明において、前記ケーシングに螺合するボルトを
備え、ボルトにダンパ室と連通路を結ぶ絞り通路を形成
するものとした。According to a fourth aspect of the present invention, in the injection valve according to the third aspect of the present invention, the injection valve includes a bolt screwed to the casing, and the bolt forms a throttle passage connecting the damper chamber and the communication passage.
【００１４】請求項５に記載の噴射弁は、請求項１から
４のいずれか一つに記載の発明において、前記圧電素子
を圧縮する方向にピストンを付勢する手段として、ピス
トンと同芯上に配置されるサラバネと、サラバネの一端
を支持する後端部材と、ケーシングに対する後端部材の
螺合位置を調節する手段とを備えるものとした。According to a fifth aspect of the present invention, in the injection valve according to any one of the first to fourth aspects, the means for urging the piston in a direction to compress the piezoelectric element is coaxial with the piston. , A rear end member for supporting one end of the flat spring, and means for adjusting a screwing position of the rear end member with respect to the casing.
【００１５】請求項６に記載の噴射弁は、請求項１から
５のいずれか一つに記載の発明において、前記噴口が開
口した座面に接離して噴口を開閉するニードルと、ニー
ドルを開弁方向に付勢する手段と、印加される電圧によ
り伸長してニードルを直接的に閉弁方向に駆動する圧電
素子とを備えるものとした。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the injection valve according to any one of the first to fifth aspects, wherein a needle for opening / closing the injection port by opening / closing the injection port while being in contact with / separating from the seat surface where the injection port is opened. The apparatus includes a means for urging in the valve direction, and a piezoelectric element which expands by an applied voltage and drives the needle directly in the valve closing direction.
【００１６】[0016]
【発明の作用および効果】請求項１に記載の噴射弁にお
いて、圧電素子に印加される電圧を断続することによ
り、圧電素子を伸縮させてニードルを軸方向に移動し、
噴口を開閉する。In the injection valve according to the first aspect, by intermittently applying a voltage to the piezoelectric element, the needle is moved in the axial direction by expanding and contracting the piezoelectric element.
Open and close the spout.
【００１７】噴口の開閉に際して圧電素子が伸縮するの
に伴ってピストンはダンパ室の容積を変えようとする
が、絞り通路がダンパ室から出入りする流体に抵抗を付
与するので、ピストンの変位が抑えられ、圧電素子の基
端は固定端として保持される。The piston attempts to change the volume of the damper chamber as the piezoelectric element expands and contracts when the nozzle is opened and closed. However, since the throttle passage imparts resistance to the fluid flowing in and out of the damper chamber, the displacement of the piston is suppressed. The base end of the piezoelectric element is held as a fixed end.
【００１８】一方、噴射弁の環境温度変化に伴うニード
ル、ケーシングと圧電素子の間に生じる熱膨張差は、圧
電素子の基端に結合されるピストンがダンパ室を伸縮さ
せて変位することにより吸収され、ニードルのリフト量
を一定に保ち、所期の噴射量が得られる。On the other hand, a difference in thermal expansion between the needle, the casing, and the piezoelectric element caused by a change in the environmental temperature of the injection valve is absorbed by a piston coupled to a base end of the piezoelectric element, which expands and contracts the damper chamber to be displaced. Thus, the desired injection amount can be obtained while keeping the needle lift constant.
【００１９】請求項２に記載の噴射弁において、絞り通
路がダンパ室に出入りする流体に付与する抵抗を、ニー
ドルの開弁期間中におけるダンパ室の降下圧力ΔＰをダ
ンパ室の最大圧力差の１０％以内となるように設定する
ことより、ニードルの開弁期間中におけるピストンの変
位量が十分に小さく抑えられ、圧電素子の基端が固定端
として保持される。この結果、少量の燃料を安定して噴
射することが可能となり、燃費の低減がはかれる。In the injection valve according to the second aspect of the present invention, the resistance applied by the throttle passage to the fluid flowing into and out of the damper chamber is determined by reducing the pressure drop ΔP of the damper chamber during the valve opening period of the needle by the maximum pressure difference of the damper chamber by 10%. %, The displacement of the piston during the valve opening period of the needle is sufficiently suppressed, and the base end of the piezoelectric element is held as a fixed end. As a result, it is possible to stably inject a small amount of fuel, thereby reducing fuel consumption.
【００２０】請求項３に記載の噴射弁において、流体通
路と絞り通路を連通する連通路をケーシングに形成する
ことにより、ダンパ室に出入りする流体は流体通路から
導かれ、構造の簡素化がはかれる。In the injection valve according to the third aspect of the present invention, the communication passage connecting the fluid passage and the throttle passage is formed in the casing, so that the fluid flowing into and out of the damper chamber is guided from the fluid passage, thereby simplifying the structure. .
【００２１】請求項４に記載の噴射弁において、ケーシ
ングに螺合するボルトに絞り通路を形成することによ
り、ボルトを交換することにより絞り通路の大きさを変
更することが可能となり、生産性や整備性の向上がはか
れる。In the injection valve according to the fourth aspect, by forming the throttle passage in the bolt screwed into the casing, it is possible to change the size of the throttle passage by replacing the bolt, thereby improving productivity and The maintainability is improved.
【００２２】請求項５に記載の噴射弁において、圧電素
子を圧縮する方向にピストンを付勢する手段として、ピ
ストンと同芯上に配置されるサラバネはピストンに対し
て周方向に均一に分布する力を付与するため、ピストン
を偏心方向に付勢することなく、ピストンの動きを円滑
にして、安定した作動性が確保される。According to a fifth aspect of the present invention, as a means for biasing the piston in a direction to compress the piezoelectric element, a spring arranged concentrically with the piston is uniformly distributed in the circumferential direction with respect to the piston. Since the force is applied, the piston is smoothly moved without biasing the piston in the eccentric direction, and stable operability is secured.
【００２３】ケーシングに対する後端部材の螺合位置を
調節することにより、サラバネの付勢力を容易に調節す
ることができる。By adjusting the screwing position of the rear end member with respect to the casing, the biasing force of the flat spring can be easily adjusted.
【００２４】請求項６に記載の噴射弁において、圧電素
子に電圧が印加されると、圧電素子が伸長してニードル
を座面に近づけ、噴口を閉じる。In the injection valve according to the sixth aspect, when a voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands to bring the needle closer to the seat surface and close the injection port.
【００２５】圧電素子に印加される電圧が遮断される
と、付勢手段がニードルを圧電素子の収縮に追従させて
ニードルを座面から離し、噴口を開く。When the voltage applied to the piezoelectric element is cut off, the urging means causes the needle to follow the contraction of the piezoelectric element, separates the needle from the seating surface, and opens the injection port.
【００２６】圧電素子の変位方向とニードルの変位方向
が一致しているため、圧電素子とニードルを直列に並
べ、圧電素子にニードルを当接させて駆動することが可
能となる。この結果、圧電素子の駆動力を逆転させてニ
ードルに伝達する機構が不要となり、構造の簡素化がは
かれる。Since the direction of displacement of the piezoelectric element coincides with the direction of displacement of the needle, it is possible to arrange the piezoelectric element and the needle in series and drive the needle by bringing the needle into contact with the piezoelectric element. As a result, a mechanism for inverting the driving force of the piezoelectric element and transmitting it to the needle is not required, and the structure can be simplified.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明を筒内噴射式火花点
火エンジンに備えられる燃料噴射弁に適用した実施形態
を添付図面に基づいて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a fuel injection valve provided in a direct injection type spark ignition engine will be described below with reference to the accompanying drawings.
【００２８】図１、図２に示すように、ノズルボディ１
とシリンダ９の内部にニードル２が摺動可能に収装され
る。ノズルボディ１とシリンダ９の内部にはニードル２
のまわりに燃料室（流体室）３が画成される。ノズルボ
ディ１の先端に噴口１ｂが開口し、噴口１ｂはニードル
２によって開閉される。As shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle body 1
The needle 2 is slidably housed inside the cylinder 9. Needle 2 inside nozzle body 1 and cylinder 9
Around the fuel chamber (fluid chamber) 3 is defined. A nozzle 1b is opened at the tip of the nozzle body 1, and the nozzle 1b is opened and closed by a needle 2.
【００２９】図示しない燃料噴射ポンプから圧送される
燃料は、燃料入口１３から燃料通路（流体通路）１２を
通して燃料室３に導入され、ニードル２のリフトに伴っ
て噴口１ｂから噴射される。ノズルボディ１はエンジン
の燃焼室天井壁から燃焼室に臨み、噴口１ｂから燃料噴
霧をピストンの冠部に向けて噴出するようになってい
る。Fuel pumped from a fuel injection pump (not shown) is introduced into the fuel chamber 3 from a fuel inlet 13 through a fuel passage (fluid passage) 12, and is injected from the injection port 1b with the lift of the needle 2. The nozzle body 1 faces the combustion chamber from the combustion chamber ceiling wall of the engine, and sprays fuel spray from the injection port 1b toward the crown of the piston.
【００３０】ノズルボディ１の内側には噴口１ｂのまわ
りに座面１ａが円錐面状に窪む。一方、ニードル２の先
端にはシート部２ａが円錐面状に突出する。シート部２
ａが座面１ａに着座することにより、噴口１ｂが閉塞さ
れる。シート部２ａが座面１ａから離れることにより、
噴口１ｂが開かれる。Inside the nozzle body 1, a seating surface 1a is recessed in a conical shape around an injection port 1b. On the other hand, a seat portion 2 a protrudes in a conical shape from the tip of the needle 2. Seat part 2
When a is seated on the seating surface 1a, the injection port 1b is closed. By separating the seat portion 2a from the seating surface 1a,
The nozzle 1b is opened.
【００３１】ニードル２の途中からは支持部２ｂが外径
方向に突出し、支持部２ｂがノズルボディ１の円筒状を
した内壁面に摺接することにより、シート部２ａを座面
１ａと同軸上に案内する。支持部２ｂとノズルボディ１
の内壁面の間には燃料が流通する通路が形成されてい
る。The support portion 2b protrudes from the middle of the needle 2 in the outer diameter direction, and slides into contact with the cylindrical inner wall surface of the nozzle body 1 so that the seat portion 2a is coaxial with the seat surface 1a. invite. Support part 2b and nozzle body 1
A passage through which the fuel flows is formed between the inner wall surfaces.
【００３２】ニードル２はその基端側にピストン部２ｃ
が環状に突出形成される。ピストン部２ｃの外周に形成
された環状溝にはＯリング５が介装される。Ｏリング５
がシリンダ９の円筒状をした内壁面に摺接することによ
り、燃料室３の密封がはかれる。環状溝にはＯリング５
の背後にバックアップリング６が介装され、液圧により
Ｏリング５が環状溝からはみ出さないようになってい
る。The needle 2 has a piston 2c at its proximal end.
Are formed to project in an annular shape. An O-ring 5 is interposed in an annular groove formed on the outer periphery of the piston portion 2c. O-ring 5
Slides on the cylindrical inner wall surface of the cylinder 9 to seal the fuel chamber 3. O-ring 5 in annular groove
A backup ring 6 is interposed behind the O-ring so that the O-ring 5 does not protrude from the annular groove due to hydraulic pressure.
【００３３】ニードル２を開弁方向に付勢するサラバネ
４が設けられる。このサラバネ４はニードル２のピスト
ン部２ｃとノズルボディ１の間に圧縮された状態で介装
され、ニードル２と同芯上に配置される。これにより、
サラバネ４はその弾性復元力にによりニードル２のシー
ト部２ａを座面１ａから離すようになっている。A spring 4 for urging the needle 2 in the valve opening direction is provided. The flat spring 4 is interposed between the piston portion 2 c of the needle 2 and the nozzle body 1 in a compressed state, and is arranged coaxially with the needle 2. This allows
The flat spring 4 separates the seat portion 2a of the needle 2 from the seat surface 1a by its elastic restoring force.
【００３４】シリンダ９内にはニードル２を閉弁方向に
押圧する圧電素子１０が設けられる。この圧電素子１０
はリード線２３を介して電圧が印加されることにより、
瞬時にニードル２の摺動方向に伸長し、シート部２ａが
座面１ａに着座する。一方、圧電素子１０はこれに印加
される電圧を遮断し、かつ圧電素子１０の両端子間を短
絡させことにより瞬時に収縮し、ニードル２が燃料室３
の燃料圧力とサラバネ４の付勢力を合わせた力によって
軸方向に移動し、シート部２ａが座面１ａから離れる。
圧電素子１０がニードル２を閉弁方向に押圧する力は、
燃料室３の燃料圧力とサラバネ４の付勢力を合わせた力
より大きく設定されている。A piezoelectric element 10 for pressing the needle 2 in the valve closing direction is provided in the cylinder 9. This piezoelectric element 10
Is applied with a voltage through the lead wire 23,
The needle 2 instantaneously extends in the sliding direction, and the seat portion 2a is seated on the seating surface 1a. On the other hand, the piezoelectric element 10 contracts instantaneously by interrupting the voltage applied thereto and short-circuiting between both terminals of the piezoelectric element 10, and the needle 2
The seat portion 2a moves away from the seat surface 1a in the axial direction by the combined force of the fuel pressure and the biasing force of the spring 4.
The force by which the piezoelectric element 10 presses the needle 2 in the valve closing direction is:
The pressure is set to be larger than the sum of the fuel pressure of the fuel chamber 3 and the biasing force of the spring 4.
【００３５】こうした圧電素子１０は円盤状をした複数
の圧電単体（ピエゾ素子）が、同じく円盤状をした内部
電極板を挟んで積層される。圧電単体は電圧が印加され
電荷が蓄えられることによりその板厚が増え、電圧を遮
断しその両端子間を短絡することによりその板厚が減る
ようになっている。In the piezoelectric element 10, a plurality of disk-shaped piezoelectric elements (piezo elements) are stacked with a disk-shaped internal electrode plate interposed therebetween. The plate thickness of the piezoelectric simple substance is increased by applying a voltage and storing electric charge, and the plate thickness is reduced by cutting off the voltage and short-circuiting between both terminals.
【００３６】圧電素子１０の駆動端（先端）とニードル
２の間には端板１１とボール８およびシム７が介装され
る。An end plate 11, a ball 8 and a shim 7 are interposed between the driving end (tip) of the piezoelectric element 10 and the needle 2.
【００３７】圧電素子１０の駆動端には端板１１が結合
される。ボール８は端板１１とニードル２の間に介装さ
れる。端板１１とニードル２の基端面には球面状に窪む
一対の凹部がそれぞれ形成される。ボール８は各凹部の
間に挟持される。An end plate 11 is connected to the driving end of the piezoelectric element 10. The ball 8 is interposed between the end plate 11 and the needle 2. A pair of concave portions that are concave in a spherical shape are formed on the base plate of the end plate 11 and the needle 2. The ball 8 is sandwiched between the concave portions.
【００３８】シム７は円盤状に形成される。シム７はニ
ードル２の基端とシリンダ９の間に介装され、ニードル
２の軸方向の移動を規制する。すなわち、圧電素子１０
の変位量はニードル２のフルリフト量Ａより大きく設定
されるので、シム７の板厚によってニードル２のフルリ
フト量Ａが決まる。The shim 7 is formed in a disk shape. The shim 7 is interposed between the base end of the needle 2 and the cylinder 9 and regulates the axial movement of the needle 2. That is, the piezoelectric element 10
Is set to be larger than the full lift A of the needle 2, the full lift A of the needle 2 is determined by the thickness of the shim 7.
【００３９】リード線２３はシリンダ９の穴２２から取
り出され、穴２２とリード線２３の間はシール２４を介
して密封される。The lead wire 23 is taken out from the hole 22 of the cylinder 9, and the space between the hole 22 and the lead wire 23 is sealed via a seal 24.
【００４０】リード線２３は図示しない駆動回路へと延
びている。図示しないコントロールユニットはエンジン
の吸入空気量や回転数に応じて燃料噴射量を演算する。
コントロールユニットで演算された燃料噴射量に対応す
るパルス信号がパルス発生器でつくられ、このパルス信
号に応じた電圧が駆動回路を介して圧電素子１０に印加
される。The lead wire 23 extends to a drive circuit (not shown). A control unit (not shown) calculates a fuel injection amount according to an intake air amount and a rotation speed of the engine.
A pulse signal corresponding to the fuel injection amount calculated by the control unit is generated by a pulse generator, and a voltage corresponding to the pulse signal is applied to the piezoelectric element 10 via a drive circuit.
【００４１】圧電素子１０の基端にはピストン１６が結
合され、シリンダ９に対して変位可能に設けられる。A piston 16 is connected to the base end of the piezoelectric element 10 and is provided to be displaceable with respect to the cylinder 9.
【００４２】シリンダ９の開口端に螺合する後端部材２
０が設けられる。後端部材２０の先端とピストン１６の
間にはサラバネ１７が圧縮された状態で介装される。サ
ラバネ１７の弾性復元力はサラバネ４の弾性復元力より
大きく設定され、サラバネ１７の弾性復元力により圧電
素子１０の駆動端をニードル２の基端にボール８を介し
て押し付け、ニードル２のシート部２ａを座面１ａに押
し付けるようになっている。Rear end member 2 screwed into the open end of cylinder 9
0 is provided. A flat spring 17 is interposed between the front end of the rear end member 20 and the piston 16 in a compressed state. The elastic restoring force of the Sarah spring 17 is set to be greater than the elastic restoring force of the Sarah spring 4, and the driving end of the piezoelectric element 10 is pressed against the base end of the needle 2 via the ball 8 by the elastic restoring force of the Sarah spring 17. 2a is pressed against the seating surface 1a.
【００４３】後端部材２０はこれに螺合するナット２１
を介してシリンダ９に締結され、シリンダ９に対する螺
合位置を変えることにより、各サラバネ１７、４の弾性
復元力が調節される。The rear end member 20 has a nut 21 screwed thereto.
The elastic restoring force of each of the springs 17 and 4 is adjusted by changing the screwing position with respect to the cylinder 9 through the screw.
【００４４】後端部材２０とピストン１６の間にダンパ
室２７が画成される。このダンパ室２７は後述するよう
に絞り通路２５を介して燃料室３に連通するため、圧電
素子１０の瞬時の伸縮に対して、ダンパ室２７の体積は
略一定に保持される。このため、圧電素子１０基端はピ
ストン１６を介して固定端として保持される。A damper chamber 27 is defined between the rear end member 20 and the piston 16. Since the damper chamber 27 communicates with the fuel chamber 3 via the throttle passage 25 as described later, the volume of the damper chamber 27 is kept substantially constant even when the piezoelectric element 10 instantaneously expands and contracts. For this reason, the base end of the piezoelectric element 10 is held as a fixed end via the piston 16.
【００４５】ピストン１６の外周に形成された環状溝に
はＯリング１５とバックアップリング１４が介装され
る。後端部材２０の外周に形成された環状溝にはＯリン
グ１８とバックアップリング１９が介装される。各Ｏリ
ング１５、１８を介してダンパ室２７の密封がはかれ
る。An O-ring 15 and a backup ring 14 are interposed in an annular groove formed on the outer periphery of the piston 16. An O-ring 18 and a backup ring 19 are interposed in an annular groove formed on the outer periphery of the rear end member 20. The damper chamber 27 is hermetically sealed via the O-rings 15 and 18.
【００４６】ダンパ室２７はシリンダ９に形成された連
通路２６と、絞り通路２５を介して燃料室３に連通され
る。The damper chamber 27 communicates with the fuel chamber 3 via a communication passage 26 formed in the cylinder 9 and a throttle passage 25.
【００４７】連通路２６はシリンダ９の筒状をした壁部
にドリル加工によって形成された２つの通孔２６ａ、２
６ｂにより画成される。通孔２６ａの一端は燃料室３に
連通し、通孔２６ｂの開口端には栓体２８が介装されて
閉塞される。The communication passage 26 has two through holes 26a, 2a, 2b formed by drilling a cylindrical wall of the cylinder 9.
6b. One end of the through hole 26a communicates with the fuel chamber 3, and a plug 28 is interposed at the open end of the through hole 26b and is closed.
【００４８】シリンダ９に連通路２６を貫通して螺合す
るボルト３１が設けられ、ボルト３１に連通路２６とダ
ンパ室２７を連通する絞り通路２５が形成される。The cylinder 9 is provided with a bolt 31 that is screwed through the communication passage 26, and the bolt 31 forms a throttle passage 25 that connects the communication passage 26 and the damper chamber 27.
【００４９】図３、図４に示すように、ボルト３１はシ
リンダ９に螺合するネジ部３２と、シリンダ９の外壁に
接合する頭部３３を有し、頭部３３の六角穴３４に係合
する工具を介してシリンダ９のネジ穴に締結される。As shown in FIGS. 3 and 4, the bolt 31 has a screw portion 32 screwed to the cylinder 9 and a head portion 33 joined to the outer wall of the cylinder 9. It is fastened to the screw hole of the cylinder 9 via a matching tool.
【００５０】ネジ部３２の外周には環状溝３５が形成さ
れる。絞り通路２５は環状溝３５に開口する通孔３６
と、通孔３６に連通してその先端に開口する通孔３７に
よって画成される。An annular groove 35 is formed on the outer periphery of the screw portion 32. The throttle passage 25 has a through hole 36 opening to the annular groove 35.
Is defined by a through hole 37 communicating with the through hole 36 and opening at the end thereof.
【００５１】図５は絞り通路２５のモデル図である。絞
り通路２５の直径をｄ、長さをｒ、ダンパ室２７の圧力
をＰ１、燃料室３の圧力をＰ２とすると、絞り通路２５
を通過する燃料の流量Ｑは次式で算出される。FIG. 5 is a model diagram of the throttle passage 25. Assuming that the diameter of the throttle passage 25 is d, the length is r, the pressure of the damper chamber 27 is P1, and the pressure of the fuel chamber 3 is P2, the throttle passage 25
Is calculated by the following equation.
【００５２】 Ｑ＝Ｃ×Ａ×（２×ΔＰ／ρ）1/2 …（１） ただし、Ｃ ：［（Ｒｅ／６４）／（ｒ／ｄ＋０．４
９５）］1/2 Ａ ：絞り断面積 ΔＰ ：圧力差（＝Ｐ１−Ｐ２） ρ ：密度 Ｒｅ ：レイノルズ数（＝ｖｄ／υ） ｖ ：絞り内部の平均流速 υ ：動粘性係数 図６は圧電素子１０を収縮させる経過時間（噴射期間）
と（１）式を用いて算出した圧力差ΔＰの関係を示す特
性図であり、圧電素子１０の変位によって圧力が約２０
ｋｇ／ｍ2上昇し、圧電素子１０の変位量を約５０μｍ
とした場合、絞り通路２５の直径ｄを０．５ｍｍ以下、
好ましくは０．３ｍｍ程度に設定することにより、経過
時間が１０ｍｓに達するまで圧力差ΔＰは２ｋｇ／ｍ2
程度に抑えられる。したがって、最大噴射期間が約１０
ｍｓとする燃料噴射弁にあっては、絞り通路２５の直径
ｄを０．５ｍｍ以下、０．３ｍｍ程度に設定することに
より、ニードル２の開弁期間中におけるダンパ室２７の
降下圧力ΔＰをダンパ室２７の最大圧力差の１０％以内
となり、ダンパ室２７の体積変化がほとんど無く、圧電
素子１０の基端を保持することができる。Q = C × A × (2 × ΔP / ρ) 1/2 (1) where C: [(Re / 64) / (r / d + 0.4)
95)] 1/2 A: Restriction cross-sectional area ΔP: Pressure difference (= P1-P2) ρ: Density Re: Reynolds number (= vd / υ) v: Average flow velocity inside the restrictor ：: Dynamic viscosity coefficient FIG. Elapsed time for contracting element 10 (ejection period)
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the pressure difference ΔP calculated using the equation (1) and a pressure difference of about 20 due to the displacement of the piezoelectric element 10.
kg / m 2 and the displacement of the piezoelectric element 10 is reduced to about 50 μm.
When the diameter d of the throttle passage 25 is 0.5 mm or less,
Preferably, the pressure difference ΔP is set to about 2 mm / m 2 until the elapsed time reaches 10 ms by setting the pressure difference to about 0.3 mm.
It can be suppressed to the extent. Therefore, the maximum injection period is about 10
In the case of a fuel injection valve having a length of 0.5 ms, the diameter d of the throttle passage 25 is set to 0.5 mm or less and about 0.3 mm to reduce the pressure drop ΔP of the damper chamber 27 during the valve opening period of the needle 2. The pressure difference is within 10% of the maximum pressure difference in the chamber 27, the volume of the damper chamber 27 hardly changes, and the base end of the piezoelectric element 10 can be held.
【００５３】以上のように構成され、次に作用について
説明する。The configuration is as described above. Next, the operation will be described.
【００５４】図１、図２はエンジン始動前の状態にある
燃料噴射弁を示しており、圧電素子１０は電圧が印加さ
れて伸長しており、ニードル２のシート部２ａを座面１
ａに着座させている。この状態で図示しない燃料噴射ポ
ンプは電動モータによって駆動され、燃料室３およびダ
ンパ室２７の圧力が約５ＭＰａに高められる。FIGS. 1 and 2 show the fuel injection valve in a state before the engine is started. The piezoelectric element 10 is extended when a voltage is applied, and the seat portion 2a of the needle 2 is connected to the seating surface 1.
a. In this state, the fuel injection pump (not shown) is driven by the electric motor, and the pressure in the fuel chamber 3 and the damper chamber 27 is increased to about 5 MPa.
【００５５】なお、エンジン停止時も、サラバネ１７の
弾性復元力により圧電素子１０の駆動端をニードル２の
基端にボール８を介して押し付け、ニードル２のシート
部２ａを座面１ａに着座させて、燃料の洩れを防止する
ようになっている。When the engine is stopped, the driving end of the piezoelectric element 10 is pressed against the base end of the needle 2 via the ball 8 by the elastic restoring force of the spring 17, so that the seat portion 2a of the needle 2 is seated on the seat surface 1a. Thus, fuel leakage is prevented.
【００５６】エンジン始動時および始動後における燃料
噴射弁の開弁作動は、圧電素子１０がエンジン回転に同
期して印加される電圧を遮断し、かつ圧電素子１０の両
端子間を短絡させることにより瞬時に収縮し、ニードル
２は燃料室３の燃料圧力とサラバネ４の付勢力を合わせ
た力によって軸方向に移動し、シート部２ａが座面１ａ
から離れる。シート部２ａが座面１ａから離れると、燃
料室３の高圧燃料が噴口１ｂを通ってエンジンの燃焼室
に噴射される。The valve opening operation of the fuel injection valve at the start of the engine and after the start is performed by cutting off the voltage applied by the piezoelectric element 10 in synchronization with the engine rotation and short-circuiting both terminals of the piezoelectric element 10. The needle 2 contracts instantaneously, and the needle 2 is moved in the axial direction by the combined force of the fuel pressure of the fuel chamber 3 and the biasing force of the spring 4, so that the seat 2a is moved to the seat surface 1a.
Move away from When the seat portion 2a separates from the seating surface 1a, the high-pressure fuel in the fuel chamber 3 is injected into the combustion chamber of the engine through the injection port 1b.
【００５７】燃料噴射弁の閉弁作動は、圧電素子１０が
エンジン回転に同期して電圧を印加されることにより伸
長し、ニードル２は燃料室３の燃料圧力とサラバネ４の
付勢力を合わせた力に抗して軸方向に移動し、シート部
２ａが座面１ａに近づいて着座する。シート部２ａが座
面１ａに近づいて着座することにより、噴口１ｂが閉塞
され、燃料の噴射が停止される。The valve closing operation of the fuel injection valve is extended by applying a voltage to the piezoelectric element 10 in synchronization with the rotation of the engine, and the needle 2 matches the fuel pressure of the fuel chamber 3 with the biasing force of the spring 4. The seat portion 2a moves in the axial direction against the force and approaches the seating surface 1a to be seated. When the seat portion 2a approaches the seating surface 1a and is seated, the injection port 1b is closed, and fuel injection is stopped.
【００５８】ところで、サラバネ１７はピストン１６を
介してニードル２を座面１ａに押圧している。このため
燃料噴射弁の環境温度に変化が生じるとニードル２、ケ
ーシング９と圧電素子１０の間に生じる熱膨張差は、圧
電素子１０の基端に結合されるピストン１６がダンパ室
２７を伸縮させて変位することにより吸収され、圧電素
子１０の端板１１はニドール２が噴口１ｂを閉塞する位
置に保持されることになる。By the way, the spring 17 presses the needle 2 through the piston 16 against the seat surface 1a. Therefore, when a change occurs in the ambient temperature of the fuel injection valve, the thermal expansion difference generated between the needle 2, the casing 9 and the piezoelectric element 10 is caused by the piston 16 coupled to the base end of the piezoelectric element 10 causing the damper chamber 27 to expand and contract. The end plate 11 of the piezoelectric element 10 is held at a position where the nidol 2 closes the injection port 1b.
【００５９】そして、絞り通路２５がダンパ室２７に出
入りする流体に付与する抵抗を、前述の通りニードルの
開弁期間中におけるダンパ室２７の降下圧力ΔＰをダン
パ室２７の最大圧力差の１０％以内となるように設定す
ることより、ニードル２の短絡的な開弁動作におけるピ
ストン１６の変位量が十分に小さく抑えられ、圧電素子
１０の基端が保持される。この結果、少量の燃料を安定
して噴射することが可能となり、燃費の低減がはかれ
る。The resistance applied by the throttle passage 25 to the fluid flowing into and out of the damper chamber 27 is, as described above, the drop pressure ΔP of the damper chamber 27 during the valve opening period of the needle being 10% of the maximum pressure difference of the damper chamber 27. By setting so as to be within, the displacement amount of the piston 16 in the short-circuit valve opening operation of the needle 2 is sufficiently suppressed, and the base end of the piezoelectric element 10 is held. As a result, it is possible to stably inject a small amount of fuel, thereby reducing fuel consumption.
【００６０】一方、燃料室３と絞り通路２５を連通する
連通路２６をケーシング９に形成することにより、ダン
パ室２７に出入りする流体は燃料通路１３から導かれ、
構造の簡素化がはかれる。On the other hand, by forming a communication passage 26 communicating the fuel chamber 3 and the throttle passage 25 in the casing 9, the fluid flowing into and out of the damper chamber 27 is guided from the fuel passage 13,
The structure is simplified.
【００６１】また、ケーシング９に螺合するボルト３１
に絞り通路２５を形成することにより、ボルト９を交換
することにより絞り通路２５の大きさを変更することが
可能となり、生産性や整備性の向上がはかれる。Further, a bolt 31 screwed to the casing 9
By forming the throttle passage 25 in the above, it is possible to change the size of the throttle passage 25 by exchanging the bolt 9, thereby improving the productivity and the maintainability.
【００６２】圧電素子１０を圧縮する方向にピストン１
６を付勢する手段として、ピストン１６と同芯上に配置
されるサラバネ１７はピストン１６に対して周方向に均
一に分布する力を付与するため、ピストン１６を偏心方
向に付勢することなく、ピストン１６の動きを円滑にし
て、安定した作動性が確保される。The piston 1 moves in the direction to compress the piezoelectric element 10.
As means for biasing the piston 6, the spring 16 arranged concentrically with the piston 16 applies a force uniformly distributed in the circumferential direction to the piston 16, so that the piston 16 is not biased in the eccentric direction. In addition, the movement of the piston 16 is made smooth, and stable operability is secured.
【００６３】ケーシング９に対する後端部材２０の螺合
位置を調節することにより、サラバネ１７の付勢力を容
易に調節することができる。By adjusting the screwing position of the rear end member 20 with respect to the casing 9, the urging force of the spring 17 can be easily adjusted.
【００６４】また、開弁作動時、圧電素子１０の変位量
は、ニードル２のフルリフト量より大きく設定されてい
るため、ニードル２はシム７に着座して所定のフルリフ
ト量だけ移動する。したがって、ニードル２のフルリフ
ト時に、ニードル２のシート部２ａと座面１ａの間には
一定の燃料流路が画成され、燃料室３に導かれる燃料圧
力によって定まる燃料噴射率が得られる。When the valve is opened, the displacement of the piezoelectric element 10 is set to be larger than the full lift of the needle 2, so that the needle 2 moves by a predetermined full lift while sitting on the shim 7. Therefore, when the needle 2 is fully lifted, a constant fuel flow path is defined between the seat portion 2a of the needle 2 and the seating surface 1a, and a fuel injection rate determined by the fuel pressure guided to the fuel chamber 3 is obtained.
【００６５】開弁作動時、圧電素子１０はボール８を介
してニードル２に当接するため、圧電素子１０の寸法誤
差や圧電素子１０の傾き等に影響されることなく、ニー
ドル２の動きを円滑にして、安定した作動性が確保され
る。また、圧電素子１０に偏荷重を与えないため、圧電
素子１０の耐久性も向上できる。When the valve is opened, the piezoelectric element 10 comes into contact with the needle 2 via the ball 8, so that the movement of the needle 2 can be smoothly performed without being affected by the dimensional error of the piezoelectric element 10 or the inclination of the piezoelectric element 10. Thus, stable operability is ensured. Further, since no uneven load is applied to the piezoelectric element 10, the durability of the piezoelectric element 10 can be improved.
【００６６】燃料噴射弁は、圧電素子１０の変位方向と
ニードル２の変位方向が一致しているため、圧電素子１
０とニードル２を直列に並べ、圧電素子１０にニードル
２を当接させて駆動することが可能となる。この結果、
圧電素子１０の駆動力を逆転させてニードル２に伝達す
る機構が不要となり、構造の簡素化がはかれる。In the fuel injection valve, since the direction of displacement of the piezoelectric element 10 and the direction of displacement of the needle 2 match, the piezoelectric element 1
0 and the needle 2 are arranged in series, and the piezoelectric element 10 can be driven by bringing the needle 2 into contact therewith. As a result,
A mechanism for transmitting the driving force of the piezoelectric element 10 to the needle 2 by reversing the driving force is not required, and the structure is simplified.
【００６７】なお、本実施形態では、圧電素子１０の変
位が直接的にニードル２に伝えられる構造としたが、圧
電素子１０の変位が拡大あるいは縮小してニードル２に
伝えられる構造としてもよい。In this embodiment, the structure is such that the displacement of the piezoelectric element 10 is directly transmitted to the needle 2. However, the structure may be such that the displacement of the piezoelectric element 10 is transmitted to the needle 2 after being enlarged or reduced.
【図１】本発明の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection valve showing an embodiment of the present invention.
【図２】同じく燃料噴射弁の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the fuel injection valve.
【図３】同じくボルトの正面図。FIG. 3 is a front view of the bolt.
【図４】同じくボルトの側面図。FIG. 4 is a side view of the bolt.
【図５】同じく絞り通路のモデル図。FIG. 5 is a model diagram of a throttle passage.
【図６】同じく圧電素子を収縮させる経過時間と圧力差
ΔＰの関係を示す特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an elapsed time for contracting a piezoelectric element and a pressure difference ΔP.
【図７】従来例を示す燃料噴射弁の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a fuel injection valve showing a conventional example.
１ ノズルボディ １ａ 座面 １ｂ 噴口 ２ ニードル ２ａ シート部 ３ 燃料室 ４ サラバネ ５ Ｏリング ６ バックアップリング ７ シム ８ ボール ９ シリンダ １０ 圧電素子 １１ 端板 １２ 燃料入口 １３ 燃料通路 １４ バックアップリング １５ Ｏリング １６ ピストン １７ サラバネ １８ Ｏリング １９ サラバネ ２０ 後端部材 ２３ リード線 ２５ 絞り通路 ２７ ダンパ室 ３１ ボルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle body 1a Seat surface 1b Injection port 2 Needle 2a Seat part 3 Fuel chamber 4 Sara spring 5 O-ring 6 Backup ring 7 Shim 8 Ball 9 Cylinder 10 Piezoelectric element 11 End plate 12 Fuel inlet 13 Fuel passage 14 Backup ring 15 O ring 16 Piston 17 Sarah spring 18 O-ring 19 Sarah spring 20 Rear end member 23 Lead wire 25 Throttle passage 27 Damper chamber 31 Bolt
Claims (6)
噴口と、 軸方向に移動して噴口を開閉するニードルと、 印加される電圧により伸長してニードルを軸方向に押圧
する圧電素子と、 圧電素子の基端に結合されるピストンと、 ピストンを摺動可能に収装するケーシングと、 圧電素子を圧縮する方向にピストンを付勢する付勢手段
と、 ピストンとケーシングとの間に画成されるダンパ室と、 ダンパ室に出入りする流体に抵抗を付与する絞り通路
と、 を備えたことを特徴とする噴射弁。1. A nozzle for injecting a pressurized fluid guided from a fluid passage, a needle which moves in an axial direction to open and close the nozzle, and a piezoelectric element which is extended by an applied voltage and presses the needle in an axial direction. A piston coupled to the base end of the piezoelectric element, a casing for slidably accommodating the piston, biasing means for biasing the piston in a direction to compress the piezoelectric element, and a gap between the piston and the casing. An injection valve, comprising: a damper chamber that is formed; and a throttle passage that imparts resistance to fluid flowing into and out of the damper chamber.
に付与する抵抗を、ニードルの開弁期間中におけるダン
パ室の降下圧力ΔＰをダンパ室の最大圧力差の１０％以
内となるように設定したことを特徴とする請求項１に記
載の噴射弁。2. The resistance applied by the throttle passage to the fluid flowing into and out of the damper chamber is set so that the pressure drop ΔP of the damper chamber during the valve opening period of the needle is within 10% of the maximum pressure difference of the damper chamber. The injection valve according to claim 1, wherein:
をケーシングに形成したことを特徴とする請求項１また
は２に記載の噴射弁。3. The injection valve according to claim 1, wherein a communication passage connecting the fluid passage and the throttle passage is formed in the casing.
とを特徴とする請求項３に記載の噴射弁。4. The injection valve according to claim 3, further comprising a bolt screwed to the casing, wherein the bolt has a throttle passage connecting the damper chamber and the communication passage.
付勢する手段として、ピストンと同芯上に配置されるサ
ラバネと、 サラバネの一端を支持する後端部材と、 ケーシングに対する後端部材の螺合位置を調節する手段
と、 を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一
つに記載の噴射弁。5. A means for urging a piston in a direction to compress the piezoelectric element, a spring arranged concentrically with the piston, a rear end member supporting one end of the spring, and a rear end member with respect to the casing. The injection valve according to any one of claims 1 to 4, further comprising: means for adjusting a screwing position.
開閉するニードルと、 ニードルを開弁方向に付勢する手段と、 印加される電圧により伸長してニードルを直接的に閉弁
方向に駆動する圧電素子と、 を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一
つに記載の噴射弁。6. A needle for opening and closing a nozzle by contacting and separating the nozzle with an open seat surface, means for urging the needle in a valve opening direction, and extending directly by an applied voltage to directly close the needle. The injection valve according to any one of claims 1 to 5, further comprising: a piezoelectric element that is driven in a direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32285796A JP3680461B2 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Injection valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32285796A JP3680461B2 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Injection valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10159673A true JPH10159673A (en) | 1998-06-16 |
| JP3680461B2 JP3680461B2 (en) | 2005-08-10 |
Family
ID=18148388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32285796A Expired - Lifetime JP3680461B2 (en) | 1996-12-03 | 1996-12-03 | Injection valve |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3680461B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1391606A1 (en) * | 2002-08-20 | 2004-02-25 | Siemens VDO Automotive S.p.A. | Metering device with adjustable flow rate and method for setting a flow rate of a metering device |
| JP2008534859A (en) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Fuel injection valve |
| US7886993B2 (en) | 2002-04-04 | 2011-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Injection valve |
-
1996
- 1996-12-03 JP JP32285796A patent/JP3680461B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7886993B2 (en) | 2002-04-04 | 2011-02-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Injection valve |
| EP1391606A1 (en) * | 2002-08-20 | 2004-02-25 | Siemens VDO Automotive S.p.A. | Metering device with adjustable flow rate and method for setting a flow rate of a metering device |
| JP2008534859A (en) * | 2005-04-06 | 2008-08-28 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Fuel injection valve |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3680461B2 (en) | 2005-08-10 |
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