(57)【要約】【課題】  構造が簡略化された燃料噴射装置を提供する。【解決手段】  インジェクタ３００は、内部空間４０ｉを有するインジェクタボデー４０と、燃料の噴射口４１を開閉する開閉バルブ６と、開閉バルブ６の動作を制御する制御バルブ５と、制御バルブ５に接続された伝達部材４５と、伝達部材４５に接続され、圧電素子２ｄを有するアクチュエータ１とを備える。制御バルブ５、伝達部材４５およびアクチュエータ１は、内部空間４０ｉでほぼ同軸上に設けられる。  伝達部材４５と接触するアクチュエータ１の面は、軸に直交する方向の伝達部材４５の振れを吸収するように伝達部材４５を保持する。【選択図】        図３
2005180299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する筐体と、
燃料の噴射口を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁の動作を制御する制御弁と、
前記制御弁に接続された伝達部材と、前記伝達部材に接続され、圧電素子または磁歪素子から構成されるアクチュエータとを備え、
前記制御弁、前記伝達部材および前記アクチュエータは、前記内部空間において、ほぼ同軸上に設けられる、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記伝達部材と接触する前記アクチュエータの面は、前記軸に直交する方向の前記伝達部材の振れを吸収するように前記伝達部材を保持する、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記内部空間には、前記噴射口から噴射される高圧燃料と、前記高圧燃料よりも圧力が低い低圧燃料が満たされており、前記伝達部材は、前記アクチュエータ側に設けられたピストンと、前記制御弁側に設けられて前記ピストンとの間に低圧燃料が充填される変位伝達室を形成するシリンダとを含み、前記シリンダには、前記変位伝達室に前記低圧燃料を流入させ、前記変位伝達室から低圧燃料の流出を防止する逆止弁が設けられている、請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御弁と前記シリンダとの接触面は球面である、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、圧電素子または磁歪素子とほぼ同一の熱膨張係数であり圧電素子または磁歪素子を収納する筐体を有し、前記筐体により圧電素子または磁歪素子には予め圧縮荷重が加えられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料噴射装置に関し、特に圧電素子や磁歪素子を用いた燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アクチュエータとして圧電素子を用いた燃料噴射装置が、たとえば特開２００２−１３４５２号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１３４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の燃料噴射装置では、圧電素子に圧縮荷重で作動しないとならないために、コイルスプリングなどを用いているが、大きなスペースを必要とし、小型化には不利となる。
【０００４】
また、圧電素子の変位が小さいため、その変位を有効に取出すために変位拡張室構造などを用いないとならないため、複雑な構造を必要とし、変位伝達ロスも増大する。
【０００５】
また、その複雑さ故に、ピエゾユニットから制御バルブに変位伝達する上で、ロスが大きくなり、噴射制御装置としての精度をも悪化させている。
【０００６】
また、変位伝達室の燃料は作動時に漏れて流出するが、それを適時補充する機能を必要とする。しかしながら、気泡が混入すると容易に抜けず機能不良となる場合がある。
【０００７】
圧電素子は脆性材料であり、圧縮荷重で作動しないと疲労寿命が著しく低下する。そのために予め荷重をかけて使用する必要がある。また、素子の熱膨張係数が、周囲を構成する材料に比べて著しく小さいため、コイルスプリングなどを用いないと常に安定した圧縮荷重を付与できない。
【０００８】
また圧電素子の変位は小さく、熱膨張係数が小さいために、圧電素子を固定する材料との熱膨張差を吸収するための変位拡大室構造なども採用する必要がある。
【０００９】
さらには、圧電素子の変位が小さいために、圧電素子から制御バルブに駆動を伝達する要素間の同軸度、振れ、粗度などが大きいと変位伝達ロスが大きくなり、制御精度をも悪化させる。
【００１０】
また、チェックバルブのシートが天側にあると、通路を通じて燃料が逃げ、燃料が補充されにくくなる。
【００１１】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、構造が簡略化された燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従った燃料噴射装置は、内部空間と燃料の噴射口とを有するボデーと、燃料の噴射口を開閉する開閉バルブと、開閉バルブの動作を制御する制御バルブと、制御バルブに接続された伝達部材と、伝達部材に接続され、圧電素子または磁歪素子を有するアクチュエータとを備える。制御バルブ、伝達部材およびアクチュエータは、内部空間でほぼ同軸上に設けられている。
【００１３】
このように構成された燃料噴射装置では、制御バルブ、伝達部材およびアクチュエータが内部空間でほぼ同軸上に設けられるため、これらの配置を簡略化することができ、燃料噴射装置の構成を簡略化することができる。
【００１４】
好ましくは、伝達部材と接触するアクチュエータの面は、軸に直交する方向の伝達部材の振れを吸収するように伝達部材を保持する。この場合、アクチュエータと伝達部材との軸芯がずれたとしても、このずれを吸収することができ、無駄なく力を伝達でき、変位を確実に伝達することができる。
【００１５】
また好ましくは、内部空間には、噴射口から噴射される高圧燃料と、高圧燃料よりも圧力が低い低圧燃料が満たされている。伝達部材は、アクチュエータ側に設けられたピストンと、制御バルブ側に設けられてピストンとの間に低圧燃料が充填される変位伝達室を形成するシリンダとを含む。シリンダには、変位伝達室に低圧燃料を流入させ、変位伝達室からの低圧燃料の流出を防止する逆止バルブが設けられている。
【００１６】
この場合、逆止バルブが設けられているため、変位伝達室の圧力が上がり変位伝達室内のエアはピストンとシリンダの隙間から排出される。変位伝達室の圧力が下がると逆止バルブが作動し、低圧燃料が変位伝達室内に充填される。その結果、変位伝達室内のエアを排出し、かつ変位伝達室内を常に低圧燃料で満たすことができる。
【００１７】
より好ましくは、制御バルブとシリンダとの接触面は球面である。この場合、ピストンとアクチュエータとの同軸度がずれて傾いたとしてもシリンダが制御バルブ上でさまざまな方向にぶれたとしてもこのぶれを吸収できる。その結果確実に変位を伝達することができる。
【００１８】
また好ましくは、アクチュエータは、圧電素子または磁歪素子とほぼ同一の熱膨張係数であり圧電素子または磁歪素子を収納する筐体を有し、筐体により圧電素子には予め圧縮荷重が加えられている。この場合、筐体は圧電素子または磁歪素子と同程度の熱膨張係数であるため、材料の温度が変化しても常に安定して圧縮荷重が圧電素子または磁歪素子に加えられる。その結果、耐久性が確保される。また、従来のようなコイルスプリングを用いないため、小さなスペースで燃料噴射装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に従えば、構造が簡略化された燃料噴射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った燃料噴射機構のブロック図である。図１を参照して、燃料噴射機構１０００は、制御部としてのＥＣＵ１００、ＥＣＵからの信号を受取るＥＤＵ２００、ＥＤＵ２００に接続された燃料噴射装置としてのインジェクタ３００を有する。ＥＣＵ１００は、燃料噴射に関するマップデータを有する。ＥＣＵとＥＤＵとは、充電スイッチおよび放電スイッチの制御用信号線で接続されている。ＥＤＵ２００には、シリンダ数に応じたインジェクタ３００が複数本接続されている。
【００２２】
図２は、図１中のＥＤＵ内の回路を示す回路図である。図２を参照して、ＥＤＵ２００内には、電源に接続されるＤＣ−ＤＣコイル２０１、ＤＣ−ＤＣコイル２０１に接続されるＤＣ−ＤＣダイオード２０２、ＤＣ−ＤＣコイル２０１と接地とを接続するＤＣ−ＤＣスイッチ２０３を有する。ＤＣ−ＤＣダイオード２０２と接地との間にＤＣ−ＤＣ電界コンデンサ２０５が設けられる。ＤＣ−ＤＣ電界コンデンサ２０５に接続されるように充電スイッチ２０６が設けられる。充電スイッチ２０６と接地との間に放電スイッチ２０８が設けられる。
【００２３】
各インジェクタ毎に、アクチュエータ１および気筒選択スイッチ３２１が設けられる。
【００２４】
図３は、この発明に従ったインジェクタの断面図である。図４は、図３中のピストン３、変位伝達シリンダ４および制御バルブ５を拡大して示す断面図である。図３および図４を参照して、この発明の実施の形態１に従った燃料噴射装置としてのインジェクタ３００は、内部空間４０ｉを有するインジェクタボデー４０と、燃料の噴射口４１を開閉する開閉バルブ６と、開閉バルブ６の動作を制御する制御バルブ５と、制御バルブ５に接続された伝達部材４５と、伝達部材４５に接続され、圧電素子２ｄを有するアクチュエータ１とを備える。制御バルブ５、伝達部材４５およびアクチュエータ１は、内部空間４０ｉ内で、ほぼ軸５ｃ上で同軸に設けられる。
【００２５】
伝達部材４５と接触するアクチュエータ１の面２ｆは、軸５ｃに直交する方向の伝達部材４５の振れを吸収するように伝達部材４５を保持する。
【００２６】
内部空間４０ｉには、噴射口４１から噴射される高圧燃料９と、高圧燃料９よりも圧力が低い低圧燃料１０とが満たされている。伝達部材４５は、アクチュエータ１側に設けられたピストン３と、制御バルブ５側に設けられてピストン３との間に低圧燃料１０が充填される変位伝達室８を形成する変位伝達シリンダ４とを含む。変位伝達シリンダ４には、変位伝達室８に低圧燃料を流入させ、変位伝達室８からの低圧燃料１０の流出を防止する逆止弁としてのボールバルブ７が設けられている。制御バルブ５の球面５ａと変位伝達シリンダ４の球面４ｆとが接触している。アクチュエータ１は圧電素子２ｄとほぼ同一の熱膨張係数を有する筐体２ｂを有し、筐体により圧電素子２ｄには圧縮荷重が加えられている。
【００２７】
アクチュエータ１は、低熱膨張係数の材料からなる筐体２ｂと、それを密閉する蓋２ａ，２ｃを有する。筐体２ｂは、蓋２ａ，２ｃに対して予荷重を与えるべく、圧電素子２ｄに圧縮荷重が与えられた状態で筐体２ｂと蓋２ａ，２ｃが溶接される。その結果、筐体２ｂは圧電素子２ｄと同程度の熱膨張係数であるため、材料温度が変化しても常に安定して予荷重が保たれ、圧電素子２ｄに圧縮荷重が与えられ、耐久性が確保される。また、荷重を与えるための従来のようなコイルスプリングを用いないため、小さなスペース内にアクチュエータ１を収納できる。
【００２８】
変位を伝達するピストン３を平面上で自由に保持するために、筐体２ｂにはガイド２ｇが設けられている。これにより、筐体２ｂとピストン３との軸芯がずれたとしても、ピストン３が収まる変位伝達シリンダ４の軸線と制御バルブ５の軸線を一致させることができ、変位を無駄なく伝達できる。
【００２９】
インジェクタボデー４０と圧電素子２ｄとの間の熱膨張係数差を吸収するために、変位伝達シリンダ４とピストン３との間に変位伝達室８が設けられている。変位伝達室８に常に低圧燃料１０を補充すべく、ボールバルブ７を下シート向きに構成する。その吸入通路４ａをボールバルブ７の下方に設けることを特徴としている。ボールバルブ７を下向きに構成することで、変位伝達室８の低圧燃料１０が抜けたとしても、アクチュエータ１が作動するとボールバルブ７がシートしているため、変位伝達室８の圧力が上がりピストン３と変位伝達シリンダ４の隙間よりエアが排出される。圧電素子２ｄが収縮した際に変位伝達室８の圧力は低下する。これによりボールバルブ７が上方に移動し、低圧燃料１０が変位伝達室８に充填される。
【００３０】
制御バルブ５に変位を伝達する面は球面５ａであり、変位伝達シリンダ４にも球面４ｆの受け面を設ける。その結果、ピストン３と筐体２ｂの同軸度がずれて傾いたとしても、変位伝達シリンダ４から制御バルブ５に偏った荷重がかかることがなく、確実に変位を伝達できる。
【００３１】
ピストン３と変位伝達シリンダ４との間にはばね１１が設けられており、変位伝達シリンダ４をピストン３から遠ざかる方向へ付勢する。また、制御バルブ５の下面にはばね１２が設けられており、ばね１２が制御バルブ５をアクチュエータ１へ近づく方向へ付勢する。開閉バルブ６に接触するようにばね１３が設けられており、ばね１３は開閉バルブ６を噴射口４１へ向かって付勢する。
【００３２】
次に、図３および図４で示すアクチュエータ１の動作について説明する。図５は噴射停止時の制御バルブを示す断面図である。図３から図５を参照して、噴射停止時には、アクチュエータ１には電圧が印加されない。これにより、アクチュエータ１は縮んだ状態となる。このときばね１２により制御バルブ５はアクチュエータ１側へ押し付けられた状態となる。これにより、図５で示すように、高圧燃料９と低圧燃料１０との間が塞がれる。その結果、高圧燃料９が低圧燃料１０側へ移動することがない。燃圧室４４ではばね１３により開閉バルブ６が噴射口４１側へ押されているため、噴射口４１から高圧燃料９が噴出することがない。
【００３３】
図６は、燃料噴射時の制御バルブを示す断面図である。図６を参照して、噴射時には、アクチュエータ１にＥＤＵ２００から電圧を加える。具体的には、ＥＤＵ２００内の充電スイッチ２０６をオンにする。これにより、ＤＣ−ＤＣ電界コンデンサ２０５内の電荷がアクチュエータ１を構成する圧電素子２ｄへ流れ込む。圧電素子２ｄは膨張する。アクチュエータ１に接続されたピストン３、変位伝達シリンダ４および制御バルブ５が噴射口４１へ向かって移動する。これにより、図６で示すように制御バルブ５がリフトすると隙間が生じて、この隙間を矢印４ｊで示すように高圧燃料９が低圧燃料１０側へ流れる。これにより高圧燃料９の圧力が低下して開閉バルブ６がばね１３へ近づく方向へ移動する。このとき噴射口４１が開いた噴射口４１から高圧燃料９が噴射される。
【００３４】
以上のように構成された、この発明の実施の形態１に従ったインジェクタ３００では、従来のインジェクタに比べて構造の簡略化および小型化が可能となる。
【００３５】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで説明した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、アクチュエータ１を構成する材料として、実施の形態では圧電素子を示したが、これに限られるものではなく、磁歪素子からアクチュエータを構成することができる。また、この発明は、コモンレールを用いたディーゼルエンジンのインジェクタとして適用することができる。また、ガソリンエンジンのインジェクタとしてこの発明を適用することも可能である。
【００３６】
さらに、ピストン３を大径ピストンと小径ピストンの２つのピストンで構成し、大径ピストンと小径ピストンの間に流体を充填することも可能である。これにより、大径ピストンの変位を拡大して小径ピストンに伝えることも可能である。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明は、自動車の燃料噴射装置の分野で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態１に従った燃料噴射機構のブロック図である。
【図２】図１中のＥＤＵ内の回路を示す回路図である。
【図３】この発明に従ったインジェクタの断面図である。
【図４】図３中のピストン３、変位伝達シリンダ４および制御バルブ５を拡大して示す断面図である。
【図５】噴射停止時の制御バルブを示す断面図である。
【図６】燃料噴射時の制御バルブを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アクチュエータ、２ａ，２ｃ  蓋体、２ｂ  筐体、２ｄ  圧電素子、３  ピストン、４  変位伝達シリンダ、４ｆ  球面、５  制御バルブ、５ａ  球面、６  開閉バルブ、９  高圧燃料、１０  低圧燃料、４０  ボデー、４１  噴射口、３００  インジェクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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