(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ピストン部の後退位置を制限する隔壁と、前記主燃圧室と差圧室とを連通するオリフィスと、前記差圧室と隔壁に設けた主通路を介して連通する主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、前記主通路の外側に位置して差圧室と主差圧室とを連通する補助通路を隔壁に設け、前記差圧室の一部がピストン部の背面に設けた軸孔として形成され、この軸孔には前記隔壁に設けた突起が所定の摺動間隙をもって挿入され、突起には差圧室と主差圧室とを連通する前記主通路が貫通されることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記補助通路は複数形成されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【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、かつバネ２２の付勢力も手伝って、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、したがって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、針弁２がリフトするときに最大リフトを規制するため、ピストン部２ａの背面と隔壁８との間が縮小し、この間隙を通って主差圧室７へと流れる燃料の抵抗が次第に大きくなる。
【００１３】
このため、針弁２の開弁方向への応答性がその分だけ遅れがちで、図４にも示すように、針弁２のリフト特性がピエゾ素子１１に対する制御パルス信号に対してある応答遅れをもつようになる。
【００１４】
また針弁２の閉弁方向についても、主差圧室７から上記間隙を経由してオリフィス１０、主燃圧室２０へと流れる燃料の流れがスムーズに行われないことから、閉弁応答性もある遅れをもち、これらの結果、燃料噴射特性の応答性がその分だけ低下するという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような問題を解決することを目的とする。
【００１６】
【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、ピストン部の後退位置を制限する隔壁と、前記主燃圧室と差圧室とを連通するオリフィスと、前記差圧室と隔壁に設けた主通路を介して連通する主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、前記主通路の外側に位置して差圧室と主差圧室とを連通する補助通路を隔壁に設け、前記差圧室の一部がピストン部の背面に設けた軸孔として形成され、この軸孔には前記隔壁に設けた突起が所定の摺動間隙をもって挿入され、突起には差圧室と主差圧室とを連通する前記主通路が貫通される。
【００１８】
第２の発明は、前記補助通路は複数形成されている。
【００１９】
【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、主差圧室の容積空間が拡大し、主燃圧室からの燃料がオリフィスを介して導入されるが、その絞り効果により圧力が低下する。これにより針弁のピストン部には主燃圧室との間で発生する差圧が作用し、針弁が開弁方向にリフトする。このときピストン部の移動に伴い隔壁との間隔が狭くなっていき、この間隙にある燃料は主差圧室へと流れる出るのだが、このときの流出抵抗が大きいと針弁の移動はそれだけ遅くなる。
【００２０】
しかし、隔壁に設けた補助通路により、主差圧室の圧力変動がピストン部に速やかに伝達され、この補助通路を燃料が流れることにより、ピストン部は大きな抵抗を受けることなく、差圧室を圧縮することができ、針弁は開弁方向に応答よく移動する。
【００２１】
また、電歪素子を伸長方向に作動すると、プランジャを介して主差圧室が圧縮され、このとき主差圧室の燃料が主通路及び補助通路を介して差圧室に流入するため、ピストン部に直ちに高圧が作用し、その移動がスムーズに行われ、針弁の閉弁方向への応答性も高まる。このようにして、針弁のリフト特性を電歪素子に供給される制御パルス信号に対して応答よく追従させることができる。
【００２２】
また、主差圧室が拡大するときは、ピストン部が隔壁に向けて移動し、差圧室を圧縮するが、このとき差圧室内部の燃料は主通路を介して、またピストン部と隔壁の間の燃料は補助通路を介して主差圧室に流入し、このため針弁はほとんど抵抗なく後退し、速やかに開弁する。
【００２３】
主差圧室が圧縮されるときは、主差圧室の圧力変動が、主通路と補助通路を介してピストン部に伝達され、とくに主通路からピストン部の軸孔に直接的に導かれる圧力は、突起と軸孔との摺動間隙により逃げが妨げられ、このためピストン部にかかる圧力を効率よく針弁の駆動力として利用でき、針弁を応答よく閉弁方向に駆動できる。
【００２４】
第２の発明によると、補助通路は複数形成されているので、主差圧室と差圧室との間の燃料の流通がそれだけ抵抗なく行われ、つまり圧力変動の伝達が効率よく行われ、針弁の応答性を改善できる。
【００２５】
【実施の形態】
以下、最良の実施の形態を説明する前に、まず本発明の前提となる技術について図にしたがって説明する。
【００２６】
図１、図２において、針弁２のピストン部２ａの背面に対峙する隔壁８には、主通路８ａに加えて、その外側に複数の補助通路２３ａ，２３ｂが設けられ、これらにより差圧室６と主差圧室７とを連通する。これら補助通路２３ａ，２３ｂは、ピストン部２ａの外周端部２ｃに対向する位置に設けられ、針弁２が最大にリフトするときに、ピストン部２ａの背面にある燃料を直接的に主差圧室７へ流通させる。
【００２７】
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５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。
【００２８】
次に図４を参照しながら作用を説明する。
【００２９】
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、この拡大空間には主燃圧室２０の燃料がオリフィス１０を介して導入されるが、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。
【００３０】
針弁２のピストン部２ａに作用する主燃圧室２０との差圧により、バネ４に抗して針弁２が開弁方向にリフトする。このピストン部２ａの移動に伴い差圧室６は収縮し、燃料が主通路８ａと補助通路２３ａ，２３ｂを介して主差圧室７へと流入する。この場合、ピストン部２ａは針弁２の最大リフトを規制するための隔壁８に向けて距離を縮めていくが、この狭い空間から逃げ出す燃料の流出抵抗が大きいと、針弁２の移動はそれだけ遅くなる。
【００３１】
しかし、隔壁８に設けた補助通路２３ａ，２３ｂにより、主差圧室７の圧力変動がピストン部２ａに速やかに伝達され、主通路８ａを経由しなくても主差圧室７へと燃料を流すことができ、とくに補助通路２３ａ，２３ｂがピストン部２ａの外周端部２ｃに対向して開口しているので、差圧室６から主差圧室７への燃料の流れがスムーズになり、ピストン部２ａは抵抗なく差圧室６を圧縮でき、このため針弁２は開弁方向に応答よく移動する。
【００３２】
これにより図４にもあるとおり、針弁２のリフト特性をピエゾ素子１１への制御パルス信号に対応して応答よく追従させることができる。
【００３３】
また、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の容積が圧縮され、圧力が高まり、針弁２のピストン部２ａが押圧される。このとき主差圧室７からの燃料が主通路８ａ及び補助通路２３ａ，２３ｂを介して差圧室６へ流入するため、ピストン部２ａの移動がスムーズに行われ、針弁２の閉弁方向への応答性も高まり、制御パルス信号に高感度をもって応答することができる。
【００３４】
次に、図３に示す本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
この実施の形態では、ピストン部２ａの背面に差圧室６の一部を形成するように設けた軸孔２ｂに、これと同軸的に隔壁８から突出させた突起８ｂを挿入し、また突起８ｂの中心には主差圧室７と連通する主通路８ａを貫通するように形成する。なお突起８ｂの外周と差圧室６の内周には所定の摺動間隙を形成し、これを燃料の流れが絞られるオリフィス９とする。
【００３６】
隔壁８には前記と同じように、ピストン部２ａの外周端部２ｃに対向して複数の補助通路２３ａ，２３ｂを形成し、差圧室６と主差圧室７との間で燃料を流通させる。
【００３７】
以上の構成において、ピエゾ素子１１の働きによる主差圧室７の容積空間の拡大に伴い圧力が低下すると、ピストン部２ａが隔壁８に向けて移動し、差圧室６を圧縮するが、このとき差圧室６の内部の燃料は突起８ｂの主通路８ａを介して主差圧室７に流入し、またピストン部２ａの外周端部２ｃと隔壁８の間の燃料は、補助通路２３ａ，２３ｂを介して同じく主差圧室７に流入し、このため針弁２はほとんど抵抗なく後退し、速やかに開弁する。
【００３８】
また、ピエゾ素子１１が主差圧室７を圧縮する方向に変形するときは、主差圧室７の圧力変動が、主通路８ａと補助通路２３ａ，２３ｂを介して差圧室６に伝達され、とくに主通路８ａからは差圧室６に直接的に導かれ、ここから主燃圧室２０へと逃げる燃料は、オリフィス９、１０を経由しなければならず、漏れ分が少なく、このためピストン部２ａにかかる圧力を効率よく針弁２の駆動力として利用でき、針弁２を応答よく閉弁方向に駆動することができる。
【００３９】
このようにして、針弁２の開弁、閉弁特性の応答性を改善することができ、また差圧を発生させるオリフィスとして、２つのオリフィス９，１０を設けるようにしたので、各オリフィスの間隙は拡大でき、加工精度の緩和が可能となり、加工コストの低減などが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる技術を示す断面図である。
【図２】要部の拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態の要部の拡大図である。
【図４】開弁作動特性を従来と比較して示す特性図である。
【図５】従来例の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 噴口
２ 針弁
２ａ ピストン部
４ バネ
６ 差圧室
７ 主差圧室
８ 隔壁
８ａ 主通路
８ｂ 突起
９ オリフィス
１０ オリフィス
１１ ピエゾ素子
１２ 皿バネ
１４ プランジャ
２０ 主燃圧室
２３ａ 補助通路
２３ｂ 補助通路
【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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