(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開弁作動時に電圧または磁界が印加されることにより伸長し、閉弁作動時に印加される電圧または磁界が遮断されるのに伴って収縮する電磁歪アクチュエータと、
電磁歪アクチュエータと直列に配置したピストンを摺動可能に嵌合させるシリンダボディと、
電磁歪アクチュエータのピストンに近い固定端をシリンダボディに支持する支持部材と、
シリンダボディと支持部材の間に配置されて電磁歪アクチュエータの移動端の変位をピストンに伝達する伝達部材と、
ピストンにより画成され、容積が拡大して圧力が低下し、容積が縮小して圧力が上昇する差圧室と、
加圧燃料が導かれる燃圧室と、
燃圧室と差圧室を連通する絞り通路と、
燃圧室と差圧室の圧力差に応じて変位する針弁と、
針弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、
針弁によって開閉され燃圧室の燃料を噴出する噴口と、
を備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射弁。
【請求項２】
前記支持部材をシリンダボディと別体で形成し、
シリンダボディに支持部材を回転させることにより支持部材を嵌合させる内周溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射弁。
【請求項３】
前記電磁歪アクチュエータを収装するケーシングを備え、
支持部材をケーシングに一体的に形成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射弁。
【請求項４】
前記電磁歪アクチュエータに圧縮荷重を付与する与圧スプリングと、
与圧スプリングの弾性復元力を調整する調整機構を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁歪アクチュエータを介して針弁前後の燃料圧力を変化させることにより針弁を作動させるエンジンの燃料噴射弁に関する。
【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ピエゾアクチュエータ（圧電素子）を備え、ピエゾアクチュエータを介して針弁（弁体）を開弁作動させるものがあった。針弁をピエゾアクチュエータ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、最大噴射量と最小噴射量の比（ダイナミックレンジ）が拡大してエンジンの高出力化に対応できる。また、少量の燃料を安定して噴射できるので、エンジンの燃費低減がはかれる。
【０００３】
この種の燃料噴射弁として、針弁をその前後差圧に基づいて開弁させるようにしたものが知られている。針弁の前後には燃圧室と差圧室が画成されており、燃圧室には所定の圧力で燃料が導入され、差圧室は燃圧室とオリフィスにより連通されている。針弁背後側の差圧室にはピエゾアクチュエータが設けられており、このピエゾアクチュエータの伸縮により針弁の開閉作動が制御される。すなわち、ピエゾアクチュエータに電圧を印加して伸長させ、針弁前後の燃圧室と差圧室の圧力はオリフィスを介して均等化されている状態では、針弁はリターンスプリングの張力により閉弁保持している。この状態からピエゾアクチュエータの両端子を短絡させてピエゾアクチュエータを瞬時に収縮させると、針弁背後の差圧室の容積が拡大する。このとき、差圧室は針弁前方の燃圧室に対してオリフィスを介して連通しているので、一時的に差圧室の内圧が低下し針弁の前後に開弁方向の圧力差が発生する。これにより針弁はリターンスプリングに抗して開弁し、噴口が開いて燃料が噴射されることになる。（この種の燃料噴射弁の公知例としては、例えば特開平６−２８０７１１号公報を参照。）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のこのようなピエゾアクチュエータを用いた燃料噴射弁では、ピエゾアクチュエータに印加される電圧を遮断して針弁を開弁させる構造のため、ピエゾアクチュエータに電圧を導くリード線等の断線が発生した場合、ピエゾアクチュエータが収縮するのに伴って針弁が開弁し、所定の噴射時期以外で燃料が一時的に噴射されてしまう可能性があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジンの燃料噴射弁において、断線時等の燃料噴射を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のエンジンの燃料噴射弁は、開弁作動時に電圧または磁界が印加されることにより伸長し、閉弁作動時に印加される電圧または磁界が遮断されるのに伴って収縮する電磁歪アクチュエータと、電磁歪アクチュエータと直列に配置したピストンを摺動可能に嵌合させるシリンダボディと、電磁歪アクチュエータのピストンに近い固定端をシリンダボディに支持する支持部材と、シリンダボディと支持部材の間に配置されて電磁歪アクチュエータの移動端の変位をピストンに伝達する伝達部材と、ピストンにより画成され、容積が拡大して圧力が低下し、容積が縮小して圧力が上昇する差圧室と、加圧燃料が導かれる燃圧室と、燃圧室と差圧室を連通する絞り通路と、燃圧室と差圧室の圧力差に応じて変位する針弁と、針弁を閉弁方向に付勢するリターンスプリングと、針弁によって開閉され燃圧室の燃料を噴出する噴口とを備える構成とした。
【００１０】
請求項２に記載のエンジンの燃料噴射弁は、請求項１に記載の支持部材をシリンダボディと別体で形成し、シリンダボディに支持部材を回転させることにより支持部材を嵌合させる内周溝を形成するものとした。
【００１１】
請求項３に記載のエンジンの燃料噴射弁は、請求項１に記載の発明において、電磁歪アクチュエータを収装するケーシングを備え、支持部材をケーシングに一体的に形成するものとした。
【００１２】
請求項４に記載のエンジンの燃料噴射弁は、請求項１から３のいずれか一つに記載の発明において、前記電磁歪アクチュエータに圧縮荷重を付与する与圧スプリングと、与圧スプリングの弾性復元力を調整する調整機構を備えるものとした。
【００１７】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明において、燃料噴射弁の開弁作動時に、電磁歪アクチュエータはエンジン回転に同期して電圧または磁界が印加されることにより伸長する。電磁歪アクチュエータの伸長に伴って伝達部材を介してピストンが電磁歪アクチュエータの変位方向と逆方向に移動することにより、差圧室はその容積が拡大してその圧力が低下する。燃圧室は絞り通路を介して圧力低下が遅れて伝わるので、差圧室と燃圧室に圧力差が直ちに発生する。この圧力差により針弁がリターンスプリングに抗して噴口を開き、燃圧室に導かれる高圧燃料が噴口から噴射される。
【００１８】
燃料噴射弁の閉弁作動時に、電磁歪アクチュエータはエンジン回転に同期して電圧または磁界が遮断されることにより収縮する。電磁歪アクチュエータの伸長に伴って伝達部材を介してピストンが電磁歪アクチュエータの変位方向と逆方向に移動することにより、差圧室はその容積が縮小してその圧力が直ちに上昇する。こうして発生する差圧室と燃圧室の圧力差およびリターンスプリングの付勢力により針弁が移動してノズルボディのシート部に着座する。針弁がシート部に着座することにより、噴口が閉塞され、燃料の噴射が停止される。
【００１９】
燃料噴射弁は電磁歪アクチュエータに印加される電圧または磁界を遮断して針弁を閉弁させる構造のため、万一断線等が発生した場合に、燃料の噴射が停止され、エンジンの二次故障を防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明において、支持部材はシリンダボディの各内周溝に嵌合することにより、シリンダボディに対して軸方向の変位が規制される。
【００２１】
燃料噴射弁の組み立て時に、伝達部材はシリンダボディ内に挿入され、回転されることにより内周溝に嵌合して取付けられる。
【００２２】
請求項３に記載の発明において、支持部材を電磁歪アクチュエータを収装するケーシングに一体的に形成することにより、電磁歪アクチュエータや伝達部材の組み付けが容易に行え、構造の簡素化がはかれる。
【００２３】
請求項４に記載の発明において、調整機構を介して与圧スプリングの弾性復元力を調整することにより、ピエゾアクチュエータは与圧スプリングによって所定の圧縮荷重が付加され、安定した作動性が確保される。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１に示すように、燃料噴射弁７はその先端に設けられるノズルボディ１を図示しないエンジンの燃焼室に臨ませる。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、ノズルボディ１の先端に開口した噴口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。
【００２６】
ノズルボディ１の内部に針弁２が摺動可能に収装される。ノズルボディ１の内部には針弁２のまわりに燃圧室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は針弁２によって開閉される。
【００２７】
図示しない燃料ポンプから圧送される燃料は、燃料入口通路６から燃圧室３に導入され、針弁２のリフトに伴って噴口１ｂから噴射される。
【００２８】
針弁２はその基端側にピストン部２ｃを有する。ノズルボディ１およびシリンダボディ９とピストン部２ｃの間には差圧室８が画成される。燃圧室３と差圧室８はピストン部２ｃの外周に形成された絞り通路（隙間）５を介して連通する。
【００２９】
針弁２を閉弁方向に付勢するリターンスプリング４が設けられる。リターンスプリング４は針弁２のピストン部２ｃとシリンダボディ９の間に圧縮された状態で介装され、針弁２と同軸上に配置される。
【００３０】
針弁２の基端とケーシング９の間にはシム１７が介装され、シム１７によって針弁２の軸方向の移動が規制される。シム１７は円盤状に形成される。シム１７の板厚によって針弁２の最大リフト量が決まる。
【００３１】
シリンダボディ９の内部には差圧室８を画成するピストン１１が摺動可能に介装される。ピストン１１の外周にはＯリング１２が介装される。Ｏリング１２がシリンダボディ９の円筒状をした内壁面に摺接することにより、差圧室８の密封がはかれる。
【００３２】
ピストン１１を介して針弁２を開閉駆動するピエゾアクチュエータ１０が設けられる。ピエゾアクチュエータ１０は円盤状をした複数のピエゾ素子が、同じく円盤状をした内部電極を挟んで積層される。
【００３３】
ピエゾアクチュエータ１０のピストン１１に近い端部１０ａは支持部材４０を介してシリンダボディ９に結合され、シリンダボディ９に対して固定端として機能する。
【００３４】
ピエゾアクチュエータ１０のピストン１１から遠い端部１０ａは円筒状をした伝達部材３０に結合され、シリンダボディ９に対して移動端として機能する。伝達部材３０はピストン１１に当接し、差圧室８に燃圧が作用している状態で、ピストン１１をピエゾアクチュエータ１０の伸縮動作に追従させるようになっている。
【００３５】
したがって、ピエゾアクチュエータ１０が各ピエゾ素子に図示しない駆動用アンプから電圧が印加されて伸長すると、ピエゾアクチュエータ１０の端部１０ａが支持部材４０によってシリンダボディ９に固定されているので、伝達部材３０はシリンダボディ９の基端側に後退し、燃圧室３に対して差圧室８の圧力が低下し、針弁２はリターンスプリング４に抗して開弁する。
【００３６】
ピエゾアクチュエータ１０は各ピエゾ素子に印加される電圧が遮断短絡されると収縮し、伝達部材３０はシリンダボディ９の先端側に移動するので差圧室８を収縮して圧力を回復させて、つまり針弁２にかかる差圧を相殺し、リターンスプリング４により閉弁方向に駆動する。
【００３７】
なお、ピエゾアクチュエータ１０に代えて印加される磁界の強さに応じて伸縮する超磁歪素子からなる磁歪アクチュエータを用いてもよい。ここでは、ピエゾアクチュエータと磁歪アクチュエータ等を総称して電磁歪アクチュエータとする。
【００３８】
コントローラはエンジンの回転数、エンジンの吸入空気量を始めエンジン運転条件を検出する各種信号を入力し、これらのエンジン運転条件に応じて燃料噴射量を演算する。コントローラでは演算された燃料噴射量に対応するパルス信号がつくられ、このパルス信号に応じた電圧が駆動用アンプを介してピエゾアクチュエータ１０に印加される。
【００３９】
燃料噴射弁７は、ピエゾアクチュエータ１０の変位方向と針弁２の変位方向を逆転させる機構として、シリンダボディ９に対してピエゾアクチュエータ１０のピストン１１に近い固定端を支持する支持部材４０を備えるとともに、ピエゾアクチュエータ１０のピストン１１に遠い移動端の変位をピストン１１に伝達する伝達部材３０を備える。
【００４０】
支持部材４０は、図２にも示すように、ピエゾアクチュエータ１０の固定端１０ａに接合する円盤状をした受け板部４１と、受け板部４１から径方向に拡がる扇形をした一対の係合部４２とを有する。
【００４１】
シリンダボディ９の内周面には一対の内周溝１５が形成される。支持部材４０はその各係合部４２が各内周溝１５に嵌合することにより、シリンダボディ９に対して軸方向の変位が規制される。
【００４２】
燃料噴射弁７の組み立て時は、ピエゾアクチュエータ１０と支持部材４０が収装された伝達部材３０をシリンダボディ９内に挿入し、伝達部材３０を９０度回転させることにより、支持部材４０の係合部４２が内周溝１５に嵌合するようになっている。
【００４３】
伝達部材３０は有底円筒状をした筒部３１を有し、筒部３１の底部にピエゾアクチュエータ１０の移動端１０ｂが接合する。
【００４４】
伝達部材３０の開口端側から軸方向に延びる２本の脚部３２を有する。各脚部３２は、支持部材４０の各係合部４２の間を挿通して、それぞれの先端がピストン１１に接合する。
【００４５】
各脚部３２の先端外周面がシリンダボディ９の内周面に摺動可能に接合する。また、筒部３１の外周面から突起３３が環状に突出し、突起３３の外周面がシリンダボディ９の内周面に摺動可能に接合する。伝達部材３０は脚部３２と突起３３を介してシリンダボディ９に対する径方向の位置決めが行われる。
【００４６】
シリンダボディ９の開口端にはアジャストプレート２１，２２が取付けられる。アジャストプレート２１と伝達部材３０の間に皿バネ状をした与圧スプリング１８が圧縮された状態で介装される。伝達部材３０は与圧スプリング１８の弾性復元力によりピエゾアクチュエータ１０の移動端に押し付けられ、ピエゾアクチュエータ１０の伸縮作動に追従する。与圧スプリング１８の弾性復元力はピエゾアクチュエータ１０の駆動力より小さく、かつピストン１１に加わる燃料圧力による押圧力より大きく設定される。また、ピエゾアクチュエータ１０は与圧スプリング１８によって圧縮荷重が付加されることにより、安定した作動性が確保される。
【００４７】
各アジャストプレート２１，２２はそれぞれシリンダボディ９の内周に螺合して共締めされる。シリンダボディ９に対する各アジャストプレート２１，２２の螺合位置を変えることにより、与圧スプリング１８がピエゾアクチュエータ１０に付与する圧縮荷重を調整することができる。
【００４８】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００４９】
図１に示すように、はピエゾアクチュエータ１０に電圧が印加されず収縮しているとき、ピストン１１は差圧室８を収縮させている。このとき、ピストン部２ｃの前後に生じる燃圧室３と差圧室８の圧力は絞り通路５を介して均等化されているが、ピストン１１にかかる圧力で与圧スプリング１８が縮むことのないように設定してあるため、伝達部材３０はピエゾアクチュエータ１０に密着している。
【００５０】
燃料噴射弁７の開弁作動時に、ピエゾアクチュエータ１０はエンジン回転に同期して電圧が印加されることにより伸長する。ピエゾアクチュエータ１０の伸長に伴って伝達部材３０を介してピストン１１が移動することにより、差圧室８はその容積が拡大してその圧力が低下する。燃圧室３には絞り通路５を介して圧力低下が遅れて伝わるので、差圧室８と燃圧室３に圧力差が直ちに発生する。この圧力差により針弁２がリターンスプリング４に抗して噴口１ｂを開き、燃圧室３に導かれる高圧燃料が噴口１ｂを通ってエンジン５０の燃焼室に噴射される。
【００５１】
燃料噴射弁７の閉弁作動時に、ピエゾアクチュエータ１０に印加される電圧がエンジン回転に同期して遮断短絡されることによりピエゾアクチュエータ１０は収縮する。ピエゾアクチュエータ１０が収縮するのに伴って与圧スプリング１８に押されてピストン１１が移動することにより、差圧室８はその容積が縮小してその圧力が上昇する。燃圧室３には絞り通路５を介して圧力低下が遅れて伝わるので、差圧室８の圧力が燃圧室３と同じ、もしくはそれより高くなる。このため、差圧室８と燃圧室３の圧力差およびリターンスプリング４の付勢力により針弁２が移動してノズルボディ１のシート部に着座する。針弁２がシート部に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。
【００５２】
ところで、ピエゾアクチュエータ１０のリード線等が断線した場合、ピエゾアクチュエータ１０は電圧が遮断短絡されて収縮する。このためピストン１１が差圧室８を収縮させ針弁２の閉じ方向の付勢力が大きくなり、針弁２を閉弁させる。これにより、針弁２が所定の噴射時期以外で開き、燃料が噴射されてしまうことを防止できる。
【００５３】
すなわち、燃料噴射弁７はピエゾアクチュエータに印加される電圧を遮断して針弁２を閉弁させる構造のため、断線等の発生時に燃料が噴射されることを防止できる。
【００５４】
また、ピエゾアクチュエータ１０はピストン１１に直接的に接合しない構造のため、ピエゾアクチュエータ１０で発生する熱がピストン１１に伝わりにくく、ピストン１１の安定した作動性が確保される。
【００５５】
燃料噴射弁７は、ピエゾアクチュエータ１０の変位方向と針弁２の変位方向が逆転しているが、ピエゾアクチュエータ１０とピストン１１と針弁２およびリターンスプリング４が直列に並べられ、構造の簡素化がはかれる。
【００５６】
次に、図４に示す実施形態について説明する。なお、図１との対応部分には同一符号を付す。
【００５７】
ピストン１１を収装するシリンダボディ９とピエゾアクチュエータ１０を収装するケーシング４９が別体で形成される。シリンダボディ９とケーシング４９は複数のボルトを介して締結される。
【００５８】
ピエゾアクチュエータ１０のピストン１１に近い端部１０ａは支持部材５１を介してシリンダボディ９に結合される。支持部材５１は円筒状をしたケーシング４９の端部に一体形成される。
【００５９】
支持部材５１は、図５にも示すように、ピエゾアクチュエータ１０の固定端に接合する円盤状をした受け板部５１と、受け板部５１から径方向に拡がる扇形をした一対の係合部５２とを有する。
【００６０】
ピエゾアクチュエータ１０のピストン１１から遠い端部には伝達部材３０が結合される。
【００６１】
伝達部材３０は有底円筒状をした筒部３１を有し、筒部３１の底部にピエゾアクチュエータ１０の移動端１０ｂが接合する。
【００６２】
伝達部材３０の開口端側から軸方向に延びる２本の脚部３２を有する。各脚部３２は、支持部材５１の各係合部５２の間を挿通して、それぞれの先端がピストン１１に接合する。
【００６３】
ケーシング４９の開口端にはアジャストプレート２１，２２が取付けられる。アジャストプレート２１と伝達部材１５の間に皿バネ状をした与圧スプリング１８が圧縮された状態で介装される。伝達部材３０は与圧スプリング１８の弾性復元力によりピエゾアクチュエータ１０の移動端に押し付けられ、ピエゾアクチュエータ１０の伸縮作動に追従する。与圧スプリング１８の弾性復元力はピエゾアクチュエータ１０の駆動力より小さく設定される。また、ピエゾアクチュエータ１０は与圧スプリング１８によって圧縮荷重が付加されることにより、安定した作動性が確保される。
【００６４】
各アジャストプレート２１，２２はそれぞれケーシング４９の内周に螺合して共締めされる。ケーシング９に対する各アジャストプレート２１，２２の螺合位置を変えることにより、与圧スプリング１８がピエゾアクチュエータ１０に付与する圧縮荷重を調整することができる。
【００６５】
この場合、支持部材５０を電磁歪アクチュエータ１０を収装するケーシング４９に一体的に形成する構造により、電磁歪アクチュエータ１０や伝達部材３０の組み付けが容易に行え、構造の簡素化がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う燃料噴射弁の断面図。
【図３】同じくシリンダボディの断面図。
【図４】他の実施形態を示す燃料噴射弁の断面図。
【図５】同じく図４のＡ−Ａ線に沿う燃料噴射弁の断面図。
【符号の説明】
１    ノズルボディ
１ｂ  噴口
２    針弁
２ｃ  ピストン部
３    燃圧室
４    リターンスプリング
５    絞り通路
６    燃料入口
７    燃料噴射弁
８    差圧室
９    シリンダボディ
１０    ピエゾアクチュエータ
１１    ピストン
１５    内周溝
１８    与圧スプリング
３０    伝達部材
３２    脚部
４０    支持部材
４９    ケーシング
５０    支持部材
【図１】
0003758318.tif 000002
【図２】
0003758318.tif 000003
【図３】
0003758318.tif 000004
【図４】
0003758318.tif 000005
【図５】
0003758318.tif 000006