(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、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ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
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
【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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