JP4123499B2

JP4123499B2 - Piezoelectric control valve

Info

Publication number: JP4123499B2
Application number: JP33896598A
Authority: JP
Inventors: 直樹田中; 修一松本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2018-11-30
Also published as: JP2000161176A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式制御弁に関し、特に内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃焼室内へ間欠的に燃料を噴射する燃料噴射装置に好適な圧電式制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、加圧された高圧燃料を電気制御される圧電素子により駆動されるインジェクタによってエンジンの燃焼室内へ噴射するようにした燃料噴射装置において、高圧燃料の噴射を制御する圧電式制御弁として米国特許第５，７４０，９６９号公報に開示されるものが知られている。
【０００３】
米国特許第５，７４０，９６９号公報に開示される圧電式制御弁は、噴射ノズルの弁部材を駆動する圧電素子をハウジングに収容し、このハウジングを２種類の熱膨張係数が異なる材料を用いて構成している。これにより、ハウジングと圧電素子の熱膨張係数を同等にして温度補償を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の温度補償方法においては、圧電素子の変位量が数十μｍ程度であるのに対し、圧電素子の製造寸法のばらつきやハウジングの加工公差のばらつきが無視できない程度に大きいため、圧電素子と弁体との位置決めが困難であるという問題があった。さらに、温度変化により圧電素子およびハウジングが熱膨張し、圧電素子とハウジングとの熱膨張差によりゼロ点がずれることによって、設計通りに温度補償を行うことが困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、温度補償が容易な圧電式制御弁を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、安定した流体噴射の制御が可能な圧電式制御弁を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の圧電式制御弁によると、検出手段は、駆動用圧電素子の駆動力を弁体に伝達する駆動力伝達部と弁体との接触を検出する。駆動力伝達部と弁体とが接触していないとき、駆動用圧電素子に電圧を印加すると、印加電圧の大きさに応じて駆動用圧電素子に伸びが生じ、駆動力伝達部と弁体とが接触する。この駆動力伝達部と弁体との接触を検出することより、駆動力伝達部と弁体との接触点、すなわちゼロ点を検出することができる。このため、駆動用圧電素子に例えばバイアス電圧をかけ、ゼロ点補正を行うことにより駆動力伝達部を弁体のゼロ点近傍に保持することができる。したがって、温度補償を容易に行うことができ、安定した流体噴射の制御を行うことができる。
【０００７】
本発明の請求項２記載の圧電式制御弁によると、（１）駆動力伝達部と弁体とが接触するように弁体、駆動用圧電素子および駆動力伝達部をハウジングに組付ける場合、（２）組付け後、駆動用圧電素子とハウジングとの熱膨張差により駆動力伝達部と弁体との接触の保持ができない場合、（３）経時変化により駆動力伝達部と弁体との接触の保持ができない場合の少なくともいずれか一つの場合、駆動用圧電素子に駆動電圧を印加し、検出手段は駆動力伝達部と弁体とが接触し、駆動力を伝達するゼロ点を検出する。その後、駆動用圧電素子は、ゼロ点の検出時に駆動用圧電素子に印加した電圧より僅かに小さい電圧をバイアス電圧として印加される。このため、ゼロ点補正を確実に行うことができ、温度補償を確実に行うことができる。したがって、常に安定した流体噴射の制御が可能となる。
【０００８】
本発明の請求項１記載の圧電式制御弁によると、検出手段は検出用圧電素子を有するので、駆動力伝達部と弁体とが接触すると、検出用圧電素子に圧縮力が作用し発生電位が誘起される。この発生電位を検出することによりゼロ点を容易に検出することができる。したがって、簡単な構成でゼロ点補正を容易に行うことができ、温度補償をさらに容易に行うことができる。
【０００９】
本発明の請求項３記載の圧電式制御弁によると、検出用圧電素子は、駆動力伝達部と弁体とが接触し、駆動力を伝達するゼロ点の検出をしていない場合、駆動電圧を印加することで弁体を駆動するので、弁体のリフト量をかせぐことができる。したがって、様々な用途および型の流体噴射装置に適用することができる。
【００１０】
本発明の請求項４記載の圧電式制御弁によると、検出用圧電素子および駆動用圧電素子は一体焼成であり、電極配置により検出用圧電素子と駆動用圧電素子とに分けられているので、検出用圧電素子および駆動用圧電素子を簡便に製造することができる。したがって、製造工数および製造コストを低減することができる。
【００１１】
本発明の請求項５記載の圧電式制御弁によると、検出手段は、付勢手段の付勢力を検出することにより駆動力伝達部と弁体との接触を検出するので、簡単な構成でゼロ点を容易に検出することができ、ゼロ点補正を容易に行うことができる。したがって、温度補償をさらに容易に行うことができる。
【００１２】
本発明の請求項６記載の圧電式制御弁によると、検出手段は、高圧流体室内の高圧流体を弁体に作用させて弁体の閉弁力を増大させることにより駆動力伝達部と弁体との接触を検出するので、駆動力伝達部と弁体とが接触したとき、比較的大きな力を検出することができ、ゼロ点を検出する精度を高めることができる。したがって、ゼロ点補正の精度が向上し、温度補償の精度が向上する。
【００１３】
本発明の請求項７記載の圧電式制御弁によると、ストッパ部は、高圧流体通路の内壁に形成され弁体がフルリフトすることにより当接可能であり、検出手段は、弁体がストッパ部に当接するフルリフト位置を検出し、この位置と弁体のリフト量との差を演算することにより駆動力伝達部と弁体との接触点を検出するので、ゼロ点を容易にかつ高精度で検出することができる。したがって、ゼロ点補正が容易になるとともにゼロ点補正の精度が向上し、温度補償が容易になるとともに温度補償の精度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の圧電式制御弁を蓄圧式燃料噴射装置に適用した第１実施例を図１に示す。
図１に示すインジェクタ１には、図示しないコモンレールで蓄圧された一定圧の高圧燃料が図示しない燃料配管を経由して高圧燃料導入通路７を通って供給されている。
【００１５】
インジェクタ１の噴孔側に設けられた噴射ノズル１０のノズルボディ２には、噴孔３を開閉するニードル弁４が往復移動可能に収容されている。ノズルボディ２およびインジェクタボディ５はリテーニングナット１７で結合されている。ニードル弁４の反噴孔側にはニードル弁４に接触あるいは連結する制御ピストン６が配設されている。ここで、ニードル弁４および制御ピストン６は弁部材を構成している。ニードル弁４の反噴孔側端部はスプリング１８内に貫挿されており、スプリング１８はニードル弁４を図１の下方、つまり噴孔閉塞方向に付勢している。制御ピストン６の反噴孔側には高圧流体室としての圧力制御室２０が形成されている。制御ピストン６には、高圧燃料導入通路７と圧力制御室２０とに連通し、圧力制御室２０への流入燃料量を規制する絞り孔１１が形成されている。
【００１６】
高圧燃料導入通路７から導入された高圧燃料は、噴射ノズル燃料導入通路８と絞り孔１１とに分岐される。噴射ノズル燃料導入通路８に分岐した高圧燃料はニードル弁４の周囲に環状に形成された燃料溜まり１９に供給され、絞り孔１１に分岐した高圧燃料は圧力制御室２０に供給されている。燃料溜まり１９内の高圧燃料の圧力は図１の上方、つまり燃料溜まり１９と噴孔３とが連通するリフト方向にニードル弁４を付勢し、圧力制御室２０内の高圧燃料の圧力は図１の下方、つまりニードル弁４が噴孔３を閉塞する方向に制御ピストン６を付勢する。
【００１７】
圧力制御室２０と低圧燃料室９との間には燃料孔１２が形成されている。低圧燃料室９は、インジェクタ１内の余剰燃料を外部に排出するための通路である。圧力制御室２０と燃料孔１２とを連通可能な連通路の内壁には、テーパ状の円錐台面を有するシート部５０が形成されている。このシート部５０に後述する弁体４０の球状部材４１が当接可能である。ここで、燃料孔１２および低圧燃料室９は低圧空間を構成している。
【００１８】
圧力制御室２０内には弁体４０が設けられており、この弁体４０は当接部としての球状部材４１と付勢手段としてのスプリング４２とから構成される。スプリング４２の一方の端部は球状部材４１に当接し、他方の端部は制御ピストン６の反ニードル弁側の端部に当接しているので、スプリング４２は球状部材４１がシート部５０に着座する方向、すなわち圧力制御室２０と燃料孔１２との連通が遮断される方向に球状部材４１を付勢している。
【００１９】
低圧燃料室９内にはケーシング３０が設けられ、このケーシング３０内に弁体４０を駆動して圧力制御室２０内の高圧燃料を開放あるいは遮断するための駆動用圧電素子１３が設けられている。ケーシング３０は、皿ばね３５により反燃料孔側に付勢されている。駆動用圧電素子１３は、円盤状をした複数個の圧電素子が同じく円盤状をした内部電極を挟んで積層されており、コネクタ３２に埋設されるターミナル３３から電力が供給される。駆動用圧電素子１３は、各圧電素子に電圧が印加されることにより伸長し、皿ばね３５の付勢力に逆らってケーシング３０を燃料孔１２側に変位させる。駆動用圧電素子１３は各圧電素子に印加される電圧が遮断されることにより収縮し、皿ばね３５の付勢力によりケーシング３０を反燃料孔側に変位させる。
【００２０】
ケーシング３０の底端面の略中央部には駆動力伝達部としてのバルブニードル１５が固定されている。このバルブニードル１５の外径は燃料孔１２の内径よりも小さく、燃料孔１２内にバルブニードル１５が挿入可能であるので、駆動用圧電素子１３の伸長あるいは収縮に伴って燃料孔１２の内外を変位し、弁体４０の球状部材４１に当接可能である。このため、駆動用圧電素子１３に電圧が印加されることによってバルブニードル１５が図１の下方、つまり球状部材４１に当接する方向に変位して球状部材４１を押し、球状部材４１がスプリング４２の付勢力に逆らってシート部５０から離座し、圧力制御室２０と燃料孔１２とが連通する。したがって、バルブニードル１５は、駆動用圧電素子１３の駆動力を弁体４０に伝達している。弁体４０、駆動用圧電素子１３およびバルブニードル１５はインジェクタボディ５に収容されている。すなわち、インジェクタボディ５はハウジングを構成している。
【００２１】
ケーシング３０の内底面と駆動用圧電素子１３の反コネクタ側端面との間には検出手段としての検出用圧電素子１６が設けられている。検出用圧電素子１６は、円盤状をした複数個の圧電素子が同じく円盤状をした内部電極を挟んで積層されており、コネクタ３２に埋設されるターミナル３６に接続される。検出用圧電素子１６は、バルブニードル１５が球状部材４１に当接し、各圧電素子に圧縮荷重が付加されることにより電圧が発生してバルブニードル１５と弁体４０との接触を検知する構成である。検出用圧電素子１６および駆動用圧電素子１３は一体焼成であり、電極配置により検出用圧電素子１６と駆動用圧電素子１３とに分けられている。このため、検出用圧電素子１６および駆動用圧電素子１３を簡便に製造することができ、製造工数および製造コストを低減することができる。
【００２２】
次に、上記構成をもつ蓄圧式燃料噴射装置の作動およびゼロ点検出方法について、図１、図２および図３を用いて説明する。
(1) 駆動用圧電素子１３に印加される電圧が遮断されているとき、駆動用圧電素子１３は収縮しているので、バルブニードル１５は球状部材４１に当接しておらず、スプリング４２の付勢力により球状部材４１が図１の上方に押されシート部５０に着座する。球状部材４１がシート部５０に着座することにより、圧力制御室２０と低圧燃料室９との連通が遮断される。
【００２３】
図３に示すステップＳ１１において、燃料配管から高圧燃料導入通路７を通ってインジェクタ１内に高圧燃料が供給されると、制御ピストン６の受圧面積はニードル弁４の受圧面積よりも大きく、スプリング１８の付勢力は噴孔閉塞方向に働いているので、圧力制御室２０の燃料圧力から制御ピストン６が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング１８の付勢力との和は、燃料溜まり１９の燃料圧力からニードル弁４がリフト方向に受ける力よりも大きい。したがって、ニードル弁４により噴孔３は閉塞され燃料噴射は行われない。
【００２４】
(2) 図３に示すステップＳ１２において、駆動用圧電素子１３に電圧が印加されると、図２に示すように、印加電圧の大きさに比例して駆動用圧電素子１３に伸びが生じ、この伸びによりバルブニードル１５が変位し弁体４０に近づく。バルブニードル１５と弁体４０の球状部材４１とが接触していない状態においては、検出用圧電素子１６に生じる電圧は極めて小さい。しかし、バルブニードル１５と球状部材４１とが接触すると、スプリング４２の付勢力と圧力制御室２０の燃料圧力との和により、検出用圧電素子１６に比較的大きな力が加わり、バルブニードル１５と球状部材４１とが接触する前よりも大きな電圧が生じる。
【００２５】
図３に示すステップＳ１３において、上記の検出用圧電素子１６に生じる電圧の変化を検出することによりバルブニードル１５と球状部材４１との接触点、すなわちゼロ点を検出することができる。
【００２６】
図３に示すステップＳ１４において、バルブニードル１５と球状部材４１とが接触するとき、駆動用圧電素子１３に印加する電圧より僅かに小さい電圧をバイアス電圧として駆動用圧電素子１３に印加しておくことにより、バルブニードル１５と弁体４０との距離を比較的小さくしておくことができる。すなわち、バルブニードル１５を弁体４０のゼロ点近傍に保持することができ、ゼロ点補正を容易に行うことができる。したがって、温度補償を容易に行うことができる。
【００２７】
(3) 駆動用圧電素子１３に印加される電圧がさらに大きくなると、バルブニードル１５が図１の下方にさらに変位して球状部材４１を押し、球状部材４１がスプリング４２の付勢力に逆らってシート部５０から離座し、圧力制御室２０と燃料孔１２とが連通する。すると、低圧燃料室９を経て圧力制御室２０内の高圧燃料がインジェクタ１から排出され、圧力制御室２０の燃料圧力が低下する。圧力制御室２０の燃料圧力が低下し、圧力制御室２０の燃料圧力から制御ピストン６が噴孔閉塞方向に受ける力とスプリング１８の付勢力との和が、燃料溜まり１９の燃料圧力からニードル弁４がリフト方向に受ける力よりも小さくなると、ニードル弁４がリフトし、噴孔３から燃料が噴射される。
【００２８】
本発明の第１実施例においては、▲１▼バルブニードル１５と弁体４０とが接触するように弁体４０、駆動用圧電素子１３およびバルブニードル１５をインジェクタボディ５に組付けるとき、▲２▼組付け後、駆動用圧電素子１３とインジェクタボディ５との熱膨張差によりバルブニードル１５と弁体４０との接触が保持できないとき、▲３▼経時変化によりバルブニードル１５と弁体４０との接触が保持できないときの少なくともいずれか一つのとき、検出用圧電素子１６がバルブニードル１５と弁体４０との接触を検出し、駆動用圧電素子１３にバイアス電圧を印加しておく。これにより、バルブニードル１５を弁体４０のゼロ点近傍に保持することができるので、ゼロ点補正を確実に行うことができ、温度補償を確実に行うことができる。したがって、常に安定した燃料噴射の制御を行うことができる。
【００２９】
さらに第１実施例においては、バルブニードル１５と弁体４０との接触を検出していないとき、検出用圧電素子１６は弁体４０を駆動することが可能であるので、弁体４０のリフト量をかせぐことができる。したがって、様々な型のエンジンに搭載する燃料噴射装置に適用することができる。
【００３０】
さらにまた第１実施例においては、スプリング４２の付勢力と圧力制御室２０の燃料圧力とを弁体４０に作用させ、バルブニードル１５と弁体４０とが接触したとき、検出用圧電素子１６に比較的大きな力が加わり比較的大きな電圧が生じるようにしてゼロ点を検出しているので、ゼロ点補正の精度が向上し、温度補償の精度が向上する。
【００３１】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。第２実施例は、弁体１４０、ストッパ部５１、弁体室５７、高圧燃料通路５８および５９を設けたものであり、その他の構成は第１実施例と同一である。第１実施例と同一構成部分に同一符号を付す。
【００３２】
図４に示すように、高圧燃料導入通路７は途中で弁体室５７に連通する高圧燃料通路５８に分岐しており、弁体室５７は高圧燃料通路５９を経由して圧力制御室２０に連通している。弁体室５７内には弁体１４０が設けられており、この弁体１４０は当接部としての球状部材１４１と付勢手段としてのスプリング１４２とから構成される。スプリング１４２の一方の端部は球状部材１４１に当接し、他方の端部はシート部５０と対向する内壁面に当接しているので、スプリング１４２は球状部材１４１がシート部５０に着座する方向、すなわち圧力制御室２０と燃料孔１２との連通が遮断される方向に球状部材１４１を付勢している。シート部５０と対向する内壁にはテーパ状の円錐台面を有するストッパ部５１が形成されている。弁体１４０がフルリフトすることにより球状部材１４１がストッパ部５１に当接可能である。弁体１４０は、シート部５０から離座、あるいはシート部５０に着座することにより弁体室５７と燃料孔１２との連通を開放あるいは遮断する。また弁体１４０は、ストッパ部５１から離座、あるいはストッパ部５１に着座することにより弁体室５７と高圧燃料通路５８との連通を開放あるいは遮断する。すなわち、弁体１４０、シート部５０およびストッパ部５１は３方弁を構成している。
【００３３】
次に、上記構成をもつ蓄圧式燃料噴射装置のゼロ点検出方法について、図４、図５および図６を用いて説明する。なお、作動については第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
図６に示すステップＳ２１において、駆動用圧電素子１３に電圧が印加されると、図５に示すように、印加電圧の大きさに比例して駆動用圧電素子１３に伸びが生じ、この伸びによりバルブニードル１５が変位し、それに伴って弁体１４０がリフトする。弁体１４０がフルリフトすると、バルブニードル１５に比較的大きな反力が作用し、この反力が検出用圧電素子１６に作用することにより検出用圧電素子１６に電位差が生じる。
【００３５】
図６に示すステップＳ２２において、この電位差の急増を検出することで弁体１４０のフルリフトする位置を検出することができる。図６に示すステップＳ２３において、弁体１４０のフルリフト点から弁体１４０のリフト量を差し引く演算を行うことにより、弁体１４０のゼロ点を検出しバイアス電圧を駆動用圧電素子１３に印可することにより、バルブニードル１５と弁体１４０との距離を比較的小さくしておくことができる。すなわち、バルブニードル１５を弁体１４０のゼロ点近傍に保持することができ、ゼロ点補正を容易に行うことができる。したがって、温度補償を容易に行うことができる。
【００３６】
本発明の第２実施例においては、弁体１４０がストッパ部５１に当接するフルリフト点を検出し、このフルリフト点と弁体１４０のリフト量との差を演算することによりバルブニードル１５と弁体１４０との接触点を検出するので、ゼロ点を容易にかつ高精度で検出することができる。したがって、ゼロ点補正が容易になるとともにゼロ点補正の精度が向上し、温度補償が容易になるとともに温度補償の精度が向上する。
【００３７】
さらに第２実施例においては、バルブニードル１５と弁体１４０との接触を検出していないとき、検出用圧電素子１６は弁体１４０を駆動することが可能であるので、弁体１４０のリフト量をかせぐことができる。したがって、様々な型のエンジンに搭載する燃料噴射装置に適用することができる。
【００３８】
以上説明した本発明の複数の実施例では、蓄圧式燃料噴射装置に本発明の圧電式制御弁を適用したが、様々な型の流体噴射装置に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電式制御弁を蓄圧式燃料噴射装置に適用した第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による駆動用圧電素子の電圧、バルブニードルの変位および検出用圧電素子の電圧と時間との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第１実施例のゼロ点検出方法を説明するためのフロー図である。
【図４】本発明の圧電式制御弁を蓄圧式燃料噴射装置に適用した第２実施例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施例による駆動用圧電素子の電圧、バルブニードルの変位および検出用圧電素子の電圧と時間との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の第２実施例のゼロ点検出方法を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
１インジェクタ
３噴孔
４ニードル弁（弁部材）
５インジェクタボディ（ハウジング）
６制御ピストン（弁部材）
９低圧燃料室（低圧空間）
１０噴射ノズル
１３駆動用圧電素子
１５バルブニードル（駆動力伝達部）
１６検出用圧電素子（検出手段）
２０圧力制御室（高圧流体室）
４０弁体
４１球状部材（当接部）
４２スプリング（付勢手段）
５０シート部
５１ストッパ部
５７弁体室
１４０弁体
１４１球状部材（当接部）
１４２スプリング（付勢手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric control valve, and more particularly to a piezoelectric control valve suitable for a fuel injection device that intermittently injects fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine (hereinafter, “internal combustion engine” is referred to as an engine).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a fuel injection apparatus in which pressurized high-pressure fuel is injected into a combustion chamber of an engine by an injector driven by an electrically controlled piezoelectric element, the United States is used as a piezoelectric control valve for controlling injection of high-pressure fuel. What is disclosed in Japanese Patent No. 5,740,969 is known.
[0003]
In the piezoelectric control valve disclosed in US Pat. No. 5,740,969, a piezoelectric element that drives a valve member of an injection nozzle is accommodated in a housing, and the housing is made of two materials having different thermal expansion coefficients. Is configured. Thereby, temperature compensation is performed by making the thermal expansion coefficients of the housing and the piezoelectric element equal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned temperature compensation method, the displacement of the piezoelectric element is about several tens of μm, but the variation in the manufacturing dimensions of the piezoelectric element and the variation in the processing tolerance of the housing are so large that it cannot be ignored. There is a problem that it is difficult to position the valve body. Furthermore, the piezoelectric element and the housing are thermally expanded due to a temperature change, and the zero point is shifted due to the difference in thermal expansion between the piezoelectric element and the housing, which makes it difficult to perform temperature compensation as designed.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric control valve that can easily compensate for temperature.
Another object of the present invention is to provide a piezoelectric control valve capable of stably controlling fluid ejection.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the piezoelectric control valve of the first aspect of the present invention, the detecting means detects contact between the driving force transmitting portion that transmits the driving force of the driving piezoelectric element to the valve body and the valve body. When a voltage is applied to the driving piezoelectric element when the driving force transmitting portion and the valve body are not in contact, the driving piezoelectric element expands according to the magnitude of the applied voltage, and the driving force transmitting portion and the valve body Touch. By detecting the contact between the driving force transmitting portion and the valve body, the contact point between the driving force transmitting portion and the valve body, that is, the zero point can be detected. For this reason, a driving force transmission part can be hold | maintained in the zero point vicinity of a valve body by applying a bias voltage, for example to a piezoelectric element for a drive, and performing zero point correction | amendment. Therefore, temperature compensation can be easily performed, and stable fluid ejection control can be performed.
[0007]
According to the piezoelectric control valve according to claim 2 of the present invention, (1) when assembled valve body such that the driving force transmitting unit and the valve body are in contact, the piezoelectric element and the driving force transmitting unit for driving the housing, (2) After assembly, when the contact between the driving force transmitting portion and the valve body cannot be maintained due to the difference in thermal expansion between the driving piezoelectric element and the housing, (3) the driving force transmitting portion and the valve body are changed over time. In at least one of the cases where the contact cannot be maintained , a driving voltage is applied to the driving piezoelectric element, and the detection means detects a zero point where the driving force transmission unit and the valve body are in contact with each other to transmit the driving force. . Thereafter, a voltage slightly smaller than the voltage applied to the driving piezoelectric element when the zero point is detected is applied to the driving piezoelectric element as a bias voltage. For this reason, zero point correction can be performed reliably and temperature compensation can be performed reliably. Therefore, it is possible to always control the fluid ejection stably.
[0008]
According to the piezoelectric control valve of the first aspect of the present invention, since the detecting means has the detecting piezoelectric element, when the driving force transmitting portion and the valve body come into contact with each other, a compressive force acts on the detecting piezoelectric element to generate the generated potential. Is induced. By detecting this generated potential, the zero point can be easily detected. Therefore, the zero point correction can be easily performed with a simple configuration, and the temperature compensation can be further easily performed.
[0009]
According to the piezoelectric control valve according to claim 3 of the present invention, the detecting piezoelectric element is in contact with the driving force transmitting portion and the valve body, if not the detection of the zero point for transmitting the driving force, the driving voltage Since the valve body is driven by applying , the lift amount of the valve body can be increased. Accordingly, the present invention can be applied to fluid ejecting apparatuses of various uses and types.
[0010]
According to the piezoelectric control valve of claim 4 of the present invention, the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element are integrally fired, and are divided into the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element by the electrode arrangement. The detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element can be easily manufactured. Therefore, manufacturing man-hours and manufacturing costs can be reduced.
[0011]
According to the piezoelectric control valve of the fifth aspect of the present invention, since the detecting means detects the contact between the driving force transmitting portion and the valve body by detecting the urging force of the urging means, it is zero with a simple configuration. A point can be easily detected, and zero point correction can be easily performed. Therefore, temperature compensation can be more easily performed.
[0012]
According to the piezoelectric control valve of the sixth aspect of the present invention, the detection means causes the high-pressure fluid in the high-pressure fluid chamber to act on the valve body to increase the valve closing force of the valve body, thereby increasing the driving force transmission unit and the valve body. Therefore, when the driving force transmission unit and the valve body come into contact with each other, a relatively large force can be detected, and the accuracy of detecting the zero point can be increased. Therefore, the accuracy of zero point correction is improved and the accuracy of temperature compensation is improved.
[0013]
According to the piezoelectric control valve according to claim 7 of the present invention, the stopper portion is contactable by inner wall formed valve body of the high-pressure fluid passage is fully lifted, the detection means, the valve body is a stopper portion The contact point between the driving force transmission part and the valve element is detected by detecting the full lift position where it abuts and calculating the difference between this position and the lift amount of the valve element, so the zero point can be detected easily and with high accuracy. can do. Therefore, the zero point correction is facilitated and the accuracy of the zero point correction is improved, so that the temperature compensation is facilitated and the accuracy of the temperature compensation is improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a plurality of examples showing embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment in which the piezoelectric control valve of the present invention is applied to an accumulator fuel injection device.
The injector 1 shown in FIG. 1 is supplied with high-pressure fuel having a constant pressure accumulated by a common rail (not shown) through a high-pressure fuel introduction passage 7 via a fuel pipe (not shown).
[0015]
In the nozzle body 2 of the injection nozzle 10 provided on the injection hole side of the injector 1, a needle valve 4 for opening and closing the injection hole 3 is accommodated so as to be able to reciprocate. The nozzle body 2 and the injector body 5 are connected by a retaining nut 17. A control piston 6 that contacts or is connected to the needle valve 4 is disposed on the side opposite to the injection hole of the needle valve 4. Here, the needle valve 4 and the control piston 6 constitute a valve member. The end of the needle valve 4 on the side opposite to the injection hole is inserted into the spring 18, and the spring 18 urges the needle valve 4 downward in FIG. 1, that is, in the injection hole closing direction. A pressure control chamber 20 as a high pressure fluid chamber is formed on the side of the control piston 6 opposite to the injection hole. The control piston 6 is formed with a throttle hole 11 that communicates with the high-pressure fuel introduction passage 7 and the pressure control chamber 20 and regulates the amount of fuel flowing into the pressure control chamber 20.
[0016]
The high-pressure fuel introduced from the high-pressure fuel introduction passage 7 is branched into the injection nozzle fuel introduction passage 8 and the throttle hole 11. The high-pressure fuel branched into the injection nozzle fuel introduction passage 8 is supplied to a fuel reservoir 19 formed annularly around the needle valve 4, and the high-pressure fuel branched into the throttle hole 11 is supplied to the pressure control chamber 20. The pressure of the high pressure fuel in the fuel reservoir 19 urges the needle valve 4 upward in FIG. 1, that is, in the lift direction where the fuel reservoir 19 and the injection hole 3 communicate with each other. 1, that is, the needle valve 4 biases the control piston 6 in a direction to close the nozzle hole 3.
[0017]
A fuel hole 12 is formed between the pressure control chamber 20 and the low pressure fuel chamber 9. The low pressure fuel chamber 9 is a passage for discharging surplus fuel in the injector 1 to the outside. A seat portion 50 having a tapered truncated cone surface is formed on the inner wall of the communication path capable of communicating the pressure control chamber 20 and the fuel hole 12. A spherical member 41 of a valve body 40 described later can abut on the seat portion 50. Here, the fuel hole 12 and the low-pressure fuel chamber 9 constitute a low-pressure space.
[0018]
A valve body 40 is provided in the pressure control chamber 20, and the valve body 40 includes a spherical member 41 as a contact portion and a spring 42 as an urging means. Since one end of the spring 42 is in contact with the spherical member 41 and the other end is in contact with the end of the control piston 6 on the side opposite to the needle valve, the spring 42 is seated on the seat portion 50. The spherical member 41 is biased in the direction in which the communication between the pressure control chamber 20 and the fuel hole 12 is blocked.
[0019]
A casing 30 is provided in the low-pressure fuel chamber 9, and a driving piezoelectric element 13 for driving the valve body 40 to open or shut off the high-pressure fuel in the pressure control chamber 20 is provided in the casing 30. . The casing 30 is urged toward the anti-fuel hole side by a disc spring 35. The driving piezoelectric element 13 is formed by laminating a plurality of disk-shaped piezoelectric elements with the same disk-shaped internal electrode interposed therebetween, and power is supplied from a terminal 33 embedded in the connector 32. The driving piezoelectric element 13 expands when a voltage is applied to each piezoelectric element, and displaces the casing 30 toward the fuel hole 12 against the biasing force of the disc spring 35. The driving piezoelectric element 13 contracts when the voltage applied to each piezoelectric element is cut off, and the casing 30 is displaced to the anti-fuel hole side by the biasing force of the disc spring 35.
[0020]
A valve needle 15 as a driving force transmission unit is fixed to a substantially central portion of the bottom end surface of the casing 30. The outer diameter of the valve needle 15 is smaller than the inner diameter of the fuel hole 12, and the valve needle 15 can be inserted into the fuel hole 12. It can be displaced and contact the spherical member 41 of the valve body 40. For this reason, when a voltage is applied to the driving piezoelectric element 13, the valve needle 15 is displaced downward in FIG. 1, that is, in a direction in contact with the spherical member 41 to push the spherical member 41. The seat is separated from the seat portion 50 against the urging force, and the pressure control chamber 20 and the fuel hole 12 communicate with each other. Therefore, the valve needle 15 transmits the driving force of the driving piezoelectric element 13 to the valve body 40. The valve body 40, the driving piezoelectric element 13 and the valve needle 15 are accommodated in the injector body 5. That is, the injector body 5 constitutes a housing.
[0021]
Between the inner bottom surface of the casing 30 and the end surface on the side opposite to the connector of the driving piezoelectric element 13, a detecting piezoelectric element 16 as a detecting means is provided. The detection piezoelectric element 16 is formed by laminating a plurality of disk-shaped piezoelectric elements with a disk-shaped internal electrode interposed therebetween, and is connected to a terminal 36 embedded in the connector 32. The detecting piezoelectric element 16 is configured to detect contact between the valve needle 15 and the valve body 40 by generating a voltage when the valve needle 15 contacts the spherical member 41 and a compressive load is applied to each piezoelectric element. is there. The detecting piezoelectric element 16 and the driving piezoelectric element 13 are integrally fired, and are divided into the detecting piezoelectric element 16 and the driving piezoelectric element 13 by electrode arrangement. For this reason, the detecting piezoelectric element 16 and the driving piezoelectric element 13 can be easily manufactured, and the number of manufacturing steps and the manufacturing cost can be reduced.
[0022]
Next, the operation of the pressure-accumulation fuel injection apparatus having the above-described configuration and the zero point detection method will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3.
(1) When the voltage applied to the driving piezoelectric element 13 is cut off, the driving piezoelectric element 13 contracts, so that the valve needle 15 is not in contact with the spherical member 41 and the spring 42 is attached. The spherical member 41 is pushed upward in FIG. 1 by the force and is seated on the seat portion 50. When the spherical member 41 is seated on the seat portion 50, the communication between the pressure control chamber 20 and the low pressure fuel chamber 9 is blocked.
[0023]
In step S11 shown in FIG. 3, when high-pressure fuel is supplied from the fuel pipe through the high-pressure fuel introduction passage 7 into the injector 1, the pressure receiving area of the control piston 6 is larger than the pressure receiving area of the needle valve 4, and the spring 18 Therefore, the sum of the force received by the control piston 6 in the nozzle hole closing direction from the fuel pressure in the pressure control chamber 20 and the biasing force of the spring 18 is the fuel pressure in the fuel reservoir 19. Is greater than the force that the needle valve 4 receives in the lift direction. Therefore, the nozzle hole 3 is closed by the needle valve 4 and fuel injection is not performed.
[0024]
(2) When a voltage is applied to the driving piezoelectric element 13 in step S12 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 2, the driving piezoelectric element 13 expands in proportion to the magnitude of the applied voltage, Due to this elongation, the valve needle 15 is displaced and approaches the valve body 40. In a state where the valve needle 15 and the spherical member 41 of the valve body 40 are not in contact with each other, the voltage generated in the detection piezoelectric element 16 is extremely small. However, when the valve needle 15 and the spherical member 41 come into contact with each other, a relatively large force is applied to the detection piezoelectric element 16 due to the sum of the biasing force of the spring 42 and the fuel pressure in the pressure control chamber 20, and the valve needle 15 and the spherical member 41 are spherical. A larger voltage is generated than before contact with the member 41.
[0025]
In step S <b> 13 shown in FIG. 3, the contact point between the valve needle 15 and the spherical member 41, that is, the zero point can be detected by detecting a change in the voltage generated in the detection piezoelectric element 16.
[0026]
In step S14 shown in FIG. 3, when the valve needle 15 and the spherical member 41 come into contact with each other, a voltage slightly smaller than the voltage applied to the driving piezoelectric element 13 is applied to the driving piezoelectric element 13 as a bias voltage. Thus, the distance between the valve needle 15 and the valve body 40 can be made relatively small. That is, the valve needle 15 can be held near the zero point of the valve body 40, and zero point correction can be easily performed. Therefore, temperature compensation can be easily performed.
[0027]
(3) When the voltage applied to the driving piezoelectric element 13 is further increased, the valve needle 15 is further displaced downward in FIG. 1 to push the spherical member 41, and the spherical member 41 opposes the urging force of the spring 42. The pressure control chamber 20 and the fuel hole 12 communicate with each other. Then, the high pressure fuel in the pressure control chamber 20 is discharged from the injector 1 through the low pressure fuel chamber 9, and the fuel pressure in the pressure control chamber 20 decreases. The fuel pressure in the pressure control chamber 20 decreases, and the sum of the force received by the control piston 6 in the injection hole closing direction from the fuel pressure in the pressure control chamber 20 and the urging force of the spring 18 is changed from the fuel pressure in the fuel reservoir 19 to the needle valve. When 4 becomes smaller than the force received in the lift direction, the needle valve 4 is lifted and fuel is injected from the injection hole 3.
[0028]
In the first embodiment of the present invention, (1) when the valve body 40, the driving piezoelectric element 13 and the valve needle 15 are assembled to the injector body 5 so that the valve needle 15 and the valve body 40 are in contact with each other, (2) ▼ After assembly, when the contact between the valve needle 15 and the valve body 40 cannot be maintained due to the difference in thermal expansion between the driving piezoelectric element 13 and the injector body 5, ③ When the valve needle 15 and the valve body 40 are changed over time, When at least one of the cases where the contact cannot be maintained, the detecting piezoelectric element 16 detects the contact between the valve needle 15 and the valve body 40 and applies a bias voltage to the driving piezoelectric element 13. As a result, the valve needle 15 can be held in the vicinity of the zero point of the valve body 40, so that zero point correction can be performed reliably and temperature compensation can be performed reliably. Therefore, stable fuel injection control can be performed at all times.
[0029]
Furthermore, in the first embodiment, when the contact between the valve needle 15 and the valve body 40 is not detected, the detection piezoelectric element 16 can drive the valve body 40. Can earn. Therefore, the present invention can be applied to fuel injection devices mounted on various types of engines.
[0030]
Furthermore, in the first embodiment, when the urging force of the spring 42 and the fuel pressure in the pressure control chamber 20 are applied to the valve body 40 and the valve needle 15 and the valve body 40 come into contact with each other, the detection piezoelectric element 16 is applied. Since the zero point is detected by applying a relatively large force and generating a relatively large voltage, the accuracy of the zero point correction is improved and the accuracy of the temperature compensation is improved.
[0031]
(Second embodiment)
A second embodiment of the present invention is shown in FIG. The second embodiment is provided with a valve body 140, a stopper portion 51, a valve body chamber 57, and high-pressure fuel passages 58 and 59, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0032]
As shown in FIG. 4, the high-pressure fuel introduction passage 7 is branched into a high-pressure fuel passage 58 that communicates with the valve body chamber 57 on the way, and the valve body chamber 57 enters the pressure control chamber 20 via the high-pressure fuel passage 59. Communicate. A valve body 140 is provided in the valve body chamber 57, and the valve body 140 includes a spherical member 141 as a contact portion and a spring 142 as an urging means. Since one end of the spring 142 is in contact with the spherical member 141 and the other end is in contact with the inner wall surface facing the seat portion 50, the spring 142 is in the direction in which the spherical member 141 is seated on the seat portion 50, That is, the spherical member 141 is urged in a direction in which the communication between the pressure control chamber 20 and the fuel hole 12 is blocked. A stopper portion 51 having a tapered truncated cone surface is formed on the inner wall facing the seat portion 50. When the valve body 140 is fully lifted, the spherical member 141 can contact the stopper portion 51. The valve body 140 opens or blocks communication between the valve body chamber 57 and the fuel hole 12 by being separated from the seat portion 50 or seated on the seat portion 50. Further, the valve body 140 opens or blocks communication between the valve body chamber 57 and the high-pressure fuel passage 58 by being separated from the stopper portion 51 or seated on the stopper portion 51. That is, the valve body 140, the seat portion 50, and the stopper portion 51 constitute a three-way valve.
[0033]
Next, the zero point detection method of the pressure accumulation type fuel injection device having the above configuration will be described with reference to FIGS. 4, 5 and 6. Since the operation is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
[0034]
In step S21 shown in FIG. 6, when a voltage is applied to the driving piezoelectric element 13, as shown in FIG. 5, the driving piezoelectric element 13 expands in proportion to the magnitude of the applied voltage. The valve needle 15 is displaced, and the valve body 140 is lifted accordingly. When the valve body 140 is fully lifted, a relatively large reaction force acts on the valve needle 15, and this reaction force acts on the detection piezoelectric element 16, thereby generating a potential difference in the detection piezoelectric element 16.
[0035]
In step S22 shown in FIG. 6, the position where the valve element 140 is fully lifted can be detected by detecting this sudden increase in potential difference. In step S23 shown in FIG. 6, the zero point of the valve element 140 is detected and the bias voltage is applied to the driving piezoelectric element 13 by subtracting the lift amount of the valve element 140 from the full lift point of the valve element 140. Thus, the distance between the valve needle 15 and the valve body 140 can be made relatively small. That is, the valve needle 15 can be held near the zero point of the valve body 140, and zero point correction can be easily performed. Therefore, temperature compensation can be easily performed.
[0036]
In the second embodiment of the present invention, the valve needle 15 and the valve body are detected by detecting the full lift point where the valve body 140 contacts the stopper 51 and calculating the difference between the full lift point and the lift amount of the valve body 140. Since the contact point with 140 is detected, the zero point can be detected easily and with high accuracy. Therefore, the zero point correction is facilitated and the accuracy of the zero point correction is improved, so that the temperature compensation is facilitated and the accuracy of the temperature compensation is improved.
[0037]
Furthermore, in the second embodiment, when the contact between the valve needle 15 and the valve body 140 is not detected, the detection piezoelectric element 16 can drive the valve body 140. Can earn. Therefore, the present invention can be applied to fuel injection devices mounted on various types of engines.
[0038]
In the plurality of embodiments of the present invention described above, the piezoelectric control valve of the present invention is applied to an accumulator fuel injection apparatus, but it goes without saying that the present invention can be applied to various types of fluid injection apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment in which a piezoelectric control valve of the present invention is applied to an accumulator fuel injection device.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage of the driving piezoelectric element, the displacement of the valve needle, the voltage of the detecting piezoelectric element and time according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a zero point detection method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment in which the piezoelectric control valve of the present invention is applied to an accumulator fuel injection device.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the voltage of the driving piezoelectric element, the displacement of the valve needle, the voltage of the detecting piezoelectric element and the time according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining a zero point detection method according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Injector 3 Injection hole 4 Needle valve (valve member)
5 Injector body (housing)
6 Control piston (valve member)
9 Low pressure fuel chamber (low pressure space)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Injection nozzle 13 Piezoelectric element 15 for drive Valve needle (drive force transmission part)
16 Piezoelectric element for detection (detection means)
20 Pressure control chamber (high pressure fluid chamber)
40 Valve body 41 Spherical member (contact part)
42 Spring (biasing means)
50 Seat part 51 Stopper part 57 Valve body chamber 140 Valve body 141 Spherical member (contact part)
142 Spring (biasing means)

Claims

A high-pressure fluid passage capable of supplying pressurized fluid to the nozzle hole of the fluid injection nozzle and a valve member for intermittently connecting the nozzle hole, provided on the counter-injection side of the valve member and supplied from the high-pressure fluid passage A piezoelectric control valve that intermittently connects a high-pressure fluid chamber that urges the valve member in the injection hole blocking direction with a fluid pressure and a low-pressure space that includes a low-pressure fluid passage or a low-pressure fluid chamber;
A sheet portion formed on an inner wall of a communication path capable of communicating the high pressure fluid chamber and the low pressure space;
A contact portion that can be seated on the seat portion; and a biasing means that biases the contact portion in a seating direction, wherein the contact portion is separated from the seat portion and seated on the seat portion. A valve body for opening and closing the communication path;
A driving piezoelectric element that extends by an applied voltage to drive the valve body;
A driving force transmitting portion that transmits the driving force of the driving piezoelectric element to the valve body;
A housing for housing the valve body, the driving piezoelectric element and the driving force transmission unit;
A detecting means having a detecting piezoelectric element and detecting a change in voltage generated in the detecting piezoelectric element to detect a zero point where the driving force transmitting portion and the valve body are in contact with each other to transmit the driving force When,
With
Rather slightly smaller than the voltage applied to the driving piezoelectric element upon detection of the zero point, applying the driving force transmission unit to the driving piezoelectric element voltage as a bias voltage to be held in the vicinity zero point of the valve body A piezoelectric control valve characterized by

When assembling the valve body such that said valve body and said driving force transmitting portion is in contact, the piezoelectric element and the driving force transmitting unit for driving the housing after the assembly, and said driving piezoelectric element and the housing At least one of the case where the contact between the driving force transmission unit and the valve body cannot be maintained due to the difference in thermal expansion of the case , and the case where the contact between the driving force transmission unit and the valve body cannot be maintained due to a change over time In this case, a driving voltage is applied to the driving piezoelectric element, and the detecting means detects a zero point at which the driving force transmitting portion and the valve body are in contact with each other to transmit the driving force. The piezoelectric control valve as described.

The detecting piezoelectric element, the contact driving force transmitting portion and said valve body, if not the detection of the zero point for transmitting the driving force, capable of driving the valve body by applying a driving voltage piezoelectric control valve according to claim 1, wherein a.

2. The piezoelectric control valve according to claim 1, wherein the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element are integrally fired, and are divided into the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element by electrode arrangement. .

The detecting means detects the sum of the urging force of the urging means and the urging force of the fluid pressure supplied from the high-pressure fluid passage so that the driving force transmitting portion and the valve body come into contact with each other, and the driving force The piezoelectric control valve according to any one of claims 1 to 4 , wherein a zero point for transmitting the pressure is detected.

The detecting means detects contact between the driving force transmitting portion and the valve body by causing a high-pressure fluid in the high-pressure fluid chamber to act on the valve body to increase a valve closing force of the valve body. The piezoelectric control valve according to any one of claims 1 to 5 .

A stopper portion that is formed on the inner wall of the high-pressure fluid passage and is capable of coming into contact when the valve body is fully lifted;
The detecting means detects a position where the valve body abuts on the stopper portion, and calculates a difference between the position and a lift amount of the valve body, thereby bringing the driving force transmission portion and the valve body into contact with each other. , piezoelectric control valve of any one of claims 1-4, characterized in that to detect the zero point for transmitting the driving force.