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JPH0742904B2 - Piezoelectric actuator for fuel injector - Google Patents
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JPH0742904B2 - Piezoelectric actuator for fuel injector - Google Patents

Piezoelectric actuator for fuel injector

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Publication number
JPH0742904B2
JPH0742904B2 JP28946785A JP28946785A JPH0742904B2 JP H0742904 B2 JPH0742904 B2 JP H0742904B2 JP 28946785 A JP28946785 A JP 28946785A JP 28946785 A JP28946785 A JP 28946785A JP H0742904 B2 JPH0742904 B2 JP H0742904B2
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JP
Japan
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piston
fuel
piezoelectric element
cylinder
actuator
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JP28946785A
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哲史 林
正弘 富田
寛克 向井
準 丹羽
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日本電装株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料噴射装置に用いられるアクチュエータとし
て、圧電素子積層体によりピストンを駆動するようにし
た圧電型アクチュエータに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric actuator in which a piston is driven by a piezoelectric element laminate as an actuator used in a fuel injection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

燃料噴射ポンプから供給された燃料を噴射ノズルを通じ
てエンジンに供給するディーゼルエンジンの燃料噴射装
置等にあっては、燃料噴射ポンプと噴射ノズルを結ぶ燃
料通路や、ポンプ室を含む燃料加圧室などにアクチュエ
ータを接続して燃料の圧力を制御している。
In a fuel injection device of a diesel engine that supplies fuel supplied from a fuel injection pump to an engine through an injection nozzle, a fuel passage connecting the fuel injection pump and the injection nozzle, a fuel pressurizing chamber including a pump chamber, etc. An actuator is connected to control the fuel pressure.

例えば、分配型燃料噴射ポンプにあっては、プランジャ
にて加圧されるポンプ室の燃料をアクチュエータにて加
圧することによりパイロット噴射を行わせ、アイドリン
グ運転中の騒音、振動を低減するなどに適用されてい
る。
For example, in a distributed fuel injection pump, it is applied to reduce noise and vibration during idling operation by causing the actuator to pressurize the fuel in the pump chamber that is pressurized by the plunger to perform pilot injection. Has been done.

このようなエンジンの噴射系においては、アクチュエー
タの作動性能、すなわち応答性が問題となる。
In such an engine injection system, the operating performance of the actuator, that is, the responsiveness becomes a problem.

応答性に優れたアクチュエータとしては、従来電磁駆動
型のアクチュエータが知られている。このものはソレノ
イドコイルへの電圧印加によりピストンを作動させるよ
うになっており、空圧、油圧駆動型に比べて作動速度が
早い利点がある。
As an actuator excellent in responsiveness, an electromagnetic drive type actuator is conventionally known. This type operates a piston by applying a voltage to a solenoid coil, and has an advantage that the operating speed is faster than that of a pneumatic or hydraulic drive type.

しかしながら、電磁型アクチュエータであっても、エン
ジンの高速回転時には制御速度が遅くなる不具合があ
る。例えばエンジンの高速回転時にパイロット噴射を行
わせようとする場合、1m sec(10-3sec)以下にてアク
チュエータのオン・オフ作動を行わせる必要があるが、
電磁型アクチュエータではこのような高速作動が不可能
である。
However, even an electromagnetic actuator has a problem that the control speed becomes slow when the engine rotates at high speed. For example, when trying to perform pilot injection when the engine rotates at high speed, it is necessary to turn the actuator on and off within 1 msec (10 -3 sec).
Such high speed operation is not possible with an electromagnetic actuator.

また、電磁型アクチュエータは押圧力が比較的小さく、
これを大きくしようとすると大形になるなどの不具合も
ある。
Also, the electromagnetic actuator has a relatively small pressing force,
There is also a problem that it becomes large when trying to increase it.

このような問題点を解消するため、アクチュエータの駆
動源に圧電素子積層体を使用することが検討されてい
る。
In order to solve such a problem, the use of a piezoelectric element laminate as a drive source for an actuator has been studied.

圧電素子積層体は、数10枚のPZT素子を、電極板と交互
に積層して構成され、圧電効果および逆圧電効果をもつ
ことは知られており、このような圧電素子積層体をアク
チュエータの駆動源として使用すると、数10μsec(10
-6sec)のオーダの応答性がありしかも大きな押圧力が
得られる利点があるので、燃料噴射系のアクチュエータ
には好都合である。
It is known that a piezoelectric element laminated body is formed by alternately laminating several tens of PZT elements and electrode plates, and has a piezoelectric effect and an inverse piezoelectric effect. When used as a drive source
It is responsive to the order of -6 sec) and has the advantage that a large pressing force can be obtained, which is convenient for the actuator of the fuel injection system.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上記のような圧電素子積層体をアクチュエー
タの駆動源として使用しようとする場合、実施する上で
種々の問題を抱えている。
By the way, when trying to use the above piezoelectric element laminate as a drive source for an actuator, there are various problems in its implementation.

すなわち、圧電型アクチュエータはシリンダおよびこの
シリンダに収容されたピストンならびにこのピストンを
駆動する圧電素子積層体によって構成されることになる
が、ピストンと圧電素子積層体を切離して構成すると大
きなスペースを必要とし、大形になるので、ピストンは
ピストンヘッド側が閉塞された筒形をなし、この筒形ピ
ストンに上記圧電素子積層体を収容することが望まし
い。
That is, the piezoelectric actuator is composed of a cylinder, a piston housed in the cylinder, and a piezoelectric element laminated body that drives the piston. However, if the piston and the piezoelectric element laminated body are separated, a large space is required. Since the size of the piston is large, it is desirable that the piston has a cylindrical shape with the piston head side closed, and the piezoelectric element stack is housed in this cylindrical piston.

しかしながら、このようにした場合、圧電素子積層体は
その軸方向長さにおいて、セラミック素子固体間に寸法
ばらつきがあり、この寸法ばらつきをなくすことは非常
に困難であるため、圧電素子積層体を収容したピストン
はそのピストンヘッドの位置にばらつきを生じ易い。ピ
ストンヘッド位置が一定にならないと、特性に影響を及
ぼす。したがって、ピストンヘッド位置を調節する手段
が要求される。
However, in such a case, the piezoelectric element laminate has a dimensional variation among the ceramic element solids in the axial length thereof, and it is very difficult to eliminate this dimensional variation. With such a piston, the position of its piston head tends to vary. If the piston head position is not constant, the characteristics will be affected. Therefore, a means of adjusting the piston head position is required.

一方、圧電素子積層体は、上記したようにセラミック素
子固体間の寸法ばらつきのため押圧荷重がばらつき、特
性に影響を及ぼす。
On the other hand, in the piezoelectric element laminate, the pressing load varies due to the dimensional variation among the ceramic element solids as described above, which affects the characteristics.

さらに、圧電素子積層体には高電圧が印加されかつ高電
圧を発するため、リークする危険性をもっている。これ
を防止するのに、シリコン油を塗布すれば耐電圧性が向
上する。しかしながらシリコン油は燃料に溶けて流され
る心配があり、シール構造が要請される。
Furthermore, since a high voltage is applied to the piezoelectric element laminate and a high voltage is generated, there is a risk of leakage. In order to prevent this, applying silicon oil improves the withstand voltage. However, there is a concern that silicone oil may dissolve in the fuel and be washed away, so a seal structure is required.

したがって、本発明はピストンヘッドの位置および荷重
の調整が行なえ、特性のばらつきを調節することがで
き、かつ確実なシール性が保たれる燃料噴射装置の圧電
型アクチュエータを提供しようとするものである。
Therefore, the present invention is intended to provide a piezoelectric actuator for a fuel injection device that can adjust the position and load of the piston head, can adjust the variation in characteristics, and can maintain a reliable sealing property. .

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、燃料噴射装置の圧電型アクチュエータにあっ
て、ピストンはピストンヘッド側が閉塞された筒形をな
し、この筒形ピストンに上記圧電素子積層体を収容した
構造のものにおいて、ピストンに収容された圧電素子積
層体を燃料から隔離するシール構造を形成し、上記シリ
ンダとピストンの間にこのピストンを後退方向に付勢す
るコイルばねを設置するとともに、上記シリンダに上記
ピストンヘッドの位置を調整する調整ボルトを螺着した
ことを特徴とする。
The present invention relates to a piezoelectric actuator of a fuel injection device, wherein the piston has a tubular shape in which the piston head side is closed, and the tubular piston has a structure in which the piezoelectric element stack is housed in the piston. A seal structure for isolating the piezoelectric element laminate from the fuel is formed, a coil spring for urging the piston in the backward direction is installed between the cylinder and the piston, and the position of the piston head is adjusted for the cylinder. It is characterized by screwing an adjustment bolt.

〔作用〕[Action]

このような構成によると、調整ボルトによりピストンヘ
ッドの位置およびコイルばねの荷重を調整することがで
きるので特性のばらつきを修正することができるととも
に、シール構造によって圧電素子積層体を燃料から隔離
するからシリコン油の溶出が生じなく、耐電圧性を高く
かつ長寿命に維持することができる。
With such a configuration, the position of the piston head and the load of the coil spring can be adjusted by the adjusting bolt, so that the variation in the characteristics can be corrected and the piezoelectric element laminate is separated from the fuel by the seal structure. Silicone oil does not elute, and it is possible to maintain high voltage resistance and long life.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説
明する。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings.

本実施例は分配型燃料噴射ポンプのポンプ室にパイロッ
ト噴射のための圧電型アクチュエータを設置した例を示
し、図において1は分配型燃料噴射ポンプ、2は圧電型
アクチュエータである。
This embodiment shows an example in which a piezoelectric actuator for pilot injection is installed in the pump chamber of a distribution type fuel injection pump. In the figure, 1 is a distribution type fuel injection pump and 2 is a piezoelectric type actuator.

分配型燃料噴射ポンプ1は公知のものであるから詳細な
説明を省略するが、第2図に示すように、プランジャ3
を備え、このプランジャ3はポンプ室4に燃料を吸入す
るとともに、この燃料を加圧して燃料噴射ノズル5に圧
送する。すなわち、プランジャ3は図示しないエンジン
によりエンジンと同期して回転されるとともに、フィイ
スカム6を備え、このフェイスカム6に転接している気
筒数と同数のカムローラ7により上記プランジャ3は、
その1回転中にエンジンの気筒数に応じて往復移動され
る。プランジャ3の吸入行程中に、このプランジャ3の
先端部周面に形成した吸入溝8…の1つが吸入ポート9
に連通すると、燃料室10の燃料が導入路11を通じてポン
プ室4に吸入される。プランジャ3の圧縮行程中にポン
プ室4内の燃料は加圧され、この加圧された燃料は縦孔
13に押し出され、供給ポート14が複数個の内の1個の吐
出ポート15と連通した場合に噴射通路16を通じて、デリ
バリ弁17を経て、燃料噴射ノズル5に供給される。
The distribution type fuel injection pump 1 is a well-known one, so a detailed description thereof will be omitted. However, as shown in FIG.
The plunger 3 sucks fuel into the pump chamber 4, pressurizes the fuel, and sends the fuel to the fuel injection nozzle 5 under pressure. That is, the plunger 3 is rotated by an engine (not shown) in synchronism with the engine, and is provided with a face cam 6, and the plunger 3 is provided with the same number of cam rollers 7 as the number of cylinders rolling on the face cam 6.
During the one rotation, it is reciprocated according to the number of cylinders of the engine. During the suction stroke of the plunger 3, one of the suction grooves 8 ...
The fuel in the fuel chamber 10 is sucked into the pump chamber 4 through the introduction passage 11. During the compression stroke of the plunger 3, the fuel in the pump chamber 4 is pressurized, and this pressurized fuel is vertically vented.
When the supply port 14 is pushed out to 13 and communicates with one of the plurality of discharge ports 15, it is supplied to the fuel injection nozzle 5 via the delivery passage 16 and the delivery valve 17.

上記噴射通路16を通じて燃料噴射ノズル5に燃料を供給
している時に、プランジャ3に設けたスピルリング18の
端面から、縦孔13と通じているスピルポート19が燃料室
10へ開放され、縦孔13内の燃料がスピルポート19より燃
料室10へ逃がされる。これにより燃料噴射ノズル5への
燃料供給を停止する。したがって、スピルリング18をプ
ランジャ3の軸方向へ移動制御することにより燃料噴射
量および燃料噴射タイミングをを制御することができ
る。
When fuel is being supplied to the fuel injection nozzle 5 through the injection passage 16, the spill port 19 communicating with the vertical hole 13 extends from the end surface of the spill ring 18 provided in the plunger 3 to the fuel chamber.
The fuel in the vertical hole 13 is released to the fuel chamber 10 through the spill port 19 to the fuel chamber 10. As a result, the fuel supply to the fuel injection nozzle 5 is stopped. Therefore, by controlling the movement of the spill ring 18 in the axial direction of the plunger 3, the fuel injection amount and the fuel injection timing can be controlled.

上記ポンプ室4にはパイロット噴射のための圧電型アク
チュエータ2が接続されている。圧電型アクチュエータ
2は第1図に示されており、20は両端開放形のシリンダ
である。このシリンダ20の一端は上記ポンプ室4を形成
するポンプヘッド21に螺着されており、Oリング22,23
などのシール材により液密が保たれている。そしてこの
シリンダ20内には上記一端を通じて上記ポンプ室4に連
通するシリンダ室24を構成している。
A piezoelectric actuator 2 for pilot injection is connected to the pump chamber 4. The piezoelectric actuator 2 is shown in FIG. 1, and 20 is a cylinder whose both ends are open. One end of the cylinder 20 is screwed to the pump head 21 forming the pump chamber 4, and the O-rings 22 and 23 are attached.
Liquid tightness is maintained by the sealing material such as. A cylinder chamber 24 that communicates with the pump chamber 4 through the one end is formed in the cylinder 20.

シリンダ20内にはピストン25が摺動自在に収容されてい
る。ピストン25は上記シリンダ室24に臨む一端が閉塞さ
れた筒形をなしており、この閉塞端がピストンヘッド26
となっている。
A piston 25 is slidably accommodated in the cylinder 20. The piston 25 has a cylindrical shape with one end facing the cylinder chamber 24 being closed, and this closed end has a piston head 26.
Has become.

ピストン25には、圧電素子積層体27が収容されている。
この圧電素子積層体27は、詳図しないが、数10枚のPZT
素子を、電極板と交互に積層して構成され、このような
積層体27は、耐電圧性を増すためシリコン油が塗布され
ている。また、圧電素子積層体27とピストン25の間は図
示しない樹脂製チューブにより絶縁されている。
A piezoelectric element stack 27 is housed in the piston 25.
Although not shown in detail, this piezoelectric element laminate 27 is composed of several tens of PZT
The element is constructed by alternately laminating the electrode plates, and such a laminated body 27 is coated with silicone oil in order to increase the withstand voltage. The piezoelectric element laminate 27 and the piston 25 are insulated by a resin tube (not shown).

ピストン25の他端にはカバーヘッド28が摺動可能に被冠
されている。このカバーヘッド28とピストン25の間はO
リング29などのシール材により液密が保たれており、し
たがって圧電素子積層体27は、ピストン25の周囲の燃料
と液密に隔離されている。
A cover head 28 is slidably capped on the other end of the piston 25. O between the cover head 28 and the piston 25
Liquid tightness is maintained by a sealant such as the ring 29, and therefore the piezoelectric element laminate 27 is liquid tightly isolated from the fuel around the piston 25.

カバーヘッド28は回り止めブロック30に固定されてい
る。この回り止めブロック30は、シリンダ20の他端部
に、シリンダ20の軸方向へ移動可能として嵌挿されてお
り、シリンダ20に対しOリング31などのシール材により
液密が保たれている。
The cover head 28 is fixed to the detent block 30. The detent block 30 is fitted into the other end of the cylinder 20 so as to be movable in the axial direction of the cylinder 20, and is kept liquid-tight with respect to the cylinder 20 by a sealing material such as an O-ring 31.

この回り止めブロック30には周面の1箇所に、軸方向に
沿った係止溝32が形成されており、この係止溝32には、
シリンダ20の側壁に螺挿入した回り止めねじ33が挿入さ
れている。
A locking groove 32 along the axial direction is formed at one location on the peripheral surface of the rotation preventing block 30, and the locking groove 32 has
A rotation stop screw 33 screwed into the side wall of the cylinder 20 is inserted.

したがって、回り止めブロック30は軸方向へ移動可能で
あるが、周方向つまり回転ができないように支持されて
いる。
Therefore, the detent block 30 is supported so as to be movable in the axial direction but not circumferentially, that is, not rotatable.

シリンダ20の他端内部には、調整ボルト34が螺着されて
いる。この調整ボルト34は筒形をなし外周面でシリンダ
20の内面に螺合している。この調整ボルト34は回り止め
ブロック30に当接しており、この調整ボルト34を螺進退
させると、回り止めブロック30が軸方向へ移動し、カバ
ーヘッド28および圧電素子積層体27を介してピストンヘ
ッド26の位置を調整することができる。この場合、調整
ボルト34は回転されるが、回り止めブロック30は回転せ
ず、よっでカバーヘッド28も回転せず、圧電素子積層体
27に回転力を伝えない。
An adjusting bolt 34 is screwed into the other end of the cylinder 20. The adjusting bolt 34 has a cylindrical shape and has a cylinder on the outer peripheral surface.
It is screwed onto the inner surface of 20. The adjustment bolt 34 is in contact with the rotation stop block 30, and when the adjustment bolt 34 is screwed back and forth, the rotation stop block 30 moves in the axial direction, and the piston head is passed through the cover head 28 and the piezoelectric element laminate 27. 26 positions can be adjusted. In this case, the adjustment bolt 34 is rotated, but the detent block 30 does not rotate, so the cover head 28 also does not rotate, and the piezoelectric element laminate
Does not transfer rotational force to 27.

上記カバーヘッド28および回り止めブロック30には、圧
電素子積層体27に電力を供給するリード線35,35が挿通
されており、これらリード線35,35は調整ボルト34の中
を通って外部に導出されている。なお、リード線35,35
の導出根元は接着剤36により気液密を保って回り止めブ
ロック30に接合されている。
Lead wires 35, 35 for supplying electric power to the piezoelectric element laminate 27 are inserted into the cover head 28 and the rotation-stop block 30, and these lead wires 35, 35 pass through the adjustment bolt 34 to the outside. It has been derived. Note that the lead wires 35,35
The derived root is bonded to the whirl-stop block 30 while maintaining gas-liquid tightness with an adhesive 36.

シリンダ20には段部37が形成されているとともにピスト
ン25にはフランジ38が形成されている。
A step portion 37 is formed on the cylinder 20 and a flange 38 is formed on the piston 25.

これら段部37とフランジ38の間には、ばね常数の小さな
圧縮コイルばね39が介挿されている。この圧縮コイルば
ね39は、ピストン25を常に後退する方向に付勢し、これ
により圧電素子積層体27には圧縮荷重が与えられる。
A compression coil spring 39 having a small spring constant is inserted between the step portion 37 and the flange 38. The compression coil spring 39 constantly urges the piston 25 in the direction of retracting, whereby a compressive load is applied to the piezoelectric element laminate 27.

このような構成に係る実施例の作用を説明する。The operation of the embodiment having such a configuration will be described.

分配形燃料噴射ポンプ1は、先に述べたように、プラン
ジャ3の圧縮作動によりポンプ室4内の燃料を加圧し、
この加圧された燃料を縦孔13に押し出し、供給ポート14
が複数個の内の1個の吐出ポート15と連通した場合に燃
料噴射ノズル5に供給するものであるが、この際予め圧
電素子積層体27に電圧を与えて圧電素子積層体27を伸長
状態にしておく。そして上記プランジャ3によりポンプ
室4内の燃料が加圧されかつ供給ポート14が吐出ポート
15と連通した初期の段階で、リード線35,35を通じて圧
電素子積層体27に貯えられた電圧を取り除く。すると圧
電素子積層体27は瞬時に縮み変形し、これによりピスト
ン25を、後退つまり図示右側に移動させる。
As described above, the distributed fuel injection pump 1 pressurizes the fuel in the pump chamber 4 by the compression operation of the plunger 3,
This pressurized fuel is pushed out into the vertical hole 13 and the supply port 14
Is supplied to the fuel injection nozzle 5 when it communicates with one of the plurality of discharge ports 15. At this time, a voltage is applied to the piezoelectric element laminate 27 in advance to extend the piezoelectric element laminate 27. Leave. Then, the fuel in the pump chamber 4 is pressurized by the plunger 3 and the supply port 14 becomes the discharge port.
At the initial stage of communicating with 15, the voltage stored in the piezoelectric element laminate 27 is removed through the lead wires 35, 35. Then, the piezoelectric element laminate 27 instantly contracts and deforms, which causes the piston 25 to move backward, that is, to move to the right side in the drawing.

このためピストン25はシリンダ室24の燃料の圧力を低下
させ、したがってポンプ室4の燃料圧力も低下する。よ
って、ポンプ室4の燃料圧力が本来のプランジャ3によ
って所定の圧力まで加圧される段階で、上記圧電型アク
チュエータ2で一瞬減圧されるから供給ポート14が吐出
ポート15と連通した初期の段階で、噴射ノズル5におい
て燃料の噴射を分離し、いわゆるパイロット噴射を行わ
せる。
Therefore, the piston 25 reduces the fuel pressure in the cylinder chamber 24, and thus the fuel pressure in the pump chamber 4 also decreases. Therefore, at the stage when the fuel pressure in the pump chamber 4 is increased to a predetermined pressure by the original plunger 3, the pressure is momentarily reduced by the piezoelectric actuator 2, so that the supply port 14 communicates with the discharge port 15 at the initial stage. The injection of fuel is separated at the injection nozzle 5, and so-called pilot injection is performed.

このような作用をなす圧電型アクチュエータ2におい
て、シリンダ20の他端に螺着した調整ボルト34を螺進退
させると、回り止めブロック30が軸方向へ移動し、カバ
ーヘッド28および圧電素子積層体27を介してピストンヘ
ッド26の位置を調整することができる。圧電素子積層体
27においては、固体間のばらつきによる軸方向の長さに
ばらつきが生じやすく、しかもこの軸方向長さのばらつ
きをなくすことは非常に困難であるが、上記調整ボルト
34によりピストンヘッド26の位置を一定位置に設定する
ことができ、したがってシリンダ室24およびこれに連通
するポンプ室4の総内容積を一定にすることができるか
らポンプ性能を一定にすることができる。
In the piezoelectric type actuator 2 having such an action, when the adjusting bolt 34 screwed to the other end of the cylinder 20 is screwed back and forth, the detent block 30 moves in the axial direction, and the cover head 28 and the piezoelectric element laminate 27. The position of the piston head 26 can be adjusted via. Piezoelectric element stack
In No. 27, the variation in the axial length easily occurs due to the variation between solids, and it is very difficult to eliminate this variation in the axial length.
The position of the piston head 26 can be set to a constant position by the 34, and therefore the total internal volume of the cylinder chamber 24 and the pump chamber 4 communicating with this can be made constant, so that the pump performance can be made constant. .

この場合、上記調整ボルト34を回転させると、これに当
接している回り止めブロック30に回転力が伝えらえる
が、回り止めブロック30の周面に形成した係止溝32に、
シリンダ20の側壁に螺挿入した回り止めねじ33が挿入さ
れているため、回り止めブロック30は軸方向へ移動可能
であるが、周方向つまり回転することが防止される。よ
ってカバーヘッド28も回転せず、圧電素子積層体27に回
転力を伝えない。この結果、数10枚のPZT素子と電極板
と交互に積層して構成された圧電素子積層体27に、これ
らPZT素子と電極板との間に回転ずれを生じることがな
く、また塗布されたシリコン油の剥がれや、圧電素子積
層体27とピストン25の間に介在させた絶縁のための樹脂
製チューブが破損するなどの不具合が防止される。ま
た、リード線35,35のねじれも防止される。
In this case, when the adjusting bolt 34 is rotated, the rotational force can be transmitted to the detent block 30 that is in contact with the adjusting bolt 34, but in the locking groove 32 formed on the peripheral surface of the detent block 30,
Since the detent screw 33 that is screwed into the side wall of the cylinder 20 is inserted, the detent block 30 is movable in the axial direction, but is prevented from rotating in the circumferential direction, that is, rotating. Therefore, the cover head 28 also does not rotate and the rotational force is not transmitted to the piezoelectric element laminate 27. As a result, the piezoelectric element laminate 27 constituted by alternately stacking several tens of PZT elements and electrode plates was coated without causing rotational deviation between these PZT elements and electrode plates. Problems such as peeling of the silicon oil and damage to the resin tube interposed between the piezoelectric element laminate 27 and the piston 25 for insulation are prevented. Further, twisting of the lead wires 35, 35 is prevented.

また、一端が閉塞された筒型ピストン25の他端にはカバ
ーヘッド28が被冠され、このカバーヘッド28とピスト25
の間はOリング29などのシール材により油密が保たれて
いるため、収容してある圧電素子積層体27は、ピストン
25の周囲の燃料と油密に隔離される。このため、塗布し
てあるシリコン油が燃料に浸されることがなく、耐電圧
性能を維持し、リークを防止する。
Further, a cover head 28 is capped on the other end of the cylindrical piston 25 whose one end is closed.
Since the oil-tightness is maintained by a sealing material such as an O-ring 29 between the two, the piezoelectric element laminate 27 accommodated is
It is oil-tightly isolated from the fuel around 25. Therefore, the applied silicon oil is not soaked in the fuel, the withstand voltage performance is maintained, and the leak is prevented.

ところで、この種の圧電素子積層体27は、予めコイルば
ね39により所定の荷重を加えて圧縮状態にしておくと、
電圧を取り除いた場合に圧縮復帰作動特性が良く、ポン
プ性能が向上する。
By the way, when the piezoelectric element laminate 27 of this type is compressed in advance by applying a predetermined load by the coil spring 39,
When the voltage is removed, the compression recovery operation characteristics are good and the pump performance is improved.

第3図および第4図は、圧電素子積層体に加えるばね荷
重に対するポンプの噴射量および噴射遅れに関する測定
結果の特性図である。
FIG. 3 and FIG. 4 are characteristic diagrams of measurement results regarding the injection amount and the injection delay of the pump with respect to the spring load applied to the piezoelectric element laminate.

これらの特性図から、コイルばね39のセット荷重を大き
くすればする程、噴射量を大きく確保できかつ噴射遅れ
を小さくすることができる。すなわち、ポンプ性能の向
上が可能になる。
From these characteristic diagrams, the larger the set load of the coil spring 39, the larger the injection amount can be secured and the injection delay can be reduced. That is, the pump performance can be improved.

また、コイルばね39のセット荷重を大きくすれば圧電素
子積層体27に加えられる油圧の急激な変化によって生じ
るピストン25および積層体27の踊り、つまり揺動を防止
することもできる。
Further, if the set load of the coil spring 39 is increased, it is possible to prevent the piston 25 and the laminated body 27 from dancing, that is, swinging, which is caused by a sudden change in the hydraulic pressure applied to the piezoelectric element laminated body 27.

しかしながら、パイロット噴射させるには圧電素子積層
体27の伸び縮みを迅速に行わせることが好ましいので、
むしろコイルばね39のセット荷重は小さい方が良い。
However, since it is preferable to quickly expand and contract the piezoelectric element laminate 27 for pilot injection,
Rather, the smaller the set load of the coil spring 39, the better.

これら両者の要求を満足して、ばらつきをなくすにはコ
イルばね39のセット荷重を一定にする必要があり、その
ためにはストロークの大きくとれる、つまりばね常数の
小さなコイルばね39が望ましい。
In order to satisfy these requirements and eliminate variations, it is necessary to make the set load of the coil spring 39 constant. For that purpose, a coil spring 39 having a large stroke, that is, a small spring constant is desirable.

しかも、ばね常数の小さなコイルばね39を用いると、圧
電素子積層体27の軸方向長さのばらつきを修正するた
め、上記調整ナット34によりピストンヘッド26の位置を
調整した場合でも、略一定の荷重を加えることができる
ことになる。
Moreover, when a coil spring 39 having a small spring constant is used, the variation in the axial length of the piezoelectric element laminate 27 is corrected, so that even if the position of the piston head 26 is adjusted by the adjusting nut 34, a substantially constant load is applied. Will be able to be added.

なお、本発明は上記の一実施例に制約されるものではな
い。
The present invention is not limited to the above embodiment.

すなわち、上記実施例の圧電型アクチュエータ2は、分
配型燃料噴射ポンプ1のポンプ室4に接続してパイロッ
ト噴射に適用したが、本発明は種々の燃料噴射システム
において、従来電磁型アクチュエータが使用されている
ところに、この電磁型アクチュエータに代わって用いる
ことができ、例えば、特開昭59−65992号における電磁
式ユニットなどに代わって使用することができる。
That is, the piezoelectric actuator 2 of the above embodiment is connected to the pump chamber 4 of the distribution type fuel injection pump 1 and applied to pilot injection. However, the present invention uses the conventional electromagnetic type actuator in various fuel injection systems. However, it can be used in place of this electromagnetic actuator, for example, it can be used in place of the electromagnetic unit in JP-A-59-65992.

また、上記実施例では加工を容易にするため回り止めブ
ロック30とカバーヘッド28を別体に構成したが、これら
両者を一体に構成してよく、さらに、回り止めブロック
30はシリンダ20の側壁に螺挿入した回り止めねじ33にて
回転防止するようにしたが、キーや割ピンなどによって
回転を阻止するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the detent block 30 and the cover head 28 are separately configured to facilitate the processing, but they may be integrally configured.
Although the rotation stopper screw 33 is screwed into the side wall of the cylinder 20 to prevent the rotation of the cylinder 30, the rotation of the cylinder 30 may be blocked by a key or a split pin.

そしてまた、上記実施例ではピストン25とカバーヘッド
28の間のOリング29を介在させてシール構造としたが、
ピストン25の動きを阻害せずにシールできるものであれ
ば、たとえばパッキンなどであってもよい。
Also, in the above embodiment, the piston 25 and the cover head
Although an O-ring 29 between 28 is interposed to form a seal structure,
A packing or the like may be used as long as it can seal without hindering the movement of the piston 25.

さらに、圧電素子積層体27を燃料から隔離するには、ピ
ストン25とシリンダ20の摺動部にピストンリングを取付
けるなどの手段であってもよく、このようなシール構造
であれば、カバーヘッド28を省略することができるなど
の対応が可能になる。
Further, in order to isolate the piezoelectric element laminate 27 from the fuel, a means such as attaching a piston ring to the sliding portion between the piston 25 and the cylinder 20 may be used. With such a seal structure, the cover head 28 Can be omitted, and other measures can be taken.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した通り本発明によれば、ピストンに収容され
た圧電素子積層体に燃料から隔離するシール構造を形成
し、上記シリンダとピストンの間にこのピストンを後退
方向に付勢するコイルばねを設置するとともに、上記シ
リンダに上記ピストンヘッドの位置を調整する調整ボル
トを螺着したから、上記シール構造によって圧電素子積
層体を燃料から隔離し、よってシリコン油の溶出を防止
して耐電圧性を高くかつ長寿命に維持することができ、
また調整ボルトによりピストンヘッドの位置およびコイ
ルばねの荷重を調整することができるので特性のばらつ
きを修正することができる。また、コイルばねは例えば
ばね常数の小さなものを使用すれば、セット荷重の大幅
な変動がなくポンプ性を一定にでき、かつ上記調整ボル
トにより調節した場合にもセット荷重を略一定に保つこ
とができる。
As described above, according to the present invention, a seal structure for separating the fuel from the fuel is formed in the piezoelectric element stack housed in the piston, and a coil spring for urging the piston in the backward direction is provided between the cylinder and the piston. In addition, since the adjustment bolt for adjusting the position of the piston head is screwed to the cylinder, the piezoelectric element laminate is isolated from the fuel by the seal structure, thus preventing the elution of silicon oil and increasing the withstand voltage. And can maintain a long life,
Further, since the position of the piston head and the load of the coil spring can be adjusted by the adjusting bolt, the characteristic variation can be corrected. If a coil spring having a small spring constant is used, for example, the pump load can be made constant without a large change in the set load, and the set load can be kept substantially constant even when adjusted by the adjusting bolt. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本発明の一実施例を示し、第1図は第2図の要部
を拡大して示す断面図、第2図は分配型燃料噴射ポンプ
にパイロット噴射のための圧電型アクチュエータを設置
した例を示す断面図、第3図および第4図はばね荷重に
対するポンプの噴射量および噴射遅れの特性図である。 1……分配型燃料噴射ポンプ、2……圧電型アクチュエ
ータ、3……プランジャ、4……ポンプ室、5……燃料
噴射ノズル、20……シリンダ、24……シリンダ室、25…
…ピストン、26……ピストンヘッド、27……圧電素子積
層体、28……カバーヘッド、29……Oリング、30……回
り止めブロック、33……回り止めねじ、34……調整ボル
ト、39……圧縮コイルばね。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a main part of FIG. 2, and FIG. 2 is a distribution type fuel injection pump provided with a piezoelectric actuator for pilot injection. A cross-sectional view showing an example, FIGS. 3 and 4 are characteristic diagrams of the injection amount and the injection delay of the pump with respect to the spring load. 1 ... Distribution type fuel injection pump, 2 ... Piezoelectric actuator, 3 ... Plunger, 4 ... Pump chamber, 5 ... Fuel injection nozzle, 20 ... Cylinder, 24 ... Cylinder chamber, 25 ...
… Piston, 26 …… Piston head, 27 …… Piezoelectric element stack, 28 …… Cover head, 29 …… O-ring, 30 …… Rotating block, 33 …… Rotating screw, 34 …… Adjusting bolt, 39 ...... Compression coil spring.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料噴射ポンプと噴射ノズルを結ぶ燃料通
路、またはポンプ室を含む燃料加圧室に、燃料圧力を制
御するアクチュエータを接続した燃料噴射装置であっ
て、このアクチュエータは、シリンダおよびこのシリン
ダに収容されたピストンならびにこのピストンを駆動す
る圧電素子積層体にて構成された圧電型アクチュエータ
において、上記ピストンはピストンヘッド側が閉塞され
た筒形をなし、この筒形ピストンに上記圧電素子積層体
を収容するとともに、このピストンに収容された圧電素
子積層体を燃料から隔離するシール構造を形成し、上記
シリンダとピストンの間にこのピストンを後退方向に付
勢するコイルばねを設置するとともに、上記シリンダに
上記ピストンヘッドの位置を調整する調整ボルトを螺着
したことを特徴とする燃料噴射装置の圧電型アクチュエ
ータ。
1. A fuel injection device in which an actuator for controlling fuel pressure is connected to a fuel passage connecting a fuel injection pump and an injection nozzle or to a fuel pressurizing chamber including a pump chamber, the actuator comprising a cylinder and a cylinder. In a piezoelectric actuator composed of a piston housed in a cylinder and a piezoelectric element laminated body for driving the piston, the piston has a cylindrical shape in which the piston head side is closed, and the cylindrical piston has the piezoelectric element laminated body. And forming a seal structure for isolating the piezoelectric element laminate housed in the piston from the fuel, and installing a coil spring for urging the piston in the backward direction between the cylinder and the piston. An adjustment bolt for adjusting the position of the piston head is screwed into the cylinder. The piezoelectric actuator of the fuel injector.
【請求項2】上記調整ボルトと上記圧電素子積層体の後
端面との間に、この調整ボルトの回転力が圧電素子積層
体に伝わるのを阻止する回り止め体を設けたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の燃料噴射装置の圧電
型アクチュエータ。
2. A detent member is provided between the adjusting bolt and the rear end surface of the piezoelectric element laminate to prevent the rotational force of the adjusting bolt from being transmitted to the piezoelectric element laminate. A piezoelectric actuator for a fuel injection device according to claim 1.
JP28946785A 1985-12-24 1985-12-24 Piezoelectric actuator for fuel injector Expired - Lifetime JPH0742904B2 (en)

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JP2785278B2 (en) * 1988-09-21 1998-08-13 トヨタ自動車株式会社 Piezo actuator
JP2570868B2 (en) * 1988-09-26 1997-01-16 日本電装株式会社 Piezoelectric actuator
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