JP3933479B2

JP3933479B2 - Fuel injection device

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Publication number: JP3933479B2
Application number: JP2002014338A
Authority: JP
Inventors: 榎本　　滋郁; 守康後藤; 正明加藤; 久晴竹内
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-01-23
Also published as: JP2003214287A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディーゼルエンジンに適用されるコモンレール式の燃料噴射装置の場合、一般に二方電磁弁または三方電磁弁を有する燃料噴射装置が使用される。このような燃料噴射装置として、例えば特開平９−４２１０６号公報に開示されている技術が公知である。この場合、弁部材の反噴孔側に設けられた圧力制御室に高圧の燃料が導入されている。そして、圧力制御室内の高圧燃料を噴射毎に低圧側へリークさせることにより弁部材を駆動している。しかし、特開平９−４２１０６号公報に開示されている燃料噴射装置の場合、噴射毎に圧力制御室から高圧の燃料のリークが発生する。また、部品点数の増大ならびに構造の複雑化を招くという問題がある。
【０００３】
近年、燃料噴射装置へのコスト低減の要求は厳しくなっている。そこで、燃料噴射装置を構成する部品点数の低減を図るため、電磁駆動部により直接弁部材を駆動する、いわゆる直動方式の燃料噴射装置が検討されている。
一方、近年では、軽油の代替燃料として燃料の気化性や発火燃焼性あるいはエミッションなどを考慮してジメチルエーテル（ＤＭＥ）やセタン価向上のための添加剤を加えた液化石油ガス（ＬＰＧ）といった液化ガス燃料の使用が検討されている。なお、本明細書中で「ＬＰＧ」とは、特に指示しない限りセタン価向上剤を添加したものを意味する。液化ガス燃料を使用する場合、沸点が低いため気化しやすく燃料噴射装置からの燃料の漏出量が増大する傾向にある。そのため、燃料噴射装置から漏出した燃料を回収するための装置が必要となる。例えば、特開平１１―２２５９０号公報に開示されているように、気化した液化ガス燃料を回収するためのパージタンクならびにパージタンクに回収されたガス状の液化ガス燃料を圧縮し液化する圧縮ポンプが必要となる。その結果、燃料噴射装置のコストの増大を招くという問題がある。そこで、上述のように例えば図１０に示すような直動方式の燃料噴射装置１００を使用することにより、燃料噴射装置１００からの燃料の漏出量の低減を図ることが考えられている。
【０００４】
図１０に示す燃料噴射装置１００の場合、弁部材１０１は図中の上下方向に伸びており、弁部材１０１の上端にはアーマチャ１０２がレーザ溶接などにより一体に設けられている。ケーシング１０３およびバルブボディ１０４には孔１０３ａ、１０４ａが形成され、孔１０３ａ、１０４ａに弁部材１０１が収容されている。アーマチャ１０２と対向してステータ１０５が配置されており、コイル１０６の通電時にアーマチャ１０２がステータ１０５に吸引されると、弁部材１０１がスプリング１０７の付勢力に抗して図１０の上方へリフトする。これにより、噴孔１０８が開放され、コモンレールから供給された高圧燃料は噴孔１０８から噴射される。図１０に示すような燃料噴射装置１００は、構成する部品の点数が少なくコストの低減を図ることができる。また、図１０に示すような燃料噴射装置１００では、燃料の漏出量の低減を図ることができるため、漏出した燃料を回収するためのパージタンクおよび圧縮ポンプなどが不要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すような燃料噴射装置１００の場合、弁部材１０１を電磁駆動部により直接駆動するため、電磁駆動部は弁部材１０１に作用する油圧による力に抗して弁部材１０１を駆動する必要がある。そのため、燃料噴射装置１００から噴射される燃料の噴射圧力を高めるためには、電磁駆動部を大型化し駆動力の増大を図る必要がある。しかし、エンジンの搭載部に確保される空間には制限があるため、電磁駆動部および燃料噴射装置１００の大きさには制限がある。その結果、現在では燃料の最大噴射圧力は３０ＭＰａ程度が限界であり、さらなる高圧化は困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、電磁駆動部により弁部材が直接駆動され、体格の大型化を招くことなく噴射される燃料の圧力のさらなる高圧化が可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または３記載の燃料噴射装置によると、油圧低減手段を備えている。油圧低減手段は、弁部材に作用する油圧のうち噴孔閉塞方向へ作用する油圧を低減する。噴孔閉塞方向へ弁部材に作用する油圧が低減されることにより、電磁駆動部が弁部材を駆動するために必要な力は小さくなる。そのため、電磁駆動部により弁部材を直接駆動する場合でも、例えば電磁駆動部の体格を保持したままで燃料噴射装置に供給される燃料の圧力を高めることができる。したがって、弁部材を電磁駆動部により直接駆動する場合でも、体格の大型化を招くことなく噴射される燃料のさらなる高圧化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、油圧低減手段は弁部材の反噴孔側に形成されている孔部と、孔部の内周側を摺動可能なロッド部とを有している。ロッド部に形成されている連通孔は低圧側に連通しているため、弁部材に形成されている孔部の噴孔側の端面には低圧側の油圧が作用する。そのため、弁部材に作用する油圧が低減される。したがって、部品点数の増大を招くことなく簡単な構造で電磁駆動部が弁部材を駆動するために必要な力を低減することができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によると、孔部の内径は弁座部の内径よりもやや小さく形成されている。そのため、弁部材に作用する噴孔閉塞方向への油圧がやや大きくなる。これにより、電磁駆動部への電力の供給を停止したとき、弁部材は噴孔閉塞方向へ作用する油圧により噴孔閉塞方向へ付勢される。したがって、弁部材が噴孔閉塞方向へ移動するときの応答性を高めることができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、油圧低減手段は低圧側と連通している孔部と、弁部材の端部に形成され孔部と摺動する小径部とを有している。孔部は低圧側に連通しているため、弁部材に形成されている小径部の反噴孔側の端面には低圧側の油圧が作用する。そのため、弁部材に作用する油圧が低減される。したがって、部品点数の増大を招くことなく簡単な構造で電磁駆動部が弁部材を駆動するために必要な力を低減することができる。
【００１１】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、孔部の内径は弁座部の内径よりもやや小さく形成されている。そのため、弁部材に作用する噴孔閉塞方向への油圧がやや大きくなる。これにより、電磁駆動部への電力の供給を停止したとき、弁部材は噴孔閉塞方向へ作用する油圧により噴孔閉塞方向へ付勢される。したがって、弁部材が噴孔閉塞方向へ移動するときの応答性を高めることができる。
【００１２】
本発明の請求項５記載の燃料噴射装置によると、弁部材は弁ロッド部と弁ニードル部とを有し、弁ロッド部と弁ニードル部とは接続部により接続されている。これにより、弁ロッド部および弁ニードル部の加工誤差は接続部により吸収することができる。そのため、弁部材の寸法を精密に管理する必要がなく、弁部材の加工コストを低減することができる。
本発明の請求項６記載の燃料噴射装置は、液化ガス燃料が導入される。燃料噴射装置の弁部材を電磁駆動部により直接駆動することにより、液化ガス燃料を用いる場合でも燃料の漏出を低減することができる。
【００１３】
【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）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適用した燃料噴射システムの概略を図２に示す。本実施例による燃料噴射システムは、ＤＭＥを燃料とするディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射システムである。
【００１４】
燃料タンク１内に蓄えられているＤＭＥは、図示しない低圧ポンプにより高圧ポンプ２へ給送される。高圧ポンプ２に給送されたＤＭＥは、高圧ポンプ２により加圧された後、コモンレール３へ供給される。コモンレール３には、噴射圧力（例えば５０ＭＰａから８０ＭＰａ）で蓄圧されたＤＭＥが蓄えられている。コモンレール３には、エンジンの気筒数に対応する燃料噴射装置１０が接続されている。これらの燃料噴射装置１０は、ＥＣＵ４からの駆動信号にしたがって駆動される。
【００１５】
燃料噴射装置１０は、ケーシング１１およびバルブボディ１２を備えている。ケーシング１１とバルブボディ１２とはディスタンスピース１３を介してリテーニングナット１４により締め付けられ一体に構成されている。ケーシング１１およびバルブボディ１２にはそれぞれ同軸の孔１１ａ、１２ａが形成されており、孔１１ａ、１２ａには弁部材２０が収容されている。弁部材２０は、軸方向へ伸びる棒状に形成されており、２カ所の摺動部２１、２２を有している。バルブボディ１２の先端部には複数の噴孔１５が形成されている。バルブボディ１２の噴孔１５の入口側には弁座部１６が設けられている。弁部材２０の先端には弁座部１６に着座可能な当接部２３が設けられている。当接部２３が弁座部１６へ着座することによりＤＭＥの流れが遮断され、噴孔１５からのＤＭＥの噴射が停止される。一方、当接部２３が弁座部１６から離座することによりＤＭＥの流れが開放され、噴孔１５からＤＭＥが噴射される。
【００１６】
弁部材２０は中間部であるディスタンスピース１３に対応する位置に拡径部２４を有している。拡径部２４には、ばね受け部材２５およびシム部材２６が配設されている。ケーシング１１の内壁とシム部材２６との間にはスプリング２７が設けられており、スプリング２７により弁部材２０は図２の下方すなわち噴孔閉塞方向へ付勢されている。
【００１７】
ばね受け部材２５は図３に示すように二つの分割可能な割片により構成され、シム部材２６はリング状の板材により形成されている。図４に示すように、弁部材２０の拡径部２４を挟んでばね受け部材２５を組み付け、さらにシム部材２６を組み付けることによりばね受け部材２５はシム部材２６によって径方向内側へ締め付けられ弁部材２０に固定される。なお、シム部材２６はばね力の調整機能を担うものであり、シム部材２６の板厚によりスプリング２７のばね力を調整可能である。
【００１８】
図２に示すように、ケーシング１１にはガスケット１７を挟んで吸入ポート部材１８が組み付けられている。吸入ポート部材１８はコモンレール３に接続されており、高圧のＤＭＥはコモンレール３から吸入ポート部材１８を経由して孔１１ａ、１２ａに導入される。吸入ポート部材１８にはＤＭＥに含まれる異物を除去するためのフィルタ部材１９が圧入固定されている。
【００１９】
ケーシング１１の反バルブボディ側には電磁駆動部３０が設置されている。電磁駆動部３０は、アーマチャ３１、ステータ３２およびコイル３３などを有している。アーマチャ３１は弁部材２０の反噴孔側の端部に弁部材２０と一体に固定されている。ステータ３２はアーマチャ３１と対向して配置されている。ステータ３２の外周側にはコイル３３が配設されている。コイル３３はＥＣＵ４から電力が供給されると磁界を発生する。コイル３３によって発生した磁界によりステータ３２とアーマチャ３１との間には磁気吸引力が発生する。本実施例の場合、弁部材２０は電磁駆動部３０のアーマチャ３１とステータ３２との間に発生する磁気吸引力によって噴孔開放方向へ吸引され、電磁駆動部３０によって直接駆動される。すなわち、本実施例の燃料噴射装置１０は直動方式の燃料噴射装置である。ステータ３２とケーシング１１との間にはシム３４が配設されている。キャップハウジング３５は、シム３４を挟んでステータ３２をケーシング１１に締め付け固定している。ステータ３２の内周側には、アーマチャ３１が移動可能に収容されるアーマチャ室３６が形成されている。
【００２０】
電磁駆動部３０およびスプリング２７を組み付ける場合、一体になっている弁部材２０およびアーマチャ３１は可能な限り図２の下方まで孔１１ａ、１２ａへ挿入される。この状態で弁部材２０にシム部材２６およびスプリング２７を組み付け、二つの半割状に分割されたばね受け部材２５を弁部材２０の拡径部２４に組み付ける。そして、ばね受け部材２５を接合した状態でばね受け部材２５にシム部材２６をはめ込み、ばね受け部材２５を固定する。その後、ケーシング１１にディスタンスピース１３およびバルブボディ１２をリテーニングナット１４により固定する。さらに、ケーシング１１の反バルブボディ側の端部にステータ３２およびシム３４をキャップハウジング３５によって固定することによりケーシング１１に電磁駆動部３０が組み付けられる。
【００２１】
上記の手順による電磁駆動部３０およびスプリング２７の組み付けにおいて、図３および図４に示すようにシム部材２６部材の内径φｄ１は弁部材２０の拡径部２４の外径φｄ２よりも大きく形成されている。例えば、φｄ１＝４．１ｍｍであり、φ２＝４．０ｍｍである。そのため、弁部材２０の反アーマチャ側から拡径部２４へシム部材２６を挿入可能である。また、図２に示すように、アーマチャ室３６においてアーマチャ３１のケーシング１１側の端面とケーシング１１のアーマチャ３１側の端面との間の距離Ｚを十分に確保することにより、弁部材２０を図２の下方まで容易に挿入することができ、スプリング２７などの各部材を容易に組み付けることができる。
【００２２】
アーマチャ３１を収容するアーマチャ室３６は、通路３７を介して孔１１ａに連通している。これにより、アーマチャ室３６には孔１１ａから高圧のＤＭＥが導入される。図１に示すように、弁部材２０の反噴孔側の端部には孔部２０ａが形成されている。孔部２０ａの内周側にはロッド部材２８が孔部２０ａの内壁と摺動可能に設けられている。孔部２０ａおよびロッド部材２８により特許請求の範囲の油圧低減手段が構成されている。孔部２０ａとロッド部材２８との間に形成される空間、すなわち孔部２０ａのロッド部材２８よりも噴孔１５側に形成される空間は低圧室２９となっている。ロッド部材２８には連通孔２８１が形成されており、一方の端部が低圧室２９に連通し、他方の端部が低圧側である図２に示す燃料タンク１に連通している。そのため、低圧室２９の内部の圧力は燃料タンク１の内部とほぼ同一の圧力（約０．６ＭＰａ）となっている。ロッド部材２８とステータ３２との間にはＯリング３８が設置されており、アーマチャ室３６から外部へＤＭＥが漏出するのを防止している。
【００２３】
孔部２０ａの内径とロッド部材２８の外径とはほぼ同一であるため、孔部２０ａの内壁とロッド部材２８の外壁とは摺動する。また、ロッド部材２８は例えば圧入などによりステータ３２に固定されている。そのため、一体のアーマチャ３１および弁部材２０が軸方向へ往復移動する場合、ロッド部材２８とアーマチャ３１および弁部材２０とは相対的に往復移動し、低圧室２９の容積は変化する。
【００２４】
孔部２０ａの内径およびロッド部材２８の外径をφｄ３とし、弁部材２０の当接部２３の外径ならびに当接部２３に対応するバルブボディ１２の弁座部１６の内径をφｄ４とする。このとき、例えばφｄ３＝１．８ｍｍおよびφｄ４＝１．８ｍｍのようにφｄ３＝φｄ４と設定すると、弁部材２０に作用する高圧のＤＭＥによる油圧力は均衡する。また、弁部材２０に作用するＤＭＥの油圧による力は低圧室２９の噴孔１５側の端面２９ａの面積に相当する分だけ減少する。そのため、燃料噴射装置１０から噴射されるＤＭＥの圧力を向上可能である。例えば、φｄ３＝φｄ４＝１．８ｍｍに設定した場合、ＤＭＥの圧力が約８０ＭＰａのときでも、電磁駆動部３０の体格、発生力あるいは部材の形状などを変更することなく弁部材２０を駆動することができる。
【００２５】
アーマチャ室３６のＤＭＥは、わずかな量が孔部２０ａとロッド部材２８との間のクリアランスを経由して低圧室２９へ漏出する。しかし、本実施例により低圧室２９へ漏出するＤＭＥの流量は、例えば特開平９−４２１０６号公報に開示されている燃料噴射装置のように圧力制御室の高圧燃料を噴射毎に低圧側へリークさせる場合の燃料の流量と比較して極めて少ない。そのため、低圧室２９に漏出したＤＭＥは燃料タンク１へ直接回収することができる。
【００２６】
次に、第１実施例による燃料噴射装置１０の作動について説明する。
ＥＣＵ４からコイル３３へ電力が供給されると、コイル３３に発生した磁界によりアーマチャ３１とステータ３２との間には磁気吸引力が発生する。アーマチャ３１とステータ３２との間に発生した磁気吸引力がスプリング２７の付勢力と孔１１ａ、１２ａの内部のＤＭＥの圧力によって噴孔閉塞方向へ弁部材２０に作用する力との和よりも大きくなると、アーマチャ３１ならびにアーマチャ３１と一体の弁部材２０は図２の上方へリフトする。これにより、当接部２３は弁座部１６から離座し、噴孔１５からの燃料の噴射が開始される。
【００２７】
コイル３３への電力の供給が停止されると、ステータ３２とアーマチャ３１との間の磁気吸引力は消滅する。そのため、スプリング２７の付勢力ならびにＤＭＥの圧力によって噴孔閉塞方向へ弁部材２０に作用する力により弁部材２０は図２の下方へ移動する。これにより、当接部２３は弁座部１６へ着座し、噴孔１５からの燃料の噴射が停止される。
【００２８】
以上、説明したように、本発明の第１実施例による燃料噴射装置１０によると、弁部材２０の反噴孔側の端部に低圧室２９を形成することにより、弁部材２０に噴孔閉塞方向へ作用する力を低減することができる。また、φｄ３とφｄ４とを同一にすることにより弁部材２０に作用するＤＭＥの圧力を均衡させることができる。そのため、弁部材２０を噴孔開放方向へ駆動するための力を低減することができる。したがって、電磁駆動部３０の駆動力を増大ならびに電磁駆動部３０の体格を大型化することなく噴射されるＤＭＥの圧力を高圧化することができる。
【００２９】
第１実施例では、弁部材２０を電磁駆動部３０により直接駆動する直動方式としているため、例えば圧力制御室の油圧を制御することにより弁部材を駆動する燃料噴射装置と比較して、燃料噴射装置１０から低圧側へ排出されるＤＭＥを大幅に低減することができる。また、直動方式とすることにより、本実施例のように燃料としてＤＭＥなどの高圧の液化ガス燃料を適用する場合でも燃料の漏出を低減することができる。
【００３０】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による燃料噴射装置について説明する。
第２実施例は第１実施例の変形であり、燃料噴射装置１０の構成は第１実施例と同一である。第２実施例では、φｄ３とφｄ４との関係が第１実施例と異なり、φｄ３＜φｄ４と設定している。φｄ３＜φｄ４と設定することにより、ＤＭＥの圧力により弁部材２０に作用する力は不均衡となり噴孔閉塞方向へ大きくなる。すなわち、φｄ４＝１．８ｍｍに対しφｄ３を噴射されるＤＭＥの最高圧力に応じて小さくする。これにより、コイル３３への電力の供給を停止してから当接部２３が弁座部１６へ着座するまでの期間が短縮され、閉弁時における弁部材２０の応答性が向上する。
【００３１】
ｄφ３の大きさは、φｄ４ならびにＤＭＥの最高噴射圧力に応じて算出可能である。例えば、ＤＭＥの最高噴射圧力が８０ＭＰａのとき、φｄ４＝１．８ｍｍに対し、φｄ３＝１．４ｍｍから１．６ｍｍに設定する。これにより、燃料噴射装置１０へ供給されるＤＭＥの圧力が８０ＭＰａの場合、ＤＭＥの圧力により弁部材２０に作用する力は、例えば図１０に示す従来の燃料噴射装置１００においてＤＭＥの圧力が約１５ＭＰａから３０ＭＰａのときに弁部材１０１に作用する力に相当する。
【００３２】
第２実施例では、ＤＭＥの圧力を向上した場合でも弁部材２０に作用する力を低減することができる。また、スプリング２７は弁部材２０の拡径部２４とケーシング１１の端面との間に配置されているため、例えば図１０に示す従来の燃料噴射装置１００のスプリング１０７と比較して、本実施例のスプリング２７はステータ３２の遠隔に配置されている。そのため、ロッド部材２８をステータ３２に容易に挿入することができる。したがって、孔部２０ａの内径およびロッド部材２８の外径の容易が変更であり、φｄ３の変更を容易にすることができる。
【００３３】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による燃料噴射装置を図５に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５に示すように、第３実施例による燃料噴射装置４０は弁部材４１の反噴孔側の端部に小径部４２が形成されている。小径部４２は弁部材４１の反噴孔側に伸びて弁部材４１と一体に形成されている。ステータ４３には孔部４３ａが形成されており、小径部４２は孔部４３ａの内周側を往復摺動可能である。孔部４３ａは低圧側である燃料タンク１に連通している。これにより小径部４２および孔部４３ａの端面には第１実施例の低圧室２９と同様に燃料タンク１の内部と同一の圧力が作用する。小径部４２の外径および孔部４３ａの内径φｄ５は、第１実施例または第２実施例のφｄ３と同様にφｄ５≦φｄ４である。小径部４２と孔部４３ａとの間のクリアランスから漏出するＤＭＥはわずかであるため、漏出した燃料は燃料タンク１に直接回収される。
【００３４】
第３実施例では、第１実施例と同様に閉弁方向へ弁部材４１に作用するＤＭＥの圧力を低減することができる。そのため、弁部材４１を駆動するために必要な力を低減することができる。
【００３５】
（第４実施例）
本発明の第４実施例による燃料噴射装置を図６に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６に示すように、第４実施例による燃料噴射装置５０は弁部材５１の反噴孔側の端部に固定されているアーマチャ５２は平板状に形成されている。アーマチャ５２と対向してステータ５３が設けられている。ステータ５３とケーシング１１との間にはシム５４が配設されている。キャップハウジング５５は、シム５４を挟んでステータ５３をケーシング１１に締め付け固定している。弁部材５１には摺動部５１１が設けられている。摺動部５１１は、バルブボディ１２に形成されている孔１２ａの内壁と摺動可能である。
【００３６】
弁部材５１の反噴孔側の端部には小径部５１２が弁部材５１と一体に形成されている。小径部５１２は、ステータ５３に形成されている孔部５３ａの内周側を往復摺動可能である。孔部５３ａは低圧側である燃料タンク１に連通している。これにより孔部５３ａおよび小径部５１２の端面には燃料タンク１の内部と同一の圧力が作用する。孔部５３ａの内径および小径部５１２の外径φｄ７は、第１実施例または第２実施例のφｄ３と同様にφｄ７≦φｄ４である。小径部５１２と孔部５３ａとの間のクリアランスから漏出する燃料はわずかであるため、漏出したＤＭＥは燃料タンク１に直接回収される。
【００３７】
第４実施例では、弁部材５１は摺動部５１１および小径部５１２の２カ所でバルブボディ１２またはステータ５３と摺動する。そのため、第１実施例のように摺動部２１、摺動部２２および孔部２０ａの３カ所で摺動する場合と比較して、第４実施例では各部材の同軸度の管理を容易にすることができる。
【００３８】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図７に示す。
第５実施例による燃料噴射装置６０では、弁部材は弁ロッド部７１と弁ニードル部７２とから構成されており、弁ロッド部７１と弁ニードル部７２とは接続部７３により接続されている。接続部７３は、球形状のボール部材７３１と固定具７３２とを有している。
【００３９】
ケーシング６１には、一方の端部にバルブボディ６２が固定され、他方の端部に電磁駆動部８０が固定されている。バルブボディ６２には孔６２ａが形成されており、弁ニードル部７２に形成されている摺動部７４は孔６２ａの内壁と摺動可能である。バルブボディ６２の先端部には複数の噴孔６３が形成されている。バルブボディ６２の噴孔６３の入口側には弁座部６４が設けられている。弁ニードル部７２の先端には弁座部６４に着座可能な当接部７５が設けられている。当接部７５が弁座部６４へ着座することによりＤＭＥの流れが遮断され、噴孔６３からのＤＭＥの噴射が停止される。一方、当接部７５が弁座部６４から離座することによりＤＭＥの流れが開放され、噴孔６３からＤＭＥが噴射される。
【００４０】
ケーシング６１の反バルブボディ側には電磁駆動部８０が設置されている。電磁駆動部８０は、アーマチャ８１、ステータ８２、コイル８３およびキャップハウジング８４などを有している。アーマチャ８１は弁ロッド部７１の反噴孔側に弁ロッド部７１と一体に固定されている。ステータ８２はアーマチャ８１と対向して配置されている。ステータ８２の外周側にはコイル８３が配設されており、コイル８３はＥＣＵ４から電力が供給されると磁界を発生する。コイル８３によって発生した磁界によりステータ８２とアーマチャ８１との間には磁気吸引力が発生する。コイル８３に電力を供給することにより、弁部材である弁ロッド部７１および弁ニードル部７２は電磁駆動部８０により直接駆動される。キャップハウジング８４はコイル８３の外周側を包囲して設けられ、アーマチャ８１およびステータ８２とともに磁気回路を形成する。ステータ８２とケーシング６１とはシム８５を介してリテーニングナット６５により固定されている。
【００４１】
コモンレール３から供給される高圧のＤＭＥは、ステータ８２に形成されている吸入ポート８２１へ流入する。吸入ポート８２１へ流入したＤＭＥは、ステータ８２の中心軸とは偏心して形成されている流路８２２および流路８２３、アーマチャ８１に形成されている流路８１１、ならびにシム８５に形成されている流路８５１を経由してバルブボディ６２の先端部へ供給される。
【００４２】
弁ロッド部７１の反噴孔側の端部には小径部７６が形成されている。小径部７６は弁ロッド部７１の反噴孔側に伸びて弁ロッド部７１と一体に形成されている。ステータ８２には孔部８２ａが形成されており、小径部７６は孔部８２ａの内周側を往復摺動可能である。孔部８２ａは低圧側である燃料タンク１に連通している。これにより孔部８２ａおよび小径部７６の端面７６ａには燃料タンク１の内部と同一の圧力が作用する。小径部７６の外径および孔部８２ａの内径をφｄ９とし、バルブボディ６２の弁座部６４の内径および弁ニードル部７２の当接部７５の外径をφｄ１０とすると、第１実施例または第２実施例と同様にφｄ９≦φｄ１０である。小径部７６と孔部８２ａとの間のクリアランスから漏出するＤＭＥはわずかであるため、漏出した燃料は燃料タンク１に直接回収される。
【００４３】
次に、本実施例による燃料噴射装置６０の弁部材について詳細に説明する。
図８に示すように、弁部材は弁ロッド部７１および弁ニードル部７２を有し、弁ロッド部７１と弁ニードル部７２とは接続部７３により接続されている。弁ロッド部７１の弁ニードル部７２側の端面ならびに弁ニードル部７２の弁ロッド部７１側の端面は、いずれも中央部分が凹んだ円錐形状に形成され、この凹んだ空間にボール部材７３１が挟持されている。弁ロッド部７１および弁ニードル部７２にはそれぞれ径方向外側へ突出する突出部７１１、７２１が形成されており、これらの突出部７１１、７１２に固定具７３２が係止されている。固定具７３２には軸方向の両端部に一対の係止部７３２ａが形成されており、係止部７３２ａはそれぞれ弁ロッド部７１または弁ニードル部７２の突出部７１１、７１２に係止されている。
【００４４】
固定具７３２は、鋼などの金属材料から形成され、図９に示すように筒体の一部を削除した概ねＣ字形状の断面を有している。固定具７３２は弁ロッド部７１、弁ニードル部７２およびボール部材７３１の接続部分に径方向外側から装着可能である。また、固定具７３２は接続部分から取り外しも可能である。さらに、固定具７３２には軸方向の全長を変更可能とするための複数のスリット７３２ｂが形成されている。
【００４５】
固定具７３２に複数のスリット７３２ｂを形成し、固定具７３２を軸方向へ伸縮可能な構成とした理由は次の通りである。
燃料噴射装置６０は、一般にディーゼルエンジンが搭載されている車両が所定の走行距離（例えば約１０万ｋｍ）に達すると交換される。燃料噴射装置６０の交換時のコストを考慮すると、摩耗あるいは損耗の頻度の高いケーシング６１、バルブボディ６２および弁ニードル部７２のみを交換することが望ましい。この場合、弁ロッド部７１と弁ニードル部７２とを別体に構成する本実施例では、弁ロッド部７１および弁ニードル部７２を含む各部材に寸法のばらつきが生じる。そのため、部品交換後に弁部材を構成する弁ロッド部７１および弁ニードル部７２のリフト量すなわちアーマチャ８１とステータ８２との間の間隔が変動するおそれがある。そこで、ボール部材７３１の大きさを変更することでアーマチャ８１とステータ８２との間の間隔を調整する必要があり、ボール部材７３１の大きさに応じて固定具７３２が伸縮することが望ましい。そのため、固定具７３２を伸縮可能な構成としている。
【００４６】
第５実施例では、弁ロッド部７１と弁ニードル部７２との間にボール部材７３１が介在することにより、例えば加工誤差などによって弁ロッド部７１あるいは弁ニードル部７２が傾いた場合でも、その傾きをボール部材７３１によって許容しつつ弁ロッド部７１と弁ニードル部７２とを接続することができる。したがって、弁ロッド部７１あるいは弁ニードル部７２には高い加工精度が要求されず、加工工数および加工コストの低減を図ることができる。
【００４７】
以上、説明した複数の実施例では、燃料噴射装置に導入される燃料としてＤＭＥを使用する例について説明した。しかし、本発明としては、燃料としてＤＭＥに限らず例えばＬＰＧなどの他の液化ガス燃料または軽油もしくはガソリンなどの通常の液体燃料を使用することもできる。また、燃料噴射システムもコモンレール式に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置の電磁駆動部および噴孔の近傍を拡大した模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適用したコモンレール式の燃料噴射システムを示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射装置のばね受け部材およびシム部材を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射装置の弁部材にばね受け部材およびシム部材を装着した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による燃料噴射装置の電磁駆動部を拡大した模式的な断面図である。
【図６】本発明の第４実施例による燃料噴射装置を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の第５実施例による燃料噴射装置を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の第５実施例による燃料噴射装置の弁部材の接続部を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の第５実施例による燃料噴射装置の固定具を示す概略斜視図である。
【図１０】従来の燃料噴射装置を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０、４０、５０、６０燃料噴射装置
１２、６２バルブボディ
１５、６３噴孔
１６、６４弁座部
２０、４１、５１弁部材
２０ａ孔部
２３、７５当接部
２８ロッド部材
２９低圧室
３０、８０電磁駆動部
３１、５２、８１アーマチャ
４２、７６、５１２小径部
４３ａ、５３ａ、８２ａ孔部
７１弁ロッド部（弁部材）
７２弁ニードル部（弁部材）
７３接続部
２８１連通孔
７３１ボール部材
７３２固定具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine (hereinafter, the internal combustion engine is referred to as an “engine”).
[0002]
[Prior art]
For example, in the case of a common rail type fuel injection device applied to a diesel engine, a fuel injection device having a two-way electromagnetic valve or a three-way electromagnetic valve is generally used. As such a fuel injection device, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-42106 is known. In this case, high-pressure fuel is introduced into the pressure control chamber provided on the side opposite to the injection hole of the valve member. The valve member is driven by causing the high-pressure fuel in the pressure control chamber to leak to the low-pressure side for each injection. However, in the case of the fuel injection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-42106, a high-pressure fuel leaks from the pressure control chamber every injection. There is also a problem that the number of parts increases and the structure becomes complicated.
[0003]
In recent years, demands for cost reduction of fuel injection devices have become strict. Therefore, in order to reduce the number of parts constituting the fuel injection device, a so-called direct-acting fuel injection device in which the valve member is directly driven by an electromagnetic drive unit has been studied.
On the other hand, in recent years, liquefied gas such as dimethyl ether (DME) or liquefied petroleum gas (LPG) with an additive for improving cetane number is considered as an alternative fuel for diesel oil in consideration of fuel vaporization, ignition and combustion, or emissions. The use of fuel is being considered. In this specification, “LPG” means a cetane number improver added unless otherwise specified. When using liquefied gas fuel, since the boiling point is low, it tends to vaporize and the amount of fuel leakage from the fuel injection device tends to increase. Therefore, a device for collecting the fuel leaked from the fuel injection device is required. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-22590, there is provided a purge tank for recovering vaporized liquefied gas fuel and a compression pump for compressing and liquefying gaseous liquefied gas fuel recovered in the purge tank. Necessary. As a result, there is a problem that the cost of the fuel injection device is increased. Therefore, as described above, it is considered to reduce the amount of fuel leakage from the fuel injection device 100 by using, for example, a linear motion type fuel injection device 100 as shown in FIG.
[0004]
In the case of the fuel injection device 100 shown in FIG. 10, the valve member 101 extends in the vertical direction in the figure, and an armature 102 is integrally provided at the upper end of the valve member 101 by laser welding or the like. Holes 103a and 104a are formed in the casing 103 and the valve body 104, and the valve member 101 is accommodated in the holes 103a and 104a. A stator 105 is disposed so as to face the armature 102, and when the armature 102 is attracted to the stator 105 when the coil 106 is energized, the valve member 101 is lifted upward in FIG. 10 against the urging force of the spring 107. . Thereby, the injection hole 108 is opened, and the high-pressure fuel supplied from the common rail is injected from the injection hole 108. The fuel injection device 100 as shown in FIG. 10 has a small number of components and can reduce the cost. Further, in the fuel injection device 100 as shown in FIG. 10, since the amount of fuel leakage can be reduced, a purge tank and a compression pump for collecting the leaked fuel become unnecessary.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the fuel injection device 100 as shown in FIG. 10, since the valve member 101 is directly driven by the electromagnetic drive unit, the electromagnetic drive unit drives the valve member 101 against the hydraulic force acting on the valve member 101. There is a need to. Therefore, in order to increase the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection device 100, it is necessary to increase the size of the electromagnetic drive unit and increase the driving force. However, since the space secured in the engine mounting portion is limited, the sizes of the electromagnetic drive unit and the fuel injection device 100 are limited. As a result, the maximum fuel injection pressure is currently limited to about 30 MPa, and there is a problem that it is difficult to further increase the pressure.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel injection device in which a valve member is directly driven by an electromagnetic drive unit and the pressure of fuel injected can be further increased without causing an increase in size.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Of the present invention Claim 1 or 3 According to the described fuel injection device, the oil pressure reducing means is provided. The oil pressure reducing means reduces the oil pressure acting in the nozzle hole closing direction out of the oil pressure acting on the valve member. By reducing the hydraulic pressure acting on the valve member in the nozzle hole closing direction, the force required for the electromagnetic drive unit to drive the valve member is reduced. Therefore, even when the valve member is directly driven by the electromagnetic drive unit, for example, the pressure of the fuel supplied to the fuel injection device can be increased while maintaining the physique of the electromagnetic drive unit. Therefore, even when the valve member is directly driven by the electromagnetic drive unit, it is possible to further increase the pressure of the injected fuel without increasing the size of the physique.
[0008]
Also, Of the present invention Claim 1 According to the described fuel injection device, the oil pressure reducing means has the hole formed on the counter-injection hole side of the valve member and the rod portion that can slide on the inner peripheral side of the hole. Since the communication hole formed in the rod portion communicates with the low pressure side, the low pressure side hydraulic pressure acts on the end surface on the injection hole side of the hole portion formed in the valve member. Therefore, the hydraulic pressure acting on the valve member is reduced. Therefore, the force required for the electromagnetic drive unit to drive the valve member can be reduced with a simple structure without increasing the number of parts.
[0009]
Of the present invention Claim 2 According to the described fuel injection device, the inner diameter of the hole is formed slightly smaller than the inner diameter of the valve seat. Therefore, the hydraulic pressure in the nozzle hole closing direction acting on the valve member is slightly increased. Thereby, when supply of electric power to the electromagnetic drive unit is stopped, the valve member is biased in the nozzle hole closing direction by the hydraulic pressure acting in the nozzle hole closing direction. Therefore, the responsiveness when the valve member moves in the nozzle hole closing direction can be enhanced.
[0010]
Of the present invention Claim 3 According to the described fuel injection device, the oil pressure reducing means has a hole portion communicating with the low pressure side and a small diameter portion formed at the end portion of the valve member and sliding with the hole portion. Since the hole portion communicates with the low pressure side, the low pressure side hydraulic pressure acts on the end surface of the small diameter portion formed in the valve member on the side opposite to the injection hole. Therefore, the hydraulic pressure acting on the valve member is reduced. Therefore, the force required for the electromagnetic drive unit to drive the valve member can be reduced with a simple structure without increasing the number of parts.
[0011]
Of the present invention Claim 4 According to the described fuel injection device, the inner diameter of the hole is formed slightly smaller than the inner diameter of the valve seat. Therefore, the hydraulic pressure in the nozzle hole closing direction acting on the valve member is slightly increased. Thereby, when supply of electric power to the electromagnetic drive unit is stopped, the valve member is biased in the nozzle hole closing direction by the hydraulic pressure acting in the nozzle hole closing direction. Therefore, the responsiveness when the valve member moves in the nozzle hole closing direction can be enhanced.
[0012]
Of the present invention Claim 5 According to the described fuel injection device, the valve member has the valve rod portion and the valve needle portion, and the valve rod portion and the valve needle portion are connected by the connection portion. Thereby, the processing error of the valve rod part and the valve needle part can be absorbed by the connecting part. Therefore, it is not necessary to precisely manage the dimensions of the valve member, and the processing cost of the valve member can be reduced.
Of the present invention Claim 6 In the described fuel injection device, liquefied gas fuel is introduced. By directly driving the valve member of the fuel injection device by the electromagnetic drive unit, fuel leakage can be reduced even when liquefied gas fuel is used.
[0013]
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)
An outline of a fuel injection system to which the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention is applied is shown in FIG. The fuel injection system according to this embodiment is a common rail type fuel injection system for a diesel engine using DME as fuel.
[0014]
The DME stored in the fuel tank 1 is fed to the high pressure pump 2 by a low pressure pump (not shown). The DME fed to the high pressure pump 2 is pressurized by the high pressure pump 2 and then supplied to the common rail 3. The common rail 3 stores DME accumulated at an injection pressure (for example, 50 MPa to 80 MPa). A fuel injection device 10 corresponding to the number of cylinders of the engine is connected to the common rail 3. These fuel injection devices 10 are driven in accordance with a drive signal from the ECU 4.
[0015]
The fuel injection device 10 includes a casing 11 and a valve body 12. The casing 11 and the valve body 12 are tightened by a retaining nut 14 via a distance piece 13 and are integrally formed. The casing 11 and the valve body 12 are formed with coaxial holes 11a and 12a, respectively, and the valve member 20 is accommodated in the holes 11a and 12a. The valve member 20 is formed in a rod shape extending in the axial direction, and has two sliding portions 21 and 22. A plurality of injection holes 15 are formed at the tip of the valve body 12. A valve seat 16 is provided on the inlet side of the nozzle hole 15 of the valve body 12. A contact portion 23 that can be seated on the valve seat portion 16 is provided at the tip of the valve member 20. When the contact portion 23 is seated on the valve seat portion 16, the flow of DME is blocked, and the injection of DME from the injection hole 15 is stopped. On the other hand, when the contact portion 23 is separated from the valve seat portion 16, the flow of DME is released and DME is injected from the injection hole 15.
[0016]
The valve member 20 has an enlarged diameter portion 24 at a position corresponding to the distance piece 13 which is an intermediate portion. A spring receiving member 25 and a shim member 26 are disposed in the enlarged diameter portion 24. A spring 27 is provided between the inner wall of the casing 11 and the shim member 26, and the valve member 20 is urged by the spring 27 downward in FIG.
[0017]
As shown in FIG. 3, the spring receiving member 25 is composed of two split pieces, and the shim member 26 is formed of a ring-shaped plate material. As shown in FIG. 4, the spring receiving member 25 is assembled with the enlarged diameter portion 24 of the valve member 20 interposed therebetween, and further the shim member 26 is assembled, whereby the spring receiving member 25 is tightened radially inward by the shim member 26. 20 is fixed. The shim member 26 has a function of adjusting the spring force, and the spring force of the spring 27 can be adjusted by the plate thickness of the shim member 26.
[0018]
As shown in FIG. 2, a suction port member 18 is assembled to the casing 11 with a gasket 17 interposed therebetween. The suction port member 18 is connected to the common rail 3, and high-pressure DME is introduced from the common rail 3 into the holes 11 a and 12 a via the suction port member 18. A filter member 19 for removing foreign matter contained in the DME is press-fitted and fixed to the suction port member 18.
[0019]
An electromagnetic drive unit 30 is installed on the opposite side of the casing 11 from the valve body. The electromagnetic drive unit 30 includes an armature 31, a stator 32, a coil 33, and the like. The armature 31 is fixed integrally with the valve member 20 at the end of the valve member 20 on the side opposite to the injection hole. The stator 32 is disposed to face the armature 31. A coil 33 is disposed on the outer peripheral side of the stator 32. The coil 33 generates a magnetic field when electric power is supplied from the ECU 4. A magnetic attractive force is generated between the stator 32 and the armature 31 by the magnetic field generated by the coil 33. In the case of the present embodiment, the valve member 20 is attracted in the direction of opening the nozzle hole by the magnetic attraction force generated between the armature 31 of the electromagnetic drive unit 30 and the stator 32 and is directly driven by the electromagnetic drive unit 30. That is, the fuel injection device 10 of the present embodiment is a direct acting fuel injection device. A shim 34 is disposed between the stator 32 and the casing 11. The cap housing 35 fastens and fixes the stator 32 to the casing 11 with the shim 34 interposed therebetween. An armature chamber 36 in which the armature 31 is movably accommodated is formed on the inner peripheral side of the stator 32.
[0020]
When the electromagnetic drive unit 30 and the spring 27 are assembled, the integrated valve member 20 and armature 31 are inserted into the holes 11a and 12a as far as possible in the lower part of FIG. In this state, the shim member 26 and the spring 27 are assembled to the valve member 20, and the spring receiving member 25 divided into two halves is assembled to the enlarged diameter portion 24 of the valve member 20. Then, with the spring receiving member 25 joined, a shim member 26 is fitted into the spring receiving member 25 to fix the spring receiving member 25. Thereafter, the distance piece 13 and the valve body 12 are fixed to the casing 11 by the retaining nut 14. Further, the stator 32 and the shim 34 are fixed to the end of the casing 11 on the side opposite to the valve body by the cap housing 35, whereby the electromagnetic drive unit 30 is assembled to the casing 11.
[0021]
In the assembly of the electromagnetic drive unit 30 and the spring 27 according to the above procedure, the inner diameter φd1 of the shim member 26 member is formed larger than the outer diameter φd2 of the enlarged portion 24 of the valve member 20 as shown in FIGS. Yes. For example, φd1 = 4.1 mm and φ2 = 4.0 mm. Therefore, the shim member 26 can be inserted into the enlarged diameter portion 24 from the side opposite to the armature of the valve member 20. Further, as shown in FIG. 2, in the armature chamber 36, by ensuring a sufficient distance Z between the end face of the armature 31 on the casing 11 side and the end face of the casing 11 on the armature 31 side, the valve member 20 is shown in FIG. Can be easily inserted to the lower side of each, and each member such as the spring 27 can be easily assembled.
[0022]
The armature chamber 36 that accommodates the armature 31 communicates with the hole 11 a through a passage 37. As a result, high-pressure DME is introduced into the armature chamber 36 from the hole 11a. As shown in FIG. 1, a hole 20a is formed at the end of the valve member 20 on the side opposite to the injection hole. A rod member 28 is provided on the inner peripheral side of the hole 20a so as to be slidable with the inner wall of the hole 20a. The hole 20a and the rod member 28 constitute oil pressure reducing means as claimed. A space formed between the hole 20 a and the rod member 28, that is, a space formed closer to the injection hole 15 than the rod member 28 of the hole 20 a is a low-pressure chamber 29. The rod member 28 is formed with a communication hole 281, one end communicating with the low pressure chamber 29, and the other end communicating with the fuel tank 1 shown in FIG. 2 on the low pressure side. Therefore, the pressure inside the low pressure chamber 29 is almost the same pressure (about 0.6 MPa) as inside the fuel tank 1. An O-ring 38 is installed between the rod member 28 and the stator 32 to prevent the DME from leaking from the armature chamber 36 to the outside.
[0023]
Since the inner diameter of the hole 20a and the outer diameter of the rod member 28 are substantially the same, the inner wall of the hole 20a and the outer wall of the rod member 28 slide. The rod member 28 is fixed to the stator 32 by, for example, press fitting. Therefore, when the integral armature 31 and the valve member 20 reciprocate in the axial direction, the rod member 28, the armature 31 and the valve member 20 reciprocate relatively, and the volume of the low pressure chamber 29 changes.
[0024]
The inner diameter of the hole 20a and the outer diameter of the rod member 28 are φd3, and the outer diameter of the contact portion 23 of the valve member 20 and the inner diameter of the valve seat portion 16 of the valve body 12 corresponding to the contact portion 23 are φd4. At this time, if φd3 = φd4 is set, for example, φd3 = 1.8 mm and φd4 = 1.8 mm, the oil pressure by the high-pressure DME acting on the valve member 20 is balanced. Further, the force of the DME hydraulic pressure acting on the valve member 20 is reduced by an amount corresponding to the area of the end surface 29 a on the nozzle hole 15 side of the low pressure chamber 29. Therefore, the pressure of DME injected from the fuel injection device 10 can be improved. For example, when φd3 = φd4 = 1.8 mm, the valve member 20 is driven without changing the physique, generated force, or member shape of the electromagnetic drive unit 30 even when the pressure of the DME is about 80 MPa. Can do.
[0025]
A small amount of DME in the armature chamber 36 leaks into the low pressure chamber 29 via the clearance between the hole 20 a and the rod member 28. However, the flow rate of DME leaking into the low pressure chamber 29 according to the present embodiment is such that the high pressure fuel in the pressure control chamber leaks to the low pressure side every injection as in the fuel injection device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-42106, for example. When compared with the flow rate of the fuel, it is extremely small. Therefore, the DME leaking into the low pressure chamber 29 can be directly collected into the fuel tank 1.
[0026]
Next, the operation of the fuel injection device 10 according to the first embodiment will be described.
When electric power is supplied from the ECU 4 to the coil 33, a magnetic attractive force is generated between the armature 31 and the stator 32 due to the magnetic field generated in the coil 33. The magnetic attractive force generated between the armature 31 and the stator 32 is larger than the sum of the biasing force of the spring 27 and the force acting on the valve member 20 in the direction of closing the nozzle hole due to the pressure of the DME inside the holes 11a and 12a. As a result, the armature 31 and the valve member 20 integrated with the armature 31 are lifted upward in FIG. As a result, the contact portion 23 is separated from the valve seat portion 16 and fuel injection from the injection hole 15 is started.
[0027]
When the supply of power to the coil 33 is stopped, the magnetic attractive force between the stator 32 and the armature 31 disappears. Therefore, the valve member 20 moves downward in FIG. 2 by the force acting on the valve member 20 in the injection hole closing direction by the biasing force of the spring 27 and the pressure of DME. As a result, the contact portion 23 is seated on the valve seat portion 16, and fuel injection from the injection hole 15 is stopped.
[0028]
As described above, according to the fuel injection device 10 according to the first embodiment of the present invention, the low pressure chamber 29 is formed at the end of the valve member 20 on the side opposite to the injection hole, thereby blocking the injection hole in the valve member 20. The force acting in the direction can be reduced. Also, by making φd3 and φd4 the same, the pressure of DME acting on the valve member 20 can be balanced. Therefore, the force for driving the valve member 20 in the nozzle hole opening direction can be reduced. Therefore, it is possible to increase the pressure of the DME injected without increasing the driving force of the electromagnetic driving unit 30 and increasing the size of the electromagnetic driving unit 30.
[0029]
In the first embodiment, since the valve member 20 is directly driven by the electromagnetic drive unit 30, for example, compared with a fuel injection device that drives the valve member by controlling the hydraulic pressure in the pressure control chamber, the fuel DME discharged from the injection device 10 to the low pressure side can be greatly reduced. Further, by adopting the linear motion system, it is possible to reduce fuel leakage even when a high-pressure liquefied gas fuel such as DME is applied as the fuel as in this embodiment.
[0030]
(Second embodiment)
A fuel injection device according to a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and the configuration of the fuel injection device 10 is the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, the relationship between φd3 and φd4 is different from the first embodiment and is set as φd3 <φd4. By setting φd3 <φd4, the force acting on the valve member 20 due to the pressure of DME becomes unbalanced and increases in the nozzle hole closing direction. That is, for φd4 = 1.8 mm, φd3 is reduced according to the maximum pressure of DME to be injected. Thereby, the period from when the supply of electric power to the coil 33 is stopped until the contact portion 23 is seated on the valve seat portion 16 is shortened, and the responsiveness of the valve member 20 at the time of valve closing is improved.
[0031]
The magnitude of dφ3 can be calculated according to φd4 and the maximum injection pressure of DME. For example, when the maximum injection pressure of DME is 80 MPa, φd3 = 1.4 mm to 1.6 mm with respect to φd4 = 1.8 mm. Thereby, when the pressure of DME supplied to the fuel injection device 10 is 80 MPa, the force acting on the valve member 20 by the pressure of DME is, for example, about 15 MPa in the pressure of DME in the conventional fuel injection device 100 shown in FIG. This corresponds to the force acting on the valve member 101 when the pressure is from 30 to 30 MPa.
[0032]
In the second embodiment, even when the pressure of DME is improved, the force acting on the valve member 20 can be reduced. Further, since the spring 27 is disposed between the enlarged diameter portion 24 of the valve member 20 and the end face of the casing 11, for example, this embodiment is compared with the spring 107 of the conventional fuel injection device 100 shown in FIG. The spring 27 is disposed remotely from the stator 32. Therefore, the rod member 28 can be easily inserted into the stator 32. Therefore, the inner diameter of the hole 20a and the outer diameter of the rod member 28 can be easily changed, and φd3 can be easily changed.
[0033]
(Third embodiment)
A fuel injection device according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 5, the fuel injection device 40 according to the third embodiment has a small diameter portion 42 formed at the end of the valve member 41 on the side opposite to the injection hole. The small diameter portion 42 extends integrally with the valve member 41 so as to extend toward the side opposite to the injection hole of the valve member 41. A hole 43a is formed in the stator 43, and the small diameter portion 42 can slide back and forth on the inner peripheral side of the hole 43a. The hole 43a communicates with the fuel tank 1 on the low pressure side. As a result, the same pressure as the inside of the fuel tank 1 acts on the end surfaces of the small-diameter portion 42 and the hole portion 43a as in the low-pressure chamber 29 of the first embodiment. The outer diameter of the small diameter portion 42 and the inner diameter φd5 of the hole 43a are φd5 ≦ φd4, similar to φd3 of the first or second embodiment. Since only a small amount of DME leaks from the clearance between the small-diameter portion 42 and the hole 43a, the leaked fuel is directly collected in the fuel tank 1.
[0034]
In the third embodiment, the pressure of DME acting on the valve member 41 in the valve closing direction can be reduced as in the first embodiment. Therefore, the force required to drive the valve member 41 can be reduced.
[0035]
(Fourth embodiment)
A fuel injection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention is shown in FIG. Components that are substantially the same as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
As shown in FIG. 6, in the fuel injection device 50 according to the fourth embodiment, the armature 52 fixed to the end of the valve member 51 on the side opposite to the injection hole is formed in a flat plate shape. A stator 53 is provided facing the armature 52. A shim 54 is disposed between the stator 53 and the casing 11. The cap housing 55 fastens and fixes the stator 53 to the casing 11 with the shim 54 interposed therebetween. The valve member 51 is provided with a sliding portion 511. The sliding portion 511 is slidable with the inner wall of the hole 12 a formed in the valve body 12.
[0036]
A small diameter portion 512 is formed integrally with the valve member 51 at the end of the valve member 51 on the side opposite to the injection hole. The small diameter portion 512 can slide back and forth on the inner peripheral side of the hole 53 a formed in the stator 53. The hole 53a communicates with the fuel tank 1 on the low pressure side. As a result, the same pressure as the inside of the fuel tank 1 acts on the end surfaces of the hole 53 a and the small diameter portion 512. The inner diameter of the hole 53a and the outer diameter φd7 of the small diameter portion 512 are φd7 ≦ φd4, similar to φd3 in the first or second embodiment. Since only a small amount of fuel leaks from the clearance between the small-diameter portion 512 and the hole 53a, the leaked DME is directly collected in the fuel tank 1.
[0037]
In the fourth embodiment, the valve member 51 slides with the valve body 12 or the stator 53 at two places, the sliding portion 511 and the small diameter portion 512. Therefore, compared with the case where the sliding portion 21, the sliding portion 22 and the hole portion 20a slide at three places as in the first embodiment, the fourth embodiment makes it easier to manage the coaxiality of each member. can do.
[0038]
(5th Example)
A fifth embodiment of the present invention is shown in FIG.
In the fuel injection device 60 according to the fifth embodiment, the valve member includes a valve rod portion 71 and a valve needle portion 72, and the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 are connected by a connection portion 73. The connection portion 73 includes a spherical ball member 731 and a fixture 732.
[0039]
In the casing 61, the valve body 62 is fixed to one end, and the electromagnetic drive unit 80 is fixed to the other end. A hole 62a is formed in the valve body 62, and a sliding portion 74 formed in the valve needle portion 72 is slidable with the inner wall of the hole 62a. A plurality of injection holes 63 are formed at the tip of the valve body 62. A valve seat 64 is provided on the inlet side of the nozzle hole 63 of the valve body 62. A contact portion 75 that can be seated on the valve seat portion 64 is provided at the tip of the valve needle portion 72. When the contact portion 75 is seated on the valve seat portion 64, the flow of DME is blocked, and the injection of DME from the injection hole 63 is stopped. On the other hand, the flow of DME is released when the contact portion 75 is separated from the valve seat portion 64, and DME is injected from the injection hole 63.
[0040]
An electromagnetic drive unit 80 is installed on the opposite side of the casing 61 from the valve body. The electromagnetic drive unit 80 includes an armature 81, a stator 82, a coil 83, a cap housing 84, and the like. The armature 81 is fixed integrally with the valve rod portion 71 on the side opposite to the injection hole of the valve rod portion 71. The stator 82 is disposed to face the armature 81. A coil 83 is disposed on the outer peripheral side of the stator 82, and the coil 83 generates a magnetic field when electric power is supplied from the ECU 4. A magnetic attractive force is generated between the stator 82 and the armature 81 by the magnetic field generated by the coil 83. By supplying electric power to the coil 83, the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72, which are valve members, are directly driven by the electromagnetic drive portion 80. The cap housing 84 is provided so as to surround the outer peripheral side of the coil 83, and forms a magnetic circuit together with the armature 81 and the stator 82. The stator 82 and the casing 61 are fixed by a retaining nut 65 via a shim 85.
[0041]
The high-pressure DME supplied from the common rail 3 flows into a suction port 821 formed in the stator 82. The DME that has flowed into the suction port 821 flows in the flow path 822 and the flow path 823 formed eccentrically with respect to the central axis of the stator 82, the flow path 811 formed in the armature 81, and the flow formed in the shim 85. It is supplied to the tip end portion of the valve body 62 via the path 851.
[0042]
A small diameter portion 76 is formed at the end of the valve rod portion 71 on the side opposite to the injection hole. The small diameter portion 76 extends toward the counter-bore side of the valve rod portion 71 and is formed integrally with the valve rod portion 71. A hole 82a is formed in the stator 82, and the small diameter portion 76 can slide back and forth on the inner peripheral side of the hole 82a. The hole 82a communicates with the fuel tank 1 on the low pressure side. As a result, the same pressure as the inside of the fuel tank 1 acts on the hole 82 a and the end surface 76 a of the small diameter portion 76. Assuming that the outer diameter of the small diameter portion 76 and the inner diameter of the hole 82a are φd9, the inner diameter of the valve seat portion 64 of the valve body 62 and the outer diameter of the contact portion 75 of the valve needle portion 72 are φd10, As in the second embodiment, φd9 ≦ φd10. Since only a small amount of DME leaks from the clearance between the small diameter portion 76 and the hole 82a, the leaked fuel is directly collected in the fuel tank 1.
[0043]
Next, the valve member of the fuel injection device 60 according to the present embodiment will be described in detail.
As shown in FIG. 8, the valve member has a valve rod portion 71 and a valve needle portion 72, and the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 are connected by a connection portion 73. The end surface on the valve needle portion 72 side of the valve rod portion 71 and the end surface on the valve rod portion 71 side of the valve needle portion 72 are both formed in a conical shape with a recessed central portion, and the ball member 731 is sandwiched in this recessed space. Has been. The valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 are respectively formed with protruding portions 711 and 721 protruding outward in the radial direction, and a fixing tool 732 is locked to the protruding portions 711 and 712. The fixture 732 is formed with a pair of locking portions 732a at both ends in the axial direction, and the locking portions 732a are locked to the projecting portions 711 and 712 of the valve rod portion 71 or the valve needle portion 72, respectively. .
[0044]
The fixture 732 is formed of a metal material such as steel, and has a substantially C-shaped cross section from which a part of the cylindrical body is removed as shown in FIG. The fixture 732 can be attached to the connecting portion of the valve rod portion 71, the valve needle portion 72, and the ball member 731 from the outside in the radial direction. Further, the fixing tool 732 can be detached from the connection portion. Further, the fixture 732 is formed with a plurality of slits 732b for changing the total axial length.
[0045]
The reason why the plurality of slits 732b are formed in the fixture 732 and the fixture 732 can be expanded and contracted in the axial direction is as follows.
The fuel injection device 60 is generally replaced when a vehicle on which a diesel engine is mounted reaches a predetermined travel distance (for example, about 100,000 km). Considering the cost at the time of replacement of the fuel injection device 60, it is desirable to replace only the casing 61, the valve body 62, and the valve needle portion 72 that are frequently worn or worn. In this case, in the present embodiment in which the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 are configured separately, dimensional variation occurs in each member including the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72. Therefore, there is a possibility that the lift amount of the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 constituting the valve member, that is, the distance between the armature 81 and the stator 82 may change after the parts are replaced. Therefore, it is necessary to adjust the distance between the armature 81 and the stator 82 by changing the size of the ball member 731, and it is desirable that the fixture 732 expands and contracts according to the size of the ball member 731. Therefore, the fixture 732 is configured to be extendable / contractible.
[0046]
In the fifth embodiment, the ball member 731 is interposed between the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72, so that even when the valve rod portion 71 or the valve needle portion 72 is inclined due to a processing error or the like, the inclination thereof. It is possible to connect the valve rod portion 71 and the valve needle portion 72 while allowing the ball member 731. Therefore, high processing accuracy is not required for the valve rod portion 71 or the valve needle portion 72, and the processing man-hour and processing cost can be reduced.
[0047]
In the above-described embodiments, the example in which DME is used as the fuel introduced into the fuel injection device has been described. However, in the present invention, not only DME but also other liquefied gas fuel such as LPG or ordinary liquid fuel such as light oil or gasoline can be used as the fuel. Further, the fuel injection system is not limited to the common rail type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of an electromagnetic drive unit and a nozzle hole of a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a common rail fuel injection system to which the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a spring receiving member and a shim member of the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where a spring receiving member and a shim member are mounted on the valve member of the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view of an electromagnetic drive unit of a fuel injection device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a fuel injection device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a fuel injection device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a connection portion of a valve member of a fuel injection device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic perspective view showing a fixture of a fuel injection device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a conventional fuel injection device.
[Explanation of symbols]
10, 40, 50, 60 Fuel injection device
12, 62 Valve body
15, 63 nozzle hole
16, 64 Valve seat
20, 41, 51 Valve member
20a hole
23, 75 Contact part
28 Rod member
29 Low pressure chamber
30, 80 Electromagnetic drive
31, 52, 81 Armature
42, 76, 512 Small diameter part
43a, 53a, 82a hole
71 Valve rod (valve member)
72 Valve needle (valve member)
73 connection
281 communication hole
731 Ball member
732 Fixing tool

Claims

A valve body having an injection hole through which fuel is injected;
A valve member for opening and closing the nozzle hole;
An armature provided at the end of the valve member on the side opposite to the injection hole;
An electromagnetic drive unit that attracts the valve member together with the armature in the direction of opening the nozzle hole by supplying power;
A hydraulic pressure reducing means for reducing the hydraulic pressure acting in the nozzle hole closing direction from the fuel around the valve member to the valve member ;
The oil pressure reducing means is a hole formed in the axial direction at the end of the valve member on the side opposite to the injection hole, and is provided on the inner peripheral side of the hole and slides axially with the inner wall of the hole. A rod part in which a communication hole communicating with the low-pressure side is formed, and between the valve member and the rod part forming the hole part at the end part on the nozzle hole side of the rod part A low pressure chamber that is always formed and communicated with the low pressure side,
The rod part is formed in a cylindrical shape having a communication hole on the inner peripheral side for discharging fuel leaking from between the hole part and the rod part to slide to the fuel tank as the low pressure side through the low pressure chamber. a fuel injection apparatus characterized by being formed.

2. The fuel injection device according to claim 1, wherein an inner diameter of the hole portion is formed to be slightly smaller than an inner diameter of a valve seat portion that is formed on a fuel inlet side of the nozzle hole and on which the valve member can be seated. .

A valve body in which an injection hole through which fuel is injected is formed;
  A valve member for opening and closing the nozzle hole;
  An armature provided at an end of the valve member on the side opposite to the injection hole;
  An electromagnetic drive unit that attracts the valve member together with the armature in the direction of opening the nozzle hole by supplying electric power;
  A hydraulic pressure reducing means for reducing the hydraulic pressure acting in the nozzle hole closing direction from the fuel around the valve member to the valve member;
  The hydraulic pressure reducing means is formed integrally with a hole formed in the electromagnetic drive portion in the axial direction and communicating with the low pressure side, and extends in the axial direction on the counter-injection hole side of the valve member. And a slidable small diameter portion,
  The fuel that leaks from between the sliding hole and the small diameter part is discharged to the fuel tank as the low-pressure side through the hole.

The fuel injection device according to claim 3, wherein an inner diameter of the hole portion is formed slightly smaller than an inner diameter of a valve seat portion that is formed on a fuel inlet side of the nozzle hole and on which the valve member can be seated. .

The valve member includes a valve rod portion provided with the armature, a valve needle portion that is coaxially provided separately from the valve rod portion and opens and closes the nozzle hole, the valve rod portion, and the valve needle The fuel injection device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a connection portion that connects the portion.

6. The fuel injection device according to claim 1, wherein liquefied gas fuel is introduced, and the liquefied gas fuel is injected from the injection hole.