CN100497931C - 膨胀差吸收机构和具有该膨胀差吸收机构的燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可防止粘性流体热膨胀时的来自室内的溢流的热膨胀差吸收机构、以及具有该机构的燃料喷射阀。膨胀差吸收机构具有：液压缸，可滑动地被收纳在壳体内；活塞，将该液压缸内分隔成2个室；以及粘性流体，分别被充满于2个室内；该机构通过使液压缸滑动，而经由粘性流体使活塞移动，经由节流部而将气室与2个室中的使液压缸或活塞滑动时内压上升的室相连通，节流部的流路阻力被设定为：在使液压缸或活塞滑动时而产生于室内的、预定压力上升速度以上的速度下，粘性流体不通过节流部；在通过粘性流体的热膨胀而产生于室内的、比速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过节流部。

Description

膨胀差吸收机构和具有该膨胀差吸收机构的燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及吸收部件间的热膨胀差的膨胀差吸收机构、以及具有该膨胀差吸收机构的燃料喷射阀。

背景技术

在具有较长尺寸部件的机构中，根据各部件的热膨胀系数(材质)的不同和各部件的温度的不同，而在各部件之间产生较大的热膨胀差，产生无法得到期望的动作的情况。作为这样具有长尺寸部件的机构，例举有安装于发动机的汽缸盖等上的燃料喷射阀。

例如，如图7所示，本发明人等开发中的气体燃料用燃料喷射阀100，具有：液压缸102，可滑动地被收纳在较长尺寸的套筒101内；活塞105，将液压缸102内划分为上室103和下室104；粘性流体(用点表示)，分别充满于上室103和下室104内；致动器106，用于使液压缸102上升；以及针阀107，与活塞105相连结；该燃料喷射阀100是通过由致动器106使液压缸102上升，经由下室104内的粘性流体而使活塞105上升，从而使连结在活塞105上的针阀107上升，并打开形成于套筒101的前端(下端)的喷射孔108。

详细地说，上述液压缸102由液压缸主体102a和液压缸盖102b构成，该液压缸主体102a被收纳在套筒101内且可在上下方向滑动、并为有底筒体状，该液压缸盖102b螺旋结合并覆盖在液压缸主体102a的上部。在液压缸102内，收纳有在与液压缸102相对于套筒101的滑动方向相同方向(上下方向)上可滑动的活塞105，在由活塞105隔开的上室103和下室104内充满着非压缩性粘性流体。粘性流体经由未图示的注入通路而被充满，上室103和下室104内被完全脱气。粘性流体的注入通路在注入粘性流体后由栓塞住。

在活塞105的下面连结有针阀107，该针阀107贯通设于液压缸主体102a的底壁上的贯通孔109、并向下方延伸。其下端与形成于套筒101的前端内部的阀座部110相抵接。在上述贯通孔109设有液密封贯通孔109和针阀107之间的密封部件111(O形环)。而且，从设于套筒101上端的燃料供给口122向套筒101内供给的燃料通过各部件间而流入阀座部110。

在活塞105的上面设有杆112，该杆112可滑动地被插入到形成于液压缸盖102b上的通孔113中，经由中间部件114而由碟形弹簧115向下方被施力。在上述贯通孔113中设有液密封贯通孔113和杆112之间的阀座部件116(O形环)。针阀107由碟形弹簧115向下方被施力，由此，针阀107的下端部被以预定的力就位于阀座部110上，将喷射孔108关闭。

致动器106具有配置于针阀107的外侧的磁致伸缩元件106a、以及配置于磁致伸缩元件106a的外侧的线圈106b。磁致伸缩元件106a的上端经由薄片117而与液压缸主体102a的下面相抵接，下端经由薄片118而与套筒101内的阶梯面部119相抵接。而且，在液压缸102的上方配置有碟形弹簧120，该碟形弹簧120向下方对液压缸102施加力，并经由薄片117将液压缸102按压在磁致伸缩元件106a上。碟形弹簧120的作用力比碟形弹簧115的作用力大。

在未进行从设于套筒101的外部端子121向线圈106b通电的情况下，由碟形弹簧115对针阀107向下方施力，因此，针阀107的下端部以预定压力被按压在阀座部110上而关闭喷射孔108。因此，燃料未到达喷射孔108，不进行燃料喷射。

将预定电力供给到外部端子121时，线圈106b被磁化，对应该磁力(磁场)磁致伸缩元件106a伸长。此时，由于磁致伸缩元件106a的下端经由薄片118而与阶梯面部119相抵接，因而磁致伸缩元件106a伸长使得液压缸102克服碟形弹簧120的作用力被上推到上方。液压缸102被上推时，经由下室104内的粘性流体而使活塞105被提起，连结于活塞105上的针阀107上升，喷射孔108打开，从而进行燃料喷射。

这样的燃料喷射阀100例如也在专利文献1中被公开。

上述燃料喷射阀100，为了确保针阀107所需的最大上升量，需要使磁致伸缩元件106a的长度(上下方向尺寸)长到一定程度。其结果，与磁致伸缩元件106a的尺寸相对应，需要使套筒101、针阀107等的尺寸也较长。

如上所述，在具有长尺寸部件的机构中，各部品间的热膨胀差(由热膨胀或热收缩而产生的尺寸变化的差)成为问题。特别是，在燃料喷射阀100中，由于针阀107的上升量、即致动器106的变位量(磁致伸缩元件106a的伸长量)等较小(数+μm)，因此会有很小的热膨胀差影响工作的可能。

因此，在图7所示的燃料喷射阀100中，产生各部件间的热膨胀差时，粘性流体可通过液压缸102的内面和活塞105的外面之间微小的间隙而在上室103和下室104之间移动。

例如，磁致伸缩元件106a比针阀107的热膨胀大的情况下，液压缸102以非常缓慢的速度上升，下室104内的粘性流体的压力上升速度极小。此时下室104内的粘性流体通过液压缸102和活塞105的间隙而向上室103移动。由此，液压缸102相对于活塞105向上方相对移动，针阀107和磁致伸缩元件106a的热膨胀差被吸收。其结果，活塞105和针阀107的位置不变，不会影响工作。

另一方面，应从喷射孔108进行燃料喷射而使磁致伸缩元件106a伸长、使液压缸102向上方上升时，由于以比上述速度快得多的速度使液压缸102上升，因此，下室104内的粘性流体的压力上升速度比上述热膨胀时的压力上升速度大幅地提高。此时下室104内的粘性流体起到固体的作用，并不通过液压缸102和活塞105的间隙而向上室103移动，活塞105和针阀107与液压缸102一体上升，进行燃料喷射。

【专利文献1】日本专利特表2003—512555号公报

然而，在上述燃料喷射阀100中，即使活塞105移动了，液压缸102内的上室103和下室104的总容积也是一定的。由此，粘性流体热膨胀到液压缸102以上的情况下，产生以下问题，即、液压缸102内的粘性流体的压力上升，密封部件111、116脱离、出现缺口等，从而粘性流体从上室103、下室104内流出的问题；或堵塞用于注入粘性流体的注入通路的栓脱离，粘性流体流出的问题。

若详述这一点，则由粘性流体的热膨胀所致的容积变化、和由液压缸102的热膨胀所致的上室103和下室104的总容积变化，实际上是接近两位数的不同。因此，燃料喷射阀100的整体通过从汽缸盖等受到的热而成为高温，粘性流体和液压缸102的温度例如上升到大致相同温度时，粘性流体较大地热膨胀，与此相对，液压缸102没有如此程度热膨胀，因此，上室103和下室104的总容积没有增大到那样的程度，基本上非压缩性的粘性流体在上室103和下室104内寻找逃避空间。

其中，由于上室103和下室104内被完全脱气，因而，液压缸102的内压上升，由于使上室103和下室104内形成为密闭空间，因而膨胀了的粘性流体破坏较弱的部分、即上述密封部件111、116或堵塞注入通路的栓等，而溢出。另外，使上室103和下室104内完全脱气的理由是，假若在上室103和下室104内存在气泡，则伸长磁致伸缩元件106a并使液压缸102上升时，气泡被压缩，活塞105未与液压缸102一体地上升，针阀107的上升变得缓慢或困难。

作为防止由这样的粘性流体的热膨胀所致的溢流的对策，考虑到采用粘性流体和液压缸102的热膨胀系数大致相同的结构，但这样的情况实际上几乎不存在。实际上，对于作为粘性流体和液压缸102而使用的物质、材质，在粘性流体和液压缸102之间存在至少一位的热膨胀差。

另外，使粘性流体通过液压缸102和活塞105的间隙而移动的现有的燃料喷射阀100中，还存在各个体间(每个燃料喷射阀)的热膨胀差吸收性能上产生差异的问题。

作为其理由，例举以下几点：

理由1：由于难以高精度地控制、管理液压缸102的内表面和活塞105的外表面的间隙，因而在各个体间间隙差变大。作为该对策，考虑到通过提高液压缸102和活塞105的加工精度、或者测量液压缸102和活塞105的尺寸来选定他们的组合，从而实现间隙的均一化，但在这些情况下，无法避免成本增加、工时增加等生产面的不良影响。

理由2：液压缸102的内表面和活塞105的外表面的圆柱度(圆度)的偏差、液压缸102和活塞105的同心度的偏差(偏移)、液压缸102的中心轴和活塞105的中心轴的偏差(倾斜)等在各个体间存在差异，因此，结果会在各个体间产生间隙差。

理由3：由液压缸102和活塞105的滑动等所致的随着时间的尺寸变化在各个体中不同，因而，随着不断使用各个体间的间隙差会增大。

理由4：由液压缸102和活塞105的滑动而产生的磨损粉末进入粘性流体中，由此粘性流体的粘度变化，但该粘度变化在各个体间不同，因此，随着不断使用热膨胀差的吸收性能上产生差异。

发明内容

因此，为了解决上述课题，本发明的目的在于，提供一种热膨胀差吸收机构以及具有该机构的燃料喷射阀，该热膨胀差吸收机构能减小各个体间的热膨胀差吸收性能的差，且能可靠地得到合适的热膨胀差吸收性能。

此外，本发明的另一个目的在于，提供一种热膨胀差吸收机构以及具有该机构的燃料喷射阀，该热膨胀差吸收机构能解决上述问题，防止粘性流体热膨胀了时的从室内的溢流。

技术方案1涉及的发明，其具有：液压缸，可滑动地被收纳在壳体内；活塞，将该液压缸内分隔成2个室；以及粘性流体，分别被充满于上述2个室内；该机构通过使上述液压缸滑动，而经由上述粘性流体使上述活塞移动，其特征在于，经由节流部而将气室与上述2个室中的使上述液压缸或活塞滑动时内压上升的室相连通，上述节流部的流路阻力被设定为：在使上述液压缸或活塞滑动时而产生于上述室内的、预定压力上升速度以上的速度下，上述粘性流体不通过上述节流部；在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述节流部。

技术方案2涉及的发明，其具有：液压缸，可滑动地被收纳在套筒内；活塞，将该液压缸内分隔成2个室；粘性流体，分别被充满于上述2个室内；致动器，使上述液压缸滑动；以及针阀，被连结在上述活塞上；该燃料喷射阀是通过由上述致动器使上述液压缸滑动，而经由上述粘性流体和活塞使上述针阀上升，其特征在于，经由节流部将气室与上述2个室中的通过上述致动器使上述液压缸滑动时内压上升的室相连通，上述节流部的流路阻力被设定为：在通过上述致动器使上述液压缸滑动时产生于上述室内的预定压力上升速度下，上述粘性流体不通过上述节流部；在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述节流部。

技术方案3涉及的发明，上述致动器使上述液压缸向上方滑动，上述活塞将上述液压缸内上下分隔成上室和下室，上述气室被配置在该上室的上方，上述节流部包括将上述下室和上室相连通的第1节流部、和将上述上室和气室相连通的第2节流部，上述第1节流部的流路阻力被设定为：在通过上述致动器使上述液压缸滑动时而产生于上述下室内的压力上升速度下，上述粘性流体不通过上述第1节流部；在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述各室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述第1节流部。

技术方案4涉及的发明，上述第1节流部的流路阻力被设定成比上述第2节流部的流路阻力小。

技术方案5涉及的发明，上述节流部和气室被设置在上述液压缸和/或上述活塞的内部。

技术方案6涉及的发明，上述致动器具有磁致伸缩元件或电致伸缩元件。

技术方案7涉及的发明，具有：第一施力机构，用于向将上述液压缸向上述致动器按压的方向施力；以及第二施力机构，对上述针阀向其闭阀方向施力。

根据本发明，能发挥可防止粘性流体热膨胀时的来自室内的溢流的优良的效果。

附图说明

图1是具有本发明的一实施例涉及的膨胀差吸收机构的燃料喷射阀的剖面图。

图2是图1的局部放大剖面图。

图3是具有本发明的另一实施例涉及的膨胀差吸收机构的燃料喷射阀的剖面图。

图4是图3的部分放大剖面图。

图5是表示节流部和气室的变形例的剖面图。

图6是表示其他的变形例的部分放大剖面图(与图4相当)。

图7是本发明人以前开发的燃料喷射阀的剖面图。

具体实施方式

实施例1

下面，参照附图来详细说明本发明较佳的一实施例。

本实施例，是将本发明的膨胀差吸收机构适用于燃料喷射阀的实施例，该燃料喷射阀用于向发动机的燃烧室内喷射压缩天然气(CNG)、丙烷气、或氢等气体燃料。

图1是具有本实施例的膨胀差吸收机构的燃料喷射阀的剖面图，图2是图1的局部放大剖面图。

如图1所示，本实施例的燃料喷射阀1具有：液压缸(腔室)3，可移动地被收纳在较长尺寸的套筒(壳体)2内；活塞7，可移动地被收纳在该液压缸3内、并将液压缸3内划分为上室5和下室6；非压缩性的粘性流体，被填充于上室5和下室6内；致动器9，用于使液压缸3上升(移动)；以及针阀10，一体地被安装在活塞7上；该燃料喷射阀是通过由致动器9使液压缸3上升，而经由下室6内的粘性流体和活塞7使针阀10上升的，使形成于套筒2的前端(下端)的喷射孔(orifice)11开放，从而喷射燃料。

套筒2具有：套筒主体2a、经由锁紧螺母12而被安装在套筒主体2a的下端的尖端(チツプ)2b、以及螺纹结合在套筒主体2a的上端的盖部2c。在尖端2b的下端放射状地形成有多个燃料的喷射孔11，在盖部2c上形成有用于将燃料导入到套筒主体2a内的燃料导入口13。

液压缸3被保持在套筒主体2a内、并可在长度方向(上下方向)上滑动。该液压缸3由有底圆筒状的液压缸主体3a、和螺旋结合于液压缸主体3a的上端的液压缸盖3b构成。液压缸主体3a和液压缸盖3b之间由密封部件33(在此为O形环)密封。

活塞7被收纳于液压缸3内、并可在与液压缸3的滑动方向相同的方向(上下方向)上滑动，由该活塞7将液压缸3内的空间划分为上室5和下室6。在上室5和下室6内填充着非压缩性的粘性流体(例如硅油等)。

在活塞7的下端连接有针阀10，该针阀10具有贯通液压缸主体3a的底壁、并向下方延伸的杆10a、和一体地安装于杆10a的下端的针10b。在活塞7的上端一体形成有贯通液压缸盖3b并向上方延伸的大径杆15、和从大径杆15的上端向上方延伸的小径杆16。针阀10的杆10a和液压缸主体3a之间、以及大径杆15和液压缸盖3b之间分别由阀座部件17、19(在此为O形环)密封。

在针阀10和套筒主体2a之间设有致动器9，该致动器9具有配置在针阀10的杆10a的周部的磁致伸缩元件9a、和配置在该磁致伸缩元件9a周部的线圈9b。磁致伸缩元件9a的下端经由薄片22而与套筒主体2a的底壁相抵接，上端经由薄片23而与液压缸3的下表面相抵接。

在液压缸3的上表面和盖部2c之间设有：第一施力部件25(在此为螺旋弹簧)，用于向下方对液压缸3施力并按压薄片23和磁致伸缩元件9a；和第二施力部件26(在此为螺旋弹簧)，用于经由大径杆15和活塞7而向下方(闭阀方向)对针阀10施力。这些弹簧25、26被设定为由盖部2c以预定载重被压缩的状态。

接着，参照图2对本实施例的燃料喷射阀1的特征点进行说明。

如图所示，本实施例的燃料喷射阀1具有完全密封液压缸3(液压缸主体3a)的内表面和活塞7的外表面之间的密封部件27。即，在该燃料喷射阀1中，粘性流体通过液压缸3和活塞7的间隙而在上室5和下室6之间移动被完全禁止。密封部件27，密封液压缸3和活塞7之间的同时，只要是容许液压缸3和活塞7的相对移动的部件，则所有类型的均可使用。例如，可使用橡胶O形环、衬垫(packing)、金属密封件、或隔膜(diaphragm)/波纹管式密封件等。

进而，燃料喷射阀1具有连通孔29，该连通孔29在上下方向上贯通活塞7而形成、并连通上室5和下室6。在本实施例中，连通孔29在活塞7的圆周方向上间隔180°地设有2个。即，取代完全封闭(密封)液压缸3和活塞7的间隙，而在活塞7内另外形成粘性流体的移动通路(连通孔29)。

连通孔29的尺寸和/或形状被设定为，通过由套筒2、致动器9(特别是磁致伸缩元件9a)、和针阀10等部件间的温度差或热膨胀系数差(材质不同)而产生的热膨胀差(由热膨胀或热收缩产生的尺寸变化的差)，产生以比致动器9的驱动速度(磁场变化所致的磁致伸缩元件9a的伸长速度)慢的速度使液压缸3或活塞7移动的力时，粘性流体能通过连通孔29而在上室5和下室6之间移动，并且，由致动器9，产生以比上述膨胀差所致的力快的速度使液压缸3移动的力时，粘性流体不能通过连通孔29。连通孔29的尺寸、形状、个数等基于致动器9的驱动特性(驱动速度等)或粘性流体的特性(粘度等)等而被适当地设定。

以下，说明本实施例的燃料喷射阀1的作用。

从盖部2c的燃料导入口13导入到套筒主体2a内的燃料，通过小径杆16和盖部2c的间隙、液压缸3和套筒主体2a的间隙、针阀10和磁致伸缩元件9a的间隙、以及针阀10和尖端2b的间隙等而流入到尖端2b的阀座部30。该供给燃料的压力例如是100～250Bar左右。

由于致动器9未进行对线圈9b的通电时，由弹簧26向下方对针阀10施力，因而针阀10的下端部以预定压力被按压在尖端2b的阀座部30上而关闭喷射孔11。因此，燃料未到达喷射孔11，不进行燃料喷射。

另一方面，由未图示的控制器(ECU等)控制为所期望值的电力，经由端子31而被供给到线圈9b时，线圈9b产生与供给电力相对应强度的磁场。

线圈9b被磁化时，磁致伸缩元件9a在上下方向仅伸长与该磁场强度相对应的长度。此时，磁致伸缩元件9a的下端经由薄片22而与套筒主体2a的底壁相抵接，因而磁致伸缩元件9a伸长使得液压缸3克服弹簧25的作用力而向上方被推压。磁致伸缩元件9a的伸长速度，即由致动器9所致的液压缸3的驱动速度比较迅速(例如，数μm/μs左右)。如上所述，设定连通孔29的尺寸和/或形状，以便由致动器9驱动液压缸3时、粘性流体无法流入连通孔29内，因此，当磁致伸缩元件9a使液压缸3上升时，非压缩性的粘性流体起到固体的作用。因此，由磁致伸缩元件9a上推液压缸3时，经由下室6内的粘性流体而一体举起(上升)活塞7和针阀10，使弹簧26弯曲。由此，针阀10的下端离开尖端2b的阀座部30而打开喷射孔11，被供给到阀座部30的高压燃料从喷射孔11成为喷雾而向外部(燃烧室内)喷射。

然而，存在：由于经由线圈9b的发热、或尖端2b而被传递的燃烧室内的热等而在各部件间产生温度差或者由于各部件间的热膨胀系数的不同等，而在部件间产生热膨胀差的情况；以及产生使液压缸3或活塞7以与致动器9的驱动速度相比非常缓慢的速度(例如，数μm/min左右)相对于弹簧25、26的作用力而移动的力的情况。

例如，磁致伸缩元件9a比针阀10的热膨胀大的情况下，产生使液压缸3以非常缓慢的速度向上方移动的力。此时，下室6内的压力变高，下室6内的粘性流体通过连通孔29而向上室5一侧移动。其原因是，如上所述，设定连通孔29的尺寸和/或形状，以便由部件间的热膨胀差产生缓慢的驱动力时、粘性流体流入到连通孔29内。其结果，液压缸3相对于活塞7向上方相对移动，由该相对移动吸收热膨胀差。因此，活塞7和针阀10的位置不变，不会执行误喷射等，不会对工作给予不良影响。另外，由于液压缸3和活塞7之间由密封部件27密封，因而粘性流体不会通过它们之间而移动。

另一方面，与上述相反，针阀10比磁致伸缩元件9a的热膨胀大时，产生使活塞7以非常缓慢的速度上升的力。于是，上室5内的粘性流体通过连通孔29而向下室6一侧移动。由此，活塞7相对于液压缸3而向上方作相对移动，能吸收热膨胀差。

这样，在本实施例的燃料喷射阀1中，产生了部件间的热膨胀差时，通过形成于活塞7上的连通孔29而使粘性流体移动，因而能较容易且高精度地控制、管理粘性流体的流路面积(连通孔29的剖面积)。因此，能减小各个体间(每个燃料喷射阀)的热膨胀差吸收性能的差异，且能可靠地得到合适的热膨胀差吸收性能。

下面，使用具体数值来说明各个体间的热膨胀差吸收性能的差变小的理由。

首先，在图7所示的现有的燃料喷射阀100中，例如，若将液压缸102的内径和活塞105的外径的标称(基准)径设为Φ16mm，将液压缸102的加工精度设为Φ16mm+10～20μm(16.015mm±5μm)，将活塞105的加工精度设为Φ16mm—0～—5μm(15.9975mm±2.5μm)，则径向的两者间隙成为17.5μm±7.5μm(10～25μm)。其中，计算间隙的总面积，将此换算为一个孔的面积的情况下，该孔的直径在最小间隙(10μm)时为Φ0.566mm，在最大间隙(25μm)时为Φ0.895mm。即，替换本实施例的燃料喷射阀1的连通孔29时，会产生直径大约0.25mm的制造误差。勿庸置疑，若提高液压缸102和活塞105的加工精度则误差会减小，但制造成本会大幅上升，也存在精度的界限。

另外，在本实施例的燃料喷射阀1中，将连通孔29的标称径设为0.5mm时，使用一般的加工装置，例如以0.5mm±0.05mm左右的精度加工是比较容易的。实际上，柴油电动机的燃料喷射阀的喷射孔等是以更高的精度进行加工的。此时，连通孔29的制造误差为0.10mm，是现有的燃料喷射阀100的一半以下。这样，与现有的燃料喷射阀100相比，能大大减小本实施例的燃料喷射阀1中粘性流体的通路面积的误差。该理由是，与现有的燃料喷射阀100需要液压缸102和活塞105这两个部件的尺寸管理相对，本实施例的燃料喷射阀1中仅管理连通孔29的尺寸即可。其结果，各个体间的热膨胀差吸收性能的差就变小。

另外，作为参考可知，将上述连通孔29的误差(0.5mm±0.05mm)换算为现有的燃料喷射阀100的间隙误差时，将液压缸102和活塞105的标称径设为Φ16mm时，成为4μm(±2μm)左右，从该点也可知各个体间的差减小。

而且，在本实施例的燃料喷射阀1中，能以高精度加工连通孔29的剖面积(粘性流体的通路面积)，因而，能可靠地得到适合致动器9和粘性流体的特性的通路面积。因此，能可靠且有效地得到热膨胀差吸收性能。另外，在如图7所示的现有的燃料喷射阀100中，由于间隙的制造误差较大，因而在间隙和致动器106以及粘性流体的特性上产生失配，有无法得到充分的热膨胀差吸收性能的可能。

进而，在本实施例的燃料喷射阀1中，由密封部件27密封液压缸3和活塞7的间隙，因而，能降低液压缸3和活塞7的加工精度、从而降低制造成本。

而且，由于没有将液压缸3和活塞7的间隙作为粘性流体的移动通路而使用，因而，液压缸3和活塞7的圆柱度(圆度)的偏移，液压缸3和活塞7的同心度的偏差(偏移)、液压缸3的中心轴和活塞7的中心轴的偏差(倾斜)等不会对热膨胀差吸收性能产生影响。从这一点来看也可知，各个体间的热膨胀差吸收性能的差变小。

而且，由于没有将液压缸3和活塞7的间隙作为粘性流体的移动通路而使用，因而，由液压缸3和活塞7的滑动等所致的随着时间的尺寸变化不会影响热膨胀差吸收性能。从这一点来看也可知，各个体间的热膨胀差吸收性能的差变小。

而且，液压缸3和活塞7的滑动经由密封部件27来进行，因而不会产生磨损粉末。因此，也不会产生伴随磨损粉末的混入所致的粘性流体的粘度变化的热膨胀差吸收性能的差。

进而，液压缸3和活塞7的滑动经由阀座部件27而进行，因而能避免由磨损粉末或粘合等所致的动作不良的产生。

而且，在现有的燃料喷射阀100中，活塞105的外表面需要发挥作为滑动部的功能、和形成粘性流体的移动通路的功能，因而，需要某种程度地增加活塞105的长度(上下方向尺寸)，但在本实施例的燃料喷射阀1中，活塞7的外表面仅起到作为滑动部的功能即可，因此，与现有技术相比，可以缩短其长度。因此，能实现燃料喷射阀1的小型化、轻量化。

而且，在本实施例的燃料喷射阀1中，由弹簧25经由薄片23而将液压缸3向磁致伸缩元件9a按压，因此，能总是将液压缸3和磁致伸缩元件9a维持在适当的位置关系。例如，即使在由随时间的尺寸变化(疲劳等)而使磁致伸缩元件9a的长度缩短的情况下，也能由弹簧25的作用力而使液压缸3追随、移动，从而吸收尺寸变化。

本发明并不限于上述实施例。

例如，连通孔29的数目不限于2个，也可以是1个或3个以上。

而且，致动器9不限于使用磁致伸缩元件9a的致动器，也可以是使用与供给电力相对应地伸长的电致伸缩元件等的致动器。

而且，各密封部件33、17、19、27不限于O形环，也可以使用其他的密封部件。

另外，第一施力机构25和第二施力机构26不限于螺旋弹簧，也可以使用碟形弹簧等其他的施力机构。

而且，在上述实施例中，表示了适用于气体燃料用的燃料喷射阀的例子，但是，勿庸置疑，本发明也可适用于轻油、汽油用的燃料喷射阀等。

进而，上述的膨胀差吸收机构也可用于吸收燃料喷射阀以外的机构的热膨胀差。

实施例2

下面，参照附图来详细说明本发明的另一实施例。

本实施例是将本发明的膨胀差吸收机构适用于燃料喷射阀的实施例，该燃料喷射阀用于向发动机的燃烧室内喷射压缩天然气(CNG)、丙烷气、或氢等气体燃料。

图3是具有本发明实施例的膨胀差吸收机构的燃料喷射阀的剖面图，图4是图3的局部放大图。

如图3所示，本实施例的燃料喷射阀1具有：液压缸(腔室chamber)3，可移动地被收纳在较长尺寸的套筒(壳体)2内；活塞7，可移动地被收纳在该液压缸3内、并将液压缸3内划分为上室5和下室6；非压缩性的粘性流体，填充于上室5和下室6内；致动器9，用于使液压缸3上升(移动)；以及针阀10，与活塞7相连结，其是通过由致动器9使液压缸3上升，从而经由下室6内的粘性流体和活塞7来使针阀10上升的，使形成于套筒2的前端(下端)的喷射孔(orifice)11开放，并喷射燃料。

套筒2大致笔直地被配置在未图示的发动机的汽缸盖上，具有：套筒主体2a、经由锁紧螺母12而一体地被安装在套筒主体2a的下端的尖端(チツプ)2b、以及螺纹结合在套筒主体2a的上端的盖部2c。在尖端2b的下端放射状地形成有多个燃料的喷射孔11，在盖部2c上形成有用于将燃料导入到套筒主体2a内的燃料导入口13。

液压缸3被保持在套筒主体2a内、并可在长度方向(上下方向)上滑动。该液压缸3由有底圆筒状的液压缸主体3a、和螺纹结合于液压缸主体3a的上端的液压缸盖3b构成。液压缸主体3a和液压缸盖3b之间由密封部件33(在此为O形环)液密封。

活塞7被收纳于液压缸3内、并可在与液压缸3的滑动方向相同的方向(上下方向)上滑动，由该活塞7将液压缸3内的空间划分为上室5和下室6。在上室5和下室6内填充着非压缩性的粘性流体(例如硅油等)。

该针阀10与活塞7的下端相连结，其具有贯通形成于液压缸主体3a的底壁上的贯通孔14、并向下方延伸的杆10a、和一体地安装于杆10a的下端的针10b。针10b的下端部与形成于尖端2b内的阀座部30相抵接。在贯通孔14上设有液密封贯通孔14和杆10a之间的密封部件17(在此为O形环)。

在活塞7的上端一体形成有贯通形成于液压缸盖3b上的贯通孔18并向上方延伸的大径杆15、和从该大径杆15的上端向上方延伸的小径杆16。在贯通孔18上设有液密封贯通孔18和大径杆15之间的密封部件19(在此为O形环)。

在针阀10和套筒主体2a之间设有致动器9。该致动器9具有从杆10a相隔预定间隙地被配置在针阀10的杆10a的周部的磁致伸缩元件9a、和从磁致伸缩元件9a相隔预定间隙地被配置在磁致伸缩元件9a周部的线圈9b。磁致伸缩元件9a的下端经由薄片22而与套筒主体2a内的阶梯面部20相抵接，上端经由薄片23而与液压缸3的下表面抵接。

在液压缸3的上表面和盖部2c之间设有：第一施力部件25(在此为螺旋弹簧)，用于向下方对液压缸3施力并按压薄片23和磁致伸缩元件9a；和第二施力部件26(在此为螺旋弹簧)，用于对大径杆15向下方施力、经由活塞7而对针阀10向下方(闭阀方向)施力。这些弹簧25、26被设定为由盖部2c以预定载重被压缩的状态，弹簧25的作用力比弹簧26的作用力大。

接着，参照图4对本实施例的特征进行说明。

在上述上室5的上方配置有气室40，该气室40经由节流部41而与下室6相连通。下室6是2个室5、6中在使液压缸3向上方滑动时、粘性流体被压缩、内压上升一侧的室。在气室40中，经由后述的节流部41而收纳有室5、6内的热膨胀了的粘性流体的一部分。

详述气室40和节流部41时，气室40被形成在液压缸盖3b的厚壁内。另外，节流部41包括与下室6和上室5相连通地形成于活塞7上的第1节流部41a(细孔)、以及为了连通上室5和气室40而形成于液压缸盖3b上的第2节流部41b(细孔)。

第2节流部41b经由中间孔42而与气室40相连通。即，在液压缸盖3b上，形成有与上室5相连通的第2节流部41b，并且形成有与第2节流部41b相连接、直径比第2节流部41b的直径大的中间孔42，进而，与中间孔42相连接、直径比中间孔42的直径大的螺纹孔43被形成为在液压缸盖3b的上面开口。

在螺纹孔43上螺旋结合有在下面形成有气室40的塞子(栓)44。由此，气室40经由中间孔42和第2节流部41b而与上室5相连接。上述上室5内的粘性流体(用点表示)侵入到第2节流部41b、中间孔42、和螺纹孔43的一部分，但由于重力作用粘性流体不侵入到比其更位于上方的气室40内。

如上所述地在活塞7上形成第1节流部41a，因此，下室6经由第1节流部41a而与上室5相连通，进而经由第2节流部41b而与气室40相连通。

上述第1节流部41a和第2节流部41b在图例中是相隔180度而形成2个的。

而且，在活塞7的外周面和液压缸主体3a的内周面之间，设有液密封它们之间的密封部件27。由此，上室5内的粘性流体和下室6内的粘性流体只通过第1节流部41a来回。

第1节流部41a的流路阻力(尺寸、形状)被设定为，上室5和下室6内的粘性流体热膨胀时、以产生于各室5、6内的较慢的压力上升速度膨胀了的粘性流体通过第1节流部41a，并且通过致动器9(磁致伸缩元件9a)使液压缸3上升时，在产生于下室6内的比上述速度快的压力上升速度下，下室6内的粘性流体不通过第1节流部41a。实际上，第1节流部41a的尺寸、形状、个数等，可基于致动器9的驱动特性(驱动速度等)或粘性流体的特性(粘度等)由适当的试验或模拟等来决定。

第1节流部41a的流路阻力被设定为比第2节流部41b的流路阻力小。具体来说，第1节流部41a的孔径比第2节流部41b的孔径大。

说明粘性流体向液压缸3内的注入方法时，笔直地放置液压缸主体3a，粘性流体充满上室5和下室6内，使粘性流体充满液压缸主体3a的同时，螺旋结合没有在螺纹孔43安装塞子44的液压缸盖3b。由此，上室5和下室6内的气泡的存在机会几乎为零。其后，从螺纹孔43向上室5内追加注入粘性流体，进行液压缸3内的完全脱气。最后，将塞子44螺旋结合在螺纹孔43上进行固定。由此，液压缸3和活塞7的装配体(安装体)完成。

下面，对于上述燃料喷射阀1的喷射和各部件的热膨胀差的吸收进行说明。

从图3所示的盖部2c的燃料导入口13导入到套筒主体2a内的燃料，通过小径杆16与盖部2c的间隙、液压缸3与套筒主体2a的间隙、针阀10与磁致伸缩元件9a的间隙、以及针阀10与尖端2b的间隙等而流入到尖端2b的阀座部30。该供给燃料的压力例如是100～250Bar左右。

由于未进行对致动器9的线圈9b的通电时，由弹簧26向下方对针阀10施力，因而针阀10的下端部以预定压力被按压在尖端2b的阀座部30上而关闭喷射孔11。因此，燃料未到达喷射孔11，不进行燃料喷射。

另一方面，由未图示的控制器(ECU等)控制为期望值的电力，经由设于套筒主体2a上的外部端子31而供给线圈9b时，线圈9b产生与供给电力相对应强度的磁场。

线圈9b被磁化时，磁致伸缩元件9a在上下方向仅伸长与该磁场强度相对应的长度。此时，磁致伸缩元件9a的下端经由薄片22而与套筒主体2a的阶梯面部20相抵接，因而磁致伸缩元件9a伸长，使得液压缸3克服弹簧25、26的作用力而被向上方推压。磁致伸缩元件9a的伸长速度，即由致动器9所致的液压缸3的驱动速度比较迅速(例如，数μm/μs左右)。

这种情况下，如上所述，下室6内的压力上升速度成为预定值以上，下室6内的粘性流体不通过第1节流部41a，而起固体的作用。因此，由磁致伸缩元件9a上推液压缸3时，经由下室6内的粘性流体而一体举起(上升)活塞7和针阀10，使弹簧25、26弯曲。由此，针阀10的下端离开尖端2b的阀座部30而打开喷射孔11，被供给到阀座部30的高压燃料成为喷雾从喷射孔11向外部(燃烧室内)喷射。

而且，在各部件产生热膨胀差，例如，磁致伸缩元件9a的热膨胀比针阀10的热膨胀大的情况下，由磁致伸缩元件9a的热膨胀产生使液压缸3上升的力，下室6内的压力缓慢(以由致动器9所致的压力上升速度以下的速度)上升。此时，下室6内的粘性流体，通过第1节流部41a而流出到上室5，活塞7的位置不移动，只有液压缸3上升。由此，与活塞7相连结的针阀10不会由于磁致伸缩元件9a和针阀10的热膨胀差而上升。

以下，说明本实施例涉及的燃料喷射阀1的作用。

例如，燃料喷射阀1的整体从汽缸盖等受热而被加热时，液压缸3及其内部的粘性流体被加热到大致相同温度。于是，粘性流体(Si油等)的热膨胀系数大约比液压缸3(铁系金属)大两位数左右，因而，粘性流体的容积无法被完全收容到上室5和下室6的容积内，上室5和下室6的内压缓慢上升。

其中，上室5和下室6经由比第2节流部41b直径大的第1节流部41a而被连通，因此，上室5和下室6内的粘性流体大致一体地热膨胀，上室5和下室6的内压缓慢上升。这样，上室5和下室6内的压力上升速度较慢的情况下，如上所述地膨胀了的粘性流体的一部分通过第2节流部41b而侵入到气室40中。由此，由于放掉上室5和下室6内的压力，因而，能避免由粘性流体的热膨胀所致的密封部件17、19或塞子44的损坏。

另一方面，应打开针阀10而通过磁致伸缩元件9a使液压缸3上升时，下室6内的粘性流体的压力以比由上述粘性流体的热膨胀所致的压力上升速度快的速度快速上升。于是，如上所述，下室6内的粘性流体不通过第1节流部41a，活塞7与液压缸3一体上升。由此，此时在上室5内几乎不产生压力上升，上室5内的粘性流体不会经由第2节流部41b而流出到气室40。

然而，粘性流体热膨胀了时，在上室5和下室6的内压上产生差的情况下，上室5和下室6内的粘性流体通过第1节流部41a而流动以平衡上下内压差，大致同时通过第2节流部41b而流出到气室40。其中，由于第1节流部41a的直径比第2节流部41b的直径大、容易流过，因此流量变多，由通过第1节流部41a所致的内压差的平衡比通过第2节流部41b所致的热膨胀的吸收优先完成。由此，能避免由上述内压差产生的针阀10的上升或者针阀10的下降(针阀10的向阀座部30的过度按压)。

而且，组装液压缸3和活塞7的装配体(assembly)的情况下，在使粘性流体从螺纹孔43无气泡地充满上室5和下室6内的状态下，将塞子44旋入螺纹孔43中以密闭粘性流体，因此，上室5和下室6内的粘性流体通过塞子44的气室40内的空气而被密闭，上室5和下室6内的粘性流体的压力能就各个体(液压缸、活塞、装配体(assembly))进行大致一定的管理。

若说明这一点，则，如背景技术一栏中所说明的图7所示的类型，由于预先在液压缸102内充满粘性流体(非压缩性)，用栓盖住注入通路，因而若要完全脱气而盖住，则必须在液压缸102内存在内压的状态下盖住。在将栓安装在注入通路的工序中，由可通过栓密封粘性流体的内压的密封开始点的偏差，该内压分别在每一个体(液压缸、活塞、装配)中不同。由此，由粘性流体和液压缸102的热膨胀差所致的粘性流体的溢流界限温度就产生偏差。

与此相对，在本实施例中，由于是经由上述气室40内的空气而密闭粘性流体的，因而各个体的液压缸3内的内压的偏差通过适当压缩气室40内的空气而被吸收，对于各个体实现大致一定的粘性流体的内压。由此，上述溢流界限温度的管理变得容易。另外，在如上所述地由致动器9使液压缸3上升时，气室40内的空气不会影响到活塞7和针阀10的上升。

图5表示气室40和第2节流部41b的变形例。

该变形例是，在液压缸盖3b上形成作为第2节流部41b’的细孔，并且在第2节流部41b’的上部形成螺纹孔43’，在该螺纹孔43’上旋入形成有与第2节流部41b’相连接的细孔45和气室40’的塞子44’。上室5内的粘性流体的一部分侵入到上述第2节流部41b’、细孔45和气室40’内的一部分。该变形例的其他结构与上述实施例相同，因而能起到与上述实施例相同的作用效果。

图6表示其他的变形例。

该变形例只有一点与图4所示的实施方式不同，即，其是将图4所示的实施例的第2节流部41b、中间孔42、螺纹孔43、和塞子44形成在活塞7的大径杆15内，而不是形成在液压缸盖3b上。在该变形例中也能起到与上述实施例相同的作用效果。

本发明并不限于上述实施方式。例如，也可以使图4～图6所示的第2节流部41b和气室40不与上室5相连接，而是与下室6相连接，或者与上室5和下室6两者相连接。

这样，将直接第2节流部41b和气室40直接连接到下室6(通过致动器9使液压缸3滑动到上方时内压上升一侧的室6)的情况下，也可以将第2节流部41b的流路阻力(尺寸、形状等)设定为与图4和图6所示的第1节流部41a的流路阻力相等。能起到图4和图6所示的实施方式相同的作用、效果。

而且，第1节流部41a和第2节流部41b的数目不限于2个，也可以是1个或3个以上。另外，在图7所示的活塞105上形成第1节流部41a的类型也能适用于本发明，该情况下，活塞105和液压缸102之间的间隙与第1节流部41a相当。即，省略形成于图3、图4、和图6所示的活塞7上的第1节流部41a和密封部件27，并且在活塞7和液压缸3之间设定预定的间隙，可以将该间隙作为技术方案3所述的第1节流部41a.

而且，致动器9不限于使用磁致伸缩元件9a的致动器，也可以是使用与所供给电力相对应地伸长的电致伸缩元件等的致动器。而且，各密封部件33、17、19、27不限于O形环，也可以使用其他的密封部件。另外，第一施力机构25和第二施力机构26不限于螺旋弹簧，也可以使用碟形弹簧等其他的施力机构。

而且，在上述实施方式中，表示了适用于气体燃料用的燃料喷射阀的例子，但是，勿庸置疑，本发明也可适用于轻油、汽油用的燃料喷射阀等。进而，上述的膨胀差吸收机构也可用于吸收燃料喷射阀以外的机构的热膨胀差。

Claims (7)

1、一种膨胀差吸收机构，其具有：液压缸，可滑动地被收纳在壳体内；活塞，将该液压缸内分隔成2个室；以及粘性流体，分别被充满于上述2个室内；该机构通过使上述液压缸滑动，而经由上述粘性流体使上述活塞移动，其特征在于，

经由节流部而将气室与上述2个室中的使上述液压缸或活塞滑动时内压上升的室相连通，

上述节流部的流路阻力被设定为：

在使上述液压缸或活塞滑动时而产生于上述室内的、预定压力上升速度以上的速度下，上述粘性流体不通过上述节流部；

在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述节流部。

2、一种具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其具有：液压缸，可滑动地被收纳在套筒内；活塞，将该液压缸内分隔成2个室；粘性流体，分别被充满于上述2个室内；致动器，使上述液压缸滑动；以及针阀，被连结在上述活塞上；该燃料喷射阀通过由上述致动器使上述液压缸滑动，而经由上述粘性流体和活塞使上述针阀上升，其特征在于，

经由节流部将气室与上述2个室中的通过上述致动器使上述液压缸滑动时内压上升的室相连通，

上述节流部的流路阻力被设定为：

在通过上述致动器使上述液压缸滑动时产生于上述室内的压力上升速度下，上述粘性流体不通过上述节流部；

在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述节流部。

3、如权利要求2所述的具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其特征在于，

上述致动器使上述液压缸向上方滑动，

上述活塞将上述液压缸内上下分隔成上室和下室，

上述气室被配置在该上室的上方，

上述节流部包括将上述下室和上室相连通的第1节流部、和将上述上室和气室相连通的第2节流部，

上述第1节流部的流路阻力被设定为：

在通过上述致动器使上述液压缸滑动时而产生于上述下室内的压力上升速度下，上述粘性流体不通过上述第1节流部；

在通过上述粘性流体的热膨胀而产生于上述各室内的、比上述速度慢的压力上升速度下，膨胀了的粘性流体通过上述第1节流部。

4、如权利要求3所述的具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其特征在于，上述第1节流部的流路阻力被设定成比上述第2节流部的流路阻力小。

5、如权利要求2～4的任一项所述的具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其特征在于，上述节流部和气室被设置在上述液压缸和/或上述活塞的内部。

6、如权利要求2所述的具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其特征在于，上述致动器具有磁致伸缩元件或电致伸缩元件。

7、如权利要求2所述的具有膨胀差吸收机构的燃料喷射阀，其特征在于，具有：第一施力机构，用于向将上述液压缸向上述致动器按压的方向施力；以及第二施力机构，对上述针阀向其闭阀方向施力。

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