【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システムに用いられるインジェクタに関し、詳しくは制御弁に３方弁を用いたインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールに高圧燃料を蓄圧するコモンレール燃料噴射システムが注目されている。コモンレール燃料噴射システム用のインジェクタは、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルの背面に制御弁で圧力制御される制御室を設け、アクチュエータによって制御弁を駆動してノズルニードルを昇降するようになっている。この構成において、コモンレールからの燃料は、インジェクタの燃料通路に導入されて噴孔へ供給される一方で、ノズルニードルの後端面を室壁とする制御室に導入され、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御油として使用される。
【０００３】
制御弁としては、通常、２方弁または３方弁が用いられる。例えば、特許文献１に記載される２方弁構造の制御弁では、制御室と低圧通路の間を開閉するボール弁を、電磁駆動式のアクチュエータで駆動することにより、制御室の圧力を増減するようになっている。ただし、２方弁は、制御室が燃料通路と常時連通しており、ボール弁が開放状態にある間、燃料が低圧通路側へ流出することになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８６６４７号公報
【０００５】
そこで、低圧通路に至る第１のシートまたはコモンレールに至る第２のシートに選択的に着座し、着座位置によって制御室と低圧ポートまたは高圧ポートとの連通を切換える３方弁が好適に用いられる。アクチュエータの非作動時には、３方弁は制御室と高圧ポートを連通させる位置にあり、制御室が高圧となるために、ノズルニードルは下降して噴孔を閉鎖している。この状態からアクチュエータを作動させると、３方弁が低圧ポートを開放し、次いで高圧ポートを閉鎖するために制御室の圧力が低下し、ノズルニードルが離座して燃料噴射がなされる。このように、３方弁を用いると、燃料噴射中は制御室と低圧ポートが連通し、高圧ポートは閉鎖されるので、燃料の流出を制限することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
３方弁と制御室との間は、メインオリフィスを設けた通路を介して常時連通しており、３方弁の切換位置によってメインオリフィス内の燃料流れの方向が反転するようになっている。そして、制御弁の切換位置に応じて制御室の圧力が降下し、あるいは上昇するのに伴い、ノズルニードルが開閉する。また、制御室をサブオリフィスを設けた通路を介して高圧通路に連通させたものがあり、サブオリフィスから制御室へ流入する燃料によって制御室の圧力降下が遅くなるために、噴射開始が緩やかになる一方、圧力上昇が速くなり噴射終了が迅速になされる利点がある。
【０００７】
このように、制御室の圧力上昇および降下は、メインオリフィスないしサブオリフィスを流通する燃料の流量に大きく依存する。しかしながら、従来のオリフィス加工方法では、オリフィス端部が徐々に大きくなる形状となるために、オリフィス流量がばらつく要因となっていることが判明した。例えば、メインオリフィスは、従来、オリフィスの両端側からドリルで穿孔し、さらに両方向から流体研磨を行っており、図１（ｃ）に示すように、開口角はドリル先端角と同じ１２０°、開口部は流体研磨によりテーパ状に拡径する形状となっている。ところが、この形状では、サイクル毎にはく離点がばらつき、オリフィス流量に変動が生じてしまうため、噴射量サイクル変動が増大するおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決しようとするもので、オリフィス形状の見直しにより、オリフィス流量の変動を抑制し、噴射量サイクル変動を低減させて、制御性に優れる信頼性の高いインジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１のインジェクタは、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、該制御室と高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切換える３方弁型の制御弁を備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を増減することにより、上記ノズルニードルを昇降させる。インジェクタは、上記制御室に連通する制御流体通路を有しており、この制御流体通路の途中にオリフィスを設けるとともに、上記オリフィスからの制御流体の出口部形状を、該出口部において制御流体の流れが急拡大する形状としている。
【００１０】
上記構成によれば、上記オリフィスを通過した制御流体の流れが、該出口部において急に拡大されるため、オリフィス通過流体のはく離点が安定する。その結果、オリフィス流量の変動が抑制されて、噴射量サイクル変動を低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記制御流体通路が、上記制御室と上記制御弁との間に設けられ、上記制御弁の駆動状態により制御流体の流れ方向が反転するメインオリフィスを備える通路であり、上記メインオリフィスの上記制御室側および上記制御弁側の一方または両方の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１２】
具体的には、上記制御室と上記制御弁とを連通する上記メインオリフィスに、上記出口部形状を適用することができる。上記メインオリフィスは、上記制御室と上記高圧通路が連通するように上記制御弁を切換えると、上記高圧通路から上記制御室方向へ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御室側の開口端部を流れが急拡大する形状とすれば、上記ノズルニードル閉弁時の上記メインオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。また、上記制御室と上記低圧通路が連通するように上記制御弁を切換えると、上記制御室から上記低圧通路方向へ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御弁側の開口端部を流れが急拡大する形状とすれば、上記ノズルニードル開弁時の上記メインオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、上記メインオリフィスの少なくとも上記制御室側の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１４】
上記メインオリフィスの前後差圧は、上記ノズルニードル開弁時よりも閉弁時の方が小さい。すなわち、上記制御室方向へ制御流体が流れる時の方が流れがはく離しにくくなるので、少なくとも上記制御室側の開口端部に、上記出口部形状を適用すると、はく離点を安定させて噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００１５】
請求項４記載の発明では、上記制御流体通路が、上記制御室と上記高圧通路との間に設けられるサブオリフィスを備える通路であり、上記サブオリフィスの上記制御室側の端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１６】
上記出口部形状を、上記制御室と上記高圧通路とを連通する上記サブオリフィスに適用することもできる。上記サブオリフィスには、上記高圧通路から上記制御室方向へのみ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御室側の開口端部を流れが急拡大する形状とするとよく、上記ノズルニードル開閉弁時の上記サブオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θを１２０°より大きくする。
【００１８】
具体的には、従来のオリフィス開口角１２０°よりも開口角を広げることで、出口部で流れを急拡大させ、オリフィス流れをはく離しやすくすることができる。これにより、はく離点を安定させてオリフィス流量の変動を抑制する。
【００１９】
請求項６記載の発明では、上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θを１３５°〜１８０°の範囲とする。
【００２０】
好ましくは、開口角θを１３５°より大きくするとよく、１３５°〜１８０°の範囲で噴射量サイクル変動を抑制する十分な効果が得られる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、上記メインオリフィスは、上記制御弁側から上記制御室側へ向けて流体研磨を施してある。
【００２２】
上述したように、上記制御室方向への流れの方がはく離しにくいので、安定性を高めるには、上記制御室側の開口端縁部のＲが小さい方がよい。従って個体間のオリフィス流量を高精度に揃えるためおよび加工時のバリ取りや形状の経時変化による特性変化の防止のために、流体研磨を実施する場合には、上記制御弁側から上記制御室側へ向けて行うと、上記制御室側の開口端部のＲを小さく保つことができる。
【００２３】
上記メインオリフィスの前後差圧は、上記ノズルニードル開弁時よりも閉弁時の方が小さい。すなわち、上記制御室方向へ制御流体が流れる時の方が流れがはく離しにくくなるので、少なくとも上記制御室側の開口端部に、上記出口部形状を適用すると、はく離点を安定させて噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００２４】
請求項８記載の発明では、さらに、上記メインオリフィスに、上記制御室側から上記制御弁側へ向けて流体研磨が施してあり、かつ、上記制御室側の開口端縁部のＲが上記制御弁側の開口端縁部よりも小さくなるようにする。
【００２５】
加工時のバリ取りや形状の経時変化による特性変化の防止のために、上記制御室側から流体研磨を実施することもできる。この場合には、上記制御室側の開口端部におけるはく離安定性を高めるため、例えば、流体研磨をごく短時間として、上記制御弁側よりも上記制御室側の開口端縁部のＲを小さくすると、噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００２６】
請求項９記載の発明では、上記制御室内に上記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングを設け、上記オリフィスを上記制御流体通路の上記制御室側端部に配置する。上記制御室の壁面には、上記スプリングとの干渉により閉塞されることのない形状の凹部を設けて、該凹部に上記オリフィスを開口させる。
【００２７】
上記制御室内にスプリングを有する構成では、上記オリフィスが上記制御室側の端部に形成される場合に、上記スプリングが上記オリフィスと干渉してこれを塞いでしまい、オリフィス流量が変動する要因となる。そこで、上記オリフィスを上記制御室の壁面に直接開口させず、上記スプリングの位置によって塞がれることのない形状の凹部を設けて上記メインオリフィスを開口させる。これにより、オリフィス流量の変動を低減して噴射量サイクル変動を抑制する効果が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は本発明を適用したインジェクタ１の概略構成図である。インジェクタ１は、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システム用として好適であり、エンジンの各気筒に対応して設けられて、共通のコモンレールから燃料（軽油）の供給を受けるようになっている。コモンレールには高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
【００２９】
図１（ａ）において、インジェクタ１は、ノズルニードル３を有するノズル部１０１（下端部）と、制御弁としての３方弁１０を有する背圧制御部１０２（中間部）と、ピエゾスタック６１を有するピエゾ駆動部１０３（上端部）からなる。インジェクタ１は、図略の燃焼室壁に取付けられるハウジング１４を有し、ハウジング１４内には上記各部１０１〜１０３の構成部品が収納されるとともに、図略のコモンレールに連通する高圧通路１５、図略の燃料タンクに至る低圧通路１６等の通路が形成される。
【００３０】
ノズル部１０１は、ハウジング１４の下端部内に形成した縦穴３１に、段付きのノズルニードル３を摺動自在に保持している。ノズルニードル３の下半小径部の外周には環状の油溜まり室３２が形成されており、常時高圧通路１５と連通する油溜まり室３２にコモンレールからの高圧燃料が供給されている。縦穴３１の下方には、これに連なってサック部３３が形成され、サック部３３形成壁を貫通して燃料噴射用の噴孔３４が形成される。
【００３１】
ノズルニードル３は下端位置にある時に、円錐形の先端部がサック部３３と縦穴３１の境界部に設けたシートに着座し、サック部３３を閉じて油溜まり室３２から噴孔３４への燃料供給を遮断する。ノズルニードル３が上昇してシートから離座し、サック部３３を開くと燃料が噴射される。
【００３２】
ノズルニードル３の上端面および縦穴３１の壁面により画成される空間は、ノズルニードル３に背圧を与える制御室４としてある。制御室４径はノズル摺動径と等しくなっている。制御室４は、メインオリフィス５１を有するオリフィス通路５２により背圧制御部１０２の弁室２１と常時連通するとともに、サブオリフィス４１を有するオリフィス通路４２により高圧通路１５と常時連通し、メインオリフィス５１、サブオリフィス４１を介して導入される制御流体としての燃料が、ノズルニードル３の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル３に下向きに作用して、制御室４内に収納されたスプリング４３とともにノズルニードル３を着座方向に付勢する。一方、油溜まり室３２の高圧燃料がノズルニードル３の段差面に上向きに作用しノズルニードル３を離座方向に付勢している。
【００３３】
制御流体通路であるオリフィス通路５２は、弁室２１の底面から下方へ延びて制御室４の頂面に開口している。メインオリフィス５１は、このオリフィス通路５２の途中、本実施形態では制御室４側端部（図の下端部）近傍に設けられており、背圧制御部１０２の３方弁１０の切換位置によってメインオリフィス５１内を流通する燃料の流れ方向が反転するようになっている。また、サブオリフィス４１は、高圧通路１５から分岐して制御室４の側面に開口するオリフィス通路４２の制御室４側端部（図の左端部）近傍に設けられている。
【００３４】
なお、サブオリフィス４１は、噴射開始時に制御室４の圧力降下を緩和して、ノズルニードル３を緩やかに開弁し、一方、噴射停止時には制御室４の圧力上昇を促進して、ノズルニードル３を迅速に閉弁させる機能を有する。サブオリフィス４１およびオリフィス通路４２を設けないインジェクタ構造とすることもできる。メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１の形状は、本発明の特徴部分であり、詳細を後述する。
【００３５】
背圧制御部１０２は、制御弁としての３方弁１０が、弁室２１の天井面に設けた低圧シート２２または底面に設けた高圧シート２３に選択的に着座して、流路を切換えるようになっている。低圧シート２２と高圧シート２３は弁室２１天井面と底面中央部の対向位置に設けられ、低圧シート２２は低圧部２６を介して低圧通路１６と連通し、高圧シート２３は通路２５を介して高圧通路１５と連通している。
【００３６】
３方弁１０は大径の弁部１１と摺動部１２を有する圧力バランス型構造で、上端部が大径の弁部１１として弁室２１内に位置し、下端部の摺動部１２が高圧シート２３に続くシリンダ内を摺動するようになっている。弁部１１と摺動部１２は細径部１３にて連結され、細径部１３の外周に形成される環状空間に高圧通路１５へ至る通路２５が開口している。
【００３７】
３方弁１０が上端位置にある時には、弁部１１の頂面が、弁室２１天井面の低圧シート２２に着座して低圧通路１６との連通を遮断する。３方弁１０が下端位置にある時には、弁部１１の下部テーパ面が、弁室２１底面の高圧シート２３に着座して、高圧通路１５との連通を遮断する。３方弁１０は、ピエゾ駆動部１０３により押圧駆動されることで上下動するようになっており、作動状態が切換わるのに伴い、弁室２１に連通する制御室４の圧力、すなわちノズルニードル３の背圧が増減する。
【００３８】
３方弁１０の摺動部１２下方には、バルブスプリング１７を収容するスプリング室が設けられ、３方弁１０は、バルブスプリング１７によって上方に付勢されている。なお、スプリング室は、連通路２４を介して低圧部２６に接続されている。これにより、３方弁１０の下方への移動が抑制されることがなく、噴射開始時に弁部１１が低圧シート２２から速やかに離座する。
【００３９】
ここで、３方弁１０は、低圧シート２２、高圧シート２３、摺動部１２径をほぼ同一径とし、弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルの弁部１１に上向きに作用する油圧と摺動部１２に下向きに作用する油圧とをほぼバランスさせている。ただし、３方弁１０の安定した作動のためには、低圧シート２２径、高圧シート２３径を共に摺動部１２径より僅かに大きくし、３方弁１０に上向きの油圧負荷をかけるようにしておくとより好ましい。このようにすると、３方弁１０が意図しない動作により低圧シート２２を開弁するのを防止し、あるいは噴射終了時に高圧シート２３から速やかに離座させることができる。
【００４０】
ピエゾ駆動部１０３は、弁室２１の上方に形成した縦穴内に、上側から順にピエゾスタック６１、大径のピエゾピストン６２、小径のバルブピストン６４を同軸に配設してなる。ピエゾピストン６２とバルブピストン６４は、縦穴内に設けたシリンダ内に摺動自在に保持される。ピエゾピストン６２とバルブピストン６４の間の空間には、燃料が充填されて変位拡大室６３を形成している。
【００４１】
ピエゾスタック６１はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有する一般的なもので、積層方向すなわち上下方向を伸縮方向としており、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。ピエゾスタック６１には、ピエゾピストン６２の上端部外周に設けられたピエゾスプリング６５により一定の初期荷重が印加される。これにより、ピエゾピストン６２はピエゾスタック６１の伸縮に伴い、一体に上下動する。
【００４２】
バルブピストン６４は、ピン状の下端部が３方弁１０の低圧シート２２付近へ延び、弁室２１内の３方弁１０頂面に当接している。バルブピストン６４の中間部外周にはフランジが形成され、該フランジ上に支持されるスプリングによってバルブピストン６４が下方に付勢されている。変位拡大室６３は、ピエゾピストン６２側の室とバルブピストン６４側の室を絞り部６３１で連結した構成としてあり、この絞り部６３１により、ピエゾスタック６１伸縮時の圧力変動が伝達されるのを防止している。
【００４３】
従って、ピエゾスタック６１が伸長してピエゾピストン６２を押圧すると、その押圧力が変位拡大室６３の燃料を介してバルブピストン６４に伝えられる。この時、バルブピストン６４は、ピエゾピストン６２よりも小径としてあるので、ピエゾスタック６１の伸長量が拡大されてバルブピストン６４の上下方向の変位に変換される。このように、大小２つのピストン６２、６４と変位拡大室６３とは、油圧式変位拡大機構として機能する。
【００４４】
上記構成のインジェクタ１の作動を説明する。ピエゾスタック６１が放電状態で縮小している状態（図示の状態）から、ピエゾスタック６１に充電すると、ピエゾスタック６１が伸長し、ピエゾピストン６２を押し下げて変位拡大室６３の圧力を上昇させる。この圧力がバルブピストン６４を作動させて弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルを押し下げると、弁部１１が低圧シート２２から離座し、さらに下方変位して高圧シート１５に着座する。これにより、低圧通路１６に連通する低圧シート２２が開放され、制御室４内の燃料がメインオリフィス５１、オリフィス通路５２および弁室２１を介して流出するために、制御室４の圧力が降下する。そして、ノズルニードル３の下向きの付勢力が上向きの付勢を下回ると、ノズルニードル３が離座して燃料噴射が開始される。
【００４５】
次に、ピエゾスタック６１を再び放電させると、ピエゾスタック６１が収縮してピエゾピストン６２が上方へ移動し、変位拡大室６３の圧力が降下して弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルの押し下げ力が解除される。これにより、高圧通路１５に連通する高圧シート２３が開放され、制御室４に弁室２１、オリフィス通路５２およびメインオリフィス５１を介して流入する高圧燃料と、オリフィス通路４２、サブオリフィス４１を介して流入する高圧燃料とにより、制御室４圧力が再び上昇する。そして、ノズルニードル３が着座して噴射が終了する。
【００４６】
ここで、メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１の出口部形状について検討する。図１（ｃ）は、従来のオリフィス形状で、出口部は開口角が１２０°で、テーパ状に拡径するエッジのない形状となっており、このため、出口部におけるオリフィス流れのはく離点がサイクル毎にばらつく問題がある。そこで、本発明では、図１（ｂ）のように、出口部の開口角θを広げ、出口部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。具体的には、開口角θを１２０°より大きくし、また、オリフィスの出口部のアール（Ｒ）を小さくするとよい。開口角θは、より好ましくは１３５°から１８０°の範囲とする。このような形状とすると、オリフィス端部で流れが徐々に広がらず、出口部で流れが急に拡大するので、オリフィス流れのはく離点が安定しやすい。
【００４７】
この出口部形状を、３方弁１０の駆動状態によりメインオリフィス５１内の流れ方向が反転するオリフィス通路５２に適用する場合には、メインオリフィス５１の両開口端部の少なくとも一方、好ましくは両方を、該開口端部を通過した流れが急拡大する形状とする。開口端部の一方に適用する場合には、制御室４側の開口端部に上記出口部形状を適用すると、より好ましい。これについて、以下に順に説明する。
【００４８】
図２（ａ）は、メインオリフィス５１の制御室４側の開口端部に適用した例を示し、制御室４側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくすることで、制御室４方向へ燃料が流入する際の、メインオリフィス流れのはく離点を安定させることができる。すなわち、３方弁１０（制御弁）が上端位置にある時、高圧通路１５に連通する高圧シート２３からの高圧燃料がメインオリフィス５１を経て制御室４に流入するが、オリフィス出口における流れのはく離点が安定するので、制御室４の圧力上昇がサイクル毎にばらつくのを防止し、ノズル閉弁タイミングの変動が小さくなる。
【００４９】
図２（ｂ）は、上記出口部形状を、メインオリフィス５１の３方弁１０（制御弁）側の開口端部に適用した例を示し、３方弁１０側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくしてあるので、３方弁１０方向へ燃料が流入する際の、メインオリフィス流れのはく離点を安定させることができる。すなわち、３方弁１０が下端位置にある時、低圧通路１６に連通する低圧シート２２が開放されて制御室４内の高圧燃料がメインオリフィス５１を経て流出するが、オリフィス出口における流れのはく離点が安定するので、制御室４の圧力降下がサイクル毎にばらつくのを防止し、ノズル開弁タイミングの変動が小さくなる。
【００５０】
図２（ｃ）のように、上記出口部形状を、メインオリフィス５１の両開口端部に適用することももちろんできる。この場合には、図２（ａ）と図２（ｂ）を組み合わせた効果が得られ、ノズル開閉弁タイミングの変動を小さくすることができる。なお、上記出口部形状とするには、通常の方法でドリルを用いてオリフィスを形成した後、所望の開口角となるように加工すればよい。
【００５１】
図３は、上記出口部形状を、サブオリフィス４１の制御室４側の開口端部に適用した例を示し、制御室４側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくしてある。オリフィス通路４２では、常に高圧通路１５側からサブオリフィス４１を経て制御室４方向へ燃料が流入するので、制御室４側の開口端部の流れが急拡大する形状となっていればよい。この時、サブオリフィス流れのはく離点が安定するので、制御室４への流入量がサイクル毎にばらつくことがなく、ノズル開閉弁タイミングの変動が小さくなる。
【００５２】
ところで、図４（ａ）において、メインオリフィス５１の前後差圧は、制御室４から燃料が流出する場合より制御室４内へ燃料が流入する場合、すなわちノズルニードル３の閉弁時の方が小さい。差圧が小さいということは、レイノルズ数が小さく層流になりやすいことであり、流れもはく離しにくくなる。この時のはく離安定性を高めるためには、メインオリフィス５１の制御室４側の端部のＲを小さくするのがよい。従って、図４（ｂ）のように、制御室４側の開口端部に上記出口部形状を適用し、制御室４側の開口端縁部のＲを３方弁１０側の開口端縁部よりも小さくするとより効果的である。
【００５３】
また、メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１には、必要に応じて、流体研磨を施すことができる。流体研磨は、第１に個体間のオリフィス流量を高精度に揃えることを目的とし、第２に加工時に端縁部に生じるバリ取り、あるいは、形状の経時変化による特性変化を防止する目的として実施される処理で、砥粒を含む流体を用いて行う。ただし、処理時間が長くなるとオリフィス開口端部、特に上流側にＲがつきやすくなるので、メインオリフィス５１では、好ましくは、図４（ｂ）のように、３方弁１０側から制御室４側へ向けて実施する。このようにすると、メインオリフィス５１の制御室４側の開口端部は、Ｒが小さいままとなるので、上記出口部形状による効果を維持し、ノズル閉弁時のはく離安定性を確保することができる。
【００５４】
図５のように、メインオリフィス５１に制御室４側から３方弁１０側へ向けて流体研磨を行う場合には、バリ取りや形状の経時変化による特性変化防止のための流体研磨とすることが好ましい。制御室４側の開口端部においても、バリ取りや形状の経時変化による特性変化防止のために、必要最小限のＲを付ける流体研磨を短時間行うことで、ノズル閉弁時のはく離安定性と特性変化防止を両立させることができる。メインオリフィス５１の両開口端部に上記出口部形状を適用した場合には、両方向から短時間の流体研磨を実施すれば、出口部形状と流体研磨による特性安定化の効果を両立できる。
【００５５】
サブオリフィス４１に流体研磨を行う場合も同様で、高圧通路１５側から制御室４側へ向けて実施することが好ましく、制御室４側から実施する場合には短時間の流体研磨とするのがよい。
【００５６】
メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１は、オリフィス通路５２、４２途中のいずれに設けることもできる。例えば、図１（ａ）のように、制御室４側の端部またはその近傍に形成すると、ノズル開閉弁時に制御室４の圧力脈動を抑制するために有効であるが、制御室４の壁面に直接開口していると、制御室４内に配設されるスプリング４３と干渉して、オリフィスが塞がれてしまう場合がある。そこで、図６に第２の実施の形態として示すように、制御室４の頂面に凹部５３を設け、該凹部５３をスプリング４３がどのような位置にあっても塞がれない大きな開口部を有する形状として、ここにメインオリフィス５１を開口させることが好ましい。図６では、例えば、凹部５３を、大小２段径の段付形状とし、小径側の端面中央にメインオリフィス５１を開口させているが、凹部５３形状は、特に限定されるものではなく、スプリング４３とメインオリフィス５１が干渉しない形状となっていればよい。
【００５７】
この構成により、メインオリフィス５１が塞がれてオリフィス流量が変動するのを防止できる。よって、上述したオリフィス出口部形状との組み合わせにより、オリフィス流量の変動を低減して噴射量サイクル変動を抑制する効果を高めることができる。サブオリフィス４１についても同様の構成とすることができる。
【００５８】
図７は、本発明のオリフィス出口部形状による効果を示すもので、一噴射行程における制御室圧の推移を、図１（ｃ）の従来のオリフィス出口部形状（改良前）と比較している。図示するように、メインオリフィス５１の両開口端部およびサブオリフィス４１の制御室４側の開口端部に、図１（ｂ）の出口部形状を適用した場合には（改良後）、ノズルニードルの開弁タイミングおよび閉弁タイミングの変動幅がごく小さくなっており、変動幅の大きい従来のオリフィス出口部形状（改良前）と比較して出口部形状による明らかな効果が見られる。これは従来のオリフィス出口部形状（改良前）では、はく離点がばらついてオリフィス流量に変動が生じ、制御室圧の推移がばらつきやすくなるのに対し、本発明のオリフィス出口部形状とすることではく離点が安定し、オリフィス流量の変動が抑制されるからで、サイクル毎の制御室圧の推移のばらつきを小さくして噴射量サイクル変動を抑制する効果が得られる。
【００５９】
図８は、オリフィス出口部の開口角θと噴射量サイクル変動の関係を示すもので、開口角θが大きくなるほど噴射量サイクル変動の低減に効果があることがわかる。好ましくは、実際にディーゼルエンジンのコモンレール用インジェクタ１に適用される場合の要求値から、開口角θを１３５°以上とするのがよく、開口角θが１８０°に近づくと噴射量サイクル変動はほぼ一定となる。以上より、好適には、開口角θを１３５°〜１８０°の範囲とすることで噴射量サイクル変動を抑制する十分な効果が得られる。
【００６０】
このように、本発明によれば、オリフィス出口部の形状の見直しにより、オリフィス流れのばらつきをなくし、噴射量サイクル変動を抑制することができる。よって、インジェクタの作動が安定し、制御性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）はインジェクタの全体構成を示す断面図、（ｂ）は従来のオリフィス出口部形状を示す概略断面図、（ｃ）は本発明のオリフィス出口部形状を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御室側開口端部に適用した場合の概略断面図、（ｂ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御弁側開口端部に適用した場合の概略断面図、（ｃ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御室側開口端部および制御弁側開口端部に適用した場合の概略断面図である。
【図３】（ａ）は本発明のオリフィス出口部形状を、サブオリフィスの制御室側開口端部に適用した場合の概略断面図である。
【図４】（ａ）は本発明のインジェクタの要部断面図、（ｂ）はメインオリフィスの制御弁側から流体研磨を実施した場合を示す概略断面図である。
【図５】メインオリフィスの制御室側から流体研磨を実施した場合を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示すインジェクタの要部拡大断面図である。
【図７】本発明の効果を示す図で、１噴射行程における制御室圧の推移を示す図である。
【図８】オリフィス出口部の開口角と噴射量サイクル変動の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ
１０ ３方弁（制御弁）
１１ 弁部
１２ 摺動部
１３ 細径部
１４ ハウジング
１５ 高圧通路
１６ 低圧通路
２２ 低圧シート
２３ 高圧シート
３ ノズルニードル
３２ 油溜まり室
３４ 噴孔
４ 制御室
５１ メインオリフィス
５２ オリフィス通路
５３ 凹部
６１ ピエゾスタック
６２ ピエゾピストン
６３ 変位拡大室
６４ バルブピストン
１０１ ノズル部
１０２ 背圧制御部
１０３ ピエゾ駆動部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an injector used in a common rail fuel injection system of a diesel engine, and more particularly, to an injector using a three-way valve as a control valve.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, a common rail fuel injection system that accumulates high-pressure fuel in a common rail common to each cylinder has attracted attention. An injector for a common rail fuel injection system, for example, is provided with a control chamber that is pressure-controlled by a control valve on the back of a nozzle needle that opens and closes an injection hole, and drives the control valve by an actuator to raise and lower the nozzle needle. I have. In this configuration, while the fuel from the common rail is introduced into the fuel passage of the injector and supplied to the injection hole, the fuel is introduced into the control chamber having the rear end face of the nozzle needle as a chamber wall, and the nozzle needle is closed in the valve closing direction. Used as a control oil to exert pressure.
[0003]
Usually, a two-way valve or a three-way valve is used as the control valve. For example, in a control valve having a two-way valve structure described in Patent Document 1, a ball valve that opens and closes between a control chamber and a low-pressure passage is driven by an electromagnetically driven actuator to increase or decrease the pressure in the control chamber. It has become. However, in the two-way valve, the control chamber is always in communication with the fuel passage, and the fuel flows to the low-pressure passage while the ball valve is open.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-186647 A
[0005]
Therefore, a three-way valve that is selectively seated on the first seat that reaches the low-pressure passage or the second seat that reaches the common rail, and switches the communication between the control chamber and the low-pressure port or the high-pressure port depending on the seating position is preferably used. When the actuator is not operated, the three-way valve is located at a position for communicating the control chamber with the high-pressure port, and the pressure in the control chamber becomes high, so that the nozzle needle descends to close the injection hole. When the actuator is actuated from this state, the three-way valve opens the low-pressure port and then closes the high-pressure port, so that the pressure in the control chamber decreases, the nozzle needle is disengaged, and fuel is injected. As described above, when the three-way valve is used, the control chamber communicates with the low-pressure port during fuel injection, and the high-pressure port is closed, so that the outflow of fuel can be restricted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The three-way valve and the control chamber are always in communication via a passage provided with a main orifice, and the direction of fuel flow in the main orifice is reversed depending on the switching position of the three-way valve. The nozzle needle opens and closes as the pressure in the control chamber drops or rises according to the switching position of the control valve. In some cases, the control chamber communicates with a high-pressure passage through a passage provided with a sub-orifice.Injection of the fuel slowly from the sub-orifice due to fuel flowing into the control chamber slows down the pressure drop in the control chamber. On the other hand, there is an advantage that the pressure rise is faster and the injection is completed quickly.
[0007]
As described above, the rise and fall of the pressure in the control chamber largely depend on the flow rate of the fuel flowing through the main orifice or the sub-orifice. However, in the conventional orifice processing method, it has been found that the orifice end portion has a gradually increasing shape, which causes the orifice flow rate to vary. For example, conventionally, the main orifice is drilled from both ends of the orifice with a drill, and fluid polishing is performed from both directions. As shown in FIG. The portion has a shape that expands in a tapered shape by fluid polishing. However, in this shape, the separation point varies in each cycle, and the orifice flow rate varies, so that the injection amount cycle variation may increase.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to solving the above-described problems, and provides a highly reliable injector excellent in controllability by suppressing orifice flow rate fluctuation and reducing injection quantity cycle fluctuation by reviewing the orifice shape. The purpose is to.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The injector according to claim 1 of the present invention includes a control chamber for applying pressure in the valve closing direction to the nozzle needle, and a three-way valve type control valve for switching between communication and disconnection between the control chamber and the high-pressure passage and the low-pressure passage. By driving the control valve to increase or decrease the pressure in the control chamber, the nozzle needle is moved up and down. The injector has a control fluid passage communicating with the control chamber, an orifice is provided in the middle of the control fluid passage, and the shape of the outlet of the control fluid from the orifice is controlled by the flow of the control fluid at the outlet. Has a shape that rapidly expands.
[0010]
According to the above configuration, the flow of the control fluid that has passed through the orifice is rapidly expanded at the outlet, so that the separation point of the fluid that passes through the orifice is stabilized. As a result, fluctuations in the orifice flow rate are suppressed, and fluctuations in the injection amount cycle can be reduced.
[0011]
In the invention according to claim 2, the control fluid passage is a passage provided with a main orifice provided between the control chamber and the control valve, the flow direction of the control fluid being reversed depending on a driving state of the control valve. The shape of one or both of the open ends of the main orifice on the control chamber side and the control valve side is a shape in which the flow of the control fluid rapidly expands at the open end.
[0012]
Specifically, the outlet portion shape can be applied to the main orifice that connects the control chamber and the control valve. When the main orifice switches the control valve so that the control chamber communicates with the high-pressure passage, the control fluid flows from the high-pressure passage toward the control chamber. If the shape of the opening end portion is such that the flow suddenly expands, an effect of stabilizing the separation point of the main orifice flow when the nozzle needle is closed can be obtained. When the control valve is switched so that the control chamber communicates with the low-pressure passage, the control fluid flows from the control chamber in the direction of the low-pressure passage. If the portion is formed to have a shape in which the flow rapidly expands, an effect of stabilizing the separation point of the main orifice flow when the nozzle needle is opened can be obtained.
[0013]
According to the third aspect of the invention, at least the shape of the opening end of the main orifice on the control chamber side is such that the flow of the control fluid rapidly expands at the opening end.
[0014]
The differential pressure across the main orifice is smaller when the nozzle needle is closed than when the nozzle needle is open. That is, when the control fluid flows in the direction of the control chamber, the flow is less likely to be separated. Therefore, when the outlet shape is applied to at least the opening end on the control chamber side, the separation point is stabilized and the injection amount is increased. The effect of suppressing cycle fluctuation is high.
[0015]
In the invention described in claim 4, the control fluid passage is a passage provided with a sub-orifice provided between the control chamber and the high-pressure passage, and the end shape of the sub-orifice on the control chamber side is defined as The shape is such that the flow of the control fluid suddenly expands at the open end.
[0016]
The outlet section shape may be applied to the sub-orifice that connects the control chamber with the high-pressure passage. Since the control fluid flows only from the high-pressure passage toward the control chamber through the sub-orifice, the outlet side at this time, that is, the opening end on the control chamber side may have a shape in which the flow rapidly expands. The effect of stabilizing the separation point of the sub-orifice flow at the time of the needle opening / closing valve can be obtained.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, the opening angle θ of the main orifice or the sub orifice at the opening end is set to be larger than 120 °.
[0018]
Specifically, by increasing the opening angle from the conventional orifice opening angle of 120 °, the flow can be rapidly expanded at the outlet portion, and the orifice flow can be easily separated. This stabilizes the separation point and suppresses fluctuations in the orifice flow rate.
[0019]
In the invention described in claim 6, the opening angle θ of the main orifice or the sub-orifice at the opening end is in a range of 135 ° to 180 °.
[0020]
Preferably, the opening angle θ is set to be larger than 135 °, and a sufficient effect of suppressing the injection amount cycle fluctuation can be obtained in the range of 135 ° to 180 °.
[0021]
In the invention described in claim 7, the main orifice is subjected to fluid polishing from the control valve side to the control chamber side.
[0022]
As described above, since the flow in the direction of the control chamber is less likely to be peeled off, it is preferable that the radius R of the opening edge on the control chamber side is small in order to enhance the stability. Therefore, when performing fluid polishing in order to align the orifice flow rates between the individual pieces with high precision, and to prevent deburring during processing and to prevent changes in characteristics due to aging of the shape, the control valve side to the control chamber side are used. If it is carried out toward, R at the opening end on the control room side can be kept small.
[0023]
The differential pressure across the main orifice is smaller when the nozzle needle is closed than when the nozzle needle is open. That is, when the control fluid flows in the direction of the control chamber, the flow is less likely to be separated. Therefore, when the outlet shape is applied to at least the opening end on the control chamber side, the separation point is stabilized and the injection amount is increased. The effect of suppressing cycle fluctuation is high.
[0024]
In the invention described in claim 8, the main orifice is further subjected to fluid polishing from the control chamber side to the control valve side, and R of the opening edge on the control chamber side is controlled by the control. It should be smaller than the opening edge on the valve side.
[0025]
Fluid polishing can also be performed from the control chamber side in order to prevent deburring during processing and change in characteristics due to changes in shape over time. In this case, in order to enhance the separation stability at the opening end on the control chamber side, for example, the fluid polishing is performed in a very short time, and the radius of the opening edge on the control chamber side is smaller than that on the control valve side. Then, the effect of suppressing the variation in the injection amount cycle is high.
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, a spring for urging the nozzle needle in the valve closing direction is provided in the control chamber, and the orifice is disposed at an end of the control fluid passage on the control chamber side. On the wall surface of the control chamber, a concave portion having a shape that is not closed by interference with the spring is provided, and the orifice is opened in the concave portion.
[0027]
In the configuration having a spring in the control chamber, when the orifice is formed at the end on the control chamber side, the spring interferes with and blocks the orifice, which causes a change in the orifice flow rate. . Therefore, the main orifice is opened by providing a concave portion having a shape that is not blocked by the position of the spring, without opening the orifice directly on the wall surface of the control chamber. Thereby, the effect of reducing the fluctuation of the orifice flow rate and suppressing the fluctuation of the injection amount cycle is improved.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic configuration diagram of an injector 1 to which the present invention is applied. The injector 1 is suitable, for example, for a common rail fuel injection system of a diesel engine, and is provided corresponding to each cylinder of the engine so that fuel (light oil) is supplied from a common common rail. The fuel pumped by the high-pressure supply pump is stored in the common rail at a predetermined high pressure corresponding to the injection pressure.
[0029]
In FIG. 1A, an injector 1 includes a nozzle portion 101 (lower end portion) having a nozzle needle 3, a back pressure control portion 102 (intermediate portion) having a three-way valve 10 as a control valve, and a piezo stack 61. Piezo drive unit 103 (upper end). The injector 1 has a housing 14 attached to a combustion chamber wall (not shown). The housing 14 accommodates the components of the above-described parts 101 to 103 and has a high-pressure passage 15 communicating with a common rail (not shown). A passage such as the low-pressure passage 16 leading to a substantially fuel tank is formed.
[0030]
The nozzle portion 101 slidably holds the stepped nozzle needle 3 in a vertical hole 31 formed in the lower end portion of the housing 14. An annular oil sump chamber 32 is formed on the outer periphery of the lower half-diameter portion of the nozzle needle 3, and high-pressure fuel from a common rail is supplied to the oil sump chamber 32 that is always in communication with the high-pressure passage 15. A sack portion 33 is formed below the vertical hole 31 so as to be continuous therewith, and an injection hole 34 for fuel injection is formed through the sack portion 33 forming wall.
[0031]
When the nozzle needle 3 is at the lower end position, the tip of the conical shape is seated on a seat provided at the boundary between the sack portion 33 and the vertical hole 31, the sack portion 33 is closed, and the fuel flows from the oil reservoir chamber 32 to the injection hole 34. Shut off supply. When the nozzle needle 3 rises and separates from the seat and the sack portion 33 is opened, fuel is injected.
[0032]
The space defined by the upper end surface of the nozzle needle 3 and the wall surface of the vertical hole 31 is a control chamber 4 for applying a back pressure to the nozzle needle 3. The diameter of the control chamber 4 is equal to the nozzle sliding diameter. The control chamber 4 is always in communication with the valve chamber 21 of the back pressure control unit 102 through an orifice passage 52 having a main orifice 51, and is always in communication with the high-pressure passage 15 through an orifice passage 42 having a sub-orifice 41. Fuel as a control fluid introduced through the sub-orifice 41 generates a back pressure of the nozzle needle 3. This back pressure acts downward on the nozzle needle 3 and urges the nozzle needle 3 in the seating direction together with the spring 43 housed in the control chamber 4. On the other hand, the high-pressure fuel in the oil storage chamber 32 acts upward on the step surface of the nozzle needle 3 to urge the nozzle needle 3 in the unseating direction.
[0033]
The orifice passage 52 serving as a control fluid passage extends downward from the bottom surface of the valve chamber 21 and opens to the top surface of the control chamber 4. The main orifice 51 is provided in the middle of the orifice passage 52, in the present embodiment, in the vicinity of the end of the control chamber 4 (the lower end in the figure), and depends on the switching position of the three-way valve 10 of the back pressure control unit 102. The flow direction of the fuel flowing through the orifice 51 is reversed. The sub-orifice 41 is provided near an end (left end in the figure) of the orifice passage 42 that branches off from the high-pressure passage 15 and opens on the side surface of the control chamber 4.
[0034]
The sub-orifice 41 moderates the pressure drop in the control chamber 4 at the start of injection and slowly opens the nozzle needle 3, while promoting the increase in pressure of the control chamber 4 at the time of injection stop, and Has the function of closing the valve quickly. An injector structure without the sub-orifice 41 and the orifice passage 42 may be used. The shapes of the main orifice 51 and the sub-orifice 41 are features of the present invention, and will be described later in detail.
[0035]
The back pressure control unit 102 allows the three-way valve 10 as a control valve to selectively seat on the low-pressure seat 22 provided on the ceiling surface of the valve chamber 21 or the high-pressure seat 23 provided on the bottom surface of the valve chamber 21 to switch the flow path. It has become. The low-pressure seat 22 and the high-pressure seat 23 are provided at opposite positions between the ceiling surface of the valve chamber 21 and the center of the bottom surface. The low-pressure seat 22 communicates with the low-pressure passage 16 through the low-pressure part 26, and the high-pressure seat 23 passes through the passage 25. It communicates with the high-pressure passage 15.
[0036]
The three-way valve 10 is a pressure-balanced structure having a large-diameter valve portion 11 and a sliding portion 12, and an upper end portion is located in the valve chamber 21 as a large-diameter valve portion 11, and a lower-end sliding portion 12 is provided. It slides in the cylinder following the high-pressure sheet 23. The valve portion 11 and the sliding portion 12 are connected by a small diameter portion 13, and a passage 25 leading to the high pressure passage 15 is opened in an annular space formed on the outer periphery of the small diameter portion 13.
[0037]
When the three-way valve 10 is at the upper end position, the top surface of the valve portion 11 is seated on the low-pressure seat 22 on the ceiling surface of the valve chamber 21 to block communication with the low-pressure passage 16. When the three-way valve 10 is at the lower end position, the lower tapered surface of the valve portion 11 sits on the high-pressure seat 23 on the bottom surface of the valve chamber 21 and blocks communication with the high-pressure passage 15. The three-way valve 10 is configured to move up and down by being pressed and driven by the piezo drive unit 103, and as the operation state is switched, the pressure of the control chamber 4 communicating with the valve chamber 21, that is, the nozzle needle 3 back pressure increases and decreases.
[0038]
A spring chamber for housing a valve spring 17 is provided below the sliding portion 12 of the three-way valve 10, and the three-way valve 10 is urged upward by the valve spring 17. Note that the spring chamber is connected to the low-pressure section 26 via the communication path 24. Accordingly, the downward movement of the three-way valve 10 is not suppressed, and the valve portion 11 quickly separates from the low-pressure seat 22 at the start of injection.
[0039]
Here, the three-way valve 10 has a low pressure seat 22, a high pressure seat 23, and a sliding portion 12 having substantially the same diameter, and the valve portion of a valve needle composed of the valve portion 11, the sliding portion 12, and the small diameter portion 13. The hydraulic pressure acting upward on the sliding portion 11 and the hydraulic pressure acting downward on the sliding portion 12 are substantially balanced. However, in order to operate the three-way valve 10 stably, both the diameter of the low-pressure seat 22 and the diameter of the high-pressure seat 23 are slightly larger than the diameter of the sliding portion 12 so that an upward hydraulic load is applied to the three-way valve 10. It is more preferable to keep it. This prevents the three-way valve 10 from opening the low-pressure seat 22 due to an unintended operation, or allows the three-way valve 10 to be quickly separated from the high-pressure seat 23 at the end of the injection.
[0040]
The piezo drive unit 103 includes a piezo stack 61, a large-diameter piezo piston 62, and a small-diameter valve piston 64 arranged coaxially in a vertical hole formed above the valve chamber 21 in this order from the upper side. The piezo piston 62 and the valve piston 64 are slidably held in a cylinder provided in the vertical hole. The space between the piezo piston 62 and the valve piston 64 is filled with fuel to form a displacement expansion chamber 63.
[0041]
The piezo stack 61 is a general one having a capacitor structure in which piezoelectric ceramic layers of PZT or the like and electrode layers are alternately stacked, and has a stacking direction, that is, a vertical direction, which is an expansion and contraction direction, and is charged and discharged by a drive circuit (not shown). It has become. A constant initial load is applied to the piezo stack 61 by a piezo spring 65 provided on the outer periphery of the upper end of the piezo piston 62. Accordingly, the piezo piston 62 moves up and down as the piezo stack 61 expands and contracts.
[0042]
The valve piston 64 has a pin-shaped lower end extending near the low-pressure seat 22 of the three-way valve 10 and abutting on the top surface of the three-way valve 10 in the valve chamber 21. A flange is formed on the outer periphery of the intermediate portion of the valve piston 64, and the valve piston 64 is urged downward by a spring supported on the flange. The displacement expansion chamber 63 has a configuration in which a chamber on the side of the piezo piston 62 and a chamber on the side of the valve piston 64 are connected by a throttle 631, and the throttle 631 transmits pressure fluctuations during expansion and contraction of the piezo stack 61. Preventing.
[0043]
Therefore, when the piezo stack 61 extends and presses the piezo piston 62, the pressing force is transmitted to the valve piston 64 via the fuel in the displacement expansion chamber 63. At this time, since the diameter of the valve piston 64 is smaller than that of the piezo piston 62, the amount of extension of the piezo stack 61 is increased and converted into the vertical displacement of the valve piston 64. Thus, the two large and small pistons 62 and 64 and the displacement enlargement chamber 63 function as a hydraulic displacement enlargement mechanism.
[0044]
The operation of the injector 1 having the above configuration will be described. When the piezo stack 61 is charged from a state in which the piezo stack 61 is contracted in a discharged state (the state shown in the drawing), the piezo stack 61 expands and pushes down the piezo piston 62 to increase the pressure in the displacement expansion chamber 63. When this pressure actuates the valve piston 64 to depress the valve needle composed of the valve portion 11, the sliding portion 12, and the small-diameter portion 13, the valve portion 11 separates from the low-pressure seat 22 and is further displaced downward. The user sits on the high-pressure seat 15. As a result, the low-pressure seat 22 communicating with the low-pressure passage 16 is opened, and the fuel in the control chamber 4 flows out through the main orifice 51, the orifice passage 52 and the valve chamber 21, so that the pressure in the control chamber 4 drops. . When the downward urging force of the nozzle needle 3 falls below the upward urging force, the nozzle needle 3 separates and fuel injection is started.
[0045]
Next, when the piezo stack 61 is discharged again, the piezo stack 61 contracts, the piezo piston 62 moves upward, the pressure in the displacement expansion chamber 63 drops, and the valve portion 11, the sliding portion 12, and the small diameter portion The pressing force of the valve needle constituted by 13 is released. Thereby, the high-pressure seat 23 communicating with the high-pressure passage 15 is opened, and the high-pressure fuel flowing into the control chamber 4 through the valve chamber 21, the orifice passage 52 and the main orifice 51, and the orifice passage 42 and the sub-orifice 41. The pressure of the control chamber 4 increases again due to the high-pressure fuel flowing in. Then, the nozzle needle 3 is seated and the injection ends.
[0046]
Here, the outlet shapes of the main orifice 51 and the sub orifice 41 will be discussed. FIG. 1 (c) shows a conventional orifice shape, in which the outlet has an opening angle of 120 ° and has no tapered edge, so that the separation point of the orifice flow at the outlet is reduced. There is a problem that varies from cycle to cycle. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1B, the opening angle θ of the outlet is widened, and the shape of the flow of the control fluid is rapidly expanded at the outlet. Specifically, the opening angle θ should be larger than 120 °, and the radius (R) at the outlet of the orifice should be small. The opening angle θ is more preferably in the range of 135 ° to 180 °. With such a shape, since the flow does not gradually spread at the end of the orifice, but expands abruptly at the outlet, the separation point of the orifice flow is easily stabilized.
[0047]
When this outlet portion shape is applied to the orifice passage 52 in which the flow direction in the main orifice 51 is reversed depending on the driving state of the three-way valve 10, at least one, preferably both, of both open end portions of the main orifice 51 are connected. The shape is such that the flow passing through the opening end portion rapidly expands. When applying to one of the open ends, it is more preferable to apply the outlet shape to the open end on the control room 4 side. This will be described in order below.
[0048]
FIG. 2A shows an example in which the main orifice 51 is applied to the opening end on the control room 4 side. The opening angle θ on the control room 4 side is made larger than 120 ° and R is made small, The separation point of the main orifice flow when fuel flows into the control chamber 4 can be stabilized. That is, when the three-way valve 10 (control valve) is at the upper end position, high-pressure fuel from the high-pressure seat 23 communicating with the high-pressure passage 15 flows into the control chamber 4 through the main orifice 51, but the flow at the orifice outlet is released. Since the points are stabilized, the pressure increase in the control chamber 4 is prevented from varying every cycle, and the fluctuation of the nozzle closing timing is reduced.
[0049]
FIG. 2B shows an example in which the outlet shape is applied to the opening end of the main orifice 51 on the three-way valve 10 (control valve) side, and the opening angle θ of the three-way valve 10 is increased from 120 °. Since R is made large and R is made small, the separation point of the main orifice flow when fuel flows into the three-way valve 10 can be stabilized. That is, when the three-way valve 10 is at the lower end position, the low-pressure seat 22 communicating with the low-pressure passage 16 is opened and the high-pressure fuel in the control chamber 4 flows out through the main orifice 51, but the flow separation point at the orifice outlet is released. Is stabilized, so that the pressure drop in the control chamber 4 is prevented from varying every cycle, and the fluctuation of the nozzle opening timing is reduced.
[0050]
As shown in FIG. 2 (c), the above-mentioned outlet shape can be applied to both open ends of the main orifice 51 as a matter of course. In this case, the effect obtained by combining FIG. 2A and FIG. 2B is obtained, and the fluctuation of the nozzle opening / closing valve timing can be reduced. In order to form the outlet portion, the orifice may be formed by a usual method using a drill, and then processed to have a desired opening angle.
[0051]
FIG. 3 shows an example in which the outlet shape is applied to the opening end of the sub-orifice 41 on the control room 4 side. The opening angle θ on the control room 4 side is made larger than 120 ° and R is reduced. It is. In the orifice passage 42, fuel always flows from the high-pressure passage 15 through the sub-orifice 41 toward the control chamber 4, so that the shape of the flow at the opening end on the control chamber 4 side may suddenly expand. At this time, since the separation point of the sub-orifice flow is stabilized, the inflow amount into the control chamber 4 does not vary every cycle, and the fluctuation of the nozzle opening / closing valve timing is reduced.
[0052]
Meanwhile, in FIG. 4A, the differential pressure across the main orifice 51 is larger when the fuel flows into the control chamber 4 than when the fuel flows out from the control chamber 4, that is, when the nozzle needle 3 is closed. small. The fact that the differential pressure is small means that the Reynolds number is small and the laminar flow is likely to occur, and the flow is difficult to be separated. In order to enhance the peeling stability at this time, it is preferable to reduce R of the end of the main orifice 51 on the control chamber 4 side. Therefore, as shown in FIG. 4B, the above-mentioned outlet shape is applied to the open end of the control room 4 and the R of the open end of the control room 4 is changed to the open end of the three-way valve 10. Smaller is more effective.
[0053]
Further, the main orifice 51 and the sub orifice 41 can be subjected to fluid polishing as needed. Fluid polishing is performed for the first purpose to make the orifice flow rate between the individual objects highly accurate, and secondly for the purpose of preventing the deburring generated at the edge portion during processing or the characteristic change due to the aging of the shape. Is performed using a fluid containing abrasive grains. However, if the processing time becomes longer, the orifice opening end, particularly the upstream side, becomes more likely to be rounded. Therefore, in the main orifice 51, preferably, as shown in FIG. Implement for. In this case, since the opening end of the main orifice 51 on the control chamber 4 side remains small, it is possible to maintain the effect of the outlet shape and secure the separation stability when the nozzle is closed. it can.
[0054]
As shown in FIG. 5, when fluid polishing is performed on the main orifice 51 from the control chamber 4 side to the three-way valve 10 side, fluid polishing should be performed to prevent deburring and change in characteristics due to changes over time in shape. Is preferred. Even at the opening end on the control chamber 4 side, the fluid stability with the minimum required radius is performed for a short period of time to prevent deburring and change in shape due to aging of the shape. And characteristic change prevention. In the case where the above-described outlet shape is applied to both open ends of the main orifice 51, if the fluid polishing is performed in a short time from both directions, the outlet shape and the effect of the characteristic stabilization by the fluid polishing can be compatible.
[0055]
The same applies to the case where fluid polishing is performed on the sub-orifice 41. It is preferable that the polishing be performed from the high-pressure passage 15 side toward the control chamber 4 side. Good.
[0056]
The main orifice 51 and the sub-orifice 41 can be provided in any of the orifice passages 52 and 42. For example, as shown in FIG. 1A, when formed at the end on the control chamber 4 side or in the vicinity thereof, it is effective to suppress the pressure pulsation of the control chamber 4 at the time of the nozzle opening / closing valve. If the opening is directly opened, the orifice may be blocked due to interference with the spring 43 provided in the control chamber 4. Therefore, as shown in FIG. 6 as a second embodiment, a concave portion 53 is provided on the top surface of the control chamber 4, and the concave portion 53 is provided with a large opening which is not closed at any position of the spring 43. It is preferable that the main orifice 51 be opened here. In FIG. 6, for example, the concave portion 53 has a stepped shape having a large and small two-step diameter and the main orifice 51 is opened at the center of the end surface on the small diameter side. It is sufficient that the main orifice 43 does not interfere with the main orifice 43.
[0057]
With this configuration, it is possible to prevent the main orifice 51 from being closed and the orifice flow rate from fluctuating. Therefore, in combination with the above-described orifice outlet shape, the effect of reducing the fluctuation of the orifice flow rate and suppressing the fluctuation of the injection amount cycle can be enhanced. The same configuration can be applied to the sub-orifice 41.
[0058]
FIG. 7 shows the effect of the orifice outlet section shape of the present invention. The transition of the control chamber pressure in one injection stroke is compared with the conventional orifice outlet section shape (before improvement) of FIG. 1C. . As shown in the figure, when the outlet portion shape shown in FIG. 1B is applied to the open end portions of the main orifice 51 and the open end portions of the sub orifice 41 on the control chamber 4 side (after improvement), the nozzle needle The variation width of the valve opening timing and the valve closing timing is very small, and a clear effect can be seen by the outlet shape compared with the conventional orifice outlet shape (before improvement) having a large variation width. This is because in the conventional orifice outlet shape (before improvement), the separation point fluctuates and the orifice flow rate fluctuates and the transition of the control chamber pressure tends to fluctuate. Since the separation point is stabilized and the fluctuation of the orifice flow rate is suppressed, the variation of the transition of the control chamber pressure for each cycle is reduced, and the effect of suppressing the injection quantity cycle fluctuation is obtained.
[0059]
FIG. 8 shows the relationship between the opening angle θ at the orifice outlet and the injection amount cycle variation. It can be seen that the larger the opening angle θ, the more effective the injection amount cycle variation reduction. Preferably, the opening angle θ is set to 135 ° or more from a required value in the case where the injector 1 is actually applied to the common rail injector 1 of a diesel engine. It will be constant. As described above, preferably, by setting the opening angle θ in the range of 135 ° to 180 °, a sufficient effect of suppressing the variation in the injection amount cycle can be obtained.
[0060]
As described above, according to the present invention, by reviewing the shape of the orifice outlet, it is possible to eliminate the variation in the orifice flow and to suppress the variation in the injection amount cycle. Therefore, the operation of the injector is stabilized, and the controllability is greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view showing the entire configuration of an injector, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a conventional orifice outlet shape, and FIG. It is a schematic sectional view showing the shape of an orifice outlet part of the present invention.
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view in which the shape of the orifice outlet of the present invention is applied to the control chamber side opening end of the main orifice, and FIG. 2B is a diagram showing the shape of the orifice outlet of the present invention; FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of the case where the present invention is applied to the control valve side opening end, and FIG. 7C is a case where the orifice outlet shape of the present invention is applied to the control chamber side opening end and the control valve side opening end of the main orifice. It is a schematic sectional drawing.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view when the orifice outlet portion shape of the present invention is applied to a control chamber side opening end of a sub-orifice.
FIG. 4A is a cross-sectional view of a main part of an injector according to the present invention, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing a case where fluid polishing is performed from a control valve side of a main orifice.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a case where fluid polishing is performed from the control chamber side of the main orifice.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a main part of an injector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the effect of the present invention, and is a diagram showing a transition of the control chamber pressure in one injection stroke.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the opening angle of the orifice outlet and the injection amount cycle variation.
[Explanation of symbols]
1 Injector
10 Three-way valve (control valve)
11 Valve
12 Sliding part
13 Small diameter part
14 Housing
15 High-pressure passage
16 Low pressure passage
22 Low pressure seat
23 High pressure sheet
3 Nozzle needle
32 oil sump chamber
34 injection hole
4 control room
51 Main orifice
52 orifice passage
53 recess
61 Piezo Stack
62 piezo piston
63 Displacement expansion chamber
64 valve piston
101 Nozzle part
102 Back pressure control unit
103 Piezo drive
