JP2004278358A - Fuel injection valve - Google Patents

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JP2004278358A JP2003068409A JP2003068409A JP2004278358A JP 2004278358 A JP2004278358 A JP 2004278358A JP 2003068409 A JP2003068409 A JP 2003068409A JP 2003068409 A JP2003068409 A JP 2003068409A JP 2004278358 A JP2004278358 A JP 2004278358A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a stable action of a check valve to fill fuel into a displacement enlarging chamber, and to lessen a fluctuation between cycles by stabilizing a fuel filling state into the displacement enlarging chamber, in a fuel injection valve equipped with the displacement enlarging mechanism. <P>SOLUTION: Pressure in a control chamber 4 is increased or decreased by opening or closing an interval between the control chamber 4 and a return passage 11 for applying the pressure in the valve closing direction to a nozzle needle 3 with a valve 2. A piezo-drive part 103 to drive the valve 2 enlarges and transmits an expansion and contraction of a piezo-actuator 51 by means of a greater diameter piston 52, a small diameter piston 54, and displacement enlarging chamber 53. The check valve 6 to fill fuel into the displacement chamber 53 is provided in the greater diameter piston 52. An upstream fluid chamber 71 and the return passage 11 are connected to communicate with each other via a throttle 72 not so as to be affected by the influence of the pressure fluctuation of the return passage 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾアクチュエータを用いた内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等に高圧燃料を噴射する燃料噴射弁は、アクチュエータによってノズルニードルを駆動することにより高圧燃料通路に連通する噴孔を開閉する構成となっている。かかる燃料噴射弁として、近年、応答性の良好なピエゾアクチュエータを駆動源とするものが提案されている(例えば、特許文献1等)。この燃料噴射弁は、ピエゾアクチュエータの変位を油圧てこを利用した変位拡大機構によって拡大し、バルブを動作させることにより噴射を制御している。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−41125号公報
【0004】
変位拡大機構は、ピエゾアクチュエータの伸縮によって駆動される大径ピストンと、バルブを動作させる小径ピストンの間に、作動油としての燃料を充填した変位拡大室を設けてなる。変位拡大室の圧力が増減して、その圧力を受けた小径ピストンが摺動すると、これに伴いバルブ位置が切換えられ、燃料噴射がなされる。すなわち、ピエゾアクチュエータが伸長して変位拡大室の圧力が上昇し、所定の圧力に達すると、小径ピストンがバルブを押し下げる。バルブが離座してリターン通路が開放されると、ノズルニードルに油圧を作用させる制御室の圧力が低下して、ノズルニードルが開弁する。一方、ピエゾアクチュエータが収縮して変位拡大室の圧力が低下すると、バルブが着座してリターン通路を閉鎖する。これに伴い、制御室の圧力が再び上昇してノズルニードルが閉弁する。
【0005】
また、変位拡大機構では、ピエゾアクチュエータが伸長して変位拡大室の圧力を上昇させると、変位拡大室の燃料が大径ピストン、小径ピストンの摺動部クリアランスからリークする。このリーク燃料を補填するため、特許文献1では、変位拡大室に開口する通路を設けてチェック弁を設置しており、噴射終了時にチェック弁を介して流入する燃料により変位拡大室の圧力を維持している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピエゾアクチュエータの伸長時、小径ピストンが動き出すと同時に、バルブが離座し、リターン通路へ高圧燃料がスピルされるために、スピル燃料によりリターン通路の圧力が脈動する。この時、上記従来構造では、チェック弁を設けた通路の他端側がリターン通路に連通しているため、リターン通路の圧力脈動の影響を受けて、チェック弁作動が不安定になりやすい。その結果、変位拡大室への燃料充填状態が毎回変化し、噴射量特性のサイクル間変動が大きなものになってしまう懸念があった。
【0007】
本発明の目的は、変位拡大機構を備える燃料噴射弁において、変位拡大室へ燃料を補填するチェック弁の安定化した作動を実現すること、そして、変位拡大室への燃料充填状態を安定させて、サイクル間変動を小さくし、安定した噴射量特性を有する制御性の高い燃料噴射弁を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の燃料噴射弁は、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、該制御室とリターン通路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減する制御弁と、該制御弁を駆動する駆動部を備え、上記駆動部が、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って摺動する大径ピストンと、上記制御弁に当接してこれと一体に摺動する小径ピストンの間に、作動流体が充填される変位拡大室を有している。燃料噴射弁には、上記変位拡大室と上記リターン通路の間に位置し、上記変位拡大室方向へのみ制御流体を流入させて上記変位拡大室に制御流体を補填するチェック弁が設けてあり、該チェック弁の上流に設けた流体室と上記リターン通路とを絞りを介して連通させてある。
【0009】
従来の構成では、噴射終了時に高圧のスピル燃料がリターン通路へ噴出するために、リターン通路の圧力が脈動し、その影響でチェック弁の作動が不安定となる問題があった。これに対し、本発明の構成では、チェック弁の上流に絞りを設けたので、リターン通路の圧力脈動が直接、チェック弁に作用するのを防止できる。また、チェック弁と絞りとの間に、所定容量の流体室が形成されるので、安定した圧力でチェック弁を動作させることが可能となる。従って、燃料充填状態が安定し、サイクル間変動を小さくして、制御性に優れた燃料噴射弁を実現できる。
【0010】
請求項2の構成では、上記大径ピストンを中空としてその内部に上記チェック弁を収容する。
【0011】
好適には、上記チェック弁を、上記大径ピストン内に設置することで、装置を大型化することなく上記効果が得られる。
【0012】
請求項3の構成では、上記大径ピストンを中空としてその内部に上記チェック弁および上記流体室を収容している。
【0013】
好適には、上記チェック弁および上記流体室を、上記大径ピストン内に設置することで、装置をより小型にできる。
【0014】
請求項4の構成では、上記絞りが、上記大径ピストンに設けられ上記流体室と上記大径ピストン外周の低圧部を連通する通孔からなる。
【0015】
具体的には、上記大径ピストン外周に上記リターン通路へ連通する空間を設け、上記大径ピストンの側壁に、該空間と上記流体室とを連通させる通孔を貫設し、上記絞りとすることができ、上記効果が容易に得られる。
【0016】
請求項5の構成では、上記絞りが、上記大径ピストンが摺動するシリンダと上記大径ピストン外周面との間に形成される摺動部クリアランスからなり、上記大径ピストンに上記流体室と上記絞りとを連通させる通路を設ける。
【0017】
あるいは、上記大径ピストン外周の摺動部クリアランスを、上記絞りとすることもでき、この摺動部クリアランスと上記流体室を上記通路を介して連通させることで、同様の効果が得られる。
【0018】
請求項6の構成では、上記大径ピストンに、一端が上記流体室に開口し他端が上記大径ピストンの外周面に開口するとともに上記大径ピストンが上端位置にある時に該大径ピストン外周の低圧部に連通して上記絞りとなる通路を設ける。
【0019】
あるいは、上記大径ピストンが上端位置となった時に、上記絞りとなるように上記通路を形成することもでき、同様の効果が得られる。
【0020】
【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は本発明の燃料噴射弁1の全体構成図で、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に適用される。燃料噴射弁1は、ディーゼルエンジンの各気筒に対応して設けられ、共通のコモンレール (図略)から燃料の供給を受けるようになっている。コモンレールには燃料タンク (図略)の燃料が高圧サプライポンプ (図略)により圧送されて噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
【0021】
燃料噴射弁1は、ノズルニードル3を有するノズル部101(下端部)が、図略の燃焼室内に突出するように取り付けられる。燃料噴射弁1の中間部は制御弁としてのバルブ2を有する背圧制御部102、上端部はピエゾ駆動部103を構成している。燃料噴射弁1はハウジング13を有し、ハウジング13内には上記各部101〜103を構成する各部品が収納されるとともに、燃料タンクに連通するリターン通路11、コモンレールに連通するインレットに接続される高圧通路12等の通路が形成される。
【0022】
ノズル部101は、ハウジング13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12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。
【0023】
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。
【0024】
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は、メインオリフィス41を介して背圧制御部102のバルブ室21と常時連通するとともに、サブオリフィス42を介して高圧通路15と常時連通しており、これらメインオリフィス51、サブオリフィス42から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。
【0025】
背圧制御部102は、3方弁構造のバルブ2が、バルブ室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はバルブ室21の天井面と底面の対向位置に設けられ、低圧シート22はスピル室14を介してリターン通路11に連通している。高圧シート23は通路15を介して高圧通路12と連通している。
【0026】
なお、サブオリフィス42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。
【0027】
バルブ2は圧力バランス型構造で、バルブ室21内に収容される大径の弁部2aと、高圧シート23の下方に形成されるシリンダ内を摺動する摺動部2bを有している。弁部2aと摺動部2bを連結する細径部の外周には、環状空間が形成されており、ここに高圧通路12に連通する通路15が開口している。バルブ2が上端位置にある時には、弁部2aの頂面が、バルブ室21天井面の低圧シート22に着座し、バルブ室21とスピル室14との間を遮断する。バルブ2が下端位置にある時には、弁部2aの下部テーパ面が、バルブ室21底面の高圧シート22に着座し、バルブ室21と通路15との間を遮断する。
【0028】
バルブ2はピエゾ駆動部103により押圧駆動されることで、作動状態が切り換わるようになっており、これに伴いバルブ室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。ここで、低圧シート22の径と、高圧シート23の径と、摺動部2bの径は略同径となっており、バルブ2が低圧シート22に着座した状態において、バルブ室21内の高圧燃料が弁部2aを上向きに付勢する力と摺動部2bを下向きに付勢する力とがほぼ釣り合うようにしてある。これにより、燃料噴射時に弁部2aを押し下げて低圧シート22から離座させるために必要な駆動力を小さくできる。好ましくは、低圧シート22の径と高圧シート23の径を、摺動部2bの径より僅かに大きくすると、バルブ2の意図しない開弁を防止し、または噴射を速やかに終了させることができる。
【0029】
バルブ2の摺動部2b下方には、スプリング25が収容されてバルブ2を上方に付勢している。なお、スプリング25が収容される空間は、連通路24を介してスピル室14に連通しており、該空間が密室となってダンパ力が生じないようになっている。このようにするとバルブ2の下方への移動が抑制されず、噴射開始時に弁部2aを低圧シート22から速やかに離座させることができる。
【0030】
ピエゾ駆動部103は、バルブ室21の上方に配設したシリンダ形成部材8内に、上側から順にピエゾアクチュエータ51、大径ピストン52、小径ピストン54を同軸に配設してなる。大径ピストン52と小径ピストン54は、シリンダ形成部材8に設けたシリンダ内に摺動自在に保持される。大径ピストン52と小径ピストン54の間の空間には、燃料が充填されて変位拡大室53を形成している。
【0031】
ピエゾアクチュエータ51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、図示しない駆動装置により充放電されるようになっている。ピエゾアクチュエータ51には、大径ピストン52の上端部外周に設けられたピエゾスプリング55により一定の初期荷重が印加される。これにより、大径ピストン52はピエゾアクチュエータ51の伸縮に伴い、一体に上下動する。小径ピストン54は、ピン状の下端部が背圧制御部102の低圧シート22付近へ延び、バルブ室21内のバルブ2頂面に当接している。小径ピストン54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小径ピストン54が下方に付勢されている。
【0032】
従って、ピエゾアクチュエータ51が伸長して大径ピストン52を押圧すると、その押圧力が変位拡大室53の燃料を介して小径ピストン54に伝えられる。この時、小径ピストン54は、大径ピストン52よりも小径としてあるので、ピエゾアクチュエータ51の伸長量が拡大されて小径ピストン54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52、54と変位拡大室53とは、油圧式変位拡大機構として機能する。
【0033】
次に、本発明の特徴部分について説明する。油圧式変位拡大機構の作動に伴い、変位拡大室53の燃料の一部が大径ピストン52、小径ピストン54の摺動部クリアランスからリークする。そのため、これを補填する機構を設けることが行われており、本実施形態では、大径ピストン52を中空として、その内部に、変位拡大室53方向へのみ燃料を流入させるチェック弁6を収容する。大径ピストン52内に形成される中空部は段付形状で、チェック弁6は、大径の下室63内に配設されたプレート状の弁体61と、該弁体61を上方に付勢して段付部に当接させるスプリング62を有している。下室63は通路64により変位拡大室53と連通している。小径の上室は流体室71となり、所定の開口面積とした絞り72を介して大径ピストン52の外周に形成される、低圧部としての空間56に連通している。絞り72は、一端が流体室71の上部内側壁に開口し他端が大径ピストン52の外周面に開口する通孔からなり、空間56は通路57にてリターン通路11に連通している。従って、変位拡大室53の圧力が低下するとチェック弁6が開弁して、リターン通路11の燃料が通路57、絞り72、流体室71を経て流入し、燃料が補充される。
【0034】
上記構成の燃料噴射弁1の作動を説明する。ピエゾアクチュエータ51が放電状態で縮小している状態(図示の状態)では、低圧シート22径≧摺動部2b径であるために、インレットより高圧通路12に供給される高圧燃料の圧力で、バルブ2は低圧シート22に着座している。この状態から、図略の駆動装置のスイッチをONとし、ピエゾアクチュエータ51に電圧を加えると、ピエゾアクチュエータ51が伸長して大径ピストン52を押し下げ、変位拡大室53の圧力が上昇する。この圧力は小径ピストン54に下向きに作用する。そして、変位拡大室53の圧力が、バルブ2の作動開始圧力〔(小径ピストン54の下向き力)>(バルブ2の上向き力)となる圧力〕に達すると、小径ピストン54がバルブ2を押し下げて、バルブ2の弁部2a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23に着座する。低圧シート22が開放されると、制御室4内の燃料がメインオリフィス41、バルブ室21およびスピル室14を経てリターン通路11に流出するために、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力を下回ると、ノズルニードル3が離座して燃料噴射が開始される。
【0035】
次に、ピエゾアクチュエータ51を放電させると、ピエゾアクチュエータ51が収縮して大径ピストン52が上方へ移動し、変位拡大室53の圧力が降下してバルブ2の押し下げ力が解除される。これにより、高圧通路12に連通する高圧シート23が開放され、制御室4に、通路15、バルブ室21およびメインオリフィス41を介して流入する高圧燃料と、サブオリフィス42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、ニードル3が着座して噴射が終了する。
【0036】
ところで、噴射開始時には、低圧シート22が開放されて、バルブ室21と制御室4内の高圧燃料がスピル室14に噴出し、このスピル燃料によりリターン通路11の圧力が脈動する。一方、噴射中は、変位拡大室の圧力が約10MPa程度まで上昇するので、変位拡大室53の燃料が大径ピストン52、小径ピストン54の摺動部クリアランスからリークする。そのため、噴射終了時に、ピエゾアクチュエータ51が収縮すると変位拡大室53の圧力が低下し、チェック弁6の弁体61が開弁して変位拡大室53に燃料を補填する。
【0037】
この時、従来の構成では、高圧スピル燃料に起因するリターン通路11の圧力脈動の影響で、チェック弁6の作動が不安定となる問題があったが、本実施の形態では、チェック弁6の上流に絞り72を設けたので、リターン通路11の圧力脈動が直接、チェック弁6に作用するのを防止できる。また、チェック弁6と絞り72との間に、所定容量の流体室71が形成されているので、安定した圧力でチェック弁6を動作させることができる。よって、燃料充填状態が安定し、サイクル間変動を小さくできるので、噴射制御性が大幅に向上する。また、チェック弁6と所定容量の流体室71を、大径ピストン52内に収容しているので、装置が大型化することがない。
【0038】
図2に、本発明の第2の実施形態を示す。上記第1の実施形態では、大径ピストン52の側壁に絞り72を貫設して、チェック弁6の上流に設けた流体室71と、大径ピストン52外周の空間56を連通させる構成としたが、図2に示すように、大径ピストン52の摺動部と、シリンダ形成部材8に設けたシリンダとの間の摺動部クリアランス73を絞りとして用いることもできる。大径ピストン52は、下半部を中空としてチェック弁6を収容し、その上流の流体室71の上部内側壁に一端が開口し他端が摺動部クリアランス73に開口する通路74が形成される。その他の基本構成は上記第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
【0039】
上記構成によっても、チェック弁6の上流に、所定容量の流体室71を設けて絞りとなる摺動部クリアランス73を介して、リターン通路11と連通させたので、圧力脈動の影響を受けることなく、チェック弁6を安定して作動させる同様の効果が得られる。
【0040】
なお、摺動部クリアランス73は、大径ピストン52外径およびシリンダ内径を一定径として、開口面積が軸方向で一定となるようにしても、大径ピストン52外径またはシリンダ内径を一定とせず、摺動部クリアランス73の軸方向の開口面積が変化するように、例えば、変位拡大室53側の摺動部クリアランス73よりも、空間56側すなわちリターン通路11側の摺動部クリアランス73の方が大きくなるように設定してもよい。
【0041】
図3に、本発明の第3の実施形態を示す。本実施形態では、大径ピストン52の下半部を中空としてチェック弁6を収容し、その上流の流体室71の上部内側壁から側方へ延びる通路74を形成する。通路74は、大径ピストン52が上端位置にある図示の状態において、大径ピストン52外周の空間56と、所定の開口面積で連通する絞り75を形成するように構成される。その他の基本構成は上記第1の実施の形態と同様であり、説明を省略する。
【0042】
上記構成によっても、チェック弁6の上流に、所定容量の流体室71を設けるとともに、噴射終了時に絞り75を介してリターン通路11と連通させることにより、圧力脈動の影響を受けることなく、チェック弁6を安定して作動させる同様の効果が得られる。
【0043】
上記各実施の形態では、バルブ2を3方弁構造としたが、2方弁を用いてノズルニードル3を開閉する構成とすることもできる。また、上記各実施の形態では、メインオリフィス51とサブオリフィス42の両方を設けているが、サブオリフィス42を設けない構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における燃料噴射弁の全体断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態における燃料噴射弁の全体断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態における燃料噴射弁の全体断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁
11 リターン通路
12 高圧通路
13 ハウジング
14 スピル室
2 バルブ
2a 弁部
2b 摺動部
21 バルブ室
22 低圧シート
23 高圧シート
26 スピル室
3 ノズルニードル
34 噴孔
4 制御室
41 メインオリフィス
42 サブオリフィス
51 ピエゾアクチュエータ
52 大径ピストン
53 変位拡大室
54 小径ピストン
56 空間(低圧部)
6 チェック弁
61 弁体
62 スプリング
71 流体室
72 絞り
73 摺動部クリアランス(絞り)
74 通路
75 絞り
8 シリンダ形成部材
101 ノズル部
102 背圧制御部
103 ピエゾ駆動部(駆動部)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine using a piezo actuator.
[0002]
[Prior art]
A fuel injection valve that injects high-pressure fuel into a diesel engine or the like is configured to open and close an injection hole that communicates with a high-pressure fuel passage by driving a nozzle needle with an actuator. In recent years, as such a fuel injection valve, a fuel injection valve using a piezo actuator having good responsiveness as a driving source has been proposed (for example, Patent Document 1). In this fuel injection valve, the displacement of the piezo actuator is enlarged by a displacement enlargement mechanism using a hydraulic lever, and the injection is controlled by operating the valve.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-41125
The displacement enlargement mechanism is provided with a displacement enlargement chamber filled with fuel as hydraulic oil between a large diameter piston driven by expansion and contraction of a piezo actuator and a small diameter piston for operating a valve. When the pressure in the displacement expansion chamber increases or decreases and the small-diameter piston that has received the pressure slides, the valve position is switched accordingly, and fuel injection is performed. That is, when the piezo actuator expands and the pressure in the displacement expansion chamber rises and reaches a predetermined pressure, the small-diameter piston pushes down the valve. When the valve is unseated and the return passage is opened, the pressure in the control chamber that applies hydraulic pressure to the nozzle needle decreases, and the nozzle needle opens. On the other hand, when the piezoelectric actuator contracts and the pressure in the displacement expansion chamber decreases, the valve is seated and the return passage is closed. Accordingly, the pressure in the control chamber increases again, and the nozzle needle closes.
[0005]
Further, in the displacement magnifying mechanism, when the piezo actuator expands to increase the pressure in the displacement magnifying chamber, the fuel in the displacement magnifying chamber leaks from the clearance between the large-diameter piston and the small-diameter piston. In order to compensate for this leaked fuel, in Patent Document 1, a check valve is provided by providing a passage opening to the displacement expansion chamber, and the pressure of the displacement expansion chamber is maintained by fuel flowing through the check valve at the end of injection. are doing.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the piezo actuator is extended, the small diameter piston starts to move, and at the same time, the valve is unseated, and the high pressure fuel is spilled to the return passage. Therefore, the pressure in the return passage is pulsated by the spill fuel. At this time, in the conventional structure, the other end of the passage provided with the check valve communicates with the return passage, so that the check valve operation is likely to be unstable due to the influence of the pressure pulsation in the return passage. As a result, there is a concern that the state of fuel filling to the displacement expansion chamber changes every time, and the inter-cycle fluctuation of the injection amount characteristic becomes large.
[0007]
An object of the present invention is to realize a stable operation of a check valve for replenishing fuel to a displacement expansion chamber in a fuel injection valve having a displacement expansion mechanism, and to stabilize a state of fuel filling to a displacement expansion chamber. Another object of the present invention is to obtain a highly controllable fuel injection valve having a stable injection amount characteristic with a small variation between cycles.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The fuel injection valve according to claim 1, wherein a control chamber for applying a pressure in a valve closing direction to the nozzle needle, a control valve for increasing and decreasing the pressure in the control chamber by opening and closing between the control chamber and a return passage; A drive unit for driving the control valve, wherein the drive unit slides between a large-diameter piston that slides along with expansion and contraction of a piezo actuator and a small-diameter piston that abuts on the control valve and slides integrally therewith, It has a displacement expansion chamber filled with a working fluid. The fuel injection valve is provided between the displacement expansion chamber and the return passage, and a check valve is provided to allow the control fluid to flow only in the direction of the displacement expansion chamber to compensate the control fluid in the displacement expansion chamber. A fluid chamber provided upstream of the check valve communicates with the return passage via a throttle.
[0009]
In the conventional configuration, since the high-pressure spill fuel is ejected into the return passage at the end of the injection, the pressure in the return passage pulsates, and the operation of the check valve becomes unstable due to the influence. On the other hand, in the configuration of the present invention, since the throttle is provided upstream of the check valve, it is possible to prevent pressure pulsation in the return passage from directly acting on the check valve. Further, since a fluid chamber having a predetermined capacity is formed between the check valve and the throttle, the check valve can be operated at a stable pressure. Therefore, the fuel filling state is stabilized, the fluctuation between cycles is reduced, and a fuel injection valve excellent in controllability can be realized.
[0010]
In the configuration of the second aspect, the large-diameter piston is hollow and the check valve is housed therein.
[0011]
Preferably, by installing the check valve in the large-diameter piston, the above-described effect can be obtained without increasing the size of the device.
[0012]
In the configuration of the third aspect, the large-diameter piston is hollow, and the check valve and the fluid chamber are accommodated therein.
[0013]
Preferably, by installing the check valve and the fluid chamber in the large-diameter piston, the device can be made smaller.
[0014]
In the configuration of the fourth aspect, the throttle includes a through-hole provided in the large-diameter piston and communicating the fluid chamber with a low-pressure portion on the outer periphery of the large-diameter piston.
[0015]
Specifically, a space that communicates with the return passage is provided on the outer periphery of the large-diameter piston, and a through-hole that communicates the space with the fluid chamber is formed in a side wall of the large-diameter piston to serve as the throttle. The above effects can be easily obtained.
[0016]
In the configuration of claim 5, the throttle comprises a sliding portion clearance formed between a cylinder on which the large-diameter piston slides and an outer peripheral surface of the large-diameter piston. A passage is provided for communication with the throttle.
[0017]
Alternatively, the clearance of the sliding portion on the outer periphery of the large-diameter piston may be the throttle, and the same effect can be obtained by communicating the clearance of the sliding portion with the fluid chamber via the passage.
[0018]
In the configuration of claim 6, one end of the large-diameter piston is opened to the fluid chamber, and the other end is opened to the outer peripheral surface of the large-diameter piston. And a passage serving as the above-described throttle is provided in communication with the low-pressure section.
[0019]
Alternatively, when the large-diameter piston is at the upper end position, the passage can be formed so as to be the throttle, and the same effect can be obtained.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel injection valve 1 of the present invention, which is applied to, for example, a common rail fuel injection device of a diesel engine. The fuel injection valve 1 is provided corresponding to each cylinder of the diesel engine, and receives fuel supply from a common common rail (not shown). The fuel in the fuel tank (not shown) is fed to the common rail by a high-pressure supply pump (not shown) and stored at a predetermined high pressure corresponding to the injection pressure.
[0021]
The fuel injection valve 1 is mounted such that a nozzle portion 101 (lower end portion) having a nozzle needle 3 projects into a combustion chamber (not shown). The middle part of the fuel injection valve 1 constitutes a back pressure control part 102 having a valve 2 as a control valve, and the upper end part constitutes a piezo drive part 103. The fuel injection valve 1 has a housing 13, in which the components constituting the above-described parts 101 to 103 are housed, and are connected to a return passage 11 communicating with a fuel tank and an inlet communicating with a common rail. A passage such as the high-pressure passage 12 is formed.
[0022]
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 13. 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 12. 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.
[0023]
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.
[0024]
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 control chamber 4 is always in communication with the valve chamber 21 of the back pressure control unit 102 through the main orifice 41, and is always in communication with the high-pressure passage 15 through the sub-orifice 42. The main orifice 51 and the sub-orifice 42 Fuel as a control fluid introduced from the nozzle generates 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.
[0025]
The back pressure control unit 102 allows the valve 2 having a three-way valve structure 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. Has become. The low-pressure seat 22 and the high-pressure seat 23 are provided at positions facing the ceiling surface and the bottom surface of the valve chamber 21, and the low-pressure seat 22 communicates with the return passage 11 via the spill chamber 14. The high pressure sheet 23 communicates with the high pressure passage 12 via the passage 15.
[0026]
The sub-orifice 42 moderates the pressure drop in the control chamber 4 at the start of injection and slowly opens the nozzle needle 3. Has the function of closing the valve quickly.
[0027]
The valve 2 has a pressure-balanced structure, and has a large-diameter valve portion 2 a housed in a valve chamber 21 and a sliding portion 2 b that slides in a cylinder formed below a high-pressure seat 23. An annular space is formed on the outer periphery of the small diameter portion connecting the valve portion 2a and the sliding portion 2b, and a passage 15 communicating with the high-pressure passage 12 is opened here. When the valve 2 is at the upper end position, the top surface of the valve portion 2 a sits on the low-pressure seat 22 on the ceiling surface of the valve chamber 21, and shuts off between the valve chamber 21 and the spill chamber 14. When the valve 2 is at the lower end position, the lower tapered surface of the valve portion 2 a is seated on the high-pressure seat 22 on the bottom surface of the valve chamber 21, and shuts off between the valve chamber 21 and the passage 15.
[0028]
When the valve 2 is pressed and driven by the piezo drive unit 103, the operating state is switched. Accordingly, the pressure of the control chamber 4 communicating with the valve chamber 21, that is, the back pressure of the nozzle needle 3 increases and decreases. I do. Here, the diameter of the low-pressure seat 22, the diameter of the high-pressure seat 23, and the diameter of the sliding portion 2 b are substantially the same, and when the valve 2 is seated on the low-pressure seat 22, the high-pressure The force by which fuel urges the valve portion 2a upward and the force by which the sliding portion 2b urges downward are substantially balanced. Thus, the driving force required to push down the valve portion 2a and separate from the low-pressure seat 22 during fuel injection can be reduced. Preferably, if 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 2b, unintended opening of the valve 2 can be prevented, or injection can be quickly terminated.
[0029]
A spring 25 is accommodated below the sliding portion 2b of the valve 2 to urge the valve 2 upward. The space in which the spring 25 is housed communicates with the spill chamber 14 via the communication passage 24, and the space is closed so that no damper force is generated. In this way, downward movement of the valve 2 is not suppressed, and the valve portion 2a can be quickly separated from the low-pressure seat 22 at the start of injection.
[0030]
The piezo drive unit 103 includes a piezo actuator 51, a large-diameter piston 52, and a small-diameter piston 54 arranged coaxially in the cylinder forming member 8 disposed above the valve chamber 21 in this order from the upper side. The large-diameter piston 52 and the small-diameter piston 54 are slidably held in a cylinder provided on the cylinder forming member 8. The space between the large-diameter piston 52 and the small-diameter piston 54 is filled with fuel to form a displacement expansion chamber 53.
[0031]
The piezo actuator 51 is a general one having a capacitor structure in which piezoelectric ceramic layers such as PZT 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 driving device (not shown). It has become. A constant initial load is applied to the piezo actuator 51 by a piezo spring 55 provided on the outer periphery of the upper end of the large-diameter piston 52. Thus, the large-diameter piston 52 moves up and down integrally with the expansion and contraction of the piezo actuator 51. The small-diameter piston 54 has a pin-shaped lower end extending to the vicinity of the low-pressure seat 22 of the back pressure control unit 102 and abutting on the top surface of the valve 2 in the valve chamber 21. A flange is formed on the outer periphery of the intermediate portion of the small diameter piston 54, and the small diameter piston 54 is urged downward by a spring supported on the flange.
[0032]
Therefore, when the piezo actuator 51 expands and presses the large-diameter piston 52, the pressing force is transmitted to the small-diameter piston 54 via the fuel in the displacement expansion chamber 53. At this time, since the small-diameter piston 54 has a smaller diameter than the large-diameter piston 52, the amount of extension of the piezo actuator 51 is expanded and converted into the vertical displacement of the small-diameter piston 54. Thus, the two large and small pistons 52 and 54 and the displacement enlargement chamber 53 function as a hydraulic displacement enlargement mechanism.
[0033]
Next, features of the present invention will be described. With the operation of the hydraulic displacement enlargement mechanism, a part of the fuel in the displacement enlargement chamber 53 leaks from the clearance between the sliding portions of the large-diameter piston 52 and the small-diameter piston 54. Therefore, a mechanism for compensating for this is provided. In the present embodiment, the large-diameter piston 52 is hollow, and the check valve 6 that allows fuel to flow only in the direction of the displacement expansion chamber 53 is accommodated therein. . The hollow portion formed in the large-diameter piston 52 has a stepped shape, and the check valve 6 includes a plate-shaped valve body 61 disposed in a large-diameter lower chamber 63 and the valve body 61 attached upward. There is a spring 62 that is urged to abut the stepped portion. The lower chamber 63 communicates with the displacement expansion chamber 53 through a passage 64. The small-diameter upper chamber becomes a fluid chamber 71 and communicates with a space 56 as a low-pressure portion formed on the outer periphery of the large-diameter piston 52 through a throttle 72 having a predetermined opening area. The throttle 72 has a through hole having one end opened to the upper inner wall of the fluid chamber 71 and the other end opened to the outer peripheral surface of the large-diameter piston 52, and the space 56 communicates with the return passage 11 through the passage 57. Therefore, when the pressure in the displacement expansion chamber 53 decreases, the check valve 6 opens, and the fuel in the return passage 11 flows through the passage 57, the throttle 72, and the fluid chamber 71, and is replenished with fuel.
[0034]
The operation of the fuel injection valve 1 having the above configuration will be described. In a state where the piezo actuator 51 is contracted in the discharge state (the state shown in the figure), since the diameter of the low-pressure seat 22 ≧ the diameter of the sliding portion 2b, the valve is driven by the pressure of the high-pressure fuel supplied from the inlet to the high-pressure passage 12. 2 is seated on the low-pressure seat 22. In this state, when a switch of a driving device (not shown) is turned on and a voltage is applied to the piezo actuator 51, the piezo actuator 51 expands and pushes down the large-diameter piston 52, and the pressure in the displacement expansion chamber 53 increases. This pressure acts on the small diameter piston 54 downward. Then, when the pressure in the displacement expansion chamber 53 reaches the pressure at which the valve 2 starts to operate [(the downward force of the small-diameter piston 54)> (the pressure at which the upward force of the valve 2)], the small-diameter piston 54 pushes the valve 2 down. Then, the valve portion 2a of the valve 2 is separated from the low-pressure seat 22 and further displaced downward to be seated on the high-pressure seat 23. When the low-pressure seat 22 is opened, the fuel in the control chamber 4 flows into the return passage 11 through the main orifice 41, the valve chamber 21, and the spill chamber 14, so that the pressure in the control chamber 4 decreases. When the downward urging force of the nozzle needle 3 becomes lower than the upward urging force, the nozzle needle 3 is unseated and fuel injection is started.
[0035]
Next, when the piezo actuator 51 is discharged, the piezo actuator 51 contracts, the large-diameter piston 52 moves upward, the pressure in the displacement expansion chamber 53 drops, and the pushing force of the valve 2 is released. Thereby, the high-pressure seat 23 communicating with the high-pressure passage 12 is opened, and the high-pressure fuel flowing into the control chamber 4 through the passage 15, the valve chamber 21 and the main orifice 41 and the high-pressure fuel flowing through the sub-orifice 42. As a result, the pressure in the control chamber 4 increases again. Then, the needle 3 is seated and the injection ends.
[0036]
By the way, at the start of the injection, the low-pressure seat 22 is opened, and the high-pressure fuel in the valve chamber 21 and the control chamber 4 is jetted into the spill chamber 14, and the pressure in the return passage 11 pulsates due to the spill fuel. On the other hand, during the injection, the pressure in the displacement expansion chamber rises to about 10 MPa, so that the fuel in the displacement expansion chamber 53 leaks from the clearance between the sliding portions of the large-diameter piston 52 and the small-diameter piston 54. Therefore, when the piezo actuator 51 contracts at the end of the injection, the pressure in the displacement expansion chamber 53 decreases, and the valve element 61 of the check valve 6 opens to replenish the fuel in the displacement expansion chamber 53.
[0037]
At this time, in the conventional configuration, there is a problem that the operation of the check valve 6 becomes unstable due to the influence of the pressure pulsation of the return passage 11 caused by the high-pressure spill fuel. Since the throttle 72 is provided upstream, it is possible to prevent the pressure pulsation of the return passage 11 from directly acting on the check valve 6. Further, since the fluid chamber 71 having a predetermined capacity is formed between the check valve 6 and the throttle 72, the check valve 6 can be operated at a stable pressure. Therefore, the fuel filling state is stabilized and the fluctuation between cycles can be reduced, so that the injection controllability is greatly improved. Further, since the check valve 6 and the fluid chamber 71 having a predetermined capacity are accommodated in the large-diameter piston 52, the size of the apparatus does not increase.
[0038]
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the throttle 72 is provided in the side wall of the large-diameter piston 52 so that the fluid chamber 71 provided upstream of the check valve 6 communicates with the space 56 on the outer periphery of the large-diameter piston 52. However, as shown in FIG. 2, a sliding portion clearance 73 between the sliding portion of the large-diameter piston 52 and the cylinder provided on the cylinder forming member 8 can be used as a throttle. The large-diameter piston 52 has a hollow lower half and accommodates the check valve 6, and a passage 74 is formed in the upper inner wall of the fluid chamber 71 upstream of which one end is opened and the other end is opened in the sliding portion clearance 73. You. The other basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
[0039]
According to the above configuration, a fluid chamber 71 having a predetermined capacity is provided upstream of the check valve 6 and communicates with the return passage 11 through the sliding portion clearance 73 serving as a throttle, so that the fluid chamber 71 is not affected by pressure pulsation. The same effect of stably operating the check valve 6 can be obtained.
[0040]
Note that the sliding portion clearance 73 does not make the outer diameter of the large-diameter piston 52 or the inner diameter of the cylinder constant, even if the outer diameter of the large-diameter piston 52 and the inner diameter of the cylinder are constant and the opening area is constant in the axial direction. For example, the sliding portion clearance 73 on the space 56 side, that is, the return passage 11 side, is larger than the sliding portion clearance 73 on the displacement expansion chamber 53 side so that the axial opening area of the sliding portion clearance 73 changes. May be set to be large.
[0041]
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the check valve 6 is housed with the lower half of the large-diameter piston 52 hollow, and a passage 74 extending laterally from the upper inner wall of the fluid chamber 71 upstream thereof is formed. The passage 74 is configured to form a throttle 75 communicating with the space 56 on the outer periphery of the large-diameter piston 52 with a predetermined opening area in the illustrated state where the large-diameter piston 52 is at the upper end position. The other basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the description is omitted.
[0042]
According to the above configuration, a fluid chamber 71 having a predetermined capacity is provided upstream of the check valve 6 and communicates with the return passage 11 via the throttle 75 at the end of the injection so that the check valve is not affected by the pressure pulsation. 6 can be operated stably.
[0043]
In each of the above embodiments, the valve 2 has a three-way valve structure, but a configuration in which the nozzle needle 3 is opened and closed using a two-way valve may be used. Further, in each of the above embodiments, both the main orifice 51 and the sub orifice 42 are provided, but a configuration in which the sub orifice 42 is not provided may be adopted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view of a fuel injection valve according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an overall sectional view of a fuel injection valve according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an overall sectional view of a fuel injection valve according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 fuel injection valve 11 return passage 12 high-pressure passage 13 housing 14 spill chamber 2 valve 2a valve portion 2b sliding portion 21 valve chamber 22 low-pressure seat 23 high-pressure seat 26 spill chamber 3 nozzle needle 34 injection hole 4 control chamber 41 main orifice 42 sub Orifice 51 Piezo actuator 52 Large diameter piston 53 Displacement expansion chamber 54 Small diameter piston 56 Space (low pressure part)
6 Check valve 61 Valve element 62 Spring 71 Fluid chamber 72 Restrictor 73 Sliding part clearance (restrictor)
74 passage 75 throttle 8 cylinder forming member 101 nozzle section 102 back pressure control section 103 piezo drive section (drive section)

Claims (6)

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、該制御室とリターン通路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減する制御弁と、該制御弁を駆動する駆動部を備え、上記駆動部が、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って摺動する大径ピストンと、上記制御弁に当接してこれと一体に摺動する小径ピストンの間に、作動流体が充填される変位拡大室を有している燃料噴射弁であって、上記変位拡大室と上記リターン通路の間に位置し、上記変位拡大室方向へのみ制御流体を流入させて上記変位拡大室に制御流体を補填するチェック弁を設けるとともに、該チェック弁の上流に設けた流体室と上記リターン通路とを絞りを介して連通させたことを特徴とする燃料噴射弁。A control chamber for applying pressure in the valve closing direction to the nozzle needle, a control valve for increasing and decreasing the pressure in the control chamber by opening and closing between the control chamber and the return passage, and a drive unit for driving the control valve A displacement expansion chamber in which a working fluid is filled between a large-diameter piston that slides in accordance with expansion and contraction of a piezo actuator and a small-diameter piston that abuts on the control valve and slides integrally therewith. A fuel injection valve having a check positioned between the displacement expansion chamber and the return passage, for allowing control fluid to flow only in the direction of the displacement expansion chamber and for supplementing the control fluid to the displacement expansion chamber. A fuel injection valve comprising: a valve; and a fluid chamber provided upstream of the check valve and the return passage communicated via a throttle. 上記大径ピストンを中空としてその内部に上記チェック弁を収容した請求項1記載の燃料噴射弁。2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the large-diameter piston is hollow and the check valve is housed therein. 上記大径ピストンを中空としてその内部に上記チェック弁および上記流体室を収容した請求項1記載の燃料噴射弁。2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the large-diameter piston is hollow and houses the check valve and the fluid chamber therein. 上記絞りが、上記大径ピストンに設けられ上記流体室と上記大径ピストン外周の低圧部を連通する通孔からなる請求項3記載の燃料噴射弁。4. The fuel injection valve according to claim 3, wherein the throttle comprises a through-hole provided in the large-diameter piston and communicating the fluid chamber with a low-pressure portion on the outer periphery of the large-diameter piston. 上記絞りが、上記大径ピストンが摺動するシリンダと上記大径ピストン外周面との間に形成される摺動部クリアランスからなり、上記大径ピストンに上記流体室と上記絞りとを連通させる通路を設けた請求項3記載の燃料噴射弁。The throttle comprises a sliding portion clearance formed between a cylinder on which the large-diameter piston slides and an outer peripheral surface of the large-diameter piston, and a passage for communicating the fluid chamber and the throttle with the large-diameter piston. The fuel injection valve according to claim 3, further comprising: 上記大径ピストンに、一端が上記流体室に開口し他端が上記大径ピストンの外周面に開口するとともに上記大径ピストンが上端位置にある時に該大径ピストン外周の低圧部に連通して上記絞りとなる通路を設けた請求項3記載の燃料噴射弁。The large-diameter piston has one end open to the fluid chamber and the other end opened to the outer peripheral surface of the large-diameter piston, and communicates with the low-pressure portion on the outer periphery of the large-diameter piston when the large-diameter piston is at the upper end position. 4. The fuel injection valve according to claim 3, wherein a passage serving as the throttle is provided.
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