JP2005090422A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射供給するための電磁アクチュエータを用いた燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve using an electromagnetic actuator for injecting and supplying fuel into a cylinder of an internal combustion engine.
コモンレールシステムにおける如く、内燃機関の気筒内へ燃料を直接噴射供給するための燃料噴射弁として、例えば特許文献1に開示されている型式の燃料噴射弁が公知である。この燃料噴射弁は、電磁アクチュエータを通電させることによって噴射弁本体内の制御室を燃料低圧部に連通させ、これによりバルブピストンの背圧を除去してノズルニードルをリフトさせて燃料噴射を開始させ、所定の時間経過後に電磁アクチュエータの通電を停止させて制御室と燃料低圧部との間の連通状態を解除し、バルブピストンに所定の背圧を作用させてノズルニードルを押し下げ、これにより燃料噴射を終了させるように構成されている。
As a fuel injection valve for directly injecting and supplying fuel into a cylinder of an internal combustion engine as in the common rail system, for example, a fuel injection valve of the type disclosed in
上述の如き構成の燃料噴射弁に用いられている燃料噴射制御用の電磁アクチュエータにあっては、通電のオン、オフに応じて制御室と燃料低圧部との連通状態の制御のための弁体を駆動するアーマチュアプレートのリフト量が一定であることが必要である。これは、アーマチュアプレートのリフト量が変化すると、弁体のリフト量(ストローク量)も変化し、燃料噴射量の変化を生じさせ、内燃機関の性能が変化し、ひいては騒音の増加や排気エミッションの悪化等も生じさせることになるからである。
しかしながら、電磁アクチュエータにより開閉される制御室内の高圧燃料の圧力は極めて高いため、制御室と燃料低圧部との間の連通状態を制御する場合にアーマチュアプレートとアーマチュアストッパとの間に生じる力は大きく、長期間の使用による両部品の摩耗によりアーマチュアプレートのリフト量が大きくなり、この結果、弁体のリフト量も大きくなって電磁アクチュエータが開弁するときに制御室から燃料低圧部へ燃料が逃げやすくなり、燃料噴射量が増大する傾向を生じる。このため、電磁アクチュエータの制御によって予定した燃料の噴射制御を実現することができなくなり、ひいては内燃機関の状態の変化を引き起こすことになる。 However, since the pressure of the high pressure fuel in the control chamber that is opened and closed by the electromagnetic actuator is extremely high, the force generated between the armature plate and the armature stopper is large when controlling the communication state between the control chamber and the fuel low pressure portion. As a result of wear of both parts due to long-term use, the lift amount of the armature plate increases. As a result, the lift amount of the valve body also increases, and when the electromagnetic actuator opens, fuel escapes from the control chamber to the fuel low pressure part. This tends to increase the fuel injection amount. For this reason, it becomes impossible to realize the planned fuel injection control by the control of the electromagnetic actuator, and consequently change the state of the internal combustion engine.
本発明の目的は、従来技術における上述の問題を解決することができるようにした、燃料噴射弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of solving the above-described problems in the prior art.
本発明は、アーマチュアプレートに一体または別体に設けられるアーマチュアボルト部材の素材と熱処理温度とを管理することによって、アーマチュアボルト部材を経年変化により伸長させ、これにより部品の摩耗によるアーマチュアプレートのリフト量の変化を補償するようにしたものである。 The present invention controls the material and heat treatment temperature of the armature bolt member provided integrally or separately with the armature plate, thereby extending the armature bolt member with the passage of time, thereby increasing the lift amount of the armature plate due to wear of the parts. It is intended to compensate for the change of.
請求項1の発明によれば、ノズルニードルに与えられる背圧をオン、オフするための弁機構を電磁アクチュエータによって制御して燃料の噴射の開始、終了を制御するようにした燃料噴射弁において、前記電磁アクチュエータのアーマチュアボルト部材が、経時変化により軸方向に伸長する材料から成ることを特徴とする燃料噴射弁が提案される。
According to the invention of
アーマチュアボルト部材の材料は、一定の残留オーステナイトのある材料、例えば、熱処理を施したSUJ2等に準じる材料を用いることができる。この種の素材を用いてアーマチュアボルト部材を作成し、焼入れしたアーマチュアボルト部材の焼戻し温度の管理によって、常温での長期間放置によりアーマチュアボルト部材をその軸方向に伸びを生じさせるようにすることができる。これは、残留オーステナイトが徐々にマルテンサイトへ変化して膨張し、内部圧力が増大することにより軸方向への寸法の伸びが生じるからである。この軸方向への経年変形の大きさは熱処理温度(焼戻し温度)に依存する。したがって、電磁アクチュエータのアーマチュアプレートその他の部品が使用により摩耗して弁体のリフト量を変化させることになるが、この弁体のリフト量の変化を補償するような軸方向伸長変化が得られるように、アーマチュアボルト部材の熱処理温度(焼戻し温度)を選ぶことが望ましい。これにより、アーマチュアプレートその他の部品の摩耗に拘らず、弁体のリフト量を長期間に亘って一定に保持することが可能となる。 As the material of the armature bolt member, a material having a certain retained austenite, for example, a material conforming to SUJ2 or the like subjected to heat treatment can be used. By creating an armature bolt member using this type of material and managing the tempering temperature of the quenched armature bolt member, the armature bolt member can be stretched in the axial direction when left for a long time at room temperature. it can. This is because the retained austenite gradually changes to martensite and expands, and an increase in internal pressure causes an increase in dimension in the axial direction. The magnitude of this aging deformation in the axial direction depends on the heat treatment temperature (tempering temperature). Therefore, the armature plate and other parts of the electromagnetic actuator are worn by use and change the lift amount of the valve body. However, it is possible to obtain an axial extension change that compensates for the change in the lift amount of the valve body. In addition, it is desirable to select a heat treatment temperature (tempering temperature) of the armature bolt member. This makes it possible to keep the lift amount of the valve body constant over a long period of time regardless of the wear of the armature plate and other parts.
本発明によれば、アーマチュアプレートその他の部品の摩耗に拘らず、弁体のリフト量を長期間に亘って一定に保持することが可能となり、燃料噴射弁を長期間に亘って安定に動作させることができる。 According to the present invention, it becomes possible to keep the lift amount of the valve body constant over a long period of time regardless of the wear of the armature plate and other parts, and to operate the fuel injection valve stably over a long period of time. be able to.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳しく説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による燃料噴射弁の実施の形態の一例を示す断面図である。符号1で示されるのは、ディーゼル内燃機関に燃料を噴射供給するためのコモンレールシステムに用いられる燃料噴射弁である。燃料噴射弁1は、図示しないディーゼル内燃機関の気筒に組み付けられ、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料を気筒内に所要のタイミングで所要の量だけ直接噴射供給するためのものであり、ノズルホルダ2の先端に、ノズル3をリテイニングナット4によって固定して成り、ノズルホルダ2の後端に電磁アクチュエータ5が設けられている。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of an embodiment of a fuel injection valve according to the present invention.
ノズルホルダ2はその軸方向に案内孔21が形成されている中空体22を有し、案内孔21内にはプレッシャーピン23が案内孔21によって軸方向に運動可能なように配設されている。中空体22のばね室24には弾発ばね25が収容されており、弾発ばね25によって後述するノズルニードル32が噴孔35の方向に向けて弾発付勢されている。符号26で示されるのは、図示しないコモンレールからの高圧燃料をノズル3に送給するための中空体22内に設けられた通路である。
The
ノズル3はノズルボディー31とノズルニードル32とを有し、ノズルボディー31内に同軸に形成された貫通孔33によって、ノズルニードル32がその軸方向に運動可能なように支持、案内されている。ノズルニードル32の先端部32Aは、貫通孔33と整列してノズルボディー31内に設けられているシリンダ部34内に延びており、ノズルニードル32の先端は噴孔35を開閉する弁体として働く構成となっている。
The
したがって、ノズルニードル32が噴孔35を閉じる位置に保持されている場合には、燃料噴射弁1からは燃料が噴射されない。一方、ノズルニードル32が後退し、ノズルニードル32が噴孔35を開く位置に保持されている場合には、燃料噴射弁1から燃料が噴射される。
Therefore, when the
ノズルボディー31内には、通路26からの高圧燃料が通路36を介して導入され該高圧燃料を留めておく油だまり37が形成されている。一方、ノズルニードル32には油だまり37内の高圧燃料の圧力によってノズルニードル32を噴孔35から離反させる方向に力を作用させるためのテーパ部38が形成されている。
In the
中空体22の後端部には、案内孔21と同軸で中空体22の軸方向に延びているドレーン室41を下向きに形成しているヘッド42が形成されている。ヘッド42には、半径方向の供給伝導路43及び軸方向のドレーン伝導路44と連通している制御室45が形成されている。供給伝導路43は中空体22内の半径方向伝導路46経由で取入具47と連通しており、制御室45の底部はプレッシャーピン23の上部表面で形成されている。
A
電磁アクチュエータ5のアーマチュアボルト51には、制御室45と燃料低圧部との間の連通状態を制御する弁機構を構成する弁体として働くボール52が固定されている。アーマチュアボルト51は、図示しないバルブスプリングの力によってドレーン伝導路44に向けて弾発付勢されており、ボール52がドレーン伝導路44の開口端に押し付けられドレーン伝導路44を塞ぐように構成されている。
The
したがって、電磁アクチュエータ5が通電されていない場合には、ボール52によってドレーン伝導路44の開口端が塞がれており、これにより制御室45は高圧燃料により満たされているので、プレッシャーピン23によってノズルニードル32が噴孔35を閉じており、燃料噴射は行われない。電磁アクチュエータ5が通電されると、ボール52がドレーン伝導路44の開口端から離れ、制御室45内の高圧燃料が燃料低圧部に逃げ、制御室45内の圧力が降下するので燃料噴射が行われる。電磁アクチュエータ5の通電が切られると、ノズルニードル32が再び噴孔35を閉じる位置に戻されるため燃料噴射が終了する。
Therefore, when the
図2には電磁アクチュエータ5の要部が断面して詳細に示されている。電磁アクチュエータ5は、ケーシング53内に、電磁石54と、アーマチュアプレート55と、アーマチュアボルト51とが図示の如く収容されて成っている。電磁石54は磁極54Aにソレノイドコイル54Bを設けた公知の構成のものであり、ソレノイドコイル54Bに励磁電流を供給することによりアーマチュアプレート55を電磁吸引することができる構成となっている。
FIG. 2 is a detailed sectional view of the main part of the
アーマチュアボルト51は電磁石54と同軸上に整列して配設されており、ケーシング53に固定されている支持・案内部材57によってその軸方向に運動可能なように支持、案内されている。アーマチュアボルト51の一端側においては、ドレーン伝導路44を閉ぐためのボール52がボールホルダ56を用いて固定されている。ボール52は弁体として働く部材であり、アーマチュアボルト51への取り付けは他の適宜の手段によって行うこともできる。
The
アーマチュアボルト51の他端側にはヘッド部が形成されている。このヘッド部は、アーマチュアボルト51の他端部にプレート部材51Aを螺着、溶接、或いは嵌め込み等の適宜の手段でしっかりと取り付けることにより形成されている。なお、アーマチュアボルト51の他端側にヘッド部を一体形成する構成でもよいことは勿論である。
A head portion is formed on the other end side of the
磁極54Aの中心部には円筒状の空間58が形成されており、空間58内にはばね部材59とストッパ部材60とが設けられている。ばね部材59は、ここでは弾発コイルばねとなっており、弁体であるボール52を弁閉鎖方向にばね付勢させておくための手段として空間58の肩部58Aとプレート部材51Aとの間に設けられている。
A
ストッパ部材60は空間58内に嵌め込まれた耐摩耗性の高い金属性のスリーブ状の部材である。ストッパ部材60は、ボール52がドレーン伝導路44を塞ぐ図1の位置状態にあるときに、ストッパ部材60の下端面60Aとプレート部材51Aの上端面51Aaとの間に所定長さの間隙が生じるように設けられ、これにより、ボール52のストローク、すなわちアーマチュアボルト51のストロークがこの所定長さに制限される構成となっている。すなわち、ストッパ部材60は、ボール52の最大ストロークを制限するため、プレート部材51Aに対向して配置されたストッパ部材となっている。
The stopper member 60 is a metallic sleeve-like member with high wear resistance fitted in the
アーマチュアプレート55は、プレート部材51Aとボール52との間に位置するようアーマチュアボルト51に通されており、アーマチュアプレート55はアーマチュアボルト51上で軸方向に運動可能となっている。そして、支持・案内部材57に取り付けられた座金61とアーマチュアプレート55との間には弾発コイルばね62が設けられている。弾発コイルばね62のばね力はばね部材59のばね力よりも小さく、アーマチュアプレート55をプレート部材51Aの下端面51Abに対して圧接させておくために必要なばね力を有するものであり、ばね部材59の作用を妨げることのない程度の小さなばね力のものである。
The
アーマチュアプレート55が上述の如く運動するため、アーマチュアボルト51を介してアーマチュアプレート55に取り付けられているボール52もアーマチュアプレート55の運動に従って運動する。すなわち、ボール52は、ドレーン伝導路44を塞ぐ位置から、アーマチュアプレート55がストッパ部材60の下端面60Aに当接する位置(最大リフト位置)の間を運動する。したがって、アーマチュアプレート55とストッパ部材60との当接により摩耗が生じると、ボール52の最大リフト位置が大きくなるように変化し、一般には燃料噴射量が増大する傾向となる。これは、最大リフト位置が大きくなることにより、弁機構の開閉のためのボール52の移動距離が大きくなり、ソレノイドコイル54Bへの通電のオン、オフに従って弁機構が完全に開閉するまでの応答時間が長くなるためである。
Since the
アーマチュアプレート55及びストッパ部材60の摩耗により生じる上述の不具合を改善するため、アーマチュアボルト51は、常温での長期間放置により、その軸方向に伸長する材料から作られている。すなわち、アーマチュアボルト51は鋼材を用いて作られているが、残留オーステナイトを有しており、所定の温度で焼入れ処理されている。
In order to improve the above-mentioned problems caused by the wear of the
残留オーステナイトのある鋼材を焼入れ処理すると、焼入れ後、残留オーステナイトが徐々にマルランサイトへ変化して膨張し、アーマチュアボルト51の内部圧力が増大することによりアーマチュアボルト51の軸方向への寸法の伸びが生じる。この軸方向への経年変形の大きさは焼入れ後の焼戻し温度に依存している。したがって、電磁アクチュエータ5のアーマチュアプレート55その他の部品が使用により摩耗して生じるボール52のリフト量の変化を補償するような軸方向伸長変化が得られるように、アーマチュアボルト51の焼戻し温度が選ばれており、これにより、アーマチュアプレートその他の部品の摩耗に拘らず、弁体のリフト量を長期間に亘って一定に保持できるようになっている。
When a steel material with residual austenite is quenched, the residual austenite gradually changes to marlansite after quenching and expands, and the internal pressure of the
上記実施の形態では、アーマチュアプレート55とアーマチュアボルト51とを別体とし、アーマチュアボルト51の他端部にアーマチュアプレート55をねじ止めする構成の場合について、そのアーマチュアボルト部材であるアーマチュアボルト51についての焼入れ後の焼戻し温度を管理することにより、アーマチュアボルト51を経時変化により軸方向に伸縮させるようにした場合を説明した。しかし、本発明は、アーマチュアプレート55とアーマチュアボルト51とを別体とし、アーマチュアボルト51の他端部にアーマチュアプレート55をねじ止めする構成の場合に限定されるものではなく、アーマチュアプレート55とアーマチュアボルト51とが一体に構成されている場合、そのアーマチュアボルト部材についての焼入れ後の焼戻し温度を管理することにより、当該アーマチュアボルト部材を経時変化により軸方向に伸縮させられるようにする構成であってもよい。
In the above embodiment, the
1 燃料噴射弁
2 ノズルホルダ
3 ノズル
5 電磁アクチュエータ
6 マグネットユニット
51 アーマチュアボルト
52 ボール
55 アーマチュアプレート
60 ストッパ部材
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