JP2005307936A - Expansion difference absorbing mechanism and fuel injection valve equipped with expansion difference absorbing mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、部材間の熱膨張差を吸収する膨張差吸収機構及びそれを備えた燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to an expansion difference absorbing mechanism that absorbs a difference in thermal expansion between members, and a fuel injection valve including the same.
長尺の部材(例えば長尺のアクチュエータやロッド等)を有する機構に共通する問題として、部材間の熱膨張差による物理的なズレや誤作動等が生じることが挙げられる。なぜなら、部材が長尺であると、部材間の温度差や熱膨張係数の差(材質違い)により生じる熱膨張差(熱膨張や熱収縮により生じる寸法変化の差)が大きくなるからである。 As a problem common to a mechanism having a long member (for example, a long actuator, a rod, etc.), there is a physical deviation or malfunction due to a difference in thermal expansion between members. This is because if the member is long, a difference in thermal expansion (difference in dimensional change caused by thermal expansion or contraction) caused by a temperature difference between members or a difference in thermal expansion coefficient (difference in material) increases.
長尺の部材を有する機構としては、エンジンの燃料噴射弁等がある。 As a mechanism having a long member, there is a fuel injection valve of an engine.
例えば気体燃料用の燃料噴射弁は、図3に示すように、比較的長尺のバレル101内に移動可能に収容されたシリンダ102と、シリンダ102内に移動可能に収容され、シリンダ102内を上室103と下室104とに区画するピストン105と、上室103及び下室104内に充填された非圧縮性の粘性流体と、シリンダ102を上昇させるためのアクチュエータ106と、ピストン105と一体的に取り付けられたニードル弁107とを備え、アクチュエータ106によりシリンダ102を上昇させることで下室104内の粘性流体とピストン105とを介してニードル弁107を上昇させ、バレル101の先端(下端)に形成された噴射孔108を開放するものである。
For example, as shown in FIG. 3, a fuel injection valve for gaseous fuel includes a
バレル101は、バレル本体109と、バレル本体109の下端にロックナット119を介して取り付けられたチップ110と、バレル本体109の上端に螺合されたキャップ112とを備える。チップ110の下端には燃料の噴射孔108が形成されており、キャップ112には燃料導入口111が形成されている。
The
バレル本体109内にシリンダ102が長手方向(上下方向)に摺動可能に保持され、このシリンダ102はシリンダ本体117とシリンダキャップ118とで構成される。
A
シリンダ102内にはピストン105が、シリンダ102の摺動方向と同方向(上下方向)に摺動可能に収容され、このピストン105によりシリンダ102内の空間が上室103と下室104とに二分される。上室103及び下室104内には非圧縮性の粘性流体が充填される。
A
ピストン105の下端には、シリンダ本体117を貫通して下方に延出するニードル弁107が一体的に接続される。ピストン105の上端には、シリンダキャップ118を部分的に貫通するロッド120が形成される。
A
ニードル弁107とバレル本体109との間にアクチュエータ106が設けられ、そのアクチュエータ106は、ニードル弁107の周部に配置された磁歪素子113と、磁歪素子113の周部に配置されたコイル114とを備える。磁歪素子113の下端はシート115を介してバレル本体109の底壁と当接し、上端はシート116を介してシリンダ102の下面と当接する。
An
シリンダ102の上方には、シリンダ102を下方に付勢してシート116及び磁歪素子113に押し付ける皿バネ121と、押圧部材122を介してピストン105及びニードル弁107を下方に付勢する皿バネ123とが設けられる。
Above the
キャップ112の燃料導入口111からバレル本体109内に導入された燃料は、各部材間の隙間を通ってチップ110のシート部125まで流れ込む。
The fuel introduced into the barrel
アクチュエータ106のコイル114に対する通電が行われない場合、皿バネ123によりニードル弁107が下方に付勢されているため、ニードル弁107の下端部がチップ110のシート部125に所定圧力で押し付けられ噴射孔108を閉じる。従って、燃料は噴射孔108まで到達せず、燃料噴射は行われない。
When the
一方、端子126を介してコイル114が通電されると、コイル114が磁化し、その磁力(磁場)により磁歪素子113が伸長する。このとき、磁歪素子113の下端がシート115を介してバレル本体109の底壁と当接しているため、磁歪素子113はシリンダ102を皿バネ121の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。シリンダ102が押し上げられると、下室104内の粘性流体を介してピストン105及びニードル弁107が一体的に持ち上げられる(リフトされる)。これにより、ニードル弁107の下端がチップ110のシート部125から離れて噴射孔108が開かれ、燃料噴射が行われる。このような燃料噴射弁は例えば特許文献1にも開示されている。
On the other hand, when the
このような燃料噴射弁100では、ニードル弁107に必要とされる最大リフト量を確保するために、磁歪素子113の長さ(上下方向寸法)をある程度長くする必要がある。その結果、磁歪素子113の寸法に併せてバレル101、ニードル弁107等の寸法も長くする必要がある。
In such a
上述したように、長尺の部材を備えた機構では、部品間の熱膨張差(熱膨張又は熱収縮により生じる寸法変化の差)が問題となる。特に、燃料噴射弁100では、ニードル弁107のリフト量、即ちアクチュエータ106の変位量(磁歪素子113の伸長量)等が比較的小さいので、僅かな熱膨張差が作動に影響を与えてしまうおそれがある。
As described above, in a mechanism including a long member, a difference in thermal expansion between components (a difference in dimensional change caused by thermal expansion or thermal contraction) becomes a problem. In particular, in the
そこで、図3に示した燃料噴射弁100では、熱膨張差が生じたときに、粘性流体がシリンダ102の内面とピストン105の外面との間の僅かな隙間(クリアランス)を通って上室103と下室104との間を移動できるようにしている。
Therefore, in the
例えば、ニードル弁107よりも磁歪素子113の方が大きく熱膨張した場合、アクチュエータ106の駆動速度(磁場変化による磁歪素子113の伸長速度)と比べて非常に遅い速度でシリンダ102を上昇させる力が生じるが、このとき、下室104内の粘性流体がシリンダ102とピストン105とのクリアランスを通って上室103へ移動する。これにより、シリンダ102がピストン105に対して上方に相対移動し、熱膨張差が吸収される。この結果、ピストン105及びニードル弁107の位置は不変となり、作動に影響を与えることはない。
For example, when the
しかしながら、このように粘性流体をシリンダ102とピストン105とのクリアランスを通して移動させる従来の燃料噴射弁100では、各個体間(燃料噴射弁毎)の熱膨張差吸収性能に差が生じるという問題があった。
However, in the conventional
この理由として、以下の点が挙げられる。 The reason for this is as follows.
理由1:シリンダ102の内面とピストン105の外面とのクリアランスを高精度で制御・管理することが難しいため、各個体間でクリアランス差が大きくなってしまう。この対策としては、シリンダ102及びピストン105の加工精度を高めたり、シリンダ102とピストン105の寸法を測定してそれらの組み合わせを選定したりすることでクリアランスの均一化を図ることが考えられるが、これらの場合、コスト増加、工数増加等、生産面での悪影響を回避できない。
Reason 1: Since it is difficult to control and manage the clearance between the inner surface of the
理由2:シリンダ102の内面及びピストン105の外面の円筒度(真円度)のずれ、シリンダ102とピストン105との同心度のずれ(オフセット)、シリンダ102の中心軸とピストン105の中心軸とのずれ(傾き)等が各個体間で異なるため、結果として各個体間でクリアランス差が生じてしまう。
Reason 2: Deviation in cylindricity (roundness) between the inner surface of the
理由3:シリンダ102とピストン105との摺動等による経時的な寸法変化が各個体毎に異なるため、使用が進むにつれて各個体間のクリアランス差が大きくなる。
Reason 3: Since the dimensional change over time due to the sliding of the
理由4:シリンダ102とピストン105との摺動により発生する摩耗粉が粘性流体に入り込むことで粘性流体の粘度が変化するが、この粘度変化が個体間で異なるため、使用が進むにつれて熱膨張差の吸収性能に差が生じる。
Reason 4: The viscosity of the viscous fluid changes due to the wear powder generated by sliding between the
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さく、かつ適切な熱膨張差吸収性能を確実に得ることができる熱膨張差吸収機構及びそれを備えた燃料噴射弁を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce a difference in thermal expansion difference absorption performance between individuals, and to obtain a thermal expansion difference absorption mechanism that can surely obtain an appropriate thermal expansion difference absorption performance and It is providing the fuel injection valve provided.
上記目的を達成するために本発明は、ケーシング内に移動可能に収容されたシリンダと、そのシリンダ内に移動可能に収容され、シリンダ内を二つの室に区画するピストンと、上記二つの室内に充填された粘性流体と、上記シリンダを移動させることで、上記粘性流体を介して上記ピストンを移動させるためのアクチュエータと、上記ピストンに連結された作動部材とを備え、上記ケーシング、アクチュエータ及び作動部材等の間の熱膨張差を吸収するための膨張差吸収機構であって、上記シリンダと上記ピストンとの間をシールするシール部材と、上記ピストンに形成され上記二つの室を互いに連通する連通孔とを備え、上記連通孔のサイズ及び/又は形状が、上記熱膨張差により、上記アクチュエータの駆動速度よりも遅い速度で上記シリンダ又はピストンを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過して上記二つの室間を移動し、それにより上記シリンダと上記ピストンとが相対移動して上記熱膨張差を吸収し、一方、上記アクチュエータにより、上記熱膨張差による力よりも速い速度で上記シリンダを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過できず、上記ピストンが上記シリンダと一体的に移動するようなサイズ及び/又は形状に設定されるものである。 To achieve the above object, the present invention provides a cylinder movably accommodated in a casing, a piston movably accommodated in the cylinder and dividing the cylinder into two chambers, and the two chambers. The casing, the actuator, and the operating member are provided with a filled viscous fluid, an actuator for moving the piston via the viscous fluid by moving the cylinder, and an operating member connected to the piston. An expansion difference absorbing mechanism for absorbing a difference in thermal expansion between the cylinder and the piston, and a communication hole formed in the piston for communicating the two chambers with each other. And the size and / or shape of the communication hole is slower than the driving speed of the actuator due to the thermal expansion difference. When a force for moving the cylinder or the piston is generated, the viscous fluid passes through the communication hole and moves between the two chambers, so that the cylinder and the piston move relative to each other and the thermal expansion difference is obtained. On the other hand, when the actuator generates a force that moves the cylinder at a speed faster than the force due to the thermal expansion difference, the viscous fluid cannot pass through the communication hole, and the piston is integrated with the cylinder. The size and / or shape is set so as to move.
また本発明は、バレル内に移動可能に収容されたシリンダと、そのシリンダ内に移動可能に収容され、シリンダ内を二つの室に区画するピストンと、上記二つの室内に充填された粘性流体と、上記シリンダを移動させるためのアクチュエータと、上記ピストンに連結されたニードル弁とを備え、上記アクチュエータにより上記シリンダを移動させることで、上記粘性流体及び上記ピストンを介して上記ニードル弁を移動させる燃料噴射弁であって、上記シリンダと上記ピストンとの間をシールするシール部材と、上記ピストンに形成され上記二つの室を互いに連通する連通孔とを備え、上記連通孔のサイズ及び/又は形状が、上記バレル、アクチュエータ及びニードル弁等の熱膨張差により、上記アクチュエータの駆動速度よりも遅い速度で上記シリンダ又はピストンを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔内に入り込んで上記二つの室間を移動し、それにより上記シリンダと上記ピストンとが相対移動して上記熱膨張差を吸収し、一方、上記アクチュエータにより、上記熱膨張差による力よりも速い速度で上記シリンダを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔内に入り込めず、上記ピストン及びニードル弁が上記シリンダと一体的に移動するようなサイズ及び/又は形状に設定されるものである。 The present invention also includes a cylinder movably accommodated in the barrel, a piston movably accommodated in the cylinder and dividing the cylinder into two chambers, and a viscous fluid filled in the two chambers. An actuator for moving the cylinder; and a needle valve connected to the piston, and the cylinder is moved by the actuator to move the needle valve via the viscous fluid and the piston. An injection valve, comprising: a seal member that seals between the cylinder and the piston; and a communication hole that is formed in the piston and communicates the two chambers with each other, and the size and / or shape of the communication hole is , Due to the difference in thermal expansion of the barrel, actuator, needle valve, etc., at a speed slower than the driving speed of the actuator When a force for moving the cylinder or piston is generated, the viscous fluid enters the communication hole and moves between the two chambers, whereby the cylinder and the piston move relative to each other to cause the thermal expansion difference. On the other hand, when a force for moving the cylinder at a speed faster than the force due to the thermal expansion difference is generated by the actuator, the viscous fluid cannot enter the communication hole, and the piston and the needle valve Is set to a size and / or shape that moves integrally with the cylinder.
ここで、上記アクチュエータは磁歪素子又は電歪素子を備えても良い。 Here, the actuator may include a magnetostrictive element or an electrostrictive element.
また、上記シリンダと上記アクチュエータとを押し付ける第一付勢手段と、上記ニードル弁を閉弁方向に付勢する第二付勢手段とを備えても良い。 Moreover, you may provide the 1st biasing means which presses the said cylinder and the said actuator, and the 2nd biasing means which urges | biases the said needle valve in a valve closing direction.
本発明によれば、個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さく、かつ適切な熱膨張差吸収性能を確実に得ることができるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, the difference in thermal expansion difference absorption performance between individuals is small, and an excellent effect that an appropriate thermal expansion difference absorption performance can be obtained with certainty is exhibited.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態は、圧縮天然ガス(CNG)、プロパンガス又は水素等の気体燃料をエンジンの燃焼室内に噴射するための燃料噴射弁に本発明の膨張差吸収機構を適用したものである。 In this embodiment, the expansion difference absorption mechanism of the present invention is applied to a fuel injection valve for injecting gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG), propane gas, or hydrogen into a combustion chamber of an engine.
図1は本実施形態の膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁の断面図であり、図2は図1の部分拡大図である。 FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism of the present embodiment, and FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
図1に示すように、本実施形態の燃料噴射弁1は、比較的長尺のバレル(ケーシング)2内に移動可能に収容されたシリンダ(チャンバ)3と、そのシリンダ3内に移動可能に収容され、シリンダ3内を上室5と下室6とに区画するピストン7と、上室5及び下室6内に充填された非圧縮性の粘性流体と、シリンダ3を上昇(移動)させるためのアクチュエータ9と、ピストン7に接続されたニードル弁10とを備え、アクチュエータ9によりシリンダ3を上昇させることで下室6内の粘性流体とピストン7とを介してニードル弁10を上昇(リフト)させ、バレル2の先端(下端)に形成された噴射孔(オリフィス)11を開放して燃料を噴射するものである。
As shown in FIG. 1, the
バレル2は、バレル本体2aと、バレル本体2aの下端にロックナット12を介して一体的に取り付けられたチップ2bと、バレル本体2aの上端に螺合されたキャップ2cとを備える。チップ2bの下端には燃料の噴射孔11が放射状に複数形成され、キャップ2cには燃料をバレル本体2a内に導入するための燃料導入口13が形成される。
The
バレル本体2a内にシリンダ3が長手方向(上下方向)に摺動可能に保持される。シリンダ3は有底円筒状のシリンダ本体3aと、シリンダ本体3aの上端に螺合されたシリンダキャップ3bとで構成される。シリンダ本体3aとシリンダキャップ3bとの間はシール部材14(ここではOリング)によりシールされる。
The
シリンダ3内にはピストン7が、シリンダ3の摺動方向と同方向(上下方向)に摺動可能に収容され、このピストン7によりシリンダ3内の空間が上室5と下室6とに二分される。上室5及び下室6内には非圧縮性の粘性流体(例えばシリコン油等)が充填される。
A
ニードル弁10はピストン7の下端に接続され、シリンダ本体3aの底壁を貫通して下方に延出するロッド10aと、ロッド10aの下端に一体的に取り付けられたニードル10bとからなる。ピストン7の上端には、シリンダキャップ3bを貫通して上方に延出する大径ロッド15と、大径ロッド15の上端から上方に延出する小径ロッド16とが一体的に形成されている。ニードル弁10のロッド10aとシリンダ本体3aとの間、及び大径ロッド15とシリンダキャップ3bとの間はそれぞれ、シール部材17,19(ここではOリング)によりシールされる。
The
ニードル弁10とバレル本体2aとの間にアクチュエータ9が設けられ、そのアクチュエータ9は、ニードル弁10のロッド10aの周部に配置された磁歪素子20と、磁歪素子20の周部に配置されたコイル21とを備える。磁歪素子20の下端はシート22を介してバレル本体2aの底壁と当接し、上端はシート23を介してシリンダ3の下面と当接する。
An
シリンダ3の上面とキャップ2cとの間には、シリンダ3を下方に付勢してシート23及び磁歪素子20に押し付ける第一付勢部材25(ここではコイルスプリング)と、大径ロッド15及びピストン7を介してニードル弁10を下方(閉弁方向)に付勢する第二付勢部材26(ここでは、コイルスプリング)が設けられる。これらスプリング25,26は、キャップ2cにより所定荷重で圧縮された状態で設けられる。
Between the upper surface of the
次に、本実施形態の燃料噴射弁1の特徴点を図2を用いて説明する。
Next, the feature point of the
図に示すように、本実施形態の燃料噴射弁1は、シリンダ3(シリンダ本体3a)の内面とピストン7の外面との間を完全にシールするシール部材27を備える。つまり、この燃料噴射弁1では、粘性流体がシリンダ3とピストン7とのクリアランスを通って上室5と下室6との間を移動することが完全に禁止される。シール部材27は、シリンダ3とピストン7との間をシールしつつ、シリンダ3とピストン7との相対移動を許容する部材であればあらゆるタイプのものが使用可能である。例えば、ゴムOリング、パッキン、メタルシール、あるいはダイアフラム/ベローシール等を用いることができる。
As shown in the figure, the
更に燃料噴射弁1は、ピストン7を上下方向に貫通して形成され、上室5と下室6とを連通する連通孔29を備える。本実施形態では、連通孔29はピストン7の周方向に180°間隔を隔てて二個設けられる。即ち、シリンダ3とピストン7とのクリアランスを完全に閉鎖(シール)する代わりに、ピストン7内に粘性流体の移動通路(連通孔29)を別途形成している。
The
連通孔29のサイズ及び/又は形状は、バレル2、アクチュエータ9(特に磁歪素子20)、及びニードル弁10等の部材間における温度差又は熱膨張係数差(材質違い)により生じる熱膨張差(熱膨張や熱収縮により生じる寸法変化の差)により、アクチュエータ9の駆動速度(磁場変化による磁歪素子20の伸長速度)よりも遅い速度でシリンダ3又はピストン7を移動させる力が生じたときには、粘性流体が連通孔29を通過して上室5と下室6との間を移動することができ、かつ、アクチュエータ9により、上記熱膨張差による力よりも速い速度でシリンダ3を移動させる力が生じたときには、粘性流体が連通孔29を通過することができないようなサイズ及び/又は形状に設定される。連通孔29のサイズ、形状、個数等は、アクチュエータ9の駆動特性(駆動速度等)や粘性流体の特性(粘度等)等に基づいて適宜設定される。
The size and / or shape of the
以下、本実施形態の燃料噴射弁1の作用を説明する。
Hereinafter, the operation of the
キャップ2cの燃料導入口13からバレル本体2a内に導入された燃料は、小径ロッド16とキャップ2cとの隙間、シリンダ3とバレル本体2aとの隙間、ニードル弁10と磁歪素子20との隙間、ニードル弁10とチップ2bとの隙間等を通ってチップ2bのシート部30まで流れ込む。この供給燃料の圧力は例えば100〜250Bar程度である。
The fuel introduced into the
アクチュエータ9のコイル21に対する通電が行われない場合、スプリング26によりニードル弁10が下方に付勢されているため、ニードル弁10の下端部がチップ2bのシート部30に所定圧力で押し付けられ噴射孔11を閉じる。従って、燃料は噴射孔11まで到達せず、燃料噴射は行われない。
When the
一方、図示しない制御器(ECU等)により所望の値に制御された電力が、端子31を介してコイル21に供給されると、コイル21が供給電力に応じた強度の磁場を発生させる。
On the other hand, when electric power controlled to a desired value by a controller (ECU or the like) (not shown) is supplied to the
コイル21が磁化すると、磁歪素子20がその磁場強度に応じた長さだけ上下方向に伸長する。このとき、磁歪素子20は、その下端がシート22を介してバレル本体2aの底壁と当接しているため、磁歪素子20はシリンダ3をスプリング25の付勢力に対抗して上方に押し上げるように伸長する。磁歪素子20の伸長速度、即ち、アクチュエータ9によるシリンダ3の駆動速度は比較的迅速(例えば、数μm/μs程度)である。上述したように、連通孔29のサイズ及び/又は形状が、アクチュエータ9によりシリンダ3が駆動されたときは粘性流体が連通孔29内に流れ込むことができないように設定されているため、磁歪素子20がシリンダ3を上昇させるとき、非圧縮性の粘性流体は固体として作用する。従って、磁歪素子20によりシリンダ3が押し上げられると、下室6内の粘性流体を介してピストン7及びニードル弁10が一体的に持ち上げられ(リフトされ)、スプリング26を撓ませる。これにより、ニードル弁10の下端がチップ2bのシート部30から離れて噴射孔11が開かれ、シート部30まで供給されていた高圧燃料が噴射孔11から噴霧となって外部(燃焼室内)へ噴射される。
When the
ところで、コイル21の発熱や、チップ2bを介して伝達される燃焼室内の熱等により各部材間に温度差が生じたり、各部材間の熱膨張係数の違い等により、部材間で熱膨張差が生じた場合、アクチュエータ9の駆動速度と比べて非常に緩やかな速度(例えば、数μm/min程度)でシリンダ3又はピストン7をスプリング25,26の付勢力に対向して移動させる力が生じる場合がある。
By the way, due to the heat generated in the
例えば、ニードル弁10よりも磁歪素子20の方が大きく熱膨張した場合、シリンダ3を非常に緩やかな速度で上方へと移動させる力が生じる。このとき、下室6内の圧力が高くなると、下室6内の粘性流体が連通孔29を通って上室5側に移動する。なぜなら、上述したように、連通孔29のサイズ及び/又は形状が、部材間の熱膨張差による緩やかな駆動力が生じたときには、粘性流体が連通孔29内に流れ込めるように設定されているからである。この結果、シリンダ3がピストン7に対して上方に相対移動し、この相対移動により熱膨張差が吸収される。従って、ピストン7及びニードル弁10の位置は不変となり、誤噴射が実行されるなど、作動に悪影響を与えることはない。なお、シリンダ3とピストン7との間はシール部材27によりシールされているため、粘性流体がこれらの間を通って移動することはない。
For example, when the
一方、上記とは逆に、ニードル弁10が磁歪素子20よりも大きく熱膨張した場合、ピストン7を非常に緩やかな速度で上昇させる力が発生する。すると、上室5内の粘性流体が連通孔29を通って下室6側に移動する。これにより、ピストン7がシリンダ3に対して上方に相対移動し、熱膨張差を吸収できる。
On the other hand, when the
このように、本実施形態の燃料噴射弁1では、部材間の熱膨張差が生じたときに、ピストン7に形成した連通孔29を通して粘性流体を移動させるようにしているため、粘性流体の通路面積(連通孔29の断面積)を比較的容易かつ高精度で制御・管理することができる。従って、各個体間(燃料噴射弁毎)における熱膨張差吸収性能の差を小さくでき、かつ適切な熱膨張差吸収性能を確実に得ることができる。
As described above, in the
各個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さくなる理由を具体的な数値を用いて説明する。 The reason why the difference in thermal expansion difference absorption performance between individual individuals is reduced will be described using specific numerical values.
まず、図3に示したような従来の燃料噴射弁100において、例えば、シリンダ102の内径及びピストン105の外径のノミナル(基準)径をφ16mmとし、シリンダ102の加工精度をφ16mm+10〜20μm(16.015mm±5μm)、ピストン105の加工精度をφ16mm−0〜−5μm(15.9975mm±2.5μm)とすると、径方向における両者のクリアランスは17.5μm±7.5μm(10〜25μm)となる。ここで、クリアランスの総面積を算出し、これを一つの穴の面積として換算した場合、その穴の直径は最小クリアランス(10μm)のときでφ0.566mm、最大クリアランス(25μm)のときでφ0.895mmとなる。つまり、本実施形態の燃料噴射弁1の連通孔29に置き換えた場合、直径で約0.25mmもの製造誤差が出てしまうことになる。勿論、シリンダ102及びピストン105の加工精度を高めれば誤差は小さくなるが、製造コストが大幅に上昇してしまうし、精度の限界もある。
First, in the conventional
一方、本実施形態の燃料噴射弁1において、連通孔29のノミナル径を0.5mmとした場合、一般的な加工装置を用いて、例えば、0.5mm±0.05mm程度の精度で加工することは比較的容易である。実際に、ディーゼルエンジンの燃料噴射弁の噴射孔等は更に高い精度で加工が行われている。この場合、連通孔29の製造誤差は0.10mmであり、従来の燃料噴射弁100の半分以下である。このように、本実施形態の燃料噴射弁1では粘性流体の通路面積の誤差を、従来の燃料噴射弁100と比べて非常に小さくできる。この理由は、従来の燃料噴射弁100がシリンダ102とピストン105との二つの部材の寸法管理が必要であるのに対して、本実施形態の燃料噴射弁1では連通穴29の寸法のみを管理すれば良いからである。この結果、各個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さくなる。
On the other hand, in the
なお、参考として、上述した連通孔29の誤差(0.5mm±0.05mm)を、従来の燃料噴射弁100のクリアランス誤差に換算すると、シリンダ102及びピストン105のノミナル径をφ16mmとした場合、4μm(±2μm)程度となり、この点からも各個体間での差が小さくなることが分かる。
For reference, when the error (0.5 mm ± 0.05 mm) of the
また、本実施形態の燃料噴射弁1では、連通孔29の断面積(粘性流体の通路面積)を高い精度で加工することができるため、アクチュエータ9及び粘性流体の特性に適合した通路面積を確実に得ることができる。従って、熱膨張差吸収性能を確実かつ効果的に得ることができる。他方、図3に示したような従来の燃料噴射弁100では、クリアランスの製造誤差が大きいため、クリアランスとアクチュエータ106及び粘性流体の特性とにミスマッチが生じ、充分な熱膨張差吸収性能を得られなくなる可能性がある。
Further, in the
更に、本実施形態の燃料噴射弁1では、シリンダ3とピストン7とのクリアランスをシール部材27によりシールするため、シリンダ3及びピストン7の加工精度を下げて製造コストを低減することができる。
Furthermore, in the
また、シリンダ3とピストン7とのクリアランスを粘性流体の移動通路として使用していないので、シリンダ3及びピストン7の円筒度(真円度)のずれ、シリンダ3とピストン7との同心度のずれ(オフセット)、シリンダ3の中心軸とピストン7の中心軸とのずれ(傾き)等が熱膨張差吸収性能に影響を与えることはない。この点からみても、各個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さくなることが分かる。
Further, since the clearance between the
また、シリンダ3とピストン7とのクリアランスを粘性流体の移動通路として使用していないので、シリンダ3とピストン7との摺動等による経時的な寸法変化が熱膨張差吸収性能に影響を与えることはない。この点からみても、各個体間における熱膨張差吸収性能の差が小さくなることが分かる。
Further, since the clearance between the
また、シリンダ3とピストン7との摺動がシール部材27を介して行われるため、摩耗粉が発生しない。従って、摩耗粉の混入による粘性流体の粘度変化に伴う熱膨張差吸収性能の差が生じることもない。
Further, since sliding between the
更に、シリンダ3とピストン7との摺動がシール部材27を介して行われるため、摩耗粉や固着等による作動不良の発生も回避できる。
Furthermore, since the sliding movement between the
また、従来の燃料噴射弁100では、ピストン105の外面が、摺動部としての機能と、粘性流体の移動通路を形成する機能とを果たす必要があるため、ピストン105の長さ(上下方向寸法)をある程度長くする必要があるが、本実施形態の燃料噴射弁1ではピストン7の外面は摺動部としての機能のみを果たせばよいので、その長さを従来と比べて短くできる。従って、燃料噴射弁1の小型化、軽量化が図れる。
Further, in the conventional
また、本実施形態の燃料噴射弁1では、スプリング25によりシリンダ3をシート23を介して磁歪素子20に押し付けているので、シリンダ3と磁歪素子20とを常に適切な位置関係に維持できる。例えば、経時的な寸法変化(へたり等)により磁歪素子20の長さが短くなったような場合であっても、スプリング25に付勢力によりシリンダ3が追従・移動して寸法変化を吸収することができる。
Further, in the
本発明は上記実施形態に限定はされない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、連通孔29の数は二つに限定されず、一つ又は三つ以上としても良い。 For example, the number of communication holes 29 is not limited to two, and may be one or three or more.
また、アクチュエータ9は磁歪素子20を用いたものに限定されず、供給電力に応じて伸長する電歪素子等を用いてものを用いても良い。
In addition, the
また、各シール部材14,17,19,27はOリングに限定されず、他のシール部材を用いても良い。
The
また、第一付勢手段25及び第二付勢手段26はコイルスプリングに限定されず、皿バネ等、他の付勢手段を用いても良い。 The first urging means 25 and the second urging means 26 are not limited to coil springs, and other urging means such as a disc spring may be used.
また、上記実施形態では気体燃料用の燃料噴射弁に適用した例を示したが、本発明は、軽油、ガソリン用の燃料噴射弁等にも勿論適用可能である。 Moreover, although the example applied to the fuel injection valve for gaseous fuel was shown in the said embodiment, of course, this invention is applicable also to the fuel injection valve for light oil, gasoline, etc.
更に、上述した膨張差吸収機構は燃料噴射弁以外の機構の熱膨張差を吸収するために用いることも可能である。 Furthermore, the above-described expansion difference absorbing mechanism can be used to absorb the difference in thermal expansion of mechanisms other than the fuel injection valve.
1 燃料噴射弁
2 バレル(ケーシング)
3 シリンダ
5 上室
6 下室
7 ピストン
9 アクチュエータ
10 ニードル弁
11 噴射孔
20 磁歪素子
21 コイル
25 第一付勢手段(スプリング)
26 第二付勢手段(スプリング)
1
3
26 Second urging means (spring)
Claims (4)
上記シリンダと上記ピストンとの間をシールするシール部材と、上記ピストンに形成され上記二つの室を互いに連通する連通孔とを備え、
上記連通孔のサイズ及び/又は形状が、
上記熱膨張差により、上記アクチュエータの駆動速度よりも遅い速度で上記シリンダ又はピストンを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過して上記二つの室間を移動し、それにより上記シリンダと上記ピストンとが相対移動して上記熱膨張差を吸収し、
一方、上記アクチュエータにより、上記熱膨張差による力よりも速い速度で上記シリンダを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過できず、上記ピストンが上記シリンダと一体的に移動するようなサイズ及び/又は形状に設定される
ことを特徴とする膨張差吸収機構。 A cylinder movably accommodated in the casing, a piston movably accommodated in the cylinder and partitioning the cylinder into two chambers, a viscous fluid filled in the two chambers, and the cylinder moving An actuator for moving the piston via the viscous fluid, and an operating member connected to the piston to absorb a difference in thermal expansion between the casing, the actuator, the operating member, and the like. The differential expansion absorption mechanism of
A seal member that seals between the cylinder and the piston; and a communication hole that is formed in the piston and communicates the two chambers with each other.
The size and / or shape of the communication hole is
When the force for moving the cylinder or piston is generated at a speed slower than the driving speed of the actuator due to the difference in thermal expansion, the viscous fluid passes between the communication holes and moves between the two chambers. The cylinder and the piston move relative to each other to absorb the thermal expansion difference,
On the other hand, when the force for moving the cylinder at a speed faster than the force due to the thermal expansion difference is generated by the actuator, the viscous fluid cannot pass through the communication hole, and the piston moves integrally with the cylinder. An expansion difference absorption mechanism characterized by being set to such a size and / or shape.
上記シリンダと上記ピストンとの間をシールするシール部材と、上記ピストンに形成され上記二つの室を互いに連通する連通孔とを備え、
上記連通孔のサイズ及び/又は形状が、
上記バレル、アクチュエータ及びニードル弁等の間の熱膨張差により、上記アクチュエータの駆動速度よりも遅い速度で上記シリンダ又はピストンを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過して上記二つの室間を移動し、それにより上記シリンダと上記ピストンとが相対移動して上記熱膨張差を吸収し、
一方、上記アクチュエータにより、上記熱膨張差による力よりも速い速度で上記シリンダを移動させる力が生じたときには、上記粘性流体が上記連通孔を通過できず、上記ピストン及びニードル弁が上記シリンダと一体的に移動するようなサイズ及び/又は形状に設定される
ことを特徴とする膨張差吸収機構を備えた燃料噴射弁。 A cylinder movably accommodated in the barrel, a piston movably accommodated in the cylinder and dividing the cylinder into two chambers, a viscous fluid filled in the two chambers, and the cylinder moving And a fuel injection valve that moves the needle valve via the viscous fluid and the piston by moving the cylinder by the actuator. ,
A seal member that seals between the cylinder and the piston; and a communication hole that is formed in the piston and communicates the two chambers with each other.
The size and / or shape of the communication hole is
When a force for moving the cylinder or piston is generated at a speed slower than the driving speed of the actuator due to a difference in thermal expansion between the barrel, the actuator and the needle valve, the viscous fluid passes through the communication hole. Moving between the two chambers, the cylinder and the piston move relative to each other to absorb the thermal expansion difference,
On the other hand, when the force that moves the cylinder at a speed faster than the force due to the thermal expansion difference is generated by the actuator, the viscous fluid cannot pass through the communication hole, and the piston and the needle valve are integrated with the cylinder. A fuel injection valve provided with an expansion difference absorbing mechanism, characterized in that it is set to a size and / or shape that moves in a moving manner.
4. A fuel having an expansion difference absorbing mechanism according to claim 2, further comprising: a first urging unit that presses the cylinder and the actuator; and a second urging unit that urges the needle valve in a valve closing direction. Injection valve.
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