JP2006161568A - Control valve and fuel injection valve having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、内燃機関の燃料噴射弁に好適に使用される制御弁に関する。詳しくは、燃料噴射弁に設けた増圧装置において増圧作動を制御する制御弁に関する。 The present invention relates to a control valve suitably used for a fuel injection valve of an internal combustion engine, for example. Specifically, the present invention relates to a control valve that controls a pressure increasing operation in a pressure increasing device provided in a fuel injection valve.
内燃機関の各気筒に設けた燃料噴射弁に、共通の蓄圧器(コモンレール)から燃料を供給するコモンレール式燃料噴射システムが注目されている。また、近年、高出力化、および、燃費や排気ガス浄化性能を向上させる目的で、燃料の噴射圧力を高めることが要求されており、これを簡易に実現する燃料噴射弁用の増圧装置が提案されている(例えば、特許文献1等)。
燃料噴射弁用の増圧装置は、一般に、コモンレールから供給される燃料を増圧ピストンで加圧して、噴射圧を高圧にするものである。その一例として、例えば、特許文献1の構成を図5に示すと、コモンレール10には高圧ポンプPで加圧した燃料タンクTの燃料が蓄圧されており、コモンレール10から燃料噴射弁100の燃料溜まり101に所定圧の燃料が供給されるようになっている。増圧器はコモンレール10と燃料溜まり101の間に配置され、増圧ピストン103を用いて増圧室104に供給される燃料を増圧した後、燃料溜まり101に供給する。増圧ピストン103の駆動は、電磁駆動式の増圧制御弁105を用いて圧力室106の油圧を増減することにより制御される。
In general, a booster for a fuel injection valve pressurizes fuel supplied from a common rail with a booster piston to increase the injection pressure. As an example, for example, when the configuration of Patent Document 1 is shown in FIG. 5, the fuel in the fuel tank T pressurized by the high pressure pump P is accumulated in the
コモンレール10の燃料は、また、噴孔を開閉するニードル109の背圧室108にも供給されている。噴射制御弁107を開いて背圧室108の油圧を低下させると、ニードル109がリフトしてコモンレール10の燃料または増圧器で増圧された燃料を噴射する。このような増圧装置を付設することで、より高圧での噴射を可能にするとともに、運転状態に応じたよりきめ細かい制御を行って、所望の噴射率を実現可能となる。
The fuel of the
ここで、増圧作動を制御する増圧制御弁105は2位置3方弁で、弁体のシート位置を切り換えることにより、圧力室106をコモンレール10またはリターン通路に選択的に連通させて、圧力室106の油圧を増減させる。一般的に、2位置3方弁の弁体には、円筒シール部を有するスプール弁や、2つのテーパシート部を有する弁が用いられる。また、特許文献2には、燃料噴射弁のノズル制御用として、弁部材にテーパシートとパイプ状のフラットシートを設けた制御弁が開示されている。バルブシート部の一方をフラットとすると、組み付け時の位置決め精度が要求されない利点がある。
一般的に制御弁は、大流量を制御するためシート径を大きくすると、大きな駆動エネルギーを必要とする。特許文献2で提案されているテーパシートとパイプシートを1つの弁部材に備えた3方制御弁は、上下のシート径を同じにすることで油圧バランスさせて駆動エネルギーを低減しようとするものであるが、パイプシートからのリークを防ぐための精密加工が必要である。さらに、閉弁時にパイプシートの油膜により開弁力が発生し、それを抑えるための強い閉弁力が必要となるという問題がある。
Generally, a control valve requires a large amount of driving energy when the seat diameter is increased in order to control a large flow rate. The three-way control valve provided with a taper seat and a pipe seat in one valve member proposed in
そこで、本発明では、高度な加工精度や位置決め精度を必要とせず、製作や組付けを容易にすること、また、駆動エネルギーを低減することにより、高性能で信頼性の高い制御弁を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a high-performance and highly reliable control valve that does not require high processing accuracy and positioning accuracy, facilitates manufacture and assembly, and reduces drive energy. For the purpose.
請求項1の制御弁は、弁ハウジングに収容した第1弁部材の内部に第2弁部材を挿入配置してなり、第1弁部材が第1弁座に着座する時、第2弁部材は第1弁部材に押されて第2弁座から離座して第2ポートと制御通路が連通する。また、第2弁部材が第2弁座に着座する時、第1弁部材は第1弁座から離座して第1ポートと制御通路が連通する。以上により、上記制御通路と上記第1ポートまたは上記第2ポートを選択的に連通させる。 The control valve according to claim 1 is configured such that the second valve member is inserted and arranged inside the first valve member accommodated in the valve housing, and when the first valve member is seated on the first valve seat, the second valve member is The second port communicates with the control passage by being pushed by the first valve member and separated from the second valve seat. Further, when the second valve member is seated on the second valve seat, the first valve member is separated from the first valve seat and the first port communicates with the control passage. As described above, the control passage and the first port or the second port are selectively communicated.
本発明によれば、3方向制御弁をそれぞれにシートが形成される2つの弁部材で構成したので、高度な加工精度や位置決め精度が不要となる。よって製作や組付けが容易となり、簡易に高性能で信頼性の高い弁装置を提供することを目的とする。 According to the present invention, since the three-way control valve is composed of two valve members each formed with a seat, high processing accuracy and positioning accuracy are not required. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a valve device that can be easily manufactured and assembled, and simply has high performance and high reliability.
請求項2の制御弁は、弁ハウジング内に第1弁部材と第2弁部材を付勢部材を用いて密接配置してなり、第1弁部材が第1弁座に着座する時、第2弁部材は第1弁部材に押されて第2弁座から離座して第2ポートと制御通路が連通する。また、第2弁部材が第2弁座に着座する時、第1弁部材は第1弁座から離座して第1ポートと制御通路が連通する。以上により、上記制御通路と上記第1ポートまたは上記第2ポートを選択的に連通させる。
The control valve according to
本発明によっても、3方向制御弁をそれぞれにシートが形成される2つの弁部材で構成されることで、高度な加工精度や位置決め精度が不要となる。よって製作や組付けが容易となり、簡易に高性能で信頼性の高い弁装置を提供することを目的とする。 Also according to the present invention, since the three-way control valve is composed of two valve members each formed with a seat, high processing accuracy and positioning accuracy are not required. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a valve device that can be easily manufactured and assembled, and simply has high performance and high reliability.
請求項3の制御弁は、第1弁座と第2弁座の間に制御通路を配置する。そして、第1弁座に対して制御通路と反対側に第1ポートを配置し、第2弁座に対して制御通路と反対側に第2ポートを配置することにより、制御通路と第1ポートまたは第2ポートを選択的に連通させて制御通路の油圧を切り替えることができる。 In the control valve according to the third aspect, the control passage is disposed between the first valve seat and the second valve seat. Then, the first port is disposed on the opposite side of the control passage with respect to the first valve seat, and the second port is disposed on the opposite side of the control passage with respect to the second valve seat, whereby the control passage and the first port are disposed. Alternatively, the hydraulic pressure of the control passage can be switched by selectively communicating the second port.
請求項4の制御弁において、第1弁部材は弁ハウジングに設けたシリンダ内を摺動し、第1弁部材の摺動径に対して第1弁部材のシート径、および第2弁部材のシート径を小さくしている。これにより、第1弁部材の摺動径に加わる油圧力を、シート径に加わる油圧力より大きくすることができ、第1弁部材の摺動径に加わる油圧力を制御することで弁部材を移動できる。 5. The control valve according to claim 4, wherein the first valve member slides in a cylinder provided in the valve housing, the seat diameter of the first valve member with respect to the sliding diameter of the first valve member, and the second valve member The seat diameter is reduced. Thereby, the oil pressure applied to the sliding diameter of the first valve member can be made larger than the oil pressure applied to the seat diameter, and the valve member is controlled by controlling the oil pressure applied to the sliding diameter of the first valve member. Can move.
請求項5の制御弁において、第2弁部材は弁ハウジングおよび第1弁部材に対して摺動部を持たない。そのため第2弁部材は高精度な摺動加工が不要である。 In the control valve according to claim 5, the second valve member does not have a sliding portion with respect to the valve housing and the first valve member. Therefore, the second valve member does not require highly accurate sliding processing.
請求項6の制御弁は、弁ハウジングに設けたシリンダ内周に第1弁座および第2弁座を設け、軸方向の異なる位置に配置する。これにより第1弁部材と第2弁部材をそれぞれ弁ハウジングに対して対向する方向から挿入することができ、組付けが容易になる。 According to a sixth aspect of the present invention, the first valve seat and the second valve seat are provided on the inner periphery of the cylinder provided in the valve housing, and are arranged at different positions in the axial direction. As a result, the first valve member and the second valve member can be inserted from the direction facing the valve housing, respectively, and assembly is facilitated.
請求項7の制御弁は、第1ポートが低圧流体通路に、第2ポートが高圧流体通路に連通し、第1弁体のシート径と上記第2弁体のシート径が同等である。このようにすると、流体圧力は弁体に対して第1弁体を閉弁し、第2弁体を開弁するよう作用するため、制御室を高圧にすることが安全であるシステムに対して安全性を高めることができる。 According to a seventh aspect of the present invention, the first port communicates with the low pressure fluid passage and the second port communicates with the high pressure fluid passage, and the seat diameter of the first valve body and the seat diameter of the second valve body are equal. In this way, the fluid pressure acts to close the first valve body and open the second valve body with respect to the valve body. Safety can be increased.
請求項8の制御弁は、第1ポートが低圧流体通路に、第2ポートが高圧流体通路に連通し、上記第1弁体のシート径が上記第2弁体のシート径より小さい。このようにすると、制御室の圧力をゆるやかに低圧にし、すばやく高圧にすることができる。よって、例えば燃料噴射弁に適用した場合、ノズルニードルの開弁速度を遅く、閉弁速度を速くして噴射率をデルタ型にすることができ、NOx低減に好適である。 In the control valve according to claim 8, the first port communicates with the low pressure fluid passage, the second port communicates with the high pressure fluid passage, and the seat diameter of the first valve body is smaller than the seat diameter of the second valve body. If it does in this way, the pressure of a control room can be made into low pressure gently, and can be made high pressure quickly. Therefore, for example, when applied to a fuel injection valve, the valve opening speed of the nozzle needle can be reduced and the valve closing speed can be increased to make the injection rate a delta type, which is suitable for NOx reduction.
請求項9の制御弁は、第1弁部材の摺動部端面と弁ハウジングに設けたシリンダ内壁面とで囲まれる油圧室を設け、この油圧室の圧力を電気的アクチュエータで制御することにより第1弁部材を駆動する。このようにすると、電気的アクチュエータは油圧室の圧力を制御する小さな力で、大きな力を必要とする制御弁を駆動することができる。 The control valve according to claim 9 is provided with a hydraulic chamber surrounded by the sliding portion end surface of the first valve member and a cylinder inner wall surface provided in the valve housing, and the pressure in the hydraulic chamber is controlled by an electric actuator. One valve member is driven. In this way, the electric actuator can drive a control valve that requires a large force with a small force that controls the pressure in the hydraulic chamber.
請求項10の制御弁は、油圧室が第1オリフィスを介して高圧流体通路に連通する通路と、第2オリフィスと電気的アクチュエータで制御される弁体を介して低圧流体通路に連通する通路を備える。このようにすると、第1オリフィスで油圧室に流入する高圧流体を制限し、第2オリフィスを第1オリフィスより大きくすることで、駆動時に油圧室からリークする燃料を低減することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a control valve in which a hydraulic chamber communicates with a high-pressure fluid passage through a first orifice, and a passage communicated with a low-pressure fluid passage through a valve body controlled by a second orifice and an electric actuator. Prepare. If it does in this way, the fuel which leaks from a hydraulic chamber at the time of a drive can be reduced by restricting the high pressure fluid which flows into a hydraulic chamber by the 1st orifice, and making the 2nd orifice larger than the 1st orifice.
請求項11の制御弁は、第1弁部材が第1弁座から離座すると、制御通路の圧力が減少し、高圧流体通路との圧力差により第2弁部材が第2弁座に着座する。このようにすると、第1弁体と第2弁体が分離しても確実に第2弁体を着座することができる。 In the control valve according to claim 11, when the first valve member is separated from the first valve seat, the pressure of the control passage decreases, and the second valve member is seated on the second valve seat due to the pressure difference with the high pressure fluid passage. . If it does in this way, even if a 1st valve body and a 2nd valve body isolate | separate, a 2nd valve body can be seated reliably.
請求項12の制御弁は、第1弁部材のシートが略円錐面になっており、第2弁部材のシートが略円錐面になっている。このようにすると、容易な加工で精度の高いシートを製造できる。 In the control valve according to claim 12, the seat of the first valve member has a substantially conical surface, and the seat of the second valve member has a substantially conical surface. If it does in this way, a highly accurate sheet | seat can be manufactured by easy process.
請求項13の制御弁は、第1弁部材のシートが略円錐面になっており、第2弁部材のシートが略球面になっている。このようにすると、第2弁部材が傾くようなことがあっても確実にシートできる。 In the control valve according to the thirteenth aspect, the seat of the first valve member has a substantially conical surface, and the seat of the second valve member has a substantially spherical surface. If it does in this way, even if the 2nd valve member may incline, it can seat reliably.
請求項14の制御弁は、第1弁部材のシートが略円錐面になっており、第2弁部材のシートが平面になっている。このようにすると、第1弁部材と第2弁部材の軸が大きくズレても確実に第2弁部材が着座する。さらに、第2弁座着座時の面圧を小さくすることができ、高圧のシステムでも信頼性の高い制御弁が得られる。 In the control valve according to the fourteenth aspect, the seat of the first valve member has a substantially conical surface, and the seat of the second valve member has a flat surface. If it does in this way, even if the axis | shaft of a 1st valve member and a 2nd valve member slip | deviates large, a 2nd valve member will seat reliably. Furthermore, the surface pressure when the second valve seat is seated can be reduced, and a highly reliable control valve can be obtained even in a high pressure system.
請求項15は、請求項9ないし13に記載した構成の制御弁を備える燃料噴射弁である。上記制御弁の制御通路が増圧ピストンの制御室とノズルニードルの制御室に連通し、電気的アクチュエータ駆動時に第1弁部材を開弁し第2弁部材を閉弁して制御室を低圧にすることで増圧ピストンを駆動して噴射燃料を増圧するとともにノズルニードルを開弁して噴射を行う。一方、電気的アクチュエータ停止時に第1弁体を閉弁し第2弁体を開弁して制御室を高圧にすることで増圧ピストンをリセットするとともにノズルニードルを閉弁して噴射停止する。このようにして燃料噴射を制御することができる。 A fifteenth aspect of the present invention is a fuel injection valve provided with the control valve having the configuration described in the ninth to thirteenth aspects. The control passage of the control valve communicates with the control chamber of the booster piston and the control chamber of the nozzle needle, and when the electric actuator is driven, the first valve member is opened and the second valve member is closed to lower the control chamber. As a result, the pressure increasing piston is driven to increase the pressure of the injected fuel and the nozzle needle is opened to perform injection. On the other hand, when the electric actuator is stopped, the first valve body is closed and the second valve body is opened to increase the pressure of the control chamber, thereby resetting the booster piston and closing the nozzle needle to stop the injection. In this way, fuel injection can be controlled.
請求項16の燃料噴射弁は制御通路にオリフィスを備え、オリフィス流量を調整することで噴射と増圧のタイミングを設定できる。増圧ピストンの制御通路のオリフィス流量を調整することで駆動信号オンから増圧開始までの時間を調整でき、ノズルニードルの制御通路のオリフィス流量を調整することで駆動信号オンから噴射開始までの時間を調整できる。そして増圧と噴射のタイミングを設定することで噴射弁の噴射率波形を設定できる。 The fuel injection valve according to the sixteenth aspect includes an orifice in the control passage, and the timing of injection and pressure increase can be set by adjusting the orifice flow rate. By adjusting the orifice flow rate in the control passage of the booster piston, the time from the drive signal ON to the start of pressure increase can be adjusted, and by adjusting the orifice flow rate in the control passage of the nozzle needle, the time from the drive signal ON to the start of injection Can be adjusted. The injection rate waveform of the injection valve can be set by setting the pressure increase and injection timing.
以下、本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明を適用した3方向制御弁である油圧サーボ弁3を用いたディーゼルエンジン用の増圧式コモンレールインジェクタ1の構成図である。図1において、インジェクタ1は、高圧流体通路である高圧燃料通路21を介して、高圧燃料を蓄圧するコモンレール2に接続している。コモンレール2には、吐出量の可変機構を備える公知の高圧サプライポンプ23が接続され、燃料タンク24の燃料を加圧してコモンレール2に圧送するようになっている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure-intensifying common rail injector 1 for a diesel engine using a
インジェクタ1は、コモンレール2の燃料を増圧する増圧装置4と、増圧装置4で増圧された燃料を噴射する噴射ノズル7を有している。増圧装置4および噴射ノズル7の作動は、電磁弁5と油圧サーボ弁3によって制御される。電磁弁5は2位置2方弁で、燃料タンク24に至る低圧流体通路としてのリターン通路27と油圧サーボ弁3との間を開閉することにより、油圧室であるサーボ弁制御室13の制御油圧を増減させる。電磁弁5は電気的アクチュエータであるソレノイドで弁体を開閉制御する公知の構成のものが用いられる。本発明の特徴である油圧サーボ弁3については、詳細を後述する。
The injector 1 includes a pressure increasing device 4 that increases the fuel in the
増圧装置4は、大小二段径の段付シリンダ45内を図の上下方向に摺動する増圧ピストン44によって、シリンダ45の下端部に形成される増圧室41の圧力を増減する。増圧ピストン44は大小二段径の段付形状で、大径の上ピストンが大径の上シリンダ内を、小径の下ピストンの下端部が小径の下シリンダ内を、それぞれ油密を保って摺動するようになっており、増圧室41は小径の下ピストン下端面とシリンダ45内壁面を室壁として形成される。シリンダ45の上端部には、増圧ピストン44の大径の上ピストン上端面とシリンダ45内壁面を室壁とする高圧室42が形成され、高圧燃料通路21を介してコモンレール2に接続されている。
The pressure booster 4 increases or decreases the pressure in the pressure increasing chamber 41 formed at the lower end of the
シリンダ45の大径の上シリンダ内には、増圧ピストン44の小径の下ピストン周りに、増圧制御室11が形成される。増圧制御室11はオリフィス141を有する増圧制御通路14によって油圧サーボ弁3と連通するとともに、逆止弁16を有する流路によって増圧室41と連通している。増圧制御室11にはスプリング43が配設されて増圧ピストン44を上方に付勢している。この時、増圧ピストン44の上端面には、高圧室42の油圧力が、下端面には増圧制御室11の油圧力とスプリング43のバネ力が作用しており、増圧制御室11の圧力を低下させると、増圧ピストン44が下降して増圧室41に供給される燃料を増圧する。
In the upper cylinder of the large diameter of the
噴射ノズル7は、ノズルボデー72内にノズルニードル71を摺動自在に収容してなる。ノズルニードル71は、コマンドピストン73によって駆動されてノズルボデー72先端部に設けた噴孔74を開閉する。燃料溜まり75は流路17により増圧室41と連通している。コマンドピストン73の上方には噴射制御室12が設けられ、噴射制御室12はオリフィス151を有する噴射制御通路15によって油圧サーボ弁3と連通している。コマンドピストン73はノズルニードル71よりも大径としてあり、コマンドピストン73とノズルニードル71の連結部周りには、スプリング76が配設されてコマンドピストン73に上向きの付勢力を、ノズルニードル71に下向きの付勢力を与えている。この構成において、噴射制御室12の圧力を低下させると、コマンドピストン73とともにノズルニードル71が上昇して、燃料溜まり75から供給される燃料を噴射する。
The
次に、図2を用いて本発明の特徴である油圧サーボ弁3の構造について説明する。図示するように、油圧サーボ弁3は、弁ハウジングに設けたシリンダ65に、第1弁部材である上バルブ31と第2弁部材である下バルブ32を収容してなる。上バルブ31は上端が閉鎖する略円筒状で、上半部を摺動部とし、小径とした下半部の開口端部に下方へ向けて縮径させてテーパ面(円錐面)状の上シート33を形成している。下バルブ32は略円柱状で、上半部が上バルブ31の筒内に挿通保持され、下端部を下方へ向けて拡径させてテーパ面(円錐面)状の下シート34を形成している。シリンダ65は、中間部が小径の段付き形状となっており、その上端側の段部を上バルブ31が着座する第1弁座としての上弁座63、下端側の段部を下バルブ32が着座する第2弁座としての下弁座64としてある。下バルブ32はシリンダ65中間部から下方へ延出し、下シート34を設けた下端部が大径のシリンダ65下端部内に収容されている。
Next, the structure of the
弁ハウジングは、シリンダ65の上端部と弁座63、64を設けた小径中間部を構成する座面部材61と、シリンダ65の下端部を構成するハウジング部材62を衝合してなる。座面部材61には、上弁座63上方のシリンダ65側面に開口して、上バルブ31の小径下半部周りの空間に連通する、第1ポートとしてのリターンポート28が形成されている。リターンポート28の他端はリターン通路27に連通している。座面部材61には、さらに、弁座63、64間のシリンダ65側面に開口して、下バルブ32の中間部周りの空間に連通する増圧制御通路14と噴射制御通路15が形成される。これら増圧制御通路14および噴射制御通路15の他端は、それぞれ増圧装置4の増圧制御室11、噴射ノズル7の噴射制御室12に連通している。一方、ハウジング部材62には、シリンダ65の下端面中央に開口して、下バルブ31の下端部周りの空間に開口する、第2ポートとしての高圧ポート22が形成されている。なお、高圧ポート22に対向する下バルブ32の下端面は、半円筒状の溝を有しており、下バルブ32開弁時に高圧ポート22から流入する燃料の流れを絞らないようにしてある。
The valve housing is formed by abutting a
サーボ弁制御室13は、上バルブ31が摺動するシリンダ65の上端部に、上バルブ31の上端面とシリンダ65の内壁面を室壁として形成される。サーボ弁制御室13は、側面に開口するインオリフィス25を有する通路にて増圧装置4の高圧室42に連通するとともに、頂面に開口するアウトオリフィス26を有する通路にて電磁弁5を介してリターン通路27に連通する。この電磁弁5を駆動することにより、サーボ弁制御室13とリターン通路27との連通が制御され、上バルブ31および下バルブ32が一体で上下動する。ここで、図3(a)、(e)に示すように、詳細には、上バルブ31の上端面は中央部が凹陥しており、上方に突出する外周縁部には一箇所に径方向の溝311が設けられる。この溝311は、上バルブ31が上方位置にある時もインオリフィス25からサーボ弁制御室13に燃料が流入するようにしている。
The servo
油圧サーボ弁3は、上バルブ31の上端面の面積A1を下バルブ32の下端面の面積A4より大きくし、摺動部と上シート33の間にリターンポート28に連通する低圧部を設けている。本実施形態では、上シート33と下シート34の面積は同じとしたが、上シート33の面積より下端面の面積A4が大きければシート面積の差があってもよい。この構成により、制御室13の圧力によってシート位置が切り替わり、制御室13が高圧の時は、下方向の油圧力が大きくなり、油圧サーボ弁3の上シート33が閉じる。制御室13が低圧になると上方向の油圧力が大きくなり、下シート34が閉じる。
The
図1、2を用いて油圧サーボ弁3およびインジェクタ1の作動を説明する。図1に示すように、電磁弁(2/2弁)5は非通電状態で閉弁するように構成されており、油圧サーボ弁3のアウトオリフィス26とリターン通路27の連通は遮断されている。この時、図2に示すように、インオリフィス25から流入するコモンレール2の圧力で、サーボ弁制御室13は高圧となっており、上バルブ31の上シート33が上弁座63に着座し、下バルブ32の下シート34は下弁座64から離座している。従って、増圧制御通路14および噴射制御通路15は高圧ポート22と連通し、増圧制御室11および噴射制御室12も高圧となっている。このため、噴射ノズル7のノズルニードル71は下端位置にあり燃料は噴射されない。
The operation of the
噴射時に、電磁弁5に通電してこれを開弁駆動すると、油圧サーボ弁3のアウトオリフィス26とリターン通路27が連通して、サーボ弁制御室13の油圧が低圧になる(図2の電磁弁ON行程)。すると、
上向き力=(A2+A4)×Fp>下向き力=A3×Fp・・・(1)
となり、上下バルブ31、32は上下の油圧力差により図の上方に移動する。これに伴い、上バルブ31の上シート33が上弁座63から離座し、次いで下バルブ32の下シート34が下弁座64に着座する。すなわち、
上向き力=A4×Fp>下向き力=A5×Fp・・・(2)
となり、下バルブ32の下シート34は閉鎖状態を保持する。
When the solenoid valve 5 is energized and driven to open during injection, the
Upward force = (A2 + A4) × Fp> Downward force = A3 × Fp (1)
Thus, the upper and
Upward force = A4 × Fp> Downward force = A5 × Fp (2)
Thus, the
これにより、増圧制御通路14および噴射制御通路15がリターンポート28と連通し、増圧制御室11および噴射制御室12の燃料は、油圧サーボ弁3の上シート33を通過してリターン通路27へ流出する。ノズルニードル71は、噴射制御室12の油圧力が低下して、開弁方向の油圧力がスプリング76の力より大きくなると開弁して、噴孔74を開放する。また、増圧制御室11が低圧になると増圧ピストン44は上下の油圧力差をバランスするように図の下方に移動し、増圧室41の燃料を加圧して燃料溜まり17へ送出する。これにより、増圧された燃料を噴射することができる。
As a result, the pressure
ここで、増圧制御室11へ至る増圧制御通路14と噴射制御室12へ至る噴射制御通路15を独立して設けたので、それぞれオリフィス141、オリフィス151で流量を制御可能である。本実施形態では、噴射制御室12の圧力が先に低下するようにすることで、ノズルニードル71の開弁が速くなり噴射応答性が向上する。この場合、噴射される燃料は、噴射開始時はコモンレール圧であるが、増圧ピストン44が増圧室41の燃料を加圧することにより、噴射中に超高圧になる。このため初期が低く後期が高いデルタ状の噴射率波形を成形でき、エミッションの低減と高出力化の両立に有利である。
Here, since the pressure
噴射終了時は、電磁弁5への通電を停止し、油圧サーボ弁3のアウトオリフィス26とリターン通路27の連通を遮断する。これにより、サーボ弁制御室13の油圧が再び上昇して高圧になる(図2の電磁弁OFF行程)。すると、
上向き力=A4×Fp<下向き力=(A1+A5)×Fp・・・(3)
となり、上下バルブ31、32が上下の油圧力差により図の下方に移動する。これに伴い、下バルブ32の下シート34が下弁座64から離座し、次いで上バルブ31の上シート33が上弁座6に着座して、
上向き力=(A2+A4)×Fp<下向き力=(A1+A3)×Fp・・・(4)
となり、上バルブ31の上シート33は閉鎖状態を保持する。
At the end of injection, the energization of the electromagnetic valve 5 is stopped, and the communication between the
Upward force = A4 × Fp <Downward force = (A1 + A5) × Fp (3)
Thus, the upper and
Upward force = (A2 + A4) × Fp <Downward force = (A1 + A3) × Fp (4)
Thus, the
これにより、増圧制御通路14および噴射制御通路15と高圧ポート22が連通し、増圧制御室11および噴射制御室12に、油圧サーボ弁3の下シート34を通りコモンレール圧の燃料が流入して再び高圧となる。すると、噴射ノズル7のノズルニードル71が下降して噴孔を閉鎖するとともに、増圧装置4の増圧ピストン44が初期位置へ戻る。
As a result, the pressure
ここで、上述したように、増圧制御通路14と噴射制御通路15はオリフィス141とオリフィス151により流量を独立して制御可能であり、本実施形態では、噴射制御室12の圧力が先に上昇するように構成される。従って、まず噴射制御室12が高圧になり、コマンドピストン73とノズルニードル71の面積差により、ノズルニードル71が高速で閉弁するためシャープカットが可能である。次いで増圧制御室11が高圧になり、スプリング43により増圧ピストン44が復帰方向(図の上方)に移動する。この時、増圧室41は、逆止弁16から燃料が流入してコモンレール圧を維持する。
Here, as described above, the flow rate of the pressure
以上のように、本発明によれば、電磁弁5の駆動エネルギーを低減できるとともに、高度な加工精度や位置決め精度を要さずに常時リークを低減できる油圧サーボ弁6を提供できる。また、油圧サーボ弁6の複数の弁部材、すなわち、上シート33をもつ上バルブ31と下シート34をもつ下バルブ32で構成することで、弁座63、64を有する座面部材61に対してバルブ31、32を両側から挿入することができ、容易に組付け可能となる。図3(a)に示すように、下バルブ32は上バルブ31の中心穴にラフガイドされ、先端のテーパ部が接触した状態で規定のリフト量を確保できるように調整してある。これにより、上シート33が閉じる時、上バルブ31は下バルブ32を押し下げて下シート34を開き、下シート34が閉じる時、下バルブ32は上バルブ31を押し上げて上シート33を開く。なお、下バルブ32は開弁後に上バルブ31と分離することで、上バルブ31の着座時のエネルギーを分散してバウンスを防止することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide the hydraulic servo valve 6 that can reduce the drive energy of the electromagnetic valve 5 and can always reduce the leak without requiring high processing accuracy and positioning accuracy. Further, by constituting the plurality of valve members of the hydraulic servo valve 6, that is, the
図3(b)〜(d)に油圧サーボ弁6の他の実施形態を示す。図3(b)は、本発明の第2の実施形態であり、上バルブ31の上シート33が着座する上弁座63の座面を、対向する上シート33同様、下方に向けて縮径するテーパ面とし、下バルブ32の下シート34が着座する下弁座64の座面を、対向する下シート34同様、下方に向けて拡径するテーパ面とする。このようにシート座面をテーパ状にすると、容易な加工で信頼性の高いシートを製造できる。
3 (b) to 3 (d) show another embodiment of the hydraulic servo valve 6. FIG. FIG. 3B is a second embodiment of the present invention, and the diameter of the seat surface of the
図3(c)は、本発明の第3の実施形態であり、上下弁座63、64は第2実施形態と同様のテーパ面とし、下バルブ32の下シート34を球面状に構成する。このようにすると、下バルブ32の軸が傾いてもシートできるので、信頼性がより向上する。
FIG. 3C shows a third embodiment of the present invention. The upper and
図3(d)は、本発明の第4の実施形態であり、下バルブ32の下シート34をフラット(平面)に構成した。このようにすると、上バルブ31と下バルブ32に軸ズレが生じた場合、上バルブ31の筒内周面と下バルブ32外周面とのクリアランスが小さくても確実にシールすることができる。さらに、下シート34着座時の面圧を小さくすることができ、高圧のシステムでも信頼性の高い制御弁が得られる。また、本実施形態では、上バルブ31と下バルブ32を貫通する貫通穴35を形成し、その上端にインオリフィス25を設けている。これにより、サーボ弁制御室13が高圧ポート22を介してコモンレール2に連通するので、通路構成がより簡易になる。
FIG. 3D shows a fourth embodiment of the present invention, in which the
図4(a)〜(c)に油圧サーボ弁6のさらに他の実施形態を示す。上記実施形態では、上バルブ31内に下バルブを挿通保持したが、図示するように上バルブ31に下バルブ32をガイドする軸を設け、上バルブ31に下バルブ32を付勢部材であるスプリング37で付勢することにより、一体に移動する構成としてもよい。図4(a)は、本発明の第5の実施形態であり、上バルブ31は上シート33の下方に延出した細径部がガイド軸36となっており、その下端はシリンダ65の下端大径部内に位置している。下バルブ32は半球状で上シート34が球面となっており、上面中央にガイド軸36が嵌合される凹部38を有している。下バルブ32はその下面側に配設されるスプリング37により、上バルブ31と分離しないように押圧されている。
4A to 4C show still another embodiment of the hydraulic servo valve 6. In the above embodiment, the lower valve is inserted and held in the
図4(b)は、本発明の第6の実施形態であり、上記第5の実施形態の基本構成において、下バルブ32の下シート34を球面とする代わりに、テーパ面としていある。図4(c)は、本発明の第7の実施形態であり、上記第5の実施形態の基本構成において、下バルブ32をT字断面のブロック状とし、下シート34を球面とする代わりにフラットにしてある。スプリング37は下バルブ32の小径下半部周りに配設される。この構成では、上バルブ31と下バルブ32の軸がズレてもシートできるので、下バルブ32に凹部38を設けていない。
FIG. 4B shows a sixth embodiment of the present invention. In the basic configuration of the fifth embodiment, the
以上、本発明によれば、簡易な構成で高精度な増圧制御、噴射制御が可能な制御弁を実現できる。なお、本発明は、2つのアクチュエータを備える従来の増圧式インジェクタにおいて、小型のソレノイドで駆動する制御弁としても適用可能である。また、燃料噴射弁以外の流体制御弁としても適用可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a control valve capable of highly accurate pressure increase control and injection control with a simple configuration. Note that the present invention can also be applied as a control valve driven by a small solenoid in a conventional booster injector having two actuators. Moreover, it is applicable also as fluid control valves other than a fuel injection valve.
1 インジェクタ
11 増圧制御室(制御室)
12 噴射制御室(制御室)
13 サーボ弁制御室(油圧室)
14 増圧制御通路(制御通路)
15 噴射制御通路(制御通路)
2 コモンレール
21 高圧燃料通路(高圧流体通路)
22 高圧ポート(第2ポート)
23 燃料ポンプ
24 燃料タンク
25 インオリフィス(第1オリフィス)
26 アウトオリフィス(第2オリフィス)
27 リターン通路(低圧流体通路)
28 リターンポート(第1ポート)
3 油圧サーボ弁(制御弁)
31 上バルブ(第1の弁部材)
32 下バルブ(第2の弁部材)
33 上シート(第1の弁部材)
34 下シート(第2の弁部材)
4 増圧制御弁
41 増圧室
42 高圧室
43 スプリング
44 増圧ピストン
5 電磁弁
61 座面部材(弁ハウジング)
62 ハウジング部材(弁ハウジング)
63 上弁座(第1弁座)
64 下弁座(第2弁座)
65 シリンダ
7 噴射ノズル
71 ノズルニードル
1 Injector 11 Pressure increase control room (control room)
12 Injection control room (control room)
13 Servo valve control room (hydraulic room)
14 Pressure increase control passage (control passage)
15 Injection control passage (control passage)
2
22 High pressure port (second port)
23 Fuel pump 24
26 Out orifice (second orifice)
27 Return passage (low pressure fluid passage)
28 Return port (1st port)
3 Hydraulic servo valve (control valve)
31 Upper valve (first valve member)
32 Lower valve (second valve member)
33 Upper seat (first valve member)
34 Lower seat (second valve member)
4 Pressure increase control valve 41 Pressure increase chamber 42 High pressure chamber 43 Spring 44 Pressure increase piston 5
62 Housing member (valve housing)
63 Upper valve seat (first valve seat)
64 Lower valve seat (second valve seat)
65
Claims (16)
The fuel injection valve according to claim 15, wherein an orifice is provided in the control passage, and the timing of injection and pressure increase can be set by adjusting the flow rate of the orifice.
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