JP2008267164A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a fuel injection device, and is suitably applied to, for example, an accumulator fuel injection device that injects and supplies fuel to an internal combustion engine.
従来、燃料噴射装置は、例えばディーゼル機関用蓄圧式燃料噴射装置において、内燃機関の各気筒に設けられ、燃料をその気筒の燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁が知られている(特許文献1参照)。この種の燃料噴射弁としては、応答性に優れたピエゾアクチュエータを駆動部に用いたピエゾインジェクタであり、その駆動部は、通常、ピエゾインジェクタの変位を油圧を介して伝達する油圧伝達装置を備えている(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a fuel injection device, for example, in a pressure accumulating fuel injection device for a diesel engine, a fuel injection valve that is provided in each cylinder of an internal combustion engine and supplies fuel to a combustion chamber of the cylinder is known (Patent Document 1). reference). This type of fuel injection valve is a piezo injector that uses a piezo actuator with excellent responsiveness as a drive unit, and the drive unit usually includes a hydraulic pressure transmission device that transmits the displacement of the piezo injector via hydraulic pressure. (See Patent Document 1).
特許文献1の開示する技術では、段付きのシリンダ内の小径部に小径ピストンが、大径部に大径ピストンがそれぞれ摺動自在に保持され、小径ピストンと大径ピストンの間に油圧室が形成されている。この技術では、油圧室と大小ピストンを組め合わせることにより、ピエゾアクチュエータの変位を拡大する変位拡大機能を有している。 In the technique disclosed in Patent Document 1, a small-diameter piston is held in a small-diameter portion in a stepped cylinder, and a large-diameter piston is slidably held in a large-diameter portion, and a hydraulic chamber is provided between the small-diameter piston and the large-diameter piston. Is formed. This technology has a displacement expansion function that expands the displacement of the piezoelectric actuator by combining a hydraulic chamber and a large and small piston.
特許文献2では、大径ピストン及び小径ピストンのピストン部材と、これらを支持するシリンダ(ケーシング)の案内孔との間の摺動隙間を、噴射時のピエゾアクチュエータ動作による油圧室(結合室)の液体損失分を再充填するための隙間量に設定する技術が開示されている。
従来技術では、例えば上記燃料噴射弁をエンジンへクランプ部材により取付けるものにおいて、クランプ力が均一に作用せず燃料噴射弁に偏荷重が加わる場合がある。燃料噴射弁に偏荷重が加わると、燃料噴射弁のノズルボデーやロアボデー内の摺動部材等の構成部品に、曲げによる変形や、傾いたり軸ずれしたりしてミスアライメントが生じる可能性がある。 In the prior art, for example, in the case where the fuel injection valve is attached to the engine with a clamp member, the clamping force does not act uniformly and an uneven load may be applied to the fuel injection valve. When an unbalanced load is applied to the fuel injection valve, misalignment may occur in components such as the nozzle body of the fuel injection valve and the sliding member in the lower body due to deformation due to bending, tilting, or axis misalignment.
特に、上記ピストン部材が傾いたり、ピストン部材を支持するシリンダの案内孔が変形すると、ピストン部材と案内孔との摺動部の摺動抵抗が増加するおそれがある。場合によっては、この摺動部の円滑な摺動ができなくなり、所定の変位量が得られず適正な噴射が行なえないおそれがある。 In particular, when the piston member is tilted or the guide hole of the cylinder supporting the piston member is deformed, the sliding resistance of the sliding portion between the piston member and the guide hole may increase. In some cases, the sliding portion cannot be smoothly slid, and a predetermined amount of displacement cannot be obtained and proper injection may not be performed.
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、エンジンへの組付時等において偏荷重が作用する場合があっても、ピストン部材の摺動部での摺動抵抗の増加を抑制する燃料噴射装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object of the present invention is to slide the piston member at the sliding portion even when an unbalanced load may be applied during assembly to the engine. An object of the present invention is to provide a fuel injection device that suppresses an increase in dynamic resistance.
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。 In order to achieve the above object, the present invention comprises the following technical means.
即ち、請求項1乃至9に記載の発明では、圧電素子または磁歪素子を変位発生源とするアクチュエータと、案内孔に軸方向移動可能に支持される第1ピストンおよび第2ピストンを有し、アクチュエータの変位を第1ピストンおよび第2ピストンの順に伝達するピストン部材と、ピストン部材の変位に応じて噴孔を開閉するノズルニードルと、アクチュエータ、ピストン部材、およびノズルニードルを収容するハウジングとを備える燃料噴射装置において、第1ピストンは、案内孔に沿う側面を軸方向に向かう曲面に形成されていることを特徴とする。 That is, the invention according to any one of claims 1 to 9 includes an actuator using a piezoelectric element or a magnetostrictive element as a displacement generation source, and a first piston and a second piston supported in the guide hole so as to be movable in the axial direction. A piston member that transmits the displacement of the first piston and the second piston in order, a nozzle needle that opens and closes the nozzle hole according to the displacement of the piston member, and a housing that houses the actuator, the piston member, and the nozzle needle In the injection device, the first piston is characterized in that a side surface along the guide hole is formed into a curved surface directed in the axial direction.
これによると、ピストン部材は、案内孔に軸方向移動可能に支持される第1ピストンおよび第2ピストンを有し、アクチュエータの変位を第1ピストンおよび第2ピストンの順に伝達する。そのピストン部材において、第1ピストンは、案内孔に沿う側面を軸方向に向かう曲面に形成されている。 According to this, the piston member has the first piston and the second piston supported in the guide hole so as to be movable in the axial direction, and transmits the displacement of the actuator in the order of the first piston and the second piston. In the piston member, the first piston is formed as a curved surface in the axial direction at the side surface along the guide hole.
即ち、アクチュエータと第2ピストンとの間に配置され、アクチュエータの変位を第2ピストンへ伝達する第1ピストンは、案内孔に沿う側面を軸方向に向かう曲面に形成されているので、第1ピストンの軸方向の両端部において案内孔との隙間余裕が拡大されている。これにより、ハウジングに偏荷重が加わる場合があったとしても、アクチュエータと第2ピストンとの間で変位が第1ピストンに伝達される際に、第1ピストンと案内孔との摺動部は、従来技術の円柱形状の如く軸方向端部の案内孔への片当たり等による摺動抵抗の増加を、回避することができる。 That is, the first piston, which is disposed between the actuator and the second piston and transmits the displacement of the actuator to the second piston, has a side surface along the guide hole formed in a curved surface directed in the axial direction. The clearance margin with the guide hole is enlarged at both ends in the axial direction. Thereby, even when an unbalanced load may be applied to the housing, when the displacement is transmitted to the first piston between the actuator and the second piston, the sliding portion between the first piston and the guide hole is An increase in sliding resistance due to, for example, contact with the guide hole at the axial end as in the conventional cylindrical shape can be avoided.
なお、上記第1ピストンの側面において、上記曲面は、軸方向と周方向で曲率半径が異なるものであっても、同じものであってもいずれでもよい。 In the side surface of the first piston, the curved surface may have the same or different curvature radius in the axial direction and the circumferential direction.
ここで、上記従来技術の第1ピストンが案内孔へ片当たりする場合において摺動抵抗が増加するのは、アクチュエータの伸長により変位が伝達されるとともに、伸長により駆動力が加わるためであり、その第1ピストンに加わる駆動力において、片当たりする案内孔に向けて略径方向の分力が作用するからである。 Here, the sliding resistance increases when the first piston of the prior art hits against the guide hole because the displacement is transmitted by the extension of the actuator and the driving force is applied by the extension. This is because, in the driving force applied to the first piston, a component force in a substantially radial direction acts toward the guide hole that contacts one piece.
これに対して、請求項2に記載の発明の如く、第1ピストンは、球体であることが好ましい。
On the other hand, as in the invention described in
これにより、第1ピストンは、例えばアクチュエータ側および第2ピストン側の両当接部との作用点の位置がずれる場合があったとしても、その作用点位置を変えることなく、球状の第1ピストンの回転等により上記分力を吸収することが可能である。 Thereby, even if the position of an action point with the both contact parts on the actuator side and the second piston side may be shifted, for example, the first piston has a spherical first piston without changing the position of the action point. It is possible to absorb the above-mentioned component force by rotating the lens.
したがって、ハウジングに偏荷重が加わる場合があったとしても、第1ピストンと案内孔との摺動部は、摺動抵抗の増加を防止することができる。 Therefore, even if an uneven load is applied to the housing, the sliding portion between the first piston and the guide hole can prevent an increase in sliding resistance.
上記案内孔が、ハウジング内に設けられ、第1ピストンおよび第2ピストンを軸方向移動可能に支持するシリンダ部材に形成されている場合において、請求項3に記載の発明の如く、アクチュエータの第1ピストン側の軸方向端部は、第1ピストンに当接していることが好ましい。
In the case where the guide hole is formed in a cylinder member provided in the housing and supporting the first piston and the second piston so as to be movable in the axial direction, as in the invention according to
上記請求項1に記載の如き第1ピストンは案内孔に沿う側面を軸方向に向かう曲面に形成されているものである故に、上記摺動抵抗の増加が回避されるので、アクチュエータの伸長により第1ピストンへ変位を伝達する際に、摺動抵抗によるアクチュエータへの反力を比較的小さく抑えることが可能である。 Since the first piston according to the first aspect of the present invention has a side surface along the guide hole formed into a curved surface that extends in the axial direction, an increase in the sliding resistance is avoided, so that the first piston is extended by the extension of the actuator. When transmitting displacement to one piston, the reaction force to the actuator due to sliding resistance can be kept relatively small.
従って請求項3に記載の発明では、第1ピストンを変位させることによりアクチュエータへ加わる反力は比較的小さいため、アクチュエータの第1ピストン側の軸方向端部を第1ピストンに直接当接させることができる。これにより、例えばアクチュエータに過大な反力が加わることによりアクチュエータの圧電素子または磁歪素子が損傷するのを回避することができる。
Accordingly, in the invention described in
また、上記案内孔が上記シリンダ部材に形成されている場合において、請求項4乃至5に記載の発明の如く、アクチュエータの第1ピストン側の軸方向端部と、第1ピストンとの間には、シリンダの案内孔に挿入可能、かつ軸方向端部および第1ピストンに当接する第3ピストンを備えていることが好ましい。 Further, in the case where the guide hole is formed in the cylinder member, as in the inventions according to claims 4 to 5, there is a gap between the axial end of the actuator on the first piston side and the first piston. It is preferable to include a third piston that can be inserted into the guide hole of the cylinder and is in contact with the axial end and the first piston.
これにより、アクチュエータの伸長により第1ピストンへ変位を伝達する際に、アクチュエータの第1ピストン側の軸方向端部が第1ピストンに直接当接することはないため、第3ピストンを介して第1ピストンとアクチュエータとのミスアライメントを吸収することが可能である。 As a result, when the displacement is transmitted to the first piston by the extension of the actuator, the axial end portion on the first piston side of the actuator does not directly contact the first piston, so the first piston is connected via the third piston. It is possible to absorb misalignment between the piston and the actuator.
特に、上記第3ピストンにおいて、請求項5に記載の発明の如く、第1ピストン側の当接部は、第1ピストンに沿う曲面に形成されていることが好ましい。
Particularly, in the third piston, as in the invention described in
これによると、アクチュエータと第1ピストンとの間に挟み込まれて配置される第3ピストンは、第1ピストン側の当接部を第1ピストンに沿う曲面に形成しているので、第3ピストンにおける第1ピストンに沿う曲面を利用して、第1ピストンとアクチュエータとのミスアライメントを吸収することができる。 According to this, since the 3rd piston inserted | pinched between an actuator and a 1st piston forms the contact part by the side of a 1st piston in the curved surface along a 1st piston, in 3rd piston The misalignment between the first piston and the actuator can be absorbed by using the curved surface along the first piston.
また、請求項6に記載の発明の如く、第2ピストンの第1ピストン側の端部は、第1ピストンに沿う曲面に形成されていることを特徴とする。これによると、第2ピストンが第1ピストンに当接する当接部を、第1ピストンに沿う曲面に形成することができる。それ故に、第1ピストンと第2ピストンとの接触状態が面接触となるので、第1ピストンおよび第2ピストンの両当接部の摩耗を抑制することができるとともに、第1ピストンから第2ピストンへの変位の伝達がスムースに行える。 According to a sixth aspect of the present invention, the end of the second piston on the first piston side is formed in a curved surface along the first piston. According to this, the contact part with which a 2nd piston contact | abuts to a 1st piston can be formed in the curved surface along a 1st piston. Therefore, since the contact state between the first piston and the second piston is a surface contact, it is possible to suppress wear of both contact portions of the first piston and the second piston, and from the first piston to the second piston. The displacement can be transmitted smoothly.
また、上記曲面は、請求項7に記載の発明の如く、球面であることが好ましい。
Further, the curved surface is preferably a spherical surface as in the invention described in
これにより、ハウジングに加えられた偏荷重により第1ピストンの姿勢が変化させられる場合があったとしても、曲面が球面である故に、第1ピストンと、案内孔および第2ピストンとの接触状態が変化することなく、第1ピストンと案内孔との摺動部において摺動抵抗の増加防止が可能である。 Thereby, even if the posture of the first piston may be changed due to the offset load applied to the housing, the curved surface is a spherical surface, so that the contact state between the first piston, the guide hole, and the second piston is Without change, it is possible to prevent an increase in sliding resistance at the sliding portion between the first piston and the guide hole.
上記第3ピストンは、請求項8に記載の発明の如く、第1ピストンに一体成形されていることを特徴とする。 The third piston is integrally formed with the first piston as in the invention described in claim 8.
これによると、第3ピストンは案内孔に挿入される程度のものである故に、案内孔および第2ピストンとの接触状態を第1ピストンのみで決定可能である。これにより、第1ピストンと第3ピストンの一体化により部品点数の低減が図れる。 According to this, since the third piston is inserted into the guide hole, the contact state between the guide hole and the second piston can be determined only by the first piston. Thereby, the number of parts can be reduced by integrating the first piston and the third piston.
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のハウジングは、請求項9に記載の発明の如く、アクチュエータ、ピストン部材を内部に移動可能に収容するロアボデーと、噴孔が形成され、ノズルニードルを内部に摺動可能に収容するノズルボデーと、ロアボデーとノズルボデーを気密に固定する固定部材とを備え、ハウジングが被装着部材としての内燃機関等の取付け孔に挿入され、取付け孔より突出するロアボデーにクランプ力が加えられていることを特徴とする。
The housing according to any one of claims 1 to 8, as in the invention according to
このようなハウジングが被装着部材としての内燃機関等の取付け孔に挿入され、取付け孔より突出するロアボデーにクランプ力が加えられている燃料噴射装置に適用するので、燃料噴射装置の外部からクランプ力の如き外力によって偏荷重が加わる場合があったとしても、ピストン部材の摺動部での摺動抵抗の増加を抑制することができる。 Since such a housing is applied to a fuel injection device in which a clamping force is applied to a lower body that is inserted into a mounting hole of an internal combustion engine or the like as a mounted member and protrudes from the mounting hole, a clamping force is applied from the outside of the fuel injection device. Even if an unbalanced load is applied by such an external force, an increase in sliding resistance at the sliding portion of the piston member can be suppressed.
以下、本発明の燃料噴射装置を、蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁に適用して具体化した実施形態を図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments in which the fuel injection device of the present invention is applied to a fuel injection valve used in an accumulator fuel injection device will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の燃料噴射装置に係わるピストン部材の摺動部を示す断面図である。図2は、本実施形態の燃料噴射装置をエンジンヘッドに装着したときの部分断面図である。図3は、図1中のアクチュエータの端部、第1ピストン、第2ピストン、および案内孔の接触状態の一例を示す模式的断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sliding portion of a piston member according to the fuel injection device of the present embodiment. FIG. 2 is a partial cross-sectional view when the fuel injection device of the present embodiment is mounted on the engine head. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a contact state of the end portion of the actuator, the first piston, the second piston, and the guide hole in FIG.
図2に示すように、燃料噴射弁1は、例えばディーゼルエンジン(以下、エンジン)用の蓄圧式燃料噴射装置に用いられるものであり、図示しない蓄圧装置から供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室に噴射するものである。この燃料噴射弁1は、燃料噴射ノズル(以下、単に噴射ノズルという)3、ロアボデー2、ピストン部材7、シリンダ6、アクチュエータ5を含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the fuel injection valve 1 is used in, for example, a pressure accumulation fuel injection device for a diesel engine (hereinafter referred to as an engine), and a high pressure fuel supplied from a pressure accumulation device (not shown) is used as a combustion chamber of the engine. It is to be sprayed on. The fuel injection valve 1 includes a fuel injection nozzle (hereinafter simply referred to as an injection nozzle) 3, a
噴射ノズル3は、図2において上端面から下端近傍までノズル孔35が形成され、下端部(底部)34に噴孔33を有するノズルボデー32と、ノズル孔35の内部で摺動自在に支持されるノズルニードル31とから構成されている。このノズルニードル31は、ノズルニードル31の上部の周囲に配設されたコイルスプリング39によって下方(閉弁方向)へ付勢されている。また、噴射ノズル3は、リテーニングナット4によりロアボデー2の下部に締結されることで、ロアボデー2に間接的または直接的に突き当てられて気密に固定されている。
In the
ロアボデー2は略棒状に形成され、ロアボデー2には、アクチュエータ5およびシリンダ6を挿入するシリンダ孔21、蓄圧装置から供給された高圧燃料を噴射ノズル3へ導く高圧通路22等が形成されている。
The
シリンダ6は、上記ピストン部材7としての第1ピストン71および第2ピストン73を軸方向移動可能に支持する案内孔21を有している。この案内孔21はシリンダ孔21と同軸になるように形成されており、第1ピストン71および第2ピストン73がアクチュエータ5に対して同軸に配置される。なお、第1ピストン71および第2ピストン73を有するピストン部材7の詳細は後述する。
The
アクチュエータ5は、PZT等の圧電素子を軸方向に積層したピエゾスタックからなり、外部からのエネルギー供給を受けることによって図2下方に伸長し、注入されたエネルギーを放出することによって上方に収縮する特性を有する周知のものである。具体的には、アクチュエータ5は、図示しない通電回路からターミナルを有するコネクタ59を介して通電(高電圧の印加)されると、高電圧の電気エネルギーを受けてピエゾスタックが伸長し、通電が停止されると、電気エネルギーを放出してピエゾスタックが収縮する。
The
また、上記アクチュエータ5は、上記ピエゾスタックを挟んで可動端部5a、および固定端部5bを有しており、固定端部5bはシリンダ孔21に変位不動に固定さている。一方、可動端部5aはピエゾスタックの下端部に当接され、ピエゾスタックの伸縮に伴ない軸方向へ変位する。
The
アクチュエータ5は、上記ピストン部材7を内部に配置するシリンダ孔21内に装着されるため、上記ピエゾスタックに燃料が浸入するのを阻止する構造となっている。具体的には、ピエゾスタック、可動端部5a、および固定端部5bは、内部にスタック室を形成する図示しない円筒状の金属製のスタックケースで側壁が形成されるともに、スタックケースの可動端部5a側端部と可動端部5aとの間はダイアフラムで気密に連結されている。なお、図1および図2において可動端部5aは、ダイアフラムでシールされたもののうちの、ダイアフラムから露出して軸方向下方へ突出した部分のみが図示されている。
Since the
可動端部5aの先端面(以下、当接面)5asは、平坦面に形成されるものであっても、球面などの曲面に形成されているものであってもいずれでもよい。以下の実施例では平坦面とする。
The distal end surface (hereinafter referred to as a contact surface) 5as of the
また、ロアボデー2とノズルボデー32との間には、制御弁8を収容する制御弁部材(図示せず)が配置されており、ロアボデー2、ノズルボデー32、および上記制御弁部材は上記リテーニングナット4により気密に固定されているものである。
Further, a control valve member (not shown) for accommodating the control valve 8 is disposed between the
ノズルニードル31の上端面を室壁として区画される空間は、制御油圧室9を形成しており、制御弁8は、制御油圧室9内に配置され、制御油圧室9内の圧力(油圧力)を制御する。制御弁8は、アクチュエータ5の伸縮により、ピストン部材7を介して駆動されるものであって、制御弁8により制御油圧室9の油圧を増減させる。これにより、ノズルニードル31の背圧(閉弁方向の作用力)を制御し、ノズルニードル31が噴孔33を開閉する。なお、図2において制御弁8、制御油圧室9、およびこれに連通する燃料回路は、説明便宜上、簡素化して示している。
A space defined by using the upper end surface of the
次に、ピストン部材7の詳細を、図1および図2に従って説明する。ピストン部材7は、第1ピストン71および第2ピストン73からなり、第1ピストン71および第2ピストン73は案内孔6aに軸方向移動可能に支持されている。ピストン部材7は、アクチュエータ5の伸縮による変位を、第1ピストン71および第2ピストン73の順で制御弁8に伝達し、制御弁8を駆動する。
Next, details of the
案内孔6aは、段付きの円形状の内周に形成されており、第2ピストン73と、第2ピストン73の径D3より大径の径D1を有する第1ピストン71とを収容している。
The
第1ピストン71は、図1および図2に示すように、球体に形成され、第2ピストン73は円柱状に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第2ピストン73は、第2ピストン73と案内孔6aの間に、摺動隙間(以下、第2摺動隙間)が形成されており、この第2摺動隙間は、燃料上流側に配置されている制御油圧室9側から第2摺動隙間を通じて燃料低圧側に漏れるリーク燃料を抑制するため、比較的僅かな隙間量に設定されている。
The
また、第1ピストン71は、第1ピストン71と案内孔6aの間の摺動隙間(以下、第1摺動隙間)が形成されており、この第1摺動隙間は第2摺動隙間より大きく形成されている。即ち、第1摺動隙間において、球体である第1ピストン71の直径方向での隙間部分(以下、直径隙間部分)が、第2摺動隙間の隙間量より大きいとともに、第1ピストン71の軸方向断面において球面と案内孔6aとの間で形成される隙間部分(以下、軸方向隙間部分)は、直径隙間部分から軸方向に離れるほど直径隙間部分より隙間量が増加し、隙間余裕が拡大される。このような第1ピストン71と案内孔6aが接触する場合は、常に、上記直径隙間部分において線接触または点接触する。
The
第1ピストン71は、図1に示すように、アクチュエータ5の可動端部5aと当接しており、第1ピストン71の球面状の表面71aが可動端部5aの当接面5asに点接触している。また、第1ピストン71は、第2ピストン73と当接しており、第1ピストン71の上記表面71aが第2ピストン73の当接面73sに点接触している。
As shown in FIG. 1, the
また、燃料噴射弁1をエンジン100に搭載する方法として、一般に以下の方法が用いられている。即ち、図2に示すように、エンジンヘッド(シリンダヘッド)101には、燃料噴射弁1を挿入し、その噴射ノズル3が燃焼室104に臨むように収容可能な取付け孔102が形成されている。この取付け孔102に燃料噴射弁1を装着し、取付け孔102から突出しているロアボデー2に、図示しないクランプ部材によってクランプ力を加えられる。このクランプ力を燃料噴射弁1の軸方向に付与することにより燃料噴射弁1がエンジンヘッド101に取付け固定されている。このクランプ力は、二股状のクランプ部材でロアボデー2側の両受け部に付与される。
Further, as a method of mounting the fuel injection valve 1 on the
なお、上記取付け孔102は、段付き内周に形成されており、この段付き内周段差部と燃料噴射弁1の先端部側のリテーニングナット4との間にガスケット103を挟み込むことで気密にシールされている。
The mounting
ここで、本発明に係わるピストン部材7の効果を説明するために、図7に示す比較例を説明する。一般に、図7(a)に示すように、ピストン部材907としては、第1ピストン971および第2ピストン973を円柱状に形成し、第1ピストン971および第2ピストン973と案内孔906aとの間に形成される第1摺動隙間、第2摺動隙間は、リーク燃料を抑制するため、いずれも僅かな隙間量に設定されている。図7(a)の如くクランプ力が偏加重となることなく燃料噴射弁1に付与される場合には、第1ピストン971および第2ピストン973および案内孔6aの摺動部は、上記隙間量が狭まることなく、適正な摺動抵抗を形成している。即ち第1ピストン971および第2ピストン973の側面971a、973aは案内孔906aの内周面と面接触しており、上記側面971a、973aと内周906aの面接触状態に応じた摺動抵抗が生じていた。
Here, in order to explain the effect of the
しかしながら、図7(b)の如く、比較例のピストン部材907を有する燃料噴射弁1では、クランプ力F1、F2において偏荷重(F1<F2、またはF1>F2)が生じると、燃料噴射弁1のロアボデー2が変形し、アクチュエータ5の可動端部5aが軸ずれを起すおそれがある。軸ずれした可動端部5aと第1ピストン971との当接部は、第1ピストン973の上端部の当接面971sの右方側にずれるため、第1ピストン971の上端部側の側面971aと案内孔906aとで片当たりが発生するおそれがある。
However, as shown in FIG. 7B, in the fuel injection valve 1 having the
第1ピストン971と案内孔906aとで片当たりすると、適正な面接触状態を維持することはできず、摺動部において片当たり部で線接触または点接触となって摺動抵抗が増加するおそれがあった。
If the
これに対して、本実施形態では、第1ピストン71を球体とし、案内孔6aに沿う側面、即ち表面71aが、球面の如き軸方向に沿う曲面に形成されているので、第1ピストン71と案内孔6aとの第1摺動隙間において、軸方向隙間部分は、直径隙間部分から軸方向に離れるほど直径隙間部分より隙間量が増加している。即ち、第1ピストン71の両軸端側に向かって隙間余裕が拡大される。この拡大された隙間余裕により、第1ピストン71は、案内孔6aに片当たりすることはなく、第1ピストン71と案内孔6aが接触する場合は、常に、上記直径隙間部分において線接触または点接触する。
On the other hand, in the present embodiment, the
これにより、クランプ力F1、F2等の外力による偏荷重が燃料噴射弁1に付与される場合があったとしても、アクチュエータ5と第2ピストン73との間で変位が第1ピストン71に伝達される際に、第1ピストン71と案内孔6aとの摺動部は、図7(b)の比較例の如き円柱形状の第1ピストン907が案内孔906aへ片当たりすることで生じる摺動抵抗の増加を、回避することができる。
As a result, even if an unbalanced load due to external forces such as the clamping forces F1 and F2 is applied to the fuel injection valve 1, the displacement is transmitted to the
また、ここで、上記比較例の第1ピストン907が案内孔906aへ片当たりする場合において摺動抵抗が増加するのは、アクチュエータの伸長により変位が伝達されるとともに、伸長により駆動力が加わるためであり、その第1ピストン971に加わる駆動力において、片当たりする案内孔906aに向けて略径方向の分力が作用するからである。
Here, the sliding resistance increases when the
これに対して、本実施形態では、第1ピストン71が球体である故に、アクチュエータ5側および第2ピストン73側の両当接部5as、73sとの作用点の位置がずれる場合があったとしても、その作用点位置を変えることなく、球状の第1ピストン71の回転等により上記分力を吸収することが可能である。
On the other hand, in the present embodiment, since the
即ち、図3のアクチュエータ5の可動端部5aおよび第2ピストン73の両当接部5as、73sにおいて、両当接部5as、73sの作用点の軸ずれが生じているミスアライメントの一例が示されている。図3に示すように、アクチュエータ5の伸張に伴ない第2ピストン71を下方へ変位させようとする駆動力N1は、第1ピストン71を介して第2ピストン73が受け、アクチュエータ5および第1ピストン71への反力N2を作用させる。また、第1ピストン71には、駆動力N1に対抗する作用力Nr1、上記反力N2に対抗する作用力Nr2が生じるとともに、作用力Nr1および作用力Nr2によって偶力が発生しているため、白抜きの矢印方向に回転モーメントが作用する。
That is, an example of misalignment is shown in which the
このような球体である第1ピストン71は、上記回転モーメントにより回転運動する。これにより、上記ミスアライメントを生じる場合であっても、第1ピストン71を駆動する駆動力において、比較例の如き摺動抵抗の増加を招く分力を、回転モーメントの回転運動として消費し吸収することができる。
The
したがって、燃料噴射弁1に上記偏荷重が付与される場合があったとしても、第1ピストン71と案内孔6aとの摺動部は、摺動抵抗の増加を確実に防止することができる。
Therefore, even if the above-described uneven load is applied to the fuel injection valve 1, the sliding portion between the
以上説明した本実施形態において、第1ピストン71が球体である故に、摺動抵抗の増加が防止されるので、アクチュエータ5の伸長により第1ピストン71へ変位を伝達する際に、摺動抵抗によるアクチュエータ5への反力を比較的小さく抑えるようにすることができる。即ち、第1ピストン71を変位させることによりアクチュエータ5へ加わる反力は比較的小さいため、図2に示すように、アクチュエータ5の可動端部5aを第1ピストン71に直接当接させることができる。これにより、例えばアクチュエータ5に過大な反力が加わることによりアクチュエータ5のピエゾスタックが損傷するのを回避することができる。
In the present embodiment described above, since the
なお、ここで、ロアボデー2、ノズルボデー32、およびシリンダ6は、請求範囲に記載のハウジングに相当する。リテーニングナット4は、請求範囲に記載の固定部材に相当する。可動端部5aは、請求範囲に記載のアクチュエータ5の第1ピストン側の軸方向端部に相当する。エンジンヘッド(シリンダヘッド)は、請求範囲に記載の被装着部材に相当する。
Here, the
(第2の実施形態)
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。
(Second Embodiment)
Hereinafter, other embodiments to which the present invention is applied will be described. In the following embodiments, the same or equivalent components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
第2の実施形態を図4に示す。第2の実施形態は、軸方向と周方向で異なる曲率半径を有する第1ピストン171とする一例を示すものである。図4は、本実施形態に係わるピストン部材の摺動部を示す断面図である。
A second embodiment is shown in FIG. The second embodiment shows an example in which the
図4に示すように、ピストン部材7は、第1ピストン171と、第2ピストン73を有しており、第1ピストン171は、軸方向と周方向とも曲率半径を有する球体ではなく、略卵状に形成されている。図4の軸方向断面(縦断面図)において、第1ピストン171の断面形状は、楕円であって、その楕円は軸方向に長径D2、径方向に短径D1としている。即ち、第1ピストン171の側面(表面)171aに形成される曲面において、軸方向に向かう曲面形状即ち軸方向の曲率半径は長径D1の1/2で代表され、周方向に向かう曲面形状即ち周方向の曲率半径は短径D2の1/2で代表されるものである。
As shown in FIG. 4, the
上記第1ピストン171は、周方向に向かう曲面において、球体の球面である場合の曲率半径(短径D2の1/2と同じ)より大きい軸方向の曲率半径を有することになる。
The
このような形状を有する第1ピストン171においても、第1摺動隙間において軸方向隙間部分が、短径(直径)隙間部分から軸方向に離れるほど短径隙間部分より隙間量が増加する。即ち、第1ピストン171の両軸端側に向かって隙間余裕が拡大される。
Also in the
(第3の実施形態)
第3の実施形態を図5に示す。第3の実施形態は、アクチュエータ5と第1ピストン71との間に第3ピストン75を挟み込む一例を示すものである。図5は、本実施形態に係わるピストン部材の摺動部を示す断面図である。
(Third embodiment)
A third embodiment is shown in FIG. The third embodiment shows an example in which the
図5に示すように、アクチュエータ5の可動端部5aと、第1ピストン71との間には、シリンダ6の案内孔6aに挿入可能、かつ可動端部5aおよび第1ピストン71に当接する第3ピストン75を備えている。
As shown in FIG. 5, a gap between the
これにより、アクチュエータ5の伸長により第1ピストン71へ変位を伝達する際に、アクチュエータ5の可動端部5aが第1ピストン71に直接当接することはなく、第3ピストン75が介在しているため、第3ピストン75を介して第1ピストン71とアクチュエータ5とのミスアライメントを吸収することが可能である。
Thus, when the displacement is transmitted to the
特に、上記第3ピストン75において、その第1ピストン71側の先端面(以下、当接面)75sが、第1ピストン71の表面71aに沿う球面であることが好ましい。これによると、アクチュエータ5と第1ピストン71との間に挟み込まれて配置される第3ピストン75は、第1ピストン71側の当接面75を第1ピストン71に沿う球面に形成しているので、第3ピストン75における第1ピストン71に沿う球面状の当接面75sを利用して、第1ピストン71とアクチュエータ5とのミスアライメントを吸収することができる。
In particular, in the
また、本実施形態において、第3ピストン75と第1ピストン71の当接部の接触状態は、第3ピストン75の当接面75sを第1ピストン71に沿う球面に形成する故に、面接触となる。これにより、第3ピストン75と第1ピストン71の当接部の摩耗が低減される。
In the present embodiment, the contact state of the contact portion between the
なお、ここで、上記第3ピストン75の当接面75sを、第1ピストン71が球体である故に球面としたが、第1ピストン71が球体でなく、例えば略卵状のもの如き曲面であるものに対しては曲面とする。
Here, the
(第4の実施形態)
第4の実施形態を図6に示す。第4の実施形態は、第1ピストン71と第2ピストン73の当接部の接触状態の変形例を示すものである。図6は、本実施形態に係わるピストン部材の一部を示す拡大断面図である。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment is shown in FIG. 4th Embodiment shows the modification of the contact state of the contact part of the
図6に示すように、第2ピストン73において、その第1ピストン71側の先端面(以下、当接面)73sが、第1ピストン71の表面71aに沿う球面に形成されている。
As shown in FIG. 6, in the
これによると、第2ピストン73と第1ピストン71の当接部の接触状態は、第2ピストン73の当接面73sを第1ピストン71に沿う球面に形成する故に、面接触となる。これにより、第2ピストン73と第1ピストン71の当接部の摩耗が低減される。
According to this, the contact state of the contact portion between the
したがって、第1ピストン71および第2ピストンの両当接部の摩耗を抑制することができるとともに、第1ピストン71から第2ピストン73への変位の伝達がスムースに行える。
Therefore, wear of both contact portions of the
なお、ここで、上記第2ピストン73の当接面73sを、第1ピストン71が球体である故に球面としたが、第1ピストン71が球体でなく、例えば略卵状のもの如き曲面であるものに対しては曲面とする。
Here, the
(他の実施形態)
(1)以上説明した本実施形態において、第1、第3、および第4実施形態における第1ピストン71の表面(側面)71aを球面とし、第2実施形態における第1ピストン171の表面(側面)171aを曲面とした。第1ピストン71の表面(側面)は、単に曲面であるだけであるより、更に球面であることが好ましい。
(Other embodiments)
(1) In the present embodiment described above, the surface (side surface) 71a of the
これにより、燃料噴射弁1に付与された偏荷重により第1ピストン71の姿勢が変化させられる場合があったしても、第1ピストン71の曲面が球面である故に、第1ピストン71と、案内孔6aおよび第2ピストン73との接触状態が変化することなく、第1ピストン71と案内孔6aとの摺動部において摺動抵抗の増加防止を効果的に行える。
Thereby, even if the posture of the
(2)以上説明した第3実施形態において、アクチュエータ5の可動端部5aと、第1ピストン71との間に、第3ピストン75を設け、この第3ピストン75と第1ピストン71は別部材とした。第3ピストンは、これに限らず、第1ピストンに一体成形されているものであってもよい。
(2) In the third embodiment described above, the
この場合、第3ピストンを、案内孔に対して挿入される程度の大きさに設定する。それ故に、第3ピストンと第1ピストンに一体成形されたものにおいて、第3ピストン部分に関係なく、第1ピストン部分のみで案内孔および第2ピストンとの接触状態を決定することができる。これにより、第1ピストンと第3ピストンの一体化により部品点数の低減が図れる。 In this case, the third piston is set to a size that can be inserted into the guide hole. Therefore, in the case where the third piston and the first piston are integrally formed, the contact state between the guide hole and the second piston can be determined only by the first piston portion regardless of the third piston portion. Thereby, the number of parts can be reduced by integrating the first piston and the third piston.
(3)以上説明した本実施形態において、本発明に係わるピストン部材を有する燃料噴射装置を、
アクチュエータ5、ピストン部材7を内部に移動可能に収容するロアボデー2と、噴孔33が形成され、ノズルニードル31を内部に摺動可能に収容するノズルボデー32と、ロアボデー2とノズルボデー32を間接的または直接的に突き当て気密に締結するリテーニングナットとを具備する燃料噴射弁1であって、燃料噴射弁がエンジンヘッド102の取付け孔102に挿入され、かつ取付け孔102より突出するロアボデー2にクランプ力が付与されるものに適用した。
(3) In this embodiment described above, a fuel injection device having a piston member according to the present invention is provided.
このような燃料噴射弁1では、燃料噴射装置の外部からクランプ力の如き外力によって偏荷重が加わる場合があったとしても、ピストン部材の摺動部での摺動抵抗の増加を抑制することができる。
(4)以上説明した本実施形態では、伸縮によりピストン部材7を変位させる変位発生源として、圧電素子を積層したピエゾスタックからなるアクチュエータで説明したが、磁歪み素子からなるアクチュエータであってもよい。
In such a fuel injection valve 1, even if an unbalanced load is applied from the outside of the fuel injection device by an external force such as a clamping force, an increase in sliding resistance at the sliding portion of the piston member can be suppressed. it can.
(4) In the present embodiment described above, an explanation has been given of an actuator composed of a piezo stack in which piezoelectric elements are stacked as a displacement generation source for displacing the
1 燃料噴射弁(燃料噴射装置)
2 ロアボデー(ハウジング)
3 噴射ノズル(燃料噴射ノズル)
31 ノズルニードル
32 ノズルボデー(ハウジング)
33 噴孔
4 リテーニングナット(固定部材)
5 アクチュエータ
5a 可動端部
5as 当接面
5b 固定端部
6 シリンダ(ハウジング)
6a 案内孔
7 ピストン部材
71 第1ピストン
71a 表面(側面)
73 第2ピストン
73a 側面
73s 当接面
9 制御弁
100 エンジン(内燃機関)
101 エンジンヘッド
102 取付け孔
104 燃焼室
1 Fuel injection valve (fuel injection device)
2 Lower body (housing)
3 Injection nozzle (fuel injection nozzle)
31
33 Injection hole 4 Retaining nut (fixing member)
5
73
101
Claims (9)
案内孔に軸方向移動可能に支持される第1ピストンおよび第2ピストンを有し、前記アクチュエータの変位を前記第1ピストンおよび前記第2ピストンの順に伝達するピストン部材と、
前記ピストン部材の変位に応じて噴孔を開閉するノズルニードルと、
前記アクチュエータ、前記ピストン部材、および前記ノズルニードルを収容するハウジングと、
を備える燃料噴射装置において、
前記第1ピストンは、前記案内孔に沿う側面を軸方向に向かう曲面に形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。 An actuator using a piezoelectric element or a magnetostrictive element as a displacement generation source;
A piston member having a first piston and a second piston supported in the guide hole so as to be axially movable, and transmitting a displacement of the actuator in the order of the first piston and the second piston;
A nozzle needle that opens and closes the nozzle hole according to the displacement of the piston member;
A housing that houses the actuator, the piston member, and the nozzle needle;
In a fuel injection device comprising:
The fuel injection device according to claim 1, wherein the first piston is formed with a curved surface directed in the axial direction at a side surface along the guide hole.
前記アクチュエータの前記第1ピストン側の軸方向端部は、前記第1ピストンに当接していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料噴射装置。 The guide hole is provided in the housing, and is formed in a cylinder member that supports the first piston and the second piston so as to be axially movable.
3. The fuel injection device according to claim 1, wherein an axial end portion of the actuator on the first piston side is in contact with the first piston. 4.
前記アクチュエータの前記第1ピストン側の軸方向端部と、前記第1ピストンとの間には、前記シリンダの前記案内孔に挿入可能、かつ前記軸方向端部および前記第1ピストンに当接する第3ピストンを備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料噴射装置。 The guide hole is provided in the housing, and is formed in a cylinder member that supports the first piston and the second piston so as to be axially movable.
Between the axial end of the actuator on the first piston side and the first piston, the actuator can be inserted into the guide hole of the cylinder, and is in contact with the axial end and the first piston. The fuel injection device according to claim 1, further comprising three pistons.
前記アクチュエータ、前記ピストン部材を内部に移動可能に収容するロアボデーと、
前記噴孔が形成され、前記ノズルニードルを内部に摺動可能に収容するノズルボデーと、
前記ロアボデーと前記ノズルボデーを気密に固定する固定部材と、
を備え、
前記ハウジングが被装着部材の取付け孔に挿入され、
前記取付け孔より突出するロアボデーにクランプ力が加えられていることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The housing is
A lower body for accommodating the actuator and the piston member movably therein;
A nozzle body in which the nozzle hole is formed and slidably accommodates the nozzle needle;
A fixing member for hermetically fixing the lower body and the nozzle body;
With
The housing is inserted into the mounting hole of the mounted member;
The fuel injection device according to any one of claims 1 to 8, wherein a clamping force is applied to the lower body projecting from the mounting hole.
Priority Applications (1)
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JP2007107453A JP2008267164A (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Fuel injection device |
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Cited By (3)
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JP2012525904A (en) * | 2009-05-08 | 2012-10-25 | アイエムエー、ライフ、ソシエタ、ア、レスポンサビリタ、リミタータ | Dose injecting device with joining means |
US8320191B2 (en) | 2007-08-30 | 2012-11-27 | Infineon Technologies Ag | Memory cell arrangement, method for controlling a memory cell, memory array and electronic device |
CN104806398A (en) * | 2015-04-08 | 2015-07-29 | 中国第一汽车股份有限公司无锡油泵油嘴研究所 | Common-rail oil sprayer without static leakage |
-
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