JP2009257309A - Injector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車用内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタに関し、特に蓄圧室方式の直動式のインジェクタに関する。 The present invention relates to an injector used in a fuel injection device for an internal combustion engine for automobiles, and more particularly to an accumulator type direct acting injector.
例えば、ディーゼルエンジン用として、高圧燃料を各気筒に共通のコモンレールに蓄圧するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。コモンレール式燃料噴射装置のインジェクタには、従来より、コモンレールからの高圧燃料を噴孔に供給する一方、噴孔を開口するニードル弁の背圧室に供給し、3方弁構造の電磁制御弁を用いて制御するものが採用されている。電磁制御弁は、背圧室に連通する弁室に弁体を収容し、ソレノイドで弁体を駆動して、弁室を高圧燃料供給路または低圧燃料流出路のいずれかと選択的に連通させることで、背圧室の圧力を増減させる。 For example, a common rail type fuel injection device for accumulating high pressure fuel on a common rail common to each cylinder is known for diesel engines. Conventionally, an injector of a common rail type fuel injection device has been provided with an electromagnetic control valve having a three-way valve structure by supplying high pressure fuel from a common rail to a nozzle hole and supplying it to a back pressure chamber of a needle valve that opens the nozzle hole. What is used and controlled is adopted. The electromagnetic control valve houses the valve body in a valve chamber communicating with the back pressure chamber, and drives the valve body with a solenoid to selectively communicate the valve chamber with either the high pressure fuel supply path or the low pressure fuel outflow path. Then, increase or decrease the pressure in the back pressure chamber.
ところで近年、装置の小型化や部品点数削減の要求から、ソレノイドで直接ニードル弁を駆動する直動方式のインジェクタが提案されている(例えば特許文献1、2等)。直動方式は、軽油の代替燃料として検討されるジメチルエーテル(DME)や液化石油ガス(LPG)等の液化ガス燃料を使用した場合に有利であり、気化しやすい液化ガス燃料を制御油として使用しないことから、装置全体が大型となるのを回避することが可能である。
直動方式のインジェクタとして、例えば特許文献1には、ニードル弁と一体のアーマチャをアーマチャ室に格納し、外部からの燃料供給路がアーマチャ室を経由して、ニードル弁周りの燃料流路に接続されるようにしたものが開示されている。このようにすると、燃料が常にアーマチャ室を通過してから供給されるので、インジェクタ内で燃料が滞留しにくくなり、回収装置を省略した構成とすることが可能となる等の利点がある。
As a linear motion injector, for example, in
また、特許文献2には、ニードル弁の反噴孔側の端部にロッド部材を接続し、該ロッド部材周りにアーマチャを設ける一方、アーマチャ室の燃料によりニードル弁の反噴孔側の端部に作用する圧力を低減する低減手段を設けることが記載されている。低減手段は、例えばニードル弁とロッド部材の間に形成されて燃料タンクに連通する低圧室であり、低圧室端面の面積分に作用する圧力を低減させて、開弁を容易にしている。 In Patent Document 2, a rod member is connected to the end of the needle valve on the side opposite to the injection hole, and an armature is provided around the rod member, while the end of the needle valve on the side opposite to the injection hole is provided by fuel in the armature chamber. It is described that a reduction means for reducing the pressure acting on the liquid crystal is provided. The reducing means is, for example, a low-pressure chamber that is formed between the needle valve and the rod member and communicates with the fuel tank, and reduces the pressure acting on the area of the end surface of the low-pressure chamber to facilitate valve opening.
特許文献1のインジェクタは、ニードル弁の背部に常に高圧がかかるため、開弁の際には、その高圧の受圧面積に相当する力を反対に押し退ける、大きい吸引力が必要となる。特許文献2では、ニードル弁の背部にかかる圧力を低減させる構成となっているが、低減できるのは、低圧室端面のわずかな面積分のみである。このため、高噴射圧化により燃料圧力がさらに高まると、電磁駆動部に要求される吸引力が大きくなり、開弁に必要な駆動力を十分低減することができない。その結果、電磁駆動部が大型化し、コスト上昇が避けられない、あるいは、インジェクタのスペース、負荷電流の制約により、高噴射圧でニードル弁の開閉ができないという問題があった。
Since the injector of
本発明は上記問題を解決するために、電磁駆動部によりニードル弁を駆動する直動式のインジェクタにおいて、ニードル弁の背部に作用する燃料の圧力を十分小さくして、小さな吸引力でニードル弁の開閉弁を可能にすること、それにより、電磁駆動部を大型化することなく、高噴射圧で制御性よく燃料を噴射可能とし、小型で低コストかつ高性能なインジェクタを実現することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a direct-acting injector that drives a needle valve by an electromagnetic drive unit, by sufficiently reducing the pressure of fuel acting on the back of the needle valve, and with a small suction force of the needle valve. The purpose is to enable an on-off valve, thereby enabling fuel to be injected with high injection pressure and controllability without increasing the size of the electromagnetic drive unit, and to realize a small, low-cost and high-performance injector. To do.
請求項1記載の発明は、棒状のボデー内に収容したニードル弁を電磁駆動部によって吸引駆動し、上記ボデー先端に設けた噴孔を開閉して、高圧燃料供給路から供給される高圧燃料を噴射するインジェクタであって、
上記ニードル弁の基端部に一体的に設けたアーマチャ部を、上記高圧燃料供給路に連通する圧力制御室に収容して上記ニードル弁に背圧を作用させ、
上記電磁駆動部には、上記圧力制御室と低圧燃料流出路との間を開閉する制御弁を設けて、
上記電磁駆動部が上記制御弁を開弁することにより上記圧力制御室の圧力を低下させた状態で、上記ニードル弁に作用する吸引力によって上記ニードル弁がリフトする設定としたものである。
According to the first aspect of the present invention, the needle valve accommodated in the rod-shaped body is driven by suction by the electromagnetic drive unit, the nozzle hole provided at the tip of the body is opened and closed, and the high-pressure fuel supplied from the high-pressure fuel supply path is An injector for injection,
An armature portion provided integrally with the base end portion of the needle valve is accommodated in a pressure control chamber communicating with the high pressure fuel supply path, and a back pressure is applied to the needle valve.
The electromagnetic drive unit is provided with a control valve that opens and closes between the pressure control chamber and the low pressure fuel outflow passage.
The needle drive valve is lifted by a suction force acting on the needle valve in a state where the pressure of the pressure control chamber is lowered by opening the control valve by the electromagnetic drive unit.
電磁駆動部が制御弁を吸引駆動すると、制御弁が開弁して圧力制御室と低圧燃料流出路が連通し、圧力が低下する。これによりニードル弁の背圧を所定圧以下とし、さらに、電磁駆動部の吸引力でニードル弁をリフトさせて、燃料噴射させることが可能となる。 When the electromagnetic drive unit sucks and drives the control valve, the control valve is opened, the pressure control chamber and the low pressure fuel outflow passage are communicated, and the pressure is reduced. As a result, the back pressure of the needle valve is set to a predetermined pressure or less, and further, the needle valve is lifted by the suction force of the electromagnetic drive unit, and fuel can be injected.
本発明では、電磁駆動部の吸引力とニードル弁に背圧を与える圧力制御室の圧力制御を組み合わせることによって、電磁駆動部を大型化することなく、直動型のニードル弁を開閉することができる。これにより、直動のニードル弁を高噴射圧にて噴射可能となり、弁リフト制御性を向上させて、効率よく安定した燃料噴射を実現できる。 In the present invention, by combining the suction force of the electromagnetic drive unit and the pressure control of the pressure control chamber that applies back pressure to the needle valve, the direct acting needle valve can be opened and closed without increasing the size of the electromagnetic drive unit. it can. As a result, the direct-acting needle valve can be injected at a high injection pressure, the valve lift controllability can be improved, and an efficient and stable fuel injection can be realized.
請求項2記載の発明では、上記電磁駆動部は1つのソレノイドを備え、上記制御弁を吸引駆動する上記ソレノイドの吸引力によって、上記ニードル弁をリフトさせる。 According to a second aspect of the present invention, the electromagnetic drive unit includes a single solenoid, and the needle valve is lifted by the suction force of the solenoid that drives the control valve by suction.
1個のソレノイドで制御弁およびニードル弁の磁気回路を形成し、制御弁を開弁して圧力制御室の圧力を低下させ、ニードル弁の背圧を所定圧以下とした状態で、さらにソレノイドの吸引力でニードル弁が開弁する設定とすることができる。この時、リフトとともに吸引力が増加するので、ニードル弁は急速にリフトし、ブーツ型の噴射特性が得られる。 One solenoid forms a magnetic circuit for the control valve and the needle valve, and the control valve is opened to reduce the pressure in the pressure control chamber, and the back pressure of the needle valve is kept below a predetermined pressure. The needle valve can be set to open by suction force. At this time, since the suction force increases with the lift, the needle valve lifts rapidly, and a boot-type injection characteristic is obtained.
請求項3記載の発明では、上記電磁駆動部は2つのソレノイドを備え、第1のソレノイドの吸引力で上記制御弁を開弁し、上記圧力制御室が上記低圧燃料流出路に連通して、所定の圧力以下となった状態で第2のソレノイドの吸引力によって上記ニードル弁をリフトさせる。 According to a third aspect of the present invention, the electromagnetic drive unit includes two solenoids, the control valve is opened by the suction force of the first solenoid, the pressure control chamber communicates with the low-pressure fuel outflow passage, The needle valve is lifted by the suction force of the second solenoid in a state where the pressure is lower than a predetermined pressure.
2個のソレノイドで制御弁およびニードル弁の磁気回路を形成して、それぞれ独立制御可能な構成とすることもできる。2個のソレノイドへの通電タイミングを独立に制御することで、効率よい燃料噴射を行うことができる。 A magnetic circuit of the control valve and the needle valve can be formed by two solenoids, and each can be controlled independently. Efficient fuel injection can be performed by independently controlling the energization timing of the two solenoids.
請求項4記載の発明では、請求項3記載の構成において、上記電磁駆動部は、上記第2のソレノイドに通電後、上記第1のソレノイドへの通電を停止する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to the third aspect, the electromagnetic drive unit stops energizing the first solenoid after energizing the second solenoid.
具体的には、制御弁への通電を、ニードル弁の開弁時のみとし、開弁後に制御弁への通電を停止することで、リーク量を低減して、効率よい燃料噴射を行うことができる。 Specifically, the control valve is energized only when the needle valve is opened, and the energization to the control valve is stopped after the valve is opened, thereby reducing the amount of leakage and performing efficient fuel injection. it can.
請求項5記載の発明では、請求項2記載の構成の上記電磁駆動部において、上記制御弁および上記ニードル弁に吸引力を作用させる磁気回路は、上記制御弁および上記ニードル弁の磁性体部を直列に通る。 According to a fifth aspect of the present invention, in the electromagnetic drive unit having the configuration according to the second aspect, the magnetic circuit that applies an attractive force to the control valve and the needle valve includes the magnetic body portion of the control valve and the needle valve. Pass in series.
ソレノイドを中心として発生する磁気回路を、制御弁とニードル弁の磁性体内を直列に通る構成とすることで、磁気を分散させずに強い吸引力を発生できるので、ニードル弁に作用する吸引力が増大し、開弁に必要な力を確実に発生させることができる。 Since the magnetic circuit generated around the solenoid passes through the magnetic body of the control valve and the needle valve in series, a strong suction force can be generated without dispersing the magnetism. The force required to open the valve can be reliably generated.
請求項6記載の発明では、請求項5記載の構成において、上記ボデーの下半部内に上記ニードル弁を、上半部内に上記電磁駆動部を収容して、上記ニードル弁の上方に上記制御弁を同軸的に配置し、磁性体よりなる上記制御弁の外周を非磁性体よりなる筒状部にて保持する一方、上記制御弁と対向する上記圧力制御室の頂壁中央部を磁性体にて構成し、上記ソレノイドと上記アーマチャの間に位置する上記圧力制御室の頂壁外周部を非磁性体にて構成する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration according to the fifth aspect, the needle valve is accommodated in the lower half of the body, the electromagnetic drive unit is accommodated in the upper half, and the control valve is disposed above the needle valve. Are arranged coaxially, and the outer periphery of the control valve made of a magnetic material is held by a cylindrical portion made of a non-magnetic material, while the central portion of the top wall of the pressure control chamber facing the control valve is made of a magnetic material. And the outer peripheral portion of the top wall of the pressure control chamber located between the solenoid and the armature is made of a non-magnetic material.
制御弁の外周および圧力制御室の頂壁外周に非磁性体を配置し、制御弁とニードル弁の磁性体部を近接させることにより、制御弁とニードル弁を直列に通る磁気回路を形成しやすくし、ニードル弁の基端部に設けられるアーマチャ部をより大きな吸引力で速やかに駆動することができる。これにより、吸引力を高めるためにソレノイド仕様を変更し、またはソレノイド電流を増大する必要がなく、高噴射圧にて直動でニードル弁制御が可能となる。 A non-magnetic material is disposed on the outer periphery of the control valve and the top wall of the pressure control chamber, and the magnetic body portion of the control valve and the needle valve are placed close to each other, thereby easily forming a magnetic circuit passing through the control valve and the needle valve in series. And the armature part provided in the base end part of a needle valve can be rapidly driven with a bigger suction force. Thus, it is not necessary to change the solenoid specifications or increase the solenoid current in order to increase the suction force, and the needle valve can be directly controlled at a high injection pressure.
(第1実施形態)
以下、本発明を適用した第1実施形態について図1〜3により説明する。図1は、本発明のインジェクタIの概略構成を示す全体断面図、図2はその主要部構成を示す拡大断面図、図3は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。インジェクタIは、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、エンジンの各気筒に1対1に対応して設けられる。各インジェクタIに共通の蓄圧室であるコモンレール(図略)には、高圧サプライポンプ(図略)にて高圧に加圧された燃料が蓄圧され、エンジン運転状態に応じた最適な噴射量、噴射時期となるように、ECU(図略)が装置全体を制御する。コモンレールに蓄圧される燃料には、一般的な軽油の他、ジメチルエーテル(DME)や液化石油ガス(LPG)のような液化燃料を用いるか、または併用することもできる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall cross-sectional view showing a schematic configuration of an injector I of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the main part configuration, and FIG. 3 is a time chart showing an example of fuel injection control. The injector I is applied to, for example, a common rail fuel injection device of a diesel engine, and is provided in a one-to-one correspondence with each cylinder of the engine. A common rail (not shown), which is a pressure accumulating chamber common to each injector I, accumulates fuel pressurized to a high pressure by a high-pressure supply pump (not shown), and the optimal injection amount and injection according to the engine operating state The ECU (not shown) controls the entire apparatus so that it is time. As fuel accumulated in the common rail, liquefied fuel such as dimethyl ether (DME) and liquefied petroleum gas (LPG) can be used or used together with general light oil.
図1に示すように、インジェクタIは、略棒状の全体形状を有するボデー2の下半部内に、ニードル弁1を摺動自在に保持している。ボデー2は、下端部が小径のノズル部2aを構成し、対応する気筒の燃焼室(図略)内に突出位置して、先端の噴孔3から燃料を噴射する。ボデー2の上端部には、側面に高圧配管21および低圧配管22が突出形成されており、高圧配管21は、外部のコモンレールに至る高圧燃料供給路(図略)に、低圧配管22は、燃料タンク(図略)に至る低圧燃料流出路(図略)がそれぞれ接続されるようになっている。ボデー2内には、軸方向に延びる高圧流路23および低圧流路24が形成されており、それぞれ高圧配管21および低圧配管22に接続している。
As shown in FIG. 1, the injector I slidably holds a
なお、ボデー2は、通常、複数のボデー部材や流路等を形成するためのディスタンスピース等に適宜分割され、これらをリテーニングナットにより互いに結合して一体化した構造を有するが、ここでは、全体を1つのボデーとして簡略化した構造を示している。 The body 2 is usually divided into distance pieces for forming a plurality of body members, flow paths, and the like, and has a structure in which these are joined together by a retaining nut. The whole structure is simplified as one body.
インジェクタIのボデー2下半部内には、ニードル弁1の外周に油溜室4が形成され、油溜室4の下端部に設けたサック部31壁を貫通して複数の噴孔3が形成されている。油溜室4には、高圧流路23が接続されており、コモンレールからの高圧燃料が導入されて高圧(Pcr)となっている。図示の状態で、ニードル弁1は、先端部(図の下端部)が油溜室4とサック部31の境界部に形成されるノズルシート41に当接し、噴孔3を閉鎖している。この時、ニードル弁1の先端面には、油溜室4の圧力が、ノズルシート41(断面積As)より外側の部分にのみ作用する。すなわち、油溜室4による開弁方向(図の上方)の荷重は、閉弁状態から開弁しようとする時(閉弁状態)にはFp=Pcr×(Ap−As)、開弁状態から閉弁しようとする時(開弁状態)にはFp=Pcr×Apとして表わされる。
In the lower half of the body 2 of the injector I, an oil reservoir chamber 4 is formed on the outer periphery of the
ボデー2の上半部内には、電磁駆動部を構成するソレノイド5および制御弁6が収容される。ソレノイド5は、筒状部としての筒状非磁性体51周りに配設したコイルケース52に保持され、筒状非磁性体51の筒内に、その内周面をガイド面として可動するプランジャ状の制御弁6が保持されている。電磁駆動部を構成するソレノイド5および制御弁6の下方で、油溜室4の上方位置には、圧力制御室7が形成される。
In the upper half of the body 2, a
ニードル弁1は基端部(図の上端部)が油溜室4の頂部壁を貫通して、圧力制御室7内に位置している。ニードル弁1の基端部には、大径のアーマチャ部1aが一体的に設けられ、ソレノイド5の下端磁極面と対向している。圧力制御室7は、側面に開口する入口絞り8を介して高圧流路23に常時連通し、高圧流路23から導入される燃料の圧力で、油溜室4の圧力(Pcr)と同等の高圧(Pcr’)となっている。この圧力は、アーマチャ部1aと一体のニードル弁1(断面積Ap)に背圧(Pcr’×Ap)として作用する。また、アーマチャ部1aの下端外周に突設したフランジ11と圧力制御室7上部壁との間には、スプリング12が配設され、そのばね力(Fsp)でニードル弁1を閉弁方向(図の下方)に付勢している。
The
一方、圧力制御室7の頂面中央には、出口絞り9が設けられる。出口絞り9は、制御弁6の下端部に設けた弁体61にて開閉され、圧力制御室7と低圧流路24との連通と遮断を切替えて、圧力制御室7の圧力(Pcr’)を増減する。すなわち、ニードル弁1(断面積Ap)に背圧として作用する油圧力とスプリング12の付勢力による閉弁方向の荷重(Fp’=Pcr’×Ap+Fsp)を増減するようになっている。制御弁6はその上方に配したスプリング62によって、下方に付勢されており、ソレノイド5に通電しない図示の状態で、弁体61が出口絞り9を閉鎖する下端位置にある。制御弁6が収容される筒状非磁性体51の筒内空間およびスプリング62が収容される空間は、低圧流路24に連通している。制御弁6と出口絞りおよびニードル弁1は、同軸上に位置している。
On the other hand, an outlet throttle 9 is provided at the center of the top surface of the pressure control chamber 7. The outlet throttle 9 is opened and closed by a valve body 61 provided at the lower end portion of the control valve 6 to switch the communication between the pressure control chamber 7 and the low-pressure channel 24 and shut off, and the pressure (Pcr ′) in the pressure control chamber 7. Increase or decrease. That is, the load in the valve closing direction (Fp ′ = Pcr ′ × Ap + Fsp) due to the oil pressure acting as a back pressure on the needle valve 1 (cross-sectional area Ap) and the urging force of the spring 12 is increased or decreased. The control valve 6 is urged downward by a spring 62 disposed above the control valve 6, and the valve body 61 is in a lower end position where the outlet throttle 9 is closed while the
電磁駆動部は、ソレノイド5が制御弁6を吸引駆動することにより、出口絞り9を開放する。制御弁6は、例えば、出口絞り9に対向する底面側に凹部を設けて、出口絞り9の径よりも大径の略半球状とした弁体61を保持する形状とし、弁体61の平坦な底面が出口絞り9を閉鎖する形状とすることができる。本実施形態では、ソレノイド5を制御弁6およびニードル弁1の共用としており、ソレノイド5の吸引力を、ニードル弁1のアーマチャ部1aにも作用させる。ソレノイド5による吸引力(Fs)は、ニードル弁1の開弁方向に作用する。また、入口絞り8と出口絞り9は、通常、出口絞り9の径>入口絞り8の径となるように設定される。このため、出口絞り9が開放されると、燃料が流出して圧力制御室7の圧力が低下し、ニードル弁1の背部にかかる圧力が低下する。圧力制御室7が所定圧力まで低下すると、ソレノイド5がアーマチャ部1aを吸引可能となり、ニードル弁1が上昇して噴孔3を開放する。
The electromagnetic drive unit opens the outlet throttle 9 when the
この本発明のインジェクタIの作動を、図2、3を参照しながら詳細に説明する。
図1のインジェクタI構成において、ソレノイド5に通電しない図示の状態から、通電ONとすると、図2に示すように、制御弁6を通る磁気回路S1が生じて、吸引力が発生する。この吸引力は、図3に示すように、電流値に比例して増加し、制御弁6をリフトさせる。制御弁6本体は、ソレノイド5の筒内に保持されて、高圧燃料の圧力は作用しておらず、わずかな吸引力でリフト可能で、ソレノイド5に通電すると速やかにリフトを開始する。
The operation of the injector I of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In the configuration of the injector I in FIG. 1, when the energization is turned on from the state in which the
図2において、制御弁6のリフトにより、出口絞り9を閉鎖する弁体61に作用していたスプリング62のばね力が解除されると、高圧となっている圧力制御室7の圧力(Pcr’)で弁体61が押し上げられる。これにより、圧力制御室7の燃料が出口絞り9から低圧流路24に流出して、圧力が徐々に低下する。図3に示すように、圧力制御室7の圧力Pcr’は、入口絞り8からの流入量と出口絞り9への流出量がバランスするまで低下し、一定圧となる。 In FIG. 2, when the spring force of the spring 62 acting on the valve body 61 that closes the outlet throttle 9 is released by the lift of the control valve 6, the pressure (Pcr ′) of the pressure control chamber 7 that is high pressure is released. ), The valve body 61 is pushed up. As a result, the fuel in the pressure control chamber 7 flows out from the outlet throttle 9 to the low pressure passage 24, and the pressure gradually decreases. As shown in FIG. 3, the pressure Pcr ′ in the pressure control chamber 7 decreases until the inflow amount from the inlet throttle 8 and the outflow amount to the outlet throttle 9 are balanced, and becomes a constant pressure.
一方、アーマチャ部1aを通る磁気回路S2が生じて、吸引力が発生する。この時、ニードル弁1には、磁気回路S2による吸引力Fsの他、上述した油溜室4の油圧力Fp(=Pcr×(Ap−As))が開弁方向に作用している。すなわち、図3に示すように、ニードル弁1に働く力として、上方向に油溜室4による油圧力と磁気回路S2にて発生する吸引力の合力(開弁側に働く力Fp+Fs)が、下方向に圧力制御室7による油圧力とスプリング12のばね力の合力(閉弁側に働く力Fp’=Pcr’×Ap+Fsp)が作用することになる。
On the other hand, a magnetic circuit S2 passing through the
この吸引力Fsは、通電初期には、ニードル弁1の背部に作用する閉弁方向の力Fp’に対して小さいので、油溜室4の油圧力Fpを加味してもニードル弁1をリフトするには至らない。ソレノイド5の電流が上昇すると吸引力Fsは徐々に増加する。なお、制御弁6のリフト後、これを維持するのに必要なソレノイド5の電流値は、吸引に必要な電流値より小さくなる(図中、矢印Aで示す)ので、ソレノイド5に必要な電流値は、ニードル弁1の吸引用の電流を、制御弁6のリフト維持用の電流に加えたものとなる。また、スプリング12のばね力(Fsp)は油圧力に対して十分小さいので、閉弁側に働く力Fpは実質的に圧力制御室7の油圧力として、以降適宜説明する。
Since this suction force Fs is smaller than the force Fp ′ in the valve closing direction acting on the back of the
ソレノイド電流の上昇で吸引力Fsが増加するとともに、圧力制御室7の圧力Pcr’が低下して一定圧となるために、ある時点で両者が釣り合い、さらに吸引力が増加すると開弁側に働く力Fp+Fsが、閉弁側に働く力Fp’を上回る(Fp’≦ Fp+Fs)。これにより、ソレノイド5がアーマチャ部1aを吸引駆動し、ニードル弁1が開弁して、油溜室4の燃料が噴孔3から噴射される。ニードル弁1がリフトを開始すると、ノズルシート41内側にも油溜室4の燃料が作用して油圧力Fpが増加し、またアーマチャ部1aに働く磁気回路23が相乗的に強くなり、吸引力Fsが急上昇するために、ニードル弁1は急速にリフトする(図中、矢印Bで示す)。
As the solenoid current increases, the suction force Fs increases, and the pressure Pcr ′ of the pressure control chamber 7 decreases to a constant pressure. Therefore, the two balance each other at a certain point, and when the suction force further increases, the valve opens. The force Fp + Fs exceeds the force Fp ′ acting on the valve closing side (Fp ′ ≦ Fp + Fs). As a result, the
ニードル弁1は、アーマチャ部1aが圧力制御室7の頂面に当接するまでリフトする。
すなわち、図2においてアーマチャ部1aとストッパとなる圧力制御室7の頂面との距離が、ニードル弁1の最大リフトhとなる。所定時間(t1)後、ソレノイド5への通電をOFFとすると、制御弁6、ニードル弁1に働く吸引力Fsが急減し、制御弁6の弁体61が出口絞り9を閉鎖して、圧力制御室7の圧力が再び上昇する。ニードル弁1に開弁側に働く力Fp+Fsが、閉弁側に働く力Fp’を下回ると、ニードル弁1は閉弁する。
The
That is, in FIG. 2, the distance between the
本実施形態によれば、燃料噴射は、ニードル弁1に働く吸引力がリフト開始とともに急勾配で増加し、最大リフト位置までニードル弁が急勾配でリフトする、ブーツ噴射パターンを形成する(図3の最下段に示す)。
According to the present embodiment, the fuel injection forms a boot injection pattern in which the suction force acting on the
このように、本実施形態では、直動型のニードル弁1を用いた構成において、制御弁6を付設して圧力制御室7の圧力を制御可能とし、さらに、ソレノイド5を制御弁6、ニードル弁1で共用化することで、ソレノイド5の吸引力を効果的に発揮させる。ニードル弁1の開弁は、ソレノイド5の吸引力と、制御弁6の開弁による圧力制御室7の圧力低下がサポート力となり、ソレノイド5を大型化することなく、直動型のニードル弁1を応答性よく開閉可能とする。また、ソレノイド5の共用化により、省スペース、低コストにて、噴射特性の安定化、リフト制御性の向上を図り、高機能な制御が実現可能となる。
Thus, in the present embodiment, in the configuration using the direct
(第2実施形態)
図4、5に本発明の第2実施形態を示す。図4は、インジェクタIの概略構成を示す全体断面図、図5は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。本実施形態では、図4に示すように、制御弁6用のソレノイド5(第1のソレノイド)に加えて、ニードル弁1用のソレノイド5’(第2のソレノイド)を設けている。制御弁6は、ソレノイド5の下方に近接して設けた弁室63に略T字形の弁体64を収容し、弁室63底面に開口する出口絞り9を開閉するようになっている。弁室63は低圧流路24と常時連通し、ソレノイド5の筒内空間に収容したスプリング62が弁体64を閉弁方向に付勢している。
(Second Embodiment)
4 and 5 show a second embodiment of the present invention. 4 is an overall cross-sectional view showing a schematic configuration of the injector I, and FIG. 5 is a time chart showing an example of fuel injection control. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a
ソレノイド5’は、弁室63と圧力制御室7との間に配設され、圧力制御室7に連通するソレノイド5’の筒内空間にスプリング12が収容されて、ニードル弁1を閉弁方向に付勢している。圧力制御室7は、ソレノイド5’の筒内空間を介して出口絞り9に連通している。その他のインジェクタIの基本構成および各部構造は上記第1実施形態と同様であり、説明を省略する。
The
本実施形態では、制御弁6用とニードル弁1用のソレノイド5、5’を独立に設け、制御弁6とニードル弁1を、それぞれ独立に制御する。具体的には、まず、ソレノイド5により制御弁6を開弁し、圧力制御室7の圧力が十分低下してから、ソレノイド5’を作動させてニードル弁1を開弁することで、ソレノイド5、5’の吸引力を効率よく利用することができる。
In this embodiment,
本実施形態のインジェクタIの作動を図5により説明する。図4において、ソレノイド5、5’に通電しない図示の状態から、ソレノイド5を通電ONとすると、制御弁6の弁体64が吸引駆動される。制御弁6のリフトにより出口絞り9が開放され、圧力制御室7と低圧流路24が連通すると、圧力制御室7の燃料が出口絞り9を介して流出し、圧力が徐々に低下する。
The operation of the injector I of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4, when the
第1の実施形態と異なり、この時点において、ニードル弁1に働く力は、下方向に圧力制御室7による油圧力(Pcr’×Ap)とスプリング12のばね力(Fsp)が作用するのみで(閉弁側に働く力Fp’=Pcr’×Ap+Fsp)、開弁方向には作用していない。圧力制御室7の圧力が一定の低圧まで低下したところで、ソレノイド5’を通電ONとすると、吸引力(Fs)が発生し、開弁側に働く力Fs+Fpが、閉弁側に働く力Fpを上回ると、ニードル弁1がリフトを開始する。
Unlike the first embodiment, at this time, the force acting on the
ニードル弁1が開弁したら(最大リフトh)、ソレノイド5の通電をOFFする。これにより出口絞り9が閉鎖され、圧力制御室7の圧力(Pcr’)が再び上昇するが、圧力制御室7が一定圧(油密室の圧力Pcrと同等)となった時点で、閉弁側に働く力Fp’≦開弁側に働く力Fp+Fsとなるように設定すれば、開弁が維持できる。このように、ニードル弁1を開弁させる時のみ、制御弁6を開弁することで、ソレノイド5への通電時間(t2)を短縮できる。ソレノイド5’は、所定時間(t3)後、通電OFFとし、ニードル弁1に働く吸引力Fsを低下させると、閉弁側に働く力Fp’によってニードル弁1が閉弁する。
When the
本実施形態では、複数のソレノイド5、5’を設けて、通電タイミング、通電時間を独立に制御することで、第1の実施形態と同様の作動を可能にする。この構成において、制御弁6は、ニードル弁1の開弁時のみ一時的に開弁するため、出口絞り9からのリーク量を低減することができ、制御弁6の開弁を維持するための負荷電流(図3矢印Aの部分)も不要となる。また、ソレノイド5、5’は、それぞれ制御弁6およびニードル弁1を開弁する最小限の吸引力を発生すればよいので、インジェクタI全体を比較的小型とすることができる。
In the present embodiment, a plurality of
(第3実施形態)
図6〜11に本発明の第3実施形態を示す。図6は、インジェクタIの概略構成を示す全体断面図、図7はその主要部構成を示す拡大断面図、図8、9、10はインジェクタの詳細作動を示す主要部の拡大断面図、図11は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。図6に示すように、本実施形態は、上記第1の実施形態と同様の基本構成において、制御弁6およびニードル弁1の磁性体部を直列に通る磁気回路部を形成したものである。ソレノイド5は、上記第1の実施形態と同様に、制御弁6とニードル弁1の共用となっている。
(Third embodiment)
6 to 11 show a third embodiment of the present invention. 6 is an overall cross-sectional view showing a schematic configuration of the injector I, FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing the main part configuration, FIGS. 8, 9, and 10 are enlarged cross-sectional views of the main part showing the detailed operation of the injector, FIG. These are time charts showing an example of fuel injection control. As shown in FIG. 6, the present embodiment forms a magnetic circuit portion that passes in series through the magnetic body portions of the control valve 6 and the
図6、7において、ボデー2の上半部内には、制御弁6の外周を保持する筒状非磁性体51周りに、コイルケース52に保持されてソレノイド5が収容され、これら制御弁6とソレノイド5の下方に圧力制御室7が形成されている。圧力制御室7にはニードル弁1のアーマチャ部1aが収容される。本実施形態では、アーマチャ部1aに対向する圧力制御室7の頂壁を、磁性体と非磁性体を組み合わせた構成とすることで、アーマチャ部1aを通る磁気回路を形成しやすくする。具体的には、制御弁6の下端部を保持する容器状の弁ボデー91を設けて、その底部を圧力制御室7の頂壁中央部とし、弁ボデー91の底部外側壁に、環状非磁性体53を一体的に設けて、圧力制御室7の頂壁外周部とする。
6 and 7, in the upper half of the body 2, a
磁性体よりなる弁ボデー91は、筒状の上端部が筒状非磁性体51の下端部に接合されており、底部が圧力制御室7内に突出して、アーマチャ部1aの上面中央に設けた凹陥部13内に位置している。筒状非磁性体51の上端部は、磁性体よりなるボデー2からコイルケース52内に延出形成される筒部25に接合されている。本実施形態では、この筒部25と筒状非磁性体51および弁ボデー91の内周面をガイド面として、制御弁6が摺動する。このように、制御弁6の上下端部外周に磁性体部が位置することで、磁気回路が形成しやすくなる。
The valve body 91 made of a magnetic body has a cylindrical upper end joined to a lower end of the cylindrical non-magnetic body 51, and a bottom projecting into the pressure control chamber 7 and provided at the center of the upper surface of the
また、弁ボデー91の底部中央を貫通して、出口絞り9が設けられ、制御弁6の弁体61にて開閉されるようになっている。開弁時に出口絞り9から流出する燃料は、制御弁6を軸方向に貫通して上下端面を連通する逃がし通路65を経て、低圧流路24へ流出する。制御弁6の上方のボデー2壁にはストッパとなる段付部が形成されて、制御弁6の最大リフトh1を規定している。 Further, an outlet throttle 9 is provided through the bottom center of the valve body 91 and is opened and closed by a valve body 61 of the control valve 6. The fuel that flows out from the outlet throttle 9 when the valve is opened flows out into the low-pressure channel 24 through the relief passage 65 that passes through the control valve 6 in the axial direction and communicates with the upper and lower end surfaces. A stepped portion serving as a stopper is formed on the body 2 wall above the control valve 6 to define the maximum lift h1 of the control valve 6.
環状非磁性体53は、コイルケース52の底面に密着位置する所定厚の平板形状で、弁ボデー91とその外方のボデー2との間を架け渡すように配置されて、ソレノイド5と圧力制御室7との間を遮断している。環状非磁性体53と弁ボデー91およびボデー2との間に形成される環状凹部内には、アーマチャ部1aの上面外周部の環状凸部が突出位置し、環状非磁性体53に対向している。この時、磁性体からなるボデー2と弁ボデー91およびアーマチャ部1aの環状凸部が近接位置するために磁気回路が形成しやすくなる。アーマチャ部1a外周のフランジ11と、ボデー2の間にはスプリング12が配設されて、ニードル弁1を下方に付勢している。
The annular non-magnetic body 53 has a flat plate shape with a predetermined thickness positioned in close contact with the bottom surface of the coil case 52, and is arranged so as to bridge between the valve body 91 and the outer body 2 thereof, and the
ここで、環状非磁性体53とアーマチャ部1aとの直接接触を防ぐため、アーマチャ部1aの凹陥部13に対向する弁ボデー91の底面をストッパとして、ニードル弁1の最大リフトh2を設定する。これにより、環状非磁性体53を保護して強度を維持し、また制御弁6開弁時の渦電流を低減することができる。また、ニードル弁1の最大リフト時に、アーマチャ部1aの凹陥部13に当接する弁ボデー91底面は、略球面としてあり、両者は点接触となるので、最大リフト位置においてニードル弁1の受圧面積が大きく変わることはない。
Here, in order to prevent direct contact between the annular non-magnetic body 53 and the
また、アーマチャ部1a外周の環状凸部に、凹陥部13内空間とフランジ11上方の側面とを連通する逃がし通路14と、環状凸部上面とフランジ11側上方の側面とを連通する逃がし通路15を設ける。これにより、圧力制御室7内の燃料が、アーマチャ部1aの上方に形成される環状凹部、およびアーマチャ部1aの凹陥部13内空間に自由に流通し、リフトの妨げとなることがない。この時、上述したように、ストッパとなる弁ボデー91の底面を略球面とすると、最大リフトh2の設定が容易にでき、逃し通路14を弁ボデー91によって閉鎖されない位置に形成できるので、内外の燃料の流通を妨げることがない。
In addition, an escape passage 14 communicating the inner space of the recessed
本実施形態のインジェクタIの作動を、図6を参照しながら、図7〜11により説明する。図7において、ソレノイド5に通電しない図示の状態から、ソレノイド5を通電ONとすると、図8に示すように、ボデー2の筒部25、制御弁6、弁ボデー91、アーマチャ部1aの環状凸部、ボデー2を通る磁気回路S3が生じる。本実施形態の構成では、アーマチャ部1aが対向する圧力制御室7の頂壁外周部を、環状非磁性体53にて形成し、頂壁中央部となる弁ボデー91とボデー2の間にアーマチャ部1aの環状凸部を配置したので、制御弁6とアーマチャ部1aを直列に通る磁気回路S3が形成される。また、制御弁6の上下端部が磁性体よりなるボデー2および弁ボデー91に密着し、アーマチャ部1aの環状凸部が弁ボデー91およびボデー2と僅かな空隙で近接するので、制御弁6およびニードル弁1のアーマチャ部1aを直列に通る強い磁路が形成されることになる。
The operation of the injector I of this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, when the
図11に示すように、ソレノイド5に通電すると同時に発生する吸引力Fs’は、電流値に比例して増加し、速やかに制御弁6を最大リフトh1(図7参照)位置までリフトさせる。また、制御弁6の弁体61が出口絞り9を開放すると、アーマチャ部1aの凹陥部13を介して、圧力制御室7と弁ボデー91内空間が連通する。これにより、圧力制御室7の燃料が、制御弁6の逃がし通路65を経て低圧流路24へ流出すると、圧力制御室7の圧力Pcr’が徐々に低下する。
As shown in FIG. 11, the suction force Fs' generated simultaneously with the energization of the
一方、閉弁状態において、ニードル弁1のアーマチャ部1aには、磁気回路S3による吸引力Fsと、油溜室4の油圧力Fp(=Pcr×(Ap−As))が作用している。本実施形態では、アーマチャ部1aを通る強い磁気回路S3が形成されるために、吸引力Fsの立ち上がりが早く、油圧力と吸引力の合力(開弁側に働く力Fp+Fs)が、速やかに上昇して一定となる。そのため、圧力制御室7の圧力Pcr’が低下して一定圧となる前の、ある時点で、圧力制御室7による油圧力とスプリング12のばね力の合力(閉弁側に働く力Fp’=Pcr’×Ap+Fsp)が釣り合い、さらに圧力制御室7の圧力Pcr’が低下すると開弁側に働く力Fp+Fsが、閉弁側に働く力Fp’を上回る(Fp’≦Fp+Fs)。圧力制御室7の圧力Pcr’は、その後も入口絞り8からの流入量と出口絞り9への流出量がバランスするまで徐々に低下して、所定圧となる。
On the other hand, in the closed state, the attractive force Fs by the magnetic circuit S3 and the oil pressure Fp (= Pcr × (Ap−As)) of the oil reservoir 4 are acting on the
これにより、図9に示すように、ソレノイド5がアーマチャ部1aを吸引駆動し、ニードル弁1がリフトを開始する。この時、ニードル弁1のリフトにより、油溜室4の油圧力Fp(=Pcr×Ap)が増加するので、開弁側に働く力Fp+Fsが閉弁側に働く力Fp’を容易に上回り、アーマチャ部1aはストッパとなる弁ボデー91底部に当接する最大リフトh2(図7参照)位置まで、速やかにリフトすることができる。
As a result, as shown in FIG. 9, the
所定時間後に、ソレノイド5への通電をOFFとすると、制御弁6、ニードル弁1に働く吸引力Fsが急減し、制御弁6の弁体61が出口絞り9を閉鎖して、圧力制御室7の圧力が再び上昇する。ニードル弁1に開弁側に働く力Fp+Fsが、閉弁側に働く力Fp’を下回ると、ニードル弁1は閉弁する。
When the energization of the
このように、制御弁6およびアーマチャ部1aを直列に通る磁気回路S3が形成されることによって、磁気を分散させずに、強い吸引力を発生できるので、ニードル弁1の開弁に必要な吸引力を効率よく発生させることができる。また、磁気回路S3を形成する磁性体部が近接することで、より大きな吸引力を発生することができるので、吸引力の立ち上がりが早く、圧力制御室7の圧力低下に伴い、ニードル弁1のリフトを速やかに開始することができる。その結果、ソレノイド5の体格や電流値の増大を伴わずに、吸引力を大きくすることができ、高噴射圧にて直動でニードル弁1を開閉制御可能となる。
As described above, the magnetic circuit S3 that passes through the control valve 6 and the
本実施形態は、1)圧力制御室7の頂壁中央部のみを磁性体とし、外周部を非磁性体とする、2)圧力制御室7の頂壁中央部を容器状として、制御弁6に接触させ、頂壁外周部の非磁性体と一体化する、3)容器状の頂壁中央部を、圧力制御室7内に突出位置させる、4)制御弁6の上端部を、ボデー2と接触させる、といった構成によって、上記磁気回路S3による吸引力をより効果的に発揮させることができる。ただし、これら構成は必ずしも全て備えている必要はなく、また、各部形状が異なっていてもよい。制御弁6とニードル弁1のアーマチャ部1aを含む磁気回路を、空間等を極力介在させずに形成できる構成となっていれば、同等の効果が得られる。
In this embodiment, 1) only the central portion of the top wall of the pressure control chamber 7 is made of a magnetic material, and the outer peripheral portion is made of a non-magnetic material. 3) Integrate with the non-magnetic material on the outer peripheral portion of the top wall 3) Place the container-like top wall central portion in the pressure control chamber 7 4) Connect the upper end of the control valve 6 to the body 2 With the configuration of contacting with the magnetic circuit S3, the attractive force by the magnetic circuit S3 can be more effectively exhibited. However, it is not always necessary to provide all of these configurations, and the shape of each part may be different. If the magnetic circuit including the control valve 6 and the
以上のように、本発明によれば、電磁駆動部によりニードル弁を直接駆動する方式のインジェクタにおいて、ニードル弁の開弁時に、ニードル弁背部にかかる圧力を低下させて、ニードル弁の開閉を容易にし、吸引力を増加させることなく、高噴射圧で制御性よく燃料を噴射可能としたものである。 As described above, according to the present invention, in an injector that directly drives a needle valve by an electromagnetic drive unit, when the needle valve is opened, the pressure applied to the back of the needle valve is reduced, so that the needle valve can be easily opened and closed. Thus, fuel can be injected with high controllability at high injection pressure without increasing the suction force.
I インジェクタ
S1、S2、S3 磁気回路
1 ニードル弁
1a アーマチャ部
11 フランジ
12 スプリング
13 凹陥部
14、15 逃がし通路
2 ボデー
21 高圧配管
22 低圧配管
23 高圧流路
24 低圧流路
25 筒部
3 噴孔
31 サック部
4 油溜室
41 ノズルシート
5 ソレノイド(第1のソレノイド)
5’ ソレノイド(第2のソレノイド)
51 筒状非磁性体
52 コイルケース
53 環状非磁性体
6 制御弁
61 弁体
62 スプリング
63 弁室
64 弁体
65 逃がし通路
7 圧力制御室
8 入口絞り
9 出口絞り
91 弁ボデー
I Injector S1, S2, S3
5 'Solenoid (second solenoid)
51 Cylindrical non-magnetic material 52 Coil case 53 Annular non-magnetic material 6 Control valve 61 Valve body 62 Spring 63 Valve chamber 64 Valve body 65 Relief passage 7 Pressure control chamber 8 Inlet throttle 9 Outlet throttle 91 Valve body
Claims (6)
上記ニードル弁の基端部に一体的に設けたアーマチャ部を、上記高圧燃料供給路に連通する圧力制御室に収容して上記ニードル弁に背圧を作用させ、
上記電磁駆動部には、上記圧力制御室と低圧燃料流出路との間を開閉する制御弁を設けて、
上記電磁駆動部が上記制御弁を開弁することにより上記圧力制御室の圧力を低下させた状態で、上記ニードル弁に作用する吸引力によって上記ニードル弁がリフトする設定としたことを特徴とするインジェクタ。 An injector for injecting high-pressure fuel supplied from a high-pressure fuel supply path by sucking and driving a needle valve accommodated in a rod-shaped body by an electromagnetic drive unit, opening and closing a nozzle hole provided at the body tip,
An armature portion provided integrally with the base end portion of the needle valve is accommodated in a pressure control chamber communicating with the high pressure fuel supply path, and a back pressure is applied to the needle valve.
The electromagnetic drive unit is provided with a control valve that opens and closes between the pressure control chamber and the low pressure fuel outflow passage.
The needle drive valve is lifted by a suction force acting on the needle valve in a state where the pressure of the pressure control chamber is lowered by opening the control valve by the electromagnetic drive unit. Injector.
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