JP2009287408A - Injector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。 The present invention relates to an injector for injecting and supplying fuel to an engine.
従来から、インジェクタには、軸方向に上下動して噴孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁を上下動させる駆動力を発生するアクチュエータとを備え、燃料圧を介して、アクチュエータの駆動力をニードル弁に作用させるものが公知となっている。このようなインジェクタによれば、ニードル弁に対し軸方向に燃料圧が作用する作動室が形成され、作動室は、アクチュエータの動作状態に応じて燃料圧が増減するように設けられている。そして、作動室の燃料圧がアクチュエータの動作状態に応じて増減することで、ニードル弁が軸方向に上下動して噴孔が開閉され、燃料の噴射が開始または停止する。 Conventionally, an injector has been provided with a needle valve that moves up and down in the axial direction to open and close the nozzle hole, and an actuator that generates a driving force that moves the needle valve up and down, and the driving force of the actuator is supplied via fuel pressure. What acts on a needle valve is known. According to such an injector, a working chamber in which fuel pressure acts in the axial direction with respect to the needle valve is formed, and the working chamber is provided so that the fuel pressure increases or decreases according to the operating state of the actuator. Then, when the fuel pressure in the working chamber increases or decreases according to the operating state of the actuator, the needle valve moves up and down in the axial direction to open and close the injection hole, and fuel injection starts or stops.
近年、インジェクタの燃料噴射に対する制御応答性を高めるため、より高速でニードル弁を移動させる要請が高まっている。しかし、ニードル弁の移動速度が高速になるほど、ニードル弁が停止位置に達したときの早期安定化が損なわれるようになる。すなわち、ニードル弁の移動速度が高速になるほど、ニードル弁が閉弁位置(噴孔を閉鎖する位置)から必要噴射量に応じた開弁位置に達したとき、および、ニードル弁が開弁位置から閉弁位置に達したときにバウンスの発生が顕著になる(図12(a)参照)。 In recent years, there has been an increasing demand for moving the needle valve at a higher speed in order to improve the control response of the injector to fuel injection. However, as the moving speed of the needle valve increases, early stabilization when the needle valve reaches the stop position is impaired. That is, as the moving speed of the needle valve increases, the needle valve reaches the valve opening position corresponding to the required injection amount from the valve closing position (position where the nozzle hole is closed), and the needle valve moves from the valve opening position. When the valve closing position is reached, the occurrence of bounce becomes significant (see FIG. 12A).
この結果、開弁位置到達時のバウンスにより、開弁時間と実噴射量との相関特性は、図12(b)に示すように、必要噴射量が少なく開弁時間が短い領域において、理想的な一次相関からばらついてしまう。また、閉弁位置到達時のバウンスにより、2次噴射が発生してしまう。 As a result, due to the bounce when the valve opening position is reached, the correlation characteristic between the valve opening time and the actual injection amount is ideal in a region where the required injection amount is small and the valve opening time is short, as shown in FIG. The first order correlation will vary. Further, secondary injection occurs due to bounce when the valve closing position is reached.
そこで、バウンスの発生を抑制するために、作動室とは別にダンパ室を有するインジェクタが考えられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1のインジェクタによれば、アクチュエータは、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力を駆動力として利用するものであり、ニードル弁の移動速度が極めて大きいものである。また、作動室は、例えば、圧電素子が伸長すると燃料圧が増大し、圧電素子が縮小すると燃料圧が減少するように形成され、作動室の燃料圧は、ニードル弁に対し閉弁方向に作用している(軸方向下方に作用している)。
Thus, in order to suppress the occurrence of bounce, an injector having a damper chamber in addition to the working chamber has been considered (see, for example, Patent Document 1). According to the injector of
このため、圧電素子に電圧が印加されると、ニードル弁に対し下方に作用する付勢力が強くなり、ニードル弁は下降して噴孔を閉鎖する。また、圧電素子に電圧が印加されなくなると、ニードル弁に対し下方に作用する付勢力が弱くなり、ニードル弁は上昇して噴孔を開放する。 For this reason, when a voltage is applied to the piezoelectric element, the urging force acting downward on the needle valve becomes strong, and the needle valve descends to close the nozzle hole. Further, when the voltage is no longer applied to the piezoelectric element, the urging force acting downward on the needle valve becomes weak, and the needle valve rises to open the nozzle hole.
そして、特許文献1のインジェクタによれば、ニードル弁が高速で上下動して開弁位置または閉弁位置でバウンスするのを防止するため、作動室とは別にダンパ室が設けられている。ダンパ室は、ニードル弁の上下動に応じて容積が拡縮するように、例えば、ニードル弁の上面を利用して形成されており、ダンパ室の燃料圧は、ニードル弁に対し閉弁方向に作用している(軸方向下方に作用している)。
According to the injector of
このため、ニードル弁が上昇を開始してダンパ室の容積が縮小を始めると、ダンパ室の燃料圧が増大してニードル弁の上昇速度が抑えられる。逆に、ニードル弁が下降を開始してダンパ室の容積が拡大を始めると、ダンパ室の燃料圧が減少してニードル弁の下降速度が抑えられる。 For this reason, when the needle valve starts to rise and the volume of the damper chamber starts to shrink, the fuel pressure in the damper chamber increases and the raising speed of the needle valve is suppressed. On the contrary, when the needle valve starts to descend and the volume of the damper chamber starts to expand, the fuel pressure in the damper chamber decreases and the descending speed of the needle valve is suppressed.
しかし、特許文献1のインジェクタは、ダンパ室への燃料の流出入を、ダンパ室を形成するニードル弁とボディとの径方向のクリアランスに依存している。このため、ニードル弁の軸ズレ状況に応じてクリアランスの有効断面積がばらつくので、ダンパ室への燃料の流出入流量が個体間、噴射間でばらつき、噴射特性のばらつきが大きくなってしまう。
However, the injector of
また、特許文献1のインジェクタによれば、ニードル弁は、自身の上端がダンパ室の上壁に密着してダンパ室の容積がゼロになるまで上昇するが、ダンパ室の容積が小さくなるほど容積減少に対する燃料圧増加率が大きくなるため、上昇の末期にはニードル弁の上昇速度が過剰に抑えられてしまう。さらに、ニードル弁は、自身の上端がダンパ室の上壁から引き離されて下降を開始するので、リンキング力の影響を大きく受けて下降の開始が遅れてしまう。
Further, according to the injector of
このように、特許文献1のインジェクタは、ダンパ室への燃料の流出入をニードル弁とボディとの径方向のクリアランスに依存することから噴射特性がばらつく虞が大きく、また、ダンパ室の容積がゼロになるまでニードル弁が上昇することから制御応答性が不充分である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ダンパ室を有するインジェクタにおいて、噴射特性のばらつきを抑制するとともに制御応答性を高めることにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress variation in injection characteristics and improve control responsiveness in an injector having a damper chamber.
〔請求項1の手段〕
請求項1に記載のインジェクタは、軸方向に上下動して噴孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁を上下動させる駆動力を発生するアクチュエータとを備える。また、このインジェクタには、ニードル弁に対し軸方向に燃料圧が作用し、アクチュエータの動作状態に応じて燃料圧が増減する作動室と、ニードル弁の上下動に応じて容積が拡縮することで燃料圧が増減するダンパ室とが形成され、作動室の燃料圧が増減することでニードル弁が上下動するとともに、ダンパ室の燃料圧が増減することでニードル弁の上下動の速度が低減される。
[Means of Claim 1]
The injector according to
そして、このインジェクタは、ニードル弁の上端部に設けられて上方に開口する凹部に嵌合し、ニードル弁に対し軸方向に相対的に摺動するシリンダと、シリンダを上方に付勢し、シリンダの上端をニードル弁の上端よりも上側の壁面に圧接させるスプリングとを備え、作動室に燃料を流出入させる作動流路、および噴孔に燃料を導く噴射流路が形成されている。また、シリンダの外周側かつニードル弁の上側の空間がダンパ室をなす。 The injector is fitted into a recess provided at the upper end of the needle valve and opened upward, and a cylinder that slides relative to the needle valve in the axial direction, and urges the cylinder upward. And a spring that presses the upper end of the nozzle to the wall surface above the upper end of the needle valve, and an operating flow path for flowing fuel into and out of the working chamber and an injection flow path for guiding the fuel to the injection hole are formed. The space on the outer periphery side of the cylinder and on the upper side of the needle valve forms a damper chamber.
さらに、シリンダは、ニードル弁と係合してニードル弁の上昇を規制するストッパを有し、ダンパ室は、作動室、作動流路または噴射流路にオリフィスを介して連通しており、オリフィスは、作動室を形成する部材群に含まれる単一部材、または、作動流路もしくは噴射流路を有する単一部材に設けられている。 Furthermore, the cylinder has a stopper that engages with the needle valve to restrict the needle valve from rising, and the damper chamber communicates with the working chamber, the working flow path, or the injection flow path via the orifice. The single member included in the member group forming the working chamber, or the single member having the working flow path or the injection flow path is provided.
これにより、ダンパ室への燃料の流出入は、ニードル弁とボディとの径方向のクリアランスに依存することなく、作動室を形成する部材群に含まれる単一部材、または、作動流路もしくは噴射流路を有する単一部材に設けられたオリフィスにより行われる。そして、このような単一部材に設けられるオリフィスの有効断面積は、ニードル弁の軸ズレ状況と無関係であってばらつく虞が低い。このため、ダンパ室への燃料の流出入流量がばらつきにくくなるので、結果的に噴射特性のばらつきが抑制される。 Thus, the flow of fuel into and out of the damper chamber does not depend on the radial clearance between the needle valve and the body, and the single member included in the member group forming the working chamber, or the working flow path or the injection This is done by an orifice provided in a single member having a flow path. And the effective cross-sectional area of the orifice provided in such a single member is irrelevant to the axial deviation | shift state of a needle valve, and there is little possibility of variation. For this reason, the flow rate of the fuel flowing into and out of the damper chamber is less likely to vary, and as a result, variations in the injection characteristics are suppressed.
また、シリンダは、ニードル弁の上昇を規制するストッパを有しているので、ニードル弁は、ダンパ室の容積がゼロになる前に上昇を停止することができる。このため、ダンパ室の容積減少に対する燃料圧増加率が過大になる前に、ニードル弁の上昇が停止されるので、上昇末期における上昇速度の過剰低下が生じなくなる。また、ダンパ室の容積がゼロにならないことから、ニードル弁は、リンキング力の影響をほとんど受けることなく下降を開始することができる。この結果、インジェクタの制御応答性が高まる。 Moreover, since the cylinder has a stopper that restricts the rise of the needle valve, the needle valve can stop the rise before the volume of the damper chamber becomes zero. For this reason, since the increase of the needle valve is stopped before the rate of increase in the fuel pressure with respect to the decrease in the volume of the damper chamber is excessive, the increase in the increase rate at the end of the increase is not caused. Further, since the volume of the damper chamber does not become zero, the needle valve can start to descend with little influence from the linking force. As a result, the control response of the injector is increased.
以上により、ダンパ室を有するインジェクタにおいて、噴射特性のばらつきを抑制するとともに制御応答性を高めることができる。 As described above, in the injector having the damper chamber, it is possible to suppress the variation in the injection characteristics and improve the control responsiveness.
〔請求項2の手段〕
請求項2に記載のインジェクタによれば、ストッパは、シリンダの下端部であり、凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。そして、ニードル弁は、シリンダの下端面に段面が当接することで上昇が規制される。
これにより、凹部における段面の位置を可変することで、ダンパ室の容積やニードル弁のリフト量を可変できる。
[Means of claim 2]
According to the injector of the second aspect, the stopper is the lower end portion of the cylinder, and the concave portion is provided with a stepped surface so as to be reduced in a stepped shape downward. And as for a needle valve, a raise is controlled because a step surface contacts the lower end surface of a cylinder.
Thereby, the volume of the damper chamber and the lift amount of the needle valve can be varied by varying the position of the step surface in the recess.
〔請求項3の手段〕
請求項3に記載のインジェクタによれば、ストッパは、シリンダの下端部であり、凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。また、シリンダの下端部の外周には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。そして、ニードル弁は、シリンダの段面に自身の段面が当接することで上昇が規制される。
これにより、凹部における段面の位置、およびシリンダ下端部における段面の位置の両方を可変することで、ダンパ室の容積やニードル弁のリフト量を可変できる。このため、ダンパ室の容積やニードル弁のリフト量に関して設定の自由度を高めることができる。
[Means of claim 3]
According to the injector of the third aspect, the stopper is the lower end portion of the cylinder, and the concave portion is provided with a stepped surface so as to be reduced in a stepped shape downward. In addition, a step surface is provided on the outer periphery of the lower end portion of the cylinder so as to reduce the diameter in a step shape downward. And as for a needle valve, a raise is controlled because an own step surface contacts the step surface of a cylinder.
Thereby, the volume of the damper chamber and the lift amount of the needle valve can be varied by varying both the position of the step surface in the recess and the position of the step surface at the cylinder lower end. For this reason, the freedom degree of a setting regarding the volume of a damper chamber and the lift amount of a needle valve can be raised.
〔請求項4の手段〕
請求項4に記載のインジェクタによれば、ストッパは、シリンダの外周からダンパ室に向けて径方向に膨出する膨出部であり、ニードル弁は、膨出部に係合することで上昇が規制される。
これにより、膨出部の形状、容積等を可変することで、ダンパ室の容積やニードル弁のリフト量を可変できる。また、膨出部とニードル弁との係合面積等を可変することで、ニードル弁と膨出部との間に作用するリンキング力を操作してニードル弁の下降開始遅れを可変できる。
[Means of claim 4]
According to the injector of the fourth aspect, the stopper is a bulging portion that bulges radially from the outer periphery of the cylinder toward the damper chamber, and the needle valve is raised by engaging with the bulging portion. Be regulated.
Thereby, the volume of the damper chamber and the lift amount of the needle valve can be varied by varying the shape and volume of the bulging portion. Further, by changing the engagement area between the bulging portion and the needle valve, the linking force acting between the needle valve and the bulging portion can be operated to vary the descent start delay of the needle valve.
〔請求項5の手段〕
請求項5に記載のインジェクタによれば、シリンダの上面は、下方に向かってテーパ状に縮径するテーパ面であり、テーパ面の上端が、壁面に圧接している。
これにより、シリンダの圧接面を低減して壁面に対する面圧を高めることができる。このため、ダンパ室のシール性を高めることができる。
[Means of claim 5]
According to the injector of the fifth aspect, the upper surface of the cylinder is a tapered surface that tapers downward in a tapered shape, and the upper end of the tapered surface is in pressure contact with the wall surface.
Thereby, the press-contact surface of a cylinder can be reduced and the surface pressure with respect to a wall surface can be raised. For this reason, the sealing performance of a damper chamber can be improved.
〔請求項6の手段〕
請求項6に記載のインジェクタによれば、シリンダは、凹部に嵌合して摺動する摺動軸部を有し、摺動軸部よりも上側の部分は、摺動軸部よりも径小である。
これにより、径小部分の径を可変することで、ダンパ室の容積を可変できる。
[Means of claim 6]
According to the injector of the sixth aspect, the cylinder has the sliding shaft portion that slides while being fitted in the recess, and the portion above the sliding shaft portion is smaller in diameter than the sliding shaft portion. It is.
Thereby, the volume of the damper chamber can be varied by varying the diameter of the small-diameter portion.
〔請求項7の手段〕
請求項7に記載のインジェクタによれば、オリフィスは、ダンパ室への開口部よりも作動室、作動流路または噴射流路への開口部の方が径大である。
これにより、ダンパ室からの燃料の流出流に剥離が発生するように、オリフィスを設けることができる。このため、ダンパ室からの燃料の流出流量を下げることができるので、ニードル弁の上昇速度を下げることができる。
[Means of Claim 7]
According to the injector of the seventh aspect, the orifice has a larger diameter at the opening to the working chamber, the working flow path, or the injection flow path than the opening to the damper chamber.
Thereby, an orifice can be provided so that separation occurs in the outflow of fuel from the damper chamber. For this reason, since the outflow flow rate of the fuel from the damper chamber can be lowered, the ascent rate of the needle valve can be lowered.
〔請求項8の手段〕
請求項8に記載のインジェクタによれば、オリフィスは、ダンパ室への開口部よりも作動室、作動流路または噴射流路への開口部の方が径小である。
これにより、ダンパ室からの燃料の流出流に剥離が発生しないように、オリフィスを設けることができる。このため、ダンパ室からの燃料の流出流量を上げることができるので、ニードル弁の上昇速度を上げることができる。
[Means of Claim 8]
According to the injector of the eighth aspect, the orifice has a smaller diameter at the opening to the working chamber, the working flow path, or the injection flow path than the opening to the damper chamber.
Thereby, an orifice can be provided so that separation does not occur in the outflow of fuel from the damper chamber. For this reason, since the outflow rate of the fuel from the damper chamber can be increased, the rising speed of the needle valve can be increased.
〔請求項9の手段〕
請求項9に記載のインジェクタによれば、アクチュエータは、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力をニードル弁の駆動力として利用する。
圧電素子は、電圧印加に対する応答性に優れるので、圧電素子をアクチュエータとして利用することでインジェクタの制御応答性を高めることができる。
[Means of Claim 9]
According to the injector of the ninth aspect, the actuator uses the extension force generated by the voltage application to the piezoelectric element as the driving force of the needle valve.
Since the piezoelectric element is excellent in response to voltage application, the control response of the injector can be improved by using the piezoelectric element as an actuator.
最良の形態1のインジェクタは、軸方向に上下動して噴孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁を上下動させる駆動力を発生するアクチュエータとを備える。また、このインジェクタには、ニードル弁に対し軸方向に燃料圧が作用し、アクチュエータの動作状態に応じて燃料圧が増減する作動室と、ニードル弁の上下動に応じて容積が拡縮することで燃料圧が増減するダンパ室とが形成され、作動室の燃料圧が増減することでニードル弁が上下動するとともに、ダンパ室の燃料圧が増減することでニードル弁の上下動の速度が低減される。
The injector of the
そして、このインジェクタは、ニードル弁の上端部に設けられて上方に開口する凹部に嵌合し、ニードル弁に対し軸方向に相対的に摺動するシリンダと、シリンダを上方に付勢し、シリンダの上端をニードル弁の上端よりも上側の壁面に圧接させるスプリングとを備え、作動室に燃料を流出入させる作動流路、および噴孔に燃料を導く噴射流路が形成されている。また、シリンダの外周側かつニードル弁の上側の空間がダンパ室をなす。 The injector is fitted into a recess provided at the upper end of the needle valve and opened upward, and a cylinder that slides relative to the needle valve in the axial direction, and urges the cylinder upward. And a spring that presses the upper end of the nozzle to the wall surface above the upper end of the needle valve, and an operating flow path for flowing fuel into and out of the working chamber and an injection flow path for guiding the fuel to the injection hole are formed. The space on the outer periphery side of the cylinder and on the upper side of the needle valve forms a damper chamber.
さらに、シリンダは、ニードル弁と係合してニードル弁の上昇を規制するストッパを有し、ダンパ室は、作動室、作動流路または噴射流路にオリフィスを介して連通しており、オリフィスは、作動室を形成する部材群に含まれる単一部材、または、作動流路もしくは噴射流路を有する単一部材に設けられている。 Furthermore, the cylinder has a stopper that engages with the needle valve to restrict the needle valve from rising, and the damper chamber communicates with the working chamber, the working flow path, or the injection flow path via the orifice. The single member included in the member group forming the working chamber, or the single member having the working flow path or the injection flow path is provided.
また、ストッパは、シリンダの下端部であり、凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。そして、ニードル弁は、シリンダの下端面に段面が当接することで上昇が規制される。
また、シリンダの上面は、下方に向かってテーパ状に縮径するテーパ面であり、テーパ面の上端が、壁面に圧接している。
また、アクチュエータは、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力をニードル弁の駆動力として利用する。
Further, the stopper is a lower end portion of the cylinder, and a step surface is provided in the recess so as to reduce the diameter in a step shape downward. And as for a needle valve, a raise is controlled because a step surface contacts the lower end surface of a cylinder.
In addition, the upper surface of the cylinder is a tapered surface that decreases in a tapered shape downward, and the upper end of the tapered surface is in pressure contact with the wall surface.
The actuator uses an extension force generated by applying a voltage to the piezoelectric element as a driving force for the needle valve.
最良の形態2のインジェクタによれば、ストッパは、シリンダの下端部であり、凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。また、シリンダの下端部の外周には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられている。そして、ニードル弁は、シリンダの段面に自身の段面が当接することで上昇が規制される。
According to the injector of the
最良の形態3のインジェクタによれば、ストッパは、シリンダの外周からダンパ室に向けて径方向に膨出する膨出部であり、ニードル弁は、自身の上端面が膨出部に当接することで上昇が規制される。
最良の形態4のインジェクタによれば、シリンダは、凹部に嵌合して摺動する摺動軸部を有し、摺動軸部よりも上側の部分は、摺動軸部よりも径小である。
According to the injector of the
According to the injector of the best mode 4, the cylinder has a sliding shaft portion that fits into the recess and slides, and a portion above the sliding shaft portion is smaller in diameter than the sliding shaft portion. is there.
最良の形態5のインジェクタによれば、オリフィスは、ダンパ室への開口部よりも作動室、作動流路または噴射流路への開口部の方が径大である。
最良の形態6のインジェクタによれば、オリフィスは、ダンパ室への開口部よりも作動室、作動流路または噴射流路への開口部の方が径小である。
According to the injector of the
According to the injector of the
〔実施例1の構成〕
実施例1のインジェクタ1の構成を、図1および図2に基づいて説明する。
インジェクタ1は、例えば、ガソリン直噴エンジン(図示せず)の気筒毎に配され、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレールから燃料の分配を受けるとともに、コモンレールから受け入れた高圧の燃料を気筒内に直接噴射するものである。
[Configuration of Example 1]
The structure of the
For example, the
インジェクタ1は、図1に示すように、軸方向に上下動して噴孔2を開閉するニードル弁3と、ニードル弁3を上下動させる駆動力を発生するアクチュエータ4と、アクチュエータ4から直接的に駆動力を受けて上下動するピストン5と、ニードル弁3、アクチュエータ4およびピストン5等を内部に収容するとともに下端に噴孔2を有する外郭ボディ6と、外郭ボディ6内に収容されてニードル弁3およびピストン5を上下動自在に支持する本体ボディ7とを備える。
As shown in FIG. 1, the
ニードル弁3は、外郭ボディ6に対して離着することで噴孔2を開閉する下端部10と、本体ボディ7に摺接して上下動自在に支持される上端部11と、外郭ボディ6に摺接して上下動自在に支持される中間部12とを有する。
ここで、中間部12は上端部11よりも径小に設けられ、中間部12と本体ボディ7との間に形成される環状空間は、ニードル弁3を直接的に上下動させる燃料圧を発生する作動室13をなす。
The
Here, the
作動室13は、上端部11の下面が燃料圧の作用面となるように形成され、ニードル弁3に対し軸方向上方(開弁方向)に燃料圧が作用する。また、作動室13は、後記するように、アクチュエータ4の動作状態に応じて燃料圧が増減するように設けられている。このため、アクチュエータ4の動作状態が可変して作動室13の燃料圧が増大すると、ニードル弁3が上昇して噴孔2が開放され、燃料の噴射が開始する。また、作動室13の燃料圧が減少すると、ニードル弁3が下降して噴孔2が閉鎖され、燃料の噴射が停止する。
The working
また、下端部10は中間部12よりも径小に設けられ、下端部10と外郭ボディ6との間に形成される環状空間は燃料溜まり15をなし、噴孔2に燃料を導く噴射流路16の最下流部をなす。
The
さらに、上端部11には、上方に開口する凹部17が設けられ、さらに、凹部17の下底面には、中間部12に設けられた中空部18が開口している。そして、中間部12の下部には、燃料溜まり15と中空部18との連通路19が設けられており、凹部17、中空部18および連通路19は、燃料溜まり15とともに噴射流路16をなす。
Further, the
アクチュエータ4は、例えば、圧電素子と電極板とが軸方向に積層されたピエゾスタックを主体とし、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力を駆動力として利用するものである。また、アクチュエータ4の上端は外郭ボディ6に当接して固定されており、下端はピストン5の上端面に当接している。このため、アクチュエータ4は、圧電素子に電圧印加を受けると、直接的に駆動力をピストン5に及ぼしてピストン5を下方に付勢する。
The actuator 4 mainly uses, for example, a piezo stack in which a piezoelectric element and an electrode plate are laminated in the axial direction, and uses an extension force generated by applying a voltage to the piezoelectric element as a driving force. The upper end of the actuator 4 is fixed in contact with the
ピストン5は、本体ボディ7に摺接して上下動自在に支持されるとともに、本体ボディ7との間に拡縮自在の圧力室22を形成する。圧力室22の燃料圧は、アクチュエータ4の駆動力によりピストン5が下降することで増大する。また、圧力室22と作動室13とは、本体ボディ7に設けられた流路22aにより連通しており、この流路22aは、圧力室22とともに、作動室13に燃料を流出入させる作動流路23をなす。このため、圧力室22の燃料圧が増大すると作動室13の燃料圧も増大し、圧力室22の燃料圧が減少すると作動室13の燃料圧も減少する。
The
外郭ボディ6は、燃料の受入口としてのインレット24を有し、インレット24を介してコモンレールから高圧の燃料を受け入れる。また、外郭ボディ6と本体ボディ7等との隙間は、コモンレールから受け入れた高圧の燃料で満たされる燃料溜まり25をなし、燃料溜まり25は噴射流路16の一部をなす。
The
本体ボディ7は、ニードル弁3の上端部11を摺動自在に支持する下部ボディ27と、ピストン5を摺動自在に支持する上部ボディ28と、下部ボディ27と上部ボディ28とに軸方向に挟まれる中間ボディ29とからなり、ピストン5と上部ボディ28との間にはスプリング30が軸方向に支持されている。そして、下部、上部、中間ボディ27〜29は、スプリング30により下方に付勢されて一体化されるとともに外郭ボディ6に強固に圧接している。
The
下部ボディ27は、円筒状に設けられ、内周側にニードル弁3の上端部11を支持している。また、下部ボディ27の下端部は、下方に向かって縮径するテーパ状に設けられており、最下端が外郭ボディ6に圧接することで、燃料溜まり25と作動室13とが液密的に区画されている。また、下部ボディ27には、流路22aの作動室13側の部分が設けられ、流路22aの作動室13への開口部が形成されている。
The
上部ボディ28は、円筒状に設けられ、内周側にピストン5を支持し、外周側にスプリング30を支持する。そして、上部ボディ28の内周面は、中間ボディ29の上端面、およびピストン5の下端面とともに圧力室22を形成している。
The
中間ボディ29は、円板状に設けられて下部ボディ27と上部ボディ28とに軸方向に挟まれている。また、中間ボディ29は、燃料溜まり25と下部ボディ27の内周側空間とを連通する連通路31を有する。これにより、連通路31は、燃料溜まり25からニードル弁3内の凹部17、中空部18に燃料を導くように機能して噴射流路16の一部をなす。また、中間ボディ29には、流路22aの圧力室22側の部分が設けられ、流路22aの圧力室22への開口部が形成されている。
The
また、インジェクタ1は、下部ボディ27の内周側に収容されて凹部17に嵌合するシリンダ34と、凹部17に収容され、シリンダ34を上方に付勢して中間ボディ29に圧接させるとともにニードル弁3を下方に付勢するスプリング35とを備える。
The
シリンダ34は、円筒状に設けられ、凹部17に嵌合してニードル弁3に対し軸方向に相対的に摺動する。すなわち、シリンダ34の下端部は、凹部17に嵌合して軸方向に相対的に摺動する摺動軸部37をなす。また、シリンダ34の上面は、下方に向かってテーパ状に縮径するテーパ面38であり、テーパ面38の上端が中間ボディ29の下端面に圧接している。そして、テーパ面38の上端が中間ボディ29に圧接することで、シリンダ34の内周側の空間とシリンダ34の外周側の空間とが液密的に区画されている。
The
ここで、シリンダ34の内周側の空間には連通路31が開口しており、この空間(以下、シリンダ内流路39と呼ぶ)は、凹部17、中空部18等とともに噴射流路16の一部をなす。
また、シリンダ34の外周側の空間は、円環状をなしており、下方をニードル弁3の上端部11により封鎖されている。そして、この空間は、ニードル弁3の上下動に応じて容積が拡縮することで燃料圧が増減するダンパ室40をなしている。
Here, a
The space on the outer peripheral side of the
すなわち、ダンパ室40は、ニードル弁3の上下動に応じて容積が拡縮するように、ニードル弁3の上面を利用して形成されており、ダンパ室40の燃料圧は、ニードル弁3に対し閉弁方向に作用している(軸方向下方に作用している)。
That is, the
このため、ニードル弁3が上昇を開始してダンパ室40の容積が縮小を始めると、ダンパ室40の燃料圧が増大してニードル弁3の上昇速度が抑えられる。逆に、ニードル弁3が下降を開始してダンパ室40の容積が拡大を始めると、ダンパ室40の燃料圧が減少してニードル弁3の下降速度が抑えられる。
For this reason, when the
また、凹部17には、下方に向かって段状に縮径するように段面42が設けられている。そして、ニードル弁3は、シリンダ34の下端面に段面42が当接することで上昇が規制される。すなわち、シリンダ34の下端部は、摺動軸部37をなすとともに、ニードル弁3と係合してニードル弁3の上昇を規制するストッパ43をなす。
Further, a
さらに、ダンパ室40は、下部ボディ27に設けられたオリフィス44により流路22aと連通している。そして、ニードル弁3の上下動に伴い、オリフィス44を介してダンパ室40と流路22aとの間で燃料が流出入する。
なお、スプリング35は、段面42よりも内周側で凹部17に収容されている。
Further, the
The
以上により、アクチュエータ4の圧電素子に電圧が印加されると、アクチュエータ4が軸方向下方に伸長して圧力室22および作動室13の燃料圧が増大する。このため、ニードル弁3が上昇して噴孔2が開放され、燃料の噴射が開始する。この間、ダンパ室40の容積は、燃料自身の弾性圧縮とオリフィス44を通じての燃料流出とにより減少するので、ダンパ室40の燃料圧は容積に略反比例して増大する。このため、ニードル弁3の上昇速度が抑制される。そして、ニードル弁3は、段面42がシリンダ34のストッパ43に当接することで上昇を停止する(図2(b)参照)。
As described above, when a voltage is applied to the piezoelectric element of the actuator 4, the actuator 4 extends downward in the axial direction, and the fuel pressure in the
やがて、圧電素子への電圧印加が停止すると、アクチュエータ4が軸方向上方に縮小して圧力室22および作動室13の燃料圧が減少する。このため、主に、スプリング35の付勢力によりニードル弁3が下降して噴孔2が閉鎖され、燃料の噴射が停止する。この間、ダンパ室40の容積は、燃料自身の弾性膨張とオリフィス44を通じての燃料流入とにより増大するので、ダンパ室40の燃料圧は容積に略反比例して減少する。このため、ニードル弁3の下降速度が抑制される。
Eventually, when voltage application to the piezoelectric element stops, the actuator 4 contracts upward in the axial direction, and the fuel pressure in the
〔実施例1の効果〕
実施例1のインジェクタ1は、ニードル弁3の上端部11に設けられて上方に開口する凹部17に嵌合し、ニードル弁3に対し軸方向に相対的に摺動するシリンダ34と、シリンダ34を上方に付勢し、シリンダ34の上端を中間ボディ29に圧接させるスプリング35とを備え、シリンダ34の外周側かつニードル弁3の上側の空間がダンパ室40をなす。また、シリンダ34は、ニードル弁3と係合してニードル弁3の上昇を規制するストッパ43を有し、ダンパ室40は、作動流路23の一部である流路22aにオリフィス44を介して連通している。そして、オリフィス44は、流路22aを有する下部ボディ27に設けられている。
[Effect of Example 1]
The
これにより、ダンパ室40への燃料の流出入は、ニードル弁3と本体ボディ7との径方向のクリアランスに依存することなく、下部ボディ27に設けられたオリフィス44によって行われる。また、オリフィス44の有効断面積は、ニードル弁3の軸ズレ状況と無関係であってばらつく虞が低い。このため、ダンパ室40への燃料の流出入流量がばらつきにくくなるので、結果的に噴射特性のばらつきが抑制される。
As a result, the fuel flows into and out of the
また、シリンダ34は、ニードル弁3の上昇を規制するストッパ43を有しているので、ニードル弁3は、ダンパ室40の容積がゼロになる前に上昇を停止することができる。このため、ダンパ室40の容積減少に対する燃料圧増加率が過大になる前に、ニードル弁3の上昇が停止されるので、上昇末期における上昇速度の過剰低下が生じなくなる。また、ダンパ室40の容積がゼロにならないことから、ニードル弁3は、リンキング力の影響をほとんど受けることなく下降を開始することができる。この結果、インジェクタ1の制御応答性が高まる。
Moreover, since the
以上により、ダンパ室40を有するインジェクタ1において、噴射特性のばらつきを抑制するとともに制御応答性を高めることができる。
As described above, in the
また、ストッパ43は、シリンダ34の下端部であり、凹部17には、下方に向かって段状に縮径するように段面42が設けられている。そして、ニードル弁3は、シリンダ34の下端面に段面42が当接することで上昇が規制される。
これにより、凹部17における段面42の位置を可変することで、ダンパ室40の容積やニードル弁3のリフト量を可変できる。
Further, the
Thereby, the volume of the
また、シリンダ34の上面は、下方に向かってテーパ状に縮径するテーパ面38であり、テーパ面38の上端が中間ボディ29の下端面に圧接している。
これにより、シリンダ34の圧接面を低減して中間ボディ29の下端面に対する面圧を高めることができる。このため、ダンパ室40のシール性を高めることができる。
Further, the upper surface of the
Thereby, the pressure contact surface of the
また、アクチュエータ4は、圧電素子を有するピエゾスタックを主体として設けられている。
圧電素子は、電圧印加に対する応答性に優れるので、圧電素子をアクチュエータ4として利用することでインジェクタ1の制御応答性を高めることができる。
The actuator 4 is mainly provided with a piezo stack having a piezoelectric element.
Since the piezoelectric element is excellent in response to voltage application, the control response of the
〔実施例2〕
実施例2のインジェクタ1によれば、図3に示すように、ストッパ43としてのシリンダ34の下端部の外周に、下方に向かって段状に縮径するように段面46が設けられている。そして、ニードル弁3は、シリンダ34の段面46に自身の段面42が当接することで上昇が規制される。また、摺動軸部37としてのシリンダ34の下端部は、段面46の上下に分かれてニードル弁3の上端部11に支持されている。
[Example 2]
According to the
これにより、凹部17における段面42の位置、およびシリンダ34の下端部における段面46の位置の両方を可変することで、ダンパ室40の容積やニードル弁3のリフト量を可変できる。このため、ダンパ室40の容積やニードル弁3のリフト量に関して設定の自由度を高めることができる。
Thus, by changing both the position of the
〔実施例3〕
実施例3のインジェクタ1によれば、図4に示すように、ストッパ43は、シリンダ34の外周からダンパ室40に向けて径方向に膨出する膨出部48である。また、膨出部48はシリンダ34の上端部をなしており、膨出部48の上面がテーパ面38をなすとともに、テーパ面38の上端が中間ボディ29の下端面に圧接している。そして、ニードル弁3は、上端部11の上面が膨出部48に当接することで上昇が規制される。
Example 3
According to the
これにより、膨出部48の形状、容積等を可変することで、ダンパ室40の容積やニードル弁3のリフト量を可変できる。また、膨出部48と上端部11との係合面積等を可変することで、ニードル弁3と膨出部48との間に作用するリンキング力を操作してニードル弁3の下降開始遅れを可変できる。
Thereby, the volume of the
〔実施例4〕
実施例4のインジェクタ1によれば、図5に示すように、シリンダ34は、摺動軸部37よりも上側の部分が摺動軸部37よりも径小である。そして、テーパ面38は、径小部分の上面に設けられている。
これにより、径小部分の径を可変することで、ダンパ室40の容積を可変できる。
Example 4
According to the
Thereby, the volume of the
〔実施例5〕
実施例5のインジェクタ1によれば、図6に示すように、オリフィス44は、ダンパ室40への開口部よりも流路22aへの開口部の方が径大であり、流路22aからダンパ室40に向かってテーパ状に縮径している。
これにより、ダンパ室40からの燃料の流出流に剥離が発生しやすくなる。このため、ダンパ室40からの燃料の流出流量を下げることができるので、ニードル弁3の上昇速度を下げることができる。
Example 5
According to the
As a result, separation is likely to occur in the outflow of fuel from the
〔実施例6〕
実施例6のインジェクタ1によれば、図7に示すように、オリフィス44は、ダンパ室40への開口部よりも流路22aへの開口部の方が径小であり、流路22aからダンパ室40に向かってテーパ状に拡径している。
これにより、ダンパ室40からの燃料の流出流に剥離が発生しにくくなる。このため、ダンパ室40からの燃料の流出流量を上げることができるので、ニードル弁3の上昇速度を上げることができる。
Example 6
According to the
This makes it difficult for separation to occur in the outflow of fuel from the
〔実施例7〕
実施例7のインジェクタ1によれば、図8に示すように、オリフィス44は、中間ボディ29に設けられ、噴射流路16の一部である連通路31とダンパ室40とを連通している。
Example 7
According to the
作動室13および作動流路23の燃料圧はアクチュエータ4の動作によって噴射流路16よりも高圧になる。このため、オリフィス44によりダンパ室40と噴射流路16とを連通させる方が、ダンパ室40と作動室13または作動流路23とを連通させる場合よりも、ニードル弁3の上昇時にダンパ室40から燃料が流出しやすくなるとともに、ニードル弁3の下降時にダンパ室40に燃料が流入しにくくなる。この結果、ニードル弁3の上昇速度を上げることができるとともに、ニードル弁3の下降速度を下げることができる。
The fuel pressure in the working
〔実施例8〕
実施例8のインジェクタ1によれば、図9に示すように、オリフィス44は、下部ボディ27に設けられ、噴射流路16の一部である燃料溜まり25とダンパ室40とを連通している。
これにより、実施例7と同様の効果を得ることができる。
Example 8
According to the
Thereby, the same effect as Example 7 can be acquired.
〔実施例9〕
実施例9のインジェクタ1によれば、図10に示すように、オリフィス44は、シリンダ34に設けられ、噴射流路16の一部であるシリンダ内流路39とダンパ室40とを連通している。
これにより、実施例7と同様の効果を得ることができる。
Example 9
According to the
Thereby, the same effect as Example 7 can be acquired.
〔実施例10〕
実施例10のインジェクタ1によれば、図11に示すように、オリフィス44は、ニードル弁3の上端部11に設けられ、作動室13とダンパ室40とを連通している。
Example 10
According to the
〔変形例〕
実施例1〜8のインジェクタ1によれば、オリフィス44は、下部、上部、中間ボディ27〜29のいずれか1つに設けられていたが、オリフィス44を上部、中間ボディ28、29の2つに跨って設けてもよく、下部、中間ボディ27、29の2つに跨って設けてもよく、下部、上部、中間ボディ27〜29の3つに跨って設けてもよい。
[Modification]
According to the
つまり、本体ボディ7は、下部、上部、中間ボディ27〜29に分割されているものの、ダンパ室40への燃料の流出入がニードル弁3と本体ボディ7との径方向のクリアランスに依存することなく行われる、という点に鑑みれば、下部、上部、中間ボディ27〜29を本体ボディ7として単一部材とみなすことができる。
That is, although the
実施例1〜6のインジェクタ1によれば、オリフィス44は、流路22aに開口することで作動流路23とダンパ室40とを連通させていたが、オリフィス44を圧力室22に開口させることで作動流路23とダンパ室40とを連通させてもよい。
According to the
実施例1〜10のインジェクタ1によれば、アクチュエータ4は、ピエゾスタックを主体とし、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力を駆動力として利用するものであったが、電磁ソレノイドを主体としてアクチュエータ4を構成し、ソレノイドコイルへの通電により発生する磁気吸引力を駆動力として利用してもよい。
According to the
実施例1〜10のインジェクタ1は、ガソリン直噴エンジンの気筒毎に配され、コモンレールから受け入れた高圧の燃料を気筒内に噴射するものであったが、インジェクタ1をディーゼルエンジンの気筒毎に配し、ディーゼルエンジンの気筒内に燃料を直接噴射するようにしてもよく、インジェクタ1をガソリンエンジンの吸気ポートに配し、吸気ポート内に燃料を噴射して可燃混合気を形成するようにしてもよい。
The
また、実施例1〜10のインジェクタ1は、コモンレールから燃料を受け入れていたが、コモンレールを経由せずに燃料噴射ポンプ等から直接的に燃料を受け入れるように、インジェクタ1を配してもよい。
Moreover, although the
1 インジェクタ
2 噴孔
3 ニードル弁(単一部材)
4 アクチュエータ
7 本体ボディ(単一部材)
11 上端部(ニードル弁の上端部)
13 作動室
16 噴射流路
17 凹部
23 作動流路
34 シリンダ(単一部材)
35 スプリング
37 摺動軸部
38 テーパ面
40 ダンパ室
42 段面
43 ストッパ
44 オリフィス
46 段面
48 膨出部
1
4
11 Upper end (upper end of needle valve)
13
35
Claims (9)
前記ニードル弁に対し軸方向に燃料圧が作用し、前記アクチュエータの動作状態に応じて燃料圧が増減する作動室と、
前記ニードル弁の上下動に応じて容積が拡縮することで燃料圧が増減するダンパ室とが形成され、
前記作動室の燃料圧が増減することで前記ニードル弁が上下動するとともに、前記ダンパ室の燃料圧が増減することで前記ニードル弁の上下動の速度が低減されるインジェクタにおいて、
前記ニードル弁の上端部に設けられて上方に開口する凹部に嵌合し、前記ニードル弁に対し軸方向に相対的に摺動するシリンダと、
このシリンダを上方に付勢し、前記シリンダの上端を前記ニードル弁の上端よりも上側の壁面に圧接させるスプリングとを備え、
前記作動室に燃料を流出入させる作動流路、および前記噴孔に燃料を導く噴射流路が形成され、
前記シリンダの外周側かつ前記ニードル弁の上側の空間が前記ダンパ室をなし、
前記シリンダは、前記ニードル弁と係合して前記ニードル弁の上昇を規制するストッパを有し、
前記ダンパ室は、前記作動室、前記作動流路または前記噴射流路にオリフィスを介して連通しており、
このオリフィスは、前記作動室を形成する部材群に含まれる単一部材、または、前記作動流路もしくは前記噴射流路を有する単一部材に設けられていることを特徴とするインジェクタ。 A needle valve that moves up and down in the axial direction to open and close the nozzle hole, and an actuator that generates a driving force to move the needle valve up and down,
An operating chamber in which fuel pressure acts in an axial direction on the needle valve, and the fuel pressure increases or decreases according to the operating state of the actuator;
A damper chamber is formed in which the fuel pressure is increased or decreased by increasing or decreasing the volume according to the vertical movement of the needle valve,
In the injector in which the needle valve moves up and down as the fuel pressure in the working chamber increases and decreases, and the speed of up and down movement of the needle valve decreases as the fuel pressure in the damper chamber increases and decreases,
A cylinder that is provided at the upper end of the needle valve and fits into a recess that opens upward, and that slides relative to the needle valve in the axial direction;
A spring that urges the cylinder upward and presses the upper end of the cylinder against the wall surface above the upper end of the needle valve;
An operation channel for flowing fuel into and out of the working chamber, and an injection channel for guiding the fuel to the nozzle hole are formed;
The space on the outer peripheral side of the cylinder and the upper side of the needle valve forms the damper chamber,
The cylinder has a stopper that engages with the needle valve and regulates the rise of the needle valve,
The damper chamber communicates with the working chamber, the working flow path, or the injection flow path through an orifice,
The orifice is provided in a single member included in a group of members forming the working chamber, or a single member having the working flow path or the injection flow path.
前記ストッパは、前記シリンダの下端部であり、
前記凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられ、
前記ニードル弁は、前記シリンダの下端面に前記段面が当接することで上昇が規制されることを特徴とするインジェクタ。 The injector according to claim 1, wherein
The stopper is a lower end of the cylinder;
The concave portion is provided with a step surface so as to reduce the diameter stepwise downward.
The needle valve is controlled to be lifted when the step surface abuts against a lower end surface of the cylinder.
前記ストッパは、前記シリンダの下端部であり、
前記凹部には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられ、
前記シリンダの下端部の外周には、下方に向かって段状に縮径するように段面が設けられ、
前記ニードル弁は、前記シリンダの段面に自身の段面が当接することで上昇が規制されることを特徴とするインジェクタ。 The injector according to claim 1, wherein
The stopper is a lower end of the cylinder;
The concave portion is provided with a step surface so as to reduce the diameter stepwise downward.
On the outer periphery of the lower end portion of the cylinder, a step surface is provided so as to reduce the diameter stepwise toward the bottom,
The needle valve is controlled to be lifted when its step surface comes into contact with the step surface of the cylinder.
前記ストッパは、前記シリンダの外周から前記ダンパ室に向けて径方向に膨出する膨出部であり、
前記ニードル弁は、前記膨出部に係合することで上昇が規制されることを特徴とするインジェクタ。 The injector according to claim 1, wherein
The stopper is a bulging portion that bulges radially from the outer periphery of the cylinder toward the damper chamber,
The needle valve is controlled to be lifted by engaging with the bulging portion.
前記シリンダの上面は、下方に向かってテーパ状に縮径するテーパ面であり、
このテーパ面の上端が、前記壁面に圧接していることを特徴とするインジェクタ。 In the injector according to any one of claims 1 to 4,
The upper surface of the cylinder is a tapered surface that decreases in a tapered shape downward.
An injector, wherein an upper end of the tapered surface is in pressure contact with the wall surface.
前記シリンダは、前記凹部に嵌合して摺動する摺動軸部を有し、
この摺動軸部よりも上側の部分は、前記摺動軸部よりも径小であることを特徴とするインジェクタ。 In the injector according to any one of claims 1 to 5,
The cylinder has a sliding shaft portion that fits and slides into the recess,
An injector characterized in that a portion above the sliding shaft portion is smaller in diameter than the sliding shaft portion.
前記オリフィスは、前記ダンパ室への開口部よりも前記作動室、前記作動流路または前記噴射流路への開口部の方が径大であることを特徴とするインジェクタ。 In the injector according to any one of claims 1 to 6,
The orifice is characterized in that the opening of the working chamber, the working flow path, or the injection flow path has a larger diameter than the opening to the damper chamber.
前記オリフィスは、前記ダンパ室への開口部よりも前記作動室、前記作動流路または前記噴射流路への開口部の方が径小であることを特徴とするインジェクタ。 In the injector according to any one of claims 1 to 6,
The injector is characterized in that the opening of the working chamber, the working flow path, or the injection flow path has a smaller diameter than the opening of the damper chamber.
前記アクチュエータは、圧電素子への電圧印加により発生する伸長力を前記ニードル弁の駆動力として利用することを特徴とするインジェクタ。 In the injector according to any one of claims 1 to 8,
The actuator uses an extension force generated by applying a voltage to a piezoelectric element as a driving force of the needle valve.
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