JP2010242517A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve.
内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置では、ニードルを動作させることにより燃料噴射弁の噴孔の開閉を行い、コモンレール内の燃料を噴射する。燃料噴射弁の開閉状態を制御するアクチュエータとして、電圧の印加に応じて伸縮するピエゾスタックが用いられることがある。 In a common rail fuel injection device for an internal combustion engine, a nozzle is opened and closed by operating a needle to inject fuel in the common rail. As an actuator for controlling the open / close state of the fuel injection valve, a piezo stack that expands and contracts in response to application of a voltage may be used.
特許文献1には、ピエゾ素子に充電及び放電を行うことにより、ニードルのリフト量を連続的に調節する技術が開示されている。 Patent Document 1 discloses a technique for continuously adjusting the lift amount of a needle by charging and discharging a piezo element.
燃料噴射弁の開弁圧は、ニードルを押し下げる力(閉弁方向の力)と押し上げる力(開弁方向の力)とが等しくなったときの圧力である。すなわち、開弁方向の力が閉弁方向の力より大きくなったとき、ニードルは押し上げられ、燃料噴射弁は開弁する。閉弁方向の力として、例えば、制御室内の燃料の圧力、及び制御室内のスプリングの力がニードルに加わる。このとき、コモンレール内の燃料の圧力が低いと、ニードルに加わる閉弁方向の力のうち、スプリングからの力の寄与が大きくなる。つまり、圧力に起因する力に対して、スプリングによる力の影響力が大きくなる。この場合、スプリングが圧縮されるまでに時間がかかるため、燃料噴射弁の開弁時間が長くなることがあった。このため、燃料噴射弁の開弁が不安定化する恐れがあった。 The valve opening pressure of the fuel injection valve is a pressure when the force for pushing down the needle (force in the valve closing direction) is equal to the force for pushing up (force in the valve opening direction). That is, when the force in the valve opening direction becomes larger than the force in the valve closing direction, the needle is pushed up and the fuel injection valve is opened. As the force in the valve closing direction, for example, the pressure of the fuel in the control chamber and the force of the spring in the control chamber are applied to the needle. At this time, if the fuel pressure in the common rail is low, the force from the spring out of the force in the valve closing direction applied to the needle increases. That is, the influence of the force by the spring is greater than the force resulting from the pressure. In this case, since it takes time until the spring is compressed, the valve opening time of the fuel injection valve may become long. For this reason, the opening of the fuel injection valve may become unstable.
本発明は、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することを課題とする。 This invention makes it a subject to shorten the valve opening time of a fuel injection valve.
本発明は、先端部に設けられた噴孔と、前記先端部に燃料を供給する燃料通路とを備えたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、前記燃料通路と接続され、前記ニードルを前記先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、前記創出された圧力を低減させる第1開弁手段と、前記第1開弁手段を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作に応じて、前記ニードルに開弁方向の圧力を作用させる第2開弁手段と、を具備することを特徴とする燃料噴射弁である。本発明によれば、アクチュエータの動作に応じてニードルに開弁方向の圧力が作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。 The present invention includes a nozzle body provided with a nozzle hole provided at a tip portion, a fuel passage for supplying fuel to the tip portion, a needle slidably disposed in the nozzle body, and the fuel passage. And a control chamber into which a fuel for creating a pressure for urging the needle toward the tip side is introduced, a first valve opening means for reducing the created pressure, and the first valve opening means are operated. And a second valve opening means for applying a pressure in the valve opening direction to the needle in accordance with the operation of the actuator. According to the present invention, since the pressure in the valve opening direction acts on the needle according to the operation of the actuator, the valve opening time of the fuel injection valve can be shortened.
上記構成において、前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、前記第2開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する油密室を備える構成とすることができる。この構成によれば、アクチュエータの動作に応じて、昇圧した油密室内の燃料の圧力が受圧面に作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。 In the above configuration, the needle includes a pressure receiving portion having a pressure receiving surface on the distal end side, and the second valve opening means increases the pressure of internal fuel acting on the pressure receiving surface in accordance with the operation of the actuator. It can be set as the structure provided with an oil-tight chamber. According to this configuration, since the pressure of the fuel in the oil-tight chamber that has been increased acts on the pressure receiving surface in accordance with the operation of the actuator, the valve opening time of the fuel injection valve can be shortened.
上記構成において、前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、前記第2開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて内部の圧力が昇圧する第1油密室と、前記第1油密室と接続され、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する第2油密室と、を備える構成とすることができる。この構成によれば、アクチュエータの動作に応じて、昇圧した第2油密室内の燃料の圧力が受圧面に作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。 In the above configuration, the needle includes a pressure receiving portion having a pressure receiving surface on the distal end side, and the second valve opening means includes a first oil-tight chamber in which an internal pressure is increased according to an operation of the actuator, A second oil-tight chamber that is connected to the oil-tight chamber and that increases the pressure of the internal fuel acting on the pressure-receiving surface in accordance with the operation of the actuator. According to this configuration, the increased fuel pressure in the second oil-tight chamber acts on the pressure-receiving surface in accordance with the operation of the actuator, so that it is possible to shorten the valve opening time of the fuel injection valve.
本発明によれば、開弁時間の短縮が可能な燃料噴射弁を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel injection valve which can shorten valve opening time can be provided.
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は実施例1に係る燃料噴射弁100を例示する断面図である。なお、図1においては、燃料噴射弁100は閉弁状態であり、後述するピエゾスタック38に電圧は印加されていない。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a
図1に示すように、燃料噴射弁100はEDU4を介してECU(Engine Control Unit)2と接続されている。燃料噴射弁100は、ノズルボディ8、ニードル10、ピエゾスタック38とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ノズルボディ8内には、基端側から先端側へ向けて順に、アクチュエータ室12、第1ピストン室14、第1油密室16、第2ピストン室18、バルブ室20、第1制御室22(制御室)、第2制御室24、第2油密室26(油密室)、燃料溜り室28が設けられている。ノズルボディ8の先端部に設けられた燃料溜り室28には、噴孔6が設けられている。ノズルボディ8内には、コモンレールと連結した高圧燃料通路30(燃料通路)が設けられている。バルブ室20、第1制御室22及び燃料溜り室28には、高圧燃料通路30が接続されており、高圧燃料通路30から燃料が導入する。
In the
また、バルブ室20と第1制御室22とは、燃料通路32により接続されている。第1油密室16と第2油密室26とは、油密通路34により接続されている。リターン通路36がアクチュエータ室12、第2ピストン室18及び第2制御室24とに接続されている。高圧燃料通路30内の燃料の圧力は、リターン通路36内の燃料の圧力より高圧となっている。
The
アクチュエータ室12には、ピエゾスタック38(アクチュエータ)が設けられている。ピエゾスタック38の先端側には第1ピストン40が接続されており、第1ピストン40は第1ピストン室14に配置されている。第1ピストン40の先端側には第2ピストン42が接続されており、第2ピストン42は第2ピストン室18に配置されている。第2ピストン42の先端側にはバルブ44が接続されており、バルブ44はバルブ室20に配置されている。また、第1ピストン室14にはスプリング46a、第2ピストン室18にはスプリング46b、第1制御室22にはスプリング46cがそれぞれ設けられている。スプリング46aの弾性力は第1ピストン40を、スプリング46bの弾性力は第2ピストン42を、各々のずるボディ8の基端側に付勢している。スプリング46cの弾性力はニードル10をノズルボディ8の先端側に付勢している。
The
ニードル10の先端側は燃料溜り室28に、ニードル10の基端側は第1制御室22に、各々配置されている。また、ニードル10の中間に形成された鍔部11(受圧部)は、第1制御室22及び第2油密室26に摺動自在に配置されている。つまり、ニードル10は、ノズルボディ内に摺動自在に配置されている。鍔部11の先端側の面である受圧面11aは、第2油密室26内の燃料から基端側に付勢する圧力を受ける。ニードル10の先端部にはテーパ部10aが形成されている。燃料噴射弁100が閉弁状態の場合、テーパ部10aのシート部10b(実線で図示)はノズルボディ8の内壁に着座している。つまり、噴孔6への燃料供給が遮断され、燃料は噴射されない。ニードル10が基端側へ持ち上げられると、シート部10bがノズルボディ8の内壁から離座する。この場合、噴孔6へ燃料が供給され、燃料が噴射される。
The distal end side of the
図1に示すように、ピエゾスタック38に電圧が印加されていない状態では、バルブ44が第2ピストン室18とバルブ室20との接続を遮断している。言い換えれば、燃料通路32によりバルブ室20と接続された第1制御室22と、第2ピストン室18及び第2ピストン室18に接続されたリターン通路36との接続が遮断される。この場合、第1制御室22内の燃料の圧力と燃料溜り室28内の燃料の圧力とは、ともに高圧燃料通路30内の燃料の圧力となる。
As shown in FIG. 1, the
ニードル10のテーパ部10aは燃料溜り室28内の燃料から、ニードル10をノズルボディ8の基端側に付勢する圧力、言い換えれば開弁方向の圧力を受ける。これに対し、ニードル10の基端側の受圧面10cは第1制御室22内の燃料から、ニードル10を先端側に付勢する圧力、言い換えれば閉弁方向の圧力を受ける。すわなち、高圧燃料通路30から第1制御室22に導入される燃料が、ニードル10を先端側に付勢する圧力を創出する。また、第1制御室22に設けられたスプリング46cは、ニードル10を先端側に付勢する方向の力を受圧面10cに加える。図1においては、ニードル10を先端側に付勢する力(閉弁方向の力)が、基端側に付勢する力(開弁方向の力)を上回っている。このため、ニードル10は先端側に押圧され、シート部10bがノズルボディ8の内壁に着座する。すなわち、噴孔6への燃料の供給が遮断され、燃料噴射弁100は閉弁する。
The
次に、ピエゾスタック38に電圧を印加する場合を考える。図2及び図3は、実施例1に係る燃料噴射弁100の動作を例示する断面図である。既述した構成と同様の構成については説明を省略する。
Next, consider a case where a voltage is applied to the
図2に示すように、ECU2は燃料噴射時期や燃料噴射量を判断し、EDU4に命令を発信する。ECU2からの命令に応じて、EDU4はピエゾスタック38に電圧を印加する。電圧を印加されたピエゾスタック38は動作する。具体的には、ピエゾスタック38は先端方向に伸長する。ピエゾスタック38の伸長により、第1ピストン40、第2ピストン42、及びバルブ44は、ノズルボディ8の先端側に移動する。言い換えれば、ピエゾスタック38は、第1ピストン40、第2ピストン42、及びバルブ44を作動させる。バルブ44が先端側に移動することにより、バルブ室20と第2ピストン室18とが接続される。また、第2ピストン室18を介して、バルブ室20にリターン通路36が接続される。さらに、燃料通路32、バルブ室20及び第2ピストン室18を介して、第1制御室22にリターン通路36が接続されることになる。また、バルブ44により、バルブ室20と高圧燃料通路30との接続は遮断される。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、第1制御室22内の燃料は、燃料通路32、バルブ室20及び第2ピストン室18を介して、リターン通路36に流出する。このため、第1制御室22内の燃料の圧力は低減する。すなわち、バルブ室20は第1制御室22とリターン通路36とを接続する。また、バルブ44は、バルブ室20とリターン通路36との開閉状態を制御する。つまり、バルブ室20とバルブ44とは第1開弁手段として機能する。ピエゾスタック38の動作に応じて、バルブ室20とバルブ44とは、第1制御室22内の燃料の圧力を低減させる。一方で、ピエゾスタック38の伸長に応じて第1ピストン40が移動することにより、第1油密室16、油密通路34及び第2油密室26、各々の内部における燃料の圧力が上昇する。つまり、ピエゾスタック38の動作に応じて、受圧面11aに作用する第2油密室26内の燃料の圧力が昇圧する。さらに言い換えれば、ピエゾスタック38の動作に応じて、第1油密室16及び第2油密室26内の燃料の圧力が昇圧する。
As shown in FIG. 3, the fuel in the
第1制御室22内の燃料の圧力が低減するため、ニードル10が受ける閉弁方向の力は低減する。これに対し、第2油密室26内の燃料の圧力が上昇するため、ニードル10が受ける開弁方向の力は上昇する。つまり、第1油密室16、油密通路34及び第2油密室26は、第2開弁手段として機能する。開弁方向の力が閉弁方向の力より大きくなると、ニードル10は基端側に押し上げられる。つまり、ニードル10のシート部10bがノズルボディ8の内壁から離座する。このとき、噴孔6に燃料が供給される。すなわち、燃料噴射弁100は開弁し、燃料を噴射する。
Since the fuel pressure in the
次に、図面を参照して、燃料噴射弁の開弁までの時間について説明する。図4(a)は高圧燃料通路30内の燃料の圧力が200MPaの場合、図4(b)は高圧燃料通路30内の燃料の圧力が40MPaの場合における、燃料噴射弁の閉弁方向の圧力と時間との関係を例示する模式図である。各図において、縦軸はニードル10に加わる閉弁方向の圧力、横軸は時間を各々表している。また、破線は開弁圧(閉弁方向の圧力と開弁方向の圧力とが等しくなる圧力)を、横向きの点線はスプリング46c(例えば図1参照)がないとした場合の開弁圧を各々表す。第1制御室22内に設けられたスプリング46cの弾性力は10MPaの圧力に相当するものとし、時間t1においてピエゾスタック38への電圧印加を開始する場合を考える。
Next, the time until the fuel injection valve is opened will be described with reference to the drawings. 4A shows the pressure in the closing direction of the fuel injection valve when the fuel pressure in the high-
図4(a)に示すように、時間t1においてピエゾスタック38への電圧印加を開始すると、第1制御室22内の燃料の圧力は低減する(図2及び図3参照)。言い換えれば、閉弁方向の圧力は低減する。閉弁方向の圧力が、図中の実線で表された開弁圧より低くなると、ニードル10は押し上げられ、燃料噴射弁100は開弁する(図3参照)。開弁圧に達する時間をt2とする。
As shown in FIG. 4A, when voltage application to the
図4(b)に示すように、高圧燃料通路30内の燃料の圧力が40MPaである場合、図4(a)の例と比較してスプリング46cの弾性力が閉弁方向の圧力に寄与する割合が大きくなる。この場合、第1制御室22内の燃料がリターン通路36に流出して第1制御室22内の燃料の圧力が低減する時間よりも、ニードル10によりスプリング46cが圧縮されるまでの時間が長いことがある。この場合、開弁までに時間がかかる。特に図4(b)の例のように、高圧燃料通路30内の燃料の圧力が低い場合、閉弁方向の力に対してスプリングの弾性力の寄与が大きくなるため、開弁圧に達するまでの時間t2が図4(a)の場合よりも長くなる。
As shown in FIG. 4B, when the pressure of the fuel in the high
次に、実施例1に係る燃料噴射弁100と比較例に係る燃料噴射ベントを比較して、燃料噴射弁の開弁までの時間について説明する。比較例とは、ニードルが油密室からの圧力を受けない例である。
Next, the
図4(c)は比較例に係る燃料噴射弁と実施例1に係る燃料噴射弁100とで、燃料噴射弁の開弁までの時間を比較した図である。高圧燃料通路30内の燃料の圧力は40MPaである。破線は比較例に係る燃料噴射弁における開弁圧(図4(b)に示したものと同じ)、点線は実施例1に係る燃料噴射弁100における開弁圧を各々表す。
FIG. 4C is a diagram comparing the time until the fuel injection valve opens between the fuel injection valve according to the comparative example and the
図4(c)に示すように、実施例1における開弁圧に達するまでの時間t3は、比較例における開弁圧に達するまでの時間t2より短い。この原因について説明する。実施例1によれば、図3に示すように、ピエゾスタック38の伸長により第2油密室26内の燃料の圧力が上昇し、ニードル10の受圧面11aは第2油密室26の圧力を受ける。第2油密室26内の燃料の圧力は開弁方向の圧力であるため、実施例1によれば、比較例よりも開弁方向の圧力が高くなる。従って、閉弁方向の圧力と開弁方向の圧力とは、比較例よりも早く均衡に達する。すなわち、開弁圧に達するまでの時間が短縮される。これにより、燃料噴射弁の開弁が安定する。
As shown in FIG.4 (c), time t3 until reaching valve opening pressure in Example 1 is shorter than time t2 until reaching valve opening pressure in the comparative example. This cause will be described. According to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the pressure of the fuel in the second oil
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
ECU 2
EDU 4
噴孔 6
ノズルボディ 8
ニードル 10
鍔部 11
受圧面 10c、11a
アクチュエータ室 12
第1油密室 16
バルブ室 20
第1制御室 22
第2油密室 26
燃料溜り室 28
高圧燃料通路 30
リターン通路 36
ピエゾスタック 38
バルブ 44
スプリング 46a、46b、46c
燃料噴射弁 100
EDU 4
Hole 6
First
High
Claims (3)
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、
前記燃料通路と接続され、前記ニードルを前記先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、
前記創出された圧力を低減させる第1開弁手段と、
前記第1開弁手段を作動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作に応じて、前記ニードルに開弁方向の圧力を作用させる第2開弁手段と、を具備することを特徴とする燃料噴射弁。 A nozzle body provided with a nozzle hole provided at the tip, and a fuel passage for supplying fuel to the tip;
A needle slidably disposed in the nozzle body;
A control chamber that is connected to the fuel passage and into which fuel is introduced to create a pressure that biases the needle toward the distal end;
First valve opening means for reducing the created pressure;
An actuator for operating the first valve opening means;
And a second valve opening means for applying a pressure in the valve opening direction to the needle according to the operation of the actuator.
前記第2開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する油密室を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。 The needle includes a pressure receiving portion having a pressure receiving surface on the tip side,
2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the second valve opening means includes an oil tight chamber in which a pressure of an internal fuel acting on the pressure receiving surface is increased according to an operation of the actuator.
前記第2開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて内部の圧力が昇圧する第1油密室と、
前記第1油密室と接続され、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する第2油密室と、を備えることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。 The needle includes a pressure receiving portion having a pressure receiving surface on the tip side,
The second valve opening means includes a first oil-tight chamber in which an internal pressure is increased according to the operation of the actuator;
2. The fuel according to claim 1, further comprising: a second oil-tight chamber connected to the first oil-tight chamber, wherein the pressure of the internal fuel acting on the pressure receiving surface is increased according to the operation of the actuator. Injection valve.
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